CN216437462U - 开关控制电路及远场语音系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种开关控制电路，包括：机械开关模块、电子开关模块、麦克风阵列以及主控芯片；所述机械开关模块与所述电子开关模块电连接，所述机械开关模块用于向所述电子开关模块输出控制信号；所述电子开关模块分别与麦克风阵列和主控芯片电连接，所述电子开关模块用于接收所述控制信号并根据所述控制信号控制麦克风阵列和主控芯片之间的通断；所述主控芯片用于当所述电子开关模块导通时，向麦克风阵列输出时钟信号，或当所述电子开关模块断开时，停止向麦克风阵列输出时钟信号。由于麦克风阵列中若干个麦克风可共用同一个时钟信号，电子开关可以只设置一个信号通道，以控制远场语音功能的开启和关闭，简化了硬件电路的设计。

Description

开关控制电路及远场语音系统

技术领域

本实用新型涉及人机交互系统技术领域，尤其涉及一种开关控制电路及远场语音系统。

背景技术

远场语音是一种人机交互方式，已逐渐应用到人们的生活中，给人们带来更多的便利。远场语音系统的前端通常使用麦克风阵列对语音做拾取，为了保证用户的隐私，目前市面上的远场语音的设备使用物理开关与电子开关的组合设计，以断开所有麦克风的数据信号。当远场语音系统需使用多个麦克风时，具有多个对应麦克风的数据信号，此时需要电子开关控制多个数据信号线的通断，导致硬件电路需要设置具有多个信号传输通道的电子开关或设置多个电子开关，使得硬件电路设计繁琐。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种开关控制电路及远场语音系统，以解决开关芯片需要设置具有多个信号传输通道的电子开关或设置多个电子开关芯片，造成硬件电路设计繁琐的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种开关控制电路，包括：机械开关模块、电子开关模块、麦克风阵列以及主控芯片；

所述机械开关模块与所述电子开关模块电连接，所述机械开关模块用于向所述电子开关模块输出控制信号；

所述电子开关模块分别与麦克风阵列和主控芯片电连接，所述电子开关模块用于接收所述控制信号并根据所述控制信号控制麦克风阵列和主控芯片之间的通断；所述主控芯片用于当所述电子开关模块导通时，向麦克风阵列输出时钟信号，或当所述电子开关模块断开时，停止向麦克风阵列输出时钟信号。

进一步的，所述电子开关模块包括：

开关芯片，分别连接所述机械开关模块、麦克风阵列、主控芯片、供电电源以及地，所述开关芯片用于接收所述控制信号并根据所述控制信号控制麦克风阵列和主控芯片之间的通断；

滤波单元，分别连接所述开关芯片和所述供电电源，所述滤波单元用于过滤所述供电电源输出至所述开关芯片的干扰信号。

进一步的，所述机械开关模块包括：

分压单元，分别连接供电电源、所述电子开关模块以及所述主控芯片，所述分压单元用于向所述电子开关模块输出控制信号；

拨动开关，所述拨动开关的一端接地，所述拨动开关的另一端连接所述分压单元，用于控制所述分压单元输出所述控制信号。

进一步的，所述滤波单元包括：

第一电容，所述第一电容的一端分别连接所述供电电源以及所述开关芯片，所述第一电容的另一端接地；

第二电容，所述第二电容的一端分别连接所述供电电源和所述开关芯片，所述第二电容的另一端接地。

进一步的，所述电子开关模块还包括磁珠，所述磁珠分别连接所述开关芯片以及麦克风阵列。

进一步的，所述分压单元包括：

第一电阻，所述第一电阻的一端连接供电电源；

第二电阻，所述第二电阻的一端连接所述拨动开关，所述第二电阻的另一端连接所述第一电阻的另一端；

第三电阻，所述第三电阻的一端分别连接所述第一电阻的另一端和所述第二电阻的另一端，所述第三电阻的另一端连接所述电子开关模块；

第三电容，所述第三电容的一端接地，所述第三电容的另一端分别连接所述第三电阻的另一端和所述电子开关模块。

进一步的，所述分压单元还包括：

第四电阻，所述第四电阻的一端分别连接所述拨动开关和所述第二电阻的一端，所述第四电阻的另一端连接所述主控芯片；

第四电容，所述第四电容的一端接地，所述第四电容的另一端分别连接所述第四电阻的另一端和所述主控芯片。

进一步的，所述机械开关模块还包括：

静电保护单元，所述静电保护单元的输入端分别连接所述拨动开关和所述分压单元，所述静电保护单元的输出端接地，用于接收所述拨动开关工作时输出的静电电压。

进一步的，所述静电保护单元包括：

二极管，所述二极管的正极接地，所述二极管的负极分别连接所述拨动开关和所述分压单元；

ESD静电管，所述ESD静电管的一端接地，所述ESD静电管的另一端分别连接所述拨动开关和所述分压单元。

一种远场语音系统，包括上述任一项所述的开关控制电路。

本实用新型的有益效果在于：电子开关控制模块分别连接麦克风阵列和主控芯片，并根据机械开关模块输出的控制信号对应导通或断开麦克风阵列和主控芯片之间的时钟信号传输，由于麦克风阵列中多个麦克风可共用同一个时钟信号，因此，电子开关可以只设置一个信号通道，以控制远场语音功能的开启和关闭，简化了硬件电路的设计。

附图说明

图1为现有技术的开关控制电路的原理图；

图2为本实用新型实施例的开关控制电路的框图；

图3为本实用新型实施例的开关控制电路的另一框图；

图4为本实用新型实施例的开关控制电路的原理图；

图5为本实用新型实施例在振铃异常状态下开关芯片的信号输入端的时钟信号波形图；

图6为本实用新型实施例在振铃异常状态下开关芯片的信号输出端的时钟信号波形图；

图7为本实用新型实施例在失真异常状态下开关芯片的信号输入端的时钟信号波形图；

图8为本实用新型实施例在失真异常状态下开关芯片的信号输出端的时钟信号波形图。

标号说明：

100、电子开关模块；110、开关芯片；120、滤波单元；

200、机械开关模块；210、拨动开关；220、分压单元；230、静电保护单元；

300、麦克风阵列；400、主控芯片。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

请参照图1，现有技术中，通过拨动开关SW0K2控制电子开关U0K1的通断完成对麦克风阵列数据信号的通断控制，从而开启或关闭远场语音功能。电子开关需要对应多个麦克风设置多个传输数据信号的通道；若拨动开关SWOK2断开时，电子开关U0K1的使能端为高电平，电子开关U0K1断开，数据信号无法进入主控芯片，远场语音功能关闭；若拨动开关SWOK2闭合接地时，电子开关U0K1使能端为低电平，电子开关U0K1导通，数据信号进入主控芯片，远场语音功能正常。由于选用的电子开关为低电平导通，所以增加三极管Q0S1设计一个反向电路，使得主控芯片接收到的信号和控制电子开关UOK1的MIC_MUTE信号的电平逻辑相反。至此，即可通过实时监控MIC_MUTE信号的高低电平判断远场语音功能的状态，当主控芯片监测到MIC_MUTE信号为高电平时，电子开关的使能信号为低电平，电子开关导通，数据信号正常接收，远场语音功能打开；当监测到MIC_MUTE信号为低电平时，电子开关的使能端为高电平，电子开关断开，数据信号无法正常接收，远场语音功能关闭。

请参照图2至图4，本实用新型的实施例一为：一种开关控制电路，应用于远场语音系统，以开启或关闭远场语音功能，或应用于通过电子开关控制麦克风通断的人机交互系统。

所述开关控制电路，包括：机械开关模块200、电子开关模块100、麦克风阵列300以及主控芯片400；所述机械开关模块200与所述电子开关模块100电连接，所述机械开关模块200用于向所述电子开关模块100输出控制信号；所述电子开关模块100分别与麦克风阵列300和主控芯片400电连接，所述电子开关模块100用于接收所述控制信号并根据所述控制信号控制麦克风阵列300和主控芯片400之间的通断；所述主控芯片400用于当所述电子开关模块100导通时，向麦克风阵列300输出时钟信号，或当所述电子开关模块100断开时，停止向麦克风阵列300输出时钟信号。

本实施例的所述开关控制电路的工作原理为：所述麦克风阵列300中的若干个麦克风共用同一个时钟信号，所述主控芯片400向所述麦克风阵列300传输时钟信号，所述电子开关模块100分别连接所述麦克风阵列300和所述主控芯片400，以导通或断开所述麦克风阵列300和所述主控芯片400之间的时钟信号传输。所述机械开关模块200向所述电子开关模块100输出所述控制信号，所述电子开关模块100根据所述控制信号导通或断开，当所述控制信号为高电平时，所述电子开关模块100导通，所述主控芯片400向所述麦克风阵列300输出时钟信号，所述麦克风阵列300进行拾音并生成的数据信号输出至所述主控芯片400，远场语音功能开启；当所述控制信号为低电平时，所述电子开关模块100断开，所述主控芯片400输出的所述时钟信号被阻断，所述麦克风阵列300无法进行拾音以及生成数据信号，远场语音功能关闭。

可以理解的，本实施例中，电子开关控制模块分别连接麦克风阵列300和主控芯片400，并根据机械开关模块200输出的控制信号对应导通或断开麦克风阵列300和主控芯片400之间的时钟信号传输，由于麦克风阵列300中多个麦克风可共用同一个时钟信号，因此，电子开关可以只设置一个信号通道，简化了硬件电路的设计。

请参照图3，具体的，所述电子开关模块100包括：开关芯片110，分别连接所述机械开关模块200、麦克风阵列300、主控芯片400、供电电源以及地，所述开关芯片110用于接收所述控制信号并根据所述控制信号控制麦克风阵列300和主控芯片400之间的通断；滤波单元120，分别连接所述开关芯片110和所述供电电源，所述滤波单元120用于过滤所述供电电源输出至所述开关芯片110的干扰信号。

本实施例中，所述开关芯片110的型号为SN74LVC1G，所述开关芯片110的使能端OE连接所述机械开关模块200，信号输入端A连接所述主控芯片400，接地端接地，信号输出端Y连接麦克风阵列300，供电端连接所述供电电源。其中，所述供电电源向所述开关芯片110供电，所述开关芯片110根据所述使能端OE接收的所述控制信号，对应导通或断开所述信号输入端A和所述信号输出端Y。当所述开关芯片110的使能端OE为高电平时，所述开关芯片110导通，信号输出端Y的信号CLK随信号输入端A的信号DM_CLK同步变化；当所述开关芯片110的使能端OE为低电平时，所述开关芯片110断开，信号输出端Y为高阻态，信号输出端Y的信号CLK不随信号输入端A的信号DM_CLK变化，相较于现有技术，通过设置所述开关芯片110更加符合软件的高电平判定为导通，低电平判定为断开的逻辑。

在远场语音系统中，主控芯片400输出的时钟信号为固定频率的方波，其辐射能量会大于时刻变化数据信号的能量，从而影响产品的EMI(Electro Magnetic Interference，电磁干扰)认证，需要在传输路径中通过磁珠或者滤波器削减时钟信号的高频能量以减少辐射，但这样会引起时钟信号产生形变。请参照图5和图6，所示的两个图形分别为在振铃异常状态下所述开关芯片110的信号输入端A和信号输出端Y的时钟信号波形图；请参照图7和图8，所示的两个图形分别为在失真异常状态下所述开关芯片110的信号输入端A和信号输出端Y的时钟信号波形图，由此可知，即使在所述开关芯片110的信号输入端接收的输入信号高度失真的情况下，所述开关芯片110仍可输出规则的时钟信号，即在降低电磁干扰的同时满足了远场语音功能开启状态下所述麦克风阵列300正常工作。因此，本实施例中，在时钟信号的传输路径中通过磁珠或者滤波器削减时钟信号的高频能量以减少辐射的干扰，而在靠近所述麦克风阵列300端通过所述开关芯片110对时钟信号进行整形，将高质量的时钟信号输入到所述麦克风阵列300，完成时钟信号的传递，进而减少整体电路的设计难度。

具体的，所述机械开关模块200包括：分压单元220，分别连接供电电源、所述电子开关模块100以及所述主控芯片400，所述分压单元220用于向所述电子开关模块100输出控制信号；拨动开关210，所述拨动开关210的一端接地，所述拨动开关210的另一端连接所述分压单元220，用于控制所述分压单元220输出所述控制信号。进一步的，所述分压单元220连接所述开关芯片110的使能端OE，当所述拨动开关210悬空时，所述控制信号为高电平；当所述拨动开关210拨动接地时，所述控制信号为低电平。

可以理解的，当所述拨动开关210悬空时，所述供电电源向所述分压单元220输入供电电压，将所述开关芯片110的使能端OE拉高为高电平，所述开关芯片110导通，所述主控芯片400输出所述时钟信号至所述麦克风阵列300，所述麦克风阵列300进行拾音并生成的数据信号输出至所述主控芯片400，远场语音功能打开；当所述拨动开关210拨动接地时，所述供电电压经过分压后，此时所述开关芯片110的使能端OE为低电平，所述开关芯片110断开，所述主控芯片400输出的所述时钟信号被阻断，所述麦克风阵列300无法进行拾音以及生成数据信号，远场语音功能关闭。

示例性的，当所述开关芯片110选用3.3V供电时，要求逻辑高电平必须大于2V，逻辑低电平必须小于0.8V，所述开关芯片110的使能端OE接收的高电平信号范围在2V-3.3V之间，接收的低电平信号范围0V-0.8V，本实施例根据该高低电平的范围设计所述分压单元220。

请参照图4，所述滤波单元120包括：第一电容C1，所述第一电容C1的一端分别连接所述供电电源以及所述开关芯片110，所述第一电容C1的另一端接地；第二电容C2，所述第二电容C2的一端分别连接所述供电电源和所述开关芯片110，所述第二电容C2的另一端接地。本实施例中，通过两个不同的电容分别滤去不同的所述干扰信号。所述电子开关模块100还包括磁珠L1，所述磁珠L1分别连接所述开关芯片110以及麦克风阵列300，通过这种设置，以减少时钟信号的高频。

进一步的，所述分压单元220包括：第一电阻R1，所述第一电阻R1的一端连接供电电源；第二电阻R2，所述第二电阻R2的一端连接所述拨动开关210，所述第二电阻R2的另一端连接所述第一电阻R1的另一端；第三电阻R3，所述第三电阻R3的一端分别连接所述第一电阻R1的另一端和所述第二电阻R2的另一端，所述第三电阻R3的另一端连接所述电子开关模块100；第三电容C3，所述第三电容C3的一端接地，所述第三电容C3的另一端分别连接所述第三电阻R3的另一端和所述电子开关模块100。本实施例中，所述第三电阻R3分别连接所述第一电阻R1和所述开关芯片110的使能端OE。

可以理解的，所述拨动开关210悬空时，所述供电电源将所述开关芯片110的使能端OE上拉至高电平，所述开关芯片110导通，所述时钟信号输出至所述麦克风阵列300，所述麦克风阵列300进行拾音并生成的数据信号输出至所述主控芯片400，远场语音功能开启；所述拨动开关210拨动接地时，供电电源输入的电压经过第一电阻R1和第二电阻R2分压后接地，此时所述开关芯片110的使能端OE为低电平，所述时钟信号被阻断，所述麦克风阵列300无法进行拾音以及生成数据信号，远场语音功能关闭。

更进一步的，所述分压单元220还包括：第四电阻R4，所述第四电阻R4的一端分别连接所述拨动开关210和所述第二电阻R2的一端，所述第四电阻的另一端连接所述主控芯片400；第四电容C4，所述第四电容C4的一端接地，所述第四电容C4的另一端分别连接所述第四电阻R4的另一端和所述主控芯片400。其中，所述第四电阻R4用于限流，所述第四电容C4用于滤去输入所述主控芯片400的干扰信号。

可以理解的，所述主控芯片400的监控引脚通过连接所述拨动开关210，以实时监控开关芯片110的状态。当主控芯片400监测到高电平时，所述开关芯片110的使能端OE也为高电平；当主控芯片400监测到低电平时，所述开关芯片110的使能端OE也为低电平。本实施例中的开关控制电路中，由于所述开关芯片110为高电平导通，所述主控芯片400的监控引脚接收的信号和所述开关芯片110的使能端OE接收的信号电平相同，所述主控芯片400根据监控的电平信号可直接判断所述开关芯片110的通断状态，相较于现有技术，减少了反向电路，从而进一步优化了整体电路，降低了设计成本。

本实施例中，所述机械开关模块200还包括：静电保护单元230，所述静电保护单元230的输入端分别连接所述拨动开关210和所述分压单元220，所述静电保护单元230的输出端接地，用于接收所述拨动开关210工作时输出的静电电压。进一步的，所述静电保护单元230包括：二极管D1，所述二极管D1的正极接地，所述二极管D1的负极分别连接所述拨动开关210和所述分压单元220；ESD(Electrostatic Discharge Protection，静电保护)静电管D2，所述ESD静电管D2的一端接地，所述ESD静电管D2的另一端分别连接所述拨动开关210和所述分压单元220。其中，用户在拨动所述拨动开关210时，产生的静电会被ESD静电管接收并泄放到地，从而避免所述静电电压经所述分压单元220进入所述主控芯片400并造成损坏。

本实施例还公开一种远场语音系统，包括上述任一项所述的开关控制电路。

综上所述，本实用新型提供的一种开关控制电路及远场语音系统，通过电子开关控制模块分别连接麦克风阵列和主控芯片，并根据机械开关模块输出的控制信号对应导通或断开麦克风阵列和主控芯片之间的时钟信号传输，由于麦克风阵列中若干个麦克风可共用同一个时钟信号，因此，减少了电子开关所需的信号通道数量，简化了硬件电路的设计。同时，通过设置静电保护单元，使用户在触发拨动开关时产生的静电泄放到地，从而避免静电电压进入主控芯片造成损坏；除此之外，由于开关芯片为高电平导通，主控芯片的监控引脚接收的信号的和所述开关芯片的使能端接收的信号电平相同，因此无需设置反向电路，进一步优化了整体电路，降低了设计成本。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种开关控制电路，其特征在于，包括：机械开关模块、电子开关模块、麦克风阵列以及主控芯片；

所述机械开关模块与所述电子开关模块电连接，所述机械开关模块用于向所述电子开关模块输出控制信号；

所述电子开关模块分别与麦克风阵列和主控芯片电连接，所述电子开关模块用于接收所述控制信号并根据所述控制信号控制麦克风阵列和主控芯片之间的通断；所述主控芯片用于当所述电子开关模块导通时，向麦克风阵列输出时钟信号，或当所述电子开关模块断开时，停止向麦克风阵列输出时钟信号。

2.根据权利要求1所述的开关控制电路，其特征在于，所述电子开关模块包括：

开关芯片，分别连接所述机械开关模块、麦克风阵列、主控芯片、供电电源以及地，所述开关芯片用于接收所述控制信号并根据所述控制信号控制麦克风阵列和主控芯片之间的通断；

滤波单元，分别连接所述开关芯片和所述供电电源，所述滤波单元用于过滤所述供电电源输出至所述开关芯片的干扰信号。

3.根据权利要求1所述的开关控制电路，其特征在于，所述机械开关模块包括：

分压单元，分别连接供电电源、所述电子开关模块以及所述主控芯片，所述分压单元用于向所述电子开关模块输出控制信号；

拨动开关，所述拨动开关的一端接地，所述拨动开关的另一端连接所述分压单元，用于控制所述分压单元输出所述控制信号。

4.根据权利要求2所述的开关控制电路，其特征在于，所述滤波单元包括：

第一电容，所述第一电容的一端分别连接所述供电电源以及所述开关芯片，所述第一电容的另一端接地；

第二电容，所述第二电容的一端分别连接所述供电电源和所述开关芯片，所述第二电容的另一端接地。

5.根据权利要求2所述的开关控制电路，其特征在于，所述电子开关模块还包括磁珠，所述磁珠分别连接所述开关芯片以及麦克风阵列。

6.根据权利要求3所述的开关控制电路，其特征在于，所述分压单元包括：

第一电阻，所述第一电阻的一端连接供电电源；

第二电阻，所述第二电阻的一端连接所述拨动开关，所述第二电阻的另一端连接所述第一电阻的另一端；

第三电阻，所述第三电阻的一端分别连接所述第一电阻的另一端和所述第二电阻的另一端，所述第三电阻的另一端连接所述电子开关模块；

第三电容，所述第三电容的一端接地，所述第三电容的另一端分别连接所述第三电阻的另一端和所述电子开关模块。

7.根据权利要求6所述的开关控制电路，其特征在于，所述分压单元还包括：

第四电阻，所述第四电阻的一端分别连接所述拨动开关和所述第二电阻的一端，所述第四电阻的另一端连接所述主控芯片；

第四电容，所述第四电容的一端接地，所述第四电容的另一端分别连接所述第四电阻的另一端和所述主控芯片。

8.根据权利要求3所述的开关控制电路，其特征在于，所述机械开关模块还包括：

静电保护单元，所述静电保护单元的输入端分别连接所述拨动开关和所述分压单元，所述静电保护单元的输出端接地，用于接收所述拨动开关工作时输出的静电电压。

9.根据权利要求8所述的开关控制电路，其特征在于，所述静电保护单元包括：

二极管，所述二极管的正极接地，所述二极管的负极分别连接所述拨动开关和所述分压单元；

ESD静电管，所述ESD静电管的一端接地，所述ESD静电管的另一端分别连接所述拨动开关和所述分压单元。

10.一种远场语音系统，其特征在于，权利要求1-9任一项所述的开关控制电路。

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