用于检测耦合至音频设备的换能器设备的负载阻抗的系统及方法与流程

本公开主张2013年9月16日提交的美国临时专利申请序列号61/878138的优先权，其全部内容以引用方式并入本文中。

技术领域

本公开大体上涉及个人音频设备(诸如无线电话和媒体播放器)的电路，更具体地，涉及检测耦合至音频设备的换能器设备(诸如耳麦或扬声器)的负载阻抗的系统及方法。

背景技术：

个人音频设备，包括无线电话(诸如移动式电话/蜂窝式电话)、无绳电话、mp3播放器以及其他消费类音频设备，被普遍地使用。这种个人音频设备可包括用于驱动一对头戴式耳机或一个或更多个扬声器的电路。这种电路通常包括功率放大器，用于将音频输出信号驱动至头戴式耳机或扬声器，并且功率放大器往往可能是个人音频设备中的主要功率消耗者，因此，可能对个人音频设备的电池寿命影响最大。在具有输出级线性功率放大器的设备中，因为横跨有源输出晶体管的电压降加上输出电压等于恒定电源轨道电压，所以在低信号电平输出期间浪费功率。因此，放大器拓扑结构(诸如G类和H类)对于减少横跨(多个)输出晶体管的电压降以及从而减少被(多个)输出晶体管浪费的功耗是可取的。

为了向这种功率放大器提供可变电源电压，可使用电荷泵电源，诸如在美国专利申请序列号11/610,496(“’496申请”)中公开的电荷泵电源，其中在电路输出处的信号电平的指示被用来控制电源电压。通常，只要在音频源中存在低信号电平周期，上述拓扑结构就可提高音频放大器的效率。通常在这种拓扑结构中，多个阈值定义与输出信号电平相关的电荷泵电源的工作模式，其中不同电源电压由电荷泵电源在每个模式下生成。在传统方法中，为功率放大器的最坏情况设定各种阈值(例如，负载阻抗，工艺，温度等)，使得在每个模式下，电源电压足以提供足够电压裕度，以防止对由功率放大器生成的输出信号进行削波。然而，因为在这种方法中假定最坏情况，所以当不存在最坏情况(例如，负载阻抗与最坏情况负载阻抗不同)时，由电荷泵电源在一些模式下提供的电源电压可能比提供足够电压裕度所需的电压高得多，从而导致功率效率低。

因此，检测负载阻抗的值，使得检测值可被用来控制电荷泵电源，这将是可取的，该电荷泵电源向消费类音频设备的音频功率放大器电路供电，其中音频输出级的效率得到提高。

除了控制电荷泵电源，检测负载阻抗的值还可提供其他优点。

技术实现要素：

根据本公开的教示，可以减少或消除与用来驱动音频输出信号的现有方法相关联的缺点和问题。

根据本公开的实施例，一种方法可包括通过音频电路，生成换能器设备的收听者基本上听不到的测试模拟音频信号，该音频电路被构造为生成回放给耦合至电气端子的换能器设备的收听者的模拟音频信号，该电气端子用于将换能器设备耦合至音频电路。该方法还可包括将测试阻抗耦合至电气端子，使得当换能器设备耦合至电气端子时，负载阻抗耦合至测试阻抗。该方法还可包括响应于测试模拟音频信号，测量与测试阻抗相关联的电压或电流。该方法还可包括基于该电压或该电流，确定负载阻抗的值。

根据本公开的这些和其他实施例，一种装置可包括音频电路和换能器负载检测电路。音频电路可被构造为耦合至电气端子，该电气端子用于将具有负载阻抗的换能器设备耦合至音频电路，生成回放给换能器设备的收听者的模拟音频信号，并生成换能器设备的收听者基本上听不到的测试模拟音频信号。换能器负载检测电路可被构造为将测试阻抗耦合至电气端子，使得当换能器设备耦合至电气端子时，负载阻抗耦合至测试阻抗，响应于测试模拟音频信号，测量与测试阻抗相关联的电压或电流，并基于该电压或该电流，确定负载阻抗的值。

根据本公开的这些和其他实施例，一种方法可包括通过音频电路，生成换能器设备的收听者基本上听不到的测试模拟音频信号，该音频电路被构造为生成回放给具有负载阻抗且耦合至电气端子的换能器设备的收听者的模拟音频信号，该电气端子用于将换能器设备耦合至音频电路。该方法还可包括响应于测试模拟音频信号，执行指示基准电流的第一信号与指示传送给负载阻抗的电流的第二信号的比较，以检测负载阻抗。该方法还可包括基于比较，确定负载阻抗的值。

根据本公开的这些和其他实施例，一种装置可包括音频电路和换能器负载检测电路。音频电路可被构造为耦合至电气端子，该电气端子用于将具有负载阻抗的换能器设备耦合至音频电路，生成回放给换能器设备的收听者的模拟音频信号，并生成换能器设备的收听者基本上听不到的测试模拟音频信号。换能器负载检测电路可被构造为响应于测试模拟音频信号，执行指示基准电流的第一信号与指示传送给负载阻抗的电流的第二信号的比较，以检测负载阻抗，并基于比较，确定负载阻抗的值。

根据本公开的这些和其他实施例，一种方法可包括通过功率放大器，根据功率放大器的预驱动器信号，向音频输出生成模拟音频信号至，其中功率放大器包括电源输入，该电源输入被构造为接收电源电压，并且音频输出被构造为耦合至电气端子，该电气端子用于将换能器设备耦合至音频输出。该方法还可包括执行指示预驱动器信号的第一信号与指示电源电压的第二信号的比较。该方法还可包括基于比较，确定负载阻抗的值。

根据本公开的这些和其他实施例，一种装置可包括音频电路和换能器负载检测电路。音频电路可包括功率放大器，该功率放大器具有被构造为接收预驱动器信号的音频输入、被构造为耦合至电气端子的音频输出以及被构造为接收电源电压的电源输入，该电气端子用于将换能器设备耦合至音频电路，其中功率放大器被构造为根据预驱动器信号向音频输出生成模拟音频信号。换能器负载检测电路可被构造为执行指示预驱动器信号的第一信号与指示电源电压的第二信号的比较，并基于比较，确定负载阻抗的值。

根据本公开的这些和其他实施例，一种方法可包括通过功率放大器，根据功率放大器的预驱动器信号向音频输出生成模拟音频信号，其中功率放大器包括电源输入，该电源输入被构造为接收电源电压，并且音频输出被构造为耦合至电气端子，该电气端子用于将换能器设备耦合至音频输出。该方法还可包括执行指示至少一个驱动器设备的电流乘以可编程阻抗的第一信号与指示模拟音频信号的第二信号的比较。该方法还可包括基于比较，确定负载阻抗的值。

根据本公开的这些和其他实施例，一种装置可包括音频电路和换能器负载检测电路。音频电路可包括功率放大器，该功率放大器具有被构造为接收预驱动器信号的音频输入、被构造为耦合至电气端子的音频输出以及被构造为接收电源电压的电源输入，该电气端子用于将换能器设备耦合至音频电路，其中功率放大器被构造为根据预驱动器信号向音频输出生成模拟音频信号。换能器负载检测电路可被构造为执行指示至少一个驱动器设备的电流乘以可编程阻抗的第一信号与指示模拟音频信号的第二信号的比较，并基于比较，确定负载阻抗的值。

根据本公开的这些和其他实施例，一种方法可包括从电荷泵电源向功率放大器的电源输入提供电源电压，该功率放大器具有被构造为接收音频输入信号的音频输入和被构造为生成在换能器设备处回放的模拟音频信号的音频输出，该换能器设备具有负载阻抗且经由电气端子耦合至音频输出。该方法还可包括响应于模拟音频输出信号的转变，检测电源电压的电压纹波的峰值振幅。该方法还可包括检测引起模拟音频输出信号转变的数字音频输入信号变化的峰值振幅，其中数字音频输入信号被输入至数字-模拟转换电路，该数字-模拟转换电路耦合至功率放大器并被构造为将数字音频输入信号转换为模拟音频输入信号。该方法还可包括基于电压纹波的峰值振幅以及数字音频输入信号变化的峰值振幅，估算负载阻抗的值。

根据本公开的这些和其他实施例，一种装置可包括功率放大器、电荷泵电源、数字-模拟转换电路和换能器负载检测电路。功率放大器可包括：音频输入，被构造为接收模拟音频输入信号；音频输出，被构造为生成模拟音频输出信号并被构造为耦合至具有负载阻抗的换能器设备；和电源输入。电荷泵电源可被构造为向功率放大器的电源输入提供电源电压。数字-模拟转换电路可耦合至功率放大器，并被构造为将数字音频输入信号转换为模拟音频输入信号。换能器负载检测电路可包括：第一测量电路，被构造为响应于模拟音频输出信号的转变，检测电源电压的电压纹波的峰值振幅；和第二测量电路，被构造为检测引起模拟音频输出信号转变的数字音频输入信号变化的峰值振幅，其中换能器负载检测电路被构造为基于电压纹波的峰值振幅以及数字音频输入信号变化的峰值振幅，估算负载阻抗的值。

根据本文中所包括的附图、说明书和权利要求书，本公开的技术优势对于本领域技术人员可以显而易见。实施例的目的和优点可以至少通过权利要求书中特别指出的元件、功能及组合来实现和完成。

应当理解，前面概述和下面详述都为举例说明，且不限制本公开中所阐述的权利要求。

附图说明

通过结合附图参照以下说明，可更完整地理解本发明实施例及其优点，其中相同附图标记表示相同功能，以及其中：

图1示出了根据本公开的实施例的示范性个人音频设备；

图2为根据本公开的实施例的个人音频设备的示范性音频集成电路的选定部件的方块图；

图3为根据本公开的实施例的示范性换能器负载检测电路的选定部件的电路图；

图4为根据本公开的实施例的另一个示范性换能器负载检测电路的选定部件的电路图；

图5为根据本公开的实施例的另一个示范性换能器负载检测电路的选定部件的电路图；

图6为根据本公开的实施例的另一个示范性换能器负载检测电路的选定部件的方块图；

图7为根据本公开的实施例的另一个示范性换能器负载检测电路的选定部件的方块图；以及

图8为在图7所示根据本公开的实施例的换能器负载检测电路中用于校准电阻的选定部件的方块图。

具体实施方式

图1示出了根据本公开的实施例的示范性个人音频设备1。图1示出了耦合至以一对耳塞式扬声器8A和8B形式的耳麦3的个人音频设备1。图1所示的耳麦3仅仅作为示范，应当理解，个人音频设备1可以连同各种音频换能器一起使用，包括但不限于头戴式耳机、耳塞、入耳式耳机和外部扬声器。插头4可将耳麦3连接至个人音频设备1的电气端子。个人音频设备1可向用户提供显示并使用触摸屏2来接收用户输入，或另选地，标准LCD可与设置在个人音频设备1的表面和/或侧面上的各种按钮、滑块和/或拨号盘结合。如图1中还示出，个人音频设备1可包括音频集成电路(IC)9，用于生成传输至耳麦3和/或另一个音频换能器的模拟音频信号。

图2为根据本公开的实施例的个人音频设备的示范性音频集成电路9的选定部件的方块图。如图2所示，微控制器核18可向数字-模拟转换器(DAC)14提供数字音频输入信号DIG_IN，该数字-模拟转换器(DAC)14可进而向第一放大器级A2提供模拟音频输入信号，该第一放大器级A2可通过固定电压电源而操作。在以图2为代表的实施例中，至DAC 14的输入为数字音频源，但这不限制本公开，因为本公开的技术可适用于具有纯模拟信号路径的音频放大器。第一放大器级A2的输出处的信号可提供给衰减器16，该衰减器16接收音量控制信号并相应地衰减该信号。衰减器16可为数字电位计，该数字电位计具有对用户界面、音量旋钮编码器或程序指令作出响应而从微控制器或其他数字控制电路提供的控制，或衰减器16可为模拟电位计，该模拟电位计从次级走带机构(耦合至共用轴或其他机构的单独电位计电路)提供音量控制信号作为输出指示，以供在’496申请中所述的电源控制算法中使用，该申请以引用方式并入本文中。虽然衰减器16被示出为音量控制机构，但是应当理解，通过在放大器A2或信号路径中的另一个放大器级的反馈中的可编程电阻器或可调节增益，可提供等同音量控制。最后一个功率放大器级A1可对从衰减器16接收的音频输入信号V_IN进行放大并提供音频输出信号V_OUT，该音频输出信号V_OUT可操作扬声器、头戴式耳机换能器和/或线路层信号输出。电容器CO可被用来将输出信号耦合至换能器或线路层输出，特别是倘若放大器A1通过具有与接地基本上不同的静态电压的单极电源而操作。

电荷泵电源10可提供放大器A1的电源轨道输入，并可通常从电池或其他电源接收电源输入，示出为电池端子连接Vbatt+和Vbatt-。模式控制电路12可向电荷泵电源10提供模式选择信号，该模式选择信号选择电荷泵电源10的工作模式，如在’496申请中更详细说明。此外，根据在本公开中和/或在’496申请中另行公开的技术，电荷泵电源10的输出电压V_SUPPLY可根据放大器输出处的预期音频信号电平和/或实际音频信号电平而调整。

当在放大器输出V_OUT处存在和/或预期低信号电平时，通过将差分电源电压V_SUPPLY改变为与输出信号V_OUT或指示输出信号V_OUT的信号(例如，音量控制信号Volume，音频输入信号V_IN)一致，可提高音频输出级的功率效率。为了确定在放大器A1的输出处的实际信号振幅和/或预期信号振幅，音量控制信号Volume、音频输出信号V_OUT和/或音频输入信号V_IN可提供给模式控制电路12，用于将由电荷泵电源10生成的差分电源电压V_SUPPLY控制为与输出信号的预期振幅一致。

在操作中，模式控制电路12可基于音频信号(例如，由DAC 14接收的数字音频输入信号，模拟音频输入信号V_IN，音频输出信号V_OUT和/或在音频输出信号的路径中的一个或更多个其他信号)的信号电平与一个或更多个阈值信号电平的比较，选择电荷泵电源10的工作模式，其中不同电源电压由电荷泵电源在每个模式下生成(例如，电源电压随输出信号电平增加而增加，反之亦然)。如以上背景技术部分中提到，在传统方法中，为功率放大器的最坏情况设定各种阈值(例如，负载阻抗，工艺，温度等)，使得在每个模式下，电源电压足以提供足够电压裕度，以防止对由功率放大器生成的输出信号进行削波。然而，在本公开的实施例中，当换能器设备耦合至音频设备的音频输出时，换能器负载检测电路20可基于指示音频集成电路9的音频输出处的电气特性的一个或更多个信号(例如，由DAC 14接收的数字音频输入信号，模拟音频输入信号V_IN，音频输出信号V_OUT和/或其衍生的一个或更多个信号)，确定换能器设备(例如，耳麦、扬声器或其他换能器)的负载阻抗。另外地或另选地，当换能器设备耦合至音频设备时，换能器负载检测电路20可根据数字音频输入信号和双极电源电压的测量特性来确定换能器设备的负载阻抗。基于所确定的负载阻抗，换能器负载检测电路20可传递控制信号给模式控制电路12，并且基于控制信号，模式控制电路12可设定各种阈值，用于基于控制信号在多个模式之间切换。因此，模式控制电路12可基于输出信号V_OUT(或表示输出信号V_OUT的另一个信号)以及耦合至音频设备的换能器的所确定的负载阻抗来选择电荷泵电源10的工作模式。换能器负载检测电路20可以任何合适的方式实现，包括但不限于以下以图3至图7为代表的实施例。

图3为根据本公开的实施例的示范性换能器负载检测电路20A的选定部件的电路图，该换能器负载检测电路20A的选定部件耦合至功率放大器A1的选定部件。如图3所示，功率放大器A1可接收差分模拟音频输入信号V_IN，该差分模拟音频输入信号V_IN可包括由驱动器设备30(例如，p型金属氧化物半导体场效应晶体管)接收的正极性预驱动器信号PDRV和由驱动器设备32(例如，n型金属氧化物半导体场效应晶体管)接收的负极性预驱动器信号NDRV，其中每个驱动器设备30，32能够驱动输出信号V_OUT，根据各自预驱动器信号PDRV和NDRV。此外，功率放大器A1可以以横跨功率放大器A1的一对电源轨道连接VDD和VSS的双极电源电压形式从电荷泵电源10接收电源电压V_SUPPLY。

换能器负载检测电路20A可包括一个或更多个比较分支电路，其中每个分支电路比较指示预驱动器信号(例如，PDRV或NDRV)的第一信号与指示电源电压(例如，VDD或VSS)的第二信号。例如，换能器负载检测电路20A可包括具有p型金属氧化物半导体场效应晶体管40的分支电路，该p型金属氧化物半导体场效应晶体管40在其栅极处耦合至预驱动器信号PDRV，在第一非栅极端子处耦合至电源电压VSS，以及在第二非栅极端子处耦合至具有电流I_S的电流源，使得等于预驱动器信号PDRV加上阈值电压V_TP(这样指示预驱动器信号PDRV)的电压形成在第二非栅极端子处。该分支电路还可包括具有电阻R的电阻器，该电阻器在第一端子处耦合至电源电压VDD，以及在第二端子处耦合至具有电流I_R的电流源，使得等于电源电压VDD减去乘积R x I_R(这样指示电源电压VDD)的电压形成在第二端子处。在一些实施例中，R和I_R的值可被选择为使得形成在电阻器的第二端子处的电压约等于电源电压VDD(例如，在一些实施例中，乘积R x I_R可约等于50毫伏特或更小)。比较器44可比较第一电压信号PDRV+V_TP与第二电压信号VDD-RI_R，以确定耦合至功率放大器A1的输出的换能器的负载阻抗(例如，负载电阻)。例如，电压PDRV+V_TP大于电压VDD-RI_R可指示存在高负载阻抗(例如，大于或等于3000欧姆)，而电压PDRV+V_TP小于电压VDD-RI_R可指示存在低负载阻抗(例如，小于或等于200欧姆)。

另外地或另选地，换能器负载检测电路20A可包括具有n型金属氧化物半导体场效应晶体管42的分支电路，该n型金属氧化物半导体场效应晶体管42在其栅极处耦合至预驱动器信号NDRV，在第一非栅极端子处耦合至电源电压VDD，以及在第二非栅极端子处耦合至具有电流I_S的电流源，使得等于预驱动器信号NDRV减去阈值电压V_TN(这样指示预驱动器信号NDRV)的电压形成在第二非栅极端子处。该分支电路还可包括具有电阻R的电阻器，该电阻器在第一端子处耦合至电源电压VSS，以及在第二端子处耦合至具有电流I_R的电流源，使得等于电源电压VSS加上乘积R x I_R(这样指示电源电压VSS)的电压形成在第二端子处。在一些实施例中，R和I_R的值可被选择为使得形成在电阻器的第二端子处的电压约等于电源电压VSS(例如，在一些实施例中，乘积R x I_R可约等于50毫伏特或更小)。比较器46可比较第一电压信号NDRV-V_TP与第二电压信号VSS+RI_R，以确定耦合至功率放大器A1的输出的换能器的负载阻抗(例如，负载电阻)。例如，电压NDRV-V_TN小于电压VSS+RI_R可指示存在高负载阻抗(例如，大于或等于3000欧姆)，而电压NDRV-V_TN小于电压VSS+RI_R可指示存在低负载阻抗(例如，小于或等于200欧姆)。

在一些实施例中，模拟音频输入信号V_IN可为由换能器负载检测电路20A用来执行其功能的测试音频信号，而不是用来输出至换能器的实际音频信号。例如，测试音频信号可包括周期性(例如，每隔100毫秒一次)音频信号，该周期性音频信号具有在人类听觉范围之外的频率成分(例如，低于约50赫兹或高于约20000赫兹)和/或具有人类收听者基本上察觉不到测试信号的强度。在这些和其他实施例中，只有当无其他音频内容播放给耦合至功率放大器的输出的换能器设备时，才可播放这种测试信号。

图4为根据本公开的实施例的示范性换能器负载检测电路20B的选定部件的电路图，该换能器负载检测电路20B的选定部件耦合至功率放大器A1的选定部件。如图4所示，且类似于如图3所示，功率放大器A1可接收差分模拟音频输入信号V_IN，该差分模拟音频输入信号V_IN可包括由驱动器设备30(例如，p型金属氧化物半导体场效应晶体管)接收的正极性预驱动器信号PDRV和由驱动器设备32(例如，n型金属氧化物半导体场效应晶体管)接收的负极性预驱动器信号NDRV，其中每个驱动器设备30，32能够根据各自预驱动器信号PDRV和NDRV驱动输出信号V_OUT。此外，功率放大器A1可以以横跨功率放大器A1的一对电源轨道连接VDD和VSS的双极电源电压形式从电荷泵电源10接收电源电压V_SUPPLY。

换能器负载检测电路20B可包括一个或更多个比较分支电路，其中每个分支电路比较指示至少一个驱动器设备(例如，驱动器设备30和/或驱动器设备32)的电流乘以可编程阻抗的第一信号与指示模拟音频信号(输出信号V_OUT)的第二信号，以检测耦合至功率放大器A1的输出的换能器设备的负载阻抗。例如，换能器负载检测电路20B可包括具有p型金属氧化物半导体场效应晶体管50的分支电路，该p型金属氧化物半导体场效应晶体管50在其栅极处耦合至预驱动器信号PDRV，在第一非栅极端子处耦合至电源电压VDD，以及在第二非栅极端子处耦合至具有可变电阻R_ref的可编程电阻器54a。晶体管50和驱动器设备30可具有物理特性(例如，大小)，使得驱动器设备30的跨导和晶体管50的跨导之比等于常数M。因此，晶体管50可形成驱动器设备30的电流反射镜，使得电流I_OUT/M可流过晶体管50，其中I_OUT为流过驱动器设备30的电流，以及换能器设备的负载阻抗耦合至功率放大器A1的输出并具有电阻R_L。通过晶体管50的这种电流可使等于I_OUTR_ref/M(这样指示通过驱动器设备30的电流)的电压形成在晶体管50的第二端子处。比较器58可比较这个电压I_OUTR_ref/M与输出信号V_OUT，并且(例如，根据二分查找)可改变可编程电阻器54a的电阻R_ref，以确定电压I_OUTR_ref/M约等于输出信号V_OUT的点(例如，近似电阻R_ref，在近似电阻R_ref处，比较器58的输出DETP从一个二进制值变到另一个二进制值)。在这个点处，I_OUTR_ref/M＝V_OUT＝I_OUTR_L，这意味着R_L＝R_ref/M。

另外地或另选地，换能器负载检测电路20B可包括具有n型金属氧化物半导体场效应晶体管52的分支电路，该n型金属氧化物半导体场效应晶体管52在其栅极处耦合至预驱动器信号NDRV，在第一非栅极端子处耦合至电源电压VSS，以及在第二非栅极端子处耦合至具有可变电阻R_ref的可编程电阻器54b。晶体管52和驱动器设备32可具有物理特性(例如，大小)，使得驱动器设备32的跨导和晶体管52的跨导之比等于常数M。因此，晶体管52可形成驱动器设备32的电流反射镜，使得电流I_OUT/M可流过晶体管52，其中I_OUT为流过驱动器设备32的电流，以及换能器设备的负载阻抗耦合至功率放大器A1的输出并具有电阻R_L。通过晶体管52的这种电流可使等于I_OUTR_ref/M(这样指示通过驱动器设备32的电流)的电压形成在晶体管52的第二端子处。比较器59可比较这个电压I_OUTR_ref/M与输出信号V_OUT，并且(例如，根据二分查找)可改变可编程电阻器54b的电阻R_ref，以确定电压I_OUTR_ref/M约等于输出信号V_OUT的点(例如，近似电阻R_ref，在近似电阻R_ref处，比较器59的输出DETN从一个二进制值变到另一个二进制值)。在这个点处，I_OUTR_ref/M＝V_OUT＝I_OUTR_L，这意味着R_L＝R_ref/M。

在一些实施例中，模拟音频输入信号V_IN可为由换能器负载检测电路20B用来执行其功能的测试音频信号，而不是用来输出至换能器的实际音频信号。例如，测试音频信号可包括周期性(例如，每隔100毫秒一次)音频信号，该周期性音频信号具有在人类听觉范围之外的频率成分(例如，低于约50赫兹或高于约20000赫兹)和/或具有人类收听者基本上察觉不到测试信号的强度。在这些和其他实施例中，只有当无其他音频内容播放给耦合至功率放大器的输出的换能器设备时，才可播放这种测试信号。

图5为根据本公开的实施例的示范性换能器负载检测电路20C的选定部件的电路图，该换能器负载检测电路20C的选定部件耦合至功率放大器A1的选定部件。如图5所示，且类似于如图3和图4所示，功率放大器A1可接收差分模拟音频输入信号V_IN，该差分模拟音频输入信号V_IN可包括由驱动器设备30(例如，p型金属氧化物半导体场效应晶体管)接收的正极性预驱动器信号PDRV和由驱动器设备32(例如，n型金属氧化物半导体场效应晶体管)接收的负极性预驱动器信号NDRV，其中每个驱动器设备30，32能够根据各自预驱动器信号PDRV和NDRV驱动输出信号V_OUT。此外，功率放大器A1可以以横跨功率放大器A1的一对电源轨道连接VDD和VSS的双极电源电压形式从电荷泵电源10接收电源电压V_SUPPLY。

换能器负载检测电路20C可包括一个或更多个比较分支电路，其中每个分支电路比较指示基准电流的第一信号与指示传送给负载阻抗的电流的第二信号，以检测耦合至功率放大器A1的输出的换能器设备的负载阻抗。例如，换能器负载检测电路20C可包括具有p型金属氧化物半导体场效应晶体管60的分支电路，该p型金属氧化物半导体场效应晶体管60在其栅极处耦合至预驱动器信号PDRV，在第一非栅极端子处耦合至电源电压VDD，以及在第二非栅极端子处耦合至具有可编程电流I_ref的电流源64。晶体管60和驱动器设备30可具有物理特性(例如，大小)，使得驱动器设备30的跨导和晶体管60的跨导之比等于常数M。因此，晶体管60可形成驱动器设备30的电流反射镜，使得通过晶体管60的电流等于I_OUT/M，其中I_OUT为流过驱动器设备30的电流，以及换能器设备的负载阻抗耦合至功率放大器A1的输出并具有电阻R_L。比较器68可比较电流I_ref与电流I_OUT，并且(例如，根据二分查找)可改变电流源64的电流I_ref，以确定电流I_OUT约等于可编程电流I_ref的点(例如，近似电流I_ref，在近似电流I_ref处，比较器68的输出DETP从一个二进制值变到另一个二进制值)。在这个点处，I_OUT/M＝I_ref＝I_OUTR_L，这意味着R_L＝V_OUT/I_OUT＝V_OUT/MI_ref。

另外地或另选地，换能器负载检测电路20C可包括具有n型金属氧化物半导体场效应晶体管62的分支电路，该n型金属氧化物半导体场效应晶体管62在其栅极处耦合至预驱动器信号NDRV，在第一非栅极端子处耦合至电源电压VSS，以及在第二非栅极端子处耦合至具有可编程电流I_ref的电流源66。晶体管62和驱动器设备32可具有物理特性(例如，大小)，使得驱动器设备30的跨导和晶体管62的跨导之比等于常数M。因此，晶体管62可形成驱动器设备30的电流反射镜，使得通过晶体管62的电流等于I_OUT/M，其中I_OUT为流过驱动器设备32的电流，以及换能器设备的负载阻抗耦合至功率放大器A1的输出并具有电阻R_L。比较器69可比较电流I_ref与电流I_OUT，并且(例如，根据二分查找)可改变电流源66的电流I_ref，以确定电流I_OUT约等于可编程电流I_ref的点(例如，近似电流I_ref，在近似电流I_ref处，比较器69的输出DETN从一个二进制值变到另一个二进制值)。在这个点处，I_OUT/M＝I_ref＝I_OUTR_L，这意味着R_L＝V_OUT/I_OUT＝V_OUT/MI_ref。

在一些实施例中，模拟音频输入信号V_IN可为由换能器负载检测电路20C用来执行其功能的测试音频信号，而不是用来输出至换能器的实际音频信号。例如，测试音频信号可包括周期性(例如，每隔100毫秒一次)音频信号，该周期性音频信号具有在人类听觉范围之外的频率成分(例如，低于约50赫兹或高于约20000赫兹)和/或具有人类收听者基本上察觉不到测试信号的强度。在这些和其他实施例中，只有当无其他音频内容播放给耦合至功率放大器的输出的换能器设备时，才可播放这种测试信号。

基于由换能器负载检测电路20A-20C中的任何一个换能器负载检测电路检测到的负载阻抗，可优化音频集成电路9的工作参数。如上所述，模式控制电路12可基于由换能器负载检测电路20A-20C检测到的负载阻抗来选择电荷泵电源10的工作模式(例如，通过改变输出信号V_OUT的阈值电平，其中电荷泵电源10可在多个工作模式之间转换)。又如，基于由换能器负载检测电路20A-20C检测到的负载阻抗，可优化功率放大器A1的工作参数。例如，在一些实施例中，功率放大器A1可包括可变补偿电容器，该可变补偿电容器的电容可以改变，以使放大器在大范围的负载阻抗的反馈中稳定。在这些实施例中，用于控制电容补偿电容器的控制电路可基于由换能器负载检测电路20A-20C检测到的负载阻抗来设定电容，以提高功率放大器A1的性能。在这些和其他实施例中，功率放大器A1可具有静态功率分布。静态功率分布可保持放大器A1中的静态电流，以保持A1在给定范围的负载阻抗的情况下的稳定性。如果已知负载阻抗，那么对该特定负载值，可优化静态电流，这可导致功率节省。因此，用于控制静态功率分布的控制电路可基于由换能器负载检测电路20A-20C确定的负载阻抗来优化静态电流。

图6为根据本公开的实施例的示范性换能器负载检测电路20D的选定部件的方块图。在操作中，换能器负载检测电路20D可将至少一个测试阻抗(例如，电阻器78A，78B和78C中的至少一个电阻器)耦合至换能器设备的负载阻抗(具有阻抗Z_L)的一个端子，该端子与耦合至输出信号V_OUT的端子相对，从而在负载阻抗与测试阻抗之间形成输出信号V_OUT的分压器。换能器负载检测电路20D可对由音频集成电路9生成的测试模拟信号作出响应，响应于测试模拟音频信号，测量与测试阻抗相关联的电压或电流，以检测负载阻抗Z_L。在其他实施例中，换能器负载检测电路可(例如，经由晶体管70A，70B，70C或其他合适的开关)将各自具有不同阻抗值(例如，分别R1，R2，R3)的多个测试阻抗(例如，电阻器78A，78B和78C)和一个或更多个附加测试阻抗按顺序耦合至电气端子，该电气端子耦合至换能器设备的负载阻抗的端子，该端子与耦合至输出信号V_OUT的端子相对，从而在负载阻抗与各种测试阻抗之间形成输出信号V_OUT的分压器，因为这些阻抗按顺序耦合至负载阻抗。对于每个测试阻抗，换能器负载检测电路20D可对由音频集成电路9生成的测试模拟信号作出响应，响应于测试模拟音频信号，测量与每个测试阻抗相关联的电压或电流，以检测负载阻抗Z_L。

举例说明，对于每个测试阻抗，测试信号可施加于模拟音频输入信号V_IN，该模拟音频输入信号V_IN可通过模拟-数字转换器(ADC)72转换为数字信号。同样地，响应于施加于V_IN的测试信号而生成的输出信号V_OUT可在换能器设备的负载阻抗与测试阻抗之间进行分压以生成电压V_{OUT_TEST}，该电压V_{OUT_TEST}还可通过ADC 74转换为数字信号。计算方块76可将数学应用于V_IN和V_{OUT_TEST}的数字形式以生成负载阻抗的指示，包括负载阻抗的电阻分量、电容分量和电感分量。计算方块76或换能器负载检测电路20D的另一个部件还可将控制信号施加于晶体管70A，70B和70C，以控制哪一个测试阻抗耦合至负载阻抗。

作为负载阻抗的计算实例，负载阻抗Z_L可以建模为具有电容C_L的电容器并联具有电阻R_L的电阻器和具有电感L_L的电感器的串联组合。对于足够低的电容值(例如，C_L≤2毫微法拉)和电阻值(例如，R_L≤1000欧姆)，电阻可通过以下公式来估算：

R_L＝R_T(1/M√(1+tan²Θ)-1)

对于足够小的电感值L_L，电阻可通过以下公式来估算：

R_L＝R_T(1/M-1)

以及电感可通过以下公式来估算：

L_L＝-(R_TtanΘ)/(2πf/M√(1+tan²Θ))

式中，R_T为测试电阻，M＝|V_IN/V_{OUT_TEST}|，Θ等于V_IN与V_{OUT_TEST}之差，以及f为信号V_IN的频率。

对于足够高的电容值(例如，C_L≥2毫微法拉)和电阻值(例如，R_L≥3000欧姆)，电容可通过以下公式来估算：

C_L≥(1/2πfR_T)√(m²/(1-m²))[for R_L>>R_T]

C_L≤(1/2πfR_T)√(4m²/(1-m²))[for R_L＝R_T]

基于使用参照图6所述的技术而检测到的复阻抗，换能器负载检测电路20D和/或音频集成电路9的另一个部件可识别耦合至音频集成电路9的换能器类型(例如，耳麦类型)，并且换能器类型的标识可被用来优化音频集成电路9和/或换能器的性能或准许音频设备(包括换能器负载检测电路20D)的制造商提供与某些类型的换能器相关联的功能。例如，基于检测到相对高的电阻和相对低的电容，换能器负载检测电路20D和/或音频集成电路9的另一个部件可以推断开路负载耦合至个人音频设备1的插头4。又如，基于检测到相对高的电阻和相对高的电容，换能器负载检测电路20D和/或音频集成电路9的另一个部件可以推断线路负载耦合至个人音频设备1的插头4。又如，基于检测到相对低的电阻，换能器负载检测电路20D和/或音频集成电路9的另一个部件可以推断耳麦耦合至个人音频设备1的插头4，且在一些实施例中，可确定估算电阻值，耳麦类型可根据估算电阻值而识别。

此外，基于由换能器负载检测电路20D检测到的负载阻抗，可优化音频集成电路9的工作参数。如上所述，模式控制电路12可基于由换能器负载检测电路20D检测到的负载阻抗来选择电荷泵电源10的工作模式(例如，通过改变输出信号V_OUT的阈值电平，其中电荷泵电源10可在多个工作模式之间转换)。又如，基于由换能器负载检测电路20D检测到的负载阻抗，可优化功率放大器A1的工作参数。例如，在一些实施例中，功率放大器A1可包括可变补偿电容器，该可变补偿电容器的电容可以改变，以使放大器在大范围的负载阻抗的反馈中稳定。在这些实施例中，用于控制电容补偿电容器的控制电路可基于由换能器负载检测电路20D检测到的负载阻抗来设定电容，以提高功率放大器A1的性能。在这些和其他实施例中，功率放大器A1可具有静态功率分布。静态功率分布可保持放大器A1中的静态电流，以保持A1在给定范围的负载阻抗的情况下的稳定性。如果已知负载阻抗，那么对该特定负载值，可优化静态电流，这可导致功率节省。因此，用于控制静态功率分布的控制电路可基于由换能器负载检测电路20D确定的负载阻抗来优化静态电流。

如上所述，模式控制电路12可基于由换能器负载检测电路20D检测到的负载阻抗来选择电荷泵电源10的工作模式(例如，通过改变输出信号V_OUT的阈值电平，其中电荷泵电源10可在多个工作模式之间转换)。又如，基于由换能器负载检测电路20D检测到的负载阻抗，可优化功率放大器A1的工作参数。例如，功率放大器A1可包括可变补偿电容器，且基于负载阻抗，可设定该可变补偿电容器的电容，以提高功率放大器A1的性能。又如，基于负载阻抗，可修改功率放大器的静态功率分布，以优化静态功率和降低闲置功耗。

如上所述，测试模拟信号可施加于模拟音频输入信号V_IN以允许换能器负载检测电路20D执行其功能，而不是用来输出至换能器的实际音频信号。例如，测试音频信号可包括音频信号，该音频信号具有在人类听觉范围之外的频率成分(例如，低于约50赫兹或高于约20000赫兹)和/或具有人类收听者基本上察觉不到测试信号的强度。在这些和其他实施例中，只有当无其他音频内容播放给耦合至功率放大器的输出的换能器设备时，才可播放这种测试信号。

图7为根据本公开的实施例的示范性换能器负载检测电路20E的选定部件的方块图。在操作中，当换能器设备耦合至音频设备时，示范性换能器负载检测电路20E可根据由DAC 14接收的数字音频输入信号DIG_IN和由电荷泵电源10生成的双极电源电压的测量特性来确定换能器设备的负载阻抗。示范性换能器负载检测电路20E可包括第一测量分支电路，用于响应于模拟音频输出信号V_OUT的转变，确定双极电源电压的电压纹波的峰值振幅。这种测量分支电路可包括由两个电阻器80形成的电源电压VDD的分压器，以及包括由两个电阻器81和82形成的电源电压VSS的分压器。这些分压器可通过晶体管83、晶体管84或其他开关选择性地启用，使得当示范性换能器负载检测电路20E不活动时，电源电压VDD和VSS未载有电阻器80，81和82。分压电源电压可由抗混叠滤波器和ADC 86接收，以将模拟分压电源电压转换为其数字对应形式。包络检测器89可响应于模拟音频输出信号V_OUT的转变，检测双极电源电压的峰值纹波，并将表示这种峰值纹波的信号传递给负载估算方块90。

示范性换能器负载检测电路20E还可包括第二测量分支电路，用于确定引起模拟音频输出信号V_OUT转变的数字音频输入信号DIG_IN变化的峰值振幅。这种分支电路可包括包络检测器88，该包络检测器88接收数字音频输入信号DIG_IN，检测引起模拟音频输出信号V_OUT转变的数字音频输入信号DIG_IN变化的峰值振幅，并将指示这种峰值振幅的信号传递给负载估算方块90。

负载估算方块90可基于电压纹波的峰值振幅以及数字音频输入信号DIG_IN变化的峰值振幅来估算负载阻抗。例如，数字音频输入信号DIG_IN变化的峰值振幅V_pk和电压纹波的峰值振幅V_ripple的关系可能为公式V_ripple＝V_pkR_switch/R_L，式中，R_switch为与电荷泵电源10相关联的输入串联电阻。因此，如果估算V_ripple和V_pk，且已知R_switch，那么负载估算方块90可以求出负载阻抗R_L。在一些实施例中，在确定负载阻抗R_L中，可在VDD和VSS的多个峰值周期内测量V_pk和V_ripple的值并进行平均化。

图8为根据本公开的实施例用于校准输入串联电阻R_switch的选定部件的方块图。如图8所示，当换能器负载检测电路20E通电时，已知电压V_KNOWN可经由开关92施加于电荷泵电源10(例如，代替Vbatt+和Vbatt-)，该开关92可在这种校准期间闭合，否则断开。在这种校准期间，电阻器90的已知电阻R_KNOWN可耦合在VDD与接地电压之间，使得当开关94在启动校准阶段期间闭合(以及开关83也在这种启动校准阶段期间闭合)时，电阻器90与第一分压器并联，该第一分压器包括各自具有电阻R₁的电阻器80。此外，在这种校准期间，电阻器91的已知电阻R_KNOWN可耦合在VSS与接地电压之间，使得当开关95在启动校准阶段期间闭合(以及开关84也在这种启动校准阶段期间闭合)时，电阻器91与第二分压器并联，该第二分压器包括各自分别具有电阻5R₂和3R₂的电阻器81和82。第一分压器和第二分压器的输出可传递给抗混叠滤波器和ADC 86，该抗混叠滤波器和ADC 86可根据图8所示的各种电阻的数学原理分别估算电荷泵电源10的正极性和负极性的输入电阻R_switch+和R_switch-。在一些实施例中，对于电荷泵电源10的每个工作模式，可估算电阻R_switch+和R_switch-。图7和图8中所公开的技术的一个优点在于，在不影响传递给换能器设备的音频信号的回放路径的情况下，该技术提供了换能器设备的负载阻抗R_L的实时检测。

基于由换能器负载检测电路20A-20E中的任何一个换能器负载检测电路检测到的负载阻抗，可优化音频集成电路9的工作参数。如上所述，模式控制电路12可基于由换能器负载检测电路20E检测到的负载阻抗来选择电荷泵电源10的工作模式(例如，通过改变输出信号V_OUT的阈值电平，其中电荷泵电源10可在多个工作模式之间转换)。又如，基于由换能器负载检测电路20E检测到的负载阻抗，可优化功率放大器A1的工作参数。例如，在一些实施例中，功率放大器A1可包括可变补偿电容器，该可变补偿电容器的电容可以改变，以使放大器在大范围的负载阻抗的反馈中稳定。在这些实施例中，用于控制电容补偿电容器的控制电路可基于由换能器负载检测电路20E检测到的负载阻抗来设定电容，以提高功率放大器A1的性能。在这些和其他实施例中，功率放大器A1可具有静态功率分布。静态功率分布可保持放大器A1中的静态电流，以保持A1在给定范围的负载阻抗的情况下的稳定性。如果已知负载阻抗，那么对该特定负载值，可优化静态电流，这可导致功率节省。因此，用于控制静态功率分布的控制电路可基于由换能器负载检测电路20E确定的负载阻抗来优化静态电流。

贯穿本公开的多个部分，电荷泵电源10被示出为向放大器A1提供差分双极电源。然而，如在本说明书中和在权利要求书中使用，术语“电源”和“电源电压”可能通常是指单端电源(例如，参照接地电压)和差分电源(例如，双极电源)。

本领域普通技术人员应当明白，本公开包括对本文中示例性实施例的所有改变、替代、变形、更改和修改。同样地，本领域普通技术人员应当明白，在适当的情况下，所附权利要求包括对本文中示例性实施例的所有改变、替代、变形、更改和修改。此外，所附权利要求中对装置或系统或装置或系统的部件的提及包括该装置、系统或部件，该装置、系统或部件适应执行特定功能，被布置为执行特定功能，可执行特定功能，被构造为执行特定功能，能够执行特定功能，可操作为执行特定功能或操作为执行特定功能，无论它或该特定功能是否启动、打开或开启，只要该装置、系统或部件适应执行特定功能，被布置为执行特定功能，可执行特定功能，被构造为执行特定功能，能够执行特定功能，可操作为执行特定功能或操作为执行特定功能。

本文中陈述的所有实例和条件性语言旨在教学目的，以帮助读者理解本发明及发明者深化技术所提供的概念，且被解释为并不限于这些具体陈述的实例和条件。虽然已经对本发明的实施例进行详细说明，但是应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可对本发明的实施例进行各种改变、替代和更改。