CN117375546A - 控制非升压音频系统中的动态音频范围的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种音频系统包括放大器、调节电路和滤波器。该调节电路基于该系统的供电电压源的估计值、该系统电压源与该放大器电压源引脚之间的估计ESR以及该系统的测量输出电阻来生成音频电压阈值信号。根据这些测量值/估计值，生成防削波电压限制信号。还分别基于该电压源的估计值的第一函数和第二函数来确定基于功率预算的电压限制信号和基于电流预算的电压限制信号。选择这三个电压限制信号中的最小信号作为该音频电压阈值信号。定期执行测量、估计和计算，以不断更新该音频电压阈值信号，从而自适应地调节该音频系统。该音频信号路径中的去加重滤波器补偿该放大器的电压源引脚处的电压的电容纹波。

Description

控制非升压音频系统中的动态音频范围的设备和方法

技术领域

本披露总体上涉及控制和改进非升压音频系统中的动态音频范围的系统、电路和方法，并且更具体地涉及能够充分利用可用音频范围同时限制削波并且能够实现电池电流调节和延长电池续航时间的系统、电路和方法。

背景技术

非升压音频回放系统提供经放大的输出电压来驱动扬声器。经放大的输出的电压轨直接由系统的电源(例如，电池)提供。由于内部电池电阻和外部寄生电阻(其组合称为外部串联电阻或ESR)和电容去耦，放大器供电电压端子处的电池电压通常会受到纹波的影响。纹波还取决于从电池汲取的用于为负载供电的瞬时电流。如果从电池汲取的电流过高，则纹波往往会导致放大器供电电压端子处的电池电压显著下降，从而导致放大器电压轨小于负载电压。这会导致削波。如果从电池汲取的电流过低，则纹波也会很低，从而导致放大器电压轨大于负载电压。这意味着净空(音频范围的上部部分)是可用的，并且目标输出功率可以进一步增加。由此产生的效果是降低了输出响度。因此，调节负载电压是音频系统中的重要考虑因素。调节电池电流和/或电池功率也很重要。

传统方法使用感测来测量放大器供电电压端子处的电压，并使用这种电压的严格滤波的版本来限制负载电压。未考虑纹波的影响。然而，滤波电源信号将只考虑纹波引起的DC压降；而瞬时AC压降不会得到解决。即使增加余量来考虑AC纹波也不能解决问题，因为AC纹波取决于电阻，而电阻又取决于如温度等环境条件。此外，电池输出端的去耦电容器导致纹波与频率相关。因此，这种传统方法无法准确地补偿纹波，即，不可避免地要么过度补偿(导致较低的响度)要么补偿不足(导致削波和欠压)。此外，这种方法不提供用于调节电池电流/功率的控制；因此，电池续航时间会受到影响。

因此需要一种更好的解决方案来解决这些问题。

发明内容

在示例中，一种电压调节电路包括电压限制器、滤波器和选择器。电压限制器具有滤波音频输入端、音频电压阈值输入端和增益信号输出端。滤波器可以是去加重滤波器，并且具有音频输入端和耦合到滤波音频输入端的音频输出端。选择器具有接收防削波电压限制信号(例如，PVDD_Lim)的防削波电压限制输入端、接收基于功率的电压限制信号的基于功率的电压限制输入端、接收基于电流的电压限制信号的基于电流的电压限制输入端以及耦合到音频电压阈值输入端的输出端。选择器被配置为选择防削波电压限制信号、基于功率的电压限制信号和基于电流的电压限制信号之一，并将所选择的信号作为音频电压阈值信号(例如，V_Lim)输出到电压限制器的音频电压阈值输入端。

在示例中，一种音频系统包括放大器和调节电路。放大器具有音频输入端、供电电压输入端和被适配成耦合到负载的电压输出端。调节电路被配置为：基于放大器的供电电压输入端的电压(例如，PVDD_Dev)的最大输入电压值(例如，PVDD_Max)、放大器的供电电压输入端的电压的平均输入电压值(例如，PVDD_Avg)以及无声电压阈值来确定源电压的当前值(例如，PVDD)并生成表示电压源的估计当前值(例如，PVDD_Msr(n))的测量电压信号；设置电压源与放大器的供电电压输入端之间的外部串联电阻(ESR)的当前估计值，该ESR的当前值(例如，ESR(n))基于放大器的供电电压输入端的电压的最小输入电压值(例如，PVDD_Min)、ESR的前一个估计值(例如，ESR(n-1))以及音频系统的音频是否处于压缩状态；基于电压源的估计当前值、ESR的当前值和指示负载的当前电阻的测量电阻值来确定防削波电压限制信号(例如，PVDD_Lim)；基于电压源的估计当前值的第一函数(例如，f1)来计算基于功率的电压限制信号；并且基于电压源的估计当前值的第二函数(例如，f2)来计算基于电流的电压限制信号。

在示例中，一种方法包括：测量施加到音频系统的源电压以生成测量的源电压信号；更新电压源与音频系统放大器的供电电压输入端之间的外部串联电阻(ESR)的估计值，以生成更新的ESR估计值；测量音频系统的负载的电阻以生成测量电阻；基于测量的源电压信号、所更新的估计ESR和测量电阻来生成防削波电压限制信号；基于测量的源电压信号来计算基于功率的电压限制信号；基于测量的源电压信号来计算基于电流的电压限制信号；以及选择防削波电压限制信号、基于功率的电压限制信号和基于电流的电压限制信号之一作为音频系统的音频电压阈值信号。

通过参考附图进行的以下详细描述，将更好地理解这些以及其他特征。

附图说明

通过结合具体实施方式的以下附图可以理解本披露的特征。

图1是示例非升压音频系统的部件的示意图。

图2是包括示例源电压测量器和示例外部串联电阻(ESR)估计器的示例控制器的示意图，该控制器可以用于图1的示例非升压音频系统中。

图3是音频信号路径中的示例去加重滤波器和示例电压限制器以及示例非升压音频系统(比如图1的非升压音频系统)的其他相关联部件的示意图。

图4是示例去加重滤波器(比如图3的去加重滤波器)的输出的幅度相对于频率的曲线图。

图5是示例非升压音频系统(比如图1的非升压音频系统)的部件的示例操作的流程图。

在附图中使用相同的附图标记来指定(在结构上和/或功能上)相同或相似的特征。

具体实施方式

下文参考附图详细地描述特定示例。这些示例并不旨在是限制性的。附图中所描绘的物体不一定按比例绘制。

在本披露的各个方面，调节负载电压以增加或最大化音频净空/响度，同时防止或最小化非升压音频系统中的削波。也就是说，目标负载电压被调节为大约等于瞬时放大器电压轨。在本披露的各个方面，调节电池电流和/或电池功率，以防止电压源(例如，电池)的过度放电，该过度放电可能是由于长时间驱动高负载电压而导致的。执行功率/电流调节不仅延长了电池续航时间，还使音频系统欠压的可能性最小化。

负载电压是基于低纹波/无声条件下的真实电池电压(PVDD_Msr)的估计值或测量值、ESR的估计值和负载电阻(Re)的测量值来调节的。PVDD_Msr和ESR估计值是通过对放大器供电电压输入端子的电压(PVDD_Dev)进行采样和处理而获得的。ESR估计值通过考虑PVDD_Dev上的瞬时纹波来更新前一个ESR估计值。当PVDD_Dev降至PVDD_Lim以下时，ESR估计值可能会增加，这会降低PVDD_Lim。由于系统条件的变化，ESR估计值可能会以非常缓慢的速率降低以恢复净空，这会导致PVDD_Lim增加。当存在长时间的无声时，ESR估计值可以重置为初始值或默认值。

然后使用PVDD_Msr和估计ESR来确定防削波电压限制信号(PVDD_Lim)。将PVDD_Lim与分别基于功率预算PLIM和电流预算ILIM生成的其他电压限制信号进行比较。PLIM和ILIM是通过将相应的函数应用于PVDD_Msr而获得的，然后PLIM和ILIM被进一步处理以分别生成基于功率预算的电压限制信号和基于电流预算的电压限制信号。也就是说，用于控制音频的音频电压阈值信号(V_Lim)是从PVDD_Lim、基于功率预算的电压限制信号以及基于电流预算的电压限制信号中选择的。优选地，选择这三个信号中的最小信号作为V_Lim。音频控制路径中的去加重滤波器用于补偿频率相关的PVDD_Dev纹波。

有利地，V_Lim通过跟踪PVDD、ESR和Re来动态适应系统条件的变化，而去加重滤波器补偿频率相关的电容纹波。这确保了用于音频回放的负载电压将(i)低于削波阈值并且(ii)几乎等于目标输出负载功率。这可以最大化声压级(SPL)并且最小化削波。在确定V_Lim时考虑PLIM和ILIM改善或优化了电池续航时间并确保了音频平衡。此外，系统可以被配置为使得音频限制器仅在信号电平较大时才工作。因此，即使在电池电压较低的情况下，也不会压缩音频中相对较柔和的部分，从而即使在电池电量不足的情况下也能优化响度和动态范围。

图1图示了包括电压源(例如，电池)102的示例音频系统100，该电压源的真实电压表示为PVDD。电池102经由ESR 106耦合到放大器104的电压输入端。放大器供电电压输入端的电压表示为PVDD_Dev。放大器104具有接收音频信号的音频输入端108。负载112(具有电阻Re)耦合在放大器104的输出端与接地114之间。例如，负载112可以是扬声器。

一般来说，由音频系统100实施的算法测量PVDD以生成表示电池102的电压估计值的测量电压信号(PVDD_Msr)，估计ESR，测量负载的电阻(Re)，并调节音频以使得表示音频系统100的防削波电压限值的PVDD_Lim小于PVDD_Dev。负载112两端的PVDD_Lim汲取其值大约等于PVDD_Lim/Re的电流(I)。ESR 106两端的电压降可以确定为：ESR*(PVDD_Lim/Re)，PVDD_Dev大约等于PVDD-ESR*(PVDD_Lim/Re)。为防止削波，PVDD_Lim≤PVDD_Dev-ESR*(PVDD_Lim/Re)。因此，PVDD_Lim≤PVDD_Msr/[1+ESR/Re]。为了最大化音频输出：PVDD_Lim＝PVDD_Msr/[1+ESR/Re]。

音频系统100包括控制器122以确定PVDD_Lim。控制器122耦合到采样器124的输出端，该采样器的输入端耦合到模数转换器(ADC)126。ADC 126接收作为输入到放大器104的模拟供电电压信号的PVDD_Dev，并对PVDD_Dev进行采样。采样间隔可以是任何合适的时间段，例如10.4μs(对应于96KHz的采样率)。这是ADC 126对PVDD_Dev进行数字化的典型采样率，尽管也可以使用其他采样率。

然后由控制器122处理经采样和数字化的值以生成电池102的电压的估计当前值(该当前值表示为PVDD_Msr(n))和ESR 106的估计的当前电阻值(该当前值表示为ESR(n))。进而，PVDD_Msr(n)和ESR(n)连同负载112的测量电阻(Re)一起被控制器122用来计算防削波电压限值PVDD_Lim，如下面结合图2更详细地描述的。

为了测量负载112的电阻(Re)，从而获得用于计算PVDD_Lim的Re，音频系统100进一步包括电压和电流感测电路132，以在每个计算间隔感测负载112两端的输出电压和流过负载112的输出电流。电路132生成指示感测到的输出电压(V sense)的模拟信号，该信号被输入到ADC 134并被数字化。电路132还生成指示感测到的输出电流(I sense)的模拟信号，该信号被输入到ADC 136并被数字化。数字电压和电流值然后分别由ADC 134和136输出到电阻测量电路138，在该电阻测量电路中确定负载电阻值(Re)。在示例中，周期性地感测输出电压和电流以在每个计算周期提供更新的负载电阻值(Re(n))，当获得这些值时，由电阻测量电路138将这些值提供给控制器122和下面描述的其他部件。下面给出了关于Re(n)测量的更多细节。

音频系统100进一步包括计算电路142以计算基于电流预算的电压限制信号和基于功率预算的电压限制信号。计算电路142可以包括第一计算器144，该第一计算器包括从控制器122接收PVDD_Msr、将第一函数(f1)应用于PVDD_Msr以生成系统功率预算(PLIM)的功能块。PLIM被输入到第一计算器144的乘法器，在该乘法器中，PLIM与从电阻测量电路138获得的负载电阻值(Re)相乘。第一计算器144还包括平方根功能块，该平方根功能块用于计算以生成对应的基于功率预算的电压限制信号。计算电路142进一步包括功能块和乘法器块，用于首先将第二函数(f2)应用于PVDD_Msr以生成系统电流预算(ILIM)，然后将该系统电流预算与从电阻测量电路138获得的Re相乘以生成对应的基于电流预算的电压限制信号。第一函数(f1)可以配置为使得随着PVDD的降低，可以降低PLIM以延长电池续航时间。第二函数(f2)可以在功能方面被类似地配置；也就是说，f2可以对PVDD_Msr进行操作，使得随着PVDD的降低，ILIM也会降低，这也有助于延长电池续航时间。

防削波电压限制信号(PVDD_Lim)、基于功率预算的电压限制信号和基于电流预算的电压限制信号中的每一个被提供给选择器152，该选择器被配置为选择这三个信号中的最小信号，并且将所选择的最小信号作为音频电压阈值信号(V_Lim)输出到电压限制器154。

除了具有用于V_Lim的音频电压阈值输入端之外，电压限制器154还具有耦合到滤波器(例如，去加重滤波器)156的输出端的滤波音频输入端，该滤波器具有用于接收音频信号(音频输入)的音频输入端。电压限制器154被配置为将增益信号(增益)输出到乘法器162，该乘法器还接收来自前瞻延迟164的信号。前瞻延迟164接收音频输入并且被配置为根据需要对音频信号施加延迟以补偿缓慢的增益。在示例中，对于48KHz的音频采样率，延迟可以是与2.7μs的前瞻延迟相对应的128个样本。

乘法器162将前瞻延迟164的输出与来自电压限制器154的增益信号相乘以生成输入到加法器166的音频信号(音频输出)，该加法器还接收导频音168。加法器166将导频音168(其可以呈极低振幅和极低频率信号的形式)与来自乘法器162的音频输出相加，以生成用于输入到放大器104的音频信号。在极低频率下，负载(即扬声器)112是电阻性的。极低振幅使由于导频音168造成的功率损失保持在最小。

在Re(n)测量中也考虑了导频音168。在示例中，来自电压和电流感测电路132的感测V/I信号通过可以在音频系统100的数字信号处理器(未示出)中实施的带通滤波器并被调谐到导频音频率。然后，滤波信号通过电阻测量电路138的数字除法器块(电压/电流)，以计算Re(n)，例如， 在另一个示例中，除法器输出通过电阻测量电路138的平均滤波器，以滤除感测电阻信号上的噪声。因此，在后一个示例中，/>

图2是示例控制器122的示意图，其包括示例源电压测量器202、示例外部串联电阻(ESR)估计器204和示例PVDD_Lim计算器206。在每个计算间隔n中，源电压测量器202确定PVDD_Msr(n)，ESR估计器204确定ESR(n)，然后计算器206使用这些值连同电阻测量值Re(n)一起来确定PVDD_Lim(n)。

在示例中，源电压测量器202经由PVDD_Dev测量样本块(其中，N是块大小)的PVDD，以分别生成临时最大输入电压值MAX_V、平均输入电压值AVG_V和最小输入电压值MIN_V。在示例中，MAX_V、AVG_V和MIN_V确定如下：MAX_V＝max(PVDD_Dev(n))|_{n＝0,1,…,N-1}；AVG_V＝avg(PVDD_Dev(n))|_{n＝0,1,…,N-1}；以及MIN_V＝min(PVDD_Dev(n))|_{n＝0,1,…,N-1}。如果即，MAX_V与AVG_V之间的差值小于可能大约为10mV的无声电压阈值，则/>其中，K是平均块的数量。也就是说，PVDD_Msr(n)＝Avg(PVDD_Max)。否则，PVDD_Msr保持与前一个源电压测量值相同；也就是说，PVDD_Msr(n)＝PVDD_Msr(n-1)。

在测量PVDD时，只考虑低音频条件下的MAX_V，因为在低音频段期间纹波可以忽略不计。耦合到电池102的输出端的一个或多个去耦电容器可以减少大信号音频的高频纹波。

在示例中，ESR估计器204通过适应变化的音频条件和外部条件来更新表示为ESR(n)的ESR 106的估计值。如果MIN_V<PVDD_Lim(n-1)(即，前一个计算的PVDD_Lim)，则ESR(n)(即，ESR的当前估计值)相对于其前一个估计值(ESR(n-1))以快速攻击的方式增加；也就是说，ESR(n)＝ESR(n-1)+一个攻击量的电阻(其可以是0.05Ω)。这确保了对PVDD_Lim进行调节以防止削波。如果MIN_V≥PVDD_Lim(n-1)+Δ持续一定时间，并且音频被压缩，则ESR(n)以缓慢释放的方式降低；也就是说，ESR(n)＝ESR(n-1)-衰减量(其可以是0.01Ω)。这确保了在ESR由于环境条件变化而降低时恢复可用净空。在示例中，Δ可以是大约100mV。如果这些条件都不适用，则估计ESR保持不变；也就是说，ESR(n)＝ESR(n-1)。这意味着即使ESR由于(多种)环境条件的变化而降低，也已经有足够的可用音频净空，因此不需要ESR自适应。

音频是否处于压缩状态可以通过将输出音频信号(音频输出)与输入音频信号(音频输入)进行比较来确定。如果音频输出的振幅小于音频输入的振幅，则音频处于压缩状态。

在持续较长时间(其将包括长时间(例如，大约5分钟)的无声)的情况下，估计ESR可以在该时间之后被重置为初始(默认)值。

图3示出了包括示例去加重滤波器156的音频信号路径，该去加重滤波器接收输入音频信号(音频输入)并将滤波音频信号提供给电压限制器154，该电压限制器生成增益信号(增益)。在图3中，部件302表示PVDD_Lim计算器206和选择器152的组合。因此，部件302基于输入PVDD_Msr、估计ESR和测量Re来计算PVDD_Lim，如上所述。部件302还分别从计算器144和146接收基于功率预算的电压限制信号和基于电流预算的电压限制信号，并选择PVDD_Lim、基于功率预算的电压限制信号和基于电流预算的限制信号之一作为V_Lim，其由部件302输出并被输入到电压限制器154。

去加重滤波器156补偿音频信号路径中频率相关的(例如，电容)纹波，并且对音频信号的较高频率分量进行去加重，如图4的曲线图400所示，其描绘了滤波音频信号的幅度(dB)相对于其频率(Hz)的变化。去加重滤波器156在高频下允许通过电压限制器154的功率减少，从而使其放宽衰减并利用由于低纹波而增加的音频净空。在示例中，去加重滤波器156可基于电池102的输出端的去耦电容器进行调谐。去加重滤波器156也可以用于补偿由于高频无功负载而导致的较低功率输送。

电压限制器154可以包括峰值跟踪器电路，以跟踪峰值并估计从去加重滤波器156接收的滤波输入信号(In(n))的振幅。In(n)的振幅估计值表示为In_est(n)。为了获得In_est(n)，峰值跟踪器电路将经过滤的输入信号的绝对值(即，(|In(n)|))与紧接在前的音频计算间隔中的峰值估计值(In_est(n-1))进行比较。如果In_est(n-1)<|In(n)|，则In_est(n)＝|In(n)|；否则(即，如果In_est(n-1)≥|In(n)|)，则In_est(n)＝In_est(n-1)×衰减因子。衰减因子可以对应于允许电压限制器154更缓慢地释放增益信号的衰减时间常数。在示例中，衰减因子可以为0.9993(对应于48KHz的音频采样率下30ms的衰减时间常数)。为了防止或最小化失真，电压限制器154可以包括平滑滤波器，In_est(n)通过该平滑滤波器以生成信号：Filter[In_est(n)]，其是In(n)的振幅的平滑估计值。

在示例中，去加重滤波器156可以被配置为仅在PVDD_Lim被选择为V_Lim时才工作。在所有其他情况下(即，当PVDD_Lim未被选择为V_Lim时)，电压限制器154接收音频输入(未滤波音频输入信号)，并对音频输入(而不是滤波音频信号)执行上述操作。

前瞻延迟164接收未滤波音频信号并对该音频信号施加延迟以确保由于平滑滤波器而导致的增益信号的缓慢施加不会导致削波。音频被时间一定量(延迟)的延迟以补偿缓慢增益。在示例中，对于音频采样率＝48KHz的情况，延迟可以是与2.7μs的前瞻延迟相对应的128个样本。

电压限制器154根据以下公式计算并输出增益信号(例如，Gain(n))：乘法器162的音频输出为：音频输出(n-延迟)＝ln(n–延迟)×Gain(n)。

图5是操作示例非升压音频系统(或其部件)(比如图1的非升压音频系统或其部件)的示例方法500的流程图。在操作502中，测量施加到音频系统(例如，音频系统100)的源电压(PVDD)以生成测量的源电压信号(PVDD_Msr)。PVDD_Msr可以通过对放大器(例如，音频系统100的放大器104)的供电电压输入引脚处的电压(PVDD_Dev)进行采样、生成样本的数字值并处理样本以提供最大值、平均值和最小值来获得。最大值和平均值用于确定PVDD_Msr。在操作504中，估计ESR(即电压源输出端与放大器的供电电压输入引脚之间的电阻的估计值)相对于前一个估计值被更新。这种更新是基于最小输入电压值的。在操作506中，测量音频系统的负载的电阻以生成测量电阻Re。测量电阻Re可以通过感测音频系统的输出电压和输出电流来获得。

在操作508中，基于PVDD_Msr、更新后的ESR估计值和测量Re来生成防削波电压限制信号PVDD_Lim。PVDD_Lim可以在每个计算周期根据以下公式基于PVDD_Msr、ESR和Re的最新测量值/估计值进行计算：PVDD_Msr/[1+ESR/Re]。

负载电压调节进一步包括基于PVDD_Msr来计算基于功率预算的电压限制信号(操作510)以及基于PVDD_Msr来计算基于电流预算的电压限制信号(操作512)。获得功率预算PLIM作为PVDD_Msr的第一函数，并且获得电流预算ILIM作为PVDD_Msr的第二函数。然后将PLIM和ILIM转换为相应的电压限制信号。

在操作514中，PVDD_Lim、基于功率预算的电压限制信号和基于电流预算的电压限制信号之一被用作音频系统的音频电压阈值信号。在示例中，选择这三个信号中的最小信号作为音频电压阈值信号。

图5描绘了用于控制音频系统的一种可能的操作顺序。并非所有操作都必须按所描述的顺序执行。一些操作可以基本上同时或在重叠的时间段内执行。一些操作可以组合成单个操作。根据特定的音频系统，可以执行附加操作和/或替代操作。

上文描述了一种用于非升压音频系统的智能管理解决方案，该解决方案改善了音频回放质量，即，在没有或尽量减少削波的情况下改善了整个电池电量范围内的响度和动态范围，并且由于基于负载的电压调节而提高了电池续航时间。

在示例中，使用电池电压感测、输出电阻感测(经由输出电压和电流感测)来调节负载电压。电池电压感测基于放大器供电电压引脚处的电压(PVDD_Dev)，以获得电池电压的测量值，即，测量电压信号(PVDD_Msr)。PVDD_Msr用于确定防削波电压限制信号(PVDD_Lim)，以及基于功率预算的电压限制信号和电流预算的电压限制信号。ESR对纹波的影响(缓慢变化)通过以下迭代过程进行补偿：每当PVDD_Dev降至PVDD_Lim以下时，估计ESR就会增加，这会降低PVDD_Lim，并且由于系统条件变化(这通常是非常缓慢的现象)，估计ESR以非常缓慢的速率降低以跟踪ESR的变化从而恢复净空，这会增加PVDD_Lim。在示例中，去耦电容器对纹波的影响(通常是快速的频率相关现象)由去加重滤波器进行补偿。随着音频输入的频率的变化，滤波器允许进行频率相关的功率/电流调节，以在不牺牲音频质量(即，没有削波或失真)的情况下最大化音频响度。

术语“耦合”在整个说明书中被使用。术语及其派生词可以涵盖能够实现与本文一致的功能关系的连接、通信或信号路径。例如，如果设备A提供信号以控制设备B执行动作，则在第一示例中设备A耦合到设备B，或者在第二示例中，设备A通过中间部件C耦合到设备B，条件是中间部件C没有实质性改变设备A与设备B之间的功能关系，因此设备B由设备A经由设备A提供的控制信号来控制。

“被配置为”执行任务或功能的设备可以在制造时由制造商配置(例如，编程和/或硬连线)以执行该功能，和/或可以在制造之后可由用户配置(或可重新配置)以执行该功能和/或其他附加或替代的功能。该配置可以通过对设备进行固件和/或软件编程、通过对设备的硬件部件和互连进行构造和/或布局、或其组合来进行。

如本文所使用的，术语“端子”和“引脚”是同义的，并且每个都可以指示节点、互连和/或引线。除非有相反的具体说明，否则这些术语一般用于指设备元件、电路元件、集成电路、设备或其他电子部件或半导体部件的端点或其中的互连。

本文描述为包括某些部件的电路或设备可以替代地被适配成与那些部件耦合以形成所描述的电路或设备。例如，被描述为包括一个或多个半导体元件(比如，晶体管)、一个或多个无源元件(比如，电阻器、电容器和/或电感器)、和/或一个或多个电源(比如，电压源和/或电流源)的结构可以替代地仅包括单个物理器件(例如，半导体管芯和/或集成电路(IC)封装)内的半导体元件，并且可以被适配成在制造时或制造后(例如由终端用户和/或第三方)与至少一些无源元件和/或电源耦合以形成所描述的结构。

本文描述的电路可重新配置为包括所替换的部件，以提供至少部分地与在进行部件替换之前可用的功能类似的功能。除非另有声明，否则被示出为单个电阻器的部件一般地表示串联和/或并联耦合以提供由所示出的电阻器表示的阻抗量的任何一个或多个电阻器。本披露的电容器亦是如此。除非另有说明，否则单个电容器一般地表示可以包括多个电容器的电容元件，该多个电容器被耦合以在该单个电容器所耦合于的两个节点之间提供一定量的电容。

在前面的描述中使用的短语“地”包括适用于或合适于特定音频系统的任何形式的接地连接。因此，“接地”涵盖但不限于底盘接地、大地接地、浮动接地、虚拟接地、数字接地、公共接地。除非另有说明，否则数值前面的“约”、“大约”或“基本上”是指所述值+/-10％。

在权利要求的范围内，可以对所描述的示例进行修改，其他示例也是如此。例如，虽然上面的描述主要集中在用于单声道系统的单频带电压限制器，但是这些教导很容易适用于多频带限制器架构和多信道系统。

本文描述的特征可以适用于与所提供的教导一致的其他环境和应用。

Claims (22)

1.一种电压调节电路，包括：

电压限制器，所述电压限制器具有滤波音频输入端、音频电压阈值输入端和增益信号输出端；

滤波器，所述滤波器具有音频输入端和耦合到所述滤波音频输入端的音频输出端；以及

选择器，所述选择器具有防削波电压限制输入端、基于功率的电压限制输入端、基于电流的电压限制输入端和耦合到所述音频电压阈值输入端的输出端，所述选择器被配置为选择所述防削波电压限制输入端的输出、所述基于功率的电压限制输入端的输出和所述基于电流的电压限制输入端的输出之一，并将所选择的输出作为音频电压阈值信号输出到所述电压限制器的音频电压阈值输入端。

2.根据权利要求1所述的电压调节电路，进一步包括：

控制器，所述控制器具有：第一电压输入端，所述第一电压输入端被配置为接收电压的最大输入电压值，以用于输入到与所述电压限制电路相关联的放大器的供电电压输入端；第二电压输入端，所述第二电压输端入被配置为接收所述电压的最小输入电压值，以用于输入到所述放大器的供电电压输入端；第三电压输入端，所述第三电压输入端被配置为接收所述电压的平均输入电压值，以用于输入到所述放大器的电压输入端；电阻输入端，所述电阻输入端被配置为接收输出电阻值；以及输出端，所述输出端被配置为向所述选择器的防削波电压限制输入端输出防削波电压限制信号。

3.根据权利要求2所述的电压调节电路，其中，所述控制器被配置为基于所述最大输入电压值、所述平均输入电压值和无声电压阈值来估计源电压的当前值并生成表示电压源的估计当前值的测量电压信号。

4.根据权利要求3所述的电压调节电路，其中，所述控制器被配置为估计电压源的输出端与所述放大器的供电电压输入端之间的外部串联电阻(ESR)的当前值，并生成表示所述ESR的估计当前值的测量电阻值，所估计的ESR的当前值基于所述最小输入电压值、所述防削波电压限制信号的前一个值、所估计的ESR的前一个值以及所述音频系统的音频是否处于压缩状态。

5.根据权利要求4所述的电压调节电路，其中，所述控制器被配置为基于所述电压源的估计当前值、所述ESR的估计当前值和所测量的输出电阻值来确定所述防削波电压限制信号。

6.根据权利要求5所述的电压调节电路，进一步包括：

第一计算器，所述第一计算器被配置为基于所述电压源的估计当前值的第一函数来计算基于功率的电压限制信号；以及

第二计算器，所述第二计算器被配置为基于所述电压源的估计当前值的第二函数来计算基于电流的电压限制信号。

7.根据权利要求6所述的电压调节电路，其中，所述选择器被配置为选择在所述防削波电压限制输入端处的所述防削波电压限制信号输出、在所述基于功率的电压限制输入端处的所述基于功率的电压限制信号输出和在所述基于电流的电压限制输入端处的所述基于电流的电压限制信号输出中的最小信号，并输出所选择的最小信号作为所述音频电压阈值信号。

8.根据权利要求1所述的电压调节电路，其中，所述滤波器包括去加重滤波器，所述去加重滤波器被配置为补偿电压源与外部串联电阻(ESR)之间的去耦电容器，所述ESR位于电压源的输出端与同所述电压限制电路相关联的放大器的供电电压输入端之间。

9.根据权利要求8所述的电压调节电路，其中，所述去加重滤波器被配置为补偿所述放大器的供电电压输入端的电压的电容纹波。

10.根据权利要求8所述的电压调节电路，其中，所述去加重滤波器被配置为基于所述去耦电容器进行调谐。

11.一种音频系统，包括：

放大器，所述放大器具有音频输入端、供电电压输入端和被适配成耦合到负载的电压输出端；以及

调节电路，所述调节电路被配置为：

基于所述放大器的供电电压输入端的电压的最大输入电压值、所述放大器的供电电压输入端的电压的平均输入电压值以及无声电压阈值来确定源电压的当前值并生成表示所述电压源的估计当前值的测量电压信号，

设置所述电压源与所述放大器的供电电压输入端之间的外部串联电阻(ESR)的当前估计值，所述ESR的当前值基于所述放大器的供电电压输入端的电压的最小输入电压值、ESR的前一个估计值以及所述音频系统的音频是否处于压缩状态，

基于所述电压源的估计当前值、所述ESR的当前值和指示所述负载的当前电阻的测量电阻值来确定防削波电压限制信号，

基于所述电压源的估计当前值的第一函数来计算基于功率的电压限制信号，并且

基于所述电压源的估计当前值的第二函数来计算基于电流的电压限制信号。

12.根据权利要求11所述的音频系统，其中，所述调节电路包括：

电压限制器，所述电压限制器被配置为接收所述防削波电压限制信号、所述基于功率的电压限制信号和所述基于电流的电压限制信号中选定的一个信号作为音频电压阈值信号。

13.根据权利要求12所述的音频系统，其中，所述调节电路被配置为选择所述防削波电压限制信号、所述基于功率的电压限制信号和所述基于电流的电压限制信号中的最小信号，并将所选择的最小值信号作为所述音频电压阈值信号输出到所述电压限制器。

14.根据权利要求11所述的音频系统，进一步包括：

去加重滤波器，所述去加重滤波器具有被配置为接收音频输入信号的输入端和耦合到所述电压限制器的音频输入端的输出端。

15.根据权利要求14所述的音频系统，其中，所述去加重滤波器被配置为补偿所述放大器的供电电压输入端的电压的频率相关纹波。

16.根据权利要求11所述的音频系统，进一步包括：

负载测量电路，所述负载测量电路被配置为测量所述负载的电阻并输出指示所述负载的当前电阻的信号。

17.根据权利要求16所述的音频系统，其中，所述负载测量电路包括负载电压传感器和负载电流传感器。

18.一种方法，包括：

测量施加到音频系统的源电压以生成测量的源电压信号；

更新电压源与所述音频系统的放大器的供电电压输入端之间的外部串联电阻(ESR)的估计值，以生成更新的ESR估计值；

测量所述音频系统的负载的电阻以生成测量电阻；

基于所述测量的源电压信号、所更新的估计ESR和所述测量电阻来生成防削波电压限制信号；

基于所述测量的源电压信号来计算基于功率的电压限制信号；

基于所述测量的源电压信号来计算基于电流的电压限制信号；以及

选择所述防削波电压限制信号、所述基于功率的电压限制信号和所述基于电流的电压限制信号之一作为所述音频系统的音频电压阈值信号。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述生成操作包括生成所述防削波电压限制信号，使得所述防削波电压限制信号小于或等于所述测量的源电压信号与一加所述估计ESR除以所述测量电阻之和的比值。

20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述更新包括更新所述估计ESR以保持所述防削波电压限制信号小于或等于所述测量的源电压信号与一加所述估计ESR除以所述测量电阻之和的比值。

21.根据权利要求18所述的方法，其中，所述基于功率的电压限制信号作为所述测量的源电压信号的第一函数被计算，并且所述基于电流的电压限制信号作为所述测量的源电压信号的第二函数被计算。

22.根据权利要求18所述的方法，其中，所述音频电压阈值信号被选择为所述防削波电压限制信号、所述基于功率的电压限制信号和所述基于电流的电压限制信号中的最小信号。