(10)授权公告号 (45)授权公告日 2014.12.31
C N 204068875
U (21)申请号 201420536828.4
(22)申请日 2014.09.18
H03F 3/20(2006.01)
(73)专利权人杭州罗孚音响有限公司
地址310023 浙江省杭州市余杭区闲林街道
嘉企路8号
(72)发明人曹桂海 陶益峰
(74)专利代理机构杭州华知专利事务所 33235
代理人
龙湖浩
(54)实用新型名称
(57)摘要
本实用新型提出了一种基于FPGA 的多通道
路、控制电路和若干个输出电路，输入电路包括若
干个数字输入电路和若干个模拟输入电路，数字
音频处理电路包括输入接口电路、FPGA 数字处理
电路、输出接口电路和PWM 调制电路，输出电路包
括依次电连接的数字放大电路、输出滤波电路和
扬声器，数字输入电路与输入接口电路电连接，模
拟输入电路通过ADC 转换器与输入接口电路电连
接，FPGA 数字处理电路分别与输入接口电路、输
出接口电路电连接，输出接口电路与PWM 调制电
路电连接，数字音频处理电路、PWM 调制电路、数
字放大电路均与控制电路电连接。本实用新型能
够实现多通道音频数据数字处理、传输、控制与共
享，且能有效提高数字音频音质。
(51)Int.Cl.
权利要求书1页 说明书3页 附图1页
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利权利要求书1页 说明书3页 附图1页(10)授权公告号CN 204068875 U
1.一种基于FPGA的多通道数字音频放大器，其特征在于：包括输入电路、数字音频处理电路、控制电路和若干个输出电路，所述的输入电路包括若干个数字输入电路和若干个模拟输入电路，所述数字音频处理电路包括输入接口电路、FPGA数字处理电路、输出接口电路和PWM调制电路，所述的输出电路包括依次电连接的数字放大电路、输出滤波电路和扬声器，数字输入电路与输入接口电路电连接，模拟输入电路通过ADC转换器与输入接口电路电连接，FPGA数字处理电路分别与输入接口电路、输出接口电路电连接，输出接口电路与PWM调制电路电连接，数字音频处理电路、PWM调制电路、数字放大电路均与控制电路电连接。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的多通道数字音频放大器，其特征在于：所述的输入电路还包括若干
个蓝牙输入电路，所述的蓝牙输入电路通过ADC转换器与输入接口电路电连接。
3.根据权利要求1所述的基于FPGA的多通道数字音频放大器，其特征在于：所述的控制电路包括主控模块、电源管理模块，主控模块通过I2C接口电路与数字音频处理电路、PWM调制电路电连接，主控模块通过GPIO接口电路与数字放大电路电连接。
4.根据权利要求3所述的基于FPGA的多通道数字音频放大器，其特征在于：所述的控制电路还包括远程控制器，所述的远程控制器通过UART接口电路与主控模块电连接。
5.根据权利要求3所述的基于FPGA的多通道数字音频放大器，其特征在于：所述的控制电路还包括远程控制器，所述的远程控制器与主控模块无线通讯连接。
6.根据权利要求3所述的基于FPGA的多通道数字音频放大器，其特征在于：所述的控制电路还包括LAN接口电路，所述的LAN接口电路与主控模块电连接。
7.根据权利要求3所述的基于FPGA的多通道数字音频放大器，其特征在于：所述的控制电路还包括存储模块，所述的存储与主控模块电连接。
8.根据权利要求1所述的基于FPGA的多通道数字音频放大器，其特征在于：所述的输入接口电路、输出接口电路均为I2S接口电路。
基于FPGA的多通道数字音频放大器
技术领域
[0001] 本实用新型涉及音频技术领域，尤其是指一种基于FPGA的多通道数字音频放大器。
背景技术
[0002] 随着现代微电子技术和数字化技术的发展，数字集成电路技术取得了前所未有的进步，随着数字化技术和数字化处理的集成电路的发展及应用，各种数字音频技术的多媒体终端设备已经融入人们生活的方方面面。而作为家用娱乐系统中最主要的应用之一：音频功率放大器，大多还停留在以传统的A类、B类、AB类模拟音频信号放大器为主的技术方案上。近年来虽然在数字化方面也提出了不少新方法，在数字化技术方面的也取得了快速发展与提高，但是主要集中在单一的放大器处理方法或信号处理方案。人们的生活实际应用中急需要一种可以实现多个音源多通道间（Multi-Source Multi-room）的数字音频放大系统，即可以实现多个音频信号数据的实时处理、共享以及实现多个音区的集成化控制。采用传统信号分配处理方法，其电路组成非常复杂，信号处理过程中的失真和噪声也会随电路复杂度增加而增加，而数字信号处理方法比模拟处理的方法要有很多优势，因此如何实现多个音源间高品质音频信号的数字化处理、分配共享以及直接实现数字信号放大已经成为一个重要问题。
实用新型内容
[0003] 为了解决现有技术难以实现多个音源间高品质音频信号的数字化处理、分配共享以及直接实现数字信号放大的问题，本实用新型提出了一种基于FPGA的多通道数字音频放大器，实现数字音频功率放大器的多通道音频数据传输与控制，播放的音乐失真小、噪音低、动态范围大，大大提高效率且能耗低。
[0004] 本实用新型所采用的技术方案是：一种基于FPGA的多通道数字音频放大器，包括数字音频处理电路、控制电路、远程输入电路，所述的数字音频处理电路包括若干个数字输入电路、输入接口电路、若干个模拟输入电路、若干个ADC电路、FPGA数字处理电路、输出接口电路、PWM调制电路和若干路输出电路，所述的输出电路包括依次电连接的数字放大电路、输出滤波电路和扬声器，模拟输入电路与ADC电路成对匹配且电连接，FPGA数字处理电路通过输入接口电路分别与数字输入电路、ADC电路电连接，所述的远程输入电路包括电连接的远程驱动电路与蓝牙输入电路，ADC电路通过远程驱动电路与蓝牙输入电路电连接，所述的数字音频处理电路、输出接口电路、PWM调制电路、数字放大电路均与控制电路电连接。[0005] 本实用新型利用数字信号理论和FPGA数字信号处理技术，实现多音源的数字音频信号处理，多通道音源数据通过FPGA数字信号处理，音频数字不受干扰、无串音等，保证音频质量，实现数字功率放大器的多通道音频数据传输与控制，提高音乐播放系统的适用范围，实用性强；采用全数字功率放大电路对传输的音频信号进行放大处理，FPGA处理后的音频数据，传输到数字功放模块，数字功放模块直接对数字信号进行放大处理，失真小、
噪音低、动态范围大，有效提高播放音质的同时，也有效提高效率且能耗低；提供多音源信号数字/模拟输入接口、数模转换器，兼容多种类音源信号，数字信号输入直接通过I2S接口接到FPGA处理电路，而模拟信号经ADC转换后成数字信号通过I2S接口传输到FPGA处理电路。
[0006] 所述的输入电路还包括若干个蓝牙输入电路，所述的蓝牙输入电路通过ADC转换器与输入接口电路电连接。
[0007] 所述的控制电路包括主控模块、电源管理模块，主控模块通过I2C接口电路与数字音频处理电路、PWM调制电路电连接，主控模块通过GPIO接口电路与数字放大电路电连接。I2C（Inter－Integrated Circuit）总线是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准，具有接口线少，控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高等优点；GPIO接口电路能够提供输出的控制和监视功能。
[0008] 作为优选，所述的控制电路还包括远程控制器，所述的远程控制器通过UART接口电路与主控模块电连接。
[0009] 作为另一优选，所述的控制电路还包括远程控制器，所述的远程控制器与主控模块无线通讯连接。
[0010] 作为优选，所述的控制电路还包括LAN接口电路，所述的LAN接口电路与主控模块电连接。本实
用新型提供LAN网络接口，且通过LAN电路与主控制连接实现远程控制，LAN 网络接口为用户提供了远程控制功能，扩大了数字功率放大器的适用范围，为各类用户提高了选择性使用便利。
[0011] 作为优选，所述的控制电路还包括存储模块，所述的存储与主控模块电连接。本实用新型具有存储功能。
[0012] 作为优选，所述的输入接口电路、输出接口电路均为I2S接口电路。I2S(Inter—IC Sound)总线是数字音频设备之间的音频数据传输的一种总线标准，专责于音频设备之间的数据传输，采用沿独立的导线传输时钟与数据信号的设计，通过将数据和时钟信号分离，避免因时差诱发的失真。
[0013] 本实用新型的有益效果是：实现数字音频功率放大器的多通道音频数据传输与控制，提高音乐播放系统的适用范围，实用性强；播放的音乐失真小、噪音低、动态范围大，有效提高播放音质的同时，也大大提高效率且能耗低；实现了数据的传输、控制及共享，扩大了音乐播放系统的适用范围，为各类用户提高了选择性使用便利；采用的数字编解码技术，实现了从音乐数据源到音乐重放的全数字化处理，实现音频高保真性。
附图说明
[0014] 图1是本实用新型的一种电路结构框图。
[0015] 图中，1-输入电路，2-数字音频处理电路，3-控制电路，4-输出电路，11-数字输入电路，12-模拟输入电路，13-蓝牙输入电路，21-输入接口电路，22-FPGA数字处理电路，23-输出接口电路，24-PWM调制电路，31-主控模块，32-电源管理模块，33-I2C接口电路，34-GPIO接口电路，35-存储模块，36-LAN接口电路，37-UART接口电路，38-远程控制器，41-数字放大电路，42-输出滤波电路，43-扬声器。
具体实施方式
[0016] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
[0017] 如图1所示，一种基于FPGA的多通道数字音频放大器，包括输入电路1、数字音频处理电路2、控制电路3和十二个输出电路4，输入电路1包括四个数字输入电路11、四个模拟输入电路12和四个蓝牙输入电路13，数字音频处理电路2包括输入接口电路21、FPGA 数字处理电路22、输出接口电路23和PWM调制电路24，输出电路4包括依次电连接的数字放大电路41、输出滤波电路42和扬声器43，各个数字输入电路11与输入接口电路21电连接，各个模拟输入电路12、各个蓝牙输入电路13分别通过ADC转换器与输入接口电路21电连接，FPGA数字处理电路22分别与输入接口电路21、输出接口电路23电连接，输出接口电路23与PWM调制电路24电连接。输入接口电路21、输出接口电路23均为I2S接口电路。[0018] 为兼容现有的音频信号源，使得DVD、MP3等音乐播放器等多种信号源可以放大处理及输出：外部的模
拟音频信号通过模拟输入电路12及ADC转换器转换成数字音频信号，通过输入接口电路21传输到FPGA数字处理电路22进行数据处理；外部的数字音频信号通过数字输入电路11传输到FPGA数字处理电路22进行数据处理；远程输入的模拟信号通过远程模拟输入电路及驱动电路进行驱动放大，并通过ADC转换器转换成数字音频信号通过输入接口电路21传输到FPGA数字处理电路22进行数据处理；远程输入的蓝牙音频信号通过蓝牙输入电路13，通过驱动放大后在通过ADC转换器转换成数字音频信号，通过输入接口电路21传输到FPGA数字处理电路22进行数据处理。数字音频数据通过FPGA数字处理电路22处理后再经过输出接口电路23传输到PWM调制电路24进行数据处理，处理后的数字音频数据再传给数字放大电路41，再经过输出滤波电路42滤除高频载波输出到扬声器43，实现最优音质播放。
[0019] 控制电路3包括主控模块31、电源管理模块32、存储模块35及若干个远程控制器38，电源管理模块32和存储模块35分别与主控模块31电连接，存储模块35为Flash闪存模块，用于存储即时数据；主控模块31经过I2C接口电路33连接到FPGA数字信号处理器22和PWM调制电路24，实现数字音频信号的选择、音效处理、传输与控制；主控模块31经过GPIO接口电路34连接到数字放大电路41，实现放大电路的状态控制；主控模块31经过LAN 接口电路36连接到互联网络，实现远程控制；主控模块31经过UART接口电路37与外部的多个远程控制器38连接，实现多通道放大器的控制与通讯。输入电路1、数字音频处理电路2、控制电路3和输出电路4分别连接电源，而电源管理模块32分别与主控模块31、电源电连接，电源管理模块32检测电源状况而反馈给主控模块31，即时对电源进行管理，如充电、断电等。
[0020] 另外，控制电路3还可以包括温度检测模块、湿度检测模块等，温度检测模块、湿度检测模块分别与主控模块31电连接。温度检测模块、湿度检测模块可以分别用于检测整个电路环境的温度、湿度，让操作者及时获知电路环境参数。
[0021] 以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型的保护范围之内。
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