TWI826071B - 音訊放大裝置與方法 - Google Patents
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Abstract
一種音訊放大裝置,用來處理一差動輸入訊號,以提供一差動輸出訊號給一平衡式耳機。該裝置包含一訊號偵測電路、一電壓供應電路與一放大電路。該訊號偵測電路偵測該差動輸入訊號的振幅的變化,以產生一偵測結果。該電壓供應電路依據該偵測結果,輸出複數種電壓的其中之一作為一供應電壓;當該偵測結果指出該差動輸入訊號的振幅滿足一第一條件時,該供應電壓為一第一電壓;當該偵測結果指出該差動輸入訊號的振幅滿足一第二條件時,該供應電壓為一第二電壓,其中該第二電壓低於該第一電壓,且滿足該第一條件之該差動輸入訊號的振幅大於滿足該第二條件之該差動輸入訊號的振幅。該放大電路依據該供應電壓處理該差動輸入訊號,以產生該差動輸出訊號。
Description
本發明是關於音訊裝置與方法,尤其是關於音訊放大裝置與方法。
具有3.5mm接頭的耳機(後稱3.5mm耳機)適用於多種電子產品像是平板電腦、筆記型電腦與手機。然而,3.5mm接頭的直徑大,不利於實現輕薄化的產品設計。另外,3.5mm耳機在線性度與串音干擾(crosstalk)的表現受限於3.5mm接頭,無法進一步改善。一般3.5mm耳機之放大器的架構多為單端架構,且帶有電荷泵(charge pump)。透過動態調整電荷泵的輸出電壓,3.5mm耳機之放大器的功耗能夠被改善。
近年來,由於輕薄防水等需求,平衡式耳機(例如:USB Type-C介面的耳機、雷電(Lightning)介面的耳機、或藍芽耳機)逐漸取代3.5mm耳機。平衡式耳機除了具有音質佳、串音干擾表現好等特性,也可省去電荷泵的使用,進而節省電路面積、裸晶成本(die cost)、物料清單成本(BOM cost)等等。然而,平衡式耳機無法透過動態調整電荷泵的輸出電壓來節電。
本揭露的目的之一在於提供一種音訊放大裝置與方法,以藉由動態調整供應電壓,來改善音訊放大裝置的功率消耗。
本揭露之音訊放大裝置的一實施例用來處理一差動輸入訊號,以產生一差動輸出訊號。本實施例的音訊放大裝置可包含於該差動輸入訊號的一產生裝置(例如:播放裝置)中,或包含於該差動輸出訊號的一接收裝置(例如:平衡式耳機)中,或為一獨立裝置。該實施例包含一訊號偵測電路、一電壓供應電路與一放大電路。該訊號偵測電路用來偵測該差動輸入訊號的振幅的變化,以產生一偵測結果。該電壓供應電路用來依據該偵測結果,輸出複數種電壓的其中之一作為一供應電壓。當該偵測結果指出該差動輸入訊號的振幅滿足一第一條件時,該供應電壓為該複數種電壓的一第一電壓;當該偵測結果指出該差動輸入訊號的振幅滿足一第二條件時,該供應電壓為該複數種電壓的一第二電壓,其中該第二電壓低於該第一電壓,且滿足該第一條件之該差動輸入訊號的振幅大於滿足該第二條件之該差動輸入訊號的振幅。該放大電路用來接收該供應電壓,以依據該供應電壓處理該差動輸入訊號,從而產生該差動輸出訊號。據上所述,本實施例可藉由動態調整供應電壓,以改善音訊放大裝置的功率消耗。
本揭露之音訊放大方法的一實施例用來處理一差動輸入訊號,以提供一差動輸出訊號。本實施例是由一音訊放大裝置來執行,該音訊放大裝置可包含於該差動輸入訊號的一產生裝置(例如:播放裝置)中,或包含於該差動輸出訊號的一接收裝置(例如:平衡式耳機)中,或為一獨立裝置。該實施例包含下列步驟:偵測該差動輸入訊號的振幅的變化,以產生一偵測結果;依據該偵測結果,輸出複數種電壓的其中之一作為一供應電壓,其中當該偵測
結果指出該差動輸入訊號的振幅滿足一第一條件時,該供應電壓為該複數種電壓的一第一電壓,當該偵測結果指出該差動輸入訊號的振幅滿足一第二條件時,該供應電壓為該複數種電壓的一第二電壓,該第二電壓低於該第一電壓;以及依據該供應電壓處理該差動輸入訊號,以產生該差動輸出訊號,其中滿足該第一條件之該差動輸入訊號的振幅大於滿足該第二條件之該差動輸入訊號的振幅。據上所述,本實施例可藉由動態調整供應電壓,以改善音訊放大裝置的功率消耗。
有關本發明的特徵、實作與功效,茲配合圖式作較佳實施例詳細說明如下。
100:音訊放大裝置
110:訊號偵測電路
120:電壓供應電路
130:放大電路
INDIFF:差動輸入訊號
OUTDIFF:差動輸出訊號
CTRL:偵測結果
VDD:供應電壓
210:包封檢測器
220:映射電路
DET:檢測訊號
310:包封檢測器
320:比較電路
REF:參考訊號
122:第一電壓端
124:第二電壓端
126:第一開關
128:第二開關
VDDH:第一電壓
VDDL:第二電壓
VSS:接地電壓
600:音訊放大裝置
610:共模電壓調變電路
VCM:共模電壓
612:第一參考電壓端
614:第二參考電壓端
616:第一開關
618:第二開關
VREF1:第一參考電壓
VREF2:第二參考電壓
S910~S930:步驟
〔圖1〕顯示本揭露之音訊放大裝置的一實施例;〔圖2〕顯示圖1之訊號偵測電路的一實作範例;〔圖3〕顯示圖1之訊號偵測電路的另一實作範例;〔圖4〕顯示圖1之電壓供應電路的一實施例;〔圖5〕顯示圖1之差動輸出訊號的波形與供應電壓之間的關係;〔圖6〕顯示本揭露之音訊放大裝置的另一實施例;〔圖7〕顯示圖6之差動輸出訊號的波形與共模電壓之間的關係;〔圖8〕顯示圖6之共模電壓調變電路的一實施例;以及〔圖9〕顯示本揭露之音訊放大方法的一實施例。
本說明書揭露一種音訊放大裝置與一種音訊放大方法。該裝置與方法能夠動態地調整音訊放大裝置的供應電壓,以改善音訊放大裝置的功耗。該裝置與方法也能選擇性地進一步調整音訊放大裝置的共模電壓,以增加音訊放大裝置之輸出訊號的餘裕(headroom)。
圖1顯示本揭露之音訊放大裝置的一實施例。圖1的音訊放大裝置100用來處理一差動輸入訊號INDIFF,以產生一差動輸出訊號OUTDIFF,其中該差動輸出訊號OUTDIFF與該差動輸入訊號INDIFF的倍率視實施需求可以是小於1、等於1或大於1。在一實施例中,該差動輸入訊號INDIFF源自於一播放裝置(例如:手機、平板電腦、筆記型電腦、或音響主機)。在一實施例中,該差動輸出訊號OUTDIFF被提供給一平衡式耳機(例如:USB(例如Type-C)介面的耳機、雷電(Lightning)介面的耳機、或藍芽耳機)。音訊放大裝置100可為一獨立裝置;或者,音訊放大裝置100可包含於該播放裝置或該平衡式耳機中。該播放裝置可以一有線方式(有線連結)或一無線方式(無線連結)耦接該平衡式耳機。音訊放大裝置100包含一訊號偵測電路110、一電壓供應電路120與一放大電路130,該些電路分述於底下段落。
請參閱圖1。訊號偵測電路110用來偵測該差動輸入訊號INDIFF的的振幅的變化,以產生一偵測結果CTRL。訊號偵測電路110的一實施例為一包封檢測(envelop detection)電路,或是其它能夠偵測訊號變化的已知/自行開發的振幅偵測電路。圖2顯示該包封檢測電路的一實作範例。如圖2所示,該包封檢測電路(亦即:訊號偵測電路110)包含一包封檢測器210與一映射(mapping)電路220。包封檢測器210用來依據該差動輸入訊號INDIFF的振幅的
變化,輸出一檢測訊號DET。映射電路220(例如:查找表電路)用來儲存複數個候選結果,並依據該檢測訊號DET輸出該複數個候選結果的其中之一作為該偵測結果CTRL。圖3顯示該包封檢測電路的另一實作範例。如圖3所示,該包封檢測電路(亦即:訊號偵測電路110)包含一包封檢測器310與一比較電路320。包封檢測器310用來依據該差動輸入訊號INDIFF的振幅的變化,輸出一檢測訊號DET。比較電路320用來比較該檢測訊號DET與至少一參考訊號REF,以產生該偵測結果CTRL。
請參閱圖1。電壓供應電路120用來依據該偵測結果CTRL,輸出複數種電壓的其中之一作為一供應電壓VDD。當該偵測結果CTRL指出該差動輸入訊號INDIFF的振幅滿足一第一條件時,該供應電壓VDD為該複數種電壓的一第一電壓VDDH(例如:1.8V)。當該偵測結果CTRL指出該差動輸入訊號INDIFF的振幅滿足一第二條件時,該供應電壓VDD為該複數種電壓的一第二電壓VDDL(例如:1.2V)。該第二電壓低於該第一電壓(例如:該第二電壓低於該第一電壓的75%)。通常該第一電壓VDDH與該第二電壓VDDL的選擇可根據系統可以提供哪些電壓源來決定。當VDDH與VDDL之間的差異越大,省電效果也會更好。所以在能達到省電效果的前提下,VDDH與VDDL之間的差異沒有特定限制。在一實施例中,滿足該第一條件之該差動輸入訊號的振幅大於滿足該第二條件之該差動輸入訊號INDIFF的振幅。舉例而言,當該偵測結果CTRL為一高準位時,這表示該第一條件被滿足。當該偵測結果CTRL為一低準位時,這表示該第二條件被滿足。該第一條件為該差動輸入訊號INDIFF的振幅高於一預設門檻值。該第二條件為該差動輸入訊號INDIFF的振幅低於該預設門檻值。值得注意的是,前述複數種電壓可以多於兩種,本技術領域具有通常知
識者可依本揭露理解到:該複數種電壓對應它們各自的條件,當任一條件被滿足時,該任一條件所對應的電壓被當作該供應電壓VDD。
圖4顯示電壓供應電路120的一實施例。如圖4所示,電壓供應電路120包含一第一電壓端122、一第二電壓端124、一第一開關126以及一第二開關128。第一電壓端122用來提供該第一電壓VDDH。第二電壓端124用來提供該第二電壓VDDL。第一開關126耦接於第一電壓端122與放大電路130之間;第一開關126用來當該偵測結果CTRL指出該差動輸入訊號INDIFF的振幅滿足該第一條件時導通,以及用來當該偵測結果CTRL指出該差動輸入訊號INDIFF的振幅滿足該第二條件時不導通。第二開關128耦接於第二電壓端124與放大電路130之間;第二開關128用來當該偵測結果CTRL指出該差動輸入訊號INDIFF的振幅滿足該第一條件時不導通,以及當該偵測結果CTRL指出該差動輸入訊號INDIFF的振幅滿足該第二條件時導通。舉例而言,第一開關126與第二開關128為同型電晶體(例如:PMOS電晶體),其中第一開關126依據該偵測結果CTRL的電壓訊號以導通/不導通,第二開關128依據該電壓訊號的反相訊號以不導通/導通。
請參閱圖1。放大電路130用來接收該供應電壓VDD,以依據該供應電壓VDD處理該差動輸入訊號INDIFF,從而產生該差動輸出訊號OUTDIFF。值得注意的是,當放大電路130的電源高電位端的電壓與電源低電位端的電壓分別為該供應電壓VDD與一接地電壓(亦即:0V)時,在該差動輸出訊號OUTDIFF的一週期內,該差動輸出訊號OUTDIFF是基於一共模電壓,該共模電壓通常是該供應電壓VDD的一半。
綜上所述,當該差動輸入訊號INDIFF的振幅大時,音訊放大裝置100提供較高的該第一電壓VDDH作為該供應電壓VDD,以確保放大電路130能
夠輸出波形完整的該差動輸出訊號OUTDIFF。當該差動輸入訊號INDIFF的振幅小時,音訊放大裝置100提供較低的該第二電壓VDDL作為該供應電壓VDD,以減少功耗。簡言之,透過動態調整該供應電壓VDD,音訊放大裝置100可降低功耗,這是因為:音訊放大裝置100的功耗決定於音訊放大裝置100的一操作電流與該供應電壓VDD;在該操作電流固定的情形下,該供應電壓VDD愈低,該功耗愈低。該差動輸出訊號OUTDIFF的波形與該供應電壓VDD(VDD=VDDH→VDD=VDDL→VDD=VDDH)之間的關係如圖5所示,其中VSS代表一接地電壓。
圖6顯示本揭露之音訊放大裝置的另一實施例。相較於圖1,圖6的音訊放大裝置600進一步包含一共模電壓調變電路610。共模電壓調變電路610用來依據該偵測結果CTRL,輸出複數種參考電壓的其中之一作為一共模電壓VCM給放大電路130。當該偵測結果CTRL指出該差動輸入訊號INDIFF的振幅滿足該第一條件時,該共模電壓VCM為該複數種參考電壓的一第一參考電壓VREF1。當該偵測結果指出該差動輸入訊號INDIFF的振幅滿足該第二條件時,該共模電壓VCM為該複數種參考電壓的一第二參考電壓VREF2,其中該第二參考電壓VREF2低於該第一參考電壓VREF1(例如:VREF2=VREF1-△V;△V=)。據上所述,當該差動輸入訊號INDIFF的振幅大時,音訊放大裝置600提供較高的該第一參考電壓VREF1作為該共模電壓VCM,以確保放大電路130正常地輸出該差動輸出訊號OUTDIFF。當該差動輸入訊號INDIFF的振幅小時,音訊放大裝置600提供較低的該第二參考電壓VREF2作為該共模電壓VCM,以減少功耗。該差動輸出訊號OUTDIFF的波形與該共模電壓VCM之間的關係如圖7所示。
值得注意的是,在該差動輸出訊號OUTDIFF的一週期內,該差動輸出訊號OUTDIFF之正端訊號與負端訊號(亦即:該正端訊號的反相訊號)的一平均電壓值等於該共模電壓VCM的值。根據習知技術,當該供應電壓VDD被調降時,若該共模電壓VCM保持不變,該差動輸出訊號OUTDIFF的餘裕(headroom)(亦即:該差動輸出訊號OUTDIFF的峰值與該供應電壓VDD的值之間的距離,如圖7之虛線雙向箭號所示)會變小,這意味著該差動輸出訊號OUTDIFF的振幅較為受限。而藉由前述共模電壓調變電路610調低該共模電壓VCM,該差動輸出訊號OUTDIFF的餘裕可相應地增加,這使得該差動輸出訊號OUTDIFF的振幅能夠視實施需求而被優化。
圖8顯示共模電壓調變電路610的一實施例。如圖8所示,共模電壓調變電路610包含一第一參考電壓端612、一第二參考電壓端614、一第一開關616與一第二開關618。第一參考電壓端612用來提供該第一參考電壓VREF1。第二參考電壓端614用來提供該第二參考電壓VREF2。第一開關616耦接於第一參考電壓端612與放大電路130之間,用來當該偵測結果CTRL指出該差動輸入訊號INDIFF的振幅滿足該第一條件時導通,以及當該偵測結果CTRL指出該差動輸入訊號INDIFF的振幅滿足該第二條件時不導通。第二開關618耦接於該第二參考電壓端614與放大電路130之間,用來當該偵測結果CTRL指出該差動輸入訊號INDIFF的振幅滿足該第一條件時不導通,以及當該偵測結果CTRL指出該差動輸入訊號INDIFF的振幅滿足該第二條件時導通。舉例而言,第一開關616與第二開關618為同型電晶體(例如:PMOS電晶體),其中第一開關616依據該偵測結果CTRL的電壓訊號以導通/不導通,第二開關618依據該電壓訊號的反相訊號以不導通/導通。
圖9顯示本揭露之音訊放大方法的一實施例。該實施例是由一音訊放大裝置(例如音訊放大裝置100或600)來執行,用來處理一差動輸入訊號,以產生一差動輸出訊號。該實施例包含下列步驟:S910:偵測該差動輸入訊號的振幅的變化,以產生一偵測結果;S920:依據該偵測結果,輸出複數種電壓的其中之一作為一供應電壓,其中當該偵測結果指出該差動輸入訊號的該振幅滿足一第一條件時,該供應電壓為該複數種電壓的一第一電壓,以及當該偵測結果指出該差動輸入訊號的該振幅滿足一第二條件時,該供應電壓為該複數種電壓的一第二電壓,該第二電壓低於該第一電壓,滿足該第一條件之該差動輸入訊號的該振幅大於滿足該第二條件之該差動輸入訊號的該振幅;以及S930:依據該供應電壓處理該差動輸入訊號,以產生該差動輸出訊號。
由於本技術領域具有通常知識者能夠參酌圖1-8之裝置實施例來瞭解圖9之方法實施例的細節與變化,重複及冗餘之說明在此省略。
請注意,在實施為可能的前提下,本技術領域具有通常知識者可選擇性地實施前述任一實施例中部分或全部技術特徵,或選擇性地實施前述複數個實施例中部分或全部技術特徵的組合,藉此增加本發明的實施彈性。另請注意,本說明書所述之「A等於B」是指「A與B之間的差異落於本技術領域所認知的誤差範圍(tolerance range)」。
綜上所述,本發明能夠動態地調整供應電壓,也能選擇性地調整共模電壓,以改善用於平衡式耳機之音訊放大電路的功耗。
雖然本發明之實施例如上所述,然而該些實施例並非用來限定本發明,本技術領域具有通常知識者可依據本發明之明示或隱含之內容對本發
明之技術特徵施以變化,凡此種種變化均可能屬於本發明所尋求之專利保護範疇,換言之,本發明之專利保護範圍須視本說明書之申請專利範圍所界定者為準。
100:音訊放大裝置
110:訊號偵測電路
120:電壓供應電路
130:放大電路
INDIFF:差動輸入訊號
OUTDIFF:差動輸出訊號
CTRL:偵測結果
VDD:供應電壓
Claims (8)
- 一種音訊放大裝置,用來處理一差動輸入訊號,以產生一差動輸出訊號,該音訊放大裝置包含:一訊號偵測電路,用來偵測該差動輸入訊號的振幅的變化,以產生一偵測結果;一電壓供應電路,用來依據該偵測結果,輸出複數種電壓的其中之一作為一供應電壓,其中當該偵測結果指出該差動輸入訊號的該振幅滿足一第一條件時,該供應電壓為該複數種電壓的一第一電壓,以及當該偵測結果指出該差動輸入訊號的該振幅滿足一第二條件時,該供應電壓為該複數種電壓的一第二電壓,該第二電壓低於該第一電壓;一放大電路,用來接收該供應電壓,以依據該供應電壓處理該差動輸入訊號,從而產生該差動輸出訊號;以及一共模電壓調變電路,用來依據該偵測結果,輸出複數種參考電壓的其中之一作為一共模電壓給該放大電路,其中當該偵測結果指出該差動輸入訊號的該振幅滿足該第一條件時,該共模電壓為該複數種參考電壓的一第一參考電壓,當該偵測結果指出該差動輸入訊號的該振幅滿足該第二條件時,該共模電壓為該複數種參考電壓的一第二參考電壓,該第二參考電壓低於該第一參考電壓,其中滿足該第一條件之該差動輸入訊號的該振幅大於滿足該第二條件之該差動輸入訊號的該振幅。
- 如請求項1之音訊放大裝置,其中該訊號偵測電路為一包封檢測(envelop detection)電路。
- 如請求項2之音訊放大裝置,其中該包封檢測電路包含:一包封檢測器,用來依據該差動輸入訊號的該振幅的該變化,輸出一檢測訊號;以及一映射(mapping)電路,用來儲存複數個候選結果,並依據該檢測訊號輸出該複數個候選結果的其中之一作為該偵測結果。
- 如請求項2之音訊放大裝置,其中該包封檢測電路包含:一包封檢測器,用來依據該差動輸入訊號的該振幅的該變化,輸出一檢測訊號;以及一比較電路,用來比較該檢測訊號與至少一參考訊號,以產生該偵測結果。
- 如請求項1之音訊放大裝置,其中該電壓供應電路包含:一第一電壓端,用來提供該第一電壓;一第二電壓端,用來提供該第二電壓;一第一開關,耦接於該第一電壓端與該放大電路之間,用來當該偵測結果指出該差動輸入訊號的該振幅滿足該第一條件時導通,以及當該偵測結果指出該差動輸入訊號的該振幅滿足該第二條件時不導通;以及一第二開關,耦接於該第二電壓端與該放大電路之間,用來當該偵測結果指出該差動輸入訊號的該振幅滿足該第一條件時不導通,以及當該偵測結果指出該差動輸入訊號的該振幅滿足該第二條件時導通。
- 如請求項1之音訊放大裝置,其中該共模電壓調變電路包含:一第一參考電壓端,用來提供該第一參考電壓;一第二參考電壓端,用來提供該第二參考電壓; 一第一開關,耦接於該第一參考電壓端與該放大電路之間,用來當該偵測結果指出該差動輸入訊號的該振幅滿足該第一條件時導通,以及當該偵測結果指出該差動輸入訊號的該振幅滿足該第二條件時不導通;以及一第二開關,耦接於該第二參考電壓端與該放大電路之間,用來當該偵測結果指出該差動輸入訊號的該振幅滿足該第一條件時不導通,以及當該偵測結果指出該差動輸入訊號的該振幅滿足該第二條件時導通。
- 如請求項1之音訊放大裝置,其包含於一播放裝置中,該播放裝置以一有線方式或一無線方式輸出該差動輸出訊號給一平衡式耳機。
- 一種音訊放大方法,用來處理一差動輸入訊號,以提供一差動輸出訊號,該音訊放大方法包含:偵測該差動輸入訊號的振幅的變化,以產生一偵測結果;依據該偵測結果,輸出複數種電壓的其中之一作為一供應電壓,其中當該偵測結果指出該差動輸入訊號的該振幅滿足一第一條件時,該供應電壓為該複數種電壓的一第一電壓,當該偵測結果指出該差動輸入訊號的該振幅滿足一第二條件時,該供應電壓為該複數種電壓的一第二電壓,該第二電壓低於該第一電壓;依據該供應電壓處理該差動輸入訊號,以產生該差動輸出訊號;以及依據該偵測結果,提供複數種參考電壓的其中之一作為一共模電壓以供處理該差動輸入訊號,其中當該偵測結果指出該差動輸入訊號的該振幅滿足該第一條件時,該共模電壓為該複數種參考電壓的一第一參考電壓,當該偵測結果指出該差動輸入訊號的該振幅滿足該第二條件時,該共模電壓為該複數種參考電壓的一第二參考電壓,該第二參考電壓低於該第一參考電壓, 其中滿足該第一條件之該差動輸入訊號的該振幅大於滿足該第二條件之該差動輸入訊號的該振幅。
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Citations (7)
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- 2022-10-25 TW TW111140524A patent/TWI826071B/zh active
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