TWI551153B - 驅動揚聲器的電路及方法 - Google Patents

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Description

驅動揚聲器的電路及方法
本發明係關於一種用以驅動揚聲器的電路及方法，能偵測揚聲器的阻抗，卻又不會產生不連續雜音(pop noise)。
編解碼器(CODEC)電路晶片廣泛使用在行動電話或平板電腦等可攜式電子產品上，而這些電子產品的使用者可能採用不同種類的揚聲器(speaker)來播放聲音，例如耳機、床頭音響、車用音響等。因此，倘若揚聲器驅動電路的設計可以具有偵測揚聲器阻抗的功能，藉以初步判斷揚聲器可能的種類，則將使得驅動電路可智慧型地先調整其輸出功率瓦數至最適合該揚聲器種類的音量大小，以提高使用者的聽覺舒適度及產品滿意度。
然而，習知技術在此揚聲器阻抗的偵測過程常需要數十毫秒的偵測時間，且其偵測過程常伴隨類似啵啵的不連續雜音產生；因此，有必要發展新的揚聲器驅動技術以對治及改善之。
為達成此目的，根據本發明的一方面，一實施例提供一種用以驅動揚聲器的電路，其包含：一信號產生器，連接該揚聲器並產生一第一信號，該第一信號包含一正值的第一脈波及一負值的第二脈波，且該第一脈波與該第二脈波的寬度皆介於100ns與900ns之間；一偵測單元，連接該揚聲器，並偵測該揚聲器因接受該第一信號而回應的第二信號；以及一處理單元，連接該信號產生器及該偵測單元，並接受該第二信號，藉以計算該揚聲器的阻抗。
根據本發明的另一方面，另一實施例提供一種驅動揚聲器的方法，其包含下列步驟：提供一第一信號予該揚聲器，該第一信號包含一正值的第一脈波及一負值的第二脈波，且該第一脈波與 該第二脈波的寬度皆介於100ns與900ns之間；偵測該揚聲器因接受該第一信號而回應的第二信號；以及依據該第二信號，計算該揚聲器的阻抗。
在一實施例中，該第一信號可為一電壓信號或一電流信號。
在一實施例中，該第一脈波與該第二脈波各為一矩形脈波。
在一實施例中，該第一脈波的振幅可不等於該第二脈波的振幅，該第一脈波的寬度可不等於該第二脈波的寬度，該第一脈波的下降邊緣與該第二脈波的上升邊緣之間可具有一時間間隔。
在一實施例中，該第一信號可包含複數個正值的第一脈波及複數個負值的第二脈波，且該等第一脈波及該等第二脈波在時序上彼此交替排列。
100‧‧‧驅動電路
110‧‧‧揚聲器
120‧‧‧信號產生器
121‧‧‧第一定電流源
122‧‧‧第二定電流源
123‧‧‧連接點
130‧‧‧偵測單元
140‧‧‧處理單元
圖1為本發明實施例的揚聲器驅動電路之方塊示意圖。
圖2為以定電流源方式實現圖1之信號產生器的電路示意圖。
圖3A~3F為偵測該揚聲器阻抗的第一信號之波形圖。
圖4A~4B為偵測該揚聲器阻抗的週期性第一信號之波形圖。
圖5為本發明實施例的揚聲器驅動方法之流程示意圖。
為使貴審查委員能對本發明之特徵、目的及功能有更進一步的認知與瞭解，茲配合圖式詳細說明本發明的實施例如後。在所有的說明書及圖示中，將採用相同的元件編號以指定相同或類似的元件。
在各個實施例的說明中，當一元素被描述是在另一元素之「上方/上」或「下方/下」，係指直接地或間接地在該另一元素之上或之下的情況，其可能包含設置於其間的其他元素；所謂的「直接地」係指其間並未設置其他中介元素。「上方/上」或「下方/下」等的描述係以圖式為基準進行說明，但亦包含其他可能的方向轉變。所謂的「第一」、「第二」、及「第三」係用以描述不同的元素，這些元素並不因為此類謂辭而受到限制。為了說明上的便利和明確，圖式中各元素的厚度或尺寸，係以誇張或省略或概略 的方式表示，且各元素的尺寸並未完全為其實際的尺寸。
圖1為本發明實施例的驅動電路100之方塊示意圖，該驅動電路100可偵測聲音輸出負載(或稱為揚聲器110)的阻抗，藉以提供給該揚聲器110適當功率瓦數的聲音輸出信號。該驅動電路100包含一信號產生器120、一偵測單元130、及一處理單元140。該揚聲器110可以是耳機、家用音響、或車用音響，而本實施例的驅動電路100可依據使用者所選用揚聲器種類的不同，先快速偵測該揚聲器110的阻抗，藉以在提供給該揚聲器110聲音輸出信號的初期，就能初步大致調整好聲音輸出信號之功率瓦數，而不會產生類似啵啵的不連續雜音(pop noise)。例如，倘若該揚聲器110的阻抗較大，則該驅動電路100可提供功率瓦數較大的聲音輸出信號給該揚聲器110；或倘若該揚聲器110的阻抗較小，則該驅動電路100可提供功率瓦數較小的聲音輸出信號給該揚聲器110。
如圖1所示，該信號產生器120連接該揚聲器110，並產生一用以偵測該揚聲器110阻抗的第一信號。在本實施例中，該第一信號包含一正值的第一脈波及一負值的第二脈波，藉以盡可能地減少其低頻的成分，雖然其高頻的成分可能難以避免，但此高頻成分的訊號通常是人耳所聽不見的，因而將不會產生不連續雜音。
該第一信號可以是電流信號或電壓信號，而以下的例子係以定電流源的方式來實現該信號產生器120，如圖2所示。該信號產生器120包含一第一定電流源121及一第二定電流源122，其彼此串接於一連接點123，該第一定電流源121連接至正電壓源VPP，該第二定電流源122連接至負電壓源VEE，則該第一定電流源121可產生該第一脈波，其振幅為Ip且脈波寬度為Tp；該第二定電流源122可產生該第二脈波，其振幅為In且脈波寬度為Tn，且該第一脈波與該第二脈波於該連接點123上合成一第一信號Is，其中該第一信號Is相當於該第一脈波加上該第二脈波的負值，用以提供給該揚聲器110作為該揚聲器110阻抗R的輸入偵測信號。該第一脈波、該第二脈波、及該第一信號Is的波形圖可如圖2右側所示。
當該第一信號Is饋入該揚聲器110，該揚聲器110會產生回應該第一信號Is的第二信號。該第二信號亦可以是電流信號或電壓信號，其中，倘若該第一信號Is為電流信號，則該第二信號為電壓信號；倘若該第一信號Is為電壓信號，則該第二信號為電流信號。在本實施例中，該第二信號為電壓信號；也就是說，該第二信號為該第一信號Is饋入該揚聲器110(阻抗R)所造成的電壓降，如此可用以計算該揚聲器110的阻抗R。該偵測單元130連接該揚聲器110，用以偵測該第二信號，以提供給該處理單元140進行該揚聲器110阻抗的計算。該處理單元140同時連接至該信號產生器120與該偵測單元130，則該信號產生器120因連接該信號產生器120而可得知饋入該揚聲器110的該第一信號Is，且因連接該偵測單元130而可得知其回應的該第二信號，藉此可計算該揚聲器110的阻抗R。
此外，在諸較佳實施例中，組成該第一信號的該第一脈波與該第二脈波各為一矩形脈波，其脈波寬度皆介於100ns與900ns之間，藉以達到聲音輸出的負載阻抗偵測效果。以下請同時參考圖2右側的波形圖，我們將列舉數個可作為該第一信號的波形範例。首先，該第一脈波的振幅Ip等於該第二脈波的振幅In，該第一脈波的寬度Tp等於該第二脈波的寬度Tn，且該第一脈波的下降邊緣直接接續該第二脈波的上升邊緣，則可得到該第一信號如圖3A所示。其次，該第一脈波的振幅Ip小於該第二脈波的振幅In，該第一脈波的寬度Tp等於該第二脈波的寬度Tn，且該第一脈波的下降邊緣直接接續該第二脈波的上升邊緣，則可得到該第一信號如圖3B所示。或者，該第一脈波的振幅Ip等於該第二脈波的振幅In，該第一脈波的寬度Tp小於該第二脈波的寬度Tn，且該第一脈波的下降邊緣直接接續該第二脈波的上升邊緣，則可得到該第一信號如圖3C所示。再者，該第一脈波的振幅Ip等於該第二脈波的振幅In，該第一脈波的寬度Tp小於該第二脈波的寬度Tn，且該第一脈波的下降邊緣在經過一段時間延遲Td後才接續該第二脈波的上升邊緣，則可得到該第一信號如圖3D所示。
換言之，該第一脈波的振幅Ip可以不等於該第二脈波的振幅In，該第一脈波的寬度Tp可以不等於該第二脈波的寬度Tn，且該第一脈波的下降邊緣與該第二脈波的上升邊緣之間可以具有一段時間延遲Td，皆適用於本發明之實施。此外，本發明對第一脈波及第二脈波的波形亦不加以限制，其可以是矩形以外的其它形狀脈波，例如梯形(如圖3E所示)，或是近似矩形但邊角成弧形的脈波(如圖3F所示)，皆適用於本發明之實施。因此，藉由一正值一負值的第一脈波與第二脈波組合而成的該第一信號、作為該驅動電路100之聲音輸出負載(或該揚聲器110)阻抗的偵測信號，則可消除低頻成分信號(小於20KHz))的產生，只可能產生人耳所聽不見的高頻信號，但不致對人耳造成如同噪音的聽覺效果。
在一實施例中，我們可利用一信號產生器(function generator)產生頻率約2MHz的方波(其脈波寬度Tp及Tn為500ns)，週期性地每隔一秒向該揚聲器110輸出一次上述的第一信號，以圖3A的第一信號為例，則該驅動電路100對於該揚聲器110的阻抗偵測信號可如圖4A所示。但本發明對第一信號的波形亦不加以限制，其可以是圖3B~3F或其它波形的第一信號，皆適用於本發明之實施。
此外，在另一實施例中，我們可利用信號產生器產生頻率約5MHz的方波(其脈波寬度Tp及Tn為200ns)，週期性地每隔一秒向該揚聲器110輸出一次上述的第一信號之串列，例如，每隔一秒輸出2~5個連續的第一信號，以圖3A的第一信號為例，則該驅動電路100對於該揚聲器110的阻抗偵測信號可如圖4B所示。也就是說，本實施例的該第一信號可包含複數個正值的第一脈波及複數個負值的第二脈波，且該等第一脈波及該等第二脈波在時序上彼此交替排列。但本發明對第一信號的波形亦不加以限制，其可以是圖3B~3F或其它波形的第一信號，皆適用於本發明之實施。
圖5為本發明實施例的揚聲器驅動方法200之流程示意圖，該驅動方法200可偵測作為其聲音輸出負載的揚聲器之阻抗，藉以提供給該揚聲器適當功率瓦數的聲音輸出信號。該驅動方法200包含下列步驟：(步驟220)提供一第一信號予該揚聲器，該第一信 號包含一正值的第一脈波及一負值的第二脈波，且該第一脈波與該第二脈波的寬度皆介於100ns與900ns之間；(步驟240)偵測該揚聲器因接受該第一信號而回應的第二信號；以及(步驟260)依據該第二信號，計算該揚聲器的阻抗。
本實施例可參考圖1之驅動電路100而加以實施，其中步驟220可藉由該信號產生器120來產生該第一信號，步驟240可藉由該偵測單元130來偵測該第二信號，步驟260可藉由該處理單元140來計算該揚聲器的阻抗；因此，本實施例的相關說明可參考上述對於如圖1之實施例的描述，且用以偵測該揚聲器阻抗的第一信號亦請參考圖3A~3F及圖4A~4B及其相關說明，在此不再贅述。
唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，當不能以之限制本發明的範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化及修飾，仍將不失本發明之要義所在，亦不脫離本發明之精神和範圍，故都應視為本發明的進一步實施狀況。
100‧‧‧驅動電路
110‧‧‧揚聲器
120‧‧‧信號產生器
130‧‧‧偵測單元
140‧‧‧處理單元

Claims (16)

  1. 一種用以驅動揚聲器的電路，包括：一信號產生器，供連接該揚聲器，用以產生一第一信號，該第一信號包含一正值的第一脈波及一負值的第二脈波，且該第一脈波與該第二脈波的寬度在100ns與900ns之間；一偵測單元，連接該揚聲器，偵測該揚聲器因接受該第一信號而回應的第二信號；以及一處理單元，連接該信號產生器及該偵測單元，依據該第二信號計算該揚聲器的阻抗。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之用以驅動揚聲器的電路，其中，該第一信號為一電壓信號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之用以驅動揚聲器的電路，其中，該第一信號為一電流信號。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之用以驅動揚聲器的電路，其中，該第一脈波與該第二脈波各為一矩形脈波。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之用以驅動揚聲器的電路，其中，該第一脈波的振幅不等於該第二脈波的振幅。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之用以驅動揚聲器的電路，其中，該第一脈波的寬度不等於該第二脈波的寬度。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之用以驅動揚聲器的電路，其中，該第一脈波的下降邊緣與該第二脈波的上升邊緣之間具有一時間間隔。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之用以驅動揚聲器的電路，其中，該第一信號包含複數個正值的第一脈波及複數個負值的第二脈波，且該等第一脈波及該等第二脈波在時序上彼此交替排列。
  9. 一種驅動揚聲器的方法，包括下列步驟：提供一第一信號予該揚聲器，該第一信號包含一正值的第一脈波及一負值的第二脈波，且該第一脈波與該第二脈波的寬度在100ns與900ns之間；偵測該揚聲器因接受該第一信號而回應的第二信號；以及 依據該第二信號，計算該揚聲器的阻抗。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之驅動揚聲器的方法，其中，該第一信號為一電壓信號。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之驅動揚聲器的方法，其中，該第一信號為一電流信號。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之驅動揚聲器的方法，其中，該第一脈波與該第二脈波各為一矩形脈波。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之驅動揚聲器的方法，其中，該第一脈波的振幅不等於該第二脈波的振幅。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之驅動揚聲器的方法，其中，該第一脈波的寬度不等於該第二脈波的寬度。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之驅動揚聲器的方法，其中，該第一脈波的下降邊緣與該第二脈波的上升邊緣之間具有一時間間隔。
  16. 如申請專利範圍第9項所述之驅動揚聲器的方法，其中，該第一信號包含複數個正值的第一脈波及複數個負值的第二脈波，且該等第一脈波及該等第二脈波在時序上彼此交替排列。
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