CN115314805A - 音频处理电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种音频处理电路，其中当该音频处理电路判断所处理的信号是小信号时，该输出级使用稳压电路所提供的稳压后供应电压来进行供电，且该输出级使用开回路架构，以降低输出音频信号的噪声成分；以及当该音频处理电路判断所处理的信号是大信号时，该输出级直接使用供应电压来进行供电，且该输出级使用闭回路架构，以降低输出音频信号的总谐波失真。通过本发明，音频处理电路可以在具有很小晶片面积的情形下，同时维持好的性能指标。

Description

音频处理电路

技术领域

本发明有关于音频处理电路。

背景技术

D类功率放大器(class-D power amplifier)是目前普遍使用在音频处理电路中的技术，其具有很高的效率以产生输出音频信号以驱动扬声器播放出声音，因此广泛地被应用在个人电脑市场、消费性市场或是车用市场中的电子产品。D类功率放大器通常具有闭回路(closed-loop)架构，以消除本身的非线性现象与供应电压所带来的噪声，以改善总谐波失真加噪声(total harmonic distortion and noise，THD+N)、互调变失真(intermodulation distortion，IMD)、电源抑制比(power supply rejection ratio，PSRR)、…等等性能指标。

针对所接收的输入音频信号在格式上的差异，音频处理电路一般可以分为数字输入型式(digital input type)以及模拟输入型式(analog input type)，而随着半导体制程日益先进，数字输入型式的音频处理电路在晶片面积上会具有较佳的表现，此外，若是可以将音频处理电路内的大部分电路都改用数字电路来实现的话，更是可以让整体产品具有竞争力。然而，考虑到D类功率放大器具有闭回路架构，因此，若是将音频处理电路内的调变电路使用数字电路来实现，则会需要在反馈路径上设置一个模拟数字转换器，而身为模拟电路的模拟数字转换器无法享受先进制程所带来的好处，亦即晶片面积无法有效地缩减。此外，为了维持D类功率放大器的性能，会需要设计较大面积的模拟数字转换器以使得反馈信号具有优选的表现，但如此一来会使得音频处理电路的晶片面积无法进一步下降。

发明内容

因此，本发明的目的之一在于提出一种音频处理电路，其可以在具有较小晶片面积下仍然具有好的效能，以解决先前技术中所述的问题。

在本发明的一个实施例中，公开了一种音频处理电路，其包含一数字信号处理电路、一数字调变电路、一输出级、一稳压电路及一信号检测电路。在该音频处理电路的操作中，该数字信号处理电路用以对一数字音频信号进行处理以产生一处理后信号，该数字调变电路用以根据该处理后信号以产生一调变后信号，该输出级用以根据该调变后信号以产生一输出音频信号，该稳压电路用以接收一供应电压后产生一稳压后供应电压，以及信号检测电路用以检测该数字音频信号及/或该处理后信号的信号强度，以产生一第一控制信号，以供控制该输出级使用该供应电压或是该稳压后供应电压来产生该输出音频信号。

在本发明的一个实施例中，公开了一种音频处理电路，其包含一数字信号处理电路、一数字调变电路、一输出级、一模拟数字转换器及一信号检测电路。在该音频处理电路的操作中，该数字信号处理电路用以对一数字音频信号进行处理以产生一处理后信号，该数字调变电路用以根据该处理后信号以产生一调变后信号，该输出级用以根据该调变后信号以产生一输出音频信号，该模拟数字转换器用以对该输出音频信号进行模拟数字转换操作以产生一模拟信号，以及该信号检测电路用以检测该数字音频信号及/或该处理后信号的信号强度，以产生一控制信号，以控制该数字调变电路是否参考一反馈信号来产生该调变后信号，其中该反馈信号根据该模拟信号所产生。

附图说明

图1为根据本发明一实施例的音频处理电路的示意图。

图2为音频处理电路操作在小信号模式的示意图。

图3为音频处理电路操作在大信号模式的示意图。

具体实施方式

图1为根据本发明一实施例的音频处理电路100的示意图。如图1所示，音频处理电路100包含了一输入接口110、一信号检测电路120、一数字信号处理电路130、一数字滤波器140、一数字调变电路150、作为输出级的一D类放大器160、一模拟数字转换器170、一滤波器180、一稳压电路190以及两个开关电路102、104。在本实施例中，音频处理电路100系用来接收一数字音频信号Din后产生输出音频信号至一扬声器，以控制扬声器播放出声音。本实施例的音频处理电路100可以设置于任何需要播放出声音的电子装置中。

在音频处理电路100的操作中，首先，输入接口110接收数字音频信号Din，其中输入接口110可以是可以接收符合I2S规格、脉冲密度调变(Pulse Density Modulation，PDM)、或是其他任何数字音频信号的接口电路。接着，数字信号处理电路130可以对数字音频信号Din进行数字信号处理，例如音量的调整、等化操作…等等，以产生一处理后信号Din’，而数字滤波器140对处理后信号Din’进行滤波操作以产生一滤波后信号Din”。接着，数字调变电路150对滤波后信号Din”进行调变操作以产生一调变后信号Dmod，亦即将滤波后信号Din”编码为脉冲宽度调变(pulse-width modulation，PWM)信号，以驱动D类放大器160以产生输出音频信号Vout。

以上所述的输入接口110、数字信号处理电路130、数字滤波器140、数字调变电路150及D类放大器160的操作已为本领域具有通常知识者所熟知，故更细节的电路与操作内容在此不赘述。

在包含D类放大器160的音频处理电路100中，总谐波失真加噪声(THD+N)是衡量其性能的重要指标，然而，当音频处理电路100需要产生大音量的输出音频信号Vout，总谐波失真加噪声性能指标主要是由总谐波失真来决定，而噪声的影响则较小；另一方面，当音频处理电路100需要产生小音量的输出音频信号Vout，总谐波失真加噪声性能指标主要是由噪声来决定，而总谐波失真的影响则较小。因此，本实施例的音频处理电路100另外设计了信号检测电路120、模拟数字转换器170、滤波器180、稳压电路190及两个开关102、104，以使得音频处理电路100可以根据目前所处理的信号的强度/音量来采用不同的操作模式。

具体来说，信号检测电路120可以检测数字音频信号Din的信号强度(例如，所表示的音量大小)及/或处理后信号Din’的信号强度，以产生控制信号Vc1、Vc2。在一例子中，信号检测电路120可以仅对数字音频信号Din的信号强度进行检测；而在另一例子中，由于数字信号处理电路130可能会对数字音频信号Din进行音量调整，因此，信号检测电路120可以仅对处理后信号Din’的信号强度进行检测、或是一并将数字音频信号Din及处理后信号Din’的信号强度做整体考量，以产生控制信号Vc1、Vc2。

控制信号Vc1是用来控制开关电路102，以使得D类放大器160可以直接由一供应电压VDD进行供电、或是由稳压电路190所提供的稳压后供应电压VDD’来进行供电。控制信号Vc2是用来控制开关电路104，以使得D类放大器160具有开回路或是闭回路架构。

具体来说，先参考图2，当信号检测电路120判断目前数字音频信号Din及/或处理后信号Din’的信号强度属于小信号时，例如对应到的D类放大器160的功率消耗小于100毫瓦(milli-Watt，mW)时，信号检测电路120可以产生控制信号Vc1以使得开关电路102将供应电压VDD连接到稳压电路190，而稳压电路190可以使用一低压降稳压器(Low DropoutRegulator，LDO)来实现，以对供应电压VDD进行处理后产生稳压后供应电压VDD’，且D类放大器160只会接收到来自稳压电路190的稳压后供应电压VDD’，而不会直接由供应电压VDD进行供电。另一方面，信号检测电路120产生控制信号Vc2以断开滤波器180与数字调变电路150之间的路径，亦即D类放大器160具有开回路架构，而此时模拟数字转换器170及滤波器180不会产生反馈信号至数字调变电路150，以供调整滤波后信号Din”。

在图2所示的操作在小信号模式的音频处理电路100中，由于稳压电路190会将供应电压VDD中的电源噪声进行抑制及衰减，使用稳压后供应电压VDD’来进行供电的D类放大器160会因为较少电源噪声而提升其性能；此外，由于D类放大器160具有开回路架构，故此时模拟数字转换器170本身的噪声便不会影响到输出音频信号Vout，因此可以维持D类放大器160本身的性能。如上所述，音频处理电路100可以在小信号(小音量)的情形下维持较低的噪声水平，以提升总谐波失真加噪声性能指标。

另一方面，参考图3，当信号检测电路120判断目前数字音频信号Din及/或处理后信号Din’的信号强度属于大信号时，例如对应到的D类放大器160的功率消耗大于100毫瓦时，信号检测电路120可以产生控制信号Vc1以使得开关电路102将供应电压VDD直接连接到D类放大器160以进行供电，而此时稳压电路190可以关闭。另一方面，信号检测电路120产生控制信号Vc2以连接滤波器180与数字调变电路150之间的路径，亦即D类放大器160具有闭回路架构，此时模拟数字转换器170会对输出音频信号Vout进行模拟数字转换操作以产生一模拟信号，而此模拟信号再通过滤波器180的处理后产生一反馈信号Vfb，用来调整滤波后信号Din”。

在图3所示的操作在大信号模式的音频处理电路100中，由于D类放大器160具有闭回路架构，故可以消除本身的非线性现象与供应电压VDD所带来的噪声。此外，由于在大信号(大音量)的情形下，D类放大器160的性能指标主要是由总谐波失真来决定，因此，模拟数字转换器170所产生的噪声对于整体性来来说影响很小。

参考以上关于音频处理电路100的操作，由于模拟数字转换器170只有在大信号模式下才需要操作，且在大信号模式下D类放大器160的性能指标是主要由总谐波失真来决定，故模拟数字转换器170可以使用晶面面积较小的设计，而不需要太考虑所产生的噪声。另外，由于在大信号模式下D类放大器160是直接由供应电压VDD来进行供电，而稳压电路190只会在小信号模式下使用，因此稳压电路190也可以仅使用较小晶片面积的设计，而不需要设计可以支援较大电流量的电路架构。此外，信号检测电路120是使用数字电路来实现，因此也会具有很小的晶片面积。综上所述，本实施例的音频处理电路100可以在具有很小晶片面积的情形下，同时维持好的性能指标。

需注意的是，为了避免音频处理电路100反复地在大信号模式与小信号模式间切换，而造成输出音频信号Vout有一些不连贯的情形发生，信号检测电路120可以具有一些防止抖动(debounce)机制。举例来说，信号检测电路120可以检测数字音频信号Din及/或处理后信号Din’在一段时间的信号强度的平均值，以供判断目前应该是小信号模式或是大信号模式；或是信号检测电路120可以在检测到数字音频信号Din及/或处理后信号Din’的信号强度高于一第一门槛值后才会由小信号模式切换至是大信号模式，并在检测到数字音频信号Din及/或处理后信号Din’的信号强度一于一第二门槛值后才会由大信号模式切换至是小信号模式，其中第一门槛值高于第二门槛值。需注意的是，上述小信号模式与大信号模式的切换机制仅是作为范例说明，而非是本发明的限制。

简要归纳本发明，在本发明的音频处理电路中，当该音频处理电路判断所处理的信号是小信号时，输出级使用稳压电路所提供的稳压后供应电压来进行供电，且输出级使用开回路架构，以降低输出音频信号的噪声成分；以及当该音频处理电路判断所处理的信号是大信号时，输出级直接使用供应电压来进行供电，且输出级使用闭回路架构，以降低输出音频信号的总谐波失真。通过本发明，音频处理电路可以在具有很小晶片面积的情形下，同时维持好的性能指标。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

【符号说明】

100：音频处理电路

102：开关电路

104：开关电路

110：输入接口

120：信号检测电路

130：数字信号处理电路

140：数字滤波器

150：数字调变电路

160：D类放大器

170：模拟数字转换器

180：滤波器

190：稳压电路

Din：数字音频信号

Din’：处理后信号

Din”：滤波后信号

Dmod：调变后信号

Vc1、Vc2：控制信号

Vfb：反馈信号

Vout：输出音频信号

VDD：供应电压

VDD’：稳压后供应电压。

Claims (10)

1.一种音频处理电路，包含：

一数字信号处理电路，用以对一数字音频信号进行处理以产生一处理后信号；

一数字调变电路，用以根据该处理后信号以产生一调变后信号；

一输出级，用以根据该调变后信号以产生一输出音频信号；

一稳压电路，用以接收一供应电压后产生一稳压后供应电压；以及

一信号检测电路，用以检测该数字音频信号及/或该处理后信号的信号强度，以产生一第一控制信号，以供控制该输出级使用该供应电压或是该稳压后供应电压来产生该输出音频信号。

2.根据权利要求1所述的音频处理电路，其中当该信号检测电路检测该数字音频信号及/或该处理后信号的信号强度，并判断该数字音频信号及/或该处理后信号属于小信号时，该信号检测电路产生该第一控制信号以控制该输出级使用该稳压后供应电压；以及当该信号检测电路判断该数字音频信号及/或该处理后信号属于大信号时，该信号检测电路产生该第一控制信号以控制该输出级使用该供应电压，而不使用该稳压后供应电压。

3.根据权利要求2所述的音频处理电路，还包含：

一开关电路，用以选择性地将该供应电压连接至该输出级或是该稳压电路；

其中当该信号检测电路判断该数字音频信号及/或该处理后信号属于小信号时，该信号检测电路产生该第一控制信号以控制该开关电路将该供应电压连接至该稳压电路，而该输出级不会接收到该供应电压；以及当该信号检测电路判断该数字音频信号及/或该处理后信号属于大信号时，该信号检测电路产生该第一控制信号以控制该开关电路将该供应电压连接至该输出级，而该稳压电路不会产生该稳压后供应电压至该输出级。

4.根据权利要求1所述的音频处理电路，还包含：

一模拟数字转换器，用以对该输出音频信号进行模拟数字转换操作以产生一模拟信号；

一滤波器，用以对该模拟信号进行滤波操作以产生一反馈信号；

其中该检测该数字音频信号及/或该处理后信号的信号强度以产生一第二控制信号，以控制该数字调变电路是否参考该反馈信号来产生该调变后信号。

5.根据权利要求4所述的音频处理电路，其中当该信号检测电路检测该数字音频信号及/或该处理后信号的信号强度，并判断该数字音频信号及/或该处理后信号属于小信号时，该信号检测电路产生该第二控制信号以控制该数字调变电路不参考该反馈信号来产生该调变后信号；以及当该信号检测电路判断该数字音频信号及/或该处理后信号属于大信号时，该信号检测电路产生该第二控制信号以控制该数字调变电路参考该反馈信号来产生该调变后信号。

6.根据权利要求5所述的音频处理电路，还包含：

一开关电路，用以选择性地将该滤波器耦接至该数字调变电路；

其中当该信号检测电路判断该数字音频信号及/或该处理后信号属于小信号时，该信号检测电路产生该第二控制信号以控制该开关电路阻断该滤波器耦接至该数字调变电路之间的路径；以及当该信号检测电路判断该数字音频信号及/或该处理后信号属于大信号时，该信号检测电路产生该第二控制信号以控制该开关电路将该滤波器耦接至该数字调变电路。

7.根据权利要求1所述的音频处理电路，其中该输出级为一D类放大器。

8.一种音频处理电路，包含：

一数字信号处理电路，用以对一数字音频信号进行处理以产生一处理后信号；

一数字调变电路，用以根据该处理后信号以产生一调变后信号；

一输出级，用以根据该调变后信号以产生一输出音频信号；

一模拟数字转换器，用以对该输出音频信号进行模拟数字转换操作以产生一模拟信号；

一信号检测电路，用以检测该数字音频信号及/或该处理后信号的信号强度，以产生一控制信号，以控制该数字调变电路是否参考一反馈信号来产生该调变后信号，其中该反馈信号是根据该模拟信号所产生。

9.根据权利要求8所述的音频处理电路，其中当该信号检测电路检测该数字音频信号及/或该处理后信号的信号强度，并判断该数字音频信号及/或该处理后信号属于小信号时，该信号检测电路产生该控制信号以控制该数字调变电路不参考该反馈信号来产生该调变后信号；以及当该信号检测电路判断该数字音频信号及/或该处理后信号属于大信号时，该信号检测电路产生该控制信号以控制该数字调变电路参考该反馈信号来产生该调变后信号。

10.根据权利要求8所述的音频处理电路，还包含：

一开关电路，用以选择性地将滤波器耦接至该数字调变电路；

其中当该信号检测电路判断该数字音频信号及/或该处理后信号属于小信号时，该信号检测电路产生该控制信号以控制该开关电路阻断该模拟数字转换器耦接至该数字调变电路之间的路径；以及当该信号检测电路判断该数字音频信号及/或该处理后信号属于大信号时，该信号检测电路产生该控制信号以控制该开关电路将该模拟数字转换器耦接至该数字调变电路。

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