CN107318062A - 一种低功耗一拖二蓝牙耳机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种低功耗一拖二蓝牙耳机，所述蓝牙耳机包括主耳机和副耳机，所述主耳机内置第一蓝牙芯片，包括第一蓝牙物理层；所述副耳机内置第二蓝牙芯片，包括第二蓝牙物理层；其中第一蓝牙物理层包括第一2.4GHz射频模块和第一10MHz射频模块，所述第二蓝牙物理层包括与第一10MHz射频模块结构相同的第二10MHz射频模块、与第一2.4GHz射频模块结构相同的第二2.4GHz射频模块；第一2.4GHz的射频模块与音频播放设备通信，第一10MHz射频模块与第二10MHz射频模块进行微波通信，并对微波进行2.4GHz和10MHz之间切换，本发明主耳机内的第一蓝牙芯片与副耳机内的第二蓝牙芯片通过蓝牙协议进行通信，并由主耳机将2.4GHz射频切换为10MHz射频有效降低功耗，有效增加耳机使用时长。

Description

一种低功耗一拖二蓝牙耳机
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种低功耗一拖二蓝牙耳机。
背景技术
随着社会进步和人民生活水平的提高，耳机和音箱已成为人们生活中必不可少的生活用品。传统有线耳机通过导线连接播放设备，但会限制佩戴者的行动，尤其运动场合十分不便。普通蓝牙耳机取消了耳机和播放设备之间的连线，但左右耳之间仍然存在连线。真无线立体声(TWS)耳机和音箱应运而生。
现有的TWS耳机工作原理是主耳机通过蓝牙一拖二技术同时连接播放设备和副耳机，播放设备把左右声道音频数据同时发送到主耳机，主耳机保留其中一路声道的音频数据，把另一声道的音频数据发送到副耳机，再通过同步机制两路声道同时播放。低延时是其中的一个重要技术难点。延时主要取决于重传，虽然蓝牙标准有一定的纠错能力，但在空中信号质量差时很难起效，需要不断重传数据帧直到收对，否则听音乐就会卡顿。重传带来了延时的加大。
由于蓝牙工作频段2.4GHz上干扰严重，比如同频段的WiFi信号会占用很大的带宽，而且人的头部构造会对左右耳之间的2.4GHz信号造成严重衰减，这些都会导致主副耳机之间的空中信号质量变差，最终导致卡顿或延时增大。
现有蓝牙一拖二技术主耳机和副耳机之间通过近场磁感应(NFMI)进行传输，比如NXP的NFMI方案，缺点是NFMI采用一套独立的传输协议，需要单独的协议栈，没有和蓝牙集成的单芯片方案，面积和功耗都较大，并且传输码率低会降低音质。
因此，为了解决上述技术问题，需要在维持高码率传输，保证音乐播放质量的同时，能够有效降低功耗，增加耳机使用时长的一种低功耗一拖二蓝牙耳机。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低功耗一拖二蓝牙耳机，所述蓝牙耳机包括主耳机和副耳机，
所述主耳机内置第一蓝牙芯片，包括第一蓝牙物理层；所述副耳机内置第二蓝牙芯片，包括第二蓝牙物理层；其中
所述第一蓝牙物理层包括第一2.4GHz射频模块和第一10MHz射频模块，所述第二蓝牙物理层包括与第一10MHz射频模块结构相同的第二10MHz射频模块、与第一2.4GHz射频模块结构相同的第二2.4GHz射频模块；
第一2.4GHz的射频模块与音频播放设备通信，第一10MHz射频模块与第二10MHz射频模块进行微波通信，并对微波进行2.4GHz和10MHz之间切换。
优选地，所述第一蓝牙芯片还包括蓝牙介质访问控制层和主机控制接口。
优选地，所述第二蓝牙芯片还包括蓝牙介质访问控制层和主机控制接口。
优选地，所述第一2.4GHz射频模块包括第一天线开关、2.4GHz锁相环、第一接收信号链路和第一发射信号链路。
优选地，所述第一接收信号链路包括依次进行信号传递的第一低噪放大器、第一混频器、第一滤波器、第一模数转换器、数字下变频和解调器。
优选地，所述第一发射信号链路包括依次进行信号传递的调制器、第一数模转换器、第二滤波器、第二混频器和第一功率放大器。
优选地，所述第一10MHz射频模块包括第二天线开关、10MHz锁相环、第二接收信号链路和第二发射信号链路。
优选地，所述第二接收信号链路包括依次进行信号传递的第二低噪声放大器、第三混频器、第三滤波器、第二模数转换器、复用的数字下变频和复用的解调器。
优选地，所述第二发射信号链路包括依次进行信号传递的复用的调制器、第二数模转换器、第四滤波器、第三混频器和第二功率放大器。
优选地，所述主耳机的第一蓝牙芯片的蓝牙应用层上对主耳机电池电量进行监测；所述副耳机的第二蓝牙芯片的蓝牙应用层上对副耳机电池电量进行监测。
本发明提供的一种低功耗一拖二蓝牙耳机，采用基于蓝牙协议栈的10MHz频段转发模式，即底层协议栈完全和蓝牙协议栈共用，射频部分在10MHz和2.4GHz之间动态切换。为了保证现有播放设备的兼容性，主耳机和播放设备之间仍然采用蓝牙连接，而主副耳之间蓝牙连接的射频链路从2.4GHz频段调整为10MHz频段。10MHz信号波长比2.4GHz信号长，能更有效的穿透人头，有效降低干扰，维持高码率传输，保证音乐播放质量，同时有效降低功耗，增加耳机使用时长。
应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。
附图说明
参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：
图1示意性示出了本发明蓝牙耳机的***通信的框图；
图2示出了本发明蓝牙耳机的主耳机第一2.4GHz射频模块的结构框图；
图3示出了本发明蓝牙耳机的主耳机第一10MHz射频模块的结构框图。
具体实施方式
通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤，除非另有说明。
如图1所示本发明蓝牙耳机的***通信的框图，一种低功耗一拖二蓝牙耳机包括主耳机100和副耳机200，主耳机100与副耳机200分别被佩戴于使用者的两个耳朵位置。耳机的机械结构制造为单独的两个耳机，并不由具体的耳机线或头带式的支架相连，减少的使用者由耳机线或头戴式支架的影响。本发明提供的一种低功耗一拖二蓝牙耳机，在主耳机内置第一蓝牙芯片，包括第一蓝牙物理层101；副耳机内置第二蓝牙芯片，包括第二蓝牙物理层201；其中第一蓝牙物理层101包括第一2.4GHz射频模块和第一10MHz射频模块，第二蓝牙物理层201包括与第一10MHz射频模块结构相同的第二10MHz射频模块、与第一2.4GHz射频模块结构相同的第二2.4GHz射频模块；第一2.4GHz的射频模块与音频播放设备通信，所述第一10MHz射频模块与所述第二10MHz射频模块之间进行微波通信并对微波进行2.4GHz和10MHz之间切换。
如图1所示，根据本发明音频播放设备300(例如手机，MP3，pad，电脑等音频播放设备)内置蓝牙协议栈，播放设备300蓝牙协议栈的蓝牙物理层301具有通用2.4GHz射频模块，与主耳机的第一蓝牙物理层101的第一2.4GHz射频模块实现微波通信。根据本发明，本实施例中内置于主耳机100的第一蓝牙芯片还包括蓝牙介质访问控制层102和主机控制接口103。内置副耳机200的第二蓝牙芯片还包括蓝牙介质访问控制层202和主机控制接口203。
主耳机100接收播放设备300的2.4GHz微波信号，内置于主耳机100的第一2.4GHz射频模块接收2.4GHz微波信号。第一2.4GHz射频模块件接收到的2.4GHz微波信号切换至10MHz微波信号，并与第一10MHz射频模块进行通信，将10MHz微波信号传递给第一10MHz射频模块，第一10MHz射频模块将10MHz的微波信号发射。内置于副耳机200的第二10MHz射频模块接收第一10MHz射频模块发射的10MHz的微波信号。主耳机100和副耳机200分别将接收到微波信号转换成声音信号送入使用者耳朵。
由于本发明所采用的蓝牙耳机主耳机100和副耳机200的蓝牙物理层结构相同，下面为了能够简洁的阐释本发明，实施例中仅对主耳机的第一蓝牙物理层101进行说明，副耳机则不再累述。如图2所示本发明蓝牙耳机的主耳机第一2.4GHz射频模块的结构框图400，第一2.4GHz射频模块包括第一天线开关401、2.4GHz锁相环402、第一接收信号链路400a和第一发射信号链路400b。
第一接收信号链路400a包括依次进行信号传递的第一低噪放大器403、第一混频器404、第一滤波器405、第一模数转换器406、数字下变频器407和解调器408。第一发射信号链路400b包括依次进行信号传递的调制器409、第一数模转换器410、第二滤波器411、第二混频器412和第一功率放大器413。2.4GHz锁相环402检测第一混频器404与第二混频器412的相位差，调整第一发射信号链路400b的输出信号。
如图3所示本发明蓝牙耳机的主耳机第一10MHz射频模块的结构框图500，第一10MHz射频模块包括第二天线开关501、第二接收信号链路500a和第二发射信号链路500b。
第二接收信号链路500a包括依次进行信号传递的第二低噪声放大器503、第三混频器504、第三滤波器505、第二模数转换器506、复用的数字下变频407和复用的解调器408。第二发射信号链路500b包括依次进行信号传递的复用的调制器409、第二数模转换器510、第四滤波器511、第四混频器512和第二功率放大器513。10MHz锁相环502检测第三混频器504与第四混频器512的相位差，调整第二发射信号链路500b的输出信号。
结合图1至图3，根据本发明提供的低功耗一拖二蓝牙耳机，主耳机100第一蓝牙物理层101的第一2.4GHz射频模块通过第一天线开关401及第一接收信号链路400a的第一低噪放大器403、第一混频器404、第一滤波器405、第一模数转换器406。数字下变频407和第一解调器408对2.4GHz微波信号进行处理为10MHz微波信号，并由第一发射信号链路400b的调制器409、第一数模转换器410、第二滤波器411、第二混频器412和第一功率放大器413以及第一天线开关401将处理后的10MHz微波信号输出。
主耳机100第一蓝牙物理层101的第一10MHz射频模块通过第二天线开关501及第二接收信号链路500a的第二低噪声放大器503、第三混频器504、第三滤波器505、第二模数转换器506、复用的数字下变频407和复用的解调器408接收10MHz微波信号，并由第二发射信号链路500b的复用的调制器409、第二数模转换器510、第四滤波器511、第四混频器512和第二功率放大器513以及第二天线开关501将10MHz微波信号发射。副耳机200第二蓝牙物理层201的第二10MHz射频模块接收主耳机100第一蓝牙物理层101的第一10MHz射频模块发射的10MHz微波信号。完成主耳机100和副耳机200之间的微波信号传递。上述微波信号传递过程中，在第一10MHz射频模块与第二10MHz射频模块之间通信时，副耳机200第二蓝牙物理层的第二2.4GHz射频模块处于关闭状态以及降低功耗。
本发明主耳机和副耳机可以实现角色交换，由于主耳机100的工作时间长于副耳机200，根据本发明，主耳机100的第一蓝牙芯片的蓝牙应用层上对主耳机电池电量进行监测；副耳机200的第二蓝牙芯片的蓝牙应用层上对副耳机电池电量进行监测。当两者电量插值小于预定阈值时，切换主耳机100和副耳机200，增加耳机使用时长。切换后开启副耳机200的第二2.4GHz射频模块，接收播放器300蓝牙物理层301的2.4GHz射频模块的2.4GHz微波信号。主耳机100和副耳机200切换后，重复上述射频链路的通信过程，这里具体不再累述。
本发明提供的一种低功耗一拖二蓝牙耳机，采用基于蓝牙协议栈的10MHz频段转发模式，即底层协议栈完全和蓝牙协议栈共用，射频部分在10MHz和2.4GHz之间动态切换。为了保证现有播放设备的兼容性，主耳机和播放设备之间仍然采用蓝牙连接，而主副耳之间蓝牙连接的射频链路从2.4GHz频段调整为10MHz频段。10MHz信号波长比2.4GHz信号长，能更有效的穿透人头，有效降低干扰，维持高码率传输，保证音乐播放质量，同时有效降低功耗，增加耳机使用时长。
结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (10)

1.一种低功耗一拖二蓝牙耳机，其特征在于，所述蓝牙耳机包括主耳机和副耳机，
所述主耳机内置第一蓝牙芯片，包括第一蓝牙物理层；所述副耳机内置第二蓝牙芯片，包括第二蓝牙物理层；其中
所述第一蓝牙物理层包括第一2.4GHz射频模块和第一10MHz射频模块，所述第二蓝牙物理层包括与第一10MHz射频模块结构相同的第二10MHz射频模块、与第一2.4GHz射频模块结构相同的第二2.4GHz射频模块；
第一2.4GHz的射频模块与音频播放设备通信，第一10MHz射频模块与第二10MHz射频模块进行微波通信，并对微波进行2.4GHz和10MHz之间切换。
2.根据权利要求1所述的蓝牙耳机，其特征在于，所述第一蓝牙芯片还包括蓝牙介质访问控制层和主机控制接口。
3.根据权利要求1所述的蓝牙耳机，其特征在于，所述第二蓝牙芯片还包括蓝牙介质访问控制层和主机控制接口。
4.根据权利要求1所述的蓝牙耳机，其特征在于，所述第一2.4GHz射频模块包括第一天线开关、2.4GHz锁相环、第一接收信号链路和第一发射信号链路。
5.根据权利要求4所述的蓝牙耳机，其特征在于，所述第一接收信号链路包括依次进行信号传递的第一低噪放大器、第一混频器、第一滤波器、第一模数转换器、数字下变频和解调器。
6.根据权利要求4所述的蓝牙耳机，其特征在于，所述第一发射信号链路包括依次进行信号传递的调制器、第一数模转换器、第二滤波器、第二混频器和第一功率放大器。
7.根据权利要求1所述的蓝牙耳机，其特征在于，所述第一10MHz射频模块包括第二天线开关、10MHz锁相环、第二接收信号链路和第二发射信号链路。
8.根据权利要求7所述的蓝牙耳机，其特征在于，所述第二接收信号链路包括依次进行信号传递的第二低噪声放大器、第三混频器、第三滤波器、第二模数转换器、复用的数字下变频和复用的解调器。
9.根据权利要求7所述的蓝牙耳机，其特征在于，所述第二发射信号链路包括依次进行信号传递的复用的调制器、第二数模转换器、第四滤波器、第四混频器和第二功率放大器。
10.根据权利要求1所述的蓝牙耳机，其特征在于，所述主耳机的第一蓝牙芯片的蓝牙应用层上对主耳机电池电量进行监测；所述副耳机的第二蓝牙芯片的蓝牙应用层上对副耳机电池电量进行监测。
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