CN203590168U

CN203590168U - 增益控制电路

Info

Publication number: CN203590168U
Application number: CN201320449307.0U
Authority: CN
Inventors: 陈友福; 郑欣; 周塔; 罗建军; 徐光煜
Original assignee: SHANGHAI CHIPSTAR MICROELECTRONICS Ltd
Current assignee: SHANGHAI CHIPSTAR MICROELECTRONICS Ltd
Priority date: 2013-07-25
Filing date: 2013-07-25
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2023-07-25

Abstract

本实用新型涉及电子电路，公开了一种增益控制电路，该增益控制电路包含前级放大电路、开关和积分器电路。前级放大电路用于接收音频信号并输出放大的前级信号；前级信号包含正相前级信号和反相前级信号；前级放大电路包含正相音频信号输入端、反相音频信号输入端、正相前级信号输出端和反相前级信号输出端；开关的一端与正相前级信号输出端相接，另一端与反相前级信号输出端相接；积分器电路用于接收输出反馈信号和前级放大电路输出的前级信号，并将输出反馈信号和前级信号整形滤波且相减后进行输出。本实用新型使得免于将增益控制电路中的输入电阻和反馈电阻分段，解决了音频功放芯片布线困难，避免了调节增益控制电路增益时的“咔嗒”声。

Description

增益控制电路

技术领域

本实用新型涉及电子电路，特别涉及一种音频功放芯片的增益控制电路。

背景技术

音频功放系统中，增益是一项关键参数指标，定义为输出信号与输入信号的比值。增益的精准度和样本之间的一致性是衡量功放IC（集成电路，Integrated Circuit）质量好坏的标准之一，增益控制是整个音频功放系统中的一个重要组成部分。设计系统时，为了精确地控制系统的增益，常常借助闭环系统的电阻的比例来实现，即，A=R_F/R_IN。其中，A是系统的增益，R_F是系统的反馈电阻，R_IN是信号的输入电阻。

图1是一个较为普遍的音频功放芯片的增益控制电路的结构示意图。其中，输入电阻R_I、反馈电阻R_F和差分运放器组成功放芯片的前级放大电路，输入电阻R_I包含电阻R_I1、电阻R_I2，电阻R_I1、电阻R_I2阻值相等，反馈电阻R_F包含电阻R_F1、电阻R_F2，电阻R_F1、电阻R_F2阻值相等。音频信号V_I通过电阻R_I、R_F电路网络放大后得到前级信号V_O1，音频信号V_I放大的增益A_V由电阻R_I、R_F的比例来设定，A_V=V_O1/V_I=R_F/R_I。电阻R₁、电阻R₂、电容C₁、电容C₂和差分运放器组成积分器电路。前级信号V_O1和输出反馈信号VF₁经过积分器电路整形滤波并完成相减。在功放应用中，由于信号源的幅值不一致，需要调节信号通路上的增益来实现功放输出音量的舒适度。

现阶段，增益调节是功放IC需要集成的一项基本功能，通用的做法是通过分段改变电阻R_F和电阻R_IN的阻值来完成的，如图2所示。其中，电阻R_F和电阻R_I被处理成多段电阻的串联：R_n1、R_n2、R_n3、……、R_nn-1、R_nn、R_nn+1，这些电阻的阻值是根据系统需要的增益曲线来选点设定的。根据用户设定的条件来选取增益控制抽头net₁、net₂、net₃、……net_n-1、net_n。例如，当选取net2时，信号增益为：

但是，这种将电阻分段的技术方案，在物理实现过程中，增益控制电路的电阻的布线工作将非常困难，且浪费芯片面积。因为电阻按比例分段，需要将输入电阻R_I和反馈电阻R_F分成多种阻值。由于不同值的电阻的物理尺寸也不一样，增益控制的级数越多，系统需要电阻的阻值种类也越多。

同时，在功放应用方面，电压突变在功率输出端被放大，用户会听到不愿意听到的“咔嗒”声。由于是将电阻按比例分段，电阻之间的阻值存在较大差异，即便是常用的64级增益控制也是如此。在增益改变过程中，电压信号的变化不够圆滑，存在瞬间的变化。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种增益控制电路，使得免于将输入电阻和反馈电阻分段，解决了音频功放芯片布线困难，避免了调节增益控制电路增益时的“咔嗒”声。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种增益控制电路，包含：前级放大电路、开关和积分器电路；

所述前级放大电路用于接收音频信号并输出放大的前级信号；所述音频信号包含正相音频信号和反相音频信号；所述前级信号包含正相前级信号和反相前级信号；所述前级放大电路包含两个输入端和两个输出端，所述两个输入端分别为正相音频信号输入端、反相音频信号输入端，所述两个输出端分别为正相前级信号输出端、反相前级信号输出端；

所述开关的一端与所述正相前级信号输出端相接，另一端与所述反相前级信号输出端相接；

所述积分器电路用于接收输出反馈信号和所述前级放大电路输出的前级信号，并将所述输出反馈信号和前级信号整形滤波且相减后进行输出；其中，所述输出反馈信号包含正相输出反馈信号和反相输出反馈信号；

所述积分器电路包含正相输出反馈信号输入端、反相输出反馈信号输入端、第一输出端和第二输出端；所述正相输出反馈信号输入端与所述正相前级信号输出端相接，所述反相输出反馈信号输入端与所述反相前级信号输出端相接，所述第一输出端和第二输出端将所述整形滤波且相减的信号输出。

本实用新型实施方式相对于现有技术而言，由前级放大电路实现音频信号的放大，由开关的导通或关断来控制前级放大信号的衰减，由积分器将输出反馈信号和前级放大信号进行整形滤波并相减后进行输出。通过控制开关导通时间来控制增益控制电路的增益，该增益控制电路中不需要将输入电阻和反馈电阻按比例分段，解决了音频功放芯片布线困难，避免了调节增益控制电路增益时的“咔嗒”声。

另外，开关由占空比控制电路控制。通过调节开关占空比来调节所述增益控制电路的增益，一定范围内可以实现无级调节增益，更具适用性。

另外，该增益控制电路包含第三电阻R₃、第四电阻R₄；所述电阻R₃串联在开关的一端与所述正相前级信号输出端之间；所述电阻R₄串联在开关的另一端与所述反相前级信号输出端之间。所述电阻R₃、R₄用来限制开关导通时的电流，保护前级放大电路。

另外，前级放大电路的增益由输入电阻R_I、反馈电阻R_F决定，并设定为增益控制电路所在系统的最大值，以保证所述增益控制电路具有宽泛的调节范围。由于前级放大电路为现有的成熟技术，保证了本实用新型实施方式的可行性。

附图说明

图1是现有技术中的增益控制电路的结构示意图；

图2是现有技术中的增益控制电路中的电阻网络的结构示意图；

图3是根据本实用新型第一实施方式的增益控制电路的结构示意图；

图4是是根据本实用新型第一实施方式的占空比控制电路；

图5是根据本实用新型第二实施方式的增益控制电路的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本实用新型各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本实用新型的第一实施方式涉及一种增益控制电路，如图3所示，该增益控制电路包含第一电阻R₁、第二电阻R₂、第五电阻R_I1、第六电阻R_F1、第七电阻R_I2、第八电阻R_F2、第一电容C₁、第二电容C₂、第二差分运放器、第三差分运放器和开关SW₁。

其中，第五电阻R_I1、第六电阻R_F1、第七电阻R_I2、第八电阻R_F2和第二差分运放器组成了前级放大电路，接收音频信号并输出放大的前级信号。所述音频信号包含正相音频信号V_I和反相音频信号-V_I；所述前级信号包含正相前级信号V_O1和反相前级信号-V_O1。所述前级放大电路包含两个输入端和两个输出端，所述两个输入端分别为正相音频信号输入端、反相音频信号输入端，所述两个输出端分别为正相前级信号输出端、反相前级信号输出端。

具体来讲，第五电阻R_I1、第七电阻R_I2为输入电阻，第六电阻R_F1、第八电阻R_F2为反馈电阻；第二差分运放器包含一个正极输入端、一个负极输入端、第一输出端和第二输出端。第五电阻R_I1一端连接到所述正相音频信号输入端，另一端连接到第二差分运放器的负极输入端；第六电阻R_F1一端连接到第二差分运放器的负极输入端，另一端连接到第二差分运放器的第一输出端；第七电阻R_I2一端连接到所述反相音频信号输入端，另一端连接到第二差分运放器的正极输入端；第八电阻R_F2一端连接到第二差分运放器的正极输入端，另一端连接到第二差分运放器的第二输出端。

在本实施方式中，第一电阻R₁、第二电阻R₂、第一电容C₁、第二电容C₂和第三差分运放器组成了积分器电路，接收输出反馈信号和所述前级放大电路输出的前级信号，并将输出反馈信号和前级信号整形滤波且相减后进行输出。输出反馈信号包含正相输出反馈信号VF₁和反相输出反馈信号-VF₁。积分器电路包含正相输出反馈信号输入端、反相输出反馈信号输入端、第一输出端和第二输出端；所述正相输出反馈信号输入端与所述正相前级信号输出端相接，所述反相输出反馈信号输入端与所述反相前级信号输出端相接，所述第一输出端和第二输出端将所述整形滤波且相减的信号输出。

具体来讲，第三差分运放器包含一个正极输入端、一个负极输入端、第一输出端和第二输出端；第一电容C₁一端连接到所述正相输出反馈信号输入端，另一端连接到积分器的第一输出端；第二电容C₂一端连接到所述反相输出反馈信号输入端，另一端连接到积分器的第二输出端；第三差分运放器的负极输入端连接到所述正相输出反馈信号输入端，第三差分运放器的正极输入端连接到所述反相输出反馈信号输入端，第三差分运放器的第一输出端为所述积分器的第一输出端，第三差分运放器的第二输出端为积分器的第二输出端。

在本实施方式中，开关SW₁的一端与所述正相前级信号输出端相接，另一端与所述反相前级信号输出端相接。开关SW₁的导通或关断控制前级放大信号的衰减。通过控制开关SW₁导通时间来控制增益控制电路的增益。因此，该增益控制电路中不需要将输入电阻和反馈电阻按比例分段，解决了音频功放芯片布线困难，避免了所述调节增益控制电路增益时的“咔嗒”声。

在本实施方式中，开关SW₁由占空比控制电路控制，所述占空比控制电路用于控制所述开关SW₁的导通或关断，如图4所示，占空比控制电路包含缓冲电路和比较器。缓冲电路为第一差分运放器；第一差分运放器的正极为缓冲电路的正极，第一差分运放器的负极为缓冲电路的负极，第一差分运放器的输出端为缓冲电路的输出端。缓冲电路接收外部调节电压V_D并输出该外部调节电压的缓冲信号；比较器接收固定频率的锯齿波V_SAW和来自所述缓冲电路输出的缓冲信号。占空比控制电路的输出信号为比较器的输出信号。通过将外部调节电压V_D同锯齿波V_SAW进行比较，当V_D>V_SAW时，V_SAW为低电平；反之，当V_D<V_SAW时，V_SAW为高电平，合理配置开关SW₁的导通和关断，可实现增益控制电路所在系统所需求的占空比衰减增益控制。通过调节开关SW₁占空比来控制前级放大信号的衰减度，从而实现对所述增益控制电路增益的调节。一方面，所述增益控制电路中不需要将输入电阻和反馈电阻按比例分段，解决了物理实现过程中的音频功放芯片布线困难。另一方面，所述增益控制电路采用占空比的调节方式，一定范围内可以实现无级调节增益，避免了“咔嗒”声的出现。

因此，在本实施方式中，通过在正相前级信号输出端和反相前级信号输出端之间连接开关SW₁，并通过占空比控制电路控制开关SW₁占空比来实现控制增益控制电路的增益，使得免于将输入电阻和反馈电阻分段，解决了音频功放芯片布线困难，避免了调节所述增益控制电路增益时的“咔嗒”声。

而且，前级放大电路和积分器均为现有的成熟技术，保证了本实用新型实施方式的可行性。

另外，需要说明的是，前级放大电路的增益由输入电阻、反馈电阻决定，在本实施方式中，将前级放大电路的增益设定为所述增益控制电路所在系统的最大值，以保证所述增益控制电路具有宽泛的调节范围。

值得一提的是，本实施方式中的占空比电路，只是一种具体的实现方式，在实际应用中，也可以采用其他等效的电路结构，在此不一一赘述。

本实用新型的第二实施方式涉及一种增益控制电路。第二实施方式在第一实施方式的基础上作了进一步改进，主要改进之处在于，在本实用新型第二实施方式中，还包含第三电阻R₃、第四电阻R₄，如图5所示。

在本实施方式中，电阻R₃串联在开关SW₁的一端与所述正相前级信号输出端之间；电阻R₄串联在开关SW₁的另一端与所述反相前级信号输出端之间。电阻R₃、R₄用来限制开关SW₁导通时的电流，保护前级放大电路。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims

1.一种增益控制电路，其特征在于，包含：前级放大电路、开关和积分器电路；

2.根据权利要求1所述的增益控制电路，其特征在于，所述增益控制电路还包含第三电阻和第四电阻；

所述第三电阻串联在所述开关的一端与所述正相前级信号输出端之间；

所述第四电阻串联在所述开关的另一端与所述反相前级信号输出端之间。

3.根据权利要求1所述的增益控制电路，其特征在于，所述增益控制电路包含占空比控制电路；

所述占空比控制电路用于控制所述开关的导通或关断。

4.根据权利要求3所述的增益控制电路，其特征在于，所述占空比控制电路包含缓冲电路和比较器；

所述缓冲电路接收外部调节电压VD并输出该外部调节电压的缓冲信号；

所述比较器接收固定频率的锯齿波VSAW和来自所述缓冲电路输出的缓冲信号；

所述缓冲电路的正极输入外部电压，该缓冲电路的负极直接与该缓冲电路的输出端连接，该缓冲电路的输出端与所述比较器的负极直接连接，所述比较器的正极输入所述锯齿波VSAW；

所述占空比控制电路的输出信号为所述比较器的输出信号。

5.根据权利要求4所述的增益控制电路，其特征在于，所述缓冲电路为第一差分运放器；

所述第一差分运放器的正极为所述缓冲电路的正极，所述第一差分运放器的负极为所述缓冲电路的负极，所述第一差分运放器的输出端为所述缓冲电路的输出端。

6.根据权利要求1所述的增益控制电路，其特征在于，所述前级放大电路包含第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第二差分运放器；

所述第二差分运放器包含一个正极输入端、一个负极输入端、第一输出端、和第二输出端；

所述第五电阻一端连接到所述正相音频信号输入端，另一端连接到所述第二差分运放器的负极输入端；所述第六电阻一端连接到所述第二差分运放器的负极输入端，另一端连接到所述第二差分运放器的第一输出端；所述第七电阻一端连接到所述反相音频信号输入端，另一端连接到所述第二差分运放器的正极输入端；所述第八电阻一端连接到所述第二差分运放器的正极输入端，另一端连接到所述第二差分运放器的第二输出端。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的增益控制电路，其特征在于，所述前级放大电路的增益设定为所述增益控制电路所在系统的最大值。

8.根据权利要求1所述的增益控制电路，其特征在于，所述的积分器电路包含第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容和第三差分运放器；

所述第一电阻串联在所述开关的一端与所述正相输出反馈信号输入端之间；

所述第二电阻串联在所述开关的另一端与所述反相输出反馈信号输入端之间；所述第三差分运放器包含一个正极输入端、一个负极输入端、第一输出端和第二输出端；

所述第一电容一端连接到所述正相输出反馈信号输入端，另一端连接到所述积分器的第一输出端；所述第二电容一端连接到所述反相输出反馈信号输入端，另一端连接到所述积分器的第二输出端；

所述第三差分运放器的负极输入端连接到所述正相输出反馈信号输入端，所述第三差分运放器的正极输入端连接到所述反相输出反馈信号输入端，所述第三差分运放器的第一输出端为所述积分器的第一输出端，所述第三差分运放器的第二输出端为所述积分器的第二输出端。