CN118102177B - 一种基于高噪声环境声音采集自动增益控制电路 - Google Patents
一种基于高噪声环境声音采集自动增益控制电路 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种基于高噪声环境声音采集自动增益控制电路，自动增益控制电路与麦克风电连接，自动增益电路包括信号输入端、偏置电路、滤波电路、前置放大电路、放大电路、钳位电路、检波电路、增益控制电路与信号输出端，本发明通过给麦克风施加一个偏置的工作电压之后对麦克风输入信号进行高频滤波处理，之后通过前置放大电路、放大电路、钳位电路、检波电路、增益控制电路组成的增益控制反馈环路依次对麦克风输入信号进行一次放大、二次放大、钳位、检波，通过输入电压大小调整导通电阻，进而改变增益控制反馈环路，实现对输入信号增益的自动调节以及增益自动控制，以此可恢复和增强自然听力和声音定位，同时保持清晰的通信以增强态势感知。
Description
技术领域
本发明属于声音增益控制的技术领域，具体地涉及一种基于高噪声环境声音采集自动增益控制电路。
背景技术
目前市场主流的电子拾音降噪战术耳机主要用于靶场、真人模拟对抗演练等应用场景，完成听力保护功能和声音增强功能，但真正的户外环境具有复杂多变、噪声随机性大、噪声声压等级高等特点，目前市场主流的电子拾音降噪战术耳机无法满足真正的户外使用的技术要求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于高噪声环境声音采集自动增益控制电路，以解决上述背景技术中提到的问题。
第一方面，该发明提供以下技术方案，一种基于高噪声环境声音采集自动增益控制电路，所述自动增益控制电路与麦克风电连接，所述自动增益电路包括信号输入端、偏置电路、滤波电路、前置放大电路、放大电路、钳位电路、检波电路、增益控制电路与信号输出端；
所述偏置电路的输入端与所述信号输入端连接，所述偏置电路用于给所述麦克风提供偏置工作电压；
所述滤波电路的输入端与所述偏置电路的输出端连接，所述滤波电路用于对所述麦克风的输入信号进行高频滤波并提升所述麦克风的输入信号的动态范围；
所述滤波电路包括第二电容、第二电阻、第三电阻与第四电阻，所述第二电容并联在所述第二电阻所在的支路上，所述第三电阻与所述第四电阻分别并联在所述第二电阻所在的支路上；
所述第三电阻与所述第四电阻的电阻值相同；
所述前置放大电路的输入端与所述滤波电路的输出端连接，所述前置放大电路的输出端分别与所述放大电路、所述信号输出端连接，所述前置放大电路用于对所述麦克风的输入信号进行第一次放大；
所述放大电路的输入端与所述前置放大电路的输出端连接，所述放大电路用于对所述麦克风的输入信号进行第二次放大；
所述钳位电路的输入端与所述放大电路的输出端连接，所述检波电路的输入端与所述钳位电路的输出端连接，所述钳位电路与所述检波电路用于对所述麦克风的输出信号进行钳位与检波，以得到对应增益控制的有效电压信号；
所述增益控制电路的输入端与所述检波电路的输出端连接，所述增益控制电路的输出端与所述前置放大电路的输入端连接，所述增益控制电路用于通过所述有效电压信号改变导通电阻进而改变由所述前置放大电路、所述放大电路、所述钳位电路、所述检波电路、所述增益控制电路组成的增益控制反馈环路，以实现所述麦克风的输出信号增益的自动调节。
相比现有技术，本申请的有益效果为：本发明通过给麦克风施加一个偏置的工作电压之后对麦克风输入信号进行高频滤波处理，之后通过所述前置放大电路、所述放大电路、所述钳位电路、所述检波电路、所述增益控制电路组成的增益控制反馈环路依次对麦克风输入信号进行一次放大、二次放大、钳位、检波，通过输入电压大小调整导通电阻，进而改变增益控制反馈环路，实现对输入信号增益的自动调节以及增益自动控制，以此可恢复和增强自然听力和声音定位，同时保持清晰的通信以增强态势感知。
较佳的，所述偏置电路包括第一电阻、第一电容，所述第一电阻并联在所述第一电容所在的支路上，所述第一电容与所述信号输入端并联。
较佳的，所述前置放大电路包括第三电容、第一运放芯片、第五电阻、第六电阻与第四电容，所述第三电容与所述第一运放芯片的第三引脚连接，所述第六电阻与所述第四电容串联，所述第六电阻、第四电容与所述第一运放芯片的第一引脚、第二引脚连接，所述第五电阻与所述第一运放芯片的第一引脚、第二引脚连接，所述第六电阻和所述第四电容与第五电阻并联。
较佳的，所述第一运放芯片的型号为TP2312-VR。
较佳的，所述增益控制电路包括第五电容、第七电阻、第八电阻与结型场效应管，所述结型场效应管与所述第八电阻串联，所述第七电阻与所述第五电容串联，所述第七电阻和所述第五电容与所述第八电阻并联。
较佳的，所述检波电路包括第六电容与第九电阻，所述第六电容与所述第九电阻并联。
较佳的，所述钳位电路包括第一二极管、第二二极管、第十电阻、第十一电阻与第七电容，所述第七电容、所述第十一电阻与所述第一二极管串联，所述第二二极管与所述第十电阻分别连接在所述第十一电阻与所述第一二极管之间，所述第二二极管与所述第十电阻并联。
较佳的，所述放大电路包括第八电容、第十二电阻、第十三电阻、第二运放芯片、第十四电阻、第十五电阻、第九电容与第十六电阻，所述第十三电阻与所述第八电容分别与所述第二运放芯片的第六引脚与第七引脚连接，所述第十三电阻与所述第八电容并联，所述第十二电阻与所述第二运放芯片的第六引脚连接且所述第十二电阻分别与所述第十三电阻与所述第八电容串联，所述第十六电阻与所述第九电容串联，所述第九电容与所述第二运放芯片的第五引脚连接，所述第十五电阻与所述第十四电阻分别并联在所述第九电容所在的支路上。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的基于高噪声环境声音采集自动增益控制电路的结构框图；
图2为本发明实施例提供的基于高噪声环境声音采集自动增益控制电路的电路图；
图3为本发明实施例提供的偏置电路的电路结构图；
图4为本发明实施例提供的滤波电路的电路结构图；
图5为本发明实施例提供的前置放大电路的电路结构图；
图6为本发明实施例提供的放大电路的电路结构图；
图7为本发明实施例提供的钳位电路的电路结构图；
图8为本发明实施例提供的检波电路的电路结构图；
图9为本发明实施例提供的增益控制电路的电路结构图。
附图标记说明：
以下将结合附图对本发明实施例作进一步说明。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明的实施例，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
如图1、图2所示，在本发明的实施例中，该发明提供以下技术方案，一种基于高噪声环境声音采集自动增益控制电路，所述自动增益控制电路与麦克风电连接，所述自动增益电路包括信号输入端1、偏置电路2、滤波电路3、前置放大电路4、放大电路5、钳位电路6、检波电路7、增益控制电路8与信号输出端9；
如图3所示，所述偏置电路2的输入端与所述信号输入端1连接，所述偏置电路2用于给所述麦克风提供偏置工作电压；
在本实施例中，偏置电路2的目的为了给麦克风提供一个偏置的工作电压，且所述偏置电路包括第一电阻21、第一电容22，所述第一电阻21并联在所述第一电容22所在的支路上，所述第一电容22与所述信号输入端1并联；
具体的，第一电阻21所在的支路一端连接在第一电容22与信号输入端1之间，其另一端与供电电压连接，且供电电压为3.6V，第一电阻21的电阻值为2.2KΩ，第一电容的电容量为10uF，第一电阻21给麦克风提供直流偏置电压，而第一电容22为隔直电容。
如图4所示，所述滤波电路3的输入端与所述偏置电路2的输出端连接，所述滤波电路3用于对所述麦克风的输入信号进行高频滤波并提升所述麦克风的输入信号的动态范围；
在本实施例中，滤波电路3主要由无源RC电容组成低通滤波电路，完成对高频信号的滤波，去除掉高频无用信号，且所述滤波电路3包括第二电容31、第二电阻32、第三电阻33与第四电阻34，所述第二电容31并联在所述第二电阻32所在的支路上，所述第三电阻33与所述第四电阻34分别并联在所述第二电阻32所在的支路上，且所述第三电阻33与所述第四电阻34的电阻值相同；
具体的，第二电容31所在支路的一端连接在第一电容22与第二电阻32之间，其另一端接地处理，第二电阻32与第一电容22串联在主路上，而第三电阻33所在支路的一端连接在第二电阻32与前置放大电路中的第三电容41之间，第四电阻34所在支路的一端连接在第二电阻32与前置放大电路中的第三电容41之间，且第三电阻33与第四电阻34所在支路的另一端均接地处理，第二电容31用于滤除高频干扰信号，阻值相等的第三电阻33与第四电阻34将静态工作点设置为二分之一电源电压，以提升输入信号的动态范围；
其中，第二电容31的电容量为10pF，第二电阻32的电阻值为1KΩ，第三电阻33的电阻值为100 KΩ，第四电阻34的电阻值为100 KΩ。
如图5所示，所述前置放大电路4的输入端与所述滤波电路3的输出端连接，所述前置放大电路4的输出端分别与所述放大电路5、所述信号输出端连接9，所述前置放大电路4用于对所述麦克风的输入信号进行第一次放大；
在本实施例中，所述前置放大电路4包括第三电容41、第一运放芯片42、第五电阻43、第六电阻44与第四电容45，所述第三电容41与所述第一运放芯片42的第三引脚连接，所述第六电阻44与所述第四电容45串联，所述第六电阻44、第四电容45与所述第一运放芯片42的第一引脚、第二引脚连接，所述第五电阻43与所述第一运放芯片42的第一引脚、第二引脚连接，所述第六电阻44和所述第四电容45与第五电阻43并联；
其中，第五电阻43、第六电阻44与第四电容45组成了选频网络，第三电容41与第一运放芯片42的第一引脚连接，第一运放芯片42的第四引脚接地处理，第一运放芯片42的第八引脚连接3.6V的供电电压，第五电阻43的一端与第一运放芯片42的第二引脚连接，另一端与第一运放芯片42的第一引脚连接，第六电阻44的一端与第一运放芯片42的第二引脚连接，另一端与第四电容45连接，第四电容45的一端与第六电阻44连接，另一端与第一运放芯片42的第一引脚连接；
具体的，第三电容41的电容量为1uF，所述第一运放芯片42的型号为TP2312-VR，第五电阻43的电阻值为440 KΩ，第六电阻44的电阻值为100 Ω，第四电容45的电容量为470pF。
如图6所示，所述放大电路5的输入端与所述前置放大电路4的输出端连接，所述放大电路5用于对所述麦克风的输入信号进行第二次放大；
在本实施例中，在麦克风的输入信号进行第二次放大之后，输出一个高压信号进行增益控制，所述放大电路5包括第八电容52、第十二电阻51、第十三电阻53、第二运放芯片54、第十四电阻55、第十五电阻56、第九电容57与第十六电阻58，所述第十三电阻53与所述第八电容52分别与所述第二运放芯片54的第六引脚与第七引脚连接，所述第十三电阻53与所述第八电容52并联，所述第十二电阻51与所述第二运放芯片54的第六引脚连接且所述第十二电阻51分别与所述第十三电阻53与所述第八电容52串联，所述第十六电阻58与所述第九电容57串联，所述第九电容57与所述第二运放芯片54的第五引脚连接，所述第十五电阻56与所述第十四电阻55分别并联在所述第九电容57所在的支路上；
具体的，第十六电阻58与第九电容57串联连接，第十五电阻56的一端连接在第二运放芯片54与第九电容57之间，另一端连接一个3.6V供电电压，第十四电阻55的一端连接在第二运放芯片54与第九电容57之间，另一端接地处理，第十三电阻53的两端分别连接在第二运放芯片54的第六引脚与第七引脚，第八电容52的两端分别连接在第二运放芯片54的第六引脚与第七引脚，且第十三电阻53与第八电容52并联连接，第十二电阻51分别与第八电容52、第十三电阻53以及第二运放芯片54的第六引脚连接，同时，需要说明的是，在本发明中，第一运放芯片42与第二运放芯片54为同一运放芯片，为了便于电路图布局将该运放芯片分为第一运放芯片42与第二运放芯片54进行描述；
同时，第八电容52的电容量为1nF，第十二电阻51的电阻值为4.99KΩ，第十三电阻53的电阻值为1 KΩ，第十四电阻55的电阻值为100 KΩ，第十五电阻56的电阻值为100 KΩ，第九电容57的电容量为10uF，第十六电阻58的电阻值为1 KΩ。
如图7、8所示，所述钳位电路6的输入端与所述放大电路5的输出端连接，所述检波电路7的输入端与所述钳位电路6的输出端连接，所述钳位电路6与所述检波电路7用于对所述麦克风的输出信号进行钳位与检波，以得到对应增益控制的有效电压信号；
其中，所述钳位电路6、检波电路7主要由二极管、RC阻容器件组成，利用器件的非线性特性，对信号进行钳位、检波，得到一个对应增益控制的有效电压信号，所述检波电路7包括第六电容71与第九电阻72，所述第六电容71与所述第九电阻72并联，所述钳位电路6包括第一二极管65、第二二极管64、第十电阻63、第十一电阻62与第七电容61，所述第七电容61、所述第十一电阻62与所述第一二极管65串联，所述第二二极管64与所述第十电阻63分别连接在所述第十一电阻62与所述第一二极管65之间，所述第二二极管64与所述第十电阻63并联；
具体的，第七电容61与第十一电阻62串联连接，第十电阻63与第二二极管64并联，第一二极管65分别与第二二极管64、第十电阻63串联，所述第一二极管65分别与第六电容71、第九电阻72串联，且第一二极管65的导通方向为流经第十一电阻62的电流流至第九电阻72的方向，第二二极管64的导通方向为流经第十电阻63的电流流至第二二极管64的方向；
同时，第六电容71的电容量为10uF，第九电阻72的电阻值为100 KΩ，第十电阻63的电阻值为47 KΩ，第十一电阻62的电阻值为2 KΩ，第七电容61的电容量为10uF。
如图9所示，所述增益控制电路8的输入端与所述检波电路7的输出端连接，所述增益控制电路8的输出端与所述前置放大电路4连接，所述增益控制电路8用于通过所述有效电压信号改变导通电阻进而改变由所述前置放大电路4、所述放大电路5、所述钳位电路6、所述检波电路7、所述增益控制电路8组成的增益控制反馈环路，以实现所述麦克风的输出信号增益的自动调节；
具体的，所述前置放大电路4、所述放大电路5、所述钳位电路6、所述检波电路7、所述增益控制电路8可组成一个增益控制反馈环路，当信号输入前置放大电路4之后，该信号会依次经过两次放大、钳位、检波与增益控制，之后重新输入至前置放大电路4中，最后通过前置放大电路4输出至信号输出端9中，完成对输入信号增益的自动调节以及增益自动控制；
其中，增益控制电路由结型场效应管84、阻容网络组成，通过输入电压大小来控制结型场效应管84漏源两级的导通电阻，从而改变增益控制反馈环路，实现对输入信号增益的自动调节，其主要通过二次放大的信号，经检波电路7平滑后控制结型场效应管84的漏源导通电阻，实现增益自动控制；
具体的，所述增益控制电路8包括第五电容82、第七电阻81、第八电阻83与结型场效应管84，所述结型场效应管84与所述第八电阻83串联，所述第七电阻81与所述第五电容82串联，所述第七电阻81和所述第五电容82与所述第八电阻83并联；
在本实施例中，第六电容71与结型场效应管84并联，且第六电容71与结型场效应管84连接的一端接地处理，结型场效应管84的一端分别与所述第五电容82与所述第八电阻83连接，第八电阻83的一端分别与第五电阻43、第六电阻44、第一运放芯片42的第二引脚连接，第七电阻81的一端连接在第六电阻44与第八电阻83之间；
同时，第五电容82的电容量为10nF、第七电阻81的电阻值为6.8 KΩ、第八电阻83的电阻值为33KΩ。
综上，本发明实施例所提供的基于高噪声环境声音采集自动增益控制电路，通过给麦克风施加一个偏置的工作电压之后对麦克风输入信号进行高频滤波处理，之后通过所述前置放大电路、所述放大电路、所述钳位电路、所述检波电路、所述增益控制电路组成的增益控制反馈环路依次对麦克风输入信号进行一次放大、二次放大、钳位、检波，通过输入电压大小调整导通电阻，进而改变增益控制反馈环路，实现对输入信号增益的自动调节以及增益自动控制，以此可恢复和增强自然听力和声音定位，同时保持清晰的通信以增强态势感知。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种基于高噪声环境声音采集自动增益控制电路，所述自动增益控制电路与麦克风电连接，其特征在于，所述自动增益电路包括信号输入端、偏置电路、滤波电路、前置放大电路、放大电路、钳位电路、检波电路、增益控制电路与信号输出端；
所述偏置电路的输入端与所述信号输入端连接，所述偏置电路用于给所述麦克风提供偏置工作电压；
所述滤波电路的输入端与所述偏置电路的输出端连接，所述滤波电路用于对所述麦克风的输入信号进行高频滤波并提升所述麦克风的输入信号的动态范围；
所述滤波电路包括第二电容、第二电阻、第三电阻与第四电阻，所述第二电容并联在所述第二电阻所在的支路上，所述第三电阻与所述第四电阻分别并联在所述第二电阻所在的支路上；
所述第三电阻与所述第四电阻的电阻值相同；
所述前置放大电路的输入端与所述滤波电路的输出端连接，所述前置放大电路的输出端分别与所述放大电路、所述信号输出端连接，所述前置放大电路用于对所述麦克风的输入信号进行第一次放大；
所述放大电路的输入端与所述前置放大电路的输出端连接，所述放大电路用于对所述麦克风的输入信号进行第二次放大；
所述钳位电路的输入端与所述放大电路的输出端连接，所述检波电路的输入端与所述钳位电路的输出端连接，所述钳位电路与所述检波电路用于对所述麦克风的输出信号进行钳位与检波，以得到对应增益控制的有效电压信号；
所述增益控制电路的输入端与所述检波电路的输出端连接，所述增益控制电路的输出端与所述前置放大电路的输入端连接，所述增益控制电路用于通过所述有效电压信号改变导通电阻进而改变由所述前置放大电路、所述放大电路、所述钳位电路、所述检波电路、所述增益控制电路组成的增益控制反馈环路，以实现所述麦克风的输出信号增益的自动调节。
2.根据权利要求1所述的基于高噪声环境声音采集自动增益控制电路，其特征在于，所述偏置电路包括第一电阻、第一电容，所述第一电阻并联在所述第一电容所在的支路上，所述第一电容与所述信号输入端并联。
3.根据权利要求1所述的基于高噪声环境声音采集自动增益控制电路，其特征在于，所述前置放大电路包括第三电容、第一运放芯片、第五电阻、第六电阻与第四电容，所述第三电容与所述第一运放芯片的第三引脚连接，所述第六电阻与所述第四电容串联，所述第六电阻、第四电容与所述第一运放芯片的第一引脚、第二引脚连接，所述第五电阻与所述第一运放芯片的第一引脚、第二引脚连接，所述第六电阻和所述第四电容与第五电阻并联。
4.根据权利要求3所述的基于高噪声环境声音采集自动增益控制电路，其特征在于，所述第一运放芯片的型号为TP2312-VR。
5.根据权利要求1所述的基于高噪声环境声音采集自动增益控制电路，其特征在于，所述增益控制电路包括第五电容、第七电阻、第八电阻与结型场效应管，所述结型场效应管与所述第八电阻串联，所述第七电阻与所述第五电容串联，所述第七电阻和所述第五电容与所述第八电阻并联。
6.根据权利要求1所述的基于高噪声环境声音采集自动增益控制电路，其特征在于，所述检波电路包括第六电容与第九电阻，所述第六电容与所述第九电阻并联。
7.根据权利要求1所述的基于高噪声环境声音采集自动增益控制电路，其特征在于，所述钳位电路包括第一二极管、第二二极管、第十电阻、第十一电阻与第七电容，所述第七电容、所述第十一电阻与所述第一二极管串联，所述第二二极管与所述第十电阻分别连接在所述第十一电阻与所述第一二极管之间，所述第二二极管与所述第十电阻并联。
8.根据权利要求1所述的基于高噪声环境声音采集自动增益控制电路，其特征在于，所述放大电路包括第八电容、第十二电阻、第十三电阻、第二运放芯片、第十四电阻、第十五电阻、第九电容与第十六电阻，所述第十三电阻与所述第八电容分别与所述第二运放芯片的第六引脚与第七引脚连接，所述第十三电阻与所述第八电容并联，所述第十二电阻与所述第二运放芯片的第六引脚连接且所述第十二电阻分别与所述第十三电阻与所述第八电容串联，所述第十六电阻与所述第九电容串联，所述第九电容与所述第二运放芯片的第五引脚连接，所述第十五电阻与所述第十四电阻分别并联在所述第九电容所在的支路上。
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