专利名称：模拟式音量控制电路以及控制方法
技术领域：
本发明涉及一种模拟式音量控制电路以及控制方法，特别是涉及一种具 有迟滞功能，能够防止输出音量不稳定跳动的模拟式音量控制电路及其控制方法。
背景技术：
模拟式音量控制为常见的音量控制方式。由系统外部输入一控制电压， 系统将此控制电压与系统内部产生的多个参考电压比对。再将比对的结果当 成音量值，此音量值直接或间接控制系统的信号增益大小，从而实现模拟式 音量控制的目地。请参考图1，图1为现有技术音量控制电路100的电路图，其包括一控 制逻辑110、 一解码器(decoder) 120、 一电阻串分压电路140做为模拟电 压转换单元以及一比较器130,其中电阻串分压电路140的每个节点(node) 电压皆不同，因此随着不同的开关关闭(close),其输出至比较器130负输 入端(negative i叩ut)的参考电压Vref便会不同。Vin为对应至使用者所设 定音量的电压，比较器130比较Vref与Vin的大小并将比较结果传送至控制 逻辑IIO,若是Vref大于Vin，控制逻辑110会发出信号值来改变开关的开 启及关闭状态以调降Vref;若是Vref小于Vin，控制逻辑110会发出信号值 来改变开关的开启及关闭状态以调升Vref。请注意，控制逻辑110所输出的 信号值为二进制数值，必须再经过解码器120将该二进制数值转成对应于不 同开关的切换信号Sw。最后控制逻辑110可以得出Vin落于哪两个参考电 压所形成的区间内，由于每一个区间都对应至一音量值，控制逻辑110便可 跟据Vin落于哪一区间来调整音量值VL。然而，由于噪声干扰Vin可能会产生扰动的现象，使得现有技术的音量 控制方式在Vin接近电阻串分压电路140的节点电压(亦即参考电压)时会 发生控制逻辑110的输出在不同音量值间跳动的情形，进而使得系统音量会 忽大忽小。请参考图2，图2为现有技术中输入电压Vin与音量值的对应关系图，如图2(a)所示，输入电压Vinl在电压区间2中有扰动的情形，但是由 于与分隔区间的参考电压值有一段距离，因此系统仍然判断其所对应的音量 值为2，如图2(b)的音量1 (Volumel )所示。但是若输入电压Vin接近参考 电压时，如图2(a)中的Vin2所示，由于噪声造成的扰动使得Vin2在区间3 以及区间4两者之间来回跳动，因此系统便会随着在音量值3以及音量值4 之间来回改变，如图2(b)的音量2 (Volume2)所示，使用者便会听到忽大忽 小的声音。发明内容因此，本发明的主要目的，即在于提供一种具有迟滞功能的音量控制电 路及其控制方法，使得使用者输入的音量控制信号因噪声而在区间边界跳动 时系统所输出的音量不会随着忽大忽小的改变，以解决上述问题。根据本发明实施例，其揭露一种具有迟滞功能的音量控制电路及其控制方法，主要发明精神为利用不同回路导通时产生的音量编码来判断调整目前音量值的大小。本发明的音量控制电路包括一比较器，用来比较一输入电压 与一第一参考电压以产生一第一比较值，以及比较该输入电压与一第二参考电压以产生一第二比较值； 一控制逻辑，电连接于该比较器，用来产生一判 断信号，并且根据该第一比较值产生一第一音量编码(code)以及根据该第 二比较值产生一第二音量编码； 一可偏移电压的参考电压产生单元，电连接 于该控制逻辑，用来根据该判断信号选择导通一第一回路或者一第二回路， 当该第一回路导通时产生该第一参考电压，以及当该第二回路导通时产生该 第二参考电压；以及一运算单元，电连接于该控制逻辑，用来根据该第一、 第二音量编码与目前音量值来控制音量大小。本发明还提供一种具有迟滞功能的音量控制方法，其包括比较输入电 压与第一参考电压以产生第一比较值，以及比较该输入电压与第二参考电压以产生第二比较值；产生判断信号，并且根据该第一比较值产生第一音量编 码(code)以及根据该第二比较值产生第二音量编码；根据该判断信号选择 导通第一回路或者第二回路，在该第一回路导通时产生该第一参考电压，以 及在该第二回路导通时产生该第二参考电压；以及根据该第一、第二音量编 码与目前的音量值来控制音量大小。由于本发明提供的音量控制方法具有迟滞效应的功能，因此在实际应用时音量不会^皮p喿音干4尤而忽大忽小，另一方面，本发明是以凄t字方式比4交现 时音量值与参考电压区间以产生实际音量值，在控制上较为简洁且不易产生误动作。
图1为现有技术音量控制电路的电路图。图2(a)和图2(b)为现有技术中输入电压Vin与音量值的对应关系图。 图3为本发明具有迟滞功能的音量控制电路一实施例的方块图。 图4 (a)和图4 (b)为图3中可偏移电压的参考电压产生单元一实施 例的电路图。图5 (a) - (c)为图4 (a)和图4 (b)可偏移电压的参考电压产生单 元实施例中不同回路导通时参考电压值差异的示意图。 图6为图3中音量控制电路第一实施例的电路图。 图7为本发明利用音量编码CvO与Cvl来决定音量值VL的演算法流程图。图8为图6音量控制电路实施例中输入电压Vin与音量值VL的迟滞曲线图。图9为图3中音量控制电路第二实施例的电路图。主要元件符号说明100、 200 音量控制电路120、 220 解码器140 电阻串分压电路240可偏移电压的参考电压产生单元250运算单元Ml、 M4、 M6 NMOS晶体管 M2、 M3、 M5 PMOS晶体管 R1 R8 电阻110、 210 控制逻辑 130、 230 比较器310反向器S1 S7 开关具体实施方式
请参阅图3,图3为本发明具有迟滞功能的音量控制电路200—实施例的方块图，其包括一控制逻辑210、 一比4交器230、 一可偏移电压的参考电 压产生单元240以及一运算单元250。 Vin为对应于使用者设定音量的输入 电压，图3中的控制逻辑210与比较器230和图1中同名元件的操作方式相 同，而可偏移电压的参考电压产生单元240的功能亦与图1中的电阻串分压 电路140相同，用来提供参考电压，然而却不限于必需使用电阻串分压电路 140的架构。另外，音量控制电路200中的控制逻辑210会多产生一判断信 号Sd给可偏移电压的参考电压产生单元240，根据不同的判断信号Sd，相 同的Vin可能会落在不同的电压区间，每一个电压区间皆对应于一个音量编 码(volume code) Cv,控制逻辑210将这些音量编码Cv传送到运算单元(operation unit) 250，运算单元250将音量编码Cv与目前的音量经过逻辑 运算后得到新的音量值VL来调整音量大小，其详细运作说明如下。首先请参考图4 (a)和(b)，图4 (a)和(b)为图3中可偏移电压的 参考电压产生单元240 —实施例的电路图。可偏移电压的参考电压产生单元 240包含一电阻串R1 R8，其节点电压V1 V7分别代表不同的参考电压值， 以及六个金属氧化物半导体(MOS)晶体管M1 M6、 一电阻Rc与一反向 器310,其中M6、 Ml以及M4为N型MOS晶体管(NMOS)而M2、 M3 以及M5为P型MOS晶体管(PMOS )，反向器310则用来反向判断信号Sd 来产生另一控制MOS晶体管的信号Sd，。当判断信号Sd为1时，Ml、 M2 与M4导通，M6、M3与M5不导通，电流从电源Vcc顺着M2、电阻串R8 R1 、 Ml、 Rc、 M4流至地形成第一回路(如图4(a)箭头所示路径)，而当判断信 号Sd为0时，M5、 M3与M6导通，Ml、 M2与M4不导通，电流从电源 Vcc顺着M5、 Rc、 M3、电阻串R8 R1、 M6流至地形成第二回路(如图4(b) 箭头所示路径)，在此二种不同模式下，同一个节点会有不同的参考电压值， 举例来说，若将Ml与M4的宽长比(aspect ratio )设定为M6宽长比的两倍(亦即Ml与M4的导通电阻值近似于M6导通电阻值的1/2)，另外也将 M3与M5的宽长比设定为M2宽长比的两倍(亦即M3与M5的导通电阻值 近似于M2导通电阻值的1/2)，调整R1 R8的电阻值使得M1 M6在导通时 均操作于三极管区(triode region )，假设M2的导通电阻值为Rds2而M6的 导通电阻值为Rds6，且电阻串R8 R1的电阻值皆相等为R，则在判断信号 Sd为1 (亦即第一回路导通)时，参考电压Vi(—1 7)为 Vcc x (Rxi+Rc+Rds6) / (8R+Rc+Rds2+Rds6);而在判断信号Sd为O (亦即第二回iE各导通)时，参考电压Vi为Vcc x (Rxi+ Rds6) / (8R+Rc+Rds2+Rds6)， 两者会有一电压差AV近似于VccxRc/(8R+Rc+Rds2+Rds6)， 请注意，此电压差与参考电压位于哪一节点i无关，参考电压V1 V7在两种 模式下的电压差AV皆为VccxRc/(8R+Rc+Rds2+Rds6)，请注意，上述所有 MOS晶体管的作用皆为开关，实际操作上可使用其他不同种类的开关代替。 请参考图5 (a) - (c)，图5 (a) - (c)为图4 (a) - (b)可偏移电压 的参考电压产生单元240实施例中不同回路导通时参考电压值差异的示意 图，如图5(a)所示，判断信号Sd为1,第一回路导通时的各节点参考电压为 V1 V7，每两个参考电压间具有一区间(分别对应于音量编码Cvl)，分别 由区间0至区间7，图5(b)则为判断信号Sd为0，第二回路导通时的情形， 同样地，每两个参考电压间具有一区间(分别对应于音量编码CvO)，分别 由区间0至区间7，如图所示，在不同回路导通时同一节点的参考电压值会 有AV的电压差。请参考图6，图6为图3中音量控制电路200第一实施例的电路图，图 6中与图3、图4中编号相同的元件具有同样的构造与功能，在此不再赘述， 另外，本实施例中控制逻辑210采数字控制，其所输出的信号值为二进制数 值，必须再经过一解码器220将该二进制数值转成对应于不同开关的切换信 号Sw。本实施例中，输入信号Vin为使用者输入用来调整音量的控制电压， 控制逻辑210会以取样(sampling)的方式每隔一段时间分别送出Sd为0 与1的判断信号给参考电压产生单元240,例如先送Sd为1开启第一回路 并得到音量编码Cvl后再送Sd为0开启第二回路并得到音量编码CvO,参 考电压产生单元240再以二分逼近法针对判断信号Sd各为0与1的情形求 出输入信号Vin所在的区间，最后求出音量值VL后再重复上述取样的动作 来不断地更新音量值VL。实际运作方式如下所述，控制逻辑210会先输出 判断信号Sd为1以开启第一回路，并且输出切换信号Sw使得开关S4关闭， 其余开关开启，取中间值的参考电压V4与Vin做比较，比较器230比较后 得出一比较值，举例来说，若是V4大于Vin，则控制逻辑210输出切换信 号Sw使得开关S2关闭，其余开关开启，取V1 V4的中间值参考电压V2 与Vin做比较，若是V2小于Vin，则控制逻辑210输出切换信号Sw使得开关S3关闭，其余开关开启，取V2 V4的中间值参考电压V3与Vin做比较， 若V3小于Vin则可知输入信号Vin落于参考电压V3与V4之间。以此类推， 用此二分逼近法可得出输入信号Vin在判断信号Sd为1时所在的区间，接 着控制逻辑210会输出判断信号Sd为0以开启第二回路，并同样以二分逼 近法得出输入信号Vin在判断信号Sd为0时所在的区间。接着，由于每一 区间皆对应于一音量编码Cv,控制逻辑210将判断信号Sd分别为0与1时 的音量编码Cv0与Cvl (皆为数字数据)输入运算单元250，运算单元250 则根据Cv0、 Cvl与前一周期的音量值VL经逻辑运算得出实际上用来控制 音量的音量值VL,接着，控制逻辑210重新送出Sd为O的判断信号给参考 电压产生单元240重复上述步骤。藉由周期性地重复上述步骤，音量控制电 路200便能随着输入电压Vin来调整系统音量的大小。请参考图9，图9为音量控制电路300第二实施例的电路图，图9中与 图6中编号相同的元件具有同样的构造与功能，在此不再赘述，其不同处在 于第一实施例是由控制逻辑210经过一解码器220产生对应于不同开关的切 换信号Sw来切换开关S1 S7以产生不同的参考电压值，第二实施例的音量 控制电路300则是利用多个传输栅(transmission gate)作为开关，组成一树 状开关网路(tree-like switch network ),而控制逻辑210藉由输出 一组二进制 数值，如图9中的b0 b2、b0， b2，(图中所示bO为LSB( least significant bit, 最低有效位)，b2为MSB (most significant bit,最高有效位))来控制各个 传输栅的导通与否以决定从电阻串的哪一节点耦合至比较器230，例如当控 制逻辑210输出bl为1、 b2为0、 b3为1时节点电压V5会^皮耦合至比较器 230的负输入端，若是bl为O、 b2为0、 b3为1则节点电压VI会被耦合至 比较器230的负输入端。本实施例中的传输栅是作为开关的用途，另外，对 于二进制数据与导通路径的对应关系可由设计者依实际需要调整。请注意，上述实施例皆以八个音量区间(亦即该二进制数值为三字节二 进制数值)做为范例说明，在实际应用上，本发明并不限于八个音量区间， 亦即可视实际需要扩充或减少该二进制数值的字节数，若字节数增加，音量 控制的精确度会增加，但是电路会需要较多的元件，如第一、第二实施例中 的电阻串需要更多的电阻以及更多的开关元件。运算单元250根据判断音量编码CvO与Cvl来决定音量值VL的方法流 程图如图7所示，其执行步骤如下步骤510开始；步骤520 判断音量编码CvO是否等于音量编码Cvl力。1,若为是，则 进行步骤530,若为否，则跳至步骤540;步骤530音量值VL等于音量编码Cvl，跳至步骤590;步骤540判断音量编码CvO是否等于音量编码Cvl，若为是，则进行 步骤550，若为否，则跳至步骤580;步骤550判断音量值VL是否小于音量编码Cvl，若为是，则进行步 骤560,若为否，则跳至步骤570;步骤560 音量值VL等于音量编码Cvl减1 ，跳至步骤590;步骤570 音量值VL等于音量编码Cvl，跳至步骤590;步骤580音量值VL不变，进行步骤590;步骤590结束。举例来说，请参考图5 (a) - (c)，假设区间数即为音量编码(实际关 系可能为——对应)，则考虑输入电压Vin在Sd为1时的音量编码为4 (Cvl=4)而在Sd为0时的音量编码为5 (Cv0=5 )的情形，利用图7的流 程图，CvO等于Cvl力。1，因此音量值VL等于音量编码Cvl (步骤530)， 亦即音量值VL为4,若Vin增加^f吏得Cvl与CvO皆为5,利用图7的流程 图，则会跳至步骤560，音量值VL等于音量编码Cvl减1,亦即音量值VL 仍然为4，若Vin继续增加使得CvO变为6，则CvO等于Cvl力口 1,又回至 步骤530，音量值VL等于音量编码Cvl，亦即音量值VL变为5。若此时 Vin降低，使得CvO又变回5,此时Cvl等于CvO等于音量值VL，利用图7 的流程图，则跳至步骤570,音量值VL仍然为5 ，若Vin继续降低使得Cv 1 变为4,贝'j CvO等于Cvl力口 1，流程图跳至步骤530,音量值VL等于音量 编码Cvl,亦即音量值VL变为4。由上面的例子可知经由运算单元250的 逻辑运算，输入电压与音量值之间产生了迟滞关系，其迟滞电压为图5(c)中 所示的AV，，基本上由于判断信号Sd为1时同一节点的参考电压值会大于 判断信号Sd为0时，因此若在正常工作时只会有CvO等于Cvl以及CvO等 于Cvl加1两种情况，图7的流程图中步骤580仅在系统发生误动作时才会 发生。请参考图8,图8为图6音量控制电路200实施例中输入电压Vin与音 量值VL的迟滞曲线图，如图所示，当Vin增加时是沿着曲线620的箭头方 向增加，而当Vin降低时是沿着曲线610的箭头方向降低，其迟滞区间大小即为AV'。虽然本发明已结合优选实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明， 本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润 饰，因此本发明的保护范围应当以后附的申请专利范围所界定者为准。
权利要求
1. 一种具有迟滞功能的音量控制电路，其包括比较器，用来比较输入电压与第一参考电压以产生第一比较值，以及比较该输入电压与第二参考电压以产生第二比较值；控制逻辑，电连接于该比较器，用来产生判断信号，并且根据该第一比较值产生第一音量编码(code)以及根据该第二比较值产生第二音量编码；可偏移电压的参考电压产生单元，电连接于该控制逻辑，用来根据该判断信号选择导通第一回路或者第二回路，当该第一回路导通时产生该第一参考电压，以及当该第二回路导通时产生该第二参考电压；以及运算单元，电连接于该控制逻辑，用来根据该第一、第二音量编码及目前的音量值来调整音量大小。
2. 如权利要求1所述的音量控制电路，其中该可偏移电压的参考电压产 生单元包括电阻单元； 电阻串；以及第一、第二、第三、第四、第五以及第六开关，其中该第二开关、该电 阻串、该第一开关、该电阻单元以及该第四开关依次串接于电源与地之间形 成第一回路；以及该第五开关、该电阻单元、该第三开关、该电阻串以及该 第六开关依次串接于该电源与地之间形成第二回路；其中当该第一回路导通而该第二回路关闭时，电流由该电源沿第一回路 流至地；当该第二回路导通而该第一回路关闭时，电流由该电源沿第二回路 流至地。
3. 如权利要求2所述的音量控制电路，其中该可偏移电压的参考电压产 生单元另包括反向器，用来反向该判断信号以产生反向判断信号； 其中该第一、第三、第四以及第五开关由该判断信号来控制，而该第二 以及第六开关由该反向判断信号来控制。
4. 如权利要求3所述的音量控制电路，其中该控制逻辑切换该电阻串不 同处的分压以产生该第一、第二参考电压，该第二、第三以及第五开关分别 由第二、第三以及第五P型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管所构成；该第一、第四以及第六开关分别由第一、第四以及第六N型金属氧化物半导体 (NMOS)晶体管所构成，其中该第一MOS晶体管的源极电连接于该第三 MOS晶体管的源极以及该电阻单元的一端，该电阻单元的另一端电连接于 该第五、第四MOS晶体管的漏极，该第五、第二MOS晶体管的源极电连 接于该电源，该第六、第四MOS晶体管的源极电连接于地，该第一、第三、 第四、第五MOS晶体管的栅极电连接于该反向器的输入端以及该判断信号， 该反向器的输出端电连接于该第二、第六MOS晶体管的栅极，该第二、第 三MOS晶体管的漏极电连接于该电阻串的一端，该电阻串的另一端电连接 于该第一、第六MOS晶体管的漏才及。
5. 如权利要求2所述的音量控制电路，其中该控制逻辑切换该电阻串不 同处的分压以产生该第一、第二参考电压，以及该第一、第二、第三、第四、 第五以及第六开关为金属氧化物半导体(MOS)晶体管。
6. 如权利要求1所述的音量控制电路，其中该控制逻辑根据该第一、第 二比较值产生二进制数值，以及该控制逻辑包括解码器(decoder),用来接 收该二进制数值以切换该可偏移电压的参考电压产生单元产生该第一、第二 参考电压。
7. 如权利要求6所述的音量控制电路，其中该解码器为树状开关网路 (tree-like switch network ),其中各开关的开启与关闭由该二进制数值决定。
8. 如权利要求1所述的音量控制电路，其中该判断信号周期性地改变以 选择性地导通该第一或第二回路，在该第一或第二回路导通时该控制逻辑分 别以二分逼近法切换该可偏移电压的参考电压产生单元以得出最接近该输 入电压的该第一、第二参考电压。
9. 一种具有迟滞功能的音量控制方法，其包括比较输入电压与第 一参考电压以产生第 一 比较值，以及比较该输入电压 与第二参考电压以产生第二比较值；产生判断信号，并且根据该第一比较值产生第一音量编码(code)以及 根据该第二比较值产生第二音量编码；根据该判断信号选择导通第一回路或者第二回路，在该第一回路导通时 产生该第一参考电压，以及在该第二回路导通时产生该第二参考电压；以及根据该第一、第二音量编码与目前的音量值来控制音量大小。
10. 如权利要求9所述的音量控制方法，其中选择导通该第一回路或者该第二回3各的步骤包才舌利用第二开关、电阻串、第一开关、电阻单元以及第四开关依次串接于电源与地之间形成该第一回路；以及利用第五开关、该电阻单元、第三开关、该电阻串以及第六开关依次串 接于该电源与地之间形成第二回^各；使得该第一回路导通而该第二回路关闭时，电流由该电源沿第一回路流 至地；而当该第二回路导通而该第一回路关闭时，电流由该电源沿第二回路 流至地。
11. 如权利要求IO所述的音量控制方法，其中选择导通该第一回路或者 该第二回路的步骤另包括反向该判断信号以产生反向判断信号；其中该第一、第三、第四以及第五开关由该判断信号来控制，而该第二 以及第六开关由该反向判断信号来控制。
12. 如权利要求IO所述的音量控制方法，其利用切换该电阻串不同处的 分压以产生该第一、第二参考电压。
13. 如权利要求12所述的音量控制方法，其解码二进制数值来控制树状 开关网路(tree-like switch network)以切换该电阻串不同处的分压以产生该 第一、第二参考电压。
14. 如权利要求9所述的音量控制方法，其另包括 周期性地导通该第一或第二回路，在该第一或第二回路导通时分别以二分逼近法得出最接近该输入电压的该第一、第二参考电压。
全文摘要
一种具有迟滞功能的音量控制电路，其包括一比较器、一控制逻辑、一可偏移电压的参考电压产生单元以及一运算单元。比较器用来比较输入电压与参考电压以产生比较值；控制逻辑电连接于比较器，用来产生判断信号，并且根据比较值产生音量编码(code)；可偏移电压的参考电压产生单元电连接于控制逻辑与比较器，用来根据判断信号选择导通第一或第二回路，分别在第一或第二回路导通时产生参考电压；以及运算单元电连接于控制逻辑，用来根据音量编码及目前音量值来控制音量大小。
文档编号H03G3/20GK101227175SQ200710001789
公开日2008年7月23日 申请日期2007年1月16日 优先权日2007年1月16日
发明者朱立平 申请人:晶豪科技股份有限公司