CN103581794A

CN103581794A - 音频设备外围配件中的电源管理电路

Info

Publication number: CN103581794A
Application number: CN201310246740.9A
Authority: CN
Inventors: 陈荣昌; 蔡怀烜; 罗志华
Original assignee: HUANHUI SYSTEM CO Ltd
Current assignee: HUANHUI SYSTEM CO Ltd; BBPOS Ltd
Priority date: 2012-07-31
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2014-02-12
Also published as: EP2693298A3; EP2693298A2; CN112162620A

Abstract

一种用于外围电子设备的电源管理电路包括电源再生电路、电源选择器、电源开关以及音频信号检测电路。电源再生电路从音频设备接收连续的周期性声波，并将该连续的周期性声波转换成放大的DC电信号。该电源选择器接收放大的DC电信号和来自一次电源的输入，并提供电源信号输出。音频信号检测电路接收放大的DC电信号，并发送唤醒信号到电源开关电路。电源开关电路由唤醒信号接通并将电源选择器连接到外围电子设备主电路，从而将电源信号输出传送到外围电子设备主电路。

Description

音频设备外围配件中的电源管理电路

技术领域

本发明涉及一种音频设备外围配件中的电源管理电路，具体涉及一种在外围配件中从音频设备再生电源的电源管理电路。

背景技术

近年来，便携式个人计算设备，例如智能手机、个人数字助理（PDA）、便携式计算机、平板计算机、以及诸如数字音乐播放器的音频设备已随处可见。这些设备通常具有不同的内置物理电接口，例如USB、FireWire、RS232串行端口和音频插口等。在几乎所有这些设备中，特别是在音频设备中，音频插口是常见接口。设备的音频插口充当用于传输包括音频信号的模拟信号的音频插头连接器的插座。音频插口用于连接到头戴式耳机、扬声器、麦克风和免提设备等。

过去，很多移动电话常常具有其自身专有形式的音频插口，这种音频插口被配置为与装有相配的专有音频插头的缆线一起使用。然而，近来移动电话的功能已发生很大变化，现在多数移动电话也是数字音乐播放器、支付设备、导航设备和相机等。附加配件设备，包括头戴式耳机、打印机和读卡器等可以连接到移动电话，以便听音乐、打印和完成支付等。因此，由于这些增加的功能以及将附加配件设备连接到移动电话的需要，现在能在多数中高端移动手机上发现2.5mm的音频插口和/或3.5mm的音频插口。

几种用于移动电话的电子外围配件可以使用音频插口接口作为信号接口，所有这些配件都具有需要用电力来工作的电子电路。该电力可以来自移动设备或者来自置于外围配件内部的内部电池。在某些情况下，内部电池是不可更换的，因为配件的隔室被粘合、密封或以其他方式永久地组合在一起，并且没有被打开进行电池更换的意图。因此，需要管理外围配件中的耗电以便延长内部电池的电池寿命。

发明内容

本发明提供了一种用于通过用音频插头连接器将外围配件连接到二次外部电源来增加电池寿命的设备和方法。该设备包括电源管理电路，电源管理电路检测音频电源的存在并生成用于使配件的电源开关接通的电信号。该设备还包括电源选择器，电源选择器从内部电池或从二次外部电源对外围配件供电。该电路还使内部电池能够通过二次外部电源进行充电。

一般而言，一方面，本发明提供了一种用在外围电子设备中的电源管理电路。电源管理电路包括电源再生电路、电源选择器、电源开关以及音频信号检测电路。电源再生电路被配置为从音频设备接收连续的周期性声波，并将该连续的周期性声波转换成放大的DC电信号。电源选择器被配置为从电源再生电路接收包括放大的DC电信号的第一输入，并从一次电源接收第二输入，以提供电源信号输出。音频信号检测电路被配置为从电源再生电路接收放大的DC电信号，并发送唤醒信号到电源开关电路。电源开关电路被配置为由唤醒信号接通并将电源选择器连接到外围电子设备主电路，从而将电源信号输出传送到外围电子设备主电路。

本发明的该方面的实现可以包括一个或多个以下特征。所述电源管理电路可以进一步包括被配置为将外围电子设备连接到音频设备的音频插头连接器。音频设备包括二次电源并且被配置为将连续的周期性声波传输到电源管理电路。一次电源可以是电池、电容器、可充电电源或不可充电电源。二次电源可以是电池、电容器、太阳能电池、利用音频信号再生电源的电路、热电发电机、压电元件、利用运动和振动进行发电的设备、可充电电源或不可充电电源。音频插头连接器包括接地（GND）触点、麦克风输入（MIC-IN）触点以及一个或多个耳机声道触点。音频插头可以是4触点尖-环-环-套（TRRS）连接器、3触点尖-环-套（TRS）连接器、3.5mm的音频插头、6.35mm的音频插头、2.5mm的音频插头、RCA连接器、XLR连接器、香蕉连接器、其单声道或立体声版。音频设备包括被配置为容纳音频插头连接器的音频插口，并且音频插口包括被配置为连接到音频插头接地（GND）触点的GND触点、被配置为连接到音频插头麦克风输入（MIC-IN）触点的MIC-IN触点、以及被配置为分别连接到音频插头一个或多个耳机声道触点的一个或多个耳机声道触点。一次电源被配置为由二次电源通过电源再生电路进行再充电。电源再生电路可以是电压倍增器或变压器。电源再生电路可以进一步包括稳压器和电能储存器。连续的周期性声波可以是在音频设备的左声道和右声道中播放的正弦同相声波、在音频设备的左声道和右声道中播放的正弦异相声波、在音频设备的左声道和右声道中播放的方形同相声波、或者在音频设备的左声道和右声道中播放的方形异相声波。移动音频设备可以是移动电话、个人数字助理（PDA）、上网本、平板计算机、笔记本计算机、游戏控制台、电子书阅读器、便携式视频播放器或数字音频播放器等。外围电子设备可以是支付卡阅读器、磁卡阅读器、打印机、头戴式耳机、扬声器、麦克风或其免提版。

一般而言，另一方面，本发明的特征是一种用于在外围电子设备中提供电源管理的方法。该方法包括提供电源再生电路，该电源再生电路被配置为从音频设备接收连续的周期性声波，并将该连续的周期性声波转换成放大的DC电信号。下一步，提供电源选择器，该电源选择器被配置为从电源再生电路接收包括放大的DC电信号的第一输入，并从一次电源接收第二输入，以提供电源信号输出。下一步，提供电源开关电路。下一步，提供音频信号检测电路，该音频信号检测电路被配置为从电源再生电路接收放大的DC电信号，并发送唤醒信号到电源开关电路。电源开关电路被配置为由唤醒信号接通并将电源选择器连接到外围电子设备主电路，并且从而将电源信号输出传送到外围电子设备主电路。

附图说明

图1为通过音频插头连接到音频设备的外围设备的概观图；

图2为图1的外围设备的电路的方框图；

图3为图1的外围设备的一个实施例的方框图；

图4为图2的电源再生电路的一个实施例；

图5为图2的电源再生电路的另一个实施例；

图6为图2的电源再生电路的另一个实施例；

图7A描绘了在图1的音频设备的左声道和右声道中播放的连续正弦异相声波；

图7B描绘了在图1的音频设备的左声道和右声道中播放的连续方形异相声波；

图8A描绘了在图1的音频设备的左声道和右声道中播放的连续正弦同相声波；

图8B描绘了在图1的音频设备的左声道和右声道中播放的连续方形同相声波；

图9为图1的外围设备的音频插头的示意图；

图10为图1的音频设备的音频插口的示意图。

具体实施方式

移动设备的几个电子外围配件使用音频插口接口作为信号接口。所有这些外围配件都具有需要用电来工作的电子电路。该电力可以来自移动设备或者来自置于外围配件内部的内部电池。在某些情况下，内部电池是不可更换的，因为配件的隔室被粘合、密封或以其他方式永久地组合在一起，并且没有被打开进行电池更换的意图。因此，需要延长外围配件中的内部电池的电池寿命。在本发明中，是通过将电池完全与电路切断，和/或通过使用二次外部电源，和/或通过从外部电源对内部电池进行再充电来实现的。

在不带有完全切断电源电路的硬电源开关的电子设备中，在控制器以某种低功率模式运行的情况下电子电路实际仍在工作。在本发明中，使用无源检测电路以通过检测来自音频插头的信号来检测移动设备的存在。内部电池通过电源开关电路完全与主电路切断，然后通过检测电路接通。当检测到音频信号时，利用音频信号再生电源以将包括微控制器与电路的其余部分的主电路接通。

本发明提供了一种电源选择器，该电源选择器能够从内部电池或二次外部电源选择电源。如果二次电源能够提供所需电源，就不会从内部电池获取电源。内部电池只会用于在二次电源无法满足外围配件所需电力消耗的情况下才供电。二次电源可以是任何电源，例如电池、电容器、太阳能电池、热电发电机、压电元件或利用运动和振动等进行发电的部件等等。在一个实施例中，二次电源通过音频插头提供利用音频信号再生的电源。来自移动设备的电力用于对配件加电，同时能在移动设备与配件之间传输数据。

本发明还提供了一种用于通过二次电源对内部可充电电池（或例如电容器的其他可充电的电能储存元件）进行再充电的方法。在一个实施例中，利用音频信号再生的电源可用于对内部电池再充电。

某些移动设备没有足够的音频输出来提供所需电源。内部电源和二次电源的存在使得这些移动设备也能与配件一同工作。因此，本发明允许外围配件与更广范围的设备一起使用。

如图1所示，外围配件设备100包括电源管理电路200和音频插头连接器101。外围配件设备100通过将音频插头连接器101插入移动音频设备的音频插口111中而连接到移动音频设备110。音频插口111包括四个触点116,117,118和119，如图10所示。通常，触点118和119分别连接到移动音频设备的立体音频输出的右声道（R-CH）和左声道（L-CH）。在某些型号的移动音频设备中，触点117接地（GND），而触点116连接到移动音频设备的麦克风输入（MIC-IN）。在其他型号的移动音频设备中，触点117连接到MIC-IN，而触点116连接到GND。因此，移动音频设备插口的MIC-IN和GND触点有两种可能的排布方式。

在一个示例中，音频插头连接器101具有4触点尖-环-环-套（TRRS）连接器的形式，如图9所示。音频插头101包括麦克风输入（MIC-IN）触点110、GND触点111、R-CH触点112、L-CH触点113和绝缘环114。在其他示例中，音频插头连接器101具有与单声道音频设备一起使用的3触点尖-环-套（TRS）连接器的形式。仅为了说明的目的使用3.5mm的音频插头。在其他示例中，音频插头连接器为TRS连接器6.35mm（四分之一英寸）插头、2.5mm（超小型）插头、单声道和立体声版的上述插头、RCA连接器、XLR连接器或香蕉连接器等。

移动音频设备110可以是移动电话、个人数字助理（PDA）、上网本、平板计算机、笔记本计算机、游戏控制台、电子书阅读器、便携式视频播放器、数字音频播放器等。在一个示例中，除了音频插头连接器101和电源管理电路200之外，外围配件100还包括磁卡阅读器102和微处理器或微控制器单元（MCU），如图3所示。

如图2所示，电源管理电路200包括电源再生电路210、电源选择器240、音频信号检测电路220、电源开关电路230和主电路260。移动音频设备110被编程为连续播放周期性声波。连续周期声波的示例包括图7A所示的在音频设备110的左声道181和右声道182中播放的连续正弦异相声波、图8A所示的在音频设备110的左声道185和右声道186中播放的连续正弦同相声波、图7B所示的在音频设备110的左声道183和右声道184中播放的连续方形异相声波、以及图8B所示的在音频设备110的左声道187和右声道188中播放的连续方形同相声波。

当外围配件100被插入音频设备110，音频设备110生成音频信号并通过音频插头101将该音频信号传输到外围配件100时，来自触点203之一的信号201被送入电源再生电路210。从电源再生电路210输入侧看，周期性声波信号201像非常低电压的AC电源信号。电源再生电路210接收音频信号201并生成电压升高的稳定DC电信号211。生成的DC电信号211然后被送入音频信号检测电路220。电源再生电路210还生成再生的电源信号212，该电源信号被送入电源选择器240的输入。电源选择器240还从内部电池250接收输入251。电源选择器240的输出241来源于内部电池250或者为来源于外部源110的电源信号212。

电源再生电路210使用电压倍增器或变压器以便增大输入信号201的电压并生成稳定的DC电信号211。如图4所示，在一个实施例中，电源再生电路210分别从音频设备110的左耳机声道181和右耳机声道182接收输入150,151，并生成DC电信号（VCC输出）163。在一个示例中，输入信号150,151分别为图7A和图7B所示的5kHz的异相正弦或方形波。电源再生电路210包括四个小电容器153,156,157,159、四个二极管154,155,158,160以及一个较大电容器161。在一个示例中，小电容器153,156,157,159为22μF的电容器，二极管154,155,158,160为低电压肖特基二极管，较大电容器161为1000μF的电容器。二极管154,155和电容器153,156形成倍压电路，该倍压电路将输入信号201从AC转换成DC并将输入电压加倍。二极管158,160和电容器157,159形成另一个倍压电路，该倍压电路进一步使输入电压加倍。在这两个倍压步骤之后，输出电压为幅度放大到四倍的DC电压。较大电容器161使DC输出信号稳定并储存电能。当连续声波停止时，电容器161对设备供电以便结束正在进行的操作。在图5的实施例中，电源再生电路210的操作与图4的实施例相同，除了输入信号为如图8A和图8B所示的同相连续正弦或方形波。

如图6所示，在另一个实施例中，电源再生电路210分别从音频设备110的左耳机声道181和右耳机声道182接收输入150,151，并生成DC电信号（VCC输出）177。在一个示例中，输入信号150,151分别为图7A和图7B所示的5kHz的异相正弦或方形波。电源再生电路210包括变压器170、四个二极管171,172,173,174以及一个较大电容器175。在一个示例中，变压器170具有在5kHz正弦波处16欧姆的一次绕组阻抗，二极管154,155,158,160为低电压肖特基二极管，较大电容器175为1000μF电容器。变压器将输入AC电压放大到10倍，这四个二极管171,172,173,174形成了将信号从AC转换为DC的电桥电路。较大电容175使DC输出信号稳定并储存电能。当连续声波停止时，电容器175对设备供电以便结束正在进行的操作。

在其他实施例中，电压倍增器是3级的或更多级的电压倍增器。在一个示例中，从弱音频设备或电话110输出的峰值-峰值AC电压为0.3V，磁卡阅读器102的工作电压为2.3V。在该情况下，使用3级倍增器将AC输入电压增大到8倍，从而将信号增大到2.4V（0.3V乘以8）。在另一个示例中，从强音频设备或电话110输出的峰值-峰值AC电压为1V，磁卡阅读器102的工作电压为2.3V。在该情况下，3级倍增器将AC输入电压增大到8倍，并生成8V（1V乘以8）信号，该电压输出太强，会破坏磁卡阅读器102。因此，使用齐纳二极管（未示出）将输出电压限制到2.4V。总之，电压再生电路210是使得来源于音频设备110所发出的连续周期性声波的AC输入信号倍增的电压倍增器或变压器。电压再生电路210还将AC信号转换成DC信号，并将输出信号的电压限制到外围配件设备的工作电压电平。

如上所述，来源于MIC-IN触点203的音频信号201被转换成DC电信号211，并且DC电信号211被用来接通用于音频信号检测电路220的电源，该音频信号检测电路是从内部电池250获取电源。一旦音频信号检测电路220检测到信号211的存在，它就发送使电源开关电路230接通的信号221。电源开关电路230然后将电源选择器240的电源输出传输到主电路260。

已经说明了本发明的几个实施例。然而，应理解的是在不脱离本发明的精神和范围的情况下可作各种修改。因而，在以下权利要求书的范围内存在其他实施例。

Claims

1.一种用在外围电子设备中的电源管理电路，包括：

电源再生电路，被配置为从音频设备接收连续的周期性声波，并将所述连续的周期性声波转换成放大的DC电信号；

电源选择器，被配置为从所述电源再生电路接收包括所述放大的DC电信号的第一输入，并从一次电源接收第二输入，以提供电源信号输出；

电源开关电路；

音频信号检测电路，被配置为从所述电源再生电路接收所述放大的DC电信号，并发送唤醒信号到所述电源开关电路；并且

其中所述电源开关电路被配置为由所述唤醒信号接通并将所述电源选择器连接到所述外围电子设备主电路，从而将所述电源信号输出传送到所述外围电子设备主电路。

2.根据权利要求1所述的电源管理电路，进一步包括被配置为将所述外围电子设备连接到所述音频设备的音频插头连接器，其中所述音频设备包括二次电源并且被配置为将所述连续的周期性声波传输到所述电源管理电路。

3.根据权利要求1所述的电源管理电路，其中所述一次电源包括电池、电容器、可充电电源或不可充电电源中的一种。

4.根据权利要求2所述的电源管理电路，其中所述二次电源包括电池、电容器、太阳能电池、利用音频信号再生电源的电路、热电发电机、压电元件、利用运动和振动进行发电的设备、可充电电源或不可充电电源中的一种。

5.根据权利要求2所述的电源管理电路，其中所述音频插头连接器包括接地（GND）触点、麦克风输入（MIC-IN）触点以及一个或多个耳机声道触点。

6.根据权利要求5所述的电源管理电路，其中所述音频插头包括4触点尖-环-环-套（TRRS）连接器、3触点尖-环-套（TRS）连接器、3.5mm的音频插头、6.35mm的音频插头、2.5mm的音频插头、RCA连接器、XLR连接器、香蕉连接器、其单声道或立体声版中的一种。

7.根据权利要求5所述的电源管理电路，其中所述音频设备包括被配置为容纳所述音频插头连接器的音频插口，并且其中所述音频插口包括被配置为连接到所述音频插头接地（GND）触点的GND触点、被配置为连接到所述音频插头麦克风输入（MIC-IN）触点的MIC-IN触点、以及被配置为分别连接到所述音频插头一个或多个耳机声道触点的一个或多个耳机声道触点。

8.根据权利要求2所述的电源管理电路，其中所述一次电源被配置为由所述二次电源通过所述电源再生电路进行再充电。

9.根据权利要求1所述的电源管理电路，其中所述电源再生电路包括电压倍增器。

10.据权利要求1所述的电源管理电路，其中所述电源再生电路包括变压器。

11.根据权利要求1所述的电源管理电路，其中所述电源再生电路包括稳压器和电能储存器。

12.根据权利要求1所述的电源管理电路，其中所述连续的周期性声波包括在音频设备的左声道和右声道中播放的正弦同相声波、在音频设备的左声道和右声道中播放的正弦异相声波、在音频设备的左声道和右声道中播放的方形同相声波、或者在音频设备的左声道和右声道中播放的方形异相声波中的一种。

13.根据权利要求1所述的电源管理电路，其中所述音频设备包括移动电话、个人数字助理（PDA）、上网本、平板计算机、笔记本计算机、游戏控制台、电子书阅读器、便携式视频播放器或数字音频播放器中的一种。

14.根据权利要求1所述的电源管理电路，其中所述外围电子设备包括支付卡阅读器、磁卡阅读器、打印机、头戴式耳机、扬声器、麦克风或其免提版中的一种。

15.一种用于在外围电子设备中提供电源管理的方法，包括：

提供电源再生电路，所述电源再生电路被配置为从音频设备接收连续的周期性声波并将所述连续的周期性声波转换成放大的DC电信号；

提供电源选择器，所述电源选择器被配置为从所述电源再生电路接收包括所述放大的DC电信号的第一输入并从一次电源接收第二输入，以提供电源信号输出；

提供电源开关电路；

提供音频信号检测电路，所述音频信号检测电路被配置为从所述电源再生电路接收所述放大的DC电信号，并发送唤醒信号到所述电源开关电路；并且

其中所述电源开关电路被配置为由所述唤醒信号接通并将所述电源选择器连接到所述外围电子设备主电路，并且从而将所述电源信号输出传送到所述外围电子设备主电路。

16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括提供被配置为将所述外围电子设备连接到所述音频设备的音频插头连接器，其中所述音频设备包括二次电源并且被配置为将所述连续的周期性声波传输到所述电源管理电路。

17.根据权利要求15所述的方法，其中所述一次电源包括电池、电容器、可充电电源或不可充电电源中的一种。

18.根据权利要求16所述的方法，其中所述二次电源包括电池、电容器、太阳能电池、利用音频信号再生电源的电路、热电发电机、压电元件、利用运动和振动进行发电的设备、可充电电源或不可充电电源中的一种。

19.根据权利要求16所述的方法，其中所述音频插头连接器包括接地（GND）触点、麦克风输入（MIC-IN）触点以及一个或多个耳机声道触点。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述音频插头包括4触点尖-环-环-套（TRRS）连接器、3触点尖-环-套（TRS）连接器、3.5mm的音频插头、6.35mm的音频插头、2.5mm的音频插头、RCA连接器、XLR连接器、香蕉连接器、其单声道或立体声版中的一种。

21.根据权利要求19所述的方法，其中所述音频设备包括被配置为容纳所述音频插头连接器的音频插口，并且其中所述音频插口包括被配置为连接到所述音频插头接地（GND）触点的GND触点、被配置为连接到所述音频插头麦克风输入（MIC-IN）触点的MIC-IN触点、以及被配置为分别连接到所述音频插头一个或多个耳机声道触点的一个或多个耳机声道触点。

22.根据权利要求16所述的方法，其中所述一次电源被配置为由所述二次电源通过所述电源再生电路进行再充电。

23.根据权利要求15所述的方法，其中所述电源再生电路包括电压倍增器。

24.根据权利要求15所述的方法，其中所述电源再生电路包括变压器。

25.根据权利要求15所述的方法，其中所述电源再生电路包括稳压器和电能储存器。

26.根据权利要求15所述的方法，其中所述连续的周期性声波包括在音频设备的左声道和右声道中播放的正弦同相声波、在音频设备的左声道和右声道中播放的正弦异相声波、在音频设备的左声道和右声道中播放的方形同相声波、或者在音频设备的左声道和右声道中播放的方形异相声波中的一种。

27.根据权利要求15所述的方法，其中所述移动音频设备包括移动电话、个人数字助理（PDA）、上网本、平板计算机、笔记本计算机、游戏控制台、电子书阅读器、便携式视频播放器或数字音频播放器中的一种。

28.根据权利要求15所述的方法，其中所述外围电子设备包括支付卡阅读器、磁卡阅读器、打印机、头戴式耳机、扬声器、麦克风或其免提版中的一种。

29.一种用在外围电子设备中的电源管理电路，包括：

电源开关电路；

其中所述电源开关电路被配置为由所述唤醒信号接通并将所述电源再生电路连接到所述外围电子设备主电路，并且从而将所述放大的DC电信号输出传送到所述外围电子设备主电路。

30.一种用在外围电子设备中的电源管理电路，包括：

电源开关电路；

其中所述电源开关电路被配置为由所述唤醒信号接通并将所述电源再生电路连接到可充电电源，并且利用所述放大的DC电信号对所述可充电电源进行再充电。