CN102611449A - 用于优化数模信号路径中的动态范围的电路和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于优化数模信号路径中的动态范围的电路和方法。具体来说，涉及一种用于最大化数模信号路径中的动态范围的电路，包括：输入端，其用于接收输入信号；耦合到所述输入端的第一增益级，所述第一增益级具有第一增益设置；耦合到所述第一增益级的第二增益级，所述第二增益级具有第二增益设置；控制器，其被配置为根据所述输入信号水平来选择性地增加所述第一增益设置和减少所述第二增益设置；以及耦合到所述第二增益级的输出端，其用于发送输出信号。本发明还涉及一种用于最大化数模信号路径中的动态范围的方法。

Description

用于优化数模信号路径中的动态范围的电路和方法

技术领域

本发明涉及集成电路领域。更具体地，本发明涉及具有数模信号路径的集成电路。

背景技术

在具有数模信号路径的集成电路或系统中，动态范围是一个重要的度量。这样的电路或系统的一个示例是数字音频回放设备，诸如mp3播放器、CD播放器或移动电话。这样的回放设备具有如下所述的用于将以数字方式存储或传输的数据转换为可用的模拟信号的部件。动态范围(DR)是诸如音频信号幅度之类的可改变量的最小和最大可能值之间的比率。典型地，将DR作为比率而测量，该比率诸如10基(分贝)或2基(倍增(doubling)、比特或挡位(stop))对数值。在包括数字音频回放的大多数电系统中，分贝测量是标准。例如，16位光盘具有大约96dB的理论动态范围。具有20位数字化的数字音频具有大约120dB DR的能力；类似地，24位数字音频计算为大约144dB DR。在音频回放系统中，惯例是将DR作为相对于-60dB输入信号的全范围的总谐波失真加噪声(THD+N)来测量。进一步地，近似理论最大DR值有时相对于全Nyquist频率带宽测量来计算。在一些测量技术中，所测量的带宽被从Nyquist率减少到可听带宽，从而导致所报告的动态范围值的增加。并且，所测量的输出的频谱可以使用可能变更DR值的工业接受的滤波器来变更。例如，一些测量技术通过对人耳的感知响应进行近似的A加权滤波器来对输出进行滤波。

传统地，数字音频记录和回放链包括输入和输出转换器和相关联的模拟电路，其可能导致在理论最优之下的显著有限的实际DR。当音频路径中的多个电路分别贡献在-96dB水平的集成噪声时，所观察的16位DR可能显著更低，甚至是90dB或以下。当期望的信号水平低时，DR测量是对信号质量的有用的指示。在音频示例中，轻音乐或低音量音乐可能相比大声的音乐更遭受不良DR的影响之害。

图1示出了可能具有受限DR性能的这样的现有技术数模信号路径100。数字输入数据110耦合到数字增益块120。数字输入数据110可以是由天线接收的数字传输、存储器中的所存储的数字数据、或任何其他数字输入源。注意到以下是重要的：数字源不一定限于音频数据，而是可以是任何类型的量化的或数字的信息。在实际中，数字输入数据110被建模为数字输入数据110和由信号的量化性质造成的固有量化噪声112的组合。在图1中，量化噪声112被示出为与数字输入数据110相加，但注意到以下是重要的：不存在物理的加法器115。相反，加法器115仅仅表示不可避免的量化噪声112的添加。数字增益120在整体信号仍然处于数字状态时控制整体信号的增益。用于提供数字输入数据110的典型的信号源可以经由解串化的IC间声音(I2S)总线、SPDIF解帧(de-framed)信号源、或来自压缩MP3格式源的时域恢复信号。源数据典型地被插值以改进瞬态信号质量。数字增益120典型地通过使用通用的数字乘法器的操纵来在整体信号仍然处于数字状态时控制整体信号的增益。过多的数字增益可能导致数字码中的溢出，这将典型地是截幅受限的，并且将不期望地劣化大幅度信号。

来自数字增益块120的经过增益或经过衰减的数字信号继而被传递到数模转换器(DAC)130以进行到模拟信号的转换。每个DAC有效地将附加的噪声注入到信号中，这可能取决于便利和习惯而是输入相关的或输出相关的。在图1中，DAC输入相关噪声122被示出为与数字增益120的输出相加。再一次地，不存在物理的加法器125，相反地加法器125用作表示噪声被注入到信号路径中。DAC130的输出与驱动器和模拟增益140耦合，该驱动器和模拟增益140也具有一些输入相关噪声132。加法器135仅仅表示更多的噪声被注入到系统中。注意到以下是重要的：并非所有现有技术都包括数字增益120和模拟增益控制器140两者。一些系统可以仅仅包括其中的一种或另一种，或两种都不包括。还注意到以下是重要的：信号路径100是高度简化的，并且可以沿信号路径100放置具体应用所需的许多其他组件。例如，经常在DAC130以及驱动器和模拟增益140之间放置模拟混频器，并且每个附加的组件将必然向系统添加噪声。信号路径的整体增益由增益控制器150控制，该增益控制器150可以控制数字增益120和模拟增益140两者。增益控制器150转而由用户控制器152来控制。应当在集成电路的用户和终端产品的用户之间进行重要的区分。在其中可以存在该信号路径的集成电路(例如，音频编解码器或处理器)的用户很有可能是音频电器的生产者，诸如生产其广为流行的

的

或任何其他可想到的生产者。这样的用户设计其中终端用户(或例如

的用户)能够像期望的那样操纵音量的系统。一般地，生产者的系统使得终端用户能够利用单个控制输入来操纵增益之一或两者。一般地，终端用户无法分离地操纵数字增益120以及驱动器和模拟增益140，这是因为终端用户为了简单和便利而更希望单个增益控制器。当终端用户在其音频设备上操纵音量控制器时，由生产者设计的增益控制器150简单地利用数字增益120在数字域中添加增益和/或利用音频增益140在模拟域中添加增益。然而，这样的系统对改进动态范围没有帮助，特别是在低水平信号中。在现有技术方案中，信号路径中的多个模块的噪声贡献需要来自每个模块的更好的噪声性能。然而，质量更好和噪声更低的模块需要更大的裸片(die)尺寸和更多的电流。裸片尺寸是集成电路中最大的成本成分，并且增加的电流对于关心电池寿命的便携电子设备的制造者来说是不期望的。进一步地，集成电路行业整体是极为受到成本驱动的，并且与更大的裸片尺寸相关联的增加的成本是不期望的。

发明内容

提供了一种用于增加DR而不显著增加所消耗的功率或裸片尺寸的新型的电路和方法。数字信号水平检测器确定数字增益何时应当被调节为最大化对于较低幅度输入信号的数字增益，同时避免上述的截幅状态，该截幅状态导致当大幅度输入信号被转换时的严重的信号劣化。除了数字信号水平检测器之外，还引入自动调节模拟增益和数字增益相对彼此的增益设置的动态增益控制器。动态增益控制器选择性地最小化模拟增益，从而最小化对于信号路径中的全部块的相关联的噪声，同时最大化数字增益，从而使得由终端用户设置的整体增益不受影响。

在本发明的一方面中，一种用于最大化数模信号路径中的动态范围的电路包括：输入端，其用于接收输入信号；耦合到所述输入端的第一增益级，所述第一增益级具有第一增益设置；耦合到所述第一增益级的第二增益级，所述第二增益级具有第二增益设置；控制器，其用于动态地选择所述第一增益设置以最大化所述第一增益设置而不对所述输入信号进行截幅，以及选择所述第二增益设置以实现期望的信号路径增益；以及耦合到所述第二增益级的输出端，其用于发送具有期望的整体信号路径增益的输出信号。优选地，所述第一增益级包括数字增益级，并且所述第一增益设置包括供乘法增益级使用的数字增益设置。在一些实施例中，所述第一增益级包括数模转换器，并且所述数字增益设置包括所述数模转换器中的反馈改变。并且，所述第二增益级包括模拟增益级，并且所述第二增益设置包括模拟增益设置。所述模拟增益可以按照任何数目的已知的、便利的或专用的方式来实施，所述方式诸如离散增益台阶或模拟调节增益。

用于最大化数模信号路径中的动态范围的电路还包括用于检测所述输入信号的水平的输入信号检测器。所述输入信号检测器可以是任何便利的或专用的检测器，诸如RMS水平检测器、峰值水平检测器、截幅检测器、平均水平检测器等。该电路进一步包括耦合到所述控制器的用户增益设置。所述用户增益将确定作为第一和第二增益的相加的信号路径增益。所述动态增益控制器将在由用户设置的信号路径增益的约束内并且避免所述第一增益级中的信号截幅而最大化所述数字增益并且最小化所述模拟增益。在一些实施例中，所述控制器将相对于所述第一增益设置的应用而延迟所述第二增益设置的应用，以补偿所述第一增益级和所述第二增益级之间的信号路径延迟。所述控制器将仅在指定时间段中输入信号水平在指定阈值之下的情况下调节所述第一增益设置和所述第二增益设置。

在本发明的另一方面中，一种用于最大化数模信号路径中的动态范围的方法包括：检测数字输入信号和期望的用户增益水平；向所述数字输入信号应用第一增益；将所述数字输入信号转换为模拟信号；以及向所述模拟信号应用第二增益，其中根据所述数字输入信号而选择性地和相逆地操纵所述第一和第二增益，同时维持所述期望的用户增益水平。优选地，可以利用使得瞬时改变对听者不可感知的足够小的增量改变来完成向所述数字输入信号应用所述第一增益。在其他实施例中，该方法包括所述数字信号中的过零的检测，从而使得在所述信号非常小时调节增益水平，以最小化由增益改变导致的信号路径干扰。可以基于数字过零检测或模拟过零检测电路来调节所述第二增益。在一些实施例中，应用所述第一增益包括改变数模转换器中的反馈环路的增益设置。动态音量控制可以包括冲击(attack)、衰减和保持控制以最小化增益改变行为的可感知性。

附图说明

图1示出了现有技术的数模信号路径。

图2示出了根据本公开的一个实施例的数模信号路径。

图3示出了根据本公开的另一实施例的数模信号路径。

图4示出了根据本公开的另一实施例的数模信号路径。

图5示出了最大化数模信号路径中的DR的方法。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的动态范围优化方法和装置的实施例，在附图中图示所述实施例的示例。虽然将结合以下实施例描述本发明，但将理解，它们并非旨在将本发明限制为这些实施例和示例。相反，本发明旨在覆盖可以包括在如所附权利要求所定义的本发明的精神和范围内的备选、修改和等价物。进一步地，在对本发明的以下详细描述中，陈述许多具体细节以便更完整地例示本发明。然而，对于本领域普通技术人员将明显的是，可以没有这些具体细节而实践本发明。在其他情况中，并未详细描述众所周知的方法和过程、组件和处理，以免不必要地使本发明的各方面难以理解。当然，将理解，在任何这样的实际实现方式的开发中，必须进行许多特定于实现方式的决定以便实现开发者的特定目标，诸如符合对于应用和商业相关的约束，并且这些特定的目标将从一个实现方式到另一个以及从一个开发者到另一个而变化。此外，将领会，这样的开发努力可能是复杂并且耗时的，但对于具有本公开的益处的本领域普通技术人员来说仍然将是惯例的工程任务。

图2示出了根据本公开的一个实施例的数模信号路径200。数字输入数据201耦合到第一增益。在本实施例中，第一增益包括数字增益210。数字输入数据201可以源自存储器，经过天线、有线连接或任何其他部件。数字输入数据201可以来源自例如I2S编码数据、AC97编码数据、SPDIF编码数据、或任何其他已知或专用数字编码方案。量化噪声202被表示为通过加法器203被注入到信号路径200中。加法器203仅仅是固有量化噪声202的表示，并且不被物理地体现为信号路径200内的模块。数字增益210能够操纵数字输入数据201的信号水平。如上所述，向数字输入数据201添加增益不仅仅涉及对数字信号进行电放大。相反，信号的实际数字表示被以数字方式操纵。实现数字增益改变的一种手段是数字增益210内的数字乘法器函数。设置过高的数字增益210内的增益可能导致溢出或截幅，而这两者都是不期望的。注意到以下是重要的：应用数字增益210是动态的，并且因此与诸如I2C增益控制之类的恰巧是数字的音量控制区分，所述I2C增益控制仅仅通过诸如上/下开关之类的数字接口来控制信号路径增益。数字增益210的输出端耦合到DAC220。

如上所述，每个DAC引入噪声，该噪声取决于习惯可以是输入相关的或输出相关的。在图2中，DAC噪声被表示为通过加法器212注入到信号路径200中的DAC输入相关噪声211。类似地，不存在物理加法器212，而是物理加法器212被示出为表示DAC输入相关噪声211的注入。DAC220可以是任何已知或专用DAC，诸如脉宽调制器、sigma delta调制器、Nyquist、二进制加权、R-2R阶梯(ladder)、温度计编码、或任何其他DAC。DAC220将来自数字增益模块210的经过增益的数字输入数据转换为模拟信号。通过经过增益的数字输入数据水平和DAC220的转换增益的组合来确定DAC220模拟输出信号的水平。注意到以下是重要的：输入相关量化噪声202和DAC输入相关噪声211不依赖于数字输入数据201的增益。相反地，它们分别由数字输入数据201的量化水平或比特深度以及DAC的质量来确定。DAC220的输出端与第二增益级的输入端耦合。

在所示出的实施例中，第二增益级是模拟增益230。模拟增益230噪声贡献被表示为通过加法器222注入的驱动器输入相关噪声221。一般地，模拟增益230是对于20Hz和20KHz之间的模拟信号的音频带而优化的放大器或驱动器、和诸如I2C控制线或音量控制管脚之类的音量控制器。无论所使用的驱动器的类型如何，随着增加模拟增益230的增益设置，模拟输入信号235中的噪声增加，这是由于全部噪声贡献(即量化噪声203、DAC输入相关噪声212和驱动器输入相关噪声221)随着增加模拟增益230的增益而增加。因此，期望在信号路径中的早期最大化信号大小、以允许在信号路径的结束处的较低的增益。

对此，引入动态增益控制器250。动态增益控制器250最大化数字增益210而不对数字信号进行截幅、并且最小化模拟增益230同时维持信号路径的整体期望增益。在以下意义上数字增益210被最大化并且模拟增益230被最小化：数字增益水平的最大值和模拟增益水平的最小值被用于实现整体期望增益，同时仍然提供避免截幅的顶部空间(headroom)。如在此所使用的那样，在该上下文中，术语“最大化”和“最小化”分别应用于数字增益和模拟增益。对于给定的整体信号路径期望增益，一旦最大化了数字增益水平，就确定了模拟增益水平。

一般地，由用户通过用户音量接口260来设置期望的音量。为了辅助动态增益控制器250确定对于数字增益210和模拟增益230的最优增益设置，提供数字信号水平检测器240。数字信号水平检测器240接收数字输入数据201并且按照任何便利的方式确定水平，所述任何便利的方式诸如检测峰值水平、RMS水平、平均水平、或任何其他已知或专用度量。数字信号水平检测器240耦合到动态增益控制器250并且将所检测的水平发送到动态增益控制器250。如上所述，非常不期望增加数字增益210中的增益设置以使得编码数据溢出或截幅、从而很大程度地使信号失真。动态增益控制器250被配置为从数字信号水平检测器240接收数字输入数据201的水平，从而使得当它动态地确定对于数字增益210的增益设置时，该增益设置将不导致以数字方式编码的信息溢出或截幅。随着增加数字增益210的增益设置，减小模拟增益的增益设置。因为减少模拟增益，所以输入相关噪声221和输入相关噪声211不经历那么多的增益。因此，利用高得多的保真度重新创建低水平信号。因此，信号路径200的DR得到改进。在现有技术的方案中，低水平信号的恰当重新创建需要模拟增益230和/或DAC220中的更大的电流或更大的裸片尺寸。

优选地，动态增益控制器250还从用户音量控制器260接收用户增益设置。用户音量控制器260可以是例如具有数模信号路径200的mp3播放器上的音量切换器(toggle)。在备选实施例中，用户音量控制器260可以是对于给定实现方式而分配和固定的音量控制管脚。动态增益控制器250被配置为再次最小化化模拟增益230的增益设置并且最大化数字增益210的增益设置，同时维持由用户通过用户音量设置260而设置的期望整体输出音量。改变增益设置向诸如数模信号路径200之类的系统中引入阶跃响应。阶跃响应可以通过信号路径200级联，从而导致可听砰声或咔嗒声。为了最小化由增益的改变导致的砰声或咔嗒声，期望在数字输入信号201接近其最小值时(诸如在信号的瞬时幅度为零时)改变数字增益210和模拟增益230的增益设置。为此，提供过零检测270。在一些实施例中，动态增益控制器250仅在过零检测270参测到过零、意味着信号的瞬时幅度为零或接近零时更新增益水平。有利地，这减少通常与音量控制相关联的潜在砰声或咔嗒声，特别在数字输入数据201被在较高速率上过采样以保证接近过零点数字数据采样存在时。

在一些实施例中，在数字增益(第一增益)调节之后在固定时间延迟进行模拟增益(第二增益)调节，以减少由第一和第二增益级块之间的信号路径延迟导致的干扰。该延迟由动态增益控制器250实施。

在一些实施例中，动态增益控制器250包括冲击和释放(attackand release)控制器，从而使得除非在由“冲击”控制设置定义的时间段中所检测的信号水平在指定阈值之下，否则不增加数字增益。类似地，除非在由“释放”控制设置定义的时间段中所检测的信号水平在另一指定阈值之上，否则将不减小数字音量调节。

图3示出了对图2的信号路径的备选实施例数模信号路径300。数字输入信号301被数字增益330和信号水平监视器310接收。作为示例，数字增益330是乘法器逻辑块。信号水平监视器310可以是如上面详细讨论的任何便利的或专用的水平检测器。动态增益控制器320接收I2C设置302和I2C增益303。I2C设置302通常被设置或当信号路径300被设计到电器(诸如mp3播放器)中时被硬布线。I2C设置302可以包括增益台阶的大小、两个增益控制调节之间的可调节延迟、对水平检测动态增益调节的时间段/延迟的调节，和/或过零检测使能从而使得仅在信号幅度为零时进行增益改变以避免咔嗒声和砰声。I2C增益303通常被电器的终端用户控制、以设置期望的增益或增益水平。动态增益控制器320控制数字增益330的增益和模拟增益370的增益。如上面详细讨论的那样，动态增益控制器320自动地最大化数字增益330的增益，从而使得后面的模拟增益可以被最小化同时还避免数字信号的中的截幅或溢出。虽然在此通常参考I2C控制，但具有本公开的益处的普通技术人员将容易地理解，大量的控制增益设置的方式都可用，包括但不限于模拟增益控制、硬布线增益台阶等。出于简洁和清楚的缘故，在此讨论I2C，因为它是行业广泛接受的控制标准。

如上面所讨论的那样，数字增益330的操纵是由诸如数字乘法器或移位和累加寄存器之类的逻辑电路执行的数字处理。数字增益330耦合到Sigma-Delta DAC(∑Δ)350。诸如∑Δ350之类的过采样DAC或插值DAC具有若干优点。∑ΔDAC使用噪声整形脉冲密度转换技术。过采样技术允许内部地使用较低分辨率的DAC。经常选择简单的1位DAC，这是因为过采样结果固有地是线性的。数字调制器包括反馈和滤波以将大的1位量化噪声中的大部分推出音频带。这导致有效的高通滤波器作用在由Sigma-Delta DAC(∑Δ)350导致1位量化噪声上，从而将该噪声从感兴趣的低频转移到几乎不感兴趣的高频中，这被称作噪声整形。在这些高频的量化噪声由模拟低通滤波器360去除或很大程度地衰减。∑ΔDAC 350的一些实施例包括作为∑ΔDAC350块的一部分而不是分离/不同的块360的低通滤波器函数。如果应用对大的带外噪声不敏感，则其他实施例不具有具体的低通滤波器。最高分辨率或大于14位的DAC属于该类型，这是由于其高线性和低成本。较高的过采样率可以放松输出低通滤波器的规定和/或使得能够进行对带内量化噪声的进一步的抑制。

在一些实施例中，多个较高阶拓扑(诸如MASH)可以被用于利用稳定的拓扑实现较高程度的噪声整形。具有本公开的益处的普通技术人员将非常熟悉可用的多种类型的DAC，并且出于简洁和清楚的缘故，在本公开中省略其他类型的DAC的详细操作。低通滤波器360耦合到模拟增益370，该模拟增益370也由动态增益控制器320操纵。如上面所详细描述的，模拟增益370的增益是可能的最低值同时维持由I2C增益303设置的用户增益是有利的。

图4示出了具有∑ΔDAC440的备选数模信号路径400。其中更详细地示出了∑ΔDAC440。数字回放信号401被截幅限制器430和信号水平检测器410接收，截幅限制器430和信号水平检测器410中的每个用作与图3中所描述的类似的功能，并且不需要再次详细阐述。∑ΔDAC440接收已经被截幅限制器430截幅限制的数字回放信号401。∑ΔDAC440包括输入加法器441，其将输入与被通过反馈路径447反馈的转移函数442的输出相加。在一些实施例中，转移函数由积分器和比较器组成。反馈路径包括增益445。通常，增益445将1位DAC输出447转换为缩放的多位输出443。通过减少反馈增益445，加法器的结果受到影响，并且增加∑ΔDAC440的数字输出增益。另外，相对于输入信号水平的∑ΔDAC440输出的幅度整形噪声被减少。这导致能够从较低阶的∑ΔDAC调制器实现较高的DR。截幅限制器430的截幅水平被动态地控制以保证被引入到∑ΔDAC440中的信号不超过由反馈增益445确定的适当的最大输入水平。优选地，对增益445的任何改变都逐渐地完成，例如通过上/下计数器来完成、以避免任何瞬时台阶效果，该瞬时台阶效果可能具有不利的信号质量分支，诸如导致数字增益设置环绕(wrap around)到最小设置。如所陈述的那样，图4中所示的实施例还有利地贡献于噪声整形。如众所周知的那样，∑ΔDAC440中的噪声的形状或谱密度依赖于环路增益，并且因此可以通过改变增益445而被控制到期望水平或推到高频中。∑ΔDAC440的输出由滤波器450滤波。模拟增益460类似地由动态增益控制器420控制。模拟增益460被最小化同时数字增益通过增益445被最大化，以便维持通过I2C增益403的用户提供的增益设置。如上所述，使用I2C以控制增益并非旨在以任何方式是限制性的。

图5示出了用于优化数模信号路径中的动态范围的方法。在步骤510中，检测数字输入水平。如上面所讨论那样，数字输入水平可以是RMS水平、峰值水平、或任何其他便利的水平。在步骤520中，检测用户增益设置。用户增益设置对整体增益进行设置，或在音频的情况下对数模信号路径的音量进行设置。用户增益设置可以被硬布线到诸如RF接收器或调制解调器之类的系统中、或诸如在mp3播放器的情况下那样可由终端用户控制。优选地，同时执行步骤510和520。在步骤530中，根据数字输入水平和用户增益设置来最大化数字增益级中的早期路径数字增益设置。优选地，数字增益级被截幅限制以免在数字增益级中使任何寄存器溢出。在一些实施例中，通过变更数模转换器的反馈环路的环路增益来最大化数字增益设置。在步骤540中，后期路径模拟增益被最小化同时维持用户增益设置。优选地，同时执行步骤530和540。连续地执行步骤510-540。总而言之，低水平信号在数字域中经历高增益，其中信号路径中早期的较高信号水平提供与路径中后期的噪声贡献相比改进的信噪比。因此，需要较少的模拟增益以实现数模信号路径中的相同的整体期望增益。利用更高的保真度重现低水平信号，并且因此，存在数模信号路径的较大的整体信号水平范围，从而显著地增加DR。

在操作中，提供了用于利用可忽略的成本而最大化或优化数模信号路径的DR的电路和方法。如具有本公开的益处的普通技术人员将认识到的那样，添加动态增益控制器和水平检测器引致极小的功耗并且是在半导体裸片上的。相反，现有技术解决方案依赖于高端DAC或模拟增益以及需要电流和半导体裸片尺寸的较大增加的增益模块以重现低水平信号，从而增加行业中不可接受的成本，在该行业中不到一分钱使得在市场中的成败之间产生区别。已经就并入细节以促进对本发明的构造和操作的原理的理解的具体实施例而言描述了本发明。与多个模块以及它们之间的互连相关而示出的具体配置和描述的方法仅出于示例的目的。在此对具体实施例和其细节的这样的参考并非旨在限制所附权利要求的范围。例如，已详细描述了∑ΔDAC。然而，具有本公开的益处的本领域普通技术人员将容易地理解，可以利用若干类型的DAC，其中每个类型具有操纵数字增益的多种方式。进一步地，虽然模拟增益或音量已被示出为分离的输出模块，但同样众所周知，一些DAC包括具有可以被操纵的增益设置的集成的模拟输出。并且，已讨论了数模音频回放路径。然而，上面所描述的电路和方法将对于具有其中关心动态范围的数模信号路径的任何电路或系统有用，所述电路或系统诸如RF接收器、调制解调器等。并且，将理解，图2、3和4的各自的数模信号路径200、300和400是高度简化的、以示出它们的仅仅最小限度的组件。可以根据应用的需要在信号路径内实施其他组件，诸如混频器、附加的增益级、数字信号处理、或任何其他有用的已知或专用模块。备选地，一个DAC可以耦合到多个模拟增益级，每个级由动态增益控制器单独地控制。进一步对具有本公开的益处的本领域技术人员来说明显的是，可以在被选为例示的实施例中进行修改而不从本发明的精神和范围偏离。

Claims (20)

1.一种用于最大化数模信号路径中的动态范围的电路，其包括：

a.输入端，其用于接收输入信号；

b.耦合到所述输入端的第一增益级，所述第一增益级具有第一增益设置；

c.耦合到所述第一增益级的第二增益级，所述第二增益级具有第二增益设置；

d.控制器，其用于动态地选择所述第一增益设置以最大化所述第一增益设置而不对所述输入信号进行截幅，以及选择所述第二增益设置以实现期望的信号路径增益；以及

e.耦合到所述第二增益级的输出端，其用于发送具有期望的整体信号路径增益的输出信号。

2.如权利要求1所述的电路，其中所述第一增益级包括数字增益级，并且所述第一增益设置包括数字增益设置。

3.如权利要求1所述的电路，其中所述第一增益级包括sigmadelta数模转换器，并且所述数字增益设置包括所述数模转换器的反馈增益改变。

4.如权利要求1所述的电路，其中所述第一增益级包括被配置为通过修改反馈值来调节所述第一增益设置的数字增益级。

5.如权利要求1所述的电路，其中所述第二增益级包括模拟增益级，并且所述第二增益设置包括模拟增益设置。

6.如权利要求1所述的电路，其中包括过零检测以在瞬态信号接近零时更新增益设置。

7.如权利要求1所述的电路，其进一步包括用于检测所述输入信号的水平的输入信号检测器。

8.如权利要求7所述的电路，其中所述输入信号检测器包括RMS水平检测器。

9.如权利要求7所述的电路，其中所述输入信号检测器包括峰值水平检测器。

10.如权利要求7所述的电路，其中所述输入信号检测器包括平均水平检测器。

11.如权利要求1所述的电路，其进一步包括用户增益控制器。

12.如权利要求11所述的电路，其中所述用户增益控制器耦合到所述控制器。

13.如权利要求12所述的电路，其中所述控制器进一步被配置为根据所述用户增益控制器来调节所述第一增益设置、所述第二增益设置、或所述第一增益设置和所述第二增益设置两者。

14.如权利要求1所述的电路，其中所述控制器被配置为相对于所述第一增益设置的应用而延迟所述第二增益设置的应用，以补偿所述第一增益级和所述第二增益级之间的信号路径延迟。

15.如权利要求1所述的电路，其中所述控制器进一步被配置为仅在指定时间段中输入信号水平在指定阈值之下的情况下调节所述第一增益设置和所述第二增益设置。

16.一种用于最大化数模信号路径中的动态范围的方法，其包括：

a.检测数字输入信号水平；

b.检测期望的用户增益水平；

c.向所述数字输入信号应用第一增益；

d.将所述数字输入信号转换为模拟信号；以及

e.向所述模拟信号应用第二增益；

f.其中根据所述数字输入信号而选择性地和相逆地操纵所述第一和第二增益，同时维持所述期望的用户增益水平。

17.如权利要求16所述的方法，其中包括过零以在瞬态信号接近零时更新增益设置。

18.如权利要求16所述的方法，其中应用第一增益包括改变sigma delta数模转换器中的反馈环路的增益设置。

19.在集成电路中的一种数模信号路径，其包括：

a.用于接收数字输入信号的输入端；

b.用于接收期望的信号路径增益水平的输入端；

c.用于操纵所述数字输入信号的数字增益水平的数字增益级；

d.耦合到所述数字增益级的数模转换器，其用于将经过操纵的数字输入信号转换为具有模拟增益水平的模拟信号；

e.用于操纵所述模拟信号的所述模拟增益水平的模拟增益级；

f.动态增益控制器，其用于根据所述数字输入信号水平而选择性地最大化所述数字增益水平和最小化所述模拟增益水平，并且同时维持所述期望的信号路径增益水平。

20.在集成电路中的一种数模信号路径，其包括：

a.用于接收数字输入信号的输入端；

b.用于接收期望的信号路径增益水平的输入端；

c.耦合到数字增益级的数模转换器，其用于将所述数字输入信号转换为具有模拟增益水平的模拟信号，所述数模转换器包括数字增益水平；

d.用于操纵所述模拟信号的模拟增益水平的模拟增益级；

e.动态增益控制器，其用于根据所述数字增益水平而选择性地最大化所述数字增益水平和最小化所述模拟增益水平，并且同时维持期望的输出增益水平。

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