FR2830699A1

FR2830699A1 - Circuit amplificateur audio

Info

Publication number: FR2830699A1
Application number: FR0112864A
Authority: FR
Inventors: Frederic Goutti; Christophe Forel
Original assignee: STMicroelectronics SA
Current assignee: STMicroelectronics SA
Priority date: 2001-10-05
Filing date: 2001-10-05
Publication date: 2003-04-11
Anticipated expiration: 2021-10-05
Also published as: US6765437B2; FR2830699B1; US20030067350A1

Abstract

L'invention concerne un circuit amplificateur recevant une tension d'entrée et une tension de référence égale à une fraction de la tension d'alimentation du circuit, ladite tension de référence étant fournie par un circuit à constante de temps, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour, à la mise sous tension, inhiber le circuit amplificateur tant que la différence entre la valeur de la tension de référence prévue et la tension à la sortie du circuit à constante de temps est supérieure à un seuil déterminé.

Description

CIRCUIT AMPLIFICATEUR AUDIO
La présente invention concerne un circuit amplificateur utilisé dans des systèmes audio.

La figure 1 représente un circuit amplificateur audio classique à montage en pont. Le circuit amplificateur comprend des premier et deuxième amplificateurs opérationnels 11, 12 montés en amplificateurs inverseurs. L'entrée inverseuse (-) de l'amplificateur 11 est reliée à une borne d'entrée E du système par l'intermédiaire d'une résistance 13 et d'un condensateur 14 de couplage montés en série. La sortie 01 de l'amplificateur 11 est reliée à l'entrée inverseuse (-) par l'intermédiaire d'une résistance 15. L'entrée inverseuse (-) de l'amplificateur 12 est reliée à la sortie 01 de l'amplificateur 11 par l'intermédiaire d'une résistance 16 et à sa sortie 02 par l'intermédiaire d'une résistance 17. Les sorties 01 et 02 des amplificateurs 11,12 sont connectées aux bornes d'une charge 18, de façon typique un haut-parleur pouvant émettre des sons en fonction du courant qui le traverse. Les entrées non inverseuses (+) des amplificateurs 11,12 sont connectées en commun à un noeud BP d'un diviseur résistif comprenant une résistance 19 connectée entre le noeud BP et une borne d'alimentation VCC et une résistance 20 connectée entre le noeud BP et la masse GND. Un condensateur 21 est monté en parallèle avec la résistance 19. Le condensateur 21 a pour

rôle de filtrer le bruit produit par les résistances 19 et 20 et d'absorber d'éventuelles variations de la tension à la borne d'alimentation VCC.

Le gain de l'amplificateur 11 est donné par le rapport des valeurs des résistances 15 et 13. Le gain du second amplificateur 12 est de façon générale choisi égal à-1 en fixant une valeur identique pour les deux résistances 16 et 17.

L'expression de la tension VCH aux bornes de la charge 18 est donnée par l'équation suivante :

VCH = V01-V02 =-2 (R15/Rl3) * (VM-VBP) où R13 et R15 sont les valeurs respectives des résistances 13 et 15 et VOl, V02, VBP et VM sont respectivement les tensions aux sorties 01 et 02 des amplificateurs 11,12, au noeud BP et à un noeud M entre le condensateur 14 et la résistance 13.

Le diviseur formé par les résistances 19 et 20 fixe la tension au noeud BP à une tension de référence. Par exemple, la tension de référence peut être choisie égale à VCC/2 et les valeurs des résistances 19,20 sont alors fixées à une même valeur. En fonctionnement normal, en l'absence de signal à la borne d'entrée E, les tensions VM et VBp sont égales à la tension de référence et la tension aux bornes de la charge est nulle.

Lorsqu'on applique une tension à la borne d'entrée E, la tension VM est égale à la tension de référence à laquelle s'ajoute la composante variable de la tension d'entrée, le condensateur de couplage 14 supprimant la composante continue de la tension d'entrée.

En conséquence, la tension aux bornes de la charge VCH est égale à la composante variable de la tension d'entrée multipliée par le gain d'amplification-2R15/Rl3. En choisissant un rapport adapté des valeurs de résistances 15 et 13, on peut amplifier de façon importante la tension de charge crête à crête.

La figure 2 représente un montage similaire à celui de la figure 1 comportant en outre un système de veille 25 dont le rôle est de permettre le maintien de la tension d'alimentation VCC qui peut être utilisée par des étages en amont de l'étage

amplificateur, tout en réduisant la consommation spécifique de la partie amplificateur. Le système de veille 25 reçoit un signal de commande et est connecté à une première sortie à des bornes d'inhibition Al et A2 des amplificateurs 11 et 12. Une sortie du système de veille 25 est en outre connectée à un transistor 26 mis en série avec la résistance 19. A réception du signal de commande spécifique, le système de veille 25 bloque également le transistor 26 pour supprimer la consommation des résistances 19, 20.

La figure 3 représente l'évolution de tensions en fonction du temps à certains points du circuit amplificateur de la figure 1 lors de la mise en marche de l'appareil, c'est-à-dire lorsque la tension d'alimentation passe de 0 volt à la tension VCC. La courbe VALIM représente l'évolution de la tension d'ali- mentation en fonction du temps. la courbe VM représente l'évolution de la tension au noeud M en fonction du temps, la courbe VBP représente l'évolution de la tension au noeud BP en fonction du temps.

Lors de la mise en marche du circuit, la tension d'alimentation VALIM passe de façon quasi instantanée de 0 volt à VCC. La tension au noeud BP se stabilise à la tension de référence. La tension au noeud VM se stabilise également à la tension de référence, par exemple à VCC/2. On notera que la courbe VM atteint un niveau d'équilibre en un temps inférieur à celui de la courbe VBP-
Le temps de montée de la tension du noeud BP est principalement fixé par les valeurs du condensateur 21 et des résistances 19,20. Il est de façon générale de l'ordre de 50 à 150 ms. Il n'est de façon générale pas possible de garantir une constante de temps identique"vue"par le noeud M, ce qui implique des temps de montée différents pour les tensions aux noeuds M et BP.

Sur la figure 4, la courbe VM-VBP représente la différence entre les tensions aux noeuds M et BP et la courbe

v 1 représente la tension appliquée aux bornes de la charge 18 pour le circuit de la figure 1.

Lors de la mise en marche du circuit, les amplificateurs opérationnels alimentés par la tension d'alimentation étant en état de marche de façon presque" instantanée", la différence entre les tensions aux noeuds M et BP est répercutée sur la charge 18, multipliée par le gain d'amplification. La tension appliquée à la charge, du fait d'un gain d'amplification élevé, est souvent suffisante pour être à l'origine d'un bruit caractéristique audible et désagréable.

Dans le cas où l'amplificateur est équipé d'un module de veille 25, le problème se pose également lors du passage de l'état de veille à un état de fonctionnement normal, puisque lors de ce passage la tension au noeud BP va se stabiliser à la tension de référence alors que la tension au noeud M est déjà stabilisée à la tension de référence.

Lors d'un passage d'un état de fonctionnement normal à un état de veille ou d'un état de fonctionnement normal à un état d'arrêt, les tensions aux noeuds M et BP passent du niveau de référence à une tension nulle selon des durées différentes pour les mêmes raisons que mentionnées précédemment. De façon générale, l'alimentation des amplificateurs 11, 12 étant interrompue de façon"quasi-instantanée", ceux-ci n'amplifient donc plus directement aux bornes de la charge la différence entre les tensions aux noeuds M et BP. Cependant, les amplificateurs 11, 12 peuvent demeurer passants si bien qu'un courant produit par la différence entre les tensions aux noeuds M et BP pourrait traverser la charge. Néanmoins, ce courant est souvent très faible et ne se traduit que rarement par un bruit caractéristique audible et désagréable du haut-parleur. Dans le cas où le passage de la tension d'alimentation de VCC à une tension nulle présente une constante de temps non négligeable, les amplificateurs 11, 12 et le comparateur 30 peuvent rester alimentés un certain temps.

Dans ce cas, la différence de tension aux noeuds BP et M reste

amplifiée aux bornes de la charge et peut être à l'origine d'un bruit caractéristique audible et désagréable.

La présente invention vise à proposer un circuit amplificateur audio comportant un système de réduction de bruits indésirables apparaissant lors de la mise en marche du circuit depuis un arrêt ou un état de veille.

Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit un circuit amplificateur recevant une tension d'entrée et une tension de référence égale à une fraction de la tension d'alimentation du circuit, ladite tension de référence étant fournie par un circuit à constante de temps, le circuit amplificateur comprenant des moyens pour, à la mise sous tension, inhiber le circuit amplificateur tant que la différence entre la valeur de la tension de référence prévue et la tension à la sortie du circuit à constante de temps est supérieure à un seuil déterminé.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le circuit amplificateur comprend un premier amplificateur ayant un premier gain d'amplification, recevant à une première entrée la tension d'entrée, et un deuxième amplificateur ayant un deuxième gain d'amplification, et recevant à une première entrée la sortie du premier amplificateur, les sorties des premier et deuxième amplificateurs étant connectées à une charge, des secondes entrées des premier et deuxième amplificateurs étant connectées en commun à un noeud recevant la tension de référence.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le circuit à constante de temps comprend un premier diviseur résistif comprenant une première résistance montée entre le noeud et une borne d'alimentation haute et une deuxième résistance montée entre le noeud et une borne d'alimentation basse, un élément capacitif étant monté en parallèle aux bornes de l'une des première ou deuxième résistances.

Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens pour inhiber le circuit amplificateur comprennent un comparateur recevant à une première entrée la tension de réfé-

rence prévue et connecté à une seconde entrée au noeud et dont la sortie commande la mise à haute impédance du premier amplificateur ou du deuxième amplificateur tant que la différence entre la tension de référence et la tension au noeud est supérieure à un seuil déterminé.

Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens pour inhiber le circuit amplificateur comprennent un deuxième diviseur résistif monté en parallèle sur le premier diviseur de tension et comprenant des troisième et quatrième résistances en série, la première entrée du comparateur étant connectée à un noeud entre les troisième et quatrième résistances.

Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'un mode de réalisation particulier faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1, précédemment décrite, représente de façon schématique une architecture de circuit amplificateur classique ; la figure 2, précédemment décrite, représente une architecture similaire à celle de la figure 1, le circuit amplificateur comportant en outre un système de mise en veille ; la figure 3, précédemment décrite, représente l'évolution en fonction du temps de tensions en des points du circuit de la figure 1 lors de la mise en marche du circuit amplificateur depuis un état d'arrêt ; la figure 4, précédemment décrite, similaire à la figure 5 représente l'évolution de tensions en des points du circuit de la figure 1 ; la figure 5 représente un exemple d'architecture d'un circuit amplificateur selon la présente invention ; et la figure 6 représente l'évolution en fonction du temps de la tension aux bornes de la charge du circuit amplificateur de la figure 5.

Sur la figure 5, des éléments identiques à ceux représentés sur la figure 1 sont désignés par des mêmes références.

La figure 5 représente un exemple d'architecture d'un circuit amplificateur selon l'invention. Le circuit amplificateur reprend la disposition des deux amplificateurs 11,12 montés en pont de la figure 1.

La différence avec l'architecture de la figure 1 est que le circuit amplificateur selon l'invention comporte un comparateur 30, de conception classique et dont l'architecture précise ne sera pas détaillée davantage. Deux résistances 31,32 en série sont montées en parallèle avec les résistances 19,20. L'entrée inverseuse (-) du comparateur 30 est reliée à un noeud R entre les résistances 19 et 20 et l'entrée non inverseuse (+) du comparateur 30 est reliée au noeud BP. La sortie du comparateur 30 est connectée à une borne de mise à haute impédance de l'un des amplificateurs 11,12. La figure 2 représente le cas où la sortie du comparateur 30 est connectée à la borne B2 de mise à haute impédance du deuxième amplificateur 12. La mise à haute impédance d'un amplificateur est une fonction habituellement prévue et qui peut correspondre par exemple, de façon connue, au passage à l'état bloqué d'un transistor interne de l'amplificateur situé au niveau de la sortie de l'amplificateur.

Le rapport des résistances 31,32 est identique à celui des résistances 19,20. Lors de la mise en marche du circuit amplificateur, c'est-à-dire lorsque la tension d'alimentation passe de 0 volt à VCC, l'établissement de la tension au noeud R est instantanée puisqu'il n'y a pas de condensateur mis en parallèle avec les résistances 31,32. Comme pour le circuit de la figure 1, la tension au noeud BP se stabilise à la tension de référence après un certain délai dû à la présence du condensateur Cl. Tant que la différence entre la tension au noeud R et la tension au noeud BP est supérieure à un seuil déterminé par les caractéristiques internes du comparateur 30, la sortie du comparateur 30 est à un état haut qui vient commander la mise à haute impédance du deuxième amplificateur 12 (ou du premier amplifi-

cateur 11). La mise à haute impédance de l'amplificateur 12 (ou de l'amplificateur 11) empêche le passage d'un courant dans la charge 18 ce qui empêche l'émission de bruits indésirables.

Lorsque la tension au noeud BP est suffisamment proche de la tension au noeud R, la sortie du comparateur 30 bascule à un état bas et pilote l'amplificateur 12 (ou l'amplificateur 11) qui retrouve un fonctionnement normal.

Sur la figure 6, la courbe VCH2 représente la tension appliquée à la charge 18 avec un circuit amplificateur selon l'invention. La courbe VCH1 de la figure 4 est reproduite en pointillés à titre de comparaison. Il apparaît clairement que la tension appliquée à la charge 18 est sensiblement nulle jusqu'à un instant t1 qui correspond au basculement à l'état bas du comparateur. La tension au noeud BP est alors relativement proche de la tension de référence, et donc sensiblement proche de la tension au noeud M. La différence entre les tensions aux noeuds M et BP est donc faible, il en est de même pour la tension appliquée sur la charge 18, d'où l'absence de bruit indésirable émis par la charge 18.

Lorsque le comparateur 30 est connecté au deuxième amplificateur 12, la tension à la sortie 01 du premier amplificateur 11 suit la tension au noeud M, et donc la tension à la sortie 02 du deuxième amplificateur 12 suit la tension à la sortie 01 à travers la charge 18, le premier amplificateur 11 ayant un fonctionnement normal. Réciproquement, lorsque le comparateur 30 est connecté au premier amplificateur il, la tension à la sortie 02 du deuxième amplificateur 12 suit la tension au noeud BP, et donc la tension à la sortie 01 du premier amplifiateur 11 suit la tension à la sortie 02 à travers la charge 18, le deuxième amplificateur 12 ayant un fonctionnement normal.

La présente invention peut également s'appliquer au circuit représenté sur la figure 2. En effet, lors d'un passage d'un état de veille à un état de fonctionnement normal, le transistor 26 étant passant, le fonctionnement du comparateur 30 est identique à ce qui a été décrit précédemment.

De plus, dans ce cas, la mise à haute impédance du deuxième amplificateur 12 (ou du premier amplificateur 11) est aussi assurée lors du passage d'un état de fonctionnement normal à un état de mise en veille. En effet, lorsque le système de mise en veille 25 bloque le transistor 26 monté en série avec la résistance 19, la tension au noeud BP chute tandis que la tension au noeud R reste à l'état de référence. Le comparateur 30 bascule alors à l'état haut et commande la mise à haute impédance de l'amplificateur 12 (ou de l'amplificateur 11). On empêche ainsi tout passage de courant dans la charge 18.

Lors d'un passage d'un état de fonctionnement normal à un état d'arrêt complet, si le passage de la tension d'alimentation de VCC à une tension nulle est quasi-instantané, l'alimentation des amplificateurs 11,12 est également interrompue de façon"quasi-instantanée", ceux-ci n'amplifient donc plus directement aux bornes de la charge la différence entre les tensions aux noeuds M et BP. Le courant traversant éventuellement la charge 18 reste donc très faible et n'est généralement pas à l'origine de bruit. Si le passage de la tension d'alimentation de VCC à une tension nulle présente une constante de temps non négligeable, les amplificateurs 11, 12 et le comparateur 30 peuvent rester alimentés un certain temps. Dans ce cas, les tensions aux noeuds BP et R chutent de VCC/2 à 0 volt avec des constantes de temps différentes, et la différence entre ces tensions est suffisante pour provoquer la mise à l'état haut de la sortie du comparateur, et donc la mise à haute impédance de l'amplificateur 12 (ou de l'amplificateur 11), empêchant ainsi tout passage du courant dans la charge 18.

Selon une variante de l'invention, le comparateur 30 peut comporter un système à hystérésis pour éviter que, lors d'éventuelles fluctuations de tensions aux noeuds R et BP, la différence entre les tensions aux noeuds R et BP ne passe au dessus du seuil déterminé du comparateur 30 provoquant le basculement indésirable à l'état haut de la sortie du comparateur 30 et la commande de mise à haute impédance du second amplificateur

12. Dans ce cas, le comparateur 30 comporte un second seuil plus élevé que le premier seuil de sorte que la sortie du comparateur 30 passe de l'état haut à l'état bas si la différence entre la tension au noeud R et la tension au noeud BP diminue en deçà du premier seuil, mais la sortie du comparateur 30 ne passe de l'état bas à l'état haut que si la différence entre la tension au noeud R et la tension au noeud BP augmente et dépasse le second seuil.

La présente invention propose une système permettant la suppression des bruits indésirables lors de la mise en marche d'un circuit amplificateur à partir d'un état d'arrêt ou d'un état de mise en veille, et inversement. Le circuit proposé par l'invention est particulièrement simple à mettre en oeuvre et peut aisément s'adapter sur un système déjà existant sans entraîner de modifications importantes.

Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, le diviseur résistif peut être fixé de façon que la tension au noeud BP soit une fraction quelconque de la tension d'alimentation qui correspond à la tension de référence de la tension au noeud M.

Claims

REVENDICATIONS

1. Circuit amplificateur recevant une tension d'entrée et une tension de référence égale à une fraction de la tension d'alimentation du circuit, ladite tension de référence étant fournie par un circuit à constante de temps, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour, à la mise sous tension, inhiber le circuit amplificateur tant que la différence entre la valeur de la tension de référence prévue et la tension à la sortie du circuit à constante de temps est supérieure à un seuil déterminé.

2. Circuit amplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un premier amplificateur (11) ayant un premier gain d'amplification, recevant à une première entrée (-) la tension d'entrée, et un deuxième amplificateur (12) ayant un deuxième gain d'amplification, et recevant à une première entrée (-) la sortie (01) du premier amplificateur, les sorties des premier et deuxième amplificateurs (01, 02) étant connectées à une charge (18), des secondes entrées (+) des premier et deuxième amplificateurs (11,12) étant connectées en commun à un noeud (BP) recevant la tension de référence.

3. Circuit amplificateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit à constante de temps comprend un premier diviseur résistif comprenant une première résistance (19) montée entre le noeud (BP) et une borne d'alimentation haute (VCC) et une deuxième résistance (20) montée entre le noeud (BP) et une borne d'alimentation basse (GND), un élément capacitif (21) étant monté en parallèle aux bornes de l'une des première ou deuxième résistances (19,20).

4. Circuit amplificateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens pour inhiber le circuit amplificateur comprennent un comparateur (30) recevant à une première entrée (+) la tension de référence prévue et connecté à une seconde entrée (-) au noeud (BP) et dont la sortie commande la mise à haute impédance du premier amplificateur (11) ou du deuxième amplificateur (12) tant que la différence entre la

tension de référence et la tension au noeud (BP) est supérieure à un seuil déterminé.

5. Circuit amplificateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens pour inhiber le circuit amplificateur comprennent un deuxième diviseur résistif monté en parallèle sur le premier diviseur de tension et comprenant des troisième et quatrième résistances (31,32) en série, la première entrée (+) du comparateur (30) étant connectée à un noeud (R) entre les troisième et quatrième résistances (31, 32).

6. Circuit amplificateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le comparateur (30) est un comparateur à hystérésis.

7. Circuit amplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un système de mise en veille (25) pour commander une mise en faible consommation des premier et deuxième amplificateurs (11, 12).

8. Circuit amplificateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le système de mise en veille (25) commande également un élément de commutation (26) placé en série avec la première résistance (19).