音频放大电路制造技术

本发明专利技术公开了一种音频放大电路，包括：输入端，用于接收音频输入信号；第一前置放大器，具有可操作地耦接至输入端的输入，并且可操作为提供具有第一信号放大的第一放大音频信号；第二前置放大器，具有可操作地耦接至输入端的输入，并且可操作为提供具有第二信号放大的第二放大音频信号，所述第二信号放大小于所述第一信号放大；开关，具有可操作地耦接至第一前置放大器的第一输入、可操作地耦接至第二前置放大器的第二输入以及输出；模数转换器，可操作地耦接至开关的输出并且可操作为提供数字音频信号；信号选择电路，可操作为控制开关以在开关的输出上选择性地提供第一放大音频信号和第二放大音频信号中的一个。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有第一信号信道和第二信号信道的音频放大电路，所述第一信道和第二信道基于共用的音频输入信号而具有不同的信号放大。本专利技术还涉及一种方法，放大具有不同的信号放大的共用音频输入信号，以提供具有不同放大的第一音频信号和第二音频信号。本专利技术进一步涉及包括这样的音频放大电路的一种半导体芯片或基板以及包括这样的音频放大电路的一种微型电容式扩音器。
技术介绍
对具有非常大的动态范围的音频信号进行可接受的处理，这给音频放大和处理电路和系统提出了巨大的挑战，尤其对于专用于便携式装置和应用程序(比如，移动端、助听器、耳机、录音摄影机等)的音频放大和处理电路而言。由于通过电池电源给便携式装置提供动力，所以通常对音频放大电路最大可接受的功耗实行严格的限制。为了防止该情况的进一步恶化，通常对可提供给音频放大和处理电路的最大DC电源电压进行相似的限制。音频放大和处理或调节电路通常包括前置放大器、模数转换器、有源滤波器、电压电源调节器等。最大的DC电源电压以及AC信号电压摆幅通常限于特定的半导体工艺的最大额定电压以下的电压，该半导体工艺用于实施其上的信号处理或调节电路。此外，通常在半导体芯片和电路上以及尤其在CMOS工艺上具有连续地缩小有源装置的最小特征尺寸的趋势，这一趋势造成连续地降低这些有源装置可承受或者容忍的最大DC电源电压。可在这些降低的DC电源电压上操作而不会劣化音频特性的音频放大系统和电路(比如，音频信号控制器和音频放大电路)因此是非常期望的。通常不希望比如通过降低前置放大器的动态范围或放大，降低音频放大系统的性能，以便即使降低DC电源电压，也要适应较大的音频输入信号。DC电源电压可低于2伏特或者甚至低于1.5伏特。因此，音频放大系统应该能够以减小或降低的DC电源电压为低电平信号和高电平信号提供未被削弱的音频质量。该音频放大电路的引人关注的应用在于放大和数字化微型扩音器中的音频信号，在微型扩音器内，扩音器换能器元件能够生成具有非常大的动态范围的音频输入信号。扩音器换能器元件可包括能够处理非常高的声压级的电容式驻极体或者微型ECM的电容换能器，并且可相应地生成较大的换能器信号，而不严重失真。这些非常大的声压级(比如，110、120或者130dB SPL以上的峰值声压级)可源自不同类型的声源，比如，关车门声、风噪声以及增音的现场音乐演奏。然而，现有技术的扩音器放大系统还不能用完全满意的方式处理这些换能器信号的整个动态范围，比如，不会增大微型扩音器的等效输入噪音，微型扩音器也不会由于声压级较大从而过载。因此，在该
，存在的需求在于，扩音器放大电路和系统能够处理由扩音器换能器元件所生成的换能器信号或者具有较大的动态范围的其他音频源信号的整个动态范围，在便携式或电池供电的装置和应用程序所指定的DC电源电压和功耗的上述限制内，而不造成过度失真或噪音。现有技术通常，设计用于微型扩音器的现有技术的扩音器放大电路，以适应最大限制高达110 dB SPL或以下的声压级，其中，前置放大器非线性或削波进一步限制了扩音器输出电压的增大。由于声压级很少会在这个最大的限制以上，所以人们认为这可接受。为了保护扩音器放大电路不具有由较大的低频声压产生的过大的换能器信号，在实际中，已经在扩音器放大电路内引入具有处于比如IOOHz和200Hz之间的转角或截止频率的高通滤波器，或者比如通过图中具有适当尺寸的孔，在扩音器换能器元件本身内引入声音高通滤波器。美国专利第6，271，780号描述了增益范围Α/D转换器(gain ranging A/Dconverter)，用于具有两个单独的增益路径的扩音器应用程序，这两个单独的增益路径用作低增益路径和高增益路径，这两个路径均包括耦接至模数转换器的前置放大器，以便提供各数字信号。第一和第二前置放大器的增益相差24dB。增益范围A/D转换器进一步包括加法设备，对由低和高增益路径所提供的各数字信号执行混频或混合操作。相称设备控制施加给每个数字信号的增益量，根据加法属性，从低和高增益路径中得出该增益量的总和。通过将高增益路径的数字信号的电平与高预设阈值以及低预设阈值相比较，确定将被相加的各数字信号的增益量。WM8737L产品清单描述了用于便携式应用的低功率立体声ADC。左边和右边的信号信道具有单独的扩音器信号输入，并且每个信号信道包括通过可编程增益放大器(PGA)可操作地耦接至模数转换器的增益可编程扩音器前置放大器。通过将合适的值写入PGA增益控制寄存器，以0.5dB的步长从一 97bB至+30dB对数调节每个PGA的增益。立体声ADC包括用于每个信道的零交叉检测器，以在信道的输入信号为零时，以操作的一个模式仅改变可编程扩音器前置放大器和PGA的各个增益。美国专利申请公开第US 2011/0026739号公开了一种音频放大系统，包括音频放大电路和音频信号控制器。音频放大电路包括第一信号信道和第二信号信道，所述第一信号信道和第二信号信道包括各前置放大器和模数转换器。基于共用音频输入信号，第一和第二信号信道生成具有不同的信号放大的各数字音频信号。即使该现有技术的系统解决了与早先的现有技术系统相关的多个问题，但是仍期望降低音频放大系统的功耗。通常还期望多个应用减小用来实现音频放大电路所需的面积。
技术实现思路
根据第一方面，本文中公开了音频放大电路的实施方式，该音频放大电路包括第一前置放大器和第二前置放大器。第一前置放大器具有可操作地耦接至音频放大电路的输入端的输入，用于接收音频输入信号，并且可操作为提供具有第一信号放大的第一放大音频信号。第二前置放大器具有可操作地耦接至音频放大电路的输入端的输入，用于接收音频输入信号，并且可操作为提供具有第二信号放大的第二放大音频信号，所述第二信号放大小于第一信号放大。开关具有可操作地耦接至第一前置放大器的第一输入、可操作地耦接至第二前置放大器的第二输入以及输出。模数转换器可操作地耦接至开关的输出并且可操作为提供数字音频信号。信号选择电路可操作为控制开关以在开关的输出上选择性地提供第一放大音频信号和第二放大音频信号中的一个。在一些实施方式中，第一前置放大器和第二前置放大器可操作地耦接至同一个输入端。第一和第二放大音频信号源自以音频输入信号形式的共用输入信号，以通过各个第一和第二信号信道或路径提供第一和第二放大音频信号。将第一信号放大限定为第一放大音频信号和音频输入信号之间的增益，将第二信号放大限定为第二放大音频信号和音频输入信号之间的增益。由于第二信号放大小于第一信号放大(优选地小得多)，所以第二前置放大器的输出能够处理较高电平的音频输入信号，而不发生由于低输出电压电平而导致的失真。如果第一和第二前置放大器具有由大致相同的DC电源电压提供动力的相似或相同的设计，那么这自然尤其明显。由于适于进行低功率操作的前置放大器优选地被配置有逐干线(rail-to-rail)输出电压摆幅容量或者至少与其接近的输出电压摆幅容量，所以这很常见。为了在第一和第二平行信号路径或信道的过载限制之间产生有利的差值，第二信号放大可至少为10dB，优选地大于20dB，或者大于40dB，在300Hz和3kHz之间的频率范围内小于第一信号放大。在20Hz到20kHz的音频带内，通过一个或几个相关的参本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种音频放大电路，包括：第一前置放大器，具有可操作地耦接至所述音频放大电路的输入端的输入以用于接收音频输入信号，并且可操作为提供具有第一信号放大的第一放大音频信号；第二前置放大器，具有可操作地耦接至所述音频放大电路的输入端的输入以用于接收音频输入信号，并且可操作为提供具有第二信号放大的第二放大音频信号，所述第二信号放大小于所述第一信号放大；开关，具有可操作地耦接至所述第一前置放大器的第一输入、可操作地耦接至第二前置放大器的第二输入及输出；模数转换器，可操作地耦接至所述开关的输出并可操作为提供数字音频信号；信号选择电路，可操作为控制所述开关以在所述开关的输出上选择性地提供所述第一放大音频信号和所述第二放大音频信号中的一个。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：亨里克·汤姆森，克里斯蒂安·汉森，延斯·亨里克森，
申请(专利权)人：亚德诺半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：