專利名稱：高效音頻傳輸信道的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是音頻接收鏈方面，特別是在低耗的便攜式系統(tǒng)中。
有多種系統(tǒng)將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬功率信號(hào)，用來(lái)從揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。
申請(qǐng)?zhí)枮镕R-A-2765419的專利描述了一種由模-數(shù)變換器而成的一種模擬信號(hào)發(fā)生器。在這份專利中，描述了將Sigma-Delta調(diào)制器用于數(shù)字信號(hào)傳輸中，亦描述了模擬信號(hào)的生成，然而不能用簡(jiǎn)單的方式控制輸出的音量。
在將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換器中通常有一個(gè)音量控制，然后再有一個(gè)低通濾波器，用來(lái)壓縮與取樣相連系的各種分量，還有一個(gè)功率放大器，功率放大器消耗大量的功率，降低了一般電路的效率。這種系統(tǒng)不能令人滿意，因?yàn)榧词鼓軌蛘{(diào)整音量，仍需要大量的模擬分量，例如1比特的數(shù)-模轉(zhuǎn)換器，一些有源濾波器，一個(gè)功率放大器，所有的這些部分集中在一個(gè)專用卡之中。
為了生成在音頻數(shù)字信道中傳輸?shù)穆曇?，已?jīng)知道是使用一個(gè)Sigma-Delta調(diào)制器，后面跟著一個(gè)能將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的裝置，以及能將在傳輸中生成的噪聲濾去的一些裝置，還有一個(gè)產(chǎn)生聲音的裝置。一般在Sigma-Delta調(diào)制器的后面跟著一個(gè)D級(jí)輸出。
這第二種方案盡管主要是數(shù)字的，但也不能夠能控制音量而不降低信噪比，因?yàn)樵黾恿艘恍└郊硬糠?。這種方案的好處在于除數(shù)字部分外僅需要一個(gè)離散無(wú)源濾波器(用RLC分量為基礎(chǔ))。
Sigma-Delta調(diào)制器的使用是用來(lái)將一個(gè)N比特的字過(guò)渡到一個(gè)M比特的字，M小于N，為的是避免在有用信帶中發(fā)生截?cái)嗟腻e(cuò)誤。此處所說(shuō)的有用信道是在其中傳輸正弦信號(hào)或其它信號(hào)的頻帶的總括。此后，所有與這種截?cái)嘞嗦?lián)系的頻譜分量都排除在這個(gè)頻帶之外。在本發(fā)明的應(yīng)用中，輸出的字的長(zhǎng)度為1比特，而且，在調(diào)制器輸出處，輸出流量大于輸入流量，并能進(jìn)行調(diào)節(jié)以得到放大倍數(shù)為整數(shù)。
本發(fā)明目的在于改善第二種方案中的音頻接收信道的效能。同時(shí)使用最少的線性功率耗散元件。這種信道能夠?qū)⑤斎氲臄?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，以為用戶能夠控制音量而不損失信噪比，并使揚(yáng)聲器為低阻抗。
本發(fā)明涉及的一種音頻接收系統(tǒng)，其中一個(gè)調(diào)制器，用來(lái)將速率為第一速率的第一音頻數(shù)字信號(hào)調(diào)制成速率為第二速率的第二音頻數(shù)字信號(hào)，第二速率大于第一速率，所述的第二信號(hào)中在預(yù)定的一個(gè)周期中有多個(gè)長(zhǎng)度為1比特的字；這個(gè)系統(tǒng)中還有一個(gè)輸出裝置，其中有一個(gè)揚(yáng)聲器，以及一些可以將第二信號(hào)用模擬的形式傳給揚(yáng)聲器的裝置。
根據(jù)一種特別的實(shí)施方式，這些裝置都是一個(gè)D級(jí)輸出的一些交換半導(dǎo)體器件。
這個(gè)系統(tǒng)中還有一個(gè)控制裝置，一方面它和調(diào)制器連接，用來(lái)接收第二信號(hào)，另一方面又和輸出裝置連接。所述的控制裝置可以是根據(jù)述及的予定周期的一部分來(lái)控制輸出的裝置，而這部分的長(zhǎng)度可以根據(jù)所希望的音量來(lái)確定。
本發(fā)明還涉及一種音頻接收方法，在這方法中有一個(gè)調(diào)制階段和一個(gè)接收階段。在調(diào)制階段中將速率為第一速率的第一音頻數(shù)字信號(hào)調(diào)制成速率大于第一速率的第二速率的第二音頻數(shù)字信號(hào)，這個(gè)第二音頻數(shù)字信號(hào)在一個(gè)予定的周期由有多個(gè)長(zhǎng)度為1比特的字。接收階段在揚(yáng)聲器中接收第二信號(hào)。
在Sigma-Delta型的第一調(diào)制器中將第一音頻數(shù)字信號(hào)調(diào)制是方便的，其中有多個(gè)長(zhǎng)度為一個(gè)比特的字。
在接收階段之前，揚(yáng)聲器根據(jù)述及的予定周期的一個(gè)部分來(lái)控制的，而這些予定的周期的這一部分的長(zhǎng)度是根據(jù)希望的音量來(lái)確定的。在一種變型中，述及的這一部分的長(zhǎng)度控制了一個(gè)供電電路的短路。
Sigma-Delta調(diào)制器輸出信號(hào)的流量是1比特，其頻率大于奈奎斯特頻率。在此輸出處的量化噪聲主要是在高頻。D級(jí)輸出交換半導(dǎo)體直接來(lái)用它的取樣。在D級(jí)輸出中的低通濾波器是用一個(gè)二級(jí)RLC濾波器構(gòu)成，其中的電阻構(gòu)成了揚(yáng)聲器。
在信號(hào)中所傳輸?shù)臄?shù)字信息的音量是可以得到控制的，方法是用Sigma-Delta調(diào)制器改變給定通量的每個(gè)輸出數(shù)據(jù)(“0”或“1”)的長(zhǎng)度。
Sigma-Delta調(diào)制器的輸出信號(hào)的頻率為Fe，下一步的導(dǎo)頻率為N*Fe，此處N為整數(shù)，這可以分割與頻率Fe相連系的周期Te(Te＝1/Fe)。在一個(gè)周期Te中，可以使用分成的兩個(gè)子部分，在第一子部分對(duì)應(yīng)的時(shí)間中，負(fù)載根據(jù)Sigma-Delta調(diào)制器輸出信號(hào)的值(Sdout)，和供電線路S或-S相連接，而在第二部分對(duì)應(yīng)的時(shí)間內(nèi)，負(fù)載是和地短路。
用這兩個(gè)子部分的持續(xù)時(shí)間的比值來(lái)調(diào)節(jié)音量。
為了避免過(guò)分消耗功率或損壞MOS電路，用一個(gè)非重迭階段(TN)保證同側(cè)的NMOS和PMOS不在同一個(gè)時(shí)刻接通。
將Sigma-Delta調(diào)制器的輸出信號(hào)的每個(gè)周期分成兩部分第一部分對(duì)應(yīng)于對(duì)揚(yáng)聲器供電的那段時(shí)間，而第二部分對(duì)應(yīng)于揚(yáng)聲器處在無(wú)源狀態(tài)。用這兩部分間的比值來(lái)調(diào)節(jié)音量。
可將本發(fā)明的系統(tǒng)用于所有的帶有音頻數(shù)字接收裝置的移動(dòng)終端。
本發(fā)明可以避免增加一個(gè)如象運(yùn)算放大器或集總電容那樣的線性裝置，而且數(shù)字過(guò)程簡(jiǎn)單，這就能減少運(yùn)行費(fèi)用。音量控制的精確是基于主時(shí)鐘的精確。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)整體的示意圖，圖2示出信號(hào)編碼的一個(gè)示例，以及在不同輸入端的信號(hào)。
如圖1所看到的那樣，根據(jù)本發(fā)明的控制裝置2是裝在Sigma-Delta調(diào)制器1之后并接收其輸出信號(hào)。于是信號(hào)就在控制裝置2中調(diào)制成Sigma-Delta調(diào)制器的輸出頻率Fe的一個(gè)倍頻Fc，在這個(gè)示例中m＝6，且Fe＝2MHz，以使Fc＝12MHz。再用第二時(shí)鐘3進(jìn)行調(diào)制，可將第二時(shí)鐘與Sigma-Delta調(diào)制器的時(shí)鐘4進(jìn)行耦合。這樣控制裝置2就將在信號(hào)子部分中的與音量有關(guān)數(shù)據(jù)集中，同時(shí)定義包含有用信號(hào)的時(shí)間間隔。
輸出裝置11中有一個(gè)D級(jí)輸出電橋，不同的偶極接頭(CMDP、CMDPZ、CMDM、CMDMZ)可以根據(jù)控制裝置2所發(fā)射的信號(hào)控制輸出信號(hào)。這個(gè)電橋中用傳統(tǒng)的方式包含一個(gè)RLC電橋5。這個(gè)RLC電橋可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)低通濾波，改善電阻10發(fā)射的聲音信號(hào)的質(zhì)量，電阻10起揚(yáng)聲器的作用。當(dāng)然亦可以用別的方式實(shí)現(xiàn)低通濾波器。輸出裝置11的一端是用固定電壓供電V，而另一端接地。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)是用于音量的靜態(tài)調(diào)節(jié)如人們所知，用戶在其使用機(jī)器的時(shí)候調(diào)節(jié)一二次音量。本發(fā)明還使用下面的事實(shí)用戶在高頻聽(tīng)不到聲音發(fā)射的時(shí)間中斷。
圖2是用來(lái)弄懂怎樣在傳輸信號(hào)中調(diào)制音量的。在這種情況下，有用信號(hào)是在波列的前三個(gè)周期Tc(對(duì)應(yīng)于輸出頻率Fc)內(nèi)傳輸?shù)摹⑦@個(gè)值記作Tt。在本例中選擇數(shù)字值以能在一個(gè)周期Te內(nèi)提供6個(gè)周期Tc。揚(yáng)聲器不是在時(shí)間Te一次供能，而是在時(shí)間Tt內(nèi)供能Tt/Tc次。音量的調(diào)節(jié)在于選擇Tt/Tc這個(gè)數(shù)。
人耳不能夠記住揚(yáng)聲器的頻率變化。行6所示出的是頻率為Fe而長(zhǎng)度為1比特的各個(gè)字，行7、8分別示出周期Tc和Te，行9a、9b、9c、9d示出輸出電橋在CMDP、CMDPZ、CMDM、CMDMZ端的信號(hào)。在這個(gè)示例中，有用的信號(hào)是在前三個(gè)Tc周期中傳輸?shù)腡t/Tc＝3。與音量有關(guān)的信息就是比Tt/Te。
后面的三個(gè)周期Tt是沒(méi)有得到使用的，特別是在第一種變種中，有前述的端都沒(méi)有無(wú)源濾波器。為消除噪聲，就增加一個(gè)無(wú)源濾波器。
在一種缺少無(wú)源濾波器的使用情況下，最好是在剩余的周期內(nèi)實(shí)施短路，以此減小剩余電荷，然而這種方法并非是必須的。在使用無(wú)源濾波器時(shí)，短路則可避免電荷殘存并損壞述及的濾波器。使用無(wú)短路的無(wú)源濾波器時(shí)為消除剩余電荷則必須使用輔助裝置，這些裝置損害裝置的效率及簡(jiǎn)單性。
所有可以將信號(hào)周期分成子周期的元件都可以代替時(shí)鐘。特別是如能將分成規(guī)則的周期則更好，其它分割亦可使用，但這使關(guān)于音量的信息的閱讀變得復(fù)雜。為調(diào)節(jié)給定的音量，在主周期Te內(nèi)任何類型的對(duì)信號(hào)的重新分配都是可能的。
最重要的信息是所用的子周期的總數(shù)Tt/Tc。并不必須這些周期都是相繼的。
在這種情況下，用來(lái)調(diào)整音量的予定周期的部分中含有非相繼的子周期，總長(zhǎng)度Tt總是包含著信息。
這種分配需要是可再現(xiàn)的。
一種變種是根據(jù)音量重新分配有用信息。這個(gè)變種使得各個(gè)分量的使用為最佳。
權(quán)利要求
1.一種音頻接收系統(tǒng)，其中包含有-一個(gè)調(diào)制器(1)，用來(lái)將速率為第一速率的第一音頻數(shù)字信號(hào)調(diào)制成速率為第二速率的第二音頻數(shù)字信號(hào)，第二速率大于第一速率，述及的第二信號(hào)在給定的一個(gè)周期內(nèi)有多個(gè)長(zhǎng)度為1比特的字；-一個(gè)輸出裝置(11)，其中有一個(gè)揚(yáng)聲器(10)，以及一些用來(lái)將第二信號(hào)以模擬的形式傳輸給揚(yáng)聲器(10)的裝置；其特征在于這個(gè)系統(tǒng)中還有一個(gè)控制裝置(2)，這個(gè)控制裝置(2)的一端和調(diào)制器(1)相接以接收第二信號(hào)，而另一端和輸出裝置(11)相接，述及的控制裝置能根據(jù)給定的述及的周期的一個(gè)部分來(lái)控制輸出裝置(11)，這個(gè)部分的長(zhǎng)度是由希望的音量確定的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的音頻接收系統(tǒng)，其特征在于在輸出裝置在揚(yáng)聲器上有一個(gè)無(wú)源濾波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的音頻接收系統(tǒng)，其特征在于述及的用來(lái)調(diào)節(jié)音量的給定周期的那個(gè)部分中有一些不相繼的子部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的音頻接收系統(tǒng)，其特征在于不相繼的各子部分是根據(jù)希望的音量分布的。
5.一種特征在于其中含有根據(jù)權(quán)利要求1至4中某一條的音頻接收系統(tǒng)的終端。
6.音頻接收方法，其中有-一個(gè)調(diào)制階段(3)，將速率為第一速率的第一音頻數(shù)字信號(hào)調(diào)制成速率的第二速率為第二音頻數(shù)據(jù)信號(hào)，第二速率大于第一速率，述及的信號(hào)在一個(gè)給定的周期內(nèi)有多個(gè)長(zhǎng)度為1比特的字；-一個(gè)接收階段，在一個(gè)揚(yáng)聲器(10)中接收第二信號(hào)；其特征在于在接收階段前，揚(yáng)聲器是根據(jù)述及的預(yù)定周期的一個(gè)部分來(lái)控制的，而述及的這個(gè)部分的長(zhǎng)度是根據(jù)希望的音量來(lái)確定的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的音頻接收方法，其特征在于，述及的部分的長(zhǎng)度控制供電電路的短路。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7的音頻接收方法，其特征在于，第一音頻數(shù)字信號(hào)是在調(diào)制器(1)中調(diào)制的，且其中有多個(gè)長(zhǎng)度為1比特的字。
全文摘要
音頻接收系統(tǒng)中有:一個(gè)調(diào)制器,用來(lái)將速率為第一速率的第一信號(hào)調(diào)制成速率為第二速率的第二信號(hào);一個(gè)輸出裝置,其中有一個(gè)揚(yáng)聲器和將第二信號(hào)以模擬的形式傳輸給揚(yáng)聲器的一些裝置;其特征在于在這個(gè)音頻接收系統(tǒng)中還有一個(gè)控制裝置,控制裝置的一端和調(diào)制器連接,用來(lái)接收第二信號(hào),而另一端與輸出裝置相接,述及的控制裝置能根據(jù)給定的述及的周期的一個(gè)部分來(lái)控制輸出裝置,而這部分的長(zhǎng)度是由希望的音量確定的。
文檔編號(hào)H03F3/181GK1344479SQ0080216
公開(kāi)日2002年4月10日 申請(qǐng)日期2000年10月4日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月4日
發(fā)明者尼古拉斯·莫內(nèi)克萊伊, 皮埃爾·熱內(nèi)斯特, 弗蘭克·奧普藤德 申請(qǐng)人:阿爾卡塔爾公司