CN201766701U - 一种与语音抑燥芯片zy1421配套的接口电路 - Google Patents

Abstract

一种与语音抑燥芯片ZY1421配套的接口电路，解决了由于抑燥芯片ZY1421需要配套使用两只性能相同的麦克风而增加设计成本和难度的技术问题，采用的技术方案是，以上电路的结构中包括音频输入转换电路、音频输出转换电路，上述的音频输入转换电路的结构中包括移相平衡输出电路、差分放大电路和衰减控制模块电路，麦克风采集的音频信号经移相平衡输出电路处理后输出两路相位差为180°的信号，差分放大电路放大后输出至衰减控制模块电路，经衰减控制模块电路处理后输出两路音频信号至抑燥芯片的输入端。本实用新型借助音频输入转换电路将一支麦克风的音频输入模拟两路输出，简化抑燥芯片的应用设计，降低设计成本和难度。

Description

一种与语音抑燥芯片ZY1421配套的接口电路

技术领域

本实用新型属于抑制环境噪声技术领域，涉及一种与语音抑燥芯片ZY1421配套的接口电路，该电路可以大大简化抑噪芯片ZY1421的应用设计和应用成本，使抑噪芯片ZY1421要求的两只性能相同麦克风的输入，变为单只麦克风输入，把应用抑噪芯片ZY1421设计的抑制噪声产品设计和生产调试变得简单。

背景技术

已经授权的发明专利：ZL03121988.8，设计的语音抑噪芯片ZY1421，已经投放市场，该芯片具有优良降噪功能，被广泛应用在各个领域，例如手机、座机电话、对讲机等，由于这些通讯设备都比较小巧，集成密度高，在设计时需要考虑设计空间和尺寸，语音抑噪芯片ZY1421的加入虽然对远场噪音和近场语音有良好得识别、处理功能，提高了通讯设备的通话质量，有效抑制噪声，但是，其语音输入必须在空间放置两只性能完全相同、并具有一定距离的麦克风才能满足输入条件，这样一来，在设计和产品生产上会有诸多不便：首先两只麦克风的增益、性能要求尽量一致，就不利于产品的批量生产；同时，器件的增加和调试难度会增加设计成本，使得语音抑噪芯片ZY1421的应用产生了诸多的不便。

发明内容

本实用新型为解决由于语音抑噪芯片ZY1421需要配套使用两只性能相同的麦克风而增加设计成本和难度的技术问题，设计了一种与语音抑燥芯片ZY1421配套的接口电路，通过在单支麦克风与抑燥芯片ZY1421之间增设单路音频输入模拟两路音频输出的音频输入转换电路，降低了设计成本和难度。

本实用新型为实现发明目的采用的技术方案是，一种与语音抑燥芯片ZY1421配套的接口电路，以上电路的结构中包括设置在麦克风与抑燥芯片ZY1421之间的音频输入转换电路，设置在抑燥芯片ZY1421与目标电路之间的音频输出转换电路、以及配套的电源供给模块电路，上述的音频输入转换电路的结构中包括移相平衡输出电路、差分放大电路和衰减控制模块电路，麦克风采集的音频信号经移相平衡输出电路处理后输出两路相位差为180°的信号，经差分放大电路放大后输出至衰减控制模块电路的输入端，经衰减控制模块电路处理后输出两路音频信号至抑燥芯片ZY1421的输入端。

本实用新型的关键是：用一只麦克风通过音频输入转换电路转换为两路信号，并能达到在空间中放置两只性能相同的麦克风的输入效果。本来通过两只性能相同、一定距离放置的麦克风才能获取的幅度和相位差，通过对一只麦克风获取信号的非线性转换和分解同样可以获得。这些抑燥芯片ZY1421外围非线性电路的设计，可以大大简化抑燥芯片ZY1421的应用设计，从而节约了设计成本，降低设计难度。

下面结合附图对本实用新型进行详细说明。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图。

图2是本实用新型中移相平衡输出电路的电路实施例。

图3是本实用新型中差分放大电路的电路实施例。

图4是本实用新型中衰减控制模块电路的电路实施例。

图5是本实用新型中抑燥芯片ZY1421及外围配套电路的电路实施例。

图6是本实用新型中开关转换电路的电路实施例。

图7是本实用新型中单端转平衡输出电路的电路实施例。

图8是本实用新型中偏压电路的电路实施例。

附图中，M是麦克风，Y是目标电路，1是移相平衡输出电路，2是差分放大电路，3是衰减控制模块电路，3A是直流变换电路，3B是可变衰减电路，4是单端转平衡输出电路，Z是抑燥芯片ZY1421，K是开关转换电路，R1-R39是电阻，C1-C11是电容，L1、L2是电感，Q1～Q2是场效应管，Q3～Q4是MOS开关管，D1是二极管，U1-U7、U12是放大器，U9、U11、U13是射随器，U10是非门控制器。

具体实施方式

参看图1，一种与语音抑燥芯片ZY1421配套的接口电路，以上电路的结构中包括设置在麦克风M与抑燥芯片ZY1421Z之间的音频输入转换电路，设置在抑燥芯片ZY1421Z与目标电路Y之间的音频输出转换电路、以及配套的电源供给模块电路，上述的音频输入转换电路的结构中包括移相平衡输出电路1、差分放大电路2和衰减控制模块电路3，麦克风M采集的音频信号经移相平衡输出电路1处理后输出两路相位差为180°的信号，经差分放大电路2放大后输出至衰减控制模块电路3的输入端，经衰减控制模块电路3处理后输出两路音频信号至抑燥芯片ZY1421Z的输入端。

参看图1，为与目标电路Y的输入接口类型匹配，上述的音频输出转换电路中包括单端转平衡输出电路4，抑燥芯片ZY1421Z输出抑制背景噪声后的单路音频信号至单端转平衡输出电路4的输入端，经单端转平衡输出电路4转换为双路音频信号发送至目标电路Y的音频输入端。

参看图1，当抑燥芯片ZY1421Z不需要进行环境噪声抑制时，上述的音频接口电路中还设置有开关转换电路K，差分放大电路2输出的放大信号或经抑燥芯片ZY1421Z后输出的降噪音频信号、借助开关转换电路K分别发送至单端转平衡输出电路4的输入端，开关转换电路K的受控触发端接在目标电路Y的CPU控制输出端。

参看图2，上述的移相平衡输出电路1中包括由电阻R3、R4电容C2组成的电源滤波电路、由电感L1、L2电容C1组成的低通滤波电路、以及配套电阻，麦克风M采集的音频信号分别经电容C3、C4输出两路相位差为180°的音频信号。麦克风M由VCC+、VCC-供电，电阻R3、R2电容C2组成了电源滤波器。L1、L2、C1组成了音频信号的低通滤波器。电阻R1、R2分别是平衡输出的负载电阻，并通过耦合电容C3、C4输出到下一级。

参看图4，上述的衰减控制模块电路3中包括直流变换电路3A和由放大器U7、场效应管Q1、Q2和配套阻容元件组成的可变衰减电路3B，差分放大电路2输出的放大信号一路发送至可变衰减电路3B中的放大器U7的输入端，一路经直流变换电路3A转换为直流脉动信号、并处理后发送至可变衰减电路3B的场效应管Q1、Q2的栅极，经放大器U7处理后直接输出的音频信号、与经场效应管Q1、Q2起主导作用的自适应衰变后的输出信号，组成了相互依赖的两路输出音频信号，并发送至抑噪芯片ZY1421Z的音频输入端。可变衰减电路3B中的放大器U7是同相放大器。电阻R32是它的偏置电阻，电阻R25、R27、R31以及场效应管Q1的阻值变化，可以改变放大器U7的放大倍数。由于场效应管Q1和电阻R25并联，在场效应管Q1的阻值超过1兆欧姆时，放大器U7的放大倍数大约为：1+R25/R27；而当场效应管Q1的阻值小于100欧姆时，放大器U7的放大倍数大约为：1+RX/R27；其中：RX为R25和R27的并联值。所以，场效应管Q1的源极和漏极之间的电阻变化，就改变了U7的放大倍数。电阻R26、R28、R29和场效应管Q2组成了可变衰减器。场效应管Q1的源、漏极间的阻值变化，可以改变这个可变衰减器的衰减量。由于场效应管Q1、Q2受同一个直流脉动电平控制，电阻R30是它们之间的隔离电阻。

参看图4，直流变换电路3A中包括由放大器U4、U5和配套阻容元件组成的取样放大电路、由二极管D1和配套阻容元件组成的检波电路、由放大器U6和配套电阻组成的直流放大电路，差分放大电路2输出的放大信号经取样放大电路输出音频信号至检波电路，经检波电路和直流放大电路将音频信号转换为直流脉动信号、并处理后发送至可变衰减电路3D的场效应管Q1、Q2的栅极。放大器U4为同相放大器，放大后的信号通过电容C5耦合到由放大器U5及配套电阻组成的下一级同相放大器。这两个放大器U4、U5通过电容C5耦合，主要目的是不失真的放大信号并把直流漂移降到最低，为形成对衰减控制模块电路3的控制，获得精准的控制脉动电平。二极管D1是肖特基二极管，它可以对低电平的音频信号进行检波。放大器U6是直流放大器，是对衰减控制模块电路3内的可变增益放大器及可变衰减器，进行控制直流脉动信号的输出级。电阻R14、R18分别是U4和U5的偏置电阻，改变电阻R14、R18的阻值可以改变U4的放大倍数。改变电阻R17、R19的阻值可以改变放大器U5的放大倍数。电阻R21是二极管D1的偏置电阻，电阻R22、C6构成直流脉动电平的控制时间常数。改变电阻R20、R23的阻值可以改变U6的放大倍数。

参看图5，上述的抑燥芯片ZY1421Z接收衰减控制模块电路3发来的两路音频信号、经计算处理后输出单路音频信号通过开关转换电路K发送至单端转平衡输出电路4的输入端。抑燥芯片ZY1421Z的外围配套电路中，电容C7、C8、C9、C10为信号提供了交流对地通道。

参看图6，上述的开关转换电路K中包括射随器U9、MOS开关管Q3、Q4和配套电阻元件、以及连接在MOS开关管Q4栅极的非门控制器U10，差分放大电路2输出放大音频信号至射随器U9的输入端，抑噪芯片ZY1421Z输出降噪音频信号至MOS开关管Q4的源极，并借助目标电路Y的CPU控制MOS开关管Q3、Q4的通、断，保证经过差分放大器2和抑噪芯片ZY1421发送来的信号在同一时间只能有一路输出至单端转平衡输出电路4的音频输入端。电阻R33是射随器U9的偏置电阻。非门控制器U10在高、低电平的控制下，场效应管Q3、Q4只会有一只被打开。所以，当有两路音频信号分别从射随器U9和场效应管Q4的源极输入时，可以通过高、低电平的控制来选择其中一路的音频信号作为输出。

参看图7，上述的单端转平衡输出电路4中包括射随器U11、反相放大器U12及配套电阻，差分放大电路2或抑燥芯片ZY1421Z输出的单路音频信号经射随器U11和反相放大器U12处理放大后输出相位差为180°的双路信号至目标电路Y的音频输入端。电阻R34是射随器U11的偏置电阻，放大器U12及配套电阻组成了反相放大器，电阻R37是放大器U12的偏置电阻，当电阻R35＝R36时，射随器U11和放大器U12的输出就构成了相位相反、幅度基本相等的平衡输出信号。

参看图3，上述的差分放大电路2是由放大器U1、U2、U3、偏置电阻R5、R6、R11以及配套的电阻元件组成的差分放大电路，移相平衡输出电路1输出的两路音频信号经工作在差分状态的放大器U1、U2、U3放大后、输出放大信号至衰减控制模块电路3和开关转换电路K的输入端。放大器U1、U2、U3组成了差分放大器，其中：R5、R6是偏置电阻，改变R7、R8、R9电阻值可以改变这个差分放大器的放大倍数。电阻R10、R11、R12、R13和U3构成了差分电路，在设计中保证：R8＝R9；R10＝R11；R12＝R13。

参看图8，在本实用新型中还设置有为各个电路模块提供相对供电电源1/2的偏置电压的偏压电路，以上偏压电路中包括射随器U13及配套阻容元件，其中电阻R38＝R39，而且，它们的阻值可以在100k到50k之间选择，这就大大减轻了对电源的负载压力，射随器U13不仅仅可以提供较大的负载电流，与C11配合可以提供纹波很低的单电源供电的运放偏置电源。

当目标电路Y的音频输入端是一个端口时，音频输出转换电路不再使用单端转平衡输出电路4，而是普通的接口电路，在本实施例中，音频接口电路中还设置有开关转换电路K，差分放大电路2输出的放大信号或经抑燥芯片ZY1421Z后输出的降噪音频信号、借助开关转换电路K分别发送至目标电路Y的输入端，开关转换电路K的受控触发端接在目标电路Y的CPU控制输出端。

在本实用新型中，抑燥芯片ZY1421Z是抑制环境噪声的关键器件，该芯片的抑制噪声工作原理简述如下：如果在空间两个点上放置两只性能相同的麦克风，并使这两只麦克风的距离和要抑制干扰噪声的最高频率的1/4波长相当。从这两只麦克风连线的垂直方向以外的任何方向，传来的声音都不可能同时达到这两只麦克风，也就是说，两只麦克风所接收到的同一个声源的信号的“时延”是不同的。众所周知，声音是纵波，那么这两只麦克风所转换的同一个声源信号的相位、幅度都会有变化，这种变化是根据声源距离麦克风的距离远近而不同。抑燥芯片ZY1421Z可以根据对两个麦克风转换来的同一个声源信号进行即时分析，并能准确捕捉到距离麦克风较近声源的发出的声音信号，对其进行增强，而对远声源发出的声音信号进行抑制。这种芯片可以有效地抑制远场的噪声；而增强近场的语音。一般来讲，距离麦克风小于语音信号最低频率1/4波长的距离为近场；而大于语音最低频率一个波长的距离为远场。远场的声音达到两只麦克风的相对距离变化小，而进场声音达到两只麦克风的距离变化较大。这就使这两只麦克风对远场来的声音信号输出幅度变化小，而对近场声音信号输出幅度变化大。抑燥芯片ZY1421Z就是根据这一规律来识别和抑制远场噪声的。实际过程中，干扰噪声不可能绝对被消除，而且人们的通话声音也会有所降低。但是，虽然通话声音降低了一点，但足以让人们能够听清；噪声虽然没有完全消失，但是可以降低到很低，有效地提高了语音的信噪比。

但是抑燥芯片ZY1421Z在具体应用时，安装两只麦克风会增加设计成本和设计结构的难度，若两只麦克风安装不得当，还会影响到语音的频率，给语音带来失真。本实用新型针对这个问题，做了很好的改进。在实施时，只采用一只麦克风M，由于衰减控制模块电路2的设置，可以保证抑燥芯片ZY1421Z在只有一只麦克风M输入的情况下正常工作。

在本实用新型中，把一只麦克风M的输出人为分成两路，其中一路输出至可变衰减电路3B，通过一个自控可变衰减器自动改变其输出大小，控制信号由麦克风M转换的电信号经差分放大、取样放大、检波、直流放大所得。这两路输出的声音电信号，在近场语音信号的控制下使麦克风M的两路输出有较大的相位幅度差，而在远场噪声信号控制下麦克风M的两路输出有较小的相位幅度差。这两路信号和在空间不同位置放两只性能相同的麦克风的输出相当。这就达到了用一只麦克风取代两只麦克风的作用，并且也满足了抑燥芯片ZY1421Z的信号输入条件。

Claims (9)

1.一种与语音抑燥芯片ZY1421配套的接口电路，以上电路的结构中包括设置在麦克风(M)与抑燥芯片ZY1421(Z)之间的音频输入转换电路，设置在抑燥芯片ZY1421(Z)与目标电路(Y)之间的音频输出转换电路、以及配套的电源供给模块电路，其特征在于：所述的音频输入转换电路的结构中包括移相平衡输出电路(1)、差分放大电路(2)和衰减控制模块电路(3)，麦克风(M)采集的音频信号经移相平衡输出电路(1)处理后输出两路相位差为180°的信号，经差分放大电路(2)放大后输出至衰减控制模块电路(3)的输入端，经衰减控制模块电路(3)处理后输出两路音频信号至抑燥芯片ZY1421(Z)的输入端。

2.根据权利要求1所述的一种与语音抑燥芯片ZY1421配套的接口电路，其特征在于：所述的音频输出转换电路中包括单端转平衡输出电路(4)，抑燥芯片ZY1421(Z)输出抑制背景噪声后的单路音频信号至单端转平衡输出电路(4)的输入端，经单端转平衡输出电路(4)转换为双路音频信号发送至目标电路(Y)的音频输入端。

3.根据权利要求2所述的一种与语音抑燥芯片ZY1421配套的接口电路，其特征在于：所述的音频接口电路中还设置有开关转换电路(K)，差分放大电路(2)输出的放大信号或经抑燥芯片ZY1421(Z)后输出的降噪音频信号、借助开关转换电路(K)分别发送至单端转平衡输出电路(4)的输入端，开关转换电路(K)的受控触发端接在目标电路(Y)的CPU控制输出端。

4.根据权利要求1所述的一种与语音抑燥芯片ZY1421配套的接口电路，其特征在于：所述的移相平衡输出电路(1)中包括由电阻(R3、R4)电容(C2)组成的电源滤波电路、由电感(L1、L2)电容(C1)组成的低通滤波电路、以及配套电阻，麦克风(M)采集的音频信号分别经电容(C3、C4)输出两路相位差为180°的音频信号。

5.根据权利要求1所述的一种与语音抑燥芯片ZY1421配套的接口电路，其特征在于：所述的衰减控制模块电路(3)中包括直流变换电路(3A)和由放大器(U7)、场效应管(Q1、Q2)和配套阻容元件组成的可变衰减电路(3B)，差分放大电路(2)输出的放大信号一路发送至可变衰减电路(3B)中的放大器(U7)的输入端，一路经直流变换电路(3A)转换为直流脉动信号、并处理后发送至可变衰减电路(3B)的场效应管(Q1、Q2)的栅极，经放大器(U7)处理后直接输出的音频信号、与经场效应管(Q1、Q2)调制处理后输出的自适应衰减音频信号分别输出至抑燥芯片ZY1421(Z)的音频输入端。

6.根据权利要求3所述的一种与语音抑燥芯片ZY1421配套的接口电路，其特征在于：所述的开关转换电路(K)中包括射随器(U9)、MOS开关管(Q3、Q4)和配套电阻元件、以及连接在MOS开关管(Q4)栅极的非门控制器(U10)，差分放大电路(2)输出放大音频信号至射随器(U9)的输入端，抑燥芯片ZY1421(Z)输出降噪音频信号至MOS开关管(Q4)的源极，目标电路(Y)的CPU控制输出MOS开关管(Q3、Q4)的通、断控制信号，所控输出放大音频信号或降噪音频信号至单端转平衡输出电路(4)的音频输入端。

7.根据权利要求2所述的一种与语音抑燥芯片ZY1421配套的接口电路，其特征在于：所述的单端转平衡输出电路(4)中包括射随器(U11)、反相放大器(U12)及配套电阻，差分放大电路(2)或抑燥芯片ZY1421(Z)输出的单路音频信号经射随器(U11)和反相放大器(U12)处理放大后输出相位差为180°的双路信号至目标电路(Y)的音频输入端。

8.根据权利要求1所述的一种与语音抑燥芯片ZY1421配套的接口电路，其特征在于：所述的音频接口电路中还设置有开关转换电路(K)，差分放大电路(2)输出的放大信号或经抑燥芯片ZY1421(Z)后输出的降噪音频信号、借助开关转换电路(K)分别发送至目标电路(Y)的输入端，开关转换电路(K)的受控触发端接在目标电路(Y)的CPU控制输出端。

9.根据权利要求3或8所述的一种与语音抑燥芯片ZY1421配套的接口电路，其特征在于：所述的差分放大电路(2)是由放大器(U1、U2、U3)、偏置电阻(R5、R6、R11)以及配套的电阻元件组成的差分放大电路，移相平衡输出电路(1)输出的两路音频信号经工作在差分状态的放大器(U1、U2、U3)放大后、输出放大信号至衰减控制模块电路(3)和开关转换电路(K)的输入端。

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