CN107911776A - 一种消除音频功放上电pop声的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及音频功放输出技术，提出一种消除功放上电POP声的方法。在耳机或喇叭的工作过程中，输出共模电压为Vref，而上电前输出端电压为0V，因此如果上电过快，在输出端就会听到POP声。传统方法是通过控制参考共模电压缓慢上电，使功放输出端慢速上电。然而此方法需一个DAC产生慢速上电波形，这会增加芯片面积。同时DAC输出需经过滤波，这需要一个滤波PIN和电容。本发明则通过为芯片功放输出端缓慢充电来达到共模电压Vref，同时缓慢上电波形通过音频DAC产生，而无需独立DAC，从而节省芯片面积，也省去滤波PIN和电容。同时由于上电过程功放输出与输入端切断，因此功放可直接上电，参考采用Vref。虽然在功放输入端有脉冲，但无法传递到输出端，就不会产生POP声。

Description

一种消除音频功放上电POP声的方法

技术领域

本发明涉及消费类电子音频输出技术领域，特别涉及优化功放上电过程，以消除功放上电POP声，从而提升用户体验。

背景技术

音频功放作为消费类电子产品的最后一级输出，如耳机或喇叭，往往最终影响着产品的音频体验。同时由于人耳的灵敏度极其高，因此极微小的音频波动都会被人耳所感知，因此音频功放的输出一定要满足用户的听觉体验，在各种开关与切换过程中需做到缓慢平滑，从而保证在音频的输出端不产生任何的POP声。

图1为基本的音频功放输出电路，对于消费类产品而言，一般由于设计上为了省掉产生负电压的复杂度和芯片面积成本，因此VSS实际是连接到GND上。同样DAC也是工作在0~VDD之间，所以无论是DAC的输出还是功放的输出，电压都在0~VDD之间，那么信号的共模电压即为VDD/2。但对于输出端的耳机或喇叭，则是连接在输出与GND之间，因此喇叭的共模电压为0V。那么为了保证耳机或喇叭的正常工作，必须在功放输出端和喇叭之间插入耦合电容，实现隔直通交的作用。那么功放的启动过程将会同时伴随着对耦合电容的充电。当充电过程过快，且远小于耳机或喇叭的时间常数时，就会在耳机或喇叭上产生脉冲波形，如图2所示。这样就会在耳机或喇叭上产生POP声，从而造成用户的听感上的不适。

图3所示为一种消除POP声的方法，在音频功放输出上电之前，GPIO控制MOS管导通，使得耳机或喇叭的两端都连接到地，待功放上电完成，且电容A端充电到共模电压Vref(VDD/2)后，通过GPIO控制MOS管截止。接着即可进行音频播放。这样即可避免在电容的B端产生脉冲，也就避免了耳机或喇叭上的POP声。然而这种方式却难以集成，因为耦合电容容值会影响输出端频响曲线，为了保证频响曲线在20Hz~20kHz尽量平直，需保证耦合电容容值尽量大。同时音频对于此电容的电压稳定性要求较高，一般需要采用钽电容，而钽电容也是无法在芯片上集成的。综上原因，此方法不太可能实现集成，而只能在芯片外部采用分立元件实现。因此MOS管也必须放在芯片外，这就增加了一个分立器件的需求，同时需要额外的一个GPIO口资源。这对于芯片集成度和方案成本而言都是不利的，因此较少采用。

图4为现在集成芯片采用较多的一种方法，此种方法通过一个低精度数模转换器2造出一个缓慢上电的波形，使功率放大器的共模电压缓慢上升到VDD/2，然后由数模转换器2维持此共模电压。此过程完成后，通过数模转换器1输出正常音频波形。这样整个过程即可实现无POP声上电。然而此种方法必须增加一个数模转换器2，这样就增加了芯片面积。同时由于人耳的灵敏度较高，对于数模转换器2的精度也存在要求，同时为了保证数模转换器2的输出不出现台阶，在功率放大器的共模电压参考处还需要一个滤波电容，而一般为了省去片上电容面积，此滤波器电容是放在芯片外部，这就需要消耗一个PIN脚资源。总体而言成本较高。

发明内容

为了解决音频输出端功放上电过程中，耳机或喇叭产生POP声的问题，同时兼顾芯片集成度和成本的要求，本发明提出了一种直接对功放输出端预充电，在充电完成后，再对功放进行上电的方式，实现无POP声的启动。

本发明要求功放输出满足以下条件：(1)功放输出与输入在启动之前的电压需达到电压一致；(2)功放输出与输入之间存在一个开关，只有当它们的电压达到平衡后，才开启开关；(3)功放的预充电MOS管由音频DAC控制，从而能够产生任意的预充电波形。

本发明所采用的技术方案是：如图5所示，电路设计上增加一个为功放输出端预充电的MOS管M1，MOS管的栅极由音频DAC控制，而MOS管的源漏端则连接功放的输出端和功放/DAC的共模参考电压Vref(VDD/2)。由于控制MOS管栅极的是DAC，因此可以通过为DAC提供不同的数据，造出任意的缓慢平滑上电波形，这样就保证了栅极和漏极都以此波形缓慢平滑上电，也就是功放输出端的缓慢平滑上升。而且功放输出端上升到的目标电压即为Vref(VDD/2)。同时，功放的输出端与输入端插入一个开关，通过控制此开关在输出端预充电完成后再连接，保证输入输出端电压的一致，在MOS管的模型中原本就有开关的功能，因此也就不用特别设计。输出端通过预充电过程达到Vref(VDD/2)，而输入端DAC采用的共模参考电压也是Vref(VDD/2)。同时，功放的共模参考电压原本也是Vref(VDD/2),而且启动时输入输出电压皆为Vref(VDD/2)，因此功放启动过程中(也即开关S2连接过程)输入输出不会有电压的变化。也就保证了功放输出端不会产生POP声。详细的启动流程可见图6、7。

本发明的有益效果是：用最少的电路成本实现了预充电电路，而且充电波形采用音频DAC控制，无需额外的DAC资源。这在不牺牲消POP声效果的同时，极大地简化了芯片设计。同时相对于上面的传统方式，也没有额外PIN脚资源需求。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为基本的音频功放输出电路。

图2为功放输出端耦合电容两端波形。

图3为一种通过外部控制消除POP声的方法。

图4为一种通过低精度DAC控制共模参考电压缓慢上电消除POP声的方法。

图5为本发明采用的通过给功放输出端预充电消除POP声的方法。

图6为本发明描述的关键模块状态与开关时序图。

图7为本发明描述的功放音频输出的上电流程图。

具体实施方式

首先相对于控制共模参考电压的方式，本发明电路更简单。

501，为音频DAC，完成预充电波形的控制和音频信号的播放。

502，为共模电压Vref，电压值为VDD/2，模块初始化即存在，不会调整。

503，也为共模电压Vref，与502为同一电压，也不会调整。

504，为功放输出端预充电MOS管，通过DAC控制MOS管缓慢平滑为电容C1的A端充电。

505，为控制预充电通路开关，在预充电过程中闭合，其他时候断开。

506，为耦合电容，本发明即是对其A端预充电，使其缓慢平滑地达到Vref(VDD/2)。

507，为控制功放输出通路的开关，只有当电容C1的A端预充电到Vref后才闭合。

本发明的电路实现相较于传统方式有优势，但在时序控制和各模块的处理上需处理仔细。详细流程如图6，7所示。

701，t0时刻初始化播放通路，此时开关S1和S2都处于断开状态，DAC输出和PA输入端由于采用的共模电压为Vref(VDD/2)，因此初始状态下电压即为Vref(VDD/2),而电容A端由于初始状态未充电，电压为0V。

702，t1时刻需将DAC输出状态置为最小电压，因为DAC工作在0~VDD之间，同时DAC输出会有压降损失，因此DAC输出的最小电压略高于0V，而最大电压略低于VDD。由于MOS管M1的开启电压也略高于0V，因此此时MOS管M1依然处于断开状态。

703，t2时刻闭合开关S1，使MOS管的漏极连接耦合电容C1的A端。

704，t3时刻DAC开始播放缓慢平滑的上电波形，控制MOS管缓慢导通，从而为耦合电容C1的A端充电，由于DAC的最终输出只是略低于VDD，因此能够保证MOS最终完全导通，从而保证耦合电容C1的A端电压在t4时刻即达到图5中503的共模电压Vref。另外耦合电容C1的B端，如果充电稍微较快，会有一个正弦波包，但由于充电速度可控，波包会很小，或者完全没有，因此也就可以保证预充电过程没有POP声。预充电完成后，开关S2(功放)的左右两端电压即都是Vref。

705，t4时刻上电波形播放完成。

706，t5时刻断开开关S1。

707，断开开关S1后，t6时刻需先将DAC输出还原为Vref。此时无播放数据，因此DAC输出即为共模电压Vref。这样也就保证了PA输入端电压还原为Vref。

708，t7时刻，由于开关S2两端电压达到平衡的Vref，因此此时闭合开关S2，将不会造成耦合电容A端的任何电压波动。也就不会产生POP声。

709，t8时刻即可开始播放正常音频数据。

Claims (4)

1.一种消除功放输出上电POP声的方法，其特征在于，通过播放DAC和一个MOS管组成预充电电路，通过DAC控制MOS缓慢平滑开启，共模参考电压Vref通过MOS为功放输出端预充电；当功放输出端充电到Vref后，关闭预充电通路，然后将DAC输出清零，最后将功放输出通路开启，播放音频。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过播放DAC和一个MOS管组成预充电电路，而MOS管的源和漏则连接功放输出端和共模参考电压Vref；通过DAC控制功放输出端缓慢上电到Vref。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过播放DAC和一个MOS管组成预充电电路，而无需一个独立的DAC对MOS进行控制，实现缓慢上点的功能，进而节省了芯片面积。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为功放输出端预充电到Vref，而功放的共模参考电压也是Vref，这样就保证了在输出端切换到音频播放通路时，切换开关的两端已达到平衡，切换也不会有POP声。