CN110768632B - 适应性温度的音频放大器装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适应性温度的音频放大器装置，具有数字/模拟转换器、增益控制器、放大器、温度传感器及决策单元。数字/模拟转换器将数字音频讯号转换为模拟音频讯号。增益控制器具有增益值并对模拟音频讯号进行增益处理，产生增益后模拟音频讯号。放大器对增益后模拟音频讯号进行放大，产生放大后模拟音频讯号。温度传感器根据放大器的接面温度产生温度侦测讯号。决策单元接收温度传感器所传送的温度侦测讯号并相对产生适应增益调整讯号至增益控制器。适应增益调整讯号用于调整放大器的接面温度介于温度下限值及温度上限值之间。本发明还提供一种适应性温度的音频放大器装置的控制方法。

Description

适应性温度的音频放大器装置及其控制方法

技术领域

一种音频放大器装置，尤指一种适应性温度的音频放大器装置及其控制方法。

背景技术

在半导体制程中，芯片的环境温度与热损温度极为受到重视，当热损温度过高时，则可以导致芯片烧毁或是短路现象。先前技术中，降低芯片的环境温度及热损温度有数种方法。以改变芯片热阻的方式，可能增加制造成本，或是增加封装体积。以降低环境温度的方式，则必须更改散热机制，例如增加散热片或是更改内部组件组装位置。

发明内容

本发明提出一种适应性温度的音频放大器装置及其控制方法，由温度传感器来感测放大器的接面温度，由决策单元控制增益控制器，以使放大器的接面温度回复到正常工作温度。

本发明实施例提供一种适应性温度的音频放大器装置，具有数字/模拟转换器、增益控制器、放大器、温度传感器及决策单元。

数字/模拟转换器用于接收数字音频讯号，数字/模拟转换器将数字音频讯号转换为模拟音频讯号。增益控制器耦接数字/模拟转换器，增益控制器具有增益值并对模拟音频讯号进行增益处理，产生增益后模拟音频讯号。放大器耦接增益控制器，放大器对增益后模拟音频讯号进行放大，产生放大后模拟音频讯号，放大器更耦接喇叭，喇叭用于播放该放大后模拟音频讯号。温度传感器耦接放大器，温度传感器根据放大器的接面温度产生温度侦测讯号。决策单元耦接温度传感器及增益控制器，决策单元接收温度传感器所传送的温度侦测讯号并相对产生适应增益调整讯号至增益控制器。其中，决策单元所产生的适应增益调整讯号用于透过增益控制器调整放大器的接面温度介于温度下限值及温度上限值之间。

本发明实施例提供一种控制方法，适用于适应性温度音频放大器装置，具有模拟/数字转换器、增益控制器、放大器、温度传感器、决策单元、直流转换器及喇叭。控制方法包括：由数字/模拟转换器将数字音频讯号转换为模拟音频讯号；由增益控制器产生增益后模拟音频讯号；由放大器产生放大后模拟音频讯号；由温度传感器产生温度侦测讯号；由决策单元产生适应增益调整讯号至增益控制器；其中，决策单元所产生的适应增益调整讯号用于透过增益控制器调整放大器的接面温度介于温度下限值及温度上限值之间。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与所附图式仅是用来说明本发明，而非对本发明的权利范围作任何的限制。

附图说明

图1为本发明实施例的适应性温度的音频放大器装置的方块图。

图2为本发明实施例的另一适应性温度的音频放大器装置的方块图。

图3为本发明实施例的决策单元的方块图。

图4A为本发明实施例的温度传感器的方块图。

图4B为本发明实施例的温度传感器的电路图。

图5为本发明实施例的控制方法的方法流程图。

图6为本发明实施例的另一控制方法的方法流程图。

图7为本发明实施例的又一控制方法的方法流程图。

图8为本发明实施例的再一控制方法的方法流程图。

【符号说明】

100、200：音频放大器装置

110：数字/模拟转换器

120：增益控制器

130：放大器

140：温度传感器

141：偏流电路

143：比较单元

145：调变单元

147：取样过滤器

150：决策单元

151：温度决定单元

153：适应增益调整单元

160：喇叭

170：直流转换器

DS：数字音频讯号

AS：模拟音频讯号

GS：增益后模拟音频讯号

AAS：放大后模拟音频讯号

TDS：温度侦测讯号

GAS：适应增益调整讯号

TCS：温度比较讯号

PS：电源讯号

PCS：电源控制讯号

α：第一参数

μ：第二参数

VPTAT：第一电压

VREF：第二电压

S505：将数字音频讯号转换为模拟音频讯号

S510：产生增益后模拟音频讯号

S515：产生放大后模拟音频讯号

S520：产生温度侦测讯号

S525：产生适应增益调整讯号

S530：调整接面温度介于温度下限值及温度上限值之间

S602：提供电源讯号

S605：产生电源控制讯号

S610：判断温度是否介于上限值与下限值之间

S615：维持电压位准

S620：低于下限值

S622：提升电压位准

S625：高于上限值

S627：降低电压位准

S720：接收温度侦测讯号

S725：产生适应增益调整讯号

S7200：判断接面温度是否高于温度上限值

S7205：降低增益值

S7210：维持增益值

S7215：判断接面温度是否低于温度上限值

S7220：判断接面温度是否低于温度下限值

S7225：提升增益值

S7230：判断接面温度是否低于温度上限值

S7235：判断接面温度是否低于温度下限值

S7240：提升增益值

S805：接收不同的偏流

S810：产生第一、二电压

S815：产生第二参数

S820：产生温度侦测讯号

具体实施方式

请参阅图1所示，图1为本发明实施例的适应性温度的音频放大器装置的方块图。音频放大器装置100包括数字/模拟转换器110、增益控制器120、放大器130、温度传感器140及决策单元150。数字/模拟转换器110用于接收数字音频讯号DS，数字/模拟转换器110将数字音频讯号DS转换为模拟音频讯号AS，其中，数字/模拟转换器110可以有线方式或无线方式接收数字音频讯号DS。增益控制器120耦接数字/模拟转换器110，增益控制器120具有增益值并对模拟音频讯号AS进行增益处理，产生增益后模拟音频讯号GS。放大器130耦接增益控制器120，放大器130对增益后模拟音频讯号GS进行放大，并产生放大后模拟音频讯号AAS。温度传感器140耦接放大器130，温度传感器140根据放大器130的接面温度产生温度侦测讯号TDS。决策单元150耦接温度传感器140及增益控制器120，决策单元150接收温度传感器140所传送的温度侦测讯号TDS，决策单元150根据温度侦测讯号TDS相对产生适应增益调整讯号GAS至增益控制器120，举例来说，当温度侦测讯号TDS的温度值过高时，适应增益调整讯号GAS用于降低增益值，当温度侦测讯号TDS的温度值过低时，适应增益调整讯号GAS用于提升增益值。

决策单元150所产生的适应增益调整讯号GAS用于透过增益控制器120调整放大器130的接面温度介于温度下限值及温度上限值之间，放大器130更耦接喇叭160，喇叭160用于播放放大后模拟音频讯号AAS。举例来说，数字/模拟转换器110、增益控制器120、放大器130、温度传感器140及决策单元150可以设置在同一芯片，温度传感器140用于感测放大器130的接面温度，当接面温度过高时，透过增益值来降低放大器130的接面温度，当接面温度过低时，透过增益值来提升放大器130的接面温度，以使放大器130的接面温度介于温度下限值及温度上限值之间。进一步来说，温度传感器140也可以直接设置在放大器130，以更准确量测放大130的接面温度。

请参阅图2所示。图2为本发明实施例的另一适应性温度的音频放大器装置的方块图。音频放大器装置200包括数字/模拟转换器110、增益控制器120、放大器130、温度传感器140、决策单元150、喇叭160及直流转换器170。其中数字/模拟转换器110、增益控制器120、放大器130、温度传感器140、决策单元150及喇叭160的详细说明请参考图1的实施例说明，在此不再赘述。

直流转换器170耦接放大器130，直流转换器170接收电压源，直流转换器170提供电源讯号PS至放大器130，电源讯号PS用于供电至放大器130。进一步来说，直流转换器170耦接决策单元150，决策单元150根据温度侦测讯号TDS产生电源控制讯号PCS并传送至直流转换器170，电源控制讯号PCS用于控制电源讯号PS的电压位准。举例来说，当放大器130的接面温度低于温度下限值时，决策单元150所传送的电源控制讯号PCS用于提升电源讯号PS的电压位准，高电压位准的电源讯号PS可以提升放大器130的接面温度。当放大器130的接面温度高于温度上限值时，决策单元150所传送的电源控制讯号PCS用于降低电源讯号PS的电压位准，低电压位准的电源讯号PS可以降低放大器130的接面温度。在一实施例中，温度上限值可以为125度，温度下限值可以为70度，本发明不以此为限。

请参阅图3所示，图3为本发明实施例的决策单元的方块图。

决策单元150包括温度决定单元151及适应增益调整单元153。温度决定单元151耦接温度传感器140，温度决定单元151接收温度传感器140所传送的温度侦测讯号TDS，温度决定单元151根据温度侦测讯号、温度下限值及温度上限值产生温度比较讯号TCS。其中温度下限值及温度上限值可以由用户自定义，或是制造厂商规定，本发明不以此为限。适应增益调整单元153耦接温度决定单元151及增益控制器120，适应增益调整单元153接收温度决定单元151所传送的温度比较讯号TCS，适应增益调整单元153根据温度比较讯号TCS产生适应增益调整讯号GAS至增益控制器120，适应增益调整讯号GAS用于调整增益值。再者，调整增益值可以包括维持增益值、提升增益值及降低增益值。

进一步来说，当温度比较讯号TCS表示温度侦测讯号TDS的温度值介于温度下限值及温度上限值之间时，适应增益调整单元153传送的适应增益调整讯号GAS用于维持增益值，以维持放大器130的接面温度。当温度比较讯号TCS表示温度侦测讯号TDS的温度值低于温度下限值时，适应增益调整单元153传送的适应增益调整讯号GAS用于提升增益值，以提升放大器130的接面温度。温度比较讯号TCS表示温度侦测讯号TDS的温度值高于温度上限值时，适应增益调整单元153传送的适应增益调整讯号GAS用于降低增益值，以降低放大器130的接面温度。

请同时参阅图4A及图4B，图4A为本发明实施例的温度传感器的方块图。图4B为本发明实施例的温度传感器的电路图。在图4A中，温度传感器140包括偏流电路141、比较单元143、调变单元145及取样过滤器147。偏流电路141具有多个晶体管，各晶体管分别接收不同的偏流，在本实施例中，各晶体管为PNP型双极性晶体管。

比较单元143耦接偏流电路141，比较单元143至少具有比较器及加法器，比较器设有第一参数α，并根据第一参数α及晶体管的压差产生第一电压VPTAT，加法器根据第一电压VPTAT及晶体管的跨压来产生第二电压VREF，其中第二电压VREF并不随温度而改变。

调变单元145耦接比较单元143，调变单元145根据第一电压VPTAT及第二电压VREF的比值产生第二参数μ。在本实施例中，调变单元145可以模拟/数字转换器来实现。取样过滤器147耦接调变单元145，取样过滤器147接收调变单元145所传送的第二参数μ，取样过滤器147过滤第二参数μ并产生温度侦测讯号TDS，举例来说，取样过滤器147可以为带通滤波器。上述说明请参照以下公式：

请同时参阅图2及图5，图5为本发明实施例的控制方法的方法流程图。在步骤S505中，由数字/模拟转换器110将数字音频讯号DS转换为模拟音频讯号AS。在步骤S510中，由增益控制器120产生增益后模拟音频讯号GS。在步骤S515中，由放大器130产生放大后模拟音频讯号AAS。在步骤S520中，由温度传感器140产生温度侦测讯号TDS。在步骤S525中，由决策单元150产生适应增益调整讯号GAS至增益控制器120。在步骤S530中，决策单元150所产生的适应增益调整讯号GAS用于透过增益控制器120调整放大器130的接面温度介于温度下限值及温度上限值之间。

请同时参阅图2及图6，图6为本发明实施例的另一控制方法的方法流程图。在步骤S602中，由直流转换器170接收电压源，直流转换器170提供电源讯号PS至放大器130，电源讯号PS用于供电至放大器130。在步骤S605中，决策单元150根据温度侦测讯号TDS产生电源控制讯号PCS并传送至直流转换器170，电源控制讯号PCS用于控制电源讯号PS的电压位准。在步骤S610中，由决策单元150判断放大器130的接面温度是否介于温度上限值与温度下限值之间，若是，进入步骤S615，若否，进入步骤S620及步骤S625。在步骤S615中，电源控制讯号PCS用于维持控制电源讯号PS的电压位准。在步骤S620中，决策单元150判断放大器130的接面温度低于温度下限值。在步骤S622中，电源控制讯号PCS用于提升控制电源讯号PS的电压位准。在步骤S625中，决策单元150判断放大器130的接面温度高于温度上限值。在步骤S627中，电源控制讯号PCS用于降低控制电源讯号PS的电压位准。

请同时参阅图2及图7，图7为本发明实施例的又一控制方法的方法流程图。在步骤S720中，由温度决定单元151接收温度传感器140所传送的温度侦测讯号TDS，温度决定单元151根据温度侦测讯号TDS、温度下限值及温度上限值产生温度比较讯号TCS。在步骤S725中，由适应增益调整单元153根据温度比较讯号TCS产生适应增益调整讯号GAS至增益控制器120，适应增益调整讯号GAS用于调整增益值。

以下为步骤S725的细部动作来说明，在步骤S7200中，由决策单元170判断放大器130的接面温度是否高于温度上限值，若是，进入步骤S7205，若否，进入步骤S7210。在步骤S7205中，决策单元150所传送的适应增益调整讯号GAS用于降低增益值。在步骤S7210中，决策单元150所传送的适应增益调整讯号GAS用于维持增益值。在步骤S7215中，由决策单元170判断放大器130的接面温度是否低于温度上限值，若是，进入步骤S7220，若否，回到步骤S7205。在步骤S7220中，决策单元170判断放大器130的接面温度是否低于温度下限值，若是，进入步骤S7225，若否，回到步骤S7210。在步骤S7225中，决策单元150所传送的适应增益调整讯号GAS用于提升增益值。在步骤S7230中，由决策单元170判断放大器130的接面温度是否低于温度上限值，若是，进入步骤S7235，若否，回到步骤S7205。在步骤S7235中，由决策单元170判断放大器130的接面温度是否低于温度下限值，若是，进入步骤S7240，若否，回到步骤S7210。在步骤

S7240中，决策单元150所传送的适应增益调整讯号GAS用于提升增益值。

请同时参阅图4B及图8，图8为本发明实施例的再一控制方法的方法流程图。在步骤S805中，由各晶体管分别接收不同的偏流。在步骤S810中，由比较器根据第一参数α及晶体管的压差产生第一电压VPTAT，加法器根据第一电压VPTAT及晶体管的跨压产生第二电压VREF。在步骤S815中，由调变单元145根据第一电压VPTAT及第二电压VREF的比值产生第二参数μ。在步骤S820中，由取样过滤器147过滤第二参数μ并产生温度侦测讯号TDS。其中各晶体管为PNP型双极性晶体管。

综上所述，本发明提出一种适应性温度的音频放大器装置，透过温度传感器来感测放大器的接面温度，并由决策单元来判断放大器的接面温度是否介于温度上限值与温度下限值之间，当接面温度并没有介于温度上限值与温度下限值之间时，决策单元调整增益值且/或调整电源讯号，以使放大器处于正常工作温度范围，可以让放大器的接面温度快速回到正常工作温度，同时也可以增加音频放大器装置及喇叭的使用寿命。另外，增加决策单元及温度侦测器仅需少量电子组件，花费成本较低，而达成快速降/升温的效果。

以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以限定本发明的专利保护范围。任何熟习相像技艺者，在不脱离本发明的精神与范围内，所作的更动及润饰的等效替换，仍为本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种适应性温度的音频放大器装置，包括：

一数字/模拟转换器，用于接收一数字音频讯号，该数字/模拟转换器将该数字音频讯号转换为一模拟音频讯号；

一增益控制器，耦接该数字/模拟转换器，该增益控制器具有一增益值并对该模拟音频讯号进行增益处理，产生一增益后模拟音频讯号；

一放大器，耦接该增益控制器，该放大器对该增益后模拟音频讯号进行放大，并产生一放大后模拟音频讯号，该放大器更耦接一喇叭，该喇叭用于播放该放大后模拟音频讯号；

一温度传感器，耦接该放大器，该温度传感器根据该放大器的接面温度产生一温度侦测讯号；以及

一决策单元，耦接该温度传感器及该增益控制器，该决策单元接收该温度传感器所传送的该温度侦测讯号并相对产生一适应增益调整讯号至该增益控制器；

其中，该决策单元所产生的该适应增益调整讯号用于透过该增益控制器调整该放大器的接面温度介于一温度下限值及一温度上限值之间。

2.根据权利要求1所述的音频放大器装置，包括：

一直流转换器，耦接该放大器，该直流转换器接收一电压源并提供一电源讯号至该放大器，该电源讯号用于供电至该放大器。

3.根据权利要求2所述的音频放大器装置，其中该直流转换器耦接该决策单元，该决策单元根据该温度侦测讯号产生一电源控制讯号并传送至该直流转换器，该电源控制讯号用于控制该电源讯号的电压位准。

4.根据权利要求3所述的音频放大器装置，其中该放大器的接面温度低于该温度下限值时，该电源控制讯号用于提升该电源讯号的电压位准。

5.根据权利要求3所述的音频放大器装置，其中该放大器的接面温度高于该温度上限值时，该电源控制讯号用于降低该电源讯号的电压位准。

6.根据权利要求1所述的音频放大器装置，其中该决策单元更包括：

一温度决定单元，耦接该温度传感器，该温度决定单元接收该温度传感器所传送的该温度侦测讯号，该温度决定单元根据该温度侦测讯号、该温度下限值及该温度上限值产生一温度比较讯号；以及

一适应增益调整单元，耦接该温度决定单元及该增益控制器，该适应增益调整单元接收该温度决定单元所传送的该温度比较讯号，该适应增益调整单元根据该温度比较讯号产生该适应增益调整讯号至该增益控制器，该适应增益调整讯号用于调整该增益值。

7.根据权利要求6所述的音频放大器装置，其中该温度比较讯号表示该温度侦测讯号介于该温度下限值及该温度上限值之间时，该适应增益调整单元传送的该适应增益调整讯号用于维持该增益值；其中该温度比较讯号表示该温度侦测讯号低于该温度下限值时，该适应增益调整单元传送的该适应增益调整讯号用于提升该增益值；其中该温度比较讯号表示该温度侦测讯号高于该温度上限值时，该适应增益调整单元传送的该适应增益调整讯号用于降低该增益值。

8.根据权利要求1所述音频放大器装置，该温度传感器包括：

一偏流电路，具有多个晶体管，各该晶体管分别接收不同的偏流；

一比较单元，耦接该偏流电路，至少具有一比较器及一加法器，该比较器设有一第一参数，并根据该第一参数及该晶体管的压差产生第一电压，该加法器根据该第一电压及该晶体管的跨压产生一第二电压；

一调变单元，耦接该比较单元，该调变单元根据该第一电压及该第二电压的比值产生一第二参数；以及

一取样过滤器，耦接该调变单元，该取样过滤器接收该调变单元所传送的该第二参数，该取样过滤器过滤该第二参数并产生该温度侦测讯号。

9.根据权利要求8所述的音频放大器装置，其中各该晶体管为PNP型双极性晶体管。

10.一种控制方法，适用于一适应性温度音频放大器装置，具有一模拟/数字转换器、一增益控制器、一放大器、一温度传感器、一决策单元、一直流转换器及一喇叭，该控制方法包括：

由该数字/模拟转换器将一数字音频讯号转换为一模拟音频讯号；

由该增益控制器产生一增益后模拟音频讯号；

由该放大器产生一放大后模拟音频讯号；

由该温度传感器产生一温度侦测讯号；

由该决策单元产生一适应增益调整讯号至该增益控制器；以及

其中，该决策单元所产生的该适应增益调整讯号用于透过该增益控制器调整该放大器的接面温度介于一温度下限值及一温度上限值之间。

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