CN204101917U - 一种多接口音频底座及其内部电路 - Google Patents

Abstract

一种多接口音频底座及其内部电路，属于音频通信控制技术领域。本实用新型包括具有电路板的基座、音频公头和多个通用接口；所述音频公头经所述基座分别与多个所述通用接口连接，以使与音频公头相连的音频口转换成多个通用接口。本实用新型的另一技术方案包括构成音频公头的左声道端、右声道端、GND端和MIC端、GND/MIC自适应电路、音频口供电电路、音频解调电路、音频调制电路、MCU控制芯片、用以连接、检测通用接口的接口电路；音频公头分别经音频口供电电路、音频解调电路与MCU控制芯片连接，音频公头依次经GND/MIC自适应电路、音频调制电路与MCU控制芯片连接，MCU控制芯片连接所述接口电路。本实用新型多接口音频底座及其内部电路兼容性强、使用方便、稳定性好，且具有音频口多元化功能。

Description

一种多接口音频底座及其内部电路

技术领域

    本实用新型涉及音频通信技术领域，特别涉及一种多接口音频底座及其内部电路。

背景技术

 目前，许多智能设备如智能手机、平板电脑，具有的连接口包括USB接口和音频口，若仅通过上述两种接口连接应用设备，可连接的应用设备种类少，通用性不强。其中，音频口具有插接方便、标准通用的特点，且市场上大多数智能设备都具有通用音频口。而目前对音频口的扩展都是单一扩展，也就是说智能设备仅支持某一种应用，如CN201310744807的手机音频读卡装置及系统、CN201320277588的音频插头式温度计等。则通过对音频口扩展实现多元化接口功能变得十分重要，这样一旦应用设备与智能设备实现全双工通信，智能设备相应的扩展应用就增多不少。另外，对音频口扩展的设备往往利用电池供电且并未考虑对应用设备供电；针对个别其他类型的音频插头中，GND和MIC可能存在互相调换位置的情况，音频口扩展设备并未考虑兼容性。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的不足，提供一种稳定兼容、使用方便且具有音频口多元化功能的多接口音频底座及其内部电路。

本实用新型的技术方案是提供一种多接口音频底座，其特征在于，包括具有电路板的基座、音频公头和多个通用接口；所述音频公头经所述基座分别与多个所述通用接口连接，以使与音频公头相连的音频口转换成多个通用接口。

该音频底座结构简单，可用于具有音频口的智能设备，如智能手机、IPAD等，解决了现有音频口功能扩展单一问题，使得其能兼容更多不同接口的应用设备，完成多元化控制功能。另外，该音频底座体积小，具有不同类型且不少于2个通用接口，并且音频公头具有即插即用的特点，使用者携带方便、使用便捷。

作为本实用新型的优选，所述通用接口包括工业接口和/或商业接口。

作为本实用新型的优选，所述通用接口为两个时，所述通用接口间隔排列成一排布置在基座边缘上，并与位于基座上的所述音频公头相对布置；所述通用接口超过两个时，所述通用接口在相邻两条边缘的夹角处环绕布置，且音频公头位于基座上的另一边缘，或者所述通用接口在相邻两条边缘的夹角处环绕布置并在一条边缘上并列布置，且音频公头位于基座上的另一边缘。

本实用新型的另一技术方案是提供一种用于多接口音频底座的内部电路，其特征在于，包括构成音频公头的左声道端、右声道端、GND端和MIC端、GND/MIC自适应电路、音频口供电电路、音频解调电路、音频调制电路、MCU控制芯片、用以连接、检测通用接口的接口电路；所述音频公头分别经所述音频口供电电路、所述音频解调电路与所述MCU控制芯片连接，所述音频公头依次经所述GND/MIC自适应电路、所述音频调制电路与所述MCU控制芯片连接，所述MCU控制芯片连接所述接口电路。

该用于多接口音频底座的内部电路实现了一个音频口转换成多个通用接口，可用于具有音频口的智能设备和具有通用接口的应用设备之间的双向通信。与音频口相连接的音频公头将智能设备的音频信息经音频解调电路送入MCU控制芯片处理后送入与应用设备相连的接口电路中的一路通用接口；而应用设备将数据经MCU控制芯片处理后，依次经音频调制电路、GND/MIC自适应电路、音频公头至智能设备。这样解决了现有音频口功能扩展单一问题，使得多接口音频底座能兼容更多不同接口的应用设备，完成多元化控制功能。其中，GND/MIC自适应电路解决了部分音频口GND端、MIC端互换问题，提高了多接口音频底座的兼容性；音频口供电电路的设置解决了音频底座不能持续高效工作的问题。

作为本实用新型的优选，所述GND/MIC自适应电路包括第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻、第一场效应管、第二场效应管；所述音频公头的MIC端和GND端分别连接所述第一二极管的阳极或第二二极管的阳极和第二二极管的阳极或第一二极管的阳极，所述第一场效应管的栅极经第一电阻连接所述第一二极管的阳极，所以第一二极管的阴极连接所述音频调制电路，所述第一场效应管的漏极连接所述第二二极管的阳极，所述第二二极管的阴极连接所述音频调制电路，所述第二场效应管的栅极经所述第二电阻连接所述第二二极管的阳极，所述第二二极管的阴极连接所述音频调制电路，所述第二场效应管的漏极连接所述第一二极管的阳极，所述第一二极管的阴极连接所述音频调制电路，所述第一场效应管和所述第二场效应管的源极均接地，所述第一场效应管的栅极和所述第二场效应管的栅极分别经所述第一电容和所述第二电容接地。

作为本实用新型的优选，所述音频调制电路包括波形转换电路、低通滤波电路，所述第二二极管的阴极依次连接所述波形转换电路、所述低通滤波电路、所述MCU控制芯片的IO端。

作为本实用新型的优选，所述音频解调电路包括第三电容、第三电阻、第四电阻、第五电阻，所述第三电阻的一端连接MCU控制芯片的电源端，所述第三电阻的另一端连接与地相连的所述第四电阻；所述音频公头的右声道端或左声道端依次连接所述音频解调电路的第三电容、所述第三电阻与所述第四电阻的中点、所述第五电阻、所述MCU控制芯片的IO端。

作为本实用新型的优选，所述音频口供电电路包括由电容、二极管组成的倍压整流电路以及稳压芯片；所述左声道端或右声道端连接所述音频口供电电路一端，依次经倍压整流电路、稳压芯片连接MCU控制芯片的电源端。

作为本实用新型的优选，所述接口电路包括SPI接口电路、USB接口电路、I2C接口电路、UART接口电路；所述USB接口电路包括第三场效应管、电感、电容、电阻；所述I2C接口电路与所述UART接口电路分别由两条电阻支路构成；所述UART接口电路由四条导线支路构成。

作为本实用新型的优选，所述内部电路还包括电源电路，所述电源电路包括具有第四场效应管的开关电路和电池；所述第四场效应管的栅极连接MCU控制芯片的IO端，所述第四场效应管的源极连接所述MCU控制芯片的电源端，所述第四场效应管连接所述电池。

本实用新型具有以下有益效果：本实用新型为一兼容性强、使用方便、稳定性好，且具有音频口多元化功能的多接口音频底座。

1、兼容性强：适用多种具有3.5mm音频口的智能设备，适用具有音频公头的GND和MIC互换的智能设备，并适用不同接口的应用设备。

2、使用方便：结构简单、即插即用、体积小方便携带。

3、稳定性好：音频底座不仅能通过智能设备取电为自身供电，而且还能为低功耗的应用设备供电。

4、音频口多元化功能：一个音频口转换成多个接口，即“一转多”，连接适用多个不同接口形式的应用设备，完成多种不同控制功能。

附图说明

图1为本实用新型多接口音频底座的结构示意图；

图2为本实用新型多接口音频底座的另一结构示意图；

图3为本实用新型多接口音频底座的内部电路结构框图；

图4为本实用新型多接口音频底座的工作原理框图；

图5为图3中GND/MIC自适应电路的电路图；

图6为图3中音频调制电路的电路图；

图7为图3中音频解调电路的电路图；

图8为图3中MCU控制芯片的电路图；

图9为图3中音频口供电电路的电路图；

图10为图3中接口电路的电路图；

图11为图3中电源电路的电路图。

图中，1-基座；2-音频公头；3-通用接口。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

本实用新型多接口音频底座包括具有电路板的基座1、音频公头2和多个通用接口3。其中，音频公头1适用于3.5mm音频口，其由四根线集成在同一个接线头构成，该四根线包括左声道端、右声道端、GND端（接地端）和MIC端（麦克风端）。基座一端连接音频公头，另一端连接通用接口，可实现“一转多”的音频口多元化功能。当音频公头插入智能设备的音频口内，而应用设备与相应的通用接口连接后，该音频底座使得智能设备与应用设备之间实现双向通信。所述通用接口为至少两个工业接口和/或商业接口，如UART、I2C、SPI、USB接口。

在考虑降低音频底座成本和减小音频底座体积的情况下，按如下方式将音频公头和多个通用接口布置在基座上。如图1，当所述通用接口为两个时，所述通用接口间隔排列成一排布置在基座边缘上，并与位于基座上的所述音频公头相对布置。如图2，当所述通用接口超过两个时，所述通用接口仅在相邻两条边缘的夹角处环绕布置，且音频公头位于基座上的另一边缘，不和所述通用接口布置在同一边缘处；或者所述通用接口在相邻两条边缘的夹角处环绕布置并在一条边缘上并列布置，且音频公头位于基座上的另一边缘，不和所述通用接口布置在同一边缘处。其中，将音频公头与通用接口不布置在基座的同一边缘上，使得两者有较大间隔，降低在使用时各自通信信号的相互干扰。

如图3-11，用于上述多接口音频底座的内部电路包括GND/MIC自适应电路、音频口供电电路、音频调制电路、音频解调电路、MCU控制芯片、接口电路，所述内部电路布置在电路板上。所述音频公头分别经所述音频口供电电路、所述音频解调电路与所述MCU控制芯片连接，所述音频公头依次经所述GND/MIC自适应电路、所述音频调制电路与所述MCU控制芯片连接，所述MCU控制芯片连接所述接口电路。

一般音频公头的左声道、右声道是可以互换的，对所有耳机插孔都是兼容的，而个别其他类型的音频公头中，GND端和MIC端可能会存在互相调换位置的情况，为此，设置GND/MIC自适应电路连接音频公头的GND端和MIC端，以提高该音频底座的兼容性。所述GND/MIC自适应电路包括第一二极管D2、第二二极管D3、第一电容C8、第二电容C9、第一电阻R11、第二电阻R12、第一场效应管M2、第二场效应管M3。因不确定音频公头MIC端和GND端是否互换，两者分两路分别接入所述第一二极管D2的阳极和所述第二二极管D3的阳极，或者分别接入第二二极管D3的阳极和所述第一二极管D2的阳极。所述第一场效应管M2的的栅极经所述第一电阻R11连接所述第一二极管D2的阳极，所述第一场效应管M2的漏极连接所述第二二极管D3的阳极，所述第二场效应管M3的栅极经所述第二电阻R12连接所述第二二极管D3的阳极，所述第二场效应管M3的漏极连接所述第一二极管D2的阳极，所以第一二极管D2的阴极输出确定的MIC端信号至所述音频调制电路，所述第二二极管D3的阴极输出确定的MIC端信号至所述音频调制电路，所述第一场效应管M2和所述第二场效应管M3的源极均接地，所述第一场效应管M2的栅极和所述第二场效应管M3的栅极分别经所述第一电容C8和所述第二电容C9接地。

MCU控制芯片作为智能设备与应用设备之间数据通信的中继，可处理来自智能设备和外接应用设备的数据，其中MCU控制芯片的接地端与音频公头的GND一同接地。所述MCU控制芯片可根据接口类型、数量、功耗选择，若有两个通用接口IC2和UART时，选择MCU控制芯片为MSP430G25531RHB32;若有四个通用接口IC2、UART、USB、SPI时，选择MCU控制芯片为STM32F103C8T6。音频调制电路包括波形转换电路、低通滤波电路，其一端与音频公头的MIC端连接，也就是与第二二极管D3的阴极连接，另一端与MCU控制芯片的IO端连接，MCU控制芯片发送带有编码的方波，经滤波、转换后将智能设备能识别的MIC波形，如正弦波送入智能设备，以实现音频底座向智能设备发送数据。音频解调电路包括第三电容C2、第三电阻R4、第四电阻R8、第五电阻R5，所述第三电阻R4的一端连接MCU控制芯片的电源端，所述第三电阻R4的另一端连接与地相连的所述第四电阻R8；所述音频公头的右声道端或左声道端依次连接所述音频解调电路的第三电容C2、所述第三电阻R4与所述第四电阻R8的中点、所述第五电阻R5、所述MCU控制芯片的IO端。智能设备的音频信号经音频解调电路处理，将正弦波编码转换成方波编码并送入MCU控制芯片进行电压比较处理，MCU控制芯片将来自智能设备的接收信号还原为数字信号发送给应用设备。

所述音频口供电电路包括由电容、二极管组成的倍压整流电路、稳压芯片。音频公头的左声道端或右声道端连接所述音频口供电电路一端，直接通过音频口从智能设备上取电，获取的电压经电容、二极管倍压整流后，再经稳压芯片稳压后输出给MCU控制芯片的电源端，这样利用该供电电路取代电池供电或外接电源供电，可实现音频底座方便高效的持续带电工作。上述音频公头的左声道和右声道具体哪个连接所述音频口供电电路和所述音频解调电路，可任意选择，因一般音频口左右声道是可换的。

所述接口电路包括SPI接口电路、USB接口电路、I2C接口电路、UART接口电路。所述接口电路包括所述USB接口电路包括第三场效应管M24、电感、电容、电阻；所述I2C接口电路与所述UART接口电路分别由两条电阻支路构成，I2C接口电路的两条电阻支路为R19、R21，UART接口电路的两条电阻支路为R20、R22；所述UART接口电路（SPI）由四条导线支路构成，直接接到所述MCU控制芯片的IO端。上述接口电路结构简单，电路分布占用基座空间少，降低成本，减小音频基座体积，同时快速有效将接口连接与否的信号送入MCU控制芯片。

所述接口电路还包括接口检测电路，所述接口检测电路为拨码形式，拨码开关S1根据接口电路数量，直接由导线直接与所述MCU控制芯片的IO端相连。当外接应用设备且仅接收来自智能设备数据时，手动拨动拨码开关S1,连接上的通用接口输出低电平给所述MCU控制芯片，而未连接上的通用接口输出高电平给MCU控制芯片，所述MCU控制芯片收到信号选通MCU控制芯片与接口电路连接的引脚，则MCU控制芯片允许连上的通用接口将智能设备的数据传送给应用设备。当外接应用设备且同时接收来自智能设备数据并发送数据给智能设备时，该拨码形式的检测电路不需要使用。

所述内部电路还包括电源电路，所述电源电路包括具有第四场效应管M4的开关电路和电池；所述第四场效应管M4的栅极连接MCU控制芯片的IO端，所述第四场效应管M4的源极连接所述MCU控制芯片的电源端，所述第四场效应管M4连接所述电池。MCU控制芯片输出控制信号，经开关电路开启或关断电池，以决定是否为外接应用设备供电。选择电池作为电源，可减小音频底座成本和大小，但其提供的电压较低，仅供支持低功耗的应用设备。考虑其他功耗较高的应用设备可选择充电电源替代电池。

该实用新型多接口音频底座实际应用时，将其音频公头插入智能设备的音频口，应用设备选取UART、I2C、SPI、USB接口中的一种与音频底座连接。智能设备的应用软件生成数据声音文件，如正弦波，通过音频口将数据发送给所述音频底座的音频解调电路，所述音频解调电路将数据转成方波形式的编码再发送给MCU控制芯片，同时MCU控制芯片通过连接的接口检测电路检测电平信号，检测判断应用设备连接到哪个通用接口（UART、I2C、SPI、USB接口中的一种），然后由判断后的通用接口将数据发送给应用设备。而应用设备通过某一通用接口（UART、I2C、SPI、USB接口中的一种）向MCU控制芯片发送数据，通过曼侧斯特编码形式编码成一定频率的方波，依次通过音频调制电路的低通滤波电路和波形转换电路，将方波转换为正弦波电路，生成正弦波形式的声音通过音频公头的MIC传给智能设备的应用软件处理。根据实际需要，例如公交卡刷卡、手机银行、室温控制等，在智能设备中开发特定功能的应用软件和与之配套的应用设备，而该多接口音频底座作为一个多功能化的连接端子将智能设备与具有多种接口的应用设备连接，实现全双工通信。

实施例一

公交卡查询

智能手机上安装有公交卡刷卡消费或查询余额的app应用软件，应用设备包括具有射频芯片的读卡器或射频卡。音频底座的音频公头连接智能手机的音频口，射频芯片可连接音频底座的UART或SPI接口，使用者将IC卡放在读卡器上，射频芯片将数据经MCU控制芯片、音频调制电路送入app应用软件内，使用者直接从智能手机上读取IC卡内的金额；当刷卡消费时。可在app应用软件上输入消费金额，将数据经音频解调电路、MCU控制芯片送入读卡器或射频卡。

实施例二

手机银行

智能手机上安装有手机网银的app应用软件，应用设备包括具有信息安全处理模块的U盾。音频底座的音频公头连接智能手机的音频口，使用者将U盾插入音频底座的USB接口。智能手机发起网银交易，通过音频口将交易信息音频信号经音频解调电路、MCU控制芯片输出数字信号至USB通用接口，并传送给U盾，U盾根据交易数据信息，做出相应操作，返回的认证数据依次经USB通用接口、MCU控制芯片、音频调制电路送入app应用软件，完成交易操作。

实施例三

室温控制

智能手机上安装有室内温湿度检测和调节空调的app应用软件，应用设备包括红外遥控器、温湿度检测装置。音频底座的音频公头连接智能手机的音频口，红外遥控器连接音频底座的UART接口，温湿度检测装置连接音频底座的I2C接口，先检测室内温湿度，采集的信号经模数转换后输入数字信号给MCU控制芯片，经音频编码电路送入智能手机的app应用软件内，使用者根据需要，直接通过app应用软件发出控制红外遥控器的信号，依次通过音频解码电路、MCU控制芯片，再发送数字信号给红外遥控器调节空调出风温度、大小。

本实用新型多接口音频底座不限于上述实施例，可根据需要对特定控制系统利用单个通用接口或多个通用接口；当使用多个接口工作时，仅限于相互配合的两个或多个应用设备。

上面所述的实施例仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定。在不脱离本实用新型设计构思的前提下，本领域普通人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (10)

1.一种多接口音频底座，其特征在于，包括具有电路板的基座（1）、音频公头（2）和多个通用接口（3）；所述音频公头（2）经所述基座（1）分别与多个所述通用接口（3）连接，以使与音频公头（2）相连的音频口转换成多个通用接口（3）。

2.根据权利要求1所述的多接口音频底座，其特征在于，所述通用接口（3）包括工业接口和/或商业接口。

3.根据权利要求2所述的多接口音频底座，其特征在于，所述通用接口（3）为两个时，所述通用接口（3）间隔排列成一排布置在基座（1）边缘上，并与位于基座（1）上的所述音频公头（2）相对布置；所述通用接口（3）超过两个时，所述通用接口（3）在相邻两条边缘的夹角处环绕布置，且音频公头（2）位于基座（1）上的另一边缘，或者所述通用接口（3）在相邻两条边缘的夹角处环绕布置并在一条边缘上并列布置，且音频公头（2）位于基座（1）上的另一边缘。

4.一种用于多接口音频底座的内部电路，其特征在于，包括构成音频公头的左声道端、右声道端、GND端和MIC端、GND/MIC自适应电路、音频口供电电路、音频解调电路、音频调制电路、MCU控制芯片、用以连接、检测通用接口的接口电路；所述音频公头分别经所述音频口供电电路、所述音频解调电路与所述MCU控制芯片连接，所述音频公头依次经所述GND/MIC自适应电路、所述音频调制电路与所述MCU控制芯片连接，所述MCU控制芯片连接所述接口电路。

5.根据权利要求4所述的用于多接口音频底座的内部电路，其特征在于，所述GND/MIC自适应电路包括第一二极管D2、第二二极管D3、第一电容C8、第二电容C9、第一电阻R11、第二电阻R12、第一场效应管M2、第二场效应管M3；所述音频公头的MIC端和GND端分别连接所述第一二极管D2的阳极或第二二极管D3的阳极和第二二极管D3的阳极或第一二极管D2的阳极，所述第一场效应管M2的栅极经第一电阻连接所述第一二极管D2的阳极，所以第一二极管D2的阴极连接所述音频调制电路，所述第一场效应管M2的漏极连接所述第二二极管D3的阳极，所述第二二极管D3的阴极连接所述音频调制电路，所述第二场效应管M3的栅极经所述第二电阻连接所述第二二极管D3的阳极，所述第二二极管D3的阴极连接所述音频调制电路，所述第二场效应管M3的漏极连接所述第一二极管D2的阳极，所述第一二极管D2的阴极连接所述音频调制电路，所述第一场效应管M2和所述第二场效应管M3的源极均接地，所述第一场效应管M2的栅极和所述第二场效应管M3的栅极分别经所述第一电容C8和所述第二电容C9接地。

6.根据权利要求5所述的用于多接口音频底座的内部电路，其特征在于，所述音频调制电路包括波形转换电路、低通滤波电路，所述第二二极管D3的阴极依次连接所述波形转换电路、所述低通滤波电路、所述MCU控制芯片的IO端。

7.根据权利要求6所述的用于多接口音频底座的内部电路，其特征在于，所述音频解调电路包括第三电容C2、第三电阻R4、第四电阻R8、第五电阻R5，所述第三电阻R4的一端连接MCU控制芯片的电源端，所述第三电阻R4的另一端连接与地相连的所述第四电阻R8；所述音频公头的右声道端或左声道端依次连接所述音频解调电路的第三电容C2、所述第三电阻R4与所述第四电阻R8的中点、所述第五电阻R5、所述MCU控制芯片的IO端。

8.根据权利要求4所述的用于多接口音频底座的内部电路，其特征在于，所述音频口供电电路包括由电容、二极管组成的倍压整流电路以及稳压芯片；所述左声道端或右声道端连接所述音频口供电电路一端，依次经倍压整流电路、稳压芯片连接MCU控制芯片的电源端。

9.根据权利要求5所述的用于多接口音频底座的内部电路，其特征在于，所述接口电路包括SPI接口电路、USB接口电路、I2C接口电路、UART接口电路；所述USB接口电路包括第三场效应管M24、电感、电容、电阻；所述I2C接口电路与所述UART接口电路分别由两条电阻支路构成；所述UART接口电路由四条导线支路构成。

10.根据权利要求5所述的用于多接口音频底座的内部电路，其特征在于，所述内部电路还包括电源电路，所述电源电路包括具有第四场效应管M4的开关电路和电池；所述第四场效应管的栅极连接MCU控制芯片的IO端，所述第四场效应管的源极连接所述MCU控制芯片的电源端，所述第四场效应管连接所述电池。