[发明专利]直流偏移补偿

说明书

本发明涉及用于直流偏移补偿的装置和方法，特别是，在音频电路例如音频放大器电路中的偏移补偿。

已知，直流偏移电压的存在会引起音频放大器电路中的许多问题。在许多应用中，音频放大器是由平衡的正电压源和负电压源（例如，+VDD和-VDD）驱动,使得静态输出电压可以是地电位，从而当驱动接地负载时，输出信号不需要交流耦合/直流阻塞电容器。然后，在上电时，音频放大器输出处存在的直流偏移电压可引起偏移电压突然强加于扬声器负载上，或相反地，在断电时偏移电压突然移除，这都会导致音频伪音（audio artefact），例如听得见的“噼啪”。这样的音频伪音是不希望的且应该被减弱，或如果可以，优选地被避免。另外，由于合成静态负载电流必须通过驱动放大器汲取自电源，因此直流偏移电压的存在可导致功率浪费。该功率浪费对于电池供电的设备是一个问题，其中不必要的功耗缩短了电池寿命。

直流偏移可以多种方式出现在音频放大电路中。驱动放大器可有一个随机的输入偏移电压。在诸多典型的音频设备中，待要放大的音频信号以数字的形式被接收，并且通过音频数字-模拟转换器（DAC）转换为模拟信号用于随后放大。所述音频DAC也可受到随机的直流偏移的影响。电荷注入效应（例如，在开关电容DAC中），或在电流驱动型DAC中的灌电流（sink current）和拉电流（source current）之间的失配，都可能是直流偏移的来源。另外，DAC可在单个电压源（例如，+AVDD）和地电位之间被驱动，因此来自所述DAC的模拟输出信号可能需要在被输入到放大器之前从比方说AVDD/2进行电平移位（level shifting）。所述电平移位中的误差也可引入直流偏移。尽管已做出努力以最小化直流偏移，但在实际的电路中完全消除直流偏移是非常困难的。

因此，已知在音频放大器的集成电路中提供额外的电路来消除或减少直流偏移，即，提供直流偏移补偿电路。一个已知的直流偏移补偿系统有一个包括模拟-数字转换器（ADC）和一个数字积分器或低通滤波器的反馈通路。来自所述放大器的模拟输出信号被与对应于所想要的静态直流输出电压（比方说，地）的一个参考信号比较，所得到的输出误差信号通过ADC被转换成数字信号，随后被数字化滤波或积分，以在直流处产生高增益，但是衰减从滤波器输出的合成数字校正信号中的音频带分量。校正信号或补偿信号可在音频DAC之前与输入数字音频信号结合，或者替代地通过分立的DAC被转换为模拟信号并与用于放大器的模拟输入信号结合。不论哪种情况，任何出现在放大器输出处的直流偏移都通过高直流增益负反馈被消除。

这种偏移补偿电路提供了一种用于对直流偏移补偿的精确且有用的方法。然而，所述ADC是一个相对大的部件。在集成电路中，电路面积越大导致成本越高。此外，在某些应用中，可能会对芯片的尺寸有限制，例如，在芯片级封装中会希望限制芯片的尺寸以与标准球阵列匹配，从而避免球阵列上方的硅晶粒的悬垂引起任何应变失配效应或可靠性问题。因此，在一些应用中，使用相对大的电路部件是不可取的。为多个音频输出提供各自的直流偏移补偿的需要会使其恶化。许多典型的设备，例如便携式音频设备，可具有用于耳机的音频信号输出、用于驱动扬声器的音频线路输出（例如通过扩展坞）、到内置扬声器的音频信号线路，以及在某种情况下，用于噪声消除扬声器的音频输出。这些输出中的一些或者全部可以包括输出的立体对。因此，单个芯片，即，单个集成电路，可包括多个音频信号输出，每个音频信号输出有与其自身相关的放大器电路且每个音频输出有其自身相关的需要补偿的直流偏移。如前所述，为每个音频信号线路提供一个分立的直流偏移补偿电路将需要相当大的芯片有效面积。

上述的已知直流补偿电路可有利地在多个不同的音频信号线路之间被多路复用，以依次补偿对于每个信号线路的直流偏移。一旦对于一个信号线路实现了稳定的直流偏移校正，可为该信号线路锁存校正信号的值并且使用补偿电路补偿另一信号线路上的直流偏移。然而，显然，这意味着用于达到整个芯片的稳态补偿的建立时间（settling time）等于对于音频信号输出中的每一个的单独建立时间的总和。在某些应用中，可能需要相对快的建立时间，因此在多个输出之间多路复用偏移补偿电路或许是不可行的。