CN102056052A - 一种音频切换电路及具有所述电路的移动终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种音频切换电路及具有所述电路的移动终端，包括一单刀双掷模拟开关，用于对通过方波音频通道和模拟音频通道输出的音频信号进行切换输出；在所述音频切换电路中所述单刀双掷模拟开关的公共节点连接模拟音频通道，其中一路活动触点通过电阻接地，另外一路活动触点通过串联的隔直电容连接扬声器的输入端，所述扬声器的输入端同时连接方波音频通道；所述方波音频通道在模拟音频通道输出音频信号时关闭。本发明将模拟开关反向使用，当输出方波形式的音频信号时，巧妙地将耦合到模拟音频通道上的信号通过接地电阻泄放到地，从而实现了方波音频信号与模拟音频信号的有效隔离，并且不会出现基带处理芯片和模拟开关被烧坏的情况。

Description

一种音频切换电路及具有所述电路的移动终端

技术领域

本发明属于音频信号处理技术领域，具体地说，是涉及一种多路音频信号的选择切换电路以及采用所述音频切换电路设计的移动终端。

背景技术

随着移动通信技术的发展，手机的基带处理芯片也朝着小尺寸、高集成度、低功耗、高性能的方向发展。在手机的音频方面，由于Class D类音频功率放大器的高转换效率，有效地降低了系统功耗，现在成为了各个手机平台应用的主流。现在主流手机平台的基带处理芯片都将Class D类音频功放集成到其中，以降低客户的开发成本、增强系统的可靠性、降低功耗。如美国高通公司的QSC6085和QSC1100平台等均将D类音频功放集成到了基带处理器芯片中。

目前，手机的发展呈现出智能化、轻薄化、低成本等趋势。针对这种趋势，采用二合一扬声器可以降低手机的尺寸和厚度。同时，采用二合一扬声器省去了一个听筒器件，也降低了手机成本。在使用二合一扬声器时，其音频电路要保证两个音频通道发音时均不失真，且功率互不影响；而且还要保证一个音频通道发音时，另一个音频通道所连接的基带处理芯片的内外电路不受损害；还要尽可能的使电路结构简单可靠、成本低。

由于通过Class D类音频功放输出的音频信号是幅度一定的高低跳变的方波信号，占空比是变化的；而听筒通道发出的音频信号是模拟信号。目前，针对基带处理芯片集成D类音频功放的二合一扬声器方案来说，在设计音频电路时，为了实现对扬声器通道和听筒通道输出音频的选择切换，有的运用一个数字开关来隔离扬声器通道和听筒通道，有的则是运用两个模拟开关来隔离扬声器通道和模拟通道。

对于运用数字开关设计的音频切换电路方案来说，虽然数字开关能有效隔离Class D音频功放发出的方波信号，但是最大的缺点是这种开关的导通电阻极大，在实际应用过程中会在数字开关上产生无谓的损耗，甚至会将数字开关烧坏掉。因此，存在技术上的安全隐患，可靠性不高。而对于采用两个模拟开关设计的音频切换电路方案来说，由于模拟开关不能有效地隔离类似于数字信号的D类功放输出的方波信号，但能有效地隔离听筒通道输出的模拟信号。因此，在扬声器通道发音时，会有音频信号耦合到听筒通道上，产生影响。

因此，如何彻底杜绝数字音频通道和模拟音频通道之间的相互影响，且同时保证电路运行的安全性，是目前音频处理领域需要解决的一项主要问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种音频切换电路，在对方波音频信号与模拟音频信号实现可靠切换的基础上，简化了电路结构，确保了系统安全。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种音频切换电路，用于对通过方波音频通道和模拟音频通道输出的音频信号进行切换输出，所述方波音频通道在模拟音频通道输出音频信号时关闭；在所述音频切换电路中包括一单刀双掷模拟开关，所述单刀双掷模拟开关的公共节点连接模拟音频通道，其中一路活动触点通过电阻接地，另外一路活动触点通过串联的隔直电容连接扬声器的输入端，所述扬声器的输入端同时连接方波音频通道。

为了与模拟音频通道的阻抗相匹配，所述模拟音频通道通过串联的阻抗匹配电阻连接所述单刀双掷模拟开关的公共节点。

进一步的，所述单刀双掷模拟开关的控制节点接收处理器输出的切换信号，进而根据所述切换信号选择将其公共节点与其中一路活动触点连通。

优选的，所述单刀双掷模拟开关的常闭触点通过所述电阻接地，常开触点通过所述隔直电容连接扬声器的输入端。

又进一步的，对于输出差分音频信号的模拟音频通道和差分音频通道来说，所述单刀双掷模拟开关应选择双通道单刀双掷模拟开关进行电路设计，将所述双通道单刀双掷模拟开关的两个通道的公共节点与模拟音频通道的差分信号线对应连接，两个通道的常闭触点分别通过电阻接地，常开触点分别通过串联的隔直电容连接扬声器的差分输入端。

再进一步的，所述扬声器的差分输入端各自经过一路压敏电阻接地，以起到防止静电和抑制浪涌电压的作用；通过方波音频通道或者模拟音频通道输出的音频信号经由磁珠和电容组成的滤波电路进行滤波处理后，传输至所述扬声器的差分输入端。

基于上述音频切换电路，本发明又提供了一种采用所述音频切换电路设计的移动终端，包括集成有音频功放的基带处理芯片和扬声器，所述基带处理芯片的扬声器通道输出方波音频信号，听筒通道输出模拟音频信号；为了实现扬声器通道与听筒通道的选择切换，将所述基带处理芯片的听筒通道连接到一颗单刀双掷模拟开关的公共节点上，所述单刀双掷模拟开关的其中一路活动触点通过电阻接地，另外一路活动触点通过串联的隔直电容连接扬声器的输入端，其控制节点接收基带处理芯片输出的切换信号，进而根据所述切换信号选择将其公共节点与其中一路活动触点连通；所述扬声器的输入端同时连接基带处理芯片的扬声器通道。

进一步的，所述基带处理芯片的听筒通道通过串联的阻抗匹配电阻连接所述单刀双掷模拟开关的公共节点。

又进一步的，所述单刀双掷模拟开关为双通道单刀双掷模拟开关，两个通道的公共节点与基带处理芯片的听筒通道的差分信号线对应连接，两个通道的常闭触点分别通过电阻接地，常开触点分别通过串联的隔直电容连接扬声器的差分输入端；所述扬声器的差分输入端同时与基带处理芯片的扬声器通道的差分信号线对应连接。

再进一步的，所述扬声器的差分输入端各自经过一路压敏电阻接地；通过基带处理芯片的扬声器通道或者听筒通道输出的音频信号经由磁珠和电容组成的滤波电路进行滤波处理后，传输至所述扬声器的差分输入端。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的音频切换电路将模拟开关反向使用，当输出方波形式的音频信号时，巧妙地将耦合到模拟音频通道上的信号通过接地电阻泄放到地，从而实现了方波音频信号与模拟音频信号的有效隔离。将其应用于使用二合一扬声器的移动终端的音频电路设计中，不仅可以保证两个音频通道发音时均不失真、且功率互不影响，而且不会出现基带处理芯片和模拟开关被烧坏的情况，安全可靠。此外，该音频切换电路结构简单，成本低，占用电路板空间少，将其应用于手机等移动产品中，在能够保证通话音质和音量大小的前提下，可以显著节省产品空间，适应产品的轻薄化、低成本的发展趋势。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明所提出的音频切换电路的一种实施例的电路原理框图；

图2是本发明所提出的音频切换电路的另外一种实施例的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细地描述。

实施例一，本实施例的音频切换电路采用模拟开关对输出模拟信号的模拟音频通道进行选通控制，在实现有效隔离模拟信号的同时，当有类似于数字信号的方波音频信号耦合到模拟开关上时，可以通过与模拟开关连通的接地电阻将该噪声信号泄放到地，从而也同时实现了对方波音频信号的有效隔离，不仅解决了模拟音频通道和方波音频通道的相互干扰问题，而且可以避免对模拟开关及其它外围器件造成损坏。

图1为所述音频切换电路的设计原理框图，以采用一颗单刀双掷模拟开关K为例进行说明。将所述模拟开关K的公共节点COM连接到模拟音频通道Au_A上，接收模拟音频通道Au_A输出的模拟音频信号；模拟开关K的其中一路活动触点，比如常闭触点NC，通过串联的电阻R接地；另外一路活动触点，比如常开触点NO，通过串联的隔直电容C连接扬声器SPK的输入端。所述扬声器SPK的输入端同时连接方波音频通道Au_D，所述方波音频通道Au_D在模拟音频通道Au_A输出音频信号时自动处于关闭状态。对于所述模拟音频通道Au_A来说，当方波音频通道Au_D输出方波音频信号时，由于模拟开关K的存在，所述模拟音频通道Au_A可以处于关闭状态，也可以照常输出模拟音频信号，只是此时的模拟音频信号只会通过接地电阻R泄放到地，不会通过扬声器SPK输出。

为了实现阻抗匹配，在所述模拟开关K的公共节点COM与模拟音频通道Au_A的连线上优选串联一路阻抗匹配电阻ZR，如图1所示。模拟开关K的控制节点接收切换信号SEL，根据切换信号SEL的电位状态选择其中一路活动触点NC/NO与其公共节点COM连通。为了提高音频输出效果，在所述扬声器SPK的输入端还可以进一步连接滤波电路，以滤除干扰噪音。

本实施例的音频切换电路的工作原理是：当需要通过扬声器SPK输出来自方波音频通道Au_D的音频信号时，输出合适电位的切换信号SEL，比如低电平信号，控制模拟开关K的公共节点COM与其常闭触点NC连通。此时，通过方波音频通道Au_D输出的方波音频信号经滤波电路处理后，通过扬声器SPK输出。由于模拟开关K不能完全隔离数字方波信号，因此，通过方波音频通道Au_D输出的方波音频信号会穿过隔直电容C到达模拟开关K，进而耦合到模拟音频通道的信号线上。由于此时模拟音频通道Au_A与接地电阻R连通，因此，耦合过来的噪声就通过接地电阻R泄放到地上，从而避免了对模拟开关K及与模拟音频通道Au_A相连接的电子器件造成损坏。

反之，当需要通过扬声器SPK输出来自模拟音频通道Au_A的模拟音频信号时，改变切换信号SEL的电位状态，比如切换到高电平，从而控制模拟开关K的公共节点COM与其常开触点NO连通，断开常闭触点NC。此时，方波音频通道Au_D处于关闭状态，通过模拟音频通道Au_A输出的模拟音频信号经隔直电容C隔离掉其中的直流偏置电压后，经滤波电路处理后，传输至扬声器SPK发音输出。

对于单端音频信号来说，采用图1所示的音频切换电路即可实现两路音频通道的选通切换。而对于差分音频信号来说，只需选用双通道单刀双掷模拟开关连接模拟音频通道的差分信号线，仿照图1所示的连接关系，即可实现对差分模拟音频信号的切换输出。其具体连接关系及工作原理可参见实施例二中的相关描述。

实施例二，对于目前采用集成有Class D类音频功放的基带处理芯片和二合一扬声器设计的移动终端来说，本实施例以手机为例进行说明，通过Class D类音频功放输出的音频信号是类似于数字信号的方波信号，由基带处理芯片的扬声器通道输出，而通过基带处理芯片的听筒通道输出的则是模拟音频信号。通过两路音频通道输出的音频信号都需要经由手机中设置的二合一扬声器输出。为了对两路音频通道进行切换输出，本实施例设计了如图2所示的音频切换电路。由于目前基带处理芯片输出的音频信号通常为差分信号，因此可以选择一颗双通道单刀双掷模拟开关U1进行电路设计。当然，对于输出单端音频信号的基带处理芯片来说，则可以仿照图1进行电路设计，具体连接关系及工作原理参见实施例一中的相关描述，本实施例在此不做过多说明。

图2中，EAR10N和EAR10P为基带处理芯片的听筒通道，分别通过串联的阻抗匹配电阻R3007、R3008与模拟开关U1的两个通道的公共节点COM1、COM2对应连接。所述电阻R3007、R3008的阻值一般选为12欧姆，以与基带处理芯片的听筒通道阻抗相匹配。在听筒通道的差分信号线EAR10P和EAR10N上，还可以进一步连接滤波电容C3008、C3019。将所述模拟开关U1的两个通道的其中一路活动触点，比如常闭触点NC1、NC2，分别通过电阻R3009、R3010接地；另外一路活动触点，比如常开触点NO1、NO2，分别通过串联的隔直电容C3021、C3020连接扬声器的差分输入端TO_SPK-、TO_SPK+。所述扬声器的差分输入端TO_SPK-、TO_SPK+同时与基带处理芯片的扬声器通道的差分信号线SPK_N、SPK_P对应连接，基带处理芯片通过其I/O口GPIO27输出切换信号至模拟开关U1的控制节点IN1、IN2，以控制模拟开关U1的公共节点COM1、COM2选择与其中一路活动触点连通。模拟开关U1所需供电电源VPH_PWR可以由手机内部的电源电路输出提供。

为了提高扬声器的音频输出质量，本实施例在所述扬声器的差分输入端TO_SPK-、TO_SPK+还进一步连接有滤波电路，如图2所示，可以包括由磁珠L3001、L3002和电容C3003、C3006组成的L型滤波网络，以及跨接在差分信号线TO_SPK-、TO_SPK+之间、用于滤除共模噪音的电容C3001。为了进一步达到防止静电以及抑制浪涌电压的设计目的，所述扬声器的差分输入端TO_SPK-、TO_SPK+还可以进一步通过压敏电阻F3003、F3005接地，以实现浪涌电压的快速泄放。

所述音频切换电路的工作机制是：当用户选择通过扬声器通道发音时，基带处理芯片将其GPIO27接口置为低电平，控制模拟开关U1的公共节点COM1、COM2分别与常闭触点NC1、NC2导通。同时，基带处理芯片通过其扬声器通道SPK_N、SPK_P输出方波音频信号，该信号通过串接的磁珠L3001、L3002和接地的滤波电容C3003、C3006以及共模干扰抑制电容C3001处理后，滤除掉其中的干扰噪音，进而通过扬声器发出声音。虽然物理上模拟开关U1的常开触点NO1、NO2是与公共节点COM1、COM2断开的，但是，由于模拟开关U1不能完全隔离数字方波信号，因此扬声器通道SPK_N、SPK_P上的音频信号会穿过瓷片电容C3020和C3021耦合到模拟开关U1的公共节点COM1和COM2上，即此时音频信号耦合到了听筒通道EAR10N、EAR10P的信号线上。耦合过来的模拟信号幅度很小，大约为100mV，由于这此时基带处理芯片内部的听筒通道输出驱动是关闭的，也就是说输入阻抗无穷大，这样不会对内部电路造成损害。而且，与模拟开关U1的常闭触点NC1、NC2串联接地的电阻R3009和R3010此时也分别与听筒通道的差分信号线连通，于是耦合过来的噪声就这样被泄放到了地上。

当用户选择通过听筒通道发音时，基带处理芯片置其GPIO27接口为高电平，控制模拟开关U1的公共节点COM1、COM2分别与其常开触点NO1、NO2连通。这时软件控制基带处理芯片内部的音频功放处于关闭状态。从基带处理芯片的听筒通道EAR10N、EAR10P输出的模拟音频信号，通过两个串接的阻抗匹配电阻R3007、R3008后，通过模拟开关U1，经电容C3020、C3021进行隔直处理后，通过磁珠L3001、L3002传输到扬声器上发音。同时，通过听筒通道EAR10N和EAR10P输出的模拟音频信号在经过隔直电容C3020和C3021隔离掉其中的直流偏压后，峰峰值为几百mV，此模拟音频信号也会加载到基带处理芯片的扬声器通道SPK_N、SPK_P上。但由于基带处理芯片内部的音频功放此时是处于关闭状态的，因此，这些幅值较小的模拟信号也不会对音频功放等内部电路造成损害。

本发明的音频切换电路采用模拟开关来设计切换电路，在保证能够对模拟音频信号实现有效隔离的基础上，通过将模拟开关反向使用，并将耦合到模拟音频通道上的方波音频信号泄放到地，从而提高了电路运行的安全性和工作的可靠性。

当然，以上所述仅是本发明的一种优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种音频切换电路，用于对通过方波音频通道和模拟音频通道输出的音频信号进行切换输出，所述方波音频通道在模拟音频通道输出音频信号时关闭；其特征在于：包括单刀双掷模拟开关，所述单刀双掷模拟开关的公共节点连接模拟音频通道，其中一路活动触点通过电阻接地，另外一路活动触点通过串联的隔直电容连接扬声器的输入端，所述扬声器的输入端同时连接方波音频通道。

2.根据权利要求1所述的音频切换电路，其特征在于：所述模拟音频通道通过串联的阻抗匹配电阻连接所述单刀双掷模拟开关的公共节点。

3.根据权利要求2所述的音频切换电路，其特征在于：所述单刀双掷模拟开关的控制节点接收处理器输出的切换信号，进而根据所述切换信号选择将其公共节点与其中一路活动触点连通。

4.根据权利要求1所述的音频切换电路，其特征在于：所述单刀双掷模拟开关的常闭触点通过所述电阻接地，常开触点通过所述隔直电容连接扬声器的输入端。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的音频切换电路，其特征在于：所述模拟音频通道和差分音频通道输出差分音频信号；所述单刀双掷模拟开关为双通道单刀双掷模拟开关，两个通道的公共节点与模拟音频通道的差分信号线对应连接，两个通道的常闭触点分别通过电阻接地，常开触点分别通过串联的隔直电容连接扬声器的差分输入端。

6.根据权利要求5所述的音频切换电路，其特征在于：所述扬声器的差分输入端各自经过一路压敏电阻接地；通过方波音频通道或者模拟音频通道输出的音频信号经由磁珠和电容组成的滤波电路进行滤波处理后，传输至所述扬声器的差分输入端。

7.一种移动终端，包括集成有音频功放的基带处理芯片和扬声器，所述基带处理芯片的扬声器通道输出方波音频信号，听筒通道输出模拟音频信号，其特征在于：所述基带处理芯片的听筒通道连接一颗单刀双掷模拟开关的公共节点，所述单刀双掷模拟开关的其中一路活动触点通过电阻接地，另外一路活动触点通过串联的隔直电容连接扬声器的输入端，控制节点接收基带处理芯片输出的切换信号；所述扬声器的输入端同时连接基带处理芯片的扬声器通道。

8.根据权利要求7所述的移动终端，其特征在于：所述基带处理芯片的听筒通道通过串联的阻抗匹配电阻连接所述单刀双掷模拟开关的公共节点。

9.根据权利要求7或8所述的移动终端，其特征在于：所述单刀双掷模拟开关为双通道单刀双掷模拟开关，两个通道的公共节点与基带处理芯片的听筒通道的差分信号线对应连接，两个通道的常闭触点分别通过电阻接地，常开触点分别通过串联的隔直电容连接扬声器的差分输入端；所述扬声器的差分输入端同时与基带处理芯片的扬声器通道的差分信号线对应连接。

10.根据权利要求9所述的移动终端，其特征在于：所述扬声器的差分输入端各自经过一路压敏电阻接地；通过基带处理芯片的扬声器通道或者听筒通道输出的音频信号经由磁珠和电容组成的滤波电路进行滤波处理后，传输至所述扬声器的差分输入端。

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