CN1304215A - 用于无线电接收机单声道和立体声操作的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于接收立体声信号的无线电接收机,通过响应对立体声头戴式耳机或单声道头戴式耳机连接到接收机的检测,降低解调和音频信号产生电路的电流消耗,并改进音频信号的信噪比,从而进行性能优化。

Description

用于无线电接收机单声道和立体声操作的方法和装置

本发明涉及无线电接收机和收发信机。更具体地说，本发明涉及响应于对单声道或立体声头戴式耳机连接到无线电接收机的检测而以第一模式或第二模式操作无线电接收机的方法和装置。

无线电接收机接收并解调射频(RF)通信信号。对解调的RF信号进行处理并可听地提供给接收机的用户或作为数字信号提供给接收机的控制器。

一种类型的无线电接收机是调幅(AM)/调频(FM)无线电，通常称为AM/FM无线电。常规AM/FM无线电可以接收单声道AM信号和立体声FM信号并提供给用户。很多用户通过头戴式耳机收听他们的无线电接收机。头戴式耳机具有耳承(earpiece)，耳承盖住用户的耳朵并将无线电接收机音频输出有效、直接地提供给耳朵。立体声头戴式耳机可用于将从FM立体声信号处理所得的立体声音频输出提供给用户。在立体声耳机中，以本领域公知的方式，左耳承给左耳提供左声道信号(L)，右耳承给右耳提供右声道信号(R)。

头戴式耳机通常使用常规立体声插头和插孔配置连接到无线电接收机。立体声插孔也可以接受单声道插头，但是此时一般仅提供单声道信息。

此外，很多AM/FM无线电接收机是便携的并且以电池电源工作。而且，将AM/FM接收机与其它装置(例如无线收发信机)组合以向无线装置提供附加功能和利用该装置的协同作用(synergy)。但是，这种组合装置对电能保持的需求增加，以防止电池电能的迅速耗尽。

因此，需要一种用于无线电接收机的单声道和立体声操作的方法和装置，能够优化音频性能和电流消耗，以提供改进的信躁比和增强的电能保持。

图1是根据本发明优选实施例的无线电话的方框图；

图2是根据本发明的调频(FM)立体声信号的信号图；

图3是根据本发明优选实施例的用于连接到图1的无线电话的立体声头戴式耳机的原理图；

图4是根据本发明优选实施例的用于连接到图1的无线电话的单声道头戴式耳机的原理图；

图5是根据本发明优选实施例的图1的无线电话的检测电路的原理图；

图6是根据本发明优选实施例的图1的AM/FM立体声接收机的方框图；

图7是根据本发明优选实施例的图1的无线电话的性能优化程序的流程图；

图8是根据本发明第一替代实施例的数字音频电路的方框图；

图9是根据本发明第二替代实施例的数字音频电路的方框图。

下面描述一种改进的无线电接收机，其能够检测是立体声头戴式耳机还是单声道头戴式耳机被插入了头戴式耳机插孔中并响应于此来优化音频性能和电流消耗。本发明的优选实施例是与调频(FM)立体声接收机组合的蜂窝无线电话。

现在转到图1，显示了根据本发明的将立体声无线接收机集成到诸如蜂窝无线电话的无线通信装置的方框图。在优选实施例中，帧发生器ASIC 101和微处理器103协同产生用于在蜂窝系统中操作的必要通信协议，帧发生器ASIC 101例如可以是从MOTOROLA购买的CMOS ASIC，微处理器103例如可以是从MOTOROLA购买的68HC11微处理器。微处理器103使用包括RAM 105、EEPROM 107和ROM 109的存储器104以执行产生上述协议所需的步骤和执行用于无线通信装置的其它功能，例如向显示器113写入数据，接受来自键盘115的信息，连接到另一个装置以通过输入/输出(I/O)接口116发送或接收信息，或控制频率合成器125。音频电路119包括模数(A/D)和数模(D/A)转换器，放大器和其它部件，用于处理来自麦克风117的信号，到达扬声器121的信号，和来自/到达微处理器103的信号。

发射机123使用由频率合成器125产生的载频通过天线129进行发送。由通信装置的天线129接收的信息进入接收机127，接收机127使用来自频率合成器125的载频解调该码元。通信装置可以可选地包括具有数字信号处理装置的消息接收机和存储装置131。消息接收机和存储装置例如可以是数字应答机，寻呼接收机，闪速记录卡，或多媒体卡。

根据本发明，第二天线130接收FM立体声信号并将其提供到FM立体声接收机132进行解调。FM立体声接收机132在微处理器103控制下操作，并将解调信号提供到音频电路119以由其提供到扬声器121。可替代地，如果头戴式耳机插头连接到插孔134，头戴式耳机插孔134被连接到音频电路119以将音频信号提供到头戴式耳机。通过连接线路137将头戴式耳机插孔134连接到单声道/立体声头戴式耳机检测器136，并通过连接线路138将其连接到微处理器103，以进行如下面更详细地描述的根据本发明的优选实施例操作。可以不使用如图1所示的分立天线130，而是采用组合天线129,130，或者在头戴式耳机中实现天线并且在插孔134中集成天线耦合部分以与耳机中的天线连接。

参见图2，显示了频域中的常规FM立体声信号。如本领域技术人员所公知的，立体声信息被分解为对应于要由左耳听到的音频信息的左声道信号(L)和对应于要由右耳听到的音频信息的右声道信号(R)。在接收后，FM立体声信号的基带解调会产生在RF频谱的音频部分中具有15kHz带宽的L+R信号。解调信号还包括L-R信号和其镜像信号(image)，二者具有15kHz带宽并与L+R信号间隔8kHz。立体声解调器通过以本领域技术人员公知的方式把L-R信号和L+R信号相加得到L信号和把L-R信号和L+R信号相减得到R信号来在RF频谱的音频部分中对二者进行组合。

参见图3，用于图1的蜂窝无线电话的免提附件200包括具有左耳扬声器(left earbud speaker)202和右耳扬声器(right earbud speaker)204的立体声头戴式耳机。免提附件还包括悬挂式麦克风206。附件200允许用户对蜂窝无线电话说话和收听而无需将其拿在手中。在驾车或进行诸如打字或从事园艺的需要双手参与的工作时，上述功能尤其有利。

根据本发明，当用户未进行蜂窝呼叫时，头戴式耳机附件200允许用户以立体声来收听集成的FM无线电。通过与头戴式耳机插孔134(图1)配合的头戴式耳机插头208将头戴式耳机附件200连接到蜂窝无线电话。头戴式耳机插头208具有麦克风接触点210，右扬声器接触点212，接地接触点214和左扬声器接触点216。接地接触点214还连接到屏蔽218，屏蔽218屏蔽音频电路，例如用于连接麦克风206和插头208的导线220，以减小来自外部源的干扰。

参见图4，显示了用于图1的蜂窝无线电话的一个可替代免提附件230。附件230与附件200(图3)的不同在于，它配置的是一个具有单个扬声器232的单声道头戴式耳机。该扬声器可以是两个扬声器(每个用于一个耳朵)或者是单个扬声器，连接到麦克风206，以允许用户对蜂窝无线电话说话和收听或者以单声道收听集成的无线电。可以通过包括麦克风接触点210，扬声器接触点236和接地接触点214的头戴式耳机插头234将头戴式耳机附件230连接到蜂窝无线电话。

接着参见图5，显示了单声道/立体声头戴式耳机检测器136的原理图。头戴式耳机插头的接地连接214(图3,4)是同轴音频插头的衬套(sleeve)。因此，在将插头插入时，内凹插孔上的两个接触点将接触插头的衬套。第一连接是接地连接，第二连接是感测线138，通过无线电中的大阻值电阻器400将感测线138提升到某个电压。当没有头戴式耳机时，感测线138的状态将是高电平，因为从连通性观点来看它处于浮动状态。当插入同轴插头时，感测线138将被短接到大地，因为插孔134上的接触点会与衬套接触，而衬套又与处于地电势的第一接触点接触。因此，插头用于将感测线138短接到大地。该方案用于检测头戴式耳机的整体存在，并将感测线138上的信号提供给微处理器103。

左声道放大器402和右声道放大器404是音频电路119(图1)的部件，并用于放大从AM/FM立体声接收机132接收的无线电信号。右声道放大器404依据头戴式耳机200,230中哪一个插入插孔134而将音频信号提供到右扬声器204(图3)或单声道扬声器232(图4)。开关401,403和405是音频电路119的部件，并如下所述在微处理器103的控制下接入/断开电话音频，单声道音频和立体声音频。开关407可由用户选择并且如下所述允许通过放大器409将单声道信号提供到扬声器121。本领域技术人员应该理解，此处所述的开关401,403,405和407和其它开关可以电启动、机械启动或软件启动。

左声道放大器402通过电容器406电容性地连接到左头戴式耳机扬声器202(图3)，以将高DC电压与扬声器202隔离。根据优选实施例，在放大器402工作时，DC输出电压将是放大器402的正相输入节点处的DC电平VREF。此外，将放大器402的输出节点连接到VREF的开关408将是断开状态。在放大器402不工作时，其输出将是高阻抗并且输出节点将被上拉到VREF。到VREF的切换使得输出电容器406的电压保持恒定，并且如下所述在使能和禁止放大器402时可防止任何音频爆音或喀搭声(pop or click)，因为在放大器402的使能和禁止过程当中电容器406不会被充电或放电。

单声道/立体声头戴式耳机检测器136操作如下。由放大器410将电容器406的扬声器侧上拉到缓冲形式(buffered version)的大小等于部分VREF的电压。该电压最好是3/4VREF，并从一个“清洁”的音频基准取得，以使在插入头戴式耳机时耦合入扬声器202的噪声最小。此处故意将该电压选择为小于VREF，以便在没有头戴式耳机时保持电解电容器406两端的正确偏压。这样作是为了允许电容器406能够使用低成本的电解电容器替代更昂贵的陶瓷电容器(ceramic cap)。两个上拉电阻器411,412连接在缓冲电压和输出电容器406的扬声器侧之间。两个电阻器411,412的节点413向由电阻器414和连接到大地的电容器416形成的低通滤波器馈送电压。该低通滤波器的输出馈送到比较器418的反相输入端。由于比较器418最好使用传统的IC制造工艺实现，两个电阻器411,412可防止扬声器202上的负向音频信号造成对比较器418输入的潜在损害。低通滤波器414,416还对音频信号进行滤波并防止任何信号错误地断开(tripping)比较器418，以及进一步限制负电压摆动。

在将立体声头戴式耳机200(图3)插入插孔134时，将接入左声道扬声器202并如下所述在线路137上检测到该接入。通常的头戴式耳机扬声器是32欧姆，在被接入时，将把电容器406的扬声器侧下拉到接近地电位，因为电阻器411,412的值被选择为远高于扬声器的32欧姆阻抗，最好是大约10K欧姆。这将在比较器418的反相输入端产生小于其正相输入端的电压。因此，在插入包含左声道扬声器202的立体声头戴式耳机200时，比较器418的输出是高电平，并且比较器418向微处理器103提供立体声头戴式耳机检测信号。

在插入单声道头戴式耳机230(图4)时，不存在左声道扬声器，电容器406的扬声器侧将浮动达到放大器410的缓冲电压。该缓冲电压将出现在比较器418的反相节点，并且由于该电压大于比较器418的正相输入，会造成比较器418的输出是低电平。这将向微处理器103提供单声道头戴式耳机检测信号。

参见图6，显示了根据本发明优选实施例的FM立体声接收机132的FM处理部分的方框图。FM天线130处接收的信号被提供到FM前端放大器502，并由此提供到I/F混频器504和FM检测器506，以在节点508产生如图2所示的解调FM信号。立体声解调器510进一步对FM信号解调，其将L+R部分输入到加法器512,514并将L-R部分输入到L-R解调器516。来自L-R解调器516的输出被作为反相输入提供到加法器512，并作为一个输入提供到加法器514。加法器512,514组合所输入的两个信号，以导出提供给音频电路119的L信号和R信号。根据本发明，在检测到单声道头戴式耳机时，微处理器103向FM接收机132发出控制信号，以断开开关518，通过关闭L-R解调器516减小电流消耗。因此，所组合的L+R信号被提供到音频电路119，以提供给单声道头戴式耳机。

接着参见图7，显示了根据本发明优选实施例的微处理器103的性能优化程序的流程图。在具有集成无线电接收机的蜂窝无线电话工作时(600)，优化程序首先确定是否在接收机132接收到立体声信号(602)。如果未接收到立体声信号(602)，则执行音频信号的常规处理。但是，如果接收到立体声信号(602)并且由检测器136在插孔134没有检测到头戴式耳机(604)，那么微处理器103确定用户是否选择了向蜂窝无线电话扬声器121提供立体声信号的选项(606)。如果是，那么微处理器103向FM接收机132发出控制信号，以组合L信号和R信号，并将L+R信号提供到放大器409(608)，然后提供到扬声器121。而且，根据本发明，放大器402,404被关闭以减小电流消耗。

如果在插孔134中检测到头戴式耳机(604)，则检查来自检测器136的信号，以确定其是指示立体声头戴式耳机200的高电平还是指示单声道头戴式耳机230的低电平(610)。如果检测的头戴式耳机是立体声头戴式耳机200，微处理器103向音频电路119提供信号以启动右声道放大器(612)和启动左声道放大器(614)。然后，微处理器103向接收机132提供信号以如结合图6所述的那样产生L信号和R信号(616)。然后，微处理器103向音频电路119提供信号，以设置开关401将L信号发送到左声道放大器(617)，和设置开关403将R信号发送到右声道放大器(618)。

如果确定所检测的头戴式耳机是单声道头戴式耳机230(610)，微处理器103优化蜂窝无线电话和无线电接收机的性能，以减小电流消耗和优化无线电性能。根据本发明的优选实施例，通过微处理器103向无线电电路119提供信号，以对右声道放大器加电(620)，而对左声道放大器断电(622)，从而完成优化。然后，微处理器103向接收机132提供信号以产生L+R单声道信号(624)并将其作为R信号提供到音频电路119。最后，微处理器103向音频电路119提供信号，以设置开关401,403,405，断开左声道放大器，并将L+R信号发送到右声道放大器(626)。

因此，根据本发明，当微处理器103感测到立体声头戴式耳机插入插孔134时，将启动左和右放大器路径，并发送命令到FM接收机132，以将立体声信号输出到左和右声道音频放大器。

如果微处理器103感测到已经插入了单声道头戴式耳机，将使左声道放大器断电，以降低系统电流消耗，并命令FM接收机进入单声道模式操作，在此模式中，将右声道上的单声道(L+R)音频信号输出到扬声器。FM接收机还缩窄其RF接收带宽以仅捕获L+R频带和消除L-R频带，因此在检测到单声道头戴式耳机230时，改善了信噪比，并允许用户欣赏全部音频信号L+R。如果不组合信号，用户通过单声道头戴式耳机仅能听到一半信号。

本发明还能够优化数字音频信息的任何处理操作和从中产生的音频信号。根据本发明的优选实施例，数字音频信息可以通过输入/输出接口116接收或存储在消息存储装置131中或通过天线129接收作为RF信号。音频信息可以被接收或存储为压缩或非压缩格式的数字信息。一种这样的数字音频数据压缩格式是称为MP3的第三代MPEG格式。

图8和9显示本发明在音频电路119中处理数字音频信息和产生R和L信号的两个可替代实施例。参见图8，从I/O接口116或天线129和接收机127接收数字音频数据，或从存储装置131取出数字音频数据。然后将其提供给数字信号处理器(DSP)802，数字信号处理器802可以在微处理器103中实现，作为音频电路119的一部分或一个分立模块。所处理的数字音频数据从DSP 802输出并由音频数模(D/A)转换器803转换为音频信号。D/A转换器803是音频电路119的一部分，并从数字音频数据产生L信号和R信号。R信号被耦合到加法器804的第一输入。L信号可以通过开关806的操作被耦合到加法器804的第二输入。因此，当检测器136检测到立体声头戴式耳机时，微处理器103命令开关806断开，放大器808放大的R信号和放大器810放大的L信号被提供给头戴式耳机插孔134。根据本发明，当检测器136检测到单声道头戴式耳机时，控制器103通过命令开关806闭合并关闭放大器810来进行性能优化和减小电流消耗。加法器804组合L信号和R信号，并将L+R信号提供给放大器808，以提供到头戴式耳机插孔134。

参见图9，第二可替代实施例，在数字信号处理器900中的软件中组合L和R信号。信号处理软件902接收数字音频数据并产生包括L信号数据和R信号数据的交替帧的第一数据流和包括L+R信号数据帧的第二数据流。根据本发明，软件开关904响应来自微处理器103的信号操作，以选择将哪个信号提供到D/A转换器803，来自微处理器103的信号响应检测器136检测的头戴式耳机的类型而产生。如果检测到立体声头戴式耳机，D/A转换器803将第一数据流转换为音频，并且R信号被提供到放大器808，L信号被提供到放大器810。如果检测到单声道头戴式耳机，D/A转换器803将第二数据流转换，并且L+R信号被提供到放大器808。根据本发明，开关906在微处理器103的控制下操作，允许放大器810在不需要时断电，从而降低电流消耗。

因此可以看出，本发明通过在单声道头戴式耳机插头插入插孔134时关闭左声道放大器并控制AM/FM立体声接收机132，以仅将单声道(L+R)音频信号输出到右(R)声道，从而降低了电流消耗。当插入立体声头戴式耳机时，用户希望具有全立体声性能，以使他们的欣赏效果极佳，左和右放大器都被启动，立体声接收机132被控制以输出立体声音频信号。

除了通过关闭左声道放大器来降低电流消耗外，在正常操作中将关闭缓冲参考电压410和比较器418(图5)。当头戴式耳机插头插入插孔134时，头戴式耳机检测程序将产生中断(图7的步骤604)，微处理器103将使能缓冲参考电压410和比较器418，并在步骤610确定比较器418的状态，以确定所插入的头戴式耳机的类型。一旦作出确定，将关闭电子感测电路。因此，仅当头戴式耳机被插入或取出时才启动该检测电路，从而节省了无线电话中的额外电流消耗。

虽然参照上述说明和附图描述了本发明，但应理解上述说明仅是示例性的，本领域技术人员可以在不偏离本发明精神和范围的情况下进行多种变化和修改。例如，虽然本发明是以具有集成立体声无线电接收机的蜂窝无线电话的优选实施例和替代实施例进行说明的，本发明也可以在具有头戴式耳机插孔的无线电接收机中实现。此外，虽然是以两个声道(L声道和R声道)的方式对本发明进行的说明，本发明也可以在具有多于两个声道的装置中实现。而且，虽然是以头戴式耳机和插头，插孔连接装置的方式对本发明进行的说明，但是任何音频输出装置(例如扬声器)都包含在本发明范围内，并且插孔可以是任何音频输出连接装置。因此，本发明仅应由所附权利要求来限制。

Claims (10)

1．一种用于接收立体声信号的无线电接收机，包括：

用于解调立体声信号并由此产生音频信号的电路，所述电路以第一模式或第二模式执行解调和产生功能；

音频输出连接装置，用于连接到音频输出装置；

连接到音频输出连接装置的检测电路，用于确定连接到音频输出连接装置的音频输出装置是单声道音频装置还是立体声音频装置，并响应于此产生检测信号；以及

连接到检测电路的控制器，用于从检测电路接收检测信号，并连接到该电路，以响应指示单声道音频装置连接到音频输出连接装置的检测信号向该电路提供信号，以将该电路从第一模式切换到第二模式。

2．根据权利要求1的无线电接收机，其中所述电路以第二模式执行立体声信号解调和音频信号产生所使用的电能比以第一模式执行立体声信号解调和音频信号产生所使用的电能少。

3．根据权利要求1的无线电接收机，其中所述电路以第二模式执行立体声信号解调和音频信号产生所得到的音频信号具有比以第一模式执行立体声信号解调和音频信号产生所得到的音频信号更高的信噪比。

4．根据权利要求1的无线电接收机，其中检测电路还检测音频装置何时连接到音频输出连接装置并将装置检测信号提供给控制器，其中所述控制器响应于指示音频装置未连接到音频输出连接装置的装置检测信号向所述电路提供信号，以将电路从第一模式切换到第二模式。

5．一种无线电接收机，包括：

FM接收机电路，用于以第一解调模式和第二解调模式接收和解调FM立体声信号；

连接到FM接收机电路的音频电路，用于接收和解调FM立体声信号和从中产生音频信号，所述音频电路以第一产生模式和第二产生模式产生所述音频信号；

头戴式耳机插孔；

连接到头戴式耳机插孔的检测电路，用于检测何时头戴式耳机插头连接到头戴式耳机插孔，并且还用于确定连接到头戴式耳机插孔的头戴式耳机插头是单声道头戴式耳机插头还是立体声头戴式耳机插头，并响应于此产生检测信号；

连接到检测电路的控制器，用于从检测电路接收检测信号，并连接到FM接收机电路和音频电路，以向FM接收机电路提供第一信号，使其从第一解调模式切换到第二解调模式，音频电路还向FM接收机电路提供第二信号使其从第一产生模式切换到第二产生模式，所述第一信号和所述第二信号是响应于指示单声道头戴式耳机插头插入头戴式耳机插孔的检测信号而产生的。

6．根据权利要求5的无线电接收机，其中FM接收机电路以第二解调模式解调FM立体声信号所使用的电能比以第一解调模式解调FM立体声信号所使用的电能少。

7．根据权利要求5的无线电接收机，其中音频电路以第二产生模式产生音频信号所使用的电能比以第一产生模式产生音频信号所使用的电能少。

8．根据权利要求5的无线电接收机，其中FM接收机电路以第二解调模式解调FM立体声信号和音频电路以第二产生模式产生音频信号所得到的音频信号具有比FM接收机电路以第一模式解调FM立体声信号和音频电路以第一产生模式产生音频信号所得到的音频信号更高的信噪比。

9．一种用于接收立体声无线电信号并由此产生音频信号的方法，包括以下步骤：

接收立体声信号；

确定头戴式耳机是否插入插孔；

响应于头戴式耳机插入了插孔的确定，确定插入插孔的头戴式耳机是立体声头戴式耳机还是单声道头戴式耳机；

如果插入插孔的头戴式耳机被确定为立体声头戴式耳机，以第一模式解调立体声信号并由此产生音频信号；以及

如果插入插孔的头戴式耳机被确定为单声道头戴式耳机，以第二模式解调立体声信号并由此产生音频信号，其中所述第二模式具有比第一模式更小的电流消耗。

10．一种蜂窝无线电话，包括：

天线，用于接收和发送蜂窝无线电信号；

连接到天线的收发信机，用于调制和解调蜂窝无线电信号；

连接到收发信机的音频电路，用于处理从麦克风接收的音频信息，以提供到收发信机，和处理来自收发信机的信息，以产生音频信息提供给扬声器；

连接到收发信机的微处理器，用于控制收发信机的操作，并从其接收信息，其中微处理器还连接到音频电路，以控制音频电路的操作和向其提供信息；

头戴式耳机插孔；

立体声无线电接收机，用于接收和解调立体声无线电音频信号，其中立体声无线电接收机连接到音频电路，以向其提供解调的立体声无线电信号，其中立体声无线电接收机还连接到微处理器；以及

连接到头戴式耳机插孔的头戴式耳机检测电路，用于确定所连接的头戴式耳机是立体声头戴式耳机还是单声道头戴式耳机，并响应于此产生一检测信号；

其中微处理器响应该检测信号控制音频电路的操作和立体声无线电接收机的操作。

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