CN113890492A - 音频功率放大器的供电电压控制方法、控制器和音频设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种音频功率放大器的供电电压控制方法、控制器和音频设备，其中，方法包括：接收并缓存当前数字音频信号；根据数字音频信号的峰值包络电压确定音频功率放大器放大每一区间内的数字音频信号对应的供电电压值；当当前区间的对应的供电电压与下一区间对应的供电电压不同时，在当前区间结束前，确定从当前区间对应的供电电压变化至下一区间对应的供电电压所采用的过渡函数；根据过渡函数和过渡时间生成过渡电压序列；输出过渡电压序列。该方法使得相邻区间之间的供电电压能够平稳过渡，从而减小相邻区间供电电压不同所带来的EMI干扰。

Description

音频功率放大器的供电电压控制方法、控制器和音频设备

技术领域

本发明涉及音频信号处理技术领域，具体涉及一种音频功率放大器的供电电压控制方法、控制器和音频设备。

背景技术

随着多媒体技术的发展和应用，个人音频设备被广泛的使用，其中包括手机、移动电脑、平板电脑、音频播放器和其他音频设备。音频功率放大器在诸如此类音频设备中的应用越来越广泛，此类音频设备通常包括驱动耳机或者扬声器的电路，此类电路通常包括用于将音频输出信号驱动到耳机或者扬声器的功率放大器。在消费类电子产品中多采用电池供电来提高应用的便携性。音频功率放大器在音频设备中功率输出占系统总功耗的比例较大并且有较大的功率损耗，因此提高放大器的功率转换效率，对于提高便携式设备的电池利用率极为关键。

在耳机放大器中有实现使用模拟电路来检测模拟音频信号，以此检测结果作为基本控制条件，控制功率放大器的电源电压随音频信号的幅度变化，传统方案有如下两种：

一种实现方法为通过控制电源电压转换电路的输出来调节功率放大器的供电电源电压，一般是为AB类放大器或者G类放大器供电。通过模拟电路来检测音频信号幅度，以此来判断耳机功率放大器供电电源电压的大小，一般实现为两档电压调节，将输入音频信号幅度划分为两个区间，即在音频信号幅度在较小区间内时，调节供电电压为较低的一档电压；在音频信号幅度在较大的区间时，调节供电电压为较高的二档电压。

一种实现方法是保持电源电压转换电路输出给放大器电路的供电电源不变，通过控制电荷泵生成电路的输出电压，电荷泵电路生成正负电源给功率放大器供电，一般是为AB类放大器或者G类放大器供电。目前此方法也是通过模拟电路来检测音频信号幅度，以此来判断电荷泵电路输出正负电源电压的大小，一般实现为两档电压调节，将输入音频信号幅度划分为两个区间，即在音频信号幅度在较小区间内时，调节供电电压为较低的一档电压；在音频信号幅度在较大的区间时，调节供电电压为较高的二档电压。

传统方案有如下缺点：

1.不准确、不稳定

通过模拟电路来检测输入音频信号幅度，虽然可以实现基本检测功能，但是模拟电路器件本身有固有的一致性偏差，并且受电路所在环境的影响较大，如电源、温度、外界干扰等影响，检测结果存在不确定性。

2.EMI严重、分析单元本身新引入能耗

模拟电路不能实现较长时间尺度的信号分析统计，阈值比较方法也只是简单的分为二档，在临界点附近切换会有抖动现象，由于分析尺度小加上抖动跳变，电源电压会产生严重的EMI。

3.节能程度有限、灵活性差：

根据把音频信号幅度划分为两个区间来分别提供不同的供电电压，虽然可以在一定程度上提高转换器的效率，但是在实际应用中还无法达到充分提高便携式电子产品电池利用率的要求，尤其是在耳机放大器应用中，在人耳能够接受的音量范围内，音频信号幅度变化大，应用场景多样化，在这种情况下单纯采用两档电压调节来控制放大器的功率，是没有办法在低信号幅度情况下跟随信号来调整供电电源电压的，因此放大器的效率也受到很大限制。

现有技术中，虽然有些产品也使用了数字分析的方式，但是在对信号的分析和电压调整的方式上还仅仅只是短帧分析和简单的跳变式电压调整，不利于减小数字分析单元本身的能耗，并且，由于电压跳变式的调整，容易产生严重的EMI。

现有的检测和控制的实现方式在电路设计完成后固定化，其结构简单，调整策略单一，无法进行后期修改及重新定义，无法满足实际应用中需要根据不同的应用需求来调整的方案实现。

因此，在调整音频功率放大器供电电压的过程中，如何动态调整供电电压，并减小EMI干扰成为亟待解决的技术问题。

发明内容

基于上述现状，本发明的主要目的在于提供一种音频功率放大器的供电电压控制方法、控制器和音频设备，以在调整音频功率放大器供电电压的过程中，动态调整供电电压，并减小EMI干扰。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例公开了一种音频功率放大器的供电电压控制方法，包括：

接收并缓存当前数字音频信号，将数字音频信号划分为若干个区间，提取每一区间的数字音频信号的峰值包络电压；

根据数字音频信号的峰值包络电压确定音频功率放大器放大每一区间内的数字音频信号对应的供电电压；

当当前区间对应的供电电压与下一区间对应的供电电压不同时，在当前区间结束前，确定从当前区间对应的供电电压变化至下一区间对应的供电电压所采用的过渡函数；

根据过渡函数和过渡时间生成过渡电压序列；

输出过渡电压序列，以使得音频功率放大器的放大器控制模块根据过渡电压序列生成并向音频功率放大器输出过渡电压，使音频功率放大器的供电电压从当前区间对应的供电电压平滑过渡至下一区间对应的供电电压。

可选地，当当前区间的对应的供电电压与下一区间对应的供电电压不同时，在当前区间结束前，确定从当前区间对应的供电电压变化至下一区间对应的供电电压所采用的过渡函数具体包括：

依据当前的音频场景选择对应的过渡函数从当前区间过渡至下一区间和/或根据控制器的当前性能选择对应的过渡函数从当前区间过渡至下一区间。

可选地，依据当前的音频场景选择对应的过渡函数从当前区间过渡至下一区间具体包括：

获取当前的音频场景；

若当前的音频场景为通话场景时，则将对应的过渡函数确定为折线函数；

若当前的音频场景为音乐场景时，则将对应的过渡函数为SIGMOD函数；

若当前的音频场景为电影/游戏场景时，则将对应的过渡函数为余弦函数。

可选地，根据控制器的当前性能选择对应的过渡函数从当前区间过渡至下一区间具体包括：

获取控制器的当前性能；

当当前性能为高性能区间时，对应的过渡函数为SIGMOD函数；

当当前性能为中间性能区间时，对应的过渡函数为余弦函数；

当当前性能为低性能区间时，对应的过渡函数为折线函数。

可选地，根据数字音频信号的峰值包络电压确定音频功率放大器放大每一区间内的数字音频信号对应的供电电压值包括：

依据各个区间的峰值包络电压分别确定各个区间的净空电压；

在峰值包络电压上叠加对应的净空电压，得到音频功率放大器对应各个区间的供电电压。

可选地，在依据各个区间的峰值包络电压分别确定各个区间的净空电压中具体为：

y₁＝p·x²+q

其中，y₁为区间的净空电压，x为区间的峰值包络电压，p、q为常数。

第二方面，本发明实施例公开了一种基于音频信号实现的供电电压控制器，包括：

缓存模块，用于接收并缓存当前数字音频信号，数字音频信号被划分为若干区间，在不同区间中，音频信号的峰值包络电压不同；

供电电压确定模块，用于根据数字音频信号的峰值包络电压确定音频功率放大器放大每一区间内的数字音频信号对应的供电电压；

区间过渡模块，用于当当前区间的对应的供电电压与下一区间对应的供电电压不同时，在当前区间结束前，确定从当前区间对应的供电电压变化至下一区间对应的供电电压所采用的过渡函数；

序列生成模块，用于根据过渡函数和过渡时间生成过渡电压序列；

序列输出模块，用于输出过渡电压序列，以使得音频功率放大器的放大器控制模块根据过渡电压序列生成并向音频功率放大器输出过渡电压，使音频功率放大器的供电电压当前区间对应的供电电压平滑过渡至下一区间对应的供电电压。

可选地，区间过渡模块具体用于：依据当前的音频场景选择对应的过渡函数从当前区间过渡至下一区间和/或根据控制器的当前性能选择对应的过渡函数从当前区间过渡至下一区间。

可选地，区间过渡模块包括：

场景获取单元，用于获取当前的音频场景；

第一过渡函数选择单元，用于

若当前的音频场景为通话场景时，则将对应的过渡函数确定为折线函数；

若当前的音频场景为音乐场景时，则将对应的过渡函数为SIGMOD函数；

若当前的音频场景为电影/游戏场景时，则将对应的过渡函数为余弦函数。

可选地，区间过渡模块包括：

性能获取单元，用于获取控制器的当前性能；

第二过渡函数选择单元，用于：

当当前性能为高性能区间时，对应的过渡函数为SIGMOD函数；

当当前性能为中间性能区间时，对应的过渡函数为余弦函数；

当当前性能为低性能区间时，对应的过渡函数为折线函数。

可选地，供电电压确定模块包括：

净空电压确定单元，用于依据各个区间的峰值包络电压分别确定各个区间的净空电压，以动态调节不同区间之间的净空电压；

供电电压得到单元，用于在峰值包络电压上叠加对应的净空电压，得到音频功率放大器对应各个区间的供电电压。

可选地，在净空电压确定单元中，在所述依据各个区间的峰值包络电压分别确定各个区间的净空电压中具体为：

y₁＝p·x²+q

其中，y₁为区间的净空电压，x为区间的峰值包络电压，p、q为常数。

第三方面，本发明实施例公开了一种音频设备，包括：

具有上述第二方面公开的控制器；

音频信号输入模块，用于输入模拟音频信号或数字音频信号；

控制开关，用于可选择地将音频信号输入模块输入的模拟音频信号或数字音频信号输入至控制器；

开关，用于可选择地导通音频信号输入模块和功率放大器，或者导通控制器和功率放大器；

放大器控制模块，连接至所述控制器，接收所述控制器输出的过渡电压序列，根据所述过渡电压序列生成过渡电压，其中，所述过渡电压使所述音频功率放大器的供电电压从当前区间对应的供电电压平滑过渡至下一区间对应的供电电压；

音频功率放大器，用于接收所述过渡电压序列并对音频信号进行放大；

扬声器，用于将音频功率放大器输出的音频信号转换成声音信号，并输出声音信号。

【有益效果】

依据本发明实施例公开的一种音频功率放大器的供电电压控制方法、控制器和音频设备，缓存的数字音频信号被划分为若干区间，在不同区间中，音频信号的峰值包络电压不同，而后，依据各峰值包络电压分别确定音频功率放大器对应的供电电压，不同峰值包络电压对应的供电电压不同，从而实现了动态调整供电电压，并且，当当前区间对应的供电电压与下一区间对应的供电电压不同时，在当前区间结束前，采用过渡函数来过渡至下一区间，由此生成过渡电压序列，从而，使得不同区间之间的供电电压能够平稳过渡，能够减小不同区间供电电压不同所带来的EMI干扰。

本发明的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。

附图说明

以下将参照附图对根据本发明实施例进行描述。图中：

图1为本实施例公开的一种音频功率放大器的供电电压控制方法的流程图；

图2为本实施例公开的一种实现供电电压控制方法的电路结构原理示意图，其中，图2A为模拟音频信号输入的一种流向示意图，图2B为模拟音频信号输入的另一种流向示意图，图2C为数字音频信号输入的一种流向示意图，图2D为数字音频信号输入的另一种流向示意图；

图3A和图3B为本实施例公开的一种供电电压调整示意图，其中，图3A为调整前的供电电压示意图，图3B为调整后的供电电压示意图；

图4为本实施例公开的一种电压过渡方式对比示意图；

图5为本实施例公开的一种对比数据结果示意图；

图6为本实施例公开的一种等响度曲线示意图；

图7为本实施例公开的一种产生过渡信号过程示意图；

图8为本实施例公开的一种动态调节净空电压的波形示意图；

图9为本实施例公开的一种实现音频功率放大器的供电电压控制的控制器结构示意图。

具体实施方式

为了在调整音频功率放大器供电电压的过程中，动态调整供电电压，并减小EMI干扰，本实施例公开了一种音频功率放大器的供电电压控制方法，请参考图1，为本实施例公开的一种音频功率放大器的供电电压控制方法流程图。

请参考图2，为本实施例公开的一种实现供电电压控制方法的电路结构原理示意图，其中，图2A为模拟音频信号输入的一种流向示意图，图2B为模拟音频信号输入的另一种流向示意图，图2C为数字音频信号输入的一种流向示意图，图2D为数字音频信号输入的另一种流向示意图，图中，粗箭头线为信号走向示意，该音频功率放大器供电电压控制电路包括：音频信号输入模块(未示出附图标记)、控制器1、可编程非易失性存储器2、音频功率放大器3和放大器控制模块4，以图2A、图2C为例，其中：

音频信号输入模块用于输入模拟音频信号或数字音频信号。对于模拟音频信号的输入，可以经由ADC进行模数转换后得到数字音频信号。

控制器1接收经数字音频解码器解码后的数字音频信号输入，一方面，控制器1对音频信号进行分析，输出相应的控制序列给放大器控制模块4，以调整输出给音频功率放大器3的供电电压；另一方面，控制器1可以缓存音频信号，在控制器1完成调整输出给音频功率放大器3的供电电压时，向音频功率放大器3传输缓存的音频信号，从而使得音频功率放大器3在供电到来时，开始对音频信号进行放大，输出给扬声器，避免了接收供电电压与接收音频信号之间的不同步。

具体地，可以通过控制开关S1连通音频信号(数字音频信号或模拟音频信号)输入并缓存至控制器1，控制器1基于数字音频信号得到相应的控制序列，并通过放大器控制模块4来调整电源输出给音频功率放大器3的供电电压。开关S2导通控制器1与音频功率放大器3的输入端，使得缓存的音频信号经由开关S2输入至音频功率放大器3。

在上述实施例中，控制器1为数字处理器，可以是例如DSP等具备数字处理能力的处理器。控制器1的处理对象为数字音频信号，在可选的实施例中，当输入的音频信号为模拟信号时，需要通过ADC对模拟音频信号进行AD转换，而后，通过开关S1连通输入至控制器1。

在另一些实施例中，请参考图2B、图2D，当输入的音频信号比较稳定没有波动，无需控制器1来调整供电电压时，可以通过控制开关S1切断音频信号(数字音频信号或模拟音频信号)输入至控制器1，使得音频信号(数字音频信号或模拟音频信号)输入至开关S2；同时，控制开关S2连通音频信号(数字音频信号或模拟音频信号)与音频功率放大器3的输入端，使得音频信号(数字音频信号或模拟音频信号)直接输入至音频功率放大器3的输入端。在这种情况下，控制器1可以进入睡眠模式，以节省功耗。

可编程非易失性存储器2中存储了控制策略，具体地，控制策略包括：控制控制器1的运行频率和音频功率放大器3的供电电压变化频次。在具体实施过程中，控制器1的运行频率被划分为若干档位，因此，可以通过可编程非易失性存储器2存储这些档位等。作为档位划分示例，以控制器1的运行频率被划分为若干档位为例，满负荷频率标定为M，挡位1：100％*M主频，挡位2：95％*M主频，……，挡位n：5％*M主频，睡眠。

本实施例中，通过可编程非易失性存储器2来存储这些档位，使得控制器1可以直接调用这些控制策略，从而减少了控制器1的运算复杂程度。

本实施例主要涉及图2A、图2C所示例的情形，请参考图1，该基于音频信号实现的供电电压控制方法包括：

步骤S100，接收并缓存当前数字音频信号，将所述数字音频信号划分为若干个区间，提取每一区间的数字音频信号的峰值包络电压。

本实施例中，缓存的数字音频信号最终被送入音频功率放大器，经音频功率放大器放大处理后由扬声器播放。在具体实施过程中，数字音频信号被划分为若干区间，在不同区间中，音频信号的峰值包络电压不同。请参考图3A和图3B，为本实施例公开的一种，供电电压调整示意图，其中，图3A为调整前的供电电压示意图，图3B为调整后的供电电压示意图。图3A和图3B中，波浪的曲线为缓存的数字音频信号，可见，数字音频信号可以被划分为若干个区间，波浪曲线外围的不同横线示意了不同区间，在不同区间中，音频信号的峰值包络电压不同。

在具体实施过程中，可以基于长短时来划分各个区间：当功率放大器转换效率低时，可以通过长时分析的方式来确定区间的包络电压，也就是，延长当前的数字音频信号区间(例如3s)，加长数字音频信号的延时时长；当功率放大器转换效率高时，可以通过短时分析的方式来确定区间的包络电压，也就是，缩短当前的数字音频信号区间(例如1s)，减少数字音频信号的延时时长，从而避免过于浪费给放大器的效率、功耗。

步骤S200，根据数字音频信号的峰值包络电压确定音频功率放大器放大每一区间内的数字音频信号对应的供电电压。

本实施例中，不同峰值包络电压对应的供电电压不同。请参考图3A和图3B，每个区间中，存在多个包络，可以将包络的最大值作为该区间的峰值包络电压。在具体实施例中，在得到某个区间的峰值包络电压后，可以在峰值包络电压上叠加一定的余量，叠加余量后的电压值作为该区间音频功率放大器的供电电压，如图3A和图3B波浪曲线外围的不同横线所示。

步骤S300，当当前区间对应的供电电压与下一区间对应的供电电压不同时，在当前区间结束前，确定从当前区间对应的供电电压变化至下一区间对应的供电电压所采用的过渡函数。

请参考图3A，对于不同区间，当供电电压不同时，供电电压会发生阶跃跳变(如图3A虚线圈所示)，由此导致EMI干扰；为了减少EMI干扰，本实施例中，在一个区间结束前，利用过渡函数从一个区间的供电电压平滑过渡至下一个区间，从而，使得相邻两个区间的供电电压能够平稳过渡(如图3B虚线圈所示)。需要说明的是，本实施例中，并不限制当前区间结束前的具体时长。

步骤S400，根据过渡函数和过渡时间生成过渡电压序列。

本实施例中，过渡电压序列中承载了过渡电压的渐变信息。在具体实施过程中，在得到当前区间的供电电压、下一区间的供电电压和两个区间之间的过渡函数之后，可以依据两个供电电压及过渡函数来生成供电电压的过渡电压序列，依据该过渡电压序列，音频功率放大器3的供电电压依次从当前区间对应的供电电压值变为两个区间之间的过渡电压值，而后，由过渡电压值变为下一区间的供电电压值。本实施例中，过渡电压序列中承载了过渡电压的渐变信息，从而使得放大器控制模块4输出平稳过渡的供电电压，以降低给音频放大器供电电压跳变所产生的EMI干扰。

步骤S500，输出过渡电压序列。

请参考图2A、2C，在得到过渡电压序列后，可以将过渡电压序列输出给放大器控制模块4，从而使得放大器控制模块4按控制序列调整输出给音频功率放大器的供电电压，以使得音频功率放大器的放大器控制模块根据过渡电压序列生成并向音频功率放大器输出过渡电压，使音频功率放大器的供电电压从当前区间对应的供电电压平滑过渡至下一区间对应的供电电压。也就是，使当前区间对应的供电电压平滑过渡(如图3B虚线圈所示)至下一区间对应的供电电压。

本实施例中，当当前区间的供电电压与下一区间的供电电压不同时，在当前区间结束前，采用过渡函数来过渡至下一区间，由此生成供电电压的过渡电压序列，从而，使得不同区间之间的供电电压能够平稳过渡，能够减小不同区间供电电压不同所带来的EMI干扰。

为了均衡过渡函数的计算量和音质效果，在可选的实施例中，过渡函数包括SIGMOD函数、余弦函数或折线函数，其中，依据计算量大小排序依次为SIGMOD函数＞余弦函数＞折线函数，依据音质效果高低排序依次为SIGMOD函数＞余弦函数＞折线函数。

为便于本领域技术人员理解过渡函数所带来的有益效果，请参考图4，为本实施例公开的一种电压过渡方式对比示意图，对比分析了：阶跃跳变、折线函数、余弦函数及SIGMOD函数。

请参考图5，为本实施例公开的一种对比数据结果示意图，图5示意了上述四种过渡方式的时域波形和频谱组成对比示意图，由图5可知，越高的频率成分越容易造成EMI，引入SIGMOD函数、余弦函数、折线函数电压渐变过渡均可以有助于降低EMI。

请参考图6，为本实施例公开的一种等响度曲线示意图，人耳对听觉范围内部分高频段的声音更为敏感，电源的变化信号会传入放大器对音频信号形成干扰，引起pop噪声；而本实施例中，使用渐变过渡降低了电源变化信号的高频成分，有助于降低电源变化引起的音频噪声。

为了选择合适的过渡函数，当当前区间的对应的供电电压与下一区间对应的供电电压不同时，在当前区间结束前，确定从当前区间对应的供电电压变化至下一区间对应的供电电压所采用的过渡函数具体包括：依据当前的音频场景选择对应的过渡函数从当前区间过渡至下一区间和/或根据控制器的当前性能选择对应的过渡函数从当前区间过渡至下一区间。具体地：

在一种实施例中，可以依据当前的音频场景来选择过渡函数，具体地，步骤S300包括：

1.获取当前的音频场景。本实施例中，所称音频场景包括通话场景、音乐场景或电影/游戏场景，在具体实施过程中，可以直接从音频设备的系统获取音频场景，也可以通过音频设备中的应用软件中获取音频场景等，本实施例中，并不限制音频场景的具体获取方式。

在具体实施例中，通话场景可以是移动蜂窝网络场景、网络音/视频通话场景等，这一类场景只需通话音质能保证语义理解即可。音乐场景下要求尽可能降低EMI，减小pop噪声等，也就是，具有较高的音质追求。电影/游戏场景下音质要求处于通话场景和音乐场景之间，具体而言，电影/游戏场景下要求声音能与画面同步，也就是，需要确保音频处理的实时性。

2.依据当前的音频场景选择对应的过渡函数来从当前区间过渡至下一区间，其中：

(1)当当前的音频场景为通话场景时，对应的过渡函数为折线函数。基于上述分析，对于通话场景，只需通话音质能保证语义理解即可，因此，可以选择计算量最小的折线函数作为过渡函数。

请参考图7，为本实施例公开的一种产生过渡信号过程示意图，其中，设电压变化前(即当前区间)的值为V1，变化后(即下一区间)的值为V2，限定完成跳变的时间为T,那么可以根据以下公式产生过渡信号：

其中，V_out为当前区间向下一区间过渡期间的供电电压，V1为当前区间对应的供电电压，V2为下一区间对应的供电电压，T为完成当前区间向下一区间过渡的时长，t为过渡期间的时刻。

从上述公式中可以看出，每一时间t对应一供电电压V_out，因而过渡电压序列可以是按照时间的先后顺序形成的多个[t,V_out]的点集。

(2)当当前的音频场景为音乐场景时，对应的过渡函数为SIGMOD函数。基于上述分析，对于音乐场景，要求尽可能降低EMI，减小pop噪声等，因此，可以选择音质效果最佳的SIGMOD函数作为过渡函数。

请参考图7，为本实施例公开的一种产生过渡信号过程示意图，其中，设电压变化前(即当前区间)的值为V1，变化后(即下一区间)的值为V2，限定完成跳变的时间为T,那么可以根据以下公式产生过渡信号：

其中，V_out为当前区间向下一区间过渡期间的供电电压，V1为当前区间对应的供电电压，V2为下一区间对应的供电电压，T为完成当前区间向下一区间过渡的时长，t为过渡期间的时刻，α为系数，取值为15-20。

(3)当当前的音频场景为电影/游戏场景时，对应的过渡函数为余弦函数。基于上述分析，对于电影/游戏场景，音质效果中等，但对音频实时性要求较高，因此，可以选择余弦函数作为过渡函数。

请参考图7，为本实施例公开的一种产生过渡信号过程示意图，其中，设电压变化前(即当前区间)的值为V1，变化后(即下一区间)的值为V2，限定完成跳变的时间为T,那么可以根据以下公式产生过渡信号：

其中，V_out为当前区间向下一区间过渡期间的供电电压，V1为当前区间对应的供电电压，V2为下一区间对应的供电电压，T为完成当前区间向下一区间过渡的时长，t为过渡期间的时刻。

本实施例中，通过依据当前的音频场景选择对应的过渡函数来从当前区间过渡至下一区间，可以基于实际场景来选择合适的过渡函数，从而能够依据音频场景来均衡功耗和音质效果。

在另一种实施例中，可以依据控制器的当前性能来选择过渡函数，具体地，步骤S300包括：

1.获取控制器的当前性能。本实施例中，控制器包括高性能区间、中间性能区间和低性能区间。在具体实施过程中，可以预先设置控制器的性能区间，例如，在高性能区间，可以处理较高音质追求的音频信号，例如，可以处理得到更细腻的音效效果；在低性能区间，处理较低音质追求的音频信号，例如，只需听清语义即可；在中间性能区间，处理中等音质追求的音频信号，例如，在电影/游戏场景下，需要得到环绕音效等效果。需要说明的是，在具体实施过程中，可以依据实际需要来确定高性能区间、中间性能区间和低性能区间。再如，也可以依据控制器本身的性能来划分性能区间，例如，对于主频较高的，可以认为是高性能区间；对于主频较低的，可以认为是低性能区间；对于主频中等的，可以认为是中间性能区间。

2.按当前性能高低顺序选择对应的过渡函数来从当前区间过渡至下一区间，其中：

(1)当当前性能为高性能区间时，对应的过渡函数为SIGMOD函数。基于上述分析，对于高性能区间，可以采用计算量大的SIGMOD函数作为过渡函数。具体计算过程，可以参见上述公式(2)，在此不再赘述。

(2)当当前性能为中间性能区间时，对应的过渡函数为余弦函数。基于上述分析，对于中间性能区间，可以采用计算量中等的余弦函数作为过渡函数。具体计算过程，可以参见上述公式(3)，在此不再赘述。

(3)当当前性能为低性能区间时，对应的过渡函数为折线函数。基于上述分析，对于低性能区间，可以采用计算量小的折线函数作为过渡函数。具体计算过程，可以参见上述公式(1)，在此不再赘述。

为了自适应调整输出给音频功率放大器的供电电压大小，以均衡音效失真和功耗的关系，在可选的实施例中，步骤S200包括：步骤S210和步骤S220，其中：

步骤S210，依据各个区间的峰值包络电压分别确定各个区间的净空电压，以动态调节不同区间之间的净空电压。具体地，对当前数字音频信号进行幅值分析，得到当前数字音频信号在各个区间的包络电压。请参考图8，为本实施例公开的一种动态调节净空电压的波形示意图，图8中，波浪的曲线为缓存的数字音频信号。在具体实施过程中，可以基于长短时来确定数字音频信号的每一个包络峰值。每个区间中，包络峰值的最大值可以作为该区间的包络电压。

在具体实施过程中，也可以基于长短时来确定每个区间的包络电压：当功率放大器转换效率低时，可以通过长时分析的方式来确定区间的包络电压，也就是，延长当前的数字音频信号区间(例如3s)，加长数字音频信号的延时时长；当功率放大器转换效率高时，可以通过短时分析的方式来确定区间的包络电压，也就是，缩短当前的数字音频信号区间(例如1s)，减少数字音频信号的延时时长，从而避免过于浪费给放大器的效率、功耗。

在确定当前区间的包络电压后，可以基于当前区间的包络电压确定该区间的净空电压，使得功率放大器的供电电压适配于当前区间的音频信号。在具体实施例中，在依据各个区间的峰值包络电压分别确定各个区间的净空电压中具体为：

y₁＝p·x²+q

其中，y₁为区间的净空电压，x为区间的包络电压，p、q为常数，和电路工艺和负载阻抗相关。请参考图5，v1、v2、v3……v5为各个区间对应的净空电压。

步骤S220，在峰值包络电压上叠加对应的净空电压，得到音频功率放大器对应各个区间的供电电压。具体地，可以采用如下公式来叠加净空电压得到音频功率放大器对应各个区间的供电电压：

y＝x+y₁

其中，y为区间的供电电压，y₁为区间的净空电压，x为区间的包络电压。

本实施例中，通过缓存当前数字音频信号，而后，依据缓存的音频信号计算得到适配于该区间的净空电压，并在包络电压上叠加对应的净空电压，使得音频功率放大器的供电电压能够依据输入的音频信号幅值动态调整，从而均衡了音效和功率放大器的效率、功耗。

本实施例还公开了一种音频功率放大器的供电电压的控制器，请参考图9，为本实施例公开的一种音频功率放大器的供电电压的控制器结构示意图，该基于音频功率放大器的供电电压的控制器包括：缓存模块100、供电电压确定模块200、区间过渡模块300、序列生成模块400和序列输出模块500，其中：

缓存模块100用于接收并缓存当前数字音频信号，数字音频信号被划分为若干区间，在不同区间中，音频信号的峰值包络电压不同；供电电压确定模块200，用于根据数字音频信号的峰值包络电压确定音频功率放大器放大每一区间内的数字音频信号对应的供电电压值；区间过渡模块300，用于当当前区间的对应的供电电压与下一区间对应的供电电压不同时，在当前区间结束前，确定从当前区间对应的供电电压变化至下一区间对应的供电电压所采用的过渡函数；序列生成模块400，用于根据过渡函数和过渡时间生成过渡电压序列；序列输出模块500，用于输出过渡电压序列，以使得音频功率放大器的供电电压单元根据过渡电压序列生成并向音频功率放大器输出过渡电压，使音频功率放大器的供电电压当前区间对应的供电电压平滑过渡至下一区间对应的供电电压。

在可选的实施例中，区间过渡模块300包括：

场景获取单元，用于获取当前的音频场景；

第一过渡函数选择单元，用于：

当当前的音频场景为通话场景时，对应的过渡函数为折线函数；和/或，

当当前的音频场景为音乐场景时，对应的过渡函数为SIGMOD函数；和/或，

当当前的音频场景为电影/游戏场景时，对应的过渡函数为余弦函数。

在可选的实施例中，区间过渡模块300包括：

性能获取单元，用于获取控制器的当前性能；

第二过渡函数选择单元，用于：

当当前性能为高性能区间时，对应的过渡函数为SIGMOD函数；

当当前性能为中间性能区间时，对应的过渡函数为余弦函数；

当当前性能为低性能区间时，对应的过渡函数为折线函数。

在可选的实施例中，供电电压确定模块200包括：

净空电压确定单元，用于依据各个区间的峰值包络电压分别确定各个区间的净空电压，以动态调节不同区间之间的净空电压；

供电电压得到单元，用于在峰值包络电压上叠加对应的净空电压，得到音频功率放大器对应各个区间的供电电压。

在可选的实施例中，在净空电压确定单元中，在依据各个区间的峰值包络电压分别确定各个区间的净空电压中具体为：

y₁＝p·x²+q

其中，y₁为区间的净空电压，x为区间的峰值包络电压，p、q为常数。

本实施例还公开了一种音频设备，请参考图2A-2D，音频设备包括：音频信号输入模块(未示出附图标记)、上述实施例公开的控制器1、控制开关S1、开关S2和放大器控制模块4，其中：

音频信号输入模块，用于输入模拟音频信号或数字音频信号；

控制开关S1，用于可选择地将音频信号输入模块输入的模拟音频信号或数字音频信号输入至控制器1；

开关S2，用于可选择地导通音频信号输入模块和功率放大器3，或者导通控制器1和功率放大器3；

放大器控制模块，连接至所述控制器，接收所述控制器输出的过渡电压序列，根据所述过渡电压序列生成过渡电压，其中，所述过渡电压使所述音频功率放大器的供电电压从当前区间对应的供电电压平滑过渡至下一区间对应的供电电压；

音频功率放大器，用于接收所述过渡电压序列并对音频信号进行放大；

扬声器，用于将音频功率放大器输出的音频信号转换成声音信号，并输出声音信号。

依据本发明实施例公开的一种音频功率放大器的供电电压控制方法、控制器和音频设备，缓存的数字音频信号被划分为若干区间，在不同区间中，音频信号的峰值包络电压不同，而后，依据各峰值包络电压分别确定音频功率放大器对应的供电电压，不同峰值包络电压对应的供电电压不同，从而实现了动态调整供电电压，并且，当当前区间对应的供电电压与下一区间对应的供电电压不同时，在当前区间结束前，采用过渡函数来过渡至下一区间，由此生成过渡电压序列，从而，使得不同区间之间的供电电压能够平稳过渡，能够减小不同区间供电电压不同所带来的EMI干扰。

需要说明的是，本发明中采用步骤编号(字母或数字编号)来指代某些具体的方法步骤，仅仅是出于描述方便和简洁的目的，而绝不是用字母或数字来限制这些方法步骤的顺序。本领域的技术人员能够明了，相关方法步骤的顺序，应由技术本身决定，不应因步骤编号的存在而被不适当地限制。

本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

Claims (13)

1.一种音频功率放大器的供电电压控制方法，其特征在于，包括：

接收并缓存当前数字音频信号，将所述数字音频信号划分为若干个区间，提取每一区间的数字音频信号的峰值包络电压；

根据所述数字音频信号的峰值包络电压确定音频功率放大器放大所述每一区间内的数字音频信号对应的供电电压；

当当前区间对应的供电电压与下一区间对应的供电电压不同时，在当前区间结束前，确定从当前区间对应的供电电压变化至下一区间对应的供电电压所采用的过渡函数，根据所述过渡函数和过渡时间生成过渡电压序列；

输出所述过渡电压序列，以使得所述音频功率放大器的放大器控制模块根据所述过渡电压序列生成并向所述音频功率放大器输出过渡电压，使所述音频功率放大器的供电电压从当前区间对应的供电电压平滑过渡至下一区间对应的供电电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定从当前区间对应的供电电压变化至下一区间对应的供电电压所采用的过渡函数具体包括：

依据当前的音频场景选择对应的过渡函数从当前区间过渡至下一区间和/或根据控制器的当前性能选择对应的过渡函数从当前区间过渡至下一区间，其中所述控制器用于产生所述音频功率放大器的供电电压序列。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述依据当前的音频场景选择对应的过渡函数从当前区间过渡至下一区间具体包括：

获取当前的音频场景；

若当前的音频场景为通话场景时，则将对应的过渡函数确定为折线函数；

若当前的音频场景为音乐场景时，则将对应的过渡函数为SIGMOD函数；

若当前的音频场景为电影/游戏场景时，则将对应的过渡函数为余弦函数。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据控制器的当前性能选择对应的过渡函数从当前区间过渡至下一区间具体包括：：

获取控制器的当前性能；

当所述当前性能为高性能区间时，对应的过渡函数为SIGMOD函数；

当所述当前性能为中间性能区间时，对应的过渡函数为余弦函数；

当所述当前性能为低性能区间时，对应的过渡函数为折线函数。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述数字音频信号的峰值包络电压确定音频功率放大器放大所述每一区间内的数字音频信号对应的供电电压值包括：

依据各个区间的峰值包络电压分别确定各个区间的净空电压；

在所述峰值包络电压上叠加对应的净空电压，得到所述音频功率放大器对应各个区间的供电电压。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述依据各个区间的峰值包络电压分别确定各个区间的净空电压中具体为：

y₁＝p·x²+q

其中，y₁为区间的净空电压，x为区间的峰值包络电压，p、q为常数。

7.一种实现音频功率放大器的供电电压控制的控制器，其特征在于，包括：

缓存模块(100)，用于接收并缓存当前数字音频信号，所述数字音频信号被划分为若干区间，在不同区间中，音频信号的峰值包络电压不同；

供电电压确定模块(200)，用于根据所述数字音频信号的峰值包络电压确定音频功率放大器放大所述每一区间内的数字音频信号对应的供电电压；

区间过渡模块(300)，用于当当前区间对应的供电电压与下一区间对应的供电电压不同时，在当前区间结束前，确定从当前区间对应的供电电压变化至下一区间对应的供电电压所采用的过渡函数；

序列生成模块(400)，用于根据所述过渡函数和过渡时间生成过渡电压序列；

序列输出模块(500)，用于输出所述过渡电压序列，以使得所述音频功率放大器的放大器控制模块根据所述过渡电压序列生成并向所述音频功率放大器输出过渡电压，使所述音频功率放大器的供电电压从当前区间对应的供电电压平滑过渡至下一区间对应的供电电压。

8.根据权利要求7所述的控制器，其特征在于，所述区间过渡模块(300)具体用于：

依据当前的音频场景选择对应的过渡函数从当前区间过渡至下一区间和/或根据控制器的当前性能选择对应的过渡函数从当前区间过渡至下一区间。

9.根据权利要求8所述的控制器，其特征在于，所述区间过渡模块(300)包括：

场景获取单元，用于获取当前的音频场景；

第一过渡函数选择单元，用于：

若当前的音频场景为通话场景时，则将对应的过渡函数确定为折线函数；

若当前的音频场景为音乐场景时，则将对应的过渡函数为SIGMOD函数；

若当前的音频场景为电影/游戏场景时，则将对应的过渡函数为余弦函数。

10.根据权利要求8所述的控制器，其特征在于，所述区间过渡模块(300)包括：

性能获取单元，用于获取控制器的当前性能；

第二过渡函数选择单元，用于：

当所述当前性能为高性能区间时，对应的过渡函数为SIGMOD函数；

当所述当前性能为中间性能区间时，对应的过渡函数为余弦函数；

当所述当前性能为低性能区间时，对应的过渡函数为折线函数。

11.根据权利要求7-10任意一项所述的控制器，其特征在于，所述供电电压确定模块(200)包括：

净空电压确定单元，用于依据各个区间的峰值包络电压分别确定各个区间的净空电压；

供电电压得到单元，用于在所述峰值包络电压上叠加对应的净空电压，得到所述音频功率放大器对应各个区间的供电电压。

12.根据权利要求11所述的控制器，其特征在于，所述净空电压确定单元中，在所述依据各个区间的峰值包络电压分别确定各个区间的净空电压中具体为：

y₁＝p·x²+q

其中，y₁为区间的净空电压，x为区间的峰值包络电压，p、q为常数。

13.一种音频设备，其特征在于，包括：

如权利要求7-12任意一项所述的控制器；

音频信号输入模块，用于输入模拟音频信号或数字音频信号；

控制开关(S1)，用于可选择地将所述音频信号输入模块输入的模拟音频信号或数字音频信号输入至所述控制器(1)；

开关(S2)，用于可选择地导通所述音频信号输入模块和功率放大器(3)，或者导通所述控制器(1)和所述音频功率放大器(3)；

放大器控制模块(4)，连接至所述控制器(1)，接收所述控制器(1)输出的过渡电压序列，根据所述过渡电压序列生成过渡电压，其中，所述过渡电压使所述音频功率放大器的供电电压从当前区间对应的供电电压平滑过渡至下一区间对应的供电电压；

音频功率放大器(3)，用于接收所述过渡电压序列并对音频信号进行放大；

扬声器，用于将音频功率放大器输出的音频信号转换成声音信号，并输出声音信号。

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