一種音頻切換電路及具有所述電路的移動終端的製作方法

2023-08-06 14:37:51

專利名稱：一種音頻切換電路及具有所述電路的移動終端的製作方法
技術領域：
本發明屬於音頻信號處理技術領域，具體地說，是涉及一種多路音頻信號的選擇 切換電路以及採用所述音頻切換電路設計的移動終端。
背景技術：
隨著移動通信技術的發展，手機的基帶處理晶片也朝著小尺寸、高集成度、低功 耗、高性能的方向發展。在手機的音頻方面，由於Class D類音頻功率放大器的高轉換效 率，有效地降低了系統功耗，現在成為了各個手機平臺應用的主流。現在主流手機平臺的基 帶處理晶片都將Class D類音頻功放集成到其中，以降低客戶的開發成本、增強系統的可靠 性、降低功耗。如美國高通公司的QSC6085和QSC1100平臺等均將D類音頻功放集成到了 基帶處理器晶片中。目前，手機的發展呈現出智能化、輕薄化、低成本等趨勢。針對這種趨勢，採用二合 一揚聲器可以降低手機的尺寸和厚度。同時，採用二合一揚聲器省去了一個聽筒器件，也降 低了手機成本。在使用二合一揚聲器時，其音頻電路要保證兩個音頻通道發音時均不失真， 且功率互不影響；而且還要保證一個音頻通道發音時，另一個音頻通道所連接的基帶處理 晶片的內外電路不受損害；還要儘可能的使電路結構簡單可靠、成本低。由於通過Class D類音頻功放輸出的音頻信號是幅度一定的高低跳變的方波信 號，佔空比是變化的；而聽筒通道發出的音頻信號是模擬信號。目前，針對基帶處理晶片集 成D類音頻功放的二合一揚聲器方案來說，在設計音頻電路時，為了實現對揚聲器通道和 聽筒通道輸出音頻的選擇切換，有的運用一個數字開關來隔離揚聲器通道和聽筒通道，有 的則是運用兩個模擬開關來隔離揚聲器通道和模擬通道。對於運用數字開關設計的音頻切換電路方案來說，雖然數字開關能有效隔離 Class D音頻功放發出的方波信號，但是最大的缺點是這種開關的導通電阻極大，在實際應 用過程中會在數字開關上產生無謂的損耗，甚至會將數字開關燒壞掉。因此，存在技術上的 安全隱患，可靠性不高。而對於採用兩個模擬開關設計的音頻切換電路方案來說，由於模擬 開關不能有效地隔離類似於數位訊號的D類功放輸出的方波信號，但能有效地隔離聽筒通 道輸出的模擬信號。因此，在揚聲器通道發音時，會有音頻信號耦合到聽筒通道上，產生影 響。因此，如何徹底杜絕數字音頻通道和模擬音頻通道之間的相互影響，且同時保證 電路運行的安全性，是目前音頻處理領域需要解決的一項主要問題。

發明內容
本發明的目的在於提供一種音頻切換電路，在對方波音頻信號與模擬音頻信號實 現可靠切換的基礎上，簡化了電路結構，確保了系統安全。為解決上述技術問題，本發明採用以下技術方案予以實現一種音頻切換電路，用於對通過方波音頻通道和模擬音頻通道輸出的音頻信號進行切換輸出，所述方波音頻通道在模擬音頻通道輸出音頻信號時關閉；在所述音頻切換電 路中包括一單刀雙擲模擬開關，所述單刀雙擲模擬開關的公共節點連接模擬音頻通道，其 中一路活動觸點通過電阻接地，另外一路活動觸點通過串聯的隔直電容連接揚聲器的輸入 端，所述揚聲器的輸入端同時連接方波音頻通道。為了與模擬音頻通道的阻抗相匹配，所述模擬音頻通道通過串聯的阻抗匹配電阻 連接所述單刀雙擲模擬開關的公共節點。進一步的，所述單刀雙擲模擬開關的控制節點接收處理器輸出的切換信號，進而 根據所述切換信號選擇將其公共節點與其中一路活動觸點連通。優選的，所述單刀雙擲模擬開關的常閉觸點通過所述電阻接地，常開觸點通過所 述隔直電容連接揚聲器的輸入端。又進一步的，對於輸出差分音頻信號的模擬音頻通道和差分音頻通道來說，所述 單刀雙擲模擬開關應選擇雙通道單刀雙擲模擬開關進行電路設計，將所述雙通道單刀雙擲 模擬開關的兩個通道的公共節點與模擬音頻通道的差分信號線對應連接，兩個通道的常閉 觸點分別通過電阻接地，常開觸點分別通過串聯的隔直電容連接揚聲器的差分輸入端。再進一步的，所述揚聲器的差分輸入端各自經過一路壓敏電阻接地，以起到防止 靜電和抑制浪湧電壓的作用；通過方波音頻通道或者模擬音頻通道輸出的音頻信號經由磁 珠和電容組成的濾波電路進行濾波處理後，傳輸至所述揚聲器的差分輸入端。基於上述音頻切換電路，本發明又提供了一種採用所述音頻切換電路設計的移動 終端，包括集成有音頻功放的基帶處理晶片和揚聲器，所述基帶處理晶片的揚聲器通道輸 出方波音頻信號，聽筒通道輸出模擬音頻信號；為了實現揚聲器通道與聽筒通道的選擇切 換，將所述基帶處理晶片的聽筒通道連接到一顆單刀雙擲模擬開關的公共節點上，所述單 刀雙擲模擬開關的其中一路活動觸點通過電阻接地，另外一路活動觸點通過串聯的隔直電 容連接揚聲器的輸入端，其控制節點接收基帶處理晶片輸出的切換信號，進而根據所述切 換信號選擇將其公共節點與其中一路活動觸點連通；所述揚聲器的輸入端同時連接基帶處 理晶片的揚聲器通道。進一步的，所述基帶處理晶片的聽筒通道通過串聯的阻抗匹配電阻連接所述單刀 雙擲模擬開關的公共節點。又進一步的，所述單刀雙擲模擬開關為雙通道單刀雙擲模擬開關，兩個通道的公 共節點與基帶處理晶片的聽筒通道的差分信號線對應連接，兩個通道的常閉觸點分別通過 電阻接地，常開觸點分別通過串聯的隔直電容連接揚聲器的差分輸入端；所述揚聲器的差 分輸入端同時與基帶處理晶片的揚聲器通道的差分信號線對應連接。再進一步的，所述揚聲器的差分輸入端各自經過一路壓敏電阻接地；通過基帶處 理晶片的揚聲器通道或者聽筒通道輸出的音頻信號經由磁珠和電容組成的濾波電路進行 濾波處理後，傳輸至所述揚聲器的差分輸入端。與現有技術相比，本發明的優點和積極效果是本發明的音頻切換電路將模擬開 關反向使用，當輸出方波形式的音頻信號時，巧妙地將耦合到模擬音頻通道上的信號通過 接地電阻洩放到地，從而實現了方波音頻信號與模擬音頻信號的有效隔離。將其應用於使 用二合一揚聲器的移動終端的音頻電路設計中，不僅可以保證兩個音頻通道發音時均不失 真、且功率互不影響，而且不會出現基帶處理晶片和模擬開關被燒壞的情況，安全可靠。此外，該音頻切換電路結構簡單，成本低，佔用電路板空間少，將其應用於手機等移動產品中， 在能夠保證通話音質和音量大小的前提下，可以顯著節省產品空間，適應產品的輕薄化、低 成本的發展趨勢。結合附圖閱讀本發明實施方式的詳細描述後，本發明的其他特點和優點將變得更 加清楚。


圖1是本發明所提出的音頻切換電路的一種實施例的電路原理框圖；圖2是本發明所提出的音頻切換電路的另外一種實施例的電路原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
進行詳細地描述。實施例一，本實施例的音頻切換電路採用模擬開關對輸出模擬信號的模擬音頻通 道進行選通控制，在實現有效隔離模擬信號的同時，當有類似於數位訊號的方波音頻信號 耦合到模擬開關上時，可以通過與模擬開關連通的接地電阻將該噪聲信號洩放到地，從而 也同時實現了對方波音頻信號的有效隔離，不僅解決了模擬音頻通道和方波音頻通道的相 互幹擾問題，而且可以避免對模擬開關及其它外圍器件造成損壞。圖1為所述音頻切換電路的設計原理框圖，以採用一顆單刀雙擲模擬開關K為例 進行說明。將所述模擬開關K的公共節點COM連接到模擬音頻通道Au_A上，接收模擬音頻 通道Au_A輸出的模擬音頻信號；模擬開關K的其中一路活動觸點，比如常閉觸點NC，通過 串聯的電阻R接地；另外一路活動觸點，比如常開觸點N0，通過串聯的隔直電容C連接揚聲 器SPK的輸入端。所述揚聲器SH(的輸入端同時連接方波音頻通道Au_D，所述方波音頻通 道Au_D在模擬音頻通道Au_A輸出音頻信號時自動處於關閉狀態。對於所述模擬音頻通道 Au_A來說，當方波音頻通道Au_D輸出方波音頻信號時，由於模擬開關K的存在，所述模擬音 頻通道々11_4可以處於關閉狀態，也可以照常輸出模擬音頻信號，只是此時的模擬音頻信號 只會通過接地電阻R洩放到地，不會通過揚聲器SH(輸出。為了實現阻抗匹配，在所述模擬開關K的公共節點COM與模擬音頻通道Au_A的 連線上優選串聯一路阻抗匹配電阻觀，如圖1所示。模擬開關K的控制節點接收切換信號 SEL，根據切換信號SEL的電位狀態選擇其中一路活動觸點NC/N0與其公共節點COM連通。 為了提高音頻輸出效果，在所述揚聲器SH(的輸入端還可以進一步連接濾波電路，以濾除 幹擾噪音。本實施例的音頻切換電路的工作原理是當需要通過揚聲器SH(輸出來自方波音 頻通道Au_D的音頻信號時，輸出合適電位的切換信號SEL，比如低電平信號，控制模擬開關 K的公共節點COM與其常閉觸點NC連通。此時，通過方波音頻通道Au_D輸出的方波音頻 信號經濾波電路處理後，通過揚聲器SH(輸出。由於模擬開關K不能完全隔離數字方波信 號，因此，通過方波音頻通道Au_D輸出的方波音頻信號會穿過隔直電容C到達模擬開關K， 進而耦合到模擬音頻通道的信號線上。由於此時模擬音頻通道Au_A與接地電阻R連通，因 此，耦合過來的噪聲就通過接地電阻R洩放到地上，從而避免了對模擬開關K及與模擬音頻 通道Au_A相連接的電子器件造成損壞。
反之，當需要通過揚聲器SH(輸出來自模擬音頻通道Au_A的模擬音頻信號時，改 變切換信號SEL的電位狀態，比如切換到高電平，從而控制模擬開關K的公共節點COM與其 常開觸點NO連通，斷開常閉觸點NC。此時，方波音頻通道Au_D處於關閉狀態，通過模擬音 頻通道Au_A輸出的模擬音頻信號經隔直電容C隔離掉其中的直流偏置電壓後，經濾波電路 處理後，傳輸至揚聲器SH(發音輸出。對於單端音頻信號來說，採用圖1所示的音頻切換電路即可實現兩路音頻通道的 選通切換。而對於差分音頻信號來說，只需選用雙通道單刀雙擲模擬開關連接模擬音頻通 道的差分信號線，仿照圖1所示的連接關係，即可實現對差分模擬音頻信號的切換輸出。其 具體連接關係及工作原理可參見實施例二中的相關描述。實施例二，對於目前採用集成有Class D類音頻功放的基帶處理晶片和二合一揚 聲器設計的移動終端來說，本實施例以手機為例進行說明，通過Class D類音頻功放輸出的 音頻信號是類似於數位訊號的方波信號，由基帶處理晶片的揚聲器通道輸出，而通過基帶 處理晶片的聽筒通道輸出的則是模擬音頻信號。通過兩路音頻通道輸出的音頻信號都需要 經由手機中設置的二合一揚聲器輸出。為了對兩路音頻通道進行切換輸出，本實施例設計 了如圖2所示的音頻切換電路。由於目前基帶處理晶片輸出的音頻信號通常為差分信號， 因此可以選擇一顆雙通道單刀雙擲模擬開關Ul進行電路設計。當然，對於輸出單端音頻信 號的基帶處理晶片來說，則可以仿照圖1進行電路設計，具體連接關係及工作原理參見實 施例一中的相關描述，本實施例在此不做過多說明。圖2中，EARlON和EARlOP為基帶處理晶片的聽筒通道，分別通過串聯的阻抗匹配 電阻R3007、R3008與模擬開關Ul的兩個通道的公共節點C0M1、COM2對應連接。所述電阻 R3007、R3008的阻值一般選為12歐姆，以與基帶處理晶片的聽筒通道阻抗相匹配。在聽 筒通道的差分信號線EARlOP和EARlON上，還可以進一步連接濾波電容C3008、C3019。將 所述模擬開關Ul的兩個通道的其中一路活動觸點，比如常閉觸點NCI、NC2，分別通過電阻 R3009、R3010接地；另外一路活動觸點，比如常開觸點N01、N02，分別通過串聯的隔直電容 C3021、C3020連接揚聲器的差分輸入端T0_SPK_、T0_SPK+。所述揚聲器的差分輸入端T0_ SPK-、T0_SPK+同時與基帶處理晶片的揚聲器通道的差分信號線SPK_N、SPK_P對應連接，基 帶處理晶片通過其I/O 口 GPI027輸出切換信號至模擬開關Ul的控制節點INI、IN2,以控 制模擬開關Ul的公共節點C0M1、C0M2選擇與其中一路活動觸點連通。模擬開關Ul所需供 電電源VPH_PWR可以由手機內部的電源電路輸出提供。為了提高揚聲器的音頻輸出質量，本實施例在所述揚聲器的差分輸入端1~0_3 1(-、 T0_SPK+還進一步連接有濾波電路，如圖2所示，可以包括由磁珠L3001、L3002和電容 C3003.C3006組成的L型濾波網絡，以及跨接在差分信號線T0_SPK-、T0_SPK+之間、用於濾 除共模噪音的電容C3001。為了進一步達到防止靜電以及抑制浪湧電壓的設計目的，所述揚 聲器的差分輸入端T0_SPK-、T0_SPK+還可以進一步通過壓敏電阻F3003、F3005接地，以實 現浪湧電壓的快速洩放。所述音頻切換電路的工作機制是當用戶選擇通過揚聲器通道發音時，基帶處理 晶片將其GPI027接口置為低電平，控制模擬開關Ul的公共節點C0M1、COM2分別與常閉觸 點NC1、NC2導通。同時，基帶處理晶片通過其揚聲器通道SPK_N、SPK_P輸出方波音頻信號， 該信號通過串接的磁珠L3001、L3002和接地的濾波電容C3003、C3006以及共模幹擾抑制電容C3001處理後，濾除掉其中的幹擾噪音，進而通過揚聲器發出聲音。雖然物理上模擬開關 Ul的常開觸點N01、N02是與公共節點C0M1、C0M2斷開的，但是，由於模擬開關Ul不能完全 隔離數字方波信號，因此揚聲器通道SPK_N、SPK_P上的音頻信號會穿過瓷片電容C3020和 C3021耦合到模擬開關Ul的公共節點COMl和COM2上，即此時音頻信號耦合到了聽筒通道 EAR10N、EARlOP的信號線上。耦合過來的模擬信號幅度很小，大約為IOOmV,由於這此時基 帶處理晶片內部的聽筒通道輸出驅動是關閉的，也就是說輸入阻抗無窮大，這樣不會對內 部電路造成損害。而且，與模擬開關Ul的常閉觸點NC1、NC2串聯接地的電阻R3009和R3010 此時也分別與聽筒通道的差分信號線連通，於是耦合過來的噪聲就這樣被洩放到了地上。當用戶選擇通過聽筒通道發音時，基帶處理晶片置其GPI027接口為高電平，控制 模擬開關Ul的公共節點C0M1、COM2分別與其常開觸點N01、N02連通。這時軟體控制基帶 處理晶片內部的音頻功放處於關閉狀態。從基帶處理晶片的聽筒通道EAR10N、EAR10P輸出 的模擬音頻信號，通過兩個串接的阻抗匹配電阻R3007、R3008後，通過模擬開關U1，經電容 C3020、C3021進行隔直處理後，通過磁珠L3001、L3002傳輸到揚聲器上發音。同時，通過聽 筒通道EARlON和EARlOP輸出的模擬音頻信號在經過隔直電容C3020和C3021隔離掉其中 的直流偏壓後，峰峰值為幾百mV，此模擬音頻信號也會加載到基帶處理晶片的揚聲器通道 SPK_N、SPK_P上。但由於基帶處理晶片內部的音頻功放此時是處於關閉狀態的，因此，這些 幅值較小的模擬信號也不會對音頻功放等內部電路造成損害。本發明的音頻切換電路採用模擬開關來設計切換電路，在保證能夠對模擬音頻信 號實現有效隔離的基礎上，通過將模擬開關反向使用，並將耦合到模擬音頻通道上的方波 音頻信號洩放到地，從而提高了電路運行的安全性和工作的可靠性。當然，以上所述僅是本發明的一種優選實施方式，應當指出的是，對於本技術領域 的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改 進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種音頻切換電路，用於對通過方波音頻通道和模擬音頻通道輸出的音頻信號進行 切換輸出，所述方波音頻通道在模擬音頻通道輸出音頻信號時關閉；其特徵在於包括單 刀雙擲模擬開關，所述單刀雙擲模擬開關的公共節點連接模擬音頻通道，其中一路活動觸 點通過電阻接地，另外一路活動觸點通過串聯的隔直電容連接揚聲器的輸入端，所述揚聲 器的輸入端同時連接方波音頻通道。
2.根據權利要求1所述的音頻切換電路，其特徵在於所述模擬音頻通道通過串聯的 阻抗匹配電阻連接所述單刀雙擲模擬開關的公共節點。
3.根據權利要求2所述的音頻切換電路，其特徵在於所述單刀雙擲模擬開關的控制 節點接收處理器輸出的切換信號，進而根據所述切換信號選擇將其公共節點與其中一路活 動觸點連通。
4.根據權利要求1所述的音頻切換電路，其特徵在於所述單刀雙擲模擬開關的常閉 觸點通過所述電阻接地，常開觸點通過所述隔直電容連接揚聲器的輸入端。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的音頻切換電路，其特徵在於所述模擬音頻通 道和差分音頻通道輸出差分音頻信號；所述單刀雙擲模擬開關為雙通道單刀雙擲模擬開 關，兩個通道的公共節點與模擬音頻通道的差分信號線對應連接，兩個通道的常閉觸點分 別通過電阻接地，常開觸點分別通過串聯的隔直電容連接揚聲器的差分輸入端。
6.根據權利要求5所述的音頻切換電路，其特徵在於所述揚聲器的差分輸入端各自 經過一路壓敏電阻接地；通過方波音頻通道或者模擬音頻通道輸出的音頻信號經由磁珠和 電容組成的濾波電路進行濾波處理後，傳輸至所述揚聲器的差分輸入端。
7.一種移動終端，包括集成有音頻功放的基帶處理晶片和揚聲器，所述基帶處理晶片 的揚聲器通道輸出方波音頻信號，聽筒通道輸出模擬音頻信號，其特徵在於所述基帶處理 晶片的聽筒通道連接一顆單刀雙擲模擬開關的公共節點，所述單刀雙擲模擬開關的其中一 路活動觸點通過電阻接地，另外一路活動觸點通過串聯的隔直電容連接揚聲器的輸入端， 控制節點接收基帶處理晶片輸出的切換信號；所述揚聲器的輸入端同時連接基帶處理晶片 的揚聲器通道。
8.根據權利要求7所述的移動終端，其特徵在於所述基帶處理晶片的聽筒通道通過 串聯的阻抗匹配電阻連接所述單刀雙擲模擬開關的公共節點。
9.根據權利要求7或8所述的移動終端，其特徵在於所述單刀雙擲模擬開關為雙通 道單刀雙擲模擬開關，兩個通道的公共節點與基帶處理晶片的聽筒通道的差分信號線對應 連接，兩個通道的常閉觸點分別通過電阻接地，常開觸點分別通過串聯的隔直電容連接揚 聲器的差分輸入端；所述揚聲器的差分輸入端同時與基帶處理晶片的揚聲器通道的差分信 號線對應連接。
10.根據權利要求9所述的移動終端，其特徵在於所述揚聲器的差分輸入端各自經過 一路壓敏電阻接地；通過基帶處理晶片的揚聲器通道或者聽筒通道輸出的音頻信號經由磁 珠和電容組成的濾波電路進行濾波處理後，傳輸至所述揚聲器的差分輸入端。
全文摘要
本發明公開了一種音頻切換電路及具有所述電路的移動終端，包括一單刀雙擲模擬開關，用於對通過方波音頻通道和模擬音頻通道輸出的音頻信號進行切換輸出；在所述音頻切換電路中所述單刀雙擲模擬開關的公共節點連接模擬音頻通道，其中一路活動觸點通過電阻接地，另外一路活動觸點通過串聯的隔直電容連接揚聲器的輸入端，所述揚聲器的輸入端同時連接方波音頻通道；所述方波音頻通道在模擬音頻通道輸出音頻信號時關閉。本發明將模擬開關反向使用，當輸出方波形式的音頻信號時，巧妙地將耦合到模擬音頻通道上的信號通過接地電阻洩放到地，從而實現了方波音頻信號與模擬音頻信號的有效隔離，並且不會出現基帶處理晶片和模擬開關被燒壞的情況。
文檔編號H04R3/00GK102056052SQ201010581309
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月28日 優先權日2010年11月28日
發明者張鵬 申請人:青島海信移動通信技術股份有限公司