专利名称：Dc电压错误保护电路、相关方法及系统的制作方法
技术领域：
除其它内容之外，本申请讨论了电子电路，更具体地说，讨论了电子保护电路。
背景技术：
诸如“智能”手机、MPEG-I音频第三层(MP3)设备、支持Wi-Fi的设备等的移动设备由于它们不断增强的功能和性能已变得日益普及。一种已并入这些设备中的大多数设备的普及(且通常是必需的)功能部件(feature)是用于发出声音(例如，音乐或话语)的扬声器。许多情况下，也可在该设备上提供连接器以允许用户连接耳机或类似设备，以用于
声音再现。移动设备制造商重点关注的是保护并入该设备中的扬声器免受由于置于扬声器两端的电压不合适而引起的损坏。常见类型的造成损坏的电压是具有足以使扬声器永久损坏的幅度和持续时间的直流(DC)模式电压。因为一些典型的听得见的低频音频信号可能会呈现出能够损坏扬声器的电压信号的特性，因此通常难以防止在扬声器两端施加这种电压。
发明内容
在某些示例中，一种装置可包括被配置为接收输入信号并提供第一输出信号的估计的放大器；用于接收所述估计并产生比较信号的峰值检测器，所述比较信号在经放大的输入信号超过阈值时有效；和定时器，所述定时器被配置为如果所述比较信号至少在选定时间段内有效，则激活第二输出信号。所述定时器可包括第一数字输入，并且所述选定时间段可利用所述第一数字输入的状态来设置。在某些不例中，一种方法可包括在第一放大器处接收输入信号；提供第一输出信号的估计；将所述估计与阈值进行比较；当所述估计超过所述阈值时，激活比较信号；当所述比较信号有效时，启用定时器；当所述比较信号在选定时间段内有效时，激活第二输出信号；在所述定时器处接收第一数字输入；以及根据所述第一数字输入的值设置所述选定时间段。在某些示例中，一种系统可包括负载；功率放大器,被配置为向所述负载提供功率信号；和保护电路，被配置为产生所述功率信号的估计，并且如果所述功率信号的估计指示所述功率信号超过与所述负荷相关的阈值，则禁用所述放大器，其中所述保护电路包括第二放大器，被配置为接收输入信号并提供所述功率信号的估计；峰值检测器，接收所述估计并产生比较信号，所述比较信号在经放大的输入信号超过所述阈值时有效；以及定时器，被配置为如果所述比较信号至少在选定时间段内有效，则激活输出信号。所述定时器可包括第一数字输入，并且所述选定时间段可利用所述第一数字输入的状态来设置。该部分旨在提供对本专利申请的主题的概括，并非旨在提供对本发明的排他性或穷尽性解释。包含具体实施方式
是为了提供与本专利申请有关的其它信息。
在附图(其不一定按比例绘制)中，相似的数字可以描述不同的视图中的类似部件。具有不同字母后缀的相似数字可以表示类似部件的不同例子。附图以举例而非限制的方式大体示出了本文中讨论的各个实施例。图I大体示出了包括示例性DC电压错误保护电路的音频系统10。图2大体示出了示例性可编程放大器。图3示出了示例性DC电压错误保护的示例性峰值检测器的至少一部分。图4大体示出了示例性DC电压错误保护电路的可编程定时器的一个示例。图5是示例性DC电压错误保护电路的示例性模拟的时序图。
具体实施方式
除其它内容之外，本发明人认识到的，一种DC电压错误保护电路，在一个示例中，该DC电压错误保护电路可分析另一电路(例如，扬声器放大器)的输入电压以确定该另一电路的可能输出电压。在一些示例中，如果该另一电路的输出电压将在预定的最小时间段内保持某个最小值，则保护电路可禁用该另一电路。在涉及扬声器或音频放大器的某些示例中，上述保护电路可在扬声器放大器关闭延迟与扬声器放大器的低频音频响应之间提供可编程折衷。图I大体示出了音频系统10，该音频系统10包括示例性DC电压错误保护电路100、音频输出换能器101和用于产生驱动信号125以驱动音频输出换能器101的音频放大器102。在某些示例中，DC电压错误保护电路100可包括可编程放大器110、峰值检测器120和定时器130 (例如，可编程定时器)。在此，结合诸如移动装置音频扬声器之类的音频系统来讨论DC电压错误保护电路100，然而，应理解，因长时间暴露于一定水平的DC电压而易于损坏的其它电气系统也可从DC电压错误保护电路100的运行中受益。在某些示例中，DC电压错误保护电路100可并入单个集成电路或半导体器件中，而在其它实施方式中，DC电压错误保护电路100可为分布在多个电子器件中的电路。在一个示例中，DC电压错误保护电路100接收并处理输入信号103，该输入信号103也作为输入被提供给诸如D类音频放大器之类的音频放大器102。通常，若DC电压错误保护电路100检测到错误信号(例如至少在某个最小时间段内保持超过预定阈值的电压的错误信号)，DC电压错误保护电路100就可发出(assert)警报信号134。在一些示例中，警报信号134可用于例如通过主模拟系统控制块来禁用音频放大器。在一个示例中，若被监测到的输入信号103在扬声器上在大于约2毫秒(ms)的时间间隔内产生高于阈值I. 5伏(V)的电压，可引发警报信号。应理解的是，其它阈值电压、时间间隔及其组合在不背离本主题的情况下都是可能的。在一些示例中，DC电压错误保护电路100的定时器可具有默认阈值和默认超时值。虽然可以处理音频放大器102的输出以检测出可能引起损坏的DC电压，但是对音频放大器102的输入信号103的处理可提供更加可行的电压范围，在该范围内进行峰值检测测量。由于较低的电压范围、较低的电压和较少的成本，电气部件可用于DC电压错误保护电路100，尤其用于峰值检测器120。在某些示例中，无论音频放大器的输出增益如何，可编程放大器110可使峰值检测器120保持一致的内部电压阈值，从而有助于更稳定和一致的峰值检测过程。图2大体示出了示例性可编程放大器210，该可编程放大器210包括解码器212、可调电阻器(Rf/Rin)网络207和放大器206。通常，解码器212对有效位数字输入进行解码，以用于为可确定放大器206的增益的可调电阻器网络207选择配置。在一个示例中，可编程放大器210可具有三种可用的增益值，比如6分贝(dB)、10dB和14dB，但是在其它示例中，可使用其它数量的可用增益值，以及其它增益值。放大器206可根据编程得到的电阻器网络207的配置所提供的增益，放大输入信号203，从而产生可编程放大器电压204。在某些示例中，可将可编程放大器的增益设置为较低的电压，且可使用成本较低的部件来提供对音频放大器输出的表不的峰值检测。
图3示出了诸如图I中的DC电压错误保护电路100之类的示例性DC电压错误保护的示例性峰值检测器320的至少一部分。峰值检测器320可包括阈值发生器321和正峰值比较器322。在某些示例中，峰值检测器可包括负峰值比较器323以及或(OR)门324，以提供峰值检测器输出308。峰值检测器320可接收放大器输出304的表示，并可经由峰值检测器输出308提供何时放大器输出的电压超过内部电压阈值的指示。在某些示例中，尽管扬声器放大器的输出增益会因为例如音量调节而变化，但是峰值检测器320可采用基本恒定的内部电压阈值。在一个不例中，阈值发生器321可为正峰值比较器322的输入提供正峰值阈值(+Vth)。在某些示例中，阈值发生器321可为负峰值比较器323的输入提供负峰值阈值(-Vth)。在一个示例中，峰值检测器320中所用的电压阈值(+VTH，-Vth)可设置为比与DC电压错误相关联的峰值输出(扬声器)电压低10dB，从而产生大约3. 16 I的输出电压与电压阈值比率。因此，在最小扬声器电压阈值为I. 5V的示例中，在峰值检测器320内部的相关联的电压阈值约为474毫伏(mV)。若放大器输出304的表不超过该电压阈值,贝U峰值检测器320就激活峰值检测器输出308。在一些示例中，峰值检测器320可感知放大器输出304的表示的正峰值电压和负峰值电压，并且可使用或门提供峰值检测器308的输出。图4大体示出了诸如图I中所示的DC电压错误保护电路100之类的DC电压错误保护电路的可编程定时器430的一个示例。在某些示例中，可编程定时器430可包括可编程计数器431。可编程的计数器可接收时钟信号(CLOCK)、阈值命令(m)和输入信号408 (例如，峰值检测器的输出)。当接收到(例如，指示检测到的峰值的)有效(active)输入信号408时，可编程计数器431可对时钟信号的时钟脉冲进行计数，直至累积计数达到或超过阈值设定值，或者直至有效输入信号408变得无效(inactive)，这两者中以先发生者为准。若在可编程计数器431的累积计数达到或超过阈值设定值之前，输入信号408由有效状态转变为无效状态，则禁用可编程计数器431并使累积计数复位。若累积计数达到或超过阈值设定值，则可设置可编程计数器431的输出432。在某些示例中，可编程定时器430可包括用于边沿检测、复位、锁存或旁路的模态逻辑433。总的来说，可编程定时器430可延迟作为有效输入408接收的峰值检测器输出到可编程定时器的输出434的传播。在某些示例中，可编程定时器的输出434可提供警报信号，例如放大器禁用警报。在某些示例中，可编程定时器430可包括配置为接收延迟选择命令信号以对可编程计数器431进行编程的解码器435。在某些示例中，解码器435可对接收到的延迟选择命令信号进行解码以将命令信号提供给可编程计数器431，从而用于设置阈值设定值。在某些示例中，例如，解码器435可对接收到的命令信号进行解码以将命令信号(m)提供给可编程计数器431，例如，该命令信号(m)可禁用可编程计数器431，从而禁止将DC保护电路失效用于测试目的。在一个不例中，输出434可保持有效直至施加软件复位信号、施加(硬件)通电复位(POR)信号或包括DC电压错误保护电路的设备被掉电和重新上电。在一些示例中，输出434可在预定的时间段后复位。在一个示例中，解码器435可接收2比特值的延迟选择命令信号，该延迟选择命令信号被编码成三个可用的13比特(比如，m = 13)计数器值，以输入到可编程计数器431。在一个示例中，如果约330千赫兹(kHz)的时钟信号(CLOCK)驱动可编程计数器431，则上述三个计数器值可分别对应于2ms、5ms和15ms的时间段。此外，另一个可用的2比特值的延迟选择命令信号可去激活(disactivate)可编程计数器431，从而禁止可编程定时器的输出的激活。在某些示例中，可编程计数器431可利用可编程阈值设定值来对输入时钟信号(CLOCK)进行分频以产生可与峰值检测输出相比较的时间段，从而确定放大器电压是否在久于预定时间段的时间段内超过了保护电压阈值。图5是诸如图I中的示例性DC电压错误保护电路100之类的DC电压错误保护电路的示例性模拟的时序图。在此示例中，输入电压503呈现出持续约3ms的约300mV的阶跃电压，其导致表示音频放大器电压的输出电压504为约600mV的阶跃电压，并导致待施加于扬声器两端的音频放大器输出具有约I. 89V的驱动信号525电压。在一个不例中，因为表示为600mV的电压504超过了峰值检测器的474mV阈值，因此峰值检测器可激活峰值检测器输出508。由于峰值检测器输出508的激活持续超过3ms，并由此超过了为可编程定时器而设的2ms极限，故可编程定时器可激活警报信号534以禁用扬声器功率放大器。在一个示例中，DC警报信号534可保持有效直至施加软件复位信号、施加(硬件)通电复位信号或包括DC电压错误保护电路100的设备掉电并重新上电。在一些示例中，可在预定的时间段后去激活警报信号。补充注释&示例在示例I中，一种装置可包括放大器，被配置为接收输入信号并提供第一输出信号的估计；峰值检测器，用于接收该估计并产生比较信号，该比较信号在经放大的输入信号超过阈值时有效；和定时器，被配置为如果上述比较信号至少在选定时间段内有效，则激活第二输出信号。所述定时器可包括第一数字输入，且上述选定时间段可利用第一数字输入的状态来设置。在示例2中，示例I的装置可选地包括开关电路，该开关电路被配置为在第二输出信号有效时禁用第二放大器。在示例3中，示例1-2中任意一个或多个示例的放大器可选地包括可编程放大器。在示例4中，示例1-3中任意一个或多个示例的可编程放大器的增益可选地被配置为追随第二放大器的增益。在示例5中，示例1-4中任意一个或多个示例的可编程放大器的增益可选地被设置为比第二放大器的增益低约10分贝(db)。在示例6中，示例1-5中任意一个或多个示例的阈值可选地是基本恒定的。在示例7中，示例1-6中任意一个或多个示例的定时器可选地是利用第一数字输入的第二状态被禁用的。、
在示例8中，示例1-7中任意一个或多个示例的装置可选地包括锁存器，该锁存器被配置为保持第二输出信号的有效状态。在示例9中，示例1-8中任意一个或多个示例的锁存器可选地被配置为在上述装置被切断供给电压时复位。在示例10中，示例1-9中任意一个或多个示例的放大器、峰值检测器和定时器可选地包括在集成电路中。在不例11中，一种方法可包括在第一放大器处接收输入信号；提供第一输出信号的估计，将该估计与阈值进行比较；当该估计超过阈值时激活比较信号；当所述比较信号有效时，启用定时器；当上述比较信号在选定时间段内有效时，激活第二输出信号；在定时器处接收第一数字输入；以及根据第一数字输入的值来设置上述选定时间段。在示例12中，示例1-11中任意一个或多个示例的方法可选地包括在第二放大器处放大输入信号，以向负载提供第一输出信号。 在示例13中，示例1-12中任意一个或多个示例的提供第一输出信号的估计可选地包括使第一放大器的增益追随第二放大器的增益。在示例14中，示例1-13中任意一个或多个示例的追随增益可选地包括将第一放大器的增益设置为比第二放大器的增益低约10分贝(db)。在示例15中，示例1-14中任意一个或多个示例的方法可选地包括当第二输出信号变为有效时，禁用第二放大器。在示例16中，示例1-15中任意一个或多个示例的方法可选地包括在第二输出信号被激活后，利用锁存器将第二输出信号保持在有效状态。在示例17中，示例1-16中任意一个或多个示例的方法可选地包括当锁存器被切断供给电压时，解锁存(unlatch)第二输出信号。在示例18中，一个系统可包括负载；功率放大器,被配置为向上述负载提供功率信号；和保护电路，被配置为产生上述功率信号的估计，并且如果该功率信号的估计指示功率信号超过与负载相关的阈值，则禁用放大器。该保护电路可包括第二放大器，该第二放大器被配置为接收输入信号并提供功率信号的估计；峰值检测器，该峰值检测器用于接收上述估计并产生比较信号，该比较信号在经放大的输入信号超过阈值时有效；和定时器，被配置为如果上述比较信号至少在选定时间段内有效，则激活输出信号。上述定时器可包括第一数字输入，且上述选定时间段是利用第一数字输入的状态来设置的。在示例19中，示例1-18中任意一个或多个示例的保护电路可选地被配置为在输出信号被激活时禁用功率放大器。在示例20中，示例1-19中任意一个或多个示例的保护电路可选地包括锁存器，该锁存器被配置为保持输出信号的有效状态，直到保护电路被切断供给电压为止。示例21可包括以下主题，或可选地与示例1-20中任意一个或多个示例的任一部分或多个任意部分的组合相结合以包括以下主题，该主题可包括用于执行示例1-20的功能中的任意一种或多种功能的模块，或包括当由机器执行时使机器执行示例1-20的功能中的任意一种或多种功能的指令的机器可读介质。上述详细说明书参照了附图，附图也是所述详细说明书的一部分。附图以图解的方式显示了可应用本发明的具体实施例。这些实施例在本发明中被称作“示例”。本发明所涉及的所有出版物、专利及专利文件全部作为本发明的参考内容，尽管它们是分别加以参考的。如果本发明与参考文件之间存在用途差异，则将参考文件的用途视作本发明的用途的补充，若两者之间存在不可调和的差异，则以本发明的用途为准。在本发明中，与专利文件通常使用的一样，术语“一”或“某一”表示包括一个或多个，但其他情况或在使用“至少一个”或“一个或多个”时应除外。在本发明中，除非另外指明，否则使用术语“或”指无排他性的或者，使得“A或B”包括“A但不是B”、“B但不是A”以及“A和B”。在所附权利要求中，术语“包含”和“在其中”等同于各个术语“包括”和“其中”的通俗英语。同样，在下面的权利要求中，术语“包含”和“包括”是开放性的，即，系统、装置、物品或步骤包括除了权利要求中这种术语之后所列出的那些元件以外的部件的，依然视为落在该条权利要求的范围之内。而且，在下面的权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅仅用作标签，并非对对象有数量要求。本发明所述的方法示例可至少部分地由机器或电脑执行。上述说明的作用在于解说而非限制。例如，尽管已结合PNP器件描述了上述示例，但是一个活多个示例可应用于NPN器件。在其它示例中，上述示例(或示例的一个或多个方 面)可结合使用。可以在理解上述说明书的基础上，利用现有技术的某种常规技术来执行其他实施例。遵照37C.F.R. § 1.72(b)的规定提供摘要，允许读者快速确定本技术公开的性质。提交本摘要时要理解的是该摘要不用于解释或限制权利要求的范围或意义。同样，在上面的具体实施方式
中，各种特征可归类成将本公开合理化。这不应理解成未要求的公开特征对任何权利要求必不可少。相反，本发明的主题可在于的特征少于特定公开的实施例的所有特征。因此，下面的权利要求据此并入具体实施方式
中，每个权利要求均作为一个单独的实施例。应参看所附的权利要求，以及这些权利要求所享有的等同物的所有范围，来确定本发明的范围。
权利要求
1.ー种装置，包括 放大器，被配置为接收输入信号并提供第一输出信号的估计； 峰值检测器，接收所述估计并产生比较信号，所述比较信号在经放大的输入信号超过阈值时有效；以及 定时器，被配置为如果所述比较信号至少在选定时间段内有效，则激活第二输出信号， 其中，所述定时器包括第一数字输入，并且 其中，所述选定时间段是利用所述第一数字输入的状态来设置的。
2.根据权利要求I所述的装置，进ー步包括开关电路，被配置为当所述第二输出信号有效时，禁用第二放大器。
3.根据权利要求I所述的装置，其中，所述放大器包括可编程放大器。
4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述放大器包括可编程放大器，所述可编程放大器的増益被配置为跟随所述第二放大器的増益。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述可编程放大器的増益被设置为比所述第二放大器的増益低约10分贝。
6.根据权利要求4所述的装置，其中，所述阈值是恒定的。
7.根据权利要求I所述的装置，其中，所述定时器在所述第一数字输入的第二状态下被禁用。
8.根据权利要求I所述的装置，进ー步包括被配置为保持所述第二输出信号的有效状态的锁存器。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述锁存器被配置为在所述装置被切断供给电压时复位。
10.根据权利要求I所述的装置，其中，所述放大器、所述峰值检测器和所述定时器包括在集成电路中。
11.ー种方法，包括 在第一放大器处接收输入信号； 提供第一输出信号的估计； 将所述估计与阈值进行比较； 当所述估计超过所述阈值时，激活比较信号； 当所述比较信号有效时，启用定时器； 当所述比较信号在选定时间段内有效时，激活第二输出信号； 在所述定时器处接收第一数字输入；以及 根据所述第一数字输入的值设置所述选定时间段。
12.根据权利要求11所述的方法，进ー步包括在第二放大器处放大所述输入信号，以向负载提供所述第一输出信号。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，提供第一输出信号的估计包括使所述第一放大器的增益跟随所述第二放大器的増益。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，跟随所述增益包括将所述第一放大器的増益设置为比所述第二放大器的増益低约10分贝。
15.根据权利要求12所述的方法，进ー步包括当所述第二输出信号变为有效时，禁用所述第二放大器。
16.根据权利要求15所述的方法，进ー步包括在所述第二输出信号被激活后，利用锁存器将所述第二输出信号保持在有效状态。
17.根据权利要求16所述的方法，进ー步包括当所述锁存器被切断供给电压时，解锁存所述第二输出信号。
18.—种系统,包括 负载； 功率放大器，被配置为向所述负载提供功率信号；和 保护电路，被配置为产生所述功率信号的估计，并且如果所述功率信号的估计指示所述功率信号超过与所述负荷相关的阈值，则禁用所述功率放大器， 其中所述保护电路包括 第二放大器，被配置为接收输入信号并提供所述功率信号的估计； 峰值检测器，接收所述估计并产生比较信号，所述比较信号在经放大的输入信号超过所述阈值时有效；以及 定时器，被配置为如果所述比较信号至少在选定时间段内有效，则激活输出信号， 其中，所述定时器包括第一数字输入，并且 其中，所述选定时间段是利用所述第一数字输入的状态来设置的。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述保护电路被配置为在所述输出信号被激活时禁用所述功率放大器。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述保护电路进一歩包括锁存器，被配置为保持所述输出信号的有效状态，直到所述保护电路被切断供给电压为止。
全文摘要
本发明涉及一种DC电压错误保护电路、相关方法及系统。除其它内容之外，本文讨论了用于保护电路元件免受有害电压损害的装置和方法。在一个示例中，一种装置可包括被配置为接收输入信号并提供第一输出信号的估计的放大器；用于接收所述估计并产生比较信号的峰值检测器，所述比较信号在经放大的输入信号超过阈值时有效；和定时器，被配置为如果所述比较信号至少在选定时间段内有效，则激活第二输出信号。所述定时器可包括第一数字输入，且所述选定时间段可利用所述第一数字输入的状态来设置。
文档编号H02H3/20GK102740187SQ20121011079
公开日2012年10月17日 申请日期2012年4月16日 优先权日2011年4月15日
发明者E·希瑞尔 申请人:快捷半导体(苏州)有限公司, 快捷半导体公司