音频放大器组件，过程，和方法与流程

相关申请交叉引用

本申请要求2018年2月23日提交的第62/634,774号美国临时专利申请的权益和优先权，该申请通过引用全部并入本文中。

本公开的技术涉及音频放大器。

背景技术：

根据放大器的晶体管可以传导的最大电流或晶体管可以阻断的电源轨上的最大电压，大多数专业音频放大器都受限于将扬声器负载驱动至全额定功率的扬声器负载的范围。放大器配置已经被开发出来，通过选择性地将通道并联地相加在一起或通过在桥接负载(btl)配置中将通道连接在一起来驱动，以增加可以被驱动的扬声器负载的范围。这种可配置放大器的一个示例在美国专利号9,543,913中公开，其通过引用并入本文。‘913专利中公开的技术在下文中称为快速振幅和求和技术(fast)。

本文所述的技术试图通过使用户更容易地将扬声器连接到放大器来改进fast。

技术实现要素：

如下面将详细讨论的，本公开的技术涉及一种具有一个或多个通道的音频放大器，其中每个通道包括两个子-通道。第一开关选择性地将第二子-通道的输出连接到与第一子-通道的输出连接的同一扬声器端子，以使得第一和第二子-通道的输出可以并联驱动扬声器负载。第一开关还可以选择性地将第二子-通道的输出连接到第二扬声器端子，以使得第一和第二子-通道可以以桥接负载(btl)配置驱动扬声器。当要并联驱动扬声器时，通道的第二开关选择性地将第二子-通道的接地连接到第二扬声器端子，或当扬声器以btl配置驱动时，通道的第二开关可以被设置为无连接位置。

放大器中的处理器或逻辑电路被配置为基于接收到或检测到的关于与连接到第一和第二扬声器端子的扬声器负载的阻抗和额定功率的信息来设置第一开关和第二开关的位置。

附图说明

图1是hb(半桥)配置中的典型的d类音频放大器输出级的示意图(现有技术)。

图2是常规的fb(全桥)d类音频放大器拓扑的示意图，其可以被称为“btl”btl(桥接负载)配置(现有技术)。

图3是外部btl传统耦接的示意图(现有技术)。

图4是包括用于组合通道的灵活放大器组合技术(“fast”)的放大器的示意图(现有技术)。

图5是在电流倍增(“cd”)配置中具有两个单极双掷(spdt)开关的放大器的本公开技术的实现方式的示意图。

图6是图5中的放大器在电压倍增(“vd”)配置中的实施方式的示意图。

图7是图5中的放大器在负载断开(“ld”)配置中的实施方式的示意图。

图8是在“vd”配置中的上放大器，和一个冗余的，在“ld”配置中的下放大器的示意图。

图9是处于轨道放电(“rd”)配置的放大器的示意图。

图10是根据本公开技术的至少一个实施方式的放大器通道或放大器“单元“的示意图，该放大器通道或放大器“单元”包括脉冲调制配置电路，该脉冲调制配置电路将外部提供的脉冲调制信号或内部生成的脉冲调制信号路由到放大器的通道中的第一和第二子-通道。

图11是具有子-通道的放大器单元的示意图，其子-通道在被设置为“cd”或并联的负载配置中接收非反相pwm。输出spdt保存一组两个扬声器端子(和一个输入信号连接)。

图12是具有子-通道的放大器单元的示意图，该子-通道在两个内部子-通道的全桥耦接中接收反相pwm。

图13是具有两个放大器通道的放大器单元的示意图，其两个放大器通道具有两个非共同参考(即，不共享公共接地)的电源单元(psu)。两个放大器通道(单元)可以互为对方的冗余备份。

图14是一个在轨道放电(rd)配置中保持扬声器负载断开的放大器单元的示意图，同时提供适当的pwm信号，以便将轨道放电至接近短路(一些寄生电阻会引起功耗，这取决于部件中和回路周围的走线的寄生电阻)。

图15是根据本公开技术的多个方面的放大器的简化图，其示出了相同的通用物理线连接，而与所选择的内部配置无关。

图16是根据本公开技术的一些实施方式的包括处理器的放大器的框图，该处理器被配置为根据检测到的扬声器负载的阻抗来设置子-通道的配置。

图17示出了根据本公开技术的一些实施方式的允许堆叠子-通道的放大器拓扑。

通过结合附图参考以下详细说明，可以更好地理解本文介绍的音频放大器，系统和方法的实施方式。

具体实施方式

现将更详细地描述以上介绍的音频放大器，系统和方法的多个示例。以下描述提供了具体的细节以对这些示例进行透彻的理解和可行性描述。然而，相关领域的技术人员将理解，可以在没有许多这些细节的情况下实施本文所讨论的技术。同样地，相关领域的技术人员还将理解，该技术可以包括本文未详细描述的许多其他特征。另外，下文将不详细示出或描述一些众所周知的结构或功能，以避免不必要地模糊相关描述。

本文提供的标题仅为方便起见，并不一定影响请求保护的实施方式的范围或含义。此外，附图不一定按比例绘制。例如，附图中一些元件的尺寸可以被扩大或减小以帮助增进对实施方式的理解。此外，尽管本公开的技术可以进行多种修改和替代形式，但是在附图中通过示例的方式示出了具体的实施方式，并且在下文对其进行详细描述。然而，其意图不是限制所描述的实施方式。实施方式旨在覆盖落入实施方式的范围内的所有修改，等同方式，和替代方式。

下文使用的术语将以其最宽泛合理的方式来解释，即使其与实施方式的一些具体示例的详细描述结合使用。实际上，下文甚至可能会强调一些术语。但是，旨在以任何限制性方式解释的任何术语将在本部分中进行公开和明确的定义。

如今，新的机架式放大器(或其他专业的音频放大器，包括用于有源扬声器的“平板放大器”)大多通过使用带有脉冲调制的d类拓扑，例如脉冲宽度调制(“pwm”)。与在线性区域中驱动的传统半导体相比，d类(与a，b，a/b，h等类相比)的优点是输出半导体的“导通”或“关断”状态。半导体按照欧姆定律消耗功率：它两端的电压乘以通过它的电流。在d类放大器中，半导体‘开关’要么完全“导通”，理想情况下意味着它们之间的电压是0v，要么完全“关断”，这意味着它们不携带电流。因此，理想情况下，d类放大器级没有功率损耗。然而，在开关从“关断”到“导通”以及从“导通”到“关断”的过渡时间，开关确实会消耗一些功率(开关损耗)。在“导通”时间内，开关的导通电阻为非零(非0v电压)，这意味着它确实会消耗一些功率(传导损耗)。开关损耗和传导损耗的大小是随半导体开关接近理想状态的程度而变化。最常见的(到目前为止)使用的d类半导体开关是mosfet(金属氧化物半导体场效应晶体管)。对用于d类放大器的mosfet的选择是基于多个因素，包括它必须能够阻断的电压和它必须能够传导的电流。一般地(从根本上来说)，电压越高，mosfet就越不理想(成本更高)，电流越高，mosfet就越不理想(成本更高)。

在专业音频行业，放大器可能需要驱动截然不同的负载(扬声器)阻抗。在一些应用中，需要驱动具有低至2ω(甚至更小)的阻抗的扬声器负载，而在分布式声音系统中，则需要最小化扬声器线路的电流传导，并且声音可以在恒定电压下分布(通常为70vrms或100vrms)。传统上，音频格式器被用作配件，在“低阻抗(low-z)”(通常为2ω到8ω的扬声器负载范围)和“高阻抗(high-z)”(通常为70vrms和100vrms分布式音频)模式之间转换。然而，行业趋势推动了分布式声音系统采用“直接驱动”，这导致制造商不得不为每个放大器生产两种不同型号：“低阻抗(low-z)”版本和“高阻抗(high-z)”版本。每一个版本都有助于优化输出晶体管开关的选择(低阻抗(low-z)的mosfet的高电流和低电压能力，还是高阻抗(high-z)mosfet的高电压，低电流)。

图1和图2示出了常规的d类放大器配置。如本领域技术人员将理解的，图1的拓扑表示半桥(hb)放大器，其中驱动一对mosfet输出晶体管以将电流灌入扬声器负载或从扬声器负载中拉出电流。在这种配置中，可以被传输到负载的功率受到输出晶体管可以传输的最大持续电流或晶体管可以阻断的电源轨(rail)上的最大电压的限制。

图2显示了在桥接负载配置中的d类放大器，其中两个半桥用于驱动扬声器负载。半桥被驱动成反相，有效地使扬声器两端的电压倍增，从而增加了可传输的功率。

一个新的趋势正在出现，单个放大器单元可以驱动几乎任何负载阻抗。这正在减少放大器制造商需要提供的型号数量，并简化了客户在购买时的选项/选择。可以驱动负载的大范围变化的常规的放大器拓扑通常在输出mosfet的选择上进行妥协。为了在单个单元中同时提供高电压和高电流，2ω的性能通常会受到影响(输出电流由于非最佳的输出开关特性而受到限制，即使对于成本较高的设备也是如此)。或者，如果使用全桥(“fb”)配置，则在外部将放大器桥接在一起的能力(终端用户重视的技术)受到限制，并且该配置无法最佳地使用必需的多个mosfet(与hb配置相比所需两倍的数量)。终端用户需要的真正通用的放大器的主要标准是：

.它必须在大约2ω到8ω的负载范围内提供足够的功率(电流)

.它必须能够桥接(传统意义上)到低至约4ω(每个通道2ω)的负载

.它必须能够直接驱动大约70vrms和100vrms的分布式音频区域

对外部桥接能力的要求消除了如图2所示的使用经典的永久配置的fb配置的可能性，因为这(本质上)已经在内部桥接。

需要100vrms时，vrail电压必须为+/-142v(最小值；没有余量)，这就要求多个mosfet的最小额定电压为～355v(使用行业标准的20％降额)。在～200v的mosfet额定电压下，技术会变得更好，因此有强烈的动机坚持200v或更低的mosfet额定电压。特别是对于具有高输出电流能力(例如2ω负载电流)的mosfet，额定电压大于200v时，成本和性能会降低。

因此，本公开技术的多个方面至少要解决的问题是：如何确保适合2ω负载阻抗的输出电流，对4ω(及以上)的负载阻抗的桥接能力和对70vrms/100vrms的直接驱动，而不需要同时依赖具有高额定电流和额定电压的多个mosfet。

公开技术的多个方面提供了有助于解决上述问题的方案。为了便于讨论，下表提供了实际例子，以说明放大器输出功率的实际限制，并建立了现有技术中使用的配置方法。

考虑由四个半桥构成的4通道音频放大器。放大器使用+/-85v轨道，以支持200v额定设备(降额15％)。在最高pwm占空比下，可以产生57vrms的输出电压。选用的设备能够向负载传输5arms的输出电流。这些设备有效率，且允许热系统处理每个hb通道的100w的功率。电源单元(psu)的规格为能够传输400w的总音频功率。应当注意，虽然讨论了关于脉冲宽度调制方案的实施方式，但是可以使用其他脉冲调制方案。例如，本公开的技术可以使用脉冲振幅调制(pam)，脉冲密度调制(pdm)，脉冲位置调制(ppm)，或其它脉冲调制方案或技术。

因此，每个通道的功率限制为：

表1：对放大器设计的hb功率限制

从表1可以清楚地看出，当负载阻抗为4ω或8ω时放大器只能指定为“4x100w”，其中组件的热规格决定了限制。在低阻抗负载(2ω)中，由于设备电流限制导致输出功率被限制为仅50w。在“高阻抗(high-z)”负载(70v/100v)中，显然没有足够的电压偏移(57vrms限制)，甚至无法满足这些系统的要求。电压对100v分布式音频所施加的限制仅为33w(当扬声器上的负载标签设置为100w时)。

“btl”：克服电压限制-克服电压限制的经典方法是通过以下方式将cha和chb耦接在一起：

.cha-端子到chb-端子

.cha+端子到spk输入+

.chb+端子到spk输入-

.cha的音频输入被反相并馈送到chb(图3中用pwm2表示，与pwm1相比反相)

这将使扬声器获得每个通道的电压的两倍(gnd是扬声器电压的“中点”)。上述示例中在高阻抗(high-z)负载下功率受到电压限制的放大器，现在是双通道放大器(而不是四通道，尽管它保持了四组扬声器端子)，但是限制表看起来非常不同：

表2：对放大器规格的的btl功率限制

btl放大器确实克服了高阻抗(high-z)负载的电压限制，但保持了2ω负载阻抗的电流限制(不变)。另一个(大的)缺点是，尽管底架上保留了四组输入信号连接和四组扬声器端子，但只有两个通道可供使用。

“fast”：克服了电流限制-申请人开发了一种灵活放大器求和技术(“fast”)系统，该系统在美国专利号9,543,913(本文通过引用并入)中进行了描述，从而将pwm信号从一个(hb)通道‘复制’到另一个通道。在‘913专利中描述的fast技术中，放大器包括两个半桥和一个或多个内部开关，这些开关将半桥的输出连接在一起，如图4所示，以便将两个或多个半桥并联在一起。fast技术的一些实现方式的另一个好处是可以消除用于并联连接的半桥的从通道的反馈回路。

该系统有效地并联了两个d类输出hb级；提高了电流容量(有效地使其倍增)。回到上面举例说明的hb规格，功率限制表如下所示：

表3：对放大器规格的“fast”功率限制

“fast”系统克服了2ω负载阻抗的电流限制(而不是高阻抗(high-z)的电压限制)。在具有四个半桥部分的一些商业实施方式中，放大器仍然使用4组输入/输出连接，即使实际上它‘只是’一个双通道放大器，并且终端用户必须在产品内部(以“fast”模式)以及在外部在底架上配置固件(“fw”)(尽管内部继电器开关已经提供了一些外部连接的自由度)。但这样做的好处是，如果两个通道并联运行，仍有两个保留的通道，仍然可以用传统方式在btl配置中外部连接扬声器。

于是实现可选的“fast”技术的产品具有极高的通用性，它允许将两个通道配置为单个通道，其在高阻抗(high-z)模式(例如btl)或低阻抗(low-z)模式(例如并联)中进行配置；使放大器的所有功率用于任何负载(尽管为通道数的1/2)。

在“fast”所启用的四通道放大器中，当组合通道从而使其成为一个双通道放大器时，才能在整个负载范围内获得全功率。当然，这样做的好处是，如果扬声器负载范围更窄(例如，如上文所述，正好是4ω或8ω负载阻抗，或者是基于放大器规格和额定功率的另一个范围，从而产生不同的折衷点)，则所有四个通道都可以具有全部放大器功率。然而，缺点是有与附加(低功率)半桥通道相关联的硬件的额外成本(和空间)。

尽管传统的fast技术有优点，但还是可以改进的。例如，期望设计一个放大器，该放大器可以驱动低阻抗扬声器负载和高阻抗扬声器负载，而不需要用户在扬声器输出端子/插孔处以不同方式连接扬声器负载。如下面详细描述的，本公开的技术是一种具有一个或多个通道的放大器，其中每个通道包括两个半桥(主子-通道和从子-通道)。子-通道可以通过将信号路由到一对扬声器端子的内部开关选择性地以并联或全桥配置连接。放大器中的一个开关具有第一位置和第二位置，该第一位置选择性地将从子-通道的输出和主子-通道的输出连接到扬声器负载的同一输入，以便两个子-通道将并联地驱动扬声器负载，并且在第二位置，从子-通道的输出被连接到扬声器负载的另一个输入，使主子-通道和从子-通道在全桥配置下驱动扬声器负载。第二开关具有第一位置和第二位置，当扬声器负载被并联驱动时，第一位置将第二输入连接至扬声器负载以接地，以及第二位置为无连接(nc)，其当扬声器负载在全桥配置中被驱动时使用(因此并非是接地参考的)。从子-通道可以省去主子-通道的一些组件。例如，从子-通道不需要它自己的脉冲宽度调制器，纠错回路组件，或模拟配置选择开关。在一些实施方式中，扬声器负载可连接到单对扬声器端子/插孔，从而消除了在btl配置中对每个子-通道用单独的扬声器端子来驱动负载的要求。在一些实施方式中，图4中所示的“fast”输出继电器(单极单掷(“spst”)开关)被两个spdt开关代替。

尽管本文给出的描述将扬声器负载称为单个扬声器的阻抗，但是应当理解，扬声器负载可以包括由放大器通道驱动的串联或并联连接的一个或多个扬声器。

图5是根据本公开技术的一些实施方式的放大器通道的示意图。在所示的实施方式中，放大器通道包括具有在子-通道的滤波器之后的输出52的第一半桥子-通道50。第二半桥子-通道56具有输出56。一对单极双掷spdt开关60，70将子-通道的输出连接到扬声器负载64所连接的一对扬声器端子62a，62b。spdt开关60具有向上位置，该位置将第二子-通道56的输出58连接到第一子-通道50的输出52所连接的同一扬声器端子62a。spdt开关60还具有将第二子-通道56的输出58连接到第二扬声器端子62b的向下位置。第二spdt开关70具有将扬声器端子62b连接到子-通道的接地的向下位置。spdt70还有一个第二或向上位置，即“无触点”位置。

在所示的实施方式中，放大器通道具有单个调制器54，该调制器54可以为子-通道产生相同的驱动信号，或者可以向其中一个子-通道提供与其他子-通道的驱动信号相比反相的驱动信号。

在一个实施方式中，本技术提供了对在‘913专利中公开的技术的改进，其中本技术可以在考虑以下情况时使用或设置具有所有配置选项的真值表：

●spdt160可以处于向上位置或向下位置

●spdt270可以处于向上位置或向下位置

●馈送到下hb的pwm1可以是直接复制(非反相)或反相以下将讨论多种配置及其优点：

配置1电流倍增(“cd”)：

cd配置通过以下方式选择：

●spdt160＝向上

●spdt270＝向下

●pwm＝非反相

在如图5所示的这种配置中，spdt160将从子-通道56的输出和主子-通道50的输出一起连接到扬声器负载的同一输入62a。spdt270被设置为连接扬声器负载的第二输入62b至接地，以便两个子-通道50，56并联地驱动扬声器负载64。从子-通道56由驱动主子-通道50的非反相pwm输入驱动。以这种方式配置有两个子-通道的放大器将向低阻抗(low-z)负载提供全额定功率(见上表3)。底架只需要一个输入来为两个半桥提供pwm信号，并为扬声器负载提供单组输出连接器(扬声器端子)，因此终端用户可以简单，传统的方式简单地连接扬声器64。由此产生的输出通道保持了在btl配置中外部驱动扬声器负载的能力，另一个通道也以传统方式具有一对输出端子。这种配置类似于已知的“fast”通道组合。以这种方式配置的单通道(两个hb中的一个)仍然可以是与其他通道组合的“fast”。在这种情况下，“pwm1”信号将只是来自另一个调制器的输入，而不是由图5所示的内部调制器54生成。

配置2-电压倍增(“vd”)：

vd配置通过以下方式选择：

●spdt160＝向下

●spdt270＝向上

●pwm＝反相

在图6所示的配置中，第一spdt160被设置为将从子-通道56的输出58连接到扬声器负载的第二输入62b，并且第二spdt270设置为nc(无连接)，以便断开扬声器负载与“gnd”的连接。在该配置中，扬声器负载64在全桥配置中由两个子-通道50，56驱动。从子-通道56由驱动主子-通道50的反相pwm输入信号驱动。在这种配置中，带有两个hb的放大器将产生高阻抗(high-z)负载的全额定功率(见上文表2)。同样，底架只需要单个f输入(未示出)来为两个子-通道50，56提供pwm信号，并且只需要单个一组输出端子62am62b用于两个半桥连接到扬声器，因此终端用户可以简单，传统的方式连接扬声器。基于在这种配置中设置的开关，用户通常不能在常规的外部连接的btl拓扑中配置扬声器。配置3-负载断开(“ld”)：

ld配置通过以下方式选择：

●spdt160＝向上

●spdt270＝向上

●pwm＝非反相

在图7所示的配置中，两个“正”子-通道hb的输出52，58由spdt160的位置连接在一起，并由相同的pwm信号驱动，这意味着没有电流流过(滤波器纹波电流除外)。扬声器64上的“负”端子62b根据spdt270的位置设置为nc位置而浮动，因此没有电流流过扬声器。

此配置的应用：

如果单元在cd模式(非反相pwm)下使用，可在启动和关机期间使用此配置，以消除任何可听见的瞬变。当启动顺序完成，任何可能导致输出电压扰动的瞬变结束时，spdt270可以简单地翻转到“向下”位置进入cd模式，然后可正常运行。在音频关断(关机，静音等)时，spdt270可简单地翻转回“向上”nc位置，以断开扬声器64并防止任何爆裂/咔嗒声出现。

如果使用两个单元(即两个通道各有两个子-通道)，并且这两个单元不共享同一个物理接地(“gnd”)节点(即，例如gnd节点不以底架为参考)，则此ld模式可用于其中一个用作备用的放大器。在这样一个1∶1冗余系统中，整个系统配置如图8所示。

参考图8，双通道放大器(每个有两个子-通道)包括电压倍增配置中的上子-通道110和负载断开配置中的下子-通道。在正常(无故障)操作中，下放大器120与扬声器130完全断开，并且冗余通道的两个hb输出要么根本不切换(不需要)，要么它们彼此同步切换(非反相pwm)。因此，上放大器通道110不驱动下放大器通道120，而仅驱动扬声器130。

如果出现故障，只需简单交换配置。假设上放大器110是冗余的，它现在已经接管了操作，而下放大器120是主要的放大器(已经发生故障)。一旦下放大器120发生故障，它停止切换并改变配置，然后冗余放大器改变配置并恢复操作。

如果发生故障的(下)放大器导致从hb的中点到其中一个轨道的短路，那么整个放大器就变成了以该轨道为“参考”(因为两个放大器之间的接地点没有被连接)。没有电流流入下放大器hb或从下放大器流入扬声器。因此，上放大器通道110可以任意地驱动扬声器130，而不受下放大器通道120的影响。

配置4-轨道放电(“rd”)：rd配置通过以下方式选择：

●spdt160＝向上

●spdt270＝向上

pwm＝反相。在如图9所示的配置中，扬声器由于spdt270处于无连接位置而断开，这意味着它不会受到放大器引起的任何瞬变的影响。两个子-通道hb“正”输出52，58通过sptd160的位置被连接在一起(“负”输出共用一个公共gnd)。施加到每个子-通道的pwm信号的反相实际上意味着使用了经典的btl配置(vd模式)，但是输出被spdt160(它的阻抗)“短路”。执行一个可控的pwm模式将消耗寄生电阻(即多个mosfet，pcb走线，spdt1，l1等)中的一些(可控)功率。这种配置和执行可使得电压轨道放电可控(和可预测/可选择)。需要对轨道进行放电，这通常是由泄漏电阻完成的。这种方案的优点是不仅节省了泄漏电阻，而且在正常工作(不需要放电的情况下)消除了泄漏电阻的(恒定)功率消耗。

其他配置

除spdt位置和pwm反相的8个逻辑组合外，还剩下4个没有在上面讨论过。这些是：

(5)：spdt1＝向上，spdt2＝向下，pwm＝反相；

(6)：spdt1＝向下，spdt2＝向上，pwm＝非反相；

(7)：spdt1＝向下，spdt2＝向下，pwm＝非反相；以及

(8)：spdt1＝向下，spdt2＝向下，pwm＝反相。

配置5将两个hb输出“短路连接”在一起，就像cd模式一样，但是，pwm信号的反相意味着两个hb将起“短路”的作用。使用这个模式可能与轨道放电有关(而不是使用配置4)，但是它可能缺乏在轨道放电期间断开扬声器的优势。因此，配置4可能是对于轨道放电的优选。

配置6类似于“vd”模式，但在pwm没有反相的情况下，理想情况下不会有电流流出hb(也不会有电流流入扬声器)，尽管扬声器实际上是短路的(不是开路的)。

配置7和8都在内部使下hb短路(与pwm反相无关)。扬声器保留连接，因此尽管这些模式中的任何一种都可以用于轨道放电，但配置4仍然是该功能的优选。

将要理解的是，使用所述电路的放大器包括处理器或其他逻辑电路(asic，fpga等)以设置多种开关的位置，以便以cd，vd，ld或rd模式连接子-通道，并且反相或非反相提供给从子-通道的pwm信号。在一些实施方式中，用户使用输入(放大器底架上的开关，键盘，指拨(dip)开关设置，跳线设置，pcb填充等)或通过连接到外部设备的有线或无线计算机通信链路(远程控制器，智能电话，笔记本电脑等)来确定他们想如何驱动扬声器负载，在一些实施方式中，会提示用户输入有关扬声器负载的信息(例如扬声器阻抗和最大功率容量)，并且处理器确定开关的适当设置。在其他实施方式中，处理器基于提供给扬声器负载的测试信号或者处理器获取关于扬声器负载的信息的其他方式(例如扬声器和处理器之间的通信链路，使得扬声器可以“识别”自己)来确定开关的适当设置。

获得关于一个扬声器的信息可以通过几种方法来实现，这些方法基于测试信号，扬声器信号的“实时监控”，或者是扬声器的专用“识别机制”。

例1：给扬声器施加电压并测量产生的电流的振幅(或双倍电流；施加电流并测量电压)。这将给出(根据欧姆定律)扬声器的(dc)电阻指示。

例2：施加一个非dc电压或电流，并测量另一个的产生的振幅-这就提供了在特定(非dc)频率的阻抗(“电阻”)的概念。如果还要测量延迟(相位)，这将提供关于复阻抗(非电阻，如电感和电容)的信息。

例3：施加频率扫描并测量振幅和相位-这提供了作为频率的函数的复阻抗的测量。

例4：采用一种配置，用于通过与扬声器的阻抗有关的数据通信的方式，从要唯一标识(或标识自身)的扬声器读取信息。通常只有音频功率由扬声器连接来处理，但使用第三根线或使用两条现有线(或扬声器和处理器之间的单独通信链路)，扬声器可以提供存储在非易失性存储器中的信息或对扬声器上的信息进行编码的其他方法，以便“告诉”处理器关于对它而言最佳的配置，关于它的品牌和型号，或者甚至是关于其最大电压，电流和功率容量的信息。在一个实施方式中，系统的处理器被编程以通过插入符合扬声器负载的小电阻并使用模数转换器电路来测量该电阻两端的电压来测量扬声器负载的阻抗。例如，当不测量电流时，符合扬声器的小电阻被插入，并用mosfet或其他开关将该小电阻旁路。图16显示了带有处理器200的放大器通道的框图，处理器200被配置为选择性地插入符合扬声器负载64的电阻219。处理器200优选地包括模数转换器(内部或外部)214，其被配置为检测跨电阻210的压降以确定通过负载的电流。

在一个实施方式中，处理器可以控制晶体管或其他开关224以向扬声器端子施加电池电压220，并使用模数转换器214测量流经电阻210的产生电流。在另一实施方式中，处理器200产生用于脉冲宽度调制器的输入的测试信号，以在子-通道的输出产生已知的ac或dc电压，并测量流过电阻210的电流。已知通过扬声器负载的电压和电流，处理器可以计算出扬声器阻抗。

或者，处理器200可以从与用户接口240交互的用户或经由有线或无线通信电路250接收关于扬声器负载的信息。在一些其它实施方式中，处理器控制rfid标签读取器或其它设备来询问与扬声器负载相关联的存储器标签。在一些实施方式中，扬声器的品牌和型号与扬声器的阻抗和额定功率被一起存储在数据库260或其他计算机可读存储器结构中，以便允许处理器200确定扬声器是否应该由一个子-通道，并联连接的两个子-通道或以桥接负载配置连接的两个子-通道来驱动。

放大器可以包括一个以上的通道(2个子-通道)。例如，单个放大器底架可能有2个通道(4个子-通道)或更多。

公开技术的实施方式的多个方面在很大程度上有效地消除了常规系统的不利和缺点。例如：

●通道的内部开关允许(基于阻抗感应)手动或自动连接一对hb子-通道来：

■电流倍增，消除了电流限制(即低阻抗(low-z)负载)。在这种配置中，两个通道(具有子-通道)仍然可以以传统方式进行外部btl处理。

■电压倍增，通过内部blt连接消除电压限制(即对于高阻抗(high-z)负载)。

○每个通道只需要一组输入和输出连接，调制器等；

○内部连接允许断开扬声器负载，以在cd模式下消除爆裂/咔嗒噪声；

○冗余通道可连接至负载，前提是它们不共享公共接地；以及

○内部开关允许使用适当的pwm驱动信号的“无损”轨道放电；

○单组输出端子允许用户以常规方式连接扬声器负载，并且仍然以并联hb模式或btl模式驱动扬声器负载，并且扬声器的连接方式没有区别(除非使用传统的外部btl)。

图10是包含两个子-通道的单个放大器通道的框图。放大器通道包括音频信号输入连接器140，其连接到内部pwm调制器(或其它脉冲调制技术)，该内部pwm调制器将输入音频转换为用于成对子-通道的半桥的驱动信号。该pwm信号还被路由到放大器通道的输出连接器144，以便在需要时可以使用相同的pwm信号来驱动另一个放大器通道的半桥。放大器中的开关150选择性地将两个半桥(子-通道)的门驱动器连接到由内部调制器产生的驱动信号，或者连接到外部pwm调制器提供pwm信号的输入146。以这种方式，如果需要，可以用外部生成的pwm信号来驱动门驱动器。包括但未显示在框图中的是一个反相器电路，当放大器通道设置在电压倍增(vd)配置中时，该电路选择性地将施加到一组门驱动器上的pwm信号反相。

每个子-通道的门驱动器与提供给两个半桥的单个内部生成信号或外部提供的pwm信号串联工作，两个半桥由相同的补充轨供电。提供给两个子-通道的门驱动器的pwm信号的严格定时被用于确保电压放大器的两个分支的子-通道之间有足够的电流共享(和电压共享)。正如’913专利中所公开的那样，通过最小化印刷电路板中的路由路径差异，该印刷电路板将驱动信号传输到门驱动器，可以实现这种紧凑的定时。每个子-通道包括一个输出滤波器。负载配置电路包括一对单极双掷开关，其可控地将子-通道的输出连接到同一扬声器端子以进行电流倍增，或在“全桥”模式下连接到不同的扬声器端子以进行电压倍增。

一个电源单元，其不是以底架为参考，并且其能为至少一组半桥提供适当的电压(“全桥”模式下100v分布式音频的～+/-80vrms)和电流(低阻抗(low-z)扬声器负载“并联”供电模式下额定功率的足够rms电流)和额定通道功率的功率(并发的电压和电流)；

反馈并不是必须的，但在行业中是非常实用和普遍的。在一些实施方式中，用于主子-通道的单个反馈系统控制主子-通道和从子-通道(对于通道单元，且不是每个半桥hb一个反馈通道)。

配置选项(不包括pwm源的选择)取决于负载配置电路中两个spdt开关的状态以及电压放大器b(第二子-通道)(相对于电压放大器a(第一子-通道))的pwm信号的反相状态。共有八种逻辑组合(spdt不能是“nc”，尽管它们在上图中出现)。如下a-b-c-d所述，其中四种逻辑组合特别受关注：

a.并联：pwm非反相(即两个子-通道b的半桥的pwm相同)，两个半桥的输出馈送到同一个spk+端子，并从spk-端子返回。

b.全桥：两个子-通道之一的pwm信号被反相(例如，两个半桥的pwm相反)。第一子-通道hb(a)的输出被输出到spk+端子，来自扬声器spk-端子的“返回”连接到另一个子-通道的输出。

c.负载断开：补充电源单元(多个psu)的中点(对于并联配置“返回”不参考底架)，因为这允许1∶1放大器冗余(ld{负载断开}模式)。如图14所示，两个放大器通道可以是两个分开的放大器(2个物理机柜-每个独立的放大器或可能是多通道放大器)，也可以作为一个机柜中的两个“区域”存在，前提是它们不共享电源，而且它们的电源没有参考同一个物理连接。

d.如图14所示的轨道放电，第一和第二子-通道的输出连接在一起，其中一个子-通道由反相pwm信号驱动。在这种配置中，使得子-通道能够泄漏放大器内的(高)电压轨和其他部件，而不需要泄漏持续消耗功率的电阻。

在一些实施方式中，系统是自给的，并且不需要根据所选择的配置用到产品机柜外部的端子/连接器的物理上不同的(输入和扬声器)接线连接。

配置a具有高电流能力，适合与低阻抗扬声器(如2欧姆)配合使用。

配置b具有高电压能力，适合与恒定电压阻抗一起使用(例如70v或100v分布式音频)。

配置c允许1∶1放大器冗余(内部在单个底架内有两个单独的psu域，或者在外部由于未参考底架的多个psu)。

配置d允许轨电容主动放电。所有配置共享相同的外部接线。

“实质上的”扬声器接线是通过开关spdt1和spdt2在内部完成的，其可以用继电器(或其他电子控制开关，包括晶体管或机械控制开关)实现。尽管在描述这些开关时是与d类半桥一起使用的，但是这些开关可以适用于与任何音频放大器拓扑(包括a，b，a/b，h类等)一起工作。图15显示了一个单通道成品放大器产品图，该图描述了保留不变的必要音频输入和输出连接(从“黑匣子”机柜的角度看)。多通道放大器只需复制输入/输出端子组。因此，可以从一种配置更改为另一种配置，而无需在互连处物理地体现(放大器产品或扬声器负载)；相反，这可以通过通信接口(有线或无线)发送的(电子)命令来完成。

两个或更多这样的放大器通道(两个或更多对半桥子-通道)可以在外部以并联或btl方式组合(无论其内部配置如何)。有关“pwm配置”选项，请参见图11。在这种情况下，第一通道(chy-它是类似于图11中所示的“单元”的一个实例)接收音频输入并通过其内部pwm调制器生成pwm，该pwm被发送到其内部电压放大器通道。第二通道(chz，它也是一个“单元”)被配置为从外部源接收pwm，特别是来自chy的pwm输出。

系统配置可由操作员手动选择(通过指拨开关设置，跳线设置，pcb填充或通过有线或无线通信接口编程)或自动选择(由系统中的处理器通过测量和/或近似/估计确定负载阻抗，并基于查找表，存储器内容或类似的信息存储设备选择适当的配置)，或可能由操作员覆盖的由系统自动选择默认值的混合，或通过屏幕(物理上存在于放大器产品上或通过有线或无线连接连接到放大器产品)向操作员提供指令(用于指拨开关设置或其他)。

优选地，放大器通道的两个子-通道的反馈仅来自单个半桥。在一个实施方式中，反馈使用来自sw-node1的预滤波电压(参考“gnd”)-或输出滤波电感电流，以及来自l1右侧的后滤波(电压)(参考“gnd”)。参考图1。反馈也可以是基于配置的；其中输出电压反馈直接在扬声器端子之间获得，和/或“内部回路”可以是差分开关节点电压或电感电流。在这种情况下，补偿器(反馈传递函数)可能需要根据通道的配置进行调整。

该系统可以是时钟或自振荡的，可以是(与电源开关)同步的或不同步。输出滤波电感可以耦接也可以不耦接。一个或多个半桥对可并入集成电路(“ic”)，其配置输入(数字或模拟)用于选择其中一个pwm信号的反相状态，以及是使用外部提供的pwm还是内部生成的pwm。这种集成电路可以不包含，也可以包含一个或多个以下类别的电路(但不限于这些)：门驱动器，pwm调制器，误差放大器，补偿结构，开关晶体管半桥。此类集成电路可包括用于将输入pwm(从外部源)直接复制到输出pwm(电压放大或门驱动器输出)和/或提供其内部生成的pwm作为不同集成电路的输出的电路。

由独立参考电源供电的两个或多个半桥可始终共享来自单个pwm调制器的非反相pwm信号，他们的输出(每个半桥2个端子)根据电流或电压的需要并联或串联组合。这种组合可以在机柜内部完成，也可以在外部在机柜外面完成(即，操作员物理上改变接线连接)。这扩展了“btl”的概念，从为了“电压倍增”最多两个半桥的组合扩展到真正的串联组合或根据需要将尽可能多的半桥串在一起的“通道堆叠”。在一个例子中，我们可以使用一个25v的技术节点在一个单片集成的集成电路上创建八个集成半桥；每一个都能够输出20v的电压摆幅。使用八个单独参考的+/-20v电源(可以是单个变压器上的独立绕组)，集成的(25v技术节点)集成电路可用于形成单个放大扬声器通道，能够产生100vrms的音频，包括高速逻辑电路，运算放大器和比较器等。

在本发明的一些实施方式中，能够串联堆叠多个低电压放大器以产生较大的输出电压是有用的。图17示出了具有三个子-通道的该放大器拓扑的实施方式。在本实施方式中，下子-通道的输出连接到中间子-通道的接地。中间子-通道的输出连接到上子-通道的接地。上子-通道的输出连接到扬声器负载的输入。扬声器负载的另一个输入连接到下子-通道的接地。以这样的方式，扬声器由三个子-通道的输出电压之和驱动。

从用于接地的不同符号可以看出，子-通道的接地不被公共参考。如果需要子-通道堆叠，则可以在电路内使用开关来选择性地将子-通道的输出连接到特定的接地。这种开关可以是集成电路内部的，并通过外部引脚逻辑电平或软件命令进行控制。或者，放大器芯片上的输出引脚可以连接到外部控制的开关，根据需要以物理或电子方式将输出连接到多种内部接地。开关还可用于将子-通道的输出连接到扬声器端子。

对于具有三个子-通道的放大器，可以将开关设置为使用一个子-通道，两个子-通道或三个子-通道来驱动扬声器。这种技术可以与上述内部单极双掷开关组合，这样扬声器也可以并联或桥接负载配置驱动。例如，可以将三个子-通道配置为以btl，并联，或三电压模式工作。

在图17所示的配置中，所有子-通道由同一组调制的信号驱动。因此，应注意电路布局，以确保调制的信号源和多子-通道的输出晶体管的延迟差最小，以便它们基本上同时打开和关闭(例如导通和非导通)，以减少任何明显的失真。如果要在单个集成电路上创建子-通道，则图17中所示的拓扑结构特别有用。该拓扑可扩展到n个子-通道。例如，一个100伏的放大电路可以由五个20伏的放大电路组成。

本说明书中描述的主题名称和操作的实施方式可以在数字电子电路中实施，或者在计算机软件，固件，或硬件中实现，包括在本说明书中公开的结构及其结构等同物中实现，或者在它们的一个或多个组合中实现。本说明书中描述的主题名称的实施方式可以被实现为在计算机存储介质上编码的一个或多个计算机程序，即一个或多个计算机程序指令模块，以供数据处理装置执行，或者控制数据处理装置操作。

计算机存储介质可以是或者可以被包括在计算机可读存储设备，计算机可读存储基板，随机或串行访问存储阵列或设备，或者它们的一个或多个组合中。此外，虽然计算机存储介质不是传播的信号，但是计算机存储介质可以是在人工生成的传播信号中编码的计算机程序指令的源或目的地。计算机存储介质也可以是或者可以被包括在一个或多个单独的物理组件或介质(例如，多个cd，磁盘，或其他存储设备)中。本说明书中描述的操作可以实现为数据处理装置对存储在一个或多个计算机可读存储设备上或从其他源接收的数据执行的操作。

术语“处理器”包含用于处理数据的多种装置，设备，和机器，例如包括可编程处理器，计算机，片上系统，或前述的多个或组合。该装置可包括专用逻辑电路，例如fpga(现场可编程门阵列)或asic(专用集成电路)。

计算机程序(也称为程序，软件，软件应用程序，脚本，或代码)可以通过任何形式的编程语言编写，包括编译或解释语言，声明性或过程性语言，并且可以通过任何形式进行部署，包括作为独立程序或模块，组件，子例程，对象，或其他适合在计算环境中使用的单元进行部署。

本说明书中描述的过程和逻辑流可以由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器执行，以通过对输入数据进行操作并生成输出来执行动作。所述过程和逻辑流也可以由专用逻辑电路执行，并且装置还可以实现为专用逻辑电路，例如fpga(现场可编程门阵列)或asic(专用集成电路)。

适用于执行计算机程序的处理器包括例如通用和专用微处理器，以及任何种类的数字计算机的任何一个或多个处理器。一般而言，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机的基本元件是用于根据指令执行动作的处理器，以及用于存储指令和数据的一个或多个存储设备。一般而言，计算机还包括用于存储数据的一个或多个大容量存储设备(例如，固态存储单元，磁盘，磁光盘，或光盘)，或可操作地耦合至用于存储数据的一个或多个大容量存储设备以从上述一个或多个大容量存储设备接收数据或将数据传送至上述一个或多个大容量存储设备或两者皆有。然而，计算机不必具有这样的设备。此外，计算机可以嵌入另一设备中，例如，移动电话，个人数字助理(pda)，移动音频或视频播放器，游戏机，或便携式存储设备(例如，通用串行总线(usb)闪存驱动器)，仅举这几例。适用于存储计算机程序指令和数据的设备包括所有形式的非易失性存储器，介质和存储设备，包括例如半导体存储设备，例如eprom，eeprom，和闪存设备；磁盘，例如内部硬盘或可移动磁盘；磁光盘；以及cd-rom和dvd-rom盘。处理器和存储器可以由专用逻辑电路补充或并入专用逻辑电路中。

为了提供与用户的交互，本说明书中描述的主题名称的实施方式可以包括用于向用户显示信息的显示设备，例如lcd(液晶显示器)，led(发光二极管)，或oled(有机发光二极管)监视器，以及键盘和指示设备，例如鼠标或轨迹球，用户可以通过这些设备向处理器提供输入。在一些实现方式中，触摸屏可用于显示信息以及接收来自用户的输入。其他类型的设备也可用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的感觉反馈，例如，视觉反馈，听觉反馈，或触觉反馈；并且来自用户的输入可以通过任何形式被接收，包括声音，语音，或触觉输入。

综上所述，应当理解，出于说明的目的，本发明的具体实施方式已经在本文中进行了描述，但是可以在不偏离本发明的精神和范围的情况下进行多种修改。因此，本发明不受所附权利要求的限制。

附注

上述描述和附图是说明性的，并且不应被解释为限制性的。描述了许多具体细节以提供对本公开的透彻理解。然而，在一些情况下，为了避免模糊描述而没有描述众所周知的细节。此外，可以在不偏离实施方式的范围的情况下进行多种修改。

本说明书中对“一个实施方式(oneembodiment)”或“一个实施方式(anembodiment)”的引用意味着结合该实施方式描述的特定特征，结构或特性被包括在本公开的至少一个实施方式中。说明书中多个位置出现的短语“在一个实施例方式”不一定全指同一实施方式，也不是与其他实施方式相互排斥的单独或替代实施方式。此外，描述了可由一些实施方式而不能由其它实施方式展示的多种特征。同样地，描述了可能是一些实施方式而不是其他实施方式的多种要求。

本说明书中使用的术语通常在本领域，在公开的上下文，以及在使用每个术语的具体上下文中具有其普通含义。应当理解，可以通过多于一种的方式表述相同事情。因此，替代的语言和同义词可用于本文讨论的任何一个或多个术语，并且是否在本文中阐述或讨论该术语不具有任何特殊意义。提供了一些术语的同义词。详述一个或多个同义词并不排除使用其他同义词。在本说明书中任何地方对示例的使用，包括本文讨论的任何术语的示例，仅是说明性的，并不旨在进一步限制本公开或任何示例性术语的范围和含义。同样，本公开不限于本说明书中给出的多种实施方式。除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。如有冲突，以本文件(包括定义)为准。