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CN101765968B - 半导体设备 - Google Patents

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Abstract

公开了一种半导体设备。该半导体设备包括将输入的数字信号转换成模拟音频信号的数字音频电路、具有开关电源电路的DC-DC转换器、以及可听频率确定电路。为了使数字音频电路中使用的用于数模转换的第一时钟信号的频率与DC-DC转换器中使用的用于开关控制的第二时钟信号的频率之间的差超过最大可听频率，可听频率确定电路中的频率比较电路向DC-DC转换器中的频率改变电路输出信号。该频率改变电路使第二振荡电路改变第二频率。

Description

半导体设备
技术领域
本发明通常涉及一种半导体设备，其包括数字音频电路以及DC-DC转换器，该转换器由例如向数字音频电路提供电源的开关调节器所组成。 
背景技术
作为关于数字音频电路以及向数字音频电路提供电源的电源电路的传统技术，专利文献1公开了一种音频再现装置。该音频再现装置提供了一种检测功率放大器的电源电压的波动并将该波动反馈至开关调节器的控制回路；以及将从用于控制功率放大器的PWM信号产生的信号前馈至开关调节器的另一种控制回路。即，除了反馈控制，该装置提供了前馈控制。利用这种结构，可以准确地控制电源电压的波动。 
此外，专利文献2公开了一种数字放大器。该数字放大器提供了用于向输出放大级提供电源电压的恒定电压电源电路、以及调制电路，该调制电路将PCM多比特数字音频输入信号与来自输出放大级的输出信号进行比较，并且基于比较结果对来自恒定电压电源电路的输出进行调制。利用该数字放大器，减少了来自输出放大级的失真。 
在传统技术中，对应于音频输出校正来自电源电路的输出电压的波动；然而，还没有考虑用作DC-DC转换器的开关调节器的开关时钟信号的频率。 
图2是示出传统的数字音频系统的框图。 
如图2所示，该数字音频系统提供了数字音频电路101、作为电源电路的DC-DC转换器102、以及扬声器SP。 
数字音频电路101提供了第一振荡电路111、数字滤波器112、Δ∑调制器113、D/A转换器114、以及输出放大器(AMP)115。DC-DC转换器102提供了第二振荡电路121以及控制电路122。 
DC-DC转换器102将从输入电压Vin产生的输出电压Vdd作为电源输出至数字音频电路101中的电路。从第一振荡电路111输出的第一时钟信号CLKA输入至D/A转换器114，并用作当D/A转换器114将数字信号转换成 模拟信号时的时钟信号。从第二振荡电路121输出的第二时钟信号CLKB输入至控制电路122，并用于控制电路122中的开关元件(未显示)的开/关控制。 
[专利文献1]日本公开专利申请No.2002-223132 
[专利文献2]日本公开专利申请No.2004-128662 
图3是示出在AMP 115产生的噪声的频率分量的曲线图。 
如图3所示，当从第一振荡电路111输出的第一时钟信号CLKA的频率为2.0MHz、并且从第二振荡电路111输出的第二时钟信号CLKB的频率为2.001MHz时，在2.0MHz以及2.001MHz的对应频率处产生大的噪声分量。此外，在作为2.0MHz以及2.001MHz的频率之间的差的1kHz的频率处产生噪声分量。 
可以认为人的可听频率范围为从20Hz到20kHz。因此人不能听到2.0MHz以及2.001MHz的频率的噪声分量。然而，人可以听到1kHz的频率的噪声分量。 
通常使用振荡频率高度稳定的晶体振荡电路作为其振荡频率被D/A转换器114所使用的第一振荡电路111。然而，在许多情况下，使用低成本的CR振荡电路作为DC-DC转换器102中的第二振荡电路121。在CR振荡电路中，在驱动电压波动和/或温度波动时，频率最有可能波动。此外，CR振荡电路的振荡频率在制造过程中分散。当由温度波动和/或制造分散造成的第一时钟信号CLKA与第二时钟信号CLKB的频率之间的差不大、并且变为20kHz的最大可听频率或者更小时，从AMP 115输出可听频率范围内的噪声信号。因此，人听到了作为噪声的频率。 
发明内容
在本发明的一个实施例中，提供了一种半导体设备，它可以移除由数字音频电路中的第一时钟信号与DC-DC转换器中的第二时钟信号之间的差产生的可听频率范围内的噪声信号。 
为了实现这些以及其他优点中的一个或者多个，根据本发明的一个方面，提供了一种半导体设备。该半导体设备包括将输入的数字信号转换成模拟音频信号的数字音频电路、以及具有开关电源电路的DC-DC转换器。该半导体设备进一步包括：产生第一频率的第一时钟信号的第一振荡电路，在数字音频电路将输入的数字信号转换成模拟音频信号时使用该第一频率的第一时钟信号；产生第二频率的第二时钟信号的第二振荡电路，在将开关控制应用于开关电源电路中的开关元件时使用该第二频率的第二时钟信号；可听频率确定电路，其确定第一频率与第二频率之间的差的绝对值是否是预定的最大可听频率或者更小；以及频率改变电路，其基于由可听频率确定电路确定的结果，使第二振荡电路改变第二时钟信号的第二频率。该频率改变电路基于由可听频率确定电路确定的结果，使第二振荡电路改变第二时钟信号的第二频率，使得第一频率与第二频率之间的差的绝对值大于最大可听频率。 
根据本发明的另一个方面，提供了一种半导体设备。该半导体设备包括将输入的数字信号转换成模拟音频信号的数字音频电路、以及具有开关电源电路的DC-DC转换器。该半导体设备进一步包括：产生第一频率的第一时钟信号的第一振荡电路，在数字音频电路将输入的数字信号转换成模拟音频信号时使用该第一频率的第一时钟信号；产生第二频率的第二时钟信号的第二振荡电路，在将开关控制应用于开关电源电路中的开关元件时使用该第二频率的第二时钟信号；可听频率确定电路，其确定第一频率与第二频率之间的差的绝对值是否是预定的最大可听频率或者更小；以及频率改变电路，其基于由可听频率确定电路确定的结果，使第一振荡电路改变第一时钟信号的第一频率。该频率改变电路基于由可听频率确定电路确定的结果，使第一振荡电路改变第一时钟信号的第一频率，使得第一频率与第二频率之间的差的绝对值大于最大可听频率。 
根据本发明实施例，半导体设备包括将输入的数字信号转换成模拟音频信号的数字音频电路、具有开关电源电路的DC-DC转换器、以及可听频率确定电路。为了使数字音频电路中使用的用于数模转换的第一时钟信号的频率、与DC-DC转换器中使用的用于开关控制的第二时钟信号的频率之间的差超过最大可听频率，可听频率确定电路中的频率比较电路向DC-DC转换器中的频率改变电路输出信号。该频率改变电路使第二振荡电路改变第二频率。因此，可以阻止音频信号中可听频率范围内的不期望的噪声并且获得清晰的声音质量。 
从参考附图给出的、对优选实施例的以下详细描述，本发明的特征和优点将变得更加明显。 
附图说明
图1是示出根据本发明实施例的半导体设备的框图； 
图2是示出传统数字音频系统的框图；以及 
图3是示出在图2所示的AMP产生的噪声的频率分量的曲线图。 
具体实施方式
参考图1，将详细描述本发明实施例。 
图1是示出根据本发明的实施例的半导体设备1的框图。 
如图1所示，半导体设备1包括数字音频电路2、作为如开关调节器的开关电源电路的DC-DC转换器3、可听频率确定电路4、以及扬声器SP。 
数字音频电路2包括第一振荡电路11、数字滤波器12、Δ∑调制器13、D/A转换器14、以及输出放大器(AMP)15。DC-DC转换器3包括第二振荡电路21、控制电路22、以及频率改变电路23。可听频率确定电路4包括第一分频电路31、频率比较电路32、以及第二分频电路33。 
输入到数字音频电路2的数字输入信号Sin经由数字滤波器12以及Δ∑调制器13输入至D/A转换器14。输入到D/A转换器14的数字信号通过D/A转换器14转换成模拟音频信号。模拟音频信号通过AMP 15放大，并且放大的模拟音频信号通过扬声器SP转换成声音。 
第一振荡电路11产生预定频率FA(第一频率)的第一时钟信号CLKA并且输出第一时钟信号CLKA。第一时钟信号CLKA输入至D/A转换器14并且用作用于D/A转换的时钟信号。 
DC-DC转换器3将输入电压Vin转换成具有预定恒定电压的电源电压Vdd，并且将电源电压Vdd提供至数字音频电路2中的电路。 
第二振荡电路21产生预定频率FB(第二频率)的第二时钟信号CLKB，并且输出第二时钟信号CLKB。第二时钟信号CLKB输入至控制电路22，并且用作控制电路22中的用于开关元件(未示出)的开/关控制的时钟信号。通过使用第二时钟信号CLKB来转换输入电压Vin，控制电路22产生电源电压Vdd。频率改变电路23基于由可听频率确定电路4确定的结果，使第二振荡电路21改变第二时钟信号CLKB的频率FB。 
在可听频率确定电路4中，第一时钟信号CLKA从第一振荡电路11输入至第一分频电路31。在第一分频电路31中，确定分频比，使得输入的第 一时钟信号CLKA的频率FA变为20kHz的最大可听频率或者更大，并且分频比定义为1/M(M＞1)。第二时钟信号CLKB从第二振荡电路21输入至第二分频电路33，并且第二分频电路33中的分频比被确定为1/(M+1)或者1/(M-1)。具体地，当第二时钟信号CLKB的频率FB大于第一时钟信号CLKA的频率FA时，第二分频电路33中的分频比被确定为1/(M+1)，并且当第二时钟信号CLKB的频率FB小于第一时钟信号CLKA的频率FA时，第二分频电路33中的分频比被确定为1/(M-1)。 
从第一和第二分频电路31和33输出的信号输入至频率比较电路32。频率比较电路32将从第一分频电路31输出的信号的频率与从第二分频电路33输出的信号的频率进行比较，并产生表示比较结果的信号，并且将产生的信号输出至频率改变电路23。频率改变电路23控制要从第二振荡电路21输出的第二时钟信号CLKB的频率FB。例如，可以使用用于PLL电路的相位比较器作为频率比较电路32。 
接下来，描述半导体设备1的操作实例。 
[第一操作实例] 
在第一操作实例中，频率FB大于频率FA，例如，频率FA为2.0MHz并且频率FB为2.03MHz。在第一操作实例中，由于频率FA与FB之间的差的绝对值为30kHz，因此该差值30kHz超过了20kHz的最大可听频率。当第一分频电路31确定分频比、使得第一时钟信号CLKA的频率FA变为20kHz的最大可听频率时，第一分频电路31的分频比被确定为20/2000＝1/100；即M＝100。此外，由于频率FB大于频率FA，因此第二分频电路33的分频比被确定为1/(M+1)；即，1/101。 
频率FB由第二分频电路33分割的频率为2030/101≈20.1kHz。由于20.1kHz的频率大于要从第一分频电路31输出的信号的20kHz的频率，因此频率比较电路32输出低电平信号。当将低电平信号输入至频率改变电路23时，频率改变电路23不使第二振荡电路21改变频率FB。 
接下来，当由例如温度变化的影响引起频率FB 2.03MHz下降至2.019MHz时，频率FA与FB之间的差的绝对值为19kHz，并且该差19kHz小于20kHz的最大可听频率。从第二分频电路33输出的信号的频率为2019/101≈19.99kHz。由于19.99kHz的频率小于要从第一分频电路31输出的信号的20kHz的频率，因此频率比较电路32输出高电平信号。 
当将高电平信号输入至频率改变电路23时，频率改变电路23控制，使得要从第二振荡电路21输出的频率FB变高。结果，频率改变电路23使第二振荡电路21增大频率FB，直到从第二分频电路33输出的信号的频率变为20kHz或者更大，该20kHz是要从第一分频电路31输出的信号的频率。即，控制频率FB，使得频率FB不变为小于2020kHz＝20kHz的最大可听频率×第二分频电路33的分频比101的频率。由于频率FA和FB之间的差的绝对值总是超过20kHz的最大可听频率，因此阻止了从AMP 15输出的信号中产生可听频率范围内的时钟噪声。在上面的描述中，确定第一分频电路31的分频比，使得频率FA变为20kHz的最大可听频率。然而，可以确定从第一分频电路31输出的信号的频率大于20kHz的最大可听频率。 
[第二操作实例] 
在第二操作实例中，频率FB小于频率FA，例如，频率FA为2.0MHz并且频率FB为1.97MHz。在第二操作实例中，频率FA与FB之间的差的绝对值为30kHz，并且30kHz超过了20kHz的最大可听频率。第一分频电路31的分频比与其中频率FB大于频率FA的第一操作实例中的分频比相同，并且为1/100；即M＝100。由于频率FB小于频率FA，因此第二分频电路33的分频比被确定为1/(M-1)；即，1/99。频率FB由第二分频电路33分割的频率为1970/99≈19.9kHz。19.9kHz的频率小于要从第一分频电路31输出的信号的20kHz的频率，并且与第一操作实例不同，频率比较电路32输出低电平信号。当将低电平信号输入至频率改变电路23时，频率改变电路23不使第二振荡电路21改变频率FB。 
接下来，当例如由温度变化的影响引起频率FB从1.97MHz上升至1.981MHz时，频率FA与FB之间的差的绝对值为19kHz，并且小于20kHz的最大可听频率。从第二分频电路33输出的信号的频率为1981/99≈20.01kHz。20.01kHz的频率大于要从第一分频电路31输出的20kHz的频率，并且与第一操作实例不同，频率比较电路32输出高电平信号。当将高电平信号输入至频率改变电路23时，与第一操作实例不同，频率改变电路23控制，使得要从第二振荡电路21输出的频率FB变低。 
结果，频率改变电路23使第二振荡电路21减小频率FB，直到从第二分频电路33输出的信号的频率变为20kHz，该20kHz是从第一分频电路31输出的信号的频率。即，控制频率FB使得频率FB不变为1980kHz＝20kHz 的最大可听频率×第二分频电路33的分频比99的频率或者更大。由于频率FA和FB之间的差的绝对值总是超过20kHz的最大可听频率，因此阻止了从AMP 15输出的信号中产生可听频率范围内的时钟噪声。 
根据本发明的实施例，频率改变电路23仅仅控制第二振荡电路21并且改变第二时钟信号CLKB的频率FB。然而，可以建立一种结构，其中频率改变电路23仅仅控制第一振荡电路11并且改变第一时钟信号CLKA的频率FA。此外，可以建立另一种结构，其中频率改变电路23控制第一和第二振荡电路11和21并且改变频率FA和FB。 
如上所述，根据本发明的实施例中的半导体设备1，对应于从频率比较电路32输出的信号控制第一和第二振荡电路11和21，使得数字音频电路2中的D/A转换器14的第一时钟信号CLKA(D/A转换时钟信号)的频率FA、与DC-DC转换器3中的第二时钟信号CLKB(开关时钟信号)的频率FB之间的差的绝对值变为超过20kHz的最大可听频率，并且改变频率FA和/或频率FB。这样，可以阻止从AMP15输出的信号中的可听频率范围内的不期望的噪声，并且可以获得清晰的声音质量。 
在上面的描述中，第一振荡电路11是由数字音频电路2中的D/A转换器14使用的时钟源，并且第二振荡电路21是在DC-DC转换器3中使用的时钟源。然而，本发明的实施例可以应用于其中处理了两种频率之间的差的任何电路。 
此外，本发明不限于实施例，而是可以不背离本发明的范围地做出各种变化和修改。 
本发明基于2007年9月13日向日本专利局提交的日本优先权专利申请No.2007-238015，通过引用将其全部内容合并于此。 

Claims (8)

1.一种半导体设备，包括将输入的数字信号转换成模拟音频信号的数字音频电路、以及具有开关电源电路的DC-DC转换器，该半导体设备包括：
产生第一频率的第一时钟信号的第一振荡电路，在数字音频电路将输入的数字信号转换成模拟音频信号时使用该第一频率的第一时钟信号；
产生第二频率的第二时钟信号的第二振荡电路，在将开关控制应用于开关电源电路中的开关元件时使用该第二频率的第二时钟信号；
可听频率确定电路，其确定第一频率与第二频率之间的差的绝对值是否是预定的最大可听频率或者更小；以及
频率改变电路，其基于由可听频率确定电路确定的结果，使第二振荡电路改变第二时钟信号的第二频率；其中
频率改变电路基于由可听频率确定电路确定的结果，使第二振荡电路改变第二时钟信号的第二频率，使得第一频率与第二频率之间的差的绝对值大于最大可听频率。
2.如权利要求1所述的半导体设备，其中：
当第二频率大于第一频率、并且第一频率与第二频率之间的差的绝对值为最大可听频率或者更小时，频率改变电路使第二振荡电路增大第二频率。
3.如权利要求1所述的半导体设备，其中：
当第一频率大于第二频率、并且第一频率与第二频率之间的差的绝对值为最大可听频率或者更小时，频率改变电路使第二振荡电路减小第二频率。
4.如权利要求2所述的半导体设备，其中：
可听频率确定电路包括
第一分频电路，其将第一时钟信号的第一频率分割为1/M频率并且输出分割的频率的信号，其中，M＞1；
第二分频电路，其将第二时钟信号的第二频率分割为1/(M+1)频率并且输出分割的频率的信号；以及
频率比较电路，其将从第一分频电路输出的信号的频率与从第二分频电路输出的信号的频率进行比较，产生表示比较结果的信号，并且将产生的信号输出至频率改变电路；其中
当频率比较电路输出信号至频率改变电路时，所述信号表示从第二分频电路输出的信号的频率小于从第一分频电路输出的信号的频率，频率改变电路使第二振荡电路增大第二时钟信号的第二频率。
5.如权利要求3所述的半导体设备，其中：
可听频率确定电路包括
第一分频电路，其将第一时钟信号的第一频率分割为1/M频率并且输出分割的频率的信号，其中M＞1；
第二分频电路，其将第二时钟信号的第二频率分割为1/(M-1)频率并且输出分割的频率的信号；以及
频率比较电路，其将从第一分频电路输出的信号的频率与从第二分频电路输出的信号的频率进行比较，产生表示比较结果的信号，并且将产生的信号输出至频率改变电路；其中
当频率比较电路输出信号至频率改变电路时，所述信号表示从第二分频电路输出的信号的频率大于从第一分频电路输出的信号的频率，频率改变电路使第二振荡电路减小第二时钟信号的第二频率。
6.如权利要求1所述的半导体设备，其中：
第一振荡电路输出比要从第二振荡电路输出的频率的信号更加稳定的频率的信号。
7.如权利要求1所述的半导体设备，其中：
频率改变电路基于由可听频率确定电路确定的结果，使第一振荡电路改变第一时钟信号的第一频率，并且频率改变电路基于由可听频率确定电路确定的结果，使第一振荡电路改变第一时钟信号的第一频率且使第二振荡电路改变第二时钟信号的第二频率，使得第一频率与第二频率之间的差的绝对值大于最大可听频率。
8.一种半导体设备，包括将输入的数字信号转换成模拟音频信号的数字音频电路、以及具有开关电源电路的DC-DC转换器，该半导体设备包括：
产生第一频率的第一时钟信号的第一振荡电路，在数字音频电路将输入的数字信号转换成模拟音频信号时使用该第一频率的第一时钟信号；
产生第二频率的第二时钟信号的第二振荡电路，在将开关控制应用于开关电源电路中的开关元件时使用该第二频率的第二时钟信号；
可听频率确定电路，其确定第一频率与第二频率之间的差的绝对值是否是预定的最大可听频率或者更小；以及
频率改变电路，其基于由可听频率确定电路确定的结果，使第一振荡电路改变第一时钟信号的第一频率；其中
频率改变电路基于由可听频率确定电路确定的结果，使第一振荡电路改变第一时钟信号的第一频率，使得第一频率与第二频率之间的差的绝对值大于最大可听频率。
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