用於為音頻設備提供自動關機和/或自動開機能力的電路和方法

2023-04-25 19:35:46

專利名稱：：用於為音頻設備提供自動關機和/或自動開機能力的電路和方法
技術領域：
：本發明通常涉及消費電子領域，並且，更具體地，涉及音頻設備的領域，諸如無線發射機或可攜式功率放大器，用於將來自諸如CD播放器、MP3播放器的設備或其他可攜式音頻設備的信號發射到遠程揚聲器系統、車載立體聲音響或無線接收機系統，並且其中該設備需要使可利用的主要功率的效率最大化。
背景技術：
：隨著輸出音頻和/或數據信號的可攜式AM/FM收音機，盒帶、CD、MP3播放器以及其他消費電子設備的廣泛使用，出現了對更加方便的用於將這些信號遞送到系統用戶的方法的需要。目前，用戶典型地佩戴耳機，其通過導線聯接到信號生成設備。這些導線是不方便的並且可能是危險的。在可攜式音頻設備的情況中，例如，當設備用戶做其他事情時，諸如慢跑、輪滑、體力勞動、駕駛等，可以使用該設備。在這些活動期間，導線易於纏在一起或者另外提供了對有效使用的阻礙。對於來自諸如個人計算機、汽車儀錶盤、機架安裝式立體聲音響的固定設備的導線，存在同樣的問題。因此，隨著信號生成設備的迅速增長，也需要使它們是方便的。在1998年6月23日授予JohnE.Alstatt(在下文中被稱為「Alstatt」)的美國專利No.5,771,441「SmallBatteryOperatedRfTransmitterforPortableAudioDevicesforusewithHeadphoneswithRfReceiver」中公開了方便的免持式環境的一個示例。在Alstatt中，教導了一種可攜式RF發射機，其將來自音頻源的音頻信號調製到FM載波上，然後將該信號發射到安裝在由用戶佩戴的頭戴式耳麥上的FM接收機。該RF發射機使用其自有的接地電路和音頻源的接地電路作為短偶極子的兩個元件。諸如可獲得自AerielleGroupInternational，Inc.ofCupertino，California的AUDIOBUGTM的產品已成功地體現了該無線設備。找到了針對無線傳輸問題的解決方案的另一示例，其中在電吉他上使用小的RF發射機，用以將來自吉他換能器的音頻信號發射到同功率放大器聯接的接收機。在1991年6月26日授予RichardL.Davis(在下文中被稱為「Davis」)的美國專利No.5,025,704「CordlessGuitarTransmitter」中找到了該類型技術的示例。在Davis中，教導了一種電子設備，其在連接到電吉他或其他相似的有弦樂器時，將實現在FM廣播頻段的可選頻率上的無線傳輸。由於其使用了吉他的金屬琴弦作為部分天線，因此該單元是緊湊的。在插入到吉他的輸入插座之後該單元保持固定，並且設備的發射部件不必附裝於樂手的腰帶或吉他的背帶上或者附裝於樂手身體上。而且，天線未自設備本身延伸。該設備在插入時自動開機。隨著提供無線傳輸能力的設備的改進並且變得更加方便且在消費水平上更易於獲得，還出現了更加有效地延長電池壽命的需要。如果不具有這樣的效率，則需要較大的和/或較昂貴的電池，或者聯接在一起的多個電池來驅動發射機。替換方案是強烈減小的電池壽命。因此，出現了對減小電池消耗的電路的需要。若干美國專利反映了所提出的對該需要的解決方案，包括授予Kim的美國專利No.5,636,077，其公開了一種具有自動節能電路的視頻記錄和再現設備。該電路確定輸入視頻信號的存在並且據此控制系統功能。如果存在輸入視頻信號，則視頻記錄和再現功能繼續，並且，如果不存在視頻信號而且在預定的時間周期中沒有輸入功能鍵，則停止記錄/再現動作，並且自動切斷電源。授予Hsien的美國專利No.6,441,804教導了一種無線遊標控制系統，其包括指針設備和接收機。該指針設備具有控制器，用於接收用戶輸入和用於提供控制信號；和發射機，其包括天線和聯接到控制器的高頻調製器，用於接收控制信號和生成用於經由天線發射的輸出信號。該高頻調製器包括可變頻率調製器電路，用於選擇性地改變控制信號的頻率偏移；和高頻電路，用於增加控制信號的頻率偏移以生成輸出信號。接收機具有天線，其接收輸出信號；以及解調電路，用於解調接收到的輸出信號。發射機電路包括聯接到高頻調製器和控制器的節能電路，並且檢測控制器是否已接收到來自按鈕電路的任何輸入。如果控制器在預定的時間周期內未接收到輸入，則節能電路通過斷開RF放大器和緩衝器電路，自動地將發射機切換到節能模式。在節能模式中，按鈕電路、時鐘生成器和控制器處於開啟狀態，而剩餘電路是停用的。按鈕電路的任何按鈕的用戶啟動使發射機脫離節能模式。授予Uen的美國專利No.6,529,067示出了一種用於無線指示器的節能設備，其包括第一電阻器；第二電容器；信號生成電路；偏置控制電路，其包括n型溝道MOSFET，該n型溝道MOSFET具有在第二節點處連接到信號生成電路的漏極，用於驅動信號生成電路；開關，其具有在第一節點處連接到n型溝道MOSFET的柵極的一端；半導體，其具有連接到第一節點柵極的陽極和連接到電源的正端子的陰極；以及第一電容器，其同半導體裝置串聯連接。當無線指示器不工作時，開關自動打開，以使反向偏置的半導體的漏電流為第一電容器充電。當開關關閉時，第一電容器完全放電，並且使n型溝道MOSFET截止。該充電和放電減少了待機模式下的電流消耗。授予Chen的美國專利No.RE37,884公開了一種發射機-接收機系統，其包括安裝在音頻設備中的發射機單元和安裝在耳機中的接收機單元，其中發射機單元包括自動電平調節器，其將音頻設備輸出信號的電平調節到預定的範圍；功率控制電路，其由音頻設備的輸出信號控制，以提供必需的工作電壓；和電感天線，用於將來自音頻設備的輸出信號發射到接收機單元。接收機單元具有低工作電壓設計，包括自動24倍分頻器電路，用於有效地區分左和右聲軌；和自動關機電路，用於在音頻設備不工作時自動地切斷電源。發射機單元和接收機單元進一步使用包括振蕩電晶體和電介質諧振器的各自雙振蕩頻率調節電路，以及用於調節頻率範圍的兩個變阻器。前面的專利反映了本發明人所了解的目前的技術狀態。有關這些專利的參考和討論的目的在於，在可能同對本發明的權利要求審查有關的公開信息方面，協助履行申請人的公認的公正義務。然而，應當提出，不論是單獨地或組合考慮地，上面指出的任何一個專利未公開、教導、暗示、示出或另外地明顯給出此處描述和進行權利要求的本發明。
發明內容因此，本發明的一個目的在於，提供一種用於音頻設備的具有自動開機能力的新的和改進的電路。本發明的另一目的在於，提供一種還包括節能自動關機能力的新的和改進的電路。本發明的另一目的或特徵是一種新的和改進的電路和方法，用於為無線發射機提供自動關機和/或自動開機能力的組合。本發明的另一目的在於，為無線發射機提供一種具有自動關機和/或自動開機能力的新穎的電路，其減少了由電路生成的背景噪聲。因此，本發明的一個方面在於，通過提供自動關機電路減少音頻設備中的電池消耗，該自動關機電路將在系統未被使用時自動地關閉系統。本發明的另一方面在於，通過提供使用特定的電路元件減少幹擾或由系統生成的背景噪聲。本發明的另一方面在於，通過提供自動開機能力啟動系統的能力。通過下面結合附圖考慮的描述，將更好地一起理解有關構成和操作方法的作為本發明特徵的其他新穎特徵以及本發明的另外的目的和優點，其中藉助於示例說明了本發明的優選實施例。然而，應當清楚地理解，附圖僅用於說明和描述，其目的不在於成為對本發明限制的限定。在附於本公開內容並形成其一部分的權利要求中具體地指出了描述本發明特徵的新穎性的多種特徵。本發明並非單獨地存在於這些特徵中的任何一個特徵之中，而是特別地，存在於關於所說明的功能的其全部結構和元件的特定組合之中。本發明是一種電路和方法，用於為音頻設備提供自動關機/自動開機能力或僅提供自動開機能力，該音頻設備具有這樣的類型，即具有自與耳機或音頻源(諸如可攜式電池驅動的CD、磁帶或MP3播放器)的輸出插孔配合處延伸的音頻插頭。可攜式射頻(RF)發射機將來自音頻源的音頻信號調製到RF載波上，並且將它們發射到RF接收機。自動關機能力被提供用於延長電池壽命和拖延發射機電路的劣化，並且包括，在電路處於「關斷」狀態時使第一場效應電晶體(FET)夾斷。這是在通過未使電容器放電而達到電容器中的預定閾值時發生的。當音頻測定比較器的測定輸入在出現音頻峰值時下降至低於預定閾限值時，通過降低該測定比較器的輸出使電容器放電，並且其中值的下降使比較器的開漏或開集輸出變低，使電容器放電並且使場效應電晶體(FET)向調節器供電。在電路的實際應用中，比較器的極性可以迴轉或者翻轉，由此其測定正向峰值，以使電容器放電。自動開機能力被提供用於在出現諸如音頻信號的激勵時有效地啟動音頻系統。自動開機電路以與自動關機電路相似的方式運行，並且其在發射機的殼體上具有低電流LED，用以指出該單元處於開啟狀態。此外，組合的自動開機/自動關機電路理想地適於同功率放大器(功放)一起使用，其可用於在向一個或多個遠程/附加接收機重新發射信號時增強信號。這樣，已經廣泛地概述了本發明的較重要的特徵，以便於其隨後的詳細描述可以得到較好的理解，並且對現有技術的貢獻可以得到較好的認識。當然，還存在下文所將描述的本發明的另外的特徵，其將形成附屬權利要求的另外的主題。本領域的技術人員應認識到，本公開內容所基於的概念可被用作設計其他的用於實現本發明的若干目的的結構、方法和系統的基礎。因此，重要的是，由於它們並未偏離本發明的精神和範圍，因此應認為權利要求在範圍上涵蓋該等效構造。而且，摘要的目的在於，通常使(一個或多個)國家專利局和公眾，特別是不熟悉專利或法律術語或措詞的本領域的科學家、工程師和從業人員，能夠由概略說明快速地確定本申請的技術公開內容的本質和精髓。摘要的目的既不在於限定本申請的發明，本發明是由權利要求衡量，也不在於以任何方式成為關於本發明的範圍的限制。在下面的描述中使用的其某些術語和派生詞僅為了參考方便起見而使用，並且其將不作為限制。例如，諸如「向上」、「向下」、「左」和「右」的詞彙，除非特別說明，指所參考的圖中的方向。相似地，諸如「向內」和「向外」的詞彙分別指朝向和離開設備或區域的幾何中心或者其指定部分的方向。除非特別說明，單數態的參考符號包括複數，反之亦然。附圖簡述在考慮下面有關詳細描述時，將更好地理解本發明，並且除了上文所述以外的目的將變得顯而易見。該描述參考附圖，其中圖1是可以利用本發明的設備支持結構的透視圖；並且圖2(為清楚起見分為圖2A～2D)是具有所公開的本發明的自動關機和/或自動開機電路的音頻發射機的電路圖。實現本發明的最佳方式參考圖1，示出了可以利用本發明的支持結構或設備的透視圖。電池驅動的音頻源，典型地是可攜式立體聲收音機、可攜式盒帶播放器或可攜式高密度盤播放器，由接收的無線電信號或記錄在介質上的程序素材生成音頻信號。這些音頻信號出現在耳機或者輸出插孔，其接下來傳輸到RF發射機10。可攜式電池驅動的RF發射機10包括發射機殼體12以及封入的集成電路和凸形插頭14，其插入到耳機或音頻源的輸出插孔中。可替換地，RF發射機10可以硬連線到設備，也可以嵌入在設備中。由音頻源生成的音頻信號在音頻放大器10處放大並且調製RF載波。RF載波耦合到天線，用於輻射到遠程接收機。現在參考圖2(為清楚起見分為圖2A～2D)，示出了如優選實施例中使用的駐留了所要求保護的自動關機/自動開機電路的發射機平臺。來自外部源，諸如CD播放器、盒式磁帶播放器、MP3播放器等的音頻信號經由標準的3.5mm三導線音頻電纜在P1處進入電路，並且被衰減、AC耦合和路由到右和左音頻輸入引腳(1和22)。每個聲道路由通過50μS預加重網絡、用於防止由過度音頻電平引起的發射機過度偏移的限制電路、以及用於移除音頻範圍之外的不需要的頻譜分量的15千赫(KHz)低通濾波器網絡。然後經處理的音頻信號饋送到立體聲多路復用器。該電路進行左-右聲道相減，通過該信號調製由PLL提供的38Khz的副載波，並且對38KHz源進行2分頻以生成19KHz的導頻，並在引腳5上輸出增益成比例合成信號。傳輸鏈包括具有外部AC耦合儲能電路的晶片上鎖相振蕩器，該外部AC耦合儲能電路包括L3、C17、C19、C20、C21以及變容二極體D3和D4。對振蕩器頻率進行晶片上採樣並通過可編程分頻器將其向下分頻至約100KHz，其中將其同得自工作於7.5MHz的晶體參考振蕩器的100KHz的參考信號進行比較。該相位比較的結果從引腳7輸出到外部環路濾波器，其包括Q1、C10、C11、C24、R9和R15，具有約14Hz的帶寬。該環路濾波器的DC輸出是與下分頻振蕩器頻率同下分頻參考信號的差成比例的誤差電壓，並且施加到變容二極體D4，該變容二極體通過C21聯接到振蕩器儲能電路，由此控制振蕩器頻率。電容器C20在製造過程中被選擇為使振蕩器居於所需範圍的中心，確保在整個工作電壓和溫度範圍中維持頻率鎖定。通過改變振蕩器鏈中的可編程分頻器的分頻比執行聲道選擇。滑動開關SW1、由D1和D2形成的二極體解碼矩陣以及晶片上信號解碼D0～D3(引腳15～18)允許選擇88.1～107.9MHz範圍中的4個聲道。上文的來自引腳5的合成立體聲基帶信號路由通過R16到達變容二極體D3，其通過C17聯接到振蕩器儲能電路。由變化的合成基帶信號引起的該二極體的電容變化引起了振蕩器頻率的小的變化，這樣，通過該合成信號對振蕩器進行頻率調製。由於非常窄的環路濾波器帶寬，PLL不能跟蹤該調製。使用分立的變容二極體用於調製路徑，以改善從聲道到聲道的調製線性度，確保在工作範圍上的恆定的偏移。用於電路的主要功率由CR23V鋰電池提供。由於自該電池可獲得低至約2伏特的有用功率，並且電路工作劣化至低於約2.8伏特，因此使用開關調節器將變化的電池電壓變換至調節器濾波器中的3.75伏特。該調節器是針對效率進行優化的PWM類型的切換器，具有隨電池電壓變化的切換頻率。所公開的電路的兩個重要特徵是電容和「夾斷」。在所示電路中，其中Q2是P溝道場效應電晶體(MOSFET)，隨著電路中的漏極電壓(VD)的增加，漏極電流(ID)也增加，高達某個穩定值。只要柵極電壓恆定且不是過大的，則這就是確實的。隨著柵極電壓繼續增加(由於這是P溝道器件，其正向增加)，在溝道中開始形成耗盡區域。電荷載流子不能流入該區域，這是因為它們必須通過窄的溝道。最終，如果柵極電壓變得足夠高，則耗盡區域將完全阻擋電荷載流子的流動；這被稱為夾斷。另一方面，電容通過臨時存儲能量作為電場，阻止交流(AC)電荷載流子的流動。電容器是慎重製造的電子元件，以具有特定的電容量，其是以諸如微法拉(10-6F)為單位定義的，該單位縮寫為μF。在自動關機模式中，Q2被夾斷，標為C29的電容器充電至電池電壓。比較器U3，其總是處於開啟狀態，測定音頻峰值的出現，在檢測到音頻峰值時，U3的輸出被驅動為低，使C29放電，這樣導通了向調節器供電的Q2。比較器的非倒相輸入被偏置在約八十五(85)mV，而倒相輸入AC耦合至音頻源。每當音頻峰值(低)使U3-4降低至低於其八十五(85)mV的閾值時，U3-1變低，使C29放電，其已經通過R23緩慢地累積電荷的。例如，如果經過了約七十(70)秒的周期而未出現任何使C29放電的音頻脈衝，則其將接近電池電壓，使Q2夾斷。在切斷輸入供電時，調節器的輸出下降至0伏特。在該模式中，電池放電為約五(5)微安。自動開機電路以與自動關機電路相似的方式運行，並且優選地在發射機10的殼體12上具有低電流LED，以指出該單元處於開啟狀態。比較器U3由電池直接供電，因此其始終處於開啟狀態。關斷狀態中的漏電流為約5微安。由於關於新電池的正常開啟狀態電流為約22毫安，這意味著，擱置在架子上有一百八十三(183)天未被使用的單元將消耗掉與該單元在1小時工作中所消耗的同樣多的電池功率。對於優選實施例中的約四十(40)小時的代表性電池壽命，關斷狀態電流基本上對電池壽命沒有影響。針對比較器的正輸入經由R21和R25被偏置為約85毫伏的閾值。在關斷狀態中，電容器C29通過R23充電至電池電壓，使FETQ2的柵極保持在電池電壓，這樣截止了針對U2-1的電流路徑。比較器的倒相輸入處於零(0)伏特，由於開漏輸出致使U3-1上的輸出基本保持開路。在該模式中，涓流電流路徑是U3的靜態電流、R25和R21的偏置分壓器和電容器C29的漏電流。當發射機10連接到有效的音頻源時，R14和C30將音頻樣本傳送至U3-4，即比較器的倒相輸入端。R28提供放電路徑，以防止由於來自比較器輸入的漏電流引起出現跨越C30的偏置。當音頻信號超過U3-3上的電壓時，比較器輸出變低，使電容器C29通過R27，即限流電阻放電。當C29放電時，Q2的柵極下降低於其夾斷閾值，使器件開啟並且向調節器U2提供電流。該設備現處於開啟狀態。電容器C29將緩慢地通過R23充電，但是在音頻信號變為高於比較器閾值時通過U3迅速放電。電流值定義了剛剛超過三十(30)秒的關機時間，即，如果音頻源平靜了超過約三十(30)秒，則設備將關機。在電路的實際應用中，比較器的極性可以迴轉或者翻轉，由此其測定正向峰值，以使電容器放電。利用近來超低功率低電壓比較器的可用性，使得該電路的實際應用成為可能。其中，被確認工作於該應用中的器件是，NationalSemiconductor的LMC7221、MicrelMIC7221、Maxim的MAX986、MAX990、MAX994以及TI的TLC372、TLV1391和TLV3401。所使用的LED是由Hewlett-Pachard製造的非常低電流高亮度的器件。通過600～800微安的正向電流偏置該器件，提供了足夠的亮度；然而，對於相似的亮度，傳統的LED將被偏置在10～20毫安的範圍。在該設計中實現的另一改進是添加了與L1並聯的C31。C31的值被選擇為使L1並聯諧振於89MHz，為耦合到音頻電纜屏蔽的發射機RF輸出提供了顯著較高的對地阻抗路徑。此外，組合的自動開機/自動關機電路理想地適於同功率放大器(功放)一起使用，其可用於在向一個或多個遠程/附加接收機重新發射信號時增強信號。功率放大器，(由於其涉及數級RF或一般信號放大，其還被稱為「末級放大器」)將信號強度增強到所需用於接收的電平。儘管上文就其中可以出現和/或存在應用的系統描述了特定的實施例，但是本發明不限於該內容。圖1中示出的系統僅是關於本發明的宿主系統的一個示例，並且系統元件的目的僅在於例示可用於支持本發明的外圍設備和部件的類型。在前面的申請文件中，通過參考本發明的特定的實施例描述了本發明。然而，顯而易見的是，在不偏離本發明的較廣泛的精神和範圍的前提下可以對其進行多種修改和變化。因此，應在說明意義上而非限制意義上考慮該申請文件及附圖。前面的公開的內容足夠使本領域的技術人員能夠在避免不適當的實驗的情況下實踐本發明，並且提供了目前由本發明人所考慮的實踐本發明的最佳方式。儘管此處提供了本發明的優選實施例的全面和完整的公開內容，但是其目的不在於將本發明限制於所示出和描述的確切構造、空間關係和操作。在不偏離本發明的真實精神和範圍的前提下，多種修改方案、替換構造、變化方案以及等效方案將易於為本領域的技術人員所了解，並且作為適用方案可被使用。該變化可能牽涉可替換的材料、部件、結構配置、尺寸、形狀、形式、功能、操作特徵等等。因此，本發明的正確範圍應僅由附屬權利要求的最廣泛的解釋確定，以便於涵蓋所有該修改方案以及等效於附圖中說明和申請文件中描述的全部關係。權利要求1.一種用於音頻設備的自動開機電路，所述自動開機電路包括場效應電晶體(FET)，適於在所述自動開機電路處於「關斷」狀態時夾斷電荷載流子；電容器，其連接到所述FET並且適於充電和放電，並且如果沒有放電，則將充電至預定的閾值，使所述FET夾斷；和音頻測定比較器，其連接到所述電容器，並且具有開漏輸出和輸入，所述輸入適於在出現音頻峰值時，所述輸入的值下降低於預定的閾限值，並且其中所述值的下降使所述輸出變低，從而使所述電容器放電並且使所述FET向電路提供電流。2.權利要求1的用於音頻設備的自動開機電路，包括無線發射機，其具有適於同音頻源的輸出插孔配合的音頻插頭。3.權利要求2的用於音頻設備的自動開機電路，其中所述音頻源選自包含可攜式立體聲收音機、盒帶播放器、CD播放器和MP3播放器的組。4.權利要求1的用於音頻設備的自動開機電路，其中所述電容器連接到電池。5.權利要求4的用於音頻設備的自動開機電路，其中所述電容器在所述電路處於「關斷」時充電至電池電壓。6.權利要求4的用於音頻設備的自動開機電路，其中所述電容器在不存在音頻脈衝時累積電荷。7.權利要求1的用於音頻設備的自動開機電路，其中所述比較器具有極性，並且所述極性翻轉以測定正向峰值，用以使所述電容器放電。8.權利要求1的用於音頻設備的自動開機電路，進一步包括節能自動關機電路，其中所述比較器輸入在一段時間周期中未出現音頻脈衝時，所述比較器輸入的值增加到所述預定的閾限值，從而使FET夾斷。9.一種方法，用於響應於音頻脈衝的存在或不存在而自動地開啟或關斷用於音頻源的無線發射機，所述方法包括以下步驟在電路處於「關斷」狀態時平斷場效應電晶體(FET)中的電荷載流子；允許電容器充電至預定閾值，以使FET夾斷；在出現音頻峰值時，使音頻測定比較器輸入的值下降低於預定的閾限值，其中所述值的下降使電容器放電，並且使FET向電路提供電流，並且，當在一端時間周期內未出現音頻脈衝時，使比較器輸入的值保持高於預定的閾限值。10.權利要求9的方法，進一步包括以下步驟提供音頻插頭，其適於同音頻源的輸出插孔配合。11.權利要求9的方法，進一步包括以下步驟將電容器連接到電池。12.權利要求11的方法，進一步包括以下步驟當電路處於「關斷」狀態時使電容器充電至電池電壓。13.權利要求11的方法，進一步包括以下步驟在不存在音頻脈衝時，在電容器中累積電荷。14.權利要求9的方法，進一步包括以下步驟翻轉比較器的極性，以測定正向峰值，用以使電容器放電。全文摘要一種為音頻設備提供自動開機和/或自動關機能力的電路(圖2A－2D)和方法，該音頻設備具有這樣的類型，即具有同音頻源的輸出插孔配合的音頻插頭(14)。可攜式發射機(10)將來自音頻源的音頻信號調製到載波上，並且將它們發射到接收機。自動開機和自動關機能力被提供用於延長電池壽命和拖延發射機電路的劣化，並且包括，在電路處於「關斷」狀態時使FET夾斷。這是在通過未使電容器放電而達到電容器(C29)中的預定閾值時發生的。當出現音頻峰值時，通過使比較器輸入下降至低於預定的閾限值，使電容器(C29)放電，並且其中該值的下降使比較器的輸出變低，從而使電容器放電並且使FET(Q2)向調節器供電。文檔編號H03F99/00GK1736023SQ200480002061公開日2006年2月15日申請日期2004年1月9日優先權日2003年1月9日發明者阿瑟·L·科恩,約翰·格利斯曼申請人:埃裡耶勒公司