專利名稱：用于輸出音頻信號(hào)的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
與示例性實(shí)施例一致的設(shè)備和方法涉及輸出音頻信號(hào)，更具體地講，涉及輸出音頻信號(hào)以提高運(yùn)行速度。
背景技術(shù)：
音頻功率放大器(amps)接收音頻信號(hào)并輸出可聽信號(hào),音頻功率放大器通常被分類為A類、B類、AB類和D類。在此，D類功率amps被廣泛使用，這是因?yàn)榕cA類功率amps、B類功率amps和AB類功率amps相比,減少了放大效率的惡化。D類功率amps通過(guò) 將音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào)來(lái)切換音頻信號(hào)。D類功率amps也被稱為數(shù)字放大器。數(shù)字amps因?yàn)橹T如很少的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換損耗和100%的理論放大效率的特點(diǎn)而被廣泛使用。在這樣的數(shù)字amps中，重要的是根據(jù)最大輸出功率在沒有產(chǎn)生信號(hào)失真的情況下輸出輸入的音頻信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例提供了用于無(wú)延時(shí)地快速調(diào)整音頻信號(hào)的輸出增益的輸出音頻信號(hào)的方法，以及通過(guò)使用該方法來(lái)輸出音頻信號(hào)的設(shè)備。ー個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例還提供了用于在最小化音頻質(zhì)量的惡化的同時(shí)調(diào)整音頻信號(hào)的輸出增益的輸出音頻信號(hào)的方法，以及通過(guò)使用該方法來(lái)輸出音頻信號(hào)的設(shè)備。根據(jù)示例性實(shí)施例的一方面，提供了一種音頻信號(hào)輸出設(shè)備，包括脈沖寬度調(diào)制(PWM)単元，產(chǎn)生載波信號(hào)，比較載波信號(hào)的信號(hào)電平和音頻信號(hào)的信號(hào)電平，并基于比較的結(jié)果產(chǎn)生PWM信號(hào)；控制器，基于音頻信號(hào)的電平，控制PWM単元改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀以調(diào)整PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間；開關(guān)電源單元，放大由PWM單元產(chǎn)生的PWM信號(hào)并輸出放大的PWM信號(hào)。當(dāng)音頻信號(hào)的電平高于預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)電平時(shí)，控制器可控制PWM単元改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀以減少PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間。當(dāng)音頻信號(hào)的電平低于預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)電平時(shí)，控制器可控制PWM単元改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀以增加PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間?？刂破鬟€可包括存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)關(guān)干與音頻信號(hào)的電平對(duì)應(yīng)的載波信號(hào)的信號(hào)形狀的信息?？刂破骺煽刂芇WM単元改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀，以針對(duì)具有不同的音頻信號(hào)電平范圍的音頻信號(hào)的每個(gè)信號(hào)電平時(shí)間段調(diào)整PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間。控制器可在發(fā)生音頻信號(hào)的過(guò)零的第一時(shí)間段中，控制PWM単元改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀以減少PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間?？刂破骺稍谝纛l信號(hào)的電平等于或高于第一時(shí)間段的上限并且低于或等于預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)電平的第二時(shí)間段中，控制PWM単元改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀以增加PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間。 控制器可在音頻信號(hào)的電平等于或高于所述預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)電平的第三時(shí)間段中，控制PWM単元改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀以減少PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間。音頻信號(hào)輸出設(shè)備還可包括環(huán)路濾波器，檢測(cè)放大的PWM信號(hào)的輸出電平，并監(jiān)測(cè)放大的PWM信號(hào)是否超過(guò)最大輸出電平?？刂破骺蓮沫h(huán)路濾波器接收監(jiān)測(cè)結(jié)果，并當(dāng)放大的PWM信號(hào)的電平超過(guò)最大輸出電平時(shí)，控制器可改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀以減少PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間。根據(jù)另ー不例性實(shí)施例的一方面，提供了ー種輸出音頻信號(hào)的方法，包括檢測(cè)音頻信號(hào)的電平；產(chǎn)生具有基于檢測(cè)的音頻信號(hào)的電平而改變的信號(hào)形狀的載波信號(hào)，以調(diào)整PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間；比較載波信號(hào)的信號(hào)電平和音頻信號(hào)的信號(hào)電平；基于比較的結(jié)果產(chǎn)生PWM信號(hào)；放大PWM信號(hào)并輸出放大的PWM信號(hào)。


通過(guò)參照附圖對(duì)示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述，上述和其它方面將會(huì)變得更加清楚，其中圖I是根據(jù)示例性實(shí)施例的音頻信號(hào)輸出設(shè)備的框圖；圖2是根據(jù)示例性實(shí)施例的圖I的脈沖寬度調(diào)制(PWM)單元的詳細(xì)框圖；圖3示出根據(jù)示例性實(shí)施例的由圖2的PWM單元產(chǎn)生的載波信號(hào)和PWM信號(hào)的示例；圖4示出根據(jù)另ー示例性實(shí)施例的由圖2的PWM單元產(chǎn)生的載波信號(hào)和PWM信號(hào)的示例；圖5示出根據(jù)另ー示例性實(shí)施例的由圖2的PWM單元產(chǎn)生的載波信號(hào)和PWM信號(hào)的示例；圖6詳細(xì)地示出根據(jù)示例性實(shí)施例的由圖2的PWM單元產(chǎn)生的載波信號(hào)和PWM信號(hào)的不例；圖7是根據(jù)示例性實(shí)施例的與圖I的音頻信號(hào)輸出設(shè)備對(duì)應(yīng)的音頻信號(hào)輸出設(shè)備的詳細(xì)框圖；以及圖8是根據(jù)示例性實(shí)施例的輸出音頻信號(hào)的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式以下，將參照附圖描述示例性實(shí)施例。然而，示例性實(shí)施例可按照多種不同形式被實(shí)現(xiàn)，并且不應(yīng)該被解釋為限于在此闡述的示例性實(shí)施例；更確切地，提供這些示例性實(shí)施例從而使本公開將會(huì)是徹底和完整的，并且會(huì)完全地將本發(fā)明構(gòu)思傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。在附圖中，相同的標(biāo)號(hào)表示相同的元件。以下，當(dāng)諸如“至少之一”的表達(dá)位于列出的元件之后時(shí)，其修飾全部列出的元件而不是修飾列出的單個(gè)元件。音頻放大器系統(tǒng)或音頻信號(hào)輸出設(shè)備可被設(shè)計(jì)成具有基于預(yù)定的輸入電平的最大輸出。在一些情況下，音頻信號(hào)輸出設(shè)備可接收以高于標(biāo)準(zhǔn)電平的電平記錄的音頻信號(hào)。在這種情況下，在音頻信號(hào)輸出設(shè)備中輸出音頻信號(hào)的放大器接收過(guò)高的輸入。當(dāng)以高于標(biāo)準(zhǔn)電平的電平記錄的音頻信號(hào)以最大音量級(jí)(maximum volumelevel)被再現(xiàn)時(shí)，音頻信號(hào)輸出設(shè)備執(zhí)行超過(guò)最大輸出的操作。也就是說(shuō)，會(huì)發(fā)生削波(clipping)。此操作可能破壞音頻放大器系統(tǒng)的內(nèi)部部件，諸如，數(shù)字放大器、揚(yáng)聲器、開關(guān)模式電源(SMPS)等。例如，揚(yáng)聲器可能被燒毀或切斷并因此不能產(chǎn)生聲音。由于音頻放大器系統(tǒng)的內(nèi)部溫度的增加，SMPS或數(shù)字放大器的電路可能被破壞。為了防止音頻信號(hào)輸出設(shè)備執(zhí)行超過(guò)最大輸出的操作，可控制輸出増益。數(shù)字放大器可通過(guò)脈沖寬度調(diào)制(PWM)來(lái)控制信號(hào)的輸出，并且可通過(guò)PWM來(lái)壓縮、擴(kuò)展或升壓(boost)音頻信號(hào)的大小。在此，壓縮、擴(kuò)展或升壓音頻信號(hào)的大小是指改變輸入音頻信號(hào)的增益并輸出輸入的音頻信號(hào)。在模擬方法中，可通過(guò)使用可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)或電壓控制放大器來(lái)控制輸入 /輸出音頻信號(hào)的増益。另ー方面，在數(shù)字方法中，可通過(guò)使用単獨(dú)的壓縮或擴(kuò)展信號(hào)的信號(hào)處理塊來(lái)控制音頻信號(hào)的増益。如上所述，為了控制音頻信號(hào)的輸出，除了 PWM的部件之外，還使用単獨(dú)的放大器或處理塊。因此，將詳細(xì)描述根據(jù)ー個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例的在簡(jiǎn)化用于控制増益的處理塊的同時(shí)用于輸出音頻信號(hào)和用于最小化音頻信號(hào)的失真的方法與設(shè)備。圖I是根據(jù)示例性實(shí)施例的音頻信號(hào)輸出設(shè)備100的框圖。參照?qǐng)D1，音頻信號(hào)輸出設(shè)備100包括控制器110、PWM單元120和開關(guān)電源單元130?？刂破?10接收音頻信號(hào)并檢測(cè)接收到的音頻信號(hào)的信號(hào)電平。此外，根據(jù)檢測(cè)到的音頻信號(hào)的電平，控制器110控制PWM単元120改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀，從而可増加或減少PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間。詳細(xì)地，當(dāng)檢測(cè)的信號(hào)電平高于預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)電平時(shí)，控制器110控制PWM單元120改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀，從而可減少PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間。例如，控制器110可檢測(cè)輸入音頻信號(hào)的平均信號(hào)電平或音頻信號(hào)的峰值信號(hào)電平作為音頻信號(hào)的信號(hào)電平。此外，控制器110可確定與檢測(cè)的音頻信號(hào)的信號(hào)電平對(duì)應(yīng)的載波信號(hào)的信號(hào)形狀，并將用于輸出具有確定的信號(hào)形狀的載波信號(hào)的改變控制信號(hào)輸出到PWM単元120。在此，預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)電平是用于確定音頻信號(hào)是否是這樣的信號(hào)的上限值當(dāng)所述信號(hào)被轉(zhuǎn)換為PWM信號(hào)或諸如此類的信號(hào)并被最終輸出時(shí)超過(guò)音頻信號(hào)輸出設(shè)備100的最大輸出。也就是說(shuō)，如果音頻信號(hào)的信號(hào)電平超過(guò)預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)電平，則當(dāng)音頻信號(hào)被最終再現(xiàn)時(shí)，音頻信號(hào)輸出設(shè)備100的部件可能被破壞。預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)電平可被設(shè)計(jì)為是根據(jù)可能包含在音頻信號(hào)輸出設(shè)備100的產(chǎn)品規(guī)格中的最大輸出功率、揚(yáng)聲器性能、音頻設(shè)備的可靠性等中的至少ー個(gè)而被優(yōu)化的值。另外，控制器110可考慮用戶喜好而改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀。例如，在音頻信號(hào)具有中電平的情況下，當(dāng)用戶想要聽較高音量的聲音時(shí)，控制器110可改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀，從而在音頻信號(hào)的電平等于或低于預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)電平的時(shí)間段期間中PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間可増加。也就是說(shuō)，在音頻信號(hào)的電平等于或低于預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)電平的時(shí)間段期間，音量可能増加?？刂破?10可存儲(chǔ)通過(guò)相互匹配音頻信號(hào)的電平以及與對(duì)應(yīng)于該電平的載波信號(hào)的信號(hào)形狀有關(guān)的信息而獲得的數(shù)據(jù)庫(kù)。例如，數(shù)據(jù)庫(kù)可被存儲(chǔ)在控制器110中包括的預(yù)定存儲(chǔ)空間(未示出)中，或被存儲(chǔ)在音頻信號(hào)輸出設(shè)備100的単獨(dú)的存儲(chǔ)空間(未示出)中。可由音頻信號(hào)輸出設(shè)備100的制造商和用戶中的至少ー個(gè)來(lái)設(shè)計(jì)或存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。PWM単元120產(chǎn)生具有根據(jù)控制器110的控制而改變的信號(hào)形狀的載波信號(hào)，井比較載波信號(hào)與音頻信號(hào)以產(chǎn)生PWM信號(hào)。將參照?qǐng)D2和3描述PWM単元120的詳細(xì)結(jié)構(gòu)和操作。開關(guān)電源單元130放大由PWM單元120產(chǎn)生的PWM信號(hào)的功率以產(chǎn)生放大的PWM信號(hào)。例如，開關(guān)電源單兀130根據(jù)音頻信號(hào)輸出設(shè)備100的最大輸出來(lái)放大產(chǎn)生的PWM信號(hào)的幅度，并輸出放大的PWM信號(hào)。當(dāng)根據(jù)本示例性實(shí)施例的音頻信號(hào)輸出設(shè)備100包括用于放大PWM信號(hào)的開關(guān)電源単元130時(shí)，應(yīng)理解另ー示例性實(shí)施例不限 于此。例如，根據(jù)另ー不例性實(shí)施例，開關(guān)電源單兀130可被省略,而且音頻信號(hào)輸出設(shè)備100可在未放大產(chǎn)生的PWM信號(hào)的情況下輸出PWM信號(hào)。另外，應(yīng)理解，根據(jù)ー個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例的音頻信號(hào)輸出設(shè)備100可將PWM信號(hào)輸出到外部揚(yáng)聲器、用于處理PWM信號(hào)的另ー裝置或電路，所述音頻信號(hào)輸出設(shè)備100可使用內(nèi)部揚(yáng)聲器等輸出PWM信號(hào)。圖2是根據(jù)示例性實(shí)施例的圖I的P畫單元120的詳細(xì)框圖。參照?qǐng)D2，PWM單元120可包括載波信號(hào)產(chǎn)生器210和PWM信號(hào)產(chǎn)生器220。響應(yīng)于控制器110輸入的改變控制信號(hào)，載波信號(hào)產(chǎn)生器210產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于改變控制信號(hào)的載波信號(hào)。根據(jù)改變控制信號(hào)輸出具有不同信號(hào)形狀的載波信號(hào)。在此，改變控制信號(hào)包含用于改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀的信息。例如，改變控制信號(hào)可包含關(guān)于載波信號(hào)本身的信號(hào)形狀的信息。此外，如果載波信號(hào)產(chǎn)生器210包含關(guān)于具有多個(gè)信號(hào)形狀的載波信號(hào)的信息，則每個(gè)改變控制信號(hào)可包含用于從具有不同形狀的多個(gè)載波信號(hào)(例如，地址信號(hào)或諸如此類的信號(hào))中讀取ー個(gè)載波信號(hào)的信息。PWM信號(hào)產(chǎn)生器220接收音頻信號(hào)和載波信號(hào)，比較音頻信號(hào)的信號(hào)電平和載波信號(hào)的信號(hào)電平，并輸出具有根據(jù)比較的結(jié)果而被調(diào)制的脈沖寬度的PWM信號(hào)。將參照?qǐng)D3詳細(xì)描述PWM信號(hào)的產(chǎn)生。圖3示出根據(jù)示例性實(shí)施例的由圖2的PWM單元120產(chǎn)生的載波信號(hào)和PWM信號(hào)的示例。圖3示出由控制器110檢測(cè)的音頻信號(hào)的電平為中電平(諸如一半的幅度)的情況。例如，當(dāng)檢測(cè)的音頻信號(hào)的電平為中電平時(shí)，音頻信號(hào)輸出設(shè)備可不執(zhí)行超過(guò)其最大輸出的操作。因此，不必調(diào)整音頻信號(hào)的増益值。此外，當(dāng)音頻信號(hào)的電平為平均電平時(shí)，可輸出載波信號(hào)以產(chǎn)生占空比保持為50 50的PWM信號(hào)。當(dāng)音頻信號(hào)的電平為平均電平時(shí)，占空比為50 50的情況下的增益被稱為單位増益。此外，用于產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于單位增益的PWM信號(hào)的載波信號(hào)被稱為單位增益載波信號(hào)。在圖3中，X軸代表時(shí)間，Y軸代表信號(hào)電平。此外，信號(hào)電平可以以電壓(V)為單位。參照?qǐng)D3，響應(yīng)于改變控制信號(hào)，載波信號(hào)產(chǎn)生器210產(chǎn)生并輸出對(duì)應(yīng)于改變控制信號(hào)的載波信號(hào)310。
PWM信號(hào)產(chǎn)生器220可比較載波信號(hào)310的信號(hào)電平和音頻信號(hào)320的信號(hào)電平。當(dāng)載波信號(hào)310的信號(hào)電平大于音頻信號(hào)320的信號(hào)電平吋，P麗信號(hào)產(chǎn)生器220可以以邏輯低電平輸出PWM信號(hào)330。此外，當(dāng)載波信號(hào)310的信號(hào)電平小于音頻信號(hào)320的信號(hào)電平時(shí)，PWM信號(hào)產(chǎn)生器220可以以邏輯高電平輸出PWM信號(hào)330。例如，在載波信號(hào)310的信號(hào)電平高于音頻信號(hào)320的信號(hào)電平的tl到t2的時(shí)間段中，PWM信號(hào)產(chǎn)生器220以邏輯低’電平輸出PWM信號(hào)330。在載波信號(hào)310的信號(hào)電平低于音頻信號(hào)320的信號(hào)電平的t2到t3的時(shí)間段中，PWM信號(hào)產(chǎn)生器220以邏輯高電平輸出PWM信號(hào)330。將參照?qǐng)D4和5詳細(xì)描述用于輸出根據(jù)由控制器110檢測(cè)的音頻信號(hào)的信號(hào)電平而改變的載波信號(hào)的PWM單元120。圖4示出根據(jù)另ー示例性實(shí)施例的由圖2的PWM單元120產(chǎn)生的載波信號(hào)和PWM信號(hào)的示例。當(dāng)音頻信號(hào)的電平低于平均記錄電平時(shí)，輸出聲音的音量會(huì)較低，因此用戶對(duì)聲音質(zhì)量的滿意度會(huì)較低。在這種情況下，平均記錄電平可以是在保持最大輸出時(shí)，對(duì)應(yīng)的音頻信號(hào)輸出設(shè)備可操作的最優(yōu)音頻信號(hào)的電平。如上所述，通過(guò)使用數(shù)字放大器輸出音頻信號(hào)的音頻信號(hào)輸出設(shè)備可被設(shè)計(jì)為具有基于平均記錄電平的最大的輸出。參照?qǐng)D4，示出了與當(dāng)控制器110檢測(cè)的音頻信號(hào)的電平低于平均記錄電平時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出載波信號(hào)。例如，控制器110檢測(cè)音頻信號(hào)的信號(hào)電平。將檢測(cè)的信號(hào)電平與平均記錄電平相比較，如果檢測(cè)的信號(hào)電平被確定為低于平均記錄電平，則可控制載波信號(hào)產(chǎn)生器210輸出用于增加増益值以增加輸出信號(hào)的音量的載波信號(hào)。如圖4中所示，控制器110可根據(jù)音頻信號(hào)420的電平，控制PWM單元120改變載波信號(hào)410的信號(hào)形狀以增加PWM信號(hào)430的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間。例如，當(dāng)音頻信號(hào)420的電平低于平均記錄電平時(shí)，或例如當(dāng)音頻信號(hào)420的峰值電平低于上述預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)電平時(shí)，控制器110可控制PWM單元120改變載波信號(hào)410的信號(hào)形狀以增加PWM信號(hào)430的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間。與圖3相比，當(dāng)載波信號(hào)410的信號(hào)形狀接近于圖4的信號(hào)形狀時(shí)，PWM信號(hào)430的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間増加。例如，當(dāng)載波信號(hào)410具有圖4中示出的信號(hào)形狀吋，PWM信號(hào)430在從til到tl2的時(shí)間段中以邏輯低電平被輸出，在從tl2到tl3的時(shí)間段中以邏輯高電平被輸出。也就是說(shuō)，通過(guò)根據(jù)控制器110的控制來(lái)改變載波信號(hào)410的信號(hào)形狀，音頻信號(hào)420的増益可増加，而且輸出聲音的音量也可増加。圖5示出根據(jù)另ー示例性實(shí)施例的由圖2的PWM單元120產(chǎn)生的載波信號(hào)和PWM信號(hào)的示例。當(dāng)音頻信號(hào)的電平高于平均記錄電平時(shí)，或當(dāng)音頻信號(hào)的峰值電平高于上述預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)電平時(shí)，音頻信號(hào)輸出設(shè)備可執(zhí)行超過(guò)其最大輸出的操作并且可能被破壞。參照?qǐng)D5，如圖5中所示，控制器110可根據(jù)音頻信號(hào)520的電平，控制PWM單元120改變載波信號(hào)510的信號(hào)形狀以增加PWM信號(hào)530的邏輯低電平的持續(xù)時(shí)間。例如，當(dāng)音頻信號(hào)520的電平高于平均記錄電平時(shí)，或例如當(dāng)音頻信號(hào)520的峰值電平高于上述預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)電平時(shí)，控制器110可控制PWM單元120改變載波信號(hào)510的信號(hào)形狀以增加PWM信號(hào)530的邏輯低電平的持續(xù)時(shí)間。
與圖3相比，當(dāng)載波信號(hào)510的信號(hào)形狀接近于圖5的信號(hào)形狀吋，PWM信號(hào)530的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間増加。例如，當(dāng)載波信號(hào)510具有圖5中示出的信號(hào)形狀吋，PWM信號(hào)530在從t21到t22的時(shí)間段中以邏輯低電平被輸出，在從t22到t23的時(shí)間段中以邏輯高電平被輸出。也就是說(shuō)，通過(guò)根據(jù)控制器110的控制改變載波信號(hào)510的信號(hào)形狀，音頻信號(hào)520的増益可減少，并且可防止音頻信號(hào)輸出設(shè)備執(zhí)行超過(guò)其最大輸出的操作。可考慮音頻信號(hào)輸出設(shè)備的最大輸出功率、可靠性或諸如此類,實(shí)驗(yàn)性地優(yōu)化和設(shè)計(jì)與音頻信號(hào)的電平對(duì)應(yīng)的載波信號(hào)的 信號(hào)形狀。此外，如上所述，可由從包括音頻信號(hào)輸出設(shè)備100的制造商和用戶的組中選擇的至少ー個(gè)來(lái)設(shè)計(jì)或存儲(chǔ)載波信號(hào)的信號(hào)形狀。圖6示出根據(jù)示例性實(shí)施例的由圖2的PWM單元120產(chǎn)生的載波信號(hào)和PWM信號(hào)的示例。此外，控制器110可改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀以針對(duì)音頻信號(hào)的每個(gè)信號(hào)電平時(shí)間段調(diào)整(例如，増加或減少)PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間。參照?qǐng)D6，根據(jù)控制器110的控制而輸出的載波信號(hào)可具有這樣的信號(hào)形狀，該信號(hào)形狀用于針對(duì)每個(gè)信號(hào)電平時(shí)間段增加或減少PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間。圖6示出載波信號(hào)的1/4時(shí)間段的放大部分。也就是說(shuō)，圖6中示出的載波信號(hào)對(duì)應(yīng)于圖3的載波信號(hào)310的1/4時(shí)間段340。此外，為了描述控制器110進(jìn)行的載波信號(hào)的信號(hào)形狀的改變，進(jìn)一歩示出信號(hào)形狀不被改變的單一增益載波信號(hào)620。控制器110可改變載波信號(hào)610的信號(hào)形狀，以在從O到VO的第一時(shí)間段(在該時(shí)間段中音頻信號(hào)的電平過(guò)零(zero-crossing))中減少PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間。通常，在信號(hào)電平幾乎為O的時(shí)間段(即，過(guò)零)中，存在很多噪聲。因此，控制器110可改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀以減少碼被變換的時(shí)間段中的増益。參照?qǐng)D6,控制器110可控制載波信號(hào)610的信號(hào)形狀,從而使載波信號(hào)610的信號(hào)電平可在碼被變換的第一時(shí)間段中具有比単一增益載波信號(hào)620的信號(hào)電平更大的值。因此，載波信號(hào)產(chǎn)生器210可輸出具有圖6中示出的信號(hào)形狀的載波信號(hào)610。因此，在從O到VO的碼被變換的時(shí)間段中，PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間減少并被輸出。也就是說(shuō)，控制器110可控制PWM單元120產(chǎn)生用作用于在第一時(shí)間段中減少增益值的壓縮器的載波信號(hào)。此外,控制器110可改變載波信號(hào)610的信號(hào)形狀以在第二時(shí)間段中增加PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間，在所述第二時(shí)間段中，音頻信號(hào)的電平等于或大于VO電平并且小于或等于V3電平，其中，VO電平是第一時(shí)間段的上限，V3電平是預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)電平。在從VO電平到V3電平的第二時(shí)間段中，雖然音量増加，但是音頻信號(hào)輸出設(shè)備100可不執(zhí)行超過(guò)最大輸出的操作。因此，在第二時(shí)間段中，通過(guò)提高音量，用戶對(duì)聲音質(zhì)量的滿意度可能提升。參照?qǐng)D6,載波信號(hào)610的信號(hào)電平在第二時(shí)間段中小于單ー增益載波信號(hào)620的信號(hào)電平。當(dāng)具有Vl電平的音頻信號(hào)被輸入時(shí)，載波信號(hào)610可基于單ー增益載波信號(hào)620將PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間增加時(shí)間段650。此外，當(dāng)具有V2電平(S卩，對(duì)應(yīng)于最大輸出的信號(hào)電平V5的半值)的音頻信號(hào)被輸入時(shí)，載波信號(hào)610可基于單ー增益載波信號(hào)620將PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間増加時(shí)間長(zhǎng)度651。也就是說(shuō)，控制器110可控制PWM単元120產(chǎn)生用作用類似于在第二時(shí)間段(即，中間信號(hào)電平時(shí)間段)中増加增益值的升壓器(booster)的載波信號(hào)。此外，控制器110可改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀，以在音頻信號(hào)的電平等于或大于V3的第三時(shí)間段中減少PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間。參照?qǐng)D6,載波信號(hào)610的信號(hào)電平在第三時(shí)間段中大于單一增益載波信號(hào)620的信號(hào)電平。第三時(shí)間段的下限可以是上述預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)電平，并且第三時(shí)間段的上限可以是對(duì)應(yīng)于最大輸出的信號(hào)電平V5。例如，當(dāng)具有信號(hào)電平V5的音頻信號(hào)被輸入時(shí)，音頻信號(hào)輸出設(shè)備100可以在能夠輸出的聲音中以最大音量輸出聲音。當(dāng)具有電平V4的音頻信號(hào)被輸入時(shí)，載波信號(hào)610可基于單ー增益載波信號(hào)620將PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間減少時(shí)間長(zhǎng)度652。
也就是說(shuō)，控制器110可控制PWM單元120產(chǎn)生用作用于在第三時(shí)間段中減少增益值的壓縮器的載波信號(hào)。如以上參照?qǐng)D4到圖6所述，音頻信號(hào)輸出設(shè)備100根據(jù)音頻信號(hào)的信號(hào)電平改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀并產(chǎn)生載波信號(hào)。因此，可在不包括或使用作為調(diào)整増益值的單獨(dú)電路塊的壓縮器或升壓器的情況下，在PWM信號(hào)的產(chǎn)生期間直接調(diào)整增益值。也就是說(shuō)，通過(guò)改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀并產(chǎn)生載波信號(hào)，在不執(zhí)行単獨(dú)的調(diào)整增益的操作的情況下，可在PWM信號(hào)的產(chǎn)生期間直接調(diào)整增益。因此，可簡(jiǎn)化音頻信號(hào)輸出設(shè)備100的結(jié)構(gòu)，并且可產(chǎn)生具有被相對(duì)快速調(diào)整的增益值的PWM信號(hào)。此外，可通過(guò)去除用于調(diào)整増益值的單獨(dú)電路塊中的功耗來(lái)減少功耗。如以上參照?qǐng)D6所述，音頻信號(hào)輸出設(shè)備100可去除噪聲，并可通過(guò)針對(duì)每ー個(gè)個(gè)別的信號(hào)電平減少或增加PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間來(lái)増加音量。此外，通過(guò)改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀，音頻信號(hào)輸出設(shè)備100可被控制不執(zhí)行超過(guò)最大輸出的操作。因此，可防止音頻信號(hào)輸出設(shè)備100被破壞，并且音頻信號(hào)輸出設(shè)備100的操作可靠性可提高。圖7不出根據(jù)另ー不例性實(shí)施例的對(duì)應(yīng)于圖I的音頻信號(hào)輸出設(shè)備100的音頻信號(hào)輸出設(shè)備700的詳細(xì)框圖。參照?qǐng)D7,除了圖I的音頻信號(hào)輸出設(shè)備100以外,音頻信號(hào)輸出設(shè)備700還可包括環(huán)路濾波器740和揚(yáng)聲器單元750?？刂破?10、PWM單元720和開關(guān)電源單元730分別對(duì)應(yīng)于已經(jīng)參照?qǐng)DI和圖2描述的控制器110、PWM單元120和開關(guān)電源單元130，因此將省略對(duì)它們的詳細(xì)描述。揚(yáng)聲器單元750接收被開關(guān)電源單元730放大的PWM信號(hào)，將該P(yáng)WM信號(hào)轉(zhuǎn)換為
人耳可聽的聲音信號(hào)，并輸出該聲音信號(hào)。環(huán)路濾波器740檢測(cè)從開關(guān)電源單元730輸出的放大的PWM信號(hào)的輸出電平。此夕卜，環(huán)路濾波器740監(jiān)控放大的PWM信號(hào)的輸出電平是否超過(guò)音頻信號(hào)輸出設(shè)備100的最大輸出電平?？刂破?10從環(huán)路濾波器740接收監(jiān)控的結(jié)果。此外，當(dāng)確定放大的PWM信號(hào)的輸出電平超過(guò)最大輸出電平時(shí)，控制器710控制PWM單元720改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀，以減少PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間。例如，控制器710可在音頻信號(hào)超過(guò)最大輸出電平的時(shí)間段中將音頻信號(hào)的電平限制到最大輸出電平。此外，控制器710可控制PWM単元720以產(chǎn)生用于減少増益值的載波信號(hào)。已參照?qǐng)D5描述了用于減少増益值的載波信號(hào)的產(chǎn)生，因此省略其詳細(xì)描述。圖8示出根據(jù)示例性實(shí)施例的輸出音頻信號(hào)的方法的流程圖。參照?qǐng)D8，根據(jù)示例性實(shí)施例的方法包括檢測(cè)由控制器110接收到的音頻信號(hào)的電平(操作810)。根據(jù)檢測(cè)到的音頻信號(hào)的電平，改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀以增加或減少PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間，并產(chǎn)生載波信號(hào)(操作820)。例如，控制器110可將用于改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀的改變控制信號(hào)輸出到PWM單元120，并且PWM單元120 (具體地，載波信號(hào)產(chǎn)生器210)可根據(jù)由控制器110輸出的改變控制信號(hào)產(chǎn)生載波信號(hào)。比較載波信號(hào)和音頻信號(hào)的信號(hào)電平以產(chǎn)生PWM信號(hào)(操作830)?？稍赑WM單元
120中(具體地，在PWM信號(hào)產(chǎn)生器220中)執(zhí)行操作830。PWM信號(hào)的功率被放大并且放大的PWM信號(hào)被輸出(操作840)。操作840可由開關(guān)電源單元130執(zhí)行。此外,根據(jù)本實(shí)施例的方法還可包括將放大的PWM信號(hào)改變?yōu)槁曇粜盘?hào)并輸出聲音信號(hào)(操作850)。操作850可由揚(yáng)聲器單元750執(zhí)行。根據(jù)上述示例性實(shí)施例的輸出音頻信號(hào)的方法的技術(shù)精神和操作配置與以上參照?qǐng)DI到圖7描述的音頻信號(hào)輸出設(shè)備的技術(shù)精神和操作配置相同或類似，因此將省略其詳細(xì)描述。盡管不限于此，但實(shí)施示例性實(shí)施例可被實(shí)現(xiàn)為計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)可讀代碼。計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)是任何能夠存儲(chǔ)其后可由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)讀取的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置。計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)的示例包括只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、CD-ROM、磁帶、軟盤和光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置。計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)也可分布于聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，從而以分布的方式存儲(chǔ)和執(zhí)行計(jì)算機(jī)可讀代碼。此外，示例性實(shí)施例可被編寫為計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序通過(guò)計(jì)算機(jī)可讀傳輸介質(zhì)(諸如，載波)被發(fā)送，并在執(zhí)行程序的通用或?qū)Ｓ脭?shù)字計(jì)算機(jī)中被接收和實(shí)施。另外，音頻信號(hào)輸出設(shè)備的ー個(gè)或多個(gè)單元可包括執(zhí)行存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中的計(jì)算機(jī)程序的處理器或微處理器。雖然已經(jīng)在上面具體示出和描述了示例性實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，在不脫離權(quán)利要求所定義的本發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍的情況下，可在形式和細(xì)節(jié)上做出各種改變。
權(quán)利要求
1.一種音頻信號(hào)輸出設(shè)備，包括 脈沖寬度調(diào)制(PWM)單元，產(chǎn)生載波信號(hào)，比較載波信號(hào)的信號(hào)電平和音頻信號(hào)的信號(hào)電平，并基于比較的結(jié)果產(chǎn)生PWM信號(hào)； 控制器，基于音頻信號(hào)的電平，控制PWM單元改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀以調(diào)整PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間； 開關(guān)電源單元，放大由PWM單元產(chǎn)生的PWM信號(hào)并輸出放大的PWM信號(hào)。
2.如權(quán)利要求I所述的音頻信號(hào)輸出設(shè)備，其中，當(dāng)音頻信號(hào)的電平高于預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)電平時(shí)，控制器控制PWM單元改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀以減少PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間。
3.如權(quán)利要求I所述的音頻信號(hào)輸出設(shè)備，其中，當(dāng)音頻信號(hào)的電平低于預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)電平時(shí)，控制器控制PWM單元改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀以增加PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間。
4.如權(quán)利要求I所述的音頻信號(hào)輸出設(shè)備，其中，控制器還包括存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)關(guān)于與音頻信號(hào)的電平對(duì)應(yīng)的載波信號(hào)的信號(hào)形狀的信息。
5.如權(quán)利要求I所述的音頻信號(hào)輸出設(shè)備，其中，控制器控制PWM單元改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀，以針對(duì)具有不同的音頻信號(hào)電平范圍的音頻信號(hào)的每個(gè)信號(hào)電平時(shí)間段調(diào)整PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間。
6.如權(quán)利要求5所述的音頻信號(hào)輸出設(shè)備，其中，在發(fā)生音頻信號(hào)的過(guò)零的第一時(shí)間段中，控制器控制PWM單元改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀以減少PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間。
7.如權(quán)利要求6所述的音頻信號(hào)輸出設(shè)備，其中，在音頻信號(hào)的電平等于或大于第一時(shí)間段的上限并且小于或等于預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)電平的第二時(shí)間段中，控制器控制PWM單元改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀以增加PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間。
8.如權(quán)利要求7所述的音頻信號(hào)輸出設(shè)備，其中，在音頻信號(hào)的電平等于或大于所述預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)電平的第三時(shí)間段中，控制器控制PWM單元改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀以減少PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間。
9.如權(quán)利要求I所述的音頻信號(hào)輸出設(shè)備，還包括環(huán)路濾波器，檢測(cè)放大的PWM信號(hào)的輸出電平，并監(jiān)測(cè)放大的PWM信號(hào)是否超過(guò)最大輸出電平。
10.如權(quán)利要求9所述的音頻信號(hào)輸出設(shè)備，其中，控制器從環(huán)路濾波器接收監(jiān)測(cè)的結(jié)果， 其中，當(dāng)放大的PWM信號(hào)的電平超過(guò)最大輸出電平時(shí)，控制器控制PWM單元改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀以減少PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間。
11.如權(quán)利要求I所述的音頻信號(hào)輸出設(shè)備，還包括揚(yáng)聲器，接收放大的PWM信號(hào)，將放大的PWM信號(hào)改變?yōu)槁曇粜盘?hào)，并輸出聲音信號(hào)。
12.—種輸出音頻信號(hào)的方法，所述方法包括 檢測(cè)音頻信號(hào)的電平； 產(chǎn)生具有基于檢測(cè)的音頻信號(hào)的電平而改變的信號(hào)形狀的載波信號(hào)，以調(diào)整脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間； 比較載波信號(hào)的信號(hào)電平和音頻信號(hào)的信號(hào)電平；基于比較的結(jié)果產(chǎn)生PWM信號(hào)； 放大PWM信號(hào)并輸出放大的PWM信號(hào)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，產(chǎn)生具有基于檢測(cè)的音頻信號(hào)的電平而改變的信號(hào)形狀的載波信號(hào)的步驟包括當(dāng)音頻信號(hào)的電平高于預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)電平時(shí)，改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀，以減少PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，產(chǎn)生具有基于檢測(cè)的音頻信號(hào)的電平而改變的信號(hào)形狀的載波信號(hào)的步驟包括當(dāng)音頻信號(hào)的電平低于預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)電平時(shí)，改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀，以增加PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間。
15.如權(quán)利要求12所述的方法,還包括存儲(chǔ)關(guān)于與音頻信號(hào)的電平對(duì)應(yīng)的載波信號(hào)的信號(hào)形狀的信息。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，產(chǎn)生具有基于檢測(cè)的音頻信號(hào)的電平而改變的信號(hào)形狀的載波信號(hào)的步驟包括改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀，以針對(duì)具有不同的音頻信號(hào)電平范圍的音頻信號(hào)的每個(gè)信號(hào)電平時(shí)間段調(diào)整PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀的步驟包括在發(fā)生音頻信號(hào)的過(guò)零的第一時(shí)間段中，改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀以減少PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀的步驟包括在音頻信號(hào)的電平等于或大于第一時(shí)間段的上限并且小于或等于預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)電平的第二時(shí)間段中，改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀以增加PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀的步驟包括在音頻信號(hào)的電平等于或大于所述預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)電平的第三時(shí)間段中，改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀以減少PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間。
20.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括檢測(cè)放大的PWM信號(hào)的輸出電平，并確定放大的PWM信號(hào)的輸出電平是否超過(guò)最大輸出電平。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，還包括當(dāng)確定放大的PWM信號(hào)的輸出電平超過(guò)最大輸出電平時(shí)，改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀以減少PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間。
22.如權(quán)利要求12所述的方法,還包括將放大的PWM信號(hào)改變?yōu)槁曇粜盘?hào)并輸出聲音信號(hào)。
23.一種輸出音頻信號(hào)的方法，所述方法包括 產(chǎn)生載波信號(hào)； 比較載波信號(hào)的信號(hào)電平和音頻信號(hào)的信號(hào)電平； 基于比較的結(jié)果產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào)； 通過(guò)根據(jù)音頻信號(hào)的電平改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀來(lái)控制P麗信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間。
全文摘要
提供了一種用于輸出音頻信號(hào)的方法和設(shè)備。音頻信號(hào)輸出設(shè)備包括脈沖寬度調(diào)制(PWM)單元，產(chǎn)生載波信號(hào)，比較載波信號(hào)的信號(hào)電平和音頻信號(hào)的信號(hào)電平，并基于比較的結(jié)果產(chǎn)生PWM信號(hào)；控制器，基于音頻信號(hào)的電平，控制PWM單元改變載波信號(hào)的信號(hào)形狀以調(diào)整PWM信號(hào)的邏輯高電平的持續(xù)時(shí)間；開關(guān)電源單元，放大由PWM單元產(chǎn)生的PWM信號(hào)并輸出放大的PWM信號(hào)。
文檔編號(hào)H04R3/00GK102685638SQ20121006183
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月9日
發(fā)明者林東賢 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社