一种音频输入自动限压电路及方法与流程

1.本发明涉及车机技术领域，特别是一种音频输入自动限压电路及方法。


背景技术：

2.车载导航屏一般都预留aux音频输入接口，用来播放包括手机、mp3、平板电脑等外部设备的音频输出。导航屏的音频电路一般都包含前级电路和后级功放电路，前级电路用于电压放大，后级功放电路用于功率放大。前级的电压放大倍数一般为2～5倍，后级功放电路功放芯片的放大倍数一般为20～30倍，故总的电压放大倍数一般在40倍以上，在12v供电的情况下，为了保证后级功放电路的音频输出不会出现削波的现象，车载导航屏的aux接口音频输入电压一般不宜超过0.3v。
3.而作为aux音源输入的手机和mp3的最大音频输出电压一般都能达到0.5v，在使用外部音源的过程中，可能会出现因音频输入电压幅值过高而导致后级功放电路的输出端出现削波的现象。出现这种情况时，喇叭播放的大音量失真音频信号会令耳朵觉得难受，影响听音体验；同时，若无法及时地降低设备的音量，功放芯片和汽车喇叭可能会被烧坏。目前，绝大部分车机上未对外部音频输入做限压的保护措施，因此设计一种音频输入自动限压电路很有意义。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提出音频输入自动限压电路及方法，以解决外部音源输入电压超过后级功放电路允许的电压输入范围时，所导致的功放输出失真甚至烧坏汽车喇叭的问题。
5.本发明采用如下技术方案：
6.一方面，本发明一种音频输入自动限压电路，包括：音量开关、峰值电压检测电路、电平锁存电路和微控制器；所述峰值电压检测电路与后级功放电路相连接以检测所述后级功放电路的音频输入电压是否超过允许的电压输入范围，如果超过，输出第一电平信号给所述电平锁存电路；所述电平锁存电路接收到所述第一电平信号后，持续输出第二电平信号给所述微控制器；所述微控制器接收到所述第二电平信号后，降低所述音量开关的音量，并发送第三电平信号给所述电平锁存电路以复位所述电平锁存电路。
7.优选的，所述第一电平信号为高电平，所述第二电平信号为低电平，所述第三电平信号为脉冲信号。
8.优选的，所述峰值电压检测电路包括同向比较器、反向比较器、第二电阻和第三电阻；所述同向比较器的正向输入端、所述反向比较器的反向输入端、所述第三电阻的一端、所述第二电阻的一端均与所述后级功放电路相连接；所述第二电阻的另一端与所述同向比较器的反向输入端、所述反向比较器的正向输入端、直流电源分别相连接；所述第三电阻的另一端接地。
9.优选的，所述峰值电压检测电路还包括：第四电阻、第五电阻和第六电阻；所述第
四电阻的一端与所述第二电阻的另一端相连接；所述第四电阻的另一端与所述同向比较器的反向输入端、第五电阻的一端分别相连接；所述第五电阻的另一端与所述反向比较器的正向输入端、所述第六电阻的一端分别相连接；所述第六电阻的另一端接地。
10.优选的，所述峰值电压检测电路还包括：第一电阻、第一电容和第二电容；所述第一电阻的一端与后级功放电路相连接，所述第一电阻的另一端与所述第一电容的一端、所述第二电容的一端分别相连接；所述第一电容的另一端接地；所述第二电容的另一端与所述同向比较器的正向输入端、所述反向比较器的反向输入端分别相连接。
11.优选的，所述峰值电压检测电路还包括：第一二极管和第二二极管；所述第一二极管的阳极与所述同向比较器的输出端相连接，所述第二二极管的阳极与所述反向比较器的输出端相连接，所述第一二极管的阴极、所述第二二极管的阴极均与所述电平锁存电路相连接。
12.优选的，所述峰值电压检测电路还包括：第七电阻和第三电容；所述第七电阻的一端与所述第一二极管的阴极、所述第二二极管的阴极分别相连接；所述第七电阻的另一端与所述第三电容的一端、所述电平锁存电路分别相连接；所述第三电容的另一端接地。
13.优选的，所述电平锁存电路包括：第一pnp三极管、第二npn三极管和第三npn三极管；所述第一pnp三极管的集电极、所述第二npn三极管的基极、所述第三npn三极管的集电极均与所述峰值电压检测电路相连接；所述第一pnp三极管的发射极与直流电源相连接；所述第二npn三极管的集电极与所述第一pnp三极管的基极、所述微控制器分别相连接以输出所述第二电平信号；所述第二npn三极管的发射极、所述第三npn三极管的发射极均接地；所述第三npn三极管的基极与所述微控制器相连接以接收所述第三电平信号。
14.优选的，所述电平锁存电路还包括：第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻和第十五电阻；所述第八电阻的一端与所述述电平锁存电路相连接，所述第八电阻的另一端、所述第九电阻的一端、所述第十电阻的一端均与所述第二npn三极管的基极相连接；所述第九电阻的另一端与所述第一pnp三极管的集电极相连接；所述第十一电阻的一端与直流电源相连接，所述第十一电阻的另一端、所述第十二电阻的一端均与所述第一pnp三极管的基极相连接；所述第十二电阻的另一端、所述第十五电阻的一端均与所述第二npn三极管的集电极相连接；所述第十三电阻的一端、所述第十四电阻的一端均与所述第三npn三极管的基极相连接；所述第十四电阻的另一端与所述微控制器相连接；所述第十电阻的另一端、所述第十三电阻的另一端、所述第十五电阻的另一端均接地。
15.另一方面，本发明一种音频输入自动限压方法，包括：
16.峰值电压检测电路采集后级功放电路的音频输入电压，判断所述后级功放电路的音频输入电压是否超过允许的电压输入范围，如果超过，输出第一电平信号给电平锁存电路；
17.所述电平锁存电路接收所述第一电平信号，持续输出第二电平信号给微处理器；
18.所述微控制器接收到所述第二电平信号后，降低音量开关的音量，并发送第三电平信号给所述电平锁存电路；
19.所述电平锁存电路接收到所述第三电平信号后，停止输出第二电平信号给微处理器。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
21.本发明一种音频输入自动限压电路及方法，采用峰值电压检测电路和电平锁存电路检测后级功放电路的音频输入电压的峰值是否超出允许的电压输入范围；当音频输入电压的峰值过大时，电平锁存电路的输出端将微处理器的外部中断引脚电平持续拉低，使微处理器进入外部中断处理程序以降低音频开关的音量，然后微处理器发送脉冲信号复位电平锁存电路。通过反复对音频输入电压做检测和调整，将后级功放电路的音频输入电压限制在允许的电压输入范围内，避免车机在使用aux接口播放外部设备的音源时，出现因音频输入电压过高而产生的后级功放电路输出电压出现削波的现象，能够保证后级功放电路和汽车喇叭稳定的工作。
22.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下列举本发明的具体实施方式。
23.根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述及其他目的、优点和特征。
附图说明
24.图1为本发明实施例的结构框图；
25.图2为本发明实施例的峰值电压检测电路和电平锁存电路的电路图；
26.图3为本发明实施例的方法流程图；
27.图4为本发明实施例方法的详细流程图。
具体实施方式
28.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步的详细描述。
29.参见图1和图2所示，一方面，本发明一种音频输入自动限压电路，包括：音量开关102、峰值电压检测电路103、电平锁存电路104和微控制器105；所述峰值电压检测电路103与后级功放电路107相连接以检测所述后级功放电路107的音频输入电压是否超过允许的电压输入范围，如果超过，输出第一电平信号给所述电平锁存电路104；所述电平锁存电路104接收到所述第一电平信号后，持续输出第二电平信号给所述微控制器105；所述微控制器105 接收到所述第二电平信号后，降低所述音量开关102的音量，并发送第三电平信号给所述电平锁存电路104以复位所述电平锁存电路104。
30.具体的，所述第一电平信号为高电平，所述第二电平信号为低电平，所述第三电平信号为脉冲信号。所述微处理器为单片机。
31.本发明中，微控制器105通过峰值电压检测电路103和电平锁存电路104检测功率放大器(后级功放电路107)的音频输入电压峰值，当音频输入电压的峰值超出阈值时，微控制器105的外部中断引脚的电平会被电平锁存电路104的输出端拉低，系统进入中断处理程序，降低音量开关102的音量，使功率放大器(后级功放电路107)的音频输入电压峰值降低，通过重复检测后级功放电路107的音频输入电压峰值，不断地调整音量开关102的音量，使后级功放电路107音频输入的电压峰值限制在允许的电压范围之内。
32.具体的，音量开关102接收外部音源101输入的音频信号，用于调整前级放大电路106 的电压幅值；峰值电压检测电路103用于检测音频信号的电压峰值，一旦检测到后级功放电路107的音频输入电压超出设定值，该电路会输出高电平信号；电平锁存电路104的作用是在峰值电压检测电路103输出高电平时，将微控制器105的外部中断引脚一直维持在低电平状态，直至微控制器105进入中断程序后对其进行复位。所述电平锁存电路104是为了保证微控制器105可以检测到高频段音频信号的峰值电压是否超出范围，避免微控制器105在等待进入中断响应时，外部中断引脚的电平已经发生变化。
33.一实施例中，假设后级功放电路107的最大输出功率为p，其电压放大倍为a，喇叭阻抗为z，则后级功放电路107输出端的电压峰值
34.由此可知所述后级功放电路107的音频输入电压的峰值为则所述后级功放电路107的音频输入电压的范围为大于等于小于等于即所述后级功放电路 107的音频输入电压的正峰值为负峰值为
35.本实施例中，所述峰值电压检测电路103包括同向比较器u1a、反向比较器u1b、第二电阻r2和第三电阻r3；所述同向比较器u1a的正向输入端、所述反向比较器u1b的反向输入端、所述第三电阻r3的一端、所述第二电阻r2的一端均与所述后级功放电路107相连接；所述第二电阻r2的另一端与所述同向比较器u1a的反向输入端、所述反向比较器u1b 的正向输入端、直流电源vcc分别相连接；所述第三电阻r3的另一端接地。
36.对于所述同向比较器u1a，当其正向输入端电压(音频输入电压)大于反向输入端电压 (第一阈值电压)时，同向比较器u1a输出高电平，否则输出低电平。对于所述反向比较器 u1b，当其反向输入端电压(音频输入电压)小于正向输入端电压(第二阈值电压)时，反向比较器u1b输出高电平，否则输出低电平。
37.所述直流电源vcc为汽车电瓶经dc/dc降压后得到的电源。
38.所述第二电阻r2和第三电阻r3用于对所述直流电源vcc进行分压。
39.具体的，根据上述获得的所述后级功放电路107的音频输入电压的正峰值和负峰值，可获得所述同向比较器u1a的阈值电压v_h和所述反向比较器u1b的阈值电压v_l，如下：
[0040][0041][0042]
进一步的所述峰值电压检测电路103还包括：第四电阻r4、第五电阻r5和第六电阻 r6；所述第四电阻r4的一端与所述第二电阻r2的另一端相连接；所述第四电阻r4的另一端与所述同向比较器u1a的反向输入端、第五电阻r5的一端分别相连接；所述第五电阻r5 的另一端与所述反向比较器u1b的正向输入端、所述第六电阻r6的一端分别相连接；所述第六电阻r6的另一端接地。
[0043]
所述第五电阻r5为可调电阻，用于调整所述同向比较器u1a的阈值电压v_h和所述反向比较器u1b的阈值电压v_l。
[0044]
进一步的，所述峰值电压检测电路103还包括：第一电阻r1、第一电容c1和第二电容 c2；所述第一电阻r1的一端与后级功放电路107的音频信号输入v_in相连接，所述第一电阻r1的另一端与所述第一电容c1的一端、所述第二电容c2的一端分别相连接；所述第一
电容c1的另一端接地；所述第二电容c2的另一端与所述同向比较器u1a的正向输入端、所述反向比较器u1b的反向输入端分别相连接。
[0045]
其中，第一电阻r1和第一电容c1组成低通滤波器，滤除输入端的干扰信号；第二电容c2用于隔离直流信号。
[0046]
进一步的，所述峰值电压检测电路103还包括：第一二极管d1和第二二极管d2；所述第一二极管d1的阳极与所述同向比较器u1a的输出端相连接，所述第二二极管d2的阳极与所述反向比较器u1b的输出端相连接，所述第一二极管d1的阴极、所述第二二极管d2 的阴极均与所述电平锁存电路104相连接。
[0047]
所述第一二极管d1和第二二极管d2用于电压防反，使同向比较器u1a和反向比较器 u1b的比较结果不会相互影响。
[0048]
进一步的，所述峰值电压检测电路103还包括：第七电阻r7和第三电容c3；所述第七电阻r7的一端与所述第一二极管d1的阴极、所述第二二极管d2的阴极分别相连接；所述第七电阻r7的另一端与所述第三电容c3的一端、所述电平锁存电路104分别相连接；所述第三电容c3的另一端接地。
[0049]
综上，所述峰值电压检测电路103主要是利用同向比较器u1a和反向比较器u1b组成的窗口比较器，通过两个比较器后级功放电路107的音频输入电压是否超出功放允许的输入范围，若超过，电路输出高电平信号。
[0050]
本实施例中，所述电平锁存电路104包括：第一pnp三极管q1、第二npn三极管q2 和第三npn三极管q3；所述第一pnp三极管q1的集电极、所述第二npn三极管q2的基极、所述第三npn三极管q3的集电极均与所述峰值电压检测电路103相连接；所述第一pnp 三极管q1的发射极与直流电源vcc相连接；所述第二npn三极管q2的集电极与所述第一 pnp三极管q1的基极、所述微控制器105分别相连接以输出所述第二电平信号；所述第二 npn三极管q2的发射极、所述第三npn三极管q3的发射极均接地；所述第三npn三极管q3的基极与所述微控制器105相连接以接收所述第三电平信号。
[0051]
进一步的，所述电平锁存电路104还包括：第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十三电阻r13、第十四电阻r14和第十五电阻r15；所述第八电阻r8的一端与所述述电平锁存电路104相连接，所述第八电阻r8的另一端、所述第九电阻r9的一端、所述第十电阻r10的一端均与所述第二npn三极管q2的基极相连接；所述第九电阻r9的另一端与所述第一pnp三极管q1的集电极相连接；所述第十一电阻r11的一端与直流电源vcc相连接，所述第十一电阻r11的另一端、所述第十二电阻r12 的一端均与所述第一pnp三极管q1的基极相连接；所述第十二电阻r12的另一端、所述第十五电阻r15的一端均与所述第二npn三极管q2的集电极相连接；所述第十三电阻r13 的一端、所述第十四电阻r14的一端均与所述第三npn三极管q3的基极相连接；所述第十四电阻r14的另一端与所述微控制器105相连接；所述第十电阻r10的另一端、所述第十三电阻r13的另一端、所述第十五电阻r15的另一端均接地。
[0052]
所述电平锁存电路104用于捕捉时间较短的削波失真，一旦检测到所述峰值电压检测电路103输出高电平时，则会将输出端det_out持续拉低，保证单片机中断输入引脚有足够的时间响应。具体的，当第二npn三极管q2的基极检测到高电平时，其集电极和发射极导通，集电极输出det_out为低电平；此时第十一电阻r11上的压降使第一pnp三极管q1 的
集电极和发射极导通，从而所述第二npn三极管q2的基极始终维持在高电平的状态，因此，所述电平锁存电路104始终输出低电平信号，只有当单片机在复位引脚reset上输出一个脉冲信号给第三npn三极管q3的基极后，所述第三npn三极管q3的集电极输出低电平给所述第二npn三极管q2的基极，所述电平锁存电路104才解锁，直到所述第二npn三极管q2的基极再次检测到所述峰值电压检测电路103输出高电平。
[0053]
参见图3和图4所示，另一方面，本发明一种音频输入自动限压方法，包括：
[0054]
s301，峰值电压检测电路采集后级功放电路的音频输入电压，判断所述后级功放电路的音频输入电压是否超过允许的电压输入范围，如果超过，输出第一电平信号给电平锁存电路；
[0055]
s302，所述电平锁存电路接收所述第一电平信号，持续输出第二电平信号给微处理器；
[0056]
s303，所述微控制器接收到所述第二电平信号后，降低音量开关的音量，并发送第三电平信号给所述电平锁存电路；
[0057]
s304，所述电平锁存电路接收到所述第三电平信号后，停止输出第二电平信号给微处理器。
[0058]
一种音频输入自动限压方法的具体实现与一种音频输入自动限压电路相同，本发明实施例不再重复说明。
[0059]
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。