CN107104646A - 信号放大电路及信号放大方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种信号放大电路及信号放大方法。上述信号放大电路包括一信号放大器以及一控制电路。上述控制电路包括一比较单元以及一暂存单元。上述比较单元对上述信号放大器的一输入信号以及一参考信号进行比较，以产生一比较信号。上述暂存单元接收欲传送至上述信号放大器的一控制信号，并且暂存上述控制信号，以及当上述比较信号改变时，上述暂存单元根据暂存的上述控制信号提供一暂存信号至上述信号放大器。

Description

信号放大电路及信号放大方法
本申请是基于申请号为201010167168.3、进入中国国家阶段日为2010年4月23日、申请人为英特尔公司、发明名称为“信号放大电路及信号放大方法”的发明提出的分案申请。
技术领域
本发明是有关于一种信号放大电路，特别是有关于一种可避免音频放大器产生爆音(Pop Noise)的音频信号放大电路。
背景技术
音频放大器广泛使用于多媒体电子产品内，其可对音频输入信号进行放大，并根据放大后的音频信号产生输出电流或输出电压，以驱动扬声器(speaker)来产生声音。一般而言，扬声器的负载值很小，因此音频放大器需要提供较大的输出电压或是输出电流才能驱动扬声器。
音频放大器在电源开启或电源关闭时，若音频输入信号由无到有或由有到无的过程之中转换不够平滑，往往会产生令使用者不舒服的爆音。举例而言，当音频放大器的开启或关闭时间点是发生在音频输入信号具有最大值或最小值时，则瞬间产生的大输出信号将会通过扬声器产生扰人的爆音。
因此，需要一种可避免音频放大器产生爆音的控制电路及其控制方法。
发明内容
本发明提供一种信号放大电路。上述信号放大电路包括：信号放大器以及控制电路。其中上述控制电路包括：比较单元，用以对上述信号放大器的输入信号以及参考信号进行比较，以产生比较信号；以及暂存单元，用以接收欲传送至上述信号放大器的控制信号，并且暂存上述控制信号，以及当上述比较信号改变时，根据暂存的上述控制信号提供暂存信号至上述信号放大器。
再者，本发明提供一种信号放大方法，适用于信号放大器。首先，接收欲传送至上述信号放大器的控制信号，并且暂存上述控制信号。接着，对上述信号放大器的输入信号以及一参考信号进行比较，以产生比较信号。当上述比较信号改变时，根据暂存的上述控制信号提供暂存信号至上述信号放大器。
附图说明
图1是显示根据本发明一实施例所述的信号放大电路；
图2是显示图1中信号放大电路的波形图；
图3是显示根据本发明另一实施例所述的信号放大电路；
图4是显示图3中信号放大电路的波形图；
图5是显示根据本发明另一实施例所述的信号放大电路；
图6是显示根据本发明另一实施例所述的信号放大电路；以及
图7是显示根据本发明一实施例所述的一种控制方法，用以避免一音频放大器产生爆音。
[主要元件标号说明]
10、50～音频放大器；20～扬声器；
30～运算放大器；100、200、300、400～控制电路；
110～比较单元；120～暂存单元；
130、140、330～触发器；150～比较器；
310～计数单元；320～计数器；
340、350～多工器；C～电容；
CLR～清除信号；Gain、PD～控制信号；
GND～接地端；R1、R3～电阻；
R2、R4～可变电阻；Sc～比较信号；
SEL～选择信号；SGain、SPD～暂存信号；
SH～信号；SW1、SW2、SW3、SW4～开关；
Vcom～共模信号；
Vin、Vinn、Vinp～音频输入信号；以及
Vout～音频输出信号。
具体实施方式
为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：
实施例：
图1是显示根据本发明一实施例所述的信号放大电路，其包括音频放大器10以及控制电路100。在图1中，音频放大器10为单端式音频放大器，其可根据可变电阻R2对电阻R1的比例对音频输入信号Vin进行放大，并产生音频输出信号Vout至电容C以驱动扬声器20。音频放大器10包括运算放大器(operational amplifier，OP)30、两开关SW1及SW2、电阻R1以及可变电阻R2。开关SW1耦接于电阻R1以及运算放大器30的负输入端之间，而开关SW2耦接于可变电阻R2以及运算放大器30的负输入端之间。此外，运算放大器30的正输入端耦接于共模信号Vcom，其中共模信号Vcom为运算放大器30的共模接地(common-mode ground)电压或是交流电(alternating current，AC)接地电压。控制电路100包括比较单元110以及暂存单元120。比较单元110使用比较器150对音频输入信号Vin以及共模信号Vcom进行比较，并产生比较信号Sc。在此实施例中，虽然比较器150的正输入端接收音频输入信号Vin而比较器150的负输入端接收共模信号Vcom，然其并非用以限定本发明。暂存单元120包括两触发器130及140(例如：D型触发器、T型触发器或其它等效电路)。在此实施例中，触发器130及触发器140的种类以及信号之间的连接关系仅是个例子，然其并非用以限定本发明。触发器130及触发器140的时钟端耦接于比较单元110，用以接收比较信号Sc。此外，触发器130的输入端接收控制信号PD，而触发器140的输入端接收控制信号Gain。
图2是显示图1中信号放大电路的波形图。同时参考图1以及图2，当音频输入信号Vin大于共模信号Vcom时，比较信号Sc会输出逻辑电平“1”。反之，当音频输入信号Vin小于共模信号Vcom时，比较信号Sc会输出逻辑电平“0”。因此，当音频输入信号Vin慢慢增加并超过共模信号Vcom时，比较信号Sc会由逻辑电平“0”变换成逻辑电平“1”，如图2的时间点t2、t5与t7所显示。当音频输入信号Vin慢慢减少并低于共模信号Vcom时，比较信号Sc会由逻辑电平“1”变换成逻辑电平“0”，如图2的时间点t3与t6所显示。在时间点t2时，比较信号Sc会由逻辑电平“0”变换成逻辑电平“1”，于是触发器130会根据控制信号PD提供具有逻辑电平“0”的暂存信号SPD至音频放大器10，以便开启运算放大器30并导通开关SW1及开关SW2。同时地，触发器140会根据控制信号Gain提供具有内容值“A”的暂存信号SGain至音频放大器10，以便调整可变电阻R2的电阻值。接着，音频放大器10会根据可变电阻R2对电阻R1的比例对音频输入信号Vin进行放大，并产生音频输出信号Vout以驱动扬声器20。虽然控制信号PD以及控制信号Gain是在音频输入信号Vin的最小值时(如时间点t1所显示)所输入，然而控制电路100会在音频输入信号Vin接近共模信号Vcom时才开启音频放大器10，于是可避免爆音的发生。相似地，当控制信号PD欲控制音频放大器10关闭时，控制电路100亦会在音频输入信号Vin接近共模信号Vcom时才关闭音频放大器10，如时间点t7所显示。此外，在时间点t5时，触发器140会根据控制信号Gain提供具有内容值“D”的暂存信号SGain至音频放大器10，以便增加可变电阻R2的电阻值。接着，音频放大器10会根据可变电阻R2对电阻R1的比例来提供音频输出信号Vout，以驱动扬声器20。虽然控制信号Gain是在音频输入信号Vin的最大值时(如时间点t4所显示)进行改变，然而控制电路100会在音频输入信号Vin接近共模信号Vcom时才调整音频放大器10的增益，于是可避免爆音的发生。此外，在一实施例中，比较单元110还可包括其它相关电路，用以于比较信号Sc从逻辑电平“0”变换成逻辑电平“1”或从逻辑电平“1”变换成逻辑电平“0”时产生一脉冲信号至触发器130及触发器140的时钟端，以便能更快速地控制及调整音频放大器10。
图3是显示根据本发明另一实施例所述的信号放大电路，其包括音频放大器50以及控制电路200。相较于图1中的音频放大器10，音频放大器50为一差动式音频放大器，其中音频输入信号Vinp与音频输入信号Vinn为运算放大器30的差动对输入信号。此外，音频放大器50还包括两开关SW3与SW4、电阻R3以及可变电阻R4，其中开关SW3耦接于电阻R3以及运算放大器30的正输入端之间，而开关SW4耦接于可变电阻R4以及运算放大器30的正输入端之间。一般而言，电阻R1与电阻R3具有相同的电阻值，而可变电阻R2以及可变电阻R4具有相同的电阻值。此外，值得注意的是，相较于图1中控制电路100的比较器150，控制电路200内的比较器150对音频输入信号Vinp以及音频输入信号Vinn进行比较而产生比较信号Sc。参考图4，图4是显示图3中信号放大电路的波形图。通过比较差动对输入信号Vinp以及Vinn，控制电路200可在音频输入信号Vinp以及音频输入信号Vinn接近共模信号Vcom时(即音频输入信号Vinp与音频输入信号Vinn交叉时)，才开启/关闭音频放大器50或是调整音频放大器50的增益，于是可避免爆音的发生。
对比较器而言，少量的噪声都有可能会影响到比较的结果。举例来说，由于制程所造成的元件不匹配，将会使得比较器会有偏移量(offset)的存在，因而影响输出的结果。因此，当音频输入信号太小或比较器的偏移量较大时，比较器可能会无法得到输出结果。
图5是显示根据本发明另一实施例所述的信号放大电路，其包括音频放大器10以及控制电路300。相较于图1中的控制电路100，控制电路300还包括计数单元310以及两多工器340与350，其中计数单元310包括计数器320以及触发器330(例如：D型触发器、T型触发器或其它等效电路)。触发器330的时钟端耦接于比较单元110，用以接收比较信号Sc，而触发器330的输入端接收具有逻辑电平“1”的信号。因此，当比较信号Sc由逻辑电平“0”变换成逻辑电平“1”时，触发器330会提供具有逻辑电平“1”的信号SH至计数器320。在此实施例中，触发器330的种类以及信号之间的连接关系仅是个例子，然其并非用以限定本发明。接着，当计数器320接收到具有逻辑电平“1”的信号SH时，会将其计数的结果加“1”，并产生清除信号CLR至触发器330以重置触发器330。因此，计数器320可在一特定时间周期内计数到比较信号Sc由逻辑电平“0”变换成逻辑电平“1”的变化次数，其中该特定时间周期是由音频输入信号Vin的频率范围所决定。当在该特定时间周期内计数到的变化次数大于一特定值时，计数器320会提供具有逻辑电平“1”的选择信号SEL至多工器340与多工器350。于是，多工器340会根据选择信号SEL提供来自于触发器130的暂存信号SPD至音频放大器10，以便控制运算放大器30以及开关SW1与开关SW2。同时地，多工器350会根据选择信号SEL提供来自于触发器140的暂存信号SGain至音频放大器10，以便调整可变电阻R2的电阻值。反之，当音频输入信号Vin太小或者比较器150的偏移量较大时，计数器320在该特定时间周期内所计数到的变化次数会小于或等于该特定值，于是计数器320会提供具有逻辑电平“0”的选择信号SEL至多工器340与多工器350。接着，多工器340会根据选择信号SEL提供控制信号PD至音频放大器10，使得控制信号PD可直接控制运算放大器30以及开关SW1与开关SW2。同时地，多工器350会根据选择信号SEL提供控制信号Gain至音频放大器10，使得控制信号Gain可直接调整可变电阻R2的电阻值。换言之，当比较器150的输出结果受到干扰时，计数单元310可旁路(bypass)暂存单元120而直接提供控制信号PD与控制信号Gain至音频放大器10。
同样地，具有计数单元的控制电路亦可应用于差动式音频放大器，如图6的控制电路400以及音频放大器50所显示。此外，音频放大器的其它控制信号(例如驱动电流控制信号等)亦可通过本发明实施例所描述的控制电路来调整音频放大器的内部设定，进而降低爆音的发生。再者，本发明实施例所描述的控制电路亦可应用于电子产品中音频信号处理程序中的任一级音频放大器，例如输入级、放大级或是输出级等。
图7是显示根据本发明一实施例所述的一种信号放大方法，用以避免一音频放大器产生爆音。首先，接收欲传送至音频放大器的一控制信号，并且暂存该控制信号(步骤S702)。接着，对该音频放大器的一输入信号与一参考信号进行比较以产生一比较信号(步骤S704)。当音频放大器包括一单端放大器时，则参考信号为该单端放大器的一共模接地信号。当音频放大器包括一差动放大器时，则参考信号以及输入信号为该差动放大器的差动对输入信号。接着，在步骤S706，当比较信号改变时，例如从逻辑电平“0”变换成逻辑电平“1”或从逻辑电平“1”变换成逻辑电平“0”，则根据暂存的控制信号提供一暂存信号至音频放大器，以控制或调整该音频放大器。因此，可在输入信号最接近参考信号时才开启/关闭音频放大器或是调整音频放大器的增益或驱动电流，于是可避免爆音的发生。此外，如先前所描述，亦可在一特定时间周期内，使用计数器(例如图5的310)来计数该比较信号的变化次数，以便根据该计数单元的计数值来选择提供该控制信号或是该暂存信号至音频放大器。
本发明提供的控制电路及控制方法并不限定用于控制音频放大器，其它信号放大器亦可通过本发明的控制电路以控制信号放大器的开启/关闭或是调整信号放大器的增益或驱动电流，避免在信号放大器的输入信号具有最大值或最小值时放大输入信号而瞬间产生大的输出信号。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims (12)

1.一种信号放大电路，包括：
信号放大器；以及
控制电路，包括：
比较单元，用以对上述信号放大器的输入信号以及一参考信号进行比较，以产生比较信号；以及
暂存单元，用以接收欲传送至上述信号放大器的控制信号，并且暂存上述控制信号，以及当上述比较信号改变时，根据暂存的上述控制信号提供暂存信号至上述信号放大器，
其中在输入信号最接近参考信号时才开启/关闭信号放大器或是调整信号放大器的增益，其中上述控制信号包括第一控制信号和第二控制信号，分别用于控制信号放大器的开启/关闭和信号放大器增益的调整，用于控制信号放大器的开启/关闭的第一控制信号与其所对应的输入信号之间的区别仅在于在时间轴上的位置存在位移；
其中该信号放大器是音频放大器，以及
计数单元，用以在特定时间周期内计数上述比较信号从第一逻辑电平变换至第二逻辑电平的变化次数，其中所述特定时间周期由所述输入信号的频率范围所决定，并根据一计数值产生一选择信号；
以及多工器，耦接于上述暂存单元以及上述信号放大器，根据上述选择信号选择提供上述控制信号或上述暂存信号至上述信号放大器；
其中当比较单元的输出结果受到干扰时，直接提供上述控制信号至该音频放大器。
2.根据权利要求1所述的信号放大电路，其中上述信号放大器包括下列的一者：
单端运算放大器，当上述信号放大器为上述单端运算放大器时，上述参考信号为上述单端运算放大器的共模接地信号；以及
差动运算放大器，当上述信号放大器为上述差动运算放大器时，上述参考信号以及上述输入信号为上述差动运算放大器的差动对输入信号。
3.根据权利要求1所述的信号放大电路，其中上述暂存单元包括：
第一触发器，具有第一输入端用以接收上述控制信号、第一时钟端用以接收上述比较信号，以及第一输出端用以提供上述暂存信号至上述信号放大器，
其中当上述比较信号从第一逻辑电平变换至第二逻辑电平时，上述第一触发器根据暂存的上述控制信号提供上述暂存信号至上述信号放大器。
4.根据权利要求1所述的信号放大电路，其中，
当上述选择信号指示上述比较信号的变化次数小于或等于特定值时，上述多工器提供上述控制信号至上述信号放大器；以及
当上述选择信号指示上述比较信号的变化次数大于上述特定值时，上述多工器提供上述暂存信号至上述信号放大器。
5.根据权利要求1所述的信号放大电路，其中上述计数单元包括：
计数器；以及
第二触发器，具有第二输入端用以接收逻辑电平为1的信号、第二时钟端用以接收上述比较信号，以及第二输出端用以当上述比较信号从上述第一逻辑电平变换至上数第二逻辑电平时，提供上述逻辑电平为1的信号至上述计数器，
其中当上述计数器接收到上述逻辑电平为1的信号时，上述计数器增加上述计数值，并且重置上述第二触发器。
6.根据权利要求1所述的信号放大电路，其中上述控制信号用于控制下列的一者：开启上述信号放大器、关闭上述信号放大器、调整上述信号放大器的驱动电流以及调整上述信号放大器的增益。
7.一种信号放大方法，适用于信号放大器，包括：
接收欲传送至上述信号放大器的控制信号，并且暂存上述控制信号；
对上述信号放大器的输入信号以及一参考信号进行比较，以产生比较信号；以及
当上述比较信号改变时，根据暂存的上述控制信号提供暂存信号至上述信号放大器，
其中在输入信号最接近参考信号时才开启/关闭信号放大器或是调整信号放大器的增益，其中上述控制信号包括第一控制信号和第二控制信号，分别用于控制信号放大器的开启/关闭和信号放大器增益的调整，用于控制信号放大器的开启/关闭的第一控制信号与其所对应的输入信号之间的区别仅在于在时间轴上的位置存在位移；
在特定时间周期内计数上述比较信号从第一逻辑电平变换至第二逻辑电平的变化次数，其中所述特定时间周期由所述输入信号的频率范围所决定，并根据一计数值产生一选择信号；
根据上述选择信号选择提供上述控制信号或上述暂存信号至上述信号放大器；
其中该信号放大器是音频放大器，以及当比较的结果受到干扰时，直接提供上述控制信号至该音频放大器。
8.根据权利要求7所述的信号放大方法，其中上述信号放大器包括下列的一者：
单端运算放大器，当上述信号放大器为上述单端运算放大器时，上述参考信号为上述单端运算放大器的共模接地信号；以及
差动运算放大器，当上述信号放大器为上述差动运算放大器时，上述参考信号以及上述输入信号为上述差动运算放大器的差动对输入信号。
9.根据权利要求7所述的信号放大方法，其中提供上述暂存信号至上述信号放大器的步骤还包括：
当上述比较信号从第一逻辑电平变换至第二逻辑电平时，根据暂存的上述控制信号提供上述暂存信号至上述信号放大器。
10.根据权利要求7所述的信号放大方法，其中选择提供上述控制信号或上述暂存信号至上述信号放大器的步骤还包括：
当上述选择信号指示上述比较信号的变化次数小于或等于特定值时，提供上述控制信号至上述信号放大器；以及
当上述选择信号指示上述比较信号的变化次数大于上述特定值时，提供上述暂存信号至上述信号放大器。
11.根据权利要求7所述的信号放大方法，其中计数上述比较信号从上述第一逻辑电平变换至上述第二逻辑电平的变化次数的步骤还包括：
当上述比较信号从上述第一逻辑电平变换至上数第二逻辑电平时，提供逻辑电平为1的信号至计数器；以及
当上述计数器接收到上述逻辑电平为1的信号时，增加上述计数值。
12.根据权利要求7所述的信号放大方法，还包括下列步骤的一者：
根据上述暂存信号，开启上述信号放大器；
根据上述暂存信号，关闭上述信号放大器；
根据上述暂存信号，调整上述信号放大器的驱动电流；以及
根据上述暂存信号，调整上述信号放大器的增益。
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