一种自动增益控制电路及音频设备的制作方法

本发明属于信号处理领域，尤其涉及一种自动增益控制电路及音频设备。

背景技术：

音频设备(例如音箱、收音机等)中通常都会设置自动增益控制(Automatic Gain Control，AGC)电路，用于对输入信号进行放大，且AGC电路能够根据输入信号的电压幅度对放大器的增益进行自动调整，使得输入信号幅度变化较大时，输出信号的电压幅度稳定不变或在一个很小的范围内变化。

现有的音频设备使用的都是简式AGC电路(如图1所示)，其包括前级放大单元、输出跟随单元、倍压整流单元及前级放大器。输入信号经前级放大单元和输出跟随单元后，由倍压整流单元对经过两级放大的输入信号进行倍压整流，产生一个对地为负的电压，其与正电源电压共同作用于前级放大器的基极。而当输入信号的电压幅度较小时，由于也存在负电压，因此会导致电路的接收灵敏度降低，且由于反馈信号作用于前级放大单元的输入端，因此导致电路的响应速度变慢。

综上可知，现有的简式自动增益控制电路存在小信号输入时接收灵敏度低，且响应速度慢的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种自动增益控制电路及音频设备，旨在解决现有的简式自动增益控制电路所存在的小信号输入时接收灵敏度低，且响应速度慢的问题。

本发明是这样实现的，一种自动增益控制电路，包括前级放大单元、输出跟随单元及倍压整流单元，所述自动增益控制电路还包括：快速响应单元和放大倍数调整单元；

所述前级放大单元的输入端为所述自动增益控制电路的输入端，所述前级放大单元的输出端与所述输出跟随单元的输入端连接，所述输出跟随单元的输出端为所述自动增益控制电路的输出端，所述快速响应单元的输入端与所述倍压整流单元的输入端共接于所述输出跟随单元的输出端，所述快速响应单元的输出端与所述前级放大单元的输出端连接，所述放大倍数调整单元的输入端和输出端分别与所述倍压整流单元的输出端和所述前级放大单元的反馈端连接；

所述前级放大单元和所述输出跟随单元依次对输入信号进行第一级放大和第二级放大，且所述输出跟随单元将经过两级放大的所述输入信号进行输出；所述倍压整流单元对经过两级放大的所述输入信号进行整流滤波，并产生对地为负的电压，且将所述对地为负的电压与正电源电压共同作用于所述放大倍数调整单元的输入端；所述放大倍数调整单元根据其输入端的电压对所述前级放大单元的放大倍数进行正比例调整；所述快速响应单元将所述输出跟随单元输出的信号耦合至所述前级放大单元的输出端。

本发明还提供了一种音频设备，包括音频输出单元，所述音频设备还包括上述的自动增益控制电路；

所述自动增益控制电路的输出端与所述音频输出单元的输入端连接。

本发明通过采用包括前级放大单元、输出跟随单元、倍压整流单元、快速响应单元及放大倍数调整单元的自动增益控制电路，由前级放大单元和输出跟随单元依次对输入信号进行第一级放大和第二级放大，且由输出跟随单元将经过两级放大的输入信号进行输出；由倍压整流单元对经过两级放大的输入信号进行整流滤波，并产生对地为负的电压，且将对地为负的电压与正电源电压共同作用于放大倍数调整单元的输入端；由放大倍数调整单元根据其输入端的电压对前级放大单元的放大倍数进行正比例调整，从而使得输入信号的电压幅度较小时，前级放大单元的放大倍数较大，不影响整个电路的接收灵敏度；且由于快速响应单元将输出跟随单元输出的信号直接耦合至前级放大单元的输出端，因此提高了电路的响应速度，避免了输出信号的延迟。

附图说明

图1是现有技术提供的一种自动增益控制电路的模块结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种自动增益控制电路的模块结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种自动增益控制电路的电路结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种音频设备的模块结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图2是本发明实施例提供的一种自动增益控制电路的模块结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

如图2所示，一种自动增益控制电路1，包括前级放大单元10、输出跟随单元20及倍压整流单元30，该自动增益控制电路1还包括：快速响应单元40和放大倍数调整单元50。

前级放大单元10的输入端为自动增益控制电路1的输入端，前级放大单元10的输出端与输出跟随单元20的输入端连接，输出跟随单元20的输出端为自动增益控制电路1的输出端，快速响应单元40的输入端与倍压整流单元30的输入端共接于输出跟随单元20的输出端，快速响应单元40的输出端与前级放大单元10的输出端连接，放大倍数调整单元50的输入端和输出端分别与倍压整流单元30的输出端和前级放大单元10的反馈端连接。

前级放大单元10和输出跟随单元20依次对输入信号进行第一级放大和第二级放大，且输出跟随单元20将经过两级放大的输入信号进行输出；倍压整流单元30对经过两级放大的输入信号进行整流滤波，并产生对地为负的电压，且将对地为负的电压与正电源电压共同作用于放大倍数调整单元50的输入端；放大倍数调整单元50根据其输入端的电压对前级放大单元10的放大倍数进行正比例调整；快速响应单元40将输出跟随单元20输出的信号耦合至前级放大单元10的输出端。

在本发明实施例中，放大倍数调整单元50根据其输入端的电压对前级放大单元10的放大倍数进行正比例调整。即放大倍数调整单元50的输入端的电压越高，放大倍数调整单元50将前级放大单元10的放大倍数调整得越大；放大倍数调整单元50的输入端的电压越低，放大倍数调整单元50将前级放大单元10的放大倍数调整得越小。

具体的，当输入信号的电压幅度较小时，倍压整流单元30所产生的对地的负电压的绝对值较小，负电压与正电源电压共同作用于于放大倍数调整单元50的输入端，使得放大倍数调整单元50的输入端的电压较高，此时，放大倍数调整单元50对前级放大单元10的放大倍数调整进行调整，使得前级放大单元10的放大倍数较大，使得输入信号的幅值较小时也不会影响电路的接收灵敏度。且由于快速响应单元40将输出跟随单元20输出的信号直接耦合至前级放大单元10的输出端，因此提高了电路的响应速度，使得输出信号没有延迟。

图3是本发明实施例提供的一种自动增益控制电路的电路结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

如图3所示，作为本发明一实施例，快速响应单元40为第九电容C9。

第九电容C9的第一端和第二端分别为快速响应单元40的输出端和输入端。

作为本发明一实施例，放大倍数调整单元50包括：第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十二电阻R12、第十三电容C13及第一开关管Q1。

第十二电阻R12的第一端、第十三电容C13的第一端及第一开关管Q1的高电位端共接作为放大倍数调整单元50的输出端，第十二电阻R12的第二端接地，第十三电容C13的第二端与第八电阻R8的第一端连接，第一开关管Q1 的控制端与第九电阻R9的第一端连接，第八电阻R8的第二端与第九电阻R9的第二端共接于第十电阻R10的第一端，第十电阻R10的第二端为放大倍数调整单元50的输入端，第一开关管Q1的低电位端接地。

在本发明实施例中，第一开关管Q1可以为NMOS管。其中，NMOS管的栅极、漏极及源极分别为第一开关管Q1的控制端、高电位端及低电位端。

当然，第一开关管Q1还可以为P-JFET管，具体根据实际需求进行设置，此处不做限制。

在本发明实施例中，由于NMOS管中存在动态导通电阻，且动态导通电阻的阻值与NMOS管的栅极电压成反比例特性，因此，可以实现对前级放大单元10的放大倍数的动态调整。

作为本发明一实施例，前级放大单元10包括：第一运算放大器U1A、第一电容C1、第一电阻R1、第三电容C3、第三电阻R3、第五电容C5、第八电容C8、第六电阻R6、第七电阻R7及第十二电容C12。

第三电容C3的第一端与第五电容C5的第一端共接作为前级放大单元10的输入端，第五电容C5的第二端接地，第三电容C3的第二端与第三电阻R3的第一端连接，第三电阻R3的第二端与第一电阻R1的第二端共接于第一运算放大器U1A的同相输入端，第一电阻R1的第一端与第一电容C1的第二端共接于第一电源VDD，第一电容C1的第一端接地，第八电容C8的第一端为前级放大单元10的反馈端，第八电容C8的第二端与第六电阻R6的第一端连接，第六电阻R6的第二端、第七电阻R7的第一端及第十二电容C12的第一端共接于第一运算放大器U1A的反相输入端，第一运算放大器U1A的输出端为前级放大单元10的输出端，第七电阻R7的第二端与第十二电容C12的第二端共接于第一运算放大器U1A的输出端。

作为本发明一实施例，后级跟随单元20包括：第二运算放大器U1B、第四电容C4、第四电阻R4、第五电阻R5、第二电阻R2、第二电容C2、第十电容C10及第十一电容C11。

第四电容C4的第一端为后级跟随单元20的输入端，第四电容C4的第二端与第四电阻R4的第一端连接，第四电阻R4的第二端、第五电阻R5的第一端及第二电容C2的第一端共接于第二电阻R2的第一端，第二电阻R2的第二端与第二电容C2的第二端共接于第二运算放大器U1B的输出端，第二运算放大器U1B的输出端为后级跟随单元20的输出端，第五电阻R5的第二端与第十一电容C11的第一端共接于第二运算放大器U1B的反相输入端，第十一电容C11的第二端接地，第十电容C10的第一端与第二运算放大器U1B的同相输入端共接于第一电源VDD，第十电容C10的第二端接地。

作为本发明一实施例，倍压整流单元30包括：第一二极管D1、第十一电阻R11、第十电容C10、第二二极管D2、第十四电阻R14、第三二极管D3及第十三电阻R13。

第十电容C10的第一端、第二二极管D2的阴极、第十四电阻R14的第一端及第一二极管D1的阴极共接作为倍压整流单元30的输出端，第一二极管D1的阳极、第三二极管D3的阴极及第十三电阻R13的第一端共接于第十一电阻R11的第一端，第十一电阻R11的第二端为倍压整流单元30的输入端，第十电容C10的第二端、第二二极管D2的阳极、第十四电阻R14的第二端、第三二极管D3的阳极及第十三电阻R13的第二端共接于地。

在本发明实施例中，自动增益控制电路1还包括第六电容C6和第十四电容C14，用于对第二运行放大器U1B输出的信号进行滤波。

在本发明实施例中，第一运算放大器U1A和第二运算放大器U1B均可以采用型号为JRC4558的运算放大器。当然，第一运算放大器U1A和第二运算放大器U1B还可以采用其他型号的运算放大器，具体根据实际需求进行设置，此处不做限制。

以下结合具体工作原理对本发明实施例提供的一种自动增益控制电路作进一步说明：

如图3所示，输入信号从第一运算放大器U1A的同相输入端输入，第一运算放大器U1A具有高放大倍数特性，因此可以提高输入灵敏度。第一运算放大器U1A和第二运算放大器U1B依次对输入信号进行第一级放大和第二级放大，整个电路的放大倍数Av＝Av1a+Av1b。其中，Av1a为前级放大单元10的放大倍数，Av1b为输出跟随单元20的放大倍数。输出跟随单元20的放大倍数Av1b＝R2/R3，由于第二电阻R2和第三电阻R3的阻值均为固定值，因此，输出跟随单元20的放大倍数Av1b为固定值。前级放大单元10的放大倍数Av1a＝R7/(R6+Rd)。其中，Rd为第一开关管Q1的动态导通电阻。Rd的阻值与第一开关管Q1的栅极的电压成反比，即Rd的阻值随第一开关管Q1的栅极的电压的增大而减小，或者Rd的阻值随第一开关管Q1的栅极的电压的减小二增大。由于第一开关管Q1的栅极偏置电压由倍压整流单元30对经过两级放大的输入信号进行倍压整流得到，因此，当输入信号的电压幅度很小时，第一开关管Q1仍然可以导通，此时，由于负电压较小，因此第一开关管Q1的栅极电压较大，第一开关管Q1的动态导通电阻Rd的阻值较小，第一运算放大器U1A的放大倍数Av1a较大，使得小信号输入时不影响电路的接收灵敏度。同时，第九电容C9将第二运算放大器U1B输出的信号直接耦合至第一运算放大器U1A的输出端，实现了电路的快速响应。

本发明实施例还提供了一种音频设备，图4示出了本发明实施例提供的一种音频设备的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

如图4所示，一种音频设备100，其包括音频输出单,2，还包括上述的自动增益控制电路1。

自动增益控制电路1的输出端与音频输出单元2的输入端连接。

在本发明实施例中，音频设备100可以为音箱、收音机或扬声器等音频设备，也可以为其他类型的音频设备，具体根据实际情况进行确定，此处不做限制。

需要说明的是，图4对应的实施例中的自动增益控制电路1的电路结构与图3对应的实施例中的自动增益控制电路1的电路结构完全相同，具体请参照图3及图3对应的实施例中的相关描述，此处不再赘述。

本发明实施例通过采用包括前级放大单元、输出跟随单元、倍压整流单元、快速响应单元及放大倍数调整单元的自动增益控制电路，由前级放大单元和输出跟随单元依次对输入信号进行第一级放大和第二级放大，且由输出跟随单元将经过两级放大的输入信号进行输出；由倍压整流单元对经过两级放大的输入信号进行整流滤波，并产生对地为负的电压，且将对地为负的电压与正电源电压共同作用于放大倍数调整单元的输入端；由放大倍数调整单元根据其输入端的电压对前级放大单元的放大倍数进行正比例调整，从而使得输入信号的电压幅度较小时，前级放大单元的放大倍数较大，不影响整个电路的接收灵敏度；且由于快速响应单元将输出跟随单元输出的信号直接耦合至前级放大单元的输出端，因此提高了电路的响应速度，避免了输出信号的延迟。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。