CN105554634B - 一种音频输出pop声消除电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种音频输出POP声消除电路。包括参考电压产生模块、电压跟随器和音频功放；参考电压产生模块连接电压跟随器的第一输入端，并通过退耦电容C1接地，电压跟随器的第二输入端连接电压跟随器的输出端和音频功放的正向输入端，音频功放的反向输入端用于输入音频信号，音频功放的输出端连接隔直电容C0的一端，隔直电容C0的另一端用于连接音频播放器，电压跟随器的输出端和音频功放的输出端通过第一CMOS开关连接，电压跟随器的第一输入端和音频功放的输出端通过第二CMOS开关连接。本发明能够彻底地消除音频输出在电源供电和断电过程以及音频功放启动和关闭过程中产生的所有POP声，提升听觉感受，且结构简单，成本低。

Description

一种音频输出POP声消除电路
技术领域
本发明属于消费/应用电子领域，更具体地，涉及一种音频输出POP声消除电路。
背景技术
图1为典型的音频输出应用示意图，其中，音频芯片11内的音频功放10通过外接隔直电容C0驱动音频播放器12工作。音频系统正常工作时，音频功放10的音频输出信号HPOUT具有一个约为电源VDD电压值一半的直流分量，其具体值由共模参考电平VR决定。由于隔直电容C0的存在，音频输出信号HPOUT中的直流分量将被滤除，如此不仅降低了系统的功耗，也避免了该直流分量对耳机等音频播放设备的损伤。
当电源供电、断电以及音频功放启动、关闭时，音频输出信号HPOUT的直流分量都可能快速变化然后稳定在新的电平值，或在地与共模电平之间、共模电平与预期外的任意值之间、地与预期外的任意值之间快速切换。当隔直电容C0的一个极板电压突变时，在C0的稳态建立过程中会产生一个电流较大的充放电过程，引起加载在音频播放设备上的电压VL波动，产生人耳能听见的POP声。
图2给出了当前通用的片外POP声消除电路示意图。相对于典型的音频输出应用，该方案在音频播放设备上接入了一个开关23。在电源供电、断电以及音频功放启动、关闭等过程中，开关23均处于导通状态，强制音频播放设备上的电压VL为0；当音频功放正常播音时，开关23才断开，使音频功放的输出得以在播放设备上展示。该方案能够较为彻底地消除POP声，但其对开关23的要求较高，同时需要独立提供开关23的使能信号，导致成本较高、同时也会增加PCB布线以及时序控制的复杂度。
图3给出了一种片内消除POP声的方案。在图3所示方案中，预期通过控制音频功放10的电源VDD的缓慢变化，使音频输出信号HPOUT缓慢建立，并缓慢对隔直电容C0充放电，使得在该过程中流过音频播放器12的电流小、且不能突变，从而抑制POP声。该方案要求音频功放10能够在极低的电源电压下工作，而且在整个工作过程中，音频功放10的输出从地开始缓慢上升到预期值并且不能有电压突变，这对音频功放提出了极高的要求，极大地增加了方案的设计难度。
图4给出了另一种片内POP声消除方案。该方案利用MOS开关44在不同栅压下导通电阻不同的特性，对隔直电容C0缓慢充放电从而消除POP声。为实现C0充电速度的缓慢变化，要求控制MOS开关44的斜坡信号变化非常缓慢。斜坡信号的斜率通常与信号发生器45内使用的电容值大小呈反相关性，电容越大，斜率越小、波形越平缓。该方案需要占用较大的layout面积，甚至需要外接电容来产生开关的控制信号，因而使设计变得复杂。
综上，尽管当前的POP声消除方法均能在一定程度上抑制POP声，但要么需要片外器件，要么需要极大地占用layout面积，或者显著增加产品的设计难度，均难以得到应用推广。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种音频输出POP声消除电路，能够彻底地消除音频输出在电源供电和断电过程以及音频功放启动和关闭过程中产生的所有POP声，提升听觉感受，且结构简单，成本低。
为实现上述目的，本发明提供了一种音频输出POP声消除电路，其特征在于，包括参考电压产生模块、电压跟随器和音频功放；所述参考电压产生模块连接所述电压跟随器的第一输入端，并通过退耦电容C1接地，所述电压跟随器的第二输入端连接所述电压跟随器的输出端和所述音频功放的正向输入端，所述音频功放的反向输入端用于输入音频信号，所述音频功放的输出端连接隔直电容C0的一端，隔直电容C0的另一端用于连接音频播放器，所述电压跟随器的输出端和所述音频功放的输出端通过第一CMOS开关连接，所述电压跟随器的第一输入端和所述音频功放的输出端通过第二CMOS开关连接。
优选地，所述参考电压产生模块用于产生能在0和预期电压之间变化的参考电压VREF，所述电压跟随器用于将到达预期电压后的参考电压VREF缓冲后为所述音频功放提供共模参考电压VR，所述音频功放用于将输入的音频信号逐渐放大后驱动音频播放器工作。
优选地，所述参考电压产生模块包括可变电流源IP和基准产生电阻R0，其中，可变电流源IP的一端连接电源VDD，另一端连接所述电压跟随器的第一输入端，基准产生电阻R0的一端接地，另一端连接所述电压跟随器的第一输入端；通过调整可变电流源IP的电流大小，使参考电压VREF在地与预期值之间变化。
优选地，可变电流源IP由n+1个并联的子电流源Ip0,Ip1,…,Ipn构成，第i子电流源被激活时，其电流大小为2(i-1)I0，通过控制各子电流源是否被激活，能使可变电流源IP的电流从0开始以I0为步长增大至设计值，进而使参考电压VREF从0上升至预期电压，或者使可变电流源IP的电流从设计值开始以I0为步长减小至0，进而使参考电压VREF从预期电压下降至0，其中，i＝1,2,…,n,n+1。
优选地，所述参考电压产生模块包括第一可变电阻R1和第二可变电阻R2，其中，第一可变电阻R1的一端连接电源VDD，另一端连接所述电压跟随器的第一输入端，第二可变电阻R2的一端接地，另一端连接所述电压跟随器的第一输入端；通过调整第一可变电阻R1和第二可变电阻R2的电阻大小，使参考电压VREF在地与预期值之间变化。
优选地，第一可变电阻R1和第二可变电阻R2均包括n+1个并联的电阻-开关串联单元，每个电阻-开关串联单元均由电阻和开关串联而成，其中，第一可变电阻R1和第二可变电阻R2的第i电阻-开关串联单元中的电阻阻值均为2(i-1)R，第一可变电阻R1和第二可变电阻R2的第i电阻-开关串联单元中的开关同时导通或断开，其中，i＝1,2,…,n,n+1。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：通过分时段控制音频输出信号中的直流分量的状态，能够彻底地消除音频输出在电源供电和断电过程以及音频功放启动和关闭过程中产生的所有POP声，提升听觉感受；本发明仅需对已有模块进行微调即可实现预期功能，不需要新增模块，不需要额外增加layout面积，因而能节约成本，简化设计。
附图说明
图1是典型的音频输出应用示意图；
图2是典型的片外POP声消除电路示意图；
图3是现有的一种片内POP声消除电路示意图；
图4是现有的另一种片内POP声消除电路示意图；
图5是本发明一个实施例的音频输出POP声消除电路结构示意图；
图6是本发明另一个实施例的音频输出POP声消除电路结构示意图；
图7是本发明一个实施例的参考电压产生模块结构示意图；
图8是本发明又一个实施例的音频输出POP声消除电路结构示意图；
图9是本发明另一个实施例的参考电压产生模块结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种音频输出POP声消除电路，通过分时段控制音频输出信号的直流电平的建立或稳定情况，达到消除POP声的目的。
如图5所示，本发明一个实施例的音频输出POP声消除电路包括参考电压产生模块54、电压跟随器43和音频功放10。参考电压产生模块54连接电压跟随器43的第一输入端，并通过退耦电容C1接地，电压跟随器43的第二输入端连接电压跟随器43的输出端和音频功放10的正向输入端，音频功放10的反向输入端用于输入音频输入信号VIN，音频功放10的输出端连接隔直电容C0的一端，隔直电容C0的另一端用于连接音频播放器12，电压跟随器43的输出端和音频功放10的输出端通过第一CMOS开关55连接，电压跟随器43的第一输入端和音频功放10的输出端通过第二CMOS开关56连接。
其中，参考电压产生模块54用于产生能在地和预期电压之间缓慢变化的参考电压VREF，电压跟随器43用于将参考电压VREF缓冲后为音频功放10提供共模参考电压VR，音频功放10用于接收音频输入信号VIN，得到音频输出信号HPOUT，以驱动耳机等音频播放器工作。音频功放10应具有较大的增益调整范围，增益最小时能将输出衰减数十乃至数百倍。
为使本领域技术人员更好地理解本发明，下面对上述音频输出POP声消除电路的工作原理进行详细说明。
在给音频输出POP声消除电路供电直至供电稳定时，参考电压产生模块54、电压跟随器43和音频功放10均关闭，第一CMOS开关55断开，第二CMOS开关56导通，参考电压VREF、共模参考电压VR和音频输出信号HPOUT均为地电平。
供电稳定后，音频输出POP声消除电路进入供电模式，参考电压产生模块54开启，电压跟随器43和音频功放10关闭，第一CMOS开关55断开，第二CMOS开关56导通，参考电压产生模块54中参考电压VREF产生级的电流从0缓慢增大，参考电压产生模块54对隔直电容C0和退耦电容C1充电，使参考电压VREF和音频输出信号HPOUT缓慢增大至预期值。由于在整个过程中隔直电容C0的电荷变化非常缓慢，不会在音频播放器12上产生人耳能听见的POP声，从而消除了音频播放器12在电源供电过程中可能引起的POP声。
供电模式结束后，在需要播放音频时，使音频输出POP声消除电路进入启动模式。首先开启电压跟随器43，使第一CMOS开关55导通，第二CMOS开关56断开，第一CMOS开关55的导通电阻与隔直电容C0和音频播放器12构成缓慢充放电回路，由于电压跟随器43引入的失调导致共模参考电压VR与参考电压VREF不同，音频输出信号HPOUT最终稳定在共模参考电压VR，该过程中隔直电容C0上的电荷变化非常缓慢，因而不会引入POP声。然后设置音频功放10的增益为最小值，开启音频功放10，使第一CMOS开关55断开，由于此时音频功放10的增益很小，由音频功放10引入的失调可以忽略不计，即音频输出信号HPOUT基本不发生变化，因而不会引入POP声。最后从音频功放10的方向输入端输入音频输入信号VIN，逐渐调高音频功放10的增益，将音频输出信号HPOUT调节至合适值，以驱动音频播放器12工作。
在需要停止播放音频时，使音频输出POP声消除电路进入关闭模式。关闭模式与启动模式的流程相反，首先将音频功放10的增益逐渐降低至最小值，停止输入音频输入信号VIN；然后关闭音频功放10，使第一CMOS开关55导通；最后关闭电压跟随器43，使第一CMOS开关55断开，第二CMOS开关56导通。整个过程中，音频输出信号HPOUT的变化与开启过程相反，也无POP声产生。
在停止为音频输出POP声消除电路供电之前，需要先将音频输出信号HPOUT缓慢降低至地电平，然后再关闭电源，此时音频输出POP声消除电路进入断电模式。具体地，先使参考电压产生模块54中参考电压VREF产生级的电流缓慢减小至0，进而使参考电压VREF和音频输出信号HPOUT缓慢降低至地电平。由于音频输出信号HPOUT的变化足够缓慢，在断电期间也不会有POP声产生。
如图6所示，在本发明的另一个实施例中，参考电压产生模块54包括可变电流源IP和基准产生电阻R0，其中，可变电流源IP的一端连接电源VDD，另一端连接电压跟随器43的第一输入端，基准产生电阻R0的一端接地，另一端连接电压跟随器43的第一输入端。通过调整可变电流源IP的电流大小，使参考电压VREF在地与预期值之间变化。
如图7所示，在本发明的一个实施例中，可变电流源IP由n+1个并联的子电流源Ip0,Ip1,…,Ipn构成，每个子电流源均包括三个PMOS管，其中，第i(i＝1,2,…,n,n+1)子电流源Ip(i-1)的第一PMOS管PM(i-1)0的源极连接电源VDD，漏极连接第i子电流源Ip(i-1)的第二PMOS管PM(i-1)1的源极，第i子电流源Ip(i-1)的第二PMOS管PM(i-1)1的漏极连接第i子电流源Ip(i-1)的第三PMOS管PM(i-1)2的源极，第i子电流源Ip(i-1)的第三PMOS管PM(i-1)2的漏极连接基准产生电阻R0。所有子电流源的第一PMOS管的栅极加载电压VBP，所有子电流源的第二PMOS管的栅极加载电压VBPC，所有子电流源的第三PMOS管的栅极连接寄存器，通过配置寄存器SEL_P<n:0>，决定是否激活各子电流源。第i子电流源被激活时，其电流大小为2(i-1)I0。因此，通过配置寄存器SEL_P<n:0>，能使可变电流源IP的电流从0开始以I0为步长增大至设计值，或者使可变电流源IP的电流从设计值开始以I0为步长减小至0，每次调整均保证足够的间隔时间，因而可变电流源IP的电流调整引起的VL变化不会引起POP声。
如图8所示，在本发明的又一个实施例中，参考电压产生模块54包括第一可变电阻R1和第二可变电阻R2，其中，第一可变电阻R1的一端连接电源VDD，另一端连接电压跟随器43的第一输入端，第二可变电阻R2的一端接地，另一端连接电压跟随器43的第一输入端。通过调整第一可变电阻R1和第二可变电阻R2的电阻大小，使参考电压VREF在地与预期值之间变化。
如图9所示，在本发明的一个实施例中，第一可变电阻R1和第二可变电阻R2均包括n+1个并联的电阻-开关串联单元，每个电阻-开关串联单元均由电阻和开关串联而成。其中，第一可变电阻R1和第二可变电阻R2的第i(i＝1,2,…,n,n+1)电阻-开关串联单元中的电阻阻值均为2(i-1)R，第一可变电阻R1和第二可变电阻R2的所有开关均在控制信号为1时导通，为0时断开。
在供电模式中，控制信号SWP<i-1>与SWN<i-1>为相同信号，从SWP<0>和SWN<0>开始，以1为步长，将所有控制信号从0调整至1，使得分压电阻值等差减小，进而使电阻串与外接电容构成的充电回路的建立时间逐渐缩短，每次调整均保证足够的间隔时间，因而每次的电流变化均不至于引起POP声。
在断电模式中，首先调整SWP<n:1>与SWN<n:1>为0、SWP<0>与SWN<0>为1；其次设置SWP<n:0>固定为0；最后从SWN<1>开始，以1为步长，将所有控制信号SWN<n:1>从0调整至1，每次调整均保证足够的间隔时间，使电阻串与外接电容构成的泄流回路的响应时间逐渐缩短，进而使参考电压VREF与音频输出信号HPOUT能够在约定时间内缓慢降低到地电平上，且不会引入POP声。
综上，本发明在不增加系统复杂性和layout面积的基础上，通过对现有模块进行微调，即能够彻底消除音频驱动器在电源供电、电源断电、功率放大器模块启动和关闭过程中可能产生的POP声，提升听觉感受；且根据应用需求，合理设计参考电压模块输出级的可调电流范围，即可有效改善整个系统的启动、关闭所需时间。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种音频输出POP声消除电路，其特征在于，包括参考电压产生模块、电压跟随器和音频功放；所述参考电压产生模块连接所述电压跟随器的第一输入端，并通过退耦电容C1接地，所述电压跟随器的第二输入端连接所述电压跟随器的输出端和所述音频功放的正向输入端，所述音频功放的反向输入端用于输入音频信号，所述音频功放的输出端连接隔直电容C0的一端，隔直电容C0的另一端用于连接音频播放器，所述电压跟随器的输出端和所述音频功放的输出端通过第一CMOS开关连接，所述电压跟随器的第一输入端和所述音频功放的输出端通过第二CMOS开关连接；所述参考电压产生模块用于产生能在0和预期电压之间变化的参考电压VREF，所述电压跟随器用于将到达预期电压后的参考电压VREF缓冲后为所述音频功放提供共模参考电压VR，所述音频功放用于将输入的音频信号逐渐放大后驱动音频播放器工作。
2.如权利要求1所述的音频输出POP声消除电路，其特征在于，所述参考电压产生模块包括可变电流源IP和基准产生电阻R0，其中，可变电流源IP的一端连接电源VDD，另一端连接所述电压跟随器的第一输入端，基准产生电阻R0的一端接地，另一端连接所述电压跟随器的第一输入端；通过调整可变电流源IP的电流大小，使参考电压VREF在地与预期值之间变化。
3.如权利要求2所述的音频输出POP声消除电路，其特征在于，可变电流源IP由n+1个并联的子电流源Ip0,Ip1,…,Ipn构成，第i子电流源被激活时，其电流大小为2(i-1)I0，通过控制各子电流源是否被激活，能使可变电流源IP的电流从0开始以I0为步长增大至设计值，进而使参考电压VREF从0上升至预期电压，或者使可变电流源IP的电流从设计值开始以I0为步长减小至0，进而使参考电压VREF从预期电压下降至0，其中，i＝1,2,…,n,n+1。
4.如权利要求1所述的音频输出POP声消除电路，其特征在于，所述参考电压产生模块包括第一可变电阻R1和第二可变电阻R2，其中，第一可变电阻R1的一端连接电源VDD，另一端连接所述电压跟随器的第一输入端，第二可变电阻R2的一端接地，另一端连接所述电压跟随器的第一输入端；通过调整第一可变电阻R1和第二可变电阻R2的电阻大小，使参考电压VREF在地与预期值之间变化。
5.如权利要求4所述的音频输出POP声消除电路，其特征在于，第一可变电阻R1和第二可变电阻R2均包括n+1个并联的电阻-开关串联单元，每个电阻-开关串联单元均由电阻和开关串联而成，其中，第一可变电阻R1和第二可变电阻R2的第i电阻-开关串联单元中的电阻阻值均为2(i-1)R，第一可变电阻R1和第二可变电阻R2的第i电阻-开关串联单元中的开关同时导通或断开，其中，i＝1,2,…,n,n+1。
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