專利名稱:音頻瞬變抑制電路和方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及音頻瞬變抑制電路和方法,特別用于在工作模式和待機(jī)模式之間切換放大器時抑制音頻瞬變。
目前的音頻系統(tǒng)趨向于使用集成硅芯片制造,而不采用分立元件。而且,為了降低電源成本和減小供電電壓范圍,通常采用單電源供電,而不采用分別供電。這種供電方式有利于在音頻系統(tǒng)的音頻集成電路中采用最新的硅技術(shù)。在這種環(huán)境中,單電源是指只提供一個輸出(另一個可能是地線連接)而不采用正極和負(fù)極電壓(對地)的電源。在單電源方式中,負(fù)載通常是以地為參考的,而音頻信號通常從地電壓與單電源之間的中間靜態(tài)值產(chǎn)生。因此,為了避免從音頻系統(tǒng)產(chǎn)生靜態(tài)直流輸出,通常采用交流耦合(即,電容器)。但是,從下文中我們可以詳細(xì)了解到,這會產(chǎn)生與交流耦合電容器的充電和放電有關(guān)的振蕩。
上述系統(tǒng)通常是比較智能的,有多種模式,并且通常為電源管理提供了待機(jī)模式。但是,這種系統(tǒng)的一個常見問題是在模式之間切換時能夠聽到由音頻輸出上的瞬變信號所產(chǎn)生的喀嗒聲。雖然這些喀嗒聲的音量比較小,但是從審美角度來說是一種干擾,也使用戶感到不快。另外,音頻系統(tǒng)至少都有兩個以上的聲道,以產(chǎn)生立體聲效果,有些還有多個聲道。在這樣的系統(tǒng)中,當(dāng)切入一個聲道時,因串?dāng)_會導(dǎo)致在另一個聲道中產(chǎn)生喀嗒聲,這也是司空見慣的。
因此,人們希望能夠盡量減少音頻輸出瞬變,特別是在音頻系統(tǒng)(例如音頻放大器)的待機(jī)模式和工作模式之間切換時。另外,人們還希望盡量減少在多聲道系統(tǒng)中聲道之間的串?dāng)_。
WO98/45938專利中描述了一種音頻瞬變抑制裝置,其中使用一個帶有可變電阻的FET開關(guān)用來耦合一個等于“公共模式電壓”的偏置電壓到輸出節(jié)點(diǎn)上。但是,這種設(shè)計(jì)的一個難點(diǎn)是需要使用輸出阻抗較低的公共模式偏置電壓源,我們將在下文中更詳細(xì)說明這一問題。
US5,515.431(EP0,642,247A)專利中描述了一種用于電話電路的喇叭,該喇叭使用了一條控制電路來監(jiān)視輸出節(jié)點(diǎn),以檢測交流耦合電容器的充電何時“完成”。但是,該文件中描述的附加控制電路相當(dāng)復(fù)雜,實(shí)現(xiàn)起來成本很高。
本發(fā)明的背景信息可以參考US5,805,020、US6,346,854、US4,410,855、US4,054,845和KR9,405,549專利。
現(xiàn)在,請看
圖1中的電路,圖1中顯示了一個支持工作模式和待機(jī)模式的數(shù)字音頻系統(tǒng)100。兩個開關(guān)S1 126和S2 134用于在工作模式和待機(jī)模式之間切換。在正常運(yùn)轉(zhuǎn)(工作模式)下,S1 126閉合,而S2 134開路;在待機(jī)模式下,S1126開路,而S2 134閉合。
音頻系統(tǒng)100有兩個電壓,Vdd102是一個“正”電壓,Vss104是一個“負(fù)”電壓。在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中,這兩個電壓通常由一個單端電源提供(例如,該電源包括一個正電壓和一條地線)。電阻R4 106和R5 108構(gòu)成一個分壓器,這兩個電阻在Vdd102和Vss104之間耦合,從而在節(jié)點(diǎn)112提供一個電壓,由于R4與R5的值是相等的,因此,該電壓為一個中值電壓Vmid=(Vdd+Vss)/2。電壓Vmid112通過電容器C2 110去耦,以除去Vdd電壓起伏和噪音。
電壓Vmid112和Vss104為數(shù)—模轉(zhuǎn)換器(DAC)114提供基準(zhǔn)電壓,數(shù)—模轉(zhuǎn)換器114有一個數(shù)字輸入116,該數(shù)字輸入提供一個模擬輸出Vdac118。該模擬輸出在數(shù)字輸入116的控制下可以在Vmid112和Vss104之間調(diào)節(jié)。對于數(shù)字音頻信號,輸出在Vmid最大值和Vss之間擺動,并且在這兩個電壓之間有一個靜態(tài)電壓中值。對于音頻信號,該關(guān)于Vss的靜態(tài)電壓最好根據(jù)供給DAC114的基準(zhǔn)電壓(或供電電壓)確定。
在工作模式下,開關(guān)S1126閉合,工作放大器A1 120被設(shè)置為一個非換向放大器(在本例中),電阻R1 122和R2 124從輸出節(jié)點(diǎn)X128提供反饋。需要注意的是,在圖1的電路中,工作放大器120的反饋以Vss104為基準(zhǔn),而不是以Vmid112為基準(zhǔn),因此以Vss104為基準(zhǔn)的DAC114的靜態(tài)直流電平輸出應(yīng)乘以(1+R1/R2),音頻信號也如此。當(dāng)R1等于R2時,非換向放大器的增益為2。當(dāng)118處的輸入電壓Vdac等于Vss時,X128處的輸出電壓也為Vss。當(dāng)118處的輸入電壓Vdac等于Vmid時,X128處的輸出電壓為Vss+2*(Vmid-Vss)=Vdd。當(dāng)118處的輸入電壓Vdac等于靜態(tài)值(Vss+Vmid)/2時,X128處的輸出電壓為Vss+2*((Vmid+Vss)/2-Vss)=Vmid。因此,X128處的輸出信號在Vss和Vdd之間擺動,而靜態(tài)電壓為Vmid。
如果音頻系統(tǒng)100的全部或部分制造在一塊集成電路上,R1和R2、R4和R5可以緊靠在一起,并且具有相似的電阻值,以便提供嚴(yán)格匹配的元件值。采用這種方式,輸出節(jié)點(diǎn)128上的靜態(tài)電壓和待機(jī)電壓可以被嚴(yán)格控制為Vmid,不受電阻R1、R2、R4和R5的絕對值的制造公差的影響。
輸出節(jié)點(diǎn)128上的信號由電容器C1 130進(jìn)行交流耦合,從而把交流輸出信號提供給外部負(fù)載R3 132。負(fù)載132帶有與外部地線106(電壓通常為Vss)連接的非驅(qū)動端。
在上述的音頻DAC系統(tǒng)100中,通常Vss是接地的,而Vdd由一個正向單電源提供。因此,該電路的最大音頻輸出在良好耦合的基準(zhǔn)值Vmid與地電壓之間擺動。雖然本例中的音頻信號是由數(shù)—模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的,但是從下文的討論中我們可以看到,本發(fā)明所提供的抑制音頻“喀嗒”聲的方法適用于任何音頻系統(tǒng),而不限于上述的例子。
如圖1所示,該音頻系統(tǒng)有一個待機(jī)模式,在該模式下,系統(tǒng)的大部分可以關(guān)閉(例如在暫時無信號時)。而且,圖1中所示的采用DAC子系統(tǒng)的音頻系統(tǒng)可以具有多個聲道,這些聲道可能不需要同時工作。使用開關(guān)S1 126和S2 134可以實(shí)現(xiàn)這種“待機(jī)”模式。此處“待機(jī)”模式的含義比較廣泛,通??梢灾敢纛l輸出信號被抑制的任何模式,盡管抑制的目的是允許至少音頻電路的一部分?jǐn)嚯姟?br>
在圖1的設(shè)計(jì)中,當(dāng)電路處于待機(jī)模式時,開關(guān)S1 126開路,因此可以斷掉工作放大器120以及DAC114(可選)的供電。但是,在進(jìn)入待機(jī)模式時,電阻R1122和R2 124有把輸出節(jié)點(diǎn)128的電壓下拉為Vss104的趨勢,因此,這種反向電壓的跳變會導(dǎo)致音頻信號在節(jié)點(diǎn)Y131上產(chǎn)生能夠察覺的“喀嗒聲”或“重?fù)袈暋?。而且,?dāng)工作放大器120重新激活且開關(guān)S1 126閉合以返回“工作”模式時,由于節(jié)點(diǎn)X128上的電壓跳回靜態(tài)電壓值,使節(jié)點(diǎn)Y131上的電壓在瞬間增加,因此會產(chǎn)生反向的“重?fù)袈暋薄?br>
位于Vmid112與輸出節(jié)點(diǎn)X128之間的開關(guān)S2 134和虛線連接136代表解決這個問題的一種嘗試。假設(shè)R4 106和R5 108的并聯(lián)阻抗比R1122+R2 124的串聯(lián)阻抗小得多,那么閉合開關(guān)S2 134可以降低這種電壓瞬變的幅度。R4和R5的低阻抗結(jié)合在Vmid上向節(jié)點(diǎn)X128產(chǎn)生比較強(qiáng)的電壓驅(qū)動,而且這種電壓受電阻R1 122和R2 124的影響不大。由于在待機(jī)模式下節(jié)點(diǎn)X128處于保持接近Vmid的狀態(tài),因此可以減少切入切出待機(jī)模式時的音頻瞬變。實(shí)際上,R4 106和R5 108的適當(dāng)?shù)妥杩菇Y(jié)合可能從Vdd102吸走太多的電流。而且,為了實(shí)現(xiàn)在音頻頻率下對Vmid去耦,采用較低的阻抗意味著電容器C2 110的值必須較大,這會增加電容器C2 110的體積,而且也不經(jīng)濟(jì)。因此,可以在Vmid112和通路136之間使用一個緩沖器。但是,必須在待機(jī)模式下對這種緩沖器供電,這在一定程度上會破壞實(shí)現(xiàn)待機(jī)模式的目的。另外,這還會導(dǎo)致成本和復(fù)雜性增加。
圖2中的設(shè)計(jì)是在圖1的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上,在R2 124和Vss104之間增加了一個開關(guān)S3 138。開關(guān)S3 138通常情況下是閉合的(在“工作”模式下),但是在待機(jī)模式下是開路的。在待機(jī)模式下,S3 138的作用是把電阻R1 122和R2 124從Vss104斷開,使它們在待機(jī)模式下不會把節(jié)點(diǎn)128的輸出降到Vss104。因此,在待機(jī)模式下,由于電阻R4 106和R5 108的作用,節(jié)點(diǎn)128的電壓會變成Vmid112,這樣,不論是工作模式還是待機(jī)模式,節(jié)點(diǎn)X128上的輸出電壓始終保持在Vmid。
但是這種方案也存在問題。在圖2所示的設(shè)計(jì)的集成實(shí)現(xiàn)中,開關(guān)S3 138通常由一個MOS或一個二級晶體管構(gòu)成。這個晶體管必須具有非零電阻,在與R2 124串聯(lián)時,由于R2 124會改變信號增益,因此會顯著改變節(jié)點(diǎn)X128上的靜態(tài)電壓值。雖然這可以通過調(diào)節(jié)R1和/或R2的值來補(bǔ)償,但是這些電阻在制造公差或接通電阻隨溫度變化方面沒有相互關(guān)聯(lián)特性,所以在輸出節(jié)點(diǎn)128上仍存在一些電壓偏差。如果開關(guān)S3 128由二級晶體管構(gòu)成,那么還會存在一些由于晶體管飽和電壓導(dǎo)致的額外偏移。
開關(guān)S3 128的接通電阻也會隨信號電流而變化。雖然這種效應(yīng)很小,但是對于現(xiàn)代音頻信號的100dB以上的線性度規(guī)范,這種效應(yīng)還是很明顯的。音頻設(shè)計(jì)人員會盡量不在音頻信號通路上使用晶體管開關(guān)(由于開關(guān)S1 126是在放大器的反饋回路內(nèi),因此其非線性將會被抑制,所以還是可以容忍的)。
而且,通常負(fù)載R3 132是外部負(fù)載,例如話筒、喇叭、功率放大器輸入等等。在多聲道系統(tǒng)中,這種負(fù)載可能最初不連接到電路中,但是有可能在某個子系統(tǒng)(例如圖示的電路)處于非工作模式而多聲道系統(tǒng)的其它部分仍處于工作模式時連接到電路中。在重新連接負(fù)載時,對C1 130的任何充電瞬變都會在輸出節(jié)點(diǎn)X128上產(chǎn)生瞬變,而這種瞬變無法通過電容器C2 110的去耦作用完全消除。這種情況可能導(dǎo)致在工作聲道中產(chǎn)生串?dāng)_和“喀嗒”聲。例如,Vmid112可能用于偏置其它輸入(例如話筒輸入)以產(chǎn)生高信號增益,因此,即使在Vmid112上存在非常小的瞬變,也會在其它輸入上產(chǎn)生不希望的、可以聽到的喀嗒聲。
因此,需要對這種音頻瞬變抑制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。
本發(fā)明所要解決的第二個問題是在具有工作模式和待機(jī)模式的音頻信號處理電路中提供一種抑制音頻輸出瞬變的方法。
為解決第一個問題,本發(fā)明音頻信號處理電路,在第一個模式中,電路正常工作以提供音頻信號輸出;在第二個模式中,所述音頻信號輸出被抑制。該電路至少包含一個具有一個輸出節(jié)點(diǎn)的工作信號處理級,該輸出節(jié)點(diǎn)帶有一個與第一直流電壓連接的直流信號通路,該直流信號通路包含至少第一電阻元件。所述電路還包含一個輸出信號瞬變抑制裝置,該瞬變抑制裝置包含第二電阻元件,該電阻元件可以切換為與第二直流電壓連接或與所述輸出節(jié)點(diǎn)連接。所述第二電阻元件的電阻應(yīng)滿足下面的條件當(dāng)該電阻元件連接到電路中時,在所述的第二個模式中,所述輸出節(jié)點(diǎn)上的電壓應(yīng)等于所述第一個模式中的該節(jié)點(diǎn)上的靜態(tài)電壓。
第一和第二直流電壓最好為固定電壓或基準(zhǔn)電壓,例如供電電壓(例如Vdd和地電壓)。這樣,第二電阻元件提供一個從輸出節(jié)點(diǎn)到另一個電壓(例如供電電壓)的開關(guān)電阻路徑,以便利用現(xiàn)有電壓源而不需要使用其它電壓源(例如緩沖電壓源)??傮w上說,第二電阻元件與第一電阻元件構(gòu)成工作信號處理級的第一部分,當(dāng)在電路中連接第二電阻元件時,如果沒有音頻信號,那么采用一個分壓器可以把輸出節(jié)點(diǎn)上的電壓保持為靜態(tài)電壓(例如電路的工作電壓)。
在這種設(shè)計(jì)中,雖然第一電阻元件可能由一個反饋元件(例如一個或多個放大器反饋電阻)構(gòu)成,但是這種設(shè)計(jì)比較簡單,實(shí)現(xiàn)起來成本也較低,并且不需要在功率放大器的反饋通路中連接切換元件。而且,最好把該音頻信號處理電路的一部分或全部在集成電路上實(shí)現(xiàn),以便使第一電阻元件和第二電阻元件的電阻值相匹配,實(shí)際上,在實(shí)際制造中,這兩個電阻的值是相等的。用于切換第二電阻元件的開關(guān)可以為一個MOS或二極晶體管,或者是一個選通電路,例如基于MOSFET的CMOS開關(guān)。
上述音頻信號處理電路可以是任何音頻信號處理電路,但是最好帶有一個放大器或前置放大器。這種設(shè)計(jì)最適合于單電源電路,特別是單電源集成電路,尤其是使用這種集成電路實(shí)現(xiàn)的多聲道音頻系統(tǒng)。
在本發(fā)明的實(shí)例中,工作信號處理級包含一個工作放大器或緩沖器,第一電阻元件包含一個或多個反饋電阻,用于設(shè)置電路的工作點(diǎn)或參數(shù)。工作信號處理級最好包含一個驅(qū)動裝置,在第二個模式(待機(jī)模式)中,該驅(qū)動裝置最好與輸出節(jié)點(diǎn)斷開,例如通過一個開關(guān)或把該驅(qū)動裝置置為高阻狀態(tài)。
工作信號處理級可能是電路的一個中間級或者是一個輸出級,例如與輸出耦合電容器連接以提供交流耦合電路輸出。但是,如果這個第一級的輸出是直流耦合的,那么可以選擇輸出節(jié)點(diǎn)上的電壓,以便為后續(xù)級的輸出提供適當(dāng)?shù)撵o態(tài)電壓,特別是在第一級的輸出與后續(xù)級的輸出之間有一個直流信號通路的情況下。另外,還可以使用直流信號通路把輸出節(jié)點(diǎn)的靜態(tài)電壓設(shè)置為一個固定電壓值,例如前一級的供電電壓或者地電壓。在這種情況下,在待機(jī)模式中,最好把前一個級的驅(qū)動輸出斷開。換句話說,對于由若干個直流耦合級構(gòu)成的鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)或其它形式的網(wǎng)絡(luò),可以把第二電阻元件連接到鏈中的任何一個輸出(最終輸出或中間輸出),以便確定在斷開驅(qū)動輸出(最好是斷開所有驅(qū)動輸出)時最終輸出(以及中間輸出)的直流條件。
在多聲道系統(tǒng)中,第一和第二直流基準(zhǔn)電壓最好對所有聲道都是相同的。
為解決第二個問題,本發(fā)明音頻瞬變抑制方法,包括把待機(jī)模式中的電路輸出節(jié)點(diǎn)電壓偏置為工作模式中的輸出的靜態(tài)電平。所述偏置方法是通過一個電阻分壓器實(shí)現(xiàn)的,至少該分壓器的一部分由一個或多個第一電阻構(gòu)成,當(dāng)所述音頻信號處理電路處于工作模式時,上述第一電阻與所述輸出節(jié)點(diǎn)耦合。
所述偏置方法最好包括在從工作模式切換到待機(jī)模式或者從待機(jī)模式切換到工作模式時,把電阻分壓器的第二部分與輸出節(jié)點(diǎn)耦合;及把驅(qū)動信號與輸出節(jié)點(diǎn)去耦斷開。所述電阻分壓器的第二部分最好包括與一個或多個第一電阻匹配的一個或多個第二電阻,例如通過在一個公共基片上制造這些電阻以實(shí)現(xiàn)它們之間的匹配。
為解決第二個問題,本發(fā)明音頻瞬變抑制方法也可以采用如下方案該方法包括在待機(jī)模式下連接所述電路的供電電壓與電路的輸出節(jié)點(diǎn)之間的一個或多個偏壓電阻;使在待機(jī)模式下所述電路的輸出節(jié)點(diǎn)電壓被偏置為工作模式下的輸出的靜態(tài)電平值。
此外,相應(yīng)地本發(fā)明還提供了按照上述方法工作的電路與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1)可以最大限度地減的瞬變;2)在工作模式下,不需要為第一、二組件串聯(lián)任何晶體管開關(guān),因此避免可能引入的任何偏置或失真;3)而且,在多聲道系統(tǒng)中,減小了瞬變耦合到其它聲道中的可能性。
圖2是含有第二重?fù)袈曄娐返牡诙纛l系統(tǒng)的電路圖。
圖3是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一個目的并包含一個音頻瞬變抑制電路的音頻系統(tǒng)的電路圖。
圖4是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一個目的的概念原理圖。
圖5是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一個目的并包含音頻瞬變抑制設(shè)計(jì)的二級音頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖。
總體來說,在本發(fā)明的實(shí)例中使用一個或多個開關(guān)電阻構(gòu)成分壓器,至少該分壓器的一部分由一個或多個電阻(或電阻元件)構(gòu)成,這些電阻在電路處于工作模式時起一定的作用,例如設(shè)置電路的工作點(diǎn)、參數(shù)、或特性等。這種設(shè)計(jì)提供了一種用于在待機(jī)模式下設(shè)置靜態(tài)輸出電壓的精確的、廉價的方法。匹配電阻和放大器偏置最好比較精確,以便在工作模式和待機(jī)模式之間切換時提供一個低壓階段,例如低于30mV,最好低于10mV。
在本發(fā)明實(shí)施例中,在放大器或緩沖器有兩個工作級的情況下,如果信號通路中的一級(例如第二級)的輸出被兩個級的反饋元件通過直流信號通路拉向主供電電壓,那么采用本發(fā)明可以把任何一級的輸出節(jié)點(diǎn)電壓拉回靜態(tài)電壓。例如,(在信號通路中)第二級的輸出可以被拉回上述的靜態(tài)電壓,第一級的輸出也可以被拉回某個電壓值(特別是靜態(tài)電壓),這樣可以使第二級的輸出拉回靜態(tài)電壓。在待機(jī)模式下,最好把上述兩個級的工作輸出從反饋電路上斷開,以便把其中某個級的輸出電壓固定為靜態(tài)電平。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的一個放大器系統(tǒng)可能具有兩個以上的模式,包括一個工作模式和一個待機(jī)模式。該系統(tǒng)的一個輸出節(jié)點(diǎn)被以電阻方式連接到不同于其靜態(tài)“工作”電壓的電壓上;在工作模式下,這個節(jié)點(diǎn)被放大器驅(qū)動到“正確的”靜態(tài)電壓值;在待機(jī)模式下,放大器被斷開或禁用,因此上述的與輸出節(jié)點(diǎn)的電阻連接趨向于把輸出節(jié)點(diǎn)電壓拉向與該輸出節(jié)點(diǎn)連接的(不同的)電壓。這種趨勢可以采用通過一個開關(guān)與電壓源連接的電阻抵消。該電阻的值應(yīng)選為能夠把待機(jī)模式下的輸出節(jié)點(diǎn)電壓恢復(fù)到靜態(tài)電壓的電阻值。
在很多情況下(不是必須),輸出節(jié)點(diǎn)是通過一個電容器與負(fù)載進(jìn)行交流耦合的。通過在該電容器的工作側(cè)提供一個相同的靜態(tài)直流電壓可以抑制或消除切換瞬變,從而控制或消除輸出“重?fù)袈暋?。加電重?fù)袈曌詈貌捎眯袠I(yè)中常用的現(xiàn)有方法控制,例如限制加電的工作電流值,或者減慢Vmid的變化速率(dV/dt)等。
連接電阻以便在輸出節(jié)點(diǎn)上恢復(fù)靜態(tài)電壓的開關(guān)可以采用一個MOS晶體管、選通電路、或者二極晶體管。為了能夠斷開放大器,可以在它的輸出串聯(lián)一個類似的開關(guān),或該輸出端關(guān)閉以實(shí)現(xiàn)零輸出電流(即,置為高阻狀態(tài))。Vss和Vdd連接可以是外接地電勢,也可以不是外接地電勢。靜態(tài)電壓可以是Vdd/2,也可以是其它電壓。
開關(guān)電阻可以在輸出端,也可以在開關(guān)的固定電壓端,或者也可以把開關(guān)連接在一對電阻之間,這對電阻的電阻值可以在輸出節(jié)點(diǎn)上恢復(fù)靜態(tài)電壓。如果在上述的一對電阻之間連接開關(guān),那么應(yīng)該在最頂端的電阻(與基準(zhǔn)電壓或供電電壓連接)的開關(guān)端與地之間連接一個電容器,以濾掉交流供電噪音。
上述放大器系統(tǒng)可能有多個聲道,最好為每個聲道提供獨(dú)立的開關(guān)電阻,以便把各個聲道的輸出節(jié)點(diǎn)的電壓恢復(fù)到靜態(tài)電壓值。在這種設(shè)計(jì)中,多個聲道可以獨(dú)立切換,但是可以共享一個去耦合電容器和最頂端電阻(與基準(zhǔn)電壓或供電電壓連接)。
請參照圖3所示,圖3中的音頻系統(tǒng)300除了帶有一個本發(fā)明實(shí)施例的音頻瞬變抑制電路外,與圖1中的音頻系統(tǒng)相似。特別是,電阻R6 304與開關(guān)S4 302串聯(lián)在Vdd102和輸出節(jié)點(diǎn)X128之間。
當(dāng)系統(tǒng)處于工作模式時,開關(guān)S4 302開路,開關(guān)S1 126閉路。當(dāng)系統(tǒng)處于待機(jī)模式時,開關(guān)S1 126開路,以斷開工作放大器120的輸出;開關(guān)S4 302閉合,通過電阻R6 304把輸出節(jié)點(diǎn)128連接到Vdd。選擇的R6 304的值(必要時還應(yīng)計(jì)入開關(guān)S4 302的電阻值)應(yīng)保證在待機(jī)模式下,當(dāng)R6 304與R1 122和R2 124串聯(lián)在Vdd102和Vss104之間時,R6 304的值應(yīng)把節(jié)點(diǎn)X128的電壓值固定為Vmid(即靜態(tài)電壓)。如果靜態(tài)電壓等于Vmid,那么R6 304的值實(shí)際上與串聯(lián)的R1 122和R2 124的電阻值相等。
圖3的設(shè)計(jì)具有許多優(yōu)點(diǎn)在集成電路系統(tǒng)中,電阻R1 122、R2 124和R6 304可以設(shè)計(jì)為精確匹配,這樣,Vmid將為其標(biāo)稱阻值,因此當(dāng)系統(tǒng)從工作模式切換為待機(jī)模式時,可以最大限度地減小節(jié)點(diǎn)X128上的瞬變。在工作模式下,不需要為R1 122和R2 124串聯(lián)任何晶體管開關(guān),因此避免可能引入的任何偏置或失真。而且,在多聲道系統(tǒng)中,由于開關(guān)S4 302把電阻R6 304與低阻抗、良好去耦的電源(Vdd122)連接,因此減小了瞬變耦合到其它聲道中的可能性。
圖4是基于圖3中音頻瞬變抑制設(shè)計(jì)概念的原理圖。
在圖4中,放大器120被表示為一個提供電壓輸出Va的戴維寧(Thevenin)電壓源402。在圖4的示意圖中與圖3的元件相似的元件采用圖3的參考編號。電壓源402通過開關(guān)S1 126驅(qū)動輸出節(jié)點(diǎn)128。在電路處于工作模式時,開關(guān)S1 126常閉,當(dāng)電路處于待機(jī)模式時,它處于開路狀態(tài)。在圖4中,圖3的電路中的反饋電阻對R1 122和R2 124由電阻Ra408代表,電阻R6 304由電阻Rb406代表,Rb406通過開關(guān)S4 404(在工作模式下常開)與Vdd102耦合。輸出節(jié)點(diǎn)X128通過交流耦合電容器130與負(fù)載R3耦合。在圖4所顯示的例子中,Ra=R1+R2,但是業(yè)內(nèi)有經(jīng)驗(yàn)的人士可能理解,Ra可以代表其它信號處理電路中的電阻元件的不同組合。
一般來說,Va為Va=Vss+(Vdd-Vss)*y(公式1)其中y是0到1之間的某個固定值,在本例中,通常為0.5。
由于S1 126處于反饋回路內(nèi),其電阻可以忽略。在待機(jī)模式下,開關(guān)S1 126開路,而開關(guān)S4 302閉合。電阻Rb406代表R6 304,它最好與開關(guān)S4 302的任何寄生電阻串聯(lián)。因此,在待機(jī)模式下,輸出節(jié)點(diǎn)X128的電壓Vx為Vx=Vss+(Vdd-Vss)/(1+Rb/Ra)(公式2)節(jié)點(diǎn)X128在工作模式和待機(jī)模式下為相同電壓值的條件是Vss+(Vdd-Vss)*y=Vss+(Vdd-Vss)/(1+Rb/Ra)(公式3)因此Rb/Ra=(1/y)-1(公式4)如果y=0.5,則Rb=Ra。
圖5是對二級放大器電路500的音頻瞬變抑制設(shè)計(jì)的一種擴(kuò)展。圖5中的設(shè)計(jì)與圖3中的設(shè)計(jì)相似,但是在輸出節(jié)點(diǎn)128和輸出耦合電容器130之間加入了一個反向放大器級。該級由一個工作放大器310構(gòu)成,工作放大器帶有一個與Vmid122和設(shè)置增益的反饋電阻R8 306與R7308連接的非反向輸入。與工作放大器120一樣,開關(guān)S5 122用于從與耦合電容器130連接的輸出節(jié)點(diǎn)Z314上去掉放大器310的輸出耦合。開關(guān)S5 122在工作模式下閉合,在待機(jī)模式下開路。
如圖5所示,輸出節(jié)點(diǎn)Z314的電壓被包含R8 306、R7 308、R1 122以及R2 124(在系統(tǒng)500處于待機(jī)模式下時)的電阻路徑拉向Vss104。開關(guān)電阻R6 304與節(jié)點(diǎn)Z314連接。從圖4的原理中我們可以看到,Ra=R8+R7+R1+R2。為了在待機(jī)模式下把輸出節(jié)點(diǎn)Z314的電壓設(shè)置在Vmid,電阻R6 304與開關(guān)S4 302的寄生電阻的和應(yīng)等于R8 306、R7 308、R1 122和R2 124的組合值。
在本發(fā)明的另一種設(shè)計(jì)中,電阻R6 304可以與節(jié)點(diǎn)X128耦合,而不是與節(jié)點(diǎn)Z314耦合,如圖中的虛線316所示。在這種情況下,Ra=R1+R2。為了把節(jié)點(diǎn)X128的電壓值設(shè)置為Vmid,R6 304與開關(guān)302的任何接通電阻的組合值應(yīng)該等于R1 122和R2 124的串聯(lián)組合值。我們可以知道,在這種設(shè)計(jì)中,當(dāng)開關(guān)S5 312開路時,節(jié)點(diǎn)Z314上的電壓將通過電阻R8 306和R7 308被拉向節(jié)點(diǎn)X128的靜態(tài)電壓值,并且最終與節(jié)點(diǎn)X128的電壓值相同。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解,在上述實(shí)例中,開關(guān)S1126(或者S5 312)在實(shí)際應(yīng)用中可能并不存在,而實(shí)際上是一個輸出驅(qū)動級,例如工作放大器,通過把該驅(qū)動級置于高阻輸出狀態(tài)實(shí)現(xiàn)斷開,在這種情況下,該驅(qū)動器實(shí)際上提供零輸出電路。
上述的電路和方法不限于在信號通路中存在交流耦合電容器的系統(tǒng),對于全直流耦合系統(tǒng),避免在待機(jī)模式和工作模式間切換時的瞬變也非常重要。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以知道,上述電路和方法也適用于此類直流耦合系統(tǒng),例如以短路代替上述的電容器C1 130的系統(tǒng)。
雖然本發(fā)明的實(shí)例是以放大器電路說明的,但是本發(fā)明還適用于其它音頻信號處理系統(tǒng),例如前置放大器電路或過濾電路等。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以很容易地在本發(fā)明的基礎(chǔ)上進(jìn)行變化。但是需要說明的是,本發(fā)明的適用范圍不僅限于上述的實(shí)例。因此,任何根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行等價修改或修飾而獲得的應(yīng)用都應(yīng)屬于本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種音頻信號處理電路,具有兩個模式,在第一模式中,電路工作以提供音頻信號輸出;在第二模式中,所述音頻信號輸出被抑制;所述電路包含至少一個帶有輸出節(jié)點(diǎn)的工作信號處理級,所述輸出節(jié)點(diǎn)帶有與第一直流電壓連接的直流信號通路,所述直流信號通路包含至少一個第一電阻元件;所述電路進(jìn)一步包含一個輸出信號瞬變抑制裝置,該瞬變抑制裝置包含可以在第二直流電壓與所述輸出節(jié)點(diǎn)之間切換連接的第二電阻元件,所述第二電阻元件的電阻值可以保證在所述第二個模式中,當(dāng)所述第二電阻元件與所述輸出節(jié)點(diǎn)的電壓連接時,所述輸出節(jié)點(diǎn)的電壓等于該節(jié)點(diǎn)在所述第一個模式中的靜態(tài)電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的音頻信號處理電路,其特征在于所述電路被配置為在所述第二個模式中連接所述第二直流電壓和所述輸出節(jié)點(diǎn)之間的所述第二電阻元件,并且在所述第一個模式中斷開所述第二電阻元件。
3.如權(quán)利要求1或2所述的音頻信號處理電路,其特征在于所述第一和第二電阻元件包括有在一個公共基片上制造的電阻元件。
4.如權(quán)利要求3所述的音頻信號處理電路,其特征在于所述第一電阻元件包含多個電阻。
5.如權(quán)利要求4所述的音頻信號處理電路,其特征在于所述電阻確定所述音頻信號處理電路的工作參數(shù)。
6.如權(quán)利要求1-5任何一項(xiàng)所述的音頻信號處理電路,其特征在于所述音頻信號處理電路包含有放大電路。
7.如前述任何一個權(quán)利要求中的音頻信號處理電路,其特征在于所述第一和第二電壓包含上述音頻信號處理電路的第一和第二電源電壓。
8.如前述任何一個權(quán)利要求所述的音頻信號處理電路,其特征在于所述工作信號處理級包含一個驅(qū)動所述輸出節(jié)點(diǎn)的裝置;所述電路被配置為在所述第二個模式下有效地把所述驅(qū)動裝置從所述輸出節(jié)點(diǎn)上斷開。
9.如權(quán)利要求1-8任何一項(xiàng)所述的音頻信號處理電路,其特征在于所述輸出節(jié)點(diǎn)與一個輸出耦合電容器連接,以提供交流耦合電路輸出。
10.如前述權(quán)利要求1-8任何一項(xiàng)所述的音頻信號處理電路,其特征在于所述電路進(jìn)一步包含第二工作信號處理級;其特征在于所述輸出節(jié)點(diǎn)與所述第二信號處理級是直流耦合的。
11.如權(quán)利要求10所述的音頻信號處理電路,其特征在于所述第二信號處理級帶有第二輸出節(jié)點(diǎn)以及從所述輸入通向所述第二輸出節(jié)點(diǎn)的一條直流信號通路。
12.如權(quán)利要求11所述的音頻信號處理電路,其特征在于所述第二信號處理級包括第二驅(qū)動裝置以驅(qū)動所述第二輸出節(jié)點(diǎn);所述音頻信號處理電路被配置為在所述第二個模式中有效地把所述第二驅(qū)動裝置從所述第二輸出節(jié)點(diǎn)上斷開。
13.如權(quán)利要求10-12任何一項(xiàng)所述的音頻信號處理電路,其特征在于所述第二輸出節(jié)點(diǎn)與一個輸出耦合電容器連接,以提供交流耦合電路輸出。
14.如權(quán)利要求1-8任何一項(xiàng)所述的音頻信號處理電路,其特征在于所述至少一個帶有輸出節(jié)點(diǎn)的工作信號處理級,從所述的輸入至輸出節(jié)點(diǎn)包括有一個輸入和一個直流信號通路,所述音頻信號處理電路進(jìn)一步包含一個帶有第二輸出節(jié)點(diǎn)的第二工作信號處理級;所述第二輸出節(jié)點(diǎn)與所述輸入耦合,并且?guī)в信c所述第一直流電壓連接的第二級直流信號通路;與所述第一直流電壓連接的所述直流信號通路包含所述第二級直流信號通路。
15.如權(quán)利要求14所述的音頻信號處理電路,其特征在于所述第二信號處理級包含第二驅(qū)動裝置以驅(qū)動所述第二輸出節(jié)點(diǎn);所述音頻信號處理電路被配置為在所述第二個模式下有效地把所述第二裝置從所述第二輸出節(jié)點(diǎn)上斷開。
16.如權(quán)利要求10-15任何一項(xiàng)所述的音頻信號處理電路,其特征在于所述第二信號處理級包含一個放大器或緩沖器。
17.如前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的中音頻信號處理電路,其特征在于所述音頻信號處理電路包含一個單電源集成電路放大器。
18.一種包含復(fù)數(shù)條上述音頻信號處理電路的多聲道信號處理器,所述第一和第二直流電壓對所述的全部音頻信號處理電路都是相同的。
19.一種抑制帶有工作模式和待機(jī)模式的音頻信號處理電路中的音頻輸出瞬變的方法,所述方法包含在待機(jī)模式中把電路的輸出節(jié)點(diǎn)電壓偏置為工作模式中的輸出的靜態(tài)電平值;所述偏置方法通過電阻分壓器實(shí)現(xiàn),至少所述電阻分壓器的一部分由一個或多個與工作模式下的所述輸出節(jié)點(diǎn)耦合的第一電阻構(gòu)成。
20.如權(quán)利要求19所述的方法,其特征在于所述偏置方法包括在工作模式與待機(jī)模式之前切換時把所述電阻分壓器的第二部分與所述輸出節(jié)點(diǎn)耦合;并且從所述輸出節(jié)點(diǎn)上去掉驅(qū)動信號的耦合。
21.如權(quán)利要求20所述的音頻信號處理電路,其特征在于所述電阻分壓器的第二部分包含一個或多個第二電阻;所述方法進(jìn)一步包含把所述一個或多個第一電阻與所述一個或多個第二電阻匹配。
22.一種抑制帶有工作模式和待機(jī)模式的音頻信號處理電路中的音頻輸出瞬變的方法,所述方法包括在待機(jī)模式中連接所述電路的供電電壓與電路的輸出節(jié)點(diǎn)之間的一個或多個偏壓電阻;在待機(jī)模式中,所述電路的輸出節(jié)點(diǎn)電壓被偏置為工作模式中的輸出的靜態(tài)電平值。
23.一種配置為實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求19-22任何一項(xiàng)中所述方法的音頻信號處理電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及音頻瞬變抑制電路和方法,特別用于在工作和待機(jī)模式之間切換放大器時抑制音頻瞬變。一種音頻信號處理電路(300),具有兩個模式,其中在第一個模式中,該電路工作以提供音頻信號輸出;在第二個模式中,所述音頻信號輸出被抑制;該電路包含至少一個帶有輸出節(jié)點(diǎn)(128)的工作信號處理級,所述輸出節(jié)點(diǎn)帶有一個與第一交流電壓(109)連接的直流信號通路;所述直流信號通路包含至少一個第一電阻元件(122,124);所述電路進(jìn)一步包括一個輸出信號瞬變抑制裝置,所述瞬變抑制裝置包括一個可在第二直流電壓(102)和所述輸出節(jié)點(diǎn)之間切換連接(302)的第二電阻元件(304);所述第二電阻元件的電阻值能夠保證在所述第二個模式中,當(dāng)所述第二電阻元件與所述輸出節(jié)點(diǎn)的電壓連接時,所述輸出節(jié)點(diǎn)上的電壓等于該節(jié)點(diǎn)在所述第一個模式中的電壓。
文檔編號H03F1/14GK1457144SQ03122129
公開日2003年11月19日 申請日期2003年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月10日
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