CN101232744A - 多音源共用音频功放的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在同一终端设备上，多个音源共用一个音频功放的装置及方法，解决多个音源共用一个音频功放方案中软件复杂度大，硬件成本及功耗高的技术问题。本发明的核心思想是：音频功放的反馈电路采用可调的数字电位器，基带处理器根据不同音源特征调整数字电位器，以达到调整音频功放增益值的目的。本发明彻底解决了不同音源由于硬件和信号特性造成的外放音量差异问题，提高了感受。
Description
技术领域
本发明涉及多音源音频信号切换技术及其增益控制方法，尤其涉及一种在同一终端设备上，多个音源共用一个音频功放的装置及方法。
背景技术
目前业界在终端设备上实现多音源外放的需求随处可见，例如在音乐手机上，通常要求实现mp3音乐、FM立体声广播的外放，同时还要支持实现通话免提的功能。这些来自不同音源的音频信号，需要使用由模拟开关控制的音频通道进行切换，使不同场景下，相应的音频信号输入后级音频功放(Audio PowerAmplifier，以下简称音频PA)，以共用同一个音频PA和同一个扬声器实现外放。
一般来说音频PA会提供一个低阻抗的输出，因此共用一个扬声器是比较容易做到的。由于多音源直接从基带解码/解调芯片输出，其强度比较小，对这些信号通过模拟开关切换，比较容易实现。然而，不同的音源要共用同一音频PA，会存在一些问题，这些问题包括：
1、不同的音源，其前级电路的输出阻抗是不同的；
2、不同的音源，其信号强度是不同的，有时差异很大。例如mp3解码器的输出与FM芯片的解调输出，信号可能相差很大；
3、不同的音源，其输出信号方式有所不同。例如当mp3解码芯片输出音频信号是差分信号，而FM解调芯片输出的音频信号却是单端信号时。
由这些问题引起多音源共用音频PA外放时，导致不同音源外放音量差异较大，直接影响用户感受。目前克服此问题主要有两种方法，一种是采用软件方法，一种采用硬件方法。
软件方法是在切换不同的音源作为音频PA输入时，结合不同音源的输出阻抗特性，通过软件控制其音频输出信号的强度，以此折衷各音源由于输出阻抗、信号强度、信号输出方式不同而造成的外放音量差异。但该方法存在以下缺点：首先，各音源最大外放音量、音量调整粒度、可调范围很难兼顾。例如软件可以对较弱的FM信号输出强度进行100级调整，却只能对较强的mp3信号输出强度进行50级调整，那么就会出现mp3最小音量调到最小时也具有很大的音量，并且各音量级之间差异太大(粒度过粗)，同时FM外放却对音量调整不够高效的情况(粒度过细)；其次，需要针对不同音源的特性进行适配，算法复杂，有时由于各音源输出阻抗、信号强度的可调整范围、调整粒度的极大差异，使得软件方法完全不可用。
硬件方法为每个音源配置一个音频PA，各音频PA调整在各自适合的增益值上，切换不同的音源到不同的音频PA输入，不同音频PA输出的信号共用扬声器外放。硬件方法的缺点是严重增加了终端设备的硬件成本、体积和功耗。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种在终端设备上多音源共用同一音频PA的电路装置，以解决现有软硬件解决方法中软件复杂度大和硬件成本及功耗高的技术问题。为实现上述目的，本发明技术方案是这样实现的：
一种多音源共用音频功放的装置，包括：
多音源输出电路，用于多音源输出音频信号；
模拟开关，用于切换多音源音频信号到音频功放输入电路；
音频功放输入电路，用于多音源输出电路与音频功放的耦合；
音频功放反馈电路，用于为音频功放提供反馈；
音频功放，用于对音频信号进行功率放大；
基带处理器，用于控制模拟开关进行多音源音频切换，完成基带信号调制解调；
所述多音源输出电路通过所述模拟开关将音频信号输入到所述音频功放输入电路，所述音频功放输入电路的输出信号与所述音频功放反馈电路反馈叠加后输入到所述音频功放的输入端，所述基带处理器分别与模拟开关及音频功放反馈电路相连接；所述音频功放反馈电路由可调数字电位器构成，由所述基带处理器为不同音源设定所述数字电位器的反馈值。
进一步地，所述音频功放为差分音频功放，其对应的输入和输出端分别接有音频功放反馈电路，所述音频功放反馈电路由数字电位器并联电容构成，数字电位器的控制端接所述基带处理器。
进一步地，所述音频功放输入电路由电容和电阻的串联电路构成，电容的另一端接所述模拟开关，电阻的另一端输入到音频功放的输入端。
本发明的另一目的是提供一种在终端设备上多音源共用同一音频PA的方法，为实现上述目的，本发明技术方案是这样实现的：
一种多音源共用音频功放的方法，包括如下步骤：
A、通过通用输入输出端口控制模拟开关主刀的掷向，选择多音源的某一路输入到音频功放的输入回路上；
B、根据多音源查找表计算音频功放的增益预置值，根据此值配置音频功放反馈电路；
C、设置音频功放的增益并打开音频功放。
进一步地，所述多音源查找表记录了各音源的输出阻抗、信号强度特征。
进一步地，所述音频功放反馈电路由数字电位器并联高频抑制电容构成，基带处理器能够根据音源特征动态设定数字电位器的阻值。
本发明彻底解决了不同音源由于硬件和信号特性造成的外放音量差异问题，用户感受好；本发明在软件方面的工量小，只需要在不同场景下切换不同音源，音量控制的粒度可以做到比较细；由于共用音频PA和扬声器，硬件成本低廉，体积功耗小，可靠性高。
附图说明
图1示出本发明的电路方框图；
图2示出本发明一具体实施例的电路图；
图3示出发明所用的多音源音频通道控制方法和过程。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实现原理及具体实施例进行详细说明。
本发明在电路上分为七部分：(1)多音源输出电路，用于多音源输出音频信号。(2)模拟开关，用于切换多音源音频信号到差分音频PA输入端。(3)音频PA输入电路，即音频PA的输入阻容耦合电路。(4)音频PA反馈电路，即由数字电位器和滤波电容构成的反馈电路。(5)音频PA。(6)扬声器。(7)基带处理器，用于控制多音源音频切换通道、并完成基带信号调制解调等其他功能。
本发明的基本原理是：音频PA的增益由输出电阻和输入电阻的比值所决定，而多音源输入阻抗是由多音源输出电路的输出电阻，以及音频PA输入电路的输入电阻之和构成的，对于各音源由于前级输出阻抗的差异，造成音频PA的输入电阻在多音源情况下是变值。同时，多音源输出音频信号的强度和形式(差分/单端)也各有差异，因此不同音源被切换到外放通道上时，其经过音频PA的放大增益和最终的外放音量是有差异的。此时，可以设法改变多音源情况下，每种音源输入时反馈电路的阻抗，使各音源输出信号时的增益可单独调整到不同的预置值上。
例如，有两个音源，分别是FM解调芯片和mp3解码器芯片的输出。其中FM芯片的输出电阻、输出电压范围、可调音量级数分别为Ro1、[0，V1、Steps1；mp3芯片的输出电阻、输出电压范围、可调音量级数分别为Ro2、[0，V2]、Steps2。设差分PA的输入电阻为Ri，如果反馈电阻为定值Rf，则音源选择FM芯片输出时，增益为
扬声器两端输出信号电压范围是
同理可以得到，音源选择mp3芯片输出时扬声器两端输出信号电压范围是
为了使多音源情况下外放输出音量的调整范围一致(即最大音量相当)，需要在Ro1、Ro2、Ri固定的情况下，调整各音源情况下的Rf值。设置各音源情况下的Rf值，就相当于给音频PA在不同音源情况下预置不同的增益值。这可以通过查表来实现，方法是首先要确定最大外放音量时扬声器两端输出信号的幅度Vomax，以此确定FM输出时的反馈电阻Rf1和mp3输出时的反馈电阻Rf2满足
然后将音源ID和反馈电阻直记录在下面的表1中，在内存中分配一块存储区，用来存放这张表；假设用户通过菜单操作，选择FM广播外放，软件处理上在打开扬声器之前，应在存储区查找这张表，找到对应FM音源ID的反馈电阻值，通过基带处理器预置数字电位器，使此时的反馈电阻为Rf1。选择mp3外放的情况同理。
表1多音源ID与反馈电阻值的对应关系
| 音源 | FM | mp3 |
| ID | 1 | 2 |
| 反馈电阻值Rf | Rf1 | Rf2 |
那么通过这种方法，不同音源虽然共用音频PA，但其增益值却是变值，不存在为强信号、低输出阻抗的音源与弱信号、高输出阻抗的音源做增益折衷的问题。即可实现多音源情况下，输出最大音量、可调粒度、可调范围的一致性，改善用户感受。
图1示出了本发明实施例的电路结构方框图。包括：
多音源输出电路，主要由多个音源101、102、103等组成；双刀n掷模拟开关104；音频PA输入电路105；音频PA106；音频PA反馈电路107(数字电位器并联滤波电容)；基带处理器108；扬声器109。其中101～106、108、109为终端设备原有的器件。
图2给出本发明的一具体实施例的电路结构图，包括以下元件：
元件U1为FM解调芯片Si4702，它输出的是FM广播信号；元件U2为mp3解码芯片VC0968，它输出的是mp3音乐信号；元件U3为基带处理器QSC6030，完成与基带有关的音频通路切换、数字电位器控制、调制解调等功能；元件U4为音频功放TPA6201，元件C1、R1、C2、R2形成音频功放的输入阻抗网络，反馈阻抗网络则由C3、R3、C4、R4构成。其中R3、R4是数字电位器X9312，它们的阻值受基带处理器的控制，并联的电容C3、C4起高频抑制的作用；元件S1为双刀双掷模拟开关ISL54050，它在基带处理器U3的控制下完成FM音频和mp3音频通路的切换；元件Z1为放音设备扬声器。
图3给出本发明所述电路的控制流程图。包括以下步骤：
步骤301，根据用户操作，进入音频外放流程；
步骤302，根据外放操作的种类，控制模拟开关切换，将相应音源的输出切换到音频PA输入端；
基带处理器通过通用输入输出端口(General-Purpose IO Ports，GPIO)的状态，如(高电平或低电平)，控制模拟开关主刀的掷向，选择多音源的某一路进入到PA的输入回路上。
步骤303：根据多音源查找表中记录的该音源的输出阻抗、信号强度特征，计算音频PA的增益预置值，根据此值配置数字电位器，设置音频PA增益并打开音频PA；
基带处理器根据音源ID查找对应的反馈电阻值，并预置数字电位器，预置完成后，通过GPIO的控制打开PA，扬声器就发出声音了。
步骤304，根据用户音量控制操作，调整各音源输出信号强度；
调整扬声器音量的过程，是由基带处理器调整音源输出的信号幅度，即改变PA输入信号的大小，而不是重新预置数字电位器改变反馈电阻和增益。
步骤305，循环判断用户是否进行了结束音频外放的操作，如果否，转步骤304，是，则转步骤306；
步骤306，用户进行了结束外放的操作，则关闭差分音频PA，关闭模拟开关，进入低功耗的待机状态；
结束外放操作时，PA会被基带处理器关掉，以防止在待机过程中扬声器上能听到随机噪声，另外还要关掉多音源输出器件如FM芯片和mp3芯片，使它们处在掉电或休眠模式，减小待机电流。
步骤307，结束音频外放。
采用本发明的技术方案，虽然多音源硬件和信号特性差异很大，但仍然共用了音频PA和扬声器，各音源的外放音量差异性在可控的范围之内，且各音源外放音量软件连续可调，调整的粒度也在可控的范围之内。在硬件上只需改造少量硬件电路(把音频PA反馈电阻改为数字电位器)，成本低、功耗低、可靠性好。
本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种多音源共用音频功放的装置，包括：
多音源输出电路，用于多音源输出音频信号；
模拟开关，用于切换多音源音频信号到音频功放输入电路；
音频功放输入电路，用于多音源输出电路与音频功放的耦合；
音频功放反馈电路，用于为音频功放提供反馈；
音频功放，用于对音频信号进行功率放大；
基带处理器，用于控制模拟开关进行多音源音频切换，完成基带信号调制解调；
所述多音源输出电路通过所述模拟开关将音频信号输入到所述音频功放输入电路，所述音频功放输入电路的输出信号与所述音频功放反馈电路反馈叠加后输入到所述音频功放的输入端，所述基带处理器分别与模拟开关及音频功放反馈电路相连接；
其特征在于，所述音频功放反馈电路由可调数字电位器构成，由所述基带处理器为不同音源设定所述数字电位器的反馈值。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述音频功放为差分音频功放，其对应的输入和输出端分别接有音频功放反馈电路，所述音频功放反馈电路由数字电位器并联电容构成，数字电位器的控制端接所述基带处理器。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述音频功放输入电路由电容和电阻的串联电路构成，电容的另一端接所述模拟开关，电阻的另一端输入到音频功放的输入端。
4.一种多音源共用音频功放的方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、通过通用输入输出端口控制模拟开关主刀的掷向，选择多音源的某一路输入到音频功放的输入回路上；
B、根据多音源查找表计算音频功放的增益预置值，根据此值配置音频功放反馈电路；
C、设置音频功放的增益并打开音频功放。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述多音源查找表记录了各音源的输出阻抗、信号强度特征。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述音频功放反馈电路由数字电位器并联高频抑制电容构成，基带处理器能够根据音源特征动态设定数字电位器的阻值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20111130 |