專利名稱：增益補償?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括具有預(yù)定有限動態(tài)范圍的處理電路和自動增益控制電路的設(shè)備，一種自動增益控制方法，以及一種包括這樣設(shè)備的音頻裝置。
背景技術(shù)：
美國專利US-A-5,389,927披露了自動增益控制(AGC)通常被用于接收機中以防止一個或多個電路級(stage)的飽和(飽和是由于過大的輸入信號超出電路級的動態(tài)范圍而引起)。該現(xiàn)有技術(shù)還披露了將AGC技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字接收機以及用來控制前端增益和數(shù)字增益是公知的。對前端增益的控制克服了在數(shù)字接收機中模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的動態(tài)范圍不足的問題。
此外，美國專利US-A-5,389,927還披露，在這種數(shù)字接收機中，其前端用于提供模擬信號，該模擬信號的電平取決于天線處接收的信號強度，ADC將前端提供的模擬輸入信號轉(zhuǎn)換成作為該模擬信號數(shù)字表示的數(shù)字信號。檢測器檢測數(shù)字信號的當前信號振幅，并向振幅控制器提供控制信號，該振幅控制器以步進方式來控制模擬輸入信號的振幅，以獲得其振幅在ADC工作范圍內(nèi)的可控模擬信號。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的在于提供一種自動增益控制，依照由于自動增益控制行為而導致的可控輸入信號的振幅變化生成輸出信號的信號振幅，該輸出信號的信號振幅與輸入信號的振幅更為相似。
為此，一種設(shè)備包括具有預(yù)定有限動態(tài)范圍的處理電路和自動增益控制電路，所述自動增益控制電路包括增益確定電路，用于確定第一增益系數(shù)，
第一增益控制器，用于利用所述第一增益系數(shù)控制輸入信號的振幅，以向所述處理電路提供增益受控信號，補償電路，用于基于所述第一增益系數(shù)以及用來定義第二增益系數(shù)的時間變化量的輸入?yún)?shù)，確定第二增益系數(shù)，和第二增益控制器，用于接收所述處理電路的輸出信號和所述第二增益系數(shù)，以獲得已補償?shù)妮敵鲂盘枺渲兴鲆蜒a償輸出信號基本上已被補償因所述第一增益系數(shù)的變化引起的所述增益受控信號的振幅變化。
具有根據(jù)本發(fā)明的自動增益控制電路的設(shè)備利用第一增益系數(shù)控制所述輸入信號的振幅，以提供增益受控信號。處理電路將增益受控信號處理成已處理信號。第二增益控制器利用第二增益系數(shù)控制已處理信號的增益，以獲得已補償輸出信號，其中所述已補償輸出信號基本上已被補償因第一增益系數(shù)的變化引起的增益受控信號的振幅變化。第二增益系數(shù)是基于第一增益系數(shù)以及用來定義第二增益系數(shù)的時間變化量的輸入?yún)?shù)的。從而，當在特定情形改變第一增益系數(shù)時，按照這樣的方式調(diào)整第二增益系數(shù)，即，只有當輸入信號在過渡期間不會變化的條件下使已補償輸出信號的振幅基本保持恒定。更普遍而言，使已補償輸出信號得到補償，以使該信號更好地符合輸入信號，從而使其受到第一增益系數(shù)變化的較小干擾。這在音頻應(yīng)用中特別重要。對已補償輸出信號振幅的任何干擾，即便僅僅是暫時性的，也會導致信號的音頻失真。第一增益系數(shù)不僅被提供到自動增益控制電路以改變輸入信號的振幅，還將其提供給補償電路以表示輸入信號振幅變化的時間和/或變化量。
現(xiàn)有技術(shù)US-A-5,389,927利用兩個系數(shù)控制模擬信號振幅。如果按照受控模擬信號振幅變化的相反方向以兩個系數(shù)控制數(shù)字信號，則在振幅調(diào)整期間，模擬信號和數(shù)字信號之間的差別就相當小。然而，當改變受控模擬信號的振幅時，數(shù)字信號的波形會暫時偏離模擬輸入信號的振幅。這導致每次需要對受控模擬信號的振幅進行步進變化時，會出現(xiàn)音頻失真。因此，必須將惡化音頻質(zhì)量的該音頻失真濾掉。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，所述處理電路包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC。具有根據(jù)本發(fā)明的自動增益控制電路的設(shè)備利用第一增益系數(shù)控制模擬輸入信號的振幅，以提供增益受控模擬信號。第一增益系數(shù)被確定成，使得數(shù)字信號的當前信號振幅不超過ADC的輸入范圍。ADC將增益受控模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。第二增益控制器利用第二增益系數(shù)控制該數(shù)字信號的增益，以獲得已補償輸出信號，且所述已補償輸出信號基本上已被補償因第一增益系數(shù)的變化引起的增益受控信號的振幅變化。第二增益系數(shù)是基于第一增益系數(shù)以及用來定義第二增益系數(shù)的時間變化量的輸入?yún)?shù)的。從而，使已補償輸出信號得到補償，以使該信號更好地符合模擬輸入信號，從而使其受到第一增益系數(shù)變化的較小干擾。
由于意在使數(shù)字信號的當前信號振幅達到最大值，因此該數(shù)字信號就具有或被預(yù)期具有最大值。數(shù)字信號字的比特可通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器直接并行生成，也可以由模/數(shù)轉(zhuǎn)換器串行提供字的比特。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，增益控制提供適合在ADC工作范圍內(nèi)的輸入信號，從而防止通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換在模擬輸入信號的過大振幅處進行箝位(clipped)，或者未使用ADC范圍的大部分。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，按照步進方式來調(diào)整第一增益系數(shù)，這比應(yīng)對連續(xù)變化的第一增益系數(shù)要更為簡單。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，以2的乘方為步長來步進地調(diào)整第一增益系數(shù)。這允許通過移位(這非常簡單)來改變數(shù)字振幅。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，延遲電路延遲對處理電路輸出信號的振幅進行控制的開始時刻。當改變第一增益系數(shù)時，會立即調(diào)整模擬增益。然而不應(yīng)立即調(diào)整第二增益。顯而易見，在處理電路的輸出信號中進行模擬增益調(diào)整前，需花費一段時間。處理電路的處理時間會導致在增益受控信號與已補償數(shù)字信號之間的該延遲。從而，第二增益系數(shù)應(yīng)在該延遲之后開始變化。如果處理電路包括ADC，那么第二增益系數(shù)還被稱為數(shù)字增益系數(shù)。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，補償電路包括波形生成電路，該波形生成電路產(chǎn)生用于確定第二增益系數(shù)時間變化量的波形。如果以一個步進對第一增益系數(shù)進行改變，則增益受控信號的振幅將改變一個步進。然而，處理電路輸出信號的振幅不會步進地變化。例如由于帶寬限制，處理電路(可包括ADC，以及可選擇地包括諸如數(shù)字濾波器之類的其他數(shù)字電路)致使增益受控信號的步進變化量隨時間變化變得模糊(smeared out)。從而，如果需要使已補償信號的振幅受到增益受控信號步進變化量的較小干擾，第二增益則應(yīng)根據(jù)合適定義的波形隨時間變化，以補償模糊響應(yīng)。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，波形生成電路包括帶寬限制電路，以獲得與處理電路模糊效應(yīng)對應(yīng)的第二增益系數(shù)的模糊變化。也可能通過使用線性內(nèi)插，或甚至最好使用更高階內(nèi)插，或通過使用表查找或直線繪制算法，進行求近似或者獲得同樣的行為。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，使靜態(tài)誤差得到補償。如果第一增益系數(shù)表示模擬信號的振幅應(yīng)該變化預(yù)定量，實際上，可能會稍稍偏離該預(yù)定量。就是精確地使用同樣的預(yù)定量，也不足以對處理電路輸出信號的振幅進行補償。經(jīng)過過渡時期之后，當延遲和第二增益系數(shù)的波形不再重要時，已補償信號與原始輸入信號之間仍存在振幅差異。該差異通過電平調(diào)整電路來進行補償。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，使用眾知的單比特的西格馬-德耳塔模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。該模/數(shù)轉(zhuǎn)換器是簡單模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。另一優(yōu)點是，增益補償對單比特信號進行操作，而不是對多比特信號進行操作，從而無需顯式乘法。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，在ADC處直接控制數(shù)字增益。一種適宜ADC的示例是可能控制其參考信號的ADC。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，通過對ADC所提供的數(shù)字信號(已處理信號)進行處理的數(shù)字增益控制器(第二增益控制器)，控制數(shù)字增益(第二增益系數(shù))。在此，所述ADC可是任何種類的ADC。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，處理電路可包括其他數(shù)字處理(例如，數(shù)字濾波器)。通過對數(shù)字處理電路所提供的已處理數(shù)字信號的振幅進行控制，獲得增益補償。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，對ADC所提供的數(shù)字信號的增益和數(shù)字處理電路所提供的已處理數(shù)字信號的增益進行控制。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，自動校準電路在一檢測周期期間反復(fù)執(zhí)行以下操作產(chǎn)生將被提供作為輸入信號的參考信號，以預(yù)定量調(diào)整第一增益系數(shù)，提供第一組輸入?yún)?shù)，檢查已補償輸出信號是否出現(xiàn)振幅變化，并且調(diào)整至少其中一個輸入?yún)?shù)，直至已補償輸出信號基本不會出現(xiàn)振幅變化，以及最后，存儲所確定的輸入?yún)?shù)，以供在正常操作期間使用。


結(jié)合附圖，參照后面以示例形式描述的實施例，將更清楚地理解本發(fā)明的這些以及其他特征，其中圖1顯示簡單增益補償電路；圖2顯示用于說明如圖1所示增益補償電路操作的信號；圖3顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的增益補償電路的框圖；圖4顯示用于說明如圖3所示增益補償電路操作的信號；圖5顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的增益補償電路的框圖；圖6顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的增益補償電路的框圖；圖7顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的增益補償電路的框圖；圖8顯示根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字增益控制器的實施例；和圖9顯示根據(jù)本發(fā)明的自動校準電路的實施例。
在附圖中，與先前所述元件對應(yīng)的元件具有相同的附圖標記。
具體實施例方式
圖1顯示出簡單增益補償電路。增益電路B3接收稱為增益系數(shù)g的增益控制信號、以及具有一定動態(tài)范圍和帶寬的模擬輸入信號S1，并將增益受控模擬信號S3提供給模/數(shù)轉(zhuǎn)換器B1。增益電路B3通常為衰減電路。所述衰減電路可包括多個衰減器(表示為20，2-1，2-n)，這些衰減器以數(shù)字2的乘方為系數(shù)對模擬輸入信號S1進行衰減。也可能使用其他系數(shù)。復(fù)用器M1選擇適合增益系數(shù)g的衰減器輸出信號。ADC B1將增益受控模擬輸入信號S3轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號S4。
檢測電路B2連續(xù)檢查數(shù)字信號S4的當前信號電平，并將該電平與ADC B1的最大允許輸入電平進行比較。如果數(shù)字信號S4的電平接近最大可允許電平，則檢測電路B2調(diào)整增益系數(shù)g，以使增益電路B3獲得同樣的衰減系數(shù)g。隨后，通過數(shù)字增益控制器B10補償由衰減電路B3所引入的ADC B1輸出信號(數(shù)字信號S4)的縮放，其中，數(shù)字增益控制器B10將數(shù)字信號S4以同樣的系數(shù)g進行放大，以獲得振幅盡可能恒定的數(shù)字輸出信號S2。
為有效實現(xiàn)數(shù)字增益控制器B10，衰減電路B3通常包括上述具有固定衰減系數(shù)(為2的乘方)的衰減器組，從而獲得6dB的倍數(shù)的衰減。數(shù)字增益控制器B10通過簡單地將數(shù)字式字(digitalword)的比特移動一個比特來以6dB為步長逐步增大數(shù)字信號S4的振幅。實際上，更一般而言，衰減系數(shù)g確定了數(shù)字增益控制器B10中衰減系數(shù)(在數(shù)字增益控制器B10中表示成2的乘方)的選擇(利用乘法器M2來進行)。
衰減電路B3的衰減系數(shù)g的切換幾乎在瞬時發(fā)生，導致在增益受控模擬信號S3中出現(xiàn)步進式振幅變化。由于系統(tǒng)中固有存在的帶寬限制，例如，由于ADC B1，該步進被擴展，經(jīng)過一定延遲TD(參見圖2)之后，該步進引起數(shù)字信號S4相對較慢的瞬變TR。除了延遲TD和瞬變TR以外，由于模擬設(shè)計中的過程展開(process-spread)和非理想性，與理想衰減相比，存在取決于設(shè)置的偏差E。在這種簡單增益補償電路中，利用一個步進來補償衰減，并使數(shù)字輸出信號S2暫時失真。將會參照圖2對此進行說明。
取決于應(yīng)用，所有這些失真都將產(chǎn)生不希望且明顯的贗象。例如，在AM接收的情形中，這些失真在輸出音頻信號中產(chǎn)生必須要濾除或減弱的“卡搭”噪聲，從而使音質(zhì)變差。如果AGC周期性地進行切換或具有一定周期性，則這種效果會變得更糟糕。
圖2顯示用于說明該簡單增益補償電路操作的信號。圖2A表示在時刻t1幾乎步進增大的增益系數(shù)g。對于增益電路B3，這表示增益受控模擬信號S3的振幅應(yīng)減小預(yù)定量，而對于數(shù)字增益控制器B10，這表示將數(shù)字信號S4的振幅增大相同的預(yù)定量。圖2B表示增益受控模擬信號S3的振幅呈步進式減小。圖2C表示數(shù)字信號S4響應(yīng)于增益受控模擬信號S3的振幅的步長而進行的改變。在增益受控模擬信號S3減小的時刻t1之后延遲時間TD的時刻t2，數(shù)字信號S4的振幅開始減小。在過渡時期TR期間(也稱作過渡TR)，數(shù)字信號S4的振幅減小到其最終電平。在時刻t3時達到的最終電平相對于預(yù)計電平具有一定的偏移量或誤差E。圖2D表示已補償數(shù)字信號S2。圖2A的增益系數(shù)g通過在數(shù)字信號S4不因增益受控模擬信號S3的步進式變化而變化的時刻t1使數(shù)字增益控制器B10的增益放大，對數(shù)字信號S4進行校正。從而，已補償數(shù)字信號S2的振幅太大了。在時刻t2，由于數(shù)字信號S4的振幅減小，已補償數(shù)字信號S2的過大振幅開始減小。在時刻t3之后，達到所需電平DL，只是仍然存在誤差E。
由于補償不完全，從時刻t1到時刻t3出現(xiàn)已補償數(shù)字信號的振幅非常大。在音頻系統(tǒng)中，這種失真將是可以聽到的。如果在其他方向發(fā)生步進，則將產(chǎn)生非常低振幅的已補償數(shù)字信號。
圖3顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的增益補償電路的框圖。
增益電路B3接收稱作增益系數(shù)g的增益控制信號和模擬輸入信號S1，并將增益受控模擬信號S3提供給模/數(shù)轉(zhuǎn)換器B1。增益電路B3與參照圖1所述的增益電路B3相同。ADC B1將增益受控模擬輸入信號S3轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號S4。
檢測電路B2連續(xù)檢測數(shù)字信號S4的當前信號電平，并將該信號電平與ADC B1的最大允許輸入電平進行比較。如果數(shù)字信號S4的電平接近最大允許電平，則檢測電路B2調(diào)整增益系數(shù)g，獲得相同的衰減電路B3的衰減系數(shù)g。隨后由數(shù)字增益控制器B10來補償衰減電路B3引入的ADC B1輸出信號(數(shù)字信號S4)的縮放。補償電路B5基于增益系數(shù)g(其包括增益系數(shù)何時改變和改變多少的信息)和參數(shù)DL、TR、DV(確定數(shù)字增益系數(shù)dg隨時間的變化量)確定數(shù)字增益系數(shù)dg。數(shù)字增益控制器B10利用由數(shù)字增益系數(shù)dg確定的系數(shù)來控制數(shù)字信號S4的增益，得到振幅基本恒定或如果輸入信號變化則更精確地進行限定(振幅基本上不受干擾)的數(shù)字輸出信號S2。
根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例，補償電路的主要思想是實現(xiàn)針對參照如圖1和2所示的簡單補償電路述及的非理想性進行基本完全補償?shù)脑鲆嫜a償。原則上，利用按照一種基本上去除已補償數(shù)字信號S2中贗象的方式而隨時間改變增益的數(shù)字增益控制器B10，可以實現(xiàn)基本完美補償。
補償電路B5產(chǎn)生與執(zhí)行增益補償?shù)奶幚磉^程中看到的所有失真互補的數(shù)字增益系數(shù)dg。使用該數(shù)字增益系數(shù)dg作為數(shù)字增益控制器B10的補償信號。原則上，在優(yōu)選的最佳補償機制中，根據(jù)增益系數(shù)g、延遲TD、過渡TR的過渡特性以及誤差E來決定數(shù)字增益系數(shù)dg。從而，補償電路B5產(chǎn)生具有可編程延遲、起始增益、結(jié)束增益以及過渡特性的數(shù)字增益dg。因此，根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字增益不僅是一種與增益系數(shù)的改變一致地產(chǎn)生的步進式補償，而且至少具有延遲、變化值或者靜態(tài)誤差補償分量。
數(shù)字增益控制器B10可以類似于參照圖1所述的一種增益控制器。
圖4顯示用于說明如圖3所示增益補償電路操作的信號。圖4A表示在時刻t1從衰減系數(shù)gk變換到gi的增益系數(shù)g。作為ADC B1輸入信號的增益受控模擬信號S3幾乎立即對衰減電路B3的新設(shè)置作出響應(yīng)，如圖4B中所示。該新設(shè)置與理想衰減偏離依設(shè)置而定的偏差E。ADC B1進行的模/數(shù)轉(zhuǎn)換引入了處理延遲TD。增益補償電路B5產(chǎn)生數(shù)字增益系數(shù)dg，如圖4D中所示。數(shù)字增益系數(shù)dg在從時刻t1之后延遲時間TD的時刻t2時開始增大。數(shù)字增益系數(shù)dg沿著與未補償時數(shù)字信號S4的相應(yīng)振幅誤差曲線互補的曲線增大，直至時刻t3為止。在時刻t3之后，數(shù)字增益系數(shù)dg的數(shù)值適于補償誤差E。如圖4E中所示，在已補償數(shù)字信號S2中基本上完全補償了失真。不要求對所有方面進行補償。與現(xiàn)有技術(shù)相比，即使在誤差E沒有或者沒有完全被補償時，已補償數(shù)字信號S4也會具有失真更小的振幅。在過渡時期內(nèi)也不需要進行完全地補償。對過渡時期期間的最佳曲線進行粗略估計，與現(xiàn)有技術(shù)相比，將改善補償電路的性能。當至少在一定程度上對延遲時間TD、過渡時期TR或誤差E其中至少之一的影響進行補償時，也會實現(xiàn)相對于通過線性內(nèi)插優(yōu)選由存儲器(未示出)獲得的兩個或多個數(shù)值/時間對，可得到過渡時間TD期間數(shù)字增益dg的曲線形狀。通過使用更高階內(nèi)插，可獲得更好的精度?；蛘?，可根據(jù)精度與工作量之間的折衷，使用眾所周知的方法，如表查找或者直線繪制算法。
優(yōu)選地，決定過渡時期TR期間數(shù)字增益系數(shù)dg的變化、延遲時期TD的持續(xù)時間以及由設(shè)置決定的偏離量或誤差E的所有參數(shù)都是可由用戶進行編程控制的。
圖5顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的增益補償電路的實施例的框圖。
增益電路B3接收稱作增益系數(shù)g的增益控制信號和模擬輸入信號S1，并將增益受控模擬信號S3提供給模/數(shù)轉(zhuǎn)換器B1。ADC B1還包括一接收數(shù)字增益系數(shù)dg的輸入端，并將增益受控模擬輸入信號S3轉(zhuǎn)換成增益已補償數(shù)字信號S2。檢測電路B2連續(xù)地檢查已補償數(shù)字信號S2和/或增益受控模擬信號S3的當前信號振幅，以確定增益系數(shù)g。補償電路B5基于增益系數(shù)g和延遲時期TD持續(xù)時間、過渡時期TR期間增益變化量的形狀以及誤差E的參數(shù)，確定數(shù)字增益系數(shù)dg。
ADC B1中的這種數(shù)字增益控制對于可控制參考值的ADC特別適宜。
圖6顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的增益補償電路的框圖。
可控可變增益電路B3接收增益系數(shù)g、模擬輸入信號S1，并將增益受控模擬信號S3提供給模/數(shù)轉(zhuǎn)換器B1，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器B1將增益受控模擬信號S3轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號S4。檢測電路B2連續(xù)地檢查數(shù)字信號S4和/或增益受控模擬信號S3的當前信號振幅，以確定增益系數(shù)g。數(shù)字處理電路B11接收數(shù)字信號S4，并將已處理數(shù)字信號S5提供給數(shù)字增益控制器B10，以得到已補償數(shù)字信號S2。補償電路B5基于增益系數(shù)g和用于延遲時期TD的持續(xù)時間、過渡時期TR期間增益變化量的形狀、誤差E以及處理電路B11中的處理的參數(shù)，確定數(shù)字增益系數(shù)dg。數(shù)字增益系數(shù)dg被提供給數(shù)字增益控制器B10，以控制已處理數(shù)字信號S5的振幅。數(shù)字處理電路B11可執(zhí)行抽選過濾。
在數(shù)字處理電路B11之后，在數(shù)字域中對于模擬域中增益電路B3產(chǎn)生的增益變化進行補償。這樣做的優(yōu)點在于，如果數(shù)字處理電路B11包括采樣率下變頻轉(zhuǎn)換器或者抽選過濾器，則以更低的采樣率對信號進行補償。
圖7顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的增益補償電路的框圖。
可控可變增益電路B3接收增益系數(shù)g和模擬輸入信號S1，并將增益受控模擬信號S3提供給模/數(shù)轉(zhuǎn)換器B1，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器B1將增益受控輸入信號S3轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號S4。檢測電路B2連續(xù)地檢查數(shù)字信號S4和/或增益受控模擬信號S3的當前信號振幅，確定增益系數(shù)g。數(shù)字增益控制器B12接收數(shù)字信號S4，并提供經(jīng)過中間補償?shù)臄?shù)字信號S6。數(shù)字處理電路B11接收經(jīng)過中間補償?shù)臄?shù)字信號S6，并將已處理數(shù)字信號S5提供給數(shù)字增益控制器B10，以獲得已補償數(shù)字信號S2。補償電路B14a基于增益系數(shù)g和用于延遲時期TD的持續(xù)時間、過渡時期TR期間增益變化量的形狀以及誤差E的參數(shù)，確定數(shù)字增益系數(shù)dga。數(shù)字增益系數(shù)dga被提供給數(shù)字增益控制器B12，以控制數(shù)字信號S4的振幅。補償電路B14b基于增益系數(shù)g和用于延遲時期TD的持續(xù)時間、過渡時期TR期間增益變化量的形狀、誤差E以及處理電路B11的處理等的參數(shù)，確定數(shù)字增益系數(shù)dgb。數(shù)字增益系數(shù)dgb被提供給數(shù)字放大器B10，以控制已處理數(shù)字信號S5的增益。
此時，部分直接在ADC B1之后且部分地在數(shù)字處理電路B11之后，在數(shù)字域中對于模擬域中增益電路B3產(chǎn)生的增益變化量進行補償。這樣做的優(yōu)點在于，如果數(shù)字處理電路B11包括采樣率下變頻轉(zhuǎn)換器或者抽選過濾器，則以更低的采樣率對信號進行補償。
圖8顯示根據(jù)本發(fā)明的補償電路的實施例。
補償電路B5或B14a、B14b包括延遲電路B6、波形產(chǎn)生電路B7、電平調(diào)整電路B8和合并電路B9。
延遲電路B6接收增益系數(shù)g和延遲參數(shù)DL，提供延遲時間TD。延遲時間TD表示增益系數(shù)g變化時刻后延遲時間TD的時刻。延遲時間TD的時間周期由延遲參數(shù)DL決定?？蓪⒀舆t參數(shù)保存在存儲器中。
波形產(chǎn)生電路B7接收增益系數(shù)g和至少一個波形參數(shù)WP，其中該波形參數(shù)WP用于定義過渡時期TR期間數(shù)字增益dg必然隨之變化的波形信息WF。波形產(chǎn)生電路B7可從延遲電路B6接收至少表示過渡時期開始的定時信息T1。波形參數(shù)WP可包括針對增益系數(shù)g變化的時刻，有關(guān)過渡時期持續(xù)時間的定時信息，還包括有關(guān)過渡時期開始的定時信息。波形參數(shù)WP還包括一個或多個決定所需波形信息WF的數(shù)值。增益系數(shù)g提供有關(guān)數(shù)字增益dg應(yīng)當變化的所需數(shù)量的信息，和有關(guān)模擬域中增益變化的時刻的信息。然而，由于存在于定時信息T1中，所以可以不使用這種定時時刻。波形產(chǎn)生電路B7可接收與在補償處理電路B11的影響(如果存在)時所需的校正有關(guān)的信息。
電平調(diào)整電路B8接收德耳塔增益系數(shù)DV和增益系數(shù)g，以確定數(shù)字增益dg必須變化的量，以及在模擬域中增益變化的時刻。德耳塔增益系數(shù)DV表示在過渡時期TR之后實現(xiàn)完全補償所需的偏移或誤差信息E的數(shù)值?？稍谶^渡時期TR期間或者之后，使用定時信息(從增益系數(shù)g或從延遲電路B6得到)來啟動這種補償。
合并電路B9將延遲參數(shù)DL、波形信息WF以及誤差信息E進行合并，得到隨時間改變的數(shù)字增益或數(shù)字增益系數(shù)dg。
圖9顯示根據(jù)本發(fā)明的自動校準電路的實施例。圖9中所示的電路基于圖3中所示的電路。增加了自動校準電路B13和開關(guān)SW。自動校準電路B13接收已補償數(shù)字信號S2，并且將開關(guān)控制信號SWS提供給開關(guān)SW，將參數(shù)DL、TR和DV提供給補償電路B5，將控制信號AG提供給增益電路B3和補償電路B5。
在校準時期期間，自動校準電路B13首先設(shè)定參數(shù)DL，TR和DV。其次，因為開關(guān)SW處于所示的位置，所以自動校準電路B13將具有預(yù)定電平的參考信號RS作為模擬信號S1提供給可控可變增益電路B3。然后，自動校準電路B13將信息AG提供給增益電路B3和補償電路B5，以示出增益電路B3和數(shù)字增益控制器B10的增益必須改變的時刻。替代直接將信息AG提供給增益電路B3和補償電路B5，信息AG也可以控制增益系數(shù)g。此時，自動校準電路B13估計已補償數(shù)字信號S2的振幅。
如果已補償數(shù)字信號S2的振幅隨時間足夠地恒定，則保存所使用的參數(shù)DL，TR和DV，并恢復(fù)正常操作。在正常操作期間，開關(guān)SW處于圖9中未示出的位置，自動校準電路失效。
如果已補償數(shù)字信號S2的振幅隨時間并未足夠地恒定，則自動校準電路B13改變參數(shù)DL、TR和DV其中的一個或多個，并重新開始校準時期。自動校準電路B13根據(jù)需要的頻率重復(fù)校準時期，響應(yīng)于增益系數(shù)g的變化得到大體上恒定的已補償數(shù)字信號S2。在最后一個校準時期結(jié)束時，將找出的最佳參數(shù)DL、TR和DV保存起來，以供正常操作階段使用。
可使用多種策略來尋找最佳參數(shù)DL、TR和DV。例如，通過確定在哪個時刻已補償數(shù)字信號偏離所需電平。例如，當在接近增益系數(shù)g變化的時刻發(fā)生偏離時，應(yīng)當調(diào)整參數(shù)DL以獲得更長延遲時間TD，如果在該時刻之后誤差長時間存在的話，則應(yīng)當改變參數(shù)DV以降低誤差E。通過對過渡時期期間的偏離值進行采樣，并使用參數(shù)TR中的采樣值，可使剩余誤差最小。
本發(fā)明的廣義范圍是可用于多種裝置，例如收音機、有線通信、數(shù)據(jù)收發(fā)器等中的結(jié)合有模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的自動增益控制技術(shù)。
按照以下方式描述了實施例。在用于車載無線電裝置的模擬廣播AM/FM無線電接收機范圍內(nèi)以數(shù)字方式實現(xiàn)的測試芯片上，在硬件中實現(xiàn)了所述的補償電路或相應(yīng)的補償方法。對于硬件有效(hardware-efficient)的解決方案，使用單比特西格瑪-德耳塔ADC。測試芯片包括一組4個衰減器設(shè)置。在系統(tǒng)中盡可能早地對ADC比特流進行數(shù)字增益補償。這樣做的優(yōu)點在于，由于對單信號比特而不是多比特總線進行增益補償，硬件工作量低，從而無需顯式乘法。為了在瞬態(tài)時期TR期間進行補償，線性內(nèi)插表現(xiàn)出能提供良好的性能，因為剩余擾動是不可聽到的?？捎捎脩艟幊炭刂频膮?shù)DL、TR和DV分別為延遲時期TD的持續(xù)時間、過渡時期TR期間數(shù)字增益的線性內(nèi)插波形的斜率以及取決于四個衰減器設(shè)置的增益偏差E。
可將這種補償方法用于例如下面的應(yīng)用中在使用ADC和步進式AGC的常規(guī)應(yīng)用中，在用于例如車載無線電、便攜式電話、手提無線電等、RF-、LF-和基帶處理的集成電路中，以及音頻(HiFi-)裝置中。該補償方法還可以用于不具有ADC的系統(tǒng)中。通常，使用具有有限動態(tài)范圍的處理電路。動態(tài)范圍常常受所施加電源電壓的限制。特別是，如果電路集成在集成電路中，則由于電源電壓相對較低，這些電路的動態(tài)范圍可能會十分有限。通過處理電路前面的第一增益控制電路來控制這種處理電路的輸入信號的振幅。通過提供對處理電路的輸出信號進行操作的第二增益控制電路，基本上可補償?shù)谝辉鲆婵刂齐娐返挠绊?，從而恢?fù)輸出信號的振幅。
應(yīng)當注意，上述實施例說明而非限制本發(fā)明，在不偏離所附權(quán)利要求范圍的條件下，本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠設(shè)計出多種替代的實施例。
在權(quán)利要求中，置于圓括號內(nèi)的任何附圖標記都不應(yīng)當解釋為限制該權(quán)利要求。使用動詞“包括”和其動詞變化不排除存在除權(quán)利要求中述及之外的元件或步驟。元件前面的冠詞“一(a或an)”不排除存在多個這種元件?？衫冒ǘ鄠€分立元件的硬件和利用適當編程的計算機來實施本發(fā)明。在包括多個裝置的產(chǎn)品權(quán)利要求中，可由一個相同的硬件項來實現(xiàn)多個裝置。惟一的事實在于，不同從屬權(quán)利要求中記錄的某些措施不表明不能使用這些措施的組合來獲得益處。
權(quán)利要求
1.一種包括具有預(yù)定有限動態(tài)范圍的處理電路(B1；B1，B11)和自動增益控制電路的設(shè)備，所述自動增益控制電路包括增益確定電路(B2)，用于確定第一增益系數(shù)(g)，第一增益控制器(B3)，用于利用所述第一增益系數(shù)(g)控制輸入信號(S1)的振幅，以向所述處理電路(B1；B1，B11)提供增益受控信號(S3)，補償電路(B5)，用于基于所述第一增益系數(shù)(g)以及用來定義第二增益系數(shù)(dg)時間變化量的輸入?yún)?shù)(DL，TR，DV)，確定所述第二增益系數(shù)(dg)，以及第二增益控制器(B1；B10)，用于接收所述處理電路(B1；B1，B11)的輸出信號和所述第二增益系數(shù)(dg)，以獲得已補償輸出信號(S2)，其中所述已補償輸出信號基本上已被補償因所述第一增益系數(shù)(g)的變化引起的所述增益受控信號(S3)的振幅變化。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述處理電路(B1；B1，B11)包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(B1)，所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將所述增益受控信號(S3)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(S4；S2)，所述處理電路(B1；B1，B11)的所述輸出信號為數(shù)字信號(S4)，所述已補償輸出信號(S2)為已補償數(shù)字信號(S2)。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述增益確定電路(B2)具有用于接收所述增益受控信號(S3)和/或所述數(shù)字信號(S4)的輸入端，和用于提供所述第一增益系數(shù)(g)的輸出端，確定所述第一增益系數(shù)(g)，以獲得處于所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(B1)的工作范圍內(nèi)的所述增益受控信號(S3)的所述振幅。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述增益確定電路(B2)被設(shè)置來按照步進方式調(diào)整所述第一增益系數(shù)(g)。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述步進包括2的乘方。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述補償電路(B5)包括延遲電路(B6)，所述延遲電路用于延遲響應(yīng)于所述第一增益系數(shù)(g)的所述變化的所述第二增益系數(shù)(dg)的變化的開始時刻，以基本上補償所述處理電路(B1；B1，B11)的處理時間，所述處理電路的所述處理時間引起所述增益受控信號(S3)與所述已補償輸出信號(S2)之間的時間延遲(TD)。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述補償電路(B5)包括波形生成電路(B7)，所述波形生成電路用于產(chǎn)生所述第二增益系數(shù)(dg)的所述時間變化量的波形(WF)。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述波形生成電路(B7)包括帶寬限制電路，或者線性內(nèi)插電路，或更高階內(nèi)插電路，或表查找電路，或直線繪制算法電路。
9.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述補償電路(B5)包括電平調(diào)整電路(B8)，所述電平調(diào)整電路用于產(chǎn)生所述第二增益系數(shù)(dg)的DC偏移，以基本上補償所述已補償輸出信號(S2)的靜態(tài)電平偏差(E)。
10.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(B1)是單比特西格瑪-德耳塔型。
11.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(B1)包括所述第二增益控制器(B1；B10)，所述第二增益控制器用于控制所述數(shù)字信號(S4)的所述增益，以提供所述已補償數(shù)字信號(S2)。
12.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述第二增益控制器(B1；B10)被設(shè)置來控制由所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(B1)提供的所述數(shù)字信號(S4)的所述增益。
13.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述處理電路(B1；B1，B11)包括數(shù)字處理電路(B11)，所述數(shù)字處理電路用于對所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(B1)提供的所述數(shù)字信號(S4)進行處理，以獲得已處理數(shù)字信號(S5)，其中所述第二增益控制器(B10)被設(shè)置來利用所述第二增益系數(shù)(dg)控制所述已處理數(shù)字信號(S5)的增益。
14.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，還包括設(shè)置在所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(B1)與所述數(shù)字處理電路(B11)之間的數(shù)字增益控制器(B12)，所述數(shù)字增益控制器(B12)由另一數(shù)字增益系數(shù)(dga)控制。
15.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括自動校準電路(B13)，所述自動校準電路被設(shè)置來在一檢測周期(TP)期間反復(fù)執(zhí)行以下操作產(chǎn)生將作為所述輸入信號(S1)提供的參考信號(RS)，以預(yù)定量調(diào)整所述第一增益系數(shù)(g)，提供第一組輸入?yún)?shù)(DL，TR，DV)，檢查所述已補償輸出信號(S2)是否出現(xiàn)振幅變化，并且調(diào)整至少其中一個所述輸入?yún)?shù)(DL，TR，DV)，直至所述已補償輸出信號(S2)基本不會出現(xiàn)振幅變化，以及最后，存儲確定的所述輸入?yún)?shù)(DL，TR，DV)，以供在正常操作期間使用。
16.一種用于在包括處理電路(B1；B1，B11)的設(shè)備中進行的自動增益控制方法，所述處理電路具有預(yù)定有限的動態(tài)范圍，所述方法包括確定(B2)第一增益系數(shù)(g)，利用所述第一增益系數(shù)(g)控制(B3)輸入信號(S1)的振幅，以將增益受控信號(S3)提供給所述處理電路(B1；B1，B11)，基于所述第一增益系數(shù)(g)以及用來定義第二增益系數(shù)(dg)的時間變化量的輸入?yún)?shù)(DL，TR，DV)，確定(B5)所述第二增益系數(shù)(dg)，以及利用所述第二增益系數(shù)(dg)控制(B1；B10)所述處理電路(B1；B1，B11)的輸出信號，以獲得已補償輸出信號(S2)，所述已補償輸出信號基本上已被補償因所述第一增益系數(shù)(g)的變化引起的所述增益受控信號(S3)的振幅變化。
17.如權(quán)利要求16所述的自動增益控制方法，還包括自動校準(B13)，所述自動校準包括在一檢測周期期間反復(fù)執(zhí)行的以下操作產(chǎn)生將作為所述輸入信號(S1)提供的參考信號(RS)，以預(yù)定量調(diào)整所述第一增益系數(shù)(g)，提供第一組輸入?yún)?shù)(DL，TR，DV)，檢查所述已補償輸出信號(S2)是否出現(xiàn)振幅變化，并且調(diào)整至少其中一個所述輸入?yún)?shù)(DL，TR，DV)，直至所述已補償輸出信號(S2)基本上不會出現(xiàn)振幅變化，以及最后，存儲所述確定的輸入?yún)?shù)(DL，TR，DV)，以供在正常操作期間使用。
18.一種音頻裝置，包括具有預(yù)定有限動態(tài)范圍的處理電路(B1；B1，B11)和自動增益控制電路，所述自動增益控制電路包括增益確定電路(B2)，用于確定第一增益系數(shù)(g)，第一增益控制器(B3)，用于利用所述第一增益系數(shù)(g)控制輸入信號(S1)的振幅，以向所述處理電路(B1；B1，B11)提供增益受控信號(S3)，補償電路(B5)，用于基于所述第一增益系數(shù)(g)以及用來定義第二增益系數(shù)(dg)時間變化量的輸入?yún)?shù)(DL，TR，DV)，確定所述第二增益系數(shù)(dg)，以及第二增益控制器(B1；B10)，用于接收所述處理電路(B1；B1，B11)的輸出信號和所述第二增益系數(shù)(dg)，以獲得已補償輸出信號(S2)，其中所述已補償輸出信號基本上已被補償因所述第一增益系數(shù)(g)的變化引起的所述增益受控信號(S3)的振幅變化。
全文摘要
一種自動增益控制電路，具有確定第一增益系數(shù)(g)的增益確定電路(B2)和第一增益控制器(B3)，該第一增益控制器(B3)利用所述第一增益系數(shù)(g)控制輸入信號(S1)的振幅，以便提供增益受控信號(S3)。具有預(yù)定有限動態(tài)范圍的處理電路(B1；B1，B11)處理增益受控信號(S3)，得到輸出信號(S4；S2)。自動增益控制電路還包括補償電路(B5)，該補償電路基于第一增益系數(shù)(g)以及用來定義第二增益系數(shù)(dg)的時間變化量的輸入?yún)?shù)(DL，TR，DV)確定第二增益系數(shù)(dg)，第二增益控制器(B1；B10)接收第二增益系數(shù)(dg)，以得出已補償輸出信號(S2)，該已補償輸出信號基本上已被補償了因所述第一增益系數(shù)(g)的變化而引起的所述增益受控信號(S3)的振幅變化。
文檔編號H03M1/18GK1778047SQ200480010697
公開日2006年5月24日 申請日期2004年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月24日
發(fā)明者福爾克爾·S·吉倫茨, 亨德里克·坦恩·皮爾里克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司