TWI387359B

TWI387359B - 耳機的電壓產生裝置

Info

Publication number: TWI387359B
Application number: TW098102324A
Authority: TW
Inventors: Hsu Min Chen; Tzu An Lin
Original assignee: Ite Tech Inc
Priority date: 2009-01-21
Filing date: 2009-01-21
Publication date: 2013-02-21
Also published as: US8098839B2; TW201029487A; US20100181982A1

Description

耳機的電壓產生裝置

本發明是有關於一種電壓產生裝置，且特別是有關於一種用於耳機的電壓產生裝置。

隨著消費性電子產品的普及化，許多應用於消費性的電子產品的周邊商品的功能跟精緻度也隨著被強化。以用來聽音樂的耳機來說，現在的耳機不論在造形上、功能上以及品質上，都有了大幅的提升。此外，在綠色能源的觀念下，甚至有省電型的耳機的被相應推出。

以下請先參照圖1繪示的習知用於耳機的電壓產生裝置100。這種耳機的電壓產生裝置100由於需要輸出兩個不同電壓範圍的聲音信號(例如左聲道及右聲道)，因此需要利用兩個運算放大器OP1、OP2來對應放大不同的輸入信號IR、IL。在習知的電壓產生裝置100中，運算放大器OP1、OP2同樣都接收操作電壓VDD、VSS作為操作電壓，而操作電壓VSS是藉由電壓產生器110依據操作電壓VDD及接地電壓GND來產生(例如VSS=GND-VDD)。通常，這個電壓產生器110會是一個電荷幫浦(charge pump)電路或是用電感及開關所構成的電源轉換電路(power converter)。然而，不論所使用的電壓產生器110為何，習知的電壓產生裝置100所產生的操作電壓VSS都是固定的。

基於上述原因，習知技術另提出一種用於耳機的電壓產生裝置200如圖2所繪示。請參照圖2，電壓產生裝置200中的運算放大器OP1所接收的操作電壓VDD、VSS分別由電源供應器210及電荷幫浦電路230來產生。而操作電壓VSS是電荷幫浦電路230依據電源供應器220所產生的電壓VCC來產生的。因此，在電壓產生裝置200中，控制器240可以藉由發送控制信號CTRL來調整電源供應器220所產生的電壓VCC，進而調整操作電壓VSS。然而，控制器240所產生的控制信號CTRL僅只是使用者或設計者設計的一個定值，是不能隨著環境的變化或需求的改變來動態調整的。

本發明分別提供兩種耳機的電壓產生裝置，用以有效的調整並控制耳機的負值的第二操作電壓的位準。

本發明提出一種耳機的電壓產生裝置，包括電壓產生器、電荷幫浦電路、運算放大器以及控制器。電壓產生器產生第一操作電壓。而電荷幫浦電路耦接電壓產生器，用以接收第一操作電壓及調整信號。且電荷幫浦電路依據第一操作電壓及調整信號產生第二操作電壓。運算放大器則是耦接電壓產生器及電荷幫浦電路，用以接收第一操作電壓及第二操作電壓作為操作電壓，並接收輸入信號以產生輸出信號。控制器接收第二操作電壓及控制信號，並依據第二操作電壓及控制信號來產生調整信號。

本發明另提出一種耳機的電壓產生裝置，包括第一電壓產生器、第二電壓產生器、電荷幫浦電路、運算放大器以及控制器。第一電壓產生器產生第一操作電壓而第二電壓產生器產生基準電壓。電荷幫浦電路耦接第二電壓產生器，用以接收基準操作電壓及調整信號。且電荷幫浦電路依據基準電壓及調整信號產生第二操作電壓。運算放大器則是耦接第一電壓產生器及電荷幫浦電路，用以接收第一操作電壓及第二操作電壓作為操作電壓，並接收輸入信號以產生輸出信號。控制器接收第二操作電壓及控制信號，並依據第二操作電壓及控制信號來產生調整信號。

基於上述，本發明藉由控制器來接收電壓產生裝置的輸出信號，並利用這個輸出信號來動態調整電壓產生裝置的第二操作電壓。使由電荷幫浦電路所產生的第二操作電壓可以更為穩定。並且，第二操作電壓可以不用是固定為第一操作電壓的負的整數倍，而可以依據需求作合適的調整。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

首先請參照圖3，圖3繪示本發明的一實施例的耳機的電壓產生裝置300。電壓產生裝置300包括電源供應器310、電荷幫浦電路320、運算放大器OP1以及控制器330。其中，電荷幫浦電路320耦接電源供應器310並接收電源供應器310所產生的操作電壓VDD，電荷幫浦電路320另耦接控制器330來接收調整信號TUN。而運算放大器OP1耦接電荷幫浦電路320及電源供應器310，運算放大器OP1分別接收電荷幫浦電路320及電源供應器310所產生的操作電壓VSS及VDD來作為其操作電壓。此外，控制器330除耦接電荷幫浦電路320外尚耦接至運算放大器OP1。並且，控制器330接收控制信號VCT。

在電壓產生裝置300的整體作動方面，電源供應器310用來產生操作電壓VDD，這個電源供應器310可以由例如電池或交流電源經過整流所提供的電源，並經過電壓調整器(voltage regulator)(未繪示)來產生，也可以藉由電源轉換器來產生。凡是本領域具通常知識者所熟知的可以提供直流的操作電壓VDD的電源供應器的實施方式，皆可實施電源供應器310。

電荷幫浦電路320則是接收操作電壓VDD及調整信號TUN來產生操作電壓VSS，其中所接收的操作電壓VDD是作為電荷幫浦的基準，而調整信號TUN則是用來控制電荷幫浦電路320中所包括的多數個開關(未繪示)的導通或關閉的狀態。在此特別一提，習知的電荷幫浦電路在固定的週期性的開關導通或關閉的動作下，會產生作為基準的操作電壓VDD的固定整數倍的電壓，而本實施例中的電荷幫浦電路320則是依據調整信號TUN來使電荷幫浦電路320所產生的操作電壓VSS動態的在操作電壓VDD的兩個不同的整數倍間改變(例如操作電壓VSS等於負一倍的操作電壓VDD或負兩倍的操作電壓VDD)，以求得到一個操作電壓VSS與操作電壓VDD的關係為非整數倍，進而微調操作電壓VSS。

運算放大器OP1則是接收操作電壓VDD及操作電壓VSS，並接收輸入信號VIN來轉換成聲音信號的輸出信號VOUT。另外，控制器330則接收操作電壓VSS以及控制信號VCT。控制器330則利用操作電壓VSS與控制信號VCT來產生對應的調整信號TUN。如此一來，電壓產生裝置300就可以藉由控制器來即時偵測操作電壓VSS，並動態的藉由調整信號TUN來改變操作電壓VSS以得到需要的電壓值。

另外，電壓產生裝置300還可以包括控制信號產生器340，耦接在運算放大器OP1與控制器330間，接收輸出信號VOUT來產生控制信號VCT。

以下則針對本實施例的電壓產生裝置300的控制器330及控制信號產生器340分別提出實施方式來加以說明。

以下請參照圖4A，圖4A繪示本發明的電壓產生裝置300的實施例的控制器330的實施方式示意圖。在本實施方式中，控制器330包括回授單元410、比較電路CMP1、邏輯運算單元420以及參考電壓產生電路430。回授單元410接收操作電壓VSS以及參考電壓VR，並利用操作電壓VSS以及參考電壓VR來產生一個介於操作電壓VSS以及參考電壓VR間的電壓值的回授電壓VF。

比較電路CMP1則接收回授電壓VF以及例如由外部輸入的控制信號VCT。比較電路CMP1比較回授電壓VF及控制信號VCT的電壓值的大小，來產生並輸出比較結果CR。在此，比較結果CR可以是一個數位的邏輯信號，而當比較出回授電壓VF的電壓值大於控制信號VCT的電壓值時，表示操作電壓VSS需要被調低，則使比較結果CR輸出邏輯高準位，相反的，當比較出回授電壓VF的電壓值不大於控制信號VCT的電壓值時，表示操作電壓VSS需要被調高，且使比較結果CR輸出邏輯低準位。當然，也可以在比較電路CMP1比較出回授電壓VF的電壓值大於控制信號VCT的電壓值時，則使比較結果CR輸出邏輯低準位，相反的，當比較出回授電壓VF的電壓值不大於控制信號VCT的電壓值時，則使比較結果CR輸出邏輯高準位。

邏輯運算單元420則接收比較結果CR，並依據比較結果來產生調整信號TUN。在此，由於調整信號TUN是用來輸出至圖3繪示的電荷幫浦電路320作為控制電荷幫浦電路320內的多個開關的切換動作的信號，因此，調整信號TUN也必然是一個週期性的切換信號。在當比較電路CMP1所產生的比較結果CR是表示要調高操作電壓VSS時，邏輯運算單元420則對應產生可以使電荷幫浦電路320產生較高的操作電壓VSS。相對的，當比較電路CMP1所產生的比較結果CR是表示要調低操作電壓VSS時，邏輯運算單元420則對應產生可以使電荷幫浦電路320產生較低的操作電壓VSS。

在關於參考電壓VR的產生方面，參考電壓VR可以藉由參考電壓產生電路430來產生。這個參考電壓產生電路430可以簡單的利用電阻串所形成的分壓電路來完成，也可以利用較為複雜的電壓轉換器或是能帶隙(Band Gap)電壓產生器的方式來完成。凡本領域具通常知識者都可以輕易實現的可以提供固定或可調整的電壓產生的裝置及方法，均可用以實施參考電壓產生電路430。

接著請參照圖4B，圖4B繪示本發明的電壓產生裝置300的實施例的控制信號產生器340的實施方式示意圖。控制信號產生器340包括峰值信號偵測電路440及位準調整電路450，峰值信號偵測電路440接收輸出信號VOUT並藉由偵測輸出信號VOUT的峰值以產生峰值信號。位準調整電路440則耦接峰值信號偵測電路450，用以調整峰值信號的準位以產生控制信號VCT。

在本實施方式中，峰值信號偵測電路440由類比數位轉換單元441來建構，類比數位轉換單元441接收輸出信號VOUT並轉換輸出信號VOUT為數位格式。本領域具通常知識者都知道，要由數位格式的信號中偵測出峰值信號是輕易可以實施的，因此利用類比數位轉換單元441來實施峰值信號偵測電路440。另外，位準調整電路450則包括位準偏移單元451及數位類比轉換單元452，位準偏移單元451接收峰值信號偵測電路440產生的峰值信號，並偏移該峰值信號偏移值OFFSET以產生偏移峰值信號。而數位類比轉換單元452則轉換偏移峰值信號為類比格式以產生控制信號VCT。

以下則針對本發明提出不同的實施例的電壓產生裝置來說明本發明。

以下請參照圖5，圖5繪示本發明的另一實施例的電壓產生裝置500的示意圖。其中，電壓產生裝置500包括電源供應器510、電荷幫浦電路520、運算放大器OP1以及控制器530。其中的電荷幫浦電路520包括做為開關的電晶體T1、T2、電容C1、C2及二極體D1、D2。電荷幫浦電路520接收操作電壓VDD並產生等於負一倍的操作電壓VDD的操作電壓VSS。其中當電晶體T1導通且電晶體T2關閉時，電容C1與電晶體T1的連接端被充電至等於操作電壓VDD，而當電晶體T1關閉且電晶體T2導通時，電容C1與電晶體T1的連接端透過電晶體T2連接到接地電壓GND，而電容C1與二極體D1連接的一端的電位則變更為-VDD，此時二極體D1導通並使電容C2充電至-VDD(也就是操作電壓VSS=-VDD)。

另外，電壓產生裝置500中，控制器530包括回授單元531、比較電路CMP2、邏輯運算單元532及參考電壓產生器533。在此，回授單元531由電阻串R1、R2所建構的分壓元件來實施。比較器CMP2則比較控制信號VCT及回授單元531所產生的回授電壓VF來透過電荷幫浦電路520及控制器530來產生操作電壓VSS。當上述的回授狀態達到穩態的條件時，回授電壓VF會等於控制信號，此時，操作電壓VSS、回授電壓VF與電阻串R1、R2的關係如下式(1)所示：

其中的電壓是由參考電壓產生器533所產生的參考電壓VR。

邏輯運算單元532則包括正反器536、邏輯閘537及時脈產生器538。正反器536具有資料端D、時脈端CK以及輸出端Q，其時脈端D接收時脈信號CK_IN。邏輯閘537則耦接正反器536的輸出端Q，邏輯閘537接收時脈信號CK_IN，並依據正反器536的輸出端Q的信號調整並傳送時脈信號CK_IN至電荷幫浦電路520。其中，正反器536會傳送比較電路CMP2所產生的比較結果至邏輯閘537。邏輯閘537則會將時脈產生器所產生的時脈信號CK_IN依據正反器536傳送的比較結果來傳送對應控制作為開關的電晶體T1、T2的切換動作。

以下請參照圖6，圖6繪示本發明的再一實施例的電壓產生裝置600的示意圖。與上一實施例的電壓產生裝置500不同的是，電壓產生裝置600中所包括的電荷幫浦電路620是會產生0至負的兩倍操作電壓VDD的操作電壓VSS。電荷幫浦電路620由電容C1~C3、開關S1、S1B、S2、S2B及二極體D1~D3構成。在此可以得知，不同的電荷幫浦電路都可以應用來實施本發明的電壓產生裝置，並不限於固定型態的電荷幫浦電路。

更請參照圖7，圖7繪示本發明的更一實施例的電壓產生裝置700的示意圖。在本實施例中，與電壓產生裝置500、600所不同的是，操作電壓VDD由電源供應器710來產生，而產生操作電壓VSS的電荷幫浦電路730則是接收電源供應器720所產生的基準電壓VCC。此外，關於控制器740的動作細節與電壓產生裝置500、600中的控制器的動作細節均相同，在此則不多贅述。

綜上所述，本發明利用控制器偵測操作電壓，並據以調整操作電壓，使得耳機的電壓產生裝置可以動態的調整其電壓範圍。據此，當所需要的輸出信號的電壓不需要有很大的範圍時，相對應的調低操作電壓的電壓值，待當所需要的輸出信號的電壓需要有大的範圍時，再相對應的調高操作電壓的電壓值，以達到有效的使用電力的功能。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故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。

100、200、300、500、600、700．．．電壓產生裝置

110．．．電壓產生器

220、310、510、710、720．．．電源供應器

230、320、520、620、730．．．電荷幫浦電路

240、330、530．．．控制器

340．．．控制信號產生器

420、532．．．邏輯運算單元

410、531．．．回授單元

430、533．．．參考電壓產生電路

440．．．峰值信號偵測電路

441．．．類比數位轉換單元

450．．．位準調整電路

451．．．位準偏移單元

452．．．數位類比轉換單元

536．．．正反器

537．．．邏輯閘

538．．．時脈產生器

Q、CK、D．．．端點

CK_IN．．．時脈信號

VOUT．．．輸出信號

CMP1、CMP2．．．比較電路

VR．．．參考電壓

VF．．．回授電壓

TUN．．．調整信號

CR．．．比較結果

CTRL、VCT．．．控制信號

VDD、VSS．．．操作電壓

GND．．．接地電壓

OP1．．．運算放大器

IR、IL、IN、VIN．．．輸入信號

OFFSET．．．峰值信號偏移值

T1、T2．．．電晶體

C1~C3．．．電容

S1、S1B、S2、S2B．．．開關

D1~D3．．．二極體

R1、R2．．．電阻串

圖1繪示習知的耳機的電壓產生裝置100。

圖2繪示另一種習知的耳機的電壓產生裝置200。

圖3繪示本發明的一實施例的耳機的電壓產生裝置300。

圖4A繪示本發明的電壓產生裝置300的實施例的控制器330的實施方式示意圖。

圖4B繪示本發明的電壓產生裝置300的實施例的控制信號產生器340的實施方式示意圖。

圖5繪示本發明的另一實施例的電壓產生裝置500的示意圖。

圖6繪示本發明的再一實施例的電壓產生裝置600的示意圖。

圖7繪示本發明的更一實施例的電壓產生裝置700的示意圖。

300．．．電壓產生裝置

310．．．電源供應器

320．．．電荷幫浦電路

330．．．控制器

340．．．控制信號產生器

VOUT．．．輸出信號

TUN．．．調整信號

VCT．．．控制信號

VDD、VSS．．．操作電壓

OP1．．．運算放大器

VIN．．．輸入信號

Claims

一種耳機的電壓產生裝置，包括：一電源供應器，產生一第一操作電壓；一電荷幫浦電路，耦接該電源供應器，接收該第一操作電壓及一調整信號，該電荷幫浦電路依據該第一操作電壓及該調整信號產生一第二操作電壓；一運算放大器，耦接該電源供應器及該電荷幫浦電路，接收該第一操作電壓及該第二操作電壓為操作電壓，並接收一輸入信號並產生一輸出信號；以及一控制器，接收該第二操作電壓及一控制信號，並依據該第二操作電壓及該控制信號來產生該調整信號。
如申請專利範圍第1項所述之電壓產生裝置，其中該控制器包括：一回授單元，接收該第二操作電壓及一參考電壓，產生介於該第二操作電壓及該參考電壓間的一回授電壓；一比較電路，耦接該回授單元，接收並比較該控制信號及該回授電壓，以產生一比較結果；以及一邏輯運算單元，耦接該比較電路，依據該比較結果產生該調整信號。
如申請專利範圍第2項所述之電壓產生裝置，其中該控制器更包括：一參考電壓產生電路，耦接該回授單元，用以產生該參考電壓。
如申請專利範圍第2項所述之電壓產生裝置，其中該回授單元包括：一分壓元件，其一端接收該第二操作電壓，另一端接收該參考電壓，該分壓元件依據分壓該第二操作電壓及該參考電壓來產生該回授電壓。
如申請專利範圍第4項所述之電壓產生裝置，其中該分壓元件包括：一第一電阻串，其一端接收該第二操作電壓；以及一第二電阻串，其一端耦接該第一電阻串並產生該回授電壓，其另一端接收該參考電壓。
如申請專利範圍第2項所述之電壓產生裝置，其中該邏輯運算單元包括：一正反器，具有資料端、時脈端以及輸出端，其時脈端接收一時脈信號，其資料端接收該比較結果；以及一邏輯閘，耦接該正反器的輸出端，該邏輯閘接收該時脈信號，並依據該正反器的輸出端的信號調整並傳送該時脈信號至該電荷幫浦電路。
如申請專利範圍第1項所述之電壓產生裝置，其中更包括：一控制信號產生器，耦接該控制器及該運算放大器，用以依據該輸出信號以產生該控制信號。
如申請專利範圍第7項所述之電壓產生裝置，其中該控制信號產生器包括：一峰值信號偵測電路，耦接該運算放大器並接收該輸出信號，並藉由偵測該輸出信號的峰值以產生一峰值信號；以及一位準調整電路，耦接該峰值信號偵測電路及該控制器，用以調整該峰值信號的準位以產生該控制信號。
如申請專利範圍第8項所述之電壓產生裝置，其中該峰值信號偵測電路包括：一類比數位轉換單元，耦接該運算放大器，接收該輸出信號並轉換該輸出信號為數位格式；其中該峰值信號偵測電路藉由數位格式的該輸出信號偵測出該輸出信號的峰值，以產生該峰值信號。
如申請專利範圍第9項所述之電壓產生裝置，其中該位準調整電路包括：一位準偏移單元，耦接該類比數位轉換單元，接收該峰值信號，並偏移該峰值信號一偏移值以產生一偏移峰值信號；以及一數位類比轉換單元，耦接該位準偏移單元，接收該偏移峰值信號並轉換該偏移峰值信號為類比格式，並產生該控制信號。
一種耳機的電壓產生裝置，包括：一第一操作電源供應器，產生一第一操作電壓；一第二操作電源供應器，產生一基準電壓；一電荷幫浦電路，耦接該第二操作電源供應器，接收該基準電壓及一調整信號，該電荷幫浦電路依據該基準電壓及該調整信號產生一第二操作電壓；一運算放大器，耦接該第一操作電源供應器及該電荷幫浦電路，接收該第一操作電壓及該第二操作電壓為操作電壓，並接收一輸入信號並產生一輸出信號；以及一控制器，接收該第二操作電壓及一控制信號，並依據該第二操作電壓及該控制信號來產生該調整信號。
如申請專利範圍第11項所述之電壓產生裝置，其中該控制器包括：一回授單元，接收該第二操作電壓及一參考電壓，產生介於該第二操作電壓及該參考電壓間的一回授電壓；一比較電路，耦接該回授單元，接收並比較該控制信號及該回授電壓，以產生一比較結果；以及一邏輯運算單元，耦接該比較電路，依據該比較結果產生該調整信號。
如申請專利範圍第12項所述之電壓產生裝置，其中該控制器更包括：一參考電壓產生電路，耦接該回授單元，用以產生該參考電壓。
如申請專利範圍第12項所述之電壓產生裝置，其中該回授單元包括：一分壓元件，其一端接收該第二操作電壓，另一端接收該參考電壓，該分壓元件依據分壓該第二操作電壓及該參考電壓來產生該回授電壓。
如申請專利範圍第14項所述之電壓產生裝置，其中該分壓元件包括：一第一電阻串，其一端接收該第二操作電壓；以及一第二電阻串，其一端耦接該第一電阻串並產生該回授電壓，其另一端接收該參考電壓。
如申請專利範圍第12項所述之電壓產生裝置，其中該邏輯運算單元包括：一正反器，具有資料端、時脈端以及輸出端，其時脈端接收一時脈信號，其資料端接收該比較結果；以及一邏輯閘，耦接該正反器的輸出端，該邏輯閘接收該時脈信號，並依據該正反器的輸出端的信號調整並傳送該時脈信號至該電荷幫浦電路。
如申請專利範圍第11項所述之電壓產生裝置，其中更包括：一控制信號產生器，耦接該控制器及該運算放大器，用以依據該輸出信號以產生該控制信號。
如申請專利範圍第17項所述之電壓產生裝置，其中該控制信號產生器包括：一峰值信號偵測電路，耦接該運算放大器並接收該輸出信號，並藉由偵測該輸出信號的峰值以產生一峰值信號；以及一位準調整電路，耦接該峰值信號偵測電路及該控制器，用以調整該峰值信號的準位以產生該控制信號。
如申請專利範圍第18項所述之電壓產生裝置，其中該峰值信號偵測電路包括：一類比數位轉換單元，耦接該運算放大器，接收該輸出信號並轉換該輸出信號為數位格式；其中該峰值信號偵測電路藉由數位格式的該輸出信號偵測出該輸出信號的峰值，以產生該峰值信號。
如申請專利範圍第19項所述之電壓產生裝置，其中該位準調整電路包括：一位準偏移單元，耦接該類比數位轉換單元，接收該峰值信號，並偏移該峰值信號一偏移值以產生一偏移峰值信號；以及一數位類比轉換單元，耦接該位準偏移單元，接收該偏移峰值信號並轉換該偏移峰值信號為類比格式，並產生該控制信號。