CN102025325A - 音频放大器和使用它的电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明的音频放大器可降低起动时的噪声。偏置电路(10)将电源电压(Vdd)分压，生成偏置电压Vbias。可变增益放大器(20)以偏置电压(Vbias)为基准对输入的音频信号(S1)进行放大，使其振幅变化。可变增益放大器(20)构成为可切换导通、截止。第1开关(3)设置在偏置电路(10)的输出端子(12)和可变增益放大器(20)的输出端子之间。控制单元(50)控制第1开关(30)的导通、截止状态，以及可变增益放大器(20)的导通、截止状态。

Description

音频放大器和使用它的电子设备

技术领域

本发明涉及放大音频信号的放大器。

背景技术

以CD播放器、音频放大器、汽车立体声、携带型收音机或者携带型的音频放大器为代表的具有再现音频信号的功能的电子设备，一般具有用于放大音频信号的放大器(以下，称为音频放大器)。作为音频放大器，例示有AGC电路或者电子音量(volume)电路、或者设置在扬声器的前级的功率放大器、或者电压跟随器形式的输入缓冲器、输出缓冲器。

音频信号由放大器放大，最终作为声音从扬声器或者耳机输出。音频信号的振幅(电平)通过控制放大器的增益，或者控制衰减器的衰减率来进行调节。

〔现有技术〕

〔专利文献〕

〔专利文献1〕日本专利特开2005-117489号公报

〔专利文献2〕日本专利特开2005-217710号公报

〔专利文献3〕日本专利特开2004-222077号公报

〔专利文献4〕日本专利特开2005-217496号公报

〔专利文献5〕日本专利特开平11-75287号公报

发明内容

〔发明要解决的课题〕

音频放大器以某个偏置电压为基准来放大音频信号。在该偏置电压不为接地电压(0V)的情况下，例如，在被设定为电源电压Vdd的1/2的情况下，在接通电源时产生噪声(noise)。图1是接通电源时的音频放大器的动作波形图。而且，在以后的波形图等中，为了容易理解，纵轴和横轴被适当放大或缩小，而且，为了容易理解，被示出的各个波形也被简化。

在接通电源的同时，电源电压Vdd也从0V上升。理想的是作为电源电压Vdd的1/2倍的偏置电压Vbias也随着电源电压Vdd从0V开始连续地上升。但是，音频放大器虽然由利用了运算放大器的反相放大器或者非反相放大器构成，但是运算放大器在电源电压Vdd为0V附近的低电压区域不正常地工作。因此，音频放大器的输出电压Vout如虚线或者点划线所示那样从理想的波形偏离而不连续地变化。该不连续作为冲击(shock)声(散射噪声(popnoise))而刺激用户的听觉。

本发明鉴于这样的课题而完成，其某个方式的例示的目的之一是提供抑制了起动时的噪声的产生的音频放大器。

本发明的某个方式关于音频放大器。音频放大器包括：偏置电路，将电源电压分压，生成偏置电压；放大电路，构成为可以切换导通、截止，以偏置电压为基准，对输入的音频信号进行放大；第1开关，设置在偏置电路的输出端子和放大电路的输出端子之间；以及控制单元，控制第1开关的导通、截止状态，以及放大电路的导通、截止状态。

所谓“放大电路导通的状态”是指生成与其输入信号相应的输出信号的状态，所谓“放大电路截止的状态”是指输入信号和输出信号无关，其输出成为了高阻抗的状态。

按照该方式，通过在起动时将第1开关导通，音频放大器的输出端子的电位与放大电路的动作无关地随着偏置电压上升，所以可以抑制噪声。

本发明的另一个方式也是音频放大器。该音频放大器包括：偏置电路，将电源电压分压，生成偏置电压；可变电阻，以偏置电压为基准，使输入的音频信号衰减；运算放大器，在其非反相输入端子输入了可变电阻的输出信号；第1开关，设置在偏置电路的输出端子和本音频放大器的输出端子之间；第2开关，设置在运算放大器的输出端子和本音频放大器的输出端子之间；选择器，其第1输入端子与运算放大器的输出端子连接，其第2输入端子与本音频放大器的输出端子连接，其输出端子与运算放大器的反相输入端子连接；以及控制单元，控制第1开关、第2开关和选择器。

按照该方式，通过在起动时将第1开关导通，音频放大器的输出端子的电位与运算放大器的动作无关地随着偏置电压上升，所以可以抑制噪声。

本发明的再一个方式是电子设备。该电子设备包括：放大音频信号的上述任意一项的音频放大器；以及输出音频放大器的输出信号的声音输出单元。

按照该方式，由于可以在接通电源时降低从声音输出单元输出的噪声，所以收听者可以愉快地听到声音。

而且，将以上的结构要素的任意的组合和本发明的结构要素、表现在方法、装置、系统等之间相互置换的结果作为本发明的方式也有效。

按照本发明的音频放大器，可以抑制接通电源时的噪声。

附图说明

图1是一般的音频放大器的接通电源时的动作波形图。

图2是表示使用了第1实施方式的音频放大器的电子设备的整体结构的方框图。

图3是表示图2的音频放大器的动作的时序图。

图4是表示第2实施方式的音频放大器的结构的电路图。

图5是表示图2的运算放大器的结构例的电路图。

标号说明

2...电子设备、3...声音输出单元、4...功率放大器、6...电声变换元件、8...静噪晶体管、10...偏置电路、20...可变增益放大器、22...运算放大器、24...缓冲器、26...可变电阻、28...第2开关、29...选择器、30...第1开关、40...充电(charge)电路、50...控制单元、100...音频放大器、102...输入端子、104...输出端子、R1...第1电阻、R2...第2电阻、R3...第3电阻、R4...第4电阻。

具体实施方式

以下，参照附图基于优选的实施方式说明本发明。对于各附图中所示的相同或者等同的结构要素、部件、处理附加相同的标号，适当省略重复的说明。而且，实施方式不是限定发明而是例示，在实施方式中记载的全部特征或其组合不一定是发明的本质。

在本说明书中，“部件A与部件B连接的状态”除了部件A和部件B物理性地直接连接的情况之外，还包含部件A和部件B通过不对电连接状态产生影响的其它部件间接地连接的情况。

同样，“部件C被设置在部件A和部件B之间的状态”除了部件A和部件C、或者部件B和部件C直接地连接的情况之外，还包含通过不对电连接状态产生影响的其它部件间接地连接的情况。

(第1实施方式)

图2是表示使用了第1实施方式的音频放大器100的电子设备2的整体结构的方框图。电子设备2是具有音频放大器、汽车立体声或携带型的音频播放器、携带电话终端等具有输出声音的部件的设备。本实施方式的音频放大器100安装在相关的电子设备2上。例如，音频放大器100也可以是调节从扬声器或耳机等电声变换元件或线路输出(line out)所输出的音频信号的音量的音量电路。

电子设备2具有音频放大器100和声音输出单元3。未图示的音频信号生成单元将存储在盘媒体或存储器、硬盘中，或者从外部以有线或者无线的方式输入的声音数据变换为模拟的音频信号S1。

音频放大器100将音频信号S1以预先设定的增益进行放大。在本说明书中，“放大”不仅包含增益比1高的情况，也包含比1低的情况即衰减。因此，本说明书中的“增益(放大率)”是包含衰减率，“放大器”也包含衰减器的概念。

声音输出单元3包含：静噪(mute)晶体管8、功率放大器4、电声变换元件6。电声变换元件6可以是耳机或者扬声器，或者也可以取而代之，作为线路输出来利用。电阻R5被设置在音频放大器100的输出端子104和功率放大器4的输入端子之间。功率放大器4对调节了来自音频放大器100的电平的音频信号S2进行放大。静噪晶体管8在导通状态中将功率放大器4的输入端子的电位固定在接地电压(0V)，防止输出来自电声变换元件6的噪声。电阻R5或静噪晶体管8也可以省略。

接着，详细说明音频放大器100的结构。经由对信号路径串联设置的耦合电容器(未图示)和输入电阻(未图示)，对音频放大器100的输入端子102输入音频信号S1。音频放大器100对输入到输入端子102的音频信号S1以设定的增益进行放大，从输出端子104输出放大后的音频信号S2。

音频放大器100具有：偏置电路10、可变增益放大器20、第1开关30、充电电路40、控制单元50。

偏置电路10将电源电压Vdd分压，生成偏置电压Vbias。偏置电路10包括第1电阻R1、第2电阻R2和电容器C1。第1电阻R1和第2电阻R2的电阻值相等，偏置电压Vbias是电源电压Vdd和接地电压的中点电压Vdd/2。电容器C1被设置用于对偏置电压Vbias进行稳压，并且去除电源电压Vdd的噪声。

可变增益放大器20以偏置电压Vbias为基准，对输入的音频信号S1进行放大，使其振幅变化。可变增益放大器20包含梯形(1adder)电阻Rd1～RdN、开关SW0～SWN、运算放大器22和缓冲器24。梯式电阻Rd1～RdN和开关SW0～SWN形成可变电阻26。梯式电阻Rd1～RdN被串联连接，形成电阻串。电阻串的一端被施加音频信号S1，另一端经由缓冲器24被施加偏置电压Vbias。在相邻的电阻Rdi和Rdi+1的连接点与可变电阻26的输出端子之间设置开关SWi。该可变电阻26使音频信号S1以偏置电压Vbias为基准而被衰减。

运算放大器22是其输出端子与反相输入端子连接的电压跟随器(缓冲器)。在运算放大器22的非反相输入端子上连接可变电阻26的输出端子。

可变增益放大器20的增益在开关SW0已导通的状态下为最大，在开关SWN已导通的状态下为最小。

可变增益放大器20构成为能够根据控制信号CNT2切换导通、截止。可变增益放大器20的截止状态可以通过中断运算放大器22的偏置电流来实现。或者运算放大器22的截止状态也可以通过与其输出端子串联地设置开关，通过关断该开关来实现。

第1开关30被设置在偏置电路10的输出端子12和可变增益放大器20的输出端子之间。第1开关30的导通、截止状态根据控制信号CNT1来进行切换。

控制单元50生成控制信号CNT1、CNT2而控制运算放大器22和第1开关30的状态。

充电电路40连接到偏置电路10的输出端子12，被设置用于对输出端子12和电容器C1进行充电。例如充电电路40包含晶体管Q1、第3电阻R3、第4电阻R4。第3电阻R3和第4电阻R4被串联连接在电源端子和接地端子之间，对电源电压Vdd进行分压。在R3＝R4时，生成Vdd/2。晶体管Q1是NPN型双极晶体管，其发射极与偏置电路10的输出端子12连接，在其基极中输入中点电压Vdd/2。通过充电电路40，以Vdd/2-Vbe作为目标值，偏置电路10的输出端子被快速充电。Vbe是双极晶体管的基极-发射极之间的电压，为0.7V左右。

以上是音频放大器100的结构。接着，说明其动作。图3是表示图2的音频放大器100的动作的定时图。控制信号CNT1的高电平与第1开关30的导通相对应，低电平与截止相对应。控制信号CNT2的高电平与可变增益放大器20的导通相对应，低电平与截止相对应。

在时刻t0，由用户接通电源，开始起动。与开始起动大致同时，控制信号CNT1成为高电平，控制信号CNT2成为低电平，第1开关30导通，可变增益放大器20截止。而且，可变电阻26的开关SWN导通，其它的开关SW0～SWN-1被截止。

在时刻t0以后，电源电压Vdd随时间上升起来。将电源电压Vdd分压的偏置电压Vbias也跟随电源电压Vdd而上升。这时，音频放大器100的输出端子104经由第1开关30与偏置电路10的输出端子连接，所以音频放大器100的输出信号S2与偏置电压Vbias一致而上升。

从开始起动起经过规定的第2期间τ2后(时刻t1)，控制信号CNT2被切换为高电平，可变增益放大器20导通。从开始起动起经过规定的第1期间τ1后(时刻t2)，控制信号CNT1被切换为低电平，第1开关30截止。第2期间τ2被设定为比电源电压Vdd达到运算放大器22的最低动作电压所需要的时间长。即，在时刻t1以后，运算放大器22作为电压跟随器正常地工作。

在时刻t1以后，由于开关SWN导通，所以偏置电压Vbias被输入到运算放大器22的非反相输入端子。通过运算放大器22作为电压跟随器动作，音频放大器100的输出端子104的电位被稳定，使其与偏置电压Vbias一致。

如果可变增益放大器20的输出为高阻抗，同时第1开关30为截止，则输出端子104为高阻抗状态，其电位不稳定，有发生噪声的危险。因此，第1期间τ1被设定为第2期间τ2以上的长度。

以上是音频放大器100的动作。

这样，按照图2的音频放大器100，在电源电压Vdd低，可变增益放大器20的不正常工作的区域中，可以通过第1开关30使输出端子104的电位S2跟随偏置电压Vbias。在电源电压Vdd上升到可变增益放大器20正常工作的区域后，通过将第1开关30截止，将可变增益放大器20导通，可以使输出端子104的电位S2跟随偏置电压Vbias。

如图3所示，由于输出信号S2缓慢连续地上升，所以可以使从电声变换元件6产生的噪声基本为零。

而且，通过充电电路40带来以下的效果。在时刻t0～t1期间，如果静噪晶体管8导通，则电容器C1的电荷经由第1开关30、电阻R5、静噪晶体管8被放电。在电阻R5的电阻值比第1电阻R1的电阻值小的情况下，通过电阻R5和电阻R2的电容器C1的放电电流高于通过电阻R1的充电电流，所以有偏置电压Vbias不能充分上升的危险。这时，通过设置充电电路40，可以使电容器C1确实并快速地充电。

(第2实施方式)

图4是表示第2实施方式的音频放大器100a的结构的电路图。图4的音频放大器100a与图2的音频放大器100相比，可变增益放大器20a的结构不同，其它结构相同。

图4的可变增益放大器20a除了图2的可变增益放大器20之外，还包括第2开关28、选择器29。第2开关28和选择器29被设置用于能够切换可变增益放大器20a的导通、截止状态。

第2开关28设置在运算放大器22的输出端子和音频放大器100a的输出端子104之间。选择器29的第1输入端子P1与运算放大器22的输出端子连接，其第2输入端子P2与音频放大器100a的输出端子104连接，其输出端子P3与运算放大器22的反相输入端子(-)连接。

控制单元50a控制第1开关30、第2开关28以及缓冲器24，还控制可变电阻26。具体来说，控制单元50a使第1开关30从开始起动起导通规定的第1期间τ1期间，之后截止。而且，使第2开关28从开始起动起截止规定的第2期间τ2期间，之后导通。而且，使选择器29从开始起动起在规定的第3期间τ3期间导通第1输入端子P1侧，之后导通第2输入端子P2侧。第2开关28、选择器29分别根据控制信号CNT2a、CNT2b进行控制。

第2期间τ2和第3期间τ3也可以相等。而且，与第1实施方式一样，优选第1期间τ1比第2期间τ2和第3期间τ3长。

按照图4的音频放大器100a，通过控制第2开关28和选择器29，可以切换可变增益放大器20a的导通、截止。其结果，与图2的音频放大器100一样，可以抑制起动时的噪声。

图5是表示图2的运算放大器22的结构例的电路图。运算放大器22包含晶体管M1～M8、偏置电流源23。晶体管M1～M5构成输入级，晶体管M7、M8构成输出级。晶体管M1、M2是N沟道MOSFET，构成差动对。晶体管M3、M4是P沟道MOSFET的电流镜电路，作为对于差动对的负载进行工作。偏置电流源23生成偏置电流Ibias。晶体管M6被设置在偏置电流Ibias的路径上。晶体管M5与晶体管M6一起形成电流镜电路，生成与偏置电流Ibias对应的尾(tail)电流It。

晶体管M8、M7被叠置(stack)于电源线Vdd和接地线GND之间。晶体管M7与晶体管M6一起形成电流镜电路，生成与偏置电流Ibias相应的电流。

第1门开关SW21被设置在晶体管M7的栅极源极之间。第2门开关SW22被设置在晶体管M8的栅极源极之间。第1门开关SW21、第2门开关SW22根据控制信号CNT2被控制导通、截止。在第1门开关SW21、第2门开关SW22导通时，输出级M7、M8截止，可变增益放大器20的输出成为高阻抗状态。其结果，可以实现可变增益放大器20的截止状态。

或者也可以通过截止偏置电流源23，停止偏置电流Ibias，使运算放大器22截止，实现可变增益放大器20的截止状态。

而且，运算放大器22的结构不限于图5的结构，也可以是其它结构。

根据实施方式，使用具体的语句说明了本发明，但是实施方式不过是表示本发明的原理、应用，在不脱离权利要求所规定的本发明的思想的范围内，认同在实施方式中有多种变形例和配置的变更。

Claims (8)

1.一种音频放大器，其特征在于，包括：

偏置电路，将电源电压分压，生成偏置电压；

放大电路，构成为可以切换导通、截止，以所述偏置电压为基准，对输入的音频信号进行放大；

第1开关，设置在所述偏置电路的输出端子和所述放大电路的输出端子之间；以及

控制单元，控制所述第1开关的导通、截止状态，以及所述放大电路的导通、截止状态。

2.如权利要求1所述的音频放大器，其特征在于，

所述控制单元

使所述第1开关从开始起动起导通规定的第1期间，之后截止，

使所述放大电路从开始起动起截止规定的第2期间，之后导通。

3.一种音频放大器，其特征在于，包括：

偏置电路，将电源电压分压，生成偏置电压；

可变电阻，以所述偏置电压为基准，使输入的音频信号衰减；

运算放大器，在其非反相输入端子输入了所述可变电阻的输出信号；

第1开关，设置在所述偏置电路的输出端子和本音频放大器的输出端子之间；

第2开关，设置在所述运算放大器的输出端子和本音频放大器的输出端子之间；

选择器，其第1输入端子连接到所述运算放大器的输出端子，其第2输入端子连接到本音频放大器的输出端子，其输出端子连接到所述运算放大器的反相输入端子；以及

控制单元，控制所述第1开关、第2开关和所述选择器。

4.如权利要求3所述的音频放大器，其特征在于，

所述控制单元

使所述第1开关从开始起动起导通规定的第1期间，之后截止，

使所述第2开关从开始起动起截止规定的第2期间，之后导通，

使所述选择器从开始起动起在所述第1输入端侧导通规定的第3期间，之后，在第2输入端子侧导通。

5.如权利要求3所述的音频放大器，其特征在于，

所述控制单元通过使所述放大电路的偏置电流的供给从开始起动起停止规定的第2期间而使所述放大电路截止，之后，使所述放大电路导通。

6.如权利要求3或5所述的音频放大器，其特征在于，

所述放大电路包含：构成其输出级的晶体管和连接到所述晶体管的栅极上的门开关，

所述控制单元通过控制所述门开关，使所述放大电路从开始起动起截止规定的第2期间，之后，使所述放大电路导通。

7.如权利要求1至5的任意一项所述的音频放大器，其特征在于，还包括：

对所述偏置电路的输出端子进行充电的充电电路。

8.一种电子设备，其特征在于，包括：

放大音频信号的权利要求1至5的任意一项所述的音频放大器；以及

输出所述音频放大器的输出信号的声音输出单元。

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