TW201032464A - Amplifying system and method for enhancing a glitch performance of an amplifier - Google Patents

Description

201032464 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明有關於音頻放大系統以及相關方法’更具體 地’有關於具有改善的突波雜訊（glitch)效應的放大系統及 其方法。 【先前技術】 如第1圖所示，音頻系統中，揚聲器（speaker)耦接音 頻放大器’廣播音頻放大器產生的音頻訊號。第1圖為傳 統的音頻系統1〇的示意圖。音頻系統1〇包括放大器Γ1、 電容12、斷電偵測模組13和揚聲器14。放大器11在供 應電壓Vdd和接地電壓vgnd間運作，且放大器11將輸 入訊號Vin放大為輸出訊號Vout。電容12耦接於放大器 11和揚聲器14之間’對輸出訊號Vout的直流分量進行濾 波，並且將輸出交流（AC)訊號Vac輸出至揚聲器14。此 外，斷電偵測模組13耦接端點N1 (端點N1為電容12 與揚聲器14間的端點），用於當供應電壓Vdd關閉時，將 端點N1的電壓位準鉗位至接地電壓Vgnd以消除放大器 11輸出％ N2產生的氣爆雜訊(p〇p n〇ise)。斷電偵測模組 13包括斷電偵測器13a和雙極結型電晶體（Mp〇lar junction transistor)13b。當斷電偵測器13a偵測到供應電 201032464 壓降低至特定的電歷位準時，其將雙極結型電晶體別 通，以將端點m處的電星位準鉗位在接地電屋、心 此外放大窃u輸出端N2的電麼位準與供應電魔 的電壓位準的關係密切。舉例而言，如果供_ 獨的電壓位準急劇下降，則輸出端N2的f M位準也會 急劇下降。接著’當放大器η輸出端犯的電壓位準降至 接地電I Vgnd過於快速時，則斷電偵測器…來不及導 ❹通雙極結型電晶體13b以將端點N1處的電壓位準甜位在 接地電壓Vgnd，此b夸在端點N1處產生突波雜訊訊號。突 波雜訊訊號經過放大並輸出後，成為氣爆雜訊。因此，在 音頻系統中，有待於提供一種更為有效的方式，能夠消除 放大器產生的氣爆雜訊。 【發明内容】 有鑑於此，本發明提供一種放大系統以及一種改善放 ® 大器突波雜訊效應的方法。 根據本發明之一實施例，提供一種放大系統，包括： 一放大器，依據一供應電壓運作；以及一偵測器，耦接所 述放大器’產生一第一控制訊號至所述放大器，當偵測到 所述供應電壓達到一門檻值時，禁能所述放大器的一輸出 級。 根據本發明之另一實施例，提供一種改善放大器突波 雜訊效應的方法，所述放大器依據一供應電壓運作，所述 201032464 方法包括.偵測所述放大器的作運 供應電壓達到—門檻值時，==大：當偵測到所述 根據本發明之另一實_ 的~輸出級° 妫士吳 上 捉仏一種放大系統，包 括：-：，，依據一供應㈣運作，·以及一❹"，耦 接二述供應電*達到-門檻值時，調 祭所=Γ;其中所述摘測器和所述放大 器配置於一皁一晶片上。 供的放大系統以及改善放大器突波雜訊 效應的方法、夠有效地消除氣爆雜訊，並且降低放大系統 的成本。 【實施方式】 在説明書及後續的申請專利範圍當中使用了竿政詞彙 來指稱特^輯。所屬領域中財通f知識者應可理解， 硬雜製造商可能會料同的相來稱呼同—個師。本說明 書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分組 件的方式，而是以組件在;力能上的差異來作為區分的準則。 在通篇説明書及後續的請求項當中所提及的「包含」係為一 開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。以外，「輛 接，詞在此係包含任何直接及間接的電性連接手段。因 此’方文中描述一第一裝置耦接於—第二裝置，則代表該第 ^裝置吁直接電性連接於該第二裝置，或透過其他裝置或連 接手段間接地電性連接至該第二裳置。 201032464 參考第2圖，第2圖為根據本發明實施例的放大系統200 的不意圖。放大系統2〇〇包括放大器202、偵測器204、電 容性裝置206、音頻播放裝置208、第一輔助電路(auxiliary circuit)210和第二輔助電路212。第一辅助電路21〇、第二輔 助電路212、偵測器2〇4和放大器2〇2配置於單一晶片上。

放大器202運作於第一供應電壓VDD和第二供應電壓VSS

之間。偵測器204耦接放大器202,用於當第一供應電壓VDD ❹達到門檻值Vth時，調整放大器202的輸出訊號。在一個實 施例中，當第一供應電壓VDD達到門檻值Vth時，偵測器 2〇4產生第一控制訊號Si至放大器2〇2，使放大器2⑽的輸 出級2022禁能。位於該單一晶片外部的電容性裝置2〇6具 有第鈿Nl’第一端Νι耦接放大器202中輸出級2022的輸 出端。音頻播放裝置208(例如揚聲器）也位於該單一晶片外 部，耦接電容性裝置206的第二端沁。偵測器2〇4偵測第一 參供應電壓VDD的電壓位準，並確定其是否達到門檻值％， 或者從偵測第-供應電壓VDD的其他俄測電路（圖中未顯示) 中接收指示或控制訊號。並且，請注意，该測器2〇4並不僅 限於偵測門檻值Vth，以確定放大器2〇2的運作狀態。在本 發明的另-個實施例中，摘測器2〇4可偵測第—^應電壓 vDD與第二供應電壓vss _電壓範圍，以確定放大器搬 的運作狀態。 ° 在本實施例中’第-輔助電路21〇和第二辅助電路212 耦接於放大器202中輸出級2022的輸出端與—特定電壓位 201032464 準之間，用於增加輸出端的漏電流，以便當放大器2〇2的輪~ 出級2022被禁能時，加速輸出訊號v。的斜降（下降速度）。 為了簡化，本實施例中，設定特定電壓位準為第二供應電壓 VSS，但此並非用於限制本發明。在本實施例中，第一輔助 電路210由電阻性元件2102實現，電阻性元件21〇2可以為 上述單一晶片上的寄生電阻或者半導體電阻。第二輔助電路 212為開/關切換器，由>|型場效應電晶體Μι實現。因此第 一控制訊號Si也耦接N型場效應電晶體Mi的控制端（即閘 極），用於控制N型場效應電晶體μ〗。N型場效應電晶體 ®

Mi的第一端（即汲極)耦接放大器202中輸出級2022的輸出 端，其第二端（即源極)耦接特定電壓位準。請注意，本發明 並不僅限於在放大系統200中共同使用第一輔助電路21〇和 第二輔助電路212。所屬領域具有通常知識者可以理解第一 辅助電路210或第二辅助電路212二者之一均可達到下述相 似的效果。此外，所屬領域具有通常知識者也可理解，為了 降低N型場效應電晶體吣的導通電阻(on_resistance)，可在 ◎ N型場效應電晶體的汲極與第一端Nl間設置電阻，這些 均屬本發明的保護範疇。 當放大系統200運作於正常運作模式，放大器2〇2放大 輸入訊號Vi為輸出訊號V。。電容性裝置206對輸出訊號v。 的直流分量進行濾波’並且將相應於輸出訊號V。的輸出交 流(AC)訊號Va輸出至音頻播放裝置208。另一方面，當放大 系統200即將離開正常運作模式進入關閉（shut down)模式 8 201032464 鲁 魯 時，如第3目中所示放大器皿的第一供應電壓VDD逐漸 將放大器202關閉。第3圖為運作於正常運作模式和關閉模 式時，放大系統200的輸出AC訊號Va、輪出訊號％、第 —供應電S VDD和第-控制訊號Si㈣序示意圖。放大系 統200在時間T1前和時間T3後處於正常運作模式，在時間 Τ1和時間Τ3之間處於關閉模式。在時間T1處，第一供應 電壓VDD斷開與電源電壓的連接，使得放大系統2⑻從正 常運作模式進入關閉模式。時間71後，第一供應電壓VDD 遂漸減小。在時間T2,偵測器204偵測到第一供應電壓VDd 連到門檻值vth，並產生第一控制訊號Si (即產生如第3圖 所示的高電壓位準）以禁能放大器2〇2的輸出級2〇22，與此 同時，導通N型場效應電晶體“〗。當放大器2〇2的輸出級 2〇22被禁能時，則輸出級2〇22的輸出端（即第一端A)成 為浮置狀態，此即意味著放大器2〇2輸出端的電壓位準（即 輪出訊號V。）獨立於與第一供應電壓VDD的電壓位準^因 此，時間T2後，放大器202輸出端聚集的電荷由電阻性元 件2102和N型場效應電晶體Ml放電。請注意，在本發明的 另〜個實施例中，可以用電阻性元件2102或者>^型場效應 電晶體叫對放大器202輸出端聚集的電荷放電。 因此，放大器202輸出端的電壓位準（即輸出訊號v ) 的下降的斜率（slope)可由N型場效應電晶體iv^以及電阻性 元件2102控制。並且，通過調整n型場效應電晶體Μι以及 電阻性元件2102的大小（即寬/長），可在放大系統2〇〇再 201032464 次進入正常運作模式之前（即在時間Τ3)，將輸出訊號V。 放電為實質上與第二供應電壓VSS (可以為接地電壓）相 等。據此’輸出AC訊號Va的突波雜訊在時間Τ2和Τ3的 間隔之間可平穩的減少。另一方面，供應電壓VDD的電壓 位準以相對陡峭的方式降低為第二供應電壓VSS，即接地電 壓’此與放大器202輸出端的電壓位準的斜率無關，因為在 時間T2和T3之間的時間間隔中輸出級2022被禁能。 請注意’為了將本發明的精神表述的更為清楚，第3圖 中顯示了第一虛線302’用於表示傳統音頻系統10的輸出端 N2處的電壓位準，以及顯示了第二虛線3〇4，用於表示傳統 音頻系統10的突波雜訊訊號，該突波雜訊訊號產生上述的 氣爆雜訊。請注意’第一虛線3〇2陡峭的斜率導致了突波雜 訊訊號。因此，通過使放大器2〇2輸出訊號V。的斜率變的 缓和，在傳統音頻系統1〇中出現的突波雜訊訊號可得以消 除。 參考第4圖，第4圖為根據本發明第二實施例的放大系 ❹ 統400的示意圖。與第2圖所示的第一實施例類似，放大系 毵400包括放大器402、偵測器404、電容性裝置406、音頻 播放裝置408、第一輔助電路41〇和第二輔助電路412。本 實施例中與第一實施例中的相同之處，這裡不再贅述。第一 輔助電路410和第二輔助電路412耦接於放大器4〇2中輸出 級4022的輸出端和特定電壓位準之間，用以當放大器4〇2 的輸出級4022被禁能時，增加輸出級4〇22輸出端的漏電 10 201032464

流。然而，第二辅助電路412由N型雙極結型電晶體厘2實 現。因此，偵測器404產生的第二控制訊號&，耦接N塑雙 極結型電晶體M2的控制端（即閘極），用於控制^^型雙極結 型電晶體M2。N型雙極結型電晶體m2的第一端（即集極)耦 接放大器402中輸出級4022的輸出端（即第一端Νι，），N 型雙極結型電晶體M2的第二端（即射極)耦接特定電壓位 準。請注意，本發明並不僅限於在放大系統4〇〇中同時使用 第一輔助電路410和第二輔助電路412。 與第2圖所示的放大系統2〇〇相比，放大系統4〇〇的第 二辅助電路412由N型雙極結型電晶體m2實現。由於控制 放大器402輸出級4022的第一控制訊號Si，可為電壓訊號， 以及控制N型雙極結型電晶體m2的第二控制訊號s 2,可為電 飢訊號，放大器402和第二輔助電路412並不共享相同的控 制訊號，此處與第一實施例並不相同。然而，所屬領域具有 通常知識者可以理解，第一控制訊號Si，和第二控制訊號 的控制時序可以與放大系統200中控制訊號s!的相同，簡潔 起見，此處不再詳述。此外，所屬領域具有通常知識者可以 理解，放大系統400可以實現與放大系統2〇〇類似或相同的 優點。 參考第5圖。第5圖為根據本發明另一個實施例，用於 改善放大器突波雜訊效應的方法5〇〇的流程圖。方法可 應用於任何放大系統；然而，簡潔起見，下面結合放大系統 200描述方法5〇〇。在可達到實質上相同效果的情況下，第$ 11 201032464 圖中流程圖的步驟無需嚴格按照圖中所示順序以及步驟無 需嚴格相鄰，即可在中間***其他步驟。方法500包括下列 步驟： 步驟502 :偵測放大器202的運作狀態，舉例而言，偵 測第一供應電壓VDD的電壓位準； 步驟504 :當偵測到第一供應電壓VDD的電壓位準達 到門檻值Vth時，禁能放大器202的輸出級2022 ; 步驟506:當放大器202的輸出級2022被禁能時，應用 第一輔助電路210和第二輔助電路212增加放大器202中輸 出級2022的輸出端（即第一端N〇的漏電流。 步驟502中，放大器202的運作狀態可以為正常運作模 式或者關閉模式。當放大系統200即將離開正常運作模式並 進入關閉模式時，放大器202的第一供應電壓VDD逐漸減 小以將放大器202關閉。步驟504中，當第一供應電壓VDD 達到門檻值Vth時，放大器202的輸出級2022被禁能，輸出 級2022的輸出端（即第一端NJ處於浮置狀態。藉此，放大 器202對輸出訊號V。已沒有驅動能力。因此，放大器202 的輸出端的電壓位準（即輸出訊號V。)可獨立於第一供應電 壓VDD的電壓位準。接著，如果需要將輸出端的電壓位準 更快的拉低，步驟506中，應用第一輔助電路210和/或第二 輔助電路212增加放大器202中輸出級2022的輸出端（即第 一端的漏電流。換言之，第一輔助電路210和第二輔助 電路212控制輸出訊號V。的斜率以消除突波雜訊訊號。在 12 201032464 本實施例中，第一輔助電路210可包括耦接於輸出級2022 輸出端的電阻性元件，第二輔助電路212可包括耦接於輸出

級2022輸出端的主動元件，例如N型場效應電晶體Mi或N 型雙極結型電晶體M2。因此，通過將輸出訊號V。的斜率變 得缓和，在傳統放大方法中出現的氣爆雜訊問題得以消除。 簡言之，通過將第一輔助電路、第二輔助電路、偵測器 和放大器整合至單一晶片上，並且當放大系統的供應電壓降 I 低至門檻值時，禁能放大器的輸出級，本發明不僅能夠有效 響 地消除氣爆雜訊，還能夠降低放大系統的成本。 本發明雖以較佳實施例描述，然而並不限於此。各種 變形、修改和所述實施例各種特徵的組合均屬於本發明所 主張之範圍，本發明之權利範圍應以申請專利範圍為準。 【圖式簡單說明】 第1圖為傳統的音頻系統的示意圖。 ® 第2圖為根據本發明實施例的放大系統的示意圖。 第3圖為運作於正常運作模式和關閉模式時，放大系統 的輸出AC訊號Va、輸出訊號V。、第一供應電壓VDD和第 一控制訊號Si時序示意圖。 第4圖為根據本發明第二實施例的放大系統的示意圖。 第5圖為根據本發明另一個實施例，用於增強放大器突 波雜訊性能的方法的流程圖。 13 201032464 【主要元件符號說明】 10音頻系統 11放大器 12電容 13斷電偵測模組 14揚聲器 13a斷電偵測器 13b雙極結型電晶體 200放大系統 202放大器 204偵測器 206電容性裝置 208音頻播放裝置 210第一輔助電路 212第二辅助電路 2022輸出級 2102電阻性元件 302第一虛線. 304第二虛線 400放大系統 402放大器 404偵測器 406電容性裝置 408音頻播放裝置 410第一輔助電路 412第二輔助電路 4022輸出級 500方法 502-504 步驟

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Claims (1)

1. 201032464 七、申請專利範圍： 1. 一種放大系統，包括： 一放大器’依據一供應電壓運作；以及 一彳貞測器，輕接所述放大器’當彳貞測到所述供應電壓 達到一門檻值時，產生一第一控制訊號至淆述放大器，禁 能所述放大器的一輸出級。 % 2·如申請專利範圍第1項所述之放大系統，其中所述偵 測器和所述放大器配置於一單一晶片上。 3·如申請專利範圍第2項所述之放大系統，進一步包括： —電谷性裝置，位於所述單一晶片外部，具有一第一 端，耦接於所述放大器中所述輸出級的所述輸出端；以及 一音頻播放裝置，位於所述單一晶片外部，耦接所述 電容性裝置的一第二端。 4·如申請專利範圍第1項所述之放大系統，進一步包括： 一輔助電路’純於所収A||巾所㈣出級的一輸 出端與-特定電壓位準之間，用於當所述放大器的所述輸 出級被禁能時，增加所述輸出端處的一漏電流。 5.如申請專利範圍第4項所述之放大线，其中所述輔 15 201032464 助電路、所述偾測器和所述放大器配置於一單一晶片上 6. 如申請專利範圍第5項所述之放大系統，其中所 助電路包括一電阻性元件。 " 7. 如申請專利範圍第4項所述之放大系統，其中所述輔 助電路包括由所述偵測器控制的一場效應電晶體，所述場 效應電晶體的-控制端祕所述偵測器、—第—端轉接所述 放大器中所述輸出級的所述輸出端以及一第二端耦接所 Q 述特定電壓位準。 8·如申請專利範圍第7項所述之放大系統，其中當偵測到 所述供應電壓達到所述門檻值時，所述偵測器進—步產生 所述第一控制訊號至所述場效應電晶體的所述控制端，賦 能所述場效應電晶體。 9. 如申請專利範圍第4項所述之放大系統，其中所述輔 助電路包括由所述偵測器控制的一雙極結型電晶體，所述 雙極結型電晶體的一控制端耦接所述偵測器、一第一端耦接 所述放大器t所述輸出級的所述輸出端以及一第二端耦 接所述特定電壓位準。 10. 如申請專利範圍第9項所述之放大系統，其中當偵測 16 201032464 供應電歷達到所述門檻值時，所述偵測器進一步產 生一第-控制訊號至所述雙極結型電晶體的所述控制端， -驅動所述場效應電晶體。 11· 一種改善放大H突波雜訊效應的方法，所述放大器依 據一供應電壓運作，所述方法包括： 偵測所述放大器的作運狀態；以及 當偵測到所述供應電壓達到—門檻值時，禁能所述放大 器的一輸出級。 12.如申請專利範圍第U項所述之改善放大器突波雜訊 效應的方法，進一步包括： 當所述放大器的所述輸出級被禁能時，增加所述輸出 級的所述輸出端處的一漏電流。 ❹ 13.如申請專利範圍第12項所述之改善放大器突波雜訊 效應的方法，其中增加所述輸出端處的所述漏電流的步驟 包括： 耦接一電阻性元件至所述輸出端。 14.如申請專利範圍第12項所述之改善放大器突波雜訊 效應的方法，其中增加所述輸出端處的所述漏電流的步驟 包括： 17 201032464 輕接一主動元件至所述輸出端。， 如申明專利範圍第14項所述之改善放大器突波雜訊 效應的方法，進一步包括： 當偵測到所述供應電壓達到所述門播值時，賦能所述 主動元件。 16. —種放大系統，包括： 一放大器’依據一供應電壓運作；以及 一偵測器，耦接所述放大器，用於當所述供應電壓達 到一門檻值時，調整所述放大器的一輸出訊號； 其中所述偵測器和所述放大器配置於一單一晶片上。 17. 如申請專利範圍第16項所述之放大系統，進一步包 括： 一電容性裝置’位於所述單一晶片外部，具有一第一瘳 端’耦接於所述放大器中一輸出級的一輸出端；以及 一音頻播放裝置，位於所述單一晶片外部，耦接所述 電容性裝置的一第二端。 18. 如申請專利範圍第16項所述之放大系統，其中，當 所述供應電壓達到所述門檻值時，通過產生—第—护ί制訊 號以禁能所述放大器的一輸出級’所述偵測器調整所述放 18 201032464 訊號 大器的所述輪出 19.如申請專利範圍第18 括： 項所述之放大系統，進一步包 出端電，’耦接於所述放大器中所述輸出級的一輸 七級^林特疋電壓位準之間，用於當所述放大器的所述輸 不能時，增加所述輸出端處的一漏電流。 20.如申請專利範圍第19項所述之放大系統，其中所述 辅助電路、所述俄測器和所述放大器配置於所述單 上。 勹 八、圓式： Φ 19