音频放大器及应用其的电子装置与瞬时噪声抑制方法

音频放大器及应用其的电子装置与瞬时噪声抑制方法
【专利摘要】本发明公开了一种音频放大器及应用其的电子装置与瞬时噪声抑制方法。所述音频放大器包括前置放大电路、输出级电路以及延迟开关电路。前置放大电路响应于前级控制信号而致能或禁能，其中前置放大电路于致能时放大音频输入信号以产生音频放大信号。输出级电路响应于后级控制信号而致能或禁能，其中输出级电路于致能时将所接收的信号转换为音频输出信号。延迟开关电路依据电源启动信号提供前级控制信号与后级控制信号，从而令前置放大电路与输出级电路间隔一段延迟时间而依序致能或禁能，并且基于后级控制信号而决定是否将音频放大信号提供至输出级电路。
【专利说明】音频放大器及应用其的电子装置与瞬时噪声抑制方法

【技术领域】
[0001]本发明是有关于一种音讯放大技术，且特别是有关于一种音频放大器及应用其的电子装置与瞬时噪声抑制方法。

【背景技术】
[0002]一般电子装置在开关机过程中，其扬声器常常会因为音频放大器的噪声影响而发出尖锐的噪音，从而令使用者视听感受不佳。究其原因，一般是因为用以驱动扬声器的音频放大器的输出端电压突然发生激烈变化，而造成扬声器将所述电压变化转换为尖锐刺耳的声音输出。除了造成使用者在使用上的不舒适外，有时过大的突波电流更会破坏扬声器中高敏感度的元件，所以很多音频放大装置都将如何消除爆音噪声作为主要的设计目标。
[0003]更具体地说，一般音频放大器的噪声产生因素主要有二: 一是因音频放大器的输出端电压发生快速的准位变动所造成；二是因音频放大器电路本身的瞬时噪声(transit1n noise)效应所造成。
[0004]其中，上述因第一项因素所造成的噪声，在现行的应用中，通常会采用具有预充电机制的音频放大器架构来解决。其通过在音频放大器致能之前，预先对音频放大器的输出端进行缓慢的充电，以令音频放大器的输出端不会有大幅地准位变动。
[0005]然而，对于上述因第二项因素所造成的噪声而言，由于其肇因于音频放大器的内部电路的既有电路特性，因此在现有技术下，仅能透过降低电路带宽的方式来加以抑制。否则即必须大幅改动音频放大器的电路设计。


【发明内容】

[0006]本发明提供一种音频放大器及应用其的电子装置与瞬时噪声抑制方法，其可在不须降低电路带宽的前提下，有效地抑制瞬时噪声的效应。
[0007]本发明的音频放大器包括前置放大电路、输出级电路以及延迟开关电路。前置放大电路接收音频输入信号，并且响应于前级控制信号而致能或禁能，其中前置放大电路于致能时放大音频输入信号以产生音频放大信号。输出级电路响应于后级控制信号而致能或禁能，其中输出级电路于致能时将所接收的信号转换为音频输出信号。延迟开关电路耦接于前置放大电路与输出级电路之间，用以依据电源启动信号提供前级控制信号与后级控制信号，从而令前置放大电路与输出级电路间隔延迟时间依序致能或禁能，并且基于后级控制信号而决定是否将音频放大信号提供至输出级电路。
[0008]在本发明一实施例中，延迟开关电路包括隔离开关以及延迟单元。隔离开关耦接于前置放大电路与输出级电路之间，其中隔离开关受控于后级控制信号而导通或截止，从而决定是否将音频放大信号提供至输出级电路。延迟单元耦接前置放大电路、隔离开关以及输出级电路，用以产生与电源启动信号同步的第一信号，并且根据延迟时间延迟第一信号以产生第二信号。其中，延迟单元依据电源启动信号的准位切换而以第一信号与第二信号其中之一为前级控制信号，并且以地依信号与第二信号其中之另一为后级控制信号。
[0009]在本发明一实施例中，当电源启动信号从禁能准位切换至致能准位时，延迟单元以第一信号为前级控制信号并且以第二信号为后级控制信号，从而令前置放大电路先响应于前级控制信号而致能，再于延迟时间后令输出级电路响应于后级控制信号而致能并同时导通隔离开关。
[0010]在本发明一实施例中，当电源启动信号从致能准位切换至禁能准位时，延迟单元以第二信号为前级控制信号并且以第一信号为后级控制信号，从而令输出级电路先响应于后级控制信号而禁能并同时截止隔离开关，再于延迟时间后令前置放大电路响应于后级控制信号而禁能。
[0011]在本发明一实施例中，前置放大电路包括前置放大器、输出控制级以及偏压单元。前置放大器具有负输入端、正输入端以及输出端。前置放大器的负输入端接收音频输入信号，且前置放大器的正输入端接收参考电压。输出控制级耦接前置放大器的输出端，并依据前置放大器的输出而产生音频放大信号。偏压单元用以提供前置放大器与输出控制级运作所需的工作电压。
[0012]在本发明一实施例中，输出控制级系以浮接电流源组态(floating currentsource configurat1n)所构成。
[0013]在本发明一实施例中，输出级系以推挽式组态(push-pull configurat1n)所构成。
[0014]本发明的电子装置，包括如前所述的音频放大器、反馈电路、隔离电容以及扬声器。反馈电路耦接于音频放大器的输入端与输出端之间，用以将音频输出信号反馈至前置放大电路。扬声器经由隔离电容耦接音频放大器，用以将音频输出信号转换为声音输出。
[0015]本发明的音频放大器的瞬时噪声抑制方法包括以下步骤:依据电源启动信号而提供用以控制前置放大电路的前级控制信号与用以控制输出级电路的后级控制信号，从而令前置放大电路与输出级电路间隔延迟时间依序致能或禁能；以及基于后级控制信号而决定是否将前置放大电路所产生的音频放大信号提供至输出级电路。
[0016]在本发明一实施例中，所述瞬时噪声抑制方法还包括:当电源启动信号从禁能准位切换至致能准位时，提供与电源启动信号同步的前级控制信号，以先致能前置放大电路；以及提供基于延迟前级控制信号所产生的后级控制信号，以于延迟时间后再致能输出级电路并同时将音频放大信号提供至输出级电路。
[0017]在本发明一实施例中，所述瞬时噪声抑制方法还包括:当电源启动信号从致能准位切换至禁能准位时，提供与电源启动信号同步的后级控制信号，以先禁能输出级电路并同时停止将音频放大信号提供至输出级电路；以及提供基于延迟后级控制信号所产生的前级控制信号，以于延迟时间后再禁能前置放大电路。
[0018]基于上述，本发明实施例提出一种音频放大器及应用其的电子装置与瞬时噪声抑制方法。所述音频放大器可通过具顺序性且有间隔地致/禁能方式来控制前级的前置放大电路与后级的输出级电路，并且同步地配合输出级电路的致能时序而将前置放大电路所输出的音频放大信号提供至输出级电路。基此，无论在电源启动或电源关闭时，前置放大电路的切换皆不会对输出级电路所输出的音频输出信号造成影响，故音频放大器的瞬时噪声可在无须降低电路带宽的前提下而有效地降低/抑制，进而提高用户收听的质量与舒适度。
[0019]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，并配合所附图式作详细说明如下。

【专利附图】

【附图说明】
[0020]图1A与IB为一种电子装置的示意图。
[0021]图2为本发明一实施例的电子装置的示意图。
[0022]图3为依照图2实施例的音频放大器的信号时序示意图。
[0023]图4为本发明一实施例的音频放大器的电路架构示意图。
[0024]图5A与5B为依照图4实施例的音频放大器与传统音频放大器的特性比较示意图。
[0025]图6为本发明一实施例的音频放大器的瞬时噪声抑制方法的步骤流程图。
[0026]符号说明
[0027]20:电子装置
[0028]200:音频放大器
[0029]210:前置放大电路
[0030]212:前置放大器
[0031]214:输出控制级
[0032]216:偏压单元
[0033]220:输出级电路
[0034]230:延迟开关电路
[0035]232:隔离开关
[0036]234:延迟单元
[0037]Ce:隔离电容
[0038]FB:反馈电路
[0039]LD:扬声器
[0040]PU:电源启动信号
[0041]PUF:前级控制信号
[0042]PUO:后级控制信号
[0043]Rf:电阻
[0044]S1:第一信号
[0045]S2:第二信号
[0046]S_A1:音频输入信号
[0047]S_AMP、S_AMP’:音频放大信号
[0048]S_A0:音频输出信号
[0049]VCM:参考电压

【具体实施方式】
[0050]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0051]图1A与IB为一种电子装置的示意图。请先参照图1A，电子装置10包括音频放大器(aud1 amplifier) 100以及扬声器LD,其中音频放大器100经由隔离电容Ce f禹接至扬声器LD。
[0052]具体而言，音频放大器100可用以将所接收的音频输入信号S_AI转换为音频输出信号S_A0。隔离电容Ce可用以隔绝音频输出信号S_A0的直流成分，并且将隔绝直流成分后的音频输出信号S_A0’提供给扬声器LD,从而令扬声器LD响应于音频输出信号S_A0’而转换出相应的声音输出。于此架构下，在电子装置10启动/关闭的瞬间，由于音频输出信号S_A0会发生快速的准位切换(例如启动时从接地准位GND快速提升至参考电压准位Vcm)，使得音频输出信号S_A0’会因隔离电容Ce的突波电流(spike current)而发生瞬间的准位变动，从而令扬声器LD发出尖锐的噪音。其中，所述因电压准位快速切换而造成的噪声，一般称之为爆音噪声(pop-noise)。
[0053]在现行的应用中，通常会采用软启动(soft-start)或无电容(Capless)的架构来消除所述爆音噪声的现象。以图1B的具软启动机制的电子装置10’为例，电子装置10’除了包括音频放大器100以及扬声器LD外，还包括偏压电路110以及开关120。于图1B所绘示的架构下，当电子装置10’启动时，偏压电路110会先被致能并且开关120会先被导通，以使偏压电路110经由开关120而将音频放大器100的输出端逐渐的充电至参考电压准位Vcm,而后音频放大器100才会被致能以输出音频输出信号S_A0。如此一来，由于在音频放大器100致能时，其输出端的电压已经被稳定地维持在参考电压准位Vcm，因此可消除所述的爆音噪声的现象。
[0054]然而，于图1B的架构下虽可解决因电压准位快速变动而产生的爆音噪声问题，但是却无助于改善音频放大器100本身的瞬时噪声(transit1n noise)。更具体地说,虽然在音频放大器100致能时，其输出端已经维持在参考电压准位Vcm，但是在音频放大器100致能的瞬间，音频输出信号3_八0还是会因为内部电路的反馈效应而在参考电压准位Vcm上发生瞬间的准位变动(即所谓的瞬时噪声)。而此现象同样会造成扬声器LD发出尖锐的噪曰?
[0055]换言之，所述可解决爆音噪声现象的音频放大器架构，并无法抑制音频放大器100本身的瞬时噪声。在现有技术下，所述音频放大器100的瞬时噪声现象通常仅能通过设计者在瞬时噪声与带宽特性之间做出设计取舍(trade-off)来进一步抑制。
[0056]有鉴于此，本发明实施例提出一种音频放大器及应用其的电子装置与瞬时噪声抑制方法。所述音频放大器可在无须牺牲电路带宽特性的前提下，通过特定的电路组态与控制时序来降低/抑制音频放大器的瞬时噪声，进而提高用户收听的质量与舒适度。为了使本发明的内容可以被更容易明了，以下特举实施例做为本发明确实能够据以实施的范例。另外，凡可能之处，在图式及实施方式中使用相同标号的元件/构件/步骤，代表相同或类似部件。
[0057]图2为本发明一实施例的电子装置的示意图。请参照图2，电子装置20包括音频放大器200、反馈电路FB、隔离电容Ce以及扬声器LD。其中，音频放大器200包括前置放大电路210、输出级电路220、延迟开关电路230。前置放大电路210的输入端接收音频输入信号S_AI。延迟开关电路230耦接于前置放大电路210的输出端与输出级电路220的输入端之间。输出级电路220的输出端经由隔离电容Ce耦接至扬声器LD，其中扬声器LD会将输出级电路220所输出的音频输出信号S_A0转换为声音输出。反馈电路FB耦接于前置放大电路210的输入端与输出级电路220的输出端之间(即，音频放大器200的输入端与输出端之间)，其用以将输出级电路220所输出的音频输出信号S_AO反馈给前置放大电路210。于本实施例中，反馈电路FB以电阻Rf为例来实现，但本发明不仅限于此。
[0058]具体而言，前置放大电路210会响应于延迟开关电路230所提供的前级控制信号PUF而致能(enable)或禁能(disable)。其中，当前置放大电路210响应于前级控制信号PUF而致能时，其会对所接收的音频输入信号S_AI进行信号放大的动作，并据以产生音频放大信号S_AMP ;反之，当前置放大电路210响应于前级控制信号PUF而禁能时，则其会停止信号放大的动作。
[0059]输出级电路220会响应于延迟开关电路230所提供的后级控制信号PUO而致能或禁能。其中，当输出级电路220响应于后级控制信号PUO而致能时，其会将从延迟开关电路230所接收的信号S_AMP’转换为音频输出信号S_A0 ;反之，当输出级电路220响应于后级控制信号PUO而禁能时，则其会停止输出音频输出信号S_A0。
[0060]延迟开关电路230会依据所接收的电源启动信号而提供相应的前级控制信号PUF与后级控制信号PUO以控制前置放大电路210与输出级电路220的运作，从而令前置放大电路210与输出级电路220间隔一特定的延迟时间(例如I微秒(μ s)，但不以此为限，可由设计者自行设计)而依序致能或禁能。此外，延迟开关电路230还会基于后级控制信号PUO而决定是否将音频放大信号S_AMP提供至输出级电路220。
[0061]换言之，延迟开关电路230以同一控制信号来控制是否致能输出级电路220以及是否将音频放大信号S_AMP提供给输出级电路220。亦即，音频放大信号S_AMP会在输出级电路220致能的同时经由延迟开关电路230而被提供至输出级电路220 ;反之，当输出级电路220从致能状态被切换至禁能状态时，延迟开关电路230会同时将前置放大电路210与输出级电路220之间的信号传输路径断开，使得音频放大信号S_AMP不会被提供至输出级电路220的输入端。
[0062]在本实施例中，延迟开关电路230可利用包括隔离开关232以及延迟单元234的电路架构来实现:1)提供前级控制信号PUF与后级控制信号TOO以及2)决定是否将音频放大信号S_AMP提供给输出级电路220的功能。
[0063]详细而言，隔离开关232耦接于前置放大电路210的输出端与输出级电路220的输入端之间，其中隔离开关232受控于后级控制信号PUO而导通或截止，从而决定是否将音频放大信号S_AMP提供至输出级电路220。延迟单元234耦接前置放大电路210、隔离开关232以及输出级电路220，其用以产生与电源启动信号PU同步的第一信号SI，并且根据设计者所设定的延迟时间来延迟第一信号SI以及第二信号S2。其中，延迟单元234会依据电源启动信号PU的准位切换(也就是电子装置20是从开启状态进入关闭状态还是从关闭状态进入开启状态)而选择性地以第一信号SI与第二信号S2其中之一做为前级控制信号PUF,并且以第一信号SI与第二信号S其中之另一做为后级控制信号TOO。
[0064]底下搭配图3实施例的信号时序来进一步说明本发明实施例的音频放大器200的具体运作。在图3中，左侧部分的时序表示电子装置20从关闭状态被启动的信号时序(于此标示为“电源启动”)；而右侧部分的时序则表示电子装置20从启动状态被关闭的信号时序(于此标示为“电源关闭”)。此外，图3所绘示的信号时序为音频输入信号S_AI尚未输入时的信号时序。
[0065]请先同时参照图2以及图3有关于电源启动部分的时序，当电子装置20从关闭状态被启动时，电源启动信号I3U会从禁能准位L切换至致能准位H。此时，延迟单元234会响应于电源启动信号PU的准位切换而产生与电源启动信号PU同步的第一信号SI并且基于第一信号SI产生与第一信号SI间隔一段延迟时间TD的第二信号S2,于此,延迟单兀234会以第一信号SI做为前级控制信号PUF以控制前置放大电路210，并且以第二信号S2做为后级控制信号PUO以控制输出级电路220。
[0066]基于前级控制信号PUF与后级控制信号PUO的信号时序,前置放大电路210会先响应于前级控制信号PUF而致能，并据以令音频放大信号S_AMP于延迟时间TD内从偏压准位Vdd降至工作电压准位Vn。于延迟时间TD内，前置放大电路210会因为前级控制信号PUF的切换而产生噪声突波(如音频放大信号S_AMP的突波部分)，但由于后级控制信号PUO尚未切换为致能准位H，因此输出级电路220尚未被致能且隔离开关232亦处于截止的状态，故音频放大信号S_AMP的噪声突波并不会反应在音频输出信号S_A0上。
[0067]接着，在经过延迟时间TD后，后级控制信号PUO从禁能准位L切换为致能准位H，使得输出级电路220被致能并且同时使隔离开关232被导通。此时，由于在前置放大电路210的输出端的音频放大信号S_AMP已经趋于稳定，因此通过隔离开关232而提供至输出级电路220的输入端的音频放大信号S_AMP’已经几乎没有瞬时噪声的成分。因此，输出级电路220所输出的音频输出信号S_A0可稳定地维持在参考电压准位Vcm上，而几乎不会产生瞬时噪声。其中，如图3所示，本发明实施例的音频输出信号S_A0的瞬时噪声的脉波强度仅约3mV。
[0068]请同时参照图2以及图3有关于电源关闭部分的时序，当电子装置20从启动状态被关闭时，电源启动信号I3U会从致能准位H切换为禁能准位L。此时，延迟单元234会响应于电源启动信号PU的准位切换而产生与电源启动信号PU同步的第一信号SI并且基于第一信号SI产生与第一信号SI间隔一段延迟时间TF的第二信号S2,于此,延迟单兀234会以第一信号SI做为后级控制信号PUO以控制输出级电路220，并且以第二信号S2做为前级控制信号PUF以控制前置放大电路210。
[0069]基于前级控制信号PUF与后级控制信号PUO的信号时序，输出级电路220会先响应于后级控制信号PUO而禁能并且隔离开关232会同时被截止，使得输出级电路220先行停止进行信号转换的运作。在后级控制信号PUO切换的瞬间，由于前级的前置放大电路210仍保持在稳定运作的状态，因此音频输出信号S_A0仅会因为电容负载效应而发生微幅的变动(约ImV)。
[0070]接着，在经过延迟时间TF后，前级控制信号PUF从致能准位H切换为禁能准位L，使得前置放大电路210被禁能。此时，由于后级的输出级电路220已经被禁能，且隔离开关232亦已被截止，因此前置放大电路210切换时所造成的瞬时噪声不会反应在音频输出信号S_A0上。
[0071]根据上述的信号时序，由于前级的前置放大电路210与后级的输出级电路220以具顺序性且有间隔地致/禁能，并且前置放大电路210所输出的音频放大信号S_AMP会同步地配合输出级电路220的致能时序而被提供至输出级电路220(透过控制隔离开关232的导通状态来实现)，因此无论在电源启动或电源关闭时，前置放大电路210的切换皆不会对音频输出信号S_A0造成影响。换言之，音频放大器200并不会因为反馈至输入端的音频输出信号S_AO而发生前后级电路相互拉扯的反馈效应,从而令音频输出信号S_AO的瞬时噪声可被有效地抑制。
[0072]于此值得一提的是，所述禁能准位L与致能准位H可分别为接地准位GND与偏压准位Vdd，其可由设计者依据电路设计需求而自行设计，本发明对此不加以限制。
[0073]下面以图4来进一步说明所述音频放大器的具体实施范例，其中，图4为本发明一实施例的音频放大器的电路架构示意图。在本实施例中，音频放大器400同样会透过电阻Rf而将音频输出信号S_A0反馈至输入端，用于保持音频输出信号S_A0的稳定。此外，音频放大器400会接收音频输入信号S_AI(经由输入电阻Ri)、参考电压VCM以及电源启动信号PU,并且基于上述信号进行音频放大的动作。
[0074]请参照图4，本实施例的音频放大器400包括前置放大电路410、输出级电路420以及延迟开关电路430。其中，前置放大电路410包括前置放大器412、输出控制级414以及偏压单元416。延迟开关电路430包括隔离开关432_1、432_2以及延迟单元434。在本实施例中，前置放大电路410以及输出级电路420以差动电路的架构做为范例(前置放大电路410会输出差动的音频放大信号S_AMP与S_AMPb (即，S_AMP与S_AMPb互为反相)，而输出级电路420会基于差动的音频放大信号S_AMP与S_AMPb转换出音频输出信号S_A0)，因此延迟开关电路430中设置有两个分别对应于前置放大电路410的差动输出的隔离开关432_1与432_2，以对应地接收差动的音频放大信号S_AMP、S_AMPb，但本发明不仅限于此。在单端输出的实施例中，延迟开关电路430仅需设置单一隔离开关即可(如前述图2实施例)。
[0075]详细而言，在前置放大电路410中，前置放大器412从其负输入端接收音频输入信号S_AI以及经由电阻Rf反馈的音频输出信号S_A0并从其正输入端接收参考电压VCM，并据以于其输出端产生差动放大信号S_A与S_Ab(信号S_A与S_Ab互为反相)。输出控制级414耦接前置放大器412的输出端，用以依据前置放大器412所输出的差动放大信号S_A与S_Ab而产生差动的音频放大信号S_AMP与S_AMPb。偏压单元416则用以提供前置放大器412与输出控制级414运作所需的工作电压VBl与VB2。
[0076]另一方面，延迟单元434会以如图3实施例的信号时序来提供前级控制信号PUF与后级控制信号PUO以控制前置放大器412、输出控制级414、输出级电路420以及隔离开关432_1、432_2的运作，用以依序且有间隔地致/禁能前置放大电路410与输出级电路420，并且同步地导通/截止隔离开关432_1、432_2，从而令输出级电路420所产生的音频输出信号S_A0的瞬时噪声可被有效地抑制。
[0077]更详细地说，在本实施例中，输出控制级414是以浮接电流源组态(floatingcurrent source configurat1n)所构成的电路架构为例,而输出级电路420则是以推挽式组态(push-pull configurat1n)所构成的电路架构为例。以下就输出控制级414以及输出级电路420的具体电路架构做进一步的描述。
[0078]以浮接电流源组态所构成的输出控制器414包括晶体管Ml?M4、Mpl、Mnl以及电流源CS1、CS2。其中，晶体管Mpl (以P型晶体管为例)的源极I禹接晶体管Mnl (以η型晶体管为例)的漏极，晶体管Mpl的漏极耦接晶体管Mnl的源极，且晶体管Mpl与Mnl的栅极分别接收偏压单元416所提供的工作电压VBl与VB2。
[0079]电流源CSl耦接于偏压VDD与晶体管Mpl的源极和晶体管Mnl的漏极之间，并且受控于前置放大器412所输出的信号S_A。电流源CS2耦接于晶体管Mpl的漏极和晶体管Mnl的源极与接地准位GND之间，并且受控于前置放大器412所输出的信号S_Ab。
[0080]晶体管Ml?M4以η型晶体管为例，其中晶体管Ml的漏极耦接偏压VDD，晶体管Ml的源极耦接电流源CSl的控制端，并且晶体管Ml的栅极接收前级控制信号PUF。晶体管M2的漏极耦接偏压VDD，晶体管M2的源极耦接晶体管Mpl的栅极，并且晶体管M2的栅极接收前级控制信号PUF。晶体管M3的漏极耦接晶体管Mnl的栅极，晶体管M3的源极耦接接地准位GND，并且晶体管M3的栅极接收与前级控制信号PUF互为反相的信号PUFb (于此称之为反相前级控制信号PUFb)。晶体管Μ4的漏极耦接电流源CS2的控制端，晶体管Μ4的源极耦接接地准位GND，并且晶体管Μ4的栅极接收反相前级控制信号PUFb。于此值得一提的是，本实施例的晶体管Ml?M4的架构可用以防止断电漏电流(power-down leakage current)的发生。
[0081]以推挽式组态所构成的输出级电路420包括晶体管M5、M6、Mp2、Mn2以及电容Cl、C2。其中，晶体管Mp2(以P型晶体管为例)的源极耦接偏压VDD，并且晶体管Mp2的漏极耦接晶体管Mnl (以η型晶体管为例)的漏极。晶体管Μη2的源极耦接接地准位GND，并且晶体管Μρ2与Μη2的栅极分别经由隔离开关432_1与432_2接收音频放大信号S_AMP以及与音频放大信号S_AMP互为反相的信号S_AMPb (于此称之为反相音频放大信号S_AMPb)
[0082]晶体管M5 (以P型晶体管为例)的源极耦接偏压VDD，晶体管M5的源极耦接偏压VDD,并且晶体管M5的漏极耦接晶体管Mp2的栅极。晶体管M6 (以η型晶体管为例)的漏极耦接晶体管Μη2的栅极，晶体管Μ6的源极耦接接地准位GND，并且晶体管Μ5与Μ6的栅极分别接收后级控制信号PUO以及与后级控制信号PUO互为反相的信号TOOb (于此称之为反相后级控制信号PUOb)。
[0083]电容Cl与C2分别耦接于晶体管Μρ2与Μη2的栅极与漏极之间，以补偿输出级电路420的电容效应。应注意的是，利用电容Cl与C2来补偿输出级电路420的电容效应仅为本发明的一实施范例。于其他实施例中，输出级电路420亦可采用迭接电路补偿(cascode)、迟滞电流补偿(HCC)或其他补偿机制来补偿输出级电路420的电容效应，本发明不仅限于此。
[0084]基于图4的电路架构下，音频放大器400的输出特性可如图5A与5B所示。其中，图5A所示为本发明实施例的音频放大器400与传统音频放大器(不包含延迟开关模块430)的带宽与噪声强度的相对关系，而图5B所示为本发明实施例的音频放大器400与传统音频放大器的带宽与总谐波加噪声特性(THD+N)的相对关系。请先参照图5A，特性曲线CLl表示本发明实施例的音频放大器400所输出的音频输出信号S_A0的带宽与噪声强度的相对关系，而特性曲线CL2则表示传统音频放大器的带宽与噪声强度的相对关系。
[0085]详细而言，在传统音频放大器中，其仅能通过降低电路带宽的方式来抑制音频输出信号的瞬时噪声。由特性曲线CL2可知，当传统音频放大器维持在高带宽时(例如72.17MHz)，其音频输出信号的噪声强度会高达88.5mV。而通过降低约64%的带宽可使音频输出信号的噪声强度降低约75% (从88.5mV降至22.48mV)，但此时传统音频放大器的带宽仅剩20.49MHz ο
[0086]相较之下，由特性曲线CLl可知，在音频放大器400的架构下，其于高带宽时(例如77.2IMHz)时的噪声强度仅约43.23mV，较之传统音频放大器在相近带宽时低约45.27mV。换言之,相较于传统音频放大器而言,本发明实施例的音频放大器400可在无须降低带宽的情况下减少约50%的噪声强度。此外，当音频放大器400降低约64%的带宽时，可使音频输出信号S_AO的噪声强度降低约82% (从43.23mV降至7.794mV)。
[0087]另一方面，以总谐波加噪声特性(于此以THD+N特性称之)来看，如图5B所示，其中特性曲线CL3表示本发明实施例的音频放大器400所输出的音频输出信号S_A0的带宽与THD+N特性的相对关系，而特性曲线CL4则表示传统音频放大器的带宽与THD+N的相对关系。
[0088]在图5B中，可发现特性曲线CL3与CL4两者大致重合，意即，音频放大器400与传统音频放大器的THD+N特性相近。换言之，即使增加了延迟开关电路430也不会造成整体音频放大器400的线性度(linearity)发生显著的劣化。
[0089]于此应注的是，虽然本实施例以浮接电流源组态所构成的输出控制级414以及以推挽式组态所构成的输出级电路420做为实施范例，但本发明不仅限于此。更具体地说，只要是任何两级式的音频放大器架构(例如A类放大器、B类放大器或AB类放大器)皆可通过图2实施例的配置与图3实施例的控制时序而获得类似于图5A与图5B的特性曲线。
[0090]图6为本发明一实施例的音频放大器的瞬时噪声抑制方法的步骤流程图。本实施例的瞬时噪声抑制方法适用于如图2或图4所示的包括前置放大电路(如210、410)以及输出级电路(如220、420)的音频放大器(如200、400)。所述瞬时噪声抑制方法包括以下步骤:依据电源启动信号而提供用以控制前置放大电路的前级控制信号与用以控制输出级电路的后级控制信号，从而令前置放大电路与输出级电路间隔延迟时间依序致能或禁能(步骤S610);以及基于后级控制信号而决定是否将前置放大电路所产生的音频放大信号提供至输出级电路(步骤S620)。
[0091]更具体地说，当电源启动信号从禁能准位切换至致能准位时(S卩，电子装置从关闭状态启动)，在上述步骤S610与S620中，会提供与电源启动信号同步的前级控制信号，以先致能前置放大电路，并且提供基于延迟前级控制信号所产生的后级控制信号，以于延迟时间后再致能输出级电路并同时将音频放大信号提供至输出级电路(如图2实施例，可利用导通隔离开关232的方式来实现)。
[0092]另一方面，当电源启动信号从一致能准位切换至一禁能准位时，在上述步骤S610与S620中，会提供与电源启动信号同步的后级控制信号，以先禁能输出级电路并同时停止将音频放大信号提供至输出级电路(如图2实施例，可利用截止隔离开关232的方式来实现)，并且提供基于延迟后级控制信号所产生的前级控制信号，以于延迟时间后再禁能前置放大电路。
[0093]其中，图6实施例所述的瞬时噪声抑制方法可根据前述图2至图5的说明而获得充足的支持与教示，故相似或重复之处于此不再赘述。
[0094]综上所述，本发明实施例提出一种音频放大器及应用其的电子装置与瞬时噪声抑制方法。所述音频放大器可通过具顺序性且有间隔地致/禁能方式来控制前级的前置放大电路与后级的输出级电路，并且同步地配合输出级电路的致能时序而将前置放大电路所输出的音频放大信号提供至输出级电路。因此，无论在电源启动或电源关闭时，前置放大电路的切换皆不会对输出级电路所输出的音频输出信号造成影响，故音频放大器的瞬时噪声可在无须降低电路带宽的前提下而有效地降低/抑制，进而提高用户收听的质量与舒适度。
[0095]虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属【技术领域】中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的权利要求书的限定为准。
【权利要求】
1.一种音频放大器，包括: 一前置放大电路，接收一音频输入信号，并且响应于一前级控制信号而致能或禁能，其中该前置放大电路于致能时放大该音频输入信号以产生一音频放大信号； 一输出级电路，响应于一后级控制信号而致能或禁能，其中该输出级电路于致能时将所接收的信号转换为一音频输出信号；以及 一延迟开关电路，耦接于该前置放大电路与该输出级电路之间，用以依据一电源启动信号提供该前级控制信号与该后级控制信号，从而令该前置放大电路与该输出级电路间隔一延迟时间依序致能或禁能，并且基于该后级控制信号而决定是否将该音频放大信号提供至该输出级电路。
2.如权利要求1所述的音频放大器，其中该延迟开关电路包括: 一隔离开关，耦接于该前置放大电路与该输出级电路之间，其中该隔离开关受控于该后级控制信号而导通或截止，从而决定是否将该音频放大信号提供至该输出级电路；以及 一延迟单元，耦接该前置放大电路、该隔离开关以及该输出级电路，用以产生与该电源启动信号同步的一第一信号，并且根据该延迟时间延迟该第一信号以产生一第二信号， 其中，该延迟单元依据该电源启动信号的准位切换而以该第一信号与该第二信号其中之一为该前级控制信号，并且以该第一信号与该第二信号其中之另一为该后级控制信号。
3.如权利要求2所述的音频放大器，其中当该电源启动信号从一禁能准位切换至一致能准位时，该延迟单元以该第一信号为该前级控制信号并且以该第二信号为该后级控制信号，从而令该前置放大电路先响应于该前级控制信号而致能，再于该延迟时间后令该输出级电路响应于该后级控制信号而致能并同时导通该隔离开关。
4.如权利要求2所述的音频放大器，其中当该电源启动信号从一致能准位切换至一禁能准位时，该延迟单元以该第二信号为该前级控制信号并且以该第一信号为该后级控制信号，从而令该输出级电路先响应于该后级控制信号而禁能并同时截止该隔离开关，再于该延迟时间后令该前置放大电路响应于该后级控制信号而禁能。
5.如权利要求1所述的音频放大器，其中该前置放大电路包括: 一前置放大器，具有一负输入端、一正输入端以及一输出端，该负输入端接收该音频输入信号，该正输入端接收一参考电压； 一输出控制级，耦接该前置放大器的输出端，依据该前置放大器的输出而产生该音频放大信号；以及 一偏压单元，用以提供该前置放大器与该输出控制级运行所需的工作电压。
6.如权利要求5所述的音频放大器，其中该输出控制级以浮接电流源组态所构成。
7.如权利要求5所述的音频放大器，其中该输出级以推挽式组态所构成。
8.一种电子装置，包括: 一如权利要求1所述的音频放大器； 一反馈电路，耦接于该音频放大器的输入端与输出端之间，用以将该音频输出信号反馈至该前置放大电路； 一隔离电容；以及 一扬声器，经由该隔离电容耦接该音频放大器，用以将该音频输出信号转换为声音输出。
9.一种音频放大器的瞬时噪声抑制方法，其中该音频放大器包括一前置放大电路以及一输出级电路，该瞬时噪声抑制方法包括: 依据一电源启动信号而提供用以控制该前置放大电路的一前级控制信号与用以控制该输出级电路的一后级控制信号，从而令该前置放大电路与该输出级电路间隔一延迟时间依序致能或禁能；以及 基于该后级控制信号而决定是否将该前置放大电路所产生的一音频放大信号提供至该输出级电路。
10.如权利要求9所述的音频放大器的瞬时噪声抑制方法，还包括: 当该电源启动信号从一禁能准位切换至一致能准位时，提供与该电源启动信号同步的前级控制信号，以先致能该前置放大电路；以及 提供基于延迟该前级控制信号所产生的后级控制信号，以于该延迟时间后再致能该输出级电路并同时将该音频放大信号提供至该输出级电路。
11.如权利要求9所述的音频放大器的瞬时噪声抑制方法，还包括: 当该电源启动信号从一致能准位切换至一禁能准位时，提供与该电源启动信号同步的后级控制信号，以先禁能该输出级电路并同时停止将该音频放大信号提供至该输出级电路；以及 提供基于延迟该后级控制信号所产生的前级控制信号，以于该延迟时间后再禁能该前置放大电路。
【文档编号】H03F1/26GK104467704SQ201410687142
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月25日 优先权日:2013年11月25日
【发明者】陈宣帆, 游凯迪, 方信文 申请人:松翰科技股份有限公司