專利名稱：控制輸出準(zhǔn)位的轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種轉(zhuǎn)換裝置，特別是關(guān)于一種控制輸出準(zhǔn)位的轉(zhuǎn)換裝置。
背景技術(shù)：
一般放大器在接收一輸入信號后，將其放大，再使其輸出。而一般音頻功率放大器 即接收一音頻信號，并將其放大，以驅(qū)動一高電流至揚聲器中。因為音樂或音頻信號的動態(tài) 范圍很大，其聲音強度會隨著時間而有很大的變化，且由于不同播放器傳送到音頻功率放 大器的音頻信號大小不一，有時候音頻功率放大器接收到一非預(yù)期且極大的信號。當(dāng)音頻 功率放大器接收到一超大輸入信號時，其輸出的信號電壓會被電源電壓的上下限截掉而出 現(xiàn)高度失真的現(xiàn)象，此時諧波失真極大而造成揚聲器發(fā)出極大但不悅耳的聲音或者燒毀揚 聲器。在上述情況下，如果音頻功率放大器是推動重低音或超重低音的揚聲器，則揚聲 器的輸出極不悅耳。如果音頻功率放大器是推動小的揚聲器，例如可攜式電子產(chǎn)品中的揚 聲器特別小，則此種小的揚聲器容易被燒毀。為了避免上述情況發(fā)生，解決的方法是設(shè)計一自動增益控制器(AGC)，用來調(diào)節(jié)放 大器的電壓增益，但是自動增益控制器會在正常工作范圍內(nèi)隨時降低放大器的電壓增益， 如此一來，放大器所輸出的電壓就沒辦法真實的播放原有音樂大小聲的比例，導(dǎo)致輸出信 號的動態(tài)范圍縮小，因此這種設(shè)計并不甚理想。因此，本發(fā)明在針對上述的困擾，提出一種控制輸出準(zhǔn)位的轉(zhuǎn)換裝置，其可改善習(xí) 知缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于，解決現(xiàn)有音頻功率放大器接收到極大信號時，易產(chǎn)生失 真或者將揚聲器燒毀的技術(shù)問題。為達上述目的，本發(fā)明提供一種控制輸出準(zhǔn)位的轉(zhuǎn)換裝置，包含一斜波產(chǎn)生器，用 來產(chǎn)生一斜波信號，另有一模擬對脈沖寬轉(zhuǎn)換器，其第一、第二輸入端分別接收此斜波信號 與一參考信號，并對參考信號進行模擬對脈沖寬的轉(zhuǎn)換，以輸出一脈沖寬度調(diào)變信號。一 脈沖寬度檢測器，其連接該斜波產(chǎn)生器與該模擬對脈沖寬轉(zhuǎn)換器的輸出端，此檢測器檢測 該脈沖寬度調(diào)變信號的責(zé)任周期，以根據(jù)該責(zé)任周期輸出一增益控制電壓信號，其在責(zé)任 周期小于或者大于99%時，斜波產(chǎn)生器根據(jù)接收的該增益控制電壓信號的電壓值增加 該斜波信號的振幅，進而分別使該脈沖寬度調(diào)變信號的責(zé)任周期大于或小于原來的責(zé)任周 期，以降低參考信號的增益。本發(fā)明的有益效果在于，利用一模擬對脈沖寬轉(zhuǎn)換器接收斜波信號與參考信號， 并對參考信號進行模擬對脈沖寬的轉(zhuǎn)換以輸出一脈沖寬度調(diào)變信號，且在調(diào)變信號的責(zé)任 周期接近0或100%時，增加斜波信號的振幅，進而分別使當(dāng)下的責(zé)任周期大于或小于原來 的責(zé)任周期。另外在斜波信號被上下限電壓準(zhǔn)位截掉時，也可對參考信號進行數(shù)字衰減，以降低參考信號的增益?？墒挂话阋纛l功率放大器在進行數(shù)字信號轉(zhuǎn)換時，降低飽和信號的 失真度或降低輸出功率以保護揚聲器。


圖1為本發(fā)明的第一實施例的電路裝置示意圖；圖2(a)至圖2(d)為本發(fā)明的未增幅的三角波信號、各不同電壓準(zhǔn)位的模擬信號 及上述信號所產(chǎn)生的脈沖寬度調(diào)變信號波形示意圖；圖3(a)至圖3(c)為本發(fā)明的未增幅、增幅的三角波信號、各不同電壓準(zhǔn)位的模擬 信號及上述信號所產(chǎn)生的脈沖寬度調(diào)變信號波形示意圖；圖4為本發(fā)明的原正弦波信號、未增幅、增幅的三角波信號及上述信號所產(chǎn)生的 濾波之后的正弦波信號的波形示意圖；圖5為本發(fā)明的第二實施例的電路裝置示意圖；圖6為本發(fā)明的不同電壓準(zhǔn)位的受控的參考信號，及其對應(yīng)的斜波信號與濾波之 后的脈沖寬度調(diào)變信號的波形圖。附圖標(biāo)記說明10-模擬對脈沖寬轉(zhuǎn)換器；12-斜波產(chǎn)生器；14-脈沖寬度檢測器；16-增益檢測 器；18-數(shù)字增益控制器。
具體實施例方式為了降低音頻功率放大器在接收到一極大的輸入信號而產(chǎn)生嚴(yán)重失真信號的情 況，本發(fā)明提出一種控制輸出準(zhǔn)位的轉(zhuǎn)換裝置，可應(yīng)用于一般音頻功率放大器在進行數(shù)字 信號轉(zhuǎn)換上，請參閱圖1的第一實施例。本發(fā)明包含一模擬對脈沖寬轉(zhuǎn)換器10，其負輸入端 連接一斜波(ramp)產(chǎn)生器12，斜波產(chǎn)生器12用來產(chǎn)生一斜波信號，而模擬對脈沖寬轉(zhuǎn)換 器10的負、正輸入端分別接收此斜波信號與一參考信號，以利用斜波信號對參考信號進行 模擬對脈沖寬的轉(zhuǎn)換，進而輸出一脈沖寬度調(diào)變信號。其中此參考信號為模擬信號或正弦 波信號，另斜波信號產(chǎn)生器12可為鋸齒波信號產(chǎn)生器或三角波信號產(chǎn)生器，而其產(chǎn)生的信 號分別為鋸齒波信號或三角波信號。斜波產(chǎn)生器12與模擬對脈沖寬轉(zhuǎn)換器10的輸出端連接一脈沖寬度檢測器14，此 檢測器14檢測該脈沖寬度調(diào)變信號的責(zé)任周期，以根據(jù)該責(zé)任周期輸出一增益控制電壓 信號，并由斜波產(chǎn)生器12接收，且在責(zé)任周期接近0%或100%時，如責(zé)任周期小于或者 大于99%時，脈沖寬度轉(zhuǎn)換器14即產(chǎn)生一較高的增益控制電壓信號。斜波產(chǎn)生器12根據(jù) 增益控制電壓信號的電壓值增加斜波信號的振幅，進而分別使脈沖寬度調(diào)變信號的責(zé)任周 期大于或小于原來的責(zé)任周期，以降低參考信號的增益。如果脈沖寬度調(diào)變信號的責(zé)任周期沒有接近0%或100%時，如責(zé)任周期大于 且小于99 %時，脈沖寬度檢測器14所輸出的增益控制電壓信號保持原值，斜波產(chǎn)生器12不 會提高斜波信號的振幅，參考信號的電壓增益即維持不變。也即參考信號沒有超過額定值 時，其電壓增益維持定值。以下敘述此第一實施例電路信號的作動，請同時參閱圖2(a)至第2(d)圖，此處的 參考信號以直流電壓的模擬信號為例，而斜波信號則以三角波信號為例。在模擬信號并未接近三角波信號的波峰或波谷電壓時，三角波信號的振幅是不會變動的，就以未增幅的三 角波信號與電壓準(zhǔn)位\的模擬信號而言，模擬對脈沖寬轉(zhuǎn)換器10依據(jù)三角波信號與模擬 信號交錯的電壓點對模擬信號進行模擬對脈沖寬的轉(zhuǎn)換，以輸出脈沖寬度調(diào)變信號。由于 三角波信號與此模擬信號交錯點產(chǎn)生的脈沖寬度調(diào)變信號的正電壓時間區(qū)間與負電壓時 間區(qū)間相等，所以脈沖寬度調(diào)變信號的責(zé)任周期(Duty Cycle)為50%，如第2(b)圖所示。 而對于此三角波信號與電壓準(zhǔn)位V1的模擬信號而言，因電壓準(zhǔn)位V1大于Vtl，此三角波信號 與此模擬信號交錯點產(chǎn)生的脈沖寬度調(diào)變信號的正電壓時間區(qū)間大于負電壓時間區(qū)間，所 以脈沖寬度調(diào)變信號的責(zé)任周期大于50%，如第2(c)圖所示。對于此三角波信號與電壓準(zhǔn) 位V2的模擬信號而言，因電壓準(zhǔn)位V2小于Vtl，此三角波信號與此模擬信號交錯點產(chǎn)生的脈 沖寬度調(diào)變信號的正電壓時間區(qū)間小于負電壓時間區(qū)間，所以脈沖寬度調(diào)變信號的責(zé)任周 期小于50%，如第2(d)圖所示。接著請同時參閱圖1與圖3(a)至圖3(c)，對于未增幅的三角波信號與電壓準(zhǔn)位 V1的模擬信號而言，因電壓準(zhǔn)位V1接近未增幅的三角波信號的波峰電壓，所以脈沖寬轉(zhuǎn)換 器10輸出的脈沖寬度調(diào)變信號的責(zé)任周期也會接近100%，如99%，且其波形圖如第3(b) 圖的左側(cè)波形圖所示。但當(dāng)脈沖寬度檢測器14檢測到脈沖寬度調(diào)變信號的責(zé)任周期接近 100%時，就會輸出較高的增益控制電壓信號，也即增大其電壓值。斜波產(chǎn)生器12在接收到 此增益控制信號后，即會增大三角波信號的振幅，其波形圖如圖3(a)的右側(cè)波形圖所示， 則此時脈沖寬轉(zhuǎn)換器10輸出的脈沖寬度調(diào)變信號的責(zé)任周期就會小于原本的責(zé)任周期， 其波形圖如第3(b)圖的右側(cè)波形圖所示，因為此脈沖寬度調(diào)變信號的高準(zhǔn)位輸出的部分 變少了，代表其信號強度變小，也即電壓準(zhǔn)位V1的模擬信號的增益隨之變小，以避免脈沖寬 度調(diào)變信號的責(zé)任周期進入100%而造成飽和，進而形成失真。另對于未增幅的三角波信號與電壓準(zhǔn)位V2的模擬信號而言，因電壓準(zhǔn)位V2接近未 增幅的三角波信號的波谷電壓，所以脈沖寬轉(zhuǎn)換器10輸出的脈沖寬度調(diào)變信號的責(zé)任周 期也會接近0%，如1%，且其波形圖如圖3(c)的左側(cè)波形圖所示。但當(dāng)脈沖寬度檢測器14 檢測到脈沖寬度調(diào)變信號的責(zé)任周期接近0%時，就會輸出較高的增益控制電壓信號，也即 增大其電壓值。斜波產(chǎn)生器12在接收到此增益控制信號后，即會增大三角波信號的振幅， 其波形圖如圖3(a)的右側(cè)波形圖所示，則此時脈沖寬轉(zhuǎn)換器10輸出的脈沖寬度調(diào)變信號 的責(zé)任周期就會大于原本的責(zé)任周期，其波形圖如圖3(c)的右側(cè)波形圖所示，因為此脈沖 寬度調(diào)變信號的低準(zhǔn)位輸出的部分變少了，代表其信號強度變大，也即電壓準(zhǔn)位V2的模擬 信號的增益會隨之變大，以避免脈沖寬度調(diào)變信號的責(zé)任周期進入0%而造成飽和，進而形 成失真。例如，參考信號為一原正弦波信號，利用一濾波器將脈沖寬度調(diào)變信號中的原正 弦波信號濾出，則濾波之后的正弦波信號及增幅與未增幅的三角波信號，還有原正弦波信 號的波形圖如圖4所示。原正弦波信號的波峰與波谷電壓分別為V1與V/，其分別相當(dāng)接 近未增幅的三角波信號的波峰與波谷電壓V2、V2’，此時在原正弦波信號的波峰及波谷處未 增幅的三角波信號與原正弦波信號所產(chǎn)生的脈沖寬度調(diào)變信號的責(zé)任周期會個別相當(dāng)接 近100%與0%，而其濾波之后的正弦波信號的波峰與波谷電壓分別為V3與V3’。但是若將 增幅的三角波信號與原正弦波信號進行轉(zhuǎn)換，則在原正弦波信號的波峰及波谷處所產(chǎn)生的 脈沖寬度調(diào)變信號的責(zé)任周期會分別遠離100%與0%，而其濾波之后的正弦波信號的波
5峰與波谷電壓分別為V4與V/。因此將三角波信號增幅之后再進行轉(zhuǎn)換會降低參考信號的
增 ο接著請參閱圖5，此為本發(fā)明的第二實施例，其與圖1的第一實施例差異在于多增 設(shè)一增益檢測器16與一數(shù)字增益控制器18，增益檢測器16連接斜波產(chǎn)生器12與脈沖寬 度檢測器14，數(shù)字增益控制器18連接增益檢測器16與模擬對脈沖寬轉(zhuǎn)換器10的正輸入 端。數(shù)字增益控制器18接收一初始參考信號，并輸出一受控的參考信號至模擬對脈沖寬轉(zhuǎn) 換器10中，此初始參考信號與受控的參考信號皆可為正弦波信號或模擬信號，增益檢測器 16可周期性檢測增益控制電壓信號的電壓，由于脈沖寬度檢測器14周期性的檢測脈沖調(diào) 變信號的責(zé)任周期以改變增益控制電壓信號，故增益檢測器16可間接檢測出脈沖寬度調(diào) 變信號的責(zé)任周期，且在此責(zé)任周期等于100%時，脈沖寬度檢測器14即輸出較高的增益 控制電壓信號，增益檢測器16檢測到較高的增益控制電壓信號時，即送出一控制信號至數(shù) 字增益控制器18中，數(shù)字增益控制器18即對初始參考信號進行衰減，以輸出受控的參考信 號至模擬對脈沖寬度轉(zhuǎn)換器10，如此可避免脈沖寬度調(diào)變信號處于100%的責(zé)任周期。如 果脈沖寬度調(diào)變信號的責(zé)任周期不再處于100%的狀態(tài)，則脈沖寬度檢測器14，即輸出較 低的增益控制電壓信號。在某一時間后，如果增益檢測器16檢測到較低的增益控制電壓信 號，則控制數(shù)字增益控制器18解除對受控的參考信號的衰減，使受控的參考信號恢復(fù)原來 的電壓準(zhǔn)位并直接傳輸至模擬對脈沖寬轉(zhuǎn)換器10中。相對地，在責(zé)任周期等于0%時，脈沖寬度檢測器14即輸出較高的增益控制電壓 信號，增益檢測器16檢測到較高的增益控制電壓信號時，即送出一控制信號至數(shù)字增益控 制器18中，數(shù)字增益控制器18即對初始參考信號進行衰減，以輸出受控的參考信號至模擬 對脈沖寬度轉(zhuǎn)換器10，以避免脈沖寬度調(diào)變信號處于0%的責(zé)任周期。如果脈沖寬度調(diào)變 信號的責(zé)任周期不再處于0%的狀態(tài)，則脈沖寬度檢測器14，即輸出較低的增益控制電壓 信號。在某一時間后，如果增益檢測器16檢測到較低的增益控制電壓信號，則數(shù)字增益控 制器18解除對受控的參考信號的衰減，使受控的參考信號恢復(fù)原來的電壓準(zhǔn)位并直接傳 輸至模擬對脈沖寬轉(zhuǎn)換器10中。以下請同時參閱圖6，此圖為實際電路模擬出來的信號波形圖，波形圖中有斜波信 號、受控的參考信號與濾波之后的脈沖寬度調(diào)變信號。濾波之后的脈沖寬度調(diào)變信號為利 用一濾波器將脈沖寬度調(diào)變信號中的參考信號濾出來的信號。最上方的波形圖為當(dāng)受控的 參考信號的振幅范圍皆落在斜波信號的振幅范圍之內(nèi)，因此受控的參考信號與斜波信號所 產(chǎn)生的脈沖寬度調(diào)變信號的責(zé)任周期也不會接近100%或0%，所以濾波之后的脈沖寬度 調(diào)變信號為正常的，其波形與受控制的參考信號相同而沒有失真。中間的波形圖中，受控的參考信號為一大信號，且其電壓值大于原斜波信號，圖中 受控的參考信號約在第150u秒時接近斜波信號的峰值電壓，此時受控的參考信號與斜波 信號所產(chǎn)生的脈沖寬度調(diào)變信號的責(zé)任周期會接近100%，因此斜波信號的振幅會增大，一 直到約第475u秒隨著受控的參考信號電壓值下降而回到正常值，在約第150u秒到第475u 秒其間，脈沖寬度調(diào)變信號的責(zé)任周期都接近100%，所以濾波之后的脈沖寬度調(diào)變信號在 約第150u秒之后就慢速上升直至約在300u秒處出現(xiàn)飽和。當(dāng)受控的參考信號下降時，濾 波之后的脈沖寬度調(diào)變信號即離開飽和而慢速下降，直至約在475u秒處出現(xiàn)受控的參考 信號的電壓值小于斜波信號。換言之，在此區(qū)間受控的參考信號的增益會下降試圖維持輸出準(zhǔn)位于非飽和區(qū)，如此可減緩飽和信號的失真度。最下方的波形圖為受控的參考信號的振幅超過增大振幅后的斜波信號的上限電 壓，導(dǎo)致脈沖寬度調(diào)變信號的責(zé)任周期等于100%，因此增益檢測器16控制數(shù)字增益控制 器18，對初始參考信號進行衰減而產(chǎn)生受控的參考信號。如圖示約在第227u秒與約第278u 秒之間進行數(shù)字衰減，使衰減后的受控制的參考信號遠離斜波信號的峰值，以降低脈沖寬 度調(diào)變信號的責(zé)任周期，此時脈沖寬度檢測器14會改輸出一較低的增益電壓控制信號。過 一段時間后，當(dāng)增益檢測器16檢測到較低的增益控制電壓信號時，增益控制器18解除對受 控的參考信號的衰減，使受控的參考信號恢復(fù)原來的電壓準(zhǔn)位，如圖中的約第280u秒處。 且上述作動會周期性檢測并執(zhí)行，如圖中的約第315u秒至375u秒之間，一直到受控的參考 信號電壓值下降至低于斜波信號的峰值才停止。另外從濾波之后的脈沖寬度調(diào)變信號會發(fā) 現(xiàn)，隨著受控的參考信號進行數(shù)字衰減，濾波之后的脈沖寬度調(diào)變信號的電壓值也會隨之 下降，因此受控的參考信號的增益會下降，以產(chǎn)生較低的輸出功率。由于衰減與降低增益相 互使用可以降低輸出功率，以保護揚聲器。綜上所述，本發(fā)明可使一般音頻功率放大器在進行數(shù)字信號轉(zhuǎn)換且發(fā)生異常輸入 參考信號時，用來降低飽和信號的失真度及降低輸出功率以保護揚聲器。以上所述者，僅為本發(fā)明一較佳實施例而已，并非用來限定本發(fā)明實施的范圍，故 舉凡依本發(fā)明申請專利范圍所述的形狀、構(gòu)造、特征及精神所為的均等變化與修飾，均應(yīng)包 括于本發(fā)明的申請專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種控制輸出準(zhǔn)位的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，包含一斜波產(chǎn)生器，其產(chǎn)生一斜波信號；一模擬對脈沖寬轉(zhuǎn)換器，其第一、第二輸入端分別接收該斜波信號與一參考信號，以利用該斜波信號對該參考信號進行模擬對脈沖寬的轉(zhuǎn)換，進而輸出一脈沖寬度調(diào)變信號；以及一脈沖寬度檢測器，其連接該斜波產(chǎn)生器與該模擬對脈沖寬轉(zhuǎn)換器的輸出端，并檢測該脈沖寬度調(diào)變信號的責(zé)任周期，以根據(jù)該責(zé)任周期輸出一增益控制電壓信號，且在該責(zé)任周期小于1％或者大于99％時，該斜波產(chǎn)生器根據(jù)接收的該增益控制電壓信號的電壓值增加該斜波信號的振幅，進而分別使該脈沖寬度調(diào)變信號的責(zé)任周期大于或小于原來的責(zé)任周期，以降低該參考信號的增益。
2.如權(quán)利要求1所述的控制輸出準(zhǔn)位的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，該模擬對脈沖寬轉(zhuǎn)換 器依據(jù)該斜波信號與該參考信號交錯的電壓點，對該參考信號進行模擬對脈沖寬的轉(zhuǎn)換， 以輸出該脈沖寬度調(diào)變信號。
3.如權(quán)利要求1所述的控制輸出準(zhǔn)位的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，該責(zé)任周期小于或 者大于99%時，該增益控制電壓信號的電壓值會增高，以進而增大該斜波信號的振幅。
4.如權(quán)利要求1所述的控制輸出準(zhǔn)位的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，更包含一數(shù)字增益控制器，其連接該模擬對脈沖寬轉(zhuǎn)換器的該第二輸入端，該數(shù)字增益控制 器控制傳輸至該模擬對脈沖寬轉(zhuǎn)換器的該參考信號；以及一增益檢測器，其連接該斜波產(chǎn)生器、該數(shù)字增益控制器與該脈沖寬度檢測器，并周期 性檢測該增益控制電壓信號的電壓，且在該責(zé)任周期等于0%或100%時，則控制該數(shù)字增 益控制器先對該參考信號進行衰減，再將其輸出至該模擬對脈沖寬轉(zhuǎn)換器中，之后在該責(zé) 任周期分別高于0%或低于100%時，則控制該數(shù)字增益控制器解除對該參考信號進行衰 減，使該參考信號直接傳輸至該模擬對脈沖寬轉(zhuǎn)換器中。
5.如權(quán)利要求1所述的控制輸出準(zhǔn)位的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，該參考信號為模擬信 號或正弦波信號。
6.如權(quán)利要求1所述的控制輸出準(zhǔn)位的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，該斜波信號產(chǎn)生器為 鋸齒波信號產(chǎn)生器或三角波信號產(chǎn)生器，且其產(chǎn)生的信號分別為鋸齒波信號或三角波信 號。
7.如權(quán)利要求1所述的控制輸出準(zhǔn)位的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，該脈沖寬度調(diào)變信號 的正電壓時間區(qū)間與負電壓時間區(qū)間相等，則該責(zé)任周期為50%。
全文摘要
本發(fā)明揭露一種控制輸出準(zhǔn)位的轉(zhuǎn)換裝置，包含一用來產(chǎn)生斜波信號的斜波產(chǎn)生器，與一模擬對脈沖寬轉(zhuǎn)換器，此轉(zhuǎn)換器利用此斜波信號對一參考信號進行數(shù)字轉(zhuǎn)換，以輸出一脈沖寬度調(diào)變信號，另一脈沖寬度檢測器可檢測調(diào)變信號的責(zé)任周期，以根據(jù)該責(zé)任周期輸出一增益控制電壓信號，且在責(zé)任周期小于1％或者大于99％時，斜波產(chǎn)生器根據(jù)增益控制電壓信號的電壓值增加斜波信號的振幅，進而分別增加或減少調(diào)變信號的責(zé)任周期，以降低參考信號的增益。本發(fā)明可使一般音頻功率放大器在進行數(shù)字信號轉(zhuǎn)換且發(fā)生異常輸入?yún)⒖夹盘枙r，降低飽和信號的失真度。
文檔編號H04R3/00GK101888225SQ20091013869
公開日2010年11月17日 申請日期2009年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月12日
發(fā)明者戴枝德 申請人:震一科技股份有限公司