一种用于喇叭保护的电流检测电路、芯片及电流检测方法与流程

本发明涉及半导体集成电路技术领域，更具体地说，涉及一种用于喇叭保护的电流检测电路、芯片及电流检测方法。

背景技术：

class_d音频功放由于其具有高效率、发热小和性能好等优点，被广泛应用于蓝牙音箱和手机等便捷式设备中。

由于便捷式设备追求小巧型，以便容易携带，以使内置的喇叭腔体往往比较小，在功放播放大音量歌曲时，特别是大的重低音歌曲时，喇叭腔体可能会因为振膜位移过大或喇叭温度过高等原因损坏。

在class_d音频功放输出功率很大时，特别是削顶时，此时喇叭电流很大，此时需要电流检测模块准确地检测出喇叭电流以便进行保护，但是，发生削顶时，喇叭输出端von或vop可能几个pwm(pulsewidthmodulation，脉冲宽度调制)周期内都会出现高电平或低电平，有的电流检测方式并不适用，通常需要class_d加上防削顶失真功能，即主动限制class_d的输出功率，使得输出不发生削顶，von和vop在每个pwm周期内都会有方波，但是，这样就会降低class_d的输出功率，不能最大限度的发挥喇叭的大功率性能。

并且，有些电流检测方法需要增加检测电路，例如在功率管源端串联检测电阻，以便采样检测电阻上的电压，实现对电流的检测，但是，加入的检测电路由于在喇叭电流通路上，增加了功率损耗，降低了class_d的整体效率。

那么，如何提供一种满足喇叭大功率输出的电流检测电路，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种用于喇叭保护的电流检测电路、芯片及电流检测方法，本发明一个实施例的技术方案如下：

一种用于喇叭保护的电流检测电路，所述电流检测电路包括：电流检测模块和模数转换器；

其中，所述电流检测模块的第一输入端与第一喇叭输出端连接，第二输入端与第二喇叭输出端连接，用于实现喇叭电流的采样，并将采样后的电流转换为电压，以输出第一电压信号和第二电压信号；

所述模数转换器的第一输入端与所述电流检测模块的第一输出端连接，第二输入端与所述电流检测模块的第二输出端连接，用于将所述第一电压信号和所述第二电压信号转换成pdm码，以计算得出喇叭上的电流值参数。

优选的，在上述电流检测电路中，所述电流检测模块包括：第一电流检测子模块、第二电流检测子模块和转换子模块；

所述第一电流检测子模块用于采集所述第一喇叭输出端的第一电流参数；

所述第二电流检测子模块用于采集所述第二喇叭输出端的第二电流参数；

所述转换子模块用于将所述第一电流参数转换为所述第一电压信号，将所述第二电流参数转换为所述第二电压信号。

优选的，在上述电流检测电路中，所述第一电流检测子模块包括：第一开关、第二开关、第一比较器、第一功率管、第二功率管、第三功率管和第四功率管；

其中，所述第一开关的第一端与所述第一喇叭输出端连接，第二端与所述第一比较器的同相输入端连接；

所述第二开关的第一端接地，第二端与所述第一比较器的同相输入端连接；

所述第一比较器的反相输入端与所述第一功率管和所述第四功率管的连接节点连接；

所述第一比较器的输出端与所述第一功率管的栅极连接；

所述第一功率管的源极与所述第四功率管的第一端连接，漏极与所述第二功率管的漏极连接；

所述第四功率管的第二端与电压输入端连接，第三端接地连接；

所述第二功率管的源极和所述第三功率管的源极通过第一连接节点连接，且所述第一连接节点与所述电压输入端连接；

所述第二功率管的栅极和所述第三功率管的栅极通过第二连接节点连接，且所述第二连接节点与所述第二功率管的漏极连接。

优选的，在上述电流检测电路中，所述第一功率管和第四功率管均为n型功率管；

所述第二功率管和所述第三功率管均为p型功率管。

优选的，在上述电流检测电路中，所述第二电流检测子模块包括：第三开关、第四开关、第二比较器、第五功率管、第六功率管、第七功率管和第八功率管；

其中，所述第三开关的第一端与所述第二喇叭输出端连接，第二端与所述第二比较器的同相输入端连接；

所述第四开关的第一端接地，第二端与所述第二比较器的同相输入端连接；

所述第二比较器的反相输入端与所述第五功率管和第八功率管的连接节点连接；

所述第二比较器的输出端与所述第五功率管的栅极连接；

所述第五功率管的源极与所述第八功率管的第一端连接，漏极与所述第六功率管的漏极连接；

所述第八功率管的第二端与所述电压输入端连接，第三端接地连接；

所述第六功率管的源极与所述第七功率管的源极通过第三连接节点连接，且所述第三连接节点与所述电压输入端连接；

所述第六功率管的栅极与所述第七功率管的栅极通过第四连接节点连接，且所述第四连接节点与所述第六功率管的漏极连接。

优选的，在上述电流检测电路中，所述第五功率管和第八功率管均为n型功率管；

所述第六功率管和所述第七功率管均为p型功率管。

优选的，在上述电流检测电路中，所述转换子模块包括：第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容和第三比较器；

其中，所述第一电阻和第一电容并联连接，并联的第一端分别与所述第一电流检测子模块的输出端和所述第三比较器的同相输入端连接，并联的第二端与所述第三比较器的第一输出端连接；

所述第二电阻和所述第二电容并联连接，并联的第一端分别与所述第二电流检测子模块的输出端和所述第三比较器的反相输入端连接，并联的第二端与所述第三比较器的第二输出端连接；

所述第三比较器的第一输出端作为所述电流检测模块的第一输出端；

所述第三比较器的第二输出端作为所述电流检测模块的第二输出端。

一种芯片，所述芯片包括上述任一项所述的电流检测电路。

一种用于喇叭保护的电流检测方法，所述电流检测方法包括：

对喇叭的电流进行采样，并将采样电流转换成第一电压信号和第二电压信号；

将所述第一电压信号和所述第二电压信号转换成pdm码；

依据所述pdm码，计算出所述喇叭上的电流值参数。

优选的，在上述电流检测方法中，所述对喇叭的电流进行采样，并将采样电流转换成第一电压信号和第二电压信号，包括：

在一个正弦波的正半周期，对所述喇叭的第一喇叭输出端的电流进行采样，得到第一电流参数；

在一个正弦波的负半周期，对所述喇叭的第二喇叭输出端的电流进行采样，得到第二电流参数；

将所述第一电流参数转换为所述第一电压信号，将所述第二电流参数转换为第二电压信号。

相较于现有技术，本发明实现的有益效果为：

本发明提供的一种电流检测电路通过电流检测模块，采用功率管电流镜像技术实现喇叭电流的采样，并将电流转换为电压，以输出第一电压信号和第二电压信号，该电路的设计并不会增加class_d电路的功率损耗。

并且，结合模数转换器将所述第一电压信号和所述第二电压信号转换成pdm码，以计算得出喇叭上的电流值参数，即使class_d的输出功率很大，也不需要增加防削顶失真功能，也可以正常检测出喇叭电流大小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的class_d三态调制模式时的输出波形示意图；

图2为本发明实施例提供的class_d三态调制模式在一个正弦波的正半周期充电阶段示意图；

图3为本发明实施例提供的class_d三态调制模式在一个正弦波的正半周期放电阶段示意图；

图4为本发明实施例提供的class_d三态调制模式在一个正弦波的负半周期充电阶段示意图；

图5为本发明实施例提供的class_d三态调制模式在一个正弦波的正半周期放电阶段示意图；

图6为本发明实施例提供的一种用于喇叭保护的电流检测电路的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种电流检测模块的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种第一电流检测子模块的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的一种第二电流检测子模块的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的一种转换子模块的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的一种用于喇叭保护的电流检测电路的波形示意图；

图12为本发明实施例提供的一种用于喇叭保护的电流检测方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图1，图1为本发明实施例提供的class_d三态调制模式时的输出波形示意图。

如图1所示，当负载电流il＞0时，即负载电流方向由vop端向von端流时，一个pwm周期内vop的高电平时间高于低电平时间，而class_d输出信号的正半个周期内von恒定为低电平时，这就意味着输出信号的正半周期内von的低端功率nmos管一直开启，负载电流一直流过von的低端功率nmos管。

进一步的，在(vop-von)一个正弦波的正半周期内，电流方向由vop向von流动，且功率管nmos2一直开启。

参考图2，图2为本发明实施例提供的class_d三态调制模式在一个正弦波的正半周期充电阶段示意图。

参考图3，图3为本发明实施例提供的class_d三态调制模式在一个正弦波的正半周期放电阶段示意图。

进一步的，在(vop-von)一个正弦波的负半周期内，电流方向由von向vop流动，且功率管nmos1一直开启。

参考图4，图4为本发明实施例提供的class_d三态调制模式在一个正弦波的负半周期充电阶段示意图。

参考图5，图5为本发明实施例提供的class_d三态调制模式在一个正弦波的正半周期放电阶段示意图。

参考图6，图6为本发明实施例提供的一种用于喇叭保护的电流检测电路的结构示意图。

所述电流检测电路包括：电流检测模块11和模数转换器12；

其中，所述电流检测模块11的第一输入端与第一喇叭输出端von连接，第二输入端与第二喇叭输出端vop连接，用于实现喇叭电流的采样，并将采样后的电流转换为电压，以输出第一电压信号和第二电压信号；

所述模数转换器12的第一输入端与所述电流检测模块的第一输出端连接，第二输入端与所述电流检测模块的第二输出端连接，用于将所述第一电压信号和所述第二电压信号转换成pdm码，以计算得出喇叭上的电流值参数。

在该实施例具体实现中，所述电流检测模块11(currentsenseandivconverter模块)可以通过功率管电流镜像技术实现喇叭电流的采样，并将电流转换为电压，以输出第一电压信号和第二电压信号，再经过模数转换器(sigmadeltaadc，∑δadc)将第一电压信号和第二电压信号转换成pdm码，基于pdm码计算出喇叭上的电流值参数。

进一步的，还可以对∑δadc的输出经过cic(cascadedintegrator-combfilter)数字滤波器进行滤波处理后，计算出喇叭上的电流值。

该电路的设计并不会增加class_d电路的功率损耗，并且，结合模数转换器将所述第一电压信号和所述第二电压信号转换成pdm码，以计算得出喇叭上的电流值参数，进一步的，有效位可高达13bit(比特)，即使class_d的输出功率很大，也不需要增加防削顶失真功能，也可以正常检测出喇叭电流大小。

进一步的，基于本发明上述实施例，参考图7，图7为本发明实施例提供的一种电流检测模块的结构示意图。

所述电流检测模块包括：第一电流检测子模块13、第二电流检测子模块14和转换子模块15；

所述第一电流检测子模块13用于采集所述第一喇叭输出端von的第一电流参数；

所述第二电流检测子模块14用于采集所述第二喇叭输出端vop的第二电流参数；

所述转换子模块15用于将所述第一电流参数转换为所述第一电压信号，将所述第二电流参数转换为所述第二电压信号。

进一步的，基于本发明上述实施例，参考图8，图8为本发明实施例提供的一种第一电流检测子模块的结构示意图。

所述第一电流检测子模块13包括：第一开关sw2、第二开关sw2_n、第一比较器amp1、第一功率管nmos4、第二功率管pmos3、第三功率管pmos4和第四功率管nmos3；

其中，所述第一开关sw2的第一端与所述第一喇叭输出端von连接，第二端与所述第一比较器amp1的同相输入端连接；

所述第二开关sw2_n的第一端接地，第二端与所述第一比较器amp1的同相输入端连接；

所述第一比较器amp1的反相输入端与所述第一功率管nmos4和所述第四功率管nmos3的连接节点连接；

所述第一比较器amp1的输出端与所述第一功率管nmos4的栅极连接；

所述第一功率管nmos4的源极与所述第四功率管nmos3的第一端连接，漏极与所述第二功率管pmos3的漏极连接；

所述第四功率管nmos3的第二端与电压输入端vdd连接，第三端接地连接；

所述第二功率管pmos3的源极和所述第三功率管pmos4的源极通过第一连接节点连接，且所述第一连接节点与所述电压输入端vdd连接；

所述第二功率管pmos3的栅极和所述第三功率管pmos4的栅极通过第二连接节点连接，且所述第二连接节点与所述第二功率管pmos3的漏极连接；

所述第三功率管pmos4的漏极作为所述第一电流检测子模块的输出端a，用于输出第一电流参数。

需要说明的是，如图8所示，第四功率管nmos3为n个n型功率管串联得到的集成功率管，其中，n≥1。

进一步的，基于本发明上述实施例，所述第一功率管nmos4和第四功率管nmos3均为n型功率管；

所述第二功率管pmos3和所述第三功率管pmos4均为p型功率管。

进一步的，基于本发明上述实施例，参考图9，图9为本发明实施例提供的一种第二电流检测子模块14的结构示意图。

所述第二电流检测子模块包括：第三开关sw1、第四开关sw1_n、第二比较器amp2、第五功率管nmos4_p、第六功率管pmos3_p、第七功率管pmos4_p和第八功率管nmos3_p；

其中，所述第三开关sw1的第一端与所述第二喇叭输出端vop连接，第二端与所述第二比较器amp2的同相输入端连接；

所述第四开关sw1_n的第一端接地，第二端与所述第二比较器amp2的同相输入端连接；

所述第二比较器amp2的反相输入端与所述第五功率管nmos4_p和第八功率管nmos3_p的连接节点连接；

所述第二比较器amp2的输出端与所述第五功率管nmos4_p的栅极连接；

所述第五功率管nmos4_p的源极与所述第八功率管nmos3_p的第一端连接，漏极与所述第六功率管pmos3_p的漏极连接；

所述第八功率管nmos3_p的第二端与所述电压输入端vdd连接，第三端接地连接；

所述第六功率管pmos3_p的源极与所述第七功率管pmos4_p的源极通过第三连接节点连接，且所述第三连接节点与所述电压输入端vdd连接；

所述第六功率管pmos3_p的栅极与所述第七功率管pmos4_p的栅极通过第四连接节点连接，且所述第四连接节点与所述第六功率管pmos3_p的漏极连接；

所述第七功率管pmos4_p的漏极作为所述第二电流检测子模块的输出端b，用于输出第二电流参数。

需要说明的是，如图9所示，第八功率管nmos3_p为m个n型功率管串联得到的集成功率管，m≥1。

进一步的，基于本发明上述实施例，所述第五功率管nmos4_p和第八功率管nmos3_p均为n型功率管；

所述第六功率管pmos3_p和所述第七功率管pmos4_p均为p型功率管。

通过上述描述可知，第一电流检测子模块通过第二功率管和第三功率管电流镜像技术实现第一电流参数的采样，第二电流检测子模块通过第六功率管和第七功率管电流镜像技术实现第二电流参数的采样。

进一步的，基于本发明上述实施例，参考图10，图10为本发明实施例提供的一种转换子模块的结构示意图。

所述转换子模块15包括：第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容和第三比较器；

其中，所述第一电阻r2n和第一电容c2n并联连接，并联的第一端分别与所述第三功率管pmos4的漏极和所述第三比较器amp3的同相输入端连接，并联的第二端与所述第三比较器amp3的第一输出端sh_von连接；

所述第二电阻r2p和所述第二电容c2p并联连接，并联的第一端分别与所述第七功率管pmos4_p的漏极和所述第三比较器amp3的反相输入端连接，并联的第二端与所述第三比较器amp3的第二输出端sh_vop连接；

所述第三比较器的第一输出端sh_von作为所述电流检测模块的第一输出端；

所述第三比较器的第二输出端sh_vop作为所述电流检测模块的第二输出端。

基于本发明上述全部实施例，下面对所述电流检测电路的原理进行阐述。

参考图11，图11为本发明实施例提供的一种用于喇叭保护的电流检测电路的波形示意图。

其中，第四功率管nmos3、第八功率管nmos3_p、class_d电路中的功率管nmos1和功率管nmos2是同一类型的mos管，且第四功率管nmos3和第八功率管nmos3_p的宽、长完全相等，其栅极被偏置到电压输入端vdd(vdd＜5.5v)上，均工作在线性区，其线性电阻为：

其中，w、l是第四功率管或第八功率管每个管子的宽长，n为串联功率管的个数，vthn为功率管的阈值电压。

第一开关sw2与功率管nmos2栅极信号ls_gt2同相位，即当(vop-vpn)为正半周期内时，ls_gt2为高，功率管nmos2开启时，第一开关sw2闭合，第二开关sw2_n关断，实现对von进行电流采样，此时的von电压等于工作在线性区的功率管nmos2的源漏电压vds_nmos2：

vds_nmos2＝il*rdson_nmos2

其中，il为喇叭上的电流，rdson_nmos2为工作在线性区的功率管nmos2的导通电阻，为功率管nmos2的宽长比。

采样得到的电流，即第一电流参数：

il_nm2_mir＝(vds_nmos2/rnmos3)*m＝il*(rdson_nmos2/rnmos3)*m

其中，m为电流镜pmos3和pmos4的电流镜像比例。

在(vop-von)正半周期内，第一开关sw2闭合，第二开关sw2_n关断，而检测vop端的第一开关sw1断开，第二开关sw1_n闭合，不对功率管nmos1的电流进行检测，第二电流参数il_nm1_mir的电流为0，该过程的整体过程时序图如图11中左半部分波形所示。

相反，在负半周期内，对功率管nmos1的电流进行检测，对功率管nmos2的电流不进行检测，该过程的整体过程时序图如图11中右半部分波形所示。

其中，ls_gt2为功率管nmos2的栅极信号，ls_gt1为功率管nmos1的栅极信号。

采样得到的电流il_nm2_mir再经过转换子模块进行电流电压转换，输出滤波放大后的信号(sh_von-sh_vop)：

sh_von-sh_vop＝-il_nm2_mir*r2n＝-il*(rdson_nmos2/rnmos3)*m*r2n

输出电压信号sn_vop和sn_von，再经过模数转换器(sigmadeltaadc，∑δadc)转换成pdm码，此时，∑δadc输出的pdm码再经过cic数字滤波器即可计算出喇叭上的电流值。

其中，转换子模块具有低通滤波的功能，将vop和von采样得到的电压的高频成分进行滤波，在将结果传输至模数转换器，防止高频噪声被折叠成音频范围内而降低电流检测的信噪比，其-3db带宽为：

在负半周期时，对功率管nmos1的电流进行检测，即采样vop的电压，不检测功率管nmos2的电流，sw1闭合，sw1_n关断，而检测von端的开关sw2断开，sw2_n闭合，时序图如图11右半部分波形所示。

基于本发明上述全部实施例，在本发明另一实施例中还提供了一种用于喇叭保护的电流检测方法，参考图12，图12为本发明实施例提供的一种用于喇叭保护的电流检测方法的流程示意图。

所述电流检测方法包括：

s101：对喇叭的电流进行采样，并将采样电流转换成第一电压信号和第二电压信号。

s102：将所述第一电压信号和所述第二电压信号转换成pdm码。

s103：依据所述pdm码，计算出所述喇叭上的电流值参数。

需要说明的是，本发明实施例提供的电流检测方法与电流检测电路的原理相同，在此不再赘述。

进一步的，基于本发明上述实施例，步骤s101的具体过程为：

在一个正弦波的正半周期，对所述喇叭的第一喇叭输出端的电流进行采样，得到第一电流参数；

在一个正弦波的负半周期，对所述喇叭的第二喇叭输出端的电流进行采样，得到第二电流参数；

将所述第一电流参数转换为所述第一电压信号，将所述第二电流参数转换为第二电压信号。

基于本发明上述全部实施例，在本发明另一实施例中还提供了一种芯片，所述芯片包括上述所述的电流检测电路，以使该芯片具备电流检测电路的全部功能。

以上对本发明所提供的一种用于喇叭保护的电流检测电路、芯片及电流检测方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素，或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。