本實用新型涉及電子電路技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種增益控制裝置。

背景技術(shù)：

音頻放大器是將音頻信號進(jìn)行功率放大，以驅(qū)動揚聲器達(dá)到擴音目的。在音頻處理過程中，為了提升音樂播放的效果，增大音樂播放的響度，通常需要對輸入的音頻信號進(jìn)行自動增益控制，來調(diào)整輸入的音頻信號的信號幅度，衰減大幅值信號，放大小幅值信號，保證信號幅值的平穩(wěn)。目前的音頻功率放大器大多帶有自動增益控制(AGC) 功能。AGC是使放大電路的增益自動地隨信號強度而調(diào)整的自動控制方法，AGC自動增益控制電路的作用是在輸入信號幅度變化很大的情況下，自動保持輸出信號幅度在很小范圍內(nèi)變化的一種自動控制電路。

現(xiàn)有技術(shù)中的增益控制方法，可以在檢測到放大器的輸出功率大于預(yù)定的功率閾值時，將輸出功率維持在設(shè)定的功率閾值。但是現(xiàn)有的增益控制方法在控制增益時容易造成失真，影響音頻播放效果；同時在檢測到放大器的輸出信號大于預(yù)定的預(yù)設(shè)閾值時，雖然能自動降低輸出信號，但是過程中信號輸出值已經(jīng)超過揚聲器的最大功率值，容易造成揚聲器受損。

公開號為CN104485909A的專利文件提供了一種增益控制方法及裝置，其使用多組的AGC控制電路來判斷放大器的輸出，針對不同的輸出大小做不同時間的增益控制，可以提升音樂文件的播放效果，提升用戶的體驗。但是當(dāng)輸出超過第一預(yù)設(shè)閾值(如揚聲器的最大功率)時，增益雖然會快速下降，但是信號輸出還是已經(jīng)超過揚聲器的最大功率值，還是會使揚聲器損壞。同時，由于D類音頻放大器判斷輸出是否削頂是從積分器輸出判斷，而判斷不同輸出功率是從第一級可調(diào)增益放大器的輸出判斷，兩種機制判斷的位置不相同，因此其不適合用在D類音頻放大器上。

公開號為CN104767498A的專利文件提供了一種增益控制方法及裝置，其使用過零檢測，避免在輸出信號的峰值處對放大器的增益進(jìn)行調(diào)整，從而提高音樂播放效果。但是當(dāng)有多組AGC控制電路時，無法選擇是否需要過零檢測來改變增益。如有一個低頻音樂信號輸入時，輸出信號超過揚聲器最大功率限制時，必須要及時快速的降低增益，如果必須等到過零檢測后才能改變增益，可能會造成揚聲器受損。此外，過零檢測電路的第二檢測電路有使用高閾值與低閾值電平來判斷輸出信號，即輸出信號并不是在最低的點才送出過零檢測信號，所以改變增益時還是會造成一定的雜音，影響播放效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對以上問題，本實用新型專利目的在于設(shè)計了一種增益控制裝置，可以保持良好的聲音品質(zhì)，同時可以有效保護揚聲器，避免揚聲器超過最大功率而損壞。

本實用新型具體的技術(shù)方案如下：

一種增益控制裝置，包括前級增益放大器、電壓控制電路、調(diào)變電路、幅度檢測電路、過零檢測電路、防削頂幅度檢測電路和增益控制電路，所述前級增益放大器、電壓控制電路和調(diào)變電路依次連接，所述電壓控制電路分別通過所述幅度檢測電路和過零檢測電路連接所述增益控制電路，所述調(diào)變電路通過所述防削頂幅度檢測電路連接所述增益控制電路；其中，

所述電壓控制電路用于檢測并控制所述前級增益放大器的輸出信號；

所述幅度檢測電路用于接收所述電壓控制電路的輸出信號并與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較，輸出相應(yīng)的增益信號；

所述過零檢測電路用于判斷所述電壓控制電路的輸出信號是否過零點，并在過零點時向所述增益控制電路輸出相應(yīng)的增益信號；

所述防削頂幅度檢測電路用于檢測所述調(diào)變電路的輸出信號是否出現(xiàn)削頂，并在出現(xiàn)削頂時向所述增益控制電路輸出相應(yīng)的增益信號；

所述增益控制電路用于根據(jù)所述幅度檢測電路、過零檢測電路和防削頂幅度檢測電路輸出的增益信號判斷是否需要進(jìn)行增益控制，以及在需要進(jìn)行增益控制時對所述前級增益放大器的增益進(jìn)行控制。

具體的，本實用新型所述增益控制裝置適用于D類音頻放大器。

具體的，本實用新型所述幅度檢測電路包括N個幅度檢測電路， N≥1。

具體的，本實用新型所述增益控制電路進(jìn)一步包括：分別接收所述幅度檢測電路、過零檢測電路和防削頂幅度檢測電路輸出的增益信號，并判斷是否需要過零點是進(jìn)行增益控制。

具體的，本實用新型所述電壓控制電路包括：第一比較器、第一控制開關(guān)、第二比較器和第二控制開關(guān)；

所述第一比較器的輸入端分別連接前級增益放大器的輸出信號和第一參考電壓，第一比較器的輸出端連接第一控制開關(guān)；

所述第二比較器的輸入端分別連接前級增益放大器的輸出信號和第二參考電壓，第二比較器的輸出端連接第二控制開關(guān)。

具體的，本實用新型所述過零檢測電路包括：第三比較器、第一延遲電路、第二延遲電路和異或門，所述第三比較器的輸入端分別連接所述電壓控制電路的輸出信號，第三比較器的輸出端一路通過非門連接第一延遲電路，另一路直接連接第二延遲電路，所述第一延遲電路和第二延遲電路的輸出端分別連接所述異或門的兩輸入端。

本實用新型提供的增益控制裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

(1)通過電壓控制電路可以有效的保護揚聲器，避免揚聲器超過最大功率而損壞；

(2)提出的多組AGC增益控制功能，結(jié)合過零檢測與防削頂檢測，可以完整的判斷輸出信號，來進(jìn)一步判斷增益該如何變化，能有效的對揚聲器進(jìn)行保護，并同時保持良好的聲音品質(zhì)；

(3)通過過零檢測電路可以在最小的信號時改變增益，避免產(chǎn)生增益變化時的雜音，可以保持良好的聲音品質(zhì)。

附圖說明

以下參照附圖對本實用新型實施例作進(jìn)一步說明，其中：

圖1是本實用新型的電路圖；

圖2是本實用新型實施例一的電路圖；

圖3是本實用新型本實用新型放大器信號與增益關(guān)系圖；

圖4是本實用新型電壓控制電路的電路圖；

圖5是本實用新型幅度檢測電路的電路圖；

圖6是本實用新型幅度檢測電路的輸入輸出示意圖；

圖7是本實用新型過零檢測電路的電路圖；

圖8是本實用新型過零檢測電路的輸入輸出示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

本實用新型提出了一種增益控制裝置，請參閱圖1，包括前級增益放大器、電壓控制電路、調(diào)變電路、幅度檢測電路、過零檢測電路、防削頂幅度檢測電路和增益控制電路，所述前級增益放大器、電壓控制電路和調(diào)變電路依次連接，所述電壓控制電路分別通過所述幅度檢測電路和過零檢測電路連接所述增益控制電路，所述調(diào)變電路通過所述防削頂幅度檢測電路連接所述增益控制電路。其中，

所述電壓控制電路用于檢測并控制所述前級增益放大器的輸出信號；

所述幅度檢測電路用于接收所述電壓控制電路的輸出信號并與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較，輸出相應(yīng)的增益信號；

所述過零檢測電路用于判斷所述電壓控制電路的輸出信號是否過零點，并在過零點時向所述增益控制電路輸出相應(yīng)的增益信號；

所述防削頂幅度檢測電路用于檢測所述調(diào)變電路的輸出信號是否出現(xiàn)削頂，并在出現(xiàn)削頂時向所述增益控制電路輸出相應(yīng)的增益信號；

所述增益控制電路用于根據(jù)所述幅度檢測電路、過零檢測電路和防削頂幅度檢測電路輸出的增益信號判斷是否需要進(jìn)行增益控制，以及在需要進(jìn)行增益控制時對所述前級增益放大器的增益進(jìn)行控制。

本實用新型提供的增益控制裝置可有效保護揚聲器，避免揚聲器受損。在第一級前級增益放大器輸出，加上電壓控制電路，設(shè)定的電壓控制點為負(fù)載揚聲器的最大功率P_MAX。當(dāng)放大器的輸出電壓超過揚聲器的最大功率時，會被電壓控制電路限制在此最大電壓點，不讓電壓超過，同時幅度檢測電路會檢測電壓控制電路的輸出，并輸出降增益的信號給增益控制電路，快速降低增益。

具體的，本實用新型所述增益控制電路進(jìn)一步包括：分別接收所述幅度檢測電路、過零檢測電路和防削頂幅度檢測電路輸出的增益信號，并判斷是否需要過零點是進(jìn)行增益控制。本實用新型的過零檢測判斷是經(jīng)由增益控制電路來判斷是否需要在信號過零時來降增益。如果輸出信號已經(jīng)超過P_MAX或是電壓輸出信號削頂失真時，此時不需要等待過零信號，增益控制電路會馬上以最快的速度降低增益。尤其輸入是低頻信號時，若還要等待過零信號才能降增益，揚聲器會長時間處在高電壓情況下，容易導(dǎo)致?lián)p壞。且如果是輸出削頂失真，而不迅速降增益，會使聲音音質(zhì)受損。本實用新型讓檢測點更接近零點，避免在信號較高的位置改變增益，造成雜音。

具體的，本實用新型所述增益控制裝置適用于D類音頻放大器，調(diào)變電路采用D類調(diào)變電路。請參閱圖2為本實施例一的電路圖。

幅度檢測電路可以有很多組，所述幅度檢測電路包括N個幅度檢測電路，N≥1。可根據(jù)揚聲器的功率限制范圍，來調(diào)整增益下降的速度，增加聲音的動態(tài)范圍。

請參閱圖3放大器信號與增益關(guān)系圖，本實施例設(shè)置有三檔幅度檢測電路，分別是最大功率P_MAX、緩沖功率P_MED、額定功率P_RMS。揚聲器功率不可超過P_MAX，否則會損壞。揚聲器功率則可長時間操作在P_RMS下，而介于P_MAX與P_RMS之間就可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，讓聲音在短時間內(nèi)停留在此功率范圍，如此可以加大聲音的動態(tài)范圍。這此，加入P_MED的功率判斷，P_MED約是P_RMS的1.2倍，為P_RMS的緩沖功率，多一組功率判斷與時間控制，可以讓聲音響度更豐富。

請參閱圖3中區(qū)域A，當(dāng)聲音突然變大，超過P_MAX時，電壓控制電路會把輸出電壓限制在控制電壓點，不讓揚聲器有損壞的風(fēng)險，同時增益控制電路控制增益快速下降(如0.16ms/dB)，把信號降低至 P_MAX以下?；蛘咂渌闆r，當(dāng)放大器電源電壓較低時，在還沒頂?shù)?P_MAX時，輸出就發(fā)生削頂失真，此時，增益控制電路也控制增益快速下降(如0.16ms/dB)，讓聲音信號不失真，避免輸出不悅耳的聲音。

請參閱圖3中區(qū)域B，當(dāng)輸出介于P_MAX與P_MED時，增益會中速下降(如0.64ms/dB)，允許短暫的大音量輸出。圖3中區(qū)域C，當(dāng)輸出介于P_MED與P_RMS時，控制增益慢速下降(如21ms/dB)，來允許短暫的大音量輸出。圖3中區(qū)域D，當(dāng)輸出介于P_RMS與P_HYS時，增益會維持住。圖3中區(qū)域E、F、G，當(dāng)輸入信號變小，增益會先維持 10ms后，在慢慢回復(fù)增益(如41ms/dB)，直到回復(fù)增益初始值，或是輸出介于P_RMS與P_HYS時才會停住。

具體的，請參閱圖4為電壓控制電路的電路圖，本實施例所述電壓控制電路包括：第一比較器OP_H、第一控制開關(guān)MP_H、第二比較器OP_L和第二控制開關(guān)MP_L。所述第一比較器的輸入端分別連接前級增益放大器的輸出信號和第一參考電壓，第一比較器的輸出端連接第一控制開關(guān)；所述第二比較器的輸入端分別連接前級增益放大器的輸出信號和第二參考電壓，第二比較器的輸出端連接第二控制開關(guān)。

電壓控制電路目的在防止輸出功率超過揚聲器的最大功率P_MAX而使揚聲器損壞。工作原理是透過檢測前級增益放大器的輸出信號 VOP、VON與參考電壓Vref_H、Vref_L的關(guān)系，當(dāng)VOP或VON超過上限Vref_H或低于下限Vref_L時，會分別啟動比較器OP_H或 OP_L電路來控制開關(guān)第一控制開關(guān)MP_H或第二控制開關(guān)MP_L來限制增益放大器輸出的信號，達(dá)到限制VOP與VON的電壓。

具體的，請參閱圖5為幅度檢測電路的電路圖，將電壓控制電路的輸出信號VOP、VON分別與Vref_RMS、Vref_HYS做比較，可以得到ATT_RMS與RLS_RMS訊號，再送到增益控制電路做增益控制。

請參閱圖6是幅度檢測電路的輸入輸出示意圖，ATT_RMS為高電平時，增益控制電路準(zhǔn)備降增益，RLS_RMS為高電平時，增益控制電路準(zhǔn)備升增益。Vref_RMS與Vref_HYS的差異必須要超過1個bit的增益降幅以上，否則會有增益上下跳動的問題。延遲電路的目的是為了防止電路受干擾而造成誤動作，延遲時間可以是數(shù)微秒。其他不同幅度的判斷可以用相同的幅度檢測電路架構(gòu)來達(dá)成。

防削頂幅度檢測電路類似幅度檢測電路，請參閱圖5，參考電壓則是三角波的上限值。D類調(diào)變器裡的PWM產(chǎn)生器是將積分器輸出的VOP1、VON1與三角波比較而得到PWM訊號。當(dāng)輸出訊號有削頂?shù)那闆r發(fā)生時，即OUTP與OUTN的duty到達(dá)100％或 0％時，積分器的輸出訊號(VOP1與VON1)會超過三角波的幅度范圍，所以藉由判斷積分器輸出是否超過三角波上限值可以檢測出放大器輸出是否發(fā)生削頂。當(dāng)發(fā)生削頂，放大器會快速降增益，避免聽到失真的聲音

具體的，請參閱圖7為過零檢測電路的電路圖。所述過零檢測電路包括：第三比較器、第一延遲電路、第二延遲電路和異或門，所述第三比較器的輸入端分別連接所述電壓控制電路的輸出信號，第三比較器的輸出端一路通過非門連接第一延遲電路，另一路直接連接第二延遲電路，所述第一延遲電路和第二延遲電路的輸出端分別連接所述異或門的兩輸入端。使用第三比較器比較電壓控制電路的輸出信號VOP與VON的訊號，經(jīng)過延遲電路與異或門運算后，得到一脈波訊號，此脈波寬度由延遲電路決定。

請參閱圖8為過零檢測電路的輸入輸出示意圖。當(dāng)輸入訊號突然停止，VOP與VON會無法交越，比較器會無法產(chǎn)生變化，此時，脈波偵測電路會偵測一段時間內(nèi)是否沒有脈波訊號送過來。如距離上一次的脈波訊號已經(jīng)超過50ms還沒有下一個脈波送過來時，脈波偵測電路會強制送出一脈波訊號，讓增益控制電路可以順利控制增益。此根強制送出的脈波是在沒有輸入訊號的情況下送出，所以增益改變會在訊號最小的時候，所以此時改變增益并不會產(chǎn)生雜音。

具體的，增益控制電路分別接收來自幅度檢測電路、防削頂幅度檢測電路與零點檢測電路的訊號，判斷是否需要降低增益或恢復(fù)增益，并以何種速度降低增益，是否需要過零點的時候降低增益等，來控制前置放大器的增益。

以上所述本實用新型的具體實施方式，并不構(gòu)成對本實用新型保護范圍的限定。任何根據(jù)本實用新型的技術(shù)構(gòu)思所做出的各種其他相應(yīng)的改變與變形，均應(yīng)包含在本實用新型權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。