一种提高模拟音频接口各声道分离度的电路和音频系统

摘要

本发明涉及一种提高模拟音频接口各声道分离度的电路和音频系统，所述电路包括：耳机接口芯片内部音频电路和外部相关的接口电路；其中，所述耳机接口芯片内部音频电路包括：功放驱动电路和模拟开关Rsw1～Rsw8；所述功放驱动电路的参考地和MICBIAS去耦电容C3的参考地均通过模拟开关连接到片外靠近耳机接口处；当确定耳机类型后，根据耳机类型通过配置片内模拟开关Rsw1～Rsw8的状态与片外电路建立连接关系，以实现正确的电气连接。本发明通过优化耳机接口芯片内部音频电路和外部相关的接口电路，能够使扬声器左右声道之间的分离度以及扬声器到麦克风之间的分离度得到有效提升，改善侧音，提高播放和通话质量。

说明书

技术领域

本发明涉及音频传输技术领域，具体涉及一种提高模拟音频接口各声道分离度的电路和音频系统。

背景技术

现有技术中的3.5毫米耳机接头按照管脚定义顺序可以分为OMTP和CTIA两种标准，两种标准在管脚定义上有所不同，具体定义和差别如图1所示。随着电子及集成电路的发展，为兼顾不同标准的耳机，目前终端设备主要通过集成的单芯片实现耳机类型识别并通过内部半导体开关实现正确电气连接。现有的常规耳机转接头芯片的片内结构图如图2所示。片内集成的半导体开关并非理想器件，必然存在导通阻抗。因此，对于3.5mm接口耳机及其接口电路接口芯片而言，其扬声器左右声道之间以及扬声器和Microphone之间的公共接地通路不理想必然会导致其相互之间存在一定的串扰(Crosstalk)。其左右声道之间的串扰表现为在立体声耳机输出系统中，本希望a声道有输出b声道无输出，实际上在b声道上也能够听到本应在a声道中发出的声音。而扬声器和Microphone之间的串扰，一种表现场景为使用存在串扰问题的耳机接口芯片一方在和别人打电话时，一方面会让对方能够听到自己说的话由于本身是非必要的可以称之为噪音，这种噪音和己方的话音混杂在一起也会使通话清晰度降低，严重时会干扰其正常通话。

分离度是音频输入输出系统对串扰抑制程度的指标体现，对于耳机转接头芯片系统而言，分离度是衡量其音频品质的重要参数，因此在芯片设计上提高该指标具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种提高模拟音频接口各声道分离度的电路和音频系统。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：一种提高模拟音频接口各声道分离度的电路，包括：

耳机接口芯片内部音频电路和外部相关的接口电路；

其中，所述耳机接口芯片内部音频电路包括：DAC模块、功放驱动电路、模拟开关组、MICBIAS产生单元、增益放大器和ADC模块；

所述DAC模块的输出端通过增益电阻Rg1和Rg2与所述功放驱动电路的输入端对应连接；所述功放驱动电路的输出端通过电阻集合Rb1或Rb2与耳机上的扬声器对应接口相连；所述功放驱动电路的参考地和MICBIAS去耦电容C3的参考地均通过所述模拟开关组连接到片外靠近耳机接口处；所述ADC模块的输入端通过所述增益放大器与耳机上的麦克风和地对应接口相连；

所述模拟开关组包括：模拟开关Rsw1～Rsw8；

当确定耳机类型后，根据耳机类型通过配置片内模拟开关Rsw1～Rsw8的状态与片外电路建立连接关系，以实现正确的电气连接。

可选的，所述根据耳机类型通过配置片内模拟开关Rsw1～Rsw8的状态与片外电路建立连接关系，包括：

当所述耳机类型为4段式耳机时，

将所述模拟开关Rsw1和Rsw6二选一闭合，用于选择将Sleeve或Ring2通过Rbias连接到MICBIAS；

将Rsw2和Rsw5二选一闭合，用于选择将Sleeve或Ring2连接到GND；

同时，将Rsw3/Rsw4和Rsw7/Rsw8这两组模拟开关根据耳机类型选择其中一组闭合且另一组断开，以将所述功放驱动电路的参考地和MICBIAS去耦电容C3的参考地连接到片外靠近耳机接口处，用于减小扬声器左右声道之间的串扰以及扬声器对麦克风的串扰。

可选的，当所述耳机类型为4段CTIA类型时，将所述模拟开关Rsw1、Rsw5、Rsw7和Rsw8断开，将所述模拟开关Rsw2、Rsw3、Rsw4和Rsw6闭合；

当所述耳机类型为4段OMTP类型时，将所述模拟开关Rsw2、Rsw3、Rsw4和Rsw6断开，将所述模拟开关Rsw1、Rsw5、Rsw7和Rsw8闭合。

可选的，所述根据耳机类型通过配置片内模拟开关Rsw1～Rsw8的状态与片外电路建立连接关系，包括：

当所述耳机类型为3段式耳机时，将所述模拟开关Rsw1和Rsw6断开，将所述模拟开关Rsw2和Rsw5闭合，用于选择将Sleeve和Ring2同时连接到GND，同时将Rsw3/Rsw4和Rsw7/Rsw8这两组模拟开关闭合。

可选的，在PCB上走线时，所述功放驱动电路的参考地的走线的阻抗与耳机GND的走线的阻抗相同，且两个走线最终在耳机座对应焊点处汇合；

在PCB走线中保持Ring2_Ref和Ring2，Sleeve_Ref和Sleeve这两组信号线等长且等宽。

可选的，根据4段式耳机的类型，将MICBIAS去耦电容C3的参考地和所述MICBIAS产生单元的参考地通过所述模拟开关Rsw4或Rsw8，经Ring2_Ref或Sleeve_Ref耦合回耳机的接地通路。

可选的，当所述4段式耳机的类型为CTIA类型时，Sleeve管脚用于连接CTIA类型耳机的麦克风，Ring2管脚用于连接耳机的GND，耳机座上Ring2管脚对应的焊点A点和Sleeve管脚对应的焊点B点之间通过路径(Rb6+Rsw6+Rbias+C3+Rsw4+Rb4)建立电气连接关系。

可选的，当所述4段式耳机的类型为OMTP类型时，Ring2管脚用于连接OMTP类型耳机的麦克风，Sleeve管脚用于连接耳机的GND，耳机座上Ring2管脚对应的焊点A点和Sleeve管脚对应的焊点B点之间通过路径(Rb3+Rsw1+Rbias+C3+Rsw8+Rb7)建立电气连接关系。

本发明还提供了一种音频系统，包括：

如前面任一项所述的一种提高模拟音频接口各声道分离度的电路。

本发明采用以上技术方案，所述一种提高模拟音频接口各声道分离度的电路，包括：耳机接口芯片内部音频电路和外部相关的接口电路；其中，所述耳机接口芯片内部音频电路包括：DAC模块、功放驱动电路、模拟开关组、MICBIAS产生单元、增益放大器和ADC模块；所述功放驱动电路的参考地和MICBIAS去耦电容C3的参考地均通过所述模拟开关组连接到片外靠近耳机接口处；所述模拟开关组包括：模拟开关Rsw1～Rsw8；当确定耳机类型后，根据耳机类型通过配置片内模拟开关Rsw1～Rsw8的状态与片外电路建立连接关系，以实现正确的电气连接。本发明所述的电路通过优化耳机接口芯片内部音频电路和外部相关的接口电路，能够使扬声器左右声道之间的分离度以及扬声器到麦克风之间的分离度得到有效提升，改善侧音，提高播放和通话质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中两种不同标准的耳机插头引脚定义示意图；

图2是现有的常规耳机转接头芯片的片内结构图；

图3是本发明一种提高模拟音频接口各声道分离度的电路整体的内部结构示意图；

图4是本发明DAC左右声道串扰抑制电路内部结构示意图；

图5是本发明用于CTIA类型的耳机转接头芯片内部连接等效电路结构图；

图6是本发明用于OMTP类型的耳机转接头芯片内部连接等效电路结构图；

图7是本发明用于3段式耳机的转接头芯片内部连接等效电路结构图；

图8是本发明用于抑制DAC输出到ADC之间串扰的电路结构图；

图9是本发明用于CTIA类型的耳机转接头DAC输出到ADC之间串扰的抑制电路结构图；

图10是本发明用于CTIA类型的耳机转接头DAC输出到ADC之间串扰的抑制原理示意图；

图11是本发明用于OMTP类型的耳机转接头DAC输出到ADC之间串扰的抑制电路结构图；

图12是本发明用于OMTP类型的耳机转接头DAC输出到ADC之间串扰的抑制原理示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

图3是本发明一种提高模拟音频接口各声道分离度的电路整体的内部结构示意图。

如图3所示，本发明所述的一种提高模拟音频接口各声道分离度的电路，包括：

耳机接口芯片内部音频电路和外部相关的接口电路；

其中，所述耳机接口芯片内部音频电路包括：DAC模块、功放驱动电路、模拟开关组、MICBIAS产生单元、增益放大器和ADC模块；

所述DAC模块的输出端通过增益电阻Rg1和Rg2与所述功放驱动电路的输入端对应连接；所述功放驱动电路的输出端通过电阻集合Rb1或Rb2与耳机上的扬声器对应接口相连；所述功放驱动电路的参考地和MICBIAS去耦电容C3的参考地均通过所述模拟开关组连接到片外靠近耳机接口处；所述ADC模块的输入端通过所述增益放大器与耳机上的麦克风和地对应接口相连；

所述模拟开关组包括：模拟开关Rsw1～Rsw8；

当确定耳机类型后，根据耳机类型通过配置片内模拟开关Rsw1～Rsw8的状态与片外电路建立连接关系，以实现正确的电气连接。

图3中，Rg1/Rg2为芯片内功放驱动电路的增益电阻；Rb1/Rb2/Rb3/Rb4/Rb5/Rb6/Rb7表示芯片级的片内走线、键合线(bonding线)、芯片与PCB之间的焊点、PCB板级走线的电阻集合；Rcon1/Rcon2/Rcon3/Rcon4为3.5mm耳机接口与耳机插头之间的等效接触电阻；Rsw1～Rsw8为芯片内模拟开关的等效电阻；当确定出耳机类型后，根据耳机类型通过配置片内模拟开关Rsw1～Rsw8的状态与片外电路建立连接关系，以实现正确的电气连接。

关于片内的模拟开关需要说明的是，

在4段耳机应用场景中：Rsw1和Rsw6二选一闭合，用于选择将Sleeve或Ring2通过Rbias连接到Micbias；Rsw2和Rsw5二选一闭合，用于选择将Sleeve或Ring2连接到GND；Rsw3/Rsw4和Rsw7/Rsw8这两组模拟开关根据耳机类型选择其中一组闭合且另一组断开，以将所述功放驱动电路的参考地和MICBIAS去耦电容C3的参考地连接到片外靠近耳机接口处，用于减小扬声器左右声道之间的串扰以及扬声器对麦克风的串扰。

在3段耳机应用场景中：Rsw1和Rsw6均断开；Rsw2和Rsw5均闭合，用于选择将Sleeve和Ring2同时连接到GND，同时将Rsw3/Rsw4和Rsw7/Rsw8这两组模拟开关同时闭合。

具体地，按照耳机类型说明各模拟开关的连接关系如下：

当耳机为4段CTIA类型时：将模拟开关Rsw1、Rsw5、Rsw7和Rsw8断开，将模拟开关Rsw2、Rsw3、Rsw4和Rsw6闭合；

当耳机为4段OMTP类型时：将模拟开关Rsw2、Rsw3、Rsw4和Rsw6断开，将模拟开关Rsw1、Rsw5、Rsw7和Rsw8闭合；

当耳机为3段类型时：将模拟开关Rsw1和Rsw6断开，将模拟开关Rsw2、Rsw3、Rsw4、Rsw5、Rsw7和Rsw8闭合。

关于两种抑制电路下面进行如下介绍。

(1)用于抑制DAC输出左右声道之间串扰的电路

针对DAC输出的左右声道之间的串扰，本发明的创新之处在于：如图4中所示的DAC的功放驱动(即Driver)模块的参考GND(即C点，记为Ref_GND)，不是在芯片内部直接接GND(如图2所示)，而是根据识别出的耳机类型(CTIA/OMTP)，通过配置合理的片内开关状态与片外电路之间建立连接关系，如图4中点划线所示。

进一步的，在PCB上走线时也尽可能将此Ref_GND(CTIA型耳机为RING2_Ref，OMTP型耳机为Sleeve_Ref)的走线的阻抗与耳机GND(CTIA型耳机为RING2，OMTP型耳机为SLEEVE)的走线的阻抗设置为相同值，并且两个走线最终在耳机座对应焊点处汇合，即A点和B点。

作为耳机转接头芯片，由于不确定在应用场景中会插入什么样类型的耳机，有可能是3段式耳机，也有可能是4段式耳机中的CTIA或OMTP。按照上述阻抗相同的要求，则应在PCB走线中保持Ring2_Ref和Ring2，Sleeve_Ref和Sleeve这两组信号线都尽可能等长且等宽，并且走线尽可能短。

当耳机为4段CTIA类型时，如图5中的点划线部分，所述功放驱动电路的参考地通过所述模拟开关Rsw3和Rb4连接到A点；

当耳机为4段OMTP类型时，如图6中的点划线部分，所述功放驱动电路的参考地通过所述模拟开关Rsw7和Rb7连接到A点；

当耳机为3段类型时，如图7中的点划线部分，所述功放驱动电路的参考地通过所述模拟开关Rsw3和Rb4连接到A点，通过所述模拟开关Rsw7和Rb7连接到B点。

(2)用于抑制DAC输出到麦克风之间串扰的电路

针对DAC输出到ADC之间的串扰，本发明的创新之处在于：如图8所示，将MICBIAS去耦电容C3的参考GND、MICBIAS产生单元的参考GND不是直接接GND，而是通过片内开关Rsw4或Rsw8，经Ring2_Ref或Sleeve_Ref再耦合回耳机的接地通路(Ring2/Sleeve)上。

对于图2所示的电路结构，即使采用未使用此设计的耳机转接头芯片，ADC的输入可以理解为A、B两点之间的信号之差，由于接地通路Ring2/Sleeve的非理想，导致DAC输出可以在AB两点产生的残余信号之差，重新耦合至ADC。

以CTIA类型耳机应用场景为例，其片内开关的连接关系如图9所示。Sleeve管脚用于连接CTIA类型耳机的麦克风，Ring2管脚用于连接耳机的GND，A/B两点之间通过如下路径(Rb6+Rsw6+Rbias+C3+Rsw4+Rb4)建立了实际的电气连接关系(如图10所示)，而不是像图2中所述的那样相互独立。

以图10中的CTIA类型耳机作为示例进行抑制原理说明：由于接地不理想导致DAC输出信号在S点的残余分压记为V

类似的，对于OMTP类型耳机，其片内开关的连接关系如图11所示。Ring2管脚用于连接OMTP类型耳机的麦克风，Sleeve管脚用于连接耳机的GND，耳机座上Ring2管脚对应的焊点A点和Sleeve管脚对应的焊点B点之间通过路径(Rb3+Rsw1+Rbias+C3+Rsw8+Rb7)建立了实际的电气连接关系(如图12所示)。

采用现有图2所示的电路结构，由于耳机扬声器左右声道之间以及扬声器和Micphone之间共用接地通路Rcom(CTIA类型为Rcon3+Rb3+Rsw2+Rb5，OMTP类型时为Rcon4+Rb6+Rsw5+Rb5)。

根据测试结果，扬声器左右声道之间的串扰在扬声器负载为32ohm时大概在-52dB左右；而扬声器和麦克风之间的串扰则可理解为扬声器输出在A点分压和B点分压之差。根据实测结果，扬声器和麦克风之间的串扰在扬声器负载为32ohm时大约为-40dB。

按照图4所示结构连接以后，根据实验室测试结果，扬声器左右声道之间的串扰为-69dB左右，比图2所述的现有方案提升了17dB，扬声器左右声道之间的串扰明显降低。

按照图8所示结构连接以后，根据实验室测试结果，扬声器和麦克风之间的串扰大约为-55dB，比图2所述的现有方案提升了15dB，扬声器和麦克风之间的串扰明显降低。

根据实测结果，本发明两种改进手段分别对扬声器左右声道之间的串扰，以及扬声器和麦克风之间的串扰均能起到有效的改善作用，该电路具有较好的实际应用意义。

本发明所述的电路通过优化耳机接口芯片内部音频电路和外部相关的接口电路，能够使扬声器左右声道之间的分离度以及扬声器到麦克风之间的分离度得到有效提升，改善侧音，提高播放和通话质量。

此外，本发明还提供了一种音频系统，包括：如图3至图12任一项所述的一种提高模拟音频接口各声道分离度的电路。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。