阅读说明：本技术 集成电路装置和音频播放装置 (Integrated circuit device and audio playback device ) 是由 徐小珺 徐军 张树春 于 2018-09-06 设计创作，主要内容包括：本公开涉及一种集成电路装置和音频播放装置。该集成电路装置包括升压电路、电流采样电路、峰值电压生成电路、阈值电压调整电路和控制电路。升压电路被配置为将输入电压升压为输出电压。电流采样电路耦合至升压电路并且被配置为检测流经升压电路的电流并且生成表示电流的采样电压。峰值电压生成电路被配置为基于与输出电压成比例的反馈电压和可调阈值电压来生成峰值电压。阈值电压调整电路耦合至峰值电压生成电路并且被配置成基于峰值电压和参考电压来调整可调阈值电压。控制电路耦合至电流采样电路和峰值电压生成电路并且被配置为响应于采样电压等于峰值电压来控制升压电路的升压。通过使用本公开的实施例,可以减小音频播放装置中的PCB占用面积。(The present disclosure relates to an integrated circuit device and an audio playback device. The integrated circuit device comprises a booster circuit, a current sampling circuit, a peak voltage generating circuit, a threshold voltage adjusting circuit and a control circuit. The boost circuit is configured to boost an input voltage to an output voltage. The current sampling circuit is coupled to the boost circuit and configured to detect a current flowing through the boost circuit and generate a sampled voltage representative of the current. The peak voltage generation circuit is configured to generate a peak voltage based on a feedback voltage proportional to the output voltage and an adjustable threshold voltage. The threshold voltage adjustment circuit is coupled to the peak voltage generation circuit and configured to adjust the adjustable threshold voltage based on the peak voltage and a reference voltage. The control circuit is coupled to the current sampling circuit and the peak voltage generating circuit and configured to control the boosting of the boost circuit in response to the sampled voltage being equal to the peak voltage. By using the embodiment of the present disclosure, the PCB occupation area in the audio playing device can be reduced.)

集成电路装置和音频播放装置

技术领域

本公开涉及音频播放领域，更具体而言，涉及音频播放中的集成电路装置。

背景技术

随着移动设备逐渐普及，移动设备逐渐在人们日常生活和工作中扮演越来越重要的角色。移动设备通常具有音频播放功能。例如，移动设备通常具有音频放大器，例如D类放大器。音频放大器将所接收的音频信号进行发大，并且将经放大的信号提供给移动设备中的扬声器来播放音频信号。

发明内容

在常规的音频播放的技术方案中，通常采用分立的电阻器、电容器、运算放大器以及模数转换器(ADC)来实现音频播放。这通常占用较大的面积，并且导致较高的制造成本。为此本文描述了一种不使用分立器件的集成电路装置和音频播放装置。

在本公开的一方面，提供一种集成电路装置。该集成电路装置包括升压电路、电流采样电路、峰值电压生成电路、阈值电压调整电路和控制电路。升压电路被配置为将输入电压升压为输出电压。电流采样电路耦合至升压电路并且被配置为检测流经升压电路的电流并且生成表示电流的采样电压。峰值电压生成电路被配置为基于与输出电压成比例的反馈电压和可调阈值电压来生成峰值电压。阈值电压调整电路耦合至峰值电压生成电路并且被配置成基于峰值电压和参考电压来调整可调阈值电压。控制电路耦合至电流采样电路和峰值电压生成电路并且被配置为响应于采样电压等于峰值电压来控制升压电路的升压。

在本公开的另一方面，提供一种音频播放装置。该音频播放装置包括供电装置、电感器、上述的集成电路装置、音频放大器和扬声器。供电装置被配置为提供输入电压。电感器耦合至供电装置。集成电路装置耦合至电感器并且被配置为将输入电压升压为输出电压。音频放大器耦合至集成电路装置并且被配置为将音频信号放大。扬声器耦合至音频放大器并且被配置为播放经放大的音频信号。

提供本发明内容是为了以简化的形式介绍将在以下

具体实施方式

中进一步描述的一些概念。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。

附图说明

参考附图描述具体实施方式。在这些图中，附图标记的最左边的数字标识附图标记首次出现的图。不同图中的相同附图标记指示相似或相同的项目。

图1示出了根据本公开的一个实施例的环境示意图；

图2示出了根据本公开的一个实施例的集成电路装置的示意框图；

图3示出了根据本公开的一个实施例的升压电路和电流采样电路的示意电路图；

图4示出了根据本公开的一个实施例的峰值电压生成电路的示意电路图；

图5示出了根据本公开的一个实施例的阈值电压调整电路的示意电路图；

图6示出了根据本公开的另一实施例的阈值电压调整电路的示意电路图；以及

图7示出了根据本公开的一个实施例的控制电路的示意电路图。

具体实施方式

现在参照附图描述各个实施例，其中使用相同的参考数字以涉及全篇中相同的元件。在以下说明书中，为了解释的目的，阐述若干具体细节以便于促进一个或多个实施例的全面理解。然而，在一些或所有情形中可以明显的是，可以不采用以下所述具体设计细节而实施以下所述的任何实施例。在其他一些情形中，以框图形式示出广泛已知的结构和装置以使得容易描述一个或多个实施例。

如上文所述，常规的音频播放装置通常采用分立电阻器、电容器、运算放大器以及模数转换器(ADC)来实现音频播放。多个分立的电阻器、电容器、运算放大器以及模数转换器(ADC)通常在印刷电路板(PCB)上占用了较大的面积。这导致音频播放装置难于小型化。

另一方面，诸如移动设备之类的音频播放装置通常使用诸如锂电池之类的电源装置供电。由于电池容量有限，因此降低功耗尤为重要。当直流升压输出恒定电压时，该电压通常按照最大功放需求来设定。在此情形下，当音量降低时，该恒定的输出电压会导致整个系统待机功耗大大增加，并且导致电池续航时间的缩短。实际上在播放音乐时，音量大的时间相对较短，功率放大器的电源电压的幅值对于电池续航时间有很大影响。因此，常规的音频播放装置还设置检测功率放大器的输出功率来调节功率输出。这需要额外的分立检测器件，从而进一步增加了PCB上的占用面积。因此，需要降低PCB的占用面积。

图1示出了根据本公开的一个实施例的音频播放装置1的环境示意图。音频播放装置1包括音频放大器2、扬声器4、开关6、集成电路装置10、电感器L0和供电装置8等。供电装置8例如可以是锂电池。供电装置8输出基本上恒定的供电电压V_IN。供电电压V_IN经过电感器L0和集成电路装置10被升压为输出电压V_OUT。当开关6导通时，输出电压V_OUT被提供给音频放大器2。

音频放大器2在被输出电压V_OUT供电时对音频信号进行放大。该音频信号例如可以来自数模转换器(DAC)。音频放大器2将经放大的音频信号提供给扬声器4以用于播放音频。扬声器4例如可以是喇叭，其具有呈阻性的阻抗特性。当扬声器4的电压越大时，其输出功率越大。因此可以根据功率需求来动态调节电压以实现良好的播放音质以及延长电池的续航能力。

图2示出了根据一个实施例的集成电路装置10的示意框图。集成电路装置10包括升压电路12、电流采样电路14、峰值电压生成电路16、控制电路18和阈值电压调整电路19。在本实施例中，集成电路装置10是单个的集成电路芯片。在下文中，集成电路装置、半导体装置和集成电路芯片可以交替使用并且具有相同的含义。

音频放大器2进行音频放大的电力是由集成电路装置10提供。根据功率守恒定律，音频放大器2的输入功率等于集成电路装置10的输出功率。因此，可以根据集成电路装置10的输出功率可以判断是否调节集成电路装置10的输出电压V_OUT。在本实施例中，集成电路装置10采用输入峰值电流控制，其输入电压V_IN为诸如锂电池之类的供电装置8的输出电压。由于供电装置8的电压不会发生突变，因此，可以根据输入电流的大小来确定音频放大器2的功率需求的变化。

在本公开的实施例中，可以通过检测被提供至音频放大器2的峰值电流来确定音频放大器2的功率需求。该峰值电流流经升压电路12并且最终流至音频放大器2。升压电路12被配置为将来自供电装置8的输入电压V_IN升压为被提供给音频放大器2的输出电压V_OUT。电流采样电路14耦合至升压电路12，并且被配置为检测流经升压电路12的电流并且生成表示电流的采样电压VS。可以理解，该采样电压可以与流经升压电路12的电流成比例，并且在该电流达到峰值电流时达到采样电压的峰值。

峰值电压生成电路16被配置为基于与输出电压V_OUT成比例的反馈电压V_FB和可调阈值电压V_VR来生成峰值电压V_COMP。控制电路18耦合至电流采样电路14和峰值电压生成电路16，并且被配置为响应于采样电压VS等于峰值电压V_COMP来控制升压电路12的升压。例如，在一个操作周期中，当采样电压VS等于峰值电压V_COMP时，控制电路18控制升压电路12进行下一个升压操作。阈值电压调整电路19耦合至峰值电压生成电路16，并且被配置成基于峰值电压V_COMP和参考电压Vg来调整可调阈值电压V_VR。通过设置不同的可调阈值电压V_VR，可以得到不同的峰值电压V_COMP，控制电路18由此可以控制升压电路12以将输入电压V_IN升压为不同的输出电压V_OUT。

如下文所述，由于峰值电压V_COMP表示了峰值电流，因此阈值电压调整电路19实际上根据峰值电流来确定音频放大器2的功率需求。控制电路18由此可以根据音频放大器2的功率需求来动态调节升压电路12的升压操作，例如升压电路12将输出电压V_OUT从第一电压值改变为与第一电压值不同的第二电压值。

在本公开的实施例中，通过在单个集成电路装置中实现图2的电路结构，可以通过计算音频放大器2的功率需求并且基于该功率需求动态调节输出电压V_OUT，以由此降低恒定功率输出情形下的功耗，并且提高了电池的续航。相比于常规的分立器件构建的电路结构，图2的实施例无需检测音频放大器2的输出电压和输出电流，因此结构简单。此外，图2的实施例还无需众多分立器件，诸如分立电阻器、分立电容器和运算放大器等，因此图2的实施例占用比较小的PCB面积，从而有利于音频播放装置的小型化。

图3示出了根据本公开的一个实施例的升压电路12和电流采样电路14的示意电路图。在图3的实施例中，升压电路12包括第一晶体管Q1和第二晶体管Q2。第一晶体管Q1和第二晶体管Q2在一个周期内交替导通以实现升压，并且可以通过改变第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的占空比来实现升压的改变，例如输出电压V_OUT从第一电压值变为第二电压值。

具体而言，第二晶体管Q2的导通时间为D*T秒，D表示占空比，T表示周期时间。在一个开关周期内，第一晶体管Q1与第二晶体管Q2导通逻辑为互补关系，因此第一晶体管Q1导通时间为(1-D)*T秒。在升压操作达到稳态的情形下，当第二晶体管Q2导通时，电感器L0两端压降为V_IN，而当Q2导通时，电感器L0两端压降为V_OUT。电感器L0两端达到伏秒平衡，在此情形下，输入电压VIN和输出电压VOUT具有如下关系：

V_IN＝V_OUT*(1-D) (1)

其中D表示第二晶体管Q2的占空比。

等式(1)可以被改写为下式(2)

由此可见，可以通过改变第二晶体管Q2的导通时间来改变第二晶体管Q2的占空比，并且由此改变输出电压V_OUT的输出电压值。可以理解，也可以使用其它升压电路来将输入电压V_IN升压至输出电压V_OUT，并且输出电压V_OuT可以从第一电压值变化为第二电压值。

当第二晶体管Q2导通时，电流流经第二晶体管Q2并且流至电流采样电路14。电流采样电路14在一个示例中可以包括采样电阻器RS。当采样电流流经采样电阻器RS时，在采样电阻器RS两端产生采样电压VS。采样电压VS随着采样电流的变化而变化。例如，采样电压VS可以在第二晶体管Q2导通后逐渐增加直至当晶体管Q2关断时达到最大采样电压，即峰值采样电压。因此，该峰值采样电压可以表示流经电感器L0的峰值电流。可以理解，也可以使用其它采样电路来采样流经升压电路12的峰值电流。

图4示出了根据本公开的一个实施例的峰值电压生成电路16的示意电路图。峰值电压生成电路16包括运算放大器162。运算放大器162被配置为基于与输出电压V_OUT成比例的反馈电压V_FB和可调阈值电压V_VR来生成峰值电压V_COMP。例如可以通过分压网络来获得反馈电压V_FB。在一个示例中，分压网络包括耦合在输出电压V_OUT和接地之间的第一电阻器R1和第二电阻器R2。反馈电压V_FB例如是第二电阻器R2两端的电压降。通过设置第一电阻器R1和第二电阻器R2的阻值，可以设定反馈电压V_FB与输出电压V_OUT之间的比例。

虽然在图5的示例中，第一电阻器R1和第二电阻器R2被设置在集成电路装置10外部，但是在其它一些示例中，第一电阻器R1和第二电阻器R2可以被集成在集成电路装置10内部。此外，在又一些示例中，第一电阻器R1和第二电阻器R2可以分别由多个电阻器组成，其中的部分电阻器可以位于集成电路装置10内部，而其它电阻器位于集成电路装置10外部以用于配置反馈电压V_FB与输出电压V_OUT之间的比例。

当升压电路12的升压操作处于稳态时，反馈电压V_FB与可调阈值电压V_VR相等，因此峰值电压V_COMP保持不变。峰值电压V_COMP此时取决于电容器C_COMP上的电压。电容器C_COMP可以设置在集成电路装置10的外部。在此情形下，音频播放装置厂商可以根据需求采用不同的电容器C_COMP和第三电阻器R3，以用于满足不同的带宽和相位裕度的需求。这增加了集成电路装置10的应用范围，并且相应地提高了配置的灵活性。虽然在图4的示例中，电容器C_COMP被设置在集成电路装置10外部，但是在其它一些示例中，电容器C_COMP也可以被集成在集成电路装置10内部。此外，在又一些示例中，电容器C_COMP可以由多个电容器组成，其中的部分电容器可以位于集成电路装置10内部，而其它电容器位于集成电路装置10外部以用于配置带宽和相位裕度。类似地，第三电阻器R3可以被集成在集成电路装置10内部和/或外部。

当升压电路12的升压操作需要将输出电压V_OUT从第一电压值增加为第二电压值时，反馈电压V_FB也相应增加。反馈电压V_FB此时超过可调阈值电压V_VR，运算放大器162对电容器C_COMP充电，峰值电压V_COMP相应地增加。相反地，当升压电路12的升压操作需要将输出电压V_OUT从第二电压值减小为第一电压值时，反馈电压V_FB也相应减小。反馈电压V_FB此时低于可调阈值电压V_VR，运算放大器162对电容器C_COMP放电，峰值电压V_COMP相应地减小。

图5示出了根据本公开的一个实施例的阈值电压调整电路19的示意电路图。阈值电压调整电路19包括电压转换电路、比较器198和阈值选择电路196。电压转换电路被配置为基于峰值电压V_COMP来生成转换电压V_C。具体而言，在一个示例中，电压转换电路可以包括电压至电流转换电路192和电流镜电路194。电压至电流转换电路192被配置为将峰值电压V_COMP转换为例如流经电阻器的第一电流。电流镜电路194耦合至电压至电流转换电路192，并且被配置为镜像比例复制所述第一电流以生成第二电流。

第二电流流经电阻器R_AAO以用于在电阻器R_AAO两端生成转换电压V_C。电阻器R_AAO可以被设置在集成电路装置10的外部。在此情形下，音频播放装置厂商可以根据需求采用不同的电阻器R_AAO，以设置不同的转换电压V_C以及进而设置不同的可调阈值电压。这增加了集成电路装置10的应用范围，并且相应地提高了配置的灵活性。虽然在图5的示例中，电阻器R_AAO被设置在集成电路装置10外部，但是在其它一些示例中，电阻器R_AAO也可以被集成在集成电路装置10内部。此外，在又一些示例中，电阻器R_AAO可以由多个电阻器组成，其中的部分电阻器可以位于集成电路装置10内部，而其它电阻器位于集成电路装置10外部以用于配置转换电压V_C。

比较器198耦合至电压转换电路，并且被配置为将转换电压V_C与参考电压Vg进行比较来生成比较信号。参考电压Vg例如可以是带隙电压，其可以来自集成电路装置10的内部或来自集成电路装置10的外部，并且可以根据需要设定。当转换电压V_C高于参考电压Vg时，比较器198输出第一比较信号至阈值选择电路196。该第一比较信号可以将可调阈值电压从第一阈值电压Vr1改变为第二阈值电压Vr2。当转换电压V_C低于参考电压Vg时，比较器198输出第二比较信号至阈值选择电路196。该第二比较信号可以将可调阈值电压从第二阈值电压Vr2改变为第一阈值电压Vr1。

阈值选择电路196耦合至所述比较器以用于基于所述比较信号来选择所述可调阈值电压V_VR。如上所述，在图5的实施例中，可调阈值电压V_VR可以在第一阈值电压和第二阈值电压之间进行选择。阈值选择电路196包括用于存储可调阈值电压的值的真值表存储装置197。第一阈值电压Vr1与Vr2的关系可以由电阻器R_MODE的电阻值来设定。集成电路装置10内部集成了和模数选择装置和模数转换器ADC，从而产生电阻器R_MODE的电阻值与阈值电压的真值表。

在一个示例中，阈值选择电路196还包括未示出的延迟电路。延迟电路被配置为在比较信号表示转换电压V_C低于参考电压Vg的情形下，使得阈值选择电路196将对所述可调阈值电压V_VR的选择延迟第一时段。该延迟电路可以包括耦合至阈值选择电路196中的开关选择装置的延迟电容器(未示出)，该第一时段可以由该延迟电容器来设置。该延迟电容器可以被设置在集成电路装置10外部，但是在其它一些示例中，该延迟电容器也可以被集成在集成电路装置10内部。此外，在又一些示例中，该延迟电容器可以由多个电容器组成，其中的部分电容器可以位于集成电路装置10内部，而其它电容器位于集成电路装置10外部以用于配置延迟时间。

在一个示例中，第一时段位于1秒至5秒之间。通过设置延迟电路，可以使得当输出电压V_OUT从高电压值向低电压值转换时，该高电压能够维持第一时段，并且在此之后逐渐降低，从而可以改善人耳的听觉效果并且提高音质。

图6示出了根据本公开的另一实施例的阈值电压调整电路19’的示意电路图。图6的阈值电压调整电路19’与图5的阈值电压调整电路19相似，不同之处在于比较器包括多个子比较器。多个子比较器中的每个子比较器被配置为将转换电压V_C与相应的参考电压进行比较来生成相应的子比较信号。例如，第一子比较器将转换电压V_C与参考电压Vg1进行比较来生成第一子比较信号，第n子比较器将转换电压V_C与参考电压Vgn进行比较来生成第n子比较信号，其中n表示大于1的自然数。

阈值选择电路196被配置为基于多个子比较信号来选择可调阈值电压V_VR。例如，可调阈值电压V_VR可以在第一阈值电压值至第n阈值电压阈值之间进行选择。图5和图6示出了两个阈值选择电路的示例，但是可以理解，阈值选择电路不限于此，而是可以具有其它阈值选择电路，只要其能基于峰值电压V_COMP的值来选择相应的阈值电压。

图7示出了根据本公开的一个实施例的控制电路18的示意电路图。控制电路18包括反相器182、缓冲器181、比较器188、RS触发器186和脉冲宽度调制信号生成器186。反相器182耦合至所述第一晶体管Q1以响应于采样电压VS等于峰值电压V_COMP来导通第一晶体管Q1。缓冲器181耦合至第二晶体管Q2以响应于采样电压VS等于峰值电压V_COMP来关断第二晶体管Q2。

比较器188耦合至电流采样电路14和运算放大器162，并且被配置为响应于采样电压VS等于峰值电压V_COMP来生成复位信号。如上所述，在一个开关周期内，当第二晶体管Q2导通时，采样电流流经采样电阻器RS，并且逐渐增大。采样电压VS随着采样电流的增加而增加。当采样电压VS增加为等于峰值电压V_COMP时，比较器188输出复位信号至RS触发器186。

就此而言，峰值电压V_COMP此时与流经电感器L0的峰值电流成比例。峰值电压V_COMP因此可以表示峰值电流并且也能表示功率需求。当峰值电压V_COMP大于可调阈值电压时，可以认为音频放大器的功率需求较大，需要调高输出电压V_OUT。当峰值电压V_COMP小于可调阈值电压时，可以认为音频放大器的功率需求较小，可以降低输出电压V_OUT。

RS触发器186耦合至比较器188，并且被配置为基于该复位信号和输入至置位端的时钟信号来生成触发信号。该触发信号例如可以使得脉冲宽度调制信号生成器184生成脉冲宽度调制(PWM)信号以用于关断第二晶体管Q2并且导通第一晶体管Q1。

脉冲宽度调制信号生成器184耦合至RS触发器186，并且被配置为基于触发信号来生成用于控制升压电路12的PWM信号。该PWM信号被提供给反相器182和缓冲器181。反相器182可以继而导通第一晶体管Q1，并且缓冲器181可以关断第二晶体管Q2。RS触发器186还被配置为基于置位时钟信号来生成另一PWM信号。该另一PWM信号提供给反相器182和缓冲器181。反相器182可以继而关断第一晶体管Q1，并且缓冲器181可以导通第二晶体管Q2。

由此可见，脉冲宽度调制信号生成器184可以被配置为基于峰值电压V_COMP的变化，来改变PWM信号的占空比。根据上面的等式(2)，可以通过改变第二晶体管Q2的导通时间来改变第二晶体管Q2的占空比，并且由此改变输出电压V_OUT的输出电压值。可以理解，也可以使用其它升压电路来将输入电压V_IN升压至输出电压V_OUT，并且输出电压V_OUT可以从第一电压值变化为第二电压值。

本公开的实施例的技术方案通过检测流经升压电路中的峰值电流来确定音频放大器的功率需求，并且根据功率需求自动调节阈值电压并且相应地自动调节输出电压来满足功率需求。由此可见，与用于音频放大器的常规的升压和检测电路相比，本公开的实施例的技术方案结构简单、降低功耗并且提供供电装置的续航时间。此外，由于将升压电路和采样电路等集成在单个集成电路装置10中，可以极大地减小PCB的占用面积，并且也极大地降低分立元件的成本。音频播放设备由此可以小型化和降低生产成本。

在一些实施例中，还可以将诸如电容器C_COMP、电阻器R_AAO、电阻器R_MODE和延迟电容器之类的若干部件从集成电路装置10分离，可以给音频播放设备制造商留有相当的设计自由度以实现不同的音频播放设备。由此可见，本公开的实施例在极大地减小制造成本和占用空间的同时，还留有相当设计自由度以用于实现针对音频播放设备的不同性能需求。

此外，本公开提供了各种示例实现，如所描述的以及如附图所示。然而，本公开不限于本文所描述和说明的实现，而是可以延伸到其他实现，如本领域技术人员已经知道或将会知道的。说明书中对“一个实现”、“该实现”、“这些实现”或“一些实现”的引用意指所描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个实现或实施例中，并且这些短语在说明书中各个地方的出现不必全部指代相同的实现。

最后，虽然已经以专用于结构特征和/或方法动作的语言描述了各个实施例，但是应当理解，在所附表示中限定的主题不一定限于所描述的具体特征或动作。相反，具体特征和动作被公开作为实现所要求保护的主题的示例形式。