一种高精度模拟前级输出与R2R音量协同控制的方法及系统与流程

本发明涉及音量控制，具体涉及一种高精度模拟前级输出与r2r音量协同控制的方法及系统。

背景技术：

1、在采用带独立参考电压输入端的dac型r2r阶梯电阻网络进行数字音量控制的音频系统中，当数字码字发生切换时，r2r网络中各个支路的开关动作往往同时进行或时序无序排列，导致输出节点产生显著的瞬态电压和电流干扰。

2、这种瞬态干扰容易通过信号路径或电源耦合影响前级放大器的偏置工作点，使前级放大器在切换瞬间偏离其稳定的静态工作状态，从而在音频输出端引入可闻的瞬态失真或噪声。

3、以从01111111到10000000的重大进位码字切换为例，此时高位权支路与多个低位权支路同时翻转，产生的电流尖峰会使前级放大器的偏置电流发生瞬时波动，导致输出信号出现明显的“咔嗒”声或短时谐波失真急剧升高，尤其在低音量或前级增益较高时，这种伪影更为突出，严重影响音质的连续性和纯净度。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，本发明提供一种高精度模拟前级输出与r2r音量协同控制的方法及系统。

2、因此，本发明解决的技术问题是：如何抑制dac型r2r数字音量网络在码字切换瞬间的高变化率电压冲击，抵消其对前级放大器差模工作点的扰动，消除音量切换过程中的“咔嗒”声与瞬态谐波失真；同时克服温度漂移、器件离散性、负载效应等非理想因素的影响，在不破坏音量控制一致性、不牺牲r2r全量程线性度的前提下，实现模拟前级输出与r2r音量控制的高精度协同。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种高精度模拟前级输出与r2r音量协同控制的方法，所述方法基于带独立参考电压输入端的dac型r2r阶梯电阻网络实现，其包括以下步骤：对r2r阶梯电阻网络在相邻码字切换时，各位支路的通断时序进行交错排布，以当前码字与目标码字的位权差值为依据，生成位切换时序图；通过所述位切换时序图，由集成电流dac经限流隔离网络向前级放大器的同相输入偏置节点注入差模补偿电流，得到偏置稳定状态；以所述偏置稳定状态为采样有效判定条件，预先根据静态标定得到的前级放大器幅频传递函数与群延迟参数，将r2r阶梯电阻网络的输出节点电压折算至前级放大器输出端的等效参考平面，进行差分耦合运算，得到协同误差量；将所述协同误差量分解为幅值误差分量与时序误差分量，幅值误差分量反馈至r2r阶梯电阻网络的参考电压端，时序误差分量对所述位切换时序图的交错间隔进行闭环修正，采用双工作模式设计：正常工作模式下参考电压保持校准后的全局值，校准模式下参考电压调整以斜坡方式、在音频信号零交叉点处施加；响应于所述协同误差量收敛至精度阈值以内时，锁定当前交错间隔，输出协同控制指令。

4、作为本发明所述的一种高精度模拟前级输出与r2r音量协同控制的方法的一种优选方案，其中：进行所述交错排布的步骤包括：将r2r阶梯电阻网络中各位支路按位权从高到低排列，计算相邻码字间每一位支路的位权差值；以所述位权差值为依据，对排序在前n位置的位权差值对应的支路分配优先切换时隙，对剩余支路分配延迟时隙，形成梯度分布；以当前码字与目标码字的组合为索引键值，向历史码字特征库执行最近邻检索，获取历史最优参数集；将所述历史最优参数集与实时交错间隔按预设权重加权融合，生成位切换时序图。

5、作为本发明所述的一种高精度模拟前级输出与r2r音量协同控制的方法的一种优选方案，其中：注入所述补偿电流的步骤包括：根据所述位切换时序图中各位支路的优先切换时隙和延迟时隙，提取r2r阶梯电阻网络的节点电压预测偏移量；根据预先标定的前级放大器偏置节点电压-补偿电流全范围传输特性曲线，将所述节点电压预测偏移量折算为对应时隙的补偿电流量值；采用单端差模注入方式，在对应时隙起始时刻向前级放大器的同相输入偏置节点注入所述修正后的补偿电流量值，反相端保持基准偏置不变；响应于前级放大器的静态工作电流在位切换时序图覆盖的时间窗口内的变化量小于预设阈值，得到所述偏置稳定状态。

6、作为本发明所述的一种高精度模拟前级输出与r2r音量协同控制的方法的一种优选方案，其中：根据温度分布向量对补偿电流量值进行修正的步骤包括：在r2r阶梯电阻网络各位支路关键节点及前级放大器偏置节点处布设温度采样点，按预设采样周期采集各采样点温度值，构建温度分布向量；根据所述温度分布向量结合各位支路电阻的温度系数参数，计算温度变化引起的位权差值偏移量；将所述位权差值偏移量叠加至原位权差值后，按前级放大器偏置节点的全范围传输特性曲线重新折算，得到所述修正后的补偿电流量值。

7、作为本发明所述的一种高精度模拟前级输出与r2r音量协同控制的方法的一种优选方案，其中：进行所述差分耦合运算的步骤包括：采用双adc同步采样架构，以位切换起始时刻为同步基准，执行双频段双窗口采样：音频稳态频段采用切换前后的长窗口低采样率采集，开关瞬态扰动频段采用包含切换过程的短窗口高采样率采集，采集r2r阶梯电阻网络的输出节点电压与前级放大器的输出电压；将两组电压在频域内按各自的频率成分权重进行加权作差，得到采样窗口内的中间差值集；对所述中间差值集进行幅相偏差提取，得到中间误差量；根据加权谐波失真指数对所述中间误差量进行融合修正，得到协同误差量。

8、作为本发明所述的一种高精度模拟前级输出与r2r音量协同控制的方法的一种优选方案，其中：进行融合修正的步骤包括：对所述前级放大器的输出电压进行频谱分析，提取二次至第m次谐波的幅度向量；以音频的基频幅度为归一化参考，将所述幅度向量中各次谐波幅度与所述基频幅度的比值，依据各次谐波的感知权重系数进行加权求和，构造加权谐波失真函数，计算加权谐波失真指数；将所述加权谐波失真指数与所述中间误差量进行加权融合，得到所述协同误差量。

9、作为本发明所述的一种高精度模拟前级输出与r2r音量协同控制的方法的一种优选方案，其中：对所述位切换时序图的交错间隔进行闭环修正的步骤包括：以音频频段的幅值偏差为主提取幅值误差分量，以开关瞬态频段的相位偏差为主提取时序误差分量；校准模式下，依据预设对应关系，分别将幅值误差分量换算为参考电压端的电压调整量，将时序误差分量换算为交错间隔修正量；校准模式下，将所述电压调整量以斜坡方式、在音频信号零交叉点处施加至r2r阶梯电阻网络的参考电压端；以所述协同误差量最小化为优化目标，按梯度下降策略确定所述延迟时隙时长的迭代调整方向；响应于所述协同误差量收敛至精度阈值以内，锁定当前交错间隔，停止修正，输出协同控制指令。

10、作为本发明所述的一种高精度模拟前级输出与r2r音量协同控制的方法的一种优选方案，其中：所述梯度下降策略的步骤包括：计算所述协同误差量相对于所述延迟时隙时长的梯度值；判断所述梯度值的正负，若所述梯度值为正，则确定所述迭代调整方向为缩短所述延迟时隙时长的方向；若所述梯度值为负，则确定所述迭代调整方向为延长所述延迟时隙时长的方向。

11、作为本发明所述的一种高精度模拟前级输出与r2r音量协同控制的方法的一种优选方案，其中：锁定当前交错间隔的步骤包括：预设连续迭代次数、自适应误差死区与谐波抑制阈值；当所述协同误差量在连续预设迭代次数内均收敛至精度阈值以内，且所述加权谐波失真指数下降至预设谐波抑制阈值以下、误差波动小于自适应误差死区时，锁定当前交错间隔，停止修正，输出低谐波失真的协同控制指令。

12、本发明提供了一种高精度模拟前级输出与r2r音量协同控制的系统。

13、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种高精度模拟前级输出与r2r音量协同控制的系统，所述系统用于控制带独立参考电压输入端的dac型r2r阶梯电阻网络与前级放大器，包括：时序控制模块，用于对r2r阶梯电阻网络在相邻码字切换时，各位支路的通断时序进行交错排布，生成位切换时序图；偏置补偿模块，用于根据所述位切换时序图向所述前级放大器的同相输入偏置节点注入补偿电流，得到偏置稳定状态；误差耦合模块，用于以所述偏置稳定状态为采样有效判定条件，将所述r2r阶梯电阻网络的输出节点电压与所述前级放大器的输出电压进行差分耦合运算，得到协同误差量；闭环修正模块，用于将所述协同误差量分解为幅值误差分量与时序误差分量，幅值误差分量反馈至r2r阶梯电阻网络的参考电压端，时序误差分量对所述位切换时序图的交错间隔进行闭环修正，响应于所述协同误差量收敛至精度阈值以内时，锁定当前交错间隔，输出协同控制指令。

14、本发明的有益效果：通过以偏置稳定状态为选通条件，对r2r阶梯电阻网络输出节点电压与前级放大器输出电压进行频域加权差分耦合运算，提取幅相偏差并结合加权谐波失真指数融合得到协同误差量，再将该协同误差量反馈至r2r阶梯电阻网络的参考电压端，同时依据梯度下降策略对位切换时序图中的延迟时隙时长进行闭环修正。通过集成电流dac经限流隔离网络的差模补偿注入维持前级偏置稳定，通过双adc双频段采样与参考平面对齐保证误差计算精度，通过双工作模式与斜坡零交叉调整避免音量跳变，抑制了码字切换时r2r网络输出节点对前级放大器偏置状态的瞬态干扰，降低切换过程中的谐波失真和可闻伪影，实现了模拟前级输出与r2r音量的高精度协同控制。