CN103594108A - 音频播放系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种音频播放系统，包括依次连接的N位的存储器、数模转换器、低通音频功率放大器及驱动负载，其中音频播放系统，还包括失调消除电路，失调消除电路分别与N位的存储器的输出端、数模转换器的输入端、数模转换器的输出端及低通音频功率放大器的输出端连接，失调消除电路记录并存储数模转换器及低通音频功率放大器的固有失调电压信息，且失调消除电路将两失调电压信息与N位的存储器输出的N位的音频信号进行运算后输入数模转换器。本发明的音频播放系统可以有效的消除数模转换器及低通音频功率放大器的固有失调电压，而使音频播放系统在静态工作模式下，驱动负载上没有直流电流流过，避免了直流电流对驱动负载的影响，提高了音频播放系统应用时的可靠性。

Description

音频播放系统

技术领域

本发明涉及集成电路领域，更具体地涉及一种音频播放系统。

背景技术

传统的音频播放系统的主要是由依次连接的N位的存储设备、数模转换器（DAC）、音频功率放大器和驱动负载构成。其工作过程是：N位的存储设备中存储有N位的音频信号，N位的音频信号送至数模转换器转换成具有连续函数特性的模拟音频信号，再把转换后的模拟音频信号通过低通音频功率放大器，对模拟信号进行低通滤波，同时进行信号放大，并把放大后的信号传输至驱动负载（驱动负载通常为喇叭），进而转换成音乐或其它音频信号输出。

但是在上述传统的音频播放系统的实际应用中，在没有音频信号输入至系统时，整个系统偏置在直流工作模式下（即静态模式）；而如果驱动负载有直流电流通过，会严重影响其寿命。而这种对喇叭有损害的直流电流的产生主要是由于数模转换器的直流失调和低通音频功率放大器的固有失调电压导致。因为数模转换器的固有失调电压经过低通音频功率放大器放大，而低通音频功率放大器的固有失调电压同样会通过其本身放大，两个放大后的失调电压叠加后加载到驱动负载上，会造成在喇叭在静态工作时一直有直流电流的存在，影响其寿命。

因此，有必要提供一种改进的音频播放系统，以减少或消除直流失调对驱动负载的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种音频播放系统，本发明的音频播放系统可以有效的消除数模转换器及低通音频功率放大器的固有失调电压，而使音频播放系统在静态工作模式下，驱动负载上没有直流电流流过，避免了直流电流对驱动负载的影响，提高了音频播放系统应用时的可靠性。

为实现上述目的，本发明提供一种音频播放系统，包括依次连接的N位的存储器、数模转换器、低通音频功率放大器及驱动负载，其中所述音频播放系统，还包括失调消除电路，所述失调消除电路分别与所述N位的存储器的输出端、数模转换器的输入端、数模转换器的输出端及低通音频功率放大器的输出端连接，所述失调消除电路记录并存储所述数模转换器及低通音频功率放大器的固有失调电压信息，且所述失调消除电路将两所述失调电压信息与所述N位的存储器输出的N位的音频信号进行运算后输入所述数模转换器。

较佳地，所述失调消除电路包括M位的模数转换器、M-N译码器、EPROM及逻辑组合单元，所述M位的模数转换器分别与所述数模转换器的输出端及低通音频功率放大器的输出端连接，以将所述数模转换器及低通音频功率放大器的固有失调电压分别转换成M位的失调数字电压信号；所述M-N译码器分别与所述M位的模数转换器及EPROM连接，所述M-N译码器将所述M位的模数转换器输出的M位失调数字电压信号译码为N位失调数字电压信号；所述EPROM存储所述M-N译码器输出的N位失调数字电压信号及与低通音频功率放大器放大系数相关的比例系数，所述逻辑组合单元将N位失调数字电压信号与所述比例系数进行组合逻辑运算，并与所述N位的存储器输出的音频信号进行逻辑运算后输入所述数模转换器，以使输入所述数模转换器的音频信号中携带有所述数模转换器与低通音频功率放大器的固有失调电压信息。

较佳地，所述音频播放系统还包括第一开关、第二开关及第三开关，所述第一开关的两端连接于所述低通音频功率放大器的全差分放大器的两输入端，所述第二开关与第三开关均一端与所述M位的模数转换器连接，另一端与所述低通音频功率放大器的全差分放大器的输出端连接。

较佳地，所述音频播放系统还包括第四开关及第五开关，所述第四开关与第五开关均一端与所述M位的模数转换器连接，另一端与数模转换器的输出端连接。

较佳地，所述第二开关及第三开关同时闭合且同时断开，所述第四开关与第五开关同时闭合且同时断开。

较佳地，当所述第二开关与第四开关任一个处于闭合状态时，所述第一开关处于闭合状态，且在任何时刻所述第二开关与第四开关中至少一个处于断开状态。

较佳地，当有音频信号输入所述音频播放系统时，所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关及第五开关均断开。

与现有技术相比，本发明的音频播放系统由于所述失调消除电路分别与所述数模转换器的输出端及低通音频功率放大器的输出端连接，所述失调消除电路记录并存储所述数模转换器及低通音频功率放大器的固有失调电压信息，且所述失调消除电路将两所述失调电压信息与所述N位的存储器输出的N位的音频信号进行运算后输入所述数模转换器；从而当所述音频播放系统工作时，使最终的音频信号中包含有一定的数字失调电压，此数字失调电压在音频播放系统的正常工作过程中，可以抵消掉数模转换器及低通音频功率放大器的固有失调；因此本发明的音频播放系统，在静态工作时，没有失调电压加载于驱动负载上，有效消除了静态工作时直流电流对驱动负载的影响，提高了音频播放系统应用时的可靠性。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明。

附图说明

图1为传统音频播放系统的结构框图。

图2为本发明音频播放系统的结构框图。

图3为本发明音频播放系统的电路结构图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，本发明提供了一种音频播放系统，本发明的音频播放系统可以有效的消除数模转换器及低通音频功率放大器的固有失调电压，而使音频播放系统在静态工作模式下，驱动负载上没有直流电流流过，避免了直流电流对驱动负载的影响，提高了音频播放系统应用时的可靠性。

请参考图2，图2为本发明音频播放系统的结构框图。如图所示，所述音频播放系统包括依次连接的N位的存储器、数模转换器、低通音频功率放大器及驱动负载，且还包括分别与所述N位的存储器的输出端、数模转换器的输入端、数模转换器的输出端及低通音频功率放大器的输出端连接的失调消除电路；其中，N位的存储设备中存储有N位的音频信号，数模转换器（DAC）将N位解码后的音频信号转换成具有连续函数特性的模拟音频信号，低通音频功率放大器将转换后的模拟音频信号进行低通滤波并进行信号放大，且将放大后的信号传输至驱动负载（驱动负载通常为喇叭），驱动负载将输入的信号转换成音乐或其它音频信号输出；而所述失调消除电路在没有音频信号输入时（也即音频播放系统未正常工作时）存储并记录所述数模转换器及低通音频功率放大器的固有失调电压信息，而当有音频信号输入后，所述失调消除电路将两所述失调电压信息与所述N位的存储器输出的N位的音频信号进行运算后输入所述数模转换器；另外，所述失调消除电路包括M位的模数转换器、M-N译码器、EPROM及逻辑组合单元，所述M位的模数转换器分别与所述数模转换器的输出端及低通音频功率放大器的输出端连接，以将所述数模转换器及低通音频功率放大器的固有失调电压分别转换成M位的失调数字电压信号；所述M-N译码器分别与所述M位的模数转换器及EPROM连接，所述M-N译码器将所述M位的模数转换器输出的M位的失调数字电压信号译码为N位的失调数字电压信号；所述EPROM存储所述M-N译码器输出的N位失调数字电压信号及与低通音频功率放大器放大系数相关的比例系数，所述逻辑组合单元将N位失调数字电压信号与所述比例系数进行组合逻辑运算，并与所述N位的存储器输出的音频信号进行逻辑运算后输入所述数模转换器，以使输入所述数模转换器的音频信号中携带有所述数模转换器与低通音频功率放大器的固有失调电压信息。

具体地，请再结合参考图3，所述低通音频功率放大器包括电阻R1、R2，开关S11、S12，变阻器Rf1、Rf2，电容C1、C2及全差分放大器OP，且R1=R2，Rf1=Rf2，C1=C2；其中，各器件的连接关系如图3所示，而各器件的功能作用均为本领域技术人员所熟知，在此不再详细描述。且，所述低能音频功率计算器的固有失调电压即为其全差分放大器OP的固有失调电压，另定义所述数模转换器的固有失调电压为Vos1，定义所述全差分放大器OP固的失调电压为Vos2，且为等效在全差分放大器OP正向输入端的电压，如图3所示；众所周知地，所述全差分放大器OP的输入端的电压与其输出端的电压完全相同，也使得全差分放大器OP的输出端的失调电压即为其输入端的失调电压，也为Vos2。所述音频播放系统还包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4及第五开关S5。所述第一开关S1的两端连接于所述全差分放大器OP的两输入端，所述第二开关S2与第三开关S3均一端与所述M位的模数转换器连接，另一端与驱动负载的输入端（即全差分放大器OP的输出端）连接；且，所述第二开关S2及第三开关S3同时闭合且同时断开，当所述第一开关S1、第二开关S2及第三开关S3均闭合时，所述M位的数模转换器即可将所述全差分放大器OP的固有失调电压Vos2转换成M位的失调数字电压信号，并经过所述M-N译码器后转换成N位的失调数字电压信号而存储于所述EPROM中。所述第四开关S4与第五开关S5均一端与所述M位的模数转换器连接，另一端与数模转换器的输出端连接，且所述第四开关S4与第五开关S5同时闭合且同时断开；当所述第一开关S1、第四开关S4与第五开关S5均闭合时，所述M位的数模转换器即可将所述数模转换器的固失调电压Vos1转换成M位的失调数字电压信号，并经过所述M-N译码器后转换成N位的失调数字电压信号而存储于所述EPROM中；由上述可知，当所述失调消除电路对所述数模转换器及全差分放大器OP的固有失调电压信息进行记录并处理时，所述第一开关S1均闭合，也即是，当所述第二开关S2与第四开关S4任一个处于闭合状态时，所述第一开关S1处于闭合状态，且所述开关S11及S112均断开，以避免两所述失调电压相互影响。另，在本发明的优选实施方式中，在任何时刻所述第二开关S2与第四开关S4至少一个处于断开状态；从而使得所述数模转换器的固有失调电压Vos1和所述全差分放大器OP的固有失调电压Vos2可分别通过所述M位的模数转换器及M-N译码器的转换而有序地存储于所述EPROM中，避免两失调电压信号同时输入所述失调消除电路而导致错误的发生；且当N位的音频信号输入至所述音频播放系统时，所述逻辑组合单元读取所述EPROM中存储的两N位的失调数字电压信号及其对应的比例系数，并将每一个将N位失调数字电压信号与相应的比例系数进行组合逻辑运算，并将经过运算后的N位失调数字电压信号与所述N位的存储器输出的N位的音频信号进行逻辑运算（该逻辑运算通常为加法运算）后输入所述数模转换器，而使输入所述数模转换器的音频信号中携带有所述数模转换器与全差分放大器OP的固有失调电压信息。再有，在本发明的优选实施方式中，当所述音频播放系统正常工作时（也即有音频信号输入至所述音频播放系统时），所述第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4及第五开关S5均断开,如此，使得在所述音频播放系统正常工作时，所述失调消除电路中仅所述逻辑组合单元在参与工作，以将前述获得的两失调电压信号与外部音频信号进行逻辑运算后输入所述数模转换器。

本发明的音频播放系统，其对所述数模转换器及低通音频功率放大器的固有失调电压进行失调消除的过程是在芯片出厂前进行的，即失调消除一次后，可以保证以后的应用中系统都不会有失调电压的存在。具体工作过程如下：整个系统上电后，开始失调消除过程，此时第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3闭合，而第四开关S4与第五开关S5断开，此时所述全差分放大器OP的固有失调电压为Vos2经过M位模数转换器转换成M位的失调数字电压信号，然后经过M-N译码器后，译码为N位的失调数字电压信号，并把转换后的N位的失调数字电压信号存储在EPROM里面，且此时所述逻辑组合单元并不工作。而后，第二开关S2、第三开关S3断开，而第一开关S1、第四开关S4与第五开关S5闭合，此时数模转换器输出的固有失调电压Vos1经过M位模数转换器转换成M位的失调数字电压信号，然后经过M-N译码器后，译码为N位的失调数字电压信号，并把转换后的N位的失调数字电压信号存储在EPROM里面，且此时所述逻辑组合单元仍不工作。在上述过程中，开关S11及S12始终处于断开状态，且上述过程完成后，当音频信号开始输入所述音频播放系统时，所述逻辑组合单元读取所述EPROM中存储的两N位的失调数字电压信号及其对应的比例系数，并将每一个将N位失调数字电压信号与相应的比例系数进行组合逻辑运算，且所述逻辑组合单元将经过逻辑运算后的N位失调数字电压信号与所述N位的存储器输出的音频信号进行相加运算后，输入所述数模转换器，使最终的音频信号中包含有一定的数字失调电压；此数字失调电压在音频播放系统的正常工作过程中，可以抵消掉数模转换器及低通音频功率放大器的固有失调，即图3所示节点c、d两点的电压差，而使音频播放系统在静态工作模式下，驱动负载上没有直流电流流过，避免了直流电流对驱动负载的影响，提高了音频播放系统应用时的可靠性。且在失调消除后，当电路正常工作时失调消除电路中的开关S1～S5断开，M位模数转化器、EPROM及M-N译码器关闭，逻辑组合单元正常工作。

本发明音频播放系统的工作原理为：音频播放系统正常工作时，低通音频功率放大器中第一开关S1断开，开关S11、S12闭合，则等效在节点c、d两端的失调电压为

$V_{\mathrm{OSc},d}=(1+\frac{R_{f1}}{R_1})V_{\mathrm{OS}2}-\frac{R_{f1}}{R_1}{V}_{\mathrm{Os}1}---\left(1\right)$

为了满足失调消除的目的，经过失调消除过程以后，最终的音频信号中包含的数字失调电压，经过数模转换器及低通音频功率放大器后，其数值可以抵消掉（1）式，及产生一个与（1）式大小相等，符号相反的量。在失调消除过程中，EPROM里面存储了固有失调电压Vos1、Vos2的值（N位失调数字电压信号）及比例系数k1=-1,k2=1+R₁/R_f1。在逻辑组合单元中，先完成比例系数K1与Vos1相乘，K2与Vos2相乘，相乘后的乘积项再与N位存储器中的音频数据信号相加后送入数模转换器，从而消除电路失调。逻辑组合单元对失调电压及比例系数完成相乘相加后，经过数模转换器及低通功率放大器，使得等效在节点a、b两点的电压为

$V_{\mathrm{ab}}=-V_{\mathrm{OS}1}+(1+\frac{R_1}{R_{f1}})V_{\mathrm{OS}2}---\left(2\right)$

此失调电压经过低通音频功率放大器，在所述低通功率放大器的输出端最终得到的失调电压

$V_{\mathrm{OSc},d}^{\′}=-(1+\frac{R_{f1}}{R_1})V_{\mathrm{OS}2}+\frac{R_{f1}}{R_1}{V}_{\mathrm{OS}1}---\left(3\right)$

（3）式中的电压与（1）式大小相等，符号相反，可以很好的消除数模转换器及低通音频功率放大器固有失调最终引入到节点c、d两端的失调电压，使得节点c、d之间没有电压差。

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (7)

1.一种音频播放系统，包括依次连接的N位的存储器、数模转换器、低通音频功率放大器及驱动负载，其特征在于，还包括失调消除电路，所述失调消除电路分别与所述N位的存储器的输出端、数模转换器的输入端、数模转换器的输出端及低通音频功率放大器的输出端连接，所述失调消除电路记录并存储所述数模转换器及低通音频功率放大器的固有失调电压信息，且所述失调消除电路将两所述失调电压信息与所述N位的存储器输出的N位的音频信号进行运算后输入所述数模转换器。

2.如权利要求1所述的音频播放系统，其特征在于，所述失调消除电路包括M位的模数转换器、M-N译码器、EPROM及逻辑组合单元，所述M位的模数转换器分别与所述数模转换器的输出端及低通音频功率放大器的输入端连接，以将所述数模转换器及低通音频功率放大器的固有失调电压分别转换成M位的失调数字电压信号；所述M-N译码器分别与所述M位的模数转换器及EPROM连接，所述M-N译码器将所述M位的模数转换器输出的M位失调数字电压信号译码为N位失调数字电压信号；所述EPROM存储所述M-N译码器输出的N位失调数字电压信号及与低通音频功率放大器放大系数相关的比例系数，所述逻辑组合单元将N位失调数字电压信号与所述比例系数进行组合逻辑运算，并与所述N位的存储器输出的音频信号进行逻辑运算后输入所述数模转换器，以使输入所述数模转换器的音频信号中携带有所述数模转换器与低通音频功率放大器的固有失调电压信息。

3.如权利要求2所述的音频播放系统，其特征在于，还包括第一开关、第二开关及第三开关，所述第一开关的两端连接于所述低通音频功率放大器的全差分放大器的两输入端，所述第二开关与第三开关均一端与所述M位的模数转换器连接，另一端与所述低通音频功率放大器的全差分放大器的输出端连接。

4.如权利要求3所述的音频播放系统，其特征在于，还包括第四开关及第五开关，所述第四开关与第五开关均一端与所述M位的模数转换器连接，另一端与数模转换器的输出端连接。

5.如权利要求4所述的音频播放系统，其特征在于，所述第二开关及第三开关同时闭合且同时断开，所述第四开关与第五开关同时闭合且同时断开。

6.如权利要求5所述的音频播放系统，其特征在于，当所述第二开关与第四开关任一个处于闭合状态时，所述第一开关处于闭合状态，且在任何时刻所述第二开关与第四开关至少一个处于断开状态。

7.如权利要求6所述的音频播放系统，其特征在于，当有音频信号输入所述音频播放系统时，所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关及第五开关均断开。

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