CN203167245U

CN203167245U - 一种音频处理电路和耳机

Info

Publication number: CN203167245U
Application number: CN 201320071711
Authority: CN
Inventors: 韩盈盈; 吴凡
Original assignee: Qingdao Goertek Co Ltd
Current assignee: Qingdao Goertek Co Ltd
Priority date: 2013-02-07
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2023-02-07

Abstract

本实用新型公开了一种音频处理电路，所述电路包括：音频输入接口、第三电阻、左声道差分音频处理电路、右声道差分音频处理电路；其中，第三电阻连接在所述音频输入接口的公共端与音频处理电路接地端之间，所述第三电阻的阻值远远大于所述音频信号线的等效电阻；左声道差分音频处理电路包括左差分音频放大器、左声道信号处理电路，右声道差分音频处理电路包括右差分音频放大器、右声道信号处理电路。相应的，本实用新型还公开了包含有上述音频处理电路的耳机，本实用新型能够有效避免充电电流对音频信号产生干扰，显著消减耳机的噪声。

Description

一种音频处理电路和耳机

技术领域

本实用新型涉及音频处理技术领域，特别涉及一种音频处理电路和耳机。

背景技术

目前，耳机的应用已经越来越普遍。很多无线耳机不仅能够在无线的情况下使用，而且也同时具有有线插孔。这种耳机既可以通过无线方式来播放音频信息，又可以通过有线插孔与带有输出功能的音频设备（如PC等）连接，采用有线方式播放音频信息。

耳机一般都采用可充电电池供电，当电池低电的情况下，需要对电池进行充电，可以边充电边播放音频信息。当耳机连接同一台音频设备进行音频信息的播放和充电时，在正常状况下，耳机中的充电电流通过其充电电路的地线（PGND）回流到音频设备里，音频信号电流通过其音频处理电路的地线（AGND）回流到音频设备里，互相没有干扰。但是，由于耳机中充电电路的参考电位即PGND与音频处理电路的参考电位即AGND是等势的，变化的充电电流就会有一部分通过AGND回流到音频设备里面，这样，变化的充电电流就会影响到音频处理电路的输出电压，产生嗡嗡的电流噪声，严重影响音频信息的播放效果。

例如，图1所示的情况，将耳机的音频输入端连接到一台电脑的音频输出接口，其充电接口同时连接该电脑的充电接口（如USB接口）上，耳机播放该电脑的音频并通过该电脑进行充电，这种情况下，耳机中播放的音频中就会存在持续的嗡嗡噪声，而且嗡嗡噪声将随着音量的增大而增大，在播放暂停或者播放切换时，此噪声越加明显。

实用新型内容

本实用新型提供的一种音频处理电路和耳机，以解决现有耳机通过连接同一音频设备同时进行音频信息输出和充电时存在噪声的问题。

本实用新型提供了一种音频处理电路，所述音频处理电路包括音频输入接口、第三电阻、左声道差分音频处理电路、右声道差分音频处理电路；其中，

所述第三电阻连接在所述音频输入接口的公共端与音频处理电路接地端之间，所述第三电阻的阻值远远大于音频信号线的等效电阻；

所述左声道差分音频处理电路包括：左差分音频放大器、左声道信号处理电路，左差分音频放大器的输入端与所述音频输入接口、音频处理电路接地端之间分别连接有电阻，左差分音频放大器的输出端连接所述左声道信号处理电路；

所述右声道差分音频处理电路包括：右差分音频放大器、右声道信号处理电路，右差分音频放大器的输入端与所述音频输入接口、音频处理电路接地端之间分别连接有电阻，右差分音频放大器的输出端连接所述右声道信号处理电路。

在上述方案中，所述左声道差分音频处理电路包括：第四电阻、第五电阻、第六电阻、第十一电阻、左差分音频放大器和左声道信号处理电路；其中，所述左差分音频放大器的第一输入端串接所述第四电阻并连接在所述音频输入接口的左声道信号输入接口上，还通过串接第十一电阻连接音频处理电路接地端，第二输入端串接所述第五电阻并连接在音频输入接口的公共端上，还通过所述第六电阻连接所述左差分音频放大器的输出端，所述左差分音频放大器的输出端连接所述左声道信号处理电路的输入端；

所述右声道差分音频处理电路包括：第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十二电阻、右差分音频放大器和右声道信号处理电路；其中，所述右差分音频放大器的第二输入端串接所述第八电阻并连接在所述音频输入接口的右声道信号输入接口上，还通过串接第十二电阻连接音频处理电路接地端，第一输入端串接所述第七电阻并连接在所述音频输入接口的公共端，还通过所述第九电阻连接所述右差分音频放大器的输出端，所述右差分音频放大器的输出端连接所述右声道信号处理电路的输入端。

在上述方案中，所述第六电阻、第九电阻、第十一电阻和第十二电阻的阻值相等，所述第四电阻、第五电阻、第七电阻和第八电阻的阻值相等。

在上述方案中，所述音频处理电路还包括：

第一电容，与所述第四电阻串联，串接在所述左差分音频放大器的输入端与所述音频输入接口的左声道信号输入接口之间；

和/或，第二电容，与所述第五电阻串联，串接在所述左差分音频放大器的输入端与所述音频输入接口的音频处理电路接地端之间；

和/或，第十一电容，串接在所述左差分音频放大器的输出端与所述左声道信号处理电路的输入端之间。

在上述方案中，所述音频处理电路还包括：

第三电容，与所述第八电阻串联，串接在所述右差分音频放大器的输入端与所述音频输入接口的左声道信号输入接口之间；

和/或，第四电容，与所述第七电阻串联，串接在所述右差分音频放大器的输入端与所述音频输入接口的音频处理电路接地端之间；

和/或，第十二电容，串接在所述右差分音频放大器的输出端与所述右声道信号处理电路的输入端之间。

本实用新型还提供了一种耳机，所述耳机包括充电电路、电池和上述的音频处理电路；

所述充电电路，连接外部音频设备的充电接口和所述电池，为所述电池充电；所述电池，为所述音频处理电路供电；

所述充电电路的接地端与所述音频处理电路接地端的电位相同。

在上述方案中，所述耳机为无线耳机。

在上述方案中，所述耳机为有源有线耳机。

本实用新型实施例的有益效果是：首先，采用电阻将音频输入接口的公共端与音频处理电路接地端之间进行隔离，避免充电电流对音频信号产生干扰，有效消减耳机的噪声；其次，在音频处理电路中增加音频放大器，通过差分输入的方式对音频信号进行处理，抵消音频设备的接地端与供电接地端之间共模信号的不同，消除接地端电势差对音频信号的影响。这样，充电电流既不会影响到音频信号，供电接地端上的干扰信号也不会被拾取到音频信号中，达到了消除噪声的目的。

附图说明

图1为现有技术中耳机与音频设备的连接示意图；

图2为耳机通过同一音频设备进行充电和音频信号输出时电流噪声产生原理示意图；

图3为本实用新型实施例中一种音频处理电路的电路图；

图4为本实用新型实施例中耳机及其通过同一音频设备进行充电和音频信号输出时噪声消减的电路原理示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

耳机与音频设备之间的连接如图2所示，其中，耳机的充电电路与音频设备的充电接口连接，耳机的音频处理电路与音频设备的音频输出接口连接，该耳机用于输出该音频设备的音频信号，同时通过该音频设备进行充电。

其中，耳机可以包括：充电电路21、电池22和音频处理电路23，其中，充电电路用于为电池充电，电池用于为其他部分供电，音频处理电路用于对音频设备的音频信号进行处理并输出。

充电电路21包括：充电处理模块211、充电电源线VBUS、充电地线PGND、充电电路各信号线（VBUS和PGND）上的等效电阻第一电阻R1。其中，充电电源线VBUS上依次连接音频设备上充电接口的充电端U_CHG、第一电阻R1、充电处理模块和电池，充电地线PGND上依次连接音频设备上充电接口的充电地端U_G1、充电电路接地端、充电处理模块211和电池22。

音频处理电路包括：左声道信号处理电路A_L、右声道信号处理电路A_R、左声道扬声器L、右声道扬声器R、左声道信号线SPK_L、右声道信号线SPK_R、音频地线AGND、音频处理电路各信号线（SPK_L、SPK_R和AGND）上的等效电阻第二电阻R2。其中，左声道信号线SPK_L上依次连接音频设备上音频输出接口的左声道信号输出接口U_L、第二电阻R2、左声道信号处理电路A_L和左声道扬声器L；右声道信号线SPK_R上依次连接音频设备上音频输出接口的右声道信号输出接口U_R、第二电阻R2、右声道信号处理电路A_R和右声道扬声器R；音频地线AGND上连接音频设备上音频输出接口的接地端UG1、第二电阻R2和音频处理电路接地端GND2，左声道信号处理电路A_L、右声道信号处理电路A_R、左声道扬声器L、右声道扬声器R还分别连接所述音频处理电路接地端GND2。

其中，充电电路接地端、音频处理电路接地端GND2以及音频处理电路的音频输入接口的公共端都是同一电位，U_G1为音频设备上充电接口和音频输出接口的地线上的电压值，充电接口的地端和音频输出接口的接地端是连接在一起的。

充电电路中的充电电流是变化的，在充电处理模块和电池的影响下会有周期性的变动。假设充电电流的恒定部分为I_CHG，变化部分为Δi，则有如下式（1）、式（2）的关系存在：

I_CHG=I_CHG1+I_CHG2（1）

Δi=Δi₁+Δi₂（2）

其中，ICHG1和Δi1是充电电流在充电地线PGND的回流成分，I_CHG2和Δi2是充电电流在音频地线AGND的回流成分，I_CHG1和I_CHG2以及Δi₁和Δi₂分别根据相应信号线上的阻抗关系分配。

假设音频设备端接地端GND1的参考电位为0V。

当音频设备没有音频信号输出时，只提供充电电流，假设充电电压为5V，此时有：U_L=U_R=0，I_L=I_R=0，U_CHG=5V。其中，U_L和UR分别为音频设备上左声道音频输出电压和右声道音频输出电压，U_CHG为音频设备上充电接口输出电压。

根据欧姆定律，音频输入电路接地端GND2上的电压U_G2可以由下式（3）得到：

U_G2=(I_CHG+Δi)*(R1//R2)=I_CHG*(R1//R2)+Δi*(R1//R2)=I_CHG*(R1//R2)+ΔU（3）

其中，R1为充电电路上各信号线的等效电阻，R2为音频处理电路上各信号线的等效电阻，ΔU=Δi*(R1//R2)为GND2上的电压变化量。

对于扬声器来说，由于没有音频信号输出，音频处理电路中左声道扬声器L上高电位U3上的电压变化量为0，其低电位U4的电压变化量为ΔU；音频处理电路中右声道扬声器R上高电位U5上的电压变化量为0，其低电位U6的电压变化量为ΔU；根据下式（4）和式（5），可得到两个扬声器上输入电压U_{SPK_L}、U_{SPK_R}的变化量ΔUSPK_L、ΔUSPK_R均为-ΔU，此时，该输入电压的变化量为-ΔU将造成扬声器产生噪声。

ΔU_{SPK_L}=ΔU3-ΔU4=-ΔU≠0（4）

ΔU_{SPK_R}=ΔU6-ΔU5=-ΔU≠0（5）

当音频设备输出音频信号时，有两个扬声器低电位上的电压变化量为ΔU，左声道扬声器L高电位上的电压变化量ΔU3=I_L*R2=ΔU_L，右声道扬声器R高电位上的电压变化量ΔU6=I_R*R2=ΔU_R，ΔU_L、ΔU_R为有用信号。

根据下式（6）和式（7），可得到两个扬声器上输入电压的变化量

ΔU_{SPK_L}、ΔU_{SPK_R}分别为ΔU_L-ΔU、ΔU_R-ΔU，可见，ΔU会叠加到音频信号上，仍会存在噪声。

ΔU_{SPK_L}=ΔU3-ΔU4=ΔU_L-ΔU（6）

ΔU_{SPK_R}=ΔU6-ΔU5=ΔU_R-ΔU（7）

综上可知，在耳机连接在同一音频设备上进行音频信号输出和充电时，噪声是由于充电电路与音频处理电路共地时变化的充电电流干扰音频信号的输出而产生的。

如果将充电电路的地线和音频处理电路的地线之间断开，则需要采用负载的电器隔离器件如音频变压器、光电隔离器件等电路，而这些电路也会对耳机输出的音频信号产生干扰，并且会增大整机的面积和体积，增加成本，增加开发调试难度等。

本实用新型的基本思想是，提供一种音频处理电路以及包含该音频处理电路的耳机，所述音频处理电路中音频输入接口的公共端与音频处理电路接地端之间串接有一个电阻，同时在音频处理电路中增加差分输入电路，通过差分输入的方式对音频信号进行处理，这样，使得音频处理电路的接地端（与充电电路接地端相同）与音频输入接口公共端通过该电阻分割开来，避免充电电路中充电电流流入音频信号中，消除了充电电流对音频信号的干扰，同时通过差分输入的方式对音频信号进行处理抵消音频设备的接地端与该耳机的接地端之间共模信号的不同，消除接地端电势差对音频信号的影响，达到消除噪声的目的。

本实用新型实施例提供的一种音频处理电路，包括音频输入接口、第三电阻、左声道差分音频处理电路、右声道差分音频处理电路；其中，所述第三电阻连接在所述音频输入接口的公共端与音频处理电路接地端之间，所述第三电阻的阻值远远大于音频信号线的等效电阻；

具体的，参考图3所示，本实用新型实施例中音频处理电路主要可以包括：音频输入接口31、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、左差分音频放大器A₁、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十一电阻R11、第十二电阻R12、右差分音频放大器A₂、左声道信号处理电路A_L、右声道信号处理电路A_R、左声道扬声器L、右声道扬声器R和第三电阻R3。

其中，所述音频输入接口31包括三个接口，分别是第一接口1、第二接口2、和第三接口3，其中，第三接口3作为左声道信号输入接口，第一接口1作为音频输入接口的公共端GND3，第二接口2为右声道信号输入接口。

如图3所示，音频输入接口31的第一接口1与音频处理电路接地端GND2之间串接有第三电阻R3。第三电阻R3的阻值远远大于充电信号线的等效电阻和音频信号线的等效电阻的阻值。一般来说，充电信号线的等效电阻和音频信号线的等效电阻的阻值约为几个毫欧姆，因此，第三电阻R3的阻值介于100Ω与100KΩ之间，优选第三电阻R3的阻值为100Ω。这样，R3可以将GND2与GND3隔离开，避免充电电路中的充电电流流入音频处理电路中，能够有效消减充电电流干扰音频信号所造成的噪音。

如图3所示，左差分音频放大器A₁的第一输入端串接第四电阻R4并连接在音频输入接口31的第三接口3上，还通过串接第十一电阻R11连接音频处理电路接地端GND3，第二输入端串接第五电阻R5并连接在音频输入接口31的第一接口1上，第二输入端还通过第六电阻R6连接输出端，左差分音频放大器A₁的输出端连接左声道信号处理电路A_L的输入端，左声道信号处理电路A_L的输出端连接左声道扬声器L的一个输入端。

右差分音频放大器A₂的第一输入端串接第七电阻R7并连接在音频输入接口31的第一接口1上，还通过第九电阻R9连接输出端，第二输入端串接第八电阻R8并连接在音频输入接口31的第二接口2上，还通过串接第十二电阻R12连接音频处理电路接地端GND3，右差分音频放大器A2的输出端连接右声道信号处理电路A_R的输入端，右声道信号处理电路A_R的输出端连接右声道扬声器R的一个输入端。

如图3所示，第三接口3上的电压为U_L，左差分音频放大器A₁输出端的电压为UO1，第二接口2上的电压为U_R，右差分音频放大器A₂输出端的电压为UO2，第一接口1上的电压即GND3的电压为U_G3，音频处理电路接地端GND2的电压为UG2，左声道音频处理由R1、R4、R5、R6与A1组成减法电路；右声道音频处理由R2、R7、R8、R9与A2组成减法电路，其输出分别为：

U_{O 1} = (1 + \frac{R_{6}}{R_{5}}) \times (\frac{R_{11}}{R_{11} + R_{4}}) \times U_{L} - \frac{R_{6}}{R_{5}} \times U_{G 3}

U_{O 2} = (1 + \frac{R_{9}}{R_{7}}) \times (\frac{R_{12}}{R_{12} + R_{8}}) \times U_{R} - \frac{R_{9}}{R_{7}} \times U_{G 3}

当R11=R6=R12=R9=Rf，R4=R5=R7=R8=R时，有

U_{O 1} = \frac{R_{f}}{R} \times (U_{L} - U_{G 3})

U_{O 2} = \frac{R_{f}}{R} \times (U_{R} - U_{G 3})

所以，左、右声道处理电路的增益为：

这里，实际应用中，可以通过调整R11、R4、R5、R6的电阻值调整A1所属减法电路带来的增益，通过调整R12、R7、R8、R9的电阻值调整A2所属减法电路带来的增益。但要求R11=R6=R12=R9，R4=R5=R7=R8，以保证左右声道增益相同。例如，令R11=R6=R4=R5=R12=R9=R7=R8=4.7KΩ时，该电路增益为1；令R11=R6=R12=R9=10KΩ，R4=R5=R7=R8=5KΩ时，该电路增益为2。

左差分音频放大器A₁和右差分音频放大器A₂主要起到差分信号转单端信号的功能，除此外还有放大信号、提高输入阻抗、增强带负载能力等作用。

实际应用中，左差分音频放大器A₁、左声道信号处理电路A_L、左声道扬声器L的另一个输入端连接耳机的供电接地端GND2；右差分音频放大器A₂、右声道信号处理电路A_R、右声道扬声器R的另一个输入端也连接耳机的供电接地端GND2。

此外，左差分音频放大器A₁的第一输入端与音频输入接口31的第三接口3之间还可以串接有第一电容C1，第二输入端与音频输入接口31的第一接口1之间还可以串接第二电容C2，输出端与左声道信号处理电路A_L的输入端之间还可以串接有第十二电容C12。右差分音频放大器A₂的第二输入端与音频输入接口31的第二接口2之间还可以串接第四电容C4，第一输入端与音频输入接口31的第一接口1之间还可以串接第三电容C3，输出端与右声道信号处理电路A_R的输入端之间还可以串接有第十一电容C11。其中，第一电容C1、第二电容C2、第十二电容C12、第三电容C3、第四电容C4、第十一电容C11为输入耦合电容，电容值优选为10μF，用于消除信号线上的直流成分。

本实用新型实施例还提供了一种耳机，该耳机包含有上述的音频处理电路，具体的，如图4所示，所述耳机可以包括：充电电路41、电池42和上述的音频处理电路43，其中，充电电路41连接音频设备的充电接口与所述电池42，为电池42充电；音频处理电路43连接音频设备的音频输出接口，将音频设备的音频信号进行处理并输出；电池42为用音频处理电路43供电。特别的，所述耳机可以为无线耳机或有源有线耳机。

如图4所示，充电电路41包括充电处理模块411和充电电路各信号线（VBUS和PGND）上的等效电阻第一电阻R1。其中，充电处理模块411的输入端通过充电电源线VBUS连接音频设备的充电接口U_CHG，输出端连接电池42，电池42的接地端作为供电接地端GND2，通过充电地线PGND连接音频设备的接地端GND1，此供电接地端GND2即为充电电路41的接地端。其中，充电处理模块411具体可以是一种用于充电处理的芯片，例如可以是德州仪器型号为BQ24040的芯片。

音频处理电路43中，左声道处理中的左差分音频放大器A₁、左声道信号处理电路A_L、左声道扬声器L通过左声道信号线SPK_L连接并连接音频设备上音频输出接口的左声道输出接口U_L，右声道处理中的右差分音频放大器A₂、右声道信号处理电路A_R、右声道扬声器R通过右声道信号线SPK_R连接，并连接音频设备上音频输出接口的右声道输出接口U_R；左差分音频放大器A₁、右差分音频放大器A₂还连接音频处理电路43的接地端GND3；左声道信号处理电路A_L、左声道扬声器L、右声道信号处理电路A_R、右声道扬声器R还连接供电接地端GND2；音频处理电路43的接地端GND3通过音频地线AGND与音频设备的接地端GND1连接，并通过第三电阻R3连接供电接地端GND2。音频处理电路各信号线（SPK_L、SPK_R和AGND）上的等效电阻为第二电阻R2。

本实用新型实施例中，R3远远大于R1。所以：R3+R2＞＞R1，根据欧姆定律，回流到音频处理电路中的充电电流变化量Δi₂=R1/(R1+R2+R3)*Δi≈0，Δi为充电电路中充电电流的变化量，所以，音频处理电路接地端GND3上的参考电压U_G3的变化量ΔU_G3=R2*Δi₂≈0，这样，由于充电电流变化而产生的扬声器输入电压的变化量也几乎为零，充电电流对音频处理电路中音频信号的干扰几乎为零，在耳机连接在同一音频设备上进行音频信号输出和充电时，对于人耳来说就很难分辨出有电流噪声。

本实用新型实施例中，首先，采用电阻将音频输入接口的公共端与音频输入电路接地端之间进行隔离，也就将音频输入接口的公共端与充电电路的接地端之间通过电阻隔离开来，避免充电电流回流到音频处理电路中对音频信号产生干扰，有效消减耳机的噪声；其次，在音频处理电路中增加音频放大器，通过差分输入的方式对音频信号进行处理，抵消音频设备的接地端与供电接地端之间共模信号的不同，消除接地端电势差对音频信号的影响。这样，充电电流既不会影响到音频信号，耳机接地端上的干扰信号也不会被拾取到音频信号中，达到了消除噪声的目的。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种音频处理电路，其特征在于，所述音频处理电路包括音频输入接口、第三电阻、左声道差分音频处理电路、右声道差分音频处理电路；其中，

2.根据权利要求1所述的音频处理电路，其特征在于，

所述左声道差分音频处理电路包括：第四电阻、第五电阻、第六电阻、第十一电阻、左差分音频放大器和左声道信号处理电路；其中，所述左差分音频放大器的第一输入端串接所述第四电阻并连接在所述音频输入接口的左声道信号输入接口上，还通过串接第十一电阻连接音频处理电路接地端，第二输入端串接所述第五电阻并连接在音频输入接口的公共端上，还通过所述第六电阻连接所述左差分音频放大器的输出端，所述左差分音频放大器的输出端连接所述左声道信号处理电路的输入端；

3.根据权利要求2所述的音频处理电路，其特征在于，所述第六电阻、第九电阻、第十一电阻和第十二电阻的阻值相等，所述第四电阻、第五电阻、第七电阻和第八电阻的阻值相等。

4.根据权利要求2所述的音频处理电路，其特征在于，所述音频处理电路还包括：

5.根据权利要求2所述的音频处理电路，其特征在于，所述音频处理电路还包括：

6.一种耳机，其特征在于，所述耳机包括充电电路、电池和如权利要求1至5任一项所述的音频处理电路；

7.根据权利要求6所述的耳机，其特征在于，所述耳机为无线耳机。

8.根据权利要求6所述的耳机，其特征在于，所述耳机为有源有线耳机。