CN102195622A

CN102195622A - 脉冲密度调制方法和装置

Info

Publication number: CN102195622A
Application number: CN2011100582846A
Authority: CN
Inventors: 卢岑·卢德格斯·埃尔伯塔斯·亨德里克斯·多普
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2010-03-10
Filing date: 2011-03-08
Publication date: 2011-09-21
Also published as: EP2365634A1; US20110221540A1; US8681853B2; EP2365634B1

Abstract

脉冲密度调制PDM驱动器输出PDM流并且可以切换至控制令牌。当PDM流的第一积分具有比第一预定值小或与第一预定值相等的量值，并且PDM流的第二积分具有比第二预定值小或与第二预定值相等的量值时，进行此切换。

Description

脉冲密度调制方法和装置

技术领域

本发明涉及使用脉冲密度调制的装置和操作方法。

背景技术

当今具有数字输入接口的音频放大器是可用的。这种具有数字输入而不是模拟输入的音频放大器对干扰的更鲁棒。

对音频放大器使用数字输入的一个优点是输入与放大器之间的印刷电路板(PCB)的布局不像使用模拟输入时那么苛刻。第二优点是数模转换是在放大器侧而不是在更早的阶段(例如在音频处理器中)实现的。这减少了总系统成本，因为用于处理音频数据的处理器典型地是使用先进的CMOS工艺(CMOS90或更小)制造的，在CMOS工艺中，与在放大器侧需要的相同所需面积相比，模拟信号所需的面积较大。

在音频处理器中，一比特脉冲密度调制(PDM)流可以起源于一比特sigma-delta转换器，一比特sigma-delta转换器可以相对便宜。PDM流的好的示例是用在超级音频应用(SACD)中的直接流数字(DSD)流。该流是64倍的过采样一比特PDM流。

使用这种流的优点是，数模转换所需的内插和sigma delta调制是在音频处理器侧进行的。如果在放大器中进行这种内插，则这种内插需要大的芯片面积。

发明内容

根据本发明的方面，提供了根据权利要求1所述的方法。

通过在正确的时刻插入重复图案，使输出中的可听爆破声(pop)和嘀嗒声(click)最小化，所述正确的时刻是当第一积分和/或第二积分都为低时的时刻。

优选地，第一积分和第二积分都为低，以提供进一步减小的可听度。

在另一方面，本发明涉及根据权利要求7所述的装置。

附图说明

为了更好地理解本发明，现在将参考附图仅通过示例，对实施例进行描述。在附图中：

图1示出了通过数字接口与放大器相连接的音频处理器；

图2示出了根据本发明的实施例的通过在某时刻插入重复图案而引起的可听信号；

图3示出了根据比较示例的通过在某时插入重复图案而引起的可听信号；

图4示出了本发明的实施例的框图；

图5和图6示出了图4的实施例的两个组件的细节；以及

图7是方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了音频处理器2的设置，音频处理器2包含内插滤波器和sigma-delta模块4，内插滤波器和sigma-delta模块4沿着PDM接口总线6提供数据，PDM接口总线6由仅两条线构成：时钟线8和数据线10。使用数字数据来驱动放大器12，放大器12继而驱动扬声器14。

音频处理器2需要能够发送控制信号，其中通过总线6的上述两条线来发送控制信号。这使得不需要额外的控制总线线路。在PDM流中插入特殊的比特图案(pattern of bits)作为控制信号，以在放大器侧指示相应的功能。控制图案(control pattern)的示例是重复的11001100(0xCC)图案(pattern)，该图案用于将放大器设置为静音(mute)。该图案的音频内容在低频率上(＜20kHz)是零。有多个不同的图案可以具有零音频内容。放大器12可以识别不同的重复图案——这些不同图案用于表示不同的控制信号。控制信号也可以称作控制流。

音频重放的关键要求之一是当设置改变时防止可听的爆破声和嘀嗒声。问题出现在PDM音频信号与重复图案之间的转变处。如果不采取特别措施，在转变期间在放大器侧可以听到嘀嗒声或爆破声。这种嘀嗒声或爆破声可以称作“pop噪声”。

一种可能的简单的解决方案可以是在放大器侧存储一些样本(sample)，样本长度与控制图案的长度相等。然而，因为PDM流有时候产生与令牌相同的图案，所以重复图案需要足够长以防止错误触发(false triggering)。因此，重复图案的长度应当足够长，以减少错误触发的机会。合适的时间长度是大约666μs，如果时钟输入等于6.144MHz，则666μs与0x66图案的512次重复相对应。然而，在发送样本以驱动扬声器之前将这些样本存储在放大器中并不是好的解决方案，因为这会引起等待时间，等待时间对一些其他应用(例如噪声消除)来说太长。存储所有样本还需要额外的硅区域。

因此，方法取而代之地选择正确的时刻，以在正确的时刻插入重复图案，其中所述正确的时刻是当PDM不具有音频内容时的时刻。

可以实现这一操作的一个方式是：通过在插入重复图案之前在音频处理器处使用柔和静音序列(soft mute sequence)，来实现这一操作。然而，这种方法不足以防止爆破声和嘀嗒声。尽管PDM流的平均是零，但仍然需要选择正确的时刻来插入图案。

作为这些方法的替代，发明者已经意识到引入重复控制序列(也已知为令牌)的良好时机是当PDM流的第一积分和/或第二积分为零时。

图2示出了输出模拟音频信号(单位是V)中的的尖峰，该尖峰由于使用根据本发明的方法插入重复图案而引起的。在该示例中音频信号具有大约1mV的尖峰。这可以与图3的比较示例相对比，在图3的比较示例中在没有等待合适的时机的情况下插入重复图案——在这种情况下引入产生大约20倍高(即，大约20mV)的尖峰。

图4示出了音频处理器2中用于插入令牌的电路的框图。该电路具有三个输入：接收PDM流的电路PDM输入30、接收令牌流的电路令牌输入32，以及接收用于在PDM流与令牌流之间选择的信号的电路命令输入34。

开关36用于在流之间切换，开关36具有连接至电路PDM输入30的开关PDM输入38、连接至电路令牌输入32的开关令牌输入40、以及两个控制输入(即，插入令牌控制输入42和插入PDM控制输入44)。控制输入42、44上的信号使得开关在输出46上提供相应的信号。因此，一旦在插入令牌控制输入42上提供信号，开关就将开关令牌输入40上的信号输出至输出46。类似地，一旦在插入PDM控制输入44上提供信号，开关36就将开关PDM输入38上的信号输出至输出46。

命令逻辑(48，50，56)用于控制开关36。在PDM流与令牌流之间切换的时机(timing)由命令逻辑来调节(moderate)，命令逻辑包括两个附加控制单元：令牌插入控制单元48和PDM插入控制单元50，其中令牌插入控制单元48的输出连接至开关36的插入令牌控制输入42，PDM插入控制单元50的输出连接至插入PDM控制输入44。每个附加控制单元具有流输入52和命令输入54，其中流输入52连接至电路PDM控制输入30或电路令牌控制输入32，命令输入54连接至电路命令输入34。PDM控制单元50的命令输入54经由反相器56连接至电路命令输入34，而令牌插入控制单元48的命令输入54直接连接至电路命令输入34。

在备选实施例中，反相器56可以省略并由在这两个附加控制单元之一或两者内的修改的逻辑来取代。

图5示出了令牌插入控制单元50。第一积分器58的输入连接至流输入52，第二积分器60连接至第一积分器58。因此，第一积分器58计算PDM流的第一积分，第二积分器60计算第二积分。

在实施例中，积分器58和60都由加法器64、限制器(limiter)66和延迟68构成。限制器66抑制(reject)第一积分和第二积分的初始值。如果不抑制该初始值，积分可以具有偏移，偏移可以引起错误触发。

在所述实施例中，限制器将值限制为+1、0或-1。

逻辑62用于根据命令输入54上的合适输入，来检验何时两个积分都为零并且同时PDM为1。这时，令牌插入控制单元48向开关36的令牌控制输入42输出信号，这使得来自电路令牌输入32的令牌信号被插入并提供在输出46上。逻辑包括1检测器和两个零检测器，1检测器用于检测PDM流中的1，零检测器用于检测零输出，为每个积分器提供一个零检测器。使1检测器和两个零检测器的输出经过多输入AND门，以在输出46上输出信号。

图6示出了PDM插入控制单元48，所述PDM插入控制单元48用于切换回PDM流。在这种情况下，使用单个积分器58，单个积分器58同样具有加法器64、限制器66和延迟68。使积分器58的输出经过零检测器形式的逻辑62。利用AND门将零检测器的输出与命令输入上的命令相组合，以提供输出。

因此，仅当PDM流上的信号的第一积分和第二积分是零并且PDM流是1时，音频处理器才从PDM切换至令牌输出。仅当令牌流上的信号的第一积分为零时，音频处理器才从令牌切换至PDM输出。

实际上，当切换流时，一个积分器极大地减小爆破声或嘀嗒声的可听度，两个积分器通常足以提供几乎听不见的嘀嗒声。尽管在上述实施例中在PDM插入控制单元中有单个积分器和而在令牌插入控制单元50中有两个积分器，但任一控制单元可以包括一个或两个积分器。

在未示出的进一步改进中，获得PDM流的第三积分并且使用第三积分来选择正确的时刻。在这种情况下，PDM流的所有三个积分(第一积分、第二积分和第三积分)在插入令牌之前都是零。这进一步减小了任何爆破声或嘀嗒声的可听度。

上述实施例将积分器的输出限制为+1、0或-1并且在积分中选择零。然而，在一些应用中，可以执行具有更多比特的积分。这种实施例可以选择模数(modulus)小于第一预定值的第一积分和模数小于第二预定值的第二积分。可以基于应用来选择预定值，以确保在发送令牌之前的等待时期是适当的。

可以对上述实施例进行修改。

例如，上述实施例以硬件来实现上述功能性。然而，也可以以软件来实现上述功能。在这种情况下，将通用计算机编程为执行上述方法，即，通过在引入控制令牌之前识别何时PDM流的第一积分和第二积分为零来处理PDM流。

在这种情况下，计算机程序产品包含用于执行如图7所示方法的步骤的代码。输出PDM流，直到接收到切换至控制流的命令(步骤72)。然后，在步骤74中，程序等待，直到PDM流的第一积分和第二积分都为低，或者在特定实施例中，是零。在步骤76中，方法切换至输出控制流。

在将控制流上的控制信号输出之后，方法等待切换回PDM流的命令(步骤78)，等待令牌流的第一积分为零(步骤80)，然后切换回(步骤82)。

在实施例中，方法和装置用在类D音频应用中。方法和装置还可以与移动电话相结合使用。

Claims

1.一种操作脉冲密度调制PDM驱动器的方法，所述方法包括：

输出PDM流；

当PDM流的第一积分具有比第一预定值小和/或与第一预定值相等的量值时，切换至输出控制流。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，当PDM流的第一积分具有比第一预定值小和/或与第一预定值相等的量值，并且PDM流的第二积分具有比第二预定值小或与第二预定值相等的量值时，执行切换至输出控制流的步骤。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，每个预定值均是零。

4.根据权利要求1、2或3所述的方法，还包括当控制流的第一积分具有比第一预定值小或与第一预定值相等的量值时，切换回输出PDM流。

5.一种包括计算机程序代码的计算机程序产品，所述计算机程序代码被布置为当运行在计算机上时执行根据前述任一前述权利要求所述的方法的步骤。

6.根据权利要求5所述的计算机程序产品，其中所述计算机程序产品被记录在数据载体上。

7.一种脉冲密度调制PDM装置，包括：

开关(36)，被布置为在PDM流与控制流之间切换；以及

命令逻辑(48，50，56)，被布置为当PDM流的第一积分具有比第一预定值小或与第一预定值相等的量值时，控制开关(36)从脉冲密度调制流切换至控制流。

8.根据权利要求7所述的PDM装置，其中，命令逻辑(48，50，56)被布置为当PDM流的第一积分具有比第一预定值小或与第一预定值相等的量值，并且PDM流的第二积分具有比第二预定值小或与第二预定值相等的量值时，从脉冲密度调制流切换至控制流。

9.根据权利要求7或8所述的PDM装置，其中，第一预定值和第二预定值是零。

10.根据权利要求7、8或9所述的PDM装置，包括：

电路PDM输入(30)，连接至开关(36)和命令逻辑(48，50，56)，所述电路PDM输入(30)用于接收PDM流；

电路令牌输入(32)，连接至开关(36)和命令逻辑(48，50，56)，所述电路令牌输入(32)用于接收控制流；

控制输入(34)，连接至命令逻辑(48，50，56)，所述控制输入(34)用于控制命令逻辑。

11.根据权利要求10所述的PDM装置，其中，命令逻辑(48，50，56)包括：

PDM插入控制单元(50)，具有连接至电路令牌输入(32)的单元流输入(52)和连接至控制输入(34)的单元命令输入(54)，所述PDM插入控制单元(50)被布置为当控制流的第一积分具有比第一预定值小或与第一预定值相等的量值时，向开关(36)输出信号以从命令图案切换至脉冲密度调制流；以及

令牌插入控制单元(48)，具有连接至电路PDM输入(30)的单元流输入(52)和连接至控制输入(34)的单元命令输入(54)，所述令牌插入控制单元(48)被布置为当PDM流的第一积分具有比第一预定值小或与第一预定值相等的量值，并且PDM流的第二积分具有比第二预定值小或与第二预定值相等的量值时，向开关(36)输出信号以从脉冲密度调制流切换至命令图案。

12.根据权利要求11所述的PDM装置，其中

命令逻辑还包括反相器(56)；

PDM插入控制单元(48)和令牌插入控制单元(50)之一的单元命令输入(54)通过反相器(56)连接至控制输入(34)；以及

PDM插入控制单元(48)和令牌插入控制单元(50)中另一个的单元命令输入(54)直接连接至控制输入(34)。

13.根据权利要求11或12所述的PDM装置，其中，PDM插入控制单元(48)和令牌插入控制单元(50)分别都包括：第一积分器(58)，连接至单元PDM输入(52)；第二积分器(60)，连接至第一积分器(58)；以及逻辑(62)，连接至第一积分器(58)、第二积分器(60)和单元命令输入(54)。

14.根据权利要求13所述的PDM装置，其中，第一积分器(58)和第二积分器(60)分别都包括：加法器(64)；限制器(66)，连接至所述加法器的输出；以及单元延迟(68)，被布置为以一定的延迟将来自限制器(66)的信号反馈至加法器(64)。