CN108768309A - 音频功率放大器及其瞬态噪声抑制方法 - Google Patents
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Abstract
一种音频功率放大器及其瞬态噪声抑制方法,在音频功率放大器上电和/或下电的过程中,分段速率控制模块将上电时间或下电时间进行分段,每个时间分段采用不同的速率对功率级电路的输出进行信号上升或信号下降。本发明可以有效防止电路负载两端的短时间内的大幅度电压突变引起的高电压或者大电流,有效降低了开关机的爆破音,避免了对电路或者负载自身造成损坏,有效避免了音频系统的误触发过压/过流保护,防止在开关机过程中出现降低系统性能的情况出现。
Description
技术领域
本发明涉及一种音频功率放大器及其瞬态噪声抑制方法。
背景技术
开机瞬态噪声可能会造成短时间的高电压或者大电流,可能对电路/系统造成损害或者降低其性能。瞬态噪声通常由电路负载两端的短时间内的大幅度电压突变引起。在音频系统中,开关机瞬态噪声通常会引起爆破音(Click/Pop),这是一种由于音频负载(通常为扬声器或者耳机)两端电压突变所引起的噪音,极大地恶化用户的听感。音频系统的瞬态噪声是否会引起可听见的噪声,不单单取决于噪声的能量大小,还取决于噪声能量的频谱分布。通常大部分的可听见噪音在系统开机时产生,在系统关机或者改变工作模式时亦可产生可听见的噪声。例如D类音频放大器在电源上电/下电,或者由输出关闭状态和输出正常翻转状态之间切换时,都有可能产生爆破音(Click/Pop)。短时电压突变或者短时大电流会误触发音频系统的过压/过流保护,在开关机过程中降低了系统性能。
发明内容
本发明提供一种音频功率放大器及其瞬态噪声抑制方法,可以有效防止电路负载两端的短时间内的大幅度电压突变引起的高电压或者大电流,有效降低了开关机的爆破音,避免了对电路或者负载自身造成损坏,有效避免了音频系统的误触发过压/过流保护,防止在开关机过程中出现降低系统性能的情况出现。
为了达到上述目的,本发明提供一种音频功率放大器,包含:
输入调制电路,其输入端连接音频源,用于对输入信号进行前置放大和信号调制;
至少一个分段速率控制模块,其输入端连接输入调制电路,输出端连接功率级电路,用于对功率级电路的输出在上电过程或下电过程中分段采用不同的速率进行信号上升或信号下降,避免短时电压突变或者短时大电流;
至少一个功率级电路,其输入端连接分段速率控制模块,其输出端输出放大后的音频功率信号。
所述的分段速率控制模块包含:
分段控制电路,其输出端连接函数查找表电路的输入端和多路选择器电路的输入端;
函数查找表电路,其输入端连接分段控制电路的输出端,其输出端连接多路选择器电路的输入端;
多路选择器电路,其输入端连接输入调制电路的输出端、分段控制电路的输出端和函数查找表电路的输出端,其输出端连接功率级电路的输入端;
计数器,其输出端连接分段控制电路和函数查找表电路;
在音频功率放大器正常工作时,分段速率控制模块直接将输入调制电路的输入调制信号通过多路选择器电路输出到功率级电路,在音频功率放大器上电或下电过程中,分段控制电路产生不同的band_sel信号输出给函数查找表电路,从而选取不同时间段对应的函数,产生不同速率的输出信号。
本发明还提供一种用于音频功率放大器的分段速率控制模块,包含:
分段控制电路,其输出端连接函数查找表电路的输入端和多路选择器电路的输入端;
函数查找表电路,其输入端连接分段控制电路的输出端,其输出端连接多路选择器电路的输入端;
多路选择器电路,其输入端连接输入调制电路的输出端、分段控制电路的输出端和函数查找表电路的输出端,其输出端连接功率级电路的输入端;
计数器,其输出端连接分段控制电路和函数查找表电路;
在音频功率放大器正常工作时,分段速率控制模块直接将输入调制电路的输入调制信号通过多路选择器电路输出到功率级电路,在音频功率放大器上电或下电过程中,分段控制电路产生不同的band_sel信号输出给函数查找表电路,从而选取不同时间段对应的函数,产生不同速率的输出信号。
本发明还提供一种抑制音频功率放大器的瞬态噪声的方法,包含以下步骤:
在音频功率放大器上电和/或下电的过程中,分段速率控制模块将上电时间或下电时间进行分段,每个时间分段采用不同的速率对功率级电路的输出进行信号上升或信号下降。
采用时间函数实现在每个时间分段内的速率调节。
在音频功率放大器上电过程,所述的时间函数采用单调递增函数,在音频功率放大器下电过程,所述的时间函数采用单调递减函数。
所述的时间分段数量大于等于2段。
音频功率放大器的不同的功率级电路输出端之间采用相同的时间分段,或者采用不同的时间分段。
不同的功率级电路输出端之间的每个时间分段采用相同的信号上升或信号下降速率,或者不同的功率级电路输出端之间的每个时间分段采用不同的信号上升或信号下降速率。
本发明在上电过程或下电过程中采用多分段多速率进行信号上升或信号下降,可以有效防止电路负载两端的短时间内的大幅度电压突变引起的高电压或者大电流,有效降低了开关机的爆破音,避免了对电路或者负载自身造成损坏,有效避免了音频系统的误触发过压/过流保护,防止在开关机过程中出现降低系统性能的情况出现。
附图说明
图1是音频功率放大器的结构示意图。
图2是音频功率放大器单端输出模式的示意图。
图3是音频功率放大器差分输出模式的示意图。
图4是音频功率放大器两路并行差分输出模式的示意图。
图5是分段速率控制模块的结构示意图。
图6是分段速率控制示意图。
图7是分段调制波形示意图。
图8是音频功率放大器输出两端分段速率控制示意图。
具体实施方式
以下根据图1~图8,具体说明本发明的较佳实施例。
如图1所示,常用的音频功率放大器101包含D类音频功率放大器(Class-D)和AB类音频功率放大器(Class-AB)。在通常的音频系统中,音频功率放大器101连接音频源201和功率源301,音频功率放大器101由音频源201处得到音频输入信号,输入可以为零信号(zero input)或者普通音频信号(audio input)。音频源201通常为音频解码器、音频信号处理器或者通用处理器。音频功率放大器101通常外接外部滤波器401,从而提升电磁兼容性(EMC),在电磁兼容性(EMC)允许的情况下,也有很多省略外部滤波器401的场合。音频功率放大器的外接音频负载通常有三种输出配置模式,分别为:如图2所示的单端输出模式(SE),如图3所示的差分输出模式(BTL),以及如图4所示的两路并行差分输出模式(PBTL)。音频负载501通常为扬声器、手机或者耳机等。单端输出的音频负载通常增加隔直电容601或者分压电容网络602。
如图1所示,本发明提供一种音频功率放大器,包含:
输入调制电路102,其输入端连接音频源201,用于对输入信号进行前置放大和信号调制;
至少一个分段速率控制模块104,其输入端连接输入调制电路102,输出端连接功率级电路103,用于对功率级电路103的输出在上电过程或下电过程中分段采用不同的速率进行信号上升或信号下降,避免短时电压突变或者短时大电流;
至少一个功率级电路103,其输入端连接分段速率控制模块104,其输出端输出放大后的音频功率信号。
所述的输入调制电路102包含输入放大级电路和音量控制模块,对于D类音频功率放大器,该输入调制电路102还包含信号调制单元(Modulator)。
所述的分段速率控制模块104可以作为单独的电路模块来实现其功能,也可以将该分段速率控制模块104放在输入调制电路102中,成为输入调制电路102的一部分,或者将该分段速率控制模块104放在功率级电路103中,成为功率级电路103的一部分,该分段速率控制模块104适用于各种输出类型的音频功率放大器101。
如图5所示,所述的分段速率控制模块104包含:
分段控制电路1041,其输出端连接函数查找表电路1042的输入端和多路选择器电路1043的输入端;
函数查找表电路1042,其输入端连接分段控制电路1041的输出端,其输出端连接多路选择器电路1043的输入端;
多路选择器(MUX)电路1043,其输入端连接输入调制电路102的输出端、分段控制电路1041的输出端和函数查找表电路1042的输出端,其输出端连接功率级电路103的输入端;
计数器1044,其输出端连接分段控制电路1041和函数查找表电路1042,用于控制音频功率放大器101的上电时序和下电时序,以及控制每个时间分段的持续时间。
分段控制电路1041输出po_pd_ctrl信号,用于在音频放大器的两种调制方式中作出选择:1、上电过程/下电过程的特殊防爆音调制方式;2、正常工作时的音频PWM调试方式;在音频功率放大器101正常工作时,分段速率控制模块104直接将输入调制电路102的输入调制信号通过多路选择器电路1043输出到功率级电路103;在音频功率放大器101上电过程或下电过程中,分段控制电路1041产生不同的band_sel信号输出给函数查找表电路1042,从而选取不同时间分段对应的函数,产生不同的速率的输出信号。
本发明还提供一种抑制音频功率放大器瞬态噪声的方法,包含以下步骤:
在音频功率放大器上电和/或下电的过程中,分段速率控制模块将上电时间或下电时间进行分段,每个时间分段采用不同的速率对功率级电路的输出进行信号上升或信号下降。
所述的分段数量大于等于2段。
音频功率放大器的不同的功率级电路输出端之间可以采用相同的时间分段,或者采用不同的时间分段,不同的功率级电路输出端之间的每个时间分段也可以采用相同的信号上升或信号下降速率,或者不同的功率级电路输出端之间的每个时间分段采用不同的信号上升或信号下降速率。
以D类音频功率放大器的上电时序为例,该D类音频功率放大器的输出单端或输出两端可以采用多段不同信号上升/下降速率的方法,用于减小爆音(Click/Pop)。
如图6所示,以单端输出的D类音频功率放大器的上电过程为例,将上电时序分为3段,在不同分段区间采用不同的斜率。在初始的低段中,电压上升速度较慢,可以使电路初始电流稳定增加,斜率可以取0~0.8中的任意值。中段斜率调高,电压相对较快上升,有助于将上电时的输出信号的部分频率分量推往更高的频率区间,减小上电时音频频带内的能量,从而减小了可听见的声音信号,斜率可以取0.8~1.2中的任意值。高段相对斜率更缓,可以让输出电压平稳地达到所要求的电平,防止上电时的电压过冲,斜率可以取0~0.5中的任意值。
D类音频功率放大器通常采用PWM调制或者PDM调制方式,也可采用其他的调制方法。如图7所示,以PWM调制的D类音频功率放大器为例,整个D类音频功率放大器上电过程是输出电压逐渐增高,即音频功率放大器输出PWM波形的占空比逐渐变大到50%的过程。图7中,纵坐标为音频放大器的即时输出电压,横坐标为时间,时间函数中的参数to为每一个时间分段起始的时间,Δt为能实现的最小的步进时间间隔。音频功率放大器输出PWM波形增量速率在三个不同分段内可以采用不同的值。低段时间函数f1L的斜率可以取0~0.8中的任意值,中段时间函数f1M的斜率可以取0.8~1.2中的任意值,高段时间函数f1H的斜率可以取0~0.5中的任意值。
音频功率放大器采用差分输出方式时,差分输出两端的直流电平不匹配问题是造成系统开关机产生爆音的重要原因之一,此时可以采用两个或者多个输出端的分段方式以及每一段的上升/下降速率都不同,从而解决音频功率放大器差分输出不匹配的问题。
如图8所示,音频功率放大器差分输出的两端在上电过程中采用了不同的时间函数,第一输出端在三个不同分段内的时间函数分别为低段时间函数f1L、中段时间函数f1M和高段时间函数f1H,第二输出端在三个不同分段内的时间函数分别为低段时间函数f2L、中段时间函数f2M和高段时间函数f2H,f1L(t)≠f2L(t),f1M(t) ≠f2M(t),f1H(t) ≠ f2H(t),其中,f1L、f1M、f1H、f2L、f2M、f2H可以为任意不相同的单调递增函数。采用不同的时间函数可以使得两端之间的差值对放大器输出两端直流电平的偏差做出补偿。同理,在音频功率放大器的下电过程中,在不同的时间分段内,采用不用的时间函数来实现信号下降,此时的时间函数采用单调递减函数。
本发明提供的抑制音频功率放大器瞬态噪声的方法可以单独用于音频功率放大器的上电过程或下电过程,也可同时用于上电过程和下电过程,还可以用于音频功率放大器的模式切换过程。
本发明在上电过程或下电过程中采用多分段多速率进行信号上升或信号下降,可以有效防止电路负载两端的短时间内的大幅度电压突变引起的高电压或者大电流,有效降低了开关机的爆破音(Click/Pop),避免了对电路或者负载自身造成损坏,有效避免了音频系统的误触发过压/过流保护,防止在开关机过程中出现降低系统性能的情况出现。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍,但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后,对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此,本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (9)
1.一种音频功率放大器,其特征在于,包含:
输入调制电路(102),其输入端连接音频源(201),用于对输入信号进行前置放大和信号调制;
至少一个分段速率控制模块(104),其输入端连接输入调制电路(102),输出端连接功率级电路(103),用于对功率级电路(103)的输出在上电过程或下电过程中分段采用不同的速率进行信号上升或信号下降,避免短时电压突变或者短时大电流;
至少一个功率级电路(103),其输入端连接分段速率控制模块(104),其输出端输出放大后的音频功率信号。
2.如权利要求1所述的音频功率放大器,其特征在于,所述的分段速率控制模块(104)包含:
分段控制电路(1041),其输出端连接函数查找表电路(1042)的输入端和多路选择器电路(1043)的输入端;
函数查找表电路(1042),其输入端连接分段控制电路(1041)的输出端,其输出端连接多路选择器电路(1043)的输入端;
多路选择器电路(1043),其输入端连接输入调制电路(102)的输出端、分段控制电路(1041)的输出端和函数查找表电路(1042)的输出端,其输出端连接功率级电路(103)的输入端;
计数器(1044),其输出端连接分段控制电路(1041)和函数查找表电路(1042);
在音频功率放大器(101)正常工作时,分段速率控制模块(104)直接将输入调制电路(102)的输入调制信号通过多路选择器电路(1043)输出到功率级电路(103),在音频功率放大器(101)上电或下电过程中,分段控制电路(1041)产生不同的band_sel信号输出给函数查找表电路(1042),从而选取不同时间段对应的函数,产生不同速率的输出信号。
3.一种用于如权利要求1所述的音频功率放大器的分段速率控制模块,其特征在于,包含:
分段控制电路(1041),其输出端连接函数查找表电路(1042)的输入端和多路选择器电路(1043)的输入端;
函数查找表电路(1042),其输入端连接分段控制电路(1041)的输出端,其输出端连接多路选择器电路(1043)的输入端;
多路选择器电路(1043),其输入端连接输入调制电路(102)的输出端、分段控制电路(1041)的输出端和函数查找表电路(1042)的输出端,其输出端连接功率级电路(103)的输入端;
计数器(1044),其输出端连接分段控制电路(1041)和函数查找表电路(1042);
在音频功率放大器(101)正常工作时,分段速率控制模块(104)直接将输入调制电路(102)的输入调制信号通过多路选择器电路(1043)输出到功率级电路(103),在音频功率放大器(101)上电或下电过程中,分段控制电路(1041)产生不同的band_sel信号输出给函数查找表电路(1042),从而选取不同时间段对应的函数,产生不同速率的输出信号。
4.一种抑制如权利要求2所述的音频功率放大器的瞬态噪声的方法,其特征在于,包含以下步骤:
在音频功率放大器上电和/或下电的过程中,分段速率控制模块将上电时间或下电时间进行分段,每个时间分段采用不同的速率对功率级电路的输出进行信号上升或信号下降。
5.如权利要求4所述的抑制音频功率放大器的瞬态噪声的方法,其特征在于,采用时间函数实现在每个时间分段内的速率调节。
6.如权利要求5所述的抑制音频功率放大器的瞬态噪声的方法,其特征在于,在音频功率放大器上电过程,所述的时间函数采用单调递增函数,在音频功率放大器下电过程,所述的时间函数采用单调递减函数。
7.如权利要求4所述的抑制音频功率放大器的瞬态噪声的方法,其特征在于,所述的时间分段数量大于等于2段。
8.如权利要求5所述的抑制音频功率放大器的瞬态噪声的方法,其特征在于,音频功率放大器的不同的功率级电路输出端之间采用相同的时间分段,或者采用不同的时间分段。
9.如权利要求6所述的抑制音频功率放大器的瞬态噪声的方法,其特征在于,不同的功率级电路输出端之间的每个时间分段采用相同的信号上升或信号下降速率,或者不同的功率级电路输出端之间的每个时间分段采用不同的信号上升或信号下降速率。
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