CN103326786B - 红外发射电路、红外遥控系统的发射端及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种红外发射电路，包括：音频接头，其左声道和右声道中只有一个传递模拟音频信号，另一个不传递任何信号。方波转换电路，将音频接头传递的单声道模拟音频信号放大，并转换为两路第一方波信号，第一路第一方波信号的下降沿与第二路第一方波信号的上升沿相互错开。占空比转换电路，将方波转换电路输出的两路第一方波信号转换为占空比恒定的两路第二方波信号，第一路第二方波信号的高电平与第二路第二方波信号的高电平相互错开。红外光转换电路，将两路第二方波信号叠加转换为红外光信号发射出去。直流电源。本申请还公开了由其组成的红外遥控系统的发射端及其实现方法。本申请具有适用性广的特点。

Description

红外发射电路、红外遥控系统的发射端及其实现方法

技术领域

本申请涉及一种红外遥控系统的发射端，特别是涉及其中的红外发射电路。

背景技术

申请号为201310069854.0、申请日为2013年3月5日的中国发明专利申请（以下简称A申请）公开了一种可插拔的红外发射电路，其可通过音频接头与手机、平板电脑等智能电子设备的耳机接口相连接，从而构成红外遥控系统的发射端。

请参阅图1，这是A申请公开的红外遥控系统的发射端的一个典型实施例，由智能电子设备10和红外发射电路20两部分所组成。

所述智能电子设备10包括：

——人机界面11（例如按键、触摸屏等），接收用户所输入的操作指令。

——主芯片12（例如基带芯片、CPU等），接收人机界面11传递来的操作指令，查询数据库而得到该操作指令所对应的红外控制码。所述数据库预存在智能电子设备的存储器中，其中记录有各个操作指令所对应的红外控制码。主芯片12还将所得到的红外控制码调制到载波信号上，生成调制信号。主芯片12还对调制信号进行采样和反相，得到双声道的数字音频信号。

——音频处理芯片13，接收双声道的数字音频信号并生成双声道的模拟音频信号，再传递给耳机接口14。

——耳机接口14，至少包括左声道和右声道这两个引脚，以输出双声道的模拟音频信号。

所述红外发射电路20包括：

——第一红外发光二极管21，具有正极和负极两个引脚。

——第二红外发光二极管22，也具有正极和负极两个引脚。

——音频接头23，至少包括左声道和右声道这两个引脚。所述左声道引脚同时连接第一红外发光二极管21的正极和第二红外发光二极管22的负极，所述右声道引脚同时连接第一红外发光二极管21的负极和第二红外发光二极管22的正极；或者连接关系相反。

所述音频接头23插入到耳机接口14中。所述音频接头23接收双声道的模拟音频信号，并将左声道的模拟音频信号传递给第一红外发光二极管21的正极和第二红外发光二极管22的负极，还将右声道的模拟音频信号传递给第一红外发光二极管22的负极和第二红外发光二极管22的正极，也可为相反的信号传递关系。当任意红外发光二极管21、22的正极和负极之间形成正向电流，即发出红外光信号。

音频接头23常见的为三芯或四芯，前者具有左声道、右声道、地线三个引脚，后者在前者基础上增加了麦克风引脚。A申请仅使用到音频接头23的左声道和右声道两个引脚，多余的引脚就悬空。

红外发光二极管工作于直流电下，只有在正极与负极之间有正向电流通过时才会发出红外光，其余情况下均不发出红外光。

请参阅图2，A申请公开的红外遥控系统的发射端进行红外光信号发射的方法为：

第1步，主芯片接收人机界面传递来的操作指令，查询数据库而得到该操作指令所对应的红外控制码。

第2步，主芯片将红外控制码以脉冲调幅的方式调制在正弦波形式的载波上，生成调制信号。所述载波为广义的正弦波信号，不限制初始相位，因此也包括余弦波等情况。载波频率取为红外遥控系统的发射端所发出的红外光信号的频率的1/2。所述脉冲调幅的调制方法为：当红外控制码为高电平时，调制信号为载波信号；当红外控制码为低电平时，调制信号为0；或者相反。

第3步，主芯片对调制信号进行采样，生成数字音频信号。通常，采样频率应大于或等于2倍的载波频率。在得到数字音频信号后，主芯片还对其进行反相处理，原本的数字音频信号和反相后的数字音频信号就构成了双声道数字音频信号。

第4步，音频处理芯片接收双声道的数字音频信号，并生成双声道的模拟音频信号，再传递给耳机接口。所述模拟音频信号由正弦波和静音组成，分别对应着红外控制码的高电平和低电平。左、右声道的模拟音频信号反相。

第5步，双声道的模拟音频信号通过耳机接口传递给音频接头，再传递给两个红外发光二极管。只要任意红外发光二极管的正极和负极之间形成正向电流，即对外发射红外光信号。

A申请所公开的红外发射电路可以在模拟音频信号的2π周期内最多由两个红外发光二极管各自交替地发射一次红外光信号，这便使得红外光信号的频率为2倍的载波频率。并且，每个红外发光二极管的正极为最大绝对值的正电压时，负极恰为最大绝对值的负电压，因而发射的红外光信号最为强烈，而易于被红外遥控系统的接收端所接收并正确识别。

然而，在实际应用中发现A申请所公开的技术方案具有如下缺点：

其一，红外发光二极管具有开启电压，即其正极与负极的电压差必须大于某一阈值才能开启并正常工作，该开启电压例如为0.7V。某些智能电子设备的耳机接口的左声道、右声道引脚的信号电压极小，例如峰值电压小于0.3V，则正电压最大值与负电压最大值之差为0.6V，不足以使红外发光二极管开启。

其二，红外发光二极管所发射的是由正弦波和静音所组成的电信号。在红外遥控系统中发射正弦波信号具有劣势：在相同功率下，正弦波信号的红外遥控距离不到方波脉冲信号的一半。

其三，某些智能电子设备的耳机接口的左声道、右声道引脚的同步性不佳，理想的180度（π相位）相位差难以实现，因而每个红外发光二极管的正极为正电压最大值时，负极无法恰好达到负电压最大值，使得红外遥控能力减弱。

其四，某些智能电子设备的音频处理芯片会将双声道的模拟音频信号叠加后，以相同的叠加信号发送给耳机接口的左声道、右声道引脚。A申请的双声道模拟音频信号为反相，其叠加信号为静音，因而无法应用于这些智能电子设备。

其五，某些智能电子设备的耳机接口隔离性不佳，当左声道有信号时，会在右声道产生干扰噪声；反之亦然。

其六，某些智能电子设备的音频处理芯片在声音数据开始播放时会逐步加大耳机接口的信号，在声音数据接近结束时会迅速降低耳机接口的信号。A申请在应用于这些智能电子设备时，起初及末尾的红外光信号往往无法达到良好的发射效果。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种可插拔的红外发射电路，其可通过音频接头与手机、平板电脑等智能电子设备的耳机接口相连接，从而构成红外遥控系统的发射端。为此，本申请还要提供所述红外遥控系统的发射端的实现方法。

为解决上述技术问题，本申请红外发射电路包括：

——音频接头，至少包括左声道、右声道、麦克风、地这四个引脚；所述左声道和右声道这两个引脚中，只有一个引脚传递模拟音频信号，另一个引脚不传递任何信号或仅传递静音信号；所述模拟音频信号由弦波信号和静音组成；

——方波转换电路，将音频接头传递的单声道模拟音频信号放大，并转换为两路第一方波信号，第一路第一方波信号的下降沿与第二路第一方波信号的上升沿相互错开；

——占空比转换电路，将方波转换电路输出的两路第一方波信号转换为占空比恒定的两路第二方波信号，第一路第二方波信号的高电平与第二路第二方波信号的高电平相互错开；

——红外光转换电路，将两路第二方波信号叠加转换为红外光信号发射出去；

——直流电源，为方波转换电路、占空比转换电路、红外光转换电路供电。

本申请红外遥控系统的发射端包括智能电子设备和红外发射电路两部分；

所述智能电子设备进一步包括：

——人机界面，接收用户所输入的操作指令；

——主芯片，接收人机界面传递来的操作指令，查询数据库而得到该操作指令所对应的红外控制码；还为红外控制码增加前缀和后缀；还将所得到的红外控制码调制到载波信号上，生成调制信号；

——音频处理芯片，接收数字音频信号并生成单声道的模拟音频信号；

——耳机接口，至少具有左声道、右声道、麦克风、地这四个引脚；左声道和右声道引脚之一输出模拟音频信号，另一个引脚不输出或输出静音信号；麦克风引脚输出电压值；

所述红外发射电路的音频接头插入到智能电子设备的耳机接口中；所述音频接头接收单声道的模拟音频信号，经由方波转换电路转换为两路第一方波信号；再经由占空比转换电路将两路第一方波信号转换为占空比恒定的两路第二方波信号；最后由红外光转换电路将两路第二方波信号叠加转换为一路红外光信号发射出去。

本申请红外遥控系统的发射端的实现方法为：

第1步，主芯片接收人机界面传递来的操作指令，查询数据库而得到该操作指令所对应的红外控制码；

第2步，主芯片为红外控制码增加前缀和后缀；

第3步，主芯片将第2步得到的红外控制码以调幅的方式调制在正弦波形式的载波上，生成调制信号；所述载波频率取为红外遥控系统的发射端所发出的红外光信号的频率的1/2；

第4步，主芯片对调制信号进行采样，生成数字音频信号；所述采样频率大于或等于2倍的载波频率；

第5步，音频处理芯片接收该数字音频信号，并生成模拟音频信号，再传递给耳机接口的单声道；

第6步，单声道的模拟音频信号通过耳机接口的左声道或右声道之一传递给音频接头，经过方波转换电路后变为两路第一方波信号，经过占空比转换电路后变为两路占空比恒定的第二方波信号，最后由红外光转换电路将两路第二方波信号叠加转换为一路红外光信号发射出去。

本申请红外发射电路具有极强的适用性，可用于任何智能电子设备。针对智能电子设备的耳机接口信号微弱、同步性不佳、隔离性不佳等多种特殊情况，均能顺利地产生遥控效果良好的红外光信号。

本申请红外遥控系统的发射端由智能电子设备和红外发射电路组成，只需要智能电子设备进行软件层面的更新，而无需改变任何硬件，即可实现红外遥控系统的发射端功能。其还能适应任意现有的红外遥控系统的接收端。并且智能电子设备只需要通过音频接口输出模拟音频信号，这与输出数字信号相比，成本更为低廉。

本申请红外遥控系统的发射端的实现方法，由智能电子设备的主芯片进行信号调制、数字采样的工作，由音频处理芯片进行数模转换，再由耳机接口和音频插头传递单声道模拟音频信号形式的调制信号，最终由方波转换电路、占空比转换电路、红外光转换电路对信号进行放大、由正弦波和零电平的形式转换为方波与零电平的形式、由占空比小幅波动转换为占空比恒定、同时转换两路第二方波信号为红外光信号进行发射。整个流程充分考虑了各种智能电子设备的特殊情况，具有通用性强、信号处理效果好等特点。

附图说明

图1是A申请公开的红外遥控系统的发射端的一个实施例的结构示意图；

图2是A申请公开的红外遥控系统的发射端实现红外光信号发射的流程图；

图3是本申请的红外发射电路的整体结构示意图；

图4是四芯音频接头的示意图；

图5a是方波转换电路第一实施例的示意图；

图5b是图5a的输入、输出波形示意图；

图5c是方波转换电路第二实施例的示意图；

图5d是图5c的输入、输出波形示意图；

图5e是方波转换电路第二实施例的变形示意图；

图6a是占空比转换电路的输入、输出波形示意图；

图6b是占空比转换电路的第二实施例的示意图；

图6c是占空比转换电路的第二实施例的变形示意图；

图7是红外光转换电路的示意图；

图8是稳压电路的示意图；

图9是本申请的红外遥控系统的发射端的整体结构示意图；

图10是本申请的红外遥控系统的发射端实现红外光信号的发射方法的流程图。

图中附图标记说明：

10为智能电子设备；11为人机界面；12为主芯片；13为音频处理芯片；14为耳机接口；20为红外发射电路；21为第一红外发光二极管；22为第二红外发光二极管；23为音频接头；30为红外发射电路；31为音频接头；32为方波转换电路；320为比较器；33为占空比转换电路；330为双重单稳态触发器；34为红外光转换电路；35为直流电源；R1～R24为电阻；C1～C9为电容；Q1～Q4为双极晶体管；D1、D2为二极管；D3为红外发光二极管；D4为稳压二极管。

具体实施方式

请参阅图3，这是本申请红外发射电路30的整体结构，其包括：

——音频接头31，至少包括左声道、右声道、麦克风、地这四个引脚。所述左声道和右声道这两个引脚中，只有一个引脚传递模拟音频信号EarL，另一个引脚不传递任何信号或仅传递静音信号（零电平）。所述模拟音频信号EarL由正弦波和静音组合而成。

——方波转换电路32，将音频接头31的左声道或右声道引脚所传递的模拟音频信号EarL放大，并将该一路模拟音频信号EarL转换为两路第一方波信号P1a、P1b，这两路第一方波信号的高电平相互错开。

——占空比转换电路33，将方波转换电路32输出的两路第一方波信号P1a、P1b转换为两路占空比恒定的第二方波信号P2a、P2b。

——红外光转换电路34，将两路第二方波信号P2a、P2b转换为一路红外光信号发射出去。

——直流电源35，为方波转换电路32、占空比转换电路33、红外光转换电路34供电。

请参阅图4，所述音频接头31优选为四芯音频接头，自下而上有四根被绝缘材料相互隔离的引脚，分别是左声道、右声道、地线和麦克风（顺序有可能变化）。

请参阅图5a，这是本申请所述的方波转换电路32的第一实施例。其中的Vcc为直流电源35经过分压后提供给该方波转换电路32的第一实施例的工作电压，Vmic为音频接头31从麦克风引脚输入的电压经过稳压（例如通过稳压二极管）后的电压值。

从模拟音频信号EarL得到第一路第一方波信号P1a的电路为：双极晶体管一Q1为PNP型，其发射极连接Vmic，基极通过电阻一R1连接Vmic，基极还通过电容一C1连接模拟音频信号EarL，基极还通过电阻二R2接地，集电极通过电阻三R3接地，集电极还通过电阻四R4连接双极晶体管二Q2的基极。双极晶体管二Q2为NPN型，其集电极通过电阻五R5接Vcc，集电极还输出第一路第一方波信号P1a，集电极还通过电容二C2接地，基极通过电阻四R4连接双极晶体管一Q1的集电极，发射极接地。

该部分电路的工作原理为：Vmic通过串联的电阻一R1和电阻二R2接地，Vmic在电阻一R1上的分压作为双极晶体管一Q1的发射极-基极结（EB结）的偏置电压，该偏置电压略小于双极晶体管一Q1的开启电压，这可以通过调整电阻一R1和电阻二R2的阻值来实现。

当模拟音频信号EarL为静音或正弦波的正半周或零时，必然无法使双极晶体管一Q1的EB结达到开启电压，双极晶体管一Q1的发射极和集电极之间相当于一个断开的开关，其集电极无电流输出。此时双极晶体管二Q2也未开启，其发射极和集电极之间也相当于一个断开的开关，该第一路第一方波信号P1a为高电平。

当模拟音频信号EarL为正弦波的负半周时，该负电压通过电容一C1耦合到双极晶体管一Q1的基极。一旦使双极晶体管一Q1的EB结达到了开启电压以上，则双极晶体管一Q1开启，其发射极和集电极之间相当于一个闭合的开关，其集电极输出电流。此时双极晶体管二Q2也开启，其发射极和集电极之间也相当于一个闭合的开关，Vcc通过串联的电阻五R5和闭合开关Q2泻放电流，双极晶体管二Q2的集电极所输出的第一路第一方波信号P1a从高电平变为低电平，出现一个陡直的下降沿。

从模拟音频信号EarL得到第二路第一方波信号P1b的电路为：双极晶体管三Q3为NPN型，其基极通过电阻六R6接地，基极还通过电阻七R7接Vmic，基极还通过电容三C3连接模拟音频信号EarL，集电极通过电阻八R8接Vcc，集电极还通过电阻九R9连接双极晶体管四Q4的基极，发射极接地。双极晶体管四Q4为PNP型，其发射极接Vcc，基极通过电阻九R9连接双极晶体管三Q3的集电极，集电极通过并联的电阻十R10和电容四C4接地，集电极还输出第二路第一方波信号P1b。

该部分电路的工作原理为：Vmic通过串联的电阻七R7和电阻六R6接地，Vmic在电阻六R6上的分压作为双极晶体管三Q3的EB结的偏置电压，该偏置电压略小于双极晶体管三Q3的开启电压，这可以通过调整电阻七R7和电阻六R6的阻值来实现。

当模拟音频信号EarL为静音或正弦波的负半周或零时，必然无法使双极晶体管三Q3的EB结达到开启电压，双极晶体管三Q1的发射极和集电极之间相当于一个断开的开关，其集电极无电流输出。此时双极晶体管四Q4也未开启，其发射极和集电极之间也相当于一个断开的开关，双极晶体管四Q4的集电极所输出的第二路第一方波信号P1b为低电平。

当模拟音频信号EarL为正弦波的正半周时，该正电压通过电容三C3耦合到双极晶体管三Q3的基极。一旦使双极晶体管三Q3的EB结达到了开启电压以上，则双极晶体管三Q3开启，其发射极和集电极之间相当于一个闭合的开关，其集电极输出电流。此时双极晶体管四Q4也开启，其发射极和集电极之间也相当于一个闭合的开关，Vcc通过串联的闭合开关Q4和电阻十R10泻放电流，双极晶体管四Q4的集电极所输出的第二路第一方波信号P1b从低电平变为高电平，出现一个陡直的上升沿。

综合上述分析，由图5a所示的方波转换电路32的第一实施例将模拟音频信号EarL同时送给两个子电路，每个子电路均由两个双极晶体管级联形成，其中一个子电路仅在模拟音频信号EarL的弦波的负半周形成低电平、其余时间为高电平的第一路第一方波信号P1a，另一个子电路仅在模拟音频信号EarL的弦波的正半周形成高电平、其余时间为低电平的第二路第一方波信号P1b，如图5b所示。第一路第一方波信号P1a的下降沿与第二路第一方波信号P1b的上升沿是相互错开的，而且第一路第一方波信号P1a的下降沿之间的时间间隔大致相同、第二路第一方波信号P1b的上升沿之间的时间间隔大致相同、第一路第一方波信号P1a的下降沿与其后方紧邻的第二路第一方波信号P1b的上升沿之间的时间间隔大致相同。每个子电路中的第一级双极晶体管开启后工作于放大区，用于放大模拟音频信号EarL；第二级双极晶体管开启后工作于饱和区，用于形成陡直的边沿。而为第一级双极晶体管的EB结预设略小于开启电压的偏置电压，可以让电压幅值极微弱的模拟音频信号EarL开启第一级双极晶体管。该偏置电压是从智能电子设备的耳机接口的麦克风引脚取得，因而可以延长红外发射电路30中的直流电源35的使用寿命。

请参阅图5c，这是本申请所述的方波转换电路32的第二实施例。其中采用了一个比较器320，该比较器320可以同时处理两项比较任务，可以从市场上选购相应芯片。第一项比较任务使用该比较器320的引脚3、引脚2、引脚1分别作为正输入端、负输入端、输出端。第二项比较任务使用该比较器320的引脚5、引脚6、引脚7分别作为正输入端、负输入端、输出端。Vmic通过串联的电阻十一R11和电阻十二R12接地，并得到一个分压值，称为参考电压Vref。参考电压Vref接引脚2和引脚6，即同时作为两项比较任务的负输入端。Vmic还通过串联的电阻十三R13和电阻十四R14接地，并得到一个分压点；该分压点通过电容五C5接模拟音频信号EarL，该分压点还通过电阻十五R15输出Down-wave信号，该分压点还通过反向的二极管一D1接地。当模拟音频信号EarL为静音（即零电压）时，该Down-wave信号略大于参考电压Vref，这可以通过调整电阻十三R13和电阻十四R14的阻值来实现。Down-wave信号接引脚3，作为第一项比较任务的正输入端。第一项比较任务的输出端，即引脚1输出第一路第一方波信号P1a。Vmic还通过串联的电阻十六R16和电阻十七R17接地，并得到一个分压点；该分压点通过电容六C6接模拟音频信号EarL，该分压点还通过电阻十八R18输出Up-wave信号，该分压点还通过反向的二极管二D2接地。当模拟音频信号EarL为静音（即零电压）时，该Up-wave信号略小于参考电压Vref，这可以通过调整电阻十六R16和电阻十七R17的阻值来实现。Up-wave信号接引脚5，作为第二项比较任务的正输入端。第二项比较任务的输出端，即引脚7输出第二路第一方波信号P1b。

涉及第一项比较任务的部分电路的工作原理为：当模拟音频信号EarL为静音或正弦波的正半周或零时，Down-wave信号始终大于参考电压Vref，则第一路第一方波信号P1a为高电平。当模拟音频信号EarL为正弦波的负半周时，该负电压通过电容五C5耦合到Up-wave信号上，产生叠加。一旦使Down-wave信号小于参考电压Vref，则第一路第一方波信号P1a从高电平变为低电平，出现一个陡直的下降沿。

涉及第二项比较任务的部分电路的工作原理为：当模拟音频信号EarL为静音或正弦波的负半周或零时，Up-wave信号始终小于参考电压Vref，则第二路第一方波信号P1b为低电平。当模拟音频信号EarL为正弦波的正半周时，该正电压通过电容六C6耦合到Up-wave信号上，产生叠加。一旦使Up-wave信号大于参考电压Vref，则第二路第一方波信号P1b从低电平变为高电平，出现一个陡直的上升沿。

综合上述分析，由图5c所示的方波转换电路32的第二实施例由Vmic同时生成参考电压Vref、略低于参考电压Vref的Up-wave信号、略高于参考电压Vref的Down-wave信号，并将模拟音频信号EarL同时叠加到Up-wave信号和Down-wave信号上，分别与参考电压Vref进行比较。第一项比较任务仅在模拟音频信号EarL的弦波的负半周形成低电平、其余时间为高电平的第一路第一方波信号P1a。第二项比较任务仅在模拟音频信号EarL的弦波的正半周形成高电平、其余时间为低电平的第二路第一方波信号P1b，如图5d所示。第一路第一方波信号P1a的下降沿与第二路第一方波信号P1b的上升沿是相互错开的，而且第一路第一方波信号P1a的下降沿之间的时间间隔大致相同、第二路第一方波信号P1b的上升沿之间的时间间隔大致相同、第一路第一方波信号P1a的下降沿与其后方紧邻的第二路第一方波信号P1b的上升沿之间的时间间隔大致相同。由于设置了略小于参考电压Vref的Up-wave信号、略高于参考电压Vref的Down-wave信号，可以让电压幅值极微弱的模拟音频信号EarL触发两项比较任务的正、负输入端的逆转。该参考电压Vref、Up-wave信号、Down-wave信号均是从智能电子设备的耳机接口的麦克风引脚取得，因而可以延长红外发射电路30中的直流电源35的使用寿命。同时还可以通过比较器320的比较能力，实现从模拟音频信号EarL到两路第一方波信号P1a、P1b的电压幅值放大。

所述两个二极管D1、D2用于对比较器320的两个正输入端In1+、In2+进行负电压保护。这两个二极管D1、D2的导通电压很小，例如为0.3V。以Down-wave信号为例进行说明，当Down-wave信号为弦波的负半周时，其绝对值只要大于二极管一D1的导通电压，则二极管一D1就导通，从而将比较器320的正输入端In1+的负电压限制在较小的电压范围内，例如-0.3V。

由于比较器的特性，显然将每一项比较任务的正、负输入端互换，也是可行的。

请参阅图5e，本申请所述的方波转换电路32的第二实施例也可采用两个独立的、只能处理一项任务的比较器来实现。

智能电子设备从耳机接口输出的模拟音频信号EarL往往可以保持基本稳定的频率，但电压幅度会有小幅波动，例如峰值电压的变化在20%的范围内，这是正常的。这会导致上述方波转换电路32的第一实施例、第二实施例所转换出来的二路第一方波信号P1a、P1b的频率基本稳定，但占空比也相应发生小幅波动，而且占空比可能大于50%。换而言之，在固定宽度的方波脉冲信号中，高电平的宽度会发生小幅波动。如果直接将该第一方波信号P1a、P1b转换为红外光信号发射出去，会出现红外遥控距离变短、红外遥控系统的接收端难以正确识别等问题。因此，就需要将占空比不稳定的两路第一方波信号P1a、P1b转换为占空比稳定的两路第二方波信号P2a、P2b。所述占空比转换电路33就用于实现这样的功能。

所述占空比转换电路33的第一实施例是采用一款控制芯片，例如CPU、单片机、PLC等。请参阅图6a，该控制芯片一旦检测到第一路第一方波信号P1a的下降沿，就生成固定宽度的高电平，随后回到低电平，这就是第一路第二方波信号P2a。该控制芯片一旦检测到第二路第一方波信号P1b的上升沿，就生成固定宽度的高电平，随后回到低电平，这就是第二路第二方波信号P2b。由此，即便第一方波信号P1a、P1b的占空比有小幅波动，第二方波信号P2a、P2b也变成了相同的占空比。第一路第二方波信号P2a的高电平与第二路第二方波信号P2b的高电平是相互错开的，而且第一路第二方波信号P2a的高电平之间的时间间隔大致相同、第二路第二方波信号P2b的高电平之间的时间间隔大致相同、第一路第二方波信号P2a的高电平与其后方紧邻的第二路第二方波信号P2b的高电平之间的时间间隔大致相同。这样处理的好处有二：首先可以防止方波信号的占空比过大（例如大于50%）导致红外遥控系统的接收端无法正常接收，其次采用较小的、且能被正确接收和识别的方波信号的占空比可以节能。

所述占空比转换电路33的第二实施例是采用单稳态触发器。单稳态触发器具有两个工作状态：稳态和暂稳态。当没有外加触发信号时，单稳态触发器始终处于稳态；当外加触发信号时，单稳态触发器能从稳态翻转到暂稳态，在经过一段时间后，又能自动返回稳态。本申请可以采用可以同时处理两项任务的双重单稳态触发器330，例如型号为HC123，如图6b所示。第一项任务是一旦检测到第一路第一方波信号P1a的下降沿，就生成固定宽度的高电平，随后回到低电平，这就是第一路第二方波信号P2a；第二项任务是一旦检测到第二路第一方波信号P1b的上升沿，就生成固定宽度的高电平，随后回到低电平，这就是第二路第二方波信号P2b；所形成的第一路第二方波信号P2a的高电平与第二路第二方波信号P2b的高电平是相互错开的，而且第一路第二方波信号P2a的高电平之间的时间间隔大致相同、第二路第二方波信号P2b的高电平之间的时间间隔大致相同、第一路第二方波信号P2a的高电平与其后方紧邻的第二路第二方波信号P2b的高电平之间的时间间隔大致相同。

请参阅图6c，本申请所述占空比转换电路33的第二实施例也可采用两个独立的、只能处理一项任务的单稳态触发器来实现。

两路第二方波信号P2a、P2b的占空比恒定，频率也基本恒定，可以转换为红外光信号发射出去。所述红外光转换电路34就用于实现这样的功能。请参阅图7，所述红外光转换电路34主要由两个NPN型双极晶体管Q5、Q6和一个红外发光二极管D3组成。直流电源35的电压Battery接红外发光二极管D3的正极。两个双极晶体管Q5、Q6的集电极均连接红外发光二极管D3的负极，基极各通过一个电阻R21、R22接两路第二方波信号P2a、P2b，发射极均通过同一个电阻二十三R23接地。

该电路的工作原理为：当第一路第二方波信号P2a为低电平时，双极晶体管五Q5未开启，其集电极和发射极之间相当于一个断开的开关。当第一路第二方波信号P2a为高电平时，双极晶体管五Q5开启，其集电极和发射极之间相当于一个闭合的开关。同样地，当第二路第二方波信号P2b为低电平时，双极晶体管六Q6未开启，其集电极和发射极之间相当于一个断开的开关。当第二路第二方波信号P2b为高电平时，双极晶体管六Q6开启，其集电极和发射极之间相当于一个闭合的开关。在任意时刻，只要双极晶体管五Q5和双极晶体管六Q6有一个开启，则Battery可通过串联的红外发光二极管D3、闭合开关Q5和/或Q6、电阻二十三R23泻放电流至地，即红外发光二极管D3发射红外光信号。在任意时刻，如果双极晶体管五Q5和双极晶体管六Q6均未开启，则Battery无法通过红外发光二极管D3泻放电流，即红外发光二极管D3不发射红外光信号。由于二路第二方波信号P2a、P2b的高电平相互错开，因此双极晶体管五Q5和双极晶体管六Q6或者同时未开启，或者有一个开启，而不可能同时开启。而两路第二方波信号P2a、P2b相互交替的高电平，相当于叠加形成了一个两倍于其频率的新的合成信号，而红外发光二极管D3正是受该合成信号的控制而发射红外光信号。

Vmic可以直接采用音频接头31的麦克风引脚从智能电子设备的耳机接口14所取得的电压。然而，某些智能电子设备的耳机接口14的麦克风引脚的输出电压不稳定，因此优选增加一个稳压电路。请参阅图8，所述稳压电路为：音频接头31的麦克风引脚通过串联的电阻二十四R24和电容九C9接地，反相的稳压二极管D4与电容九C9并联，从而将输出的Vmic限定在稳定的范围内。

请参阅图9，这是本申请红外遥控系统的发射端的整体示意图。所述红外遥控系统的发射端包括智能电子设备10和红外发射电路30两部分。

所述智能电子设备10进一步包括：

——人机界面11（例如按键、触摸屏等），接收用户所输入的操作指令。

——主芯片12（例如基带芯片、CPU等），接收人机界面11传递来的操作指令，查询数据库而得到该操作指令所对应的红外控制码。所述数据库预存在智能电子设备的存储器中，其中记录有各个操作指令所对应的红外控制码。主芯片12还在红外控制码的起始和末尾增加前缀和后缀。所述前缀和后缀由方波信号和静音组成，其目的是确保红外控制码的起始和末尾部分无实际意义。主芯片12还将所得到的红外控制码调制到载波信号上，生成调制信号。

——音频处理芯片13，接收数字音频信号并生成模拟音频信号，再将该模拟音频信号传递给耳机接口54的单声道。

——耳机接口14，至少具有左声道、右声道、麦克风、地这四个引脚。左声道和右声道引脚之一输出模拟音频信号，另一个引脚不输出或输出静音信号。麦克风引脚输出电压值，原本目的是作为插入其耳机接口14的麦克风的电源。

所述红外发射电路30如图3所示，其中的音频接头31插入到智能电子设备10的耳机接口14中。所述音频接头31接收单声道的模拟音频信号，经由方波转换电路32转换为两路数字信号，即两路第一方波信号。再经由占空比转换电路33将两路第一方波信号转换为占空比恒定的两路第二方波信号。最后由红外光转换电路34同时以两路第二方波信号控制红外光的发射。

在诸如手机、平板电脑等便携式智能电子设备10中，人机界面、主芯片、音频处理芯片、耳机接口等硬件部件均为常见的标准配置。本申请在此基础上通过一个可插拔的红外发射电路30而使得智能电子设备10实现红外遥控电路的发射端功能。

请参阅图10，这是本申请的红外遥控系统的发射端进行红外光信号发射的实现方法的流程图，包括如下步骤：

第1步，主芯片接收人机界面传递来的操作指令，查询数据库而得到该操作指令所对应的红外控制码。红外控制码由高电平和低电平组成，两种电平的顺序和持续时间的不同就代表着不同的含义。红外控制码的频率通常只有几十到几百Hz。

第2步，主芯片为红外控制码增加前缀和后缀，所述前缀位于红外控制码的最开头，而后缀位于红外控制码的最末尾。前缀和后缀不具有任何意义，或者仅具有指示开头位置、末尾位置的意义。

第3步，主芯片将红外控制码以调幅的方式调制在正弦波形式的载波上，生成调制信号。所述载波为广义的正弦波信号，不限制初始相位，因此也包括余弦波等情况。载波信号可以用sin(2πft)来表示，其中f表示载波频率，t表示时间。本申请将载波频率取为红外遥控系统的发射端所发出的红外光信号的频率的1/2，通常为几十KHz。所述脉冲调幅的调制方法为：当红外控制码为高电平时，调制信号为载波信号；当红外控制码为低电平时，调制信号为0；或者相反。

第4步，主芯片对调制信号进行采样，生成数字音频信号。通常，采样频率应大于或等于2倍的载波频率。所述数字音频信号在采样时可以采用任何音频文件格式，例如wav格式、mp3格式等。当采用wav格式时，如果采样点的数据精度为8比特，则采用无符号数；如果采样点的数据精度为16比特，则采用有符号数。

第5步，音频处理芯片接收该数字音频信号，并生成模拟音频信号，再传递给耳机接口的单声道。所述模拟音频信号由正弦波和静音组成，分别对应着红外控制码的高电平和低电平。

第6步，单声道的模拟音频信号通过耳机接口的左声道或右声道之一传递给音频接头，经过方波转换电路后变为两路第一方波信号，经过占空比转换电路后变为两路占空比恒定的第二方波信号，最后由红外光转换电路同时将两路第二方波信号转换为红外光信号发射出去。这样，虽然调制信号、数字音频信号、模拟音频信号、两路第一方波信号、两路第二方波信号的频率均为红外遥控系统的发射端所发出的红外光信号的频率的1/2，所述红外光转换电路由于同时转换两路第二方波信号，即发射的红外光信号为任意一路第二方波信号的两倍。

本申请采用智能电子设备实现红外遥控系统的发射端功能时，对于红外遥控系统的接收端而言，其进行接收、解调等过程全无改变，即本申请的红外遥控系统的发射端可以兼容现有的任意接收端，而无需对接收端进行改变。

与现有技术相比，本申请红外发射电路、红外遥控系统的发射端及其实现方法具有如下优势：

其一，针对某些智能电子设备的耳机接口的左声道、右声道引脚的信号电压极小的情况，在方波转换电路中进行了特殊设计：或者设置了略小于双极晶体管的开启电压的偏置电压，或者设置了略小于和略大于比较器负输入端参考电压的偏置电压，使得再微小的模拟音频信号也能成功地转换为幅值放大的两路第一方波信号，而使得最终的红外发光二极管不用再考虑开启电压是否能满足的问题，而是默认为必定满足开启条件。

其二，红外发光二极管所发射的是由方波和零电平所组成的数字信号。在红外遥控系统中发射方波信号具有遥控距离远、便于接收端识别等优势。

其三，某些智能电子设备的耳机接口的左声道、右声道引脚的同步性不佳，理想的180度（π相位）相位差难以实现。本申请只使用其中的一个声道，而舍弃另一个声道，从而解决了该问题。

其四，某些智能电子设备的音频处理芯片会将双声道的模拟音频信号叠加后，以相同的叠加信号发送给耳机接口的左声道、右声道引脚。本申请只使用其中的一个声道，而舍弃另一个声道，从而解决了该问题。

其五，某些智能电子设备的耳机接口隔离性不佳，当左声道有信号时，会在右声道产生干扰噪声；反之亦然。本申请只使用其中的一个声道，而舍弃另一个声道，从而解决了该问题。

其六，某些智能电子设备的音频处理芯片在声音数据开始播放时会逐步加大耳机接口的信号，在声音数据接近结束时会迅速降低耳机接口的信号。本申请通过在红外控制码中增加无实际意义的前缀和后缀，即便前缀和后缀的发射效果不佳、难以被接收端识别也不会影响红外控制码的具有意义的中间部分的发射、接受与解析。

以上仅为本申请的优选实施例，并不用于限定本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种红外发射电路，其特征是，包括：

——音频接头，至少包括左声道、右声道、麦克风、地这四个引脚；所述左声道和右声道这两个引脚中，只有一个引脚传递模拟音频信号，另一个引脚不传递任何信号或仅传递静音信号；所述模拟音频信号由弦波信号和静音组成；

——方波转换电路，将音频接头传递的单声道模拟音频信号放大，并转换为两路第一方波信号，第一路第一方波信号的下降沿与第二路第一方波信号的上升沿相互错开；

——占空比转换电路，将方波转换电路输出的两路第一方波信号转换为占空比恒定的两路第二方波信号，第一路第二方波信号的高电平与第二路第二方波信号的高电平相互错开；

——红外光转换电路，将两路第二方波信号叠加转换为红外光信号发射出去；

——直流电源，为方波转换电路、占空比转换电路、红外光转换电路供电。

2.根据权利要求1所述的红外发射电路，其特征是，所述方波转换电路包括两部分，第一部分是从模拟音频信号得到第一路第一方波信号的电路，第二部分是从模拟音频信号得到第二路第一方波信号的电路；

所述第一部分的电路为：双极晶体管一为PNP型，其发射极连接Vmic，基极通过电阻一连接Vmic，基极还通过电容一连接模拟音频信号，基极还通过电阻二接地，集电极通过电阻三接地，集电极还通过电阻四连接双极晶体管二的基极；双极晶体管二为NPN型，其集电极通过电阻五接Vcc，集电极还输出第一路第一方波信号，集电极还通过电容二接地，基极通过电阻四连接双极晶体管一的集电极，发射极接地；

所述第二部分的电路为：双极晶体管三为NPN型，其基极通过电阻六接地，基极还通过电阻七接Vmic，基极还通过电容三连接模拟音频信号，集电极通过电阻八接Vcc，集电极还通过电阻九连接双极晶体管四的基极，发射极接地；双极晶体管四为PNP型，其发射极接Vcc，基极通过电阻九连接双极晶体管三的集电极，集电极通过并联的电阻十和电容四接地，集电极还输出第二路第一方波信号；

所述第一部分的电路仅在模拟音频信号的弦波的负半周形成低电平、其余时间为高电平的第一路第一方波信号，所述第二部分的电路仅在模拟音频信号的弦波的正半周形成高电平、其余时间为低电平的第二路第一方波信号；第一路第一方波信号的下降沿与第二路第一方波信号的上升沿相互错开；

所述Vmic是从麦克风引脚获取的经过稳压后的电压，所述Vcc是直流电源经过分压后提供给方波转换电路的工作电压。

3.根据权利要求1所述的红外发射电路，其特征是，所述方波转换电路采用一个同时处理两项比较任务的比较器；

Vmic通过串联的电阻十一和电阻十二接地，并得到一个分压值称为参考电压；参考电压同时作为两项比较任务的负输入端；

Vmic还通过串联的电阻十三和电阻十四接地，并得到一个分压点；该分压点通过电容五接模拟音频信号，该分压点还通过电阻十五输出Down-wave信号，该分压点还通过反向的二极管一接地；当模拟音频信号为静音时，该Down-wave信号略大于参考电压；Down-wave信号作为第一项比较任务的正输入端；第一项比较任务的输出端输出第一路第一方波信号；

Vmic还通过串联的电阻十六和电阻十七接地，并得到一个分压点；该分压点通过电容六接模拟音频信号，该分压点还通过电阻十八输出Up-wave信号，该分压点还通过反向的二极管二接地；当模拟音频信号为静音时，该Up-wave信号略小于参考电压；Up-wave信号作为第二项比较任务的正输入端；第二项比较任务的输出端输出第二路第一方波信号；

所述第一项比较任务仅在模拟音频信号的弦波的负半周形成低电平、其余时间为高电平的第一路第一方波信号；第二项比较任务仅在模拟音频信号的弦波的正半周形成高电平、其余时间为低电平的第二路第一方波信号；第一路第一方波信号的下降沿与第二路第一方波信号的上升沿相互错开；

或者，每一项比较任务的正、负输入端互换；

或者，同时处理两项比较任务的一个比较器改为仅处理一项比较任务的两个比较器。

4.根据权利要求1所述的红外发射电路，其特征是，所述占空比转换电路采用一款控制芯片，该控制芯片一旦检测到第一路第一方波信号的下降沿，就生成固定宽度的高电平，随后回到低电平，这就是第一路第二方波信号；该控制芯片一旦检测到第二路第一方波信号的上升沿，就生成固定宽度的高电平，随后回到低电平，这就是第二路第二方波信号；第一路第二方波信号的高电平与第二路第二方波信号的高电平相互错开。

5.根据权利要求1所述的红外发射电路，其特征是，所述占空比转换电路采用同时处理两项任务的单稳态触发器；第一项任务是一旦检测到第一路第一方波信号的下降沿，就生成固定宽度的高电平，随后回到低电平，这就是第一路第二方波信号；第二项任务是一旦检测到第二路第一方波信号的上升沿，就生成固定宽度的高电平，随后回到低电平，这就是第二路第二方波信号；第一路第二方波信号的高电平与第二路第二方波信号的高电平相互错开；

或者，同时处理两项任务的一个单稳态触发器改为仅处理一项任务的两个单稳态触发器。

6.根据权利要求1所述的红外发射电路，其特征是，所述红外光转换电路包括两个NPN型双极晶体管和一个红外发光二极管；直流电源接红外发光二极管的正极；两个双极晶体管的集电极均连接红外发光二极管的负极，基极各通过一个电阻接两路第二方波信号，发射极均通过同一个电阻接地；

在任意时刻，只要任意双极晶体管开启，则红外发光二极管发射红外光信号；在任意时刻，如果两个双极晶体管均未开启，则红外发光二极管不发射红外光信号；由于二路第二方波信号的高电平相互错开，相当于红外发光二极管受这两路第二方波信号的叠加信号的控制而发射红外光信号。

7.根据权利要求1所述的红外发射电路，其特征是，所述红外发射电路还包括稳压电路，所述稳压电路为：音频接头的麦克风引脚通过串联的电阻二十四和电容九接地，反相的稳压二极管与电容九并联，从而将输出的Vmic限定在稳定的范围内。

8.一种红外遥控系统的发射端，其特征是，包括智能电子设备和权利要求1所述的红外发射电路两部分；

所述智能电子设备进一步包括：

——人机界面，接收用户所输入的操作指令；

——主芯片，接收人机界面传递来的操作指令，查询数据库而得到该操作指令所对应的红外控制码；还为红外控制码增加前缀和后缀；还将所得到的红外控制码调制到载波信号上，生成调制信号；

——音频处理芯片，接收数字音频信号并生成单声道的模拟音频信号；

——耳机接口，至少具有左声道、右声道、麦克风、地这四个引脚；左声道和右声道引脚之一输出模拟音频信号，另一个引脚不输出或输出静音信号；麦克风引脚输出电压值；

所述红外发射电路的音频接头插入到智能电子设备的耳机接口中；所述音频接头接收单声道的模拟音频信号，经由方波转换电路转换为两路第一方波信号；再经由占空比转换电路将两路第一方波信号转换为占空比恒定的两路第二方波信号；最后由红外光转换电路将两路第二方波信号叠加转换为一路红外光信号发射出去。

9.一种红外遥控系统的发射端的实现方法，其特征是，包括如下步骤：

第1步，主芯片接收人机界面传递来的操作指令，查询数据库而得到该操作指令所对应的红外控制码；

第2步，主芯片为红外控制码增加前缀和后缀；

第3步，主芯片将第2步得到的红外控制码以调幅的方式调制在正弦波形式的载波上，生成调制信号；所述载波频率取为红外遥控系统的发射端所发出的红外光信号的频率的1/2；

第4步，主芯片对调制信号进行采样，生成数字音频信号；所述采样频率大于或等于2倍的载波频率；

第5步，音频处理芯片接收该数字音频信号，并生成模拟音频信号，再传递给耳机接口的单声道；

第6步，单声道的模拟音频信号通过耳机接口的左声道或右声道之一传递给音频接头，经过方波转换电路后变为两路第一方波信号，经过占空比转换电路后变为两路占空比恒定的第二方波信号，最后由红外光转换电路将两路第二方波信号叠加转换为一路红外光信号发射出去。