相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年9月18日提交的、标题为“protectionofaspeakerfromthermaldamage”的美国非临时申请no.14/858,306的优先权，其全部内容通过引用方式并入本文。
背景技术：
扬声器是用于将电信号转换为可听声音的电子设备。扬声器通常用于家庭、车辆、商业等，以聆听音乐和其他媒体。传统扬声器由负载电流供电，并包括可移动的电磁铁、不可移动的永磁体和锥形部分。在接收到负载电流时，电磁铁的磁场方向迅速改变。磁场方向的快速变化导致电磁体被交替地被吸引到以及被排斥离开永磁体，这导致电磁体的振动。连接在电磁铁上的扬声器的锥形部分放大电磁铁的振动，从而生成声波。扬声器的一个普遍局限是其脆弱性。例如，如果扬声器的组件暴露于过量的热量，则扬声器可能会永久性损坏。这种过热可能是部分地由给扬声器供电的负载电流生成的。
技术实现要素：
一种保护扬声器免于热损伤的方法包括确定通过耦合到扬声器的第一电阻器的第一负载电流。所述方法还包括使用通过第二电阻器的第二负载电流作为参考输入来将所述第一负载电流转换成数字值。所述第二电阻器是用于减小所述第一电阻器的电阻的温度系数的影响的电路的一部分。所述方法还包括将所述第一负载电流的所述数字值与门限值进行比较。所述方法还包括响应于所述第一负载电流大于所述门限值，生成用于采取动作以保护所述扬声器的指令。
一种用于保护扬声器免于热损伤的电路包括模数转换器和控制器。所述模数转换器被配置为接收流过耦合到所述扬声器的第一电阻器的第一负载电流和流过第二电阻器的第二负载电流。所述第二电阻器减小所述第一电阻器的电阻的温度系数的影响。所述模数转换器还被配置为利用所述第二负载电流作为参考值来将所述第一负载电流转换成数字值。所述模数转换器还被配置为将所述第一负载电流的所述数字值与门限值进行比较。响应于第一负载电流大于门限值，模数转换器被配置为生成用于采取动作以保护所述扬声器的指令。控制器被配置为从所述模数转换器接收所述指令并执行所述动作。
一种用于保护扬声器免于热损伤的装置包括用于确定通过耦合到所述扬声器的第一电阻器的第一负载电流的单元。所述装置还包括用于将所述第一负载电流转换成数字值的单元，其中，所述用于转换的单元被配置为使用通过第二电阻器的第二负载电流作为参考值。所述第二电阻器是用于减小所述第一电阻器的电阻的温度系数的影响的电路的一部分。所述装置还包括用于将所述第一负载电流的所述数字值与门限值进行比较的单元。所述装置还包括响应于所述第一负载电流大于所述门限值，用于生成用于采取动作以保护所述扬声器的指令的单元。
一种非临时性计算机可读介质具有存储在其上的计算机可读指令。所述计算机可读指令包括用于确定通过耦合到所述扬声器的第一电阻器的第一负载电流的指令。所述计算机可读指令还包括用于使用通过第二电阻器的第二负载电流作为参考输入来将所述第一负载电流转换成数字值的指令。所述第二电阻器是用于减小所述第一电阻器的电阻的温度系数的影响的电路的一部分。所述计算机可读指令还包括用于将所述第一负载电流的所述数字值与门限值进行比较的指令。所述计算机可读指令还包括用于响应于所述第一负载电流大于所述门限值，采取动作以保护所述扬声器的指令。
以上是对本公开内容的概述，并因此必要地包含对细节的简化、概括和省略。因此，本领域技术人员将会理解，该概述仅仅是说明性的，而并不旨在以任意方式进行限制。在本文阐述的详细描述中并且连同附图来理解时，如由权利要求书所限定的、本文描述的设备和/或过程的其他方面、特征和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是根据说明性实施例，用于扬声器的热保护系统的框图。
图2是根据说明性实施例，描绘被配置为监测扬声器的负载电流的回路的电路图。
图3是根据说明性实施例，描绘用于保护扬声器免于过热的过程的流程图。
具体实施方式
如果传递给扬声器的负载电流太高，则扬声器容易受到过量的热量的损害。保护扬声器的传统方法包括使用片上电阻器感测通过扬声器的负载电流，并且如果感测到的负载电流超过门限值则关闭扬声器或减小负载电流。然而，用于检测负载电流的片上电阻器具有固有的电阻的温度系数，其导致片上电阻器的实际电阻随着片上电阻器的温度增加而增加，所述片上电阻器的温度增加是由于负载电流流过而增加。这种电阻增加导致对负载电流的测量不准确，这使得难以准确地控制负载电流以避免对扬声器的热损坏。本文所述的主题通过显着减小片上电阻器的电阻的温度系数对负载电流测量的影响来解决该问题。如下面更详细讨论的，其部分地通过向感测系统引入电路回路来完成的，所述电路回路包括连接到或以其他方式耦合到扬声器的第二片上电阻器，所述第二片上电阻器具有与片上电阻器相同的温度系数。
本文描述的主题还解决在制造诸如电阻器和电容器等电组件期间导致的制程变化(processvariation)。通常情况下，电组件的实际值与电组件的设定值显着不同。这种变化可以达到电组件设定值的约20％。例如，制造的电阻器可以具有100欧姆的设定值和80-120欧姆之间的任意值的实际值。当电组件投入使用时，这种变化可能导致问题和意外后果。本文描述的电路回路通过使用可单独选择的电组件组而不是所述设定值的单个电组件以获得期望的电组件值，来最小化制程变化的影响。
图1是根据说明性实施例，用于扬声器203的热保护系统100的框图。热保护系统100包括计算设备105、电源130、扬声器203和电路回路200。在替代实施例中，热保护系统100可能包括较少的、额外的和/或不同的组件。扬声器203可以是由负载电流驱动的任意类型的电子扬声器。例如，扬声器203可以是家庭立体声扬声器、汽车扬声器、扬声器、耳机扬声器，、助听器、电话扬声器、无线扬声器等。电源130可以是：电源插座、电源线，或从电源插座、电池接收电力的其他组件，或可以向扬声器203提供负载电流的任意其他源。
在说明性实施例中，电路回路200被配置为监测从电源130输入到扬声器203的负载电流。如果去往扬声器的负载电流超过门限值，则电路回路200可以生成指令，以通过使电源130停止向扬声器203提供负载电流来关闭扬声器203。或者，在负载电流超过门限值的情况下，电路回路200可以生成指令，以将由电源130提供的负载电流减小到可接受的水平。负载电流的门限值可以是扬声器可以处理而不会对扬声器造成热损伤的最大电流。对于不同类型、尺寸、额定值等的扬声器，负载电流的门限值可能是不同的。如果负载电流保持小于门限值，则电路回路200可以不采取任意动作或生成使扬声器处于开启状态的指令。如以下参照图2更详细地讨论的，电路回路200包括第一片上电阻器和第二片上电阻器，所述第一片上电阻器用于测量通过扬声器203的负载电流，所述第二片上电阻器在负载电流测量期间基本上抵消所述第一片上电阻器的温度系数的影响。
在电路回路200确定已经超过负载电流的门限值的情况下，电路回路200向计算设备105发送指令。在接收到该指令时，计算设备105或者使得电源130停止向扬声器203提供负载电流，或者使得电源130向扬声器203提供较低的负载电流。结果，保护扬声器203免于热损伤。计算设备105包括处理器110、存储器115、收发器120和接口125。在替代实施例中，计算设备105可以包括额外的、较少的和/或不同的部件。处理器110可以是本领域技术人员已知的任意处理设备。同样，存储器115可以是本领域技术人员已知的任意类型的计算机存储器/存储器。存储器115可以用于存储指令，当所述指令由处理器执行时，使得计算设备105响应于接收到的指令而执行诸如关闭扬声器203或降低负载电流的动作。收发器120可以通过有线或无线连接来接收和发送数据，例如控制指令。接口125可以是允许用户与计算设备105交互的显示器、触摸屏、鼠标、键盘和/或其他组件。
在替代实施例中，计算设备105的功能和/或组件可以被并入电路回路200中，使得电路回路200基于对负载电流的监测来控制扬声器203的电源130。在另一个替代实施例中，计算设备105可以由控制器来替换，所述控制器被配置为响应于从电路回路200接收到的指令而关闭电源130或者减少由电源130供应的负载电流。在一个实施例中，这样的控制器可以作为开关而被并入到电路回路200中，如果负载电流超过门限值，其能够将扬声器203置于关闭状态。在说明性实施例中，计算设备105(或者替代地控制器)、电源130和电路回路200可以并入扬声器203的外壳中。在替代实施例中，电路回路200和/或计算设备105(或者替代地控制器)可以远离扬声器203。
图2示出了根据说明性实施例，被配置为监测扬声器203的负载电流的电路回路200的详细视图。电路回路200旨在通过减小第一片上电阻器206的电阻的温度系数对负载电流(iload)测量的影响来保护扬声器203免于过热损伤。如上所讨论的，电阻的温度系数是电阻器的固有属性，其导致电阻器的电阻随着所述电阻器的温度改变而改变。使用欧姆定律，已经完全确定电流＝电压/电阻。由此可见，由于电阻的温度系数引起的电阻增加将使测量的负载电流值看起来小于其实际值。还完全确定的是，负载电流与扬声器内生成的热量成比例。结果，对负载电流的不准确测量将导致对扬声器受到的热量的不准确估计。
第一片上电阻器206的电阻的温度系数的影响是通过将第二片上电阻器209引入到电路回路200中来减小的。虽然本文的描述将电阻器206和209描述为片上电阻器，但是应该理解，可以使用其他类型的电阻器来实现所公开的实施例。在说明性实施例中，第二片上电阻器209和第一片上电阻器206是相同类型的电阻器，使得它们具有相同的电阻的温度系数。第二片上电阻器209和第一片上电阻器206可以具有不同的电阻值。或者，可以将第二片上电阻器209选择为使得第二片上电阻器209的电阻等于或基本上等于第一片上电阻器206的电阻。第二片上电阻器209用于通过确保参考电压vref与带隙(bandgap)参考电压vbg的值基本相等(即，vref温度系数跟踪第二片上电阻器209的温度系数)来消除第一片上电阻器206的影响。在图2中以及在本文包括的几个等式中，第一片上电阻器206被称为r1，而第二片上电阻器209被称为r2。
电路回路200通过使用具有并联连接的多个电容器215的电容器组212，使得参考电压vref固定至带隙参考电压vbg。在说明性实施例中，多个电容器215中的每一个是固定电容器。多个电容器215中的每一个耦合到开关218，所述开关218允许单独的电容器215耦合到电路回路200或从电路回路200移除。具体地，通过断开多个电容器215中的相应一个的开关218，则将所述相应电容器从电路回路200移除(或断开连接)。类似地，通过闭合多个电容器215中相应的一个的开关218，则将相应电容器添加(或耦合)到电路回路200。因此，可以单独控制多个电容器215中的每一个，以选择性地增加或移除电容器组212内的数个电容器，直到参考电压vref具有与带隙参考电压vbg相同的值。通过改变在任意给定时间耦合到电路回路200的电容器组212内的电容器215的数量，可以考虑由制造多个电容器和第二片上电阻器209导致的任意制程变化，而同时仍然确保参考电压vref基本固定至带隙参考电压vbg。下面更详细地描述电容器组212及其功能。
尽管上面描述了电容器组212和多个电容器215的配置，但是可以考虑电容器组和多个电容器的各种修改并且认为其在本公开内容的范围内。例如，尽管多个电容器215已被描述为固定电容器，但在至少一些实施例中，多个电容器中的一个或多个电容器可以是其他类型的电容器，诸如极化或可变电容器。类似地，尽管已经将多个电容器215描述为彼此并联连接，但是在其他实施例中，只要可以适当地改变跨电容器组的电压以将参考电压vref固定至电路回路200内的带隙参考电压vbg，这些电容器可以串联连接或者可以使用串联和并联电容器的组合。同样，尽管多个电容器215中的每一个已被描述为具有开关218，但在至少一些实施例中，所述多个电容器中的多个电容器可以共享开关，或者所述开关的不同配置可以用于选择性地从电路回路200添加和移除所述多个电容器中的一个或多个。
如图2所示，电容器组212通过非反相电荷放大器221以及n沟道和p沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)电路224、227、230和233的组合耦合到第二片上电阻器209(r2)。非反相电荷放大器221包括开关电容器236，其一端耦合到电容器组212并且另一端耦合到运算放大器239。开关电容器236包括电容器242和控制开关245和248，以分别在控制开关闭合和断开时将电荷传入和传出电容器。可以使用非重叠时钟来控制控制开关245和248的断开和闭合，使得在每个开关周期中，将来自输入节点251(例如来自电容器组212)的电荷传送到输出节点254(例如，输入到运算放大器239)。
由于使用非重叠时钟来控制控制开关245和248，因此可以仅一次闭合这些开关中的一个。具体而言，当控制开关245闭合(例如，由于控制开关245的时钟为高)并且控制开关248断开时(例如，由于控制开关248的时钟为低)，电容器242利用输入节点251处的电压(例如，跨电容器组212的电压)来充电。当控制开关245断开并且控制开关248闭合时(例如，由于控制开关248的时钟为高并且控制开关245的时钟为低)，电容器242上的至少一些电荷可以排出到输出节点254，以对运算放大器239的反馈电容器257充电。因此，通过将电压从输入节点251传送到输出节点254，开关电容器236有效地像电阻器一样操作，所述电阻器的电阻值取决于电容器242的值以及控制开关245和248的开关频率。开关电容器236用于生成以mosfet电路227形式的温度不敏感电流源。mosfet电路227的输出电流投入到第二片上电阻器209上以生成vref，使得vref的温度系数匹配第二片上电阻器209的温度系数。
在至少一些实施例中，开关电容器236的输出节点254是运算放大器239的反相输入，而带隙参考电压vbg耦合到运算放大器的非反相输入端260。因此，运算放大器239是非反相运算放大器，其利用来自反馈电容器257的反馈来将带隙基准电压vbg放大所述运算放大器的输出263处的运算放大器输出增益。运算放大器239的输出263用于控制n沟道mosfet电路224。
mosfet电路224、227、230和233以及非反相电荷放大器221通过改变由电容器组212生成的电压来控制跨第二片上电阻器209的电流imc。跨第二片上电阻器209的电流imc由下式给出：
等式1：imc＝2*vbg*cmim/tclk，
其中，cmim是电容器组212的总电容，并且tclk是cmim的时钟周期。
应用欧姆定律(电压＝电流*电阻)，跨第二片上电阻器209的电压vin由下式给出：
等式2：vin＝(2*vbg*cmim/tclk)*r2。
还可以将跨第二片上电阻器209的电压vin作为输入266馈送到电压跟随器269中。电压跟随器269调整其输出电压272，以紧密跟踪输入端266处的电压。因此，可以被指定为参考电压vref的输出电压272被控制为实质上等于跨电压跟随器269的输入266的电压vin。这在下面的等式3中表示：
等式3：vref＝vin＝(2*vbg*cmim/tclk)*r2(1+tc*t)，其中tc是温度系数，t是温度。
可以使用跨第一片上电阻器206的电流负载iload来计算跨扬声器203的电压visense。应用欧姆定律：
等式4：visense＝r1(1+tc*t)*iload。
经由缓冲器278将电压visense馈送到模数转换器(“adc”)275中。相关地，将来自电压跟随器269的输出272的参考电压vref馈送到模数转换器275。模数转换器275可以利用参考电压vref作为参考电压输入，来执行对跨第一片上电阻器206的电压的数模转换。adc275还包括比较器，以确定跨扬声器203的电压visense是否大于门限电压，其中门限电压基于扬声器的操作额定值。或者，adc及其比较器可以转换和分析通过扬声器203的电流。在说明性实施例中，模数转换器275可以被配置为使得模数转换器的输出dout281由下式给出：
等式5：dout＝visense/vref*(2n-1)＝(ri*(1+tc*t)*iload)/(r2*(1+tc*t)*2*vbg*cmim/tclk)*(2n-1)，其中n是adc中的位数。
如上所讨论的，第一片上电阻器206的电阻的温度系数与第二片上电阻器209的电阻的温度系数相同。因此，以上等式5中的r1和r2的温度依赖性被抵消，这导致：
等式6：dout＝iload*r1/(r2*2*vbg*cmim/tclk)*(2n-1)＝iload/imc*r1/r2*(2n-1)。
模数转换器275可以基于扬声器的额定值，将第一片上电阻器206处的负载电流(或电压)与门限值连续地进行比较，以生成输出。如果模数转换器275确定第一片上电阻器206的负载电流iload小于门限值，则所述输出可能是第一值(例如，低)。如果模数转换器275确定第一片上电阻器206的负载电流iload等于或超过门限值，则可以将输出设置为第二值(例如，高)。或者，可以颠倒基于所述比较而指派给所述输出的值。在输出具有高的值的情况下，可以使用控制器或其他设备(例如计算设备105)来关闭扬声器203或者减小去往扬声器的负载电流iload。结果，可以避免对扬声器的热损坏。另外，通过包含第二片上电阻器209，消除了第一片上电阻器206的电阻的温度系数的任何影响，如上面在等式5-6中所示的。电容器组212中的电容器也具有影响iload的测量精度的相关联的温度系数。然而，电容器组212的温度系数比与第一片上电阻器206相关联的电阻的温度系数要低大约一个数量级。因此，在电路回路200中使用第二片上电阻器209显着提高了跨第一片上电阻器206的测量的负载电流iload的准确度。
除了将跨第二片上电阻器209的电压vin馈送到电压跟随器269中之外，还将所述电压馈送到迟滞比较器284中，以自动地控制电容器组212。具体地，迟滞比较器284将跨第二片上电阻器209的电压vin与带隙参考电压vbg进行比较，并确定跨第二片上电阻器209的电压vin是小于还是大于带隙参考电压vbg。因此，例如，如果跨第二片上电阻器209的电压vin小于带隙参考电压vbg，则迟滞比较器284可以引导电容器组212将多个电容器215中的一个或多个添加到电路回路200，以增加跨电容器组212的电压，使得参考电压vref基本上等于带隙参考电压vbg。类似地，如果跨第二片上电阻器209的电压vin大于带隙参考电压vbg，则迟滞比较器284可以引导电容器组212将多个电容器215中的一个或多个从电路回路200中移除，以降低跨电容器组的电压的值，再次使得参考电压vref的值跟踪带隙参考电压vbg的值。因此，电路回路200自动地监测参考电压vref，并且修改电路回路200内的电压，使得参考电压vref紧密跟踪带隙参考电压vbg，以防止对扬声器203的热损伤。在说明性实施例中，该过程仅在芯片通电时发生，并且迟滞比较器284可能在电流感测操作期间处于关闭状态。在另一个说明性实施例中，可以将用于控制电容器组212的代码存储在存储器中。
图3是根据说明性实施例，描绘用于保护扬声器免于过热的过程中执行的操作的流程图。取决于所述过程的实现，可以执行额外的、较少的或不同的操作。该过程可以由诸如参照图1描述的热保护系统100等系统来实现。在操作300中，所述系统确定通过第一片上电阻器的第一负载电流，所述第一片上电阻器例如参考2描述的第一片上电阻器206。在操作305中，所述系统使用通过第二片上电阻器的第二负载电流作为参考值来将所述第一负载电流转换成数字值，所述第二片上电阻器例如参考图2描述的第二片上电阻器209。在说明性实施例中，第一负载电流和第二负载电流是使用上面的等式5和6来确定的，使得第一片上电阻器的电阻的温度系数不影响对第一负载电流的确定。
在操作310中，系统将第一负载电流的数字值与基于扬声器额定值的门限值进行比较。所述比较可以由比较器来执行，所述比较器包括在或者连接到参照图2描述的模数转换器275中。或者，所述比较可以由包括处理组件的计算设备来执行。如果在操作315中确定第一负载电流小于门限值，则不采取动作并且所述过程继续监测并比较操作300-310中的负载电流。如果在操作315中确定第一负载电流大于门限值，则所述系统在操作320中生成用于关闭扬声器的指令。在一个实施例中，可以将所述指令直接或间接提供给电源(例如电源130)，以使得扬声器关闭。在一个替代实施例中，所述指令可以用于减小扬声器的负载电流而同时使扬声器保持开启状态。另外，尽管图3讨论了监测电流并使用电流门限值，但是也可以监测诸如电压等其他电气值，并将其与门限进行比较以保护扬声器。
在说明性实施例中，本文描述的任意操作可以至少部分地实现为存储在计算机可读介质(例如计算机存储器或存储设备)上的计算机可读指令。在处理器执行计算机可读指令后，所述计算机可读指令可以使计算设备执行所述操作。
出于说明和描述的目的，呈现了对说明性实施例的前述描述。关于所公开的确切形式并不是穷尽的或限制性的，并且可以根据上述教导进行修改和变化，或者可以从公开的实施例的实践中获得修改和变化。旨在的是本发明的范围由所附权利要求书及其等同物限定。