CN104244133A - 无线无源耳机 - Google Patents

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郭宇锋
林宏
黄路
林伟博
倪庆勇
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Nanjing Post and Telecommunication University
Nanjing University of Posts and Telecommunications
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Abstract

本发明涉及一种无线无源耳机，该耳机包括驱动电路(1)、E类功放电路(2)、FM调制电路(3)、发送线圈(4)、接收线圈(5)、锁相环电路(6)、FM解调电路(7)和能量接收装置(8)；驱动电路(1)、E类功放电路(2)、FM调制电路(3)和发送线圈(4)设置在发射机一侧；接收线圈(5)、锁相环电路(6)、FM解调电路(7)和能量接收装置(8)设置在耳机一侧；实现了能量和信号的同步无线传输。与有线耳机相比，它无需使用信号线和电源线，它本质上区别于蓝牙耳机，蓝牙耳机需要使用电池进行供电，而且蓝牙耳机使用蓝牙通信技术实现信号的无线传输。

Description

无线无源耳机
技术领域
本发明涉及一种实现了能量和信号的同步无线传输的新型无线无源耳机，属于无线耳机的技术领域。
背景技术
2007年，美国麻省理工学院的科学家们完成了一项实验，他们使用两个相距2米的铜线圈，成功地通过无线电力传输点亮了一个功率为60瓦的电灯泡，首先证实了利用磁场耦合技术进行无线能量传输的可行性。
有线耳机通过导线来传递能量和信号，在使用的时候容易发生牵扯，因此不方便；而且导线容易老化，磨损，因此用电不安全。
蓝牙耳机需要通过内置电池来为接收电路提供能量，因此续航能力是它最大的问题。中国专利“自动开关终端应用程序的蓝牙耳机”(专利号：101521398B)提出一种耳机，这种耳机通过周期性检测感应信号来判断蓝牙耳机是否脱离，如果脱离了就关闭音频播放器，如果没脱离则保持开启状态，通过这种智能控制来实现节能的目的，从而提高蓝牙耳机的续航能力。这是提高蓝牙耳机续航能力的一种思路，即节约能量，另一种思路如中国专利“一种蓝牙耳机充电方法及装置”(专利号：101334689B)，这种耳机可以从数据卡与计算机的接口获取电能，但是它仍然是需要有线连接的，总体来看，这两种方式都没有从根本上解决蓝牙耳机续航能力的问题。
发明内容
技术问题：本发明的目的是为了解决有线耳机的导线拉扯问题和安全问题，以及蓝牙耳机续航能力有限的问题，提供了一种无线无源耳机系统。
技术方案：本发明所述无线无源耳机系统包括驱动电路、E类功放电路、FM调制电路、发送线圈、接收线圈、锁相环电路、FM解调电路和能量接收装置；驱动电路、E类功放电路、FM调制电路和发送线圈设置在发射机一侧；发射机一侧从能量源获取直流能量，经过驱动电路进行电压变换，输出直流电压作为E类功放电路的输入，同时为FM调制电路提供工作电压，FM调制电路将音频信号加载到高频信号上，高频信号通过E类功放电路进行功率放大，该放大后的高频能量在发送线圈(4)中产生高频电流，经过谐振，该高频电流进而产生高频磁场；
接收线圈、锁相环电路、FM解调电路和能量接收装置设置在耳机一侧；发送线圈和接收线圈通过磁场耦合，在接收线圈中产生高频电流，能量接收装置通过整流和稳压将高频能量转换为直流能量，为锁相解调电路的锁相环电路和FM解调电路提供直流电压，同时，锁相解调电路从高频能量中提取出音频信号，锁相环电路负责相位锁定，再送到FM解调电路负责解调，实现了能量和信号的同步无线传输。
所述的发送线圈、接收线圈使用矩形的螺旋状线圈。
FM解调电路采用单电源供电方法。
有益效果：本发明采用E类功率放大电路进行功率放大，传统的A类功率放大电路效率不超过50％，B类和AB类最大效率不超过78.5％，C类可以达到80％，而本发明采用的E类功率放大器最大效率可以达到100％，大大提高了电能的转换效率。
无需导线连接耳机，不存在续航能力的问题，有信号就有能量，不存在电池污染的问题，在接收端采用锁相环技术进行相位锁定，保证了信号的相位不会随着耳机的移动而变化，而且使用FM调制，大大提高了本发明的抗干扰能力。
本发明的功放电路、调制电路置于电子设备内部，所以集成性好，发送天线置于电子设备边缘，所以天线尺寸可以做得比其他方案更大，而且美观，不占用额外的空间。
附图说明
图1是本发明所述无线无源耳机系统的矩形螺旋天线，
图2是圆形螺旋天线，
图3是扁平式螺旋天线；
图4是本发明所述无线无源耳机系统的整体框图。
具体实施方式
本发明采用矩形螺旋天线(如图1)，由于矩形螺旋天线的磁场分布方向性好，和圆形的螺旋天线(如图2)和扁平式的螺旋天线(如图3)相比，在相同的情况下，矩形螺旋天线的传输距离远很多。
本发明采用FM调制方式，由于耳机在使用过程中会发生移动，而接收到的高频能量幅度会随着距离变化而变化，因此FM调制技术比AM调制方式抗干扰能力强得多。
本发明采用锁相环电路进行相位锁定，由于耳机会随着用户的移动而位置发生变化，信号相位会随着耳机的方位发生偏移，锁相环技术可以很好地解决耳机移动导致能量信号相位偏移的问题，从而保证音质良好。
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例做进一步详细地说明。在此，本发明的示意性实施例及说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
具体实施方式一，下面结合图4说明本实施方式，本实施方式所述无线无源耳机，它包括驱动电路1、E类功放电路2、FM调制电路3、发送线圈4、接收线圈5、锁相环电路6、FM解调电路7和能量接收装置9；
驱动电路1、E类功放电路2、FM调制电路3置于电子设备内部；
发送线圈4置于电子设备边缘；
接收线圈5、锁相环电路6、FM解调电路7和能量接收装置8置于耳机内部；
锂电池作为能量源，输出电压范围为3.7V～4.2V，经过驱动电路1进行升压稳压变换，输出12V的直流电压作为E类功放电路2的输入，同时为FM调制电路3提供12V直流电压，FM调制电路3将音频信号加载到2Mhz高频信号上，调制的2Mhz高频信号作为E类功放电路2的功率开关管的栅极输入，通过E类功放电路2进行功率放大，该放大后的2Mhz高频能量流入发送线圈4，经过谐振，在发送线圈4中产生2Mhz高频电流，该高频电流进而在线圈周围产生高频磁场，发送线圈4和接收线圈5通过磁场耦合，在接收线圈中产生2Mhz高频电流，该高频电流流入能量接收装置8，能量接收装置8通过高频整流和稳压将高频能量转换为5V直流能量，为锁相环电路6和FM解调电路7提供直流电压，同时，锁相解调电路从高频能量中提取出音频信号，锁相环电路6负责相位锁定，FM解调电路7负责解调，两者串联连接，锁相环电路6在前。
本实施方式一中，驱动电路1采用德州仪器公司的LM3488升压稳压芯片进行设计，实现3.5V～4.5V输入，12V稳压输出。
发送线圈4和接收线圈5都采用矩形螺旋线圈，发送线圈4安置在电子设备的外边框，接收线圈5安置在头戴式耳机中。
能量接收装置8的高频整流部分采用全桥整流，通过电容滤波产生电压可变的直流电压，稳压模块采用南京拓微集成电路有限公司的TP8350升压稳压芯片进行设计，实现0.9V～5V输入，5V稳压输出。
采用德州仪器公司的CD4046锁相环芯片进行设计锁相环电路6。
采用德州仪器公司的TL084CN运算放大器芯片进行设计单电源供电的FM解调电路7。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者同等替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种无线无源耳机，其特征在于该耳机包括驱动电路(1)、E类功放电路(2)、FM调制电路(3)、发送线圈(4)、接收线圈(5)、锁相环电路(6)、FM解调电路(7)和能量接收装置(8)；驱动电路(1)、E类功放电路(2)、FM调制电路(3)和发送线圈(4)设置在发射机一侧；发射机一侧从能量源获取直流能量，经过驱动电路(1)进行电压变换，输出直流电压作为E类功放电路(2)的输入，同时为FM调制电路(3)提供工作电压，FM调制电路(3)将音频信号加载到高频信号上，高频信号通过E类功放电路(2)进行功率放大，该放大后的高频能量在发送线圈(4)中产生高频电流，经过谐振，该高频电流进而产生高频磁场；
接收线圈(5)、锁相环电路(6)、FM解调电路(7)和能量接收装置(8)设置在耳机一侧；发送线圈(4)和接收线圈(5)通过磁场耦合，在接收线圈(5)中产生高频电流，能量接收装置(8)通过整流和稳压将高频能量转换为直流能量，为锁相解调电路的锁相环电路(6)和FM解调电路(7)提供直流电压，同时，锁相解调电路从高频能量中提取出音频信号，锁相环电路(6)负责相位锁定，再送到FM解调电路(7)负责解调，实现了能量和信号的同步无线传输。
2.根据权利要求1所述的无线无源耳机，其特征在于所述的发送线圈(4)、接收线圈(5)使用矩形的螺旋状线圈。
3.根据权利要求1所述的无线无源耳机，其特征还在于FM解调电路(7)采用单电源供电方法。
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