一種音頻信號處理裝置及其模擬前端電路的製作方法

2023-07-01 10:52:11 2

本發明涉及模擬集成電路晶片技術領域，更具體的說，本發明涉及一種音頻信號處理裝置及其模擬前端電路。

背景技術：

模擬集成電路晶片主要是指由電容、電阻、電晶體等組成的模擬電路集成在一起用來處理模擬信號的集成電路晶片，如運算放大器、模擬乘法器、鎖相環、電源管理晶片等。

用於音頻信號處理相關的晶片是模擬集成電路晶片的其中一種，其主要包括音頻信號處理的模擬前端電路和音頻信號處理的數字電路兩部分，其中音頻信號處理的模擬前端電路設計至關重要，目前，用於音頻信號處理的晶片中音頻信號處理的模擬前端電路進行音頻信號處理時需要晶片外的片外器件配合，由於增加了晶片外的片外器件的成本，因此，音頻信號處理晶片的整體成本較高。

技術實現要素：

鑑於上述問題，本發明實施例提供一種音頻信號處理裝置及其模擬前端電路，以實現減少片外器件配合，降低音頻信號處理晶片的整體成本。

為了解決上述技術問題，本發明實施例採用如下技術方案：

本發明實施例提供的一種音頻信號處理裝置，包括音頻信號處理的模擬前端電路及音頻信號處理的數字電路，所述音頻信號處理的模擬前端電路包括模擬信號發送處理電路和模擬信號接收處理電路，其中所述模擬信號發送處理電路包括：

數模轉換器，用於將音頻信號處理的數字電路發送來的無線音頻數字輸入信號或有線音頻數字輸入信號轉換為相應的無線音頻模擬輸出信號或有線 音頻模擬輸出信號；

信號/地識別處理模塊，用於檢測片外設備的信號端和接地端並將檢測得到的片外設備的信號端和接地端信息發送給音頻信號處理的數字電路；

信號切換處理模塊，當所述數模轉換器輸出信號為無線音頻模擬輸出信號時，根據音頻信號處理的數字電路發送的信號連接控制指令直接將所述數模轉換器的信號輸出端與片外設備的信號端連接，並將所述數模轉換器輸出的無線音頻模擬輸出信號傳送給片外設備；或

當所述數模轉換器輸出信號為有線音頻模擬輸出信號時，根據音頻信號處理的數字電路發送的信號連接控制指令將晶片端的信號輸出端與所述信號/地識別處理模塊檢測得到的片外設備的信號端相連、將晶片端的接地端與所述信號/地識別處理模塊檢測得到的片外設備的接地端相連，並將所述數模轉換器輸出的有線音頻模擬輸出信號傳送給片外設備。

其中，所述信號/地識別處理模塊包括有：

片外設備信號/地檢測子模塊，用於檢測片外設備的信號端和接地端；

信號/地信息發送子模塊，用於將檢測到的片外設備的信號端和接地端信息發送給音頻信號處理的數字電路。

其中，所述數模轉換器還包括幅度控制子模塊，用於根據音頻信號處理的數字電路的幅度控制指令對輸出的無線音頻模擬輸出信號或有線音頻模擬輸出信號進行幅度控制。

其中，所述模擬信號接收處理電路包括：

多路選擇器，用於根據音頻信號處理的數字電路發來的信號選擇控制指令選通無線音頻模擬輸入信號或有線音頻模擬輸入信號；

可變增益放大器，用於根據音頻信號處理的數字電路發來的增益控制指令對所述多路選擇器選通的無線音頻模擬輸入信號或有線音頻模擬輸入信號進行相應增益倍數的放大；

模數轉換器，用於將所述可變增益放大器放大後的無線音頻模擬輸入信號或有線音頻模擬輸入信號轉換為相應的無線音頻數字輸出信號或有線音頻數字輸出信號並發送給音頻信號處理的數字電路。

其中，所述可變增益放大器包括有單端轉差分處理子模塊，用於將單端 無線音頻信號轉換成差分無線音頻信號或將單端有線音頻信號轉換成差分有線音頻信號；

所述模數轉換器為差分輸入模數轉換器。

本發明實施例中還提供一種音頻信號處理的模擬前端電路，所述音頻信號處理的模擬前端電路包括模擬信號發送處理電路和模擬信號接收處理電路，其中所述模擬信號發送處理電路包括有：

數模轉換器，用於將音頻信號處理的數字電路發送來的無線音頻數字輸入信號或有線音頻數字輸入信號轉換為相應的無線音頻模擬輸出信號或有線音頻模擬輸出信號；

信號/地識別處理模塊，用於檢測片外設備的信號端和接地端並將檢測得到的片外設備的信號端和接地端信息發送給音頻信號處理的數字電路；

信號切換處理模塊，當所述數模轉換器輸出信號為無線音頻模擬輸出信號時，根據音頻信號處理的數字電路發送的信號連接控制指令直接將所述數模轉換器的信號輸出端與片外設備的信號端連接，並將所述數模轉換器輸出的無線音頻模擬輸出信號傳送給片外設備；或

當所述數模轉換器輸出信號為有線音頻模擬輸出信號時，根據音頻信號處理的數字電路發送的信號連接控制指令將晶片端的信號輸出端與所述信號/地識別處理模塊檢測得到的片外設備的信號端相連、將晶片端的接地端與所述信號/地識別處理模塊檢測得到的片外設備的接地端相連，並將所述數模轉換器輸出的有線音頻模擬輸出信號傳送給片外設備。

其中，所述信號/地識別處理模塊包括有：

片外設備信號/地檢測子模塊，用於檢測片外設備的信號端和接地端；

信號/地信息發送子模塊，用於將檢測到的片外設備的信號端和接地端信息發送給音頻信號處理的數字電路。

其中，所述數模轉換器還包括幅度控制子模塊，用於根據音頻信號處理的數字電路的幅度控制指令對輸出的無線音頻模擬輸出信號或有線音頻模擬輸出信號進行幅度控制。

其中，所述模擬信號接收處理電路包括：

多路選擇器，用於根據音頻信號處理的數字電路發來的信號選擇控制指 令選通無線音頻模擬輸入信號或有線音頻模擬輸入信號；

可變增益放大器，用於根據音頻信號處理的數字電路發來的增益控制指令對所述多路選擇器選通的無線音頻模擬輸入信號或有線音頻模擬輸入信號進行相應增益倍數的放大；

模數轉換器，用於將所述可變增益放大器放大後的無線音頻模擬輸入信號或有線音頻模擬輸入信號轉換為相應的無線音頻數字輸出信號或有線音頻數字輸出信號並發送給音頻信號處理的數字電路。

其中，所述可變增益放大器包括有單端轉差分處理子模塊，用於將單端無線音頻信號轉換成差分無線音頻信號或將單端有線音頻信號轉換成差分有線音頻信號；

所述模數轉換器為差分輸入模數轉換器。

本發明具有如下有益技術效果：

本發明實施例在音頻信號處理裝置的模擬前端電路的模擬信號發送處理電路中集成了信號/地識別模塊及信號切換處理子模塊，無線音頻模擬輸出信號和有線音頻模擬輸出信號可通過該信號/地識別模塊和自動切換處理模塊來與片外設備實現信號傳送，而無需增加片外器件，即本發明減少了片外器件的成本，因此，可有效降低音頻信號處理晶片的整體成本。

進一步，根據本發明的一個優選實施例，本發明音頻信號處理裝置的模擬前端電路的模擬信號接收電路中還採用可變增益放大器進行自動控制，對不同幅度的信號採用不同的增益放大倍數進行放大，即可變增益放大器的增益隨輸入信號大小自動增益調節使無線接收距離可變使用靈活，而無論是無線音頻模擬輸入信號還是有線音頻模擬輸入信號均可以控制採用不同的增益放大倍數，從而可實現在同一個電路中對無線音頻模擬輸入信號和有線模擬輸入信號的處理電路復用；

而且，根據本發明的一個優選實施例，本發明的音頻信號處理裝置的模擬前端電路的模擬信號接收電路中在接收到音頻模擬輸入信號，並經過可變增益放大器放大以後，直接通過模數轉換器進行模數轉換，不需要像現有技術一樣還採用濾波器進行濾波操作，實現方案簡單，所需模塊較少，不僅減少了音頻信號處理裝置對應的晶片面積，而且提高了晶片的可靠性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明中記載的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是根據本發明音頻信號處理裝置的一個具體實施例示意圖；

圖2為根據本發明音頻信號處理的模擬前端電路中信號/地識別模塊的一種具體實施例組成框圖；

圖3及圖4為根據圖2中信號/地識別處理模塊進行信號/地識別的電路原理圖；

圖5為根據圖1中信號切換連接處理模塊實現信號切換的一種電路結構實施例示意圖；

圖6為本發明音頻信號處理的模擬前端電路中數模轉換器根據輸出幅度控制指令進行幅度控制的實施例示意圖；

圖7為本發明音頻信號處理的模擬前端電路中可變增益放大器採用差分放大方式進行信號放大的一個具體實施例示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

請參閱圖1，該圖為本發明音頻信號處理裝置的一個具體實施例示意圖。本實施例中音頻信號處理裝置包括有音頻信號處理的模擬前端電路1(或稱為模擬電路部分)及其連接的音頻信號處理的數字電路2(或稱為數字電路部分)，具體實現時，音頻信號處理的模擬前端電路1及其連接的音頻信號處理的數字電路2即組成音頻信號處理的晶片，本實施例中所述晶片即為音頻信號處理的模擬前端電路1及其連接的音頻信號處理的數字電路2組成的 晶片；

另外，本實施例中音頻信號處理的模擬前端電路1主要包括模擬信號發送處理電路和模擬信號接收處理電路，作為一個優選的具體實施例，模擬信號發送處理電路包括：數模轉換器11和信號/地識別模塊12和信號切換處理模塊13，其中

數模轉換器11，本實施例中數模轉換器11主要是用於將音頻信號處理的數字電路2發送來的無線音頻數字輸入信號或有線音頻數字輸入信號轉換為相應的無線音頻模擬輸出信號或有線音頻模擬輸出信號；

信號/地識別模塊12，本實施例中信號/地識別模塊12主要在有線音頻應用時用於檢測片外設備的信號端和接地端並將檢測得到的片外設備的信號端和接地端信息發送給音頻信號處理的數字電路，而在無線音頻應用時信號/地識別模塊12並不工作；

具體實現時，不同的片外設備(例如手機)的有線音頻信號接口插座端接觸點所接的信號端、接地端的位置不同，為了兼容不同的片外設備(例如不同型號的手機)，音頻信號處理的模擬前端電路中需集成片外設備的信號/地的識別，作為一個可選的具體實施例，參考圖2，信號/地識別模塊12可包括：片外設備信號地檢測子模塊121、信號/地信息發送子模塊122，其中

片外設備信號地檢測子模塊121，用於檢測片外設備的信號端和接地端，具體實現時，結合參考圖3，例如，當A點電壓高於B點電壓，結合參考圖4，B端與晶片的地弱連接，當A/B之間壓差超過Vref，SA為高電平SB為低電平，即判斷出片外設備的信號端和接地端，B端電壓比A端電壓高判斷情況類似，這裡不再贅述；

信號/地信息發送子模塊122，用於將片外設備信號地檢測子模塊121檢測得到的片外設備的信號端和接地端信息發送給音頻信號處理的數字電路。

而本實施例中的信號切換處理模塊13，當所述數模轉換器11輸出信號為無線音頻模擬輸出信號時(即在無線音頻應用時)，根據音頻信號處理的數字電路2發送的信號連接控制指令直接將所述數模轉換器11的信號輸出端與片外設備的信號端連接，並將所述數模轉換器11輸出的無線音頻模擬輸出信號傳送給片外設備；或

在所述數模轉換器11輸出信號為有線音頻模擬輸出信號時(即在有線音頻應用時)，根據音頻信號處理的數字電路2發送的信號連接控制指令將晶片端的信號輸出端與所述信號/地識別處理模塊12檢測得到的片外設備的信號端相連、將晶片端的接地端與所述信號/地識別處理模塊12檢測得到的片外設備的接地端相連，並將所述數模轉換器11輸出的有線音頻模擬輸出信號傳送給片外設備。

作為一個可選的具體實施例，例如，參考圖5，當傳輸有線音頻模擬信號時，本實施例的信號切換處理模塊13具有切換開關或多路選擇器，根據音頻信號處理的數字電路輸出的SWA、SWB指令即可控制切換開關或多路選擇器將晶片端的信號輸出端與片外設備的信號端相連，即將數模轉換器DAC的輸出連接到片外設備的信號端，將晶片端的接地端與片外設備的接地端相連，從而將數模轉換器轉換後輸出的有線音頻模擬輸出信號(即Tsignal信號)發送給片外設備。

另外，根據本實施例，音頻信號處理的模擬前端電路中的模擬信號接收處理電路可包括：多路選擇器14、可變增益放大器15和模數轉換器16，其中

多路選擇器14，本實施例多路選擇器14主要用於根據音頻信號處理的數字電路2發送的信號選擇控制指令選通無線音頻模擬輸入信號或有線音頻模擬輸入信號；

可變增益放大器15，本實施例可變增益放大器15主要用於根據音頻信號處理的數字電路2發送的增益控制指令對所述多路選擇器14選通的無線音頻模擬輸入信號或有線音頻模擬輸入信號進行相應增益倍數的放大；

模數轉換器16，用於將所述可變增益放大器15放大後的無線音頻模擬輸入信號或有線音頻模擬輸入信號轉換為相應的無線音頻數字輸出信號或有線音頻數字輸出信號並發送給音頻信號處理的數字電路2。

下面詳細說明本實施例中音頻信號接收和發送的工作過程：

本實施例中假設WL_PAD為無線音頻模擬輸入信號輸入所連接的pad，L_PAD為有線音頻L模擬輸入信號所連接的pad，R_PAD為有線音頻R模擬輸入信號所連接的pad，有線音頻應用A_PAD、B_PAD連接有線音頻模擬輸出信 號的信號端(signal端)或者接地端(GND端)、無線音頻應用A_PAD、B_PAD連接無線音頻模擬輸出信號的信號端，無線音頻信號接收流程如下：

無線音頻模擬輸入信號Wireless從WL_PAD送入，根據音頻信號處理的數字電路2的信號選擇控制指令AinSel控制多路選擇器MUX選通無線音頻模擬輸入信號Wireless，然後根據音頻信號處理的數字電路2的增益選擇控制指令GainSel控制可變增益放大器VGA的放大倍數，可變增益放大器VGA將無線音頻模擬輸入信號Wireless放大到合適的幅度，由模數轉換器ADC將放大後的信號轉換成無線音頻數字輸出信號發送到音頻信號處理的數字電路；

另外，無線音頻信號發送流程如下：

待發送的無線音頻信號由音頻信號處理的數字電路輸入到數模轉換器DAC，數模轉換器DAC將輸入的無線音頻數字輸入信號轉換成無線音頻模擬輸出信號(Tsignal信號)，根據音頻信號處理的數字電路2發送來的SWA、SWB指令控制切換開關或多路選擇器將數模轉換器DAC的輸出連接到A_PAD或B_PAD，從而將Tsignal信號傳送到片外設備。

下面說明有線音頻信號的接收流程：

有線音頻模擬輸入信號L、R分別從L_PAD、R_PAD送入，根據音頻信號處理的數字電路2發送來的信號選擇控制指令AinSel控制多路選擇器MUX選通有線音頻模擬輸入信號L、R輸入到可變增益放大器VGA，根據音頻信號處理的數字電路發送來的增益選擇控制指令GainSel控制可變增益放大器VGA的增益放大倍數，可變增益放大器VGA將有線音頻模擬輸入信號L、R按照該增益放大倍數放大到合適的幅度，由模數轉換器ADC將放大後的有線模擬輸入信號轉換成有線數字輸出信號，然後發送到音頻信號處理的數字電路2進行處理；

而有線音頻信號發送流程如下：

信號/地識別模塊首先識別片外設備端的信號端(signal端)和接地端(GND端)，並把片外設備的信號端、接地端的識別標誌SA、SB輸入到音頻信號處理的數字電路，音頻信號處理的數字電路根據片外設備的信號端、接地端的識別標誌SA、SB發出信號連接控制指令信號SWA、SWB控制信號切換處理模塊切換開關或多路選擇器將將晶片端的信號端signal與片外設備端 的信號端signal連接起來，晶片端的GND與片外設備端的GND連接起來，晶片端的信號端、接地端與片外設備的信號端signal、接地端GND正確連接以後，待發送有線音頻信號由音頻信號處理的數字電路輸入到數模轉換器DAC，數模轉換器DAC將輸入的有線音頻數字輸入信號轉換成有線音頻模擬輸出信號，根據音頻信號處理的數字電路發送來的信號連接控制指令信號SWA、SWB控制信號切換處理模塊執行切換開關將數模轉換器DAC的輸出連接到片外設備的signal端。

需要說明的，本實施例中由於採用可變增益自動放大器15進行自動控制，對不同幅度的信號採用不同的增益放大倍數進行放大，即無論是無線音頻模擬輸入信號還是有線音頻模擬輸入信號均可以控制採用不同的增益放大倍數，從而可在同一電路中實現對無線音頻信號處理和對有線音頻信號處理，即無線音頻接收電路和有線音頻接收電路復用，而且，本實施例中接收到音頻模擬信號，經過可變增益放大器放大以後，直接通過模數轉換器進行模數轉換，不需要像現有技術一樣還採用濾波器進行濾波操作，實現方案簡單，所需模塊較少，減少了晶片面積，提高了晶片的可靠性。

需要說明的，對於不同的通信設備和通信距離對於數模轉換器轉換後的需要發送的音頻模擬輸出信號幅度也會不一樣，參考圖6，為了適應不同的通信設備和通信距離，本實施例中所述數模轉換器15還可包括幅度控制子模塊，用於根據音頻信號處理的數字電路2的幅度控制指令(即OutAmpCtrl信號)對輸出的無線音頻模擬輸出信號或有線音頻模擬輸出信號進行幅度控制以便適應不同的通信設備和通信距離。

另外，差分放大電路，對於抑制共模信號及放大差模信號能力並不一樣，參考圖7，本實施例中可變增益放大器14可包括有單端轉差分處理子模塊，用於將單端無線音頻信號轉換成差分無線音頻信號或將單端有線音頻信號轉換成差分有線音頻信號(即VINP和VINN的差分信號)，另外，所述模數轉換器15需採用差分輸入模數轉換器，採用本實施例的電路結構，具有共模抑制比高的優點。

另外，對於晶片應用，如為了監測晶片的溫度和電池電壓、電池電量等，本實施例中可在多路選擇器MUX的輸入信號中增加溫度傳感器信號、電池電壓信號等，即多路選擇器MUX的輸入信號除了前述的無線模擬輸入信號、有 線模擬輸入信號，還包括有溫度傳感器信號、電池電壓信號等，多路選擇器MUX選通相應的信號後，同樣發送到可變增益放大器進行放大，再通過模數轉換器轉換後傳送給數字電路部分處理，從而可獲得晶片的溫度、電池電壓、電池電量等數據，這裡不再贅述。

在上述所提供的說明書中，說明了大量具體細節。然而，能夠理解，本發明的實施例可以在沒有這些具體細節的情況下實踐。在一些實例中，並未詳細示出公知的方法、結構和技術，以便不模糊對本說明書的理解。

類似地，應當理解，為了精簡本公開並幫助理解各個發明方面中的一個或多個，在上面對本發明的示例性實施例的描述中，本發明的各個特徵有時被一起分組到單個實施例、圖、或者對其的描述中。然而，並不應將該公開的方法解釋成反映如下意圖：即所要求保護的本發明要求比在每個權利要求中所明確記載的特徵更多的特徵。更確切地說，如上面的權利要求書所反映的那樣，發明方面在於少於前面公開的單個實施例的所有特徵。因此，遵循具體實施方式的權利要求書由此明確地併入該具體實施方式，其中每個權利要求本身都作為本發明的單獨實施例。

應該注意的是上述實施例對本發明進行說明而不是對本發明進行限制，並且本領域技術人員在不脫離所附權利要求的範圍的情況下可設計出替換實施例。