CN205212793U - 一种压缩限幅器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种压缩限幅器，包括：增益调整模块，用于输出第一输出信号，并根据第一输出信号反馈调节用于实现输入信号压缩限幅的第一信号增益；扩音模块，用于对第一输出信号进行功率放大，输出第二输出信号；削波控制模块，用于根据第二输出信号中出现的削波失真，反馈调节用于实现输入信号压缩限幅的第二信号增益；削波幅度产生器，用于根据削波幅度自动调整限幅幅度；压缩限幅器根据第一信号增益和第二信号增益对输入信号进行压缩限幅，将压缩限幅器输出的第二输出信号控制在限幅幅度内进行输出。其自动消除第二输出信号中出现的削波失真，提高扩音模块的输出音质，提升用户体验，同时将削波幅度和限幅幅度控制在相对固定的比例。

Description

一种压缩限幅器

技术领域

本实用新型涉及音频处理技术领域，尤其涉及一种压缩限幅器。

背景技术

人类的听感动态范围可达120dB(分贝)，且能听到的最大声音比最小声音大100万倍。当扩音设备在播放音频信号时，往往会受限于扩音设备本身的底噪和扩音设备的最大输出能力(设备的动态范围)，如，较小的声音会淹没在系统的底噪中无法听到，而最大的声音会受到扩音设备最大输出能力的限制，甚至会出现削波失真。为了解决这一问题，引入了声音信号的动态处理，其通过减小声音的动态范围，使扩音设能够正常播放，压缩限幅技术就属于其中的一种技术。

压缩限幅技术的基本原理一般是：先提高音源的整体增益，使较小的声音不会淹没在系统的底噪中，能够被听到；当声音信号达到设定的门槛阈值时，按照设定的压缩比，降低系统的增益，以减小声音的动态范围；当声音信号达到了系统的最大输出能力时，输出不再随输入的增大而增大，防止声音信号的削波失真，该过程中系统的输入信号和输出信号的关系图如图1所示，图示中V1为上述设定的门槛阈值，V2为上述的系统达到最大输出能力的电压值，V_L为系统的限幅幅度，且输入信号的幅值为0～V1的区域为线性区，输入信号的幅值为V1～V2的区域为压缩区，输入信号的幅值超过V2的区域为限幅区。另外，当系统的动态范围较小时，会使用只带限幅功能的算法来实现上述目的，如图2所示，V_L为系统的限幅幅度，当输入信号的幅值达到V时，输出不再随输入的增大而增大，与图1对应的，输入信号的幅值为0～V的区域为线性区，输入信号的幅值超过V的区域为限幅区。

在压缩限幅的过程中，两个参数很重要，分别为启动时间和释放时间。其中，启动时间是从系统检测到信号超出门槛阈值到信号控制在门槛阈值内的时间；释放时间是当信号变小后，压缩限幅的增益变化消除的时间，如图3所示。从图中可以看出，当输入信号达到了系统的最大输出能力，则系统按照预设的启动时间A减小系统的增益，直到将输出信号控制在门槛阈值内；当输入信号变小，系统按照预设的释放时间B适量增加系统的增益，增加输出信号并将其控制在门槛阈值内。

但是，在现有压缩限幅器启动时间的过程中，由于各种原因，输出信号易出现削波截顶的现象。如，启动时间较长，会出现削波截顶的现象；又如，当出现输出负载变重、电源电压变低、温度变高等应用条件变化时，扩音设备的动态范围会缩小，此时也会出现削波截顶的现象等待。系统在出现削波截顶的现象时，随之会产生大量的谐波失真信号，从而造成设备听感变差，且容易损坏扬声器。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型旨在提供一种压缩限幅器，其通过一削波控制模块消除现有压缩限幅器中出现的削波失真。

本实用新型提供的技术方案如下：

一种压缩限幅器，包括：增益调整模块、扩音模块以及削波控制模块，其中，

所述增益调整模块，根据所述压缩限幅器的输入信号输出第一输出信号；并根据所述第一输出信号，反馈调节用于实现所述输入信号压缩限幅的第一信号增益；

所述扩音模块，与所述增益调整模块连接，所述扩音模块对所述增益调整模块输出的第一输出信号进行功率放大，输出第二输出信号；

所述削波控制模块，分别与所述增益调整模块和所述扩音模块连接，所述削波控制模块根据所述扩音模块输出的第二输出信号中出现的削波失真，反馈调节用于实现所述输入信号压缩限幅的第二信号增益；

所述压缩限幅器根据所述第一信号增益和所述第二信号增益对所述输入信号进行压缩限幅，将所述压缩限幅器输出的第二输出信号控制在限幅幅度内进行输出。

在本技术方案中，通过增益调整模块对系统输入的输入信号进行放大、压缩以及限幅输出第一输出信号，而后通过扩音模块对第一输出信号进行放大生成第二输出信号进行输出。为了消除由扩音模块引起的削波失真，使用削波控制模块根据出现了削波失真的第二输出信号对输入信号的增益进行反馈调节，提升了扩音设备的听感。

进一步优选地，所述压缩限幅器中还包括一增益选择器，所述增益选择器分别与所述增益调整模块和所述削波控制模块连接，所述增益选择器根据所述第一信号增益和所述第二信号增益生成系统信号增益，所述压缩限幅器根据所述系统信号增益实现所述输入信号的压缩限幅。

在本技术方案中，利用增益选择器在第一信号增益和第二信号增益中进行选择能够消除当前系统中出现的削波失真的增益值作为系统信号增益。

进一步优选地，在同一时刻，所述增益选择器在所述第一信号增益和所述第二信号增益中选择较小的增益值作为系统信号增益中的增益值，所述压缩限幅器根据所述系统信号增益实现所述输入信号的压缩限幅。

在本技术方案中，增益选择器选择第一信号增益和第二增益信号中较小的增益值作为系统增益信号，从而将输出的第二输出信号控制在扩音设备的动态范围内。

进一步优选地，所述削波控制模块中包括削波检测器和第二时序控制器，其中，

所述削波检测器，与所述扩音模块连接，所述削波检测器用于检测所述扩音模块输出的第二输出信号中是否出现削波失真；

所述第二时序控制器，分别与所述削波检测器和所述增益选择器连接，当所述削波检测器检测到所述第二输出信号出现削波失真，所述第二时序控制器根据所述第二输出信号调整第二信号增益，并将调整后的第二信号增益输入所述增益选择器。

在本技术方案中，削波检测器实时检测第二输出信号中是否出现了削波失真，当出现了削波失真，则第二时序控制器则自动调整第二信号增益，迅速将第二输出信号的幅值控制在削波幅度内，消除该削波失真；当然，若第二输出信号中并未出现削波失真，则第二时序控制器不工作。

进一步优选地，在所述第二时序控制器中：

当所述第二输出信号出现削波失真，所述第二时序控制器根据预设的削波启动时间，减小所述第二信号增益的增益值；且在所述削波启动时间内，所述第二信号增益的增益减小速率大于所述第一信号增益的增益减小速率；

当所述第二输出信号削波失真消除，所述第二时序控制器根据预设的削波释放时间，增加所述第二信号增益的增益值。

在本技术方案中，在削波启动时间内，第二信号增益的增益值减小速率大于第一信号增益的增益值减小速率，才能在原有的基础上迅速的消除削波失真。

进一步优选地，所述增益调整模块中包括一可变增益放大器、压缩控制放大器、比较器以及第一时序控制器，其中，

所述可变增益放大器，与所述增益选择器连接，根据所述增益选择器输出的系统信号增益对输入信号进行放大，输出第一输出信号；

所述压缩控制放大器，与所述可变增益放大器连接，根据所述第一输出信号调整第一参考电压；

所述比较器，分别与所述可变增益放大器和所述压缩控制放大器连接，所述比较器将所述第一输出信号的幅值和所述第一参考电压进行比较；

所述第一时序控制器，分别与所述增益选择器和所述比较器连接，所述第一时序控制器根据所述比较器的比较结果调整第一信号增益，并将调整后的第一信号增益输入所述增益选择器。

进一步优选地，在所述压缩控制放大器中：

当所述第一输出信号的幅值小于第一压缩门槛阈值时，所述压缩控制放大器将所述第一参考电压拉高；

当所述第一输出信号的幅值在第一压缩门槛阈值和第一限幅门槛阈值之间时，所述压缩控制器根据预设的压缩比生成第一参考电压；

当所述第一输出信号的幅值大于第一限幅门槛阈值，所述压缩控制器将所述第一参考电压恒定控制在所述压缩限幅器输出限幅时对应的电压值。

和/或，

在所述比较器中：

当所述第一输出信号的幅值大于压缩控制放大器输出的第一参考电压时，发送进入启动时间指令至所述第一时序控制器；

当所述第一输出信号的幅值小于压缩控制放大器输出的第一参考电压时，发送进入释放时间指令至所述第一时序控制器。

进一步优选地，在所述第一时序控制器中：

当所述第一时序控制器接收到所述进入启动时间指令时，所述第一时序控制器根据预设的启动时间，减小所述第一信号增益的增益值；

当所述第一时序控制器接收到所述进入释放时间指令时，所述第一时序控制器根据预设的释放时间，增加所述第一信号增益的增益值；

所述启动时间远大于所述削波启动时间。

在本技术方案中，启动时间为检测到第一输出信号超出了第一限幅门槛阈值到将其控制在第一限幅门槛阈值内的时间；而削波启动时间为第二输出信号出现了削波失真(第二输出信号的幅度超出了削波幅度)到将其控制在削波幅度内的时间。而一般情况下，削波幅度往往要比限幅幅度(第一限幅门槛阈值与限幅幅度成定比关系且第一限幅门槛阈值比限幅幅度小)大，故启动时间肯定要比削波启动时间长。又我们希望尽快消除削波失真，故削波启动时间往往会设置的比较短，故我们这里启动时间会远比削波启动时间长。

进一步优选地，所述压缩限幅器中还包括一分别与所述扩音模块和所述压缩控制放大器连接的削波幅度产生器，

所述削波幅度产生器实时获取所述扩音模块的削波幅度，并将所述削波幅度发送至所述压缩控制放大器；所述压缩控制放大器根据接收到的所述削波幅度调整所述第一参考电压，进而调整所述压缩限幅器中的限幅幅度。

在实际应用中，随着扩音设备动态范围的缩小，削波幅度越来越接近限幅幅度，而当削波幅度和限幅幅度之间相差太小时，第一时序控制单元中的启动时间和释放时间以及第二时序控制器中的削波启动时间和削波释放时间的设定会变得非常的困难，自然会给压缩限幅器中的反馈调节带来一定的干扰，很容易出现杂音或者喘息声等杂音，为了解决这一问题，我们在压缩限幅器中设置削波幅度产生器，其根据削波幅度调整限幅幅度，并将限幅幅度和削波幅度控制在预设的比例内。

进一步优选地，所述削波幅度产生器根据等比例缩小的等效负载通路获取所述削波幅度；

所述削波幅度产生器中具体包括：一PMOS晶体管、一NMOS晶体管、一等效电阻、第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻以及以放大器，其中，

所述PMOS晶体管的栅极接地、漏极接电源、源极分别与所述等效电阻的一端及所述第一分压电阻的一端连接；所述NMOS晶体管的栅极接电源、源极接地、漏极分别与所述等效电阻的另一端及所述第三分压电阻的一端连接；所述第一分压电阻的另一端分别与所述第二分压电阻的一端及所述放大器的正输入端连接；所述第三分压电阻的另一端分别与所述第四分压电阻的一端及所述放大器的负输入端连接；所述第二分压电阻的另一端与所述放大器的输出端连接；所述第四分压电阻的另一端接入所述扩音模块中的共模输入电压；所述放大器的输出端与所述压缩控制放大器连接。

本实用新型提供的压缩限幅器，能够带来以下有益效果：

在本实用新型中，增益调整模块根据自输出的第一输出信号对第一信号增益进行反馈调节，削波控制模块根据出现了削波失真的第二输出信号对第二增益信号进行反馈调节，并使用增益选择器在第一信号增益和第二增益信号中选择能够消除当前削波失真的增益值作为系统信号增益(在第一信号增益和第二信号增益中选择较小的增益值作为系统信号增益)，从而自动消除第二输出信号中由于启动时间过长或者由于输出负载变重、电源电压变低、温度变高等应用条件变化时造成的扩音模块动态范围缩小而出现的削波失真，提高扩音模块的输出音质，提升用户体验；

再有，在本实用新型中，在削波控制模块中设置削波检测器和第二时序控制器，在工作过程中，先利用削波检测器实时检测扩音模块中输出的第二输出信号是否出现了削波失真，一旦出现了削波失真第二时序控制器随即根据预设的削波启动时间减小第二信号增益的增益值，从而消除该削波失真。当削波失真消除之后，第二时序控制器随即根据预设的释放时间慢慢将信号还原并控制在限幅幅度内，简单方便，且能快速达到本实用新型的目的；

另外，在本实用新型中，为了解决由削波幅度与限幅幅度相差过小引起的问题，我们在压缩限幅器中设置了削波幅度产生器，其具体通过一等比例缩小的等效负载通路得到扩音模块中的削波幅度，并将获得的削波幅度发送至压缩控制放大器，进而实现对限幅幅度的调整。将削波幅度和限幅幅度控制在相对固定的比例中，以便压缩限幅器能够顺利消除削波失真，同时不会引起其他噪音。

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，对上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1为现有压缩限幅器中输入信号与输出信号关系图；

图2为现有压缩限幅器动态范围较小时输入信号与输出信号关系图；

图3为现有压缩限幅器中输出信号随输入信号变化图及系统增益图；

图4为本实用新型中压缩限幅器第一种实施方式的结构示意图；

图5为本实用新型中压缩限幅器第二种实施方式的结构示意图；

图6为本实用新型中压缩限幅器第三种实施方式的结构示意图；

图7为本实用新型中第一信号增益、第二信号增益以及系统信号增益之间的关系图；

图8为本实用新型中压缩限幅器第四种实施方式的结构示意图；

图9为本实用新型中第一输出信号与第一参考电压之间的关系图；

图10为本实用新型中压缩限幅器第五种实施方式的结构示意图；

图11为本实用新型中第二输出信号随削波幅度的变化关系图；

图12为本实用新型中参考电压随削波幅度的变化关系图；

图13为本实用新型中削波幅度产生器电路图；

图14为本实用新型中包括了削波幅度产生器的压缩控制器输出的第二输出信号示意图。

附图标号说明：

A-启动时间，B-释放时间，C-削波启动时间，D-削波释放时间，Vref-第一参考电压，Vref’-第二参考电压，Vo1-第一输出信号的幅值，V1-第一压缩门槛阈值，V1’-第二压缩门槛阈值，V2-第一限幅门槛阈值，V2’-第二限幅门槛阈值，R-等效电阻，R1-第一分压电阻，R2-第二分压电阻，R3-第三分压电阻，R4-第四分压电阻，Q1-NMOS管，Q2-PMOS管，W-放大器，VCM-共模输入电压；

100-压缩限幅器，110-增益调整模块，120-扩音模块，130-削波控制模块，140-增益选择器，131-削波检测器，132-第二时序控制器，111-可变增益放大器，112-压缩控制放大器，113-比较器，114-第一时序控制器，150-削波幅度产生器。

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4所示为本实用新型提供的压缩限幅器100第一种实施方式结构示意图，从图中可以看出，在该压缩限幅器100中包括：增益调整模块110、扩音模块120以及削波控制模块130，其中，扩音模块120与增益调整模块110连接，削波控制模块130分别与增益调整模块110和扩音模块120连接。在工作过程中，增益调整模块110首先使用预设好的系统信号增益对系统输入的输入信号进行放大输出第一输出信号，并判断该第一输出信号的幅值与第一压缩门槛阈值V1/第一限幅门槛阈值V2的关系。若第一输出信号的幅值超出了第一压缩门槛阈值V1/第一限幅门槛阈值V2，则增益调整模块110会根据该第一输出信号，反馈调节用于对输入信号进行压缩限幅的第一信号增益(这里第一信号增益与上述系统信号增益的关系是：若后续第二输出信号未出现削波失真，则压缩限幅器100将该第一信号增益作为系统信号增益实现输入信号的压缩限幅)。扩音模块120(即扩音设备)在接收到第一输出信号之后，随即对其进行功率放大输出第二输出信号，并驱动与扩音模块120连接的扬声器输出该第二输出信号。

以上描述的是正常情况下压缩限幅器100的工作流程，若由于各种原因(包括启动时间A过长、由于各种原因导致扩音设备的动态范围会缩小等等)，在第二输出信号中输出了削波失真，此时削波控制模块130根据输出的第二输出信号对第二信号增益进行反馈调节。

最后，压缩限幅器100根据第一信号增益和第二信号增益对输入信号进行压缩限幅，将压缩限幅器100输出的第二输出信号的幅值控制在限幅幅度内进行输出，消除削波失真。当然，如果说第二输出信号中并未出现削波失真，则削波控制模块130不会动作，即不会对第二信号增益进行反馈调节，此时第二信号增益的增益值一直保持预设的限幅增益值，此时，压缩限幅器100将第一信号增益作为系统信号增益。

要说明的是，在该实施方式中，由于第一信号增益和第二信号增益的作用都是用于对输入信号进行调控；当输入信号的幅值过大时(超过限幅幅度)，在第一信号增益和第二信号增益中选择适当的增益值将第二输出信号控制在限幅幅度内；当输出信号幅值过小的时(小于限幅幅度)，同样的从第一信号增益和第二信号增益中选择适当的增益值对输入信号进行放大并输出。在第一信号增益的反馈调节不能解决该削波失真时，削波控制模块130通过对第二信号增益进行反馈调节实现消除削波失真的目的。因而，在从削波失真开始出现到削波失真消除的过程中，削波控制模块130必然会迅速的减小第二信号增益的增益值，且第二信号增益的下降速率大于第一信号增益的下降速率，且在这一过程中压缩限幅器100将调整后的第二信号增益中的增益值作为系统增益值，才能达到消除削波失真的目的。

对上述实施方式进行改进，得到第二种实施方式，如图5所示，在第一种实施方式的基础上，本实施方式提供的压缩限幅器100中还包括一增益选择器140，增益选择器140分别与增益调整模块110和削波控制模块130连接，增益选择器140根据第一信号增益和第二信号增益生成系统信号增益，压缩限幅器100根据系统信号增益实现输入信号的压缩限幅。在一个具体实施例中，在同一时刻，增益选择器140在第一信号增益和第二信号增益中选择较小的增益值作为系统信号增益中的增益值，压缩限幅器100根据系统信号增益实现输入信号的压缩限幅。

根据第一种实施方式中的描述，我们知道，在从削波失真开始出现到削波失真消除的过程中，压缩限幅器100通过选择第二信号增益中的增益值作为系统增益值，故在消除削波失真的过程中，第二信号增益的增益值显然要小于第一信号增益的增益值，换言之，虽然此期间第一信号增益的增益值也会减小，但是减小的幅度没有第二信号增益的减小幅度大。为了避免最后输出的第二输出信号过小，在削波失真消除后，削波控制模块130会控制第二信号增益中的增益值逐渐增加，且当该第二信号增益达到预设的限幅增益值之后，不再增加。另外，在第二输出信号中没有出现削波失真时，第二信号增益的增益值会一直保持在上述限幅增益值(此时，削波控制模块130不会对第二信号增益做出调整)；在这个过程中，假若第二输出信号的幅值过小，压缩限幅器100会通过第一信号增益对其进行调节，直到其幅值达到限幅幅度，在这种情况下增益选择器140中选择第一信号增益中的增益值对输入信号进行放大操作(第一信号增益的增益值逐渐增加但小于上述限幅增益值)。

对第二种实施方式进行改进，得到第三种实施方式，如图6所示，在本实施方式中，削波控制模块130中包括削波检测器131和第二时序控制器132，其中，削波检测器131与扩音模块120连接，第二时序控制器132分别与削波检测器131和增益选择器140连接。在压缩限幅器100工作过程中，削波检测器131会持续对扩音模块120输出的第二输出信号进行监测，看是否出现削波失真。若削波检测器131检测到第二输出信号出现削波失真，则发送削波失真信号至第二时序控制器132；第二时序控制器132接收到该削波失真信号，随即根据第二输出信号调整第二信号增益(减小第二信号增益的增益值)，并将调整后的第二信号增益发送至增益选择器140。随后，若削波检测器131检测到第二输出信号中削波失真消除了，则发送削波失真消除信号至第二时序控制器132；第二时序控制器132接收到该削波失真消除信号之后，同样会对第二输出增益做出调整(增加第二信号增益的增益值)，最后将调整后的第二信号增益发送至增益选择器140。

在一个具体实施例中，如图7所示，第二时序控制器132对第二信号增益进行调整的过程如下：

当第二输出信号出现削波失真，第二时序控制器132根据预设的削波启动时间C(削波失真出现到削波失真消除的时间，即将第二输出信号的幅度控制在削波幅度内的时间)，减小第二信号增益的增益值。在实际工作中，我们希望出现的削波失真能够尽可能快的消除，故在这里，预设的削波启动时间C通常会比较短，只有几毫秒甚至是微妙级。当第二时序控制器132接收到削波失真信号时，会根据该预设的削波启动时间C，迅速将其控制在削波幅度内，且第二信号增益的增益值减小速率大于第一信号增益的增益值减小速率，在此期间，增益选择器140选择第二信号增益的增益值作为系统信号增益的增益值。至于第二信号增益的增益值减小速率与第二输出信号、削波启动时间C以及削波幅度有关，会实时发生变化，在此不给出具体值。另外，从图中我们可以看出，削波启动时间C要远小于启动时间A(第一输出信号超出限幅幅度到将其控制在限幅幅度的时间，启动时间A通常为几毫秒到几十毫秒)。

随后，当第二输出信号削波失真消除，第二时序控制器132根据预设的削波释放时间D(将第二输出信号的幅度从削波幅度控制在限幅幅度内的时间)增加第二信号增益的增益值直到限幅增益值。从图中可以看出，在启动时间A内，第一信号增益的增益值一直处于减小的状态，而第二信号增益的增益值会先减小(削波启动时间C内)再增加(削波释放时间D内)，且在削波释放时间D内，会出现一小段时间第二信号增益的增益值小于第一信号的信号增益值(增益选择器140选择第二信号增益的增益值作为系统信号增益)，之后第二信号增益的增益值增大到大于第一信号增益的增益值且一直处于大于第一信号增益的状态(增益选择器140选择第一信号增益的增益值作为系统信号增益)，如图7所示，直到下一次出现削波失真的情况，削波控制模块130再一次对第二信号增益做出调整，以此循环。

对第三种实施方式进行改进得到第四种实施方式，如图8所示，在本实施方式中，增益调整模块110中包括一可变增益放大器111、压缩控制放大器112、比较器113以及第一时序控制器114，其中，可变增益放大器111与增益选择器140连接，压缩控制放大器112与可变增益放大器111连接，比较器113分别与可变增益放大器111和压缩控制放大器112连接，第一时序控制器114分别与增益选择器140和比较器113连接。在工作过程中，首先可变增益放大器111根据增益选择器140输出的系统信号增益对输入信号进行放大，输出第一输出信号；压缩控制放大器112接收到该第一输出信号之后，随即对第一参考电压Vref做出调整；接着，将第一输出信号的幅值和第一参考电压Vref进行比较；最后，第一时序控制器114根据比较器113的比较结果调整第一信号增益，并将调整后的第一信号增益输入增益选择器140。

具体来说，如图9所示，在压缩控制放大器112中：当第一输出信号的幅值小于压缩门槛阈值V1时，压缩控制放大器112将第一参考电压Vref拉高，此时第一参考电压Vref不起作用，在这个过程中压缩限幅器对输入信号进行放大并输出，即输出信号(包括第一输出信号和第二输出信号)与输入信号成线性关系；当第一输出信号的幅值在压缩门槛阈值V1和限幅门槛阈值V2之间时，压缩控制器根据预设的压缩比生成第一参考电压Vref，对声音信号进行压缩；当第一输出信号的幅值大于限幅门槛阈值V2，压缩控制器将第一参考电压Vref恒定控制在压缩限幅器100输出限幅(第二输出信号的幅值处于限幅幅度)时对应的电压值，对输入信号进行限幅。

压缩控制放大器112在对第一参考电压Vref做出调整之后，比较器113随即将第一输出信号的幅值与第一参考电压Vref进行比较。具体，当第一输出信号的幅值大于压缩控制放大器112输出的第一参考电压Vref时，发送进入启动时间A指令至第一时序控制器114；当第一输出信号的幅值小于压缩控制放大器112输出的第一参考电压Vref时，发送进入释放时间B指令至第一时序控制器114。

随后，在第一时序控制器114中：当第一时序控制器114接收到进入启动时间A指令时，第一时序控制器114根据预设的启动时间A，减小第一信号增益的增益值，以将第二输出信号控制在限幅幅度内；当第一时序控制器114接收到进入释放时间B指令时，第一时序控制器114根据预设的释放时间B(一般在几百毫秒到几秒)，增加第一信号增益的增益值，第一信号增益随输入信号的变化如图7所示。

基于以上描述，在本实用新型中，通过削波检测器检测扩音模块(扩音设备)中是否出现削波，如果出现，则即刻通过第二时序控制器根据预设的削波启动时间减小第二信号增益，并将减小后的第二信号增益作为此时的系统信号增益，达到消除削波失真的目的。在削波失真解除之后，随即增大第二信号增益，将第二输出信号最终控制在限幅幅度内进行输出。从而自动消除第二输出信号中由于启动时间过长或者由于输出负载变重、电源电压变低、温度变高等应用条件变化时造成的扩音模块动态范围缩小而出现的削波失真，提高扩音模块的输出音质，提升了用户体验。

对第四种实施方式进行改进得到第五种实施方式，如图10所示，在本实施方式中，压缩限幅器100中还包括一分别与扩音模块和压缩控制放大器连接的削波幅度产生器150。在工作过程中，削波幅度产生器150实时获取扩音模块的削波幅度，并将得到的削波幅度发送至压缩控制放大器；压缩控制放大器接收到该削波幅度后，根据接收到的削波幅度对参考电压做出相应调整，进而调整压缩限幅器100中的限幅幅度。如图11和图12，分别为当扩音设备的动态范围减小(削波幅度减小)时，第二输出信号与输入信号之间的关系图，和压缩控制放大器根据第一输出信号和该削波幅度对参考电压做出的相应调整示意图。具体来说，如图11所示，当削波幅度减小了(如图从削波幅度a1减小到削波幅度a2)，压缩控制放大器首先会将第一压缩门槛阈值V1和第一限幅门槛阈值V2调整为如图11所示的第二压缩门槛阈值V1’和第二限幅门槛阈值V2’，且第二压缩门槛阈值V1’<第一压缩门槛阈值V1，第二限幅门槛阈值V2<第一限幅门槛阈值V2’。随后压缩控制放大器根据调整后的第二压缩门槛阈值V1’和第二限幅门槛阈值V2’对参考电压做出相应的调整。

与第四实施方式类似地，压缩控制放大器对参考电压进行调整的过程具体为：当第一输出信号的幅值小于第二压缩门槛阈值V1’时，压缩控制放大器112将第二参考电压Vref’拉高，此时第二参考电压Vref’不起作用；当第一输出信号的幅值在第二压缩门槛阈值V1’和第二限幅门槛阈值V2’之间时，压缩控制器根据预设的压缩比生成第二参考电压Vref’，对声音信号进行压缩；当第一输出信号的幅值大于第二限幅门槛阈值V2’，压缩控制器将第二参考电压Vref’恒定控制在压缩限幅器100输出限幅(第二输出信号的幅值处于限幅幅度)时对应的电压值。基于以上描述，如图12所示，在压缩控制放大器对参考电压进行调整的过程中，由第一压缩门槛阈值V1和第一限幅门槛阈值V2的减小，压缩控制放大器随之将参考电压做出调整(将第一参考电压Vref按照定比减小为第二参考电压Vref’，从而减小了第二输出信号的限幅幅度(如图11和图14所示，从限幅幅度V_L减小到限幅幅度V_L’)。后续的比较器和第一时序控制器中的工作原理与第四实施方式中描述的一致，在此不做赘述。

另外，当系统的动态范围较小时(输入电压与第二输出电压的关系如图2所示，图示中的输出电压即为这里的第二输出电压)，压缩限幅器中使用只带限幅功能的算法来实现上述目的，与上述描述的类似，在工作过程中，削波幅度产生器检测到削波幅度之后，压缩控制放大器同样将其限幅阈值V按照定比减小，第一参考电压Vref同样按照定比减小，从而第二输出信号的限幅幅度也按照定比减小，与削波幅度控制在相对固定的比例，如图14所示，当削波幅度从a1降到a1’，则限幅幅度随之从V_L降低到V_L’。

以下我们对削波幅度产生器150中包括的等比例缩小的等效负载通路进行描述：

如图13所示，上述削波幅度产生器150中具体包括：一PMOS晶体管Q1、一NMOS晶体管Q2、一等效电阻R、第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、第三分压电阻R3、第四分压电阻R4以及以放大器W，其中，PMOS晶体管Q1的栅极接地、漏极接电源、源极分别与等效电阻R的一端及第一分压电阻R1的一端连接；NMOS晶体管Q2的栅极接电源、源极接地、漏极分别与等效电阻R的另一端及第三分压电阻R3的一端连接；第一分压电阻R1的另一端分别与第二分压电阻R2的一端及放大器的正输入端连接；第三分压电阻R3的另一端分别与第四分压电阻R4的一端及放大器的负输入端连接；第二分压电阻R2的另一端与放大器的输出端连接；第四分压电阻R4的另一端接入扩音模块中的共模输入电压VCM(在本实用新型中扩音设备中采用差分输出，这里的削波幅度产生器150与该扩音设备中的差分电路共用同一个共模输入电压，从而获取其削波幅度)；放大器的输出端与压缩控制放大器连接。

基于以上对削波幅度产生器150中的等效负载通路的描述，在一个具体实施例中，我们按照1/1000的比例对各个器件进行等比例的缩小，假若，PMOS管原宽长比为100000，NMOS管原宽长比为50000；则在该等效负载通路中，PMOS管宽长比为100，NMOS管宽长比为50。同时，根据外部的实际负载调整对上述等效电阻进行调整，比如外接8Ω(欧姆)扬声器，则等效负载为8kΩ(千欧姆)；又如，外接4Ω扬声器，则等效负载为4kΩ。在该实施例中，第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、第三分压电阻R3以及第四分压电阻R4的阻值的选用范围为几十千欧姆到几百千欧姆，且这四个分压电阻与放大器W组成一个运算放大器，得到等效电阻两端的电压并进行放大输出，最后将该输出作为削波幅度输入动态压缩控制放大器100中。这样，通过该电路可以动态跟随扩音设备中实际的削波幅度，从而动态调整压缩限幅器100的限幅门槛阈值。当然，在其他实施方式中，还可以采用其他比例实现本实用新型的目的，如，按照1/500、1/2000等比例对各个器件进行等比例缩小，在此不做赘述。

基于以上描述，为了解决由削波幅度与限幅幅度相差过小引起的问题，我们在压缩限幅器中设置了削波幅度产生器150，并将获得的削波幅度发送至压缩控制放大器112，进而实现对限幅幅度的调整。将削波幅度和限幅幅度控制在相对固定的比例中，以便压缩限幅器100能够顺利消除削波失真，同时不会引起其他噪音。

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 (10)

1.一种压缩限幅器，其特征在于，所述压缩限幅器中包括：增益调整模块、扩音模块以及削波控制模块，其中，

所述增益调整模块，根据所述压缩限幅器的输入信号输出第一输出信号；并根据所述第一输出信号，反馈调节用于实现所述输入信号压缩限幅的第一信号增益；

所述扩音模块，与所述增益调整模块连接，所述扩音模块对所述增益调整模块输出的第一输出信号进行功率放大，输出第二输出信号；

所述削波控制模块，分别与所述增益调整模块和所述扩音模块连接，所述削波控制模块根据所述扩音模块输出的第二输出信号中出现的削波失真，反馈调节用于实现所述输入信号压缩限幅的第二信号增益；

所述压缩限幅器根据所述第一信号增益和所述第二信号增益对所述输入信号进行压缩限幅，将所述压缩限幅器输出的第二输出信号控制在限幅幅度内进行输出。

2.如权利要求1所述的压缩限幅器，其特征在于：所述压缩限幅器中还包括一增益选择器，所述增益选择器分别与所述增益调整模块和所述削波控制模块连接，所述增益选择器根据所述第一信号增益和所述第二信号增益生成系统信号增益，所述压缩限幅器根据所述系统信号增益实现所述输入信号的压缩限幅。

3.如权利要求2所述的压缩限幅器，其特征在于：在同一时刻，所述增益选择器在所述第一信号增益和所述第二信号增益中选择较小的增益值作为系统信号增益中的增益值，所述压缩限幅器根据所述系统信号增益实现所述输入信号的压缩限幅。

4.如权利要求2或3所述的压缩限幅器，其特征在于：所述削波控制模块中包括削波检测器和第二时序控制器，其中，

所述削波检测器，与所述扩音模块连接，所述削波检测器用于检测所述扩音模块输出的第二输出信号中是否出现削波失真；

所述第二时序控制器，分别与所述削波检测器和所述增益选择器连接，当所述削波检测器检测到所述第二输出信号出现削波失真，所述第二时序控制器根据所述第二输出信号调整第二信号增益，并将调整后的第二信号增益输入所述增益选择器。

5.如权利要求4所述的压缩限幅器，其特征在于，

所述第二时序控制器在所述第二输出信号出现削波失真，根据预设的削波启动时间，减小所述第二信号增益的增益值；且在所述削波启动时间内，所述第二信号增益的增益减小速率大于所述第一信号增益的增益减小速率；

在所述第二输出信号削波失真消除时，所述第二时序控制器根据预设的削波释放时间，增加所述第二信号增益的增益值。

6.如权利要求2或3或5所述的压缩限幅器，其特征在于：所述增益调整模块中包括一可变增益放大器、压缩控制放大器、比较器以及第一时序控制器，其中，

所述可变增益放大器，与所述增益选择器连接，根据所述增益选择器输出的系统信号增益对输入信号进行放大，输出第一输出信号；

所述压缩控制放大器，与所述可变增益放大器连接，根据所述第一输出信号调整第一参考电压；

所述比较器，分别与所述可变增益放大器和所述压缩控制放大器连接，所述比较器将所述第一输出信号的幅值和所述第一参考电压进行比较；

所述第一时序控制器，分别与所述增益选择器和所述比较器连接，所述第一时序控制器根据所述比较器的比较结果调整第一信号增益，并将调整后的第一信号增益输入所述增益选择器。

7.如权利要求6所述的压缩限幅器，其特征在于，所述压缩控制放大器在所述第一输出信号的幅值小于第一压缩门槛阈值时，将所述第一参考电压拉高；在所述第一输出信号的幅值在第一压缩门槛阈值和第一限幅门槛阈值之间时，根据预设的压缩比生成第一参考电压；在所述第一输出信号的幅值大于第一限幅门槛阈值时，将所述第一参考电压恒定控制在所述压缩限幅器输出限幅时对应的电压值；

和/或，

所述比较器在所述第一输出信号的幅值大于压缩控制放大器输出的第一参考电压时，发送进入启动时间指令至所述第一时序控制器；

在所述第一输出信号的幅值小于压缩控制放大器输出的第一参考电压时，发送进入释放时间指令至所述第一时序控制器。

8.如权利要求7所述的压缩限幅器，其特征在于，所述第一时序控制器在所述第一时序控制器接收到所述进入启动时间指令时，根据预设的启动时间，减小所述第一信号增益的增益值；

在所述第一时序控制器接收到所述进入释放时间指令时，根据预设的释放时间，增加所述第一信号增益的增益值；其中所述启动时间远大于所述削波启动时间。

9.如权利要求6所述的压缩限幅器，其特征在于，所述压缩限幅器中还包括一分别与所述扩音模块和所述压缩控制放大器连接的削波幅度产生器，

所述削波幅度产生器实时获取所述扩音模块的削波幅度，并将所述削波幅度发送至所述压缩控制放大器；所述压缩控制放大器根据接收到的所述削波幅度调整所述第一参考电压，进而调整所述压缩限幅器中的限幅幅度。

10.如权利要求9所述的压缩限幅器，其特征在于，所述削波幅度产生器

根据等比例缩小的等效负载通路获取所述削波幅度；

所述削波幅度产生器中具体包括：一PMOS晶体管、一NMOS晶体管、一等效电阻、第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻以及以放大器，其中，

所述PMOS晶体管的栅极接地、漏极接电源、源极分别与所述等效电阻的一端及所述第一分压电阻的一端连接；所述NMOS晶体管的栅极接电源、源极接地、漏极分别与所述等效电阻的另一端及所述第三分压电阻的一端连接；所述第一分压电阻的另一端分别与所述第二分压电阻的一端及所述放大器的正输入端连接；所述第三分压电阻的另一端分别与所述第四分压电阻的一端及所述放大器的负输入端连接；所述第二分压电阻的另一端与所述放大器的输出端连接；所述第四分压电阻的另一端接入所述扩音模块中的共模输入电压；所述放大器的输出端与所述压缩控制放大器连接。