CN105099385A - 增益控制电路和音频设备 - Google Patents

Abstract

一种增益控制电路和音频设备，所述增益控制电路，用于与扬声器耦接，包括：放大器、选择单元、控制单元和至少两个信号提供单元；所述信号提供单元，适于接收阈值电平，并在所述放大器的输出信号大于各自接收到的阈值电平时，依据各自的启动时钟输出增益信号，所述至少两个信号提供单元接收到的阈值电平不相同，所述至少两个信号提供单元的启动时钟的频率不相同；所述选择单元，适于将全部信号提供单元输出的增益信号中最大的一个输出至所述控制单元。所述控制单元，适于根据所述选择单元提供的增益信号调节所述放大器的增益。

Description

增益控制电路和音频设备

技术领域

本发明涉及电子领域，尤其涉及一种增益控制电路和音频设备。

背景技术

为了提升音乐播放的效果，增大音乐播放的响度，目前的音频功率放大器大多带有动态的增益调整功能(AGC)，类似于音效处理中的压缩功能或限幅功能。

随着输入信号的增大，输出功率随之增大，AGC功能在输出功率超过设定的阈值后，主动降低功放内部的增益，将输出功率限制在设定的阈值之下。当输入信号减小，输出功率降低到设定的阈值后，AGC功能主动增大功放内部的增益，使得功放的输出不低于设定的阈值。增益衰减的时间是AGC功能的启动时间，增益恢复的时间是AGC功能的释放时间。

启动时间的设置需要在音量与截顶杂音之间折衷。如果启动时间较长，音量会较大，截顶失真也会随之增多。如果启动时间较短，截顶失真会随之减少，但音量会降低。

发明内容

本发明解决的问题是如何提升音量的同时降低输出的截顶杂音。

为解决上述问题，本发明提供一种增益控制电路，用于与扬声器耦接，其特征在于，包括：放大器、选择单元、控制单元和至少两个信号提供单元；

所述信号提供单元，适于接收阈值电平，并在所述放大器的输出信号大于各自接收到的阈值电平时，依据各自的启动时钟输出增益信号，所述至少两个信号提供单元接收到的阈值电平不相同，所述至少两个信号提供单元的启动时钟的频率不相同；

所述选择单元，适于将全部信号提供单元输出的增益信号中最大的一个输出至所述控制单元；

所述控制单元，适于根据所述选择单元提供的增益信号调节所述放大器的增益。

可选的，所述信号提供单元包括：检测电路和计数器；

所述检测电路，适于接收阈值电压，在所述放大器的输出信号大于各自接收到的阈值电平时，将各自的启动时钟输出至所述计数器；

所述计数器，适于按照各自接收到的启动时钟的频率进行累加计数，并产生与所述计数结果相对应的增益信号。

可选的，所述信号提供单元还适于在所述放大器的输出信号小于各自接收到的阈值电平时，依据各自的释放时钟输出增益信号。

可选的，所述信号提供单元包括：第一信号提供单元和第二信号提供单元；

所述第一信号提供单元，适于接收第一阈值电平，并在所述放大器的输出信号大于所述第一阈值电平时，依据第一启动时钟输出第一增益信号；

所述第二信号提供单元，适于接收第二阈值电平，并在所述放大器的输出信号大于所述第二阈值电平时，依据第二启动时钟输出第二增益信号；

所述第一阈值电平大于第二阈值电平，所述第一启动时钟的频率大于所述第二启动时钟的频率。

可选的，所述第一信号提供单元还适于在所述放大器的输出信号小于所述第一阈值电平时，依据第一释放时钟输出第一增益信号；所述第二信号提供单元还适于在所述放大器的输出信号小于所述第二阈值电平时，依据第二释放时钟输出第二增益信号；所述第一释放时钟的频率小于或等于所述第二释放时钟的频率。

可选的，所述信号提供单元包括：检测电路和计数器；

所述检测电路，适于接收阈值电压，在所述放大器的输出信号大于各自接收到的阈值电平时将各自的启动时钟输出至所述计数器，在所述放大器的输出信号小于各自接收到的阈值电平时将各自的释放时钟输出至所述计数器；

所述计数器，适于按照各自接收到的启动时钟的频率进行累加计数，或者按照各自接收到的释放时钟的频率进行递减计数，并产生与所述计数结果相对应的增益信号。

可选的，所述至少两个信号提供单元接收到的阈值电平包括：与所述增益控制电路的供电电压相关的阈值电平，以及与所述扬声器的额定功率相关的阈值电平。

本发明还提供一种音频设备，包括：上述增益控制电路，以及与所述增益控制电路耦接的扬声器。

与现有技术相比，当放大器的输出信号非常大的时候，出现截顶失真，此时本发明的增益控制电路将利用一个频率较大的启动时钟来产生增益信号，并利用该增益信号去衰减放大器的增益，这样可以快速的消除输出信号的截顶失真，较大程度的保持音乐音质，提升听感。

附图说明

图1是本发明增益控制电路的一结构示意图；

图2是本发明信号提供单元的一结构示意图；

图3是本发明信号提供单元的另一结构示意图。

具体实施方式

播放音乐的时候，会发现不同音乐文件的平均音量差别很大，有两个原因，一是峰值幅度不同，二是峰值因子不同。峰值因子crestfactor是音乐信号的一个参数，表示了音乐信号峰值功率P_peak和平均功率P_AVG的比值。

$crestfactor=10log\left(\frac{P_{peak}}{P_{AVG}}\right)$ 公式1

在实际应用中，系统有一个最大的输出幅度，一般由该系统的供电电压决定。如果输出超过了该幅度，就会发生截顶失真。因此，系统的放大倍数要保证幅度最大输入信号信号不发生截顶失真。但是，这样对峰值幅度小的信号和峰值因子大的音乐文件，声音就会小很多。为了提升小音量音乐文件播放音量，同时大音量音乐文件播放时不出现严重截顶失真，需要可以动态调整音频功放放大倍数的技术。

系统的最大驱动能力往往会超过扬声器的额定功率，比如在5V供电的情况下，对8Ω的扬声器，最大不失真功率为1.56W左右。但是，很多扬声器的额定功率在0.5W左右。这种情况下，如果不进行功率控制，扬声器就容易发生损坏。因此，还需要针对不同功率的需求对扬声器进行保护，控制驱动扬声器的额定功率值。

基于上述研究结论，本发明提供一种新的增益调整电路。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

如图1所示，本发明实施例提供的增益控制电路，用于与扬声器耦接，包括：放大器1、选择单元3、控制单元4和至少两个信号提供单元。

所述信号提供单元适于接收阈值电平，并在所述放大器1的输出信号大于各自接收到的阈值电平时，依据各自的启动时钟输出增益信号，所述至少两个信号提供单元接收到的阈值电平不相同，所述至少两个信号提供单元的启动时钟的频率不相同。

所述选择单元3适于将全部信号提供单元输出的增益信号中最大的一个输出至所述控制单元4。所述控制单元4适于根据所述选择单元3提供的增益信号调节所述放大器1的增益。

所述至少两个信号提供单元接收到的阈值电平可以包括：与所述增益控制电路的供电电压相关的阈值电平，以及与所述扬声器的额定功率相关的阈值电平。与所述增益控制电路的供电电压相关的阈值电平可以表示截顶失真的电平。

如图2所示，所述信号提供单元可以包括：检测电路21和计数器22。

所述检测电路21，适于接收阈值电压，在所述放大器的输出信号大于各自接收到的阈值电平时，将各自的启动时钟输出至所述计数器22。所述计数器22，适于按照各自接收到的启动时钟的频率进行累加计数，并产生与所述计数结果相对应的增益信号。

继续参考图1，以信号提供单元包括第一信号提供单元2a和第二信号提供单元2b为例，继续对所述增益调整电路做详细说明。

第一信号提供单元2a适于接收第一阈值电平Vth1，并在所述放大器1的输出信号大于第一阈值电平Vth1时，依据第一启动时钟输出第一增益信号。第二信号提供单元2b适于接收第二阈值电平Vth2，并在所述放大器1的输出信号大于第二阈值电平Vth2时，依据第二启动时钟输出第二增益信号。第一阈值电平Vth1大于第二阈值电平Vth2。所述第一启动时钟的频率大于所述第二启动时钟的频率。所述选择单元3将第一增益信号和第二增益信号中最大的一个输出至控制单元4。

当放大器1的输出信号大于第一阈值电平Vth1时，第一信号提供单元2a中的检测电路21将第一启动时钟输出至计数器22，第一信号提供单元2a中的计数器22按照第一启动时钟的频率进行累加计数，并依据该计数结果输出第一增益信号；第二信号提供单元2b的检测电路21将第二启动时钟输出至计数器22，第二信号提供单元2b中的计数器22按照第二启动时钟的频率进行累加计数，并依据该计数结果输出第二增益信号；由于第一启动时钟的频率大于所述第二启动时钟的频率，所以第一信号提供单元2a中计数器的累加计数结果大于第二信号提供单元2b中计数器的累加计数结果，因此，第一增益信号大于第二增益信号；选择单元3将第一增益信号输出至控制单元4；控制单元4依据第一增益信号衰减放大器1的增益。

由上述工作过程可以看出，当放大器的输出信号非常大的时候，出现截顶失真，此时本实施例的增益控制电路将利用一个频率较大的启动时钟来产生增益信号，并利用该增益信号去衰减放大器的增益，这样可以快速的消除输出信号的截顶失真，较大程度的保持音乐音质，提升听感。

本实施例所述的信号提供单元还适于在所述放大器1的输出信号小于各自接收到的阈值电平时，依据各自的释放时钟输出增益信号。

具体的，如图3所示，所述检测电路21适于在所述放大器1的输出信号大于各自接收到的阈值电平时将各自的启动时钟输出至所述计数器22，在所述放大器1的输出信号小于各自接收到的阈值电平时将各自的释放时钟输出至所述计数器22。

所述计数器22适于按照各自接收到的启动时钟的频率进行累加计数，或者按照各自接收到的释放时钟的频率进行递减计数，并产生与所述计数结果相对应的增益信号。

继续上述第一信号提供单元2a和第二信号提供单元2b的举例，第一信号提供单元2a还适于在所述放大器1的输出信号小于第一阈值电平Vth1时，依据第一释放时钟输出第一增益信号。第二信号提供单元2b还适于在所述放大器1的输出信号小于第二阈值电平Vth2时，依据第二释放时钟输出第二增益信号。所述第一释放时钟的频率可以与所述第二释放时钟的频率相同或第一释放时钟频率小于第二释放时钟频率。所述选择单元3将第一增益信号和第二增益信号中最大的一个输出至控制单元4。

当放大器1的输出信号大于第一阈值电平Vth1时，控制单元4依据第一增益信号衰减放大器1的增益；随着放大器1的增益不断衰减，放大器1的输出信号会有所降低，当放大器1的输出信号降低到小于第一阈值电平Vth1且大于第二阈值电平Vth2时，第一信号提供单元2a中的检测电路21会将第一释放时钟输出至计数器22，第一信号提供单元2a中的计数器22按照第一释放时钟的频率进行递减计数，并依据该计数结果输出第一增益信号；第二信号提供单元2b的检测电路21依然将第二启动时钟输出至计数器22，第二信号提供单元2b中的计数器22按照第二启动时钟的频率进行累加计数，并依据该计数结果输出第二增益信号；开始时，由于第一增益信号大于第二增益信号，所以第一增益信号仍然大于第二增益信号，选择单元3将第一增益信号输出至控制单元4，控制单元4依据第一增益信号衰减放大器1的增益；随着第一增益信号逐渐减小，而第二增益信号逐渐增大，第二增益信号将会大于第一增益信号，此时选择单元3将第二增益信号输出至控制单元4，控制单元4依据第二增益信号衰减放大器1的增益。

由于第二增益信号的增大速度小于第一增益信号，所以当放大器1的输出信号降低到小于第一阈值电平Vth1且大于第二阈值电平Vth2时，对放大器的增益衰减速度较为平缓，这样可以提高输出信号的平均功率，保持较大音量。

当放大器1的输出信号降低到小于第二阈值电平Vth2时，第一信号提供单元2a中的检测电路21依然将第一释放时钟输出至计数器22，第一信号提供单元2a中的计数器22按照第一释放时钟的频率进行递减计数，并依据该计数结果输出第一增益信号；而第二信号提供单元2b的检测电路21则将第二释放时钟输出至计数器22，第二信号提供单元2b中的计数器22按照第二释放时钟的频率进行递减计数，并依据该计数结果输出第二增益信号；选择单元3依然将第一增益信号和第二增益信号中最大的输出至控制单元4，控制单元4依据根据选择单元3提供的增益信号大小来恢复放大器1的增益，从而使输出信号逐渐增大。

可以理解的是，信号提供单元的数量可以大于2，采用更多的信号提供单元来产生增益信号，从而达到更精细的动态控制输出信号。当使用更多信号提供单元时，所选择的阈值电平中的最大值可以与所述增益控制电路的供电电压相关的阈值电平，最小值可以与所述扬声器的额定功率相关的阈值电平，而其他值鉴于这最大值和最小值之间。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (8)

1.一种增益控制电路，用于与扬声器耦接，其特征在于，包括：放大器、选择单元、控制单元和至少两个信号提供单元；

所述信号提供单元，适于接收阈值电平，并在所述放大器的输出信号大于各自接收到的阈值电平时，依据各自的启动时钟输出增益信号，所述至少两个信号提供单元接收到的阈值电平不相同，所述至少两个信号提供单元的启动时钟的频率不相同；

所述选择单元，适于将全部信号提供单元输出的增益信号中最大的一个输出至所述控制单元；

所述控制单元，适于根据所述选择单元提供的增益信号调节所述放大器的增益。

2.如权利要求1所述的增益控制电路，其特征在于，所述信号提供单元包括：检测电路和计数器；

所述检测电路，适于接收阈值电压，在所述放大器的输出信号大于各自接收到的阈值电平时，将各自的启动时钟输出至所述计数器；

所述计数器，适于按照各自接收到的启动时钟的频率进行累加计数，并产生与所述计数结果相对应的增益信号。

3.如权利要求1所述的增益控制电路，其特征在于，所述信号提供单元还适于在所述放大器的输出信号小于各自接收到的阈值电平时，依据各自的释放时钟输出增益信号。

4.如权利要求3所述的增益控制电路，其特征在于，所述信号提供单元包括：第一信号提供单元和第二信号提供单元；

所述第一信号提供单元，适于接收第一阈值电平，并在所述放大器的输出信号大于所述第一阈值电平时，依据第一启动时钟输出第一增益信号；

所述第二信号提供单元，适于接收第二阈值电平，并在所述放大器的输出信号大于所述第二阈值电平时，依据第二启动时钟输出第二增益信号；

所述第一阈值电平大于第二阈值电平，所述第一启动时钟的频率大于所述第二启动时钟的频率。

5.如权利要求4所述的增益控制电路，其特征在于，所述第一信号提供单元还适于在所述放大器的输出信号小于所述第一阈值电平时，依据第一释放时钟输出第一增益信号；所述第二信号提供单元还适于在所述放大器的输出信号小于所述第二阈值电平时，依据第二释放时钟输出第二增益信号；所述第一释放时钟的频率小于或等于所述第二释放时钟的频率。

6.如权利要求3所述的增益控制电路，其特征在于，所述信号提供单元包括：检测电路和计数器；

所述检测电路，适于接收阈值电压，在所述放大器的输出信号大于各自接收到的阈值电平时将各自的启动时钟输出至所述计数器，在所述放大器的输出信号小于各自接收到的阈值电平时将各自的释放时钟输出至所述计数器；

所述计数器，适于按照各自接收到的启动时钟的频率进行累加计数，或者按照各自接收到的释放时钟的频率进行递减计数，并产生与所述计数结果相对应的增益信号。

7.如权利要求1所述的增益控制电路，其特征在于，所述至少两个信号提供单元接收到的阈值电平包括：与所述增益控制电路的供电电压相关的阈值电平，以及与所述扬声器的额定功率相关的阈值电平。

8.一种音频设备，其特征在于，包括：权利要求1至7任一权利要求所述的增益控制电路，以及与所述增益控制电路耦接的扬声器。