放大器電路及其放大方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種真接地放大器電路，其中電壓傳感器感測(cè)輸出電壓并產(chǎn)生二進(jìn)制輸出，該二進(jìn)制輸出指示輸出電壓是否超過(guò)或低于閾值?？勺?cè)鲆娣答佅到y(tǒng)產(chǎn)生反饋信號(hào)用于與數(shù)字輸入組合，從而提供偏移消除。在放大器電路的操作的初始期期間，可變?cè)鲆骐S著時(shí)間減少以提供偏移消除。例如，在起動(dòng)期間提供偏移消除。
【專利說(shuō)明】放大器電路及其放大方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及放大器電路，并且特別涉及用于提供揚(yáng)聲器信號(hào)（例如耳機(jī)）的偏移 消除的放大器，并且特別地涉及真接地放大器電路。

【背景技術(shù)】
[0002] 在AC耦合系統(tǒng)中，揚(yáng)聲器可以通過(guò)電容器被連接到放大器?？蛇x的，數(shù)字音頻耳 機(jī)放大器可以具有被直接連接到放大器的輸出端的揚(yáng)聲器。放大器輸出信號(hào)則參考地，并 且該布置使用真接地放大器，如圖1所示。
[0003] 放大器1從數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器（DAC) 2接收輸入信號(hào)。DAC參考地，并且只在正電壓 域中操作。揚(yáng)聲器11連接在地和放大器輸出端之間。
[0004] DAC具有共模電流Idaccom和差模電流Idacdiff的差分輸出。共模電流由通過(guò)虛 接地電阻器3的傳導(dǎo)確定放大器的一個(gè)輸入端處的電壓。電阻器被設(shè)置為使共模電流（實(shí) 質(zhì)上為常數(shù)）得到〇.5Vdd的電壓降。
[0005] 差模電流驅(qū)動(dòng)放大器，放大器具有與虛接地電阻器3相同值的反饋電阻器4。
[0006] 在靜音模式中，差模電流和共模電流相等，因此在反饋電阻器兩端同樣產(chǎn)生的 0.5Vdd電壓降，以及放大器輸出是0。因此，放大器輸出以零為中心，并且為此放大器需要 正和負(fù)電壓供給。
[0007] 放大器的偏移的組合，反饋和虛接地電阻器的失配，DAC正和負(fù)電流之間的失配及 其他缺點(diǎn)導(dǎo)致在輸出端跨過(guò)揚(yáng)聲器兩端的DC補(bǔ)償電壓。
[0008] 電阻器和晶體管的適當(dāng)匹配，可以實(shí)現(xiàn)少量毫伏的DC偏移，但即使1毫伏的DC偏 移可以導(dǎo)致在接通/斷開放大器時(shí)的咔噠和撲通聲。
[0009] 已知的解決撲通聲和咔噠問(wèn)題的方法是使用軟開關(guān)的方法，或者使用動(dòng)態(tài)元件匹 配和斬波放大器以保持低偏移。此外，使用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器用于數(shù)字化放大器輸出并隨后 通過(guò)低通濾波器是一種可能的除去DC偏移的方法。
[0010] 這些已知的方法需要額外的電路和信號(hào)處理，這是不希望的。
[0011] US2011 / 0116653披露了一種放大器，其中輸出級(jí)被分為初級(jí)輸出級(jí)和次級(jí)輸出 級(jí)。它還揭露了 DC偏移補(bǔ)償電路，在其中與真接地的比較被用于產(chǎn)生誤差信號(hào)，誤差信號(hào) 被過(guò)濾和放大后從輸入中被減去。
[0012] 控制這種DC偏移補(bǔ)償電路的問(wèn)題是需要在不同的時(shí)間使用不同的控制，以及當(dāng) 放大器在使用時(shí)這種控制希望不被用戶發(fā)現(xiàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明通過(guò)權(quán)利要求限定。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明，提供一種放大器電路包括：
[0015] 數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器；
[0016] 放大器，所述放大器用于放大模擬信號(hào)，放大器具有反饋?zhàn)杩梗糯笃鞯妮敵龆擞?于連接到輸出負(fù)載，
[0017] 其中電路還包括：
[0018] 電壓傳感器，所述電壓傳感器用于感測(cè)輸出電壓并產(chǎn)生二進(jìn)制輸出，所述二進(jìn)制 輸出指示輸出是否超過(guò)或低于閾值；
[0019] 可變?cè)鲆娣答佅到y(tǒng)，所述可變?cè)鲆娣答佅到y(tǒng)產(chǎn)生反饋信號(hào)用于與數(shù)字輸入組合， 從而提供偏移消除。
[0020] 控制器，所述控制器用于控制可變?cè)鲆?，其中所述控制器適于隨著時(shí)間減少增益 使其至少在兩個(gè)非零值之間變化，從而在放大器電路的操作的初始期間提供偏移消除。
[0021] 放大器可以是音頻放大器。
[0022] 本發(fā)明提供一種反饋機(jī)制，該反饋機(jī)制以一種簡(jiǎn)單的方法測(cè)量輸出電壓（例如用 單個(gè)比較器作為模擬元件）并用數(shù)字輸入結(jié)合（例如減去）這個(gè)值。所有的對(duì)DC偏移有 貢獻(xiàn)的因素可以被消除。
[0023] 比較器可以具有0V閾值并因此測(cè)量放大器輸出水平是否超過(guò)或低于地水平。反 饋回路校準(zhǔn)DC輸入信號(hào)使輸出信號(hào)被移動(dòng)到0V。這個(gè)將在不使用負(fù)載的情況下工作（例如 音樂(lè)用揚(yáng)聲器的形式播放到負(fù)載），但它在使用負(fù)載時(shí)也可以工作（例如同時(shí)播放音樂(lè)）。
[0024] 隨著時(shí)間，可以分析輸出以確認(rèn)當(dāng)在輸出信號(hào)中沒(méi)有DC分量時(shí)（例如音樂(lè)），在長(zhǎng) 時(shí)間內(nèi)平均信號(hào)同樣超過(guò)和低于零。
[0025] 數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器可以具有差分輸出，放大器被用于接收數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的差分輸 出信號(hào)的一個(gè)到一個(gè)輸入以及接收另一個(gè)到另一個(gè)輸入。差分信號(hào)之間的差異因此被放 大。數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器可以用于將數(shù)字輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬共模電流信號(hào)和模擬差模電流信 號(hào)。
[0026] 本發(fā)明提供一種自動(dòng)化的可調(diào)節(jié)的環(huán)路增益，從而穩(wěn)定速率在起動(dòng)期間從快降到 慢。在起動(dòng)期間可以承受快速穩(wěn)定而在使用期間采用慢速穩(wěn)定，例如為了避免聽得見的撲 通聲噪聲。
[0027] 優(yōu)選地，可變?cè)鲆娣答佅到y(tǒng)包括增益元件和積分器，所述積分器用于累積增益元 件的輸出。然后電路可以依賴計(jì)數(shù)電路的時(shí)刻計(jì)算積分器周期并改變?cè)鲆妗?br> [0028] 在一種布置中，控制器適于改變計(jì)時(shí)點(diǎn)的增益，該計(jì)時(shí)點(diǎn)是當(dāng)積分器輸出是最小 值和最大值輸出電平之間的中點(diǎn)時(shí)。每隔預(yù)定數(shù)目的積分器輸出的交叉口，所述控制器可 以在計(jì)時(shí)點(diǎn)用最小值和最大值輸出電平之間的中點(diǎn)改變?cè)鲆妗?br> [0029] 可變?cè)鲆娣答佅到y(tǒng)可以具有固定數(shù)目的可變?cè)鲆嬖O(shè)置，例如2, 3,4或者5。
[0030] 在一種布置中，具有初級(jí)和次級(jí)，其中初級(jí)在放大器布置的導(dǎo)通期間被禁用，和次 級(jí)以累進(jìn)的方式接通，其中初級(jí)只在偏移消除之后被使能（即在dc偏移被除去之后）。在 起動(dòng)期間，電壓傳感器和可變?cè)鲆娣答佅到y(tǒng)是次級(jí)的一部分。在起動(dòng)之后，電壓傳感器和可 變?cè)鲆娣答伿浅跫?jí)的一部分。
[0031 ] 放大器電路可被用于揚(yáng)聲器電路。
[0032] 本發(fā)明還提供一種信號(hào)放大方法，包括：
[0033] 將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)；
[0034] 放大模擬信號(hào)；
[0035] 感測(cè)輸出電壓并產(chǎn)生二進(jìn)制輸出，所述二進(jìn)制輸出指示輸出電壓是否超過(guò)或低于 閾值；
[0036] 產(chǎn)生反饋信號(hào)用于與數(shù)字輸入組合，從而提供偏移消除；和
[0037] 至少在兩個(gè)非零值之間控制反饋信號(hào)的可變?cè)鲆妫ㄟ^(guò)隨著時(shí)間減少增益以在放 大器電路的操作的初始期間內(nèi)提供偏移消除。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0038] 以下提供了關(guān)于附圖的描述，僅作為示例，其中：
[0039] 圖1示出了一種已知的真接地?fù)P聲器放大器；
[0040] 圖2示出了本發(fā)明的真接地?fù)P聲器放大器的第一實(shí)施例；
[0041] 圖3示出了用于圖2的電路的一個(gè)可能的時(shí)間圖；
[0042] 圖4示出了本發(fā)明的真接地?fù)P聲器放大器的第二實(shí)施例；
[0043] 圖5示出了用于圖4的電路的一個(gè)可能的時(shí)間圖；和
[0044] 圖6示出了另一個(gè)已知的真接地?fù)P聲器放大器，其中可以應(yīng)用本發(fā)明的控制。

【具體實(shí)施方式】
[0045] 本發(fā)明提供真接地放大器電路，其中電壓傳感器感測(cè)輸出電壓并產(chǎn)生二進(jìn)制輸 出，該二進(jìn)制輸出指示輸出是否超過(guò)或低于閾值。可變?cè)鲆娣答佅到y(tǒng)產(chǎn)生反饋信號(hào)用于與 數(shù)字輸入組合，從而提供偏移消除。在放大器電路的操作的初始期，可變?cè)鲆骐S著時(shí)間減少 以提供偏移消除。例如，這在起動(dòng)周期提供偏移消除。增益至少在兩個(gè)非零值之間調(diào)整，與 DC偏移消除的不同速率相應(yīng)?？梢栽诓煌臅r(shí)間采用不同的速率，取決于在輸出上的音響 效果是否是可容忍的（例如在靜音模式）。
[0046] 圖2示出了本發(fā)明的電路的一個(gè)實(shí)施例。
[0047] 如圖1所示，電路包括數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器2,放大器1，接地電阻器3,反饋電阻器4以 及揚(yáng)聲器11。
[0048] 另夕卜，電路包括比較器5和積分器6,比較器5用于比較在揚(yáng)聲器對(duì)邊的電壓信號(hào) (即放大器輸出和地）。因此比較器是電壓傳感器的一個(gè)可能的實(shí)現(xiàn)方式，因?yàn)樗容^放大 器輸出與地。積分器可以被看作是向上/向下計(jì)數(shù)器。
[0049] 只要放大器輸出是大于零，積分器計(jì)數(shù)器相加。只要放大器輸出是小于零，積分器 計(jì)數(shù)器倒計(jì)數(shù)。
[0050] 向上/向下計(jì)數(shù)的速率取決于傳感器的增益，它可以由可調(diào)節(jié)的增益元件7與增 益G控制。
[0051] 本發(fā)明特別涉及增益元件7的控制。
[0052] 在起動(dòng)時(shí)，增益G是高的，從而DC偏移很快被消除，例如在小于10ms的時(shí)間內(nèi)被 消除。
[0053] 當(dāng)實(shí)現(xiàn)DC偏移消除時(shí)，可調(diào)節(jié)的增益G理論上可以設(shè)置為G = Gdccan = 0,從而 將反饋回路切換到靜態(tài)。
[0054] 為了追蹤緩慢移動(dòng)的影響，例如與溫度有關(guān)，最好使Gdccan尹0,設(shè)置它到足夠低 的值從而它不會(huì)影響進(jìn)來(lái)的音樂(lè)信號(hào)的低頻內(nèi)容。
[0055] 選音頻頻帶的較低側(cè)，是20Hz，將導(dǎo)致25毫秒向上持續(xù)時(shí)間以及25毫秒向下持續(xù) 時(shí)間。向上/向下計(jì)數(shù)器的輸出振幅例如將限于Uoint = 10uV (其中Uoint表示在積分器 的輸出端的電壓U)，以實(shí)現(xiàn)當(dāng)放大器的輸出信號(hào)具有l(wèi)Vrms的振幅時(shí)失真小于-100dB。
[0056] 根據(jù)樣本速率fs，可以計(jì)算增益G。
[0057] fs = 44. 1kHz
[0058] fsig = 20Hz
[0059] Uoint = lOuV
[0060]

【權(quán)利要求】
1. 一種放大器電路，其特征在于，包括： 數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器（2); 放大器（1)，所述放大器（1)用于放大模擬信號(hào)，放大器（1)具有反饋?zhàn)杩梗?)，放大器 (1)的輸出端用于連接到輸出負(fù)載（11)， 其中所述電路還包括： 電壓傳感器（5)，所述電壓傳感器（5)用于感測(cè)輸出電壓并產(chǎn)生二進(jìn)制輸出，所述二進(jìn) 制輸出指示輸出電壓是否超過(guò)或低于閾值； 可變?cè)鲆娣答佅到y(tǒng)（6,7,8,9，10)，所述可變?cè)鲆娣答佅到y(tǒng)（6,7,8,9，10)用于產(chǎn)生反 饋信號(hào)，所述反饋信號(hào)用于與數(shù)字輸入組合，從而提供偏移消除；和 控制器，所述控制器用于控制可變?cè)鲆?，其中所述控制器適于隨著時(shí)間減少增益使其 至少在兩個(gè)非零值之間變化，從而在放大器電路的操作的初始期提供偏移消除。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器（2)具有差分輸出，以及 放大器用于接收數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的差分輸出信號(hào)中的一個(gè)到放大器的一個(gè)輸入端以及接 收另一個(gè)差分輸出信號(hào)到放大器的另一個(gè)輸入端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器（2)被用于將數(shù)字輸入信 號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬共模電流信號(hào)和模擬差模電流信號(hào)，其中共模電流信號(hào)被提供到放大器的一 個(gè)輸入端和差模電流信號(hào)被提供到放大器的另一個(gè)輸入端。
4. 根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的電路，其特征在于，可變?cè)鲆娣答佅到y(tǒng)包括增益元件 (7)和積分器（6)，積分器（6)用于累積增益元件的輸出。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其特征在于，所述電路還包括根據(jù)計(jì)數(shù)電路的計(jì)時(shí)計(jì) 算積分器周期和改變?cè)鲆娴碾娐罚?,9,10)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的電路，其特征在于，所述控制器適于當(dāng)積分器輸出在最小 值和最大值輸出電平之間的中點(diǎn)時(shí)在計(jì)時(shí)點(diǎn)改變?cè)鲆妗?br> 7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其特征在于，每隔預(yù)定數(shù)目的積分器輸出的交叉口，所 述控制器可以在計(jì)時(shí)點(diǎn)用最小值和最大值輸出電平之間的中點(diǎn)改變?cè)鲆妗?br> 8. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，其特征在于，所述預(yù)定數(shù)目是2。
9. 根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的電路，其特征在于，電壓傳感器包括比較器（5)。
10. 根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的電路，其特征在于，包括減法器，所述減法器用于從 數(shù)字輸入減去反饋信號(hào)。
11. 根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的電路，其特征在于，可變?cè)鲆娣答佅到y(tǒng)具有固定數(shù)目 的增益設(shè)置。
12. 根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的電路，其特征在于，包括初級(jí)（24)和次級(jí)（23)，其中 初級(jí)（24)在放大器布置的導(dǎo)通期間禁用，和次級(jí)（23)以累進(jìn)的方式接通，其中初級(jí)只在偏 移消除以后被使能。
13. -種揚(yáng)聲器電路，其特征在于，包括根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的放大器電路以及 揚(yáng)聲器（11)，所述揚(yáng)聲器被連接到輸出端。
14. 一種信號(hào)放大方法，其特征在于，包括： 將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)； 放大模擬信號(hào)； 感測(cè)輸出電壓并產(chǎn)生二進(jìn)制輸出，所述二進(jìn)制輸出指示輸出電壓是否超過(guò)或低于閾 值； 產(chǎn)生反饋信號(hào)用于與數(shù)字輸入組合，從而提供偏移消除；和 至少在兩個(gè)非零值之間控制反饋信號(hào)的可變?cè)鲆?，通過(guò)隨著時(shí)間減少增益以在放大器 電路的操作的初始期提供偏移消除。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，包括在放大器的導(dǎo)通期間禁用放大器 的初級(jí)，和以累進(jìn)的方式接通放大器的次級(jí)，只在偏移消除之后使能初級(jí)。
【文檔編號(hào)】H03M1/66GK104143984SQ201410128328
【公開日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月8日
【發(fā)明者】哈恩·馬丁內(nèi)斯·斯胡爾曼斯, 馬爾藤·威廉默斯·H·M·范多麥倫 申請(qǐng)人:Nxp股份有限公司