音频功放器、发声组件、电子设备的制作方法
本公开涉及电子产品技术领域，尤其涉及音频功放器、发声组件、电子设备。
背景技术：
目前，电子设备一般会配备听筒、扬声器(外放喇叭)等发声组件。以电子设备为手机为例，一般在手机的顶部设置听筒，在底部设置扬声器，这种设置方式会占用过多的手机内部空间。为了节约手机内部空间，听筒/扬声器复用的组件优势就非常明显了。
传统的听筒和扬声器的音频环路有着不同的直流等效阻抗，一般扬声器的音频环路的直流等效阻抗是8欧姆/6欧姆/4欧姆，而听筒的音频环路的直流等效阻抗是28欧姆/32欧姆。现有技术中，听筒/扬声器复用的组件一般采用阻抗较低的音频环路实现，硬件电路固定。当听筒/扬声器复用的组件工作于听筒模式时，与传统听筒相比，其音频环路的阻抗较低，对噪声的敏感程度更高，容易受到电磁感应耦合噪声的干扰。
技术实现要素：
本公开提供一种音频功放器、发声组件、电子设备，以解决相关技术中的不足。
根据本公开实施例的第一方面，提供了一种音频功放器，所述音频功放器包括：
音频输入端，用于接收音频信号；
音频输出端，用于外接发声单元，所述发声单元工作于听筒模式或者扬声器模式；
功率放大电路，所述功率放大电路的输入端与所述音频输入端连接，所述功率放大电路的输出端与所述音频输出端连接；所述功率放大电路用于将所述音频信号的功率放大至对应于所述听筒模式的第一目标功率或者扬声器模式的第二目标功率，并将经过功率放大的音频信号通过所述音频输出端输出至所述发声单元；
阻抗调节电路，设于所述功率放大电路与音频输出端之间的信号通路上，用于在所述功率放大电路将所述音频信号的功率放大至所述第一目标功率的情况下，增大所述信号通路的阻抗。
可选地，所述阻抗调节电路包括：开关组件和电阻元件，所述开关组件和所述电阻元件设于所述信号通路上；在所述功率放大电路将所述音频信号的功率放大至所述第一目标功率的情况下，通过开关切换使所述电阻元件串入所述信号通路上。
可选地，所述功率放大电路包括放大器；
所述开关组件包括第一动端和第二动端，所述第一动端和所述第二动端分别与所述放大器的两个输出端连接；
所述开关组件还包括至少三个不动端，所述至少三个不动端中的两个不动端与所述音频输出端连接，所述至少三个不动端中除所述两个不动端之外的每个其他不动端通过一个电阻元件与所述音频输出端连接；
在所述功率放大电路将所述音频信号的功率放大至所述第一目标功率的情况下，所述第一动端与所述两个不动端中的一个连接，所述第二动端与一个其他不动端连接。
可选地，所述开关组件包括至少一个单刀单掷开关，各个单刀单掷开关与一个电阻元件并联后设于所述信号通路上；
或者，所述开关组件包括至少一个单刀双掷开关，各个单刀双掷开关的动端与所述放大器的一个输出端连接，各个单刀双掷开关的一个不动端与所述音频输出端连接，另一个不动端通过一个电阻元件与所述音频输出端连接。
可选地，所述阻抗调节电路包括：
可调电阻，设于所述信号通路上；
调节子电路，与所述可调电阻电连接，用于在所述功率放大电路将所述音频信号的功率放大至所述第一目标功率的情况下，增大所述可调电阻的阻抗。
可选地，还包括：
采集电路，用于采集所述音频输出端的电压或者电流，并将所述电压或者电流反馈至所述功率放大电路。
根据本公开实施例的第二方面，提供了一种发声组件，所述发声组件包括：听筒/扬声器复用的发声单元，以及上述任一项所述的音频功放器。
根据本公开实施例的第三方面，提供了一种电子设备，包括：听筒/扬声器复用的发声单元、处理器和上述任一项所述的音频功放器。
可选地，所述处理器用于发送音频信号至所述音频功放器；
所述处理器还用于发送第一工作模式指令或者第二工作模式指令至所述音频功放器；
音频功放器用于在接收到所述第一工作模式指令的情况下，将所述音频信号的功率放大至第一目标功率；在接收到所述第二工作模式指令的情况下，将所述音频信号的功率放大至第二目标功率；
所述音频功放器还用于将经过功率放大的音频信号输出至所述发声单元。
可选地，所述处理器通过spi总线(全双工同步串行总线)将所述第一工作模式指令或者所述第二工作模式指令发送至所述音频功放器；
和/或，所述处理器通过i2s总线(集成电路内置音频总线)将所述音频信号发送至所述音频功放器。
本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本公开提供的音频功放器不仅能将音频信号的功率放大至第一目标功率或者第二目标功率，使发声单元在听筒模式和扬声器模式之间切换，还能抑制电磁感应耦合噪声对音频信号的干扰。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是根据本公开的实施例示出的一种音频功放器的模块示意图；
图2a是根据本公开的实施例示出的一种音频功放器的电路图；
图2b是根据本公开的实施例示出的一种音频功放器的等效电路图；
图2c是根据本公开的实施例示出的另一种音频功放器的等效电路图；
图2d是根据本公开的实施例示出的另一种音频功放器的电路图；
图2e是根据本公开的实施例示出的另一种音频功放器的等效电路图；
图2f是根据本公开的实施例示出的另一种音频功放器的电路图；
图2g是根据本公开的实施例示出的另一种音频功放器的电路图；
图3是根据本公开的实施例示出的一种发声组件的模块示意图；
图4是根据本公开的实施例示出的一种电子设备的框图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
本公开提供一种音频功放器，应用于电子设备，该音频功放器可以根据不同应用场景，将音频信号的功率放大至第一目标功率或者第二目标功率并发送至听筒/扬声器复用的发声单元，以使发声单元工作于听筒模式或者扬声器模式。当其工作模式为听筒模式时，容易受到电磁感应耦合噪声的干扰。
其中，电磁感应耦合噪声例如因电子设备的供电电源周期性的电流变化而引起。具体的，电子设备中有很多射频单元，如2g/3g/4g、wlan、蓝牙、nfc(上述均是射频单元)等，这些射频单元发射的信号频率都很高，远高于音频信号所在频域。这些射频单元在工作的时候会从电子设备的供电网络周期性的抽取大电流，而供电网络反复的电流变化会使周围存在一个周期性变化的电磁场，根据法拉第电磁感应定律，电子设备的电路板中的闭合回路都会感应出一个涡旋电场。闭合回路的感应电动势ε取决于环路内磁通量φb的变化率，即
本公开提供的音频功放器不仅能将音频信号的功率放大至第一目标功率或者第二目标功率，使发声单元在听筒模式和扬声器模式之间切换，还能抑制电磁感应耦合噪声对音频信号的干扰。下面对音频功放器的工作原理进行具体说明。
图1是根据本公开的实施例示出的一种音频功放器的模块示意图，参见图1，该音频功放器包括：音频输入端11、音频输出端12、功率放大电路13和阻抗调节电路14。音频输入端11用于外接音频输出装置15，音频输入端11还与功率放大电路13的输入端连接，功率放大电路13的输出端与音频输出端12连接，阻抗调节电路14设于功率放大电路13与音频输出端12之间的信号通路上。音频输出端12用于外接发声单元16。该发声单元为听筒/扬声器复用的发声单元，可以工作于听筒模式或者扬声器模式。音频输出装置15、音频功放器和发声单元16构成了音频环路。
音频输入端11用于接收音频输出装置15发送的音频信号，并将接收到的音频信号发送至功率放大电路13，功率放大电路13用于将音频信号的功率放大至对应于听筒模式的第一目标功率或者扬声器模式的第二目标功率，并将经过功率放大的音频信号通过音频输出端12输出至发声单元16。其中，第一目标功率小于第二目标功率。
具体的，若音频功放器接收到第一工作模式指令，功率放大电路13则将音频信号的功率放大至第一目标功率；若音频功放器接收到第二工作模式指令，功率放大电路13则将音频信号的功率放大至第二目标功率。功率放大电路13包括放大器，该放大器可以是模拟放大器或者数字放大器。具体的，可以但不限于采用d类放大器或者ab类放大器。而第一工作模式指令和第二工作模式指令可以由音频输出装置15发送，也可以由不同于音频输出装置15的控制装置发送，发送工作模式指令的执行主体本公开不作特别限定。
阻抗调节电路14用于在音频功放器接收到第一工作模式指令的情况下，增大音频输出端12与功率放大电路13之间的信号通路17的阻抗，以降低音频环路的感应电流，抑制电磁感应耦合噪声的干扰。
阻抗调节电路14可以通过开关组件和电阻元件实现，开关组件和电阻元件设于功率放大电路13与音频输出端12之间的信号通路17上，开关组件在音频功放器接收到第一工作模式指令的情况下，通过开关切换使电阻元件串联于音频输出端12与功率放大电路13之间的信号通路17上，以增大信号通路17的阻抗。其中，电阻元件可以包含一个电阻，也可以包含多个串/并联电阻。
图2a是根据本公开的实施例示出的一种音频功放器的电路图，图中以单刀双掷开关作为开关组件为例，对音频功放器的工作机理进行说明。参见图2a，开关组件包括第一动端a1、第一不动端b1、第二不动端b2，第一动端a1与放大器的一个输出端连接，第一不动端b1通过一个电阻元件r与音频输出端12连接，第二不动端b2直接与音频输出端12连接。若音频功放器接收到第一工作模式指令，该第一工作模式指令指示发声单元16工作于听筒模式，为了抑制电磁感应耦合噪声对音频信号的干扰，需要增加信号通路17上的阻抗，音频功放器则控制开关组件的第一动端a1与第一不动端b1连接，并将接收到的音频信号的功率放大至第一目标功率，输出至发声单元16。图2b是发声单元16工作于听筒模式时音频功放器的等效电路图，参见图2b，信号通路17的一条支路上串联了一个电阻元件r，相当于增加了信号通路17上的阻抗，降低了音频环路中的感应电流，起到抑制电磁感应耦合噪声的作用。若音频功放器接收到第二工作模式指令，该第二工作模式指令指示发声单元16工作于扬声器模式，该模式下需要较小的阻抗，音频功放器则控制开关组件的第一动端a1与第二不动端b2连接，图2c是发声单元16工作于扬声器模式时音频功放器的等效电路图，音频功放器还将接收到的音频信号的功率放大至第二目标功率，输出至发声单元16。
在一个实施例中，阻抗调节电路14的开关组件包括第一动端、第二动端和至少三个不动端。第一动端和第二动端与功率放大电路13的放大器的两个输出端连接，至少三个不动端中的两个不动端与音频输出端12连接，至少三个不动端中除该两个不动端之外的每个其他不动端与一个电阻元件串联后连接于音频输出端12，在发声组件的工作模式为听筒模式的情况下，第一动端与该两个不动端中的一个连接，第二动端与一个其他不动端连接。
图2d是根据本公开的实施例示出的另一种音频功放器的电路图，图中以开关组件包含2个动端、4个不动端为例，对音频功放器的工作机理进行说明。参见图2d，开关组件包括第一动端a1、第二动端a2、第一不动端b1、第二不动端b2、第三不动端b3和第三不动端b4，第一动端a1和第二动端a2分别与放大器的两个输出端连接，第一不动端b1和第四不动端b4分别通过一个电阻元件r与音频输出端12连接，第二不动端b2和第三不动端b3直接与音频输出端12连接。若音频功放器接收到第一工作模式指令，该第一工作模式指令指示发声单元16工作于听筒模式，为了抑制电磁感应耦合噪声对音频信号的干扰，需要增加信号通路17上的阻抗，音频功放器则控制开关组件的第一动端a1与第一不动端b1连接，第二动端a2与第四不动端b4连接，并将接收到的音频信号的功率放大至第一目标功率，输出至发声单元16。图2e是发声单元16工作于听筒模式时音频功放器的等效电路图，参见图2e，信号通路17的两条支路上均串联了一个电阻元件r，相当于增加了信号通路17的阻抗，起到抑制电磁感应耦合噪声的作用。若音频功放器接收到第二工作模式指令，该第二工作模式指令指示发声单元16工作于扬声器模式，该模式下需要较小的阻抗，音频功放器则控制开关组件的第一动端a1与第二不动端b2连接，第二动端a2与第三不动端b3连接，图2c是发声单元16工作于扬声器模式时音频功放器的等效电路图，音频功放器还将接收到的音频信号的功率放大至第二目标功率，输出至发声单元16。
需要说明的是，开关组件的不动端的数量不限于是3个、4个，还可以是5个、6个甚至更多，除了两个不动端与音频输出端12直接连接外，其余的不动端均可通过一个电阻元件与音频输出端12连接；与不动端连接的各个电阻元件的阻抗可以相同，也可以不同，用户可以自定义开关切换规则，以实现将任意阻抗的电阻元件串入信号通路17。
在一个实施例中，阻抗调节电路14的开关组件可以采用单刀单掷开关实现，单刀单掷开关与电阻元件并联后设于信号通路17上。其中，单刀单掷开关和电阻元件的数量可以根据实际需求自行设置。
图2f是根据本公开的实施例示出的另一种音频功放器的电路图，图中以开关组件包含一个单刀单掷开关，对应设置一个电阻元件为例，对音频功放器的工作机理进行说明。参见图2f，单刀单掷开关与一个电阻元件并联后一端与放大器的输出端连接，另一端与音频输出端12连接。若音频功放器接收到第一工作模式指令，该第一工作模式指令指示发声单元16工作于听筒模式，为了抑制电磁感应耦合噪声对音频信号的干扰，需要增加信号通路17上的阻抗，音频功放器则控制单刀单掷开关断开，并将接收到的音频信号的功率放大至第一目标功率，输出至发声单元16。图2b是发声单元16工作于听筒模式时音频功放器的等效电路图，参见图2b，信号通路17上串联了电阻元件r，相当于增加了信号通路17的阻抗，起到抑制电磁感应耦合噪声的作用。若音频功放器接收到第二工作模式指令，该第二工作模式指令指示发声单元16工作于扬声器模式，该模式下需要较小的阻抗，音频功放器则控制单刀单掷开关闭合，图2c是发声单元16工作于扬声器模式时音频功放器的等效电路图，音频功放器还将接收到的音频信号的功率放大至第二目标功率，输出至发声单元16。
图2g是根据本公开的实施例示出的另一种音频功放器的电路图，图中以开关组件包含两个单刀单掷开关，对应设置2个电阻元件为例，对音频功放器的工作机理进行说明。参见图2g，每个单刀单掷与一个电阻元件并联后与放大器的输出端和音频输出端12连接。若音频功放器接收到第一工作模式指令，该第一工作模式指令指示发声单元16工作于听筒模式，为了抑制电磁感应耦合噪声对音频信号的干扰，需要增加信号通路17上的阻抗，音频功放器则控制两个单刀单掷开关均断开，并将接收到的音频信号的功率放大至第一目标功率，输出至发声单元16。图2e是发声单元16工作于听筒模式时音频功放器的等效电路图，参见图2e，信号通路17的两条支路上均串联了2个电阻元件r，相当于增加了信号通路17的阻抗，起到抑制电磁感应耦合噪声的作用。若音频功放器接收到第二工作模式指令，该第二工作模式指令指示发声单元16工作于扬声器模式，该模式下需要较小的阻抗，音频功放器则控制两个单刀单掷开关闭合，图2c是发声单元16工作于扬声器模式时音频功放器的等效电路图，音频功放器还将接收到的音频信号的功率放大至第二目标功率，输出至发声单元16。
在另一个实施例中，阻抗调节电路14包括可调电阻和调节子电路。可调电阻设于信号通路17上，调节子电路与可调电阻电连接，用于在音频功放器接收到第一工作模式指令的情况下，增大可调电阻的阻抗。而在音频功放器接收到第二工作模式指令的情况下，将可调电阻的阻抗降低至8欧姆/6欧姆/4欧姆。
对于上述任一实施例，经过试验可知，发声单元16工作于听筒模式下，信号通路17上的电阻元件的总阻抗为24ω左右，能够达到较好的抑制电磁感应耦合噪声的效果。因此，不管是通过开关组件实现阻抗调节，还是通过可调电阻实现阻抗调节，需将信号通路17上的电阻元件的总阻抗设置为24ω左右。
由于本公开中通过增加阻抗来抑制电磁感应耦合噪声，功率放大电路13输出的音频信号也会因通路上额外增加的阻抗而被衰减，因此需要将功率放大电路13的输出做适当比例的增强，确保输出至发声单元16的音频信号的功率达到预期。在一个实施例中，音频功放器还包括采集电路，用于采集音频输出端12的电压或者电流，并将该电压或者电流反馈至功率放大电路13，以使功率放大电路13根据该电压或者电流自适应地调解功率放大倍数。
图3是根据本公开的实施例示出的一种发声组件的模块示意图，该发声组件包括听筒/扬声器复用的发声单元和上述任一实施例提供的音频功放器，音频功放器的工作原理参见上述任一实施例所述，此处不再赘述。
图4是根据本公开的实施例示出的一种电子设备的框图。该电子设备可以是移动电话，计算机，数字广播终端，消息收发设备，游戏控制台，平板设备，医疗设备，健身设备，个人数字助理等。
如图4所示，电子设备400可以包括以下一个或多个组件：处理组件402，存储器404，电源组件406，多媒体组件408，发声组件410，输入/输出(i/o)的接口412，传感器组件414，以及通信组件416。
处理组件402通常控制电子设备400的整体操作，诸如与显示，电话呼叫，数据通信，音频信号输出相关联的操作。处理组件402可以包括一个或多个处理器420来执行指令，以完成上述的方法的全部或部分步骤。例如，处理器420可以发送音频信号至发声组件，处理器420还可以根据不同的场景发送第一工作模式指令和第二工作模式指令至发声组件。其中，音频信号可以是电子设备处于呼叫模式、记录模式和语音识别模式下麦克风采集的外部音频信号，音频信号还可以是存储于本地的音乐、视频等。处理器可以通过spi总线将所述第一工作模式指令或者所述第二工作模式指令发送至所述音频功放器；和/或，所述处理器可以通过i2s总线将所述音频信号发送至所述音频功放器。
发声组件410包括听筒/扬声器复用的发声单元和上述任一实施例提供的音频功放器，音频功放器的工作原理参见上述任一实施例所述，此处不再赘述。
存储器404被配置为存储各种类型的数据以支持在电子设备400的操作。这些数据的示例包括用于在电子设备400上操作的任何应用程序或方法的指令，联系人数据，电话簿数据，消息，图片，视频等。存储器404可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(sram)，电可擦除可编程只读存储器(eeprom)，可擦除可编程只读存储器(eprom)，可编程只读存储器(prom)，只读存储器(rom)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
电源组件406为电子设备400的各种组件提供电力。电源组件406可以包括电源管理系统，一个或多个电源，及其他与为电子设备400生成、管理和分配电力相关联的组件。
多媒体组件408包括在所述电子设备400和用户之间的提供一个输出接口的屏幕。在一些实施例中，屏幕可以包括液晶显示器(lcd)和触摸面板(tp)。如果屏幕包括触摸面板，屏幕可以被实现为触摸屏，以接收来自用户的输入信号。触摸面板包括一个或多个触摸传感器以感测触摸、滑动和触摸面板上的手势。所述触摸传感器可以不仅感测触摸或滑动动作的边界，而且还检测与所述触摸或滑动操作相关的持续时间和压力。在一些实施例中，多媒体组件408包括一个前置摄像头和/或后置摄像头。当电子设备400处于操作模式，如拍摄模式或视频模式时，前置摄像头和/或后置摄像头可以接收外部的多媒体数据。每个前置摄像头和后置摄像头可以是一个固定的光学透镜系统或具有焦距和光学变焦能力。
i/o接口412为处理组件402和外围接口模块之间提供接口，上述外围接口模块可以是键盘，点击轮，按钮等。这些按钮可包括但不限于：主页按钮、音量按钮、启动按钮和锁定按钮。
传感器组件414包括一个或多个传感器，用于为电子设备400提供各个方面的状态评估。例如，传感器组件414可以检测到电子设备400的打开/关闭状态，组件的相对定位，例如所述组件为电子设备400的显示器和小键盘，传感器组件414还可以检测电子设备400或电子设备400一个组件的位置改变，用户与电子设备400接触的存在或不存在，电子设备400方位或加速/减速和电子设备400的温度变化。传感器组件414可以包括接近传感器，被配置用来在没有任何的物理接触时检测附近物体的存在。传感器组件414还可以包括光传感器，如cmos或ccd图像传感器，用于在成像应用中使用。在一些实施例中，该传感器组件414还可以包括加速度传感器，陀螺仪传感器，磁传感器，压力传感器或温度传感器。
通信组件416被配置为便于电子设备400和其他设备之间有线或无线方式的通信。电子设备400可以接入基于通信标准的无线网络，如wifi，2g或3g，或它们的组合。在一个示例性实施例中，通信组件416经由广播信道接收来自外部广播管理系统的广播信号或广播相关信息。在一个示例性实施例中，所述通信组件416还包括近场通信(nfc)模块，以促进短程通信。例如，在nfc模块可基于射频识别(rfid)技术，红外数据协会(irda)技术，超宽带(uwb)技术，蓝牙(bt)技术和其他技术来实现。
在示例性实施例中，电子设备400可以被一个或多个应用专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、数字信号处理设备(dspd)、可编程逻辑器件(pld)、现场可编程门阵列(fpga)、处理器、微处理器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述任一实施例所述的方法。
在示例性实施例中，还提供了一种包括指令的非临时性计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器404，上述指令可由装置400的处理器420执行以完成上述方法。例如，所述非临时性计算机可读存储介质可以是rom、随机存取存储器(ram)、cd-rom、磁带、软盘和光数据存储设备等。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。
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