CN203596902U

CN203596902U - 具有线性功率音量控制的音频功率放大集成电路芯片

Info

Publication number: CN203596902U
Application number: CN201320789621.3U
Authority: CN
Inventors: 朱洲; 夏剑平; 张辉霞; 刘燕
Original assignee: WUXI SHENGTONG MICROELECTRONICS Co Ltd
Current assignee: WUXI SHENGTONG MICROELECTRONICS Co Ltd
Priority date: 2013-12-05
Filing date: 2013-12-05
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2023-12-05

Abstract

本实用新型涉及一种具有线性功率音量控制的音频功率放大集成电路芯片，包括输入模块、LINEOUT输出放大器、线性功率增益模块、功率输出模块、输入选择控制模块、音量AD检测模块、掉电保护模块、过温和欠压保护模块、耳机模式控制模块、静音模块及软启动模块。本实用新型将音频信号选择功能与LINEOUT功能集成到电路芯片内，为其他音频处理设备节省了输入选择模块、额外的多路开关回路及放大器回路，降低设备成本，同时，采用线性功率电子音量控制电路，以线性功率递增或递减实现电子音量控制，解决大音量下调节音量的变化幅度大而造成的听觉舒适度较差的问题，提高听觉的舒适度；另外，集成掉电保护模块，有效的避免关机噪声。

Description

具有线性功率音量控制的音频功率放大集成电路芯片

技术领域

本实用新型涉及一种音频功率放大电路，尤其是涉及一种具有线性功率音量控制的音频功率放大集成电路芯片。

背景技术

随着电子技术的发展，各种便携电子产品被大量使用。人们在享受娱乐的同时，追求更好的视听效果。一般便携电子设备都具备音频处理功能，例如车载DVD、笔记本电脑、手机、平板电脑、电视、蓝牙耳机等。在音频设备中，一般都有多个音频来源，比如FM收音机、MP3信号和DVD信号等，所以一般具有至少有3个以上的音频信号来源。同时，在实际应用中，除了设备内置的小功率喇叭外，还经常会使用到外置大功率音箱。目前整机的应用方式一般是在音频功放外再使用单片机控制一个多路开关回路来实现音源选择，选择后的音频信号通过一个单独的放大回路放大后提供给功放使用，这就需要多个额外的回路，造成了整机成本提高。

另外，目前大多数设备中，调节音量的方式都是根据输出电压除以输入电压的方式计算增益，也就是音量增益控制是采用电压增益为台阶的，一般以1dB为一个步进台阶，这样假设音量降低1dB，对应相当于电压增益下降为原来的0.891倍，对应功率下降为原来的0.794，相当于音量减小了20.6%，这样从听觉上音量变化很大，这样就会造成在大音量条件下调节音量，音量的变化幅度比较大，听觉的舒适度很差。

并且，目前很多功率放大器电路解决了开机时的噪声，但是很少有电路能够有效避免关机噪声，一般都是在功率放大器电路的外围添加回路或功能来实现降低关机噪声。

实用新型内容

本申请人针对上述的问题，进行了研究改进，提供一种具有线性功率音量控制的音频功率放大集成电路芯片，集成音频信号选择功能与LINEOUT功能，为其他音响和音频处理设备节省输入选择模块，降低设备成本；改进音量控制调节方式，提高听觉的舒适度；并且进一步避免关机噪声。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：

一种具有线性功率音量控制的音频功率放大集成电路芯片，包括：

输入模块，包括至少三组音源输入端及相应数量的CMOS有源开关，选择一组音源输入信号放大后输出；

LINEOUT输出放大器，连接所述输入模块的输出端，所述输入模块的输出信号放大后作为LINEOUT输出；

线性功率增益模块，连接所述输入模块的输出端，以线性功率递增或递减实现电子音量控制；包括负反馈运算放大器、输入电阻和反馈电阻，所述输入电阻连接在所述输入模块的输出端与所述负反馈运算放大器的反相输入端之间，所述反馈电阻连接在所述负反馈运算放大器的反相输入端与输出端之间，所述负反馈运算放大器的同相输入端接模拟地，所述输入电阻与所述反馈电阻由一组开关阵列及一组串联的电阻控制调节阻值大小；

功率输出模块，连接所述线性功率增益模块的输出端，将所述线性功率增益模块的增益信号放大输出为功率信号；

输入选择控制模块，连接所述输入模块，根据输入信号控制所述输入模块的一组CMOS有源开关打开，其余各组CMOS有源开关关闭；

音量AD检测模块，连接所述线性功率增益模块，检测VOLUME引脚电压并转化为数字信号控制所述线性功率增益模块的功率输出；

基准模块，连接所述输入模块及所述线性功率增益模块，为所述输入模块及所述线性功率增益模块提供基准电压及偏置电流；

过温和欠压保护模块及耳机模式控制模块，分别连接所述功率输出模块；

静音模块，连接所述LINEOUT输出放大器；

软启动模块，连接所述线性功率增益模块。

进一步的：

还包括掉电保护模块，所述掉电保护模块连接所述功率输出模块，所述掉电保护模块包括电阻一和电阻二构成的第一采样回路、电阻三和电阻四构成的第二采样回路及比较器构成，所述第一采样回路与所述第二采样回路分别连接所述比较器的两个输入端口。

所述输入模块包括三组立体声音源输入端，芯片的1~24号引脚分别为：右通道地（PGNDR）、右通道正端输出（ROUT+）、右通道电源（PVDDR）、右通道输入1（RIN1）、右通道输入2（RIN2）、右通道输入3（RIN3）、左通道输入3（LIN3）、左通道输入2（LIN2）、左通道输入1（LIN1）、左通道电源（PVDDL）、左通道正端输出（LOUT+）、左通道地（PGNDL）、左通道负端输出（LOUT-）、LINEOUT静音（MUTE）、左通道线性输出（LLINEOUT）、模拟地（BYPASS）、电源（VDD）、地（GND）、音量调节（VOLUME）、输入选择控制1（A1）、输入选择控制2（A0）、右通道线性输出（RLINEOUT）、耳机/BTL模式（SEBTL）、右通道负端输出（ROUT-）。

本实用新型的技术效果在于：

本实用新型公开的一种具有线性功率音量控制的音频功率放大集成电路芯片，将音频信号选择功能与LINEOUT功能集成到电路芯片内，选择后的音频信号通过电路内部的放大模块放大后输出到电路外部，作为LINEOUT信号提供给其他音响和音频处理设备，节省了输入选择模块、额外的多路开关回路及放大器回路，降低设备成本，同时，采用线性功率电子音量控制电路，以线性功率递增或递减实现电子音量控制，解决大音量条件下调节音量的变化幅度比较大而造成的听觉的舒适度较差的问题，提高听觉的舒适度；另外，集成掉电保护模块，有效的避免关机噪声。

附图说明

图1为本实用新型的电路结构示意。

图2为输入模块的电路结构示意。

图3为线性功率增益模块的电路结构示意。

图4为线性功率增益模块的详细电路结构示意。

图5为掉电保护模块的电路结构示意。

图6为本实用新型的集成电路芯片管脚排布图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，本实用新型包括输入模块（106、110）、LINEOUT输出放大器（108、112）、线性功率增益模块（107、111）、功率输出模块（109、113）、输入选择控制模块100、音量AD检测模块103、掉电保护模块104、过温和欠压保护模块105、耳机模式控制模块114、静音模块115及软启动模块102。输入模块（106、110）包括三组立体声音源输入端及相应数量的CMOS有源开关202，输入模块（106、110）选择一组音源输入信号放大后输出，将选择后的立体声信号，作为线性功率增益模块（107、111）的输入信号，同时，LINEOUT输出放大器（108、112）连接输入模块（106、110）的输出端，输入模块（106、110）的输出信号由LINEOUT输出放大器（108、112）放大后作为LINEOUT输出，提供给整个系统使用。电路将信号直接通过LINEOUT输出放大器（108、112）驱动输出到电路外部，作为LINEOUT信号提供给其他的音响和音频处理设备使用，设备中可以使用该LINEOUT信号作为其他功率放大器的输入信号，这样就相当于为其他音响和音频处理设备节省了输入选择模块，可节省多路开关回路和放大器回路，降低成本。参阅图2，输入模块（106、110）输入端的3组CMOS有源开关202构成了输入选择功能，输入选择控制模块100连接输入模块（106、110），根据输入信号控制输入模块（106、110）的一组CMOS有源开关202打开；输入选择控制模块100检查输入信号A0和A1，判选电路需要选择那组立体声输入，然后控制一组CMOS有源开关打开，此时其他两组开关关闭，这样就选择了A0和A1设置的通道作为音源输入，运放201作为运算放大器处理所选择的输入信号并输出到下一级处理。

如图1、3、4所示，线性功率增益模块（107、111）连接输入模块（106、110）的输出端，以线性功率递增或递减实现电子音量控制，线性功率增益模块（107、111）的最大额定输出功率等分为N个功率台阶△P，音量AD检测模块103控制线性功率增益模块（107、111）的功率输出以相同的功率差值（功率台阶△P）递增或递减，这样在调节音量时，人耳对音量的感受也是线性调节的，避免了传统电压增益方式在大音量下调节音量时，音量变化很大而造成的不适。在大音量条件下使用线性功率输出调节，在音量调节时人耳听到的声音也是线性调节的，极大的改善了音量调节对听觉感受的影响，同时由于在大音量条件下，以线性功率方式调节音量，每个音量台阶调节的音量变化小，这样也就减小了音量切换时的音量突变产生的噪声。线性功率增益模块（107、111）包括负反馈运算放大器301、输入电阻R_i和反馈电阻R_f，输入电阻R_i连接在输入模块106、110的输出端与负反馈运算放大器301的反相输入端之间，反馈电阻Rf连接在负反馈运算放大器301的反相输入端与输出端之间，负反馈运算放大器301的同相输入端接模拟地，输入电阻R_i与反馈电阻R_f由一组开关阵列及一组串联的电阻控制调节阻值大小。线性功率增益模块（107、111）的电压增益为：G₁=20*LOG（R_f/R_i），因此调整输入电阻R_i与反馈电阻R_f的值，就实现了调整系统增益，式中，G₁表示线性功率增益模块（107、111）的增益，单位为dB；R_i为负反馈运算放大器301的输入电阻，R_f为负反馈运算放大器301的反馈电阻，R_i和R_f单位为KΩ。线性功率增益模块（107、111）通过开关阵列及串联的电阻组选择输入电阻R_i与反馈电阻R_f的值，每个音量台阶对应唯一一个开关打开，相当于每次只有一个开关打开，设置为对应的音量台阶及输出功率，每个音量台阶对应的输入电阻与反馈电阻的和都相等，也就是串联电阻组的阻值总和，那么根据各音量台阶的输出功率就可以计算出对应的R_i和R_f的值，并计算出串联电阻组中各个串联电阻的值。音量AD检测模块103连接线性功率增益模块（107、111），音量AD检测模块103检测VOLUME引脚电压并转化为数字信号控制线性功率增益模块（107、111）的功率输出；也就是说，VOLUME引脚外接音量调节外置装置，比如音量调节旋钮或按键，调节音量的指令转化为DC电压，通过VOLUME引脚输入到音量AD检测模块103，音量AD检测模块103采样输入的DC电压，转换为数字电平控制线性功率增益模块（107、111）的开关阵列，线性功率增益模块（107、111）在音量AD检测模块103控制下通过开关阵列选择对应的功率输出，或者说是选择对应的音量台阶。在本实用新型中，线性功率增益模块（107、111）的相邻的各音量台阶的输出功率以相同的功率差值△P递增或递减，这样在大音量条件下调节音量，音量是一个线性变化的过程，使听觉感觉上变得更舒适。功率输出模块（109、113）连接线性功率增益模块（107、111）的输出端，将线性功率增益模块（107、111）的增益信号放大输出为功率信号。

下表为最大额定输出功率为2.3W的实际电路中，各音量台阶与对应的输出功率值的对照表：

本实施例中线性功率增益模块（107、111）的最大额定输出功率P_max=2.3W，线性音量增减的音量台阶数目N=23，那么可以得到相邻音量台阶的输出功率差值△P为0.1W，这样每一次音量调节在听觉上的变化都是相同的，而不是音量越大调节是变化就越大。这样在大音量条件下调节音量，音量是一个线性变化的过程，使听觉感觉上变得更舒适。

在本实施例中，软启动模块102连接线性功率增益模块（107、111），过温和欠压保护模块105、耳机模式控制模块114分别连接所述功率输出模块（109、113），静音模块115连接LINEOUT输出放大器（108、112）；软启动模块102在电路上电时，在运放的直流电平未完全建立的时候静音整个电路，相当于反馈电阻R_f与输入电阻R_i的比例为－∞实现增益为MUTE，然后在所有运放正常工作后，从静音开始逐步提高系统增益，有效的避免了开机POP噪声。过温和欠压保护模块105保护电路在异常状态下不会损坏，可以避免电路的核心工作温度过高导致电路高温烧坏，欠压保护可以使在使用电池供电时，当电池的电压下降到设计预定的数值时，自动关闭整个电路的工作模块，避免将电池的电量完全用光，可以保护电池和整个设备；耳机模式控制模块114检测SEBTL引脚电压来判断电路是否需要工作在耳机模式，检测到高电平，电路进入耳机模式；静音模块115检测MUTE引脚电压，检测到高电平时，静音LLINEOUT和RLINEOUT。基准模块101连接输入模块（106、110）及线性功率增益模块（107、111），为输入模块（106、110）及线性功率增益模块（107、111）提供基准电压及偏置电流。

如图1、5所示，本实用新型还包括掉电保护模块104，掉电保护模块104连接功率输出模块（109、113），掉电保护模块104包括电阻一R51和电阻二R52构成的第一采样回路502、电阻三R53和电阻四R54构成的第二采样回路503及比较器501构成，第一采样回路502与第二采样回路503分别连接比较器501的两个输入端口。在电路关机时，自动检测电路状态，关闭电路功放，有效避免的关机时的噪声。一般的功放中都有防开机噪声的措施，但是都没有防止关机时电源掉落噪声的额外措施，电路在关机电源掉落时，电路功放输出在电源跌落到某一个较低的电压时功放会彻底失去功能，但是由于生产工艺的原因，电路功放彻底失去功能的电压点可能会有细微的差异，这样如果这个差异稍微大一点，就会造成两个功放不同时关断，这样就会产生一个噪声。掉电保护模块104利用了电阻一R51、电阻二R52和电阻三R53、电阻四R54采样电源电压，其中电阻一R51和电阻二R52分压采样外接大电容，这样电阻三R53和电阻四R54采样会随着电源变化而变化，而电阻一R51和电阻二R52采样不会随着电源变化，这样在电源波动时，通过设置比较器501的阈值，就可以识别电路是否掉电了，在判定电路掉电的情况下，比较器501输出低电平，同时关掉两个功放，这样就避免了两个功放不同时关闭产生的噪声，有效避免的关机时的噪声。比较器501的偏置电流由基准模块101提供。

本实用新型的集成电路芯片的1~24号引脚分别为：右通道地（PGNDR）、右通道正端输出（ROUT+）、右通道电源（PVDDR）、右通道输入1（RIN1）、右通道输入2（RIN2）、右通道输入3（RIN3）、左通道输入3（LIN3）、左通道输入2（LIN2）、左通道输入1（LIN1）、左通道电源（PVDDL）、左通道正端输出（LOUT+）、左通道地（PGNDL）、左通道负端输出（LOUT-）、LINEOUT静音（MUTE）、左通道线性输出（LLINEOUT）、模拟地（BYPASS）、电源（VDD）、地（GND）、音量调节（VOLUME）、输入选择控制1（A1）、输入选择控制2（A0）、右通道线性输出（RLINEOUT）、耳机/BTL模式（SEBTL）、右通道负端输出（ROUT-），共计24个引脚。如图6所示，本实用新型的集成电路芯片对外端口为24个引脚，具体引脚定义见下表：

Claims

1.一种具有线性功率音量控制的音频功率放大集成电路芯片，其特征在于包括：

输入模块（106、110），包括至少三组音源输入端及相应数量的CMOS有源开关（202），选择一组音源输入信号放大后输出；

LINEOUT输出放大器（108、112），连接所述输入模块（106、110）的输出端，所述输入模块（106、110）的输出信号放大后作为LINEOUT输出；

线性功率增益模块（107、111），连接所述输入模块（106、110）的输出端，以线性功率递增或递减实现电子音量控制；包括负反馈运算放大器（301）、输入电阻（R_i）和反馈电阻（R_f），所述输入电阻（R_i）连接在所述输入模块（106、110）的输出端与所述负反馈运算放大器（301）的反相输入端之间，所述反馈电阻（R_f）连接在所述负反馈运算放大器（301）的反相输入端与输出端之间，所述负反馈运算放大器（301）的同相输入端接模拟地，所述输入电阻（R_i）与所述反馈电阻（R_f）由一组开关阵列及一组串联的电阻控制调节阻值大小；

功率输出模块（109、113），连接所述线性功率增益模块（107、111）的输出端，将所述线性功率增益模块（107、111）的增益信号放大输出为功率信号；

输入选择控制模块（100），连接所述输入模块（106、110），根据输入信号控制所述输入模块（106、110）的一组CMOS有源开关（202）打开，其余各组CMOS有源开关（202）关闭；

音量AD检测模块（103），连接所述线性功率增益模块（107、111），检测VOLUME引脚电压并转化为数字信号控制所述线性功率增益模块（107、111）的功率输出；

基准模块（101），连接所述输入模块（106、110）及所述线性功率增益模块（107、111），为所述输入模块（106、110）及所述线性功率增益模块（107、111）提供基准电压及偏置电流；

过温和欠压保护模块（105）及耳机模式控制模块（114），分别连接所述功率输出模块（109、113）；

静音模块（115），连接所述LINEOUT输出放大器（108、112）；

软启动模块（102），连接所述线性功率增益模块（107、111）。

2. 按照权利要求1所述的具有线性功率音量控制的音频功率放大集成电路芯片，其特征在于：还包括掉电保护模块（104），所述掉电保护模块（104）连接所述功率输出模块（109、113），所述掉电保护模块（104）包括电阻一（R51）和电阻二（R52）构成的第一采样回路（502）、电阻三（R53）和电阻四（R54）构成的第二采样回路（503）及比较器（501）构成，所述第一采样回路（502）与所述第二采样回路（503）分别连接所述比较器（501）的两个输入端口。

3.按照权利要求2所述的具有线性功率音量控制的音频功率放大集成电路芯片，其特征在于：所述输入模块（106、110）包括三组立体声音源输入端，芯片的1~24号引脚分别为：右通道地（PGNDR）、右通道正端输出（ROUT+）、右通道电源（PVDDR）、右通道输入1（RIN1）、右通道输入2（RIN2）、右通道输入3（RIN3）、左通道输入3（LIN3）、左通道输入2（LIN2）、左通道输入1（LIN1）、左通道电源（PVDDL）、左通道正端输出（LOUT+）、左通道地（PGNDL）、左通道负端输出（LOUT-）、LINEOUT静音（MUTE）、左通道线性输出（LLINEOUT）、模拟地（BYPASS）、电源（VDD）、地（GND）、音量调节（VOLUME）、输入选择控制1（A1）、输入选择控制2（A0）、右通道线性输出（RLINEOUT）、耳机/BTL模式（SEBTL）、右通道负端输出（ROUT-）。