如何去设计音频信号均幅控制放大器？

　　引言
　　现在的学校，有许多已经采用计算机加网络多媒体系统来进行现场教学。此外，工程施工人员在施工现场进行对讲通话，驾驶人员在开动的坦克等自行火炮车辆上进行通话等，都避免不了讲话时嘈杂的背景噪声或无线干扰（包括网络射频干扰），因而声音有大有小。怎样才能使听到的广播声或耳机中说话的声音平稳清晰？本文给出了一种用SG270、LM4884电路配合AT89C51单片机来解决干扰问题的实现方案。
　　1 电路主要器件
　　1.1 SG270放大器
　　SG270电路为国产工业级（-40℃～+85℃）可控增益音频放大器，该芯片的1、2脚为正、反相信号输人端，A、B、C为压控输入端，增益控制电压范围为2.1～2.5 V，可通过输出反馈信号来即时进行自动增益控制。若把SG270用作信号鉴幅电路，那么，SQ即为音频信号输入端，当输入信号达到一定幅度时，SQOUT端输出高电平（9脚须接上拉电阻）以此作为输出允许信号。SG270的封装形式为J型或D型DIP双列直插陶瓷封装，图1所示是其引脚排列图。
　　
　　SG270的主要电参数如下：
　　◇电压增益：无控制电压或输入信号为0～5mV时，A VD≥70倍；输入信号为6～70 mV时，AVD为70～1倍
　　◇直流输出电压：5～7 V（电源为12V时）；
　　◇输出电压：≥5 V（电源电压12 V时）；
　　◇输入偏置电流I10：≤10μA；
　　◇功耗电流IP≤lOmA；
　　◇电路固有压控电压：2.1～2.5 V
　　◇压控温漂：-4 mV／℃或±0.2 V／100℃，当SG270用于气温条件相对较差的野外环境时，应对SG270进行温度补偿（负系数），否则，在全部温度范围内，SG270的输出幅度会产生±0.2 V的温度漂移。
　　◇增益调整范围△Av为-70 dB
　　1.2 LM4884放大电路
　　LM4884是美国国家半导体公司的Boomer音频放大器，该器件具有噪音抑制功能，可以抑制混入放大器的射频信号，从而有效地确保调制解调器不受噪音影响，同时能有效地抑制来自无线笔记本电脑及手机等电子产品的干扰，有助于提高扬声器的声音清晰程度。LM4884具有低电平有效停机模式以及过热保护功能。同时带有2位四种增益（6 dB、10 dB、15.6 dB、21.6 dB）选择端。LM4884使用5V电源，可以很好地与TTL电平的单片机相连接，其封装形式为20脚DIP双列直插封装或无引线封装。
　　LM4884的主要性能参数如下：
　　◇输出功率：8Ω/1.2 W或4Ω/1.9 W；
　　◇PSRR（1 kHz，VDD=5 V）≥62 dB；
　　◇采用双通道差分放大，有2位四种可选增益（6 dB、10 dB、15.6 dB、21.6 dB）；
　　◇信号电源和功率驱动电源分开供电。
　　1.3 AT89C51单片机
　　AT89C51是美国ATMEL公司生产的带4 KB片内Flash程序存储器的40引脚单片机，其有关参数和引脚功能可查阅《ATMEL89系列单片机应用技术》等资料。
　　2 设计方案
　　2.1 硬件电路原理及功能
　　由SG270、LM4884和AT89C51单片机构成的音频均幅（量）输出控制放大器的电路原理图如图2所示。图中未包括话筒或音源部分（也可来自网络，无线接收的音频信号等）的前级电路，前级输入SG270的信号VINA为5～50 mV；OUT1、OUT2输出信号则可接人多媒体网络或扩音机，也可直接驱动扬声器或耳机。
　　（1） 静噪功能
　　当无正常的音频信号而只有背景噪声时，运放A1的输出幅度降低，南于压控电平的降低会使SG270增益增大，故必须进行静噪。可由A3把输入信号放大整形后由比较器B1进行输入信号VINA大小的判别。若无正常信号，B1将输出低电平给AT89C51单片机并进入INT0静噪中断处理，然后按静噪延时设定延时后由P1.2发出高电平以关闭LM4884输出。
　　（2） 防声音突变
　　当系统在正常音频输入时，如果突然遭遇强声（如大喊、撞击话筒、接插件接触断续、雷爆、火器发射等），则该电路会由SG270自动反馈控制并通过即时降低增益来抑制这种强声，强声过后再自动恢复正常。
　　而当系统处于静噪状态时，若不加处置，SG270将处于高增益状态，此时若有话音信号，则可能出现冲击，故可由单片机P2.5发低电平以关闭电子开关A，同时由P2.6发出高电平打开电子开关B，而P2.7发出的1 kHz方波则经100 kΩ电阻和电容C整形、W1降幅后，由运放A4输出25mV左右的假信号VINB给SG270，以使其保持有话音时的正常增益（这时LM4884输出关闭）。
　　（3） 对声音的自动增益跟踪
　　自动增益跟踪功能主要利用SG270的自动增益调节特性，并通过压控反馈回路由运放A0、A1、A2来完成。
　　（4） 功率输出功
　　由运放A5对A0输出的平稳信号进行限幅后，其输出VINC可用于LM4884的差分放大，这种放大输出的功率可达1.2 W以上。LM4884的增益可由单片机（K2、K3、K4开关）进行设定并控制指示（通过L1、L2、L3、L4发光二极管）。
　　（5） 静噪延时设定和数字显示
　　不静噪时，电路开关K1闭合，这时开关A一直接通，B一直断开，LM4884也将一直打开。
　　有静噪和延时时，K1断开，进入可静噪状态（L0指示）。静噪动作延时可南J1和J2在0～19秒内设定，设定值可由LED2和LED1显示。
　　开机的初始设定为5秒，5秒无人说话将关闭LM4884输出（扬声器无声）以使电路静音。
　　其它功能也可在此电路上改进和增加。
　　2.2 软件设计
　　在了解了硬件电路原理及功能要求的基础上。可用AT89C51单片机通过软件进行编程来实现电路功能，其程序框图如图3所示。
　　
　　3 结束语
　　利用本文给出的实现方式设计的音频信号均幅控制放大器，可以使嘈杂环境下的通话声音变得平稳清晰。从而解决了音频信号的背景噪声和无线干扰问题。