一种增益控制装置的制作方法

文档序号:11198320阅读:331来源:国知局
一种增益控制装置的制造方法

本实用新型涉及电子电路技术领域,特别涉及一种增益控制装置。



背景技术:

音频放大器是将音频信号进行功率放大,以驱动扬声器达到扩音目的。在音频处理过程中,为了提升音乐播放的效果,增大音乐播放的响度,通常需要对输入的音频信号进行自动增益控制,来调整输入的音频信号的信号幅度,衰减大幅值信号,放大小幅值信号,保证信号幅值的平稳。目前的音频功率放大器大多带有自动增益控制(AGC) 功能。AGC是使放大电路的增益自动地随信号强度而调整的自动控制方法,AGC自动增益控制电路的作用是在输入信号幅度变化很大的情况下,自动保持输出信号幅度在很小范围内变化的一种自动控制电路。

现有技术中的增益控制方法,可以在检测到放大器的输出功率大于预定的功率阈值时,将输出功率维持在设定的功率阈值。但是现有的增益控制方法在控制增益时容易造成失真,影响音频播放效果;同时在检测到放大器的输出信号大于预定的预设阈值时,虽然能自动降低输出信号,但是过程中信号输出值已经超过扬声器的最大功率值,容易造成扬声器受损。

公开号为CN104485909A的专利文件提供了一种增益控制方法及装置,其使用多组的AGC控制电路来判断放大器的输出,针对不同的输出大小做不同时间的增益控制,可以提升音乐文件的播放效果,提升用户的体验。但是当输出超过第一预设阈值(如扬声器的最大功率)时,增益虽然会快速下降,但是信号输出还是已经超过扬声器的最大功率值,还是会使扬声器损坏。同时,由于D类音频放大器判断输出是否削顶是从积分器输出判断,而判断不同输出功率是从第一级可调增益放大器的输出判断,两种机制判断的位置不相同,因此其不适合用在D类音频放大器上。

公开号为CN104767498A的专利文件提供了一种增益控制方法及装置,其使用过零检测,避免在输出信号的峰值处对放大器的增益进行调整,从而提高音乐播放效果。但是当有多组AGC控制电路时,无法选择是否需要过零检测来改变增益。如有一个低频音乐信号输入时,输出信号超过扬声器最大功率限制时,必须要及时快速的降低增益,如果必须等到过零检测后才能改变增益,可能会造成扬声器受损。此外,过零检测电路的第二检测电路有使用高阈值与低阈值电平来判断输出信号,即输出信号并不是在最低的点才送出过零检测信号,所以改变增益时还是会造成一定的杂音,影响播放效果。



技术实现要素:

针对以上问题,本实用新型专利目的在于设计了一种增益控制装置,可以保持良好的声音品质,同时可以有效保护扬声器,避免扬声器超过最大功率而损坏。

本实用新型具体的技术方案如下:

一种增益控制装置,包括前级增益放大器、电压控制电路、调变电路、幅度检测电路、过零检测电路、防削顶幅度检测电路和增益控制电路,所述前级增益放大器、电压控制电路和调变电路依次连接,所述电压控制电路分别通过所述幅度检测电路和过零检测电路连接所述增益控制电路,所述调变电路通过所述防削顶幅度检测电路连接所述增益控制电路;其中,

所述电压控制电路用于检测并控制所述前级增益放大器的输出信号;

所述幅度检测电路用于接收所述电压控制电路的输出信号并与预设阈值进行比较,输出相应的增益信号;

所述过零检测电路用于判断所述电压控制电路的输出信号是否过零点,并在过零点时向所述增益控制电路输出相应的增益信号;

所述防削顶幅度检测电路用于检测所述调变电路的输出信号是否出现削顶,并在出现削顶时向所述增益控制电路输出相应的增益信号;

所述增益控制电路用于根据所述幅度检测电路、过零检测电路和防削顶幅度检测电路输出的增益信号判断是否需要进行增益控制,以及在需要进行增益控制时对所述前级增益放大器的增益进行控制。

具体的,本实用新型所述增益控制装置适用于D类音频放大器。

具体的,本实用新型所述幅度检测电路包括N个幅度检测电路, N≥1。

具体的,本实用新型所述增益控制电路进一步包括:分别接收所述幅度检测电路、过零检测电路和防削顶幅度检测电路输出的增益信号,并判断是否需要过零点是进行增益控制。

具体的,本实用新型所述电压控制电路包括:第一比较器、第一控制开关、第二比较器和第二控制开关;

所述第一比较器的输入端分别连接前级增益放大器的输出信号和第一参考电压,第一比较器的输出端连接第一控制开关;

所述第二比较器的输入端分别连接前级增益放大器的输出信号和第二参考电压,第二比较器的输出端连接第二控制开关。

具体的,本实用新型所述过零检测电路包括:第三比较器、第一延迟电路、第二延迟电路和异或门,所述第三比较器的输入端分别连接所述电压控制电路的输出信号,第三比较器的输出端一路通过非门连接第一延迟电路,另一路直接连接第二延迟电路,所述第一延迟电路和第二延迟电路的输出端分别连接所述异或门的两输入端。

本实用新型提供的增益控制装置与现有技术相比具有以下优点:

(1)通过电压控制电路可以有效的保护扬声器,避免扬声器超过最大功率而损坏;

(2)提出的多组AGC增益控制功能,结合过零检测与防削顶检测,可以完整的判断输出信号,来进一步判断增益该如何变化,能有效的对扬声器进行保护,并同时保持良好的声音品质;

(3)通过过零检测电路可以在最小的信号时改变增益,避免产生增益变化时的杂音,可以保持良好的声音品质。

附图说明

以下参照附图对本实用新型实施例作进一步说明,其中:

图1是本实用新型的电路图;

图2是本实用新型实施例一的电路图;

图3是本实用新型本实用新型放大器信号与增益关系图;

图4是本实用新型电压控制电路的电路图;

图5是本实用新型幅度检测电路的电路图;

图6是本实用新型幅度检测电路的输入输出示意图;

图7是本实用新型过零检测电路的电路图;

图8是本实用新型过零检测电路的输入输出示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

本实用新型提出了一种增益控制装置,请参阅图1,包括前级增益放大器、电压控制电路、调变电路、幅度检测电路、过零检测电路、防削顶幅度检测电路和增益控制电路,所述前级增益放大器、电压控制电路和调变电路依次连接,所述电压控制电路分别通过所述幅度检测电路和过零检测电路连接所述增益控制电路,所述调变电路通过所述防削顶幅度检测电路连接所述增益控制电路。其中,

所述电压控制电路用于检测并控制所述前级增益放大器的输出信号;

所述幅度检测电路用于接收所述电压控制电路的输出信号并与预设阈值进行比较,输出相应的增益信号;

所述过零检测电路用于判断所述电压控制电路的输出信号是否过零点,并在过零点时向所述增益控制电路输出相应的增益信号;

所述防削顶幅度检测电路用于检测所述调变电路的输出信号是否出现削顶,并在出现削顶时向所述增益控制电路输出相应的增益信号;

所述增益控制电路用于根据所述幅度检测电路、过零检测电路和防削顶幅度检测电路输出的增益信号判断是否需要进行增益控制,以及在需要进行增益控制时对所述前级增益放大器的增益进行控制。

本实用新型提供的增益控制装置可有效保护扬声器,避免扬声器受损。在第一级前级增益放大器输出,加上电压控制电路,设定的电压控制点为负载扬声器的最大功率PMAX。当放大器的输出电压超过扬声器的最大功率时,会被电压控制电路限制在此最大电压点,不让电压超过,同时幅度检测电路会检测电压控制电路的输出,并输出降增益的信号给增益控制电路,快速降低增益。

具体的,本实用新型所述增益控制电路进一步包括:分别接收所述幅度检测电路、过零检测电路和防削顶幅度检测电路输出的增益信号,并判断是否需要过零点是进行增益控制。本实用新型的过零检测判断是经由增益控制电路来判断是否需要在信号过零时来降增益。如果输出信号已经超过PMAX或是电压输出信号削顶失真时,此时不需要等待过零信号,增益控制电路会马上以最快的速度降低增益。尤其输入是低频信号时,若还要等待过零信号才能降增益,扬声器会长时间处在高电压情况下,容易导致损坏。且如果是输出削顶失真,而不迅速降增益,会使声音音质受损。本实用新型让检测点更接近零点,避免在信号较高的位置改变增益,造成杂音。

具体的,本实用新型所述增益控制装置适用于D类音频放大器,调变电路采用D类调变电路。请参阅图2为本实施例一的电路图。

幅度检测电路可以有很多组,所述幅度检测电路包括N个幅度检测电路,N≥1。可根据扬声器的功率限制范围,来调整增益下降的速度,增加声音的动态范围。

请参阅图3放大器信号与增益关系图,本实施例设置有三档幅度检测电路,分别是最大功率PMAX、缓冲功率PMED、额定功率PRMS。扬声器功率不可超过PMAX,否则会损坏。扬声器功率则可长时间操作在PRMS下,而介于PMAX与PRMS之间就可以适当的调整,让声音在短时间内停留在此功率范围,如此可以加大声音的动态范围。这此,加入PMED的功率判断,PMED约是PRMS的1.2倍,为PRMS的缓冲功率,多一组功率判断与时间控制,可以让声音响度更丰富。

请参阅图3中区域A,当声音突然变大,超过PMAX时,电压控制电路会把输出电压限制在控制电压点,不让扬声器有损坏的风险,同时增益控制电路控制增益快速下降(如0.16ms/dB),把信号降低至 PMAX以下。或者其他情况,當放大器电源电压较低时,在还没顶到 PMAX时,输出就发生削顶失真,此时,增益控制电路也控制增益快速下降(如0.16ms/dB),让声音信号不失真,避免输出不悦耳的声音。

请参阅图3中区域B,当输出介于PMAX与PMED时,增益会中速下降(如0.64ms/dB),允许短暂的大音量输出。图3中区域C,当输出介于PMED与PRMS时,控制增益慢速下降(如21ms/dB),来允许短暂的大音量输出。图3中区域D,当输出介于PRMS与PHYS时,增益会维持住。图3中区域E、F、G,当输入信号变小,增益会先维持 10ms后,在慢慢回复增益(如41ms/dB),直到回复增益初始值,或是输出介于PRMS与PHYS时才会停住。

具体的,请参阅图4为电压控制电路的电路图,本实施例所述电压控制电路包括:第一比较器OP_H、第一控制开关MP_H、第二比较器OP_L和第二控制开关MP_L。所述第一比较器的输入端分别连接前级增益放大器的输出信号和第一参考电压,第一比较器的输出端连接第一控制开关;所述第二比较器的输入端分别连接前级增益放大器的输出信号和第二参考电压,第二比较器的输出端连接第二控制开关。

电压控制电路目的在防止输出功率超过扬声器的最大功率PMAX而使扬声器损坏。工作原理是透过检测前级增益放大器的输出信号 VOP、VON与参考电压Vref_H、Vref_L的关系,当VOP或VON超过上限Vref_H或低于下限Vref_L时,会分别启动比较器OP_H或 OP_L电路来控制开关第一控制开关MP_H或第二控制开关MP_L来限制增益放大器输出的信号,达到限制VOP与VON的电压。

具体的,请参阅图5为幅度检测电路的电路图,将电压控制电路的输出信号VOP、VON分别与VrefRMS、VrefHYS做比较,可以得到ATTRMS与RLSRMS讯号,再送到增益控制电路做增益控制。

请参阅图6是幅度检测电路的输入输出示意图,ATTRMS为高电平时,增益控制电路准备降增益,RLSRMS为高电平时,增益控制电路准备升增益。VrefRMS与VrefHYS的差异必须要超过1个bit的增益降幅以上,否则会有增益上下跳动的问题。延迟电路的目的是为了防止电路受干扰而造成误动作,延迟时间可以是数微秒。其他不同幅度的判断可以用相同的幅度检测电路架构来达成。

防削顶幅度检测电路类似幅度检测电路,请参阅图5,参考电压则是三角波的上限值。D类调变器裡的PWM产生器是将积分器输出的VOP1、VON1与三角波比较而得到PWM讯号。当输出讯号有削顶的情况发生时,即OUTP与OUTN的duty到达100%或 0%时,积分器的输出讯号(VOP1与VON1)会超过三角波的幅度范围,所以藉由判断积分器输出是否超过三角波上限值可以检测出放大器输出是否发生削顶。当发生削顶,放大器会快速降增益,避免听到失真的声音

具体的,请参阅图7为过零检测电路的电路图。所述过零检测电路包括:第三比较器、第一延迟电路、第二延迟电路和异或门,所述第三比较器的输入端分别连接所述电压控制电路的输出信号,第三比较器的输出端一路通过非门连接第一延迟电路,另一路直接连接第二延迟电路,所述第一延迟电路和第二延迟电路的输出端分别连接所述异或门的两输入端。使用第三比较器比较电压控制电路的输出信号VOP与VON的讯号,经过延迟电路与异或门运算后,得到一脉波讯号,此脉波宽度由延迟电路决定。

请参阅图8为过零检测电路的输入输出示意图。当输入讯号突然停止,VOP与VON会无法交越,比较器会无法产生变化,此时,脉波侦测电路会侦测一段时间内是否没有脉波讯号送过来。如距离上一次的脉波讯号已经超过50ms还没有下一个脉波送过来时,脉波侦测电路会强制送出一脉波讯号,让增益控制电路可以顺利控制增益。此根强制送出的脉波是在没有输入讯号的情况下送出,所以增益改变会在讯号最小的时候,所以此时改变增益并不会产生杂音。

具体的,增益控制电路分别接收来自幅度检测电路、防削顶幅度检测电路与零点检测电路的讯号,判断是否需要降低增益或恢复增益,并以何种速度降低增益,是否需要过零点的时候降低增益等,来控制前置放大器的增益。

以上所述本实用新型的具体实施方式,并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何根据本实用新型的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形,均应包含在本实用新型权利要求的保护范围内。

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