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CN101023580A - 音频功率放大器ic和具备该音频功率放大器ic的音频系统 - Google Patents

音频功率放大器ic和具备该音频功率放大器ic的音频系统 Download PDF

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CN101023580A
CN101023580A CNA200580031502XA CN200580031502A CN101023580A CN 101023580 A CN101023580 A CN 101023580A CN A200580031502X A CNA200580031502X A CN A200580031502XA CN 200580031502 A CN200580031502 A CN 200580031502A CN 101023580 A CN101023580 A CN 101023580A
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audio
audio signal
clock
circuit
power amplifier
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CNA200580031502XA
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小滨重二
大石智之
相马正继
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Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种能够抑制因基准时钟的频率而引起的音质的下降的音频功率放大器IC和使用该音频功率放大器IC的音频系统。音频功率放大器IC，具备：生成内部时钟的时钟生成电路(10)；进行内部时钟的输出或者外部时钟的接收的时钟端子(CLK)；时钟选择电路(11)，其选择内部时钟和外部时钟的任一个作为基准时钟(BCLK)；被输入第一音频信号(Lin)的第一音频信号输入端子(IN1)；和第一数字功率放大电路(51)，其通过对第一音频信号(Lin)进行基于基准时钟(BCLK)的脉冲调制，从而输出与基准时钟(BCLK)同步的脉冲。

Description

音频功率放大器IC和具备该音频功率放大器IC的音频系统
技术领域
本发明涉及对所输入的音频信号进行脉冲宽度调制(PWM(PulseWidth Modulation))和脉冲密度调制(PDM(Pulse Duration Modulation))等脉冲调制并输出的数字功率放大电路的音频功率放大器IC(IntegratedCircuit)和具备该音频功率放大器IC的音频系统。
背景技术
近年来，如2路立体声系统(way stereo system)和家庭影院系统等，为了增大音响效果，除了分别输出左右立体声声音的两个扬声器(以下，也称作左右扬声器)之外，还添加了输出只强调低音的声音的扬声器等的音频系统。这种音频系统中为了对多个扬声器输出音频(声音)信号，需要与各扬声器对应的多个功率放大电路。作为这种功率放大电路从高效率这一点出发广泛使用所谓的数字功率放大(D级放大)电路，该数字功率放大电路进行PWM和PDM等脉冲调制而输出脉冲(例如特开2002-299968号公报(专利文献1))。
图2是表示使用了数字功率放大电路的现有的音频系统的一例的框图。参照该图，该音频系统包括音频功率放大器IC101、101a和101b、扬声器141、141a、141b和142。
该音频系统为被称作所谓的2路立体声系统。即基于从外部输入的立体声音频信号Lin和Rin，介由音频功率放大器IC101从左右扬声器141和142输出立体声声音，并且，介由低音用的音频功率放大器IC101a或者101b从低音用的左右扬声器141a和141b输出仅强调了低音的立体声声音。
另外，低音用扬声器141a和141b采用如下结构：为了提高输出而两个驱动输入以互相相反的相位来被驱动的、所谓的BTL(BalancedTransformerless)的结构。
这里，音频功率放大器IC101和低音用音频功率放大器IC101a和101b是相同的IC。音频功率放大器IC101、101a和101b各自具备数字功率放大电路151和152、以及生成基准时钟BCLK的时钟生成电路110等。
数字功率放大电路151和152对输入到各自的音频信号进行基于基准时钟BCLK的脉冲调制，从而输出与基准时钟BCLK同步的脉冲。
音频功率放大IC101对立体声用的扬声器141和142进行驱动。另外，低音用的音频功率放大器IC101a和101b分别对BTL结构的扬声器141a和141b进行驱动。
专利文献1：特开2002-299968号公报。
但是，在具有数字功率放大电路的音频功率放大器IC中，因基于与基准时钟同步的脉冲输出的转换(switching)，产生高次谐波的电源噪声和辐射噪声。
本申请的发明者们，在如上所述那样使用了多个音频功率放大器IC的音频系统中，着眼于以下事实：由于各音频功率放大器IC的基准时钟的频率因IC间的特性偏差等主要原因而有所不同，因此由从各音频功率放大器IC发生的电源噪声和辐射噪声的频率之差而产生可听频带的声音、即节拍音(beat sound)，从而音频系统中的音质就会下降的情况。
发明内容
本发明鉴于上述事实而提出的，其目的在于提供一种在使用了多个音频功率放大器IC的音频系统中，能够抑制音基准时钟的频率而引起的音质的下降的音频功率放大器IC和使用该音频功率放大器IC的音频系统。
为了解决上述问题，本发明的某一局面相关的音频功率放大器IC，具备：生成内部时钟的时钟生成电路；时钟端子，用于进行内部时钟的输出或者外部时钟的接收；时钟选择电路，其选择内部时钟和外部时钟的任一个作为基准时钟；被输入第一音频信号的第一音频信号输入端子；和第一数字功率放大电路，其通过对第一音频信号进行基于基准时钟的脉冲调制，从而输出与基准时钟同步的脉冲。
作为优选，音频功率放大器IC，还具备：被输入第二音频信号的第二音频信号输入端子；反相电路，其将第一音频信号反相并进行输出；音频信号选择电路，其选择反相电路所输出的音频信号和第二音频信号的任一个并进行输出；和第二数字功率放大电路，其通过对所选择的音频信号进行基于基准时钟的脉冲调制，从而输出与基准时钟同步的脉冲，在音频信号选择电路选择了反相电路所输出的音频信号的情况下，时钟选择电路选择外部时钟作为基准时钟。
为了解决上述问题，本发明的某一局面相关的音频系统，具备第一音频功率放大器IC和第二音频功率放大器IC，第一音频功率放大器IC和第二音频功率放大器IC，分别具备：生成内部时钟的时钟生成电路；时钟端子，用于进行内部时钟的输出或者外部时钟的接收；时钟选择电路，其选择内部时钟和外部时钟的任一个作为基准时钟；被输入第一音频信号的第一音频信号输入端子；第一数字功率放大电路，其通过对第一音频信号进行基于基准时钟的脉冲调制，从而输出与基准时钟同步的脉冲；被输入第二音频信号的第二音频信号输入端子；反相电路，其将第一音频信号反相并进行输出；音频信号选择电路，其选择反相电路所输出的音频信号和第二音频信号的任一个并进行输出；和第二数字功率放大电路，其通过对所选择的音频信号进行基于基准时钟的脉冲调制，从而输出与基准时钟同步的脉冲，在音频信号选择电路选择了反相电路所输出的音频信号的情况下，时钟选择电路选择外部时钟作为基准时钟，在音频系统中，第一音频功率放大器IC和第二音频功率放大器IC的时钟端子相互连接，在第一音频功率放大器IC中时钟选择电路选择内部时钟作为基准时钟，并且从时钟端子输出内部时钟，在第二音频功率放大器IC中，时钟选择电路选择从第一音频功率放大器IC经由时钟端子所接收的外部时钟作为基准时钟。
(发明效果)
本发明所涉及的音频功率放大器IC由时钟选择电路选择内部时钟和外部时钟的任一个作为基准时钟。从而，在使用了多个本发明所涉及的音频功率放大器IC的音频系统中，对所有的音频功率放大器IC将基准时钟的频率设为相同，结果不产生节拍音而能够抑制音质的下降。另外，由于本发明所涉及的音频系统使用了该音频功率放大器IC，因此能够实现高品质的系统。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式所涉及的多个音频功率放大器IC和具备这些音频功率放大器IC的音频系统的结构的框图。
图2是表示使用了数字功率放大电路的现有的音频系统的一例的框图。
图中：1、1a、1b、101、101a、101b-音频功率放大器IC；41、41a、41b、42、42a、42b、141、141a、141b、142-扬声器；10、110-时钟生成电路；11-时钟选择电路；12-音频信号选择电路；13-选择控制电路；14-反相电路；2a、2b、31、31a、31b、32、32a、32b-低通滤波器；151、152-数字功率放大电路；51-数字功率放大电路(第一数字功率放大电路)；52-数字功率放大电路(第二数字功率放大电路)；61、62-脉冲调制电路；71、72-输出电路；CLK-时钟端子；CNT-控制端子；IN1-音频信号输入端子(第一音频信号输入端子)；IN2-音频信号输入端子(第二音频信号输入端子)；OUT1-脉冲输出端子(第一脉冲输出端子)；OUT2-脉冲输出端子(第二脉冲输出端子)；Lin-音频信号(第一音频信号)；Rin-音频信号(第二音频信号)；BCLK-基准时钟。
具体实施方式
以下，参照附图，对于本发明实施方式进行说明。
图1是表示本发明的实施方式所涉及的多个音频功率放大器IC和具备这些音频功率放大器IC的音频系统的结构的框图。首先对于音频功率放大器IC1进行说明，然后说明音频系统的结构。
音频功率放大器IC1具备：音频信号输入端子(第一音频信号输入端子)IN1和音频信号输入端子(第二音频信号输入端子)IN2、脉冲输出端子(第一脉冲输出端子)OUT1和脉冲输出端子(第二脉冲输出端子)OUT2、时钟端子CLK、控制端子CNT、数字功率放大电路(第一数字功率放大电路)51和52(第二数字功率放大电路)、时钟生成电路10、时钟选择电路11、音频信号选择电路12、选择控制电路13和反相电路14。
数字功率放大电路51包括脉冲调制电路61和输出电路71。数字功率放大电路52包括脉冲调制电路62和输出电路72。
音频信号输入端子IN1和音频信号输入端子IN2被输入音频信号(第一音频信号)Lin和音频信号(第二音频信号)Rin。
从脉冲输出端子OUT1和脉冲输出端子OUT2分别输出后述的脉冲调制后的脉冲。
在时钟端子CLK中，分别进行后述的内部时钟的输出或者后述的外部时钟的接收。
控制端子CNT被施加用于控制后述的时钟选择电路11和音频信号选择电路12的选择的电压。
在音频信号输入端子IN1连接有数字功率放大电路51和反相电路14。
脉冲调制电路61通过对音频信号Lin进行基于基准时钟BCLK的脉冲调制，从而输出与基准时钟BCLK同步的脉冲。
输出电路71以低输出阻抗来输出从脉冲调制电路61所接收的脉冲。输出电路71的输出成为数字功率放大电路51的输出，并且与脉冲输出端子OUT1连接。
数字功率放大电路52的结构实质上与数字功率放大电路51相同。即，脉冲调制电路62通过对音频信号选择电路12所输出的音频信号进行基于基准时钟BCLK的脉冲调制，从而输出与基准时钟BCLK同步的脉冲。输出电路72以低输出阻抗来输出从脉冲调制电路62所接收的脉冲。输出电路72的输出成为数字脉冲放大电路52的输出，并且与脉冲输出端子OUT2连接。
这里，脉冲调制电路61所输出的脉冲随着PWM和PDM等调制方式的种类而不同。在PWM的情况下，输出脉冲具有与基准时钟BCLK相等的周期。输出脉冲的脉冲宽度按照音频信号Lin的电压而变化。即如果音频信号Lin的电压上升则脉冲宽度变宽，如果下降则变窄。在PDM的情况下，输出脉冲具有与基准时钟BCLK相等的周期，并且，脉冲宽度恒定。输出脉冲的密度按照音频信号Lin的电压而变化。即如果音频信号Lin的电压上升则脉冲密度变高、如果下降则变低。
反相电路14将音频信号Lin反相并进行输出。反相电路14的输出和音频信号输入端子IN2与音频信号选择电路12的输入连接。音频信号选择电路12基于后述的选择控制电路13的控制，选择反相电路14所输出的音频信号和音频信号Rin的任一个并进行输出。在音频信号选择电路12的输出连接有数字功率放大电路52。
在时钟端子CLK连接有时钟选择电路11。时钟选择电路11基于后述的选择控制电路13的控制来选择内部时钟和外部时钟的任一个作为基准时钟BCLK。这里，内部时钟由时钟生成电路10生成。另外，外部时钟在外部的IC等中生成，介由时钟端子CLK被输入。
在选择内部时钟作为基准时钟BCLK的情况下，时钟选择电路11从时钟端子CLK输出内部时钟。另外，在选择外部时钟作为基准时钟BCLK的情况下，时钟选择电路11从时钟端子CLK接收外部时钟，并且电切断时钟生成电路10和时钟端子CLK。
在控制端子CNT连接有选择控制电路13。选择控制电路13基于控制端子CNT的电压电平来控制时钟选择电路11和音频信号选择电路12。即在控制端子CNT为接地电位电平时，选择控制电路13让时钟选择电路11选择内部时钟作为基准时钟BCLK，并且让音频信号选择电路12选择音频信号Rin。另一方面，在控制端子CNT为电源电压VCC电平时，选择控制电路13让时钟选择电路11选择外部时钟作为基准时钟BCLK，并且让音频信号选择电路12选择反相电路14所输出的音频信号。
此外，在外部时钟被选择为基准时钟BCLK的情况下，由于未使用时钟生成电路10所生成的内部时钟，因此也能够停止时钟生成电路10的动作。
接下来，说明图1所示的音频系统的结构。该音频系统是2路立体声系统。即输入立体声音频信号Lin和Rin后，从左右扬声器41和42输出立体声声音，并且，从低音用的左右扬声器41a和41b输出仅强调了低音的立体声声音。另外，低音用的扬声器41a和41b为了提高输出而形成两个驱动输入以相互相反的相位来被驱动的、所谓的BTL结构。
该音频系统具备音频功率放大器IC(第一音频功率放大器IC)1、1a(第二音频功率放大器IC)和1b(第二音频功率放大器IC)、低通滤波器2a、2b、31、32、31a、32a、31b和32b、扬声器41、41a、41b、42、42a和42b。
低通滤波器31、32、31a、32a、31b和32b从脉冲调制后的脉冲中除去基准脉冲BCLK的高次谐波成分后取出声音频带的信号。另外，低通滤波器2a和2b分别只让在立体声音频信号Lin和Rin之中相当于低音的频率通过。
低通滤波器31和32与音频功率放大器IC1的脉冲输出端子OUT1和OUT2连接。扬声器41和42的各自驱动输入的一方与低通滤波器31和32的输出连接，驱动输入的另一方被接地。
音频功率放大器IC1a是左侧的低音用。低通滤波器2a被输入音频信号Lin。音频信号输入端子IN1与低通滤波器2a的输出连接。低通滤波器31a和32a与音频功率放大器IC1a的脉冲输出端子OUT1和OUT2连接。扬声器41a的两个驱动输入分别与低通滤波器31a和32a的输出连接。
音频功率放大器IC1b是右侧的低音用。低通滤波器2b被输入音频信号Rin。音频信号输入端子IN1与低通滤波器2b的输出连接。低通滤波器31b和32b与音频功率放大器IC1b的脉冲输出端子OUT1和OUT2连接。扬声器41b的两个驱动输入分别与低通滤波器31b和32b的输出连接。
另外，音频功率放大器IC1、1a和1b的时钟端子CLK彼此连接。
这里，音频功率放大器IC1和低音用音频功率放大器IC1a和1b是相同的IC。音频功率放大器IC1a和1b各自具备数字功率放大电路51和52、时钟生成电路10、时钟选择电路11、音频信号选择电路12、选择控制电路13和反相电路14。
由于控制端子CNT与接地电位连接，因此音频功率放大器IC1对立体声用的扬声器41和42进行驱动。具体而言，时钟选择电路11基于选择控制电路13的控制来选择内部时钟作为基准时钟BCLK，并且从时钟端子CLK输出内部时钟。即对于音频功率放大器IC1a和1b而言音频功率放大器IC1所输出的内部时钟成为外部时钟。
音频信号选择电路12基于选择控制电路13的控制来选择音频信号Rin，并且输出到数字功率放大电路52。
另一方面，由于控制端子CNT与电源电压VCC连接，因此低音用音频功率放大器IC1a和1b分别对BTL结构的扬声器41a和41b进行驱动。具体而言，时钟选择电路11基于选择控制电路13的控制来选择从音频功率放大器IC1经由时钟端子CLK所接收的外部时钟作为基准时钟BCLK。
音频信号选择电路12基于选择控制电路13的控制来选择反相电路14所输出的音频信号，并且输出到数字功率放大电路52。
从而，在本发明的实施方式所涉及的音频系统中，对于三个音频功率放大器IC能够将基准时钟BCLK的频率设为相同，因此不产生节拍音而能够抑制音质的下降。
此外，本发明的实施方式所涉及的音频功率放大器IC中，在驱动BTL结构的扬声器时，时钟选择电路11基于选择控制电路13的控制来选择外部时钟作为基准时钟BCLK。从而，能够仅用控制端子CNT来控制音频功率放大器IC1、1a和1b的基准时钟BCLK的选择，因此能够减少端子数。但是也可将控制端子CNT分别设置。
以上，对于使用了三个音频功率放大器IC1、1a和1b的2路立体声系统进行了说明，但是例如也可在家庭影院系统等其他音频系统中，通过对于所有的音频功率放大器IC将基准时钟BCLK的频率设为相同，由此不产生节拍音而能够抑制音质的下降。其结果，能够提供高品质的音频系统。
另外，本发明的实施方式所涉及的音频功率放大器IC包括两个音频信号输入端子、并且包括两个数字功率放大电路，因此能够用三个音频功率放大器IC来实现2路立体声系统，但是本发明并不局限于这种结构，音频功率放大器IC也可采用只包括一个音频信号输入端子、并且包括一个数字功率放大电路的结构。在该情况下，虽然考虑成本的上升，但是可以更加灵活地对应各种音频系统(例如，具备奇数个扬声器而不是BTL的结构的系统)。
另外，本发明的实施方式所涉及的音频功率放大器IC和具备该音频功率放大器IC的音频系统，可以进行各种设计变更。例如也可采用音频功率放大器IC内置低通滤波器2a或者2b、选择控制电路13选择是否使用低通滤波器2a或者2b的结构。
应当认为这次所公开的实施方式在所有方面上是示例而并不限制本发明。本发明的范围不是由上述的说明而是由权利要求的范围来表示，并且包括与权利要求的范围均等的含义和范围内的所有的变更。

Claims (3)

1、一种音频功率放大器IC，具备：
生成内部时钟的时钟生成电路(10)；
用于进行所述内部时钟的输出或者外部时钟的接收的时钟端子(CLK)；
选择所述内部时钟和所述外部时钟的任一个作为基准时钟(BCLK)的时钟选择电路(11)；
被输入第一音频信号(Lin)的第一音频信号输入端子(IN1)；和
第一数字功率放大电路(51)，其通过对所述第一音频信号(Lin)进行基于所述基准时钟(BCLK)的脉冲调制，从而输出与所述基准时钟(BCLK)同步的脉冲。
2、根据权利要求1所述的音频功率放大器IC，其特征在于，
所述音频功率放大器IC还具备：
被输入第二音频信号(Rin)的第二音频信号输入端子；
将所述第一音频信号(Lin)反相并输出的反相电路(14)；
选择所述反相电路(14)所输出的音频信号和所述第二音频信号(Rin)的任一个并输出的音频信号选择电路(12)；和
第二数字功率放大电路(52)，其通过对所述选择的音频信号进行基于所述基准时钟(BCLK)的脉冲调制，从而输出与所述基准时钟(BCLK)同步的脉冲，
在所述音频信号选择电路(12)选择了所述反相电路(14)所输出的音频信号的情况下，所述时钟选择电路(11)选择所述外部时钟作为所述基准时钟(BCLK)。
3、一种音频系统，具备第一音频功率放大器IC(1)和第二音频功率放大器IC(1a、1b)，
所述第一音频功率放大器IC(1)和所述第二音频功率放大器IC(1a、1b)，分别具备：
生成内部时钟的时钟生成电路(10)；
用于进行所述内部时钟的输出或者外部时钟的接收的时钟端子(CLK)；
选择所述内部时钟和所述外部时钟的任一个作为基准时钟(BCLK)的时钟选择电路(11)；
被输入第一音频信号(Lin)的第一音频信号输入端子(IN1)；
第一数字功率放大电路(51)，其通过对所述第一音频信号(Lin)进行基于所述基准时钟(BCLK)的脉冲调制，从而输出与所述基准时钟(BCLK)同步的脉冲；
被输入第二音频信号(Rin)的第二音频信号输入端子；
将所述第一音频信号(Lin)反相并输出的反相电路(14)；
选择所述反相电路(14)所输出的音频信号和所述第二音频信号(Rin)的任一个并输出的音频信号选择电路(12)；和
第二数字功率放大电路(52)，其通过对所述选择的音频信号进行基于所述基准时钟(BCLK)的脉冲调制，从而输出与所述基准时钟(BCLK)同步的脉冲，
在所述音频信号选择电路(12)选择了所述反相电路(14)所输出的音频信号的情况下，所述时钟选择电路(11)选择所述外部时钟作为所述基准时钟(BCLK)，
在所述音频系统中，
所述第一音频功率放大器IC(1)和所述第二音频功率放大器IC(1a、1b)的所述时钟端子(CLK)相互连接，
在所述第一音频功率放大器IC(1)中，所述时钟选择电路(11)选择所述内部时钟作为所述基准时钟(BCLK)，并且从所述时钟端子(CLK)输出所述内部时钟，
在所述第二音频功率放大器IC(1a、1b)中，所述时钟选择电路(11)选择从所述第一音频功率放大器IC(1)经由所述时钟端子(CLK)所接收的外部时钟作为所述基准时钟(BCLK)。
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