CN109084911B - 温度检测采样电路及音频放大器芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种温度检测采样电路及音频放大器芯片，所述温度检测采样电路包括电压产生电路、负反馈缓冲电路、比较放大电路和数模转换器。所述电压产生电路产生第一检测电压和第二检测电压，所述负反馈缓冲电路对所述第一检测电压进行缓冲处理，所述第二检测电压和经过缓冲处理后的所述第一检测电压通过所述比较放大电路进行放大处理，最终获得输出电压，所述数模转换器基于所述输出电压与温度的关系，判断芯片当前的温度。基于本发明实施例，所述输出电压能够与温度呈线性关系，保证检测温度的准确性。

Description

温度检测采样电路及音频放大器芯片
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及温度检测采样电路及音频放大器芯片。
背景技术
随着社会的发展，电子产品成为了人们生活工作中不可或缺的一部分。扬声器是电子产品的主要组成部分，因此扬声器的可靠性也在消费电子领域越来越得到重视。
在扬声器领域中，D类音频功率放大器为常见的扬声器类型。由于，该D类音频功率放大器的输出电流值会影响其工作的可靠性，而D类音频功率放大器的电流又会随着内部芯片的温度变化而发生变化。为避免温度变化影响D类音频功率放大器的输出电流值，从而导致扬声器工作异常。因此，需要对D类音频功率放大器的芯片进行温度检测。
在现有技术中，对温度检测电路中的晶体管的基极-发射极结电压进行检测记录，从而获得温度的变化值。然而，因该晶体管的基极-发射极结电压变化值与温度的变化值呈现非线性关系，从而导致检测的温度出现较大的误差。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种温度检测采样电路及音频放大器芯片，以解决现有技术中输出电压与温度变化呈非线性关系的问题，保证检测温度的准确性。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
本发明第一方面公开了一种温度检测采样电路，该温度检测采样电路包括：
电压产生电路、负反馈缓冲电路和比较放大电路；
所述电压产生电路的第一输出端与所述负反馈缓冲电路的同相输入端相连，第二输出端与所述比较放大电路的同相输入端相连，所述电压产生电路，用于产生第一检测电压和第二检测电压，并将所述第一检测电压作为所述负反馈缓冲电路的同相输入，将所述第二检测电压作为所述比较放大电路的同相输入；
所述负反馈缓冲电路的输出端与所述比较放大电路的反相输入端相连，用于对输入的所述第一检测电压进行缓冲处理，并将缓冲处理后的所述第一检测电压作为所述比较放大电路的反相输入；
所述比较放大电路，用于对输入的所述第二检测电压和经由所述负反馈缓冲电路输入的所述第一检测电压进行放大处理，获取输出电压；
其中，所述输出电压与温度的对应关系为VOUT∝5.17*VT，VOUT为所述输出电压，VT为热电压。
优选地，所述电压产生电路包括：第一电流源、第二电流源、第一晶体管和第二晶体管；
所述第一电流源的输入端与电源电压相连，输出端与所述第一晶体管的发射极相连，所述第一晶体管的集电极和基极接地，所述第一晶体管的发射极作为所述电压产生电路的第一输出端与所述负反馈缓冲电路的同相输入端相连，所述第一晶体管基于所述第一电流源产生作为所述第一检测电压的基极发射极结电压VBE1，所述第一检测电压通过所述第一输出端输出；
所述第二电流源的输入端与电源电压相连，输出端与所述第二晶体管的发射极相连，所述第二晶体管的集电极和基极接地，所述第二晶体管的发射极作为所述电压产生电路的第二输出端与所述比较放大电路的同相输入端相连，所述第二晶体管基于所述第二电流源产生作为所述第二检测电压的基极发射极结电压VBE2，所述第二检测电压通过所述第二输出端输出。
优选地，所述第二电流源所产生的电流值是所述第一电流源产生的电流值的10倍。
优选地，所述第二晶体管的品质因素与所述第一晶体管的品质因素一致。
优选地，所述比较放大电路包括：第二运算放大器、第一电阻和第二电阻；
所述第一电阻的一端与所述负反馈缓冲电路的输出端相连，另一端与所述第二运算放大器的反相输入端相连；
所述第二运算放大器的同相输入端与所述电压产生电路的所述第二输出端相连；
所述第二电阻并联于所述第二运算放大器的反相输入端与输出端之间；
所述第二运算放大器对输入的所述第二检测电压和经由所述负反馈缓冲电路输入的所述第一检测电压进行放大处理，获取所述输出电压。
优选地，所述第二电阻的阻抗值是所述第一电阻的阻抗值的11倍。
优选地，还包括：输入端与所述比较放大电路输出端相连的数模转换器，用于基于所述输出电压与温度的对应关系，判断所述芯片的当前温度。
本发明第二方面公开了一种音频放大器芯片，该音频放大器芯片包括：本发明第一方面公开的一种温度检测采样电路。
优选地，所述音频放大器芯片为D类音频放大器芯片。
基于上述本发明实施例提供的一种温度检测采样电路及音频放大器芯片，所述温度检测采样电路包括电压产生电路、负反馈缓冲电路、比较放大电路和数模转换器。所述电压产生电路产生第一检测电压和第二检测电压，所述负反馈缓冲电路对所述第一检测电压进行缓冲处理，所述第二检测电压和经过缓冲处理后的所述第一检测电压通过所述比较放大电路进行放大处理，最终获得输出电压，所述数模转换器基于所述输出电压与温度的关系，判断芯片当前的温度。基于本发明实施例，所述输出电压能够与温度呈线性关系，保证检测温度的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种温度检测采样电路的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种温度检测采样电路的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的温度检测采样电路仿真曲线的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。
在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
基于上述背景，本发明实施例提供下述适用于D类音频放大器芯片的温度检测采样电路，从而解决现有技术中输出电压与温度变化呈非线性关系的问题，保证检测温度的准确性。
如图1所示，为本发明实施例提供的一种温度检测采样电路的结构示意图。
所述温度检测采样电路包括：电压产生电路101、负反馈缓冲电路102、比较放大电路103和数模转换器104。
其中，所述电压产生电路101分别与负反馈缓冲电路102和比较放大电路103相连。所述电压产生电路101用于产生第一检测电压和第二检测电压，所述第一检测电压和所述第二检测电压经过所述负反馈缓冲电路102和所述比较放大电路103的处理后，能提供与温度呈线性关系的输出电压。
具体的，所述电压产生电路101包含两个输出端，分别是第一输出端和第二输出端。其中，所述第一输出端用于输出所述第一检测电压，所述第二输出端用于输出所述第二检测电压。此外，所述第一输出端与所述负反馈缓冲电路102的同相输入端相连，所述第一检测电压则作为所述负反馈缓冲电路102的同相输入。所述第二输出端与所述比较放大电路103的同相输入端相连，所述第二检测电压则作为所述比较放大电路103的同相输入。
所述负反馈缓冲电路102不仅与所述电压产生电路101相连，还与所述比较放大电路103相连。
具体的，所述负反馈缓冲电路102的输出端与所述比较放大电路103的反相输入端相连。需要说明的是，所述负反馈缓冲电路102对输入的所述第一检测电压进行缓冲处理，并将缓冲处理后的所述第一检测电压作为所述比较放大电路103的反相输入。
所述比较放大电路103对输入的所述第二检测电压和经由所述负反馈缓冲电路102输入的所述第一检测电压进行放大处理，获取所述输出电压。最终，所述输出电压能与温度呈线性关系。
所述数模转换器104与所述比较放大电路103相连。具体的，所述数模转换器104的输入端与所述比较放大电路103的输出端相连，并对由所述比较放大电路103输出的输出电压进行相应处理。所述数模转换器104基于所述输出电压与温度的对应关系，判断芯片的当前温度。
需要说明的是，所述数模转换器104可以为任意形式的数模转换器，本发明实施例不作限定。
在本发明实施例中，温度检测采样电路包括电压产生电路、负反馈缓冲电路、比较放大电路和数模转换器。所述电压产生电路产生第一检测电压和第二检测电压，所述负反馈缓冲电路对所述第一检测电压进行缓冲处理，所述第二检测电压和经过缓冲处理后的所述第一检测电压通过所述比较放大电路进行放大处理，最终获得输出电压，所述数模转换器基于所述输出电压与温度的关系，判断芯片当前的温度。基于本发明实施例，所述输出电压能够与温度呈线性关系，保证检测温度的准确性，并且能够实时准确地检测温度，保护芯片正常工作。
进一步的，如图2所示，为本发明实施例提供的另一种温度检测采样电路的结构示意图，所述温度检测采样电路包括：电压产生电路201、负反馈缓冲电路202和比较放大电路203。
所述电压产生电路201包括：第一电流源I1、第二电流源I2、第一晶体管Q1和第二晶体管Q2。
其中，所述第一电流源I1的输入端与电源电压相连，输出端与所述第一晶体管Q1的发射极相连，所述第一晶体管Q1的集电极和基极接地。此外，所述第一晶体管Q1的发射极作为所述电压产生电路201的第一输出端与所述负反馈缓冲电路202的同相输入端相连，所述第一晶体管Q1基于所述第一电流源I1产生基极发射极结电压VBE1。所述基极发射极结电压VBE1则作为第一检测电压，并通过所述第一输出端输出。
所述第二电流源I2的输入端与电源电压相连，输出端与所述第二晶体管Q2的发射极相连，所述第二晶体管Q2的集电极和基极接地。此外，所述第二晶体管Q2的发射极作为所述电压产生电路201的第二输出端与所述比较放大电路203的同相输入端相连，所述第二晶体管Q2基于所述第二电流源I2产生基极发射极结电压VBE2。所述基极发射极结电压VBE2则作为第二检测电压，并通过所述第二输出端输出。
需要说明的是，所述第二电流源I2所产生的电流值是所述第一电流源I1产生的电流值的10倍，所述第二晶体管Q2的品质因素与所述第一晶体管Q1的品质因素一致。
进一步说明的是，所述第一电流源I1和所述第二电流源I2可以为任意形式的电流源，在本发明实施例中不作限定。此外，所述第一晶体管Q1与所述第二晶体管Q2可以为任意形式的晶体管。可选的，在本发明实施例中，所述第一晶体管Q1与所述第二晶体管Q2都为双极性晶体管。
所述负反馈缓冲电路202包括：第一运算放大器A1。
其中，所述第一运算放大器A1的同相输入端与所述电压产生电路201的所述第一输出端相连，所述第一运算放大器A1的输出端与反相输入端相连。此外，所述第一运算放大器A1的输出端作为所述负反馈缓冲电路202的输出端，并与所述比较放大电路203的反相输入端相连。
需要说明的是，所述第一运算放大器A1可以为任意形式的运算放大器，在本发明实施例中不作限定。
所述比较放大电路203包括：第二运算放大器A2、第一电阻R1和第二电阻R2。
其中，所述第一电阻R1的一端与所述负反馈缓冲电路202的输出端相连，另一端与所述第二运算放大器A2的反相输入端相连组成所述比较放大电路203的反相输入端。所述第二运算放大器A2的同相输入端作为所述比较放大电路203的同相输入端，并与所述电压产生电路201的所述第二输出端相连。此外，所述第二电阻R2并联于所述第二运算放大器A2的反相输入端与输出端之间。
所述第二运算放大器A2对输入的所述第二检测电压和经由所述负反馈缓冲电路202输入的所述第一检测电压进行放大处理，获取输出电压VOUT。
需要说明的是，所述第二电阻R2的阻抗值是所述第一电阻R1的阻抗值的11倍。
进一步说明的是，所述第二运算放大器A2可以为任意形式的运算放大器，所述第一电阻R1和所述第二电阻R2可以为任意形式的电阻，本发明实施例不作限定。
由上述可知所述温度检测采样电路的具体结构，下面则对所述温度检测采样电路的具体原理进行阐述说明。
由图2示出的温度检测采样电路可知，所述第二电流源I2所产生的电流值是所述第一电流源I1产生的电流值的10倍，所述第二晶体管Q2的品质因素与所述第一晶体管Q1的品质因素一致，并且所述第二电阻R2的阻抗值是所述第一电阻R1的阻抗值的11倍。
因此，由运放的虚短特性可得到
其中，VOUT为输出电压，VBE1为所述第一晶体管Q1基于所述第一电流源I1产生作为所述第一检测电压的基极发射极结电压，VBE2为所述第二晶体管Q2基于所述第二电流源I2产生作为所述第二检测电压的基极发射极结电压，R为所述第一电阻R1的阻抗值。
由公式(1)得出
VOUT＝12VBE2-11VBE1 (2)。
此外，由双极性晶体管的特性可知
其中，VBE为双极性晶体管的基极发射极结电压，VT为热电压，IC为所述双极性晶体管的集电极电流，IS为所述双极性晶体管的饱和电流。
由公式(2)和(3)得出
其中，I为所述第一电流源I1的电流值，则所述第二电流源I2的电流值为10I，IS1为所述第一晶体管Q1的饱和电流值，IS2为所述第二晶体管Q2的饱和电流值。
此外，因所述第一晶体管和所述第二晶体管的品质因素一致，则可知
IS＝IS1＝IS2 (5)。
进一步得到
由公式(4)和(5)计算得出
由公式(6)和(7)进一步得出
VOUT＝VT ln(1012)+VBE1 (8)。
计算公式(8)得出
VOUT＝27.63VT+VBE1 (9)。
进一步的，由工艺特性可知
VBG＝22.46VT+VBE (10)。
其中，VBG为带隙基准电压，且VBG不随温度变化而变化。此外，还需要说明的是，产生所述带隙基准电压VBG的电路可以为任意形式的电路，本发明实施例不作限定。
基于本发明实施例，进一步由公式(10)得到
VBG＝22.46VT+VBE1 (11)。
由公式(9)和(11)得出
VOUT-27.63VT＝VBG-22.46VT (12)。
进一步的可得
VOUT＝VBG+5.17VT (13)。
从而，由公式(13)可得出VOUT和温度关系为
VOUT∝5.17*VT(14)。
因热电压VT具有正温度系数，故可得出
由公式(14)和(15)最后得出
VOUT∝0.45mV/℃(16)。
由公式(16)可知，所述输出电压VOUT与温度呈线性关系。
基于上述图2示出的温度检测采样电路，进行仿真，并记录数据绘制曲线图。如图3所示，为本发明实施例提供的温度检测采样电路仿真曲线的示意图。
如图3所示，所述输出电压VOUT与温度呈现线性关系。
在本发明实施例中，温度检测采样电路包括电压产生电路、负反馈缓冲电路、比较放大电路和数模转换器。所述电压产生电路产生第一检测电压和第二检测电压，所述负反馈缓冲电路对所述第一检测电压进行缓冲处理，所述第二检测电压和经过缓冲处理后的所述第一检测电压通过所述比较放大电路进行放大处理，最终获得输出电压。基于本发明实施例，所述输出电压能够与温度呈线性关系，保证检测温度的准确性。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种温度检测采样电路，其特征在于，适用于音频放大器芯片，所述温度检测采样电路包括：电压产生电路、负反馈缓冲电路和比较放大电路；
所述电压产生电路包括：第一电流源、第二电流源、第一晶体管和第二晶体管，所述第一电流源的输入端与电源电压相连，输出端与所述第一晶体管的发射极相连，所述第一晶体管的集电极和基极接地，所述第一晶体管的发射极作为所述电压产生电路的第一输出端与所述负反馈缓冲电路的同相输入端相连，所述第一晶体管基于所述第一电流源产生作为第一检测电压的基极发射极结电压VBE1，所述第一检测电压通过所述第一输出端输出，所述第二电流源的输入端与电源电压相连，输出端与所述第二晶体管的发射极相连，所述第二晶体管的集电极和基极接地，所述第二晶体管的发射极作为所述电压产生电路的第二输出端与所述比较放大电路的同相输入端相连，所述第二晶体管基于所述第二电流源产生作为第二检测电压的基极发射极结电压VBE2，所述第二检测电压通过所述第二输出端输出，将所述第一检测电压作为所述负反馈缓冲电路的同相输入，将所述第二检测电压作为所述比较放大电路的同相输入；
所述负反馈缓冲电路的输出端与所述比较放大电路的反相输入端相连，用于对输入的所述第一检测电压进行缓冲处理，并将缓冲处理后的所述第一检测电压作为所述比较放大电路的反相输入；
所述比较放大电路包括：第二运算放大器、第一电阻和第二电阻；
所述第一电阻的一端与所述负反馈缓冲电路的输出端相连，另一端与所述第二运算放大器的反相输入端相连；
所述第二运算放大器的同相输入端与所述电压产生电路的所述第二输出端相连；
所述第二电阻并联于所述第二运算放大器的反相输入端与输出端之间；
所述第二运算放大器对输入的所述第二检测电压和经由所述负反馈缓冲电路输入的所述第一检测电压进行放大处理，获取输出电压；
其中，所述输出电压与温度的对应关系为VOUT ∝5.17*VT，VOUT为所述输出电压，VT为热电压。
2.根据权利要求1所述的温度检测采样电路，其特征在于，所述第二电流源所产生的电流值是所述第一电流源产生的电流值的10倍。
3.根据权利要求1所述的温度检测采样电路，其特征在于，所述第二晶体管的品质因素与所述第一晶体管的品质因素一致。
4.根据权利要求1所述的温度检测采样电路，其特征在于，所述第二电阻的阻抗值是所述第一电阻的阻抗值的11倍。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的温度检测采样电路，其特征在于，还包括：
输入端与所述比较放大电路输出端相连的数模转换器，用于基于所述输出电压与温度的对应关系，判断所述芯片的当前温度。
6.一种音频放大器芯片，其特征在于，包括权利要求1-5中任一项所述的温度检测采样电路。
7.根据权利要求6所述的音频放大器芯片，其特征在于，所述音频放大器芯片为D类音频放大器芯片。
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