CN105578346A - 群组感知的电流受限放大器和系统 - Google Patents

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Abstract

一种群组感知的电流受限放大器系统，包括群组掉电控制总线以及耦合到所述群组掉电控制总线的多个电流受限放大信道。在示例性实施例中，每个电流受限放大信道包括：放大器；产生表示由所述放大器汲取的电流的量的电流电平信号的放大器电源；响应于数字音频输入、所述群组掉电控制总线和所述电流电平信号并且操作用于产生控制信号的掉电控制器；以及响应于所述数字音频输入和所述控制信号并且操作用于产生耦合到所述放大器的输入的模拟音频输出的音频数模(D/A)转换器。

Description

群组感知的电流受限放大器和系统
背景技术
在移动(电池供电)产品中，一些系统设计者通过仅允许系统和/或放大器的某些块和分区占用最大电流来逼近低电量操作。这防止了由于峰值上的电池电压崩溃而引起的(多个)主处理器的掉电(brownout)或复位。借助单声道音频放大器例示，可以限定简单的最大电流限度，以在峰值出现时对音频峰值做出反应并向音频资料提供优雅降级(gracefuldegradation)。
对于单声道放大器，增强型放大器在低电量时可能触发复位事件的问题已经是公认的。例如，一些系统被设计为具有由低电量条件触发的自动电平控制(“ALC”)增益衰减块。这拉低了放大器的增益，以防止任何音频峰值导致复位。同样，在系统级，已经做出一些尝试来使得移动设备中的各个分区的块具有“预复位”总线警报，即尝试警告具有异步电流需求的其它设备在关键时间限制电流消耗。
对于音频实施方式，现有技术的局限在于：在使用多于一个放大器的较大(或平板形式)的移动设备上，每个放大器都必须独立地做出其自己的峰值电流限度决定，尽管它们播放的音频在本质上(例如，在立体声重放中)很有可能是一致的。由于其它信道的限制行为是未知的，所以一个信道对基于电池电压和节目资料的局部版本来限制音频峰值的任何尝试都有可能降低或消除立体声成像或者以其它方式降低听觉体验。
如上文所述，由于电源和GND平面的分布式性质、以及确定电池电压时的非理想性，系统中的不同放大器可以很好地经受不同的电池电源电压。例如，由于容差和/或局部的I×R下降，如果一个信道即将检测到低电量事件，则另一个信道可以已经切换到“保护模式”。这使得在这种系统中难以处理低电量操作的问题。
在阅读了以下说明并研究了附图的几个图后，现有技术的这些及其它局限性对于本领域的技术人员来说将是显而易见的。
发明内容
在通过示例性而非限制性的方式阐述的实施例中，一群组的放大器共享公共音频接口和通信总线，以使得它们感知该群组的放大器的音频内容和电流需求二者，并可以采取行动来限制该群组的总电流消耗，并且以整体方式管理任何音频降级。
在某些示例性实施例中，使用了芯片内或芯片间通信协议，使得可以将放大器群组在一起以计算峰值累积电流用量。在通过示例性而非限制性的方式阐述的实施例中，例如通过(物理地)利用添加的管脚或通过(虚拟地)添加有效信道来将额外的通信信道添加到给定的数字音频接口协议。借助这样的实施例，每个放大器都可以访问所有其它放大器的音频和电流需求。
在通过示例性而非限制性的方式阐述的实施例中，使用了TDM(时分复用)数字音频接口，其中，为每个信道分配数字音频帧内的时隙。在进一步的示例性实施例中使用了将音频数据和控制两者结合的其它接口，并且这些接口在一些示例性应用中是优选的。
在某些示例性实施例中，使用了相互分布式上保护触发电平(其中，每个放大器计算群组限度)。在其它示例性实施例中，使用了主/从关系，其中，主设备计算限度并控制每个从设备满足累积限度。
某些示例性实施例在“开环”构造中操作，其中，知道正在播放什么音频、在什么信道上播放和每个放大器可用的准确电压的处理器可以允许用于每个放大器的容差、重放延迟等，使得它控制以“前馈”方式馈送给每个放大器的音频。
在通过示例性而非限制性的方式阐述的实施例中，电流受限放大设备包括：放大器，其具有模拟音频输入和放大的模拟音频输出；放大器电源，其耦合到放大器并且产生电流电平信号，该电流电平信号表示由放大器汲取的电流的量；响应于数字音频输入和电流电平信号的掉电控制器，该掉电控制器可操作用于产生控制信号；以及响应于数字音频输入和控制信号的音频数模(D/A)转换器，该D/A转换器可操作用于产生耦合到放大器的模拟音频输入的模拟音频输出。
在通过示例性而非限制性的方式阐述的实施例中，群组感知的(group-aware)电流受限放大器系统包括：群组掉电控制总线；以及耦合到群组掉电控制总线的多个电流受限放大信道，均包括：(a)放大器，其具有模拟音频输入和放大的模拟音频输出；(b)放大器电源，其耦合到放大器并且产生电流电平信号，该电流电平信号表示由放大器汲取的电流的量；(c)响应于数字音频输入、群组掉电控制总线和电流电平信号的掉电控制器，该掉电控制器可操作用于产生控制信号；以及(d)响应于数字音频输入和控制信号的音频数模(D/A)转换器，该D/A转换器可操作用于产生耦合到放大器的模拟音频输入的模拟音频输出。
在通过示例性而非限制性的方式阐述的实施例中，用于对多信道放大器系统进行电流限制的方法包括：将多个放大器信道的其中之一指定为主放大器信道，剩余放大器信道中的每一个作为从放大器信道，其中，多个放大器信道中的每一个都具有提供信道路径增益的放大器；以及，对于每一个从放大器信道，(a)等待新的数字音频样本；(b)确定当前由放大器汲取的电流；(c)至少部分地基于新的数字音频样本来预计将由放大器汲取的电流；(d)将信道电流和增益数据发送到主放大器信道；(e)将所预计的电流与用于放大器信道的电流限度相比较；以及(f)如果所预计的电流大于电流限度，就减小用于信道的路径增益。
在阅读了以下说明并研究了附图的几个图后，这些及其它实施例、特征和优点对于本领域的技术人员来说将是显而易见的。
附图说明
现在将参考附图描述几个示例性实施例，在附图中，相似的部件被提供有相似的附图标记。示例性实施例旨在说明而非限制本发明。附图包括以下图：
图1是示例性群组感知的电流受限放大器的框图；
图2是包括图1的群组感知的电流受限放大器中的两个或更多个的示例性多信道放大器系统的框图；
图3是由被配置为从设备的群组感知的电流受限放大器所实施的第一示例性过程的流程图；
图4是由被配置为从设备的群组感知的电流受限放大器所实施的第二示例性过程的流程图；并且
图5是由被配置为主设备的群组感知的电流受限放大器所实施的示例性过程的流程图。
具体实施方式
在图1中，示例性群组感知的电流受限放大器信道10耦合到电声扬声器12。在通过示例性而非限制性的方式阐述的该实施例中，电流受限放大器信道10包括缓冲器14、音频数模(D/A)转换器16、放大器18、掉电控制器20、模数(A/D)转换器22和电源24。在输入线26上产生的数字音频输入被馈送到缓冲器14和掉电控制器20两者中。线路28将缓冲器14的输出耦合到音频D/A转换器16的输入，并且线路30将音频D/A转换器16的输出耦合到放大器18的输入。线路32将放大器18的输出耦合到扬声器12。
在该非限制性示例中，电源24提升在电源总线34上为放大器18的电源总线36提供的系统功率。例如，电源24可以是升压转换器。电源24还提供模拟电流电平信号，该模拟电流电平信号表示在通往A/D转换器22的线路38上由放大器18汲取的电流。
除了线路38上的电流电平信号以外，在此示例性实施例中，A/D转换器22具有另一个模拟输入，其耦合到线路40，以接收例如通过热敏电阻测量的设备温度。A/D转换器22具有耦合到线路42的数字输出，线路42将A/D转换器22的数字输出连接到掉电控制器20的数字输入。掉电控制器20具有耦合到群组掉电控制总线44的输入/输出(I/O)端口，并且在一些非限制性示例中，掉电控制器20具有耦合到音频D/A转换器16的可选的控制线或总线46。
在图2中，多信道放大器系统包括n个群组感知的电流受限放大器信道10.x，其中，n≥2并且x等于1，...n。在此示例中，电流受限放大器信道10.x中的每一个都具有信道路径增益Gx，以提供足以驱动相关联的电声扬声器12.x的音频功率。同样，放大器信道10.x中的每一个都包括缓冲器14.x、音频D/A转换器16.x、放大器18.x、掉电控制器20.x、A/D转换器22.x和电源24.x。此外，出于该示例的目的，线路50用于表示处于放大器信道10.l与10.n之间的任何放大器信道10.x、总线连接44、扬声器12.x等。
在通过示例性而非限制性的方式阐述的实施例中，将放大器信道10.x的其中之一指定为主放大器信道，而将剩余放大器信道10.x指定为从放大器信道。可以在系统启动时对主放大器信道10.x和从放大器信道10.x进行配置，或者可以在操作期间对它们进行配置。在其它实施例中，放大器信道10.x中的全部都可以是从放大器信道，并且专用的主处理器可以提供对从放大器信道10.x的协调和控制。在又一个实施例中，主放大器还可以被配置为同时充当从放大器。在此非限制性示例中，主和/或从放大器信道的操作处于使用数字逻辑的掉电控制器20.x的控制下。例如，掉电控制器可以包括状态机、分立逻辑、微控制器等，以执行与放大器信道10.x相关联的功能。在微控制器的情况下，程序指令可以存储在非暂态计算机可读介质(通过非限制性示例的方式包括随机存取存储器、只读存储器、闪存等)中，以执行与放大器信道10.x相关联的功能。
在图3中，示出了从放大器信道10.x的进行局部检查的通过示例性而非限制性的方式阐述的过程52。此示例性过程52的目的是确保从放大器信道10.x不超过局部电流限度(例如，用于该从放大器信道或一群组的从放大器信道的电流限度)。过程52开始于在操作54中等待新的数字音频样本到达。在操作56中，操作56获得最新的电流测量值(例如，电流电平信号的数字化版本)，并且在操作58中预计新的电流电平(“局部I”)，并将局部I和增益数据发送到主放大器信道10.x。接下来，在操作60中，确定局部I是否大于局部电流限度(“局部I限度”)，并且如果是，操作62就减小从放大器信道10.x的路径增益。然后，执行“群组事件检查”64的操作64，并且过程控制返回到操作54以等待新的数字音频样本。将关于图4更详细地论述与群组事件检查64相关联的过程。
如果操作60确定局部I不大于局部I限度，操作66就确定它是否接近于限度。如果它接近于限度，操作70就不做出改变，并且过程控制给操作64。如本文所使用，“接近于限度”表示它比局部I限度小的量要小于由Δ或“德尔塔”所指定的预定量。例如，Δ可以是几个调整步长或者局部I限度的一定比例。如果局部I小于局部I限度并且不接近于局部I限度，则在将控制传送到操作64之前，如果先前已经减小了增益(例如，通过操作62或操作64)，操作68就增大路径增益。
在图4中，更详细地论述示例性群组事件检查过程64。过程64在74开始，并且在操作76中，从放大器信道查找减小增益的主放大器信道命令，例如，对于放大器信道10.x的群组已经超过群组电流限度的情形。在此非限制性示例中，经由群组掉电控制总线44从主放大器信道10.x接收系统增益命令。操作78确定系统增益命令是否是要减小增益，并且如果是这样，操作80就将从放大器信道10.x的增益减小所命令的量。如果没有要减小从放大器信道的增益的命令，或者在已经减小了增益后，在82完成群组事件检查过程。
在图5中，主放大器信道的通过示例性而非限制性的方式阐述的过程84聚集从一个或多个从放大器信道接收的数据，并确定是否应向从放大器信道10.x提供系统增益命令。在此非限制性示例中，过程84开始于操作86，在操作86中等待来自从放大器信道10.x的局部I预测。接下来，操作88对从局部I预测进行求和，并且在操作90中，确定总和是否大于系统电流限度(“系统I”)。在替代的实施例中，例如通过在从从放大器信道10.x接收局部I值时进行累加总计作为局部I值，可以不同地完成对由从放大器信道的放大器汲取的总电流的计算。如果是，在返回到等待操作86之前，操作92就向从放大器信道10.x中的全部信道提供“递减路径增益”命令。如果否，操作控制就直接返回到等待操作86，在此它等待新的从局部I限度。
尽管使用特定术语和设备描述了各种实施例，但是此类描述仅是出于说明性的目的。所用的词语是描述性的而不是限制性的词语。将会理解，在不脱离由书写的公开内容和附图所支持的各种发明的精神或范围的情况下，本领域的普通技术人员可以做出改变和变化。此外，应该理解，可以整体或部分地互换各种其它实施例的方面。因此，旨在在不限制或禁止反悔的情况下，根据本文所公开的发明的真实精神和范围来对其进行解释。

Claims (19)

1.一种电流受限放大设备，包括：
放大器，其具有模拟音频输入和放大的模拟音频输出；
放大器电源，其耦合到所述放大器并且产生电流电平信号，所述电流电平信号表示由所述放大器汲取的电流的量；
掉电控制器，其响应于数字音频输入和所述电流电平信号，所述掉电控制器操作用于产生控制信号；以及
音频数模(D/A)转换器，其响应于所述数字音频输入和所述控制信号，所述数模(D/A)转换器操作用于产生耦合到所述放大器的所述模拟音频输入的模拟音频输出。
2.根据权利要求1所述的电流受限放大设备，其中，所述掉电控制器还响应于群组掉电控制总线。
3.根据权利要求2所述的电流受限放大设备，还包括将所述电流电平信号耦合到所述掉电控制器的模数(A/D)转换器。
4.根据权利要求3所述的电流受限放大设备，还包括将所述数字音频输入耦合到所述数模(D/A)转换器的缓冲器。
5.根据权利要求4所述的电流受限放大设备，其中，所述模数(A/D)转换器包括温度输入。
6.根据权利要求5所述的电流受限放大设备，其中，所述放大器电源具有系统电源输入。
7.根据权利要求6所述的电流受限放大设备，其中，所述放大器、所述放大器电源、所述掉电控制器、所述数模(D/A)转换器、所述模数(A/D)转换器和所述缓冲器包括包含多个引线的封装集成电路(IC)器件。
8.根据权利要求7所述的电流受限放大设备，其中，所述数字音频输入、所述放大音频输出和所述系统电源输入耦合到所述集成电路(IC)器件的所述多个引线。
9.一种群组感知的电流受限放大器系统，包括：
群组掉电控制总线；以及
多个电流受限放大信道，其耦合到所述群组掉电控制总线，每个所述电流受限放大信道包括
(a)放大器，其具有模拟音频输入和放大模拟音频输出；
(b)放大器电源，其耦合到所述放大器并且产生电流电平信号，所述电流电平信号表示由所述放大器汲取的电流的量；
(c)掉电控制器，其响应于数字音频输入、所述群组掉电控制总线和所述电流电平信号，所述掉电控制器操作用于产生控制信号；以及
(d)音频数模(D/A)转换器，其响应于所述数字音频输入并且响应于所述控制信号，所述数模(D/A)转换器操作用于产生耦合到所述放大器的所述模拟音频输入的模拟音频输出。
10.根据权利要求9所述的群组感知的电流受限放大器系统，其中，所述多个电流受限放大信道中的每个信道还包括将所述电流电平信号耦合到所述掉电控制器的模数(A/D)转换器。
11.根据权利要求10所述的群组感知的电流受限放大器系统，其中，所述多个电流受限放大信道中的每个信道还包括将所述数字音频输入耦合到所述数模(D/A)转换器的缓冲器。
12.根据权利要求11所述的群组感知的电流受限放大器系统，其中，所述模数(A/D)转换器包括温度输入。
13.根据权利要求12所述的群组感知的电流受限放大器系统，其中，所述放大器电源具有系统电源输入。
14.一种用于对多信道放大器系统进行电流限制的方法，包括：
将多个放大器信道的其中之一指定为主放大器信道，剩余放大器信道中的每个信道作为从放大器信道，其中，所述多个放大器信道中的每个信道具有提供信道路径增益的放大器；并且
对于每个从放大器信道
(a)等待新的数字音频样本；
(b)确定当前由所述放大器汲取的电流；
(c)至少部分地基于所述新的数字音频样本来预计将由所述放大器汲取的电流；
(d)将信道电流和增益数据发送到所述主放大器信道；
(e)将所预计的电流与用于所述放大器信道的电流限度相比较；并且
(f)如果所述预计的电流大于所述电流限度，就减小用于所述信道的所述路径增益。
15.根据权利要求14所述的用于对多信道放大器系统进行电流限制的方法，还包括：如果所述预计的电流不大于所述电流限度，则如果先前已经减小了所述路径增益，就增大所述路径增益。
16.根据权利要求15所述的用于对多信道放大器系统进行电流限制的方法，其中，仅当所述预计的电流比所述电流限度小预定增量(Δ)时才增大所述路径增益。
17.根据权利要求16所述的用于对多信道放大器系统进行电流限制的方法，还包括：响应于从所述主放大器信道接收全局增益减小命令来减小路径增益。
18.根据权利要求17所述的用于对多信道放大器系统进行电流限制的方法，其中，所述主放大器信道：
从所述从放大器信道中的全部信道接收信道电流和增益数据；
计算由所述从放大器信道的所述放大器汲取的总电流；并且
如果由所述从放大器信道的所述放大器汲取的所述总电流超过系统电流限度，就发送全局增益减小命令。
19.根据权利要求18所述的用于对多信道放大器系统进行电流限制的方法，其中，所述主放大器信道也是从放大器信道。
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