CN109756823A - 一种音频数模转换装置、开关装置和音频输出设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种音频数模转换装置、开关装置和音频输出设备，用以解决现有技术中的音频数模转换装置在使用时存在由offset引起pop噪声的技术问题。其中，一种音频数模转换装置，包括用于进行音频模数转换的至少一个电路通道，其中任意电路通道上连接有半导体开关，用于控制所连接的电路通道的通断状态；开关控制模块，具有信号缓冲功能，开关控制模块的一端与至少一个电路通道中的N个半导体开关连接，另一端与N个半导体开关的控制信号源连接，N为正整数；其中，开关控制模块从控制信号源接收控制信号时，对接收到的控制信号进行缓冲调整后传输至N个半导体开关，以使N个半导体开关根据缓冲调整后的控制信号控制所连接的电路通道的通断状态。

Description

一种音频数模转换装置、开关装置和音频输出设备

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种音频数模转换装置、开关装置和音频输出设备。

背景技术

音频数模转换(Audio Digital to analog converter，Audio DAC)装置用于对数字音频信号转换为模拟音频信号，转换后的模拟音频信号可以通过耳机等音频播放设备播放出声音。

以图1所示的音频数模转换装置为例，现有技术中的音频数模转换装置通常包括数模转换器(Digital to analog converter，DAC)、开关(Switch)、功率放大器(Poweramplifier，PA)和隔直电容，其中每一组DAC、开关、PA、隔直电容为一个电路通道，用于处理一个声道的音频信号。

由于电路中存在高斯随机偏差，因而，在电路通道中的DAC和PA上会产生失调电压(offset)，如图2所示，在开关闭合或断开时，offset会在声音信号上产生一个峰(peak)，该peak使得音频播放设备发出“pop”噪声。

现有技术中，具有两种消除该pop噪声的方式：

第一种方式，由于offset与音频数模转换装置中的器件的尺寸及布局(layout)相关，通过增加器件尺寸并严格要求layout匹配以降低offset；

第二种方式，采用采用片上微调(tuning)校准技术或者offset校准技术，根据输出信号和电路中ref信号产生tuning校准信号或者offset校准信号，以消除offset的影响。

然而，采用第一种方式的音频数模转换装置中需要使用尺寸很大的器件，导致音频数模转换装置成本较高；采用第二种方式的音频数模转换装置受到校准模块精度、时钟反馈等因素的影响，校准难度大，控制逻辑复杂。

可见，现有技术中缺少一种能够有效消除offset引起的pop噪声的音频数模转换装置。

发明内容

本发明实施例提供一种音频数模转换装置、开关装置和音频输出设备，用以解决现有技术中的音频数模转换装置在使用时存在由offset引起pop噪声的技术问题。

第一方面，提供一种音频数模转换装置，包括用于进行音频模数转换的至少一个电路通道，其中任意电路通道上连接有半导体开关，用于控制所连接的电路通道的通断状态，所述音频数模转换装置还包括：

开关控制模块，具有信号缓冲功能，所述开关控制模块的一端与至少一个电路通道中的N个半导体开关连接，另一端与所述N个半导体开关的控制信号源连接，N为正整数；

其中，所述开关控制模块从所述控制信号源接收控制信号时，对接收到的控制信号进行缓冲调整后传输至所述N个半导体开关，以使所述N个半导体开关根据缓冲调整后的控制信号控制所连接的电路通道的通断状态。

在一种可能的实现方式中，所述开关控制模块为阻容RC，RC从所述控制信号源接收控制信号时，对控制信号进行延时调整，以使所述N个半导体开关根据调整后缓慢平滑上升或缓慢平滑下降的控制信号，控制所连接的电路通道的通断状态缓慢变化。

在一种可能的实现方式中，所述开关控制模块为第一数字模拟转换器DAC，第一DAC从所述控制信号源接收控制信号时，对控制信号进行阶梯调整，以使所述N个半导体开关根据调整后缓慢阶梯上升或缓慢阶梯下降的控制信号，控制所连接的电路通道的通断状态缓慢变化。

在一种可能的实现方式中，至少一个电路通道中的一个或多个半导体开关为MOS管或双极结型晶体管BJT。

在一种可能的实现方式中，至少一个电路通道中的一个或多个电路通道包括串联的第二DAC、半导体开关、功率放大器PA和隔直电容。

第二方面，提供一种开关装置，包括：

至少一个半导体开关；以及，

开关控制模块，具有信号缓冲功能，所述开关控制模块的一端与所述至少一个半导体开关连接，另一端与所述至少一个半导体开关的控制信号源连接；

其中，所述开关控制模块从所述控制信号源接收控制信号时，对接收到的控制信号进行缓冲调整后传输至所述至少一个半导体开关，以使所述至少一个半导体开关根据缓冲调整后的控制信号控制自身的通断状态。

在一种可能的实现方式中，所述开关控制模块为阻容RC，RC从所述控制信号源接收控制信号时，对控制信号进行延时调整，以使所述至少一个半导体开关根据调整后缓慢平滑上升或缓慢平滑下降的控制信号，控制自身的通断状态缓慢变化。

在一种可能的实现方式中，所述开关控制模块为数字模拟转换器DAC，DAC从所述控制信号源接收控制信号时，对控制信号进行阶梯调整，以使所述至少一个半导体开关根据调整后缓慢阶梯上升或缓慢阶梯下降的控制信号，控制自身的通断状态缓慢变化。

在一种可能的实现方式中，所述至少一个半导体开关中的一个或多个半导体开关为MOS管或双极结型晶体管BJT。

第三方面，提供一种音频输出设备，包括如第一方面所述的音频数模转换装置。

本发明实施例中，音频数模转换装置包括用于进行音频模数转换的至少一个电路通道，其中任意电路通道上连接有半导体开关，用于控制所连接的电路通道的通断状态，并且，音频数模转换装置还包括具有信号缓冲功能的开关控制模块，该开关控制模块的一端与至少一个电路通道中的N个半导体开关连接，另一端与所述N个半导体开关的控制信号源连接；当开关控制模块从控制信号源接收控制信号时，对接收到的控制信号先进行缓冲调整后再传输至N个半导体开关，以使N个半导体开关根据缓冲调整后的控制信号控制所连接的电路通道的通断状态。

通过开关控制模块的缓冲调整，使得原本突变的控制信号变得缓慢上升或缓慢下降，进而，半导体开关根据缓冲调整后的控制信息，控制所连接的电路通道的通断状态缓慢变化。由于半导体开关控制电路通道缓慢变化，降低了offset的影响，peak减小甚至消失，有效消除了offset引起的pop噪声。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中音频数模转换装置的结构框图；

图2为现有技术中音频数模转换装置的工作时序图；

图3为本发明实施例中一种音频数模转换装置的结构框图；

图4为本发明实施例中一种音频数模转换装置的工作时序图；

图5为本发明实施例中RC调整控制信号的示意图；

图6为本发明实施例中DAC调整控制信号的示意图；

图7为本发明实施例中一种音频数模转换装置的连接关系示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，在不做特别说明的情况下，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

实施例一

本发明实施例提供一种音频数模转换装置，包括用于进行音频模数转换的至少一个电路通道。

其中，每一个电路通道可以用于处理一个声道的音频。例如，图3所示的音频数模转换装置中包括有两个电路通道，分别用于处理两个声道的音频，即图3所示的音频数模转换装置可以2.0声道数模转换装置。在具体的实施过程中，本发明实施例中的音频数模转换装置还可以是1.0声道音频数模转换装置、2.1声道音频数模转换装置、3.1声道音频数模转换装置，等等。

本发明实施例中，至少一个电路通道中的任意电路通道上连接有半导体开关，用于控制半导体开关所连接的电路通道的通断状态。也就是说，半导体开关可以控制所连接的电路通道为导通、断开等状态。

例如，半导体开关可以通过调整自身在电路通道中产生的电阻值来控制所连接的电路通道的通断状态。

在具体的实施过程中，至少一个电路通道中的一个或多个半导体开关为MOS管或双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor，BJT)，等等。举例来说，各电路通道中的半导体开关可以都为MOS管，也可以都为BJT，还可以部分为MOS管，部分为BJT，等等。

本发明实施例中，音频数模转换装置中还包括有开关控制模块，该开关控制模块具有信号缓冲功能，并且，开关控制模块的一端与至少一个电路通道中的N个半导体开关连接，另一端与N个半导体开关的控制信号源连接。其中，N为正整数，且N小于或等于音频数模转换装置中半导体开关的数量。

基于上述的电路连接关系，控制信号源发送的用于控制半导体的控制信号会经过开关控制模块传输至这N个半导体开关。

本发明实施例中，开关控制模块从控制信号源接收控制信号时，可以对接收到的控制信号进行缓冲调整后传输至半导体开关，以使半导体开关根据缓冲调整后的控制信号控制所连接的电路通道的通断状态。

通过开关控制模块的缓冲调整，使得原本突变的控制信号变得缓慢上升或缓慢下降，进而，半导体开关根据缓冲调整后的控制信息，控制所连接的电路通道的通断状态缓慢变化。

具体来说，半导体开关缓慢的开启或关闭，则offset对输出的音频信号的影响变得平滑，降低了peak值。由于人耳的听觉范围为20hz到20khz，而且由于人耳对不同频率的响应程度不一样，较低的peak值不会产生pop噪音，解决了offset引起的pop噪音问题。

请参看图4，图4为本发明实施中的音频数模转换装置的一种工作时序图。如图4所示，在开关(switch)的时序上，开关缓慢地控制进行闭合及断开。对应的，在声道左(L)/右(R)的时序上，参看图4中箭头所指的两个区域，当开关闭合和开关断开时，声道上均不会产生明显的peak。也就是说，本发明实施例中的音频数模转换装置降低了开关闭合或断开所带来的peak，用户最终通过音频播放设备听到的声音中不会包括有pop噪音。

在一种可能的实施方式中，音频数模转换装置中的开关控制模块可以是阻容(Resistance-Capacitance，RC)，RC从控制信号源接收控制信号时，对控制信号进行延时调整，以使N个半导体开关根据调整后缓慢平滑上升或缓慢平滑下降的控制信号，控制所连接的电路通道的通断状态缓慢变化。

请参见图5，图5所示为本发明实施例中，经过RC延时调整前和延时调整后的控制信号的对比图。如图5所示，延时调整前的控制信号为方波，高电平和低电平之间迅速切换，相应的，若根据延时调整前的控制信号控制半导体开关，则半导体开关迅速在导通和断开两种状态上进行切换；而延时调整后的控制信号高电平和低电平之间的切换缓慢且平滑，相应的，根据延时调整后的控制信号控制半导体开关，半导体开关缓慢地切换通断状态。

在一种可能的实施方式中，音频数模转换装置中的开关控制模块可以为数字模拟转换器DAC，本发明实施例中，称作为开关控制模块的DAC为第一DAC。第一DAC从控制信号源接收控制信号时，对控制信号进行阶梯调整，以使N个半导体开关根据调整后缓慢阶梯上升或缓慢阶梯下降的控制信号，控制所连接的电路通道的通断状态缓慢变化。

请参见图6，图6所示为本发明实施例中，经过第一DAC阶梯调整前和阶梯调整后的控制信号的对比图。如图6所示，阶梯调整前的控制信号为方波，高电平和低电平之间迅速切换，相应的，若根据阶梯调整前的控制信号控制半导体开关，则半导体开关迅速在导通和断开两种状态上进行切换；而阶梯调整后的控制信号高电平和低电平之间的呈阶梯状缓慢变化，相应的，根据阶梯调整后的控制信号控制半导体开关，半导体开关缓慢地切换通断状态。

本发明实施例中，开关控制模块所连接的控制信号源可以是音频数模转换装置上包括的其它器件，也可以是音频数模转换装置外接的器件，还可以是开关控制模块本身，等等。当开关控制模块同时也是控制信号源时，开关控制模块可以是先产生迅速变化的控制信号再进行调整后输出缓慢变化的控制信号，也可以是开关控制模块直接产生缓慢变化的控制信号，等等。

在一种可能的实施方式中，音频数模转换装置上的至少一个电路通道中的一个或多个电路通道包括串联的第二DAC、半导体开关、功率放大器PA和隔直电容，以达到音频数模转换的作用。

在具体的实施过程中，第二DAC、半导体开关、功率放大器PA和隔直电容之间可以有多种串联方式。例如图3所示的音频数模转换装置中采用的是其中一种可行的串联方式，其中，两个电路通道中，第二DAC的输入端可以与数据数据流源、一参考信号ref源连接，第二DAC的输入端与半导体开关的一端连接，PA的输入端可以与半导体开关的另一端、一参考信号ref源连接，PA的输出端与隔直电容的一端连接，隔直电容的另一端可以输出数模转换后的音频。并且，半导体开关的控制输入端与开关控制模块连接，从开关控制模块接收控制信号。

本发明实施例中，由音频数模转换装置进行数模转换后的音频可以输出至音频播放设备，例如图7中，隔直电容可以通过有线连接的方式，将进行数模转换后的音频输出至一副耳机。

当然，在具体的实施过程中，音频数模转换装置中的电路通道还可以包括有其它组成器件，并且，电路通道还可以采用其它的连接方式，等等。本发明实施例中对于电路通道的具体组合方式和连接方式不做限制。

在一种可能的实施方式中，各电路通道和/或各半导体开关可以分别具有一个对应的开关控制模块。也就是说，本发明实施例中，音频数模转换装置包括的开关控制模块可以是一个或多个，当为多个时，各开关控制模块分别调整自身所对应的电路通道和/或半导体开关的控制信号。当然，一个或多个开关控制模块也可以是统一连接电路通道和/半导体开关，但进行分别控制。

本发明实施例中，音频数模转换装置中的各器件或电路可以替换为与之等效的器件和/电路。

实施例二

基于同一发明构思，本发明实施例提供一种开关装置，包括至少一个半导体开关及开关控制模块。其中的半导体开关和开关控制模块可以是实施例一中所述的半导体开关和开关控制模块。因而，在理解和解释实施例一、二中的内容时，同样可以相互参看和引用。

本发明实施例中，开关装置包括：

至少一个半导体开关；以及，

开关控制模块，具有信号缓冲功能，开关控制模块的一端与至少一个半导体开关连接，另一端与至少一个半导体开关的控制信号源连接；

其中，开关控制模块从控制信号源接收控制信号时，对接收到的控制信号进行缓冲调整后传输至至少一个半导体开关，以使至少一个半导体开关根据缓冲调整后的控制信号控制自身的通断状态。

在一种可能的实施方式中，开关控制模块为阻容RC，RC从控制信号源接收控制信号时，对控制信号进行延时调整，以使至少一个半导体开关根据调整后缓慢平滑上升或缓慢平滑下降的控制信号，控制自身的通断状态缓慢变化。

在一种可能的实施方式中，开关控制模块为数字模拟转换器DAC，DAC从控制信号源接收控制信号时，对控制信号进行阶梯调整，以使至少一个半导体开关根据调整后缓慢阶梯上升或缓慢阶梯下降的控制信号，控制自身的通断状态缓慢变化。

在一种可能的实施方式中，至少一个半导体开关中的一个或多个半导体开关为MOS管或双极结型晶体管BJT。

实施例三

基于同一发明构思，本发明实施例提供一种音频输出设备，该音频输出设备包括有如实施例一所述的音频数模转换装置。因而，在理解和解释实施例一、三中的内容时，同样可以相互参看和引用。

在具体的实施过程中，该音频输出设备可以是手机、MP3、平板电脑、个人电脑等具有音频输出功能的设备。

上述的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果：

本发明实施例中，音频数模转换装置包括用于进行音频模数转换的至少一个电路通道，其中任意电路通道上连接有半导体开关，用于控制所连接的电路通道的通断状态，并且，音频数模转换装置还包括具有信号缓冲功能的开关控制模块，该开关控制模块的一端与至少一个电路通道中的N个半导体开关连接，另一端与所述N个半导体开关的控制信号源连接；当开关控制模块从控制信号源接收控制信号时，对接收到的控制信号先进行缓冲调整后再传输至N个半导体开关，以使N个半导体开关根据缓冲调整后的控制信号控制所连接的电路通道的通断状态。

通过开关控制模块的缓冲调整，使得原本突变的控制信号变得缓慢上升或缓慢下降，进而，半导体开关根据缓冲调整后的控制信息，控制所连接的电路通道的通断状态缓慢变化。由于半导体开关控制电路通道缓慢变化，降低了offset的影响，peak减小甚至消失，有效消除了offset引起的pop噪声。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元/模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元/模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元/模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元/模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种音频数模转换装置，其特征在于，包括用于进行音频模数转换的至少一个电路通道，其中任意电路通道上连接有半导体开关，用于控制所连接的电路通道的通断状态，所述音频数模转换装置还包括：

开关控制模块，具有信号缓冲功能，所述开关控制模块的一端与至少一个电路通道中的N个半导体开关连接，另一端与所述N个半导体开关的控制信号源连接，N为正整数；

其中，所述开关控制模块从所述控制信号源接收控制信号时，对接收到的控制信号进行缓冲调整后传输至所述N个半导体开关，以使所述N个半导体开关根据缓冲调整后的控制信号控制所连接的电路通道的通断状态。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述开关控制模块为阻容RC，RC从所述控制信号源接收控制信号时，对控制信号进行延时调整，以使所述N个半导体开关根据调整后缓慢平滑上升或缓慢平滑下降的控制信号，控制所连接的电路通道的通断状态缓慢变化。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述开关控制模块为第一数字模拟转换器DAC，第一DAC从所述控制信号源接收控制信号时，对控制信号进行阶梯调整，以使所述N个半导体开关根据调整后缓慢阶梯上升或缓慢阶梯下降的控制信号，控制所连接的电路通道的通断状态缓慢变化。

4.如权利要求1-3中任一权利要求所述的装置，其特征在于，至少一个电路通道中的一个或多个半导体开关为MOS管或双极结型晶体管BJT。

5.如权利要求1-3中任一权利要求所述的装置，其特征在于，至少一个电路通道中的一个或多个电路通道包括串联的第二DAC、半导体开关、功率放大器PA和隔直电容。

6.一种开关装置，其特征在于，包括：

至少一个半导体开关；以及，

开关控制模块，具有信号缓冲功能，所述开关控制模块的一端与所述至少一个半导体开关连接，另一端与所述至少一个半导体开关的控制信号源连接；

其中，所述开关控制模块从所述控制信号源接收控制信号时，对接收到的控制信号进行缓冲调整后传输至所述至少一个半导体开关，以使所述至少一个半导体开关根据缓冲调整后的控制信号控制自身的通断状态。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述开关控制模块为阻容RC，RC从所述控制信号源接收控制信号时，对控制信号进行延时调整，以使所述至少一个半导体开关根据调整后缓慢平滑上升或缓慢平滑下降的控制信号，控制自身的通断状态缓慢变化。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述开关控制模块为数字模拟转换器DAC，DAC从所述控制信号源接收控制信号时，对控制信号进行阶梯调整，以使所述至少一个半导体开关根据调整后缓慢阶梯上升或缓慢阶梯下降的控制信号，控制自身的通断状态缓慢变化。

9.如权利要求6-8中任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述至少一个半导体开关中的一个或多个半导体开关为MOS管或双极结型晶体管BJT。

10.一种音频输出设备，其特征在于，包括如权利要求1-5中任一权利要求所述的音频数模转换装置。