CN115053538A - 扬声器放大器 - Google Patents

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CN115053538A CN202080095967.6A CN202080095967A CN115053538A CN 115053538 A CN115053538 A CN 115053538A CN 202080095967 A CN202080095967 A CN 202080095967A CN 115053538 A CN115053538 A CN 115053538A
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Abstract

一种调节去往扬声器的电力供应的方法及一种用于调节去往扬声器的电力供应的系统包括：产生(S310)输出到所述扬声器的低频率信号；在所述低频率信号被输出到所述扬声器之后感测(S330)所述扬声器的电流及电压；基于所述电流及所述电压而测量所述扬声器的阻抗；确定(S340)所述扬声器的温度并与阈值进行比较；及在所述温度高于所述阈值的情况下降低(S360)去往所述扬声器的电力供应。

Description

扬声器放大器
背景技术
扬声器将电流转化成物理振动以产生声波。当电流流过扬声器的线圈时，形成磁场。由线圈产生的磁场与扬声器的其它磁场相互作用，这又移动线圈以使空气振动并产生声波。
在扬声器被并入到具有面积约束的装置中的情况下，线圈的尺寸也受到面积约束限制。线圈的尺寸越小，其在操作期间可耐受的电流或电压越小。过大的电流或电压可导致线圈过热或过度移动，这可损坏线圈。
为了在不损坏线圈的情况下安全地操作扬声器，实施方法及系统来测量线圈的电流及/或线圈上的电压。对扬声器供应电力的智能放大器包含模数转换器，以感测线圈的电流及/或电压。然后将所感测电流及/或电压反馈到控制包含扬声器的装置的处理器。处理器基于反馈电流及/或电压而调节供应到扬声器的电流及/或电压。
然而，至少由于模数转换器的成本，因此智能放大器可并非是保护扬声器免受热损坏或机械损坏的装置的最具成本效益的解决方案。
发明内容
根据一个实例，一种调节供应到扬声器的电力的方法包括：将具有低频率的信号输出到所述扬声器；基于所述低频率信号而测量所述扬声器的电流及所述扬声器上的电压；基于所述所测量电流及所述所测量电压而确定所述扬声器的阻抗；及基于所述阻抗而调节去往所述扬声器的电力供应。
根据另一实例，一种扬声器电力调节系统包括：应用处理器，其经配置以产生阻抗测量信号并输出到扬声器；电流传感器及电压传感器，其分别经配置以基于所述阻抗测量信号而测量所述扬声器的电流及电压；及扬声器阻抗测量模块，其经配置以基于所述所测量电流及所述所测量电压而确定指示所述扬声器的阻抗的值；且所述应用处理器进一步经配置以基于来自所述扬声器阻抗测量模块的指示阻抗的所述值而调节供应到所述扬声器的电力。
附图说明
为详细描述各种实例，现在将参考附图，其中：
图1包含对扬声器提供电力的系统的实例，
图2包含对扬声器提供电力的系统的另一实例，
图3展示对扬声器提供电力的系统的又一实例，且
图4图解说明对扬声器提供电力的实例方法。
具体实施方式
图1图解说明对扬声器供应电力的系统的实例。在图1的实例系统中，应用处理器110耦合到智能电力放大器140，所述智能电力放大器经配置以对扬声器190提供电力。扬声器190可为集成到较小装置(例如智能电话或其它类型的通信装置)中的扬声器。智能电力放大器140经配置以测量扬声器190的温度约束且与应用处理器110进行通信以保护扬声器190免受过电压及/或过电流影响。对供应到扬声器190的电力进行调节防止对扬声器190造成热损坏及/或机械损坏。
图1的智能电力放大器140包括数/模转换器(DAC)142，所述DAC经配置以将来自应用处理器110的数字信号转换为其模拟形式。将来自应用处理器110的数字信号提供到智能电力放大器140的接口176。智能放大器140的接口176可实施为串行总线，例如IC间声音(I2S)接口。将从数模转换器142输出的模拟信号提供到放大器144，所述放大器放大被提供到电力供应器146的模拟信号。基于由放大器144提供的信号，电力供应器146将对应电力供应到扬声器190。
放大器144放大从应用处理器110(经由DAC 142)到扬声器190的信号。提供电流传感器152(例如，低值电阻，例如1欧姆)及电压传感器154(例如，高输入阻抗缓冲器)以测量去往扬声器的线圈的电流及跨越所述扬声器的线圈的电压。由电流传感器152感测到的电流经由放大器162而被放大且经由模/数转换器(ADC)172而被转换成数字信号形式。由电压传感器154感测到的电压经由放大器164而被放大且经由ADC 174而被转换成数字信号形式。ADC 172及174分别将由电流传感器152测量的电流及由电压传感器154测量的电压输出到接口176，所述接口又将指示所测量电流值及电压值的数字值传输到应用处理器110。
应用处理器110包括数字信号处理器112，所述数字信号处理器经配置以基于扬声器190的所测量电流及电压而调节电力供应器146的电力输出。应用处理器110进一步包括与智能电力放大器140或由应用处理器110控制的装置的其它组件进行通信的DAC 114及ADC 116。
在图1的实例系统中，智能电力放大器140包括DAC 142，以及ADC 172、174。包含此类DAC及ADC的图1的架构抬高了智能电力放大器140的成本并阻止具有有限预算的装置采用类似于智能电力放大器140的放大器。
根据另一实例系统，基于去往扬声器的电流及跨越扬声器的电压而调节扬声器的电力供应器。在此实例中，基于扬声器的线圈的电流及电压而测量扬声器的阻抗。并入有扬声器的装置的应用处理器使用模拟信号与电力供应器进行通信。感测扬声器的电流及电压。然后基于所感测电流及电压而测量扬声器的阻抗，且将阻抗值以模拟信号形式传递到应用处理器。基于阻抗值，应用处理器确定扬声器的温度，且在扬声器温度被估计为超过预设阈值的事件中，降低去往扬声器的供应电压以借此致使扬声器的温度降低。
图2图解说明扬声器电力调节系统的实例。图2的系统包括耦合到扬声器放大器250的应用处理器210。扬声器放大器250展示为耦合到扬声器290且基于来自应用处理器210的音频信号而向扬声器290供应电力。在图2中，应用处理器210与扬声器放大器250以模拟信号形式进行通信，也就是说，无需使用数字接口，例如图1中的接口176)。这减少了扬声器放大器250的成本，这是因为不需要在扬声器放大器250内包含模数转换器或数模转换器。
应用处理器210包括数字信号处理器211及DAC 212。DAC 212经配置以将来自数字信号处理器211的数字音频信号(即，对音频进行编码的数字信号)转换成模拟音频信号来借此被提供到扬声器290。为确定扬声器的线圈的阻抗，数字信号处理器211经配置以产生具有比音频信号的频率低的频率(即，人耳听不见的频率)的信号。将此低频率信号提供到扬声器，且对所得扬声器的电流及电压进行测量及使用以确定阻抗(例如，阻抗是电压与电流的比率)。由于低频率信号不会干扰用于人类听觉的正常音频信号，因此阻抗测量可连续进行(例如，每秒一次)。通过DAC 212将由数字信号处理器211产生以用于阻抗测量的低频率信号转换成模拟信号并提供到扬声器放大器250。
扬声器放大器250包括放大器280，所述放大器放大来自应用处理器210的信号且将经放大信号输出到扬声器放大器250。扬声器放大器250进一步包括升压控制电路275、电力供应器255、电流传感器260、电压传感器265及扬声器阻抗测量模块270。电力供应器255基于来自应用处理器210的音频信号而向扬声器290供应电力。电力供应器155接收输入供应电压且产生去往放大器280及扬声器290以及放大器250内的其它有源组件的供应电压。由电力供应器255产生以去往扬声器的电压可大约为去往电力供应器的供应电压(例如，移动电话的电池的电压)或其可为从电力供应器的输入供应电压升压的电压。举例来说，对于来自DAC 212的低振幅音频信号，可绕过电力供应器255的升压能力，但对于超过阈值的音频信号，可调用电力供应器255的启动能力来提高去往扬声器的供应电压。升压控制电路275包含于此实例中以将来自DAC 212的音频信号的振幅与阈值进行比较来借此产生去往电力供应器255的升压控制信号273。升压控制信号273的逻辑电平指示电力供应器255的升压能力是否被绕过。如果DSP 211确定扬声器变得太热，那么DSP 211将通过使去往DAC 212的音频信号衰减而做出响应。升压控制电路275监测来自DAC 212的音频模拟输出信号。响应于DAC的音频模拟信号被衰减(由于过温状况)，升压控制电路275将经由升压控制信号273而致使电力供应器255绕过其升压能力来借此向扬声器290提供较低供应电压。
电流传感器260感测去往扬声器290的电流。电压传感器265感测跨越扬声器290的电压。扬声器阻抗测量模块270基于所感测电流及电压而测量扬声器290的阻抗。
由于用于扬声器阻抗测量的低频率信号，即，具有比音频信号的频率小的频率的信号(例如，具有小于30Hz的频率的信号)输出到扬声器放大器250，因此扬声器阻抗测量模块270基于较低频率信号而测量扬声器290的阻抗。在图2的实例中，扬声器阻抗测量模块270包括各自分别耦合到电流传感器260及电压传感器265的低通滤波器271、272，以及比较器279。低通滤波器271滤除来自电流传感器260的信号，使得仅基于低频率信号的电流值被滤波到比较器279。类似地，低通滤波器272滤除来自电压传感器265的信号，使得仅基于低频率信号的电压值被滤波到比较器279。低通滤波器271及272具有小于(举例来说)60Hz的截止频率。扬声器阻抗测量模块270包括放大器276及277，所述放大器分别耦合到低通滤波器271及272以放大经滤波信号。
去往比较器279的负输入的输入信号是指示扬声器线圈电流的电压。去往比较器279的正输入的输入信号是指示扬声器线圈电压的电压。电压与电流的比率是阻抗。当温度处于可接受(预定)范围内时，来自比较器的输出信号为逻辑低，在此情形中，比较器的正输入上的电压将大于比较器的负输入上的电压。当扬声器线圈温度增加时，扬声器的阻抗降低，这意味着线圈电压降低而线圈电流增加。当阻抗达到阈值点(可能损坏扬声器)时，比较器的正输入上的电压(指示线圈电压)将低于电压(指示线圈电流)比较器的负输入，且比较器的输出将翻转状态(例如，将从低改变为高)。比较器279因此提供指示扬声器290的阻抗变得太高的信号291。由于信号291已经是二进制信号(例如，0指示扬声器温度不高于阈值，且高指示扬声器温度高于阈值，因此信号291可作为中断信号被提供到DSP 211而无需使用ADC。在另一实例中，不同于DSP 211的处理器核心具有耦合到比较器的输出的中断输入且然后向DSP 211通信扬声器已变得太热。响应于指示扬声器290内的过高温度的信号291，DSP 211将使音频信号衰减且升压控制电路275通过致使电力供应器255向扬声器提供较低供应电压(即，并非是从去往电力供应器的供应电压升压的供应电压)而做出响应。通过用较低供应电压对扬声器进行供电，扬声器的温度将降低。
图3是与图2的实例类似但包含扬声器放大器350的另一实例，所述扬声器放大器包含图3中的扬声器阻抗测量模块370，所述扬声器阻抗测量模块包含减法器379(或加法器)而非比较器279。通过确定指示扬声器线圈电流的电压与指示扬声器线圈电压的电压之间的模拟电压差(还称作“减法信号”)，信号391指示扬声器的实际阻抗值，且因此指示扬声器的温度，而不仅仅是对温度是高于还是低于阈值的指示(正如图2的情形)。图3中的应用处理器210还包含ADC 313，所述ADC用以将来自扬声器阻抗测量模块370的模拟信号391转换为数字值以提供到DSP 211。
如上文所解释，扬声器290的阻抗与其温度负相关。也就是说，随着阻抗降低，阻抗增加，且反之亦然。过高温度可对扬声器造成损坏。在图2的实例中，在信号291改变状态以指示过温状况后，数字信号处理器211即刻致使从电力供应器255到扬声器的供应电压降低。在图3的实例中，数字信号处理器211从ADC 313接收到指示扬声器阻抗的数字信号且在内部将所述数字信号与阈值进行比较以确定何时减低电力供应器的输出电压。如上文所解释，当扬声器290的温度高于阈值时，数字信号处理器211使音频信号衰减，这经由升压控制电路275而致使电力供应器255的电压输出降低。当扬声器290的温度低于阈值时，数字信号处理器211不会使音频信号衰减且电力供应器向扬声器290提供较高(升压)电压。
图1到3的实例可实施于集成电路(IC)上，只有扬声器将与IC分离除外。在一个实例中，扬声器放大器250、350可设置于与应用处理器210分离的IC上。
图4图解说明展示调节去往扬声器的电力供应电压的方法的流程图。在步骤S310中，产生低频率信号(举例来说，具有低于人类听觉感知能力的频率的信号)。在步骤S320中，将低频率信号输出到扬声器，举例来说，经由放大器280输出到扬声器290。随后，在S330处，基于去往扬声器的低频率信号而感测扬声器的电流及电压。在步骤S340中，方法包含基于扬声器的阻抗而确定扬声器的温度(或指示阻抗/温度是否超过阈值的值)。可基于在步骤S330中感测到的电流及电压而测量扬声器的阻抗。如上文所解释，产生比较器输出值以提供对阻抗/温度是高于还是低于阈值水平的指示。
在步骤350中，确定扬声器的温度是否低于预设阈值。当扬声器的温度不低于阈值时，在步骤S360中，降低去往扬声器的电力(例如，供应电压)。然而，当确定扬声器的温度低于阈值时，在步骤S370中，维持提供到扬声器的电力。
修改在所描述实施例中是可能的，且其它实施例在权利要求书的范围内是可能的。

Claims (20)

1.一种向扬声器供应电力的方法，其包括，
产生具有比音频信号的频率低的频率的信号，
将所述较低频率信号提供到扬声器；
基于所述较低频率信号而测量穿过所述扬声器的电流及跨越所述扬声器的电压；
基于所述所测量电流及所述所测量电压而确定所述扬声器的阻抗；及
基于所述阻抗而调节去往所述扬声器的电力供应。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中所述调节步骤包括，
基于所述阻抗而确定扬声器的温度，
将所述温度与预设阈值进行比较，及
在所述温度高于所述预设阈值的情况下降低去往所述扬声器的电力供应。
3.根据权利要求1所述的方法，
其中所述测量步骤包括，
在所述较低频率信号被提供到所述扬声器的同时检测所述扬声器的电流及所述扬声器上的电压，及
对所述所检测电流及所述所检测电压进行低通滤波以基于所述较低频率信号而测量所述扬声器的所述电流及所述扬声器上的所述电压。
4.根据权利要求1所述的方法，
其中所述较低频率信号包括具有低于30Hz的频率的信号。
5.一种扬声器电力调节系统，其包括，
应用处理器，其耦合到扬声器；
电力供应器，其耦合到所述扬声器；
电流传感器，其耦合到所述扬声器；
电压传感器，其耦合到所述扬声器；及
扬声器阻抗测量模块，其耦合到所述电流传感器及所述电压传感器，
其中所述应用处理器经配置以将阻抗测量信号输出到所述扬声器；
所述电流传感器经配置以在所述阻抗测量信号被输出到所述扬声器的同时感测所述扬声器的电流；
所述电压传感器经配置以在所述阻抗测量信号被输出到所述扬声器的同时感测所述扬声器的电压；
所述扬声器阻抗测量模块经配置以基于由所述电流传感器感测到的电流及由所述电压传感器感测到的电压而确定指示所述扬声器的阻抗的值；且
所述应用处理器经配置以基于由所述扬声器阻抗测量模块确定的所述值而调节所述电力供应器的电力输出。
6.根据权利要求5所述的系统，
其中所述阻抗测量信号具有比音频信号的频率小的频率。
7.根据权利要求5所述的系统，
其中所述阻抗测量信号具有小于30Hz的频率。
8.根据权利要求5所述的系统，
其中所述阻抗测量信号包括模拟信号。
9.根据权利要求5所述的系统，
其中所述扬声器阻抗测量模块包括，
低通滤波器，其耦合到所述电流传感器及所述电压传感器；及
比较器，其耦合到所述低通滤波器，且
其中所述低通滤波器经配置以将基于所述阻抗测量信号的所述电流传感器的输出传递到所述比较器且将基于所述阻抗测量信号的所述电压传感器的输出传递到所述比较器，且
所述比较器经配置以基于所述低通滤波器的输出而确定指示所述扬声器的所述阻抗的所述值并将所述所测量阻抗输出到所述处理器。
10.根据权利要求9所述的系统，
其中所述比较器经配置以将指示阻抗的所述所确定值输出到所述处理器。
11.根据权利要求5所述的系统，
其中所述应用处理器经配置以基于所述扬声器的所述阻抗而确定所述扬声器的温度、将所述温度与阈值进行比较，且在所述温度超过所述阈值的情况下降低所述电力供应器的所述电力输出。
12.根据权利要求5所述的系统，其中所述扬声器阻抗测量模块包含减法器，所述减法器经配置以从源自所述电压传感器的信号中减去源自所述电流传感器的信号以借此产生减法信号。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述减法器耦合到所述应用处理器且经配置以将所述减法信号提供到所述应用处理器。
14.根据权利要求12所述的系统，
其中所述应用处理器进一步包括，
数字信号处理器，其经配置以产生所述阻抗测量信号及用以调节所述电力供应器的所述电力输出的信号；
数/模转换器(DAC)，其耦合到所述数字信号处理器；及
模/数转换器(ADC)，其耦合到所述数字信号处理器，
其中所述DAC经配置以将所述阻抗测量信号转换为模拟信号并输出到所述扬声器且将用以调节所述电力供应器的所述信号转换为模拟信号并输出到所述电力供应器，且
所述ADC经配置以将指示阻抗的所述值转换为数字信号并输出到所述数字信号处理器。
15.一种集成电路，其包括：
电力供应器，其经配置以耦合到扬声器；
电流传感器，其经配置以耦合到所述扬声器；
电压传感器，其经配置以耦合到所述扬声器；及
扬声器阻抗测量模块，其耦合到所述电流传感器及所述电压传感器，
其中：
所述电流传感器经配置以在阻抗测量信号被输出到所述扬声器的同时感测所述扬声器的电流；
所述电压传感器经配置以在所述阻抗测量信号被输出到所述扬声器的同时感测所述扬声器的电压；
所述扬声器阻抗测量模块经配置以基于由所述电流传感器感测到的电流及由所述电压传感器感测到的电压而确定指示所述扬声器的阻抗的值。
16.根据权利要求15所述的集成电路，其中所述扬声器阻抗测量模块包含具有第一输入、第二输入以及输出的比较器，其中所述第一输入耦合到所述电流传感器且所述第二输入耦合到所述电压传感器，并且其中所述比较器基于所述比较器的第一输入与第二输入上的信号的比较而在所述比较器的所述输出上产生信号。
17.根据权利要求15所述的集成电路，其中所述扬声器阻抗测量模块包含具有第一输入、第二输入以及输出的减法器，其中所述第一输入耦合到所述电流传感器且所述第二输入耦合到所述电压传感器，并且其中所述减法器基于所述减法器的第一输入与第二输入上的信号之间的差而在所述比较器的所述输出上产生信号。
18.根据权利要求17所述的集成电路，其进一步包含：
数字信号处理器；及
模/数转换器，其耦合于所述数字信号处理器与所述减法器之间。
19.根据权利要求17所述的集成电路，其进一步包含：
第一低通滤波器，其耦合到所述电流传感器；
第二低通滤波器，其耦合到所述电压传感器。
20.根据权利要求19所述的集成电路，其中所述第一低通滤波器及所述第二低通滤波器中的每一者具有小于60Hz的截止频率。
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