m·凱斯金、k·史迪奇、d·烏格寧、j·加菲、和d·奧利維拉

相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求于2015年2月25日提交的美國非臨時專利申請no.14/630,994的權(quán)益，其通過援引全部納入于此。

本申請涉及毛刺減小，并尤其涉及用于減小爆音-嘀嗒聲(pop-click)噪聲的非線性電源斜升。

背景技術(shù)：

音頻系統(tǒng)中的立體聲頻道的驅(qū)動器通常包括以推拉方式動作以將音頻信號驅(qū)動到揚聲器(諸如包含在耳機(jī)中的揚聲器)的cmos反相器。在上電此類驅(qū)動器之際，在對應(yīng)的揚聲器中引起可聽見的“爆音和嘀嗒聲”噪聲的瞬變在驅(qū)動器的輸出處產(chǎn)生是常規(guī)的。該爆音和嘀嗒噪聲負(fù)面地影響了聲音系統(tǒng)的用戶體驗。為了減小或消除該噪聲，要求驅(qū)動器的輸出處的瞬變信號具有極低的電平，諸如100mv或更低。

相應(yīng)地，在本領(lǐng)域中存在對具有改進(jìn)的噪聲減小的放大器的需求。

概述

公開了用于音頻驅(qū)動器的至少一個電源電壓的非線性斜升以減小該音頻驅(qū)動器上電之際的爆音和嘀嗒噪聲的系統(tǒng)和方法。該非線性斜升在上電時間段上發(fā)生。在常規(guī)系統(tǒng)中，該至少一個電源電壓會以相對恒定的率在該上電時間段上改變。但是，如本文中所公開的，該恒定的改變率被替換地平滑化以減少來自該音頻驅(qū)動器的結(jié)果輸出信號的高頻內(nèi)容。例如，一些高頻常規(guī)上由從該至少一個電源電壓的放電掉電值到其恒定改變率的突然變化所引起。一般而言，期望該上電時間段相對較短從而減小轉(zhuǎn)變到該音頻驅(qū)動器的活躍模式中的延遲。該恒定的改變率由此相對快，來完成該電源電壓的必要的dc電壓轉(zhuǎn)變。為了減小轉(zhuǎn)變到該相對快的改變率的高頻沖擊，該電源電壓(或電壓)的非線性斜升從相對慢的率開始并隨后持續(xù)增加。因為該改變率在相同上電時間段上比常規(guī)的線性改變率開始得更慢，所以該非線性斜升的改變率必須在該上電時間段中最終加成比線性改變率將會完成的更快。用這種方式，非線性斜升可以在該上電時間段上完成期望的電壓轉(zhuǎn)變。但是，若在達(dá)到常規(guī)上的期望標(biāo)稱或默認(rèn)電平之際突然終結(jié)，則此類相對快的改變率隨后會在結(jié)果輸出信號中產(chǎn)生附加的高頻沖擊。所以該平滑化同樣會在上電時段的結(jié)束時發(fā)生，其中該電源電壓的改變率被向下減至零。

擁有輸出信號中的期望程度的高頻抑制的理想非線性斜升是根據(jù)上升余弦函數(shù)或其近似(諸如分段線性近似)的非線性斜升。其他非線性函數(shù)包括電源電壓改變的高斯(gaussian)整形?？申P(guān)于對示例實施例的以下詳細(xì)描述更好地領(lǐng)會這些有利特征以及附加的有利特征。

附圖簡述

圖1是根據(jù)本公開的實施例的示例驅(qū)動器的電路圖。

圖2是根據(jù)本公開實施例的配置成在上電期間非線性地斜升圖1的驅(qū)動器的電源電壓的系統(tǒng)的示圖。

圖3a是雙電源驅(qū)動器的非線性電源電壓斜升的波形圖。

圖3b是單電源驅(qū)動器的非線性電源電壓斜升的波形圖。

圖4a是根據(jù)本公開的實施例的包括取平均電路的驅(qū)動器的電路圖。

圖4b是解說圖4a的取平均電路的活躍時段的波形圖。

圖5是根據(jù)本公開的實施例的用于驅(qū)動器電源電壓的非線性斜升的操作的示例方法的流程圖。

本公開的各實施例及其優(yōu)點通過參考以下詳細(xì)描述而被最好地理解。應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會，相同參考標(biāo)記被用來標(biāo)識在一個或多個附圖中所解說的相同元件。

詳細(xì)描述

提供了用以消除或減小電子系統(tǒng)上電之際的爆音和嘀嗒噪聲或相關(guān)毛刺的電路和方法。以下討論將集中在音頻系統(tǒng)中的爆音和嘀嗒噪聲的減小上，但是將領(lǐng)會，本文中公開的原理可以被廣泛應(yīng)用于對可能在開關(guān)、穩(wěn)壓器或電荷泵、以及其他電路(諸如線驅(qū)動器)的上電之際發(fā)生的毛刺或噪聲的消除。為了在音頻系統(tǒng)中產(chǎn)生聲音，常規(guī)上每個頻道由對應(yīng)的驅(qū)動器驅(qū)動。為了減小或消除由驅(qū)動器驅(qū)動的對應(yīng)(諸)揚聲器中的爆音和嘀嗒噪聲，引入了驅(qū)動器的電源電壓(或雙電源實施例中的諸電壓)的非線性斜升。這是十分有益的，因為結(jié)果噪聲減小被容易地實現(xiàn)而無需對驅(qū)動器的常規(guī)電源進(jìn)行主要修改。

針對圖1中示出示例驅(qū)動器100，圖1中示出了電源電壓vdd和vss。如果驅(qū)動器100是雙電源驅(qū)動器，則vdd電源電壓和vss電源電壓二者被從接地非線性地斜升到它們的默認(rèn)上電值，以消除由驅(qū)動器100驅(qū)動的揚聲器(諸如包含在耳機(jī)105中的揚聲器)中的爆音和嘀嗒噪聲。若驅(qū)動器100是單電源驅(qū)動器，則僅有vdd電源電壓將會被斜升，而vss電源電壓會保持在接地。一般而言，對于每個音頻信號的頻道都將會有一個驅(qū)動器100，從而立體聲系統(tǒng)將會包括兩個驅(qū)動器100，一個用于右頻道以及一個用于左頻道。去往耳機(jī)105中的揚聲器的接地信號為了解說清楚而未示出。由此會有三個導(dǎo)線或引線來驅(qū)動耳機(jī)105：一個用于右頻道驅(qū)動、一個用于左頻道驅(qū)動，以及接地。

當(dāng)用戶沒有正在聽音頻時，驅(qū)動器100被斷電以節(jié)省功率。例如，驅(qū)動器100可以是其中功率必須被節(jié)省以延長電池壽命的可攜帶設(shè)備(諸如蜂窩電話)的一部分。vdd和vss電源電壓二者將會由此在此類靜態(tài)時段期間被放電。如果用戶決定使用移動設(shè)備來聽音頻(諸如音樂)，則移動設(shè)備通過將vdd和vss電源電壓充電到它們的標(biāo)稱或默認(rèn)值(分別是vdd標(biāo)稱和vss標(biāo)稱)來上電驅(qū)動器100。這些默認(rèn)值的值可以取決于期望的電源電壓電平而變化。例如，在一個實施例中，vdd標(biāo)稱可以等于1.8v，而vss標(biāo)稱可以等于-1.8v。替換地，vdd標(biāo)稱可以等于諸如3.3v的一些其他電壓值而vss標(biāo)稱可以等于-3.3v。驅(qū)動器100包括pmos晶體管p1的cmos堆疊，該pmos晶體管p1使其源極耦合到攜帶vdd電源電壓的電源節(jié)點，而其漏極耦合到用于攜帶用以驅(qū)動揚聲器的音頻調(diào)制輸出信號的輸出節(jié)點。驅(qū)動器100還包括nmos晶體管m1，該nmos晶體管m1使其源極耦合到供應(yīng)vss電源電壓的電源節(jié)點，而使其漏極耦合到輸出節(jié)點。正輸入信號(輸入+)驅(qū)動晶體管p1的柵極。類似地，負(fù)輸入信號(輸入-)驅(qū)動晶體管m1的柵極。在默認(rèn)上電狀態(tài)中，正輸入信號被驅(qū)動至默認(rèn)值，諸如vdd標(biāo)稱/2。類似地，負(fù)輸入信號被驅(qū)動至默認(rèn)值，諸如vss標(biāo)稱/2。在常規(guī)系統(tǒng)中，隨著電源電壓vdd和vss被驅(qū)動到它們的標(biāo)稱值，電源電壓中突然的變化在驅(qū)動器100的輸出處引起例如300mv的突發(fā)電壓毛刺。該電壓毛刺使得揚聲器產(chǎn)生爆音和嘀嗒噪聲。相反，如本文中所公開的電源電壓的非線性斜升消除了或減小了該毛刺，從而用戶不會遭受爆音和嘀嗒噪聲。

圖2中示出了配置成非線性地改變驅(qū)動器205的電源電壓的示例系統(tǒng)200。處理器220(諸如數(shù)字信號處理器(dsb))實現(xiàn)了用于解碼所存儲的音頻信號的數(shù)字流(未解說)從而相應(yīng)地驅(qū)動驅(qū)動器205的正和負(fù)輸入電壓的編碼器-解碼器(codec)。為了解說清楚，圖2中未示出這些輸入電壓和對應(yīng)的p1和m1晶體管，但是它們可以如針對驅(qū)動器100所討論的那樣安排。如常規(guī)的，注意電源電壓vdd和vss被改變以跟隨由驅(qū)動器205所驅(qū)動的音頻信號(未解說)的振幅。換言之，隨著音頻信號的振幅的上升和下降，電源電壓也相呼應(yīng)地上升和下降。此類電源電壓的調(diào)制比其中它們被保持在它們的尖峰相應(yīng)狀態(tài)的實施例更節(jié)省功率。為了執(zhí)行該vdd電源電壓的調(diào)制，dsp220控制正電荷泵210由此是常規(guī)的。類似地，dsp220控制負(fù)電荷泵215來調(diào)制vss電源電壓是常規(guī)的。在單電源實施例中，僅有vdd電源電壓將會用這種方式調(diào)制。

給定該電荷泵210和215的預(yù)先存在的控制，處理器220被容易地修改以針對每個電荷泵生成非線性斜升控制信號。該修改在系統(tǒng)200中被記作非線性斜升發(fā)生器225，但是將領(lǐng)會，此類發(fā)生器可以通過在處理器220上執(zhí)行的軟件的修改來實現(xiàn)。替換地，發(fā)生器225可以包括狀態(tài)機(jī)或類似的硬件。

如本文中使用的，電源電壓的“非線性”斜升或改變可以是連續(xù)線性的或分段線性的。該非線性斜升的優(yōu)點可以針對圖3a和圖3b而被更好地領(lǐng)會。圖3a解說了雙電源驅(qū)動器的電源電壓的非線性斜升，而圖3b解說了單電源驅(qū)動器的電源電壓的非線性斜升。在這兩個情況中，常規(guī)上使用相對恒定的電流來對電源電壓(或電壓)進(jìn)行充電，從而電源電壓線性地改變。例如，線性斜升300解說了vdd電源電壓的常規(guī)增加。類似地，線性斜升305解說了vss電源電壓的常規(guī)減小。這些電壓源的常規(guī)線性斜升相對快地發(fā)生，諸如在數(shù)微秒或更小的跨度內(nèi)。電源電壓的dc值的此類突發(fā)改變導(dǎo)致驅(qū)動器輸出信號電壓中的高頻毛刺，其導(dǎo)致收聽者遭受爆音和嘀嗒噪聲。本文中所公開的非線性斜升可以在相同的相對短的時間尺度上發(fā)生，而導(dǎo)致顯著減小的電壓毛刺，從而用戶不遭受爆音和嘀嗒噪聲。

由于dc電壓電平在其上改變相對小的時間尺度，電源電壓的線性斜升在時域中是有效的階躍函數(shù)。用于驅(qū)動器電源電壓的此類時域中的階躍函數(shù)導(dǎo)致驅(qū)動器輸出信號的頻域中的高頻毛刺。就此而言，可以領(lǐng)會，斜升300和305的開始(指示為點a)表示電源電壓的改變率的相當(dāng)大的跳躍。具體而言，改變率從零變成某些相對高的值。來自發(fā)生器225的非線性斜升減小了該點a之后的改變率。例如，圖3a和3b中的vdd電源310緊隨在點a之后與線性斜升300相比相對較慢地改變。諸如在與常規(guī)線性斜升300相同的時段上，非線性斜升隨后具有加的改變率直到其達(dá)到轉(zhuǎn)折點b，在該轉(zhuǎn)折點b處，其改變率減速直到其最終達(dá)到其標(biāo)稱值。圖3a中的vss電源電壓315以類似的非線性方式斜降。在圖3b所提出的單電源實施例中，vss電源電壓315恒定保持在接地。針對線性斜升的兩個端點，可以容易地領(lǐng)會，圖3a的電源電壓310和315的改變率小于對應(yīng)的線性斜升電源電壓300和305的改變率。是每個電源電壓的從斷電狀態(tài)dc電壓到標(biāo)稱上電dc電壓的轉(zhuǎn)變的此平滑化導(dǎo)致了驅(qū)動器輸出信號中高頻內(nèi)容的顯著減少。在一個實施例中，發(fā)生器225可以被視作包括用于將音頻驅(qū)動器的正電源電壓從音頻驅(qū)動器的掉電狀態(tài)期間的第一dc值非線性地改變到音頻驅(qū)動器的活躍狀態(tài)期間的第二dc值的裝置。類似地，發(fā)生器225可以被視作包括用于將音頻驅(qū)動器的負(fù)電源電壓從音頻驅(qū)動器的掉電狀態(tài)期間的第三dc值非線性地改變到音頻驅(qū)動器的活躍狀態(tài)期間的第四dc值的裝置。

在一個實施例中，發(fā)生器225可以被配置成使用上升的余弦非線性斜升來生成vdd電源電壓310和vss電源電壓vss。替換地，可以使用其他非線性斜升函數(shù)，諸如高斯(gaussian)曲線。在所有此類情況中，目的是電壓斜升的結(jié)果改變率以加速開始而以減速結(jié)束。用這種方式，電源電壓的從開始到結(jié)束dc值的常規(guī)突發(fā)轉(zhuǎn)變被平滑化，從而減少驅(qū)動器輸出信號中的高頻內(nèi)容。如稍早所注意到的，發(fā)生器225不需要生成電源電壓從而在諸如上升的余弦函數(shù)中具有連續(xù)的改變率，但是可以替換地近似加速曲線，該加速曲線轉(zhuǎn)折后同樣減速。

為了在驅(qū)動器輸出信號中提供附加的毛刺抑制，電源電壓可以在電源電壓的非線性斜升期間被取平均并作為輸入信號電壓被施加到驅(qū)動器。圖4a解說了使用電源電壓產(chǎn)生去往驅(qū)動器205的平均輸入的取平均電路400。為了解說清楚，驅(qū)動器205以簡化形式解說，從而具有單個共用輸入信號。取平均電路400包括諸如用電阻器r形成的分壓器網(wǎng)絡(luò)。替換地，電容器可以被用來形成分壓器網(wǎng)絡(luò)。vdd電源電壓軌通過第一開關(guān)s1耦合到分壓器網(wǎng)絡(luò)的第一端子。類似地，vss電源電壓軌通過第二開關(guān)s1耦合到分壓器網(wǎng)絡(luò)的相對第二端子。在替換的實施例中，開關(guān)s1和s2可以用單個開關(guān)來替換。再次參照圖2，非線性斜升發(fā)生器225(或處理器220)控制開關(guān)s1和s2在驅(qū)動器205上電之際的電壓斜升的初始時閉合。如圖4b的波形圖中所示，取平均電路400的激活對應(yīng)于取平均時段t1的開始。取平均時段t1的歷時可以是固定的或在替換的實施例中是可編程的。隨著電源電壓的發(fā)展，開關(guān)s1和s2可以隨后在標(biāo)稱操作時段t2開始時斷開。替換地，開關(guān)s1和s2可以在那時逐漸斷開。用以產(chǎn)生驅(qū)動器205的輸入電壓的非線性斜升的電源電壓的結(jié)果取平均進(jìn)一步抑制了結(jié)果音頻信號的高頻內(nèi)容以進(jìn)一步減小爆音和嘀嗒噪聲。現(xiàn)在將討論一種示例操作方法。

圖5解說了非線性地斜升音頻驅(qū)動器的電源電壓的示例方法的流程圖。該方法包括動作500，該動作500在音頻驅(qū)動器的掉電狀態(tài)期間發(fā)生并包括將由音頻驅(qū)動器的正電源節(jié)點攜帶的正電源電壓放電。該方法還包括動作505，該動作505為通過將正電源電壓非線性地增加到標(biāo)稱值來將音頻驅(qū)動器從掉電狀態(tài)上電。

如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員至此將領(lǐng)會的并取決于手頭的具體應(yīng)用，可以在本公開的設(shè)備的材料、裝置、配置和使用方法上做出許多修改、替換和變化而不會脫離本公開的精神和范圍。有鑒于此，本公開的范圍不應(yīng)當(dāng)被限定于本文所解說和描述的特定實施例(因為其僅是作為本公開的一些示例)，而應(yīng)當(dāng)與所附權(quán)利要求及其功能等同方案完全相當(dāng)。