CN204795562U - 一种音频信号增益调整电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种音频信号增益调整电路，音频信号增益调整电路包括：放大单元、动态增益调整单元、增益控制单元以及过零检测单元，其中，放大单元的输出端与动态增益调整单元的输入端连接，动态增益调整单元的输出端与增益控制单元的输入端连接，增益控制单元的输出端与放大单元的输入端连接，过零检测单元并联在动态增益调整单元的两端；过零检测单元中包括过零信号产生电路或小信号监测电路，过零信号产生电路中包括第一比较器；小信号监测电路中包括第二比较器和第三比较器。整个音频信号增益调整电路在零点附近才允许增益发生改变，改善了现有的在音频输出信号的峰值点发生增益跳跃的现象，从而减小了音乐文件在播放过程中的杂音。

Description

一种音频信号增益调整电路

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，尤指一种增益可调的音频信号增益调整电路

背景技术

日常生活中，我们在播放音乐的时候会发现，由于受到峰值幅度和峰值因子的影响，不同的音乐文件的平均音量相差很大，如图1(a)、图1(b)图1(c)和图1(d)所示，其中，图1(a)的峰值幅度为0dB，图1(b)的峰值幅度为-12dB，图1(c)的峰值因子是9dB，图1(d)的峰值因子为19dB，可以看出对于音乐文件来说，这两个参数对于音乐文件的平均音量影响很大。

在实际应用中，由于系统有一个最大的输出幅度，而这个最大的输出幅值一般由该系统的供电电压决定，如果音乐文件的峰值幅度输出超过了该幅度，就会发生截顶失真，因此系统的放大倍数要保证0dB的信号不发生截顶失真。但是这样情况下对于峰值幅度小或峰值因子大的音乐文件，输出的声音就会非常的小。因此一种即能提升小音量音乐文件的播放音量，同时大音量音乐文件播放时不出现严重截顶失真的技术成为了一种需求。

我们都知道，一般来说系统的最大驱动能力往往会超过扬声器的额定功率，比如在5V供电的情况下，对8Ω的扬声器，最大不失真功率为1.56W左右，但是很多扬声器的额定功率在0.5W左右，这种情况下，如果不进行功率控制，扬声器就容易发生损坏。为了解决上述问题，引入了恒定功率的动态增益调整技术(AutomaticGenerationControl，AGC)，但是在现有的技术中，在AGC启动的过程中，由于输出幅度超过设定阈值后开始改变功放内部增益，因此增益的改变发生在输出幅度的峰值处，这会引起输出信号的“跌落”，对声音信号，一般来讲1dB以内的变化是不容易察觉的，但对一些特定的音乐，如果其频率比较单一，可以听到增益调整时的杂音，如图2所示，其中，曲线A为现有的引用了动态调整技术的电路的音频输出信号曲线；曲线B为现有的引用了动态调整技术的电路的增益曲线；曲线A中的点a1-a7为现有的引用了动态调整技术的电路的音频输出信号的峰值点，从图中可以看出，曲线B中增益改变点都在曲线A中的峰值点，即点a1-a7。

因此一种能够减少音乐文件播放过程中杂音的技术成为了一种需求。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型旨在提供一种音频信号增益调整电路，其在传统的动态增益调整技术的基础上添加了过零检测单元，这样，只有音频输出信号在过零点附近的时候才允许增益发生改变，从而减小了音乐文件在播放过程中的杂音。

本实用新型提供的音频信号增益调整电路，其技术方案如下：

该音频信号增益调整电路包括：用于放大音频输入信号的放大单元、用于对所述放大单元输出的音频输出信号进行监测并输出增益信号的动态增益调整单元、用于根据所述增益信号调整所述放大单元增益的增益控制单元以及用于检测所述音频输出信号是否过零点的过零检测单元，其中，所述放大单元的输出端与所述动态增益调整单元的输入端连接，所述动态增益调整单元的输出端与所述增益控制单元的输入端连接，所述增益控制单元的输出端与所述放大单元的输入端连接，所述过零检测单元并联在所述动态增益调整单元的两端；

所述过零检测单元中包括过零信号产生电路或小信号监测电路，所述过零信号产生电路中包括用于将所述音频输出信号和共模基准电平进行比对的第一比较器；

所述小信号监测电路中包括用于将所述音频输出信号和高阈值电平进行比对的第二比较器和用于将所述音频输出信号和低阈值电平进行比对的第三比较器。

在本技术方案中，过零检测单元中包括过零信号产生电路或小信号监测电路，当过零检测单元中只包括过零信号产生电路时，只要音频输出信号过零点(即音频输出信号与共模基准电平相等)，就输出高脉冲信号(即电平取反)；当过零检测单元中包括小信号监测电路时，则当音频输出信号在高阈值电平和低阈值电平之间时，输出高脉冲信号。要注意的是，这里我们说的高阈值电平和低阈值电平是根据音频输出信号的峰值和共模基准电平选定的，一般来说，高阈值电平和低阈值电平选在共模基准电平附近且在两个峰值之间，这样当音频输出信号在高阈值电平和低阈值电平之间时，我们就认为音频输出信号在过零点附近输出。

优选地，所述过零检测单元中包括过零信号产生电路和小信号监测电路，且所述过零信号产生电路和所述小信号监测电路通过一或运算器连接，所述过零信号产生电路和所述小信号监测电路的输出端分别与所述或运算器的输入端连接。

在本技术方案中，过零检测单元中同时包括过零信号产生电路和小信号监测电路，只要过零信号产生电路或小信号监测电路输出高脉冲信号，则过零检测单元输出高脉冲信号，这样增加了电路的灵活度，保证音频输出信号只要在零点附近的位置都可以实现本实用新型的目的。

优选地，所述小信号监测电路中还包括与运算器，所述第二比较器和所述第三比较器的输出端分别与所述与运算器的输入端连接。

优选地，所述过零信号产生电路中还包括用于调整所述第一比较器输出的高脉冲信号脉宽的脉宽调整电路，所述脉宽调整电路的输入端与所述第一比较器的输出端连接。

优选地，所述脉宽调整电路中包括一延时器和一与或运算器，所述延时器的输入端与所述第一比较器的输出端连接，所述延时器和所述第一比较器的输出端分别与所述与或运算器的输入端连接。

在本技术方案中，通过延时器和与或运算器的相互作用，对输出的高脉冲信号的脉宽进行调节，该延时器的延时的长度即为调整后的高脉冲信号的脉宽。

优选地，所述动态增益调整单元中包括用于检测所述音频输出信号幅值的幅度检测电路和用于控制所述增益信号输出的时序控制电路，所述幅度检测电路的输入端与所述放大单元的输出端连接，所述幅度检测电路的输出端与所述时序控制电路的输入端连接，所述时序控制电路的输出端与所述增益控制单元的输入端连接。

通过本实用新型提供的音频信号增益调整电路，能够带来以下有益效果：

本实用新型在传统的动态增益调整技术的基础上添加了过零检测单元，且在过零检测单元中设置过零信号产生电路和/或小信号监测电路，在实际应用中，只要有其中一个输出了高脉冲信号，即音频输出信号过零点或过零点附近，则过零检测单元输出高脉冲信号，这样，整个音频信号增益调整电路在零点附近才允许增益发生改变，改善了现有的在音频输出信号的峰值点发生增益跳跃的现象，从而减小了音乐文件在播放过程中的杂音，同时提高了整个音频信号增益调整信号的灵活度，保障了增益调整过程中的准确度。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式：

图1(a)为峰值幅度为0dB的音乐文件；

图1(b)为峰值幅度为-12dB的音乐文件；

图1(c)为峰值因子为9dB的音乐文件；

图1(d)为峰值因子为19dB的音乐文件；

图2为现有的引用了动态调整技术的电路增益改变的示意图；

图3为本实用新型中音频信号增益调整电路的结构示意图；

图4为本实用新型中过零信号产生电路图；

图5为本使用新型中过零信号产生电路工作时序图；

图6为本实用新型中小信号监测电路图；

图7为本实用新型中小信号监测电路工作时序图；

图8为本实用新型中过零检测单元中包括过零信号产生电路图和小信号监测电路图示意图；

图9为本实用新型中添加了过零检测单元之后增益改变的示意图。

附图标号说明：

A.音频输出信号；Q.现有的引用了动态调整技术的电路的增益曲线；

a1-a7.现有的引用了动态调整技术的电路的音频输出信号的峰值点；

G1.第一比较器，G2.第二比较器，G3.第三比较器

B.共模基准电平，C1.高阈值电平，C2.低阈值电平

1.放大单元，2.动态增益调整单元，3.增益控制单元，4.过零检测单元

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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他的附图，并获得其他的实施方式。

如图3所示为本实用新型提供的音频信号增益调整电路的结构示意图，从图中可以看出，该音频信号增益调整电路中包括：放大单元1、动态增益调整单元2、动态增益调整单元2和过零检测单元4，其中，放大单元1的输出端与动态增益调整单元2的输入端连接，动态增益调整单元2的输出端与增益控制单元3的输入端连接，增益控制单元3的输出端与放大单元1的输入端连接，过零检测单元4的输入端与动态增益调整单元2的输入端连接、输出端与动态增益调整单元2的输出端连接，即过零检测单元4并联在动态增益调整单元2的两端。在具体实施例中，这里提及的放大单元1为运算放大器，用于将从放大单元1输入的音频输入信号进行放大再进行输出为音频输出信号A。

进一步来说，动态增益调整单元2中包括用于检测音频输出信号A的幅值的幅度检测电路和用于控制增益信号输出的时序控制电路，期中，幅度检测电路的输入端与放大单元1的输出端连接，幅度检测电路的输出端与时序控制的输入端连接，述时序控制电路的输出端与增益控制单元3的输入端连接。

该电路在运行的过程中，音频输入信号从放大单元1的输入端输入，经过放大单元1进行放大后将音频输出信号A从放大单元1的输出端输出；随后再将该音频输出信号A输入动态增益调整单元2，该动态增益调整单元2将音频输入信号的幅值与阈值检测电平进行比对，当音频输出信号A的幅值超过了设定的阈值检测电平的幅值，则该动态增益调整单元2输出增益信号启动时序控制电路；时序控制电路接收到了增益信号之后按照设定的启动时间送出增益信号；与此同时，过零检测单元4对音频输出信号A是否经过零点(音频输出信号A的幅值是否共模基准电平B相等)，若过零点，则发送高脉冲信号至增益控制单元3；增益控制单元3同时接收到了增益信号和高脉冲信号，以此增益控制单元3通过该增益信号逐渐降低放大单元1的增益，以将放大单元1输出的音频输出信号A控制在检测阈值电平内。同样的，当音频输出信号A的幅值低于设定的阈值检测电平的幅值，则该动态增益调整单元2同样输出增益信号启动时序控制电路；时序控制电路接收到了增益信号之后按照设定的启动时间送出增益信号；同时过零检测单元4检测音频输出信号A是否过零点，增益控制单元3只有同时接收到了过零检测单元4输出的高脉冲信号和增益信号，才通过增益信号通逐渐增大放大单元1的增益，恢复放大单元1的增益，同时将放大单元1输出的音频输出信号A控制在检测阈值电平内。这里我们要说明的是，在本实用新型中，高脉冲信号作为增益控制单元3对放大单元1中的增益进行调整的前提条件，只有当过零检测单元4检测出音频输出信号A经过零点了，增益控制单元3才能进行动作，这样就保障了在音频输出信号A过零点的附近才允许增益改变，降低了噪声。

具体来说，在过零检测单元4中包括过零信号产生电路和/或小信号监测电路，即过零检测单元4中可以只包括过零信号产生电路，也可以只包括小信号监测电路，也可以同时包括过零信号产生电路和小信号监测电路，都可以实现本实用新型的目的。

其中，在过零信号产生电路中包括第一比较器G1；该比较器将音频输出信号A和共模基准电平B进行比对，若音频输出信号A与共模基准电平B相等，则过零信号产生电路输出高电平信号，即音频输出信号A过零点；相反的，若音频输出信号A与共模基准电平B不相等，则过零信号产生电路输出低电平信号。为了调整第一比较器G1输出的高电平信号的脉冲宽度，形成第一高脉冲信号Cross_Zero，在本实用新型中，我们在过零信号产生电路中还设置了脉宽调整电路，该脉宽调整电路的输入端与第一比较器G1的输出端连接。具体来说，在本实用新型中，如图4所示，该脉宽调整电路中包括延时器(图示中的Delay)和与或运算器，其中，延时器的输入端与第一比较器G1的输出端连接，延时器和第一比较器G1的输出端分别与与或运算器的输入端连接。在工作的过程中，第一高脉冲信号Cross_Zero的脉冲宽度通过延时器中设定的延时时间来确定，如设定延时时间为ns(n秒)，此时，与或运算器的一端为直接从第一比较器G1端输出的高电平信号，而与或运算器的另外一端是经过了延时器进行ns延时的高电平信号，即该信号中有ns的时间处于低电平信号，则或与运算器就输出ns宽度的高第一脉冲信号Cross_Zero，以此实现了第一信号Cross_Zero的脉冲宽度的调整，如图5所示，为上述过零信号产生电路的工作时序图。

如图6所示，小信号监测电路中包括第二比较器G2和第三比较器G3，其中，第二比较器G2用于将音频输出信号A和高阈值电平C1进行比对，第三比较器G3用于将音频输出信号A和低阈值电平C2进行比对。要注意的是，这里我们说的高阈值电平C1和低阈值电平C2是根据音频输出信号A的峰值和共模基准电平B选定的，一般来说，高阈值电平C1和低阈值电平C2选在共模基准电平B附近且在两个峰值之间，这样当音频输出信号A在高阈值电平C1和低阈值电平C2之间时，我们就认为音频输出信号A在过零点附近输出。且为了保证，音频输出信号A在高阈值电平C1和低阈值电平C2之间，在本实用新型中，小信号监测电路中还包括与运算器，第二比较器G2和第三比较器G3的输出端分别与与运算器的输入端连接，即该与运算器的两个输入端分别为第二比较器G2和第三比较其G3的输出结果，当音频输出信号A在高阈值电平C1和低阈值电平C2之间时，则该小信号监测电路的输出第二高脉冲信号Smallsignal，如图7所示，为上述小信号检测电路的工作时序图。

如图8所示，在本实用新型中，为了在过零检测单元4中同时设置过零信号产生电路和小信号监测电路，将两个电路通过一个或运算器进行连接，设置在过零检测单元4中。在实际应用中，只要过零信号产生电路输出的第一高脉冲信号Cross_Zero或小信号监测电路输出的第二高脉冲信号Smallsignal有一个有效，则过零检测单元4输出的信号CZ_SW即为高高脉冲信号，则允许放大单元1中进行增益的改变，如图9所示，为本实用新型添加了过零检测单元4之后增益改变的示意图，从图中可以看出，添加了过零检测单元4之后，只有音频输出信号A过零点或在零点附件在允许增益改变。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种音频信号增益调整电路，其特征在于，所述音频信号增益调整电路包括：用于放大音频输入信号的放大单元、用于对所述放大单元输出的音频输出信号进行监测并输出增益信号的动态增益调整单元、用于根据所述增益信号调整所述放大单元增益的增益控制单元以及用于检测所述音频输出信号是否过零点的过零检测单元，其中，所述放大单元的输出端与所述动态增益调整单元的输入端连接，所述动态增益调整单元的输出端与所述增益控制单元的输入端连接，所述增益控制单元的输出端与所述放大单元的输入端连接，所述过零检测单元并联在所述动态增益调整单元的两端；

所述过零检测单元中包括过零信号产生电路或小信号监测电路，所述过零信号产生电路中包括用于将所述音频输出信号和共模基准电平进行比对的第一比较器；

所述小信号监测电路中包括用于将所述音频输出信号和高阈值电平进行比对的第二比较器和用于将所述音频输出信号和低阈值电平进行比对的第三比较器。

2.如权利要求1所述的音频信号增益调整电路，其特征在于：所述过零检测单元中包括过零信号产生电路和小信号监测电路，且所述过零信号产生电路和所述小信号监测电路通过一或运算器连接，所述过零信号产生电路和所述小信号监测电路的输出端分别与所述或运算器的输入端连接。

3.如权利要求1或2所述的音频信号增益调整电路，其特征在于：所述小信号监测电路中还包括与运算器，所述第二比较器和所述第三比较器的输出端分别与所述与运算器的输入端连接。

4.如权利要求3所述的音频信号增益调整电路，其特征在于：所述过零信号产生电路中还包括用于调整所述第一比较器输出的高脉冲信号脉宽的脉宽调整电路，所述脉宽调整电路的输入端与所述第一比较器的输出端连接。

5.如权利要求4所述的音频信号增益调整电路，其特征在于：所述脉宽调整电路中包括一延时器和一与或运算器，所述延时器的输入端与所述第一比较器的输出端连接，所述延时器和所述第一比较器的输出端分别与所述与或运算器的输入端连接。

6.如权利要求1或4或5所述的音频信号增益调整电路，其特征在于：所述动态增益调整单元中包括用于检测所述音频输出信号幅值的幅度检测电路和用于控制所述增益信号输出的时序控制电路，所述幅度检测电路的输入端与所述放大单元的输出端连接，所述幅度检测电路的输出端与所述时序控制电路的输入端连接，所述时序控制电路的输出端与所述增益控制单元的输入端连接。