CN109218915A - 具有直流保护功能的数字功放芯片及其直流保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有直流保护功能的数字功放芯片，DSP核模块接收从上层来的数据流并发送至DCP模块；DCP模块监测数据流并校正直流信号；DAC模块对数据流进行数模信号转换，并通过放大器发出。同时提供了一种数字功放芯片的直流保护方法：对上层来的数据流进行监测：当数据流的幅度大于预设阈值并保持预定义的稳定时间时，判断为直流信号，控制器将数据流的幅度强制校正为零。本发明不需要复杂的乘法运算，实现简单同时作为保护的最后一道防线可以有效隔离直流对喇叭的破坏；通过对现有数字功放芯片架构进行优化，增加直流保护，对保护喇叭振膜和预防直流产生温升烧坏喇叭起到重要作用。
Description
技术领域
本发明涉及数字功放芯片制造技术领域，具体地，涉及一种具有直流保护功能的数字功放芯片及其直流保护方法。
背景技术
现有的数字功放芯片对信号流(数据流)的处理可以抽象如图1所示，从上层传送的数据流进入DSP core(DSP核)，经过直流滤波和音效处理后，再经过DAC成为模拟信号，这个模拟信号通过运放驱动喇叭。
现有的数字功放芯片对数据流的处理，通常存在如下问题：
在数据处理中，一般需要乘加运算甚至是除法运算，所以通常采用DSP core来实现这些运算；所有运算在一个core里实现可以节省面积，但是这样带来的一个问题是，一旦DSP core处理出错或是停在一个死循环，DAC(数模转换器)可能会收到一个直流信号，这个直流信号如果不能及时发现处理，经过放大器驱动喇叭后会烧坏喇叭或是损坏喇叭振膜。
也就是说，现有技术仅仅在DSP core里有直流滤波，不能预防DSP core异常后产生的直流信号，这将给喇叭的使用带来极大的安全隐患以及质量隐患，因此，如何改变这个问题，成为本领域亟待解决的问题。
目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种具有直流保护功能的数字功放芯片及其直流保护方法。本发明不需要复杂的乘法运算，实现简单同时作为保护的最后一道防线可以有效隔离直流对喇叭的破坏；通过对现有数字功放芯片架构进行优化，增加直流保护，对保护喇叭振膜和预防直流电流导致温升烧坏喇叭起到重要作用。
本发明是通过以下技术方案实现的。
根据本发明的一个方面，提供了一种具有直流保护功能的数字功放芯片，包括集成的DSP核模块、DCP模块、DAC模块以及放大器；其中：
所述DSP核模块接收从上层来的数据流并发送至DCP模块；
所述DCP模块监测输入的数据流：
-当输入的数据流幅度正常时，直接输出至DAC模块；
-当输入的数据流幅度异常时，校正数据流幅度后输出至DAC模块；
所述DAC模块对接收到的数据流进行数模信号转换，并通过所述放大器发出。
优选地，所述DCP模块包括包络计算单元、幅值比较单元、计时器以及幅值校正单元；其中：
所述包络计算单元通过包络检测对输入的数据流进行幅度计算，并输出计算结果至幅值比较单元；
所述幅值比较单元对输入的数据流幅度与预设阈值进行比较，当数据流幅度大于预设阈值时，输出控制信号至计时器，启动计时器；
所述计时器在控制信号上升沿启动计时，在控制信号下降沿清零；当计时时间大于预设置的稳定时间，计时器输出信号指令至幅值校正单元；
所述幅值校正单元根据信号指令，将输入数据流的幅度强制校正为零后输出。
优选地，所述预设阈值为：-10db至-66db。
优选地，所述预设值的稳定时间为：10ms至5s。
根据本发明的另一个方面，提供了一种数字功放芯片的直流保护方法，包括如下步骤：
对输入的数据流进行幅度监测：
-当输入的数据流的幅度大于预设阈值时，输出控制信号，启动计时器；
-当控制信号的保持时间大于预设置的稳定时间时，判断为直流信号，输入数据流的幅度强制校正为零。
优选地，所述预设阈值为：-10db至-66db。
优选地，所述预设值的稳定时间为：10ms至5s。
优选地，采用计时器控制控制信号的保持时间。
优选地，数据流的幅度通过包络检测计算得到。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明克服了技术上的难题，在现有结构的DSP core后端加入一个DCP模块(直流保护模块)，不需要复杂的乘法运算，实现简单同时作为保护的最后一道防线可以有效隔离直流对喇叭的破坏。
2、本发明通过对现有数字功放芯片架构进行优化，增加直流保护，对保护喇叭振膜和预防直流产生温升烧坏喇叭起到重要作用。
3、本发明通过简单的包络检测和计时器实现直流保护，具有占用芯片面积小，简单可靠的优点。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为现有的数字功放芯片对数据流处理的结构示意图；
图2为本发明提供的具有直流保护功能的数字功放芯片对数据流处理的结构示意图；
图3为DCP模块的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供了一种具有直流保护功能的数字功放芯片，包括集成的如下模块：DSP核模块、DCP模块、DAC模块以及放大器；其中：
所述DSP核模块接收从上层来的数据流并发送至DCP模块；所述DCP模块监测数据流并校正直流信号；DAC模块对数据流进行数模信号转换，并通过放大器发出。
进一步地，所述DCP模块包括包络计算单元、幅值比较单元、计时器以及幅值校正单元；其中：
所述包络计算单元通过包络检测对输入的数据流进行幅度计算，并输出计算结果至幅值比较单元；
所述幅值比较单元对输入的数据流幅度与预设阈值进行比较，当数据流幅度大于预设阈值时，输出控制信号至计时器，启动计时器；
所述计时器在控制信号上升沿启动计时，在控制信号下降沿清零；当计时时间大于预设置的稳定时间，计时器输出信号指令至幅值校正单元；
所述幅值校正单元根据信号指令，将输入数据流的幅度强制校正为零后输出。
进一步地，所述预设阈值为：-10db到-66db。
进一步地，所述预设值的稳定时间为：10ms到5s。
本实施例提供的具有直流保护功能的数字功放芯片，其设计原理为：
直流信号对喇叭的损坏有两个方面，一是损坏喇叭振膜，这和直流信号幅度有关，幅度越大越容易损坏。另一个是过热烧坏喇叭，只要直流产生的功率不是过大，则喇叭温升有一定时间，一般可达秒级。所以温度保护可以从信号幅度和持续时间两个方面考虑。
DSP core中有直流滤波，DCP仅仅是作为DSP core意外发生时的补充手段，所以正常工作时，DCP不能对数据做任何改变；这样就不能用简单的DC滤波器来实现，因为普通的DC滤波器用IIR数字滤波器来实现会给数据流带来非线性影响，同时里面的乘法运算会导致芯片面积的增加。
如图2所示，本实施例通过在现有结构的DSP core的后端加入一个DCP模块，该DCP模块要在DSP core停止工作后起到直流保护的作用，同时DCP模块的架构要足够简单，否则会带来面积上的增加。
本实施例在现有结构的DSP core后端加入一个DCP模块，克服了如下技术难题：
1、DSP core是整个芯片信号处理的核心，在信号mute时要能够进入低功耗状态，关闭其时钟信号，状态机停转，或在某些特殊应用时会关闭DSP core以省功耗，此时不能再靠DSP core来实施芯片直流保护；本实施例利用一个结构简单的DCP模块连接在DSP core后，可以有效达成降功耗的目的。
2、DSP core实现系由复杂的状态机控制，实践中会发现由于某个错误输入，导致状态转换异常，使得DSP进入死循环，此时DSP core里所有集成的保护都不起作用；本实施例在DSP core的后端设置了一个额外的保护模块，能够在DSP core失去保护作用之后做到最后的拦截作用。
3、DCP模块不同于常用的直流滤波器或类似高通滤波器，因为直流滤波器或类似高通滤波器的实现需要乘法运算，会带来额外的面积开销；本实施例所用的DCP模块，只需要简单的包络检测和计时器，就可以实现对信号通路的保护，结构简单有效。
在本实施例中，DSP core与DCP模块之间是通过以下方式进行连接的：
DSP core输出数据流直接进入DCP模块，DCP对数据流进行包络检测，当输入数据流的幅度大于预设阈值时，输出控制信号，启动计时器；当控制信号的保持时间大于预设置的稳定时间时，判断为直流信号，将输入数据流的幅度强制校正为零，然后送出到后面的DAC模块。
如图3所示，DCP模块监测数据流的工作过程为，当幅值比较单元发现输入数据流的幅度是大于预设置的threshold(阈值)时，输出控制信号，此时启动timer(计时器)，如果计时器值(控制信号的保持时间)大于预设置的stable time(稳定时间)，DCP模块的幅值校正单元把输入数据流的幅度强制拉到0，保护喇叭。
实施例2
本实施例提供了一种数字功放芯片的直流保护方法，包括如下步骤：
对输入的数据流进行幅度监测：
-当输入的数据流的幅度大于预设阈值时，输出控制信号，启动计时器；
-当控制信号的保持时间大于预设置的稳定时间时，判断为直流信号，输入数据流的幅度强制校正为零，保护喇叭。
进一步地，所述预设阈值为：-10db到-66db。
进一步地，所述预设值的稳定时间为：10ms到5s。
进一步地，采用计时器控制信号的保持时间。
进一步地，数据流的幅度通过包络检测计算得到。
本实施例提供的数字功放芯片的直流保护方法，可以采用实施例1中提供的DCP模块进行实施。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (9)
1.一种具有直流保护功能的数字功放芯片，其特征在于，包括集成的DSP核模块、DCP模块、DAC模块以及放大器；其中：
所述DSP核模块接收从上层来的数据流并发送至DCP模块；
所述DCP模块监测输入的数据流：
-当输入的数据流幅度正常时，直接输出至DAC模块；
-当输入的数据流幅度异常时，校正数据流幅度后输出至DAC模块；
所述DAC模块对接收到的数据流进行数模信号转换，并通过所述放大器发出。
2.根据权利要求1所述的具有直流保护功能的数字功放芯片，其特征在于，所述DCP模块包括包络计算单元、幅值比较单元、计时器以及幅值校正单元；其中：
所述包络计算单元通过包络检测对输入的数据流进行幅度计算，并输出计算结果至幅值比较单元；
所述幅值比较单元对输入的数据流幅度与预设阈值进行比较，当数据流幅度大于预设阈值时，输出控制信号至计时器，启动计时器；
所述计时器在控制信号上升沿启动计时，在控制信号下降沿清零；当计时时间大于预设置的稳定时间，计时器输出信号指令至幅值校正单元；
所述幅值校正单元根据信号指令，将输入数据流的幅度强制校正为零后输出。
3.根据权利要求2所述的具有直流保护功能的数字功放芯片，其特征在于，所述预设阈值为：-10db至-66db。
4.根据权利要求2所述的具有直流保护功能的数字功放芯片，其特征在于，所述预设值的稳定时间为：10ms至5s。
5.一种数字功放芯片的直流保护方法，其特征在于，包括如下步骤：
对输入的数据流进行幅度监测：
-当输入的数据流的幅度大于预设阈值时，输出控制信号，启动计时器；
-当控制信号的保持时间大于预设置的稳定时间时，判断为直流信号，输入数据流的幅度强制校正为零。
6.根据权利要求5所述的数字功放芯片的直流保护方法，其特征在于，所述预设阈值为：-10db至-66db。
7.根据权利要求5所述的数字功放芯片的直流保护方法，其特征在于，所述预设值的稳定时间为：10ms至5s。
8.根据权利要求5所述的数字功放芯片的直流保护方法，其特征在于，采用计时器控制控制信号的保持时间。
9.根据权利要求5所述的数字功放芯片的直流保护方法，其特征在于，数据流的幅度通过包络检测计算得到。
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