[发明专利]音频信号控制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于接收第一和第二数字音频信号并估计第一或第二数字音频信号的信号特征的音频信号控制器。将估计的信号特征与预定的特征标准进行比较，基于所估计的信号特征和预定的特征标准之间的比较，在第一数字音频信号或第二数字音频信号的零交点，音频信号控制器从将第一数字音频信号传送到控制器输出切换为将第二数字音频信号传送到控制器输出，或反之亦然。

背景技术

对具有非常大的动态范围的音频信号的合理处理给音频放大以及处理电路和系统提出了很大的挑战，尤其是用于在诸如移动终端、听觉仪器、耳机、录音摄像机等便携式的设备和应用系统中操作的音频放大和处理电路。

由于便携式设备从电池电源提供电能，因此存在着关于音频放大电路的最大合理功耗的严格限制。对于更坏的情形，通常关于可提供至音频放大和处理电路的最大DC电源电压也存在类似的限制。音频放大和处理或调节电路通常包括：前置放大器、模数转换器、有源滤波器、电源电压调节器等。因而，最大DC电源电压和AC信号电压摆幅将经常被限制成低于用于实现单个处理或调节电路的特定半导体处理的最大额定电压。此外，在半导体晶片和一般电路以及尤其在COMS工艺上的有源器件的最小外部尺寸的持续缩小的趋势导致了这些有源器件可承受或容忍的最大合理DC电源电压的不断下降。因此，音频放大系统和子系统(诸如音频信号控制器和音频放大电路，其可以在这些降低的DC电源电压下进行操作而没有音频性能的劣化)是非常优选的。通过例如减小前置放大器的动态范围或放大倍数来降低音频放大系统的性能以适应大的音频输入信号而不顾DC电源电压的降低，这样的方式通常是不可接受的。DC电源电压可以低于2V或甚至低于1.5V。因此音频放大系统应能够在降低的或减小的DC电源电压下为低电平信号和高电平信号提供未被削弱的音频质量。

目前的音频信号控制器的重要应用是接收和处理由位于微型扩音器内部的多通道音频放大电路产生的第一和第二数字音频信号。微型扩音器的扩音器换能器元件通常能够以非常大的动态范围向多通道音频放大电路产生音频输入信号。扩音器换能器元件可以包括微型EMC的容性驻极体(capacitive electret)或电容式换能器，该微型EMC能够处理非常高的声压级并相应地产生大的换能信号而不会有明显失真。这些非常高的声压级(例如，高于110、120或130dB SPL的峰值声压级)可能源于不同类型的声源，例如汽车门关门声、风声和经增音(augmented)的实况音乐演奏。然而，现有技术的扩音器放大系统还不能以完全令人满意的方式(例如，不会增加微型扩音器的等价输入噪音或不会在大的声压级下使微型扩音器超载，或二者都不会)处理这些换能信号的整个动态范围。

因此，现有技术中需要扩音器放大系统能够处理由扩音器换能元件产生的换能信号或其他具有较大动态范围的声源信号的整个动态范围，而在之前讨论的在由便携式或电源供电的应用系统所指的DC电源电压和功耗上的限制范围内没有过分的失真和噪声。

通常，用于微型扩音器的扩音器放大电路和系统被设计成适应于高达约110dB SPL或稍低一些的声压级。在此限制下，前置放大器非线性和/或模数转换器的饱和进一步限制了扩音器输出信号的增加。考虑到高于这个最大限制的声压级出现相对较少，我们认为这种情况是可以接受的。为了保护扩音器放大系统不受由较大的低频声压产生的过大的换能信号的影响，已做出实践在扩音器放大系统中的合适位置处引入具有位于例如100Hz和200Hz之间的拐角(corner)频率或截止频率的电子高通滤波器。已做出另一实践的备选解决方案通过例如膜片中的适当尺寸的孔来引入扩音器换能元件自身中的声学高通滤波器。

US 6,271,780描述了用于扩音器应用系统的增益分类(ranging)A/D转换器，该扩音器应用系统具有设置为低增益路径和高增益路径的两个单独的增益路径，每个路径均包括连接至模数转换器的前置放大器以提供各自的数字信号。第一和第二前置放大器的增益差是24dB。该增益分类A/D转换器还包括对由低增益路径和高增益路径提供的各个数字信号执行混频(mixing)或混合(blending)的求和器件。比例器件根据求和分析来控制从低增益路径和高增益路径施加于每个待求和的数字信号的增益量。通过将高增益路径的数字信号的电平与更高或更低的预置阈值进行比较来确定每个待求和的数字信号的增益量。