自动增益控制 (AGC) 是一种动态控制信号增益以保持标称恒定输出电平的算法。在录制语音信号时，如果说话者在说话的同时改变其与麦克风的距离，则会产生一个典型的 AGC 应用示例。麦克风的声压级与到声源的距离成反比。因此，麦克风输出电平对于较远的声源较小，而对于较近的声源则较大。如果没有 AGC，而只有一个固定增益 PGA，那么当人靠近麦克风时，输出电平会从小变大。启用 AGC 后，输入电平变化可以保持在恒定水平。因此，AGC 会自动响应输入信号变化以保持固定的电平，从而满足目标应用要求。图 1-1 显示了 AGC 如何响应其电平围绕目标电平升降的音调。

图 1-1 AGC 示例

TLV320ADCx140/PCMx140-Q1 器件系列的所有 ADC 通道都支持自动增益控制 (AGC)。本应用手册介绍了 AGC 的工作原理、可调参数以及支持 AGC 所需的器件配置。

AGC 算法是一种混合信号解决方案，其中通道的模拟可编程增益放大器 (PGA) 由闭环控制数字算法控制。图 2-1 显示了该器件的信号处理链。

图 2-1 AGC 方框图

为了响应输入信号的变化，AGC 算法监测来自 ADC 的数字化信号并调整 PGA 以保持恒定的目标电平。如果信号低于目标电平，则 AGC 会增大 PGA 增益。如果信号高于目标电平，则 AGC 会减小 PGA 增益。使用 PGA 的模拟电路来改变输入信号以提供最佳的噪声性能，因为该电路避免了数字电路中增加量化噪声的增益调整。此外，AGC 算法在 PGA 更改期间使用小阶跃幅度来减少输入信号中的失真。

TLV320ADCx140/PCMx140-Q1 系列支持多达四个模拟外部输入通道，而所有输入通道都支持 AGC。这些器件支持来自模拟麦克风源或辅助线路输入的差分或单端信号。模拟麦克风输入支持驻极体电容器和微机电 (MEMS) 麦克风。尽管这些器件还支持数字脉冲密度调制 (PDM) 数字麦克风，但由于数字麦克风的模拟增益无法控制，AGC 不支持数字通道。

TLV320ADC5140/PCM5140-Q1 和 TLV320ADC6140/PCM6140-Q1 还支持模拟通道上的动态范围增强器 (DRE) 算法以扩大动态范围。DRE 算法控制 PGA 以降低低电平信号的本底噪声。无法同时使用 DRE 和 AGC 算法，因为这两种算法都控制 PGA。如表 2-1 所示，可以使用 DSP_CFG1 寄存器（页面 = 0x00，地址 = 0x6C）的 DRE_AGC_SEL 位来选择 DRE 或 AGC。可以使用 CH1_DREEN (P0_R60_D0)、CH2_DREEN (P0_R65_D0)、CH3_DREEN (P0_R70_D0) 和 CH4_DREEN (P0_R75_D0) 寄存器位为每个通道独立启用或禁用 AGC 或 DRE。

为了消除任何会导致错误估算输入电平的直流失调电压，AGC 算法通过高通滤波器处理输入信号。该 HPF 是 AGC 独有的，与抽取滤波器使用的二阶 HPF 滤波器不同。

方程式 1 给出了高通滤波器实现的传递函数。

方程式 1.

HPF 是使用三个系数实现的一阶滤波器：AGC_HPF_B0、AGC_HPF_B1 和 AGC_HPF_A1。使用方程式 2、方程式 3 和方程式 4 将传递函数参数（N0、N1 和 D1）转换为系数。

方程式 2.

方程式 3.

方程式 4.

这些系数是用户可编程的，用于设置与 48kHz 采样率的默认截止 (-3dB) 频率 100Hz 不同的截止频率。增加截止频率可以加快信号电平估算的稳定，而降低截止频率可以提高信号电平估算的精度。默认滤波器系数在速度和精度之间提供了良好的平衡，适用于大多数应用。表 2-2 显示了系数寄存器。系数以 32 位二进制补码格式表示。

表 2-3 显示了 AGC 算法的参数。可以通过对器件寄存器进行写入来控制前两个参数（AGC 目标电平和最大增益）。其他参数驻留在器件的 32 位宽系数存储器（Book 0、Page 5、Page 6 和 Page 7）中。

AGC 目标电平：AGC 目标电平表示 AGC 试图保持输出信号的标称电平。阈值电平是相对于 ADC 输出的满量程 (dBFS) 表示的。表 2-4 列出了 AGC 目标电平配置设置。默认值为 -34dB。设置高目标电平会增加转换后的输出电平。不过，较大的目标电平设置可能会导致输入信号削波，同时信号电平突然增加。因此，需将目标电平设置为具有足够的裕度，以防在出现响亮的声音时出现削波。

最大增益：最大增益表示 AGC 对低于目标电平的信号应用的增益上限。表 2-5 列出了最大增益配置设置。默认值是 24dB。能够以 3dB 阶跃在 3dB 至 42dB 的范围内对其进行编程。

噪声阈值：AGC 用来区分噪声和微弱信号的阈值电平。低于该阈值的信号被归类为噪声，AGC 不会对其进行放大。可以通过写入 AGC_NOISE 系数来设置噪声阈值。方程式 5 显示了 AGC_NOISE 参数的计算方式。

方程式 5.

其中

• NT 是以 dB 为单位的噪声阈值

默认值 (0xFFFFA600) 对应于 -90dB。表 2-6 显示了控制 AGC_NOISE 参数的寄存器。

释放时间常数：当输入信号降至低于目标电平时 AGC 电路通过增大 PGA 增益进行响应的速度。释放时间常数由两个系数控制：AGC_REL_ALPHA 和 AGC_REL_BETA。方程式 6 和方程式 7 显示了如何根据以下时间常数计算 AGC_REL_ALPHA 和 AGC_REL_BETA 参数：

方程式 6.

方程式 7.

其中

• RT 是以秒为单位的释放时间常数

表 2-7 显示了控制 AGC_REL_ALPHA 和 AGC_REL_BETA 参数的寄存器。这些参数以二进制补码表示形式写入。AGC_REL_ALPHA 和 AGC_REL_BETA 的默认值对应的时间常数为 20 毫秒。

起音时间常数：当输入信号升至高于目标电平时 AGC 电路通过减小 PGA 增益进行响应的速度。方程式 8 和 方程式 9 显示了起音时间常数参数 AGC_ATT_ALPHA 和 AGC_ATT_BETA 的计算方式。

方程式 8.

方程式 9.

其中

• AT 是以秒为单位的起音时间常数

AGC_ATT_ALPHA 和 AGC_ATT_BETA 参数均以宽度为 32 位的二进制补码形式表示，由表 2-8 中显示的寄存器控制。AGC_ATT_ALPHA 和 AGC_ATT_BETA 的默认值对应的时间常数为 0.1 毫秒。

释放迟滞：超过目标电平的信号电平降低量，迫使 AGC 增加增益并开始释放。释放迟滞以 dB 为单位。方程式 10 显示了 AGC_REL_HYST 参数的计算方式。

方程式 10.

其中

• RH (>= 0) 是以 dB 为单位的释放迟滞

AGC_REL_HYST 的默认值为 0x00000300，对应的迟滞为 3dB 。表 2-9 列出了对应于 AGC_REL_HYST 的寄存器。

起音迟滞：超过目标电平的信号电平增加量，迫使 AGC 降低增益并开始起音。起音迟滞以 dB 为单位。方程式 11 显示了 AGC_ATT_HYST 参数的计算方式。

方程式 11.

其中

• AH (>= 0) 是以 dB 为单位的起音迟滞

起音迟滞的默认值为 1dB。表 2-10 显示了控制 AGC_ATT_HYST 参数的寄存器。

噪声迟滞：(AGC_NOISE_HYST)：在噪声阈值附近的信号电平变化量，迫使 AGC 在噪声和信号之间做出决定。上升信号必须升至高于噪声迟滞电平才能被放大到目标电平。下降信号必须降至低于噪声迟滞电平才能被视为噪声。噪声迟滞以 dB 为单位。方程式 12 显示了 AGC_NOISE_HYST 参数的计算方式。

方程式 12.

其中

• NH (>= 0) 是以 dB 为单位的噪声迟滞

AGC_NOISE_HYST 的默认值为 0x00000600，对应的迟滞为 6dB。表 2-10 显示了控制 AGC_NOISE_HYST 参数的寄存器。

起音去抖：在 AGC 开始起音和降低 PGA 之前，在释放事件之后上升到目标电平以上的连续输入样本数。方程式 13 显示了 AGC_ATT_CNT 参数的计算方式。

方程式 13.

其中

• AD (>= 0) 以秒为单位

表 2-12 显示了控制 AGC_ATT_CNT 参数的寄存器。

释放去抖：在 AGC 开始释放和增加 PGA 增益之前，在起音事件之后下降到目标电平以下的连续输入样本数。在频率为 48kHz 时释放去抖的默认值为 25 毫秒。方程式 14 显示了 AGC_REL_CNT 参数的计算方式。

方程式 14.

其中

• RD (>= 0) 是以秒为单位的释放去抖

表 2-13 显示了控制 AGC_REL_CNT 参数的寄存器。

噪声去抖：输入降至低于噪声阈值，从而使信号被视为噪声的连续样本数。方程式 15 显示了 AGC_NOISE_CNT 参数的计算方式。

方程式 15.

其中

• ND (>= 0) 是以秒为单位的噪声去抖时间

AGC_NOISE_CNT 的默认值为 0x0004B000，当频率为 48kHz 时对应的去抖时间为 25 毫秒。表 2-14 显示了控制 AGC_NOISE_CNT 参数的寄存器。

下面提供了两个示例，用于说明如何为两个不同的目标应用配置 AGC。示例 1 适用于噪声远低于输入信号的情况。示例 2 适用于噪声明显大于所需信号的情况。

示例 1：当噪声的振幅明显小于信号的振幅时，AGC 可以通过将噪声阈值设置为高于本底噪声但低于可能的最弱信号来轻松区分噪声和信号。当可以进行这种清晰的区分时，可以使用更高的最大增益，因为增加噪声的可能性很小。以下值可用于该应用。

• 目标电平 = -36dB
• 最大增益 = 24dB
• 噪声阈值 = -90dB
• 起音时间 = 0.1ms
• 释放时间 = 20ms
• 起音保持 = 0.0417ms
• 释放保持 = 20ms
• 起音迟滞 = 1dB
• 释放迟滞 = 3dB
• 噪声迟滞 = 4dB

# Key: w 98 XX YY ==> write to I2C address 0x98, to register 0xXX, data 0xYY
#               # ==> comment delimiter
#
# The following list gives an example sequence of items that must be executed in the time
# between powering the device up and reading data from the device. Note that there are 
# other valid sequences depending on which features are used.
#
# See the corresponding EVM user guide for jumper settings and audio connections.
#
# Differential 4-channel : INP1/INM1 - Ch1, INP2/INM2 - Ch2, INP3/INM3 - Ch3 and INP4/INM4 - Ch4
# FSYNC = 48 kHz (Output Data Sample Rate), BCLK = 11.2896 MHz (BCLK/FSYNC = 256)
################################################################
#
#
# Power up IOVDD and AVDD power supplies keeping SHDNZ pin voltage LOW 
# Wait for IOVDD and AVDD power supplies to settle to steady state operating voltage range.
# Release SHDNZ to HIGH.
# Wait for 1ms.
#
w 98 00 00 # Goto Page 0
w 98 02 81 # Wake-up device by I2C write into P0_R2 using internal AREG
w 98 02 81 # Exit Sleep mode
d 10       # Wait for 16 ms
w 98 6C 48 # Enable AGC in DSP_CFG1
w 98 3C 01 # Select AGC on Ch. 1 using CH1_CFG0
w 98 41 01 # Select AGC on Ch. 2 using CH2_CFG0
w 98 74 01 # Select AGC on Ch. 3 using CH3_CFG0
w 98 75 01 # Select AGC on Ch. 4 using CH4_CFG0
w 98 70 E7 # AGC LVL = -36 dB, AGC GAIN = 24 dB
w 98 00 05          # Goto Page 5
w 98 7C 7F B5 16 50 # AGC Release Time Alpha 
w 98 00 05          # Goto Page 6
w 98 08 00 4A E9 B0 # AGC Release Time Beta  
w 98 0C 50 FC 64 5C # AGC Attack Time Alpha 
w 98 10 2F 03 9B A4 # AGC Attack Time Beta 
w 98 18 00 00 02 00 # AGC Attack Debounce 
w 98 1C 00 04 B0 00 # AGC Release Debounce 
w 98 20 FF FF A6 00 # AGC Noise Threshold : -90 dB 
w 98 44 00 04 B0 00 # AGC Noise Debounce 
w 98 3C 00 00 01 00 # AGC Attack Hysteresis 
w 98 34 00 00 03 00 # AGC Release Hysteresis
w 98 54 00 00 04 00 # AGC Noise Hysteresis : 4 dB
w 98 78 7F 7F D2 B4 # AGC HPF B0 
w 98 7C 80 80 2D 4C # AGC HPF B1 
w 98 00 06          # Goto Page 6
w 98 54 7E FF A5 68 # AGC HPF A1 
 
w 98 00 00 # Goto Page 0
w 98 07 30 # TDM Mode with 32 Bits/Channel
w 98 73 f0 # Enable Ch.1 - Ch.4 
w 98 74 f0 # Enable ASI Output channels
w 98 75 e0 # Power up ADC

示例 2：当噪声非常高且不易与微弱信号区分开来时，不建议使用较高的最大增益。必须将噪声阈值设置为更接近预期的本底噪声。以下值可用于该应用。

• 目标电平 = -36dB
• 最大增益 = 18dB
• 噪声阈值 = -84dB
• 起音时间 = 0.1ms
• 释放时间 = 20ms
• 起音保持 = 0.0417ms
• 释放保持 = 20ms
• 起音迟滞 = 1dB
• 释放迟滞 = 3dB
• 噪声迟滞 = 4dB

# Key: w 98 XX YY ==> write to I2C address 0x98, to register 0xXX, data 0xYY
#               # ==> comment delimiter
#
# The following list gives an example sequence of items that must be executed in the time
# between powering the device up and reading data from the device. Note that there are 
# other valid sequences depending on which features are used.
#
# See the corresponding EVM user guide for jumper settings and audio connections.
#
# Differential 4-channel : INP1/INM1 - Ch1, INP2/INM2 - Ch2, INP3/INM3 - Ch3 and INP4/INM4 - Ch4
# FSYNC = 48 kHz (Output Data Sample Rate), BCLK = 11.2896 MHz (BCLK/FSYNC = 256)
################################################################
#
#
# Power up IOVDD and AVDD power supplies keeping SHDNZ pin voltage LOW 
# Wait for IOVDD and AVDD power supplies to settle to steady state operating voltage range.
# Release SHDNZ to HIGH.
# Wait for 1ms.
#
w 98 00 00 # Goto Page 0
w 98 02 81 # Wake-up device by I2C write into P0_R2 using internal AREG
w 98 02 81 # Exit Sleep mode
d 10       # Wait for 16 ms
w 98 6C 48 # Enable AGC in DSP_CFG1
w 98 3C 01 # Select AGC on Ch. 1 using CH1_CFG0
w 98 41 01 # Select AGC on Ch. 2 using CH2_CFG0
w 98 74 01 # Select AGC on Ch. 3 using CH3_CFG0
w 98 75 01 # Select AGC on Ch. 4 using CH4_CFG0
w 98 70 E5 # AGC LVL = -36 dB, AGC GAIN = 18 dB
w 98 00 05          # Goto Page 5
w 98 7C 7F B5 16 50 # AGC Release Time Alpha 
w 98 00 05          # Goto Page 6
w 98 08 00 4A E9 B0 # AGC Release Time Beta  
w 98 0C 50 FC 64 5C # AGC Attack Time Alpha 
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w 98 74 f0 # Enable ASI Output channels
w 98 75 e0 # Power up ADC

• 德州仪器 (TI)，TLV320ADC5140 四通道、768kHz、Burr-Brown 音频 ADC 数据表。
• 德州仪器 (TI)，TLV320ADC3140 四通道、768kHz、Burr-Brown 音频 ADC 数据表。
• 德州仪器 (TI)，PCM5140-Q1 四通道、768kHz、Burr-Brown™ 音频 ADC 数据表。
• 德州仪器 (TI)，PCM3140-Q1 四通道、768kHz、Burr-Brown™ 音频 ADC 数据表。