CN117201998A - 一种耳机音频输出单元、耳机防串扰电路、芯片和耳机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种耳机音频输出单元、耳机防串扰电路、芯片和耳机，该耳机音频输出单元包括：耳机线、等效左声道耳机扬声器的左声道寄生电容和左声道等效电阻、等效右声道耳机扬声器的右声道寄生电容和右声道等效电阻、等效耳机线和耳机插头之间线路的第一电阻、等效耳机座到印刷电路板模块的耳机座接地点之间线路的第二电阻；补偿电容与所述第一电阻和所述第二电阻并联，或者补偿电容与第一电阻并联，所述补偿电容的容值大小与左声道寄生电容、左声道等效电阻、右声道寄生电容和右声道等效电阻相匹配。该电路能够降低了左右耳机之间的串扰。
Description
技术领域
本发明涉及耳机电路设计技术领域，尤其涉及一种耳机音频输出单元、耳机防串扰电路、芯片和耳机。
背景技术
随着移动网络普及，音视频多媒体日益被消费者喜爱。耳机模式因其音质细腻，立体声效果真实，逐渐被越来越多用户偏爱。3.5mm耳机接口因为历史悠久，标准统一，成本低廉，连接稳定，被广泛应用到消费级产品。TypeC耳机接口再加转接头的实现方案与3.5mm耳机接口的实现方案相同。为保证良好立体声效果，左右声道需要一定的隔离度，即两声道串扰需小于一定标准。因为3.5mm耳机和TypeC机械接口的接触阻抗，导致耳机地走线存在阻抗，该阻抗产生分压，该分压串扰到另一声道，影响立体声效果。以播放左声道满幅，右声道全0信号方案为例，已有技术通过数字信号处理器内生成左声道与右声道相位相同，幅度缩小的补偿信号，保障耳机端右声道和接地管脚之间幅度相同，进而达到串扰消除。经研究发现，该方案对于频段20Hz～2kHz的串扰效果补偿较好，可达到-90db。但对另一频段2k～20kHz的串扰补偿效果有限，只能达到-70db。为此，亟需提供一种解决方案来改善2k～20kHz的左右耳机串扰问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耳机音频输出单元、耳机防串扰电路、芯片和耳机，用以改善左右耳机串扰问题。
第一方面，本发明提供了一种耳机音频输出单元，包括：等效左声道耳机扬声器的左声道寄生电容和左声道等效电阻、等效右声道耳机扬声器的右声道寄生电容和右声道等效电阻、等效耳机线和耳机插头之间线路的第一电阻、等效耳机座到印刷电路板模块的耳机座接地点之间线路的第二电阻；补偿电容与所述第一电阻和所述第二电阻并联，或者补偿电容与第一电阻并联，所述补偿电容的容值大小与左声道寄生电容、左声道等效电阻、右声道寄生电容和右声道等效电阻相匹配。
可选地，所述补偿电容的容值大小满足其中，CHPL为左声道寄生电容、RHPL为左声道等效电阻，RGND为第一电阻和第二电阻的和值或者RGND为第一电阻的阻值。
可选地，所述左声道寄生电容和右声道寄生电容是根据第一电压和第二电压仿真得到的，第一电压为左右耳扬声器负端到接地点之间的电压，第二电压为右耳耳机扬声器正端到接地点之间的电压。
第二方面，本发明提供了一种耳机防串扰电路，包括：依次电连接的应用处理器、数字信号处理器、编解码芯片、印刷电路板模块、耳机座和如权利要求1至3任一项所述的耳机音频输出单元；应用处理器，用于将输入的原始音频信号进行解码，得到解码后的数字音频信号；数字信号处理器，用于将所述数字音频信号进行增益处理；所述编解码芯片用于将增益处理后的数字音频信号进行数模转换和放大；所述印刷电路板模块、所述耳机座以及所述耳机音频输出单元依次电性连接。
可选地，所述编解码芯片包括第一功率放大器、第二功率放大器和数模转换器单元，其中，所述第一功率放大器和第二功率放大器的输入端输入模拟音频信号，第一功率放大器和第二功率放大器的输出端均与耳机座连接，所述数模转换器单元的输入端用于接收数字音频信号；所述数模转换器单元的输出端分别与所述第一功率放大器和所述第二功率放大器连接。
可选地，所述印刷电路板模块用于将所述编解码芯片放大和数模转换后的数字信号传输至所述耳机座；所述耳机座用于将所述印刷电路板模块传送的数字信号传输至所述耳机音频输出单元；所述耳机音频输出单元用于将所述数字信号进行输出。
可选地，所述数字信号处理器与所述数模转换器连接，所述数字信号处理器用于向所述数模转换器输出增益处理后的数字音频信号。
可选地，所述数模转换器单元包括第一数模转换器和第二数模转换器，其中，
所述第一数模转换器的输入端用于接收数字音频信号，所述第一数模转换器的输出端与所述第一功率放大器的第二输入端连接；所述第二数模转换器的输入端用于接收数字音频信号，所述第二数模转换器的输出端与所述第二功率放大器的第二输入端连接。
第三方面，本发明提供了一种芯片，芯片与存储器耦合，用于执行所述存储器中存储的计算机程序，使得所述芯片能够集成上述耳机防串扰电路。
第四方面，本发明提供了一种耳机，包括处理器和存储器。其中，存储器用于存储一个或多个计算机程序；当存储器存储的一个或多个计算机程序被处理器执行时，使得该耳机能够实现上述第二方面的任意一种可能的耳机防串扰电路。
本发明提供的耳机音频输出单元、耳机防串扰电路、芯片和设备的有益效果在于：上述方法考虑到了左右耳机的寄生电容，通过新增补偿电容，保障耳机端右声道和接地管脚的电压相位幅度相同，进而达到消除串扰，提高耳机性能的目的。
附图说明
图1为现有技术提供的一种耳机音频输出单元的电路原理图示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种耳机音频输出单元的电路原理图示意图；
图3为本发明实施例提供的一种耳机防串扰电路的电路原理图示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种耳机防串扰电路的电路原理图示意图；
图5为本发明实施例提供的补偿电容为2uF下相位差示意图；
图6为本发明实施例提供的有无2uF补偿电容的V31_V41相位差比较示意图；
图7为本发明实施例提供的有无2uF补偿电容的V53_V43之间的X-talk比较图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
图1是本发明实施例的一种耳机音频输出单元的电路原理图。如图1所示，耳机音频输出单元包括：等效左声道耳机扬声器的左声道寄生电容C3、等效右声道耳机扬声器的右声道寄生电容C2、左声道等效电阻RHPL、右声道等效电阻RHPR，以及等效耳机线和耳机插头之间线路的第一电阻Rg1、等效耳机座到印刷电路板模块的耳机座接地点JACK_PCB之间线路的第二电阻Rg2。另外，补偿电容C1与所述第一电阻Rgl和所述第二电阻Rg2并联。补偿电容C1的容值大小与左声道寄生电容C3、左声道等效电阻RHPL、右声道寄生电容C2和右声道等效电阻RHPR相匹配。
一种可能的实施例中，补偿电容C1的容值大小满足其中，CHPL为左声道寄生电容、RHPL为左声道等效电阻，RGND为第一电阻Rg1和第二电阻Rg2的和值。
图2是本发明实施例的另一种耳机音频输出单元的电路原理图。补偿电容C1与第一电阻Rg1并联。可见补偿电容C1为只补偿耳机线的电容，实验证明，相比图1对应的设计方案来说，图1对应的设计方案能够针对20khz高频的透传(crosstalk)从-71db提高到-86db，该图2对应的设计方案针对20k高频透传可从-71db到-80db，可能无法到-86db。
一种可能的实施例中，补偿电容C1的容值大小满足其中，CHPL为左声道寄生电容、RHPL为左声道等效电阻，RGND为第一电阻Rg1的阻值。具体推算方式可以参加下文。
图3和图4是本发明实施例的一种耳机防串扰电路的电路原理图。如图3所示，包括：依次电连接的应用处理器(Application Processor，AP)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)、编解码芯片(Codec)、印刷电路板模块(Printed Circuit Board，PCB)、耳机座和上述图1所示的耳机音频输出单元。图4与图3的区别在于，图4中的耳机音频输出单元如图2所示。
应用处理器，用于将输入的原始音频信号进行解码，得到解码后的数字音频信号；
数字信号处理器，用于将所述数字音频信号进行增益处理；
所述编解码芯片用于将增益处理后的数字音频信号进行数模转换和放大；
所述印刷电路板模块、所述耳机座以及所述耳机音频输出单元依次电性连接。
一种可能的实施例中，所述编解码芯片包括第一功率放大器PA1、第二功率放大器PA2和数模转换器单元(图中未出)，其中，所述第一功率放大器PA1和第二功率放大器PA2的输入端输入模拟音频信号，第一功率放大器PA1和第二功率放大器PA2的输出端均与耳机座连接，所述数模转换器的输入端用于接收数字音频信号；所述数模转换器的输出端分别与所述第一功率放大器PA1和所述第二功率放大器PA2连接。所述数模转换器单元包括第一数模转换器和第二数模转换器，其中，所述第一数模转换器的输入端用于接收数字音频信号，所述第一数模转换器的输出端与所述第一功率放大器PA1的第二输入端连接；所述第二数模转换器的输入端用于接收数字音频信号，所述第二数模转换器的输出端与所述第二功率放大器PA2的第二输入端连接。
所述印刷电路板模块用于将所述编解码芯片放大和数模转换后的数字信号传输至所述耳机座；所述耳机座用于将所述印刷电路板模块传送的数字信号传输至所述耳机音频输出单元；所述耳机音频输出单元用于将所述数字信号进行输出。所述数字信号处理器与所述数模转换器连接，所述数字信号处理器用于向所述数模转换器输出增益处理后的数字音频信号。
应理解，所述左声道寄生电容和右声道寄生电容是根据第一电压和第二电压仿真得到的，第一电压为左右耳扬声器负端到接地点之间的电压V31，第二电压为右耳耳机扬声器正端到接地点之间的电压V41，V51为左耳耳机扬声器正端到接地点之间的电压。考虑实际电路寄生电容，根据V31和V41相位，依据时间常数公式仿真得到合理C2、C3容值，然后反推C1合适值，并将C1接到测试板(耳机线)和PCB之间，以解决20kHz高频crosstalk变差问题。根据上图中V31和V41或V51和V31的实测相位差，用multisim，TINA，Pspice等仿真软件计算出C2、C3容值。频率和相位差关系满足频率越高，相位越大，低频2kHz时大概相位差为0度。
根据RC时间常数规律，
RHPL×CHPL＝RGND×CGND
示例性的，当CHPL为15nF；RHPL为32Ω；RGND为0.23Ω；所以CGND为2.08uF，在Multisim中，将C1设置成2.08uF，在20k下的V31和V41相位如图5所示，可见仿真中20k已无相位差。示例性地，20k下V31_V41相位差从之间-1.88度变到0.049度。其他频点相位差如图6所示。如图7可知，上述耳机电路在20k的x-talk从-71db提升到-86db。所以综上所述，在测试板GND和整机GND之间根据RC时间常数，并连合适容值电容，可使得测试板在20khz高频的crosstalk可从-71db提高到-86db。
本发明还提供了一种芯片，所述芯片能够集成上述耳机防串扰电路。
本发明还提供了一种耳机，使得该耳机集成上述耳机防串扰电路。
本发明提供的耳机音频输出单元、耳机防串扰电路、芯片和设备的有益效果在于：上述方法考虑到了左右耳机的寄生电容，通过新增补偿电容，保障耳机端右声道和接地管脚的电压相位幅度相同，进而达到消除串扰，提高耳机性能的目的。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”、“固定”、“安装”等应做广义理解，例如可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定、对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
术语“电路”指的是(a)仅硬件电路实现(例如模拟电路和/或数字电路中的实现)；(b)包括在一个或多个计算机可读存储器上存储的软件和/或固件指令的电路和计算机程序产品的组合，该指令一起工作以使得装置执行这里所述的一个或多个功能；以及(c)需要软件或固件(即使软件或固件物理上并不存在)以进行操作的电路，例如微处理器或微处理器的一部分。
“电路”的这个定义也应用于该术语在此的所有使用，包括在任意权利要求中的使用。作为其他实例，这里，术语“电路”还包括一个或多个处理器和/或其部分以及伴随软件和/或固件的实现。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种耳机音频输出单元，其特征在于，包括：耳机线、等效左声道耳机扬声器的左声道寄生电容和左声道等效电阻、等效右声道耳机扬声器的右声道寄生电容和右声道等效电阻、等效耳机线和耳机插头之间线路的第一电阻、等效耳机座到印刷电路板模块的耳机座接地点之间线路的第二电阻；补偿电容与所述第一电阻和所述第二电阻并联，或者补偿电容与第一电阻并联，所述补偿电容的容值大小与左声道寄生电容、左声道等效电阻、右声道寄生电容和右声道等效电阻相匹配。
2.根据权利要求1所述的耳机音频输出单元，其特征在于，所述补偿电容的容值大小满足其中，CHPL为左声道寄生电容、RHPL为左声道等效电阻，RGND为第一电阻和第二电阻的和值或者RGLD为第一电阻的阻值。
3.根据权利要求1所述的耳机音频输出单元，其特征在于，所述左声道寄生电容和右声道寄生电容是根据第一电压和第二电压仿真得到的，第一电压为左右耳扬声器负端到接地点之间的电压，第二电压为右耳耳机扬声器正端到接地点之间的电压。
4.一种耳机防串扰电路，其特征在于，包括：依次电连接的应用处理器、数字信号处理器、编解码芯片、印刷电路板模块、耳机座和如权利要求1至3任一项所述的耳机音频输出单元；
应用处理器，用于将输入的原始音频信号进行解码，得到解码后的数字音频信号；
数字信号处理器，用于将所述数字音频信号进行增益处理；
所述编解码芯片用于将增益处理后的数字音频信号进行数模转换和放大；
所述印刷电路板模块、所述耳机座以及所述耳机音频输出单元依次电性连接。
5.根据权利要求4所述的耳机防串扰电路，其特征在于，所述编解码芯片包括第一功率放大器、第二功率放大器和数模转换器单元，其中，所述第一功率放大器和第二功率放大器的输入端输入模拟音频信号，第一功率放大器和第二功率放大器的输出端均与耳机座连接，所述数模转换器单元的输入端用于接收数字音频信号；所述数模转换器单元的输出端分别与所述第一功率放大器和所述第二功率放大器连接。
6.根据权利要求4所述的耳机防串扰电路，其特征在于，所述印刷电路板模块用于将所述编解码芯片放大和数模转换后的数字信号传输至所述耳机座；所述耳机座用于将所述印刷电路板模块传送的数字信号传输至所述耳机音频输出单元；所述耳机音频输出单元用于将所述数字信号进行输出。
7.根据权利要求4所述的耳机防串扰电路，其特征在于，所述数字信号处理器与所述数模转换器连接，所述数字信号处理器用于向所述数模转换器输出增益处理后的数字音频信号。
8.根据权利要求5所述的耳机防串扰电路，其特征在于，所述数模转换器单元包括第一数模转换器和第二数模转换器，其中，
所述第一数模转换器的输入端用于接收数字音频信号，所述第一数模转换器的输出端与所述第一功率放大器的第二输入端连接；
所述第二数模转换器的输入端用于接收数字音频信号，所述第二数模转换器的输出端与所述第二功率放大器的第二输入端连接。
9.一种芯片，其特征在于，如权利要求4至8任意一项所述的耳机防串扰电路。
10.一种耳机，其特征在于，包括如权利要求4至8任意一项所述的耳机防串扰电路。
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