CN114553160B - 一种自动增益控制方法、控制器及放大电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种自动增益控制方法包括如下步骤：获取输入信号；确定所述输入信号的均方根值；根据所述输入信号的均方根值，匹配对应的增益值；根据所述增益值，输出增益控制信号，以控制放大器的增益调整为所述增益值。本申请提供了一种自动增益控制方法、控制器及放大电路，能够根据输入信号灵活配置增益控制信号。

Description

一种自动增益控制方法、控制器及放大电路

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，尤其是涉及一种自动增益控制方法、控制器及放大电路。

背景技术

自动增益控制器，具备使放大电路的增益自动地随信号强度而调整的功能，可以将输入信号的动态范围压缩到适应模拟电路的动态范围。在现有的自动增益控制器中，输入到自动增益控制器的输入信号与自动增益控制器输出的用于控制可变增益放大器的增益控制信号之间的关系，由自动增益控制器的电路中固定设置的电子元件及电子元件的连接关系决定且不能改变，缺乏灵活性。

发明内容

针对上述技术问题，本申请提供了一种自动增益控制方法、控制器及放大电路，能够根据输入信号灵活配置增益控制信号。

本申请实施例提供了一种自动增益控制方法，包括如下步骤：

获取输入信号；

确定所述输入信号的均方根值；

根据所述输入信号的均方根值，匹配对应的增益值；

根据所述增益值，输出增益控制信号，以控制放大器的增益调整为所述增益值。

可选地，在所述确定所述输入信号的均方根值之前，还包括：

将所述输入信号转换成电流信号；

对所述电流信号进行整流以得到整流信号；

对所述整流信号进行积分触发以得到脉冲信号。

可选地，所述确定所述输入信号的均方根值，包括：

将所述脉冲信号按照预设时间间隔划分成多个脉冲段，每个脉冲段对应一个脉冲窗口；

统计每个脉冲窗口内脉冲个数；

将每个所述脉冲窗口内脉冲个数分别与第一预设阈值进行比较，并筛选出脉冲个数大于所述第一预设阈值的脉冲窗口；

确定筛选出的脉冲窗口内的脉冲个数的平均值；

根据所述脉冲个数的平均值确定所述输入信号的均方根值。

可选地，所述确定筛选出的脉冲窗口内的脉冲个数的平均值，包括：

将筛选出的脉冲窗口内的脉冲个数保存到缓存区，同时获取对应的第一脉冲窗口数；

获取所述缓存区内的总脉冲个数；

将所述总脉冲个数除以所述第一脉冲窗口数，得到所述脉冲个数的平均值；

循环执行上述步骤。

可选地，所述确定筛选出的脉冲窗口内的脉冲个数的平均值，包括：

将筛选出的每个脉冲窗口内的脉冲个数保存到缓存区，同时获取对应的第一脉冲窗口数；

获取所述缓存区内的总脉冲个数；

若所述第一脉冲窗口数大于或等于第三预设阈值，则将所述总脉冲个数除以所述第三预设阈值，以得到所述脉冲个数的平均值；

循环执行上述步骤。

可选地，所述根据所述输入信号的均方根值，匹配对应的增益值，包括：

当所述第一脉冲窗口数小于第二预设阈值时，增益值以预设最小值开始逐次递增，得到递增后的增益值；

当所述第一脉冲窗口数大于或等于所述第二预设阈值时，根据预设数据表中脉冲个数的平均值与增益值的映射关系，查找与所述输入信号的均方根值对应的增益值。

可选地，所述的自动增益控制方法，还包括：

获取脉冲个数小于或等于所述第一预设阈值的第二脉冲窗口数；

若所述第二脉冲窗口数大于第四预设阈值，调整所述第一预设阈值的大小，并调整所述第一脉冲窗口数的大小。

本申请实施例提供了一种自动增益控制器，用于实现上述的自动增益控制方法。

本申请实施例提供了一种自动增益控制放大电路，包括上述的自动增益控制器以及可变增益放大器；

所述可变增益放大器，其控制端与所述自动增益控制器的输出端连接，用于当所述可变增益放大器的控制端获取增益控制信号后，根据所述增益控制信号调节所述可变增益放大器的增益并对输入信号进行放大后输出放大信号。

相比于现有技术，本申请实施例具有如下有益效果：

本申请实施例提供的自动增益控制方法、控制器及放大电路，其中所述自动增益控制方法包括如下步骤：获取输入信号；确定所述输入信号的均方根值；根据所述输入信号的均方根值，匹配对应的增益值；根据所述增益值，输出增益控制信号，以控制放大器的增益调整为所述增益值。由此可见，在本实施例中，输入信号与增益控制信号的关系是根据均方根值与增益值的关系构建的，而不是由自动增益控制器的电路结构中固定设置的电子元件及电子元件的连接关系决定的，而且由于本实施例的均方根值是根据输入信号估算得到的，增益值是根据均方根值匹配得到的，相比起现有的自动增益控制器，基于均方根值与增益值的关系，本实施例能够根据输入信号更灵活地配置增益控制信号。

附图说明

图1是本申请实施例提供的自动增益控制方法的流程示意图；

图2是本申请实施例提供的确定输入信号的均方根值方法的流程示意图；

图3是本申请实施例提供的自动增益控制器的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的自动增益控制放大电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请提供一种自动增益控制方法，请参阅图1，图1是本申请实施例提供的自动增益控制方法的流程示意图。该自动增益控制方法包括：

S101、获取输入信号。

可以理解的是，本实施例中的输入信号可以是各种模拟信号，例如在语音系统中，输入信号是语音信号。当然，接收到的模拟信号在不同的应用场景下为不同类型的模拟信号，包括但不限于语音信号、光电信号、生物电信号。

可选地，在一种实施例中，在获取输入信号后且在估算输入信号的均方根值之前还包括步骤：

将该输入信号转换成电流信号。

对该电流信号进行整流以得到整流信号。

对该整流信号进行积分触发以得到脉冲信号。

在本实施例中，在对整流信号进行积分触发以得到脉冲信号的过程中，整流信号的电流流入积分电容，对积分电容进行充电，积分电容的电压值缓慢上升；当积分电容的电压值超过预设的电容阈值时，积分电容的电压值被重置为0，积分重新开始，并且产生一个脉冲。

具体地，输入信号转换成电流信号Vin，电流信号Vin通过整流与积分得到脉冲信号Dpulse的过程可通过以下算式(1)表达：

其中，t_j为第j个脉冲产生时的时间点，t_j+1为第j+1个脉冲产生时的时间点，g_m为跨导值，C_int为积分电容容值，V_ref为设定的与电容积分电压进行比较产生Dpulse的参考电压，ReLU表示半波整流函数。

可以理解的是，本实施例通过对输入信号进行电流转换、整流、积分的预处理，可以得到脉冲信号。通过预处理，可以将各种不同类型的输入信号处理成脉冲信号，因此提高了对各种输入信号的兼容性，同时由于利用脉冲信号更容易在数字域估算均方根值，因此也提高了计算效率。

S102、确定输入信号的均方根值。

可以理解的是，估算输入信号的均方根值，可以从时域上计算均方根值。从时域上计算均方根值，那么应计算该输入信号的时间序列中所有幅值的平方和，然后再除以总的样本点数目，最后取平方根。

请参阅图2，图2是本申请实施例提供的估算输入信号的均方根值方法的流程示意图。在一种实施例中，对于确定该输入信号的均方根值，自动增益控制方法包括以下步骤：

S111、将脉冲信号按照预设时间间隔划分成多个脉冲段，每个脉冲段对应一个脉冲窗口。

在本实施例中，预设时长可以按照需求自行设定，例如，预设时间间隔可以是800ms，500ms，150ms或者50ms，优选地，预设时间间隔为100ms。

S112、统计每个脉冲窗口内脉冲个数。

可以理解的是，将脉冲信号进行细分，有利于每次统计脉冲个数时，只对某一个脉冲段的脉冲个数进行统计，节省了执行计算所需的缓存空间，提高计算效率。

S113、将每个脉冲窗口内脉冲个数分别与第一预设阈值进行比较，并筛选出脉冲个数大于第一预设阈值的脉冲窗口。

可以理解的是，将脉冲窗口内的脉冲个数值与预设的第一阈值进行比较，通过比较可得，一部分脉冲窗口的脉冲个数较多，脉冲个数值大于第一阈值；而另一部分的脉冲窗口的脉冲个数较少，脉冲个数值小于或等于第一阈值。

可选地，在一种实施例中，获取脉冲个数小于或等于该第一预设阈值的第二脉冲窗口数。

若该第二脉冲窗口数大于第四预设阈值，调整该第一预设阈值的大小，并调整该第一脉冲窗口数的大小。

在本实施例中，将每个该脉冲窗口内脉冲个数分别与第一预设阈值Dth进行比较，得到一部分脉冲个数大于该第一预设阈值Dth的脉冲窗口，以及另一部分脉冲个数小于或等于该第一预设阈值Dth的脉冲窗口。

对于脉冲个数小于或等于该第一预设阈值Dth的脉冲窗口，该脉冲窗口内的脉冲个数会清零，并且统计脉冲个数小于或等于该第一预设阈值Dth的第二脉冲窗口数。将该第二脉冲窗口数与第四预设阈值N_idle进行比较，若该第二脉冲窗口数大于第四预设阈值N_idle，则将第一预设阈值Dth设置为第一最小值，该第一最小值可以按照需求设置具体数值，并且将第一脉冲窗口数N_window设置为第二最小值，该第二最小值可以按照需求设置具体数值。

可以理解的是，当输入信号很小甚至没有时，脉冲个数小于或等于该第一预设阈值Dth的脉冲窗口会非常多，导致第二脉冲窗口数激增，但结果是没有检测到任何脉冲信号，本实施例通过将第一预设阈值Dth设置为第一最小值，即降低第一预设阈值Dth，降低脉冲窗口内脉冲个数的要求，使得本实施例可以检测到脉冲个数较少的脉冲信号。

S114、确定筛选出的脉冲窗口内的脉冲个数的平均值。

可选地，在一种实施例中，所有筛选出的脉冲窗口即为选中第一脉冲窗口数；并将筛选出的脉冲窗口的脉冲个数值进行求和，得到总脉冲个数；然后，将总脉冲个数值除以选中第一脉冲窗口数，得到脉冲个数的平均值。

可以理解的是，虽然本实施例的计算方式简单，但是当脉冲个数值非常庞大时，对于计算资源的要求会变得非常高，甚至可能导致计算器出错，导致计算结果有误。

可选地，在一种实施例中，确定筛选出的脉冲窗口内的脉冲个数的平均值通过以下步骤实现：

将筛选出的脉冲窗口内的脉冲个数保存到缓存区，同时获取对应的第一脉冲窗口数。

获取该缓存区内的总脉冲个数。

将该总脉冲个数除以该第一脉冲窗口数，得到该脉冲个数的平均值。

循环执行上述步骤。

在本实施例中，筛选出的脉冲窗口内的脉冲个数会排序存入缓存区内，即存入FIFO缓冲器里。例如，脉冲个数10、20、15……先是10存入FIFO缓冲器，然后是20存入FIFO缓冲器，接着是15存入FIFO缓冲器……每存入一个脉冲个数，统计FIFO缓冲器里的脉冲个数之和，得到总脉冲个数，将该总脉冲个数除以该第一脉冲窗口数N_window，得到该脉冲个数的平均值avgD。循环计算脉冲个数的平均值avgD直至该第一脉冲窗口数N_window达到第二预设阈值T+△t，得到所需的脉冲个数的平均值avgD。其中，每存入一个新的脉冲个数，第一脉冲窗口数N_window加1。例如，第一个存入脉冲个数为10，总脉冲个数为10，第一脉冲窗口数N_window为1，脉冲个数的平均值avgD为10；第二个存入脉冲个数为20，总脉冲个数为10加20等于30，第一脉冲窗口数N_window为1加1等于2，脉冲个数的平均值avgD为30除以2等于15。可以理解的是，本实施例利用FIFO缓冲器可以进行快速存取及计算，大大提高了计算效率。

可选地，在另一种实施例中，确定筛选出的脉冲窗口内的脉冲个数的平均值通过以下步骤实现：

将筛选出的每个脉冲窗口内的脉冲个数保存到缓存区，同时获取对应的第一脉冲窗口数。

获取该缓存区内的总脉冲个数。

若该第一脉冲窗口数大于或等于第三预设阈值，则将该总脉冲个数除以该第三预设阈值，以得到该脉冲个数的平均值。

循环执行上述步骤。

在本实施例中，为第一脉冲窗口数N_window设定了最大值，每存入一个新的脉冲个数，第一脉冲窗口数N_window加1，直到达到第三预设阈值，第一脉冲窗口数N_window将保持数值不再增加。

可以理解的是，考虑到缓存区的存储空间有限，即FIFO缓冲器也会因物理约束而存储空间有限，为第一脉冲窗口数N_window设定最大值，有利于保护FIFO缓冲器免于数据溢出，保证计算正确率。

S115、根据脉冲个数的平均值确定输入信号的均方根值。

可以理解的是，准确的输入信号的均方根值可以通过现有的计算方法计算得到，但是本实施例中，脉冲个数的平均值即为对输入信号的均方根值进行评估得到的近似值。虽然脉冲个数的平均值与准确的输入信号的均方根值有差距，但是在本实施例中，脉冲个数的平均值仍然可以用于表征输入信号的均方根值。

S103、根据输入信号的均方根值，匹配对应的增益值。

可选地，在一种实施例中，根据输入信号的均方根值匹配对应的增益值通过以下步骤实现：

当第一脉冲窗口数小于第二预设阈值时，增益值以预设最小值开始逐次递增，得到递增后的增益值。

当第一脉冲窗口数大于或等于第二预设阈值时，根据预设数据表中脉冲个数平均值与增益值的映射关系，查找与输入信号的均方根值对应的增益值。

可选地，第三预设阈值大于第二预设阈值。

在本实施例中，在计算出第一个脉冲个数的平均值时，判断第一脉冲窗口数N_window是否小于第二预设阈值T+△t。

若是，则在第一次计算得到脉冲个数的平均值avgD时，将增益值Dctrl设置为预设最小值，该预设最小值可以自定义具体数值。然后，在每执行一次计算得到脉冲个数的平均值avgD的循环，同时增益值Dctrl在预设最小值的基础上进行设定变量的递增，最后得到递增后的益值Dctrl。

若否，根据预设数据表中脉冲个数平均值与增益值的映射关系，查找与该输入信号的均方根值对应的增益值。

可以理解的是，虽然本实施例的输入信号的均方根值不一定能真实反映输入信号的均方根值，但是本实施例根据预设数据表中均方根值与增益值的映射关系，仍然可以找到准确的增益值，同时不必考虑输入信号的均方根值是否真实反映输入信号的均方根值，大大降低了计算真实反映输入信号的均方根值的难度。

可以理解的是，本实施例获得的输入信号的均方根值与其他计算输入信号的均方根值的方式不同。不同在于，本实施例不需精确计算出输入信号的均方根值，加快了计算速度，同时节省了计算资源。

S104、根据增益值，输出增益控制信号，以控制放大器的增益调整为该增益值。

可以理解的是，本申请实施例提供的自动增益控制方法、控制器及放大电路，其中该自动增益控制方法包括如下步骤：获取输入信号；估算该输入信号的均方根值；根据该均方根值，匹配对应的增益值；根据该增益值，输出增益控制信号。由此可见，在本实施例中，输入信号与增益控制信号的关系是根据均方根值与增益值的关系构建的，而不是由自动增益控制器的电路结构中固定设置的电子元件及电子元件的连接关系决定的，而且由于本实施例的均方根值是根据输入信号估算得到的，增益值是根据均方根值匹配得到的，相比起现有的自动增益控制器，基于均方根值与增益值的关系，本实施例能够根据输入信号更灵活地配置增益控制信号。

本申请还提供一种自动增益控制器，请参阅图3，图3是本申请实施例提供的自动增益控制器的结构示意图。该自动增益控制器包括跨导运算放大单元211、整流单元212、积分触发单元213和数字信号处理单元214。

跨导运算放大单元211，用于将该输入信号转换成电流信号。

整流单元212，用于对该电流信号进行整流以得到整流信号。

积分触发单元213，用于对该整流信号进行积分触发以得到脉冲信号。

数字信号处理单元214，用于获取输入信号；确定该输入信号的均方根值；根据该输入信号的均方根值，匹配对应的增益值；根据该增益值，输出增益控制信号，以控制放大器的增益调整为该增益值。

可选地，在一种实施例中，为了确定该输入信号的均方根值，数字信号处理单元214还用于：

将该脉冲信号按照预设时间间隔划分成多个脉冲段，每个脉冲段对应一个脉冲窗口；统计每个脉冲窗口内脉冲个数；将每个该脉冲窗口内脉冲个数分别与第一预设阈值进行比较，并筛选出脉冲个数大于该第一预设阈值的脉冲窗口；确定筛选出的脉冲窗口内的脉冲个数的平均值；根据该脉冲个数的平均值确定该输入信号的均方根值。

可选地，在一种实施例中，为了确定筛选出的脉冲窗口内的脉冲个数的平均值，数字信号处理单元214还用于：

将筛选出的脉冲窗口内的脉冲个数保存到缓存区，同时获取对应的第一脉冲窗口数；获取该缓存区内的总脉冲个数；将该总脉冲个数除以该第一脉冲窗口数，得到该脉冲个数的平均值；循环执行上述步骤。

可选地，在另一种实施例中，为了确定筛选出的脉冲窗口内的脉冲个数的平均值，数字信号处理单元214还用于：

将筛选出的每个脉冲窗口内的脉冲个数保存到缓存区，同时获取对应的第一脉冲窗口数；获取该缓存区内的总脉冲个数；若该第一脉冲窗口数大于或等于第三预设阈值，则将该总脉冲个数除以该第三预设阈值，以得到该脉冲个数的平均值；循环执行上述步骤。

可选地，在一种实施例中，数字信号处理单元214还用于：

当第一脉冲窗口数小于第二预设阈值时，增益值以预设最小值开始逐次递增，得到递增后的增益值；

当第一脉冲窗口数大于或等于第二预设阈值时，根据预设数据表中脉冲个数平均值与增益值的映射关系，查找与输入信号的均方根值对应的增益值。

可选地，第三预设阈值大于第二预设阈值。

可选地，在一种实施例中，数字信号处理单元214还用于：

获取脉冲个数小于或等于该第一预设阈值的第二脉冲窗口数；若该第二脉冲窗口数大于第四预设阈值，调整该第一预设阈值的大小，并调整该第一脉冲窗口数的大小。

本申请还提供一种自动增益控制放大电路，请参阅图4，图4是本申请实施例提供的自动增益控制放大电路的结构示意图。该自动增益控制放大电路包括上述自动增益控制器210以及可变增益放大器200；

该可变增益放大器200，其控制端与该自动增益控制器210的输出端连接，用于当该可变增益放大器200的控制端获取增益控制信号后，根据该增益控制信号调节该可变增益放大器200的增益并对输入信号进行放大后输出放大信号。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读存储介质中。存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围。

Claims (5)

1.一种自动增益控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取输入信号；

确定所述输入信号的均方根值；包括：将对所述输入信号预处理后得到的脉冲信号按照预设时间间隔划分成多个脉冲段，每个脉冲段对应一个脉冲窗口；统计每个脉冲窗口内脉冲个数；将每个所述脉冲窗口内脉冲个数分别与第一预设阈值进行比较，并筛选出脉冲个数大于所述第一预设阈值的脉冲窗口；确定筛选出的脉冲窗口内的脉冲个数的平均值；根据所述脉冲个数的平均值确定所述输入信号的均方根值；其中，所述确定筛选出的脉冲窗口内的脉冲个数的平均值，包括：将筛选出的脉冲窗口内的脉冲个数保存到缓存区，同时获取对应的第一脉冲窗口数，获取所述缓存区内的总脉冲个数，将所述总脉冲个数除以所述第一脉冲窗口数，得到所述脉冲个数的平均值，或当所述第一脉冲窗口数大于或等于第三预设阈值时，将所述总脉冲个数除以所述第三预设阈值，以得到所述脉冲个数的平均值，循环执行上述步骤；

根据所述输入信号的均方根值，匹配对应的增益值；包括：当第一脉冲窗口数小于第二预设阈值时，增益值以预设最小值开始逐次递增，得到递增后的增益值；当第一脉冲窗口数大于或等于所述第二预设阈值时，根据预设数据表中脉冲个数的平均值与增益值的映射关系，查找与所述输入信号的均方根值对应的增益值；

根据所述增益值，输出增益控制信号，以控制放大器的增益调整为所述增益值。

2.根据权利要求1所述的自动增益控制方法，其特征在于，在所述确定所述输入信号的均方根值之前，还包括：

将所述输入信号转换成电流信号；

对所述电流信号进行整流以得到整流信号；

对所述整流信号进行积分触发以得到脉冲信号。

3.根据权利要求1所述的自动增益控制方法，其特征在于，还包括：

获取脉冲个数小于或等于所述第一预设阈值的第二脉冲窗口数；

若所述第二脉冲窗口数大于第四预设阈值，调整所述第一预设阈值的大小，并调整所述第一脉冲窗口数的大小。

4.一种自动增益控制器，其特征在于，用于实现如权利要求1至3任一项所述的自动增益控制方法。

5.一种自动增益控制放大电路，其特征在于，包括如权利要求4所述的自动增益控制器以及可变增益放大器；

所述可变增益放大器，其控制端与所述自动增益控制器的输出端连接，用于当所述可变增益放大器的控制端获取增益控制信号后，根据所述增益控制信号调节所述可变增益放大器的增益并对输入信号进行放大后输出放大信号。

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