CN103379408B - 信号处理模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种信号处理模块，信号处理模块设置有电流型数模转换模块，电流型数模转换模块用于将待向音频设备发送的数字信号转换成音频信号，通过所述音频设备的音频接口将所述音频信号发送至所述音频设备。本发明通过以上技术方案，解决现有技术中基于音频接口数据传输方法与音频接口不能较好兼容的问题。

Description

信号处理模块

技术领域

本发明涉及电子领域，尤其涉及信号处理模块。

背景技术

通过音频设备的音频接口在音频设备与外部设备之间传输数据将成为移动互联时代一大技术趋势。当前普遍采用的传输方法是，通过电压型数模转换模块以向麦克(MIC)极灌电压的方式，向音频设备传输电压型音频信号。然而，这种方式与现有的音频设备的音频接口并不能较好的兼容。

现有的音频设备的音频接口是用来与耳机、麦克风进行数据交互的，其结构及电气特性均来自于现有的耳机、麦克风的工作原理。现有的音频设备(如移动终端)在开启录音通道后，会提供给音频接口内MIC极一直流偏置(如提供一约2V的电压，同时串联一个约2KΩ的电阻)，该直流偏置主要用于给通过MIC极传输音频信号至音频设备的麦克风进行供电。

基于这一点，现有麦克风传输音频信号的过程是：当人对着麦克风说话时，空气中的声波信号经过麦克风的检测和放大，改变了从音频设备中流出的电流；该电流在MIC极的内阻(上文中所提的直流偏置的内阻)上产生的电压变化被音频设备获得并识别，从而完成音频信号的输入过程。由此可见，现有麦克风的工作原理可总结为：通过检测音频信号，改变从MIC极抽取的电流大小，从而将声音传输至音频设备。其工作原理可进一步简化为：改变MIC极抽取的电流大小，向音频设备传输音频信号。

在进行音频信号的输入中，MIC极的内阻与MIC极的电压变化幅度成正比。音频设备通常根据自身检测电路的灵敏度、MIC极所能容忍的安全电压幅度来设置MIC极内阻的阻值。

当前基于音频接口的数据传输方法中，采用电压型数模转换模块传输音频信号较为常见。但是如何保证足够大的电压幅值以利于音频设备识别，同时又不损坏音频设备的录音设备，这是个棘手的问题。

发明内容

本发明提供信号处理模块，解决现有技术中基于音频接口数据传输方法与音频接口不能较好兼容的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种信号处理模块，所述信号处理模块设置有电流型数模转换模块，所述电流型数模转换模块用于将待向音频设备发送的数字信号转换成音频信号，通过所述音频设备的音频接口将所述音频信号发送至所述音频设备。

在本发明一实施例中，所述电流型数模转换模块通过从所述音频接口的麦克极抽取电流的方式将转换成的音频信号向所述音频设备发送。

在本发明一实施例中，所述信号处理模块还设置有模数转换模块，所述模数转换模块用于通过所述音频设备的音频接口接收来自所述音频设备的音频信号，并将所述音频信号转换为数字信号。

在本发明一实施例中，所述信号处理模块还包括：编码模块，用于对待向所述音频设备发送的数字信号进行编码，将编码后的数字信号输入至所述电流型数模转换模块进行转换；解码模块，用于将所述模数转换模块转换成的数字信号进行解码。

在本发明一实施例中，所述信号处理模块还包括：组帧模块，用于对待向所述音频设备发送的数字信号进行组帧，将组帧后的数字信号输入至所述编码模块进行编码；解帧模块，用于对所述解码模块解码后的数字信号进行解帧。

在本发明一实施例中，所述信号处理模块还设置有音频接口麦克极和地极的控制模块，所述音频接口麦克极和地极的控制模块用于对所述音频接口的麦克极和地极进行识别，将所述电流型数模转换模块的输出端与识别出的麦克极对接，将地电位与识别出的地极对接。

在本发明一实施例中，所述音频接口麦克极和地极的控制模块包括：获取模块，用于获取所述音频设备在开启录音通道后，其音频接口内一对音频输入极中各极的电信号；识别模块，用于根据所述一对音频输入极中各极的电信号识别所述麦克极和地极；端口切换模块，用于所述识别模块识别出麦克极和地极之后，将所述电流型数模转换模块的输出端与识别出的麦克极对接，将地电位与识别出的地极对接。

在本发明一实施例中，所述获取模块为电压域转换模块，用于获取所述一对音频输入极中各极相对于所述地电位的电压相对值。

在本发明一实施例中，所述识别模块包括第一识别子模块，用于检测所述一对音频输入极中各极的电压相对值的正负特性，根据检测结果识别所述麦克极和所述地极。

在本发明一实施例中，所述识别模块包括：第二识别子模块，用于将所述一对音频输入极中各极的电压相对值分别与所述地电位进行比较，根据各自的比较结果分别输出一数字电平信号；逻辑判断模块，用于根据所述第二识别子模块输出的两数字电平信号识别所述麦克极和所述地极。

在本发明一实施例中，所述第二识别子模块当电压相对值大于所述地电位时，输出电平1，当电压相对值小于所述地电位时，输出电平0；所述逻辑判断模块在所述第二识别子模块输出一电平1和一电平0时，将电平1所对应的所述一对音频输入极中一极识别为所述麦克极，将电平0所对应的所述一对音频输入极中一极识别为所述地极。

本发明的有效效果在于，采用电流型数模转换模块将待向音频设备发送的数字信号转换成音频信号后，通过音频接口传输至音频设备，模拟现有的麦克风的工作原理，传输电流型音频信号，使得本发明的信号处理模块与现有的音频接口能够更好的兼容。同时，采用电流型数模转换模块，只需将电流幅度限制在麦克风的电流范围中；而识别音频信号所需的电压幅度则由音频设备自身的MIC极内阻和录音电路进行匹配，从而解决了音频信号电压幅度过小或者过大的问题，提高了与音频接口的兼容性，数据传输的质量，同时不影响音频接口的使用寿命。

进一步，基于音频接口进行数据传输之前，先对音频接口内MIC极和地(GND)极进行识别，将电流型数模转换模块与识别出的MIC极对接，将地电位与识别出的GND极对接，避免音频接口内MIC极和GND极位置不固定，导致数据传输失败的问题。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的信号处理模块的示意图；

图2为本发明另一实施例提供的信号处理模块的示意图；

图3为本发明另一实施例提供的信号处理模块的示意图；

图4为本发明另一实施例提供的信号处理模块的示意图；

图5为本发明另一实施例提供的信号处理模块的示意图；

图6为图5所示信号处理模块中音频接口麦克极和地极的控制模块的示意图；

图7为图6所示信号处理模块中音频接口麦克极和地极的控制模块的另一示意图；

图8为图6所示信号处理模块中音频接口麦克极和地极的控制模块的另一示意图；

图9为图8所示音频接口麦克极和地极的控制模块的等效电路结构的示意图；

图10a为图9所示电路结构中电压域转换单元的示意图；

图10b为图9所示电路结构中电压域转换单元的另一示意图；

图10c为图9所示电路结构中电压域转换单元的另一示意图；

图10d为图9所示电路结构中电压域转换单元的另一示意图。

具体实施方式

本发明的信号处理模块可以是音频设备与外部设备之间的中间结构，也可以内置于外部设备内。优选的，信号处理模块通过外接插头的方式与音频设备的音频接口连接。本发明的主要构思是，采用电流型数模转换模块与音频设备的音频接口连接，模拟现有的麦克风的工作原理向音频设备发送音频信号，使得本发明的信号处理模块与现有的音频接口能够更好的兼容。

如图1所示，为本发明一实施例提供的信号处理模块，该信号处理模块具备将数字信号转换为音频信号，并将该音频信号向音频设备发送的功能。该信号处理模块设置有电流型数模转换模块1，电流型数模转换模块1模拟现有的麦克风的工作原理，将待向音频设备传输的数字信号转换为音频信号后，以从音频接口的MIC极抽取电流的方式，当抽取的电流发生变化时，MIC极上的电压会随着变化，通过改变MIC极上的电压，向音频设备输入电流型音频信号。

优选的，电流型数模转换模块1为电流型DAC。

在另一实施例中，图1所示信号处理模块还包括幅度/中心电平控制模块，幅度/中心电平控制模块用于控制电流型数模转换模块1输出音频信号的幅度及中心电平，由于不同的音频设备，其音频接口所匹配的音频信号的幅度及中心电平不同，因此，通过幅度/中心电平控制模块的控制，可以与不同音频设备的音频接口更好的兼容。

如图2所示，为本发明另一实施例提供的信号处理模块，该信号处理模块与图1所示信号处理模块不同的之处在于，该信号处理模块不但具备将数字信号转换为音频信号，并将该音频信号向音频设备发送的功能，还具备从音频设备接收音频信号，并将接收的音频信号转换为数字信号的功能。该信号处理模块除了设置有电流型数模转换模块1，还设置有模数转换模块2，用于通过音频设备的音频接口接收来自音频设备的音频信号，并将该音频信号转换为数字信号。

优选的，模数转换模块2可以包括直流变换模块21和比较模块22。对应于音频接口内的声道个数，比较模块22中设定相应个数的子比较模块，本实施例设定对应左声道的子比较模块22a和对应右声道的子比较模块22b。由于从音频接口的声道极输出的通常为交流电压信号，直流变换模块21用于将音频信号接收模块2从音频接口的声道极接收的交流电压形式的音频信号转换直流信号。具体的，可以在声道极输出的交流电压信号上，叠加正的直流电压VDC_A，使声道极输出的原始交流信号，变成有一定直流分量的信号，优选的VDC_A为电源电压VDD的一半。子比较模块22a、子比较模块22b用于将直流变换模块21转换成的有一定直流分量的信号与上述直流电压VDC_A进行比较，送出比较结果，如若直流变换模块21转换成的有一定直流分量的信号大于VDC_A，则输出高电平，否则输出低电平。

如图3所示，为本发明另一实施例提供的信号处理模块，该信号处理模块与图2所示信号处理模块不同的之处在于，该信号处理模块还具备编解码功能。该信号处理模块除了设置有电流型数模转换模块1和模数转换模块2，还设置有编码模块3和解码模块4，编码模块3与电流型数模转换模块1输入端连接，用于对待向音频设备发送的数字信号进行编码，将编码后的数字信号输入至电流型数模转换模块1进行转换。解码模块4与模数转换模块2的输出端连接，用于将模数转换模块2转换成的数字信号进行解码。优选的编码规则为差分曼彻斯特编码。

如图4所示，为本发明另一实施例提供的信号处理模块，该信号处理模块与图3所示信号处理模块不同的之处在于，该信号处理模块还具备组解帧功能。该信号处理模块除了设置有电流型数模转换模块1、模数转换模块2、编码模块3和解码模块4之外，还设置有组帧模块5和解帧模块6，组帧模块5与编码模块3的输入端连接，在编码模块3对待向音频设备发送的数字信号进行编码前，组帧模块5先对该待向音频设备发送的数字信号进行组帧，将组帧后的数字信号输入至编码模块3进行编码。解帧模块6与解码模块4的输出端连接，对解码模块4解码后的数字信号进行解帧。

如图5所示，为本发明另一实施例提供的信号处理模块，该信号处理模块与图2所示信号处理模块不同的之处在于，该信号处理模块还具备音频接口内MIC极和GND极的识别功能。该信号处理模块除了设置有电流型数模转换模块1、模数转换模块2之外，还设置有音频接口麦克极和地极的控制模块7，在利用音频接口进行数据通信之前，先对音频接口内MIC极和GND极进行识别，再将电流型数模转换模块1的输出端与识别出的MIC极对接，将地电位与识别出的GND极对接。需要说明的是，如果信号处理模块是音频设备与外部设备之间的中间结构，那么该处的地电位以及下文出现的地电位指的是信号处理模块与外部设备的共地电位，如果信号处理模块内置于外部设备内，那么该处的地电位以及下文出现的地电位指的是外部设备的地电位，此外，由于音频接口内声道极(包括左/右/MOMO声道)的位置通常是固定的，因此，信号处理模块中的模数转换模块2与音频接口的声道极可以按照现有技术中的常规方式完成对接，建立信号处理模块从音频设备接收数据的接收通道。完成端口对接之后，信号处理模块结合电流型数模转换模块1、模数转换模块2在外部设备与音频设备之间进行数据通信。

如图6所示，为图5所示信号处理模块中音频接口麦克极和地极的控制模块7的一种实现方式。包括获取模块71、识别模块72和端口切换模块73。其中，获取模块71用于获取音频设备开启录音通道后，其音频接口内一对音频输入极中各极的电信号，识别模块72用于根据获取模块71获取到的两极的电信号识别MIC极和GND极，端口切换模块73，用于识别模块72识别出MIC极和GND极之后，自动完成端口对接。

如图7所示，为图6所示信号处理模块中音频接口麦克极和地极的控制模块7的一种实现方式。获取模块71具体为电压域转换模块711，识别模块72具体为第一识别子模块721。电压域转换模块711借助现有音频设备开启录音通道后，给MIC极提供一直流偏置，使得MIC极具有高于GND极的电压这一前提条件，在音频设备的音频接口内的一对音频输入极之间建立电流或电压通道，将外部设备地电位接入该通道的节点中，正常情况下，外部设备地电位为0，那么MIC极相对于该地电位的电压相对值一定为正值，GND极相对于该地电位的电压相对值一定为负值，因此，电压域转换模块711输出的是一个正的电压相对值和一个负的电压相对值。第一识别子模块721通过检测电压相对值的正负特性识别出MIC极和GND极，正的一极为MIC极，负的一极为GND极。

如图8所示，为图6所示信号处理模块中音频接口MIC极和GND极的控制模块7的另一种实现方式。获取模块71具体为电压域转换模块711，识别模块72包括第二识别子模块722和逻辑判断模块723。电压域转换模块711依然借助现有音频设备开启录音通道后，给MIC极提供一直流偏置，使得MIC极具有高于GND极的电压这一前提条件，在其音频接口内的该一对音频输入极之间建立电流或电压通道，将地电位接入该通道的节点中，获取该一对音频输入极中各极相对于该地电位的电压相对值。第二识别子模块722包括两比较模块，第一比较模块722a和第二比较模块722b，第一比较模块722a用于将电压域转换模块711输出的一电压相对值与该地电位进行比较，根据比较结果输出一数字电平信号；第二比较模块722b用于将电压域转换模块711输出的另一电压相对值与该地电位进行比较，根据比较结果输出另一数字电平信号。逻辑判断模块723用于根据第一比较模块722a和第二比较模块722b输出的数字电平信号识别MIC极和GND极。假设第一比较模块722a和第二比较模块722b的比较规则是，当电压相对值大于该地电位时，输出电平1，当电压相对值小于该地电位时，输出电平0，那么当第一比较模块722a和第二比较模块722b输出的均是电平0时，表明音频设备还未开启录音通道或者外部设备的插头还未插入到音频接口中，当任意一个输出的是电平1时，表明音频设备已开启录音通道，逻辑判断模块723将电平1所对应的一极识别为MIC极，将电平0所对应的一极识别为GND极。相反，若第一比较模块151a和第二比较模块151b的比较规则是，当电压相对值大于地电位时，输出电平0，当电压相对值小于地电位时，输出电平1，那么当第一比较模块722a和第二比较模块722b输出的均是电平1时，表明音频设备还未开启录音通道或者外接插头还未插入到音频接口中，当任意一个输出的是电平0时，表明音频设备已开启录音通道，逻辑判断模块723将电平0所对应的一极识别为MIC极，将电平1所对应的一极识别为GND极。

图8所示的音频接口麦克极和地极的识别模块7，可以以电路形式实现。如图9所示，为其等效的电路结构。假设信号处理模块内置于外部设备中，外部设备的地电位用AFG表示，信号处理模块中的音频信号输出端用AFM表示。音频接口麦克极和地极的识别模块7包括电压域转换单元191、第一比较器192、第二比较器193、逻辑判断单元194和端口切换开关195。其中，电压域转换单元191采用电阻分压的形式在音频接口内一对音频输入极之间建立电流通道，如图10a所示结构，通过信号处理模块的外接插头的相应环段(如A段和B段)，接入音频设备的一对音频输入极，在音频接口内一对音频输入极(对应于插头的A段和B段)之间串接第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1和第二电阻R2的中间节点接入外部设备的地电位AFG。由于现有音频设备开启录音通道后，MIC极具有高于GND极的电压，假设MIC极与GND极的电压差为ΔV，R1＝R2，AFG＝0，那么电压域转换单元191输出的相对于地电位AFG的两电压相对值分别为1/2ΔV、-1/2ΔV。第一比较器192，一输入端接入电压域转换单元191输出的一电压相对值，另一输入端接入该地电位AFG，输出端根据比较结果输出一数字电平信号，若该电压相对值大于该地电位AFG，则输出电平1，否则输出电平0。第二比较器193，一输入端接入电压域转换单元191输出的另一电压相对值，另一输入端接入该地电位AFG，输出端根据比较结果输出另一数字电平信号，若该电压相对值大于该地电位AFG，则输出电平1，否则输出电平0。逻辑判断单元194，一输入端接第一比较器192的输出端，另一输入端接第二比较器193的输出端，当第一比较器192和第二比较器193输出的均是电平0时，表明音频设备还未开启录音通道或者信号处理模块外接的插头还未插入到音频接口中，当任意一个输出的是电平1时，表明音频设备已开启录音通道，将电平1所对应的一极识别为MIC极，将电平0所对应的一极识别为GND极，将识别结果输出至端口切换开关195。端口切换开关195，自动将地电位AFG与识别出的GND极对接，用以统一信号处理模块与音频设备的地电位，将AFM与识别出的MIC极对接，以建立向音频设备发送数据的通道。

在另一实施例中，图9中的电压域转换单元191还可以采用电容分压的形式在音频接口内一对音频输入极之间建立电压通道，如图10b所示，在音频接口内一对音频输入极之间串接第一电容C1和第二电容C2，第一电容C1和第二电容C2的中间节点接入地电位AFG，第一电容C1、第二电容C2与图10a中的R1、R2作用相同。

在另一实施例中，图9中的电压域转换单元191还可以采用MOS管分压的形式在音频接口内一对音频输入极之间建立电流通道，如图10c所示，在音频接口内一对音频输入极之间串接第一MOS管N1和第二MOS管N2，第一MOS管N1和第二MOS管N2的中间节点接入地电位AFG，还包括为第一MOS管N1和第二MOS管N2提供栅极电流的电流源I和第三MOS管N3。第一MOS管N1、第二MOS管N2和第三MOS管N3的栅电压相连，构成电流镜，电流源I流经第三MOS管N3，第一MOS管N1、第二MOS管N2的漏源电阻RDS与图10a中的R1、R2作用相同。

在另一实施例中，还可以在图10c所示电压域转换单元191的基础之上，做进一步改进，如图10d所示，分别在音频输入极与第一MOS管N1、第二MOS管N2之间连接一保护电阻R1′、R2′，R1′、R2′分别起到限制电流以及静电保护的作用。

本发明在利用音频接口进行数据通信的过程中，采用电流型数模转换模块将待向音频设备发送的数字信号转换为音频信号，模拟现有麦克风的工作原理传输音频信号至音频设备，使得本发明的信号处理模块和方法与现有的音频接口能够更好的兼容。进一步，利用音频接口进行数据通信之前，先对音频接口内MIC极和GND极进行识别，再将电流型数模转换模块的输出端与识别出的MIC极对接，将地电位与识别出的GND极对接，避免音频接口内MIC极和GND极位置不固定，导致数据传输失败的问题。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种信号处理模块，所述信号处理模块设置有电流型数模转换模块，所述电流型数模转换模块用于将待向音频设备发送的数字信号转换成音频信号，通过所述音频设备的音频接口将所述音频信号发送至所述音频设备，具体的，所述电流型数模转换模块通过从所述音频接口的麦克极抽取电流的方式将转换成的音频信号向所述音频设备发送。

2.如权利要求1所述的信号处理模块，其特征在于，所述信号处理模块还设置有模数转换模块，所述模数转换模块用于通过所述音频设备的音频接口接收来自所述音频设备的音频信号，并将所述音频信号转换为数字信号。

3.如权利要求2所述的信号处理模块，其特征在于，所述信号处理模块还包括：

编码模块，用于对待向所述音频设备发送的数字信号进行编码，将编码后的数字信号输入至所述电流型数模转换模块进行转换；

解码模块，用于将所述模数转换模块转换成的数字信号进行解码。

4.如权利要求3所述的信号处理模块，其特征在于，所述信号处理模块还包括：

组帧模块，用于对待向所述音频设备发送的数字信号进行组帧，将组帧后的数字信号输入至所述编码模块进行编码；

解帧模块，用于对所述解码模块解码后的数字信号进行解帧。

5.如权利要求1所述的信号处理模块，其特征在于，所述信号处理模块还设置有音频接口麦克极和地极的控制模块，所述音频接口麦克极和地极的控制模块用于对所述音频接口的麦克极和地极进行识别，将所述电流型数模转换模块的输出端与识别出的麦克极对接，将地电位与识别出的地极对接。

6.如权利要求5所述的信号处理模块，其特征在于，所述音频接口麦克极和地极的控制模块包括：

获取模块，用于获取所述音频设备在开启录音通道后，其音频接口内一对音频输入极中各极的电信号；

识别模块，用于根据所述一对音频输入极中各极的电信号识别所述麦克极和地极；

端口切换模块，用于所述识别模块识别出麦克极和地极之后，将所述电流型数模转换模块的输出端与识别出的麦克极对接，将地电位与识别出的地极对接。

7.如权利要求6所述的信号处理模块，其特征在于，所述获取模块为电压域转换模块，用于获取所述一对音频输入极中各极相对于所述地电位的电压相对值。

8.如权利要求7所述的信号处理模块，其特征在于，所述识别模块包括第一识别子模块，用于检测所述一对音频输入极中各极的电压相对值的正负特性，根据检测结果识别所述麦克极和所述地极。

9.如权利要求7所述的信号处理模块，其特征在于，所述识别模块包括：

第二识别子模块，用于将所述一对音频输入极中各极的电压相对值分别与所述地电位进行比较，根据各自的比较结果分别输出一数字电平信号；

逻辑判断模块，用于根据所述第二识别子模块输出的两数字电平信号识别所述麦克极和所述地极。

10.如权利要求9所述的信号处理模块，其特征在于，当电压相对值大于所述地电位时，所述第二识别子模块输出电平1，当电压相对值小于所述地电位时，所述第二识别子模块输出电平0；所述逻辑判断模块在所述第二识别子模块输出一电平1和一电平0时，将电平1所对应的所述一对音频输入极中一极识别为所述麦克极，将电平0所对应的所述一对音频输入极中一极识别为所述地极。

11.如权利要求9所述的信号处理模块，其特征在于，当电压相对值大于所述地电位时，所述第二识别子模块输出电平0，当电压相对值小于所述地电位时，所述第二识别子模块输出电平1；所述逻辑判断模块在所述第二识别子模块输出一电平1和一电平0时，将电平0所对应的所述一对音频输入极中一极识别为所述麦克极，将电平1所对应的所述一对音频输入极中一极识别为所述地极。