CN104270699A

CN104270699A - 声音输出的控制电路

Info

Publication number: CN104270699A
Application number: CN201410526767.8A
Authority: CN
Inventors: 简源利
Original assignee: Giga Byte Technology Co Ltd
Current assignee: Giga Byte Technology Co Ltd
Priority date: 2014-10-09
Filing date: 2014-10-09
Publication date: 2015-01-07

Abstract

本发明有关于一种声音输出的控制电路，其外接一具有负载阻抗的声音输出装置。控制电路包括一声音放大单元及一控制单元。声音放大单元用以接收至少一声音讯号，利用一放大倍率放大声音讯号，并通过声音输出装置输出放大后的声音讯号。控制单元检测声音输出装置的负载阻抗的阻值以调整声音放大单元的放大倍率。借由检测声音输出装置的负载阻抗的阻值以调整放大声音讯号的倍率，则，放大后的声音讯号其最大电压有效值可以不超过且趋近于声音输出装置的最大不失真电压，以令声音输出装置能够操作在最佳的工作状态。

Description

声音输出的控制电路

技术领域

本发明有关于一种声音输出的控制电路，尤指一种自动检测声音输出装置的负载阻抗的阻值以调整欲输出的声音讯号的放大倍率的控制电路。

背景技术

当今声音输出装置(如耳机、喇叭)的阻抗范围很大，如3~600欧姆，使得一般电子装置在驱动声音输出装置运作时，造成输出功率匹配比较困难。

如一个3欧姆的声音输出装置，最适合的最大不失真电压(Full Scale Output Voltage，FSOV)是0.6VRMS，但是，电子装置的音频编解码器最大可以产生1VRMS的声音讯号。当使用1VRMS的声音讯号去驱动3欧姆的声音输出装置输出声音时，会有破音、失真，甚至烧毁等等状况。此时，必须手动地将声音产生单元所产生的声音讯号从1VRMS调整至0.6VRMS，以让声音输出装置的音量调小，才不会有上述状况出现。

或者，如一个600欧姆的声音输出装置，最适合的FSOV是2.5VRMS，然而，音频编解码器只能产生1VRMS的声音讯号。当使用1VRMS的声音讯号去驱动600欧姆的声音输出装置输出声音时，会有音量过小，无法达到最大输出功率的问题存在。此时，必须搭配扩大器(或称放大器)将声音讯号从1VRMS放大至2.5VRMS。

再者，扩大器的放大倍率通常为固定、两段(1.5倍或2倍)或手动调整的选择，由于放大倍率的选择性较少将有可能无法完全匹配于声音输出装置的输出功率，或是手动调整将有造成声音输出装置不是操作在最佳工作状态的疑虑。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提出一种可使声音输出装置操作在最佳工作状态的声音输出的控制电路。

为达成上述目的，本发明提供一种声音输出的控制电路，其控制电路外接有一具有负载阻抗的声音输出装置，包括：一声音放大单元，连接声音输出装置，接收至少一个声音讯号，利用一放大倍率放大声音讯号且通过声音输出装置输出声音讯号；及一控制单元，连接声音放大单元及声音输出装置，检测声音输出装置的负载阻抗的阻值以调整声音放大单元的放大倍率。

本发明一实施例中，控制单元包括一控制器及一第一阻抗元件，第一阻抗元件串接在一工作电源与声音输出装置的负载阻抗间，控制器在负载阻抗上取得一负载电压，控制器记录有一负载的电压阻抗对照表，控制器将负载电压比对于负载的电压阻抗对应表以检测出负载阻抗的阻值。

本发明一实施例中，控制器记录一最大不失真电压与阻值关系的资料档，控制器将负载阻抗的阻值比对于最大不失真电压与阻值关系的资料档以得知声音输出装置所对应的最大不失真电压。

本发明一实施例中，控制单元根据声音输出装置的负载阻抗的阻值及/或最大不失真电压调整声音放大单元的放大倍率。

本发明一实施例中，控制单元包括一第一开关元件及至少一个第二开关元件，第一开关元件设置在第一阻抗元件与声音输出装置间，第二开关元件设置在声音放大单元与声音输出装置间，当控制器执行一阻抗阻值检测程序，控制第一开关元件导通第一阻抗元件与声音输出装置间的线路以及控制第二开关元件断开声音放大单元与声音输出装置间的线路；当控制器执行一声音输出程序，控制第一开关元件断开第一阻抗元件与声音输出装置间的线路以及控制第二开关元件导通声音放大单元与声音输出装置间的线路。

本发明一实施例中，声音放大单元包括至少一个声道声音放大组，声道声音放大组包括一放大器、一第一固定阻抗及一第二可变阻抗，放大器的正输入端接收声音讯号、负输入端通过第二可变阻抗接地、而输出端连接声音输出装置，第一固定阻抗设置在放大器的输出端与第二可变阻抗间，控制器根据负载阻抗的阻值以控制第二可变阻抗的阻值改变而调整放大器的放大倍率。

本发明一实施例中，第二可变阻抗包括一第二阻抗元件及一第三阻抗元件，第三阻抗元件与接地间设置一第三开关元件，控制器根据负载阻抗的阻值控制第三开关元件的开关断开或导通以决定第二阻抗元件是否并联于第三阻抗元件进而改变第二可变阻抗的阻值。

本发明一实施例中，第二可变阻抗包括至少一个第四阻抗元件，第四阻抗元件与接地间设置一第四开关元件，控制器根据负载阻抗的阻值控制第三开关元件及/或第四开关元件的开关断开或导通以决定第二阻抗元件是否并联于第三阻抗元件及/或第四阻抗元件进而改变第二可变阻抗的阻值。

本发明一实施例中，控制电路的声音放大单元外接一声音产生单元，声音产生单元为一音频编解码器，其用以产生单声道或多声道的声音讯号。

本发明一实施例中，控制电路包括一音讯插座，控制单元及声音放大单元电性连接至音讯插座，声音输出装置利用一音讯插头接入至音讯插座中。

本发明的声音输出的控制电路，当一具有负载阻抗的声音输出装置接入至控制电路时，控制电路将会自动地检测声音输出装置的负载阻抗的阻值，并利用检测出负载阻抗的阻值以调整放大声音讯号的倍率，则，放大后的声音讯号其最大电压有效值将可以不超过且趋近于声音输出装置的最大不失真电压，致使声音讯号驱动声音输出装置输出声音时避免发生破音、失真、烧毁或音量过小的状况，以令声音输出装置能够操作在最佳的工作状态。

附图说明

图1为本发明控制电路一实施例的电路区块示意图。

图2为本发明控制电路的控制单元及外接的声音输出装置的一实施例的电路结构示意图。

图3为本发明控制电路的声音产生单元及声音放大单元的一实施例的电路结构示意图。

附图标记说明

100 控制电路　　　　　101 声音产生单元

13 控制单元　　　　　 131 控制器

1311 负载的电压阻抗对应表

1313 最大不失真电压与阻值关系的资料档

133 第一阻抗元件　　　135 第一开关元件

137 第二开关元件　　　15 声音放大单元

1500 声道声音放大组　　1501 声道声音放大组

151 放大器　　　　　　153 第一固定阻抗

155 第二可变阻抗　　　1551 第二阻抗元件

1553 第三阻抗元件　　　1555 第四阻抗元件

157 第三开关元件　　　159 第四开关元件

17 音讯插座　　　　　200 声音输出装置

201 负载阻抗　　　　　203 音讯插头。

具体实施方式

请参阅图1，为本发明声音输出的控制电路的电路区块示意图。如图1所示，本发明控制电路100建置在一电子装置(如电脑、手机、声音拨放器)之中且外接有一声音输出装置200。控制电路100用以接收至少一个声音讯号，并将声音讯号放大后传送至声音输出装置200，以驱使声音输出装置200输出声音。在本发明中，声音输出装置200可以为一耳机或一喇叭。

进一步同时参阅图2及图3，控制电路100包括一控制单元13及一声音放大单元15。声音放大单元15用以接收至少一个声音讯号(SR、SL)。在本发明一实施例中，声音讯号(SR、SL)是由一声音产生单元101所产生，此声音产生单元101可以为一音频编解码器(CODEC-编/解码器)，其可以将电子装置所提供的一音频资料(A)进行解码以产生单声道或多声道的声音讯号(SR、SL)。声音放大单元15外接声音产生单元101，以从声音产生单元101接收声音讯号(SR、SL)，利用一放大倍率放大声音讯号(SR、SL)，以取得放大后的声音讯号(AMP_SR、AMP_SL)。再者，声音放大单元15连接声音输出装置200，将放大后的声音讯号(AMP_SR、AMP_SL)传送至声音输出装置200，以利用放大后的声音讯号(AMP_SR、AMP_SL)驱动声音输出装置200输出声音。又，声音输出装置200存在有一负载阻抗(RL)201。控制单元13连接声音放大单元15及声音输出装置200，将会检测声音输出装置200的负载阻抗201的阻值，并根据于所检测出的负载阻抗(RL)201的阻值调整声音放大单元15的放大倍率，而令声音讯号(AMP_SR、AMP_SL)的最大电压有效值(VRMS)可以合适于声音输出装置200的最大不失真电压值(FSOV)。

如图2所示，控制电路100更包括一音讯插座17，控制单元13及声音放大单元15电性连接至音讯插座17。声音输出装置200利用一音讯插头203接入至音讯插座17中而与控制电路100进行电性连接。控制单元13包括一控制器131及一第一阻抗元件(R1)133。第一阻抗元件133串接在一工作电源(Vcc)与声音输出装置200的负载阻抗201间。当工作电源负载于第一阻抗元件133及负载阻抗201时，根据分压的原理以在负载阻抗(RL)201上取得一负载电压VL，如VL = (Vcc×RL)/( R1＋RL)。又，控制器131记录有一负载的电压阻抗对照表1311，将负载电压VL输入至控制器131以从负载的电压阻抗对应表1311之中比对出对应的负载阻抗201的阻值。负载的电压阻抗对应表1311是以表1为例：

表1

VL(单位V)	0.5	1.0	1.5	2.0
					RL(单位Ω)	10	50	100	200

例如，当控制器131取得负载电压VL=0.5V时，可以根据于对应表1311而比对出声音输出装置200的负载阻抗RL=10Ω；或者，当控制器131取得负载电压VL=2.0V时，可以根据于对应表1311而比对出声音输出装置200的负载阻抗RL=200Ω。再者，表1之中所列举的负载电压VL与负载阻抗RL间的对照数值，其仅是作为一范例解说而已，并非作为本发明限制性的绝对数值。

又，控制单元13更包括一第一开关元件135及至少一个第二开关元件137，第一开关元件135及第二开关元件137可以为一继电器或其他开关。第一开关元件135设置在第一阻抗元件133与声音输出装置200间，而第二开关元件137设置在声音放大单元15与声音输出装置200间。当控制器131执行一阻值检测程序时，经由一检测讯号(DET)控制第一开关元件135导通第一阻抗元件133与声音输出装置200间的线路以及经由一声道控制讯号(Channel_ctrl)控制第二开关元件137断开声音放大单元15与声音输出装置200间的线路，则，控制器131即可以检测出声音输出装置200的负载阻抗201的阻值。当控制器131执行一声音输出程序时，经由检测讯号(DET)控制第一开关元件135断开第一阻抗元件133与声音输出装置200间的线路以及经由声道控制讯号(Channel_ctrl)控制第二开关元件137导通声音放大单元15与声音输出装置200间的线路，则，声音放大单元15即可以将声音讯号(AMP_SR、AMP_SL)传送至声音输出装置200而进行声音输出。

接续，控制器131在检测出负载阻抗201的阻值后，将根据于所检测出的负载阻抗201的阻值以调整声音放大单元15的放大倍率，其详细内容如下所述：如图3所示，声音放大单元15包括至少一声道声音放大组1500、1501，例如：声道声音放大组1500为一右声道声音放大组，而声道声音放大组1501为一左声道声音放大组。各声道声音放大组1500、1501分别包括一放大器151、一第一固定阻抗(Ra)153及一第二可变阻抗(Rb)155。放大器151的正输入端(＋)连接声音产生单元101以接收声音讯号(SR/SL)、负输入端(－)通过第二可变阻抗155接地、而输出端连接声音输出装置200以将放大后的声音讯号(AMP_SR/AMP_SL)传送至声音输出装置200。第一固定阻抗153设置在放大器151的输出端与第二可变阻抗155间。在本发明中，控制器131根据负载阻抗201的阻值以控制第二可变阻抗155的阻值改变而调整放大器151的放大倍率=(Ra/Rb)+1。

本发明一实施例中，第二可变阻抗155包括一第二阻抗元件(R2)1551及一第三阻抗元件(R3)1553。第三阻抗元件1553与接地间设置一第三开关元件157。控制器131根据负载阻抗201的阻值，发出一第一放大控制讯号(GAIN_crtl_1)至第三开关元件157，以控制第三开关元件157的开关断开或导通而决定第二阻抗元件1551是否并联于第三阻抗元件1553。例如：第三开关元件157断开时，Rb=R2；第三开关元件157导通时，Rb=R2//R3。如此，借由控制第三开关元件157开关的导通或断开，以改变第二可变阻抗155的阻值，而调整放大器151的放大倍率。

本发明又一实施例中，第二可变阻抗155更包括有至少一个第四阻抗元件1555，第四阻抗元件1555与接地间设置一第四开关元件159。控制器131根据负载阻抗201的阻值，发出一第一放大控制讯号(GAIN_crtl_1)及一第二放大控制讯号(GAIN_crtl_2)至第三开关元件157及第四开关元件159，以控制第三开关元件157及/或第四开关元件159的开关断开或导通而决定第二阻抗元件1551是否并联于第三阻抗元件1553及/或第四阻抗元件1555进而改变第二可变阻抗155的阻值。例如：第三开关元件157及第四开关元件159断开时，Rb=R2；第三开关元件157导通而第四开关元件159断开时，Rb=R2//R3；第三开关元件157断开而第四开关元件159导通时，Rb=R2//R4；第三开关元件157及第四开关元件159导通时，Rb=R2//R3//R4。于本实施例中，借由第四阻抗元件1555的设置，第二可变阻抗155的阻值可以被控制器131控制小幅度的改变，而令放大器151的放大倍率可以更精确地被调整。

此外，本发明控制器131更记录有一最大不失真电压与阻值关系的资料档1313。控制器131将负载阻抗201的阻值比对于该最大不失真电压与阻值关系的资料档1313以得知声音输出装置200所对应的最大不失真电压(FSOV)。在此，于本发明又一实施例中，控制单元13的控制器131根据声音输出装置200的负载阻抗201的阻值及/或最大不失真电压(FSOV)调整声音放大单元的放大倍率，以使放大后的声音讯号(AMP_SR、AMP_SL)其最大电压有效值(VRMS)不会超过于声音输出装置200的最大不失真电压(FSOV)。

综合上述，控制电路100自动地检测声音输出装置200的负载阻抗201的阻值，并利用检测出负载阻抗201的阻值以调整放大声音讯号(SR、SL)的倍率。则，放大后的声音讯号(AMP_SR、AMP_SL)其最大电压有效值(VRMS)将可以不超过且趋近于声音输出装置200的最大不失真电压(FSOV)，致使声音讯号(AMP_SR、AMP_SL)驱动声音输出装置200输出声音时将避免发生破音、失真、烧毁或音量过小的状况，使得声音输出装置200能够操作在最佳的工作状态。

以上所述，仅为本发明的一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，即凡是依本发明权利要求所述的形状、构造、特征及精神所做的均等变化与修饰，均应包括于本发明的保护范围内。

Claims

1.一种声音输出的控制电路，其控制电路外接有一具有负载阻抗的声音输出装置，其特征在于，包括：

一声音放大单元，连接声音输出装置，接收至少一个声音讯号，利用一放大倍率放大声音讯号且通过声音输出装置输出声音讯号；及

一控制单元，连接声音放大单元及声音输出装置，检测声音输出装置的负载阻抗的阻值以调整声音放大单元的放大倍率。

2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，该控制单元包括一控制器及一第一阻抗元件，该第一阻抗元件串接在一工作电源与该声音输出装置的该负载阻抗间，该控制器在该负载阻抗上取得一负载电压，该控制器记录有一负载的电压阻抗对照表，该控制器将该负载电压比对于该负载的电压阻抗对应表以检测出该负载阻抗的阻值。

3.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，该控制器记录一最大不失真电压与阻值关系的资料档，该控制器将该负载阻抗的阻值比对于该最大不失真电压与阻值关系的资料档以得知该声音输出装置所对应的最大不失真电压。

4.根据权利要求3所述的控制电路，其特徵在于，该控制单元根据该声音输出装置的该负载阻抗的阻值及/或最大不失真电压调整该声音放大单元的该放大倍率。

5.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，该控制单元包括一第一开关元件及至少一个第二开关元件，该第一开关元件设置在该第一阻抗元件与该声音输出装置间，该第二开关元件设置在该声音放大单元与该声音输出装置间，当该控制器执行一阻抗阻值检测程序，控制该第一开关元件导通该第一阻抗元件与该声音输出装置间的线路以及控制该第二开关元件断开该声音放大单元与该声音输出装置间的线路；当该控制器执行一声音输出程序，控制该第一开关元件断开该第一阻抗元件与该声音输出装置间的线路以及控制该第二开关元件导通该声音放大单元与该声音输出装置间的线路。

6.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，该声音放大单元包括至少一个声道声音放大组，该声道声音放大组包括一放大器、一第一固定阻抗及一第二可变阻抗，该放大器的正输入端接收该声音讯号、负输入端通过该第二可变阻抗接地、而输出端连接该声音输出装置，该第一固定阻抗设置在该放大器的输出端与该第二可变阻抗间，该控制器根据该负载阻抗的阻值以控制该第二可变阻抗的阻值改变而调整该放大器的该放大倍率。

7.根据权利要求6所述的控制电路，其特征在于，该第二可变阻抗包括一第二阻抗元件及一第三阻抗元件，该第三阻抗元件与接地间设置一第三开关元件，该控制器根据该负载阻抗的阻值控制该第三开关元件的开关断开或导通以决定该第二阻抗元件是否并联于该第三阻抗元件进而改变该第二可变阻抗的阻值。

8.根据权利要求7所述的控制电路，其特征在于，该第二可变阻抗包括至少一个第四阻抗元件，该第四阻抗元件与接地间设置一第四开关元件，该控制器根据该负载阻抗的阻值控制该第三开关元件及/或该第四开关元件的开关断开或导通以决定该第二阻抗元件是否并联于该第三阻抗元件及/或该第四阻抗元件进而改变该第二可变阻抗的阻值。

9.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，该控制电路的该声音放大单元外接一声音产生单元，该声音产生单元为一音频编解码器，其用以产生单声道或多声道的该声音讯号。

10.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，包括一音讯插座，该控制单元及该声音放大单元电性连接至该音讯插座，该声音输出装置利用一音讯插头接入至该音讯插座中。