TWI749801B - 應用在訊號處理電路中的偏壓補償電路及相關的偏壓補償方法 - Google Patents

應用在訊號處理電路中的偏壓補償電路及相關的偏壓補償方法 Download PDF

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Abstract

本發明揭露一種應用於訊號處理電路中的偏壓補償電路，包含有一供應電壓偵測電路及一補償電路。該供應電壓偵測電路用以偵測該輸出級之一供應電壓的準位以產生一偵測結果其中該供應電壓係為該訊號處理電路中一輸出級的供應電壓；以及該補償電路用以根據該偵測結果來計算出一數位補償值，以供該訊號處理電路中的一數位處理電路使用該數位補償值來進行直流偏壓補償。

Description

應用在訊號處理電路中的偏壓補償電路及相關的偏壓補償方 法
本發明係有關於音訊處理電路所產生之偏壓的補償方法。
目前的音訊處理電路通常採用D類放大器(class D amplifier)來做為輸出級，其中D類放大器的輸出係直接提供給喇叭以播放出聲音。然而，由於類比電路在製造過程中容易受到半導體製程漂移的影響，因此在電路中會存在直流電壓偏移(DC offset)，因而可能使得數位類比轉換器(Digital-to-Analog Converter，DAC)與D類放大器之P型電晶體與N型電晶體具有不同的直流電壓偏移，故造成了D類放大器在開啟的瞬間使用者會由喇叭聽到爆音(pop noise)。
為了避免半導體製程飄移而造成的直流電壓偏移問題，音訊處理電路內部通常會包含一個補償電路，其用以提供一個固定補償值以補償電路的直流電壓偏移。然而，類比電路中的直流電壓偏移容易受到供應電壓的影響，因此，若是音訊處理電路是設置在以電池供電的電子裝置時，當供應電壓因為電池電量改變而隨之變動時，補償電路所提供的固定補償值便無法準確地對音訊 處理電路的實際直流電壓偏移進行補償，而使得爆音現象仍然有可能會發生。
因此，本發明的目的之一在於提出一種偏壓補償電路，其可以根據輸出級的供應電壓變化來調整補償值，以準確地消除音訊處理電路內的直流電壓偏移，解決先前技術中所述的問題。
在本發明的一個實施例中，揭露了一種應用於一訊號處理電路中的偏壓補償電路，包含有一供應電壓偵測電路，用以偵測一供應電壓的準位以產生一偵測結果，其中該供應電壓係為該訊號處理電路中一輸出級的供應電壓；以及一補償電路，用以根據該偵測結果來計算出一數位補償值，以供該訊號處理電路中的一數位處理電路使用該數位補償值來進行直流偏壓補償。
在本發明的另一個實施例中，揭露了一種訊號處理電路的偏壓補償方法，其包含有以下步驟：偵測一供應電壓的準位以產生一偵測結果，其中該供應電壓係為該訊號處理電路中一輸出級的供應電壓；以及根據該偵測結果來計算出一數位補償值，以供該訊號處理電路中的一數位處理電路使用該數位補償值來進行直流偏壓補償。
100:訊號處理電路
110:數位處理電路
120:數位類比轉換器
130:調變電路
140:D類放大器
150:濾波器
160:類比數位轉換器
170:補償電路
180:儲存單元
190:供應電壓偵測電路
300~312:步驟
AVDD:供應電壓
DVDD:供應電壓
Din:數位音訊訊號
Din’:處理後訊號
Vin:類比訊號
Vin’:調變後訊號
Vout:輸出音訊訊號
VLP:濾波後訊號
DLP:數位濾波後訊號
DC_CMP:數位補償值
DET:偵測結果
PVDD:供應電壓
第1圖為根據本發明一實施例之訊號處理電路的示意圖。
第2圖為直流電壓偏移量與供應電壓的關係圖。
第3圖為根據本發明一實施例之訊號處理方法的流程圖。
第1圖為根據本發明一實施例之訊號處理電路100的示意圖。如第1圖所示，訊號處理電路100包含一數位處理電路110、一數位類比轉換器120、一調變電路130、一輸出級(在本實施例中為D類放大器140)、一濾波器150、一類比數位轉換器160以及一偏壓補償電路，其中該偏壓補償電路包含一補償電路170、一儲存單元180以及一供應電壓偵測電路190。在本實施例中，訊號處理電路100係為一音訊處理電路，數位處理電路110以及補償電路170使用一供應電壓DVDD進行供電，數位類比轉換器120、調變電路130、濾波器150及類比數位轉換器160使用一供應電壓AVDD進行供電，而D類放大器140則使用一供應電壓PVDD進行供電，其中供應電壓DVDD、AVDD係由一穩壓器所提供，其具有穩定的電壓值，例如1.8V、3.3V，而供應電壓PVDD則是直接由一電池來進行供電以避免過多的電壓轉換損失，而供應電壓PVDD的電壓值則為隨著電池的電量而有所變化。在本實施例中，訊號處理電路100可以被設置在筆記型電腦、平板電腦、手機或是其他可攜式裝置中，且訊號處理電路100用來接收一數位訊號(本實施例以數位音訊訊號Din為例)後產生一輸出訊號(本實施例中為輸出音訊訊號Vout)至喇叭或揚聲器進行播放。
在訊號處理電路100中，數位類比轉換器120、調變電路130以及D類放大器140這些類比電路會因為半導體製程飄移而造成直流電壓偏移，因此造成D類放大器140中P型電晶體與N型電晶體上的直流電壓(共模電壓)不一致。因此，為了校正直流電壓偏移，訊號處理電路100在工廠內進行測試時，工程師會先透過施加不同的供應電壓PVDD至D類放大器，再量測出在不同供應電壓PVDD下D類放大器之直流電壓偏移量，並將相關參數記錄在儲存單元180中。 詳細來說，由於經由實驗觀察發現直流電壓偏移量與供應電壓PVDD是一個線性關係，因此，假設供應電壓PVDD的可能變化範圍是6V~26V，則工程師可以設定供應電壓PVDD為6V、26V，並分別量測出對應的直流電壓偏移量，並據以建立出如第2圖所示之曲線。之後，再根據所量測到之分別對應供應電壓PVDD為6V、26V之直流電壓偏移量，以計算出線性方程式Y=a*X+b，其中Y為直流電壓偏移量、X為供應電壓PVDD、a與b為所計算出的斜率及常數。最後，參數a、b可以被儲存至儲存單元180中，而在本實施例中儲存單元180可以是電子熔斷器(e-Fuse)。
需注意的是，第2圖所示的數值與相關的計算方式僅是作為範例說明，而非是本發明的限制。在其他的實施例中，只要儲存單元180中所儲存的是可以用來計算出在不同供應電壓PVDD下的直流電壓偏移量，例如多個不同供應電壓PVDD及對應的直流電壓偏移量，所儲存的參數並不限於參數a、b。
在訊號處理電路100的操作中，當訊號處理電路100上電或且開始接收數位音訊訊號Din時，供應電壓偵測電路190會偵測目前供應電壓PVDD的準位以產生一偵測結果DET，其中偵測結果DET可以是一個多位元的數位碼，例如30位元的溫度碼。接著，補償電路170自儲存單元180擷取直流電壓偏移量的相關計算參數，例如第2圖所示之參數a、b，並根據偵測結果DET所表示之目前供應電壓PVDD的準位來計算出一數位補償值DC_CMP。舉例來說，假設補償電路170計算出目前的直流電壓偏移量為“60mV”，則數位補償值DC_CMP為可用來在路徑中加入對應到直流電壓偏移量為“-60mV”的數位訊號。
數位處理電路110接收來自補償電路170的數位補償值DC_CMP，並 基於數位補償值DC_CMP來對數位音訊訊號Din進行補償以及數位濾波操作，以產生一處理後訊號Din’，其中處理後訊號Din’與數位音訊訊號Din之間的差異係用來抵銷數位類比轉換器120、調變電路130與D類放大器140對訊號所造成的直流電壓偏移量。接著，數位類比轉換器120對處理後訊號Din’進行數位類比轉換操作，以產生一類比訊號Vin。接著，調變電路130對類比訊號進行調變以產生一調變後訊號Vin’後至D類放大器140，以供進行放大操作以產生輸出音訊訊號Vout，其中輸出音訊訊號Vout係為脈衝調變訊號。
此外，濾波器150可以對輸出音訊訊號Vout進行低通濾波操作以產生一濾波後訊號VLP，而類比數位轉換器160接著對濾波後訊號VLP進行類比數位轉換操作以產生一數位濾波後訊號DLP，而補償電路170也可以另外對數位濾波後訊號DLP進行分析以判斷出目前輸出音訊訊號Vout的直流電壓或是直流電壓偏移量，以供後續進一步調整數位補償值DC_CMP。
在第1圖所示的實施例中，由於在訊號處理電路100上電時，補償電路170便可以準確地產生數位補償值DC_CMP來預先補償數位音訊訊號Din，以抵銷後續數位類比轉換器120、調變電路130及D類放大器140所造成直流電壓偏移，因此，訊號處理電路100比較不需要在後續透過回授系統來持續校正直流電壓偏移，或甚至不需要在後續透過回授系統來校正直流電壓偏移。
在以上的實施例中，數位補償值DC_CMP係在訊號處理電路100上電後立即產生，以供後續接收到數位音訊訊號Din後進行補償。然而，在不影響到使用者聆聽的情形下，在輸出音訊訊號Vout不透過喇叭進行播放的時候，例如使用者控制訊號處理電路100為靜音模式，供應電壓偵測電路190可以再次偵測目 前供應電壓PVDD的準位，並產生偵測結果DET給補償電路170，以計算出更新後的數位補償值DC_CMP。
第3圖為根據本發明一實施例之訊號處理方法的流程圖。同時參考第1~2圖及以上實施例所述的內容，流程如下所述。
步驟300：流程開始。
步驟302：偵測一供應電壓的準位以產生一偵測結果。
步驟304：根據該偵測結果來計算出一數位補償值。
步驟306：根據該數位補償值來對一數位音訊訊號進行補償以產生一處理後訊號。
步驟308：對該處理後訊號進行類比數位轉換操作以產生一類比訊號。
步驟310：對該類比訊號進行調變以產生一調變後訊號。
步驟312：使用一輸出級來對該調變後訊號進行放大操作以產生一輸出音訊訊號，其中該輸出級係由該供應電壓進行供電。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100:訊號處理電路
110:數位處理電路
120:數位類比轉換器
130:調變電路
140:D類放大器
150:濾波器
160:類比數位轉換器
170:補償電路
180:儲存單元
190:供應電壓偵測電路
AVDD:供應電壓
DVDD:供應電壓
Din:數位音訊訊號
Din’:處理後訊號
Vin:類比訊號
Vin’:調變後訊號
Vout:輸出音訊訊號
VLP:濾波後訊號
DLP:數位濾波後訊號
DC_CMP:數位補償值
DET:偵測結果
PVDD:供應電壓

Claims (5)

  1. 一種應用於一訊號處理電路中的偏壓補償電路，包含有：一供應電壓偵測電路，用以偵測一供應電壓的準位以產生一偵測結果，其中該供應電壓係為該訊號處理電路中一輸出級的供應電壓；以及一補償電路，用以根據該偵測結果來計算出一數位補償值，以供該訊號處理電路中的一數位處理電路使用該數位補償值來進行直流偏壓補償；其中該訊號處理電路包含有：該數位處理電路，用以根據該數位補償值來對一數位訊號進行補償以產生一處理後訊號；一數位類比轉換器，用以對該處理後訊號進行類比數位轉換操作以產生一類比訊號；一調變電路，用以對該類比訊號進行調變以產生一調變後訊號；該輸出級，用以接收該調變後訊號以產生一輸出訊號；一濾波器，用以對該輸出訊號進行低通濾波操作以產生一濾波後訊號；以及一類比數位轉換器，用以對該濾波後訊號進行類比數位轉換操作以產生一數位濾波後訊號；其中該補償電路另外根據該數位濾波後訊號來調整該數位補償值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之偏壓補償電路，另包含有：一儲存單元，儲存了多個參數；其中該補償電路根據該多個參數以及該偵測結果來計算出一直流電壓偏移量，並根據該直流電壓偏移量來決定出該數位補償值。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之偏壓補償電路，其中該多個參數包含了一斜率以及一常數，且該補償電路將該斜率乘以該偵測結果所指出之該供應電壓的準位後再加上該常數，以計算出該直流電壓偏移量。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之偏壓補償電路，其中該輸出訊號係為一輸出音訊訊號，且在該輸出音訊訊號不會由一揚聲器播放出的時候，該補償電路開始產生該數位補償值至該數位處理電路。
  5. 一種應用於一訊號處理電路中的偏壓補償電路，包含有：一供應電壓偵測電路，用以偵測一供應電壓的準位以產生一偵測結果，其中該供應電壓係為該訊號處理電路中一輸出級的供應電壓；以及一補償電路，用以根據該偵測結果來計算出一數位補償值，以供該訊號處理電路中的一數位處理電路使用該數位補償值來進行直流偏壓補償；其中該訊號處理電路包含有：該數位處理電路，用以根據該數位補償值來對一數位訊號進行補償以產生一處理後訊號；一數位類比轉換器，用以對該處理後訊號進行類比數位轉換操作以產生一類比訊號；一調變電路，用以對該類比訊號進行調變以產生一調變後訊號；以及該輸出級，用以接收該調變後訊號以產生一輸出訊號；其中該訊號處理電路係設置在具有一電池的一可攜式裝置中，該輸出級的該供應電壓係直接由該電池所提供，而該數位類比轉換器以及該調變電路則由一穩壓電路所產生之另一供應電壓來進行供電。
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