CN116437265A - 一种音频芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种音频芯片，包括音频增益模块、自动电平控制模块、噪音处理模块、音频处理模块以及混频器模块，音频增益模块用于将输入信号电平进行增益处理以与音频处理模块的输入范围相匹配，噪音处理模块用于对音频增益模块输出的信号进行噪声处理，音频处理模块用于处理来自噪音处理模块的无噪声音频，自动电平控制模块用于产生自动增益控制信号，混频器模块用于接收自动电平控制模块的自动增益控制信号和音频处理模块的输出信号，输出混音信号到耳机驱动器。本发明具备数字音频均衡和自适应低音增强的功能，具备高质量的音频处理能力，保证在低功耗时仍有良好的输出质量。

Description

一种音频芯片

技术领域

本发明涉及芯片技术领域，尤其是涉及一种音频芯片。

背景技术

随着工艺线宽的不断缩小，同时人们对于数字音频的质量要求也越来越高，单声道高性能音频编解码芯片成为新型研究对象，这种芯片集成了完整的接口到一个单声道耳机或功放，已经自带相当于耳机放大器功能的功放，所以不需要单独再配一个耳机放大器，但已有的芯片在低功耗时输出质量难以保证。

发明内容

本发明的目的在于克服上述背景技术中单声道耳机功放在低功耗时输出质量难以保证的缺点，提供一种音频芯片。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种音频芯片，包括音频增益模块、自动电平控制模块、噪音处理模块、音频处理模块以及混频器模块，所述音频增益模块的信号输入端连接到麦克风，所述音频增益模块的信号输出端与所述噪音处理模块的信号输入端相连，所述噪音处理模块的信号输出端与所述音频处理模块的信号输入端相连，所述音频处理模块的信号输出端与所述混频器模块的一个输入端相连，所述自动电平控制模块与所述音频增益模块及所述噪音处理模块分别相连，所述自动电平控制模块还与所述混频器模块的另一个输入端相连，所述混频器模块的输出端连接到耳机驱动器；其中，所述音频增益模块用于将输入信号电平进行增益处理以与所述音频处理模块的输入范围相匹配，所述噪音处理模块用于对所述音频增益模块输出的信号进行噪声处理，所述音频处理模块用于处理来自所述噪音处理模块的无噪声音频，所述自动电平控制模块用于产生自动增益控制信号，所述混频器模块用于接收所述自动电平控制模块的自动增益控制信号和所述音频处理模块的输出信号，输出混音信号到所述耳机驱动器。

在一些实施例中，所述麦克风包括单端模式的单个麦克风。

在一些实施例中，所述麦克风包括差分模式的第一麦克风和第二麦克风。

在一些实施例中，还包括与各模块相连以进行供电的电源模块。

在一些实施例中，所述音频处理模块包括低通滤波器，所述低通滤波器用于对设定范围的高频信号进行抑制，以实现低音增强。

在一些实施例中，通过所述音频增益模块进行自适应低音增强，所述音频增益模块用模拟放大的方式处理音频模拟信号，而所述音频处理模块根据在数字音频处理中获得的信号幅度信息，判断信号是否达到模拟处理电路的幅度极限，当达到幅度极限的时候，控制所述音频增益模块减小模拟增益，基于反馈机制的调节逻辑动态地进行数字增益参数调节。

在一些实施例中，所述音频增益模块以0.75dB的步长从+30dB对数可调至-17.25dB。

在一些实施例中，通过压限开关对超过目标音量的部分进行抑制。

在一些实施例中，所述音频处理模块包括sigma-delta codec电路，所述sigma-delta codec电路采用滤波器在频域对数字音频信号进行处理以实现低音增强。

在一些实施例中，所述音频处理模块包括sigma-delta ADC量化器。

本发明具有如下有益效果：

本发明音频芯片中设置有音频增益模块、自动电平控制模块、噪音处理模块、音频处理模块以及混频器模块，通过音频增益模块将输入信号电平进行增益处理以与音频处理模块的输入范围相匹配，通过噪音处理模块对音频增益模块输出的信号进行噪声处理，通过音频处理模块处理来自噪音处理模块的无噪声音频，通过自动电平控制模块产生自动增益控制信号，并通过混频器模块接收自动电平控制模块的自动增益控制信号和音频处理模块的输出信号，输出混音信号；基于上述架构，该音频芯片能够用模拟放大的方式处理音频模拟信号，能够将输入信号电平进行增益处理以与所述音频处理模块的输入范围相匹配，使该芯片具备数字音频均衡和自适应低音增强的功能，具备高质量的音频处理能力，保证在低功耗时仍有良好的输出质量。

综上，本发明的音频芯片具备高质量的音频处理能力，可在低功耗的同时保证输出质量，并利于减小芯片体积。

本发明实施例中的其他有益效果将在下文中进一步述及。

附图说明

图1是本发明实施例中的音频芯片结构示意图；

图2是本发明实施例中的音频芯片应用电路示意图；

图3是本发明实施例中的音频芯片DAC输出级示意图；

图4是本发明实施例中的音频芯片输出级放大器的电路图；

附图标记说明：

100-音频芯片，200-麦克风，300-耳机驱动器，110-音频增益模块，120-自动电平控制模块，130-噪音处理模块，140-音频处理模块，150-混频器模块。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式做详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

如图1所示，本发明实施例的音频芯片100包括音频增益模块110、自动电平控制模块120、噪音处理模块130、音频处理模块140以及混频器模块150，音频增益模块110的信号输入端连接到麦克风200，音频增益模块110的信号输出端与噪音处理模块130的信号输入端相连，噪音处理模块130的信号输出端与音频处理模块140的信号输入端相连，音频处理模块140的信号输出端与混频器模块150的一个输入端相连，自动电平控制模块120与音频增益模块110及噪音处理模块130分别相连，自动电平控制模块120还与混频器模块150的另一个输入端相连，混频器模块150的输出端连接到耳机驱动器300；

其中各模块的作用如下：

音频增益模块110：用于接收输入信号电平并将输入信号电平进行增益处理，以与ADC(模拟数字转换器)即音频处理模块140的输入范围相匹配。在一些实施例中，麦克风200是单端模式时，可以使用第一麦克风200作为输入信号。在本实施例中，麦克风200是差分的，使用第一麦克风200和第二麦克风200作为输入信号；

自动电平控制模块120：用于产生自动增益控制信号，以保持恒定的记录音量，而不考虑输入信号的电平；

噪音处理模块130：用于第一麦克风200输入信号和第二麦克风200输入信号产生反相声波，模仿噪音的声频和振幅，二者方向相反，从而达到相互抵消，生成无噪音音频后输出至音频处理模块140；

音频处理模块140：接收无噪音音频，处理后输出至混频器模块150；本实施例中音频处理模块140包括低通滤波器，所述低通滤波器用于对设定范围的高频信号进行抑制，以实现低音增强。

优选的，所述音频处理模块140包括sigma-delta ADC量化器，能对每个通道使用多位反馈和高过采样率，通过引入反馈增强稳定性，能够降低抖动和高频噪声的影响。

优选的，音频增益模块110将输入信号电平与音频处理模块140的输入范围相匹配(音频处理模块140有一个输入范围，超过这部分的音频会丢失导致失真，因此需要用音频增益模块110来进行调节。匹配之后就进行音频处理，有高通滤波器，低通滤波器，均衡器，极性，增益，延时，限幅器启动电平等功能)。音频增益模块110以0.75dB的步长从+30dB对数可调至-17.25dB。

混频器模块150：用于接收自动电平控制模块120的自动增益控制信号和音频处理模块140的信号，输出混音信号到耳机驱动器300。

在本实施例中还包括与各模块相连以进行供电的电源模块，电源模块用于智能控制的低功耗音频芯片100供电。优选的，电源模块可以从1.8V到3.3V运行。默认情况下，设备上的所有电路都优化为运行在3.3V。这种设置也适用于所有其他电源电压降至1.8V。在较低的电压下，可以通过增加偏置电流来提高性能。

图2-图4分别为本实施例中的音频芯片应用电路示意图、DAC输出级示意图、输出级放大器的电路图；在本实施例的应用电路中，音频芯片被视为模拟设备，为了获得最佳性能，其中的去耦合滤波电容器应尽可能靠近设备封装，C1至C5以及C10可以使用额外的并联电容(通常为0.1μF)，大值电容(通常为10μF)也会有所帮助。图2中各管脚类型及含义如下：电源相关：DVDD：数字电路电源，PVDD：功率电源，AVDD：模拟电路电源；MCU部分，MCLK:主时钟(系统时钟)，SCLK：串行时钟SCLK，也叫位时钟BCLK，即对应数字音频的每一位数据，LRCK：用于切换左右声道的数据，CCLK：脉冲信号，CDATA：传输数据，CE：芯片使能，输入输出：MIC1P：第一麦克风，MIC1N：第一麦克风；其他:VREF:基准电压，VMID:编程接口。

本发明实施例的智能控制的低功耗音频芯片100具备高质量的音频处理能力，同时具有功耗低和体积小的优势。本发明实施例集成了完整的接口到一个单声道耳机或功放，已经自带相当于耳机放大器功能的功放，所以不需要单独再配一个耳机放大器,由于不需要单独的耳机放大器，对外部组件的要求大大降低。音频处理模块140还具有数字音频均衡和自适应低音增强功能。低音增强是由音频处理模块140完成的，本实施例中音频处理模块140包括sigma-delta codec电路，在sigma-delta codec(Σ-Δ编解码器)电路中使用了大量滤波器在频域对数字音频信号进行处理，低音增强功能可通过低通滤波器对较高频率的信号做适当抑制来实现。低音增强可采取线性低音控制和自适应低音增强，其中自适应低音增强通过音频增益模块110放大，低音音量较低时，它会比低音音量较高时增强得更多，可以防止限幅，基于反馈机制的调节逻辑，根据前序处理效果、动态调节数字增益参数，持续优化增益效果。本实施例通过压限开关对超过目标音量的部分进行抑制；其中，音频增益模块110用模拟放大的方式处理音频模拟信号，而在后续的数字音频处理中可以很方便的获得信号的幅度信息，这样就可以判断信号是否达到了模拟处理电路的幅度极限，当达到幅度极限的时候，就控制音频增益模块110自动减小模拟增益，这样动态调整就能让模拟信号幅度始终合适的范围。本发明实施例的低功耗高质量单声道音频编解码芯片，因其体积非常小且薄，能够应用到多媒体手机、便携式多媒体播放器、掌上游戏机等便携式系统。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims (10)

1.一种音频芯片，其特征在于，包括音频增益模块、自动电平控制模块、噪音处理模块、音频处理模块以及混频器模块，所述音频增益模块的信号输入端连接到麦克风，所述音频增益模块的信号输出端与所述噪音处理模块的信号输入端相连，所述噪音处理模块的信号输出端与所述音频处理模块的信号输入端相连，所述音频处理模块的信号输出端与所述混频器模块的一个输入端相连，所述自动电平控制模块与所述音频增益模块及所述噪音处理模块分别相连，所述自动电平控制模块还与所述混频器模块的另一个输入端相连，所述混频器模块的输出端连接到耳机驱动器；其中，所述音频增益模块用于将输入信号电平进行增益处理以与所述音频处理模块的输入范围相匹配，所述噪音处理模块用于对所述音频增益模块输出的信号进行噪声处理，所述音频处理模块用于处理来自所述噪音处理模块的无噪声音频，所述自动电平控制模块用于产生自动增益控制信号，所述混频器模块用于接收所述自动电平控制模块的自动增益控制信号和所述音频处理模块的输出信号，输出混音信号到所述耳机驱动器。

2.如权利要求1所述的音频芯片，其特征在于，所述麦克风包括单端模式的单个麦克风。

3.如权利要求1所述的音频芯片，其特征在于，所述麦克风包括差分模式的第一麦克风和第二麦克风。

4.如权利要求1至3任一项所述的音频芯片，其特征在于，还包括与各模块相连以进行供电的电源模块。

5.如权利要求1至3任一项所述的音频芯片，其特征在于，所述音频处理模块包括低通滤波器，所述低通滤波器用于对设定范围的高频信号进行抑制，以实现低音增强。

6.如权利要求1至3任一项所述的音频芯片，其特征在于，通过所述音频增益模块进行自适应低音增强，所述音频增益模块用模拟放大的方式处理音频模拟信号，而所述音频处理模块根据在数字音频处理中获得的信号幅度信息，判断信号是否达到模拟处理电路的幅度极限，当达到幅度极限的时候，控制所述音频增益模块减小模拟增益，基于反馈机制的调节逻辑动态地进行数字增益参数调节。

7.如权利要求1至3任一项所述的音频芯片，其特征在于，所述音频增益模块以0.75dB的步长从+30dB对数可调至-17.25dB。

8.如权利要求1至3任一项所述的音频芯片，其特征在于，通过压限开关对超过目标音量的部分进行抑制。

9.如权利要求1至3任一项所述的音频芯片，其特征在于，所述音频处理模块包括sigma-delta codec电路，所述sigma-delta codec电路采用滤波器在频域对数字音频信号进行处理以实现低音增强。

10.如权利要求1至3任一项所述的音频芯片，其特征在于，所述音频处理模块包括sigma-delta ADC量化器。

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