用于再现音频信号的装置和方法

摘要

提供了一种具有用于再现音频信号的音频系统的电子设备。示例性电子设备具有模拟区域以及单独且非重叠的数字区域。所述电子设备包括设置在模拟区域内的模拟地平面以及设置在数字区域内的数字地平面。相对所述数字地平面来设置数字电路，其中在数字地平面上或上方路由数字信号。相对所述模拟地平面来设置模拟电路，其中在模拟地平面上或上方路由模拟信号。相对所述模拟地平面来设置至少一个音频输出通道。

权利要求

1.一种具有用于再现音频信号的音频系统的电子设备，所述电子设备具有模拟区域以及单独且非重叠的数字区域，所述电子设备包括：设置在所述模拟区域内的模拟地平面；

设置在所述数字区域内的数字地平面；

相对所述数字地平面设置的数字电路，其中在所述数字地平面上或上方路由数字信号；

相对所述模拟地平面设置的模拟电路，其中在所述模拟地平面上或上方路由模拟信号；以及相对所述模拟地平面设置的至少一个音频输出通道。

2.如权利要求1所述的电子设备，其中所述数字地平面和所述模拟地平面通过单点接触电气连接。

3.如权利要求1或2所述的电子设备，其中相对所述模拟地平面整个地设置所述音频输出通道。

4.如权利要求1或2所述的电子设备，其中所述音频输出通道相对于所述模拟地平面以基本平行的方式延伸。

5.如权利要求1或2所述的电子设备，其中所述音频输出通道包括左通道、右通道以及地回路通道，所述地回路通道电气连接到所述模拟地平面。

6.如权利要求5所述的电子设备，还包括将所述地回路通道与所述模拟地平面电气连接的绑结元件，所述绑结元件包括沿着整个音频地回路通道延伸并且将其与所述模拟地平面的对应部分电气连接的细长导电构件。

7.如权利要求5所述的电子设备，还包括将所述地回路通道与所述模拟地平面电气连接的绑结元件，所述绑结元件包括多个单独且间隔开来的绑结元件，每个绑结元件将所述音频地回路通道的相应部分与所述模拟地平面的对应部分电气连接。

8.如权利要求5所述的电子设备，还包括电气连接到所述音频输出通道的至少一个音频输出插孔，所述至少一个音频输出插孔的地元件经由所述音频输出通道电气连接到所述模拟地平面，所述至少一个音频输出插孔与不同于所述模拟地平面的地参考电气隔离。

9.如权利要求5所述的电子设备，还包括电气连接到所述音频输出通道的至少一个音频输出插孔，所述音频输出插孔具有外壳，所述外壳不导电。

10.一种用于改进所再现音频信号的保真度的方法，包括：提供单独且非重叠的模拟和数字地平面结构；

只将模拟和音频信号及电路与所述模拟地平面相关联；

只将数字信号和电路与所述数字地平面相关联；

相对所述模拟地平面设置音频输出通道；和

将所述音频输出通道的音频地回路通道与非模拟地电气隔离。

11.如权利要求10所述的方法，包括将所述音频地回路通道只电气连接到所述模拟地平面。

12.如权利要求10所述的方法，包括设置所述音频输出通道以使得它相对于所述模拟地平面以基本平行的方式延伸。

13.如权利要求10所述的方法，包括经由单点接触将所述数字地平面与所述模拟地平面相连接。

14.如权利要求10至13中任一项所述的方法，其中所述音频输出通道包括左通道、右通道以及地回路通道，所述地回路通道电气连接到所述模拟地平面。

15.如权利要求14所述的方法，还包括经由绑结元件将所述地回路通道与所述模拟地平面相连接，所述绑结元件包括沿着整个音频地回路通道延伸并且将其与所述模拟地平面的对应部分电气连接的细长导电构件。

说明书

用于再现音频信号的装置和方法

背景技术

[0001] 许多现代电子设备被设计为再现音乐和/或其它音频信号。诸如像个人计算机、膝上型电脑、便携式音频播放器、蜂窝电话等的这些电子设备典型地提供了各种音频相关外围部件的连接。这些外围部件的示例包括头戴受话器和麦克风。该电子设备可以包括预期接纳音频相关外围部件的插头并且与其电气互连的若干连接器或插孔，以由此在便携式电子设备和音频相关外围设备之间传输音频信号。所述插孔和插头典型地电气连接至地参考（ground reference）以使来自静电放电（electrostatic discharge, ESD）对电子设备的损害最小化。

[0002] 虽然这样的地配置可以产生鲁棒的ESD性能，但是它也会导致当播放音频信号时引入不期望信号的地环路状况。不期望信号的示例包括存在于电源信号上的电气噪声、由数字电路产生的噪声或者由其它电气干扰源在该系统内所引起的噪声。

附图说明

[0003] 在下列详细描述中且参考附图来描述一定的示例性实施例，其中：

[0004] 图1是依据本发明示例性实施例的具有音频系统的电子设备的一个实施例的框图，所述音频系统具有改进的音频接地配置；

[0005] 图2A是图1的音频输出信号线的横截面端视图；

[0006] 图2B是图2A的音频输出信号线的横截面侧视图；

[0007] 图2C是根据本发明示例性实施例的另一音频输出信号线的横截面侧视图；

[0008] 图3是图1的音频输出连接器的截面视图；和

[0009] 图4是示出根据本发明示例性实施例的用于改进所再现音频信号的保真度的方法的框图。

具体实施方式

[0010] 现在参考附图且尤其参考图1，示出了依据本发明示例性实施例的具有改进的地配置的音频系统100的框图。音频系统100是电子设备102的一个系统，所述电子设备102可以是至少部分地被用来再现音频信号以便呈现或由用户收听的任何电子设备，诸如，像计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、便携式数字音频播放器等等。

[0011] 本领域那些技术人员将会意识到，图中所示出的功能块和设备仅是可以在本发明的示例性实施例中实施的功能块和设备的一个示例。此外，可以基于系统设计考虑选择包含不同功能块的其它特定实现方式。

[0012] 音频系统100包括印刷电路板（PCB）110，诸如，像多层印刷电路板，如随后更加具体地描述的，其通常具有在音频系统100的各个功能部件或块之间传输包括功率、数字和音频信号在内的信号的各种信号线或迹线。音频系统100进一步包括音频控制电路120，诸如，像应用特定集成电路，其具有模拟部分或电路122和数字部分或电路124。音频控制电路120的模拟部分或电路122在物理上与音频控制电路120的数字部分或电路124是分开的。音频系统100进一步包括模拟放大器电路130、第一音频输出连接器或插孔140和第二音频输出连接器或插孔150。

[0013] PCB 110包括数字地平面（digital ground plane, DGP）152和模拟地平面（analog ground plane, AGP）154，它们例如均由设置在PCB上、上方或内的铜或其它导电材料层形成。DGP 152整个地设置在PCB 110的第一或数字区域156内。类似地，AGP 154整个地设置在PCB 110的第二或模拟区域158内。PCB 110的第一区域156和第二区域158分别是PCB 110的单独的不重叠的互斥的相应区域。类似地，DGP 152和AGP 154相对于彼此是单独的非重叠且互斥的。

[0014] 如图1中所示，PCB 110被配置为单个PCB。然而，如本领域技术人员将意识到的，可替换地，PCB 110可以被配置为诸如像用于模拟区域158的第一PCB和用于数字区域156的第二PCB。

[0015] 通常，音频系统100的数字信号和数字部件被设置在DGP 152上或上方（即，相对）并且使DGP 152作为公共地参考。更具体地，数字功率经由数字功率线162被提供给音频控制电路120的数字电路124，数字输入信号164经由数字输入166被提供给音频控制电路120的数字电路124，并且数字音频输出信号168经由数字音频总线170从音频控制电路120的数字电路124输出。数字功率线162、数字输入信号164、数字输入166、数字音频输出信号168、数字音频总线170以及音频电路控制器120的数字电路124中的每一个都被设置在DGP 152上方并且使DGP 152作为公共电气地参考。因此，在DGP 152上或上方仅设置或路由数字信号和部件而非模拟信号或部件。

[0016] 类似地，音频系统100的模拟信号和模拟部件被设置在AGP 154上或上方（即，相对）并且使AGP 154作为公共地参考。模拟功率经由模拟功率线182被提供给音频控制电路120的模拟电路122以及提供给音频放大器电路130。一个或多个模拟信号输入186经由模拟信号输入186向音频控制电路120的模拟电路122提供模拟输入信号，而模拟输出信号经由模拟输出190从音频控制电路120的模拟电路122提供给音频放大器电路130。

[0017] 音频放大器电路130进而经由第一音频输出通道220把第一音频输出信号210提供给第一音频输出插孔140，所述第一音频输出插孔140进而意图连接至诸如像扬声器之类的音频换能器。音频放大器130进一步经由第二音频输出通道230把第二音频输出信号224提供给第二音频输出插孔150，所述第二音频输出插孔150进而意图连接至诸如像头戴受话器之类的音频换能器。

[0018] 模拟功率线182、模拟信号输入186、模拟输出190、音频放大器电路130、第一音频输出信号210、第一音频输出通道220、第一音频连接器或插孔140、第二音频输出信号224、音频输出通道230、第二音频输出连接器或插孔150以及音频电路控制器120的模拟电路122中的每一个都使AGP 154作为公共电气地参考。因此，在AGP 154上或上方仅设置和路由模拟信号和部件而非数字信号或部件。

[0019] DGP 152和AGP 154沿着它们相邻部的第一部分在物理上和电气上被间隙174分开，所述间隙174还将PCB 110的数字区域156和模拟区域158分开。连接构件260把DGP152和AGP 154电气连接在一起以在DGP 152和AGP 154之间形成低阻抗电气连接或有效电气短路。在所示的示例性实施例中，连接构件260设置在间隙174之内并且与之桥接。

[0020] 连接构件260因此在DGP 152和AGP 154之间形成了单点电气连接。连接构件260是具有非常低阻抗的导电构件，诸如像铜或其它导电材料的条带或迹线。在一个示例性实施例中，连接构件260由具有从近似50到近似120密耳（mil）的宽度的铜或其它导电金属材料形成，不过本领域技术人员将意识到能够以可替换方式形成连接构件260。

[0021] DGP 152和AGP 154之间的单点连接用来将这两个地平面的地电位保持在基本相同的电平，并且降低了在DGP 152或其相关联电路上可能存在的数字噪声向AGP 154的传输。此外，通过在AGP 152上或上方分别路由和设置仅仅模拟信号和部件而非数字信号或部件，音频系统100还相当大地降低了音频部件和信号对由于不期望非音频信号的存在而引起的劣化和/或失真的敏感度。因此，通过音频系统100在所再现音频信号的保真度方面实现了相当大的改进。

[0022] 如上面所指出的，当承载音频信号的模拟输出通道以呈递音频输出信道并且因此通过其所承载的音频输出信号对来自非音频信号的干扰敏感的方式进行构造或配置时，也可能使所再现音频信号的保真度劣化，所述非音频信号在该音频输出通道中被引起或者是该音频输出通道的音频信号地和非音频地之间的地环路的结果，所述地环路在该音频信号地连接到非音频地时可能存在，所述非音频地如以上所讨论的，是为了增强该音频输出信道的ESD特性而进行的。通过以相当大地降低其对来自这样的非音频信号的干扰的敏感度的方式来构造和配置该音频输出通道，以及通过消除音频信号地和非音频地之间的任何地环路，音频系统100在所再现音频信号的保真度方面实现了进一步改进。

[0023] 现在参考图2A，整个模拟输出通道230被设置在PCB 110的模拟部分158内。通常，模拟输出通道230相对于AGP 154和与AGP 154相对以基本平行的方式延伸，并且不延伸到AGP 154之外或外部。更具体地，模拟输出通道230包括分别为左通道310和右通道320、音频地回路通道330和绑结（stitching）元件340。在本发明的示例性实施例中，分别为左通道310和右通道320中的每一个以及音频地回路通道330是相对于AGP 154和与AGP 154相对以基本平行的方式延伸的细长构件。可以在分别为左通道310和右通道320之间设置音频地回路通道330。

[0024] 把音频地回路通道330设置在分别为左通道310和右通道320之间保护该音频地回路通道免于暴露给可能以其它方式被引起到该地回路通道330中的非音频信号。此外，通过把AGP 154设置在模拟输出通道230和电气干扰源之间，AGP 154保护该模拟输出通道230免受从该电气干扰源发射的所引起非音频信号的影响。

[0025] 绑结元件340将音频地回路通道330和AGP 154电气连接。如图2B中最佳示出的，在一个示例性实施例中，绑结单元340可以包括连续细长元件，所述连续细长元件沿着该音频地回路通道330的整个长度延伸并且将其与AGP 154的对应部分电气连接。如图2C中最佳示出的，可替换地，绑结元件340可以被配置为多个间隔开的绑结元件340a、340b等（如图2C中所示），其中的每一个将音频地回路通道330的相应部分与AGP 154的对应部分电气连接。

[0026] 在由此的一个示例性实施例中，分别为左通道310和右通道320以及AGP 154均由诸如像铜之类的导电材料形成。因此，AGP 154保护该输出通道230免受不想要的和/或引起的非音频信号的存在和电气干扰的影响。在由此的一个示例性实施例中，分别为左通道310和右通道320中的每一个以及地回路通道330也由诸如像铜之类的导电材料形成，其基于音频系统100的相关操作参数而具有适当大小，如本领域技术人员将会意识到的，所述操作参数诸如像音频输出电流和/或功率。

[0027] 如图3中所示，不同于传统的音频插孔，音频输出插孔140和150包括分别为不导电外壳350和352，以及分别为内壳360、362。在本发明的一个示例性实施例中，外壳350、352至少部分地由诸如像塑料之类的不导电材料形成。外壳350、352的不导电特性使可能与外壳350、352相接触的任何静电电荷不能形成从外壳350、352到地的高导电路径，由此提供了增强的ESD特性并且去除了提供从外壳350、352到电气地的短路和直接低阻抗路径的需要。因此，该音频地回路通道330与底架、系统和数字地电气隔离。

[0028] 不同于传统的电子设备，不存在经由有效的电气短路将非导电外壳350、352结合到底架、系统或数字地以便改进电子设备100的ESD或其它特性的需要。利用外壳350、352以及因此与底架、系统和数字地隔离的音频地回路通道330，相当大地降低了音频地回路通道330内非音频信号的存在，并且因此通过音频系统100在所再现音频信号的保真度方面实现了进一步改进。

[0029] 另外，本发明的示例性实施例具有降低所再现音频信号的“噪声基准（noise floor）”的优点。更具体地，通过相对AGP 154来设置音频输出通道230，将音频地回路通道330结合到单独的AGP 154的组合期望效果以及通过将音频地回路通道330设置在左通道310和右通道330之间，所再现音频输出信号的噪声基准得以降低。

[0030] 现在参考图4，示出了根据本发明示例性实施例的用于改进所再现音频信号的保真度的方法。所述方法通常由附图标记400指代。在框402处，方法400开始。

[0031] 如在框404处所示，方法400包括建立单独且非重叠的模拟和数字地通道。根据本发明的示例性实施例，建立单独且非重叠的模拟和数字地参考的过程可以通过形成单独且互斥、非重叠的模拟和数字地平面来实现。

[0032] 如在框406处所示，模拟音频信号和电路只与模拟地平面相关联。将模拟和音频信号以及模拟电路只与模拟地平面相关联可以通过只在模拟地平面之上和/或上方设置模拟部件和电路以及通过只在模拟地平面上或上方路由模拟信号来实现。因此，在模拟地平面上或上方仅设置或路由模拟信号和部件而非数字信号或部件。

[0033] 在框408处，数字音频信号和电路只与数字地平面相关联。将数字信号和数字电路只与数字地平面相关联可以通过只在数字地平面之上和/或上方设置将数字部件和电路，以及通过只在数字地平面上或上方路由数字信号来实现。因此，在数字地平面上或上方仅设置或路由数字信号和部件而非模拟信号或部件。

[0034] 在框410处，相对模拟地平面来设置音频输出通道。相对模拟地平面来设置音频输出通道可以通过相对模拟地平面来设置整个模拟输出通道来实现。音频输出通道可以相对于模拟地平面以基本平行的方式进行设置。

[0035] 最后，如框412处所示，将音频输出通道的地回路通道与非音频和非模拟地电气隔离。将音频输出通道的音频地回路通道与非模拟地电气隔离可以通过将该地回路通道设置在音频输出通道的左通道和右通道之间，并且进一步通过把该音频地回路通道连接到模拟地来实现。在框414，该过程结束。