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CN101834574A - 放大器电路以及放大信号的方法 - Google Patents

放大器电路以及放大信号的方法 Download PDF

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CN101834574A CN200910254104A CN200910254104A CN101834574A CN 101834574 A CN101834574 A CN 101834574A CN 200910254104 A CN200910254104 A CN 200910254104A CN 200910254104 A CN200910254104 A CN 200910254104A CN 101834574 A CN101834574 A CN 101834574A
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杨沅翰
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Abstract

一种放大器电路以及放大信号的方法。此放大器电路包括第一放大器及电荷泵。第一放大器包括第一端子、第二端子以及第三端子。第一端子耦接第一外加电压。第二端子耦接负电压。第三端子耦接接地参考电压。电荷泵耦接第一放大器，以便提供第二外加电压所转换的负电压。

Description

放大器电路以及放大信号的方法
技术领域
本发明是有关于一种放大器电路(amplifier circuit)以及放大信号的方法。本发明特别是有关于不使用电容器(capacitor)的信号放大。
背景技术
图1是驱动立体声头戴式耳机(stereo headphone)的扬声器(speaker)121及扬声器122的已知的放大器电路100的示意图。放大器电路100包括两个运算放大器(operational amplifier，OPA)101及102。运算放大器101放大左声道(left channel)输入信号151，然后输出所放大的输入信号到左声道扬声器121。运算放大器102放大右声道(right channel)输入信号152，然后输出所放大的输入信号到右声道扬声器122。运算放大器101及运算放大器102的电源电压是VDD。与运算放大器101及运算放大器102的正输入端子耦接的电压1/2VDD是放大输入信号151及输入信号152的参考电压。扬声器121及扬声器122耦接0伏特(V)的接地电压(ground voltage)，而运算放大器101及运算放大器102则使用电压1/2VDD当作信号放大的参考电压。由于电压准位的差异，所以需要串行的电容器C1及电容器C2来抑制直流电(DC)电流。
串行的电容器C1及电容器C2导致某些缺点。首先，电容器C1及电容器C2对于低频带(lower frequency band)的频率响应具有负面影响。电容器C1及电容器C2所形成的高通滤波器(high pass filter)抑制语音的通过。其次，电容器C1及电容器C2增加电路布局(circuit layout)的面积及成本。此外，当突然启用放大器电路100时电压准位的上述差异将充电电容器C1及电容器C2且产生爆音(pop noise)。例如，当使用者打开放大器电路100的电源时，可能产生爆音且经由立体声头戴式耳机输出，这种情况令人反感。
发明内容
因此，本发明是有关于一种放大器电路以及放大信号的方法。此放大器电路及此方法可放大输入信号而不需要串行的电容器。
依照本发明的一实施例，本发明提供一种放大器电路。此放大器电路包括第一放大器及电荷泵(charge pump)。第一放大器包括第一端子、第二端子以及第三端子。第一端子耦接第一外加电压(external voltage)。第二端子耦接负电压。第三端子耦接接地参考电压。电荷泵耦接第一放大器，以提供第二外加电压所转换的负电压。
在本发明的一实施例中，第一放大器还包括第四端子及第五端子。第四端子接收第一输入信号。第五端子耦接第一扬声器。
在本发明的一实施例中，放大器电路还包括第二放大器，其中包括第六端子、第七端子、第八端子、第九端子以及第十端子。第六端子耦接第一外加电压。第七端子耦接负电压。第八端子耦接接地参考电压。第九端子接收第二输入信号。第十端子耦接第二扬声器。第一扬声器及第二扬声器两者耦接接地参考电压。
在本发明的一实施例中，上述的负电压的绝对值可等于第二外加电压的绝对值。另一方面，负电压的绝对值与第二外加电压的绝对值可以呈现一预定比例。第一外加电压与第二外加电压可相等或不相等。
在本发明的一实施例中，放大器电路还包括耦接在电荷泵与第一放大器之间的滤波器。滤波器滤除负电压的噪声，然后提供滤波过的负电压给第一放大器及第二放大器。滤波器可以是低压降输出(low drop output，LDO)电路。
依照本发明的另一实施例，本发明提供一种放大信号的方法，适用于上述放大器电路。此方法包括下列步骤。提供第一外加电压及第二外加电压给放大器电路。提供第二外加电压所转换的负电压给放大器电路的第一放大器。提供接地参考电压给第一放大器。放大第一放大器所接收的第一输入信号且输出所放大的第一输入信号。第一外加电压及负电压是放大第一输入信号的操作电压。第一输入信号是根据接地参考电压予以放大。
在本发明的一实施例中，上述方法还包括放大放大器电路的第二放大器所接收的第二输入信号且输出所放大的第二输入信号的步骤。第一外加电压及负电压是放大第二输入信号的操作电压。第二输入信号是根据接地参考电压予以放大。
附图说明
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下，其中：
图1是已知的一种放大器电路的示意图。
图2是依照本发明的一实施例的一种放大器电路的示意图。
图3A是图1的放大器电路的放大输入信号的示意图。
图3B及图3C是图2的放大器电路的放大输入信号的示意图。
图4是依照本发明的一实施例的一种放大信号的方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，其例子并于附图中予以绘示。可能的话，附图及说明所使用的相同的参考数字表示相同或类似的元件。
图2是依照本发明的一实施例的放大器电路200的示意图。放大器200包括两个运算放大器201及202、电荷泵230以及低压降输出电路240。放大器电路200被制造成芯片且接收两个外加电压AVDD1及VDD2。外加电压AVDD1及外加电压VDD2由放大器电路200外部的电路所提供。
运算放大器201及运算放大器202的每一个具有五个端子。运算放大器201的正电源端耦接外加电压AVDD1。运算放大器201的负电源端耦接负电压-AVDD3。在此“负电压”意指低于接地参考电压(0V)的电压。运算放大器201的正输入端子耦接接地参考电压(0V)。运算放大器201的负输入端子耦接输入信号251。运算放大器201的输出端子耦接扬声器221。运算放大器202的正电源端耦接外加电压AVDD1。运算放大器202的负电源端耦接负电压-AVDD3。运算放大器202的正输入端子耦接接地参考电压(0V)。运算放大器202的负输入端子耦接输入信号252。运算放大器202的输出端子耦接扬声器222。扬声器221及扬声器222两者耦接接地参考电压(0V)。扬声器221及扬声器222可包含于立体声头戴式耳机。输入信号251与输入信号252可分别是立体声音频信号(stereo audio signal)的左声道成分与右声道成分。
电荷泵230的输入端子耦接外加电压VDD2。低压降输出电路240的输入端子耦接电荷泵230的输出端子。低压降输出电路240的输出端子耦接运算放大器201及运算放大器202的负电源端。电荷泵230提供负电压-VDD2而低压降输出电路240则提供负电压-AVDD3。
运算放大器201放大输入信号251且输出所放大的输入信号251到扬声器221，而运算放大器202则放大输入信号252且输出所放大的输入信号252到扬声器222。图3A是已知的放大器电路100的放大输入信号的示意图。图3B及图3C是放大器电路200的放大输入信号的示意图。在已知的放大器电路100中，运算放大器101及运算放大器102的电源电压是VDD及0伏特(V)。因此，运算放大器101及运算放大器102必须使用电压1/2VDD当作输入信号放大的参考电压，这不同于与扬声器121及扬声器122耦接的接地电压0伏特(V)。在放大器电路200中，运算放大器201及运算放大器202的电力由正电压AVDD1及负电压-AVDD3供应。因此，运算放大器201及运算放大器202可使用接地电压0伏特(V)当作输入信号放大的参考，这电压等同于扬声器221及扬声器222耦接的接地电压0伏特(V)。因为放大器电路200没有已知的放大器电路100的电压差异问题，所以放大器电路200不需要任何串行的电容器。
电压AVDD1是外加电压。电压-AVDD3是由另一个外加电压VDD2所转换的。图4是放大器电路200所执行的放大信号的方法的流程图。图4的流程描述负电压-AVDD3的产生与输入信号251及输入信号252的放大。
图4的流程开始于步骤410。首先，提供外加电压AVDD1及外加电压VDD2给放大器电路200(步骤410)。电荷泵230把正外加电压VDD2转换成负电压-VDD2且提供此负电压-VDD2给低压降输出电路240(步骤420)。电压VDD2的绝对值与电压-VDD2的绝对值相等。
在本发明的某些其它实施例中，电荷泵230可导致负电压的偏压。在这种情况下，电荷泵230所产生的负电压的绝对值不等于外加电压VDD2的绝对值，但是仍然实质上等于外加电压VDD2的绝对值。在本发明的某些其它实施例中，电荷泵230可依照预定比例转换外加电压VDD2。在这种情况下，负电压的绝对值与外加电压VDD2的绝对值可以呈现此预定比例。例如，电荷泵230所转换的负电压的绝对值可以是外加电压VDD2的绝对值的一半。
接着，低压降输出电路240滤除负电压-VDD2的噪声，然后提供滤波过的负电压-AVDD3给运算放大器201及运算放大器202(步骤430)。低压降输出电路240所执行的滤波增加运算放大器201及运算放大器202的电源抑制率(power supply rejection rate，PSRR)。上述滤波稍微改变负电压-VDD2的准位。负电压-AVDD3仍然实质上等于负电压-VDD2。在本发明的某些其它实施例中，可省略低压降输出电路240。在这种情况下，电荷泵230直接提供负电压-VDD2给运算放大器201及运算放大器202的负电源端。在本发明的某些其它实施例中，可利用能过滤电源电压的噪声的任何其它的滤波电路来取代低压降输出电路240。
接着，提供接地参考电压(0V)给运算放大器201及运算放大器202(步骤435)。接着，流程将进行到步骤440。运算放大器201接收且放大输入信号251，然后提供所放大的输入信号251给扬声器221。运算放大器202接收且放大输入信号252，然后提供所放大的输入信号252给扬声器222。
外加电压AVDD1与外加电压VDD2可相等。在这种情况下，电压AVDD1与电压-AVDD3的绝对值实质上相等，如图3B所示。另一方面，外加电压AVDD1与外加电压VDD2可不同。例如，AVDD1可以是3伏特(V)且VDD2可以是1.8伏特(V)，如图3C所示。这种不相等的外加电压的特征提供弹性与某些技术上的优点。例如，若两个外加电压必须相等且两个外加电压的每一个是3伏特(V)，则运算放大器201及运算放大器202的两个电源端之间的6伏特(V)电压可能对利用先进制程制造的闸极氧化层(gate oxide)产生高电压应力(high voltage stress)，并且永久损坏运算放大器的晶体管(transistor)。在图3C的例子中，由于不相等的外加电压，所以运算放大器201及运算放大器202的两个电源端之间的电压只有4.8伏特(V)，这不会导致高电压应力。
综上所述，放大器电路200接收两个外加电压，提供第一外加电压给运算放大器当作电源电压，产生第二外加电压所转换的负电压，然后提供此负电压给运算放大器当作另一个电源电压。因此，上述运算放大器可使用接地电压当作参考且不再需要串行的电容器。移除电容器不只减少整个系统的面积及成本，而且还能消除恼人的充电噪声以及电容器的其它缺点。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求范围所界定的为准。

Claims (18)

1.一种放大器电路，包括：
一第一放大器，包括一第一端子、一第二端子以及一第三端子，其中所述第一端子耦接一第一外加电压，所述第二端子耦接一负电压，所述第三端子耦接一接地参考电压；以及
一电荷泵，耦接所述第一放大器，提供一第二外加电压所转换的所述负电压。
2.如权利要求1所述的放大器电路，其中所述第一放大器还包括：
一第四端子，接收一第一输入信号；以及
一第五端子，耦接一第一扬声器。
3.如权利要求2所述的放大器电路，还包括：
一第二放大器，包括一第六端子、一第七端子、一第八端子、一第九端子以及一第十端子，其中所述第六端子耦接所述第一外加电压，所述第七端子耦接所述负电压，所述第八端子耦接所述接地参考电压，所述第九端子接收一第二输入信号，所述第十端子耦接一第二扬声器。
4.如权利要求3所述的放大器电路，其中所述第一扬声器及所述第二扬声器皆耦接所述接地参考电压。
5.如权利要求3所述的放大器电路，其中所述第一放大器放大所述第一输入信号且输出放大的所述第一输入信号到所述第一扬声器，所述第二放大器放大所述第二输入信号且输出放大的所述第二输入信号到所述第二扬声器。
6.如权利要求1所述的放大器电路，其中所述负电压的绝对值等于所述第二外加电压的绝对值。
7.如权利要求1所述的放大器电路，其中所述负电压的绝对值与所述第二外加电压的绝对值呈现一预定比例。
8.如权利要求1所述的放大器电路，其中所述第一外加电压与所述第二外加电压不相等。
9.如权利要求1所述的放大器电路，还包括：
一滤波器，耦接在所述电荷泵与所述第一放大器之间，滤除所述负电压的噪声，然后提供滤波过的所述负电压给所述第一放大器。
10.如权利要求9所述的放大器电路，其中所述滤波器是低压降输出电路。
11.一种放大信号的方法，适用于一放大器电路，所述放大器电路具有一第一放大器，所述放大信号的方法包括：
提供一第一外加电压及一第二外加电压给所述放大器电路；
提供所述第二外加电压所转换的一负电压给所述第一放大器；
提供一接地参考电压给所述第一放大器；以及
放大所述第一放大器所接收的一第一输入信号，且输出放大的所述第一输入信号。
12.如权利要求11所述的放大信号的方法，还包括：
放大所述放大器电路的一第二放大器所接收的一第二输入信号，且输出放大的所述第二输入信号。
13.如权利要求12所述的放大信号的方法，还包括：
输出放大的所述第一输入信号到一第一扬声器且输出放大的所述第二输入信号到一第二扬声器。
14.如权利要求13所述的放大信号的方法，其中所述第一扬声器及所述第二扬声器皆耦接所述接地参考电压。
15.如权利要求11所述的放大信号的方法，其中所述负电压的绝对值等于所述第二外加电压的绝对值。
16.如权利要求11所述的放大信号的方法，其中所述负电压的绝对值与所述第二外加电压的绝对值呈现一预定比例。
17.如权利要求11所述的放大信号的方法，其中所述第一外加电压与所述第二外加电压不相等。
18.如权利要求11所述的放大信号的方法，还包括：
滤除所述负电压的噪声，然后提供滤波过的所述负电压给所述第一放大器及所述第二放大器。
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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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