音频功放电路及其功率限制方法、电子设备与流程

本申请涉及音频功放技术领域，具体涉及一种音频功放电路及其功率限制方法和一种电子设备。

背景技术：

大功率音频功放具有输出功率大的特点，广泛应用于中大功率的音响产品。由于输出功率较大，对于喇叭就需要较高的要求，如果不限制输出功率，会导致喇叭损坏的情况发生。对于市场上中等以及中小功率的音响产品来说，内部往往采用大功率音频功放芯片，典型的大功率音频功放芯片为输出1％thd(谐波失真率)的30w/8ω的音频功放芯片，在应用于15w或者10w的音响产品中时候，就需要对音频放芯片的输出功率进行限制。

为了防止喇叭烧坏，目前市场上的大功率音频功放芯片都采用直接限制输出功率的方式，然而一般限制的功率较为固定，无法调节，这就导致音频功放芯片的应用受到限制，无法满足更多的产品应用。

同时，音频功放中往往会存在全波调制方式以及半波调制方式，全波调制方式即静态时候输出占空比为50％，而半波调制模式则通过改变输出波形的占空比可以降低功放功耗。

现有技术在半波调制模式下，无法实现对输出功率的精确调整。

技术实现要素：

鉴于此，本申请提供一种音频功放电路及其功率限制方法、电子设备，以解决现有的音频功放芯片的限制功率无法灵活调节的问题。

本申请提供的一种音频功放电路，包括：音频放大模块，包括积分放大单元、信号调制单元以及半波调制模式检测单元；所述半波调制模式检测单元，连接于所述积分放大单元的输出端和所述信号调制单元之间，用于根据所述积分放大单元的输出信号向所述积分放大单元提供半波调制共模电压vcm2，并向所述信号调制单元输入所述积分放大单元的输出信号，使得所述音频放大模块工作在半波调制模式下；所述信号调制单元用于将所述积分放大单元的输出信号通过调制波进行调制，输出脉宽调制信号；功率限制模块，连接于所述音频放大模块的积分放大单元的输出端和输入端之间，用于将所述积分放大单元的输出端的输出电压与阈值电压比较，并根据比较结果对所述积分放大单元输入端的输入电流进行调整，以将所述积分放大单元的输出电压限制在预设的幅值范围内；阈值电压调整模块，所述阈值电压调整模块的输入端用于输入控制信号，输出端连接至所述功率限制模块，用于向所述功率限制模块输出随所述控制信号变化的阈值电压。

可选的，所述半波调制模式检测单元用于将积分放大单元的输出信号与第一阈值vcm2_l和第二阈值vcm2_h比较，并根据比较结果，调整所述半波调制共模电压vcm2，包括：在输出信号幅度位于vcm2_l～vcm2_h以内，半波调制共模电压vcm2为一固定值；当输出信号幅值小于第一阈值vcm2_l时，半波调制共模电压vcm2小于所述固定值，且随输出信号的最低幅值下降逐渐降低所述半波调制共模电压vcm2；其中，vcm2_l＜vcm2_h。

可选的，所述固定值为共模参考电压vcm，vcm＝(vcm2_l+vcm2_h)/2；所述调制信号为三角波，幅度为pwm_l～pwm_h，vcm＞(pwm_l+pwm_h)/2，vcm2_h≥pwm_h。

可选的，所述阈值电压调整模块包括：反相放大单元，所述反相放大单元的第一输入端用于输入所述控制信号，第二输入端用于输入一参考电压，所述反相放大单元的输出端作为阈值电压输出端，向所述功率限制模块输出阈值电压，所述阈值电压随所述控制信号变化。

可选的，所述阈值电压调整模块还包括：参考单元，所述参考单元用于根据所述音频功放电路的积分放大单元的输出信号的大小向所述反相放大单元输出相应的参考电压。

可选的，所述参考单元用于产生至少两种分别对应于输出信号的不同幅值范围的子参考电压，并根据当前输出信号的大小，选择其中一个子参考电压作为参考电压输出至所述反相放大单元。

可选的，所述参考单元包括参考电压产生电路，所述参考电压产生电路包括恒流单元、镜像单元以及输出单元；所述恒流单元用于产生一恒定电流，所述镜像单元用于将所述恒定电流镜像输出至所述输出单元，所述输出单元用于将所述恒定电流转换为至少一个子参考电压并输出。

可选的，所述阈值电压调整模块还包括参考电压选择单元，所述参考电压选择单元连接至所述参考电压产生电路，用于根据所述积分放大单元的输出信号大小对应的动态检测控制信号，选择对应的子参考电压输出至所述反相放大单元。

可选的，所述参考电压产生电路的子参考电压输出端分别通过一开关连接至参考电压输出端；所述参考电压选择单元包括第一与门、第二与门、第一反相器以及控制端，所述控制端用于输入所述动态检测控制信号；所述第一与门的一个输入端用于输入模式控制信号，另一输入端连接至所述控制端；所述第二与门的一个输入端用于输入模式控制信号，另一输入端连接至所述第一反相器的输出端，所述第一反相器的输入端连接至所述控制端。

可选的，所述阈值电压调整模块还包括：动态检测单元，用于检测所述积分放大单元的输出信号的幅值范围，并输出与所述输出信号的幅值范围对应的动态检测控制信号。

可选的，所述动态检测单元包括：比较器和锁存电路，所述比较器的两个正输入端分别用于输入所述积分放大单元的两个输出信号，负输入端用于输入第一阈值，所述比较器输出端连接至所述锁存电路，由所述电路输出所述动态检测控制信号，所述锁存电路输出与所述比较器的输出信号反相的动态检测控制信号，且在所述动态检测控制信号为高电平时，锁存在高电平输出状态。

可选的，所述锁存电路包括：触发器，晶体管mp1、晶体管mp2、晶体管mp3、晶体管mn1、晶体管mn2以及第二反相器；所述触发器的一个输入端连接至所述比较器的输出端，同相输出端连接至所述晶体管mp1的栅极；所述晶体管mp1的源极、晶体管mp2的源极和晶体管mp3的源极均连接至电源电压；晶体管mp1的漏极、晶体管体管mp2的漏极、晶体管mn1的漏极、晶体管mp3的栅极以及晶体管mn2的栅极相互电连接；晶体管mp2的栅极、所述晶体管mp3的漏极、晶体管mn2的漏极、晶体管mn1的栅极以及所述第二反相器的输入端相互电连接，由所述第二反相器输出所述动态检测控制信号。

可选的，所述功率限制模块用于在所述积分放大单元的两个输出电压中的其中一个输出电压低于所述阈值电压时，对所述输入电流进行调整。

本申请还提供一种音频功放电路的功率限制方法，所述音频功放电路包括积分放大单元，包括：根据所述积分放大单元的输出信号向所述积分放大单元提供半波调制共模电压vcm2，使得所述音频功放电路工作在半波调制模式下；将所述积分放大单元的输出端的输出电压与阈值电压比较，所述阈值电压随控制信号变化；根据比较结果，对所述积分放大单元输入端的输入电流进行调整，以将积分放大单元的输出电压限制在预设幅值范围内；将所述输出信号通过调制信号进行调制，输出半波调制的脉宽调制信号。

可选的，根据所述积分放大单元的输出信号向所述积分放大单元提供半波调制共模电压vcm2的方法包括：将积分放大单元的输出信号与第一阈值vcm2_l和第二阈值vcm2_h比较；当输出信号幅度位于vcm2_l～vcm2_h以内，半波调制共模电压vcm2为一固定值；当输出信号幅值小于第一阈值vcm2_l时，半波调制共模电压vcm2小于所述固定值，且随信号幅值下降逐渐降低所述半波调制共模电压vcm2。

可选的，所述固定值为共模参考电压vcm，vcm＝(vcm2_l+vcm2_h)/2；所述调制信号为三角波，幅度为pwm_l～pwm_h，vcm＞(pwm_l+pwm_h)/2；vcm2_h≥pwm_h。

可选的，在所述积分放大单元的输出的一对差分信号中的其中一个低于所述阈值电压时，对所述积分放大单元的输入电流进行调整，以调整输出电压幅度。

可选的，所述阈值电压还与参考电压呈线性关系，不同幅值范围的输出信号对应于不同的参考电压。

可选的，包括：通过调整所述控制信号、所述阈值电压与所述控制信号之间的相关系数、所述阈值电压与所述参考电压之间的相关系数中的至少一项，以调整所述阈值电压。

可选的，对所述积分放大单元输入端的输入电流进行调整的方法包括：将所述积分放大单元的输出端的输出电压与所述阈值电压的差值转换为输出电流，输出至所述积分放大单元的输入端，以实现对输入电流的调整。

本申请还提供一种电子设备，包括上述任一项所述的音频功放电路。

本发明的音频放大电路在半波调制模式下，能够通过阈值电压调整模块输出随输入控制信号变化的阈值电压，从而可以根据需要，调整阈值电压的值，进而对音频放大电路在半波调制模式下的输出功率进行动态限制。

进一步的，所述阈值电压调整模块还包括参考单元，用于输出参考电压，所述阈值电压还与输入信号的大小对应，从而可以针对不同范围的输入信号，对输出功率进行相应的限制，对电路工作状态的适应性与灵活性更高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例的音频功放电路的结构示意图；

图2是本申请一实施例的音频功放电路的半波调制模式的占空比原理示意图；

图3a是音频功放电路的全波调制模式下的音频功放电路输出的音频驱动信号的波形示意图；

图3b是音频功放电路的半波调制模式下的音频功放电路输出的音频驱动信号的波形示意图；

图4是本申请一实施例的音频功放电路的功率限制的原理图；

图5是本申请一实施例的音频功放电路的阈值电压调整模块的结构示意图；

图6是本申请一实施例的音频功放电路的阈值电压调整模块的动态检测单元的结构示意图；

图7是本申请一实施例的音频功放电路的动态检测单元的动态检测原理示意图；

图8是本申请一实施例的音频功放电路的参考电压产生电路的结构示意图；

图9是本申请一实施例的音频功放输出功率限制方法的流程示意图。

具体实施方式

如背景技术中所述，现有技术的音频功放电阻的功率限制通常为固定值，无法根据不同的应用场景进行调节。即便有一些可以调节并限制输出功率的音频功放芯片，也往往需要外部提供精确的参考电压，所以一般很难实现对输出功率的精确调节。

尤其在半波调制模式下，往往通过牺牲thd来换取功耗降低，目前在半波调制模式下，很难精确的实现限制输出功率任意可调，尤其是在宽电源范围，输出功率范围较大，很难有效控制输出功率任意可调。

发明人提出一种新的音频功放电路及其功率限制方法，能够满足半波调制模式的需求，在较大的电压电源范围内，调节音频功放电路的输出功率，以满足宽电源电压范围下的半波调制的要求，并且具有较高的灵活性。

下面结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。

请参考图1，为发明一实施例的音频功放电路的结构示意图。

该实施例中，所述音频功放电路包括：音频功放模块110、功率限制模块120、阈值电压调整模块130。

所述音频功放模块110包括积分放大单元111、信号调制单元112、驱动输出单元113以及半波调制模式检测单元114。

所述积分放大单元111包括二级积分放大器amp2，用于对输入信号进行积分放大输出输出信号a2von和a2vop。该实施例中，所述积分放大单元111还包括一级积分放大器amp1。一对差分信号inp和inn分别通过电容cin和电阻rin耦合至一级积分放大器amp1，依次经过一级积分放大器amp1和二级积分放大器amp2进行全差分放大后输出信号a2von和a2vop，所述差分信号inp和inn经过电容cin和电阻rin转换为电流信号a1vip和a1vin输入至amp1，经过amp1积分放大运算输出电压信号a1von和a1vop，a1von和a1vop经过电阻转换为电流信号输入amp2，由amp2积分运算放大后输出信号a2von和a2vop，a2von和a2vop为电压信号。

所述半波调制模式检测单元114连接于所述积分放大单元11的输出端和所述信号调制单元之间，用于向所述信号调制单元112输入所述积分放大单元的输出信号a2von和a2vop，以及根据所述积分放大单元111的输出信号向所述积分放大单元111提供半波调制共模电压vcm2，以使得所述音频放大模块110工作在半波调制模式下。该实施例中，所述半波调制共模电压vcm2提供给所述二级积分放大器amp2，使得输出信号a2von和a2vop关于所述半波调制共模电压vcm2对称。

输出信号a2von和a2vop经过所述半波调制模式检测单元114后，分别通过信号调制单元112中的比较器cmp1和比较器cmp2与一调制信号sramp进行调制，产生脉宽调制信号后通过所述驱动输出单元113输出驱动信号vop和von，所述调制信号sramp通常为三角波或锯齿波等具有周期性的倾斜上升和倾斜下降边沿的波形。所述输出信号a2von和a2vop的半波调制共模电压vcm2，使得所述信号调制单元112对所述二级积分放大器amp2的输出信号a2von和a2vop进行半波调制。

以所述调制信号sramp为三角波为例，信号幅度为pwm_vl～pwm_vh，vcm2＞(pwm_vl+pwm_vh)/2，这种情况下，信号调制单元112进行半波调制，具体包括：在静态工作状态下(即无入信号时)，驱动信号vop和von均为占空比小于50％的方波信号；在输入信号较大的情况下，会出现vop或von无信号的情况，仅有单边信号输出。

所述一级积分放大器amp1的共模电压为vcm1，vcm1＜vcm2，该实施例中，主要通过所述半波调制共模信号vcm2的大小使得所述信号调制单元112对积分放大单元111的输出信号进行半波调制，并控制所述半波调制的占空比。

进一步的，所述半波调制共模电压vcm2可以为一个固定值，也可以为随所述积分放大单元111的输出信号大小变化的动态值。所述半波调制模式检测单元114根据输出信号a2von和a2vop的幅值范围，反馈调整所述半波调制共模电压vcm2，具体的，所述半波调制模式检测单元114用于将积分放大单元111的输出信号与第一阈值vcm2_l和第二阈值vcm2_h比较，并根据比较结果，调整输出的半波调制共模电压vcm2，包括：在输入信号幅度位于vcm2_l～vcm2_h以内，半波调制共模电压vcm2为一固定值；当输出信号幅值小于第一阈值vcm2_l时，半波调制共模电压vcm2小于所述固定值，且随信号幅值下降，逐渐降低所述半波调制共模电压vcm2。通过在信号较大时，降低半波调制共模电压vcm2，将输出电压a2von和a2vop的信号的最低幅值向下移动，从而可以降低截顶失真。所述固定值可以为共模参考电压vcm，在所述共模参考电压vcm的基础上调节所述vcm2。

请参考图2，为半波调制模式下的占空比的原理示意图。

以静态工作状态为例，在amp2输出信号a2von和a2vop均大于vcm2_l时，vcm2＝vcm，为固定值。对于静态工作情况来说，功放输出outp和outn的占空比小于50％，综合考虑thd和功耗影响，一般设置在占空比为10％至30％左右。vcm2_h与三角波的最高值pwm_vh之间相差δv’，vcm2_h略大于pwm_vh，可以根据thd的要求，调整vcm2_h。在一些情况下，δv’可以低至为0。

需要指出的是，所述积分放大单元111、信号调制单元112等驱动输出单元113以外的其他电路模块，通常工作在vdd域，即采用芯片内部的低压差线性稳压器(ldo)(图中未示出)产生的低压域电源vdd进行供电，vdd通常为4v～6v左右。所述驱动输出单元113主要工作在pvdd域，即电源通常采用芯片外部输入的高压域电源pvdd，最低可到4v，最高可达30v，通常为20v～30v左右；在一些情况下，所述驱动输出单元113内部分器件或电路(例如连接至vdd域的电路单元)也工作在vdd电源，与工作在pvdd的电路之间可以通过电平转换电路进行衔接。

该实施例中，pwm_vh＝0.5vdd+0.056pvdd，pwm_l＝0.5vdd-0.056pvdd。

请参考图3a和3b，为本发明一实施例的全波调制模式和半波调制模式的输出占空比情况的示意图。

图3a为全波调制模式下，静态工作状态下，输入信号为0，无输出信号，outp和outn为占空比为50％的方波信号；有输入信号的状态下，两个输出端均有信号输出。

图3b为半波调制模式下，静态工作状态下，输入信号为0，outp和outn为占空比低于50％的方波信号；当输入有信号，且信号幅度较大时，会出现一端有方波，另一端无方波的情况。由于通常音频功放电路在应用时，会在输出端的两端均加lc滤波器。与全波调制模式相比，半波调制模式在静态工作状态下，输出端的两边信号占空比相同均小于50％，整体充电时间变短，平均电流就小，功耗降低；而在有信号输入时，如输出端的一边无信号，另一边为窄脉宽的方波时，仅对一端lc滤波器充电，整体平均电流较小，使得功耗降低。

继续参考图1，所述积分放大单元111包括一级积分放大器amp1和二级放大器amp2，用于将电流信号转换输出为电压信号。所述积分放大单元111的输出信号a2von和a2vop的大小决定了输出所述音频功放模块的输出功率，而所述输出信号a2von和a2vop的电压大小由所述积分放大单元111的一级积分放大器amp1的输入端的输入电流决定，即由所述一级积分放大器amp1的输入端的输入电流决定。

本实施例中，所述积分放大单元111的输出端与输入端之间，连接有功率限制模块120，所述功率限制模块120用于根据所述积分放大单元111输出端信号调整所述积分放大单元111输入端的输入电流的幅值，所述积分放大单元111通过一级积分放大器amp1和二级放大器amp2将输入电流转换为输出电压，可以通过对输入电流的控制实现对输出电压的幅值调整。

该实施例中，所述功率限制模块120用于将所述积分放大单元111的输出端的输出信号a2von、a2vop与阈值电压vlimit比较，并根据比较结果对所述积分放大单元111输入端的输入电流aivip和a1vin进行电流幅值调整，经过两级积分器后，将amp2输出信号a2vop和a2von的电压大小限制在预设幅值范围内，从而对输出功率进行调整。所述幅值范围可以根据对输出功率的限制要求进行预设。

由于所述积分放大单元111的输出端的输出信号a2von、a2vop为一对关于半波调制共模电压vcm2对称的差分信号，而vcm2以所述共模参考电压vcm为参考进行调整，因此可以设置阈值电压vlimt小于vcm，将输出信号a2von、a2vop分别与所述阈值电压vlimit进行比较。

请参考图4，为本发明一实施例的功率限制的原理示意图。

其中信号1为原始信号，信号2为经过功率限制后的信号，信号的最低幅值被限定在vlimit以上，通过调整控制信号plimit可以调整vlimit的值，从而实现对功率限制后的信号2的信号幅度范围的调整，进而实现对输出功率的调整。

当a2von、a2vop其中一个电压低于vlimit时，所述功率限制模块120开始工作，对一级积分放大器amp1的输入端抽取电流，降低所述一级积分放大器amp1输入端输入的电流幅值，从而限制二级积分放大器amp2输出端的输出信号a2von、a2vop的信号幅值，可以将输出信号a2von、a2vop的电压值范围限制在vlimit～(2*vcm-vlimit)范围内，从而实现对输出功率的限制；当二级积分放大器amp2输出端的输出信号a2von、a2vop均大于阈值电压vlimit时，所述功率限制模块120无效，不会对一级积分放大器amp1输入端抽放电流。

具体的，所述功率限制模块120包括跨导放大单元，用于将所述积分放大单元111的输出端的输出电压与所述阈值电压vlimit的差值转换为输出电流，输出至所述积分放大单元111的输入端，以实现对所述积分放大单元111的输入端的输入电流的调整。例如，当输出信号a2von小于所述阈值电压vlimit时，将a2von与vlimit的电压差值转换为输出电流，输出至所述积分放大单元111的两个输入端。根据所述输出电流的电流方向，实现对积分放大单元111输入端的输入电流的抽取或补充。所述跨导放大单元包括跨导放大器以及匹配的相关电路结构，跨导放大器能够将输入的差分电压转换为输出电流。

所述阈值电压调整模块130，与所述功率限制模块120连接，用于向所述功率限制模块120输出随控制信号plimit变化的阈值电压vlimit。

阈值电压vlimit不同的情况下，输出信号a2von、a2vop的幅值范围也跟随变化，从而在不同情况下，可以通过调节输出的阈值电压vlimit，从而调整对输出功率的限制程度。

该实施例中，所述阈值电压调整模块130用于输出与所述控制信号plimit负相关的阈值电压vlimit，即在其他条件不变的情况下，控制信号plimit越大，输出的阈值电压vlimit越小。在其他实施例中，所述阈值电压vlimit与所述控制信号plimit之间还可以为正相关关系。可以通过调整控制信号plimit与阈值电压vlimit之间的相关系数，在控制信号plimit不变的情况下，对阈值电压vlimit进行调整。

上述音频放大电路能够通过阈值电压调整模块输出随控制信号plimit可调的阈值电压vlimit，从而可以在不同情况下，调整阈值电压vlimt的值，进而对音频放大电路的输出功率进行动态限制。

请参考图5，为本发明一实施例的阈值电压调整模块130的结构示意图。

该实施例中，所述阈值电压调整模块130包括反相放大单元131和参考单元132。

所述参考单元132用于根据积分放大单元111的输出信号的大小输出相应的参考电压vcom；所述反相放大单元131的第一输入端用于输入控制信号plimit，第二输入端用于输入所述参考电压vcom，所述反相放大单元131的输出端作为阈值电压vlimit的输出端。

该实施例中，所述反相放大单元131包括放大器amp12，控制信号plimit通过一电阻rs1耦合至所述放大器amp12的负输入端，所述放大器amp12的正输入端用于输入所述参考电压vcom的分压信号，所述反相放大器amp12的输出端与负输入端之间还连接有电阻rf1。该实施例中，所述控制信号plimit与所述电阻rs1之间还连接有缓冲器amp11，用于稳定所述控制信号plimit，提高控制信号plimit的驱动力。所述缓冲器amp11包括一放大器，该放大器的输出端和负输入端短接，缓冲器amp11的正输入端输入控制信号plimit。在其他实施例中，可以省略所述缓冲器amp11，或者，所述缓冲器amp11还可以采用其他类型的器件。

所述参考单元132的输出端连接至所述反相放大单元131的第二输入端，用于向所述反相放大单元131输入参考电压vcom。具体的，所述反相放大单元131包括放大器amp12，所述放大器amp12的输出端即为所述反相放大单元131的输出端。所述参考单元132的输出端与所述放大器amp12的正输入端之间连接有一分压电路，所述分压电路包括串联于所述放大器amp12的输出端与地端之间的电阻r0、rf2和rs2，电阻r0一端连接至所述放大器amp12的输出端，电阻r0另一端连接至所述电阻rf2的一端，电阻rf2的另一端连接至电阻rs2，电阻rs2另一端接地。所述参考单元132的输出端连接至电阻r0和rf2的连接端，所述电阻rf2和rs2的连接端连接至所述放大器amp12的正输入端。

所述反相放大器amp12的两个输入端具有虚短特征，电压相等。可以计算得到：

得到:

阈值电压vlimit与控制信号plimit成反比，相关系数为阈值电压vlimit与参考电压vcom也相关，两者之间具有相关系数

通过调整所述控制信号plimit、所述阈值电压vlimit与所述控制信号plimit之间的相关系数，所述阈值电压vlimit与所述参考电压vcom之间的相关系数中的任一项或几项，可以实现对阈值电压vlimit的调整。

该实施例中，rs1＝rs2＝rs，rf1＝rf2＝rf。

从而vlimit为：

此时，若plimit较大的情况下，会导致vlimit过小，从而使得输出信号a2von、a2vop的电压波动幅度δvs＝2*(vcm-vlimit)较大，导致输出功率无法得到足够的限制，依旧可能会对喇叭造成损坏。因此，需要对plimit的值进行合理设置。

该实施例中，所述参考单元132用于产生两个对应于a2von和a2vop不同幅值范围的子参考电压vrefa和vrefb，vrefa＞vrefb，并根据当前信号大小，选择其中一个子参考电压作为参考电压vcom输出至所述反相放大单元131。

情况一，输入信号幅值范围较小，即a2von和a2vop的幅值范围较小的情况下，对应的参考电压vcom＝vrefb，

情况二，输入信号幅值范围较大，即a2von和a2vop的幅值范围较大的情况下，对应的参考电压vcom＝vrefa，vlimit2＞vlimit1，因此，情况二时，对功率限制的程度更大。

具体的，所述参考单元132包括参考电压产生电路1321，所述参考电压产生电路1321的两个输出端分别用于输出子参考电压vrefa和子参考电压vrefb，且两个输出端分别通过开关连接至一缓冲器amp13，通过所述缓冲器amp13输出稳定的参考电压vcom。

所述阈值电压调整模块130还包括参考电压选择单元133，所述参考电压选择单元133连接至所述参考电压产生电路1321，用于根据与积分放大单元的输出信号a2von和a2vop大小对应的动态检测控制信号，选择对应的子参考电压输出至所述反相放大单元131。所述动态检测控制信号包括第一控制信号clk1和第二控制信号clk2，通过clk1和clk2的电平大小，控制开关的通断状态，从而输出合适的参考电压。在一个实施例中，当ckl1为高电平，clk2为低电平时，vcom＝vrefa；当ckl2为高电平，clk1为低电平时，vcom＝vrefb。

该实施例中，所述参考电压选择单元133包括第一与门and1、第二与门and2、第一反相器inv1以及控制端，所述控制端用于输入所述动态检测控制信号llm_sel；所述第一与门and1的一个输入端用于输入模式控制信号clk_llm，另一输入端连接至所述控制端；所述第二与门and2的一个输入端用于输入模式控制信号clk_llm，另一输入端连接至所述第一反相器inv1的输出端，所述第一反相器inv1的输入端连接至所述控制端；所述第一与门and1输出第一控制信号clk1，第二与门and2输出第二控制信号clk2。动态检测控制信号llm_sel为低时，第一控制信号clk1为低电平，第二控制信号clk2为高电平，vcom＝vrefb；动态检测控制信号llm_sel为高时，第一控制信号clk1为高电平，第二控制信号clk2为低电平，vcom＝vrefa。

请参考图6，所述阈值电压调整模块130还包括动态检测单元134，用于检测所述积分放大单元111的输出信号的幅值范围，并输出与所述输出信号的幅值范围对应的动态检测控制信号llm_sel。

所述动态检测单元134包括：比较器cmp3和锁存电路，所述比较器cmp的两个正输入端分别用于输入所述积分放大单元111的两个输出信号a2vop和a2von，负输入端用于输入第一阈值vcm2_l，所述比较器cmp3输出端连接至所述锁存电路，由所述锁存电路输出所述动态检测控制信号llm_sel，所述锁存电路输出与所述比较器cmp3的输出信号反相的动态检测控制信号llm_sel，且在所述动态检测控制信号llm_sel为高电平时，锁存在高电平输出状态。

所述锁存电路包括：触发器1341，晶体管mp1、晶体管mp2、晶体管mp3、晶体管mn1、晶体管mn2以及第二反相器inv2；所述触发器1341一输入端连接至所述比较器cmp3的输出端，所述触发器1341的同相输出端连接至所述晶体管mp1的栅极；所述晶体管mp1源极连接至晶体管mp2的源极，所述晶体管mp1漏极连接至晶体管mp2的漏极，所述晶体管mp2的漏极和晶体管mn1的漏极相连，所述晶体管mp3的漏极和晶体管mn2的漏极相连；所述晶体管mp2的栅极连接至晶体管mp3的漏极，所述晶体管mp3的栅极连接至晶体管mp2的漏极，晶体管mn1的栅极连接至晶体管mn2的漏极，晶体管mn2的栅极连接至晶体管mn1的漏极；所述晶体管mp3和晶体管mn2的漏极连接至所述第二反相器inv2的输入端，由所述第二反相器inv2输出所述动态检测控制信号。所述晶体管mp1～mp3为pmos晶体管，源极均连接至低压域电源vdd，晶体管mn1和mn2为nmos晶体管，源极均接地。

该实施例中，所述动态检测单元134还可以包括滤波模块，例如图5中，比较器cmp3的正输入端设置有电阻r和电容c构成的滤波电路，a2vop和a2von经过滤波后再通过比较器cmp3与第一阈值vcm2_l进行比较，比较器cmp3输出端与锁存电路之间还设置有抗尖峰脉冲器1342，避免信号扰动造成比较器cmp3输出信号的电平误翻。

本发明的一个实施例中，所述音频功放模块110的信号调制单元112的调制信号sramp的信号幅度为pwm_vl～pwm_vh，其中pwm_vl为调制信号sramp的电压最低值，pwm_vh为调制信号sramp的电压最高值。半波调制模式下，

请参考图7，为不同情况下的各信号波形示意图。

该实施例中，工作信号分为两种情况：情况一和情况二。

情况一，小信号输入情况下，a2vop和a2von的最低幅值都高于vcm2_l，信号幅值在vcm2_l～vcm2_l，比较器cmp3输出为高，mp1的栅极电压为高电平，经过各个晶体管和第二反相器inv2后，输出llm_sel为低电平，vcom＝vrefb＝vcm，且vcm2＝vcm。

情况二，大信号输入情况下，a2von和a2vop的最高幅值被钳位到vcm2_h，此时，amp2的半波调制共模电压vcm2下降vcm2下降，信号最低幅值会向下释放，波形向下延展；当检测到最低幅值低于vcm2_l时，比较器cmp3输出为低电平，此时mp1的栅极电压为低电平，输出llm_sel为高电平，且进行锁存。vcom＝vrefa＝pwm_vh。

在一个实施例中，调制信号sram为幅度为(0.5vdd-0.0556pvdd)～(0.5vdd+0.0556pvdd)的三角波，即pwm_vl＝0.5vdd-0.0556pvdd，pwm_vh＝0.5vdd+0.0556pvdd，0.5vdd＜vcm＜0.5vdd+0.0556pvdd；情况一，参考电压vcom＝vrefb＝vcm；情况二，参考电压vcom＝vrefa＝pwm_vh＝0.5vdd+0.0556pvdd。

在其他实施例中，随着调制信号sram的信号幅度不同，不同信号幅度下的共模参考电压vcm和参考电压vcom也相应做出改变。

请参考图2，为本发明一实施例的功率限制的原理示意图。

以1％thd的谐波失真条件下的功率限制为例，调制信号sramp的信号幅值范围为△v，二级积分放大器amp2输出信号a2von和a2vop的幅值范围变动为△vs。

从二级积分放大器amp2的输出端信号a2von和a2vop到整个音频功放电路的输出端的音频驱动信号outp/outn，放大倍数

由此，当输出的差分驱动信号outp和outn，转成单端输出后的信号outp-outn的峰值电压vp为：

峰值电压vp决定了音频功放电路的1％thd时候的最大输出功率。

情况一，小信号状态下，vcm2＝vcm，vcom＝vrefb＝vcm。

由于三角波的信号范围vv＝pwm_wh-pwm_vl＝2*0.0556*pvdd。所以二级积分放大器amp2的输出端到输出级的输出端的放大倍数为

因此，

根据上述公式，

假设固定，那么可以通过调整plimit的值，调节输出信号的单端峰值vp,从而实现对输出功率的精确控制。

在其他实施例中，在情况一时，vrefb也可以设置为其他不同的电压值，这样可以限制不同的功率等级，便于针对amp2输出信号较小，也即音频放大模块的输入信号较小时，能够准确调节输出功率。

情况二时，积分放大单元输出信号a2von和a2vop的最低幅值小于vcm2_l，vcom＝vrefa＝pwm_vh，输出信号幅值δv被限制在

单端峰值

同样，假设固定，那么可以通过调整plimit的值，调节输出信号的单端峰值vp，从而实现对输出功率的精确控制。

在其他实施例中，还可以通过调整不同情况下的rf/rs值和plimit的值，实现两个模式下输出功率一致，以满足用户对于固定输出功率的需求。

请参考图8，为本发明一实施例的参考电压产生电路1321的电路结构示意图。

所述参考电压产生电路1321包括恒流单元701、镜像单元702以及输出单元703。所述恒流单元701用于产生一恒定电流ib，所述镜像单元702用于将所述恒定电流ib，镜像输出至所述输出单元703，所述输出单元703利用共模电压vcm1作为钳位电压，将所述恒定电流ib转换为与所述钳位电压相关的多个电压信号并输出。该实施例中vcm1＝0.5vdd。

该实施例中，所述参考电压产生电路1321不仅用于产生子参考电压vrefa和子参考电压vrefb，还用于产生调制信号sramp的pwm_vh和pwm_vl、输入至半波调制模式检测单元114的第一阈值vcm2_l、第二阈值vcm2_h、共模参考电压vcm。

所述恒流单元701包括串联于高压域电源pvdd与地之间的电阻r11和电阻r12、放大器amp21、晶体管mp0以电阻r13。

电阻r11一端连接至高圧域电源pvdd，另一端连接至电阻r12,所述电阻r12另一端接地，所述电阻r12和电阻r11的连接端与放大器amp21的一个输入端连接，所述放大器amp12的输出端连接至晶体管mp0的栅极，所述晶体管mp0的漏极通过电阻r13接地端，并且还连接至放大器amp12的另一输入端。其中，晶体管mp0为pmos晶体管。

高压域电源pvdd通过r11和r12分压后向放大器amp21负输入端提供第一输入电压vin，由于放大器amp21两个输入端之间的虚短效应，使得amp21正输入端的第二输入电压vip＝vin。电阻r13一端电压固定为vip，因此流过恒定电流

所述镜像单元702包括镜像连接的晶体管mp11和mp12，其中，mp11和mp12均为pmos晶体管，mp11源极连接至低压域电源vdd，漏极连接至mp0的源极。该实施例中，mp11和mp12尺寸相同，因此，mp12内流过与mp11内相同过的电流ib。mp12的漏极连接至输出单元，用于向所述输出单元703提供恒定电流ib。

所述输出单元703包括晶体管mn0、依次串联于晶体管mp2漏极与晶体管mn0漏极之间的电阻r16、r17，还包括放大器amp22以及电阻r14和电阻r15。所述晶体管mn0为nmos晶体管。

电阻r14和电阻r15串联连接于低压域电源vdd与地端之间，电阻r14和电阻r15之间的连接端连接至放大器amp22的负输入端，所述放大器amp22的正输入端连接至电阻r16和电阻r17的连接端，所述放大器amp22的输出端连接至晶体管mn0的栅极，以控制晶体管mn0的开关状态。

低压域电源vdd通过r14和r15分压输出amp1的共模电压vcm1，并输入至放大器amp22的负输入端，在一个实施例中，设置r14＝r15阻值相同，vcm1＝0.5vdd。

从所述串联的电阻r164、r163、r162、r161、r17各端输出电压，分别作为vcm2_h、pwm_vh、vcm、vcm2_l、pwm_vl；其中vrefb＝vcm,pwm_vh同时也作为参考电压vrefa。

其中，

pwm_vh＝vcm1+ib*(r161+r162+r163)；

pwm_vl＝vcm1-ib*r17；

vcm2_l＝vcm1+ib*r161；

vcm2_h＝vcm1+ib*(r161+r162+r163+r164)；

vcm＝vcm1+ib*(r161+r162)；

在本发明的实施例中，可以通过调整所述输出单元703内，各电阻的阻值，调整各个输出信号的值。

上述实施例中，音频放大电路能够通过阈值电压调整模块输出随控制信号plimit可调的阈值电压vlimit，从而可以根据需要，调整阈值电压vlimt的值，进而对音频放大电路的输出功率进行动态限制。

进一步的，所述阈值电压调整模块还包括参考单元，用于输出参考电压，所述阈值电压还与不同积分放大单元的输出信号的大小对应的参考电压相关，从而可以针对不同的信号大小，对输出功率进行相应的限制，对电路工作状态的适应性与灵活性更高。

本发明的技术方案还提供一种电子设备，包括上述实施例中所述的音频功放电路。所述电子设备在低功耗的半波调制模式下，在宽电源电压范围内可以对于较大范围内的输入信号，任意调节音频功放输出功率，具有较高的灵活性，能够有效保护喇叭，满足宽电源电压范围以及大输入信号范围的要求。

本发明的实施例还提供一种音频功放电路的输出功率限制方法。

请参考图9，为本发明一实施例的输出功率限制方法的流程示意图。

包括如下步骤：

步骤s801:根据所述积分放大单元的输出信号向所述积分放大单元提供半波调制共模电压vcm2，使得所述音频功放电路工作在半波调制模式下。

在一个实施例中，根据所述积分放大单元的输出信号向所述积分放大单元提供半波调制共模电压vcm2的方法包括：将积分放大单元的输出信号与第一阈值vcm2_l和第二阈值vcm2_h比较；在输入信号幅度位于将输出信号幅度位于vcm2_l～vcm2_h以内，控制半波调制共模电压vcm2为一固定值；当输出信号幅值小于第一阈值vcm2_l时，半波调制共模电压vcm2小于所述固定值，且随信号幅值下降逐渐降低所述半波调制共模电压vcm2。

步骤s802:将积分放大单元的输出端的输出信号与阈值电压比较，所述阈值电压随控制信号变化。

在一个实施例中，所述阈值电压与所述控制信号之间成负相关，控制信号越大，所述阈值电压越小。

步骤s803:根据比较结果，对所述积分放大单元输入端的输入电流进行调整，从而将积分放大单元的输出电压限制在预设幅值范围内。

具体的，在所述积分放大单元的输出的一对差分信号的其中一个低于所述阈值电压时，对所述积分放大单元的输入电流的幅值进行调整；在所述输出信号均大于所述阈值电压时，对输入电流不作调整，不对输出电压进行限制，从而保持输出电压幅度不变。

其中，对所述积分放大单元的输入电流的幅值进行调整的方法包括：将所述积分放大单元的输出端的输出电压与所述阈值电压的差值转换为输出电流，输出至所述积分放大单元的输入端，对所述积分放大单元的输入电流进行调整。

在一些实施例中，所述阈值电压还可以进一步与参考电压相关，例如成线性关系。所述音频功放电路可以工作在半波调制模式下，不同输出信号幅度情况，对应产生不同的参考电压。所述阈值电压与参考电压相关，可以更灵活的适应不同工作模式下的功率限制要求。可以对输出功率范围的限制要求，预设所述输出电压的幅值范围。

由于阈值电压限制了输出电压的信号幅度，因此，可以根据不同的情况，通过调整所述控制信号、所述阈值电压与所述控制信号之间的相关系数，所述阈值电压与所述参考电压之间的相关系数中的任一项或几项，对阈值电压进行调整，从而实现对积分放大单元的输出电压幅度的调整，进而实现更为灵活精准的功率限制。

步骤s804:将所述输出信号通过调制波进行调制，输出半波调制的脉宽调制信号。

在一个实施例中，所述调制信号为三角波，幅度为pwm_l～pwm_h；vcm＝(vcm2_l+vcm2_h)/2，vcm2_h≥pwm_h，vcm2＞(pwm_l+pwm_h)/2。

以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。