一种磁电阻音频采集器的制造方法

一种磁电阻音频采集器的制造方法
【专利摘要】一种磁电阻音频采集器，包括音频采集电路，音频采集电路包括至少一个线性磁阻传感器、耦合电容、交流放大器、放大器以及信号处理电路■’线性磁阻传感器包括至少一个轴向线性磁阻传感器单元。线性磁阻传感器位于扬声器音圈表面的测量面上，各轴向线性磁阻传感器单元的信号输出端分别通过耦合电容连接交流放大器以输出交流信号，而后连接到放大器合成为一个信号，并经信号处理电路输出音频信号；各轴向线性磁阻传感器单元位于测量面上的线性磁场测量区。本发明通过扬声器和线性磁阻传感器之间磁场耦合实现了扬声器音频信号的采集，具有结构简单及省电的特点。
【专利说明】一种磁电阻音频采集器

【技术领域】
[0001] 本发明涉及磁传感器【技术领域】，特别涉及一种磁电阻音频采集器。

【背景技术】
[0002] 音频采集器，即通过将智能手机、平板电脑或其他智能电子设备上的扬声器的音 频电磁场信号通过传感器进行采集，并在另一个扬声器上进行播放的器件。
[0003] 目前主要采用线圈或变压器类型的音频采集器，即将扬声器的音圈作为音频电磁 场发射信号的原线圈，利用电磁感应效应通过接受线圈作为次级线圈来接受音圈中的音频 电磁信号，其原理类似于变压器，而后通过信号处理电路，在另一个扬声器中重新转变成声 音信号。这样，扬声器和音频采集器之间实现无线连接的音频播放功能。这种线圈式音频 采集器，存在着如下问题：
[0004] 1)接受线圈输出电压幅度与线圈匝数和面积相关，因此需要增加线圈匝数和面积 才能获得大的接受电压信号和高的灵敏度，因此导致体积和尺寸较大。
[0005] 2)扬声器音圈所产生电磁场信号主要围绕在音圈附近空间区域，并随距离增加快 速衰减，因此接受线圈必须尽可能的位于音圈附近区域，导致线圈的空间的灵活性减少。


【发明内容】

[0006] 本发明的目的在于提供一种磁电阻音频采集器，以解决现有音频采集器体积大等 问题。
[0007] 为此，本发明提供了一种磁电阻音频采集器，用于将扬声器的电磁信号转变成音 频信号，所述扬声器有音圈表面的测量面，所述测量面上有轴向工作区；所述轴向工作区为 所述测量面上的线性磁场测量区、交流磁场测量区和信噪比测量区形成的交集，其特征在 于，包括音频采集电路，所述音频采集电路包括至少一个线性磁阻传感器、耦合电容、交流 放大器、放大器以及信号处理电路；所述线性磁阻传感器包括至少一个感应来自所述线性 磁场测量区的信号的轴向线性磁阻传感器单元。各所述轴向线性磁阻传感器单元均具有 独立电源输入端及信号输出端，各所述轴向线性磁阻传感器单元的信号输出端分别通过 所述耦合电容连接所述交流放大器以输出交流信号，而后连接到所述放大器合成为一个信 号，并经所述信号处理电路输出音频信号。
[0008] 还包括用于检测各所述轴向线性磁阻传感器单元是否位于所述测量面上的线性 磁场测量区控制电路，所述控制电路为磁开关类型控制电路或直流输出类型控制电路或两 者。
[0009] 所述磁开关类型控制电路，包括具有至少一个轴向磁开关传感器单元的磁开关传 感器、比较器和控制器，所述轴向磁开关传感器单元与所检测的轴向线性磁阻传感器单元 具有相同的敏感轴向，用于检测所述测量面上所述敏感轴向的磁场，所述轴向磁开关传感 器单元的信号输出端与所述比较器相连，所述比较器将所述轴向磁开关传感器单元检测的 轴向线性磁阻传感器单元的信号与所述比较器存储的参考电压比较，得到比较信号，并将 所述比较信号输入到所述控制器中，以便所述控制器根据所述比较信号控制所述音频采集 电路；所述直流输出类型控制电路，包括滤波器、前置/差分放大器、比较器和控制器，所检 测的各所述轴向线性磁阻传感器单元的信号输出端通过所述滤波器连接到放大器得到直 流输出信号，所述直流输出信号与所述比较器的参考电压比较，得到比较信号，所述比较器 将所述比较信号输入到所述控制器中，以便所述控制器根据所述比较信号控制所述音频采 集电路。
[0010] 所述磁开关传感器为至少两个轴向磁开关传感器单元的分立元件的组合或集成 至少两个轴向磁开关传感器单元的单芯片元件。
[0011] 各所述轴向磁开关传感器单元为X、Y或Z轴磁开关传感器。
[0012] 各所述的轴向开关传感器单元为全极类型的磁开关传感器。
[0013] 所述轴向线性磁阻传感器单元为半桥结构，所述轴向线性磁阻传感器单元的信号 输出端通过滤波器连接到前置放大器；
[0014] 或；
[0015] 所述轴向线性磁阻传感器单元为全桥结构，所述轴向线性磁阻传感器单元的两个 信号输出端分别通过滤波器连接到差分放大器
[0016] 各所述轴向线性磁阻传感器单元的线性磁场上下限和饱和磁场上下限为各所述 的轴向开关传感器单元的操作磁场和回复磁场的取值或直流电压类型控制电路的比较器 的参考信号。
[0017] 所述控制电路还用于输出多路控制信号分别控制所检测的轴向线性磁阻传感器 单元切换为直流电源供电或脉冲电源供电、并开通或断开所述交流放大器的电源、所述放 大器的电源、所述信号处理电路的电源，磁标记信号的任一项或几项。
[0018] 所述线性磁阻传感器为至少两个轴向线性磁阻传感器单元的分立元件的组合或 集成至少两个轴向线性磁阻传感器单元的单芯片元件。
[0019] 各所述轴向线性磁阻传感器单元为X、Y或Z轴传感器。
[0020] 所述轴向线性磁阻传感器单元为半桥结构，所述轴向线性磁阻传感器单元的信号 输出端通过所述耦合电容连接到前置交流放大器；
[0021] 或；
[0022] 所述轴向线性磁阻传感器单元为全桥结构，所述轴向线性磁阻传感器单元的两个 信号输出端分别通过耦合电容连接到差分交流放大器。
[0023] 至少一个单轴线性磁阻传感器、双轴、三轴线性磁阻传感器分别各自位于所对应 的各轴向线性磁阻传感器单元的轴向工作区的交集或并集内。
[0024] 所述线性磁阻传感器为AMR，Hall，GMR，TMR传感器中的一种。
[0025] 所述测量面位于距离扬声器音圈表面0-10mm的范围内。
[0026] 所述轴向线性磁阻传感器单元的敏感轴方向垂直或者平行于所述测量面。
[0027] 所述线性磁阻传感器位于平行于所述扬声器音圈表面的测量面上，至少一个所述 轴向线性磁阻传感器单元位于所述测量面上的线性磁场测量区。
[0028] 各所述轴向线性磁阻传感器单元位于所述测量面上的所对应的轴向工作区；所述 测量面上，所述永磁磁路的轴向直流磁场的线性磁场测量区、非线性磁场测量区和饱和磁 场测量区分别对应各所述轴向线性磁阻传感器单元的线性磁场特征区、非线性磁场特征区 和饱和磁场特征区；所述测量面上，所述扬声器音圈产生的各轴向交流磁场幅度大于lmG 的区域为交流磁场测量区，小于lmG的区域为交流磁场非测量区；所述测量面上，频带为 15kHz时，各所述轴向线性磁阻传感器单元输出交流音频信号与热噪声的信噪比大于1为 信噪比测量区，小于1为信噪比非测量区。
[0029] 所述音频采集器适用于具有圆形、跑道形、矩形音圈的扬声器。
[0030] 所述音频采集器适用于外磁式或内磁式扬声器。
[0031] 本发明所提出的一种磁电阻音频采集器，利用高灵敏度线性磁阻传感器直接将音 圈交流电磁场信号转变成交流电压信号输出，成功解决了以上不足之处。由于线性磁阻传 感器只对其所在位置磁场信号产生响应，且其占据空间位置只取决于线性磁阻传感器本 身尺寸，而线性磁阻传感器尺寸远小于采集线圈尺寸，因此，线性磁阻传感器采集器将具有 更大的可测量范围，更大的空间灵活性，并且其所需安装尺寸也将大大减小，此外，由于线 性磁阻传感器具有更高的磁场灵敏度，因此可以得到比采集线圈更大的输出电压信号。

【专利附图】

【附图说明】
[0032] 图1智能手机及智能手机扬声器位置示意图。
[0033] 图2内磁式扬声器二维结构示意图。
[0034] 图3外磁式扬声器二维结构不意图。
[0035] 图4扬声器音圈几何形状不意图。
[0036] 图5线性磁阻传感器输出电压-外磁场特征曲线。
[0037] 图6线性磁阻传感器输出电阻-外磁场特征曲线。
[0038] 图7内磁式扬声器直流磁场二维磁力线分布图。
[0039] 图8内磁式扬声器测量面上二维直流电磁场分布图。
[0040] 图9-11分别为内磁式矩形扬声器测量面上直流磁场Bx、By、Bz测量区域图。
[0041] 图12-14分别为内磁式圆形扬声器测量面上直流磁场Bx、By、Bz测量区域图。
[0042] 图15外磁式扬声器直流磁场二维磁力线分布图。
[0043] 图16外磁式扬声器测量面上二维直流磁场分布图。
[0044] 图17-19分别为外磁式矩形扬声器测量面上直流磁场Bx、By、Bz测量区域图。
[0045] 图20-22分别为外磁式圆形扬声器测量面上直流磁场Bx、By、Bz测量区域图。
[0046] 图23扬声器音圈二维交流磁力线分布图。
[0047] 图24测量面上二维交流磁场分布图。
[0048] 图25-27分别为矩形音圈测量面上交流磁场bx、by、bz等位图。
[0049] 图28-30分别为圆形音圈测量面上交流磁场bx、by、bz等位图。
[0050] 图31-33分别为矩形内磁式扬声器测量面上线性磁阻传感器X、Y、Z向敏感轴向磁 场信噪比等值线图。
[0051] 图34-36分别为圆形内磁式扬声器测量面上线性磁阻传感器Χ、Υ、Ζ向敏感轴向 磁场信噪比等值线图。
[0052] 图37-39分别为矩形外磁式扬声器测量面上线性磁阻传感器Χ、Υ、Ζ向敏感轴向磁 场信噪比等值线图。
[0053] 图40-42分别为圆形外磁式扬声器测量面上线性磁阻传感器Χ、Υ、Ζ向敏感轴向磁 场信噪比等值线图。
[0054] 图43-45分别为矩形外磁式扬声器测量面上线性磁阻传感器X、Y、Z向敏感轴向磁 场测量区域分布图
[0055] 图46-48分别为圆形外磁式扬声器测量面上线性磁阻传感器Χ、Υ、Ζ向敏感轴向磁 场测量区域分布图
[0056] 图49-51分别为矩形内磁式扬声器测量面上线性磁阻传感器Χ、Υ、Ζ向敏感轴向磁 场测量区域分布图
[0057] 图52-54分别为圆形内磁式扬声器测量面上线性磁阻传感器Χ、Υ、Ζ向敏感轴向磁 场测量区域分布图。
[0058] 图55-57分别为全桥、半桥、推挽式全桥线性磁阻传感器示意图。
[0059] 图58直流输出类型控制电路的单轴向线性磁阻传感器音频采集系统图。
[0060] 图59磁开关类型控制电路的单轴向线性磁阻传感器音频采集系统图。
[0061] 图60磁开关传感器外磁场-输出电压特征曲线图。
[0062] 图61-62分别为双轴、三轴线性磁阻传感器音频采集系统图。
[0063] 图63-65分别为单轴、双轴、三轴线性磁阻传感器音频采集系统逻辑控制信号表。

【具体实施方式】
[0064] 下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
[0065] 实施例一
[0066] 图1为智能电子设备如智能手机中扬声器位置示意图，扬声器2位于智能手机1 的屏幕下方位置。图2和图3为扬声器结构图，扬声器包括永磁磁路4或4(1)以及音圈3 两个部分，永磁磁路4或4(1)包括永磁体5或5(1)以及软磁体6或6 (1),7或7 (1)以 及气隙8或8(1)，音圈3位于气隙8或8(1)处，由于永磁磁路4或4(1)在气隙8或8(1) 中产生强的静态磁场，当音频交流信号通过音圈3时，音圈3在气隙8或8 (1)中的静态磁 场作用下产生洛伦茨力带动振动膜片发声。根据永磁磁路4或4(1)中永磁体5或5 (1) 和软磁体6或6 (1)，7或7 (1)排列的不同，扬声器2可以分为内磁式和外磁式，对于前者 如图2,永磁体5位于音圈3的内部，对于后者如图3,永磁体5(1)位于音圈3的外围。音 圈3和永磁磁路4或4 (1)具有相似的几何形状，一般情况为如图4所示矩形12或者圆形 11。因此，扬声器2根据几何形状以及永磁磁路种类的不同可以分成外磁式圆形，外磁式矩 形，内磁式圆形和内磁式矩形等4种典型结构。
[0067] 图2和图3中线性磁阻传感器10位于平行于音圈3和永磁磁路4表面的测量面 9上。
[0068] 优选的，上述测量面位于距离扬声器音圈表面0-10mm的范围内。
[0069] 实施例二
[0070] 由于扬声器2的磁场包括两个部分，即来自于永磁磁路4或4 (1)的直流静态磁场 以及来自于音圈3的交流音频磁场。因此，对于位于测量面9上的线性磁阻传感器10来说， 意味着存在一个偏置直流静态磁场H，在此条件下实现对交流音频磁场h测量，对于手机扬 声器来说，其中Η幅度远大于h。
[0071] 图5,6分别为线性磁阻传感器10的电阻-磁场、输出信号电压-磁场特征曲线， 可以看出，线性磁阻传感器10在整个磁场范围内存在三个特征区域，即线性磁场特征区域 13,非线性磁场特征区域14以及饱和磁场特征区域15,只有当直流静态磁场Η在线性磁场 特征区域13时，交流音频磁场信号h才能正确的转变成线性磁阻传感器10的电压信号。对 应于测量面9,其上的直流静态磁场Η也可以分成三个磁场测量区域即线性磁场测量区域， 非线性磁场测量区域以及饱和磁场测量区域。
[0072] 此外，对于线性磁阻传感器10,还必须要求交流音频磁场h幅度大于lmG，才能满 足测量要求，对于更小的磁场由于分辨率以及噪声的存在，测量将难以实现，此时并不会输 出信号。
[0073] 在此基础上，利用线性磁阻传感器10输出信号电压-磁场特征曲线和测量面9上 直流静态磁场Η以及交流音频磁场h在三个磁场测量区域的分布值分别来确定线性磁场测 量区域内线性磁阻传感器10的直流输出信号以及音频输出信号电压分布。进一步的，为了 确定线性磁阻传感器10的音频输出信号和Johnson热噪声比的分布，利用线性磁阻传感器 10电阻 -磁场曲线和直流静态磁场Η的空间分布确定Johnson噪声电压在三个磁场测量区 域的分布，并和音频输出信号电压分布值进行比值。
[0074] 图7为内磁式扬声器永磁磁路4二维直流磁场分布图，可以看出，磁力线具有轴对 称特征，并且从永磁体7出发，跨过气隙8,经过软磁体6和5回到永磁体7。图8为内磁 式磁路4上方测量面9上二维直流静态磁场即磁场Bx和磁场By沿X向分布图，由图可以 看出，Bx相对于中心0磁场具有反对称分布特征，而By相对于中心具有对称分布特征。此 夕卜，从线性磁阻传感器10的线性磁场特征区13的分布来看，对于Bx，存在着三个线性磁场 测量区，即位于中心〇磁场附近的16区域，以及位于两端的两个磁场衰减区域17和18。对 于By而言，存在4个线性磁场测量区，即位于左右两个0磁场附近的区域19和20,以及两 端的磁场衰减区域21和22,磁场衰减区域是由于磁场远离磁体时发生的随距离增加而三 次方衰减的现象所致。
[0075] 图9,10,11为矩形内磁式扬声器测量面9上三维磁场Bx，By，Bz等值线区域分布 图，其中标示的两条等值线分别代表线性磁场特征区13和非线性磁场特征区14,以及非线 性磁场特征14和饱和磁场特征区15之间的界限磁场值，由于X，Y的轴对称性特征，只绘出 了四分之一的磁场等值线分布图。可以看出，在测量面9上，Bx的饱和磁场测量区23,非线 性磁场测量区24和饱和磁场测量区25以及By的饱和磁场测量区26,非线性磁场测量区 27和饱和磁场测量区28,结合二维磁场Bx分布图可以看出，对应图8所示二维线性磁场测 量区16,17和18的三个区域实际在测量面9上连接成一个区域25或28。此外，可以看出， 三维等值线区域分布图9中Bx和图10中By具有相似的等值线分布特征，不过其相位相对 旋转了 90度。对于图11中的Bz，其存在着两个线性磁场测量区域，一个32位于音圈3边 缘处，一个33位于音圈以外，其饱和区29只占非常少的一部分，且位于音圈拐角处，其他区 域如30和31则为非线性磁场测量区域，对比图8所示二维线性磁场测量区19和20即为 三维线性磁场测量区32,而21和22即为33。
[0076] 图12,13,14分别为圆形内磁式扬声器测量面9上三维磁场Bx，By，Bz等值线区域 分布图，可以看出，图12和图13中线性磁场测量区36和39分布位置与矩形内磁式扬声器 区域分布图非常相似，不同之处在于其为圆弧形区域，此外，非线性磁场测量区35和38,以 及饱和磁场测量区34和37也为圆弧形的特征，对于图14中Bz则明显不同于对应矩形内 磁式扬声器等值线分布图11，其存在三个线性磁场测量区域44,43以及42,对应于二维磁 场By分布图8,可以发现，新增加的区域位于0磁场附近区域的磁场低值区，这部分磁场的 数值与具体永磁磁路4的尺寸以及永磁体5的磁化强度相关，其可以位于非线性磁场测量 区或者是线性磁场测量区，在矩形内磁式扬声器中，其值仅减小到非线性磁场测量区，而对 于圆形内磁式扬声器中，其值则减小到线性磁场测量区。另一个差别在于在图14中不存在 饱和磁场测量区。
[0077] 实施例三
[0078] 图15为外磁式扬声器永磁磁路4(1)二维磁力线分布图，可以看出，磁力线从音圈 外围的永磁体5(1)出发，经过软磁体7(1)并跨过气隙8(1)，通过软磁体6(1)回到永磁体 5 (1)，同样，其磁场分布具有轴对称特征。图16为测量面9上二维磁场Bx以及By磁场X 向分布图，由图可以看出，Bx仍旧具有反对称特征，而By具有对称特征，对于Bx而言，由于 其曲线两端直接跨过0点，因此，其线性磁场测量区相对于内磁式永磁磁路增加了两个即 46和47,除了线性磁场测量区45以及48,49之外。而对于By，则线性磁场测量区数量保持 不变，为50, 51以及52和53。
[0079] 图17,18,19分别为测量面上三维磁场Bx，By，Bz等值线区域分布图，可以看出，与 内磁式永磁磁路不同，除了 55非线性磁场测量区之外，增加了一个非线性磁场测量区56， 并且，55和56外围对应非线性磁场测量区，由二维磁场Bx磁场X分布曲线来看，增加的区 域46和47实际上是位于56和55之间的区域，在三维图中，线性磁场测量区57实际上为 一个整体，虽然从二维磁场分布来看，线性磁场测量区增加，但从三维磁场分布来看，其实 际线性磁场测量区是减小的。
[0080] 同样图18中By也具有相似特征，其线性磁场测量区61，饱和磁场测量区为58,非 线性磁场测量区59和60。
[0081] 对于图19中Bz，其存在一个饱和磁场测量区62,位于音圈拐角处，线性磁场测量 区域为65和66,其中65位音圈中的狭小区域，64和63为非线性磁场测量区。
[0082] 图20, 21，22分别为圆形外磁式扬声器永磁磁路测量面9的三维磁场Bx，By，Bz等 值线区域分布图，可以看出，除了为弧形分布特征之外，其线性磁场测量区70,71，非线性磁 场测量区68,69和72, 73以及饱和磁场测量区67和71非常相似于矩形外磁式永磁磁路。 而对于图22中Bz，与矩形永磁磁路相比，其不存在饱和磁场测量区，并且其线性磁场测量 区除了 79,78之外，还增加了一个77,其非线性磁场测量区为76和75。这与圆形内磁式 永磁磁路测量面9的磁场分布特征非常相似。
[0083] 实施例四
[0084] 图23为扬声器音圈3的二维交流磁力线分布图，磁力线从中心出发，跨过音圈边 缘回到中心，形成闭合环路。图24为测量面9上的二维交流磁场bx和bz的分布图。可以 看出，bx具有反对称分布特征，而bz具有对称分布特征。
[0085] 对于交流磁场的幅值范围，要求大于lmG，才能产生足够信号响应，从图24看出， 对于bx来说，在中心区域0磁场附近存在一个交流磁场非测量区域80,此外，在两端磁场衰 减区域也各存在一个交流磁场非测量区域81和82,而对于bz而言，则在两端两个0磁场附 近存在83,84两个交流磁场非测量区域，此外，在两端磁场衰减区域同样存在着85,86两个 交流磁场非测量区域。由于lmG数值非常小，因此，可以看出，其交流磁场非测量区域是非 常狭窄。
[0086] 图25, 26和27为矩形音圈测量面上三维交流磁场bx，by，bz等值线分布图，可以 看出，对于bx，其存在两个lmG等值线87,分别位于X对称轴附近以及磁场衰减区，与二维 交流磁场结果一致，因此其交流磁场测量区为介于两者之间的区域。对于by，也存在相似的 结果，其lmG等值线为88,对于bz，其lmG等值线位于图示0磁场等值线附近狭窄区域，以 及磁场衰减区的89,因此，其交流磁场测量区位于，0磁场等势线包围区和0磁场和89之间 两个区域内。图28, 29和30分别为圆型音圈测量面9上三维交流磁场bx，by，bz等值线分 布图，其lmG等值线90和91分别位于0磁场等值线附近区域，形成一个封闭形状，其交流 磁场测量区域位于封闭曲线内部，对于图30所示的bz，存在一个狭长的位于0磁场附近的 区域92,以及一个位于超出边缘的衰减0磁场附近的lmG等值线93,因此交流磁场测量区 域分成两个部分，分别位于92和93之间，以及92以内。
[0087] 实施例五
[0088] 图31，32, 33为对应线性磁阻传感器10在内磁式矩形扬声器测量面9上敏感轴向 磁场分别沿X，Y，Z向时，其交流音频信号与Johnson热噪声信号比值的等值线分布图，由于 信噪比要在大于1的范围内，才能实现有效信号探测，而由图31和32可以看出，94,95分别 为X和Y向信噪比为1的等值线，其中包围的区域即为信噪比测量区，此外，由图33可以 看出，存在两个等值线为1的区域，其一位于外围的磁场衰减区96,其二位于97的0值附 近，对应为96和97之间的区域，以及97以内的两个信噪比测量区。
[0089] 图34, 35, 36分别为对应内磁式圆形扬声器测量面9上线性磁阻传感器10敏感轴 沿X，Y，Z向的信噪比等值线分布图，由图34和35可以看出，信噪比为1的等值线位102和 103位于0磁场附近，其内包围的区域即为信噪比测量区，而图36中，存在两个信噪比为1 的等值线的区域，即104和外围的105,因此，其信噪比测量区分为两个部分，一个位于104 和105之间，另一个位于104之内。
[0090] 实施例六
[0091] 图37, 38, 39为对应外磁式矩形扬声器测量面9上线性磁阻传感器10敏感磁场沿 X，Υ，Ζ向时的信噪比等值线分布图，可以看出，106和107分别为数值为1的等值线图，其 所包围的区域即为信噪比测量区。对于Ζ向信噪比图，存在两个数值为1的等值线，分别为 108和109,108位于衰减区，因此，区域109之内和109,108为两个信噪比测量区。
[0092] 图40,41，42分别为对应外磁式圆形测量面9上线性磁阻传感器10敏感轴向磁场 沿Χ，γ，ζ向时的信噪比分布图，可以看出，Χ，Υ向信噪比为1的等值线110和111所包围区 域为对应外磁式圆形检测面9上的信噪比测量区。对于Ζ向，信噪比为1的等值线112和 113形成两个信噪比测量区，其一为112内测区域，其二为112和113之间的区域，113位于 磁场衰减区。
[0093] 实施例七
[0094] 图43,44,45分别为内磁式矩形扬声器测量面9上线性磁阻传感器10敏感轴向磁 场分别沿Χ，γ，ζ向时其各测量区分布图，其中114为线性磁场测量区边界，115为交流磁场 测量区边界，116为信噪比测量区边界，其中交流磁场测量区边界118位于信噪比测量区边 界119内，因此，X轴向工作区位于118和117构成区域中。同样，Υ轴向工作区为线性磁场 测量区边界117,交流磁场测量区边界118构成的边界区域内。对于Ζ轴向工作区，其一位 于线性磁场测量区边界121和衰减区的交流磁场测量区边界124之间，其二位于线性磁场 测量区边界120和交流磁场测量区边界122之间区域，其三位于线性磁场测量区边界123 和交流磁场测量区边界122之间区域，122所在区域非常狭窄。
[0095] 图46,47,48分别为内磁式矩形扬声器测量面9上线性磁阻传感器10敏感轴向磁 场分别沿X，Y，Z向时其各测量区分布图，相似地，X轴向工作区位于线性磁场测量区边界 125和交流磁场测量区边界126之间区域，信噪比测量区边界127位于126之外。Y轴向工 作区位于线性磁场测量区边界128和交流磁场测量区边界129之间区域，信噪比测量区边 界130位于129之外。Z轴向工作区同样分为四个部分，其一位于线性磁场测量区边界131 和交流磁场测量区边界136之间，其二位于线性磁场测量区边界135和交流磁场测量区132 之间，其三位于135和线性磁场测量区133边界之间，其四位于线性磁场测量区边界134之 内。
[0096] 图49, 50, 51分别为外磁式矩形扬声器测量面9上线性磁阻传感器10敏感轴向磁 场分别沿X，Y，Z向时其各测量区分布图，X轴向工作区位于线性磁场测量区边界137,138 和交流磁场测量区边界139之间区域，140为信噪比测量区边界，位于139之外。Y轴向工 作区位于线性磁场测量区边界141，142和交流磁场测量区边界143之间区域，144为信噪 比测量区边界，位于143之外。Z轴向工作区包括三个区域，其一位于线性磁场测量区边界 145和交流磁场测量区边界149之间，其二位于线性磁场测量区边界146和交流磁场测量区 边界146之间，其三位于交流磁场测量区边界146和线性磁场测量区148之间。
[0097] 图52, 53, 54分别为外磁式圆形扬声器测量面9上线性磁阻传感器10敏感轴向磁 场分别沿X，Y，Z向时其各测量区分布图，X轴向工作区位于线性磁场测量区边界150,151 和交流磁场测量区边界152之间区域，153为信噪比测量区边界，位于152之外。Y轴向工 作区位于线性磁场测量区边界154,155和交流磁场测量区边界156之间区域，157为信噪 比测量区边界，位于156之外。Z轴向工作区包括三个区域，其一位于线性磁场测量区边界 158和交流磁场测量区边界163之间，其二位于线性磁场测量区边界160和交流磁场测量 区161之间，其中，交流磁场测量区边界位于测量区域之外，其三位于线性磁长测量区边界 162以内。
[0098] 实施例八
[0099] 图55, 56和57为线性磁阻传感器10的结构图，图55中为全桥结构1101，包含四 个磁阻传感器单元Rl，R2, R4和R5,其中，R2和R4为参考单元，而Rl，R5为敏感单元，且具 有相同的敏感轴方向。图56为半桥结构1102,包括Rl，R2两个磁阻单元，其中R2为参考 单元，R1为敏感单元，信号通过半桥中间输出。图57为推挽式全桥结构1103,同一桥臂中 相邻的两个磁阻传感器单元R6, R7及R8, R9具有相反的磁场敏感轴方向，且两个桥臂中的 相对的两个磁阻传感器R6, R8及R7, R9具有相反磁场敏感轴向方向。其中，磁阻传感器单 元可以为Hall，AMR，GMR或者TMR传感器中的一种，此外，线性磁阻传感器10的全桥结构 1101，半桥结构1102及推挽式结构1103可以为磁场敏感方向沿X、Y或Z方向的线性磁阻 传感器结构。
[0100] 实施例九
[0101] 本发明实施例还提供了一种磁阻音频采集器，具体的，在音频采集器中设置控制 电路，以对各所述轴向线性磁阻传感器单元是否位于所述测量面上的线性磁场测量区进行 检测，并在检测到轴向线性磁阻传感器单元处于线性磁场工作区时，输出多路控制信号进 行如下部分或全部操作，如控制所检测的轴向线性磁阻传感器单元切换为直流电源供电、 开通所述交流放大器的电源、开通所述放大器的电源、开通所述信号处理电路的电源，开 通磁标记信号；在检测到轴向线性磁阻传感器不处于所述线性磁场工作区时，输出多路控 制信号分别控制如下部分或全部操作，如将所检测的轴向线性磁阻传感器单元切换为脉冲 电源供电、断开所述交流放大器的电源、断开所述放大器的电源、断开所述信号处理电路的 电源，断开所述磁标记信号。
[0102] 图58,59分别为两种不同控制电路类型即直流输出类型和磁开关类型的单轴向 音频采集器的电路系统示意图，其可以为单轴线性磁阻传感器智能音频采集器系统的电路 图，也可以为双轴或三轴线性磁阻传感器音频采集系统中的各轴向线性磁阻传感器的电路 图，其中双轴、三轴线性磁阻传感器为多个轴向线性磁阻传感器单元的分立元件组合或集 成多个轴向线性磁阻传感器单元的单芯片元件，需要指出的是，对于单轴、双轴或三轴线性 磁阻传感器，所对应的每个轴向方向，都可以包含至少一个同轴向的线性磁阻传感器单元。
[0103] 图58和图59都包括音频采集电路和控制电路两个部分，其中音频采集电路包括， 单向线性磁阻传感器单元1206,耦合电容1207,前置/差分交流放大器1208,前置/求和放 大器1209,信号处理电路1210。单向线性磁阻传感器1206的信号输出端经耦合电容1207 去掉直流输出信号，得到的为交流输出信号，如1206为半桥结构1102,则其单端信号输出 端与前置放大器1209进行放大，如果1206为1101全桥结构或1103推挽式结构，则两个信 号输出端分别通过耦合电容1207连接到差分放大器1208的两个输入端，前置/差分交流 放大器1208的输出信号端连接到前置/求和放大器1209的输入端，对于单向线性磁阻传 感器1206为单轴线性磁阻传感器音频采集系统，则1208直接连接到前置放大器1209的输 入端，如果1206为双轴或三轴线性磁阻传感器的某一轴向线性磁阻传感器，则1208连接 到求和放大器1209的一个输入端，前置/求和放大器1209的信号输出端经信号处理电路 1210之后输出音频信号。
[0104] 其中控制电路分为两种类型，其一为图58所示的直流输出类型，其二为59所示 的磁开关类型，图58包括滤波器1212,前置/差分放大器1213,比较器1214以及控制器 1204。如果1206为半桥结构1102,则其单端信号输出端经过滤波器1212连接到前置放大 器1213得到直流输出信号，而后经比较器1214的参考电压信号进行比较，参考电压对应为 1206的线性磁场特征区界限，比较器输出逻辑信号1/0对应于判断其所检测的单向线性磁 阻传感器1206是/否在线性磁场特征区域之内，逻辑信号输入到控制器1204,控制器输出 信号控制单向线性磁阻传感器1206的直流电源/脉冲电源的切换、以及交流前置/差分放 大器1208电源的通断、前置/求和放大器1209以及信号处理电路1210电源的通断，磁标 志信号的通/断。
[0105] 图59包括，单向磁开关传感器1304,其敏感方向与所检测的单向线性磁阻传感器 单元1206 -致，且单向磁开关传感器为全极开关，所对应的磁场输出特征曲线如图60所 示，其所对应的操作磁场和回复磁场分别为各向线性磁阻传感器单元的线性磁场和饱和磁 场极限值，经过比较器1305的参考电压对应为磁开关传感器的输出特征电压，从而判断所 检测的单向线性磁阻传感器单元1206是否处于轴向工作区之内转变成逻辑信号1/0,输入 到控制器1204中，控制器输出信号控制单向线性磁阻传感器单元1206的直流电源/脉冲 电源的切换、以及交流前置/差分放大器1208电源的通断、前置/求和放大器1209以及信 号处理电路1210电源的通断，磁标志信号的通/断。磁开关传感器可以为单轴、双轴、或三 轴磁开关传感器，且双轴、三轴磁开关传感器为多个轴向磁开关传感器单元的分立元件组 合或集成多个轴向磁开关传感器单元的单芯片元件；各轴向磁开关传感器单元为X、Y或Z 轴磁开关传感器；
[0106] 单轴线性磁阻传感器位于对应轴向线性磁阻传感器所对应的轴向工作区内。双 轴、三轴线性磁阻传感器位于各轴向线性磁阻传感器单元所对应的各轴向工作区的交集 内，也可以各轴向工作区的并集内。位于交集时，多个轴向线性磁阻传感器同时传递音频信 号，因此输出音频信号为各个线性磁阻传感器音频信号之和，而在并集内时，控制电路判断 各轴向线性磁阻传感器是否处于轴向工作区，并对处于轴向工作区的线性磁阻传感器进行 开通，这样可以拓展测量面工作范围。
[0107] 为了便于简化描述二轴、三轴线性磁阻传感器的音频采集系统的电路结构，图58 和图59中将音频采集电路和控制电路分成两个框图结构，其中图58所对应的两个框图对 应为1300和1350,图59所对应的两个框图为1400和1350,其中1350为两种结构的共同 部分，此外，对应控制器及其和单向线性磁阻传感器的脉冲电源/直流电源，以及交流前置 /差分信号放大器电源，前置/求和放大器电源也为共同部分。
[0108] 图63为图58或59所对应的单轴线性磁阻传感器音频采集器的控制器逻辑信号 输入和输出图。控制器输入端为1218,输出端为1219、1220、1221、1222及1223,当1218为 0时，即控制电路监测到单向线性磁阻传感器没有处于线性工作区域，此时，1220为1，即仍 旧为脉冲电源供电，此时1221，1222,1223及1219都为0,交流前置/差分放大器电源电路、 前置/差分放大器电源、信号处理电路电源都断开，反之，当1218为1时，即控制电路监测 到单向线性磁阻传感器处于线性工作区域，此时，1220为0,即此时切换为直流电源供电， 此时1221，1222,1223及1219都为1，此时交流前置/差分放大器电源电路、前置/差分放 大器电源、信号处理电路电源1708,1710都开通，音频信号输出。单轴线性磁阻传感器音频 采集系统控制器输入端有两种组合，输出端有两位，也有两种组合。
[0109] 实施例十
[0110] 借助于图58和59所示的框图结构，图61为对应双轴线性磁阻传感器的音频采集 系统图。除了外围电路如脉冲电源电路1200,直流电源电路1201，交流前置/差分放大器 电源电路1202,前置/求和放大器电源电路1203以及控制器1204之外，还包括框图1350， 框图1500和1600,三个部分，其中1500或1600分别表示双轴线性磁阻传感器所对应的两 个单向线性磁阻传感器的音频采集电路及控制电路根据图58和图59中的框图结构，1500 和1600可以具有1300或1400的结构，且1500和1600所对应的交流前置/差分放大器 的输出信号端1520和1521与1350中的求和放大器1209相连，对于二轴线性磁阻传感器， 需要使用求和放大器1209来对各轴向线性磁阻传感器1500和1600的输出信号进行求和。 此外，1500和1600中的控制电路部分所产生的2个逻辑信号分别输入到控制器的输入端， 控制器输出的控制信号分别控制1500和1600所对应轴向线性磁阻传感器的直流电源/脉 冲电源的切换，各轴向线性磁阻传感器的交流前置/差分放大器电源、求和放大器及信号 处理电路电源的通断。
[0111] 图64为图60所对应的双轴线性磁阻传感器音频采集器的控制器输入输出逻辑信 号图。控制电路输入端为1518及1519,控制电路输出端为1501，1502,1503,1504,1505， 1506,1507及1509,当1518及1519输入端共有2位，4种组合，输出端有5位，4种组合。
[0112] 实施例i^一
[0113] 图61为对应三轴线性磁阻传感器的音频采集系统图，同样采用图58和59所对应 的框图结构进行表征，1700,1800和1900分别表征每一轴向线性磁阻传感器所对应的音频 采集电路以及控制电路的框图，1700,1800和1900可以采用1300或1400框图中的一种，即 既可以采用直流输出控制方式，也可以采用磁开关控制方式，1700,1800和1900中的每一 个轴向线性磁阻传感器音频采集电路中的交流前置/差分放大器的输入端连接1350中的 求和放大器，并经信号处理电路输出音频信号，而1700,1800和1900中监测各向线性磁阻 传感器是否工作在线性区的控制电路的3个逻辑信号分别输入到控制器1209的输入端，控 制器1209的输出控制信号，分别控制1700,1800和1900中的各向线性磁阻传感器的直流 电源/脉冲电源的切换、对应交流前置/差分放大器的电源，求和放大器电源及信号处理电 路电源的通断。
[0114] 图65为图61所对应的三轴线性磁阻传感器音频采集器的控制器逻辑信号输入输 出图。控制器输入端为1811，1812及1813,控制器输出端为1701，1702,1703,1704,1705， 1706,1707,1708,1709,1710及1713。输入端共有8种组合，输出端有7位8种组合。
[0115] 综上，本发明提供了一种磁电阻音频采集器，用于将扬声器的电磁信号转变成音 频信号，所述扬声器有音圈表面的测量面，所述测量面上有轴向工作区；所述轴向工作区为 所述测量面上的线性磁场测量区、交流磁场测量区和信噪比测量区形成的交集，其特征在 于，包括音频采集电路，所述音频采集电路包括至少一个线性磁阻传感器、耦合电容、交流 放大器、放大器以及信号处理电路；所述线性磁阻传感器包括至少一个感应来自所述线性 磁场测量区的信号的轴向线性磁阻传感器单元。
[0116] 需要说明的是，当各所述轴向线性磁阻传感器单元位于所述测量面上的线性磁场 测量区上的交流磁场非测量区时，测量不到相关信号，因此此时不会输出信号。
[0117] 优选地，各所述轴向线性磁阻传感器单元均具有独立电源输入端及信号输出端， 各所述轴向线性磁阻传感器单元的信号输出端分别通过所述耦合电容连接所述交流放大 器以输出交流信号，而后连接到所述放大器合成为一个信号，并经所述信号处理电路输出 音频信号。
[0118] 优选地，还包括用于检测各所述轴向线性磁阻传感器单元是否位于所述测量面上 的线性磁场测量区控制电路，所述控制电路为磁开关类型控制电路或直流输出类型控制电 路或两者。
[0119] 优选地，所述磁开关类型控制电路，包括具有至少一个轴向磁开关传感器单元的 磁开关传感器、比较器和控制器，所述轴向磁开关传感器单元与所检测的轴向线性磁阻传 感器单元具有相同的敏感轴向；所述直流输出类型控制电路，包括滤波器、前置/差分放大 器、比较器和控制器，所检测的各所述轴向线性磁阻传感器单元的信号输出端通过所述滤 波器连接到放大器得到直流输出信号，所述直流输出信号与所述比较器的参考电压比较， 得到比较信号，所述比较器将所述比较信号输入到所述控制器中，以便所述控制器根据所 述比较信号控制所述音频采集电路。
[0120] 优选地，还包括输出多路控制信号分别控制所检测的轴向线性磁阻传感器单元切 换为直流电源供电或脉冲电源供电、并开通或断开所述交流放大器的电源、所述放大器的 电源、所述信号处理电路的电源，磁标记信号的任一项或几项。
【权利要求】
1. 一种磁电阻音频米集器，用于将扬声器的电磁信号转变成音频信号，所述扬声器有 音圈表面的测量面，所述测量面上有轴向工作区；所述轴向工作区为所述测量面上的线性 磁场测量区、交流磁场测量区和信噪比测量区形成的交集，其特征在于，包括音频采集电 路，所述音频采集电路包括至少一个线性磁阻传感器、耦合电容、交流放大器、放大器以及 信号处理电路；所述线性磁阻传感器包括至少一个感应来自所述线性磁场测量区的信号的 轴向线性磁阻传感器单元；各所述轴向线性磁阻传感器单元均具有独立电源输入端及信号 输出端，各所述轴向线性磁阻传感器单元的信号输出端分别通过所述耦合电容连接所述交 流放大器以输出交流信号，而后连接到所述放大器合成为一个信号，并经所述信号处理电 路输出音频信号。
2. 根据权利要求1所述的磁电阻音频采集器，其特征在于，还包括用于检测各所述轴 向线性磁阻传感器单元是否位于所述测量面上的线性磁场测量区控制电路，所述控制电路 为磁开关类型控制电路或直流输出类型控制电路或两者。
3. 根据权利要求2所述的磁电阻音频采集器，其特征在于，所述磁开关类型控制电路， 包括具有至少一个轴向磁开关传感器单元的磁开关传感器、比较器和控制器，所述轴向磁 开关传感器单元与所检测的轴向线性磁阻传感器单元具有相同的敏感轴向，用于检测所述 测量面上所述敏感轴向的磁场，所述轴向磁开关传感器单元的信号输出端与所述比较器相 连，所述比较器将所述轴向磁开关传感器单元检测的轴向线性磁阻传感器单元的信号与所 述比较器存储的参考电压比较，得到比较信号，并将所述比较信号输入到所述控制器中，以 便所述控制器根据所述比较信号控制所述音频采集电路；所述直流输出类型控制电路，包 括滤波器、前置/差分放大器、比较器和控制器，所检测的各所述轴向线性磁阻传感器单元 的信号输出端通过所述滤波器连接到放大器得到直流输出信号，所述直流输出信号与所述 比较器的参考电压比较，得到比较信号，所述比较器将所述比较信号输入到所述控制器中， 以便所述控制器根据所述比较信号控制所述音频采集电路。
4. 根据权利要求3所述的磁电阻音频采集器，其特征在于，所述磁开关传感器为至少 两个轴向磁开关传感器单元的分立元件的组合或集成至少两个轴向磁开关传感器单元的 单芯片元件。
5. 根据权利要求3所述的磁电阻音频采集器，其特征在于，各所述轴向磁开关传感器 单元为X、Y或Z轴磁开关传感器。
6. 根据权利要求3所述的磁电阻音频采集器，其特征在于，各所述的轴向开关传感器 单元为全极类型的磁开关传感器。
7. 根据权利要求3所述的磁电阻音频采集器，其特征在于，所述轴向线性磁阻传感器 单元为半桥结构，所述轴向线性磁阻传感器单元的信号输出端通过滤波器连接到前置放大 器； 或. 所述轴向线性磁阻传感器单元为全桥结构，所述轴向线性磁阻传感器单元的两个信号 输出端分别通过滤波器连接到差分放大器。
8. 根据权利要求2所述的磁电阻音频采集器，其特征在于，各所述轴向线性磁阻传感 器单元的线性磁场上下限和饱和磁场上下限为各所述的轴向开关传感器单元的操作磁场 和回复磁场的取值或直流电压类型控制电路的比较器的参考信号。
9. 根据权利要求1所述的磁电阻音频采集器，其特征在于，所述控制电路还用于输出 多路控制信号分别控制所检测的轴向线性磁阻传感器单元切换为直流电源供电或脉冲电 源供电、并开通或断开所述交流放大器的电源、所述放大器的电源、所述信号处理电路的电 源，磁标记信号的任一项或几项。
10. 根据权利要求1所述的磁电阻音频采集器，其特征在于，所述线性磁阻传感器为至 少两个轴向线性磁阻传感器单元的分立元件的组合或集成至少两个轴向线性磁阻传感器 单元的单芯片元件。
11. 根据权利要求1所述的磁电阻音频采集器，其特征在于，各所述轴向线性磁阻传感 器单元为x、Y或Z轴传感器。
12. 根据权利要求1所述的磁电阻音频采集器，其特征在于，所述轴向线性磁阻传感器 单元为半桥结构，所述轴向线性磁阻传感器单元的信号输出端通过所述耦合电容连接到前 置交流放大器； 或. 所述轴向线性磁阻传感器单元为全桥结构，所述轴向线性磁阻传感器单元的两个信号 输出端分别通过耦合电容连接到差分交流放大器。
13. 根据权利要求1所述的磁电阻音频采集器，其特征在于，至少一个单轴线性磁阻传 感器、双轴、三轴线性磁阻传感器分别各自位于所对应的各轴向线性磁阻传感器单元的轴 向工作区的交集或并集内。
14. 根据权利要求1所述的磁电阻音频采集器，其特征在于，所述线性磁阻传感器为 AMR，Hall，GMR，TMR传感器中的一种。
15. 根据权利要求14所述的磁电阻音频采集器，其特征在于，所述测量面位于距离扬 声器音圈表面〇-l〇mm的范围内。
16. 根据权利要求1所述的磁电阻音频采集器，其特征在于，所述轴向线性磁阻传感器 单元的敏感轴方向垂直或者平行于所述测量面。
17. 根据权利要求1所述的磁电阻音频采集器，所述线性磁阻传感器位于平行于所述 扬声器音圈表面的测量面上，至少一个所述轴向线性磁阻传感器单元位于所述测量面上的 线性磁场测量区。
18. 根据权利要求1所述的磁电阻音频采集器，其特征在于，各所述轴向线性磁阻传感 器单元位于所述测量面上的所对应的轴向工作区；所述测量面上，所述永磁磁路的轴向直 流磁场的线性磁场测量区、非线性磁场测量区和饱和磁场测量区分别对应各所述轴向线性 磁阻传感器单元的线性磁场特征区、非线性磁场特征区和饱和磁场特征区；所述测量面上， 所述扬声器音圈产生的各轴向交流磁场幅度大于lmG的区域为交流磁场测量区，小于lmG 的区域为交流磁场非测量区；所述测量面上，频带为15kHz时，各所述轴向线性磁阻传感器 单元输出交流音频信号与热噪声的信噪比大于1为信噪比测量区，小于1为信噪比非测量 区。
19. 根据权利要求1所述的磁电阻音频采集器，其特征在于，所述音频采集器适用于具 有圆形、跑道形、矩形音圈的扬声器。
20. 根据权利要求1所述的磁电阻音频采集器，其特征在于，所述音频采集器适用于外 磁式或内磁式扬声器。
【文档编号】H04R23/00GK104219613SQ201410106348
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年3月20日 优先权日:2014年3月20日
【发明者】周志敏, 詹姆斯·G·迪克, 郭海平 申请人:江苏多维科技有限公司