CN100571295C - 一种可降低麦克风噪声的移动装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可降低麦克风噪声的移动装置，其包含有：一麦克风，用以接收一语音信号；一前置放大器，电连接到该麦克风，具有一第一增益，用以放大该语音信号；一高频电路；以及一语音信号处理模块，电连接到该前置放大器以及该高频电路，用以接收放大后的该语音信号并将其处理后，经由该高频电路转为一高频信号；其中，该前置放大器与该高频电路的距离大于该语音信号处理模块与高频电路的距离。

Description

一种可降低麦克风噪声的移动装置和方法

技术领域

本发明指一种移动装置，尤其指一种利用一前置放大器及一麦克风的组合以降低时分多工噪声的移动装置。

背景技术

随着无线通信技术快速且高度的发展，轻巧便利的移动电话已大大的改变了人与人的沟通方式。借着移动电话，人们可随时随地进行信息交换。合理的通话费率，甚至改变了人们使用移动电话的习惯。以往昂贵的移动电话通话费率，使得大多数的使用者仅于紧急时使用移动电话。随着移动电话通话费率的下降，移动电话甚至取代了一般固网通信成为方便、轻巧、个人化的沟通媒介，而不断推陈出新的移动电话更让大多数使用者习惯使用移动电话作长时间通话。因此，如何提高通话质量也就成为现今信息厂商研发重点之一。

请参考图1，图1为公知全球移动通信系统(Global System for MobileCommunication)中移动电话10的功能方块示意图。移动电话10包含有一天线12、一信号处理电路14、一麦克风16及一喇叭18。麦克风16用以接收声音，并将声音转换为电子信号以输入至信号处理电路14。一般而言，信号处理电路14内设有一麦克风放大器15，用以将麦克风16输出的信号放大并通过信号转换、编码等处理，以为无线电方式由天线12传送至公众网络；信号处理电路14并可通过天线12接收无线电信号，以将无线电信号解码、转换后传送至喇叭18中。喇叭18可将信号处理电路14传来的电子信号转换为声波以播放至空气中。

请参考图2，图2为公知全球移动通信系统中数据传输的示意图。图2的纵轴为频率，横轴为时间。如本领域技术人员所知，公知全球移动通信系统中，具有125个以频分多址(Frequency Division Multiple Access，简称FDMA)方式调制的频带，而每一频带以时分多址(Time Division MultipleAccess，简称TDMA)方式提供8个独立的通话时段(如图2所示A～H)。每一通话时段皆为577μs(百万分之一秒)，所以每4.616ms(千分的一秒)即重复同一通话时段。也就是说，公知移动电话10会以约216.6Hz(1/4.616ms)的频率输出无线电信号。此无线电信号传输频率216.6Hz及其谐波频率有可能耦合至音频频带而使喇叭发出唧唧响的杂音(人耳可听到的频率范围：20～200000Hz)，此即所谓的时分多工噪声。

时分多工噪声于移动电话加大功率发射信号时特别明显，举例来说，当电话刚接通时，或移动电话距基地台较远时，以及当移动电话由一基地台转换至另一基地台时，移动电话必须以较大的功率维持通话，或寻找基地台，但较大的通话功率往往伴随着较明显的时分多工噪声。因此，公知移动电话10需耗费资源外加大面积的电容、电感并提高制作时的合格率以过滤时分多工噪声，或者加大输出信号的功率。然而，即使如此仍无法有效抑制时分多工噪声。

关于时分多工噪声，可以由噪声系数的观点分析其成因。请参考图3，图3为一公知双端口通信系统20的示意图。G表示双端口通信系统20的增益；Ni为双端口通信系统20的内部元件的噪声，用以表示双端口通信系统20中，由于信号耦合、电路缺点...等原因引起的噪声；Ns为双端口通信系统20输入端的信号源噪声(例如：无可避免的杂音)；No为双端口通信系统20输出端的噪声(即表现出来的噪声)。对于双端口通信系统20，可以下列噪声系数NF(Noise Figure)式来表示整体噪声的效果：

$\mathrm{NF}=\frac{\mathrm{No}}{G\×\mathrm{Ns}}=\frac{G\×\mathrm{Ns}+\mathrm{Ni}}{G\×\mathrm{Ns}}=1+\frac{\mathrm{Ni}}{G\×\mathrm{Ns}},$

由上式可得，噪声系数NF的理想值为1，表示双端口通信系统20仅受到信号源噪声的影响。同理，对于一串接双端口通信系统而言，其噪声系数NFt计算方式亦相同。请继续参考图4，图4为一公知串接双端口通信系统22的示意图。串接双端口通信系统22包含有一第一子系统24及一第二子系统26，其中，噪声Ns表示信号源噪声；增益G1、G2分别表示第一子系统24及第二子系统26的增益；噪声系数NF1、NF2分别表示第一子系统24及第二子系统26的噪声系数。因此，串接双端口通信系统22的噪声系数NFt可表示为如下：

$\mathrm{NFt}=\frac{\mathrm{NF}1\×G1\×\mathrm{Ns}\×G2+(\mathrm{NF}2-1)\×\mathrm{Ns}\×G2}{\mathrm{Ns}\×G1\×G2}=\mathrm{NF}1+\frac{\mathrm{NF}2-1}{G2},$

根据上式，对于图1中移动电话10，亦可以噪声系数表示发射信号时噪声的效应：

$\mathrm{NFm}=\mathrm{NFmic}+\frac{\mathrm{NFp}-1}{\mathrm{Gmic}}$ (式1)，其中

NFm表示移动电话10的噪声系数，

NFmic表示麦克风放大器15的噪声系数，

NFp表示信号处理电路14及天线12的噪声系数，

Gmic表示麦克风放大器15的增益。

如具有通常技术者所公知，要减少移动电话10中时分多工噪声，等效上就是要降低移动电话10的噪声系数NFm。由(式1)可知，提高麦克风放大器15的增益Gmic或降低信号处理电路14及天线12的噪声系数NFp可降低噪声系数NFm。然而，公知移动装置中的麦克风放大器15通常与天线的电路以及信号处理电路设置在一起，麦克风常会受到上述时分多工噪声的干扰，通过麦克风放大器的增益，噪声又会被放大，所以，提高增益Gmic，也将噪声更加放大，如此麦克风放大器的噪声系数NFmic会变大，使得移动电话噪声系数NFm实际上并无法被有效的降低。

发明内容

因此，本发明的主要目的即在于提供一种可降低麦克风噪声的移动装置，以解决公知技术的问题。

本发明公开一种可降低麦克风噪声的移动装置，其包含有：一麦克风，用以接收一语音信号；一前置放大器，电连接到该麦克风，具有一第一增益，用以放大该语音信号；一高频电路；以及一语音信号处理模块，电连接到该前置放大器以及该高频电路，用以接收放大后的该语音信号并将其处理后，经由该高频电路转为一高频信号；其中，该前置放大器与该高频电路的距离大于该语音信号处理模块与高频电路的距离。

本发明另公开一种降低麦克风噪声的方法，适用于一移动装置，该移动装置包含一麦克风，用以接收一语音信号，一高频电路，用以将该语音信号调制至一高频信号，以及一语音信号处理模块，电连接到该高频电路，其方法包含有：设置一前置放大器，具有一第一增益，用以放大该语音信号，其设置使该前置放大器与该高频电路的距离大于该语音信号处理模块与该高频电路的距离。

附图说明

图1为公知全球移动通信系统移动电话的功能方块图。

图2为公知全球移动通信系统的数据传输示意图。

图3为公知双端口通信系统的示意图。

图4为公知串接双端口通信系统的示意图。

图5为本发明第一实施例的移动装置的功能方块示意图。

图6为图5的移动装置传输信号时影响噪声表现的相关功能方块的示意图。

图7为本发明第二实施例具一免持听筒的移动装置的示意图。

图8为本发明第三实施例移动装置80的示意图。

主要元件符号说明

10、30、50、80移动装置    12、32天线

14、81信号处理电路        16、41、58、82、88麦克风

18、42喇叭                22双端口通信系统

22、24子系统              34高频电路

36解调电路                38语音信号处理模块

44、56、84、90前置放大器  46处理电路

A～H通话时段              G、G1、G2、Gpre、Gmf增益

Ns、Ni、No、Nipre、Nimf噪声

NF1、NF2、NFpre、NFmf、NFo  噪声系数

52、86免持听筒            54耳机

60、92接口电路

IS1、IS2、AS、ES1、ES2、DS1、DS2、RF1、RF2    信号

15、40麦克风放大器

具体实施方式

请参考图5，图5为本发明第一实施例的移动装置30的功能方块示意图。移动装置30可以是移动电话、个人数字助理、可携式电脑等具无线通信功能的电子装置。此实施例中，以移动电话为例，移动装置30包含有一天线32、一高频电路34、一解调电路36、一语音信号处理模块38、一麦克风放大器40、一麦克风41、一喇叭42及一前置放大器44。当本发明移动装置30通过公众网络对另一移动装置发出信号时，麦克风41会接收使用者的原始语音IS1并传送至前置放大器44，前置放大器44可将原始语音IS1放大为语音信号AS并传至麦克风放大器40。一般而言，为减少使用面积，麦克风放大器40设于语音信号处理模块38内，其可将前置放大器44传来的语音信号AS放大为语音信号ES1并传输至语音信号处理模块38。语音信号处理模块38可将麦克风放大器40输出的语音信号ES1转换为数字语音信号DS1并输入至高频电路34。高频电路34可将语音信号处理模块38输出的数字语音信号DS1编码为无线电信号RF1由天线32传输至公众网络。另一方面，当本发明移动装置30通过公众网络接收另一移动装置发出的信号时，解调电路36会通过天线32接收无线电信号RF2并转换为数字语音信号DS2以传输至语音信号处理模块38。然后，语音信号处理模块38会将数字语音信号DS2转换为电子语音信号ES2并传输至喇叭42。喇叭42可将电子语音信号ES2转换为模拟声波IS2并播放至空气中。

因此，根据上述过程，使用者可通过移动装置30与另一使用者的移动装置沟通。关于传输无线电信号时，噪声的表现，请继续参考图6。图6为图5的移动装置30传输信号时影响噪声表现的相关功能方块示意图。图6中省略了接收信号的相关电路；同时，为求简洁，将天线32、高频电路34及语音信号处理模块38合并标示为一处理电路46。图6中，前置放大器44具有第一增益Gpre、第一噪声系数NFpre、第一内部噪声系数Nipre；麦克风放大器40具有第二增益Gmf、第二噪声系数NFmf、第二内部噪声Nimf；处理电路46具有第三噪声系数NFo。综合以上各参数，可计算出本发明移动装置30的第四噪声参数NFe为：

$\mathrm{NFe}=\mathrm{NFpre}+\frac{\mathrm{NFmf}-1}{\mathrm{Gpre}}+\frac{\mathrm{NFo}-1}{\mathrm{Gpre}\×\mathrm{Gmf}}$ (式2)，

将(式2)减(式1)以比较两者大小：

$\mathrm{NFe}-\mathrm{NFm}=\mathrm{NFpre}+\frac{\mathrm{NFmf}-1}{\mathrm{Gpre}}+\frac{\mathrm{NFo}-1}{\mathrm{Gpre}\×\mathrm{Gmf}}-\mathrm{NFmic}-\frac{\mathrm{NFp}-1}{\mathrm{Gmic}}$ (式3)，

若信号处理电路14及天线12的噪声系数NFp等于处理电路46的第三噪声系数NFo，且本发明中的前置放大器44与麦克风放大器40的第一及第二增益乘积Gpre×Gmf与公知移动电话的麦克风放大器15的增益Gmic相等，假设移动电话10及本发明移动装置30的信号源噪声皆为Ns，而图1的麦克风放大器15的内部噪声为Nimic。

此外，由于

很小(小于1)，且NFpre＜＜NFmic，因此(式3)成为：

$\mathrm{NFe}-\mathrm{NFm}=\mathrm{NFpre}+\frac{\mathrm{NFmf}-1}{\mathrm{Gpre}}-\mathrm{NFmic}$

$=1+\frac{\mathrm{Nipre}}{\mathrm{Gpre}\×\mathrm{Ns}}+\frac{\mathrm{Nimf}}{\mathrm{Gmic}\×(\mathrm{Gpre}\×\mathrm{Ns}+\mathrm{Nipre})}-1-\frac{\mathrm{Nimic}}{\mathrm{Gmic}\×\mathrm{Ns}}$

$=\frac{\mathrm{Nipre}}{\mathrm{Gpre}\&times;\mathrm{Ns}}+\frac{\mathrm{Nimf}}{\mathrm{Gmic}\&times;(\mathrm{Gpre}\&times;\mathrm{Ns}+\mathrm{Nipre})}-\frac{\mathrm{Nimic}}{\mathrm{Gmic}\&times;\mathrm{Ns}}<0$ (式4)

由于本发明移动装置30中前置放大器44及麦克风放大器40取代了公知移动电话10中的麦克风放大器15，且前置放大器44及麦克风放大器40的增益乘积等于麦克风放大器15的增益，因此相同的语音信号通过前置放大器44以及麦克风放大器40所获得的增益，与通过麦克风放大器15所获得的增益相比较，是相同的。也就是说，本发明移动装置30，利用前置放大器44分担了公知移动电话10中麦克风放大器15的部分增益。由于公知移动电话10的麦克风放大器15通常与天线的电路以及信号处理电路设置在一起，麦克风常会受到上述时分多工噪声的干扰，噪声通过麦克风放大器的增益，又会被放大；有鉴于此，本发明中的前置放大器44分担公知移动电话10的麦克风放大器15的增益的目的，是使得通过麦克风放大器15的噪声的放大倍数降低，且同时维持语音信号所获得的增益。

如前所述，要减少移动装置的时分多工噪声，等效上就是要降低移动装置的噪声系数；其次，时分多工噪声的成因往往是无线电信号传输频率216.6Hz及其谐波频率耦合至音频频带。在本发明中，由于前置放大器44设于远离时分多工噪声的产生的处，降低了无线电信号耦合至音频频带的机率(因为距离天线32较远)，再次减低了时分多工噪声发生的机率及强度。

请参考图7，图7为本发明第二实施例，具一免持听筒52的移动装置50的示意图。移动装置50可以是移动电话、个人数字助理、可携式电脑等具无线通信功能的电子装置。以移动电话为例，免持听筒52包含有一耳机54、一前置放大器56、一麦克风58及一接口电路60(接口)。当使用者决定使用免持听通模式，免持听筒52可由麦克风58接收语音并通过前置放大器56适度放大讯后，通过接口电路60以有线或无线方式传送至移动装置50中以将语音信号调制、编码为无线电信号以传输至公众网络中；相反，耳机54可将移动装置50通过接口电路60传来的电子信号播放至空气中。如前所述，前置放大器56可分担移动电话50的麦克风放大器的增益，从而有效降低噪声系数，进而降低时分多工噪声；同时，由于前置放大器56与移动装置50的天线间的距离较图5中前置放大器44与天线32间的距离更远，更可减小无线电信号耦合至音频频道的机率及强度，而再次降低时分多工噪声发生的机率及强度。

请参考图8，图8为本发明第三实施例移动装置80的示意图。在本发明的第三实施例中，移动装置80结合上述两实施例的特色，使用模式可分为普通模式以及免持听筒模式。移动装置80上设有一麦克风82与一前置放大器84，前置放大器84设置于远离天线以及一信号处理电路81的位置，其作用如第一实施例所述，语音信号通过麦克风82以及前置放大器84的处理，可获得与公知技术相同的增益并同时减少时分多工噪声。移动装置80还包含另一免持听筒86，具有另一麦克风88、另一前置放大器90及一接口电路92(接口)，其作用与第二实施例中的免持听筒相同。当移动装置80使用普通模式通话时，语音信号通过麦克风82与前置放大器84处理，当移动装置80使用免持听筒模式通话时，语音信号通过免持听筒86的麦克风88以及前置放大器90处理。当然，前置放大器的设置不限于此，在其他实施例中，普通模式的麦克风与免持听筒的麦克风甚至可共用同一前置放大器，值得注意的是，前置放大器的设置以远离天线以及信号处理电路的位置为要。

总而言之，由于时分多工噪声随着通话功率增大而愈明显，尤其是当电话刚接通时，或移动装置距基地台较远时，以及当移动装置由一基地台转换至另一基地台时，移动装置必须以较大的功率维持通话，此增加的功率伴随着唧唧响恼人的杂音，严重地影响了通话质量。为了解决该缺点，公知移动装置于制作时需外加大面积的电容、电感并提高制作时的合格率以过滤时分多工噪声，抑或于发射无线电信号时加大功率。然而，外加电容、电感并提高制程良率势必会耗费更多资源，并增加生产成本，况且在现今强调轻、薄、短、小的移动装置中，节省体积的设计已是基本要求；而加大发射功率，不仅会造成快速耗电造成使用者不便，也有可能伤害使用者的生理机能；再者，即使公知移动装置外加电容、电感并于发射无线电信号时加大功率，公知移动装置仍无法有效抑制时分多工噪声的发生。相较之下，本发明移动装置在不更改公知移动装置的信号处理电路的设计之下，利用前置放大器及麦克风的组合降低了噪声系数，且将前置放大器设于移动装置中距天线较远处，更可减少无线电频率耦合至音频频带的机率及强度，从而减少时分多工噪声发生的机率及强度；此外，本发明另可衍生出免持听筒。免持听筒可以增加使用移动装置时的便利性，使用者无需一直用手拿着移动装置而造成使用者手及耳朵的不适，因此大多数的移动装置都有免持听筒的配件，而使用者也习惯于长时间通话时的采用免持听筒以避免通话时的不适。因此，本发明中前置放大器及麦克风的组合，不仅不会改变输入至信号处理电路的信号强度，也无须增加发射无线电信号时的功率，却有效改善公知移动装置中时分多工噪声的问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所进行的等效变化与修改，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (15)

1.一种可降低麦克风噪声的移动装置，其包含有：

一麦克风，用以接收一语音信号；

一前置放大器，电连接到该麦克风，具有一第一增益，用以放大该语音信号；

一高频电路；以及

一语音信号处理模块，电连接到该前置放大器以及该高频电路，用以接收放大后的该语音信号并将其处理后，经由该高频电路转为一高频信号；

其中，该前置放大器与该高频电路的距离大于该语音信号处理模块与高频电路的距离。

2.如权利要求1所述的移动装置，该语音信号处理模块还包含一第一内部放大电路，具有一第二增益，用以放大该前置放大器送来的信号。

3.如权利要求2所述的移动装置，该移动装置还包括：

一内部麦克风，置于该移动装置内，用以接收该语音信号。

4.如权利要求3所述的移动装置，其中该语音信号处理模块将该第一内部放大电路送来的信号经由该高频电路转为该高频信号。

5.如权利要求3所述的移动装置，该移动装置还包括：

一接口，电连接该语音信号处理模块；

一免持听筒模块，包含该麦克风、该前置放大器以及一插头；

其中，当该插头插入该接口时，该麦克风接收该语音信号，当该插头与该接口分离时，该内部麦克风接收该语音信号。

6.如权利要求1所述的移动装置，该高频电路还包含一天线，其位于该移动装置的一端，该前置放大器设置于该移动装置的另一端。

7.如权利要求1所述的移动装置，该移动装置可选择性地切换一普通模式与一免持听筒模式，该语音信号处理模块还包含：

一第一内部放大电路，电连接到该前置放大器，当该移动装置在该免持听筒模式时，该语音信号经由该第一内部放大电路与该前置放大器送至该高频电路。

8.如权利要求7所述的移动装置，该前置放大器具有一第一增益，该第一内部放大电路具有一第二增益。9.一种降低麦克风噪声的方法，适用于一移动装置，该移动装置包含一麦克风，用以接收一语音信号，一高频电路，用以将该语音信号调制至一高频信号，以及一语音信号处理模块，电连接到该高频电路，其方法包含有：

设置一前置放大器，具有一第一增益，用以放大该语音信号，其设置使该前置放大器与该高频电路的距离大于该语音信号处理模块与该高频电路的距离。

10.如权利要求9所述的方法，其中该移动装置的该语音信号处理模块还包括一第一内部放大电路，具有一第二增益，其方法还包含有：

传送该前置放大器放大的该语音信号至该第一内部放大电路；以及

由该第一内部放大电路放大该前置放大器所传送来的信号。

11.如权利要求10所述的方法，该方法还包含：

于该移动装置内，设置一内部麦克风，用以接收该语音信号。

12.如权利要求10所述的方法，还包含以该语音信号处理模块将该第一内部放大电路送来的信号经由该高频电路转为该高频信号。

13.如权利要求11所述的方法，其中该移动装置还包括一接口，电连接该语音信号处理模块，一免持听筒模块，包含该麦克风、该前置放大器以及一插头，其方法还包含有：

于该插头插入该接口时，以该麦克风接收该语音信号，并于该插头与该接口分离时，以该内部麦克风接收该语音信号。

14.如权利要求9所述的方法，其中该高频电路还包含一天线位于该移动装置的一端，该方法还包含：

将该前置放大器设置于该移动装置的另一端。

15.如权利要求9所述的方法，该移动装置可选择性的切换一普通模式与一免持听筒模式，该语音信号处理模块还包含一第一内部放大电路，电连接到该前置放大器，于该移动装置在该免持听筒模式时，将该语音信号经由该第一内部放大电路与该前置放大器送至该高频电路。

16.如权利要求15所述的方法，其中该前置放大器具有一第一增益，该第一内部放大电路具有一第二增益。

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