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    重庆时时彩停止开: 用于过流?;さ南低澈头椒?pdf

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    用于 ?;?系统 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201110175437.5

    申请日:

    2007.01.25

    公开号:

    CN102299690A

    公开日:

    2011.12.28

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||专利申请权的转移IPC(主分类):H03F 3/38变更事项:申请人变更前权利人:D2音频有限责任公司变更后权利人:英特赛尔美国有限公司变更事项:地址变更前权利人:美国得克萨斯州变更后权利人:美国加利福尼亚州登记生效日:20140208|||著录事项变更IPC(主分类):H03F 3/38变更事项:申请人变更前:D2音频有限公司变更后:D2音频有限责任公司变更事项:地址变更前:美国得克萨斯州变更后:美国得克萨斯州|||实质审查的生效IPC(主分类):H03F 3/38申请日:20070125|||公开
    IPC分类号: H03F3/38 主分类号: H03F3/38
    申请人: D2音频有限公司
    发明人: 钱连玮; 迈克尔·A·考思特; 杰克·B·安德森; 拉瑞·E·汉德; 威尔森·E·泰勒
    地址: 美国得克萨斯州
    优先权: 2006.01.26 US 11/340,139
    专利代理机构: 北京安信方达知识产权代理有限公司 11262 代理人: 李冬梅;郑霞
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201110175437.5

    授权公告号:

    102299690B||||||||||||

    法律状态公告日:

    2014.06.18|||2014.03.12|||2014.03.12|||2012.02.15|||2011.12.28

    法律状态类型:

    授权|||专利申请权、专利权的转移|||著录事项变更|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    一种使用低成本电流感测机构在全数字放大器中过流?;さ南低澈头椒?。过流硬限幅单元接收数字音频信号,根据限幅电平对该信号限幅,并且将该信号提供给调制器。该调制器调制该信号以产生如PWM信号,并将该已调制信号提供给输出级,该输出级产生输出电流以驱动扬声器。过流感测单元将输出电流和阈值进行比较,并且产生指示该输出电流是否超出了阈值的二进制信号。硬限幅单元接收所述二进制信号,并且在该二进制信号指示输出电流超出所述阈值的时间周期内,所述硬限幅单元使该限幅电平斜降。当所述二进制信号指示输出电流未超出阈值时,硬限幅单元使限幅电平斜升。

    权利要求书

    1.一种在数字放大器中实现的方法,所述数字放大器包括依赖于音
    频信号而被驱动的输出级,所述方法包括:
    (a)确定在所述数字放大器的所述输出级中是否检测到了过流情况,
    其中,所述输出级依赖于所述音频信号而被驱动;以及
    (b)当在所述数字放大器的所述输出级中检测到过流情况时,根据
    限幅电平对所述音频信号进行限幅;
    其中,步骤(b)包括:在所述输出级中最初检测到过流情况时,将
    所述限幅电平设置为初始限幅值,所述初始限幅值小于刚过去的时间周期
    中的音频信号的值。
    2.根据权利要求1所述的方法,其中步骤(b)包括:
    将所述初始限幅值设置为等于所述刚过去的时间周期中的音频信号
    的值减去递减值;以及
    对于所述过流情况持续在所述数字放大器的所述输出级中被检测到
    的每个连续的时间周期,用所述递减值减小所述限幅电平。
    3.根据权利要求2所述的方法,其中:
    所述数字放大器是脉冲宽度调制(PWM)放大器;
    所述连续的时间周期包括连续的PWM开关周期;以及
    所述刚过去的时间周期包括刚过去的PWM开关周期。
    4.根据权利要求3所述的方法,还包括在所述数字放大器的所述输
    出级中不再检测到所述过流情况后,增加所述限幅电平。
    5.根据权利要求3所述的方法,其中所述数字放大器包括噪声整形
    器和调制器,以及其中步骤(b)包括对输入到所述数字放大器的所述噪
    声整形器和所述调制器之一的音频信号进行限幅。
    6.一种数字放大器,包括:
    输出级,其依赖于音频信号而被驱动;
    电流感测机构,其被配置为检测所述数字放大器的所述输出级中的过
    流情况;以及
    限幅单元,其被配置为当所述电流感测机构在所述数字放大器的所述
    输出级中检测到过流情况时,根据限幅电平对所述音频信号进行限幅;
    其中,响应于所述电流感测机构在所述输出级中最初检测到过流情
    况,所述限幅单元将所述限幅电平设置为初始限幅值,所述初始限幅值小
    于刚过去的时间周期中的音频信号的值。
    7.根据权利要求6所述的数字放大器,其中所述限幅单元被配置为:
    将所述初始限幅值设置为等于所述刚过去的时间周期中的音频信号
    的值减去递减值;以及
    对于所述电流感测机构持续检测到所述数字放大器的所述输出级中
    的过流情况的每个连续的时间周期,用所述递减值减小所述限幅电平。
    8.根据权利要求7所述的数字放大器,其中:
    所述数字放大器是脉冲宽度调制(PWM)放大器;
    所述连续的时间周期包括连续的PWM开关周期;以及
    所述刚过去的时间周期包括刚过去的PWM开关周期。
    9.根据权利要求8所述的数字放大器,其中所述限幅单元被配置为
    在所述电流感测机构在所述数字放大器的所述输出级中不再检测到所述
    过流情况时,增加所述限幅电平。
    10.根据权利要求8所述的数字放大器,还包括噪声整形器和调制器;
    其中,所述限幅单元被配置为根据所述限幅电平,对输入到所述噪声整形
    器和所述调制器之一的音频信号进行限幅。

    说明书

    用于过流?;さ南低澈头椒?/invention-title>

    本申请是申请日为2007年1月25日,申请号为200780003547.5,发
    明名称为“用于过流?;さ南低澈头椒ā钡纳昵氲姆职干昵?。

    发明背景

    技术领域

    本发明通常涉及数字放大器,且更具体地说,涉及使用简单的、低成
    本的电流感测机构在全数字放大器中实现过流?;さ南低澈头椒?。

    相关技术

    音频放大器被设计为接收电压和/或电流通常非常低的输入信号,并产
    生相应的电压和/或电流通常高得多的输出信号。尽管这些更高的电压/电
    流对驱动扬声器并由此产生音频信号是必要的,但是这也给扬声器带来了
    危险?;痪浠八?,如果电压/电流过高,那么扬声器可能被破坏。

    在脉冲宽度调制(PWM)放大器中,防止放大器产生过量输出电流(造成
    过流情况)是最关键的功能之一,因为过量输出电流会破坏放大器的输出级
    或破坏由该输出级驱动的扬声器。放大器可使用各种方式来避免过流情
    况。最直接的解决办法或许是,只要一出现过流情况就简单地关闭系统。
    虽然这个方法对防止电流达到破坏性的电平来说是有效的,但是作为实际
    应用,它可能不是可接受的解决方案。例如,某些音频内容将导致短期的
    过流情况,而这种短期的过流情况不会对输出级或扬声器造成破坏。在这
    种情况下,关闭该系统并没有避免破坏情况,但是确实打断了系统的音频
    输出。很明显,这是不希望的。

    在另一种情况下,输入音频信号所导致的过流情况将比上述短期过流
    情况持续时间更长。这种情况可能需要采取某些校正措施,但并没有严重
    到必须马上关闭系统以避免对扬声器或系统的本身造成损坏。在这种情况
    下,对于PWM放大器优选的是,继续提供音频输出,并在正常运行模式
    与校正运行模式之间逐渐转换。更确切地说,这种转换(以及校正运行模式)
    不应该伴有对系统性能造成严重影响或在系统的音频输出中产生伪像的
    副作用。如果校正运行模式不足以消除过流情况,那么系统可被关闭以避
    免损坏。

    在数字放大器中,很难设计一种既具有低成本的解决方案又满足前面
    目标的过流?;は低?。对低成本的要求偏向采用这种直接的解决方案,即,
    只要输出电流超过预定义的阈值就关闭系统,而当电流降到阈值以下时,
    恢复运行。如前所述,这会引起对输出音频信号的不必要的中断。此外,
    如果系统对于电流超过阈值然后降到阈值以下反应太快,那么FET的实际
    开关速率会增大,这又会导致发热量增加,随后会损坏FET。另一方面,
    如果?;は低撤从μ?,那么电流会在关闭发生之前达到破坏性的电平。
    并且还可能存在振荡。更确切地说,当关闭发生时,电流在恢复运行之前
    可能下降地太多,然后,在关闭再次发生之前,电流可斜升回去而使其过
    高。取决于?;は低车氖导仕俣?,振荡可能处于音频范围内,或者它可能
    产生其他音频影响。

    因此,期望提供?;な址糯笃髅馐芄髑榭鲇跋斓南低澈头椒?,其
    中使用了一种简单的、低成本的电流感测机构,但对过流情况的响应会比
    简单地关闭放大器更为复杂。

    发明内容

    本公开涉及使用简单的、低成本的电流感测机构在全数字放大器中实
    现过流?;さ南低澈头椒?。在一个具体的实施方式中,产生二进制过流信
    号的简单的过流感测机构被耦合到脉冲宽度调制(PWM)放大器的输出级。
    当电流超过阈值时,二进制信号为高,否则为低。二进制信号提供给在噪
    声整形器之前设置在数字音频信号通道内的硬限幅单元(hard?clipping?
    unit)。当音频信号超出高或低限幅电平时,硬限幅单元对其进行限幅。当
    二进制信号从低变高时,硬限幅单元将其限幅电平从当前电平(例如,与输
    入数字音频信号的最大电平匹配的最大值)下降到数字音频信号的上一个
    值(假设其导致过流情况)。然后,对于二进制信号保持为高的每一个PWM
    开关周期,硬限幅单元递减限幅电平。当二进制信号变为低时,硬限幅单
    元递增该限幅电平,一直持续到达到最大限幅电平。因此,每当二进制信
    号指示输出电流超过电流阈值时,放大器斜降限幅电平,而每当二进制信
    号指示输出电流低于电流阈值时,放大器就将限幅电平斜升回去。

    应注意,使用本系统和方法处理的音频信号同时包括0的正向偏移和
    0的负向偏移。因此,本文提到的“斜降”或“减少”限幅电平应该被解
    释为不仅包括减少正信号的限幅电平,而且包括增加负信号的限幅电平。
    换句话说,限幅电平相对于音频信号的绝对值是减少的。类似地,本文提
    到的“斜升”或“增加”限幅电平应该被解释为,既包括增加正信号的限
    幅电平,又包括减少负信号的限幅电平?;褂ψ⒁?,提到“高”或“低”
    限幅电平是相对于该音频信号的偏移的绝对值而言的。

    一个实施方式包括这样一种方法,其中根据硬限幅单元中设置的限幅
    电平对音频输入信号限幅。所述方法包括:检测过流情况,根据对过流情
    况的检测确定音频输入信号值,将限幅电平设置为小于或等于音频输入信
    号值的初始值,以及对过流情况持续的每个连续的时间周期,减少限幅电
    平。过流情况可通过简单的二进制过流信号来指示,而二进制过流信号可
    以例如被滤波或与启用信号组合。所述方法还可包括:当不存在过流情况
    时,在连续时间周期内增加限幅电平,直到达到最大限幅电平。

    另一个实施方式包括数字放大器,该数字放大器包括过流硬限幅单元
    和过流感测单元。硬限幅单元被配置为接收数字音频信号,并根据限幅电
    平对该数字音频信号限幅。硬限幅单元向一调制器提供已限幅信号,所述
    调制器被配置为调制该数字音频信号以产生已调制(例如,PWM)音频信
    号。调制器向输出级提供已调制信号,所述输出级产生输出电流以驱动负
    载(例如,扬声器)。在此实施方式中,过流感测单元被配置为将输出电流
    与阈值作比较,并产生一个二进制信号,其指示输出电流是否超出阈值。
    硬限幅单元被配置为接收上述二进制信号,并且在该二进制信号指示输出
    电流超出阈值的每个连续时间周期,减少限幅电平。当二进制信号指示输
    出电流未超出阈值时,硬限幅单元增加限幅电平。

    许多其他实施方式也是可能的。

    本发明提供了一种在数字放大器中实现的方法,包括:检测过流情况;
    当所述过流情况存在时,使限幅电平斜降,音频信号是在所述限幅电平被
    限幅的;以及根据所述限幅电平对所述音频信号进行限幅。

    本发明所提供的方法中,使限幅电平斜降的步骤可包括:当检测过流
    情况时,确定音频输入信号值;将限幅电平设置为小于或等于音频输入信
    号值的初始限幅值;以及对于过流情况持续存在的每个连续的时间周期,
    减小所述限幅电平。

    所述的方法还可包括当过流情况不存在时,在连续的时间周期内增加
    限幅电平直到达到最大限幅电平为止。

    数字放大器可以是脉冲宽度调制PWM放大器并且其中连续的时间周
    期可包括连续的PWM开关周期。

    检测过流情况的步骤可包括监测放大器的输出端处的电流电平、检测
    电流电平何时超出阈值,以及产生指示放大器的输出端处的电流电平是否
    超出所述阈值的二进制信号。

    对于每个连续的时间周期,检测过流情况的步骤可被执行且二进制信
    号可被更新。

    检测过流情况的步骤还可包括对二进制信号进行低通滤波。

    对音频输入信号进行限幅可包括对输入到噪声整形器的音频输入信
    号进行限幅。

    对音频输入信号进行限幅可包括对输入到调制器的音频输入信号进
    行限幅。

    本发明还提供了一种数字放大器,包括:过流硬限幅单元,其被配置
    为接收数字音频信号并根据限幅电平对所述数字音频信号进行限幅;调制
    器,其被配置为从所述过流硬限幅单元接收所述数字音频信号并调制所述
    数字音频信号以产生已调制音频信号;输出级,其被配置为接收所述已调
    制音频信号并产生输出电流以驱动负载;以及过流感测单元,其被配置为
    将所述输出电流与阈值进行比较并产生指示过流情况是否存在的过流信
    号;其中所述过流硬限幅单元被配置为接收所述过流信号并当所述过流情
    况存在时斜降所述限幅电平。

    本发明所提供的数字放大器中,过流感测单元可被配置为将输出电流
    与阈值进行比较并产生过流信号作为指示输出电流是否超出阈值的二进
    制信号。

    过流硬限幅单元可被配置为接收二进制信号并且对二进制信号指示
    输出电流超出所述阈值的每个连续的时间周期减小限幅电平。

    过流硬限幅单元还可被配置为对二进制信号指示输出电流未超出阈
    值的每个连续的时间周期增加限幅电平。

    过流硬限幅单元可被配置为对每个连续的时间周期用可编程量来增
    加限幅电平。

    过流硬限幅单元可被配置为对每个连续的时间周期用可编程量来减
    小限幅电平。

    过流感测单元用来与输出电流进行比较的阈值可以是可编程的。

    数字放大器可以是脉冲宽度调制PWM放大器,调制器可被配置为调
    制数字音频信号以产生PWM信号,并且连续的时间周期可包括连续的
    PWM开关周期。

    过流感测单元可被配置为对每个连续的时间周期将输出电流与阈值
    进行比较并且更新二进制信号。

    所述的放大器还可包括低通滤波器,所述低通滤波器可被耦合到过流
    感测单元和过流硬限幅单元之间,并可被配置为对二进制信号进行低通滤
    波并将已滤波的二进制信号提供给过流硬限幅单元。

    所述的放大器还可包括噪声整形器,所述噪声整形器可被耦合到所述
    过流硬限幅单元和调制器之间,并可被配置为对从过流硬限幅单元接收到
    的数字音频信号进行量化和滤波并将已量化且已滤波的数字音频信号提
    供给调制器。

    附图简述

    当阅读了下面详细的描述并参照附图以后,本发明的其它目的和优点
    会变得显而易见。

    图1是示出了模拟放大器中对信号限幅的图示。

    图2是示出了根据一个实施方式的数字放大器的结构的原理框图;

    图3A和3B是示出了根据一个实施方式的数字放大器中的限流机构的
    运行的流程图。

    图4是示出了与根据一个实施方式的过流?;せ瓜喙亓母髦中藕?br />的示意图。

    图5是示出根据一个实施方式的过流硬限幅单元的结构的原理框图。

    图6是示出了包括了根据一个实施方式的过流感测机构的输出级的结
    构的示意图。

    虽然本发明服从各种修改和可替换的形式,但其具体的实施方式是以
    实施例的方式在附图和伴随的详细描述中示出的。然而,应该理解,这些
    图和详细描述不旨在将本发明限于所描述的具体实施方式。相反,本公开
    旨在覆盖落在由所附权利要求限定的本发明的范围内的所有修改、等价形
    式和可替换形式。

    详细说明

    下面描述了本发明的一个或更多实施方式。应注意,下面描述的这些
    实施方式和其他实施方式是示例性的,旨在说明本发明而不是对其限制。

    如本文所述,本发明的各种实施方式包括使用简单的、低成本感测机
    构在全数字放大器中实现过流?;さ南低澈头椒?。

    在一个实施方式中,数字脉冲宽度调制(PWM)放大器被设计为使用简
    单的、低成本感测机构来监控放大器的输出端处的电流电平,并产生指示
    该电流是在阈值电平之上还是之下的二进制信号?;谡飧龆菩藕?,
    数字放大器为该输入信号设置限幅电平以仿真典型的模拟系统中的限幅。

    在这种实施方式中,电流感测机构包括一个或更多感测电阻,这些电
    阻与放大器输出端的扬声器串联设置。每个感测电阻的阻抗通常非常小。
    这些感测电阻中的每一个电阻的两端电压被测量并与阈值电压进行比较。
    如果感测电阻的电压高于阈值电压,那么二进制感测信号由比较器设为有
    效。如果感测电阻电压低于该阈值,那么二进制感测信号不被设为有效。

    在此实施方式中,来自于电流感测机构的比较器的二进制信号被提供
    给硬限幅器,其在脉冲宽度调制器之前设置在输入音频信号通道内。当输
    入音频信号超过设置在硬限幅器内的限幅电平时,硬限幅器对输入音频信
    号进行限幅。最初,限幅电平被设置为最大值。当二进制信号被设置为有
    效时,硬限幅器将限幅电平的值设置为等于输入数字音频信号的上一个值
    减去递减值。这个新的限幅电平被用于在下个PWM周期对输入数字音频
    信号进行限幅。对所述二进制电流感测信号有效的每个PWM周期,硬限
    幅器持续递减限幅电平值,斜降该限幅电平直到电流感测信号不再被设为
    有效。当二进制电流感测信号不再被设为有效时,硬限幅器开始将该限幅
    电平斜升回去,直到电流感测信号再次被设为有效,或者达到了最大限幅
    电平。

    如前所述,使用简单的二进制感测机构(即,产生指示放大器的输出端
    处的电流是否超出阈值的二进制信号的感测机构)通常促使在放大器中使
    用同样简单的响应(即,关闭放大器以强制电流电平下降到阈值以下)。同
    样如前所述,这会导致不必要的音频中断,或导致在放大器的输出端处的
    电流产生可能的破坏性的振荡。鉴于响应于过流情况而关闭放大器所产生
    的有害影响,更好的解决方法是模仿某些模拟系统中实现的基于过流的压
    缩。在这些系统中,信号的电压电平被限幅以减小电流。

    参见图1,示出了说明在模拟放大器中对信号进行限幅的示意图。在
    该图中,示出了两个波。第一个波是未限幅的正弦波,其在图中用虚线表
    示。第二个波是以选定的最大幅度对相同的正弦波进行限幅之后的波。已
    限幅的正弦波用实线表示。

    从图1可以看出,只要原始的正弦波保持在限流阈值之下(由150和
    151指示),该波就不被限幅,这两个波是重合的。两个波的重合部分用参
    考号160、120以及140指示。当原始的正弦波超出了限流阈值时(150和
    151),该正弦波被限幅。因此,图1中,在原始正弦波达到峰值的地方已
    限幅波为平的。上述波的这些部分用参考号110和130指示。

    存在几个因素使在全数字放大器中实现这种限幅变得复杂。这些因素
    之一是使用了低成本的感测机构。该感测机构提供的唯一信息是对输出电
    流是否超出阈值电平的指示。实际电流测量是不可用的。同样,负载阻抗
    可能不能用于确定如何控制输入信号电平。另一个复杂化因素是输出电流
    电平并不直接依赖于输入信号电平?;痪浠八?,这两个电平之间的比例可
    发生改变。因此,简单以对应于期望的输出电流限值的预定的电平对输入
    信号限幅并不能提供期望的限流功能。

    在本系统和方法中,通过包括产生指示输出电流是否超出阈值的二进
    制信号的感测机构,以及以基于该二进制过阈值信号动态确定的电平对输
    入信号进行限幅的过流硬限幅单元,处理了这些问题。所述感测机构不断
    地提供对输出电流高于或低于阈值的指示。当二进制信号第一次被设为有
    效时,过流硬限幅单元确定数字输入信号的上一个值并将其限幅电平设为
    等于或刚小于该值。只要该二进制信号保持被设为有效,硬限幅单元就对
    其用来对输入信号限幅的电平进行斜降。当二进制信号被设为无效时,硬
    限幅单元开始将电平斜升,一直持续到二进制信号再次被设为有效或达到
    了最大限幅电平为止。

    参见图2,其示出了说明根据一个实施方式的数字放大器的结构的原
    理框图。图中示出的结构旨在是例证性的,并且可在可替换实施方式中实
    现其它结构。

    在图2的实施方式中,通常是脉冲编码调制(PCM)信号的输入数字音
    频信号由插值器210接收。该信号被插值后提供给非线性校正单元220。
    通常,该被插值且被校正的信号接着传送到噪声整形器230。然而,在本
    系统中,该被插值且被校正的信号被传送通过过流硬限幅单元280,过流
    硬限幅单元280在必要时对该信号进行限幅(下面将对此进行详细描述),
    然后将限幅后的输入信号传送给噪声整形器230。

    噪声整形器230对接收到的信号进行量化,并将该信号传送给PWM
    调制器240。通过使用基于输入和输出音频信号之间的滤波差分的反馈,
    噪声整形器230还对该音频信号的噪声频谱进行整形。PWM调制器240
    将PCM信号转换成一对脉冲宽度调制(PWM)信号。然后,这些PWM信
    号被提供给输出级250。输出级250由PWM信号控制以驱动扬声器260,
    并产生音频信号的听觉表现(例如,音乐)。

    在图2的实施方式中,电流感测机构270被耦合到输出级250。例如,
    电流感测机构270可包括设置为与扬声器260串联的一个或更多小感测电
    阻,以及被配置为将每个感测电阻两端的电压与阈值电压进行比较的比较
    器。比较器产生指示感测电阻电压高于还是低于阈值电压的二进制信号。
    该二进制信号接着被提供给过流硬限幅单元280。硬限幅单元280基于从
    二进制感测机构接收到的二进制信号调节其用以对输入音频信号进行限
    幅的电平。

    参见图3A和3B,示出了说明根据一个实施方式的数字放大器中的限
    流机构的操作的一对流程图。图3A示出了产生二进制过流信号的过程。
    该过程在这个实施方式中是持续的。图3B示出了基于在图3A的过程中产
    生的信号设置硬限幅单元的限幅电平的过程。图3B中描绘的流程图代表
    了每个PWM开关周期都会重复的过程。

    图3A的过程始于将感测电阻电压与阈值电压的比较(块305)。如上所
    述,感测电阻设置为与扬声器串联,因此感测电阻两端的电压正比于通过
    扬声器和感测电阻的电流。同样地,阈值电压正比于通过扬声器和感测电
    阻的阈值电流电平?;诟胁獾缱璧缪褂脬兄档缪沟谋冉?,电流感测机构
    可将二进制信号设置为有效或将其设为无效(块310)。如果感测电阻电压大
    于阈值电压(从而扬声器电流大于阈值电流),那么该信号被设为有效。否
    则,该信号被设为无效。因此,该二进制信号在本文可被称作过流或过阈
    信号。该过流信号被从电流感测机构传送到过流硬限幅单元(块315)。这个
    过程是持续的。

    参见图3B,硬限幅单元接收二进制过流信号,并确定该信号是否被设
    为有效(即,输出电流是否大于阈值电流)(块320)。如果过流信号未被设为
    有效,那么硬限幅单元将使其限幅电平斜升回到其最大值。如图中所示,
    硬限幅单元确定其限幅电平是否低于最大电平(块325)。如果限幅电平已经
    处于其最大值,则无需由硬限幅单元采取进一步的动作,所述过程返回到
    块305,并且对于下一个PWM周期,该过程将重复。另一方面,如果限
    幅电平低于最大电平,那么在返回到块305之前,硬限幅单元递增其限幅
    电平(块330)。这个循环可能需要进行多次重复,以使限幅电平增加到最大
    值。

    在块320中,如果过流硬限幅单元确定过流信号被设为有效,则输入
    信号电平太高,因此过流硬限幅单元的限幅电平必须减小。为了确定限幅
    所应设置的电平,该硬限幅单元需要确定输入音频信号是否在先前的
    PWM周期内被硬限幅单元限幅(块335)。如果在先前的PWM周期内音频
    信号未被硬限幅单元限幅,那么硬限幅单元将输入音频信号的上一个值确
    定为用于确定新限幅电平的初始值(块340)。认为输入音频信号的上一个值
    是导致输出电流超出阈值电平的值,因此限幅电平被设置为该值(块345)
    然后被递减(块350)。在块335中,如果硬限幅单元确定输入音频信号在先
    前的PWM周期内被限幅,那么限幅电平已经低于其最大值,因此硬限幅
    单元简单地使限幅电平从其当前值递减(块350)。在任何一种情况下,该过
    程然后返回到块320,并在随后的PWM周期内被重复。

    如前所述,在上述实施方式中,在每个PWM开关周期(名义上以
    384kHz的速率)都执行对过流事件的检测(以及在块320-350中调节限幅电
    平)。更确切地说,在每个开关周期之初,首先将前面的过流事件(如果存
    在)清除,然后只有当在当前开关周期内检测到过阈电流时,才设置过流事
    件。一旦二进制信号指示过流情况被设置,其将处于设置状态一直到下个
    开关周期——本质上以单触发机构的形式。因此,无需DSP介入到该机构
    的实现中。因为过流硬限幅单元被放置得尽可能接近输出端,而在输出端
    过流情况得以确定,因此做出有效的响应只需几个PWM开关周期,而这
    应该足够了。

    应注意,以上结合图3所描述的过程是示例性的,并且可替换的实施
    方式可不同于上述描述。例如,对过流情况的检测以及对限幅电平的调节
    不需要按先前描述的PWM转换速率来完成。此外,在前面的描述中,二
    进制过流信号被直接从过流感测机构的比较器传送到过流硬限幅单元。在
    其他实施方式中,二进制过流信号可先被处理(例如,被低通滤波),之后
    提供给硬限幅单元。

    因为过流硬限幅单元的限幅电平是基于系统的输出端处的电流电平
    来设置的,因此硬限幅单元应该放置得(功能上)尽可能接近该输出端,以
    达到最快的可能响应。在图2的实施方式中,硬限幅单元280被放置在非
    线性校正单元220和噪声整形器230之间,但可选择地,其可被放置在噪
    声整形器230和调制器240之间。然而,在图2的实施方式中将硬限幅单
    元280放置在噪声整形器230之前可提供某些好处,例如,在信号中具有
    更高的分辨率(因为噪声整形器将信号量化为较少的信号电平),以及消除
    了噪声整形器中可能导致不稳定状态的过度的限幅。

    参见图4,其示出了说明与根据一个实施方式的过流?;せ瓜喙亓?br />的各种信号。该图示出的4个信号包括二进制过流信号、输入到过流硬限
    幅单元的音频信号、从硬限幅单元输出的音频信号、以及硬限幅单元内的
    限幅电平。二进制过流信号显示为具有高(H)电平或低(L)电平。输入和输
    出音频信号以及限幅电平显示为其最大电平都被归一化到+/-1。

    图4示出了在包含四个所关心的子区间的区间内的这些信号。最初,
    音频输入信号和音频输出信号一直在增加。过流信号还未被设为有效,并
    且硬限幅单元的限幅电平被设置为其最大电平。在第一子区间(410)内,过
    流信号在时刻t1被设置。音频输入信号还未达到其最大值。当过流信号被
    设为有效时,硬限幅单元立即将其限幅电平降到音频输入信号的上一个值
    (大约等于其最大值的80%)。当过流信号保持被设为有效时,硬限幅单元
    继续使其限幅电平斜降??梢钥闯?,输出音频信号电平是根据硬限幅单元
    的限幅电平而被限幅的。

    当过流信号在时刻t2被设为无效时,过流硬限幅单元开始使其限幅电
    平斜升。硬限幅单元使限幅电平持续斜升,直到过流信号被再次设为有效
    为止,而在过流信号被再次设为有效的同时,硬限幅单元开始再次使限幅
    电平斜降。在这种情况下,即使限幅电平被降低,输入音频信号保持低于
    限幅电平,因此信号实际上未被限幅。当过流信号被再次设为无效时,硬
    限幅单元开始使其限幅电平斜升,并且持续使限幅电平斜升,直到达到最
    大限幅电平为止。

    在子区间420内,过流硬限幅单元的过流信号和限幅电平与在子区间
    410时的相同。输入音频信号和输出音频信号与在子区间410时的相同,
    只不过它们是反相的。这简单地说明了,系统被配置为根据信号的绝对值
    对其进行限幅。

    在子区间430内,过流信号在一系列短脉冲中被设为有效和被设为无
    效。结果,限幅电平在最大值的大约40%处波动。因此,输出音频信号被
    限幅于最大值的大约40%。此限幅仿真了结合图1所描述的模拟限幅。虽
    然相似的限幅通常也发生在音频信号的负部分,但是由于图中有限的空
    间,所以并未在图4中示出。

    在子区间440内,过流信号在包括一个长脉冲接着是几个短脉冲的一
    系列脉冲中被设为有效和设为无效。结果,限幅电平下降,接着在最大电
    平的大约0-10%波动。输出音频信号也因此被限幅在大约相同的归一化电
    平。此限幅对应于过流事件被检测到且音频信号几乎完全被抑制的情况。

    所描述的系统能够用不同方式来实现。下面将要描述的图5和图6分
    别示出了过流硬限幅单元和过流感测机构的示例性实施方式。

    参见图5,示出了说明根据一个实施方式的过流硬限幅单元的结构的
    原理框图。在此实施方式中,过流硬限幅单元280包括设置在音频信号通
    道上的第一硬限幅器510。第一硬限幅器510用来对输入音频信号进行限
    幅的电平是由高和低限幅电平输入确定的(分别为限幅_电平_高和限幅_电
    平_低)。高和低限幅电平彼此反相(即,限幅_电平_高=-限幅_电平_低)。
    在本实施方式中,第一硬限幅器510的最大限幅电平被设置为输入音频信
    号的最大信号电平。高和低限幅电平中的每一个的绝对值是在0和该最大
    限幅电平之间。当硬限幅器510的限幅电平被设置为其最大值时,输入音
    频信号通过硬限幅器510而未被修改。

    硬限幅器510的高和低限幅电平由另外几个器件控制,包括绝对值单
    元520、加法器530和535、复用器540、第二硬限幅器550、寄存器560
    以及乘法器570。第一硬限幅器510所使用的高和低限幅电平的绝对值被
    存储在寄存器560中。该值在每个PWM开关周期用从第二硬限幅器550
    接收到的值来更新。第二硬限幅器550通过对从复用器540接收到的值进
    行限幅而产生这个值。因此,第二硬限幅器550将高/低限幅电平的绝对值
    限制到最大值。

    如前所述,过流硬限幅单元280用来对输入音频信号限幅的电平是由
    从过流感测机构接收到的过流信号确定的。该信号被输入复用器540。根
    据过流信号,复用器540选择由上回路产生的值(使限幅电平递增)或由下
    回路产生的值(使限幅电平递减)。

    当过流信号未被设为有效时,复用器540选择从加法器535接收到的
    值,并经由第二硬限幅器550将该值传送给寄存器560。因此,在第一个
    PWM开关周期,寄存器560包含某一值。在下一个PWM开关周期,该
    值被递增(即,一个递增值,斜升递增量被加到寄存器值),并被第二硬限
    幅器550限幅以保证其没有超出最大限幅电平,然后存储在寄存器560中。
    寄存器560的值接着作为高限幅电平提供给第一硬限幅器510,并且该值
    还被复用器570反相后作为低限幅电平提供给第一硬限幅器510。因此,
    只要过流信号未被设为有效,提供给第一硬限幅器510的限幅电平就被斜
    升,直到其达到最大限幅电平为止,然后被维持在该最大限幅电平。

    当过流信号被设为有效时,其使复用器540选择由包括绝对值单元520
    和加法器530的下回路所产生的值。绝对值单元520接收第一硬限幅器510
    的输出。绝对值单元520存储被限幅音频信号的上一个值。这个值被传送
    到加法器530,加法器530给该值加入负递减值,然后将该被递减的值传
    送到复用器540。复用器540将该值传送给第二硬限幅器550,硬限幅器
    550又将该值传送给寄存器560。然后,寄存器560的值和其相反值作为
    高和低限幅电平提供给第一硬限幅器510。

    当过流信号第一次被设为有效时,存储在绝对值单元520中的值是上
    一个音频信号值。该值可能是存储在寄存器560中的限幅电平,或者可能
    是某个更低的值。如果它是存储在寄存器560中的限幅电平,那么这个值
    被递减,然后被存储在寄存器560中,在寄存器560处该值将被用于在下
    一个PWM开关周期内对输入音频信号限幅?;痪浠八?,该系统将开始使
    限幅电平从其当前电平斜降。如果存储在绝对值单元520中的值小于存储
    在寄存器560中的限幅电平,那么音频信号值将被递减,然后被存储在寄
    存器560中,以用于在下一个PWM开关周期内对输入音频信号限幅。因
    此,在这种情况下,存储在寄存器560中的限幅电平将立即从前一个限幅
    电平降到前述上一个音频信号值,然后开始从该值斜降。

    应注意,在图5的实施方式中,用于递增或递减(通过加法器530或
    535)限幅电平的值被存储在图中未明确示出的寄存器中。在一个实施方式
    中,这些寄存器中的递增值和递减值是可编程的。这些寄存器值可在对系
    统进行初始配置时被设置,并且有时可由用户修改,或由系统本身(例如,
    由DSP)动态地更新。系统也可被配置为实现如下功能,诸如监测用于过流
    事件的频率的状态寄存器,监测数字音频信号的压缩,或者如果本文描述
    的过流?;せ刮茨苄U髑榭鲈蚬乇崭孟低?。

    如前所述,过流硬限幅单元280的限幅电平是由从过流感测机构接收
    到的过流信号控制的。过流信号可以以未滤波形式来使用,或可在用于控
    制限幅电平之前被处理。在一个实施方式中,过流信号被低通滤波以将噪
    声从该信号中滤除并消除由该噪声引起的该限幅电平的不必要的改变。电
    流信号的数也可与启动信号相组合(例如,相“与”)。当该启动信号被设
    为有效时,过流信号被传送到过流硬限幅单元,并被用于按前述方式控制
    限幅电平。当该启动信号被设为无效时,过流信号被禁用,使得过流电平
    维持在其最大值并且硬限幅单元不做限幅。

    参见图6,其示出了说明包含依照一个实施方式的过流感测机构的输
    出级的结构的示意图。在这个实施方式中,感测机构被耦合到全桥输出级。
    该输出级的常规器件包括一组FET610-613、电感器615-616、电容器
    617-618以及扬声器614。FET610和613由高压侧PWM信号控制,而
    FET611和612由低压侧PWM信号控制。当高压侧信号为高而低压侧信号
    为低时,电流从电流源经感测电阻620、FET610、电感器615、扬声器614、
    电感器616、FET613和感测电阻621后流向地。当高压侧信号为低而低压
    侧信号为高时,电流从电流源经感测电阻620、FET612、电感器616、扬
    声器614、电感器615、FET611和感测电阻621后流向地。当高压侧信号
    和低压侧信号都为低时,电流按着与高压侧信号和低压侧信号刚要相等之
    前电流流动的方向相同的方向流过电感器615-616和扬声器614。

    过流感测机构包括感测电阻620-621和比较器机构,该比较器机构被
    配置为将这些电阻两端的电压与阈值电压进行比较,并当阈值被达到和/
    或阈值被超出时将过流信号设为有效。感测电阻620-621应该具有小电阻
    值,以使驱动扬声器614的音频信号不会被它们的存在严重影响。在此实
    施方式中,比较器电路包括电阻630-635和双极型结型晶体管640-641。为
    该电路选择特定的器件(例如,阻抗值)取决于期望的阈值以及本领域相关
    技术人员所熟知的各种因素,因此这些细节这里将不做讨论。只不过应该
    指出,当感测电阻620两端的电压和感测电阻621两端的电压中的任何一
    个超出了相应的阈值电压时,所示出的比较器电路将把二进制过流信号设
    置为有效。在此实施方式中,比较器电路的输出通常为高,该输出将先被
    反相,然后再提供给图5示出的硬限幅单元的复用器。

    可由本发明提供的好处和优点已经在前面结合具体的实施方式做了
    描述。这些好处和优点,以及可能导致它们出现或变得明确的任何元件或
    限制不应被理解为是任何权利要求或所有权利要求的关键的、必须的、或
    基本的特征。如本文所使用的术语“包括(comprise)”、“包括(comprising)”
    或其任意的其它变化形式,都旨在被解释为非排他性地包括这些术语之后
    的元件或限制。因此,包括一组元件的系统、方法或其它实施方式不限于
    仅那些元件,并且可包括未被明确列出的或对所要求?;さ氖凳┓绞嚼此?br />是固有的其它元件。

    虽然本发明已经参考具体的实施方式做了描述,但应该理解,这些实
    施方式是示例性的,且本发明的范围不仅仅局限于那些实施方式。对前面
    描述的实施方式的很多变更、修改、添加和改进是可能的??梢栽て?,这
    些变化、修改、添加和改进落在随后的权利要求中详述的本发明的范围内。

    关于本文
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