音频扬声器保护的系统和方法

文档序号:9931565阅读:659来源:国知局
音频扬声器保护的系统和方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及用于音频扬声器的保护系统和方法的领域,且更具体地涉及用于保护音频扬声器免受不良振荡和过热的电路和方法。
【背景技术】
[0002]移动设备装置(诸如移动电话,且具体地智能电话)越来越多地配置相对高功率音频放大器以驱动免提扬声器并提供高质量的音频功能。虽然一个实施方式可以使用AB类放大器作为音频放大器,这种放大器的效率一般不超过最通用情况的20-25%,导致高电流消耗,这是不希望的。D类放大器提供比AB类放大器具有显著地更高的效率的替代解决方案。
[0003]困难在于,通常用在移动设备装置上的微型扬声器是相对脆弱的并且很容易可被损坏。一个典型的微型扬声器一般可以处理小半瓦的连续功率。真实地,微型扬声器通常承受两个主要操作的限制。
[0004]首先,存在发生而不损坏膜的扬声器膜的偏移程度的限制。对于一个典型的微型扬声器来说,最大允许偏移大约是0.4毫米。然而,扬声器一般具有在IkHz左右的机械共振频率,并在此频率,扬声器的偏移极限可被相对的低功率信号超越。而高通滤波器可被用于在和低于该共振频率衰减信号能量,这将会对声音质量产生不利影响。此外,机械共振频率可以在不同的操作条件下显著改变,例如取决于温度、寿命和外力(诸如扬声器端口的阻塞),这意味着过滤器必须抑制相对大的频带。
[0005]其次,过热可能损坏扬声器。过热发生在当被供给扬声器的电能超过消耗时。例如,如果环绕扬声器的空气运动被阻塞扬声器端口限制,扬声器的冷却就变得低效率,而过热可以发生在几秒钟相对低功率。
[0006]用于保护微型扬声器免于损害的现有方案趋于不充分的和/或复杂的。因此,在本领域中对于改进扬声器的保护系统和方法是必要的。

【发明内容】

[0007]在现有技术中至少部分地解决一个或多个需求是本公开实施例的目的。
[0008]根据一个方面,提供了一种电路,该电路包括:音频放大器,该音频放大器适于放大输入信号以产生适于驱动扬声器的输出信号;第一电路,该第一电路适于基于由扬声器的电流消耗电平产生第一模拟信号;第二电路,该第二电路适于基于跨扬声器的供给电压产生第二模拟信号;第三电路,该第三电路适于:基于第一模拟信号和第二模拟信号之间的差产生第三模拟信号;和基于第三个模拟信号修改输入信号
[0009]根据一个实施例,第一模拟信号和第二模拟信号中的至少一个信号相对于其他信号被标准化。
[0010]根据一个实施例,第二电路包括适于转换输出信号相位来生产第二模拟信号的模拟滤波器。根据一个实施例,输入信号通过从输入信号中减去第三模拟信号来修改。
[0011 ]根据一个实施例,电路还包括在从输入信号减去第三模拟信号之前对第三模拟信号进行部分压缩的压缩器。根据一个实施例,当第一模拟信号大于第二模拟信号时,压缩器适于使第三模拟信号置空。
[0012]根据一个实施例,压缩器包括在第三模拟信号的传导路径上的一个或多个可变电阻器,一个或多个可变电阻器的电阻基于所述差被迭代地选择。
[0013]根据一个实施例,音频放大器是D类音频放大器。
[0014]根据进一步的方面,提供了一种系统,该系统包括:扬声器;适于产生数字音频流的处理装置;适于基于所述数字音频流适于产生输入信号的到模拟转换器的数字;和基于输入信号适于驱动扬声器的以上电路。
[0015]根据进一步的方面,提供了一种方法,该方法包括:通过音频放大器放大输入信号以产生适于驱动扬声器的输出信号;第一电路基于扬声器消耗电流水平产生第一模拟信号;第二电路基于跨该扬声器的供给电压产生第二模拟信号,其中第一模拟信号和第二模拟信号中的至少一个信号相对于其他信号被标准化;第三电路基于第一模拟信号和第二模拟信号之间的差,通过第三电路产生第三模拟信号;和基于第三模拟信号通过第三电路修改输入信号。
【附图说明】
[0016]通过以下实施例的具体描述,以说明的方式给出但不限于参考附图,上述和其它特征和优点将变得显而易见,其中:
[0017]图1示意性地示例了扬声器的电等效电路;
[0018]图2A是示例扬声器中在电流电平和频率之间的典型关系的实例的曲线图;
[0019]图2B是示例扬声器中电流相位和频率之间的典型关系的实例曲线图。
[0020]图3示意性地示例了根据本公开的实例实施例包括扬声器保护系统的音频系统;
[0021]图4更详细地示意性地示例了根据实例实施例的图3的放大和保护系统;
[0022]图5更详细地示意性地示例了根据进一步的实例实施例的图3的放大和保护系统;
[0023]图6更详细地示意性地示例了根据实例实施例的图5的压缩器和控制电路;和
[0024]图7是根据实例实施例的基于图6的压缩器的控制表示反馈增益的曲线图。
【具体实施方式】
[0025]整个本说明书中,词语“连接”被用于指明两个元件之间的直接连接,而词语“耦合”被用于指明可能直接的在两个元件之间的连接,或者可能是经由一个或多个其它组件如电阻器、电容器或晶体管的连接。
[0026]由A.Nagari等出版命名为“82.5瓦I%-THD104分贝(A)-用于扬声器保护的具有超低EMI系统和电流传感的动态范围D类音频放大器”,IEEE杂志的固体电路2012年12月,第12号,卷47描述了使用模拟-数字转换器将扬声器中的电流测量转换成数字值以及使用数字信号处理器(DSP)处理数字值并调节供应给扬声器的(以响应)数字信号的扬声器保护电路。例如,该出版物的内容是通过参照由法律允许的范围并入本文。
[0027]而在此出版物中描述的解决方案是相对有效的,DSP的使用要求相对高的功率消耗,消耗相对高的表面区域,并增加了复杂性。此外,用于提供具有用于执行DSP其他功能的厂商专用软件的扬声器的DSP的级联是一项复杂的任务。
[0028]图1示意性地示例了扬声器的电等效电路100,例如,其是移动电话的微扬声器,该微扬声器具有从放大器(图1中未不出)中接收信号SciUT+和SciUT-的两个输入端子1 2和104。电路100包括耦合到扬声器的输出端子102,表示在温度中的变化的等效电阻负载的电阻器106。电阻器106与电感器108串联耦合。扬声器还包括由电容器110、电阻器112和电感器114并联塑造的共振部分,各自在电感器108和端子104之间耦合。谐振部分表示围绕某个频率的扬声器的共振行为,其随温度变化并受其它影响。
[0029]假定扬声器具有约8欧姆的额定阻抗,例如,电阻器106具有约7.4欧姆的电阻,电感器108具有范围为40μΗ到ΙΟΟμΗ的电感,例如,约60μΗ,电容器110具有约160yF的电容,电阻器112具有约16欧姆的电阻,而电感114具有约200μΗ的电感。如本文所用的,词语“周围”被用于指明+/-10%的范围。当然,以上的数值仅仅是一个实例,且这样的模式取决于诸如扬声器的尺寸和阻抗的特性从一个扬声器到另一个扬声器将有很大的不同。
[0030]图2Α示例了由图1的模型所表示的扬声器中的电流电平(当前电平)(按分贝计算)和频率(按对数(1g)标度以kHz计算)的关系的实例。如在图2Α中所示,例如,电流水平保持在OdB不变直到低频率上升接近扬声器的谐振频率fR,此处电流电平急剧下降。在图2A的实例中,谐振频率fR是在IkHz以下,并在该点,电流例如达到-10分贝的低点。上述的谐振频率,在跌落值之前,在约20kHz处作为接近扬声器的极限频率接近,当前电平再次上升到OdB电平。
[0031]根据本文描述的实施例,例如,为了避免损坏扬声器,在约谐振频率fR处的信号能量是衰减的。
[0032]图2B示例了由图1的模型表示的扬声器中的电流的相位(⑶RRENTPHASE)(按度计算)和频率(按对数(log)标度以kHz计算)的关系的实例。在图2B中虚线曲线202示例了其中扬声器不会承受具有谐振频率的情况,并且在这样的情况下,例如,实例相位逐步随频率偏移,例如达到在20kHz处-30度的相位偏移。然而,如图2B中由实曲线所示,在扬声器确实具有谐振频率fR的情况下,相位偏移例如迅速降落靠近此频率。刚好小于谐振频率fR时,相位偏移例如达到大约-30度的峰值,然后突然翻转到在30度处的峰值的正向相位偏移,正好在谐振频率fR上方。然后,相移随着频率的增加逐渐下降,变为负并且达到在20kHz处的-30度的电平。
[0033]图3示意性示例了根据公开的实例实施例的音频系统300。
[0034]例如,数字音频信号AUD1从数字信号处理器(DSP)304被提供在连接302上,例如,基于从存储在存储器(图3中未示出)的音频文件的音频流306(在图3中未示出)。连接302被耦合到音频放大器方框(音频AMP )308,和特别地到数字-模拟转换器(DAC) 310,其将信号AUD1转换成模拟电压信号海频。在一些实施例中,模拟信号3纖’可以替代地或附加地通过音频放大器方框308的来自与模拟源的输入311提供。
[0035]模拟信号海频被提供给功率限制元件312,其基于上述的反馈路径将所提供的信号的功率调节到扬声器。例如,在图3中标记为RESIDUE(余项)的反馈信号对应于扬声器的电流ISPKR和电压Vspkr的时间卷积和适当的加权和相位调节。特别是,Vs
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