CN105208494B - 一种三合一音频装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三合一音频装置，与扬声器连接，三合一音频装置包括音频功放模块、带通滤波器、高通滤波器、设置模块和输出模块；所述带通滤波器控制输入的马达振动信号的大小并传输给音频功放模块，高通滤波器滤除音频信号中超过预设范围的低频后传输给音频功放模块，设置模块根据输入的控制信号切换音频功放模块的工作模式，音频功放模块根据当前的工作模式和输入的信号、输出对应输出信号驱动扬声器实现相应的功能；通过将马达振动信号与音频信号分离并分别进行处理，增加高通滤波器来滤除音频信号中的低频成分，达到了改善通话振动的目的，提升了通话效果。

Description

一种三合一音频装置

技术领域

本发明涉及移动终端技术领域，尤其涉及的是一种三合一音频装置。

背景技术

在低成本的项目中，3in1（三合一）音频器件（在一个器件上根据不同的控制信号可以实现听筒、扬声器、马达三种功能）有着明显的优势。在3in1音频器件中，由于采用了3in1功能的扬声器，可以集听筒、马达和喇叭的功能于一体，从器件选型的角度，可以节省一个听筒和马达；从电路和PCB布局方面考虑，可以减少听筒和马达电路的设计。

现有的3in1音频器件是直接将手机的基带芯片输出的音频信号（AU_HSP和AU_HSN）连接到3in1音频器件的输出（SPKP和SPKN），驱动扬声器工作。语音信号、马达振动信号和音乐信号，全部从音频信号（AU_HSP和AU_HSN）输出，无法实现对不同信号做分别处理。从而导致通话效果较差的问题，其中，通话振动的问题尤为明显。

因而现有技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种三合一音频装置，以解决现有3in1音频器件没有对不同信号做分别处理，导致通话效果较差的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种三合一音频装置，与扬声器连接，其包括音频功放模块、带通滤波器、高通滤波器、设置模块和输出模块；

所述带通滤波器控制输入的马达振动信号的大小并传输给音频功放模块，高通滤波器滤除音频信号中超过预设范围的低频后传输给音频功放模块，设置模块根据输入的控制信号切换音频功放模块的工作模式，音频功放模块根据当前的工作模式和输入的信号、输出对应输出信号驱动扬声器实现相应的功能。

所述的三合一音频装置中，所述音频功放模块包括音频功放芯片，所述音频功放芯片的VCC脚连接电源线，音频功放芯片的IN+脚连接带通滤波器和高通滤波器，音频功放芯片的IN-脚连接高通滤波器，音频功放芯片的CTRL脚连接设置模块，音频功放芯片的VREF脚接地，音频功放芯片的OUT+脚、OUT脚均连接输出模块，音频功放芯片的GND脚接地。

所述的三合一音频装置中，所述带通滤波器包括第一电阻、第二电阻、第一电容和第二电容；所述第一电阻的一端通过第一电容接地、还通过第二电容连接第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接音频功放芯片的IN+脚；所述第一电阻的另一端输入马达振动信号。

所述的三合一音频装置中，所述高通滤波器包括第三电阻、第四电阻、第三电容和第四电容；所述第三电容的一端通过第三电阻连接音频功放芯片的IN+脚，第四电容的一端通过第四电阻连接音频功放芯片的IN-脚；第三电容的另一端、第四电容的另一端输入音频信号。

所述的三合一音频装置中，所述设置模块包括第五电阻、第六电阻、第七电阻和第五电容；所述第五电阻的一端连接第六电阻的一端和第七电阻的一端；第七电阻的一端连接音频功放芯片的CTRL脚、还通过第五电容接地，第七电阻的另一端接地，第五电阻的另一端输入第一控制信号，第六电阻的另一端输入第二控制信号。

所述的三合一音频装置中，所述输出模块包括第一电感、第二电感、第六电容、第七电容、第一VTS管和第二VTS管；所述第一电感的一端连接音频功放芯片的OUT+脚，第一电感的另一端连接扬声器的正极、还通过第六电容接地，第一VTS管与第六电容并联，所述第二电感的一端连接音频功放芯片的OUT-脚，第二电感的另一端连接扬声器的负极、还通过第七电容接地，第二VTS管与第七电容并联。

所述的三合一音频装置中，

所述第一控制信号和第二控制信号均为高电平时，音频功放模块驱动扬声器实现音乐外放功能；

所述第一控制信号为低电平，第二控制信号为高电平时，音频功放模块驱动扬声器实现语音通话或马达振动功能；

所述第一控制信号和第二控制信号均为低电平时，关闭音频功放模块。

相较于现有技术，本发明提供的三合一音频装置，通过带通滤波器控制输入的马达振动信号的大小并传输给音频功放模块，高通滤波器滤除音频信号中超过预设范围的低频后传输给音频功放模块，设置模块根据输入的控制信号切换音频功放模块的工作模式，音频功放模块根据当前的工作模式和输入的信号、输出对应输出信号驱动扬声器实现相应的功能；通过将马达振动信号与音频信号分离并分别进行处理，增加高通滤波器来滤除音频信号中的低频成分，达到了改善通话振动的目的，提升了通话效果。

附图说明

图1是本发明提供的三合一音频装置的结构框图。

图2是本发明提供的三合一音频装置的电路图。

具体实施方式

本发明提供一种三合一音频装置，主要适用于移动终端，如手机音频电路设计。为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1和图2，本发明的改进点是在现有的3in1音频器件中增加一个音频功放模块及其外围电路，将马达振动信号、通话语音、外放音乐信号分离，并分别进行处理。所述三合一音频装置与基带芯片和扬声器连接，其包括音频功放模块10、带通滤波器20、高通滤波器30、设置模块40和输出模块50。所述带通滤波器20用于控制马达振动信号PWM_VIB的大小并传输给音频功放模块，以控制马达功能的振动强弱；高通滤波器30用于滤除音频信号中超过预设范围的低频并传输给音频功放模块；设置模块40用于根据输入的控制信号切换音频功放模块10的工作模式；音频功放模块10根据当前的工作模式和输入的信号、输出对应输出信号驱动扬声器实现相应的功能，即听筒、扬声器、马达这三种功能。

所述三合一音频装置的电路网络主要由：输入信号（由基带芯片输出），包括马达振动信号PWM_VIB、音频信号（AU_HSP和AU_HSN为系统音频信号的差分输出，包括通话语音信号、外放的音乐信号），工作模式的控制信号（CTRL_1和CTRL_2），电源线VBAT，以及输出信号（SPKP和SPKN，传输给扬声器）组成。所述音频功放模块10采用SI-EN（芯片厂商名称）的型号为SN2145C的音频功放芯片U1。音频功放芯片U1的VCC脚连接电源线VBAT，音频功放芯片U1的IN+脚连接带通滤波器20和高通滤波器30，音频功放芯片U1的IN-脚连接高通滤波器30，音频功放芯片U1的CTRL脚连接设置模块40，音频功放芯片U1的VREF脚接地，音频功放芯片U1的OUT+脚、OUT脚均连接输出模块50，音频功放芯片U1的GND脚接地。

本实施例中，所述马达振动信号PWM_VIB为系统的GPIO输出，其为157Hz、1.8V的脉宽调制信号。基于3in1功能的扬声器内置有振动弹片，共振频率为157Hz±5Hz，由带通滤波器20控制马达振动信号PWM_VIB的大小，从而可控制振动弹片的振动力度和频率。

所述带通滤波器20包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1和第二电容C2；所述第一电阻R1的一端通过第一电容C1接地、还通过第二电容C2连接第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端连接音频功放芯片U1的IN+脚。所述第一电阻R1的另一端连接基带芯片，输入马达振动信号PWM_VIB。

其中，第一电阻R1和第一电容C1组成低通滤波器，3dB高频截止频率为fH1 = 1 /(2π × C1 × R1) = 146Hz。本实施例中，第一电容C1的容值为 33nF，第一电阻R1的阻值为33kOHM。若增加阻值和容值，则降低fH1的值；减小阻值和容值，则提高fH1。

第二电阻R2、第二电容C2以及音频功放芯片U1内置的输入电阻Ru组成高通滤波器，3dB低频截止频率为fL1 = 1 / [2π × C2 × (R2 + Ru)] = 78Hz。本实施例中，第二电容C2的容值为33nF，第二电阻R2的阻值为33kOHM，输入电阻Ru的阻值为28.5kOHM。若增加R2（表示第二电阻的阻值）和C2，则降低fL1的值；减小R2和C2，则提高fL1。

通过调整R1、C1、C2、R2的值，即可控制具体应用中的马达功能的振动强弱和舒适程度。

本实施例中，音频信号（AU_HSP和AU_HSN）用于输出通话的语音、外放的音乐等信号；其通过高通滤波器30滤除音频信号中超过预设范围的低频。

所述高通滤波器30包括第三电阻R3、第四电阻R4、第三电容C3和第四电容C4；所述第三电容C3的一端通过第三电阻R3连接音频功放芯片U1的IN+脚，第四电容C4的一端通过第四电阻R4连接音频功放芯片U1的IN-脚；第三电容C3的另一端连接基带芯片、输入音频信号（即AU_HSP信号），第四电容C4的另一端连接基带芯片、输入音频信号（即AU_HSN信号）。

其中，第三电阻R3、第三电容C3和输入电阻Ru组成正输入级的高通滤波；第四电阻R4、第四电容C4和输入电阻Ru组成负输入级的高通滤波。3dB低频截止频率为fL2 = 1 / [2π × C3 × (R3 + Ru)] = 169Hz。本实施例中，第三电容C3和第四电容C4的容值均为33nF，第三电阻R3和第四电阻R4的阻值均为0OHM。

基于3in1振动扬声器的共振频率为157Hz±5Hz，过多的低频成分会导致通话过程中，用户能够感觉到明显的振动。通过在输入端加入高通滤波器来滤除音频信号中过多的低频成分，将引起通话振动的频率成分大幅降低，从而可达到改善用户通话效果的目的。同时，因为将马达振动信号PWM_VIB从音频信号（AU_HSP和AU_HSN）中分离出来独立处理，避免出现解决了通话振动问题却导致马达功能振感不足的情况。

通过调整第三电阻R3和第四电阻R4的阻值、第三电容C3和第四电容C4的容值，可控制具体应用中的通话振动强弱、语音舒适和自然的程度。

本实施例中，控制信号（CTRL_1和CTRL_2）用于控制音频功放芯片U1的工作模式。基于所述音频功放芯片U1具有AGC（自动增益控制）功能，其设置有四种工作模式，即：慢速AGC1功能、快速AGC2功能、关闭AGC功能和关断音频功放。音频功放芯片U1的工作模式和CTRL脚的电平Vctrl关系如下表1所示：

表1

需要语音通话，则选择AGC功能Off模式，维持语音信号的保真性和自然程度。需要音乐外放，选择慢速AGC1功能模式。通过AGC功能，将小信号放大，同时防止大信号失真，达到提升音乐外放响度的目的。快速AGC2功能模式不推荐使用，该模式外放音乐，音量起伏较明显，听感较差。需要闲置状态，选择关闭音频功放。

所述控制信号（CTRL_1和CTRL_2）均采用2.8V的GPIO输出，通过对第一控制信号CTRL_1和第二控制信号CTRL_2的高低电平进行配置，再通过设置模块40分压，即可使音频功放芯片U1的CTRL脚（使能脚，用于进行工作模式的选择切换）输出对应的电平，从而实现对应工作模式的切换。

所述设置模块40包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第五电容C5；所述第五电阻R5的一端连接第六电阻R6的一端和第七电阻R7的一端；第七电阻R7的一端连接音频功放芯片U1的CTRL脚、还通过第五电容C5接地，第七电阻R7的另一端接地，第五电阻R5的另一端连接基带芯片、输入第一控制信号CTRL_1，第六电阻R6的另一端连接基带芯片、输入第二控制信号CTRL_2。

其中，所述第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7组成分压网络。第五电阻R5的阻值为33kOHM，第六电阻R6的阻值为68kOHM，第七电阻R7的阻值为24kOHM。则本实施例中，第一控制信号CTRL_1与第二控制信号CTRL_2的电平设置与音频功放芯片U1的工作模式的关系如下表2所示：

表2

本实施例中，输出信号（SPKP和SPKN）采用差分设计。音频功放芯片输出的信号通过输出模块50滤除噪声和静电后获得输出信号（SPKP和SPKN），输出信号输入3in1扬声器的正负极。所述输出模块50包括第一电感B1、第二电感B2、第六电容C6、第七电容C7、第一VTS管D1和第二VTS管D2；所述第一电感B1的一端连接音频功放芯片U1的OUT+脚，第一电感B1的另一端连接扬声器的正极、还通过第六电容C6接地，第一VTS管D1与第六电容C6并联，所述第二电感B2的一端连接音频功放芯片U1的OUT-脚，第二电感B2的另一端连接扬声器的负极、还通过第七电容C7接地，第二VTS管D2与第七电容C7并联。

其中，由于输出信号（SPKP和SPKN）至扬声器的正负极的走线太长，电路布局时较长的走线会受到干扰，需通过所述第一电感B1、第二电感B2来滤除走线上耦合到的高频干扰。第六电容C6和第七电容C7用于防止通话中的TDD噪声。第一VTS管D1和第二VTS管D2用于防止静电破坏。走线太长

在具体实施时，所述三合一音频装置还包括第八电容C8，所述第八电容C8连接在音频功放芯片U1的VCC脚与地之间，用于滤出电源网络的噪声，保证通话的语音质量和音乐外放效果。

综上所述，本发明的三合一音频装置，通过增加音频功放模块，将马达振动信号和通话语音、外放音乐信号分离分开处理，通过增加高通滤波器来滤除语音信号中的低频成分，达到改善通话振动的目的，提升了用户的通话效果；同时，通过设置音频功放模块的工作模式，还能明显提升三合一音频装置中的音乐外放音量。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种三合一音频装置，与扬声器连接，其特征在于，包括音频功放模块、带通滤波器、高通滤波器、设置模块和输出模块；

所述带通滤波器控制输入的马达振动信号的大小并传输给音频功放模块，高通滤波器滤除音频信号中超过预设范围的低频后传输给音频功放模块，设置模块根据输入的控制信号切换音频功放模块的工作模式，音频功放模块根据当前的工作模式和输入的信号，输出对应输出信号驱动扬声器实现相应的功能；所述控制信号包括第一控制信号和第二控制信号；

所述音频功放模块包括音频功放芯片，所述音频功放芯片的VCC脚连接电源线，音频功放芯片的IN+脚连接带通滤波器和高通滤波器，音频功放芯片的IN-脚连接高通滤波器，音频功放芯片的CTRL脚连接设置模块，音频功放芯片的VREF脚接地，音频功放芯片的OUT+脚、OUT-脚均连接输出模块，音频功放芯片的GND脚接地；

对第一控制信号和第二控制信号的高低电平进行配置，再通过设置模块分压，使音频功放芯片的CTRL脚输出对应的电平，实现对应工作模式的切换；

语音通话选择AGC功能Off模式，维持语音信号的保真性和自然程度；

所述输出模块包括第一电感、第二电感、第六电容、第七电容、第一VTS管和第二VTS管；所述第一电感的一端连接音频功放芯片的OUT+脚，第一电感的另一端连接扬声器的正极，第一电感的另一端还通过第六电容接地，第一VTS管与第六电容并联，所述第二电感的一端连接音频功放芯片的OUT-脚，第二电感的另一端连接扬声器的负极，第二电感的另一端还通过第七电容接地，第二VTS管与第七电容并联；

所述第一电感、第二电感滤除走线上耦合到的高频干扰；第六电容和第七电容用于防止通话中的TDD噪声。

2.根据权利要求1所述的三合一音频装置，其特征在于，所述带通滤波器包括第一电阻、第二电阻、第一电容和第二电容；所述第一电阻的一端通过第一电容接地，第一电阻的一端还通过第二电容连接第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接音频功放芯片的IN+脚；所述第一电阻的另一端输入马达振动信号。

3.根据权利要求1所述的三合一音频装置，其特征在于，所述高通滤波器包括第三电阻、第四电阻、第三电容和第四电容；所述第三电容的一端通过第三电阻连接音频功放芯片的IN+脚，第四电容的一端通过第四电阻连接音频功放芯片的IN-脚；第三电容的另一端、第四电容的另一端输入音频信号。

4.根据权利要求1所述的三合一音频装置，其特征在于，所述设置模块包括第五电阻、第六电阻、第七电阻和第五电容；所述第五电阻的一端连接第六电阻的一端和第七电阻的一端；第七电阻的一端连接音频功放芯片的CTRL 脚，第七电阻的一端还通过第五电容接地，第七电阻的另一端接地，第五电阻的另一端输入第一控制信号，第六电阻的另一端输入第二控制信号。

5.根据权利要求4所述的三合一音频装置，其特征在于，

所述第一控制信号和第二控制信号均为高电平时，音频功放模块驱动扬声器实现音乐外放功能；

所述第一控制信号为低电平，第二控制信号为高电平时，音频功放模块驱动扬声器实现语音通话或马达振动功能；

所述第一控制信号和第二控制信号均为低电平时，关闭音频功放模块。