CN102457797A - 麦克风链路系统 - Google Patents

Abstract

揭示了一种麦克风链路系统，其包括将声学声音信号转换成电声音信号的麦克风、该麦克风被连接到其上的从单元、主单元，和将从单元连接到主单元上的总线。该从单元包括被配置成将电声音信号转换成数字声音信号的模拟数字转换器；被连接到该模拟数字转换器下游并且被配置成将该数字声音信号处理成数据信号的信号处理器；以及连接在该信号处理器和总线之间的总线接口。该总线接口向从单元提供取自总线的电能、将数据信号经由总线发送给主单元，并经由总线从主单元接收控制信号并将控制信号发送给主单元。

Description

麦克风链路系统

技术领域

本发明涉及麦克风链路系统，其尤其包括主单元、至少一个从单元和连接主单元和至少一个从单元的总线。

背景技术

在诸如音乐录制、扩音(PA)或者汽车应用的许多应用中，需要在主单元处收集来自多个位于远处的麦克风的信号。常规地，这些麦克风通过电缆被连接到主单元，电能和模拟声音信号通过这些电缆输送。尤其在采用大量麦克风的情况下，互连的电缆线路可能会大大增加整个系统的成本。而且，由于在主单元和那些麦克风之间分离的电缆的互连的原因，实现这样的系统相对较麻烦。尤其是在汽车应用中，由于许多电缆增加的重量和噪声损害性是要被认真考虑的进一步的方面。据此，存在克服以上所概括的缺陷的普遍性需求。

发明内容

揭示了一种麦克风链路系统，其包括将声学声音信号转换成电声信号的麦克风、被连接到麦克风的从单元、主单元，和将从单元连接到主单元的总线。该从单元包括被配置成将电声信号转换成数字声音信号的模拟数字转换器；连接到模拟数字转换器下游并被配置成将数字声音信号处理成数据信号的信号处理器，以及连接在信号处理器和总线之间的总线接口。该总线接口将取自总线的电能提供给从单元，将数据信号经由总线发送给主单元，并经由该总线从主单元接收并向主单元发送控制信号。

本发明的这些以及其它的目的、特征和优点在如在附图中说明的最佳模式的实施例的详细的描述中将变得显而易见。在附图中，相似的参考数字标示了相应的部分。

附图说明

图1是说明示范性麦克风链路系统的框图；

图2是说明在图1的麦克风链路系统中采用的示范性从单元的框图。

具体实施方式

图1说明了示范性麦克风链路系统，其包括主单元1、三个(在本示例中为同样的)从单元2、总线3和三个麦克风4。麦克风4中的每一个被连接到相应的从单元2，并且将声学声音5信号转换成电声信号6。总线3将从单元2连接到主单元1，并也可能连接到收听单元7。每个从单元2提供数据信号8，该数据信号8是经处理的电声信号6。这些麦克风4可以是独立的换能器(transducer)，或者，这些麦克风中的至少一个可包括向相应的从单元2提供多个电声信号6的换能器阵列。这些麦克风4可如图1所指示的那样被集成在从单元2中。

参考图2，从单元2中的每个都包括模数转换器10，该模数转换器10被配置成将电声信号6转换成数字声音信号11。信号处理器12连接到模数转换器的下游，即，连接到模数转换器的输出端，对数字声音信号11进行处理，以便提供数据信号13。该信号处理器12可以是专用的可编程数字信号处理器(DSP)，并被包括在还可包括模数转换器10或者任意其它电路的集成电路14中。总线接口连接在信号处理器12和总线3之间，其经由总线3以编码、调制或直接的方式或者其它方式向主单元1发送数据信号13。总线接口还经由总线3从主单元1接收控制信号9或向主单元1发送控制信号9，并且还将取自总线3的电能提供给从单元2。这些电能可由主站1供给。

为实现所有这些，本示例性系统的总线接口包括与非易失性存储器16(例如，闪存)相连的微控制器15；时钟恢复与同步电路17；数据发送电路18；线路驱动器20、22、24；线路接收机19、21、23；和电压调节器25。总线接口，尤其是线路驱动器20、22、24和线路接收机19、21、23可与26相互作用，当通过不同的频带发送功率、控制信号和数据信号，无源线路滤波电路26将不同频带分开。在本示范性系统中，控制信号9以如同单极性信号的非对称模式发送，而数据信号8以如同差分信号的对称模式发送。

在本系统中，功率通过直流电流(DC)或通过频率非常低(例如，＜100Hz)的交流发送。控制信号9通过中频带(例如，10-100kHz)发送，而数据信号8通过较高的频带(例如，＞100kHz)发送。线路滤波电路26将接收的信号划分成用于供电、控制信号9和数据信号8的直流电流(DC)。该直流电流(DC)被馈给电压调节器25以生成一个(或更多个)恒定的电源电压28，用于从单元2，并且最终用于麦克风4。

当以不同的频带发送功率、控制信号和数据信号时，数据发送电路18可包括调制器，以用数据信号13调制较高频率的载波。然而，用于将数据信号与控制信号分离开的公知方法均可用，例如，以比控制信号更高的时钟速率发送数据信号。可由主单元1提供的在较高频带上的时钟速率通过时钟恢复与同步电路17被恢复，该时钟恢复与同步电路17起到(受控)时钟发生器的作用，并且向信号处理器12提供时钟信号29。正如在本示例中，当使用可被主单元1确定的帧结构发送数据信号8时，时钟恢复与同步电路17可从信道读取数据信号8的数据，并从中为信号处理器12、数模转换器10等提取时钟和如由主单元1建立的在总线3上的帧结构，并将该时钟信号29和同步信号30(例如，针对该帧结构)提供给信号处理器12。

在中频频带上的控制信号9可通过被连接到线路滤波电路26的微控制器15生成或接收，该微控制器15可继而被连接到形成总线3的无屏蔽的双股双绞线27。该微控制器15控制可变增益的前置放大器31，该前置放大器31连接在麦克风4和模数转换器10之间，增益取决于从主单元1接收到的多个控制信号9中的第一控制信号，并由微控制器15调整以维持电声信号6的振幅足够大。

从单元2可基于(经放大的)电声信号6生成被发送给主单元的多个控制信号9中的第二控制信号。例如，当声学声音信号超过触发声级和/或落到触发声级以下时，可生成控制信号9中的第二控制信号，使得，例如，根据该声学声音信号的强度，主单元1被告知从单元2是工作的还是处于空闲模式，或者从单元2是否在控制信号9中的第二控制信号一被传输时就发送数据信号8。数据信号8可在传送之前由编码器33使用特定的码进行编码。所用的码可以使得该数据信号对于在传输线路上出现的噪声更具有抵抗力。适宜的码例如是非归零码(NRZ)、曼彻斯特码(Manchester code)或者在要被发送的数据中加入冗余的任意类型的扩展码(spread code)。而且，要发送的数据可在从单元2中被压缩(例如，VLC、WMA、MP3等)，并且，因此，在主单元1中被解压缩，以便保持在总线3上发送数据的数据速率较低。

具有可控滤波参数的数字滤波器32可在信号处理器12中被实现。这些滤波参数可由微控制器15依照从主单元1接收的控制信号中的第三控制信号来控制。当语音被主单元1或者连接到其上的任意其它单元辨别成声学声音信号5时，通过使用数字滤波器32，可通过将数字声音信号11的带宽限制到例如300-3400Hz来滤除由麦克风4拾取的声学噪声。而且，信号处理器可使数据信号13“被标准化”，即，该数据信号13被调整成表现具有给定的声压级和/或频谱的声学声音信号4。当要对大量的麦克风4的信号进行组合时，标准化是有用的。当采用大量麦克风4时，数据信号13可具有包括头部35和时间复用信道36(时隙)的帧结构34，时间复用信道36中的每一个被分配给特定麦克风4(从单元2)。头部35以及整个帧结构可由主单元1确定。从单元2中的每一个可以借助于相应的二进制字37通过被输入到该从单元2中的唯一地址识别。

正如以上描述的，麦克风链路系统包括主单元和被链接到一个或多个从单元的一个或多个麦克风。从单元可包括数字信号处理器(DSP)，该数字信号处理器可执行一种或多种数字算法，以改变代表声学声音信号的数字声音信号。备选地，来自麦克风的电声信号可不经过任何修改就被传送。主单元将从所述从单元收集的所有数据信号提供给其他单元，并且控制麦克风链路系统。而且，其为所有从单元和收听单元供电。该主单元还可以传送例如24或48kHz的主时钟信号。

这样的系统可以在例如汽车、建筑物、露天等地方被使用。这些麦克风相对于系统的位置可以是固定的或者移动的，例如，在汽车上或在舞台上。如果使用若干个不同的麦克风，或者安装条件影响麦克风的特征，则可调整音频信号，以便传送标准化的音频信号。为能够在例如无干涉移动通信(handsfree mobile communication)中使用，可提供非常低的信号延迟。

主单元通过分离的控制信道控制和监视系统。这可被用于检测被连到总线的从单元、更新从单元的程序代码、将参数发送给从单元，或检测链路的断开。任选的收听单元还可接收数据信号，用于进一步的处理。将主单元连接到从单元的总线可以是有线连接，并可以具有链形、星形或甚至环形的拓扑。环形拓扑在即使发生链路断开的情况下也能够具有正常的功能，因为主单元能够检测到断路，并转换到支持两条链的模式。

正如以上已经描述的，麦克风链路导线可以通过简单的无遮挡双绞线实现。这种导线被用于在不同频率范围(频段)内的不同信号。在直流时，其承载了连接到系统的从单元的电源。这还可起到系统开/关识别器的作用。在中频频率范围内，例如在10kHz处，控制信号可在主单元和从单元之间交换(双向通信)。在例如＞＞100kHz的更高的频率范围内，音频数据信号被发送。这种信号可具有较小的振幅，并且可以是差分信号，以保持较低的电干扰。

音频数据时钟(与帧一起)通过主单元来设置。例如，如果该系统支持16个从单元，每个单元具有一个麦克风，并且以24kHz音频取样频率取样16比特，则数据速率将是6,538MBps。每个从单元支持至少一个麦克风，包括麦克风的电源。该信号经A/D转换并可通过数字处理单元(DSP)滤波。

主单元可传递有限的电流，使得每个控制信道物理层可通过降低(pulldown)控制信道很短的一段时间来发送数据。对于这种通信，可使用例如LIN协议。由于EMI的原因，可以应用如在CAN汽车网络中使用的差分线圈。只有要被该从单元发送的特定数据必须被发送的时候，才使能差分信号8音频数据的物理层的音频帧信号，这考虑到了对于链状、星形或组合拓扑的所有装置的连接。

虽然本发明已经说明并描述了关于它的若干优选的实施例，但是可做出对其形式和细节的各种改变、省略和添加，而不背离本发明的精神和范围。

Claims (15)

1.一种麦克风链路系统，包括将声学声音信号转换成电声信号的麦克风、该麦克风被连接到其上的从单元、主单元，和将所述从单元连接到所述主单元的总线；所述从单元包括：

模拟数字转换器，被配置成将所述电声信号转换成数字声音信号；

信号处理器，被连接到所述模拟数字转换器的下游，并且被配置成处理所述数字声音信号，从而提供数据信号；以及

总线接口，连接在所述信号处理器和所述总线之间，该总线接口向从单元提供取自所述总线的电能，将所述数据信号经由所述总线发送给所述主单元，并经由所述总线从所述主单元接收控制信号和将控制信号发送给所述主单元。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述从单元进一步包括可变增益预放大器，其被连接在所述麦克风和所述模拟数字转换器之间，并且其中所述增益通过从所述主单元接收的所述控制信号中的第一控制信号控制。

3.如权利要求1或2所述的系统，其中通过所述信号处理器提供的所述数据信号代表标准化的声学声音信号。

4.如权利要求1至3中的任一项所述的系统，其中所述从单元被配置成基于所述电声信号生成被发送给所述主单元的所述控制信号中的第二控制信号。

5.如权利要求4所述的系统，其中当所述声学声音信号超过触发声级和/或下落到触发声级以下时生成所述控制信号中的所述第二控制信号。

6.如权利要求5所述的系统，其中所述从单元依据对所述控制信号中的第二控制信号的传送来发送所述数据信号。

7.如权利要求1至6中的任一项所述的系统，其中在所述信号处理器中实现滤波器；该滤波器具有通过从所述主单元接收的控制信号中的第三控制信号控制的可控滤波参数。

8.如权利要求1至7中的任一项所述的系统，其中所述总线是指数字双绞总线。

9.如权利要求8所述的系统，其中功率、控制信号和经处理的电声信号分别在不同的频带中被发送。

10.如权利要求1至9中的任一项所述的系统，其中所述控制信号以非对称模式被发送，所述数据信号以对称模式被发送。

11.如权利要求1至10中的任一项所述的系统，其中所述从单元进一步包括时钟发生器，其提供代表所述数据信号的传输的传输时钟的时钟信号。

12.如权利要求1至11中的任一项所述的系统，其中所述数据信号被编码。

13.如权利要求1至12中的任一项所述的系统，其中所述数据信号具有包括头部的帧结构，该头部由所述主单元控制。

14.如权利要求1至13中的任一项所述的系统，进一步包括至少一个进一步的从单元，该从单元分别由唯一的地址来标识。

15.如权利要求1至14中的任一项所述的系统，进一步包括至少一个收听单元，其接收所述经处理的电声信号。

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