專利名稱：脈沖密度調制方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使用脈沖密度調制的裝置和操作方法。
背景技術：
當今具有數(shù)字輸入接口的音頻放大器是可用的。這種具有數(shù)字輸入而不是模擬輸入的音頻放大器對干擾的更魯棒。對音頻放大器使用數(shù)字輸入的一個優(yōu)點是輸入與放大器之間的印刷電路板(PCB) 的布局不像使用模擬輸入時那么苛刻。第二優(yōu)點是數(shù)模轉換是在放大器側而不是在更早的階段(例如在音頻處理器中)實現(xiàn)的。這減少了總系統(tǒng)成本，因為用于處理音頻數(shù)據(jù)的處理器典型地是使用先進的CMOS工藝(CM0S90或更小)制造的，在CMOS工藝中，與在放大器側需要的相同所需面積相比，模擬信號所需的面積較大。在音頻處理器中，一比特脈沖密度調制(PDM)流可以起源于一比特sigma-delta 轉換器，一比特sigma-delta轉換器可以相對便宜。PDM流的好的示例是用在超級音頻應用 (SA⑶)中的直接流數(shù)字(DSD)流。該流是64倍的過采樣一比特PDM流。使用這種流的優(yōu)點是，數(shù)模轉換所需的內(nèi)插和sigma delta調制是在音頻處理器側進行的。如果在放大器中進行這種內(nèi)插，則這種內(nèi)插需要大的芯片面積。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的方面，提供了根據(jù)權利要求1所述的方法。通過在正確的時刻插入重復圖案，使輸出中的可聽爆破聲(pop)和嘀嗒聲 (click)最小化，所述正確的時刻是當?shù)谝环e分和/或第二積分都為低時的時刻。優(yōu)選地，第一積分和第二積分都為低，以提供進一步減小的可聽度。在另一方面，本發(fā)明涉及根據(jù)權利要求7所述的裝置。


為了更好地理解本發(fā)明，現(xiàn)在將參考附圖僅通過示例，對實施例進行描述。在附圖中圖1示出了通過數(shù)字接口與放大器相連接的音頻處理器；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的通過在某時刻插入重復圖案而引起的可聽信號；圖3示出了根據(jù)比較示例的通過在某時插入重復圖案而引起的可聽信號；圖4示出了本發(fā)明的實施例的框圖；圖5和圖6示出了圖4的實施例的兩個組件的細節(jié)；以及圖7是方法的流程圖。
具體實施例方式
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圖1示出了音頻處理器2的設置，音頻處理器2包含內(nèi)插濾波器和sigma-delta 模塊4，內(nèi)插濾波器和sigma-delta模塊4沿著PDM接口總線6提供數(shù)據(jù)，PDM接口總線6 由僅兩條線構成時鐘線8和數(shù)據(jù)線10。使用數(shù)字數(shù)據(jù)來驅動放大器12，放大器12繼而驅動揚聲器14。音頻處理器2需要能夠發(fā)送控制信號，其中通過總線6的上述兩條線來發(fā)送控制信號。這使得不需要額外的控制總線線路。在PDM流中插入特殊的比特圖案(pattern of bits)作為控制信號，以在放大器側指示相應的功能。控制圖案(control pattern)的示例是重復的11001100 (OxCC)圖案(pattern)，該圖案用于將放大器設置為靜音(mute)。該圖案的音頻內(nèi)容在低頻率上(< 20kHz)是零。有多個不同的圖案可以具有零音頻內(nèi)容。放大器12可以識別不同的重復圖案——這些不同圖案用于表示不同的控制信號。控制信號也可以稱作控制流。音頻重放的關鍵要求之一是當設置改變時防止可聽的爆破聲和嘀嗒聲。問題出現(xiàn)在PDM音頻信號與重復圖案之間的轉變處。如果不采取特別措施，在轉變期間在放大器側可以聽到嘀嗒聲或爆破聲。這種嘀嗒聲或爆破聲可以稱作“pop噪聲”。一種可能的簡單的解決方案可以是在放大器側存儲一些樣本(sample)，樣本長度與控制圖案的長度相等。然而，因為PDM流有時候產(chǎn)生與令牌相同的圖案，所以重復圖案需要足夠長以防止錯誤觸發(fā)(false triggering)。因此，重復圖案的長度應當足夠長，以減少錯誤觸發(fā)的機會。合適的時間長度是大約666 μ s,如果時鐘輸入等于6. 144MHz，則666 μ s 與0x66圖案的512次重復相對應。然而，在發(fā)送樣本以驅動揚聲器之前將這些樣本存儲在放大器中并不是好的解決方案，因為這會引起等待時間，等待時間對一些其他應用(例如噪聲消除)來說太長。存儲所有樣本還需要額外的硅區(qū)域。因此，方法取而代之地選擇正確的時刻，以在正確的時刻插入重復圖案，其中所述正確的時刻是當PDM不具有音頻內(nèi)容時的時刻?？梢詫崿F(xiàn)這一操作的一個方式是通過在插入重復圖案之前在音頻處理器處使用柔和靜音序列(soft mute sequence)，來實現(xiàn)這一操作。然而，這種方法不足以防止爆破聲和嘀嗒聲。盡管PDM流的平均是零，但仍然需要選擇正確的時刻來插入圖案。作為這些方法的替代，發(fā)明者已經(jīng)意識到引入重復控制序列(也已知為令牌)的良好時機是當PDM流的第一積分和/或第二積分為零時。圖2示出了輸出模擬音頻信號(單位是V)中的的尖峰，該尖峰由于使用根據(jù)本發(fā)明的方法插入重復圖案而引起的。在該示例中音頻信號具有大約ImV的尖峰。這可以與圖3的比較示例相對比，在圖3的比較示例中在沒有等待合適的時機的情況下插入重復圖案——在這種情況下引入產(chǎn)生大約20倍高(即，大約20mV)的尖峰。圖4示出了音頻處理器2中用于插入令牌的電路的框圖。該電路具有三個輸入 接收PDM流的電路PDM輸入30、接收令牌流的電路令牌輸入32，以及接收用于在PDM流與令牌流之間選擇的信號的電路命令輸入34。開關36用于在流之間切換，開關36具有連接至電路PDM輸入30的開關PDM輸入 38、連接至電路令牌輸入32的開關令牌輸入40、以及兩個控制輸入(即，插入令牌控制輸入42和插入PDM控制輸入44)?？刂戚斎?2、44上的信號使得開關在輸出46上提供相應的信號。因此，一旦在插入令牌控制輸入42上提供信號，開關就將開關令牌輸入40上的信
5號輸出至輸出46。類似地，一旦在插入PDM控制輸入44上提供信號，開關36就將開關PDM 輸入38上的信號輸出至輸出46。命令邏輯08，50，56)用于控制開關36。在PDM流與令牌流之間切換的時機 (timing)由命令邏輯來調節(jié)(moderate)，命令邏輯包括兩個附加控制單元令牌插入控制單元48和PDM插入控制單元50，其中令牌插入控制單元48的輸出連接至開關36的插入令牌控制輸入42，PDM插入控制單元50的輸出連接至插入PDM控制輸入44。每個附加控制單元具有流輸入52和命令輸入M，其中流輸入52連接至電路PDM控制輸入30或電路令牌控制輸入32，命令輸入M連接至電路命令輸入34。PDM控制單元50的命令輸入M經(jīng)由反相器56連接至電路命令輸入34，而令牌插入控制單元48的命令輸入M直接連接至電路命令輸入34。在備選實施例中，反相器56可以省略并由在這兩個附加控制單元之一或兩者內(nèi)的修改的邏輯來取代。圖5示出了令牌插入控制單元50。第一積分器58的輸入連接至流輸入52，第二積分器60連接至第一積分器58。因此，第一積分器58計算PDM流的第一積分，第二積分器 60計算第二積分。在實施例中，積分器58和60都由加法器64、限制器(Iimiter) 66和延遲68構成。 限制器66抑制(reject)第一積分和第二積分的初始值。如果不抑制該初始值，積分可以具有偏移，偏移可以引起錯誤觸發(fā)。在所述實施例中，限制器將值限制為+1、0或-1。邏輯62用于根據(jù)命令輸入M上的合適輸入，來檢驗何時兩個積分都為零并且同時PDM為1。這時，令牌插入控制單元48向開關36的令牌控制輸入42輸出信號，這使得來自電路令牌輸入32的令牌信號被插入并提供在輸出46上。邏輯包括1檢測器和兩個零檢測器，1檢測器用于檢測PDM流中的1，零檢測器用于檢測零輸出，為每個積分器提供一個零檢測器。使1檢測器和兩個零檢測器的輸出經(jīng)過多輸入AND門，以在輸出46上輸出信號。圖6示出了 PDM插入控制單元48，所述PDM插入控制單元48用于切換回PDM流。 在這種情況下，使用單個積分器58，單個積分器58同樣具有加法器64、限制器66和延遲 68。使積分器58的輸出經(jīng)過零檢測器形式的邏輯62。利用AND門將零檢測器的輸出與命令輸入上的命令相組合，以提供輸出。因此，僅當PDM流上的信號的第一積分和第二積分是零并且PDM流是1時，音頻處理器才從PDM切換至令牌輸出。僅當令牌流上的信號的第一積分為零時，音頻處理器才從令牌切換至PDM輸出。實際上，當切換流時，一個積分器極大地減小爆破聲或嘀嗒聲的可聽度，兩個積分器通常足以提供幾乎聽不見的嘀嗒聲。盡管在上述實施例中在PDM插入控制單元中有單個積分器和而在令牌插入控制單元50中有兩個積分器，但任一控制單元可以包括一個或兩個積分器。在未示出的進一步改進中，獲得PDM流的第三積分并且使用第三積分來選擇正確的時刻。在這種情況下，PDM流的所有三個積分(第一積分、第二積分和第三積分)在插入令牌之前都是零。這進一步減小了任何爆破聲或嘀嗒聲的可聽度。上述實施例將積分器的輸出限制為+1、0或-1并且在積分中選擇零。然而，在一
6些應用中，可以執(zhí)行具有更多比特的積分。這種實施例可以選擇模數(shù)(modulus)小于第一預定值的第一積分和模數(shù)小于第二預定值的第二積分?？梢曰趹脕磉x擇預定值，以確保在發(fā)送令牌之前的等待時期是適當?shù)?。可以對上述實施例進行修改。例如，上述實施例以硬件來實現(xiàn)上述功能性。然而，也可以以軟件來實現(xiàn)上述功能。在這種情況下，將通用計算機編程為執(zhí)行上述方法，即，通過在引入控制令牌之前識別何時PDM流的第一積分和第二積分為零來處理PDM流。在這種情況下，計算機程序產(chǎn)品包含用于執(zhí)行如圖7所示方法的步驟的代碼。輸出PDM流，直到接收到切換至控制流的命令(步驟72)。然后，在步驟74中，程序等待，直到 PDM流的第一積分和第二積分都為低，或者在特定實施例中，是零。在步驟76中，方法切換至輸出控制流。在將控制流上的控制信號輸出之后，方法等待切換回PDM流的命令(步驟78)，等待令牌流的第一積分為零(步驟80)，然后切換回(步驟82)。在實施例中，方法和裝置用在類D音頻應用中。方法和裝置還可以與移動電話相結合使用。
權利要求
1.一種操作脈沖密度調制PDM驅動器的方法，所述方法包括輸出PDM流；當PDM流的第一積分具有比第一預定值小和/或與第一預定值相等的量值時，切換至輸出控制流。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，當PDM流的第一積分具有比第一預定值小和/或與第一預定值相等的量值，并且PDM流的第二積分具有比第二預定值小或與第二預定值相等的量值時，執(zhí)行切換至輸出控制流的步驟。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，每個預定值均是零。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的方法，還包括當控制流的第一積分具有比第一預定值小或與第一預定值相等的量值時，切換回輸出PDM流。
5.一種包括計算機程序代碼的計算機程序產(chǎn)品，所述計算機程序代碼被布置為當運行在計算機上時執(zhí)行根據(jù)前述任一前述權利要求所述的方法的步驟。
6.根據(jù)權利要求5所述的計算機程序產(chǎn)品，其中所述計算機程序產(chǎn)品被記錄在數(shù)據(jù)載體上。
7.一種脈沖密度調制PDM裝置，包括開關(36)，被布置為在PDM流與控制流之間切換；以及命令邏輯08，50，56)，被布置為當PDM流的第一積分具有比第一預定值小或與第一預定值相等的量值時，控制開關(36)從脈沖密度調制流切換至控制流。
8.根據(jù)權利要求7所述的PDM裝置，其中，命令邏輯08，50，56)被布置為當PDM流的第一積分具有比第一預定值小或與第一預定值相等的量值，并且PDM流的第二積分具有比第二預定值小或與第二預定值相等的量值時，從脈沖密度調制流切換至控制流。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的PDM裝置，其中，第一預定值和第二預定值是零。
10.根據(jù)權利要求7、8或9所述的PDM裝置，包括電路PDM輸入(30)，連接至開關(36)和命令邏輯(48，50，56)，所述電路PDM輸入(30) 用于接收PDM流；電路令牌輸入(32)，連接至開關(36)和命令邏輯(48，50，56)，所述電路令牌輸入(32) 用于接收控制流；控制輸入(34)，連接至命令邏輯(48，50，56)，所述控制輸入(34)用于控制命令邏輯。
11.根據(jù)權利要求10所述的PDM裝置，其中，命令邏輯(48,50,56)包括PDM插入控制單元(50)，具有連接至電路令牌輸入(32)的單元流輸入(52)和連接至控制輸入(34)的單元命令輸入(M)，所述PDM插入控制單元(50)被布置為當控制流的第一積分具有比第一預定值小或與第一預定值相等的量值時，向開關(36)輸出信號以從命令圖案切換至脈沖密度調制流；以及令牌插入控制單元(48)，具有連接至電路PDM輸入(30)的單元流輸入(5 和連接至控制輸入(34)的單元命令輸入(M)，所述令牌插入控制單元G8)被布置為當PDM流的第一積分具有比第一預定值小或與第一預定值相等的量值，并且PDM流的第二積分具有比第二預定值小或與第二預定值相等的量值時，向開關(36)輸出信號以從脈沖密度調制流切換至命令圖案。
12.根據(jù)權利要求11所述的PDM裝置，其中命令邏輯還包括反相器(56)；PDM插入控制單元08)和令牌插入控制單元(50)之一的單元命令輸入(54)通過反相器(56)連接至控制輸入(34)；以及PDM插入控制單元08)和令牌插入控制單元(50)中另一個的單元命令輸入(54)直接連接至控制輸入(34)。
13.根據(jù)權利要求11或12所述的PDM裝置，其中，PDM插入控制單元08)和令牌插入控制單元(50)分別都包括第一積分器(58)，連接至單元PDM輸入(5 ；第二積分器(60)， 連接至第一積分器(58)；以及邏輯(62)，連接至第一積分器(58)、第二積分器(60)和單元命令輸入(54)。
14.根據(jù)權利要求13所述的PDM裝置，其中，第一積分器(58)和第二積分器(60)分別都包括加法器(64)；限制器(66)，連接至所述加法器的輸出；以及單元延遲(68)，被布置為以一定的延遲將來自限制器(66)的信號反饋至加法器(64)。
全文摘要
脈沖密度調制PDM驅動器輸出PDM流并且可以切換至控制令牌。當PDM流的第一積分具有比第一預定值小或與第一預定值相等的量值，并且PDM流的第二積分具有比第二預定值小或與第二預定值相等的量值時，進行此切換。
文檔編號H03K7/08GK102195622SQ20111005828
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月8日 優(yōu)先權日2010年3月10日
發(fā)明者盧岑·盧德格斯·埃爾伯塔斯·亨德里克斯·多普 申請人:Nxp股份有限公司