專利名稱：音訊放大裝置及其防止爆音的方法
技術領域：
本發(fā)明關于一種音訊放大裝置，尤指一種具防止爆音功能的音訊 放大裝置，及其防止爆音的方法。
背景技術：
一般而言，音訊播放系統(tǒng)用以放大音訊功率的架構可分為三大類，
分別為單端(Single-ended)、橋式負載(Bridge- tied-load)與全差動 式(Fully differential)等放大系統(tǒng)。其中，單端音訊放大系統(tǒng)多用于推 動耳機類負載。請參閱圖1，該圖為一典型的音訊播放系統(tǒng)的架構示意 圖。圖1中，音訊播放系統(tǒng)1為單端式放大架構，此音訊播放系統(tǒng)1 中，音訊放大裝置10的內部設置有功率放大器(Power amplifier)， 用以接收音訊源11所產生的第一音訊14，并將其放大為第二音訊15 輸出，其后，再由耦合電容CAd隔絕第二音訊15的直流偏壓，以交流 耦合音訊16傳輸至負載12播放。
接著，請參閱圖2A以及圖2B,該二圖分別為第二音訊15與交流 耦合音訊16的電壓示意圖。如圖2A以及圖2B所示，音訊放大裝置 IO啟動時(圖中的時間為Ti處)，第二音訊15的電位瞬間從零伏特 轉變?yōu)楣ぷ麟娢?，此瞬時電壓轉變造成了交流耦合音訊16瞬間出現(xiàn)電 壓脈沖，進而致使負載12產生爆音(Pop)現(xiàn)象。同樣地，當音訊放 大裝置10關閉時，爆音現(xiàn)象也將發(fā)生。此爆音現(xiàn)象不僅令使用者感到 不適，同時也會加速負載12與相關回路的老化，減短其使用壽命。因 此，如何防止爆音的產生為設計者經常思及的課題。
目前，業(yè)者通過控制放大器的偏壓上升速率，以消弭電壓的瞬時 轉變，從而避免爆音的產生。請參閱圖3，該圖為一現(xiàn)有技術具爆音防止功能的音訊播放系統(tǒng)的系統(tǒng)架構示意圖。圖3的音訊播放系統(tǒng)2中，
音訊放大裝置20具有一功率放大器AMPIO。功率放大器AMP10的參
考電壓輸入端連接有一旁路電容CBYPASS。此旁路電容Cbypass與功率
放大器AMPIO中形成電源電壓VDD/2的高阻抗電阻分壓電路將形成一 RC時間常數，以消除電壓瞬時轉變，避免負載22產生爆音。
上述現(xiàn)有技術中，通過旁路電容CBYPASS與相關分壓電阻來控制放
大器的偏壓點，使其緩慢達到工作電位的系統(tǒng)可避免爆音的產生。上 述的音訊放大裝置通常被設計于一集成電路芯片之中，為了實現(xiàn)防止
爆音的目的，集成電路芯片須外掛旁路電容CBYPASS。此外，此系統(tǒng)需
要相當長的充電時間始能達到放大器AMPIO的操作點。本發(fā)明人有鑒 于上述現(xiàn)有技術的缺陷，從而提出一種新的設計構思。有別于現(xiàn)有技 術的電壓控制系統(tǒng)，本發(fā)明基于電流控制系統(tǒng)來防止爆音現(xiàn)象。本發(fā) 明除了可有效避免爆音現(xiàn)象之外，亦可改善現(xiàn)有技術的放大器開啟時 間過長的缺陷。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種音訊放大裝置及其爆音防止方法，其 通過控制單元來切換功率放大器電路的操作類別，可在防止爆音產生 的同時，使功率放大器電路輸出音訊的偏壓值快速達到預定電位。
本發(fā)明揭示一種音訊放大裝置，其適用于一音訊播放系統(tǒng)。該音 訊播放系統(tǒng)具有一音訊源、 一隔絕電容以及一負載。該音訊放大裝置 包括一功率放大器電路以及一控制單元。該功率放大器電路耦接于該
音訊源，以接收該音訊源所產生的音訊。該功率放大電路用以放大該 音訊的功率，并通過該隔絕電容，將該被放大功率的音訊輸出至該負 載。該控制單元耦接于該功率放大器電路，并依據該功率放大器電路 輸出音訊的偏壓值，切換該功率放大器電路的操作類別。當該功率放 大器電路輸出音訊的偏壓值低于一預定電位時，該控制單元將該功率 放大器電路的操作類別設定為A類；當該功率放大器電路輸出音訊的
偏壓值達到該預定電位時，該控制單元則將該功率放大器電路的操作 類別設定為AB類。
本發(fā)明更揭示一種音訊播放系統(tǒng)，該音訊播放系統(tǒng)包括一音訊源、 一隔絕電容、 一負載以及一音訊放大裝置。該音訊源用以產生一音訊。
該負載耦接于該隔絕電容。該音訊放大裝置包括一功率放大器電路以 及一控制單元。該功率放大器電路耦接于該音訊源，以接收該音訊。 該功率放大電路用以放大該音訊的功率，并通過該隔絕電容，將該被 放大功率的音訊輸出至該負載。該控制單元耦接于該功率放大器電路， 并依據該功率放大器電路輸出音訊的偏壓值，切換該功率放大器電路 的操作類別。當該功率放大器電路輸出音訊的偏壓值低于一預定電位 時，該控制單元將該功率放大器電路的操作類別設定為A類；當該功 率放大器電路輸出音訊的偏壓值達到該預定電位時，該控制單元則將 該功率放大器電路的操作類別設定為AB類。
本發(fā)明另揭示一種音訊放大裝置防止爆音的方法，其適用于一音 訊放大裝置，該音訊放大裝置具有一功率放大電路，其中該功率放大 電路用以輸入并放大一音訊，該方法的步驟首先，啟動該功率放大電 路，并將該功率放大器電路的操作類別設定為A類。其次，判斷該功
率放大器電路輸出端的偏壓值是否達到一預定電位。最后，若該功率 放大器電路輸出端的偏壓值達到該預定電位時，將該功率放大器電路
的操作類別切換為AB類，以放大該音訊的功率。
通過以上技術特征，當可獲悉本發(fā)明的有益效果表現(xiàn)如下 本發(fā)明所揭示的音訊放大裝置及其防止爆音方法基于控制功率放 大器電路的操作類別，以于防止爆音產生的同時，使功率放大器電路 輸出音訊的偏壓值快速上升至預定電位，以進入正常放大音訊功率的 工作。并且，本發(fā)明的音訊放大裝置更提供一緩升電流源控制其輸出 電流，以進一步抑制可能產生爆音現(xiàn)象的因素。此外，放電單元可進 一步地防止音訊放大裝置關閉階段產生爆音。相較于現(xiàn)有技術的音訊
放大裝置須外掛旁路電容與電壓上升時間冗長等缺陷，本發(fā)明以不同 的結構形式提供了可靠且有效率的改善方案。
以上的概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明 本發(fā)明為達成預定目的所采取的方式、手段及功效。而有關本發(fā)明的 其它目的及優(yōu)點，將在后續(xù)的說明及附圖中加以闡述。


圖1為一典型的音訊播放系統(tǒng)的系統(tǒng)架構示意圖2A以及圖2B為圖1的第二音訊與交流耦合音訊的電壓示意圖3為一現(xiàn)有技術具爆音防止功能的音訊播放系統(tǒng)的架構示意圖4為本發(fā)明所揭示音訊放大裝置及音訊播放系統(tǒng)的架構示意圖5為本發(fā)明所揭示音訊放大裝置及音訊播放系統(tǒng)的電路圖6為本發(fā)明的緩升電流源的電路圖7為本發(fā)明所揭示音訊放大裝置的防止爆音方法的步驟流程以及
圖8為圖5的音訊放大裝置輸出端電壓值以及負載電壓的電壓示 意圖。
圖中符號說明1、 2、 3:音訊播放系統(tǒng)10、20、 30:音訊放大裝置
11、21、 31:音訊源
12、22、 32:負載
14:第一音訊
15:第二音訊
16:交流耦合音訊
300功率放大器電路
302控制單元
304靜態(tài)電流控制單元305:偏壓電路單元 306:緩升電流源 307:比較單元 308:放電單元
AMP1、 AMP10:放大器
Ci、 Cs、 CaC1、 CaC2、 CaC3、 Cbypass'. 電容
Rj、 R2、 R3、 R5:電阻
Qpi、 QP31、 Qp32Qn1、 Qn2、 Qn31、 Qn51、 Qn52、 Qn53、 Qn54、 Qn55 : 晶體管
SW1、 SW2:切換開關
Is:電流源
CTRL:控制訊號
具體實施例方式
首先，請參閱圖4，該圖為本發(fā)明所揭示音訊放大裝置及音訊播放 系統(tǒng)的架構示意圖。如圖4所示， 一音訊播放系統(tǒng)3具有一音訊源31、 一音訊放大裝置30、 一隔絕電容CAC3以及一負載32。音訊放大裝置 30設置于音訊播放系統(tǒng)3之中，并具有一功率放大器電路300以及一 控制單元302。
功率放大器電路300耦接于音訊源31，以接收音訊源31所產生的 音訊，并放大此音訊的功率。功率放大器電路300所放大的音訊通過 隔絕電容CAC3濾除其直流偏壓后，再輸出至負載32播放?？刂茊卧?302耦接于功率放大器電路300，此控制單元302依據功率放大器電路 300輸出音訊的偏壓值，切換功率放大器電路300的操作類別。于音訊 放大裝置30的啟動階段，功率放大器電路300輸出音訊的偏壓值低于 一預定電位時，控制單元302將功率放大器電路300的操作類別設定 為A類；當功率放大器電路300輸出音訊的偏壓值高于一預定電位時， 控制單元302則將功率放大器電路300的操作類別設定為AB類。又， 所述的預定電位即為功率放大器電路300的共模電壓Vcm。
請參閱圖5，該圖為圖4的音訊放大裝置30及音訊播放系統(tǒng)3的 電路圖，其中音訊放大裝置30包括了功率放大器電路300以及控制單 元302的相關電路示意圖。如圖5所示，功率放大器電路300具有一 輸入級放大器AMP1、 一PMOS晶體管Qpi、 一NMOS晶體管Qw。輸 入級放大器AMP1的輸入端用以連接于音訊源31，且以電壓PB、 NB 作為其正、負直流偏壓點。功率放大器電路300具有一偏壓電路單元 305，此偏壓電路單元305顯示了上述正、負直流偏壓點PB、 NB的產 生電路。又，功率放大器電路300并包括一靜態(tài)電流控制單元(Quiescent current controller) 304，其用以提供功率放大器電路300輸出訊號直流 偏壓。又，此靜態(tài)電流控制單元304的電路結構為現(xiàn)有，在此便不再 作贅述。
圖5中，控制單元302包括了一比較單元307以及二切換開關 SW1、 SW2，切換開關SW1、 SW2分別控制了晶體管QiM、 QN1柵極端 的接續(xù)狀態(tài)，以切換功率放大器電路300的操作類別。比較單元307 用以比較端點晶體管Qw柵極端端點NOB的電位以及功率放大器電路 300偏壓點NB的電位，以輸出一控制訊號CTRL，控制訊號CTRL可 控制切換開關SW1中，QH的柵極連接在端點SA或連接于端點SB， 端點SA連接于功率放大器電路300的直流偏壓點，而端點SB連接于 輸入級放大器AMP1的輸出端。此比較單元307可包括一比較器電路， 以實現(xiàn)上述電位比較系統(tǒng)。又，音訊放大裝置30更包括一放電單元308， 此放電單元308耦接于功率放大器電路300的輸出端，放電單元308 的晶體管(^2僅于音訊放大裝置30關閉時始導通。
在此便通過圖5的電路結構，詳細說明音訊放大裝置30于啟動與 關閉階段的防止爆音產生的運作系統(tǒng)。
首先，于音訊放大裝置30的開啟階段，其防止爆音產生的操作系 統(tǒng)包括以下兩個步驟
第一步驟當功率放大器電路300啟動時，切換開關SW1將晶體
管Qm的柵極連接在端點SA，同時，切換開關SW2將晶體管Q^的柵 極連接在端點SN，使功率放大器電路300操作在A類，以定電流對隔 絕電容CAC3充電；以及
第二步驟當晶體管Qw柵極端端點NOB的電位高于功率放大器 電路300的偏壓點NB電位時，即表示功率放大器電路300已達到設計 所須的預定電位(即功率放大器電路300的共模電壓Vem)。此時，比 較單元307可控制切換開關SW1，將晶體管QP1的柵極由端點SA切換 到端點SB，使功率放大器電路300操作在AB類，以進行正常的放大 音訊功率工作。
又，本發(fā)明人鑒于當功率放大器電路300操作在A類時，若瞬間
提供定電流對隔絕電容CAC3充電，仍會造成電壓V^d產生微小的電位
跳動，從而致使負載32具有產生爆音的可能性。因此，于偏壓電路單 元305內設置一緩升電流源(Slow ramp-up current source) 306，使開 機后，功率放大器電路300輸出音訊的偏壓值V。ut緩慢上升，以抑制 爆音產生的可能因素。
請參閱圖6，該圖為本發(fā)明所揭示緩升電流源306之一電路實例。 如圖6所示，此緩升電流源306為一電流鏡電路(Current mirror)，其 通過其中晶體管(^52柵極所連接的電阻R5與電容C5，控制其汲極的 電位、緩慢上升，進而控制晶體管QN51的柵極-源極電壓Vgs。開機后， 鏡像電流I。ut輸出值由電阻R5與電容C5的充電時間控制而逐漸增大， 從而控制偏壓電路單元305的正、負偏壓點電壓亦緩慢上升，而功率 放大器電路300所輸出的電流由零逐漸增加至一定電流。吾人可通過 韌體來控制此處的電流上升時間，使其達到最佳化。
其次，于音訊放大裝置30的關閉階段，音訊放大裝置30防止爆 音產生的操作系統(tǒng)如下
當功率放大器電路300關閉時，切換開關SW1、 SW2分別將晶體管QPi、 Qw的柵極連接于端點PD，以關閉晶體管QP1、 QN2。為了避
免電壓V。ut的電位突然下降，致使負載32的電壓V^d出現(xiàn)突波而造成
爆音的產生，此時，音訊放大裝置30開啟晶體管Q^，使電阻R2與隔 絕電容CAC3形成放電回路，以逐漸降低音訊放大裝置30的輸出端的電 壓值V。ut，防止負載32于音訊放大裝置30的關閉階段產生爆音。
請參閱圖7，該圖為本發(fā)明所揭示音訊放大裝置防止爆音方法的步 驟流程圖。其中相關的系統(tǒng)架構，請同時參閱圖5、圖6。如圖7所示， 此方法包括下列步驟
首先，啟動功率放大器電路300，控制單元302將功率放大器電路 300的操作類別設定為A類(步驟S700);
其次，控制單元302并判斷功率放大器電路300輸出端的偏壓值 V。ut是否達到預定電位(步驟S702);以及
最后，若功率放大器電路300輸出訊號的電壓V。ut達到預定電位 時，控制單元302將功率放大器電路300的操作類別切換為AB類，以 放大音訊的功率(步驟S704)。
該音訊放大裝置30更包括提供一放電單元308，放電單元308耦 接于功率放大器電路300的輸出端。上述的方法中，更包括若此功率 放大器電路300被關閉，則啟動該放電單元308的步驟。
上述本發(fā)明的防止爆音方法的步驟S700中，更包括提供一緩升電 流源306，以于功率放大器電路300啟動時，控制功率放大器電路300 的輸出電流逐漸上升至定電流的步驟。
最后，請參閱圖8，該圖為圖5的音訊播放系統(tǒng)3的輸出端電壓 V。ut與負載32電壓V^d的電壓示意圖。如圖8所示，時間于to t3區(qū)間 為功率放大器電路300的開啟階段，而時間于t3 t4區(qū)間為功率放大器 電路300的關閉階段。當時間于t。~t2區(qū)間時，功率放大器電路300操作在A類，其中t。 t, 區(qū)間利用緩升電流源306控制功率放大器電路300，使其輸出電流緩慢 增加至時間于^時達到一定電流。而時間于t, t2區(qū)間時，功率放大器 電路300操作在A類，此時，電壓Vi。ad線性上升，功率放大器電路300 已定電流對隔絕電容CAC3充電。時間于t廣t3區(qū)間時，功率放大器電路 300操作在AB類，負載32電壓V^d收斂的階段。當功率放大器電路 300操作在AB類的后，即可正常地放大音訊的功率，而負載32的電 壓V^d也逐漸收斂至零電位。最后，當時間于t廣t4區(qū)間時，音訊放大 裝置30為關閉階段，其輸出端電壓V。ut經由電阻R2所形成的放電回 路緩慢下降。
以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施例的詳細說明及圖式而已，并 非用以限制本發(fā)明，本發(fā)明的所有范圍應以所述的申請專利范圍為準， 任何熟悉該項技藝者在本發(fā)明的領域內，可輕易思及的變化或修飾皆 可涵蓋在本發(fā)明所界定的專利范圍。
權利要求
1. 一種音訊放大裝置，適用于一音訊播放系統(tǒng)，該音訊播放系統(tǒng)具有一音訊源、一隔絕電容以及一負載，其特征在于包括一功率放大器電路，耦接于該音訊源，以接收該音訊源所產生的音訊，該功率放大電路用以放大該音訊的功率，并通過該隔絕電容，將該被放大功率的音訊輸出至該負載；以及一控制單元，耦接于該功率放大器電路，該控制單元依據該功率放大器電路輸出音訊的偏壓值，切換該功率放大器電路的操作類別；其中當該功率放大器電路輸出音訊的偏壓值低于一預定電位時，該控制單元將該功率放大器電路的操作類別設定為A類，當該功率放大器電路輸出音訊的偏壓值達到該預定電位時，該控制單元則將該功率放大器電路的操作類別設定為AB類。
2. 如權利要求l所述的音訊放大裝置，其特征在于該功率放大電 路包括一偏壓電路單元，該偏壓電路單元用以產生該功率放大器電路 的正、負直流偏壓點。
3. 如權利要求2所述的音訊放大裝置，其特征在于該功率放大電 路包括一輸入級放大器、一PMOS晶體管以及一NMOS晶體管，該輸 入級放大器耦接于該音訊源，以輸入該音訊。
4. 如權利要求3所述的音訊放大裝置，其特征在于當該功率放大 電路啟動時，該PMOS晶體管的柵極端接受該控制單元的控制，以耦 接于該輸入級放大器的輸出端或該功率放大器電路的正偏壓點。
5. 如權利要求4所述的音訊放大裝置，其特征在于該控制單元包括一比較單元，依據該功率放大電路的負偏壓點電位值以及該 NMOS晶體管的柵極端電位值的比較，以輸出一控制訊號；以及一切換開關，依據該控制訊號，控制該PMOS晶體管的柵極端耦 接于該輸入級放大器的輸出端或該功率放大器電路的正偏壓點。
6. 如權利要求3所述的音訊放大裝置，其特征在于當該功率放大 電路啟動時，該NMOS晶體管的柵極端接受該控制單元的控制，以耦 接于該輸入級放大器的輸出端。
7. 如權利要求2所述的音訊放大裝置，其特征在于該偏壓電路單 元包括一緩升電流源。
8. 如權利要求7所述的音訊放大裝置，其特征在于該緩升電流源 為一電流鏡電路。
9. 如權利要求7所述的音訊放大裝置，其特征在于該緩升電流源 包括一電阻以及一電容，該電阻以及該電容用以決定該緩升電流源的 輸出電流的上升時間。
10. 如權利要求1所述的音訊放大裝置，其特征在于更包括一放 電單元，該放電單元耦接于該功率放大電路的輸出端。
11. 一種音訊播放系統(tǒng)，其特征在于包括 一音訊源，用以產生一音訊； 一隔絕電容；一負載，耦接于該隔絕電容；以及 一音訊放大裝置，包括一功率放大器電路，耦接于該音訊源，以接收該音訊源所產生的 音訊，該功率放大電路用以放大該音訊的功率，并通過該隔絕電容，將該被放大功率的音訊輸出至該負載；以及一控制單元，耦接于該功率放大器電路，該控制單元依據該功率 放大器電路輸出音訊的偏壓值，切換該功率放大器電路的操作類別； 其中當該功率放大器電路輸出音訊的偏壓值低于一預定電位時， 該控制單元將該功率放大器電路的操作類別設定為A類，當該功率放 大器電路輸出音訊的偏壓值達到該預定電位時，該控制單元則將該功 率放大器電路的操作類別設定為AB類。
12. 如權利要求ll所述的音訊播放系統(tǒng)，其特征在于該功率放大 電路包括一偏壓電路單元，該偏壓電路單元用以產生該功率放大器電 路的正、負直流偏壓點。
13. 如權利要求12所述的音訊播放系統(tǒng)，其特征在于該功率放大 電路包括一輸入級放大器、一PMOS晶體管以及一 NMOS晶體管，該 輸入級放大器耦接于該音訊源。
14. 如權利要求13所述的音訊播放系統(tǒng)，其特征在于當該功率放 大電路啟動時，該PMOS晶體管的柵極端接受該控制單元的控制，以 耦接于該輸入級放大器的輸出端或該功率放大器電路的正偏壓點。
15. 如權利要求14所述的音訊播放系統(tǒng)，其特征在于該控制單元包括-一比較單元，依據該功率放大電路的負偏壓點電位值以及該 NMOS晶體管的柵極端電位值的比較，以輸出一控制訊號；以及一切換開關，依據該控制訊號，控制該PMOS晶體管的柵極端耦 接于該輸入級放大器的輸出端或該功率放大器電路的正偏壓點。
16. 如權利要求13所述的音訊播放系統(tǒng)，其特征在于當該功率放 大電路啟動時，該NMOS晶體管的柵極端接受該控制單元的控制，以 耦接于該輸入級放大器的輸出端。
17. 如權利要求12所述的音訊播放系統(tǒng)，其特征在于該偏壓電路 單元包括一緩升電流源。
18. 如權利要求17所述的音訊播放系統(tǒng)，其特征在于該緩升電流 源為一電流權利要求第17所述的音訊播放系統(tǒng)，其特征在于該緩升電 流源包括一電阻以及一電容，該電阻以及該電容用以決定該緩升電流 源的輸出電流的上升時間。
19. 如權利要求ll所述的音訊播放系統(tǒng)，其特征在于該音訊放大 裝置更包括一放電單元，該放電單元耦接于該功率放大電路的輸出端。
20. —種音訊放大裝置防止爆音的方法，適用于一音訊放大裝置， 該音訊放大裝置具有一功率放大電路，其中該功率放大電路用以輸入 并放大一音訊，其特征在于包括下列步驟-啟動該功率放大電路，并將該功率放大器電路的操作類別設定為A類；判斷該功率放大器電路輸出端的偏壓值是否達到一預定電位；以.及若該功率放大器電路輸出端的偏壓值達到該預定電位時，將該功 率放大器電路的操作類別切換為AB類，以放大該音訊的功率。
21. 如權利要求21所述的方法，其特征在于該音訊放大裝置更包 括一放電單元，該放電單元耦接于該功率放大器電路的輸出端，該方法更包括若該功率放大器電路被關閉，則啟動該放電單元的步驟。
22. 如權利要求21所述的方法，其特征在于更包括提供一緩升電 流源，該緩升電流源于該功率放大器電路啟動時，控制該功率放大器 電路的輸出電流逐漸上升至定電流的步驟。
全文摘要
一種音訊放大裝置，其適用于一音訊播放系統(tǒng)，此音訊播放系統(tǒng)具有一音訊源、一隔絕電容以及一負載。此音訊放大裝置包括一功率放大器電路以及一控制單元。功率放大器電路耦接于音訊源，以接收音訊源所產生的音訊。功率放大電路具有放大音訊的功率，并通過隔絕電容，將被放大的音訊輸出至負載?？刂茊卧罱佑诠β史糯笃麟娐?，當功率放大器電路輸出音訊的偏壓值低于一預定電位時，控制單元將功率放大器電路的操作類別設定為A類；當功率放大器電路輸出音訊的偏壓值達到預定電位時，控制單元則將功率放大器電路的操作類別設定為AB類。
文檔編號H03K5/125GK101207376SQ200610168569
公開日2008年6月25日 申請日期2006年12月21日 優(yōu)先權日2006年12月21日
發(fā)明者李鴻邦 申請人:揚智科技股份有限公司