CN101175101A - 手机麦克风的声音处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

手机麦克风的声音处理方法及装置，主要是将麦克风接收的声音信号转换为模拟语音信号，经模数转换后得到数字语音信号；将得到的数字语音信号按照传输格式进行编码，然后将码元传送到数字基带芯片；数字基带芯片将码元按无线通信协议进行编码、调制，然后发送。本发明先将麦克风语音信号进行数字化，再将数字化的语音信号进行传输，将整个电路进行模块化及屏蔽，可以在手机这个模拟数字信号高度混杂的环境中实现局部模、数分离，减少各种辐射及传导的干扰，以消除手机主板其他信号对语音信号干扰，使通话对方接收到更加纯净的语音信号。

Description

手机麦克风的声音处理方法及装置

技术领域

本发明涉及手机领域，具体地说是指手机麦克风的声音处理方法及装置。

背景技术

目前手机主板上的麦克风声音处理步骤通常是由手机模拟基带芯片输出偏置电压加载到麦克风偏置电路上，产生mic-ip，mic-in两路模拟信号到模拟基带芯片，麦克风及其偏置电路输出的都是模拟信号。由于手机的特殊性，一般麦克风都在安装在手机底部，而手机模拟基带芯片一般都在手机主板的中上部分，所以麦克风电路走线都很长。并且手机是一个高度集成化产品，有很多高频的数字信号会对麦克风电路造成干扰。

如何保证手机麦克风电路不受电源及数字信号的干扰，将干净的语音信号传输到通话对方，是对手机硬件设计者的高度挑战。

发明内容

本发明提供一种手机麦克风的声音处理方法及装置，其主要目的在于克服现有手机由于采用模拟信号将语音信号从手机底部的麦克风偏置电路传送到手机中上部的模拟基带芯片，在传送过程中受高频数字信号干扰而使语音不纯净的缺点。

本发明采用如下技术方案：

手机麦克风的声音处理方法，包括以下步骤：1)将麦克风接收的声音信号转换为模拟语音信号，经模数转换后得到数字语音信号；2)将得到的数字语音信号按照传输格式进行编码，然后将码元传送到数字基带芯片；3)数字基带芯片将码元按无线通信协议进行编码、调制，然后发送。

前述手机麦克风的声音处理方法，将声音信号转换为模拟语音信号的过程包括以下步骤：1)语音信号经过麦克风形成了模拟语音信号，经过一个高输入阻抗的FET完成电路的阻抗匹配及前端放大；2)经过放大后的语音信号经偏置电压电路形成差分输出信号；3)差分信号经过电阻电容滤波电路滤除射频辐射干扰，经过两路隔直电容传出两路交流语音信号。

进一步地，模数转换的具体步骤为：通过差分放大器将两路交流语音信号进行差分放大，然后通过三阶Sigma-Delta模数转换器进行模数转换，再将得到的数字语音信号进行数字滤波及通过可编程放大器进行放大。

更进一步地，数字基带芯片通过串口控制可编程放大器，实时调整通话音量的大小。

前述手机麦克风的声音处理方法，采用Sigma-Delta模数转换器将模拟语音信号转换为数字语音信号。

前述手机麦克风的声音处理方法，所述的传输格式为PCM格式，码元的传送采用串口进行传送。

前述手机麦克风的声音处理方法，所述的无线通信协议为GSM协议或CDMA协议，也可以是其它可能的无线通讯协议。

手机麦克风的声音处理装置，包括语音模拟信号形成电路、模数转换器、编码模块、传输模块及数字基带芯片，语音模拟信号形成电路将麦克风接收的声音信号转换为语音模拟信号，模数转换器将语音模拟信号转换为语音数字信号，编码模块按传输格式将语音数字信号进行编码，传输模块将经过编码的语音数字信号发送给数字基带芯片，数字基带芯片将收到的语音数字信号按无线通信协议进行编码和调制，然后发送。

前述手机麦克风的声音处理装置，其语音模拟信号形成电路包括高输入阻抗的FET、偏置电压电路、电阻电容滤波电路、隔直电容，声音信号经过麦克风形成了语音模拟信号，经过高输入阻抗的FET完成电路的阻抗匹配及前端放大，经过放大后的语音模拟信号经偏置电压电路形成差分输出信号，差分信号经过电阻电容滤波电路滤除射频辐射干扰，最后经过隔直电容形成两路交流的语音模拟信号。

前述手机麦克风的声音处理装置，其模数转换器为三阶Sigma-Delta模数转换器，所述两路交流的语音模拟信号经一差分放大器进行放大后，输入到三阶Sigma-Delta模数转换器的输入端。

前述手机麦克风的声音处理装置，其模数转换器和编码模块之间连接有数字滤波器及可编程放大器，数字基带芯片通过串口控制可编程放大器。

前述手机麦克风的声音处理装置，其语音模拟信号形成电路、模数转换器、编码模块位于一干扰信号屏蔽罩中。

由上述对本发明的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：先将麦克风语音信号进行数字化，再将数字化的语音信号进行传输，将整个电路进行模块化及屏蔽，可以在手机这个模拟数字信号高度混杂的环境中实现局部模、数分离，减少各种辐射及传导的干扰，以消除手机主板其他信号对语音信号干扰，使通话对方接收到更加纯净的语音信号。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图；

图2为本发明硬件连接结构示意图；

图3为本发明语音模拟信号形成电路示意图；

图4为本发明数字化部分的电路框图；

图5为本发明模数转换器的电路示意图；

图6为本发明的工作流程图。

具体实施方式

下面参照图1至图6说明本发明的具体实施方式。

本实施例提供一种用于手机麦克风的声音处理装置，在手机通话时，该装置完成将本机麦克风接收的声音进行处理，以便能够以无线方式发送给通话对方的手机。

参照图1，该装置包括语音模拟信号形成电路2、模数转换器3、数字滤波器及可编程放大器4、编码模块5、传输模块6及数字基带芯片7。语音模拟信号形成电路2将麦克风1接收的声音信号转换为语音模拟信号，模数转换器3将语音模拟信号转换为语音数字信号，数字滤波器及可编程放大器4对语音数字信号进行数字滤波及放大，编码模块5按传输格式将语音数字信号进行编码，传输模块6将经过编码的语音数字信号发送给数字基带芯片7，数字基带芯片7将收到的语音数字信号按无线通信协议进行编码和调制，然后发送给通话对方的手机。并且数字基带芯片7通过串口控制数字滤波器及可编程放大器4。

同时参照图2，语音模拟信号形成电路2、模数转换器3、数字滤波器及可编程放大器4、编码模块5位于一干扰信号屏蔽罩20中，即，将麦克风语音信号在进行数字化前的所有电路都封装在该屏蔽罩20中，它与外部的接口主要就是电源输入端BAT、接地端GND、控制信号端Contral Signal以及与数字基带芯片7的通信接口SCL、SDA。通过将整个电路模块化及屏蔽，以数字信号的形式进行传送，而避免传送模拟信号，可以在手机这个模拟数字信号高度混杂的环境中实现局部模、数分离，减少各种辐射及传导干扰。

参照图3，语音模拟信号形成电路2包括高输入阻抗的FET 21、偏置电压电路22、电阻电容滤波电路231和232、隔直电容241和242，声音信号经过麦克风1形成了语音模拟信号，经过高输入阻抗的FET 21完成电路的阻抗匹配及前端放大，经过放大后的语音模拟信号经偏置电压电路22形成差分输出信号，差分信号经过电阻电容231、232滤波电路滤除射频辐射干扰，最后经过隔直电容241、242形成两路交流的语音模拟信号。

参照图4，模数转换器3为三阶Sigma-Delta模数转换器，前述两路交流的语音模拟信号经一差分放大器31进行放大后，输入到三阶Sigma-Delta模数转换器的输入端。参照图5，模数转换器3采用三阶Sigma-Delta转换器，它是采用超采样的方法将模拟电压转换成数字量的1位转换器，它由差分放大器、积分器、比较器与1位的DAC组成。三阶Sigma-Delta转换器的优点表现在低成本与高分辨率，适合用于现在的低电压半导体工业的生产。输入信号减去来自1位DAC的信号将结果作为积分器的输入，当系统得到稳定工作状态时，积分器的输出信号是全部误差电压之和，同时积分器可以看作是低通滤波器，对噪声有-6dB的抑制能力。积分器的输出用1位ADC来转换，而后比较器将输出数字1和0的位流。DAC将比较级的输出转换为数字波形，回馈给差分放大器。

参照图5，本实施方式采用三阶Sigma-Delta模数转换器3，采样数率为1MHz/2MHz。模数转换器3的输出到后续的数字滤波器及可编程放大器4，数字滤波器进行数据抽取，为8kHz/16kHz，同时通过带通滤波滤除音频外噪声。数字基带芯片7可以通过串口(SPI，I2C，UART或者别的串行接口)控制可编程放大器实时调整通话音量的大小，整个数字增益的范围为-12dB to+12dB，增益调整以1dB为单位增加或者减少。经过模数转换器3量化及数字滤波后，由编码模块5按照PCM格式编码，然后由串口通信传输模块6将PCM码元传递到数字基带芯片7，再按照GSM协议编码、调制，最后发射到对方手机。无线通讯协议也可以是CDMA协议，也可以是其它可能的无线通讯协议。

参照图6，为该装置对声音信号的处理工作流程。通常情况下，处于待机状态(步骤S1)，在待机的过程中判断是否有来电(步骤S2)，若无来电则继续待机。若有来电，数字基带芯片7输出控制信号，控制电路接通(步骤S3)。声音经语音模拟信号形成电路2形成语音模拟信号(步骤S4)，然后经滤波、模数转换成数字语音信号(步骤S5)。数字语音信号经数字滤波及数字抽取后(步骤S6)，判断音量是否足够大(步骤S7)，如果音量不够大，则数字基带芯片7通过串口控制可编程放大器4调节音量(步骤S8)，然后进行PCM编码(步骤S9)。如果音量足够大，则直接进行PCM编码(步骤S9)。然后将编码后的数据通过串口传输给数字基带芯片7(步骤S10)。当通话结束时(步骤S11)，数字基带芯片7通过串口发送控制信号，使电路断开(步骤S12)。

在混和信号电路板中，如果没有精心设计的话，信号间的干扰通常达到50mV。因此，假设传统设计的模拟输入麦克风在进入模拟基带之前被叠加了50mV的峰峰值噪声电压，而麦克风输入的峰峰值电压为100mV。因此，对模拟信号来讲，信噪比降低为：SNR＝20lg(S/N)＝20lg(100/50)＝6dB，此信噪比已经非常差了。而在本实施方式中，输出与数字基带这部分电路叠加了50mV的噪声电压根本不会对语音信号形成影响。因为数字电路的噪声容限一般都大于其工作电平的20％。也就是说，就算我们工作电平采用目前比较低的1.8V电平，低于1.8×0.2＝0.36V的噪声都不对信号造成影响。由此可见本设计方案的优越性了。

上述仅为本发明的一个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (12)

1.手机麦克风的声音处理方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将麦克风接收的声音信号转换为模拟语音信号，经模数转换后得到数字语音信号；

2)将得到的数字语音信号按照传输格式进行编码，然后将码元传送到数字基带芯片；

3)数字基带芯片将码元按无线通信协议进行编码、调制，然后发送。

2.如权利要求1所述的手机麦克风的声音处理方法，其特征在于将声音信号转换为模拟语音信号的过程包括以下步骤：

1)语音信号经过麦克风形成了模拟语音信号，经过一个高输入阻抗的FET完成电路的阻抗匹配及前端放大；

2)经过放大后的语音信号经偏置电压电路形成差分输出信号；

3)差分信号经过电阻电容滤波电路滤除射频辐射干扰，经过两路隔直电容传出两路交流语音信号。

3.如权利要求2所述的手机麦克风的声音处理方法，其特征在于模数转换的具体步骤为：通过差分放大器将两路交流语音信号进行差分放大，然后通过三阶Sigma-Delta模数转换器进行模数转换，再将得到的数字语音信号进行数字滤波及通过可编程放大器进行放大。

4.如权利要求3所述的手机麦克风的声音处理方法，其特征在于：数字基带芯片通过串口控制可编程放大器，实时调整通话音量的大小。

5.如权利要求1所述的手机麦克风的声音处理方法，其特征在于采用Sigma-Delta模数噶转换器将模拟语音信号转换为数字语音信号。

6.如权利要求1所述的手机麦克风的声音处理方法，其特征在于：所述的传输格式为PCM格式，码元的传送采用串口进行传送。

7.如权利要求1所述的手机麦克风的声音处理方法，其特征在于：所述的无线通信协议为GSM协议或CDMA协议。

8.手机麦克风的声音处理装置，其特征在于：包括语音模拟信号形成电路、模数转换器、编码模块、传输模块及数字基带芯片，语音模拟信号形成电路将麦克风接收的声音信号转换为语音模拟信号，模数转换器将语音模拟信号转换为语音数字信号，编码模块按传输格式将语音数字信号进行编码，传输模块将经过编码的语音数字信号发送给数字基带芯片，数字基带芯片将收到的语音数字信号按无线通信协议进行编码和调制，然后发送。

9.如权利要求8所述的手机麦克风的声音处理装置，其特征在于：所述语音模拟信号形成电路包括高输入阻抗的FET、偏置电压电路、电阻电容滤波电路、隔直电容，声音信号经过麦克风形成了语音模拟信号，经过高输入阻抗的FET完成电路的阻抗匹配及前端放大，经过放大后的语音模拟信号经偏置电压电路形成差分输出信号，差分信号经过电阻电容滤波电路滤除射频辐射干扰，最后经过隔直电容形成两路交流的语音模拟信号。

10.如权利要求9所述的手机麦克风的声音处理装置，其特征在于：所述的模数转换器为三阶Sigma-Delta模数转换器，所述两路交流的语音模拟信号经一差分放大器进行放大后，输入到三阶Sigma-Delta模数转换器的输入端。

11.如权利要求8所述的手机麦克风的声音处理装置，其特征在于：所述模数转换器和编码模块之间连接有数字滤波器及可编程放大器，数字基带芯片通过串口控制可编程放大器。

12.如权利要求8所述的手机麦克风的声音处理装置，其特征在于：所述语音模拟信号形成电路、模数转换器、编码模块位于一干扰信号屏蔽罩中。

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