CN214098404U - 一种外置声卡 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种外置声卡，包括充电接口、电源管理模块、电池、电平转换模块、应用电路和直播设备接口，还包括直流隔离电源模块，所述直流隔离电源模块设置所述充电接口与所述电源管理模块之间，或者设置在所述电源管理模块与所述电平转换模块之间，直流隔离电源模块包括依次连接的第一转换电路、变压器和第二转换电路，第一转换电路用于将输入的直流电转换为交流电并输出至变压器的原边，第二转换电路用于接收变压器的副边输出的交流电并将其转换为直流电输出。直流隔离电源模块将充电回路的参考地和音频信号回路的参考地相互隔开，保证直播效果。

Description

一种外置声卡

技术领域

本实用新型涉及声卡技术领域，特别是一种外置声卡。

背景技术

随着直播行业的普及，越来越多的主播选择用手机等移动终端和外置声卡搭载简易的直播场景实现直播。在主播进行直播的过程中，有时会出现手机、外置声卡电量不足的情况。

在采用多口USB充电器或者电脑同时对手机和外置声卡充电时会产生明显的噪音，严重影响直播效果。

实用新型内容

基于上述现状，本实用新型的主要目的在于提供一种外置声卡，以解决现有技术中存在的充电噪音问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种外置声卡，包括充电接口、电源管理模块、电池、电平转换模块、应用电路和直播设备接口，所述充电接口和所述电池均与所述电源管理模块连接，所述电源管理模块用于对所述外置声卡的电池充电过程以及向所述应用电路的供电过程进行控制，所述电平转换模块用于将所述电源管理模块输出的电流进行电平转换后输送至所述应用电路，所述直播设备接口与所述应用电路连接，

所述外置声卡还包括直流隔离电源模块，所述直流隔离电源模块设置在所述充电接口与所述电源管理模块之间，或者设置在所述电源管理模块与所述电平转换模块之间，

所述直流隔离电源模块包括依次连接的第一转换电路、变压器和第二转换电路，所述第一转换电路用于将输入的直流电转换为交流电并输出至所述变压器的原边，所述第二转换电路用于接收所述变压器的副边输出的交流电并将其转换为直流电输出。

优选地，所述电源管理模块包括供电管理电路和充电管理电路，

其中，所述充电管理电路的输入端与所述充电接口连接，输出端与所述电池连接；

所述供电管理电路的第一输入端与所述充电接口连接，第二输入端与所述电池连接，输出端与所述电平转换模块连接；

所述直流隔离电源模块设置于所述供电管理电路的输出端与所述电平转换模块之间。

优选地，所述电源管理模块包括供电管理电路和充电管理电路，

其中，所述充电管理电路的输入端与所述充电接口连接，输出端与所述电池连接；

所述供电管理电路的输入端与所述电池连接，输出端与所述电平转换模块连接；

所述直流隔离电源模块设置于所述供电管理电路的输出端与所述电平转换模块之间，或者设置于所述充电管理电路与所述电池之间，或者设置于所述电池与所述供电管理电路之间。

优选地，所述变压器包括两个以上的共模电感，所述两个以上的共模电感的原边线圈并联设置，所述两个以上的所述共模电感的副边线圈串联设置。

优选地，所述第一转换电路包括控制芯片、PMOS管和NMOS管，所述控制芯片用于控制所述PMOS管和所述NMOS管的通断以产生设定占空比的PWM信号波。

优选地，所述第二转换电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，所述第一二极管的负端和所述第二二极管的正端接入所述变压器的副边线圈的一端，所述第三二极管的负端和所述第四二极管的正端接入所述变压器的副边线圈的另一端，所述第一二极管的正端和所述第三二极管的正端接入所述地端，所述第二二极管的负端和所述第四二极管的负端接入所述输出端，所述输出端和所述地端之间并联设置有第三电阻、第四电容和第五电容。

优选地，所述充电接口内集成有充电端和数据传输端，所述充电端与所述电源管理模块连接，所述数据传输端与所述应用电路连接，所述数据传输端与所述应用电路之间设置有数据隔离模块。

优选地，所述数据隔离模块包括光电耦合器。

优选地，所述声卡还包括伴奏设备接口，所述伴奏设备接口与所述应用电路连接。

优选地，所述变压器包括三个共模电感，三个所述共模电感的原边线圈并联设置，三个所述共模电感的副边线圈串联设置；

所述第一转换电路、第二转换电路和三个所述共模电感集成于一电路板上，所述电路板为矩形，其中两个所述共模电感并排设置在所述电路板的一长边侧，另外一个所述共模电感设置在所述电路板的一短边侧，所述第一转换电路和所述第二转换电路设置在三个所述共模电感以及所述电路板的另一长边侧、另一短边侧围成的空间内。

本实用新型提供的外置声卡中设置有直流隔离电源模块，直流隔离电源模块设置在外置声卡的充电接口与电源管理模块之间，或者设置在电源管理模块与电平转换模块之间，如此，直流隔离电源模块将充电回路的参考地和音频信号回路的参考地相互隔开，避免充电回路的参考地和音频信号回路的参考地形成环路、导致声卡音频信号回路的参考地出现额外波动而在直播手机接收的音频信号中出现明显的电流声，保证直播效果。

本实用新型的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。

附图说明

以下将参照附图对根据本实用新型的优选实施方式进行描述。图中：

图1为直播手机、外置声卡、伴奏手机同时使用，采用多口USB充电器同时对直播手机和外置声卡充电的场景示意图；

图2为图1场景下的电流走向图；

图3为直播手机、外置声卡、电脑同时使用，采用电脑同时对直播手机和外置声卡充电的时的电流走向图；

图4为本实用新型实施例一提供的外置声卡的电路图；

图5为本实用新型实施例二提供的外置声卡的电路图；

图6为本实用新型实施例三提供的外置声卡的电路图；

图7为本实用新型具体实施例提供的外置声卡的直流隔离电源模块的电路图；

图8为本实用新型具体实施例提供的外置声卡的直流隔离电源模块在电路板上的布局示意图；

图9为直播手机、外置声卡、电脑同时使用，采用电脑同时对直播手机和外置声卡充电，并向外置声卡传输音频数据时的电流走向图；

图10为本实用新型实施例四提供的外置声卡的电路图。

图中：

1、外置声卡；2、直播手机；3、伴奏手机；4、充电器；

10、充电接口；20、电源管理模块；21、供电管理电路；22、充电管理电路；30、电池；40、电平转换模块；50、应用电路；60、直播设备接口；70、伴奏设备接口；80、直流隔离电源模块；81、第一转换电路；82、变压器；821、共模电感；83、第二转换电路；90、电路板；110、数据隔离模块。

具体实施方式

以下基于实施例对本实用新型进行描述，但是本实用新型并不仅仅限于这些实施例。在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，为了避免混淆本实用新型的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

针对现有外置声卡存在的充电噪音问题，申请人发现，在多口USB充电器同时为外置声卡和直播手机充电时，如图1和图2所示，实线为5V充电电路，虚线为充电参考地，双点划线为音频信号，充电参考地与音频信号参考地形成环路，大的环路容易受到电磁干扰，且由于充电电流较大，充电器的地波动较大，造成1号地出现额外波动，从而导致直播手机2接收的音频信号出现明显的电流声，也就是说，外置声卡1与手机用一个充电器4同时充电时监听到的噪声为电流声。利用多口USB充电器同时为外置声卡1和伴奏手机3充电时情况类似。另外，如图3所示，实线为5V充电电路，虚线为充电参考地，双点划线为音频信号，利用同一台电脑为外置声卡和直播手机充电时，充电参考地与系统原有的地网形成环路，环路包围的电路中磁场的变化会在地网络上产生电势差，图3中充电时模拟音频回路的发送端A和接收端B的地网络存在差值ΔV，ΔV波动频率与充电器电路有关，在音频电路的输出端表现为持续的噪声。针对这一问题，本申请提供了一种外置声卡，如图4所示，该外置声卡包括充电接口10、电源管理模块20、电池30、电平转换模块40、应用电路50和直播设备接口60，充电接口10和电池30均与电源管理模块20连接，电源管理模块20用于对外置声卡1的电池30充电过程以及向应用电路50的供电过程进行控制，电平转换模块40用于将电源管理模块20输出的电流进行电平转换后输送至应用电路50，应用电路50包括用于对音频进行处理的音频处理电路、用于对按钮、指示灯进行控制的控制电路等等。电平转换模块40例如为电平转换芯片，用于将输入电压转换为各个用电电路所需的电压，由于不同的用电电路可能需要的电压大小可能存在不同，例如3.3V、2.5V、1.8V、1.2V等等，相应的每种电压均单独设置电平转换芯片进行电压转换。

直播设备接口60与应用电路50连接，应用电路50中的音频信号、控制信号等均可通过直播设备接口60传输至直播设备(例如直播手机)，从而实现直播。

为解决充电噪音问题，本申请的外置声卡1还包括直流隔离电源模块80，直流隔离电源模块80可以设置在充电接口10与电源管理模块20之间，也可以设置在电源管理模块20与电平转换模块之间，直流隔离电源模块80包括依次连接的第一转换电路81、变压器82和第二转换电路83，第一转换电路81用于将输入的直流电转换为交流电并输出至变压器82的原边，第二转换电路83用于接收变压器82的副边输出的交流电并将其转换为直流电输出。直流隔离电源模块80的设置即能够保证充电过程的正常进行，又能够将充电回路的参考地和音频信号回路的参考地相互隔开，避免充电回路的参考地和音频信号回路的参考地形成环路、导致声卡音频信号回路的参考地出现额外波动而在直播手机2接收的音频信号中出现明显的电流声，保证直播效果。

进一步地，如图4所示，外置声卡还可以包括伴奏设备接口70，伴奏设备接口70与应用电路50连接，伴奏手机3等伴奏设备可通过伴奏设备接口70与应用电路50连接，从而通过伴奏设备接口70向应用电路50提供伴奏音频，应用电路50将伴奏音频和主播音频混音后通过直播设备接口60传输至直播手机2等直播设备。外置声卡1和伴奏手机3用一个充电器4同时充电时也同样会存在出现明显噪音的问题，本申请提供的外置声卡1同样可以解决这一问题。

在图4所示的实施例中，电源管理模块20包括供电管理电路21和充电管理电路22，其中，充电管理电路22的输入端与充电接口10连接，输出端与电池30连接；供电管理电路21的输入端与电池30连接，输出端与电平转换模块40连接。当外置声卡1为内部供电(即未外接电源)时，电池30的电流经供电管理电路21以及电平转换模块40转换后供给应用电路50。当外置声卡1为外部供电(即外接电源对电池30充电)时，充电接口10、充电管理电路22、电池30、供电管理电路21构成充电电路，直流隔离电源模块80可以设置在该充电电路的任意位置，例如，在图4所示的实施例中，直流隔离电源模块80设置于供电管理电路21的输出端与电平转换模块40之间，当然，直流隔离电源模块80也可以设置在充电管理电路22与电池30之间，或者设置在电池30与供电管理电路21之间。

当然，可以理解的是，在空间允许的情况下，如图5所示，直流隔离电源模块80也可以设置在充电接口10与电源管理模块20之间。

在另一实施例中，如图6所示，电源管理模块20包括供电管理电路21和充电管理电路22，其中，充电管理电路22的输入端与充电接口10连接，输出端与电池30连接；供电管理电路21的第一输入端与充电接口10连接，第二输入端与电池30连接，输出端与电平转换模块40连接。当外置声卡1为内部供电(即未外接电源)时，电池30的电流经第二输入端进入供电管理电路21并经供电平转换模块40转换后供给应用电路50。当外置声卡1为外部供电(即外接电源对电池30充电)时，充电接口10的电流通过第一输入端经供电管理电路21和电平转换模块40供给应用电路50，直流隔离电源模块80设置于供电管理电路21的输出端与电平转换模块40之间。

直流隔离电源模块80可以采用任意能够实现隔离效果的模块，在一个优选的实施例中，如图7所示，第一转换电路81包括控制芯片、PMOS管和NMOS管，控制芯片用于控制PMOS管和NMOS管的通断，以产生设定占空比的PWM信号波。例如，在一个具体的实施例中，所述控制芯片包括TON脚、CLK脚、GDN脚、VCC脚、NMOS脚和PMOS脚，其中，TON脚、CLK脚和VCC脚均通过第一线路与PMOS管的源极连接，PMOS脚通过第二线路与PMOS管的栅极连接，GDN脚通过第三线路与NMOS管的源极连接，NMOS脚通过第四线路与NMOS管的栅极连接，PMOS管的漏极与NMOS管的漏极通过第五线路连接，TON脚还通过第六线路连接供电侧正极，GDN脚还通过第七线路连接供电侧负极，第一线路和第二线路之间设置有第一电阻R1，第三线路和第四线路之间设置有第二电阻R2，第六线路和第七线路之间连接有第一电容C1，变压器82的原边线圈的一端接入第五线路，另一端与第一线路之间设置第二电容C2，与第三线路之间设置第三电容C3。第一转换电路构成一个控制信号生成电路，通过控制芯片对PMOS管和NMOS管通断的控制产生设定占空比的PWM信号波。

由于当电路负载运行时，输出会有压降，为了保证输出电压在需要的范围内，变压器82需要设置为1：N，N大于1的形式，N的取值可根据具体的电路确定，需要对变压器82进行定制。优选地，如图7所示，所述变压器82包括共模电感821(共模电感821的原边线圈匝数与副边线圈匝数相等)，共模电感821设置有两个以上，两个以上的所述共模电感821的原边线圈并联设置，两个以上的所述共模电感821的副边线圈串联设置，如此，多个共模电感821通过上述的连接方式相当于形成了一个1：N的变压器，不需要对变压器进行特别的定制，根据具体的电路选择合适数量的共模电感进行上述的连接即可，从而便于产业生产，另外，这种方式能够有效减小变压器的占用空间，从而减小用于承载该变压器的电路板的面积。共模电感821的数量也是根据具体的电路确定，以能够满足输出电压要求为准，例如，在图6所示的实施例中，共模电感821的数量为三个，当然，也可以根据具体需求设置为2个、4个甚至更多。

进一步地，第二转换电路83上设置有一个1mA左右的负载，防止电路空载输出电压超过后级输入，在图6所示的实施例中，负载为设置于第二转换电路83的输出端和地端之间的第三电阻R3。

如图7所示，第二转换电路83包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4，所述第一二极管D1的负端和所述第二二极管D2的正端接入所述变压器82的副边线圈的一端，所述第三二极管D3的负端和所述第四二极管D4的正端接入所述变压器82的副边线圈的另一端，所述第一二极管D1的正端和所述第三二极管D3的正端接入所述地端，所述第二二极管D2的负端和所述第四二极管D4的负端接入所述输出端，所述输出端和所述地端之间还并联设置有第四电容C4和第五电容C5。如此，通过第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4将副边线圈侧的交流电转换为直流电并输出。

考虑到便携性要求，外置声卡对紧凑性的要求比较高，优选地，直流隔离电源模块80设置于供电管理电路21的输出端与电平转换模块40之间，此处的电流较小，从而能够有效缩减变压器的尺寸，进一步优选地，如图8所示，第一转换电路81、第二转换电路82和三个共模电感821集成于一电路板90上，电路板90为矩形，其中两个共模电感821并排设置在电路板90的一长边侧，另外一个共模电感821设置在电路板90的一短边侧，第一转换电路81和第二转换电路83设置在三个共模电感821以及电路板90的另一长边侧、另一短边侧围成的空间内。通过对第一转换电路81、第二转换电路83以及三个共模电感821的合理布局，使得该直流隔离电源模块80的结构更加紧凑，保证外置声卡1不会因引入直流隔离电源模块80而影响其结构的紧凑性。

上述实施例中，充电接口10是单纯只具备充电功能的接口，音频数据传输通过其他接口例如3.5mm音频接口、USB接口等进行数据传输，在另一实施例中，充电接口10除了用于外置声卡1的充电之外，还用于进行数据传输，即充电接口10内集成有充电端和数据传输端，充电端与电源管理模块20连接，以通过充电端对外置声卡1充电，而数据传输端则与应用电路50连接，从而通过充电接口10实现外置声卡1与外接设备的数据交互，例如，如图9所示，外接设备为电脑，电脑可通过该充电接口10的数据传输端向应用电路50传输伴奏音频数据。在利用电脑同时对直播手机2和外置声卡1进行充电，并利用电脑向外置声卡1传输音频数据时，如图9所示，实线为5V充电电路，虚线为充电参考地，双点划线为音频信号，为了将充电参考地与系统原有地网之间进行隔离，需要设置上述的直流隔离电源模块80，直流隔离电源模块80的加入会破坏音频数据传输回路，因此如图10所示，还需要在数据传输端与应用电路50之间设置数据隔离模块110，从而使得电路既不会形成地环路，又能够正常传输音频信号。数据隔离模块110可以为任意能够实现隔离且不影响数据传输的结构，例如为光电耦合器。直流隔离电源模块80可以是如图10所示设置在电源管理模块20与电平转换模块40之间，也可以设置在充电接口10与电源管理模块20之间。当然，可以理解的是，在充电接口10内集成有充电端和数据传输端的情况下，外置声卡也可以另外设置3.5mm音频接口、USB接口等数据传输接口。

本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本实用新型的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本实用新型的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种外置声卡，包括充电接口、电源管理模块、电池、电平转换模块、应用电路和直播设备接口，所述充电接口和所述电池均与所述电源管理模块连接，所述电源管理模块用于对所述外置声卡的电池充电过程以及向所述应用电路的供电过程进行控制，所述电平转换模块用于将所述电源管理模块输出的电流进行电平转换后输送至所述应用电路，所述直播设备接口与所述应用电路连接，其特征在于，

所述外置声卡还包括直流隔离电源模块，所述直流隔离电源模块设置在所述充电接口与所述电源管理模块之间，或者设置在所述电源管理模块与所述电平转换模块之间，

所述直流隔离电源模块包括依次连接的第一转换电路、变压器和第二转换电路，所述第一转换电路用于将输入的直流电转换为交流电并输出至所述变压器的原边，所述第二转换电路用于接收所述变压器的副边输出的交流电并将其转换为直流电输出。

2.根据权利要求1所述的外置声卡，其特征在于，所述电源管理模块包括供电管理电路和充电管理电路，

其中，所述充电管理电路的输入端与所述充电接口连接，输出端与所述电池连接；

所述供电管理电路的第一输入端与所述充电接口连接，第二输入端与所述电池连接，输出端与所述电平转换模块连接；

所述直流隔离电源模块设置于所述供电管理电路的输出端与所述电平转换模块之间。

3.根据权利要求1所述的外置声卡，其特征在于，所述电源管理模块包括供电管理电路和充电管理电路，

其中，所述充电管理电路的输入端与所述充电接口连接，输出端与所述电池连接；

所述供电管理电路的输入端与所述电池连接，输出端与所述电平转换模块连接；

所述直流隔离电源模块设置于所述供电管理电路的输出端与所述电平转换模块之间，或者设置于所述充电管理电路与所述电池之间，或者设置于所述电池与所述供电管理电路之间。

4.根据权利要求1至3任一项所述的外置声卡，其特征在于，所述变压器包括两个以上的共模电感，所述两个以上的共模电感的原边线圈并联设置，所述两个以上的所述共模电感的副边线圈串联设置。

5.根据权利要求1至3任一项所述的外置声卡，其特征在于，所述第一转换电路包括控制芯片、PMOS管和NMOS管，所述控制芯片用于控制所述PMOS管和所述NMOS管的通断以产生设定占空比的PWM信号波。

6.根据权利要求1至3任一项所述的外置声卡，其特征在于，所述第二转换电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，所述第一二极管的负端和所述第二二极管的正端接入所述变压器的副边线圈的一端，所述第三二极管的负端和所述第四二极管的正端接入所述变压器的副边线圈的另一端，所述第一二极管的正端和所述第三二极管的正端接入所述第二转换电路的地端，所述第二二极管的负端和所述第四二极管的负端接入所述第二转换电路的输出端，所述第二转换电路的输出端和所述第二转换电路的地端之间并联设置有第三电阻、第四电容和第五电容。

7.根据权利要求1至3任一项所述的外置声卡，其特征在于，所述充电接口内集成有充电端和数据传输端，所述充电端与所述电源管理模块连接，所述数据传输端与所述应用电路连接，所述数据传输端与所述应用电路之间设置有数据隔离模块。

8.根据权利要求7所述的外置声卡，其特征在于，所述数据隔离模块包括光电耦合器。

9.根据权利要求1至3任一项所述的外置声卡，其特征在于，所述声卡还包括伴奏设备接口，所述伴奏设备接口与所述应用电路连接。

10.根据权利要求1至3任一项所述的外置声卡，其特征在于，所述变压器包括三个共模电感，三个所述共模电感的原边线圈并联设置，三个所述共模电感的副边线圈串联设置；

所述第一转换电路、第二转换电路和三个所述共模电感集成于一电路板上，所述电路板为矩形，其中两个所述共模电感并排设置在所述电路板的一长边侧，另外一个所述共模电感设置在所述电路板的一短边侧，所述第一转换电路和所述第二转换电路设置在三个所述共模电感以及所述电路板的另一长边侧、另一短边侧围成的空间内。

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