CN115051624A - 信号采集电路及摄像设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种信号采集电路及摄像设备，涉及信号采集技术领域，能够降低电源的信号波动幅度，降低电源信号波动产生的噪声，提高语音设备的信号采集性能。该信号采集电路中的驱动子电路与电源和电机电连接。主控子电路与驱动子电路电连接，被配置为向驱动子电路输出控制信号；驱动子电路被配置为在控制信号的控制下，向电机传输驱动电流。主控子电路被配置为获取驱动电流，并根据驱动电流生成调制信号。负载子电路与驱动子电路电连接。调节子电路与负载子电路和主控子电路电连接，被配置为根据调制信号调节负载子电路的负载电流，以使驱动电流与负载电流之和，在预设范围内波动。本申请用于采集图像和语音信息。

Description

信号采集电路及摄像设备

技术领域

本发明涉及信号采集技术领域，特别涉及一种信号采集电路及摄像设备。

背景技术

目前，智能语音控制技术已经作为人工智能的主要组成部分，然而智能语音控制的关键是语音识别的准确性，语音识别的准确性取决于麦克风的信号采集电路的声电转换性能。

麦克风是声电转换的关键器件，通过声波震动作用到电声器件，产生变化的微弱电压，微弱的电压再经过放大，最终声音被转变为电信号供后端语音识别与处理。其中，麦克风对所需声音进行放大的同时，往往对噪声也进行了放大。这噪声包括信号采集电路中的多个电子器件（例如电机）的运作产生的噪声，尤其是电机运作导致电源信号（例如电流）的波动产生的噪声。而电源信号的电流波动是麦克风工作过程中必然会产生的，因此，降低电源信号的波动产生的噪声是提高麦克风性能的至关重要的研究方向。

发明内容

本申请的实施例提供一种信号采集电路及摄像设备，能够降低电源的信号波动幅度，降低电源信号波动产生的噪声，提高语音设备的信号采集性能。

为达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：

第一方面，提供一种信号采集电路。该信号采集电路包括驱动子电路、主控子电路、负载子电路和调节子电路。驱动子电路与电源和电机电连接。主控子电路与驱动子电路电连接，被配置为向驱动子电路输出控制信号；驱动子电路被配置为在控制信号的控制下，向电机传输驱动电流。主控子电路被配置为获取驱动电流，并根据驱动电流生成调制信号。负载子电路与驱动子电路电连接。调节子电路与负载子电路和主控子电路电连接，被配置为接收调制信号，并根据调制信号调节负载子电路的负载电流，以使驱动电流与负载电流之和，在预设范围内波动。

电机转动导致电源输出的电信号发生波动，尤其是电源输出的电流发生波动。主控子电路获取电机实时工作过程中的驱动电流，并生成调制信号传输至调节子电路。该调制信号能够控制调节子电路的导通或关闭，从而，控制流经负载子电路的负载电流，以使驱动电流与负载电流之和，在预设范围内波动。其中，预设范围是指驱动电流与负载电流之和，在电机工作过程中近似恒定。这样，能够降低电机转动对电源输出的电信号的波动幅度的影响，降低电源的电信号波动产生的噪声，以便于降低电源的电信号波动对与电源电连接的语音设备的性能的影响。

在一些示例中，负载子电路包括第一电阻。第一电阻一端与驱动子电路电连接，另一端与调节子电路电连接。

在一些示例中，负载电流的调节范围大于或等于驱动电流的最大值。

在一些示例中，第一电阻的阻值小于或等于电机的额定电压与额定电流的比值。

在一些示例中，调节子电路包括三极管、第二电阻和第三电阻。三极管的集电极与第一电阻电连接。第二电阻的一端与主控子电路的输出端电连接，另一端与三极管的基极电连接。第三电阻的一端与三极管的发射极电连接，另一端接地。

调制信号包括脉冲宽度调节信号，脉冲宽度调节信号被配置为调节控制三极管导通的电压信号的占空比。

在一些示例中，第一电阻为绕线电阻；和/或，第三电阻为贴片电阻。

在一些示例中，驱动电流的波动范围包括连续设置且间隔相等的N个区段。调制信号包括N个调制子信号，每个调制子信号与一个区段对应。主控子电路还被配置为在驱动电流的值位于一个区段内时，生成一个对应的调制子信号；每个调制子信号调节流经负载子电路的一个负载电流值。

在一些示例中，每个区段的最小驱动电流值，与对应的负载电流值之和，等于电机的额定电流值。

在一些示例中，信号采集电路还包括电源管理子电路。电源管理子电路与电源和语音设备电连接，被配置为将电源提供的电压转换成目标电压，并传输至语音设备。

在一些示例中，信号采集电路还包括音频信号传输子电路。音频信号传输子电路与电源管理子电路和主控子电路电连接，被配置为将语音设备生成的模拟信号传输至主控子电路。音频信号传输子电路、调节子电路、电源管理子电路、电源、驱动子电路和主控子电路均与地线电连接，调节子电路还被配置为调节流经地线的地回流电流的值。

第二方面，提供一种摄像设备。摄像设备包括第一方面中任一项示例提供的信号采集电路；以及，摄像头、电源、电机、摄像头和语音设备。电源与信号采集电路电连接。电机与信号采集电路电连接。摄像头与电机和信号采集电路电连接，摄像头在电机的控制下转动。语音设备与信号采集电路电连接，被配置为将采集的声音转换为模拟信号传输至信号采集电路的主控子电路。

本申请的实施例提供的摄像设备应用上述第一方面提供的信号采集电路，因此具有上述信号采集电路的全部有益效果，在此不再赘述。

附图说明

图1为本申请的实施例提供的摄像设备的结构示意图；

图2为本申请的实施例提供的信号采集电路的一种结构示意图；

图3为本申请的实施例提供的电机拾取电源信号的波形图；

图4为本申请的实施例提供的信号采集电路的另一种结构示意图；

图5为本申请的实施例提供的信号采集电路在调节子电路工作后的电机拾取电源的电流信号的一种波形图；

图6为本申请的实施例提供的信号采集电路在调节子电路工作后的电机拾取电源的电流信号的另一种波形图；

图7为图6中电机拾取电源的电压信号的波形图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请一些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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

除非另有定义，否则本文所用的所有科技术语都具有与本领域普通技术人员公知的含义相同的含义。在本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。

在描述一些实施例时，可能使用了术语“耦接”以表明两个或两个以上部件有直接物理接触或电接触。这里所公开的实施例并不必然限制于本文内容。

本文中“适用于”或“被配置为”的使用意味着开放和包容性的语言，其不排除适用于或被配置为执行额外任务或步骤的设备。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

需要说明的是，本申请中，“示例性地”、“示例的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请中被描述为“示例性地”、“示例的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性地”、“示例的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

目前，摄像设备具备图像采集功能和语音采集功能，语音采集的准确性取决于麦克风的信号采集电路的声电转换性能。麦克风是声电转换的关键器件。麦克风在采集用户的有效话音信号时，也会采集到环境噪声，以及采集到驱动麦克风的信号采集电路内部多个电子器件（例如电机）运作产生的噪声。其中，电机运作控制摄像设备中的摄像头转动。

通常，信号采集电路的电机运作产生的声音噪声，以及电机运作导致电源信号的波动产生的噪声对麦克风采集到的有效话音造成严重干扰。其中，电机运作导致电源信号的电流波动是信号采集电路工作过程中必然会产生的，因此，降低电源信号的波动产生的噪声是提高麦克风性能的至关重要的研究方向。

为此，如图1所示，本申请提供一种摄像设备1000。摄像设备1000可以为采用具有USB接口的相机和云台相机等具备图像采集和语音采集的电子设备。

摄像设备1000包括信号采集电路100、电源200、电机300、语音设备400和摄像头500。电源200与信号采集电路100电连接。电机300与信号采集电路100电连接，被配置为在信号采集电路100的控制下转动。摄像头500与电机300连接，这样，摄像头500随着电机300的转动而转动。语音设备400与信号采集电路100电连接，被配置为将采集的声音转换为模拟信号传输至信号采集电路100。本申请对摄像设备1000的具体结构不做限定。

如图2所示，本申请还提供一种信号采集电路100。该信号采集电路100包括驱动子电路10、主控子电路20、负载子电路30和调节子电路40。驱动子电路10与电源200和电机300电连接。主控子电路20与驱动子电路10电连接，被配置为向驱动子电路10输出控制信号；驱动子电路10被配置为在控制信号的控制下，向电机300传输驱动电流。主控子电路20被配置为获取驱动电流，并根据驱动电流生成调制信号。负载子电路30与驱动子电路10电连接。调节子电路40与负载子电路30和主控子电路20电连接，被配置为接收调制信号，并根据调制信号调节负载子电路的负载电流，以使驱动电流与负载电流之和，在预设范围内波动。

如图3所示，驱动电机300转动的电信号（驱动电压V₁和驱动电流I₁）为周期性波动的，导致电源200输出的电信号发生波动，尤其是电源200输出的电流发生波动。主控子电路20获取电机300实时工作过程中的驱动电流I₁，并生成调制信号传输至调节子电路40。该调制信号能够控制调节子电路40的导通或关闭，从而，控制流经负载子电路30的负载电流，以使驱动电流I₁与负载电流之和，在预设范围内波动。其中，预设范围是指驱动电流与负载电流之和，在电机300工作过程中近似恒定。这样，能够降低电机300转动对电源200输出的电信号的波动幅度的影响，降低电源的电信号波动产生的噪声，以便于降低电源的电信号波动对与电源电连接的语音设备400的性能的影响。

示例的，主控子电路20包括系统芯片（System On Chip，简称SOC），SOC包括微控制单元、音频编解码器（CODEC）和图形处理器（Graphic Processing Unit ，简称GPU）等电子元件中的一种或多种电子元件。本申请对此不做具体限制。

在一些示例中，如图4所示，负载子电路30包括第一电阻RS1。第一电阻RS1一端与驱动子电路10电连接，另一端与调节子电路40电连接。

示例的，第一电阻RS1为绕线电阻。可以理解的是，第一电阻RS1被配置为消耗驱动子电路10传输至电机300的驱动电流以外的电流，因此，第一电阻RS1采用电阻值较大，且功耗稳定的绕线电阻，有利于实现驱动电流与负载电流之和在预设范围内波动，即提高负载子电路30的功耗稳定性，从而，提高调节子电路40对电源输出信号降噪的效果。

在一些示例中，负载电流的调节范围大于或等于驱动电流I₁的最大值。

示例的，电机300的额定电压V₀为12V，额定电流I₀为150mA，则电机300的驱动电流I₁的最大值为150mA。由于驱动子电路10输出的电压最大为12V，则负载电流的调节范围大于或等于150mA，例如，负载电流的值为160mA。这样，基于电机300和负载子电路30类似于并联的关系，在电机300不工作的时候，流经负载子电路30的电流可以达到驱动电流I₁的最大值，使得信号采集电路100整个通电过程中，驱动电流I₁与负载电流之和可以近似为150mA。

在一些示例中，第一电阻RS1的阻值小于或等于电机300的额定电压V₀与额定电流I₀的比值。示例的，电机300的额定电压V₀为12V，额定电流I₀为150mA。第一电阻RS1的阻值小于或等于80Ω。例如，第一电阻RS1的阻值为75 Ω。此处，流经负载子电路30的第一电阻RS1的负载电流的值为160mA。

在一些示例中，如图4所示，调节子电路40包括三极管Q、第二电阻RS2和第三电阻RS3。三极管Q的集电极C与第一电阻RS1电连接。第二电阻RS2的一端与主控子电路20的输出端电连接，另一端与三极管Q的基极B电连接。第三电阻RS3的一端与三极管Q的发射极E电连接，另一端接地GND。

示例的，三极管Q可以采用NPN型晶体管。该NPN型晶体管为50V 1A规格，正向电压50V，正向电流1A。

可以理解的是，三极管Q也可以采用PNP型晶体管，可以根据电路结构和连接关系选择设置，本申请对此不做限制。

示例的，第二电阻RS2可以采用1KΩ的定值电阻。

示例的，第三电阻RS3可以采用1210封装的贴片电阻。1210封装的贴片电阻的阻值为0Ω，功率为1/4W。

上述调制信号包括脉冲宽度调节（Pulse Width Modulation，简称PWM）信号，脉冲宽度调节信号被配置为调节控制三极管Q导通的电压信号。示例的，PWM信号的频率范围为1KHz ~10KHz。例如，PWM信号的频率为1KHz、5KHz或10KHz。通过设置PWM信号的可调节的频率范围，可以实现调节偏置电压的精度的目的。并且，PWM信号的占空比影响驱动电流的大小，通过设置PWM信号的占空比，可以实现调节驱动电流的大小的目的。

在一些示例中，如图5和图6所示，驱动电流I₁的波动范围包括连续设置且间隔相等的N个区段。调制信号包括N个调制子信号，每个调制子信号与一个区段对应。

主控子电路20还被配置为在驱动电流I₁的值位于一个区段内时，生成一个对应的调制子信号；每个调制子信号调节流经负载子电路30的一个负载电流的值。

示例性地，如图5所示，驱动电流I₁的波动范围为0mA~150mA。驱动电流I₁的波动范围包括连续设置且间隔相等的4个区段。其中，M1点的电流值为0mA，M2点的电流值为75mA，M3点的电流值为150mA，M4点的电流值为75mA，M5点的电流值为0mA，M6点的电流值为0mA。M1至M2为一个区段，M2至M4为一个区段，M4至M5为一个区段，M5至M6为恒定电流区段。

每个调制子信号与一个区段对应。由于M1至M2的区段，与M4至M5的区段的电流值的变化范围相同，采用相同的调制信号，这样，电机300工作时段的一个周期内的电流可以采用3个调制子信号进行调节。

这样，采用调节子电路40调节流经负载子电路30的负载电路后，驱动子电路10拾取电源的电流I的波形如图5所示。

又示例性地，如图6所示，驱动电流I₁的波动范围为0mA~150mA。驱动电流I₁的波动范围包括连续设置且间隔相等的6个区段。其中，N1点的电流值为0mA，N2点的电流值为50mA，N3点的电流值为100mA，N4点的电流值为150mA，N5点的电流值为100mA，N6点的电流值为50mA，N7点的电流值为0mA，N8点的电流值为0mA。N1至N2为一个区段，N2至N3为一个区段，M3至M5为一个区段，M5至M6为一个区段，M6至M7为一个区段，N7至N8为恒定电流区段。

每个调制子信号与一个区段对应。由于N1至N2的区段，与N6至N7的区段的电流值的变化范围相同，可以采用相同的调制信号；N2至N3的区段，与N5至N6的区段的电流值的变化范围相同，可以采用相同的调制信号，这样，电机300工作时段的一个周期内的电流可以采用4个调制子信号进行调节。

这样，采用调节子电路40调节流经负载子电路30的负载电路后，驱动子电路10拾取电源的电流I的波形如图6所示。相应的，如图7所示，驱动子电路10拾取电源的电压V的波形平稳。

可以理解的是，驱动电流I₁的波动范围划分的区段数量越多，驱动子电路10拾取电源的电流I的波形越平稳。驱动电流I₁的波动范围划分的区段可根据实际需求设置。

需要说明的是，本申请实施例可以采用示波器获取电机300工作的驱动电流和驱动电压的波形图，从而得到驱动电流的值和驱动电压的值。

或者，可以采用采集电路获取电机300工作的驱动电流的值和驱动电压的值，这个采集电路与驱动子电路10和主控子电路20电连接，被配置为实时的将采集到驱动子电路10传输至电机300的驱动电压和驱动电流信号反馈给主控子电路20，以便于主控子电路20根据采集电路传输的信号实时生成调制信号，实现自动化的控制调节子电路40调节流经负载子电路30的电流。

在一些示例中，每个区段的最小驱动电流值I₁，与对应的负载电流值之和，等于电机300的额定电流值I₀。这样，驱动电流值I₁与负载电流值之和，大于或等于电机300的额定电流值I₀。

示例性地，如图6所示，电机300的额定电流值I₀为150mA。N2至N3的区段的最小驱动电流值I₁为50mA，负载电流值I₂为100mA，驱动电流值I₁与负载电流值之和大于电机300的150mA。

在一些示例中，如图4所示，信号采集电路100还包括电源管理子电路50。电源管理子电路50与电源200和语音设备400电连接，被配置为将电源200提供的电压转换成目标电压，并传输至语音设备400。

示例的，如图4所示，电源管理子电路50包括直流转直流转换器（Direct CurrentDirect Current Converter，简称DC/DC）51、低压差线性稳定器（low dropout regulator，简称LDO）52和滤波器53。可以理解的是，电源管理子电路被配置为将电源200输出的信号处理后生成目标电压，以驱动语音设备400正常工作，不同语音设备400的驱动电压不同，可根据实际需求选择DC/DC和LDO中的至少一种电子器件处理电源200输出的信号。DC/DC和LDO具有电源纹波抑制能力，能够对流经的电压和电流进行滤波和稳压，降低电源200输出的信号的波动产生的噪声。

在一些示例中，如图4所示，信号采集电路100还包括音频信号传输子电路60。音频信号传输子电路60与电源管理子电路50和主控子电路20电连接，被配置为将语音设备400生成的模拟信号传输至主控子电路20。这样，主控子电路20将接收的模拟信号转换为数字信号，并通过UAC协议传输至电脑，从而可以通过电脑连接的耳机或播放器进行音频侦听。

该音频信号传输子电路60可以采用差分走线或单端走线将语音设备400生成的模拟信号传输至主控子电路20。示例的，如图4所示，音频信号传输子电路60采用差分走线连接语音设备400和主控子电路20。语音设备400可以为麦克风，麦克风的阳极连接阳极线MIC+，麦克风的阴极连接阴极线MIC-。其中，阳极线MIC+上连接的电阻（R3）的阻值和阴极线MIC-上连接的电阻（R4）的阻值相同。并且，R3和C2以及R4和C3能够提高麦克风对静电的防护能力。

音频信号传输子电路60、调节子电路40、电源管理子电路50、电源200、驱动子电路10和主控子电路20均与地线GND电连接，调节子电路40还被配置为调节流经地线GND的地回流电流的值，以降低地回流电流对语音设备400的性能的影响。

在上述信号采集电路100对电机300拾取电源200的电信号进行调节后，可以将摄像设备1000放置在消音室内，用语音设备400侦听摄像设备1000运行过程中的声音，检测当前设置的调制信号的参数实现降噪的效果的优劣；或根据示波器采集电机300工作时段的电源输出信号的波形，以判断当前设置的调制信号的参数实现降噪的效果的优劣。

在上述实施例中，对各个实施例的描述各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

尽管结合具体特征及其实施例对本申请进行了描述，显而易见的，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本申请的示例性说明，且视为已覆盖本申请范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种信号采集电路，其特征在于，包括：

驱动子电路，与电源和电机电连接；

主控子电路，与所述驱动子电路电连接，被配置为向所述驱动子电路输出控制信号；所述驱动子电路被配置为在所述控制信号的控制下，向所述电机传输驱动电流；所述主控子电路还被配置为获取所述驱动电流，并根据所述驱动电流生成调制信号；

负载子电路，与所述驱动子电路电连接；

调节子电路，与所述负载子电路和所述主控子电路电连接，被配置为接收所述调制信号，并根据所述调制信号调节所述负载子电路的负载电流，以使所述驱动电流与所述负载电流之和，在预设范围内波动。

2.根据权利要求1所述的信号采集电路，其特征在于，所述负载子电路包括：

第一电阻，一端与所述驱动子电路电连接，另一端与所述调节子电路电连接。

3.根据权利要求2所述的信号采集电路，其特征在于，负载电流的调节范围，大于或等于所述驱动电流的最大值。

4.根据权利要求3所述的信号采集电路，其特征在于，所述第一电阻的阻值小于或等于所述电机的额定电压与额定电流的比值。

5.根据权利要求2所述的信号采集电路，其特征在于，所述调节子电路包括：

三极管，所述三极管的集电极与所述第一电阻电连接；

第二电阻，一端与所述主控子电路的输出端电连接，另一端与所述三极管的基极电连接；

第三电阻，一端与所述三极管的发射极电连接，另一端接地；

所述调制信号包括脉冲宽度调节信号，所述脉冲宽度调节信号被配置为调节控制所述三极管导通的电压信号的占空比。

6.根据权利要求5所述的信号采集电路，其特征在于，所述第一电阻为绕线电阻；和/或，所述第三电阻为贴片电阻。

7.根据权利要求1~6中任一项所述的信号采集电路，其特征在于，所述驱动电流的波动范围包括连续设置且间隔相等的N个区段；所述调制信号包括N个调制子信号，每个调制子信号与一个区段对应；

所述主控子电路还被配置为，在所述驱动电流的值位于一个区段内时，生成一个对应的调制子信号；每个所述调制子信号调节流经所述负载子电路的一个负载电流的值。

8.根据权利要求7所述的信号采集电路，其特征在于，每个区段的最小驱动电流值，与对应的负载电流值之和，等于所述电机的额定电流值。

9.根据权利要求5或6所述的信号采集电路，其特征在于，所述信号采集电路还包括电源管理子电路；所述电源管理子电路与所述电源和语音设备电连接，被配置为将所述电源提供的电压转换成目标电压，并传输至所述语音设备。

10.一种摄像设备，其特征在于，包括：

权利要求1~9中任一项所述的信号采集电路；

电源，与所述信号采集电路电连接；

电机，与所述信号采集电路电连接；

摄像头，与所述电机和所述信号采集电路电连接，所述摄像头在所述电机的控制下转动；

语音设备，与所述信号采集电路电连接，被配置为将采集的声音转换为模拟信号传输至所述信号采集电路的主控子电路。

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