CN219304803U - 一种基于dsp芯片改善偏置跟随性的放大器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基于DSP芯片改善偏置跟随性的放大器，设置文件获取模块，通过接口直接获取待播放的音频文件，预先将音频文件输入DSP内进行标准波形的分析，可以在实际播放时加快处理速度，同时降低延迟；在实际播放时将实际播放的能量与预先计算的能量进行比较，从而判断是否符合预先设计的输出，如果符合则直接利用预先设计的输出，如果不符合则进一步再输入模型进行处理，保证了工作的稳定性和安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及音频放大器领域，具体涉及基于DSP芯片改善偏置跟随性的放大器。
背景技术
功率放大器是指在给定失真率条件下，能产生最大功率输出以驱动某一负载(例如扬声器)的放大器。功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用，在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。
例如申请号CN201210114078.7公开了一种耳机侦测电路，用于侦测一电子装置的耳机接口是否接入耳机，电子装置包括处理单元以及音频放大器。耳机侦测电路包括电平输出模块以及触发信号产生模块。电平输出模块在耳机接口接入耳机时产生第一电平触发音频放大器将放大的左右声道模拟信号输出至喇叭，在耳机接口未接入耳机时产生第二电平触发音频放大器将放大的左右声道模拟信号输出至耳机接口。
申请号CN202020860202.4公开了一种蓝牙耳机放大器，包括蓝牙模组、过程控制模组、信号调制模组和屏蔽层，所述蓝牙耳机放大器可拆卸地连接在蓝牙耳机的外壳体上，所述蓝牙耳机放大器通过读取音源文件的特征信息控制所述蓝牙模组的工作状态，从而控制近端蓝牙射频干扰源对蓝牙耳机的影响；所述蓝牙耳机放大器还包括屏蔽层结构，定向阻挡和反射其对蓝牙耳机的近端射频辐射干扰。
本实用新型设置文件获取模块，通过接口直接获取待播放的音频文件，预先将音频文件输入DSP内进行标准波形的分析，可以在实际播放时加快处理速度，同时降低延迟。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型提供一种基于DSP芯片改善偏置跟随性的放大器，包括：输入接口、偏置功放模块、输出接口；
还包括文件获取模块、存储模块、电流复制模块、模数转换器、数字信号处理器/DSP、数模转换器、低通滤波器、电流电压转换器和电流控制电压模块；
偏置功放模块的输入端连接输入接口，偏置功放模块的第一输出端连接输出接口，偏置功放模块的第二输出端连接电流复制模块的输入端，电流复制模块的输出端连接模数转换器的输入端，模数转换器的输出端连接DSP的输入端，DSP的输出端连接数模转换器的输入端，数模转换器的输出端连接低通滤波器的输入端，低通滤波器的输出端连接电流电压转换器的输入端，电流电压转换器的输出端连接电流控制电压模块的输入端，电流控制电压模块的输出端连接偏置功放模块的输入端；
文件获取模块的输入端连接输入接口，文件获取模块的输出端连接存储模块；存储模块的输出端连接至DSP，DSP的输出端连接至数模转换器；
模数转换器和数模转换器的采样率为100kSPS.
电流复制模块内包括电流-电压转换同时进行低通滤波的电路。DSP采集到的信号以5ms为单位与预先建立的功放偏置模型进行模型匹配。
DSP内的波形分析包括如下步骤：
DSP存储模块将音频文件分段发送至DSP，分段的长度为20-40s；DSP内对音频片段进行波形分析，获得随时间变化的波形振幅变化曲线；进一步计算波形能量随时间变化的的曲线，得到标准能量曲线，即标准波形曲线；
DSP将标准能量曲线输入过载识别模型和补偿模型得到标准电压控制数据；
过载识别模型用于检测是否存在过载趋势并进行相应控制，补偿模型用于检测功放是否即将超出偏置线性区间，并施加相应控制；
如果存在过载趋势，则对应输出电压控制数据关闭功放末级，如果超出偏置线性区，则利用电压控制数据对偏置功放模块进行过拟合补偿，使得偏置功放的功率放大级一直处于高线性区域。
模数转换模块输出的信号输入DSP后与DSP内的标准波形曲线进行对比，对比前先将模数转换模块输出的信号在DSP内计算得到能量曲线；
如果比较结果偏差小于阈值，则DSP直接输出标准电压控制数据；如果比较结果偏差大于阈值，则将模数转换模块输出的超过阈值的直接输入过载识别模型和补偿模型得到电压控制数据进行实时输出。
过载识别模型的工作过程为：
输入DSP的数字信号按照固定的时间间隔进行时域-频域变换，变换方式为傅里叶变换或者小波变换；频域信号实时进行波形能量计算，将波形能量与能量阈值进行比较，如果波形能量超过能量阈值则DSP控制关闭功放末级；
电流复制模块内包括电流-电压转换同时进行低通滤波的电路，将电流信号转换为电压信号同时进行低通滤波；低通滤波的目的为去除带外干扰。
Q1、Q2、Q3、Q5、Q7、Q8、R1、R2、R5、R6和R8构成了功率输出级的比例电流复制器；
Q1、Q2、Q3、Q5为PNP三极管，Q7、Q8为NPN三极管，R1、R2、R5、R6和R8为电阻；R1、R2、R5一端连接Vcc，R1另一端连接Q1发射极，R2另一端连接Q2发射极，R3另一端连接Q3发射极和Q5基极，Q5发射极连接Vcc，Q5集电极连接Q3基极之后通过R6接地；
Q1集电极和基极连接后再连接至Q7集电极，Q7发射极连接Q6发射极，Q7基极连接Q8基极和Q8集电极以及Q3的集电极；Q2的集电极连接R9的一端以及OP-1的负端，R9另一端连接OP-1的正端；R7、OP-1和C1并联，OP-1输出至模数转换器。
DSP芯片采用多核的高性能DSP芯片，以提高DSP芯片处理数据的能力，R7、OP-1和C1并联构成了电流-电压转换同时进行低通滤波的电路，将电流信号转换为电压信号同时进行低通滤波；低通滤波的目的为去除带外干扰。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型设置文件获取模块，通过接口直接获取待播放的音频文件，预先将音频文件输入DSP内进行标准波形的分析，可以在实际播放时加快处理速度，同时降低延迟；在实际播放时将实际播放的能量与预先计算的能量进行比较，从而判断是否符合预先设计的输出，如果符合则直接利用预先设计的输出，如果不符合则进一步再输入模型进行处理，保证了工作的稳定性和安全性。
本实用新型ADC将测量所得的模拟电压转换为数字，送入DSP，为了确保控制的跟随性以及保护的实时性，ADC采样率为100KSPS，DSP采集到的信号以5mS为单位与标准波形比较，检测是否符合预期，当不符合预期时再进一步检测是否存在过载趋势、检测功放是否即将超出偏执线性区间，从而决定是否对功放偏执进行调整，降低延迟，降低了固定偏执电流，减低了功耗，保护了设备。
附图说明
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
附图1为本实用新型整体架构示意图；
附图2为本实用新型电路结构图。
其中Q表示三极管，R表示电阻，OP表示运算放大器，C表示电容；Q4、Q6和R3、R4组成功率放大器的输出级；Q1、Q2、Q3、Q5、Q7、Q8、R1、R2、R5、R6和R8构成了功率输出级的比例电流复制器；在R7，OP-1,完成电流-电压转换，C1、R7构成低通滤波器，去除带外干扰。
具体实施方式
实施例1：
参见图1，本实用新型提供一种基于DSP芯片改善偏置跟随性的放大器，包括：输入接口、偏置功放模块、输出接口；还包括文件获取模块、存储模块、电流复制模块、模数转换器、数字信号处理器/DSP、数模转换器、低通滤波器、电流电压转换器和电流控制电压模块；
偏置功放模块的输入端连接输入接口，偏置功放模块的第一输出端连接输出接口，偏置功放模块的第二输出端连接电流复制模块的输入端，电流复制模块的输出端连接模数转换器的输入端，模数转换器的输出端连接DSP的输入端，DSP的输出端连接数模转换器的输入端，数模转换器的输出端连接低通滤波器的输入端，低通滤波器的输出端连接电流电压转换器的输入端，电流电压转换器的输出端连接电流控制电压模块的输入端，电流控制电压模块的输出端连接偏置功放模块的输入端；
文件获取模块的输入端连接输入接口，文件获取模块的输出端连接存储模块；存储模块的输出端连接至DSP，DSP的输出端连接至数模转换器；
模数转换器和数模转换器的采样率为100kSPS；
电流复制模块内包括电流-电压转换同时进行低通滤波的电路。
具体的，偏置功放模块分别连接输入接口和输出接口，输入接口用于输入信号，经过偏置放大器后进行信号放大，之后通过输出接口输出；
文件获取模块连接至输入接口，从输入接口获取待播放的文件，并将待播放文件存储于存储模块中；存储模块将待播放文件发送至DSP，并于DSP中进行波形分析，得到标准波形和标准电压控制数据；
电流采样模块连接偏置功放模块，用于对偏置功放模块的输出级进行比例电流复制，之后复制的电流通过模数转换模块转换成数字信号输入DSP；
模数转换模块输出的信号输入DSP后与DSP内的标准波形进行对比，DSP根据比较结果输出电压控制数据；
电压控制数据输入数模转换器后经过低通滤波器进入电流电压转换器得到控制电流；控制电流输入电流控制电压模块得到调节电压，调节电压与输入信号一同加载至偏置放大模块。
DSP采集到的信号以5ms为单位与预先建立的功放偏置模型进行模型匹配。
DSP内的波形分析包括如下步骤：
DSP存储模块将音频文件分段发送至DSP，分段的长度为20-40s；DSP内对音频片段进行波形分析，获得随时间变化的波形振幅变化曲线；进一步计算波形能量随时间变化的的曲线，得到标准能量曲线，即标准波形曲线；
DSP将标准能量曲线输入过载识别模型和补偿模型得到标准电压控制数据；
过载识别模型用于检测是否存在过载趋势并进行相应控制，补偿模型用于检测功放是否即将超出偏置线性区间，并施加相应控制；
如果存在过载趋势，则对应输出电压控制数据关闭功放末级，如果超出偏置线性区，则利用电压控制数据对偏置功放模块进行过拟合补偿，使得偏置功放的功率放大级一直处于高线性区域。
模数转换模块输出的信号输入DSP后与DSP内的标准波形曲线进行对比，对比前先将模数转换模块输出的信号在DSP内计算得到能量曲线；
如果比较结果偏差小于阈值，则DSP直接输出标准电压控制数据；如果比较结果偏差大于阈值，则将模数转换模块输出的超过阈值的直接输入过载识别模型和补偿模型得到电压控制数据进行实时输出。
输入接口为type-C型接口，既可以传输模拟数据，又可以传输数字文件数据。
实施例2：
参见图2为本实用新型的电路结构图：
偏置功放模块包括两个串联的电阻R3和R4，一个NPN三极管Q6和一个PNP三极管Q4；NPN三极管Q6的基极和PNP三极管Q4的基极均连接驱动输出；NPN三极管Q6的发射极和PNP三极管Q4的发射极之间连接两个串联的电阻，两个串联的电阻之间为输出；
NPN三极管Q6的集电极连接vcc，PNP三极管Q4的基极连接vee。
Q1、Q2、Q3、Q5、Q7、Q8、R1、R2、R5、R6和R8构成了功率输出级的比例电流复制器。
R7、OP-1和C1并联构成了电流-电压转换同时进行低通滤波的电路，将电流信号转换为电压信号同时进行低通滤波；低通滤波的目的为去除带外干扰。
Q1、Q2、Q3、Q5为PNP三极管，Q7、Q8为NPN三极管；R1、R2、R5一端连接Vcc，R1另一端连接Q1发射极，R2另一端连接Q2发射极，R3另一端连接Q3发射极和Q5基极，Q5发射极连接Vcc，Q5集电极连接Q3基极之后通过R6接地；
Q1集电极和基极连接后再连接至Q7集电极，Q7发射极连接Q6发射极，Q7基极连接Q8基极和Q8集电极以及Q3的集电极；Q2的集电极连接R9的一端以及OP-1的负端，R9另一端连接OP-1的正端。R7、OP-1和C1并联，OP-1输出至高速ADC，即模数转换器。
至此，以说明和描述的目的提供上述实施例的描述。不意指穷举或者限制本公开。特定的实施例的单独元件或者特征通常不受到特定的实施例的限制，但是在适用时，即使没有具体地示出或者描述，其可以互换和用于选定的实施例。在许多方面，相同的元件或者特征也可以改变。这种变化不被认为是偏离本公开，并且所有的这种修改意指为包括在本公开的范围内。
提供示例实施例，从而本公开将变得透彻，并且将会完全地将该范围传达至本领域内技术人员。为了透彻理解本公开的实施例，阐明了众多细节，诸如特定零件、装置和方法的示例。显然，对于本领域内技术人员，不需要使用特定的细节，示例实施例可以以许多不同的形式实施，而且两者都不应当解释为限制本公开的范围。在某些示例实施例中，不对公知的工序、公知的装置结构和公知的技术进行详细地描述。
在此，仅为了描述特定的示例实施例的目的使用专业词汇，并且不是意指为限制的目的。除非上下文清楚地作出相反的表示，在此使用的单数形式“一个”和“该”可以意指为也包括复数形式。术语“包括”和“具有”是包括在内的意思，并且因此指定存在所声明的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或额外地具有一个或以上的其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。除非明确地指示了执行的次序，在此描述的该方法步骤、处理和操作不解释为一定需要按照所论述和示出的特定的次序执行。还应当理解的是，可以采用附加的或者可选择的步骤。
Claims (3)
1.一种基于DSP芯片改善偏置跟随性的放大器，包括：输入接口、偏置功放模块、输出接口；其特征在于：还包括文件获取模块、存储模块、电流复制模块、模数转换器、数字信号处理器/DSP、数模转换器、低通滤波器、电流电压转换器和电流控制电压模块；
偏置功放模块的输入端连接输入接口，偏置功放模块的第一输出端连接输出接口，偏置功放模块的第二输出端连接电流复制模块的输入端，电流复制模块的输出端连接模数转换器的输入端，模数转换器的输出端连接DSP的输入端，DSP的输出端连接数模转换器的输入端，数模转换器的输出端连接低通滤波器的输入端，低通滤波器的输出端连接电流电压转换器的输入端，电流电压转换器的输出端连接电流控制电压模块的输入端，电流控制电压模块的输出端连接偏置功放模块的输入端；
文件获取模块的输入端连接输入接口，文件获取模块的输出端连接存储模块；存储模块的输出端连接至DSP，DSP的输出端连接至数模转换器；
模数转换器和数模转换器的采样率为100kSPS；
电流复制模块内包括电流-电压转换同时进行低通滤波的电路。
2.根据权利要求1所述的基于DSP芯片改善偏置跟随性的放大器，其特征在于：
Q1、Q2、Q3、Q5、Q7、Q8、R1、R2、R5、R6和R8构成了功率输出级的比例电流复制器；
其中，Q1、Q2、Q3、Q5为PNP三极管，Q7、Q8为NPN三极管，R1、R2、R5、R6和R8为电阻；R1、R2、R5一端连接Vcc，R1另一端连接Q1发射极，R2另一端连接Q2发射极，R3另一端连接Q3发射极和Q5基极，Q5发射极连接Vcc，Q5集电极连接Q3基极之后通过R6接地；
Q1集电极和基极连接后再连接至Q7集电极，Q7发射极连接Q6发射极，Q7基极连接Q8基极和Q8集电极以及Q3的集电极；Q2的集电极连接R9的一端以及OP-1的负端，R9另一端连接OP-1的正端；R7、OP-1和C1并联，OP-1输出至模数转换器。
3.根据权利要求2所述的基于DSP芯片改善偏置跟随性的放大器，其特征在于：
DSP芯片采用多核的高性能DSP芯片，R7、OP-1和C1并联构成了电流-电压转换同时进行低通滤波的电路。
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