CN205809757U - 动态调压装置及信号放大系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种动态调压装置和一种信号放大系统。所述动态调压装置包括信号接收端，用于接收输入信号。所述动态调压装置用于根据所述输入信号生成调压信号，并根据所述调压信号对电源电压进行调整、生成放大器的工作电压并提供至所述放大器，其中所述调压信号与所述输入信号的强度相关。因此，在本实用新型提供的信号放大系统中，提供给放大器的工作电压随着输入信号强度的变化而变化。这样，可以降低功耗、提高电源的利用率、延长电源的使用寿命，还可以提高可充电电池的续航时间和使用寿命。

Description

动态调压装置及信号放大系统

技术领域

本实用新型涉及通讯领域，尤其涉及一种动态调压装置和一种信号放大系统。

背景技术

放大器是一种能把输入信号的电压或功率放大的装置，被广泛应用于通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。

现有放大器在使用过程中，可能会因负载过大等原因，而使得输出的波形失真。因此，为了获取期望的输出功率，且保证输出信号与原信号波形的相似性，降低波形的失真率，通常为放大器提供较高的电压。然而，在实际应用中，输入放大器的原信号的强度可能是变化的，因此，当原信号的强度(例如，幅度)较小时，如果提供至所述放大器的电压依然保持在较高值，则会增加功耗、降低电源的利用率、造成能源的浪费。

因此，需要一种信号放大系统，其可根据输入信号的强度，调整输入至放大器的电压，从而减小功耗、提高电源的利用率、延长电源的使用寿命。

实用新型内容

本实用新型解决的问题是提供一种信号放大系统，其可根据输入信号的强度，调整输入至放大器的电压，从而减小功耗、提高电源的利用率、延长电源的使用寿命。另外，当电源为可充电电池时，还可提高可充电电池的续航时间和使用寿命。

为了解决上述问题，本实用新型的实施例提供了一种动态调压装置，其包括信号接收端，用于接收输入信号。所述动态调压装置用于根据所述输入信号生成调压信号，并根据所述调压信号对电源电压进行调整、生成放大器的工作电压并提供至所述放大器，其中所述调压信号与所述输入信号的强度相关。

可选的，所述动态调压装置还包括：信号调理装置，用于对所述输入信号进行处理，以生成第一信号，所述第一信号的电压值与所述输入信号的强度相关且小于预设电压值；逻辑运算装置，用于根据所述信号调理装置生成的所述第一信号和参考信号，生成所述调压信号；以及电压调整装置，用于根据所述逻辑运算装置生成的所述调压信号对所述电源电压进行调整。

可选的，所述信号调理装置包括：第一运算放大器，用于对所述输入信号进行反向处理；第二运算放大器，用于生成第二信号，其中所述第二信号包括所述第一运算放大器反向处理后的输入信号的电压值小于所述预设电压值的部分；以及第三运算放大器，用于生成第三信号，其中所述第三信号包括所述输入信号的电压值小于所述预设电压值的部分。

可选的，所述动态调压装置还包括匹配单元，用于对所述第二信号和所述第三信号进行缓冲处理并合并为所述第一信号。

可选的，所述逻辑运算装置用于根据所述第一信号和所述参考信号，计算出第一电压值，并根据所述第一电压值，输出所述调压信号。

可选的，当所述第一电压值大于0.1V小于1V时，输出的所述调压信号的电压值等于所述第一电压值；当所述第一电压值小于等于0.1V，输出的所述调压信号的电压值等于0.1V；以及当所述第一电压值大于等于1V，输出的所述调压信号的电压值等于1V。

可选的，所述逻辑运算装置包括第一端、第二端以及第三端，其中，所述逻辑运算装置的所述第一端与所述信号调理装置相耦合，用于输入所述第一信号；所述逻辑运算装置的所述第二端，用于输入所述参考信号；所述逻辑运算装置的所述第三端与所述电压调整装置相耦合，用于将所述调压信号输入至所述电压调整装置。

可选的，所述电压调整装置包括升压器，所述升压器包括第一端和第二端，其中，所述升压器的所述第一端与所述逻辑运算装置相耦合，所述升压器的所述第二端与电源耦合。

本实用新型的实施例还提供了一种信号放大系统，其包括：放大器；电源；以及上述任意其中之一所述的动态调压装置，其中，所述放大器用于放大输入信号，所述动态调压装置用于根据所述输入信号对所述电源的电压进行调整、生成所述放大器的工作电压并提供至所述放大器。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下优点：

在本实用新型提供的信号放大系统中设置有动态调压装置，所述动态调压装置可以根据输入至放大器的输入信号的强度，对电源电压进行调整。从而，提供给所述放大器的工作电压随着输入信号的变化而变化。这样，减小了功耗、提高了电源的利用率并延长了电源的使用寿命。另外，在电源为可充电电池的情况下，所述动态调压装置还可以提高所述可充电电池的续航时间和使用寿命。

进一步的，所述动态调压装置还包括信号调理装置，用于对输入信号进行处理。经过信号调理装置处理后的信号不仅能够用于表征输入信号的强度变化而且其电压值小于预设电压值，从而可以简化逻辑运算装置的运算过程。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种信号放大系统的模块示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种信号放大系统的信号调理装置的示意图；

图3a至3e是本实用新型实施例提供的一种信号放大系统的信号调理装置处理输入信号的原理示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种信号放大系统的逻辑运算装置的示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种信号放大系统的电压调整装置的示意图；

图6是本实用新型实施例提供的一种信号放大系统的信号调理装置的参数设置示意图；以及

图7是本实用新型实施例提供的一种信号放大系统的逻辑运算装置和电压调整装置的参数设置示意图。

具体实施方式

如背景技术中所言，为了降低波形失真率，在现有信号放大系统中，通常为放大器提供较高且固定的电压，这样，会增加功耗、降低电源的利用率及使用寿命。鉴于现有技术中的该缺陷，本实用新型提供了一种信号放大系统，其包括：放大器，用于放大输入信号；电源，用于提供电源电压；以及动态调压装置，用于根据所述输入信号生成调压信号，并根据所述调压信号对所述电源电压进行调整、生成所述放大器的工作电压并提供至所述放大器，其中所述调压信号与所述输入信号的强度相关。因此，在本实用新型提供的信号放大系统中，提供给所述放大器的工作电压随着输入信号的变化而变化。这样，功耗减少、电源的利用率提高且使用寿命延长。另外，当电源为可充电电池时，本实用新型提供的动态调压装置还可以提高所述可充电电池的续航时间和使用寿命。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

参考图1所示，本实用新型的实施例提供了一种信号放大系统1。所述信号放大系统1包括放大器10以及电源20，其中所述放大器10用于放大输入信号(例如，图1中的左声道信号Lin和右声道信号Rin)，所述电源20用于提供电源电压。

在一些实施例中，所述信号放大系统用于音频播放装置，所述放大器10用于放大所述输入信号，驱动扬声器工作。

在一些实施例中，所述电源20为直流电源，例如电池。所述电池可以包括一节电池，也可以包括多节电池。在一些实施例中，所述电源20为可充电电池。

所述信号放大系统1还包括动态调压装置30，所述动态调压装置30包括信号接收端(未标注)，用于接收所述输入信号。

在本实施例中，所述输入信号为音频信号，且所述音频信号包括左声道信号Lin和右声道信号Rin，所述动态调压装置30包括两个信号接收端，用于分别接收所述左声道信号Lin和所述右声道信号Rin。

在一些实施例中，所述输入信号也可为其他类型的信号。所述动态调压装置30也可包括一个或两个以上的信号接收端，所述动态调压装置30的信号接收端的数量可根据实际需要进行调整。

所述动态调压装置30被配置成用于根据所述信号接收端接收到的所述输入信号生成调压信号，并根据所述调压信号对电源20的电压进行调整、生成放大器10的工作电压并提供至所述放大器10，其中所述调压信号与所述输入信号的强度相关。这样，提供至所述放大器10的工作电压随着输入信号强度的变化而变化，从而降低功耗、提高所述电源20的利用率、延长所述电源20的使用寿命。另外，当所述电源20为可充电电池时，所述动态调压装置30还可以提高所述可充电电池的续航时间和使用寿命。

具体地，所述动态调压装置30包括信号调理装置31、逻辑运算装置32和电压调整装置33。其中，所述信号调理装置31用于对所述输入信号进行处理，以生成第一信号，所述第一信号的电压值与所述输入信号的强度相关。所述逻辑运算装置32用于根据所述信号调理装置31生成的所述第一信号和参考信号，生成所述调压信号。所述电压调整装置33用于根据所述逻辑运算装置32生成的所述调压信号对所述电源电压进行调整。

在一些实施例中，如图2所示，所述信号调理装置31包括第一运算放大器311、第二运算放大器312和第三运算放大器313。

在一些实施例中，所述第一运算放大器311、所述第二运算放大器312和所述第三运算放大器313均为NJM2740型号的双路运算放大器，以实现对所述左声道信号Lin和所述右声道信号Rin的处理。

所述第一运算放大器311用于对所述输入信号进行反向处理。如图2所示，所述第一运算放大器311的V-端口接地GND，V+端口输入电源电压VCC。所述第一运算单元311的-InA端口输入所述左声道信号Lin，+InA端口输入电压Bias，在-InA端口和OutA端口之间设置有第一电路314。所述第一电路314为电容和电阻形成的并联电路，其连接于所述第一运算放大器311的输出端OutA和输入端-InA之间构成反馈网络。此处所述及的电压Bias的电压值为电源电压VCC电压值的二分之一。所述左声道信号Lin在经过所述第一运算放大器311之后相位反转，即从所述OutA端口输出的信号与-InA端口输入的左声道信号的相位相反。

类似的，所述第一运算放大器311的-InB端口输入所述右声道信号Rin，+InB端口输入电压Bias，在-InB端口和OutB端口之间也设置有所述第一电路314，以构成反馈网络。从所述OutB端口输出的信号与-InB端口输入的右声道信号的相位相反。

因此，所述输入信号在经过所述第一运算放大器311之后，相位反转。例如，当所述输入信号为图3a所示的正弦信号(其中，横轴表示时间T，纵轴表示电压V)时，经过所述第一运算放大器311反向处理后的信号为图3b所示。值得注意的是，此处仅以正弦信号为例，以便于阐释所述第一运算放大器311的作用原理，在实践中，所述输入信号可以为任何规则或不规则变化的信号。

所述第二运算放大器312，用于生成第二信号，其中所述第二信号包括所述第一运算放大器311反向处理后的输入信号的电压值小于预设电压值的部分。在一些实施例中，所述预设电压值等于所述电压Bias。

如图2所示，所述第二运算放大器312的V-端口接地GND，V+端口输入电源电压VCC，所述电源电压VCC与所述V+端口之间设置有第二电路315，所述第二电路315由电容构成，以起到稳定电压的作用。所述第二运算放大器312的+InA端口用于输入经过所述第一运算放大器311反向处理后的左声道信号，-InA端口与OutA端口并联，且在所述OutA端口串联有二极管。由此，所述第二运算放大器312将所述第一运算放大器311反向处理后的左声道信号的电压值大于所述预设电压值的部分(例如，电压值大于所述电压Bias的部分)滤除，只保留电压值小于所述预设电压值的部分(例如，电压值小于所述电压Bias的部分)。

类似的，所述第二运算放大器312的+InB端口输入经过所述第一运算放大器311反向处理后的右声道信号，-InB端口与OutB端口并联，且在所述OutB端口串联有二极管。由此，所述第二运算放大器312将所述第一运算放大器311反向处理后的右声道信号的电压值大于所述预设电压值的部分滤除，只保留电压值小于所述预设电压值的部分。例如，所述第二运算放大器312可以将所述第一运算放大器311反向处理后的右声道信号的电压值大于所述电压Bias的部分滤除，只保留电压值小于所述电压Bias的部分。

在图2所示的实施例中，所述信号调理装置31还包括与所述第一运算放大器311、所述第二运算放大器312以及所述第三运算放大器313相匹配的电容单元和电阻单元，用于隔离直流信号和阻抗匹配，其具体数值和连接方式在此不再赘述。

由此，所述输入信号在经过所述第二运算放大器312之后，生成第二信号，所述第二信号包含第一运算放大器311反向处理后的输入信号的电压值小于所述预设电压值的部分。例如，当经过所述第一运算放大器311反向处理后的信号为图3b所示时，所述第二运算放大器312生成的所述第二信号如图3c所示。

所述第三运算放大器313用于生成第三信号，其中所述第三信号包括所述输入信号的电压值小于所述预设电压值的部分。所述第三运算放大器313的作用类似于所述第二运算放大器312，其区别在于输入的信号不同，其中输入至所述第二运算放大器312的为经过所述第一运算放大器311反向处理后的输入信号，而输入至所述第三运算放大器313的为未经反向处理的所述输入信号。换句话说，所述第二运算放大器312用于滤除经所述第一运算放大器311反向处理后的输入信号的电压值大于所述预设电压值的部分，而所述第三运算放大器313直接对所述输入信号进行处理，以滤除所述输入信号的电压值大于所述预设电压值的部分。

所述第三运算放大器313的结构和作用与所述第二运算放大器312类似，此处不再赘述。

因此，所述输入信号在经过所述第三运算放大器313之后，生成第三信号，所述第三信号包含所述输入信号的电压值小于预设电压值的部分。例如，当所述输入信号为图3a所示的正弦信号时，所述第三运算放大器313生成的所述第三信号如图3d所示。

经所述第一运算放大器311和所述第二运算放大器312生成的所述第二信号与所述第三运算放大器313生成的所述第三信号合并即获得所述第一信号。例如，当所述输入信号为图3a所示的正弦信号时，经所述第一运算放大器311和所述第二运算放大器312生成的所述第二信号如图3c所示，经所述第三运算放大器313生成的所述第三信号如图3d所示，则所述第二信号与所述第三信号合并而成的所述第一信号如图3e所示。所述第一信号可进一步被所述逻辑运算单元32用于生成所述调压信号。

在一些实施例中，所述信号调理装置31进一步包括匹配单元316，用于缓冲所述第一信号，以与所述逻辑运算装置32相匹配。所述匹配单元316包括电容(未标注)，从而使得电压V_PR的变化平缓。具体地，考虑到所述信号调理装置31中的运算放大器(即所述第一运算放大器311、所述第二运算放大器312和所述第三运算放大器313)具有输入阻抗大而输出阻抗小的特性，通过设置所述匹配单元316，可使得所述信号调理装置31生成的所述第一信号的电压下降快而上升平缓，因为电压在上升时需要对所述匹配单元316中的电容进行充电。这样，使得所述调压装置30最终输出的电压上升快而下降平缓。

所述信号调理装置31生成的所述第一信号进一步输入至所述逻辑运算装置32，以生成所述调压信号。

如图4所示，所述逻辑运算装置32包括型号为SLG46140的可编程逻辑器件321。所述可编程逻辑器件321的端口VDD用于输入电源电压VCC，端口GND接地，第六端口GPIO用于输入所述信号调理装置31生成的所述第一信号(图4中的V_PR)，第七端口GPIO用于输入参考信号，通过对比所述第一信号和所述参考信号，生成所述调压信号，所述调压信号(图4中的V_DAC)从第三端口GPIO输出。另外，在所述电源电压VCC与所述VDD端口之间设置有第三电路322，所述第三电路322包括电容，以起到稳定电路工作电压VCC的作用。所述GND端口与所述第七端口GPIO之间设置有第四电路323，所述第四电路作为分压网络，用于确定参考电压值。

具体地，所述逻辑运算装置32配置成用于根据所述第一信号和所述参考信号，计算出第一电压值，并根据所述第一电压值，输出所述调压信号。在一些实施例中，当所述第一电压值大于0.1V小于1V时，输出的所述调压信号的电压值等于所述第一电压值；当所述第一电压值小于等于0.1V，输出的所述调压信号的电压值等于0.1V；以及当所述第一电压值大于等于1V，输出的所述调压信号的电压值等于1V。

所述逻辑运算装置32生成的所述调压信号被进一步输入至所述电压调整装置33，以调整提供至所述放大器10的工作电压。

在一些实施例中，如图5所示，所述电压调整装置33包括型号为TPS61088的升压器331。所述升压器331的VIN端口与电源20耦合，FB端口与所述逻辑运算装置32耦合，以输入所述调压信号V_DAC，AGND端口和FGND端口接地，VOUT端口用于输出所述放大器10所需要的工作电压V_OUT。因FB端口处的电压维持在稳定值，通过所述第六电路333构成分压网络，使得当所述输入信号的强度发生变化时，所述调压信号的电压V_DAC随之变化，因此输出的所述电压V_OUT也随之变化。这样，可根据所述输入信号的强度变化，实现电压的动态调整，以降低功耗、提高电源的利用率和使用寿命。另外，在所述电源20与所述VIN端口之间设置有第五电路332，以起到稳压的作用。值得注意的是，虽然图5中仅显示了所述电压调整装置33的所述升压器331的VIN端口、FB端口、VOUT端口、AGND端口以及FGND端口的连接方式，但本领域技术人员可以理解的是，所述电压调整装置33还可包括其它一些外围元件。

如图6和图7所示，在本实用新型的一实施例中，所述电源电压VCC设置为3.3伏，所述电压Bias为1.65伏，所述第一逻辑运算装置311、所述第二逻辑运算装置312和所述第三逻辑运算装置313的均为NJM2740型号的双路逻辑运算器。所述第一电路、所述第二电路、所述第三电路、所述第四电路、所述第五电路、所述第六电路以及所述匹配单元中的元器件的参数设置如图中所示。

在本实施例中，所述调理电路31生成的所述第一信号的电压值与所述输入信号之间满足：

V_PR＝(1.65-V_IN x 1.414)/1.133

其中，V_PR表示所述第一信号的电压值，V_IN表示所述输入信号的电压值的均方根。

所述逻辑运算装置32计算所得的所述第一电压值V1与所述第一信号以及所述参考信号之间满足：

V1＝4*(V_PR-V_RF+0.05)

其中，V1表示所述第一电压值，V_PR表示所述第一信号的电压值，V_RF表示所述参考信号的电压值。

所述调压信号的电压值V_DAC与所述第一电压值V1之间满足：当0.1V≤V1≤1V时，所述调压信号的电压值V_DAC等于所述第一电压值V1；当V1≤0.1V时，所述调压信号的电压值V_DAC等于0.1V；当V1≥1V时，所述调压信号的电压值V_DAC等于1V。

所述电压调整装置33输出的所述工作电压的电压值V_OUT与所述调压信号的电压值V_DAC以及所述第五电路之间满足：

V_OUT＝V_REF(1+R₁₀₅/R₁₀₇+R₁₀₅/R₁₀₉)-V_DAC*R₁₀₅/R₁₀₉

其中，V_OUT表示所述电压调整装置33输出的工作电压，V_REF表示所述FB端口的电压值，V_DAC表示所述调压信号的电压值。

在一些实施例中，当所述调压信号的电压值V_DAC在0.1V至1V范围内变化时，电源电压为V_OUT在11.78V-5.03V之间变化。

由此可以看出，在本实用新型提供实施例提供的放大系统中，输入至放大器10的工作电压随着输入信号的变化而动态变化，以降低功耗。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (9)

1.一种动态调压装置，其特征在于，包括：信号接收端，用于接收输入信号，所述动态调压装置用于根据所述输入信号生成调压信号，并根据所述调压信号对电源电压进行调整、生成放大器的工作电压并提供至所述放大器，其中所述调压信号与所述输入信号的强度相关。

2.根据权利要求1所述的动态调压装置，其特征在于，还包括：

信号调理装置，用于对所述输入信号进行处理，以生成第一信号，所述第一信号的电压值与所述输入信号的强度相关且小于预设电压值；

逻辑运算装置，用于根据所述信号调理装置生成的所述第一信号和参考信号，生成所述调压信号；以及

电压调整装置，用于根据所述逻辑运算装置生成的所述调压信号对所述电源电压进行调整。

3.根据权利要求2所述的动态调压装置，其特征在于，所述信号调理装置包括：

第一运算放大器，用于对所述输入信号进行反向处理；

第二运算放大器，用于生成第二信号，其中所述第二信号包括所述第一运算放大器反向处理后的输入信号的电压值小于所述预设电压值的部分；以及

第三运算放大器，用于生成第三信号，其中所述第三信号包括所述输入信号的电压值小于所述预设电压值的部分。

4.根据权利要求3所述的动态调压装置，其特征在于，还包括匹配单元，用于对所述第二信号和所述第三信号进行缓冲处理并合并为所述第一信号。

5.根据权利要求2所述的动态调压装置，其特征在于，所述逻辑运算装置用于根据所述第一信号和所述参考信号，计算出第一电压值，并根据所述第一电压值，输出所述调压信号。

6.根据权利要求5所述的动态调压装置，其特征在于，当所述第一电压值大于0.1V小于1V时，输出的所述调压信号的电压值等于所述第一电压值；当所述第一电压值小于等于0.1V，输出的所述调压信号的电压值等于0.1V；以及当所述第一电压值大于等于1V，输出的所述调压信号的电压值等于1V。

7.根据权利要求2所述的动态调压装置，其特征在于，所述逻辑运算装置包括第一端、第二端以及第三端，其中，所述逻辑运算装置的所述第一端与所述信号调理装置相耦合，用于输入所述第一信号；所述逻辑运算装置的所述第二端，用于输入所述参考信号；所述逻辑运算装置的所述第三端与所述电压调整装置相耦合，用于将所述调压信号输入至所述电压调整装置。

8.根据权利要求2所述的动态调压装置，其特征在于，所述电压调整装置包括升压器，所述升压器包括第一端和第二端，其中，所述升压器的所述第一端与所述逻辑运算装置相耦合，所述升压器的所述第二端与电源耦合。

9.一种信号放大系统，其特征在于，包括：放大器；电源；以及权利要求1-8的任意其中之一所述的动态调压装置，其中，所述放大器用于放大输入信号，所述动态调压装置用于根据所述输入信号对所述电源的电压进行调整、生成所述放大器的工作电压并提供至所述放大器。