用于为音频设备提供自动关机和/或自动开机能力的电路和方法

专利名称：：用于为音频设备提供自动关机和/或自动开机能力的电路和方法
技术领域：
：本发明通常涉及消费电子领域，并且，更具体地，涉及音频设备的领域，诸如无线发射机或便携式功率放大器，用于将来自诸如CD播放器、MP3播放器的设备或其他便携式音频设备的信号发射到远程扬声器系统、车载立体声音响或无线接收机系统，并且其中该设备需要使可利用的主要功率的效率最大化。
背景技术：
：随着输出音频和/或数据信号的便携式AM/FM收音机，盒带、CD、MP3播放器以及其他消费电子设备的广泛使用，出现了对更加方便的用于将这些信号递送到系统用户的方法的需要。目前，用户典型地佩戴耳机，其通过导线联接到信号生成设备。这些导线是不方便的并且可能是危险的。在便携式音频设备的情况中，例如，当设备用户做其他事情时，诸如慢跑、轮滑、体力劳动、驾驶等，可以使用该设备。在这些活动期间，导线易于缠在一起或者另外提供了对有效使用的阻碍。对于来自诸如个人计算机、汽车仪表盘、机架安装式立体声音响的固定设备的导线，存在同样的问题。因此，随着信号生成设备的迅速增长，也需要使它们是方便的。在1998年6月23日授予JohnE.Alstatt(在下文中被称为“Alstatt”)的美国专利No.5,771,441“SmallBatteryOperatedRfTransmitterforPortableAudioDevicesforusewithHeadphoneswithRfReceiver”中公开了方便的免持式环境的一个示例。在Alstatt中，教导了一种便携式RF发射机，其将来自音频源的音频信号调制到FM载波上，然后将该信号发射到安装在由用户佩戴的头戴式耳麦上的FM接收机。该RF发射机使用其自有的接地电路和音频源的接地电路作为短偶极子的两个元件。诸如可获得自AerielleGroupInternational，Inc.ofCupertino，California的AUDIOBUGTM的产品已成功地体现了该无线设备。找到了针对无线传输问题的解决方案的另一示例，其中在电吉他上使用小的RF发射机，用以将来自吉他换能器的音频信号发射到同功率放大器联接的接收机。在1991年6月26日授予RichardL.Davis(在下文中被称为“Davis”)的美国专利No.5,025,704“CordlessGuitarTransmitter”中找到了该类型技术的示例。在Davis中，教导了一种电子设备，其在连接到电吉他或其他相似的有弦乐器时，将实现在FM广播频段的可选频率上的无线传输。由于其使用了吉他的金属琴弦作为部分天线，因此该单元是紧凑的。在插入到吉他的输入插座之后该单元保持固定，并且设备的发射部件不必附装于乐手的腰带或吉他的背带上或者附装于乐手身体上。而且，天线未自设备本身延伸。该设备在插入时自动开机。随着提供无线传输能力的设备的改进并且变得更加方便且在消费水平上更易于获得，还出现了更加有效地延长电池寿命的需要。如果不具有这样的效率，则需要较大的和/或较昂贵的电池，或者联接在一起的多个电池来驱动发射机。替换方案是强烈减小的电池寿命。因此，出现了对减小电池消耗的电路的需要。若干美国专利反映了所提出的对该需要的解决方案，包括授予Kim的美国专利No.5,636,077，其公开了一种具有自动节能电路的视频记录和再现设备。该电路确定输入视频信号的存在并且据此控制系统功能。如果存在输入视频信号，则视频记录和再现功能继续，并且，如果不存在视频信号而且在预定的时间周期中没有输入功能键，则停止记录/再现动作，并且自动切断电源。授予Hsien的美国专利No.6,441,804教导了一种无线游标控制系统，其包括指针设备和接收机。该指针设备具有控制器，用于接收用户输入和用于提供控制信号；和发射机，其包括天线和联接到控制器的高频调制器，用于接收控制信号和生成用于经由天线发射的输出信号。该高频调制器包括可变频率调制器电路，用于选择性地改变控制信号的频率偏移；和高频电路，用于增加控制信号的频率偏移以生成输出信号。接收机具有天线，其接收输出信号；以及解调电路，用于解调接收到的输出信号。发射机电路包括联接到高频调制器和控制器的节能电路，并且检测控制器是否已接收到来自按钮电路的任何输入。如果控制器在预定的时间周期内未接收到输入，则节能电路通过断开RF放大器和缓冲器电路，自动地将发射机切换到节能模式。在节能模式中，按钮电路、时钟生成器和控制器处于开启状态，而剩余电路是停用的。按钮电路的任何按钮的用户启动使发射机脱离节能模式。授予Uen的美国专利No.6,529,067示出了一种用于无线指示器的节能设备，其包括第一电阻器；第二电容器；信号生成电路；偏置控制电路，其包括n型沟道MOSFET，该n型沟道MOSFET具有在第二节点处连接到信号生成电路的漏极，用于驱动信号生成电路；开关，其具有在第一节点处连接到n型沟道MOSFET的栅极的一端；半导体，其具有连接到第一节点栅极的阳极和连接到电源的正端子的阴极；以及第一电容器，其同半导体装置串联连接。当无线指示器不工作时，开关自动打开，以使反向偏置的半导体的漏电流为第一电容器充电。当开关关闭时，第一电容器完全放电，并且使n型沟道MOSFET截止。该充电和放电减少了待机模式下的电流消耗。授予Chen的美国专利No.RE37,884公开了一种发射机-接收机系统，其包括安装在音频设备中的发射机单元和安装在耳机中的接收机单元，其中发射机单元包括自动电平调节器，其将音频设备输出信号的电平调节到预定的范围；功率控制电路，其由音频设备的输出信号控制，以提供必需的工作电压；和电感天线，用于将来自音频设备的输出信号发射到接收机单元。接收机单元具有低工作电压设计，包括自动24倍分频器电路，用于有效地区分左和右声轨；和自动关机电路，用于在音频设备不工作时自动地切断电源。发射机单元和接收机单元进一步使用包括振荡晶体管和电介质谐振器的各自双振荡频率调节电路，以及用于调节频率范围的两个变阻器。前面的专利反映了本发明人所了解的目前的技术状态。有关这些专利的参考和讨论的目的在于，在可能同对本发明的权利要求审查有关的公开信息方面，协助履行申请人的公认的公正义务。然而，应当提出，不论是单独地或组合考虑地，上面指出的任何一个专利未公开、教导、暗示、示出或另外地明显给出此处描述和进行权利要求的本发明。
发明内容因此，本发明的一个目的在于，提供一种用于音频设备的具有自动开机能力的新的和改进的电路。本发明的另一目的在于，提供一种还包括节能自动关机能力的新的和改进的电路。本发明的另一目的或特征是一种新的和改进的电路和方法，用于为无线发射机提供自动关机和/或自动开机能力的组合。本发明的另一目的在于，为无线发射机提供一种具有自动关机和/或自动开机能力的新颖的电路，其减少了由电路生成的背景噪声。因此，本发明的一个方面在于，通过提供自动关机电路减少音频设备中的电池消耗，该自动关机电路将在系统未被使用时自动地关闭系统。本发明的另一方面在于，通过提供使用特定的电路元件减少干扰或由系统生成的背景噪声。本发明的另一方面在于，通过提供自动开机能力启动系统的能力。通过下面结合附图考虑的描述，将更好地一起理解有关构成和操作方法的作为本发明特征的其他新颖特征以及本发明的另外的目的和优点，其中借助于示例说明了本发明的优选实施例。然而，应当清楚地理解，附图仅用于说明和描述，其目的不在于成为对本发明限制的限定。在附于本公开内容并形成其一部分的权利要求中具体地指出了描述本发明特征的新颖性的多种特征。本发明并非单独地存在于这些特征中的任何一个特征之中，而是特别地，存在于关于所说明的功能的其全部结构和元件的特定组合之中。本发明是一种电路和方法，用于为音频设备提供自动关机/自动开机能力或仅提供自动开机能力，该音频设备具有这样的类型，即具有自与耳机或音频源(诸如便携式电池驱动的CD、磁带或MP3播放器)的输出插孔配合处延伸的音频插头。便携式射频(RF)发射机将来自音频源的音频信号调制到RF载波上，并且将它们发射到RF接收机。自动关机能力被提供用于延长电池寿命和拖延发射机电路的劣化，并且包括，在电路处于“关断”状态时使第一场效应晶体管(FET)夹断。这是在通过未使电容器放电而达到电容器中的预定阈值时发生的。当音频测定比较器的测定输入在出现音频峰值时下降至低于预定阈限值时，通过降低该测定比较器的输出使电容器放电，并且其中值的下降使比较器的开漏或开集输出变低，使电容器放电并且使场效应晶体管(FET)向调节器供电。在电路的实际应用中，比较器的极性可以回转或者翻转，由此其测定正向峰值，以使电容器放电。自动开机能力被提供用于在出现诸如音频信号的激励时有效地启动音频系统。自动开机电路以与自动关机电路相似的方式运行，并且其在发射机的壳体上具有低电流LED，用以指出该单元处于开启状态。此外，组合的自动开机/自动关机电路理想地适于同功率放大器(功放)一起使用，其可用于在向一个或多个远程/附加接收机重新发射信号时增强信号。这样，已经广泛地概述了本发明的较重要的特征，以便于其随后的详细描述可以得到较好的理解，并且对现有技术的贡献可以得到较好的认识。当然，还存在下文所将描述的本发明的另外的特征，其将形成附属权利要求的另外的主题。本领域的技术人员应认识到，本公开内容所基于的概念可被用作设计其他的用于实现本发明的若干目的的结构、方法和系统的基础。因此，重要的是，由于它们并未偏离本发明的精神和范围，因此应认为权利要求在范围上涵盖该等效构造。而且，摘要的目的在于，通常使(一个或多个)国家专利局和公众，特别是不熟悉专利或法律术语或措词的本领域的科学家、工程师和从业人员，能够由概略说明快速地确定本申请的技术公开内容的本质和精髓。摘要的目的既不在于限定本申请的发明，本发明是由权利要求衡量，也不在于以任何方式成为关于本发明的范围的限制。在下面的描述中使用的其某些术语和派生词仅为了参考方便起见而使用，并且其将不作为限制。例如，诸如“向上”、“向下”、“左”和“右”的词汇，除非特别说明，指所参考的图中的方向。相似地，诸如“向内”和“向外”的词汇分别指朝向和离开设备或区域的几何中心或者其指定部分的方向。除非特别说明，单数态的参考符号包括复数，反之亦然。附图简述在考虑下面有关详细描述时，将更好地理解本发明，并且除了上文所述以外的目的将变得显而易见。该描述参考附图，其中图1是可以利用本发明的设备支持结构的透视图；并且图2(为清楚起见分为图2A～2D)是具有所公开的本发明的自动关机和/或自动开机电路的音频发射机的电路图。实现本发明的最佳方式参考图1，示出了可以利用本发明的支持结构或设备的透视图。电池驱动的音频源，典型地是便携式立体声收音机、便携式盒带播放器或便携式高密度盘播放器，由接收的无线电信号或记录在介质上的程序素材生成音频信号。这些音频信号出现在耳机或者输出插孔，其接下来传输到RF发射机10。便携式电池驱动的RF发射机10包括发射机壳体12以及封入的集成电路和凸形插头14，其插入到耳机或音频源的输出插孔中。可替换地，RF发射机10可以硬连线到设备，也可以嵌入在设备中。由音频源生成的音频信号在音频放大器10处放大并且调制RF载波。RF载波耦合到天线，用于辐射到远程接收机。现在参考图2(为清楚起见分为图2A～2D)，示出了如优选实施例中使用的驻留了所要求保护的自动关机/自动开机电路的发射机平台。来自外部源，诸如CD播放器、盒式磁带播放器、MP3播放器等的音频信号经由标准的3.5mm三导线音频电缆在P1处进入电路，并且被衰减、AC耦合和路由到右和左音频输入引脚(1和22)。每个声道路由通过50μS预加重网络、用于防止由过度音频电平引起的发射机过度偏移的限制电路、以及用于移除音频范围之外的不需要的频谱分量的15千赫(KHz)低通滤波器网络。然后经处理的音频信号馈送到立体声多路复用器。该电路进行左-右声道相减，通过该信号调制由PLL提供的38Khz的副载波，并且对38KHz源进行2分频以生成19KHz的导频，并在引脚5上输出增益成比例合成信号。传输链包括具有外部AC耦合储能电路的芯片上锁相振荡器，该外部AC耦合储能电路包括L3、C17、C19、C20、C21以及变容二极管D3和D4。对振荡器频率进行芯片上采样并通过可编程分频器将其向下分频至约100KHz，其中将其同得自工作于7.5MHz的晶体参考振荡器的100KHz的参考信号进行比较。该相位比较的结果从引脚7输出到外部环路滤波器，其包括Q1、C10、C11、C24、R9和R15，具有约14Hz的带宽。该环路滤波器的DC输出是与下分频振荡器频率同下分频参考信号的差成比例的误差电压，并且施加到变容二极管D4，该变容二极管通过C21联接到振荡器储能电路，由此控制振荡器频率。电容器C20在制造过程中被选择为使振荡器居于所需范围的中心，确保在整个工作电压和温度范围中维持频率锁定。通过改变振荡器链中的可编程分频器的分频比执行声道选择。滑动开关SW1、由D1和D2形成的二极管解码矩阵以及芯片上信号解码D0～D3(引脚15～18)允许选择88.1～107.9MHz范围中的4个声道。上文的来自引脚5的合成立体声基带信号路由通过R16到达变容二极管D3，其通过C17联接到振荡器储能电路。由变化的合成基带信号引起的该二极管的电容变化引起了振荡器频率的小的变化，这样，通过该合成信号对振荡器进行频率调制。由于非常窄的环路滤波器带宽，PLL不能跟踪该调制。使用分立的变容二极管用于调制路径，以改善从声道到声道的调制线性度，确保在工作范围上的恒定的偏移。用于电路的主要功率由CR23V锂电池提供。由于自该电池可获得低至约2伏特的有用功率，并且电路工作劣化至低于约2.8伏特，因此使用开关调节器将变化的电池电压变换至调节器滤波器中的3.75伏特。该调节器是针对效率进行优化的PWM类型的切换器，具有随电池电压变化的切换频率。所公开的电路的两个重要特征是电容和“夹断”。在所示电路中，其中Q2是P沟道场效应晶体管(MOSFET)，随着电路中的漏极电压(VD)的增加，漏极电流(ID)也增加，高达某个稳定值。只要栅极电压恒定且不是过大的，则这就是确实的。随着栅极电压继续增加(由于这是P沟道器件，其正向增加)，在沟道中开始形成耗尽区域。电荷载流子不能流入该区域，这是因为它们必须通过窄的沟道。最终，如果栅极电压变得足够高，则耗尽区域将完全阻挡电荷载流子的流动；这被称为夹断。另一方面，电容通过临时存储能量作为电场，阻止交流(AC)电荷载流子的流动。电容器是慎重制造的电子元件，以具有特定的电容量，其是以诸如微法拉(10-6F)为单位定义的，该单位缩写为μF。在自动关机模式中，Q2被夹断，标为C29的电容器充电至电池电压。比较器U3，其总是处于开启状态，测定音频峰值的出现，在检测到音频峰值时，U3的输出被驱动为低，使C29放电，这样导通了向调节器供电的Q2。比较器的非倒相输入被偏置在约八十五(85)mV，而倒相输入AC耦合至音频源。每当音频峰值(低)使U3-4降低至低于其八十五(85)mV的阈值时，U3-1变低，使C29放电，其已经通过R23缓慢地累积电荷的。例如，如果经过了约七十(70)秒的周期而未出现任何使C29放电的音频脉冲，则其将接近电池电压，使Q2夹断。在切断输入供电时，调节器的输出下降至0伏特。在该模式中，电池放电为约五(5)微安。自动开机电路以与自动关机电路相似的方式运行，并且优选地在发射机10的壳体12上具有低电流LED，以指出该单元处于开启状态。比较器U3由电池直接供电，因此其始终处于开启状态。关断状态中的漏电流为约5微安。由于关于新电池的正常开启状态电流为约22毫安，这意味着，搁置在架子上有一百八十三(183)天未被使用的单元将消耗掉与该单元在1小时工作中所消耗的同样多的电池功率。对于优选实施例中的约四十(40)小时的代表性电池寿命，关断状态电流基本上对电池寿命没有影响。针对比较器的正输入经由R21和R25被偏置为约85毫伏的阈值。在关断状态中，电容器C29通过R23充电至电池电压，使FETQ2的栅极保持在电池电压，这样截止了针对U2-1的电流路径。比较器的倒相输入处于零(0)伏特，由于开漏输出致使U3-1上的输出基本保持开路。在该模式中，涓流电流路径是U3的静态电流、R25和R21的偏置分压器和电容器C29的漏电流。当发射机10连接到有效的音频源时，R14和C30将音频样本传送至U3-4，即比较器的倒相输入端。R28提供放电路径，以防止由于来自比较器输入的漏电流引起出现跨越C30的偏置。当音频信号超过U3-3上的电压时，比较器输出变低，使电容器C29通过R27，即限流电阻放电。当C29放电时，Q2的栅极下降低于其夹断阈值，使器件开启并且向调节器U2提供电流。该设备现处于开启状态。电容器C29将缓慢地通过R23充电，但是在音频信号变为高于比较器阈值时通过U3迅速放电。电流值定义了刚刚超过三十(30)秒的关机时间，即，如果音频源平静了超过约三十(30)秒，则设备将关机。在电路的实际应用中，比较器的极性可以回转或者翻转，由此其测定正向峰值，以使电容器放电。利用近来超低功率低电压比较器的可用性，使得该电路的实际应用成为可能。其中，被确认工作于该应用中的器件是，NationalSemiconductor的LMC7221、MicrelMIC7221、Maxim的MAX986、MAX990、MAX994以及TI的TLC372、TLV1391和TLV3401。所使用的LED是由Hewlett-Pachard制造的非常低电流高亮度的器件。通过600～800微安的正向电流偏置该器件，提供了足够的亮度；然而，对于相似的亮度，传统的LED将被偏置在10～20毫安的范围。在该设计中实现的另一改进是添加了与L1并联的C31。C31的值被选择为使L1并联谐振于89MHz，为耦合到音频电缆屏蔽的发射机RF输出提供了显著较高的对地阻抗路径。此外，组合的自动开机/自动关机电路理想地适于同功率放大器(功放)一起使用，其可用于在向一个或多个远程/附加接收机重新发射信号时增强信号。功率放大器，(由于其涉及数级RF或一般信号放大，其还被称为“末级放大器”)将信号强度增强到所需用于接收的电平。尽管上文就其中可以出现和/或存在应用的系统描述了特定的实施例，但是本发明不限于该内容。图1中示出的系统仅是关于本发明的宿主系统的一个示例，并且系统元件的目的仅在于例示可用于支持本发明的外围设备和部件的类型。在前面的申请文件中，通过参考本发明的特定的实施例描述了本发明。然而，显而易见的是，在不偏离本发明的较广泛的精神和范围的前提下可以对其进行多种修改和变化。因此，应在说明意义上而非限制意义上考虑该申请文件及附图。前面的公开的内容足够使本领域的技术人员能够在避免不适当的实验的情况下实践本发明，并且提供了目前由本发明人所考虑的实践本发明的最佳方式。尽管此处提供了本发明的优选实施例的全面和完整的公开内容，但是其目的不在于将本发明限制于所示出和描述的确切构造、空间关系和操作。在不偏离本发明的真实精神和范围的前提下，多种修改方案、替换构造、变化方案以及等效方案将易于为本领域的技术人员所了解，并且作为适用方案可被使用。该变化可能牵涉可替换的材料、部件、结构配置、尺寸、形状、形式、功能、操作特征等等。因此，本发明的正确范围应仅由附属权利要求的最广泛的解释确定，以便于涵盖所有该修改方案以及等效于附图中说明和申请文件中描述的全部关系。权利要求1.一种用于音频设备的自动开机电路，所述自动开机电路包括场效应晶体管(FET)，适于在所述自动开机电路处于“关断”状态时夹断电荷载流子；电容器，其连接到所述FET并且适于充电和放电，并且如果没有放电，则将充电至预定的阈值，使所述FET夹断；和音频测定比较器，其连接到所述电容器，并且具有开漏输出和输入，所述输入适于在出现音频峰值时，所述输入的值下降低于预定的阈限值，并且其中所述值的下降使所述输出变低，从而使所述电容器放电并且使所述FET向电路提供电流。2.权利要求1的用于音频设备的自动开机电路，包括无线发射机，其具有适于同音频源的输出插孔配合的音频插头。3.权利要求2的用于音频设备的自动开机电路，其中所述音频源选自包含便携式立体声收音机、盒带播放器、CD播放器和MP3播放器的组。4.权利要求1的用于音频设备的自动开机电路，其中所述电容器连接到电池。5.权利要求4的用于音频设备的自动开机电路，其中所述电容器在所述电路处于“关断”时充电至电池电压。6.权利要求4的用于音频设备的自动开机电路，其中所述电容器在不存在音频脉冲时累积电荷。7.权利要求1的用于音频设备的自动开机电路，其中所述比较器具有极性，并且所述极性翻转以测定正向峰值，用以使所述电容器放电。8.权利要求1的用于音频设备的自动开机电路，进一步包括节能自动关机电路，其中所述比较器输入在一段时间周期中未出现音频脉冲时，所述比较器输入的值增加到所述预定的阈限值，从而使FET夹断。9.一种方法，用于响应于音频脉冲的存在或不存在而自动地开启或关断用于音频源的无线发射机，所述方法包括以下步骤在电路处于“关断”状态时平断场效应晶体管(FET)中的电荷载流子；允许电容器充电至预定阈值，以使FET夹断；在出现音频峰值时，使音频测定比较器输入的值下降低于预定的阈限值，其中所述值的下降使电容器放电，并且使FET向电路提供电流，并且，当在一端时间周期内未出现音频脉冲时，使比较器输入的值保持高于预定的阈限值。10.权利要求9的方法，进一步包括以下步骤提供音频插头，其适于同音频源的输出插孔配合。11.权利要求9的方法，进一步包括以下步骤将电容器连接到电池。12.权利要求11的方法，进一步包括以下步骤当电路处于“关断”状态时使电容器充电至电池电压。13.权利要求11的方法，进一步包括以下步骤在不存在音频脉冲时，在电容器中累积电荷。14.权利要求9的方法，进一步包括以下步骤翻转比较器的极性，以测定正向峰值，用以使电容器放电。全文摘要一种为音频设备提供自动开机和/或自动关机能力的电路(图2A－2D)和方法，该音频设备具有这样的类型，即具有同音频源的输出插孔配合的音频插头(14)。便携式发射机(10)将来自音频源的音频信号调制到载波上，并且将它们发射到接收机。自动开机和自动关机能力被提供用于延长电池寿命和拖延发射机电路的劣化，并且包括，在电路处于“关断”状态时使FET夹断。这是在通过未使电容器放电而达到电容器(C29)中的预定阈值时发生的。当出现音频峰值时，通过使比较器输入下降至低于预定的阈限值，使电容器(C29)放电，并且其中该值的下降使比较器的输出变低，从而使电容器放电并且使FET(Q2)向调节器供电。文档编号H03F99/00GK1736023SQ200480002061公开日2006年2月15日申请日期2004年1月9日优先权日2003年1月9日发明者阿瑟·L·科恩,约翰·格利斯曼申请人:埃里耶勒公司