一种低失真音频系统

技术领域

本申请涉及音频电子产品技术领域，更具体地，涉及一种低失真音频系统。

背景技术

随着互联网技术的迅速发展，云音乐、云语音服务等技术的普及，使得音源类型变得复杂多样化，如互联网音乐、智能手机、智能家居、平板电脑、车联网、智能穿戴等终端产品的音频等，而由于音频源的编码格式繁多，音频输出的音源幅度、动态差异很大，即音频信号为动态变化的，导致现阶段技术的音频设备与音频信号无法很好地匹配，造成音频失真。

参见图1所示，传统的智能音频设备电路一般由电源输入接口1、充电管理模块2、可充电电池3、DC电源管理模块4、升压电路模块5、大容量滤波电容6、功率放大器7、扬声器8、音频输入9、CPU小系统10组成，工作原理为：电源输入接口1提供外部供电给充电管理模块2，充电管理模块2分出两路电源，一路降压到合适电压(通常是3.9V到4.5V可调)给DC电源管理模块4，输出CPU小系统所需要的各路电源，另一路经充电管理电路模块2内置场效应管直通输出电源，输入升压电路模块5后，升压处理输出固定恒压，提供功率放大器7所需的电压，驱动其工作，对信号放大后输出给扬声器8，实现电信号与声能转换，将声音进行输出。

现有技术中，流经充电管理模块2的电流是输出给功率放大器7的电流加上输出给CPU小系统10电流之和。功率放大器7为高耗能器件，通常瞬间电流较大，甚至10A以上，由于充电管理模块2内置场效应管内阻无法达到理想状态的0欧姆，场效应管的功耗会随电流增加而增加，容易造成器件过热或过流损坏。同时，由于音频信号是动态变化的，而传统的升压电路模块5提供的是恒定的电压，使在重放大动态音频信号时，无法使功率放大器7输出对应的大动态信号，导致失真度加大。

发明内容

本申请实施例所要解决的技术问题是音频设备与音频信号无法很好地匹配，造成音频失真的问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例提供一种低失真音频系统，采用了如下所述的技术方案：

包括：电源管理电路、音频输入电路、处理电路、功放电路和音频输出电路；

所述电源管理电路分别与所述处理电路和所述功放电路连接，用于为所述音频系统提供工作电源，包括充电管理电路模块和充电模块，其中，所述充电管理电路模块与所述充电模块和所述处理电路连接，用于为所述充电模块进行充电，并将接收到的电源电压进行降压后，传输给所述处理电路；所述充电模块与所述功放电路连接，用于为所述功放电路供电；

所述音频输入电路用于接收音频信号；

所述处理电路连接于所述音频输入电路和所述功放电路之间，用于根据所述音频信号确定所述功放电路输出的所需电压，并将所述音频信号传输至所述功放电路；

所述功放电路用于根据所述所需电压调整输出电压，并将所述音频信号经功率放大后传输至所述音频输出电路；

所述音频输出电路与所述功放电路连接，用于输出所述音频信号。

进一步的，所述功放电路包括可编程升压模块以及功率放大模块；

所述可编程升压模块分别与所述充电模块和所述功率放大模块连接，用于根据所述所需电压调整输出电压；

所述功率放大模块与所述处理电路连接，用于接收所述音频信号，并将所述音频信号进行功率放大。

进一步的，所述功放电路还包括电子开关模块，所述电子开关模块连接于所述可编程升压模块和所述充电模块之间，用于导通或者断开所述功放电路。

进一步的，所述电子开关模块具体为场效应管。

进一步的，所述处理电路包括动态信号采集模块和CPU小系统；

所述动态信号采集模块分别与所述音频输入电路和所述CPU小系统连接，用于采集音频信号，并将所述音频信号进行信号处理，将处理后的音频信号传输至所述CPU小系统；

所述CPU小系统连接所述音频输入电路和所述功率放大模块，并与所述可编程升压模块连接，用于将所述音频信号传输至所述功率放大模块，并根据处理后的所述音频信号确定所述功率放大模块的所需电压，并根据所述所需电压控制所述可编程升压模块调整所述功放电路的输出电压；

所述CPU小系统还与所述电子开关模块连接，用于根据所述音频信号控制所述电子开关模块的导通或者关闭。

进一步的，所述电源管理电路还包括直流电源管理模块，用于连接所述充电管理电路模块和所述CPU小系统，并接收所述充电管理电路模块输出的电源，并为所述CPU小系统供电。

进一步的，所述功放电路还包括可调电容滤波模块，连接于所述可编程升压模块和所述功率放大模块之间，用于调整电容值，并进行放电，为所述功率放大模块供电。

进一步的，所述音频输出电路具体为扬声器，所述扬声器与所述功放电路连接，用于将放大后的音频信号进行输出。

进一步的，所述电源管理电路还包括电源输入接口，与所述充电管理电路模块连接，用于连接外部供电，为所述音频系统提供工作电源。

进一步的，所述充电管理电路模块内部设置开关单元，所述开关单元与所述处理电路连接，用于将接收到的电源进行降压后，传输至所述处理电路。

与现有技术相比，本申请实施例主要有以下有益效果：

本申请通过电源管理电路的充电管理电路模块将工作电源分成两路，分别与充电模块和处理电路连接，一路为充电模块充电，并由充电模块为功放电路供电，另一路将接收到的电源电压进行降压后传输给处理电路，可以避免功放电路因为瞬间电流过大而增加充电管理电路模块的负载，确保充电管理电路模块不会因为过载而损坏；同时，处理电路可以根据音频信号确定功放电路输出的所需电压，使得功放电路根据所需电压动态调整电压，可以保证功放电路所需电压与音频信号匹配，避免音频失真。

附图说明

为了更清楚地说明本申请或现有技术中的方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1现有技术中音频设备的电路结构示意图；

图2本申请实施例的音频系统的结构示意图。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本申请实施例提供一种低失真音频系统，参见图2所示，该音频系统包括电源管理电路1、音频输入电路2、处理电路3、功放电路4和音频输出电路5；电源管理电路1分别与处理电路3和功放电路4连接，用于为音频系统提供工作电源，包括充电管理电路模块11和充电模块12，其中，充电管理电路模块11分别与充电模12和处理电路3连接，用于为充电模块12进行充电，并将接收到的电源电压进行降压后，传输给处理电路3，充电模块12与功放电路4连接，用于为功放电路4供电；音频输入电路2用于接收音频信号；处理电路3连接于音频输入电路2和功放电路4之间，用于根据音频信号确定功放电路4输出的所需电压，并将音频信号传输至功放电路4；功放电路4用于根据所需电压调整输出电压，并将音频信号经功率放大后传输至音频输出电路5；音频输出电路5与功放电路4连接，用于输出音频信号。

在本实施例中，电源管理电路1还包括电源输入接口13，电源输入接口13与外部供电连接，为音频系统提供工作电源。

具体地，电源输入接口13提供外部供电给充电管理电路模块11，分出两路电源，一路为充电支路，另一路为处理支路，充电管理电路模块11将电源进行降压经充电支路为充电模块12进行充电，同时将电源降到合适电压(通常是3.9V到4.5V可调)为处理电路3提供电源。

可以理解，充电模块12具体为可充电电池，充电管理电路模块11在为可充电电池充电时，需要控制充电电流，在有外部供电的时候，充电管理电路模块11检测到可充电电池需要进行充电，开始充电时，充电管理电路模块11降压为可充电电池提供涓流进行预充，试探可充电电池是否正常，一段时间后，如果可充电电池电压超过预设值，则认为可充电电池状态为正常，即可进行下一阶段充电，加大电流进行恒流充电，恒流充电到可充电电池电量的预设值，例如，80％，再进行涓流充电直到可充电电池完全充满，在这个过程中，充电管理电路模块11可以根据可充电电池的情况控制充电电流。

需要说明的是，在充电模块12有足够电源为功放电路进行供电时，不需要再对其进行充电；在充电模块12没有足够电源为功放电路进行供电时，由充电管理电路模块11经充电支路传输电源对其进行充电；在没有外部供电的情况下，由充电模块12为音频系统提供工作电源。

在本实施例中，可以由小功率的充电模块12为音频系统提供电源，可以达到节能减排、低成本的效果。

在本实施例中，参见图2所示，功放电路4包括可编程升压模块41以及功率放大模块42，可编程升压模块41分别与充电模块12和功率放大模块42连接，可以用于根据功放电路4的所需电压调整可编程升压模块41的输出电压；功率放大模块42与处理电路3连接，用于接收音频信号，并将音频信号进行功率放大。

在本实施例中，功放电路4的所需电压具体为功率放大模块42对音频信号功进行率放大所需要的电压。

在本实施例中，功放电路4还包括电子开关模块43，电子开关模块43连接于可编程升压模块41和充电模块12之间，用于导通或者断开功放电路4。

电子开关模块43具体为场效应管，充电模块12放电经电子开关模块43，输出电源给可编程升压模块41，经可编程升压模块41升压后为功率放大模块42提供所需电源。

在本实施例中，功率放大模块42具体为功率放大器，功率放大器是在给定失真率条件下，能产生最大功率输出以驱动某一负载放大器。

本实施例中，功率放大模块42由充电模块12提供所需的工作电流，其工作电流没有流经充电管理电路模块11，相比于传统技术，功率放大模块42产生较大的瞬间电流不会流经充电管理电路模块11，可以避免充电管理电路模块11因为过载而损坏。

在本实施例中，处理电路3包括动态信号采集模块31和CPU(central processingunit，中央处理器)小系统32，动态信号采集模块31分别与音频输入电路和CPU小系统32连接，用于采集音频信号，并将音频信号进行信号处理，将处理后的音频信号传输至CPU小系统32。

需要说明的是，动态信号采集模块31采集输入的音频信号，将音频信号进行放大、整流以及模数转换后输出给CPU小系统32进行分析。动态信号采集模块31可以实时采集动态变化的音频信号给CPU小系统32。

在一种具体的实现方式中，动态信号采集模块31直接与可编程升压模块41连接，动态信号采集模块31采集到的音频信号可以不经过CPU小系统32进行处理，直接传输至可编程升压模块41，经过可编程升压模块41内部的滤波单元进行滤波后，根据音频信号的大小直接控制可编程升压模块41调整功放电路的输出电压，这样可以提高电压调整效率。

CPU小系统32连接音频输入电路2和功率放大模块42，还与可编程升压模块41连接，用于将音频信号传输至功率放大模块42，由功率放大模块42对音频信号进行功率放大；CPU小系统32还用于根据处理后的音频信号确定功率放大模块42的所需电压，并根据所需电压控制可编程升压模块41调整功放电路的输出电压。

在CPU小系统32中可以设置相应的软件算法，根据采集音频信号的通过动态信号采集模块31实时采集输入的音频信号进行信号处理，并将处理后的音频信号发送到CPU小系统32中，CPU小系统32根据音频信号的数据，例如信号频率、峰值、相位等，通过相应的软件算法计算出功率放大模块42所需的输出电压的大小，控制可编程升压模块41相应地进行动态升压降压，这样使得功率放大模块的电压与音频信号相匹配，避免输出的音频失真。

需要说明的是，CPU小系统32与可编程升压模块41可以通过GPIO或者I2C总线或者Uart(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器)中的任一种进行连接，则CPU小系统32通过GPIO或者I2C总线或者Uart去控制可编程升压模块41根据音频信号大小动态升降压，确保输出的音频不失真。

CPU小系统32还与电子开关模块43连接，用于控制电子开关模块43的导通或者关闭。

需要说明的是，CPU小系统可以通过GPIO或者I2C总线或者Uart中的任一种与电子开关模块43连接。

在本实施例中，音频输入电路2包括音频输入模块21，用于接收音频信号。音频输入模块21分成两个支路，一个支路与CPU小系统32直接连接，另一个支路通过动态信号采集模块31与CPU小系统32连接。具体地，CPU小系统32通过GPIO(General-purpose input/output，通用输入/输出口)与电子开关模块43连接，CPU小系统32接收到音频输入模块21输入的音频信号，CPU小系统32控制电子开关模块43导通，对应的，功放电路4导通；CPU小系统32没有接收到音频输入模块21输入的音频信号，控制电子开关模块43关闭，对应的，功放电路4断开。

可以理解，CPU小系统32是通过从音频输入模块21中接收到的音频信号控制功放电路4的导通和中断，通过接收动态信号采集模块31实时采集输入并进行信号处理的音频信号来计算功放电路4所需的电压值，由此控制功放电路4的电压。

电源管理电路1还包括直流电源管理模块14，分别与CPU小系统32和充电管理电路模块11连接，用于接收充电管理电路模块11输出的电源，并为CPU小系统32供电。

需要指出的是，CPU小系统32是大规模的集成电路，可以执行不同的指令任务，不同的指令任务对应的电路所需的电压可能不一样，可以通过直流电源管理模块14将电压进行分压输出至对应的电路。

具体地，电源输入接口13提供外部供电给充电管理电路模块11，充电管理电路模块11将电源分成两路，分别为充电支路和处理支路，将分给处理支路的电源电压降到合适电压后，通常是3.9V到4.5V可调，传输给直流电源管理模块14，通过直流电源管理模块14输出CPU小系统32所需的电源。

在本实施例的一些可选的实现方式中，功放电路4还包括可调电容滤波模块44，连接于可编程升压模块41和功率放大模块42之间，用于调整电容值，并进行放电，为功率放大模块42供电。

在可编程升压模块41根据音频信号进行升压之后，依旧达不到功率放大模块42所需的电压，此时，则可以由可调电容滤波模块44调整电容值，并进行放电，为功率放大模块42供电，这样可以使供给功率放大模块42的电源与功率放大模块42进行音频信号功率放大后的输出匹配，可以解决大动态输出时，可充电电池瞬态电流不足问题；同时，由于流经功率放大模块42的电流不会经过充电管理电路模块11，可以避免由于可调电容滤波模块44的电容容量过大，瞬间充电电流过大而损坏充电管理电路模块11。

可编程升压模块41调整电压后输出到功率放大模块42，电路在功率放大模块42启动瞬间，有瞬态过冲电压，可以经过可调电容滤波模块44进行滤波。

在本实施例中，充电管理电路模块11内部设置开关单元，开关单元与处理电路3连接，用于将接收到的电源进行降压后，传输至处理电路3。

在本实施例中，开关单元具体为场效应管，充电管理电路模块11分成两路电源，其中处理支路经场效应管通过传输给处理电路3，另一路充电支路不经过场效应管传输给充电模块12，为充电模块12进行充电。

充电管理电路模块11将电源分成两路，一路经场效应管输出给直流电源管理模块14，另一路不经过场效应管。这样可以避免瞬间充电电流过大而损坏场效应管。

在本实施例中，音频输出电路5具体为扬声器51，扬声器51与功放电路4连接，用于将放大后的音频信号进行输出。扬声器是一种把电信号转变为声信号的换能器件，具体地，扬声器51与功率放大模块42连接，将经功率放大模块42进行功率放大的音频信号输出。

本申请提供一种低失真音频系统，该音频系统包括电源管理电路、音频输入电路、处理电路、功放电路和音频输出电路，电源管理电路分别与处理电路和功放电路连接，用于为音频系统提供工作电源，包括充电管理电路模块和充电模块，其中，充电管理电路模块与充电模块和处理电路连接，用于为充电模块进行充电，并将接收到的电源电压进行降压后，传输给处理电路；充电模块与功放电路连接，用于为功放电路供电；音频输入电路用于接收音频信号；处理电路连接于音频输入电路和功放电路之间，用于根据音频信号确定功放电路输出的所需电压，并将音频信号传输至功放电路；功放电路用于根据所需电压调整输出电压，并将音频信号经功率放大后传输至音频输出电路；音频输出电路与功放电路连接，输出音频信号。本申请可以避免功放电路因为瞬间电流过大而增加充电管理电路模块的负载，确保充电管理电路模块不会因为过载而损坏，同时，处理电路可以根据音频信号确定功放电路输出的所需电压，使得功放电路根据所需电压动态调整电压，可以保证功放电路所需电压与音频信号匹配，避免音频失真。

显然，以上所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本申请的较佳实施例，但并不限制本申请的专利范围。本申请可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本申请说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本申请专利保护范围之内。