CN105991100A - 信号放大电路 - Google Patents

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Abstract

一种信号放大电路，包括运算放大模块、位准调整模块及电压模块。运算放大模块具有第一输入端、第二输入端与输出端。输出端输出具有零位准的单端输出信号。位准调整模块具有控制节点，且位准调整模块分别耦接第一输入端及第二输入端。位准调整模块分别接收一对差动输入信号中的第一输入信号与第二输入信号。第一输入信号与第二输入信号具有相同的第一位准但彼此相位相反。电压模块耦接至控制节点，且电压模块提供具有第二位准的电压信号至控制节点。

Description

信号放大电路
技术领域
本发明与信号放大电路有关，特别是关于一种具有简单电路结构并可节省直流电源供应的信号放大电路。
背景技术
一般而言，无论是传统手机、智能手机或其他电子装置通常都设置有声音信号处理电路，以对声音信号进行适当的处理程序。
请参照图1，图1为传统的声音信号处理电路的功能方块图。如图1所示，传统的声音信号处理电路100可包括数字模拟转换器(DAC)110、模拟混音器/路由器(Mixer/Router)120、耳麦(Headphone)输出放大器130、耳机(Earpiece)输出放大器132与线输出(Line Out)放大器134。
当数字模拟转换器110接收到数字声音数据信号S1时，数字模拟转换器110会将数字声音数据信号S1转换为模拟声音数据信号S2并传送至模拟混音器/路由器120。
模拟混音器/路由器120除了接收来自数字模拟转换器110的模拟声音数据信号S2之外，亦可接收一线输入(Line In)声音信号S3，并根据不同需求分别结合或路由模拟声音数据信号S2与线输入声音信号S3而产生不同的声音输入信号S4～S6，并分别传送至耳麦输出放大器130、耳机输出放大器132与线输出放大器134进行声音信号放大程序，以分别产生耳麦声音输出信号AS4、耳机声音输出信号AS5与线输出声音信号AS6。然后，耳麦输出放大器130、耳机输出放大器132与线输出放大器134再分别输出耳麦声音输出信号AS4、耳机声音输出信号AS5与线输出声音信号AS6。
接着，请参照图2，图2为传统的输出放大器需配合复杂的信号电压位准调整电路进行运作的电路图。如图2所示，传统的输出放大器410的两接收端分别接收第一输入信号Vinp与第二输入信号Vinn，并且第一输入信号Vinp与第二输入信号Vinn为具有相同的直流电压位准与相反相位的一对差动(differential)输入信号。输出放大器410的输出端则输出一单端(Single-ended)输出信号Vout。输出放大器410的两电压控制端分别耦接电压信号VDD与VEE。为了将输出放大器410所输出的单端输出信号Vout具有的直流电压位准调整为零，输出放大器410需配合结构相当复杂的信号电压位准调整电路540b进行运作，才能使得输出放大器410所输出的单端输出信号Vout具有的直流电压位准产生(电流Ios*电阻R)的位移，导致传统的信号输出放大电路的电路结构过于复杂，不仅占用较大面积且其制造成本亦较高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种信号放大电路，由此解决现有技术所述及的问题。
根据本发明的一较佳具体实施例为一种信号放大电路。于此实施例中，信号放大电路包括运算放大模块、位准调整模块及电压模块。运算放大模块具有第一输入端、第二输入端与输出端。输出端输出具有零位准的单端输出信号。位准调整模块具有控制节点，且位准调整模块分别耦接第一输入端及第二输入端。位准调整模块分别接收一对差动输入信号中的第一输入信号与第二输入信号。第一输入信号与第二输入信号具有相同的第一位准但彼此相位相反。电压模块耦接至控制节点，且电压模块提供具有第二位准的电压信号至控制节点。
在本发明的一实施例中，运算放大模块还具有一第一电压控制端与一第二电压控制端，第一电压控制端与第二电压控制端分别用以接收一第一电压信号与一第二电压信号。
在本发明的一实施例中，第一电压控制端所接收的第一电压信号具有和第一输入信号与第二输入信号相同的第一位准。
在本发明的一实施例中，第二电压控制端所接收的第二电压信号具有和电压信号相同的第二位准。
在本发明的一实施例中，第二电压控制端耦接至电压模块并接收电压模块所提供的具有第二位准的电压信号。
在本发明的一实施例中，电压信号为一负电压信号。
在本发明的一实施例中，位准调整模块包括具有相同阻抗值的一第一阻抗单元、一第二阻抗单元、一第三阻抗单元与一第四阻抗单元，第二阻抗单元与第三阻抗单元耦接于控制节点，第一阻抗单元与第二阻抗单元耦接于第一节点，第三阻抗单元与第四阻抗单元耦接于第二节点，第一输入信号与第二输入信号分别由第一阻抗单元与第四阻抗单元所接收。
在本发明的一实施例中，在第一节点的第一输入信号与在第二节点的第二输入信号均具有相同的第三位准，并且第三位准为第一位准与第二位准的平均值。
在本发明的一实施例中，运算放大模块的第一输入端耦接至第一节点且第二输入端耦接至第二节点，运算放大模块根据在第一节点的第一输入信号与在第二节点的第二输入信号所具有的第三位准得到具有零位准的单端输出信号。
在本发明的一实施例中，信号放大电路还包括一第五阻抗单元，且第五阻抗单元耦接于第一节点与运算放大模块的输出端之间。
根据本发明的一较佳具体实施例为一种信号放大电路。于此实施例中，信号放大电路包括运算放大模块、位准调整模块及电压模块。运算放大模块具有第一输入端、第二输入端、输出端、第一电压控制端与第二电压控制端。第一电压控制端与第二电压控制端分别接收第一电压信号与第二电压信号。输出端输出具有零位准的单端输出信号。位准调整模块具有控制节点，且位准调整模块分别耦接第一输入端及第二输入端。位准调整模块分别接收一对差动输入信号中的第一输入信号与第二输入信号。第一输入信号与第二输入信号具有相同的第一位准但彼此相位相反。电压模块耦接至控制节点，且电压模块提供具有第二位准的电压信号至控制节点。其中，第一电压控制端所接收的第一电压信号具有第一位准且第二电压控制端所接收的第二电压信号具有第二位准。
相较于现有技术，根据本发明所公开的信号放大电路不需额外设置复杂的信号电压位准调整电路，仅需通过具有相同阻抗值的多个阻抗单元的分压设计即能将直流差动输入信号转换为具有零位准的直流单端输出信号，因此，当本发明的信号放大电路耦接至后级电路时，亦可达到节省直流电源供应的功效。
关于本发明的优点与精神可以通过以下的具体实施方式及所附附图得到进一步的了解。
附图说明
图1为传统的声音信号处理电路的功能方块图。
图2为传统的输出放大器需配合复杂的信号电压位准调整电路进行运作的电路图。
图3为根据本发明的一实施例中的信号放大电路的功能方块图。
图4A与图4B分别为第一输入信号与第二输入信号的直流电压位准的示意图。
图4C与图4D分别为经位准调整后的第一输入信号与第二输入信号的直流电压位准的示意图。
图4E为单端输出信号的直流电压位准的示意图。
图5为图3中的信号放大电路的一实施例的详细电路图。
图6A至图6C分别为运算放大模块所输出的具有不同波形的输出信号。
主要组件符号说明
100：声音信号处理电路
110：数字模拟转换器
120：模拟混音器/路由器
130：耳麦输出放大器
132：耳机输出放大器
134：线输出放大器
S1：数字声音数据信号
S2：模拟声音数据信号
S3：线输入声音信号
S4～S6：声音输入信号
410：输出放大器
Vinp：第一输入信号
Vinn：第二输入信号
Vout、VOUT、VOUT1～VOUT3：单端输出信号
540b：信号电压位准调整电路
VDD、VEE：电压信号
Ios：电流
R：阻抗单元
1：信号放大电路
10：位准调整模块
12：电压模块
14：运算放大模块
2：差动信号产生模块
VDD：操作电压
GND：接地电压
VS1：第一电压信号
VS2：第二电压信号
VD1：第一输入信号
VD2：第二输入信号
VCM：第一位准
VNEG：电压信号
VD1＇：经位准调整后的第一输入信号
VD2＇：经位准调整后的第二输入信号
R1～R5：第一阻抗单元～第五阻抗单元
N1～N3：第一节点～第三节点
－：第一接收端
+：第二接收端
K：输出端
J1：第一电压控制端
J2：第二电压控制端
具体实施方式
现在将详细参考本发明的示范性实施例，并在附图中说明所述示范性实施例的实例。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。在下述诸实施例中，当元件被指为“连接”或“耦接”至另一元件时，其可为直接连接或耦接至另一元件，或可能存在介于其间的元件或特定材料(例如：胶体或焊料)。
根据本发明的一较佳具体实施例为一种信号放大电路。于此实施例中，上述信号放大电路可以应用于设置于电源管理集成电路(PowerManagement Integrated Circuit,PMIC)内的音频编码/解码器(Audio Codec)或是独立的音频编码/解码器内，用以将差动声音输入信号转换为具有零位准的单端声音输出信号，但不以此为限。
请参照图3，图3为此实施例中的信号放大电路的功能方块图。如图3所示，信号放大电路1包括位准调整模块10、电压模块12与运算放大模块14。其中，电压模块12耦接至位准调整模块10；位准调整模块10耦接至运算放大模块14。运算放大模块14分别耦接第一电压信号VS1与第二电压信号VS2。此外，位准调整模块10亦会耦接至差动信号产生模块2。差动信号产生模块2分别耦接操作电压VDD与接地电压GND。
差动信号产生模块2产生包括第一输入信号VD1与第二输入信号VD2的一对差动信号并分别将第一输入信号VD1与第二输入信号VD2输出至位准调整模块10。需说明的是，如图4A与图4B所示，第一输入信号VD1与第二输入信号VD2具有相同的直流电压位准(亦即第一位准VCM)以及彼此相反的相位，但其波形并不以图4A与图4B所示的弦波为限。
于实际应用中，此对差动信号可以是一对模拟差动声音信号，但不以此为限。第一输入信号VD1与第二输入信号VD2所具有的第一位准VCM可以是差动信号产生模块2所分别耦接的操作电压VDD与接地电压GND两者的平均值。举例而言，假设操作电压VDD为1.8伏特且接地电压GND为0伏特，则第一输入信号VD1与第二输入信号VD2所具有相同的第一位准VCM可以是0.9伏特，但不以此为限。
电压模块12会提供电压信号VNEG至位准调整模块10。于实际应用中，电压信号VNEG具有的第二位准为负值，例如－0.9伏特，亦即电压信号VNEG为一负电压信号，但不以此为限。
位准调整模块10分别接收到来自差动信号产生模块2的第一输入信号VD1与第二输入信号VD2以及来自电压模块12的电压信号VNEG，并分别输出经位准调整后而同样具有第三位准的第一输入信号VD1＇与第二输入信号VD2＇至运算放大模块14。
于实际应用中，第三位准可以是第一位准VCM与第二位准VNEG的平均值，例如图4C与图4D所示的第一输入信号VD1＇与第二输入信号VD2＇所具有的第三位准为1/2(VCM+VNEG)，但不以此为限。
当运算放大模块14接收到第一输入信号VD1＇与第二输入信号VD2＇时，运算放大模块14将第一输入信号VD1＇的电压准位与第二输入信号VD2＇的电压准位相减。由于第一输入信号VD1＇与第二输入信号VD2＇所具有的电压准位相同，均为第三位准，所以运算放大模块14的输出端K所输出的单端输出信号VOUT的电压准位为零，如图4E所示。
接着，请参照图5，图5为图3中的信号放大电路的一实施例的详细电路图。如图5所示，信号放大电路1中的位准调整模块10包括阻抗值均相同的第一阻抗单元R1、第二阻抗单元R2、第三阻抗单元R3与第四阻抗单元R4。其中，第一阻抗单元R1与第二阻抗单元R2耦接于第一节点N1；第二阻抗单元R2与第三阻抗单元R3耦接于第二节点N2；第三阻抗单元R3与第四阻抗单元R4耦接于第三节点N3；第一阻抗单元R1与第四阻抗单元R4分别耦接至差动信号产生模块2并分别接收来自差动信号产生模块2的第一输入信号VD1与第二输入信号VD2，并且第一输入信号VD1与第二输入信号VD2为具有相同的第一位准VCM与相反的相位的一对差动信号。电压模块12耦接至第二阻抗单元R2与第三阻抗单元R3之间的第二节点N2，并提供电压信号VNEG至第二节点N2。于实际应用中，电压信号VNEG具有的第二位准为负值，例如－0.9伏特，亦即电压信号VNEG为一负电压信号，但不以此为限。
需说明的是，由于位准调整模块10的第一阻抗单元R1、第二阻抗单元R2、第三阻抗单元R3与第四阻抗单元R4均具有相同的阻抗值，并且第一阻抗单元R1与第四阻抗单元R4分别接收到的第一输入信号VD1与第二输入信号VD2具有相同的第一位准VCM，因此，根据分压原理，在第一节点N1的第一输入信号VD1＇所具有的直流电压位准会与在第三节点N3的第二输入信号VD2＇所具有的直流电压位准相等，均为1/2(VCM+VNEG)。于实际应用中，第一阻抗单元R1、第二阻抗单元R2、第三阻抗单元R3与第四阻抗单元R4可以是具有相同电阻值的电阻，但不以此为限。
举例而言，假设第一位准VCM为0.9伏特且第二位准VNEG为－0.9伏特，则第一输入信号VD1＇与第二输入信号VD2＇所具有的直流电压位准均为零；假设第一位准VCM为0.9伏特且第二位准VNEG为－0.5伏特，则第一输入信号VD1＇与第二输入信号VD2＇所具有的直流电压位准均为0.2伏特。其余依此类推，于此不另行赘述。
运算放大模块14具有第一接收端－、第二接收端+、输出端K、第一电压控制端J1与第二电压控制端J2。其中，第一接收端－耦接至第一节点N1与第五阻抗单元R5之间，用以接收第一输入信号VD1＇；第二接收端+耦接至第三节点N3，用以接收第二输入信号VD2＇；第一电压控制端J1与第二电压控制端J2分别耦接第一电压信号VS1与第二电压信号VS2。
需说明的是，于此实施例中，运算放大模块14的第一电压控制端J1所接收的第一电压信号VS1具有和第一输入信号VD1与第二输入信号VD2相同的第一位准VCM；运算放大模块14的第二电压控制端J2所接收的第二电压信号VS2具有和电压信号VNEG相同的第二位准。
于实际应用中，运算放大模块14的第二电压控制端J2可以耦接至电压模块12并接收电压模块12所提供的具有第二位准的电压信号VNEG，亦可以耦接至外部电源并接收外部电源所提供的具有第二位准的第二电压信号VS2，并无特定的限制。
运算放大模块14会将第一输入信号VD1＇所具有的直流电压位准与第二输入信号VD2＇所具有的直流电压位准相减而得到输出信号VOUT所具有的直流电压位准。由于第一输入信号VD1＇所具有的直流电压位准与第二输入信号VD2＇所具有的直流电压位准两者相等，故运算放大模块14会得到单端输出信号VOUT所具有的直流电压位准为零。
举例而言，假设第一输入信号VD1＇与第二输入信号VD2＇所具有的直流电压位准均为零，运算放大模块14将第一输入信号VD1＇所具有的直流电压位准与第二输入信号VD2＇所具有的直流电压位准相减即会得到单端输出信号VOUT所具有的直流电压位准为零；假设第一输入信号VD1＇与第二输入信号VD2＇所具有的直流电压位准均为0.2伏特，运算放大模块14将第一输入信号VD1＇所具有的直流电压位准与第二输入信号VD2＇所具有的直流电压位准相减即会得到单端输出信号VOUT所具有的直流电压位准为零。
于实际应用中，单端输出信号VOUT可以是一模拟单端声音信号，但不以此为限。运算放大模块14亦可根据第一电压信号VS1与第二电压信号VS2所具有的不同的直流电压位准来调整输出信号VOUT的波形。举例而言，假设第一电压信号VS1所具有的直流电压位准并不等于第一位准VCM，抑或第二电压信号VS2所具有的直流电压位准并不等于第二位准VNEG，则运算放大模块14的输出端K所输出的输出信号的波形即可能如同图6A中的输出信号VOUT1、图6B中的输出信号VOUT2或图6C中的输出信号VOUT3所示被截去一部份，但不以此为限。
相较于现有技术，根据本发明所公开的信号放大电路不需额外设置复杂的信号电压位准调整电路，仅需通过具有相同阻抗值的多个阻抗单元的分压设计即能将直流差动输入信号转换为具有零位准的直流单端输出信号，因此，当本发明的信号放大电路耦接至后级电路时，亦可达到节省直流电源供应的功效。
通过以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所公开的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的权利要求的范畴内。

Claims (11)

1.一种信号放大电路，其特征在于，上述信号放大电路包括：
一运算放大模块，具有一第一输入端、一第二输入端与一输出端，其中上述输出端输出具有零位准的一单端输出信号；
一位准调整模块，具有一控制节点，且上述位准调整模块分别耦接上述第一输入端及上述第二输入端，上述位准调整模块分别接收一对差动输入信号中的一第一输入信号与一第二输入信号，其中上述第一输入信号与上述第二输入信号具有相同的一第一位准但彼此相位相反；以及
一电压模块，耦接至上述控制节点，用以提供具有一第二位准的一电压信号至上述控制节点。
2.如权利要求1所述的信号放大电路，其特征在于，上述运算放大模块还具有一第一电压控制端与一第二电压控制端，上述第一电压控制端与上述第二电压控制端分别用以接收一第一电压信号与一第二电压信号。
3.如权利要求2所述的信号放大电路，其特征在于，上述第一电压控制端所接收的上述第一电压信号具有和上述第一输入信号与上述第二输入信号相同的上述第一位准。
4.如权利要求2所述的信号放大电路，其特征在于，上述第二电压控制端所接收的上述第二电压信号具有和上述电压信号相同的上述第二位准。
5.如权利要求2所述的信号放大电路，其特征在于，上述第二电压控制端耦接至上述电压模块并接收上述电压模块所提供的具有上述第二位准的上述电压信号。
6.如权利要求1所述的信号放大电路，其特征在于，上述电压信号为一负电压信号。
7.如权利要求1所述的信号放大电路，其特征在于，上述位准调整模块包括具有相同阻抗值的一第一阻抗单元、一第二阻抗单元、一第三阻抗单元与一第四阻抗单元，上述第二阻抗单元与上述第三阻抗单元耦接于上述控制节点，上述第一阻抗单元与上述第二阻抗单元耦接于一第一节点，上述第三阻抗单元与上述第四阻抗单元耦接于一第二节点，上述第一输入信号与上述第二输入信号分别由上述第一阻抗单元与上述第四阻抗单元所接收。
8.如权利要求7所述的信号放大电路，其特征在于，在上述第一节点的上述第一输入信号与在上述第二节点的上述第二输入信号均具有相同的一第三位准，并且上述第三位准为上述第一位准与上述第二位准的平均值。
9.如权利要求8所述的信号放大电路，其特征在于，上述运算放大模块的上述第一输入端耦接至上述第一节点且上述第二输入端耦接至上述第二节点，上述运算放大模块根据在上述第一节点的上述第一输入信号与在上述第二节点的上述第二输入信号所具有的上述第三位准得到具有零位准的上述单端输出信号。
10.如权利要求7所述的信号放大电路，其特征在于，上述信号放大电路还包括：
一第五阻抗单元，耦接于上述第一节点与上述运算放大模块的上述输出端之间。
11.一种信号放大电路，其特征在于，上述信号放大电路包括：
一运算放大模块，具有一第一输入端、一第二输入端、一输出端、一第一电压控制端与一第二电压控制端，其中上述第一电压控制端与上述第二电压控制端分别接收一第一电压信号与一第二电压信号，且上述输出端输出具有零位准的一单端输出信号；
一位准调整模块，具有一控制节点，且上述位准调整模块分别耦接上述第一输入端及上述第二输入端，上述位准调整模块分别接收一对差动输入信号中的一第一输入信号与一第二输入信号，其中上述第一输入信号与上述第二输入信号具有相同的一第一位准但彼此相位相反；以及
一电压模块，耦接至上述控制节点，用以提供具有一第二位准的一电压信号至上述控制节点；
其中，上述第一电压控制端所接收的上述第一电压信号具有上述第一位准且上述第二电压控制端所接收的上述第二电压信号具有上述第二位准。
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