CN105721980A - 一种音频差分信号的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种音频差分信号的实现方法，包括以下步骤：输入差分信号的检测：将输入信号传输到低通滤波器后输入到比较器；将其原始输入信号分离为其直流电平的50%～25%；差分信号的实现包括单端模式和差分模式，所述单端模式下，该差分输入不产生信号，允许正相输入设置为0.5Vcc，模拟开关保持在断开状态，以使放大器输出2倍的增益；所述差分模式下，模拟开关闭合，放大器输出增益为1。本发明能实现支持单端和差分输入的音频系统，特别是在牵涉到音量控制时的差分信号，在本发明的基础上还能根据实际需要，对整个系统的驱动作出改进，以满足输出信号质量的需求。

Description

一种音频差分信号的实现方法

技术领域

本发明涉及数字信号处理领域，尤其是涉及一种音频差分信号的设计方法。

背景技术

便携式设备的数量发生爆炸性的增长，且新增诸多功能，带有外置扬声器音频播放功能的便携式设备日益增加，例如MP3播放器、带MP3功能或扬声器的手机以及便携式CD播放器等。这些系统的输出根据配置和驱动的不同而各异。但这些系统的输出在配置和驱动上都有所不同。

MP3播放器或手机的输出是单端信号，可驱动32Ω的耳机扬声器。典型外置扬声器系统的扬声器阻抗是4至8Ω，每个声道可能会有多个扬声器。不过32Ω的驱动器难以驱动这些低阻抗扬声器，无法为终端用户提供足够的音量。

外部扬声器系统因品质、音量及扬声器数目的不同而有所区别，因此通用放大器不适于驱动这些扬声器。例如，MP3播放器的扬声器系统具有耳机插孔输入端，并能支持单端输出的立体声信号。而某些新型高端扬声器系统则可支持差分信号，为了后向兼容，这些新系统也必须能支持单端信号。

由于差分信号是单端信号的两倍，因而单端信号和差分信号将产生不同的音量。由于人的听力和声音大小的关系符合对数曲线规律，因此不能采用线性的控制方式。

发明内容

本发明的目的是在现有技术的基础上，提供一种音频差分信号的实现方法。

本发明采用如下技术方案：

一种音频差分信号的实现方法，包括以下步骤：

输入差分信号的检测：将输入信号传输到低通滤波器后输入到比较器；将其原始输入信号分离为其直流电平的50%～25%；

差分信号的实现包括单端模式和差分模式，所述单端模式下，该差分输入不产生信号，允许正相输入设置为0.5Vcc，模拟开关保持在断开状态，以使放大器输出2倍的增益；所述差分模式下，模拟开关闭合，放大器输出增益为1。

在上述技术方案中，所述放大器为音频放大器，且输入音频放大器的信号为差分信号。

在上述技术方案中，所述输入音频放大器的差分信号通过运算放大器产生。

在上述技术方案中，所述运算放大器的增益为-1，以将单端输入信号变成反向信号。

在上述技术方案中，所述输入音频放大器的差分信号通过变压器产生。

在上述技术方案中，所述变压器的变比为1:1。

在上述技术方案中，所述原始输入信号必须采用交流旁路电容来使直流与地隔离。

在上述技术方案中，所述音频放大器的输入前端增加一个电阻，所述电阻为可变滑阻。

在上述技术方案中，所述运算放大器设置在可变滑阻的滑动端。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明能实现支持单端和差分输入的音频系统，特别是在牵涉到音量控制时的差分信号，在本发明的基础上还能根据实际需要，对整个系统的驱动作出改进，以满足输出信号质量的需求。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是使用比较器电路的差分信号检测；

图2是音频放大器的直接实现方法；

图3是运算放大器用于在差分音频放大器中产生反向信号；

图4是变压器简化的差分信号产生。

具体实施方式

根据本发明的原理，对于可将输入信号放大到与输出相等信号的单端/差分音频放大器，有几种方法可以对其进行检测和实现；系统之间的接口连接器应至少有五个引脚才能提供差分信号。需要注意的是，两个器件之间的共地连接非常重要。表面上看，由于信号是直流隔离的，因而交流耦合电容无需接地，但实际经验证明接地是提供理想噪声性能所必需的。

第一个要解决的问题是检测输入是单端还是差分信号。在许多电路中，有两种电路采用连接器的一个外部引脚来测试输入信号的直流电平。指定连接器的一个外部引脚很容易，但对于空间狭小的应用而言就不可行。源器件或使引脚开路或使其短接至地。

检测差分信号的第二种方法，是利用比较器来检测信号的直流电平，或是接地或是差分信号。以上两种方法的输入信号都必须通过低通滤波器。原始信号必须分离为其直流电平的50%至25%，如果系统在低频、高峰峰值交流信号的差分模式下，将导致错误的检测结果。若原始信号的直流电平是地电平的话，这种技术也不能使用。图1所示此类电路的实例。

电路的第二个部分是音频放大器。该电路的解决方案和所需的声音质量有关。真正的差分输入比进入一个放大器的差分信号能提供更高的声音质量，实际的差分放大器需要一个附加电路将单端信号转换为差分输入信号。

音频放大器最容易的实现方法是将信号输入到一个放大器中(如图2所示)。在单端模式下，该差分输入不产生信号，允许正相输入设置为0.5Vcc，这是标准的单端输入配置。模拟开关保持在断开状态，以使放大器输出2倍的增益。在差分模式下，模拟开关闭合，增益变为1。因此对于不同的输入模式，这两种输入信号都会产生相同的输出信号幅度。

第二种实现方法是采用真正的差分放大器来驱动扬声器。这种放大器可提供较好的噪声抑止。与前面的例子不同，此时输入音频放大器的信号必须是差分信号。差分信号可利用运算放大器或变压器来实现。运算放大器的实现方法在尺寸方面较为便利，但对平衡输入信号则存在困难(如图3所示)。该运算放大器的增益为-1，以将单端输入信号变成反向信号。模拟开关在输入之间转换以实现音频放大器的输入。这种差分信号可以直接送入音频放大器中。图3是电路图。

替代运算放大器产生差分信号的另一个方法是采用1:1的变压器。该变压器可简化电路，但增加了尺寸，特别是高度。需要注意的是，变压器的频率范围必须处于系统能够放大的音频信号范围之内。原始的输入信号必须采用交流旁路电容来使直流与地隔离。模拟开关用于使该放大器的增益在2倍(单端输入)和1倍(差分输入)之间进行转换。变压器电路的简化实现方法如图4所示。完整的电路还必须包括其它元件，以便平衡输入。

利用标准单旋电位计可有几种方法实现对音量的控制。如前所述，旋转旋钮时，具有对数特性的电位计能产生平滑的音量控制。该电位计可以对电路进行计数，从而产生线性的响应。对于差分输入，单声道系统需要2个电位计，而立体声系统则需要4个电位计。

最简单的实现方法是在电位计中的输入音频信号和地之间放置一个电阻，滑动端与音频放大器的输入相连接。滑动端的输出与输入信号成比例。如果音频放大器需要大电流输入，则将影响音频放大器的输入电阻比例，因而不会产生期望的增益。当电容与电位计阻抗相关时，会出现其它问题，很可能产生旁路滤波器(在电位计中滤掉某些频率的信号)。

这个问题的一种解决方案是在电位计的滑动端增加一个运算放大器。对于输入端该电路呈现的是电位计的静态阻抗。运算放大器直接驱动音频放大器，因而消除了增益的不同。对该电路来说，由于音频放大器无法真正实现轨至轨(rail-to-rai)输出，因此电位计不能通过接地来消除输出信号的噪声。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种音频差分信号的实现方法，其特征在于包括以下步骤：

输入差分信号的检测：将输入信号传输到低通滤波器后输入到比较器；将其原始输入信号分离为其直流电平的50%～25%；

差分信号的实现包括单端模式和差分模式，所述单端模式下，该差分输入不产生信号，允许正相输入设置为0.5Vcc，模拟开关保持在断开状态，以使放大器输出2倍的增益；所述差分模式下，模拟开关闭合，放大器输出增益为1。

2.根据权利要求1所述的一种音频差分信号的实现方法，其特征在于所述放大器为音频放大器，且输入音频放大器的信号为差分信号。

3.根据权利要求2所述的一种音频差分信号的实现方法，其特征在于所述输入音频放大器的差分信号通过运算放大器产生。

4.根据权利要求3所述的一种音频差分信号的实现方法，其特征在于所述运算放大器的增益为-1，以将单端输入信号变成反向信号。

5.根据权利要求2所述的一种音频差分信号的实现方法，其特征在于所述输入音频放大器的差分信号通过变压器产生。

6.根据权利要求5所述的一种音频差分信号的实现方法，其特征在于所述变压器的变比为1:1。

7.根据权利要求1或5所述的一种音频差分信号的实现方法，其特征在于所述原始输入信号必须采用交流旁路电容来使直流与地隔离。

8.根据权利要求2所述的一种音频差分信号的实现方法，其特征在于所述音频放大器的输入前端增加一个电阻，所述电阻为可变滑阻。

9.根据权利要求2或8所述的一种音频差分信号的实现方法，其特征在于所述运算放大器设置在可变滑阻的滑动端。