交换音频功率放大器的爆音抑制方法

专利名称：交换音频功率放大器的爆音抑制方法
技术领域：
本发明涉及交换音频功率放大器及爆音抑制方法，特别是涉及利用多个 控制开关逐渐开启或关闭的方式来抑制爆音的交换音频功率放大器。
背景技术：
音频功率放大器在电源开启或关闭时，在声音信号由无到有与由有到无
的过程之中，若转换不够平滑，往往会引起令听者不舒服的爆音(PopNoise)。 图1A-1D为脉冲由无到有与由有到无时，经过一低通滤波器所产生的波形。 如图1A所示，当输入信号只有一个脉沖时，该输入信号经过低通滤波器后 会出现上下两个突波。如图1B所示，当输入信号为一连串的脉冲时，该输 入信号经过低通滤波器后则不会产生突波。但图1B的一连串脉沖一定会有 开始(电源开启Power On)与结束(电源关闭Power Off),如图1C与图ID即 为所对应的开始与结束的信号。所以，如图1C与图1D所示，其输入信号 经过低通滤波器后还是会出现突波。该突波若达到人耳所能辨识的大小时， 便会造成扰人的爆音。
一般的音频功率放大器分为模拟式功率放大器(输出信号的振幅会改变) 与交换式音频功率放大器(输出信号的振幅固定)。而模拟式功率放大器的爆 音抑制已有许多专利提出，例如美国专利4,788,508、 5,682,121、 6,157,726、 6,516,067等。但这些专利都为配合模拟式功率输出的电路，对于原本即不连 续的交换式音频功率放大器并不适用。

发明内容
有鉴于上述问题，本发明的目的是提出一种利用逐渐开启或关闭多个晶 体管开关的电路来抑制爆音的交换音频功率放大器。
为达到上述目的，本发明交换音频功率放大器，包括一脉宽调制信号产 生器，用来产生一脉宽调制信号； 一计数单元，根据该脉宽调制信号产生多 个累计数值krl(N,所述累计数值k,-kN分属不同的N个时间区段；N个开关晶体管，互相并联且其导通与断开由所述累计数值k「kN所决定；以及一阻
抗开关单元，其斥册极接收一交换音频信号，另有一端耦接于所述开关晶体管， 且于该端输出信号。
由于N个开关晶体管分别在不同时间开启或关闭，所以本发明交换音 频功率放大器可有效抑制爆音。


图1A-1D为脉沖由无到有与由有到无时，经过一低通滤波器所产生的波形。
图2A显示脉冲振幅由0逐渐变大的波形。 图2B显示脉沖振幅由大逐渐变0的波形。 图3显示发明交换音频功率放大器的电路图。
图4A显示本发明交换音频功率放大器在电源启动时的输出电压Vout、
控制信号S以及开关晶体管导通个数的示意图。
图4B显示本发明交换音频功率放大器在电源关闭时的输出电压Vout、
控制信号S以及开关晶体管导通个数的示意图。
图5为本发明交换音频功率放大器第一实施例的方块图。 图6为本发明交换音频功率放大器第二实施例的方块图。 图7A显示第二实施例的系统启动时的脉宽调制信号与输出电压Vout
的示意图。
图7B显示第二实施例的系统关闭时的脉宽调制信号与输出电压Vout 的示意图。
附图符号说明
30、 40、 60 交换音频功率放大器
31调整晶体管
32开关晶体管单元
32r32N多个开关晶体管
33 阻抗开关单元
41斜波信号产生器
42 计数单元43緩冲器
45脉宽调制信号产生器 64 开关单元
具体实施例方式
以下参考附图详细说明本发明的交换音频功率放大器及爆音抑制的方法。
图3为本发明交换音频功率放大器的电路图。如该图所示，本发明的交 换音频功率放大器30包括一调整晶体管31、多个开关晶体管32,-32N、以及 一阻抗开关单元33。
调整晶体管31与多个开关晶体管32,-32N并联之后，再与阻抗开关单元 33串联。调整晶体管31的栅极接收一控制信号S藉以逐渐改变阻抗值。而 多个开关晶体管32,-32N，互相并联并接收一组开关信号Y,-Yn的控制，藉 以逐渐个别导通或断路。阻抗开关单元33的栅极接收交换音频信号，而一 端耦接于调整晶体管31与多个开关晶体管32,-32n,且该端点O定义为一输 出端来输出信号。
若能在电源开启时将输出信号的脉冲振幅由小逐渐变大，如图2A显示 脉冲振幅由0逐渐变大的波形，以及在电源关闭时将输出信号的脉冲振幅由 大逐渐变小，如图2B显示脉沖振幅由大逐渐变0的波形，便能将突波变得 很小，让人耳无法察觉，而有效抑制爆音的产生。
因此，当该交换音频功率放大器开始启动时，调整晶体管31接收控制 信号S后逐渐改变阻抗值，且该控制信号S由低电平OV到高电平5V反复 变化。当控制信号S到达高电平5V时，利用开关信号增加一个开关晶体管 导通，同时该控制信号S变回低电平OV。此时因调整晶体管31与多个开关 晶体管32r32N的阻抗值远大于阻抗开关单元33的阻抗值，故输出电压Vout 的振幅极小，所以产生的爆音极小而人耳无法察觉。而当该交换音频功率放 大器预备关闭时，调整晶体管31接收控制信号S后逐渐改变阻抗值，且该 控制信号S由高电平5V到低电平OV变化。当控制信号S到达低电平OV时， 利用开关信号减少一个开关晶体管导通，同时该控制信号S变回高电平5V。
图4A显示本发明交换音频功率放大器在电源启动时的输出电压Vout、 控制信号S、时钟信号CLK、脉宽调制信号PWM、以及开关晶体管导通个数的示意图。本发明交换音频功率放大器30通过调整晶体管31的阻抗值逐 渐改变以及多个开关晶体管32广32N逐渐个别导通，使得输出电压Vout的电 压也逐渐提升。因此，输出电压Vout即可呈现图2A的逐渐上升波形，进而 有效减少电源启动时的突波所产生的爆音。
图4B显示本发明交换音频功率放大器在电源关闭时的输出电压Vout、 控制信号S、时钟信号CLK、脉宽调制信号PWM、以及开关晶体管导通个 数的示意图。本发明交换音频功率放大器30通过调整晶体管31的阻抗值逐 渐改变以及多个开关晶体管32,-32N逐渐个别关闭，使得输出电压Vout的电 压也逐渐降低。因此，输出电压Vout即可呈现图2B的逐渐降低波形，进而 有效减少电源关闭时的突波所产生的爆音。
图5为本发明交换音频功率放大器第一实施例的方块图。如该图所示， 本发明交换音频功率放大器60包括一调整晶体管31、一开关晶体管单元32、 一阻抗开关单元33、 一斜波信号产生器41、 一计数单元42、 一緩冲器43、 一脉宽调制信号产生器45、以及一开关单元64。
斜波信号产生器41用来产生一控制信号S,并根据一模式信号UP/DN 来改变该控制信号S的斜率为正或为负。当该控制信号S到达第一阈值(在 本实施例为控制信号S的最低电压)或第二阈值(在本实施例为控制信号S的 最高电压)时，产生一周期脉冲RDY。计数单元42以周期脉冲RDY作为计 数信号，藉以计算周期脉沖RDY的数目，并产生一计数值C作为开关信号 Y广Yn。该计数单元42并根据模式信号UP/DN来进行上数或下数的控制。 且该计数单元42于该计数值为O或等于一默认值(即为多个开关晶体管的个 数N)时，产生一转换信号SLEW使得该斜波信号产生器41停止运作。
开关单元64如图5所揭示，接收该转换信号SLEW以及脉宽调制信号 产生器45所产生的脉宽调制信号，并于该计数值C为0时致使阻抗开关单 元33停止运作，而在计数值C为N时则致使阻抗开关单元33维持其切换 功能。
緩冲器43配置于计数单元42与开关晶体管单元32之间，藉以驱动多 个开关晶体管32,-32N。当然，若计数单元42的驱动能力足以驱动多个开关 晶体管32。2n,则该緩冲器43可以省略。模式信号UP/DN为第一模式时 表示电源启动，此时控制信号S的斜率为正且计数单元42进行上数UP，因 此多个开关晶体管32,-32N逐渐个别导通。相反的，当模式信号UP/DN为第二模式时表示电源关闭，此时控制信号S的斜率为负且计数单元42进行下 数DN，因此多个开关晶体管32r32w逐渐个别断路。
以下详细说明本发明交换音频功率放大器60的操作流程且假设开关晶 体管的个数N二5。
模式信号UP/DN为第一模式当该交换音频功率放大器60被开启电源 时，斜波信号产生器41反复产生一斜率为正的控制信号S,并于该控制信 号S为第二阈值时(例如5V)产生一周期脉冲RDY。因此，调整晶体管31的 栅极接收该控制信号S藉以逐渐减少阻抗值。同时，计数单元42计数周期 脉冲RDY并进行上数，产生计数值C,、 C2、 C3、 Q与Cs作为开关信号Y,、 Y2、 Y3、 Y4与Y5，用来个别驱动开关晶体管32,、 322、 323、 324与325。且 当该计数值等于5时，该计数单元42将转换信号SLEW致能使斜波信号产 生器41保持最后状态。因此，当电源开启时，通过多个开关晶体管32，、 322、 323、 324、 325逐渐个别导通，输出信号Vout的脉冲振幅由小逐渐变大，进 而达到有效减少突波所产生的爆音情形。
模式信号UP/DN为第二模式当该交换音频功率放大器60被关闭电源 时，斜波信号产生器41反复产生一斜率为负的控制信号S,并于该控制信 号S为第一阈值时(例如OV)产生一周期脉沖RDY。因此，调整晶体管31的 栅极接收该控制信号S藉以逐渐增加阻抗值。同时，计数单元42计数周期 脉沖RDY并进行下数，产生计数值C,、 C2、 C3、 Ct与Cs作为开关信号Y,、 Y2、 Y3、 Y4与Ys，用来个别驱动开关晶体管32,、 322、 323、 324与325。且 当该计数值等于0时，该计数单元42将转换信号SLEW致能使斜波信号产 生器41保持最后状态。因此，当电源关闭时，通过多个开关晶体管32,、 322、 323、 324、 325逐渐个别断路，输出信号Vout的脉冲振幅由大逐渐变小，进 而达到有效减少突波所产生的爆音情形。
图6为本发明交换音频功率;^大器第二实施例的方块图。如该图所示， 交换音频功率放大器40包括一开关晶体管单元32、 一阻抗开关单元33、 一 计数单元42、 一緩冲器43、以及一脉宽调制信号产生器45。该交换音频功 率放大器根据脉宽调制信号产生器45所提供的脉宽调制信号产生一计数值 C作为开关信号Y,-YN,该计数值C由累计数值k,-kN所决定，其中k「kN得 以是对应第1区段-第N区段的脉宽调制信号于该第1区段-第N区段的脉波 数或是任一参考时钟信号于该第1区段-第N区段的脉波数。本实施例的其余操作原理与第一实施例雷同，因此不再多做赘述。
以下将以图7A以及图7B说明第二实施例的工作原理。如图7A所示， 经由脉宽调制信号产生器45所提供的脉宽调制信号可依序得到N个区段的 累计数值krkN，根据所得的累计数值k,-kw是否分别达到相对应区段所预设 的数值，再分别逐步导通多个开关晶体管32r32N,而每当多导通一开关晶 体管时，输出电压Vout即提升一等级，因此，输出电压Vout便呈逐渐上升 的态势，进而有效减少电源启动时的突波所产生的爆音。如图7B所示，比 照图7A可根据所得的累计数值k,-kN是否达到所预设数值，再分别逐步关闭 多个开关晶体管32,-32N，而每当多关闭一开关晶体管时，输出电压Vout电 压即调降一等级。因此，输出电压Vout便呈逐渐下降的态势，进而有效减 少电源关闭时的突波所产生的爆音。输出电压Vout逐步提升或调降的原理 在上一实施例中已述及，因此将不再赘述。
在上述的实施例中，本发明在N个区段所要达到的预设数值假设为 K,-KN,则可选择符合K^K^K3.. .>KN的条件以求电源开启与关闭的过程平 顺，意即在电源开启初期，累计数值krkN需要较多的脉波数才得以达到预 设数值KrKN而在电源关闭末期，累计数值krkN需要较多的脉波数才得以 达到预设数值KrKw,但此并非用以限定本发明的权利范围，亦即在不符合 该条件之下此装置也可正常运作。
以下说明本发明交换音频功率放大器的爆音抑制方法。本发明交换音频 功率放大器具有一调整晶体管、多个开关晶体管、以及阻抗开关单元，且该 调整晶体管与多个开关晶体管互相并联，之后再与该阻抗开关单元串联耦 接，且调整晶体管与该阻抗开关单元串联耦接的节点定义为输出点来产生输 出信号。该交换音频功率放大器的爆音抑制方法包括下列步骤
产生一斜波信号，并根据一模式信号来改变该斜波信号的斜率为正或为 负，并在该斜波信号到达一第一阈值或一第二阈值时产生一周期脉冲；
改变该调整晶体管的阻抗值，利用该斜波信号控制该调整晶体管来逐渐 改变该调整晶体管的阻抗值；
产生一组开关信号，计数该周期脉冲后产生一计数值作为该开关信号， 并根据该模式信号来进行上数或下数，且于该计数值为0或等于一默认值时 将一转换信号致能；以及
控制该多个开关晶体管，根据该开关信号的控制；
9其中该模式信号为第 一模式表示电源启动，此时该斜波信号的斜率为正
且该计数单'元进行上数，而该多个开关晶体管逐渐个别导通；而该模式信号
为第二模式表示电源关闭，此时该斜波信号的斜率为负且该计数单元进行下 数，而该多个开关晶体管逐渐个别断路。
以上虽以实施例说明本发明，但并不因此限定本发明的范围，只要不脱 离本发明的要旨，本领域技术人员可进行若干的变形或变更。
权利要求
1. 一种交换音频功率放大器，包括一脉宽调制信号产生器，用来产生一脉宽调制信号；一计数单元，根据该脉宽调制信号产生多个累计数值k1-kN，所述累计数值k1-kN分属不同的N个时间区段；N个开关晶体管，互相并联且其导通与断开由所述累计数值k1-kN所决定；以及一阻抗开关单元，其栅极接收一交换音频信号，另有一端耦接于所述开关晶体管，且于该端输出信号。
2. 如权利要求1所述的交换音频功率放大器，其中kx为对应的第X时 间区段内该脉宽调制信号或一参考时钟信号于该第X时间区段的脉波数，其 中X=l-N。
3. 如权利要求1所述的交换音频功率放大器，当开始启动时，累计数值 kx于第X时间区段达到该区段所预设的数值Kx,并导通所迷开关晶体管的 其中之一，其中X-l-N。
4. 如权利要求1所述的交换音频功率放大器，当预备关闭时，累计数值 kx于第X时间区段达到该区段所预设的数值，并断开所述开关晶体管的其 中之一，其中X=l-N。
5. 如权利要求1所述的交换音频功率放大器，当开始启动时，越初期的 时间区段的预设的数值Kx越大，当预备关闭时，越末期的时间区段的预设 的数值Kx越大，其中X-1-N。
6. —种交换音频功率放大器，包括多个开关晶体管，互相并联并接收一组开关信号的控制，藉以逐渐个别 导通或断路；一调整晶体管，与所述开关晶体管并联，其栅极接收一控制信号藉以逐 渐改变阻抗值；以及一阻抗开关单元，其栅极接收一交换音频信号， 一端耦接于该调整晶体 管与所迷开关晶体管，且于该端输出信号。
7. 如权利要求6所述的交换音频功率放大器，其中当该交换音频功率放 大器开始启动时，该调整晶体管接收该控制信号后逐渐降低阻抗值，且该控制信号由低电平到高电平变化，当控制信号到达高电平时，利用该开关信号 增加一个开关晶体管导通同时该控制信号变回低电平。
8. 如权利要求6所述的交换音频功率放大器，其中当该交换音频功率放 大器预备关闭时，该调整晶体管接收该控制信号后逐渐提高阻抗值，且该控 制信号由高电平到低电平变化，当控制信号到达低电平时，利用该开关信号 减少一个开关晶体管导通同时该控制信号变回高电平。
9. 如权利要求6所述的交换音频功率放大器，其还包括 一斜波信号产生器，用来产生该控制信号，并根据一模式信号来改变该控制信号的斜率为正或为负，并在该控制信号到达一第一阈值或一第二阈值 时产生一周期脉冲；以及一计数单元，计数该周期脉冲后产生一计数值作为该开关信号，并根据 该模式信号来进行上数或下数，且于该计数值为0或等于一默认值时将一转 换信号致能。
10. 如权利要求9所述的交换音频功率放大器，其中该第一阈值为该斜 波信号的最低电压，该第二阈值为该斜波信号的最高电压。
11. 如权利要求9所述的交换音频功率放大器，其中该模式信号表示电 源启动时，该控制信号的斜率为正且该计数单元进行上数，而所述开关晶体 管逐渐个别导通，而在该模式信号表示电源关闭时，该控制信号的斜率为负 且该计数单元进行下数，而该多个开关晶体管逐渐个别断路。
12. —种交换音频功率放大器的爆音抑制方法，该交换音频功率放大器 包括多个开关晶体管以及一阻抗开关单元，其中所述开关晶体管互相并联， 而该阻抗开关单元其^f册极接收一交换音频信号，另有一端耦接于所述开关晶 体管，且于该端输出信号，该爆音抑制方法包括下列步骤当开始启动时，每经过一时间区段即导通所述开关晶体管的其中之一；以及当预备关闭时，每经过一时间区段即断开所迷开关晶体管的其中之一； 其中导通与断开由 一组开关信号所控制。
13. 如权利要求12所述的爆音抑制方法，该组开关信号由一脉宽调制信 号所产生的多个累计数值或由 一周期脉沖所产生的 一计数值所决定。
全文摘要
一种交换音频功率放大器及其爆音抑制方法。该交换音频功率放大器，包括一脉宽调制信号产生器，用来产生一脉宽调制信号；一计数单元，根据该脉宽调制信号产生多个累计数值k₁-k_N，所述累计数值k₁-k_N分属不同的N个时间区段；N个开关晶体管，互相并联且其导通与断开由所述累计数值k₁-k_N所决定；以及一阻抗开关单元，其栅极接收一交换音频信号，另有一端耦接于所述开关晶体管，且于该端输出信号。由于N个开关晶体管分别在不同时间开启或关闭，所以本发明交换音频功率放大器可有效抑制爆音。
文档编号H03G3/20GK101453198SQ20071019629
公开日2009年6月10日 申请日期2007年12月7日 优先权日2007年12月7日
发明者王则坚 申请人:瑞昱半导体股份有限公司