CN109275071B

CN109275071B - 音频处理装置、芯片、系统和方法

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Publication number: CN109275071B
Application number: CN201811311623.5A
Authority: CN
Inventors: 黄海涛; 王艺辉
Original assignee: Zhuhai Jieli Technology Co Ltd
Current assignee: Zhuhai Jieli Technology Co Ltd
Priority date: 2018-11-06
Filing date: 2018-11-06
Publication date: 2022-03-04
Anticipated expiration: 2038-11-06
Also published as: CN109275071A

Abstract

本发明涉及一种音频处理装置、芯片、系统和方法，该音频处理装置包括偏置与差分转换模块、滤波调节模块以及差分放大模块；通过偏置与差分转换模块根据偏置电源等对拾音装置的环境噪声信号，产生相互对称的共模噪声信号，并通过改善滤波调节模块的频响特性，使得能够以容值更小的电容而达到改善滤波调节模块对音频信号的滤波效果，利用差分放大模块放大差模信号抑制共模信号的特点，抑制共模噪声信号，改善拾音装置输出的音频信号的质量。

Description

音频处理装置、芯片、系统和方法

技术领域

本发明涉及音频处理技术领域，特别是涉及音频处理装置、芯片、系统和方法。

背景技术

图1是传统技术的音频处理电路的结构示意图，传统的音频处理电路往往采用单端放大电路10，并通过在麦克风MIC和单端放大电路10之间串联耦合电容C0以改善音频信号的质量，其中模数转换模块ADC用于采集经过单端放大电路处理10处理后的音频信号。然而单端放大电路10对共模噪声的抑制能力差，需串联容值较大的耦合电容C0以改善对音频信号的低频频响特性，但耦合电容C0容值越大，体积越大，音频处理电路的成本越大。由于体积较大的原因，传统技术的音频处理电路中的偏置电阻Ra和耦合电容C0难以集成在音频处理芯片20内部。若采用较小容值的耦合电容C0，则达不到良好的频响特性的效果。

发明内容

基于此，有必要针对音频处理电路抑制噪声差的技术问题，提供音频处理装置、芯片、系统和方法。

第一方面，本发明实施例提供一种音频处理装置，包括偏置与差分转换模块、滤波调节模块以及差分放大模块；其中，滤波调节模块包括阻抗放大单元、电容值相等的第一电容单元和第二电容单元；

偏置与差分转换模块的第一端用于连接拾音装置和第一电容单元的第一端，以接收拾音装置输出的第一音频信号，并向第一电容单元输出第一音频信号和第一噪声信号；偏置与差分转换模块的第二端连接第二电容单元的第一端，用于向第二电容单元输出第二噪声信号；其中，第一噪声信号和第二噪声信号为第一共模噪声信号；

所述第一电容单元用于向所述差分放大模块的第一输入端输出第二音频信号和第三噪声信号，所述第二电容单元向所述差分放大模块的第二输入端输出第四噪声信号，其中，所述第三噪声信号和所述第四噪声信号为第二共模噪声信号；

阻抗放大单元的第一端连接第一电容单元的第二端，阻抗放大单元的第二端连接第二电容单元的第二端，用于放大第一电容单元的第二端和第二电容单元的第二端之间的阻抗；

差分放大模块的第一输入端连接阻抗放大单元的第一端，差分放大模块的第二输入端连接阻抗放大单元的第二端，差分放大模块用于抑制第三噪声信号和第四噪声信号，并输出第三音频信号。

在其中一个实施例中，阻抗放大单元包括第一阻抗调节单元和第二阻抗调节单元；

第一阻抗调节单元的第一端连接第一电容单元的第二端，第一阻抗调节单元的第二端连接第二阻抗调节单元的第二端，第二阻抗调节单元的第一端连接第二电容单元的第二端；

第一阻抗调节单元用于调节第一电容单元的第二端与第二阻抗调节单元的第二端之间的阻抗；

第二阻抗调节单元用于调节第二电容单元的第二端与第一阻抗调节单元的第二端之间的阻抗。

在其中一个实施例中，第一阻抗调节单元包括第一开关子单元和第一电阻单元，第二阻抗调节单元包括第二开关子单元和第二电阻单元；

第一电阻单元的第一端连接第一电容单元的第二端，第一电阻单元的第二端连接第一开关子单元的第一端，第一开关子单元的第二端连接第二开关子单元的第二端，第二开关子单元的第一端连接第二电阻单元的第二端，第二电阻单元的第一端连接第二电容单元的第二端。

在其中一个实施例中，第一阻抗调节单元还包括第三开关子单元，第三开关子单元的第一端连接第一电阻单元的第一端，第三开关子单元的第二端连接第二开关子单元的第二端；

第二阻抗调节单元还包括和第四开关子单元，第四开关子单元的第一端连接第二电阻单元的第一端，第四开关子单元的第二端连接第二开关子单元的第二端。

在其中一个实施例中，偏置与差分转换模块包括第三电阻单元、第四电阻单元和第五电阻单元；

第三电阻单元的第一端用于连接偏置电源，第三电阻单元的第二端用于连接拾音转置，其中，第三电阻单元的第二端为偏置与差分转换模块的第一端；

第四电阻单元的第一端用于连接偏置电源，第四电阻单元的第二端连接第五电阻单元的第一端，第五电阻单元的第二端接地，其中，第四电阻单元的第二端为偏置与差分转换模块的第二端。

在其中一个实施例中，还包括增益调整模块；

增益调整模块连接差分放大模块的第一输出端和第二输出端，用于调整差分放大模块的增益倍数。

在其中一个实施例中，还包括低通滤波模块；

差分放大模块的第一输出端通过低通滤波模块连接差分放大模块的第二输出端。

在其中一个实施例中，还包括第一模数转换模块；

第一模数转换模块的第一输入端连接偏置与差分转换模块的第一端，用于采集偏置与差分转换模块的第一端的对地电压值；

第一模数转换模块的第二输入端连接偏置与差分转换模块的第二端，用于采集偏置与差分转换模块的第二端的对地电压值。

在其中一个实施例中，还包括第二模数转换模块；

第二模数转换模块的第一输入端连接差分放大模块的第一输出端，用于采集差分放大模块的第一输出端的电压值；

第二模数转换模块的第二输入端连接差分放大模块的第二输出端，用于采集差分放大模块的第二输出端的电压值。

第二方面，本发明实施例提供一种音频处理芯片，包括如第一方面的音频处理装置。

第三方面，本发明实施例提供一种音频处理系统，包括如第二方面的音频处理芯片和拾音装置；

拾音装置连接偏置与差分转换模块的第一端，拾音装置用于向偏置与差分转换模块输出第一音频信号。

第四方面，本发明实施例提供一种音频处理方法，应用于音频处理装置，音频处理装置包括偏置与差分转换模块、滤波调节模块以及差分放大模块，其中，滤波调节模块包括阻抗放大单元、电容值相等的第一电容单元和第二电容单元，包括：

通过偏置与差分转换模块，接收拾音装置输出的第一音频信号，并向第一电容单元输出第一音频信号和第一噪声信号，向第二电容单元输出第二噪声信号，其中，第一噪声信号和第二噪声信号为第一共模噪声信号；

通过所述第一电容单元对所述第一音频信号和第一噪声信号进行滤波，输出第二音频信号和第三噪声信号；

通过所述第二电容单元对所述第二噪声信号进行滤波，输出第四噪声信号，所述第三噪声信号和所述第四噪声信号为第二共模噪声信号；

通过阻抗放大单元放大第一电容单元的第二端和第二电容单元的第二端之间的阻抗；

通过差分放大模块对第三噪声信号和第四噪声信号进行抑制，输出第三音频信号。

上述实施例提供的音频处理装置、芯片、系统和方法，通过偏置与差分转换模块根据偏置电源等对拾音装置的环境噪声信号，产生相互对称的共模噪声信号，并通过改善滤波调节模块的频响特性，使得能够以容值更小的电容而达到改善滤波调节模块对音频信号的滤波效果，利用差分放大模块放大差模信号抑制共模信号的特点，抑制共模噪声信号，改善拾音装置输出的音频信号的质量，进而实现将音频处理装置集成在芯片内部。

附图说明

图1是传统技术的音频处理电路的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种音频处理装置的第一结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种音频处理装置的电路示意图；

图4是本发明实施例提供的一种音频处理装置的第二结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种音频处理方法的流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

图2是本发明实施例提供的一种音频处理装置的第一结构示意图，如图1所示，该音频处理装置包括偏置与差分转换模块110、滤波调节模块120以及差分放大模块130；其中，滤波调节模块120包括阻抗放大单元123、电容值相等的第一电容单元121和第二电容单元122。

偏置与差分转换模块110的第一端用于连接拾音装置140和第一电容单元121的第一端，以接收拾音装置140输出的第一音频信号，并向第一电容单元121输出第一音频信号和第一噪声信号；偏置与差分转换模块110的第二端连接第二电容单元122的第一端，用于向第二电容单元122输出第二噪声信号；其中，第一噪声信号和第二噪声信号为共模噪声信号；

阻抗放大单元123的第一端连接第一电容单元121的第二端，阻抗放大单元123的第二端连接第二电容单元122的第二端，用于放大第一电容单元121的第二端和第二电容单元122的第二端之间的阻抗；差分放大模块130的第一输入端连接阻抗放大单元123的第一端，差分放大模块130的第二输入端连接阻抗放大单元123的第二端，差分放大模块130用于抑制第三噪声信号和第四噪声信号，并输出第二音频信号。

具体的，拾音装置140为输出音频信号的设备，如麦克风、音箱、变声器等。第一音频信号为拾音装置140输出的音频信号。偏置与差分转换模块110连接偏置电源Vbias，通过调节偏置与差分转换模块110使得拾音装置140工作于正常工作状态，可选的，拾音装置140工作于最佳工作点，差分放大模块处于静态工作点，防止电路产生非线性失真，而使得音频信号噪声最少，具有较好的放大效果。

偏置与差分转换模块110的第一端为拾音装置140的输出端。拾音装置140工作时，偏置电源Vbias等环境所产生的噪声信号会对输出的音频信号噪声干扰。偏置与差分转换模块的第一端产生的第一噪声信号的第一电压信号为Va1。为了能够对称抑制第一噪声信号，在偏置与差分转换模块110的第二端施加第二电压信号Vb1，即第二噪声信号，第一端的电压值Va1和第二端的电压值Vb1之差处于预设阈值范围内，以使其形成共模信号。其中，偏置与差分转换模块110的第二端为产生于第一端相同电压幅值的连接端，第一噪声信号和第二噪声信号为第一共模噪声信号。优选的，第一端的电压值等于第二端的电压值，即Va1＝Vb1，以便于对拾音装置140的噪声信号进行有效抑制。需要说明的是，应在音频处理装置没有输入音频信号时，调节第二端的电压值Vb1使其与第一端的电压值Va1之差处于预设阈值范围内。

滤波调节模块120为具有滤波功能的模块，滤波调节模块120包括高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等一种或多种滤波器，由多种电容和电阻单元等元件通过并联或串联等方式连接组成。可选的，通过改变滤波调节模块120中电容的电容值或电阻的阻抗，可以改善滤波调节模块中各滤波器的频响特性。实施例中，偏置与差分转换模块110第一端输出的第一音频信号经滤波调节模块120进行滤波处理后输出至差分放大模块130的第一输入端。

具体的，实施例中的滤波调节模块120包括对称连接的第一RC滤波器和第二RC滤波器。第一RC滤波器包括阻抗放大单元123和第一电容单元121，第二RC滤波器包括阻抗放大单元123和第二电容单元122。第一RC滤波器用于滤除偏置与差分转换模块110的第一端输出的音频信号。由于第一RC滤波器自身会带来噪声，为了对称抑制第一RC滤波器带来的噪声，实施例中在偏置与差分转换模块110的第二端连接第二RC滤波器以产生相同的噪声信号，以形成共模信号。优选的，滤波调节模块120中的第一RC滤波器和第二RC滤波器的对称性越好，差分放大模块对共模信号的抑制能力越强。

放大阻抗放大单元123的阻抗，可以改善第一RC滤波器和第二RC滤波器的频响特性。实施例中，在相同的频响特性下，可以通过放大阻抗放大单元123的阻抗，从而满足在使用较小容值的第一电容单元121和第二电容单元122的前提下，获得相同的频响特性。由于第一电容单元121和第二电容单元122的容值变小，其体积也较小，可以将第一电容单元121和第二电容单元122集成在音频处理芯片内部，优化音频处理芯片的功能，同时降低成本。

实施例中的音频处理装置利用差分放大模块对音频信号及其噪声信号进行处理，差分放大模块进行信号处理具有对称的特点，即第一电容单元和第二电容单元为电容值相等的电容单元。第一电容单元和第二电容单元可包括一个或多个电容元件。由于阻抗放大单元对差分放大模块的输入阻抗进行放大，所以第一电容单元和第二电容单元可使用电容值较小的单元来实现滤波处理，可选的，电容值为5p-100p。第一电容单元121对第一音频信号和第一噪声信号进行滤波，输出第二音频信号和第三噪声信号，第二电容单元122对第二噪声信号进行滤波，输出第四噪声信号，第三噪声信号和第四噪声信号为第二共模噪声信号；其中，第二音频信号为第一音频信号经过第一电容单元121进行滤波处理的音频信号。第一电容单元121和第二电容单元122是容值相等的电容单元，故在实施例中，第一电容单元121和第二电容单元122的滤波能力相同，输出的第三噪声信号和所述第四噪声信号为第二共模噪声信号；其中，第三噪声信号包括经滤波处理后的第一噪声信号；第四噪声信号包括经滤波处理后的第二噪声信号。

具体的，差分放大模块130利用电路参数的对称性和负反馈作用，有效地稳定静态工作点，放大差模信号抑制共模信号。在实施例中，差分放大模块130对第三噪声信号和第四噪声信号进行抑制处理，使得第三噪声信号和第四噪声信号相互抵消而实现抑制的效果。为了对拾音装置140输出的音频信号进行去除噪声处理，实施例中调节拾音装置的分压，以使得差分放大模块130工作在静态工作点，并将拾音装置输出的音频信号输出至差分放大模块130的第一输入端。差分放大模块130包括运算放大器OP1和运算放大器OP2。

需要说明的是，差分放大模块130包括第一输入端、第一输出端、第二输入端和第二输出端。其中，第一输入端包括第一同相输入端和第一反向输入端，第二输入端包括第二同相输入端和第二反向输入端。本实施例中，阻抗放大单元123的第一端连接差分放大模块130的第一同相输入端，阻抗放大单元123的第二端连接差分放大模块130的第二同相输入端。

本实施例提供的音频处理装置的工作过程可以为：拾音装置140输出的音频信号经偏置与差分转换模块110的第一端输出至滤波调节模块120的第一输入端进行滤波处理后，经由滤波调节模块120的第一输出端输出至差分放大模块130的第一同相输入端，再由差分放大模块130的第一输出端输出。偏置与差分转换模块110的第二端产生与第一端，即拾音装置140的输出端相对称的噪声信号，以形成共模噪声信号，进而将拾音装置140的输出端的噪声信号经差分放大模块130进行抵消抑制，从而达到改善音频信号的效果。由于偏置与差分转换模块110的第二端没有连接拾音装置140，不存在音频信号的传输，所以差分放大模块的第一同相输入端和第二同相输入端之间的电压信号的差值，即差模信号为音频信号，利用差分放大模块130放大差模信号抑制共模信号的特点，实现对拾音装置输出的音频信号质量的改善，抑制噪声信号。

本实施例提供的音频处理装置，通过偏置与差分转换模块根据偏置电源等环境噪声信号输出第一噪声信号和第二噪声信号，其中第一噪声信号和第二噪声信号为共模噪声信号，调节阻抗放大单元调整滤波调节模的频响特性，提高滤波效果，利用差分放大模块放大差模信号抑制共模信号的特点，放大音频信号，抑制偏置与差分转换模块输出的第一噪声信号和第二噪声信号，使得能够以容值更小的电容而达到改善音频处理装置的噪声处理效果，抑制噪声信号，提高音频信号的质量。

在其中一个实施例中，阻抗放大单元123包括第一阻抗调节单元和第二阻抗调节单元；第一阻抗调节单元的第一端连接第一电容单元的第二端，第一阻抗调节单元的第二端连接第二阻抗调节单元的第二端，第二阻抗调节单元的第一端连接第二电容单元的第二端；第一阻抗调节单元用于调节第一电容单元的第二端与第二阻抗调节单元的第二端之间的阻抗；第二阻抗调节单元用于调节第二电容单元的第二端与第一阻抗调节单元的第二端之间的阻抗。

具体的，改变第一阻抗调节单元的等效电阻，以调节第一电容单元的输出端与第二阻抗调节单元的第二端之间的阻抗，改变第二阻抗调节单元的等效电阻，以调节第二电容单元的输出端与第一阻抗调节单元的第二端之间的阻抗。实施例中，第一电容单元的输出端为差分放大模块的第一输入端，第二电容单元的输出端为差分放大模块的第二输入端，改变第一阻抗调节单元和第二阻抗调节单元的等效电阻，以改变差分放大模块的输入阻抗。

在其中一个实施例中，第一阻抗调节单元包括第一开关子单元和第一电阻单元，第二阻抗调节单元包括第二开关子单元和第二电阻单元；第一电阻单元的第一端连接第一电容单元的第二端，第一电阻单元的第二端连接第一开关子单元的第一端，第一开关子单元的第二端连接第二开关子单元的第二端，第二开关子单元的第一端连接第二电阻单元的第二端，第二电阻单元的第一端连接第二电容单元的第二端。

其中，第一开关子单元和第二开关子单元为具有开启或关闭等至少两种控制状态的电子元件，以接通或断开所在电路通路，例如开关、继电器等。第一开关子单元和第二开关子单元可包括一个或多个具有开闭功能的电子元件。在其中一个实施例中，第一开关子单元和第二开关子单元为开关。

实施例中，通过控制第一开关子单元和第二开关子单元的开闭频率与占空比可以调节差分放大模块的第一输入端与第二阻抗调节单元的第二端之间，以及差分放大模块的第二输入端与第一阻抗调节单元的第二端之间的阻抗。图3是本发明实施例提供的一种音频处理装置的电路示意图，如图3所示，在实施例中，第一开关子单元为开关K1、第二开关子单元为开关K2、第一电阻单元为电阻R1和第二电阻单元为电阻R2。本实施例中，如图3所示，第一电容单元为电容C1，第二电容单元为电容C2。由于阻抗放大单元对差分放大模块的输入阻抗进行放大，所以第一电容单元和第二电容单元可使用电容值较小的单元来实现滤波处理，可选的，电容值为5p-100p。同理，阻抗放大单元中的第一电阻单元和第二电阻单元为阻值相等的电阻单元，可选的，电阻值为1MΩ。

具体的，当开关K1和开关K2断开时，差分运算放大器OP1和OP2的输入阻抗无穷大。当开关K1闭合时，差分运算放大器OP1的输入阻抗等于第一电阻单元的阻值；当开关K2闭合时，差分运算放大器OP2的输入阻抗等于第二电阻单元的阻值。为了差分放大模块的信号处理的对称性，第一电阻单元的阻值和第二电阻单元的阻值相等，因此，开关K1和开关K2的开关频率和占空比应设为相同。在实施例中，开关K1和开关K2的开闭频率为模数转换模块的采样频率的十倍，占空比可以根据实际情况所需要的第一电阻单元和第二电阻单元的等效阻值来设定。例如，设定开关K1和开关K2的开闭频率为1MHz，占空比为1％，则第一电阻单元的等效电阻为R1/(1％)＝100*R1，第二电阻单元的等效电阻为R2/(1％)＝100*R2，从而实现差分运算放大器OP1和运算放大器OP2输入阻抗的倍增。通过调整占空比的大小，实现对差分运算放大器输入阻抗的调整，从而可以调整由第一电容单元和第一电阻单元构成的第一RC滤波器，以及第二电容单元和第二电阻单元构成的第二RC滤波器的频响特性，其中，第一RC滤波器和第二RC滤波器为高通滤波器。

在其中一个实施例中，第一阻抗调节单元还包括第三开关子单元，第三开关子单元的第一端连接第一电阻单元的第一端，第三开关子单元的第二端连接第二开关子单元的第二端；第二阻抗调节单元还包括第四开关子单元，第四开关子单元的第一端连接第二电阻单元的第一端，第四开关子单元的第二端连接第二开关子单元的第二端。

第一阻抗调节单元和第二阻抗调节单元对称分布，第一阻抗调节单元和第二阻抗调节单元的公共连接点的电压为共模电压VCM。继续参考图3，实施例中，第三开关子单元为开关K3，第四开关子单元为开关K4，闭合开关K3和开关K4，使得差分放大模块130的第一输入端的第三电压VIN和第二输入端的第四电压VIP预充到第一阻抗调节单元和第二阻抗调节单元的公共连接点的电压VCM。

在其中一个实施例中，偏置与差分转换模块包括第三电阻单元、第四电阻单元和第五电阻单元；第三电阻单元的第一端用于连接偏置电源，第三电阻单元的第二端用于连接拾音装置，其中，第三电阻单元的第二端为偏置与差分转换模块的第一端；第四电阻单元的第一端用于连接偏置电源，第四电阻单元的第二端连接第五电阻单元的第一端，第五电阻单元的第二端接地，其中，第四电阻单元的第二端为偏置与差分转换模块的第二端。

其中，第三电阻单元、第四电阻单元和第五电阻单元为可调电阻单元，可包括一个或多个可调电阻单元。可通过控制器等控制单元对第三电阻单元、第四电阻单元和第五电阻单元的阻值进行调节。继续参考图3，实施例中，第三电阻单元为可调电阻R3、第四电阻单元为可调电阻R4、第五电阻单元为可调电阻R5，拾音装置为麦克风M1。可调电阻R3与麦克风M1连接，改变可调电阻R3阻值可以调节麦克风M1的输出端，即偏置与差分转换模块的第一端电压，即第一电压Va1，进而使得麦克风M1工作于正常工作点。第一电压Va1为麦克风M1相对于地的电位值，即Va1＝R_M1*V_bias/(R₃+R_M1)，其中，R_M1为麦克风M1内置的电阻，V_bias为偏置电源的电压。可调电阻R4和可调电阻R5串联在偏置电源V_bias和地之间，其中，可调电阻R4和可调电阻R5的公共连接点的电压为偏置与差分转换模块的第二端的电压，即第二电压Vb1，其中第二电压Vb1＝R₅*V_bias/(R₄+R₅)。调节第四电阻单元和第五电阻单元的阻值，使得偏置与差分转换模块的第二端的电压值与偏置与差分转换模块的第一端的电压值之差值处于预设阈值范围内，预设阈值范围可根据实际情况设定。优选的，Va1与Vb1相等，此时，偏置电源Vbias上的噪声分压相等叠加到Va1和Vb1上，此时Va1和Vb1上的噪声分压构成第一共模噪声信号，便于在后续的差分放大模块抑制该第一共模噪声信号。

图4是本发明实施例提供的一种音频处理装置的第二结构示意图，如图4所示，在其中一个实施例中，音频处理装置还包括增益调整模块150；增益调整模块150连接差分放大模块130的第一输出端和第二输出端，用于调整差分放大模块130的增益倍数。

增益调整模块150为调整电压增益放大倍数的模块，增益倍数等于运算放大器电压输出幅值除以运算放大器的电压输入幅值。如图3所示，实施例中，差分放大模块包括运算放大器OP1和OP2，运算放大器OP1的输出端通过依次串联的第六电阻单元、第七电阻单元和第八电阻单元连接至运算放大器OP2的输出端，第六电阻单元和第七电阻单元的公共连接点连接运算放大器OP1的反向输入端，第七电阻单元和第八电阻单元的公共连接点连接运算放大器OP2的反向输入端，其中，运算放大器OP1的反向输入端为差分放大模块的第一反向输入端，运算放大器OP2的反向输入端为差分放大模块的第二反向输入端。实施例中，通过调整第六电阻单元、第七电阻单元和第八电阻单元之间的阻值关系可以调整差分放大模块的输出信号的增益倍数。第六电阻单元、第七电阻单元和第八电阻单元可包括一个或多个电阻元件，继续参考图3，第六电阻单元为电阻R6，第七电阻单元为电阻R7，第八电阻单元为电阻R8。

参考图4，在其中一个实施例中，音频处理装置还包括低通滤波模块160；差分放大模块130的第一输出端通过低通滤波模块160连接差分放大模块130的第二输出端。

低通滤波模块160用于滤除中高频信号，即是容许低于截止频率的信号通过，但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。实施例中，低通滤波模块160包括第九电阻单元、第十电阻单元和第三电容单元。第九电阻单元的第一端连接差分放大模块的第一输出端，第九电阻单元的第二端连接第三电容单元的第一端。第十电阻单元的第一端连接差分放大模块的第二输出端，第十电阻单元的第二端连接第三电容单元的第二端。第九电阻单元和第十电阻单元可包括一个或多个电阻元件，第三电容单元可包括一个或多个电容元件。图3中，第九电阻单元为电阻R9，第十电阻单元为电阻R10和第三电容单元为电容C3。实施例中，低通滤波器用于对第三音频信号进行低通滤波，其中，第三音频信号为经差分放大模块抑制共模噪声后的第二音频信号。

继续参考图4，在其中一个实施例中，音频处理装置还包括第一模数转换模块170；第一模数转换模块170的第一输入端连接偏置与差分转换模块110的第一端，用于采集偏置与差分转换模块110的第一端的电压；第一模数转换模块170的第二输入端连接偏置与差分转换模块110的第二端，用于采集偏置与差分转换模块110的第二端的电压。

第一模数转换模块170用于将模拟信号转换为数字信号的装置，可选的，在实施例中为模数转换器。第一模数转换模块170包括第一输入端、第二输入端和输出端。具体的，参考图3，第一模数转换模块170为ADC1，ADC1的第一输入端采集并输入偏置与差分转换模块110的第一端的电压，即第一电压Va1，ADC1的第二输入端采集并输入偏置与差分转换模块110的第二端的电压，即第二电压Vb1。第一模数转换模块170将采集到的电压Va1和Vb1输出至控制模块，控制模块对电压Va1和Vb1的大小进行比较，以得出电压Va1和Vb1的差值是否在预设阈值范围内。

继续参考图4，在其中一个实施例中，音频处理装置还包括第二模数转换模块180；第二模数转换模块180的第一输入端连接差分放大模块130的第一输出端，用于采集差分放大模块150的第一输出端的电压；第二模数转换模块180的第二输入端连接差分放大模块130的第二输出端，用于采集差分放大模块130的第二输出端的电压。

第二模数转换模块180用于将模拟信号转换为数字信号的装置，可选的，在实施例中为模数转换器。第二模数转换模块180包括第一输入端、第二输入端和输出端。具体的，参考图3，第二模数转换模块180为ADC2，实施例中，ADC2的第一输入端采集并输入差分放大模块130的第一输出端的电压，即第三电压Va2，ADC2的第二输入端采集并输入差分放大模块130的第二输出端的电压，即第四电压Vb2。第二模数转换模块180输出经过滤波调节模块120和差分放大模块130处理后的音频信号。

在其中一个实施例中，该音频处理装置还包括第四电容单元、第五电容单元、第六电容单元和第七电容单元。其中，第四电容单元的第一端连接差分放大模块的第一输出端，第四电容单元的第二端连接差分放大模块的第一输入端。第七电容单元的第一端连接差分放大模块的第二输出端，第七电容单元的第二端连接差分放大模块的第二输入端。第五电容单元的第一端连接差分放大模块的第一输入端，第五电容单元的第二端接地。第六电容单元的第一端连接差分放大模块的第一输入端，第六电容单元的第二端接地。其中，差分放大模块的第一输入端包括第一同相输入端和第一反向输入端，差分放大模块的第二输入端包括第二同相输入端和第二反向输入端。可选的，第四电容单元的第二端连接差分放大模块的第一反向输入端，第七电容单元的第二端连接差分放大模块的第二反向输入端。第五电容单元的第一端连接差分放大模块的第一同相输入端，第六电容单元的第一端连接差分放大模块的第一同相输入端。参考图3，第四电容单元为电容C4、第五电容单元为电容C5、第六电容单元为电容C6和第七电容单元为电容C7，差分放大模块的第一同相输入端、第一反相输入端和第一输出端分别为差分放大器OP1的同相输入端、反相输入端和输出端，差分放大模块的第二同相输入端、第二反相输入端和第二输出端分别为差分放大器OP2的同相输入端、反向输入端和输出端。

继续参考图3，本发明实施例提供的音频处理芯片，包括上述任一实施例的音频处理装置。音频处理装置集成在音频处理芯片30内部。可选的，音频处理芯片30可以是专门处理音频信号的芯片，也可以是带有音频处理功能的其他芯片。由于上述实施例中提及的音频处理装置具有良好的抑制噪声的效果，且第一电容单元和第二电容单元的容值较小，体积较小，使得第一电容单元和第二电容单元均集成在音频处理芯片内部，优化了音频处理芯片的性能。通过芯片内置的控制单元对音频处理装置中的各个功能模块进行调节和控制，以实现音频处理，改善音频信号的质量。本实施例提供的音频处理芯片包括上述任意实施例提供的音频处理装置，具备相应的功能和有益效果。

本发明实施例提供的音频处理系统，包括上述任一实施例的音频处理芯片和拾音装置。可选的，音频处理芯片集成有上述任一实施例中的音频处理装置，拾音装置设置在芯片外部。实施例中，拾音装置连接偏置与差分转换模块的第一端，向偏置与差分转换模块的第一端输出第一音频信号。本实施例提供的音频处理系统包括上述任意实施例提供的音频处理芯片，具备相应的功能和有益效果。

本发明实施例还提供一种音频处理方法，图5是本发明实施例提供的一种音频处理方法的流程图，该音频处理方法由音频处理装置来执行。该音频处理装置可以是录音机、播放机、音箱等具有音频处理功能的装置，该音频处理装置包括偏置与差分转换模块、滤波调节模块以及差分放大模块，其中，滤波调节模块包括阻抗放大单元、电容值相等的第一电容单元和第二电容单元。如图5所示，该音频处理方法具体包括以下步骤：

S410、通过偏置与差分转换模块，接收拾音装置输出的第一音频信号，并向第一电容单元输出第一音频信号和第一噪声信号，向第二电容单元输出第二噪声信号。

其中，第一噪声信号和第二噪声信号为第一共模噪声信号。实施例中，通过调整与拾音装置相连接的电阻单元的大小，改变拾音装置上的分压，使得拾音装置工作于正常工作状态，可选的，使得差分放大模块处于静态工作点。具体的，拾音装置为麦克风M1。参考图3，调整电阻R3，使麦克风MIC进入最佳工作点，并采集第一电位Va1。采集电阻R4和电阻R5的公共连接点的电位，即第二电位Vb1。调整电阻R4和R5，使得第二电位Vb1和第一电位Va1之差的绝对值处于预设阈值范围内。预设阈值范围根据实际情况设定，如0-0.5V，优选的，Va1＝Vb1。锁定电阻R3、电阻R4和电阻R5，从而使得偏置与差分转换模块的第一端输出第一噪声信号，第二端输出与麦克风噪声信号相对称的第二噪声信号，第一噪声信号和第二噪声信号为共模噪声信号。

S420、通过第一电容单元对第一音频信号和第一噪声信号进行滤波，向差分放大模块的第一输入端输出第二音频信号和第三噪声信号；通过第二电容单元对第二噪声信号进行滤波，输出第四噪声信号，向差分放大模块的第二输入端输出第四噪声信号。

其中，第三噪声信号和第四噪声信号为第二共模噪声信号。第一电容单元121对第一音频信号和第一噪声信号进行滤波，输出第二音频信号和第三噪声信号，第二电容单元122对第二噪声信号进行滤波，输出第四噪声信号，第三噪声信号和第四噪声信号为第二共模噪声信号；其中，第二音频信号为第一音频信号经过第一电容单元121进行滤波处理的音频信号。第一电容单元121和第二电容单元122是容值相等的电容单元，故在实施例中，第一电容单元121和第二电容单元122的滤波能力相同，输出的第三噪声信号和所述第四噪声信号为第二共模噪声信号；其中，第三噪声信号包括经滤波处理后的第一噪声信号；第四噪声信号包括经滤波处理后的第二噪声信号。

S430、通过滤波调节模块的阻抗放大单元放大第一电容单元的第二端和第二电容单元的第二端之间的阻抗。

继续参考图3，具体的，断开开关K3和开关K4，设置开关K1和开关K2的开闭频率和占空比，调节差分放大模块的第一输入端和第二输入端间的阻抗，从而改善滤波调节模块中滤波器的频响特性。其中，第二音频信号为经过滤波处理的第一音频信号。滤波调节模块输出自身产生的第二共模滤波信号至差分放大模块。

S440、通过差分放大模块对第三噪声信号和第四噪声信号进行抑制，输出第三音频信号。

其中，差分放大模块的第一输入端接收第一电容单元输出的第二音频信号和第三噪声信号，差分放大模块的第二输入端接收第二电容单元输出的第四噪声信号，由于第三噪声信号和第四噪声信号为第二共模噪声。根据差分放大模块具有放大差模信号抑制共模信号的特点，对第三噪声信号和第四噪声信号进行抑制，放大音频信号，输出第三音频信号，第三音频信号为第二音频信号经过差分放大模块进行放大处理后的音频信号。

本实施例提供的音频处理方法，通过偏置与差分转换模块根据偏置电源等对拾音装置的环境噪声信号，产生相互对称的共模噪声信号，滤波调节模块通过放大差分放大模块的输入阻抗，改善滤波调节模块的频响特性，使得能够以容值更小的电容而达到改善滤波调节模块对音频信号的滤波效果，利用差分放大模块放大差模信号抑制共模信号的特点，抑制共模噪声信号，改善拾音装置输出的音频信号的质量

在其中一个实施例中，该音频处理方法还包括：采集差分放大模块的第一输入端的第三电位VIN和第二输入端的第四电位VIP，闭合第一开关K1和第三开关K3，使第三电位VIN和第四电位VIP预充到共模电压VCM，以保护电路。

在其中一个是实施例中，该音频处理方法还包括：设置差分放大模块的增益倍数，以放大差分放大模块输出的第三音频信号，以便于第二模数转换模块采集第三音频信号。

以上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

1.一种音频处理装置，其特征在于，包括偏置与差分转换模块、滤波调节模块以及差分放大模块；其中，所述滤波调节模块包括阻抗放大单元、电容值相等的第一电容单元和第二电容单元；

所述偏置与差分转换模块的第一端用于连接拾音装置和所述第一电容单元的第一端，以接收所述拾音装置输出的第一音频信号，并向所述第一电容单元输出所述第一音频信号和第一噪声信号；所述偏置与差分转换模块的第二端连接所述第二电容单元的第一端，用于向所述第二电容单元输出第二噪声信号；其中，所述第一噪声信号和所述第二噪声信号为第一共模噪声信号；

所述阻抗放大单元的第一端连接所述第一电容单元的第二端，阻抗放大单元的第二端连接所述第二电容单元的第二端，用于放大所述第一电容单元的第二端和第二电容单元的第二端之间的阻抗；

所述差分放大模块的第一输入端连接所述阻抗放大单元的第一端，所述差分放大模块的第二输入端连接所述阻抗放大单元的第二端，所述差分放大模块用于抑制所述第三噪声信号和所述第四噪声信号，并输出第三音频信号；

所述阻抗放大单元包括第一阻抗调节单元和第二阻抗调节单元；

所述第一阻抗调节单元的第一端连接所述第一电容单元的第二端，所述第一阻抗调节单元的第二端连接所述第二阻抗调节单元的第二端，所述第二阻抗调节单元的第一端连接所述第二电容单元的第二端；

所述第一阻抗调节单元用于调节所述第一电容单元的第二端与所述第二阻抗调节单元的第二端之间的阻抗；

所述第二阻抗调节单元用于调节所述第二电容单元的第二端与所述第一阻抗调节单元的第二端之间的阻抗；

所述第一阻抗调节单元包括第一开关子单元和第一电阻单元，所述第二阻抗调节单元包括第二开关子单元和第二电阻单元；

所述第一电阻单元的第一端连接所述第一电容单元的第二端，所述第一电阻单元的第二端连接所述第一开关子单元的第一端，所述第一开关子单元的第二端连接所述第二开关子单元的第二端，所述第二开关子单元的第一端连接所述第二电阻单元的第二端，所述第二电阻单元的第一端连接所述第二电容单元的第二端；所述第一阻抗调节单元和所述第二阻抗调节单元对称分布。

2.根据权利要求1所述的音频处理装置，其特征在于，第一阻抗调节单元还包括第三开关子单元，所述第三开关子单元的第一端连接所述第一电阻单元的第一端，所述第三开关子单元的第二端连接所述第二开关子单元的第二端；

所述第二阻抗调节单元还包括第四开关子单元，所述第四开关子单元的第一端连接所述第二电阻单元的第一端，所述第四开关子单元的第二端连接所述第二开关子单元的第二端。

3.根据权利要求1所述的音频处理装置，其特征在于，所述偏置与差分转换模块包括第三电阻单元、第四电阻单元和第五电阻单元；

所述第三电阻单元的第一端用于连接偏置电源，所述第三电阻单元的第二端用于连接拾音装置，其中，所述第三电阻单元的第二端为所述偏置与差分转换模块的第一端；

所述第四电阻单元的第一端用于连接所述偏置电源，所述第四电阻单元的第二端连接所述第五电阻单元的第一端，所述第五电阻单元的第二端接地，其中，所述第四电阻单元的第二端为所述偏置与差分转换模块的第二端。

4.根据权利要求3所述的音频处理装置，其特征在于，所述第三电阻单元、所述第四电阻单元和所述第五电阻单元均为可调电阻单元。

5.根据权利要求1所述的音频处理装置，其特征在于，还包括增益调整模块；

所述增益调整模块连接所述差分放大模块的第一输出端和第二输出端，用于调整所述差分放大模块的增益倍数。

6.根据权利要求1所述的音频处理装置，其特征在于，还包括低通滤波模块；

所述差分放大模块的第一输出端通过所述低通滤波模块连接所述差分放大模块的第二输出端。

7.根据权利要求1所述的音频处理装置，其特征在于，还包括第一模数转换模块；

所述第一模数转换模块的第一输入端连接所述偏置与差分转换模块的第一端，用于采集所述偏置与差分转换模块的第一端的对地电压值；

所述第一模数转换模块的第二输入端连接所述偏置与差分转换模块的第二端，用于采集所述偏置与差分转换模块的第二端的对地电压值。

8.根据权利要求1所述的音频处理装置，其特征在于，还包括第二模数转换模块；

所述第二模数转换模块的第一输入端连接所述差分放大模块的第一输出端，用于采集所述差分放大模块的第一输出端的电压值；

所述第二模数转换模块的第二输入端连接所述差分放大模块的第二输出端，用于采集所述差分放大模块的第二输出端的电压值。

9.根据权利要求1所述音频处理装置，其特征在于，还包括第四电容单元、第五电容单元、第六电容单元和第七电容单元；所述第四电容单元的第一端连接所述差分放大模块的第一输出端；所述第四电容单元的第二端连接所述差分放大模块的第一输入端；所述第七电容单元的第一端连接所述差分放大模块的第二输出端；所述第七电容单元的第二端连接所述差分放大模块的第二输入端；所述第五电容单元的第一端连接所述差分放大模块的第一输入端；所述第五电容单元的第二端接地；所述第六电容单元的第一端连接所述差分放大模块的第一输入端；所述第六电容单元的第二端接地。

10.一种音频处理芯片，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的音频处理装置。

11.一种音频处理系统，其特征在于，包括权利要求10所述的音频处理芯片和拾音装置；

所述拾音装置连接所述偏置与差分转换模块的第一端，所述拾音装置用于向所述偏置与差分转换模块输出第一音频信号。

12.一种音频处理方法，应用于如权利要求1至9任一项所述的音频处理装置，所述音频处理装置包括偏置与差分转换模块、滤波调节模块以及差分放大模块，其中，所述滤波调节模块包括阻抗放大单元、电容值相等的第一电容单元和第二电容单元，其特征在于，所述音频处理方法包括：

通过所述偏置与差分转换模块，接收拾音装置输出的第一音频信号，并向所述第一电容单元输出所述第一音频信号和第一噪声信号，向所述第二电容单元输出第二噪声信号，其中，所述第一噪声信号和所述第二噪声信号为第一共模噪声信号；

通过所述第一电容单元对所述第一音频信号和第一噪声信号进行滤波，向所述差分放大模块的第一输入端输出第二音频信号和第三噪声信号；通过所述第二电容单元对所述第二噪声信号进行滤波，向所述差分放大模块的第二输入端输出第四噪声信号，所述第三噪声信号和所述第四噪声信号为第二共模噪声信号；

通过所述阻抗放大单元放大所述第一电容单元的第二端和第二电容单元的第二端之间的阻抗；

通过所述差分放大模块对所述第三噪声信号和所述第四噪声信号进行抑制，输出第三音频信号。