TWI330460B - - Google Patents

Description

1330460 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種功率放大器開機及關機時喇叭爆音之消除的電路與 方法，特別是一種利用輸入電容的充電電壓來做為輸出電容的預充電，^ 喇° 八開關機爆音低於可聽見的程度。 【先前技術】 在現今的數位化世界裡’喇八的使用率不下於任何—項電子零件，從電 腦、電視到任何影音設備，都一定會利用到喇队。更有許多人不惜花費大 φ 成本來提升喇0八系統以求擁有更優良的音質。然而，使用者常常會發現含 有喇《八的電子用品，往往在開關機的時候都會有爆音出現。長期的爆音不 止在一些產品會對聽覺造成傷害’喇队本身亦有可能損害。 傳統上處理開機爆音的方法乃藉由在開機之前，讓放大器處於關閉狀態 直到相關電容電壓穩定後放大器再輸出聲音訊號。如第1圖所示，當電源 供應器（Power Supply)啟動時’電源供應電壓會從零電壓上升到V。。。在這 段期間’輸出電容Cm透過兩個分壓電阻R開始充電，充電電流的公式為 φ I=(Vcc/R)et/0-5Rcout 其中充電電流的初始值，亦即最高值，Ipea^WR，而充電時間常數為 0. 5RC〇ut。由於充電電阻R的值極大於剩9\負載的值（通常為4ohms或 8ohms)，以上公式忽略喇八的負載。 一般音頻放大器要求低頻-3db頻率小於20Hz，低頻-3db頻率與喇叭的 阻抗及輸出電容Cout的關係為f-Mb=l/(2^：RspkC〇ut)。其中RSPk代表喇0八的阻 抗(Speaker Impedance)，以4ohms的喇八而言在20Hz低頻-3db的要求下 C〇ut=l/(2;rRsPkf-3db)= 1/(2π X 4 X 20)=2000uF。故為 了頻寬問題，輸出電 1330460 ·' 容Cout值需要大到2000uF。 為了降低充電的峰值電流，Ipeak=Vcc/R ’ R值必須儘可能的大《如果要降 低峰值電流到1mA以下並假設電源電壓為5V，則R= Vcc/Ipeak=5V/lmA=5k ohms 〇 電容充電電壓的公式為 V=Vcc/2(l-e't/0-5RCout) ^ 如要充飽輸出電容C〇ut的電壓至Vcc/2的99%則 • (Vcc/2) X 99°/〇= Vcc/2(l-e't/0-5RCout) « 亦即 (5V/2) X 0.99= 5V/2(l-e"t/0'5RCout) » 如此 t=-0. 5RC〇ut x ln(0.01)=2.3RC〇ut =2. 3 x 5k ohms x 2000uF =23 seconds ° 由上可知如要降低爆音電流至1mA以下且充電電壓達到99%則等待時間必須 長於23秒。但合理的等待時間需小於3〜5秒，如此爆音電流需增加至將近 5〜8mA。所以設計者必須要在等待時間與爆音的大小之間做一折衷選擇。 在等待時間或延遲時間之後，放大器（Amplifier)的輸出會被開啟然 後一個W2的電壓被傳送到(^。假使該延遲時間不夠長亦即⑺此的電壓 未達到Vcc/2時佩會出現第二個爆音，因為放大器輸出# W2電壓將會 強追C〇ut快速充電至Vcc/2而產生大的瞬間充電電流。 1330460 ·- 除了輪出電容的充電爆音以外，輸入電容也有充電爆音的問題如第2 圖所不，輸入電容Cin的值亦受限於_3db的需求，低頻^她頻率的計算公式 為 f-Mb=1/2;rRinCin。由 MAXIM 公司所提出（MAX9715，page 8)及由 Philips Semiconductors所提出（TDA 8932,page 16)之解決方法皆將放大器的輸出 級關閉，直到輸入充電電路及輸出充電電路皆穩定之後再打開，此法的基 本原理與前述方法類同而需要開機等待時間。 為了解決上述之問題，本發明提出一種新的消除開關機爆音電路，利用 • 充電電壓做為輸入訊號來防止爆音的產生，並同時不會對頻寬造成限縮。 【發明内容】 本發明之主要目的係在提供一種喇B八開機及關機爆音之消除的電路與 方法，特別是透過將輸入電容充電電壓做為輸入訊號平緩的對輸出電容預 充電而讓喇<開關機爆音低於可聽見的程度。 本發明的電路主要包含一控制單元，透過偵測供應電源之電壓來決定 動作，同時依照電路需求發送控制訊號給開關電路及放大器，其中至少一 馨開關接收該控制訊號並負責控制電路裡電容的充電與放電；一放大器，放 大輸入訊號或電壓後輸出至一低頻LC濾波器。濾波後的訊號再傳送至剩〇八 裝置。因此當開機時，控制單元會發送控制訊號給開關開始對輸入電容 充電，此充電信號直接放大且推動喇《»八。由於輸入電容的充電電壓為一平 缓上升電壓’其充電時間常數為(Rs+Rin) x Cin。此平緩上升電壓經放大 器放大之後亦為一平緩的輸出電壓，此平緩的輸出電壓將對輸出電容⑺说 進行平缓的充電，如此平緩的充電取代了高峰值的預充電，Ipeak=Vcc/R，而 使開機爆音降低。當該控制訊號偵測到關機時，已充電的電容經過放大器 7 1330460 内的放電電路放電以待下一次開關時再平緩充電。 以輸入電阻值等於20K ohms及輸入電容值等於luF為例，輸入電路的 -3db頻率為1/(2πχ 20k X lu)=8Hz，亦即在此狀況下只要luF的小電容 即可達到8Hz的低頻頻寬。一般喇叭的頻率響應及人耳的聽覺大概在2〇Hz 以上，如果輸出的電容充電速率小於喇叭所能表現或人耳所能查覺就不會 有爆音的感覺。如果以8Hz的頻寬產生一個充電電壓則此充電即不會造成 爆音。另外此種充電方式並不需要等到所有電容充電到飽和才可輸入音樂 訊號。輸入電路的充電曲線為 V= Vcc/2(l-e't/RinCin) > 以Rin=20k ohms及Cin=luF來計算充電電壓則 V= 5/2(l-e't/20kxlu) =2.5(1- e儀)， 如果電壓充到V〇：的99%，則 5/2 X 99%= 5/2(l-e-t/20n)，亦即 0. 99=l-e-t/2〇B， 或 t=-20m X In 0.01 =0.092 seconds 。 此時的充電電壓與Vcc/2之差為 5V/2-5V/2 X 99%=0. 025V。 通常功率放大器的電壓増益約為1〇倍’則0.025V將被放大為0 〇25Vx 10=0. 25V。此時如果輸入音樂訊號，如此小的電壓不會對音樂品質造成影 1330460 ··響。由以上討論可知等待時間只有〇· 1秒且不會有第二爆音產生。 底下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明 之目的、技術内容、特點及其所達成之功效。 【實施方式】 本發明之主要目的係在提供一種在開關機時喇σΛ所產生的爆音消除的 電路及方法，透過利用輸入電容的平緩充電做為輸入訊號而對輸出電容做 平緩的預充電以降低喇队開關機爆音至聽不見的程度。如第3圖所示，一 φ 個訊號源1的輸出端設有一訊號源電阻Rs 2，訊號源電阻Rs 2則接到一個 開關電晶體_52(3)與輸入電容Cin4。由於開關電晶體_S2(3)的一端接 到系統地(SystemGmmd)，因此當開關電晶體_S2(3)啟動時，會把輸入 訊號短路到系統地，藉此把提供給喇叭u的訊號切斷。輸入電容C n4則搭 接到開關電晶體NM0S1(5)和輸入電阻Rin6，由於開關電晶體顺〇sl(5)的一 端也是接到系統地，因此當開關電晶體NM〇sl(5)啟動時，經由輸入電容。 4的電壓會直接短路到系統地，輸入電阻Rin6則搭接到放大器7的輸入端。 • 開關電晶體顺OS2(3)以及開關電晶體NM0S1(5)兩個都屬於金屬氧化半導 體。此外，開關電晶體NM0S1(5)、開關電晶體NMOS2(3)以及放大器γ同 時搭接到一個控制單元8，控制單元8透過偵測供應電源之電壓來決定動作 並且發出控制訊號來控制開關電晶體NM0S1(5)、開關電晶體順〇兑(3)以 及放大器7。放大器7的訊號輸出端會更進一步連到一個Lc低頻濾波器9， LC低頻濾波器9的輸出會再連接到一個輸出電容1〇，輸出電容 貝·!連接到咖八裝置1卜為了讓本發明能更詳細被瞭解，以下的解說會透過 在輸入電容(U之後的A點、放大器7輸出端的B點及低頻遽波器9的輸

9 1330460 , 出端c點的電壓變化來解釋。 帛4圖為本發明（第3圖）的電路時序圖，在開機之前所有的訊號皆處 於地電壓。當電源電壓Vee上升時，即$t2之間，測及撕控制訊號隨 著電源電壓H亦即關電晶體麵S2⑶及酬電晶體腦S1⑸保持 導通狀態，使輸入電容Cin4兩端的電壓維持在地電位。當電源電壓上升到 某-電壓值時’即t2 ’ SDNB的訊號由地電壓轉為高電壓以啟動放大器，在 此同時SW1的訊號轉為地電壓以關閉開關電晶體顺〇§1⑸。如此放大器内 籲 部電壓經過輸入電阻Rin 6對輸入電容Cin 4充電而使A點電壓上升如圖 示。如圖4所示放大器在接收a點的電壓之後即輸出pwM(Pulse Width Modulation)脈波調變訊號至b點.由於電源電壓還在上升，即忱对3，故 B點的脈波電壓之波幅亦隨之上升。另A點的電壓為一平緩的上升電壓故其 對B點PWM調變度低，此二因素造成B點電壓的波幅為一平緩上升且脈波 寬度為由小變寬的PWM訊號。此B點訊號在經LC低頻濾波器9之後，即c 點訊號，為一平緩上升電壓以對輸出電容1〇充電，在充電完成後，即 鲁 1:3 ’ SW2的訊號由高電壓轉為地電壓以關掉開關電晶體麵兑⑶，如此則 訊號源的訊號即經過訊號源電阻Rs2'輸入電容cin4及輸入電阻Rin6傳送至 放大器7，此時整個電路進入正常操作狀態。由圖示t3的時間點不一定要 等到A點充電電壓穩定。 關機時’電源電壓Vcc即開始下降，即t4〜t5，此時放大器7處於一個 較低的工作電壓’所以其輸出訊號B的脈波波幅亦隨著降低，經濾波之後 的c點電壓亦隨之下降，當電源電壓降至某一低電壓時，即t4，SDNB訊號 1330460 即由高電壓轉為低電壓以關掉放大器7並啟動放大器7的内部放電電路， 此時放大器内部的放電電路即對B點進行放電。在此同時SW2亦由低電壓 轉為高電壓而打開開關電晶體NM0S2(3)而將訊號源的訊號經訊號源電阻rs 2短路到地，使輸入訊號不再傳送到放大器7。由於此時電源電壓已處於低 電壓狀態，B點或C點的放電電流可相對的減少而不致造成喇队u的關機 爆音。在同一時間點，即t4，SW1訊號亦由低電壓轉為高電壓而導通開關 電晶體NM0S1 (5)，使A點電壓快速放電至地電壓以備下一次開機時a點電 壓處於地電壓的初始值。開關電晶體NM0S1(5)導通將對放大器7造成一個 低電壓輪入，但此時放大器7已經被關閉故不會造成喇叭U爆音.在t5 時整個電路回到地電壓而此放大器可再被重新被啟動。 以上說明以D類功率放大器為範例，其它類型的功率放大器如AB類功 率放大器其操作或改善的原理亦同。 惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實 施之範圍。故即凡依本發明申請範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為 之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 第1圖為先前技術電路示意圖。 第2圖為另—先前技術電路示意圖。 第3圖為本發明之電路示意圖。 第4圖為本發明之電料序示意圖。 1330460 【主要元件符號說明】 1 訊號源 2 訊號源電阻Rs 3 開關電晶體NM0S2 4 輸入電容Cin 5開關電晶體NM0S1 6 輸入電阻Rin 7 放大器 8控制單元 9 LC低頻濾波器 10輸出電容C〇ut 11 ,口八

Claims (1)

1330460 補充、修正日期：99年7月2日 11年*1月I日修正替換頁 十、申請專利範圍^ '~~一— 力率放大機及關機時勢八爆音之消除電路，其係、連接一訊號源 與一喇叭裝置，並包含： 一輸入電容； 一輸出電容； -控制單元，透過_供應電源之電縣決定動作； 第開關其係透過該輸入電容連接該訊號源，並連接該控制單元； :ν ϋ ’、係連接該放大器之輸出端，並透過該輸出電容連接該剩 Ά裝置；以及 一放大器’其係搭接該控鮮元，且該放Α|§之輸人端連制第—開關與 雜入電容在卿，㈣娜關讓該輸入電 ♦充電此充電電壓經該放大器放大之後，透過該低頻據波器直接對該 出電容預充電。 2. 如申明專利乾圍第以所述之功率放大器開機及關機時剩队爆音之消除 電路’更包含-第二開關，其係連接該控料元、讀人電容與該訊號源， 在該飢裝置關機時，該第二開關切斷該訊號源的訊號，該第一開關將該 輸入電容放電’觀Ali棚·放電電關着職“容放電。 3. 如申請專利範圍第㈣所述之功率放大器開機及關機時斧八爆音之消除 電路’其巾該第―開關可為金屬氧化半導體。 4. 如申轉利範圍第2項所述之功率放Α||開機及關機時㈣爆音之消除 電路，其中該第二開關可為金屬氧化半導體。 示 5. 一種功率放大器開機及關機時㈣爆音之消除方法其係利用一消除電 13 1330460 年Μ 2日修jl替換頁 補充、修正日期·· 99年7月2曰 路執灯之除電路包含—控制單元、—放大器、—第―、第二開關、 輸入、輸出電容’該控制單元連接該第一 ' 第三開關與該放大器，該輸 入電容兩端分職接該第―、第二關，紐以之輸人端連接該輸入電 今與該第-開關’該放大器之輸出端透過該輸出電容連接—伽^裝置，該 功率放大_機及職時勢八爆音之消除紐包含下列步驟： 透過該控制單元來控繼第…第二關，進而控繼輸人、輸出電容的 充電與放電；以及 *亥佩裝置開機時’該控制單元控制該第一開關讓該輸入電容充電，此充 電電壓經該放大器放大後，直接對該輸出電容預充電；該喇叭骏置關機 時’該控制單元控制該第二開關切斷訊號源的訊號，並控制該第一開關將 該輸入電容放電’並關閉放大器，以啟動該放大器之内部放電電路對炫輪 出電容放電。 $ 6. 如申請專利範圍第5項所述之功率放大器開機及關機時喇叭爆音之» 方法，其中該控制單元透過發送控制訊號給該開關來控制該開關。 7. 如申請專利範圍第5項所述之功率放大器開機及關機時喇π八爆音之消☆ 方法’其中該控制單元透過偵測供應電源的電壓來決定動作。