CN203133830U - 基于耳机通道的外设接口设备和信号传输系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了基于耳机通道的外设接口设备和信号传输系统。该外设接口设备包括在信号传输上串接的数模/模数转换单元和载波调制解调单元，其中，所述数模/模数转换单元与耳机连接线相连接，以将经由所述耳机连接线从主机设备接收到的模拟信号转换为数字信号并将该数字信号提供给所述载波调制解调单元以进行解调，和将经所述载波调制解调单元调制后的数字信号转换为模拟信号并加载到所述耳机连接线上以向所述主机设备进行传输。本实用新型实现了耳机通道上的多载波数据通信，从而大大提高了耳机通道通信的传输速率和抗干扰性。

Description

基于耳机通道的外设接口设备和信号传输系统

技术领域

本实用新型涉及使用耳机通道的通信，特别地涉及基于耳机通道的外设接口设备和信号传输系统。

背景技术

智能手机等移动终端设备普及后，出现了一些通过耳机口（耳机通道）和手机进行连接通信的外部设备，比如手机刷卡器、温度传感器等。耳机口通信因通用性较好而被越来越多设备开发商采用。

现有的耳机口通信方法一般利用单纯调频的方式进行通讯，或是基于正弦波直接进行数字识别而进行通信。这些技术有如下特点：

1、只利用了通信信道上有限的几个频点，带宽利用率不高；

2、限于计算能力，传输过程无法经过信道编码或载波调制，而是直接将码源发送出去。

因此，现有的耳机口通信方法不可避免地存在如下缺陷：

1、数据传输率较低，只有几Kbps。这是因为通信信道带宽资源利用率低，因而带宽资源浪费大。

2、抗干扰性弱，例如在大多数Android手机中无法正常工作。耳机通道本来是应用于音频模拟信号的传输，当应用于数字通信时，它就具有特殊的干扰或是衰减特性。因而难以兼容市场上全部手机种类。

3、严重影响外设产品用户体验。工作不稳定，通信时而正常，时而不正常。成为影响产品推广的巨大制约因素。

4、极大地阻碍了外设行业的发展。例如很多要求传输速率较大的外设便不能采用耳机口进行通信。

实用新型内容

为了克服现有技术中的上述缺点，本实用新型提出了一种经由耳机通道与主机设备进行连接、通信的外设接口设备，和包括该外设接口设备的基于耳机通道的信号传输系统。根据这种外设接口设备和信号传输系统，可以在耳机通道上实现高速且抗干扰力强的多载波数据通信。

本实用新型的一个方面提供了一种经由耳机通道与主机设备进行连接、通信的外设接口设备，其中，所述外设接口设备包括在信号传输上串接的数模/模数转换单元和载波调制解调单元，其中，所述数模/模数转换单元与耳机连接线相连接，以将经由所述耳机连接线从所述主机设备接收到的模拟信号转换为数字信号并将该数字信号提供给所述载波调制解调单元以进行解调，和将经所述载波调制解调单元调制后的数字信号转换为模拟信号并加载到所述耳机连接线上以向所述主机设备进行传输。

本实用新型的另一个方面提供了一种基于耳机通道的信号传输系统，该信号传输系统包括如上所述的外设接口设备、外设终端设备和带耳机插孔的主机设备，所述外设接口设备通过耳机连接线与所述主机设备相连接，所述外设接口设备通过标准数据接口与所述外设终端设备连接。

本实用新型实现了耳机通道上的载波数据通信，从而大大提高了耳机通道通信的传输速率和抗干扰性。

附图说明

所包括的附图用来提供对本实用新型的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，例示了本实用新型的优选实施方式，并与文字说明一起用来解释本实用新型的原理。

图1是例示根据本实施新型的一个实施方式的基于耳机通道的信号传输系统的原理的框图。

具体实施方式

如图1所示，根据本实用新型的一个实施方式的基于耳机通道的信号传输系统包括外设接口设备100、外设终端设备200、主机设备300以及耳机通道400。

外设接口设备100例如可以经由标准数据接口（例如，通用串行接口UART、集成电路总线IIC、SPI总线接口或USB总线接口等）与外设终端设备200进行通信。

外设接口设备100可以经由耳机通道400（耳机连接线）与带有标准耳机插孔的主机设备300进行连接、通信。

这样，通过外设接口设备100，各种外设终端设备200（例如，刷卡器、银行U盾、游戏设备等）可以经由耳机通道400与主机设备300（例如，手机、PC电脑、笔记本电脑或者带耳机插孔的任何其它计算设备）进行通信。

外设接口设备100可以包括在信号传输上依次串接的第一模数/数模转换（ADC/DAC）单元110、第一载波调制解调单元120以及信号处理单元130。

第一ADC/DAC单元110与耳机通道400通信连接，从而可以从耳机通道400接收模拟信号，将该模拟信号转换为数字信号，并将该数字信号提供给第一载波调制解调单元120以进行解调。而且，第一ADC/DAC单元110也可以将经第一调制解调单元120调制后的数字信号转换为模拟信号并加载到耳机通道400上以向主机设备300进行传输。

信号处理单元130用于对信号进行编/解码处理。例如，信号处理单元130可以由硬件运算加速单元和算法运行单元构成，算法运行单元用于对信号执行编/解码处理，硬件运算加速单元用于提高编/解码处理的运算速度，以达到实时传输信号的要求。信号处理单元130可以通过标准数据接口（例如，通用串行接口UART、集成电路总线IIC、SPI总线接口或USB总线接口等）与外设终端设备200相连接，从而可以将经第一载波调制解调单元120解调后的数字信号经解码处理后传输给外设终端设备200，和将从外设终端设备200接收到的待向主机设备300传输的信号经编码处理后提供给第一载波调制解调单元120以进行调制。

主机设备300可以包括在信号传输上依次串接的第二ADC/DAC单元310、第二载波调制解调单元320以及通信接口单元330。第二ADC/DAC单元310可以与主机设备自带的耳机插孔相连接，进而与耳机通道400（耳机连接线）相连接，从而可以将经耳机插孔从耳机通道400接收到的模拟信号转换为数字信号，并将该数字信号提供给第二载波调制解调单元320以进行解调，和将经第二载波调制解调单元320调制后的数字信号转换为模拟信号并经耳机插孔加载到耳机通道400上以向外设接口设备200进行传输。例如，诸如手机、笔记本电脑、PC电脑等主机设备300通常都自带有ADC/DAC芯片，该ADC/DAC芯片可以用作主机设备300的第二ADC/DAC单元310。

通信接口单元330用于对信号进行编/解码处理，以便于进行信号传输。具体地说，通信接口单元330可以将经第二载波调制解调单元320解调后的数字信号经解码处理后传输给在主机设备300上运行的应用程序340，和将从应用程序340接收到的信号经编码处理后提供给第二载波调制解调单元320以进行调制。

这样，主机设备300与外设终端设备200之间，可以经由外设接口设备100和耳机通道400，实现基于载波调制的双向数据通信。

具体的操作/通信过程描述如下。

首先，在需要在外设终端设备200和主机设备300之间传输数据时，将外设终端设备200连接到外设接口设备100的标准数据接口（例如，通用串行接口UART、集成电路总线IIC、SPI总线接口或USB总线接口等），将外设接口设备100通过耳机通道（耳机连接线）400连接到主机设备300的耳机插孔。

在主机设备300侧，在开始通信之前，需要先启动/激活特定的应用程序340和通信接口单元330，以触发主机设备300经由耳机通道400和外设接口设备100而与外设终端设备200进行载波数据通信。传统上，如果是经由耳机插孔向连接到主机设备300的耳机播放音频，或者是经由麦克风录音到主机设备300，则在主机设备300侧需要事先启动/激活的是“音频播放器”或者“录音机”等应用软件。

所述第二ADC/DAC单元320例如可以是任何具有标准耳机插孔和音频播放功能的主机自带的音频处理芯片中的原有功能，从而无需额外添加该硬件单元。

应用程序340将需要向外设终端设备200传输的数据信号提供给通信接口单元330。通信接口单元330在对从应用程序340接收到的数据信号进行编码处理后，将该数据信号提供给第二载波调制解调单元320，以进行载波调制（例如，OFDM载波调制）。接着，第二载波调制解调单元320将经载波调制后的信号提供给第二ADC/DAC单元310，以将数字信号转换为模拟信号，以便通过耳机通道400传输给外设接口设备100。

在外设接口设备100侧，在接收到通过耳机通道400传输来的模拟信号后，首先由第一ADC/DAC单元110进行模数转换。随后，经模数转换后的数字信号被传输给第一载波调制解调单元120，以进行载波解调。经载波解调后的信号被传输给信号处理单元130，经过解码处理后，被传输给外设终端设备200。

相应地，当外设终端设备200需要向主机设备300（具体地，其中的应用程序340）传输信号时，外设终端设备200经由外设接口设备100的标准数据接口向外设接口设备100传输待发送的码源信号，以由信号处理单元130进行编码处理。信号处理单元130通过其中的算法运行单元和硬件加速单元对接收到的待发送码源信号进行包括码源编码在内的处理，并将处理后的信号提供给第一载波调制解调单元120，以进行相应的载波调制（例如，OFDM载波调制）。接着，第一载波调制解调单元120将经载波调制后的信号提供给第一ADC/DAC单元110，以进行数模转换。经数模转换后的模拟信号被提供给耳机通道400，以传输给主机设备300。

在主机设备300侧，第二ADC/DAC单元310经主机设备300的耳机插孔从耳机通道400接收到传输来的模拟信号，并将该模拟信号转换为数字信号，以提供给第二载波调制解调单元320进行载波解调。经第二载波调制解调单元320载波解调后的信号被传输给通信接口单元330，以进行解码处理，随后被传送给应用程序340。

这样，就实现了主机设备300与外设终端设备200之间经由外设接口设备100、耳机通道400的载波通信。

上面描述的第一载波调制解调单元120和第二载波调制解调单元320例如可以是OFDM载波调制解调模块，但不限于此，也可以是其他类型的载波调制解调模块。但是，第一载波调制解调单元120和第二载波调制解调单元320需为相同类型的载波调制解调模块。

主机设备300例如可以是任何带有标准耳机插孔的手机、平板电脑、PC电脑、笔记本电脑等。

在本实施方式中，将外设接口设备100和外设终端设备200例示为分立的设备，但具体实现并不限于此。例如，可以将外设接口设备100实现为专用的芯片，并集成或安装到外设终端设备200中。

根据本实用新型，无需对主机设备300的底层软件和硬件做出任何改动，只需在主机设备300中安装专用的通信接口程序（通信接口单元330），即可经由耳机通道和便携的外设接口设备100实现与外设终端设备200之间的基于多载波调制（例如，OFDM）方式的数字信号通信，大大提高了经由耳机通道的通信的传输速率和抗干扰性。

Claims (10)

1.一种经由耳机通道与主机设备进行连接、通信的外设接口设备，其特征在于，所述外设接口设备包括在信号传输上串接的数模/模数转换单元和载波调制解调单元，其中，所述数模/模数转换单元与耳机连接线相连接，以将经由所述耳机连接线从所述主机设备接收到的模拟信号转换为数字信号并将该数字信号提供给所述载波调制解调单元以进行解调，和将经所述载波调制解调单元调制后的数字信号转换为模拟信号并加载到所述耳机连接线上以向所述主机设备进行传输。

2.如权利要求1所述的外设接口设备，其特征在于，所述外设接口设备还包括在信号传输上与所述载波调制解调单元串接的信号处理单元，所述信号处理单元通过标准数据接口与外设终端设备相连接，以对经所述载波调制解调单元解调后的数字信号进行解码处理并将经解码处理后的信号传输给所述外设终端设备，和对从所述外设终端设备接收到的待发送给所述主机设备的信号进行编码处理并将经编码处理后的信号提供给所述载波调制解调单元以进行调制。

3.如权利要求2所述的外设接口设备，其特征在于，所述信号处理单元由硬件运算加速单元和算法运行单元构成，其中所述算法运行单元用于对信号执行编/解码处理，所述硬件运算加速单元用来提高运算速度，以达到实时传输处理的要求。

4.如权利要求2所述的外设接口设备，其特征在于，所述标准数据接口为通用串行接口UART、集成电路总线IIC、SPI总线接口和USB总线接口中的任一种。

5.如权利要求1到4中的任一项所述的外设接口设备，其特征在于，所述载波调制解调单元为正交频分复用OFDM调制解调模块。

6.一种基于耳机通道的信号传输系统，该信号传输系统包括如权利要求1到5中的任一项所述的外设接口设备、外设终端设备和带耳机插孔的主机设备，所述外设接口设备通过耳机连接线与所述主机设备相连接，所述外设接口设备通过标准数据接口与所述外设终端设备相连接。

7.如权利要求6所述的信号传输系统，其特征在于，所述主机设备包括在信号传输上串接的另一数模/模数转换单元和另一载波调制解调单元，其中，所述另一数模/模数转换单元与所述耳机插孔相连接，以将经由所述耳机插孔、所述耳机连接线从所述外设接口设备接收到的模拟信号转换为数字信号并将该数字信号提供给所述另一载波调制解调单元以进行解调，和将经所述另一载波调制解调单元调制后的数字信号转换为模拟信号并加载到所述耳机插孔上以经由所述耳机连接线向所述外设接口设备进行传输。

8.如权利要求7所述的信号传输系统，其中，所述主机设备还包括在信号传输上与所述另一载波调制解调单元相串接的通信接口单元，以对经所述另一载波调制解调单元解调后的数字信号进行解码处理，和对要从所述主机设备发送给所述外设终端设备的信号进行编码处理并将经编码处理后的信号提供给所述另一载波调制解调单元以进行调制。

9.如权利要求6所述的信号传输系统，其中，所述主机设备为带有标准耳机插孔的手机、平板电脑、PC电脑、笔记本电脑中的任一种。

10.如权利要求6到9中的任一项所述的信号传输系统，其中，所述另一载波调制解调单元为正交频分复用OFDM调制解调模块。