多功能电能发声装置的集成驱动电路.pdf

本发明涉及一种电声能转换装置领域，尤其指一种针对多功能电能发声装置的集成驱动电路，将驱动电路集成一个微型芯片内，节省很大的装配空间，也避免了各种电元器件装配的复杂度，增加了产品的可靠性。而且在电路中将四阶有源高通滤波器和前置放大器集成在同一芯片上，可有效滤除可能给喇叭带来振动的音频信号中的低频成分，避免对发声装置的损伤。本发明将音频信号、振动信号独立输入和控制，从而实现振动喇叭的驱动。它基于稳定成熟的标准CMOS工艺设计，可广泛应用在移动电话、PDA或各种便携电子设备上。

1、  一种多功能电能发声装置的集成驱动电路，其特征在于：包括：
集成的第一前置放大器，用于调整音频信号的增益和降低噪音；
集成的第二前置放大器，用于调整振动信号增益；
高通滤波器，用于衰减音频信号中的低频成分；
限幅器，用于对振动信号中过大的信号限制在许可的范围内；
混频器，将处理后的音频信号和振动信号相加；
桥接式负载功率输出级，将音频信号和振动信号相加后得到的混合信号以一定的功率输出，驱动振动喇叭工作；
其中，音频信号经过第一前置放大器处理后传递到高通滤波器，衰减音频信号中的低频成分后流向混频器；振动信号经过第二前置放大器处理后传递到限幅器，经限幅器处理后到达混频器，混频器将接收到的音频信号与振动信号相加后传递到桥接式负载功率输出级处理后将信号输出。

2、  根据权利要求1所述的多功能电能发声装置的集成驱动电路，其特征在于：所述的高通滤波器为四阶有源高通滤波器。

3、  根据权利要求1所述的多功能电能发声装置的集成驱动电路，其特征在于：所述的第一前置放大器、第二前置放大器及桥接式负载功率输出级分别还连接辅助电路，辅助电路包括：偏置电路，产生电路工作需要的静态工作点；逻辑控制单元，用于控制电路关闭或开启；过温保护电路，用于当电路温度高于140℃自动关闭电路。

4、  根据权利要求1所述的多功能电能发声装置的集成驱动电路，其特征在于：所述的第一前置放大器或第二前置放大器包括由一电阻和功率放大器并联后再与至少另一电阻串联构成。

5、  根据权利要求1所述的多功能电能发声装置的集成驱动电路，其特征在于：所述的第一前置放大器或第二前置放大器前端还设有一个一阶高通滤波器。

6、  根据权利要求1所述的多功能电能发声装置的集成驱动电路，其特征在于：所述的第一前置放大器、第二前置放大器、高通滤波器、限幅器、混频器及桥接式负载功率输出级集成在一个芯片内。

多功能电能发声装置的集成驱动电路
【技术领域】
本发明涉及一种电声能转换装置领域，尤其指一种针对多功能电能发声装置的集成驱动电路。
【背景技术】
在传统的便携式电子装置中，如手机，来电声音提示、来电振动提示以及电话语音输出三项功能需要分别由三个独立的器件完成。其中执行来电声音提示功能的是简单的音乐讯响器，或者具有更宽频响范围的扬声器；执行振动提示功能的是微型直流振动电机；电话语音输出功能是由受话器完成。然而，手机的发展趋势是短小轻薄，元件越多，越不利于手机体积的减小。因此，将手机内部的各种元件进行集成，使其符合手机体积减小的趋势，将数个由单独器件实现的功能进行整合，合并到同一个器件上。
音频信号的范围在20Hz至20KHz之间，振动发声装置的谐振频率在FV左右。由于音频信号的低频成分会使振动发声装置产生谐振，而且其电压幅度远大于振动信号的工作电压，这就会造成振动发声装置在扬声器模式下，有大量电压比较高的振动频率范围内的信号输入，使振动喇叭产生过载振动，从而影响振动发声装置的使用寿命、甚至造成振动发声装置损坏。通常为了抑制音频信号中低频成分对振动发声装置的影响，对装置中电路部分输入的音频信号进行处理，再驱动喇叭发声。一般采用两种方法：第一是先将音频信号直接接入功率放大器，然后驱动喇叭工作。然而功放输出的电压一般为2V左右，远远超过了喇叭的振动电压0.4V，导致喇叭发出杂音和损坏，导致通话或者放音时振动。由于出于保护振动发声装置的目的，采取限制输入到功放的音频信号措施，限制功放的输出功率，但是会无法获得更高的音量；第二是将一路音频信号首先经过分离元件搭建的高通滤波器滤除其低频成分，然后将它送给多路选择器；另一路音频信号为幅度较低，频率为Fv信号，将它送给多路选择器；由信号控制多路选择器导通其中一路信号后送给功率放大器，由功率放大器驱动喇叭发声。然而该方法需要额外的运算放大器、多路选择器、电阻、电容，不仅占用一定的PCB空间，而且元件增多体积增大，装配复杂度增加，可靠性降低，成本上升；限于装配空间的约束及元件误差，并不能有效的滤除低频成分，容易导致振动发声装置损坏，也不适应微型器件的发展。
【发明内容】
本发明解决的技术问题是克服音频信号中低频成分对振动发声装置的影响，同时满足微型化要求，而提供一种新型的多功能电能发声装置的集成驱动电路。
本发明多功能电能发声装置的集成驱动电路，包括：
集成的第一前置放大器，用于调整音频信号的增益和降低噪音；
集成的第二前置放大器，用于调整振动信号增益；
高通滤波器，用于衰减音频信号中的低频成分；
限幅器，用于对振动信号中过大的信号限制在许可的范围内；
混频器，将处理后的音频信号和振动信号相加；
桥接式负载功率输出级，将音频信号和振动信号相加后得到的混合信号以一定的功率输出，驱动振动喇叭工作；
其中，音频信号经过第一前置放大器处理后传递到高通滤波器，衰减音频信号中的低频成分后流向混频器；振动信号经过第二前置放大器处理后传递到限幅器，经限幅器处理后到达混频器，混频器将接收到的音频信号与振动信号相加后传递到桥接式负载功率输出级处理后将信号输出。
优选的，所述的高通滤波器为四阶有源高通滤波器。
所述的第一前置放大器、第二前置放大器及桥接式负载功率输出级分别还连接辅助电路，辅助电路包括：偏置电路，产生电路工作需要的静态工作点；逻辑控制单元，用于控制电路关闭或开启；过温保护电路，用于当电路温度高于140℃自动关闭电路。
所述的第一前置放大器或第二前置放大器包括由一电阻和运算放大器并联后再与至少另一电阻串联构成。
所述的第一前置放大器或第二前置放大器前端还设有一个一阶高通滤波器。
所述的第一前置放大器、第二前置放大器、高通滤波器、限幅器、混频器及桥接式负载功率输出级集成在一个芯片内。
与现有技术相比，本多功能电能发声装置的集成驱动电路集成一个微型芯片，节省很大的装配空间，也避免了各种电元器件装配的复杂度，增加了产品的可靠性。而且在电路中将四阶有源高通滤波器和前置放大器集成在同一芯片上，可有效滤除可能给喇叭带来振动的音频信号中的低频成分，避免对发声装置的损伤。本发明将音频信号、振动信号独立输入和控制，从而实现振动喇叭的驱动。它基于稳定成熟的标准CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)工艺设计，可广泛应用在移动电话、PDA或各种便携电子设备上。
【附图说明】
图1为本发明应用电路示意图；
图2为本发明电路示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示，为本发明的应用电路示意图。输入给驱动电路的信号分为通道一上的音频信号INA和振动信号INV，经过电路处理后，将音频信号、振动信号独立或混合输出给振动喇叭200，从而实现振动喇叭200的驱动。
结合图2所示，将输入的信号分成两个通道处理，即通道一上的音频信号INA经过由电容C1和电阻Ri1串联构成的一阶高通滤波器310，其工作特点为Fc＝1/(2π*C1*(Ri1+R1))频率以上信号可以通过，如20HZ以下的低频成分被滤除掉，其中C1电容可以隔离音频信号INA的直流电平，通过其滤波后，音频信号INA通过增益可以设定为R2/(Ri1+R1)的第一前置放大器111进行信号放大，同时调整音频信号的增益和降低噪音，第一前置放大器111由一电阻R2和运算放大器并联后再与另一电阻R1串联构成。从第一前置放大器111流出的信号通过四阶巴特沃思高通滤波器112进行处理，衰减音频信号中包含的低频成分，再次将500HZ以下低频成分滤除，处理后的信号为INA-HPF；由于大容值电容难于集成在芯片100内，C1、C2、C3、C4为外接电容，相应的电阻则集成于片内，可以节省外围元件和管脚，降低应用难度，然后将处理后的信号输入到混频器130；通道二为振动信号INV经过由电容C2和电阻Ri2串联构成的一阶高通滤波器320，再经过第二前置放大器121，振动信号INV通过增益可以设定为：-R/(Ri2+R)的第二前置放大器121进行信号放大，第二前置放大器121由一电阻R和功率放大器并联后再与另一电阻R串联构成；信号再经过限幅器122。如果信号的幅度过大将被钳位，以保证信号幅度不会过大，从而保护振动喇叭200。
通道一的音频信号INA和通道二的振动信号INV分别经过四阶滤波器112和限幅器122处理后，将信号在混频器130相加，如果音频信号和振动信号为幅度值相同、而频率相差较大的正弦波，则它们相加后的值更大；相加后的信号通过桥接式负载功率输出级，输出一个全差分的信号，特征为Vo+信号与Vo-信号相位相差180°，相加后的信号驱动振动喇叭200工作。由于音频信号INA中的低频成分在前述的四阶巴特沃思高通滤波器112滤除，与振动信号INV相加组成混合信号，驱动振动喇叭200在三种工作模式下工作，并且所述的第一前置放大器111、第二前置放大器121、高通滤波器112、限幅器122、混频器130及桥接式负载功率输出级140集成在一个芯片100内，节省很大的装配空间，也避免了各种电元器件装配的复杂度，增加了产品的可靠性。当播放音乐时，振动喇叭200工作在扬声器模式下，由外围基带发出音频信号，通过该芯片100实现音频放大；当需要振动时，振动喇叭200工作在振动模式下，由外围基带传送振动频率Fv±3Hz，Fv为喇叭谐振频率，该芯片100将驱动振动喇叭200实现振动功能；当处于振动与扬声器共存模式下，该芯片100将直接驱动振动喇叭200实现。
为了使芯片100性能稳定，在所述的第一前置放大器111、第二前置放大器121及桥接式负载功率输出级140分别还连接辅助电路150，辅助电路150包括：偏置电路，产生电路工作需要的静态工作点；逻辑控制单元，用于控制电路关闭或开启；过温保护电路，用于当电路温度高于140℃自动关闭电路；开关噪声抑制电路，当电路上电稳定后开启芯片100工作，避免芯片开启或断开时可能出现的咔嗒声。辅助电路150分别连接第一前置放大器111、第二前置放大器121及桥接式负载功率输出级140内的功率放大器正极，同时，在芯片100外围还设有与辅助电路150连接的偏路电容Bypass和数字逻辑控制电路SDK，其中偏路电容C3给芯片100提供一个电压信号，Bypass有两个作用：一是让芯片100缓慢打开和关闭，去除开关机的咔嗒声；二是产生一个稳定的参考电压，作为放大器的正端输入；数字逻辑控制电路SDK连接在辅助电路150中的逻辑控制单元上，高电平时开启芯片100工作，低电平时关闭芯片100。
本发明将音频信号、振动信号独立输入和控制，并且将驱动电路集成在一块芯片内，从而实现振动喇叭200的驱动。它基于稳定成熟的标准CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)工艺设计，可广泛应用在移动电话、PDA或各种便携电子设备上。
以上所述的仅是本发明的较佳实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。