專利名稱：帶增益指示功能的多級(jí)自動(dòng)增益控制集成電路系統(tǒng)的制作方法
(一)、所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及的是一種電路，具體地說(shuō)是一種音頻信號(hào)控制的帶增益指示功能的自動(dòng)增益控制集成電路及系統(tǒng)。用于對(duì)特殊場(chǎng)合聲音信號(hào)的檢測(cè)放大及其它領(lǐng)域中。
(二)、背景技術(shù)由于環(huán)境中不同物體發(fā)出的聲音聲壓差別很大，如蚊鳴聲與火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的聲壓級(jí)相差174dB，為了對(duì)聲音信號(hào)源進(jìn)行辨別就需要對(duì)其聲音信號(hào)無(wú)失真的檢測(cè)，如果對(duì)所有的聲音信號(hào)采用相同的增益就會(huì)導(dǎo)致大信號(hào)失真或者小信號(hào)無(wú)法分辨的問(wèn)題。因此對(duì)于動(dòng)態(tài)范圍較大的音頻信號(hào)，在對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行放大同時(shí)，必須壓縮其動(dòng)態(tài)范圍才能被后級(jí)處理，完成此功能的便是自動(dòng)增益控制電路及系統(tǒng)。
現(xiàn)有的技術(shù)中，自動(dòng)增益控制電路及系統(tǒng)是由前置放大電路、帶通濾波電路、可控增益放大器、由峰值檢測(cè)電路和判斷電路組成的控制電平產(chǎn)生電路構(gòu)成的，一般只是單純的改變電路的增益，并沒(méi)有指示輸出功能，對(duì)于所檢測(cè)到的音頻信號(hào)的原始真實(shí)強(qiáng)度不能還原，在特殊場(chǎng)合的應(yīng)用受到了限制。
(三)、發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種能擴(kuò)展輸入信號(hào)的處理范圍，并且指示輸出功能，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于集成的帶增益指示功能的多級(jí)自動(dòng)增益控制集成電路系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它由前置放大電路、帶通濾波電路、可控增益放大器、由峰值檢測(cè)電路和判斷電路組成的控制電平產(chǎn)生電路構(gòu)成，其特征是信號(hào)首先耦合至前置放大電路1，經(jīng)放大的信號(hào)分兩路分別進(jìn)入峰值檢測(cè)電路4和帶通濾波電路2，峰值檢測(cè)電路4對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣、產(chǎn)生的直流電平進(jìn)入判斷電路5與基準(zhǔn)參考電平比較，產(chǎn)生的自動(dòng)增益，控制放大器的控制電平，控制電平通過(guò)編碼產(chǎn)生增益指示輸出信號(hào)7，控制電平同時(shí)也進(jìn)入可控增益放大器3控制可控增益放大器的放大倍數(shù)、對(duì)來(lái)自帶通濾波器2的信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯?，根?jù)指示輸出信號(hào)7判斷可控增益放大器的增益，然后進(jìn)行被檢測(cè)信號(hào)原始真實(shí)強(qiáng)度的還原。
本發(fā)明的特點(diǎn)在于前置放大部件，耦合放大預(yù)處理被檢測(cè)信號(hào)；控制電平產(chǎn)生電路，包括峰值檢測(cè)電路和判斷電路，峰值檢測(cè)電路對(duì)前級(jí)預(yù)處理信號(hào)進(jìn)行采樣，為下一級(jí)判斷電路提供信號(hào)；判斷電路根據(jù)峰值檢測(cè)電路產(chǎn)生的直流電平和參考電平進(jìn)行比較判斷，產(chǎn)生AGC控制電平控制自動(dòng)增益放大器的增益，控制電平同時(shí)通過(guò)二進(jìn)制編碼，產(chǎn)生增益指示輸出信號(hào)，根據(jù)增益指示信號(hào)可以再生被檢測(cè)音頻信號(hào)放大前的原始真實(shí)強(qiáng)度；帶通濾波器，濾除有效音頻信號(hào)以外的噪聲；自動(dòng)增益控制放大器，以基于上述控制信號(hào)自動(dòng)改變放大器反饋電阻的方法來(lái)改變放大器增益。指示輸出部件，根據(jù)不同的增益，采用二進(jìn)制編碼輸出，由此來(lái)對(duì)被檢測(cè)音頻信號(hào)的原始真實(shí)強(qiáng)度進(jìn)行還原。
本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于集成的帶增益指示功能的多級(jí)自動(dòng)增益控制集成電路系統(tǒng)，由此大大擴(kuò)展了輸入信號(hào)的處理范圍，并且根據(jù)二進(jìn)制指示輸出信號(hào)可以對(duì)被檢測(cè)信號(hào)的原始真實(shí)強(qiáng)度進(jìn)行還原。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)方框圖；圖2是本發(fā)明的電路原理圖；圖3是AGC放大器電路原理圖；圖4是峰值檢測(cè)電路輸出波形圖；圖5是控制電平產(chǎn)生電路原理圖；圖6是音頻信號(hào)輸入輸出波形圖。
(五)具體實(shí)施方案結(jié)合圖1和圖2，本發(fā)明由前置放大電路、帶通濾波電路、可控增益放大器、由峰值檢測(cè)電路和判斷電路組成的控制電平產(chǎn)生電路構(gòu)成，信號(hào)首先耦合至前置放大電路1，經(jīng)放大的信號(hào)分兩路分別進(jìn)入峰值檢測(cè)電路4和帶通濾波電路2，峰值檢測(cè)電路4對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣、產(chǎn)生的直流電平進(jìn)入判斷電路5與基準(zhǔn)參考電平比較，產(chǎn)生的自動(dòng)增益，控制放大器的控制電平，控制電平通過(guò)編碼產(chǎn)生增益指示輸出信號(hào)7，控制電平同時(shí)也進(jìn)入可控增益放大器3控制可控增益放大器的放大倍數(shù)、對(duì)來(lái)自帶通濾波器2的信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯?，根?jù)指示輸出信號(hào)7判斷可控增益放大器的增益，然后進(jìn)行被檢測(cè)信號(hào)原始真實(shí)強(qiáng)度的還原。
前置放大器1該電路與一般常規(guī)的前置處理電路沒(méi)有多大區(qū)別，該電路的主要作用是對(duì)聲傳感器檢測(cè)到的聲音信號(hào)進(jìn)行耦合放大處理，以便使峰值檢測(cè)電路很好的對(duì)有用信號(hào)的檢測(cè)，產(chǎn)生理想的自動(dòng)增益控制電路的控制電平。所以該電路必須具有噪聲小、動(dòng)態(tài)范圍大的特點(diǎn)。
帶通濾波器2該電路采用多路負(fù)反饋型有源帶通濾波器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)能夠增加電路的穩(wěn)定性而又不引入更多的極點(diǎn)。該電路的主要作用是濾除有效音頻信號(hào)范圍(20Hz-20kHz)以外的噪聲信號(hào)，限定芯片的帶寬，以便被自動(dòng)增益控制電路處理。
可控增益放大器3同時(shí)結(jié)合圖3，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制系統(tǒng)的方法有改變直流工作條件、改變交流工作條件(包括改變交流負(fù)載電阻和交流反饋量)，改變級(jí)間衰減量。該電路采用改變交流反饋量的方法，根據(jù)輸入信號(hào)的大小，自動(dòng)改變放大器反饋電阻的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)改變放大器增益。該反饋電阻回路采用CMOS開關(guān)和電阻串聯(lián)，CMOS開關(guān)由控制電平產(chǎn)生電路產(chǎn)生的控制電平控制，此種方法易于實(shí)現(xiàn)、易于集成。
峰值檢測(cè)電路4同時(shí)結(jié)合圖5，該電路的作用是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，為下一級(jí)的判斷電路提供信號(hào)。峰值檢測(cè)電路的基本原理是利用二極管單向?qū)ㄌ匦?，使電容單向充電，記憶其峰值。電路中二極管接在跟隨器內(nèi)部，這樣可以補(bǔ)償二極管在小信號(hào)檢波時(shí)的非線性失真問(wèn)題。而且，電路中的電容放電回路采用傳輸門控制的電流源，此電流源是一個(gè)工作在飽和區(qū)的NMOS晶體管，改變?cè)揘MOS晶體管的尺寸可以改變此工作電流，以此改變峰值檢測(cè)的效果。其峰值檢測(cè)輸出波形如圖4所示。該電路和判斷電路5構(gòu)成控制電平產(chǎn)生電路。
判斷電路5該電路由多個(gè)比較器構(gòu)成，每個(gè)比較器有不同的參考電壓，峰值檢測(cè)輸出的直流電平和其比較，產(chǎn)生自動(dòng)增益控制放大器的控制電平，以此來(lái)控制自動(dòng)增益放大器的增益，控制電平同時(shí)通過(guò)編碼，產(chǎn)生指示輸出信號(hào)，以便對(duì)被檢測(cè)音頻信號(hào)的原始真實(shí)強(qiáng)度進(jìn)行還原。
輸出信號(hào)6是自動(dòng)增益控制電路的輸出信號(hào)，此輸出信號(hào)是模擬輸出信號(hào)，其整個(gè)電路以三級(jí)增益為例的輸入輸出波形圖如圖5所示。
指示輸出7該輸出信號(hào)采用二進(jìn)制編碼輸出，根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用來(lái)確定自動(dòng)增益控制放大器的增益級(jí)數(shù)，如果有N級(jí)增益級(jí)數(shù)，那么有N-1位二進(jìn)制編碼，根據(jù)此編碼指示輸出信號(hào)可以恢復(fù)被檢測(cè)音頻信號(hào)的原始真實(shí)強(qiáng)度。
偏置電壓源8、偏置電流源9該電路主要為電路系統(tǒng)提供所需的偏置電壓和電流。
以下，以三級(jí)增益自動(dòng)可調(diào)為例來(lái)說(shuō)明該集成電路系統(tǒng)的工作原理由于采用三級(jí)增益自動(dòng)可調(diào)，所以可控增益放大器只需用兩個(gè)CMOS開關(guān)即可，指示輸出采用兩位二進(jìn)制編碼，根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定三級(jí)增益的大小分別為A1、A2、A3且A1＞A2＞A3。
由聲傳感器檢測(cè)到的聲音信號(hào)，通過(guò)前置放大器的耦合放大處理，然后分為兩路，一路進(jìn)入帶通濾波器，通過(guò)濾波處理，再進(jìn)入可控增益放大器；另一路進(jìn)入峰值檢測(cè)電路，通過(guò)檢波比較，產(chǎn)生可控增益放大器的控制電平。
從前置放大器來(lái)的進(jìn)入峰值檢測(cè)電路的信號(hào)作為輸入信號(hào)被分成兩路，一路進(jìn)入一個(gè)接成跟隨器形式的運(yùn)算放大器，經(jīng)過(guò)二極管給電容C1充電，此二極管接在跟隨器的循環(huán)回路內(nèi)；另一路通過(guò)幾個(gè)反相放大器產(chǎn)生控制電平，來(lái)控制傳輸門的狀態(tài)。電容的放電回路由傳輸門控制的電流源構(gòu)成，此電流源是一個(gè)工作在飽和區(qū)的NMOS晶體管。該電路中，只有使這一系列反相放大器的傳輸延遲之和小于跟隨器形式的運(yùn)算放大器傳輸延遲，才能保證該采樣電路的正常工作。電路中，二極管采用MOS管連接而成。
峰值檢測(cè)電路輸出信號(hào)進(jìn)入由兩個(gè)比較器組成的判斷電路，該信號(hào)同時(shí)和參考信號(hào)Vref1和Vref2比較，其中Vref1＜Vref2，如果Sawout＜Vref1，則Con1和Con2都為低電平“0”；如果Vref1＜Sawout＜Vref2，則Con1為高電平“1”，Con2為低電平“0”；如果Sawout＞Vref2，則Con1和Con2都為高電平“1”。控制電平Con1、Con2控制自動(dòng)增益放大器的增益，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制。
由控制電平產(chǎn)生電路產(chǎn)生的控制電平Con1和Con2決定著可控增益控制放大器中開關(guān)S1和S2的導(dǎo)通與關(guān)斷，以實(shí)現(xiàn)可控放大器的三級(jí)增益的自動(dòng)調(diào)節(jié)。其開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)和三級(jí)增益的關(guān)系如表1所示。兩位指示輸出端Con2、Con1采用格雷碼編制，根據(jù)Con1、Con2的狀態(tài)，可以知道電路的放大倍數(shù)，并由此知道外界被檢測(cè)聲音信號(hào)的強(qiáng)弱。
表1 開關(guān)狀態(tài)與增益關(guān)系表
此外，在AGC放大器中開關(guān)的選取對(duì)可變?cè)鲆娣糯笃鞯男阅苡绊懞艽蟆ＤM開關(guān)是這個(gè)電路的主要元件之一，利用增強(qiáng)型MOSFET在可變電阻區(qū)的壓控電阻特性，可以構(gòu)成性能優(yōu)良的電子模擬開關(guān)。本電路中采用CMOS工藝，由并聯(lián)的P溝和N溝增強(qiáng)型晶體管組成一個(gè)開關(guān)。在設(shè)計(jì)CMOS開關(guān)時(shí)P管和N管的寬長(zhǎng)比不是任意選取的，只有適當(dāng)選取兩管寬長(zhǎng)比才能起到相互補(bǔ)償?shù)淖饔谩Ｓ捎赑管的載流子是空穴，它的遷移率u要比N管中的電子遷移率小，所以P管的寬長(zhǎng)比要比N管的大一些才能更好的彌補(bǔ)單管開關(guān)的導(dǎo)通電阻隨輸入電壓變化而變化的不足。
權(quán)利要求
1.一種帶增益指示功能的多級(jí)自動(dòng)增益控制集成電路系統(tǒng)，它由前置放大電路、帶通濾波電路、可控增益放大器、由峰值檢測(cè)電路和判斷電路組成的控制電平產(chǎn)生電路構(gòu)成，其特征是信號(hào)首先耦合至前置放大電路(1)，經(jīng)放大的信號(hào)分兩路分別進(jìn)入峰值檢測(cè)電路(4)和帶通濾波電路(2)，峰值檢測(cè)電路(4)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣、產(chǎn)生的直流電平進(jìn)入判斷電路(5)與基準(zhǔn)參考電平比較，產(chǎn)生的自動(dòng)增益，控制放大器的控制電平，控制電平通過(guò)編碼產(chǎn)生增益指示輸出信號(hào)(7)，控制電平同時(shí)也進(jìn)入可控增益放大器3控制可控增益放大器的放大倍數(shù)、對(duì)來(lái)自帶通濾波器(2)的信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯?，根?jù)指示輸出信號(hào)(7)判斷可控增益放大器的增益，然后進(jìn)行被檢測(cè)信號(hào)原始真實(shí)強(qiáng)度的還原。
全文摘要
本發(fā)明提供的是帶增益指示功能的多級(jí)自動(dòng)增益控制集成電路系統(tǒng)。它由前置放大電路、帶通濾波電路、可控增益放大器、由峰值檢測(cè)電路和判斷電路組成的控制電平產(chǎn)生電路構(gòu)成。信號(hào)首先耦合至前置放大電路，再分兩路分別進(jìn)入峰值檢測(cè)電路和帶通濾波電路，峰值檢測(cè)電路產(chǎn)生的直流電平進(jìn)入判斷電路與基準(zhǔn)參考電平比較，產(chǎn)生的自動(dòng)增益，控制放大器的控制電平，控制電平通過(guò)編碼產(chǎn)生增益指示輸出信號(hào)，控制電平同時(shí)也進(jìn)入可控增益放大器控制可控增益放大器的放大倍數(shù)、對(duì)來(lái)自帶通濾波器的信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯?，根?jù)指示輸出信號(hào)判斷可控增益放大器的增益，然后進(jìn)行被檢測(cè)信號(hào)原始真實(shí)強(qiáng)度的還原。本發(fā)明能擴(kuò)展輸入信號(hào)的處理范圍，并且指示輸出功能。
文檔編號(hào)H03G3/20GK1665128SQ20051000986
公開日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2005年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月30日
發(fā)明者劉曉為, 譚曉昀, 張宇峰, 陳偉平, 張國(guó)威 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)