標(biāo)題: 音頻功放AGC是個(gè)什么鬼？ [打印本頁(yè)]
作者: kuner    時(shí)間: 2019-7-12 10:58
標(biāo)題: 音頻功放AGC是個(gè)什么鬼？
隨著智能手機(jī)、PAD等消費(fèi)電子的迅猛發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)于聲音效果的要求越來(lái)越高。不但要求聲音大，還要音質(zhì)好，這就對(duì)音頻功放提出了更高的要求。從發(fā)展的歷史來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在的D類(lèi)功放、G類(lèi)功放，或者其他五花八門(mén)的R類(lèi)、W類(lèi)功放，都是脫胎于音響的設(shè)計(jì)。在音響產(chǎn)品中，有DRC（動(dòng)態(tài)范圍控制），在音頻功放中就相應(yīng)的出現(xiàn)了AGC。他們的目的都是使得輸入信號(hào)相同的情況下，輸出功率盡量得到提高。理想的狀態(tài)是，輸入信號(hào)幅度大小不斷在變化，但是輸出功率一直恒定。有句戲稱(chēng)的話(huà)來(lái)形容AGC的效果：輸入可大也可小，輸出板磚不動(dòng)搖。也是對(duì)DRC/AGC功能的比較形象化的描述。
什么是AGC？
AGC是指Automatic Gain Control，即自動(dòng)增益控制。主要作用是：當(dāng)功放的輸入信號(hào)幅度變化很大的情況下，使輸出信號(hào)幅度保持恒定。當(dāng)輸入信號(hào)達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，啟動(dòng)壓縮功能，減小放大增益，使得輸出幅度降低；當(dāng)輸入信號(hào)降低到一定程度時(shí)，再逐漸恢復(fù)默認(rèn)的放大增益。
AGC采用了音頻處理中壓縮擴(kuò)展器的壓縮限幅功能，當(dāng)信號(hào)到達(dá)功率限制點(diǎn)（limiter Power）后，通過(guò)主動(dòng)降低功放內(nèi)部的增益，使輸出控制在功率限制值上，保護(hù)喇叭的同時(shí)避免破音、雜音，同時(shí)提升聲音的整體響度。
如下圖所示，輸入信號(hào)的幅度在不斷變化，但是輸出信號(hào)的幅度是固定的，也就是說(shuō)輸出功率是固定的。


  

AGC是怎么處理信號(hào)的？

沒(méi)有AGC功能時(shí)，系統(tǒng)對(duì)于輸入信號(hào)的放大倍數(shù)是固定的，為了保證喇叭不會(huì)損壞。所以，要按照輸入信號(hào)的最大幅度進(jìn)行設(shè)計(jì)。這樣的話(huà)，就大大限制了功放的增益。在這種情況下，輸入信號(hào)比較小的時(shí)候，明顯會(huì)感覺(jué)到響度不夠。如果為了提高響度，而把功放的增益做得比較大，當(dāng)輸入信號(hào)比較大的時(shí)候，就會(huì)導(dǎo)致輸入功率特別大，不但會(huì)導(dǎo)致“哧哧”的破音聲，還會(huì)損害喇叭，甚至?xí)牙冉o燒掉。
有了AGC功能后，因?yàn)樾酒瑑?nèi)部的反饋網(wǎng)絡(luò)可以保證輸出的額定功率。這樣，就可以對(duì)輸入信號(hào)采用較大的增益進(jìn)行放大，當(dāng)輸入信號(hào)比較大的時(shí)候，芯片自動(dòng)把增益調(diào)小，讓其輸出功率固定在設(shè)置的額定功率點(diǎn)；當(dāng)輸入信號(hào)比較小的時(shí)候，得到了更大的放大，總體音量得到明顯的提升。
AGC的實(shí)現(xiàn)，一般會(huì)有觸發(fā)時(shí)間（attack time），釋放時(shí)間（release time）等參數(shù)。觸發(fā)時(shí)間指的是輸入信號(hào)從小變大的時(shí)候，系統(tǒng)增益開(kāi)始減小，一直到減小到最小值，所用的時(shí)間；釋放實(shí)現(xiàn)是指輸入信號(hào)從大變小，系統(tǒng)增益逐步恢復(fù)，一直恢復(fù)到原始值，所用的時(shí)間。該過(guò)程中，一般符合下圖規(guī)律：


  

下圖中，是針對(duì)同一個(gè)輸入信號(hào)，AGC功能啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)，得到的輸出信號(hào)。很明顯可以看到，AGC功能打開(kāi)的時(shí)候，輸出信號(hào)的平均功率明顯比較大。

  
AGC功能的局限性

AGC功能目前已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，包括TI、雅馬哈等國(guó)際大廠的音頻功放都具有此功能。但是，必須要指出的是，AGC功能的實(shí)現(xiàn)是在模擬域，而不是數(shù)字域。這就決定了其不可能完美解決功率、音質(zhì)兩者的關(guān)系。
也就是說(shuō)，當(dāng)AGC觸發(fā)的時(shí)候，其實(shí)此時(shí)的功率已經(jīng)超出了額定功率的范圍。模擬域的反饋，觸發(fā)，調(diào)整，是需要時(shí)間的。前文已經(jīng)說(shuō)到，AGC有觸發(fā)時(shí)間，釋放時(shí)間。觸發(fā)時(shí)間越短，對(duì)于輸出恒定功率的控制能力就越強(qiáng)；同時(shí)，增益也就變化的越劇烈，響度相對(duì)就越小，雜音的抑制效果就越好（超出額定功率，很可能就出現(xiàn)由于截頂失真導(dǎo)致的“哧哧”雜音）。反之則反。
所以，一般在進(jìn)行音頻功放AGC設(shè)計(jì)的時(shí)候，會(huì)在觸發(fā)、釋放時(shí)間和響度、雜音等多個(gè)方面進(jìn)行性能的平衡。
  

目前發(fā)展趨勢(shì)

根據(jù)電路理論，可以很容易知道，芯片可以提供的電壓越高，給信號(hào)提供的處理空間就越大。所以，目前，包括TI等許多廠商，都在通過(guò)提升功放的工作/驅(qū)動(dòng)電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)更好的音質(zhì)效果。實(shí)現(xiàn)功放的驅(qū)動(dòng)電壓提升，基本上有兩種：電荷泵升壓、Boost升壓。
對(duì)于電荷泵升壓，一般可以采用1.5倍，2倍的模式。也就是說(shuō)，比如電池電壓是4V，最高可以升到6V或者8V。但是，隨著電池電壓的下降，電荷泵的最大驅(qū)動(dòng)電壓也會(huì)隨之下降，導(dǎo)致在電池電壓變化的時(shí)候，聲音處理效果越來(lái)越差。
Boost升壓也是一種常用的方式，由于Boost是通過(guò)電感特性進(jìn)行升壓，對(duì)電池電壓要求很低�？梢员ＷC在電池的全工作電壓域，都可以實(shí)現(xiàn)比較穩(wěn)定可靠的驅(qū)動(dòng)能力。在音質(zhì)處理的穩(wěn)定性方面，會(huì)有一定的優(yōu)勢(shì)。目前比較常見(jiàn)的是通過(guò)Boost升壓到9V左右。
但是也要注意到，電荷泵的升壓，由于是通過(guò)電容不斷得進(jìn)行電荷傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)，其EMI等特性比較好，而且對(duì)外圍器件沒(méi)有什么特殊的要求，成本比較低，設(shè)計(jì)起來(lái)兼容性好，比較方便。而B(niǎo)oost升壓，由于是電感進(jìn)行電荷傳輸，而且是比較大的電流，就對(duì)電感的性能要求比較高，成本也就上去了。而且，Boost升壓在進(jìn)行板級(jí)設(shè)計(jì)的時(shí)候，如何規(guī)避EMI干擾、地毯效應(yīng)，也是一個(gè)比較頭疼的問(wèn)題。




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