CN102065352B - 一种消除capless音频功放pop音的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消除CAPLESS音频功放POP音的装置及方法，所述装置在音频功放与耳机之间设置可控电阻模块；在音频功放打开或关闭时，通过控制所述可控电阻模块的阻值变化，来延长加在耳机上的偏置电压变化的时间，使音频功放打开或关断时产生的POP音的带宽降低到人耳听觉范围之外。本发明通过控制可控电阻模块来延长耳机上面直流偏置电压的上升时间或下降时间，即延长加在耳机上的偏置电压的变化时间，从而减小由耳机上直流偏置电压变化引起的POP音的带宽，使其频率降低到人耳听觉范围之外达到消除POP音的目的。

Description

一种消除CAPLESS音频功放POP音的装置及方法

技术领域

本发明涉及通讯技术领域，特别是涉及一种消除CAPLESS音频功放POP音的装置及方法。

背景技术

目前，手机上的耳机电路有两种电路结构：分别为：“带耦合电容的耳机电路(见附图1)”和“不带耦合电容的耳机电路(如附图2)”。

“带耦合电容的耳机电路”中有耦合电容(见图1中的C1和C2，其容值在22uF-100uF之间)，其作用是隔直通交，即：直流信号不能通过电容传到耳机里面，只有交流信号能通过耳机传到后端耳机上面；该电路的音频功放的输出带直流偏压(通常在0.9V-1.4V之间)，交流信号叠加在该直流偏压上面，该直流偏压不能直接加在耳机喇叭上面；耳机喇叭的额定功率为2mW，其最大承受电压为250mV，如果把直流偏压加在耳机喇叭上面，则长时间工作时，会烧坏喇叭，因此必须加耦合电容把直流偏置电压滤除掉。

“不带耦合电容的耳机电路”中的耳机音频功放为CAPLESS耳机工作，耳机功放工作时，其直流偏置电压为零电平或近似零电平(几十mV)，音频功放输出直接连接耳机左、右声道喇叭。如果功放的直流偏置电压为0电平时，则在耳机功放打开或者关断时，耳机功放输出不会产生跳变，因此耳机喇叭上面不会产生POP音。如果耳机功放的偏置直流电压为近似零电平(几十mV)时，则打开耳机功放时，耳机功放输出从0V跳变至直流偏置电压，就会产生一次POP音；关断耳机功放时，耳机功放输出从直流偏置电压跳变0V，又会产生一次POP音。

其中，CAPLESS音频功放是指：该类音频功放的电源用正负电源供电，其输出的直流偏置电平为零电平或近似零电平(几十mV)，音频功放和耳机喇叭之间无耦合电容，这类音频音频功放称CAPLESS音频功放(CAPLESS的中文意思为“不需要耦合电容”)。

音频功放POP音是指：如果音频功放工作时有直流偏置电压(不为零电平)，则当音频功放打开时，音频功放输出会从0V跳变至其直流偏置电压；当音频功放关闭时，音频功放输出会从其直流偏置电压跳变至0V；音频功放输出跳变会在喇叭上面引起噪音，这种噪音称作POP音。

高通WCDMA Q6240/Q6270平台，其耳机音频功放为CAPLESS耳机功放，该耳机功放用正、负电源供电，其直流偏置电压为-10mV；在耳机功放打开或关断时，该-10mV的直流偏压跳变会在耳机喇叭上产生POP音。

目前消除POP音的技术主要是针对带耦合电容的耳机电路里面，一般有两种方法：

(1)控制耦合电容充电的速度，降低耳机喇叭POP音的频率，从而降低耳机喇叭POP音的响度；

(2)在耳机喇叭两端加一开关，当有POP音时，开关处于导通状态；当无POP音时，开关处于关断状态。

随着半导体技术的发展，现在手机上面越来越多的使用CAPLESS的耳机功放(功放输出直接接耳机喇叭，没有耦合电容)，直流偏压为0的CAPLESS耳机功放在打开关断时不存在POP音；但是有些手机平台的CAPLESS耳机功放其偏置电压为近似零电平(有几十mV的偏压)，这些耳机功放在打开或者关断时存在POP音，本专利主要解决这类耳机功放所产生的POP音。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种消除CAPLESS音频功放POP音的装置及方法，用以解决现有技术中CAPLESS音频功放在打开或者关断时存在POP音的问题。

为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种消除CAPLESS音频功放POP音的装置，所述装置在音频功放与耳机之间设置可控电阻模块；在音频功放打开或关闭时，通过控制所述可控电阻模块的阻值变化，来延长加在耳机上的偏置电压变化的时间，使音频功放打开或关断时产生的POP音的响度降低到人耳听觉范围之外。

进一步，所述可控电阻模块与所述耳机并联，并且，在所述耳机和所述音频功放之间设置有分压电阻模块。

进一步，所述可控电阻模块串联在所述耳机和所述音频功放之间。

进一步，所述可控电阻模块串联在所述耳机和地之间。

进一步，所述可控电阻模块为金属氧化物半导体场效应晶体管、场效应管、三极管、数字电位器。

另一方面，本发明还提供一种消除CAPLESS音频功放POP音的方法，所述方法包括以下步骤：

在音频功放打开或关闭时，通过延长加在耳机上的偏置电压变化的时间，使音频功放打开或关断时产生的POP音的响度降低到人耳听觉范围之外。

进一步，加在耳机上的偏置电压的变化时间根据以下公式获得；

$\mathrm{BW}=\frac{0.35}{t_{\mathrm{rise}}};$

其中，BW表示音频功放打开或关闭时，加在耳机的偏置电压上升过程或下降过程中产生POP音的带宽，单位为频率；t_rise表示加在耳机的偏置电压上升过程或下降过程所用的时间。

进一步，在音频功放与耳机之间设置可控电阻模块，在音频功放打开或关闭时，通过控制所述可控电阻模块的阻值变化，来延长加在耳机上的偏置电压变化的时间。

进一步，所述可控电阻模块与所述耳机并联，并且，在所述耳机和所述音频功放之间设置分压电阻模块。

进一步，所述可控电阻模块串联在所述耳机和所述音频功放之间；或者所述可控电阻模块串联在所述耳机和地之间。

本发明有益效果如下：

本发明通过控制可控电阻模块来延长耳机上面直流偏置电压的上升时间或下降时间，即延长加在耳机上的偏置电压的变化时间，从而减小由耳机上直流偏置电压变化引起的POP音的带宽，使其频率降低到人耳听觉范围之外达到消除POP音的目的。

附图说明

图1是现有技术中手机上带耦合电容的耳机电路；

图2是现有技术中手机上不带耦合电容的耳机电路；

图3是本发明实施例中一种消除CAPLESS音频功放POP音的装置的结构示意图；

图4是本发明实施例中有一种消除CAPLESS音频功放POP音的装置的结构示意图；

图5是本发明实施例中再一种消除CAPLESS音频功放POP音的装置的结构示意图；

图6是本发明实施例中再一种消除CAPLESS音频功放POP音的装置的结构示意图；

图7是图6装置消除CAPLESS音频功放POP音的流程图。

具体实施方式

为了解决现有技术中CAPLESS音频功放在打开或者关断时存在POP音的问题，本发明提供了一种消除CAPLESS音频功放POP音的装置及方法，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

当音频功放的电源用正负电源供电，其输出的直流偏置电平为近似零电平时，在音频功放打开或关闭时，音频功放会输出跳变，该跳变会在耳机上面引起POP音。但当POP音的响度很小，在人的听觉范围之外，人们就不会感觉到POP音，因此，本发明就是降低POP音的响度，进而达到消除POP音的目的。POP音的响度与其带宽(频率)有关系，当POP音的带宽(频率)小于20Hz时，人们就不会听到POP音。而POP音的带宽又与加在耳机上的偏置电压变化的时间存在反比关系，因此，只要延长加在耳机上的偏置电压变化的时间，就可以达到消除POP音的目的。

本发明实施例涉及一种消除CAPLESS音频功放POP音的装置，该装置在音频功放与耳机之间设置可控电阻模块；在音频功放打开或关闭时，通过控制可控电阻模块的阻值变化，来延长加在耳机上的偏置电压变化的时间，使音频功放打开或关断时产生的POP音的响度降低到人耳听觉范围之外。

可控电阻模块中，其等效阻值通过控制可以发生变化；可控电阻模块可以为MOS管(Metal Oxid Semiconductor，金属氧化物半导体场效应晶体管)、场效应管(FET，Field Effect Transistor)、三极管、数字电位器等。可控电阻对应于两个电阻参数：最小电阻R_MIN和最大电阻R_MAX。可控电阻模块可以与耳机并联，也可以与耳机串联。如图3所示，在耳机和音频功放输出之间加一分压电阻模块，在耳机两端并联一可控电阻模块；其中，分压电阻模块可以为一个电阻或几个电阻的串并联。图3中，当音频功放打开或者关断前，控制可控电阻使其电阻值为R_MIN，R_MIN能保证当音频功放打开或关断时，由于音频功放输出跳变而在耳机上产生的POP音幅度小的听不到；当音频功放打开后，可控电阻由R_MIN缓慢变成R_MAX(R_MAX远远小于耳机阻抗，对播放音乐无影响)；音频功放关闭前(音乐或通话播放完后)，可控电阻由R_MAX缓慢变成R_MIN；在音频功放打开后或关闭前，通过控制可变电阻变化的速度来控制耳机上直流偏置电压变化的速度，从而降低由直流偏置电压变化所引起的耳机POP的带宽(频率)，达到听不到POP音的目的。

可控电阻和耳机相串联包括两种情况，如图4所示，可控电阻和耳机相串联，可控电阻设置在耳机和功放之间；或者，如图5所示，可控电阻和耳机相串联，可控电阻设置在耳机和地之间。在音频功放打开或关断前，控制可控电阻使其阻值为R_MAX，R_MAX能保证当音频功放打开或关断时，耳机上分得的POP音小到听不到的程度；音频功放打开后，可控电阻值由R_MAX缓慢变成R_MIN；音频功放关闭前(音乐或通话播放完后)，可控电阻由R_MIN缓慢变成R_MAX；音频功放打开后或音频功放关闭前，通过控制可变电阻变化的速度来控制耳机上直流偏置电压变化的速度，从而降低由直流偏置电压变化所引起的耳机POP的带宽(频率)，达到听不到POP音的目的。

本发明通过控制可控电阻模块，增加耳机上面直流偏置电压的上升时间或下降时间，从而减小由耳机上面直流偏置电压变化引起的POP音的带宽，进而降低POP音的响度，达到消除POP音的目的。

下面针对可控电阻和喇叭并联的技术方案以具体的实例进行详细说明。

图6中，R1、R2为分压模块(R1＝R2)，耳机左右声道的喇叭阻抗为32欧姆。R3、R4、C3、MOS管(包括Q1-1和Q1-2)以及控制信号HEADSET-MUTE(连接基带处理芯片GPIO)构成可控电阻模块；R3、C3的作用使MOS管缓慢的导通、缓慢的关断，即使MOS管的电阻缓慢的变小，缓慢的变大；电阻R4的作用为在手机无电池的情况下，使G(栅极)、S(源极)间的电压为0V，使MOS管处于安全关断状态。

MOS管(图6中的Q1-1和Q1-2)的类型为绝缘栅型N沟道增强型MOS管，其导通阻抗定义符号为R_{MOS_ON}(即为可控阻抗中的R_MIN)，其值一般不超过1欧姆：

R_MIN＝R_{MOS_ON}＜＝1            (1)

MOS管的G、S间的电压对应两个控制参数：U_GS(TH)和U_GS(ON)；

U_GS(TH)：当MOS管G、S间的电压小于U_GS(TH)，MOS管处于截止状态，其导通阻抗为无穷大；

U_GS(ON)：当MOS管G、S间的电压大于U_GS(ON)，MOS管处于导通状态，其导通阻抗为R_{MOS_ON}(一般不超过1欧姆)；

U_GS(ON)的值要从MOS管的特性曲线中获得；当U_GS(TH)＜U_GS＜U_GS(ON)，MOS管工作在可变电阻区，MOS管的阻值在R_{MOS_ON}和无穷大之间。

图6中，音频功放打开时，HPH-R-M和HPH-L-P突然从0V跳变至U_BIAS；当耳机功放关闭时，HPH-R-M和HPH-L-P突然从U_BIAS跳变至0V。

R1、R2、R_{MOS_ON}、U_BIAS之间的关系如下：

$U_{\mathrm{HEADSET}\_\mathrm{POP}}=\frac{R_{\mathrm{MOS}\_\mathrm{ON}}}{R_1+R_{\mathrm{MOS}\_\mathrm{ON}}}\&times;U_{\mathrm{BIAS}}=\frac{R_{\mathrm{MOS}\_\mathrm{ON}}}{R_2+R_{\mathrm{MOS}\_\mathrm{ON}}}\&times;U_{\mathrm{BIAS}}<=1\mathrm{mV}---\left(2\right)$

其中，U_BIAS为音频功放输出的偏置电压；U_{HEADSET_POP}为音频功放打开时加在耳机上的偏置电压。在MOS管导通的情况下，当加在耳机上的偏置电压不超过1mV时，耳机功放打开或关断时，在0V～1mV之间的跳变在耳机上引起的POP音人耳听不到。

在MOS管关断的情况下，耳机功放工作时，加在耳机上的偏置电压U_{HEADSET_BIAS}计算如下：

$U_{\mathrm{HEADSET}\_\mathrm{BIAS}}=\frac{32}{32+R_1}\&times;U_{\mathrm{BIAS}}---\left(3\right)$

音频功放打开后，MOS管会缓慢从导通状态变成截止状态(其中U_GS电压会缓慢从U_GS(ON)降到U_GS(TH))，HS-HPH-R和HS-HPH-L的电压缓慢从0V变成U_{HEADSET_BIAS}；U_GS电压会缓慢从U_GS(ON)降到U_GS(TH)的时间为t_{MOS_OFF}，该时间等于HS-HPH-R和HS-HPH-L从0V变成U_{HEADSET_BIAS}所经历的时间。

在音乐播放完毕后、音频功放关闭前，MOS管会缓慢从截止状态变成导通状态(其中U_GS电压会缓慢从U_GS(TH)升到U_GS(ON))，HS-HPH-R和HS-HPH-L的电压会缓慢从U_{HEADSET_BIAS}变成U_{HEADSET_POP}；U_GS电压会缓慢从U_GS(OFF)升到U_GS(ON)的时间为t_{MOS_ON}，该时间等于HS-HPH-R和HS-HPH-L从U_{HEADSET_BIAS}变成U_{HEADSET_POP}所经历的时间。

HS-HPH-R和HS-HPH-L加在耳机的偏置电压上升过程或下降过程中引起POP音的带宽如下：

$\mathrm{BW}=\frac{0.35}{t_{\mathrm{rise}}}---\left(4\right)$

上式中，t_rise为加在耳机的偏置电压上升过程或下降过程所用的时间。由公式(4)可以看出，信号上升时间或者下降时间越长，信号的带宽越小，对应信号的频率越低；当信号的带宽小于20HZ时，人就感觉不不到信号变化的声音了，即消除了由于HS-HPH-L或HS-HPH-R上升或下降带来的POP音。

有公式(4)可以看出，可以增加MOS管的关断时间t_{MOS_OFF}和导通时间t_{MOS_ON}，进而增加HS-HPH-L或HS-HPH-R上升过程和下降过程的时间，减小音频功放打开或关闭产生的POP音的带宽，从而降低功放打开或关断产生POP音的响度。

电容R3、C3、U_GS(TH)、U_GS(ON)以及HEADSET_MUTE高电平的电压值决定了t_{MOS_OFF}和t_{MOS_ON}的数值。

如图7所示，利用MOSFET_MUTE消除CAPLESS耳机功放开关POP音的流程如下：

步骤1：耳机功放打开前，HEADSET_MUTE由低电平变成高电平，延时t_delay后，打开耳机功放；t_delay要保证耳机功放打开时MOS管已经处于导通状态，即耳机功放打开时U_GS≥U_GS(ON)；

步骤2：耳机音频功放打开时，MOS管处于导通状态，加在耳机喇叭上POP音信号幅度小于1mV，人耳听不到这么小的POP音；

步骤3：耳机功放打开后(开始播放音乐)，HEADSET_MUTE立刻由高电平变成低电平，U_GS电压就缓慢降低，MOS管的导通电阻缓慢增大，最后变成无穷大(处于截止状态)，HS-HPH-R和HS-HPH-L的电压缓慢从0V变成U_{HEADSET_BIAS}，音乐信号此时就可以通过耳机SPEAKER播放出来了；

步骤4：音乐播放完毕后，HEADSET_MUTE由低电平变成高电平，延时t_delay后，关闭耳机功放；t_delay要保证功放打开时MOS管已经处于导通状态，即耳机功放打开时U_GS≥U_GS(ON)；在这段延时时间内，MOS管就从截止状态缓慢变成导通状态，HS-HPH-R和HS-HPH-L的电压缓慢从U_{HEADSET_BIAS}变成U_{HEADSET_POP}；

步骤5：关闭耳机功放时，HS-HPH-R和HS-HPH-L的直流电压由U_{HEADSET_POP}(＜1mV)跳变到0V，由于跳变幅度非常小，人耳听不到POP音。

步骤6：关闭耳机功放后，立即把HEADSET_MUTE由高电平变成低电平，MOS管也缓慢从导通状态变成关断状态。

本发明还涉及一种消除CAPLESS音频功放POP音的方法，包括：在音频功放打开或关闭时，通过延长加在耳机上的偏置电压变化的时间，使音频功放打开或关断时产生的POP音的响度降低到人耳听觉范围之外。本方法可以通过上述实施例中的装置实现。

加在耳机上的偏置电压的变化时间根据以下公式获得；

$\mathrm{BW}=\frac{0.35}{t_{\mathrm{rise}}};$

其中，BW表示音频功放打开或关闭时，加在耳机的偏置电压上升过程或下降过程中产生POP音的带宽，单位为频率；t_rise表示加在耳机的偏置电压上升过程或下降过程所用的时间。

由上述实施例可以看出，本发明通过控制可控电阻模块来延长耳机上面直流偏置电压的上升时间或下降时间，即延长加在耳机上的偏置电压的变化时间，从而减小由耳机上直流偏置电压变化引起的POP音的带宽，使其频率降低到人耳听觉范围之外达到消除POP音的目的。

尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。

Claims (4)

1.一种消除CAPLESS音频功放POP音的装置，其特征在于，所述装置在音频功放与耳机之间设置可控电阻模块；所述可控电阻模块与所述耳机并联，并且，在所述耳机和所述音频功放之间设置有分压电阻模块；在音频功放打开或关闭时，通过控制所述可控电阻模块的阻值变化，来延长加在耳机上的偏置电压变化的时间，使音频功放打开或关断时产生的POP音的响度降低到人耳听觉范围之外。

2.如权利要求1所述的消除CAPLESS音频功放POP音的装置，其特征在于，所述可控电阻模块为场效应管、三极管或数字电位器。

3.一种消除CAPLESS音频功放POP音的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

在音频功放与耳机之间设置可控电阻模块，所述可控电阻模块与所述耳机并联，并且在所述耳机和所述音频功放之间设置分压电阻模块；

在音频功放打开或关闭时，通过控制所述可控电阻模块的阻值变化，来延长加在耳机上的偏置电压变化的时间；通过延长加在耳机上的偏置电压变化的时间，使音频功放打开或关断时产生的POP音的响度降低到人耳听觉范围之外。

4.如权利要求3所述消除CAPLESS音频功放POP音的方法，其特征在于，加在耳机上的偏置电压的变化时间根据以下公式获得；

$\mathrm{BW}=\frac{0.35}{t_{\mathrm{rise}}};$

其中，BW表示音频功放打开或关闭时，加在耳机的偏置电压上升过程或下降过程中产生POP音的带宽，单位为赫兹；t_rise表示加在耳机的偏置电压上升过程或下降过程所用的时间。