CN101789766A - 增益调节装置与方法 - Google Patents

Abstract

一种增益调节装置与方法，该装置包含：第一处理模块、增益调节电路、第二处理模块及增益控制模块。第一处理模块用以接收输入信号以产生第一信号，其中第一处理模块的工作电压为第一电压。增益调节电路用以接收第一信号，并依据增益控制信号调节第一信号的增益以输出第三信号。第二处理模块用以接收第三信号以产生第二信号，其中第二处理模块的工作电压为第二电压。增益控制模块用以依据第一电压及第二电压产生增益控制信号。

Description

增益调节装置与方法

技术领域

本发明涉及一种增益调节装置与方法，特别是一种增益自动调节装置与方法。

背景技术

一般音频系统为了能输出较大功率的声音信号，因此具有音频放大器(audio amplifier)。随着音频放大器的输出功率越大，会提供越高的电压给放大器端。假设，原始声音信号的电压为AVDD，而经由放大器所输出的放大声音信号的电压为SPKVDD，因此必须将原始声音信号乘上一个增益比率(SPKVDD/AVDD)，如此才不会造成声音信号失真或声音信号准位不对等问题产生。而传统的作法上，增益比率(gain ratio)皆以一个参数来设定，也就是说增益比率是一个固定的值，并不会随意的做变更。

然而，音频系统所输出的放大声音信号的电压(SPKVDD)并非永远维持一定值。举例说明，在一般手持装置中，音频放大器的电源经常耦接于电池的输出，而一般电池的电压会因电池电量的多寡而产生些许的差异。或者，当手持装置接上充电器后，电源系统的改变也将使得SPKVDD产生变动。此时，当SPKVDD有所变动，但增益比率若没有跟着调节，将造成声音信号失真、声音信号准位不对等问题产生。

因此，如何解决上述音频系统中对于增益比率所衍生的问题，为一亟待解决的议题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种增益调节装置与方法。藉由本发明所提出的装置与方法，让电压增益能自动依照(SPKVDD/AVDD)的比率而调节出适当的设定。如此，让使用者省去设定电压增益值的步骤，而使电压增益值能自动调节，进而达到声音信号不失真与良好输出功率的目的。

本发明提出一种增益调节装置，包含：第一处理模块、增益调节电路、第二处理模块及增益控制模块。第一处理模块用以接收输入信号以产生第一信号，其中第一处理模块的工作电压为第一电压。增益调节电路用以接收第一信号，并依据增益控制信号调节第一信号的增益以输出第三信号。第二处理模块用以接收第三信号以产生第二信号，其中第二处理模块的工作电压为第二电压。增益控制模块用以依据第一电压及第二电压产生增益控制信号。

本发明还提出一种增益调节方法，包含下列步骤：接收来自第一处理模块的第一信号，其中第一处理模块的工作电压为第一电压；依据增益控制信号调节第一信号的增益以输出第三信号；利用第二处理模块来处理第三信号以产生第二信号，其中第二处理模块的工作电压为第二电压；依据第一电压及第二电压以产生增益控制信号。

本发明还提出一种增益调节装置，用以调节第一信号的增益，该装置包含：电压调节模块、电压比较模块、控制模块及增益调节电路。电压调节模块用以接收第一电压及第二电压，并依据调节信号产生对应于第一电压的第一分压与第二电压的第二分压。电压比较模块耦接于电压调节模块，用以接收第一分压与第二分压，并比较第一分压与第二分压的大小以产生比较信号。控制模块耦接于电压检测模块，用以依据比较信号来产生增益控制信号。增益调节电路用以依据增益控制信号以调节第一信号的增益以输出第二信号。

本发明还提出一种增益调节方法，用以调节第一信号的增益，包含下列步骤：接收第二电压所对应的第二分压；接收第一电压所对应的第一分压；依据第一分压与第二分压的大小以产生检测信号；依据检测信号产生增益控制信号；依据增益控制信号调节第一信号的增益以输出第二信号。

本发明还提出一种输出装置，包含：第一信号处理模块、第二信号处理模块、放大模块及增益调节模块。第一信号处理模块用以产生第一信号。第二信号处理模块用以处理第二信号，并产生第三信号。放大模块具有可调节电压增益，耦接于第一信号处理模块与第二信号处理模块的间，用以将第一信号转换为第二信号。增益调节模块接收第一电压及第二电压，并依据第一电压及第二电压产生增益控制信号以调节可调节电压增益。

有关本发明的较佳实施例及其功效，兹配合图式说明如后。

附图说明

图1为增益调节装置的第一实施例示意图；

图2为增益调节装置的第二实施例示意图；

图3为增益调节装置的第三实施例示意图；

图4为增益调节装置的第四实施例示意图；

图5为增益调节装置的第五实施例示意图；

图6为增益调节装置的第六实施例示意图。

主要组件符号说明

G     增益放大器            40    音频编解码器

10    第一比较器            74    第三模拟数字转换器

12    第一输入端            80    直流转换器

14    第二输入端            81    第一信号处理模块

16    第一输出端            82    放大模块

20    第二比较器            83    第二信号处理模块

22    第三输入端            84    增益调节模块

24    第四输入端            841   电压调节电路

26    第二输出端            842   电压检测模块

30    控制模块              8421  比较器

50    音频放大器            8422  判断器

60    第一电阻分压电路      843   控制模块

62    第二电阻分压电路      85    直流转换器

64    第三电阻分压电路      86    过零检测器

70    第一模拟数字转换器    90    过零检测器

72    第二模拟数字转换器

具体实施方式

请参照图1，该图所示为增益调节装置的第一实施例示意图。本发明的增益调节装置，用以调节第一信号转换为第二信号的电压增益，该装置包含：第一比较器10、第二比较器20、控制模块30。

第一比较器10具有第一输入端12、第二输入端14与第一输出端16。其中，第一输入端12接收第一信号的第一电压所对应的第一分压，第二输入端14接收第二信号的第二电压所对应的第三分压，并由第一输出端16输出第一比较信号。

第二比较器20具有第三输入端22、第四输入端24与第二输出端26。其中，第三输入端22接收第一电压所对应的第二分压，第四输入端24接收第三分压，并由第二输出端26输出第二比较信号。

上述第一信号由音频编解码器40所产生的原始声音信号，而第一电压是提供给音频编解码器40的电压。另一方面，第二信号是由音频放大器(audio amplifier)50所产生的放大声音信号，而第二电压即为提供给音频放大器50的电压。因此，第一分压与第二分压是依据第一电压而产生的两个不同电压值的分压，而第三分压为依据第二电压所产生的分压，此点于后将有更详尽的说明。

控制模块30分别耦接第一输出端16与第二输出端26，接收第一比较信号与第二比较信号，而产生分压控制信号。控制模块30依据分压控制信号，调节第三分压的电压值，使第三分压的电压值介于第一分压的电压值与第二分压的电压值之间，并产生增益控制信号用以调节电压增益。

当音频编解码器40所产生的原始声音信号要经由音频放大器50而输出放大声音信号时，在音频编解码器40与音频放大器50之间便须通过上述电压增益，才能维持声音信号的不失真。实际作法可在音频编解码器40与音频放大器50之间设置一增益放大器G，由增益放大器G产生电压增益。于此，控制模块30所产生的增益控制信号便可用以控制增益放大器G，进而调节电压增益值。

请参照图2，其为增益调节装置的第二实施例示意图。在第二实施中，还包含第一电阻分压电路60、第二电阻分压电路62及第三电阻分压电路64。

第一电阻分压电路60耦接于第一比较器10的第一输入端12，用以接收第一电压(V1)而产生第一分压。另一方面，第二电阻分压电路62耦接于第二比较器20的第三输入端22，同样接收第一电压而产生第二分压。第一电阻分压电路60与第二电阻分压电路62可分别利用不同的电阻值而分压，进而得到不同电压值的第一分压与第二分压。

第三电阻分压电路64耦接于第一比较器10的第二输入端14与第二比较器20的第四输入端24，用以接收第二电压(V2)而产生第三分压。由图2所示可知，第三电阻分压电路64具有多个分压电阻与开关，当控制模块30产生分压控制信号，而传送至第三电阻分压电路64，即可切换第三电阻分压电路64中的开关的开闭，进而调节第三分压的电压值。藉由控制模块30调节第三电阻分压电路64，使第三分压的电压值介于第一分压的电压值与第二分压的电压值之间，藉此得知第一信号转换为第二信号所需的电压增益值，此点于后将有更详尽的说明。

请参照图3，其为增益调节装置的第三实施例示意图。上述的第二实施例，采用电阻分压的方式而得到各个分压值，也可说是以模拟调变方式而取得不同的分压值。相对的，在第三实施例，采用数字调变方式而取得不同的分压值。利用第一模拟数字转换器(ADC)70取代第一电阻分压电路60，以数字化方式产生第一分压的电压值，而提供给第一比较器10。利用第二模拟数字转换器72取代第二电阻分压电路62，以数字化方式产生第二分压的电压值，而提供给第二比较器20。再以第三模拟数字转换器74取代第三电阻分压电路64，以数字化方式产生第三分压的电压值，而提供给第一比较器10及第二比较器20。

在此，说明如何通过调节第三分压的电压值介于第一与第二分压的电压值之间，而得知第一信号转换为第二信号所需的电压增益值。举例说明，但不以下述例子为限，以一般音频系统而言，第一电压为3.3伏特，第二电压为5伏特或12伏特。本发明中，第一分压与第二分压为固定值，类似为两个门限值，而调节第三分压，使第三分压的电压值位于两个门限值之间。假设，第一分压为第一电压分压95％，亦即第一分压的电压值为3.135伏特；第二分压为第一电压分压90％，亦即第二分压的电压值为2.97伏特。假设，第二电压为5伏特，因此第三分压可通过第三电阻分压电路64调节为第二电压的64％，亦即第三分压的电压值为3.2伏特，则第三分压的电压值比第一分压及第二分压的电压值都大，故必须调降第三分压的电压值。又，通过第三电阻分压电路64来将第三分压调节为第二电压的58％，亦即第三分压的电压值为2.9伏特，则第三分压的电压值比第一分压及第二分压的电压值都小，故必须调升第三分压的电压值。最后，通过第三电阻分压电路64来将第三分压调节为第二电压的62％，亦即第三分压的电压值为3.1伏特，即可使第三分压的电压值介于第一与第二分压的电压值之间。此时，控制模块30便可得知，当第二电压为5伏特时，所需的电压增益约为1.61(1/0.62)，进而发出增益控制信号以调节增益放大器G。

如先前技术中所提及，第二电压会随外在因素而有所变更(例如，电池电量的多寡等)，假设第二电压由原本的5伏特变为4伏特，此时所需的电压增益应该比5伏特时为少。同样的，通过控制模块30发出分压控制信号而调节第三分压的电压值，当调节第三分压为第二电压的77％，亦即第三分压的电压值为3.08伏特，即可使第三分压的电压值介于第一与第二分压的电压值之间。此时，控制模块30便可得知当第二电压为4伏特时，所需的电压增益约为1.3(1/0.77)，进而发出增益控制信号以调节增益放大器G。因此，由上述说明可知当调节第三分压的电压值介于第一与第二分压的电压值之间，即可知第一信号转换为第二信号所需的电压增益值。如此，即可达到电压增益值自动调节的功能。上述第一、第二分压的电压值，也可由使用者依不同的需求而自行设定。

请参照图4，其为增益调节装置的第四实施例示意图。在第四实施例中还包含：直流转换器(DC/DC converter)80。

第四实施例，说明音频系统不具有音频编解码器40，而只有单纯的音频放大器50的情况。在此，声音信号经由增益放大器G直接传送至音频放大器50，所以该实施例中内部的电源部分只有第二电压。为了达到上述自动调节增益的功能，因此在第四实施例中多包含直流转换器80，用以接收第二电压，将第二电压转换后而输出如先前实施例中的第一电压。如此，即使音频系统中仅具有单一电压，仍可达到本发明所提出的，当第二电压有变化，能实时自动调节电压增益的功能。

请参照图5，其为增益调节装置的第五实施例示意图。由图5所示可知，电压增益包含直流电压增益与交流电压增益。直流电压增益可随控制模块30实时做调节。然而，若交流电压增益也随控制模块30而实时做调节，容易有爆音(pop noise)的现象产生。因此，在该实施例中，还包含过零检测器(ZeroCrossing Detector，ZCD)90。其中，过零检测器90用以检测第一信号的过零(zero crossing)点，当检测到第一信号的过零时，才调节交流电压增益，也就是说，交流电压增益会依据检测到过零点后才做变更，如此即可消除电压增益调节时，所产生的爆音现象。

请参照图6，其为增益调节装置的第六实施例示意图。在此实施例中，本发明的增益调节装置包含有：第一信号处理模块81、放大模块82、第二信号处理模块83、增益调节模块84、直流转换器85及过零检测器86。

第一信号处理模块81用以进行声音信号处理(如：编解码处理)，并产生第一信号。放大模块82具有一可调式电压增益，系用以接收第一信号，并予以放大处理(如：将第一信号的电压准位放大提升至第二信号的电压准位)，而输出第三信号。接着，第二信号处理模块83接收并对第三信号进行放大，而产生第二信号。

请再参阅图1的内容叙述。为了让声音信号不失真，因此必须依据提供给第一信号处理模块81的电压(亦即第一电压)及提供给第二信号处理模块83的电压(亦即第二电压)间的比值来调节放大模块82中的可调式电压增益，以达到上述的目的。其中，可调式电压增益通过增益调节模块84来进行调节。而上述中的第一信号及第二信号系分别对应图1中所述的第一信号及第二信号，而第三信号即为第一信号经放大模块82进行转换而产生的声音信号。

承上，增益调节模块84接收第一电压及第二电压，并计算出第一电压与第二电压间的比值，并产生增益控制信号以调节放大模块82中的可调式电压增益。

于此，增益调节模块84还可包含有电压调节电路841、电压检测模块842及控制模块843。其中，电压调节电路841用以接收第一电压及第二电压，并产生分别与第一电压及第二电压相对应的第一分压及第二分压。电压检测模块842用以接收第一分压及第二分压，并依据第一分压及第二分压间的差值以产生检测信号。控制模块843用以接收检测信号，并产生增益调节信号。此外，对于本实施例的运作方式，将详述于下。

首先，控制模块843中具有第一电压与第二电压间的比值的比值默认值，并依据比值默认值产生调节信号来告知电压调节电路841，对第一电压及第二电压要执行多少比例的电压分压。接着，电压调节电路841依据调节信号来对第一电压及第二电压进行分压而产生第一分压及第二分压。于此，电压检测模块842还可包含比较器8421及判断器8422，其中，比较器8421接收第一分压及第二分压，并计算第一分压及第二分压间的差值。判断器8422中具有预定值，用以比较预定值与差值的绝对值间的大小，若差值的绝对值小于预定值，则表示控制模块843中的比值默认值为适当的比值而据以产生增益调节信号。相对的，若差值的绝对值大于预定值，则表示控制模块843中的比值默认值为不适当的比值，须再进行调节，此时，控制模块843会调节比值默认值，并据以产生调节信号以告知电压调节电路841需进行不同的电压分压，同时，会依上述的操作来往复地调节比值默认值，直到差值的绝对值小于预定值并产生增益调节信号为止。

当然，上述中的比值默认值可依需求而事先设定，但于此仅作为例说，并不以此为限。此外，本实施例中的直流转换器85及过零检测器86，其实施方式皆分别与图4中所述的直流转换器80及图5中所述的过零检测器90相同，故不再赘述。

虽然本发明的技术内容已经以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所作些许的更动与润饰，皆应涵盖于本发明的范畴内，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定者为准。

Claims (48)

1.一种增益调节装置，包含：

第一处理模块，用以接收输入信号以产生第一信号，其中该第一处理模块的工作电压为一第一电压；

增益调节电路，用以接收该第一信号，并依据增益控制信号调节该第一信号的增益以输出第三信号；

第二处理模块，用以接收该第三信号以产生第二信号，其中该第二处理模块的工作电压为第二电压；及

增益控制模块，用以依据该第一电压及该第二电压产生该增益控制信号。

2.如权利要求1所述的增益调节装置，其中该增益控制模块包含：

电压检测模块，用以依据该第一电压及该第二电压的大小以产生检测信号；及

控制模块，耦接于该电压检测模块，接收该检测信号，并依据该检测信号以产生该增益控制信号。

3.如权利要求2所述的增益调节装置，其中该电压检测模块还包含有至少一个比较器。

4.如权利要求2所述的增益调节装置，其中该电压检测模块还包含有电阻分压电路。

5.如权利要求2所述的增益调节装置，其中该电压检测模块包含有模拟数字转换器。

6.如权利要求1所述的增益调节装置，还包含：

直流转换器，接收该第二电压，经转换后而输出该第一电压。

7.如权利要求1所述的增益调节装置，其中该增益包含直流电压增益与交流电压增益。

8.如权利要求7所述的增益调节装置，还包含：

过零检测器，用以检测该第一信号的过零点，而调节该交流电压增益

9.如权利要求1所述的增益调节装置，其中该第一处理模块为音频编解码器，且该第一信号为由该音频编解码器所产生的声音信号。

10.如权利要求1所述的增益调节装置，其中该第二信号处理模块为音频放大器，且该第二信号为由该音频放大器所产生的放大声音信号。

11.一种增益调节方法，包含下列步骤：

接收来自第一处理模块的第一信号，其中该第一处理模块的工作电压为第一电压；

依据增益控制信号调节该第一信号的增益以输出第三信号；

利用第二处理模块来处理该第三信号以产生第二信号，其中该第二处理模块的工作电压为第二电压；及

依据该第一电压及该第二电压以产生该增益控制信号。

12.如权利要求11所述的方法，其中产生该增益控制信号的步骤还包含：

依据该第一电压及该第二电压的大小以产生检测信号；及

依据该检测信号产生该增益控制信号。

13.如权利要求11所述的方法，其中该增益包含直流电压增益与交流电压增益。

14.如权利要求13所述的方法，还包含：

检测该第一信号的过零点，而调节该交流电压增益。

15.如权利要求11所述的方法，其中该第一处理模块为音频编解码器，且该第一信号为由该音频编解码器所产生的声音信号。

16.如权利要求11所述的方法，其中该第二信号处理模块为音频放大器，且该第二信号为由该音频放大器所产生的放大声音信号。

17.一种增益调节装置，用以调节第一信号的增益，该装置包含：

电压调节模块，用以接收第一电压及第二电压，并依据调节信号产生对应于该第一电压的第一分压与该第二电压的第二分压；

电压比较模块，耦接于该电压调节模块，用以接收该第一分压与该第二分压，并比较该第一分压与该第二分压的大小以产生比较信号；

控制模块，耦接于该电压比较模块，用以依据该比较信号来产生增益控制信号；及

增益调节电路，用以依据该增益控制信号以调节该第一信号的该增益以输出第二信号。

18.如权利要求17所述的增益调节装置，其中该电压比较模块还包含：

比较器，用以接收该第一分压及该第二分压，并取该第一分压及该第二分压间的差值；及

判断器，耦接于该比较器，接收该差值，用以判断该差值的大小，并依据该差值的绝对值与预定值产生该检测信号；

其中，当该差值的绝对值大于该预定值，则该控制模块产生该调节信号，当该差值的绝对值小于该预定值，则该控制模块产生该增益调节信号。

19.如权利要求17所述的增益调节装置，其中该电压调节模块为电阻分压电路。

20.如权利要求17所述的增益调节装置，其中该电压调节模块为模拟数字转换器。

21.如权利要求17所述的增益调节装置，还包含：

直流转换器，接收该第二电压，经转换后而输出该第一电压。

22.如权利要求17所述的增益调节装置，其中该增益包含直流电压增益与交流电压增益。

23.如权利要求22所述的增益调节装置，还包含：

过零检测器，用以检测该第一信号的过零点，而调节该交流电压增益

24.如权利要求17所述的增益调节装置，其中该第一信号为由音频编解码器所产生的声音信号。

25.如权利要求24所述的增益调节装置，其中该第一电压为提供给该音频编解码器的电压。

26.如权利要求17所述的增益调节装置，其中该第二信号为由音频放大器所产生的放大声音信号。

27.如权利要求26所述的增益调节装置，其中该第二电压为提供给该音频放大器的电压。

28.一种增益调节方法，用以调节第一信号的增益，包含下列步骤：

接收第二电压所对应的第二分压；

接收第一电压所对应的第一分压；

依据该第一分压与该第二分压的大小以产生检测信号；

依据该检测信号产生增益控制信号；及

依据该增益控制信号调节该第一信号的该增益以输出第二信号。

29.如权利要求28所述的增益调节方法，其中产生该检测信号的该步骤还包含下列步骤：

计算该第一分压及该第二分压间的差值的绝对值；及

依据预定值与该差值的绝对值，以产生该检测信号与该调节信号其中之一；

其中，当该差值的绝对值大于该预定值，产生该调节信号以调节该第一分压及该第二分压中的至少其一，当该差值的绝对值小于该预定值，产生该增益调节信号以调节该增益。

30.如权利要求28所述的增益调节方法，其中该第一信号为由音频编解码器所产生的声音信号。

31.如权利要求30所述的增益调节方法，其中该第一电压为提供给该音频编解码器的电压。

32.如权利要求28所述的增益调节方法，其中该第二信号为由音频放大器所产生的放大声音信号。

33.如权利要求32所述的增益调节方法，其中该第二电压为提供给该音频放大器的电压。

34.如权利要求28所述的增益调节方法，其中接收该第一电压所对应的该第一分压的该步骤还包含下列步骤：

接收该第二电压；及

转换该第二电压，而输出该第一电压。

35.如权利要求28所述的增益调节方法，其中该增益包含直流电压增益与交流电压增益。

36.如权利要求35所述的增益调节方法，还包含下列步骤：

检测该第一信号的过零点；及

调节该交流电压增益。

37.一种输出装置，包含：

第一信号处理模块，用以产生第一信号；

第二信号处理模块，用以处理第二信号，并产生第三信号；

放大模块，具有可调节电压增益，耦接于该第一信号处理模块与该第二信号处理模块之间，用以将该第一信号转换为该第二信号；及

增益调节模块，接收第一电压及第二电压，并依据该第一电压及该第二电压产生增益控制信号以调节该可调节电压增益。

38.如权利要求37所述的输出装置，其中该增益调节模块包含：

电压调节电路，用以接收该第一电压及该第二电压，并依据调节信号产生对应于该第一电压的第一分压及该第二电压的第二分压；

电压比较模块，耦接于该电压调节电路，用以接收该第一分压及该第二分压，并依据该第一分压及该第二分压的大小以产生检测信号；及

控制模块，耦接于该电压比较模块，接收该检测信号，并依据该检测信号以产生该增益控制信号。

39.如权利要求38所述的输出装置，其中该电压比较模块还包含：

比较器，用以接收该第一分压及该第二分压，并产生该第一分压及该第二分压间的差值；及

判断器，耦接于该比较器，接收该差值，用以判断该差值的大小，并依据该差值的绝对值与预定值来产生该检测信号；

其中，当该差值的绝对值大于该预定值，该检测信号用以通知该控制模块产生该调节信号，当该差值的绝对值小于该预定值，该检测信号用以通知该控制模块产生该增益控制信号。

40.如权利要求38所述的输出装置，其中该电压调节电路为电阻分压电路。

41.如权利要求38所述的输出装置，其中该电压调节电路为模拟数字转换器。

42.如权利要求37所述的输出装置，还包含：

直流转换器，接收该第二电压，经转换后而输出该第一电压。

43.如权利要求37所述的输出装置，其中该可调节电压增益包含直流电压增益与交流电压增益。

44.如权利要求43所述的输出装置，更包含：

零交越检测器，用以检测该第一信号的过零点，而调节该交流电压增益。

45.如权利要求37所述的输出装置，其中该第一信号处理模块为音频编解码器，且该第一信号为由该音频编解码器所产生的声音信号。

46.如权利要求45所述的输出装置，其中该第一电压为提供给该音频编解码器的电压。

47.如权利要求37所述的输出装置，其中该第二信号处理模块为音频放大器，且该第二信号为由该音频放大器所产生的放大声音信号。

48.如权利要求47所述的输出装置，其中该第二电压为提供给该音频放大器的电压。

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