CN105704620B - 一种音频输出电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种音频输出电路，其包括：数模转换器，其用于将待播放的数字信号转换为待播放的模拟信号；整形电路，其用于对待播放的模拟信号进行整形，并输出整形后的模拟信号；加法器，其第一加数输入端与整形后的模拟信号相连，其第二加数输入端与参考直流电压相连，其输出端输出基准电压；直流‑直流转换器，其通过负反馈将其输出的正压直流电压调整至等于基准电压的电压值；负电荷泵，其输入端与正压直流电压相连，其输出端输出负压直流电压；AB类放大器，其正电源端与正压直流电压相连，其负电源端与负压直流电压相连，其输入端与待播放的模拟信号相连，其输出端与负载相连。与现有技术相比，本发明可以进一步提高工作效率。

Description

一种音频输出电路

【技术领域】

本发明涉及音频输出技术领域，特别涉及一种新型音频输出电路。

【背景技术】

现有技术中一般通过G类(class G)放大器来实现高级的音频驱动功能，如图1所示，其为现有技术中的一种G类放大器的电路示意图，该G类放大器包括：正电荷泵(Positive Charge Pump)110、负电荷泵(Negative Charge Pump)120、AB类放大器(ClassAB)130、负载load。图1所示的G类放大器与传统的AB类放大器相比，具有两个明显的优点：第一、图1所示的G类放大器通过正电荷泵110提供的正电源和负电荷泵120提供的负电源，可以实现无需隔直电容即能直接驱动负载(例如耳机)，因为此时零信号位于地电平(即0电平)，而传统AB类放大器的零信号一般位于(1/2)倍的电源电压，如果传统AB类放大器不接隔直电容直接驱动耳机负载，则会产生直流电流，消耗额外功耗；第二、当输出信号摆幅较小时，可以通过改变图1所示的G类放大器中的正电荷泵110和负电荷泵120的倍率来提高效率，即节省电能。

对于上述第一点，为何需要零信号输出位于地电平，其原因在于，这样可以在不用隔直电容时不会消耗直流电流，避免直流电流产生的额外功耗；对于上述第二点，当输出音频信号较小时，可以让图1所示的G类放大器的正电荷泵110工作在(1/2)倍电源电压模式，让负电荷泵120工作在(-1/2)倍电源电压模式，这样后接的AB类放大器130消耗的功耗较小、效率较高，可以省电。AB类放大器为线性电路，与线性调压器类似，其电源电压与输出电压的差将在放大器上消耗较大功耗，此电压差与输出电流的乘积即为消耗的功耗，此功耗被浪费掉，减小此电压差有助于提高效率。

另外，由于正电荷泵110和负电荷泵120均为固定倍率，其可以提高的效率有限，例如，如果输出电压大于(1/2)倍电源电压VIN时，为了让AB类放大器130可以输出足够的输出电压，只能让正电荷泵110和负电荷泵120都输出1倍的电源电压，此时没有效率提高。

由此，有必要提出一种新的技术方案来解决上述问题。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种新型音频输出电路，其可以进一步提高音频输出电路的工作效率。

为了解决上述问题，本发明提供一种音频输出电路，其包括数模转换器、整形电路、加法器、直流-直流转换器、负电荷泵和AB类放大器。所述数模转换器包括输入端和输出端，其输入端与待播放的数字信号相连，所述数模转换器用于将所述待播放的数字信号转换为待播放的模拟信号，并通过其输出端输出所述待播放的模拟信号；所述整形电路包括输入端和输出端，所述整形电路的输入端与所述数模转换器的输出端相连，所述整形电路用于对所述数模转换器输出的待播放的模拟信号进行整形，并通过其输出端输出整形后的模拟信号；所述加法器的第一加数输入端与所述整形后的模拟信号相连，其第二加数输入端与一个参考直流电压相连，其输出端输出基准电压，所述基准电压等于VO+V1，其中，VO为所述整形后的模拟信号的电压值，V1为所述参考直流电压的电压值；所述直流-直流转换器的电源端与电压源相连，其基准电压端与所述基准电压相连，所述直流-直流转换器用于对所述电压源的电压进行直流-直流转换，并通过其输出端输出正压直流电压，且所述直流-直流转换器根据基准电压通过负反馈将其输出的正压直流电压调整至等于所述基准电压的电压值；所述负电荷泵的输入端与所述正压直流电压相连，所述负电荷泵用于对所述正压直流电压VP进行负压转换，其输出端输出的负压直流电压等于-1倍的正压直流电压；所述AB类放大器的正电源端与正压直流电压相连，其负电源端与所述负压直流电压相连，其输入端与所述待播放的模拟信号相连，其输出端与所述负载相连，所述AB类放大器用于以正压直流电压为正电源，以负压直流电压为负电源工作，以待播放模拟信号为输入电压产生输出电压来驱动负载。

进一步的，所述整形电路在所述待播放的模拟信号VA的电压值大于0时，其输出的整形后的模拟信号VO等于待播放的模拟信号VA；所述整形电路在所述待播放的模拟信号VA的电压值小于0时，其输出的整形后的模拟信号VO等于-1倍的待播放的模拟信号VA。

进一步的，所述整形电路包括控制单元、第一开关、第二开关和减法器，所述第一开关的一连接端与所述整形电路的输入端相连，其另一连接端与所述整形电路的输出端相连；所述减法器的被减数输入端与0电平相连，其减数输入端与所述整形电路的输入端相连，其输出端输出差值信号，且该差值信号等于0-VA，其中，VA为待播放的模拟信号的电压值，0为0电平；第二开关的一连接端与所述减法器的输出端相连，其另一连接端与所述整形电路的输出端相连；所述控制单元的输入端与所述整形电路的输入端相连，所述控制电路的第一输出端与所述第一开关的控制端相连，所述控制电路的第二输出端与所述第二开关的控制端相连，当所述待播放的模拟信号的电压值大于0时，所述控制单元控制第一开关导通且控制第二开关关断；当所述待播放的模拟信号的电压值小于0时，所述控制单元控制第一开关关断且控制第二开关导通。

进一步的，所述控制单元包括比较器和反相器，所述比较器的正相输入端作为所述控制单元的输入端，其反相输入端接0电平，其输出端与所述反相器的输入端相连，反相器的输出端作为所述控制单元的第二输出端，所述比较器的输出端和反相器的输入端之间的连接节点作为所述控制单元的第一输出端。

进一步的，所述参考直流电压为100mV～200mV。

进一步的，所述AB类放大器产生的输出电压为差分输出电压，所述负载为耳机。

与现有技术相比，本发明提供一种新型音频输出电路，其基于待播放的音频信号将该音频输出电路中的AB类放大器消耗的压降设计等于一固定电压，由于该固定电压的电压值较小，故其消耗的功耗小于传统G类放大器中的AB类放大器消耗的功耗，从而进一步提高音频输出电路的工作效率。

【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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为现有技术中的一种G类放大器的电路示意图；

图2为本发明在一个实施例中的新型音频输出电路的电路示意图；

图3为图2中的整形电路SR在一个实施例中的电路示意图；

图4(A)为图3所示的整形电路SR输入的待播放的模拟信号VA和输出的整形后的模拟信号VO在一个实施例中的波形图；

图4(B)为图2中的待播放的模拟信号VA，基准电压VR，正压直流电压VP和负压直流电压VN在一个实施例中的波形图。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。

请参考图2所示，其为本发明在一个实施例中的新型音频输出电路的电路示意图。图2所示的音频输出电路包括：数模转换器DAC、整形电路SR、加法器210、直流-直流转换器220、负电荷泵230、AB类放大器240和负载Load。

所述数模转换器DAC包括输入端和输出端，其输入端与待播放的数字信号DS相连，所述数模转换器DAC用于将所述待播放的数字信号DS转换为待播放的模拟信号VA，并通过其输出端输出所述待播放的模拟信号VA。

所述整形电路SR包括输入端和输出端，所述整形电路SR的输入端与所述数模转换器DAC的输出端相连，所述整形电路SR用于对所述数模转换器DAC输出的待播放的模拟信号VA进行整形，并通过其输出端输出整形后的模拟信号VO。具体的，当所述待播放的模拟信号VA的电压值大于0(即0电平)时，整形后的模拟信号VO等于待播放的模拟信号VA；当所述待播放的模拟信号VA的电压值小于0时，整形后的模拟信号VO等于-1倍的待播放的模拟信号VA。

所述加法器210的第一加数输入端与所述整形电路SR输出端输出的整形后的模拟信号VO相连，其第二加数输入端与一个参考直流电压V1相连，所述加法器210的输出端输出基准电压VR，且VR＝VO+V1，其中，VR为基准电压VR的电压值，VO为所述整形电路SR输出的整形后的模拟信号VO的电压值，V1为所述参考直流电压V1的电压值。

所述直流-直流转换器220的电源端与电压源VIN(或电源电压VIN)相连，其基准电压端与所述加法器210输出端输出的基准电压VR相连，所述直流-直流转换器220用于对所述电压源VIN的电压进行直流-直流转换，并通过其输出端输出正压直流电压VP，且所述直流-直流转换器220根据基准电压VR通过负反馈将其输出的正压直流电压VP调整至等于所述基准电压VR的电压值。

所述负电荷泵230的输入端与所述直流-直流转换器220输出端输出的正压直流电压VP相连，所述负电荷泵230用于对所述正压直流电压VP进行负压转换，其输出端输出的负压直流电压VN等于-1倍的正压直流电压VP。

所述AB类放大器240的正电源端与正压直流电压VP相连，其负电源端与所述负压直流电压VN相连，其输入端与所述待播放的模拟信号VA相连，其输出端与所述负载Load相连，所述AB类放大器240以正压直流电压VP为正电源，以负压直流电压VN为负电源工作，并以待播放模拟信号VA为输入电压产生差分输出电压来驱动负载Load(例如，耳机)。

请参考图3所示，其为图2中的整形电路SR在一个实施例中的电路示意图，图3所示的整形电路SR包括控制单元310、第一开关S1、第二开关S2和减法器320。

所述第一开关S1的一连接端与所述整形电路SR的输入端VA相连，其另一连接端与所述整形电路SR的输出端VO相连；所述减法器320的被减数输入端与0电平相连，其减数输入端与所述整形电路SR的输入端VA相连，其输出端输出差值信号V2，且V2＝0-VA，其中，V2为差值信号的电压值，VA为待播放的模拟信号VA的电压值，0为0电平；第二开关S2的一连接端与所述减法器320的输出端相连，其另一连接端与所述整形电路SR的输出端VO相连，所述减法器320的输出端输出差值信号V2，且V2＝0-VA，其中，V2为差值信号的电压值，VA为待播放的模拟信号VA的电压值，0为0电平。

所述控制单元310的输入端与所述整形电路SR的输入端VA相连，所述控制电路310的第一输出端与所述第一开关S1的控制端相连，所述控制电路310的第二输出端与所述第二开关S2的控制端相连。当所述待播放的模拟信号VA的电压值大于0时，所述控制单元310控制第一开关S1导通且控制第二开关S2关断；当所述待播放的模拟信号VA的电压值小于0时，所述控制单元310控制第一开关S1关断且控制第二开关S2导通。

在图3所示的实施例中，所述控制单元310包括比较器Comp和反相器INV1，所述比较器Comp的正相输入端作为所述控制单元310的输入端，其反相输入端接0电平，其输出端与所述反相器INV1的输入端相连，反相器INV1的输出端作为所述控制单元310的第二输出端，所述比较器Comp的输出端和反相器INV1的输入端之间的连接节点作为所述控制单元310的第一输出端。当待播放的模拟信号VA的电压值大于0时，比较器Comp的输出端输出高电平(即控制单元310的第一输出端输出高电平)，控制第一开关S1导通，该高电平信号经反相器INV1后变为低电平(即控制单元310的第二输出端输出低电平)，控制第二开关S2关断，此时所述整形电路SR输出的整形后的模拟信号VO等于待播放的模拟信号VA；当待播放的模拟信号VA的电压值小于0时，比较器Comp的输出端输出低电平，控制第一开关S1关断，该低电平信号经反相器INV1后变为高电平，控制第二开关S2导通，此时所述整形电路SR输出的整形后的模拟信号VO等于0-VA，其中，VA为待播放的模拟信号VA的电压值。

请参考图4(A)所示，其分别示出了图3所示的整形电路SR输入的待播放的模拟信号VA和输出的整形后的模拟信号VO在一个实施例中的波形图，其中，图4(A)中的水平直线表示0电平。图4(A)中信号VA波形和信号VO波形的关系为：当所述待播放的模拟信号VA的电压值大于0时，整形后的模拟信号VO等于所述待播放的模拟信号VA；当所述待播放的模拟信号VA的电压值小于0时，整形后的模拟信号VO等于0-VA(即VO等于-1倍的模拟信号VA)。

请参考图4(B)所示，其分别示出了图2中的待播放的模拟信号VA，基准电压VR，正压直流电压VP和负压直流电压VN在一个实施例中的波形图，其中，图4(B)中的水平直线表示0电平。图4(B)中信号VA、VR、VP和VN的关系为：结合图4(A)和图4(B)可知，基准电压VR波形为在整形后的模拟信号VO上叠加一参考直流电压V1，该参考直流电压V1为固定电压，即将整形后的模拟信号VO向上平移参考直流电压V1的电压值的量；正压直流电压VP等于基准电压VR；负压直流电压VN为正压直流电压VP的-1倍，即负压直流电压VN与正压直流电压VP相对0电平呈镜像关系。

为了便于理解本发明，以下基于图4(B)具体介绍图2所示的音频输出电路的工作原理。

当待播放的模拟信号VA大于0时，主要靠直流-直流转换器220输出的正压直流电压VP供电，正压直流电压VP与待播放的模拟信号VA的电压差乘以负载电流(即负载Load上流过的电流)，则是在AB类放大器240上消耗的功耗，在本发明中正压直流电压VP与待播放的模拟信号VA的电压差被设定为等于参考直流电压V1的电压值，图4(B)中为了方便示意信号VP和VA之间的电压差，将该电压差画的较大，实际中，信号VP和VA之间的电压差(即参考直流电压V1)可以设计的相对较小，例如，参考直流电压V1为100mV～200mV；当待播放的模拟信号VA小于0时，主要靠负电荷泵230输出的负压直流电压VN供电，负压直流电压VN与待播放的模拟信号VA的电压差乘以负载电流，则是在AB类放大器240上消耗的功耗，在本发明中负压直流电压VN与待播放的模拟信号VA的电压差被设定为等于参考直流电压V1的电压值。

而现有技术中如图1所示的G类放大器，如果电源电压VIN为3.3V，当待播放的模拟信号VA为1.8V时，其在AB类放大器130上消耗的电压差为3.3V-1.8V＝1.5V，则在AB类放大器130上消耗的功率为1.5V乘以负载电流，其大于本发明中0.1V乘以负载电流的功耗值；如果电源电压VIN为3.3V，当待播放的模拟信号VA为1.5V时，可以让图1所示的G类放大器的正电荷泵110工作在(1/2)倍电源电压模式，让负电荷泵120工作在(-1/2)倍电源电压模式，产生的供电电压为(1/2).VIN＝1.65V，其在AB类放大器130上消耗的电压差为1.65V-1.5V＝0.15V，则在AB类放大器130上消耗的功率为0.15V乘以负载电流，其仍大于本发明中的0.1V乘以负载电流的功耗值，

综上所述，本发明中的音频输出电路包括数模转换器DAC、整形电路SR、加法器210、直流-直流转换器220、负电荷泵230、AB类放大器240和负载Load。其中，数模转换器DAC根据待播放的数字信号DS产生待播放的模拟信号VA，待播放的模拟信号VA经过整形电路SR整形后产生整形后的模拟信号VO，整形后的模拟信号VO与一个参考直流电压V1相加，产生基准电压VR，直流-直流转换器220根据基准电压VR通过负反馈将其输出的正压直流电压VP调整至等于基准电压VR，负电荷泵230根据正压直流电压VP，以-1倍率产生负压直流电压VN，AB类放大器240以电压VP为正电源，以电压VN为负电源工作，并以待播放的模拟信号VA为输入产生差分输出电压来驱动负载Load(例如，耳机)，以使AB类放大器240上消耗的压降等于参考直流电压V1，当参考直流电压V1设定为100mV～200mV时，其消耗的功耗小于传统G类放大器中的AB类放大器消耗的功耗，从而进一步提高音频输出电路的工作效率。

在本发明中，“连接”、相连、“连”、“接”等表示电性相连的词语，如无特别说明，则表示直接或间接的电性连接。

需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (6)

1.一种音频输出电路，其特征在于，其包括数模转换器、整形电路、加法器、直流-直流转换器、负电荷泵和AB类放大器，

所述数模转换器包括输入端和输出端，其输入端与待播放的数字信号相连，所述数模转换器用于将所述待播放的数字信号转换为待播放的模拟信号，并通过其输出端输出所述待播放的模拟信号；

所述整形电路包括输入端和输出端，所述整形电路的输入端与所述数模转换器的输出端相连，所述整形电路用于对所述数模转换器输出的待播放的模拟信号进行整形，并通过其输出端输出整形后的模拟信号；

所述加法器的第一加数输入端与所述整形后的模拟信号相连，其第二加数输入端与一个参考直流电压相连，其输出端输出基准电压，所述基准电压等于VO+V1，其中，VO为所述整形后的模拟信号的电压值，V1为所述参考直流电压的电压值；

所述直流-直流转换器的电源端与电压源相连，其基准电压端与所述基准电压相连，所述直流-直流转换器用于对所述电压源的电压进行直流-直流转换，并通过其输出端输出正压直流电压，且所述直流-直流转换器根据基准电压通过负反馈将其输出的正压直流电压调整至等于所述基准电压的电压值；

所述负电荷泵的输入端与所述正压直流电压相连，所述负电荷泵用于对所述正压直流电压VP进行负压转换，其输出端输出的负压直流电压等于-1倍的正压直流电压；

所述AB类放大器的正电源端与正压直流电压相连，其负电源端与所述负压直流电压相连，其输入端与所述待播放的模拟信号相连，其输出端与负载相连，所述AB类放大器用于以正压直流电压为正电源，以负压直流电压为负电源工作，以待播放模拟信号为输入电压产生输出电压来驱动负载。

2.根据权利要求1所述的音频输出电路，其特征在于，

所述整形电路在所述待播放的模拟信号VA的电压值大于0时，其输出的整形后的模拟信号VO等于待播放的模拟信号VA；

所述整形电路在所述待播放的模拟信号VA的电压值小于0时，其输出的整形后的模拟信号VO等于-1倍的待播放的模拟信号VA。

3.根据权利要求2所述的音频输出电路，其特征在于，所述整形电路包括控制单元、第一开关、第二开关和减法器，

所述第一开关的一连接端与所述整形电路的输入端相连，其另一连接端与所述整形电路的输出端相连；所述减法器的被减数输入端与0电平相连，其减数输入端与所述整形电路的输入端相连，其输出端输出差值信号，且该差值信号等于0-VA，其中，VA为待播放的模拟信号的电压值，0为0电平；第二开关的一连接端与所述减法器的输出端相连，其另一连接端与所述整形电路的输出端相连；

所述控制单元的输入端与所述整形电路的输入端相连，所述控制电路的第一输出端与所述第一开关的控制端相连，所述控制电路的第二输出端与所述第二开关的控制端相连，当所述待播放的模拟信号的电压值大于0时，所述控制单元控制第一开关导通且控制第二开关关断；当所述待播放的模拟信号的电压值小于0时，所述控制单元控制第一开关关断且控制第二开关导通。

4.根据权利要求3所述的音频输出电路，其特征在于，

所述控制单元包括比较器和反相器，所述比较器的正相输入端作为所述控制单元的输入端，其反相输入端接0电平，其输出端与所述反相器的输入端相连，反相器的输出端作为所述控制单元的第二输出端，所述比较器的输出端和反相器的输入端之间的连接节点作为所述控制单元的第一输出端。

5.根据权利要求1所述的音频输出电路，其特征在于，

所述参考直流电压为100mV～200mV。

6.根据权利要求1所述的音频输出电路，其特征在于，

所述AB类放大器产生的输出电压为差分输出电压，

所述负载为耳机。