CN102324895B - Pop噪声抑制电路及方法 - Google Patents

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Abstract

一种POP噪声抑制电路，包括一隔直电容、一与隔直电容相连的输出元件、一电流产生单元、一与电流产生单元相连的充电单元、一与电流产生单元相连的放电单元、一与充电单元及放电单元相连的开关单元及一连接于开关单元与隔直电容之间的功率放大单元，所述电流产生单元分别提供一缓慢上升的电流至充电单元及放电单元，所述开关单元切换充电单元与放电单元之间的工作，所述充电单元形成一先缓慢平滑增大再缓慢平滑减小的充电电流，所述放电单元形成一先缓慢平滑增大再缓慢平滑减小的放电电流，所述隔直电容中的电压在音频系统开机时平滑的上升，在音频系统关机时平滑的下降。本发明还提供一种POP噪声抑制方法。本发明能够有效抑制POP噪声。

Description

POP噪声抑制电路及方法
技术领域
本发明涉及一种音频处理电路及方法，尤指一种结构简单且能够抑制POP噪声的POP噪声抑制电路及方法。
背景技术
POP噪声是指音频系统中普遍存在的在开机与关机过程中产生的噪声。
在音频系统中，功率放大器驱动喇叭或耳机时常常要利用一个大电容作为隔直电容，在开机的时候需要将电容的电压冲至共模电平，而在关机的时候又需要将电容中的电压放至0，这样就容易在开机与关机的时候对喇叭或耳机造成冲击而形成POP噪声，而让敏感的耳朵很不舒服。因此，有必要提供一种能够有效抑制POP噪声的POP噪声抑制电路及方法。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种结构简单且能够抑制POP噪声的POP噪声抑制电路及方法。
一种POP噪声抑制电路，用于一音频系统中，所述POP噪声抑制电路包括一隔直电容及一与所述隔直电容相连的输出元件，所述POP噪声抑制电路还包括一电流产生单元、一与所述电流产生单元相连的充电单元、一与所述电流产生单元相连的放电单元、一与所述充电单元及所述放电单元相连的开关单元及一连接于所述开关单元与所述隔直电容之间的功率放大单元，所述电流产生单元分别提供一缓慢上升的电流至所述充电单元及所述放电单元，所述开关单元切换所述充电单元与所述放电单元之间的工作，所述充电单元形成一先缓慢平滑增大后缓慢平滑减小的充电电流，所述放电单元形成一先缓慢平滑增大后缓慢平滑减小的放电电流，所述隔直电容中的电压在所述音频系统开机时平滑的上升，在所述音频系统关机时平滑的下降。
一种POP噪声抑制方法，用于一音频系统中，所述POP噪声抑制方法包括以下步骤：
在开机的时候，一开关单元将一放电单元断开，一充电单元开始工作；
将所述充电单元通过所述开关单元连接至一具有单位增益结构的功率放大单元；
一电流产生单元提供一缓慢平滑上升的第一电流至所述充电单元，所述充电单元根据所述第一电流形成一先缓慢平滑增大而后缓慢平滑减小的充电电流，所述功率放大单元的输入电压随着所述充电电流的变化缓慢平滑的上升，所述功率放大单元输出一缓慢平滑上升的电压至一隔直电容中；及
所述隔直电容中的电压缓慢平滑的上升，一与所述隔直电容相连的输出元件输出正常的音频信号。
相对现有技术，本发明POP噪声抑制电路及方法在开机时可以使得隔直电容中的电压缓慢平滑的上升，在关机时使得隔直电容中的电压缓慢平滑的下降，结构简单且能够有效抑制音频系统在开关机的时候形成的POP噪声。
附图说明
图1为本发明POP噪声抑制电路较佳实施方式的系统框图。
图2为本发明POP噪声抑制电路较佳实施方式的电路图。
图3为本发明POP噪声抑制电路较佳实施方式中运算放大器的电路图。
图4为本发明POP噪声抑制电路较佳实施方式中充电电流及放电电流的波形图。
图5为本发明POP噪声抑制电路较佳实施方式中隔直电容的电压波形图。
图6为本发明POP噪声抑制方法较佳实施方式的流程图。
具体实施方式
请参阅图1，本发明POP噪声抑制电路较佳实施方式包括一电流产生单元、一与该电流产生单元相连的充电单元、一与该电流产生单元相连的放电单元、一与该充电单元及该放电单元相连的开关单元、一与该开关单元相连的功率放大单元、一与该功率放大单元相连的隔直电容CAC及一与该隔直电容相连的输出元件。
请同时参阅图2，在本实施方式中，该开关单元包括一第一场效应管M1及一第二场效应管M2，该输出元件为一喇叭SPEAKER。该电流产生单元包括一第三场效应管M3、一第四场效应管M4、一第五场效应管M5、一第六场效应管M6、一第七场效应管M7、一第八场效应管M8、一第九场效应管M9、一参考电流源I                                                
Figure 2011101827342100002DEST_PATH_IMAGE001
、一第一电阻R1及一第一电容C1。该充电单元包括一运算放大器BUFFER及一滤波电容CVCM。该放电单元包括一第十场效应管M10及一第十一场效应管M11，该放电单元也包括该第二场效应管M2及该滤波电容CVCM。该功率放大单元包括一功率放大器HP、一第二电阻R2、一第三电阻R3及一第十二场效应管M12。
该电流产生单元用于给该充电单元提供一个缓慢平滑上升的第一电流I1，并给该放电单元提供一个缓慢平滑上升的第二电流I2；该充电单元用于给该滤波电容CVCM进行充电，并形成一先缓慢平滑增大后缓慢平滑减小的充电电流ICH；该放电单元用于给该滤波电容CVCM进行放电，并形成一先缓慢平滑增大后缓慢平滑减小的放电电流IDIS；该开关单元用于切换该充电单元与该放电单元之间的工作；该功率放大单元用于驱动该喇叭SPEAKER，以使得该喇叭SPEAKER能够正常工作；该隔直电容CAC用于隔离直流信号，仅允许音频信号通过。
本发明POP噪声抑制电路较佳实施方式的具体电路连接关系如下：该电流产生单元中的第三场效应管M3的栅极、源极与该第四场效应管M4的栅极共同连接该参考电流源I
Figure 797460DEST_PATH_IMAGE001
的一端，该参考电流源I的另一端接地。该第四场效应管M4的源极连接该第九场效应管M9的漏极、该第八场效应管M8的栅极及该第一电容C1的正端，该第八场效应管M8的漏极、该第五场效应管M5的栅极、源极、该第六场效应管M6的栅极及该第七场效应管M7的栅极共同相连。该第八场效应管M8的源极与该第一电阻R1的一端相连，该第九场效应管M9的栅极连接一第一电压端C_DIS_F，该第九场效应管M9的源极、该第一电容C1的负端及该第一电阻R1的另一端共同接地。该第三场效应管M3的漏极、该第四场效应管M4的漏极、该第五场效应管M5的漏极、该第六场效应管M6的漏极及该第七场效应管M7的漏极共同连接一电源端AVD。该第七场效应管M7的源极与该充电单元中运算放大器BUFFER的一电源控制端IB相连，并输出第一电流I1至该充电单元，该第六场效应管M6的源极与该放电单元中第十场效应管M10的栅极、漏极相连，并输出第二电流I2至该放电单元。该运算放大器BUFFER的一正相输入端IP与一参考电压端V相连，该运算放大器BUFFER的一反相输入端IN与该运算放大器BUFFER的一输出端OUT相连。该运算放大器BUFFER的输出端OUT与该第一场效应管M1的源极相连，该第一场效应管M1的栅极连接一第二电压端UP，该第一场效应管M1的漏极与该第二场效应管M2的漏极、该功率放大器HP的一正相输入端及该滤波电容CVCM的正端共同相连。该第十场效应管M10的源极、该第十一场效应管M11的源极及该滤波电容CVCM的负端共同接地。该第二场效应管M2的栅极连接一第三电压端DOWN，该第二场效应管M2的源极与该第十一场效应管M11的漏极相连。该第二电阻R2的一端连接一音频输入端LINEIN，该第十二场效应管M12的栅极连接一静音控制端MUTE，该第十二场效应管M12的源极、该第三电阻R3的一端及该第二电阻R2的另一端共同连接该功率放大器HP的一反相输入端，该第十二场效应管M12的漏极、该第三电阻R3的另一端及该功率放大器HP的一输出端共同连接该隔直电容CAC的一端，该隔直电容CAC的另一端与该喇叭SPEAKER相连。
请参阅图3，图3为本发明POP噪声抑制电路较佳实施方式的充电单元中运算放大器BUFFER内部的电路结构图，其包括一第十三场效应管M13、一第十四场效应管M14、一第十五场效应管M15、一第十六场效应管M16、一第十七场效应管M17、一第十八场效应管M18、一第十九场效应管M19、一第二十场效应管M20、一第二十一场效应管M21及一第二十二场效应管M22。其具体连接关系如下：该第十三场效应管M13的栅极连接该反相输入端IN，该第十四场效应管M14的栅极连接该正相输入端IP，该第十三场效应管M13与该第十四场效应管M14的源极共同连接该电源控制端IB。该第十三场效应管M13的漏极与该第二十场效应管M20的源极及该第二十二场效应管M22的漏极相连，该第十四场效应管M14的漏极与该第十九场效应管M19的源极及该第二十一场效应管M21的漏极相连。该第十五场效应管M15的栅极、该第十六场效应管M16的栅极、该第十七场效应管M17的漏极与该第十九场效应管M19的漏极共同相连，该第十五场效应管M15的源极与该第十六场效应管M16的源极共同连接电源端AVD，该第十五场效应管M15的漏极与该第十七场效应管M17的源极相连，该第十六场效应管M16的漏极与该第十八场效应管M18的源极相连，该第十七场效应管M17的栅极与该第十八场效应管M18的栅极相连。该第十九场效应管M19的栅极与该第二十场效应管M20的栅极相连，该第二十一场效应管M21的栅极与该第二十二场效应管M22的栅极相连，该第二十一场效应管M21的源极与该第二十二场效应管M22的源极共同接地。该第十八场效应管M18的漏极与该第二十场效应管M20的漏极共同连接该输出端OUT。
本发明POP噪声抑制电路的工作原理分析如下：
为了抑制POP噪声，我们需要在开机时使得隔直电容CAC中的电压缓慢平滑的上升，在关机时使得隔直电容CAC中的电压缓慢平滑的下降，即呈现如图5所示的S型和反S型。
在本发明POP噪声抑制电路中，当充电单元工作的时候，该第一电压端C_DIS_F为低电平，该第九场效应管M9断开，此时该第一电容C1的正端电压VG为低电平，由该参考电流源I
Figure 306174DEST_PATH_IMAGE001
对该第一电容C1进行充电使正端电压VG缓慢平滑上升，从而在该第五场效应管M5与该第八场效应管M8之间形成一电流I0，其值为（VG-）/R1，由于电压VG是缓慢平滑上升的，因此电流I0为一缓慢平滑上升的电流，由于该第七场效应管M7为该第五场效应管的镜像，因此便产生了缓慢平滑上升的第一电流I1；由于该第六场效应管M6也为该第五场效应管的镜像，因此便产生了缓慢平滑上升的第二电流I2。
当放电单元工作的时候，该第一电压端C_DIS_F先设置为高电平，该第九场效应管M9将该第一电容C1的电压放为0，然后再将该第一电压端C_DIS_F设置为低电平，关闭该第九场效应管M9，同时该参考电流源I
Figure 174904DEST_PATH_IMAGE001
开始对该第一电容C1进行充电，同样产生缓慢平滑上升的第一电流I1和第二电流I2。
在开机和关机的时候需要将该POP噪声抑制电路设置成静音模式，即将该静音控制端MUTE设置为高电平，则此时该功率放大器HP为单位增益结构。
在开机的时候，该第二电压端UP为高电平，该第一场效应管M1闭合，该第三电压端DOWN为低电平，该第二场效应管M2断开，则该充电单元开始工作，放电单元断开。此时，该运算放大器BUFFER为单位增益结构，且输入至该充电单元的第一电流I1为一个缓慢而平滑上升的电流。该运算放大器BUFFER的正相输入端IP输入一共模电压，反相输入端IN的输入为该滤波电容CVCM的正端，该滤波电容CVCM上的电压在开机之前已经为0，因而此时该运算放大器BUFFER处于开路状态，则I3=I1，I4=0，所以充电电流ICH=I3-I4=I1，即ICH开始为一缓慢而平滑上升的电流，随着该滤波电容CVCM上的电压逐渐接近参考电压端V
Figure 365452DEST_PATH_IMAGE002
输入的共模电压，此时I4逐渐建立，这样ICH会逐渐减小而形成一缓慢而平滑下降的电流。因此形成如图4所示的先缓慢平滑增大而后缓慢平滑减小的充电电流，由于该功率放大器HP为单位增益结构，即输出随着输入的变化而变化，则该隔直电容CAC中的电压变化与该功率放大器HP的正相输入端的电压变化成正比例关系，又因为该功率放大器HP的正相输入端的电压变化随着该充电电流的变化而缓慢的变化，因此在开机的时候，该隔直电容CAC中的电压呈现上升的S型曲线。
在关机的时候，该第二电压端UP为低电平，该第一场效应管M1断开，该第三电压端DOWN为高电平，该第二场效应管M2闭合，则该充电单元断开，该放电单元开始工作。此时，该第二场效应管M2的栅极电压为高电平，将该第十一场效应管M11镜像该第二电流I2，该第二电流I2为一缓慢平滑上升的电流，由于该第十一场效应管M11的漏极电压为共模电压，处于饱和区，因此该放电电流IDIS就等于该第二电流I2。随着该滤波电容CVCM上的电压逐渐被放掉，该第十一场效应管M11上漏极与源级之间的电压VDS也逐渐减小，这也会使得放电电流IDIS逐步减小，因此也形成如图4所示的先缓慢平滑增大而后缓慢平滑减小的放电电流，由于该功率放大器HP为单位增益结构，即输出随着输入的变化而变化，则该隔直电容CAC中的电压变化与该功率放大器HP的正相输入端的电压变化成正比例关系，又因为该功率放大器HP的正相输入端的电压变化随着该充电电流的变化而缓慢的变化，因此在关机的时候，该隔直电容CAC中的电压呈现下降的反S型曲线。
请参阅图6，本发明POP噪声抑制方法较佳实施方式包括以下步骤：
步骤一，在开机的时候，开关单元将放电单元断开，充电单元开始工作。
步骤二，将充电单元通过开关单元连接至具有单位增益结构的功率放大单元，使得功率放大单元的输入电压随着充电电流ICH的变化缓慢平滑的上升。
步骤三，电流产生单元提供缓慢平滑上升的第一电流I1至充电单元，充电单元给滤波电容CVCM充电，并根据第一电流I1形成先缓慢平滑增大而后缓慢平滑减小的充电电流ICH，同时功率放大单元输出缓慢平滑上升的电压至隔直电容CAC中。
步骤四，隔直电容CAC中的电压缓慢平滑的上升，使得输出元件输出正常的音频信号。
步骤五，在关机的时候，开关单元将充电单元断开，放电单元开始工作。
步骤六，将放电单元通过开关单元连接至具有单位增益结构的功率放大单元，使得功率放大单元的输入电压随着放电电流IDIS的变化缓慢平滑的下降。
步骤七，电流产生单元提供缓慢平滑上升的第二电流I2至放电单元，放电单元给滤波电容CVCM放电，并根据第二电流I2形成先缓慢平滑增大而后缓慢平滑减小的放电电流IDIS，同时功率放大单元输出缓慢平滑下降的电压至隔直电容CAC中。
步骤八，隔直电容CAC中的电压缓慢平滑的下降，使得输出元件输出正常的音频信号。
其中，步骤一至步骤四为开机时执行的步骤，步骤五至步骤八为关机时执行的步骤，因此可以根据需要将开机时执行的步骤与关机时执行的步骤做相应的对调。
本发明POP噪声抑制电路及方法在开机时可以使得隔直电容CAC中的电压缓慢平滑的上升，在关机时使得隔直电容CAC中的电压缓慢平滑的下降，结构简单且能够有效抑制音频系统在开关机的时候形成的POP噪声。

Claims (10)

1.一种POP噪声抑制电路，用于一音频系统中，所述POP噪声抑制电路包括一隔直电容及一与所述隔直电容相连的输出元件，其特征在于：所述POP噪声抑制电路还包括一电流产生单元、一与所述电流产生单元相连的充电单元、一与所述电流产生单元相连的放电单元、一与所述充电单元及所述放电单元相连的开关单元及一连接于所述开关单元与所述隔直电容之间的功率放大单元，所述电流产生单元分别提供一缓慢上升的电流至所述充电单元及所述放电单元，所述开关单元切换所述充电单元与所述放电单元之间的工作，所述充电单元形成一先缓慢平滑增大后缓慢平滑减小的充电电流，所述放电单元形成一先缓慢平滑增大后缓慢平滑减小的放电电流，所述隔直电容中的电压在所述音频系统开机时平滑的上升，在所述音频系统关机时平滑的下降。
2.如权利要求1所述的POP噪声抑制电路，其特征在于：所述电流产生单元包括一第三场效应管、一第四场效应管、一第五场效应管、一第六场效应管、一第七场效应管、一第八场效应管、一第九场效应管、一参考电流源、一第一电阻及一第一电容，所述第三场效应管的栅极、源极与所述第四场效应管的栅极共同连接所述参考电流源的一端，所述参考电流源的另一端接地，所述第四场效应管的源极连接所述第九场效应管的漏极、所述第八场效应管的栅极及所述第一电容的正端，所述第八场效应管的漏极、所述第五场效应管的栅极、源极、所述第六场效应管的栅极及所述第七场效应管的栅极共同相连。
3.如权利要求2所述的POP噪声抑制电路，其特征在于：所述第八场效应管的源极与所述第一电阻的一端相连，所述第九场效应管的栅极连接一第一电压端，所述第九场效应管的源极、所述第一电容的负端及所述第一电阻的另一端共同接地，所述第三场效应管的漏极、所述第四场效应管的漏极、所述第五场效应管的漏极、所述第六场效应管的漏极及所述第七场效应管的漏极共同连接一电源端。
4.如权利要求2或3所述的POP噪声抑制电路，其特征在于：所述充电单元包括一运算放大器及一滤波电容，所述第七场效应管的源极与所述运算放大器的一电源控制端相连，所述运算放大器的一正相输入端与一参考电压端相连，所述运算放大器的一反相输入端与所述运算放大器的一输出端相连。
5.如权利要求4所述的POP噪声抑制电路，其特征在于：所述开关单元包括一第一场效应管及一第二场效应管，所述放电单元包括一第十场效应管及一第十一场效应管，所述第六场效应管的源极与所述第十场效应管的栅极、漏极相连，所述运算放大器的输出端与所述第一场效应管的源极相连，所述第一场效应管的栅极连接一第二电压端。
6.如权利要求5所述的POP噪声抑制电路，其特征在于：所述第十场效应管的源极、所述第十一场效应管的源极及所述滤波电容的负端共同接地，所述第二场效应管的栅极连接一第三电压端，所述第二场效应管的源极与所述第十一场效应管的漏极相连。
7.如权利要求6所述的POP噪声抑制电路，其特征在于：所述功率放大单元包括一功率放大器、一第二电阻、一第三电阻及一第十二场效应管，所述第一场效应管的漏极与所述第二场效应管的漏极、所述功率放大器的一正相输入端及所述滤波电容的正端共同相连，所述第二电阻的一端连接一音频输入端，所述第十二场效应管的栅极连接一静音控制端，所述第十二场效应管的源极、所述第三电阻的一端及所述第二电阻的另一端共同连接所述功率放大器的一反相输入端，所述第十二场效应管的漏极、所述第三电阻的另一端及所述功率放大器的一输出端共同连接所述隔直电容的一端，所述隔直电容的另一端与所述输出元件相连。
8.一种POP噪声抑制方法，用于一音频系统中，所述POP噪声抑制方法包括以下步骤：
在开机的时候，一开关单元将一放电单元断开，一充电单元开始工作；
将所述充电单元通过所述开关单元连接至一具有单位增益结构的功率放大单元；
一电流产生单元提供一缓慢平滑上升的第一电流至所述充电单元，所述充电单元根据所述第一电流形成一先缓慢平滑增大而后缓慢平滑减小的充电电流，所述功率放大单元的输入电压随着所述充电电流的变化缓慢平滑的上升，所述功率放大单元输出一缓慢平滑上升的电压至一隔直电容中；及
所述隔直电容中的电压缓慢平滑的上升，一与所述隔直电容相连的输出元件输出正常的音频信号。
9.如权利要求8所述的POP噪声抑制方法，其特征在于：所述POP噪声抑制方法还包括以下步骤：
在关机的时候，所述开关单元将所述充电单元断开，所述放电单元开始工作；
将所述放电单元通过所述开关单元连接至所述具有单位增益结构的功率放大单元；
所述电流产生单元提供一缓慢平滑上升的第二电流至所述放电单元，所述放电单元根据所述第二电流形成一先缓慢平滑增大而后缓慢平滑减小的放电电流，所述功率放大单元的输入电压随着所述放电电流的变化缓慢平滑的下降，所述功率放大单元输出一缓慢平滑下降的电压至所述隔直电容中；及
所述隔直电容中的电压缓慢平滑的下降，所述输出元件输出正常的音频信号。
10.如权利要求9所述的POP噪声抑制方法，其特征在于：所述充电单元通过给一滤波电容进行充电形成所述充电电流，所述放电单元通过给所述滤波电容进行放电形成所述放电电流。
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