CN106412761A - 用于汽车音频功率放大器的嵌入式扬声器保护 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于汽车音频功率放大器的嵌入式扬声器保护。公开了一种操作包括耦合到放大器的扬声器和专用数字扬声器保护电路的扬声器系统的方法包括：在静音模式下开启放大器，在第一延迟时段之后，向放大器发出将放大器置于播放模式的播放命令，但是在第二延迟时段期间没有输入信号，并在第二延迟时段期间执行扬声器偏移检测，其中，如果存在偏移，则迫使放大器返回静音模式，并且如果不存在偏移，则允许放大器继续在播放模式下操作。该方法还包括如果检测到偏移，则发出扬声器保护控制信号或命令。

Description

用于汽车音频功率放大器的嵌入式扬声器保护
分案申请说明
本申请是于2011年12月30日提交的、申请号为201110461473.8、名称为“用于汽车音频功率放大器的嵌入式扬声器保护”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及音频扬声器保护，并且更特别地涉及用于汽车音频功率放大器的嵌入式扬声器保护方法及其电路实施例，其能够在开启程序期间的高偏移的情况下自动地保护扬声器。
背景技术
在汽车功率放大器设备中，通常地嵌入偏移检测器功能。无论是否存在输入信号，都将超过±2V的任何DC输出偏移用信号发送出。此异常偏移在不存在输入信号时可能由于向输入端馈送DC分量的最初有缺陷或老化且磨损的输入端电容器而发生。异常偏移能够将扬声器置于变得过热的风险下，或直接损坏扬声器。
在汽车音频功率放大器的当前应用中，如果音频系统要在高输出偏移的情况下保护扬声器，则MCU(微处理器)必须首先从放大器读取偏移检测器输出，并且如果检测到高偏移，则将放大器置于静音模式。所有这些动作要求额外的MCU操作且是在功率放大器IC外面控制的。
为了读取由功率放大器给出的信息(例如在TDA7563B四功率放大器中)，必须用低电平输出AC信号(或Vin＝0)来执行诊断。MCU通过设置I2C命令IB1D<5>＝1来启用偏移检测，并且然后在可选择测试时间之后读取放大器的状态。如果大于±2V的过量偏移在分配的测试时间中自始至终是持续存在的，则将其用信号发送出。MCU然后可以判定关掉功率放大器或使其静音，或仅仅什么也不做。
如果MCU忽视了所有上述操作，则功率放大器可能保持具有到扬声器的高偏移馈送的播放模式而没有任何保护，由于上文给出的原因，这是不期望的。
现在参考图1，流程图100示出用于上述现有技术放大器的开启序列。MCU启用偏移检测，并在步骤102处将IB1D<5>位设置为逻辑一。MCU然后在步骤104处读取偏移状态。判定块106询问所读取的偏移是否大于两伏。如果不是，则音频放大器在步骤108处保持其当前工作状态。如果是，则MCU向放大器发送静音命令，或者简单地在步骤110处关掉放大器。
现在参考图2，在根据现有技术的没有MCU干预的异常偏移的情况下，在开启程序中示出了两个扬声器输出端子202和204处的电压的图。迹线202和204中的阶跃函数是由扬声器系统中的异常偏移引起的。
期望的是用于更快速地提供现有技术功能且不招致上述额外MCU循环的更直接的方法和相应的电路设备。
发明内容
根据本发明，一种操作包括耦合到放大器的扬声器和专用数字扬声器保护电路的扬声器系统的方法包括：在静音模式下开启放大器，在第一延迟时段之后，向放大器发出将放大器置于播放模式的播放命令，但是在第二延迟时段期间没有输入信号，并在第二延迟时段期间执行扬声器偏移检测，其中，如果存在偏移，则迫使放大器返回静音模式，并且如果不存在偏移，则允许放大器继续在播放模式下操作。微处理器发出将放大器置于静音和播放模式的命令。第一延迟时段约为一秒。并且第二延迟时段约为100毫秒。由与放大器相关联的专用数字电路来实现迫使放大器返回静音模式。偏移检测包括大于约两伏的阈值偏移的检测。本发明的方法还包括如果检测到偏移，则发出扬声器保护控制信号或命令。
根据本发明的扬声器系统包括被耦合到放大器的扬声器、被耦合到扬声器以便提供偏移控制信号的偏移比较器、具有被耦合到偏移比较器的输出端的第一输入端、用于接收放大器控制信号的第二输入端、用于接收播放控制信号的第三输入端以及用于提供被迫静音信号的输出端的数字电路、以及用于控制放大器的微处理器。
数字电路包括用于提供扬声器保护控制信号的中间节点、用于接收偏移控制信号的第一锁存器、用于接收播放控制信号、偏移控制信号和扬声器保护控制信号的第一逻辑门、被耦合到第一锁存器以便接收播放控制信号和扬声器保护控制信号的第二逻辑门、被耦合到第一逻辑门以便提供被迫静音信号的第二锁存器以及被耦合到第二逻辑门和中间节点的第三锁存器。由放大器控制信号来对第一、第二和第三锁存器进行计时。第一、第二和第三锁存器包括D型触发器。第一和第二逻辑门包括三输入NAND门。
附图说明
图1是根据现有技术的扬声器保护程序的流程图；
图2是根据现有技术的没有MCU干预的异常偏移的情况下的开启程序中的两个扬声器输出端子处的电压的图；
图3是根据本发明的用于专用数字扬声器保护的简化电路图；
图4是根据本发明的扬声器保护程序的流程图；以及
图5是根据本发明的其中在高偏移情况的检测之后快速地使放大器静音的两个扬声器输出端子处的电压的图。
具体实施方式
根据本发明，借助于专用数字电路，将扬声器保护功能嵌入功率放大器设备本身内。
在图3中示出了用于提供扬声器保护功能的数字电路340的简化电路图。触发器使能信号ON在放大器被开启时变为高。FORCEMUTE信号进入基准块330以控制整个放大器320的静音状态。在基准块330中，如果FORCEMUTE是高的，则由播放/静音比较器332提供低输出。
扬声器系统300包括被耦合到放大器的扬声器302、被耦合到扬声器以便在节点305处提供偏移控制信号的偏移比较器304、具有被耦合到偏移比较器304的输出端的第一输入端、用于接收放大器控制信号(ON)的第二输入端、用于在节点307处接收播放控制信号的第三输入端和用于提供被迫静音信号(FORCEMUTE)的输出端的数字电路(306，308，310，312，314)以及用于控制放大器的微处理器。
数字电路包括用于提供扬声器保护控制信号(SPKPROT)的中间节点309、用于接收节点305处的偏移控制信号的第一锁存器306、用于接收节点307处的播放控制信号、节点305处的偏移控制信和扬声器保护控制信号SPKPROT的第一逻辑门308、被耦合到第一锁存器306以便接收播放控制信号和扬声器保护控制信号的第二逻辑门310、被耦合到第一逻辑门308以便提供被迫静音信号FORCEMUTE的第二锁存器312以及被耦合到第二逻辑门310和中间节点309的第三锁存器314。
第一、第二和第三锁存器306、312和314是由放大器控制信号(ON)计时的D型触发器，其中，反相Q输出端被耦合到D输入端。CP是正边沿触发时钟输入端且CD是清零有效低输入端，其在其为低时将输出清零。第一和第二逻辑门308、310是三输入NAND门。
下面描述本发明的扬声器保护方法：
功率放大器生成两个内部信号，即SPKPROT和FORCEMUTE。
MCU在静音模式下开启放大器，并且SPKPROT信号被锁存为高。
在约一秒之后，MCU向放大器发送PLAY命令，并保证在约100ms内没有信号被施加于放大器的输入端。
在MUTE至PLAY过渡时间(其为约40ms)之后，放大器使用内部比较器来检查输出偏移状态，并且：
如果存在高偏移且SPKPROT＝1，则FORCEMUTE被锁存为高且放大器迫使其本身回到MUTE模式，并且SPKPROT保持在逻辑一。I2C总线输出的位被设计为逻辑一以通知扬声器系统扬声器保护被触发。
MUTE模式被锁定且只有当MCU通过I2C总线关掉放大器时才能复位。
如果不存在大于两伏的偏移，并且SPKPROT＝1，则FORCEMUTE被锁存为低，这允许放大器在PLAY模式下工作，并且SPKPROT被复位至逻辑零，这保持新的扬声器保护功能无效，以便在施加了输入信号的情况下不使输出端静音。
根据本发明的新的嵌入式扬声器保护要求MCU按照适当的序列开启音频功率放大器。MCU应首先在MUTE情况下开启设备，并且在用于设备完全工作的适当时间之后，向设备发送PLAY命令，并保证在至少100ms内不向任何输入端施加输入信号。
如果MCU在没有用于使放大器稳定的足够设定时间的情况下直接将放大器开启至播放模式，本发明的扬声器保护机制可以不工作。
如果在此开启阶段期间存在施加于任何放大器输入端的外部信号，则新的扬声器保护机制可以向放大器本身发出不适当的静音指令。
现在参考图4，操作包括被耦合到放大器的扬声器的扬声器系统的方法400包括：在静音模式下开启放大器402，在第一延迟时段之后，向放大器发出将放大器置于播放模式的播放命令，但是在第二延迟时段期间没有输入信号404，并在第二延迟时段期间执行扬声器偏移检测406，其中，如果存在偏移，则迫使放大器返回至静音模式412，并且如果不存在偏移，则允许放大器继续在播放模式下操作410。微处理器发出将放大器置于静音模式和播放模式的命令。由放大器中的专用数字电路来实现迫使放大器返回到静音模式，其在图3中示出。偏移检测包括大于约两伏的阈值偏移的检测。本发明的方法还包括如果检测到偏移，则发出扬声器保护控制信号或命令。
在图5中检验本发明的扬声器保护方法的结果。图5示出设备在开启之后约一秒被设置为PLAY。在MUTE至PLAY过渡之后，设备检测在两伏以上的高偏移且随后使其本身静音。请注意，扬声器输出端子502和504在检测到偏移时显示出失灵，其在可能对扬声器(或多个扬声器)造成任何损害之前被快速地抑制。
虽然已经以一定程度的特殊性描述并举例说明了本发明，但应理解的是本公开仅仅以示例的方式做出的，并且在不脱离如下文要求保护的本发明的精神和范围的情况下，本领域的技术人员可以想到各部分的组合和布置方面的许多变化。

Claims (30)

1.一种用于操作扬声器系统的设备，所述扬声器系统包括耦合至放大器的扬声器，所述设备包括：
第一电路，用于在静音模式下开启所述放大器；
第二电路，用于在第一延迟时段之后，向所述放大器发出将所述放大器置于播放模式的播放命令，但是在第二延迟时段期间没有输入信号；以及
第三电路，用于在所述第二延迟时段期间执行扬声器偏移检测；
其中，如果存在偏移，则迫使所述扬声器返回静音模式，但是如果不存在偏移，则允许所述放大器继续在播放模式下操作。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，微处理器发出将所述放大器置于静音模式的命令。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，微处理器发出将所述放大器置于播放模式的命令。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一延迟时段为约一秒。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二延迟时段为约100毫秒。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，由所述放大器中的电路来实现迫使所述放大器返回至静音模式。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述偏移检测包括大于约两伏的阈值偏移的检测。
8.根据权利要求1所述的设备，还包括第四电路，用于如果检测到偏移则发出扬声器保护控制信号或命令。
9.一种设备，包括：
至少一个处理器，以及
至少一个存储器，所述存储器包括计算机程序指令，其中所述至少一个存储器和所述计算机程序指令被配置成使用所述至少一个处理器使得所述设备至少执行以下步骤：
在静音模式下开启所述放大器；
在第一延迟时段之后，向所述放大器发出将所述放大器置于播放模式的播放命令，但是在第二延迟时段期间没有输入信号；以及
在所述第二延迟时段期间执行扬声器偏移检测；
其中，如果存在偏移，则迫使所述扬声器返回静音模式，但是如果不存在偏移，则允许所述放大器继续在播放模式下操作。
10.一种计算机程序产品，包括至少一个非瞬态计算机可读存储介质，其具有存储在其中的计算机可读程序指令部分，所述计算机可读程序指令部分包括：
用于在静音模式下开启所述放大器的程序代码指令；
用于在第一延迟时段之后向所述放大器发出将所述放大器置于播放模式的播放命令的程序代码指令，但是在第二延迟时段期间没有输入信号；以及
用于在所述第二延迟时段期间执行扬声器偏移检测的程序代码指令；
其中，如果存在偏移，则迫使所述扬声器返回静音模式，但是如果不存在偏移，则允许所述放大器继续在播放模式下操作。
11.一种用于在扬声器系统中使用的数字电路，包括：
中间节点，其用于提供扬声器保护控制信号；
第一锁存器，其用于接收所述偏移控制信号；
第一逻辑门，其用于接收所述播放控制信号、所述偏移控制信号和所述扬声器保护控制信号；
第二逻辑门，其被耦合到所述第一锁存器以便接收所述播放控制信号和所述扬声器保护控制信号；
第二锁存器，其被耦合到所述第一逻辑门以便提供所述被迫静音信号；以及
第三锁存器，其被耦合到所述第二逻辑门和所述中间节点。
12.根据权利要求11所述的数字电路，其中，所述第一锁存器、所述第二锁存器和所述第三锁存器具有共同的放大器控制信号控制。
13.根据权利要求11所述的数字电路，其中，所述第一、第二和第三锁存器包括D型触发器。
14.根据权利要求13所述的数字电路，其中每个D型触发器包括耦合至D输入端的反相输出端。
15.根据权利要求11所述的数字电路，其中，所述第一和第二逻辑门包括三输入NAND门。
16.根据权利要求11所述的数字电路，其中，所述第一和第二逻辑门包括三输入AND门。
17.根据权利要求11所述的数字电路，其中所述数字电路被嵌入在功率放大器器件中。
18.一种扬声器系统，包括根据权利要求11所述的数字电路，所述系统还包括：
扬声器；
功率放大器器件，耦合至所述扬声器，其中所述数字电路被嵌入在所述功率放大器器件中；以及
偏移比较器，耦合至所述扬声器以用于提供所述偏移控制信号。
19.一种集成电路，包括：
播放控制信号输入节点；
偏移指示输入节点；
静音控制输出节点；
中间节点；
第一锁存器，其输入端耦合至所述偏移指示输入节点；
第一比较电路，其输出端耦合至所述静音控制输出节点，所述第一比较电路具有耦合至所述播放控制信号输入节点、所述偏移指示输入节点和所述中间节点的输入端；以及
第二比较电路，其输出端耦合至所述中间节点，所述第二比较电路具有耦合至所述播放控制信号输入节点、所述第一锁存器的输出端和所述中间节点的输入端。
20.根据权利要求19所述的集成电路，其中所述集成电路被配置用于在扬声器系统中使用并且其中所述中间节点被配置成承载扬声器保护控制信号。
21.根据权利要求19所述的集成电路，其中所述第一比较电路包括第一逻辑门并且其中所述第二比较电路包括第二逻辑门。
22.根据权利要求21所述的集成电路，其中所述第一比较电路还包括耦合至所述第一逻辑门的输出的第二锁存器并且其中所述第二比较电路还包括耦合至所述第二逻辑门的输出端的第三锁存器。
23.根据权利要求22所述的集成电路，其中所述第一锁存器、所述第二锁存器和所述第三锁存器均由共同的放大器控制信号控制。
24.根据权利要求23所述的集成电路，其中所述第一锁存器、所述第二锁存器和所述第三锁存器均包括D型触发器。
25.根据权利要求24所述的集成电路，其中每个D型触发器包括耦合至D输入端的反相输出端。
26.根据权利要求21所述的集成电路，其中，所述第一和第二逻辑门包括三输入NAND门。
27.根据权利要求19所述的集成电路，其中，所述集成电路被嵌入在功率放大器器件中。
28.一种扬声器系统，包括根据权利要求19所述的集成电路，所述系统还包括：
功率放大器器件；以及
偏移比较器，耦合在所述功率放大器器件和偏移指示输入节点之间。
29.根据权利要求28所述的系统，还包括扬声器，其具有耦合至所述功率放大器器件的输出端的输入端。
30.一种用于控制扬声器系统的操作的数字电路，所述扬声器系统包括耦合至放大器的扬声器，所述数字电路包括：
用于生成扬声器偏移检测信号的装置；
用于基于所述扬声器偏移检测信号、播放控制信号和所述扬声器控制信号的先前值来生成扬声器控制信号的装置；以及
用于基于所述扬声器偏移检测信号、所述播放控制信号和所生成的扬声器控制信号生成迫使静音信号的装置。
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