本發(fā)明涉及一種集成式音頻信號播放器，用于以智能手機(jī)為代表的智能終端領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

當(dāng)前智能機(jī)快速發(fā)展，各個手機(jī)廠商的競爭也越來越激烈。為了使產(chǎn)品更有競爭力，如何更大程度地有效利用手機(jī)空間，如何更有效的在保證質(zhì)量的前提下降低產(chǎn)品成本，是各個手機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)公司不斷追求的目標(biāo)。

一般來說，手機(jī)的聽筒和揚(yáng)聲器是兩套不同的通路系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，在工作過程中，基帶通過聽筒的輸出端EARP和EARN來控制聽筒的輸出，另外通過音頻輸出端Audio_P和Audio_N輸出到外部的音頻功率放大器Audio_PA，并通過該音頻功率放大器Audio_PA來驅(qū)動揚(yáng)聲器，實(shí)現(xiàn)音頻信號的輸出。從圖中可以看出，在該系統(tǒng)中，由于手機(jī)的聽筒和揚(yáng)聲器是兩套獨(dú)立的通路，這樣不但會占用比較緊張的系統(tǒng)空間，同時也提高了設(shè)計(jì)的成本。

隨著技術(shù)的發(fā)展，聽筒和揚(yáng)聲器兩個系統(tǒng)的二合一方案被發(fā)明出來，并被逐漸推廣使用，結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，在工作過程中，基帶通過GPIO端口GPIO_0和GPIO_1分別控制模擬開關(guān)以及音頻功率放大器的啟動和關(guān)斷，且二者在同一時間只能選擇一個開啟，即當(dāng)選擇音頻功率放大器工作的時候，實(shí)現(xiàn)音頻在揚(yáng)聲器的播放功能；當(dāng)選擇模擬開關(guān)導(dǎo)通的時候，實(shí)現(xiàn)聽筒功能。但是，由于音頻功率放大器一般會選擇效率比較高的D類音頻功率放大器，其輸出端AOUP、AOUN為占空比隨著音頻信號幅度變化的PWM波形，一般高電平可以達(dá)到3.2V～6.5V左右。而模擬開關(guān)的電源VDD2一般是由電池直接供電，電壓范圍一般是在3.2V～4.35V之間變化。模擬開關(guān)內(nèi)部電路如圖3所示，第一控制信號 EN_SW經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換器LevelShift實(shí)現(xiàn)電壓從VL到VDD2的轉(zhuǎn)換，其中，VL是基帶的PMIC(Power Management IC，電源管理集成電路)產(chǎn)生的電源，一般是在1.8V～2.8V之間。當(dāng)?shù)谝豢刂菩盘朎N_SW經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換器LevelShift后產(chǎn)生的第二控制信號PDB為高電平VDD2時，模擬開關(guān)關(guān)閉。

當(dāng)模擬開關(guān)關(guān)閉的時候，MOS管P3的各個端口的波形如圖4所示。圖中MOS管P5和N1器件為音頻處理器內(nèi)部和端口INP相連的內(nèi)部電路，其中二極管D4和D3分別為MOS管P5和N1的寄生二極管。當(dāng)模擬開關(guān)關(guān)斷時，MOS管P5和N1一般都是為關(guān)斷狀態(tài)，則INP端為高阻態(tài)。MOS管P3的柵極電壓控制電壓為VDD2，當(dāng)OUP端的輸出電平VDD3≤VDD2+Vth時(其中，Vth為P1的導(dǎo)通閾值)，P3管可以完全關(guān)斷。OUP端的電壓變化，對INP端沒有影響。寄生二極管D4不會有反灌電流，由于OUP到INP的通路被完全隔絕，所以O(shè)UP端的電平對音頻處理器內(nèi)部電路沒有影響。但是當(dāng)VDD3＞VDD2+Vth時，雖然模擬開關(guān)的柵極控制電壓為VDD2，MOS管P3依然處于導(dǎo)通狀態(tài)。輸出端OUP的電平可以直接傳輸?shù)絀NP端。由于電源VDD1的電平一般為1.8V～2.8V，當(dāng)OUP輸出高電平VDD3時，由于VDD3的值遠(yuǎn)大于VDD1和寄生二極管D4的導(dǎo)通閾值，即：

VDD3>>VDD1+Vth_D4。所以，VDD3會通過MOS管P3在D4端產(chǎn)生很高的電流，反灌到電源VDD1端。D4的反灌電流如圖5所示。反灌電流的存在，很容易導(dǎo)致音頻處理器內(nèi)部器件的損壞。

同時，音頻處理器內(nèi)部和INP相連的器件，一般都是低壓器件，關(guān)態(tài)擊穿電壓點(diǎn)一般會比較低。當(dāng)OUP端的高電平傳遞到音頻處理器內(nèi)部時，同樣會有導(dǎo)致不可恢復(fù)的N1被擊穿損壞的風(fēng)險。

另外，由于反灌電流的存在，OUP端在高電平輸出時，電壓被迅速拉低，導(dǎo)致輸出波形的變形、失真，極度惡化了音頻信號的品質(zhì)。同樣，由于VDD1在瞬 間被灌入電流，極易導(dǎo)致VDD1的電壓狀態(tài)的紊亂，進(jìn)而導(dǎo)致整個系統(tǒng)的工作異常。

對于傳統(tǒng)的分立器件的二合一方案，當(dāng)音頻功率放大器中有輸出升壓功能的時候，會導(dǎo)致較大的反灌電流；而當(dāng)音頻功率放大器輸出沒有升壓功能的時候，也由于外部的分立的模擬開關(guān)模塊，而占據(jù)系統(tǒng)面積，并且會帶來信號傳輸增益損耗、穩(wěn)定性及一致性較差等多種問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為解決目前傳統(tǒng)的聽筒和揚(yáng)聲器二合一的音頻信號播放器存在反灌電流，導(dǎo)致器件擊穿，輸出波形變形、失真，極度惡化音頻信號的品質(zhì)，使整個系統(tǒng)的工作異常，且占據(jù)系統(tǒng)面積，導(dǎo)致信號傳輸增益損耗、穩(wěn)定差性及一致性差的技術(shù)問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供一種集成式音頻信號播放器，包括：音頻處理器、音頻控制器和揚(yáng)聲器；

所述音頻控制器包括音頻功率放大器、運(yùn)算放大器組件、最高電平選擇器和電平轉(zhuǎn)換器，所述音頻功率放大器用于揚(yáng)聲器模式音頻信號的放大，所述運(yùn)算放大器組件用于聽筒模式音頻信號的放大，所述音頻功率放大器和運(yùn)算放大器的輸出端均連接到所述揚(yáng)聲器；

所述音頻處理器輸出兩組音頻信號，第一音頻信號為聽筒模式音頻信號，所述第一音頻信號連接到所述運(yùn)算放大器組件輸入端；第二音頻信號為揚(yáng)聲器模式音頻信號，所述第二音頻信號連接到所述音頻功率放大器輸入端；

所述音頻處理器具有兩個I/O端口，其中第一端口連接到所述運(yùn)算放大器組件的控制端，用于控制運(yùn)算放大器組件的通斷；第二端口連接到所述音頻功率 放大器的控制端，用于控制音頻功率放大器的通斷；所述第一端口還連接到所述電平轉(zhuǎn)換器輸入端；

所述最高電平選擇器用于從所述音頻功率放大器的電源電平、所述揚(yáng)聲器的正輸入電平和所述揚(yáng)聲器的負(fù)輸入電平中選出最大電平，即所述最高電平選擇器輸出所述最大電平，所述最大電平供給所述運(yùn)算放大器組件和所述電平轉(zhuǎn)換器；

所述電平轉(zhuǎn)換器用于將所述第一端口輸出的電平轉(zhuǎn)換到所述最大電平，即所述電平轉(zhuǎn)換器輸出所述最大電平，所述最大電平供給所述運(yùn)算放大器組件。

進(jìn)一步地，所述運(yùn)算放大器組件包括運(yùn)算放大器及所述運(yùn)算放大器的晶體管輸入電路，所述晶體管輸入電路包括正端晶體管輸入電路和負(fù)端晶體管輸入電路；所述正端晶體管輸入電路并聯(lián)于所述運(yùn)算放大器的正輸入端和負(fù)輸出端之間，所述負(fù)端晶體管輸入電路并聯(lián)于所述運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端和正輸出端之間；所述晶體管輸入電路中包括晶體管。

進(jìn)一步地，所述晶體管輸入電路中的晶體管為PMOS管，所述最高電平選擇器輸出的最大電平施加于所述PMOS管的源極。

進(jìn)一步地，所述音頻處理器的第一端口連接到所述運(yùn)算放大器的控制端；所述音頻處理器的第二端口連接到所述音頻功率放大器的控制端；所述電平轉(zhuǎn)換器輸出的最大電平施加于所述PMOS管的柵極。

進(jìn)一步地，在所述PMOS管的源極和漏極之間并聯(lián)有寄生二極管，寄生二極管的正端連接到PMOS管的漏極。

進(jìn)一步地，當(dāng)所述第一端口為低電平時，所述運(yùn)算放大器通路開通，且所述晶體管輸入電路導(dǎo)通，當(dāng)所述第一端口為高電平時，所述運(yùn)算放大器通路關(guān)斷，且所述晶體管輸入電路截止；當(dāng)所述第二端口為低電平時，所述音頻功率 放大器通路關(guān)斷，當(dāng)所述第二端口為高電平時，所述音頻功率放大器通路開通。

進(jìn)一步地，所述第一音頻信號的正端連接到所述運(yùn)算放大器的正輸入端，所述第一音頻信號的負(fù)端連接到所述運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端；所述運(yùn)算放大器的正輸出端連接到所述揚(yáng)聲器的正輸入端，所述運(yùn)算放大器的負(fù)輸出端連接到所述揚(yáng)聲器的負(fù)輸入端。

進(jìn)一步地，所述第二音頻信號的正端連接到所述音頻功率放大器的正輸入端，所述第二音頻信號的負(fù)端連接到所述音頻功率放大器的負(fù)輸入端；所述音頻功率放大器的正輸出端連接到所述揚(yáng)聲器的正輸入端，所述音頻功率放大器的負(fù)輸出端連接到所述揚(yáng)聲器的負(fù)輸入端。

進(jìn)一步地，所述晶體管輸入電路由所述晶體管與可調(diào)電阻串聯(lián)而成。

進(jìn)一步地，還在所述晶體管輸入電路之前串聯(lián)有電阻。

本發(fā)明使用可調(diào)增益的運(yùn)算放大器組件代替直通式的模擬開關(guān)，可實(shí)現(xiàn)音頻信號的多增益可控傳輸；兼容了音頻功率放大器升壓/不升壓兩種工作模式，在應(yīng)用上有更大的適應(yīng)性；杜絕了音頻功率放大器升壓后，高電平損壞音頻處理器內(nèi)部器件的現(xiàn)象；大幅度減小了占用系統(tǒng)的空間；有更好的一致性、穩(wěn)定性和可靠性。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)的手機(jī)的聽筒和揚(yáng)聲器是兩套不同的通路系統(tǒng)的音頻信號播放器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為傳統(tǒng)的聽筒和揚(yáng)聲器二合一的音頻信號播放器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2中所示的模擬電子開關(guān)的內(nèi)部電路圖；

圖4為圖2中所示的模擬電子開關(guān)關(guān)閉時，MOS管P3的各個端口的波形圖；

圖5為圖2中所示的模擬電子開關(guān)關(guān)閉時，音頻處理器中D4的反灌電流圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例集成式音頻信號播放器的結(jié)構(gòu)圖；

圖7為本發(fā)明電路原理圖；

圖8為本發(fā)明控制信號波形圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成，且其不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。

如圖6所示，本發(fā)明實(shí)施例的集成式音頻信號播放器，包括音頻處理器、音頻控制器和揚(yáng)聲器；其中音頻控制器包括音頻功率放大器、運(yùn)算放大器組件、最高電平選擇器和電平轉(zhuǎn)換器，音頻功率放大器用于揚(yáng)聲器模式音頻信號的放大，運(yùn)算放大器組件用于聽筒模式音頻信號的放大，音頻功率放大器和運(yùn)算放大器的輸出端均連接到揚(yáng)聲器；

音頻處理器輸出兩組音頻信號，第一音頻信號為聽筒模式音頻信號，聽筒模式音頻信號連接到運(yùn)算放大器組件輸入端；第二音頻信號為揚(yáng)聲器模式音頻信號，揚(yáng)聲器模式音頻信號連接到音頻功率放大器輸入端；

音頻處理器具有兩個I/O端口，其中第一端口I/O1連接到運(yùn)算放大器組件的控制端，用于控制運(yùn)算放大器組件的通斷；第二端口I/O2連接到音頻功率放大器的控制端，用于控制音頻功率放大器的通斷；第一端口I/O1還連接到電平轉(zhuǎn)換器輸入端；

最高電平選擇器用于從音頻功率放大器的電源電平VBAT、揚(yáng)聲器的正輸入電平和揚(yáng)聲器的負(fù)輸入電平中選出最大電平，即最高電平選擇器輸出最大電平，此最大電平供給運(yùn)算放大器組件和電平轉(zhuǎn)換器；

電平轉(zhuǎn)換器用于將第一端口I/O1輸出的電平轉(zhuǎn)換到上述最大電平，即電平轉(zhuǎn)換器輸出上述最大電平，此最大電平供給運(yùn)算放大器組件。

具體地，如圖7所示，運(yùn)算放大器組件包括運(yùn)算放大器及運(yùn)算放大器的晶體管輸入電路，晶體管輸入電路包括正端晶體管輸入電路和負(fù)端晶體管輸入電路；正端晶體管輸入電路并聯(lián)于運(yùn)算放大器的正輸入端IP1和負(fù)輸出端OUTN之間，負(fù)端晶體管輸入電路并聯(lián)于運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端IN1和正輸出端OUTP之間；晶體管輸入電路中包括PMOS晶體管P1和P2,最高電平選擇器從VBAT、OUTP和OUTN選出最大電平VH施加于PMOS管P1和P2的源極。

音頻處理器的第一端口GPIO_0連接到運(yùn)算放大器的控制端PD_amp；音頻處理器的第二端口GPIO_1連接到音頻功率放大器的控制端EN_AP；音頻處理器的第一端口GPIO_0還連接到電平轉(zhuǎn)換器LevelShift的輸入端，音頻功率放大器的電源電平VBAT和最高電平選擇器輸出的最大電平VH連接到LevelShift的兩個電平輸入端，LevelShift的輸出端分別連接到PMOS管P1和P2的柵極PD。

在PMOS管P1的源極和漏極之間并聯(lián)有寄生二極管D2，寄生二極管D2的正端連接到PMOS管P1的漏極；在PMOS管P2的源極和漏極之間并聯(lián)有寄生二極管D3，寄生二極管D3的正端連接到PMOS管P2的漏極。

第一音頻信號的正端EARP連接到運(yùn)算放大器的正輸入端IP1，第一音頻信號的負(fù)端EARN連接到運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端IN1；運(yùn)算放大器的正輸出端OUTP連接到揚(yáng)聲器的正輸入端，運(yùn)算放大器的負(fù)輸出端OUTN連接到揚(yáng)聲器的負(fù)輸入端。

第二音頻信號的正端Auido_P連接到音頻功率放大器的正輸入端AIP，第二音頻信號的負(fù)端Auido_N連接到音頻功率放大器的負(fù)輸入端AIN；音頻功率放大器的正輸出端OUTP連接到揚(yáng)聲器的正輸入端，音頻功率放大器的負(fù)輸出端OUTN 連接到揚(yáng)聲器的負(fù)輸入端。

正端晶體管輸入電路由PMOS管P2和可調(diào)電阻Rf2串聯(lián)而成，負(fù)端晶體管輸入電路由PMOS管P1和可調(diào)電阻Rf1串聯(lián)而成。

還在正端晶體管輸入電路之前串聯(lián)有電阻Rin2，在負(fù)端晶體管輸入電路之前串聯(lián)有電阻Rin1。

由于VH是三個電平中的最高電平，當(dāng)音頻功率放大器有升壓過程的時候，VH和升壓后的較高電平值相同；當(dāng)音頻功率放大器沒有升壓過程的時候，VH和電源電壓VBAT相等。

所以，在P1、P2關(guān)斷的時候，無論音頻功率放大器如何設(shè)計(jì)，都不會存在P1、P2弱導(dǎo)通的情況，避免了電流反灌現(xiàn)象的出現(xiàn)，同時保護(hù)了音頻處理器中的器件不被損壞。

圖7中的運(yùn)算放大器，可以是包括AB類運(yùn)算放大器在內(nèi)的各種高性能的放大器，通過調(diào)節(jié)Rf1，Rf2和Rin1，Rin2的比例，可以實(shí)現(xiàn)對IN1，IP1的比例放大，相對于模擬開關(guān)單一的直通傳輸功能，有著更大的調(diào)整和應(yīng)用設(shè)計(jì)空間。本發(fā)明用于手機(jī)時，當(dāng)輸入BB(BaseBand，基帶)的音頻輸出端口比較緊缺的時候，可以把AIP與IP1；AIN與IN1在芯片外部相連，這樣便可以實(shí)現(xiàn)一對輸入信號分別輸出到聽筒和喇叭端，既節(jié)省了BB的輸出管腳，又不會影響音頻信號的性能，大大提高了應(yīng)用的靈活度。

對于音頻功率放大器的控制信號EN_AP，以及運(yùn)算放大器組件的控制信號PD的邏輯關(guān)系，如圖8所示，當(dāng)EN_AP為高電平VDD2的時候，打開音頻功率放大器通路，為低電平0的時候則關(guān)閉此通路；當(dāng)PD為低電平0的時候，運(yùn)算放大器組件的晶體管輸入電路導(dǎo)通，為高電平VH的時候，運(yùn)算放大器組件的晶體管輸入電路截止。另外，運(yùn)算放大器組件的運(yùn)算放大器的通斷由音頻處理器的第一端 口GPIO_0控制運(yùn)算放大器的控制端PD_amp實(shí)現(xiàn)，當(dāng)GPIO_0輸出為低電平時，運(yùn)算放大器通路開通，當(dāng)GPIO_0輸出為高電平時，運(yùn)算放大器通路關(guān)斷。

工作時，當(dāng)音頻處理器的第一端口GPIO_0輸出為低電平時，與GPIO_0連接的PD_amp為低電平，運(yùn)算放大器通路開通，且與GPIO_0連接的電平轉(zhuǎn)換器LevelShift輸出最大電平VH，VH施加到PMOS管P1和P2的柵極PD，使兩個PMOS管的漏、源極導(dǎo)通，則晶體管輸入電路導(dǎo)通，可以調(diào)節(jié)運(yùn)算放大器的增益，當(dāng)GPIO_0輸出為高電平時，與GPIO_0連接的PD_amp為高電平，運(yùn)算放大器通路關(guān)斷，且晶體管輸入電路截止；當(dāng)音頻處理器的第二端口GPIO_1輸出為低電平時，與GPIO_1連接的EN_AP為低電平0，音頻功率放大器通路關(guān)斷，當(dāng)音頻處理器的第二端口GPIO_1輸出為高電平時，與GPIO_1連接的EN_AP為高電平VDD2，音頻功率放大器通路開通。通過芯片內(nèi)部的邏輯處理，保證運(yùn)算放大器通路和音頻功率放大器通路兩者在任意時刻，只能有一路導(dǎo)通。

本發(fā)明以上實(shí)施例使用可調(diào)增益的運(yùn)算放大器組件代替直通式的模擬開關(guān)，可實(shí)現(xiàn)音頻信號的多增益可控傳輸；兼容了音頻功率放大器升壓/不升壓兩種工作模式，在應(yīng)用上有更大的適應(yīng)性；杜絕了音頻功率放大器升壓后，高電平損壞音頻處理器內(nèi)部器件的現(xiàn)象；大幅度減小了占用系統(tǒng)的空間；有更好的一致性、穩(wěn)定性和可靠性。

以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。