基於fpga的多通道數字音頻放大器的製造方法
2023-11-07 17:24:37
基於fpga的多通道數字音頻放大器的製造方法
【專利摘要】本實用新型提出了一種基於FPGA的多通道數字音頻放大器，包括輸入電路、數字音頻處理電路、控制電路和若干個輸出電路，輸入電路包括若干個數字輸入電路和若干個模擬輸入電路，數字音頻處理電路包括輸入接口電路、FPGA數字處理電路、輸出接口電路和PWM調製電路，輸出電路包括依次電連接的數字放大電路、輸出濾波電路和揚聲器，數字輸入電路與輸入接口電路電連接，模擬輸入電路通過ADC轉換器與輸入接口電路電連接，FPGA數字處理電路分別與輸入接口電路、輸出接口電路電連接，輸出接口電路與PWM調製電路電連接，數字音頻處理電路、PWM調製電路、數字放大電路均與控制電路電連接。本實用新型能夠實現多通道音頻數據數字處理、傳輸、控制與共享，且能有效提高數字音頻音質。
【專利說明】基於FPGA的多通道數字音頻放大器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及音頻【技術領域】，尤其是指一種基於FPGA的多通道數字音頻放大器。
【背景技術】
[0002]隨著現代微電子技術和數位化技術的發展，數字集成電路技術取得了前所未有的進步，隨著數位化技術和數位化處理的集成電路的發展及應用，各種數字音頻技術的多媒體終端設備已經融入人們生活的方方面面。而作為家用娛樂系統中最主要的應用之一:音頻功率放大器，大多還停留在以傳統的A類、B類、AB類模擬音頻信號放大器為主的技術方案上。近年來雖然在數位化方面也提出了不少新方法，在數位化技術方面的也取得了快速發展與提高，但是主要集中在單一的放大器處理方法或信號處理方案。人們的生活實際應用中急需要一種可以實現多個音源多通道間(Mult1-Source Mult1-room)的數字音頻放大系統，即可以實現多個音頻信號數據的實時處理、共享以及實現多個音區的集成化控制。採用傳統信號分配處理方法，其電路組成非常複雜，信號處理過程中的失真和噪聲也會隨電路複雜度增加而增加，而數位訊號處理方法比模擬處理的方法要有很多優勢，因此如何實現多個音源間高品質音頻信號的數位化處理、分配共享以及直接實現數位訊號放大已經成為一個重要問題。
實用新型內容
[0003]為了解決現有技術難以實現多個音源間高品質音頻信號的數位化處理、分配共享以及直接實現數位訊號放大的問題，本實用新型提出了一種基於FPGA的多通道數字音頻放大器，實現數字音頻功率放大器的多通道音頻數據傳輸與控制，播放的音樂失真小、噪音低、動態範圍大，大大提高效率且能耗低。
[0004]本實用新型所採用的技術方案是:一種基於FPGA的多通道數字音頻放大器，包括數字音頻處理電路、控制電路、遠程輸入電路，所述的數字音頻處理電路包括若干個數字輸入電路、輸入接口電路、若干個模擬輸入電路、若干個ADC電路、FPGA數字處理電路、輸出接口電路、PWM調製電路和若干路輸出電路，所述的輸出電路包括依次電連接的數字放大電路、輸出濾波電路和揚聲器，模擬輸入電路與ADC電路成對匹配且電連接，FPGA數字處理電路通過輸入接口電路分別與數字輸入電路、ADC電路電連接，所述的遠程輸入電路包括電連接的遠程驅動電路與藍牙輸入電路，ADC電路通過遠程驅動電路與藍牙輸入電路電連接，所述的數字音頻處理電路、輸出接口電路、PWM調製電路、數字放大電路均與控制電路電連接。
[0005]本實用新型利用數位訊號理論和FPGA數位訊號處理技術，實現多音源的數字音頻信號處理，多通道音源數據通過FPGA數位訊號處理，音頻數字不受幹擾、無串音等，保證音頻質量，實現數字功率放大器的多通道音頻數據傳輸與控制，提高音樂播放系統的適用範圍，實用性強；採用全數字功率放大電路對傳輸的音頻信號進行放大處理，FPGA處理後的音頻數據，傳輸到數字功放模塊，數字功放模塊直接對數位訊號進行放大處理，失真小、噪音低、動態範圍大，有效提高播放音質的同時，也有效提高效率且能耗低；提供多音源信號數字/模擬輸入接口、數模轉換器，兼容多種類音源信號，數位訊號輸入直接通過I2S接口接到FPGA處理電路，而模擬信號經ADC轉換後成數位訊號通過I2S接口傳輸到FPGA處理電路。
[0006]所述的輸入電路還包括若干個藍牙輸入電路，所述的藍牙輸入電路通過ADC轉換器與輸入接口電路電連接。
[0007]所述的控制電路包括主控模塊、電源管理模塊，主控模塊通過I2C接口電路與數字音頻處理電路、PWM調製電路電連接，主控模塊通過GP1接口電路與數字放大電路電連接。I2C (Inter — Integrated Circuit)總線是微電子通信控制領域廣泛採用的一種總線標準，具有接口線少，控制方式簡單，器件封裝形式小，通信速率較高等優點；GP10接口電路能夠提供輸出的控制和監視功能。
[0008]作為優選，所述的控制電路還包括遠程控制器，所述的遠程控制器通過UART接口電路與主控模塊電連接。
[0009]作為另一優選，所述的控制電路還包括遠程控制器，所述的遠程控制器與主控模塊無線通訊連接。
[0010]作為優選，所述的控制電路還包括LAN接口電路，所述的LAN接口電路與主控模塊電連接。本實用新型提供LAN網絡接口，且通過LAN電路與主控制連接實現遠程控制，LAN網絡接口為用戶提供了遠程控制功能，擴大了數字功率放大器的適用範圍，為各類用戶提高了選擇性使用便利。
[0011]作為優選，所述的控制電路還包括存儲模塊，所述的存儲與主控模塊電連接。本實用新型具有存儲功能。
[0012]作為優選，所述的輸入接口電路、輸出接口電路均為I2S接口電路。I2S (Inter—ICSound)總線是數字音頻設備之間的音頻數據傳輸的一種總線標準，專責於音頻設備之間的數據傳輸，採用沿獨立的導線傳輸時鐘與數據信號的設計，通過將數據和時鐘信號分離，避免因時差誘發的失真。
[0013]本實用新型的有益效果是:實現數字音頻功率放大器的多通道音頻數據傳輸與控制，提高音樂播放系統的適用範圍，實用性強；播放的音樂失真小、噪音低、動態範圍大，有效提聞播放首質的同時，也大大提聞效率且能耗低；實現了數據的傳輸、控制及共孚，擴大了音樂播放系統的適用範圍，為各類用戶提高了選擇性使用便利；採用的數字編解碼技術，實現了從音樂數據源到音樂重放的全數位化處理，實現音頻高保真性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型的一種電路結構框圖。
[0015]圖中，1-輸入電路，2-數字音頻處理電路，3-控制電路，4-輸出電路，11-數字輸入電路，12-模擬輸入電路，13-藍牙輸入電路，21-輸入接口電路，22-FPGA數字處理電路，23-輸出接口電路，24-PWM調製電路，31-主控模塊，32-電源管理模塊，33-12C接口電路，34-GP10接口電路，35-存儲模塊，36-LAN接口電路，37-UART接口電路，38-遠程控制器，41-數字放大電路，42-輸出濾波電路,43-揚聲器。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。
[0017]如圖1所示，一種基於FPGA的多通道數字音頻放大器，包括輸入電路1、數字音頻處理電路2、控制電路3和十二個輸出電路4，輸入電路I包括四個數字輸入電路11、四個模擬輸入電路12和四個藍牙輸入電路13，數字音頻處理電路2包括輸入接口電路21、FPGA數字處理電路22、輸出接口電路23和PWM調製電路24，輸出電路4包括依次電連接的數字放大電路41、輸出濾波電路42和揚聲器43，各個數字輸入電路11與輸入接口電路21電連接，各個模擬輸入電路12、各個藍牙輸入電路13分別通過ADC轉換器與輸入接口電路21電連接，FPGA數字處理電路22分別與輸入接口電路21、輸出接口電路23電連接，輸出接口電路23與PWM調製電路24電連接。輸入接口電路21、輸出接口電路23均為I2S接口電路。
[0018]為兼容現有的音頻信號源，使得DVD、MP3等音樂播放器等多種信號源可以放大處理及輸出:外部的模擬音頻信號通過模擬輸入電路12及ADC轉換器轉換成數字音頻信號，通過輸入接口電路21傳輸到FPGA數字處理電路22進行數據處理；外部的數字音頻信號通過數字輸入電路11傳輸到FPGA數字處理電路22進行數據處理；遠程輸入的模擬信號通過遠程模擬輸入電路及驅動電路進行驅動放大，並通過ADC轉換器轉換成數字音頻信號通過輸入接口電路21傳輸到FPGA數字處理電路22進行數據處理；遠程輸入的藍牙音頻信號通過藍牙輸入電路13，通過驅動放大後在通過ADC轉換器轉換成數字音頻信號，通過輸入接口電路21傳輸到FPGA數字處理電路22進行數據處理。數字音頻數據通過FPGA數字處理電路22處理後再經過輸出接口電路23傳輸到PWM調製電路24進行數據處理，處理後的數字音頻數據再傳給數字放大電路41，再經過輸出濾波電路42濾除高頻載波輸出到揚聲器43，實現最優音質播放。
[0019]控制電路3包括主控模塊31、電源管理模塊32、存儲模塊35及若干個遠程控制器38，電源管理模塊32和存儲模塊35分別與主控模塊31電連接，存儲模塊35為Flash快閃記憶體模塊，用於存儲即時數據；主控模塊31經過12C接口電路33連接到FPGA數位訊號處理器22和PWM調製電路24，實現數字音頻信號的選擇、音效處理、傳輸與控制；主控模塊31經過GP1接口電路34連接到數字放大電路41，實現放大電路的狀態控制；主控模塊31經過LAN接口電路36連接到網際網路，實現遠程控制；主控模塊31經過UART接口電路37與外部的多個遠程控制器38連接，實現多通道放大器的控制與通訊。輸入電路1、數字音頻處理電路2、控制電路3和輸出電路4分別連接電源，而電源管理模塊32分別與主控模塊31、電源電連接，電源管理模塊32檢測電源狀況而反饋給主控模塊31，即時對電源進行管理，如充電、斷電等。
[0020]另外，控制電路3還可以包括溫度檢測模塊、溼度檢測模塊等，溫度檢測模塊、溼度檢測模塊分別與主控模塊31電連接。溫度檢測模塊、溼度檢測模塊可以分別用於檢測整個電路環境的溫度、溼度，讓操作者及時獲知電路環境參數。
[0021]以上實施例僅為說明本實用新型的技術思想，不能以此限定本實用新型的保護範圍，凡是按照本實用新型提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種基於FPGA的多通道數字音頻放大器，其特徵在於:包括輸入電路、數字音頻處理電路、控制電路和若干個輸出電路，所述的輸入電路包括若干個數字輸入電路和若干個模擬輸入電路，所述數字音頻處理電路包括輸入接口電路、FPGA數字處理電路、輸出接口電路和PWM調製電路，所述的輸出電路包括依次電連接的數字放大電路、輸出濾波電路和揚聲器，數字輸入電路與輸入接口電路電連接，模擬輸入電路通過ADC轉換器與輸入接口電路電連接，FPGA數字處理電路分別與輸入接口電路、輸出接口電路電連接，輸出接口電路與PWM調製電路電連接，數字音頻處理電路、PWM調製電路、數字放大電路均與控制電路電連接。
2.根據權利要求1所述的基於FPGA的多通道數字音頻放大器，其特徵在於:所述的輸入電路還包括若干個藍牙輸入電路，所述的藍牙輸入電路通過ADC轉換器與輸入接口電路電連接。
3.根據權利要求1所述的基於FPGA的多通道數字音頻放大器，其特徵在於:所述的控制電路包括主控模塊、電源管理模塊，主控模塊通過I2C接口電路與數字音頻處理電路、PWM調製電路電連接，主控模塊通過GP1接口電路與數字放大電路電連接。
4.根據權利要求3所述的基於FPGA的多通道數字音頻放大器，其特徵在於:所述的控制電路還包括遠程控制器，所述的遠程控制器通過UART接口電路與主控模塊電連接。
5.根據權利要求3所述的基於FPGA的多通道數字音頻放大器，其特徵在於:所述的控制電路還包括遠程控制器，所述的遠程控制器與主控模塊無線通訊連接。
6.根據權利要求3所述的基於FPGA的多通道數字音頻放大器，其特徵在於:所述的控制電路還包括LAN接口電路，所述的LAN接口電路與主控模塊電連接。
7.根據權利要求3所述的基於FPGA的多通道數字音頻放大器，其特徵在於:所述的控制電路還包括存儲模塊，所述的存儲與主控模塊電連接。
8.根據權利要求1所述的基於FPGA的多通道數字音頻放大器，其特徵在於:所述的輸入接口電路、輸出接口電路均為I2S接口電路。
【文檔編號】H03F3/20GK204068875SQ201420536828
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年9月18日 優先權日:2014年9月18日
【發明者】曹桂海, 陶益峰 申請人:杭州羅孚音響有限公司