CN115664363B - 增益控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种增益控制装置及控制方法。根据一实施例，增益控制装置可包括：电压检测电路，配置为接收放大器的检测电压并将所述检测电压按预设顺序与多个阈值电压分别进行比较，并且根据比较结果输出控制信号；切换开关，按所述预设顺序将所述多个阈值电压分别耦接到所述电压检测电路以与所述检测电压进行比较；以及增益控制电路，配置为基于所述电压检测电路输出的控制信号输出增益信号至所述放大器。

Description

增益控制装置及方法

技术领域

本申请涉及功放增益控制领域，特别涉及一种放大器的增益控制电路及具有该电路的电子设备。

背景技术

通常，在诸如扬声器等音频设备中，音频的输出是由输入信号乘以相应电路的增益产生的，其最大输出幅值一般由供电电压决定。为了使扬声器工作在适当的电压区间，需要在电路中加入保护机制，例如在功率放大器的前级上提供自动增益控制(AGC)电路来实现。具体而言，可设置保护阈值并将扬声器输出与之进行比对，若信号幅值高于设定的阈值电压，AGC电路可降低放大器的增益，以避免截顶失真和保护扬声器；反之，若信号幅值低于设定的释放阈值电压，该AGC电路将提升放大器的增益，以达到提升音量保证音质的作用。

在现有技术的AGC控制电路中，为了提高增益控制精确度，一般需要设置多个AGC控制电路以将输出信号与多个预设阈值进行比较来获得增益信号。由于每个控制电路中都包括分立的比较器等电子器件，这将导致整个AGC控制电路的占用面积增大，电路的功耗也增大。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请提供一种自动增益控制装置和方法，其能够在保证音质的前提下，缩减电路面积、降低电路功耗。

本发明的一个方面提供了一种增益控制装置，该增益控制装置包括：电压检测电路，配置为接收放大器的检测电压并将所述检测电压按预设顺序与多个阈值电压分别进行比较，并且根据比较结果输出控制信号；切换开关，按所述预设顺序将所述多个阈值电压中分别耦接到所述电压检测电路以与所述检测电压进行比较；以及增益控制电路，配置为基于所述电压检测电路输出的控制信号输出增益信号至所述放大器。

在一些实施例中，所述装置还包括：模式信号生成电路，其配置为基于所述多个阈值电压之间的大小关系生成模式信号，所述模式信号与将所述多个阈值电压分别与所述检测电压进行比较的所述预设顺序相关联。

在一些实施例中，所述多个阈值电压包括第一阈值电压和固定的至少一级阈值电压，所述第一阈值电压大小与放大器的供给电压大小相关联，并且，所述模式信号基于所述第一阈值电压与所述固定的至少一级阈值电压进行比较的比较结果而确定。

在一些实施例中，所述电压检测电路包括：多个比较器，每个比较器的一个输入端耦接到所述放大器的检测电压，另一个输入端耦接到所述多个阈值电压中的一个阈值电压。

在一些实施例中，所述控制信号包括提高增益控制信号、降低增益控制信号和过零信号。

在一些实施例中，所述多个比较器包括第一比较器，所述第一比较器的正向输入端与所述放大器的检测电压耦接，反向输入端与共模电平耦接，并且，所述过零信号基于所述第一比较器的输出而确定。

在一些实施例中，所述多个比较器包括第二比较器，所述第二比较器的正向输入端和反向输入端经由所述切换开关分别与所述多个阈值电压中的一个阈值电压和所述放大器的检测电压耦接，并且，所述提高增益控制信号至少基于所述第二比较器的输出而确定。

在一些实施例中，所述多个比较器包括第三比较器和第四比较器，所述第三比较器的反向输入端与所述放大器的检测电压耦接，另一端经由所述切换开关与所述多个阈值电压中的一个阈值电压耦接，所述第四比较器的正向输入端与所述放大器的检测电压耦接，另一端经由所述切换开关与所述多个阈值电压中的一个阈值电压耦接，并且，所述降低增益控制信号至少基于所述第三比较器和所述第四比较器的输出而确定。

在一些实施例中，所述电压检测电路还包括：第一降低增益控制信号生成电路，其包括串联的N个触发器，每个触发器的C端耦接到所述第三比较器和第四比较器的输出端，N≥2。

在一些实施例中，所述过零信号还配置为对所述N个触发器的输出进行清零。

在一些实施例中，所述电压检测电路还包括：第二降低增益控制信号生成电路，其包括与门运算单元，所述与门运算单元的第一输入端与所述第一降低增益控制信号生成电路耦接，所述与门运算单元的第二输入端与所述第三比较器和第四比较器的输出耦接。

在一些实施例中，所述增益控制装置还包括：切换信号生成电路，其配置为基于所述放大器的检测电压与所述多个阈值电压比较的结果生成所述切换开关的开关切换信号。

在一些实施例中，所述模式信号生成电路包括：第五比较器，其正向输入端和反向输入端经由模式切换开关分别与所述第一阈值电压和所述固定的至少一级阈值电压耦接；第二触发器，其C端耦接到所述第五比较器的输出端；第三触发器，其C端经由反相器耦接到所述第五比较器的输出端，其D端连接到所述第二触发器的Q端；其中，所述模式信号基于所述第二触发器和第三触发器的Q端输出而确定。

在一些实施例中，所述电压检测电路配置为根据所述比较结果和所述模式信号来输出所述控制信号。

本发明的一方面提供一种增益控制方法，该增益控制方法包括：确定多个阈值电压，所述多个阈值电压包括第一阈值电压和固定的至少一级阈值电压，其中，所述第一阈值电压大小与放大器的供给电压大小相关联；将所述第一阈值电压与所述固定的至少一级阈值电压进行比较，根据比较结果确定增益控制的模式信号；将放大器的检测电压与所述多个阈值电压按预设顺序分别进行比较，并根据比较结果输出控制信号，所述模式信号与将所述多个阈值电压分别与所述检测电压进行比较的预设顺序相关联；其中，在所述放大器的检测电压大于所述第一阈值电压时输出第一降低增益控制信号；当存在至少一级阈值电压小于所述第一阈值电压，且在所述放大器的检测电压大于所述固定的至少一级阈值电压时输出相应的另一降低增益控制信号，所述第一降低增益控制信号配置为具有高于所述另一降低增益控制信号的优先级。

在一些实施例中，所述固定的至少一级阈值电压至少包括第二阈值电压和第三阈值电压，并且，将所述第一阈值电压与所述固定的至少一级阈值电压进行比较，根据比较结果确定增益控制的模式信号包括：当所述第一阈值电压大于所述第二阈值电压和第三阈值电压时，确定所述模式信号为第一模式信号；当所述第一阈值电压介于所述第二阈值电压和第三阈值电压之间时，确定所述模式信号为第二模式信号；当所述第一阈值电压小于所述第二阈值电压和第三阈值电压时，确定所述模式信号为第三模式信号。

在一些实施例中，所述将放大器的检测电压与所述多个阈值电压按预设顺序分别进行比较，并根据比较结果输出控制信号包括：在第一模式信号下，当所述放大器的检测电压大于所述第三阈值电压时输出第三降低增益控制信号，当所述放大器的检测电压大于所述第二阈值电压时输出第二降低增益控制信号，当所述放大器的检测电压大于所述第一阈值电压时输出所述第一降低增益控制信号，在第二模式信号下，当所述放大器的检测电压大于所述第三阈值电压时输出所述第三降低增益控制信号，当所述放大器的检测电压大于所述第一阈值电压时输出所述第一降低增益控制信号，在第三模式信号下，当所述放大器的检测电压大于所述第一阈值电压时输出所述第一降低增益控制信号，其中，所述第一降低增益控制信号、第二降低增益控制信号、第三降低增益控制信号与不同的降低增益启动时间相关联。

在一些实施例中，所述方法还包括：将所述放大器的检测电压与固定的第四阈值电压进行比较，并且响应于在所述放大器的检测电压小于所述第四阈值电压时输出提高增益控制信号，其中，所述第一降低增益控制信号配置为具有高于所述提高增益控制信号的优先级。

本发明的另一方面提供一种音频设备，其包括以上描述的增益控制装置，以及与所述增益控制装置耦接的扬声器。

通过根据本发明提供的示例的增益控制装置，通过设置切换开关在多级阈值电压间按照预设顺序进行切换，可以实现电路元件的复用，从而简化了模拟电路结构，在保证提升音量和降低输出的截顶杂音的前提下可以减小增益控制电路的占用面积并降低电路的功耗。

附图说明

通过结合附图对本申请实施例进行更详细的描述，本申请的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例一起用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。

图1是根据本发明一实施例的增益控制装置的示意性结构框图；

图2是根据本发明一实施例的增益控制装置的示意性结构框图；

图3是根据本发明一实施例的增益控制装置中的电压检测电路的示意性电路图；

图4是根据本发明一实施例的增益控制装置中的模式信号生成电路的示意性电路图；

图5是根据本发明一实施例的增益控制方法的流程图；

图6是根据本发明一实施例的根据增益控制模式进行增益控制的方法流程图；

图7是根据本发明一实施例的在一控制模式下的增益控制信号效果图；

图8是根据本发明一实施例的在另一控制模式下的增益控制信号效果图；

图9是根据本发明一实施例的在又一控制模式下的增益控制信号效果图。

具体实施方式

下面将参考附图详细地描述本发明的一些示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是一部分实施例，而不是全部实施例。应理解，本发明不应被限制到这些示例实施例的特定细节。而是，可以在没有这些特定细节或者采用其他替代方式的情况下，实施本发明的实施例，而不会偏离权利要求定义的本发明的思想和原理。

参考图1，其示出了根据本发明一实施例的增益控制装置的示意性结构框图，该增益控制装置可包括电压检测电路110、切换开关120以及增益控制电路130。增益控制装置可为音频放大器提供增益信号，示意性地，如图1所示，增益控制装置中的电压检测电路110可接收放大器100的检测电压等信号，该检测电压可例如为图1示出的放大器100的输出电压信号V_OUT，即电压检测电路110与放大器100的输出端耦接。本发明不限于此，电压检测电路110也可与放大器的输入端耦接，检测电压相应地为放大器100的输入电压信号V_IN，通过增益换算可以得到相应的放大器输出电压值。在一些实施例中，为了便于电压比较的电路实现，放大器100的检测电压也可以是输出电压信号V_OUT或输入电压信号V_IN经过降压处理后的电压信号。

在接收到放大器100的检测电压后，电压检测电路110可将该检测电压按照预设顺序与多个阈值电压进行比较，并根据比较结果而输出控制信号作为增益控制的判断依据。阈值电压可例如存储在预定的寄存器中，其个数可根据增益控制精度情况而确定，例如，可设置有3个以上(例如4个、5个、6个等)阈值电压。在一实施例中，控制信号可包括提高增益控制信号、降低增益控制信号和过零信号。例如，在检测电压过零点或处于过零点的相邻区间时，电压检测电路110可生成过零信号；在检测电压小于一个设定阈值电压(例如释放阈值)时，电压检测电路110可生成提高增益控制信号；而在检测电压大于另一设定阈值电压(例如启动阈值)时，电压检测电路110可生成降低增益控制信号，生成的控制信号可输出至增益控制电路。在一实施例中，可设置有多级启动阈值电压，该启动阈值电压的个数可根据增益控制精度而确定，例如，可设置有2个以上(例如3个、4个等)启动阈值电压。不同的启动阈值电压可对应于不同的降低增益控制信号，也就是说，在检测电压大于其中一个启动阈值电压时，电压检测电路110可生成相应级别的降低增益控制信号。不同级别的降低增益控制信号可与不同的降低增益启动时间相关联，例如，较大的启动阈值电压所对应的降低增益启动时间可小于较小的启动阈值电压所对应的降低增益启动时间，使得在检测到放大器100的输出电压较大时(例如，接近截顶电压)，增益控制装置可以快速响应降低放大器的增益以避免出现截顶杂音，而在放大器100的输出电压较小时，可以控制放大器进行平稳的降低增益以保证音量的平稳。

在一实施例中，在设置的多级启动阈值电压中，可将其中的一个阈值电压(以下称为第一阈值电压)配置为与放大器100的供给电压相关，而其它的阈值电压配置为预先设置的固定值。例如，该第一阈值电压的大小可配置为与放大器100的供给电压大小相关联，例如两者正相关，即该第一阈值电压的值随着供给电压的降低而减小。将该第一阈值电压配置为根据放大器的实际供给电压而具体设置，可使得例如音频功率放大系统在小功率下的功耗降低，同时防止发生截顶失真。在一具体实施方式中，还可将所述多级阈值电压中的第一阈值电压和其余固定的阈值电压进行比较，并根据该比较结果来确定增益控制模式。在不同的控制模式下，放大器的检测电压可按照不同的比较顺序与各个阈值电压进行比较，并可能生成不同的增益控制信号，这将在后面进行具体描述。

切换开关120的一端耦接到多个阈值电压，其可按照预设顺序将该多个阈值电压中的一个或多个阈值电压分别耦接到电压检测电路110以与检测电压进行比较。在一示例中，切换开关120可具有多刀多掷配置，也可以通过若干个单刀多掷或双刀多掷开关组合而成。开关的刀可连接到电压检测电路110内部的比较器等电路元件，掷可连接到不同的阈值电压。各个开关可以以多种方式实现，包括但不限于场效应晶体管、双极晶体管、二极管和/或其他类型的开关。

本发明通过设置切换开关120，其可例如在开关切换信号控制下可以将不同的阈值电压按照预设顺序分别耦接到电压检测电路110中的相同的比较器，从而达到复用电压检测电路110中比较器的效果，如此，可以减少电压检测电路中模拟电路模块的个数，进而缩减了电路的占用面积并降低了电路的功耗。

增益控制电路130的输入端与电压检测电路110耦接，其可接收电压检测电路110输出的控制信号并基于该控制信号生成增益信号，然后输出增益信号至放大器100。例如，在接收到提高增益控制信号后，增益控制电路130可生成提高增益的增益信号以控制放大器100提高增益，而在接收到降低增益控制信号时，可生成降低增益的增益信号以控制放大器100降低增益，从而将放大器的输出电压维持在预设区间。

图2是根据本发明一实施例的增益控制装置的示意性结构框图，其包括电压检测电路110、切换开关120、增益控制电路130，这些器件或电路的布置和功能与图1所示的电路相同，此处不再赘述。

如图2所示，增益控制装置还包括有切换信号生成电路140，其可配置为生成开关切换信号以控制切换开关120将多个阈值电压耦接到电压检测电路110。在一实施例中，可基于放大器100的检测电压与多个阈值电压比较的结果来生成开关切换信号，切换开关120在接收到该开关切换信号后，可以将连接到不同掷的多个阈值电压按照预设顺序分别耦接到电压检测电路110。如图2所示，切换开关120通过其多个掷S1、S2、S3、S4连接到4个阈值电压，虽然图中只示出了4个掷连接到4个阈值电压，但可以理解的是，其只是一种示例而非限制，可以根据实际应用而设置更少(例如3个)或更多(例如5个、6个等)的阈值电压。切换开关120同时可通过其多个刀(未示出)而将该多个阈值电压连接到电压检测电路110。在图2的示例中，掷S4连接到释放阈值电压RLS_Vref，而掷S1、S2、S3分别连接到多级启动阈值电压AGC1_Vref、AGC2_Vref和AGC3_Vref。

在一实施例中，切换信号生成电路140可将放大器100的检测电压与多个阈值电压按照预设顺序(例如升序)的方式进行比较来生成相应的开关切换信号，如此可实现放大器100的输出电压平稳升高。例如针对图2的示例，假设AGC1_Vref>AGC2_Vref>AGC3_Vref>RLS_Vref，切换信号生成电路140可先输出默认开关切换信号以闭合掷S4从而将RLS_Vref耦接到电压检测电路110，在检测电压大于RLS_Vref后，切换信号生成电路140可生成新的切换信号以闭合掷S3从而将AGC3_Vref耦接到电压检测电路110，之后，在检测电压大于AGC3_Vref后，切换信号生成电路140可生成新的切换信号以闭合掷S2从而将AGC2_Vref耦接到电压检测电路110，之后，在检测电压大于AGC2_Vref后，切换信号生成电路140可生成新的切换信号以闭合掷S1从而将AGC1_Vref耦接到电压检测电路110。可见，在切换信号生成电路140的控制下，切换开关120可将图示的多个阈值电压按照RLS_Vref→AGC3_Vref→AGC2_Vref→AGC1_Vref的顺序分别耦接到电压检测电路110。在阈值电压设置为4个以上(例如5个、6个等)时，切换信号可依此类推。

在该实施例中，切换信号生成电路140可通过常规的比较器电路来实现，在一示例中，如下面描述，由于同时可依据放大器的检测电压与各阈值电压的比较结果来确定增益控制信号，因此可通过复用电压检测电路110中的比较器电路来实现切换信号生成电路140。

下面参照图2并结合具体的阈值电压、控制信号示例等对本发明一示例的增益控制装置的控制原理做进一步详细介绍。如前所述，释放阈值电压RLS_Vref可与提高增益控制信号相关联，如果电压检测电路110检测到放大器的检测电压小于该阈值电压，其将生成提高增益控制信号RLS_FLAG。启动阈值电压AGC3_Vref、AGC2_Vref、AGC1_Vref可与降低增益控制信号相关联，即如果放大器的检测电压超过上述阈值电压，电压检测电路110可生成相应的降低增益控制信号AGC3_FLAG、AGC2_FLAG、AGC1_FLAG并将相应的控制信号输出至增益控制电路130。此外，在检测到放大器的检测电压超过过零点或处于过零区间时，电压检测电路110还可生成过零信号ZeroCross_FLAG。

增益控制电路130在接收到控制信号RLS_FLAG、ZeroCross_FLAG、AGC3_FLAG、AGC2_FLAG、AGC1_FLAG中的一个或多个后，其可根据预先设置的增益变化逻辑而生成增益信号并将该增益信号输送至放大器100以控制降低或恢复放大器的增益。例如，在接收到RLS_FLAG后并维持高电平预定时间后，增益控制电路130可生成提高增益的增益信号以控制放大器100提高增益，而在接收到AGC3_FLAG、AGC2_FLAG或AGC1_FLAG时，可根据相应降低增益控制信号的不同级别来生成降低增益的增益信号来控制放大器100降低增益，从而将放大器的输出电压维持在预设区间。

在一示例中，降低增益控制信号AGC1_FLAG、AGC2_FLAG、AGC3_FLAG可配置为与不同的降低增益启动时间相关联，例如，AGC1_FLAG、AGC2_FLAG、AGC3_FLAG的降低增益启动时间依次递增。举例而言，增益控制电路130在接收到控制信号AGC3_FLAG或AGC2_FLAG后，增益控制电路130可在该信号触发进行计时，并在确定信号保持或达到一定时间后生成增益信号来降低放大器的增益，而在接收到控制信号AGC1_FLAG后，可立即生成增益信号来降低放大器的增益。这样可以使得在例如监测到放大器的检测电压大于AGC1_Vref时，快速降低放大器的增益以避免出现截顶失真。

在一示例中，AGC1_FLAG、AGC2_FLAG、AGC3_FLAG、RLS_FLAG可配置为具有不同的优先级，例如，AGC1_FLAG、AGC2_FLAG、AGC3_FLAG的优先级依次递减，即AGC1_FLAG在所有的控制信号中的优先级最高，一旦其被触发，则其余所有的正在计时的控制信号均无效，并且相应的计时清零。这样可以防止不同的降低增益控制信号之间出现逻辑冲突，从而使得在例如监测到放大器的检测电压大于AGC1_Vref时，快速降低放大器的增益以避免出现截顶失真。

在一示例中，与降低增益控制信号相关的多级启动阈值电压AGC1_Vref、AGC2_Vref、AGC3_Vref中的一个阈值电压是可随放大器的供给电压而变化的，例如与优先级最高的控制信号AGC1_FLAG相关联的阈值电压AGC1_Vref的大小是根据放大器100的实际供给电压大小而变化。这样可以使得在放大器的供给电压出现波动(例如低于额定电压)时，能够相应地降低用于监测截顶失真的阈值电压AGC1_Vref，从而提高增益控制装置的适用性。

在AGC1_Vref随放大器实际的供给电压而变化的情形下，其实际值可能大于AGC2_Vref、AGC3_Vref，也可能介于AGC2_Vref、AGC3_Vref之间，还可能小于AGC2_Vref、AGC3_Vref。由于各级阈值电压AGC3_Vref、AGC2_Vref、AGC1_Vref是在切换信号生成电路140生成的开关切换信号控制下耦接到电压检测电路110的，因此在阈值电压AGC1_Vref、AGC2_Vref、AGC3_Vref的大小关系发生改变时，需要相应地调整开关切换信号的生成顺序，以使得各级阈值电压仍能够按照预设顺序(例如，升序)的方式与检测电压进行比较来生成开关切换信号，从而实现放大器输出电压的平稳提升，并在检测电压大于AGC1_Vref时能够及时降低增益，防止出现截顶失真。

为此，如图2所示，在一实施例中，增益控制装置还包括有模式信号生成电路150，其可配置为基于多个阈值电压AGC1_Vref、AGC2_Vref、AGC3_Vref之间的大小关系生成模式信号(MODE_FLAG)，该模式信号可与将该多个阈值电压分别与检测电压进行比较的预设顺序相关联，也就是说，该模式信号与切换开关120的切换顺序相关联。例如，模式信号生成电路150可将模式信号MODE_FLAG输出至切换信号生成电路140，其在接收到MODE_FLAG后相应地决定放大器的检测电压与多个阈值电压之间进行比较的比较顺序，并生成相应的开关切换信号来控制切换开关120将对应的阈值电压按照前述预设顺序分别耦接至电压检测电路110。

参照图2，在放大器上电并启动增益控制时，模式信号生成电路150可根据与降低增益控制信号有关的阈值电压AGC1_Vref、AGC2_Vref、AGC3_Vref之间的比较关系确定出相应的模式信号，由于只有阈值电压AGC1_Vref为根据放大器的实际供给电压而可变的，因此，可将该AGC1_Vref与AGC2_Vref、AGC3_Vref进行比较并根据比较结果确定模式信号，而且，模式信号的数量与所设置的启动阈值电压的个数相同。例如，在AGC1_Vref大于AGC2_Vref、AGC3_Vref时，模式信号生成电路150生成默认的模式信号MODE1_FLAG，在AGC1_Vref介于AGC2_Vref、AGC3_Vref之间时，模式信号生成电路150生成第二模式信号MODE2_FLAG，而在AGC1_Vref小于AGC2_Vref、AGC3_Vref时，模式信号生成电路150生成第三模式信号MODE3_FLAG。

不同的模式信号决定了放大器的检测电压与各级阈值电压进行比较的顺序，相应地，其也就决定了切换开关S1-S4的切换顺序，使得例如放大器的检测电压能够与各级阈值电压按照预设顺序(例如，升序)的方式进行比较。例如，假定放大器上电后切换开关120初始切换到S4并将RLS_Vref耦接到电压检测电路110，因此，在MODE1_FLAG下，切换开关的切换顺序可以是S4→S3→S2→S1，在MODE2_FLAG下，切换开关的切换顺序可以是S4→S3→S1(由于在检测电压大于AGC1_Vref时会立即降低增益，因此切换开关一般不需切换到S2)，在MODE3_FLAG下，切换开关的切换顺序可以是S4→S1。不同的模式信号下切换开关的切换控制将在后面结合图6-8进行具体描述。

在该实施例中，由于不同的控制信号对应于不同的增益变化逻辑，并且具有不同的优先级，因此在不同的模式信号下，电压检测电路110可生成具有不同时序的控制信号，相应地，增益控制电路130将生成不同的增益信号来实现放大器的增益控制，这能够提高增益控制装置的适用性，例如即使放大器的供给电压处于低电位时，仍能实现放大器输出电压的平稳提升，并防止出现截顶失真，同时降低系统功耗。

在一些实施例中，如图2所示，模式信号MODE_FLAG还可输出至电压检测电路110以用于确定部分增益控制信号的生成，这将在下面结合图3进行具体描述。

图3是根据本发明一实施例的增益控制装置中的电压检测电路的示意性电路图，其实施为模拟电路。如图3所示，在一实施方式中，电压检测电路可包括多个比较器202-208，每个比较器的一个输入端直接或通过切换开关(图3中示出了切换开关的刀和掷和连接到各掷的阈值电压)耦接到放大器100的检测电压AGC_IN，另一个输入端直接耦接到判断检测电压是否过零的电压(共模电平)或通过切换开关耦接到多个阈值电压中的一个阈值电压。通过使用切换开关，本实施例只需设置4个比较器可以实现放大器的多级增益控制，而采用现有技术的方式将需要至少9个比较器，因此，本实施例可以简化模拟电路结构，降低电路的占用面积并降低电路功耗。

第一比较器202的正向输入端与放大器的检测电压AGC_IN耦接，反向输入端与共模电平VCM耦接，通过将其接收的检测电压与预设的共模电平进行比较，当第一比较器202确定检测电压与共模电平VCM相等时，可以确定电压信号通过零点并输出过零信号ZeroCross_FLAG。如下文所述，该过零信号可与降低增益控制信号(AGC1_FLAG、AGC2_FLAG、AGC3_FLAG)和/或提高增益控制信号(RLS_FLAG)一起用于确定增益信号来控制放大器的增益。如图所示，异或门212将该过零信号ZeroCross_FLAG经过延迟电路210(由反相器和延迟单元串联构成)后得到的延迟比较信号与过零信号ZeroCross_FLAG进行相应处理后，输出清零信号CLR_FLAG，该清零信号CLR_FLAG在输出过零信号时翻转为高电平，其可用于对触发器220、222的输出进行清零，这也将在后面进行具体描述。

第二比较器204的正向输入端和反向输入端经由切换开关分别与多个阈值电压中的与提高增益控制相关联的释放阈值电压RLS_Vref和放大器的检测电压AGC_IN耦接，其中，RLS_Vref包括一对与共模电压VCM的差值的绝对值相等但互为正负的阈值电压RLS_VH、RLS_VL，以分别用于在检测电压AGC_IN为正值和负值时判断是否需要进行提高增益。在一示例中，可基于开关切换信号进行阈值电压的切换。具体而言，在检测电压信号AGC_IN处于高电平相位时，例如AGC_IN>VCM(例如对于正弦信号，相位为0-π/2)时，开关切换信号可控制比较器204的正向输入端连接到阈值电压RLS_VH，反向输入端连接到检测电压AGC_IN，而在检测电压信号AGC_IN处于低电平相位时，例如AGC_IN<VCM(例如对于正弦信号，相位为π-3/2π)时，开关切换信号将控制比较器204的正向输入端连接到检测电压AGC_IN，反向输入端连接到阈值电压RLS_VL。通过这种信号控制，当检测电压AGC_IN介于RLS_VH和RLS_VL之间时，比较器204将输出提高增益控制信号RLS_FLAG。在一示例中，如图3所示，为了保证降低增益控制信号AGC1_FLAG、AGC2_FLAG、AGC3_FLAG的优先级，提高增益控制信号RLS_FLAG可通过与门运算单元216输出，该与门运算单元216的第一输入端接收比较器204的输出信号，第二输入端接收或非门214的输出，该或非门214的设置有三个输入端，其分别接收降低增益控制信号AGC1_FLAG、AGC2_FLAG、AGC3_FLAG。

第三比较器206和第四比较器208用于确定至少一个降低增益控制信号。第三比较器206的反向输入端与放大器的检测电压AGC_IN耦接，另一端经由切换开关与多个阈值电压(AGC1_VL、AGC2_VL、AGC3_VL)中的一个阈值电压耦接。第四比较器208的正向输入端与放大器的检测电压AGC_IN耦接，另一端经由切换开关与多个阈值电压(AGC1_VH、AGC2_VH、AGC3_VH)中的一个阈值电压耦接。其中阈值电压AGC1_VL、AGC2_VL、AGC3_VL分别与阈值电压AGC1_VH、AGC2_VH、AGC3_VH相关联，例如，AGC1_VL、AGC1_VH与共模电压VCM的差值的绝对值相等，只是正负值相反，AGC2_Vref和AGC3_Vref同样如此。即电压对(AGC1_VH、AGC1_VL)、(AGC2_VH、AGC2_VL)、(AGC3_VH、AGC3_VL)分别对应于图2所示的AGC1_Vref、AGC2_Vref、AGC3_Vref。开关控制信号可同时控制第三比较器206的正向输入端和第四比较器208的反向输入端分别耦接到一对阈值电压对。虽然图中只示出了比较器206和208分别连接到三个阈值电压，但可以理解，基于实际需要可以设置更少(例如2个)或者更多(例如4个)的阈值电压。

多个阈值电压AGC1_VH、AGC2_VH、AGC3_VH可根据实际需要而设置，作为示例，其关系为AGC1_VH>AGC2_VH>AGC3_VH。在另一示例中，如前面描述，三个阈值电压中的第一阈值电压(例如AGC1_VH、AGC1_VL电压对)的值可与放大器100的供给电压正相关联，另外两个阈值电压AGC2_VH/AGC2_VL、AGC3_VH/AGC3_VL则配置为具有固定值，因此在放大器的供给电压较小时，实际的AGC1_VH可能介于AGC2_VH、AGC3_VH之间，或者小于AGC2_VH、AGC3_VH。如前面描述，在不同的模式信号下，阈值电压AGC1_VH、AGC2_VH、AGC3_VH将按照对应的预设顺序被耦接到比较器208的反向输入端。相应地，阈值电压AGC1_VL、AGC2_VL、AGC3_VL也将按照预设顺序被耦接到比较器206的正向输入端。

如图3所示，第三比较器206和第四比较器208的输出通过或门218进行或运算后输出，其可用于确定至少一个降低增益控制信号。例如，在AGC_IN超过AGC3_VH或低于AGC3_VL时，该或门218的输出可用于确定AGC3_FLAG，在AGC_IN超过AGC2_VH或低于AGC2_VL时，该或门218的输出可用于确定AGC2_FLAG，并且在AGC_IN超过AGC1_VH或低于AGC1_VL时，该或门218的输出可用于确定AGC1_FLAG。

为了能够对对各个降低增益控制信号(例如AGC1_FLAG、AGC2_FLAG、AGC3_FLAG)进行追踪以用于增益控制电路130确定出放大器的增益信号，需要分立的增益控制信号生成电路来分别生成每个降低增益控制信号。在一实施例中，可通过触发器来对各个降低增益控制信号进行分离。如图3所示，增益控制信号生成电路可包括串联的N个触发器，N≥2，其可对应于降低增益控制信号的个数，也可少于降低增益控制信号的个数(例如，N＝降低增益控制信号的个数-1)，触发器可选择为D触发器。每个触发器220、222的C端通过或门218耦接到第三比较器206和第四比较器208的输出端。触发器220的D端耦接到拉高电平。由于在放大器的检测电压AGC_IN超过比较器208连接的AGC3_VH或低于比较器206连接的AGC3_VL时，或门218将输出一个上升沿信号，输出的脉冲信号可使触发器220触发在Q端输出高电平，因此可以基于触发器220的Q端输出确定降低增益控制信号AGC3_FLAG。

触发器220的Q端连接到触发器222的D端，例如在放大器的检测电压AGC_IN超过AGC3_VH时，切换开关可在切换信号控制下将阈值电压AGC2_VH、AGC2_VL分别连接到比较器208和比较器206，此时如果AGC_IN超过比较器208连接的AGC2_VH或低于比较器206连接的AGC2_VL时，或门218将再次输出高电平，输出的脉冲信号可使触发器222触发在Q端输出高电平，因此可以基于触发器222的Q端输出确定降低增益控制信号AGC2_FLAG。在一示例中，触发器220、222的清零端CLR耦接到异或门212输出的清零信号CLR_FLAG，用于在检测电压AGC_IN过零时对触发器的Q端输出进行清零处理。

依此类推，在一示例中，可设置与触发器222串联的第三触发器(未示出)用以确定降低增益控制信号AGC1_FLAG。

在另一示例中，AGC1_FLAG的降低增益控制信号生成电路可通过其它电路模块来实现，以适于阈值电压AGC1_VH/AGC1_VL随放大器的供给电压而变化的情形。图3示出了一具体实施方式，如图所示，可设置与门运算单元224以用于确定降低增益控制信号AGC1_FLAG，该与门224的第一输入端通过或门226与触发器222输出的降低增益控制信号AGC2_FLAG耦接，与门224的第二输入端通过或门218与第三比较器206和第四比较器208的输出耦接。或门226的第一输入端与多个串联触发器220、222的最后一个触发器的输出信号耦接，或门226的第二输入端的输入则通过门电路与模式信号耦接，例如，该第二输入端接收或门228的输出，或门228的第一输入端与模式信号MODE3_FLAG耦接，或门230的第二输入端则接收与门230的输出，该与门230的第一输入端与模式信号MODE2_FLAG耦接，与门230的第二输入端与触发器220的输出信号AGC3_FLAG耦接。通过该示例性电路设置，电压检测电路根据电压比较结果和模式信号来确定AGC1_FLAG，从而可以适应不同的增益控制模式，例如在模式MODE2(AGC2_VH>AGC1_VH>AGC3_VH)下，增益控制信号AGC1_FLAG可以先于AGC2_FLAG被触发，在模式MODE3(AGC2_VH>AGC3_VH>AGC1_VH)下，增益控制信号AGC1_FLAG可以先于AGC2_FLAG、AGC3_FLAG被触发，不同控制模式下的放大器增益控制将在下面进行具体描述。

图4是根据本发明一实施例的增益控制装置中的模式信号生成电路的示意性电路图，其可应用于图2-3所示出的设置有三个启动阈值电压(AGC1_Vref、AGC2_Vref、AGC3_Vref)的情形。如图4所示，模式信号生成电路可包括比较器302和两个触发器304、306。其中，比较器302的正向输入端和反向输入端经由切换开关308分别与第一阈值电压(例如AGC1_VL)和固定的阈值电压(例如AGC2_VL、AGC3_VL)耦接。该切换开关308可通过模式信号MODE2_FLAG来进行控制，具体而言，在MODE2_FLAG为0时(例如系统工作于默认的MODE1时)，其反相信号为1，此时比较器302的正向输入端耦接到AGC1_VL，反向输入端耦接到AGC2_VL。在MODE2_FLAG为1时，比较器302的正向输入端则耦接到AGC3_VL，反向输入端耦接到AGC1_VL。触发器304的D端耦接到拉高电平，其C端耦接到比较器302的输出端，其Q端输出可用于确定模式信号MODE2_FLAG。触发器306的C端经由反相器310耦接到比较器302的输出端，D端连接到触发器304的Q端，可基于触发器306的Q端输出确定模式信号MODE3_FLAG。

图4示出的模式信号生成电路的工作原理如下，初始状态下，比较器302的正向输入端耦接到AGC1_VL，反向输入端耦接到AGC2_VL，如果系统处于默认的MODE1(即AGC1_VL<AGC2_VL)，则比较器302输出低电平，触发器304、306的输出也均为低电平，即MODE2_FLAG、MODE3_FLAG均为0，并且反相器312处的输出为1，因此切换开关308并不发生切换。

如果AGC1_VL发生变动而使得工作模式不再为MODE1时，例如AGC1_VL>AGC2_VL，比较器302输出由低到高，输出的脉冲信号可使触发器304触发在Q端输出高电平，即MODE2_FLAG为1，此时切换开关308发生切换，即比较器302的正向输入端将耦接到AGC3_VL，反向输入端耦接到AGC1_VL。如果AGC1_VL<AGC3_VL，则比较器302依旧输出高电平，模式信号MODE2_FLAG依旧为1。而如果AGC1_VL>AGC3_VL，那么比较器302输出再由高变低，经由反相器310形成脉冲信号使触发器306触发在Q端输出高电平，即MODE3_FLAG为1，从而可判断系统处于工作模式MODE3下。

可以理解的是，虽然图4示意出了特定的电路结构，但本申请不限于此，例如，在设置有更少或更多个阈值电压的情况下，本领域技术人员可以通过比较器、触发器而设计相应的电路来确定模式信号。

图5示出了根据本发明一实施例的增益控制方法的流程图，如图5所示，该控制方法可包括如下步骤：

步骤410，确定多个阈值电压，该多个阈值电压可包括第一阈值电压和固定的至少一级阈值电压，其中，所述第一阈值电压大小与放大器的供给电压大小相关联。

在一实施例中，结合图2-3，可根据实际需要确定多级启动阈值电压AGC1_Vref、AGC2_Vref、AGC3_Vref和释放阈值电压RLS_Vref，其中每级启动阈值电压分别包括一对正负值阈值电压，例如AGC1_Vref包括正值AGC1_VH和相应的负值AGC1_VL，AGC2_Vref、AGC3_Vref依此类推。其中，该多级阈值电压中可包括与放大器的供给电压相关联的第一阈值电压(例如，阈值电压AGC1_Vref)，其余至少一级阈值电压AGC2_Vref、AGC3_Vref可配置为具有固定的预设值(以下分别称为第二阈值电压和第三阈值电压)。通过这种配置，本发明可以根据放大器的实际供给电压而调整增益控制模式，从而提高增益控制的适用性，并降低电路功耗。可以理解的是，可以根据实际需要确定更少(例如2级)或更多(例如4级)的启动阈值电压，即本实施例的增益控制方法不限于应用于图2-3所示的增益控制装置。

步骤420，将所述第一阈值电压与所述固定的至少一级阈值电压进行比较，根据比较结果确定增益控制的模式信号。

例如，由于第一阈值电压AGC1_Vref与放大器的供给电压相关，因此其实际值可能大于阈值电压AGC2_Vref、AGC3_Vref，也可能小于阈值电压AGC2_Vref、AGC3_Vref。在一实施例中，可以将第一阈值电压AGC1_Vref和固定的第二阈值电压AGC2_Vref、第三阈值电压AGC3_Vref进行比较，并根据比较结果确定增益控制的模式信号，例如，在AGC1_Vref大于AGC2_Vref、AGC3_Vref时，可确定为第一模式MODE1(默认模式)，例如模式信号生成电路生成第一模式信号MODE1_FLAG，在AGC1_Vref介于AGC2_Vref、AGC3_Vref之间时，可确定为第二模式MODE2并生成第二模式信号MODE2_FLAG，在AGC1_Vref小于AGC2_Vref、AGC3_Vref时，可确定第三模式MODE3并生成第三模式信号MODE3_FLAG。

在一示例中，确定的模式信号可与将所述多个阈值电压分别与所述检测电压进行比较的预设顺序相关联，根据模式信号可以确定放大器的检测电压与各个阈值电压之间进行比较的比较顺序，在此基础上，增益控制方法可以进行下一步骤。

步骤430，将放大器的检测电压与所述多个阈值电压按预设顺序分别进行比较，并根据比较结果输出控制信号。

在一实施例中，输入的音频信号通过放大器处理后，作为检测电压信号AGC_IN输出。结合图2-3，确定的模式信号同时决定了切换开关的切换顺序，由此根据检测电压AGC_IN的大小可生成开关切换信号，以控制切换开关将各级阈值电压按照预设顺序连接到电压检测电路，由此，可将检测电压与各级阈值电压AGC3_Vref、AGC2_Vref、AGC1_Vref进行比较，并根据比较结果输出相应的控制信号AGC3_FLAG、AGC2_FLAG、AGC1_FLAG，从而使增益控制信号的生成时序适应于不同的控制模式，达到控制放大器增益的效果。

例如，在检测电压大于可调节的阈值电压AGC1_Vref时，电压检测电路可输出降低增益控制信号AGC1_FLAG，在检测电压大于固定阈值电压AGC2_Vref、AGC3_Vref时分别输出相应的降低增益控制信号AGC2_FLAG、AGC3_FLAG。其中，AGC1_FLAG、AGC2_FLAG、AGC3_FLAG可配置为具有不同的优先级，例如AGC1_FLAG的优先级高于AGC2_FLAG、AGC3_FLAG的优先级，即AGC1_FLAG在所有的控制信号中的优先级最高，一旦其被触发，则AGC2_FLAG、AGC3_FLAG均无效，并且相应的计时清零，这样可以防止不同的降低增益控制信号之间出现逻辑冲突。

在一实施例中，AGC1_FLAG和AGC2_FLAG/AGC3_FLAG可分别与不同的降低增益启动时间相关联，AGC2_FLAG和AGC3_FLAG也分别与不同的降低增益启动时间相关联。例如，与AGC1_FLAG相关联的降低增益启动时间可小于与AGC2_FLAG和AGC3_FLAG相关联的降低增益启动时间，从而可在检测电压较大时快速降低增益以防止放大器发生截顶失真，而在检测电压较小时减慢降低增益速度来稳步提升输出音量。

在一实施例中，通过将放大器的检测电压AGC_IN与其他阈值电压进行比较，可以确定其他增益控制信号。例如，可将检测电压AGC_IN与一固定释放阈值电压RLS_Vref进行比较，并且响应于在放大器的检测电压小于该阈值电压RLS_Vref时输出提高增益控制信号RLS_FLAG。例如，可将检测电压AGC_IN与一预设的共模电平进行比较，并在检测电压等于共模电平时输出过零信号ZeroCross_FLAG。参考图3，该过零信号ZeroCross_FLAG可用于生成清零信号CLR_FLAG，该清零信号则可用于对部分降低增益控制信号(AGC2_FLAG、AGC3_FLAG)进行清零，在一实施例中，可以利用该过零信号ZeroCross_FLAG与降低增益控制信号AGC2_FLAG、AGC3_FLAG来确定增益信号以更平稳地控制放大器的增益。此外，该过零信号ZeroCross_FLAG还可用于与提高增益控制信号RLS_FLAG来确定增益信号以控制放大器的增益。

在一实施例中，各个控制信号AGC1_FLAG、AGC2_FLAG、AGC3_FLAG、RLS_FLAG可配置为具有不同的优先级，例如，AGC1_FLAG在所有的控制信号中的优先级最高，一旦其被触发，则其余所有的正在计时的控制信号均无效，并且相应的启动时间计时清零。这样可以使得在例如监测到放大器的输出电压大于AGC1_Vref时，快速降低放大器的增益以避免出现截顶失真。

虽然未示出，本实施例的增益控制方法还可包括增益信号的确定步骤，根据所述控制信号确定增益信号来控制放大器的增益。

在一实施例中，参考图2，增益控制电路130在接收到控制信号AGC1_FLAG、AGC2_FLAG、AGC3_FLAG、RLS_FLAG、ZeroCross_FLAG中的一个或多个后可根据预先设置的增益变化逻辑来确定增益信号以控制放大器的增益。

例如，在收到提高增益控制信号RLS_FLAG后，增益控制电路130如果判断该信号预定时间(例如10ms)内持续为高电平，则可确定提高增益，例如，增加增益0.5dB，并在等待下一个过零信号ZeroCross_FLAG或者预定时间(例如20ms)后再增加增益。

针对不同的降低增益控制信号，也可设置相应不同的增益变化逻辑。例如，在收到降低增益控制信号AGC3_FLAG后，增益控制电路130如果判断该信号触发后计时第一启动时间(例如10ms)，并在过零信号触发时确定降低增益0.5dB。在收到降低增益控制信号AGC2_FLAG后，增益控制电路130如果判断该信号触发后计时第二启动时间，该第二启动时间(例如1ms)可小于与AGC3_FLAG相关联的第一启动时间，并在过零信号触发后确定降低增益0.5dB。而在收到降低增益控制信号AGC1_FLAG后，增益控制电路130如果判断该信号触发后计时第三启动时间，该第三启动时间可小于第二启动时间甚至可以为0，即在该信号触发后直接降低增益。在一示例中，如前面所述，AGC1_FLAG优先级可被配置为最高，若其被触发后，则增益控制电路130可确定其余所有正在计时的控制信号RLS_FLAG、AGC3_FLAG、AGC2_FLAG均为无效，并针对这些控制信号清零重新计时。

如前描述，本申请的自动增益控制方法可以先确定增益控制的模式信号，然后再依据不同的控制模式来对放大器进行增益控制。图6是根据本发明一实施例的依据增益控制模式来进行增益控制的方法流程图，如图6所示，增益控制方法可包括如下步骤：

步骤510中，接收放大器的检测电压信号。

参考图1-2，输入的音频信号通过放大器处理后，作为检测电压信号AGC_IN输出，该输出信号可连接到电压检测电路110和切换信号生成电路140。切换信号生成电路140可根据AGC_IN的变化值生成开关切换信号以控制切换开关120将相应的阈值电压耦接至电压检测电路110，该电压检测电路110可根据AGC_IN与各阈值电压的比较来生成控制信号。

步骤520中，将与提高增益控制信号相关联的阈值电压耦接到电压检测电路。

参考图2-3，切换开关120的初始状态可配置为S4闭合，其余掷断开，从而将阈值电压RLS_Vref耦接到电压检测电路110。替代地，在检测到过零信号后切换信号生成电路可控制切换开关120将阈值电压RLS_Vref耦接到电压检测电路120。

步骤530、540中，对各阈值电压进行比较，并根据比较结果确定增益控制的模式信号。

如前描述，第一阈值电压AGC1_Vref可与放大器的供给电压相关联，其实际值可能大于固定的第二阈值电压AGC2_Vref、第三阈值电压AGC3_Vref，也可能小于阈值电压AGC2_Vref、AGC3_Vref。在一示例中，假设AGC2_Vref大于AGC3_Vref，参照图4，模式信号生成电路可先将实际确定的AGC1_Vref与AGC2_Vref进行比较(步骤530)，如果AGC1_Vref大于AGC2_Vref，可以确定控制模式MODE1(默认控制模式)，相应输出模式信号MODE1_FLAG，如果AGC1_Vref小于AGC2_Vref，则继续将AGC1_Vref与AGC3_Vref进行比较(步骤540)，如果AGC1_Vref大于AGC3_Vref，可以确定控制模式MODE2并输出MODE2_FLAG，否则可以确定控制模式MODE3并输出MODE3_FLAG。

在确定增益控制模式后，增益控制装置可以相应地调整增益控制方法来对放大器进行增益控制，例如确定切换开关的切换顺序使得各阈值电压能按预设顺序(例如，升序)的方式与检测电压进行比较，从而可以根据放大器的供给电压灵活地对其进行控制以实现放大器的输出电压的平稳提升、并有效防止截顶失真，同时还可降低功耗。以下结合图7-9对各控制模式下增益控制装置的工作原理做进一步示例性的描述。

图7示出了在控制模式MODE1下的增益控制信号效果图。如图所示，假设放大器的检测电压AGC_IN为正弦波，当AGC_IN等于共模电压VCM时，电压检测电路可输出过零信号ZeroCross_FLAG(未示出)，在AGC_IN介于RLS_VH和RLS_VL之间时(非共模电压)，电压检测电路可输出高电平的RLS_FLAG信号，在接收到该控制信号后，增益控制电路130可根据预先设置的增益变化逻辑确定增益信号并输出至放大器，例如，如果判断RLS_FLAG信号预定时间(例如10ms)内持续为高电平，则可输出一个增加增益(例如，0.5dB)的增益信号并输出至放大器。

参考图2-3，在AGC_IN超过RLS_VH或低于RLS_VL时，RLS_FLAG将转为低电平，同时，切换信号生成电路140可控制切换开关120将阈值电压AGC3_Vref(包括一对AGC3_VH和AGC3_VL)耦接到电压检测电路110。

电压检测电路110可将AGC_IN与AGC3_VH和AGC3_VL进行比较，若其小于AGC3_VH或大于AGC3_VL，则所有控制信号均为低电平，增益控制电路130可在ZeroCross_FLAG触发后输出增加增益的增益信号并输出至放大器。若AGC_IN超过AGC3_VH或低于AGC3_VL，则触发器220收到正脉冲，输出高电平的AGC3_FLAG信号。同时，切换信号生成电路140可控制切换开关120将阈值电压AGC2_Vref(包括一对AGC2_VH和AGC2_VL)耦接到电压检测电路110。在一实施例中，增益控制电路130在接收到AGC3_FLAG信号后进行计时，如果该信号计时达到预定时间(例如10ms)，可在过零信号触发时输出一个降低增益(例如，0.5dB)的增益信号并输出至放大器。

在切换开关120切换后，电压检测电路110可将AGC_IN与AGC2_VH和AGC2_VL进行比较，若其小于AGC2_VH或大于AGC2_VL，则仅AGC3_FLAG为高电平，若AGC_IN超过AGC2_VH或低于AGC2_VL，则触发器220、触发器222再次收到正脉冲，由此输出高电平的AGC2_FLAG。同时，切换信号生成电路140可控制切换开关120将阈值电压AGC1_Vref(包括一对AGC1_VH和AGC1_VL)耦接到电压检测电路110。在一实施例中，增益控制电路130在接收到AGC2_FLAG信号后可对AGC1_FLAG的计时清零，并针对AGC2_FLAG信号进行计时，如果该信号计时达到预定时间(例如500μs)，可在过零信号触发时输出一个降低增益0.5dB的增益信号并输出至放大器。

在切换开关120切换后，电压检测电路110可将AGC_IN与AGC1_VH和AGC1_VL进行比较，若其小于AGC1_VH或大于AGC1_VL，则仅AGC2_FLAG、AGC3_FLAG为高电平，若AGC_IN超过AGC1_VH或低于AGC1_VL，则与门224的两个输入端都接收高电平信号，由此输出高电平的AGC1_FLAG。在一实施例中，响应于收到AGC1_FLAG信号，增益控制电路130可立即生成降低增益0.5dB的增益信号以直接控制放大器进行降低增益以防止发生截顶失真，同时由于AGC1_FLAG的优先级最高，其余控制信号AGC2_FLAG、AGC3_FLAG均无效，其相应的计时被清零。此外，响应于第二次收到AGC1_FLAG信号，增益控制电路130可进行计时，如果该信号计时达到预定时间(例如50μs)，可再输出一个降低增益0.5dB的增益信号并输出至放大器，以提高放大器输出电压的平稳性。

在一实施例中，切换开关120可保持将阈值电压AGC1_Vref耦接到电压检测电路110，在检测电压AGC_IN低于AGC1_VH或高于AGC1_VL时，AGC1_FLAG将转为低电平，AGC2_FLAG、AGC3_FLAG也将在AGC_IN发生过零时跳转为低电平。

图8示出了在控制模式MODE2下的增益控制信号效果图。如图8所示，该模式下，AGC1_Vref介于AGC2_Vref和AGC3_Vref之间。与图7相似，在AGC_IN介于RLS_VH和RLS_VL之间时，电压检测电路可输出高电平的RLS_FLAG信号。增益控制电路130在判断RLS_FLAG信号预定时间(例如10ms)内持续为高电平时，输出一个增加增益0.5dB的增益信号并输出至放大器。

在AGC_IN超过RLS_VH或低于RLS_VL时，RLS_FLAG将转为低电平，同时，切换信号生成电路140可控制切换开关120将阈值电压AGC3_Vref耦接到电压检测电路110。

电压检测电路110可将AGC_IN与AGC3_VH和AGC3_VL进行比较，若其小于AGC3_VH或大于AGC3_VL，则所有控制信号均为低电平，增益控制电路130可在ZeroCross_FLAG触发后输出增加增益的增益信号并输出至放大器。若AGC_IN超过AGC3_VH或低于AGC3_VL，则触发器220收到正脉冲，输出高电平的AGC3_FLAG信号。同时，切换信号生成电路140可控制切换开关120将阈值电压AGC1_Vref耦接到电压检测电路110。在一实施例中，增益控制电路130在接收到AGC3_FLAG信号后进行计时，如果该信号计时达到预定时间(例如10ms)，可在过零信号触发时输出一个降低增益(例如，0.5dB)的增益信号并输出至放大器。

在切换开关120切换后，电压检测电路110可将AGC_IN与AGC1_VH和AGC1_VL进行比较，若其小于AGC1_VH或大于AGC1_VL，则仅AGC3_FLAG为高电平，若AGC_IN超过AGC1_VH或低于AGC1_VL，则触发器222再次被触发，同时与门224的两个输入端都接收高电平信号，控制信号AGC1_FLAG也转变为高电平。在一实施例中，响应于收到AGC1_FLAG信号，增益控制电路130可立即生成降低增益0.5dB的增益信号以直接控制放大器进行降低增益以防止发生截顶失真，同时由于AGC1_FLAG的优先级最高，其余控制信号AGC2_FLAG、AGC3_FLAG均无效，其相应的计时被清零。此外，响应于第二次收到AGC1_FLAG信号，增益控制电路130可进行计时，如果该信号计时达到预定时间(例如50μs)，可再输出一个降低增益0.5dB的增益信号并输出至放大器，以提高放大器输出电压的平稳性。

可以看出，一般而言，在控制模式MODE2下，电压检测电路110只需将检测电压AGC_IN与AGC3_Vref和AGC1_Vref进行比较来生成控制信号，从而可以保证放大器在低的供给电压下仍能对放大器的输出电压进行平稳提升，并有效防止截顶失真的发生，同时还可降低电路功耗。

图9示出了在控制模式MODE3下的增益控制信号效果图。如图9所示，该模式下，AGC1_Vref小于AGC2_Vref和AGC3_Vref。与图7-8相似，在AGC_IN介于RLS_VH和RLS_VL之间时，电压检测电路可输出高电平的RLS_FLAG信号。增益控制电路130在判断RLS_FLAG信号预定时间(例如10ms)内持续为高电平时，输出一个增加增益0.5dB的增益信号并输出至放大器。

在AGC_IN超过RLS_VH或低于RLS_VL时，RLS_FLAG将转为低电平，同时，切换信号生成电路140可控制切换开关120将阈值电压AGC1_Vref耦接到电压检测电路110。

在切换开关120切换后，电压检测电路110可将AGC_IN与AGC1_VH和AGC1_VL进行比较，若其小于AGC1_VH或大于AGC1_VL，则所有控制信号均为低电平，增益控制电路130可在ZeroCross_FLAG触发后输出增加增益的增益信号并输出至放大器。若AGC_IN超过AGC1_VH或低于AGC1_VL，则触发器220收到正脉冲，输出高电平的AGC3_FLAG信号。同时，与门224的两个输入端都接收高电平信号，控制信号AGC1_FLAG也转变为高电平。在一实施例中，如前面描述，响应于收到AGC1_FLAG信号，增益控制电路130可立即生成增益信号以直接控制放大器进行降低增益以防止发生截顶失真，同时由于AGC1_FLAG的优先级最高，控制信号AGC3_FLAG无效，其并不开始相应的计时。此外，响应于第二次收到AGC1_FLAG信号，增益控制电路130可进行计时，如果该信号计时达到预定时间(例如50μs)，可再输出一个降低增益0.5dB的增益信号并输出至放大器，以提高放大器输出电压的平稳性。

可以看出，一般而言，在控制模式MODE3下，电压检测电路110只需将检测电压AGC_IN与AGC1_Vref进行比较，因此可以保证放大器在低的供给电压下仍能对放大器的输出电压进行平稳提升，并有效防止截顶失真的发生，同时还可降低电路功耗。

本发明还提供了一种音频设备，该电子设备可以为包括功率放大器的播放设备，例如扬声器，其包括以上所述的增益控制装置，增益控制装置可以与扬声器耦接，从而可根据如上描述的增益控制方法对放大器的增益进行控制。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。如本文中通常使用的，词语“耦接”是指两个或更多个元件可直接连接或通过一个或多个中间元件连接。同样地，如本文中通常使用的，词语“连接”是指两个或多个元件可直接连接或通过一个或多个中间元件连接。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (18)

1.一种增益控制装置，包括：

电压检测电路，配置为接收放大器的检测电压并将所述检测电压按预设顺序与多个阈值电压分别进行比较，并且根据比较结果输出控制信号；

切换开关，耦接在所述电压检测电路与所述多个阈值电压之间，配置为按所述预设顺序将所述多个阈值电压分别耦接到所述电压检测电路以与所述检测电压进行比较；以及

增益控制电路，配置为基于所述电压检测电路输出的控制信号输出增益信号至所述放大器。

2.根据权利要求1所述的增益控制装置，还包括：模式信号生成电路，其配置为基于所述多个阈值电压之间的大小关系生成模式信号，所述模式信号与将所述多个阈值电压分别与所述检测电压进行比较的所述预设顺序相关联。

3.根据权利要求2所述的增益控制装置，其中，所述多个阈值电压包括第一阈值电压和固定的至少一级阈值电压，所述第一阈值电压大小与放大器的供给电压大小相关联，并且，所述模式信号基于所述第一阈值电压与所述固定的至少一级阈值电压进行比较的比较结果而确定。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的增益控制装置，其中，所述电压检测电路包括：

多个比较器，每个比较器的一个输入端耦接到所述放大器的检测电压，另一个输入端耦接到所述多个阈值电压中的一个阈值电压。

5.根据权利要求4所述的增益控制装置，其中，所述控制信号包括提高增益控制信号、降低增益控制信号和过零信号。

6.根据权利要求5所述的增益控制装置，其中，所述多个比较器包括第一比较器，所述第一比较器的正向输入端与所述放大器的检测电压耦接，反向输入端与共模电平耦接，并且，所述过零信号基于所述第一比较器的输出而确定。

7.根据权利要求5所述的增益控制装置，其中，所述多个比较器包括第二比较器，所述第二比较器的正向输入端和反向输入端经由所述切换开关分别与所述多个阈值电压中的一个阈值电压和所述放大器的检测电压耦接，并且，所述提高增益控制信号至少基于所述第二比较器的输出而确定。

8.根据权利要求5所述的增益控制装置，其中，所述多个比较器包括第三比较器和第四比较器，所述第三比较器的反向输入端与所述放大器的检测电压耦接，另一端经由所述切换开关与所述多个阈值电压中的一个阈值电压耦接，所述第四比较器的正向输入端与所述放大器的检测电压耦接，另一端经由所述切换开关与所述多个阈值电压中的一个阈值电压耦接，并且，所述降低增益控制信号至少基于所述第三比较器和所述第四比较器的输出而确定。

9.根据权利要求8所述的增益控制装置，其中，所述电压检测电路还包括：

第一降低增益控制信号生成电路，其包括串联的N个触发器，每个触发器的C端耦接到所述第三比较器和第四比较器的输出端，N≥2。

10.根据权利要求9所述的增益控制装置，其中，所述过零信号还配置为对所述N个触发器的输出进行清零。

11.根据权利要求9所述的增益控制装置，其中，所述电压检测电路还包括：

第二降低增益控制信号生成电路，其包括与门运算单元，所述与门运算单元的第一输入端与所述第一降低增益控制信号生成电路耦接，所述与门运算单元的第二输入端与所述第三比较器和第四比较器的输出耦接。

12.根据权利要求1-3中任一项所述的增益控制装置，所述增益控制装置还包括：切换信号生成电路，其配置为基于所述放大器的检测电压与所述多个阈值电压比较的结果生成所述切换开关的开关切换信号。

13.根据权利要求3所述的增益控制装置，其中，所述模式信号生成电路包括：

第五比较器，其正向输入端和反向输入端经由模式切换开关分别与所述第一阈值电压和所述固定的至少一级阈值电压耦接；

第二触发器，其C端耦接到所述第五比较器的输出端；

第三触发器，其C端经由反相器耦接到所述第五比较器的输出端，其D端连接到所述第二触发器的Q端；

其中，所述模式信号基于所述第二触发器和第三触发器的Q端输出而确定。

14.一种增益控制方法，包括：

确定多个阈值电压，所述多个阈值电压包括第一阈值电压和固定的至少一级阈值电压，其中，所述第一阈值电压大小与放大器的供给电压大小相关联；

将所述第一阈值电压与所述固定的至少一级阈值电压进行比较，根据比较结果确定增益控制的模式信号；

将放大器的检测电压与所述多个阈值电压按预设顺序分别进行比较，并根据比较结果输出控制信号，所述模式信号与将所述多个阈值电压分别与所述检测电压进行比较的预设顺序相关联；

其中，在所述放大器的检测电压大于所述第一阈值电压时输出第一降低增益控制信号；当存在至少一级阈值电压小于所述第一阈值电压，且在所述放大器的检测电压大于所述固定的至少一级阈值电压时输出另一降低增益控制信号，所述第一降低增益控制信号配置为具有高于所述另一降低增益控制信号的优先级。

15.根据权利要求14所述的增益控制方法，其中，所述固定的至少一级阈值电压至少包括第二阈值电压和第三阈值电压，并且，将所述第一阈值电压与所述固定的至少一级阈值电压进行比较，根据比较结果确定增益控制的模式信号包括：

当所述第一阈值电压大于所述第二阈值电压和第三阈值电压时，确定所述模式信号为第一模式信号；

当所述第一阈值电压介于所述第二阈值电压和第三阈值电压之间时，确定所述模式信号为第二模式信号；

当所述第一阈值电压小于所述第二阈值电压和第三阈值电压时，确定所述模式信号为第三模式信号。

16.根据权利要求15所述的增益控制方法，其中，所述将放大器的检测电压与所述多个阈值电压按预设顺序分别进行比较，并根据比较结果输出控制信号包括：

在第一模式信号下，当所述放大器的检测电压大于所述第三阈值电压时输出第三降低增益控制信号，当所述放大器的检测电压大于所述第二阈值电压时输出第二降低增益控制信号，当所述放大器的检测电压大于所述第一阈值电压时输出所述第一降低增益控制信号，

在第二模式信号下，当所述放大器的检测电压大于所述第三阈值电压时输出所述第三降低增益控制信号，当所述放大器的检测电压大于所述第一阈值电压时输出所述第一降低增益控制信号，

在第三模式信号下，当所述放大器的检测电压大于所述第一阈值电压时输出所述第一降低增益控制信号，

其中，所述第一降低增益控制信号、第二降低增益控制信号、第三降低增益控制信号与不同的降低增益启动时间相关联。

17.根据权利要求14-16中任一项所述的增益控制方法，所述方法还包括：

将所述放大器的检测电压与固定的第四阈值电压进行比较，并且响应于在所述放大器的检测电压小于所述第四阈值电压时输出提高增益控制信号，其中，所述第一降低增益控制信号配置为具有高于所述提高增益控制信号的优先级。

18.一种音频设备，包括：权利要求1至13任一权利要求所述的增益控制装置，以及与所述增益控制装置耦接的扬声器。