专利名称：音频信号输出设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种由模拟IC组成的音频信号输出设备。
背景技术：
传统地，在如便携式电话、个人计算机、PDA和PDC等用于处理音频信号的设备中，将如音频信号输出设备等模拟IC和如DSP(数字信号处理器)等数字IC，CODEC(编解码器)和DA转换器(数模转换器)设置在单一衬底上，并且通常共享用于模拟IC和数字IC的电源。在这种情况下，来自数字IC的噪声通过电源回绕模拟IC，从而引起模拟IC特性的退化。
因此，存在分离数字IC电源和模拟IC电源以禁止来自数字IC的噪声回绕模拟IC的实例。(例如，日本专利申请未审公开No.H7-104340)。更具体地，电源构成如下从电源电压向数字IC供电，并将输出低于电源电压的预定电压的调节器IC插入电源电压和模拟IC之间，以便从调节器IC向模拟IC供电。
图3是使用此电源构成方案的音频信号输出设备的电路图。音频信号输出设备101包括输入级放大器102，其通过反相并放大输入到其中的音频信号来产生输出；输出级放大器103，其通过电流放大输入到其中的输入级放大器102的输出来产生输出，以驱动扬声器106的驱动输入的一端；输入级放大器104，其通过反相输入到其中的输出级放大器103的输出来产生输出；以及输出级放大器105，其通过电流放大输入到其中的输入级放大器104的输出来产生输出，以驱动扬声器106的驱动输入的另一端。包括了这些放大器102、103、104和105的音频信号输出部分构成了模拟IC。此外，在音频信号输出设备101中，将输出低于电源电压(Vdd)的预定电压的调节器IC 110插入电源电压(Vdd)和模拟IC之间。因此，该调节器IC 110构成了放大器102、103、104和105的电源。因此，调节器IC 110抑制了来自数字IC(未示出)的、通过电源电压(Vdd)回绕模拟IC(放大器102、103、104和105)的噪声。
发明内容
由于电源结构，可以抑制来自数字IC、通过电源电压(Vdd)回绕模拟IC的噪声。然而，音频信号输出设备通常驱动具有大约4到16Ω的低阻抗的扬声器、耳机等。所以，调节器IC需要2到3A或更多的电流容量。该电流容量的调节器IC不能忽略热量的产生，因此通常设置散热片。结果，调节器IC在衬底上所占用的表面积增加，于是，存在增加成本的问题。
在这些背景上设计本发明，其目的是提供一种音频信号输出设备，抑制来自于数字IC的噪声通过电源的影响，并且允许降低成本。
为了解决上述问题，根据本发明的音频信号输出设备包括第一输入级放大器，其通过反相并放大输入到其中的音频信号产生输出；第一输出级放大器，其通过电流放大输入到其中的第一输入级放大器的输出信号来产生输出，以驱动扬声器的驱动输入的一端；第二输入级放大器，其通过反相输入到其中的第一输出级放大器的输出信号来产生输出；第二输出级放大器，其通过电流放大输入到其中的第二输出级放大器的输出信号来产生输出，以驱动扬声器的驱动输入的另一端；以及调节器，与电源电压连接，并输出低于电源电压的预定恒定电压，其中第一和第二输入级放大器采用调节器作为电源，而第一和第二输出级放大器采用电源电压作为电源。
根据本发明，在音频信号输出设备中，第一和第二输入级放大器采用调节器作为电源，而第一和第二输出级放大器采用电源电压作为电源。所以，即使数字IC产生噪声，第一和第二输入级放大器也不受来自调节器噪声的影响，并且，因为调节器不是具有高能耗的第一和第二输出级放大器的电源，所以热量产生较小，且传统上所必需的散热片不再必要。所以，在衬底上占用的面积小并且可以抑制来自于数字IC的噪声通过电源的影响并且可以降低成本。
图1是本发明实施例的音频信号输出设备的电路图；图2是示出了音频信号输出设备的详细组成的电路图；以及图3是现有技术的音频信号输出设备的电路图。
具体实施例方式
根据图1对组成本发明实施例的音频信号输出设备进行描述。音频信号输出设备1包括输入级放大器(第一输入级放大器)2，其通过反相并放大输入到其中的音频信号来产生输出；输出级放大器(第一输出级放大器)3，其通过电流放大输入到其中的输入级放大器2的输出来产生输出，以驱动扬声器(包括耳机)6的驱动输入的一端；输入级放大器(第二输入级放大器)4，其通过反相输入到其中的输出信号来产生输出；输出级放大器(第二输出级放大器)5，其通过电流放大输入到其中的输入级放大器4的输出来产生输出，以驱动扬声器6的驱动输入的另一端。因此，产生了其中以相互相反的相位驱动扬声器6的驱动输入的两端的所谓BTL(平衡无变压器)结构。包括这些放大器2、3、4和5的音频信号输出部分构成了模拟IC。此外，在音频信号输出设备1中，将输出低于电源电压(Vdd)的预定电压的调节器IC 10插入电源电压(Vdd)和模拟IC之间。这里的重点是，调节器10是输入级放大器(第一输入级放大器和第二输入级放大器)2、4的电源，而电源电压(Vdd)是输出级放大器(第一输出级放大器和第二输出级放大)3和5的电源。
通过使用图2对音频信号输出设备1进行更详细的描述。输入级放大器2包括输入运算放大器21；电阻22和23，与反相输入端相连；以及参考电压Vref，与同相输入端相连。通过电阻22，将音频信号输入到反相输入端，并且反相输入端，通过电阻23，与输出级放大器3的输出端相连。可以通过电阻来分配调节器10的输出电压从而获得参考电压Vref。
输入级放大器2，借助于输入运算放大器21，反相并放大输入到其中的音频信号，并且通过电阻23施加负反馈。所以，通过电阻22和电阻23的电阻之间的比率来确定音频信号输出设备1的总增益，并且根据输入到其中的音频信号，可以驱动扬声器6的一端。
输出级放大器3包括两个输出运算放大器(第一和第二输出运算放大器)24、26；PMOS驱动晶体管(第一晶体管)25，其栅极与输出运算放大器24的输出端相连；NMOS驱动晶体管(第二晶体管)27，其栅极与输出运算放大器26的输出端相连；电阻28和29，与输出运算放大器24、26的反相输入端相连；以及参考电压Vref，与输出运算放大器24、26的同相输入端相连。将输入级放大器2的输出信号通过电阻28，输入到输出运算放大器24、26的各个反相输入端，并将这些反相输入端连接到PMOS驱动晶体管25与NMOS驱动晶体27之间的节点上，也就是说，通过电阻29连接到输出级放大器3的输出端上。如上所述，将输出端通过电阻23连接到输入运算放大器21的反相输入端。此外，PMOS驱动晶体管25和NMOS驱动晶体27按照此顺序串联在电源电压(Vdd)和地之间。
输出级放大器3分别借助于输出运算放大器24和PMOS驱动晶体管25，将输入级放大器2的输出信号转换到电源侧电流，以及借助于输出运算放大器26和NMOS驱动晶体管27，将其转换为“地”侧电流。因此，根据输入级放大器2的输出信号，驱动扬声器6的一端的电流流到PMOS驱动晶体管25或NMOS驱动晶体管27中。也就是说，输出级放大器3通过电流放大输出到其中的输入级放大器2的输出，产生输出，以驱动扬声器6的驱动输入的一端。
输入级放大器4具有与输入级放大器2相同的组成，其中包括输入运算放大器31，电阻32和33，与反相输入端相连，以及参考电压Vref，与同相输入端相连。通过电阻32，将输出级放大器3的输出信号输入到输入运算放大器31的反相输入端，通过电阻33将反相输入端连接到输出级放大器5的输出端上。使用电阻32和33的相同电阻值，输入级放大器4，借助于输入运算放大器31，反相输出级放大器3的输出信号，借助于电阻33施加负反馈。这里，输入级放大器4不放大输入的信号。
输出级放大器5具有与输出级放大器3相同的组成，其中包括两个输出运算放大器(第三和第四输出运算放大器)34和36；PMOS驱动晶体管(第三晶体管)35，其栅极与输出运算放大器34的输出相连；NMOS驱动晶体管(第四晶体管)37，其栅极与输出运算放大器36的输出相连；电阻38和39，与输出运算放大器34、36的各自反相输入端相连；以及参考电压Vref，与输出运算放大器34和36的各自同相输入端相连。通过电阻38，将输入级放大器4的输出信号输入到输出运算放大器34、36的反相输入端，并通过电阻39，将反相输入端连接到PMOS驱动晶体管35与NMOS驱动晶体管37之间的节点上，也就是说，连接到输出级放大器5的输出端上。如上所述，通过电阻33，将输出级放大器5的输出端连接到输入运算放大器31的反相输入端。此外，PMOS驱动晶体管35和NMOS驱动晶体管37按照此顺序串联在电源电压(Vdd)和地之间。与输出级放大器3相似，在输出级放大器5的情况下，根据输入级放大器4的输出信号，驱动扬声器6的另一端的电流流入PMOS驱动晶体管35或NMOS驱动晶体管37。换句话说，输出级放大器5通过电流放大输入到其中的输入级放大器4的输出来产生输出，以驱动扬声器6的驱动输入的另一端。
调节器10包括参考电压发生部分41；放大器42，将参考电压发生部分41的输出电压输入到其反相输入端；PNP晶体管43，将放大器42的输出输入到其基极，其发射极连接到电源电压(Vdd)上，其集电极通过电阻44和45接地，其中电阻44和45之间的节点与放大器42的同相输入端相连。例如，参考电压发生部分41由齐纳二极管构成，并产生齐纳二极管所特有的恒定电压。调节器10通过设置电阻44和45的电阻之间的比率，能够从PNP晶体管43的集电极获得低于电源电压(Vdd)的预定输出电压。此外，PNP晶体管43的集电极成为与第一和第二输入级放大器2和4的输入运算放大器21、31的电源相连的调节器10的输出端。
接下来，将对音频信号输出设备1的操作进行描述。当输入电源电压(Vdd)时，调节器10操作并且邻近的数字IC，如DSP和CODEC，其位于与音频信号输出设备1相同的衬底上，也在相同时间实质上进行操作。这些数字IC在电源电压(Vdd)和地之间的最大振荡下进行操作，所以，产生很大的噪声，该噪声叠加在电源电压(Vdd)上。然而，第一和第二输入级放大器2和4能够接收来自调节器10的稳定电源供给，而与来自数字IC的噪声无关。所以，借助于输入级放大器2，将音频信号反相并放大，而不受噪声影响。通过输入级放大器4将输出级放大器3的输出反相，而不受噪声影响。
这里，受来自数字IC的噪声影响的电源电压(Vdd)构成了输出级放大器3和5的电源。然而，输入到输出级放大器3和5的输入级放大器2和4的输出信号不受噪声影响，并且输出级放大器3和5具有BTL结构。输出级放大器3和5以实质上相同的定时进行操作，并抵消了普通模式噪声，意味着该噪声的影响可以忽略不计。此外，调节器10不向消耗大量电能的输出级放大器3和5供电。所以，小电流容量，更特别地200到300μA，是适当的。所以，调节器10所辐射的热量较小，并且无需设置散热片。因此，衬底上由调节器10占用的面积较小，并且与现有技术相比，可以将封装成本维持在较低的水平。
此外，尽管可以与模拟IC分离地设置调节器10，因为电流容量可以较小，也可以在与模拟IC相同的集成电路上形成调节器10，借此可以获得进一步的成本降低。
此外，本发明并不局限于上述实施例。在权利要求中的各项的范围内，多种设计修改都是可能的。
权利要求
1.一种音频信号输出设备，包括第一输入级放大器，其通过反相并放大输入到其中的音频信号产生输出；第一输出级放大器，其通过电流放大输入到其中的第一输入级放大器的输出信号来产生输出，以驱动扬声器的驱动输入的一端；第二输入级放大器，其通过反相输入到其中的第一输出级放大器的输出信号来产生输出；第二输出级放大器，其通过电流放大输入到其中的第二输出级放大器的输出信号来产生输出，以驱动扬声器的驱动输入的另一端；以及调节器，与电源电压连接，并输出低于电源电压的预定恒定电压，其中第一和第二输入级放大器采用调节器作为电源，而第一和第二输出级放大器采用电源电压作为电源。
2.按照权利要求1所述的音频信号输出设备，其特征在于所述第一输出级放大器包括第一和第二输出运算放大器，通过电阻，将所述第一输入级放大器的输出信号输入到其反相输入端；第一晶体管，将所述第一输出运算放大器的输出信号输入到其中；以及第二晶体管，将所述第二输出运算放大器的输出信号输入到其中，其中所述第一和第二晶体管串联在电源电压和地之间，并且将所述第一和第二晶体管之间的节点通过电阻连接到所述第一和第二运算放大器的反相输入端上，并成为所述第一输出级放大器的输出；以及所示第二输出级放大器包括第三和第四输出运算放大器，通过电阻，将所述第二输入级放大器的输出信号输入到其反相输入端；第三晶体管，将所述第三输出运算放大器的输出信号输入到其中；以及第四晶体管，将所述第四输出运算放大器的输出信号输入到其中，其中所述第三和第四晶体管串联在电源电压和地之间，并且将所述第三和第四晶体管之间的节点通过电阻连接到所述第三和第四运算放大器的反相输入端上，并成为所述第二输出级放大器的输出。
3.按照权利要求1或2所述的音频信号输出设备，其特征在于所述调节器包括参考电压发生部分；放大器，将参考电压发生部分的输出信号输入到其反相输入端；以及PNP晶体管，将放大器的输出信号输入到其基极，其发射极与电源电压相连，其集电极通过两个电阻接地，其中两个电阻之间的节点与放大器的同相输入端相连，并且PNP晶体管的集电极是所述调节器的输出端。
全文摘要
一种音频信号输出设备，抑制来自数字IC的噪声通过电源的影响并且允许降低成本。所述音频信号输出设备包括调节器，能够稳定地供应电能，而与来自数字IC的噪声无关。将音频信号输入其中的第一输入级放大器以及反相第一输入级放大器的输出第二输入级放大器采用调节器的输出作为电源，而驱动扬声器并消耗大量电能的第一和第二输出级放大器直接采用电源电压(Vdd)作为电源。
文档编号H03F1/00GK1581679SQ20041005593
公开日2005年2月16日 申请日期2004年7月30日 优先权日2003年8月12日
发明者稻垣亮介 申请人:罗姆股份有限公司