TWI385573B - 音訊裝置與輸出／輸入音訊的方法 - Google Patents

Description

音訊裝置與輸出/輸入音訊的方法

本發明係有關一種音訊裝置與輸出/輸入音訊的方法，特別是一種節省電容的音訊裝置與輸出/輸入音訊的方法。

音訊系統中有所謂的重新配置機制(re-tasking)，即指同一個音訊埠(audio port)可由使用者依需求而設定為輸入音訊或輸出言訊，換言之，即該音訊埠同時具有輸入音訊與輸出音訊的功能。

傳統的re-tasking機制，音訊埠會同時連接兩個運算放大器，分別為輸出運算放大器與輸入運算放大器。不論是輸出或輸入運算放大器，兩者的外部電路會分別各自連接一個大電容或是共用一大電容，然後由各自連接之電容或是該共用之大電容來濾除聲音訊號中的直流成分，因此這些電容可稱為直流阻隔電容(DC blocking capacitor)。

然而，不論是上述中，輸出或輸入放大器端需分別連接一電容的架構，或是共用具較大電容值之一電容的架構，對於電容數量的需求或電容值的要求較高，於此，對於成本上的考量較為不利。再者，直流阻隔電容容易造成輸出時的爆音(pop noise)現象，因此傳統作法上，會在外部多增加一個運算放大器而用以消除爆音，如此將多增加成本的支出。

因此，如何解決上述音訊系統中對於同時具有輸出與輸入功能之音訊埠所衍生的問題，且得到良好的音質，為一亟待解決的議題。

有鑑於此，本發明提出一種音訊裝置與輸出/輸入音訊的方法，用於耦接於具有輸出/輸入功能之音訊埠，雖僅具有一個電容，且省略在外部用以消除爆音之一運算放大器，但卻仍然具有良好的音質效果。

本發明提出一種音訊裝置，用於耦接於音訊埠，該裝置包含：電容、負載、輸出放大模組及輸入放大模組。電容耦接於音訊埠。負載耦接於音訊埠。輸出放大模組操作於第一工作電壓，用以輸出第一音訊信號至音訊埠，且第一音訊信號的直流位準實質上為零伏特。輸入放大模組操作於第二工作電壓，用以接收來自音訊埠的第二音訊信號。其中，當音訊埠為輸出狀態，輸出放大模組致能而輸入放大模組禁能，當音訊埠為輸入狀態，輸入放大模組致能而輸出放大模組禁能。

本發明亦提出一種輸出/輸入音訊的方法，包含下列步驟：提供電容與負載耦接於音訊埠；提供輸出放大模組與輸入放大模組；操作輸出放大模組於第一工作電壓，以輸出第一音訊信號至音訊埠，且第一音訊信號的直流位準實質上為零伏特；操作輸入放大模組於第二工作電壓，以接收來自音訊埠的第二音訊信號；當音訊埠為輸出狀態，致能輸出放大模組，並禁能輸入放大模組；當音訊埠為輸入狀態，致能輸入放大模組，並禁能輸出放大模組。

本發明亦提出一種音訊裝置，用於耦接於音訊埠，該裝置包含：電容、負載、輸出放大模組及輸入放大模組。電容耦接於音訊埠。負載耦接於音訊埠。輸出放大模組操作於第一工作電壓，用以輸出第一音訊信號至音訊埠。輸入放大模組操作於第二工作電壓，用以接收來自音訊埠的第二音訊 信號。其中，當音訊埠為輸出狀態，輸出放大模組致能輸入放大模組禁能，當音訊埠為輸入狀態，輸入放大模組致能而輸出放大模組禁能，且第一工作電壓與第二工作電壓不相同。

本發明亦提出一種輸出/輸入音訊的方法，包含下列步驟：提供電容與負載耦接於音訊埠；提供輸出放大模組與輸入放大模組；操作輸出放大模組於第一工作電壓，以輸出第一音訊信號至音訊埠；操作輸入放大模組於第二工作電壓，以接收來自音訊埠的第二音訊信號，且第一工作電壓與第二工作電壓不相同；當音訊埠為輸出狀態，致能輸出放大模組，並禁能輸入放大模組；當音訊埠為輸入狀態，致能輸入放大模組，並禁能輸出放大模組。

有關本發明的較佳實施例及其功效，茲配合圖式說明如後。

請參照「第1圖」，該圖所示為本發明音訊裝置之一實施例示意圖。本發明所提出之音訊裝置，用於耦接於音訊埠50，該裝置包含：電容10、負載20、輸出運算放大器(output OP amplifier)30、輸入運算放大器(input OP amplifier)40。其中，音訊埠50可用以輸出/輸入音訊信號。

電容10具有第一端12與第二端14，其中第一端12耦接音訊埠50。由「第1圖」所示可知，本發明音訊裝置中之輸出運算放大器30與輸入運算放大器40僅使用一個電容10，且因為輸入運算放大器40本身的電路特性，內阻在設計上阻抗值較高，所以本發明所耦合的電容10可使用小電容。相較於先前技術，除省略了原本連接於輸出運算放大器30的電容外，亦節 省大電容所造成的成本支出。此外，輸出放大器30係用以將一音源訊號(下稱輸出音訊信號)輸出至音訊埠50，而輸入放大器40係用以從音訊埠50接收一音源訊號(下稱輸入音訊信號)。

負載20一端耦接於電容10之第一端12與音訊埠50之間。偏壓模組60用以提供麥克風偏壓。其中，負載20與偏壓模組60於後將有更詳盡的說明。

輸出運算放大器30輸出端32耦接於電容10之第一端12，輸入運算放大器40輸入端42耦接於電容10之第二端14。由於，音訊埠50具有輸出狀態與輸入狀態兩種不同的功能，因此本發明提出，當音訊埠50為輸出狀態時，輸出運算放大器30致能(enable)而輸入運算放大器40禁能(disable)。當音訊埠50為輸入狀態時，輸入運算放大器40致能而輸出運算放大器30處於禁能狀態。

接著，將列舉出多種不同的輸入/輸出狀態之施行態樣，以說明本發明所提出之音訊裝置的運作方式。於此，先說明輸出運算放大器30接收正電壓(+V)與負電壓(-V)，並依據正電壓與負電壓來決定輸出運算放大器30的工作電壓。

請先參照「第2A圖」為本發明音訊裝置之輸出狀態示意圖。當音訊埠50為輸出狀態時，將輸入運算放大器40禁能，且偏壓模組60切換至高阻抗而呈現斷路的狀態(亦即禁能偏壓模組60)，再將輸出運算放大器30致能，使輸出音源訊號可順利輸出至音訊埠50，而傳送至與音訊埠50連接的外部裝置，如圖中所示之電腦70或耳機72，但不以此為限。於此，舉電腦 70與耳機72分別說明接收音源訊號的兩種不同外部裝置。

於此，輸出運算放大器30所接收正電壓可為+2.5伏特、負電壓可為-2.5伏特，亦即，輸出運算放大器30的第一工作電壓可為±2.5伏特之間，但不以此為限。再由圖中所示可知，輸入運算放大器40所接收正電壓可為兩倍的輸出運算放大器30所接收的正電壓(2*V)，而負電壓可為接地(GND)電壓。以上述例子來看，輸入運算放大器40所接收正電壓可為+5伏特，亦即，輸入運算放大器40的第二工作電壓可為0~5伏特之間，但同樣不以此為限。由上述說明可知，第一工作電壓與第二工作電壓並不相同。

由於，輸出運算放大器30的第一工作電壓可為±2.5伏特之間，因此輸出運算放大器30所傳送之輸出音訊信號的直流電壓準位為零伏特。先前技術中，輸出運算放大器所傳送之輸出音訊信號的振幅大多設定在0~5伏特之間，故其直流電壓準位為2.5伏特，也就是因為輸出音訊信號的直流電壓準位非零伏特，因此容易產生爆音(pop noise)的現象。所以，本發明將輸出運算放大器30所傳送之輸出音訊信號的直流電壓準位設定為零伏特，而用以消除爆音，如此可較先前技術省略一個外部用以消除爆音的運算放大器，更加節省成本的支出。

請參照「第2B圖」為本發明音訊裝置之輸入狀態示意圖(一)。於該實施例中，音訊裝置為輸入狀態，而由音源供應裝置74提供一輸入音源訊號。於此，音源供應裝置74具有運算放大器742耦接電容744，而將輸入音源訊號傳送至音訊埠50。此時，禁能偏壓模組60與輸出運算放大器30，再將輸入運算放大器40致能，以便讓輸入音源訊號順利傳送至輸入運算放大 器40。於此，輸出運算放大器30的禁能狀態近似於開路的狀態，故本發明特稱之為浮置(floating)狀態。

於此，可藉由一偵測電路，偵測音訊埠50的目前狀態為輸入狀態或是輸出狀態而發出狀態訊號來告知本發明之音訊裝置。而本發明之音訊裝置依據狀態訊號來決定是否對輸出運算放大器30禁能。此為本領域人士之所悉知，故於此不再贅述。當然，尚有許多用以判定音訊埠50目前狀態之方法，礙於篇幅，僅擇一例說，但並不以此為限。

然而，在輸入音源訊號傳送至輸入運算放大器40之前，會先經過電容744與電容10所組成的路徑，在電路特性中，兩串聯電容間的電壓為一未知(voltage unknown)的狀態，也就是說當輸入音源訊號經過電容744與電容10所組成的路徑，會造成輸入音源訊號的直流電壓準位無法確定。因此，本發明在兩個電容之間耦接一負載20，用以調整輸入音源訊號的直流電壓準位。其中，負載20須設定為較大的阻抗值，如47 KΩ，但不以此為限。

請參照「第2C圖」為本發明音訊裝置之輸入狀態示意圖(二)。第「第2C圖」與「第2B圖」之差異僅在於「第2C圖」中的音源供應裝置76同樣採用本發明所提出的節省電容的音訊裝置，因此音源供應裝置76中的運算放大器762不需耦接電容。輸出運算放大器30與偏壓模組60皆被禁能，輸入運算放大器40被致能，以便將輸入音源訊號由音訊埠50順利傳送至輸入運算放大器40。其中，由於負載20具有高阻抗值，因此即使於該實施中，不需用以調整輸入音源訊號的直流電壓準位，負載20上也幾乎沒有電流流過，所以不會額外造成功率的損耗。

請參照「第2D圖」為本發明音訊裝置之輸入狀態示意圖(三)。此實施例說明由麥克風78提供輸入之音源訊號。於此輸入狀態下，輸出運算放大器30被禁能，輸入運算放大器40被致能，而偏壓模組60則是會被致能以提供麥克風偏壓給輸入音源訊號來確保音訊品質。其中，偏壓模組60所提供的麥克風偏壓可用以決定麥克風78所輸入的輸入音源訊號振幅。舉例說明，假設偏壓模組60提供3伏特麥克風偏壓，如此，麥克風78所輸入的輸入音源訊號的振幅即會被控制在3伏特以下。但此亦僅以作為例說，並不以此為限。

雖然本發明的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧電容

12‧‧‧第一端

14‧‧‧第二端

20‧‧‧負載

30‧‧‧輸出運算放大器

32‧‧‧輸出端

40‧‧‧輸入運算放大器

42‧‧‧輸入端

50‧‧‧音訊埠

60‧‧‧偏壓模組

70‧‧‧電腦

72‧‧‧耳機

74、76‧‧‧音源供應裝置

742、762‧‧‧運算放大器

744‧‧‧電容

78‧‧‧麥克風

第1圖：本發明音訊裝置之一實施例示意圖

第2A圖：本發明音訊裝置之輸出狀態示意圖

第2B圖：本發明音訊裝置之輸入狀態示意圖(一)

第2C圖：本發明音訊裝置之輸入狀態示意圖(二)

第2D圖：本發明音訊裝置之輸入狀態示意圖(三)

10‧‧‧電容

12‧‧‧第一端

14‧‧‧第二端

20‧‧‧負載

30‧‧‧輸出運算放大器

32‧‧‧輸出端

40‧‧‧輸入運算放大器

42‧‧‧輸入端

50‧‧‧音訊埠

60‧‧‧偏壓模組

Claims (24)

1. 一種音訊裝置，用於經由一音訊埠耦接至一音源供應裝置或一音源輸出裝置，該音訊裝置包含：一電容，耦接於該音訊埠；一輸出放大模組，操作於一第一工作電壓，用以經由該音訊埠輸出一第一音訊信號至該音源輸出裝置，且該第一音訊信號的直流位準實質上為零伏特；一輸入放大模組，操作於一第二工作電壓，用以經由該音訊埠接收該音源供應裝置所提供的一第二音訊信號；一負載，耦接至該音訊埠與該電容的接點，提供一阻抗值，以調整該第二音訊信號的直流電壓準位；及其中，當該音訊埠為一輸出狀態，該輸出放大模組致能而該輸入放大模組禁能，當該音訊埠為一輸入狀態，該輸入放大模組致能而該輸出放大模組禁能。
2. 如請求項1之音訊裝置，其中該輸出放大模組接收一正電壓與一負電壓以決定該第一工作電壓。
3. 如請求項1之音訊裝置，更包含：一偏壓模組，用以提供一偏壓於該音訊埠；其中，當該音訊埠為該輸出狀態，該偏壓模組禁能。
4. 如請求項3之音訊裝置，其中當該音訊埠為一麥克風輸入狀態，則該偏壓模組提供該偏壓予該音訊埠。
5. 如請求項1之音訊裝置，其中該第一工作電壓與該第二工作電壓不相同。
6. 如請求項1之音訊裝置，其中該電容跨接在該輸出放大模組與該輸入放大模組之間。
7. 一種輸出/輸入音訊的方法，包含下列步驟：提供一電容耦接於一音訊埠；提供一負載耦接至該音訊埠與該電容的接點；提供一輸出放大模組與一輸入放大模組；操作該輸出放大模組於一第一工作電壓，以經由該音訊埠輸出一第一音訊信號至該音源輸出裝置，且該第一音訊信號的直流位準實質上為零伏特；操作該輸入放大模組於一第二工作電壓，以經由該音訊埠接收該音源供應裝置所提供的一第二音訊信號，並利用該負載所提供的阻抗值調整該第二音訊信號的直流電壓準位；當該音訊埠為該輸出狀態，致能該輸出放大模組，並禁能該輸入放大模組；及當該音訊埠為該輸入狀態，致能該輸入放大模組，並禁能該輸出放大模組。
8. 如請求項7之方法，其中該第一工作電壓與該第二工作電壓不相同。
9. 如請求項7之方法，更包含下列步驟：當該音訊埠為一麥克風輸入狀態，則提供一偏壓予該音訊埠。
10. 如請求項9之方法，更包含下列步驟： 當該音訊埠為一輸出狀態，則停止提供該偏壓予該音訊埠。
11. 如請求項7之方法，其中該輸出放大模組接收一正電壓與一負電壓以決定該第一工作電壓。
12. 如請求項7之方法，其中該電容跨接在該輸出放大模組與該輸入放大模組之間。
13. 一種音訊裝置，用於經由一音訊埠耦接至一音源供應裝置或一音源輸出裝置，該音訊裝置包含：一電容，耦接於該音訊埠；一負載，耦接於該音訊埠；一輸出放大模組，操作於一第一工作電壓，用以經由該音訊埠輸出一第一音訊信號至該音源輸出裝置；一輸入放大模組，操作於一第二工作電壓，用以經由該音訊埠接收該音源供應裝置所提供的一第二音訊信號；一負載，耦接至該音訊埠與該電容的接點，提供一阻抗值，以調整該第二音訊信號的直流電壓準位；及其中，當該音訊埠為一輸出狀態，該輸出放大模組致能而該輸入放大模組禁能，當該音訊埠為一輸入狀態，該輸入放大模組致能而該輸出放大模組禁能，且該第一工作電壓與該第二工作電壓不相同。
14. 如請求項13之音訊裝置，其中該輸出放大模組接收一正電壓與一負電壓以決定該第一工作電壓。
15. 如請求項13之音訊裝置，更包含： 一偏壓模組，用以提供一偏壓於該音訊埠；其中，當該音訊埠為該輸出狀態，該偏壓模組禁能。
16. 如請求項15之音訊裝置，其中當該音訊埠為一麥克風輸入狀態，則該偏壓模組提供該偏壓予該音訊埠。
17. 如請求項13之音訊裝置，其中該第一音訊信號之直流準位實質上為零伏特。
18. 如請求項13之音訊裝置，其中該電容跨接在該輸出放大模組與該輸入放大模組之間。
19. 一種輸出/輸入音訊的方法，包含下列步驟：提供一電容耦接於一音訊埠；提供一負載耦接至該音訊埠與該電容的接點；提供一輸出放大模組與一輸入放大模組；操作該輸出放大模組於一第一工作電壓，以經由該音訊埠輸出一第一音訊信號至該音源輸出裝置；操作該輸入放大模組於一第二工作電壓，以經由該音訊埠接收該音源供應裝置所提供的一第二音訊信號，並利用該負載所提供的阻抗值調整該第二音訊信號的直流電壓準位，其中該第一工作電壓與該第二工作電壓不相同；當該音訊埠為該輸出狀態，致能該輸出放大模組，並禁能該輸入放大模組；及當該音訊埠為該輸入狀態，致能該輸入放大模組，並禁能該輸出放 大模組。
20. 如請求項19之方法，更包含下列步驟：當該音訊埠為一麥克風輸入狀態，提供一偏壓予該音訊埠。
21. 如請求項20之方法，更包含下列步驟：當該音訊埠為一輸出狀態，停止提供該偏壓予該音訊埠。
22. 如請求項19之方法，其中該輸出放大模組接收一正電壓與一負電壓以決定該第一工作電壓。
23. 如請求項19之方法，其中該第一音訊信號的直流位準實質上為零伏特。
24. 如請求項19之方法，其中該電容跨接在該輸出放大模組與該輸入放大模組之間。