CN112260653A - 一种dsp控制的低功耗即拿即用的定压功率放大器系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种DSP控制的低功耗即拿即用的定压功率放大器系统，适用于公共广播，包括数据通信模块、DSP处理模块、待机模块和功率放大模块。数据通信模块包括接收电路、音频隔离变压器、信号检测电路和信号传输电路，接收电路接收外部音源信号，输出至DSP处理模块。DSP处理模块的输入为数据通信模块的输出和待机模块的判断输出，进行信号处理后输出连接功率放大模块。待机模块连接信号检测电路的输出和功率放大模块的输出端，控制功率放大模块启停和负载判断。功率放大模块接收由DSP处理模块处理后的信号，根据待机模块的控制将信号放大至电源轨，直接连接负载输出。本发明利用DSP和微控制单元配合进行信号处理和系统控制，更加灵活，响应迅速。

Description

一种DSP控制的低功耗即拿即用的定压功率放大器系统

技术领域

本发明涉及定压功率放大器领域，具体涉及一种DSP控制的低功耗即拿即用的定压功率放大器系统。

背景技术

在现有技术中，由于采用D类调制放大技术，普通的定压功率放大器在正常放大时产生的失真、噪声几乎已经不可闻，但相比较而言，待机状态下由于电子电路本身布局、拓扑的问题会产生底噪，且无法做出原理性的改善，会不可避免的产生待机噪声，影响了实际使用。定压功放的使用同时具有持续性和间断性，通常需要工作数十个小时，但并非一直有音源接入，无音源接入时定压功放长期处于待机状态，用电量可观。

由于定压功放主要用于公共场所广播，对即拿即用的要求较高，现有的广播定压功放由于启动需要时间，即拿即用会出现漏字的情况，会使被广播者无法获取全部广播信息，紧急情况下甚至会对被广播者的生命财产安全产生威胁。

随着技术的发展，未来数字音频处理器集成度越来越高，仅采用模拟设计即将不能满足用户对于音频产品的各种使用要求和功能需要，因此将DSP芯片嵌入音频产品将变得很有必要。

因此，为了减少定压功率放大器的能源消耗，提升使用效果，贴合技术发展趋势，有必要提供一种DSP控制的低功耗即拿即用的定压功率放大器。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种全隔离式、嵌入DSP芯片控制的低功耗即拿即用的定压功率放大器系统。

本发明公开了一种DSP控制的低功耗即拿即用的定压功率放大器系统，适用于公共交通、公共场合的广播，其包括数据通信模块、DSP处理模块、待机模块和功率放大模块。所述数据通信模块包括接收电路、音频隔离变压器、信号检测电路和信号传输电路，所述接收电路接收外部音源信号，经过隔离、传输处理后，输出至所述DSP处理模块。所述DSP处理模块的输入端连接所述数据通信模块的输出和所述待机模块的一个输出端，对音源进行信号处理，输出端连接所述功率放大模块。所述待机模块连接所述信号检测电路的输出信号和所述功率放大模块的输出端，控制所述功率放大模块的启停和进行负载判断。所述功率放大模块接收经由所述DSP处理模块处理后的信号，经内部耦合电路后根据所述待机模块的控制将信号放大至电源轨，无需输出升压变压器直接连接负载输出。

所述数据通信模块包括接收电路、音频隔离变压器、信号检测电路和信号传输电路，用于接收外部音源信号并进行输入输出隔离，检测音源是否存在。所述接收电路包括模拟接收端口和蓝牙模块，所述模拟接收接口为有线连接，音源通过传输线连接所述模拟接收端口；所述蓝牙模块与音源配对后即可进行无线蓝牙传输。所述模拟接收端口的输出端连接所述音频隔离变压器的原边，副边连接所述信号传输电路和所述信号检测电路。所述信号检测电路包括两个运放电路，所述两个运放电路的同相输入端分别连接所述音频隔离变压器的输出和所述蓝牙模块的输出，所述两个运放电路均采用同相放大，输出分别经过一个二极管，接入所述待机模块的同一个输入端。所述信号传输电路包括两个运放电路，所述两个运放电路的同相输入端分别连接所述音频隔离变压器的输出和所述蓝牙模块的输出，所述两个运放电路均采用同相放大，运放的输出连接所述DSP处理模块的两个输入引脚。

所述DSP处理模块包括专用音频DSP芯片及其配套电路，用于对输入音源进行数字处理和对系统进行启动控制。所述DSP芯片内的处理模块主要分为增益控制模块和切换模块。所述增益控制模块为带增益控制的噪声门限，用于主动降低本底噪声，首先对输入信号进行模数转换，然后进行信号检测，根据信号幅度和持续时间自动调节DSP内部增益：设置音源信号的最小门限V1和持续时间的最短门限T1，优先根据信号幅度设置增益，即当信号幅度超过最小门限V1时，无论持续时间长短均采用默认放大增益；当信号幅度低于最小门限V1时，若持续时间超过最短门限T1，则降低默认增益。经过所述增益控制模块处理后的数字音源信号经动态压缩、噪声抑制、滤波等一般处理后，进行数模转换且通过所述DSP芯片输出端连接至所述功率放大模块的输入端。所述切换模块用于定压、定阻模式的切换，上电时所述DSP处理模块的信号增益默认为定压模式的增益；在系统上电时立刻由所述DSP芯片产生测试信号，所述测试信号频率大于18kHz，幅值大于最小门限V1且小于所述音频DSP信号的最大输出。所述待机模块将负载判断结果发送给所述DSP处理模块，若判断结果为定阻负载，则所述DSP处理模块降低内部增益；若判断结果为定压负载，则所述DSP处理模块维持增益不变。

所述待机模块包括微控制单元及其配套电路，用于控制所述功率放大系统的静音、待机和负载识别，由于微控制单元的触发时间短、功耗成本都较DSP更优，故上述功能单独采用微控制单元实现。所述微控制单元的输入端连接所述信号检测电路的输出信号，检测信号的幅度和持续时间，预置最小门限V2、静音门限T2和待机门限T3，且V2<V1、T3>T2>T1，优先根据信号幅度发送控制指令。当信号幅度小于最小门限V2且持续时间超过静音门限T2时小于待机门限T3时，所述微控制单元向所述功率放大模块发送静音指令，关断所述功率放大模块的输入端；当信号幅度小于最小门限V2且持续时间超过待机门限T3时，所述微控制单元向所述功率放大模块发送待机指令，控制所述功率放大模块进入待机状态。当所述功率放大模块处于静音或待机状态时，所述微控制单元若检测到信号的幅度大于最小门限V2，无论持续时间多短，均向所述功率放大模块发送恢复正常工作的指令，即解除静音或待机状态。当系统上电时，由所述DSP处理模块产生测试信号，所述微控制单元检测所述功率放大模块输出端的电压、电流，进行计算后判断负载种类，并将判断结果发送至所述DSP处理模块；若判断为定阻负载，则同时向所述功率放大模块发送限流切换信号。

所述功率放大模块包括耦合电路和功率放大电路，用于接收经所述DSP处理模块处理后的信号并放大，连接负载输出。所述耦合电路采用阻容耦合方式，将所述DSP处理模块的输出信号耦合至所述功率放大电路的输入端。所述功率放大电路包括脉冲宽度调制电路、功率级电路、滤波电路和限流电路。所述脉冲宽度调制电路对输入信号进行脉冲宽度调制产生占空比变化的PWM信号；所述功率级电路由驱动芯片根据PWM信号驱动功率级MOSFET开关从而产生放大至电源轨的PWM信号；所述滤波电路滤除放大至电源轨的PWM信号中的高频分量，还原出原始输入信号，从而连接负载输出；所述限流电路采用可编程增益放大器调整限流值，上电时默认为定压限流，若所述微控制单元判断负载为定阻负载，则向所述可编程增益放大器发送切换指令，提高限流值。

优选地，当所述功率放大模块处于静音状态时，所述微控制单元一旦检测到信号的幅度大于最小门限V2，立即向所述功率放大模块发送解除静音状态的指令；当所述功率放大模块处于待机状态时，所述微控制单元一旦检测到信号的幅度大于最小门限V2，需要经过延时才向所述功率放大模块发送解除待机状态的指令，延时时间为采用阻容耦合方式的所述耦合电路的时间常数。

本发明中所述的一种DSP控制的低功耗即拿即用的定压功率放大器系统，当无音源输入时利用DSP和微控制单元配合分阶段采用降低增益、静音、待机手段降低本底噪声的同时减小功耗，增加工作可靠性。利用微控制单元控制功率放大器待机时的开通顺序，有效防止定压功放在使用时的“漏字”现象且有效消除POP声。在定压功率放大器基础上可切换至定阻模式使用，适配更广负载。本系统采用DSP进行信号处理，相较于模拟信号处理电路更加灵活、小巧，还可根据需要拓展功能，为用户提供了更多可能性。

为了让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

图1为本发明所述的一种DSP控制的低功耗即拿即用的定压功率放大器系统的示意框图；

图2为本发明所述的一种DSP控制的低功耗即拿即用的定压功率放大器系统的数据通信模块的电路示意图；

图3为本发明所述的一种DSP控制的低功耗即拿即用的定压功率放大器系统的功率放大模块中所述功率放大电路的电路示意图；

图中编号：

10：数据通信模块；20：DSP处理模块；30：待机模块；

40：功率放大模块；101：接收电路；102：音频隔离变压器；

103：信号检测电路和信号传输电路；1031：信号检测电路；

1032：信号传输电路；401：功率放大电路。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。

请参阅图1，为本发明所述的一种DSP控制的低功耗即拿即用的定压功率放大器系统的示意框图，其包括数据通信模块10、DSP处理模块20、待机模块30和功率放大模块40。10数据通信模块包括接收电路101、音频隔离变压器102、信号检测电路和信号传输电路103，接收电路101接收外部音源信号，经过隔离、传输处理后，输出至DSP处理模块20。DSP处理模块20的输入端连接数据通信模块10的输出和待机模块30的输出端，对音源进行信号处理和控制系统启停，输出端连接功率放大模块40。待机模块30连接信号检测电路的输出信号和功率放大模块40输出端的检测信号，控制功率放大模块40的启停。功率放大模块40接收经由DSP处理模块20处理后的信号，经内部耦合电路后根据待机模块30的控制将信号放大至电源轨，无需输出升压变压器直接连接负载输出。

请参阅图2，为本发明所述的一种DSP控制的低功耗即拿即用的定压功率放大器系统的数据通信模块10的电路示意图。数据通信模块10包括接收电路、音频隔离变压器102、信号检测电路1031和信号传输电路1032，用于接收外部音源信号并进行输入输出隔离，检测音源是否存在。接收电路包括模拟接收端口1011和蓝牙模块1012，模拟接收接口1011为有线连接，音源通过传输线连接模拟接收端口1011；蓝牙模块1012与音源配对后即可进行无线蓝牙传输。模拟接收端口1011的输出端连接音频隔离变压器102的原边，副边连接信号传输电路1032和信号检测电路1031。信号检测电路1031包括两个运放电路A3、A4，A3、A4的同相输入端分别连接音频隔离变压器102的输出和蓝牙模块1012的输出，A3、A4均采用同相放大，输出分别经过一个二极管，接入待机模块30的同一个输入端。信号传输电路1032包括两个运放电路A1、A2，A1、A2的同相输入端分别连接音频隔离变压器102的输出和蓝牙模块1012的输出，A1、A2均采用同相放大，输出连接DSP处理模块20的两个输入引脚。

请参阅图3，为本发明所述的一种DSP控制的低功耗即拿即用的定压功率放大器系统的功率放大模块中所述功率放大电路的电路示意图。功率放大电路402包括脉冲宽度调制电路4021、功率级电路4022、滤波电路4023和可编程增益放大器4024。电阻R1用来检测输出端电流，可编程增益放大器4024用来根据待机模块30的指令切换限流值，默认为定压模式限流值，由待机模块30的切换指令控制，若为定阻负载，则提高限流值。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种DSP控制的低功耗即拿即用的定压功率放大器系统，其特征在于，包括数据通信模块、DSP处理模块、待机模块和功率放大模块；所述数据通信模块包括接收电路、音频隔离变压器、信号检测电路和信号传输电路，所述接收电路接收外部音源信号，经过隔离、传输处理后，输出至所述DSP处理模块；所述DSP处理模块的输入端连接所述数据通信模块的输出和所述待机模块的一个输出端，对音源进行信号处理，输出端连接所述功率放大模块；所述待机模块连接所述信号检测电路的输出信号和所述功率放大模块的输出端，控制所述功率放大模块的启停和进行负载判断；所述功率放大模块接收经由所述DSP处理模块处理后的信号，经内部耦合电路后根据所述待机模块的控制将信号放大至电源轨，无需输出升压变压器直接连接负载输出。

2.如权利要求1所述的一种DSP控制的低功耗即拿即用的定压功率放大器系统，其特征在于，所述数据通信模块包括接收电路、音频隔离变压器、信号检测电路和信号传输电路；所述接收电路包括模拟接收端口和蓝牙模块，所述模拟接收接口为有线连接，音源通过传输线连接所述模拟接收端口；所述蓝牙模块与音源配对后即可进行无线蓝牙传输；所述模拟接收端口的输出端连接所述音频隔离变压器的原边，副边连接所述信号传输电路和所述信号检测电路；所述信号检测电路包括两个运放电路，所述两个运放电路的同相输入端分别连接所述音频隔离变压器的输出和所述蓝牙模块的输出，所述两个运放电路均采用同相放大，输出分别经过一个二极管，接入所述待机模块的同一个输入端；所述信号传输电路包括两个运放电路，所述两个运放电路的同相输入端分别连接所述音频隔离变压器的输出和所述蓝牙模块的输出，所述两个运放电路均采用同相放大，运放的输出连接所述DSP处理模块的两个输入引脚。

3.如权利要求1所述的一种DSP控制的低功耗即拿即用的定压功率放大器系统，其特征在于，所述DSP处理模块包括专用音频DSP芯片及其配套电路；所述DSP芯片内的处理模块主要分为增益控制模块和切换模块；所述增益控制模块为带增益控制的噪声门限，首先对输入信号进行模数转换，然后进行信号检测；预先设置音源信号的最小门限V1和持续时间的最短门限T1，优先根据信号幅度设置增益，即当信号幅度超过最小门限V1时，无论持续时间长短均采用默认放大增益；当信号幅度低于最小门限V1时，若持续时间超过最短门限T1，则降低默认增益；经过所述增益控制模块处理后的数字音源信号经动态压缩、噪声抑制、滤波等一般处理后，进行数模转换且通过所述DSP芯片输出端连接至所述功率放大模块的输入端；所述切换模块用于定压、定阻模式的切换，上电时所述DSP处理模块的信号增益默认为定压模式的增益；在系统上电时立刻由所述DSP芯片产生测试信号，所述测试信号频率大于18kHz，幅值大于最小门限V1且小于所述音频DSP信号的最大输出；所述待机模块将负载判断结果发送给所述DSP处理模块，若判断结果为定阻负载，则所述DSP处理模块降低内部增益；若判断结果为定压负载，则所述DSP处理模块维持增益不变。

4.如权利要求1所述的一种DSP控制的低功耗即拿即用的定压功率放大器系统，其特征在于，所述待机模块包括微控制单元及其配套电路；所述微控制单元的输入端连接所述信号检测电路的输出信号，检测信号的幅度和持续时间，预置最小门限V2、静音门限T2和待机门限T3，且V2<V1、T3>T2>T1，优先根据信号幅度发送控制指令；当信号幅度小于最小门限V2且持续时间超过静音门限T2时小于待机门限T3时，所述微控制单元向所述功率放大模块发送静音指令，关断所述功率放大模块的输入端；当信号幅度小于最小门限V2且持续时间超过待机门限T3时，所述微控制单元向所述功率放大模块发送待机指令，控制所述功率放大模块进入待机状态；当所述功率放大模块处于静音或待机状态时，所述微控制单元若检测到信号的幅度大于最小门限V2，无论持续时间多短，均向所述功率放大模块发送恢复正常工作的指令，立即向所述功率放大模块发送解除静音状态的指令或经过延时才向所述功率放大模块发送解除待机状态的指令，其中延时时间为所述功率放大模块中耦合电路的阻容时间常数决定；当系统上电时，由所述DSP处理模块产生测试信号，所述微控制单元检测所述功率放大模块输出端的电压、电流，进行计算后判断负载种类，并将判断结果发送至所述DSP处理模块；若判断为定阻负载，则同时向所述功率放大模块发送限流切换信号。

5.如权利要求1所述的一种DSP控制的低功耗即拿即用的定压功率放大器系统，其特征在于，所述功率放大模块包括耦合电路和功率放大电路，连接负载输出；所述耦合电路采用阻容耦合方式，将所述DSP处理模块的输出信号耦合至所述功率放大电路的输入端；所述功率放大电路包括脉冲宽度调制电路、功率级电路、滤波电路和限流电路；所述脉冲宽度调制电路对输入信号进行脉冲宽度调制产生占空比变化的PWM信号；所述功率级电路由驱动芯片根据PWM信号驱动功率级MOSFET开关从而产生放大至电源轨的PWM信号；所述滤波电路滤除放大至电源轨的PWM信号中的高频分量，还原出原始输入信号，从而连接负载输出；所述限流电路采用可编程增益放大器调整限流值，上电时默认为定压限流，若所述微控制单元判断负载为定阻负载，则向所述可编程增益放大器发送切换指令，提高限流值。

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