專利名稱：一種基于雙模自動(dòng)增益控制電路的調(diào)整壓縮比方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路技術(shù)領(lǐng)域，用于助聽器芯片，是一種基于雙模自動(dòng)增益控制電路的調(diào)整壓縮比方法，以調(diào)整自動(dòng)增益控制壓縮比。
背景技術(shù)：
隨著微聲電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的不斷進(jìn)步，微聲電助聽器麥克風(fēng)傳感器應(yīng)運(yùn)而生，它具有體積小、功耗低、失真小和抗噪聲能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，其所對(duì)應(yīng)的讀出電路成為工業(yè)界研究的熱點(diǎn)。目前國際上麥克風(fēng)讀出電路的自動(dòng)增益控制設(shè)計(jì)主要可分為模擬反饋控制運(yùn)放前向開環(huán)增益，即模擬反饋控制運(yùn)放偏置電流(參考瓊斯，馬丁內(nèi)斯“一種CMOS助聽器”，模擬集成電路和信號(hào)處理，21，163-172(1999);貝克‘一種針對(duì)仿真耳的低功耗單環(huán)和雙環(huán)自動(dòng)增益控制’，固態(tài)電路，SC-41 (9), pp. 1983-1996，2006)和模擬反饋控制可控MOS管等效電阻的柵源電壓(參考霍曼“一種低噪聲CMOS自動(dòng)增益控制技術(shù)”，固態(tài)電路，SC-27 (7)，pp. 974-981，1992 ;金淑永“一種亞IV數(shù)字助聽器的高效前端模擬電路”，固態(tài)電路，SC-41 (4)，pp. 876-882，2006.)和電流模反饋控制MOS管跨導(dǎo)(參考格拉雷斯“低壓亞閾值指數(shù)放大與自動(dòng)增益控制”，電路，器件與系統(tǒng)，Vol. 152，No. 1，F(xiàn)eb 2005)兩種方案。而以上自動(dòng)增益控制電路在模擬助聽器領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。但前者缺點(diǎn)在于沒有壓縮比調(diào)整，且其線性度會(huì)受到工藝和電源電壓的限制，特別在電源電壓較低的情況下。模擬反饋的優(yōu)點(diǎn)在于其信號(hào)具有較強(qiáng)的連續(xù)性。但模擬反饋的難點(diǎn)在于低電壓的運(yùn)放輸出精度的實(shí)現(xiàn)。通常運(yùn)放的放大倍數(shù)在模擬反饋的控制下已實(shí)現(xiàn)較理想的精度，而在集成電路中實(shí)現(xiàn)很高的精度是極其困難的，通常需要復(fù)雜的補(bǔ)償電路或者非常大的功耗。電流模反饋方式雖然有壓縮比的調(diào)整，但其缺點(diǎn)在于運(yùn)放本身沒有負(fù)反饋結(jié)構(gòu)，從而電路對(duì)信號(hào)處理的精度較低。而如何實(shí)現(xiàn)電路高精度的壓縮比調(diào)整，這給讀出電路的設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是給出一種基于雙模自動(dòng)增益控制電路系統(tǒng)調(diào)整控制壓縮比的方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種基于雙模自動(dòng)增益控制電路的調(diào)整壓縮比方法，其包括步驟A)獲取雙模自動(dòng)增益控制電路在非壓縮狀態(tài)下的增益；B)在壓縮狀態(tài)下，提取雙模自動(dòng)增益控制電路模塊的傳輸函數(shù)包絡(luò)檢測(cè)模塊和增益控制模塊的小信號(hào)傳輸函數(shù)；C)在自動(dòng)增益控制系統(tǒng)存在兩個(gè)小信號(hào)變量輸入信號(hào)和電路系統(tǒng)增益的小信號(hào)變量，對(duì)輸入信號(hào)和電路增益的兩個(gè)信號(hào)變量求偏導(dǎo)，得到輸出小信號(hào)變量的表達(dá)式eout = EINav+Avein ；其中，Ein為輸入信號(hào)擺幅，Av為電路增益，av為輸入信號(hào)擺幅的變化量，e^P eout為輸入和輸出信號(hào)擺幅的變化量；D)依據(jù)C)步的表達(dá)式建立雙模自動(dòng)增益控制電路的數(shù)學(xué)模型；E)同時(shí)，通過B)步的包絡(luò)檢測(cè)模塊和增益控制模塊的傳輸函數(shù)，得到輸出小信號(hào)與電路增益的關(guān)系表達(dá)式
e - _^-vem_ .out , , F 2a(Vdd - Vc) G ，
IN (Vdd -Vc -Vx)2 I + TS其中，Vdd為電源電壓，Vc為控制MRC控制電壓V1和V2的共模電壓，Vx為V1和V2的差模電壓，G為包絡(luò)檢測(cè)電路的增益，T為雙模增益控制的壓縮和恢復(fù)時(shí)間常數(shù)。 F) SE)步的表達(dá)式和D)步的數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)出雙模自動(dòng)增益控制電路在壓縮狀態(tài)下的增益函數(shù)關(guān)系式
QA
A-OUt _ _.Vl _ ein ~ l + E2 a (V 況-Vc)__G_，
IN (Vdd - Fc - Fx )2 I + TSG)通過F)步的函數(shù)關(guān)系式得到調(diào)整雙模自動(dòng)增益控制電路壓縮比的決定因子m ；H)通過調(diào)整電路系統(tǒng)中的MOS管等效電阻的寬長(zhǎng)比和增益控制電壓兩個(gè)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)雙模自動(dòng)增益控制電路的壓縮比的調(diào)整。所述的調(diào)整壓縮比方法，其所述D)步中建立雙模自動(dòng)增益控制電路的數(shù)學(xué)模型，具體為提取包絡(luò)檢測(cè)電路和增益控制電路傳輸函數(shù)，然后根據(jù)增益控制電路的輸出信號(hào)和輸入信號(hào)與擺幅兩個(gè)變量的關(guān)系建立整個(gè)系統(tǒng)的傳輸函數(shù)。所述的調(diào)整壓縮比方法，所述G)步中得到調(diào)整電路壓縮比的決定因子m，具體為，將非壓縮區(qū)增益除以壓縮狀態(tài)下電路的增益簡(jiǎn)化得到因子
「 nIN AvoGm = —~~ ;
^ dd —廠 C其中，Avtl為電路在非壓縮狀態(tài)下的增益。所述的調(diào)整壓縮比方法，其所述H)步中調(diào)整電路系統(tǒng)中的MOS管等效電阻的寬長(zhǎng)比和增益控制電壓兩個(gè)參數(shù)，是具體調(diào)整為如增大MOS管中等效電阻的寬長(zhǎng)比和減小增益控制電壓使得非壓縮區(qū)的增益值恒定，根據(jù)G)步中的壓縮比的決定因子的表達(dá)式可以得到電路的壓縮比減小。所述的調(diào)整壓縮比方法，其包括用于建立數(shù)學(xué)模型的雙模自動(dòng)增益控制電路系統(tǒng)，其可實(shí)現(xiàn)電路在雙模增益控制模式下的高精度壓縮比調(diào)整。本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)在于雙模自動(dòng)增益控制電路系統(tǒng)能夠有效的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制的功能，更通過在非壓縮狀態(tài)下采用無源電阻陣列實(shí)現(xiàn)了高精度讀出。本發(fā)明方法在雙模自動(dòng)增益控制電路系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而得到調(diào)整此電路系統(tǒng)在壓縮狀態(tài)下壓縮比的方法，實(shí)現(xiàn)了電路在高精度下壓縮比調(diào)整。


圖I為本發(fā)明方法中用于建立數(shù)學(xué)模型的雙模自動(dòng)增益控制電路；圖2描述示范性的基于雙模自動(dòng)增益控制電路系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。
附圖標(biāo)記可編程跨導(dǎo)運(yùn)放I第一隔離電容2第二隔離電容3輸入電阻4反饋電阻陣列5模式選擇開關(guān)6壓縮比選擇開關(guān)7非壓縮狀態(tài)增益選擇開關(guān)8輸入MOS管等效電阻9反饋MOS管等效電阻陣列10包絡(luò)檢測(cè)電路11增益控制單元12電路系統(tǒng)增益13增益小信號(hào)14
輸入信號(hào)幅度15輸入小信號(hào)16輸出小信號(hào)17包絡(luò)檢測(cè)模塊傳輸函數(shù)18增益控制模塊傳輸函數(shù)19
具體實(shí)施例方式本發(fā)明給出了一種基于雙模自動(dòng)增益控制電路的調(diào)整壓縮比方法，該調(diào)整壓縮比的方法完善了雙模自動(dòng)增益控制電路的功能。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的難點(diǎn)問題，本發(fā)明給出了雙模自動(dòng)增益控制讀出電路，其在用可控MOS管等效電阻控制增益的基礎(chǔ)上，在非壓縮狀態(tài)下由電阻陣列代替MOS管等效電阻，有效的解決了其連續(xù)性和非壓縮狀態(tài)下精度的問題，但此電路系統(tǒng)缺乏一種能夠調(diào)整其在自動(dòng)增益控制狀態(tài)下壓縮比的方法。所以，本發(fā)明又通過建立基于雙模自動(dòng)增益控制電路系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，基于該模型得到該電路系統(tǒng)在自動(dòng)增益控制狀態(tài)下的數(shù)學(xué)表達(dá)式，通過此表達(dá)式的分析，可以得到調(diào)整此電路系統(tǒng)壓縮比的方法。具體實(shí)現(xiàn)為得到雙模自動(dòng)增益控制電路在非壓縮狀態(tài)下的增益；在壓縮狀態(tài)下，提取雙模自動(dòng)增益控制電路系統(tǒng)模塊的傳輸函數(shù)包絡(luò)檢測(cè)模塊和增益控制模塊的小信號(hào)傳輸函數(shù)。此自動(dòng)增益控制系統(tǒng)存在兩個(gè)小信號(hào)變量輸入信號(hào)和電路系統(tǒng)增益的小信號(hào)變量。通過對(duì)輸入信號(hào)和電路系統(tǒng)增益兩個(gè)量鋼求偏導(dǎo)，得到輸出小信號(hào)變量的表達(dá)式。由以上關(guān)系建立該電路系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。同時(shí)，通過包絡(luò)檢測(cè)模塊和增益控制模塊的傳輸函數(shù)，得到輸出小信號(hào)與電路系統(tǒng)增益小信號(hào)的關(guān)系表達(dá)式。由上述表達(dá)式和此前建立的數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)出電路系統(tǒng)在壓縮狀態(tài)下的增益函數(shù)關(guān)系式。通過此函數(shù)關(guān)系式得到該系統(tǒng)電路的壓縮比。通過調(diào)整電路系統(tǒng)中的MOS管等效電阻的寬長(zhǎng)比和增益控制電壓兩個(gè)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)此電路系統(tǒng)的壓縮比的調(diào)整。本發(fā)明建立了雙模自動(dòng)增益控制電路系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，同時(shí)提出了調(diào)整該電路系統(tǒng)在壓縮狀態(tài)下壓縮比的方法。圖I描述了雙模自動(dòng)增益控制電路系統(tǒng)，此電路系統(tǒng)中包絡(luò)檢測(cè)電路11檢測(cè)可編程跨導(dǎo)運(yùn)放I輸出信號(hào)的包絡(luò)信號(hào)大于參考拐點(diǎn)閾值電壓時(shí)，系統(tǒng)電路工作于壓縮狀態(tài)，模式選擇開關(guān)6選擇MOS管等效電阻9 10作為反饋回路；同時(shí)增益控制單元12對(duì)包絡(luò)信號(hào)進(jìn)行處理得到增益控制信號(hào)，此增益控制信號(hào)對(duì)MOS管等效電阻9 10的柵極電壓進(jìn)行控制。由于該電路系統(tǒng)在非壓縮工作狀態(tài)下采用輸入電阻4和電阻陣列5代替MOS管等效電阻9 10的方式實(shí)現(xiàn)了低電源電壓下高精度的麥可風(fēng)信號(hào)讀出，同時(shí)通過模擬反饋，控制MOS管等效電阻9 10柵極的方式實(shí)現(xiàn)了低電源電壓下的自動(dòng)增益控制。
圖2描述示范性的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的雙模自動(dòng)增益控制電路系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。該數(shù)學(xué)模型的信號(hào)量包括輸入信號(hào)和增益及其小信號(hào)量。傳輸函數(shù)包括包絡(luò)檢測(cè)模塊和增益控制模塊傳輸函數(shù)。在非壓縮狀態(tài)下，系統(tǒng)增益為
權(quán)利要求
1.一種基于雙模自動(dòng)增益控制電路的調(diào)整壓縮比方法，其特征在于，包括步驟 A)獲取雙模自動(dòng)增益控制電路在非壓縮狀態(tài)下的增益； B)在壓縮狀態(tài)下，提取雙模自動(dòng)增益控制電路模塊的傳輸函數(shù)包絡(luò)檢測(cè)模塊和增益控制模塊的小信號(hào)傳輸函數(shù)； C)在自動(dòng)增益控制系統(tǒng)存在兩個(gè)小信號(hào)變量輸入信號(hào)和電路系統(tǒng)增益的小信號(hào)變量，對(duì)輸入信號(hào)和電路增益的兩個(gè)信號(hào)變量求偏導(dǎo)，得到輸出小信號(hào)變量的表達(dá)式
2.如權(quán)利要求I所述的調(diào)整壓縮比方法，其特征在于，所述D)步中建立雙模自動(dòng)增益控制電路的數(shù)學(xué)模型，具體為提取包絡(luò)檢測(cè)電路和增益控制電路傳輸函數(shù)，然后根據(jù)增益控制電路的輸出信號(hào)和輸入信號(hào)與擺幅兩個(gè)變量的關(guān)系建立整個(gè)系統(tǒng)的傳輸函數(shù)。
3.如權(quán)利要求I所述的調(diào)整壓縮比方法，其特征在于，所述G)步中得到調(diào)整電路壓縮比的決定因子m，具體為，將非壓縮區(qū)增益除以壓縮狀態(tài)下電路的增益簡(jiǎn)化得到因子
4.如權(quán)利要求I或3所述的調(diào)整壓縮比方法，其特征在于，所述H)步中調(diào)整電路系統(tǒng)中的MRC中MOS管等效電阻的寬長(zhǎng)比和增益控制電壓，具體調(diào)整為如增大MOS管中等效電阻的寬長(zhǎng)比和減小增益控制電壓使得非壓縮區(qū)的增益值恒定，根據(jù)G)步中的壓縮比的決定因子的表達(dá)式可以得到電路的壓縮比減小。
5.如權(quán)利要求I所述的調(diào)整壓縮比方法，其特征在于，包括用于建立數(shù)學(xué)模型的雙模自動(dòng)增益控制電路系統(tǒng)，其可實(shí)現(xiàn)電路在雙模增益控制模式下的高精度壓縮比調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于雙模自動(dòng)增益控制電路的調(diào)整壓縮比方法，涉及集成電路技術(shù)領(lǐng)域，用于助聽器芯片，通過對(duì)該電路輸入信號(hào)和電路增益兩個(gè)變量的分析，提出其模型，基于該模型得到調(diào)整壓縮比的方法。于是整個(gè)電路系統(tǒng)得到了基于高效率和高精度的雙模自動(dòng)增益控制電路下的調(diào)整壓縮比參數(shù)的實(shí)現(xiàn)方法。
文檔編號(hào)H03G3/20GK102751958SQ20111009615
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2011年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月18日
發(fā)明者劉飛, 李凡陽, 楊海鋼 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所