TW200803157A - Switching audio power amplifier and method for pop noise suppression - Google Patents

Description

200803157 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於交換音頻功率放大器及爆音抑制方 法’特別是關於利用複數個控制開關逐漸開啟或關閉之方 式來抑制爆音的交換音頻功率放大器。 【先前技術】 曰頻功率放大器在電源開啟或關閉時，在聲音訊號由 無到有與由有到無的過程之中，若轉換不夠平滑，往往會 引起令聽者不舒服之爆音（PopNoise)。第1A〜lD圖為脈衝 由無到有與由有到無時，經過一低通濾波器所產生之波 形。如第1A圖所示，當輸入信號只有一個脈衝時，該輸 入信號經過低通渡波器後會出現上下兩個突波。如第1B 圖所不’當輸入信號為一連串之脈衝時，該輸入信號經過 =滤波會產生突波。但第1B圖之-連串脈衝 疋會有開始（電源開啟P〇wer 〇n)與結束（電源關閉 Off) ’如第1C與ID圖即為所對應之開始與結束的信號。 / i H如第1C與1D圖所不，其輸入信號經過低通濾波器 ^還疋會出現犬波。該突波若達到人耳所能辨識的大小 日’便會造成擾人之爆音。 般的音頻功率放大器分為類比式功率放大器(輸出 訊號之振幅會改變）與交換式音頻功率放大器（輸出訊號之 ㈣固定)。而類比式功率放大器的爆音抑制已有許多專利 ^ 出’例如吴國專利第 4,788,5⑽、5,682，m、6，157,726、 6,516,067等。但这此查立丨匕& 二專利白為配合類比式功率輸出的電 200803157 路 用 對於原本即不連續 之交換式音頻功率放大器並不適 【發明内容】 有黎於上述問題，本發明之目的是提出—種利用逐漸 開啟或關閉複數個電晶體開關之電路來抑制爆音的交換 音頻功率放大器。 ' 為達成上述目的，本發明交換音頻功率放大器，係包 括-波：調變信號產生器，係用來產生一波寬調變信號； -計數單元，係根據該波寬調變信號產生複數個累計數值 k广kN，該些累計數值ki〜kN分屬不同之n個時間區段；N 個開關電晶體’係互相並聯且其導通與斷開受該些累計數 值k广kN所決定；以及一阻抗開關單元，其間極接收一交 換音頻信號，另有-端㈣於該些開關電晶體，且於該端 輸出信號。 由於N個開關電晶體係分別於不同時間開啟或關閉， 所以本發明交換音頻功率放大器可有效抑制爆音。 【實施方式】 以下參考圖式詳細說明本發明之交換音頻功率放大 器及爆音抑制的方法。 第3圖為本發明交換音頻功率放大器的電路圖❶如該 圖所示，本發明之交換音頻功率放大器3〇包括一調整電 晶體31、複數個開關電晶體32i〜32n、以及一阻抗開關單 元33。 7 200803157 調整電晶體31係與複數個開關電晶體32ι〜3心並聯之 後，再與阻抗開關單元33串聯。調整電晶體3丨之閘極接 收一控制信號S藉以逐漸改變阻抗值。而複數個開關電晶 體32l〜32N，係互相並聯並接收一組開關信號γι〜γΝ的= 制，藉以逐漸個別導通或斷路。阻抗開關單元之閘極 接收父換音頻信號，而一端耦接於調整電晶體31與複數 個開關電晶體32l〜32N，且該端點〇定義為—輪出端來輸

若能在電源開啟時將輸出訊號之脈衝振幅由小逐漸 變大，如第2A圖顯示脈衝振幅由〇逐漸變大之波形，以 及在電源關閉時將輸出訊號之脈衝振幅由大逐漸變小，如 第2B圖顯示脈衝振幅由大逐漸變〇之波形，便能將突波 變得很小’讓人耳無法察覺’而有效抑制爆音的產生。’ 因此，當該交換音頻功率放大器開始啟動日夺，調整電 晶體31接收控制信號s後逐漸改變阻抗值，且該控制信 號S由低位準0V到高位準5V反覆變化。當控制信號$ 到達高料5V時，利用開關信號增加—個開關電晶體°導 通’同¥該控制錢s變回低位準QV。此時因調整電曰 體^與複數個開關電晶體32i〜32n的阻抗值遠大於阻抗： 關早π 33 $阻抗值’故輸出電墨v〇ut的振幅極小，所以 產生的爆音極小而人耳無法察覺。而當該交換音頻功率放 大器預備關閉時，調整電晶體31接收控制㈣s後逐漸 改艾P抗it且5亥控制信號s由高位準5v到低位準變 化*控制k 5虎S到達低位準〇v時，利用開關信號減少 8 200803157 -個開關電晶體導通’同時該控制信號8變回高位準5v。 第4A圖顯示本發明交換音頻功率放A||在電源啟動 時之輸出電壓v〇ut、控制信號s、時脈信號clk、波宽調 變信號PWM、以及開關電晶體導通個數的示意圖。本發明 交換音頻功率放大S 30藉由調整電晶體31之阻抗值逐漸 改變以及複數個開關電晶體32i〜32n逐漸個別導通，使得 輪出電壓偏之電壓亦逐漸提升。因此，輸出電壓 即可呈現第2A圖之逐漸上升波形，“有效減少電源啟 動時之突波所產生之爆音。 第4B圖顯示本發明交換音頻功率放大器在電源關閉 時之輸出電壓V〇Ut、㈣信5虎S時脈信？虎咖、波寬調變 信號PWM、以及開關電晶體導通個數的示意圖。本發明交 換音頻功率放大器30藉由調整電晶體31之阻抗值逐漸改 變以及複數個開關電晶们2i〜32n逐漸個別關閉，使得輸 出，壓v贈之電壓亦逐漸降低。因此，輸出電壓v幅即 :呈現第2B圖之逐漸降低波形’進而有效減少電源關閉 W之突波所產生之爆音。 第5圖為本發明交換音頻功率放大器第一實施例之方 塊圖。如該圖所示，本發明交換音頻功率放…〇包括 -調整電晶體31、一開關電晶體單元32、一阻抗開關單 兀M、一斜波信號產生器41、一計數單元42、一緩衝哭 ❿一波寬調變信號產生器45、以及1關單元料。 一斜波信唬產生器41係用來產生一控制信號s，並根據 一模式信f虎UP/DN來改變該控制信號s之斜率為正或為 9 200803157 負。當該，制信!虎s到達第一臨界值（在本實施例為控制信 號s之最低電壓）或第二臨界值（在本實施例為控制信號$ 之最咼電壓）時，產生一週期脈衝RDY。計數單元42係以 週期脈衝RDY作為計數信號，藉以計算週期脈衝rdy之 數目，並產生一計數值c作為開關信號Yi〜Yn。該計數單 元42並根據模式信號up/DN來進行上數或下數的控制。 且該計數單元42於該計數值為〇或等於一預設值（即為複 數個開關電晶體之個數叫時，產生一轉換信號SLEW使得 該斜波信號產生器41停止運作。

開關單το 64如第5圖所揭示，接收該轉換信號SLEW 以及波寬調變信號產生器45所產生之波寬調變信號，並 於該計數值C為〇時致使阻抗開關單元33停止運作，而 在計數值C為N時則致使阻抗開關單元33維持其切換功 能。 緩衝器4 3係配置於計數單元4 2與開關電晶體單元3 2 之間，藉以驅動複數個開關電晶體32i〜32n。當然，若計 數單元42之驅動能力足以驅動複數個開關電晶體 32i〜32N’則該緩衝器43可以省略。模式信號Up/DN為第 一模式時表示電源啟動，此時控制信號S之斜率為正且計 數單兀42進行上數UP，因此複數個開關電晶體32ι〜 係逐漸個別導通。相反的，當模式信號up/dn為第二模式 時表示電源關閉，此時控制信號S之斜率為負且計數單元 42進行下數DN，因此複數個開關電晶體32ι〜3%係逐漸 個別斷路。 200803157 以下詳細說明本發明交換音頻功率放大器60之動作 流程且假設開關電晶體之個數N=5。

π模式信號W/DN為第一模式：當該交換音頻功率放大 器60被開啟電源時’斜波信號產生器41反覆產生一斜率 為正之控制信號S，並於該控制信號S為第二臨界值時（例 如5V)產生一週期脈衝RDY。因此，調整電晶體η之閘 極接收㈣制信號s藉以逐漸減少阻抗值。同日♦，計數單 元42計數週期_RDY並進行上數，產生計綠Ci、q、 c3、c4與c5作為開關信號Υι、γ2、γ3、&與，用來個 別驅動開關電晶體321、322、323、324與325。且當該計 數值等於5 k ’该計數單元42將轉換信Ε SLEW致能使 ^波m生器41保持最後狀態。因此，當電源開啟時， :由複數個開關電晶體32ι、322、323、324、325逐漸個別 輪出Λ 5虎Vout之脈衝振幅由小逐漸變大，進而達到 有效減少突波所產生的爆音情形。 模式信號UP/DN為第二模式:當該交換音頻功率放大 器6〇被關閉電源時，斜波信號產生器“反覆產生一斜率 為負之控制信號s ’並於該控制信號s為第一臨界值時（例 如產生—週期脈衝贿。因此，調整電晶體η之閑 極接收該控制信號s藉以逐漸增加阻抗值。同時，計數單 計數週期脈衝RDY並進行下數，產生計數值Ci、C2、 4 -、c5作為開關信號Υι、Υ2、γ3、Υ4與γ5，用來個 别驅動開關電晶體32ι、322、％、％與％。且當該計 數值等於0時，該計數單元42將轉換信f虎SLEW致能使 200803157 斜波彳§號產生器41保持最後狀態。因此，當電源關閉時， 藉由複數個開關電晶體32l、32s、31、Μ*、32s逐漸個別 斷路，輪出訊號Vout之脈衝振幅由大逐漸變小，進而達到 有效減少突波所產生的爆音情形。 第6圖為本發明交換音頻功率放大器第二實施例之方 塊圖。如該圖所示，交換音頻功率放大器4〇包括一開關 電晶體單元32、一阻抗開關單元33、一計數單元42、一 緩衝器43、以及-波寬調變信號產生器45。該交換音頻 功率放大器係根據波寬調變信號產生器45所提供之波寬 調變信號產生-計數值c作為開關信號Yi〜Yn，該計數值 =係由累计數值k^kN所決定，其中得以是對應第i 區奴第N區段之波寬調變信號於該第丨區段〜第n區段之 脈波數或是任—參考時脈信號於該第1區段〜第N區段之 脈波數。本貫施例之其餘作動原理與第一實施例雷同，因 此不再多做贅述。 以下將以第7 A圖以及第7B圖說明第二實施例之工作 原如第7A圖所不，經由波寬調變信號產生器45所提 仏之波見凋豎k 5虎可依序得到N個區段之累計數值 凡N根據所得之累叶數值ki〜kN是否分別達到相對應區 斤預叹之數值，再分別逐步導通複數個開關電晶體 321日32N ’而每當多導通一開關電晶體時，輸出電壓％ut p提升等級，因此，輸出電壓v〇ut便呈逐漸上升之態 勢’“有效❹電源啟動時之突波所產生之爆音。如第 則所示，比照第7A圖可根據所得之累計數值W是 12 200803157 斤’再分別逐步關閉複數個開關電晶體 電壓二; & 予及因此，輸出電壓V〇Ut便呈逐漸下降 =勢’進而有效減少電源關閉時之突波所產生 出電壓Vout逐步楹4 + μ攸 蔡日輪 及’因此將不再贅述。 江 於^述之實施例中，本發明於ν個區段所欲達到之預 -又值假设為Κι〜Κν，則可選擇符合κ】>κ 件以求電源開啟盥關π夕、Μ $ τ ··· Ν之條 期，"二 平順，意即在電源開啟初 值而要較多之脈波數才得以達到預設數 =數才Γ關閉末期，累計數值需要較多之 發明之權利範圍，亦此並非用以限定本 常運作。 p在不…亥條件之下此裝置亦可正 法太：兄月本务明父換音頻功率放大器之爆音抑制方 ;=明交換音頻功率放大器具有-調整電晶體： 數個開關電晶體互相並聯=二該調整電晶體與複 輕接，且調整電晶二抗開關單元串聯 義為輸出點來產生輸出、；Γ: ::輕接的節點定 音抑制方法係包括下列步驟：以乂、曰頻功率放大器之爆 號之斜產主斜波L號，亚根據一模式信號來改變該斜波信 二二…為正或為負，並在該斜波信號到達一第一臨界值 ’弟一臨界值時產生一週期脈衝； 13 200803157 改變該調整電晶體之阻抗值，係利用該斜波信號控制 該調整電晶體來逐漸改變該調整電晶體之阻抗值； 產生一組開關信號，係計數該週期脈衝後產生-計數 值作為該開關信號，並根據該模式信號來進行上數或下 數’且於該計數值為0或等於—預設值時將—轉換信號致 能；以及 制； 控制該複數個開關電晶體’係根據該開關信號的控

其中該模式信號為第-模式表示電源啟動，此時該斜 2信號之斜率為正且該特單㈣行域，而該複數個開 關電晶體逐漸個別導通；而該模式信號為第二模式表示電 源關閉’此時該斜波信號之斜率為貞且料數單元進行下 數而'亥複數個開關電晶體逐漸個別斷路。 以上雖以實施例說明本發明，但並不因此限定本發明 :範圍’只要不脫離本發明之要旨，該行業者可進 蜒形或變更。 【圖式簡單說明】 、、第1A〜1D圖為脈衝由無到有與由有到無時，經過 通濾波器所產生之波形。 - 第2A圖顯示脈衝振幅由〇逐漸變大之波形。 第2B圖顯示脈衝振幅由大逐漸變〇之波形。 第3圖顯示發明交換音頻功率放大器之電路圖。 第4A圖顯示本發明交換音頻功率放大器在電源啟動 14 200803157 時之輸出電壓vout、控制 的示音圖。 °旒s以及開關電晶體導通個數 第圖顯示本發明交施立 Β± . ^ φ φ ^ 人換日頻功率放大器在電源關閉 日寸之輸出電壓Vout、控制作 的示咅圖。 Q娩s以及開關電晶體導通個數 頻功率放大器第一實施例之方 第5圖為本發明交換音 塊圖

塊圖 第6圖為本發明交換音頻功率放大 器第二實施例之方 波寬調變信 波寬調變信 第7A圖顯示第二實施例之系統啟動 號與輸出電壓Vout之示意圖。 第7B圖顯示第二實施例之系統關閉時的 號與輸出電壓Vout之示意圖。 圖式編號

30、40、60交換音頻功率放大器 31調整電晶體 32開關電晶體單元 32i〜32N複數個開關電晶體 33 阻抗開關單元 41 斜波信號產生器 42 計數單元 43 緩衝器 45 波寬調變信號產生器 64 開關單元 15

Claims (1)

1. 200803157 拾、申請專利範圍： 1. 一種交換音頻功率放大器，係包括： 一波寬調變信號產生器，係用來產生一波寬調變信號； 一計數單元，係根據該波寬調變信號產生複數個累計數值 ki〜k：N ’該些累計數值ki〜分屬不同之N個時間區段； N個開關電晶體，係互相並聯且其導通與斷開受該些累計數值 • kfkN所決定；以及 一阻抗開關單元，其閘極接收一交換音頻信號，另有一端耦接 於該些開關電晶體，且於該端輸出信號。 2. 如申請專利範圍第1項所述之交換音頻功率放大器，其中kx 為對應之第X時間區段内該波寬調變信號於該第X時間區段 之脈波數，其中X=1〜N。 3. 如申請專利範圍第1項所述之交換音頻功率放大器，其中kx 為對應之第X時間區段内一參考時脈信號於該第X時間區段 之脈波數，其中X=1〜N。 4. 如申請專利範圍第1項所述之交換音頻功率放大器，當開始啟 動時，累計數值kx於第X時間區段達到該區段所預設之數值 Kx，並導通該些開關電晶體之其中之一，其中X=1〜N。 5. 如申請專利範圍第1項所述之交換音頻功率放大器，當預備關 閉時，累計數值kx於第X時間區段達到該區段所預設之數值， 並斷開該些開關電晶體之其中之一，其中X=1〜N。 6. 如申請專利範圍第1項所述之交換音頻功率放大器，當開始啟 動時，越初期之時間區段之預設之數值Kx越大，其中X=1〜N。 16 200803157 7·如申晴專利範圍第1項所述之交換音頻功率放大器，當預備關 閉時，越末期之時間區段之預設之數值Κχ越大，其中χ==ι〜Ν。 8·如申睛專利範圍第1項所述之交換音頻功率放大哭，其更包括 緩衝器，该緩衝器係配置於该计數卓元與該些開關電晶體之 間’藉以驅動該些開關電晶體。 9· 一種交換音頻功率放大器，係包括·· 複數個開關電晶體，係互相並聯並接收一組開關信號的控制， 藉以逐漸個別導通或斷路； 一調整電晶體，係與該些開關電晶體並聯，其閘極接收一控制 信號藉以逐漸改變阻抗值；以及 -阻抗開關單元’其閘極接收—交換音頻信號，—她接於該 調整電晶體與該些開關電晶體，且料端輸出信號。… ίο.如申請專利範圍第9項所述之交換音頻功率放大器，其u中^亥 交換音頻功率放大器開始啟動時，該調整電晶體接收該控= 號後逐漸降低阻抗值，且該控制信號由低位準到高位準變化°， 當控制信號到達高位準時，利践開關信號増加—個開^電曰’ 體導通同時該控制信號變回低位準。 曰曰 11.如申請專利範圍第9項所述之交換音頻功率放大器，其中當該 交換音頻功率放大器預備關閉時，該調整電晶體接收該控= 號後逐漸提高阻抗值，且該控制信號由高位準到低位準變化。， 當控制信號到達低位準時，利用該開關信號減少一個開’ 體導通同時該控制信號變回高位準。 曰日 12·如申請專利範㈣9項所述之交換音頻功率放Α||，其更包 17 200803157 一斜波信號產生器’係用來產生該控制信號，並根據一模式信 號來改變該控制信號之斜率為正或為負，並在該控制信號 到達-第-臨界值或-第二臨界值時產生一週期脈衝；以 及 一計數單元，係計數該週期脈衝後產生一計數值作為該開關信 唬’並根據該模式信號來進行上數或下數，且於該計數值 為〇或等於一預設值時將一轉換信號致能。 13.如申請專利範圍第12項所述之交換音頻功率放大器，其中當 該轉換信號被致能時，該計數單元不再計數，保持原計數值。 1屯如申凊專利範圍帛u項所述之交換音頻功率放大器，其更包 括一開關早7L，係配置於該斜波信號產生器與該調整電晶體之 間，並由該轉換信號控制，且於該轉換信號被致能時斷路。 15·如申晴專利範圍第12項所述之交換音頻功率放大器，其中當 該轉換信號被致能時，該難電晶體保持相同狀態。 16. 2申請專利範圍第12項所述之交換音頻功率放大器，其中該 第臨界值為該斜波信號之最低電壓。 Π· 2申凊專利範圍第12項所述之交換音頻功率放大器，其中該 弟一臨界值為該斜波«之最高電壓。 18.如申請專利範圍第12項所述之交換音頻功率放大器，其中該 預設值為該些開關電晶體之個數。 19·如申請專利範圍第12項所述之交換音頻功率放大哭，立中該 模=號表示電源啟動時，該控制信號之斜率為正錢賴單 兀仃上數，而該些開關電晶體逐漸個別導通。 18

   200803157 说如申請專利範園第12項所述之交換音頻功率 號表示電源闕閉時，該控制信號之斜率為負^其/該 =下數，而_個_— 如申4專利範圍第9項所述之交換音頻功率放Γί ^ —緩衝器，該緩衝器係配置於 、大益，其更包括 u間，藉以驅動該些開關電晶體/數早讀該些開關電晶體之 種父換音頻功率放大哭燶立 大哭句括、—B〇 '曰抑制方法’該交換音頻功率放 二=_關電晶體以及一阻抗開關單元，其中該些開 相並聯，而該阻抗開關翠元其閉極接收-交換音頻 麾另有一端耦接於該些開關雷曰 =爆音抑制方法包括下列步驟：一’且於該端輸出信號’ 當開:啟動時’每經過一時間區段即導通該些開關電晶體之其 中之一；以及 當預，關閉時，每經過一時間區段即斷開該些開關電晶體之其 中之一； U其中導通與斷開係由一組開關信號所控制。 由:專利fc圍第22項所述之爆音抑制方法，該組開關信號 从信號所產生之複數個累計數值所決定。 由一明專利|已圍第2 2項所述之爆音抑制方法 ，該組開關信號 由—週期脈衝所產生之-計數值所決定。 19