TWI592034B - 具溫度控制能力的音訊裝置及其控制方法 - Google Patents

具溫度控制能力的音訊裝置及其控制方法 Download PDF

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Description

具溫度控制能力的音訊裝置及其控制方法
本發明係有關於一種音訊裝置；特別是關於一種具溫度控制能力的音訊裝置及其控制方法。
第1圖為習知音訊裝置100之示意圖。音訊裝置100包含有一增益控制器101、一喇叭102、一溫度偵測器103、一數位/類比轉換器104、以及一放大器105。增益控制器101接收音訊訊號Dau，經過增益後產生一增益後音訊訊號Gau，且由數位/類比轉換器104轉換至數位訊號後，由放大器105輸出至喇叭102播放出。溫度偵測器103偵測喇叭102之溫度，產生一溫度偵測訊號Td。若喇叭102之溫度超過一預設溫度，增益控制器101依據溫度偵測訊號Td對輸入之音訊訊號Dau進行衰減處理，降低喇叭102播放音量，降低喇叭102之功率與操作溫度，以達到保護喇叭102過熱損壞之功效。
然而，習知音訊裝置100之處理方式係將音訊訊號Dau衰減，此時喇叭102之工作電壓仍維持固定大小，此種將訊號來源縮小之方式將導致喇叭102的電源浪費。再者，習知音訊裝置100之溫度偵測控制方式，僅在一預設溫度上下進行調整，控制之精確度仍需提高。
針對上述問題，本發明實施例之目的之一在偵測到喇叭溫度的資訊後，根據每個喇叭的溫度模型(thermal model)，提供適當的保護機制。
針對上述問題，本發明實施例之目的之一在提供一種既省電又能保護喇叭的裝置與方法。
本發明之一實施例提供了一種具溫度控制能力的音訊裝置，包含一數位/類比轉換單元、一放大器、一喇叭、一電源管理單元、以及一溫度偵測單元。數位/類比轉換單元接收一數位音訊訊號，將數位音訊訊號轉換為一類比音訊訊號。放大器耦接數位/類比轉換單元，放大類比音訊訊號以產生一放大後類比音訊訊號。喇叭耦接放大器，用以播放放大後類比音訊訊號。電源管理單元用以提供一第一工作電壓給放大器，並提供一第二工作電壓給數位/類比轉換器。而溫度偵測單元，耦接喇叭，根據喇叭之溫度產生一溫度偵測訊號。其中，電源管理單元依據溫度偵測訊號調整第一工作電壓及/或第二工作電壓。
本發明之另一實施例提供了一種音訊裝置之控制方法，包含有下列步驟：首先，依據一喇叭之特性，設定喇叭之一最高溫度臨界值與一最低溫度臨界值。偵測喇叭之溫度。當喇叭溫度超過最高溫度臨界值時，進入一過熱區段操作，調降放大器之一第一工作電壓及/或數位/類比轉換器之一第二工作電壓；當喇叭溫度低於最低臨界值時，進入一釋放區段操作區段，釋放第一工作電壓及/或第二工作電壓，以讓喇叭的溫度恢復到高於最低溫度臨界值。
本發明之另一實施例提供了一種音訊裝置之控制方法，包含有下列步驟：首先，依據一喇叭之特性，設定喇叭對應之複數個溫度控制區段，其中每一溫度控制區段對應一預設工作電壓調整方法。偵測喇叭之溫度。判斷溫度落 入複數個溫度控制區段之哪一溫度控制區段。依據溫度控制區段之預設工作電壓調整方法調整供給喇叭耦接之放大器之一第一工作電壓及/或數位/類比轉換器之一第二工作電壓。
本發明實施例之具溫度控制能力的音訊裝置及其控制方法，可在偵測到喇叭溫度後，對電源管理器產生之第一及/或第二工作電壓進行調整。而非對音訊輸入訊號進行增減，可減少耗電量，提高控制之精確度。
100、200‧‧‧音訊裝置
101‧‧‧增益控制器
201、201a、201b、301a、301b‧‧‧電源管理單元
102、202、302‧‧‧喇叭
105、203、303‧‧‧放大器
103、205、305‧‧‧溫度偵測器
306‧‧‧電源控制單元
104、204、304‧‧‧類比/數位轉換單元
301‧‧‧音訊處理單元
302‧‧‧內插濾波電路
302a‧‧‧升頻單元
302b‧‧‧調變單元
com‧‧‧比較器
S0、S1、S2、S3‧‧‧開關
R1、R2‧‧‧電阻
第1圖顯示一習知音訊裝置之示意圖。
第2A圖顯示本發明一實施例之具溫度控制能力的音訊裝置之示意圖。
第2B圖顯示本發明另一實施例之具溫度控制能力的音訊裝置之示意圖。
第3A圖顯示本發明另一實施例之具溫度控制能力的音訊裝置之示意圖。
第3B圖顯示本發明一實施例之電源管理單元之示意圖。
第4A圖顯示習知技術之具溫度控制能力的音訊裝置之運作波形圖。
第4B圖顯示本發明一實施例之具溫度控制能力的音訊裝置之一運作波形圖。
第5A圖顯示本發明一實施例之音訊裝置之控制方法之流程圖。
第5B圖顯示本發明一實施例之具溫度控制能力的音訊裝置之配合第5A圖之控制機制運作之示意圖。
第2A圖為本發明一實施例之具溫度控制能力的音訊裝置200a之示意圖。音訊裝置200a包含有電源管理單元(Power Manager)201、喇叭202、放大器203、數位/類比轉換單元204、以及溫度偵測單元205。
數位/類比轉換單元204接收一數位音訊訊號Dau，將數位音訊訊號Dau轉換為一類比音訊訊號Aau。
放大器203耦接數位/類比轉換單元204，接收類比音訊訊號Aau，將類比音訊訊號Aau放大，以產生一放大後類比音訊訊號AAau並輸出至喇叭202。
喇叭202耦接該放大器203，用以播放放大後類比音訊訊號AAau之音訊。
溫度偵測單元205，耦接喇叭202，偵測喇叭202之溫度，且根據喇叭202之溫度，以產生一溫度偵測訊號Td。一實施例中，溫度偵測單元205係偵測喇叭202中一電阻之溫度。當然，若喇叭202之設計方式變更，溫度偵測單元205亦可相應設計為偵測喇叭202內部其他元件或喇叭202內部空間之溫度。
電源管理單元201耦接一電源VDD，用以提供 第一工作電壓Vdd_amp和第二工作電壓Vdd_dac給放大器203及數位/類比轉換器204，並依據溫度偵測訊號Td調整供給放大器203之第一工作電壓Vdd_amp及/或數位/類比轉換器204之第二工作電壓Vdd_dac的大小。例如調低供給數位/類比轉換器204及/或放大器20之第一、第二工作電壓Vdd_amp、Vdd_dac大小，以降低喇叭202之音量，進而降低喇叭202之溫度。
藉此，本實施例之音訊裝置200a可利用調整放大器203供給喇叭202之第一工作電壓大小Vdd_amp及/或數位/類比轉換器204之第二工作電壓Vdd_dac，來降低喇叭202之溫度，達到保護喇叭202之功效。
當溫度變化達到預設條件時，音訊裝置200a可同時調整、分時、或調整其中之一之第一工作電壓Vdd_amp與第二工作電壓Vdd_dac，且第一工作電壓Vdd_amp與第二工作電壓Vdd_dac之大小可依據需求任意調整，例如使兩者之大小相等或不相等。第2B圖顯示本發明另一實施例之具溫度控制能力的音訊裝置200b之示意圖。音訊裝置200b包含有一第一電源管理單元201a、一第二電源管理單元201b、一喇叭202、一放大器203、以及一數位/類比轉換單元204。
音訊裝置200b與音訊裝置200a的差異在於，音訊裝置200b包含有兩個電源管理單元201a與201b。其中，第一電源管理單元201a耦接一電源VDD，依據喇叭202之溫 度變化，調整第一電源管理單元201a供給放大器20之第一工作電壓大小Vdd_amp之大小。例如依據一反應喇叭202溫度變化之第一電壓控制訊號Vdd_amp_ctr來降低第一工作電壓Vdd_amp；而第二電源管理單元201b亦耦接電源VDD，依據喇叭202之溫度變化，調整提供給數位/類比轉換器204之第二工作電壓Vdd_dac。例如依據一反應喇叭202溫度變化之第二電壓控制訊號Vdd_dac_ctr調降供給數位/類比轉換器204之第二工作電壓Vdd_dac，從而降低喇叭202之溫度。
第3A圖顯示本發明另一實施例之具溫度控制能力的音訊裝置300之示意圖。音訊裝置300包含有一音訊處理單元(Audio processing unit)301、一內插濾波電路(Interpolation filter)302、一第一電源管理單元301a、一第二電源管理單元301b、一喇叭302、一放大器303、一數位/類比轉換單元304、一溫度偵測單元305、一電源控制單元306。其中，內插濾波電路302包含有一升頻單元302a、一調變單元302b。
音訊處理單元301之一實施例可為一等化器(Equalizer,EQ)或一自動位準控制電路(Automatic Level Control,ALC)。在本實施例中，音訊處理單元301包含有一增益控制器(圖中未示)，用以對音訊處理單元301接收到的輸入音訊訊號進行增益處理，其增益值為一固定增益值。增益控制器僅為一實施例，本發明不限於此。
升頻單元302用以調整音訊訊號頻率。接著，音訊訊號經由調變單元302b調變至預設頻帶後，輸出數位音訊訊號Dau至數位/類比轉換單元304。
其後，數位音訊訊號Dau被提供給數位/類比轉換單元304、放大器303、喇叭302、第一、第二電源管理單元301a、301b與音訊裝置200b進行處理，各元件之運作方式與前述操作相同，不再贅述。本實施例之音訊裝置300於運作時，利用溫度偵測單元305偵測喇叭302之溫度，產生溫度偵測訊號Tdd至電源控制單元306。電源控制單元306依據溫度偵測訊號Tdd產生一反映喇叭302溫度變化之第一電壓控制訊號Vdd_amp_ctr及一第二電壓控制訊號Vdd_dac_ctr。接著，第一電源管理單元301a依據第一電壓控制訊號Vdd_amp_ctr來調整提供給放大器303之第一工作電壓Vdd_amp；第二電源管理單元301b亦依據第二電壓控制訊號Vdd_dac_ctr調整提供給數位/類比轉換器304之第二工作電壓Vdd_dac。
第3B圖為本發明提出之電源管理單元一實施例之示意圖。在本實施例中，電源管理單元包含有一比較器Com、複數個開關S0、S1、S2、S3、電阻R1與R2。電源管理單元耦接一電源電壓VDD，乘以一比值後產生輸出電壓Vo。輸出電壓Vo即為第一電壓控制訊號vdd_amp_crt或第二電壓控制訊號vdd_dac_crt，且利用開關S0、S1、S2、S3之 啟閉來改變電阻R1與R2之比值，輸出電壓依此方式，電源管理單元可適當調整供給放大器或數位/類比轉換器之電壓大小。需注意本發明實施例之電源管理單元不限於此，可為其他元件構成，或是元件數目也可以任意設計。例如，開關之數目不限於四個，電阻可由各種電晶體或其他元件實施。
第4A圖顯示習知技術之音訊裝置100之運作波形圖，請配合參閱第1圖。而第4B圖顯示本發明提出之音訊裝置300一實施例之運作波形圖，請配合參閱第3A圖。如第4A圖所示，習知音訊裝置100之控制方式為訊號控制(signal control)。當喇叭102溫度正常時，假設數位/類比轉換器104與放大器105接收之輸入訊號皆在工作電壓之滿刻度(full scale)，分別為Vdd_dac=1.8V、Vdd_amp=5V。而當喇叭102溫度過熱時，其溫度偵測器103會通知增益控制器101降低輸入訊號大小，例如降低增益3分貝(dB)使在數位/類比轉換器104之輸入訊號小於1.8V，同時使在放大器105之輸入訊號小於5V，而讓喇叭102溫度下降，進而達到保護喇叭102的效果。請注意此時，習知技術喇叭102之數位/類比轉換器104之工作電壓仍為1.8V，放大器105之工作電壓仍為5V。
而在第4B圖中，當喇叭302溫度正常時，假設數位/類比轉換器304與放大器303接收之輸入訊號皆在第二、第一工作電壓之滿刻度(full scale)，分別為 Vdd_dac=1.8V、Vdd_amp=5V。當喇叭溫度過熱時，溫度偵測單元305產生一溫度偵測訊號Tdd通知電源控制單元306，產生第一電壓控制訊號Vdd_amp_ctr及/或第二電壓控制訊號Vdd_dac_ctr給第一電源管理單元301a及/或第二電源管理單元301b。第一電源管理單元301a及/或第二電源管理單元301b分別依據第一電壓控制訊號Vdd_amp_ctr及/或第二電壓控制訊號Vdd_dac_ctr調降供給放大器303之第一工作電壓Vdd_amp及/或數位/類比轉換單元304之第二工作電壓Vdd_dac，例如調降3分貝(dB)，使數位/類比轉換單元304之第二工作電壓Vdd_dac由1.8V降至1.3V，及/或放大器303之第一工作電壓Vdd_amp由5V降至3.6V。如此一來，在降低喇叭302之音量，使得喇叭302受到保護的同時，也達到省電的效果。需注意，上述數字僅為示例，本發明不限於此，可依需求任意設計。
再者，本發明一實施例中當喇叭溫度過高時，提供給數位/類比轉換器之電壓可經由低壓降穩壓器(Low Dropout Regulator,LDO)調降，而聲音之輸出訊號大小便會跟著下降，達到降低音量同時降低功率消耗，且達成將喇叭降溫之功效。另外，在對輸出訊號不截頭(clipping)之條件下，也將供給放大器的電壓調降，便可達到省電的效果。本發明實施例之喇叭控制裝置之一實施例，在不降低輸入訊號大小之方式下，調降放大器之第一工作電壓及/或數位/類比轉換單 元之第二工作電壓，可達成喇叭溫度保護與省電之功效
第5A圖為本發明之音訊裝置控制方法一實施例之流程圖。第5B圖為根據本發明之音訊裝置一實施例配合第5A圖之溫度控制機制運作的示意圖。在第5B圖之實施例中，音訊裝置的溫度控制機制分為四個操作區段，包括安全區段、過熱區段、衰減區段及釋放區段。
音訊裝置控制方法包含有下列步驟：步驟S502：開始。
步驟S504：首先，依據喇叭特性，設定喇叭的可承受溫度範圍。音訊裝置針對不同喇叭特性，設定其耦接之喇叭的最高溫度臨界值(thermal threshold)與一最低溫度臨界值，在第5B圖之實施例中，最高溫度臨界值被設定為110度，最低溫度臨界值則為100度。下述說明將以上、下限分別表示最高、最低溫度臨界值。相對地，該音訊裝置中的電源管理單元所提供之第一、第二工作電壓Vdd_amp、Vdd_dac亦具有一範圍區間，其上下限在第5B圖中以最大電壓與最小電壓表示。
步驟S506：偵測喇叭溫度。
步驟S508：判斷溫度是否低於上限110度，若是進入步驟S512；若否，進入步驟S510。
步驟S510：當溫度偵測單元偵測到喇叭溫度高於上限時，判斷進入過熱區段(overdrive)。此時會觸發衰減 (attack)電壓之機制，電源管理單元調降供給放大器之第一工作電壓Vdd_amp及/或數位/類比轉換單元之第二工作電壓Vdd_dac，使喇叭的輸出音量降低，使喇叭溫度開始下降，此一溫度下降區段即為衰減區段。
步驟S512：判斷溫度是否高於下限100度，若是進入步驟S516；若否進入步驟S514。
步驟S514：當溫度偵測單元偵測出喇叭溫度低於下限時，表示當前操作須進入釋放區段，換言之，此時的第一工作電壓Vdd_amp及/或第二工作電壓Vdd_dac已過低，造成喇叭未能維持在適當的工作溫度，因此必須釋放第一工作電壓Vdd_amp及/或第二工作電壓Vdd_dac，將之提高。簡言之，在釋放區段中，電源管理單元提升第二工作電壓Vdd_dac及/或第一工作電壓Vdd_amp電壓，以讓喇叭溫度升高，直到回到安全區段內，達到最大音訊輸出。
步驟S516：判斷出喇叭之溫度在上下限之間，溫度控制機制得以維持在安全區段(safe)。
步驟S518：結束。
需注意的是，本實施例雖以四個操作區段為示，但並不以此為限，上述此四個區段之順序是可以依系統需求而調整的，各上下限溫度不限於上述示例可依據需求調整，且各上下限溫度主要與該音訊裝置所耦接的喇叭特性有關，亦不限於四個區段，可依據需求設定以劃分為較多或較少個 控制區段。
依此方式，本發明提出之具溫度控制能力的音訊裝置可利用調整數位/類比轉換器與放大器供給喇叭之工作電壓大小，而非僅對音訊輸入訊號作增減，即可降低喇叭溫度來降低喇叭之溫度，且進一步地降低電壓的消耗，達到省電與保護喇叭之功效。
200‧‧‧音訊裝置
201‧‧‧電源管理單元
202‧‧‧喇叭
203‧‧‧放大器
204‧‧‧類比/數位轉換單元
205‧‧‧溫度偵測器

Claims (11)

  1. 一種音訊裝置，包含：一數位/類比轉換單元，接收一數位音訊訊號，將該數位音訊訊號轉換為一類比音訊訊號；一放大器，耦接該數位/類比轉換單元，放大該類比音訊訊號以產生一放大後類比音訊訊號；一喇叭，耦接該放大器，用以播放該放大後類比音訊訊號；一電源管理單元，用以提供一第一工作電壓給該放大器，並提供一第二工作電壓給該數位/類比轉換器；以及一溫度偵測單元，耦接該喇叭，根據該喇叭之溫度產生一溫度偵測訊號；其中，該電源管理單元依據該溫度偵測訊號調整自該電源管理單元所供給之該第一工作電壓及/或該第二工作電壓；該數位/類比轉換器、該放大器、該電源管理單元、以及該溫度偵測單元設置同一晶片中。
  2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該溫度偵測單元偵測該喇叭中一電阻之溫度，以產生該溫度偵測訊號。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之裝置，其中該電源管理單元包含一電源控制單元，依據該溫度偵測訊號產生一第一電壓控制訊號及 一第二電壓控制訊號。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之裝置，其中該電源管理單元包含：一第一電源管理單元，耦接一電源，依據該第一電壓控制訊號來調降供給該放大器之該第一工作電壓大小，以降低該喇叭之音量與溫度；以及一第二電源管理單元，耦接該電源，依據該第二電壓控制訊號調降供給數位/類比轉換器之該第二工作電壓大小，以降低該喇叭之音量與溫度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，耦接一接收訊號電路，該接收訊號電路包含有：一音訊處理單元，包含有一增益控制器，該音訊處理單元接收該數位音訊訊號，該增益控制器對該數位音訊訊號進行增益處理，其中該增益值為一固定增益值；一升頻單元，用以調整該數位音訊訊號之頻率；以及一調變單元，用以調變該數位音訊訊號至一預設頻帶，以輸出至該數位/類比轉換單元。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該電源管理單元包含有一比較器、複數個開關、以及一第一電阻與一第二電阻，該電源管理單元耦接一電源電壓，將該電源電壓乘以一比值後產生一 輸出電壓，其中該輸出電壓為該第一電壓控制訊號或該第二電壓控制訊號，且該電源管理單元利用該複數個開關之啟閉來改變該第一電阻與該第二電阻之該比值。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該電源管理單元設有一最低溫度臨界值與一最高溫度臨界值。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之裝置，其中當該溫度偵測單元偵測到該喇叭的溫度超過該最高溫度臨界值時，該電源管理單元觸發一衰減電壓機制，調降該第一工作電壓及/或該第二工作電壓。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之裝置，其中該溫度偵測單元偵測到該喇叭的溫度低於該最低溫度臨界值時，該電源管理單元觸發一釋放電壓機制，提調高該第一工作電壓及/或該第二工作電壓。
  10. 一種音訊裝置之控制方法，該音訊裝置包括一放大器以及一數位/類比轉換器，該控制方法包含：依據一喇叭之特性，設定該喇叭之一最高溫度臨界值與一最低溫度臨界值；偵測該喇叭之溫度；當該喇叭溫度超過該最高溫度臨界值時，進入一過熱區段操作，調降該放大器之一第一工作電壓及/或該數位/類比轉換器之一第二工作電壓； 當該喇叭溫度低於該最低臨界值時，進入一釋放區段操作區段，釋放該第一工作電壓及/或該第二工作電壓，以讓該喇叭的溫度恢復到高於該最低溫度臨界值。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中當該溫度位於最高臨界值與該最低臨界值之間時，該音訊裝置在一安全區段內維持操作。
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