CN104737555A - 耳机电源管理 - Google Patents

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Abstract

一种用于降噪耳机的功率管理系统和方法。功率管理系统基于可用于降噪耳机的电源的特性对降噪耳机的操作进行调节。

Description

耳机电源管理
背景技术
本说明书描述一种用于降噪耳机的功率管理系统。功率管理系统特别涉及到军用耳机。军用耳机被设计为服务于若干目的。它们在嘈杂环境中提供噪声衰减。噪声衰减通常包括无源衰减，其中噪声在进入耳道之前被衰减；并且可以包括有源噪声衰减，其中耳机中的声学驱动器辐射降低噪声的声波。军用耳机还用作用于无线地或者通过物理线缆传送的电子通信的消息的通信耳机，上述物理线缆被插入到诸如对讲机系统和便携式无线电之类的通信设备中。并且此外，军用耳机可以提供“对讲(talk through)”能力，从而用户能够听到声学地传送的通信，例如附近的人的讲话。有源噪声衰减、电子通信的音频信号的再现以及对讲功能可能要求电功率用于放大和信号处理。功率可能来自至少两个来源。一个电源可以是被包括在耳机中或者被附接到耳机的电池。第二电源可以是军用耳机可以可拆除地与之耦合的设备。军用耳机可以可拆除地与之耦合的设备包括由蓄电池供电的设备、由通过机电换能器(例如由车辆发动机驱动的发电机)充电的电池供电的设备。
发明内容
在一个方面，一种用于操作降噪耳机的方法，包括：确定来自具有附接的充电电源的外部电池的电功率是否可用，并且如果来自具有附接的充电电源的外部电池的电功率可用，则利用来自具有外部充电电源的电池的功率对通信电路、对讲电路和ANR电路进行操作；如果来自具有附接的充电电源的外部电池的电功率不可用，则确定来自没有附接的充电电源的外部电池的电功率是否可用，并且如果来自没有附接的充电电源的外部电池的电功率可用，则利用来自没有外部充电电源的电池的功率对通信电路、对讲电路和ANR电路进行操作；如果来自没有附接的充电电源的外部电池的电功率不可用，则确定来自内部电池的高于阈值水平的电功率是否可用，并且如果来自内部电池的高于阈值水平的电功率可用，则利用来自内部电池的功率对通信电路、对讲电路和ANR电路进行操作；并且如果高于阈值水平的电功率不可用，则以无供电方式对通信电路和对讲电路进行操作并且禁用ANR电路。如果来自具有外部充电电源的电池的电功率可用，则该方法可以包括以第一增益水平对ANR电路进行操作，并且如果来自具有外部充电电源的电池的电功率不可用并且来自没有外部充电电源的电池的电功率可用，则该方法可以包括以低于第一增益水平的第二增益水平对ANR电路进行操作。无论电池接通(on)/关断(off)开关的位置如何，都可以执行上述确定和操作的操作。利用来自没有外部充电电源的电池的功率对ANR电路进行操作可以包括以第一增益水平对ANR电路进行操作，并且利用来自内部电池的功率对ANR电路进行操作可以包括以高于第一增益水平的第二增益水平对ANR电路进行操作。没有外部充电电源的电池可以以第一电压提供电功率，并且内部电池可以以低于第一电压的第二电压提供电功率。
在另一方面，一种降噪耳机，包括：第一确定和操作电路，用于确定来自具有附接的充电电源的外部电池的电功率是否可用，并且如果来自具有附接的充电电源的外部电池的电功率可用，则用于利用来自具有外部充电电源的电池的功率对通信电路、对讲电路和ANR电路进行操作；第二确定和操作电路，用于在来自具有附接的充电电源的外部电池的电功率不可用的情况下确定来自没有附接的充电电源的外部电池的电功率是否可用，并且如果来自没有附接的充电电源的外部电池的电功率可用，则用于利用来自没有外部充电电源的电池的功率对通信电路、对讲电路和ANR电路进行操作；第三确定和操作电路，用于在来自没有附接的充电电源的外部电池的电功率不可用的情况下确定来自内部电池电源的高于阈值水平的电功率是否可用，并且如果来自内部电池电源的高于阈值水平的电功率可用，则用于利用来自具有内部电池的电池的功率对通信电路、对讲电路和ANR电路进行操作；以及电路，用于在高于阈值水平的电功率不可用的情况下以无供电方式对通信电路和对讲电路进行操作并且用于禁用ANR电路。第一确定和操作电路可以包括用于以第一增益水平对ANR电路进行操作的电路；并且第二确定和操作电路可以包括用于以低于第一增益水平的第二增益水平对ANR电路进行操作的电路。用于利用来自没有外部充电电源的外部电池的功率对ANR电路进行操作的电路可以包括以第一增益水平对ANR电路进行操作；并且用于利用来自内部电池的功率对ANR电路进行操作的电路可以包括以高于第一增益水平的第二增益水平对ANR电路进行操作。没有附接的充电电源的外部电池可以以第一电压提供功率，并且内部电池可以以低于第一电压的第二电压提供功率。降噪耳机可以包括悬挂式麦克风(boommicrophone)并且耳机可以包括用于指示悬挂式麦克风是否需要偏压的电路。
在另一方面，一种用于降噪耳机的功率管理系统，包括：外部接收电路，用于从多个外部电源之一接收功率；内部接收电路，用于从内部电池接收功率；选择电路，用于排他性地选择从用于从外部电源或内部电池接收功率的电路之一接收电功率；以及增益控制电路，响应于选择电路以用于控制有源降噪电路的增益。与选择电路选择从外部电源接收功率的情况相比，增益控制电路可以在选择电路选择从内部电池接收功率的情况下使增益更高。外部接收电路可以包括确定电路，确定电路用于确定外部电源是否包括电池充电器，并且与外部电源不包括电池充电器的情况相比，增益控制电路可以在外部电源包括电池充电器的情况下使增益更高。外部接收电路可以包括电压调节器，电压调节器用于在外部电源包括电池充电器的情况下将电压修改至一个水平，并且在外部电源不包括电池充电器的情况下将电压修改至不同水平，并且增益控制电路可以包括第一比较器，第一比较器用于将电压调节器的输出电压与预定值进行比较。外部接收电路可以包括第二比较器和第三比较器，第二比较器和第三比较器用于将来自多个外部电源之一的功率的电压与预定电压值进行比较。用于从多个外部电源接收功率的电路可以包括第一比较器和第二比较器，第一比较器和第二比较器用于确定从多个外部电源之一接收的电压；并且用于控制有源降噪电路的增益的电路可以包括响应于第一比较器和第二比较器的输出的逻辑元件。第一比较器和第二比较器之一可以是反相比较器。逻辑门可以是与非(NAND)门。外部功率接收电路可以包括第一比较器和第二比较器，第一比较器和第二比较器用于将来自一个外部电源的功率的电压与预定值进行比较。用于接收功率的电路可以包括被耦合至第一比较器或第二比较器之一的反相器。
其它的特征、目标和优势将在结合下列附图阅读时从下列详细描述中变得显而易见，其中：
附图说明
图1是降噪耳机的框图；
图2是具有一些相关联电源的图1的降噪耳机的元件的框图；
图3-7是处于各种电源条件下的图1的降噪耳机的框图；
图8是图1的元件的框图；
图9A-9E是处于各种电源条件下的图1的降噪耳机的元件的框图；
图10A-10E是处于各种电源条件下的图1的降噪耳机的元件的框图；以及
图11是图1的降噪耳机的元件的框图。
具体实施方式
虽然附图的若干视图的元件可以在框图中被示出并且描述为离散元件并且可以被称作“电路”(除非以其它方式有所指示)，但是该元件可以被实施为模拟电路、数字电路或者执行软件指令的一个或多个微处理器之一或者它们的组合。软件指令可以包括数字信号处理(DSP)指令。运算可以由模拟电路或者执行软件的微处理器来执行，上述软件执行模拟运算的数学或逻辑等同形式。除非以其它方式有所指示，否则信号线路可以被实施为模拟或数字线路，利用适当信号处理以对单独的音频信号流进行处理的单一离散数字信号线路，或者被实施为无线通信系统的元件。一些过程可以用框图进行描述。在每个框中执行的活动可以由一个元件或多个元件来实施并且可以是在时间上独立的。执行框中的活动的元件可以是在物理上分离的。除非以其它方式有所指示，否则音频信号可以以数字或模拟形式被编码和传送；常规的数模转换器或模数转换器可以从图中省略。一些附图可以包括诸如决策框、比较器或逻辑门之类的逻辑元件。逻辑元件的输出可以被指示为“0”(其对应于“否”或“低”或“开路”)或者“1”(其对应于“是”或“高”或“闭路”)。
图1是降噪耳机10的耳罩的框图。图1示出了功能关系而没有示出物理外观。在一些耳机中，一些模块的物理实施方式可以不处于耳罩中。耳机10包括用于由物理线缆传输的音频信号的端口(例如，端子12)，并且还可以包括用于无线传输的音频信号的无线接收器/传送器14。端子12和无线接收器/传送器14像悬挂式麦克风18那样被操作地耦合至通信信号处理模块16。耳机还可以具有被操作地耦合至对讲信号处理模块22的对讲麦克风20。耳机还可以包括有源降噪(ANR)处理元件，其包括被声学地耦合至用户耳道的ANR反馈麦克风24以及ANR信号处理模块26和前馈麦克风28。耳机可以进一步包括由无源衰减模块30表示的无源衰减元件，并且还可以包括被操作地耦合至信号处理模块16、22和26的信号组合器32。信号组合器32通过输出信号处理模块36被操作地耦合至声学驱动器34。声学驱动器34通过声学组合器38被声学地耦合至耳道。
在操作中，音频信号通过端子12和无线接收器14进入耳机10，并且由通信信号处理模块16进行处理。此外，用户所讲出的声音可以被悬挂式麦克风18转换为音频信号，并且可以由通信信号处理模块处理并且通过端子12或无线接收器/传送器14传送出去或者可以被处理并且与呼入的通信信号混合。由通信信号处理模块16施加的处理可以包括均衡化、放大、衰减、时移或相移或二者、滤波和缓冲。声学通信被对讲麦克风28转换为音频信号。并且音频信号由对讲处理模块22进行处理，这可以包括均衡化、放大、时移或相移或二者、滤波和处理以从音频信号中去除不期望出现的噪声。ANR反馈麦克风24将用户耳道中或附近的声音转换为音频信号，音频信号由ANR信号处理模块26进行处理以提供噪声消除的信号。来自信号处理模块16、22和26的输出信号在信号组合器32处被组合(这可以包括选择对讲信号、ANR信号或通信信号中的一个或多个并且排除其它音频信号)。信号组合器32的输出可以由输出信号处理器36进行处理。由输出信号处理模块16施加的处理可以包括均衡化以针对声学驱动器34的频率响应进行校正、放大等。输出信号处理器36的输出被声学驱动器34转换为声能。由声学驱动器23辐射的声能与已经被无源降噪模块30衰减并且已经进入耳机耳罩的环境噪声进行组合(如声学组合器38所表示的)，并且经组合的辐射进入耳道。反馈麦克风24将耳道处的声能转换为音频信号，音频信号由ANR信号处理器26进行处理以提供消除环境噪声的音频信号。ANR信号处理器26还可以包括前馈ANR电路，其响应于来自前馈麦克风28的输入以对反馈ANR进行补充。
图1的个体元件可以是常规的。ANR信号处理电路26可以是例如如美国专利4,494,074中所描述的反馈电路，并且可以补充以例如如美国专利8,184,822中所描述的前馈降噪电路。
信号处理模块16、22、26和36需要电功率进行完全操作。用于耳机10的一种实施方式的可用电源在图2中进行了描述。根据图2，可以在内部或外部提供功率。内部提供的功率可以来自内部蓄电池40。外部提供的功率可以来自未被耦合至充电设备的外部电耦合设备44的蓄电池42，或者来自具有电耦合设备中的充电电源48的可再充电电池46。通常，内部蓄电池40提供例如高达3.0VDC的电压。蓄电池40可以通过电池接通/关断开关51被耦合至其它元件，电池接通/关断开关51在耳机未使用时可以被关断以使得电池不会漏电。电耦合设备44的蓄电池42可以提供例如5VDC的较高电压，但是其容量可能在电耦合设备和耳机以及其它设备之间共享，因此提供给耳机的功率可能是有限的，从而向耳机和其它设备提供功率与所期望的相比不会更快地耗尽所附接设备的蓄电池42的电荷。这样的电源可以被称作“有限”外部电源。具有充电电源48的充电蓄电池46(例如由交流发电机或车辆发动机驱动的发电机进行充电的电池)能够保持充足的电荷，从而相对于耳机的功率需求而言，该功率基本上是无限的，并且耳机的所有功能都能够满负荷操作而不会耗尽电池。这样的电源将被称作“无限”外部电源。由于内部蓄电池仅向耳机提供功率而不向任何其它设备提供功率，所以其可以提供充足功率而使得耳机的全部功能都满负荷操作直至内部电池被耗尽。
耳机10包括信号处理功率管理和分配逻辑52，用于选择电源并且管理功率并将其分配至信号处理模块16、22、26和36(并且如果需要，分配至无线接收器/传送器14)。如以下将要描述的，被分配至信号处理模块的功率可能不足以以满负荷对所有信号处理模块进行操作。
耳机的功率管理和分配系统可以限制或排除信号处理模块16、22、26和36的操作以避免过快地耗尽电源。在这些处理模块中，ANR处理电路通常消耗最多功率。
在一种用于操作功率管理和分配逻辑52的方法中，确定输入电压。如果输入电压高于第一预定水平，则耳机可以以全部功能进行操作。如果输入电压低于第一预定水平但是高于第二预定水平，则耳机可以以缩减的功能进行操作，等等。如果输入电压低于预定最低水平，则耳机可以无源地操作。
用于操作功率管理和分配逻辑52的其它方法可以使用检测输入电压以外的方法来确定或推断外部电源的存在和/或特性。例如，一些连接器可以被配置为仅与提供无限外部电源的设备相配合，或者可以机械地确定或推断外部电源的存在和/或特性。此外，如以下所描述的，除了可用电压之外或者作为其替代，更复杂的功率管理技术可以基于电源是有限的还是无限的来配置功能。
图3图示了耳机在其未被电耦合至具有蓄电池的设备或者具有充电电池和充电电源的设备而且在内部电池不存在或被耗尽(例如，标称的3VDC电池或者电池组合提供小于1.8VDC)的情况下或者在开关51(或者耳机接通/关断开关)处于“关断”位置的情况下的操作。在图3的配置中，ANR信号处理模块未被供电或者被禁用或者上述二者，并且不产生噪声消除的输出信号。通信信号处理模块16、对讲信号处理模块22和输出信号处理模块26未被供电或者被禁用或者上述二者。可以从线缆端子接收的音频信号可以通过绕过通信信号处理模块16和输出信号处理模块36直接重新指向声学驱动器34而在不被通信信号处理模块16或输出信号处理模块36处理的情况下传送至声学驱动器34，或者通过未供电的通信信号处理模块16和输出信号处理模块36进行传送而使得通信信号不以任何其它方式被通信信号处理模块16或输出信号处理模块36有源地均衡化、放大或处理。在一种配置中，用户将听到未被放大的、未被均衡化的、经转换的通信信号以及经无源衰减的环境噪声和声学地传送的通信。由于通信信号未被均衡化，所以转换的信号可能具有不期望的频率响应并且听上去可能不自然。而且，由于通信信号未被放大以及由于ANR信号处理26未工作，所以可能难以在嘈杂环境中听到转换的通信信号。在其中声学地传送的通信导致来自对讲麦克风20的音频信号过弱而无法被放大至能够听到的水平的实施方式中，声学地传送的通信被无源地衰减，声学地传送的通信可能难以听到。在该配置中未使用40mA的电流吸收器54并且将在下文进行解释。
图4图示了电池未被耗尽(例如，提供1.8VDC或更高的标称3VDC电池或电池组合)并且“接通/关断”或“电池接通/关断”开关处于“接通”位置并且没有外部功率可用的耳机的操作。在图4的配置中，ANR信号处理模块26被充分供电以提供完整的ANR能力。对讲信号处理模块22和通信信号处理模块16可以被完全供电。在该配置中，用户将听到经放大的、被均衡化的转换通信和对讲信号。由于转换通信和对讲信号被均衡化，所以它们听上去将比图3的条件下更自然。由于转换通信和对讲信号可以被放大，并且由于ANR信号处理模块26满负荷操作，所以转换的通信信号和转换的对讲信号比图3的条件下更清楚并且能够在适度嘈杂的环境中被辨别。例如，对讲能力可能是充分的而使得用户能够在不取下耳机的情况下听到对话水平的话音。
图5图示了具有有限(如这里所定义的)外部电源的耳机的操作，上述有限外部电源诸如由未附接至充电电源的蓄电池供电的附接的便携式无线电。对讲信号处理模块22和通信信号处理模块16可以被完全供电。在该配置中，用户将听到经放大和均衡化的、转换的通信和对讲信号。由于转换的通信和对讲信号被均衡化，所以它们听上去将比图3的配置更自然。由于转换的通信和对讲信号被放大，并且由于ANR信号处理模块26被至少部分使能，所以转换的通信信号和转换的对讲信号比图3的配置中的更清楚并且能够在适度嘈杂的环境中被辨别。例如，对讲能力可能是充分的而使得用户能够在不取下耳机的情况下听到对话水平的话音。便携式无线电提供至外部设备的功率可能是有限的，从而耳机的操作可以被修改而使得耳机不会比所期望的更快地耗尽无线电电池。例如，ANR可以以缩减的增益进行操作。图5的配置图示了如下条件：其中利用比图4的配置中更高的可用电压范围，耳机具有较少功能。在实践中，这通常并非是不利的，因为军用耳机并非经常在非常嘈杂的环境中由有限外部电压源供电。通常，当军用耳机在诸如操作军用车辆的车厢之类的非常嘈杂的环境中被使用时，诸如对讲系统之类的无限外部电源是可用的。
图6图示了未被配置为随驻极体麦克风和动态麦克风两者一起操作的具有无限外部电源的耳机的操作，诸如由被附接至诸如车辆发动机交变发电机或发电机之类的充电电源的可再充电电池供电的一些车辆对讲系统。对讲信号处理模块22和通信信号处理模块16被完全供电。在该配置中，用户将听到经放大和均衡化的、转换的通信和对讲信号。由于转换的通信和对讲信号被均衡化，所以它们听上去将比图3的配置更自然。由于转换的通信和对讲信号被放大，并且由于ANR信号处理模块26被完全使能，所以转换的通信信号和转换的对讲信号比之前配置中更清楚，能够在非常嘈杂的环境中(例如在发动机在运行的军用车辆内部)被辨别。在图6的条件下，40mA的电流吸收器是不操作的。
图7图示了被配置为随驻极体麦克风或动态麦克风一起操作的具有无限外部电源的耳机的操作，诸如VIC类型的对讲系统。除了耳机可以具有电流吸收器54而使得耳机拉动恒定为40mA或更大的电流以向对讲系统指示悬挂式麦克风为驻极体类型的麦克风之外，图7的配置的操作与图6的配置的操作类似。一些对讲系统被设计为利用驻极体麦克风信号和动态麦克风信号两者进行操作。驻极体麦克风信号通常要求电流受限的偏压被施加于麦克风信号端子，而动态麦克风信号则不要求偏压。如果耳机消耗小于40mA(除了可能的偶发尖峰之外)，则对讲机会将其自身配置为利用与150ohm动态麦克风相关联的音频信号水平进行操作。在这种情况下，对讲机对悬挂式麦克风信号路径应用+24dB的增益。如果耳机消耗40mA或更大，则对讲机将其自身配置为利用与驻极体麦克风相关联的音频信号水平进行操作。在这种情况下，对讲机旁路掉+24dB的增益。除了确保来自对讲机的呼入信号处于适当水平之外，该特征还促成了耳机在其未被电耦合至具有蓄电池的设备或者具有充电电池和充电电源的设备以及在内部电池不存在或者被耗尽的情况下的操作。在这种条件下，电流吸收器和ANR电路是无效的，从而对讲机检测到小于40mA的耳机消耗并且应用+24dB的增益。
电池接通/关断开关51未在图3-7中示出，因为如图3的配置那样，电池接通/关断开关51的状态仅在其处于关断位置并且来自外部源的功率不可用的情况下是有关的。如果来自外部源的功率可用，则如以下将讨论的，无论电池接通/关断开关的状态如何，都使用来自外部源的功率而不使用来自内部电池的功率。
图8示出了图2的功率分配和管理逻辑52的示例。功率分配和管理逻辑52包括外部功率多路复用器60，如以下将要更详细讨论的，外部功率多路复用器60被逻辑地耦合至外部电压调节器62并且用于传送功率。外部电压调节器62被耦合至功率选择器64。功率分配和管理逻辑52进一步包括电池升压转换器66以及将内部电池40和开关51耦合至功率选择器64的开关86。外部功率多路复用器60被逻辑地耦合至电源确定模块68，电源确定模块68如以下更详细描述的对ANR信号处理模块26中的开关81进行控制。开关86在开关51的电压输出为1.8VDC或更大的情况下处于接通状态，并且在开关51的电压输出小于1.8VDC的情况下处于关断状态(也就是说，如果电池40被耗尽，则开关51处于关断位置)，或者上述二者。以下将对开关81进行讨论。
在操作中，外部功率多路复用器60从可以被电耦合至耳机的外部设备接收功率。如果多于一个的电功率来源被耦合至耳机，则外部功率多路复用器选择最高电压的外部源。外部电压调节器62从外部功率多路复用器60接收电功率并且将电功率转换为例如3.4-3.5V的电压，该电压能够由之前视图中的信号处理模块16、22、26和36使用。如果外部电压调节器62被关断，则外部电压调节器输出0伏特。电池升压转换器将来自内部电池40的电功率转换为能够由之前视图中的信号处理模块16、22、26和36使用的例如3.5V的电压。如果电池升压转换器66被关断，则其输出0伏特。功率选择器64被电耦合以从电池升压转换器66和外部电压调节器62接收电功率。如以下将要描述的，电池升压转换器66或外部电压调节器62中的至少一个不向功率选择器64输出功率，因此实际上，功率选择器用来向(之前视图的)信号处理模块16、22、26和36输出仅来自电池升压转换器66或外部电压调节器62之一的功率，或者如果电池升压转换器66和外部电压调节器62二者都输出零功率，则功率选择器64不输出功率。电源确定模块68确定电源以及电源是否为有限外部电源(如以上所定义的)，并且如果电源是有限外部电源，则对处理模块的操作进行调节，在该示例中是对ANR信号处理模块26的最大增益进行调节。
取而代之或者作为补充，外部多路复用器可以是用于机械地选择外部电源的电路。如以上所指出的，一些连接器可以机械地确定或推断外部功率源的存在和/或特性，并且可以基于推断的特性来选择电压源。例如，如果耳机具有仅能够连接至无限外部电源的端子，并且耳机检测到连接器被连接至该端子，则耳机可以选择来自无限电源的输入。
图9A-9E图示了图8的电源确定模块68的一种形式68A及其在若干条件下的操作。电源确定模块68A包括：控制40毫安电流吸收器54的比较器72；控制外部电压调节器62的TRIM操作器的比较器74；控制外部电压调节器62并且通过反相器78控制电池升压转换器66的比较器76；以及响应于功率选择器64的输出电压并且控制开关82的比较器80。在后续附图中，粗线指示逻辑流，而其它线指示电功率流。
图9A图示了图8的电源确定模块68的一种实施方式68A在没有外部电源连接至耳机并且内部电池40被耗尽或者开关51处于如所示出的关断位置时(此时无论内部电池40的电荷状态如何)的操作。比较器72确定外部功率多路复用器60的输出电压是否为12.8伏特或更大；在该示例中，比较器72输出“0”，如以上在图7的讨论中所讨论的，这使得40毫安电流吸收器54不被激活。比较器76确定外部功率多路复用器60的输出电压是否为5V或更大；在该示例中，比较器76输出“0”，这使得外部电压调节器62关断或保持关断并且使得反相器78输出“1”，这使得电池升压转换器66变为使能或保持使能。由于比较器76和反相器78的布置，电池升压转换器和外部电压调节器中仅有一个能够处于接通状态。比较器74确定外部电压调节器的输出是否小于6伏特；在该示例中，比较器74输出“1”，这激活外部电压调节器62的TRIM操作器。然而，在图9A的条件下，TRIM功能是不相关的，因为外部电压调节器62是关断的。开关51的输出小于1.8V，这使得开关86处于关断位置。
在这种条件下，外部电压调节器62为关断，从而其输出0V；电池升压转换器具有0V的输入，从而其输出为0V；并且至功率选择器64的输入都为0V，从而其输出为0V，并且信号处理模块16、22、26和36未被供电。比较器80确定功率选择器64的输出是否小于3.45V；在该示例中，比较器80的输出为“0”，这使得开关81处于“低最大增益”位置。然而，ANR信号处理模块的最大增益不相关，因为ANR电路未被供电。
图9A的讨论假设诸如比较器之类的逻辑元件是有效的(例如，如果它们由除内部电池以外的一些来源进行供电)。在实际实施方式中，逻辑元件可以不被供电并且因此是无效的。在这种情况下，信号处理模块被旁路掉，如图3所示。
图9B图示了电源确定模块68A在耳机未被耦合至外部电源、电池开关51为接通并且电池40被充分充电以提供1.8-3.0V时的操作。比较器72输出“0”，如以上在图7的讨论中所讨论的，这使得40毫安电流吸收器54不被激活。比较器76输出“0”，这使得外部电压调节器62关断或保持关断并且使得反相器78输出“1”，这使得电池升压转换器66接通或保持接通。比较器74输出“1”，这激活外部电压调节器62的TRIM操作器。
在该条件下，外部电压调节器62关断，从而其输出0V；电池升压转换器将输入电压转换为3.5V并且将3.5V输出至功率选择器64。功率选择器64向信号处理模块16、22、26和36输出3.5V。比较器80输出“0”，这使得开关81处于“高最大增益”位置，这将在下文进行讨论。
图9C图示了电源确定模块68A在耳机被耦合至如以上所定义的有限外部电源时的操作。示例为向诸如耳机之类的外部设备提供5V功率的便携式无线电。比较器72输出“0”，如以上在图7的讨论中所讨论的，这使得40毫安电流吸收器54不被激活。比较器76输出“1”，这使得外部电压调节器62接通或保持接通并且使得反相器78输出“0”，这使得电池升压转换器66关断或保持关断。比较器74输出“1”，从而外部电压调节器62的TRIM操作器被激活。开关86可以处于接通或关断位置。
在该条件下，外部电压调节器62接通并且TRIM操作器接通，从而其将输入电压从5V转换为3.5V，将电压修剪为足以用于信号处理模块16、22、26和36的较低电压(例如3.45V)，并且将较低电压输出至功率选择器64。电池升压转换器关断，从而其向功率选择器64输出0V。功率多路复用器向信号处理模块16、22、26和36输出3.4V。比较器80输出“1”，这使得开关81处于“低最大增益”位置，这将在下文进行讨论。
图9C的示例图示了图8和图9A-9E的电路的特征。该电路基于组件唯一的能力和要求对信号处理的操作进行调节。其并非仅是基于输入电压添加、加强、限制或删除信号处理操作。例如，在图9B的配置中，ANR信号处理被完全使能，但是在图9C中，尽管有较高的可用电压，ANR信号处理还是被限制。
图9D图示了电源确定模块68A在耳机被耦合至(如以上所定义的)类似于图6的无限电源的无限外部电源时的操作，上述无限电源例如未被配置为随驻极体麦克风和动态麦克风一起使用的对讲机系统。比较器72输出“0”，如以上在图7的讨论中所讨论的，这使得40毫安电流吸收器54不被激活。比较器76输出“1”，这使得外部电压调节器62接通或保持接通并且使得反相器78输出“0”，这使得电池升压转换器66关断或保持关断。比较器74输出“0”，从而外部电压调节器62的TRIM操作器不被激活。开关86可以处于接通或关断位置。
在该条件下，外部电压调节器62接通并且TRIM操作器关断，因此外部电压调节器62将输入电压从5V转换为3.5V，并且将3.5V输出至功率选择器64。电池升压转换器关断，因此其向功率选择器64输出0V。功率多路复用器关断，从而其向功率选择器64输出0V。功率多路复用器向信号处理模块16、22、26和36输出3.5V。比较器80输出“0”，这使得开关81处于“高最大增益”位置。
图9E图示了电源确定模块68A在耳机被耦合至与设备相关联的(如以上所定义的)无限外部电源时的操作，上述设备被配置为随如以上图7的讨论中所描述的不同类型的悬挂式麦克风一起进行操作。比较器72输出“1”，如以上在图7的讨论中所讨论的，这使得40毫安电流吸收器54被激活。比较器76输出“1”，这使得外部电压调节器62接通或保持接通并且使得反相器78输出“0”，这使得电池升压转换器66关断或保持关断。比较器74输出“0”，因此外部电压调节器62的TRIM操作器不被激活。开关86处于接通或关断位置。
在该条件下，外部电压调节器62接通并且TRIM操作器关断，因此外部电压调节器62将输入电压从5V转换为3.5V，并且将3.5V输出至功率选择器64。电池升压转换器关断，因此其向功率选择器64输出0V。功率多路复用器关断，从而其向功率选择器64输出0V。功率多路复用器向信号处理模块16、22、26和36输出3.5V。比较器80输出“1”，这使得开关81处于“高最大增益”位置。
图10A-10E图示了电源确定模块68的第二形式68B及其在与图9A-9E相同条件下的操作。电源确定模块68B包括：控制40毫安电流吸收器54的比较器72；向与非(NAND)门92提供输入、控制外部电压调节器62并且通过反相器78控制电池升压转换器66的比较器74；以及向NAND门92提供第二输入的比较器76。
图10A图示了图8的电源确定模块68的第二实施方式68B在没有外部电源连接至耳机并且内部电池40被耗尽(例如输出小于1.8VDC)或者开关51处于如所示出的关断位置时(此时无论内部电池40的电荷状态如何)的操作。比较器72确定外部功率多路复用器60的输出电压是否为12.8伏特或更大；在该示例中，比较器72输出“0”，如以上在图7的讨论中所讨论的，这使得40毫安电流吸收器54不被激活。比较器76确定外部功率多路复用器60的输出电压是否为5V或更大；在该示例中，比较器76向NAND门92、外部电压调节器62输出“0”，这使得外部电压调节器62关断或保持关断，并且向反相器78输出“0”，这使得反相器78输出“1”，这使得电池升压转换器66接通或保持接通。比较器74确定外部电压调节器的输出是否小于6伏特；在该示例中，比较器74向NAND门92输出“1”。开关86处于关断位置。
在这种条件下，外部电压调节器62为关断，因此其输出0V；电池升压转换器具有0V的输入，因此其输出为0V；并且至功率选择器64的输入都为0V，因此其输出为0V，并且信号处理模块16、22、26和36未被供电。NAND门92输出“1”，这使得开关81处于“高最大增益”位置。然而，因为ANR信号处理电路未被供电，所以开关81的位置不相关。
图10B图示了电源确定模块68B在耳机未被耦合至外部电源、电池开关51为接通并且电池40提供1.8-3.0V时的操作。比较器72输出“0”，如以上在图7的讨论中所讨论的，这使得40毫安电流吸收器54不被激活。比较器76向NAND门92以及外部电压调节器62输出“0”，这使得外部电压调节器62关断或保持关断并且使得反相器78输出“1”，这使得电池升压转换器66接通或保持接通。比较器74向NAND门92输出“1”。开关86处于接通位置。
在该条件下，外部电压调节器62关断，因此其输出0V；电池升压转换器将输入电压转换为3.5V，并且将3.5V输出至功率选择器64。功率多路复用器向信号处理模块16、22、26和36输出3.5V。NAND门92输出“1”，这使得开关81处于“高最大增益”位置，这将在下文进一步进行讨论。
图10C图示了电源确定模块68A在耳机被耦合至如以上所定义的有限外部电源时的操作。示例为向诸如耳机之类的外部设备提供5V功率的便携式无线电。比较器72输出“0”，如以上在图7的讨论中所讨论的，这使得40毫安电流吸收器54不被激活。比较器76向NAND门92以及外部电压调节器62输出“1”，这使得外部电压调节器62接通或保持接通并且使得反相器78输出“0”，这使得电池升压转换器66关断或保持关断。比较器74向NAND门92输出“1”。开关86可以处于接通或关断位置。
类似于图9C的示例，图10C的示例图示了图8和图10A-10E的电路的特征。该电路基于组件的唯一能力和要求对信号处理的操作进行调节。其并非仅是基于输入电压添加、加强、限制或删除信号处理操作。例如，在图10B的配置中，ANR信号处理被完全使能，但是在图10C中，尽管有较高的可用电压，ANR信号处理还是被限制。
图10D图示了电源确定模块68A在耳机被耦合至(如以上所定义的)类似于图6的无限电源的(小于12.8V的)无限外部电源时的操作，上述无限电源例如是未被配置为随驻极体麦克风和动态麦克风两者一起使用的对讲机系统。比较器72输出“0”，如以上在图7的讨论中所讨论的，这使得40毫安电流吸收器54不被激活。比较器76向NAND门92以及外部电压调节器62输出“1”，这使得外部电压调节器62接通或保持接通，并且向反相器78输出“1”，这使得反相器78输出“0”，这使得电池升压转换器66关断或保持关断。比较器74向NAND门92输出“0”。开关86可以处于接通或关断位置。
在该条件下，外部电压调节器62接通，因此外部电压调节器62将输入电压转换为3.5V，并且将3.5V输出至功率选择器64。电池升压转换器关断，因此其向功率选择器64输出0V。功率多路复用器向信号处理模块16、22、26和36输出3.5V。NAND门92输出“0”，这使得开关81处于“高最大增益”位置，这将在下文进一步进行讨论。
图10E图示了电源确定模块68A在耳机被耦合至与设备相关联的(如以上所定义的)12.8V或更大的无限外部电源时的操作，上述设备被配置为随如以上图7的讨论中所描述的不同类型的悬挂式麦克风一起进行操作。比较器72输出“1”，如以上在图7的讨论中所讨论的，这使得40毫安电流吸收器54被激活。比较器76向NAND门92以及外部电压调节器62输出“1”，这使得外部电压调节器62接通或保持接通，并且向反相器78输出“1”，这使得反相器78输出“0”，这使得电池升压转换器66关断或保持关断。比较器74向NAND门92输出“0”。开关86可以处于接通或关断位置。
在该条件下，外部电压调节器62接通，因此外部电压调节器62将输入电压转换为3.5V并且输出3.5V。电池升压转换器关断，因此其向功率选择器64输出0V。功率多路复用器向信号处理模块16、22、26和36输出3.5V。NAND门92输出“1”，这使得开关81处于“高最大增益”位置，这将在下文进一步进行讨论。
图11示出了用于实施图9A-9E和图10A-10E的开关81的电路的示例。图9A-9E的比较器80或者图10A-10E的NAND门92的“0”输出使得MOSFET 94处于关断状态，这对应于图9A-9E和图10A-10E中的“高最大增益”条件。图9A-9E的比较器或者图10A-10E的NAND门的“1”输出使得MOSFET 94处于接通状态，这使得电阻器96短路，这降低了压缩器降低ANR的最大增益的幅度。降低最大ANR增益允许ANR电路有效地降低低水平噪声并且对高水平噪声提供某种衰减。
以上所描述的耳机被设计为随具有已定义规范的设备一起使用。如果期望或必须使得耳机随具有不同规范的设备一起使用，则组件的特性可能被修改。例如，所描述的耳机未准备好随提供3.0-5.0VDC的有限外部电源一起操作。如果期望耳机随这样的设备一起使用，则组件的特性可能被修改，例如改变比较器72、74和76中的一个或多个比较器的参考电压。
可以实施本文所公开的具体装置和技术的多种用途以及对其的背离而不背离本发明概念。因此，本发明要被理解为包含本文所公开的每个和各个新特征以及特征的新组合，并且仅由所附权利要求的精神和范围进行限定。

Claims (20)

1.一种用于操作降噪耳机的方法，包括：
确定来自具有附接的充电电源的外部电池的电功率是否可用，并且如果来自具有所述附接的充电电源的所述外部电池的电功率可用，则利用来自具有所述外部充电电源的所述电池的功率对通信电路、对讲电路和ANR电路进行操作；
如果来自具有所述附接的充电电源的所述外部电池的电功率不可用，则确定来自没有附接的充电电源的外部电池的电功率是否可用，并且如果来自所述没有附接的充电电源的所述外部电池的电功率可用，则利用来自没有所述外部充电电源的所述电池的功率对所述通信电路、所述对讲电路和所述ANR电路进行操作；
如果来自没有所述附接的充电电源的所述外部电池的电功率不可用，则确定来自内部电池的高于阈值水平的电功率是否可用，并且如果来自所述内部电池的高于所述阈值水平的电功率可用，则利用来自所述内部电池的功率对所述通信电路、所述对讲电路和所述ANR电路进行操作；并且
如果高于所述阈值水平的电功率不可用，则以无供电方式对所述通信电路和所述对讲电路进行操作并且禁用所述ANR电路。
2.根据权利要求1所述的用于操作所述降噪耳机的方法，其中
如果来自具有所述外部充电电源的所述电池的电功率可用，则以第一增益水平对所述ANR电路进行操作；并且
如果来自具有所述外部充电电源的所述电池的电功率不可用并且来自没有所述外部充电电源的所述电池的电功率可用，则以低于所述第一增益水平的第二增益水平对所述ANR电路进行操作。
3.根据权利要求1所述的用于操作所述降噪耳机的方法，其中
无论电池接通/关断开关的位置如何，都执行所述确定操作和所述操作操作。
4.根据权利要求1所述的用于操作所述降噪耳机的方法，其中
利用来自没有所述外部充电电源的所述电池的功率对所述ANR电路进行操作包括以第一增益水平对所述ANR电路进行操作；并且
利用来自所述内部电池的功率对所述ANR电路进行操作包括以高于所述第一增益水平的第二增益水平对所述ANR电路进行操作。
5.根据权利要求4所述的用于操作所述降噪耳机的方法，其中
没有所述外部充电电源的所述电池以第一电压提供电功率；并且
所述内部电池以低于所述第一电压的第二电压提供电功率。
6.一种降噪耳机，包括：
第一确定和操作电路，用于确定来自具有附接的充电电源的外部电池的电功率是否可用，并且如果来自具有所述附接的充电电源的所述外部电池的电功率可用，则用于利用来自具有所述外部充电电源的所述电池的功率对通信电路、对讲电路和ANR电路进行操作；
第二确定和操作电路，用于在来自具有所述附接的充电电源的所述外部电池的电功率不可用的情况下确定来自没有附接的充电电源的外部电池的电功率是否可用，并且如果来自没有所述附接的充电电源的所述外部电池的电功率可用，则用于利用来自没有所述外部充电电源的所述电池的功率对所述通信电路、所述对讲电路和所述ANR电路进行操作；
第三确定和操作电路，用于在来自没有所述附接的充电电源的所述外部电池的电功率不可用的情况下确定来自所述内部电池电源的高于阈值水平的电功率是否可用，并且如果来自所述内部电池电源的高于所述阈值水平的电功率可用，则用于利用来自具有所述内部电池的所述电池的功率对所述通信电路、所述对讲电路和所述ANR电路进行操作；以及
电路，用于在高于所述阈值水平的电功率不可用的情况下以无供电方式对所述通信电路和所述对讲电路进行操作并且用于禁用所述ANR电路。
7.根据权利要求6所述的降噪耳机，其中
所述第一确定和操作电路包括用于以第一增益水平对所述ANR电路进行操作的电路；并且
所述第二确定和操作电路包括用于以低于所述第一增益水平的第二增益水平对所述ANR电路进行操作的电路。
8.根据权利要求6所述的降噪耳机，其中
用于利用来自没有所述外部充电电源的所述外部电池的功率对所述ANR电路进行操作的所述电路包括以第一增益水平对所述ANR电路进行操作；并且
用于利用来自所述内部电池的功率对所述ANR电路进行操作的所述电路包括以高于所述第一增益水平的第二增益水平对所述ANR电路进行操作。
9.根据权利要求6所述的降噪耳机，其中
没有所述附接的充电电源的所述外部电池以第一电压提供功率；并且
所述内部电池以低于所述第一电压的第二电压提供功率。
10.根据权利要求6所述的降噪耳机，其中所述耳机包括悬挂式麦克风，并且其中所述耳机包括用于指示所述悬挂式麦克风是否需要偏压的电路。
11.一种用于降噪耳机的功率管理系统，包括：
外部接收电路，用于从多个外部电源之一接收功率；
内部接收电路，用于从内部电池接收功率；
选择电路，用于排他性地选择从用于从所述外部电源或所述内部电池接收功率的电路之一接收电功率；以及
增益控制电路，响应于所述选择电路以用于控制有源降噪电路的增益。
12.根据权利要求11所述的功率管理系统，其中与所述选择电路选择从所述外部电源接收功率的情况相比，所述增益控制电路在所述选择电路选择从所述内部电池接收功率的情况下使所述增益更高。
13.根据权利要求11所述的功率管理系统，其中所述外部接收电路包括确定电路，所述确定电路用于确定所述外部电源是否包括电池充电器，并且其中与所述外部电源不包括电池充电器的情况相比，所述增益控制电路在所述外部电源包括电池充电器的情况下使所述增益更高。
14.根据权利要求13所述的功率管理系统，其中所述外部接收电路包括电压调节器，所述电压调节器用于在所述外部电源包括所述电池充电器的情况下将电压修改至一个水平，并且在所述外部电源不包括所述电池充电器的情况下将电压修改至不同水平，并且其中所述增益控制电路包括第一比较器，所述第一比较器用于将所述电压调节器的输出电压与预定值进行比较。
15.根据权利要求14所述的功率管理系统，其中所述外部接收电路包括第二比较器和第三比较器，所述第二比较器和所述第三比较器用于将来自所述多个外部电源之一的所述功率的电压与预定电压值进行比较。
16.根据权利要求13所述的功率管理系统，其中用于从所述多个外部电源接收所述功率的所述电路包括第一比较器和第二比较器，所述第一比较器和所述第二比较器用于确定从所述多个外部电源之一接收的所述电压；并且
其中用于控制所述有源降噪电路的所述增益的所述电路包括响应于所述第一比较器和所述第二比较器的输出的逻辑元件。
17.根据权利要求16所述的功率管理系统，其中所述第一比较器和所述第二比较器之一是反相比较器。
18.根据权利要求17所述的功率管理系统，其中所述逻辑门是与非门。
19.根据权利要求11所述的功率管理系统，其中所述外部接收电路包括第一比较器和第二比较器，所述第一比较器和所述第二比较器用于将来自所述一个外部电源的所述功率的所述电压与预定值进行比较。
20.根据权利要求19所述的功率管理系统，其中用于接收功率的所述电路包括被耦合至所述第一比较器或所述第二比较器之一的反相器。
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