用於汽車音頻功率放大器的嵌入式揚聲器保護的製作方法

2023-06-16 23:18:11 4

專利名稱：用於汽車音頻功率放大器的嵌入式揚聲器保護的製作方法
技術領域：
本發明涉及音頻揚聲器保護，並且更特別地涉及用於汽車音頻功率放大器的嵌入式揚聲器保護方法及其電路實施例，其能夠在開啟程序期間的高偏移的情況下自動地保護揚聲器。
背景技術：
在汽車功率放大器設備中，通常地嵌入偏移檢測器功能。無論是否存在輸入信號，都將超過±2V的任何DC輸出偏移用信號發送出。此異常偏移在不存在輸入信號時可能由於向輸入端饋送DC分量的最初有缺陷或老化且磨損的輸入端電容器而發生。異常偏移能夠將揚聲器置於變得過熱的風險下，或直接損壞揚聲器。
在汽車音頻功率放大器的當前應用中，如果音頻系統要在高輸出偏移的情況下保護揚聲器，則MCU(微處理器)必須首先從放大器讀取偏移檢測器輸出，並且如果檢測到高偏移，則將放大器置於靜音模式。所有這些動作要求額外的MCU操作且是在功率放大器IC外面控制的。
為了讀取由功率放大器給出的信息(例如在TDA7563B四功率放大器中)，必須用低電平輸出AC信號(或Vin = O)來執行診斷。MCU通過設置I2C命令IB1D〈5> = I來啟用偏移檢測，並且然後在可選擇測試時間之後讀取放大器的狀態。如果大於±2V的過量偏移在分配的測試時間中自始至終是持續存在的，則將其用信號發送出。MCU然後可以判定關掉功率放大器或使其靜音，或僅僅什麼也不做。
如果MCU忽視了所有上述操作，則功率放大器可能保持具有到揚聲器的高偏移饋送的播放模式而沒有任何保護，由於上文給出的原因，這是不期望的。
現在參考圖1，流程圖100示出用於上述現有技術放大器的開啟序列。MCU啟用偏移檢測，並在步驟102處將IB1D〈5>位設置為邏輯一。MCU然後在步驟104處讀取偏移狀態。判定塊106詢問所讀取的偏移是否大於兩伏。如果不是，則音頻放大器在步驟108處保持其當前工作狀態。如果是，則MCU向放大器發送靜音命令，或者簡單地在步驟110處關掉放大器。
現在參考圖2，在根據現有技術的沒有MCU幹預的異常偏移的情況下，在開啟程序中示出了兩個揚聲器輸出端子202和204處的電壓的圖。跡線202和204中的階躍函數是由揚聲器系統中的異常偏移引起的。
期望的是用於更快速地提供現`有技術功能且不招致上述額外MCU循環的更直接的方法和相應的電路設備。發明內容
根據本發明，一種操作包括耦合到放大器的揚聲器和專用數字揚聲器保護電路的揚聲器系統的方法包括:在靜音模式下開啟放大器，在第一延遲時段之後，向放大器發出將放大器置於播放模式的播放命令，但是在第二延遲時段期間沒有輸入信號，並在第二延遲時段期間執行揚聲器偏移檢測，其中，如果存在偏移，則迫使放大器返回靜音模式，並且如果不存在偏移，則允許放大器繼續在播放模式下操作。微處理器發出將放大器置於靜音和播放模式的命令。第一延遲時段約為一秒。並且第二延遲時段約為100毫秒。由與放大器相關聯的專用數字電路來實現迫使放大器返回靜音模式。偏移檢測包括大於約兩伏的閾值偏移的檢測。本發明的方法還包括如果檢測到偏移，則發出揚聲器保護控制信號或命令。
根據本發明的揚聲器系統包括被I禹合到放大器的揚聲器、被I禹合到揚聲器以便提供偏移控制信號的偏移比較器、具有被耦合到偏移比較器的輸出端的第一輸入端、用於接收放大器控制信號的第二輸入端、用於接收播放控制信號的第三輸入端以及用於提供被迫靜音信號的輸出端的數字電路、以及用於控制放大器的微處理器。
數字電路包括用於提供揚聲器保護控制信號的中間節點、用於接收偏移控制信號的第一鎖存器、用於接收播放控制信號、偏移控制信號和揚聲器保護控制信號的第一邏輯門、被耦合到第一鎖存器以便接收播放控制信號和揚聲器保護控制信號的第二邏輯門、被耦合到第一邏輯門以便提供被迫靜音信號的第二鎖存器以及被耦合到第二邏輯門和中間節點的第三鎖存器。由放大器控制信號來對第一、第二和第三鎖存器進行計時。第一、第二和第三鎖存器包括D型觸發器。第一和第二邏輯門包括三輸入NAND門。


圖1是根據現有技術的揚聲器保護程序的流程圖2是根據現有技術的沒有MCU幹預的異常偏移的情況下的開啟程序中的兩個揚聲器輸出端子處的電壓的圖3是根據本發明的用於專用數字揚聲器保護的簡化電路圖4是根據本發明的揚聲器保護程序的流程圖；以及
圖5是根據本發明的其中在高偏移情況的檢測之後快速地使放大器靜音的兩個揚聲器輸出端子處的電壓的圖。
具體實施方式
根據本發明，藉助於專用數字電路，將揚聲器保護功能嵌入功率放大器設備本身內。
在圖3中示出了用於提供揚聲器保護功能的數字電路340的簡化電路圖。觸發器使能信號ON在放大器被開啟時變為高。F0RCEMUTE信號進入基準塊330以控制整個放大器320的靜音狀態。在基準塊330中，如果F0RCEMUTE是高的，則由播放/靜音比較器332提供低輸出。
揚聲器系統300包括被稱合到放大器的揚聲器302、被稱合到揚聲器以便在節點305處提供偏移控制信號的偏移比較器304、具有被耦合到偏移比較器304的輸出端的第一輸入端、用於接收放大器控制信號(ON)的第二輸入端、用於在節點307處接收播放控制信號的第三輸入端和用於提供被迫靜音信號(F0RCEMUTE)的輸出端的數字電路(306，308，310，312，314)以及用於控制放大器的微處理器。
數字電路包括用於提供揚聲器保護控制信號(SPKPR0T)的中間節點309、用於接收節點305處的偏移控制信號的第一鎖存器306、用於接收節點307處的播放控制信號、節點305處的偏移控制信和揚聲器保護控制信號SPKPROT的第一邏輯門308、被耦合到第一鎖存器306以便接收播放控制信號和揚聲器保護控制信號的第二邏輯門310、被耦合到第一邏輯門308以便提供被迫靜音信號F0RCEMUTE的第二鎖存器312以及被耦合到第二邏輯門310和中間節點309的第三鎖存器314。
第一、第二和第三鎖存器306、312和314是由放大器控制信號(ON)計時的D型觸發器，其中，反相Q輸出端被耦合到D輸入端。CP是正邊沿觸發時鐘輸入端且CD是清零有效低輸入端，其在其為低時將輸出清零。第一和第二邏輯門308、310是三輸入NAND門。
下面描述本發明的揚聲器保護方法:
功率放大器生成兩個內部信號，即SPKPROT和F0RCEMUTE。
MCU在靜音模式下開啟放大器，並且SPKPROT信號被鎖存為高。
在約一秒之後，MCU向放大器發送PLAY命令，並保證在約IOOms內沒有信號被施加於放大器的輸入端。
在MUTE至PLAY過渡時間(其為約40ms)之後，放大器使用內部比較器來檢查輸出偏移狀態，並且:
如果存在高偏移且SPKPROT = I，則F0RCEMUTE被鎖存為高且放大器迫使其本身回到MUTE模式，並且SPKPROT保持在邏輯一。I2C總線輸出的位被設計為邏輯一以通知揚聲器系統揚聲器保護被觸發。MUTE模式被鎖定且只有當MCU通過I2C總線關掉放大器時才能復位。
如果不存在大於兩伏的偏移，並且SPKPROT = 1，則F0RCEMUTE被鎖存為低，這允許放大器在PLAY模式下工作，並且SPKPROT被復位至邏輯零，這保持新的揚聲器保護功能無效，以便在施加了輸入信號的情況下不使輸出端靜音。
根據本發明的新的嵌入式揚聲器保護要求MCU按照適當的序列開啟音頻功率放大器。MCU應首先在MUTE情況下開啟設備，並且在用於設備完全工作的適當時間之後，向設備發送PLAY命令，並保證在至少IOOrns內不向任何輸入端施加輸入信號。
如果MCU在沒有用於使放大器穩定的足夠設定時間的情況下直接將放大器開啟至播放模式，本發明的揚聲器保護機制可以不工作。
如果在此開啟階段期間存在施加於任何放大器輸入端的外部信號，則新的揚聲器保護機制可以向放大器本身發出不適當的靜音指令。
現在參考圖4，操作包括被耦合到放大器的揚聲器的揚聲器系統的方法400包括:在靜音模式下開啟放大器402,在第一延遲時段之後，向放大器發出將放大器置於播放模式的播放命令，但是在第二延遲時段期間沒有輸入信號404，並在第二延遲時段期間執行揚聲器偏移檢測406，其中，如果存在偏移，則迫使放大器返回至靜音模式412，並且如果不存在偏移，則允許放大器繼續在播放模式下操作410。微處理器發出將放大器置於靜音模式和播放模式的命令。由放大器中的專用數字電路來實現迫使放大器返回到靜音模式，其在圖3中示出。偏移檢測包括大於約兩伏的閾值偏移的檢測。本發明的方法還包括如果檢測到偏移，則發出揚聲器保護控制信號或命令。
在圖5中檢驗本發明的揚聲器保護方法的結果。圖5示出設備在開啟之後約一秒被設置為PLAY。在MUTE至PLAY過渡之後，設備檢測在兩伏以上的高偏移且隨後使其本身靜音。請注意，揚聲器輸出端子502和504在檢測到偏移時顯示出失靈，其在可能對揚聲器(或多個揚聲器)造成任何損害之前被快速地抑制。
雖然已經以一定程度的特殊性描述並舉例說明了本發明，但應理解的是本公開僅僅以示例的方式做出的，並且在不脫離如下文要求保護的本發明的精神和範圍的情況下，本領域的技術人員可以想到各部分的組合和布置方面的許多變化。
權利要求
1.一種揚聲器系統,包括: 揚聲器，其被稱合到放大器； 偏移比較器，其被耦合到所述揚聲器以便提供偏移控制信號； 數字電路，其具有被耦合到所述偏移比較器的輸出端的第一輸入端、用於接收放大器控制信號的第二輸入端、用於接收播放控制信號的第三輸入端和用於提供被迫靜音信號的輸出端；以及 微處理器，其用於控制所述放大器。
2.權利要求1的揚聲器系統，其中，所述數字電路包括多個D型觸發器。
3.權利要求1的揚聲器系統，其中，所述數字電路包括多個AND門。
4.權利要求1的揚聲器系統，其中，所述數字電路包括: 中間節點，其用於提供揚聲器保護控制信號； 第一鎖存器，其用於接收所述偏移控制信號； 第一邏輯門，其用於接收所述播放控制信號、所述偏移控制信號和所述揚聲器保護控制信號； 第二邏輯門，其被耦合到所述第一鎖存器以便接收所述播放控制信號和所述揚聲器保護控制信號； 第二鎖存器，其被耦合到所述第一邏輯門以便提供所述被迫靜音信號；以及 第三鎖存器，其被耦合到所述第二邏輯門和所述中間節點。
5.權利要求4的揚聲器系統,其中，由所述放大器控制信號來對所述第一、第二和第三鎖存器進行計時。
6.權利要求4的揚聲器系統，其中，所述第一、第二和第三鎖存器包括D型觸發器。
7.權利要求4的揚聲器系統,其中,所述第一和第二邏輯門包括三輸入NAND門。
8.—種供在揚聲器系統中使用的數字電路,包括: 中間節點，其用於提供揚聲器保護控制信號； 第一鎖存器，其用於接收偏移控制信號； 第一邏輯門，其用於接收播放控制信號、所述偏移控制信號和所述揚聲器保護控制信號; 第二邏輯門，其被耦合到所述第一鎖存器以便接收所述播放控制信號和所述揚聲器保護控制信號； 第二鎖存器，其被耦合到所述第一邏輯門以便提供被迫靜音信號；以及 第三鎖存器，其被耦合到所述第二邏輯門和所述中間節點。
9.權利要求8的數字電路，其中，由所述放大器控制信號來對所述第一、第二和第三鎖存器進行計時。
10.權利要求8的數字電路，其中，所述第一、第二和第三鎖存器包括D型觸發器。
11.權利要求10的數字電路，其中，每個D型觸發器包括被耦合到D輸入端的反相輸出端。
12.權利要求8的數字電路，其中，所述第一和第二邏輯門包括三輸入NAND門。
13.一種操作包括被耦合到放大器的揚聲器的揚聲器系統的方法，包括: 在靜音模式下開啟所述放大器；在第一延遲時段之後，向所述放大器發出將所述放大器置於播放模式的播放命令，但是在第二延遲時段期間沒有輸入信號；以及 在所述第二延遲時段期間執行揚聲器偏移檢測； 其中，如果存在偏移，則迫使所述揚聲器返回靜音模式，但是如果不存在偏移，則允許所述放大器繼續在播放模式下操作。
14.權利要求13的方法，其中，微處理器發出將所述放大器置於靜音模式的命令。
15.權利要求13的方法，其中，微處理器發出將所述放大器置於播放模式的命令。
16.權利要求13的方法，其中，所述第一延遲時段為約一秒。
17.權利要求13的方法，其中，所述第二延遲時段為約100毫秒。
18.權利要求13的方法，其中，由所述放大器中的電路來實現迫使所述放大器返回至靜音模式。
19.權利要求13的方法，其中，所述偏移檢測包括大於約兩伏的閾值偏移的檢測。
20.權利要 求13的方法，還包括如果檢測到偏移，則發出揚聲器保護控制信號或命令。
全文摘要
本發明涉及用於汽車音頻功率放大器的嵌入式揚聲器保護。公開了一種操作包括耦合到放大器的揚聲器和專用數字揚聲器保護電路的揚聲器系統的方法包括在靜音模式下開啟放大器，在第一延遲時段之後，向放大器發出將放大器置於播放模式的播放命令，但是在第二延遲時段期間沒有輸入信號，並在第二延遲時段期間執行揚聲器偏移檢測，其中，如果存在偏移，則迫使放大器返回靜音模式，並且如果不存在偏移，則允許放大器繼續在播放模式下操作。該方法還包括如果檢測到偏移，則發出揚聲器保護控制信號或命令。
文檔編號H04R3/00GK103188586SQ20111046147
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月30日 優先權日2011年12月30日
發明者李祥生, C·默羅尼, 楊梅, 熊險峰 申請人:意法半導體研發(深圳)有限公司, 意法半導體股份有限公司