本发明涉及集成电路音频电路领域，具体涉及一种增益切换降噪电路及其降噪方法和音频装置。
背景技术：
耳机是一对转换单元，它接受媒体播放器或接收器所发出的电讯号，利用贴近耳朵的扬声器将其转化成可以听到的音波。耳机一般是与媒体播放器可分离的，利用一个插头连接。耳机原是给电话和无线电上使用的，但随着可携式电子装置的盛行，耳机多用于手机、随身听、收音机、可携式电玩和音讯播放器等。
随着科技的进步和人们现代生活需求的提高，蓝牙tws(truewirelessstereo，真无线立体声)耳机由于其摆脱了从播放器连接到耳机本体的连接线而受到人们的广泛喜爱。tws蓝牙耳机特别适合于进行运动或其他活动时佩戴，可以减少线体缠绕带来的麻烦，十分方便。
现有tws蓝牙耳机芯片内部的音频差分运放模块，由于制造工艺的差别，在运放的输入端存在一个输入失调电压vos(inputoffsetvoltage)，从而导致输出的voffset＝vout -vout-电压存在一定的压差。
在芯片内部使用运放电路时，这时由于输入失调电压的存在，导致输出的vdacl以及vdacl#存在一定的压差，当在音乐停止播放时，例如暂停、上/下一首切换、其他音频切入等过程中，运放增益为最小即rf＝0欧姆，这时的voffset1的电压近似等于输入的失调电压vos；当播放音乐时，运放有较大增益时rf会有一定的电阻值，voffset2电压为av*(vin -vin-)＝av*vos，av为此时运放增益，即失调电压vos也跟随着运放增益被放大。
在停止与播放时，运放最小增益偏置电压voffset1与较大增益偏置电压voffset2的偏置值voffset＝|voffset1–voffset2|不一致，根据半导体制造工艺的差别，voffset的值可能会达到1～30mv左右。由于播放和停止的切换就会有一个直流电平的跳变，所以在播放到停止的过程中，就导致差分输出的偏置电压不在同一电平上，就导致出现噪声的情况，耳机灵敏度好，就会听到这个噪声。
技术实现要素：
基于上述技术问题，本发明提供了一种增益切换降噪电路及其降噪方法和音频装置，可以消除音频运放在最小增益与较大增益切换时导致的噪声问题，实现降噪功能。
本发明的技术方案由以下内容实现：
第一方面，本发明提供了一种增益切换降噪电路，该降噪电路包括前置电路、运放电路和控制电路，其中，
运放电路包括一级放大电路、二级放大电路；
前置电路与控制电路连接，且前置电路的输出端与一级放大电路的输入端连接；
一级放大电路的输出端与二级放大电路的输入端连接，且一级放大电路的输出端输出降噪电路的高电位信号；
二级放大电路输出降噪电路的低电位信号；
控制电路分别与前置电路、一级放大电路连接，用于前置电路的信号输出控制和一级放大电路的增益控制。
具体的，所述前置电路的输出端与一级放大电路的反相输入端连接。
具体的，所述一级放大电路的输出端与二级放大电路的反相输入端连接。
具体的，所述一级放大电路的同相输入端接地，所述二级放大电路的同相输入端接地。
具体的，所述控制电路校准前置电路的信号输出。
具体的，所述控制电路根据一级放大电路的失调电压对所述前置电路的输出信号进行校准。
第二方面，本发明提供了一种应用上述降噪电路的降噪方法，该方法利用所述降噪电路和与降噪电路连接的外部放大电路进行降噪，包括步骤：
将运放电路处于工作状态，并将其增益最小化；
控制电路采集放大后的第一信号并记录；
调整运放电路的增益，控制电路采集放大后的第二信号；
根据第一信号和第二信号调整校准值；
将得到的校准值写入控制电路。
具体的，所述校准值等于一级放大电路的失调电压。
第三方面，本发明提供了一种应用上述降噪电路和降噪方法的音频装置。
具体的，所述音频装置包括主耳和副耳，所述主耳与副耳通过蓝牙连接。
本发明提供的增益切换降噪电路及其降噪方法和音频装置，通过计算校准值，并将其写入降噪电路中，在芯片工作时，根据校准值对前置电路的输出信号进行校准，抵消由电路失调电压所带来的增益影响，消除电平跳变，实现降噪目的。
附图说明
附图1为现有技术tws耳机中音频差分运放模块的电路结构图。
附图2为本发明实施例一提供的增益切换降噪电路的电路模块图。
附图3为本发明实施例一提供的增益切换降噪电路的具体电路结构图。
附图4为本发明实施例二提供的降噪方法的步骤流程图。
附图5为本发明实施例二提供的降噪方法的实现电路模块图。
附图6为本发明实施例一中具体电路结构的等效电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
本实施例一提供了一种增益切换降噪电路，如图2所示，该降噪电路包括前置电路、运放电路和控制电路，其中，
运放电路包括一级放大电路、二级放大电路；
前置电路与控制电路连接，且前置电路的输出端与一级放大电路的输入端连接；
一级放大电路的输出端与二级放大电路的输入端连接，且一级放大电路的输出端输出降噪电路的高电位信号；
二级放大电路输出降噪电路的低电位信号；
控制电路分别与前置电路、一级放大电路连接，用于前置电路的信号输出控制和一级放大电路的增益控制。
作为本实施例的一种具体实施方式，参照图3，其示出了本实施例具体实施方式中的运放电路结构图，如图所示，图中左侧一级放大电路包括一级放大器amp1、可调电阻rx和ry、开关metu，其中，图2中所示前置电路将输入信号vin输入一级放大器amp1的反相输入端，一级放大器amp的同相输入端接地，可调电阻rx和ry控制一级放大电路的增益大小，开关metu控制可调电阻ry的接入与断开；图中右侧二级放大电路为经典反相放大电路，包括二级放大器amp2、电阻r1和r2，其中，一级放大器amp1的输出端与二级放大器amp2的反相输入端连接，二级放大器amp2的同相输入端接地。
上述降噪电路在工作时，控制电路校准前置电路的信号输出，作为本实施例的一种具体实施方式，控制电路根据一级放大电路的失调电压对所述前置电路的输出信号进行校准，以此消除电平跳变，实现降噪目的，具体的校准方式与校准大小详见下述实施例二。
实施例二：
本实施例二提供了一种应用上述降噪电路的降噪方法，利用实施例一所述降噪电路和与降噪电路连接的外部放大电路进行降噪，参照图4，其示出了该降噪方法的具体步骤：
s101，将运放电路处于工作状态，并将其增益最小化；
s102，控制电路采集放大后的第一信号并记录；
s103，调整运放电路的增益，控制电路采集放大后的第二信号；
s104，根据第一信号和第二信号调整校准值；
s105，将得到的校准值写入控制电路。
上述第一信号为运放电路在增益最小化状态下，由运放电路输出，经外部放大电路放大后，控制电路采集的第一信号；上述第二信号为运放电路在增益一定状态下，由运放电路输出，经外部放大电路放大后，控制电路采集的第二信号。
参照图5，其示出了实现上述降噪方法的电路图，降噪电路设置在集成电路芯片内部，降噪电路的输出信号经外部放大电路放大后，由控制电路进行采集并计算，得出前置电路的偏置电压校准值。
作为上述方法的一种示例，在实施例一中图3所示电路结构图的具体实施方式中，其等效电路图如图6所示，图中所示vos1为一级放大器amp1的失调电压，vos2为二级放大器amp2的失调电压，根据该等效电路图，校准值的计算方式如下：
使能metu开关时，可调电阻ry被断开，运放电路增益最小化，输出为整体运放电路的失调电压voffset1，具体为voffset1＝vout -vout-，根据放大器的虚短虚断特性可知，
(vdc–vos1)/rx＝(vos1–vos2)/r1＝(vos2–vout-)/r2
其中，vdc为前置电路未校准前的输出信号，根据上述公式可得到无增益状态下，失调电压voffset1＝vout -vout-＝2vos1–2vos2，通过控制电路采集外部放大电路的第一信号vad1＝g2*voffset1，其中，g2为外部放大电路的增益倍数。
在控制电路采集第一信号vad1后，将其记录在控制电路中。
在断开metu开关时，可调电阻ry接入电路，运放电路对输入信号进行增益，增益大小可通过可调电阻rx和ry调节，运放电路输出偏置电压voffset2＝vout -vout-，根据放大器的虚短虚断特性可知，
(vtrim–vos1)/rx＝(vos1–vout )/ry＝(vos1–vos2)/(ry r1)＝(vos2–vout-)/r2
其中，vtrim为所述校准值，令ry/rx＝g1，即一级放大器amp1的增益倍数为g1，根据上述公式可得到增益状态下，运放电路输出的偏置电压voffset2＝2vtrim*(-g1) 2vos1*(1 g1)-2vos2＝2g1*(vos1-vtrim) 2vos1-2vos。
因此，通过控制电路采集外部放大电路的第二信号vad2时，第二信号vad2＝g2*[2g1*(vos1-vtrim) 2vos1-2vos2]。
本实施方式的目的在于增益状态下的输出信号voffset与失调电压无关，对于外部放大电路来说，相当于是使无增益vad1等于有增益时的vad2，这将消除失调电压vos跟随运放电路增益的影响，因此得出，vad1＝vad2，g2*voffset1＝g2*[2g1*(vos1-vtrim) 2vos1-2vos2]，g2*voffset1＝g2*[2g1*(vos1-vtrim) voffset1]，g2*2g1*(vos1-vtrim)＝0，这时可以得出当vtrim＝vos1时，无论运放电路的增益多大，第二信号vad2均不会随增益的大小而变，就可以使增益切换时，失调电压vos不跟随运放电路增益，消除增益切换时偏置电压不在同一电平上引起的电平跳变，实现降噪目的。
因此，根据上述校准值计算，在上述步骤s104中，所述校准值vtrim等于一级放大电路的失调电压vos1。而失调电压vos1的具体数值因为半导体制造工艺的差别，每个放大器的失调电压vos1均为不固定的，因此只能通过多次输入调整校准值，控制电路多次采集第二信号vad2，令采集的第二信号vad2等于第一信号vad1，以此确定最终校准值，最后将该最终校准值写入芯片控制电路固件中。
回到图2和图3所示电路结构图，在多次调整得到具体的校准值后，上述降噪电路工作状态下，前置电路在输出信号vdc前，控制电路将上述校准值输入前置电路进行校准，令前置电路的实际输出信号为vdc vtrim，该输出信号在校准之后，抵消了半导体制造工艺差别所带来的失调电压，将失调电压后期跟随输入信号增益的影响给消除了，使得增益切换时不出现电平跳变的问题，实现降噪目的。
实施例三：
本实施例三提供了一种应用上述实施例一所述降噪电路和实施例二所述降噪方法的音频装置，作为一种示例，该音频装置为背景技术中所述tws蓝牙耳机，其包括主耳和副耳，主耳与副耳内部芯片均设置有所述降噪电路，在tws耳机出厂前，通过所述降噪方法将校准值写入控制电路，在耳机正常工作时通过该校准值对前置电路所输出的电压信号进行校准，消除由于放大器所自带的失调电压在运放增益切换时导致的噪声，达到降噪目的。具体降噪原理与实现过程参照实施例二所述内容，本实施例在此不另外赘述。
上述主耳和副耳通过蓝牙配对连接，优选为ble连接，对于蓝牙耳机的配对、连接、音频播放等工作，可参照tws耳机现有技术，本实施例在此不做具体介绍。
需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种增益切换降噪电路，该降噪电路包括前置电路、运放电路和控制电路，其中，
运放电路包括一级放大电路、二级放大电路；
前置电路与控制电路连接，且前置电路的输出端与一级放大电路的输入端连接；
一级放大电路的输出端与二级放大电路的输入端连接，且一级放大电路的输出端输出降噪电路的高电位信号；
二级放大电路输出降噪电路的低电位信号；
控制电路分别与前置电路、一级放大电路连接，用于前置电路的信号输出控制和一级放大电路的增益控制。
2.如权利要求1所述的降噪电路，所述前置电路的输出端与一级放大电路的反相输入端连接。
3.如权利要求1所述的降噪电路，所述一级放大电路的输出端与二级放大电路的反相输入端连接。
4.如权利要求1所述的降噪电路，所述一级放大电路的同相输入端接地，所述二级放大电路的同相输入端接地。
5.如权利要求1-4任一项所述的降噪电路，所述控制电路校准前置电路的信号输出。
6.如权利要求5所述的降噪电路，所述控制电路根据一级放大电路的失调电压对所述前置电路的输出信号进行校准。
7.一种应用权利要求1-6任一项所述的降噪电路的降噪方法，该方法利用所述降噪电路和与降噪电路连接的外部放大电路进行降噪，包括步骤：
将运放电路处于工作状态，并将其增益最小化；
控制电路采集放大后的第一信号并记录；
调整运放电路的增益，控制电路采集放大后的第二信号；
根据第一信号和第二信号调整校准值；
将得到的校准值写入控制电路。
8.如权利要求7所述的降噪方法，所述校准值等于一级放大电路的失调电压。
9.一种应用权利要求1-6任一项所述降噪电路和权利要求7-8任一项降噪方法的音频装置。
10.如权利要求9所述的音频装置，所述音频装置包括主耳和副耳，所述主耳与副耳通过蓝牙连接。
技术总结