专利名称：放大电路和利用所述放大电路的数字传声器的制作方法
技术领域：
本发明涉及放大电路，特别涉及一种放大电路和利用所述放大电路的数字传声器。
背景技术：
通常，传声器是将振动片响应于音频信号即声压(Sound Pressure)而产生的微弱电压放大并转换为模拟信号或数字信号的装置。传声器主要使用在如膝上型电脑(Laptop)等便携式计算机或移动电话等中。由于传声器以放大由声压产生的微弱电流的方式工作，因此放大过程中噪声的产 生是决定音质的重要因素。但是现有的传声器一一无论是模拟方式还是数字方式——都由于元件特性或电路结构问题而很难将噪声降低至需要的水平。
发明内容
本发明的实施例提供一种能够减少噪声的放大电路及利用这种放大电路的数字
传声器。本发明实施例的特征在于，包含第一差动差分放大器(DifferentialDifference Amplifier),其被构成为响应于第一差动输入信号组来输出第一差动放大信号；第二差动差分放大器，其被构成为响应于第二差动输入信号组来输出第二差动放大信号；第一电阻，其一端与所述第一差动差分放大器的多个输入端中的任何一个连接，另一端与所述第一差动差分放大器的输出端相连接；第二电阻，其一端与所述第二差动差分放大器的多个输入端中的任何一个连接，另一端与所述第二差动差分放大器的输出端相连接；以及连接在所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的另一端之间的第三和第四电阻。本发明实施例的另一个特征在于，包含振动片，其被构成为响应于声压(SoundPressure)而产生模拟音频信号；源极跟随器(Source Follower)型的缓冲电路,其被设置为响应于所述模拟音频信号而生成多个差分偏置电压；放大电路，其被构成为响应于所述多个差动偏置电压来生成第一和第二差动放大信号；以及模拟-数字转换部，其被构成为响应于所述第一和第二差动放大信号来生成数字音频信号。本发明的实施例通过减小决定放大器增益的电阻的电阻值，并使用差动差分放大器来设计放大电路，从而能够提高噪声和失真特性，提高放大信号的准确度和稳定性。另外，本发明的实施例通过一方面减小决定放大器增益的电阻的电阻值，另一方面经由源极跟随器型的缓冲电路向放大电路提供稳定的DC偏置，从而能够提高数字传声器的噪声和失真特性，最终提高传声器的性能。
图I是表示根据本发明实施例的数字传声器100的布图。
图2是表不图I的首频处理芯片400的电路图。图3是表示图2的防静电部501的电路图。图4是表示图2的第一放大器601的电路图。图5是表示图2的模拟-数字转换器700的框图。
具体实施例方式下面参照附图更详细地说明本发明的实施例。图I表不根据本发明实施例的数字传声器100的布图。如图I所示，根据本发明实施例的数字传声器100包含屏蔽外壳(Shield Case) 200、振动片300和音频处理芯片400。屏蔽外壳200是用于屏蔽外部的EMI (电磁干扰)和RF(射频)噪声的结构，可以由金属材质构成。振动片300响应于声压(Sound Pressure)来产生微弱电压、即模拟音频信号。音频处理芯片400被构成为接收振动片300所产生的微弱电压的输入，并将其放大而生成数字音频信号(DOUT)。音频处理芯片400接收时钟信号(CLK)和立体声选择信号(L/R)的输入。这时，在由两个如图I所示的传声器100构成立体声传声器的情况下，立体声选择信号(L/R)是用于选择左/右中的任何一个的信号。图2是表不图I的首频处理芯片400的电路图。如图2所示，音频处理芯片400能够集成为单个的片上系统(SoC :System onChip),据此能够使制造成本和电力消耗最小化。音频处理芯片400包含缓冲电路500、放大电路600、模拟-数字转换部700 (ADC)和偏置电压生成部800。缓冲电路500响应于第一偏置电压VBl和输入信号El来生成DC (直流)偏置电压、即第一至第六差动偏置电压Vl V6。这时，输入信号El可以是表示为等价电路的振动片300所产生的微弱电压。缓冲电路500可以构成为包含连接在电源端(VDD)与接地端之间的多个晶体管Ml M4的源极跟随器(Source Follower)。晶体管Ml、M3连接在电源端VDD与接地端之间并形成第一电流路径，晶体管M2、M4与晶体管Ml、M3并联地连接在电源端VDD与接地端之间并形成第二电流路径。在晶体管M1、M2的栅极上施加第一偏置电压VBl。晶体管M4的栅极接地，在晶体管M3的栅极施加输入信号E2。另外，缓冲电路500还包含音频处理芯片400不受来自于振动片300的输出信号El的静电成分的影响的防静电部501。所述缓冲电路500在源极跟随器形态的特性上的增益(Gain)接近于约“I”。第一至第六差动偏置电压Vl V6的DC电平恒定而与输入信号E2的变动无关。放大电路600被构成为响应于第一至第六差动偏置电压Vl V6而生成第一和第二差动放大信号V0UT+、V0UT-。放大电路600被构成为响应于第一至第六差动偏置电压Vl V6、第一和第二反馈电压VF1、VF2以及第二偏置电压VB2，来生成第一和第二差动放大信号VOUT+、VOUT-。放大电路600包含第一放大器601、第二放大器602以及多个电阻Rl R4。这时，第一和第二放大器601、602可以分别由差动差分放大器(DDA Differential Difference Amplifier)构成。第一放大器601响应于第一差动输入信号组、即第一至第三差动偏置电压Vl V3和第一反馈电压VFl、以及第二偏置电压VB2来生成第一差动放大信号V0UT+。在第一放大器601的输出端与输入端(+)之间连接有电阻R1。 第二放大器602响应于第二差动输入信号组、即第四至第六差动偏置电压V3 V6和第二反馈电压VF2、以及第二偏置电压VB2)来生成第二差动放大信号V0UT-。
在第二放大器602的输出端与输入端(+)之间连接有电阻R4。在电阻Rl与电阻R4之间连接有电阻R2、R3。这时，第一放大器601的放大倍数由电阻R1、R2确定，第二放大器602的放大倍数由电阻R3、R4确定。如此，第一放大器601与第二放大器602的放大倍数只由电阻Rl R4决定，因此使决定放大率的变量最少化，从而可以减少噪声和失真。模拟-数字转换部700响应于放大部600的输出信号、即第一和第二差动放大信号VOUT+、VOUT-而生成单比特(Single Bit)的数字音频信号D0UT。即，模拟-数字转换部700将模拟信号转换为数字比特流(Digital Bit Stream)。另外，模拟-数字转换部700被构成为根据立体声选择信号L/R来改变数字音频信号DOUT的输出时间。模拟-数字转换部700被配置为响应于立体声选择信号L/R，而在时钟信号CLK的上升沿(Rising Edge)或下降沿(Falling Edge)输出数字音频信号DOUT。这时，数字音频信号DOUT可以以串行比特率(Serial Bit Rate)输出。这些数字信号在施加给下一级时，即使发生了外部噪声也不会受影响。偏置电压生成部800被构成为生成第一和第二偏置电压VB1、VB2。这时，第一和第二偏置电压VB1、VB2的电平可以根据电路设计而不同。以下说明这样构成的根据本发明实施例的数字传声器100的动作。利用声压由振动片300产生微弱电压并输入至音频处理芯片400。在音频处理芯片400的缓冲电路500中，如果发生了从振动片300生成的微弱电压的静电，则经由防静电部501除去这些静电。缓冲电路500响应于去除了静电成分的微弱电压，来生成第一至第六差动偏置电压Vl V6。这时，由于缓冲电路500是源极跟随器的形态，因此可以以稳定的电平来生成第一至第六差动偏置电压Vl V6。放大电路600响应于第一至第六差动偏置电压Vl V6以及第一和第二反馈电压VFl、VF2，来生成第一和第二差动放大信号VOUT+、V0UT-。这时，由于放大电路600由差动差分放大器(Differential DifferenceAmplifier)构成，因此可以更准确地生成第一和第二差动放大信号V0UT+、V0UT_。另外，由于第一放大器601与第二放大器602的放大倍数只由电阻Rl R4决定，因此可以使噪声和失真最小化。模拟-数字转换部700将相当于第一与第二差动放大信号V0UT+、V0UT-之差的模拟信号按照Σ -Δ转换方法进行转换而输出数字音频信号D0UT。图3是表示图2的防静电部501的电路图。如图3所示，防静电部501可以由电阻Rll以及多个反向的二极管D11、D12构成。防静电部501通过使微弱电压流过二极管Dll、D12，来向从 振动片300生成的微弱电压提供零偏置(Zero bias)。于是，防静电部501执行基本的防静电作用，通过对振动片300的电容(Cmic)与晶体管(M3)的阻抗进行匹配，还执行消除高频率噪声的滤波器的作用。图4是表示图2的第一放大器601的电路图。如图4所示，第一放大器601包含一次放大部610、二次放大部620和频率补偿部630。一次放大部610被构成为对经由第一至第四输入端VNN (+)、VNP㈠、VPP (+)、VPN (-)输入的差动输入信号、即第一至第三差动偏置电压Vl V3与第一反馈电压VFl的电平之差进行第一次放大。一次放大部610被构成为对第一差分信号与第二差分信号的误差进行第一次放大。这时,第一差分信号是对应于第一差动偏置电压Vl与第二差动偏置电压V2之差的信号，第二差分信号是对应于第一反馈电压VFl与第三差动偏置电压V3之差的信号。二次放大部620以共源极放大器结构被构成为对一次放大部610的输出进行第二次放大并生成第一差动放大信号V0UT+。频率补偿部630被构成为对一次放大部610与二次放大部629之间的频率误差进行补偿。—次放大部610包含输入部611、偏置部612和输出部613。输入部611被构成为接收第一至第三差动偏置电压Vl V3和第一反馈电压VFl的输入，并将其差传输至输出部613。偏置部612被构成为向输出部613提供恒定的偏置电流。输出部613被构成为利用从偏置部612提供的偏置电流,将输入部611的输出信号放大并生成第一差动放大信号V0UT+。输入部611包含多个晶体管M31 M36以及多个负载电阻R31、R32。晶体管M31、M34与电源端VDD并联连接。对晶体管(M31、M34)的栅极施加第二偏压电压(VB2)。晶体管M32、M33与晶体管M31并联连接。晶体管M35、M36与晶体管M34并联连接。晶体管M32、M33、M35、M36 的栅极与输入端 VNN (+)、VNP(_)、VPP(+)、VPN(_)连接。晶体管M35、M36经由负载电阻R31、R32与接地端连接。偏置部612包含多个晶体管M37 M38以及偏置电阻R33。晶体管M37、晶体管M38以及偏置电阻R33依次连接在电源端VDD与接地端之间。对晶体管M37的栅极施加第二偏置电压VB2。
晶体管M38的栅极与漏极相互连接。输出部613的多个晶体管M39 M44以共源-共栅(cascode)的方式连接。输出部613的晶体管M43、M44的源极与输入部611的晶体管M35、M36的漏极连接。输出部613的晶体管M43、M44的栅极与偏置部612的晶体管M8的栅极共同地连接。二次放大部620包含多个连接在电源端VDD与接地端之间的晶体管M45、M46。对晶体管M45的栅极施加第二偏置电压VB2。
对晶体管M46的栅极施加输出部613的输出信号。频率补偿部630包含连接在输出部613与二次放大部620之间的电阻RF以及电容CF。第二放大器602的结构可以与第一放大器601的相同。图5是图2的模拟-数字转换器700的框图，可以构成为4次Σ -Λ转换器的形态。如图5所示，模拟-数字转换器700包含多个积分器720 723、多个加法器740 743、比较器760、以及比特流式(one-bit)数字-模拟转换器(DAC) 770。这时，710 713,730,750 753的增益(Gain)是规格化了的。本发明的模拟-数字转换器700被设计成只具有一个反馈环路。即，积分器723、加法器742、积分器722以及加法器743组成一个反馈环路。模拟-数字转换器700的内部结构被构成为响应于时钟信号(CLK)而工作。这时，AO A3表示正向增益，BO B3显示逆向增益，G表示反馈增益。比较器760可以输出I比特(bit)的信号作为数字音频信号D0UT。输入信号INPUT可以是第一和第二差动放大信号VOUT+、VOUT-之差“(VOUT+)-(V0UT-)”。另外，模拟-数字转换器700还可以包含立体声选择部780。立体声选择部780被构成为可以将图I的数字传声器100使用在立体声的情况。S卩，可以由两个图I所示的数字传声器100来构成左/右的立体声传声器。这时，立体声选择信号L/R是用于区分左/右的信号。例如，在立体声选择信号L/R为高电平的情况下，立体声选择部780控制比较器760，以便在时钟信号CLK的上升沿处输出数字音频信号D0UT。另一方面，在立体声选择信号L/R为低电平的情况下，立体声选择部780控制比较器760，以便在时钟信号CLK的下降沿处输出数字音频信号D0UT。当然，根据电路设计的不同，相反的情况也是可以的。于是，通过对两个数字传声器100提供电平不同的立体声选择信号L/R，可以在时钟信号CLK的上升沿和下降沿处顺序地生成数字音频信号D0UT。这样，可以构成立体声传声器。如此构成的模拟-数字转换器700反复地执行将输入信号INPUT与对数字输出信号DOUT进行变换而得的模拟信号按照正向增益和逆向增益顺序地相加并积分的过程，来执行模拟-数字转换动作。
这时，在接收数字音频信号DOUT的输入的设备的信号解调方式为PCM(脉冲编码调制)的情况下，模拟-数字转换器700还可以包含抽选滤波器(Decimation Filter)。如此，本发明技术领域的技术人员能够理解，本发明在不变更其技术思想或所必需的特征的情况下能够实施为其他具体形态。因此以上所述的实施例在所有方面只是例示，而并不是限定性的。本发明的范围由权利要求一而不是上述的详细说明一所确定，并应解释为权利要求的范围的意义和范围及其等价概念所导出的所有变更或变形形态都包含在本发明的范围之内。·
权利要求
1.一种放大电路，包含 第一差动差分放大器，被构成为响应于第一差动输入信号组来输出第一差动放大信号; 第二差动差分放大器，被构成为响应于第二差动输入信号组来输出第二差动放大信号; 第一电阻，其一端与所述第一差动差分放大器的多个输入端中的任何一个连接，另一端与所述第一差动差分放大器的输出端连接； 第二电阻，其一端与所述第二差动差分放大器的多个输入端中的任何一个连接，另一端与所述第二差动差分放大器的输出端连接；以及 第三和第四电阻，所述第三和第四电阻连接在所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的另一端之间。
2.根据权利要求I所述的放大电路，其中， 所述第一差动输入信号组包含第一至第三差动偏置电压以及经由所述第一电阻输入的第一反馈电压。
3.根据权利要求2所述的放大电路，其中， 所述第二差动输入信号组包含第四至第六差动偏置电压以及经由所述第二电阻输入的第二反馈电压。
4.根据权利要求2所述的放大电路，其中， 所述第一分差放大器包含 一次放大部，被构成为对第一差分信号与第二差分信号之差进行第一次放大；和二次放大部，被构成为对所述一次放大部的输出进行第二次放大并生成所述第一差动放大信号， 所述第一差分信号是对应于所述第一差动偏置电压与所述第二差动偏置电压的电平之差的信号，所述第二差异信号是对应于第一反馈电压与所述第三差动偏置电压的电平之差异的号。
5.根据权利要求4所述的放大电路，其中， 还包含对所述一次放大部与所述二次放大部之间的频率误差进行补偿的频率补偿部。
6.根据权利要求I所述的放大电路，其中， 还包含源极跟随器型的缓冲电路，所述缓冲电路被配置为响应于输入信号来生成所述第一差动输入信号组和所述第二差动输入信号组。
7.根据权利要求6所述的放大电路，其中， 所述缓冲电路包含 连接在电源端与接地端之间并形成第一电流路径的第一和第二晶体管；以及连接在所述电源端与接地端之间并与所述第一和第二晶体管并联地形成第二电流路径的第三和第四晶体管。
8.根据权利要求7所述的放大电路，其中， 所述输入信号施加在所述第二晶体管的栅极上，并在所述第一晶体管和所述第三晶体管的栅极上共同地施加偏置电压。
9.根据权利要求7所述的放大电路，其中，还包含防静电部，所述防静电部与所述第二晶体管的栅极连接，以便去除所述输入信号的静电。
10.一种数字传声器，包含 振动片，被构成为响应于声压来生成模拟音频信号； 源极跟随器型的缓冲电路，被配置为响应于所述模拟音频信号来生成多个差动偏置电压； 放大电路，被构成为响应于所述多个差动偏置电压来生成第一和第二差动放大信号；以及 模拟-数字转换部，被构成为根据所述第一和第二差动放大信号来生成数字音频信号。
11.根据权利要求10所述的数字传声器，其中， 所述缓冲电路包含 连接在电源端与接地端之间并形成第一电流路径的第一和第二晶体管；以及连接在所述电源端与接地端之间并与所述第一和第二晶体管并联地形成第二电流路径的第三和第四晶体管。
12.根据权利要求11所述的数字传声器，其中， 所述模拟音频信号施加在所述第二晶体管的栅极上，并在所述第一晶体管和所述第三晶体管的栅极上共同地施加第一偏置电压。
13.根据权利要求10所述的数字传声器，其中， 所述放大电路包含 第一差动差分放大器，被构成为响应于第一至第三差动偏置电压以及第一反馈电压来输出所述第一差动放大信号； 第二差动差分放大器，被构成为响应于第四至第六差动偏置电压以及第二反馈电压来输出所述第二差动放大信号； 第一电阻，其一端与所述第一差动差分放大器的多个输入端中的任何一个连接，另一端与所述第一差动差分放大器的输出端连接； 第二电阻，其一端与所述第二差动差分放大器的多个输入端中的任何一个连接，另一端与所述第二差动差分放大器的输出端连接；以及 第三和第四电阻，所述第三及第四电阻连接在所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的另一端之间。
14.根据权利要求13所述的数字传声器，其中， 所述第一分差放大器包含 一次放大部，被构成为对第一差分信号与第二差分信号之差进行第一次放大；以及二次放大部，被构成为对所述一次放大部的输出进行第二次放大并生成所述第一差动放大信号， 所述第一差分信号是对应于所述第一差动偏置电压与所述第二差动偏置电压的电平之差的信号，第二差异信号是对应于所述第一反馈电压与所述第三差动偏置电压的电平之差的信号。
15.根据权利要求14所述的数字传声器，其中，还包含对所述一次放大部与所述二次放大部之间的频率误差进行补偿的频率补偿部。
16.根据权利要求14所述的数字传声器，其中， 所述一次放大部包含 输入部，被构成为以所述第一至第三差动偏置电压以及所述第一反馈电压为输入，并生成所述第一差分信号和所述第二差分信号； 输出部，被构成为使用偏置电流，将所述第一差分信号与所述第二差分信号之差进行放大并生成第一差动放大信号；以及 偏置部，被配置为向所述输出部恒定地提供所述偏置电流。
17.根据权利要求10所述的数字传声器，其中， 所述模拟-数字转换部包含Σ -Δ转换器。
18.根据权利要求17所述的数字传声器，其中， 所述Σ -Δ转换器被构成为反复执行将对输入信号施加了正向增益所得的信号、与对由所述模拟信号转换而得到的模拟信号施加了逆向增益所得的信号相加并积分的过程，来生成所述数字音频信号，其中，所述输入信号相当于所述第一差动放大信号与所述第二差动放大信号之差，以及 只具有一个将最终积分阶段的增益反馈到前面的积分阶段的一个反馈环路。
全文摘要
根据本发明实施例的数字传声器包含振动片，被构成为响应于声压(Sound Pressure)来产生模拟音频信号；源极跟随器(Source Follower)型的缓冲电路，被构成为响应于所述模拟音频信号来生成多个差动偏置电压；放大电路，被构成为响应于所述多个差动偏置电压来生成第一和第二差动放大信号；以及模拟-数字转换部，被构成为响应于所述第一和第二差动放大信号来生成数字音频信号。
文档编号H04R3/00GK102802105SQ20111030192
公开日2012年11月28日 申请日期2011年10月9日 优先权日2011年5月27日
发明者姜永振 申请人:多飞多人有限公司