专利名称：高效音频传输信道的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是音频接收链方面，特别是在低耗的便携式系统中。
有多种系统将数字信号转换成模拟功率信号，用来从扬声器发出声音。
申请号为FR-A-2765419的专利描述了一种由模-数变换器而成的一种模拟信号发生器。在这份专利中，描述了将Sigma-Delta调制器用于数字信号传输中，亦描述了模拟信号的生成，然而不能用简单的方式控制输出的音量。
在将数字信号转换成模拟信号的转换器中通常有一个音量控制，然后再有一个低通滤波器，用来压缩与取样相连系的各种分量，还有一个功率放大器，功率放大器消耗大量的功率，降低了一般电路的效率。这种系统不能令人满意，因为即使能够调整音量，仍需要大量的模拟分量，例如1比特的数-模转换器，一些有源滤波器，一个功率放大器，所有的这些部分集中在一个专用卡之中。
为了生成在音频数字信道中传输的声音，已经知道是使用一个Sigma-Delta调制器，后面跟着一个能将数字信号转换成模拟信号的装置，以及能将在传输中生成的噪声滤去的一些装置，还有一个产生声音的装置。一般在Sigma-Delta调制器的后面跟着一个D级输出。
这第二种方案尽管主要是数字的，但也不能够能控制音量而不降低信噪比，因为增加了一些附加部分。这种方案的好处在于除数字部分外仅需要一个离散无源滤波器(用RLC分量为基础)。
Sigma-Delta调制器的使用是用来将一个N比特的字过渡到一个M比特的字，M小于N，为的是避免在有用信带中发生截断的错误。此处所说的有用信道是在其中传输正弦信号或其它信号的频带的总括。此后，所有与这种截断相联系的频谱分量都排除在这个频带之外。在本发明的应用中，输出的字的长度为1比特，而且，在调制器输出处，输出流量大于输入流量，并能进行调节以得到放大倍数为整数。
本发明目的在于改善第二种方案中的音频接收信道的效能。同时使用最少的线性功率耗散元件。这种信道能够将输入的数字数据转换成模拟信号，以为用户能够控制音量而不损失信噪比，并使扬声器为低阻抗。
本发明涉及的一种音频接收系统，其中一个调制器，用来将速率为第一速率的第一音频数字信号调制成速率为第二速率的第二音频数字信号，第二速率大于第一速率，所述的第二信号中在预定的一个周期中有多个长度为1比特的字；这个系统中还有一个输出装置，其中有一个扬声器，以及一些可以将第二信号用模拟的形式传给扬声器的装置。
根据一种特别的实施方式，这些装置都是一个D级输出的一些交换半导体器件。
这个系统中还有一个控制装置，一方面它和调制器连接，用来接收第二信号，另一方面又和输出装置连接。所述的控制装置可以是根据述及的予定周期的一部分来控制输出的装置，而这部分的长度可以根据所希望的音量来确定。
本发明还涉及一种音频接收方法，在这方法中有一个调制阶段和一个接收阶段。在调制阶段中将速率为第一速率的第一音频数字信号调制成速率大于第一速率的第二速率的第二音频数字信号，这个第二音频数字信号在一个予定的周期由有多个长度为1比特的字。接收阶段在扬声器中接收第二信号。
在Sigma-Delta型的第一调制器中将第一音频数字信号调制是方便的，其中有多个长度为一个比特的字。
在接收阶段之前，扬声器根据述及的予定周期的一个部分来控制的，而这些予定的周期的这一部分的长度是根据希望的音量来确定的。在一种变型中，述及的这一部分的长度控制了一个供电电路的短路。
Sigma-Delta调制器输出信号的流量是1比特，其频率大于奈奎斯特频率。在此输出处的量化噪声主要是在高频。D级输出交换半导体直接来用它的取样。在D级输出中的低通滤波器是用一个二级RLC滤波器构成，其中的电阻构成了扬声器。
在信号中所传输的数字信息的音量是可以得到控制的，方法是用Sigma-Delta调制器改变给定通量的每个输出数据(“0”或“1”)的长度。
Sigma-Delta调制器的输出信号的频率为Fe，下一步的导频率为N*Fe，此处N为整数，这可以分割与频率Fe相连系的周期Te(Te＝1/Fe)。在一个周期Te中，可以使用分成的两个子部分，在第一子部分对应的时间中，负载根据Sigma-Delta调制器输出信号的值(Sdout)，和供电线路S或-S相连接，而在第二部分对应的时间内，负载是和地短路。
用这两个子部分的持续时间的比值来调节音量。
为了避免过分消耗功率或损坏MOS电路，用一个非重迭阶段(TN)保证同侧的NMOS和PMOS不在同一个时刻接通。
将Sigma-Delta调制器的输出信号的每个周期分成两部分第一部分对应于对扬声器供电的那段时间，而第二部分对应于扬声器处在无源状态。用这两部分间的比值来调节音量。
可将本发明的系统用于所有的带有音频数字接收装置的移动终端。
本发明可以避免增加一个如象运算放大器或集总电容那样的线性装置，而且数字过程简单，这就能减少运行费用。音量控制的精确是基于主时钟的精确。
图1是根据本发明的系统整体的示意图，图2示出信号编码的一个示例，以及在不同输入端的信号。
如图1所看到的那样，根据本发明的控制装置2是装在Sigma-Delta调制器1之后并接收其输出信号。于是信号就在控制装置2中调制成Sigma-Delta调制器的输出频率Fe的一个倍频Fc，在这个示例中m＝6，且Fe＝2MHz，以使Fc＝12MHz。再用第二时钟3进行调制，可将第二时钟与Sigma-Delta调制器的时钟4进行耦合。这样控制装置2就将在信号子部分中的与音量有关数据集中，同时定义包含有用信号的时间间隔。
输出装置11中有一个D级输出电桥，不同的偶极接头(CMDP、CMDPZ、CMDM、CMDMZ)可以根据控制装置2所发射的信号控制输出信号。这个电桥中用传统的方式包含一个RLC电桥5。这个RLC电桥可以实现一个低通滤波，改善电阻10发射的声音信号的质量，电阻10起扬声器的作用。当然亦可以用别的方式实现低通滤波器。输出装置11的一端是用固定电压供电V，而另一端接地。
根据本发明的系统是用于音量的静态调节如人们所知，用户在其使用机器的时候调节一二次音量。本发明还使用下面的事实用户在高频听不到声音发射的时间中断。
图2是用来弄懂怎样在传输信号中调制音量的。在这种情况下，有用信号是在波列的前三个周期Tc(对应于输出频率Fc)内传输的。将这个值记作Tt。在本例中选择数字值以能在一个周期Te内提供6个周期Tc。扬声器不是在时间Te一次供能，而是在时间Tt内供能Tt/Tc次。音量的调节在于选择Tt/Tc这个数。
人耳不能够记住扬声器的频率变化。行6所示出的是频率为Fe而长度为1比特的各个字，行7、8分别示出周期Tc和Te，行9a、9b、9c、9d示出输出电桥在CMDP、CMDPZ、CMDM、CMDMZ端的信号。在这个示例中，有用的信号是在前三个Tc周期中传输的Tt/Tc＝3。与音量有关的信息就是比Tt/Te。
后面的三个周期Tt是没有得到使用的，特别是在第一种变种中，有前述的端都没有无源滤波器。为消除噪声，就增加一个无源滤波器。
在一种缺少无源滤波器的使用情况下，最好是在剩余的周期内实施短路，以此减小剩余电荷，然而这种方法并非是必须的。在使用无源滤波器时，短路则可避免电荷残存并损坏述及的滤波器。使用无短路的无源滤波器时为消除剩余电荷则必须使用辅助装置，这些装置损害装置的效率及简单性。
所有可以将信号周期分成子周期的元件都可以代替时钟。特别是如能将分成规则的周期则更好，其它分割亦可使用，但这使关于音量的信息的阅读变得复杂。为调节给定的音量，在主周期Te内任何类型的对信号的重新分配都是可能的。
最重要的信息是所用的子周期的总数Tt/Tc。并不必须这些周期都是相继的。
在这种情况下，用来调整音量的予定周期的部分中含有非相继的子周期，总长度Tt总是包含着信息。
这种分配需要是可再现的。
一种变种是根据音量重新分配有用信息。这个变种使得各个分量的使用为最佳。
权利要求
1.一种音频接收系统，其中包含有-一个调制器(1)，用来将速率为第一速率的第一音频数字信号调制成速率为第二速率的第二音频数字信号，第二速率大于第一速率，述及的第二信号在给定的一个周期内有多个长度为1比特的字；-一个输出装置(11)，其中有一个扬声器(10)，以及一些用来将第二信号以模拟的形式传输给扬声器(10)的装置；其特征在于这个系统中还有一个控制装置(2)，这个控制装置(2)的一端和调制器(1)相接以接收第二信号，而另一端和输出装置(11)相接，述及的控制装置能根据给定的述及的周期的一个部分来控制输出装置(11)，这个部分的长度是由希望的音量确定的。
2.根据权利要求1的音频接收系统，其特征在于在输出装置在扬声器上有一个无源滤波器。
3.根据权利要求1或2的音频接收系统，其特征在于述及的用来调节音量的给定周期的那个部分中有一些不相继的子部分。
4.根据权利要求3的音频接收系统，其特征在于不相继的各子部分是根据希望的音量分布的。
5.一种特征在于其中含有根据权利要求1至4中某一条的音频接收系统的终端。
6.音频接收方法，其中有-一个调制阶段(3)，将速率为第一速率的第一音频数字信号调制成速率的第二速率为第二音频数据信号，第二速率大于第一速率，述及的信号在一个给定的周期内有多个长度为1比特的字；-一个接收阶段，在一个扬声器(10)中接收第二信号；其特征在于在接收阶段前，扬声器是根据述及的预定周期的一个部分来控制的，而述及的这个部分的长度是根据希望的音量来确定的。
7.根据权利要求6的音频接收方法，其特征在于，述及的部分的长度控制供电电路的短路。
8.根据权利要求6或7的音频接收方法，其特征在于，第一音频数字信号是在调制器(1)中调制的，且其中有多个长度为1比特的字。
全文摘要
音频接收系统中有:一个调制器,用来将速率为第一速率的第一信号调制成速率为第二速率的第二信号;一个输出装置,其中有一个扬声器和将第二信号以模拟的形式传输给扬声器的一些装置;其特征在于在这个音频接收系统中还有一个控制装置,控制装置的一端和调制器连接,用来接收第二信号,而另一端与输出装置相接,述及的控制装置能根据给定的述及的周期的一个部分来控制输出装置,而这部分的长度是由希望的音量确定的。
文档编号H03F3/181GK1344479SQ0080216
公开日2002年4月10日 申请日期2000年10月4日 优先权日1999年10月4日
发明者尼古拉斯·莫内克莱伊, 皮埃尔·热内斯特, 弗兰克·奥普藤德 申请人:阿尔卡塔尔公司