專利名稱：功率放大器開機及關機時喇叭爆音的消除電路與方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種功率放大器開機及關機時喇叭爆音的消除電路與方法， 特別涉及一種利用輸入電容的充電電壓來做為輸出電容的預充電，讓喇叭開 關機爆音低于可聽見的程度。
背景技術：
在現(xiàn)今的數(shù)字化世界里，喇叭的使用率不低于任何一種電子零件，從計 算機、電視到任何影音設備，都一定會利用到喇叭。更有許多人不惜花費大 成本來提升喇P八系統(tǒng)以求擁有更優(yōu)良的音質。然而，使用者常常會發(fā)現(xiàn)含有 喇叭的電子用品，往往在開關機的時候都會有爆音出現(xiàn)。長期的爆音不止在 一些產(chǎn)品會對聽覺造成傷害，喇叭本身也有可能損害。傳統(tǒng)上處理開機爆音的方法是在開機之前，讓;故大器處于關閉狀態(tài)直到 相關電容電壓穩(wěn)定后放大器再輸出聲音信號。如圖1所示，當電源供應器 (Power Supply)啟動時，電源供應電壓會從零電壓上升到Vcc。在這段期間， 輸出電容C。ut透過兩個分壓電阻R開始充電，充電電流的/>式為其中充電電流的初始值，亦即最高值，Ipeak-Vcc/R,而充電時間常數(shù)為0.5RC。ut。由于充電電阻R的值遠遠大于喇叭負載的值，通常為4ohms或8ohms，以上 7^式忽略喇p八的負載。一般音頻放大器要求低頻-3db頻率小于20Hz，低頻-3db頻率與喇叭的阻 抗及輸出電容C。w的關系為￡3db=l/(l/2;ri^C。",)。其中Rspk代表喇叭的阻抗 (Speaker Impedance)，對于4ohms的喇。八而言在20Hz低頻-3db的要求下 C。ut=l/(2"R^kf-3db)=l/(2" x4 x20)=2000uF。所以，為了頻寬問題，輸出電 容C。也值需要大到2000uF。為了降低充電的峰值電流，IpeaJ^Vce/R, R值必須盡可能的大。如果要降低峰值電流到lmA以下并假設電源電壓為5V,則R= Vcc/Ipeak=5V/lmA=5k ohms。電容充電電壓的公式為V=Vcc/2(l-e-m5RCout》 如要充飽輸出電容C。ut的電壓至Vcc/2的99%則 (Vcc/2) x 99。/o-Vce/2(l畫e換5RCout),即(5V/2) x 0.99=5V/2(1-e崔5Rc。ut), 這樣t=-0.5RCout x ln(0.01)=2.3RCout =2.3 x 5k ohms x 2000uF =23 seconds 。由以上式可知如要降低爆音電流至lmA以下且充電電壓達到99%則等待時間 必須大于23秒。但合理的等待時間需小于3 5秒，如此爆音電流需增加至將 近5 8rnA。所以設計者必須要在等待時間與爆音的大小之間做折衷選擇。在等待時間或延遲時間之后，放大器(Amplifier)的輸出會被開啟，然 后一個Vce/2的電壓被傳送到C。ut。假使該延遲時間不夠長，即Cout的電壓未 達到Vcc/2時喇p八會出現(xiàn)第二個爆音，因為放大器輸出的Vcc/2電壓將會強迫 C她快速充電至Vee/2而產(chǎn)生大的瞬間充電電流。除了輸出電容的充電爆音以外，輸入電容也有充電爆音的問題如圖2所 示，輸入電容Cin的值也受限于-3db的需求，低頻f.她頻率的計算公式為 f.3db=l/2"RinCin。由MAXIM公司所提出(MAX9715， page 8)及由Philips Semiconductors所提出(TDA8932， page 16)的解決方法都將放大器的輸出 級關閉，直到輸入充電電路及輸出充電電路都穩(wěn)定之后再打開，該方法的基 本原理與前述方法類同而需要開機等待時間。發(fā)明內容本發(fā)明的主要目的是在提供一種喇叭開機及關機爆音的消除的電路與方 法，特別是通過將輸入電容充電電壓做為輸入信號平緩的對輸出電容預充電 而讓喇p八開關機爆音低于可聽見的程度。本發(fā)明的電路主要包括控制單元，通過偵測供應電源的電壓來指導操作， 同時按照電路需求發(fā)送控制信號到開關電路及放大器，其中至少一個開關接 收該控制信號并負責控制電路里電容的充電與放電；放大器，放大輸入信號5或電壓后輸出至低頻LC濾波器。濾波后的信號再傳送至喇叭裝置。因此當開機時，控制單元會發(fā)送控制信號給開關開始對輸入電容Cin充電，此充電信 號直接放大且推動喇p八。由于輸入電容的充電電壓為平緩上升電壓，其充電 時間常數(shù)為(Rs+Rin)xCin。此平緩上升電壓經(jīng)放大器放大之后也是平緩的 輸出電壓，此平緩的輸出電壓將對輸出電容Cout進行平緩的充電，用平緩的 充電取代了高峰值的預充電，Ipeak=Vcc/R，而使開機爆音降低。當該控制信號 偵測到關機時，已充電的電容經(jīng)過放大器內的放電電路放電以待下一次開關 時再平緩充電。以輸入電阻值等于20K ohms及輸入電容值等于luF為例，輸入電路的 -3db頻率為1/(2丌x 20k x iu)=8Hz,在此情況下，只要luF的小電容即可 達到8Hz的低頻頻寬。 一般喇叭的頻率響應^A耳的聽覺大;f既在20Hz以上， 如果輸出的電容充電速率小于喇p八所能表現(xiàn)或人耳所能查覺就不會有爆音的 感覺。如果以8Hz的頻寬產(chǎn)生一個充電電壓則此充電即不會造成爆音。另外 此種充電方式并不需要等到所有電容充電到飽和才可輸入音樂信號。輸入電 路的充電曲線為V二Vcc/2(l-e他cin), 以Rin=20k ohms及Cin=luF來計算充電電壓則V:5/2(l-e楊111) =2.5(1- e德)， 如果電壓充到Vec的99%，則 5/2x99Q/o-5/2(l-e-，"1)，即0.99=1-e德， 或t;20m x In 0.01=0.092 seconds。 此時的充電電壓與Vcc/2之差為 5V/2-5V/2 x 99%=0.025V。通常功率放大器的電壓增益約為10倍，則0.025V將被放大為0.025V x 10=0.25V。此時如果輸入音樂信號，如此小的電壓不會對音樂質量造成影響。 由以上討論可知等待時間只有0.1秒且不會有第二爆音產(chǎn)生。


圖1為現(xiàn)有技術電路示意圖；圖2為另一現(xiàn)有技術電路示意圖；圖3為本發(fā)明的電路示意圖；圖4為本發(fā)明的電路時序示意圖。圖號說明1 信號源2 信號源電阻Rs3 開關晶體管NMOS24 輸入電容Cjn5 開關晶體管NMOSl6 輸入電阻Rin7 放大器8 控制單元9 LC低頻濾波器 10輸出電容C。ut 11 喇p八具體實施方式
本發(fā)明的主要目的是在提供一種在開關機時喇。八所產(chǎn)生的爆音消除的電 路及方法，通過利用輸入電容的平緩充電做為輸入信號而對輸出電容做平緩 的預充電以降低喇叭開關機爆音至聽不見的程度。如圖3所示， 一個信號源1 的輸出端設有一個信號源電阻Rs 2,信號源電阻& 2則連接到一個開關晶體 管NMOS2(3)與輸入電容Cin4。由于開關晶體管NMOS2(3)的一端接到系統(tǒng)地 (System Ground),因此當開關晶體管NMOS2(3)啟動時，會把輸入信號短^各到 系統(tǒng)地，由此把提供給喇p八11的信號切斷。輸入電容C化4則搭接到開關晶體 管NMOSl(5)和輸入電阻Rin6,由于開關晶體管NMOSl(5)的一端也是接到系 統(tǒng)地，因此當開關晶體管NMOSl(5)啟動時，經(jīng)由輸入電容Cin4的電壓會直 接短路到系統(tǒng)地，輸入電阻R;n6則搭接到放大器7的輸入端。開關晶體管NMOS2(3)以及開關晶體管NM0S1(5)兩個都屬于金屬氧化半導體。此外，開 關晶體管NMOS1(5)、 開關晶體管NMOS2(3)以及放大器7同時搭接到一個 控制單元8，控制單元8通過偵測供應電源的電壓來指導操作并且發(fā)出控制信 號來控制開關晶體管NMOS1(5)、開關晶體管NMOS2(3)以及放大器7。放大 器7的信號輸出端會更進一步連到一個LC低頻濾波器9， LC低頻濾波器9 的輸出會再連接到 一個輸出電容C。ut 10,輸出電容C。ut 10則連接到喇叭裝置 11。為了讓本發(fā)明實施例能更詳細被了解，以下會通過在輸入電容Cin4之后 的A點、放大器7輸出端的B點及低頻濾波器9的輸出端C點的電壓變化來 解釋。圖4為本發(fā)明圖3的電路時序圖，在開機之前所有的信號都處于地電壓。 當電源電壓Vcc上升時，即tl t2之間，SW1及SW2控制信號隨著電源電壓 而上升，也就是開關晶體管NMOS2(3)及開關晶體管NMOS1 (5)保持導通狀態(tài)， 使輸入電容Cin 4兩端的電壓維持在地電位。當電源電壓上升到某一電壓值 時，即t2, SDNB的信號由地電壓轉為高電壓以啟動力欠大器，在此同時SW1 的信號轉為地電壓以關閉開關晶體管NMOSl(5)。如此放大器內部電壓經(jīng)過輸 入電阻Rin6對輸入電容Cin4充電而4吏A點電壓上升如圖標。如圖4所示》丈 大器在接收A點的電壓之后即輸出PWM(Pulse Width Modulation,脈沖寬度 調節(jié))信號至B點。由于電源電壓還在上升，即t2 t3,故B點的脈沖電壓的 幅度也隨之上升。另A點的電壓為一平緩的上升電壓所以其對B點PWM調 節(jié)度低，這兩個因素造成B點電壓的幅度為一平緩上升且脈沖寬度為由小變 寬的PWM信號。此B點信號在經(jīng)LC低頻濾波器9之后，即C點信號，為 一平緩上升電壓以對輸出電容C。utlO充電，在充電完成后，即t3, SW2的信 號由高電壓轉為地電壓以關掉開關晶體管NMOS2(3)，如此則信號源的信號即 經(jīng)過信號源電阻Rs 2、輸入電容Cin 4及輸入電阻Rin 6傳送至放大器7，此時整 個電路進入正常操作狀態(tài)。由圖示t3的時間點不一定要等到A點充電電壓穩(wěn) 定。關機時，電源電壓Vcc即開始下降，即t4 t5,此時放大器7處于一個較 低的工作電壓，所以其輸出信號B的脈沖幅度也隨著P務低，經(jīng)濾波之后的C 點電壓也隨之下降。當電源電壓降至某一^f氐電壓時，即t4, SDNB信號即由 高電壓轉為低電壓以關掉放大器7并啟動放大器7的內部放電電路，此時放 大器內部的放電電路即對B點進行放電。在此同時SW2也由低電壓轉為高電壓而打開開關晶體管NMOS2(3)而將信號源的信號經(jīng)信號源電阻Rs 2短路到 地，使輸入信號不再傳送到放大器7。由于此時電源電壓已處于低電壓狀態(tài)， B點或C點的放電電流可相對的減少而不致造成喇叭11的關機爆音。在同一 時間點，即t4， SW1信號也由低電壓轉為高電壓而導通開關晶體管 NMOS1(5),使A點電壓快速放電至地電壓以備下一次開機時A點電壓處于 地電壓的初始值。開關晶體管NMOSl(5)導通將對放大器7造成一個低電壓輸 入，但此時放大器7已經(jīng)被關閉故不會造成喇叭11爆音。在t5時整個電路回 到地電壓而此》文大器可再#皮重新;陂啟動。以上說明以D類功率放大器為例，其它類型的功率放大器如AB類功率 放大器其操作或改進原理也是相同的。以上公開的僅為本發(fā)明的幾個具體實施例，但是，本發(fā)明并非局限于此， 任何本領域的技術人員能思之的變化都應落入本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1、一種功率放大器開機及關機時喇叭爆音的消除電路，其特征在于，包括控制單元，通過偵測供應電源的電壓來指導操作，并按照電路需求發(fā)送控制信號；第一開關接收所述控制信號并負責控制電路里電容的充電與放電；放大器，放大輸入信號；以及低頻濾波器，平均所述放大器所輸出的信號或電壓并將濾波后的信號傳送給喇叭裝置。
2、 如權利要求1所述功率放大器開機及關機時喇叭爆音的消除電路，其 特征在于，所述電容包括輸入電容和輸出電容。
3、 如權利要求1所述功率放大器開機及關機時喇叭爆音的消除電路，其 特征在于，所述喇p八裝置開機時，所述第一開關控制所述輸入電容充電，此 充電電壓經(jīng)所述放大器放大后，直接對所述輸出電容預充電。
4、 如權利要求1所述功率放大器開機及關機時喇叭爆音的消除電路，其 特征在于，進一步包括第二開關，所述第二開關接收所述控制信號并負責開 啟及關閉所述電路聲音信號源的信號。
5、 如權利要求1所述功率放大器開機及關機時喇p八爆音的消除電路，其 特征在于，所述喇叭裝置關機時，所述第二開關切斷信號源的信號，所述第 一開關將所述輸入電容放電，所述放大器^L關閉且^L電電路同時對所述輸出 電容放電。
6、 如權利要求1所迷功率放大器開機及關機時喇叭爆音的消除電路，其 特征在于，所述第一開關為金屬氧化半導體。
7、 如權利要求4所述功率放大器開機及關機時喇叭爆音的消除電路，其 特征在于，所述第二開關為金屬氧化半導體。
8、 一種功率放大器開機及關機時喇p八爆音的消除方法，包括 通過控制單元來控制至少一個開關，其中所述的至少一個開關控制電路里電容的充電與》t電；以及開機時，充電中的電容會驅動喇叭來預充電；關機時充電的電容放電至地 電壓。
9、 如權利要求8所述功率放大器開機及關機時喇叭爆音的消除方法，其 特征在于，所述控制單元通過發(fā)送控制信號到所述開關來控制所述開關。
10、 如權利要求8所述功率放大器開機及關機時喇p八爆音的消除方法， 其特征在于，所述控制單元通過偵測供應電源的電壓來指導才乘作。
11、 如權利要求8所述功率放大器開機及關機時喇p八爆音的消除方法， 其特征在于，進一步包括設立另 一開關來負責開啟與關閉電i 各信號源。
12、 如權利要求8所述功率放大器開機及關機時喇p八爆音的消除方法， 其特征在于，所述電容包括輸入電容及輸出電容。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種功率放大器開機及關機時喇叭爆音的消除電路與方法，特別是關于一種利用電容充電與放電特性，使功率放大器開關機時，利用輸入電容的充電特性來取代輸出電容的預充電，使喇叭在開關機時爆音低于可以聽見的程度。本發(fā)明不但有低成本及設計簡單的優(yōu)點，同時在設計上不會對頻寬造成限制。
文檔編號H03K17/00GK101330277SQ20071011126
公開日2008年12月24日 申請日期2007年6月20日 優(yōu)先權日2007年6月20日
發(fā)明者戴枝德 申請人:震一科技股份有限公司