TWI521865B - 音訊放大器及應用其之電子裝置與暫態雜訊抑制方法 - Google Patents

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Description

音訊放大器及應用其之電子裝置與暫態雜訊抑制方 法
本發明是有關於一種音訊放大技術，且特別是有關於一種音訊放大器及應用其之電子裝置與暫態雜訊抑制方法。
一般電子裝置在開關機過程中，其揚聲器常常會因為音訊放大器的雜訊影響而發出尖銳的噪音，從而令使用者視聽感受不佳。究其原因，一般是因為用以驅動揚聲器的音訊放大器的輸出端電壓突然發生激烈變化，而造成揚聲器將所述電壓變化轉換為尖銳刺耳的聲音輸出。除了造成使用者在使用上的不舒適外，有時過大的突波電流更會破壞揚聲器中高敏感度的元件，所以很多音頻放大裝置都將如何消除爆音雜訊作為主要的設計目標。
更具體地說，一般音訊放大器的雜訊產生因素主要有二：一是因音訊放大器的輸出端電壓發生快速的準位變動所造成；二是因音訊放大器電路本身的暫態雜訊(transition noise)效 應所造成。
其中，上述因第一項因素所造成的雜訊，在現行的應用中，通常會採用具有預充電機制的音訊放大器架構來解決。其係藉由在音訊放大器致能之前，預先對音訊放大器的輸出端進行緩慢的充電，以令音訊放大器的輸出端不會有大幅地準位變動。
然而，對於上述因第二項因素所造成的雜訊而言，由於其係肇因於音訊放大器的內部電路之既有電路特性，因此在現有技術下，僅能透過降低電路頻寬的方式來加以抑制。否則即必須大幅更動音訊放大器的電路設計。
本發明提供一種音訊放大器及應用其之電子裝置與暫態雜訊抑制方法，其可在不須降低電路頻寬的前提下，有效地抑制暫態雜訊的效應。
本發明的音訊放大器包括前置放大電路、輸出級電路以及延遲開關電路。前置放大電路接收音訊輸入訊號，並且反應於前級控制訊號而致能或禁能，其中前置放大電路於致能時放大音訊輸入訊號以產生音訊放大訊號。輸出級電路反應於後級控制訊號而致能或禁能，其中輸出級電路於致能時將所接收的訊號轉換為音訊輸出訊號。延遲開關電路耦接於前置放大電路與輸出級電路之間，用以依據電源啟動訊號提供前級控制訊號與後級控制訊號，從而令前置放大電路與輸出級電路間隔延遲期間依序致能或 禁能，並且基於後級控制訊號而決定是否將音訊放大訊號提供至輸出級電路。
在本發明一實施例中，延遲開關電路包括隔離開關以及延遲單元。隔離開關耦接於前置放大電路與輸出級電路之間，其中隔離開關受控於後級控制訊號而導通或截止，從而決定是否將音訊放大訊號提供至輸出級電路。延遲單元耦接前置放大電路、隔離開關以及輸出級電路，用以產生與電源啟動訊號同步的第一訊號，並且根據延遲期間延遲第一訊號以產生第二訊號。其中，延遲單元依據電源啟動訊號的準位切換而以第一訊號與第二訊號其中之一者為前級控制訊號，並且以地依訊號與第二訊號其中之另一者為後級控制訊號。
在本發明一實施例中，當電源啟動訊號從禁能準位切換至致能準位時，延遲單元以第一訊號為前級控制訊號並且以第二訊號為後級控制訊號，從而令前置放大電路先反應於前級控制訊號而致能，再於延遲期間後令輸出級電路反應於後級控制訊號而致能並同時導通隔離開關。
在本發明一實施例中，當電源啟動訊號從致能準位切換至禁能準位時，延遲單元以第二訊號為前級控制訊號並且以第一訊號為後級控制訊號，從而令輸出級電路先反應於後級控制訊號而禁能並同時截止隔離開關，再於延遲期間後令前置放大電路反應於後級控制訊號而禁能。
在本發明一實施例中，前置放大電路包括前置放大器、 輸出控制級以及偏壓單元。前置放大器具有負輸入端、正輸入端以及輸出端。前置放大器的負輸入端接收音訊輸入訊號，且前置放大器的正輸入端接收參考電壓。輸出控制級耦接前置放大器的輸出端，並依據前置放大器的輸出而產生音訊放大訊號。偏壓單元用以提供前置放大器與輸出控制級運作所需的工作電壓。
在本發明一實施例中，輸出控制級係以浮接電流源組態(floating current source configuration)所構成。
在本發明一實施例中，輸出級係以推挽式組態(push-pull configuration)所構成。
本發明的電子裝置，包括如前所述的音訊放大器、回授電路、隔離電容以及揚聲器。回授電路耦接於音訊放大器的輸入端與輸出端之間，用以將音訊輸出訊號回授至前置放大電路。揚聲器經由隔離電容耦接音訊放大器，用以將音訊輸出訊號轉換為聲音輸出。
本發明的音訊放大器的暫態雜訊抑制方法包括以下步驟：依據電源啟動訊號而提供用以控制前置放大電路的前級控制訊號與用以控制輸出級電路的後級控制訊號，從而令前置放大電路與輸出級電路間隔延遲期間依序致能或禁能；以及基於後級控制訊號而決定是否將前置放大電路所產生的音訊放大訊號提供至輸出級電路。
在本發明一實施例中，所述暫態雜訊抑制方法更包括：當電源啟動訊號從禁能準位切換至致能準位時，提供與電源啟動 訊號同步的前級控制訊號，以先致能前置放大電路；以及提供基於延遲前級控制訊號所產生的後級控制訊號，以於延遲期間後再致能輸出級電路並同時將音訊放大訊號提供至輸出級電路。
在本發明一實施例中，所述暫態雜訊抑制方法更包括：當電源啟動訊號從致能準位切換至禁能準位時，提供與電源啟動訊號同步的後級控制訊號，以先禁能輸出級電路並同時停止將音訊放大訊號提供至輸出級電路；以及提供基於延遲後級控制訊號所產生的前級控制訊號，以於延遲期間後再禁能前置放大電路。
基於上述，本發明實施例提出一種音訊放大器及應用其之電子裝置與暫態雜訊抑制方法。所述音訊放大器可藉由具順序性且有間隔地致/禁能方式來控制前級的前置放大電路與後級的輸出級電路，並且同步地配合輸出級電路的致能時序而將前置放大電路所輸出的音訊放大訊號提供至輸出級電路。基此，無論在電源啟動或電源關閉時，前置放大電路的切換皆不會對輸出級電路所輸出的音訊輸出訊號造成影響，故音訊放大器的暫態雜訊可在無須降低電路頻寬的前提下而有效地降低/抑制，進而提高使用者收聽的品質與舒適度。
為讓本發明的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。
10、10’、20‧‧‧電子裝置
100、200、400‧‧‧音訊放大器
110‧‧‧偏壓電路
120‧‧‧開關
210、410‧‧‧前置放大電路
212、412‧‧‧前置放大器
214、414‧‧‧輸出控制級
216、416‧‧‧偏壓單元
220、420‧‧‧輸出級電路
230、430‧‧‧延遲開關電路
232、432_1、432_2‧‧‧隔離開關
234、434‧‧‧延遲單元
C1、C2‧‧‧電容
Cc‧‧‧隔離電容
CL1~CL4‧‧‧特性曲線
CS1、CS2‧‧‧電流源
FB‧‧‧回授電路
GND‧‧‧接地準位
H‧‧‧致能準位
L‧‧‧禁能準位
M1~M6、Mp1、Mp2、Mn1、Mn2‧‧‧電晶體
LD‧‧‧揚聲器
PU‧‧‧電源啟動訊號
PUF‧‧‧前級控制訊號
PUFb‧‧‧反相前級控制訊號
PUO‧‧‧後級控制訊號
PUOb‧‧‧反相後級控制訊號
Ri、Rf‧‧‧電阻
S1‧‧‧第一訊號
S2‧‧‧第二訊號
S_A、S_Ab‧‧‧差動放大訊號
S_AI‧‧‧音訊輸入訊號
S_AMP、S_AMP’‧‧‧音訊放大訊號
S_AMPb‧‧‧反相音訊放大訊號
S_AO、S_AO’‧‧‧音訊輸出訊號
TD、TF‧‧‧延遲期間
VB1、VB2‧‧‧工作電壓
VCM‧‧‧參考電壓
Vcm‧‧‧參考電壓準位
VDD‧‧‧偏壓
Vdd‧‧‧偏壓準位
Vn‧‧‧工作電壓準位
S610、S620‧‧‧步驟
圖1A與1B為一種電子裝置的示意圖。
圖2為本發明一實施例的電子裝置的示意圖。
圖3為依照圖2實施例的音訊放大器的訊號時序示意圖。
圖4為本發明一實施例的音訊放大器的電路架構示意圖。
圖5A與5B為依照圖4實施例的音訊放大器與傳統音訊放大器的特性比較示意圖。
圖6為本發明一實施例的音訊放大器的暫態雜訊抑制方法的步驟流程圖。
圖1A與1B為一種電子裝置的示意圖。請先參照圖1A，電子裝置10包括音訊放大器(audio amplifier)100以及揚聲器LD，其中音訊放大器100經由隔離電容Cc耦接至揚聲器LD。
具體而言，音訊放大器100可用以將所接收的音訊輸入訊號S_AI轉換為音訊輸出訊號S_AO。隔離電容Cc可用以隔絕音訊輸出訊號S_AO的直流成分，並且將隔絕直流成分後的音訊輸出訊號S_AO’提供給揚聲器LD，從而令揚聲器LD反應於音訊輸出訊號S_AO’而轉換出相應的聲音輸出。於此架構下，在電子裝置10啟動/關閉的瞬間，由於音訊輸出訊號S_AO會發生快速的準位切換(例如啟動時從接地準位GND快速提升至參考電壓準位Vcm)，使得音訊輸出訊號S_AO’會因隔離電容Cc的突波電流(spike current)而發生瞬間的準位變動，從而令揚聲器LD發 出尖銳的噪音。其中，所述因電壓準位快速切換而造成的雜訊，一般稱之為爆音雜訊(pop-noise)。
在現行的應用中，通常會採用軟啟動(soft-start)或無電容(Capless)的架構來消除所述爆音雜訊的現象。以圖1B的具軟啟動機制的電子裝置10’為例，電子裝置10’除了包括音訊放大器100以及揚聲器LD外，還包括偏壓電路110以及開關120。於圖1B所繪示的架構下，當電子裝置10’啟動時，偏壓電路110會先被致能並且開關120會先被導通，以使偏壓電路110經由開關120而將音訊放大器100的輸出端逐漸的充電至參考電壓準位Vcm，而後音訊放大器100才會被致能以輸出音訊輸出訊號S_AO。如此一來，由於在音訊放大器100致能時，其輸出端的電壓已經被穩定地維持在參考電壓準位Vcm，因此可消除所述之爆音雜訊的現象。
然而，於圖1B的架構下雖可解決因電壓準位快速變動而產生的爆音雜訊問題，但是卻無助於改善音訊放大器100本身的暫態雜訊(transition noise)。更具體地說，雖然在音訊放大器100致能時，其輸出端已經維持在參考電壓準位Vcm，但是在音訊放大器100致能的瞬間，音訊輸出訊號S_AO還是會因為內部電路的回授效應而在參考電壓準位Vcm上發生瞬間的準位變動(即所謂之暫態雜訊)。而此現象同樣會造成揚聲器LD發出尖銳的噪音。
換言之，所述可解決爆音雜訊現象的音訊放大器架構，並無法抑制音訊放大器100本身的暫態雜訊。在現有技術下，所 述音訊放大器100的暫態雜訊現象通常僅能藉由設計者在暫態雜訊與頻寬特性之間做出設計取捨(trade-off)來進一步抑制。
有鑑於此，本發明實施例提出一種音訊放大器及應用其之電子裝置與暫態雜訊抑制方法。所述音訊放大器可在無須犧牲電路頻寬特性的前提下，藉由特定的電路組態與控制時序來降低/抑制音訊放大器的暫態雜訊，進而提高使用者收聽的品質與舒適度。為了使本揭露之內容可以被更容易明瞭，以下特舉實施例做為本揭露確實能夠據以實施的範例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件/步驟，係代表相同或類似部件。
圖2為本發明一實施例的電子裝置的示意圖。請參照圖2，電子裝置20包括音訊放大器200、回授電路FB、隔離電容Cc以及揚聲器LD。其中，音訊放大器200包括前置放大電路210、輸出級電路220、延遲開關電路230。前置放大電路210的輸入端接收音訊輸入訊號S_AI。延遲開關電路230耦接於前置放大電路210的輸出端與輸出級電路220的輸入端之間。輸出級電路220的輸出端經由隔離電容Cc耦接至揚聲器LD，其中揚聲器LD會將輸出級電路220所輸出的音訊輸出訊號S_AO轉換為聲音輸出。回授電路FB耦接於前置放大電路210的輸入端與輸出級電路220的輸出端之間(即，音訊放大器200的輸入端與輸出端之間)，其係用以將輸出級電路220所輸出的音訊輸出訊號S_AO回授給前置放大電路210。於本實施例中，回授電路FB係以電阻Rf為 例來實現，但本發明不僅限於此。
具體而言，前置放大電路210會反應於延遲開關電路230所提供的前級控制訊號PUF而致能(enable)或禁能(disable)。其中，當前置放大電路210反應於前級控制訊號PUF而致能時，其會對所接收之音訊輸入訊號S_AI進行訊號放大的動作，並據以產生音訊放大訊號S_AMP；反之，當前置放大電路210反應於前級控制訊號PUF而禁能時，則其會停止訊號放大的動作。
輸出級電路220會反應於延遲開關電路230所提供的後級控制訊號PUO而致能或禁能。其中，當輸出級電路220反應於後級控制訊號PUO而致能時，其會將從延遲開關電路230所接收的訊號S_AMP’轉換為音訊輸出訊號S_AO；反之，當輸出級電路220反應於後級控制訊號PUO而禁能時，則其會停止輸出音訊輸出訊號S_AO。
延遲開關電路230會依據所接收的電源啟動訊號PU而提供相應的前級控制訊號PUF與後級控制訊號PUO以控制前置放大電路210與輸出級電路220的運作，從而令前置放大電路210與輸出級電路220間隔一特定的延遲期間(例如1微秒(μs)，但不以此為限，可由設計者自行設計)而依序致能或禁能。此外，延遲開關電路230還會基於後級控制訊號PUO而決定是否將音訊放大訊號S_AMP提供至輸出級電路220。
換言之，延遲開關電路230係以同一控制訊號來控制是否致能輸出級電路220以及是否將音訊放大訊號S_AMP提供給輸 出級電路220。亦即，音訊放大訊號S_AMP會在輸出級電路220致能的同時經由延遲開關電路230而被提供至輸出級電路220；反之，當輸出級電路220從致能狀態被切換至禁能狀態時，延遲開關電路230會同時將前置放大電路210與輸出級電路220之間的訊號傳輸路徑斷開，使得音訊放大訊號S_AMP不會被提供至輸出級電路220的輸入端。
在本實施例中，延遲開關電路230可利用包括隔離開關232以及延遲單元234的電路架構來實現：1)提供前級控制訊號PUF與後級控制訊號PUO以及2)決定是否將音訊放大訊號S_AMP提供給輸出級電路220的功能。
詳細而言，隔離開關232耦接於前置放大電路210的輸出端與輸出級電路220的輸入端之間，其中隔離開關232係受控於後級控制訊號PUO而導通或截止，從而決定是否將音訊放大訊號S_AMP提供至輸出級電路220。延遲單元234耦接前置放大電路210、隔離開關232以及輸出級電路220，其係用以產生與電源啟動訊號PU同步的第一訊號S1，並且根據設計者所設定之延遲期間來延遲第一訊號S1以第二訊號S2。其中，延遲單元234會依據電源啟動訊號PU的準位切換(也就是電子裝置20是從開啟狀態進入關閉狀態還是從關閉狀態進入開啟狀態)而選擇性地以第一訊號S1與第二訊號S2其中之一做為前級控制訊號PUF，並且以第一訊號S1與第二訊號S其中之另一做為後級控制訊號PUO。
底下搭配圖3實施例的訊號時序來進一步說明本發明實施例之音訊放大器200的具體運作。在圖3中，左側部分的時序係表示電子裝置20從關閉狀態被啟動的訊號時序(於此標示為“電源啟動”)；而右側部分的時序則係表示電子裝置20從啟動狀態被關閉的訊號時序(於此標示為“電源關閉”)。此外，圖3所繪示之訊號時序係為音訊輸入訊號S_AI尚未輸入時之訊號時序。
請先同時參照圖2以及圖3有關於電源啟動部分的時序，當電子裝置20從關閉狀態被啟動時，電源啟動訊號PU會從禁能準位L切換至致能準位H。此時，延遲單元234會反應於電源啟動訊號PU的準位切換而產生與電源啟動訊號PU同步的第一訊號S1並且基於第一訊號S1產生與第一訊號S1間隔一段延遲期間TD的第二訊號S2，於此，延遲單元234會以第一訊號S1做為前級控制訊號PUF以控制前置放大電路210，並且以第二訊號S2做為後級控制訊號PUO以控制輸出級電路220。
基於前級控制訊號PUF與後級控制訊號PUO的訊號時序，前置放大電路210會先反應於前級控制訊號PUF而致能，並據以令音訊放大訊號S_AMP於延遲期間TD內從偏壓準位Vdd降至工作電壓準位Vn。於延遲期間TD內，前置放大電路210會因為前級控制訊號PUF的切換而產生雜訊突波(如音訊放大訊號S_AMP的突波部分)，但由於後級控制訊號PUO尚未切換為致能準位H，因此輸出級電路220尚未被致能且隔離開關232亦處於 截止的狀態，故音訊放大訊號S_AMP的雜訊突波並不會反應在音訊輸出訊號S_AO上。
接著，在經過延遲期間TD後，後級控制訊號PUO從禁能準位L切換為致能準位H，使得輸出級電路220被致能並且同時使隔離開關232被導通。此時，由於在前置放大電路210的輸出端的音訊放大訊號S_AMP已經趨於穩定，因此通過隔離開關232而提供至輸出級電路220的輸入端的音訊放大訊號S_AMP’已經幾乎沒有暫態雜訊的成分。基此，輸出級電路220所輸出之音訊輸出訊號S_AO可穩定地維持在參考電壓準位Vcm上，而幾乎不會產生暫態雜訊。其中，如圖3所示，本發明實施例的音訊輸出訊號S_AO的暫態雜訊的脈波強度僅約3mV。
請同時參照圖2以及圖3有關於電源關閉部分的時序，當電子裝置20從啟動狀態被關閉時，電源啟動訊號PU會從致能準位H切換為禁能準位L。此時，延遲單元234會反應於電源啟動訊號PU的準位切換而產生與電源啟動訊號PU同步的第一訊號S1並且基於第一訊號S1產生與第一訊號S1間隔一段延遲期間TF的第二訊號S2，於此，延遲單元234會以第一訊號S1做為後級控制訊號PUO以控制輸出級電路220，並且以第二訊號S2做為前級控制訊號PUF以控制前置放大電路210。
基於前級控制訊號PUF與後級控制訊號PUO的訊號時序，輸出級電路220會先反應於後級控制訊號PUO而禁能並且隔離開關232會同時被截止，使得輸出級電路220先行停止進行訊 號轉換的運作。在後級控制訊號PUO切換的瞬間，由於前級的前置放大電路210仍保持在穩定運作的狀態，因此音訊輸出訊號S_AO僅會因為電容負載效應而發生微幅的變動(約1mV)。
接著，在經過延遲期間TF後，前級控制訊號PUF從致能準位H切換為禁能準位L，使得前置放大電路210被禁能。此時，由於後級的輸出級電路220已經被禁能，且隔離開關232亦已被截止，因此前置放大電路210切換時所造成的暫態雜訊不會反應在音訊輸出訊號S_AO上。
根據上述的訊號時序，由於前級的前置放大電路210與後級的輸出級電路220係以具順序性且有間隔地致/禁能，並且前置放大電路210所輸出的音訊放大訊號S_AMP會同步地配合輸出級電路220的致能時序而被提供至輸出級電路220(透過控制隔離開關232的導通狀態來實現)，因此無論在電源啟動或電源關閉時，前置放大電路210的切換皆不會對音訊輸出訊號S_AO造成影響。換言之，音訊放大器200並不會因為回授至輸入端的音訊輸出訊號S_AO而發生前後級電路相互拉扯的回授效應，從而令音訊輸出訊號S_AO的暫態雜訊可被有效地抑制。
於此值得一提的是，所述禁能準位L與致能準位H可分別為接地準位GND與偏壓準位Vdd，惟其係可由設計者依據電路設計需求而自行設計，本發明對此不加以限制。
底下以圖4來進一步說明所述音訊放大器的具體實施範例，其中，圖4為本發明一實施例的音訊放大器的電路架構示意 圖。在本實施例中，音訊放大器400同樣會透過電阻Rf而將音訊輸出訊號S_AO回授至輸入端，藉以保持音訊輸出訊號S_AO的穩定。此外，音訊放大器400會接收音訊輸入訊號S_AI(經由輸入電阻Ri)、參考電壓VCM以及電源啟動訊號PU，並且基於上述訊號進行音訊放大的動作。
請參照圖4，本實施例的音訊放大器400包括前置放大電路410、輸出級電路420以及延遲開關電路430。其中，前置放大電路410包括前置放大器412、輸出控制級414以及偏壓單元416。延遲開關電路430包括隔離開關432_1、432_2以及延遲單元434。在本實施例中，前置放大電路410以及輸出級電路420係以差動電路的架構做為範例(前置放大電路410會輸出差動的音訊放大訊號S_AMP與S_AMPb(即，S_AMP與S_AMPb互為反相)，而輸出級電路420會基於差動的音訊放大訊號S_AMP與S_AMPb轉換出音訊輸出訊號S_AO)，因此延遲開關電路430中設置有兩個分別對應於前置放大電路410的差動輸出的隔離開關432_1與432_2，以對應地接收差動的音訊放大訊號S_AMP、S_AMPb，但本發明不僅限於此。在單端輸出的實施例中，延遲開關電路430僅需設置單一隔離開關即可(如前述圖2實施例)。
詳細而言，在前置放大電路410中，前置放大器412從其負輸入端接收音訊輸入訊號S_AI以及經由電阻Rf回授的音訊輸出訊號S_AO並從其正輸入端接收參考電壓VCM，並據以於其輸出端產生差動放大訊號S_A與S_Ab(訊號S_A與S_Ab互為反 相)。輸出控制級414耦接前置放大器412的輸出端，用以依據前置放大器412所輸出的差動放大訊號S_A與S_Ab而產生差動的音訊放大訊號S_AMP與S_AMPb。偏壓單元416則係用以提供前置放大器412與輸出控制級414運作所需的工作電壓VB1與VB2。
另一方面，延遲單元434會以如圖3實施例的訊號時序來提供前級控制訊號PUF與後級控制訊號PUO以控制前置放大器412、輸出控制級414、輸出級電路420以及隔離開關432_1、432_2的運作，藉以依序且有間隔地致/禁能前置放大電路410與輸出級電路420，並且同步地導通/截止隔離開關432_1、432_2，從而令輸出級電路420所產生的音訊輸出訊號S_AO的暫態雜訊可被有效地抑制。
更詳細地說，在本實施例中，輸出控制級414是以浮接電流源組態(floating current source configuration)所構成的電路架構為例，而輸出級電路420則是以推挽式組態(push-pull configuration)所構成的電路架構為例。以下就輸出控制級414以及輸出級電路420的具體電路架構做進一步的描述。
以浮接電流源組態所構成的輸出控制器414包括電晶體M1~M4、Mp1、Mn1以及電流源CS1、CS2。其中，電晶體Mp1(以p型電晶體為例)的源極耦接電晶體Mn1(以n型電晶體為例)的汲極，電晶體Mp1的汲極耦接電晶體Mn1的源極，且電晶體Mp1與Mn1的閘極分別接收偏壓單元416所提供的工作電壓VB1與VB2。
電流源CS1耦接於偏壓VDD與電晶體Mp1的源極和電晶體Mn1的汲極之間，並且受控於前置放大器412所輸出的訊號S_A。電流源CS2耦接於電晶體Mp1的汲極和電晶體Mn1的源極與接地準位GND之間，並且受控於前置放大器412所輸出的訊號S_Ab。
電晶體M1~M4係以n型電晶體為例，其中電晶體M1的汲極耦接偏壓VDD，電晶體M1的源極耦接電流源CS1的控制端，並且電晶體M1的閘極接收前級控制訊號PUF。電晶體M2的汲極耦接偏壓VDD，電晶體M2的源極耦接電晶體Mp1的閘極，並且電晶體M2的閘極接收前級控制訊號PUF。電晶體M3的汲極耦接電晶體Mn1的閘極，電晶體M3的源極耦接接地準位GND，並且電晶體M3的閘極接收與前級控制訊號PUF互為反相的訊號PUFb(於此稱之為反相前級控制訊號PUFb)。電晶體M4的汲極耦接電流源CS2的控制端，電晶體M4的源極耦接接地準位GND，並且電晶體M4的閘極接收反相前級控制訊號PUFb。於此值得一提的是，本實施例的電晶體M1~M4的架構可用以防止斷電漏電流(power-down leakage current)的發生。
以推挽式組態所構成的輸出級電路420包括電晶體M5、M6、Mp2、Mn2以及電容C1、C2。其中，電晶體Mp2(以p型電晶體為例)的源極耦接偏壓VDD，並且電晶體Mp2的汲極耦接電晶體Mn1(以n型電晶體為例)的汲極。電晶體Mn2的源極耦接接地準位GND，並且電晶體Mp2與Mn2的閘極分別經由隔離 開關432_1與432_2接收音訊放大訊號S_AMP以及與音訊放大訊號S_AMP互為反相的訊號S_AMPb(於此稱之為反相音訊放大訊號S_AMPb)
電晶體M5(以p型電晶體為例)的源極耦接偏壓VDD，電晶體M5的源極耦接偏壓VDD，並且電晶體M5的汲極耦接電晶體Mp2的閘極。電晶體M6(以n型電晶體為例)的汲極耦接電晶體Mn2的閘極，電晶體M6的源極耦接接地準位GND，並且電晶體M5與M6的閘極分別接收後級控制訊號PUO以及與後級控制訊號PUO互為反相的訊號PUOb(於此稱之為反相後級控制訊號PUOb)。
電容C1與C2分別耦接於電晶體Mp2與Mn2的閘極與汲極之間，以補償輸出級電路420的電容效應。應注意的是，利用電容C1與C2來補償輸出級電路420的電容效應僅為本發明之一實施範例。於其他實施例中，輸出級電路420亦可採用疊接電路補償(cascode)、遲滯電流補償(HCC)或其他補償機制來補償輸出級電路420的電容效應，本發明不僅限於此。
基於圖4的電路架構下，音訊放大器400的輸出特性可如圖5A與5B所示。其中，圖5A係繪示本發明實施例的音訊放大器400與傳統音訊放大器(不包含延遲開關模組430)的頻寬與雜訊強度的相對關係，而圖5B係繪示本發明實施例的音訊放大器400與傳統音訊放大器的頻寬與總諧波加雜訊特性(THD+N)的相對關係。請先參照圖5A，特性曲線CL1表示本發明實施例的音 訊放大器400所輸出的音訊輸出訊號S_AO的頻寬與雜訊強度的相對關係，而特性曲線CL2則係表示傳統音訊放大器的頻寬與雜訊強度的相對關係。
詳細而言，在傳統音訊放大器中，其僅能藉由降低電路頻寬的方式來抑制音訊輸出訊號的暫態雜訊。由特性曲線CL2可知，當傳統音訊放大器維持在高頻寬時(例如72.17MHz)，其音訊輸出訊號的雜訊強度會高達88.5mV。而藉由降低約64%的頻寬可使音訊輸出訊號的雜訊強度降低約75%(從88.5mV降至22.48mV)，但此時傳統音訊放大器的頻寬僅剩20.49MHz。
相較之下，由特性曲線CL1可知，在音訊放大器400的架構下，其於高頻寬時(例如77.21MHz)時的雜訊強度僅約43.23mV，較之傳統音訊放大器在相近頻寬時低約45.27mV。換言之，相較於傳統音訊放大器而言，本發明實施例的音訊放大器400可在無須降低頻寬的情況下減少約50%的雜訊強度。此外，當音訊放大器400降低約64%的頻寬時，可使音訊輸出訊號S_AO的雜訊強度降低約82%(從43.23mV降至7.794mV)。
另一方面，以總諧波加雜訊特性(於此以THD+N特性稱之)來看，如圖5B所示，其中特性曲線CL3表示本發明實施例的音訊放大器400所輸出的音訊輸出訊號S_AO的頻寬與THD+N特性的相對關係，而特性曲線CL4則係表示傳統音訊放大器的頻寬與THD+N的相對關係。
在圖5B中，可發現特性曲線CL3與CL4兩者大致重合， 意即，音訊放大器400與傳統音訊放大器的THD+N特性相近。換言之，即使增加了延遲開關電路430也不會造成整體音訊放大器400的線性度(linearity)發生顯著的劣化。
於此應注的是，雖然本實施例係以浮接電流源組態所構成的輸出控制級414以及以推挽式組態所構成的輸出級電路420做為實施範例，但本發明不僅限於此。更具體地說，只要是任何兩級式的音訊放大器架構(例如A類放大器、B類放大器或AB類放大器)皆可藉由圖2實施例的配置與圖3實施例的控制時序而獲得類似於圖5A與圖5B之特性曲線。
圖6為本發明一實施例的音訊放大器的暫態雜訊抑制方法的步驟流程圖。本實施例的暫態雜訊抑制方法適用於如圖2或圖4所示之包括前置放大電路(如210、410)以及輸出級電路(如220、420)的音訊放大器(如200、400)。所述暫態雜訊抑制方法包括以下步驟：依據電源啟動訊號而提供用以控制前置放大電路的前級控制訊號與用以控制輸出級電路的後級控制訊號，從而令前置放大電路與輸出級電路間隔延遲期間依序致能或禁能(步驟S610)；以及基於後級控制訊號而決定是否將前置放大電路所產生的音訊放大訊號提供至輸出級電路(步驟S620)。
更具體地說，當電源啟動訊號從禁能準位切換至致能準位時(即，電子裝置從關閉狀態啟動)，在上述步驟S610與S620中，會提供與電源啟動訊號同步的前級控制訊號，以先致能前置放大電路，並且提供基於延遲前級控制訊號所產生的後級控制訊 號，以於延遲期間後再致能輸出級電路並同時將音訊放大訊號提供至輸出級電路(如圖2實施例，可利用導通隔離開關232的方式來實現)。
另一方面，當電源啟動訊號從一致能準位切換至一禁能準位時，在上述步驟S610與S620中，會提供與電源啟動訊號同步的後級控制訊號，以先禁能輸出級電路並同時停止將音訊放大訊號提供至輸出級電路(如圖2實施例，可利用截止隔離開關232的方式來實現)，並且提供基於延遲後級控制訊號所產生的前級控制訊號，以於延遲期間後再禁能前置放大電路。
其中，圖6實施例所述之暫態雜訊抑制方法可根據前述圖2至圖5的說明而獲得充足的支持與教示，故相似或重複之處於此不再贅述。
綜上所述，本發明實施例提出一種音訊放大器及應用其之電子裝置與暫態雜訊抑制方法。所述音訊放大器可藉由具順序性且有間隔地致/禁能方式來控制前級的前置放大電路與後級的輸出級電路，並且同步地配合輸出級電路的致能時序而將前置放大電路所輸出的音訊放大訊號提供至輸出級電路。基此，無論在電源啟動或電源關閉時，前置放大電路的切換皆不會對輸出級電路所輸出的音訊輸出訊號造成影響，故音訊放大器的暫態雜訊可在無須降低電路頻寬的前提下而有效地降低/抑制，進而提高使用者收聽的品質與舒適度。
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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
20‧‧‧電子裝置
200‧‧‧音訊放大器
210‧‧‧前置放大電路
212‧‧‧前置放大器
214‧‧‧輸出控制級
216‧‧‧偏壓單元
220‧‧‧輸出級電路
230‧‧‧延遲開關電路
232‧‧‧隔離開關
234‧‧‧延遲單元
Cc‧‧‧隔離電容
FB‧‧‧回授電路
LD‧‧‧揚聲器
PU‧‧‧電源啟動訊號
PUF‧‧‧前級控制訊號
PUO‧‧‧後級控制訊號
Rf‧‧‧電阻
S1‧‧‧第一訊號
S2‧‧‧第二訊號
S_AI‧‧‧音訊輸入訊號
S_AMP、S_AMP’‧‧‧音訊放大訊號
S_AO‧‧‧音訊輸出訊號
VCM‧‧‧參考電壓

Claims (11)

  1. 一種音訊放大器，包括：一前置放大電路，接收一音訊輸入訊號，並且反應於一前級控制訊號而致能或禁能，其中該前置放大電路於致能時放大該音訊輸入訊號以產生一音訊放大訊號；一輸出級電路，反應於一後級控制訊號而致能或禁能，其中該輸出級電路於致能時將所接收的訊號轉換為一音訊輸出訊號；以及一延遲開關電路，耦接於該前置放大電路與該輸出級電路之間，用以依據一電源啟動訊號提供該前級控制訊號與該後級控制訊號，從而令該前置放大電路與該輸出級電路間隔一延遲期間依序致能或禁能，並且基於該後級控制訊號而決定是否將該音訊放大訊號提供至該輸出級電路。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的音訊放大器，其中該延遲開關電路包括：一隔離開關，耦接於該前置放大電路與該輸出級電路之間，其中該隔離開關受控於該後級控制訊號而導通或截止，從而決定是否將該音訊放大訊號提供至該輸出級電路；以及一延遲單元，耦接該前置放大電路、該隔離開關以及該輸出級電路，用以產生與該電源啟動訊號同步的一第一訊號，並且.根據該延遲期間延遲該第一訊號以產生一第二訊號，其中，該延遲單元依據該電源啟動訊號的準位切換而以該第 一訊號與該第二訊號其中之一者為該前級控制訊號，並且以該第一訊號與該第二訊號其中之另一者為該後級控制訊號。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的音訊放大器，其中當該電源啟動訊號從一禁能準位切換至一致能準位時，該延遲單元以該第一訊號為該前級控制訊號並且以該第二訊號為該後級控制訊號，從而令該前置放大電路先反應於該前級控制訊號而致能，再於該延遲期間後令該輸出級電路反應於該後級控制訊號而致能並同時導通該隔離開關。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的音訊放大器，其中當該電源啟動訊號從一致能準位切換至一禁能準位時，該延遲單元以該第二訊號為該前級控制訊號並且以該第一訊號為該後級控制訊號，從而令該輸出級電路先反應於該後級控制訊號而禁能並同時截止該隔離開關，再於該延遲期間後令該前置放大電路反應於該後級控制訊號而禁能。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的音訊放大器，其中該前置放大電路包括：一前置放大器，具有一負輸入端、一正輸入端以及一輸出端，該負輸入端接收該音訊輸入訊號，該正輸入端接收一參考電壓；一輸出控制級，耦接該前置放大器的輸出端，依據該前置放大器的輸出而產生該音訊放大訊號；以及一偏壓單元，用以提供該前置放大器與該輸出控制級運作所需的工作電壓。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的音訊放大器，其中該輸出控制級係以浮接電流源組態(floating current source configuration)所構成。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的音訊放大器，其中該輸出級係以推挽式組態(push-pull configuration)所構成。
  8. 一種電子裝置，包括：一如申請專利範圍第1項所述的音訊放大器；一回授電路，耦接於該音訊放大器的輸入端與輸出端之間，用以將該音訊輸出訊號回授至該前置放大電路；一隔離電容；以及一揚聲器，經由該隔離電容耦接該音訊放大器，用以將該音訊輸出訊號轉換為聲音輸出。
  9. 一種音訊放大器的暫態雜訊抑制方法，其中該音訊放大器包括一前置放大電路以及一輸出級電路，該暫態雜訊抑制方法包括：依據一電源啟動訊號而提供用以控制該前置放大電路的一前級控制訊號與用以控制該輸出級電路的一後級控制訊號，從而令該前置放大電路與該輸出級電路間隔一延遲期間依序致能或禁能；以及基於該後級控制訊號而決定是否將該前置放大電路所產生的一音訊放大訊號提供至該輸出級電路。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的音訊放大器的暫態雜訊抑 制方法，更包括：當該電源啟動訊號從一禁能準位切換至一致能準位時，提供與該電源啟動訊號同步的前級控制訊號，以先致能該前置放大電路；以及提供基於延遲該前級控制訊號所產生的後級控制訊號，以於該延遲期間後再致能該輸出級電路並同時將該音訊放大訊號提供至該輸出級電路。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的音訊放大器的暫態雜訊抑制方法，更包括：當該電源啟動訊號從一致能準位切換至一禁能準位時，提供與該電源啟動訊號同步的後級控制訊號，以先禁能該輸出級電路並同時停止將該音訊放大訊號提供至該輸出級電路；以及提供基於延遲該後級控制訊號所產生的前級控制訊號，以於該延遲期間後再禁能該前置放大電路。
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