CN106331947B - 一种去除麦克风直流电平的编解码芯片及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子技术领域，具体涉及编解码芯片。一种去除麦克风直流分量的编解码芯片，包括，麦克风输入端，用于输入一外部麦克风电路转换的电压信号；直流补偿单元，用于去除电压信号中的直流分量，包括，输入端，与麦克风输入端连接；输出端，用于输出去除直流分量后的电压信号；滤波单元，与直流补偿单元的输出端连接，用于滤除去除直流分量后的电压信号中的低频分量。本发明通过在编解码芯片中集成直流补偿单元以补偿麦克风直流信号，可节省麦克风电路中的隔直电容，节省印制电路板空间和物料成本。

Description

一种去除麦克风直流电平的编解码芯片及其方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种编解码芯片。

背景技术

麦克风可以实现声音信号转换为电信号，是很多电子设备中必不可少的功能器件，基于电子设备的布局设计、电路连接及成本等因素的要求和限制，模拟麦克风如驻极体麦克风和微机电系统麦克风在不同的应用中发挥着各自的优势，模拟麦克风构成的传统电路中需要隔直电容以去除麦克风信号中的直流分量，以图1所示的电路为例，通过加载偏置电压Vbias，麦克风内部放大管处于线性区，外界声波驱动麦克风的振膜振动，振膜与背极板之前的距离发生变化从而引起电压的变化，完成声电转换，由于放大管的漏极通过偏置电阻R与偏置电压Vbias连接，则麦克风产生的信号既包含交流分量，也包含直流分量，麦克风信号需要经由漏极并通过隔直电容C输出，以去除麦克风信号中的直流分量后，接至后级信号处理电路如音频处理芯片，麦克风输出信号图1中所示为Mic_out，其存在的缺点是会占用更多的印制电路板面积，增加整机的物料成本，如果走线较差，该隔直电容还会引入干扰，影响电路的性能表现。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种去除麦克风直流电平的编解码芯片，解决以上技术问题。

本发明的目的在于，提供一种去除麦克风直流电平的方法，解决以上技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种去除麦克风直流分量的编解码芯片，其中，包括，

麦克风输入端，用于输入一外部麦克风电路转换的电压信号；

直流补偿单元，用于去除所述电压信号中的直流分量，包括，

输入端，与所述麦克风输入端连接；

输出端，用于输出去除直流分量后的电压信号；

滤波单元，与所述直流补偿单元的输出端连接，用于滤除所述去除直流分量后的电压信号中的低频分量。

本发明的去除麦克风直流分量的编解码芯片，所述直流补偿单元包括，

运算放大器，设有，

第一输入端，与所述麦克风输入端连接；

第二输入端，与一连接于偏置电压和接地端之间的分压电路的预定分压节点连接，所述预定分压节点的电压可调节；

信号输出端，用于输出对所述第一输入端和第二输入端的信号进行差值运算放大后的信号；

调节通路，可切换地与所述预定分压节点或与所述信号输出端连接，用于获取并比较所述预定分压节点的信号和所述信号输出端的信号并产生调节信号以调节所述预定分压节点的电压大小，使所述信号输出端的信号位于预设范围内。

本发明的去除麦克风直流分量的编解码芯片，所述分压电路包括分压电阻和与所述分压电阻串联的至少一个可调电压源，所述分压电阻与所述可调电压源相串联的点作为所述预定分压节点，所述可调电压源受所述调节信号的调节控制；

或，

所述分压电路包括分压电阻和与所述分压电阻串联的至少一个可调电阻，所述分压电阻与所述可调电阻相串联的点作为所述预定分压节点，所述可调电阻受所述调节信号的调节控制。

本发明的去除麦克风直流分量的编解码芯片，所述分压电路包括分压电阻和与所述分压电阻串联的第一可调电压源和第二可调电压源，于第一设定条件下，所述第一可调电压源受一由所述调节通路产生的第一调节信号的调节控制，于第二设定条件下，所述第二可调电压源受一由所述调节通路产生的第二调节信号的调节控制。

本发明的去除麦克风直流分量的编解码芯片，所述调节通路包括，

模数转换器，可切换地与所述预定分压节点或与所述信号输出端连接，对所述预定分压节点的信号进行转换以获得第一信号或对所述信号输出端的信号进行转换以获得第二信号；

有效值计算器，与所述模数转换器连接，用于计算所述第一信号的有效值和所述第二信号的有效值，并依据所述第一信号的有效值、所述第二信号的有效值产生相应的调节信号。

本发明的去除麦克风直流分量的编解码芯片，所述外部麦克风电路采用驻极体模拟麦克风组成的电路或微机电系统模拟麦克风组成的电路，所述驻极体模拟麦克风或微机电系统模拟麦克风通过偏置电阻连接所述偏置电压，于所述偏置电压的作用下工作产生所述电压信号。

本发明的去除麦克风直流分量的编解码芯片，所述滤波单元采用高通滤波器，所述高通滤波器的截止频率为20Hz。

本发明还提供一种去除麦克风直流分量的方法，采用上述的编解码芯片，包括以下步骤：

步骤1，一外部麦克风电路上电后输出电压信号；

步骤2，去除所述电压信号中的直流分量以输出去除直流分量后的电压信号；

步骤3，滤除所述去除直流分量后的电压信号中的低频分量。

本发明的去除麦克风直流分量的方法，所述步骤2中包括，

步骤21，一运算放大器对所述电压信号和一分压电路的预定分压节点的信号进行差值运算放大后自一信号输出端输出；

步骤22，一调节通路可切换地与所述预定分压节点连接或与所述信号输出端连接，用于分别获取并比较所述预定分压节点的信号和所述信号输出端的信号并产生调节信号以调节所述预定分压节点的电压大小，使所述信号输出端的信号位于预设范围内。

本发明的去除麦克风直流分量的方法，步骤22具体如下：

步骤221，所述调节通路切换至与所述预定分压节点连接，对所述预定分压节点的信号转换以获得第一信号，计算所述第一信号的有效值；

步骤222，所述调节通路切换至与所述信号输出端连接，对所述信号输出端的信号转换以获得第二信号，计算所述第二信号的有效值；

步骤223，判断所述第二信号的有效值是否小于预设阈值，如果是，执行步骤3，如果否，依据所述第一信号的有效值和所述第二信号的有效值产生调节信号以调节所述预定分压节点的电压大小，重复步骤221至步骤223。

有益效果：由于采用以上技术方案，本发明通过在编解码芯片中集成补偿麦克风直流分量的功能，可以节省麦克风电路中的隔直电容，节省印制电路板空间和物料成本。

附图说明

图1为现有技术的模拟麦克风电路图；

图2为本发明的一种实施例的电路示意图；

图3为本发明的另一种实施例的电路示意图；

图4为本发明的一种方法流程图；

图5为本发明的一种具体实施例的方法流程图；

图6为本发明的另一种具体实施例的方法流程图；

图7为本发明的又一种具体示例的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

参照图2，一种去除麦克风直流分量的编解码芯片，其中，包括，

麦克风输入端A，用于输入一外部麦克风电路转换的电压信号；

直流补偿单元，用于去除该电压信号中的直流分量，包括，

输入端，与麦克风输入端A连接；

输出端out，用于输出去除直流分量后的电压信号；

滤波单元14，与直流补偿单元的输出端out连接，用于滤除去除直流分量后的电压信号中的低频分量。

本发明通过在编解码芯片中集成直流补偿单元以补偿麦克风直流信号，可以节省麦克风电路中的隔直电容，排除隔直电容的容值对低频截止频率的影响，进而获得更好的低频响应，并且，外部麦克风电路的走线更加灵敏，减少隔直电容被干扰的风险，进一步地，可以节省印制电路板空间，并随着芯片制程更新和出货量增加，可节省物料成本。

作为本发明的一种具体的实施例，直流补偿单元可以包括，

运算放大器11，包括第一输入端、第二输入端和信号输出端，第一输入端与麦克风输入端A连接，第二输入端与一连接于一偏置电压Head_micbias和接地端GND之间的分压电路的预定分压节点连接，该预定分压节点的电压可调节；通过对第一输入端和第二输入端的信号进行差值运算放大后自该信号输出端输出；

调节通路10，可切换地与预定分压节点或与信号输出端连接，用于获取并比较预定分压节点的信号和信号输出端的信号并产生调节信号以调节预定分压节点的电压大小，使得信号输出端的信号位于预设范围内。

作为本发明的一种具体实施例，分压电路可以如图2所示，包括分压电阻R3和与分压电阻R3串联的至少一个可调电压源Adj1、Adj2，分压电阻与可调电压源Adj1、Adj2相串联的点作为预定分压节点，可调电压源Adj1、Adj2受调节信号的调节控制。

作为本发明的另一种具体实施例，分压电路还可以如图3所示，包括分压电阻R3、与分压电阻R3串联的至少一个可调电阻Adj11、Adj12，分压电阻R3与可调电阻Adj11、Adj12相串联的点作为预定分压节点，可调电阻Adj11、Adj12受调节信号的调节控制。

为获得更好的直流去除效果，本发明可以设置两级调节过程，如，可以包括用于粗调的可调电压源Adj1和用于细调的可调电压源Adj2，根据调节通路的比较结果选择粗调还是细调。于第一设定条件下，第一可调电压源Adj1受一由调节通路10产生的第一调节信号的调节控制，于第二设定条件下，第二可调电压源Adj2受一由调节通路10产生的第二调节信号的调节控制。

如可以设定第一设定阈值如设为100和第二设定阈值如设为10，第一设定条件下，调节通路产生第一调节信号使得信号输出端的信号调节到数值100以下后，实现粗调，第二设定条件下，调节通路产生第二调节信号使得信号输出端的信号调节到数值10以下，实现细调。

本发明的编解码芯片，如图2或图3所示，调节通路10可以包括，

模数转换器(Analog to Digital Converter，ADC)12，可切换地与预定分压节点或与信号输出端连接，对预定分压节点的信号并进行转换以获得第一信号或接收信号输出端的信号进行转换以获得第二信号；

有效值计算器13，与模数转换器12连接，用于计算第一信号的有效值和第二信号的有效值，并依据第一信号的有效值、第二信号的有效值产生相应的调节信号。

本发明通过设置模数转换器12对采集的电压信号进行离散处理，在离散处理的数字信号的基础上计算信号的均方根值，即有效值，依据有效值产生相应的调节信号。本发明的模数转换器12可以采用12位(bit)模数转换器。

本发明的编解码芯片，滤波单元可以采用一高通滤波器14，用于滤除去除直流分量后的电压信号中的低频分量，高通滤波器的截止频率可以为20Hz，以滤除低于20Hz的低频分量。

作为本发明的另一种改进，直流补偿单元也可以采用隔直电容集成于编解码芯片内，只是受限于芯片制备工艺，隔直电容容置较小，很难获得20Hz低频截止频率，上述的高通滤波器可以采用数字信号处理单元的高通滤波器实现。

本发明的编解码芯片，外部麦克风电路采用驻极体模拟麦克风或MEMS模拟麦克风组成的电路，ECM模拟麦克风或微机电系统模拟麦克风通过相互串联的偏置电阻R1和偏置电阻R2连接偏置电压Head_micbias，于偏置电压Head_micbias上电后产生电压信号。如图2和图3所示，偏置电阻R1与偏置电阻R2之和等于分压电阻R3的大小，为了进一步滤除共模干扰，偏置电阻R2的两端并联一电容C1，电容C1的取值可以为100nF，为了滤波TDMA等通信噪声，麦克风输入端A和接地端GND之间还连接电容C3，并设置一电容C2，并联在电容C3和电容C1的两端，电容C2和电容C3推荐取值为47pF。

本发明还提供一种去除麦克风直流分量的方法，采用上述的编解码芯片，参照图4，包括以下步骤：

步骤1，输入一外部麦克风电路转换的电压信号；

步骤2，去除电压信号中的直流分量以输出去除直流分量后的电压信号；

步骤3，滤除去除直流分量后的电压信号中的低频分量。

作为本发明的去除麦克风直流分量的方法的进一步改进，参照图5，步骤2可以进一步包括，

步骤21，一运算放大器对电压信号和一连接于偏置电压和接地端之间的分压电路的预定分压节点的信号进行差值运算放大后自一信号输出端输出；

步骤22，一调节通路可切换地与预定分压节点连接或与信号输出端连接，用于分别获取预定分压节点的信号和信号输出端的信号并产生调节信号以调节预定分压节点的电压大小，使信号输出端的信号位于预设范围内，执行步骤3。

作为本发明的去除麦克风直流分量的方法的进一步改进，结合图2、图3并参照图6，步骤22可以进一步包括：

步骤221，调节通路切换至与预定分压节点连接，对预定分压节点的信号转换以获得第一信号，计算第一信号的有效值；如模数转换器12的输入通过开关切换至V1；

步骤222，调节通路切换至与信号输出端连接，对信号输出端的信号转换以获得第二信号，计算第二信号的有效值；如模数转换器12的输入通过再开关切换至V2；

步骤223，判断第二信号的有效值是否位于预设范围内，如果是，执行步骤3，如果否，依据第一信号的有效值和第二信号的有效值产生调节信号以调节分压电路中预定节点的电压大小，重复步骤221至步骤223。

作为一种具体的实施例，参照图7，步骤223可以包括，

步骤223a，判断第二信号的有效值是否小于第一预设阈值，如是否小于100，如果是，执行步骤223b，否则，依据第一信号的有效值和第二信号的有效值产生第一调节信号以调节分压电路中的第一可调电压源或第一可调电阻，执行步骤221；

步骤223b，判断第二信号的有效值是否小于第二预设阈值，如判断是否小于10，如果是，完成调节过程，执行步骤3，否则，依据第一信号的有效值和第二信号的有效值产生第二调节信号以调节分压电路中的第二可调电压源或第二可调电阻，执行步骤221。上述第一预设阈值大于第二预设阈值的大小。

作为本发明的一种具体的实施例，本发明的步骤3可通过一高通滤波器以滤波信号中的频率低于20Hz的低频分量。该高通滤波器的截止频率为20Hz，可以采用位于一数字信号处理模块内部的高通滤波器。

上述的方法主要应用于模拟麦克风，在经过步骤3后麦克风信号可以实现常规信号处理，由于后续常规信号处理流程不属于本发明保护的范围，在此不做赘述。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种去除麦克风直流分量的编解码芯片，其特征在于，包括，

麦克风输入端，用于输入一外部麦克风电路转换的电压信号；

直流补偿单元，用于去除所述电压信号中的直流分量，包括，

输入端，与所述麦克风输入端连接；

输出端，用于输出去除直流分量后的电压信号；

滤波单元，与所述直流补偿单元的输出端连接，用于滤除所述去除直流分量后的电压信号中的低频分量；

所述直流补偿单元包括，

运算放大器，设有，

第一输入端，与所述麦克风输入端连接；

第二输入端，与一连接于偏置电压和接地端之间的分压电路的预定分压节点连接，所述预定分压节点的电压可调节；

信号输出端，用于输出对所述第一输入端和第二输入端的信号进行差值运算放大后的信号；

调节通路，可切换地与所述预定分压节点或与所述信号输出端连接，用于获取并比较所述预定分压节点的信号和所述信号输出端的信号并产生调节信号以调节所述预定分压节点的电压大小，使所述信号输出端的信号位于预设范围内。

2.根据权利要求1所述的去除麦克风直流分量的编解码芯片，其特征在于，所述分压电路包括分压电阻和与所述分压电阻串联的至少一个可调电压源，所述分压电阻与所述可调电压源相串联的点作为所述预定分压节点，所述可调电压源受所述调节信号的调节控制；

或，

所述分压电路包括分压电阻和与所述分压电阻串联的至少一个可调电阻，所述分压电阻与所述可调电阻相串联的点作为所述预定分压节点，所述可调电阻受所述调节信号的调节控制。

3.根据权利要求1所述的去除麦克风直流分量的编解码芯片，其特征在于，所述分压电路包括分压电阻和与所述分压电阻串联的第一可调电压源和第二可调电压源，于第一设定条件下，所述第一可调电压源受一由所述调节通路产生的第一调节信号的调节控制，于第二设定条件下，所述第二可调电压源受一由所述调节通路产生的第二调节信号的调节控制。

4.根据权利要求1所述的去除麦克风直流分量的编解码芯片，其特征在于，所述调节通路包括，

模数转换器，可切换地与所述预定分压节点或与所述信号输出端连接，对所述预定分压节点的信号进行转换以获得第一信号或对所述信号输出端的信号进行转换以获得第二信号；

有效值计算器，与所述模数转换器连接，用于计算所述第一信号的有效值和所述第二信号的有效值，并依据所述第一信号的有效值、所述第二信号的有效值产生相应的调节信号。

5.根据权利要求1所述的去除麦克风直流分量的编解码芯片，其特征在于，所述外部麦克风电路采用驻极体模拟麦克风组成的电路或微机电系统模拟麦克风组成的电路，所述驻极体模拟麦克风或微机电系统模拟麦克风通过偏置电阻连接所述偏置电压，于所述偏置电压的作用下工作产生所述电压信号。

6.根据权利要求1所述的去除麦克风直流分量的编解码芯片，其特征在于，所述滤波单元采用高通滤波器，所述高通滤波器的截止频率为20Hz。

7.一种去除麦克风直流分量的方法，其特征在于，采用权利要求1所述编解码芯片，包括以下步骤：

步骤1，一外部麦克风电路上电后输出电压信号；

步骤2，去除所述电压信号中的直流分量以输出去除直流分量后的电压信号；

步骤3，滤除所述去除直流分量后的电压信号中的低频分量。

8.根据权利要求7所述的去除麦克风直流分量的方法，其特征在于，所述步骤2中包括，

步骤21，一运算放大器对所述电压信号和一分压电路的预定分压节点的信号进行差值运算放大后自一信号输出端输出；

步骤22，一调节通路可切换地与所述预定分压节点连接或与所述信号输出端连接，用于分别获取并比较所述预定分压节点的信号和所述信号输出端的信号并产生调节信号以调节所述预定分压节点的电压大小，使所述信号输出端的信号位于预设范围内。

9.根据权利要求8所述的去除麦克风直流分量的方法，其特征在于，步骤22具体如下：

步骤221，所述调节通路切换至与所述预定分压节点连接，对所述预定分压节点的信号转换以获得第一信号，计算所述第一信号的有效值；

步骤222，所述调节通路切换至与所述信号输出端连接，对所述信号输出端的信号转换以获得第二信号，计算所述第二信号的有效值；

步骤223，判断所述第二信号的有效值是否小于预设阈值，如果是，执行步骤3，如果否，依据所述第一信号的有效值和所述第二信号的有效值产生调节信号以调节所述预定分压节点的电压大小，重复步骤221至步骤223。