本发明涉及主动降噪技术领域，特别是涉及一种主动降噪芯片及方法。
背景技术：
社会信息化程度的提高使得人们能随时随地的进行通信和交流，各种各样的通信设备和技术的广泛应用极大地方便了人们的生活和提高了工作效率。然而社会的发展带来的一个比较严重的问题是噪声问题，在噪声环境中进行通信，严重影响到通信语音的清晰度和可懂度，当噪声高到一定程度时，不但通信无法进行，而且会对人的听力和身心健康产生伤害。
针对这种噪声影响，市面上出现了各种类型的主动降噪耳机，降噪电路可使用分立元件或使用专用降噪芯片配合外部的电路实现降噪的功能。若主动降噪耳机通过配置专用主动降噪芯片实现降噪功能。则音频信号和噪声信号均需先输入主动降噪芯片，接着主动降噪芯片输出降噪处理后的降噪音频信号至后端喇叭。但是，主动降噪芯片需要通过外部电源(如电池)供电，若外部电源提供的电量不足，则主动降噪芯片无法正常工作，此时，音频信号无法通过主动降噪芯片传输至后端喇叭，导致耳机完全无法发声。
技术实现要素：
基于此，有必要针对主动降噪芯片供电不足导致耳机完全无法发声的问题，提供一种主动降噪芯片。
一种主动降噪芯片，包括：
降噪电路，用于根据输入的音频信号输出降噪处理后的降噪音频信号至电声换能器。
备用电路，用于将输入的音频信号不经降噪处理而传输至电声换能器。
控制模块，用于根据控制信号控制降噪电路和备用电路的阻态高低。
当降噪电路位于低阻态且备用电路位于高阻态时，音频信号输入降噪电路中。当降噪电路位于高阻态且备用电路位于低阻态时，音频信号转而输入备用电路中。
在其中一个实施例中，备用电路包括常开开关。
当控制模块控制常开开关打开时，备用电路位于高阻态。当控制模块控制常开开关闭合时，备用电路位于低阻态。
在其中一个实施例中，常开开关包括耗尽型mos管和mos管控制电路。
mos管控制电路的输入端连接控制模块。mos管控制电路的输出端连接耗尽型mos管的栅极。
在其中一个实施例中，耗尽型mos管包括p型耗尽管。
在其中一个实施例中，控制模块包括控制信号输入端，用于接收控制信号，控制信号包括第一控制指令和第二控制指令。
若接收到第一控制指令，则控制模块控制备用电路处于高阻态，以及控制降噪电路处于低阻态。
若接收到第二控制指令，则控制模块控制备用电路处于低阻态，以及控制降噪电路处于高阻态。
一种主动降噪装置，包括：
主动降噪芯片。
检测单元，用于检测主动降噪芯片的供电电压。
若供电电压低于预设阈值，控制模块控制备用电路处于低阻态，以及控制降噪电路处于高阻态。
在其中一个实施例中，还包括控制信号产生装置，与控制模块连接，用于产生控制信号。
控制信号产生装置包括实体按键、滑动开关、触控装置和声控装置中的至少一种。
一种主动降噪方法，基于一种主动降噪芯片，主动降噪芯片包括降噪电路、备用电路和控制模块。降噪电路，用于根据输入的音频信号输出降噪处理后的降噪音频信号至电声换能器。备用电路，用于将输入的音频信号不经降噪处理而传输至电声换能器。控制模块，用于控制降噪电路和备用电路的阻态高低。
接收控制信号。
根据控制信号，控制位于降噪电路和备用电路的阻态高低。
当降噪电路位于低阻态且备用电路位于高阻态时，由降噪电路根据输入的音频信号输出降噪处理后的降噪音频信号至电声换能器。
当降噪电路位于高阻态且备用电路位于低阻态时，转而由备用电路将输入的音频信号不经降噪处理而传输至电声换能器。
在其中一个实施例中，还包括：
检测主动降噪芯片的供电电压。
若供电电压低于预设阈值，产生控制信号以控制备用电路处于低阻态，以及控制降噪电路处于高阻态。
在其中一个实施例中，备用电路的高阻态和低阻态分别对应备用电路的开路和导通。
上述主动降噪芯片、装置及方法，通过控制降噪电路和备用电路的阻态高低，使得在供电不足或是不需降噪处理时，可将音频信号转而通过备用电路传输至电声换能器。解决了供电不足时，音频信号无法传输至后端电声换能器(如喇叭)导致耳机完全无法发声的问题。
附图说明
图1为一个实施例中的主动降噪芯片的实现原理图；
图2为一个实施例中基于耗尽型mos管的主动降噪芯片的实现原理图；
图3为一个实施例中基于p型耗尽管的主动降噪芯片的实现原理图；
图4为一个实施例中备用电路的电路结构示意图；
图5为另一个实施例中备用电路的电路结构示意图；
图6为一个实施例中的主动降噪装置的实现原理图；
图7为一个实施例中的主动降噪方法的流程图。
具体实施方式
为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为一个实施例中主动降噪芯片的实现原理图。如图1所示，主动降噪芯片100包括：降噪电路120、备用电路140和控制模块160。
降噪电路120，用于根据输入的音频信号输出降噪处理后的降噪音频信号至电声换能器180。降噪电路120与主动降噪芯片100的音频信号输入端122和噪声信号输入端124连接。其中，外部的音频信号、噪声信号分别通过输入端122、124输入主动降噪芯片100内，进而根据降噪芯片100内的电路布线将音频信号、噪声信号分别输送至降噪电路120中。降噪电路120采用anc(activenoisecancelling)技术，根据噪声信号产生相位相差180°的反相噪声信号，可将反相噪声信号与音频信号叠加以生成具有降噪功能的降噪音频信号。可通过驱动信号输出端126输出降噪音频信号以驱动电声换能器180发声，实现了在播放音频的同时消除环境中的噪声的目的，达到主动降噪的效果。
由于在传输音频信号时需要进行降噪处理，因此降噪电路120需要电源供电才能正常工作，否则降噪电路120将无法输出降噪音频信号进而导致电声换能器完全失声。其中，降噪电路120的供电电源可以是一次性电池、可充电的蓄电池(锂电池)、通过插头连接的外部电源等。
在一个实施例中，音频信号输入端122包括输入端122’、122”。输入端122’、122”可以是主动降噪芯片100上相互独立设置的两个音频信号输入端，降噪电路120和备用电路140分别通过输入端122’、122”引脚到主动降噪芯片100外再接音频信号。从而有利于灵活调整降噪电路120和备用通路140前端的电路结构。例如，降噪电路120可通过输入端122’连接前端的滤波电路，备用电路140通过输入端122”直接连接音频信号，从而根据客户情况灵活调整主动降噪芯片100的电路连接方式。
备用电路140，用于将输入的音频信号不经降噪处理而传输至电声换能器180。备用电路140可通过芯片100内部的布线线路分别与音频信号输入端122、驱动信号输出端126连接。
其中，备用电路140用于当主动降噪芯片100没电或者不想启动主动降噪功能时，把音频信号输入端122和驱动信号输出端126之间短路，使得音频信号输入端122输入的音频信号能正常传输到驱动信号输出端126输出。并且，备用电路140由于不需要进行降噪处理，备用电路140无需对涉及降噪处理的电路元器件供电，该部分元器件供电不足时，不影响备用电路140将音频信号直接传输至电声换能器180。
控制模块160，控制模块160分别与降噪电路120和备用电路140连接，用于根据控制信号控制降噪电路120和备用电路140的阻态高低。
高阻态是数字电路里常见的术语，指的是电路的一种输出状态，既不是高电平也不是低电平，如果高阻态再输入下一级电路的话，对下级电路无任何影响，类似于高阻态电路未与下级电路连接。电路的开路可以认为是一种高阻态的情形。低阻态是与高阻态相对的概念，若电路未处于高阻态则可以认定其属于低阻态。如，电路的正常导通可认为是一种低阻态的情形，此时低阻态电路输出的高低电平对下级电路有影响。
控制信号可以是控制模块160自身产生的，也可以通过无线或有线连接方式从外界接收控制信号。
控制模块160接收并解析控制信号后，产生相应地控制动作。例如，控制模块160可控制降噪电路120位于低阻态或高阻态，还可控制备用电路140位于低阻态或高阻态。控制模块160通过控制降噪电路120和备用电路140的阻态高低，可使得降噪电路120位于低阻态且备用电路140位于高阻态，此时，音频信号自端口122输入降噪电路120中进而输出降噪音频信号驱动电声换能器发声；控制模块160还可以使得降噪电路120位于高阻态且备用电路140位于低阻态，此时，音频信号通过备用电路140传输至电声换能器180以驱动其发声。另一方面，控制模块160还可以使得降噪电路120和备用电路140均位于高阻态，此时，音频信号无法通过降噪电路120和备用电路140中任一电路传输电声换能器180中，电声换能器无驱动信号从而无法发声。
电声换能器180可以是将电信号转换成机械振动，然后由机械振动产生声波的器件。具体可以是头戴式耳机内的扬声器、入耳式耳机内的扬声器或者音响内的扬声器等。
本实施例中的主动降噪芯片，通过控制模块160控制降噪电路120和备用电路140的阻态高低，使得在降噪电路120供电不足或是不需降噪处理时，可将音频信号转而通过备用电路140传输至电声换能器180。解决了主动降噪芯片100供电不足时，音频信号无法通过主动降噪芯片100传输至后端电声换能器180(如喇叭)导致耳机完全无法发声的问题。
在一个实施例中，备用电路140可以包括常开开关和芯片100内相应的电路布线。常开开关相对于常闭开关，是一种常态时为打开的开关，在接收到一定信号后闭合。常开开关一般在上电时打开，在失电时闭合。常开开关可以包括耗尽型mos管，具体如p型耗尽管、n型耗尽管等。
在一个实施例中，备用电路140包括常开开关(图中未示出)。当控制模块160控制常开开关打开时，备用电路140位于高阻态。当控制模块160控制常开开关闭合时，备用电路140位于低阻态。
本实施例中的主动降噪芯片，由于备用电路140采用常开管设计，当芯片100没电时是接通状态，只有在上电时才能通过电压信号将其关闭，因此芯片100没电时，备用通路140默认是启动的(即开关处于闭合状态)。保证了芯片100供电不充足时，可将音频信号转而通过备用电路140传输至电声换能器180。
如图2所示，在一个实施例中，备用电路140包括常开开关，该常开开关包括耗尽型mos管220和mos管控制电路240。其中，mos管控制电路240的输入端与控制模块160连接以接收控制模块160发来的控制信号，mos管控制电路240的输出端与耗尽型mos管220的栅极连接以控制耗尽型mos管220的接通(属于常开开关闭合)和关闭(属于常开开关打开)。耗尽型mos管220串联在音频信号输入端122与驱动信号输出端126之间。在主动降噪芯片100没电或者不想启动主动降噪功能时，控制耗尽型mos管220接通，备用电路140处于低阻态，此时音频信号输入端122和驱动信号输出端126之间短路，使得音频信号输入端122输入的音频信号能正常传输到驱动信号输出端126输出。在主动降噪芯片100供电充足且欲启动主动降噪功能时，控制耗尽型mos管220关闭(即开关打开)，备用电路140处于高阻态，此时备用电路140开路，音频信号输入端122输入的音频信号不经备用电路140输出，而是输入降噪电路120中，进而生成降噪音频信号，该降噪音频信号传输到驱动信号输出端126，进而驱动电声换能器180发声。
需要说明的是，作为一种常开管结构，耗尽型mos管220在无信号输入时属于接通(即开关闭合)状态，关闭(即开关打开)时，需要输入关闭信号才能关闭。mos管控制电路240用于关闭耗尽型mos管220，当上电而且耗尽型mos管220的mos管控制电路240发送关闭信号时，耗尽管开关控制电路向耗尽管器件发出关闭信号使“耗尽管器件”开路。否则“耗尽管器件”都是接通状态。
本实施例中的主动降噪芯片，采用耗尽型mos管这种常开管结构达到控制备用电路的阻态高低的目的，避免了在芯片100外部采用分离器件实现备用电路140的配制，而是采用在芯片100内部设置mos管实现备用电路140的配制，使得主动降噪芯片的体积更为小巧。
如图3所示，在一个实施例中，耗尽型mos管包括p型耗尽管320。在无信号输入时，p型耗尽管320处于接通状态(即开关闭合)。
在主动降噪芯片100没电或者不想启动主动降噪功能时，p型耗尽管320接通(即开关闭合)，备用电路140处于低阻态，此时音频信号输入端122和驱动信号输出端126之间短路，使得音频信号输入端122输入的音频信号能正常传输到驱动信号输出端126输出。在主动降噪芯片100供电充足且欲启动主动降噪功能时，p型耗尽管320关闭(即开关打开)，备用电路140处于高阻态，此时备用电路140开路，音频信号输入端122输入的音频信号不经备用电路140输出，而是输入降噪电路120中。
如图4所示，在一个实施例中，mos管控制电路240包括：电阻r1、r2、r3、mos管p1、mos管n1和两相不交叠时钟460。bpi端点420用于接收端点122(见图3)传输过来的音频信号，bpo端点440用于输出音频信号至端点126(见图3)，sig端点480用于接收控制模块160传来的控制信号sig。
当控制信号sig包括启动信号时，两相不交叠时钟460输出信号使得p1管和n1管被关闭，p型耗尽管320的g端接r1的一端，r1的另一端接r2和r3的公共端，即p型耗尽管320的g端接的是r2和r3的分压，因为r2和r3的分压低于端点420和端点440的最高电压，因此p型耗尽管320能开启，bpi端点420和bpo端点440之间被短路。
当控制信号sig包括关闭信号时，两相不交叠时钟460输出信号使得p1和n1管开启，p1输出高电平到p型耗尽管320的g端使得p型耗尽管320开路。同时n1管通过电阻r2和r3把bpi端点420和bpo端点440进行弱下拉。
图5中的两相不交叠时钟电路是图4中两相不交叠时钟的一种电路形式。其中，and是与门，buff是缓冲器，主要作为延时使用，inv是反相器，or是或门。
图6为一个实施例中的主动降噪装置的实现原理图。如图6所示，在一个实施例中，控制模块160包括控制信号输入端162，用于接收控制信号，控制信号包括第一控制指令和第二控制指令。若接收到第一控制指令，则控制模块160控制备用电路140处于高阻态，以及控制降噪电路120处于低阻态。若接收到第二控制指令，则控制模块160控制备用电路140处于低阻态，以及控制降噪电路120处于高阻态。
第一控制指令和第二控制指令是两种可相互区别的控制指令，例如分别对应高低电平两种逻辑状态，在逻辑电平中，保证逻辑门的输入为高电平时所允许的最小输入高电平，当输入电平高于输入高电压(vih)时，则认为输入电平为高电平。输入高电平的具体数值大小可以根据实际情况设定，例如，低电平为0～0.25v，高电平为3.5～5v。
在一个实施例中，第二控制指令优先于第一控制指令。具体地，当控制信号输入端162同时接受到第一控制指令和第二控制指令，控制模块160选择响应第二控制指令，而不响应第一控制指令。例如，控制信号输入端162连接至少两个信号产生装置(如后文的检测单元620和控制信号产生装置640)。当检测单元620和控制信号产生装置640中的一个产生第二控制指令，另一个产生第一控制指令时，控制模块160响应第二控制指令而不响应第一控制指令。当检测单元620和控制信号产生装置640同时产生第一控制指令时，控制模块160响应第一控制指令。当检测单元620和控制信号产生装置640同时产生第二控制指令时，控制模块160响应第二控制指令。
在一个实施例中，主动降噪装置包括主动降噪芯片100和检测单元620。检测单元620用于检测主动降噪芯片100的供电电压。若供电电压低于预设阈值，控制模块160控制备用电路处于低阻态，以及控制降噪电路处于高阻态。
其中，主动降噪芯片100的具体结构和功能可参见上述描述，在此不再赘述。检测单元620的一端可与主动降噪芯片100的供电端连接(图中未示出)，以检测主动降噪芯片100的供电电压。检测单元620可包括逻辑控制电路，从而根据检测到的供电电压产生相应的控制信号。若供电电压高于预设阈值，检测单元620可产生第一控制指令，若供电电压低于预设阈值，检测单元620可产生第二控制指令。
在一个实施例中，检测单元620可以位于主动降噪芯片100内部，也可以位于主动降噪芯片100外部。
若检测单元620位于主动降噪芯片100外部(图中未示出)，则检测单元620的另一端可与控制信号输入端162连接，以向控制模块160传输控制信号(包括第一控制指令和第二控制指令)。如前所述，若接收到第一控制指令，则控制模块160控制备用电路140处于高阻态，以及控制降噪电路120处于低阻态。若接收到第二控制指令，则控制模块160控制备用电路140处于低阻态，以及控制降噪电路120处于高阻态。
若检测单元620位于主动降噪芯片100内部，则检测单元620的另一端可与控制模块160连接，以向控制模块160传输控制信号(包括第一控制指令和第二控制指令)。如前所述，若接收到第一控制指令，则控制模块160控制备用电路140处于高阻态，以及控制降噪电路120处于低阻态。若接收到第二控制指令，则控制模块160控制备用电路140处于低阻态，以及控制降噪电路120处于高阻态。将检测单元620设置在主动降噪芯片100内部，可节省外部电路，简化外部器件，降低了生产成本，也减少了主动降噪装置的体积。
在一个实施例中，主动降噪装置还包括控制信号产生装置640，与控制模块连接，用于产生控制信号。具体地，控制信号产生装置640可通过与控制信号输入端162连接，以实现与控制模块连接的目的。控制信号产生装置640包括实体按键、滑动开关、触控装置和声控装置中的至少一种。
其中，控制信号产生装置640也可称为降噪使能开关，是一种开关控制装置。控制信号产生装置640可根据用户的操作或者一些预设的条件以产生第一控制指令和第二控制指令。例如，控制信号产生装置640包括实体按键，在用户按一次实体按键后，持续产生第一控制指令；在用户再按一次实体按键后，转而持续产生第二控制指令。控制信号产生装置640可以包括滑动开关，在用户将滑动开关沿一个特定方向滑动后，持续产生第一控制指令；在用户将滑动开关沿另一个特定方向滑动后，持续产生第二控制指令。控制信号产生装置640还可以包括定时单元，在白天的某一时刻开始，持续产生第一控制指令，以进行降噪处理；在夜晚某一时刻后，持续产生第一控制指令，自动关闭降噪处理。
基于相同的发明构思，提供一种主动降噪方法，基于上述任一实施例中的主动降噪芯片或装置。该主动降噪芯片包括降噪电路、备用电路和控制模块；降噪电路，用于根据输入的音频信号输出降噪处理后的降噪音频信号至电声换能器；备用电路，用于将输入的音频信号不经降噪处理而传输至电声换能器；控制模块，用于控制降噪电路和备用电路的阻态高低。如图7所示，该方法包括步骤702至步骤706。
步骤702,接收控制信号。
控制信号可包括第一控制指令和第二控制指令。关于第一控制指令和第二控制指令的具体描述可参见上述实施例，在此不再赘述。
步骤704，根据控制信号，控制位于降噪电路和备用电路的阻态高低。
可通过上述实施例中的控制模块160执行步骤704，具体控制过程可参见上述实施例，在此不再赘述。也可以采用其他的控制装置(不一定要设置于芯片上)执行步骤704，只要能够实现根据控制信号控制降噪电路和备用电路的阻态高低即可。
步骤706，当降噪电路位于低阻态且备用电路位于高阻态时，由降噪电路根据输入的音频信号输出降噪处理后的降噪音频信号至电声换能器。当降噪电路位于高阻态且备用电路位于低阻态时，转而由备用电路将输入的音频信号不经降噪处理而传输至电声换能器。
本实施例中的主动降噪方法，通过控制降噪电路和备用电路的阻态高低，使得在供电不足或是不需降噪处理时，可将音频信号转而通过备用电路传输至电声换能器。解决了供电不足时，音频信号无法传输至后端电声换能器(如喇叭)导致耳机完全无法发声的问题。
在一个实施例中，还包括步骤802至步骤804(图中未示出)。
步骤802，检测主动降噪芯片的供电电压。
可通过设置检测单元对主动降噪芯片的供电电压进行检测，检测单元可以设置在降噪芯片内，也可以以分立元件的形式设置在降噪芯片外。只要能够检测到供电电压并将检测结果反馈至主动降噪芯片即可。
步骤804，若供电电压低于预设阈值，产生控制信号以控制备用电路处于低阻态，以及控制降噪电路处于高阻态。
预设阈值的大小可以用户自行设定，也可在出厂时提供一个默认的数值。一般而言，若降噪电路在主动降噪芯片的供电电压高于该预设阈值时可以正常工作，那么该阈值的设置较为合理。以降噪电路正常工作状态下可接收的最低供电电压数值，作为预设阈值较为合适。
在一个实施例中，备用电路的高阻态和低阻态分别对应备用电路的开路和导通。
可通过在备用电路上串联电路开关以实现备用电路的开路和导通。该开关打开时，备用电路开路；该开关闭合时，备用电路导通。该开关可包括常开开关，具体可包括耗尽型mos管。该耗尽型mos管可采用p型耗尽管或n型耗尽管。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。