CN111122980B - 一种耳机接口的自适应电路及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耳机接口的自适应电路及其应用，属于音频系统技术领域，本发明基于耳机插拔状态检测模块、阻抗检测模块、运放电路、幅度调节模块及控制模块，实现了耳机接口自适应及音频指标的综合测试。可同时兼顾高阻及低阻耳机，有效解决了音频设备无法匹配不同种类耳机的问题，提高了产品的通用性。利用该自适应电路，通过软件控制即可完成音频指标的综合测试，提高设备的测试性。

Description

一种耳机接口的自适应电路及其应用

技术领域

本发明属于音频系统技术领域，尤其涉及一种耳机接口的自适应电路及其应用。

背景技术

音频系统中常用的耳机种类众多，但其耳机接口仅针对其中一种进行设计，当更换为不同阻抗耳机时，因阻抗匹配问题会出现无法正常使用的情况。为解决以上问题，需进行耳机接口电路的自适应调节。

现有耳机接口自适应技术主要应用于手机，能检测的阻抗范围较窄，无法同时实现高、低阻耳机的自动匹配。且功能单一，未实现常用音频指标的测试。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提出一种耳机接口的自适应电路及其应用，本发明的耳机阻抗检测范围为4Ω～1MΩ，可同时兼顾低阻及高阻耳机；同时，在不增加硬件电路的前提下完成频率响应、负载特性、信号输出幅度等音频指标的综合检测。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以解决。

（一）一种耳机接口的自适应电路，包括：耳机插拔状态检测模块、阻抗检测模块、幅度调节模块、运放模块、高/低阻切换模块和控制模块；

所述耳机插拔状态检测模块，利用电阻分压的原理进行耳机插拔状态的检测，并将耳机插拔状态信号传输给控制模块；

所述阻抗检测模块由频率发生器、模数转换器和放大电路组成，用于根据控制模块发出的启动信号检测耳机插头末端和近端之间的阻抗，即耳机的阻抗；

阻抗检测过程：

首先，频率发生器根据控制模块发出的校准控制信号产生相应信号，该相应信号控制第一切换开关的第一引脚与第三引脚连接，经过放大电路进行放大处理后，反馈的信号传至模数转换器进行采样获取基本幅度，并将其传至控制模块，完成阻抗检测电路的校准，其中该第一切换开关的第一引脚与频率发生器连接，第一切换开关的第二引脚经反馈电阻分别与放大电路以及第二切换开关的第五引脚连接，第一切换开关的第三引脚与第二切换开关的第二引脚相连；第二切换开关的第一引脚和第四引脚分别与耳机不同端连接，第二切换开关的第三引脚与地线连接，第二切换开关的第六引脚与高/低阻切换模块连接；

然后，频率发生器根据控制模块发出的检测控制信号产生相应信号，该相应信号控制第一切换开关的第一引脚与第二引脚连接，同时，控制第二切换开关的第一引脚与第四引脚连接，第四引脚与第五引脚连接，使放大电路的反馈电阻切换为实测耳机，反馈的信号传至模数转换器进行采样获取实测幅度，并将其传至控制模块，控制模块根据获取的基本幅度和实测幅度计算耳机的阻抗；

自适应匹配过程：

当耳机的阻抗为高阻时，控制模块控制高/低阻切换模块切换至高阻模式；控制模块根据耳机的阻抗控制幅度调节模块调整信号幅度，再经过运放电路放大后，进入高/低阻切换模块经过音频变压器将输入信号转换为高阻输出，与耳机匹配；其中，所述音频变压器的一个端口接地；

当耳机的阻抗为低阻时，控制模块控制高/低阻切换模块切换至低阻模式；控制模块根据耳机的阻抗控制幅度调节模块调整信号幅度，再经过运放电路放大后，进入高/低阻切换模块后输出低阻信号，与耳机匹配。

进一步地，所述第一切换开关为可控单刀双掷开关。

进一步地，所述第二切换开关为可控双刀双掷开关；在自适应匹配过程中，所述第二切换开关的第一引脚与第三引脚连接，第三引脚接地；第四引脚与第六引脚连接。

进一步地，高/低阻切换模块包括第三切换开关，第三切换开关为可控双刀双掷开关，第三切换开关的第一引脚与地线连接，第三切换开关的第二引脚与第五引脚分别与音频变压器的不同端口连接，第三切换开关的第三引脚悬空，第三切换开关的第四引脚与运放模块连接，第三切换开关的第六引脚与第二切换开关的第六引脚连接；高阻模式下，第三切换开关的第一引脚与第二引脚连接，第四引脚与第五引脚连接；低阻模式下，第三切换开关的第一引脚与第三引脚连接，第四引脚与第六引脚连接；，所述第三切换开关的第一引脚接地。

进一步地，在阻抗检测电路校准时，频率发生器与放大电路之间的反馈电阻为具有多档位阻值的电阻。

进一步地，所述幅度调节模块包含并联的数字电位器和分压电阻，分压电阻一端接地。

（二）应用耳机接口的自适应电路进行频率响应检测的方法，包括以下步骤：

控制第一切换开关的第一引脚与第三引脚连接；控制模块控制频率发生器产生幅度稳定的扫频信号；扫频信号经放大电路放大处理后，反馈的信号再由模数转换器进行幅度采样；通过控制模块将预设频率区间的采样幅度的变化转换为幅度变化率（dB值），得到幅度随频率的变化特性，即完成频率响应的检测。

（三）应用耳机接口的自适应电路进行负载特性检测的方法，包括以下步骤：

控制第一切换开关的第一引脚与第三引脚连接；调节阻抗检测电路中的反馈电阻至不同档位阻值，以模拟对应阻值的耳机，通过阻抗检测电路检测每个阻值对应的输出幅度；将每个阻值对应的输出幅度的变化转换为对应幅度变化率（dB值），得到不同负载对应的输出幅度特性，即完成负载特性的检测。

（四）应用耳机接口的自适应电路进行输出幅度检测的方法，包括以下步骤：

控制第一切换开关的第一引脚与第三引脚连接；控制模块调取存储的1kHz的特定幅度信号至输入通道，以模拟外部激励信号，该信号经放大电路放大处理后，反馈的信号再由模数转换器进行幅度采样，得到输出幅度，即完成输出幅度的检测。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

（1）本发明通过电路设计，使音频系统耳机接口具有自适应功能，可同时兼顾高阻及低阻耳机，随意更换耳机时不影响系统正常工作。同时，本发明在不额外增加电路的情况下，就能够自动完成频率响应、负载特性、信号输出幅度等指标的综合检测，提高了设备的测试性，节省检测时间。

（2）本发明的阻抗检测电路能够获得外接耳机的阻抗值，并通过幅度调节和高/低阻切换完成耳机接口的阻抗自适应，保证耳机阻抗在150Ω、300Ω、600Ω、20kΩ之间变化时，耳机输出功率稳定为100mW。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图1是本发明实施例的耳机插拔状态检测模块的电路原理图；

图2是本发明实施例的耳机接口自适应电路原理框图；

图3是本发明实施例的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例及效果作进一步详细描述。

参考图1和2，本发明提出一种耳机接口的自适应电路，包括：耳机插拔状态检测模块、阻抗检测模块、幅度调节模块、运放模块、高/低阻切换模块和控制模块；

如图1所示为耳机插拔状态检测模块的电路原理图，利用电阻分压的原理进行耳机插拔状态的检测，并将耳机插拔状态信号传输给控制模块；当耳机拔出时，图中TEST点为高电压，当耳机插入时，TEST点读取到低电压；因此当读取到TEST电压由高变低时说明有耳机插入，即启动阻抗检测模块。

为实现音频系统的耳机接口自适应，可将检测电路放置于耳机接口后端，当读取到耳机插拔状态时进行阻抗检测。

如图2所示，阻抗检测模块由阻抗转换器和放大电路组成，阻抗转换器集成有频率发生器和模数转换器，用于根据控制模块发出的启动信号检测耳机插头末端和近端之间的阻抗，即耳机的阻抗；

阻抗检测过程：

首先，频率发生器根据控制模块发出的校准控制信号产生相应信号，该相应信号控制第一切换开关2K1的第一引脚与第三引脚连接，经过放大电路进行放大处理后，反馈的信号传至模数转换器进行采样获取基本幅度，并将其传至控制模块，完成阻抗检测电路的校准； 校准过程的反馈电阻为2R1。其中该第一切换开关的第一引脚与频率发生器连接，第一切换开关的第二引脚经反馈电阻分别与放大电路以及第二切换开关的第五引脚连接，第一切换开关的第三引脚与第二切换开关的第二引脚相连；第二切换开关的第一引脚和第四引脚分别与耳机不同端连接，第二切换开关的第三引脚与地线连接，第二切换开关的第六引脚与高/低阻切换模块连接。

然后，频率发生器根据控制模块发出的检测控制信号产生相应信号，该相应信号控制第一切换开关2K1的第一引脚与第二引脚连接，同时，控制第二切换开关2K2的第一引脚与第四引脚连接，第四引脚与第五引脚连接，使放大电路的反馈电阻切换为实测耳机，反馈的信号传至模数转换器进行采样获取实测幅度，并将其传至控制模块，控制模块根据获取的基本幅度和实测幅度计算耳机的阻抗；

自适应匹配过程：

当耳机的阻抗为高阻时，控制模块控制高/低阻切换模块切换至高阻模式；控制模块根据耳机的阻抗控制幅度调节模块调整信号幅度，再经过运放电路放大后，进入高/低阻切换模块经过音频变压器2T1将输入信号转换为高阻输出，与耳机匹配；其中，所述音频变压器2T1的一个端口接地；

以上实施例中，根据阻抗检测电路检测到的耳机高低阻类型，通过高/低阻切换模块选择运放电路的输出是否经音频变压器2T1转换为高阻输出。通过幅度调节模块调整运放电路的输入信号大小，保证输出功率稳定为100mW。

当耳机的阻抗为低阻时，控制模块控制高/低阻切换模块切换至低阻模式；控制模块根据耳机的阻抗控制幅度调节模块调整信号幅度，再经过运放电路放大后，进入高/低阻切换模块后输出低阻信号，与耳机匹配。

本实施例中，控制模块为处理器，根据检测到的耳机阻抗，通过处理器控制数字电位器进行耳机输出功率调节。如需同时兼顾高低阻耳机，需在功放电路输出端增加由处理器控制的高/低阻切换电路。

根据检测到的耳机阻抗，由处理器控制功放电路输出功率，使耳机端始终保持100mW的稳定输出。

参考图2，根据本发明的一个实施例，所述第一切换开关2K1为可控单刀双掷开关。

参考图2，根据本发明的一个实施例，所述第二切换开关2K2为可控双刀双掷开关；在自适应匹配过程中，所述第二切换开关2K2的第一引脚与第三引脚连接，第三引脚接地；第四引脚与第六引脚连接。

参考图2，根据本发明的一个实施例，高/低阻切换模块包括第三切换开关，所述第三切换开关2K3为可控双刀双掷开关，第三切换开关的第一引脚与地线连接，第三切换开关的第二引脚与第五引脚分别与音频变压器的不同端口连接，第三切换开关的第三引脚悬空，第三切换开关的第四引脚与运放模块连接，第三切换开关的第六引脚与第二切换开关的第六引脚连接；高阻模式下，第三切换开关2K3的第一引脚与第二引脚连接，第四引脚与第五引脚连接；低阻模式下，第三切换开关2K3的第一引脚与第三引脚连接，第四引脚与第六引脚连接；所述第三切换开关2K3的第一引脚接地。

参考图2，根据本发明的一个实施例，在阻抗检测电路校准时，频率发生器与放大电路之间的反馈电阻2R1为具有多档位阻值的电阻，可以用于负载特性检测。

参考图2，根据本发明的一个实施例，所述幅度调节模块包含并联的数字电位器2RP1和分压电阻2R2，分压电阻一端接地。

如图3所示，控制模块的控制过程如下：

（a）当读取到耳机插拔状态由“无”变化为“有”时，即开始耳机阻抗检测。

（b）使用校准电路检测，如校准结果全部异常，则默认600欧阻抗状态。如有校准正常的状态，则使用正常状态最低阻抗状态进行初检，同时隔离故障状态。

（c）根据初检数据使用最接近的检测通道进行复检。

（d）复检结果在200欧～30k欧区间，则认为检测结果正常，根据检测结果控制离散输出，切换对应电路。如复检结果超出范围，则认为检测异常。

（e）检测异常后重新进行复检，如连续3次检测均异常，则认为检测异常，默认600欧阻抗状态。如复检正常，则控制离散输出，切换对应电路。

本发明的应用耳机接口的自适应电路进行频率响应检测的方法，包括以下步骤：

利用阻抗转换器集成有频率发生器与模数转换器(ADC)的特点，控制模块控制频率发生器产生幅度稳定的扫频信号；并控制第一切换开关的第一引脚与第三引脚连接，扫频信号经放大电路放大处理后，反馈的信号再由模数转换器进行幅度采样；通过控制模块将预设频率区间的采样幅度的变化转换为幅度变化率（dB值），得到幅度随频率的变化特性，即完成频率响应的检测。

本发明的应用耳机接口的自适应电路进行负载特性检测的方法，包括以下步骤：

控制第一切换开关2K1的第一引脚与第三引脚连接；调节阻抗检测电路中的反馈电阻2R1至不同档位阻值，以模拟对应阻值的耳机，通过阻抗检测电路检测每个阻值对应的输出幅度；将每个阻值对应的输出幅度的变化转换为对应的幅度变化率（dB值），得到不同负载对应的输出幅度特性，即完成负载特性的检测。

本发明的应用耳机接口的自适应电路进行输出幅度检测的方法，包括以下步骤：

利用阻抗转换器集成有模数转换器(ADC)的特点，控制模块调取存储的1kHz的特定幅度信号至输入通道，以模拟外部激励信号，该信号经放大电路放大处理后，反馈的信号再由模数转换器进行幅度采样，得到输出幅度，即完成输出幅度的检测。

以上每个检测结果都可通过软件完成测试结果是否合格的判断，也可将测试数据及判断结果通过总线进行上报。

本发明的耳机接口自适应电路，实现了音频设备输出的自适应调节，提高了产品的通用性。通过控制模块，无需增加新的硬件电路，仅利用自适应电路即可完成频率响应、负载特性、信号输出幅度等指标的综合检测，节省测试时间及人力成本，提高了设备的自检测能力。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种耳机接口的自适应电路，其特征在于，包括：耳机插拔状态检测模块、阻抗检测模块、幅度调节模块、运放模块、高/低阻切换模块和控制模块；

所述耳机插拔状态检测模块，利用电阻分压的原理进行耳机插拔状态的检测，并将耳机插拔状态信号传输给控制模块；

所述阻抗检测模块由频率发生器、模数转换器和放大电路组成，用于根据控制模块发出的启动信号检测耳机插头末端和近端之间的阻抗，即耳机的阻抗；

阻抗检测过程：

首先，频率发生器根据控制模块发出的校准控制信号产生相应信号，该相应信号控制第一切换开关的第一引脚与第三引脚连接，经过放大电路进行放大处理后，反馈的信号传至模数转换器进行采样获取基本幅度，并将其传至控制模块，完成阻抗检测电路的校准，其中该第一切换开关的第一引脚与频率发生器连接，第一切换开关的第二引脚经反馈电阻分别与放大电路以及第二切换开关的第五引脚连接，第一切换开关的第三引脚与第二切换开关的第二引脚相连；第二切换开关的第一引脚和第四引脚分别与耳机不同端连接，第二切换开关的第三引脚与地线连接，第二切换开关的第六引脚与高/低阻切换模块连接；

然后，频率发生器根据控制模块发出的检测控制信号产生相应信号，该相应信号控制第一切换开关的第一引脚与第二引脚连接，同时，控制第二切换开关的第一引脚与第四引脚连接，第四引脚与第五引脚连接，使放大电路的反馈电阻切换为实测耳机，反馈的信号传至模数转换器进行采样获取实测幅度，并将其传至控制模块，控制模块根据获取的基本幅度和实测幅度计算耳机的阻抗；

自适应匹配过程：

当耳机的阻抗为高阻时，控制模块控制高/低阻切换模块切换至高阻模式；控制模块根据耳机的阻抗控制幅度调节模块调整信号幅度，再经过运放电路放大后，进入高/低阻切换模块经过音频变压器将输入信号转换为高阻输出，与耳机匹配；其中，所述音频变压器的一个端口接地；

当耳机的阻抗为低阻时，控制模块控制高/低阻切换模块切换至低阻模式；控制模块根据耳机的阻抗控制幅度调节模块调整信号幅度，再经过运放电路放大后，进入高/低阻切换模块后输出低阻信号，与耳机匹配；

所述第一切换开关为可控单刀双掷开关；

所述第二切换开关为可控双刀双掷开关；在自适应匹配过程中，所述第二切换开关的第一引脚与第三引脚连接，第三引脚接地；第四引脚与第六引脚连接。

2.根据权利要求1所述的耳机接口的自适应电路，其特征在于，高/低阻切换模块包括第三切换开关，第三切换开关为可控双刀双掷开关，第三切换开关的第一引脚与地线连接，第三切换开关的第二引脚与第五引脚分别与音频变压器的不同端口连接，第三切换开关的第三引脚悬空，第三切换开关的第四引脚与运放模块连接，第三切换开关的第六引脚与第二切换开关的第六引脚连接；

高阻模式下，第三切换开关的第一引脚与第二引脚连接，第四引脚与第五引脚连接；低阻模式下，第三切换开关的第一引脚与第三引脚连接，第四引脚与第六引脚连接，所述第三切换开关的第一引脚接地。

3.根据权利要求1所述的耳机接口的自适应电路，其特征在于，在阻抗检测电路校准时，频率发生器与放大电路之间的反馈电阻为具有多档位阻值的电阻。

4.根据权利要求1所述的耳机接口的自适应电路，其特征在于，所述幅度调节模块包含并联的数字电位器和分压电阻，分压电阻一端接地。

5.应用权利要求1所述的耳机接口的自适应电路进行频率响应检测的方法，包括以下步骤：

控制第一切换开关的第一引脚与第三引脚连接，控制模块控制频率发生器产生幅度稳定的扫频信号；扫频信号经放大电路放大处理后，反馈的信号再由模数转换器进行幅度采样；通过控制模块将预设频率区间的采样幅度的变化转换为幅度变化率，得到幅度随频率的变化特性，即完成频率响应的检测。

6.应用权利要求1所述的耳机接口的自适应电路进行负载特性检测的方法，包括以下步骤：

控制第一切换开关的第一引脚与第三引脚连接；调节阻抗检测电路中的反馈电阻至不同档位阻值，以模拟对应阻值的耳机，通过阻抗检测电路检测每个阻值对应的输出幅度；将每个阻值对应的输出幅度的变化转换为对应的幅度变化率，得到不同负载对应的输出幅度特性，即完成负载特性的检测。

7.应用权利要求1所述的耳机接口的自适应电路进行输出幅度检测的方法，包括以下步骤：

控制第一切换开关的第一引脚与第三引脚连接；控制模块调取存储的1kHz的特定幅度信号至输入通道，以模拟外部激励信号，该信号经放大电路放大处理后，反馈的信号再由模数转换器进行幅度采样，得到输出幅度，即完成输出幅度的检测。

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