专利名称：应用于d类音频放大器中的双阈值自动增益控制电路的制作方法
技术领域：
本发明属于电子电路技术领域，涉及模拟集成电路，特别是一种用于D类音频放大器中的可获最佳增益的双阈值自动增益控制电路。
背景技术：
随着人们对音频功率放大器的深入研究和不断开发，工作于开关模式的D类音频放大器以效率高，信号失真小等优点，逐渐替代了线性放大器，占领了音频功放市场。与A类、B类和AB类等线性音频功放不同，D类音频放大器是一款工作于开关模式的数字音频放大器，将经过积分放大器放大后的输入音频信号与载波信号进行比较，完成模数转换，得到一系列宽度不同的脉冲信号，完成音频信号幅度信息向脉宽信息的转化。该脉宽信息控制桥式负载电路工作，桥电路的输出经外部LC滤波器处理后完成了数模转换，得到放大后的 音频信号。但是，若由于某种原因，引起输入音频信号幅度过大或载波信号幅度变小，积分放大器的输出经模数转换后会输出直流信号。该直流信号控制桥式电路一直处于单向开启状态，在桥电路和喇叭负载中产生较大的直流成分，对芯片和喇叭负载造成致命损伤。可见设计一款既能抑制该直流成分的产生，又能保证总体输出功率水平的D类音频放大器势在必行。图I给出了传统的自动增益控制电路控制电路，其输入信号为音频信号Vin，该输入信号经可编程放大器电路音频信号的初步放大，输出信号Vott ;该输出信号Vtot即为D类音频放大器中模数转换器的一个输入信号；输出信号Vott也作为单阈值峰值检测电路的一个输入信号，单阈值峰值检测电路的另一个输入信号为阈值电平Vkef;单阈值峰值检测电路的输出连接增益控制模块，作为其唯一输入信号；增益控制模块中的综合单阈值峰值检测电路输出一系列增益选择信号，控制可编程放大增益器进行增益调节，同时输出清零信号，清除单阈值峰值检测电路检测到的信息。图2给出了当输入信号幅度过大时传统的自动增益控制电路的控制过程；当输出信号的最大幅度Vott MX>VKEF时，单阈值峰值检测电路输出为低电平信号，增益控制模块中的综合单阈值峰值检测电路综合该低电平信号输出新的增益选择信号，同时在完成增益调节后输出一个低电平清零信号到单阈值峰值检测模块，清除单阈值峰值检测电路所检测的幅度信息；新的增益选择信号控制可编程放大增益器在现有增益的基础上降低一步增益；当输出信号的最大幅度VTOT—mx〈VKEF时，单阈值峰值检测电路输出为高电平信号，增益控制模块中的综合单阈值峰值检测电路综合该高电平信号输出新的增益选择信号，同时在完成增益调节后输出一个低电平清零信号到单阈值峰值检测模块，清除单阈值峰值检测电路所检测的幅度信息；新的增益选择信号控制可编程放大增益器在现有增益的基础上增加一步增益。由于单阈值峰值检测电路只有一个阈值电压，这样在增益调节过程中，当可编程增益放大器的输出最大幅度接近与阈值电平压VREF时，难免会出现增益在临界状态来回调节即增益抖动现象，引起信号失真，严重影响D类音频放大器输出的音频质量。
发明内容
本发 明的目的在于针对现有的自动增益控制电路的不足，提出一种应用于D类音频放大器中的双阈值自动增益控制电路，以消除增益调节过程中出现的增益抖动现象，提高D类音频放大器输出的音频质量。为实现上述目的，本发明包括用于对输入音频信号进行初步放大的可编程增益放大器I，其特征在于还包括双阈值产生电路2、双阈值峰值检测模块3和反馈式增益控制模块4 ；所述双阈值产生电路2用于产生阈值电压Vkefi和VKEF2，并连接到双阈值峰值检测模块3，为其提供阈值电压；所述双阈值峰值检测模块3,设有7个输入端u、e、f、g、h、k、s和I个输出端m;其输入端u与可编程增益放大器I的输入的音频信号Vtot相连，用于最大信号幅度的检测；其输入端e与D类音频放大器内部产生的时钟信号CK相连；其输入端f和输入端g分别与双阈值产生电路2输入的阈值电压Vkefi和Vkef2相连；其输入端h、输入端k和输入端s分别与反馈式增益控制模块4输入的清零信号RSET、控制信号CTRLl和控制信号CTRL2相连；其输出端m输出锁存信号PD，并连接到反馈式增益控制模块4，为其提供幅度信息；所述反馈式增益控制模块4,设有I个输入端η, 4个输出端o、p、q、z ;其输入端η与双阈值峰值检测模块3输入的锁存信号F1D相连；其输出端O、输出端P和输出端q，分别输出清零信号RSET、控制信号CTRLl和控制信号CTRL2，并连接到双阈值峰值检测模块3 ；其输出端z连接到可编程增益放大器I ;反馈式增益控制模块4采用逻辑判决调节增益的方式输出上调增益、下调增益和保持增益三类信号，并通过这三类信号控制可编程增益放大器1，以实现增益的自动调节和消除增益的抖动现象。 上述双阈值自动增益控制电路，其中双阈值产生电路2，包括误差放大器201，202、电流镜电路203，204、晶体管Ml和电阻R0 R4 ；所述晶体管Ml的栅极与第一误差放大器201的输出端相连；其漏极与第一电流镜电路203的第一端相连；其源极通过电阻RO与第二电流镜电路204的第一端相连；所述第一误差放大器201的同相输入端连接D类音频放大器内部产生的共模电平V ，其反相输入端连接到晶体管Ml和电阻RO的公共端；所述电阻Rl的一端与第一电流镜电路203的第二端相连；电阻Rl的另一端串联单组R2、R3和R4到第二电流镜电路204的第二端；电阻Rl和R2的公共端作为双阈值产生电路2的第一输出端，输出阈值电压Vkefi ;电阻R2和R3的公共端作为双阈值产生电路2的第二输出端，输出阈值电压Vkef2 ；所述第二误差放大器202的反相输入端与自身的输出端相连，构成单位增益放大电路；其同相输入端连接D类音频放大器内部产生的共模电平Vqi ;其输出端与电阻R3和R4的公共端相连，用于确定阈值电压Vkefi和Vkef2的共模水平。上述的双阈值自动增益控制电路，其中双阈值峰值检测模块3，包括比较器301，302、二输入或非门303，304，305和锁存器306 ；所述第一比较器301的同相输入端与第二比较器302的同相输入端相连，作为双阈值峰值检测模块3的输入端U，连接可编程增益放大器I输入的音频信号Vtot ;第一比较器301的反相输入端作为双阈值峰值检测模块3的输入端f，连接双阈值产生电路2输入的阈值电Svkefi ;其输出端输出比较信号ovi,并与二输入或非门303的第二输入端相连；所述第二比较器302的反相输入端作为双阈值峰值检测模块3的输入端g，连接双阈值产生电路2输入的阈值电压Vkef2 ;其输出端输出比较信号0V2，并与二输入或非门304的第一输入端相连；所述二输入或非门303的第一输入端作为双阈值峰值检测模块3的输入端k，连接反馈式增益控制模块4输入的控制信号CTRLl ;其输出端连接到二输入或非门305的第一输入端；所述二输入或非门304的第二输入端作为双阈值峰值检测模块3的输入端S，连接反馈式增益控制模块4输入的控制信号CTRL2 ;其输出端连接到二输入或非门305的第二输入端；所述锁存器306的数据输入端与二输入或非门305的输出端相连；其时钟输入端 作为双阈值峰值检测模块3的输入端e，连接D类音频放大器内部产生的时钟信号CK，用于数据信息的采集；其清零端作为双阈值峰值检测模块3的输入端h，连接清零信号RST，用于数据信息的清除；其输出端Q作为双阈值峰值检测模块3的输出端m，输出锁存信号H)，用于提供检测到的幅值信息。上述的双阈值自动增益控制电路，其中反馈式增益控制模块4，包括第一组合逻辑电路41，第二组合逻辑电路42和第三组合逻辑电路43 ；所述第一组合逻辑电路41,其第一输入端与双阈值峰值检测模块3输入的锁存信号ro相连；其第二输入端与第二组合逻辑电路42输入的清零信号RST2相连，用于其内部计数器清零；其第三输入端与D类音频放大器内部产生的时钟信号CK相连，用于为其内部计时器和计数器提供时钟信号；该第一组合逻辑电路41共有5个输出信号，分别为控制信号Tl、T3、TOB、清零信号RS Tl和增益选择信号d23 d0 ;其中控制信号Tl、T3和清零信号RS Tl连接到第二组合逻辑电路42，用于产生清零信号RSET和清零信号RST2 ;输出信号PDB连接到第三组合逻辑电路(43);增益选择信号d(Td23作为反馈式增益控制模块4的输出端z的输出信号；所述第二组合逻辑电路42，其第一输入端、第二输入端和第三输入端分别与第一组合逻辑电路41输入的控制信号T1、T3和清零信号RS Tl相连接；其第四输入端和第五输入端分别与第三组合逻辑电路43输入的控制信号CTRLl和CTRL2相连；该第二组合逻辑电路42共有4个输出信号，分别为清零信号RSET、RST2和控制信号A、B ;其中清零信号RSET作为反馈式增益控制模块4输出端ο的输出信号；清零信号RST2连接到第一组合逻辑电路41 ;控制信号A和控制信号B均与第三组合逻辑电路43连接；所述第三组合逻辑电路43，其第一输入端与双阈值峰值检测模块3输入的锁存信号F1D相连；其第二输入端和第三输入端分别与第一组合逻辑电路41的输入的锁存信号F1D和清零信号RS Tl相连；其第四输入端和第五输入端分别与第二组合逻辑电路42输入的控制信号A和控制信号B相连；该第三组合逻辑电路43共有2个输出信号，分别为控制信号CTRLl和控制信号CTRL2 ;这两个控制信号分别作为反馈式增益控制模块4的输出端p和输出端q的输出信号。上述的双阈值自动增益控制电路，其中第一组合逻辑电路41，包括非门501、三输入或非门502，503、计时器504，505、二输入或门506、可逆计数器507和5_32译码器508 ；所述非门501，其输入端连接双阈值峰值检测模块3输入的锁存信号H);其输出端输出控制信号PDB ；所述三输入或非门502，其第一输入端连接控制信号TOB ;其第二输入端连接清零信号RSTl ;其第三输入端连接第二组合逻辑电路42输入的清零信号RST2 ;其输出端与计时器504的第二输入端相连,作为计时器504的使能信号；所述三输入或非门503，其第一输入端连接清零信号RSTl ;其第二输入端连接第二组合逻辑电路42输入的清零信号RST2 ;其第三输入端连接双阈值峰值检测模块3输入的锁存信号H);其输出端与计时器505的第二输入端相连，作为计时器505的使能信号；所述计时器504,其第一输入端与外部时钟信号CK相连；其第一输出端输出控制信号Tl ;其第二输出端输出控制信号T2,并与二输入或门506的第一输入端相连；
所述计时器505,其第一输入端与外部时钟信号CK相连；其第一输出端输出控制信号T4，并与二输入或门506的第二输入端相连；其第二输出端输出控制信号T3 ；所述二输入或门506，其输出端输出清零信号RST1，并连接到可逆计数器507的第三输入端，作为可逆计数器507的时钟信号；所述可逆计数器507，其第一输入端和第二输入端分别与双阈值峰值检测模块3输入的锁存信号ro和控制PDB相连，用于控制可逆计数器是处于加计数状态还是减计数状态；可逆计数器507输出五位计数信号，作为5-32译码器508的数据输入信号；所述5-32译码器508，其输出24位增益选择信号d23 d0，作为反馈式增益控制模块4输出端z的输出信号，用于增益水平的选择。上述的双阈值自动增益控制电路，其中第二组合逻辑电路42，包括二输入与非门601，602，603和二输入或非门604 ；所述二输入与非门601,其第一输入端连接第一组合逻辑电路41输入的控制信号T3 ;其第二输入端连接第三组合逻辑电路43输入的控制信号CTRL2 ;其输出端输出信号A，并与二输入与非门603的第一输入端相连；所述二输入与非门602,其第一输入端连接第一组合逻辑电路41输入的控制信号Tl，其第二输入端连接第三组合逻辑电路43输入的控制信号CTRLl ;其输出端输出信号B，并与二输入与非门603的第二输入端相连；所述二输入与非门603的输出端输出清零信号RST2，并与二输入或非门604的第二输入端相连；所述二输入或非门604，其第一输入连接第一组合逻辑电路41输入的清零信号RSTl ;其输出端输出清零信号RSET，作为反馈式增益控制模块4输出端O的输出信号。上述的双阈值自动增益控制电路，其中第三组合逻辑电路43，包括二输入与非门701，702、二输入与门703，704和RS触发器705 ；所述二输入与非门701,其第一输入端连接双阈值峰值检测模块3输入的锁存信号F1D ;其第二输入端与第一组合逻辑电路41输入的清零信号RS Tl相连；其输出端与二输入与门703的第一输入端相连；所述二输入与门702,其第一输入端和第二输入端分别与第一组合逻辑电路41输入的清零信号RSTl和控制信号PDB相连；其输出端与二输入与门704的第一输入端相连；
所述二输入与门703，其第二输入端连接第二组合逻辑电路42输入的控制信号A ；其输出端与RS触发器705的R端相连；所述二输入与门704，其第二输入端连接第二组合逻辑电路42输入的控制信号B ;其输出端与RS触发器705的S端相连；所述RS触发器705的两个输出端分别作为反馈式增益控制模块4的输出端p和输出端q，并输出控制信号CTRLl和CTRL2到控制双阈值峰值检测模块3，用于控制双阈值峰值检测模块3对峰值大小进行循环检测。
本发明与现有技术相比具有以下优点(I)本发明由于添加了一个双阈值峰值检测模块，通过将放大器的音频输出信号与双阈值产生电路产生的阈值电压Vkefi和Vkef2进行比较，准确的界定了音频输出信号的幅度水平。(2)本发明通过可编程增益放大器、双阈值峰值检测模块和反馈式增益控制模块构成循环检测环路，可动态地检测音频信号的峰值大小，不仅实现了可编程增益放大器增益的准确调节，而且避免了增益抖动的产生，提高了音频输出的质量。
图I为传统的自动增益控制电路；图2为传统的自动增益控制电路的输出调节波形图；图3为本发明控制电路的结构框图；图4为本发明中双阈值产生电路的电路原理图；图5为本发明中双阈值峰值检测模块的电路原理图；图6为本发明中反馈式增益控制模块的结构框图；图7为本发明中反馈式增益控制模块的电路原理图；图8为本发明增益下调时的输出波形图；图9为本发明增益上调时的输出波形图。
具体实施例方式以下结合附图及其实施例对本发明作进一步描述。参照图3，本发明的双阈值自动增益控制电路，包括可编程增益放大器1，双阈值产生电路2、双阈值峰值检测模块3和反馈式增益控制模块4 ；所述可编程增益放大器1，设有3个输入端a、b、c和I个输出端d ;其输入端a连接外部音频输入信号Vin ;其输入端b与反馈式增益控制模块4相连；其输入端c连接D类音频放大器内部产生的共模信号Vcm ;其输出端d输出放大后的音频信号VOTT，并连接D类音频放大器内部的模数转换器和双阈值峰值检测模块3，用于完成模拟信号到数字信号的转换和最大音频输出信号幅度的检测；所述双阈值产生电路2，其输入端连接D类音频放大器内部产生的共模信号Vcm;其输出端输出阈值电压Vkefi和VKEF2，并连接到双阈值峰值检测模块3，为其提供阈值电压；所述双阈值峰值检测模块3,设有7个输入端u、e、f、g、h、k、s和I个输出端m;其输入端u与可编程增益放大器I的输入的音频信号Vtot相连，用于最大信号幅度的检测；其输入端e与D类音频放大器内部产生的时钟信号CK相连；其输入端f和输入端g分别与双阈值产生电路2输入的阈值电压Vkefi和Vkef2相连；其输入端h、输入端k和输入端s分别与反馈式增益控制模块4输入的清零信号RSET、控制信号CTRLl和控制信号CTRL2相连；其输出端m输出锁存信号PD，并连接到反馈式增益控制模块4，为其提供幅度信息；所述反馈式增益控制模块4 ;设有I个输入端n,4个输出端o、p、q、z ;其输入端η与双阈值峰值检测模块3输入的锁存信号F1D相连；其输出端O、输出端P和输出端q，分别输出清零信号RSET、控制信号CTRLl和控制信号CTRL2，并连接到双阈值峰值检测模块3 ；其输出端z连接到可编程增益放大器I ;反馈式增益控制模块4采用逻辑判决调节增益的方式输出上调增益、下调增益和保持增益三类信号，并通过这三类信号控制可编程增益放大器1，以实现增益的自动调节和消除增益的抖动现象。本发明的双阈值自动增益控制电路根据不同需要设有以下三种不同工作状态1)对于输入音频信号过大需要下调增益时的工作状态，II)对于输入音频信号适中不需要调节增益时的工作状态和III)对于输入音频信号过小需要上调节增益时的工作状态；其具 体工作原理分别叙述如下I)对于输入音频信号过大需要下调增益时的工作状态工作原理是当可编程增益放大器I输入的音频信号满足VTOT>VKEF1>VKEF2，且反馈式增益控制模块4输出的控制信号CTRLl=O, CTRL2=1时，双阈值峰值检测模块3输出的锁存信号I3D=I ；反馈式增益控制模块4内部的可逆计数器处于加计数状态，此时反馈式增益控制模块4内部计数器产生计数时钟控制可逆计数器完成一次加计数，输出增益选择信号Cl23^lci控制可编程增益放大器I增益下调一步；同时，反馈式增益控制模块4输出清零信号RSET=O,清除双阈值峰值检测模块3的锁存信息，进行新的幅度检测过程，且反馈式增益控制模块4输出控制信号CTRLl=I, CTRL2=0，使得双阈值峰值检测模块3输出锁存信号I3D=I ;反馈式增益控制模块4内部的可逆计数器处于加计数状态，此时反馈式增益控制模块4内部的计数器没有产生计数时钟，故其输出的增益选择信号Cl23Mtl保持现有状态，可编程增益放大器I的增益保持不变；同时，反馈式增益控制模块4输出清零信号RSET=O,清除双阈值峰值检测模块3的锁存信息，进行新的幅度检测过程，且反馈式增益控制模块4输出控制信号CTRLl=O, CTRL2=1。图8给出了本发明增益下调时的输出波形图，从图8可以看出，若可编程增益放大器I输入的音频信号Vout持续过大，即VOTT>VKEF1>VKEF2时，则上述过程循环，每循环一次，当前增益值Gain_now下调一步，直到可编程增益放大器I输入的音频信号满足νΕΕΡ >νουτ>νΕΕΡ2 循环停止，此时增益值为最佳增益值Gain_best。II)对于输入音频信号适中不需要调节增益时的工作状态工作原理是当可编程增益放大器I输入的音频信号满足VKEF1>VOTT>VKEF2，且反馈式增益控制模块4输出的控制信号CTR L1=0,CTRL2=1时，双阈值峰值检测模块3输出的锁存信号TO=O ；反馈式增益控制模块4内部的可逆计数器处于减计数状态，此时反馈式增益控制模块4内部的计数器没有产生计数时钟，故其输出的增益选择信号Cl23^lci保持现有状态，可编程增益放大器I的增益保持不变；同时，反馈式增益控制模块4输出清零信号RSET=O,清除双阈值峰值检测模块3的锁存信息，进行新的幅度检测过程，且反馈式增益控制模块4输出控制信号CTRLl=I, CTRL2=0,使得双阈值峰值检测模块3输出锁存信号I3D=I ;反馈式增益控制模块4内部的可逆计数器处于加计数状态，此时反馈式增益控制模块4内部的计数器也没有产生计数时钟，故其输出的增益选择信号Cl23Mtl保持现有状态，可编程增益放大器I的增益依然保持不变；同时，反馈式增益控制模块4输出清零信号RSET=O,清除双阈值峰值检测模块3的锁存信息，进行新的幅度检测过程，且反馈式增益控制模块4输出控制信号CTRLl=O,CTRL2=1。若可编程增益放大器I输入音频信号持续适中，即VKEF1>VTOT>VKEF2，则上述过程循环，可编程增益放大器I的增益保持不变。III)对于输入音频信号过小需要上调节增益时的工作状态的工作原理当可编程增益放大器I输入的音频信号满足VTOT〈VKEF1〈VKEF2，且反馈式增益控制模块4输出的控制信号CTRLl=O, CTRL2=1时，双阈值峰值检测模块3输出的锁存信号TO=O ；反馈式增益控制模块4内部的可逆计数器处于减计数状态，此时反馈式增益控制模块4内部的计数器没有产生计数时钟，故其输出的增益选择信号Cl23^lci保持现有状态，可编程增益放大器I的增益保持不变；同时，反馈式增益控制模块4输出清零信号RSET=O,清除双阈值峰值检测模块3的锁存信息，进行新的幅度检测过程，且反馈式增益控制模块4输出控制信号CTRLl=I, CTRL2=0,使得双阈值峰值检测模块3输出锁存信号I3D=O ;反馈式增益控 制模块4内部的可逆计数器处于减计数状态，此时反馈式增益控制模块4内部计数器产生计数时钟控制可逆计数器完成一次减计数，输出增益选择信号Cl23^lci控制可编程增益放大器I增益上调一步；同时，反馈式增益控制模块4输出清零信号RSET=O,清除双阈值峰值检测模块3的锁存信息，进行新的幅度检测过程，且反馈式增益控制模块4输出控制信号CTRLl=O, CTRL2=1。图9给出了本发明增益上调时的输出波形图，从图9可以看出，若可编程增益放大器I输入的音频信号Vout持续过小，即VOTT〈VKEF1〈VKEF2时，则上述过程循环，每循环一次，当前增益值Gain_now上调一步，直到可编程增益放大器I输入的音频信号满足νΕΕΡ >νουτ>νΕΕΡ2 循环停止，此时增益值为最佳增益值Gain_best。参照图4，本发明的双阈值产生电路2，包括误差放大器201、202，电流镜电路203、204，晶体管Ml和电阻R0 R4 ；所述晶体管M1，其栅极与第一误差放大器201的输出端相连；其漏极与第一电流镜电路203的第一端相连；其源极通过电阻RO与第二电流镜电路204的第一端相连；所述第一误差放大器201的同相输入端连接D类音频放大器内部产生的共模电平Vcm,其反相输入端连接到晶体管Ml和电阻RO的公共端，与晶体管Ml构成负反馈，保证流过电阻RO的电流大小不变；所述电阻Rl的一端与第一电流镜电路203的第二端相连，电阻Rl的另一端串联单组电阻R2、R3和R4到第二电流镜电路204的第二端，用于电阻分压，产生阈值电压；电阻Rl和R2的公共端作为双阈值产生电路2的第一输出端，输出阈值电压Vkefi ;电阻R2和R3的公共端作为双阈值产生电路2的第二输出端,输出阈值电压Vkef2 ；所述第二误差放大器202的反相输入端与自身的输出端相连，构成单位增益放大电路；其同相输入端连接D类音频放大器内部产生的共模电平Vcm ;其输出端与电阻R3和R4的公共端相连，保证电阻R3与R4的公共端电压始终等于Vqi，从而确定阈值电压Vkefi和Veef2的共模水平。参照图5，本发明的双阈值峰值检测模块3，包括比较器301、302，二输入或非门303,304,305 和锁存器 306 ；所述第一比较器301的同相输入端与第二比较器302的同相输入端相连，作为双阈值峰值检测模块3的输入端U，连接可编程增益放大器I输入的音频信号Vtot ;第一比较器301的反相输入端作为双阈值峰值检测模块3的输入端f，连接双阈值产生电路2输入的阈值电压Vkefi ;其输出端输出比较信号OVl,并与二输入或非门303的第二输入端相连，用于检测音频信号Vtot是否超过阈值电压Vkefi，以确定是否需要控制反馈式增益控制模块4输出调节增益信号；所述第二比较器302的反相输入端作为双阈值峰值检测模块3的输入端g，连接双阈值产生电路2输入的阈值电压Vkef2 ;其输出端输出比较信号0V2，并与二输入或非门304的第一输入端相连，用于检测音频信号Vtot是否超过阈值电压VKEF2，以确定是否需要控制反馈式增益控制模块4输出调节增益信号；所述二输入或非门303的第一输入端作为双阈值峰值检测模块3的输入端k，连接反馈式增益控制模块4输入的控制信号CTRLl ;其输出端连接到二输入或非门305的第一输入端；
所述二输入或非门304的第二输入端作为双阈值峰值检测模块3的输入端S，连接反馈式增益控制模块4输入的控制信号CTRL2 ;其输出端连接到二输入或非门305的第二输入端；所述锁存器306的数据输入端与二输入或非门305的输出端相连；其时钟输入端作为双阈值峰值检测模块3的输入端e，连接D类音频放大器内部产生的时钟信号CK，用于数据信息的采集；其清零端作为双阈值峰值检测模块3的输入端h，连接清零信号RST，用于数据信息的清除；其输出端Q作为双阈值峰值检测模块3的输出端m，输出锁存信号H)，用于提供检测到的幅值信息；当可编程增益放大器I输入的音频信号VOTT>VKEF1>VKEF2，且反馈式增益控制模块4输出的控制信号CTRLl=O, CTRL2=1时，双阈值峰值检测模块3输出的锁存信号I3D=I ;当可编程增益放大器I输入的音频信号VTOT>VKEF1>VKEF2，且反馈式增益控制模块4输出的控制信号CTRLl=I, CTRL2=0时，双阈值峰值检测模块3输出的锁存信号I3D=I ;当可编程增益放大器I输入的音频信号VKEF1>VTOT>VKEF2，且反馈式增益控制模块4输出的控制信号CTRLl=O,CTRL2=1时，双阈值峰值检测模块3输出的锁存信号I3D=O ;当可编程增益放大器I输入的音频信号VKEF1>VTOT>VKEF2，且反馈式增益控制模块4输出的控制信号CTRLl=I, CTRL2=0时，双阈值峰值检测模块3输出的锁存信号TO=I ;当可编程增益放大器I输入的音频信号Vout<VEEF2<Veef1,且反馈式增益控制模块4输出的控制信号CTRLl=O, CTRL2=1时，双阈值峰值检测模块3输出的锁存信号ro=o ;当可编程增益放大器I输入的音频信号vTOT〈vKEF2〈vKEF1，且反馈式增益控制模块4输出的控制信号CTRLl=I, CTRL2=0时，双阈值峰值检测模块3输出的锁存信号ro=0 ；参照图6和图7，本发明中的反馈式增益控制模块4，包括第一组合逻辑电路41，第二组合逻辑电路42和第三组合逻辑电路43 ；上述的第一组合逻辑电路41，包括非门501，三输入或非门502、503，计时器504、505，二输入或门506，可逆计数器507和5_32译码器508 ；所述非门501的输入端连接双阈值峰值检测模块3输入的锁存信号H);其输出端输出控制信号PDB ；所述三输入或非门502的第一输入端连接控制信号PDB ;其第二输入端连接清零信号RSTl ;其第三输入端连接第二组合逻辑电路42输入的清零信号RST2 ;其输出端与计时器504的第二输入端相连,作为计时器504的使能信号；所述三输入或非门503的第一输入端连接清零信号RSTl ;其第二输入端连接第二组合逻辑电路42输入的清零信号RST2 ;其第三输入端连接双阈值峰值检测模块3输入的锁存信号H);其输出端与计时器505的第二输入端相连，作为计时器505的使能信号；所述计时器504的第一输入端与外部时钟信号CK相连；其第一输出端输出控制信号Tl ;其第二输出端输出控制信号T2,并与二输入或门506的第一输入端相连；所述计时器505的第一输入端与外部时钟信号CK相连；其第一输出端输出控制信号T4,并与二输入或门506的第二输入端相连；其第二输出端输出控制信号T3 ；所述二输入或门506的输出端输出清零信号RST1，并连接到可逆计数器507的第三输入端，作为可逆计数器507的时钟信号；
所述可逆计数器507的第一输入端和第二输入端分别与双阈值峰值检测模块3输入的锁存信号ro和控制PDB相连，用于控制可逆计数器是处于加计数状态还是减计数状态；可逆计数器507输出五位计数信号，作为5-32译码器(508)的数据输入信号；所述5-32译码器508输出24位增益选择信号d23 d0 (设计中只用5_32译码器的前24位输出信号)，并作为反馈式增益控制模块4的输出端z的输出信号，用于增益水平的选择。当双阈值峰值检测模块3输出的锁存信号ro=l，且第三逻辑组合电路43输出控制信号CTRLl=O, CTRL2=1时，计时器505处于清零状态，输出T3=T4=0 ;由于PDB=0、RS Tl=O,RST2=0,故计数器504处于计时状态；由于PD=1、PDB=O,故可逆计数器507处于加计数状态；当计时器504的输出控制信号T2=l时，二输入或门506输出计数时钟，触发可逆计数器507完成一次加计数，5-32译码器508的输出增益选择信号(I23^lci，控制可编程增益放大器I增益下调一步；当双阈值峰值检测模块3输出的锁存信号Η)=1，且第三逻辑组合电路43输出控制信号CTRLl=I, CTRL2=0时，计时器505处于清零状态，输出T3=T4=0 ;由于PDB=0、RS Tl=O,RST2=0,故计数器504处于计时状态；由于PD=1、PDB=O,故可逆计数器507处于加计数状态；当计时器504的输出控制信号Tl=I时，控制第二逻辑组合电路42和第三逻辑组合电路43输出清零信号RST2，并完成控制信号CTRLl、CTRL2的状态转换，即CTRLl=O, CTRL2=I ;该清零信号RST2控制信号T2=0，二输入或门506未输出计数时钟，可逆计数器507和5_32译码器508的输出均保持不变，从而控制可编程增益放大器I增益不变；当双阈值峰值检测模块3输出的锁存信号ro=0，且第三逻辑组合电路43输出控制信号CTRLl=O, CTRL2=1时，PDB=I,计时器504处于清零状态，输出T1=T2=0 ;由于RST1=0、RST2=0,故计数器505处于计时状态；由于H)=0、I3DB=I，故可逆计数器507处于减计数状态；当计时器505的输出控制信号T3=l时，控制第二逻辑组合电路42和第三逻辑组合电路43输出清零信号RST2，并完成控制信号CTRLl、CTRL2的状态转换，即CTRLl=I, CTRL2=0 ;该清零信号RST2控制信号T4=0，二输入或门506未输出计数时钟，可逆计数器507和5_32译码器508的输出均保持不变，从而控制可编程增益放大器I增益不变；当双阈值峰值检测模块3输出的锁存信号ro=0，且第三逻辑组合电路43输出控制信号CTRLl=I, CTRL2=0时，PDB=I,计时器504处于清零状态，输出T1=T2=0 ;由于RST1=0、RST2=0,故计数器505处于计时状态；由于H)=0、I3DB=I，故可逆计数器507处于减计数状态；当计时器505的输出控制信号T4=l时，二输入或门506输出计数时钟，触发可逆计数器507完成一次减计数，5-32译码器508的输出增益选择信号(I23^lci，控制可编程增益放大器I增益上调一步；上述第二组合逻辑电路42，包括二输入与非门601、602、603和二输入或非门604 ；所述二输入与非门601的第一输入端连接第一组合逻辑电路41输入的控制信号Τ3 ;其第二输入端连接第三组合逻辑电路43输入的控制信号CTRL2 ;其输出端输出信号Α，并与二输入与非门603的第一输入端相连；所述二输入与非门602的第一输入端连接第一组合逻辑电路41输入的控制信号Tl，其第二输入端连接第三组合逻辑电路43输入的控制信号CTRLl ;其输出端输出信号B，并与二输入与非门603的第二输入端相连；
所述二输入与非门603的输出端输出清零信号RST2，并与二输入或非门604的第二输入端相连；所述二输入或非门604的第一输入连接第一组合逻辑电路41输入的清零信号RSTl ;其输出端输出清零信号RSET，并作为反馈式增益控制模块4输出端O的输出信号。该第二组合逻辑电路42共有4个输出信号，分别为清零信号RSET、RST2和控制信号Α、B ;其中清零信号RSET作为反馈式增益控制模块4输出端ο的输出信号，并连接到双阈值峰值检测模块3，用于清除双阈值峰值检测模块3的锁存信息，进行新的幅度检测过程；清零信号RST2连接到第一组合逻辑电路41，作为第一组合逻辑电路41中计数器的清零信号；控制信号A和控制信号B均连接到第三组合逻辑电路43，控制第三组合逻辑电路43输出控制信号进行状态转换。上述的第三组合逻辑电路43，包括二输入与非门701、702，二输入与门703、704和RS触发器705 ；所述二输入与非门701的第一输入端连接双阈值峰值检测模块3输入的锁存信号PD ;其第二输入端与第一组合逻辑电路41输入的清零信号RSTl相连；其输出端与二输入与门703的第一输入端相连；所述二输入与门702的第一输入端和第二输入端分别与第一组合逻辑电路41输入的清零信号RS Tl和控制信号PDB相连；其输出端与二输入与门704的第一输入端相连；所述二输入与门703的第二输入端连接第二组合逻辑电路42输入的控制信号A ；其输出端与RS触发器705的R端相连；所述二输入与门704的第二输入端连接第二组合逻辑电路42输入的控制信号B ；其输出端与RS触发器705的S端相连；所述RS触发器705的两个输出端分别作为反馈式增益控制模块4的输出端ρ和输出端q，并输出控制信号CTRLl和CTRL2到控制双阈值峰值检测模块3，用于控制双阈值峰值检测模块3对峰值大小进行循环检测。以上仅是本发明的一个最佳实例，不构成对本发明的任何限制，显然在本发明的构思下，可以对其电路进行不同的变更与改进，但这些均在本发明的保护之列。
权利要求
1.一种应用于D类音频放大器中的双阈值自动增益控制电路，包括用于对输入音频信号进行初步放大的可编程增益放大器(1)，其特征在于还包括双阈值产生电路(2)、双阈值峰值检测模块(3)和反馈式增益控制模块(4)； 所述双阈值产生电路(2)用于产生阈值电压Vkefi和VKEF2，并连接到双阈值峰值检测模块(3)，为其提供阈值电压； 所述双阈值峰值检测模块(3),设有7个输入端U、e、f、g、h、k、s和I个输出端m ;其输入端u与可编程增益放大器(I)的输入的音频信号Vtot相连，用于最大信号幅度的检测；其输入端e与D类音频放大器内部产生的时钟信号CK相连；其输入端f和输入端g分别与双阈值产生电路(2)输入的阈值电压Vkefi和Vkef2相连；其输入端h、输入端k和输入端s分别与反馈式增益控制模块(4)输入的清零信号RSET、控制信号CTRLl和控制信号CTRL2相连；其输出端m输出锁存信号PD，并连接到反馈式增益控制模块(4)，为其提供幅度信息； 所述反馈式增益控制模块(4),设有I个输入端η, 4个输出端o、p、q、z ;其输入端η与双阈值峰值检测模块(3)输入的锁存信号F1D相连；其输出端O、输出端P和输出端q，分别输出清零信号RSET、控制信号CTRLl和控制信号CTRL2，并连接到双阈值峰值检测模块(3);其输出端z连接到可编程增益放大器(I);反馈式增益控制模块(4)采用逻辑判决调节增益的方式输出上调增益、下调增益和保持增益三类信号，并通过这三类信号控制可编程增益放大器(1)，以实现增益的自动调节和消除增益的抖动现象。
2.根据权利要求I所述的双阈值自动增益控制电路，其特征在于双阈值产生电路(2)，包括误差放大器(201，202 )、电流镜电路(203，204 )，晶体管Ml和电阻R0 R4 ； 所述晶体管Ml的栅极与第一误差放大器(201)的输出端相连；其漏极与第一电流镜电路(203)的第一端相连；其源极通过电阻RO与第二电流镜电路(204)的第一端相连； 所述第一误差放大器(201)的同相输入端连接D类音频放大器内部产生的共模电平V ，其反相输入端连接到晶体管Ml和电阻RO的公共端； 所述电阻Rl的一端与第一电流镜电路(203)的第二端相连；电阻Rl的另一端串联单组R2、R3和R4到第二电流镜电路(204)的第二端；电阻Rl和R2的公共端作为双阈值产生电路(2)的第一输出端，输出阈值电压Vkefi ;电阻R2和R3的公共端作为双阈值产生电路(2)的第二输出端,输出阈值电压Vkef2； 所述第二误差放大器(202)的反相输入端与自身的输出端相连，构成单位增益放大电路；其同相输入端连接D类音频放大器内部产生的共模电平Vqi ;其输出端与电阻R3和R4的公共端相连，用于确定阈值电压Vkefi和Vkef2的共模水平。
3.根据权利要求I所述的双阈值自动增益控制电路，其特征在于双阈值峰值检测模块(3)，包括比较器(301，302)、二输入或非门(303，304，305)和锁存器(306)； 所述第一比较器(301)的同相输入端与第二比较器(302)的同相输入端相连，作为双阈值峰值检测模块(3)的输入端U，连接可编程增益放大器(I)输入的音频信号Vtot ;第一比较器(301)的反相输入端作为双阈值峰值检测模块(3 )的输入端f，连接双阈值产生电路(2)输入的阈值电压Vkefi ;其输出端输出比较信号OVl,并与二输入或非门(303)的第二输入端相连； 所述第二比较器(302)的反相输入端作为双阈值峰值检测模块(3)的输入端g，连接双阈值产生电路(2)输入的阈值电压Vkef2 ;其输出端输出比较信号0V2，并与二输入或非门(304)的第一输入端相连； 所述二输入或非门(303 )的第一输入端作为双阈值峰值检测模块(3 )的输入端k，连接反馈式增益控制模块(4)输入的控制信号CTRLl ;其输出端连接到二输入或非门(305)的第一输入端； 所述二输入或非门(304)的第二输入端作为双阈值峰值检测模块(3)的输入端S，连接反馈式增益控制模块(4)输入的控制信号CTRL2 ;其输出端连接到二输入或非门(305)的第二输入端； 所述锁存器(306)的数据输入端与二输入或非门(305)的输出端相连；其时钟输入端作为双阈值峰值检测模块(3)的输入端e，连接D类音频放大器内部产生的时钟信号CK，用于数据信息的采集；其清零端作为双阈值峰值检测模块(3)的输入端h，连接清零信号RST，用于数据信息的清除；其输出端Q作为双阈值峰值检测模块(3)的输出端m，输出锁存信号PD，用于提供检测到的幅值信息。
4.根据权利要求I所述的双阈值自动增益控制电路，其特征在于反馈式增益控制模块(4),包括第一组合逻辑电路(41)，第二组合逻辑电路(42)和第三组合逻辑电路(43); 所述第一组合逻辑电路(41),其第一输入端与双阈值峰值检测模块(3)输入的锁存信号H)相连；其第二输入端与第二组合逻辑电路(42)输入的清零信号RST2相连，用于其内部计数器清零；其第三输入端与D类音频放大器内部产生的时钟信号CK相连，用于为其内部计时器和计数器提供时钟信号；该第一组合逻辑电路(41)共有5个输出信号，分别为控制信号Τ1、Τ3、Η)Β、清零信号RSTl和增益选择信号d23 d0 ;其中控制信号T1、T3和清零信号RSTl连接到第二组合逻辑电路(42)，用于产生清零信号RSET和清零信号RST2 ;输出信号PDB连接到第三组合逻辑电路(43);增益选择信号d(Td23作为反馈式增益控制模块(4)的输出端z的输出信号； 所述第二组合逻辑电路(42)，其第一输入端、第二输入端和第三输入端分别与第一组合逻辑电路(41)输入的控制信号T1、T3和清零信号RS Tl相连接；其第四输入端和第五输入端分别与第三组合逻辑电路(43)输入的控制信号CTRLl和CTRL2相连；该第二组合逻辑电路(42)共有4个输出信号，分别为清零信号RSET、RST2和控制信号Α、B ;其中清零信号RSET作为反馈式增益控制模块(4)输出端ο的输出信号；清零信号RST2连接到第一组合逻辑电路(41);控制信号A和控制信号B均与第三组合逻辑电路(43)连接； 所述第三组合逻辑电路(43)，其第一输入端与双阈值峰值检测模块(3)输入的锁存信号F1D相连；其第二输入端和第三输入端分别与第一组合逻辑电路(41)的输入的锁存信号PD和清零信号RSTl相连；其第四输入端和第五输入端分别与第二组合逻辑电路(42)输入的控制信号A和控制信号B相连；该第三组合逻辑电路(43)共有2个输出信号，分别为控制信号CTRLl和控制信号CTRL2;这两个控制信号分别作为反馈式增益控制模块(4)的输出端P和输出端q的输出信号。
5.根据权利要求4所述的双阈值自动增益控制电路，其特征在于所述的第一组合逻辑电路(41)，包括非门(501)、三输入或非门(502，503)、计时器(504，505)、二输入或门(506)、可逆计数器(507)和5-32译码器(508)； 所述非门(501)，其输入端连接双阈值峰值检测模块(3)输入的锁存信号H);其输出端输出控制信号PDB ；所述三输入或非门(502)，其第一输入端连接控制信号PDB ;其第二输入端连接清零信号RS Tl ;其第三输入端连接第二组合逻辑电路(42)输入的清零信号RST2 ;其输出端与计时器(504)的第二输入端相连,作为计时器(504)的使能信号； 所述三输入或非门(503)，其第一输入端连接清零信号RS Tl ;其第二输入端连接第二组合逻辑电路(42)输入的清零信号RST2 ;其第三输入端连接双阈值峰值检测模块(3)输入的锁存信号H);其输出端与计时器(505)的第二输入端相连，作为计时器(505)的使能信号; 所述计时器(504)，其第一输入端与外部时钟信号CK相连；其第一输出端输出控制信号Tl ;其第二输出端输出控制信号T2,并与二输入或门(506)的第一输入端相连； 所述计时器(505)，其第一输入端与外部时钟信号CK相连；其第一输出端输出控制信号T4,并与二输入或门(506)的第二输入端相连；其第二输出端输出控制信号T3 ； 所述二输入或门(506 )，其输出端输出清零信号RSTl，并连接到可逆计数器(507 )的第三输入端，作为可逆计数器(507)的时钟信号； 所述可逆计数器(507)，其第一输入端和第二输入端分别与双阈值峰值检测模块(3)输入的锁存信号H)和控制PDB相连，用于控制可逆计数器是处于加计数状态还是减计数状态；可逆计数器(507)输出五位计数信号，作为5-32译码器(508)的数据输入信号； 所述5-32译码器(508)，其输出24位增益选择信号d23 d0，作为反馈式增益控制模块(4)输出端z的输出信号，用于增益水平的选择。
6.根据权利要求4所述的双阈值自动增益控制电路，其特征在于所述的第二组合逻辑电路(42)，包括二输入与非门(601，602，603)和二输入或非门(604)； 所述二输入与非门(601)，其第一输入端连接第一组合逻辑电路(41)输入的控制信号T3 ;其第二输入端连接第三组合逻辑电路(43)输入的控制信号CTRL2 ;其输出端输出信号A,并与二输入与非门(603)的第一输入端相连； 所述二输入与非门(602)，其第一输入端连接第一组合逻辑电路(41)输入的控制信号Tl，其第二输入端连接第三组合逻辑电路(43)输入的控制信号CTRLl ;其输出端输出信号B,并与二输入与非门(603)的第二输入端相连； 所述二输入与非门(603)的输出端输出清零信号RST2，并与二输入或非门(604)的第二输入端相连； 所述二输入或非门(604)，其第一输入连接第一组合逻辑电路(41)输入的清零信号RSTl ;其输出端输出清零信号RSET，作为反馈式增益控制模块(4)输出端ο的输出信号。
7.根据权利要求4所述的双阈值自动增益控制电路，其特征在于所述的第三组合逻辑电路(43)，包括二输入与非门(701，702)、二输入与门(703，704)和RS触发器(705)； 所述二输入与非门(701),其第一输入端连接双阈值峰值检测模块(3)输入的锁存信号ro ;其第二输入端与第一组合逻辑电路(41)输入的清零信号RSTl相连；其输出端与二输入与门(703)的第一输入端相连； 所述二输入与门(702),其第一输入端和第二输入端分别与第一组合逻辑电路(41)输入的清零信号RS Tl和控制信号PDB相连；其输出端与二输入与门(704)的第一输入端相连； 所述二输入与门(703 )，其第二输入端连接第二组合逻辑电路(42 )输入的控制信号A ；其输出端与RS触发器(705)的R端相连； 所述二输入与门(704)，其第二输入端连接第二组合逻辑电路(42)输入的控制信号B ；其输出端与RS触发器(705)的S端相连； 所述RS触发器(705)的两个输出端分别作为反馈式增益控制模块(4)的输出端P和输出端q，并输出控制信号CTRLl和CTRL2到控制双阈值峰值检测模块(3)，用于控制双阈值峰值检测模块(3)对峰值大小进行循环检测。
全文摘要
本发明公开了一种应用于D类音频放大器中的双阈值自动增益控制电路，主要解决现有单阈值峰值检测出现的增益抖动现象和输出音频质量不高的问题。该控制电路包括可编程增益放大器(1)、双阈值产生电路(2)、双阈值峰值检测模块(3)和反馈式增益控制模块(4)；双阈值峰值检测模块将经可编程增益放大器初步放大的音频信号与双阈值产生电路产生的阈值信号进行比较，输出锁存信号PD；该锁存信号控制反馈式增益控制模块进行逻辑判决，输出增益选择信号d23~d0；该增益选择信号控制可编程增益放大器根据需要上调增益、下调增益或保持增益。本发明有效地提高了音频输出的质量，实现了增益的准确调节，而且避免了增益抖动的产生。
文档编号H03G3/20GK102820863SQ20121033327
公开日2012年12月12日 申请日期2012年9月10日 优先权日2012年9月10日
发明者来新泉, 叶强, 邵丽丽, 张震, 章华 申请人:西安启芯微电子有限公司