专利名称：具有提高的噪声特性的音频放大电路的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及电子电路，特别涉及用于音频系统的放大电路。
背景技术：
在将音频放大电路的工作状态由播放切换为静音、或由静音切换为播放的过程中，很多音频放大电路会产生可以察觉的响声。产生这一现象的主要原因是，音频放大电路输入节点的输入电流并不相互匹配，从而在电路中引入了输入电压差。该响声听起来通常像“啪啪”声。由于这种“啪啪”声会干扰用户，因此需要消除或者至少减小该“啪啪”声。图1示出了传统的用于解决“啪啪”声的音频放大电路。该放大电路包括第一运算放大器11以及第二运算放大器12，其共同组成了差动放大电路。第一运算放大器11的同相输入节点41通过第一电容13耦接至第一端点51。第二运算放大器12的同相输入节点42耦接至第二端点52，而该第二端点52还通过第二电容14接地。该第一端点51用于接收音频信号，而第二端点52被设置作为相对于该音频信号的交流地。第一运算放大器11 的第一输出节点45通过第一电阻15耦接至第一运算放大器11的反相输入节点43。第二运算放大器12的第二输出节点46通过第二电阻16耦接至第二运算放大器12的反相输入节点44。运算放大器11、12的输出节点45、46间耦接有负载17，该负载17通常为扬声器， 该扬声器可以基于其流过的电流而发出声音。运算放大器11与12的反相输入节点43与 44间设置有串联连接的第三电阻18与第四电阻19。该第三电阻18与第四电阻19的公共端通过串联连接的第五电阻20与第三电容21耦接至地。该串联连接的第五电阻20与第三电容21具有滤除噪声以及调整放大电路频率响应的作用。该放大电路还包括参考电路单元，用于向运算放大器11、12的同相输入节点41、 42提供参考电压。该参考电路单元包括第六电阻22、第七电阻23、第八电阻M、第四电容 25、第九电阻沈以及第十电阻27。该第六电阻22与第七电阻23串联连接在电源VCC与地之间并构成了分压器，用于设置节点53的电压并将其作为参考电压。例如，电阻22、23采用相同的电阻值，参考电压即被设置为电源VCC电压的1/2。电阻22与23的公共端，即节点53耦接至第八电阻M的一端。而第八电阻的另一端则作为参考节点M，该参考节点M 通过第四电容25耦接至地，该第四电容25可以抑制电源VCC的电源噪声。参考节点M通过第九电阻沈耦接至第一运算放大器11的同相输入节点41，并通过第十电阻27耦接至第二运算放大器12的同相输入节点42。之所以如此设计该放大电路，主要是为了减少“啪啪”声。为了更生动、准确地还原声音，音频电路通常具有多路信号通道，例如2路或4路通道。仍参考图1，该放大电路是 4通道的音频放大电路。因此，由输入节点42流入第二电容14的第二输入电流Iin2需要4 倍于由输入节点41流入第一电容13的第一输入电流Iinl。而当输入节点41和42上没有加载输入信号时，这两个输入节点上不应有电压差。因此，还要求电容13和14的电容值比率应与输入电流Iinl和Iin2的比例一致。同时，为了达到电流匹配的要求，分别耦接至不同同相输入节点的第九电阻26与第十电阻27也应与流过的输入电流相匹配，即第九电阻沈的电阻值应4倍于第十电阻27的电阻值。然而，由于第一电容13与第二电容14经常会不匹配，很难保证第一电容13与第二电容14能够满足上述要求。电容13与14的不匹配会显著地影响放大电路的正常工作， 并且难以完全消除“啪啪”声，特别是在电源显著波动的情况下，例如车载电源会在车辆启动时显著变化。图2示出了在电源产生大幅脉冲时，图1的放大电路中给定节点上电压随时间的变化。曲线Vs示出了电源电压随时间的变化。曲线Vinl示出了输入节点41的电压随时间的变化。曲线Vin2示出了输入节点42的电压随时间的变化。输入节点41上电压的稳定时间，也就是上升或下降时间，主要由电容13以及输入电流Iinl决定，而输入节点42上电压的稳定时间由电容14以及输入电流Iin2决定。然而，这些电容的比例很难与流入该电容的输入电流的比例保持一致，这使得输入节点41与42上电压具有如图2所示的不同的稳定时间。如图3，曲线Vinl-Vin2示出了输入节点41和42间的电压差。进一步地，经由放大电路的放大作用，所述电压差会进一步反映在负载17上。由于放大电路具有较高的放大增益， 因此，负载17上的电压足以引起可察觉且令人不悦的噪声。此外，第一电容13与第二电容14间的器件失配还会在放大电路中引入例如全球移动通信系统(Global System for Mobile Communication，GSM)的电磁噪声，这些电磁噪声也会被运算放大器11和12所放大。因此，需要一种具有较好噪声特性的音频放大电路。
发明内容
在本发明的一个实施例中，公开了一种放大电路。所述放大电路包括第一电路单元，用于接收并放大第一输入电压和第二输入电压，并产生输出电压，其中所述第一电路单元包括第一放大器与第二放大器；第二电路单元，用于提供第一补偿电流，所述第一补偿电流与所述第一放大器的第一输入电流相关，以补偿所述第一输入电流的变化；以及第三电路单元，用于提供第二补偿电流，所述第二补偿电流与所述第二放大器的第二输入电流相关，以补偿所述第二输入电流的变化。在本发明的另一实施例中，所述第一补偿电流与所述第一输入电流基本相等，而所述第二补偿电流与所述第二输入电流基本相等。在本发明的又一实施例中，所述第二电路单元包括第一电流镜，所述第一电流镜用于镜像所述第一输入电流；所述第三电路单元包括第二电流镜，所述第二电流镜用于镜像所述第二输入电流。在本发明的再一实施例中，所述第一放大器含有作为输入级的第一双极型晶体管对，所述第一双极型晶体管对由第一 MOS晶体管提供的第一参考电流所偏置，而所述第一电流镜包括第一双极型晶体管、第二 MOS晶体管、第三MOS晶体管以及第四MOS晶体管，其中，所述第二MOS晶体管用于提供第二参考电流，所述第二MOS晶体管的源极与所述第一双极型晶体管的发射极相耦接，所述第一双极型晶体管的集电极、所述第三MOS晶体管的源极以及第四MOS晶体管的源极均耦接至第一电源节点，所述第一双极型晶体管的基极与所述第三MOS晶体管的漏极、栅极，以及所述第四MOS晶体管的栅极相耦接，而所述第四MOS 晶体管的漏极耦接至用于接收所述第一输入电压的第一输入节点；而所述第二电流镜具有与所述第一电流镜相同的结构。上文已经概括而非宽泛地给出了本公开内容的特征。本公开内容的附加特征将在此后描述，其形成了本发明权利要求的主题。本领域技术人员应当理解，可以容易地使用所公开的构思和具体实施方式
，作为修改和设计其他结构或者过程的基础，以便执行与本发明相同的目的。本领域技术人员还应当理解，这些等同结构没有脱离所附权利要求书中记载的本发明的主旨和范围。
为了更完整地理解本公开以及其优点，现在结合附图参考以下描述，其中。图1示出了一种传统的音频放大电路；图2和3示出了在电源产生大幅脉冲时，图1的放大电路中给定节点上电压随时间的变化；图4示出了根据本发明一个实施例的放大电路；图5示出了根据本发明另一实施例的放大电路的示例性结构；图6示出了根据图5的实施例的PSRR特性的仿真结果；图7示出了当电源不稳定时，图1的放大电路中给定节点上电压随时间的变化；图8示出了当电源不稳定时，图5的放大电路中给定节点上电压随时间的变化；图9示出了图5中放大电路的第一放大器与第二电路单元的电路细节示意图。除非指明，否则不同附图中的相应标记和符号一般表示相应的部分。绘制附图是为了清晰地示出本公开内容的实施方式的有关方面，而未必是按照比例绘制的。为了更为清晰地示出某些实施方式，在附图标记之后可能跟随有字母，其指示相同结构、材料或者过程步骤的变形。
具体实施例方式下面详细讨论实施例的实施和使用。然而，应当理解，所讨论的具体实施例仅仅示范性地说明实施和使用本发明的特定方式，而非限制本发明的范围。图4示出了根据本发明一个实施例的放大电路。在该实施例中，放大电路用于放大信号，例如音频信号，而该放大电路由例如车载电池的电源供电。在其他的一些实施例中，该放大电路可以被使用在例如电视机、移动电话或者其他电子产品中，并且由相应的电如图4所示，在一个实施例中，放大电路包括第一电路单元101，该第一电路单元 101用于接收并放大第一输入电压和第二输入电压，并产生输出电压，其中第一电路单元 101包括第一放大器111与第二放大器112。在该实施例中，第一放大器111和第二放大器 112是分别具有两个输入节点的运算放大器。第一电路单元101的这两个运算放大器桥接为差动放大电路，用于放大由第一放大器111接收的第一输入电压以及由第二放大器112 接收的第二输入电压之间的电压差。因此，第一电路单元101产生的输出电压由该电压差， 以及差动放大电路的增益确定，该增益会在下文进行说明。放大电路还包括第二电路单元102，该第二电路单元103用于提供第一补偿电流 Iosl,该第一补偿电流I。sl与第一放大器111的第一输入电流Iinl相关，以补偿第一输入电流Iinl的变化；以及第三电路单元103，该第三电路单元103用于提供第二补偿电流I。s2，该第二补偿电流Ios2与第二放大器112的第二输入电流Iin2相关，以补偿所述第二输入电流 Iin2的变化。在一个实施例中，第一输入电流Iinl是流入第一放大器111的一个输入节点的电流，而第二输入电流Iin2是流入第二放大器112的一个输入节点的电流。由于补偿电流与输入电流相关，即该补偿电流分别随对应的输入电流变化，例如，补偿电流正比于输入电流，因此，补偿电流可以补偿输入电流的变化，从而使得输入电流不会流入输入节点所耦接的耦合电容或输入电容。因此，当未接收到输入信号时，输入节点间的失配电压差值很小或者几乎没有。在优选的实施例中，第一补偿电流I。sl与第一输入电流Iinl基本相等，而第二补偿电流Ios2与第二输入电流Iin2基本相等，这使得输入电流的变化可以分别被各自的补偿电流所抵消。对于第一电路单元中的放大器，输入电流的变化可以是由电源的波动所引起的，因此，相较于图1中传统的放大电路，本实施例中的放大电路具有更好的电源抑制比 (Power Supply Rejection Ratio，PSRR)。图5示出了根据本发明另一实施例的放大电路的示例性结构。如图5所示，放大电路包括第一电路单元、第二电路单元以及第三电路单元。第一电路单元包括第一放大器111与第二放大器112，该第一放大器111具有第一输入节点 141、第三输入节点143以及第一输出节点145，该第二放大器112具有第二输入节点142、 第四输入节点144以及第二输出节点146。在该实施例中，第一输入节点141与第二输入节点142是放大器的同相输入节点，而第三输入节点143与第四输入节点144是放大器的反相输入节点。正如前述，第一放大器111在第一输入节点141接收第一输入电压和第一输入电流，而第二放大器112在第二输入节点142接收第二输入电压和第二输入电流。第三输入节点143通过第一电阻114耦接至第一输出节点145，第四输入节点144通过第二电阻116耦接至第二输出节点146，第三输入节点143通过阻抗单元107耦接至第四输入节点 144。该第一电路单元被设置为差动放大电路结构，因而放大电路在第一输出节点145与第二输出节点146间产生输出电压。在优选的实施例中，第一电路单元还包括负载117，该负载117耦接于第一输出节点145与第二输出节点146间，通常为扬声器，该扬声器可以基于其流过的电流而发出声音。负载117两端的输出电压V。ut由下述表达式确定Vout = V01-V02 = (WZ)/Z X (Vinl-Vin2)其中，R1和&分别代表电阻114与116的电阻值，Z代表阻抗单元107的阻抗值， M V01, V02, Vinl以及Vin2分别代表输出节点145、146以及输入节点141、142上的电压值。阻抗单元107可以包括电阻和/或电容。在一个实施例中，阻抗单元107包括电阻，其两端分别耦接至第三输入节点143与第四输入节点144。在另一实施例中，阻抗单元 107包括第四电阻118、第五电阻119、第六电阻120以及第一电容121，其中，所述第四电阻 118与第五电阻120串联连接于所述第三输入节点143及第四输入节点144间，所述第四电阻118与第五电阻120的公共端通过串联连接的第六电阻120与第一电容121耦接至第一电源节点。该第一电源节点可以是地或负电源节点。串联连接的第六电阻120与第一电容121具有滤波及调整放大电路频率响应的作用。应该理解，第一电路单元的电路示意图仅为示例，任何具有两个输入节点的放大电路均属于本发明的范围。图5的放大电路还包括第四电路单元，该第四电路单元用于向第一电路单元提供参考电压。如图5所示，第四电路单元包括耦接于第二电源节点与第一电源节点间的分压器 105，该分压器105具有串联连接的第七电阻122与第八电阻123。第二电源节点可以是正电源节点。第七电阻122与第八电阻123的公共端通过第九电阻126向第一放大器111提供参考电压，通过第十电阻127向第二放大器112提供参考电压。在一个实施例中，第九电阻126与第十电阻127具有相同的电阻值。在优选的实施例中，第四电路单元还包括低通滤波器106，用于在向第一电路单元提供参考电压前，滤除参考电压中的高频噪声。可选地，低通滤波器106包括第十一电阻 124与第四电容125，该第四电容125可以耦接至第一电源节点。根据图5所示的实施例，放大电路还包括第二电容113和第三电容114。第二电容 113的一端耦接至第一输入节点141，第二电容113的另一端用于接收第一输入电压Vinl，因而该第二电容113作为滤除第一输入电压Vinl中低频噪声的耦合电容。第三电容114的一端耦接至该第二输入节点142，第三电容114的另一端耦接至第一电源节点，因而该第三电容114作为滤除第二输入电压Vin2中高频噪声的耦合电容。在图4中，第二电路单元102与第三电路单元103分别用于补偿输入节点141、142 的输入电流的变化。根据图5的实施例，第二电路单元102包括第一电流镜130，该第一电流镜130用于镜像第一输入电流Iinl，第三电路单元103包括第二电流镜131，该第二电流镜131用于镜像第二输入电流Iin2。由于输入电流被完整地镜像，因此，该输入电流会被各自的电流镜拉至第一电源节点，而不会有输入电流流入耦合电容113和114中。因此，当输入电压不包含有交流成分时，即未接收到例如音频信号的输入信号时，电容113和114的电压将不会变化，输入失配可以被完全补偿。图6示出了根据图5的实施例的PSRR特性的仿真结果。曲线PSRR1示出了图1放大电路的PSRR特性随频率的变化，而曲线PSRR2示出了图5的实施例的PSRR特性随频率的变化。与图1中传统的放大电路相比，图5的放大电路在低频段具有更好的噪声抑制能力。由于音频信号的频率通常在20kHz以下，而且电源中的噪声也集中在低频段，因此图5 的放大电路具有较优的PSRR特性。图7和8示出了当电源不稳定时，图1和5的放大电路中给定节点上电压随时间的变化。曲线v。n示出了图1的负载17上的输出电压的变化，曲线Vpm示出了图5的负载 117上的输出电压的变化。该输出电压的变化是因电路的工作状态由静音切换为播放，或由播放切换为静音所引起的。如图8所示，与图1中传统的放大电路相比，图5实施例中负载 117上的输出电压变化较小，由该负载产生的声音可以忽略。仍参考图5，在可选的实施例中，电容113和114具有相同的电容值。因此，由电容113、114耦合入电路的电磁噪声，例如GSM噪声，会在输入节点141、142上加载相同的电压，因而输入节点间的电压差极小，不会产生作用于负载117上的能够测得的输出电压。该电路设置进一步提高了在存在电磁噪声时，实施例中放大电路的噪声特性。图9示出了图5中放大电路的第一放大器与第二电路单元的电路细节示意图。第二放大器以及第三电路单元可以采用与该第一放大器以及第二电路单元相同的电路结构。如图9所示，第一放大器含有作为输入级的第一双极型晶体管对166、167，该第一双极型晶体管对166、167由第一 MOS晶体管161提供的第一参考电流I,efl所偏置。在一个实施例中，第一 MOS晶体管161的栅极耦接至第五MOS晶体管168的栅极，该第五MOS晶体管168的栅极与源极耦接至第一电流源170。第一 MOS晶体管161与第五MOS晶体管168 共同构成了电流镜。当放大电路正常工作时，第一电流源170产生恒定电流I。。，该恒定电流I。。流过第五MOS晶体管168，因而，该电流镜产生与恒定电流I。。相对应的第一参考电流 Ireflo该第一参考电流Irefl的表达式由下述等式确定 λ {W I L\ τ
权利要求
1.一种放大电路，包括第一电路单元(101)，用于接收并放大第一输入电压和第二输入电压，并产生输出电压，其中所述第一电路单元(101)包括第一放大器(111)与第二放大器(112)；第二电路单元(102)，用于提供第一补偿电流，所述第一补偿电流与所述第一放大器的第一输入电流相关，以补偿所述第一输入电流的变化；以及第三电路单元(103)，用于提供第二补偿电流，所述第二补偿电流与所述第二放大器的第二输入电流相关，以补偿所述第二输入电流的变化。
2.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，所述第一补偿电流与所述第一输入电流基本相等，且所述第二补偿电流与所述第二输入电流基本相等。
3.根据权利要求2所述的放大电路，其特征在于，所述第二电路单元(10 包括第一电流镜(130)，所述第一电流镜(10 用于镜像所述第一输入电流；所述第三电路单元(103) 包括第二电流镜(131)，所述第二电流镜(131)用于镜像所述第二输入电流。
4.根据权利要求3所述的放大电路，其特征在于，所述第一放大器包括作为输入级的第一双极型晶体管对，所述第一双极型晶体管对由第一 MOS晶体管(161)提供的第一参考电流所偏置，且所述第一电流镜包括第一双极型晶体管(165)，第二MOS晶体管(162)，第三 MOS晶体管(163)以及第四MOS晶体管(164)，其中，所述第二 MOS晶体管(162)用于提供第二参考电流，所述第二 MOS晶体管(162)的源极与所述第一双极型晶体管(165)的发射极相耦接，所述第一双极型晶体管(165)的集电极、所述第三MOS晶体管(163)的源极以及所述第四MOS晶体管(164)的源极均耦接至第一电源节点，所述第一双极型晶体管(165) 的基极与所述第三MOS晶体管(163)的漏极、栅极，以及所述第四MOS晶体管(164)的栅极相耦接，所述第四MOS晶体管(164)的漏极耦接至用于接收所述第一输入电压的第一输入节点(141)；且所述第二电流镜具有与所述第一电流镜相同的结构。
5.根据权利要求4所述的放大电路，其特征在于，所述第二参考电流是所述第一参考电流的1/2，且所述第一双极型晶体管与所述第一双极型晶体管对的每个双极型晶体管相同。
6.根据权利要求5所述的放大电路，其特征在于，所述第一参考电流与所述第二参考电流基于同一个电流源产生。
7.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，所述第一输入电流与所述第二输入电流具有不同的电流值。
8.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，所述第一放大器(111)具有第一输入节点(141)、第三输入节点(14 以及第一输出节点(145)，所述第二放大器(11 具有第二输入节点(142)、第四输入节点(144)以及第二输出节点(146)，其中，所述第一放大器(111)用于在所述第一输入节点(141)接收所述第一输入电压及所述第一输入电流，所述第二放大器(11 用于在所述第二输入节点(14 接收所述第二输入电压及所述第二输入电流；所述第三输入节点(14 通过第一电阻(114)耦接至所述第一输出节点(145)，所述第四输入节点(144)通过第二电阻(116)耦接至所述第二输出节点 (146)，所述第三输入节点(14 通过阻抗单元(107)耦接至所述第四输入节点(144)，所述放大电路在所述第一输出节点(14 与所述第二输出节点(146)间产生所述输出电压。
9.根据权利要求8所述的放大电路，其特征在于，所述阻抗单元(107)包括电阻。
10.根据权利要求8所述的放大电路，其特征在于，所述阻抗单元(107)包括第四电阻 (118)、第五电阻(119)、第六电阻(120)以及第一电容(121)，其中，所述第四电阻(118)与所述第五电阻(119)串联耦接至所述第三输入节点(14 及所述第四输入节点(144)间， 所述第四电阻(118)与所述第五电阻(119)的公共端通过串联连接的所述第六电阻(120) 与所述第一电容(121)耦接至第一电源节点。
11.根据权利要求8所述的放大电路，其特征在于，还包括负载(117)，所述负载耦接于所述第一输出节点(145)与所述第二输出节点(146)间。
12.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，还包括第四电路单元，所述第四电路单元用于向所述第一电路单元(101)提供参考电压。
13.根据权利要求12所述的放大电路，其特征在于，所述第四电路单元包括耦接于第二电源节点与第一电源节点间的分压器(105)，所述分压器(10 具有串联连接的第七电阻(122)与第八电阻(123)，所述第七电阻(122)与所述第八电阻(123)的公共端通过第九电阻(1 )向所述第一放大器(111)提供参考电压且通过第十电阻(127)向所述第二放大器(11 提供参考电压。
14.根据权利要求13所述的放大电路，其特征在于，所述第四电路单元还包括低通滤波器(106)，用于在向所述第一电路单元提供所述参考电压前，滤除所述参考电压的噪声。
15.根据权利要求13所述的放大电路，其特征在于，所述第九电阻(126)与所述第十电阻(127)的阻值相同。
16.根据权利要求12所述的放大电路，其特征在于，还包括第二电容(11 与第三电容(114)，其中所述第二电容(11 的一端耦接至所述第一输入节点(141)，所述第二电容 (113)的另一端用于接收所述第一输入电压；所述第三电容(114)的一端耦接至所述第二输入节点(142)，所述第三电容的另一端耦接至所述第一电源节点。
17.根据权利要求16所述的放大电路，其特征在于，所述第二电容(11 与所述第三电容(114)的电容值相同。
18.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，所述第一电路单元(101)还包括一个或多个放大器，用于分别接收一个或多个输入电压，所述放大电路还产生一个或多个输出电压，所述一个或多个输出电压分别与所述一个或多个输入电压及所述第二输入电压之间的电压差相关；所述放大电路还包括一个或多个电路单元，用于分别提供与所述一个或多个放大器的输入电流相关的补偿电流，以分别补偿所述输入电流的变化。
全文摘要
一种放大电路，包括第一电路单元，用于接收并放大第一输入电压和第二输入电压，并产生输出电压，其中所述第一电路单元包括第一放大器与第二放大器；第二电路单元，用于提供第一补偿电流，所述第一补偿电流与所述第一放大器的第一输入电流相关，以补偿所述第一输入电流的变化；以及第三电路单元，用于提供第二补偿电流，所述第二补偿电流与所述第二放大器的第二输入电流相关，以补偿所述第二输入电流的变化。
文档编号H03F1/26GK102570987SQ201010624729
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者李祥生, 钟国华 申请人:意法半导体研发(深圳)有限公司