本发明总体上涉及信号处理系统，并且更具体地涉及多路径信号处理系统。
背景技术：
多路径模数转换器(adc)和模拟前端(afe)(例如两个或更多个路径adc/afe)在电子电路中的使用是已知的。示例多路径adc和afe以及它们在多电子电路路径中的使用公开在2014年9月3日提交的、授予schneider等人的、名为“用于信号处理系统的多路径模拟前端和模数转换器(multi-pathanalogfrontendandanalog-to-digitalconverterforasignalprocessingsystem)”的us专利申请序列号14/476,507、2014年9月8日提交的、授予schneider等人的、名为“用于信号处理系统的多路径模拟前端和模数转换器(multi-pathanalogfrontendandanalog-to-digitalconverterforasignalprocessingsystem)”的us专利申请序列号14/480,180、2014年9月8日提交的、授予schneider等人的、名为“用于信号处理系统的多路径模拟前端和模数转换器(multi-pathanalogfrontendandanalog-to-digitalconverterforasignalprocessingsystem)”的us专利申请序列号14/480,263、以及2014年9月8日提交的、授予schneider等人的、名为“用于信号处理系统的多路径模拟前端和模数转换器(multi-pathanalogfrontendandanalog-to-digitalconverterforasignalprocessingsystem)”的us专利申请序列号14/480,343中(共同称为“schneider申请”)。多路径电路的使用可以减少噪声，因为一个路径可以被优化用于处理小幅度信号(例如，用于处理低噪声信号)，而具有另一组adc和afe的另一个路径可以被优化用于处理大幅度信号(例如，允许较高动态范围)。
关于adc/afe的示例应用是在用于音频系统应用例如音频混合板的电路中或在数字麦克风系统中的使用。在设计具有使用在各个多路径电路中的多路径adc/afe的电路时，在允许较大信号摆动(例如，在较大比例幅度之间信号的摆动)与低噪声之间可以存在折衷。此外，多路径adc/afe可以提供高动态范围信号数字化，与使用常规方法可能存在的情况相比，对于给定输入功率具有较高动态范围，并且具有较小的总面积。换句话说，通过允许对每个相应路径提供的每种类型信号单独优化，多路径adc/afe允许整个电路燃烧更少的功率，消耗更少的面积，并且节省其他这些设计成本。
尽管有它们的优点，现有多路径adc/afe方法具有缺点和问题。例如，许多现有方法在多路径之间的转换和切换具有缺点，因为该切换可能不是平滑的，产生不利的信号伪迹，特别是在该伪迹可以被音频设备的听者察觉的音频应用中。例如，当在多路径adc/afe中的两个路径之间切换时，路径可以具有不同的噪声层，其可以产生有时候称为“呼吸伪迹”的伪迹。此外，在现有装置中，用于在路径之间切换的切换阈值不能够提供音频系统在全部频率级的最高性能。
技术实现要素：
根据本发明的教导，可以减少或消除与实施多adc/afe路径系统相关联的某些缺点和问题。
根据本发明的教导，一种确保当在多路径模数转换器系统中的信号路径之间转换时在噪声层中的不可听见变化的方法，可以包括检测用于听觉掩蔽在噪声层中的所述变化的条件并且响应于检测所述条件在多路径模数转换器系统的信号路径之间转换。
根据本发明的这些和其他实施例，一种处理系统，可以包括控制器和多个处理路径，其包括第一处理路径和第二处理路径。第一处理路径可以包括第一模数转换器，其中第一处理路径配置为将模拟信号转换成第一数字信号。第二处理路径可以包括第二模数转换器，其中第二处理路径可以配置为将模拟信号转换成第二数字信号。控制器可以配置为基于模拟输入信号的幅度选择第一数字信号和第二数字信号的其中一个作为处理系统的数字输出信号，并且当改变在第一数字信号和第二数字信号之间选择作为数字输出信号时，在第一数字信号和第二数字信号之间转换以便在该转换期间，数字输出信号是第一数字信号而第二数字信号的加权平均，其中在转换期间第一数字信号相对于第二数字信号的权重增加或减少。控制器还可以配置为确保当在多路径模数转换器系统中的信号路径之间转换时在噪声层中的不可听见变化，通过检测用于听觉掩蔽在噪声层中的所述变化的条件并且响应于检测所述条件在多路径模数转换器系统的信号路径之间转换。
根据本发明的这些和其他实施例，一种在多路径模数转换器系统中的处理音频信号以在对于某些频率的误差小于对于其他频率的相应误差时对音频信号的某些频率实现持续更长时间的更高性能的方法，可以包括提供频率相关阈值用于在多路径模数转换器系统的信号路径之间切换，和响应于在具有音频信号的一频率处的幅度的音频信号增大到大于在该频率处的频率相关阈值，在多路径模数转换器系统的信号路径之间切换。
根据本发明的这些和其他实施例，一种处理系统可以包括控制器和多个处理路径，其包括第一处理路径和第二处理路径。第一处理路径包括第一模数转换器，其中第一处理路径配置为将模拟信号转换成第一数字信号。第二处理路径可以包括第二模数转换器，其中第二处理路径配置为将模拟信号转换成第二数字信号。控制器可以配置为响应于在具有模拟信号的一频率处的幅度的模拟信号增大到大于在该频率处的频率相关阈值，在第一数字信号和第二数字信号之间切换。
根据本发明的这些和其他实施例，可以提供一种用于配置多路径模式转换器系统的噪声层级的方法，该多路径模式转换器系统具有用于处理较低幅度的音频信号的至少第一处理路径和用于处理较高幅度的音频信号的至少第二处理路径，并且具有在第一处理路径与第二处理路径的选择之间转换期间限定第一处理路径和第二处理路径的相应输出以其贡献于由多路径模式转换器系统产生的整个输出信号的相对级的可调节衰减系数。该方法可以包括将衰减系数的最小衰减级设置到在第一处理路径以该衰减级完全贡献于整个输出信号和第二处理路径以该衰减级完全贡献于整个输出信号之间的中间衰减级。
根据本发明的这些和其他实施例，一种处理系统可以包括控制器和多个处理路径，其包括用于处理较低幅度的音频信号的第一处理路径和用于处理较高幅度的音频信号的第二处理路径。第一处理路径可以包括第一模数转换器，其中第一处理路径配置为将模拟信号转换成第一数字信号。第二处理路径可以包括第二模数转换器，其中第二处理路径可以配置为将模拟信号转换成第二数字信号。控制器可以配置为产生在第一处理路径与第二处理路径的选择之间转换期间限定第一处理路径和第二处理路径的相应输出以其贡献于由多路径模式转换器系统产生的整个输出信号的相对级的可调节衰减系数，并且将衰减系数的最小衰减级设置到在第一处理路径以该衰减级完全贡献于整个数字输出信号和第二处理路径以该衰减级完全贡献于整个数字输出信号之间的中间衰减级。
从本文包括的附图、描述和权利要求，本领域的技术人员可以容易地清楚本发明的技术优点。实施例的目的和优点将至少由特别在权利要求中指出的元件、特征和组合实现和完成。
应该理解前面的一般描述和下面的详细描述都是示例和解释，并且不是对在本发明中提出的权利要求的限制。
附图说明
通过参考下面关联附图进行的描述可以获得本发明和其优点的更完整理解，其中相同参考标记指示相同特征，并且其中：
图1图解说明根据本发明实施例的示例信号处理系统的选定部件的方框图；
图2图解说明根据本发明实施例的用于处理模拟信号以产生数字信号的示例集成电路的选定部件的方框图；
图3图解说明根据本发明实施例的使用在用于处理模拟信号产生数字信号的集成电路中的示例状态机的视图；
图4图解说明根据本发明实施例的描述用于在处理路径之间切换的示例频率相关阈值的图表；以及
图5图解说明根据本发明实施例的用于处理数字信号以产生模拟信号的集成电路的选定部件的方框图。
具体实施方式
图1图解说明根据本发明实施例的示例信号处理系统100的选定部件的方框图。如图1所示，信号处理系统100可以包括模拟信号源101，模数处理器105，数字处理器109，以及数模处理器111。模拟信号源101可以包括配置来产生模拟电子信号例如模拟输入信号analog_in的任何系统、设备、或装置。例如，在其中信号处理系统100是音频处理系统的实施例中，模拟信号源101可以包括麦克风变换器或其他音频信号源。
模数处理器105可以包括配置来处理模拟输入信号analog_in以产生数字输出信号digital_out并且调理数字输出信号digital_out用于在总线上转换到数字处理器109的任何合适系统、设备、或装置。一旦转换成数字输出信号digital_out，与在相同距离上的模拟传输相比，信号可以不受到噪声影响地传输显著较长的距离。在一些实施例中，模数处理器105可以设置为靠近模拟信号源101以确保在模拟信号源101与模数处理器105之间的模拟线路的长度相对较短以使噪声量最小，该噪声量会在承载模拟输入信号analog_in的模拟输出线路上被拾取。例如，在一些实施例中，模拟信号源101与模数处理器105可以形成在相同的基底上。在其他实施例中，模拟信号源101与模数处理器105可以形成装置封装于相同集成电路封装内的不同基底上。
数字处理器109可以包括配置来处理用于使用在数字系统中的数字输出信号的任何合适系统、设备、或装置。例如，数字处理器109可以包括微处理器，微控制器，数字信号处理器(dsp)，专用集成电路(asic)，或者配置来解释和/或执行程序指令和/或处理数据例如数字输出信号digital_out的任何其他设备。
数模处理器111可以包括配置来处理如由数字处理器109处理的数字输出信号digital_out以产生相应的模拟输出信号analog_out的任何合适系统、设备、或装置。在一些实施例中，模拟输出信号analog_out可以被发送到音频变换器(例如，扬声器)用于产生声音。
信号处理系统100可以使用在其中期望它处理模拟信号以产生数字信号和/或处理数字信号以产生模拟信号的任何应用中。因此，在一些实施例中，信号处理系统100可以集成在将模拟信号转(例如，从麦克风)换成表示在麦克风上的声音事件的数字信号、和/或将该数字信号转换成模拟信号用于在扬声器产生声音的音频设备中。作为另一个示例，信号处理系统100可以集成到射频设备(例如，移动电话)以将射频模拟信号转换成数字信号或反之亦然。
图2图解说明根据本发明实施例的模数处理器105的选定部件的方框图。如图2所示，模数处理器105可以包括两个或更多个处理路径201a和201b(其在此可以单独称为处理路径210以及共同称为处理路径201)，每个处理路径201包括相应afe203(例如，afe203a，afe203b)和相应adc(例如，adc215a，adc215b)。在一些实施例中，第一处理路径201a可以调适为用于处理具有较低幅度的模拟输入信号analog_in并且第二处理路径201b可以调适为用于处理具有较高幅度的模拟输入信号analog_in。
afe203可以经由可以允许接收单端信号、差分信号、或者任何其他合适模拟信号格式的一个或多个输入线路接收模拟输入信号analog_in，并且可以包括配置来调理模拟输入信号analog_in用于由adc215处理的任何合适系统、设备、或装置。在一些实施例中，afe203a和afe203b可以以与在schneider申请中公开的方式相同或相似的方式来实施。每个afe203的输出可以在一个或多个输出线路上被发送到相应adc215。
adc215可以包括将在它的输入接收的模拟信号转换成代表模拟输入信号analog_in的数字信号的任何合适系统、设备、或装置。adc215可以本身包括用于实现adc215的功能性的一个或多个部件(例如，德尔塔-西格玛调制器，抽取器等)。在一些实施例中，adc215a和adc215b以与在schneider申请中公开的方式相同或相似的方式来实施。
多路复用器227可以从每个处理路径201接收相应数字信号并且可以基于由控制器220产生和发送的控制信号选择其中一个数字信号作用数字输出信号digital_out。例如，响应于来自控制器220的控制信号，对于小于阈值幅度的模拟输入信号analog_in的幅度，多路复用器227可以选择由处理路径201a产生的数字信号，并且对于大于该相同或不同阈值幅度的模拟输入信号analog_in的幅度，多路复用器227可以选择由处理路径201b产生的数字信号。
在一些实施例中，在选择数字信号作为数字输出信号digital_out之间的转换期间，多路复用器227还可以根据从控制器220发送的、限定多路复用器227的相应输入以其贡献于数字输出信号digital_out的相对级的可调节衰减系数施加每个数字信号输出的相对比例到多路复用器227。因此，在处理路径201之间的该转换期间，可调节衰减系数可以增加或减少以在由处理路径201a输出的数字信号和在由处理路径201b输出的数字信号之间衰减，或者反之亦然。在处理路径201的输出之间的该交叉衰减可以是有利的，以减少或消除会由于在处理路径之间的增益误差差值、相位误差差值、和/或其他差值而产生的信号伪迹。
驱动器219可以接收由adc215输出的数字输出信号digital_out并且可以包括配置来调理该数字信号(例如，编码成音频工程学会/欧洲广播联盟(aes/ebu))的任何合适系统、设备、或装置，在该过程中产生用于在总线上传输到数字处理器109的数字输出信号digital_out。
控制器220可以包括用于选择由各个处理路径201输出的其中一个数字信号作为数字输出信号digital_out并且控制在选择处理路径之间的转换的任何合适系统、设备、或装置。在一些实施例中，控制器220可以基于模拟输入信号analog_in或者其信号衍生物的幅度实现该选择。例如，控制器220可以包括过载检测器221，其可以确定在选择具体处理路径(例如，处理路径201a)的情况下，模拟输入信号analog_in的信号衍生物是否可能导致数字输出信号digital_out的削波或其他失真。如果在选择具体处理路径(例如，处理路径201a)的情况下可能存在数字输出信号digital_out的削波或其他失真，控制器220的状态机225可以产生控制信号以便选择另一个处理路径(例如，处理路径201b)。如上提及，在一些实施例中，处理路径201a可以是调适于模拟输入信号analog_in的低幅度的路径并且可以因此具有高信号增益，而处理路径201b可以是调适于模拟输入信号analog_in的较高幅度的路径并且可以因此具有较低信号增益。因此，如果模拟输入信号analog_in或者其信号衍生物大于指示一条件的阈值，从而在选择处理路径201a情况下，数字输出信号digital_out可以经受削波或其他失真，那么过载检测器221可以检测该条件，并且导致状态机225产生控制信号以选择由处理路径201b产生的数字信号作为数字输出信号digital_out。
作为另一个示例，控制器220可以包括级检测器223，其可以检测模拟输入信号analog_in或者其信号衍生物(例如，在adc215b内产生的信号)的幅度并且发送指示该幅度的信号给状态机225。响应于从级检测器223接收的信号，状态机225可以产生被发送到多路复用器227的控制信号。为了图解说明，当模拟输入信号analog_in从相对较高幅度下降到相对较低幅度时，它可以与阈值幅度级交叉，从而控制器220可以改变数字输出信号digital_out的选择，从由处理路径201b产生的数字信号(其调适用于模拟输入信号analog_in的较高幅度)到由处理路径201a产生的数字信号(其调适用于模拟输入信号analog_in的较低幅度)。
作为另一个示例，控制器220可以包括频率相关级检测器231，其可以检测在各个频率处的模拟输入信号analog_in或者其信号衍生物(例如，在adc215b内产生的信号)的幅度并且发送指示该幅度的信号给状态机225。响应于从频率相关级检测器231接收的信号，状态机225可以产生被发送到多路复用器227的控制信号。为了图示说明，频率相关级检测器231可以应用如在图3中描述的频率相关阈值，其中该阈值在模拟输入信号analog_in的较低频率处为较小的，并且在模拟输入信号analog_in的较高频率处增大。因此，当模拟输入信号analog_in从相对较低幅度增加到较高幅度时，在较高频率处的频谱分量可以要求在交叉频率相关阈值的频率处的较高幅度以便于导致在数字输出信号digital_out从由处理路径201b产生的数字信号(其调适用于模拟输入信号analog_in的较高幅度)到由处理路径201a产生的数字信号(其调适用于模拟输入信号analog_in的较低幅度)的选择之间转换。在较高频率处的较高阈值(并且因此，响应于交叉较高频率，在处理路径201之间较快交叉衰减转换)可以是可容忍的，因为在处理路径201之间的增益误差、相位误差、和/或其他误差在较高频率处可以是较小的，和/或在较高频率处在音频系统中的听觉掩蔽可以比在较低频率处允许容忍更大的增益误差、相位误差、和/或其他误差。
当对于某些频率的路径误差小于对于其他频率的对应误差时，该频率相关阈值可以因此有效地允许系统100对于某些音频信号实现更高性能持续更长时间。下面更详细地描述包括频率相关阈值的示例的进一步讨论。
在一些实施例中，关于由级检测器223和频率相关级检测器231应用的、用于切换的阈值幅度，控制器220由此可以改变数字输出信号digital_out的选择从由处理路径201b产生的数字信号到由处理路径201a产生的数字信号的阈值幅度级可以小于另一个阈值幅度级，控制器220由该另一个阈值幅度级可以改变数字输出信号digital_out选择，从由处理路径201a产生的数字信号到由处理路径201b产生的数字信号，以便于提供迟滞性，以便多路复用器227不会在路径之间重复切换。
作为另一个示例，控制器220可以包括掩蔽检测器229，其可以检测模拟输入信号analog_in的听觉掩蔽分量的存在，该听觉掩蔽分量可能当在数字输出信号digital_out的选择从由处理路径201b产生的数字信号到由处理路径201a产生的数字信号之间切换或者反之亦然时，听觉地掩蔽在系统100的噪声层中的变化。为了图示说明，在系统100的具体实施例中，重复交叉用于在处理路径201之间切换的阈值的50hz信号的存在可以导致在处理路径201之间的频率切换，其可以导致显著噪声层调制。然而，为了掩蔽可听见噪声层调制，掩蔽检测器229可以检测在模拟输入信号analog_in存在听觉地掩蔽噪声层调制的含量。例如，可以掩蔽噪声层调制的含量可以包括相对于满量程幅度(dbfs)在-60分贝幅度的1khz分量。因此，掩蔽检测器229可以检测该含量，发送信号给状态机225指示存在该含量，响应于此，状态机225可以控制在处理路径201之间的切换。在一些实施例中，掩蔽检测器229可以如此操作，通过基于模拟输入信号analog_in的频谱含量滤波模拟输入信号analog_in以产生已频率滤波输入信号，并且然后确定已频率滤波输入信号的幅度是否大于在任何频率处用于指示存在听觉掩蔽的预定阈值幅度。在一些实施例中，滤波模拟输入信号analog_in包括使用将人耳听见的相对音量建模为在人耳上的声音事件的频率的函数的滤波器滤波。在该实施例中，该滤波器可以包括a加权滤波器和iso226滤波器的其中一个。
如上所述，状态机225可以(例如，从过载检测器221、级检测器223、频率相关级检测器231、以及掩蔽检测器229)接收指示模拟输入信号analog_in的特征的一个或多个信号，并且在其基础上给来自由处理路径201a和处理路径201b产生的数字信号的数字输出信号digital_out产生一个或多个控制信号，并且当切换时控制在该数字信号之间的转换。图3图解说明根据本发明的实施例的用于使用在系统100中的示例状态机225的视图。
如图3所示，状态机225可以在状态302中初始化，其中模数处理器105可以初始化，并且可调节衰减系数cf可以设置为初始值(例如，1)。可调节衰减系数cf可以为在0到1之间的正值，其限定处理路径201a和处理路径201b的相应输出以其贡献于数字输出信号digital_out的相对级。换句话说，数字输出信号digital_out的值可以由下面等式给出：
digital_out＝cfxoutput201b+(1-cf)xoutput201a其中output201a是处理路径201a的输出，并且output201b是处理路径201b的输出。因此，将可调节衰减系数cf初始化为值1意味着，模数处理器105初始化到其中数字输出信号digital_out等于由处理路径201b产生的数字信号的状态。状态机225可以保持在状态302直到模数处理器105已经被初始化，在此之后，状态机225可以转换到状态304。
状态304代表当选择处理路径201b的输出并且可调节衰减系数cf等于它的最大值(例如，1)时的情况，以便状态机225导致多路复用器227将处理路径201b的输出传送给数字输出信号digital_out。状态机225可以保持在状态304中直到例如产生将处理路径201a的输出选择为数字输出的条件的时刻，此时状态机225可以转换到状态306。在一些实施例中，该条件可以包括模拟输入信号analog_in下降到小于预定阈值t1(例如，-35dbfs)。在这些实施例中，该条件可以还包括模拟输入信号analog_in下降到小于预定阈值t1持续最小时间(例如，400ms)。
在状态306，可调节衰减系数cf可以等于它的最大值(例如，1)，以便状态机225导致多路复用器227将处理路径201b的输出传送给数字输出信号digital_out。在状态306，状态机225可以等待来自掩蔽检测器229指示在输入信号analog_in存在掩蔽在噪声层中由在处理路径201之间的切换导致的变化的含量的信号。如果掩蔽检测器229提供该信号给状态机225，同时模拟输入信号analog_in保持小于预定阈值t1，那么状态机225可以转换到状态308。否则，如果在从掩蔽检测器229接收掩蔽信号之前，模拟输入信号analog_in上升到大于预定阈值t1，那么状态机225可以再次转换到状态304。
在状态308，状态机225可以产生控制信号给多路复用器227以便可调节衰减系数cf的值从它的最大值(例如，1)缓慢下降到它的最小值(例如，0)。例如，在一些实施例中，状态机225可以导致可调节衰减系数cf的值在以规则间隔(例如，模拟输入信号analog_in的每个采样间隔)发生的多个步骤(例如，128)中从它的最大值缓慢下降到它的最小值。
虽然图3指示可调节衰减系数cf的最小值为0，但是在一些实施例中，可调节衰减系数cf的最小衰减级可以(例如，由制造商、设计者、卖家、或者系统100的提供者、或系统100的用户)配置为除了0之外的值。将可调节衰减系数cf的最小衰减级设置为除了0之外的值的作用在于，当选择处理路径201a时它可以提升有效噪声层，其继而当在处理路径201a和处理路径201b之间切换时可以减少噪声层的变化幅度，以便于减少或消除与在噪声层中的变化相关的音频伪迹。在一些实施例中，控制器220可以配置为响应于检测其中在选择处理路径201a和处理路径201b之间的转换可能导致在噪声层级中的听觉可检测变化的这一条件，将可调节衰减系数cf的最小衰减级设置为除了0之外的值。在这些实施例的某些中，该条件可以是一个或两个处理路径201的总增益可能导致在噪声层级中的听觉可检测变化。
一旦可调节衰减系数cf已经到达它的最小值，状态机225可以从状态308转换到状态310。然而，如果在可调节衰减系数cf到达它的最小值之前，过载检测器221检测到在选择处理路径201a的情况下数字输出信号digital_out由此可能经受削波和其他失真的这一条件，那么状态机225可以立即转换到状态304并且将可调节衰减系数cf设置到它的最大值以避免削波和其他失真。此外，频率相关级检测器231检测到将处理路径201b的输出选择为数字输出信号digital_out的这一条件时，状态机225可以转换到状态312。在一些实施例中，频率相关阈值t2可以大于预定阈值t1。
状态310表示当选择处理路径201a的输出并且可调节衰减系数cf等于它的最小值(例如，0)的条件，以便状态机225导致多路复用器227将处理路径201a的输出传送给数字输出信号digital_out。状态机225可以保持在状态310中直到例如产生将处理路径201b的输出选择为数字输出的条件的时刻，此时状态机225可以转换到状态312。在一些实施例中，该条件可以包括模拟输入信号analog_in增大到大于频率相关阈值t2。
在状态312，状态机225可以产生控制信号给多路复用器227以便可调节衰减系数cf的值从它的最小值(例如，0)缓慢上升到它的最大值(例如，1)。应该注意如果状态机225从状态308转换到状态312，那么当状态312发生时可调节衰减系数cf可能不会已经完全缓慢下降到它的最小值并且因此具有比它的最小值大的值。因而，在该情况下，可调节衰减系数cf可以从在状态机225从状态308转换到状态312的时刻它的值缓慢上升到它的最大值。在一些实施例中，状态机225可以导致可调节衰减系数cf的值在以规则间隔发生的多个步骤中缓慢上升到它的最大值。在一些或替代实施例中，状态机225可以导致可调节衰减系数cf基于模拟输入信号analog_in的幅度而缓慢上升到它的最大值，如下面关于图4更详细描述。
一旦可调节衰减系数cf已经到达它的最大值，状态机225可以从状态312转换到状态304。然而，如果在可调节衰减系数cf到达它的最大值之前，过载检测器221检测到在选择处理路径201a的情况下数字输出信号digital_out由此可能经受削波和其他失真的这一条件，那么状态机225可以立即转换到状态304并且将可调节衰减系数cf设置到它的最大值以避免削波和其他失真。
如上描述，频率相关级检测器231可以应用频率相关级阈值用于在处理路径201a和处理路径201b之间切换。图4图解说明根据本发明实施例的描述用于在处理路径201之间切换的示例频率相关阈值t2的图表。如图4所示，频率相关阈值t2可以随着模拟输入信号analog_in的频率f改变。例如，在由图4表示的实施例中，频率相关阈值t2可以包括频率f的单调递增函数。该频率相关阈值可以表示，在各个相应频率处，在该相应频率处所需的模拟输入信号analog_in的幅度，以便于交叉该阈值，并且切换从处理路径201a的数字输出选择到从处理路径201b的输出。因此，例如，在20hz处具有幅度为-30dbfs的模拟输入信号analog_in可以超过该阈值，并且因此触发从处理路径201a的数字输出选择到从处理路径201b的输出的切换，而在20khz处具有相同幅度的模拟输入信号analog_in不会超过该阈值。
如上提及，当从处理路径201a的数字输出选择到从处理路径201b的输出进行转换时，状态机225可以导致可调节衰减系数cf基于模拟输入信号analog_in的幅度而缓慢上升到它的最大值。尽管在图4中是可调节衰减系数cf的示例值，其在模拟输入信号analog_in超过频率相关阈值t2时，可以在模拟输入信号analog_in的特定幅度下由状态机225选择。在由图4表示的实施例中，如果模拟输入信号analog_in由于在20hz处大于-33dbfs，超过频率相关阈值t2，可调节衰减系数cf可以在0.0处开始缓慢上升，并且对于每个db的幅度增量以0.2增加。然而，如果模拟输入信号analog_in由于在100hz处大于-31dbfs，超过频率相关阈值t2，可调节衰减系数cf可以立即从0.0增加到0.4，并且然后对于每个db的幅度增量以0.2增加。应该注意虽然衰减系数cf可以对于每个db的幅度增量以0.2增加，但是在一些实施例中，衰减系数cf不必须以0.2的步进增加。例如，在一些实施例中，可调节衰减系数cf可以在它的最小值与最大值之间具有128个可能的值，并且当缓慢上升时，可以在给定步进中以在它的最小值与最大值之间的差值的1/128的幅度增加。
除了如上所述减少多路径模数转换器中的音频伪迹，与上面描述的那些相似的系统和方法也可以使用来减少在具有针对数模转换器的最大动态范围设置的可选择增益的数模转换器中的音频伪迹，如下描述。
图5图解说明根据本发明实施例的数模处理器111的选定部件。如图5所示，数模处理器111可以从数字处理器109接收数字输入信号digital_in。数模处理器111可以包括数字增益元件512，以施加由增益控制520选择的可选择数字增益x到数字输入信号digital_in。已放大数字音频输入信号可以被发送到数模转换器(dac)514，其可以将数字音频输入信号转化成模拟信号vin。数字增益元件512与dac514在此可以一起称为从在图5中描述的用于数字输入信号digital_in的输入节点到用于数字输出信号digital_out的输出节点的信号路径的数字路径部分。在相近技术领域中，数字增益元件512与dac514有时候可以称为音频压缩器。
dac514可以供应模拟信号vin到放大器级516，其可以与可选择模拟增益k/x一致地放大或衰减音频输入信号vin，以提供输出模拟信号analog_out，其可以操作扬声器、耳机变换器、线路电平信号输出、和/或其他区合适输出。放大器级516在此可以称为从在图5中描述的用于数字输入信号digital_in的输入节点到用于数字输出信号digital_out的输出节点的信号路径的模拟路径部分。在相近技术领域中，放大器级516有时候可以称为音频扩大器。电源(在图5中未明确示出)可以提供放大器级516的电源干线输入。
如图5所示，数模处理器111可以包括增益控制电路520，其配置为基于数字输入信号digital_in控制增益元件512的可选数字增益x和放大器516的可选择模拟增益k/x。在其中存在音量控制的实施例中，可以响应于用户界面、音量旋钮编码器或程序命令、或其他合适机构从微控制器或其他数字控制电路提供音量控制信号。
作为数模处理器111的动态范围增强功能性的示例，当数字输入信号digital_in相对于数字输入信号digital_in的满量程电压为在0分贝(0db)处或附近，增益控制器520可以给可选择数字增益选择第一数字增益(例如，x1)并且给可选择模拟增益选择第一模拟增益(例如，k/x1)。然而如果数字输入信号digital_in的幅度相对于数字输入信号digital_in的满量程电压小于特定预定阈值幅度，那么增益控制器520可以给可选择数字增益选择比第一数字增益(例如，x2>x1)大的第二数字增益(例如，x2)并且给可选择模拟增益选择比第一模拟增益(例如，k/x2<k/x1)小的第二模拟增益(例如，k/x2)。在这种情况下，可选择数字增益和可选择模拟增益的累积路径增益(例如，k)可以是基本上为恒定常数(例如，在数模处理器111的制造公差和/或操作公差内的恒定常数)。在一些实施例中，k可以大约等于1，以便累积路径增益为单位增益。与其中数字增益和模拟增益为静态的方法相比，数字增益和模拟增益的该修改可以增加数模处理器111的动态范围，因为它减少注入输出模拟信号analog_out的噪声，该噪声可以是放大器516的模拟增益的大体单调递增函数。虽然该噪声对于较高幅度音频信号(例如，相对于满量程电压在0db处或附近)是可以忽略的，但是该噪声的存在对于较低幅度音频信号(例如，相对于满量程电压在-20db处或附近或更低)会变得很显著。通过对较小信号幅度在放大器516处应用较小模拟增益，可以减少注入输出模拟信号analog_out的噪声的量，同时通过应用于模拟正增益反比例的数字增益到增益元件512，可以根据数字输入信号digital_in保持输出模拟信号analog_out的信号电平。
同样如图5所示，增益控制器520可以包括级检测电路542、比较器模块546、零交叉检测电路548、瞬态干扰修正电路544、增益校准电路552、偏置校准电路554、以及增益控制状态机550。级检测电路542可以包括接收数字输入信号digital_in(或其衍生物)、确定该信号的幅度、以及输出指示该幅度的信号的任何合适系统、设备、或装置。比较器模块546可以包括具有n预定阈值幅度的级检测电路542的输出信号，其中n为正整数，并且基于该比较，输出信号comp_out，其指示输出模拟信号analog_out的期望幅度是否大于或小于每个该预定阈值幅度。在一些实施例中，该预定阈值幅度可以是相对于数字输入信号digital_in和/或输出模拟信号analog_out的满量程电压的。在一些实施例中，比较器模块546可以实施迟滞性，以便信号comp_out或其中的一数位仅在级检测电路542的输出信号保持大于或小于预定阈值幅度持续最小时间长度(例如，0.1秒用于放置在人可听见音频范围之外的任何切换伪迹)的情况下可以转变。
在这些和其他实施例中，比较器模块546的一个或多个阈值可以包括与由模数处理器105的频率相关级检测器231采用的阈值相似的频率相关阈值。因而，该频率相关阈值可以由增益控制器520施加来确定是否在数模处理器111的可选增益之间进行切换。
零交叉检测电路548可以包括用于检测数字音频输入信号(或其衍生物)的零交叉的发生并且输出指示该信号的零交叉已经发生的信号zero_detect的任何合适系统、设备、或装置。当该信号的波形交叉零幅度或者交叉在零阈值内并且指示零交叉的另一个电平(例如，低于-70db或者在零的最低有效位的小数位内的小信号电平)时，会发生信号的零交叉。
瞬态干扰修正电路544可以包括用于修正在增益元件512的输出与放大器级516的输入之间的等待时间或群延迟的任何合适系统、设备、或装置。该瞬态干扰修正可以考虑增益元件512的可选择数字增益的变化，其需要等待时间以传播到放大器级516，在那里可以应用对应的可选择模拟增益。如果没有该修正，群延迟的等待时间可以导致音频伪迹出现在信号路径的输出。
增益校准电路552可以包括用于校正放大器级516的非理想增益的任何合适系统、设备、或装置。为了图解说明，放大器级516可以包括操作性放大器522和切换电阻网络524，其包括具有每个藕接到对应开关529的多个接头的电阻器串528。为了施加期望可选择模拟增益到放大器级516，开关529可以选择性地被断开和关闭以产生在操作性放大器522的负输入与操作性放大器522的输出之间的等效电阻，其中操作性放大器522的可选择模拟增益是基于该等效电阻的。然而，由于放大器级516的非理想性(例如，温度变化，过程公差等)，放大器级516的实际增益可以不同于由增益控制状态机550确定的增益的期望电平。因而，增益校准电路552可以确定放大器级516的实际增益并且输出指示该实际增益的信号gain_cal，并且增益控制状态机550可以在选择可选择数字增益中校正非理想性。
偏置校准电路554可以包括用于校正放大器级516的偏置的任何合适系统、设备、或装置。为了图解说明，由于放大器级516的非理想性(例如，温度变化，过程公差等)，操作性放大器522可以包括来自与放大器级516相关的期望地信号或共模电压的轻微偏置526，其可以影响信号输出vout。因而，偏置校准电路554可以确定放大器级516的偏置526并且输出信号offset_cal，其可以被发送到dac514的偏置模块532以便dac514可以校正该模拟偏置。
掩蔽检测器547可以与模数处理器105的掩蔽检测器229相似，因为它可以检测数字输入信号digital_in的分量，该分量可以掩蔽由于在数模处理器111的可选择增益之间的切换导致的可听见伪迹。
增益控制状态机550可以接收信号comp_out、zero_detect、mask_detect、glitch、和/或gain_cal，并且基于这些信号的一个或多个，产生可选择数字增益和可选择模拟增益，如本发明其他地方更详细描述。例如，当数字输入信号digital_in的幅度从小于预定阈值幅度(例如，-24db)转换到大于预定阈值幅度(例如，-24db)，信号comp_out可以只是该转换并且作为响应，增益控制状态机550可以等待直到发生零交叉(如由信号zero_detect指示)，在此之后，它可以导致dac514增加可选择数字增益并且以相似的量减少可选择音频增益。通过在数字音频输入信号(或其衍生物)的零交叉处改变可选择数字增益和可选择音频增益，可以掩蔽该改变以及与该改变相关的任何音频伪迹，并且因此对于包括数模处理器111的音频设备的听者来说是不显著或不明显的。
当在本文中使用，当两个或更多元件称为互相“耦接”时，该术语指示，该两个或更多元件处于电连接或机械连接，不管是否具有间接或直接连接的介入元件。
本发明包括本领域技术人员将会理解的对本文示例实施例的所有改变、替代、变形、替换和修改。相似地，适当时，附属权利要求包括本领域技术人员将会理解的对本文示例实施例的所有改变、替代、变形、替换和修改。并且，所附权利要求中的对适于、为设置为、能够(capableof)、被配置为、能够(enabledto)、可操作为(operableto)或操作为(operativeto)执行特定功能的装置或系统或装置或系统的部件的参考包括装置、系统、部件，无论特定功能是否被激活、接通或解锁，只要装置、系统或部件被如此地适于、设置、能够、配置、能够、可操作或操作。
本文中所述的所有示例和条件性语言都是为了教导目的，以辅助读者理解本发明以及发明人对本领域做出进一步贡献的概念，并且应理解为并非对这样的特定所述的示例和条件的限制。尽管已经详细描述了本发明的实施方式，但是应该理解，可以在未脱离权利要求书中所述的本发明的精神和范围的情况下可以对本发明进行各种改变、替代和变形。