具有噪聲消除電路的高保真d類音頻放大器芯片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及高保真D類音頻放大器。本發(fā)明公開了一種具有噪聲消除電路的高保真D類音頻放大器芯片，包括前置放大器、二級放大器，PWM調(diào)制電路、驅(qū)動器、功率放大器、反饋電路，其特征在于，還包括噪聲消除電路，所述噪聲消除電路與驅(qū)動器和前置放大器連接，所述噪聲消除電路在芯片上電和掉電時通過驅(qū)動器關(guān)斷功率放大器，并在芯片恢復(fù)過程中對音頻輸入端進(jìn)行鉗位，使得芯片處于軟啟動的工作方式；所述噪聲消除電路包括邏輯單元、開關(guān)電容積分器和控制單元，所述邏輯單元與開關(guān)電容積分器和控制單元連接，所述開關(guān)電容積分器與控制單元連接，所述控制單元與前置放大器輸入端連接，所述邏輯單元與驅(qū)動器連接。本發(fā)明主要用于音頻放大器。
【專利說明】具有噪聲消除電路的高保真D類音頻放大器芯片【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明涉及高保真D類音頻放大器，特別涉及D類音頻放大器中的爆破噪聲控制電路。
【背景技術(shù)】
[0002]Click-and-pop稱作咔嗒聲和砰然聲，屬于D類音頻放大器的一類爆破噪聲。對于絕大多數(shù)人來說，如果click-and-pop不是很大,都還是可以接受的,但是如果這種刺耳的聲音太大，就會讓人感到煩躁，影響音頻放大器的正常使用。所以對于音頻放大電路若能消除或者減小click-and-pop噪聲是極其至關(guān)重要的。
[0003]—般而言，click-and-pop聲能被定義為由放大器系統(tǒng)產(chǎn)生的電壓瞬變信號產(chǎn)生的可聽見噪聲，其并不是來自于系統(tǒng)的輸入信號。在眾多導(dǎo)致click-and-pop聲原因中,其中一個主要原因就是芯片剛上電或者掉電，使能開啟或者關(guān)斷時，芯片的正常的工作點并未建立或者全差分輸出失調(diào)造成的不必要信號經(jīng)過揚聲器，同時由于產(chǎn)生的噪聲信號在音頻信號頻譜范圍內(nèi)，從而導(dǎo)致了揚聲器發(fā)出無用的聲音。
[0004]為了解決上述問題，現(xiàn)有的爆破噪聲抑制方法主要有采用BTL (橋接式負(fù)載)輸出，增大基準(zhǔn)電壓濾波電容和合理的系統(tǒng)控制時序等方式來進(jìn)行控制。但這些方法存在的缺點是只能針對某一種噪聲進(jìn)行改進(jìn)，很難將設(shè)備中的大部分爆破噪聲消除。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，就是提出一種具有噪聲消除電路的高保真D類音頻放大器芯片。
[0006]本發(fā)明解決所述技術(shù)問題，采用的技術(shù)方案是，具有噪聲消除電路的高保真D類音頻放大器芯片，包括前置放大器、二級放大器，PWM調(diào)制電路、驅(qū)動器、功率放大器、反饋電路，其特征在于，還包括噪聲消除電路，所述噪聲消除電路與驅(qū)動器和前置放大器連接，所述噪聲消除電路在芯片上電和掉電時通過驅(qū)動器關(guān)斷功率放大器，并在芯片恢復(fù)過程中對音頻輸入端進(jìn)行鉗位，使得芯片處于軟啟動的工作方式；所述噪聲消除電路包括邏輯單元、開關(guān)電容積分器和控制單元，所述邏輯單元與開關(guān)電容積分器和控制單元連接，所述開關(guān)電容積分器與控制單元連接，所述控制單元與前置放大器輸入端連接，所述邏輯單元與驅(qū)動器連接。
[0007]具體的，所述功率放大器由4只功率管構(gòu)成。
[0008]進(jìn)一步的，所述4只功率管連接成H橋。
[0009]本發(fā)明的有益效果是，有效的抑制了高保真D類音頻放大器中的Click-and-pop聲，保證了芯片剛上電或者掉電，使能開啟或者關(guān)斷時，不會造成不必要的信號經(jīng)過揚聲器。在模式切換時形成類似于軟啟動過程的控制方式，能夠同時對揚聲器輸出端和音頻信號輸入端進(jìn)行控制，高效的抑制了爆破聲?！緦＠綀D】

【附圖說明】[0010]圖1是噪聲消除電路內(nèi)部架構(gòu)示意圖；
[0011]圖2是本發(fā)明的芯片電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖3是噪聲消除電路中的開關(guān)電容積分器電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖4是噪聲消除電路中的控制單元電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖5是噪聲消除電路中邏輯單元及其時序控制示意圖。
【具體實施方式】
[0015]本發(fā)明一方面在芯片上電/掉電時能夠通過驅(qū)動器關(guān)斷功率放大器使得揚聲器保持靜默狀態(tài)；另一方面在芯片恢復(fù)過程中，能夠通過音頻輸入端嵌位使得芯片形成類似于軟啟動的工作方式，從而有效抑制了 click-and-pop聲同時保證了模式切換的流暢性。
[0016]本發(fā)明的噪聲消除電路如圖1示，包括一個邏輯單元，一個開關(guān)電容積分器和一個控制單元。其中，邏輯單元有三個輸入端，五個輸出端，輸入端瓦作為使能端，輸入端SCOUT連接至開關(guān)電容積分器和控制單元，輸入端SHDI連接至控制單元；輸出端ΕΝ1、--、CLK和CLR連接至開關(guān)電容積分器，輸出端豆_連接至驅(qū)動模塊；開關(guān)電容積分器有五
個輸入端和一個輸出端，其中，輸入端SHDI連接至控制單元；控制單元有兩個輸入端，輸入端SCOUT連接至開關(guān)電容積分器和邏輯單元，輸入端VREF作為外部基準(zhǔn)信號，輸出端CTRl和CTR2連接至音頻信號輸入端。
[0017]本發(fā)明的芯片電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括前置放大器、二級放大器，PWM調(diào)制電路、驅(qū)動電路、功率放大器、反饋電路和噪聲消除電路。噪聲消除電路連接驅(qū)動電路輸入端、第一輸入信號VINl和第二輸入信號VIN2。圖1中二級放大器由全差分運算放大器0Ρ2及其外圍電路構(gòu)成，前置放大器由全差分運算放大器OPl及其外圍電路構(gòu)成。全差分運算放大器OPl輸入端分別連接第一輸入信號VINl和第二輸入信號VIN2,其輸出端與全差分運算放大器0Ρ2連接。全差分運算放大器0Ρ2輸出的兩路信號Vi+和V1-分別接入PWM調(diào)制電路，完成音頻信號的PWM調(diào)制。PWM調(diào)制電路輸出的2路調(diào)制信號經(jīng)過驅(qū)動器進(jìn)行放大，然后輸入功率放大器進(jìn)行功率放大，推動揚聲器發(fā)聲。反饋電路的輸入信號分別接揚聲器的兩端VOl和V02，輸出信號分別接全差分運算放大器0Ρ2的正輸入端和負(fù)輸入端。圖1中，電阻Ril、Ri2為輸入電阻，電阻R1、R7為反饋電阻，電阻R2、R8為輸出電阻，電容C1、C4為反饋電容。本發(fā)明的功率放大器可以采用4只場效應(yīng)管連接成H橋構(gòu)成功率輸出級，揚聲器連接在功率放大器的輸出端。
[0018]本發(fā)明上述方案中，具體涉及的開關(guān)電容積分器如圖3示，包括，PMOS管(P型場效應(yīng)晶體管)Ml、M2、MSI 和 MS4，NMOS 管(N 型場效應(yīng)晶體管)MS2、MS3、M3A、M3B、M4A、M4B，三極管Ql和Q2，電阻Rl和R2，偏置電流源Ibias，電容CS和CF，運算放大器A0。其中PMOS管Ml、M2和MS4的源極連接到外部電源，Ml的柵極和漏極相連到M2的柵極、MSl的漏極和偏置電流源IBIAS的一端，MSl的柵極連接到輸入端ENl，M2的漏端連接到三極管Q1、Q2的基極和Q2的集電極，Q2的發(fā)射極連接到電阻R2的一端，電阻R2的另一端連接到地，Ql的集電極連接到外部電源，Ql的發(fā)射極連接到電阻Rl的一端和NMOS管M3A的漏端，電阻Rl的另一端連接到地，NMOS管M3A和M3B的柵極連接到輸入信號板,NMOS管M4A和M4B的柵極連接到輸入信號CLK，M3A的源極連接到NMOS管M4B的漏極和電容CS的一端，電容CS的另一端連接到NMOS管M3B的漏極和NMOS管M4A的源極，M4B和M3B的源端都連接到地，M4A的漏端連接到運算放大器AO的同相輸入端和電容CF的一端以及NMOS管MS2的漏端，運算放大器的反相輸入端連接到地，NMOS管MS2和MS3的柵端都連接至輸入信號CLR，源端都連接到地，PMOS管MS4柵端連接至輸入信號SHDI2，運算放大器AO的輸出、電容CF的一端、MS4的漏端和MS3的漏端作為開關(guān)電容積分器的輸出端SCOUT。
[0019]本發(fā)明上述方案中，具體涉及的控制單元如圖4所示，包括，PMOS管M1、M2、M5、M6、M7、M8、M9 和 M14, NMOS 管 M4、M10、Mil、M12、M13、M15、M16、M17 和 M18, PNP 管 Ql、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12 和 Q13，NPN 管 Q2、Q3、Q4、Q5、Q14，電阻 R1、R2、R3 和 R4,電容 Cl ；PM0S管Ml、M2、M5、M6、M7、M8、M9和M14的源端都連接到外部電源，Ml、M2、M8、M7、M9、M14的柵端連接到外部偏置電流源IBIAS的一端，IBIAS的另一端連接到地，M2的漏端連接至PNP管Ql的發(fā)射極和NPN管Q2和Q3基極，Ql的基極連接至輸入信號端VREF，Ql的集電極連接到地，Q2和Q3的集電極連接至外部電源，Q2的發(fā)射極連接至電阻Rl的一端，電阻Rl連接到電阻R2的一端，R2的另一端連接至地，Q3的發(fā)射極連接至電阻R4的一端，電阻R4的另一端連接至PMOS管M5的柵極和NMOS管M4的漏極，PMOS管M5和PMOS管M6的源極連接至PMOS管M8的漏端，NMOS管M4的柵端連接至PMOS管M6的漏極和NPN管Q5的集電極和NMOS管M12和M13的柵極，NMOS管M4、M10、M11、M12和M13的源端連接至地，PMOS管M5的漏極連接至NPN管Q4和Q5的基極，NPN管Q4和Q5的發(fā)射極連接至地，PMOS管M6的柵極連接至PMOS管M9的漏端和PNP管Q6的發(fā)射極，PNP管Q6的基極連接至NPN管Q14的發(fā)射極和NMOS管Mll的漏端，Q6的集電極連接至地，Q14的柵極連接至輸入信號SC0UT，NM0S管Mll的柵極和MlO的柵極連接至PMOS管M7的漏極，MlO和Mll的源極連接至地，PMOS管M14的漏極連接至NMOS管M12的漏極和經(jīng)過反相器后連接至輸出信號SHDI和SHDI2，NM0S管M13的漏極連接至電阻R3的一端，M13的源極連接至地，電阻R3的另一端連接至PNP管Q7、Q8和Qll的基極和Q7的集電極，Q7和Q8的發(fā)射極連接至外部電源，PNP管Q8的集電極連接至PNP管Q9和QlO的發(fā)射極，Q9的基極和集電極連接至NMOS管M15的漏極且作為輸出信號端CTRl，M15和M16的源極連接至地，M15和M16的柵極和M16的漏極連接至PNP管QlO的集電極，QlO的基極連接至輸入信號VREF，PNP管Qll的集電極連接至PNP管Q12和Q13的發(fā)射極，Q13的基極和集電極連接至NMOS管M18的漏極且作為輸出信號端CTR2，M17和M18的源極連接至地，M17和M18的柵極和M17的漏極連接至PNP管QlO的集電極，Q12的基極連接至輸入信號VREF。
[0020]本發(fā)明根據(jù)產(chǎn)生click-and-pop聲的原因，提出了相應(yīng)的解決方案，解決click-and-pop聲的主要方法是在芯片上電或掉電時,噪聲消除電路開始工作,輸出的數(shù)字邏輯信號通過驅(qū)動器關(guān)斷H橋，此時揚聲器處于靜默狀態(tài)，芯片進(jìn)入消噪模式；當(dāng)整個芯片需要恢復(fù)至正常工作狀態(tài)時，經(jīng)過微秒級的延時后通過邏輯信號控制將輸出信號驅(qū)動器開啟，同時將CTRl和CTR2兩個引腳鉗位；之后開關(guān)電容積分器經(jīng)過毫秒級的積分使得CTRl和CTR2逐漸放開輸入引腳的電平，則芯片退出了消噪模式，這樣通過合理的控制次序和控制時間，形成類似于軟啟動過程的控制方式，能夠很好的抑制爆破噪聲的產(chǎn)生，使得用戶在上電和掉電模式切換時仍然保持輕松、愉快的心情去欣賞美妙、和諧的音樂。
[0021]本發(fā)明提出的噪聲消除電路的內(nèi)部架構(gòu)圖如圖1所示，其主要構(gòu)成部分是邏輯單元，開關(guān)電容積分器，控制單元三個部分。
[0022]具體工作原理如下:
[0023]當(dāng)芯片工作使能端^為低時，即芯片在上電/掉電情況下，芯片進(jìn)入保護(hù)模式，主要是利用邏輯單元輸出控制信號石Τ^Ζ)=?’，使能作用關(guān)斷驅(qū)動器，利用驅(qū)動器內(nèi)部數(shù)字邏
輯使得功率放大器處于關(guān)斷狀態(tài)，將揚聲器設(shè)置為靜音狀態(tài)，保證了電路中各個工作點在建立之前不會產(chǎn)生噪聲。此外，邏輯單元輸出控制信號ΕΝ1=‘I’，使得開關(guān)電容積分器處于關(guān)斷狀態(tài)。
[0024]當(dāng)使能端;^由低變高時，即芯片開始恢復(fù)到正常工作狀態(tài)時，此時邏輯單元經(jīng)過50us的延時(保證了電路中各個工作點的建立，尤其是對于基準(zhǔn)和比較器等各個子電路工作狀態(tài)的迅速建立)輸出控制信號石使能開關(guān)讓驅(qū)動器正常工作，揚聲器正常工作，同時讓控制單元將輸入音頻信號控制端CTRl和CTR2鉗位到同一參考電位VREF，防止輸入信號在芯片工作點未建立時經(jīng)過揚聲器而輸出聲音，此后經(jīng)過開關(guān)電容積分器毫秒級的積分后將輸入信號控制端CTRl和CTR2逐步釋放，使得整個芯片退出消噪工作模式，進(jìn)入正常工作狀態(tài)。
[0025]本發(fā)明開關(guān)電容積分器如圖3所示，主要功能是在退出消噪模式時，完成毫秒級的積分，直到其輸出電壓達(dá)到VREF。
[0026]當(dāng)西=‘0%根據(jù)邏輯單元可知，ENl= ‘I’，CLR= ‘ I’，則整個積分器電路處于關(guān)斷狀態(tài)，此時輸出信號SCOUT= ‘0’，同時清零CF上電荷量，實現(xiàn)電路的低功耗。
[0027]當(dāng)巧=‘1’，根據(jù)邏輯單元可知，圖3在上電時，對電容Cl充電，故5HDD端從高跳
到低時，有50us的延時，保證了基準(zhǔn)電路和噪聲消除電路中各個運放和比較器的工作點建立。根據(jù)電路圖3分析可知，由Q1、Q2、M1和M2以及R1、R2構(gòu)成的電流鏡結(jié)構(gòu)保證了 VS點為恒定電壓(調(diào)整電流比例以及Rl、R2阻值可設(shè)定單次搬運電荷量)，為積分器提供了單位搬移電荷量；而又知CLK和TTK是一對互補時鐘信號，當(dāng)=T時，CLK= ‘ O ’，此時采樣電
容CS采樣A點電壓，電容CF上保持先前值，隨后茂無和CLK切換，即=‘0’，CLK=‘ I’，轉(zhuǎn)換到積分模式，此時存儲在CS上的電荷通過運放AO的虛地點將其電荷轉(zhuǎn)移到CF上，完成積分過程。具體積分器輸出表達(dá)式如公式I所示，
[0028]
【權(quán)利要求】
1.具有噪聲消除電路的高保真D類音頻放大器芯片，包括前置放大器、二級放大器，PWM調(diào)制電路、驅(qū)動器、功率放大器、反饋電路，其特征在于，還包括噪聲消除電路，所述噪聲消除電路與驅(qū)動器和前置放大器連接，所述噪聲消除電路在芯片上電和掉電時通過驅(qū)動器關(guān)斷功率放大器，并在芯片恢復(fù)過程中對音頻輸入端進(jìn)行鉗位，使得芯片處于軟啟動的工作方式；所述噪聲消除電路包括邏輯單元、開關(guān)電容積分器和控制單元，所述邏輯單元與開關(guān)電容積分器和控制單元連接，所述開關(guān)電容積分器與控制單元連接，所述控制單元與前置放大器輸入端連接，所述邏輯單元與驅(qū)動器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有噪聲消除電路的高保真D類音頻放大器芯片，其特征在于，所述功率放大器由4只功率管構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有噪聲消除電路的高保真D類音頻放大器芯片，其特征在于，所述4只功率管連接成H橋。
【文檔編號】H03F1/26GK103501162SQ201310451490
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】明鑫, 張曉敏, 程杰, 段茂平, 王卓, 周澤坤, 張波 申請人:電子科技大學(xué)