CN210075523U - 一种唤醒装置及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种唤醒装置，包括：第一传感器，用于获取目标声音信号并转换为第一电压；第二传感器，用于获取环境声音信号并转换为第二电压；比较电路，用于获取所述第一电压和所述第二电压的电压差，并判断所述目标声音信号是否为唤醒信号；后端电路，用于在所述目标声音信号是唤醒信号时，所述后端电路被触发开启。通过该唤醒装置不易产生误触发，提高了系统的鲁棒性。而且，还公开了包括所述唤醒装置的电子设备。
Description
技术领域
本申请涉及声音信号处理技术领域，具体来说，涉及一种唤醒装置及电子设备。
背景技术
极低功耗、长期在线的语音监听和唤醒方案，在消费电子、物联网、安全防护、国防军工领域都有广泛的应用场景。以tws(True Wireless Stereo的缩写，即真正无线立体声)蓝牙耳机为例，绝大部分都采用敲击、触摸的方式唤醒传感器及其后端电路。当采用语音的方式唤醒传感器及后端电路时，语音助手需长期在线监听是否存在唤醒信号，从而导致功耗增大，显著降低了tws耳机的续航能力。而且，嘈杂环境容易反复触发传感器，也导致了功耗增大。
针对相关技术中功耗大的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
实用新型内容
针对相关技术中的问题，本申请提出一种唤醒装置及电子设备，能够提高系统的鲁棒性，使该系统不易受到环境干扰而产生误触发，进而减小功耗。
本申请的技术方案是这样实现的：
根据本申请的一个方面，提供了一种唤醒装置，包括：
第一传感器，用于获取目标声音信号并转换为第一电压；
第二传感器，用于获取环境声音信号并转换为第二电压；
比较电路，用于获取所述第一电压和所述第二电压的电压差，并判断所述目标声音信号是否为唤醒信号；
后端电路，用于在所述目标声音信号是唤醒信号时，所述后端电路被触发开启。
其中，所述第一传感器和所述第二传感器包括MEMS(微机电系统)换能器。
其中，所述第一传感器和所述第二传感器包括压电换能器。
其中，所述第一传感器和所述第二传感器包括压电MEMS换能器。
其中，当所述第一电压和所述第二电压的电压差大于特定阈值时，所述比较电路判断所述目标声音信号是唤醒信号。
其中，所述第一电压大于所述第二电压。
其中，当所述目标声音信号不是唤醒信号时，所述唤醒装置保持监听模式，控制开关模块以使所述比较电路持续获取所述第一电压和所述第二电压的电压差，并且关闭所述后端电路；
当所述目标声音信号是唤醒信号时，所述唤醒装置从监听模式转换为唤醒模式，所述唤醒信号通过所述开关模块开启所述后端电路，并且所述比较电路停止获取所述第一电压和所述第二电压的电压差。
其中，所述唤醒装置还包括第一放大器和第二放大器，其中，所述第一传感器的第一电压经所述第一放大器放大后输入至所述比较电路，所述第二传感器的第二电压经所述第二放大器放大后输入至所述比较电路。
其中，所述唤醒装置还包括第一阻抗匹配电路和第二阻抗匹配电路，其中，所述第一阻抗匹配电路连接于所述第一传感器和所述第一放大器之间，所述第二阻抗匹配电路连接于所述第二传感器和所述第二放大器之间。
其中，所述第一阻抗匹配电路和所述第二阻抗匹配电路包括结型场效应晶体管。
其中，当所述目标声音信号不是唤醒信号时，所述开关模块分别与所述第一阻抗匹配电路和所述第二阻抗匹配电路电连接，并且所述第一阻抗匹配电路和所述第二阻抗匹配电路导通。
其中，所述后端电路包括模数转换电路，所述模数转换电路获取所述第一传感器的电压并转换为第一数字电压信号。
其中，所述后端电路还包括第三放大器，其中，所述第三放大器连接于所述第一传感器和所述模数转换电路之间。
其中，所述后端电路还包括第三阻抗匹配电路，其中，所述第三阻抗匹配电路连接于所述第一传感器和所述第三放大器之间，用于调节所述第一传感器的输出阻抗。
其中，当所述目标声音信号是唤醒信号时，所述开关模块与所述第三阻抗匹配电路电连接，并且所述第三阻抗匹配电路导通。
其中，所述后端电路包括声音处理芯片，其中，所述声音处理芯片接收所述第一数字电压信号并且进行关键词识别和匹配。
其中，所述后端电路包括处理器，当所述关键词匹配成功后，所述处理器被触发唤醒。
其中，所述第一传感器指向所述目标声音信号的声源位置，所述第二传感器指向外部环境。
其中，所述目标声音信号的声源包括人的口腔、扬声器、超声换能器。
其中，所述唤醒装置包括语音唤醒装置，语音频率范围为20Hz至20kHz。
其中，所述语音唤醒装置包括麦克风。
其中，所述唤醒装置包括超声唤醒装置，超声波的频率范围大于20kHz。
其中，所述超声唤醒装置包括压电MEMS超声换能器。
根据本申请的另一方面，提供了一种电子设备，包括上述唤醒装置，所述唤醒装置设置于所述电子设备内，用于在接收到预定关键词的目标声音信号后，将所述电子设备从监听模式转换至工作模式。
本申请的唤醒装置及电子设备采用两个传感器来获取目标声音信号和环境声音信号并分别转换为第一电压和第二电压，比较电路获取第一电压和第二电压的电压差并判断目标声音信号是否为唤醒信号，在判断结果为是时，后端电路被触发开启。采用该技术方案的唤醒装置不易产生误触发，提高了系统的鲁棒性而且减小了系统功耗。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本申请实施例的一种唤醒装置的示意图；
图2是根据本申请实施例的另一种唤醒装置的示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
根据本申请的实施例，提供了一种唤醒装置，提高了系统的鲁棒性，使该系统不易受到环境干扰而产生误触发。
如图1所示，根据本申请实施例的唤醒装置包括：
第一传感器，用于获取目标声音信号并转换为第一电压；
第二传感器，用于获取环境声音信号并转换为第二电压；
比较电路，用于获取第一电压和第二电压的电压差，并判断目标声音信号是否为唤醒信号；
后端电路，用于在目标声音信号是唤醒信号时，后端电路被触发开启。
基于此，本申请实施例的唤醒装置采用两个传感器来获取目标声音信号和环境声音信号并分别转换为第一电压和第二电压，比较电路获取第一电压和第二电压的电压差并判断目标声音信号是否为唤醒信号，在判断结果为是时，后端电路被触发开启。采用该技术方案的唤醒装置不易产生误触发，提高了系统的鲁棒性并且降低了系统功耗。
在一些实施例中，第一传感器和第二传感器包括MEMS(Micro-Electro-Mechanical System的缩写，即微机电系统)换能器。相比于传统的ECM(ElectretCapacitor Microphone的缩写，即驻极体电容麦克风)，MEMS换能器容易与CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor的缩写，即互补金属氧化物半导体)工艺及其它音频电路相集成，并具有改进的噪声消除性能与良好的RF(Radio Frequency的缩写，即射频)及EMI Electromagnetic Interference的缩写，即电磁干扰)抑制。
在一些实施例中，第一传感器和第二传感器包括压电换能器。相比于电容式的换能器需要在两个极板上提供直流偏置电压，压电换能器由压电效应能生成电荷，因此，压电换能器不需要直流偏置。因此，相比于电容式换能器，压电换能器降低了功耗。
在一些实施例中，第一传感器和第二传感器包括压电MEMS换能器。
在一些实施例中，第一传感器指向目标声音信号的声源位置，第二传感器指向外部环境。其中，目标声音信号的声源包括人的口腔、扬声器、超声换能器、或传感器能感测到的其他声源。
在一些实施例中，唤醒装置包括语音唤醒装置或超声唤醒装置。优选的，语音唤醒装置包括麦克风。其中，语音频率范围为20Hz至20kHz。优选的，由于人类声音的频率范围为300Hz至3kHz，该语音唤醒装置的语音频率范围为300Hz至3kHz。在一些实施例中，超声唤醒装置包括压电MEMS超声换能器(PMUT，即Piezoelectric Micromachined UltrasoundTransducer的缩写)。超声波的频率范围大于20kHz。优选的，超声波的频率范围为20kHz至200kHz。
参见图2，唤醒装置具有两种模式，即监听模式和唤醒模式。在一些实施例中，当目标声音信号不是唤醒信号时，唤醒装置保持监听模式，控制开关模块以使比较电路持续获取第一电压和第二电压的电压差，并且关闭后端电路。当目标声音信号是唤醒信号时，唤醒装置从监听模式转换为唤醒模式，唤醒信号通过开关模块开启后端电路，并且比较电路停止获取第一电压和第二电压的电压差。该开关模块将在后续详细说明。
在一些实施例中，第一传感器经第一阻抗匹配电路连接至第一放大器的输入端，第一放大器的输出端连接至比较电路的输入端。第二传感器经第二阻抗匹配电路连接至第二放大器的输入端，第二放大器的输出端连接至比较电路的输入端。第一阻抗匹配电路和第二阻抗匹配电路分别用于调节第一传感器和第二传感器的输出阻抗。一般情况下，第一阻抗匹配电路和第二阻抗匹配电路用于降低第一传感器和第二传感器的输出阻抗。在一些实施例中，第一阻抗匹配电路和第二阻抗匹配电路包括结型场效应晶体管(JFET，即Junction Field-Effect Transistor的缩写)。而且，由于第一传感器和第二传感器所转换得到的电压较小，一般采用第一放大器和第二放大器将电压信号放大后再输入到比较电路。
比较电路的输入端接收经过放大后的第一电压和第二电压，并根据第一电压和第二电压的电压差判断目标声音信号是否是唤醒信号。在本申请的实施例中，第一电压大于第二电压。并且当第一电压和第二电压的电压差大于特定阈值时，比较电路判断目标声音信号是唤醒信号。例如，对第一传感器和第二传感器所接收的声压设定一声压差阈值，例如60dBSPL，此声压级对应于电压幅度为1V的唤醒信号。当比较电路检测到的电压差大于1V时，就在比较电路的输出端输出唤醒信号。在这种情况下，唤醒信号不易受到环境噪声的干扰，降低了产生误触发后端电路的概率。
在一些实施例中，后端电路包括模数转换电路、声音处理芯片和处理器。
模数转换电路获取第一传感器的电压并转换为第一数字电压信号。在一些实施例中，为了有利于模数转换电路获取适当范围的模拟信号，第一传感器经第三阻抗匹配电路连接第三放大器的输入端，第三放大器的输出端连接至模数转换电路的输入端。在这种情况下，第三阻抗匹配电路用于调节第一传感器的输出阻抗，模数转换器将经过放大的电压转换为第一数字电压信号。在一些实施例中，由于第一放大器和第二放大器仅用于唤醒步骤中(仅需要较低的电压电平)，第三放大器将从第一传感器获得的第一电压放大以用于声音识别步骤中(需要较高的电压电平)，因此，第三放大器的放大增益大于第一放大器和第二放大器的放大增益。在另一些实施例中，第三放大器的放大增益可以小于第一放大器和第二放大器的放大增益。
在一些实施例中，当目标声音信号不是唤醒信号时，开关模块分别与第一阻抗匹配电路和第二阻抗匹配电路电连接，并且第一阻抗匹配电路和第二阻抗匹配电路导通，继而使得第一阻抗匹配电路、第二阻抗匹配电路和比较电路形成通路并持续工作。
当目标声音信号是唤醒信号时，开关模块与第三阻抗匹配电路电连接，并且第三阻抗匹配电路导通，继而使得第三阻抗匹配电路、第三放大器和模数转换电路形成通路。换句话说，开关模块基于比较电路输出的唤醒信号来控制不同导电路径的导通或截止，从而将第一传感器和第二传感器所感测到的声音信息传输到比较电路及后端电路。
声音处理芯片接收第一数字电压信号并且进行关键词识别和匹配。当关键词匹配成功后，处理器被触发唤醒。
基于以上的技术方案，本申请的唤醒装置在处于监听模式时保持极低功耗，从而相比于现有的唤醒装置降低了监听功耗。并且在较嘈杂的环境噪音下，不误触发后端电路，在监听到唤醒信号的时候，能逐级唤醒后端电路，从而提高系统的鲁棒性。
此外，本申请还提供了一种电子设备，该电子设备包括上述唤醒装置，唤醒装置设置于电子设备内，用于在接收到预定关键词的目标声音信号后，将电子设备从监听模式转换至工作模式。在本申请的实施例中，该电子设备包括耳机、平板电脑、数码相机、车载系统、智能手机、机器人或可穿戴设备。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (24)
1.一种唤醒装置，其特征在于，包括：
第一传感器，用于获取目标声音信号并转换为第一电压；
第二传感器，用于获取环境声音信号并转换为第二电压；
比较电路，用于获取所述第一电压和所述第二电压的电压差，并判断所述目标声音信号是否为唤醒信号；
后端电路，用于在所述目标声音信号是唤醒信号时，所述后端电路被触发开启。
2.根据权利要求1所述的唤醒装置，其特征在于，所述第一传感器和所述第二传感器包括MEMS换能器。
3.根据权利要求1所述的唤醒装置，其特征在于，所述第一传感器和所述第二传感器包括压电换能器。
4.根据权利要求1所述的唤醒装置，其特征在于，所述第一传感器和所述第二传感器包括压电MEMS换能器。
5.根据权利要求1所述的唤醒装置，其特征在于，当所述第一电压和所述第二电压的电压差大于第一阈值时，所述比较电路判断所述目标声音信号是唤醒信号。
6.根据权利要求5所述的唤醒装置，其特征在于，所述第一电压大于所述第二电压。
7.根据权利要求1所述的唤醒装置，其特征在于，
当所述目标声音信号不是唤醒信号时，所述唤醒装置保持监听模式，控制开关模块以使所述比较电路持续获取所述第一电压和所述第二电压的电压差，并且关闭所述后端电路；
当所述目标声音信号是唤醒信号时，所述唤醒装置从监听模式转换为唤醒模式，所述唤醒信号通过所述开关模块开启所述后端电路，并且所述比较电路停止获取所述第一电压和所述第二电压的电压差。
8.根据权利要求7所述的唤醒装置，其特征在于，所述唤醒装置还包括第一放大器和第二放大器，其中，所述第一传感器的第一电压经所述第一放大器放大后输入至所述比较电路，所述第二传感器的第二电压经所述第二放大器放大后输入至所述比较电路。
9.根据权利要求8所述的唤醒装置，其特征在于，所述唤醒装置还包括第一阻抗匹配电路和第二阻抗匹配电路，其中，所述第一阻抗匹配电路连接于所述第一传感器和所述第一放大器之间，所述第二阻抗匹配电路连接于所述第二传感器和所述第二放大器之间。
10.根据权利要求9所述的唤醒装置，其特征在于，所述第一阻抗匹配电路和所述第二阻抗匹配电路包括结型场效应晶体管。
11.根据权利要求9所述的唤醒装置，其特征在于，当所述目标声音信号不是唤醒信号时，所述开关模块分别与所述第一阻抗匹配电路和所述第二阻抗匹配电路电连接，并且所述第一阻抗匹配电路和所述第二阻抗匹配电路导通。
12.根据权利要求7所述的唤醒装置，其特征在于，所述后端电路包括模数转换电路，所述模数转换电路获取所述第一传感器的电压并转换为第一数字电压信号。
13.根据权利要求12所述的唤醒装置，其特征在于，所述后端电路还包括第三放大器，其中，所述第三放大器连接于所述第一传感器和所述模数转换电路之间。
14.根据权利要求13所述的唤醒装置，其特征在于，所述后端电路还包括第三阻抗匹配电路，其中，所述第三阻抗匹配电路连接于所述第一传感器和所述第三放大器之间，用于调节所述第一传感器的输出阻抗。
15.根据权利要求14所述的唤醒装置，其特征在于，当所述目标声音信号是唤醒信号时，所述开关模块与所述第三阻抗匹配电路电连接，并且所述第三阻抗匹配电路导通。
16.根据权利要求12所述的唤醒装置，其特征在于，所述后端电路包括声音处理芯片，其中，所述声音处理芯片接收所述第一数字电压信号并且进行关键词识别和匹配。
17.根据权利要求16所述的唤醒装置，其特征在于，所述后端电路包括处理器，当所述关键词匹配成功后，所述处理器被触发唤醒。
18.根据权利要求1所述的唤醒装置，其特征在于，所述第一传感器指向所述目标声音信号的声源位置，所述第二传感器指向外部环境。
19.根据权利要求18所述的唤醒装置，其特征在于，所述目标声音信号的声源包括人的口腔、扬声器、超声换能器。
20.根据权利要求1所述的唤醒装置，其特征在于，所述唤醒装置包括语音唤醒装置，语音频率范围为20Hz至20kHz。
21.根据权利要求20所述的唤醒装置，其特征在于，所述语音唤醒装置包括麦克风。
22.根据权利要求1所述的唤醒装置，其特征在于，所述唤醒装置包括超声唤醒装置，超声波的频率范围大于20kHz。
23.根据权利要求22所述的唤醒装置，其特征在于，所述超声唤醒装置包括压电MEMS超声换能器。
24.一种电子设备，其特征在于，包括上述权利要求1-23的任一项所述的唤醒装置，所述唤醒装置设置于所述电子设备内，用于在接收到预定关键词的目标声音信号后，将所述电子设备从监听模式转换至工作模式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201920902383.XU CN210075523U (zh) | 2019-06-14 | 2019-06-14 | 一种唤醒装置及电子设备 |
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| CN201920902383.XU CN210075523U (zh) | 2019-06-14 | 2019-06-14 | 一种唤醒装置及电子设备 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN210075523U true CN210075523U (zh) | 2020-02-14 |
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN210075523U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110248267A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-09-17 | 安徽奥飞声学科技有限公司 | 一种唤醒装置及电子设备 |
| CN113555029A (zh) * | 2021-07-21 | 2021-10-26 | 歌尔科技有限公司 | 一种语音设备控制方法、系统、介质及语音设备 |
-
2019
- 2019-06-14 CN CN201920902383.XU patent/CN210075523U/zh active Active
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN110248267A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-09-17 | 安徽奥飞声学科技有限公司 | 一种唤醒装置及电子设备 |
| CN113555029A (zh) * | 2021-07-21 | 2021-10-26 | 歌尔科技有限公司 | 一种语音设备控制方法、系统、介质及语音设备 |
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