音频放大装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种音频放大装置，包括第一差动放大器、第一缓冲器与共模反馈电路。第一差动放大器依据差动输入信号产生差动输出信号。其中，差动输出信号包括第一输出信号与第二输出信号。第一缓冲器依据第一输出信号产生音频信号。共模反馈电路、第一缓冲器与第一差动放大器形成一反馈回路，且音频放大装置通过反馈回路控制第一差动放大器的偏压状态，以将音频信号的直流电平调整至箝制电压。
【专利说明】
音频放大装置
技术领域
[0001]本发明是有关于一种音频放大装置，且特别是有关于一种可操作在无电容模式的音频放大装置。
【背景技术】
[0002]音频放大器(aud1 amplifier)依其驱动组态可分为电容式模式(cap mode)与无电容模式(capless mode) 0举例来说，图1为音频放大器的应用示意图。如图1的上半部所示，音频放大器110可操作在无电容模式下，因此音频放大器110可通过直流耦合(DC-coupled)的方式来推动后端的负载101。另一方面，如图1的下半部所示，音频放大器120可操作在电容模式下，因此音频放大器120与负载101之间必须设置耦合电容130，以使音频放大器120通过交流耦合(AC-coupled)的方式来推动后端的负载101。
[0003]换言之，操作在无电容模式下的音频放大器往往无法直接驱动后端的负载，而必须额外设置耦合电容，进而增加音频放大器的应用成本。此外，音频放大器在应用上可能受到环境中串音(crosstalk)干扰的影响，进而降低其输出质量。因此，如何设计出适用于无电容模式的音频放大器，并提高音频放大器抗串音干扰的能力，已是此领域技术人员所致力的目标。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种音频放大装置，利用共模反馈电路、缓冲器与差动放大器所形成的反馈回路来调整音频信号的直流电平。藉此，音频放大装置将适于操作在无电容模式下，进而有助于降低应用成本。此外，音频放大装置是通过差动放大器来接收差动输入信号，进而有助于提升抗串音干扰的能力。
[0005]本发明的音频放大装置，包括第一差动放大器、第一缓冲器与共模反馈电路。第一差动放大器依据差动输入信号产生差动输出信号。其中，差动输出信号包括第一输出信号与第二输出信号。第一缓冲器依据第一输出信号产生音频信号。共模反馈电路、第一缓冲器与第一差动放大器形成一反馈回路，且音频放大装置通过反馈回路控制第一差动放大器的偏压状态，以将音频信号的直流电平调整至箝制电压。
[0006]本发明的音频放大装置，具有单端输出端，并包括第一差动放大器、第一缓冲器与共模反馈电路。第一差动放大器具有第一输入端、第二输入端、第一输出端与第二输出端，并通过第一输出端与第二输出端输出第一输出信号与第二输出信号。第一缓冲器电性连接在第一输出端与单端输出端之间，并依据第一输出信号产生音频信号。共模反馈电路电性连接单端输出端、第二输出端与第二输入端以形成一反馈回路。音频放大装置通过反馈回路控制第一差动放大器的偏压状态，以将音频信号的直流电平调整至箝制电压，且音频放大装置通过单端输出端不平衡地输出音频信号。
[0007]基于上述，本发明的音频放大装置利用共模反馈电路、缓冲器与差动放大器所形成的反馈回路，来调整音频信号的直流电平。藉此，音频放大装置将适于操作在无电容模式下，进而有助于降低应用成本。此外，音频放大装置是通过差动放大器来接收差动输入信号，进而有助于提升抗串音干扰的能力。
[0008]为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
【附图说明】
[0009]图1为首频放大器的应用不意图；
[0010]图2为本发明一实施例的音频放大装置的示意图；
[0011]图3为本发明一实施例的音频放大装置的部分示意图；
[0012]图4为本发明另一实施例的音频放大装置的部分示意图；
[0013]图5为本发明又一实施例的音频放大装置的部分示意图。
[0014]附图标记说明:
[0015]110、120:音频放大器；
[0016]130:耦合电容；
[0017]101:负载；
[0018]200:音频放大装置；
[0019]201:单端输出端；
[0020]210、232、250:差动放大器；
[0021]220、430:缓冲器；
[0022]230:共模反馈电路；
[0023]231:检测器；
[0024]241、242:可变电阻；
[0025]261、262:电阻；
[0026]IN:差动输入信号；
[0027]IN_N:第一输入信号；
[0028]IN_P:第二输入信号；
[0029]OUT:差动输出信号；
[0030]0UT_P:第一输出信号；
[0031]0UT_N:第二输出信号；
[0032]SAU:音频信号；
[0033]SCM:共模信号；
[0034]VCL:箝制电压；
[0035]VST:基准电压；
[0036]VPP、VNG、VDD、GND:电源电压；
[0037]SFB:反馈信号；
[0038]310:输入级；
[0039]320、420:电流源；
[0040]330,410:输出级；
[0041]SRF:参考信号；
[0042]MPll ?MP18、MP21、MP22、MP31、MP32、MP41、MP42:P 型晶体管；
[0043]MNll ?MN14、MN21 ?MN24:N 型晶体管；
[0044]VBll ?VB15、VB21、VB22:偏压电压。
【具体实施方式】
[0045]图2为本发明一实施例的音频放大装置的示意图。如图2所示，本实施例的音频放大装置200具有一单端输出端201，并可通过单端输出端201不平衡地输出一音频信号SAIL此外，音频放大装置200包括差动放大器210、缓冲器220与共模反馈电路230。差动放大器210可例如是一 AB类放大器。此外，差动放大器210会依据一差动输入信号IN产生一差动输出信号OUT。举例来说，差动输入信号IN包括第一输入信号IN_N与第二输入信号IN_P，且差动放大器210的第一输入端与第二输入端用以接收第一输入信号IN_N与第二输入信号IN_P。相对地，差动输出信号OUT包括第一输出信号0UT_P与第二输出信号0UT_N，且差动放大器210的第一输出端与第二输出端用以输出第一输入信号IN_N与第二输入信号IN_P。
[0046]缓冲器220耦接在差动放大器210的第一输出端与音频放大装置200的单端输出端201之间。此外，缓冲器220依据第一输出信号0UT_P产生一音频信号SAIL再者，共模反馈电路230电性连接音频放大装置200的单端输出端201以及差动放大器210的第二输出端与第二输入端，以形成一反馈回路。也即，共模反馈电路230、缓冲器220与差动放大器210可形成一反馈回路。音频放大装置200通过反馈回路控制差动放大器210的偏压状态，以将音频信号SAU的直流电平调整至一箝制电压VCL。
[0047]举例来说，差动放大器210所接收的差动输入信号IN的直流电平相等于基准电压VST (例如，0.9伏特)，且差动输入信号IN的振幅范围可例如是从O伏特至1.8伏特。此夕卜，在反馈回路的作用下，差动放大器210所输出的音频信号SAU的直流电平将被调整至箝制电压VCL(例如，O伏特)，且音频信号SAU的振幅范围可例如是从-0.9伏特至0.9伏特。
[0048]换言之，音频放大装置200可通过反馈回路来调整音频信号SAU的直流电平。藉此，在实际应用上，音频放大装置200将可直接利用音频信号SAU来驱动后端的负载，因此音频放大装置200可操作在无电容模式下，进而可以有效地降低音频放大装置200的应用成本。此外，在实际应用上，音频放大装置200也可搭配一耦合电容来驱动后端的负载，因此音频放大装置200也可应用在电容模式下。
[0049]除此之外，差动放大器210是采用差动输入的架构，因此具有较佳的抗噪声能力，进而有助于提升音频放大装置200抵抗串音干扰的能力。再者，音频放大装置200所输出的音频信号SAU为一单端信号。换言之，音频放大装置200为一单端输出(single-endedoutput)的音频放大装置。因此，在实际应用上，音频放大装置200可有效地减少其与后端负载之间的连接线，进而可进一步地降低应用成本。
[0050]更进一步来看，音频放大装置200还包括可变电阻241、可变电阻242与差动放大器250。其中，可变电阻241耦接在差动放大器210的第一输入端与缓冲器220的输出端之间，且可变电阻242耦接在差动放大器210的第二输入端与第二输出端之间。音频放大装置200可通过可变电阻241与可变电阻242来调整其操作特性。
[0051]差动放大器250用以产生差动输入信号IN。此外，由于差动输入信号IN的直流电平不同于音频信号SAU的直流电平，因此差动放大器250与差动放大器210分别操作在不同的电源电压下。举例来说，在一实施例中，差动放大器210是操作在电源电压VPP (例如，
0.9V)与电源电压VNG(例如，-0.9V)下，且差动放大器250是操作在电源电压VDD(例如，1.8V)与电源电压GND(例如，0V)下。
[0052]请继续参照图2，共模反馈电路230包括检测器231与差动放大器232。其中，检测器231用以检测音频信号SAU与第二输出信号0UT_N之间的共模信号SCM。举例来说，检测器231包括电阻261与电阻262。电阻261的第一端接收音频信号SAU，电阻261的第二端耦接电阻262的第一端，且电阻262的第二端接收第二输出信号0UT_N。藉此，检测器231将可通过电阻261与电阻262检测出音频信号SAU与第二输出信号0UT_N的平均值，进而可通过电阻261的第二端产生共模信号SCM。
[0053]差动放大器232的第一输入端接收共模信号SCM，且差动放大器232的第二输入端接收箝制电压VCL。此外，差动放大器232会响应于共模信号SCM与箝制电压VCL产生反馈信号SFB，以控制差动放大器210的偏压状态。藉此，因应差动放大器232的两输入端虚短路的特性，音频信号SAU的直流电平将可通过反馈回路逐渐趋近于箝制电压VCL。
[0054]值得一提的是，共模反馈电路230可通过控制差动放大器210中的输出级或是电流源，来控制差动放大器210的偏压状态。举例来说，图3为本发明一实施例的音频放大装置的部分示意图。如图3所示，差动放大器210包括输入级310、电流源320与输出级330。其中，输入级310接收差动输入信号IN。电流源320耦接输入级310，并用以提供一偏压电流。输出级330耦接输入级310，并用以产生差动输出信号OUT。在操作上，输入级310可依据差动输入信号IN来控制流经输入级310的电流，以使输出级330产生相应的差动输出信号OUT。此外，差动放大器210会依据反馈信号SFB来控制电流源320所产生的偏压电流，以调整其本身的偏压状态。换言之，共模反馈电路230可通过控制差动放大器210中的电流源320，来控制差动放大器210的偏压状态。
[0055]此外，图4为本发明另一实施例的音频放大装置的部分示意图。在图4实施例中，差动放大器210中的输出级410至少偏压在一偏压电压下，且差动放大器210是将反馈信号SFB作为所述的偏压电压，以调整其本身的偏压状态。此外，图4实施例中的电流源420则不受共模反馈电路230的控制。换言之，共模反馈电路230可通过控制差动放大器210中的输出级330，来控制差动放大器210的偏压状态。至于图4实施例中差动放大器210中各元件的细节操作已包含在上述实施例中，故在此不予赘述。
[0056]值得注意的是，图2与图3实施例中的音频放大装置200是在差动放大器210的后端设置单一的缓冲器220，且共模反馈电路230是通过检测音频信号SAU与第二输出信号0UT_N来产生反馈信号SFB。然而，在另一实施例中，音频放大装置200也可在差动放大器210的后端同时设置两缓冲器，且共模反馈电路230可通过检测两缓冲器所输出的信号来产生反馈信号SFB。
[0057]举例来说，在图4实施例中，音频放大装置200还包括缓冲器430。其中，缓冲器430会依据第二输出信号生一参考信号SRF。此外，检测器231可检测音频信号SAU与参考信号SRF之间的共模信号SCM。此外，差动放大器232可依据共模信号SCM与箝制电压VCL来产生反馈信号SFB。换言之，图3中的共模反馈电路230是通过检测两缓冲器220与430所输出的参考信号SRF与音频信号SAU来产生反馈信号SFB。
[0058]此外，缓冲器430的驱动能力可以小于缓冲器220的驱动能力。也即，在一实施例中，缓冲器430的尺寸小于缓冲器220的尺寸，进而有助于降低音频放大装置200的设计成本。以此类推，本领域技术人员也可依据设计所需，选择性地在图2与图3实施例中额外设置一缓冲器，并利用额外所设置的缓冲器来放大第二输出信号0UT_N，以使共模反馈电路230可通过检测两缓冲器所输出的信号来产生反馈信号SFB。
[0059]为了使本领域技术人员能更了解本发明，图5为本发明又一实施例的音频放大装置的部分示意图，且以下将参照图5来列举图4的输入级310、输出级410、电流源420、缓冲器220、缓冲器430与差动放大器232的细节结构。
[0060]如图5所示，输入级310包括P型晶体管MPll与P型晶体管MP12。其中，P型晶体管MP11的第一端耦接电流源420，P型晶体管MP11的第二端耦接输出级410，且P型晶体管MPll的控制端接收第一输入信号IN_N。P型晶体管MP12的第一端耦接P型晶体管MPll的第一端，P型晶体管MP12的第二端耦接输出级410，且P型晶体管MP12的控制端接收第二输入信号IN_P。藉此，差动放大器210将可利用P型晶体管MPll与P型晶体管MP12来形成一差动对，以藉此接收差动输入信号IN。
[0061]输出级410包括P型晶体管MP13?MP16与N型晶体管丽11?丽14。其中，P型晶体管MP13的第一端耦接P型晶体管MPll的第二端，P型晶体管MP13的第二端接收电源电压VPP，且P型晶体管MP13的控制端接收偏压电压VB11 (也即，反馈信号SFB)。P型晶体管MP14的第一端输出第一输出信号0UT_P，P型晶体管MP14的第二端耦接P型晶体管MP13的第一端，且P型晶体管MP14的控制端接收偏压电压VB12。P型晶体管MP15的第一端耦接P型晶体管MP12的第二端，P型晶体管MP15的第二端接收电源电压VPP，且P型晶体管MP15的控制端接收偏压电压VB11。P型晶体管MP16的第一端输出第二输出信号0UT_N，P型晶体管MP16的第二端耦接P型晶体管MP15的第一端，且P型晶体管MP16的控制端接收偏压电压VB12。
[0062]N型晶体管丽11的第一端耦接P型晶体管MP14的第一端，N型晶体管丽11的控制端接收偏压电压VB13。N型晶体管丽12的第一端耦接N型晶体管丽11的第二端，N型晶体管丽12的第二端接收电源电压VNG，且N型晶体管丽12的控制端接收偏压电压VB14。N型晶体管MN13的第一端耦接P型晶体管MP16的第一端，N型晶体管MN13的控制端接收偏压电压VB13。N型晶体管丽14的第一端耦接N型晶体管丽13的第二端，N型晶体管丽14的第二端接收电源电压VNG，N型晶体管丽14的控制端接收偏压电压VB14。藉此，输出级410将可形成折叠式串叠(folded cascode)结构，进而有助于增加差动放大器210的输出阻抗，从而提升差动放大器210的增益。
[0063]电流源420包括P型晶体管MP17与P型晶体管MP18。其中，P型晶体管MP17的第一端接收电源电压VNG，且P型晶体管MP17的控制端接收偏压电压VB14。P型晶体管MP18的第一端耦接P型晶体管MP17的第二端，P型晶体管MP18的第二端耦接P型晶体管MPll的第一端，且P型晶体管MP18的控制端接收偏压电压VB13。在此，P型晶体管MP17与P型晶体管MP18偏压分别在偏压电压VB14与偏压电压VB13下，以藉此产生偏压电流。
[0064]缓冲器220包括P型晶体管MP21与P型晶体管MP22。其中，P型晶体管MP21的第一端输出音频信号SAU，P型晶体管MP21的第二端接收电源电压VPP，且P型晶体管MP21的控制端接收偏压电压VB15。P型晶体管MP22的第一端接收电源电压VNG，P型晶体管MP22的第二端耦接P型晶体管MP21的第一端，且P型晶体管MP22的控制端耦接P型晶体管MP14的第一端，以接收第一输出信号OUT_P。
[0065]相似地，缓冲器430也可由两P型晶体管MP31与MP32所构成。其中，P型晶体管MP31与MP32相互串接。此外，P型晶体管MP31的控制端接收偏压电压VB15，且P型晶体管MP32的控制端耦接P型晶体管MP16的第一端，以接收第二输出信号0UT_N。此外，在一实施例中，缓冲器430的驱动能力小于缓冲器220的驱动能力。因此，缓冲器430中两P型晶体管MP31与MP32的尺寸分别小于缓冲器220中两P型晶体管MP21与MP22的尺寸。
[0066]差动放大器232包括N型晶体管丽21?丽24、P型晶体管MP41与P型晶体管MP42。其中，N型晶体管丽21的控制端耦接电阻261的第二端，以接收共模信号SCM。N型晶体管丽22的控制端接收箝制电压VCL。P型晶体管MP41的第一端耦接N型晶体管丽21的第一端，P型晶体管MP41的第二端接收电源电压VPP，且P型晶体管MP41的控制端与第一端电性相连。P型晶体管MP42的第一端耦接N型晶体管丽22的第一端，P型晶体管MP42的第二端接收电源电压VPP，且P型晶体管MP42的控制端与第一端电性相连。
[0067]N型晶体管丽23的第一端耦接N型晶体管丽21的第二端与N型晶体管丽22的第二端，N型晶体管MN23的控制端接收偏压电压VB21。N型晶体管丽24的第一端耦接N型晶体管丽23的第二端，N型晶体管丽24的第二端接收电源电压VNG，N型晶体管丽24的控制端接收偏压电压VB22。在此，差动放大器232通过N型晶体管丽21与丽22形成一差动对，以接收共模信号SCM与箝制电压VCL。N型晶体管丽23与N型晶体管丽24用以提供一偏压电流。P型晶体管MP41与P型晶体管MP42用以形成主动负载，以使差动放大器232可通过P型晶体管MP42的第一端产生反馈信号SFB。
[0068]综上所述，本发明的音频放大装置是利用共模反馈电路、缓冲器与差动放大器所形成的反馈回路，来控制差动放大器的偏压状态，并藉此将音频信号的直流电平调整至一箝制电压。如此一来，在实际应用上，音频放大装置将可直接利用音频信号来驱动后端的负载，进而可操作在无电容模式下，并有助于降低音频放大装置的应用成本。此外，本发明的音频放大装置具有单端输出的结构，故可有效地减少音频放大装置与后端负载之间的连接线，进而可进一步地降低音频放大装置的应用成本。再者，差动放大器是采用差动输入架构来接收差动输入信号，故有助于提升音频放大装置抗串音干扰的能力。
[0069]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
【主权项】
1.一种音频放大装置，其特征在于，包括: 一第一差动放大器，依据一差动输入信号产生一差动输出信号，其中该差动输出信号包括一第一输出信号与一第二输出信号； 一第一缓冲器，依据该第一输出信号产生一音频信号；以及 一共模反馈电路，其中该共模反馈电路、该第一缓冲器与该第一差动放大器形成一反馈回路，且该音频放大装置通过该反馈回路控制该第一差动放大器的偏压状态，以将该音频信号的直流电平调整至一箝制电压。2.根据权利要求1所述的音频放大装置，其特征在于，该共模反馈电路包括: 一检测器，检测该音频信号与该第二输出信号之间的一共模信号；以及 一第二差动放大器，依据该共模信号与该箝制电压产生一反馈信号，且该第二差动放大器利用该反馈信号控制该第一差动放大器中的一输出级或是一电流源。3.根据权利要求1所述的音频放大装置，其特征在于，该音频放大装置还包括一第二缓冲器，该第二缓冲器依据该第二输出信号产生一参考信号，且该共模反馈电路包括: 一检测器，检测该音频信号与该参考信号之间的一共模信号；以及 一第二差动放大器，依据该共模信号与该箝制电压产生一反馈信号，其中该第二差动放大器利用该反馈信号控制该第一差动放大器中的一输出级或是一电流源。4.根据权利要求3所述的音频放大装置，其特征在于，该第二缓冲器的驱动能力小于该第一缓冲器的驱动能力。5.根据权利要求1所述的音频放大装置，其特征在于，该第一差动放大器包括: 一输入级，接收该差动输入信号； 一电流源，耦接该输入级，并提供一偏压电流；以及 一输出级，耦接该输入级，并至少偏压在一第一偏压电压下，以产生该差动输出信号， 其中，该共模反馈电路通过该反馈回路产生一反馈信号，且该第一差动放大器依据该反馈信号控制该偏压电流，或是将该反馈信号作为该第一偏压电压。6.根据权利要求1所述的音频放大装置，其特征在于，该第一差动放大器的第一输入端与第二输入端用以接收该差动输入信号，该第一差动放大器的第一输出端与第二输出端用以输出该差动输出信号，且该音频放大装置还包括: 一第一可变电阻，親接在该第一差动放大器的第一输入端与该第一缓冲器的输出端之间；以及 一第二可变电阻，親接在该第一差动放大器的第二输入端与第二输出端之间。7.根据权利要求1所述的音频放大装置，其特征在于，还包括一第二差动放大器，该第二差动放大器产生该差动输入信号，且该差动输入信号的直流电平不同于该音频信号的直流电平。8.根据权利要求1所述的音频放大装置，其特征在于，该音频放大装置适于操作在一无电容模式下。9.一种音频放大装置，其特征在于，具有一单端输出端，还包括: 一第一差动放大器，具有一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端与一第二输出端，并通过该第一输出端与该第二输出端输出一第一输出信号与一第二输出信号； 一第一缓冲器，电性连接在该第一输出端与该单端输出端之间，并依据该第一输出信号产生一音频信号；以及 一共模反馈电路，电性连接该单端输出端、该第二输出端与该第二输入端以形成一反馈回路，其中该音频放大装置通过该反馈回路控制该第一差动放大器的偏压状态，以将该音频信号的直流电平调整至一箝制电压，且该音频放大装置通过该单端输出端不平衡地输出该音频信号。10.根据权利要求9所述的音频放大装置，其特征在于，该共模反馈电路包括: 一检测器，检测该音频信号与该第二输出信号之间的一共模信号；以及 一第二差动放大器，依据该共模信号与该箝制电压产生一反馈信号，且该第二差动放大器利用该反馈信号控制该第一差动放大器中的一输出级或是一电流源。11.根据权利要求9所述的音频放大装置，其特征在于，该音频放大装置还包括一第二缓冲器，该第二缓冲器依据该第二输出信号产生一参考信号，且该共模反馈电路包括: 一检测器，检测该音频信号与该参考信号之间的一共模信号；以及 一第二差动放大器，依据该共模信号与该箝制电压产生一反馈信号，其中该第二差动放大器利用该反馈信号控制该第一差动放大器中的一输出级或是一电流源。12.根据权利要求11所述的音频放大装置，其特征在于，该第二缓冲器的驱动能力小于该第一缓冲器的驱动能力。13.根据权利要求9所述的音频放大装置，其特征在于，该第一差动放大器包括: 一输入级，接收一差动输入信号； 一电流源，耦接该输入级，并提供一偏压电流；以及 一输出级，親接该输入级，并至少偏压在一第一偏压电压下，以产生该第一输出信号与该第二输出信号， 其中，该共模反馈电路通过该反馈回路产生一反馈信号，且该第一差动放大器依据该反馈信号控制该偏压电流，或是将该反馈信号作为该第一偏压电压。
【文档编号】H03F3/45GK105991098SQ201510039459
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年1月27日
【发明人】林文胜
【申请人】力智电子股份有限公司