專利名稱：麥克風鏈路系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及麥克風鏈路系統(tǒng)，其尤其包括主單元、至少一個從單元和連接主單元和至少一個從單元的總線。
背景技術：
在諸如音樂錄制、擴音(PA)或者汽車應用的許多應用中，需要在主單元處收集來自多個位于遠處的麥克風的信號。常規(guī)地，這些麥克風通過電纜被連接到主單元，電能和模擬聲音信號通過這些電纜輸送。尤其在采用大量麥克風的情況下，互連的電纜線路可能會大大增加整個系統(tǒng)的成本。而且，由于在主單元和那些麥克風之間分離的電纜的互連的原因，實現(xiàn)這樣的系統(tǒng)相對較麻煩。尤其是在汽車應用中，由于許多電纜增加的重量和噪聲損害性是要被認真考慮的進一步的方面。據(jù)此，存在克服以上所概括的缺陷的普遍性需求。

發(fā)明內容
揭示了一種麥克風鏈路系統(tǒng)，其包括將聲學聲音信號轉換成電聲信號的麥克風、 被連接到麥克風的從單元、主單元，和將從單元連接到主單元的總線。該從單元包括被配置成將電聲信號轉換成數(shù)字聲音信號的模擬數(shù)字轉換器；連接到模擬數(shù)字轉換器下游并被配置成將數(shù)字聲音信號處理成數(shù)據(jù)信號的信號處理器，以及連接在信號處理器和總線之間的總線接口。該總線接口將取自總線的電能提供給從單元，將數(shù)據(jù)信號經(jīng)由總線發(fā)送給主單元，并經(jīng)由該總線從主單元接收并向主單元發(fā)送控制信號。本發(fā)明的這些以及其它的目的、特征和優(yōu)點在如在附圖中說明的最佳模式的實施例的詳細的描述中將變得顯而易見。在附圖中，相似的參考數(shù)字標示了相應的部分。


圖1是說明示范性麥克風鏈路系統(tǒng)的框圖；圖2是說明在圖1的麥克風鏈路系統(tǒng)中采用的示范性從單元的框圖。
具體實施例方式圖1說明了示范性麥克風鏈路系統(tǒng)，其包括主單元1、三個(在本示例中為同樣的)從單元2、總線3和三個麥克風4。麥克風4中的每一個被連接到相應的從單元2，并且將聲學聲音5信號轉換成電聲信號6?？偩€3將從單元2連接到主單元1，并也可能連接到收聽單元7。每個從單元2提供數(shù)據(jù)信號8，該數(shù)據(jù)信號8是經(jīng)處理的電聲信號6。這些麥克風4可以是獨立的換能器(transducer)，或者，這些麥克風中的至少一個可包括向相應的從單元2提供多個電聲信號6的換能器陣列。這些麥克風4可如圖1所指示的那樣被集成在從單元2中。參考圖2，從單元2中的每個都包括模數(shù)轉換器10，該模數(shù)轉換器10被配置成將電聲信號6轉換成數(shù)字聲音信號11。信號處理器12連接到模數(shù)轉換器的下游，即，連接到模數(shù)轉換器的輸出端，對數(shù)字聲音信號11進行處理，以便提供數(shù)據(jù)信號13。該信號處理器 12可以是專用的可編程數(shù)字信號處理器(DSP)，并被包括在還可包括模數(shù)轉換器10或者任意其它電路的集成電路14中?？偩€接口連接在信號處理器12和總線3之間，其經(jīng)由總線 3以編碼、調制或直接的方式或者其它方式向主單元1發(fā)送數(shù)據(jù)信號13?？偩€接口還經(jīng)由總線3從主單元1接收控制信號9或向主單元1發(fā)送控制信號9，并且還將取自總線3的電能提供給從單元2。這些電能可由主站1供給。為實現(xiàn)所有這些，本示例性系統(tǒng)的總線接口包括與非易失性存儲器16(例如，閃存)相連的微控制器15 ；時鐘恢復與同步電路17 ；數(shù)據(jù)發(fā)送電路18 ；線路驅動器20、22、M ； 線路接收機19、21、23 ；和電壓調節(jié)器25?？偩€接口，尤其是線路驅動器20、22、M和線路接收機19、21、23可與沈相互作用，當通過不同的頻帶發(fā)送功率、控制信號和數(shù)據(jù)信號，無源線路濾波電路26將不同頻帶分開。在本示范性系統(tǒng)中，控制信號9以如同單極性信號的非對稱模式發(fā)送，而數(shù)據(jù)信號8以如同差分信號的對稱模式發(fā)送。在本系統(tǒng)中，功率通過直流電流(DC)或通過頻率非常低(例如，< 100Hz)的交流發(fā)送?？刂菩盘?通過中頻帶(例如，IO-IOOkHz)發(fā)送，而數(shù)據(jù)信號8通過較高的頻帶(例如，> 100kHz)發(fā)送。線路濾波電路沈將接收的信號劃分成用于供電、控制信號9和數(shù)據(jù)信號8的直流電流(DC)。該直流電流(DC)被饋給電壓調節(jié)器25以生成一個(或更多個) 恒定的電源電壓觀，用于從單元2，并且最終用于麥克風4。當以不同的頻帶發(fā)送功率、控制信號和數(shù)據(jù)信號時，數(shù)據(jù)發(fā)送電路18可包括調制器，以用數(shù)據(jù)信號13調制較高頻率的載波。然而，用于將數(shù)據(jù)信號與控制信號分離開的公知方法均可用，例如，以比控制信號更高的時鐘速率發(fā)送數(shù)據(jù)信號。可由主單元1提供的在較高頻帶上的時鐘速率通過時鐘恢復與同步電路17被恢復，該時鐘恢復與同步電路17起到(受控)時鐘發(fā)生器的作用，并且向信號處理器12提供時鐘信號四。正如在本示例中， 當使用可被主單元1確定的幀結構發(fā)送數(shù)據(jù)信號8時，時鐘恢復與同步電路17可從信道讀取數(shù)據(jù)信號8的數(shù)據(jù)，并從中為信號處理器12、數(shù)模轉換器10等提取時鐘和如由主單元1 建立的在總線3上的幀結構，并將該時鐘信號四和同步信號30 (例如，針對該幀結構)提供給信號處理器12。在中頻頻帶上的控制信號9可通過被連接到線路濾波電路沈的微控制器15生成或接收，該微控制器15可繼而被連接到形成總線3的無屏蔽的雙股雙絞線27。該微控制器 15控制可變增益的前置放大器31，該前置放大器31連接在麥克風4和模數(shù)轉換器10之間， 增益取決于從主單元1接收到的多個控制信號9中的第一控制信號，并由微控制器15調整以維持電聲信號6的振幅足夠大。從單元2可基于(經(jīng)放大的)電聲信號6生成被發(fā)送給主單元的多個控制信號9 中的第二控制信號。例如，當聲學聲音信號超過觸發(fā)聲級和/或落到觸發(fā)聲級以下時，可生成控制信號9中的第二控制信號，使得，例如，根據(jù)該聲學聲音信號的強度，主單元1被告知從單元2是工作的還是處于空閑模式，或者從單元2是否在控制信號9中的第二控制信號一被傳輸時就發(fā)送數(shù)據(jù)信號8。數(shù)據(jù)信號8可在傳送之前由編碼器33使用特定的碼進行編碼。所用的碼可以使得該數(shù)據(jù)信號對于在傳輸線路上出現(xiàn)的噪聲更具有抵抗力。適宜的碼例如是非歸零碼(NRZ)、曼徹斯特碼(Manchester code)或者在要被發(fā)送的數(shù)據(jù)中加入冗余的任意類型的擴展碼(spread code) 0而且，要發(fā)送的數(shù)據(jù)可在從單元2中被壓縮(例如，VLC、WMA, MP3等)，并且，因此，在主單元1中被解壓縮，以便保持在總線3上發(fā)送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)速率較低。具有可控濾波參數(shù)的數(shù)字濾波器32可在信號處理器12中被實現(xiàn)。這些濾波參數(shù)可由微控制器15依照從主單元1接收的控制信號中的第三控制信號來控制。當語音被主單元1或者連接到其上的任意其它單元辨別成聲學聲音信號5時，通過使用數(shù)字濾波器 32，可通過將數(shù)字聲音信號11的帶寬限制到例如300-3400HZ來濾除由麥克風4拾取的聲學噪聲。而且，信號處理器可使數(shù)據(jù)信號13 “被標準化”，即，該數(shù)據(jù)信號13被調整成表現(xiàn)具有給定的聲壓級和/或頻譜的聲學聲音信號4。當要對大量的麥克風4的信號進行組合時，標準化是有用的。當采用大量麥克風4時，數(shù)據(jù)信號13可具有包括頭部35和時間復用信道36(時隙)的幀結構34，時間復用信道36中的每一個被分配給特定麥克風4 (從單元 2)。頭部35以及整個幀結構可由主單元1確定。從單元2中的每一個可以借助于相應的二進制字37通過被輸入到該從單元2中的唯一地址識別。正如以上描述的，麥克風鏈路系統(tǒng)包括主單元和被鏈接到一個或多個從單元的一個或多個麥克風。從單元可包括數(shù)字信號處理器(DSP)，該數(shù)字信號處理器可執(zhí)行一種或多種數(shù)字算法，以改變代表聲學聲音信號的數(shù)字聲音信號。備選地，來自麥克風的電聲信號可不經(jīng)過任何修改就被傳送。主單元將從所述從單元收集的所有數(shù)據(jù)信號提供給其他單元， 并且控制麥克風鏈路系統(tǒng)。而且，其為所有從單元和收聽單元供電。該主單元還可以傳送例如M或48kHz的主時鐘信號。這樣的系統(tǒng)可以在例如汽車、建筑物、露天等地方被使用。這些麥克風相對于系統(tǒng)的位置可以是固定的或者移動的，例如，在汽車上或在舞臺上。如果使用若干個不同的麥克風，或者安裝條件影響麥克風的特征，則可調整音頻信號，以便傳送標準化的音頻信號。為能夠在例如無干涉移動通信(handsfree mobile communication)中使用，可提供非常低的信號延遲。主單元通過分離的控制信道控制和監(jiān)視系統(tǒng)。這可被用于檢測被連到總線的從單元、更新從單元的程序代碼、將參數(shù)發(fā)送給從單元，或檢測鏈路的斷開。任選的收聽單元還可接收數(shù)據(jù)信號，用于進一步的處理。將主單元連接到從單元的總線可以是有線連接，并可以具有鏈形、星形或甚至環(huán)形的拓撲。環(huán)形拓撲在即使發(fā)生鏈路斷開的情況下也能夠具有正常的功能，因為主單元能夠檢測到斷路，并轉換到支持兩條鏈的模式。正如以上已經(jīng)描述的，麥克風鏈路導線可以通過簡單的無遮擋雙絞線實現(xiàn)。這種導線被用于在不同頻率范圍(頻段)內的不同信號。在直流時，其承載了連接到系統(tǒng)的從單元的電源。這還可起到系統(tǒng)開/關識別器的作用。在中頻頻率范圍內，例如在IOkHz處， 控制信號可在主單元和從單元之間交換(雙向通信)。在例如>> IOOkHz的更高的頻率范圍內，音頻數(shù)據(jù)信號被發(fā)送。這種信號可具有較小的振幅，并且可以是差分信號，以保持較低的電干擾。音頻數(shù)據(jù)時鐘(與幀一起)通過主單元來設置。例如，如果該系統(tǒng)支持16個從單元，每個單元具有一個麥克風，并且以MkHz音頻取樣頻率取樣16比特，則數(shù)據(jù)速率將是 6，538MBps。每個從單元支持至少一個麥克風，包括麥克風的電源。該信號經(jīng)A/D轉換并可通過數(shù)字處理單元(DSP)濾波。主單元可傳遞有限的電流，使得每個控制信道物理層可通過降低(pull down)控制信道很短的一段時間來發(fā)送數(shù)據(jù)。對于這種通信，可使用例如LIN協(xié)議。由于EMI的原因，可以應用如在CAN汽車網(wǎng)絡中使用的差分線圈。只有要被該從單元發(fā)送的特定數(shù)據(jù)必須被發(fā)送的時候，才使能差分信號8音頻數(shù)據(jù)的物理層的音頻幀信號，這考慮到了對于鏈狀、星形或組合拓撲的所有裝置的連接。 雖然本發(fā)明已經(jīng)說明并描述了關于它的若干優(yōu)選的實施例，但是可做出對其形式和細節(jié)的各種改變、省略和添加，而不背離本發(fā)明的精神和范圍。
權利要求
1.一種麥克風鏈路系統(tǒng)，包括將聲學聲音信號轉換成電聲信號的麥克風、該麥克風被連接到其上的從單元、主單元，和將所述從單元連接到所述主單元的總線；所述從單元包括模擬數(shù)字轉換器，被配置成將所述電聲信號轉換成數(shù)字聲音信號；信號處理器，被連接到所述模擬數(shù)字轉換器的下游，并且被配置成處理所述數(shù)字聲音信號，從而提供數(shù)據(jù)信號；以及總線接口，連接在所述信號處理器和所述總線之間，該總線接口向從單元提供取自所述總線的電能，將所述數(shù)據(jù)信號經(jīng)由所述總線發(fā)送給所述主單元，并經(jīng)由所述總線從所述主單元接收控制信號和將控制信號發(fā)送給所述主單元。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述從單元進一步包括可變增益預放大器，其被連接在所述麥克風和所述模擬數(shù)字轉換器之間，并且其中所述增益通過從所述主單元接收的所述控制信號中的第一控制信號控制。
3.如權利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中通過所述信號處理器提供的所述數(shù)據(jù)信號代表標準化的聲學聲音信號。
4.如權利要求1至3中的任一項所述的系統(tǒng)，其中所述從單元被配置成基于所述電聲信號生成被發(fā)送給所述主單元的所述控制信號中的第二控制信號。
5.如權利要求4所述的系統(tǒng)，其中當所述聲學聲音信號超過觸發(fā)聲級和/或下落到觸發(fā)聲級以下時生成所述控制信號中的所述第二控制信號。
6.如權利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述從單元依據(jù)對所述控制信號中的第二控制信號的傳送來發(fā)送所述數(shù)據(jù)信號。
7.如權利要求1至6中的任一項所述的系統(tǒng)，其中在所述信號處理器中實現(xiàn)濾波器； 該濾波器具有通過從所述主單元接收的控制信號中的第三控制信號控制的可控濾波參數(shù)。
8.如權利要求1至7中的任一項所述的系統(tǒng)，其中所述總線是指數(shù)字雙絞總線。
9.如權利要求8所述的系統(tǒng)，其中功率、控制信號和經(jīng)處理的電聲信號分別在不同的頻帶中被發(fā)送。
10.如權利要求1至9中的任一項所述的系統(tǒng)，其中所述控制信號以非對稱模式被發(fā)送，所述數(shù)據(jù)信號以對稱模式被發(fā)送。
11.如權利要求1至10中的任一項所述的系統(tǒng)，其中所述從單元進一步包括時鐘發(fā)生器，其提供代表所述數(shù)據(jù)信號的傳輸?shù)膫鬏敃r鐘的時鐘信號。
12.如權利要求1至11中的任一項所述的系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)信號被編碼。
13.如權利要求1至12中的任一項所述的系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)信號具有包括頭部的幀結構，該頭部由所述主單元控制。
14.如權利要求1至13中的任一項所述的系統(tǒng)，進一步包括至少一個進一步的從單元， 該從單元分別由唯一的地址來標識。
15.如權利要求1至14中的任一項所述的系統(tǒng)，進一步包括至少一個收聽單元，其接收所述經(jīng)處理的電聲信號。
全文摘要
揭示了一種麥克風鏈路系統(tǒng)，其包括將聲學聲音信號轉換成電聲音信號的麥克風、該麥克風被連接到其上的從單元、主單元，和將從單元連接到主單元上的總線。該從單元包括被配置成將電聲音信號轉換成數(shù)字聲音信號的模擬數(shù)字轉換器；被連接到該模擬數(shù)字轉換器下游并且被配置成將該數(shù)字聲音信號處理成數(shù)據(jù)信號的信號處理器；以及連接在該信號處理器和總線之間的總線接口。該總線接口向從單元提供取自總線的電能、將數(shù)據(jù)信號經(jīng)由總線發(fā)送給主單元，并經(jīng)由總線從主單元接收控制信號并將控制信號發(fā)送給主單元。
文檔編號H04R3/00GK102457797SQ20111030044
公開日2012年5月16日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權日2010年10月14日
發(fā)明者M.紐曼, M.魯普雷科特, P.卡爾巴斯 申請人:哈曼貝克自動系統(tǒng)股份有限公司