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CN201657063U - 一种在手机中应用的环境噪声抑制电路 - Google Patents

一种在手机中应用的环境噪声抑制电路 Download PDF

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CN201657063U CN2010201948812U CN201020194881U CN201657063U CN 201657063 U CN201657063 U CN 201657063U CN 2010201948812 U CN2010201948812 U CN 2010201948812U CN 201020194881 U CN201020194881 U CN 201020194881U CN 201657063 U CN201657063 U CN 201657063U
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徐忠义
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Shenzhen China Resources Technology Development Co ltd
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Abstract

一种在手机中应用的环境噪声抑制电路,以上电路连接在手机麦克风与手机基带芯片电路之间,结构中包括降噪核心芯片、降噪核心芯片外围配套电路及电源供给电路,上述的外围配套电路的结构中包括移相双端输出电路、差分放大电路、衰减控制模块电路、以及单端转双端输出电路;手机麦克风采集的音频信号经移相双端输出电路处理后输出两路相位差为180°的信号,经差分放大电路放大后输出到衰减控制模块电路经衰减控制模块电路处理为两路音频信号至降噪核心芯片的输入端,经抑制背景噪声后的单路音频信号,再经单端转双端输出电路转换为双路信号发送至手机基带芯片电路中。可以有效抑制背景噪音,即使在嘈杂的公路或机械加工厂,也能保证较高的通话质量。

Description

一种在手机中应用的环境噪声抑制电路
技术领域
本实用新型属于抑制环境噪音技术领域,本电路与手机配套使用,有效降低手机在通话过程中的背景噪音。
背景技术
目前,手机已广泛使用与普及,无论在生活、工作,还是航天、军事等各个领域中,人们已经不能离开手机了。手机的功能是为了让双方进行通话,通过通话过程互相沟通。但就手机发展今天,还是有一些问题无法避免,其中就包括有手机的通话质量,影响通话质量的因素有很多,除了网络、信号、手机自身的质量外,最关键的是环境噪声,尤其表现为大城市的公路、工业工厂,由于这些环境噪声是不可避免的,人们在通话过程中无法听清对方说出的语音信息,相反却听到的是远处传来的噪音。而这个噪音就严重影响了手机通话的质量。
已申报专利号为ZL03121988.8,其中设计的语音处理芯片,其型号为ZY1421,借鉴于本语音处理芯片的强大除燥功能,如果在手机上加以利用,则对本领域提到的以上问题可以轻松解决。
发明内容
本实用新型的目的是为了解决双方在使用手机通话的过程中,避免由于环境的巨大噪声影响双方的通话质量的技术问题,设计了一种在手机中应用的环境噪声抑制电路,在现有技术中提供语音处理芯片ZY1421的基础上,设计了用于手机进行消除环境噪声的匹配电路。
本实用新型为实现发明目的采用的技术方案是,一种在手机中应用的环境噪声抑制电路,以上电路连接在手机麦克风与手机基带芯片电路之间,结构中包括降噪核心芯片、降噪核心芯片外围配套电路及电源供给电路,上述的外围配套电路的结构中包括移相双端输出电路、差分放大电路、衰减控制模块电路、以及单端转双端输出电路;手机麦克风采集的音频信号经移相双端输出电路处理后输出两路相位差为180°的信号,经差分放大电路放大后输出到衰减控制模块电路经衰减控制模块电路处理为两路音频信号至降噪核心芯片的输入端,经抑制背景噪声后的单路音频信号,再经单端转双端输出电路转换为双路信号发送至手机基带芯片电路中。
本实用新型的关键是:两个性能相同的麦克风相距一定距离放置,对空间中的一个点声源发出的声音信号,除了两只麦克风连线的垂直方向传输外,不会同时到达两只麦克风,环境噪声相当于远处或远场发来的声音,人们通话的语音相当于近处或近场发来的语音,这两只性能相同的麦克风的输出相对幅度变化或对同一声音信号的相位变化规律是:远场“小”而近场“大”。芯片ZY1421就是根据这一规律来进行识别近场和远场声音信号的。进而有效地抑制远场的噪声;而增强近场的语音。一般来讲,距离麦克风小于语音信号最低频率1/4波长的距离为近场;而大于语音最低频率一个波长的距离为远场。我们将此芯片应用于手机中。只要在麦克风和手机基带芯片之间插入本实用新型的电路,可以有效的抑制背景噪音,即使在嘈杂的公路或机械加工厂,也能保证较高的通话质量。
下面结合附图对本实用新型进行详细说明。
附图说明
图1是本实用新型的原理框图。
图2是本实用新型中移相双端输出电路的电路实施例。
图3是本实用新型中差分放大电路的电路实施例。
图4是本实用新型中衰减控制模块电路的电路实施例。
图5是本实用新型中降噪核心芯片的电路实施例。
图6是本实用新型中单端转双端输出电路的电路实施例。
附图中,M是麦克风,N是手机基带芯片电路,1是移相双端输出电路,2是差分放大电路,3是衰减控制模块电路,3A是取样放大电路,3B是检波电路,3C是直流放大电路,3D是可变衰减电路,4是降噪核心芯片,K是开关转换电路,5是单端转双端输出电路,R1-R31是电阻,C1-C18是电容,L1、L2是电感,U1-U4、U7是放大器,U6是射随器,U5是语音处理芯片,D1是二极管,Q1是场效应管。
具体实施方式
参看图1,一种在手机中应用的环境噪声抑制电路,以上电路连接在手机麦克风M与手机基带芯片电路N之间,结构中包括降噪核心芯片4、降噪核心芯片4外围配套电路及电源供给电路,上述的外围配套电路的结构中包括移相双端输出电路1、差分放大电路2、衰减控制模块电路3、以及单端转双端输出电路5;手机麦克风M采集的音频信号经移相双端输出电路1处理后输出两路相位差为180°的信号,经差分放大电路2放大后输出到衰减控制模块电路3经衰减控制模块电路3处理为两路音频信号至降噪核心芯片4的输入端,经抑制背景噪声后的单路音频信号,再经单端转双端输出电路5转换为双路信号发送至手机基带芯片电路N中。
本实用新型还考虑如果不需要背景噪音抑制的情况,上述的外围配套电路中还设置有开关转换电路K,差分放大电路2输出的放大信号与经降噪核心芯片4后输出的降噪音频信号借助开关转换电路K分别发送至单端转双端输出电路5的输入端,开关转换电路K的受控触发端接在收手机基带芯片电路N输出控制端。其中开关转换电路K采用具有双刀双置转换功能的电子开关电路芯片,由手机基带芯片电路N发出的触发信号接在开关转换电路K工作状态的转换触发端。
参看图2,上述的移相双端输出电路1中包括由电阻R3、R4电容C2组成的电源滤波电路、由电感L1、L2电容C1组成的低通滤波电路、以及配套电阻,麦克风M采集的音频信号分别经电容C3、C4输出两路相位差为180°的音频信号。麦克风M由VCC+、VCC-供电,电阻R3、R2电容C2组成了电源滤波器。L1、L2、C1组成了音频信号的低通滤波器。电阻R1、R2分别是平衡输出的负载电阻。并通过耦合电容C3、C4输出到下一级。
参看图3,上述的差分放大电路2中包括放大器U1、由电阻R9、R10和电容C8组成的偏置电路以及配套阻容元件,移相双端输出电路1输出的两路音频信号经隔离电容C5、C6以及工作在差分状态的放大器U1放大后输出放大信号分别至衰减控制模块电路3和开关转换电路K的输入端。放大器U1为差分工作状态。电阻R9、R10、电容C8组成了该运放的偏置电路,使运放可以在单电源供电下工作。电阻R5、R6的比值可以改变该差分放大器的放大倍数。设置R5=R6、R7=R8可以保证两个输入端的输入阻抗相等。
参看图4,上述的衰减控制模块电路3中包括由放大器U2和配套阻容元件组成的取样放大电路3A、由二极管D1和配套阻容元件组成的检波电路3B、由放大器U3和配套电阻组成的直流放大电路3C、以及由放大器U4、场效应管Q1和配套阻容元件组成的可变衰减电路3D,差分放大电路2输出的放大信号经取样放大电路3A输出音频信号,一路发送至可变衰减电路3D的输入端,另一路经检波电路3B和直流放大电路3C将音频信号转换为直流脉动信号、并处理后发送至可变衰减电路3D的场效应管Q1的栅极,经场效应管Q1控制后输出自适应的衰减信号发送两路音频衰减信号至降噪核心芯片4的输入端。
参看图5,上述的降噪核心芯片4包括语音处理芯片U5及外围配套电路,语音处理芯片U5接收可变衰减电路3D发来的两路衰减后信号、经计算处理后输出单路音频信号通过开关转换电路K发送至单端转双端输出电路5。其中电容C15、C16、C17、C18为信号提供了交流对地通道。
上述的语音处理芯片U5的型号是ZY1421。
参看图6,上述的单端转双端输出电路5中包括射随器U6、反相放大器U7及配套电阻,差分放大电路2或降噪核心芯片4输出的单路音频信号经射随器U6和反相放大器U7处理放大后输出相位差为180°的双路信号至手机基带芯片电路N的语音输入端。
本实用新型在具体使用时,语音处理芯片ZY1421是抑制环境噪声的关键器件;该芯片的抑制噪声工作原理简述如下:如果在空间两个点上放置两只性能相同的麦克风,这两只麦克风的距离和被抑制干扰噪声的最高频率的1/4波长相当声音除从两只麦克风连线的垂直方向传输外,其他任何方向传来的声音都不可能同时达到这两只麦克风,也就是说,两只麦克风所接收到的同一个声源的信号的“时延”是不同的。众所周知,声音是纵波,那么这两只麦克风所转换的同一个声源信号的相位、幅度都会有变化,这种变化是根据声源距离麦克风的距离远近而不同。ZY1421芯片可以根据对两个麦克风转换来的同一个声源信号进行即时分析,并能准确捕捉到距离麦克风较近声源的发出的声音信号,对其进行增强,而对远声源发出的声音信号进行抑制。这种芯片可以有效地抑制远场的噪声;而增强近场的语音。一般来讲,距离麦克风小于语音信号最低频率1/4波长的距离为近场;而大于语音最低频率一个波长的距离为远场。远场的声音达到两只麦克风的相对距离变化小,而进场声音达到两只麦克风的距离变化较大。这就使这两只麦克风对远场来的声音信号输出幅度变化小,而对近场声音信号输出幅度变化大。ZY1421芯片就是根据这一规律来识别和抑制远场噪声的,是本实用新型的关键所在。实际过程中,噪音还是存在的,而且人们的通话声音也会有所降低,但是虽然通话声音降低了一点,但足以让人们能够听清;相反噪声虽然没有完全消失,但是可以降低到很低,有效地提高了语音的信噪比。
因为手机是一个电子元器件高度集中、电路十分复杂、工作频率涵盖很宽的移动手持数字通信设备。在这个设备中射频对低频器件的辐射干扰、数字脉冲通过共用电池对模拟信号的干扰都会突显出来。手机的工作流程为:语音通过麦克风转换为模拟信号在经过放大和采样变为数字脉冲信号,在经过PCM量化编码变为64kbt的语音数据流;在经过A律非线性量化(13kbtGSM协议)变为104kbt数据流,经过RPE-LTP语音编码转换为13kbt的语音数据流。最后通过发射模块发射出去。发射模块每1/216.8秒会有一个发射信号产生,这样发射产生的包络线频率为216.8Hz。这个频率会通过辐射、共用电源、地线,干扰到模拟放大器件及其产生的模拟信号。这就是我们常见的“嗡嗡”声干扰。移相双端输出电路1、差分放大电路2、和单端转双端输出电路5都是为了有效地消除这些干扰而设置的。
因为手机很小,安装两只麦克风要受手机尺寸的影响,这不仅仅是安装不方便,而且还会影响到语音的频率,处理不好会给语音带来失真。所以在实施方案上采用一只麦克风。衰减控制模块电路3的设置,可以保证ZY1421芯片在一只麦克风输入的情况下正常工作。
根据这一规律我们可以把一只麦克风的输出人为分成两路,其中一路通过一个自控可变衰减器自动改变其输出大小。控制信号由麦克风转换的电信号经取样放大、检波所得。这两路输出的声音电信号,在近场语音信号的控制下使麦克风两路输出有较大的相位幅度差,而在远场噪声信号控制下麦克风的两路输出有较小的相位幅度差。这两路信号和在空间不同位置放两只性能相同的麦克风的输出相当。这就达到了用一只麦克风取代两只麦克风的作用,并且也满足了ZY1421芯片的信号输入条件。由于手机的基带芯片的语音信号都是平衡输入,而ZY1421芯片是单端输出,因此必须经过单端转双端输出电路5的转换,才能和手机的基带芯片接口。

Claims (8)

1.一种在手机中应用的环境噪声抑制电路,以上电路连接在手机麦克风(M)与手机基带芯片电路(N)之间,结构中包括降噪核心芯片(4)、降噪核心芯片(4)外围配套电路及电源供给电路,其特征在于:所述的外围配套电路的结构中包括移相双端输出电路(1)、差分放大电路(2)、衰减控制模块电路(3)、以及单端转双端输出电路(5);手机麦克风(M)采集的音频信号经移相双端输出电路(1)处理后输出两路相位差为180°的信号,经差分放大电路(2)放大后输出到衰减控制模块电路(3)经衰减控制模块电路(3)处理为两路音频信号至降噪核心芯片(4)的输入端,经抑制背景噪声后的单路音频信号,再经单端转双端输出电路(5)转换为双路信号发送至手机基带芯片电路(N)中。
2.根据权利要求1所述的一种在手机中应用的环境噪声抑制电路,其特征在于:所述的外围配套电路中还设置有开关转换电路(K),差分放大电路(2)输出的放大信号与经降噪核心芯片(4)后输出的降噪音频信号借助开关转换电路(K)分别发送至单端转双端输出电路(5)的输入端,开关转换电路(K)的受控触发端接在收手机基带芯片电路(N)输出控制端。
3.根据权利要求1所述的一种在手机中应用的环境噪声抑制电路,其特征在于:所述的移相双端输出电路(1)中包括由电阻(R3、R4)电容(C2)组成的电源滤波电路、由电感(L1、L2)电容(C1)组成的低通滤波电路、以及配套电阻,麦克风(M)采集的音频信号分别经电容(C3、C4)输出两路相位差为180°的音频信号。
4.根据权利要求1所述的一种在手机中应用的环境噪声抑制电路,其特征在于:所述的差分放大电路(2)中包括放大器(U1)、由电阻(R9、R10)和电容(C8)组成的偏置电路以及配套阻容元件,移相双端输出电路(1)输出的两路音频信号经隔离电容(C5、C6)以及工作在差分状态的放大器(U1)放大后输出放大信号分别至衰减控制模块电路(3)和开关转换电路(K)的输入端。
5.根据权利要求1所述的一种用于在手机中应用的环境噪声抑制电路,其特征在于:所述的衰减控制模块电路(3)中包括由放大器(U2)和配套阻容元件组成的取样放大电路(3A)、由二极管(D1)和配套阻容元件组成的检波电路(3B)、由放大器(U3)和配套电阻组成的直流放大电路(3C)、以及由放大器(U4)、场效应管(Q1)和配套阻容元件组成的可变衰减电路(3D),差分放大电路(2)输出的放大信号经取样放大电路(3A)输出音频信号,一路发送至可变衰减电路(3D)的输入端,另一路经检波电路(3B)和直流放大电路(3C)将音频信号转换为直流脉动信号、并处理后发送至可变衰减电路(3D)的场效应管(Q1)的栅极,经场效应管(Q1)控制后输出自适应的衰减信号发送两路音频衰减信号至降噪核心芯片(4)的输入端。
6.根据权利要求1所述的一种用于在手机中应用的环境噪声抑制电路,其特征在于:所述的降噪核心芯片(4)包括语音处理芯片(U5)及外围配套电路,语音处理芯片(U5)接收可变衰减电路(3D)发来的两路衰减后信号、经计算处理后输出单路音频信号通过开关转换电路(K)发送至单端转双端输出电路(5)。
7.根据权利要求6所述的一种用于在手机中应用的环境噪声抑制电路,其特征在于:所述的语音处理芯片(U5)的型号是ZY1421。
8.根据权利要求1所述的一种在手机中应用的环境噪声抑制电路,其特征在于:所述的单端转双端输出电路(5)中包括射随器(U6)、反相放大器(U7)及配套电阻,差分放大电路(2)或降噪核心芯片(4)输出的单路音频信号经射随器(U6)和反相放大器(U7)处理放大后输出相位差为180°的双路信号至手机基带芯片电路(N)的语音输入端。
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