CN102595279B - 一种用于音频系统的抑制爆裂音的三级电源供应顺序电路 - Google Patents

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Abstract

本发明揭露出一种用于音频系统的抑制爆裂音的三级电源供应顺序电路。其主要的组成为第一电阻(R1)、电容(Cout)、第一开关(SW1)、第二开关(SW2)、平稳启动电路、第一反馈放大器及第二反馈放大器。使用此三级电源供应顺序电路可以在音频系统开启时有效地抑制爆裂音。

Description

一种用于音频系统的抑制爆裂音的三级电源供应顺序电路
技术领域
本发明关于一种抑制爆裂音的电路，更具体是指一种用于音频系统上的三级电源供应顺序电路，该电路具有平稳启动装置及二个相同的运算放大器。
背景技术
在许多音频系统中，音频装置的输出会透过电容器耦合到扬声器，一般称为直流阻断或交流耦合电容。通常，音频装置的输出是由音频信号及组合式直流补偿电压所组成。在开启音频装置之前，通过交流耦合电容的电压通常为零伏特。而当音频装置被开启后，该音频装置将交流耦合电容充电成为组合式直流补偿电压,而该交流耦合电容充电会产生出提升电压，该提升电压的频率部分一般都会在人类听觉范围内。这些频率部分通常使扬声器的输出产生出讨厌的噪音，该噪音在相关技术中通常称为滴答声(click)及爆裂声(pop)。同样地，当音频装置被关闭时，因为交流耦合电容充电衰减而使电压下降，此压降的频率部分通常也在人类听觉范围内。这些频率部分也将使扬声器的输出产生出讨厌的滴答声及爆裂声。最好的解释请参考以下的例子。
在其它的状况下也必须留意爆裂音。一种状况是发生在放大器的短暂电源关闭后。一般情况下，一个或多个电容器会耦合扬声器到音频放大器，并且维持直流组件可以从放大器输出并传递到扬声器。如果电源关闭时该电容器放电太快，将产生爆裂声，该爆裂声在可听见的频率范围内。相反地，如果在电源关闭时该电容器放电不完全，下次放大器的电源开启后，会不断对电容器充电，该涌入的电压将使扬声器发出爆裂音。
Naokawa的美国核准专利第5,537,081案的“不开启爆裂音的放大器”揭露出一种音频放大器电路，该音频放大器具有输入级，该输入级在零共模的输入电压下运作，以及输出级，用以提供低电压的电压摆幅voltage swing，来接近接地端的电压。此专利也揭露出一种分流电路系统用来将外部电容器放电，以防止电源供应上的残留电荷产生爆裂音。
Ghaffaripour的美国核准专利第5,642,074案的“音频瞬时抑制装置”揭露出一种在电源开启期间会先将放大器的回授电阻分流，且当放大器的参考信号端被充电到预定电压后，放大器的回授电阻即恢复，用以改变放大器的增益来降低爆裂音。
Dondale的美国核准专利第6,040,740案的“音频瞬时抑制装置”中揭露出一种用来衰减或抑制瞬时电压的方法，包含输出信号的输出节点的偏压步骤，如图1所示。该发明也包含了一个用来衰减放大器的瞬时装置，由开关来耦合放大器及偏压源的输出。其中该开关可控制放大器输出前的偏压，以提供放大音频信号。该开关的阻抗可以改变，用以衰减瞬时或抑制瞬时，并且可以使用阻抗装置来取代该开关。本发明为利用调整充电率或偏压节点来衰减或抑制瞬时，两者选一，而充电率及偏压电压二者都可以调整用来衰减或抑制瞬时。此专利为改变装置的闸极电压，进而改变装置的充电率以抑制爆裂音。
然而，为了减少爆裂音的发生，还是必须提供一种先进有效的方法。
发明内容
本发明实施例提供一种用于音频系统的抑制爆裂音的三级电源供应顺序电路，在音频系统开启时有效地抑制爆裂音。
本发明实施例采用如下技术方案：
一种用于音频系统的抑制爆裂音的三级电源供应顺序电路，其特征在于，包括：
第一电阻，其第一端具有V1电压，第二端具有Vout电压；
电容，其第一端与所述第一电阻的第二端的Vout电压电性连接以及第二端与第二电阻电性连接；
第一开关，包含第一端及第二端，其第二端与所述第一电阻的第一端的V1电压电性连接，用于控制电子信号的传递或阻断；
第二开关，包含第一端及第二端，其第二端与所述第一电阻的第一端的V1电压电性连接，用于控制电子信号的传递或阻断；
平稳启动装置，包含具有VREF SSD电压的输入端及具有Vo1电压的输出端，其输出端与所述第一开关的第一端电性连接，用于提供一小阶段内将特定电压提升；
第一反馈放大器，包含有：第一运算放大器，具有第一输入端及具有VREF OP1电压的第二输入端及具有VO2电压的输出端；第三电阻，具有Vin电压的第一端及第二端，其第二端与所述第一运算放大器的第一输入端电性连接；第四电阻，其第一端与所述第一运算放大器的第一输入端电性连接，以及其第二端与所述第一运算放大器的具有VO2电压的输出端电性连接；
第二反馈放大器，包含有：第二运算放大器，具有第一输入端及具有VREF OP2电压的第二输入端及具有VO3电压的输出端；第五电阻，具有Vin电压的第一端及第二端，其第二端与所述第二运算放大器的第一输入端电性连接；第六电阻，其第一端与第二运算放大器的第一输入端电性连接，以及第二端与所述第二运算放大器的具有VO3电压的输出端电性连接。
本发明实施例提供的用于音频系统的抑制爆裂音的三级电源供应顺序电路，包括：第一电阻、电容、第一开关、第二开关、平稳启动电路、第一反馈放大器及第二反馈放大器。因此，利用本发明实施例的技术方案，在音频系统开启时有效地抑制爆裂音。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术之一种现有技术用于音频系统的抑制爆裂音的电路示意图；
图2(a)(b)(c)分别为为本发明的不相同的平稳启动电路的示意图；
图3为本发明的一种用于音频系统的抑制爆裂音的三级电源供应顺序电路的示意图；
图4为本发明的一种用于音频系统的抑制爆裂音的三级电源供应顺序电路的操作流程示意图。
主要组件符号说明
100-三级电源供应顺序电路
110-Vin电压，111-第一电阻，112-Vout电压，113-电容，114-Vout’电压，115-第二电阻，116-第一开关，117-第二开关，118-V1电压
120-平稳启动电路，121-VREF SSD电压，122-Vo1电压
130-第一反馈放大器，131-第三电阻，132-VREF OP1电压，133-第一运算放大器，134-第四电阻，135-VO2电压
140-第二反馈放大器，141-第五电阻，142-VREF OP2电压，143-第二运算放大器，144-第六电阻，145-VO3电压
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了解本发明之精髓，请参阅图3所示，为本发明的一种用于音频系统的抑制爆裂音的三级电源供应顺序电路的第一实施例示意图。其中该电路100包含：第一电阻(R1)111、电容(Cout)113、第一开关(SW1)116、第二开关(SW2)117、平稳启动电路120、第一反馈放大器130及第二反馈放大器140。
在本实施例中，所有用于音频系统的抑制爆裂音的三级电源供应顺序电路100之装置都可以利用0.18μm、0.13μm、0.09μm、0.045μm、0.023μm、0.011μm或先进制程来实行。第一电阻(R1)111的第一端具有V1电压118，第二端具有Vout电压112。电容(Cout)113的第一端与所述第一电阻(R1)111的第二端的Vout电压112电性连接，以及第二端与第二电阻(R2)115电性连接。在本发明中，所述第二电阻(R2)115是被用来等效音频系统或扬声器。第一开关(SW1)116包含第一端及第二端，其第二端与所述第一电阻(R1)111的第一端的V1电压118电性连接，用于控制电子信号的传递或阻断。第二开关(SW2)117包含第一端及第二端，其第二端与所述第一电阻(R1)111的第一端的V1电压118电性连接，用于控制电子信号的传递或阻断。平稳启动装置120包含具有VREF SSD电压121的输入端及具有Vo1电压122的输出端，具有Vo1电压122的输出端与所述第一开关(SW1)116的第一端电性连接，用于提供一小阶段内将特定电压提升。
应当注意，前述第一开关(SW1)及第二开关(SW2)可以选择利用双极性接面晶体管(BJT)、异质接面双极性晶体管(HBT)、高电子迁移率晶体管(HEMT)、假晶高速电子移动晶体管(PHEMT)、互补金属氧化物半导体(CMOS)及平面二次扩散之金氧半场效晶体管(LDMOS)进行替代。
然而，在音频系统的抑制爆裂音的三级电源供应顺序电路100中使用所述平稳启动装置120最主要的目的是提供VREF电压到所述第一电阻(R1)111的第一端，如此可以更进一步的阻断突破电流的产生。一般而言，突破电流是在音频系统开启时的瞬间才会产生，除此之外，过高的突破电流也会让音频系统发出很大的爆裂音。所述平稳启动装置120可以是一对电阻及电容,或是一对电流源及电容，或是一个计数器，该计数器用于选择输出电压，或在一小阶段内将输出电压提升成为VREF电压，就如图2所示。
应当注意，前述电流源可以选择利用双极性接面晶体管(BJT)、异质接面双极性晶体管(HBT)、高电子迁移率晶体管(HEMT)、假晶高速电子移动晶体管(PHEMT)、互补金属氧化物半导体(CMOS)及平面二次扩散之金氧半场效晶体管(LDMOS)进行替代。
第一反馈放大器130，包含有：第一运算放大器(OP1)133，具有第一输入端及具有VREF OP1电压的第二输入端以及具有VO2电压的输出端；第三电阻(R3)131，具有Vin电压的第一端及第二端，其第二端与所述第一运算放大器(OP1)的第一输入端电性连接；第四电阻(R4)134，其第一端与所述第一运算放大器(OP1)的第一输入端电性连接，以及第二端与所述第一运算放大器(OP1)的具有VO2电压的输出端电性连接。
第二反馈放大器140，包含有：第二运算放大器(OP2)143，具有第一输入端及具有VREF OP2电压的第二输入端以及具VO3电压的输出端；第五电阻(R3’)141，具有Vin电压的第一端及第二端，其第二端与所述第二运算放大器(OP2)的第一输入端电性连接；第六电阻(R4’)，其第一端与第二运算放大器(OP2)的第一输入端电性连接，以及第二端与所述第二运算放大器(OP2)的具有VO3电压的输出端电性连接。
现在请再参阅图3所示，本发明的三级电源供应顺序电路100被解读为具有所述平稳启动装置120、所述第一电阻(R1)111及二个相同的反馈放大器，换句话说，就是所述第一反馈放大器130及所述第二反馈放大器140。下述说明为有效抑制爆裂音的三级电源供应顺序电路之运作方法。
刚开始，音频驱动器关闭，也就是说，Vin输入音频电压110为0V。设定VREF SSD电压121及VREF OP1电压132为VREF电压，用以准备启动所述平稳启动电路120，以及所述第一开关(SW1)116处于开启的状态。另一方面，所述平稳启动电路120、所述第二开关(SW2)117、所述第一运算放大器(OP1)133以及所述第二运算放大器(OP2)143则处于关闭的状态。
当音频驱动器开启时，所述第一开关(SW1)116、所述第二开关(SW2)117、所述平稳启动装置120、所述第一运算放大器(OP1)133及所述第二运算放大器(OP2)143的操作状态会产生爆裂音，并且形成本发明的电源供应顺序的三种状态。
电源供应顺序的第一种状态，所述第一开关(SW1)116、所述平稳启动装置120及所述第一运算放大器(OP1)133均处于开启的状态，而所述第二开关(SW2)117及所述第二运算放大器(OP2)143则处于关闭的状态。在此条件下，所述平稳启动装置120可以使所述电容(Cout)113由零电压慢慢地充电到VREF电压。同时所述第一运算放大器(OP1)133可以在第一运算放大器(OP1)133的输出端输出VREF电压，换句话说，VO2电压135等同于VREF电压。
电源供应顺序之第二种状态，所述第二开关(SW2)117及所述第一运算放大器(OP1)133均处于开启的状态，而所述第一开关(SW1)116、所述平稳启动装置120及所述第二运算放大器(OP2)143则处于关闭的状态。应当注意，所述第一开关(SW1)116的状态及所述第二开关(SW2)117会在同时间内被改变。由于Vout电压112的充电会通过所述第一电阻(R1)111，因此Vo1电压122及Vout电压112满足关系式:
Vout=Vin×(1-exp(-t/RC))  (1)
方程式(1)中的电阻值R是第一电阻之阻抗值(R1)111，以及方程式(1)中的电容值C是(Cout)电容113。此方程式(1)将造成Vo1电压122及Vo2电压135产生电位差。
为了减少所述平稳启动装置120的电容(Cout)113充电时间，电容(Cout)113的电容值及所述第一电阻(R1)111的电阻值满足关系式（假设设定误差值小于0.1VREF）：
ln(0.1)×R1×Cout≦-tmax  (2)
其中，tmax是指电源开启后的最大可接受的等候时间。
应当再进一步注意一件事，所述第一电阻(R1)111的阻抗值、所述第二电阻(R2)115的阻抗值R2、所述平稳启动电路120的具有VO1电压122的输出端及所述第一运算放大器(OP1)133的具有VO2电压135的输出端之间的电压差异，需要满足关系式：
(VO1-VO2)×R2/(R1+R2)≦Vmax  (3)
其中，Vmax是指第二电阻(R2)可以接受的最大交叉电压。第二电阻(R2)115Vmax可以接受的最大交叉电压可以是非常小的，小到能有效地使爆裂音很难被耳朵所听见。
电源供应顺序的第三种状态，所述第二开关(SW2)117及所述第二运算放大器(OP2)143均处于开启的状态，而所述第一开关(SW1)116、所述平稳启动装置120及所述第一运算放大器(OP1)133则处于关闭的状态。应当注意，所述第一运算放大器(OP1)133及所述第二运算放大器(OP2)143会在同时间内被改变。由于所述第一运算放大器(OP1)133及所述第二运算放大器(OP2)143是相同的，因此所述第一运算放大器(OP1)133的VO2电压135与所述第二运算放大器(OP2)143的VO3电压145的差异性非常小，此差异性小到很难被耳朵所听见。在此条件下，主要的音频信号可以依据第二运算放大器(OP2)143、电容(Cout)113以及第二电阻(R2)115来传递。
为了再进一步了解如上之叙述，请同时参阅图3及图4所示。图4是为本发明用于音频系统的抑制爆裂音的三级电源供应顺序电路100的操作流程示意图。在操作流程图内每一组件及装置可以很清楚被展开来。刚开始，由于音频驱动器是关闭的，所以没有任何的电压通过组件及装置。当音频驱动器开启后，该电源供应顺序形成三个状态：
第一状态内，依据图3的路径1所示，所述平稳启动装置120将(Cout)电容113充电,其中tmax电源开启的最大可接受的等候时间是由所述第一电阻(R1)111所主导。(Cout)电容113的电容值及第一电阻(R1)111的阻抗值满足方程式(2)之关系式。
在第二状态内，当第二开关(SW2)处于开启状态时，第一运算放大器(OP1)133会产生响应以传递突破电流。而平稳启动装置120的Vo1电压之输出端与第一运算放大器(OP1)133的Vo2电压135之输出端之间的电压差异所产生的爆裂音可以被第一电阻(R1)111及第二电阻(R2)115所产生的阻抗值有效地抑制。该平稳启动装置120的Vo1电压的输出端以及第一运算放大器(OP1)133的VO2电压135的输出端之间的电压差要满足方程式(3)之关系式。
在第三状态内，第二开关(SW2)会处于关闭状态，而第二运算放大器(OP2)143会被唤醒，以传递出不通过R1电阻111的音频信号。在此条件下，依照图3所示的路径3，主要是传递音频信号Vin110，而该音频信号Vin110并不会有爆裂音。
以上为本发明的较佳实施例以及电路图，惟较佳实施例以及电路图式仅是举例说明，并非用于限制本发明技艺的权利范围，凡以均等的技艺手段、或为下述申请专利范围内容所涵盖的权利范围而实施者，均不脱离本发明的范畴而为申请人的权利范围。

Claims (9)

1.一种用于音频系统的抑制爆裂音的三级电源供应顺序电路，其特征在于，包括：
第一电阻，其第一端具有V1电压，第二端具有Vout电压；
电容，其第一端与所述第一电阻的第二端的Vout电压电性连接以及第二端与第二电阻电性连接；
第一开关，包含第一端及第二端，其第二端与所述第一电阻的第一端的V1电压电性连接，用于控制电子信号的传递或阻断；
第二开关，包含第一端及第二端，其第二端与所述第一电阻的第一端的V1电压电性连接，用于控制电子信号的传递或阻断；
平稳启动装置，包含具有VREF SSD电压的输入端及具有Vo1电压的输出端，其输出端与所述第一开关的第一端电性连接，用于提供一小阶段内将特定电压提升；
第一反馈放大器，包含有：第一运算放大器，具有第一输入端、具有VREF OP1电压的第二输入端及具有VO2电压的输出端；第三电阻，具有Vin电压的第一端及第二端，其第二端与所述第一运算放大器的第一输入端电性连接；第四电阻，其第一端与所述第一运算放大器的第一输入端电性连接，以及其第二端与所述第一运算放大器的具有VO2电压的输出端电性连接；
第二反馈放大器，包含有：第二运算放大器，具有第一输入端、具有VREF OP2电压的第二输入端及具有VO3电压的输出端；第五电阻，具有Vin电压的第一端及第二端，其第二端与所述第二运算放大器的第一输入端电性连接；第六电阻，其第一端与第二运算放大器的第一输入端电性连接，以及第二端与所述第二运算放大器的具有VO3电压的输出端电性连接。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一开关及第二开关可以选择利用双极性接面晶体管、异质接面双极性晶体管、高电子迁移率晶体管、假晶高速电子移动晶体管、互补金属氧化物半导体及平面二次扩散之金氧半场效晶体管进行替代。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述平稳启动电路是一对电阻及电容。
4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述平稳启动电路是一对电流源及电容。
5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述平稳启动电路是一个计数器，用于在一小阶段内将输出电压提升。
6.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述电流源可以选择利用双极性接面晶体管、异质接面双极性晶体管、高电子迁移率晶体管、假晶高速电子移动晶体管、互补金属氧化物半导体及平面二次扩散之金氧半场效晶体管进行替代。
7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一电阻的阻抗值、所述第二电阻的阻抗值、所述平稳启动电路的VO1电压输出端以及所述第一运算放大器的VO2电压输出端之间的电压差异，满足：
(VO1-VO2)×R2/(R1+R2)≦Vmax的关系式，
其中，Vmax是指第二电阻可以接受之最大交叉电压。
8.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电容的电容值Cout及所述第一电阻的电阻值R1，满足：
ln(0.1)×R1×Cout≦-tmax的关系式，
其中，tmax是指电源开启后的最大可接受的等候时间。
9.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一反馈放大器及所述第二反馈放大器是相同的。
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