數字功放設備的控制電路及其控制方法
2023-05-21 22:23:41 1
數字功放設備的控制電路及其控制方法
【專利摘要】本發明涉及一種數字功放設備的控制電路，其中包括振蕩器、串行音頻接收裝置、採樣頻率自動檢測裝置、鎖相環PLL控制裝置、I2C從設備、系統控制裝置、數字音頻處理裝置。本發明還涉及一種數字功放設備的控制方法。採用該種數字功放設備的控制電路及其控制方法，具有晶片面積小，精度高，外圍簡單等特點，同時控制方法清晰明了，並且接收裝置皆為從設備且符合通用總線協議，具有實施方便，狀態清晰，而且由於控制電路中加入了噪聲控制裝置，在狀態或者外部音頻切換時不產生爆破聲，音質有了較大提升，使得控制誤差較小，電路結構簡單實用，工作性能穩定可靠，適用範圍較為廣泛。
【專利說明】數字功放設備的控制電路及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及功率放大電路領域，特別涉及數字功放控制【技術領域】，具體是指一種數字功放設備的控制電路及其控制方法。
【背景技術】
[0002]數字功放的基本電路是早已存在的D類放大器(國內稱丁類放大器)。以前，由於價格和技術上的原因，這种放大器只是在實驗室和高價位的測試儀器中應用。這幾年的技術發展使數字功放的元件集成到一兩塊晶片中，價格也不斷下降。
[0003]數字功放具有失真小、噪音低、動態範圍大等特點，在音質的透明度、解析力，背景的寧靜、低頻的震撼力度方面是傳統功放不可比擬的。
[0004]數字功放輸入的是I2S數字音頻信號，經過PWM電路調製處理後，形成佔空比同輸入信號成一定比例的脈衝鏈，經過開關電路放大後，再由低通濾波器濾除高頻成分，還原出已放大的輸入信號波形，由揚聲器放音。
[0005]在現有的數字功放設計中，為了能準確地區分I2S輸入音頻信號的採樣頻率，使PWM調製電路能準確地進行信號處理，另外需要一個時鐘信號作為採樣基準。這個時鐘信號可以外接，也可以內置。外接時鐘信號可以採用外接晶振，優點是誤差小，時鐘穩定，缺點是方案成本較高，需要額外晶片Pin腳。內置時鐘信號採用內置振蕩器產生時鐘，優點是成本較外接時鐘較小，不需要額外時鐘Pin腳，但是缺點是時鐘準確度取決於製造工藝及成功率，偏差較大。用此時鐘用於檢測I2S音頻信號，由此產生的誤差較大。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是克服了上述現有技術中的缺點，提供一種能夠有效控制數字功放設備中的I2S輸入音頻信號到PWM調製輸出的工作過程、顯著提升音質、控制誤差較小、電路結構簡單實用、工作性能穩定可靠、適用範圍較為廣泛的數字功放設備的控制電路及其控制方法。
[0007]為了實現上述的目的，本發明提供一種數字功放設備的控制電路，該控制電路包括:
[0008]振蕩器，用於產生內部時鐘並調節至所需頻率範圍；
[0009]串行音頻接收裝置，用於接收外部串行音頻數據，並轉換為並行音頻數據；
[0010]採樣頻率自動檢測裝置，用於接收外部音頻串行時鐘，自適應地檢測音頻時鐘採樣率的變化，並將檢測結果送出；
[0011 ] 鎖相環PLL控制裝置，用於接收外部音頻串行時鐘，並控制內部鎖相環PLL的工作方式，同時輸出系統內部的運算時鐘；
[0012]I2C從設備，用於接收外部串行控制信號，並將所接收到的控制命令送出；
[0013]系統控制裝置，用於接收所述的振蕩器、串行音頻接收裝置、採樣頻率自動檢測裝置、鎖相環PLL控制裝置、I2C從設備的輸出信號，還用於控制所述的數字功放設備的工作方式，並監視該數字功放設備的工作狀態；
[0014]數字音頻處理裝置，用於接收所述的串行音頻接收裝置的輸出信號，在所述的系統控制裝置的控制下進行音量控制、均衡器調節以及PWM調製，並輸出至外部揚聲設備。
[0015]在其中一實施例中，所述數字功放設備的控制電路中的系統控制裝置包括:
[0016]寄存器讀寫單元，用於接收所述的I2C從設備輸出的內部寄存器讀寫總線，並輸出均衡器讀寫寄存器系統；
[0017]內部控制單元，用於控制數字功放設備的工作狀態；
[0018]噪聲控制單元，用於控制減少由信號切換帶來的爆破聲；
[0019]內部存儲單元，用於存儲所述的寄存器讀寫單元所輸出的均衡器讀寫寄存器係數。
[0020]進一步的，所述數字功放設備的控制電路中的工作狀態包括復位狀態、復位等待狀態、軟靜音狀態、靜音狀態和正常工作。
[0021 ] 更進一步的，所述數字功放設備為數字功放晶片。
[0022]為了實現上述目的，本發明還提供了一種數字功放設備的控制方法，該方法包括以下步驟:
[0023]進行復位操作，並控制所述的數字功放設備進入復位狀態；
[0024]進入復位等待狀態，並進行復位等待計時；
[0025]控制所述的數字功放設備進入正常工作狀態；
[0026]在正常工作狀態中出現異常狀態的情況下，進入靜音狀態，並將所述的電路結構中的各個裝置復位；
[0027]在正常工作狀態中收到用戶輸入的軟靜音控制命令的情況下，控制所述的數字功放設備進入軟靜音狀態。
[0028]在其中又一實施例中，所述數字功放設備的控制方法中的控制數字功放設備進入復位狀態，包括以下步驟:
[0029]控制外部的靜音信號皆為使能狀態；
[0030]控制寄存器皆處於復位狀態；
[0031]處於復位靜音狀態。
[0032]在其中又一實施例中，所述數字功放設備的控制方法中的復位等待計時的步驟包括:系統將內部的復位計時器設置為工作狀態，進行復位等待計時；所述復位計時器的超時時間具體由外部主設備通過所述的I2C從設備進行配置。
[0033]在其中又一實施例中，所述實現數字功放設備的控制方法中的控制數字功放設備進入正常工作狀態的步驟包括:
[0034]控制外部輸入的靜音信號進入無效狀態。
[0035]在其中又一實施例中，所述數字功放設備的控制方法中的異常狀態可以為輸入源切換、外部電流異常、外部電壓異常或者溫度異常。
[0036]在其中又一實施例中，所述數字功放設備的控制方法中的控制數字功放設備進入軟靜音狀態，包括以下步驟:
[0037]緩慢降低外部輸入音頻信號的音量；
[0038]當外部輸入音頻信號的音量降至O時，控制所述的數字功放設備進入靜音狀態；
[0039]在靜音狀態中檢測到外部異常狀態恢復時，控制所述的數字功放設備恢復到正常工作狀態。
[0040]本發明技術效果為採用了該發明的數字功放設備的控制電路及其控制方法，由於採用了內部振蕩器作為採樣時鐘，並且可自動調節至所需頻率範圍，相比現有技術方案具有晶片面積小，精度高，外圍簡單等特點，同時控制方法清晰明了，並且接收裝置皆為從設備且符合通用總線協議，具有實施方便，狀態清晰，而且由於控制電路中加入了噪聲控制裝置，在狀態或者外部音頻切換時不產生爆破聲，音質有了較大提升，使得控制誤差較小，電路結構簡單實用，工作性能穩定可靠，適用範圍較為廣泛。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0041]圖1是本發明一實施例為數字功放設備的控制電路的整體功能架構示意圖。
[0042]圖2是本發明一實施例為數字功放設備的控制電路中的系統控制裝置內部架構示意圖。
[0043]圖3是本發明一實施例為實現數字功放設備的控制方法的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0044]為了能夠更清楚地理解本發明的技術內容，特舉以下實施例詳細說明。
[0045]本發明中所涉及的「系統」指的均為「數字功放設備的控制電路所構成的整個系統」。
[0046]請參閱圖1和圖2所示，該數字功放設備的控制電路，其中包括:
[0047]振蕩器0，產生內部時鐘並調節至所需頻率範圍；
[0048]串行音頻接收裝置1，接收外部串行音頻數據，並轉換為並行音頻數據；
[0049]採樣頻率自動檢測裝置2，接收外部音頻串行時鐘，自適應的檢測音頻時鐘採樣率的變化，並將檢測結果送出；
[0050]鎖相環PLL控制裝置3，接收外部音頻串行時鐘，並控制內部鎖相環PLL的工作方式，同時輸出系統內部的運算時鐘；
[0051]I2C從設備4，接收外部串行控制信號，並將所接收到的控制命令送出；
[0052]系統控制裝置6，接收所述的振蕩器O、串行音頻接收裝置1、採樣頻率自動檢測裝置2、鎖相環PLL控制裝置3、I2C從設備4的輸出信號，控制所述的數字功放設備的工作方式，並監視該數字功放設備的工作狀態；其中，該系統控制裝置包括:
[0053]寄存器讀寫單元61，接收所述的I2C從設備輸出的內部寄存器讀寫總線，並輸出均衡器讀寫寄存器系統；
[0054]內部控制單元62，控制數字功放設備的工作狀態；所述的工作狀態包括復位狀態、復位等待狀態、軟靜音狀態、靜音狀態和正常工作；
[0055]噪聲控制單元63，控制減少由信號切換帶來的爆破聲；
[0056]內部存儲單元64，存儲所述的寄存器讀寫單元所輸出的均衡器讀寫寄存器係數。
[0057]數字音頻處理裝置5，接收所述的串行音頻接收裝置的輸出信號，在所述的系統控制裝置的控制下進行音量控制、均衡器調節以及PWM調製，並輸出至外部揚聲設備。
[0058]其中，所述的數字功放設備為數字功放晶片。
[0059]再請參與圖3所示，該基於上述的電路結構實現數字功放設備的控制方法，其中，所述的方法包括以下步驟:
[0060]步驟SlO:系統進行復位操作，並控制所述的數字功放設備進入復位狀態，包括以下步驟:
[0061](a)系統控制外部的靜音信號皆為使能狀態；
[0062](b)系統控制寄存器皆處於復位狀態；
[0063](C)系統處於復位靜音狀態。
[0064]步驟S20:復位結束後系統進入復位等待狀態，並進行復位等待計時，具體為:
[0065]系統將內部的復位計時器設置於工作狀態，進行復位等待計時；該復位計時器的超時時間由外部主設備通過所述的I2C從設備進行配置。
[0066]步驟S30:復位等待狀態結束後系統控制所述的數字功放設備進入正常工作狀態，具體為:
[0067]控制外部輸入的靜音信號進入無效狀態。如:所述無效狀態為控制外部輸入的靜音信號由高轉低。
[0068]步驟S40:在正常工作狀態中出現異常狀態的情況下，則系統進入靜音狀態，並將所述的電路中的各個裝置復位；該異常狀態可以為輸入源切換、外部電流異常、外部電壓異常或者溫度異常等。
[0069]步驟S50:在正常工作狀態中收到用戶輸入的軟靜音控制命令的情況下，則系統控制所述的數字功放設備進入軟靜音狀態，包括以下步驟:
[0070](a)系統緩慢降低外部輸入音頻信號的音量；
[0071](b)當系統將外部輸入音頻信號的音量降至O時，則系統控制所述的數字功放設備進入靜音狀態；
[0072](C)在靜音狀態中檢測到外部異常狀態恢復的情況下，則系統控制所述的數字功放設備恢復到正常工作狀態。
[0073]在實際使用當中，請參閱圖1所示，根據本發明的實施例的數字功放的控制設備包括:振蕩器0，用於產生內部時鐘並且可由系統控制裝置6調節至所需頻率範圍；
[0074]串行音頻接收裝置1，用於接收串行音頻數據；
[0075]採樣頻率自動檢測裝置2，用於自適應的檢測音頻時鐘採樣率的變化，並將檢測結果送出；
[0076]PLL控制裝置3，用於接收音頻時鐘並控制內部PLL的工作方式；
[0077]I2C從設備裝置4，用於接收外部I2C主設備控制，並將所收命令送出；
[0078]系統控制裝置6，用於控制數字功放設備的工作方式及監視數字功放設備的工作狀態；
[0079]數字音頻處理裝置5，用於處理音量控制，均衡器調節以及PWM調製等功能。
[0080]數字音頻數據信號以串行方式輸入，由串行音頻接收裝置I轉為並行音頻數據，送往數字音頻處理裝置5。根據I2S協議約定，外部輸入音頻數據的制式有三種分別為I2S模式、左對齊模式、右對齊模式。串行音頻接收裝置I根據系統控制裝置6的指示將串行信號轉化為並行音頻數據，並送出相應的有效信號供數字音頻處理裝置5作為初始數據進行數據處理。
[0081]數字音頻時鐘信號組輸入，經由採樣頻率自動檢測裝置2，用以檢測當前串行時鐘的採樣頻率。根據數字音頻時鐘信號不同，數字音頻時鐘信號的採樣頻率可分為8K/16K/32KU1.025K/22.05K/44.1K、12K/24K/48K三大類9種採樣頻率。由內部振蕩器時鐘對採樣頻率時鐘信號進行採樣，並將結果與默認的標準進行比較，忽略必要的誤差範圍，就可得到當前的採樣頻率，並將結果輸出用於數字音頻處理時使用。
[0082]數字音頻時鐘信號同時輸入到PLL控制裝置3，用於PLL時鐘的控制，PLL控制裝置3輸出的時鐘為系統內部的運算時鐘。
[0083]同時，外部I2C主設備通過I2C總線輸入控制命令，通過接收I2C從設備裝置4轉化為自定義的內部寄存器讀寫總線，輸出給系統控制裝置6。
[0084]數字音頻處理裝置5接收串行音頻接收裝置I送出的並行音頻數據，並對之進行均衡器控制、音量控制、去加重等操作後，由PWM調製輸出至揚聲器。
[0085]再請參閱圖2所示，根據本發明實施例的數字功放控制設備的系統控制裝置包括:
[0086]寄存器讀寫單元61，用於接收I2C從設備4送入的內部寄存器讀寫總線，並將讀寫的寄存器送出；
[0087]內部控制單元62，用於控制工作狀態；
[0088]噪聲控制單元63，用於減少由信號切換帶來的爆破聲；
[0089]內部存儲單元64，用於存儲均衡器的寄存器係數；
[0090]寄存器總線輸入為圖1中I2C從設備4所發，寄存器讀寫單元61根據地址地圖分布，將輸入命令暫存並輸出。值得注意的是，在實施例中，由於均衡器所需寄存器係數較多，將存儲在內部存儲單元64中，由內部存儲單元讀寫總線與之通信；
[0091]內部控制單元62控制整個數字功放晶片的工作狀態，包括復位、復位等待、軟靜音、靜音、正常工作等狀態。
[0092]再請參閱圖3所示，其是系統狀態控制流程，具體流程描述如下:
[0093]當系統復位時，數字功放晶片進入復位狀態，此時控制外部的靜音信號皆為高(使能狀態)，寄存器皆處於復位狀態，整個系統處於復位靜音；當復位結束時，為了保證工作時序，系統進入復位等待狀態，此時系統內部有一復位計時器處於工作狀態，用於復位等待計時，該時間可由外部主設備通過從設備配置；復位計時結束，系統進入正常工作狀態，此時控制外部的靜音信號由高轉低(無效狀態)；當正常工作狀態中出現異常狀態(如輸入源切換、外部電流電壓以及溫度出現異常等)，系統進入靜音狀態以避免出現噪聲，同時將外部裝置復位；當正常工作狀態時，主設備輸入軟靜音控制命令時，系統進入軟靜音狀態，此時系統緩慢降低輸入音頻音量；當軟靜音狀態時，系統將音頻音量降至O時，系統再度進入靜音狀態。在靜音狀態檢測到外部異常狀態恢復後，系統再度恢復到正常工作狀態。值得注意的是，任何狀態遭遇復位即回到復位狀態。
[0094]噪聲控制單元63的工作方式與上述狀態機處理軟靜音的方式雷同。當系統出現異常並且需要切換狀態時，噪聲控制單元63將控制音量的緩慢變化以消除即將出現的爆破聲。
[0095]採用了上述的數字功放設備的控制電路及其控制方法，由於採用了內部振蕩器作為採樣時鐘，並且可自動調節至所需頻率範圍，相比現有技術方案具有晶片面積小，精度高，外圍簡單等特點，同時控制方法清晰明了，並且接收裝置皆為從設備且符合通用總線協議，具有實施方便，狀態清晰，而且由於控制電路中加入了噪聲控制裝置，在狀態或者外部音頻切換時不產生爆破聲，音質有了較大提升，使得控制誤差較小，電路結構簡單實用，工作性能穩定可靠，適用範圍較為廣泛。
[0096]在此說明書中，本發明已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本發明的精神和範圍。因此，說明書和附圖應被認為是說明性的而非限制性的。
【權利要求】
1.一種數字功放設備的控制電路，其特徵在於，所述電路包括: 振蕩器，用於產生內部時鐘並調節至所需頻率範圍； 串行音頻接收裝置，用於接收外部串行音頻數據，並轉換為並行音頻數據； 採樣頻率自動檢測裝置，用於接收外部音頻串行時鐘，自適應地檢測音頻時鐘採樣頻率的變化，並將檢測結果送出； 鎖相環PLL控制裝置，用於接收外部音頻串行時鐘，並控制內部鎖相環PLL的工作方式，同時輸出系統內部的運算時鐘； I2C從設備，用於接收外部串行控制信號，並將所接收到的控制命令送出； 系統控制裝置，用於接收所述的振蕩器、串行音頻接收裝置、採樣頻率自動檢測裝置、鎖相環PLL控制裝置、I2C從設備的輸出信號，並還用於控制所述的數字功放設備的工作方式，並監視該數字功放設備的工作狀態； 數字音頻處理裝置，用於接收所述的串行音頻接收裝置的輸出信號，在所述系統控制裝置的控制下進行音量控制、均衡器調節以及PWM調製，並輸出至外部揚聲設備。
2.根據權利要求1所述的數字功放設備的控制電路，其特徵在於，所述的系統控制裝置包括: 寄存器讀寫單元，用於接收所述的I2C從設備輸出的內部寄存器讀寫總線，並輸出均衡器讀寫寄存器系統； 內部控制單元，用於控制數字功放設備的工作狀態； 噪聲控制單元，用於控制減少由信號切換帶來的爆破聲； 內部存儲單元，用於存儲所述的寄存器讀寫單元所輸出的均衡器讀寫寄存器係數。
3.根據權利要求2所述的數字功放設備的控制電路，其特徵在於，所述的工作狀態包括復位狀態、復位等待狀態、軟靜音狀態、靜音狀態和正常工作。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的數字功放設備的控制電路，其特徵在於，所述的數字功放設備為數字功放晶片。
5.一種數字功放設備的控制方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟: 進行復位操作，並控制所述的數字功放設備進入復位狀態； 進入復位等待狀態，並進行復位等待計時； 控制所述的數字功放設備進入正常工作狀態； 在正常工作狀態中出現異常狀態的情況下，進入靜音狀態，並將數字功放設備的控制電路中的各個裝置復位； 在正常工作狀態中收到用戶輸入的軟靜音控制命令的情況下，控制所述的數字功放設備進入軟靜音狀態。
6.根據權利要求5所述的實現數字功放設備的控制方法，其特徵在於，所述控制數字功放設備進入復位狀態，包括以下步驟: 控制外部的靜音信號皆為使能狀態； 控制寄存器皆處於復位狀態； 處於復位靜音狀態。
7.根據權利要求5所述的實現數字功放設備的控制方法，其特徵在於，所述的復位等待計時的步驟包括將復位計時器設置為工作狀態，進行復位等待計時；所述的復位計時器的超時時間由外部主設備通過所述的I2C從設備進行配置。
8.根據權利要求5所述的實現數字功放設備的控制方法，其特徵在於，所述的控制數字功放設備進入正常工作狀態的步驟包括:控制外部輸入的靜音信號進入無效狀態。
9.根據權利要求5所述的實現數字功放設備的控制方法，其特徵在於，所述的異常狀態為輸入源切換、外部電流異常、外部電壓異常或者溫度異常。
10.根據權利要求5所述的實現數字功放設備的控制方法，其特徵在於，所述的控制數字功放設備進入軟靜音狀態，包括以下步驟: 緩慢降低外部輸入音頻信號的音量； 當外部輸入音頻信號的音量降至O時，控制所述的數字功放設備進入靜音狀態；在靜音狀態中檢測到外部異常狀態恢復時，控制所述的數字功放設備恢復到正常工作狀態。
【文檔編號】H04R3/00GK104168524SQ201310186798
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年5月17日 優先權日:2013年5月17日
【發明者】蔣小良, 強小燕, 翟昊方 申請人:無錫華潤矽科微電子有限公司