CN204559840U - 一种带数据控制板的耳机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种带数据控制板的耳机，包括：音频接口、数据控制板、左耳塞和右耳塞；其中，所述音频接口分别与所述数据控制板、左耳塞和右耳塞连接，所述数据控制板用于将所需传输的数据转换成按键特征信息上传主机和/或接收主机下传数据。本实用新型利用耳机现有的三键控制功能，不需改变电子设备(比如手机，平板电脑等)的任何硬件，且不影响传统的耳机通话接听功能，只需在增加若干开关和协议转换模块来传输数据，方便使用，成本低廉，大大增加了耳机功能性和灵活性。

Description

一种带数据控制板的耳机

技术领域

本发明涉及通讯技术领域，特别涉及一种带数据控制板的耳机。

背景技术

耳机是人的随身音响，手机耳机可分为两种标准：OMTP标准通常被叫做国标，CTIA通常被叫做国际标准。

耳机根据其换能方式分类可分为：动圈方式、动铁方式、静电式和等磁式。从结构上功能方式分类可分为：半开放式和封闭式。从佩戴形式上分类可分为：耳塞式、挂耳式、入耳式和头戴式。从佩戴人数上分类可分为：单人耳机和多人耳机。从音源上分类可分为：有源耳机和无源耳机(插卡耳机)。

耳机(或带麦克风的耳机)在现代电子系统(手机，平板电脑等等)中是不可少的外围音频设备。耳机给我们生活带来了极大的方便和用处，使用起来简洁时尚。但是迄今为止，线控耳机上的麦克风控制板上的只有一个或三个控制键，一般按键动作信息是通过音频线控器将按键(键C，键+，键-)的按下动作转换成某类(比如正或负脉冲等)的一个或多个子特征信号(比如持续时间长短等)从MIC线上(对应为按键特征信号线C(n)，线+(n)，线-(n),n代表某类的第n个子特征信号)发给主机，而且这些特征信号，不同厂家比如苹果，三星，黑莓，诺基亚等等都不同，比如不同脉冲宽度，不同的脉冲频率，不同的模拟电平值或脉冲等等，此处不去一一描述，而实现的电路可以简单(电阻+电容)或复杂的有源电路,或加滤波器限制带宽等，我们统一归入音频线控器中，但是所它们所实现的功能类似，总之在不影响或少影响麦克风信号的条件下，实现按键动作的上传至主机，用来通话接听和音量调节等控制，我们这里把这种信息叫做耳机按键动作信息或一阶数据。尽管可以增加按键的个数(>3个，比如诺基亚，黑莓等公司的某些型号的耳机)，但是增加按键数量不能无限制的增加。经过多年的演变，现在耳机的控制板的按键数最后稳定在3个，并成为广泛被接受的方式。但是这种演变所造成的后果是，这成为了耳机功能比较单一的主要原因之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带数据控制板的耳机，以解决现有耳机功能较为单一的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种带数据控制板的耳机，包括：音频接口、数据控制板、左耳塞和右耳塞；其中，所述音频接口分别与所述数据控制板、左耳塞和右耳塞连接，所述数据控制板用于将所需传输的数据转换成按键特征信息上传主机和/或接收主机下传数据。

进一步的，在所述的带数据控制板的耳机中，所述音频接口包括无线蓝牙模块，与所述主机连接。

进一步的，在所述的带数据控制板的耳机中，所述音频接口包括有线音频接口，所述有线音频接口包括MIC线、GND线、HPL线和HPR线；所述MIC线与所述数据控制板连接；所述HPL线与左耳塞连接；所述HPR线与右耳塞连接。

进一步的，在所述的带数据控制板的耳机中，所述数据控制板包括音频线控器、协议转换模块、第一开关、第二开关及第三开关；所述音频线控器具有三根输入信号线VOL-、VOL+及CALL；所述第一开关、第二开关及第三开关从协议转换模块获取控制信号，并分别将信号线VOL-、VOL+及CALL连接至GND线，并由音频线控器驱动MIC线上传主机。

进一步的，在所述的带数据控制板的耳机中，所述MIC线、HPL线及HPR线中的至少一根线连接至协议转换模块，用于主机的下行数据传输。

进一步的，在所述的带数据控制板的耳机中，所述协议转换模块至少有一个数据输入连接至任一按键，其中，所述协议转换模块的数据输入INT-连接至按键-；所述协议转换模块的数据输入INT+连接至按键+；所述协议转换模块的数据输入INTc连接至按键C。

进一步的，在所述的带数据控制板的耳机中，所述数据控制板还包括第四开关、第五开关及第六开关；所述第四开关、第五开关及第六开关从所述协议转换模块获取控制信号，并分别将所述信号线VOL-、VOL+及CALL连接至按键-、按键+及按键C。

进一步的，在所述的带数据控制板的耳机中，所述数据控制板还包括第七开关和麦克风；所述第七开关从所述协议转换模块获取控制信号，将麦克风连接至MIC线，用于控制麦克风的开启和关闭。

进一步的，在所述的带数据控制板的耳机中，所述协议转换模块包括：

所述数据处理模块，用于与之相连的模块之间接收数据和发送数据，并运算数据，产生数据，融合数据，判断数据和转换数据格式；

状态探测模块，用于接入数据输入信号，判断各个输入信号的波形特征并编码缓存，并将数据输入一数据处理模块；

所述二阶协议模块，用于将需上传的数据编码后，产生相应的开关控制信号，实现二阶数据的上传；

一数据收发模块，用于收发一功能模块的数据并将数据传输至所述数据处理模块。

进一步的，在所述的带数据控制板的耳机中，所述功能模块用于实现各种预设的功能，实现与数据控制板的双向的数据交换。

本发明提供的一种带数据控制板的耳机，具有以下有益效果：本发明利用耳机现有的三键控制功能，不需改变电子设备(比如手机，平板电脑等)的任何硬件，且不影响传统的耳机通话接听功能，只需在增加若干开关和协议转换模块来传输数据，方便使用，成本低廉，大大增加了耳机功能性和灵活性。

附图说明

图1是本发明实施例的带数据控制板的耳机的结构示意图；

图2是本发明实施例的带数据控制板的耳机的协议转换模块的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种带数据控制板的耳机作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图1，本发明提供一种带数据控制板的耳机，包括：音频接口100、数据控制板200、左耳塞300和右耳塞400；其中，所述音频接口100分别与所述数据控制板200、左耳塞300和右耳塞400连接，所述数据控制板200用于将所需传输的数据转换成按键特征信息上传主机500和/或接收主机500传数据。所述音频接口100可以为无线蓝牙模块与主机500无线连接，或者为传统模拟音频插头或者其它数字接口，如USB等与主机500进行有线连接。进一步的，所述音频接口100为有线音频接口110，所述有线音频接口110包括MIC线、GND线、HPL线和HPR线；所述MIC线与所述数据控制板200连接；所述HPL线与左耳塞300连接；所述HPR线与右耳塞400连接。

进一步来说，所述数据控制板200包括音频线控器210、协议转换模块220、第一开关SW0、第二开关SW1及第三开关SW2；所述音频线控器210具有三根输入信号线VOL-、VOL+及CALL；所述第一开关SW0、第二开关SW1及第三开关SW2从协议转换模块220获取控制信号，并分别将信号线VOL-、VOL+及CALL连接至GND线，并由音频线控器210驱动MIC线上传主机500。所述MIC线、HPL线及HPR线中的至少一根线连接至协议转换模块220，用于主机500的下行数据传输、编码和缓存。在另一优选的实施例中，所述数据控制板200还包括第四开关SW3、第五开关SW4及第六开关SW5；所述第四开关SW3、第五开关SW4及第六开关SW5从所述协议转换模块220获取控制信号，并分别将所述信号线VOL-、VOL+及CALL连接至按键-、按键+及按键C；或者所述按键-连接至协议转换模块220的数据输入INT-；按键+连接至协议转换模块220的数据输入INT+；按键C连接至协议转换模块220的数据输入INTc，这样可以将按键动作与音频线控器隔离，方便实现二阶数据传输时的不受按键动作干扰，同时也可以将按键动作与其它数据融合后转换成二阶数据上传或简单转换成一阶数据上传来代替第四开关、第五开关和第六开关。在又一优选的实施例中，所述数据控制板200还包括第七开关SW6和麦克风230；所述第七开关SW6从所述协议转换模块220获取控制信号，将麦克风230连接至MIC线，麦克风230将声音信号转换成电信号，通过MIC线传至主机500，或关闭麦克风以达到省电或其它目的。

如图2所示，所述协议转换模块包括：状态探测模块、数据处理模块、二阶协议模块、数据收发模块及功能模块；其中，

所述状态探测模块，用于接入数据输入INT-、INT+，INTc，INT及DET的信号，判断各个输入信号的波形特征并编码缓存，并将数据输入一数据处理模块；此处的输入信号可以为高低电平的形式或多电平的形式，其来源可以来自按键的动作即假设输入接口被弱上拉为高电平，则按键动作将此接口以低阻抗接地，数据以数字形式输入进入状态探测模块内部电路，来源也可以来自MIC线，即主机驱动MIC线以某种特征信息比如多电平的编码形式所下传信息，由于MIC线上可能有上传的模拟信号或某种按键的特征信息，则状态探测模块内部必须有模数转换器(ADC)来区分下传的多电平并进行编码，来源还可以从左右声道的音频线HPL/HPR,即主机将所需下传的数字信息与要送往耳塞的音频信号混合后一起下传或者单独下传，下传的数字信息根据电平的种类多少和电平大小范围状态探测模块可采用数字输入电路或者采用模数转换器〃(ADC)来采集信息。

所述数据处理模块，用于将接收到的数据进行运算数据，产生数据，融合数据，判断数据，转换数据格式后，将处理结果输入一二阶协议模块，经转换后产生相应的开关控制信号；所述数据处理模块可以是通用的算数逻辑单元(比如CPU)或者全定制的电路(比如ASIC电路)，接收到数据后可以根据预先设置软件程序或硬件ASIC需要对数据进行各种运算，比如加减乘除，各种滤波，快速傅里叶正变换/反变换等；数据处理模块内部也可以有自运行程序根据预设的条件运行后而产生数据，比如计时器等。数据处理模块内部也可以对于接收到的多组数据进行融合，比如将各种动作(加速度计，陀螺仪，磁力计等)数据信息进行融合后以节省带宽改善精度等来提高传感器系统的智能化，算法有很多此处不详细叙述。数据处理模块也可以对于收到或处理产生的数据进行简单的判断，或者将数据的格式进行任意的转换。此处不一一列举。

所述二阶协议模块，用于将需上传数据基于二阶数据编码协议，产生相应的开关控制信号，实现二阶数据从MIC线上传；由于传统的物理按键是由用户的手来操作的，我们将传统按键的单一或简单的按键信息定义为一阶数据(即传统线控按键信息)，很显然，此种方式输入的速度大大受限制。我们的二阶数据是由我们的所述二阶协议模块根据规定的二阶数据编码协议将数据处理模块传过来的数据转换和或融合而来的，其输出用来控制接至线控器的第一开关第二开关和第三开关的接地或断开，并由线控器在MIC线上产生相应的特征信息上传至主机。根据不同的线控器的要求，三个开关可以被控制以其它形式连接，不管何种形式，其目的是让线控器正确的产生MIC线上的按键特征信息。由于数据只是从MIC线以按键特征信息上传的，二阶协议模块在进行编码后必须适当产生开关控制信号将并行数据转成MIC线上的串行数据，具体编码协议下面详细解释。

基于耳机多控制键特征信息的二阶数据编解码协议，规定为，根据线控耳机的N个按键在MIC线上产生的N类按键特征信息，以N类特征信息代表不同的逻辑状态组成最多可以组成N进制的数据格式，进一步组成组合编码实现二阶数据。如果每一类按键有j个子特征信号的话，则最多可组成N*j进制的数据在MIC线上传输。

具体以三控制键为例：

三控制键有三种线上特征信息，即特征信息线C，线+和线-，最多实现三进制的数据格式，分别为三进制的逻辑2，1，0状态。

也可以实现简单二进制的数据格式，比如按键特征信息线+和线-分别为二进制的逻辑1和0状态。或者以某个按键的特征信息的两个子信息比如键按下的时间长或短来定义二进制的逻辑1或0，或者以按键特征信息组合线+/线-表示逻辑1，线-/线+表示逻辑0，实现差分形式的二进制数据以兼容传统按键动作的相应信息在MIC线上的传输。或者以按键特征信息线+和线-及其子特征信息(长/短)组成四进制编码：长线+＝3，长线-＝2，短线+＝1，短线-＝0。以此类推，可以方便实现八进制，十六进制，三十二进制编码。

其在线上的数据可以是不同进制的单比特或连续多比特数据形式任意组合，或以某个按键特征信息比如线C为隔离符号来隔离由其它按键特征信息所组成的多组任意长度的数据的传输，或以按键特征信息的间隔时间来实现多组任意长度的数据传输，即组成二阶数据的按键特征信息的时间间隔小于T0，两组数据的线上特征信息时间间隔必须大于T0，其它任何线上特征信息为一阶数据，以此可以兼容传统线控按键协议和二阶数据编码协议在MIC线上的传输。

所述数据收发模块，用于与之相连的模块之间接收数据和发送数据。所采用的数据传输协议这里不去限制，可以是常用的I2C/SPI多线协议，也可以是各种单线协议比如SW协议或OW协议。此处也不一一介绍。再将收到数据给予所述数据处理模块使用及将所述数据处理模块的数据发出给相连的模块。

所述功能模块，所述功能模块是在数据控制板以外的外挂的一个或多个功能模块，用于实现各种预设的功能，并可与数据控制板的数据收发模块双向数据交换。其可以是无线功能模块比如蓝牙(耳机或者数据模块均可)，Zigbee，FM收音机等，也可以是有线模块功能模块比如各种传感器等。功能模块因此进过数据控制板与主机交换数据。

所述音频接口可以是蓝牙模块与主机通讯，同时以有线方式通过音频线与耳机相连，由于音频线(MIC线，HPL/HPR线)连入，蓝牙模块必须传输双向音频信号(等于蓝牙耳机模块只是外接麦克风和左右耳塞)。但是不要混淆了连接数据控制板的所述功能模块的蓝牙模块(耳机或数据)。

在本实施例中，所述带数据控制板的耳机可以分为三种工作模式，传统线控模式，数据传输模式，混合传输模式，(但不限于这三种模式)：

启动数据控制板的协议转换模块，所述协议转换模块发出相应控制信号，断开第一开关、第二开关和第三开关，闭合第四开关、第五开关和第六开关，同时闭合第七开关打开麦克风，此时，所述耳机处于传统线控模式，此时的耳机操作(用按键)和使用跟传统线控耳机完全一样，方便了用户的使用习惯；此为传统线控模式。

启动数据控制板的协议转换模块，所述协议转换模块发出相应控制信号，控制第一开关、第二开关和第三开关，断开第四开关、第五开关和第六开关，同时断开第七开关断开麦克风，此时，所述耳机处于数据传输模式，在此模式下，所有的信息，比如按键动作信息，附加功能模块产生的数据信息等，经过协议转换模块后，产生控制第一开关、第二开关和第三开关的控制信号，由线控器驱动MIC线产生特征信号而上传至主机。尽管按键的直通开关断开了，但是传统的按键动作信息比如接听键/音量增键/减键或其它任何按键动作组合，仍然可以接至协议转换模块的数据输入后，并将这些动作信息转换成二阶数据信息上传或者按照原有的一阶数据协议转换后上传。此为数据传输模式。由于麦克风被断开，此模式为纯数据模式。

启动数据控制板的协议转换模块，所述协议转换模块发出相应控制信号，控制第一开关、第二开关和第三开关，闭合第四开关、第五开关和第六开关，同时闭合第七开关打开麦克风，此时，所述耳机处于混合传输模式，在此模式下，由于按键的外接直通开关闭合，必须避免按键动作和二阶数据的传输的同时进行。

但是纯数据模式下，也可以控制切换至另一种混合传输模式，即控制闭合第七开关，打开麦克风。此时由于按键只接入协议转换模块，跟直通方式(即第四第五第六开关闭合时)，这时按键动作可以规定从协议转换模块中以软性方式经过第一开关第二开关和第三开关间接上传主机。同样的，这些物理按键动作信息，可以以二阶数据协议也可以以传统的线控协议上传。控制麦克风的开启断开，可以用手动开启比如用按键动作来开启，也可以用主机下传信息来开启，也可以用有条件开启比如根据某种阈值事件有协议转换模块来控制开启。但是最简单的使用时与传统耳机中的麦克风一样，将麦克风置于长开启状态。

协议转换模块通过控制第一开关，第二开关，第三开关的开关实现二阶数据的上传，尽管是以线控器产生的按键特征信息上传的，上传数据的速度没有限制，只要相应的音频线控器可产生MIC线上的主机可分辨的按键特征信息即可。比如可以发送MIC线上持续时间短间隔时间短的按键特征信息实现传输二阶数据，这里不一一列举。当然对于不同的速度的按键特征信息传输，主机端必须具有接收MIC线上按键特征信息的硬件或软件。主机上都配有识别传统线控协议的按键信息(一阶数据)的软硬件(各个厂家可能不同)，但是对于开关速度加快，特征信息的宽度和间隔都使得主机的软硬件都无法识别而导致无法读取数据时，主机必须要有新的软硬件来读取数据。

耳机的带数据模式的使用可以多种多样。用户通过操作键C，键+，键-，以单键或多键组合，通知所述协议转换模块并以MIC线上的约定的按键特征信息组合通知主机，实现耳机的模式启动或切换或附加功能控制。可以利用传统线控的按键中的未用或极少用的按键组合，比如长时间按下键+或键-，来通知协议转换模块启动数据传输，同时通过MIC线上传主机，主机接收到长键+或长键-或其它组合的按键后、后启动主机的数据接收应用程序。而当需要停止数据传输时，可以再次长时间按下键+或键-来通知两端停止数据模式，或可设置协议转换模块自动停止数据传输后恢复至原状态。协议转换模块启动后，可以执行预设程序比如判断某种按键动作组合，控制关闭/打开麦克风或关闭/打开某个功能模块，或者将某种按键动作组合信息与某个功能模块的输出信息融合后上传主机使用。

耳机通过阈值事件产生的中断信号来，通知所述协议转换模块并以MIC线上的约定的按键特征信息组合通知主机，实现耳机的模式启动或切换或终止或数据的处理和交换。阈值可由功能模块引起而产生，当功能模块探测到某个状态时即发出信号给协议转换模块的中断输入，协议转换模块启动与附加功能模块交换数据。阈值也可由按键引起而产生，即当某种按键组合按下后，所述协议转换模块识别并产生阈值。阈值也可由协议转换模块的内部的预设程序的执行而产生，比如时钟等。当阈值事件发生时，可以在线上的产生相应按键特征信息通知主机启动相应程序。当数据交换完毕后，如无预设的进一步操作，各模块可以自动恢复至原状态。阈值事件产生的中断信号也可用来产生控制数据板上的其它模块和开关的控制信号，比如控制麦克风的第七开关。

耳机的协议转换模块可以定时或不定时启动，并以MIC线上的约定的按键特征信息组合通知主机，实现耳机的模式启动或切换或终止或附加功能控制。协议转换模块在休眠时，可以被中断信号唤醒，读取附加功能模块的数据，并加以判断，当阈值事件发生时，可以在线上按键特征信息通知主机。数据交换完毕后，如无预设的进一步操作，各模块可以自动恢复至休眠状态。

主机可主动启动相应的数据接收应用软件，用户通过主机的屏幕操作来主动启动应的数据接收应用界面，同时在MIC或HPL或HPR线上产生特征频率或特征幅度或特征宽度的信号，协议转换模块通过状态探测模块的DET可探测并接收并按协议解码主机的下传数据，实现耳机的模式启动或切换或终止或附加功能控制。

耳机的数据控制板启动数据上传模式后，可以向上传单次或多组数据，也可定时或按任何规定的时间上传数据，即每次按规定完成数据传输后，耳机可自动进入传统线控模式。直至下一次数据上传请求。

对于主机主动下传的数据，耳机在收到后，可上传确认信号收到或简单默认收到。对于耳机主动上传数据，主机收到后，可以下发确认信号或简单默认收到。

此处实施例采用数据控制板上三个按键的且带有麦克风的结构是为了兼容传统的线控耳机的按键使用。数据控制板上的按键可以是独立使用的且区别于线控耳机的按键，按键的个数可以不同。数据控制板上也可以完全没有按键。

此外，数据控制板不带麦克风时，此数据控制板即为纯数据控制板。

此外，数据控制板可以与另一个数据控制板并联连接至音频线上，结合一起使用。

此外，数据控制板可以或另一个传统线控板并联连接至音频线上，结合一起使用。

所描述的数据控制板的开关，协议转换模块，甚至线控器功能可以等效的以其它电路或芯片实现，比如MCU等。此处不做进一步描述。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (8)

1.一种带数据控制板的耳机，其特征在于，包括：音频接口、数据控制板、左耳塞和右耳塞；其中，所述音频接口分别与所述数据控制板、左耳塞和右耳塞连接；

所述音频接口包括有线音频接口，所述有线音频接口包括MIC线、GND线、HPL线和HPR线；所述MIC线与所述数据控制板连接；所述HPL线与左耳塞连接；所述HPR线与右耳塞连接；

所述数据控制板包括音频线控器、协议转换模块、第一开关、第二开关及第三开关；所述音频线控器具有三根输入信号线VOL-、VOL+及CALL；所述第一开关、第二开关及第三开关从协议转换模块获取控制信号，并分别将信号线VOL-、VOL+及CALL连接至GND线，并由音频线控器驱动MIC线上传主机。

2.如权利要求1所述的带数据控制板的耳机，其特征在于，所述音频接口包括无线蓝牙模块，与主机连接。

3.如权利要求1所述的带数据控制板的耳机，其特征在于，所述MIC线、HPL线及HPR线中的至少一根线连接至协议转换模块。

4.如权利要求1所述的带数据控制板的耳机，其特征在于，所述协议转换模块至少有一个数据输入连接至任一按键，其中，所述协议转换模块的数据输入INT-连接至按键-；所述协议转换模块的数据输入INT+连接至按键+；所述协议转换模块的数据输入INTc连接至按键C。

5.如权利要求1所述的带数据控制板的耳机，其特征在于，所述数据控制板还包括第四开关、第五开关及第六开关；所述第四开关、第五开关及第六开关从所述协议转换模块获取控制信号，并分别将所述信号线VOL-、VOL+及CALL连接至按键-、按键+及按键C。

6.如权利要求1所述的带数据控制板的耳机，其特征在于，所述数据控制板还包括第七开关和麦克风；所述第七开关从所述协议转换模块获取控制信号，将麦克风连接至MIC线。

7.如权利要求1所述的带数据控制板的耳机，其特征在于，所述协议转换模块包括：

数据处理模块，用于与之相连的模块之间接收数据和发送数据，并处理数据，产生数据，融合数据，判断数据和转换数据格式；

状态探测模块，用于接入数据输入信号，判断各个输入信号的波形特征并编码缓存，并将数据输入一数据处理模块；

二阶协议模块，用于将需上传的数据编码后，产生相应的开关控制信号，实现二阶数据的上传；

一数据收发模块，用于收发一功能模块的数据并将数据传输至所述数据处理模块。

8.如权利要求7所述的带数据控制板的耳机，其特征在于，所述功能模块用于实现各种预设的功能，实现与数据控制板的双向的数据交换。