CN201733428U - 一种音频输出电路及具有所述电路的移动终端 - Google Patents

一种音频输出电路及具有所述电路的移动终端 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种音频输出电路及具有所述电路的移动终端，包括至少两路功放芯片和一路电声器件，其中一路功放芯片的音频输出端直接连接电声器件，其余各路功放芯片的音频输出端各自通过一路音频开关连接隔直电容，经隔直电容连接所述的电声器件。本实用新型的音频输出电路结构简单，成本低廉，有效解决了共同使用一路电声器件的多路功放芯片之间的串扰问题，确保了各路功放芯片的运行安全，同时减少了软件控制上的延时，可以满足所有音频***的设计要求，尤其适合在手机等移动终端的硬件电路设计中推广应用。

Description

一种音频输出电路及具有所述电路的移动终端
技术领域
本实用新型属于音频***技术领域，具体地说，是涉及一种多个音频输出通道共用一个电声器件的音频输出电路以及采用所述音频输出电路设计的移动终端。
背景技术
对于目前较复杂的音频***来说，经常会出现多个音频输出通道共同使用一个电声器件的现象。由于各路音频输出电路存在不同的输出阻抗和输出电压，因此，不能简单地将各路音频输出直接并联到一个电声器件上，否则会产生其中一路音频通路损坏另外一路音频通路的问题。
为了解决这一问题，目前最常用的方法是在多路音频输出通道与电声器件之间增加音频开关，参见图1所示，即通过模拟电子开关对多路音频输出通道进行选通切换，以实现各路音频输出共享同一电声器件。但是，采用图1所示结构的音频电路会在音频功放1的音频输出通道1与音频功放2的音频输出通道2之间产生串扰。虽然对于一般的音频开关而言，这个值都在70dB以上，但是当其中一路音频通道的输出能量高达一定程度时，会在另外一路音频通道上产生一个能量很强的信号。比如当音频开关切换到通道1时，即将通道1与电声器件连通，如果通道1产生的能量大到一定程度，那么就会在通道2上出现一个能量很强的信号，并且如果音频功放2的输出阻抗比较小，则从通路1经过音频开关串扰到通道2上的信号就会反灌到音频功放2，从而造成音频功放2的损坏。尤其是当其中一路音频功放是D类功放时，这种情况尤其严重。究其原因，主要存在以下两方面因素：
(1)由于D类功放输出的信号波形为方波，在这种模式下，高频的方波信号会通过模拟电子开关串扰到另外一路音频输出通路上，从而有可能影响甚至损坏另外一路音频通路上的音频功放。为了解决这一问题，目前主要采用的设计方案是在音频输出通道上增加模拟电子开关，参见图2所示的电路结构，通过将多路模拟电子开关级联，以增加音频通路之间的隔离度。由于在目前业内通用的开关器件中，大部分模拟电子开关的隔离度都在70dB左右，如果想要获取更高的隔离度，则需要使用更多的开关进行级联。这种设计方式虽然在一定程度上降低了音频通路之间的串扰问题，但是，由于需要使用较多的模拟电子开关器件，因此导致硬件成本升高，控制机制相对繁琐。
(2)如果模拟电子开关与D类功放使用同一路电源供电，则D类功放输出方波的上升沿的过冲瞬时会超过模拟电子开关的供电电压，从而有可能造成模拟电子开关的损坏。为了解决这一问题，必须提高模拟电子开关的供电电压，并使其供电电压高于D类功放输出信号的最大值。但是，这需要设计多电压的供电***，从而造成电路复杂程度的加大，***硬件成本的升高，因此不能满足所有***的设计要求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种结构简单且成本相对较低的音频输出电路，以解决多路音频功放共用一个电声器件时，其中一路音频功放的输出信号对其他各路音频功放造成影响甚至损坏的问题。
为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
一种音频输出电路，包括至少两路功放芯片和一路电声器件，其中一路功放芯片的音频输出端直接连接电声器件，其余各路功放芯片的音频输出端各自通过一路音频开关连接隔直电容，经隔直电容连接所述的电声器件。
进一步的，与所述电声器件直接连接的功放芯片为输出方波信号的功放芯片，其余各路功放芯片输出正弦波信号。
优选的，与所述电声器件直接连接的功放芯片为D类功放芯片，其余各路功放芯片为非D类功放芯片，例如A类、B类或者AB类功放芯片等。
为了降低各路功放芯片之间的串扰强度，所述音频开关优选采用双掷开关进行电路设计，其第一组备选通道连接功放芯片的音频输出端，第二组备选通道通过高通滤波电路接地，音频开关的公共端串联所述的隔直电容，并经所述的隔直电容连接电声器件。
进一步的，所述高通滤波电路由电容和电阻串联而成。
为了平衡各路功放芯片的输出阻抗，在所述音频开关的第一组备选通道与功放芯片的音频输出端之间还串联有电阻。
又进一步的，所述音频开关的控制端连接主处理器，接收主处理器输出的开关选择信号。
再进一步的，所述音频开关为双刀双掷模拟电子开关，其第一组备选通道的两条通路分别与功放芯片的两路音频输出端对应连接，第二组备选通道的两条通路各自通过一路高通滤波电路接地，在所述音频开关的两路公共端与电声器件的连接通路中各自串联有一路所述的隔直电容。
更进一步的，所述功放芯片输出的音频信号为单声道差分音频信号或者双声道单端音频信号。
基于上述音频输出电路结构，本实用新型又提供了一种采用所述音频输出电路设计的移动终端，通过将移动终端的其中一路功放芯片的音频输出端直接与电声器件连接，比如移动终端中用于外放铃音的D类功放芯片，而其余各路功放芯片的音频输出端则各自通过一路音频开关进行选通切换后再与所述的电声器件连接，比如用于处理通过无线网络传输过来的语音信号的AB类功放芯片等，从而可以减少因音频开关的导通阻抗而导致的能量损失；与此同时，通过在音频开关与电声器件的连接线路中进一步串联隔直电容，从而可以避免其中一路音频通道的直流偏置电压形成倒灌电流，反灌至其它功放芯片，对其它功放芯片造成损坏的问题，有效确保了音频输出电路的运行安全。
与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型的音频输出电路结构简单，成本低廉，有效解决了共同使用一路电声器件的多路功放芯片之间的串扰问题，确保了各路功放芯片的运行安全，同时减少了软件控制上的延时，可以满足所有音频***的设计要求，尤其适合在手机等移动终端的硬件电路设计中推广应用。
结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是传统多路音频通路共用一个电声器件的音频输出电路原理图；
图2是采用多个音频开关级联的音频输出电路原理图；
图3是本实用新型所提出的音频输出电路的一种实施例的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细地描述。
本实用新型为了降低能量损耗，在设计多路音频通道共用一路电声器件的音频输出电路时，将其中一路功放芯片的音频输出端直接与电声器件连接，而其余各路功放芯片则通过音频开关进行选通切换后再与所述的电声器件相连接。这样一来，在使用与电声器件直接连通的功放芯片输出音频信号时，由于该路音频通道无需经过音频开关进行选通，因此，可以避免因音频开关的导通阻抗而导致的能量损失问题。与此同时，通过进一步在音频开关与电声器件之间串联隔直电容，从而可以起到隔离音频通路之间的串扰，保护功放芯片的作用。
在所述的音频输出电路中优选将输出方波信号的功放芯片(比如D类功放芯片)直接连接到电声器件上，其余各路输出正弦波信号的功放芯片(比如A类、B类或者AB类等功放芯片)则通过音频开关和隔直电容连接所述的电声器件。
下面以手机为例，通过一个具体的实施例来详细阐述所述音频输出电路的具体组建结构及其工作原理。
实施例一，在手持多媒体移动终端的硬件设计中，尤其是手机平台的电路设计中，为了降低***功耗，越来越多的手机***青睐于使用D类功放来推动扬声器输出，以实现铃声外放、扩音等功能。由于需要扬声器输出较大的音量，因此要求D类功放输出的功率较大。但是，考虑到噪声等因素，语音通话接收电路部分仍然使用AB类的放大电路，将通过手机无线网络传输过来的语音信号通过电声器件回放。由于用户在接听语音通话时，都是让电声器件紧贴人耳，所以AB类功放的输出信号能量可以较小。考虑到手机结构、功能、成本上的需求，其铃声和通话语音的音频输出通道需要共同使用一个扬声器(电声器件的一种)。如果将D类功放和AB类功放的音频输出通道直接连接到扬声器上，则会出现D类功放的输出信号烧坏音频开关或者通过音频开关串扰烧坏AB类功放等问题。为了保护功放芯片，本实施例将D类功放芯片UD的音频输出端直接与扬声器BT连接，AB类功放芯片UAB的音频输出端通过音频开关K1和隔直电容C3/C4连接所述的扬声器BT，参见图3所示，以增加两条音频通路之间的隔离度。如果将D类功放芯片UD输出的音频信号也通过音频开关进行选通切换，往往会带来两方面问题：其一是，通过D类功放芯片UD输出的音频信号会对音频开关产生冲击；其二是，音频开关在导致状态下都会存在一个导通阻抗RON，一般情况下，RON＝0.5Ω左右；对于差分信号来说，整个负载就会增加2×RON＝1Ω的导通阻抗。而常规的手机等移动终端所使用的扬声器BT，其阻抗一般为8Ω，相当于有九分之一的能量浪费在了音频开关上。为了避免因音频开关的导通阻抗而导致的能量损失，本实施例优选将D类功放芯片UD的音频输出端直接连接到扬声器BT上。
本实施例以差分音频信号为例进行说明，所述音频开关K1可以采用一颗双刀双掷模拟电子开关进行电路设计，如图3所示。将音频开关K1的两路公共端COM1、COM2分别通过串联的隔直电容C3、C4连接扬声器BT的差分输入端，使通过模拟电子开关K1选通的音频信号经电容C3、C4进行隔直处理后，再传输至扬声器BT进行播放。本实施例在这里引入隔直电容C3、C4是出于以下考虑：如果将AB类功放芯片UAB的音频输出端通过模拟电子开关K1直接连接到D类功放芯片UD的音频输出端上，虽然AB类功放芯片UAB输出的信号能量较小，但是差分信号在每条传输线路上都有直流偏置电压，这种直流偏置电压容易形成倒灌电流，流入到D类功放芯片UD中，从而造成对D类功放芯片UD的损坏。为了避免这个问题，本实施例在模拟电子开关K1的公共端COM1、COM2与D类功放芯片UD的音频输出通道之间增设了两个隔直电容C3和C4。通过这两个隔直电容C3、C4，可以使AB类功放芯片UAB所产生的直流偏置不会反灌到D类功放UD中，同时AB类功放芯片UAB所输出的交流音频信号也可以顺利地到达扬声器BT，以确保语音通话的正常播放。
此外，所述隔直电容C3、C4可以与扬声器BT组成一个高通滤波器，通过改变隔直电容C3、C4的容值大小，可以调整高通滤波器的低频截止点，从而满足不同应用环境的需求。
另一方面，当选通D类功放芯片UD工作时，通过D类功放芯片UD输出的差分音频信号经隔直电容C3和C4衰减滤波后，再输入到模拟电子开关K1。由于隔直电容C3、C4的存在，使得通过D类功放芯片UD输出的方波音频信号的上升沿过冲尖峰被滤除掉，从而确保连接D类功放芯片UD音频输出端的每条传输线路上的信号幅值都不会大于VDD2，即D类功放芯片UD的供电电压幅值。这样一来，即使模拟电子开关K1与D类功放芯片UD使用同一电压幅值的供电电源VDD1、VDD2，也不会对模拟电子开关K1造成损坏，从而起到了保护模拟电子开关K1，降低***复杂程度的设计目的。
为了进一步降低串扰到AB类功放芯片UAB的信号强度，本实施例将模拟电子开关K1的第一组备选通道的两条通路A1、A2分别与AB类功放芯片UAB的差分音频输出端对应连接，第二组备选通道的两条通路B1、B2各自通过一路高通滤波电路接地。在本实施例中，所述高通滤波电路可以采用电容C1/C2和电阻R1/R2串联实现，如图3所示。
采用这种电路设计方式，在选择D类功放芯片UD工作时，由于此时的模拟电子开关K1连通的是第二组备选通道，即COM1与B1连通、COM2与B2连通，因此，通过D类功放芯片UD输出的音频信号经隔直电容C3、C4耦合到高通滤波电路C1/R1、C2/R2上，进而通过这两个RC高通滤波器进行信号强度的衰减处理后，使得串扰到AB类功放芯片UAB的信号强度大大降低，从而避免了AB类功放芯片UAB由于串扰过来的信号强度过大而造成的损坏，提高了整机***运行的安全性和可靠性。
由于一般扬声器BT的阻抗为8Ω，而一般手机语音通路AB类功放的设计阻抗为32Ω，所以，本实施例在AB类功放芯片UAB的差分音频输出信号通路上各自串联一路电阻R3、R4，如图3所示，以用来平衡AB类功放和D类功放的输出阻抗。
本实施例的模拟电子开关K1受控于手机主板的主处理器，比如基带芯片，利用其控制端SEL接收主处理器输出的高低电平开关选择信号，以确定开关切换的方向。在本实施例中，当无任何声音输出时、或者D类功放芯片UD工作时、亦或者两个功放芯片UD、UAB同时工作时，主处理器输出高电平信号，控制模拟电子开关K1连通第二组备选通道B1、B2；而仅需要AB类功放芯片UAB工作时，主处理器输出低电平信号，控制模拟电子开关K1连通第一组备选通道A1、A2，以确保通话语音的正常输出。
特别需要注意的是：由于本音频电路中包含有容性器件和感性器件，因此需要特别处理一些状态下的延时问题，比如当D类功放芯片UD工作完毕后，如果将模拟电子开关K1马上切换到第一组备选通道A1、A2，即选通AB类功放芯片UAB，则隔直电容C3和C4上存储的电量会导致AB类功放芯片UAB的损坏。为了解决这一问题，本实施例为这类动作加入软件延时处理，即先控制D类功放芯片UD关闭，再等待一段时间的延时后(毫秒级)，再控制模拟电子开关K1切换，从而在时序机制上保护了两个功放芯片UD、UAB。
当然，本实施例的音频电路设计方式也可以方便地扩展到更多路音频通道的选通设计上，只需根据音频通道的数量在图3所示电路的基础上，仿照AB类功放芯片UAB的音频通道设计方式进行适应性扩展即可，本实施例在此不再进行展开说明。
本实施例在选择模拟电子开关K1时，考虑到目前很多手机电路中的功放芯片要么输出单声道差分音频信号，要么输出双声道单端音频信号，因此采用图3所示的双刀双掷开关即可满足设计要求。当然，对于某些需要输出单端单声道音频信号的功放芯片来说，只需采用单刀双掷开关即可满足设计要求。而对于某些要求输出双声道差分音频信号的功放芯片来说，只需在图3所示电路的基础上再同样地扩展出一组电路即可，图3所示电路用于处理输出左声道差分音频信号，扩展出来的一组电路用于处理输出右声道差分音频信号即可。本实施例在此不再一一说明。
当然，以上所述仅是本实用新型的一种优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种音频输出电路，包括至少两路功放芯片和一路电声器件，其特征在于：其中一路功放芯片的音频输出端直接连接电声器件，其余各路功放芯片的音频输出端各自通过一路音频开关连接隔直电容，经隔直电容连接所述的电声器件。
2.根据权利要求1所述的音频输出电路，其特征在于：与所述电声器件直接连接的功放芯片为输出方波信号的功放芯片，其余各路功放芯片输出正弦波信号。
3.根据权利要求1所述的音频输出电路，其特征在于：与所述电声器件直接连接的功放芯片为D类功放芯片，其余各路功放芯片为非D类功放芯片。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的音频输出电路，其特征在于：所述音频开关为双掷开关，其第一组备选通道连接功放芯片的音频输出端，第二组备选通道通过高通滤波电路接地，音频开关的公共端串联所述的隔直电容。
5.根据权利要求4所述的音频输出电路，其特征在于：所述高通滤波电路由电容和电阻串联组成。
6.根据权利要求4所述的音频输出电路，其特征在于：在所述音频开关的第一组备选通道与功放芯片的音频输出端之间串联有电阻。
7.根据权利要求4所述的音频输出电路，其特征在于：所述音频开关的控制端连接主处理器，接收主处理器输出的开关选择信号。
8.根据权利要求7所述的音频输出电路，其特征在于：所述音频开关为双刀双掷模拟电子开关，其第一组备选通道的两条通路分别与功放芯片的两路音频输出端对应连接，第二组备选通道的两条通路各自通过一路高通滤波电路接地，在所述音频开关的两路公共端与电声器件的连接通路中各自串联有一路所述的隔直电容。
9.根据权利要求8所述的音频输出电路，其特征在于：所述功放芯片输出的音频信号为单声道差分音频信号或者双声道单端音频信号。
10.一种移动终端，其特征在于：包含有如权利要求1至9中任一项权利要求所述的音频输出电路。
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