CN113287327A - 负载检测 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及音频驱动电路(100)，并且特别地涉及用于输出第一音频驱动信号和第二音频驱动信号来驱动立体声音频负载(106)的音频驱动电路，所述立体声音频负载可为在使用中可移除地耦合到所述音频驱动电路的附件设备(102)的立体声音频负载。提供负载监测器(111)来用于监测，以从监测节点(112)监测经过共同返回路径的共模返回电流的指示以及所述第一音频驱动信号和所述第二音频驱动信号的共模分量的指示，并且确定所述立体声音频负载的阻抗特性。所述负载监测器(111)可提供对负载阻抗的任何显著变化的动态监测。在一些实施方案中，所述负载监测器(111)包括自适应滤波器(301)，所述自适应滤波器自适应所述滤波器的与所述负载阻抗相关的参数，以便确定负载阻抗的指示。

Description

负载检测
本公开的代表性实施方案的领域涉及与确定在使用中连接到音频输出电路的音频负载的性质有关或相关、例如用于确定负载阻抗的指示、特别是附件设备的阻抗的方法、设备和/或实现方式。
许多电子装置具有向可在使用中经由一些有线连接可移除地连接到电子装置的附件或外围设备的音频输出换能器(例如，扬声器)提供音频驱动信号的能力。例如，许多电子装置可具有插口(例如，诸如3.5mm插孔)以用于在使用中接纳附件设备的对应的配合插头(例如，诸如3.5mm插头)来提供模拟音频驱动信号以驱动附件设备的扬声器，例如一副耳机或耳塞等。典型地，音频驱动器电路可输出立体声音频驱动信号，即，分开的左音频驱动信号和右音频驱动信号。
有多种不同的音频附件设备可在使用中连接到这样的电子装置，并且附件设备的音频输出换能器可具有在各附件间相当不同的性质、特别是阻抗。因此，不同的配件可能会给电子装置的音频驱动电路带来相当不同的音频负载。例如，一些高质量耳机附件可具有大约数百欧姆的针对DC的负载阻抗，而其他耳机或耳塞布置可向音频负载提供仅几欧姆的在DC下的负载阻抗。
为了提供合适的音频驱动信号来驱动呈现相对高的阻抗负载的附件，音频驱动电路可能能够生成相对大振幅的驱动信号。然而，对于呈现相对低阻抗负载的附件，应优选地避免非常高振幅的驱动信号以避免过度驱动附件的扬声器，过度驱动扬声器有可能会使扬声器损坏或劣化和/或导致可能使用户不舒适或甚至有可能造成损害的高声压级。
因此，已知例如经由插孔内的机械开关的操作来检测附件装置的连接和断开。
在检测到附件装置的连接时，可执行音频负载的阻抗的初始测量并且相应地配置音频驱动器电路的至少一个参数，诸如最大驱动电平。这确实允许音频驱动器电路与一系列不同的附件装置一起令人满意地操作，但是依赖于对附件的连接的清楚的初始检测。
本公开的实施方案涉及用于确定可在使用中动态地操作的负载的性质的方法、设备和系统。
根据本公开的一个方面，提供了音频驱动电路，所述音频驱动电路包括：
第一音频通道和第二音频通道，所述第一音频通道和所述第二音频通道用于输出包括第一音频负载和第二音频负载的立体声音频负载的第一音频驱动信号和第二音频驱动信号；
用于所述第一音频负载和所述第二音频负载到定义的参考电压的共同返回路径；以及
负载监测器，所述负载监测器被配置为监测经过所述共同返回路径的共模返回电流的指示以及所述第一音频驱动信号和所述第二音频驱动信号的共模分量的指示，并且确定所述立体声音频负载的阻抗特性。
在一些实施方案中，所述负载监测器可包括自适应滤波器，所述自适应滤波器用于自适应与所述立体声音频负载的阻抗相关的参数。所述自适应滤波器可被配置为最小化第一值与第二值之间的误差，其中所述第一值是基于共模返回电流的所述指示和与阻抗相关的所述参数。所述第二值可基于所述第一驱动信号和所述第二驱动信号的共模分量的所述指示。在一些实现方式中，所述自适应滤波器可包括控制器，所述控制器被配置为通过与所述第一值和所述第二值之间的所述误差成比例的自适应值来迭代地自适应与阻抗相关的所述参数的当前值。
所述自适应值还可与基于所述共模返回电流的所述指示的第一值成比例。在一些实施方案中，所述控制器可被配置为根据所述共模返回电流的所述指示来确定所述第一值，使得与对于所述共模返回电流的所述指示的在较高范围内的至少一些值相比，对于所述共模返回电流的所述指示的在较低范围内的至少一些值，所述第一值与所述共模返回电流的所述指示之间的比率更大。
在一些实现方式中，所述自适应值还可与收敛因子成比例。在一些实施方案中，所述控制器可被配置为基于预期信号电平的指示来改变所述收敛因子的值，使得与对于至少较高预期信号电平相比，对于至少一些较低预期信号电平，所述收敛因子更大。
在一些实现方式中，所述自适应滤波器被配置为实现最小均方算法。在一些实现方式中，所述自适应滤波器包括单抽头自适应滤波器，但是在其他实现方式中，也可使用多抽头自适应滤波器。
所述共同返回路径可包括在所述监测节点与所述定义的参考之间的电阻。所述共模返回电流的所述指示可包括所述监测节点的电压。
在一些示例中，所述负载监测器包括共模模块，所述共模模块被配置为接收所述第一音频驱动信号和所述第二音频驱动信号的指示并且确定所述共模分量的所述指示。在一些实现方式中，所述共模模块还可被配置为确定所述第一音频驱动信号和所述第二音频驱动信号的差分分量。所述负载监测器可被配置为确定是否存在所述驱动信号的与所述差分分量相比不足的共模分量，并且在检测到不足的共模分量的情况下，暂停所述阻抗特性的确定。所述负载监测器可被配置为如果所述共模分量低于定义的共模阈值而所述差分分量高于差分阈值，则确定存在与所述差分分量相比不足的共模分量。
在一些示例中，所述负载监测器可包括电平检测器，所述电平检测器被配置为确定共模返回电流的所述指示是高于还是低于至少定义的阈值。所述电平检测器可被配置为确定共模返回电流的所述指示是否高于定义的幅度上限阈值，所述定义的幅度上限阈值对应于被分类为低阻抗的阻抗范围的上限。另外地或可选地，所述电平检测器可被配置为确定共模返回电流的所述指示是否低于定义的幅度下限阈值，所述定义的幅度下限阈值对应于被分类为高阻抗的阻抗范围的下限。另外地或可选地，所述电平检测器可被配置为确定共模返回电流的所述指示是否低于噪声阈值。所述负载监测器可被配置为如果共模返回电流的所述指示低于所述噪声阈值，则暂停所述阻抗特性的确定。
所述第一音频通道和所述第二音频通道中的每一者可包括由电源供电的相应的音频输出驱动器。在一些实施方案中，基于由所述负载监测器确定的阻抗的所述指示，所述音频驱动电路可控制以下至少一者：音频输出驱动器的最大输出电压幅度；以及从所述电源到所述音频输出驱动器的最大输出电压幅度。
在一些实现方式中，所述负载监测器还可被配置为接收以下至少一者：来自音频输出驱动器的信号削波的指示；以及所述电源中的电流限制的指示。
所述音频驱动电路可被实现为集成电路。
实施方案还涉及一种电子装置，所述电子装置包括根据本文描述的变型中的任一者的音频驱动电路以及连接器，所述连接器用于与使用中的附件设备进行可移除的配合连接。所述第一音频通道和所述第二音频通道可被配置为将所述第一音频驱动信号和所述第二音频驱动信号输出到所述连接器的第一电触点和第二电触点，并且所述共同返回路径可连接到所述连接器的第三电触点。
所述装置可为以下至少一者：便携式装置、电池供电装置、通信装置；移动或蜂窝电话装置或者智能电话；计算装置；平板计算机、笔记本计算机、膝上型计算机或台式计算机；可穿戴装置；智能手表；语音激活或语音控制装置。
在另一个方面，提供了音频驱动电路，所述音频驱动电路包括：
第一音频通道和第二音频通道，所述第一音频通道和所述第二音频通道用于输出立体声音频负载的第一音频驱动信号和第二音频驱动信号；
用于所述立体声音频负载到定义的参考电压的共同返回路径；以及
负载监测器，所述负载监测器被配置为监测所述共同返回路径的监测节点以及所述第一音频驱动信号和所述第二音频驱动信号的指示，并且确定所述音频负载的阻抗特性；
其中所述共同返回路径包括所述监测节点与所述定义的参考电压之间的电阻；并且
其中所述负载监测器包括自适应滤波器，所述自适应滤波器用于自适应与所述立体声音频负载的阻抗相关的参数。
在又一个方面，提供了音频驱动电路，所述音频驱动电路包括：
第一音频通道和第二音频通道，所述第一音频通道和所述第二音频通道用于输出第一音频负载和第二音频负载的第一音频驱动信号和第二音频驱动信号；
用于所述第一音频负载和所述第二音频负载的共同返回路径；以及
负载监测器，所述负载监测器被配置为监测所述共同返回路径的监测节点处的电压，并且确定所述第一音频负载和所述第二音频负载的阻抗特性；
其中所述负载监测器包括自适应滤波器，所述自适应滤波器被配置为基于所述监测的节点处的所述电压以及由所述第一音频驱动信号和所述第二音频驱动信号产生的共模电压来自适应与所述第一音频负载和所述第二音频负载的阻抗相关的参数。
除非明确地指出情况相反，否则本文讨论的各种实现方式的各种特征中的任一者可与其他描述的特征中的任一者或多者以任何和所有合适的组合一起实现。
为了更好地理解本公开的示例，并且为了更清楚地示出可如何实现示例，现在将仅以示例的方式参考以下附图，其中：
图1示出了主机装置的用于将音频信号驱动到音频附件的音频电路的示例；
图2示出了音频附件的立体声扬声器的简化模型；
图3a和图3b示出了根据实施方案的具有自适应滤波器的负载监测器的示例；
图4示出了自适应滤波器的模拟结果自适应；并且
图5示出了串扰缓解的实施方案。
以下描述阐述了根据本公开的示例实施方案。另外的示例实施方案和实现方式对于本领域普通技术人员将显而易见。另外，本领域普通技术人员将认识到，可代替或结合以下讨论的实施方案应用各种等效技术，并且所有此类等效物应被视为涵盖在本公开中。
如上文所讨论，主机装置可包括能够将音频驱动信号输出到在使用中可移除地连接到主机装置的附件设备的音频驱动器电路，例如耳机放大器电路。可能有益的是基于附件设备的音频负载的性质(例如，负载阻抗)来配置音频驱动器电路的至少一个参数(例如，驱动极限)。另外如上文所讨论，可经由一些插头检测布置(例如，经由插孔内的机械开关的操作)来确定附件设备的连接，并且在确定附件设备的连接后，可进行对连接的音频负载的某个测量，以便对音频负载进行分类并相应地配置音频驱动电路。
然而，在一些情况下，可能不易通过主机装置的插头(例如，插孔)检测电路检测到附件已经被连接。例如，用于检测插头插入的机械开关可能例如由于被插孔内的污垢或异物堵塞而无法正确地操作。而且，在一些情况下，连接到主机装置的设备本身可具有连接器(诸如插孔)，音频附件可连接到该连接器。
例如，一些主机装置可具有能够与合适的外围设备进行数字数据传输但也能够以一种模式(例如，音频适配器附件模式)进行模拟音频信号传输的通用连接器接口，诸如USB接口或类似物，例如USB-C连接器。例如，适配器或加密狗可包括用于与主机装置的USB插口介接的USB插头，并且还可包括用于与音频附件(例如，一副耳机)的插头配合的至少一个3.5mm插孔。加密狗内的模拟信号路径在USB插头的限定引脚与插孔的极点之间延伸。如果这样的适配器或加密狗插入到主机装置的USB插口中，则主机装置的USB接口可被配置为以模拟模式操作，其中音频驱动电路向USB插口的相关引脚提供音频驱动信号。在一些情况下，主机装置内可能不存在插孔检测布置，或者主机装置内的任何插孔检测布置可能无法总是能够检测到音频附件插入到适配器的外部插孔。
因此，本公开的实施方案涉及监测由音频驱动电路驱动的音频负载，以便检测音频负载的任何显著变化。至少一些实施方案涉及用于确定音频负载并且特别是具有共同返回路径的立体声音频负载的阻抗的布置。实施方案可在不要求来自插孔检测布置或类似物的任何触发的情况下提供音频负载的任何显著变化的指示，并且由此可向音频驱动电路(和/或主机装置的更广泛的系统)提供对在使用中的音频负载的任何显著变化的动态响应。
图1示出了主机装置101的用于驱动附件设备102的音频负载的音频驱动电路100的一个简化示例。音频驱动电路100包括第一音频信号路径和第二音频信号路径，在这种情况下即左音频通道和右音频通道，以分别用于产生第一音频驱动信号VL和第二音频驱动信号VR。在该示例中，每个信号路径包括输出驱动器103(例如，合适的放大器)，以用于生成相应的左驱动信号VL和右驱动信号VR。在一些示例中，输出驱动器103可为放大器(诸如D类放大器)，但是可使用其他布置(诸如AB类放大器)。输出驱动器可从电源104接收电源电压，该电源可包括DC-DC转换器，例如，诸如电荷泵。在使用中，电源104可接收一个或多个输入电压(例如，电池电压)，并且调节供应到输出驱动器103的有可能作为双极电源电压的电压。电源104可操作以向输出驱动器103提供不同幅度的电源电压(V1、V2、……、VN)，并且可以高功率模式操作以向输出驱动器提供合适的电源，以便提供更高幅度的电压驱动信号VL和VR来驱动高阻抗负载。
在图1的示例中，音频驱动电路100的左信号路径和右信号路径各自还包括DAC(数模转换器)105。
由输出驱动器103生成的驱动信号VL和VR用于驱动相应的音频负载，在这种情况下即附件设备102的扬声器106，例如耳机或耳塞扬声器等等。因此，驱动信号驱动立体声音频负载，即包括第一扬声器和第二扬声器的负载，该第一扬声器和第二扬声器可操作以由相应的第一驱动信号和第二驱动信号同时地驱动。在使用中，附件设备102可经由合适的插头和插孔连接器(诸如附件设备的插头和主机装置的插孔)可移除地连接到主机装置，但是可使用任何合适的连接器，并且在一些情况下，在主机装置101与被驱动的音频附件102之间可存在至少一个中间设备(图1中未示出)。在使用中，音频附件设备102的触点107，例如插头的极点(大体由虚线框108指示)将直接地或间接地耦合到主机装置101的相应触点109，例如插孔的极点(大体由虚线框110指示)。音频附件设备102的立体声扬声器106经由附件设备的连接器108的一个触点/极点107共用到定义的参考电压(在该示例中到接地)的共同返回路径。如图所示，主机装置101内的接地返回路径GND可延伸回到音频驱动器电路100。
为了提供对音频负载的性质并且特别是立体声扬声器106的阻抗的监测，负载监测器111被配置为在音频驱动电路100操作时监测在使用中的接地返回路径GND的电性质。负载监测器111可例如监测在接地返回路径中流动的电流的指示。负载监测器111可监测在监测节点112处的接地返回路径GND的电性质。在一些实施方案中，可选择监测节点112，使得在监测节点112与到接地的连接(或如果返回路径不是接地返回的话则是其他定义的参考电压)之间存在至少某个电阻RH。电阻RH可具有相对小的电阻值，例如在一些示例中小于1欧姆，并且可由通常将存在于接地返回路径中的部件(例如，诸如寄生电阻)产生，即电阻RH无需是专门地引入来允许对节点112的监测的电阻。
例如，尽管图1仅示出了在音频驱动电路100与连接器(例如，主机装置的插孔110)之间的三个模拟路径，但是典型地，将存在至少第四信号路径以用于将麦克风偏置输出到附件(如果存在的话)的麦克风和用于从任何这样的麦克风接收麦克风信号。因此，主机装置的插孔110可包括四极插孔，例如，诸如已知的TRRS(尖端-环1-环2-套筒)插孔布置。常规地，在TTRS插头和插孔布置下，左音频驱动信号VL和右音频驱动信号VR被供应到插孔的尖端和环1极点。然而，不同的音频附件可将不同的极点用于接地和麦克风触点；一些附件将环2用于接地并将套筒触点用于麦克风，而其他附件以相反布置使用这些触点。通常，音频驱动电路100将被设计为与任一配置的附件一起操作，并且由此可包括用于根据连接的附件的类型来建立到插孔110的适当极点的接地和麦克风信号路径的开关。因此，在使用中，建立的接地返回路径可包括至少一个开关元件，该至少一个开关元件将在导通状态下提供某一小的固有电阻，并且这样的开关可形成电阻RH的至少部分。开关可例如包括将具有相关联的导通电阻的一个或多个MOS装置，如本领域技术人员将理解。
如上文所指出，在至少一些实现方式中，来自附件设备102的接地返回路径GND可返回到音频电路100，也就是说，当音频驱动电路100被集成为集成电路或芯片的一部分时，可使来自附件设备的接地返回路径GND在芯片上，并且用于建立适当接地返回路径的任何开关也可被集成在芯片上。因此，在一些实施方案中，监测节点112可为包括音频驱动电路100的集成电路的节点。即使接地返回路径或任何接地返回路径开关与音频驱动电路不在同一芯片上，监测节点也可连接到在该芯片上的电路。
监测节点112处的电压VX将是施加到左扬声器和右扬声器106的驱动电压VL和VR和那些扬声器的相应阻抗RL和RR以及电阻RH的函数。
对于大多数音频附件设备，左扬声器和右扬声器106将是同一类型，并且由此可假设左扬声器和右扬声器的阻抗将彼此基本上相同，即，可假设至少对于附件类型检测所需的准确度，RL＝RR。在这种情况下，音频系统可由图2示出的简化模型表示，其中向共同阻抗RC施加电压VL和VR的平均值，该共同阻抗由并联的左扬声器和右扬声器产生。换句话说，向共同阻抗RC(其中RC等于RL||RR)施加共模电压VC(其中VC＝(VL+VR)/2)，该共同阻抗为并联的RL和RR的阻抗(对于RL＝RR，该阻抗等于RL/2或等效地RR/2)。
因此，监测节点112处的电压VX由下式给出：
VX＝VC.RH/(RC+RH) 等式1
在这种情况下，共同阻抗RC的值可表达为：
RC＝RH.(VC-VX)/VX 等式2
因此，共同阻抗RC(其为附件的扬声器的阻抗的指示)可被确定为接地返回路径的电阻RH(其至少在可接受的公差内可为预定的且已知的)以及驱动信号的共模电压VC和监测节点112处的电压VX的函数。
因此，负载监测器111可监测在监测节点112处的电压VX(或等效地电流)并且还接收驱动信号VL和VR的指示SVL和SVR，并且由此确定与共同阻抗RC相关的参数，该共同阻抗本身与如上文所指出的各个扬声器的阻抗相关。
为了提供共同阻抗RC的指示，可实现处理模块以接收驱动信号VL和VR的指示以及监测的电压VX的指示，并且使用存储的RH值来求解等式2。
然而，可预期节点VX处的电压的信号电平相对低。如所指出，音频负载的阻抗可为大约数十或数百欧姆，而接地返回路径的电阻RH可小于1欧姆。从等式1可看出，如果说电阻RH为大约0.5Ω，并且音频负载的共同阻抗RC为比如200Ω，则1V的共模电压只会导致低于2.5mV的电压VX。因此，监测节点处的电压VX可相对低，比如大约几毫伏或小于1mV。将存在与监测节点112的监测相关联的噪声，在一些情况下，该噪声可为大约1mV。
因此，试图直接地求解等式2的处理模块可能显著地受到噪声影响，并且可能产生对共同阻抗RC的估计，该估计因监测节点112处的小信号和相关联的噪声而随时间有很大变化。在音频驱动电路的操作期间，这种变化将会导致对负载阻抗的变化的可靠检测的问题。
在本公开的一些实施方案中，负载监测器111反而实现自适应滤波器。自适应滤波器可被配置为对滤波器的与共同阻抗RC相关的参数进行自适应，以便最小化第一值与第二值之间的误差，其中第一值是基于参数(以及因此共同阻抗RC)的当前估计值和监测的电压VX。在一些实现方式中，第二值可基于共模电压VC。在一些实现方式中，第一值和第二值中的至少一者也可基于接地返回路径的电阻RH。
从等式2可看出：
VX.(RH+RC)＝VC+RH 等式3
或者，换句话说，由下式给出的误差e：
e＝VC.RH-VX.(RC+RH) 等式4
应为零。
因此，自适应滤波器可被配置为调整与共同阻抗RC的值相关的参数，以便最小化等式4或某一等效公式的误差。自适应滤波器可实现例如均方算法，诸如最小均方(LMS)算法。
以此方式使用自适应滤波器对与监测的节点112相关联的噪声是稳健的。自适应滤波器的参数或系数随时间进行自适应，并且对于共同阻抗RC的恒定值，整定到可为共同阻抗RC的良好指示的值。该方法还有利地避免确定除法运算的需要，如基于监测的VX值求解等式2将需要的那样。除法运算可为实现起来相对复杂的运算，并且可能要求相对大量的模拟或数字电路，由此不利地影响成本、尺寸和功耗。
图3a示出了根据一个实施方案的具有自适应滤波器301的负载监测器111的一个示例。
在该示例中，自适应滤波器仅包括单个抽头。其他示例可包括具有多个抽头的自适应滤波器，如稍后所讨论。对于具有多个抽头的自适应滤波器，自适应的参数因此可包括抽头权重的系列或向量，而不是某个标量值。
自适应滤波器301包括第一增益块302，该第一增益块接收监测的节点处的电压VX的指示SVX并且施加作为RC’的函数的增益，其中RC’是共同阻抗RC的估计。在图3a的示例中，增益块302施加与RH+RC’相关的增益，其中RH是接地返回路径的相关部分的已知阻抗的预定值。因此，在该示例中，第一增益块302的输出是与VX.(RC’+RH)成比例的第一值。从第二值中减去该第一值，在该示例中，该第二值取决于共模电压VC。图3a的自适应滤波器301包括第二增益块303，该第二增益块接收指示共模电压VC的信号SVC并且基于接地返回路径的电阻RH的预定值来施加增益。因此，第二增益块303的输出是与VC.RH成比例的第二值。
第一值与第二值之间的差值被确定为误差值e，该误差值被供应到控制器304。控制器304基于误差对滤波器的参数进行自适应，在图3a的示例中，该参数是共同阻抗的当前估计RC’。在该示例中，控制器304还基于VX值来自适应共同阻抗的估计RC’。例如，在一个示例中，控制器304根据下式来自适应RC’的估计：
RC’→RC’-μ.e.VX 等式5
其中μ是收敛因子。共同阻抗的自适应或更新的估计RC’被供应到第一增益单元302以更新所施加的增益。
等式5表示求解等式4的最小均方(LMS)算法的实现方式。其他示例可使用求解等式4的其他方法，诸如已知的最小二乘(LS)或递归最小二乘(RLS)算法。
为了提供指示共模电压VC的信号SVC，负载监测器111可包括CM模块305，该CM模块接收驱动信号VL和VR的指示SVL和SVR并且确定共模电压VC的指示SVC。在一些实现方式中，CM模块305可接收例如从模拟输出分出的驱动信号VL和VR的模拟版本。在这种情况下，接收到的信号SVL和SVR可组合以形成模拟共模电压信号。
自适应滤波器301可至少部分地由模拟电路实现，并且至少第二增益元件303可为模拟增益元件。然而，通常将方便的是在数字域中实现自适应滤波器301，在这种情况下，第一增益元件和第二增益元件可包括数字乘法器。
CM模块305可例如从在图1示出的DAC之前的左信号路径和右信号路径的数字部分接收驱动信号的指示SVL和SVR作为数字信号。在确定共模电压VC的指示SVC时，CM模块可考虑到在左信号路径和右信号路径的模拟部分内的任何增益。这种增益可包括固定增益或可变增益，诸如由模拟音量控制产生的增益。
因此，负载监测器111还可包括ADC 306，其中输入耦合到监测节点112以提供电压VX的指示SVX作为数字信号。在一些实施方案中，滤波器布置307可被布置为对ADC 306的输出进行滤波以提供电压VX的指示SVX。滤波器布置307可被布置为提供一定高通滤波和/或一定低通滤波，如下文将讨论。例如通过类似或匹配的滤波器布置307A，也可复制任何这样的滤波并在CM模块305中应用。
因此，自适应滤波器301的操作是自适应相关参数，即，图3a的示例的估计RC’，以最小化误差。随时间推移，自适应滤波器301稳定到相关参数(例如，估计RC')的相对稳定值，因此，该相对稳定值可用作共同阻抗值RC的良好估计。在定义的监测时间之后，或者一旦自适应滤波器301已经稳定(如可通过许多不同方式进行评估，如本领域技术人员将理解)，控制器304可输出具有关于音频负载的阻抗特性的信息的控制信号SCON。
在一些情况下，控制器304可输出共同阻抗RC’的确定值或其相关值，例如，扬声器的阻抗RL或RR的估计值(等于2RC’)。
在一些情况下，控制器304可另外地或可选地输出关于音频负载是否落入一个或多个定义的阻抗带内的指示。例如，在一些实现方式中，控制器可根据确定的阻抗估计RC’或相关参数是高于还是低于一个或多个定义的阈值而将负载分类为在定义的高阻抗范围内和/或在定义的低阻抗范围内。
将理解，已经在RC和RH方面描述了自适应滤波器301以进行说明，但是值可能受各种缩放因子影响和/或可在RL或RR或其他基本上等效的公式方面进行表达。
例如，图3b示出了根据另一个示例的自适应滤波器的可选实现方式。对于该示例，要注意等式3可重新用公式表示为：
2VC＝VX.(2+2RC/RH) 等式6
值2VC等于VL+VR，并且因此可容易由CM模块305确定。自适应滤波器301因此可被布置为最小化下式的误差e：
e＝2VC-VX.G 等式7
其中G是自适应滤波器301的参数，其被自适应并对应于G＝(2+2RC/RH)。这可提供比图3a示出的示例更简单的计算，其因此可由与图3a的示例相比要求更少的电路面积和/或具有降低的功耗的自适应滤波器实现。
在该示例中，因此，增益块302可接收电压VX的指示SVX并且应用增益因子G以提供与G*VX相关的第一值。如所指出，CM模块305可提供等于2VC的第二值，即等于(VL+VR)的值，作为输出。可确定第一值与第二值之间的误差e，并且控制器304可自适应增益因子G以最小化误差。控制器304可根据下式：
G→G-μ.e.VX 等式8
来以与上文关于图3a讨论的类似的方式自适应参数G。
因此，在该示例中由自适应滤波器自适应的参数G等同于G＝(2+2RC/RH)。因此，可根据增益参数G的值来确定共同阻抗RC的值，但是可能期望确定值2*RC作为扬声器中的单独一者的阻抗RL或RR的指示，例如根据：
RL＝RR＝2.RC＝(G-2).RH 等式9
然而，如所指出，在一些实现方式中，提供关于单独扬声器阻抗RL或RR是否在一个或多个阻抗带内(例如，是高于还是低于一个或多个阻抗阈值)的指示可能就足够了。在这种情况下，有可能将所需的阻抗阈值转换为增益参数的对应阈值，并且使用增益参数G的值来确定相关阻抗带。例如，如果希望确定单独扬声器阻抗RL或RR是否高于阻抗阈值TR，则可简单地确定增益参数G的稳定值是否高于对应的增益阈值TG，其中TG＝2+(TR/RH)。在一些情况下，可忽略电阻RH的影响，例如，在一些实现方式中，可假设在足够的误差容限内，RH具有1Ω的值。在这种情况下，G-2或只是G本身的值可被视为负载阻抗RL或RR的足够准确的估计以能够对负载进行分类。
如所指出，自适应滤波器301的操作是随时间而基于共同阻抗(例如，阻抗的估计RC’)来自适应参数。在自适应滤波器301启动或重置时，控制器304可以相关参数(例如，估计RC')的预定值开始。可关于预期的阻抗范围和期望的整定时间来选择初始值。在一些实现方式中，如果存在启动阻抗检测步骤，例如在检测到插头插入等之后，则可使用这种启动阻抗检测步骤的结果来确定要自适应的参数的合适起始点。
可从等式5或等式8看出，每个自适应步长(即，先前估计的每次调整)可不仅取决于误差e的大小，而且取决于VX的值。然而，响应于给定的共模电压VC，VX的值对于高阻抗音频负载将比对于低阻抗音频负载而言更低。因此，自适应滤波器301的整定时间通常在音频负载具有相对低的阻抗时比在音频负载具有相对高的阻抗时更快(假设自适应滤波器的所有其他参数(诸如收敛因子μ)保持相同)。自适应步长还取决于收敛因子μ，并且使用较大值的收敛因子μ可为高阻抗音频负载提供更快的整定时间，但是收敛因子μ的值太大就会负面地影响在低阻抗负载下的稳定性。
因此，在一些实施方案中，在自适应滤波器301的启动或重置时使用的自适应参数的初始值(例如，RC’的估计或初始增益因子G)可被选择为对应于在预期阻抗的范围或感兴趣的阻抗带内相对高的阻抗值的值。如果连接的音频负载具有相对低的阻抗，比如大约仅几十欧姆或更低，则自适应滤波器可相对快速地操作以减小参数(例如，阻抗的估计RC’或增益因子G)的值，并且稳定到对应于RC的低估计的值。如果连接的音频负载反而具有相对高的阻抗，则参数(例如，阻抗的估计RC’或增益因子G)可增加得更慢，但是从相对高的起始点开始增加。
在一些实施方案中，自适应滤波器301可被配置为使得在监测节点112处存在可检测信号的情况下，滤波器系数将充分地自适应以便能够在大约250ms左右的时段之后进行阻抗的估计。
图4示出了对于两个不同的音频负载阻抗的自适应滤波器301(诸如图3a中示出的那个)的自适应的模拟结果。在每种情况下，自适应滤波器301的操作都以负载阻抗的相同初始估计开始，在该示例中，该初始估计为135Ω的阻抗。曲线401示出了当模拟的音频负载具有75Ω的第一阻抗时，由自适应滤波器确定的估计的负载阻抗随时间如何变化，并且曲线402示出了对于200Ω的第二更高的负载阻抗值，由自适应滤波器确定的估计的负载阻抗随时间如何变化。可看出，在第一较低的阻抗下，负载阻抗的估计和相对快速地(在该示例中，在约75ms内)自适应并稳定到约75Ω的值。对于第二更高的阻抗，负载阻抗的估计增加得更慢，但是在该示例中，约200ms就能稳定到约200Ω的值。然而，将清楚，从较早的时段起就在曲线401和402之间存在阻抗的估计值之间的显著差异，并且因此，在30ms至100ms之后，音频负载可被分类为阻抗显著地高于起始估计或阻抗显著地低于起始估计。
因此，当启用音频电路100(例如，在通电或重置之后)并且将驱动信号供应到连接的音频附件设备102时，负载监测器111可监测在监测节点112处的电压VX，并且可确定音频负载的阻抗特性，例如确定音频负载是否为一个或多个定义的阻抗范围或确定负载阻抗的估计。在一些实现方式中，负载监测器111可操作以在250ms或更少的监测时段内且在一些情况下是在100ms或更少的时段内确定阻抗特性，但是在一些实现方式中，可能期望允许更长的时间以确定在任何显著变化后的阻抗特性，以便避免瞬态的问题。一旦达到相关自适应参数的相对稳定值或在某个定义的监测时段之后，负载监测器111就可生成指示连接的音频负载的阻抗特性的控制信号SCON。在一些示例中，可将来自负载监测器111的控制信号SCON提供到一些外部电路，例如，主机装置101的处理器。在一些实施方案中，来自负载监测器111的控制信号SCON可另外地或可选地用来设置音频驱动电路100的至少一个参数。在一些示例中，控制信号SCON可用来设置驱动信号VL和VR的信号极限，以便避免向低阻抗音频负载供应高功率/大振幅驱动信号。在一些示例中，控制信号SCON可用来设置电源104的电源极限，例如最大电源电压电平。
在使用中，负载监测器111可在音频驱动电路100的操作期间例如在连续的基础上继续监测在监测节点112处的电压VX，并且自适应滤波器301可继续维持与负载阻抗相关的参数的值。例如，负载监测器111可提供负载阻抗的基本上连续的估计RC’。
如果在使用中，不同的音频附件102连接到音频驱动电路100，并且新的音频附件设备具有不同的阻抗，则新的音频附件102将导致不同的负载阻抗。在这种情况下，自适应滤波器301内的与负载阻抗相关的参数(例如，RC’或G)的值将不再代表实际负载阻抗。因此，自适应滤波器301的误差e将增大，并且自适应滤波器301将开始自适应于新的音频负载阻抗。随时间的推移，自适应滤波器301将自适应于新的负载阻抗值，并且因此，负载监测器111将能够检测负载阻抗的变化并提供新负载阻抗的指示。
在音频负载阻抗发生显著的变化时，与负载阻抗相关的参数(例如，RC’或G)可能已经相对稳定在对应于负载阻抗的先前值的值处，该值可为相对高的值，比如400Ω或更大，或者可为较低值，比如大约10Ω。自适应滤波器301将开始自适应于新的负载阻抗值，但是将需要从该先前值(例如，400Ω或10Ω)进行自适应，并且因此自适应以稳定在新的负载阻抗值处所花的时间可比上面关于初始启动所讨论的更长。
例如，考虑到音频负载阻抗从400Ω改变为75Ω，并且自适应滤波器301具有诸如图4所模拟的性能。除了图4示出的从135Ω减少到75Ω的75ms左右之外，自适应于75Ω的新音频阻抗值所花的时间将包括RC’的估计值(在该示例中)从400Ω减少到135Ω所花的时间。可选地，如果音频负载阻抗反而从比如10Ω增加到200Ω，则除了曲线402示出的时间之外，自适应所花的时间将包括将估计的阻抗从10Ω自适应到135Ω所花的时间。如上文所提到，当阻抗为低时，由于VX的值可较大，因此自适应可相对快。然而，当阻抗为高时，VX的小值可意味着自适应滤波器301要花更长的时间来增加阻抗的估计。
因此，在一些示例中，控制器304可被配置为监测误差值e。如果误差值突然地变高并且在自适应滤波器301的几个操作周期内保持较高，则这可能表明音频负载阻抗已经发生显著的变化。在这种情况下，在一些示例中，控制器304可被配置为重新启动自适应过程并且以某个新起始值再次开始。新起始值可为与在通电或重置时使用的相同初始值，或者在一些情况下，可在重新启动之前基于相关参数(例如，增益因子G的估计RC’)的值来选择新的值。在一些示例中，控制器可周期性地(可能是每秒几次)存储相关参数(例如，估计RC’)的值和/或滤波器的其他状态变量，并且在重新启动时，可将这些加载到滤波器中
因此，负载监测器111提供可提供对在使用中的音频负载阻抗的变化的动态响应。
应理解，为了使自适应滤波器正确地操作，在监测节点112处确实需要存在可检测电压VX。
在一些实施方案中，为了确保在监测节点112处的可检测信号，音频驱动电路100可以至少一种操作模式进行操作以向左音频通道和右音频通道中的至少一者添加某个信号分量。例如，返回参考图1，信号分量发生器113可被布置为将某个定义的信号分量添加到音频信号路径中的至少一者。图1示出了信号分量发生器将某个信号分量添加到右音频通道的数字部分，但是将了解，某个分量可另外地或可选地添加到左音频通道和/或添加在信号路径的模拟部分中。
添加的信号分量可包括共模电压VC的某个DC偏移，该DC偏移可被逐渐地引入以避免可听伪影。这种偏移将不会导致可被用户听到(除了在音频驱动电路的启动/重置或断电时可能听到之外)的任何可听分量。然而，添加DC偏移可能会不利地影响音频电路100的功率和带宽。另外，如果要使用小值偏移，则这将会要求负载监测器111对小DC值作出响应，这就意味着负载监测器111的操作将对出现的任何不想要的或固有的电路偏移电压敏感。为了基于故意地引入的偏移分量来确定阻抗，在一些应用中，可能涉及要求复杂的电路来校准任何这种固有电路偏移。
添加的信号分量可包括某个导频音，即，具有预定信号变化或波形的时变信号。导频音可为具有处于一个或多个预定频率的分量的信号，例如处于几Hz(比如10Hz)的频率的低频信号。在一些示例中，可将相同的导频音分量添加到两个音频通道。在其他示例中，可将彼此处于不同频率的音添加到左音频通道和右音频通道，这可经过选择以便不与辅助解调谐波相关。然而，将导频音添加到驱动信号VL和VR中可将可检测的可听内容引入到信号中，并且在一些情况下，可能不利地影响用户体验，但是可实现各种已知的技术(诸如扩频和解扩频)来尝试降低用户检测到的可能性。
在一些实施方案中，音频驱动电路100可以至少一种操作模式进行操作以依赖驱动信号VL和VR在监测节点112处生成可检测电压。换句话说，有意的信号内容不可被添加到音频通道。在使用中，当代表音频内容(诸如音乐和/或语音)的驱动信号VL和VR被输出到音频附件102时，可预期在监测节点112处将存在可检测电压。然而，如上所述，监测节点处的电压VX与共模电压VC成比例。一般来讲，驱动信号VL和VR可产生足够的共模电压VC以允许自适应滤波器301自适应于并跟踪共同阻抗RC的值。然而，在一些情况下，驱动信号VL和VR可能没有或只有很少的共模分量。
例如，在驱动信号VL和VR两者都是相对低电平信号的情况下，共模分量也将较低，并且因此预期电压VX将较低。如上文所指出，用于自适应滤波器301的自适应的调整步长取决于VX的值，并且因此自适应滤波器在低信号电平下将更慢地自适应。在一些实施方案中，为了维持自适应滤波器301的足够快的自适应，收敛因子μ的大小或值可在使用中基于驱动信号电平或VX的信号电平的指示而可控制地变化。例如，在低信号电平下，收敛因子μ可由控制器304可控制地增大，以改善滤波器的响应时间，而在较高信号电平下，收敛因子μ可由控制器304可控制地减小以维持稳定性。可使用用于归一化最小均方(NLMS)自适应的各种已知方法来调整收敛因子。
因此，控制器304可接收预期信号电平的指示。例如，CM模块305可提供控制信号SSIG，该控制信号可包括共模电压VC的包络值的指示或驱动信号VL和VR的最大信号电平的指示，并且控制器304可相应地控制收敛因子μ。在一些实施方案中，控制器304可另外地或可选地接收可能的信号电平的某个外部指示，例如，诸如指示用户施加的音量水平的音量信号Vol，并且相应地控制收敛因子μ的值。在一些实施方案中，控制器304可另外地或可选地基于在监测节点112处的电压VX的指示SVX来控制收敛因子μ。在一些实施方案中，控制器304可另外地或可选地通过用作为VX的函数(即，fN(VX))的第一值替换等式5或等式8中的VX项来控制收敛速度，其中fN(VX)是提升用于在低VX值下进行收敛的VX的值的某种归一化函数。例如，当VX的幅度在某个最小值(可能为零)与阈值VXth之间时，函数fN(VX)可将使用的VX的值维持在某个恒定最小值(其可能为VXth)处。作为示例，归一化函数fN(VX)可为分段线性或多项式或曲线函数，并且应优选地是连续的，以避免可能会干扰自适应的整定行为的环路增益的有效突然变化。归一化函数导致在由fN(VX)确定的第一值与VX的值(即，返回电流的指示)之间的比率对于至少一些较低VX值比对于一些较高VX值要更大。
归一化函数fN(VX)可由控制器304应用。然而，增益块302可接收电压VX的指示SVX并且应用相关增益，使得使用VX的未修改值来确定误差信号e。
在一些情况下，如果驱动信号具有类似的振幅但相反的相位，则即使当驱动信号VL和VR的信号电平本身具有相对高的信号电平时，也可能只有低电平共模电压VC。这样的场景在真实音乐中很少见。一项实验仅显示出三个一秒片段，其中在193小时的音乐中，共模分量保持低于驱动信号的一半，这等同于这样的一秒片段的小于5ppm的部分。然而，优选地，系统应被设计为对人工或故意的反相测试信号适当地作出响应。
因此，在一些实施方案中，CM模块305可被配置为确定在驱动信号之间是否存在相对高的差分信号分量，例如确定VL-VR是否大于阈值，而指示共模电压VC的确定的信号SVC相对低，例如低于阈值。CM模块305可提供控制信号SSIG，该控制信号可包括存在高差分分量但只有低共模分量的指示，例如，标志。在一些情况下，控制器304可被配置为如果接收到这样的标志，则暂停自适应滤波器301的任何自适应。当暂停自适应时，自适应滤波器301可简单地维持估计的阻抗RC’的现有值，直到标志被清除为止，但是在一些实施方案中，尽管可基于电压VX而暂停自适应滤波器301的自适应，但是可使用基于历史值的VX的某个值。
在任何情况下，如果在监测的节点处的电压VX非常低，则可能有益的是暂停自适应滤波器301的自适应和跟踪。如果在监测的节点处的电压下降到低于与监测该节点112相关联的本底噪声阈值，例如，与ADC 306相关联的本底噪声，则自适应滤波器301可简单地对噪声作出响应。在一些实施方案中，因此，控制器304可被配置为在监测节点处的电压VX的SVX高于特定噪声阈值的情况下仅更新阻抗的估计RC’。可选地，可将监测节点112处的电压VX的指示SVX提供到可生成电平信号SL的电平检测器308，该电平信号可包括当电压VX低于特定定义的电平VXMIN时的标志，并且控制器304可在低电平标志活动时暂停自适应。
在一些实施方案中，电平检测器308可另外地或可选地经由电平信号SL来指示电压VX是否高于定义的幅度上限阈值TU。上限阈值TU可相对于被归类为低阻抗的阻抗范围的上限和定义的共模电压幅度(其可例如为最大预期共模电压幅度)进行定义，使得高于上限的音频负载阻抗不会导致电压VX的幅度大于TU，即使在最大幅度共模电压VX下也是如此。因此，如果确定电压VX的幅度高于TU，则这本身就可为音频负载阻抗必须低于定义的低阻抗范围的上限的指示。换句话说，可设定只有在与处于定义的低阻抗带内的音频负载一起操作时才能实现的电压阈值，并且因此，在监测节点112处对这样的电压电平的任何检测都指示连接了低阻抗负载。
电平检测器308可另外地或可选地经由电平信号SL来指示电压VX是否低于定义的幅度下限阈值T低。幅度下限阈值T低可相对于被分类为高阻抗的阻抗范围的下限和定义的共模电压幅度进行定义，使得如果共模电压高于定义的幅度，则具有低于下限的阻抗的音频负载不能产生具有低于T低的幅度的电压VX。如果确定电压VX的幅度低于T低，则在共模电压幅度高于定义的极限时，这因此是音频负载阻抗必须高于定义的高阻抗范围的下限的指示。换句话说，电压阈值可设定为使得当共模电压VC的幅度高于定义的极限时，如果监测的电压VX幅度不大于下限阈值T低，则必须具有在定义的高阻抗带内的负载阻抗。
在一些实施方案中，因此，控制器304可从电平检测器308接收信号电平的指示，并且可能与来自CM模块305的信号电平SSIG的指示一起确定音频负载阻抗在定义的高阻抗带或定义的低阻抗带内。在这种情况下，控制器304可不启用自适应滤波器301并且可简单地输出指示负载阻抗的控制信号SCON，或者可将自适应滤波器301维持在暂停状态。
因此，使用VX的信号电平阈值可约束其中自适应滤波器301经操作以提供负载阻抗RC的指示的情况。
因此，电平检测器308可利用以下事实：与当音频负载为高阻抗时相比，当音频负载为低阻抗时，共模电压VC的定义的变化将导致VX的更大变化。监测的电压VX的变化水平相对于共模信号VC的变化水平可为用于表征至少在某些定义的类别内的阻抗的另一种方式。因此，在一些实施方案中，图1的负载监测器111可被配置为将VX随时间的变化程度与VC随时间的变化程度进行比较，并且确定该变化的比率是否在对应于定义的阻抗带的一个或多个定义的范围内。这种操作可被实现为使用自适应滤波器301的附加或可选的操作模式，并且在一些示例中，负载监测器可被实现以在没有自适应滤波器的情况下监测VX和VC的相对变化。
然而，这种方法可能经受噪声问题，并且因此，在至少一些实施方案中，负载监测器111包括自适应滤波器布置，诸如图3的自适应滤波器391。
返回参考图3，如上文所指出，负载监测器111可包括滤波器布置307，以用于对ADC306的输出进行滤波来提供监测的节点112处的电压VX的指示SVX。
滤波器布置307可实现某种高通滤波以对与ADC 306相关联的任何DC偏移进行滤波，但是如果DC偏移被故意地施加于音频通道中的至少一者，则可不施加这种滤波，以确保在监测的节点处的感兴趣的信号。如果故意地施加受控制的DC偏移，则可期望在施加DC偏移之前运行DC校准，例如通过在施加DC刺激之前运行自适应滤波器301。滤波器布置307可另外地或可选地被实现为施加某种低通滤波以将监测的电压限制到感兴趣的信号范围。特别是在注入的导频音的情况下，滤波器可为以导频音频率为中心的窄带通滤波器。施加的滤波可为可配置的，并且可根据任何有意地施加的信号分量来配置。
将理解，音频负载的阻抗可在可听频率范围内随频率而变化。如果音频驱动信号VL和VR具有适当地一致的频率含量，则在整个频带上的总阻抗可能也看起来一致。然而，如果驱动信号包括第一次主要在第一频率范围内但第二次改为主要在第二不同的频率范围内的信号含量，则音频负载的有效阻抗可能看起来在第一次与第二次之间改变，并且可能相当显著地改变。这可被负载监测器111错误地确定为连接的音频负载的类型的变化。
因此，滤波器布置307可被配置为将ADC 306的输出滤波到感兴趣的信号带，该感兴趣的信号带可为每个特定附件设备的扬声器可预期在其内仅表现出相对小的阻抗变化的频带。一般来讲，因此，由自适应滤波器确定的与阻抗相关的参数(例如，共同阻抗的估计RC’)将基于在该带内的音频频率含量而根据带内阻抗的平均值(如由施加的滤波定义)来确定。
将理解，如本文所描述的负载监测器111不涉及识别一组特定立体声扬声器在操作频率范围内可表现出的阻抗变化，但是在一些实现方式中，阻抗随频率的变化可能出于其他原因而令人感兴趣。相反，如本文所描述的负载监测器111涉及是否存在指示具有不同阻抗特性的不同音频附件已经连接的阻抗变化。
一些扬声器还可表现出相位随频率的变化，这可能会影响自适应滤波器的正确操作。因此，滤波器布置307可被布置为对指示VX的信号进行滤波，以减少关于相位变化的任何问题。滤波器307可简单地包括低通滤波器以将频率范围或通带限制到所有预期的附件的扬声器在其内不显示出可观的相移的一个频率范围或通带。
在一些实施方案中，滤波器布置307可为可配置的。例如，滤波器布置307可被配置有第一通带。然而，如果滤波的信号SVX没有实质的含量，如可由电平检测器308指示，但是CM模块指示存在显著的共模电压分量，则这可能是由于通带内的信号含量很少。在这种情况下，滤波器的通带可改变为第二不同的通带。
在一些实施方案中，可随时间来监测测量到的阻抗(或如果未确定明确的阻抗值，则是与阻抗有关的确定的参数)。如果阻抗看起来比预期更频繁地变化，甚至可能将所有或大部分时间都花在一个阻抗带中，则与自适应相关联的各种参数可更改，例如收敛因子μ或归一化函数fN(VX)可更改，以便减慢收敛或使自适应滤波器的输入平滑，从而有效地“滤除”估计的阻抗中的任何大纹波。
滤波器307可例如包括某种形式的包络检测器，例如绝对值函数接着是低通滤波器。该低通滤波器可具有低于音频信号频率的截止频率，使得输出信号低于音频信号带，并且代表信号的一种类型的包络。如果阻抗看起来比预期更频繁地变化，则该截止频率在使用中许多会自动地变化。
应优选地复制由滤波器块307执行以产生SVX的任何滤波函数并应用于处理以产生信号SVC，例如通过滤波器布置307A。
目前为止的描述已经在单抽头滤波器方面进行了描述，其中该抽头的增益或权重收敛到指示负载的阻抗的单个值，从该单个值中可提取高阻抗负载或低阻抗负载的指示。
其他示例可包括多抽头自适应滤波器。例如，这可通过类似的LMS算法进行自适应。这种多抽头自适应滤波器的一般操作将类似于上面描述的操作，不同的是抽头权重收敛到取决于负载阻抗的脉冲响应的一组值。可例如通过抽头权重的离散余弦变换来提取在DC和其他频率下的负载阻抗的估计，从中可获得在一组频率下的阻抗值。这提供了有关附件的负载阻抗的更多信息，而不仅是DC值，并且还更能容忍相位或延迟对频率的依赖。
存在其中环路滤波器的自适应被暂停或中止的上述各种场景。根据导致自适应被中止的问题的标识和严重性，可要求在状况清除后重新启动自适应。可使用在实际上中止自适应的时刻存在的状态变量值来重新启动自适应。然而，在许多场景中，在导致需要暂停自适应的状况的开始与实际检测到该状况和实际暂停自适应之间可能存在一些延迟，因此状态变量可能已经移动远离(可能极远地)其收敛值。在重新启动时，因此可忽略先前历史，并且自适应从例如对应于如上所述的在某个定义的阻抗值检测时的收敛的一些默认状况重新启动。然而，在一些场景中，可能会怀疑附件实际上尚未改变，并且该状况是由于某种瞬态效应，例如，因附件按钮按下而引起的接地电流脉冲。在这种情况下，为了加速收敛，可有利地使用状态变量的对应于其在瞬态状况开始之前的初始值来重新启动自适应。因此，控制器可周期性地(例如，每秒)存储状态变量的值，或者在最后两秒内使值的滚动缓冲器每250ms进行存储。然后可获得这些存储的值，并且可用于在状况清除并且自适应重新启动之后设定状态变量。
因此，实施方案提供了用于监测由音频驱动电路100驱动的音频负载的负载监测器111，特别是在音频负载是在使用中可经由可移除连接108和110电耦合到音频驱动电路的附件设备102(例如，耳机或耳塞等等)的包括第一音频负载和第二音频负载(例如，左音频负载和右音频负载)的立体声音频负载、即扬声器106的情况下。负载监测器确定立体声负载的阻抗的指示。
将理解，估计负载阻抗通常要求测量负载电压和负载电流。可确定被驱动到扬声器中的负载电压以用于测量施加的驱动信号电压(即，VL或VR)，或者通过根据对音频驱动信号的知识来估计这些电压。然而，感测这些驱动节点处的电流可为复杂的。可通过确定在感测电阻器上的电压降来感测电流的指示，但是任何此类感测电阻都应较小，以最小化输出功率的任何损失，并且驱动信号包括相对大振幅的电压信号，比如大约3V rms。
因此，本公开的实施方案的负载监测器111监测返回路径的电性质，以提供与返回电流相关的测量。然而，对于立体声音频附件，两个扬声器耦合到例如附件设备的插头的同一接地触点，并且因此，负载监测器111只能访问共享接地返回路径，该共享接地返回路径也可为用于附件设备的一些其他部件(例如，诸如麦克风和/或一个或多个控制按钮或开关)的接地返回路径。
因此，负载监测器111使用施加到第一音频负载和第二音频负载的共模电压VC的指示以及返回电流的指示(例如，监测的电压VX)，以确定与立体声负载的共同阻抗相关的参数。可假设立体声负载的阻抗彼此近似相同，即，附件的第一音频负载和第二音频负载之间的负载阻抗的任何失配可相对小，并且因此，与立体声负载的共同阻抗相关的确定的参数可用于表征负载阻抗。因此，负载监测器111可确定音频负载的至少一个阻抗特性。
负载监测器111可在来自音频驱动电路的驱动信号VL和VR的输出期间操作并且监测接地返回路径的节点112以确定与音频负载的阻抗相关的参数。在至少一种操作模式中，负载监测器111可依赖驱动信号VL和VR中的固有信号含量来在监测的节点112处提供可检测信号，但是在一些实施方案中，当驱动信号VL和VR不足够用于监测时，可连续地或周期性地或者在由负载监测器确定的时间故意地添加某个附加信号分量(诸如导频音或DC偏移)。
将了解，出于其他原因，例如作为扬声器的温度测量和/或保护系统的部分，已经提出在使用时对扬声器进行阻抗监测。音圈阻抗可以已知方式随温度而变化，使得阻抗的变化可用于确定温度的指示。然而，在这种实现方式中，将实现温度监测电路等等，以便监测一个扬声器的单独负载电压和负载电流，从而提供该特定扬声器的任何阻抗变化的指示。
如上文所提到，本公开的负载监测器111监测共模电压和共享返回路径，并且可检测整个音频负载的阻抗的任何显著变化，该显著变化指示不同的附件设备已经连接到音频驱动电路。负载监测器111可输出指示整个音频负载的阻抗特性和/或整个音频负载的阻抗特性的任何显著变化的至少一个控制信号。可基于确定的阻抗特性来控制音频电路的至少一些参数(例如，用于输出驱动器的最大电源电压，或者最大输入信号电平)，例如通过直接地或间接地指示某个上游增益块来控制。
在一些实施方案中，还可监测音频驱动电路的操作的一些其他方面以提供有关音频负载的信息。例如，电源104可包括某种电流限制器以限制电流供应。如果达到电流极限，则这可指示负载正在汲取大的电流。因此，电源104可被配置为生成指示何时达到电流极限的信号。另外地或可选地，输出驱动器可具有削波检测器，以用于检测来自输出驱动器的输出何时在削波或可能将要削波。削波检测器可在输出驱动器在削波时生成信号。来自电源和/或输出驱动器的这种信号可提供到负载监测器，该负载监测器可使用信号来帮助对负载的类型进行分类和/或确定何时激活自适应滤波器301。在一些实现方式中，削波检测信号和/或电流极限信号可用于独立于任何阻抗确定来设定对电源电压和/或驱动信号的最大电压的任何限制。
如上文所提到，附件可经由四极布置(例如，诸如已知的TRRS(尖端-环1-环2-套筒)插孔布置)连接到主机装置。除了用于两个扬声器的三个信号路径以及共享接地返回路径之外，可能还有第四信号路径。该第四路径可为附件的其他部件(例如，作为附件的部分提供的麦克风或信号处理电路)提供电流，或者可为一个或多个开关提供偏置。
通过该第四连接供应的任何电流或者任何施加的电流调制都可出现在接地返回路径中。
例如，一些附件包括控制按钮，该控制按钮如果被激活就可在DC电流中产生相对长的脉冲。在一些实现方式中，负载监测器111的控制器304可接收到该按钮按下的通知并且暂停自适应滤波器301的自适应或产生标志信号以警告无效输出。然而，典型地，在按钮按下的检测中将有至少一些去抖动延迟，因此自适应滤波器可能已经基于包括按钮按下分量的VX来自适应相关参数，并且因此偏离了正确值。因此，在一些实现方式中，可能有益的是在按钮按下已经完成之后如上文所讨论那样重新启动自适应滤波器301。如上文所指出，自适应滤波器301的任何这种重新启动都可使用存储在周期性存档中的至少一些状态变量(例如，参数RC’或增益值G连同误差值e)，如上所述。
然而，将了解，因附件的某个其他分量而造成的任何返回电流分量很可能与施加到音频负载的共模电压(即，扬声器驱动信号VL和VR)无关。因此，在很大程度上，在监测的节点处的某个信号分量可被视为噪声，并且自适应滤波器将不收敛到该分量。
然而，如果需要，可确定并补偿来自除了音频负载之外的来源的对接地返回路径的电流贡献，例如通过向共同电压VC的指示SVC添加校正和/或通过校正电压VX的指示SVX进行确定并补偿。
如上所述，在一些实施方案中，负载监测器的自适应滤波器301可确定音频负载的阻抗的实际估计。在一些情况下，阻抗的该估计可另外地用于串扰消除。
对于具有共同接地返回路径的立体声扬声器，诸如图1所示，在两个音频通道之间可能会存在不想要的串扰。本领域技术人员从以上讨论中将理解，如果左驱动信号VL为零伏(0V)，则理想地，在左扬声器106上的电压将为零。然而，在节点VX处的电压也取决于驱动电压VR，并且因此右通道的驱动信号的一些可能会出现在左扬声器上。为了缓解该问题，已知故意地将来自右通道的信号的一部分以增益因子λ添加到左通道并且将来自右通道的信号的一部分以增益因子ρ添加到左通道。图5示出了这样的串扰补偿布置，其中从左音频通道和右音频通道分出信号，并且在被添加到另一个通道(在抽头点的下游)之前，所述信号具有由增益元件501施加的增益ρ和λ。因此，驱动信号VL具有等于VLS+λVRS的信号电平，并且驱动信号VR具有等于VRS+ρVLS的信号电平，其中VLS和VRS是因相应的音频通道的信号含量而引起的电压电平。
增益因子λ和ρ被选择来提供串扰缓解。
考虑到用于左音频通道的信号电平电压为零，即，VLS＝0。在这种情况下，施加到左扬声器的电压VL等于λVRS。如果通过右扬声器的电流等于接地返回路径的电流，即，节点VX处的电压等于λVRS，则电流将不流过左扬声器。
可表明当增益因子λ等于RH/(RL+RH)时就会发生这种情况。同样地，通过类似的分析，可表明增益因子ρ应等于RH/(RR+RH)。接地返回路径的值可为已知的，但是将看出，为了有效的串扰缓解，增益因子λ和ρ还应基于扬声器的阻抗，即，音频负载的阻抗。
因此，在一些实施方案中，阻抗的估计可由负载监测器111确定并且被供应到串扰模块502，以确定将由增益元件501施加的合适的增益因子ρ和λ。串扰模块502可基于确定的阻抗值来计算增益因子，或者可使用查找表等等。可选地，在一些实施方案中，由自适应滤波器确定的参数可为增益因子ρ和λ(将清楚，对于RR＝RL的情况，增益因子ρ和λ则相等。将清楚，等式4的误差等式可在两边重算，使得确定的第一值等于增益因子ρ和λ，在这种情况下，负载监测器可直接地确定串扰增益因子，并且可使用增益因子的值来确定关于负载特性的一些信息。
因此，本公开的实施方案涉及适于在音频驱动电路的使用中动态地检测负载阻抗的任何显著变化的方法和设备。
在音频驱动电路第一次通电或重置时和/或在某个插孔插入检测后，可能存在某个初始阻抗表征步骤，例如DC阻抗检测。本发明的方法和设备可允许持续地监测负载阻抗的任何其他显著变化，例如当在播放音乐或其他音频时。在检测到负载阻抗的任何显著变化时，例如阻抗在阈值(其可为可编程的)上改变时，可产生中断或其他控制信号和/或调整音频驱动电路的各种操作参数。例如，这可能是应用的音量的斜降或限制。
至少一些实施方案涉及负载监测器，该负载监测器监测立体声负载的共享返回路径的性质，例如以确定共模接地返回电流的指示。负载电流的该指示可被数字化和处理，并且与音频驱动信号的指示一起用来确定阻抗特性，例如以将负载分类为高阻抗或低阻抗。在一些实施方案中，可例如经由LMS自适应滤波器布置使用最小二乘算法来确定阻抗特性。
返回电流的指示可由确定返回路径的电压、方便地是在MOS装置(诸如返回路径的开关)上的电压的ADC确定。电平检测器可确定所确定的值是高于上限阈值还是低于下限阈值。可对立体声驱动信号的指示求和以确定共模分量。可执行检查以确定是否存在足够的共模分量。如果否，则可暂停LMS算法的运算和/或可将某个信号含量故意地添加到驱动信号中的至少一者，例如，如果在单独通道中存在足够的信号含量，则可添加DC刺激或注入某个导频音。任何故意地添加的含量都可以可配置的方式斜升或斜降，并且可具有可配置的振幅。对驱动信号和监测的电流信号的共模分量的滤波可适于添加的含量。
一般来讲，当使用音频含量时，可对到自适应滤波器的输入进行滤波以去除DC和限制到合适的带。自适应滤波器可确定与在整个频带上的平均阻抗相关的参数值。
如所指出，当驱动信号的共模分量太低时，负载监测器可确定并产生标志。另外，如果返回电流大于上限阈值，则这可足以将负载表征为低阻抗，或者如果返回电流低于下限阈值，则这可足以将负载表征为高阻抗。如果电流在这些极限之间，则可启用自适应滤波器来确定与负载阻抗相关的参数，但是输出放大器中的任何削波检测或电源中的电流限制都可用作负载监测器的输出可能不准确的警告。
实施方案可被实现为集成电路，在一些示例中，该集成电路可为音频编解码器或类似物。实施方案可被结合在电子装置中，该电子装置例如可为便携式装置和/或可用电池电源操作的装置。该装置可为通信装置，诸如移动电话或智能电话或类似物。该装置可为计算装置，诸如笔记本计算装置、膝上型计算装置或平板计算装置。该装置可为可穿戴装置，诸如智能手表。该装置可为具有语音控制或激活功能的装置。
本领域技术人员将认识到，上述设备和方法的一些方面(例如发现和配置方法)可作为处理器控制代码体现在例如非易失性载体介质(诸如磁盘、CD-ROM或DVD-ROM)、编程的存储器(诸如只读存储器(固件))上或体现在数据载体(诸如光信号或电信号载体)上。对于许多应用，实施方案将被实现在DSP(数字信号处理器)、ASIC(专用集成电路)或FPGA(现场可编程门阵列)上。因此，代码可包括常规的程序代码或微代码，或者例如用于设置或控制ASIC或FPGA的代码。代码还可包括用于动态地配置可重新配置设备(诸如可重新编程逻辑门阵列)的代码。类似地，代码可包括用于硬件描述语言(诸如VerilogTM或VHDL(超高速集成电路硬件描述语言))的代码。本领域技术人员将了解，代码可被分布在彼此通信的多个耦合的部件之间。在适当的情况下，实施方案还可使用在现场可(重新)编程模拟阵列或类似的装置上运行的代码来实现，以便配置模拟硬件。
应指出，上面提到的实施方案是对本发明的说明而非限制，并且在不脱离所附权利要求书的范围的情况下，本领域技术人员将能够设计出许多可选的实施方案。字词“包括”不排除除了权利要求中列出的元件或步骤以外的元件或步骤的存在，“一个”或“一种”不排除多个，并且单个特征或其他单元可履行权利要求中叙述的几个单元的功能。权利要求中的任何参考数字或标签都不应被解释为限制权利要求的范围。

Claims (27)

1.一种音频驱动电路，所述音频驱动电路包括：
第一音频通道和第二音频通道，所述第一音频通道和所述第二音频通道用于输出包括第一音频负载和第二音频负载的立体声音频负载的第一音频驱动信号和第二音频驱动信号；
用于所述第一音频负载和所述第二音频负载到定义的参考电压的共同返回路径；以及
负载监测器，所述负载监测器被配置为监测经过所述共同返回路径的共模返回电流的指示以及所述第一音频驱动信号和所述第二音频驱动信号的共模分量的指示，并且确定所述立体声音频负载的阻抗特性。
2.如权利要求1所述的音频驱动电路，其中所述负载监测器包括自适应滤波器，所述自适应滤波器用于自适应与所述立体声音频负载的阻抗相关的参数。
3.如权利要求2所述的音频驱动电路，其中所述自适应滤波器被配置为最小化第一值与第二值之间的误差，其中所述第一值是基于共模返回电流的所述指示和与阻抗相关的所述参数。
4.如权利要求3所述的音频驱动电路，其中所述第二值是基于所述第一驱动信号和所述第二驱动信号的共模分量的所述指示。
5.如权利要求3或权利要求4所述的音频驱动电路，其中所述自适应滤波器包括控制器，所述控制器被配置为通过与所述第一值和所述第二值之间的所述误差成比例的自适应值来迭代地自适应与阻抗相关的所述参数的当前值。
6.如权利要求5所述的音频驱动电路，其中所述控制器被配置为使得所述自适应值还与基于所述共模返回电流的所述指示的第一值成比例。
7.如权利要求6所述的音频驱动电路，其中所述控制器被配置为根据所述共模返回电流的所述指示来确定所述第一值，使得与对于所述共模返回电流的所述指示的在较高范围内的至少一些值相比，对于所述共模返回电流的所述指示的在较低范围内的至少一些值，所述第一值与所述共模返回电流的所述指示之间的比率更大。
8.如权利要求5至7中任一项所述的音频驱动电路，其中所述控制器被配置为使得所述自适应值还与收敛因子成比例。
9.如权利要求8所述的音频驱动电路，其中所述控制器被配置为基于预期信号电平的指示来改变所述收敛因子的值，使得与对于至少较高预期信号电平相比，对于至少一些较低预期信号电平，所述收敛因子更大。
10.如权利要求2至9中任一项所述的音频驱动电路，其中所述自适应滤波器实现最小均方算法。
11.如权利要求2至10中任一项所述的音频驱动电路，其中所述自适应滤波器包括单抽头自适应滤波器。
12.如任一前述权利要求所述的音频驱动电路，其中所述共同返回路径包括在所述监测节点与所述定义的参考之间的电阻，并且所述共模返回电流的所述指示包括所述监测节点的电压。
13.如任一前述权利要求所述的音频驱动电路，其中所述负载监测器包括共模模块，所述共模模块被配置为接收所述第一音频驱动信号和所述第二音频驱动信号的指示并且确定所述共模分量的所述指示。
14.如权利要求13所述的音频驱动电路，其中所述共模模块还被配置为确定所述第一音频驱动信号和所述第二音频驱动信号的差分分量。
15.如权利要求14所述的音频驱动电路，其中所述负载监测器被配置为确定是否存在所述驱动信号的与所述差分分量相比不足的共模分量，并且在检测到不足的共模分量的情况下，暂停所述阻抗特性的确定。
16.如权利要求15所述的音频驱动电路，其中所述负载监测器被配置为如果所述共模分量低于定义的共模阈值而所述差分分量高于差分阈值，则确定存在与所述差分分量相比不足的共模分量。
17.如任一前述权利要求所述的音频驱动电路，其中所述负载监测器包括电平检测器，所述电平检测器被配置为确定共模返回电流的所述指示是高于还是低于至少定义的阈值。
18.如权利要求17所述的音频驱动电路，其中所述电平检测器被配置为确定共模返回电流的所述指示是否为以下至少一者：
高于定义的幅度上限阈值，所述定义的幅度上限阈值对应于被分类为低阻抗的阻抗范围的上限；以及
低于定义的幅度下限阈值，所述定义的幅度下限阈值对应于被分类为高阻抗的阻抗范围的下限。
19.如权利要求17或权利要求18所述的音频驱动电路，其中所述电平检测器被配置为确定共模返回电流的所述指示是否低于噪声阈值，并且其中所述负载监测器被配置为如果共模返回电流的所述指示低于所述噪声阈值，则暂停所述阻抗特性的确定。
20.如任一前述权利要求所述的音频驱动电路，其中所述第一音频通道和所述第二音频通道中的每一者包括由电源供电的相应的音频输出驱动器。
21.如权利要求20所述的音频驱动电路，其中基于由所述负载监测器确定的阻抗的所述指示，所述音频驱动电路被配置为控制以下至少一者：
音频输出驱动器的最大输出电压幅度；以及
从所述电源到所述音频输出驱动器的最大输出电压幅度。
22.如权利要求20或权利要求21所述的音频驱动电路，其中所述负载监测器还被配置为接收以下至少一者：
来自音频输出驱动器的信号削波的指示；以及
所述电源中的电流限制的指示。
23.如任一前述权利要求所述的音频驱动电路，所述音频驱动电路被实现为集成电路。
24.一种电子装置，所述电子装置包括如任一前述权利要求所述的音频驱动电路以及连接器，所述连接器用于与使用中的附件设备进行可移除的配合连接，其中所述第一音频通道和所述第二音频通道被配置为将所述第一音频驱动信号和所述第二音频驱动信号输出到所述连接器的第一电触点和第二电触点，并且所述共同返回路径连接到所述连接器的第三电触点。
25.如权利要求24所述的电子装置，其中所述装置是以下至少一者：便携式装置、电池供电装置、通信装置；移动或蜂窝电话装置或者智能电话；计算装置；平板计算机、笔记本计算机、膝上型计算机或台式计算机；可穿戴装置；智能手表；语音激活或语音控制装置。
26.一种音频驱动电路，所述音频驱动电路包括：
第一音频通道和第二音频通道，所述第一音频通道和所述第二音频通道用于输出立体声音频负载的第一音频驱动信号和第二音频驱动信号；
用于所述立体声音频负载到定义的参考电压的共同返回路径；以及
负载监测器，所述负载监测器被配置为监测所述共同返回路径的监测节点以及所述第一音频驱动信号和所述第二音频驱动信号的指示，并且确定所述音频负载的阻抗特性；
其中所述共同返回路径包括所述监测节点与所述定义的参考电压之间的电阻；并且
其中所述负载监测器包括自适应滤波器，所述自适应滤波器用于自适应与所述立体声音频负载的阻抗相关的参数。
27.一种音频驱动电路，所述音频驱动电路包括：
第一音频通道和第二音频通道，所述第一音频通道和所述第二音频通道用于输出第一音频负载和第二音频负载的第一音频驱动信号和第二音频驱动信号；
用于所述第一音频负载和所述第二音频负载的共同返回路径；以及
负载监测器，所述负载监测器被配置为监测所述共同返回路径的监测节点处的电压，并且确定所述第一音频负载和所述第二音频负载的阻抗特性；
其中所述负载监测器包括自适应滤波器，所述自适应滤波器被配置为基于所述监测的节点处的所述电压以及由所述第一音频驱动信号和所述第二音频驱动信号产生的共模电压来自适应与所述第一音频负载和所述第二音频负载的阻抗相关的参数。
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