CN107251418A - 用于爆音‑嘀嗒声(pop‑click)噪声减小的非线性电源斜升 - Google Patents
用于爆音‑嘀嗒声(pop‑click)噪声减小的非线性电源斜升 Download PDFInfo
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Abstract
提供了在电路的上电期间非线性地改变该电路的电源电压以减小来自该电路的输出信号中的高频噪声的非线性电源发生器。
Description
M·凯斯金、K·史迪奇、D·乌格宁、J·加菲、和D·奥利维拉
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年2月25日提交的美国非临时专利申请No.14/630,994的权益，其通过援引全部纳入于此。
技术领域
本申请涉及毛刺减小，并尤其涉及用于减小爆音-嘀嗒声(pop-click)噪声的非线性电源斜升。
背景技术
音频系统中的立体声频道的驱动器通常包括以推拉方式动作以将音频信号驱动到扬声器(诸如包含在耳机中的扬声器)的CMOS反相器。在上电此类驱动器之际，在对应的扬声器中引起可听见的“爆音和嘀嗒声”噪声的瞬变在驱动器的输出处产生是常规的。该爆音和嘀嗒噪声负面地影响了声音系统的用户体验。为了减小或消除该噪声，要求驱动器的输出处的瞬变信号具有极低的电平，诸如100mV或更低。
相应地，在本领域中存在对具有改进的噪声减小的放大器的需求。
概述
公开了用于音频驱动器的至少一个电源电压的非线性斜升以减小该音频驱动器上电之际的爆音和嘀嗒噪声的系统和方法。该非线性斜升在上电时间段上发生。在常规系统中，该至少一个电源电压会以相对恒定的率在该上电时间段上改变。但是，如本文中所公开的，该恒定的改变率被替换地平滑化以减少来自该音频驱动器的结果输出信号的高频内容。例如，一些高频常规上由从该至少一个电源电压的放电掉电值到其恒定改变率的突然变化所引起。一般而言，期望该上电时间段相对较短从而减小转变到该音频驱动器的活跃模式中的延迟。该恒定的改变率由此相对快，来完成该电源电压的必要的DC电压转变。为了减小转变到该相对快的改变率的高频冲击，该电源电压(或电压)的非线性斜升从相对慢的率开始并随后持续增加。因为该改变率在相同上电时间段上比常规的线性改变率开始得更慢，所以该非线性斜升的改变率必须在该上电时间段中最终加成比线性改变率将会完成的更快。用这种方式，非线性斜升可以在该上电时间段上完成期望的电压转变。但是，若在达到常规上的期望标称或默认电平之际突然终结，则此类相对快的改变率随后会在结果输出信号中产生附加的高频冲击。所以该平滑化同样会在上电时段的结束时发生，其中该电源电压的改变率被向下减至零。
拥有输出信号中的期望程度的高频抑制的理想非线性斜升是根据上升余弦函数或其近似(诸如分段线性近似)的非线性斜升。其他非线性函数包括电源电压改变的高斯(Gaussian)整形。可关于对示例实施例的以下详细描述更好地领会这些有利特征以及附加的有利特征。
附图简述
图1是根据本公开的实施例的示例驱动器的电路图。
图2是根据本公开实施例的配置成在上电期间非线性地斜升图1的驱动器的电源电压的系统的示图。
图3A是双电源驱动器的非线性电源电压斜升的波形图。
图3B是单电源驱动器的非线性电源电压斜升的波形图。
图4A是根据本公开的实施例的包括取平均电路的驱动器的电路图。
图4B是解说图4A的取平均电路的活跃时段的波形图。
图5是根据本公开的实施例的用于驱动器电源电压的非线性斜升的操作的示例方法的流程图。
本公开的各实施例及其优点通过参考以下详细描述而被最好地理解。应当领会，相同参考标记被用来标识在一个或多个附图中所解说的相同元件。
详细描述
提供了用以消除或减小电子系统上电之际的爆音和嘀嗒噪声或相关毛刺的电路和方法。以下讨论将集中在音频系统中的爆音和嘀嗒噪声的减小上，但是将领会，本文中公开的原理可以被广泛应用于对可能在开关、稳压器或电荷泵、以及其他电路(诸如线驱动器)的上电之际发生的毛刺或噪声的消除。为了在音频系统中产生声音，常规上每个频道由对应的驱动器驱动。为了减小或消除由驱动器驱动的对应(诸)扬声器中的爆音和嘀嗒噪声，引入了驱动器的电源电压(或双电源实施例中的诸电压)的非线性斜升。这是十分有益的，因为结果噪声减小被容易地实现而无需对驱动器的常规电源进行主要修改。
针对图1中示出示例驱动器100，图1中示出了电源电压VDD和VSS。如果驱动器100是双电源驱动器，则VDD电源电压和VSS电源电压二者被从接地非线性地斜升到它们的默认上电值，以消除由驱动器100驱动的扬声器(诸如包含在耳机105中的扬声器)中的爆音和嘀嗒噪声。若驱动器100是单电源驱动器，则仅有VDD电源电压将会被斜升，而VSS电源电压会保持在接地。一般而言，对于每个音频信号的频道都将会有一个驱动器100，从而立体声系统将会包括两个驱动器100，一个用于右频道以及一个用于左频道。去往耳机105中的扬声器的接地信号为了解说清楚而未示出。由此会有三个导线或引线来驱动耳机105：一个用于右频道驱动、一个用于左频道驱动，以及接地。
当用户没有正在听音频时，驱动器100被断电以节省功率。例如，驱动器100可以是其中功率必须被节省以延长电池寿命的可携带设备(诸如蜂窝电话)的一部分。VDD和VSS电源电压二者将会由此在此类静态时段期间被放电。如果用户决定使用移动设备来听音频(诸如音乐)，则移动设备通过将VDD和VSS电源电压充电到它们的标称或默认值(分别是VDD标称和VSS标称)来上电驱动器100。这些默认值的值可以取决于期望的电源电压电平而变化。例如，在一个实施例中，VDD标称可以等于1.8V，而VSS标称可以等于-1.8V。替换地，VDD标称可以等于诸如3.3V的一些其他电压值而VSS标称可以等于-3.3V。驱动器100包括PMOS晶体管P1的CMOS堆叠，该PMOS晶体管P1使其源极耦合到携带VDD电源电压的电源节点，而其漏极耦合到用于携带用以驱动扬声器的音频调制输出信号的输出节点。驱动器100还包括NMOS晶体管M1，该NMOS晶体管M1使其源极耦合到供应VSS电源电压的电源节点，而使其漏极耦合到输出节点。正输入信号(输入+)驱动晶体管P1的栅极。类似地，负输入信号(输入-)驱动晶体管M1的栅极。在默认上电状态中，正输入信号被驱动至默认值，诸如VDD标称/2。类似地，负输入信号被驱动至默认值，诸如VSS标称/2。在常规系统中，随着电源电压VDD和VSS被驱动到它们的标称值，电源电压中突然的变化在驱动器100的输出处引起例如300mV的突发电压毛刺。该电压毛刺使得扬声器产生爆音和嘀嗒噪声。相反，如本文中所公开的电源电压的非线性斜升消除了或减小了该毛刺，从而用户不会遭受爆音和嘀嗒噪声。
图2中示出了配置成非线性地改变驱动器205的电源电压的示例系统200。处理器220(诸如数字信号处理器(DSB))实现了用于解码所存储的音频信号的数字流(未解说)从而相应地驱动驱动器205的正和负输入电压的编码器-解码器(CODEC)。为了解说清楚，图2中未示出这些输入电压和对应的P1和M1晶体管，但是它们可以如针对驱动器100所讨论的那样安排。如常规的，注意电源电压VDD和VSS被改变以跟随由驱动器205所驱动的音频信号(未解说)的振幅。换言之，随着音频信号的振幅的上升和下降，电源电压也相呼应地上升和下降。此类电源电压的调制比其中它们被保持在它们的尖峰相应状态的实施例更节省功率。为了执行该VDD电源电压的调制，DSP 220控制正电荷泵210由此是常规的。类似地，DSP220控制负电荷泵215来调制VSS电源电压是常规的。在单电源实施例中，仅有VDD电源电压将会用这种方式调制。
给定该电荷泵210和215的预先存在的控制，处理器220被容易地修改以针对每个电荷泵生成非线性斜升控制信号。该修改在系统200中被记作非线性斜升发生器225，但是将领会，此类发生器可以通过在处理器220上执行的软件的修改来实现。替换地，发生器225可以包括状态机或类似的硬件。
如本文中使用的，电源电压的“非线性”斜升或改变可以是连续线性的或分段线性的。该非线性斜升的优点可以针对图3A和图3B而被更好地领会。图3A解说了双电源驱动器的电源电压的非线性斜升，而图3B解说了单电源驱动器的电源电压的非线性斜升。在这两个情况中，常规上使用相对恒定的电流来对电源电压(或电压)进行充电，从而电源电压线性地改变。例如，线性斜升300解说了VDD电源电压的常规增加。类似地，线性斜升305解说了VSS电源电压的常规减小。这些电压源的常规线性斜升相对快地发生，诸如在数微秒或更小的跨度内。电源电压的DC值的此类突发改变导致驱动器输出信号电压中的高频毛刺，其导致收听者遭受爆音和嘀嗒噪声。本文中所公开的非线性斜升可以在相同的相对短的时间尺度上发生，而导致显著减小的电压毛刺，从而用户不遭受爆音和嘀嗒噪声。
由于DC电压电平在其上改变相对小的时间尺度，电源电压的线性斜升在时域中是有效的阶跃函数。用于驱动器电源电压的此类时域中的阶跃函数导致驱动器输出信号的频域中的高频毛刺。就此而言，可以领会，斜升300和305的开始(指示为点A)表示电源电压的改变率的相当大的跳跃。具体而言，改变率从零变成某些相对高的值。来自发生器225的非线性斜升减小了该点A之后的改变率。例如，图3A和3B中的VDD电源310紧随在点A之后与线性斜升300相比相对较慢地改变。诸如在与常规线性斜升300相同的时段上，非线性斜升随后具有加的改变率直到其达到转折点B，在该转折点B处，其改变率减速直到其最终达到其标称值。图3A中的VSS电源电压315以类似的非线性方式斜降。在图3B所提出的单电源实施例中，VSS电源电压315恒定保持在接地。针对线性斜升的两个端点，可以容易地领会，图3A的电源电压310和315的改变率小于对应的线性斜升电源电压300和305的改变率。是每个电源电压的从断电状态DC电压到标称上电DC电压的转变的此平滑化导致了驱动器输出信号中高频内容的显著减少。在一个实施例中，发生器225可以被视作包括用于将音频驱动器的正电源电压从音频驱动器的掉电状态期间的第一DC值非线性地改变到音频驱动器的活跃状态期间的第二DC值的装置。类似地，发生器225可以被视作包括用于将音频驱动器的负电源电压从音频驱动器的掉电状态期间的第三DC值非线性地改变到音频驱动器的活跃状态期间的第四DC值的装置。
在一个实施例中，发生器225可以被配置成使用上升的余弦非线性斜升来生成VDD电源电压310和VSS电源电压VSS。替换地，可以使用其他非线性斜升函数，诸如高斯(Gaussian)曲线。在所有此类情况中，目的是电压斜升的结果改变率以加速开始而以减速结束。用这种方式，电源电压的从开始到结束DC值的常规突发转变被平滑化，从而减少驱动器输出信号中的高频内容。如稍早所注意到的，发生器225不需要生成电源电压从而在诸如上升的余弦函数中具有连续的改变率，但是可以替换地近似加速曲线，该加速曲线转折后同样减速。
为了在驱动器输出信号中提供附加的毛刺抑制，电源电压可以在电源电压的非线性斜升期间被取平均并作为输入信号电压被施加到驱动器。图4A解说了使用电源电压产生去往驱动器205的平均输入的取平均电路400。为了解说清楚，驱动器205以简化形式解说，从而具有单个共用输入信号。取平均电路400包括诸如用电阻器R形成的分压器网络。替换地，电容器可以被用来形成分压器网络。VDD电源电压轨通过第一开关S1耦合到分压器网络的第一端子。类似地，VSS电源电压轨通过第二开关S1耦合到分压器网络的相对第二端子。在替换的实施例中，开关S1和S2可以用单个开关来替换。再次参照图2，非线性斜升发生器225(或处理器220)控制开关S1和S2在驱动器205上电之际的电压斜升的初始时闭合。如图4B的波形图中所示，取平均电路400的激活对应于取平均时段T1的开始。取平均时段T1的历时可以是固定的或在替换的实施例中是可编程的。随着电源电压的发展，开关S1和S2可以随后在标称操作时段T2开始时断开。替换地，开关S1和S2可以在那时逐渐断开。用以产生驱动器205的输入电压的非线性斜升的电源电压的结果取平均进一步抑制了结果音频信号的高频内容以进一步减小爆音和嘀嗒噪声。现在将讨论一种示例操作方法。
图5解说了非线性地斜升音频驱动器的电源电压的示例方法的流程图。该方法包括动作500，该动作500在音频驱动器的掉电状态期间发生并包括将由音频驱动器的正电源节点携带的正电源电压放电。该方法还包括动作505，该动作505为通过将正电源电压非线性地增加到标称值来将音频驱动器从掉电状态上电。
如本领域普通技术人员至此将领会的并取决于手头的具体应用，可以在本公开的设备的材料、装置、配置和使用方法上做出许多修改、替换和变化而不会脱离本公开的精神和范围。有鉴于此，本公开的范围不应当被限定于本文所解说和描述的特定实施例(因为其仅是作为本公开的一些示例)，而应当与所附权利要求及其功能等同方案完全相当。
Claims (20)
1.一种系统，包括：
配置成驱动输出信号的驱动器；以及
非线性电源电压发生器，其配置成将所述驱动器的至少一个电源电压从所述驱动器的掉电状态期间的第一DC值非线性地改变到所述驱动器的活跃状态期间的第二DC值。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述驱动器包括音频驱动器，以及其中所述非线性电源电压发生器配置成非线性地改变所述至少一个电源电压以减小由所述音频驱动器在从所述掉电状态转变到所述活跃状态之际产生的爆音和嘀嗒噪声。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述非线性电源电压发生器被配置成根据上升余弦函数非线性地改变所述至少一个电源电压。
4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述非线性电源电压发生器被配置成根据高斯(Gaussian)函数非线性地改变所述至少一个电源电压。
5.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述非线性电源电压发生器被配置成根据分段线性函数改变所述至少一个电源电压。
6.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述音频驱动器包括PMOS晶体管以及NMOS晶体管的串联堆叠。
7.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述至少一个电源电压包括正电源电压和负电源电压，所述系统进一步包括：
用于产生所述正电源电压的正电荷泵；以及
用于产生所述负电源电压的负电荷泵，其中所述非线性电源电压发生器配置成控制所述正电荷泵以非线性地改变所述正电源电压，以及配置成控制所述负电荷泵以非线性地改变所述负电源电压。
8.如权利要求2所述的系统，其特征在于，进一步包括配置成根据CODEC将数字音频信号解码成用于所述音频驱动器的至少一个输入信号的处理器，以及其中所述处理器配置成使用软件实现所述非线性电源电压。
9.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述非线性电源发生器包括状态机。
10.如权利要求6所述的系统，其特征在于，进一步包括取平均电路，其配置成对所述正电源电压和所述负电源电压取平均以产生在从所述掉电状态到所述活跃状态期间的所述音频驱动器的平均输入信号。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述取平均电路包括分压器。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，进一步包括配置成将所述分压器耦合到所述正电源电压和所述负电源电压中的一者的电源轨的至少一个开关。
13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述至少一个开关被配置成在所述正电源电压和所述负电源电压的所述非线性改变的发动期间闭合长达可编程历时。
14.一种方法，包括：
在具有用于携带正电源电压的正电源节点的音频驱动器的掉电状态期间，将所述正电源电压放电到第一DC值；以及
通过将所述正电源电压从所述第一DC值非线性地增加到第二DC值而从所述掉电状态中上电所述音频驱动器。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，上电所述音频驱动器进一步包括将负电源电压从第三DC值非线性地减小到第四DC值。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，非线性地增加所述正电源电压包括根据上升余弦函数增加所述正电源电压。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，非线性地增加所述正电源电压包括根据高斯(Gaussian)函数增加所述正电源电压。
18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包括：对非线性增加的正电源电压和非线性减小的负电源电压取平均以产生从所述音频驱动器的所述掉电状态转变到活跃模式的转变期间的所述音频驱动器的输入电压信号。
19.一种系统，包括：
配置成驱动输出信号的音频驱动器；以及
用于将所述音频驱动器的正电源电压从所述音频驱动器的掉电状态期间的第一DC值非线性地改变到所述音频驱动器的活跃状态期间的第二DC值的装置。
20.如权利要求19所述的系统，其特征在于，进一步包括用于将所述音频驱动器的负电源电压从所述音频驱动器的掉电状态期间的第三DC值非线性地改变到所述音频驱动器的活跃状态期间的第四DC值的装置。
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