CN211481464U - 低功耗麦克风和语音控制设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低功耗麦克风和语音控制设备。低功耗麦克风包括语音唤醒芯片、麦克风组件、人工智能芯片、电路板和外壳；电路板和外壳形成低功耗麦克风的封装结构，语音唤醒芯片、麦克风组件和人工智能芯片均设置于封装结构内且位于电路板上；其中，语音唤醒芯片的功耗小于麦克风组件的功耗；语音唤醒芯片的输出端与人工智能芯片的第一输入端电连接；人工智能芯片的第一输出端与麦克风组件的输入端电连接；麦克风组件的输出端与人工智能芯片的第二输入端电连接；人工智能芯片用于基于第二电信号控制后端设备。本实用新型实施例通过设置语音唤醒芯片和人工智能芯片，降低了麦克风的功耗，实现了对后端设备的智能控制。

Description

低功耗麦克风和语音控制设备

技术领域

本实用新型实施例涉及麦克风技术领域，尤其涉及一种低功耗麦克风和语音控制设备。

背景技术

随着智能语音产品的流行，人们对智能语音产品的使用越来越频繁。

现有的智能语音产品需要在麦克风中加上一颗数字信号处理芯片，存储智能语音辨别算法并根据语音信息做语音识别和判断。但数字信号处理芯片成本高，功耗大，体积大，不适合低成本、小型化和便携式应用；而且现有的麦克风需要一直保持正常工作状态，以实时监听语音信号，进一步增加了麦克风的功耗。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提出一种低功耗麦克风和语音控制设备，以降低麦克风的功耗。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种低功耗麦克风，包括语音唤醒芯片、麦克风组件、人工智能芯片、电路板和外壳；

所述电路板和所述外壳形成所述低功耗麦克风的封装结构，所述语音唤醒芯片、所述麦克风组件和所述人工智能芯片均设置于所述封装结构内且位于所述电路板上；

其中，所述语音唤醒芯片的功耗小于所述麦克风组件的功耗；所述语音唤醒芯片的输出端与所述人工智能芯片的第一输入端电连接，用于将接收到的第一语音信号转化成第一电信号；所述人工智能芯片的第一输出端与所述麦克风组件的输入端电连接，用于在接收到所述第一电信号时基于所述第一电信号唤醒所述麦克风组件；所述麦克风组件的输出端与所述人工智能芯片的第二输入端电连接，用于在被唤醒时将接收到的第二语音信号转化成第二电信号；所述人工智能芯片还用于基于所述第二电信号控制后端设备。

可选地，所述语音唤醒芯片包括压电麦克风芯片。

可选地，所述低功耗麦克风还包括放大电路，所述放大电路的输入端与所述压电麦克风芯片的输出端电连接，所述放大电路的输出端与所述人工智能芯片的第一输入端电连接。

可选地，所述麦克风组件包括电容麦克风芯片和集成电路芯片；

所述人工智能芯片的第一输出端与所述集成电路芯片的第一输入端电连接，用于基于所述第一电信号唤醒所述集成电路芯片；

所述集成电路芯片的第一输出端与所述电容麦克风芯片的输入端电连接，用于在被唤醒时为所述电容麦克风芯片提供偏压信号；

所述电容麦克风芯片的输出端与所述集成电路芯片的第二输入端电连接，用于将接收到的第二语音信号转化成电容信号；

所述集成电路芯片的第二输出端与所述人工智能芯片的第二输入端电连接，用于将接收到的电容信号转化成第二电信号。

可选地，所述人工智能芯片贴附于所述电路板上且与所述电路板电连接；所述语音唤醒芯片、所述电容麦克风芯片和所述集成电路芯片中的至少一个贴附于所述人工智能芯片上，且其他芯片贴附于所述电路板上。

可选地，所述低功耗麦克风还包括设置于所述外壳上的进声孔；

或者，所述低功耗麦克风还包括设置于所述电路板上的进声孔，所述语音唤醒芯片和所述电容麦克风芯片贴附于所述电路板上，所述进声孔由所述语音唤醒芯片的下方延伸至所述电容麦克风芯片的下方；

或者，所述低功耗麦克风还包括设置于所述电路板上的进声孔和声道，所述声道在所述电路板内部延伸且与所述进声孔连通，所述语音唤醒芯片和所述电容麦克风芯片贴附于所述电路板上，所述进声孔与所述语音唤醒芯片和所述电容麦克风芯片中的一个连通，所述声道与所述语音唤醒芯片和所述电容麦克风芯片中的另一个连通；

或者，所述低功耗麦克风还包括设置于所述电路板上的第一进声孔和第二进声孔，所述语音唤醒芯片和所述电容麦克风芯片贴附于所述电路板上，所述第一进声孔与所述语音唤醒芯片连通，所述第二进声孔与所述电容麦克风芯片连通。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种语音控制设备，包括本实用新型实施例提供的低功耗麦克风。

本实用新型的有益效果是：本实用新型实施例通过在麦克风中设置语音唤醒芯片和人工智能芯片，可在睡眠状态时，利用语音唤醒芯片来监听第一语音信号，并转化成第一电信号发送至人工智能芯片，人工智能芯片在接收到第一电信号时基于第一电信号唤醒麦克风组件，使得麦克风组件在睡眠状态时处于关闭状态，即麦克风组件不工作，且语音唤醒芯片的功耗小于麦克风组件的功耗，因此降低了麦克风的功耗。另外，在麦克风组件被唤醒后，由麦克风组件监听第二语音信号，并转化成第二电信号发送至人工智能芯片，由人工智能芯片基于第二电信号控制后端设备，实现了对后端设备的语音智能控制。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本实用新型的示例性实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本实用新型的上述及其他特征和优点，附图中：

图1是本实用新型实施例提供的一种低功耗麦克风的平面结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种低功耗麦克风的剖面结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的另一种低功耗麦克风的平面结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的另一种低功耗麦克风的平面结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的另一种低功耗麦克风的剖面结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的另一种低功耗麦克风的剖面结构示意图；

图7是本实用新型实施例提供的另一种低功耗麦克风的剖面结构示意图；

图8是本实用新型实施例提供的低功耗麦克风所执行的语音控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1是本实用新型实施例提供的一种低功耗麦克风的平面结构示意图；图2是本实用新型实施例提供的一种低功耗麦克风的剖面结构示意图。该低功耗麦克风可应用于语音智能设备，如便携式设备、语音遥控器和智能家电等，具体可应用于手机、机器人、空调和玩具等。如图1和图2所示，该低功耗麦克风包括语音唤醒芯片3、麦克风组件(具体可包括电容麦克风芯片4和集成电路芯片5)、人工智能芯片6、电路板1和外壳2；

电路板1和外壳2形成低功耗麦克风的封装结构，语音唤醒芯片3、麦克风组件和人工智能芯片6均设置于封装结构内且位于电路板1上；

其中，语音唤醒芯片3的功耗小于麦克风组件的功耗；语音唤醒芯片3的输出端与人工智能芯片6的第一输入端电连接，用于将接收到的第一语音信号转化成第一电信号；人工智能芯片6的第一输出端与麦克风组件的输入端电连接，用于在接收到第一电信号时基于第一电信号唤醒麦克风组件；麦克风组件的输出端与人工智能芯片6的第二输入端电连接，用于在被唤醒时将接收到的第二语音信号转化成第二电信号；人工智能芯片6还用于基于第二电信号控制后端设备。

本实施例中，语音唤醒芯片3为一种声电换能器，即可以将语音信号转换成电信号。优选地，语音唤醒芯片3包括压电麦克风芯片，由于压电麦克风芯片不需要供电即可接收语音信号，在接收到语音信号时会产生电压信号，并将电压信号传输至人工智能芯片6，功耗电流在2uA以下，远远小于麦克风组件的功耗，因此采用压电麦克风芯片作为语音唤醒芯片3，可以大大降低麦克风的功耗。麦克风组件可包括电容麦克风芯片4和集成电路芯片5，其中，电容麦克风芯片4可以为微机电系统麦克风芯片(MEMS麦克风芯片)，集成电路芯片5可以为专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)芯片，由于MEMS麦克风芯片的尺寸非常小，具有较高的集成度，因此可以减小麦克风的体积。

上述语音唤醒芯片3、麦克风组件和人工智能芯片6之间可通过引线7直接连接，也可通过电路板1间接连接。例如，参见图1，电容麦克风芯片4和集成电路芯片5通过引线7直接连接，语音唤醒芯片3和人工智能芯片6通过引线7直接连接，集成电路芯片5和人工智能芯片6均通过引线7分别与电路板1连接，再通过电路板上的走线实现集成电路芯片5和人工智能芯片6的连接。另外，集成电路芯片5和人工智能芯片6也可通过引线7直接连接，本实用新型对此不作限制。上述引线7可以为金线，外壳2可以为金属外壳。

在电路板1上与语音唤醒芯片3、麦克风组件和人工智能芯片6相对的侧面，可形成焊接引脚，将低功耗麦克风的输出信号由焊接引脚引出，由此将低功耗麦克风通过焊接引脚焊接至语音智能设备的其他部件，实现低功耗麦克风与其他部件的电连接，从而实现低功耗麦克风对后端设备的语音智能控制。其中，后端设备可以为虚拟设备，如手机中的应用程序，可通过对低功耗麦克风输入语音命令控制应用程序打开或关闭；后端设备也可以为实体设备，如家电等，具体可为空调，可通过对低功耗麦克风输入语音命令控制空调打开、关闭、选择工作模式或调节温度等。

基于上述技术方案，当上述低功耗麦克风处于睡眠状态时，麦克风组件不工作，语音唤醒芯片3以较低的功耗来实时监听第一语音信号，将监听到的第一语音信号转换成第一电信号，并将第一电信号传输至人工智能芯片6。人工智能芯片6在接收到第一电信号时，可激活自身的触发工作模式，在触发工作模式下，人工智能芯片仅对第一电信号进行识别，当确定第一电信号不是预设唤醒词时，判定唤醒失败，关闭触发工作模式，继续等待接收下一个第一电信号；当确定第一电信号是预设唤醒词时，判定唤醒成功，切换至正常工作模式，唤醒麦克风组件，即为麦克风组件供电。当麦克风组件被唤醒时，麦克风组件正常工作，即实时监听第二语音信号，将监听到的第二语音信号转换成第二电信号，并将第二电信号传输至人工智能芯片6。人工智能芯片6在接收到麦克风组件传输的第二电信号时，可对第二电信号进行降噪、处理和识别等操作；当人工智能芯片6识别出第二电信号为预设控制指令(语音指令，如打开空调和温度20度等)时，向后端设备输出相应的控制信号；当人工智能芯片6识别出第二电信号不是预设控制指令时，不执行操作或反馈指令错误等。另外，在麦克风组件被唤醒后，语音唤醒芯片3也可继续监听第一语音信号，并将转换后的第一电信号传输至人工智能芯片6。此时，人工智能芯片6识别第一电信号是否为返回睡眠状态的指示，若是，则关闭正常工作模式，停止为麦克风组件供电，麦克风组件停止工作。

本实施例提供的低功耗麦克风，通过在麦克风中设置语音唤醒芯片和人工智能芯片，可在睡眠状态时，利用语音唤醒芯片来监听第一语音信号，并转化成第一电信号发送至人工智能芯片，人工智能芯片在接收到第一电信号时基于第一电信号唤醒麦克风组件，使得麦克风组件在睡眠状态时处于关闭状态，即麦克风组件不工作，且语音唤醒芯片的功耗小于麦克风组件的功耗，因此降低了麦克风的功耗。另外，在麦克风组件被唤醒后，由麦克风组件监听第二语音信号，并转化成第二电信号发送至人工智能芯片，由人工智能芯片基于第二电信号控制后端设备，实现了对后端设备的语音智能控制。本实用新型实施例通过在麦克风中设置语音唤醒芯片和人工智能芯片，可在睡眠状态时，利用语音唤醒芯片来监听第一语音信号，并转化成第一电信号发送至人工智能芯片，人工智能芯片在接收到第一电信号时基于第一电信号唤醒麦克风组件，使得麦克风组件在睡眠状态时处于关闭状态，即麦克风组件不工作，且语音唤醒芯片的功耗小于麦克风组件的功耗，因此降低了麦克风的功耗。另外，在麦克风组件被唤醒后，由麦克风组件监听第二语音信号，并转化成第二电信号发送至人工智能芯片，由人工智能芯片基于第二电信号控制后端设备，实现了对后端设备的语音智能控制。

可选地，上述低功耗麦克风还可包括放大电路，放大电路的输入端与压电麦克风芯片的输出端电连接，放大电路的输出端与人工智能芯片的第一输入端电连接。由此，当采用压电麦克风芯片作为语音唤醒芯片时，通过放大电路可将压电麦克风芯片输出的较为微弱的第一电信号进行放大后传输至人工智能芯片，以提高人工智能芯片对第一电信号识别的准确性。

在本实用新型一具体实施例中，当麦克风组件包括电容麦克风芯片和集成电路芯片时，人工智能芯片的第一输出端与集成电路芯片的第一输入端电连接，用于基于第一电信号唤醒集成电路芯片；集成电路芯片的第一输出端与电容麦克风芯片的输入端电连接，用于在被唤醒时为电容麦克风芯片提供偏压信号；电容麦克风芯片的输出端与集成电路芯片的第二输入端电连接，用于将接收到的第二语音信号转化成电容信号；集成电路芯片的第二输出端与人工智能芯片的第二输入端电连接，用于将接收到的电容信号转化成第二电信号。

在本实用新型另一实施例中，为进一步提高麦克风的集成度，减小麦克风的体积，可将语音唤醒芯片、电容麦克风芯片、集成电路芯片和人工智能芯片进行堆叠设置。

可选地，人工智能芯片贴附于电路板上且与电路板电连接；语音唤醒芯片、电容麦克风芯片和集成电路芯片中的至少一个贴附于人工智能芯片上，且其他芯片贴附于电路板上。

示例性地，可继续参考图1，电容麦克风芯片4、集成电路芯片5和人工智能芯片6通过胶水贴附于电路板1上，语音唤醒芯片3粘贴于人工智能芯片6的上表面。参考图3，语音唤醒芯片3、电容麦克风芯片4和人工智能芯片6通过胶水贴附于电路板1上，集成电路芯片5粘贴于人工智能芯片6的上表面。参考图4，电容麦克风芯片4和人工智能芯片6通过胶水贴附于电路板1上，语音唤醒芯片3和集成电路芯片5粘贴于人工智能芯片6的上表面。

另外，电路板和外壳形成的低功耗麦克风的封装结构上设置有进声通道，以使外部声音通过进声通道到达语音唤醒芯片和电容麦克风芯片。

示例性地，参考图2，低功耗麦克风还包括设置于外壳2上的进声孔。或者，参考图5，低功耗麦克风还包括设置于电路板1上的进声孔8，语音唤醒芯片(图中未示出)和电容麦克风芯片4贴附于电路板1上，进声孔8由语音唤醒芯片的下方延伸至电容麦克风芯片4的下方。或者，参考图6，低功耗麦克风还包括设置于电路板1上的进声孔8和声道9，声道9在电路板1内部延伸且与进声孔8连通，语音唤醒芯片3和电容麦克风芯片4贴附于电路板1上，进声孔8与语音唤醒芯片3和电容麦克风芯片4中的一个连通，声道9与语音唤醒芯片3和电容麦克风芯片4中的另一个连通，如图6中，进声孔8与电容麦克风芯片4连通，声道9与语音唤醒芯片3连通。或者，参考图7，低功耗麦克风还包括设置于电路板1上的第一进声孔10和第二进声孔11，语音唤醒芯片3和电容麦克风芯片4贴附于电路板1上，第一进声孔与语音唤醒芯片连通，第二进声孔与电容麦克风芯片连通。

本实用新型实施例还提供了一种语音控制设备，包括本实用新型实施例提供的低功耗麦克风。其中，语音控制设备可以集成于便携式设备、语音遥控器和智能家电等语音智能设备中。

本实用新型实施例所提供的语音控制设备，包括本实用新型实施例所提供的低功耗麦克风，具备相应的功能和有益效果。

另外，本实用新型实施例还提供了一种语音控制方法，应用于本实用新型实施例提供的低功耗麦克风，如图8所示，该语音控制方法包括：

步骤110、语音唤醒芯片将接收到的第一语音信号转化成第一电信号。

其中，语音唤醒芯片的功耗小于麦克风组件的功耗，为一种声电换能器，即可以将语音信号转换成电信号。优选地，语音唤醒芯片包括压电麦克风芯片，由于压电麦克风芯片不需要供电即可接收语音信号，在接收到语音信号时会产生电压信号，并将电压信号传输至人工智能芯片，功耗电流在2uA以下，远远小于麦克风组件的功耗，因此采用压电麦克风芯片作为语音唤醒芯片，可以大大降低麦克风的功耗。

步骤120、人工智能芯片在接收到第一电信号时基于第一电信号唤醒麦克风组件。

其中，麦克风组件可包括电容麦克风芯片和集成电路芯片，电容麦克风芯片可以为微机电系统麦克风芯片(MEMS麦克风芯片)，集成电路芯片可以为专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)芯片，由于MEMS麦克风芯片的尺寸非常小，具有较高的集成度，因此可以减小麦克风的体积。

可选地，人工智能芯片在接收到第一电信号时基于第一电信号唤醒麦克风组件，包括：

人工智能芯片在接收到第一电信号时，激活到触发工作模式，对第一电信号进行识别；

若人工智能芯片识别出第一电信号是预设唤醒词，则切换至正常工作模式，为麦克风组件中的集成电路芯片提供工作电压，以使集成电路芯片为麦克风组件中的电容麦克风芯片提供偏压信号；

若人工智能芯片识别出第一电信号不是预设唤醒词，则关闭触发工作模式。

步骤130、麦克风组件在被唤醒时将接收到的第二语音信号转化成第二电信号。

麦克风组件被唤醒后即可正常工作，此时语音控制指令通过麦克风组件来接收(语音唤醒芯片也可接收)，人工智能芯片仅基于，麦克风组件发送的第二电信号来识别语音控制指令。

步骤140、人工智能芯片基于第二电信号控制后端设备。

可选地，人工智能芯片基于第二电信号控制后端设备，包括：

人工智能芯片对第二电信号进行识别；

若人工智能芯片识别出第二电信号为预设控制指令，则控制后端设备执行相应操作。

本实施例提供的语音控制方法，与本实用新型任意实施例所提供的低功耗麦克风属于同一实用新型构思，可由本实用新型任意实施例所提供的低功耗麦克风来执行，具备相应的功能和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本实用新型任意实施例提供的低功耗麦克风。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (7)

1.一种低功耗麦克风，其特征在于，包括语音唤醒芯片、麦克风组件、人工智能芯片、电路板和外壳；

所述电路板和所述外壳形成所述低功耗麦克风的封装结构，所述语音唤醒芯片、所述麦克风组件和所述人工智能芯片均设置于所述封装结构内且位于所述电路板上；

其中，所述语音唤醒芯片的功耗小于所述麦克风组件的功耗；所述语音唤醒芯片的输出端与所述人工智能芯片的第一输入端电连接，用于将接收到的第一语音信号转化成第一电信号；所述人工智能芯片的第一输出端与所述麦克风组件的输入端电连接，用于在接收到所述第一电信号时基于所述第一电信号唤醒所述麦克风组件；所述麦克风组件的输出端与所述人工智能芯片的第二输入端电连接，用于在被唤醒时将接收到的第二语音信号转化成第二电信号；所述人工智能芯片还用于基于所述第二电信号控制后端设备。

2.根据权利要求1所述的低功耗麦克风，其特征在于，所述语音唤醒芯片包括压电麦克风芯片。

3.根据权利要求2所述的低功耗麦克风，其特征在于，所述低功耗麦克风还包括放大电路，所述放大电路的输入端与所述压电麦克风芯片的输出端电连接，所述放大电路的输出端与所述人工智能芯片的第一输入端电连接。

4.根据权利要求1所述的低功耗麦克风，其特征在于，所述麦克风组件包括电容麦克风芯片和集成电路芯片；

所述人工智能芯片的第一输出端与所述集成电路芯片的第一输入端电连接，用于基于所述第一电信号唤醒所述集成电路芯片；

所述集成电路芯片的第一输出端与所述电容麦克风芯片的输入端电连接，用于在被唤醒时为所述电容麦克风芯片提供偏压信号；

所述电容麦克风芯片的输出端与所述集成电路芯片的第二输入端电连接，用于将接收到的第二语音信号转化成电容信号；

所述集成电路芯片的第二输出端与所述人工智能芯片的第二输入端电连接，用于将接收到的电容信号转化成第二电信号。

5.根据权利要求4所述的低功耗麦克风，其特征在于，所述人工智能芯片贴附于所述电路板上且与所述电路板电连接；所述语音唤醒芯片、所述电容麦克风芯片和所述集成电路芯片中的至少一个贴附于所述人工智能芯片上，且其他芯片贴附于所述电路板上。

6.根据权利要求4所述的低功耗麦克风，其特征在于，所述低功耗麦克风还包括设置于所述外壳上的进声孔；

或者，所述低功耗麦克风还包括设置于所述电路板上的进声孔，所述语音唤醒芯片和所述电容麦克风芯片贴附于所述电路板上，所述进声孔由所述语音唤醒芯片的下方延伸至所述电容麦克风芯片的下方；

或者，所述低功耗麦克风还包括设置于所述电路板上的进声孔和声道，所述声道在所述电路板内部延伸且与所述进声孔连通，所述语音唤醒芯片和所述电容麦克风芯片贴附于所述电路板上，所述进声孔与所述语音唤醒芯片和所述电容麦克风芯片中的一个连通，所述声道与所述语音唤醒芯片和所述电容麦克风芯片中的另一个连通；

或者，所述低功耗麦克风还包括设置于所述电路板上的第一进声孔和第二进声孔，所述语音唤醒芯片和所述电容麦克风芯片贴附于所述电路板上，所述第一进声孔与所述语音唤醒芯片连通，所述第二进声孔与所述电容麦克风芯片连通。

7.一种语音控制设备，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的低功耗麦克风。

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