CN107547964B

CN107547964B - 耳机装置

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Publication number: CN107547964B
Application number: CN201710861600.0A
Authority: CN
Inventors: 蔡明宏
Original assignee: Merry Electronics Shenzhen Co ltd
Current assignee: Merry Electronics Shenzhen Co ltd
Priority date: 2017-01-26
Filing date: 2017-09-21
Publication date: 2020-02-14
Anticipated expiration: 2037-09-21
Also published as: CN107547964A; TW201828714A; TWI652949B

Abstract

一种耳机装置，包括耳机主体、C型USB接口及控制电路。C型USB接口耦接耳机主体及外部电子装置，用来作为耳机主体与外部电子装置间的信号传输接口。控制电路耦接C型USB接口，且将来自外部电子装置的第一电源的电压与参考电压进行比较。当第一电源的电压大于参考电压时，控制电路设定C型USB接口为数字接口模式，致使耳机主体与外部电子装置传输数字音频。当第一电源的电压小于或等于参考电压时，控制电路将C型USB接口切换为模拟接口模式，致使耳机主体与外部电子装置传输模拟音频。

Description

耳机装置

技术领域

本发明涉及一种耳机装置，且特别是涉及一种具备数字接口模式与模拟接口模式自动切换机制的C型USB接口的耳机装置。

背景技术

一般来说，常见的耳机装置大多是模拟接口模式的耳机装置，其中模拟接口模式的耳机装置所接收或输出的信号皆为模拟信号。然而，随着科技技术的发展，目前已发展出具备数字接口模式与模拟接口模式的耳机装置，例如C型USB接口的耳机装置，其中，运行在数字接口模式下的耳机装置所接收或输出的信号皆为数字信号。一般来说，数字接口模式具备音效好、噪音干扰小的优点，且便于其他附加功能(例如心跳检测、身体数据监测、主动消噪等)的应用，但所述数字接口模式必须传送较好音质的数字信号，以致使用数字接口模式的外部电子装置非常耗电，因此如何针对有利于消费者使用体验做进一步改进完善，是相关业者须不断努力思索突破的重要技术课题及目标。

发明内容

本发明提供一种可支持模拟接口模式以及数字接口模式的耳机装置，其可监控其所耦接的电子装置的电量状态，并可实时地根据电子装置的电量状态，而自动地将耳机装置与电子装置之间的接口由数字接口模式切换为模拟接口模式，以延长电子装置的使用时间。

本发明的耳机装置包括耳机主体、C型USB接口以及控制电路。C型USB接口耦接耳机主体，且用以与外部电子装置连接，以作为耳机主体与外部电子装置间的信号传输接口。控制电路包括侦测电路以及切换电阻模块。侦测电路耦接C型USB接口，用以接收来自外部电子装置的第一电源，且将第一电源的电压与参考电压进行比较。切换电阻模块耦接侦测电路与C型USB接口。当第一电源的电压大于参考电压时，侦测电路通过切换电阻模块设定C型USB接口为数字接口模式，致使耳机主体与外部电子装置传输数字音频。当第一电源的电压小于或等于参考电压时，侦测电路通过切换电阻模块将C型USB接口切换为模拟接口模式，致使耳机主体与外部电子装置传输模拟音频。

在本发明的一实施例中，上述的侦测电路通过切换电阻模块改变C型USB接口的通道组态引脚与接地电位之间的组态电阻值，致使C型USB接口于数字接口模式与模拟接口模式之间切换。

在本发明的一实施例中，当组态电阻值为5.1千欧姆时，C型USB接口为数字接口模式。当组态电阻值介于800欧姆至1.2千欧姆时，C型USB接口为模拟接口模式。

在本发明的一实施例中，上述的侦测电路将第一电源的电压与参考电压进行比较以产生控制信号。切换电阻模块耦接在信道组态引脚与接地电位之间，其中切换电阻模块的电阻值为组态电阻值，且切换电阻模块受控于控制信号而改变组态电阻值。

在本发明的一实施例中，当C型USB接口设定为数字接口模式时，侦测电路通过C型USB接口的A4引脚、B4引脚、A9引脚与B9引脚的至少其中之一接收第一电源。

在本发明的一实施例中，当C型USB接口设定为模拟接口模式时，侦测电路通过C型USB接口的B8引脚接收来自外部电子装置的第二电源。侦测电路包括肖特基二极管、分压电路、第一电阻、晶体管、第一二极管及第二二极管。肖特基二极管的阳极接收第一电源。肖特基二极管的阴极输出第一调整电压。分压电路耦接肖特基二极管的阴极以接收第一调整电压，并对第一调整电压进行分压以产生第二调整电压。第一电阻的第一端耦接肖特基二极管的阴极。晶体管的第一端耦接第一电阻的第二端。晶体管的控制端耦接分压电路以接收第二调整电压，且晶体管的第二端耦接接地电位。第一二极管的阳极耦接晶体管的第一端。第二二极管的阳极接收第二电源。第二二极管的阴极与第一二极管的阴极相耦接以产生控制信号。

在本发明的一实施例中，通道组态引脚为C型USB接口的A5引脚。切换电阻模块包括第一电阻、第二电阻以及晶体管。第一电阻的第一端耦接通道组态引脚。第一电阻的第二端耦接接地电位。第二电阻的第一端耦接第一电阻的第一端。晶体管的第一端耦接第二电阻的第二端。晶体管的控制端接收控制信号。晶体管的第二端耦接接地电位。

基于上述，本发明实施例的耳机装置可监控其所耦接的外部电子装置的电量状态，并可实时地根据外部电子装置的电量状态，而自动地将耳机装置与外部电子装置之间的接口由数字接口模式切换为模拟接口模式，以延长外部电子装置的使用时间。由于外部电子装置的电量是由耳机装置来监控，且数字接口模式与模拟接口模式的切换是由耳机装置来控制，故外部电子装置不需执行特定的应用程序以监控其本身的电量，更不需据以执行数字接口模式与模拟接口模式的切换运作，如此一来，可避免电子装置因上述应用程序的常驻执行而产生额外的耗电。

附图说明

图1是依照本发明一实施例所绘示的耳机装置的电路模块示意图；

图2是依照本发明一实施例所绘示的外部电子装置在持续使用的情况下，第一电源的电压变化曲线示意图；

图3绘示图1的控制电路的电路模块示意图；

图4绘示图3的侦测电路及切换电阻模块的电路原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的内容可以被更容易明了，以下特举实施例作为本发明确实能够据以实施的范例。另外，所有在附图及实施方式中使用相同标号的组件/构件，都是代表相同或类似部件。

以下请参照图1，图1是依照本发明一实施例所绘示的耳机装置100的电路模块示意图。耳机装置100可包括耳机主体120、C型USB接口140以及控制电路160，但本发明不限于此。C型USB接口140耦接耳机主体120，其中C型USB接口140可用以与外部电子装置900连接，以作为耳机主体120与外部电子装置900间的信号传输接口。除此之外，外部电子装置900可通过C型USB接口140提供耳机主体120正常运作所需的电源(例如第一电源PM1或第二电源PM2)。

在本发明的一实施例中，外部电子装置900可以是具有C型USB接口且可同时支持数字音频与模拟音频输出的移动手机、平板计算机或是移动音乐播放器等等之类的移动电子装置，但本发明不限于此。在本发明的一实施例中，耳机主体120可以是已知的耳机主体，其可以包括用来播放声音的发音组件和/或获取声音的收音组件，故在此不再赘述。

控制电路160耦接C型USB接口140。控制电路160可以通过C型USB接口140接收来自外部电子装置900的第一电源PM1。特别是，随着外部电子装置900的持续使用，第一电源PM1的电压变化曲线可例如图2所示(在此以USB的5伏特电源为例，但本发明并不以此为限)，其中纵轴为第一电源PM1的电压值，而横轴为外部电子装置900的使用时间。根据图2可知，第一电源PM1的电压会随着外部电子装置900的持续使用而下降。因此，控制电路160可通过监控第一电源PM1的电压，以判断外部电子装置900的电量状态。

详细来说，控制电路160可将第一电源PM1的电压与参考电压VT进行比较。当第一电源PM1的电压大于参考电压VT时，控制电路160可判断外部电子装置900的电量足够，故控制电路160可设定C型USB接口140为数字接口模式。此时，耳机主体120与外部电子装置900可传输数字音频。

相对地，当第一电源PM1的电压小于或等于参考电压VT时，控制电路160可判断外部电子装置900的电量不足，故控制电路160可将C型USB接口140切换为模拟接口模式，并将数字接口模式的附加功能(例如心跳检测、身体数据监测、主动消躁等)自动关闭，如此一来，可节省外部电子装置900的用电量，从而延长外部电子装置900的使用时间。此时，耳机主体120与外部电子装置900将传输模拟音频。

在本发明的一实施例中，控制电路160可改变C型USB接口140的通道组态引脚C_PIN与接地电位GND之间的组态电阻值，致使C型USB接口140于数字接口模式与模拟接口模式之间切换。

更进一步来说，本实施例的C型USB接口140可为现有的C型USB接口，其最大的特点是可支持正反两面均可插接的“正反插”功能。进一步来说，现有的C型USB接口包括A面与B面，且A面与B面各具有12支引脚(即A1～A12引脚及B1～B12引脚)。关于A1～A12引脚及B1～B12引脚的详细描述可参考现有的C型USB接口的标准，在此不再赘述。

以下请参照表1，表1列示了耳机装置100的C型USB接口140的引脚于数字接口模式及模拟接口模式下的引脚定义。详细来说，在数字接口模式下，C型USB接口140的A4引脚、B4引脚、A9引脚与B9引脚为电源引脚；A6引脚及A7引脚为数字音频引脚；A1引脚、B1引脚、A12引脚与B12引脚为接地引脚；而A5引脚则是图1所示的通道组态引脚C_PIN，用以作为数字接口模式与模拟接口模式的切换引脚。另外，在模拟接口模式下，C型USB接口140的A6引脚及A7引脚为模拟音频引脚；A5引脚仍为通道组态引脚C_PIN；A8引脚为接地引脚；而B8引脚则可作为模拟音频引脚及电源引脚。

表1

因此，当C型USB接口140设定为数字接口模式时，耳机主体120可通过C型USB接口的A4引脚、B4引脚、A9引脚与B9引脚的至少其中之一接收来自外部电子装置900的第一电源PM1，以作为耳机主体120的供电来源。此外，耳机主体120与外部电子装置900可通过所述C型USB接口140的A6引脚及A7引脚传输数字音频。

相对地，当C型USB接口140设定为模拟接口模式时，耳机主体120可通过C型USB接口140的B8引脚接收来自外部电子装置900的第二电源PM2，以作为耳机主体120的供电来源。此外，耳机主体120与外部电子装置900可通过C型USB接口140的A6引脚、A7引脚及B8引脚传输模拟音频，其中A6引脚可用以传输右声道信号，A7引脚可用以传输左声道信号，且B8引脚可用以传输麦克风信号。

在本发明的一实施例中，如表1所示，当A5引脚通过5.1千欧姆的电阻接地时，表示C型USB接口140设定为数字接口模式；当A5引脚通过800欧姆～1.2千欧姆的电阻接地时，表示C型USB接口140设定为模拟接口模式。因此，外部电子装置900只要根据C型USB接口140的A5引脚的对地电阻值，即可得知目前的操作模式是数字接口模式或是模拟接口模式。

以下请同时参照图1及图3，图3绘示图1的控制电路160的电路模块示意图。控制电路160可包括侦测电路262以及切换电阻模块264。侦测电路262可接收第一电源PM1，且对第一电源PM1的电压与参考电压VT进行比较以产生控制信号CS。切换电阻模块264耦接在信道组态引脚C_PIN与接地电位GND之间。特别是，切换电阻模块264的电阻值即为通道组态引脚C_PIN与接地电位GND之间的组态电阻值，且切换电阻模块264可受控于控制信号CS而改变此组态电阻值。

举例来说，当侦测电路262判断第一电源PM1的电压大于参考电压VT时，侦测电路262可产生低电平的控制信号CS。而切换电阻模块264可受控于低电平的控制信号CS而将组态电阻值设定为5.1千欧姆。如此一来，外部电子装置900可根据C型USB接口140的通道组态引脚C_PIN(即A5引脚)的对地电阻值为5.1千欧姆，而得知目前的操作模式为数字接口模式。

相对地，一旦侦测电路262判断第一电源PM1的电压小于或等于参考电压VT时，侦测电路262可产生高电平的控制信号CS。而切换电阻模块264可受控于高电平的控制信号CS而将组态电阻值由5.1千欧姆切换至800欧姆～1.2千欧姆之间。如此一来，外部电子装置900可根据C型USB接口140的通道组态引脚C_PIN(即A5引脚)的对地电阻值介于800欧姆～1.2千欧姆之间，而得知目前的操作模式为模拟接口模式。

附带一提的是，上述范例的控制信号CS的高电平与组态电阻值的关系仅只是一个范例，并非用以限制本发明。本领域具通常知识者皆知，控制信号CS的高电平与组态电阻值的关系是可以由设计者依实际需求来进行定义的。

以下请同时参照图1、图3及图4，图4绘示图3的侦测电路262及切换电阻模块264的电路原理示意图。当C型USB接口140设定为数字接口模式时，侦测电路262通过C型USB接口140的A4引脚、B4引脚、A9引脚与B9引脚的至少其中之一接收来自外部电子装置900的第一电源PM1。当C型USB接口140设定为模拟接口模式时，侦测电路262通过C型USB接口140的B8引脚接收来自外部电子装置900的第二电源PM2。侦测电路262可包括肖特基二极管DS、分压电路361、第一电阻R11、晶体管Q1、第一二极管D1以及第二二极管D2，但本发明不限于此。

肖特基二极管DS的阳极接收第一电源PM1，且肖特基二极管DS的阴极输出第一调整电压VD1。分压电路361耦接肖特基二极管DS的阴极以接收第一调整电压VD1，并对第一调整电压VD1进行分压以产生第二调整电压VD2。第一电阻R11的第一端耦接肖特基二极管DS的阴极。晶体管Q1的第一端耦接第一电阻R11的第二端，晶体管Q1的控制端耦接分压电路361以接收第二调整电压VD2，且晶体管Q1的第二端耦接至接地电位GND。第一二极管D1的阳极耦接晶体管Q1的第一端。第二二极管D2的阳极接收第二电源PM2，且第二二极管D2的阴极与第一二极管D1的阴极相耦接以产生控制信号CS。

在本发明的一实施例中，晶体管Q1可为NPN型双极型晶体管，但本发明并不以此为限。在本发明的一实施例中，分压电路361可包括电容C1、第二电阻R12、第三电阻R13以及稳压二极管DZ。电容C1耦接在肖特基二极管DS的阴极与接地电位GND之间。第二电阻R12耦接在肖特基二极管DS的阴极与晶体管Q1的控制端之间。第三电阻R13耦接在晶体管Q1的控制端与接地电位GND之间。稳压二极管DZ的阴极耦接晶体管Q1的控制端，且稳压二极管DZ的阳极耦接接地电位GND。

切换电阻模块264可包括第一电阻R21、第二电阻R22以及晶体管Q2。第一电阻R21的第一端耦接通道组态引脚C_PIN，且第一电阻R21的第二端耦接至接地电位GND。第二电阻R22的第一端耦接第一电阻R21的第一端。晶体管Q2的第一端耦接第二电阻R22的第二端，晶体管Q2的控制端接收控制信号CS，且晶体管Q2的第二端耦接至接地电位GND。在本发明的一实施例中，晶体管Q2可为N型金氧半场效晶体管，第一电阻R21的电阻值可为5.1千欧姆，且第二电阻R22的电阻值可为1.2千欧姆，但本发明不限于此。以下将针对图4的电路运作进行说明。

当第一电源PM1的电压大于参考电压VT时，第一电源PM1通过肖特基二极管DS、第二电阻R12以及第三电阻R13所产生的第二调整电压VD2将大于晶体管Q1的临界电压，因此晶体管Q1可被导通，并据以产生低电平的控制信号CS。低电平的控制信号CS可将晶体管Q2关断，如此一来，通道组态引脚C_PIN与接地电位GND之间的组态电阻值实质上等于第一电阻R21的电阻值(例如5.1千欧姆)。故C型USB接口140被设定为数字接口模式。

一旦外部电子装置900的电量下降，致使第一电源PM1的电压小于或等于参考电压VT时，第一电源PM1通过肖特基二极管DS、第二电阻R12以及第三电阻R13所产生的第二调整电压VD2将小于晶体管Q1的临界电压，因此晶体管Q1将被关断，并据以产生高电平的控制信号CS。高电平的控制信号CS可将晶体管Q2导通，如此一来，通道组态引脚C_PIN与接地电位GND之间的组态电阻值实质上等于第一电阻R21与第二电阻R22的并联电阻值(约为971欧姆，介于800欧姆至1.2千欧姆之间)。故C型USB接口140被设定为模拟接口模式。此时，外部电子装置900停止供应第一电源PM1，而是通过C型USB接口140的B8引脚提供第二电源PM2。第二电源PM2可提供高电平的控制信号CS而维持晶体管Q2为导通的状态，致使通道组态引脚C_PIN与接地电位GND之间的组态电阻值维持在第一电阻R21与第二电阻R22的并联电阻值，以让C型USB接口140维持在模拟接口模式。

在本发明的另一实施例中，图3的侦测电路262也可采用常见的比较器(comparator)或是微控制器(micro-controller)等等之类的电路来实现，但本发明不限于此，视实际应用或设计需求而定。

综上所述，本发明实施例的耳机装置可监控其所耦接的外部电子装置的电量状态，并可实时地根据外部电子装置的电量状态，而自动地将耳机装置与外部电子装置之间的接口由数字接口模式切换为模拟接口模式，以延长外部电子装置的使用时间。由于外部电子装置的电量是由耳机装置来监控，且数字接口模式与模拟接口模式的切换是由耳机装置来控制，故外部电子装置不需执行特定的应用程序以监控其本身的电量，更不需要根据本身的电量执行数字接口模式与模拟接口模式的切换运作，如此一来，可避免外部电子装置因上述应用程序的常驻执行而产生额外的耗电。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种耳机装置，其特征在于，包括：

耳机主体；

C型USB接口，耦接所述耳机主体，且用以与外部电子装置连接，以作为所述耳机主体与所述外部电子装置间的信号传输接口；以及

控制电路，包括：

侦测电路，耦接所述C型USB接口，用以接收第一电源，所述第一电源为所述外部电子装置的电源，且将所述第一电源的电压与参考电压进行比较；以及

切换电阻模块，耦接所述侦测电路与所述C型USB接口，

其中当所述第一电源的所述电压大于所述参考电压时，所述侦测电路通过所述切换电阻模块设定所述C型USB接口为数字接口模式，致使所述耳机主体与所述外部电子装置传输数字音频，

其中当所述第一电源的所述电压小于或等于所述参考电压时，所述侦测电路通过所述切换电阻模块将所述C型USB接口切换为模拟接口模式，致使所述耳机主体与所述外部电子装置传输模拟音频；

所述侦测电路通过所述切换电阻模块改变所述C型USB接口的通道组态引脚与接地电位之间的组态电阻值，致使所述C型USB接口于所述数字接口模式与所述模拟接口模式之间切换。

2.根据权利要求1所述的耳机装置，其特征在于，当所述组态电阻值为5.1千欧姆时，所述C型USB接口为所述数字接口模式；以及

当所述组态电阻值介于800欧姆至1.2千欧姆时，所述C型USB接口为所述模拟接口模式。

3.根据权利要求1所述的耳机装置，其特征在于，所述侦测电路将所述第一电源的所述电压与所述参考电压进行比较以产生控制信号；以及

所述切换电阻模块耦接在所述信道组态引脚与所述接地电位之间，其中所述切换电阻模块的电阻值为所述组态电阻值，且所述切换电阻模块受控于所述控制信号而改变所述组态电阻值。

4.根据权利要求3所述的耳机装置，其特征在于，当所述C型USB接口设定为所述数字接口模式时，所述侦测电路通过所述C型USB接口的A4引脚、B4引脚、A9引脚与B9引脚的至少其中之一接收所述第一电源。

5.根据权利要求4所述的耳机装置，其特征在于，当所述C型USB接口设定为所述模拟接口模式时，所述侦测电路通过所述C型USB接口的B8引脚接收第二电源，所述第二电源为所述外部电子装置的电源，其中所述侦测电路包括：

肖特基二极管，所述肖特基二极管的阳极接收所述第一电源，且所述肖特基二极管的阴极输出第一调整电压；

分压电路，耦接所述肖特基二极管的所述阴极以接收所述第一调整电压，并对所述第一调整电压进行分压以产生一第二调整电压；

第一电阻，所述第一电阻的第一端耦接所述肖特基二极管的所述阴极；

晶体管，所述晶体管的第一端耦接所述第一电阻的第二端，所述晶体管的一控制端耦接所述分压电路以接收所述第二调整电压，且所述晶体管的第二端耦接所述接地电位；

第一二极管，所述第一二极管的阳极耦接所述晶体管的所述第一端；以及

第二二极管，所述第二二极管的阳极接收所述第二电源，且所述第二二极管的阴极与所述第一二极管的阴极相耦接以产生所述控制信号。

6.根据权利要求5所述的耳机装置，其特征在于，所述晶体管为NPN型双极型晶体管，其中所述分压电路包括：

电容，耦接在所述肖特基二极管的所述阴极与所述接地电位之间；

第二电阻，耦接在所述肖特基二极管的所述阴极与所述晶体管的所述控制端之间；

第三电阻，耦接在所述晶体管的所述控制端与所述接地电位之间；以及

稳压二极管，所述稳压二极管的阴极耦接所述晶体管的所述控制端，且所述稳压二极管的阳极耦接所述接地电位。

7.根据权利要求3所述的耳机装置，其特征在于，所述信道组态引脚为所述C型USB接口的A5引脚，其中所述切换电阻模块包括：

第一电阻，所述第一电阻的第一端耦接所述通道组态引脚，且所述第一电阻的第二端耦接所述接地电位；

第二电阻，所述第二电阻的第一端耦接所述第一电阻的所述第一端；以及

晶体管，所述晶体管的第一端耦接所述第二电阻的第二端，所述晶体管的控制端接收所述控制信号，且所述晶体管的第二端耦接所述接地电位。

8.根据权利要求1所述的耳机装置，其特征在于，当所述C型USB接口设定为所述数字接口模式时，所述耳机主体通过所述C型USB接口的A4引脚、B4引脚、A9引脚与B9引脚的至少其中之一接收所述第一电源，以作为所述耳机主体的供电来源，且所述耳机主体与所述外部电子装置通过所述C型USB接口的A6引脚及A7引脚传输所述数字音频；以及

当所述C型USB接口设定为所述模拟接口模式时，所述耳机主体通过所述C型USB接口的B8引脚接收来自所述外部电子装置的第二电源，以作为所述耳机主体的所述供电来源，且所述耳机主体与所述外部电子装置通过所述C型USB接口的所述A6引脚、所述A7引脚及所述B8引脚传输所述模拟音频，其中所述A6引脚用以传输右声道信号，所述A7引脚用以传输左声道信号，且所述B8引脚用以传输麦克风信号。