音频信号调制装置及音频信号调制方法

摘要

本发明公开一种音频信号调制装置，其包括差分比较模块，所述差分比较模块具有输入端口1，输入端口2和输出端口3；调制模块，所述调制模块具有输入端口4和输入端口5，所述输入端口4用于接收载波激励输入，所述输入端口5与输出端口3连接，所述调制模块用于对输出端口3输出的第一音频信号进行调制；输出端口6用于输出调制后的第二音频信号；检波模块，所述检波模块的输入端口7与所述调制模块的输出端口6连接，所述检波模块用于将检波解调后的第三音频信号通过所述检波模块的输出端口8输出到所述差分比较模块的输入端口2。本发明可以稳定第二音频信号，即调幅波的波形大小，稳定了调制度及功率大小。本发明还提供一种音频信号调制方法。

权利要求

1.一种音频信号调制装置，其特征在于，包括：差分比较模块，所述差分比较模块具有输入端口1，输入端口2和输出端口3；所述差分比较模块用于对所述输入端口1和输入端口2输入的信号进行比较运算，输出第一音频信号，所述输入端口1用于接收目标音频信号；

调制模块，所述调制模块具有输入端口4和输入端口5，所述输入端口4用于接收载波激励输入，所述输入端口5与所述差分比较模块的输出端口3连接，所述调制模块用于对所述差分比较模块的输出端口3输出的第一音频信号进行调制；所述调制模块的输出端口6与目标信号接收通道连接，用于输出调制后的第二音频信号；所述调制模块包括第一调制子模块和第二调制子模块，其中，所述第一调制子模块的输入端口9与所述输出端口3连接，所述第一调制子模块上的所述输入端口4用于接收载波激励输入，所述第一调制子模块的输出端口10与所述第二调制子模块的输入端口11连接；所述第二调制子模块的输入端口11还与所述输出端口3连接，所述第二调制子模块的输出端口与检波模块的输入端口7，并用于输出调制后的第二音频信号；所述第一调制子模块包括：第一二极管，所述第一二极管的正极与输入端口5连接，所述第一二极管的负极与所述输入端口4连接，所述第一二极管的负极还通过连接偏置电阻R1接地；所述第二调制子模块包括：第二二极管，所述第二二极管的正极与所述输入端口5连接，所述第二二极管的负极通过连接偏置电阻R2接地；所述第二二极管的负极还与所述检波模块的输入端口7连接；

检波模块，所述检波模块的输入端口7与所述调制模块的输出端口6连接，所述检波模块用于对所述调制模块输出的第二音频信号进行检波，并将检波解调后的第三音频信号通过所述检波模块的输出端口8输出到所述差分比较模块的输入端口2。

2.根据权利要求1所述的音频信号调制装置，其特征在于，还包括:扼流器；所述扼流器用于连接所述差分比较模块的输出端口3与所述调制模块的输入端口5。

3.根据权利要求2所述的音频信号调制装置，其特征在于，所述扼流器为电感线圈。

4.根据权利要求1所述的音频信号调制装置，其特征在于，还包括:信号输出端，所述信号输出端与所述调制模块的输出端口6连接。

5.根据权利要求1所述的音频信号调制装置，其特征在于，还包括定向耦合器，所述定向耦合器用于对输出端口6输出的第二音频信号耦合采样，并将所述采样后的第二音频信号输出到所述检波模块中。

6.根据权利要求1所述的音频信号调制装置，其特征在于，还包括信号放大器，所述信号放大器接收所述调制模块输出的第二音频信号放大，并将放大后的第二音频信号输出到目标信号接收通道及所述检波模块中。

7.一种音频信号调制方法，应用于权利要求1‑6任一项所述的音频信号调制装置，其特征在于，包括：

获取目标音频信号；

利用载波对所述目标音频信号进行调制，得到调制后的第二音频信号；

对所述第二音频信号进行检波，得到解调后的第三音频信号；

将所述目标音频信号与所述第三音频信号输入到差分比较模块中进行差分比较，得到第一音频信号；

对所述第一音频信号进行调制，并输出。

说明书

音频信号调制装置及音频信号调制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及信号调制技术领域，特别地，具体涉及一种音频信号调制装置及音频信号调制方法。

背景技术

[0002] 目前在电台、通信设备中，普通调幅波调制一般采用模拟调制及数字调制，其中模拟调制中又分三类，即二极管调制、乘法器调制以及放大器栅压调制。

[0003] 现有技术中，二级管调制是比较常见的，实现简单，成本低廉。

[0004] 二极管非线性器件，在调制时会有谐波分量产生，导致输出调幅波变形失真，从其调制特性上看，就是其压控(或流控)‑衰减曲线不是一个固定斜率的直线，高电压状态下跟
低电压状态下，在变化相同电压ΔV时，其衰减值不一样，这样就造成了输出波形的失真。

[0005] 另外，如果后面的放大器存在非线性失真，即其增益是非线性的，也就是说其增益随着功率的上升而下降，也会使得最终其输出的调幅波形发生失真。

[0006] 调制度不稳定，当输入载波变大或变小是，如果保持被调制音频幅度不变，则其调制度也会随之变化。

[0007] 因此，业内亟需一种能解决上述问题的技术方案。

发明内容

[0008] 本发明提供了一种音频信号调制装置，用于改善调幅波的波形形状(失真)，同时也可以稳定调幅波的波形大小，即稳定了调制度及功率大小。同时，本发明还提供一种应用
于所述音频信号调制装置的音频信号调制方法。

[0009] 第一方面，本发明提供一种音频信号调制装置。

[0010] 一种音频信号调制装置，包括：

[0011] 差分比较模块，所述差分比较模块具有输入端口1，输入端口2和输出端口3；所述差分比较模块用于对所述输入端口1和输入端口2输入的信号进行比较运算，输出第一音频
信号，所述输入端口1用于接收目标音频信号；

[0012] 调制模块，所述调制模块具有输入端口4和输入端口5，所述输入端口4用于接收载波激励输入，所述输入端口5与所述差分比较模块的输出端口3连接，所述调制模块用于对
所述差分比较模块的输出端口3输出的第一音频信号进行调制；所述调制模块的输出端口6
与目标信号接收通道连接，用于输出调制后的第二音频信号；其中，所述调制模块包括二极
管和用于为所述二极管提供偏置电流的偏置电阻；

[0013] 检波模块，所述检波模块的输入端口7与所述调制模块的输出端口6连接，所述检波模块用于对所述调制模块输出的第二音频信号进行检波，并将检波解调后的第三音频信
号通过所述检波模块的输出端口8输出到所述差分比较模块的输入端口2。

[0014] 具体地，还包括:

[0015] 扼流器；所述扼流器用于连接所述差分比较模块的输出端口3与所述调制模块的输入端口5。

[0016] 进一步地，所述扼流器为电感线圈。

[0017] 具体地，还包括:

[0018] 信号输出端，所述信号输出端与所述调制模块的输出端口6连接。

[0019] 具体地，所述调制模块包括第一调制子模块和第二调制子模块，其中，

[0020] 所述第一调制子模块的输入端口9与所述输出端口3连接，所述第一调制子模块上的所述输入端口4用于接收载波激励输入，所述第一调制子模块的输出端口10与所述第二
调制子模块的输入端口11连接；

[0021] 所述第二调制子模块的输入端口11还与所述输出端口3连接，所述第二调制子模块的输出端口与所述检波模块的输入端口7，并用于输出调制后的第二音频信号。

[0022] 具体地，所述第一调制子模块包括：

[0023] 第一二极管，所述第一二极管的正极与输入端口5连接，所述第一二极管的负极与输入端口4连接，所述第一二极管的负极还通过连接偏置电阻R1接地。

[0024] 具体地，所述第二调制子模块包括：

[0025] 第二二极管，所述第二二极管的正极与所述输入端口5连接，所述第二二极管的负极通过连接偏置电阻R2接地；所述第二二极管的负极还与所述检波模块的输入端口7连接。

[0026] 具体地，还包括定向耦合器，所述定向耦合器用于对输出端口6输出的第二音频信号耦合采样，并将所述采样后的第二音频信号输出到所述检波模块中。

[0027] 具体地，还包括信号放大器，所述信号放大器接收所述调制模块输出的第二音频信号放大，并将放大后的第二音频信号输出到目标信号接收通道及所述检波模块中。

[0028] 第二方面，本发明提供一种音频信号调制方法。

[0029] 一种音频信号调制方法，应用于第一方面所述的音频信号调制装置，包括：

[0030] 获取目标音频信号；

[0031] 利用所述调制模块和载波对所述目标音频信号进行调制，得到调制后的第二音频信号；

[0032] 对所述第二音频信号进行检波，得到解调后的第三音频信号；

[0033] 将所述目标音频信号与所述第三音频信号输入到差分比较模块中进行差分比较，得到第一音频信号；

[0034] 所述调制模块对所述第一音频信号进行调制，并输出。

[0035] 相比于现有技术，本发明的方案具有以下优点：

[0036] 本发明中，所述目标音频信号经过调制模块调制后产生了失真及幅度的改变，这个失真后的第二音频信号同原始的目标音频信号在差分比较模块里进行比较运算，得到一
个矫正后的第一音频信号反馈到调制模块里，形成一个闭环反馈，从而改善调幅波的波形
形状(失真)，同时也可以稳定调幅波的波形大小，即稳定了调制度及功率大小。

[0037] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

[0038] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于
本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附
图。

[0039] 图1示出了本发明中一种二级管调制原理的一种实施例的结构示意图；

[0040] 图2示出了本发明中对输入的音频二极管调制后输出的调制后的信号的波形变化图；

[0041] 图3示出了本发明中一种二极管信号调制过程中，当输入载波变大或变小是，如果保持被调制音频幅度不变，则其调制度也会随之变化的变化示意图；

[0042] 图4示出了本发明中一种音频信号调制装置的一种实施例的结构示意图；

[0043] 图5示出了本发明中一种音频信号调制装置的又一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

[0044] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

[0045] 在本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的描述的一些流程中，包含了按照特定顺序出现的多个操作，但是应该清楚了解，这些操作可以不按照其在本文中出现的顺
序来执行或并行执行，操作的序号如101、102等，仅仅是用于区分开各个不同的操作，序号
本身不代表任何的执行顺序。另外，这些流程可以包括更多或更少的操作，并且这些操作可
以按顺序执行或并行执行。需要说明的是，本文中的“第一”、“第二”等描述，是用于区分不
同的消息、设备、模块等，不代表先后顺序，也不限定“第一”和“第二”是不同的类型。

[0046] 本领域普通技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措
辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加
一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。这里使用的措辞“和/
或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

[0047] 目前在电台、通信设备中，普通调幅波调制一般采用模拟调制及数字调制，其中模拟调制中又分三类，即二极管调制、乘法器调制以及放大器栅压调制。

[0048] 本发明中，二级管调制是比较常见的，实现简单，成本低廉，其原理参考图1。

[0049] 图1中二极管为PIN二极管，特性是随着偏置电流的变化，其射频插损也同步发生反比例变化，即偏置电流越大，射频插损越小，偏置电流越小，射频插损越大。

[0050] 如图1中，在二级管正极馈入一个直流偏置，二极管导通，载波流经2个二极管后输出，此时，改变直流偏置的大小，二极管的导通率也会随之变化，即插损也发生变化，所以，
会导致输出的载波大小也会随之发生变化。当直流偏置为一个音频正弦波时，其载波在流
经二极管后，输出的就是一个经过调制的普通调幅波了，如图2所示。

[0051] 上述的二级管调幅，存在一些固有的缺陷。

[0052] 1)二极管非线性器件，在调制时会有谐波分量产生，导致输出调幅波变形失真，从其调制特性上看，就是其压控(或流控)‑衰减曲线不是一个固定斜率的直线，高电压状态下
跟低电压状态下，在变化相同电压ΔV时，其衰减值不一样，这样就造成了输出波形的失真。

[0053] 另外，如果后面的放大器存在非线性失真，即其增益是非线性的，也就是说其增益随着功率的上升而下降，也会使得最终其输出的调幅波形发生失真。

[0054] 2)调制度不稳定，其中，调制度＝调制波幅值/载波幅值，当输入载波变大或变小是，如果保持被调制音频信号幅度不变，则其调制度也会随之变化，如图3所示。

[0055] 进一步地，本发明针对上述二级管调幅调制技术的缺陷，提出了一种反馈矫正机制，可以实时矫正调幅波形，使输出的调幅波在失真特性变好，调制度、功率等可以保持稳
定。

[0056] 参见图4‑图5，第一方面，本发明提供一种音频信号调制装置。

[0057] 一种音频信号调制装置，包括：

[0058] 差分比较模块100，所述差分比较模块100具有输入端口1，输入端口2和输出端口3；所述差分比较模块100用于对所述输入端口1和输入端口2输入的信号进行差分比较，并
输出第一音频信号，所述输入端口1用于接收目标音频信号；

[0059] 调制模块200，所述调制模块200具有输入端口4和输入端口5，所述输入端口4用于接收载波激励输入，所述输入端口5与所述差分比较模块100的输出端口3连接，所述调制模
块200用于对所述差分比较模块100的输出端口3输出的第一音频信号进行调制；所述调制
模块200的输出端口6与目标信号接收通道连接，用于输出调制后的第二音频信号；其中，所
述调制模块200包括二极管和用于为所述二极管提供偏置电流的偏置电阻；

[0060] 检波模块300，所述检波模块300的输入端口7与所述调制模块200的输出端口6连接，所述检波模块300用于对所述调制模块200输出的第二音频信号进行检波，并将检波解
调后的第三音频信号通过所述检波模块300的输出端口8输出到所述差分比较模块100的输
入端口2。

[0061] 本发明中，目标音频信号(被调制信号)经差分比较模块100、调制模块200处理后，输出一个调制后的调幅波，即第二音频信号。

[0062] 一方面，所述第二音频信号经所述目标信号接收通道实现最终输出。另一方面，该第二音频信号经检波模块300处理后，得到解调的第三音频信号。

[0063] 在接下来的过程中，将所述目标音频信号与第三音频信号输入差分比较模块，经过差分比较模块后，得到一个矫正后的音频信号，即第一音频信号，所述第一音频信号经过
调制模块100，调制到载波上，后输出到目标信号接收通道。所述目标信号接收通道为接收
本发明中音频信号调制装置最终输出的信号通道。

[0064] 本发明中，所述目标音频信号经过调制模块调制后产生了失真及幅度的改变，这个失真后的第二音频信号同原始的目标音频信号在差分比较模块里进行比较运算，得到一
个矫正后的第一音频信号反馈到调制模块里，形成一个闭环反馈，从而改善调幅波的波形
形状(失真)，同时也可以稳定调幅波的波形大小，即稳定了调制度及功率大小。

[0065] 具体地，还包括：

[0066] 扼流器400；所述扼流器400用于连接所述差分比较模块100的输出端口3与所述调制模块200的输入端口5。

[0067] 本发明实施例中，所述扼流器400起到隔离射频(高频载波)信号，连通直流(低频音频)信号的作用。所述扼流器400用于将经所述差分比较模块100输出的音频信号处理后，
再相应地输出到调制模块200中。

[0068] 在本发明的一种优选地实施例中，所述扼流器400为电感线圈。

[0069] 具体地，还包括:

[0070] 信号输出端，所述信号输出端与所述调制模块的输出端口6连接。

[0071] 所述信号输出端用于输出经所述调制模块调制后的第二音频信号，实现信号的最终输出。

[0072] 本发明中，所述信号输出端与所述目标信号接收通道相连。

[0073] 具体地，所述调制模块200包括第一调制子模块201和第二调制子模块202，其中，

[0074] 所述第一调制子模块201的输入端口9与所述输出端口3连接，所述第一调制子模块201上的所述输入端口4用于接收载波激励输入，所述第一调制子模块201的输出端口10
与所述第二调制子模块的输入端口11连接；所述输入端口9和所述输出端口10为同一端口
在不同功能上的不同表述。

[0075] 所述第二调制子模块202的输入端口11还与所述输出端口3连接，所述第二调制子模块202的输出端口与所述检波模块的输入端口7，并用于输出调制后的第二音频信号。

[0076] 本发明实施例中，所述目标音频信号或所述第一音频信号，经差分比较模块100输出后，进入调制模块200，经第一调制子模块201处理后，经第二调制子模块202处理完成信
号调制。

[0077] 具体地，所述第一调制子模块201包括：

[0078] 第一二极管D1，所述第一二极管D1的正极与输入端口5连接，所述第一二极管D1的负极与输入端口4连接，所述第一二极管D1的负极还通过连接偏置电阻R1接地。

[0079] 具体地，所述第二调制子模块202包括：

[0080] 第二二极管D2，所述第二二极管D2的正极与所述输入端口5连接，所述第二二极管D2的负极通过连接偏置电阻R2接地；所述第二二极管D2的负极还与所述检波模块300的输
入端口7连接。

[0081] 偏置电阻R1：为二极管D1提供偏置电流的，调整偏置电阻R1即可改变二极管D1的导通电流。

[0082] 偏置电阻R2：为二极管D2提供偏置电流的，调整偏置电阻R2即可改变二极管D2的导通电流。

[0083] 二极管D1：调幅调制器件，通过改变偏置电压，经过偏置电阻R1后，可形成导通电流，导通电流的大小可以改变二极管的射频衰减特性，进而起到一个模拟连续的功率幅度
调整作用。

[0084] 二极管D2：调幅调制器件，通过改变偏置电压，经过偏置电阻R2后，可形成导通电流，导通电流的大小可以改变二极管的射频衰减特性，进而起到一个模拟连续的功率幅度
调整作用。

[0085] 具体地，还包括定向耦合器500，所述定向耦合器500用于对输出端口6输出的第二音频信号耦合采样，并将所述采样后的第二音频信号输出到所述检波模块中。定向耦合器
500，起到对输出的调幅波信号耦合采样作用。

[0086] 进一步地，检波模块300对定向耦合器500采样出来的调幅波信号进行检波，将被调制及放大后的音频信号还原出来。

[0087] 请参见图5，所述检波模块300包括检波器301和电容C。所述电容C配合检波器301构成检波模块，将被调制及放大后的音频信号还原出来。

[0088] 具体地，还包括信号放大器600，所述信号放大器600接收所述调制模块输出的第二音频信号放大，并将放大后的第二音频信号输出到目标信号接收通道及所述检波模块
中。所述信号放大器优选为射频功率放大器，起到放大调幅波信号的作用。

[0089] 请继续参见图5，本发明一种音频信号调制装置的一种具体实施例的基本工作原理为：

[0090] 最终输出的调幅波，即第二音频信号，经检波模块中定向耦合器500采样并检波出来的第三音频信号去跟目标音频信号去做比较，假如第三音频信号的电压比目标音频信号
大，则差分比较模块输出的第一音频信号的电压就会变小，进而加到二极管上的第一音频
信号的电压信号A就会变小，因为偏置电阻R1、R2不变，所以，电压信号A变小就会使得二极
管D1、D2上的偏置电流变小，进而会使得二极管的高频衰减变大，即高频载波信号Ⅱ变小，
放大器特性不变时，高频载波信号Ⅲ就会变小，即第二音频信号变小，则经过检波后还原出
来的高频载波信号Ⅰ也会变小，即第三音频信号变小，形成了环路负反馈闭环。

[0091] 反之亦然。

[0092] 本发明的一种优选实施方式中，所述音频信号调制装置的稳定条件是：差分比较模块100的两个输入端口1、端口2电压趋于相等。

[0093] 本发明实现实时闭环矫正；所述音频信号调制装置的环路稳定时，差分比较模块2个输入端口1、输入端口2的电压在环路稳定时电压趋于一致。

[0094] 本发明中，将经过调制和放大后的调幅波进行采样、检波，还原出带有失真特性的音频信号，将这个带有失真特性的音频信号同原始的无失真的音频信号进行差分比较，得
到一个带有矫正特性的音频信号，把这个有矫正特性的音频信号用二极管调制的方式调制
到载波上，形成调幅波。

[0095] 第二方面，本发明提供一种音频信号调制方法。

[0096] 一种音频信号调制方法，应用于第一方面所述的音频信号调制装置，包括：

[0097] 获取目标音频信号；

[0098] 利用所述调制模块和载波对所述目标音频信号进行调制，得到调制后的第二音频信号；

[0099] 对所述第二音频信号进行检波，得到解调后的第三音频信号；

[0100] 将所述目标音频信号与所述第三音频信号输入到差分比较模块中进行差分比较，得到差分后的第一音频信号；

[0101] 所述调制模块对所述第一音频信号进行调制，并输出。

[0102] 本发明中，目标音频信号(被调制信号)经差分比较模块100、调制模块200处理后，输出一个调制后的调幅波，即第二音频信号。

[0103] 一方面，所述第二音频信号经所述目标信号接收通道实现最终输出。另一方面，该第二音频信号经检波模块300处理后，得到解调的第三音频信号。

[0104] 在接下来的过程中，将所述目标音频信号与第三音频信号输入差分比较模块，经过差分比较模块后，得到一个矫正后的音频信号，即第一音频信号，所述第一音频信号经过
调制模块100，调制到载波上，后输出到目标信号接收通道。所述目标信号接收通道为接收
本发明中音频信号调制装置最终输出的信号通道。

[0105] 本发明中，所述目标音频信号经过调制模块调制后产生了失真及幅度的改变，这个失真后的第二音频信号同原始的目标音频信号在差分比较模块里进行比较运算，得到一
个矫正后的第一音频信号反馈到调制模块里，形成一个闭环反馈，从而改善调幅波的波形
形状(失真)，同时也可以稳定调幅波的波形大小，即稳定了调制度及功率大小。

[0106] 本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储
介质可以包括：只读存储器(ROM，Read On ly Memory)、随机存取存储器(RAM，Random 
Access Memory)、磁盘或光盘等。

[0107] 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种可读存储介质中，上述提到
的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

[0108] 以上对本发明所提供的技术方案的实施例进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所
述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。