用于放大信号的方法和放大设备 |
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| 申请号 | CN201610068740.8 | 申请日 | 2016-02-01 | 公开(公告)号 | CN105871345B | 公开(公告)日 | 2017-12-12 |
| 申请人 | 安讯士有限公司; | 发明人 | C·汉松; H·杜纳; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于在放大设备中放大 信号 的方法，尤其涉及一种适用于多种可用功率的放大设备的方法。该方法包括以下步骤：通过检索表示可用功率的值来确定可用功率(128)，可用功率是多种可用功率之一；设定功率 放大器 (120)的工作 电压 等级(130)，工作电压等级基于可用功率；通过给信号施加信号增益(126)产生前置放大信号(136)，信号增益基于可用功率；以及通过在 功率放大器 处放大前置放大信号产生 输出信号 (142)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于在放大设备(110)中放大信号(102)的方法(300)，所述放大设备适用于多种可用功率，所述方法包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 用于放大信号的方法和放大设备技术领域[0001] 本发明涉及一种用于在放大设备中放大信号的方法，尤其涉及一种适用于多种可用功率的放大设备的方法。本发明进一步涉及这种放大设备。 背景技术[0002] 以太网供电(PoE)是一种通过以太网电缆使能电力传输的技术。存在用于实现PoE的多种技术，IEEE 802.3af或IEEE 802.3at是用于实现PoE的标准的两个例子。在IEEE标准中，存在两种用于实现PoE的模式或可选方案，在一种模式或可选方案中，在以太网电缆的未使用的导体上传输电力，而在另一种模式或可选方案中，在也用于传输数据的导体上传输电力。这允许单个以太网电缆将数据连接和电力两者均提供给受电设备(PD)。换句话说，当PD设置有PoE时，PD能够连接至电缆进行正常工作而无需耦接至单独的电源插座。PoE的上述功能非常方便。然而，取决于所使用的PoE标准，并且还取决于用于通过电缆输送电力的供电设备(PSE)的类型，多个不同的输入电力(PoE级别)可以用于PD。 [0003] PD的一个例子是用于增大信号(例如音频信号)的电力的放大设备。正常地，这种放大设备配置为用于特定输入功率(例如40W或25W)。如果配置为用于40W输入功率的放大设备被供以25W，则信号质量将受到影响并且用户将不能利用控制界面以直观的方式控制输出信号。这意味着对于每一种PoE级别，需要不同产品版本的放大设备来匹配可用的输入功率。 [0004] 由于需要多种产品版本来支持不同级别的PoE，这给PD的制造商带来不便。而且，由于用户需要知道从其网络基础设施的PSE输送的PoE级别，这对于PD的用户来说极为不便。 发明内容[0006] 根据第一方案，本发明通过一种用于在放大设备中放大信号的方法来实现，放大设备适用于多种可用功率，该方法包括以下步骤：通过检索表示可用功率的值确定可用功率，可用功率是多种可用功率之一；设定功率放大器的工作电压等级，工作电压等级基于可用功率；通过给信号施加信号增益产生前置放大信号，信号增益基于可用功率；以及通过在功率放大器处放大前置放大信号产生输出信号。 [0007] 可用功率可以对应于不同级别的PoE，例如，放大设备可以适用于与13-14W功率对应的PoE级别3以及与25W功率对应的PoE级别4。可用功率可以包括任何其它适当级别的PoE。而且，在非标准版本的PoE中，可用功率可以包括其它功率幅值(诸如40W或20W)或更高的功率等级。 [0008] 待放大的信号可以是例如通过网络接收作为数据信号的声音信号。在这种情况下，放大设备可以连接至用于呈现输出信号的扬声器。然而，放大设备也可连接至其它设备，诸如加热器、照明光源或其它设备，从而输入信号是所具有的成分适合于这种连接设备的信号。 [0009] 通过基于可用功率来设定功率放大器的工作电压等级，可以减小放大设备内部的功率损失。因此，由于可以避免不必要的功率损失，因而在环境原因方面和/或在功率效率方面，本实施例也是有利的。 [0010] 而且，通过使得信号增益和工作电压等级均基于可用功率，减小了在放大设备中发生削波的风险。削波是一种波形失真的形式，该波形失真在放大设备过驱动且试图在超出其最大能力的情况下输送输出电压时发生。换句话说，为了减小削波的风险，由信号增益控制的前置放大信号的整体等级需要与功率放大器的可利用工作电压协调。 [0011] 根据上述内容，通过提供放大输入信号的放大设备，放大设备将适用于多种可用功率。这反过来使最终用户更容易使用放大设备，因为放大设备配置为发现可用功率是多少，并且根据该可用功率自动配置自身。这可以减少在安装放大设备时对物理设备配置或最终用户干预的需求。而且，可以减少对生产厂家提供的各种不同的放大设备的需求。 [0013] 根据一些实施例，产生前置放大信号的步骤包括：通过给信号施加第一信号增益产生临时前置放大信号，第一信号增益基于放大设备所适用的多种可用功率中的该可用功率与最高可用功率(Pmax)之间的比。该方法还包括通过给临时前置放大信号施加第二信号增益产生前置放大信号，第二信号增益基于多种可用功率中该可用功率与最高可用功率(Pmax)之间的比。 [0014] 根据上述内容，通过将前置放大划分成两个步骤，前置放大能够容易地分布在放大设备中的可用部件上，例如，前置放大可以部分在编码解码器部件中执行并且部分在功率放大器中执行。因此，不需要基于可用功率提供前置放大的额外电路。这可以简化放大设备的制造工艺，这在制造成本原因方面是有利的。 [0015] 根据一些实施例，该信号是数字信号。在这种情况下，该方法还包括将数字信号转换成模拟信号的步骤。这样，信号增益也可以基于模拟信号的最大允许电压。在编码解码器中完成数字信号与模拟信号之间的转换，并且模拟信号的最大允许电压是编码解码器中用于转换的指定特性。 [0016] 根据一些实施例，该方法还包括从存储器和用户输入之一检索增益等级的步骤，其中信号增益进一步基于检索的增益等级。增益等级可以以百分比表示，例如65％。这表示信号增益可以是可用功率的最大信号增益的65％。通过使用从存储器检索的增益等级，启动放大设备之后的输出信号的整体等级可以与关闭放大设备之前的相同。而且，通过从用户输入检索增益等级，用户可以有利地控制输出信号的整体等级。另外，通过在确定信号增益时将可用功率也考虑在内，即使与关闭放大设备之前相比，在启动放大设备之后，可用功率更低，也能如上所述避免削波。 [0017] 根据一些实施例，该方法还包括将设定值存储在存储器中的步骤，该设定值包括表示检索的增益等级的增益等级值和表示可用功率的可用功率值。将表示可用功率的可用功率值存储在存储器中有利于比较在将设定值存储在存储器中时的可用功率与从存储器检索增益等级时的可用功率。而且，通过将设定值存储在存储器中，从用户输入检索出的改变增益等级可以直接存储在存储器中供以后使用(例如在重新启动放大设备之后)。本实施例进一步的有利之处在于检索增益等级的步骤可以包括从存储器检索之前存储的设定值，以及将检索的设定值中的增益等级值用作增益等级。 [0018] 根据一些实施例，检索增益等级的步骤包括：从存储器检索之前存储的设定值；将检索的设定值中的可用功率值与可用功率进行比较；以及如果检索的设定值中的可用功率值等于可用功率，将检索的设定值中的增益等级值用作增益等级，如果检索的设定值中的可用功率值不等于可用功率，将默认增益等级用作增益等级。 [0019] 如果可用功率从检索的设定值存储在存储器中起未改变过，通过仅将存储的增益等级值用作增益等级，可以避免例如扬声器设备呈现的输出信号的整体等级不期望地过高或过低。 [0020] 根据一些实施例，该方法还包括以下步骤：从存储器检索之前存储的设定值；将检索的设定值中的可用功率值与可用功率进行比较；以及如果检索的设定值中的可用功率值与可用功率不同，则通知用户。 [0021] 如果除了(例如在重新启动放大设备之前)可用的功率之外，检测到了新的可用功率，则为放大设备的用户产生这种通知。如上所述，由于与检索的增益等级组合的可用功率将管理输出信号的整体等级，因而这是有益的功能。例如，如果放大设备在重新启动之前供有低功率且增益等级设定为90％，升级PoE级别(即，将较高功率供给放大设备)而不调整增益等级可能对扬声器造成损坏以及为靠近扬声器的人带来不便。 [0022] 根据一些实施例，只有当检索的设定值中的可用功率值低于可用功率时，才通知用户。 [0023] 根据一些实施例，检索增益等级的步骤包括：接收与期望增益等级有关(pertain)的用户输入；以及将期望增益等级用作增益等级。 [0024] 根据一些实施例，在启动放大设备时执行该方法。如上所述，与启动之前相比，在启动之后，可用功率可能已经改变。而且，通过在启动时执行该方法，任何存储的增益等级可以用于在启动时直接确定信号增益。 [0025] 在第二方案中，本发明提供一种包括计算机可读存储介质的计算机程序产品，该计算机可读存储介质具有的指令在由具有处理能力的设备执行时适用于实施第一方案的方法。 [0026] 在第三方案中，本发明提供一种适用于多种可用功率的放大设备，该放大设备包括：内部电源，配置为：通过检索表示可用功率的值确定可用功率，可用功率是多种可用功率之一；以及设定功率放大器的工作电压等级，工作电压等级基于可用功率。该放大设备还包括：处理器，配置为基于可用功率确定信号增益；以及前置放大器，配置为通过给信号施加信号增益产生前置放大信号，其中功率放大器配置为通过放大前置放大信号产生输出信号。 [0027] 根据一些实施例，该放大设备可以连接至以太网供电器、PoE、供电设备、PSE。 [0029] 通过参照附图对本发明的实施例进行以下示例性且非限制性的具体描述将更好地理解本发明的上述以及附加目的、特征和优点，其中相同的附图标记将用于类似的元件，在附图中： [0030] 图1示意性地描述根据本发明的实施例的放大设备。 [0031] 图2示意性地描述根据本发明的实施例的放大设备。 [0032] 图3示出根据本发明的实施例的用于在放大设备中放大信号的方法的流程图。 具体实施方式[0033] 现在结合图1-图3说明适用于多种可用功率的放大设备和这种放大设备的功能。图1-图2示意性地描述这种放大设备的两个实施例，而图3举例描述了图1-图2的在放大设备中放大信号的方法的流程图。 [0034] 图1示意性地示出包括以太网供电器、PoE、供电设备、PSE 106、放大设备110以及连接至放大设备的设备122的系统100。放大设备110连接至PSE 106并由PSE 106供电。应当说明，结合图1和图2描述的放大设备110例示为连接至PSE 106，但是任何其它适当类型的电源(诸如USB电源)可连接至放大设备110。 [0035] PSE 106连接至提供电力104的电缆。因此，用于给放大设备110供电的可用功率依赖于系统100的网络基础设施。取决于系统100中使用的PoE标准，并且还取决于通过电缆输送电力的PSE的类型，高达例如50瓦的任何功率可用于给放大设备110供电。当然也可以使用例如基于非标准技术的其它功率等级。 [0036] 为了确定可用功率(图1和图2中称为128)(S306)，放大设备110检索表示可用功率的值。上述步骤可以在协商放大设备110与PSE 106之间的相(phase)(S304)之前。PSE 106可以例如检测放大设备110是否为使能的PoE以及放大设备能够处理哪一(哪些)级别的PoE。可以如“Audio amplifier powered over Ethernet(通过以太网供电的音频放大器)”(HULTIN)第2.1.3小节中所公开的或根据IEEE 802.3af或IEEE 802.3at标准的任一个来实现这种检测。使用何种等级的功率的这种协商有利地在启动放大设备(S302)时执行。这表示如果系统100的网络基础设施发生改变，例如，如果放大设备110在放大设备110断电期间移动到另一个建筑物，这将在启动放大设备110(S302)时直接检测到。 [0037] 然后，PSE 106可以在PSE 106和放大设备110都能够处理的最高PoE级别中操作。PSE 106例如还经由以太网电缆向放大设备110指示PSE 106将工作在什么功率下(即可用功率128)。这使用所用的通信协议定义的分类过程来实现，例如，IEEE 802.3af或IEEE 802.3标准或使用的USB电源标准中所指定的。 [0038] PSE 106进一步连接至提供待放大的信号102的电缆。这种类型的PSE称为中跨(midspan)。中跨是位于普通以太网交换机与受电设备(例如放大设备110)之间的电力注射器，注射电力104而不影响待放大的信号102。应当说明，也可采用端跨(endspan)替代图1中的中跨106。PSE将待放大的信号102和可用功率128组合并且通过以太网电缆将得到的组合发送给放大设备110。待放大的信号102可以在电缆中的一些导体上传输，而可用功率128在电缆中的其余导体上传输。可选择地，可用功率128可以在与待放大的信号102相同的导体上传输。使用的可选方案取决于PSE的配置。 [0039] 因此，待放大的信号102和可用功率128的组合经由电缆传输并且由PoE输入电路112接收。PoE输入电路112可以再次将待放大的信号102与可用功率128分开。 [0040] 为了降低不同版本的放大设备对于每一种可能的可用功率的需求，有利的是将放大设备110适用于多种可用功率。这通过使放大设备110的内部操作适应于确定的可用功率128来完成。根据本实施例的放大设备110设置为使得放大设备110的功率放大器120的工作电压等级130以及用于产生前置放大信号136的信号增益126基于可用功率。这将在下文中说明。 [0041] 放大设备包括内部电源(PSU)116。PSU 116通过检索表示可用功率128的值来确定可用功率128，可用功率128是多种可用功率之一。PSU 116连接至功率放大器(PA)120并且配置为基于可用功率128设定PA 120的工作电压等级130(S308)。PA 120是将待放大的低功率信号放大到适合于连接设备122的等级的电子放大器。在待放大的音频信号的情况下，PA120将低功率音频信号放大到适合于驱动扩音器的等级。 [0042] 内部电源可以例如将13-14W的可用功率128转换为大约8V的电压等级130，将25W的可用功率128转换为大约15V的电压等级130，并且将40W的可用功率128转换为大约20V的电压等级130。根据一些实施例，通过在预定义的查找表中查找可用功率来确定工作电压等级130。查找表可以为多种可用功率的每一个指定工作电压等级。查找表可以存储在放大设备110的存储器138中。因此，PSU能够与存储器138通信。 [0043] PSU进一步连接至处理器(CPU)114。这表示PSU中的电路具有将表示可用功率的等级或工作电压等级的值132传递给CPU的能力，然后CPU能够将这一信息用于使放大设备110进一步适应于可用功率。为此，CPU114配置为基于可用功率确定信号增益126(S310)。信号增益126传递给前置放大器118，前置放大器118配置为通过给待放大的信号102施加信号增益126产生前置放大信号136(S320)。下文将进一步讨论信号增益126的计算和前置放大信号136的产生(S320)。前置放大信号136可以是0.5-1V均方根电压Vrms的低功率信号。 [0044] 然后通过产生输出信号142的PA 120放大前置放大信号136(S322)。取决于PA 120的工作电压130，输出信号142可以具有5-10V的Vrms。由于用于前置放大(S320)的信号增益126与PA 120的工作电压等级130配合(coordinate)，减小了输出信号142的削波风险。如果不存在这些种配合，例如，如果前置放大器118总是配置为用于高可用功率(例如40W)，在可用功率低的情况下，前置放大器118将产生Vrms过高的前置放大信号，这反过来将迫使PA 120产生功率比其PSU 116能够产生的功率更多的输出信号142。这表示PA 120仅将前置放大信号136放大(S322)高达其最大能力，这时前置放大信号136不能再被放大。简单断开超出PA 120的能力的额外信号，使得正弦波变为失真方波型波形。该失真称为“削波”。 [0045] 另一方面，如果前置放大器142总是配置为用于低可用功率(例如13W)，并且将较高的可用功率传输到放大设备110转而将其转换为高工作电压等级，输出信号142的最大等级将低于考虑可用功率时应当可能有的等级。而且，放大设备110内部的功率损失将不必要的高。例如，放大设备内部的功率损失可以是3W，其中PA的工作电压等级基于10W的可用功率，而放大设备内部的功率损失可以是1W，其中PA的工作电压等级基于5W的可用功率。 [0046] 输出信号142然后可以传输到连接设备(例如扬声器、加热器、照明光源等)供另外使用。 [0047] 对于一些应用，可能有利的是信号增益126基于另外的信息，例如，使得信号增益126是最大信号增益(如上所述，其使用可用功率来计算)的百分比值(或增益等级)。可以从用户输入中检索该增益等级(S312)。换句话说，可以通过用户输入设定增益等级(S312)。因此，放大设备110可以连接至用户界面(UI)140用于检索(S312)这种用户输入，例如，用于调节放大的图形用户界面(GUI)或物理按压按钮(音量按钮)。UI 140可以与放大设备110远程设置或者UI 140可以设置在放大设备110上。 [0048] 可选择地或额外地，可以从存储器138检索增益等级(S314)。换句话说，可以通过存储器138设定增益等级(S314)。为此，放大设备可以配置为例如在每一次计算信号增益126(S310)时在存储器138中存储增益等级(S318)。放大设备可以选择地或额外地配置为根据用户利用UI 140的请求来存储增益等级(S318)。通过增加从存储器138检索增益等级(S312)以及在存储器138中存储增益等级(S318)的功能，可以在放大设备110关闭然后再次开启时记忆之前使用的增益等级。然而，如果在放大设备110关闭之前和放大设备110再次开启之后使用的增益等级相同，而可用功率128发生改变，则这一功能可能引起问题。例如，如果放大设备110用于放大音频信号，使用较高的可用功率同时保持相同的增益等级将意味着输出信号142的Vrms增加。这可能不是期望的，因为这会损坏连接至放大设备的扬声器 122，并且还因为这会使扬声器122可能呈现不合时宜的大的音频信号。为了减小这一情况发生的风险，可以在存储器138中存储一设定值(S318)，其中该设定值包括表示检索的增益等级(S312、S314)的增益等级值和表示可用功率128的可用功率值。从而，从存储器检索增益等级的步骤(S314)将包括从存储器138检索之前存储的设定值以及将检索的设定值的增益等级值用作增益等级。该设定值可以选择性地包括另外的值，诸如时戳、用户名称等。 [0049] 通过也将可用功率值存储在存储器中，该信息能够在计算信号增益126(S310)时使用。根据一些实施例，从存储器检索增益等级的步骤(S314)包括从存储器检索之前存储的设定值。然后可以将检索的设定值中的可用功率值与可用功率128进行比较。如果比较得出检索的设定值中的可用功率值等于可用功率128，则检索的设定值中的增益等级值可以用作增益等级。然而，如果比较得出检索的设定值中的可用功率值不等于可用功率，则默认增益等级可以用作增益等级。由于在存储器138中存储了设定值，因此这可以减小在可用功率增加的情况下损坏连接设备122的风险。 [0050] UI 140也可以设计为通知放大设备110的用户(S316)，例如，如果检索的设定值中的可用功率值与可用功率不同。该通知依靠UI 140，并且可以包括例如闪光、播放声音或在GUI中示出消息。也可以通过电子邮件、移动电话的文本消息等通知用户。这样，如果可用功率128发生改变(其可能不是预期的或值得用户了解)，可以通知放大设备110的用户(S316)。根据一些实施例，仅当检索的设定值中的可用功率值低于可用功率128时，例如，当可用功率由于其是最后一个进行存储而增加时，才通知用户(S316)。 [0051] 如上所述，因此，基于可用功率128且可选地也基于增益等级来计算信号增益126。根据一些实施例，信号增益126包括第一信号增益和第二信号增益。可以基于多种可用功率中可用功率128(Pout)与最高可用功率之间的比来计算第一信号增益G1。 [0052] 因此，第一信号增益可以与放大设备110所适用的多种可用功率的最大可用功率(Pmax)以下的所有等级的可用功率的负dB对应。 [0053] 那么第二信号增益G2可以是预定义的信号增益，即，不基于可用功率128。例如，第二信号增益可以对应于与放大设备110所适用的多种可用功率的最大可用功率对应的信号增益。第二信号增益可以计算如下： [0054] [0055] 其中Pmax是放大设备110所适用的多种可用功率的最大可用功率，例如40W，并且R对应于连接设备的阻抗。然后第二信号增益G2能够通过如下公式计算： [0056] [0057] 其中Umax对应于待放大的信号102的最大允许电压。 [0058] 如果Pmax＝40W，R＝8Ω以及Umax＝0.909V，第二信号增益G2将是26dB。 [0059] 利用上述示例值，总增益G1+G2为： [0060]G1+G2 Pout 26dB 40W 23dB 20W 19dB 7W [0061] 图2举例示出用于放大数字信号的放大设备110。图2所示的实施例包括与图1所示的实施例大部分相同的部件。然而，前置放大器118分布在放大设备110的不同部件之间，其分布在编码解码器202和PA 120之间。编码解码器202将数字信号102转换为模拟信号204同时将第一信号增益施加给模拟信号。PA 120然后将第二信号增益施加给模拟信号204，模拟信号204然后形成前置放大信号。第二信号增益基于模拟信号的最大允许电压(Umax，参见上文)，该值由编码解码器202指定。PA 120然后通过放大前置放大信号(S322)产生输出信号142。 [0062] 在待放大的信号102的放大期间，用户可以经由UI 140设定新的增益等级(S312)。如图3所示，然后这将导致计算新信号增益126(S310)。新增益等级可以可选择地存储在存储器138中(S318)，可选择地重写任何之前存储的增益等级。新增益等级然后用于前置放大待放大的信号102(S320)，前置放大信号然后通过PA 120放大(S322)，并且得到的具有新整体等级的输出信号142发送给连接设备122。 [0063] 本领域技术人员知道本发明不局限于上文结合图3描述的方法的示例性实施例中的步骤的顺序。反之，各种变化可以落入所附权利要求书的范围内。存储增益等级的步骤(S318)例如可以在计算信号增益126的步骤(S310)之后直接执行。 [0064] 额外地，通过研究附图、公开内容以及所附权利要求书，在实践所要求保护的本发明时本领域技术人员能够理解并且实施所公开的实施例的各种变化。例如，在存储的设定值包括时戳的情况下；放大设备110可以配置为如果从存储设定值起逝去的时间段小于阈值则仅使用设定值的增益等级。 |
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