TWI559782B

TWI559782B - Sound output of the control circuit

Info

Publication number: TWI559782B
Application number: TW103135073A
Authority: TW
Inventors: Yuan Li Chien
Original assignee: Giga Byte Tech Co Ltd
Priority date: 2014-10-08
Filing date: 2014-10-08
Publication date: 2016-11-21
Also published as: TW201615031A

Description

聲音輸出之控制電路

本發明有關於一種聲音輸出之控制電路，尤指一種自動檢測聲音輸出裝置的負載阻抗之阻值以調整欲輸出的聲音訊號之放大倍率之控制電路。

當今聲音輸出裝置(如耳機、喇叭)的阻抗範圍很大，如3~600歐姆，使得一般電子裝置在驅動聲音輸出裝置運作時，造成輸出功率匹配的困難度。

如一個3歐姆的聲音輸出裝置，最適合的最大不失真電壓(Full Scale Output Voltage，FSOV)是0.6V_RMS，但是，電子裝置之音頻編解碼器最大可以產生1V_RMS的聲音訊號。當使用1V_RMS的聲音訊號去驅動3歐姆的聲音輸出裝置輸出聲音時，會有破音、失真，甚至燒毀等等狀況。此時，必須手動地將聲音產生單元所產生的聲音訊號從1V_RMS調整至0.6V_RMS，以讓聲音輸出裝置的音量調小，才不會有上述狀況出現。

或者，如一個600歐姆的聲音輸出裝置，最適合的FSOV是2.5V_RMS，然而，音頻編解碼器只能產生1V_RMS的聲音訊號。當使用1V_RMS的聲音訊號去驅動600歐姆的聲音輸出裝置輸出聲音時，會有音量過小，無法達到最大輸出功率的問題存在。此時，必須搭配擴大器(或稱放大器)將聲音訊號從1V_RMS放大至2.5V_RMS。

再者，擴大器的放大倍率通常為固定、兩段(1.5倍或2倍)或手動調整的選擇，由於放大倍率的選擇性較少將有可能無法完全匹配於聲音輸出裝置的輸出功率，或是手動調整將有造成聲音輸出裝置不是操作在最佳工作狀態的疑慮。

本發明提出一種聲音輸出之控制電路，當一具有負載阻抗之聲音輸出裝置接入至控制電路時，控制電路將會自動地檢測聲音輸出裝置的負載阻抗之阻值，並利用檢測出負載阻抗之阻值以調整放大聲音訊號的倍率，則，放大後的聲音訊號其最大電壓有效值將可以不超過且趨近於聲音輸出裝置之最大不失真電壓，致使聲音訊號驅動聲音輸出裝置輸出聲音時避免發生破音、失真、燒毀或音量過小的狀況，以令聲音輸出裝置能夠操作在最佳的工作狀態。

為達成上述目的，本發明提供一種聲音輸出之控制電路，其控制電路外接有一具有負載阻抗之聲音輸出裝置，包括：一聲音放大單元，連接聲音輸出裝置，接收至少一聲音訊號，利用一放大倍率放大聲音訊號且透過聲音輸出裝置輸出聲音訊號；及一控制單元，連接聲音放大單元及聲音輸出裝置，檢測聲音輸出裝置之負載阻抗的阻值以調整聲音放大單元之放大倍率。

本發明一實施例中，其中控制單元包括一控制器及一第一阻抗元件，第一阻抗元件串接在一工作電源與聲音輸出裝置的負載阻抗間，控制器在負載阻抗上取得一負載電壓，控制器記錄有一負載的電壓阻抗對照表，控制器將負載電壓比對於負載的電壓阻抗對應表以檢測出負載阻抗的阻值。

本發明一實施例中，其中控制器尚記錄一最大不失真電壓與阻值關係之資料檔，控制器將負載阻抗的阻值比對於最大不失真電壓與阻值關係之資料檔以得知聲音輸出裝置所對應的最大不失真電壓。

本發明一實施例中，其中控制單元根據聲音輸出裝置之負載阻抗的阻值及/或最大不失真電壓調整聲音放大單元之放大倍率。

本發明一實施例中，其中控制單元尚包括一第一開關元件及至少一第二開關元件，第一開關元件設置在第一阻抗元件與聲音輸出裝置間，第二開關元件設置在聲音放大單元與聲音輸出裝置間，當控制器執行一阻抗阻值檢測程序，控制第一開關元件導通第一阻抗元件與聲音輸出裝置間之線路以及控制第二開關元件斷開聲音放大單元與聲音輸出裝置間之線路；當控制器執行一聲音輸出程序，控制第一開關元件斷開第一阻抗元件與聲音輸出裝置間之線路以及控制第二開關元件導通聲音放大單元與聲音輸出裝置間之線路。

本發明一實施例中，其中聲音放大單元包括至少一聲道聲音放大組，聲道聲音放大組包括一放大器、一第一固定阻抗及一第二可變阻抗，放大器之正輸入端接收聲音訊號、負輸入端透過第二可變阻抗接地、而輸出端連接聲音輸出裝置，第一固定阻抗設置在放大器之輸出端與第二可變阻抗間，控制器根據負載阻抗的阻值以控制第二可變阻抗的阻值改變而調整放大器的放大倍率。

本發明一實施例中，其中第二可變阻抗包括一第二阻抗元件及一第三阻抗元件，第三阻抗元件與接地間設置一第三開關元件，控制器根據負載阻抗的阻值控制第三開關元件之開關斷開或導通以決定第二阻抗元件是否並聯於第三阻抗元件進而改變第二可變阻抗的阻值。

本發明一實施例中，其中第二可變阻抗尚包括至少一第四阻抗元件，第四阻抗元件與接地間設置一第四開關元件，控制器根據負載阻抗的阻值控制第三開關元件及/或第四開關元件之開關斷開或導通以決定第二阻抗元件是否並聯於第三阻抗元件及/或第四阻抗元件進而改變第二可變阻抗的阻值。

本發明一實施例中，其中控制電路之聲音放大單元外接一聲音產生單元，聲音產生單元為一音頻編解碼器，其用以產生單聲道或多聲道的聲音訊號。

本發明一實施例中，控制電路尚包括一音訊插座，控制單元及聲音放大單元電性連接至音訊插座，聲音輸出裝置利用一音訊插頭接入至音訊插座中。

100‧‧‧控制電路

101‧‧‧聲音產生單元

13‧‧‧控制單元

131‧‧‧控制器

1311‧‧‧負載的電壓阻抗對應表

1313‧‧‧最大不失真電壓與阻值關係之資料檔

133‧‧‧第一阻抗元件

135‧‧‧第一開關元件

137‧‧‧第二開關元件

15‧‧‧聲音放大單元

1500‧‧‧聲道聲音放大組

1501‧‧‧聲道聲音放大組

151‧‧‧放大器

153‧‧‧第一固定阻抗

155‧‧‧第二可變阻抗

1551‧‧‧第二阻抗元件

1553‧‧‧第三阻抗元件

1555‧‧‧第四阻抗元件

157‧‧‧第三開關元件

159‧‧‧第四開關元件

17‧‧‧音訊插座

200‧‧‧聲音輸出裝置

201‧‧‧負載阻抗

203‧‧‧音訊插頭

第1圖：本發明控制電路一實施例之電路區塊示意圖。

第2圖：本發明控制電路的控制單元及外接的聲音輸出裝置之一實施例之電路結構示意圖。

第3圖：本發明控制電路的聲音產生單元及聲音放大單元之一實施例之電路結構示意圖。

請參閱第1圖，為本發明聲音輸出之控制電路之電路區塊示意圖。如第1圖所示，本發明控制電路100建置在一電子裝置(如電腦、手機、聲音撥放器)之中且外接有一聲音輸出裝置200。控制電路100用以接收至少一聲音訊號，並將聲音訊號放大後傳送至聲音輸出裝置200，以驅使聲音輸出裝置200輸出聲音。在本發明中，聲音輸出裝置200可以為一耳機或一啦叭。

進一步同時參閱第2圖及第3圖，控制電路100包括一控制單元13及一聲音放大單元15。聲音放大單元15用以接收至少一聲音訊號(SR、SL)。在本發明一實施例中，聲音訊號(SR、SL)係由一聲音產生單元101所產生，此聲音產生單元101可以為一音頻編解碼器(CODEC-編/解碼器)，其可以將電子裝置所提供的一音頻資料(A)進行解碼以產生單聲道或多聲道的聲音訊號(SR、SL)。聲音放大單元15外接聲音產生單元101，以從聲音產生單元101接收聲音訊號(SR、SL)，利用一放大倍率放大聲音訊號(SR、SL)，以取得放大後的聲音訊號(AMP_SR、AMP_SL)。再者，聲音放大單元15連接聲音輸出裝置200，將放大後的聲音訊號(AMP_SR、AMP_SL)傳送至聲音輸出裝置200，以利用放大後的聲音訊號(AMP_SR、AMP_SL)驅動聲音輸出裝置200輸出聲音。又，聲音輸出裝置200存在有一負載阻抗(R_L)201。控制單元13連接聲音放大單元15及聲音輸出裝置200，將會檢測聲音輸出裝置200之負載阻抗201的阻值，並根據於所檢測出的負載阻抗(R_L)201之阻值調整聲音放大單元15之放大倍率，而令聲音訊號(AMP_SR、AMP_SL)的最大電壓有效值(V_RMS)可以合適於聲音輸出裝置200之最大不失真電壓值(FSOV)。

如第2圖所示，控制電路100尚包括一音訊插座17，控制單元13及聲音放大單元15電性連接至音訊插座17。聲音輸出裝置200利用一音訊插頭203接入至音訊插座17中而與控制電路100進行電性連接。控制單元13 包括一控制器131及一第一阻抗元件(R₁)133。第一阻抗元件133串接在一工作電源(Vcc)與聲音輸出裝置200的負載阻抗201間。當工作電源負載於第一阻抗元件133及負載阻抗201時，根據分壓的原理以在負載阻抗(R_L)201上取得一負載電壓V_L，如V_L=(Vcc×R_L)/(R₁+R_L)。又，控制器131記錄有一負載的電壓阻抗對照表1311，將負載電壓V_L輸入至控制器131以從負載的電壓阻抗對應表1311之中比對出對應的負載阻抗201之阻值。負載的電壓阻抗對應表1311係以表1為例：

例如，當控制器131取得負載電壓V_L=0.5V時，可以根據於對應表1311而比對出聲音輸出裝置200的負載阻抗R_L=10Ω；或者，當控制器131取得負載電壓V_L=2.0V時，可以根據於對應表1311而比對出聲音輸出裝置200的負載阻抗R_L=200Ω。再者，表1之中所列舉的負載電壓V_L與負載阻抗R_L間的對照數值，其僅是作為一範例解說而已，並非作為本發明限制性的絕對數值。

又，控制單元13尚包括一第一開關元件135及至少一第二開關元件137，第一開關元件135及第二開關元件137可以為一繼電器或其他開關。第一開關元件135設置在第一阻抗元件133與聲音輸出裝置200間，而第二開關元件137設置在聲音放大單元15與聲音輸出裝置200間。當控制器131執行一阻值檢測程序時，經由一檢測訊號(DET)控制第一開關元件135導通第一阻抗元件133與聲音輸出裝置200間之線路以及經由一聲道控制訊號(Channel_ctrl)控制第二開關元件137斷開聲音放大單元15與聲音輸出裝置200間之線路，則，控制器131即可以檢測出聲音輸出裝置200的負載阻抗201之阻值。當控制器131執行一聲音輸出程序時，經由檢測訊號(DET)控制第一開關元件135斷開第一阻抗元件133與聲音輸出裝置200間之線路以及經由聲道控制訊號(Channel_ctrl)控制第二開關元件137導通聲音放大單元15與聲音輸出裝置200間之線路，則，聲音放大單元15即可以將聲音訊號(AMP_SR、AMP_SL)傳送至聲音輸出裝置200而進行聲音輸出。

接續，控制器131在檢測出負載阻抗201之阻值後，將根據於所檢測出的負載阻抗201之阻值以調整聲音放大單元15的放大倍率，其詳細內容如下所述：如第3圖所示，聲音放大單元15包括至少一聲道聲音放大組1500、1501，例如：聲道聲音放大組1500為一右聲道聲音放大組，而聲道聲音放大組1501為一左聲道聲音放大組。各聲道聲音放大組1500、1501分別包括一放大器151、一第一固定阻抗(R_a)153及一第二可變阻抗(R_b)155。放大器151之正輸入端(+)連接聲音產生單元101以接收聲音訊號(SR/SL)、負輸入端(-)透過第二可變阻抗155接地、而輸出端連接聲音輸出裝置200以將放大後的聲音訊號(AMP_SR/AMP_SL)傳送至聲音輸出裝置200。第一固定阻抗153設置在放大器151之輸出端與第二可變阻抗155間。在本發明中，控制器131根據負載阻抗201的阻值以控制第二可變阻抗155的阻值改變而調整放大器151的放大倍率=(R_a/R_b)+1。

本發明一實施例中，第二可變阻抗155包括一第二阻抗元件(R₂)1551及一第三阻抗元件(R₃)1553。第三阻抗元件1553與接地間設置一第三開關元件157。控制器131根據負載阻抗201的阻值，發出一第一放大控制訊號(GAIN_crtl_1)至第三開關元件157，以控制第三開關元件157之開關斷開或導通而決定第二阻抗元件1551是否並聯於第三阻抗元件1553。例如：第三開關元件157斷開時，R_b=R2；第三開關元件157導通時，R_b=R2//R3。如此，藉由控制第三開關元件157開關的導通或斷開，以改變第二可變阻抗155的阻值，而調整放大器151的放大倍率。

本發明又一實施例中，第二可變阻抗155尚包括有至少一第四阻抗元件1555，第四阻抗元件1555與接地間設置一第四開關元件159。控制器131根據負載阻抗201的阻值，發出一第一放大控制訊號(GAIN_crtl_1)及一第二放大控制訊號(GAIN_crtl_2)至第三開關元件157及第四開關元件159，以控制第三開關元件157及/或第四開關元件159之開關斷開或導通而決定第二阻抗元件1551是否並聯於第三阻抗元件1553及/或第四阻抗元件1555 進而改變第二可變阻抗155的阻值。例如：第三開關元件157及第四開關元件159斷開時，R_b=R2；第三開關元件157導通而第四開關元件159斷開時，R_b=R2//R3；第三開關元件157斷開而第四開關元件159導通時，R_b=R2//R4；第三開關元件157及第四開關元件159導通時，R_b=R2//R3//R4。於本實施例中，藉由第四阻抗元件1555的設置，第二可變阻抗155的阻值可以被控制器131控制小幅度的改變，而令放大器151的放大倍率可以更精確地被調整。

此外，本發明控制器131尚記錄有一最大不失真電壓與阻值關係之資料檔1313。控制器131將負載阻抗201的阻值比對於該最大不失真電壓與阻值關係之資料檔1313以得知聲音輸出裝置200所對應的最大不失真電壓(FSOV)。在此，於本發明又一實施例中，控制單元13之控制器131根據聲音輸出裝置200之負載阻抗201的阻值及/或最大不失真電壓(FSOV)調整聲音放大單元之放大倍率，以使放大後的聲音訊號(AMP_SR、AMP_SL)其最大電壓有效值(V_RMS)不會超過於聲音輸出裝置200之最大不失真電壓(FSOV)。

綜合上述，控制電路100自動地檢測聲音輸出裝置200的負載阻抗201之阻值，並利用檢測出負載阻抗201之阻值以調整放大聲音訊號(SR、SL)的倍率。則，放大後的聲音訊號(AMP_SR、AMP_SL)其最大電壓有效值(V_RMS)將可以不超過且趨近於聲音輸出裝置200之最大不失真電壓(FSOV)，致使聲音訊號(AMP_SR、AMP_SL)驅動聲音輸出裝置200輸出聲音時將避免發生破音、失真、燒毀或音量過小的狀況，使得聲音輸出裝置200能夠操作在最佳的工作狀態。

以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

100‧‧‧控制電路

101‧‧‧聲音產生單元

13‧‧‧控制單元

15‧‧‧聲音放大單元

200‧‧‧聲音輸出裝置

Claims

一種聲音輸出之控制電路，其控制電路外接有一具有負載阻抗之聲音輸出裝置，包括：一聲音放大單元，連接該聲音輸出裝置，接收至少一聲音訊號，利用一放大倍率放大聲音訊號且透過該聲音輸出裝置輸出聲音訊號；及一控制單元，連接該聲音放大單元及該聲音輸出裝置，檢測該聲音輸出裝置之該負載阻抗的阻值以調整該聲音放大單元之放大倍率，其中該控制單元包括一控制器及一第一阻抗元件，該第一阻抗元件串接在一工作電源與該聲音輸出裝置的該負載阻抗間，該控制器在該負載阻抗上取得一負載電壓，該控制器記錄有一負載的電壓阻抗對照表，該控制器將該負載電壓比對於該負載的電壓阻抗對應表以檢測出該負載阻抗的阻值。
如申請專利範圍第1項所述之控制電路，其中該控制器尚記錄一最大不失真電壓與阻值關係之資料檔，該控制器將該負載阻抗的阻值比對於該最大不失真電壓與阻值關係之資料檔以得知該聲音輸出裝置所對應的最大不失真電壓。
如申請專利範圍第2項所述之控制電路，其中該控制單元根據該聲音輸出裝置之該負載阻抗的阻值及/或最大不失真電壓調整該聲音放大單元之該放大倍率。
如申請專利範圍第1項所述之控制電路，其中該控制單元尚包括一第一開關元件及至少一第二開關元件，該第一開關元件設置在該第一阻抗元件與該聲音輸出裝置間，該第二開關元件設置在該聲音放大單元與該聲音輸出裝置間，當該控制器執行一阻抗阻值檢測程序，控制該第一開關元件導通該第一阻抗元件與該聲音輸出裝置間之線路以及控制該第二開關元件斷開該聲音放大單元與該聲音輸出裝置間之線路；當該控制器執行一聲音輸出程序，控制該第一開關元件斷開該第一阻抗元件與該聲音輸出裝置間之線路以及控制該第二開關元件導通該聲音放大單元與該聲音輸出裝置間之線路。
如申請專利範圍第1項所述之控制電路，其中該聲音放大單元包括至少一聲道聲音放大組，該聲道聲音放大組包括一放大器、一第一固定阻抗及一第二可變阻抗，該放大器之正輸入端接收該聲音訊號、負輸入端透過該第二可變阻抗接地、而輸出端連接該聲音輸出裝置，該第一固定阻抗設置在該放大器之輸出端與該第二可變阻抗間，該控制器根據該負載阻抗的阻值以控制該第二可變阻抗的阻值改變而調整該放大器的該放大倍率。
如申請專利範圍第5項所述之控制電路，其中該第二可變阻抗包括一第二阻抗元件及一第三阻抗元件，該第三阻抗元件與接地間設置一第三開關元件，該控制器根據該負載阻抗的阻值控制該第三開關元件之開關斷開或導通以決定該第二阻抗元件是否並聯於該第三阻抗元件進而改變該第二可變阻抗的阻值。
如申請專利範圍第6項所述之控制電路，其中該第二可變阻抗尚包括至少一第四阻抗元件，該第四阻抗元件與接地間設置一第四開關元件，該控制器根據該負載阻抗的阻值控制該第三開關元件及/或該第四開關元件之開關斷開或導通以決定該第二阻抗元件是否並聯於該第三阻抗元件及/或該第四阻抗元件進而改變該第二可變阻抗的阻值。
如申請專利範圍第1項所述之控制電路，其中該控制電路之該聲音放大單元外接一聲音產生單元，該聲音產生單元為一音頻編解碼器，其用以產生單聲道或多聲道的該聲音訊號。
如申請專利範圍第1項所述之控制電路，尚包括一音訊插座，該控制單元及該聲音放大單元電性連接至該音訊插座，該聲音輸出裝置利用一音訊插頭接入至該音訊插座中。