音頻控制芯片PGA2311的音頻增益自動控制

引言
音頻接收設備已經是日常生活、學習、工作中不可缺少的工具，但是在使用過程中由于某些原因，如切換頻道、播放廣告等，信號輸出時會出現音量大小不一的情況，嚴重影響用戶的收聽效果。產生這種音量相差較大的主要原因是音頻信號輸入的幅度不一致，解決辦法就是進行增益控制。
最早的增益控制是模擬電路檢測控制，但模擬電路設計相對繁瑣，且難以實現較寬范圍的增益控制，因此隨著數字信號處理器件(DSP)的發展，采用DSP進行增益控制成為主流。起初數字器件處理的一般方法是大的信號減小增益，小的信號不處理。現在也有對小信號進行放大的方法，但由于擔心在沒有信號輸入的情況下增益調整太大，會使背景噪聲也加大，因此增益調整范圍不大，不能達到理想的控制效果。另外，基本都是對輸入信號進行檢測，即前饋控制，對輸出信號不進行檢測，這樣在輸人時若增益較大，輸出會被限幅，影響收聽效果。且DSP方案成本相對較高。本方案采用成本低的單片機為處理核心，通過簡單的增益控制算法完成增益自動控制。

1 系統硬件設計
如圖1所示，整個系統以音頻信號的采集處理為核心進行設計。音頻控制芯片PGA2311兩邊的音頻信號輸入和輸出端，經放大器TL084電平搬移后送到MSP430F149的A／D口進行采樣(對信號輸入／輸出端都進行檢測目的是解決在輸入端無信號情況下增益是否調整的問題，同時避免增益過大導致輸出端限幅發生)。采樣數據由軟件算法處理得到增益值，經電平變換器74HC245配置到PGA2311。按鍵和數碼管完成輸出電平門限范圍的設置和顯示。

1．1 主控電路
主控芯片MSP430F149是一款16位、48個8位并行I／O口、具有精簡指令集、超低功耗(節電模式下最低只有0．1μA)的單片機，其尋址空間共64 KB其中RAM為2KB，給系統開發帶來很大的方便。它內置一個12位A／D轉換器ADC12、采樣保持器和模擬多路器。ADC12具有高速、通用的特點，能夠對8個外部模擬源和4個內部參考電源(包括內部溫度傳感器源)進行A／D轉換。ADC12還提供多種采樣觸發方式、轉換時鐘周期、轉換模式的選擇。
PGA2311是一款雙聲道、可編程增益放大器，與MSP430F149之間通過SPI總線交互，其增益范圍為+31．5～-95．5 dB。
圖1中MSP430F149是3．3 V供電，而PGA231l是±5 V供電的CMOS器件，因此在I／O邏輯電平匹配時需要注意，在驅動PGA2311時用電平移位器74HC245達到電平匹配。