TWI448166B - 用於減少氣爆雜音的裝置 - Google Patents

Description

用於減少氣爆雜音的裝置

本發明係關於一種用於降低氣爆雜音的信號處理裝置。

傳統音源訊號放大器可分類為A類、B類、AB類和D類放大器以放大音源訊號。在這些放大器中A類、B類和AB類放大器由於功率轉換效率不佳，所以在高功率輸出時需依靠大型或高效率之散熱器進行散熱，進而增加使用成本和體積。

近年來，D類放大器由於具有較佳的功率轉換特性和線性度等優點，已逐漸成為音源訊號放大器的主流。D類放大器可用來處理類比輸入音源訊號和數位輸入音源訊號。圖1顯示一習知處理數位輸入音源訊號的D類放大器10之方塊示意圖。參考圖1，該D類放大器10包含一脈寬調變器12、一功率放大器14以及一低通濾波器16。

該脈寬調變器12在接收一數位音頻訊號後，輸出一脈寬調變訊號PWM至該功率放大器14。接著，該功率放大器14放大該脈寬調變訊號PWM。放大的訊號再經由該低通濾波器16轉換成一類比訊號後，透過一耳機或是喇叭等聲頻輸出裝置18產生聲音。

然而，該脈衝寬度調變訊號PWM在初始產生或結束時，例如在剛開機或突然關機的狀況下，會形成一氣爆雜音(pop noise)。該氣爆雜音會對使用者產生聽覺上的不適應， 因而影響其收聽品質。

因此，有必要提供一種用來降低氣爆雜音的裝置以解決上述問題。

本發明提供一種用於減少氣爆雜音的裝置，包含：一充電電路、一比較電路、一時序控制電路以及一時序產生電路。該時序控制電路用以接收一靜音訊號和一脈衝寬度調變訊號以產生一第一相位訊號和一第二相位訊號。該充電電路用以接收該第一相位訊號和該第二相位訊號以產生一第一電壓和一第二電壓。該比較電路用以比較該第一電壓和該第二電壓以產生一偵測訊號。該時序產生電路用以接收該靜音訊號、該脈衝寬度調變訊號和該偵測訊號以產生一具有多個脈衝之輸出訊號，該輸出訊號之第一脈衝之寬度小於該脈衝寬度調變訊號之每一脈衝之寬度。

圖2顯示本發明一實施例之一種用於降低氣爆雜音的裝置200之方塊示意圖。參考圖2，該用於減少氣爆雜音的裝置200包含一充電電路20、一比較電路模組30、一時序控制電路模組50和一時序產生電路模組70。

該充電電路20包含電流源I₁ 和I₂ 、複數個開關21~24以及電容C₁ 和C₂ 。該比較電路模組30包含一比較器31。該時序控制電路模組50包含一時序控制電路51。該時序產生電路模組70包含一時序產生電路71。

參考圖2，該充電電路20利用該電流源I₁ 經由該開關21對該電容C₁ 進行充電，藉以產生一電壓V₁ ，其中該開關21係由一相位訊號PH₁ 所控制。該充電電路20利用該電流源I₂ 經由該開關23對該電容22進行充電，藉以產生一電壓V₂ ，其中該開關23係由一相位訊號PH₂ 所控制。該比較器31在比較該電壓V₁ 和該電壓V₂ 的電壓位準後，產生一偵測訊號HP_DET。

參考圖2，該時序控制電路模組50中的該時序控制電路51用以接收一靜音訊號MUTE和一脈衝寬度調變訊號PWM以產生複數個相位訊號PH₁ 、/PH₁ 、PH₂ 、/PH₂ ，其中相位訊號PH₁ 和/PH₁ 為互補訊號，且相位訊號PH₂ 和/PH₂ 為互補訊號。該些相位訊號會送至該充電電路20，藉以控制開關21~24以產生該電壓V₁ 和該電壓V₂ 。

該時序產生電路模組70中的該時序產生電路71用以接收該靜音訊號MUTE、該脈衝寬度調變訊號PWM和該偵測訊號HP_DET以產生一輸出訊號PWM_HP。該輸出訊號PWM_HP具有多個脈衝，其第一個脈衝為一部分寬度脈衝。詳言之，在本發明之一實施例中，該輸出訊號PWM_HP之第一脈衝之寬度會小於其第二脈衝之寬度。藉由該部分寬度脈衝訊號，該裝置200可以減少氣爆雜音。

圖3顯示本發明一實施例之該時序控制電路51運作時之時序圖。參考圖3，在本實施例中，輸入的該脈衝寬度調變訊號PWM為具有多個連續脈衝的訊號，且每一脈衝之寬 度為0.5^＊ T(T為該訊號之週期)。當該靜音訊號MUTE由低邏輯位準轉態為高邏輯位準時，該時序控制電路51會產生該些相位訊號PH₁ 、/PH₁ 、PH₂ 和/PH₂ ，其中該相位訊號PH₁ 對應該訊號PWM在該靜音訊號MUTE轉態後的第一個脈衝，而該相位訊號PH₂ 對應該訊號PWM在該靜音訊號MUTE轉態後的第二個脈衝。另一方面，當該靜音訊號MUTE由高邏輯位準轉態為低邏輯位準時，該時序控制電路51會更新該些相位訊號PH₁ 、/PH₁ 、PH₂ 和/PH₂ ，其中該相位訊號PH₁ 對應該訊號PWM在該靜音訊號MUTE轉態後的第一個脈衝，而該相位訊號PH₂ 對應該訊號PWM在該靜音訊號MUTE轉態後的第二個脈衝。

圖4顯示本發明一實施例之該充電電路20和該比較電路模組30運作時之時序圖。參考圖4，在時間T₁ 時，該相位訊號PH₁ 為高邏輯位準，因此圖2中的該開關21導通且該開關22截止。此時該電流源I₁ 對該電容C₁ 充電以產生隨時間增加的電壓V₁ 。在時間T₂ 時，該相位訊號PH₁ 轉態，故該開關21截止且該開關22導通。此時該電流源I₁ 會經由該開關22流至地端，而該電壓V₁ 會保持電壓位準V_REF 。在時間T₃ 時，該相位訊號PH₂ 為高邏輯位準，故該開關23導通且該開關24截止。此時該電流源I₂ 對該電容C₂ 充電以產生隨時間增加的電壓V₂ 。在本實施例中，該電容C₁ 和該電容C₂ 的容值相同，且該電流源I₂ 的電流值為該電流源I₁ 的兩倍。故在時間T₄ 時(T₄ -T₃ =0.25^＊ T)，該電壓V₂ 會到達電壓位準V_REF 。

當該電壓V₂ 會到達電壓位準V_REF ，該比較器31會輸出具有高邏輯位準的訊號HP_DET至該時序產生電路71。在接收該訊號HP_DET後，該時序產生電路71會產生一輸出訊號PWM_HP。在本實施例中，該輸出訊號PWM_HP的第一脈衝之寬度會由該偵測訊號HP_DET和該脈衝寬度調變訊號PWM所決定，而該輸出訊號PWM_HP其後的脈衝之寬度會等於該脈衝寬度調變訊號PWM的脈衝之寬度。因此，該輸出訊號PWM_HP的第一脈衝之寬度(=0.25^＊ T)會小於該脈衝寬度調變訊號PWM的脈衝之寬度(=0.5T)。在時間T₅ 後，電壓V₁ 和V₂ 會藉由一開關(未繪出)短路至地端。因此，該比較器31會產生具有低邏輯位準的訊號HP_DET至該時序產生電路71。

圖4所述的實施例係假設電容C₁ 和C₂ 的容值相同，且電流源I₂ 的電流值為該電流源I₁ 的兩倍。然而，本發明不應以此為限。在本發明其他實施例中，電容C₁ 和C₂ 的容值以及電流源I₁ 和I₂ 的電流值可以任意組合，只要符合該電壓V₁ 的電壓上升斜率小於該電壓V₂ 的電壓上升斜率即可。由於該電壓V₁ 的電壓上升斜率小於該電壓V₂ 的電壓上升斜率，且該些相位訊號PH₁ 和PH₂ 的高邏輯位準時間相同(=0.5T)，故該電壓V₂ 會較快到達電壓位準V_REF 。當該電壓V₂ 到達電壓位準V_REF 時，該時序產生電路71會產生該輸出訊號PWM_HP的第一脈衝，且該第一脈衝會在該相位訊號PH₂ 轉態為低邏輯位準時結束。該輸出訊號PWM_HP其後之脈 衝會跟隨該脈衝寬度調變訊號PWM之脈衝。

參考圖4，該靜音訊號MUTE在時間T₈ 時由高邏輯位準轉態為低邏輯位準。因此，在時間T₉ 和時間T₁₀ 時該時序控制電路51分別輸出相位訊號PH₁ 和PH₂ ，其中相位訊號PH1和PH2個別對應該訊號PWM在該靜音訊號MUTE轉態後的第一個和第二個脈衝。類似地，藉由該充電電路20和該比較電路模組30之運作，該比較器31會在時間T₁₁ 時輸出具有高邏輯位準的該訊號HP_DET。在接收該偵測訊號HP_DET後，該時序產生電路71會終止輸出該訊號PWM_HP。因此，該輸出訊號PWM_HP的最後一個脈衝之寬度(=0.25^＊ T)小於先前的脈衝之寬度(=0.5^＊ T)。藉由減少該輸出訊號PWM_HP的第一脈衝和最後一個脈衝之寬度，該裝置200可降低耳機或是喇叭等聲頻輸出裝置上所產生的氣爆雜音。

此外，本發明中的裝置亦可藉由控制輸出訊號PWM_HP的多個脈衝之不同寬度來降低氣爆雜音。圖5顯示本發明另一實施例之充電電路50之細部電路圖。參考圖5，該充電電路50包含電流源I₁ 、複數個電流源I_3-0 ~I_3-N 、複數個開關52-0~52-N、複數個開關21~24以及電容C₁ 和C₂ 。該些開關52-0~52-N係分別連接於該些電流源I_3-0 ~I_3-N ，且該些開關52-0~52-N係由一匯流排65上的控制訊號IB[N：0]所控制。

圖6顯示本發明一實施例之具有該充電電路60的裝置200’運作時之時序圖。在本實施例中，係以N=3為例說明，即該充電電路50具有四個電流源I_3-0 ~I_3-3 以及四個開關 52-0~52-3。藉由控制該控制訊號IB[3：0]的數值，可以在該相位訊號PH₂ 的脈衝期間控制該些開關52-0~52-3的導通狀況以調整充電電流之大小並控制充電時間，進而控制該電壓V₂ 到達電壓位準V_REF 的時間，以決定該偵測訊號HP_DET產生之時間。依此方式，可產生該輸出訊號PWM_HP的不同脈衝之不同寬度。

參考圖6，因應於不同之該控制訊號IB[3：0]，會有不同脈衝W₁ 、W₂ 、W₃ 、W₄ 、W₅ 、W₆ 之不同寬度。當該靜音訊號MUTE由低邏輯位準轉態為高邏輯位準時，該時序控制電路51會產生相位訊號PH₁ 和PH₂ ，其中該相位訊號PH₂ 為具有多個連續脈衝之訊號。在本例中，若該控制訊號IB[3：0]=1111，代表四個電流源I_3-0 ~I_3-3 都開啟，故總充電電流較大，所以充電時間較短，W₁ 的寬度則較小。當該控制訊號IB[3：0]=0111，代表四個電流源I_3-0 ~I_3-3 中有三個開啟，其總充電電流較控制訊號IB[3：0]=1111時為小，所以充電時間較長，W₂ 的寬度大於W₁ 。當該控制訊號IB[3：0]=0011，代表四個電流源I_3-0 ~I_3-3 中僅有兩個電流源開啟，充電電流更小，所以充電時間更長，W₃ 的寬度較大。在本實施例中，當該偵測訊號HP_DET出現三個短暫脈衝後，該輸出訊號PWM_HP其後之脈衝會跟隨該脈衝寬度調變訊號PWM之脈衝。然而，本發明不應以此為限。

另一方面，當該靜音訊號MUTE由高邏輯位準轉態為低邏輯位準時，該時序控制電路51會產生相位訊號PH₁ 和PH₂ ，其中該相位訊號PH₂ 為具有多個連續脈衝之訊號。在本例中，若該控制訊號IB[3：0]=0011，代表四個電流源I_3-0 ~I_3-3 中僅有兩個電流源開啟，總充電電流較小，所以充電時間較長，W₄ 的寬度則較大。類似地，當該控制訊號IB[3：0]=0111，代表四個電流源I_3-0 ~I_3-3 中有三個開啟，其充電電流較控制訊號IB[3：0]=0011時為大，所以總充電時間較短，W₅ 的寬度小於W₄ 。當該控制訊號IB[3：0]=1111，代表四個電流源I_3-0 ~I_3-3 都開啟，總充電電流較大，所以充電時間較短，W₆ 的寬度較窄。在本實施例中，當偵測訊號HP_DET出現三個短暫脈波後，該時序產生電路71會終止輸出該訊號PWM_HP。然而，本發明不應以此為限。

綜上所述，當該靜音訊號MUTE由低邏輯位準轉態為高邏輯位準時，藉由遞減開啟多個電流源I_3-0 ~I_3-N 的方式，可以在該相位訊號PH₂ 的脈衝期間逐漸減少該電容C₂ 的充電電流，進而改變該電容C₂ 的充電時間，使該輸出訊號PWM_HP的脈衝寬度可以依序增加。另一方面，當該靜音訊號MUTE由高邏輯位準轉態為低邏輯位準時，藉由遞增開啟多個電流源I_3-0 ~I_3-N 的方式，可以在該相位訊號PH₂ 的脈衝期間逐漸增加該電容C₂ 的充電電流，進而改變該電容C₂ 的充電時間，使該輸出訊號PWM_HP的脈衝寬度可以依序減少。

本發明之技術內容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本項技術之人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種 不背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。

10‧‧‧D類放大器

12‧‧‧脈寬調變器

14‧‧‧功率放大器

16‧‧‧低通濾波器

18‧‧‧聲頻輸出裝置

200‧‧‧降低氣爆雜音之裝置

20,50‧‧‧充電電路

21~24,52-0 52-1,...,52-N‧‧‧開關

30‧‧‧比較電路模組

31‧‧‧比較器

50‧‧‧時序控制電路模組

51‧‧‧時序控制電路

55‧‧‧匯流排

70‧‧‧時序產生電路模組

71‧‧‧時序產生電路

C₁ ,C₂ ‧‧‧電容

I₁ ,I₂ , I_3-0 ,I_3-1 ,I_3-2 ‧‧‧電流源

藉由參照前述說明及下列圖式，本發明之技術特徵及優點得以獲得完全瞭解。

圖1顯示一習知處理數位輸入音源訊號的D類放大器之方塊示意圖；圖2顯示本發明一實施例之一種用於降低氣爆雜音的裝置之方塊示意；圖3顯示本發明一實施例之該時序控制電路運作時之時序圖；圖4顯示本發明一實施例之該充電電路和該比較電路模組運作時之時序圖；圖5顯示本發明另一實施例之充電電路之細部電路圖；以及圖6顯示本發明一實施例之具有該充電電路的裝置運作時之時序圖。

200‧‧‧降低氣爆雜音之裝置

20‧‧‧充電電路

21~24‧‧‧開關

30‧‧‧比較電路模組

31‧‧‧比較器

50‧‧‧時序控制電路模組

51‧‧‧時序控制電路

70‧‧‧時序產生電路模組

71‧‧‧時序產生電路

C₁ ,C₂ ‧‧‧電容

I₁ ,I₂ ‧‧‧電流源

Claims (9)

1. 一種用於降低氣爆雜音的裝置，包含：一時序控制電路，用以接收一靜音訊號和一脈衝寬度調變訊號以產生一第一相位訊號和一第二相位訊號；一充電電路，用以接收該第一相位訊號和該第二相位訊號以產生一第一電壓和一第二電壓；一比較電路，用以比較該第一電壓和該第二電壓以產生一偵測訊號；以及一時序產生電路，用以接收該靜音訊號、該脈衝寬度調變訊號和該偵測訊號以產生一具有多個脈衝之輸出訊號，該輸出訊號之第一脈衝之寬度小於該脈衝寬度調變訊號之每一脈衝之寬度。
2. 根據請求項1之降低氣爆雜音的裝置，其中該充電電路包含：一第一電容；一第二電容；一第一電流源，因應於該第一相位訊號，對該第一電容充電，以產生該第一電壓；以及至少一第二電流源，因應於該第二相位訊號，對該第二電容充電，以產生該第二電壓；其中該第一電壓的電壓上升斜率小於該第二電壓的電壓上升斜率。
3. 根據請求項2之降低氣爆雜音的裝置，其中當該靜音訊號轉態時，該時序控制電路因應該脈衝寬度調變訊號依序產 生該第一相位訊號和該第二相位訊號。
4. 根據請求項3之降低氣爆雜音的裝置，其中當該靜音訊號由一第一邏輯位準轉態為一第二邏輯位準時，該比較電路在該第二相位訊號期間產生該偵測訊號，且該時序產生電路在該偵測訊號產生後因應該脈衝寬度調變訊號產生該具有多個脈衝之輸出訊號。
5. 根據請求項3之降低氣爆雜音的裝置，其中當該靜音訊號由一第二邏輯位準轉態為一第一邏輯位準時，該比較電路在該第二相位訊號期間產生該偵測訊號，且該時序產生電路在該偵測訊號產生後終止該輸出訊號。
6. 根據請求項1之降低氣爆雜音的裝置，其中該輸出訊號之最後一個脈衝之寬度小於該脈衝寬度調變訊號之每一脈衝之寬度。
7. 根據請求項3之降低氣爆雜音的裝置，其中該第二相位訊號為具有多個脈衝之訊號，該充電電路包含耦接於該至少一第二電流源的至少一開關，且該至少一開關因應於一控制訊號選擇性地導通，以在該第二相位訊號的脈衝期間調整對該第二電容充電的電流值。
8. 根據請求項7之降低氣爆雜音的裝置，其中當該靜音訊號由一第一邏輯位準轉態為一第二邏輯位準時，該至少一第二電流源藉由該至少一開關以遞減開啟的方式對該第二電容充電，藉以改變該輸出訊號之不同脈衝之寬度。
9. 根據請求項7之降低氣爆雜音的裝置，其中當該靜音訊號由一第二邏輯位準轉態為一第一邏輯位準時，該至少一第 二電流源藉由該至少一開關以遞增開啟的方式對該第二電容充電，藉以改變該輸出訊號之不同脈衝之寬度。