DE112021005108T5

DE112021005108T5 - Überwachungsschaltungen

Info

Publication number: DE112021005108T5
Application number: DE112021005108.3T
Authority: DE
Inventors: John Paul Lesso
Original assignee: Cirrus Logic International Semiconductor Ltd
Current assignee: Cirrus Logic International Semiconductor Ltd
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2021-09-24
Publication date: 2023-07-20
Also published as: WO2022069877A1; GB2613524A; US20220103957A1; US11683653B2; US20220210589A1; US11317227B2; GB202304547D0

Abstract

Überwachungsschaltungen, welche Folgendes umfassen: eine Stromüberwachungseinheit, die zum Überwachen eines Lautsprecherstroms, der durch einen Lautsprecher fließt, und zum Erzeugen eines Überwachungssignals, das diesen Strom angibt, ausgebildet ist; und einen Controller, der, basierend auf einem Steuersignal, zum Steuern der Stromüberwachungseinheit zum Steuern, ob das Überwachungssignal erzeugt wird, und/oder einer Eigenschaft des Überwachungssignals ausgebildet ist.

Description

GEBIET DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Überwachungsschaltungen, insbesondere zur Verwendung in einem Host-Gerät. Ganz besonders betrifft die Offenbarung die Verwendung eines Lautsprechers als ein Sensor, welcher als ein Mikrofon bezeichnet werden kann. Derartige Überwachungsschaltungen können als Audioschaltungen bezeichnet werden.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Überwachungsschaltungen können (zumindest teilweise auf ICs) innerhalb eines Host-Gerätes implementiert werden, welches als ein elektrisches oder elektronisches Gerät betrachtet werden kann und bei welchem es sich um ein Mobilgerät handeln kann. Zu Beispielgeräten zählen ein tragbares und/oder akkubetriebenes Host-Gerät, wie z. B. ein Mobiltelefon, ein Audioplayer, ein Videoplayer, ein PDA, eine Plattform für mobile Datenverarbeitung, wie z. B. ein Laptop oder ein Tablet, und/oder ein Spielegerät.
Die Akkulaufzeit bei Host-Geräten ist häufig eine wesentliche Designvorgabe. Eine Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, besteht darin, dass Host-Geräte in einen niedrigeren Energiezustand oder „Schlafmodus“ versetzt werden können. In diesem Niedrigenergiezustand sind im Allgemeinen lediglich minimale Schaltungen aktiv, wobei zu derartigen minimalen Schaltungen Komponenten zählen, die zum Erkennen eines Stimulus für das Aktivieren von Betriebsmodi mit höherer Leistung notwendig sind. In einigen Fällen ist eine der Komponenten, die aktiv bleiben, ein kapazitives Mikrofon, um z. B. Sprachaktivierungsbefehle zum Aktivieren eines höheren Energiezustands zu erfassen.
Es ist bekannt, einen Lautsprecher (z. B. eine Lautsprecherbox) als einen Sensor zu nutzen, wobei ein derartiger Sensor üblicherweise als ein Mikrofon bezeichnet wird, und den Lautsprecher zu überwachen, um Informationen abzugreifen, die aus seiner Umgebung abgetastet werden (z. B. basierend auf Schall, der auf dem Lautsprecher auftrifft). Die Verwendung eines Lautsprechers als ein Mikrofon ermöglicht eine Verringerung der Anzahl der in einem Host-Gerät vorgesehenen Komponenten oder der Anzahl derer, die in dem Niedrigenergiezustand aktiv gehalten werden. In diesem Zusammenhang sei auf US9008344 verwiesen, welche Systeme zur Verwendung eines Lautsprechers als ein Mikrofon in einem Mobilgerät betrifft.
Jedoch gelten derartige Systeme bei Berücksichtigung der Leistung (einschließlich der Signal- und Leistungsstärke) als verbesserungsfähig.
Es ist wünschenswert, verbesserte Überwachungsschaltungen bereitzustellen, bei welchen die Leistung ein akzeptables Niveau erreicht. Es ist auch wünschenswert, verbesserte Audioschaltungen bereitzustellen, um zu ermöglichen, dass ein Lautsprecher (z. B. eine Lautsprecherbox) sowohl als ein Lautsprecher als auch als ein Mikrofon (z. B. gleichzeitig) verwendet werden kann, bei verbesserter Leistung.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung sind Überwachungsschaltungen vorgesehen, die Folgendes umfassen: eine Stromüberwachungseinheit, die zum Überwachen eines Lautsprecherstroms, der durch einen Lautsprecher fließt, und zum Erzeugen eines Überwachungssignals, das diesen Strom angibt, ausgebildet ist; und einen Controller, der, basierend auf einem Steuersignal, zum Steuern der Stromüberwachungseinheit zum Steuern, ob das Überwachungssignal erzeugt wird, und/oder einer Eigenschaft des Überwachungssignals ausgebildet ist.
Es ist vorteilhaft, auf diese Weise zum Steuern des Stromverbrauchs, insbesondere der Stromüberwachungseinheit, und/oder von Eigenschaften des Überwachungssignals in der Lage zu sein, zum Beispiel zum effizienten Konfigurieren der Überwachungsschaltungen für einen bestimmten Anwendungsfall.
Der Controller kann, basierend auf dem Steuersignal, zum Steuern des Betriebs der Stromüberwachungseinheit; und/oder in welchem Betriebsmodus von mehreren Betriebsmodi die Stromüberwachungseinheit arbeitet; und/oder eines Betriebsparameters, welcher den Betrieb der Stromüberwachungseinheit definiert, ausgebildet sein.
Zu den mehreren Betriebsmodi können Folgende zählen: ein inaktiver Betriebsmodus, in welchem die Stromüberwachungseinheit inaktiv ist und das Überwachungssignal im Wesentlichen nicht erzeugt wird; und/oder mindestens ein aktiver Betriebsmodus, in welchem die Stromüberwachungseinheit aktiv ist und das Überwachungssignal erzeugt wird.
Der Controller kann zum Erzeugen des Steuersignals basierend auf dem Überwachungssignal und/oder einem anderen Signal, wie z. B. einem Modusauswahlsignal, ausgebildet sein. Ein derartiges Signal kann von einem externen Signalgeber empfangen oder intern erzeugt werden.
Der Controller kann zum Bestimmen, Analysieren oder Extrahieren von Informationen, die durch das Überwachungssignal dargestellt werden, und zum Erzeugen des Steuersignals basierend auf diesen Informationen ausgebildet sein.
Der Controller kann zu Folgendem ausgebildet sein: Bestimmen einer Eigenschaft des Überwachungssignals; Vergleichen der bestimmten Eigenschaft mit einer Zieleigenschaft; und Erzeugen des Steuersignals, um zu veranlassen, dass die bestimmte Eigenschaft hin zu der Zieleigenschaft tendiert. Effektiv kann so eine negative Rückkopplungskontrolle durchgeführt werden.
Die Eigenschaft kann mindestens eines aus einer Frequenzbandbreite, einem Signal-Rausch-Verhältnis (SNR), einem Dynamikbereich, einer Auflösung und einem Verstärkungsfehler umfassen. Es können auch andere Signalqualitäts- oder -genauigkeitseigenschaften gesteuert werden.
Die Stromüberwachungseinheit kann einen Stromspiegel umfassen, der zum Erzeugen eines Spiegelstroms ausgebildet ist, welcher den Lautsprecherstrom spiegelt, wobei eine Größenordnung des Spiegelstroms aufgrund der Stromspiegelung von einer Größenordnung des Lautsprecherstroms abhängt. Das Überwachungssignal kann der Spiegelstrom sein oder aus diesem erzeugt werden. Der Controller kann, basierend auf dem Steuersignal, zum Steuern des Stromspiegels und/oder zur Erzeugung des Überwachungssignals aus dem Spiegelstrom zum Steuern, ob das Überwachungssignal erzeugt wird, und/oder einer Eigenschaft des Überwachungssignals ausgebildet sein.
Der Controller kann, basierend auf dem Steuersignal, zum Steuern des Stromspiegels zum Steuern von mindestens einem aus den Folgenden konfiguriert sein: ob der Stromspiegel aktiv ist, sodass der Spiegelstrom erzeugt wird, oder inaktiv ist, sodass der Spiegelstrom im Wesentlichen nicht erzeugt wird oder als ein Niedrigenergiestrom im Vergleich zu dem Spiegelstrom erzeugt wird; einer Frequenzbandbreite des Spiegelstroms; eines Stromspiegel-Verstärkungsfehlers, bei welchem es sich um einen Fehler bei der Verstärkung zwischen dem Lautsprecherstrom und dem Spiegelstrom handelt, wobei der Verstärkungsfehler wahlweise einen Gleichstromversatz bei der Verstärkung umfasst; und eines SNR oder eines Dynamikbereichs des Spiegelstroms.
Der Stromspiegel kann Folgendes umfassen: einen ersten Transistor, der zum Übertragen des Lautsprecherstroms angeschlossen ist; einen zweiten Transistor, der zum Übertragen des Spiegelstroms angeschlossen ist; und einen Differenzialverstärker, der zum Steuern, basierend auf einer Rückkopplungspotenzialdifferenz, die zwischen Eingängen des Differenzialverstärkers angelegt wird, wobei es sich um eine Differenz zwischen einer ersten Drain-Source-Spannung des ersten Transistors und einer zweiten Drain-Source-Spannung des zweiten Transistors handelt, einer Rückkopplungskomponente, die entlang eines Strompfades, der den Spiegelstrom überträgt, mit dem zweiten Transistor in Reihe geschaltet ist, um zu veranlassen, dass die zweite Drain-Source-Spannung der ersten Drain-Source-Spannung folgt und/oder sich dieser im Wesentlichen angleicht, konfiguriert ist.
Der Controller kann, basierend auf dem Steuersignal, zum Steuern, ob das Überwachungssignal erzeugt wird, und/oder einer Eigenschaft des Überwachungssignals durch das Steuern des Differenzialverstärkers und/oder des zweiten Transistors konfiguriert sein.
Der Controller kann, basierend auf dem Steuersignal, zum Steuern von mindestens einem aus den Folgenden konfiguriert sein: einer Energieversorgung zum Differenzialverstärker; eines Gate-Signals des zweiten Transistors; eines Steuersignals, das an die Rückkopplungskomponente angelegt wird; ob eine Polarität der Rückkopplungspotenzialdifferenz, die zwischen den Eingängen des Differenzialverstärkers angelegt wird, gewechselt wird; einer Geschwindigkeit, mit welcher die Polarität gewechselt wird; eines Vorspannungspegels eines Ausgangsstufenstroms des Differenzialverstärkers; und eines Vorspannungspegels eines Eingangsstufenstroms des Differenzialverstärkers.
Der Controller kann, basierend auf dem Steuersignal, zum Steuern von Folgendem konfiguriert sein: ob der Stromspiegel aktiv oder inaktiv ist durch das Steuern von mindestens einem aus einer Energieversorgung zu dem Differenzialverstärker, einem Gate-Signal des zweiten Transistors und einem Steuersignal, das an die Rückkopplungskomponente angelegt wird; und/oder des Stromspiegel-Verstärkungsfehlers durch das Steuern, ob eine Polarität der Rückkopplungspotenzialdifferenz, die zwischen den Eingängen des Differenzialverstärkers angelegt wird, gewechselt wird, und/oder einer Geschwindigkeit, mit welcher die Polarität gewechselt wird; und/oder der Frequenzbandbreite des Spiegelstroms durch das Steuern eines Vorspannungspegels eines Ausgangsstufenstroms des Differenzialverstärkers; und/oder des SNR oder des Dynamikbereichs des Spiegelstroms durch das Steuern eines Vorspannungspegels eines Eingangsstufenstroms des Differenzialverstärkers.
Die Stromüberwachungseinheit kann eine Impedanz umfassen, die derart angeschlossen ist, dass der Spiegelstrom durch die Impedanz fließt. Das Überwachungssignal kann basierend auf einer Spannung über die Impedanz hinweg erzeugt werden, wobei die Impedanz wahlweise ein Widerstand ist.
Die Stromüberwachungseinheit kann einen Filter umfassen, der zum Filtern des Spiegelstroms oder des Überwachungssignals ausgebildet ist. Der Controller kann, basierend auf dem Steuersignal, zum Konfigurieren des Filters zum Steuern des Überwachungssignals oder eines Signals, das aus dem Überwachungssignal erzeugt wird, konfiguriert sein.
Die Stromüberwachungseinheit kann einen Generator umfassen, der zum Erzeugen des Überwachungssignals basierend auf dem Lautsprecherstrom oder dem Spiegelstrom ausgebildet ist. Der Controller kann, basierend auf dem Steuersignal, zum Steuern des Generators zum Steuern, ob das Überwachungssignal erzeugt wird, und/oder einer Eigenschaft des Überwachungssignals konfiguriert sein.
Der Controller kann, basierend auf dem Steuersignal, zum Steuern des Generators zum Steuern von mindestens einem aus den Folgenden konfiguriert sein: einer Frequenzbandbreite des Überwachungssignals; eines SNR oder eines Dynamikbereichs des Überwachungssignals; und einer Auflösung des Überwachungssignals.
Der Generator kann einen Analog-Digital-Wandler (ADC - Analogue-to-Digital Converter) umfassen, der zum Erzeugen des Überwachungssignals als ein Digitalsignal aus dem Lautsprecherstrom oder dem Spiegelstrom durch Analog-Digital-Wandlung konfiguriert ist.
Der Controller kann, basierend auf dem Steuersignal, zum Steuern von Folgendem konfiguriert sein: einer Taktrate oder einer Abtastrate des Analog-Digital-Wandlers; und/oder eines Vorspannungsstroms des Analog-Digital-Wandlers; der Auflösung des ADC; und/oder der Reihenfolge des ADC.
Der Controller kann, basierend auf dem Steuersignal, zum Steuern von Folgendem konfiguriert sein: der Frequenzbandbreite des Überwachungssignals durch das Steuern einer Taktrate oder einer Abtastrate des Analog-Digital-Wandlers; und/oder des SNR oder des Dynamikbereichs des Überwachungssignals durch das Steuern eines Vorspannungsstroms des Analog-Digital-Wandlers; der Auflösung des Überwachungssignals durch das Steuern der Auflösung des ADC; und/oder der Reihenfolge des ADC.
Die Überwachung kann einen Mikrofonsignalgenerator umfassen, der, wenn externer Schall auf dem Lautsprecher auftrifft, zum Erzeugen eines Mikrofonsignals, das den externen Schall darstellt, basierend auf dem Überwachungssignal ausgebildet ist. Die Überwachung kann einen Lautsprechertreiber umfassen, der zum Antreiben des Lautsprechers basierend auf einem Lautsprechersignal ausgebildet ist. Der Mikrofonsignalgenerator kann zum Erzeugen des Mikrofonsignals basierend auf dem Überwachungssignal und dem Lautsprechersignal ausgebildet sein.
Das Lautsprechersignal kann ein Spannungssignal, das an den Lautsprecher angelegt wird, angeben oder damit in Beziehung stehen oder proportional dazu sein. Das Überwachungssignal kann mit dem Lautsprecherstrom, der durch den Lautsprecher fließt, in Beziehung stehen oder proportional dazu sein.
Der Lautsprechertreiber kann zum Steuern des Spannungssignals, das an den Lautsprecher angelegt wird, ausgebildet sein, um so eine gegebene Beziehung zwischen dem Lautsprechersignal und dem Spannungssignal aufrechtzuerhalten oder zu deren Aufrechterhaltung zu neigen oder diese zu erzwingen.
Der Mikrofonsignalgenerator kann einen Wandler umfassen, der zum Umwandeln des Überwachungssignals in das Mikrofonsignal basierend auf dem Lautsprechersignal konfiguriert ist, wobei der Wandler zumindest teilweise durch eine Übertragungsfunktion definiert ist, die zumindest den Lautsprecher modelliert. Die Übertragungsfunktion kann mindestens eines aus dem Lautsprechertreiber und der Stromüberwachungseinheit oder sowohl den Lautsprechertreiber als auch die Stromüberwachungseinheit modellieren.
Die Überwachungsschaltungen können den Lautsprecher umfassen oder beinhalten.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung sind Überwachungsschaltungen vorgesehen, welche Folgendes umfassen: eine Stromüberwachungseinheit, die zum Überwachen eines Lautsprecherstroms, der durch einen Lautsprecher fließt, und zum Erzeugen eines Überwachungssignals, das diesen Strom angibt, ausgebildet ist; und einen Controller, der, basierend auf einem Steuersignal, zum Steuern des Betriebs der Stromüberwachungseinheit zum Steuern des Überwachungssignals ausgebildet ist.
Die Überwachungsschaltungen können den Lautsprecher umfassen oder beinhalten.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Lautsprecherstrom-Verarbeitungssystem vorgesehen, welches Folgendes umfasst: die Überwachungsschaltungen des ersten oder zweiten Aspektes; und einen Prozessor, der zum Verarbeiten des Überwachungssignals konfiguriert ist.
Der Prozessor kann zum Übergehen von einem Niedrigenergiezustand in einen höheren Energiezustand basierend auf dem Überwachungssignal konfiguriert sein. Der Prozessor kann zum Vergleichen des Überwachungssignals mit mindestens einer Signatur und zum Analysieren von Informationen, die durch das Überwachungssignal dargestellt werden, basierend auf dem Vergleich konfiguriert sein.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Host-Gerät vorgesehen, welches die Überwachungsschaltungen des ersten oder zweiten Aspektes oder das Lautsprecherstrom-Verarbeitungssystem des dritten Aspektes umfasst.
Auch in Betracht gezogen werden entsprechende Verfahrensaspekte, Computerprogrammaspekte und Speichermedienaspekte. Merkmale eines Aspektes können auf einen anderen angewandt werden und umgekehrt.
Figurenliste
Nun wird, lediglich beispielhaft, auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, von welchen:

1 eine schematische Darstellung eines Host-Gerätes ist;
2 eine schematische Darstellung von Überwachungsschaltungen zur Verwendung in dem Host-Gerät von 1 als ein Vergleichsbeispiel ist;
3A eine schematische Darstellung einer Implementierung des Mikrofonsignalgenerators von 2 ist;
3B eine schematische Darstellung einer weiteren Implementierung des Mikrofonsignalgenerators von 2 ist;
4 eine schematische Darstellung einer Beispiel-Stromüberwachungseinheit als eine Implementierung der in 2 gezeigten Stromüberwachungseinheit ist;
5A und 5B schematische Darstellungen von Überwachungsschaltungen zur Verwendung in dem Host-Gerät von 1 in Bezug auf Ausführungsformen sind;
6A und 6B schematische Darstellungen sind, die eine Implementierung des in 5B gezeigten Lautsprechertreibers zeigen;
7 eine schematische Darstellung von Überwachungsschaltungen zur Verwendung in dem Host-Gerät von 1 in Bezug auf eine Ausführungsform ist;
8 eine schematische Darstellung von Überwachungsschaltungen zur Verwendung in dem Host-Gerät von 1 in Bezug auf eine Ausführungsform ist;
9 eine schematische Darstellung ist, die eine weitere Implementierung des Generators von 8 zeigt;
10 eine schematische Darstellung von Teilen eines Host-Gerätes ist, bei welchem es sich um eine Beispiel-Implementierung des Host-Gerätes von 1 handelt; und
11 eine schematische Darstellung eines Verfahrens ist, welches durch den in 10 gezeigten Controller ausgeführt werden kann.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 ist eine schematische Darstellung eines Host-Gerätes 100, welches als ein elektrisches oder elektronisches Gerät betrachtet werden kann.
Zur Verwendung als ein Vergleichsbeispiel kann das Host-Gerät 100 als die Überwachungsschaltungen 200 (nicht spezifisch gezeigt) umfassend betrachtet werden, wie in Verbindung mit 2 detaillierter erläutert werden wird.
Im Falle von Ausführungsformen umfasst das Host-Gerät die Überwachungsschaltungen 400 (nicht spezifisch gezeigt) oder die Variationen 400A bis 400D davon anstelle der Überwachungsschaltungen 200, wie in Verbindung mit 5A und 5B und den nachfolgenden Figuren detaillierter erläutert werden wird. Die Überwachungsschaltungen 200 von 2 sind beschrieben, um ein besseres Verständnis der Überwachungsschaltungen 400 und deren Variationen zu ermöglichen. Das Host-Gerät kann als die Überwachungsschaltungen selbst oder als ein Lautsprecherstrom-Verarbeitungssystem bezeichnet werden. Ähnlich können die Überwachungsschaltungen 400 und deren Variationen als ein Lautsprecherstrom-Verarbeitungssystem bezeichnet werden.
Wie in 1 gezeigt, umfasst das Mobilgerät 100 einen Controller 102, einen Speicher 104, einen Funk-Sendeempfänger 106, eine Benutzerschnittstelle 108, mindestens ein Mikrofon 110 und mindestens eine Lautsprechereinheit 112.
Das Host-Gerät kann ein Gehäuse, d. h. jegliche geeignete Einhausung, Verkleidung oder andere Umgrenzung zur Unterbringung der verschiedenen Komponenten des Host-Gerätes 100 umfassen. Das Gehäuse kann aus Kunststoff, Metall und/oder jeglichen anderen geeigneten Materialien bestehen. Außerdem kann das Gehäuse derart angepasst (z. B. dimensioniert und geformt) sein, dass sich das Host-Gerät 100 durch einen Benutzer des Host-Gerätes 100 leicht transportieren lässt. Dementsprechend beinhaltet das Host-Gerät 100, jedoch nicht darauf beschränkt, ein Mobiltelefon, wie z. B. ein Smartphone, einen Audioplayer, einen Videoplayer, einen PDA, eine Plattform für mobile Datenverarbeitung, wie z. B. ein Laptop oder ein Tablet, ein Handheld-Rechengerät, ein Spielegerät oder jegliches andere Gerät, das sich durch einen Benutzer leicht transportieren lässt.
Der Controller 102 ist im Inneren des Gehäuses untergebracht und beinhaltet jegliche/s System, Gerät oder Vorrichtung, das/die zum Interpretieren und/oder Ausführen von Programmanweisungen und/oder Verarbeiten von Daten konfiguriert ist, und kann, ohne Einschränkung, einen Mikroprozessor, einen Mikro-Controller, einen Digitalsignalprozessor (DSP), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC - Application Specific Integrated Circuit) oder jegliche anderen digitalen oder analogen Schaltungen beinhalten, die zum Interpretieren und/oder Ausführen von Programmanweisungen und/oder Verarbeiten von Daten konfiguriert sind. In einigen Anordnungen interpretiert der Controller 102 Programmanweisungen und/oder führt diese aus und/oder verarbeitet Daten, die im Speicher 104 und/oder anderen computerlesbaren Medien, auf die der Controller 102 zugreifen kann, gespeichert sind.
Der Speicher 104 kann im Inneren des Gehäuses untergebracht sein, kann kommunikativ an den Controller 102 gekoppelt sein und beinhaltet jegliche/s System, Gerät oder Vorrichtung, das/die zum Aufbewahren von Programmanweisungen und/oder Daten für einen Zeitraum konfiguriert ist (z. B. computerlesbare Medien). Der Speicher 104 kann einen Direktzugriffsspeicher (RAM - Random Access Memory), einen elektrisch löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EEPROM - Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), eine PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) -Karte, einen Flash-Speicher, einen Magnetspeicher, einen optomagnetischen Speicher oder jegliche geeignete Auswahl und/oder Anordnung von flüchtigem oder nicht-flüchtigem Speicher, der Daten beibehält, nachdem die Energiezufuhr zum Host-Gerät 100 abgeschaltet wurde, beinhalten.
Die Benutzerschnittstelle 108 kann zumindest teilweise im Inneren des Gehäuses untergebracht sein, kann kommunikativ an den Controller 102 gekoppelt sein und umfasst jegliche Instrumentalität oder Zusammenstellung von Instrumenten, durch welche ein Benutzer mit dem Benutzer-Host-Gerät 100 interagieren kann. Zum Beispiel kann die Benutzerschnittstelle 108 einem Benutzer das Eingeben von Daten und/oder Anweisungen in das Benutzer-Host-Gerät 100 (z. B. über ein Tastenfeld und/oder einen Touchscreen) und/oder ein anderweitiges Manipulieren des Host-Gerätes 100 und seiner assoziierten Komponenten gestatten. Die Benutzerschnittstelle 108 kann dem Host-Gerät 100 auch das Kommunizieren von Daten an einen Benutzer gestatten, z. B. über ein Anzeigegerät (z. B. einen Touchscreen).
Das kapazitive Mikrofon 110 kann zumindest teilweise im Inneren des Gehäuses 101 untergebracht sein, kann kommunikativ an den Controller 102 gekoppelt sein und umfasst jegliche/s System, Gerät oder Vorrichtung, das/die zum Umwandeln von Schall, der auf dem Mikrofon 110 auftrifft, in ein elektrisches Signal, das durch den Controller 102 verarbeitet werden kann, konfiguriert ist, wobei ein derartiger Schall unter Verwendung eines Diaphragmas oder einer Membran in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, das eine elektrische Kapazität aufweist, die basierend auf Schallschwingungen, die an dem Diaphragma oder an der Membran empfangen werden, variiert. Das kapazitive Mikrofon 110 kann ein elektrostatisches Mikrofon, ein Kondensatormikrofon, ein Elektretmikrofon, ein MEMs (mikroelektromechanische Systeme) -Mikrofon oder jegliches andere geeignete kapazitive Mikrofon beinhalten. In einigen Anordnungen können mehrere kapazitive Mikrofone 110 vorgesehen sein und selektiv oder zusammen eingesetzt werden. In einigen Anordnungen ist das kapazitive Mikrofon 110 möglicherweise nicht vorgesehen, wobei hier auf die Lautsprechereinheit 112 zurückgegriffen wird, um als ein Mikrofon zu dienen, wie später erläutert werden wird.
Der Funk-Sendeempfänger 106 kann im Inneren des Gehäuses untergebracht sein, kann kommunikativ an den Controller 102 gekoppelt sein und beinhaltet jegliche/s System, Gerät oder Vorrichtung, das/die, mithilfe einer Antenne, zum Erzeugen und Übertragen von Funkfrequenzsignalen sowie zum Empfangen von Funkfrequenzsignalen und Umwandeln der Informationen, die durch derartige empfangenen Signale übertragen werden, in eine Form, die durch den Controller 102 genutzt werden kann, konfiguriert ist. Natürlich kann der Funk-Sendeempfänger 106 in einigen Anordnungen auch durch nur einen Sender oder nur einen Empfänger ersetzt werden. Der Funk-Sendeempfänger 106 kann zum Senden und/oder Empfangen verschiedener Arten von Funkfrequenzsignalen konfiguriert sein, einschließlich, ohne Einschränkung, Mobilfunkkommunikation (z. B. 2G, 3G, 4G, LTE usw.), drahtloser Kurzstreckenkommunikation (z. B. BLUETOOTH), kommerzieller Funksignale, TV-Signale, Satellitenfunksignale (z. B. GPS), Wireless Fidelity usw.
Die Lautsprechereinheit 112 umfasst einen Lautsprecher (möglicherweise zusammen mit unterstützenden Schaltungen) und kann zumindest teilweise im Inneren des Gehäuses untergebracht sein oder kann sich außerhalb des Gehäuses befinden (im Fall von Kopfhörern z. B. daran anschließbar). Wie später erläutert werden wird, können die in Verbindung mit 2 beschriebenen Überwachungsschaltungen (Audioschaltungen) 200 so verstanden werden, dass sie der Lautsprechereinheit 112 oder einer Kombination aus der Lautsprechereinheit 112 und dem Controller 102 entsprechen. In einigen Anordnungen können mehrere Lautsprechereinheiten 112 vorgesehen sein und selektiv oder zusammen eingesetzt werden. An sich können die in Verbindung mit 2 beschriebenen Überwachungsschaltungen 200 so verstanden werden, dass sie mehrmals vorgesehen sind, jeweils entsprechend den mehreren Lautsprechereinheiten 112, obwohl sie nicht für jede dieser Lautsprechereinheiten 112 vorgesehen sein müssen. Ähnliche Überlegungen gelten für die Überwachungsschaltungen 400 und Variationen davon. Die vorliegende Offenbarung wird dementsprechend verstanden.
Die Lautsprechereinheit 112 kann kommunikativ an den Controller 102 gekoppelt sein und kann jegliche/s System, Gerät oder Vorrichtung umfassen, das/die zum Produzieren von Ton als Reaktion auf einen elektrischen Audiosignaleingang konfiguriert ist. In einigen Anordnungen kann die Lautsprechereinheit 112 einen dynamischen Lautsprecher als ihren Lautsprecher umfassen.
Ein dynamischer Lautsprecher kann so verstanden werden, dass er eine Leichtmembran einsetzt, die über eine flexible Aufhängung mechanisch an einen starren Rahmen gekoppelt ist, die eine Schwingspule dazu zwingt, sich axial durch einen zylindrischen Magnetspalt zu bewegen. Wenn ein elektrisches Signal an die Schwingspule angelegt wird, wird durch den elektrischen Strom in der Schwingspule ein Magnetfeld erzeugt, wodurch sie zu einem variablen Elektromagneten wird. Die Spule und das Magnetsystem des Treibers interagieren miteinander, wobei eine mechanische Kraft erzeugt wird, die die Spule (und damit die aufgesetzte Membran) veranlasst, sich hin und her zu bewegen und dadurch den Ton unter der Kontrolle des vom Verstärker kommenden elektrischen Signals wiederzugeben.
Die Lautsprechereinheit 112 kann als ihren Lautsprecher jeglichen Audiowandler umfassen, einschließlich, u.a., eines Mikrolautsprechers, einer Lautsprecherbox, eines Ohrlautsprechers, Kopfhörern, Ohrhörern oder eines In-Ear-Wandlers, eines Piezo-Lautsprechers und eines elektrostatischen Lautsprechers.
In Anordnungen, in welchen das Host-Gerät 100 mehrere Lautsprechereinheiten 112 beinhaltet, können derartige Lautsprechereinheiten 112 unterschiedlichen Funktionen dienen. Zum Beispiel kann in einigen Anordnungen eine erste Lautsprechereinheit 112 Klingeltöne und/oder andere Alarme wiedergeben, während eine zweite Lautsprechereinheit 112 Sprachdaten wiedergeben kann (z. B. Sprachdaten, die durch den Funk-Sendeempfänger 106 von einer anderen Partei für ein Telefonat zwischen einer derartigen Partei und einem Benutzer des Host-Gerätes 100 empfangen werden). Als ein weiteres Beispiel kann in einigen Anordnungen eine erste Lautsprechereinheit 112 Sprachdaten in einem „Freisprech“-Modus des Host-Gerätes 100 wiedergeben, während eine zweite Lautsprechereinheit 112 Sprachdaten wiedergeben kann, wenn der Freisprechmodus deaktiviert ist.
Obwohl oben in 1 spezifische Beispielkomponenten als in das Host-Gerät 100 integriert veranschaulicht sind (z. B. der Controller 102, der Speicher 104, die Benutzerschnittstelle 108, das Mikrofon 110, der Funk-Sendeempfänger 106, die Lautsprechereinheiten) 112), kann in einigen Anordnungen das Host-Gerät 100 auch eine oder mehrere Komponenten umfassen, die oben nicht ausdrücklich aufgeführt sind. In anderen Anordnungen kann das Host-Gerät 100 auch nur einen Teil der oben ausdrücklich aufgeführten Komponenten umfassen, zum Beispiel umfasst es möglicherweise nicht den Funk-Sendeempfänger 106 und/oder das Mikrofon 110.
Wie oben erwähnt, können eine oder mehrere Lautsprechereinheiten 112 als ein Mikrofon eingesetzt werden. Zum Beispiel kann Schall, der auf eine Membran oder eine andere klangerzeugende Komponente einer Lautsprechereinheit 112 auftrifft, eine Bewegung in einer derartigen Membran verursachen, wodurch wiederum eine Bewegung der Schwingspule einer derartigen Lautsprechereinheit 112 verursacht wird, die eine Spannung an der Schwingspule induziert, die abgetastet und zur Verarbeitung an den Controller 102 und/oder andere Schaltungen übertragen werden kann, wodurch sie effektiv als ein Mikrofon arbeitet. Schall, der durch eine Lautsprechereinheit 112, die als ein Mikrofon verwendet wird, erkannt wird, kann für viele Zwecke verwendet werden.
Zum Beispiel kann in einigen Anordnungen eine Lautsprechereinheit 112 als ein Mikrofon zum Abtasten von Sprachbefehlen und/oder anderen Audiostimuli verwendet werden. Diese können zum Ausführen vordefinierter Aktionen eingesetzt werden (z. B. können vordefinierte Sprachbefehle zum Auslösen entsprechender vordefinierter Aktionen verwendet werden).
Sprachbefehle und/oder andere Audiostimuli können zum „Aufwecken“ des Host-Gerätes 100 aus einem Niedrigenergiezustand und sein Übergehen in einen höheren Energiezustand eingesetzt werden. In derartigen Anordnungen kann, wenn sich das Host-Gerät 100 in einem Niedrigenergiezustand befindet, eine Lautsprechereinheit 112 elektronische Signale (ein Mikrofonsignal) zur Verarbeitung an den Controller 102 kommunizieren. Der Controller 102 kann derartige Signale verarbeiten und bestimmen, ob derartige Signale einem Sprachbefehl und/oder einem anderen Stimulus für das Übergehen des Host-Gerätes 100 in einen höheren Energiezustand entsprechen. Wenn der Controller 102 bestimmt, dass derartige Signale einem Sprachbefehl und/oder einem anderen Stimulus für das Übergehen des Host-Gerätes 100 in einen höheren Energiezustand entsprechen, kann der Controller 102 eine oder mehrere Komponenten des Host-Gerätes 100 aktivieren, die in dem Niedrigenergiezustand möglicherweise deaktiviert waren (z. B. das kapazitive Mikrofon 110, die Benutzerschnittstelle 108, ein Anwendungsprozessor, der einen Teil des Controllers 102 bildet).
In einigen Fällen kann eine Lautsprechereinheit 112 als ein Mikrofon für Schalldruckpegel oder Lautstärken über einem bestimmten Pegel verwendet werden, wie zum Beispiel die Aufzeichnung eines Live-Konzertes. Bei derartigen höheren Schallpegeln weist eine Lautsprechereinheit 112 im Vergleich zum kapazitiven Mikrofon 110 möglicherweise eine zuverlässigere Signalantwort auf Schall auf. Bei Verwendung einer Lautsprechereinheit 112 als ein Mikrofon können der Controller 102 und/oder andere Komponenten des Host-Gerätes 100 einen Frequenzausgleich durchführen, da sich der Frequenzgang einer Lautsprechereinheit 112, die als ein Mikrofon eingesetzt wird, von dem eines kapazitiven Mikrofons 110 unterscheidet. Ein derartiger Frequenzausgleich kann unter Verwendung von Filtern (z. B. einer Filterbank) erreicht werden, wie sie in der Technik bekannt sind. In besonderen Anordnungen können ein derartiges/r Filtern und Frequenzausgleich adaptiv sein, wobei während Zeiträumen, in welchen sowohl das kapazitive Mikrofon 110 aktiv ist (jedoch nicht durch das auftreffende Schallvolumen überlastet ist) als auch eine Lautsprechereinheit 112 als ein Mikrofon verwendet wird, ein adaptiver Filteralgorithmus durch den Controller 102 durchgeführt wird. Nachdem der Frequenzgang ausgeglichen wurde, kann der Controller 102 fließend zwischen den Signalen, die vom kapazitiven Mikrofon 110 und der Lautsprechereinheit 112 empfangen werden, durch Überblendung zwischen den beiden übergehen.
In einigen Fällen kann eine Lautsprechereinheit 112 als ein Mikrofon verwendet werden, um eine Identifizierung eines Benutzers des Host-Gerätes 100 zu ermöglichen. Zum Beispiel kann eine Lautsprechereinheit 112 (z. B. implementiert als Kopfhörer, Ohrhörer oder Ohrstöpsel) als ein Mikrofon verwendet werden, während ein Lautsprechersignal an den Lautsprecher bereitgestellt wird (z. B. zum Wiedergeben von Tönen, wie z. B. Musik), oder basierend auf Geräuschen. In diesem Fall kann das Mikrofonsignal Informationen über den Gehörgang des Benutzers enthalten, wodurch der Benutzer durch das Analysieren des Mikrofonsignals identifiziert werden kann. Zum Beispiel kann das Mikrofonsignal angeben, wie der wiedergegebene Ton oder das Geräusch im Gehörgang mitschwingt, was spezifisch für den jeweiligen Gehörgang sein kann. Da die Form und Größe des Gehörgangs jeder Person einzigartig ist, könnten die resultierenden Daten zum Unterscheiden eines bestimmten (z. B. „autorisierten“) Benutzers von anderen Benutzern verwendet werden. Dementsprechend kann das Host-Gerät 100 (einschließlich der Lautsprechereinheit 112) auf diese Weise konfiguriert sein, um eine biometrische Prüfung (bezeichnet als eine ohrbiometrische' Prüfung), ähnlich einem Fingerabdrucksensor oder einem Augenscanner, durchzuführen.
Es wird offensichtlich sein, dass in einigen Anordnungen eine Lautsprechereinheit 112 in den Fällen als ein Mikrofon verwendet werden kann, in welchen sie nicht anderweitig zum Ausgeben von Ton eingesetzt wird. Zum Beispiel gibt, wenn sich das Host-Gerät 100 in einem Niedrigenergiezustand befindet, eine Lautsprechereinheit 112 möglicherweise keinen Ton aus und kann so als ein Mikrofon eingesetzt werden (z. B. zur Unterstützung beim Aufwecken des Host-Gerätes 100 aus dem Niedrigenergiezustand als Reaktion auf Sprachaktivierungsbefehle, wie oben beschrieben). Als ein weiteres Beispiel kann, wenn sich das Host-Gerät 100 in einem Freisprechmodus befindet, eine Lautsprechereinheit 112, die üblicherweise zum Wiedergeben von Sprachdaten an einen Benutzer, wenn sich das Host-Gerät 100 nicht in einem Freisprechmodus befindet, verwendet wird (z. B. eine Lautsprechereinheit 112, die der Benutzer während eines Telefonates üblicherweise an sein oder ihr Ohr hält), für das Ausgeben von Ton deaktiviert sein und kann in einem derartigen Fall als ein Mikrofon eingesetzt werden.
Jedoch kann in anderen Anordnungen (zum Beispiel im Fall der oben beschriebenen ohrbiometrischen Prüfung) eine Lautsprechereinheit 112 gleichzeitig als ein Lautsprecher und ein Mikrofon verwendet werden, derart, dass eine Lautsprechereinheit 112 gleichzeitig Ton ausgeben kann, während Schall aufgenommen wird. In derartigen Anordnungen können eine Membran und eine Schwingspule einer Lautsprechereinheit 112 sowohl als Reaktion auf ein Spannungssignal, das an die Schwingspule angelegt wird, als auch auf anderen Schall, der auf die Lautsprechereinheit 112 auftrifft, schwingen. Wie aus 2 offensichtlich werden wird, kann der Controller 102 und/oder die Lautsprechereinheit 112 einen Strom, der durch die Schwingspule fließt, bestimmen, mit folgendem Ergebnis: ein Spannungssignal, das zum Antreiben des Lautsprechers verwendet wird (z. B. basierend auf einem Signal vom Controller 102); und eine Spannung, die durch externen Schall, der auf der Lautsprechereinheit 112 auftrifft, induziert wird. Aus 2 wird auch offensichtlich werden, wie die Überwachungsschaltungen 200 in diesem Fall ein Mikrofonsignal (das auf den externen Schall, der auf dem Lautsprecher der Lautsprechereinheit 112 auftrifft, zurückzuführen ist) wiederherstellen können.
In diesen und anderen Anordnungen kann das Host-Gerät 100 mindestens zwei Lautsprechereinheiten 112 beinhalten, welche selektiv zum Übertragen von Ton oder als ein Mikrofon verwendet werden können. In derartigen Anordnungen kann jede Lautsprechereinheit 112 für die Leistung in einem bestimmten Lautstärkepegelbereich und/oder Frequenzbereich optimiert sein, und der Controller 102 kann auswählen, welche Lautsprechereinheit(en) 112 für die Übertragung von Ton verwendet wird/werden und welche Lautsprechereinheit(en) 112 für den Empfang von Schall verwendet wird/werden, jeweils basierend auf einem erkannten Lautstärkepegel und/oder Frequenzbereich.
2 ist eine schematische Darstellung der Überwachungsschaltungen 200 in Bezug auf ein Vergleichsbeispiel, wie oben erwähnt. Die Überwachungsschaltungen umfassen einen Lautsprechertreiber 210, einen Lautsprecher 220, eine Stromüberwachungseinheit 230 und einen Mikrofonsignalgenerator 240.
Zur Vereinfachung der Erläuterung werden die Überwachungsschaltungen 200 (einschließlich des Lautsprechers 220) im Folgenden als der Lautsprechereinheit 112 von 1 entsprechend betrachtet, wobei die Signale SP und MI in 2 (später beschrieben) effektiv zwischen den Überwachungsschaltungen 200 und dem Controller 102 kommuniziert werden.
Der Lautsprechertreiber 210 ist, basierend auf einem Lautsprechersignal SP, zum Antreiben des Lautsprechers 220 konfiguriert, insbesondere zum Antreiben eines gegebenen Lautsprecherspannungssignals Vs auf einer Signalleitung, mit welcher der Lautsprecher 220 verbunden ist. Der Lautsprecher 220 ist zwischen die Signalleitung und Masse geschaltet, wobei die Stromüberwachungseinheit 230 derart angeschlossen ist, dass ein Lautsprecherstrom ls, der durch den Lautsprecher 220 fließt, durch die Stromüberwachungseinheit 230 überwacht wird.
Natürlich ist diese Anordnung nur schematisch gezeigt und ist lediglich ein Beispiel. In einer anderen Anordnung könnte der Lautsprecher 220 zwischen die Signalleitung und eine Versorgung geschaltet sein, wobei die Stromüberwachungseinheit 230 wieder derart angeschlossen ist, dass ein Lautsprecherstrom ls, der durch den Lautsprecher 220 fließt, durch die Stromüberwachungseinheit 230 überwacht wird. In noch einer anderen Anordnung könnte der Lautsprechertreiber 210 ein H-Brücken-Lautsprechertreiber sein, wobei der Lautsprecher 220 dann derart angeschlossen ist, dass er an beiden Enden angetrieben wird, z. B. in der Antiphase. Wieder wäre die Stromüberwachungseinheit 230 derart angeschlossen, dass ein Lautsprecherstrom ls, der durch den Lautsprecher 220 fließt, durch die Stromüberwachungseinheit 230 überwacht wird. Die vorliegende Offenbarung wird dementsprechend verstanden.
Wieder Bezug nehmend auf 2 kann der Lautsprechertreiber 210 ein Verstärker sein, wie z. B. ein Leistungsverstärker. In einigen Anordnungen kann das Lautsprechersignal SP ein Digitalsignal sein, wobei der Lautsprechertreiber 210 digital gesteuert wird. Das Spannungssignal Vs (effektiv die Potenzialdifferenz, die über die Kombination aus dem Lautsprecher 220 und der Stromüberwachungseinheit 230 aufrechterhalten wird, welche die über den Lautsprecher 220 aufrechterhaltene Potenzialdifferenz angibt) kann ein analoges Spannungssignal sein, das basierend auf dem Lautsprechersignal SP gesteuert wird. Natürlich kann das Lautsprechersignal SP auch ein Analogsignal sein. In jedem Fall gibt das Lautsprechersignal SP ein an den Lautsprecher angelegtes Spannungssignal an. D. h., der Lautsprechertreiber 210 kann zum Aufrechterhalten eines gegebenen Spannungspegels des Spannungssignals V_S für einen gegebenen Wert für das Lautsprechersignal SP konfiguriert sein, sodass der Wert des Spannungssignals Vs durch den Wert des Lautsprechersignals SP gesteuert wird oder damit in Beziehung steht (z. B. proportional dazu, zumindest innerhalb eines linearen Betriebsbereiches).
Der Lautsprecher 220 kann einen dynamischen Lautsprecher umfassen, wie oben erwähnt. Auch wie oben erwähnt, kann der Lautsprecher 220 als jeglicher Audiowandler betrachtet werden, einschließlich, unter anderem, eines Mikrolautsprechers, einer Lautsprecherbox, eines Ohrlautsprechers, Kopfhörern, Ohrhörern oder eines In-Ear-Wandlers, eines Piezo-Lautsprechers und eines elektrostatischen Lautsprechers.
Die Stromüberwachungseinheit 230 ist zum Überwachen des Lautsprecherstroms ls, der durch den Lautsprecher fließt, und zum Erzeugen eines Überwachungssignals MO, das diesen Strom angibt, konfiguriert. Das Überwachungssignal MO kann ein Stromsignal sein oder kann ein Spannungssignal oder ein Digitalsignal sein, das den Lautsprecherstrom I_S angibt (z. B. damit in Beziehung steht oder proportional dazu ist). In einigen Anordnungen kann der Lautsprecher durch eine andere Art von Sensor oder Wandler ersetzt sein, deren Strom ähnlich überwacht werden kann.
Der Mikrofonsignalgenerator 240 ist zum Empfangen des Lautsprechersignals SP und des Überwachungssignals MO angeschlossen. Der Mikrofonsignalgenerator 240 ist, wenn externer Schall auf dem Lautsprecher 220 auftrifft, zum Erzeugen eines Mikrofonsignals Ml, das den externen Schall darstellt, basierend auf dem Überwachungssignal MO und dem Lautsprechersignal SP ausgebildet. Natürlich steht das Lautsprecherspannungssignal Vs in Beziehung zum Lautsprechersignal SP, und an sich kann der Mikrofonsignalgenerator 240 zum Empfangen des Lautsprecherspannungssignals Vs anstelle des Lautsprechersignals SP (oder zusätzlich dazu) angeschlossen und zum Erzeugen des Mikrofonsignals MI basierend darauf ausgebildet sein. Die vorliegende Offenbarung wird dementsprechend verstanden.
Wie oben kann, im Kontext des Host-Gerätes 100, das Lautsprechersignal SP vom Controller 102 empfangen werden, und das Mikrofonsignal MI kann an den Controller 102 bereitgestellt werden. Jedoch wird verstanden werden, dass die Überwachungsschaltungen 200 auch anders als als Teil des Host-Gerätes 100 vorgesehen sein können, in welchem Fall andere Steuer- oder Verarbeitungsschaltungen zum Bereitstellen des Lautsprechersignals SP und Empfangen des Mikrofonsignals Ml vorgesehen sein können, zum Beispiel in einem gekoppelten Zubehörteil, z. B. einem Headset oder einer Ohrhörervorrichtung.
3A ist eine schematische Darstellung einer Implementierung des Mikrofonsignalgenerators 240 von 2. Der Mikrofonsignalgenerator 240 in der Implementierung von 3A umfasst eine Übertragungsfunktionseinheit 250 und einen Wandler 260.
Die Übertragungsfunktionseinheit 250 ist zum Empfangen des Lautsprechersignals SP und des Überwachungssignals MO und zum Definieren und Implementieren einer Übertragungsfunktion (TF - Transfer Function) angeschlossen, welche zumindest den Lautsprecher 220 modelliert (oder diesen darstellt oder simuliert). Die Übertragungsfunktion kann außerdem den Lautsprechertreiber 210 und/oder die Stromüberwachungseinheit 230 modellieren.
An sich modelliert die Übertragungsfunktion insbesondere die Leistung des Lautsprechers. Spezifisch modelliert die Übertragungsfunktion (ein Wandlermodell), wie der Lautsprecherstrom Is erwartungsgemäß basierend auf dem Lautsprechersignal SP (oder dem Lautsprecherspannungssignal Vs) und jeglichem Schall, der auf dem Lautsprecher 220 auftrifft, variiert. Dies steht natürlich in Beziehung dazu, wie das Überwachungssignal MO basierend auf den gleichen Einflussfaktoren variiert.
Durch das Empfangen des Lautsprechersignals SP und des Überwachungssignals MO ist die Übertragungsfunktionseinheit 250 in der Lage, die Übertragungsfunktion adaptiv zu definieren. D. h., die Übertragungsfunktionseinheit 250 ist zum Bestimmen der Übertragungsfunktion oder von Parametern der Übertragungsfunktion basierend auf dem Überwachungssignal MO und dem Lautsprechersignal SP konfiguriert. Zum Beispiel kann die Übertragungsfunktionseinheit 250 zum Definieren, Neudefinieren oder Aktualisieren der Übertragungsfunktion oder von Parametern der Übertragungsfunktion im Laufe der Zeit konfiguriert sein. Eine derartige adaptive Übertragungsfunktion (welche ein Anpassen des Betriebs des Wandlers 260 wie unten ermöglicht) kann sich langsam anpassen und auch Verzögerungen und Frequenzgang in dem Spannungssignal, das an den Lautsprecher angelegt wird, im Vergleich zum Lautsprechersignal SP kompensieren.
Als ein Beispiel kann ein Pilotton signifikant unterhalb der Lautsprecherresonanz verwendet werden (über ein entsprechendes Lautsprechersignal SP), um die Übertragungsfunktion anzupassen oder zu trainieren. Dies kann im Tieftonbereich oder bei der Gesamtverstärkung von Nutzen sein. Ein Pilotton signifikant oberhalb der Lautsprecherresonanz (z. B. Ultraschall) kann ähnlich für den Hochtonbereich verwendet werden, und ein schwaches Rauschsignal kann für den hörbaren Bereich verwendet werden. Natürlich kann die Übertragungsfunktion auch mithilfe hörbarer Töne angepasst oder trainiert werden, z. B. in einer anfänglichen Einrichtungs- oder Kalibrierungsphase, zum Beispiel bei der Werkskalibrierung.
Dieses adaptive Aktualisieren der Übertragungsfunktionseinheit 250 funktioniert am besten, wenn kein auf dem Lautsprecher 220 auftreffender (eingehender) Schall vorliegt. Jedoch kann die Übertragungsfunktion im Laufe der Zeit auf die „optimale“ Übertragungsfunktion hinarbeiten, selbst wenn Schall (z. B. gelegentlich) auf dem Lautsprecher 220 auftrifft. Natürlich kann die Übertragungsfunktionseinheit 250 auch mit einer anfänglichen Übertragungsfunktion oder Anfangsparametern der Übertragungsfunktion (z. B. aus dem Speicher), die einem „Standard“-Lautsprecher 220 entspricht/entsprechen, versehen sein, sozusagen als Ausgangspunkt für eine derartige Aktualisierung.
Zum Beispiel können eine derartige anfängliche Übertragungsfunktion oder Anfangsparameter (d. h. Parameterwerte) bei einem Werkskalibrierungsschritt eingestellt oder basierend auf einer Design/Prototypencharakterisierung voreingestellt werden. Zum Beispiel kann die Übertragungsfunktionseinheit 250 als ein Speicher derartiger Parameter (z. B. Koeffizienten) implementiert werden. Eine weitere Möglichkeit ist, dass die anfängliche Übertragungsfunktion oder die Anfangsparameter basierend auf dem Extrahieren von Parametern in einem separaten Prozess, der zu Lautsprecherschutzzwecken angewandt wird, und dem anschließenden Ableiten der anfänglichen Übertragungsfunktion oder Anfangsparameter basierend auf diesen extrahierten Parametern eingestellt werden können.
Der Wandler 260 ist zum Empfangen eines Steuersignals C von der Übertragungsfunktionseinheit 250 angeschlossen, wobei das Steuersignal C die Übertragungsfunktion oder Parameter der Übertragungsfunktion reflektiert, sodass es den Betrieb des Wandlers 260 definiert. So ist die Übertragungsfunktionseinheit 250 über das Steuersignal C durch die Veränderung der Übertragungsfunktion oder der Parameter der Übertragungsfunktion zum Definieren, Neudefinieren oder Aktualisieren des Betriebs des Wandlers 260 konfiguriert. Zum Beispiel kann die Übertragungsfunktion der Übertragungsfunktionseinheit 250 im Laufe der Zeit angepasst werden, um zumindest den Lautsprecher 220 besser zu modellieren.
Der Wandler 260 (z. B. ein Filter) ist zum Umwandeln des Überwachungssignals MO in das Mikrofonsignal MI konfiguriert, wodurch das Mikrofonsignal MI erzeugt wird. Wie durch den Punkt-Strich-Signalpfad in 3A angegeben, kann der Wandler 260 (wie durch das Steuersignal C definiert) zum Erzeugen des Mikrofonsignals MI basierend auf dem Lautsprechersignal SP und dem Überwachungssignal MO konfiguriert sein.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Wandler 260 in 3A auch derart gezeigt ist, dass er ein Rückkopplungssignal F an die Übertragungsfunktionseinheit 250 bereitstellt. Die Verwendung des Rückkopplungssignals F auf diese Weise ist optional. Es wird verstanden werden, dass die Übertragungsfunktionseinheit 250 das Rückkopplungssignal F von dem Wandler 260 empfangen kann, derart, dass die durch die Übertragungsfunktionseinheit 250 modellierte Übertragungsfunktion basierend auf dem Rückkopplungssignal F, z. B. basierend auf einem Fehlersignal F, das von der Wandlereinheit 260 empfangen wird, adaptiv angepasst oder abgestimmt werden kann. Das Rückkopplungssignal F kann der Übertragungsfunktionseinheit 250 anstelle des oder zusätzlich zu dem Überwachungssignal MO bereitgestellt werden. In dieser Hinsicht wird eine detaillierte Implementierung des Mikrofonsignalgenerators 240 später in Verbindung mit 3B untersucht.
Es wird verstanden werden, dass es vier grundlegende Möglichkeiten in Bezug auf das Ausgeben von Tönen und das Empfangen eingehender Töne durch den Lautsprecher 220 gibt. Diese werden nun nacheinander betrachtet. Der Einfachheit halber wird das Lautsprechersignal SP als ein „Ausgabe“-Lautsprechersignal bezeichnet, wenn beabsichtigt ist, dass der Lautsprecher Töne ausgibt (z. B. zur Wiedergabe von Musik), und als ein „Nicht-Ausgabe“-Lautsprechersignal, wenn beabsichtigt ist, dass der Lautsprecher keine oder im Wesentlichen keine Töne ausgibt (entsprechend wenn der Lautsprecher stumm ist oder ausgeschaltet zu sein scheint). Ein Ausgabe-Lautsprechersignal kann als „Lautsprecher ein“ oder „aktives“ Lautsprechersignal bezeichnet sein und Werte aufweisen, welche den Lautsprecher zum Ausgeben von Tönen veranlassen (z. B. zum Wiedergeben von Musik). Ein Nicht-Ausgabe-Lautsprechersignal kann als „Lautsprecher aus“ oder „inaktives“ oder „ruhendes“ Lautsprechersignal bezeichnet sein und einen Wert oder Werte aufweisen, welche den Lautsprecher veranlassen, keine oder im Wesentlichen keine Töne auszugeben (entsprechend wenn der Lautsprecher stumm ist oder ausgeschaltet zu sein scheint).
Die erste Möglichkeit ist, dass das Lautsprechersignal SP ein Ausgabe-Lautsprechersignal ist und dass es keinen signifikanten (eingehenden) Schall gibt, der auf dem Lautsprecher 220 auftrifft (selbst basierend auf reflektiertem oder zurückgeworfenem ausgestrahltem Schall). In diesem Fall ist der Lautsprechertreiber 210 zum Antreiben des Lautsprechers 220, sodass er ein entsprechendes Tonsignal ausgibt, ausgebildet, und es würde erwartet werden, dass das Überwachungssignal MO eine Lautsprecherkomponente umfasst, die aus dem Lautsprechersignal resultiert (auf dieses zurückzuführen ist), jedoch keine Mikrofonkomponente, die aus externem Schall resultiert (im Idealfall). Es können natürlich auch andere Komponenten vorliegen, die z. B. auf Schaltungsrauschen zurückzuführen sind. Diese erste Möglichkeit kann, angesichts der Abwesenheit einer Mikrofonkomponente, die aus externem Schall resultiert, für die Übertragungsfunktionseinheit 250 zum Definieren/ Neudefinieren/ Aktualisieren der Übertragungsfunktion basierend auf dem Lautsprechersignal SP und dem Überwachungssignal MO besonders gut geeignet sein. Der Wandler 260 gibt hier (im Idealfall) das Mikrofonsignal Ml derart aus, dass es keinen (eingehenden) Schall, der auf dem Lautsprecher auftrifft, angibt, d. h. Stille. Natürlich kann es in der Praxis immer eine Mikrofonkomponente geben, wenn auch nur eine kleine, vernachlässigbare.
Die zweite Möglichkeit ist, dass das Lautsprechersignal SP ein Ausgabe-Lautsprechersignal ist und dass es signifikanten (eingehenden) Schall gibt, der auf dem Lautsprecher 220 auftrifft (vielleicht basierend auf reflektiertem oder zurückgeworfenem ausgestrahltem Schall). In diesem Fall ist der Lautsprechertreiber 210 wieder zum Antreiben des Lautsprechers 220, sodass er ein entsprechendes Tonsignal ausgibt, ausgebildet. Hier würde jedoch erwartet werden, dass das Überwachungssignal MO eine Lautsprecherkomponente umfasst, die aus dem Lautsprechersignal resultiert (auf dieses zurückzuführen ist), und auch eine signifikante Mikrofonkomponente, die aus dem externen Schall resultiert (effektiv aufgrund einer Gegen-EMK, die verursacht wird, wenn der auftreffende Schall eine Kraft auf die Lautsprechermembran ausübt). Es können natürlich auch andere Komponenten vorliegen, die z. B. auf Schaltungsrauschen zurückzuführen sind. Bei dieser zweiten Möglichkeit gibt der Wandler 260 das Mikrofonsignal MI derart aus, dass es den (eingehenden) Schall, der auf dem Lautsprecher auftrifft, darstellt. D. h., der Wandler 260 filtert effektiv die Lautsprecherkomponente heraus und/oder gleicht die Mikrofonkomponente aus und/oder isoliert diese, wenn das Überwachungssignal MO in das Mikrofonsignal MI umgewandelt wird.
Die dritte Möglichkeit ist, dass das Lautsprechersignal SP ein Nicht-Ausgabe-Lautsprechersignal ist und dass es signifikanten (eingehenden) Schall gibt, der auf dem Lautsprecher 220 auftrifft. In diesem Fall ist der Lautsprechertreiber 210 zum Antreiben des Lautsprechers 220, sodass er im Wesentlichen kein Tonsignal ausgibt, ausgebildet. Zum Beispiel kann der Lautsprechertreiber 210 den Lautsprecher 220 mit einem Lautsprecherspannungssignal Vs antreiben, welches im Wesentlichen ein Gleichstromsignal ist, zum Beispiel mit 0V relativ zur Masse. Hier würde erwartet werden, dass das Überwachungssignal MO eine signifikante Mikrofonkomponente umfasst, die aus dem externen Schall resultiert, jedoch keine Lautsprecherkomponente. Es können natürlich auch andere Komponenten vorliegen, die z. B. auf Schaltungsrauschen zurückzuführen sind. Bei der dritten Möglichkeit gibt der Wandler 260 das Mikrofonsignal MI wieder derart aus, dass es den (eingehenden) Schall, der auf dem Lautsprecher auftrifft, darstellt. In diesem Fall, isoliert der Wandler effektiv die Mikrofonkomponente, wenn das Überwachungssignal MO in das Mikrofonsignal MI umgewandelt wird.
Die vierte Möglichkeit ist, dass das Lautsprechersignal SP ein Nicht-Ausgabe-Lautsprechersignal ist und dass es keinen signifikanten (eingehenden) Schall gibt, der auf dem Lautsprecher 220 auftrifft. In diesem Fall ist der Lautsprechertreiber 210 wieder zum Antreiben des Lautsprechers 220, sodass er im Wesentlichen kein Tonsignal ausgibt, ausgebildet. Hier würde erwartet werden, dass das Überwachungssignal MO weder eine signifikante Mikrofonkomponente noch eine Lautsprecherkomponente umfasst. Es können natürlich auch andere Komponenten vorliegen, die z. B. auf Schaltungsrauschen zurückzuführen sind. Bei der vierten Möglichkeit gibt der Wandler 260 das Mikrofonsignal MI derart aus, dass es keinen (eingehenden) Schall, der auf dem Lautsprecher auftrifft, angibt, d. h. Stille.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass das Überwachungssignal MO vielmehr den Lautsprecherstrom Is als eine Spannung, wie z. B. das Lautsprecherspannungssignal Vs, angibt. Obwohl es, in einem Fall, in welchem der Lautsprechertreiber 210 effektiv getrennt ist (derart, dass der Lautsprecher 220 nicht angetrieben wird) und durch eine Abtastschaltung (wie z. B. einen Analog-Digital-Wandler) ersetzt ist, möglich wäre, dass das Überwachungssignal MO eine Spannung, wie z. B. das Lautsprecherspannungssignal Vs, angibt, kann dieser Betriebsmodus ungeeignet oder ungenau sein, wenn der Lautsprecher 220 durch den Lautsprechertreiber 210 angetrieben wird (sowohl wenn das Lautsprechersignal SP ein Nicht-Ausgabe-Lautsprechersignal als auch ein Ausgabe-Lautsprechersignal ist) und signifikanter Schall vorliegt, der auf dem Lautsprecher 220 auftrifft.
Dies liegt daran, dass der Lautsprechertreiber 210 das Lautsprecherspannungssignal Vs effektiv dazu zwingt, einen Wert basierend auf dem Wert des Lautsprechersignals SP aufzuweisen, wie oben erwähnt. Somit würde jegliche induzierte Spannungswirkung (Vemf aufgrund der Membranverschiebung) von signifikantem Schall, der auf dem Lautsprecher 220 auftrifft, z. B. in dem Lautsprecherspannungssignal Vs angesichts der wahrscheinlichen Antriebsfähigkeit des Lautsprechertreibers 210 größtenteils oder komplett verloren gehen. Jedoch würde der Lautsprecherstrom I_S in diesem Fall Komponenten aufweisen, die auf das Lautsprechersignal und auch auf jeglichen signifikanten auftreffenden externen Schall zurückzuführen sind, was sich wiederum in entsprechenden Komponenten im Überwachungssignal MO (wo es den Lautsprecherstrom I_S angibt) niederschlägt, wie oben diskutiert. So ermöglicht das Überwachungssignal MO, das den Lautsprecherstrom Is angibt, wie oben diskutiert, den Einsatz einer gemeinsamen Architektur für alle vier oben genannten Möglichkeiten.
Obwohl in 3A nicht explizit gezeigt, kann der Wandler 260 zum Durchführen einer Umwandlung konfiguriert sein, sodass das Mikrofonsignal MI als ein Signal ausgegeben wird, welches eine nützlichere Darstellung des externen Schalls ist (z. B. als ein Schalldruckpegel-Signal). Eine derartige Umwandlung kann zum Beispiel eine gewisse Skalierung und möglicherweise einen gewissen Ausgleich über die Frequenz beinhalten. Das Überwachungssignal MO gibt das Stromsignal Is an und kann sogar selbst ein Stromsignal sein. Jedoch können es die Schaltungen, wie z. B. der Controller 102, die das Mikrofonsignal MI empfangen, erfordern, dass das Signal MI ein Schalldruckpegel (SPL - Sound Pressure Level) -Signal ist. Der Wandler 260 kann zum Durchführen der Umwandlung in Übereinstimmung mit einer entsprechenden Umwandlungsfunktion konfiguriert sein. An sich kann der Wandler 260 eine Umwandlungsfunktionseinheit (nicht gezeigt) äquivalent zur Übertragungsfunktionseinheit 250 umfassen, welche ähnlich zum Aktualisieren, Definieren oder Neudefinieren der Umwandlungsfunktion konfiguriert ist, welche adaptiv implementiert ist, zum Beispiel basierend auf einem beliebigen oder allen aus dem Überwachungssignal MO, dem Lautsprechersignal SP, dem Mikrofonsignal MI, dem Rückkopplungssignal F und dem Steuersignal C.
Der Fachmann wird im Kontext des Lautsprechers 220 verstehen, dass die Übertragungsfunktion und/oder die Umwandlungsfunktion zumindest teilweise durch Thiele-Small-Parameter definiert werden kann. Derartige Parameter können aus dem Lautsprecherschutz oder einer anderen Verarbeitung wiederverwendet werden. So kann der Betrieb der Übertragungsfunktionseinheit 250, des Wandlers 260 und/oder der Umwandlungsfunktionseinheit (nicht gezeigt) zumindest teilweise durch solche Thiele-Small-Parameter definiert sein. Wie gut bekannt ist, sind Thiele-Small-Parameter (Thiele/Small-Parameter, TS-Parameter oder TSP) ein Satz von elektromechanischen Parametern, welche die angegebene Niederfrequenzleistung eines Lautsprechers definieren. Diese Parameter können zum Simulieren oder Modellieren der Position, der Geschwindigkeit und der Beschleunigung des Diaphragmas, der Eingangsimpedanz und der Tonausgabe eines Systems, das den Lautsprecher und sein Gehäuse umfasst, verwendet werden.
3B ist eine schematische Darstellung einer Implementierung des Mikrofonsignalgenerators 240 von 2, hier mit 240' bezeichnet. Der Mikrofonsignalgenerator 240' in der Implementierung von 3B umfasst eine erste Übertragungsfunktionseinheit 252, einen Addierer/Subtrahierer 262, eine zweite Übertragungsfunktionseinheit 264 und eine TS-Parameter-Einheit 254.
Die erste Übertragungsfunktionseinheit 252 ist zum Definieren und Implementieren einer ersten Übertragungsfunktion T1 konfiguriert. Die zweite Übertragungsfunktionseinheit 264 ist zum Definieren und Implementieren einer zweiten Übertragungsfunktion T2 konfiguriert. Die TS-Parameter-Einheit 254 ist zum Speichern von TS (Thiele-Small) - Parametern oder -Koeffizienten konfiguriert, die aus der ersten Übertragungsfunktion T1 extrahiert werden, um auf die zweite Übertragungsfunktion T2 angewandt zu werden.
Die erste Übertragungsfunktion T1 kann derart betrachtet werden, dass sie zumindest den Lautsprecher 220 modelliert. Die erste Übertragungsfunktionseinheit 252 ist zum Empfangen des Lautsprechersignals SP (welches hier als Vin bezeichnet wird) und zum Ausgeben eines Lautsprecherstromsignals SPC, das den erwarteten oder vorhergesagten (modellierten) Lautsprecherstrom basierend auf dem Lautsprechersignal SP angibt, angeschlossen.
Der Addierer/Subtrahierer 262 ist zum Empfangen des Überwachungssignals MO (das den tatsächlichen Lautsprecherstrom Is angibt) und des Lautsprecherstromsignals SPC und zum Ausgeben eines Fehlersignals E angeschlossen, welches den Reststrom angibt, der den externen Schall, der auf dem Lautsprecher 220 auftrifft, darstellt. Wie in 3B angegeben, ist die erste Übertragungsfunktionseinheit 252, und damit auch die erste Übertragungsfunktion T1, adaptiv basierend auf dem Fehlersignal E, das an die erste Übertragungsfunktionseinheit 252 bereitgestellt wird, konfiguriert. Das Fehlersignal E in 3B kann mit dem Rückkopplungssignal F in 3A verglichen werden.
Die zweite Übertragungsfunktion T2 kann zum Umwandeln des Fehlersignals, das durch den Addierer/Subtrahierer 262 ausgegeben wird, in ein geeignetes SPL-Signal (welches das Mikrofonsignal MI bildet) geeignet sein, wie oben erwähnt. Die Parameter oder Koeffizienten der ersten Übertragungsfunktion T1 können in der TS-Parameter-Einheit 254 gespeichert sein und auf die zweite Übertragungsfunktion T2 angewandt werden.
Die erste Übertragungsfunktion T1 kann als ein adaptiver Filter bezeichnet werden. Die Parameter oder Koeffizienten (in diesem Fall die Thiele-Small-Koeffizienten TS) der ersten Übertragungsfunktion T1 können über die TS-Parameter-Einheit 254, bei welcher es sich um eine Speichereinheit handeln kann, extrahiert und auf die zweite Übertragungsfunktion T2 angewandt werden. Die zweite Übertragungsfunktion T2 kann als ein Ausgleichsfilter betrachtet werden.
Bei Betrachtung von 3B ist T2 zum Beispiel die Übertragungsfunktion, die zwischen E und Ml angewandt wird, somit ist T2 = (MI / E) oder MI = T2 * E, wobei E = (MO - SPC). Ähnlich ist T1 = (SPC / SP) oder SPC = T1 * SP.
Die Beispielübertragungsfunktionen T1 und T2, abgeleitet aus einer Thiele-Small-Modellierung, können Folgendes umfassen: $T I = \frac{V i n}{R + s (L + \frac{B l^{2} \cdot C m s}{1 + s \cdot C m s (R m s + M m s)})}$
$T 2 = - \frac{R (1 + s \cdot C m s (R m s + M m s)) + s (L + C m s (- B l^{2} + L . s (R m s + M m s)))}{s \cdot B l \cdot C m s}$
wobei:

• Vin der Spannungspegel des Lautsprechersignals SP ist (oder durch dieses angegeben wird);
• R gleich Re ist, wobei es sich um den Gleichstromwiderstand (DCR - DC Resistance) der Schwingspule gemessen in Ohm (Ω) handelt, der sich am besten messen lässt, wenn die Lautsprechermembran blockiert oder daran gehindert wird, sich zu bewegen oder zu schwingen;
• L gleich Le ist, wobei es sich um die Induktivität der Schwingspule gemessen in Millihenry (mH) handelt;
• BI als der Kraftfaktor bekannt ist und es sich dabei um ein Maß der Kraft handelt, die durch einen gegebenen Strom, der durch die Schwingspule des Lautsprechers fließt, erzeugt wird und in Teslametern (Tm) gemessen wird;
• Cms die Konformität der Aufhängung des Lautsprechers beschreibt und in Metern pro Newton (m/N) gemessen wird;
• Rms eine Messung der Verluste oder der Dämpfung in der Aufhängung und im Bewegungssystem des Lautsprechers ist. Normalerweise werden keine Einheiten angegeben, es handelt sich jedoch um mechanische ,Ohm';
• Mms die Masse der Membran, der Spule und anderer beweglicher Teile eines Treibers ist, einschließlich der akustischen Last, die durch die Luft in Kontakt mit der Treibermembran aufgebracht wird, und in Gramm (g) oder Kilogramm (kg) gemessen wird;
• s die Laplace-Variable ist; und
• im Allgemeinen hinsichtlich der Thiele-Small-Parameter auf Beranek, Leo L. (1954). Acoustics. NY: McGraw-Hill verwiesen werden kann.

4 ist eine schematische Darstellung einer Beispielstromüberwachungseinheit 230A, welche als eine Implementierung der Stromüberwachungseinheit 230 von 2 betrachtet werden kann. Die Stromüberwachungseinheit 230A kann somit anstelle der Stromüberwachungseinheit 230 verwendet werden.
Die Stromüberwachungseinheit 230A umfasst eine Impedanz 270 und einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 280. Die Impedanz 270 ist in der vorliegenden Anordnung ein Widerstand mit einem Überwachungswiderstand R_MO und ist in dem Strompfad, der den Lautsprecherstrom Is überträgt, in Reihe geschaltet. Somit wird eine Überwachungsspannung V_MO derart über dem Widerstand 270 entwickelt, dass: $V_{M O} = I_{s} \times R_{M O}$
Die Überwachungsspannung V_MO ist somit angesichts des feststehenden Überwachungswiderstands R_MO des Widerstands 270 proportional zum Lautsprecherstrom ls. Tatsächlich wird aus der obigen Gleichung verstanden werden, dass der Lautsprecherstrom I_S angesichts eines bekannten R_MO leicht aus der Überwachungsspannung V_MO erhalten werden könnte.
Der ADC 280 ist zum Empfangen der Überwachungsspannung V_MO als ein analoges Eingangssignal und zum Ausgeben des Überwachungssignals MO als ein Digitalsignal angeschlossen. Der Mikrofonsignalgenerator 240 (einschließlich der Übertragungsfunktionseinheit 250 und des Wandlers 260) kann derart digital implementiert werden, dass das Lautsprechersignal SP, das Überwachungssignal MO und das Mikrofonsignal MI Digitalsignale sind.
Ein Problem bei der Anordnung in 4 ist, dass der Überwachungswiderstand R_MO in dem Strompfad, der den Lautsprecherstrom Is überträgt, in Reihe geschaltet ist. Während dies in Fällen, in welchen der Lautsprecherstrom Is immer überwacht wird, akzeptabel sein kann, wird in Betracht gezogen, dass es auch Fälle geben kann, in welchen der Strom nicht die ganze Zeit gemessen werden muss, selbst wenn der Lautsprecher aktiv ist (als ein Lautsprecher oder als ein Mikrofon). Zum Beispiel können einige Aufgaben, wie z. B. die Ohrbiometrie, wie zuvor erläutert, beinhalten, dass der Lautsprecherstrom lediglich intermittierend (z. B. von Zeit zu Zeit) überwacht wird. Die Verwendung des Überwachungswiderstands R_MO kann zum Beispiel zu einem Ausgleich zwischen SNR und Effizienz führen, insbesondere wenn der Überwachungswiderstand R_MO in dem Strompfad, der den Lautsprecherstrom I_S überträgt, in Reihe geschaltet ist. Bei Betrachtung von 4 gilt, je kleiner R_MO ist, desto kleiner ist das Abtastsignal V_MO und desto besser muss der ADC 280 sein (im Hinblick auf seine Genauigkeit oder Leistung). Umgekehrt gilt, wenn R_MO höher ist, werden die SNR-Probleme des ADC gemildert, jedoch führt der Widerstand nun eine signifikante Menge an Leistung ab, ungeachtet dessen, ob die Messung durchgeführt wird oder nicht.
5A und 5B sind schematische Darstellungen, welche die Überwachungsschaltungen 400 darstellen, die anstelle der Überwachungsschaltungen 200 verwendet werden können, um das Messen des Lautsprecherstroms ls bei Bedarf zu ermöglichen (z. B. bei einem hohen SNR), ansonsten jedoch nur minimale Auswirkungen auf dem Energieverbrauch haben, wenn die Messung nicht benötigt wird. 5A und 5B zeigen die Variation 400A bzw. 400B derartiger Überwachungsschaltungen 400, einfach um zu demonstrieren, dass das Grundprinzip angewendet werden kann, egal wie der Lautsprecher angetrieben wird.
Zunächst Bezug nehmend auf die Überwachungsschaltungen 400A in 5A, ist der Lautsprecher 220 derart gezeigt, dass er durch einen Lautsprechertreiber 210 basierend auf einem Lautsprechersignal SP angetrieben wird (wie in 2). Jedoch ist, anstatt dass die Stromüberwachungseinheit 230 in dem Strompfad, der den Lautsprecherstrom Is überträgt, vorliegt, eine Stromüberwachungseinheit 430A „neben“ dem Lautsprechertreiber vorgesehen, sodass der Lautsprecherstrom Is durch Erzeugung eines Überwachungssignals MO überwacht werden kann, ohne dass eine dedizierte oder zusätzliche Last (wie z. B. der Überwachungswiderstand R_MO in 4) in dem Pfad des Lautsprecherstroms Is erforderlich ist. Eine Beispieltechnik zum Überwachen des Lautsprecherstroms auf diese Weise wird später hierin erläutert.
Indem sich die Stromüberwachungseinheit 430A effektiv außerhalb des Lautsprecherstrompfades befindet, kann sie derart gesteuert werden, dass sie z. B. „aktiv“ ist, in dem Sinne, dass der Lautsprecherstrom Is mit einem assoziierten Energieverbrauch überwacht wird, oder „inaktiv“ ist, in dem Sinne, dass der Lautsprecherstrom Is nicht überwacht wird und der mit der ,aktiven` Überwachung einhergehende Energieverbrauch eingespart oder verringert wird. D. h., die Stromüberwachungseinheit 430A kann ,aktive` und ,inaktive' Betriebsmodi aufweisen, welche basierend auf einem Steuersignal ausgewählt werden können. Die Stromüberwachungseinheit 430A kann auch, oder alternativ dazu, zum Steuern von einer oder mehreren Eigenschaften des Überwachungssignals MO, wie z. B. einer Frequenzbandbreite, eines SNR, eines Dynamikbereichs oder einer Verstärkung, gesteuert werden. D. h., die Stromüberwachungseinheit 430A kann mehrere ,aktive' Betriebsmodi aufweisen, welche basierend auf einem Steuersignal ausgewählt werden können, wobei die aktiven Modi das Überwachungssignal MO derart steuern, dass es unterschiedliche Eigenschaften oder Eigenschaftswerte aufweist. Der Controller 102 ist in 5A derart gezeigt, dass er ein Stromüberwachungssteuersignal CMC an die Stromüberwachungseinheit 430A bereitstellt, um diese Steuerung zu bewirken, welche auf dem Überwachungssignal MO oder einem anderen Signal, wie z. B. einem Modusauswahlsignal (wie durch gestrichelte Linien angegeben), basieren kann. In Bezug auf ein derartiges anderes Signal ist aus 1 bekannt, dass der Controller 102 basierend auf einem Signal, das von einem beliebigen der Elemente des Host-Gerätes 100 empfangen wird, gesteuert werden kann (z. B. basierend auf einer Benutzereingabe über die Benutzerschnittstelle 108 oder basierend auf einem internen Steuersignal, das durch den Controller 102 selbst erzeugt wird).
Als nächstes Bezug nehmend auf die Überwachungsschaltungen 400B in 5B, bei welchen es sich um eine weitere Variation der Überwachungsschaltungen 400 handelt, ist der Lautsprecher 220 derart gezeigt, dass er durch ein Paar von Lautsprechertreibern (Verstärkern) 210-1 und 210-2, welche zusammen den Lautsprechertreiber 210 bilden, basierend auf den Antriebssignalen VL (links) und VR (rechts), wie angegeben, angetrieben wird (äquivalent zum Lautsprechersignal SP in 5A). Effektiv ist der Lautsprechertreiber 210 in diesem Fall ein H-Brücken-Lautsprechertreiber oder ein brückengebundener Verstärker (z. B. ein linearer Verstärker oder ein Klasse-D-Verstärker mit AD- oder BD-Modulation), wobei der Lautsprecher 220 dann so angeschlossen ist, dass er an beiden Enden angetrieben wird, z. B. in der Antiphase, wie zuvor erwähnt. Diese Form des Antreibens des Lautsprechers 220 wird als fortlaufendes Beispiel weitergeführt.
Wieder ist, anstatt dass die Stromüberwachungseinheit 230 in dem Strompfad, der den Lautsprecherstrom überträgt, vorliegt, eine Stromüberwachungseinheit 430B (äquivalent zur Stromüberwachungseinheit 430A) neben dem Lautsprechertreiber vorgesehen, sodass der Lautsprecherstrom durch Erzeugung eines Überwachungssignals MO überwacht werden kann, ohne eine dedizierte Last (wie z. B. den Überwachungswiderstand RMO in 4) im Pfad des Lautsprecherstroms zu erfordern. Wie oben schon angegeben, wird eine Beispieltechnik zum Überwachen des Lautsprecherstroms auf diese Weise später hierin erläutert.
Wie bei 5A kann die Stromüberwachungseinheit 430B von 5B derart gesteuert werden, dass sie z. B. „aktiv“ oder inaktiv' ist, und/oder zum Steuern von einer oder mehreren Eigenschaften des Überwachungssignals MO. D. h., die Stromüberwachungseinheit 430B kann ,aktive' und ,inaktive' Betriebsmodi aufweisen, welche wie für die Stromüberwachungseinheit 430A ausgewählt werden können. Der Controller 102 ist in 5B derart gezeigt, dass er ein Stromüberwachungssteuersignal CMC an die Stromüberwachungseinheit 430B bereitstellt gezeigt, um diese Steuerung zu bewirken, welche, wie zuvor, auf dem Überwachungssignal MO oder einem anderen Signal (wie durch gestrichelte Linien angegeben) basieren kann.
Sowohl in 5A als auch 5B ist der Mikrofonsignalgenerator 240 (siehe 2) zum Erzeugen des Mikrofonsignals Ml aus dem Überwachungssignal MO nicht gezeigt, um eine Verkomplizierung zu vermeiden, und stattdessen sind die Ausgangssignale der Stromüberwachungseinheiten 430A und 430B als das Überwachungssignal MO und/oder das Mikrofonsignal Ml gezeigt. Es wird daher verstanden werden, dass der Mikrofonsignalgenerator 240 in den Überwachungsschaltungen 400A oder 400B vorliegen kann (ähnlich wie 2) oder fehlen kann. Ähnlich kann der Controller 102 durch das Überwachungssignal MO und/oder das Mikrofonsignal MI gesteuert werden. Im Folgenden wird auf das Überwachungssignal MO Bezug genommen, es wird jedoch verstanden werden, dass dies auch als ein Verweis auf das Überwachungssignal MO und/oder das Mikrofonsignal MI betrachtet werden kann, und dies ist in den Zeichnungen als MO/MI angegeben.
Zum besseren Verständnis des in 5B schematisch gezeigten fortlaufenden Beispiels ist 6A eine schematische Darstellung, die eine Implementierung des Lautsprechertreibers 210 von 5B zeigt, der zum Antreiben des Lautsprechers 220 angeschlossen ist. Hier sind lediglich die Ausgangsstufen der Verstärker 210-1 und 210-2 gezeigt (entsprechend einer CMOS-Ausgangsstufe, wie sie bei Klasse-D- und Klasse-AB-Verstärkern zu finden ist), implementiert über die Feldeffekttransistoren MP1, MN1, MP2, MN2, bei welchen es sich um MOSFETs handeln kann. Natürlich könnten auch andere Arten von Transistoren (wie z. B. bipolare Transistoren) verwendet werden. MP1, MN1, MP2, MN2 sind in 5B verzeichnet, um bei einem Vergleich zwischen den Figuren zu helfen.
Die Transistoren MP1, MP2 sind p-Kanal-Bauelemente und die Transistoren MN1, MN2 sind n-Kanal-Bauelemente. Die Antriebssignale VL und VR sind an den Ausgangsstufen als die Gate-Signale VP1 und VN1 (welche VL entsprechen), welche die Transistoren MP1 bzw. MN1 antreiben, und VP2 und VN2 (welche VR entsprechen), welche die Transistoren MP2 bzw. MN2 antreiben, dargestellt.
Wie in 6A gezeigt, sind die Kanäle der Transistoren MP1 und MN1 auf beiden Seiten eines Zwischenknotens entlang eines linksseitigen Strompfades, der sich von VDD (Versorgung) zu GND (Masse) erstreckt, angeschlossen, und ähnlich sind die Kanäle der Transistoren MP2 und MN2 auf beiden Seiten eines Zwischenknotens entlang eines rechtsseitigen Strompfades, der sich von VDD zu GND erstreckt, angeschlossen. Der Lautsprecher 220 ist zwischen die Zwischenknoten der beiden Strompfade geschaltet.
Zwei mögliche Lautsprecherströme I₁ und I₂, die über den Lautsprecher 220 fließen, sind explizit gezeigt. Es wird verstanden werden, dass es, um den Lautsprecherstrom (Laststrom des Lautsprechers 220) zu überwachen, in diesem Fall möglich sein könnte, z. B. nur den Strom zu überwachen, der durch die NMOS-Bauelemente MN1 und MN2 fließt (um sowohl Strom I₁ als auch I₂ zu messen), oder nur den Strom, der durch eines der NMOS-Bauelemente MN1 und MN2 fließt (um nur einen der Ströme I₁ und I₂ zu messen).
6B ist eine schematische Darstellung, welche die gleiche Implementierung wie in 6A zeigt, um hervorzuheben, dass für einen Klasse-D-Verstärker mit BD-Modulation zwei zusätzliche Lautsprecherströme (Strompfade) I₃ und I₄ berücksichtigt werden müssen. Zum Überwachen des Lautsprecherstroms (Laststrom des Lautsprechers 220) kann es in diesem Fall also notwendig sein, den Strom zu überwachen, der durch die (mindestens eines aus den) PMOS-Bauelemente(n) sowie durch die (mindestens eines aus den) NMOS-Bauelemente(n) fließt.
Angesichts der 6A und 6B wird verstanden werden, dass die Stromüberwachungseinheit 430B von 5B zum Überwachen des Stroms, der durch einen beliebigen der (oder jegliche Kombination der) Transistoren MP1, MN1, MP2, MN2 von 6A und 6B fließt, konfiguriert sein kann, in Abhängigkeit von der Anwendung. Der Einfachheit halber wird das fortlaufende Beispiel unter Berücksichtigung der Überwachung des Stroms, der durch den Transistor MN1 fließt, weitergeführt. Der Strom, der durch den Transistor MN1 fließt, wird daher im Folgenden der Einfachheit halber als der Lautsprecherstrom bezeichnet (und wird als äquivalent zum Lautsprecherstrom Is in 2 und 5A betrachtet).
7 ist eine schematische Darstellung der Überwachungsschaltungen 400C, welche als eine weitere Variation der Überwachungsschaltungen 400 betrachtet werden können, und eine Implementierung der Überwachungsschaltungen 400B, welche 6A und 6B und das fortlaufende Beispiel berücksichtigt, bei welchen der Strom, der durch den Transistor MN1 fließt, als der Lautsprecherstrom Is überwacht wird, wobei dieser Strom hier als I_N1 bezeichnet ist.
Die Lautsprechertreiber 210-1 und 210-2 und der Lautsprecher 220 in 5B sind in 7 lediglich durch den Transistor MN1 dargestellt (welcher als ein Lautsprechertreiber 210-1N und ein Teil des Lautsprechertreibers 210-1 betrachtet werden kann). Auch wurde die Stromüberwachungseinheit 430B durch eine Stromüberwachungseinheit 430C ersetzt, die zum spezifischen Überwachen des Stroms I_N1 angeschlossen ist. Die Überwachungsschaltungen 400C können somit als eine Vereinfachung der Überwachungsschaltungen 400B betrachtet werden, wobei Letztgenannte zum Messen des Stroms durch einen beliebigen der (oder jegliche Kombination der) Transistoren MP1, MN1, MP2, MN2 ausgestattet sein können, auf ähnliche Weise wie oben erwähnt.
Es ist zu sehen, dass das Konzept, welches die Überwachungsschaltungen 400A bis 400C, generisch die Überwachungsschaltungen 400, vereint, derart ist, dass die Schaltungen in jedem Fall eine Stromüberwachungseinheit, die zum Überwachen eines Lautsprecherstroms, der durch den Lautsprecher 220 fließt, und zum Erzeugen des Überwachungssignals MO, das diesen Strom angibt, ausgebildet ist, und den Controller 102, der, basierend auf einem Steuersignal (wie z. B. dem Überwachungssignal MO), zum Steuern der Stromüberwachungseinheit zum Steuern, ob das Überwachungssignal MO erzeugt wird, und/oder einer Eigenschaft des Überwachungssignals MO ausgebildet ist, umfassen. Ferner erfolgt die Stromüberwachung ohne das Aufbringen einer zusätzlichen oder dedizierten Last im Pfad des Lautsprecherstroms.
8 ist eine schematische Darstellung der Überwachungsschaltungen 400D, bei welchen es sich um eine weitere Variation der Überwachungsschaltungen 400 und eine detaillierte Beispielimplementierung der Überwachungsschaltungen 400C handelt. Im Vergleich zu 7 wurde die Stromüberwachungseinheit 430C durch eine Stromüberwachungseinheit 430D ersetzt, wobei es sich bei der Letztgenannten um eine detaillierte Beispielimplementierung der Erstgenannten handelt. Der Fokus wird daher auf die Stromüberwachungseinheit 430D gelegt, und wie sie durch den Controller 102 gesteuert werden kann.
Im Überblick nutzt die Stromüberwachungseinheit 430D einen Stromspiegel, d. h. eine Stromspiegelanordnung aus Transistoren, zum Überwachen des Lautsprecherstroms, ohne eine dedizierte Last in seinem Pfad aufzuerlegen.
Im Detail umfasst die Stromüberwachungseinheit 430D einen Feldeffekttransistor MN1-M, bei welchem es sich um einen Spiegeltransistor handelt, der dem Transistor MN1 entspricht, und einen weiteren Feldeffekttransistor MN1-FB, der als eine Rückkopplungskomponente dient. Es sei daran erinnert, dass der Transistor MN1 ein Teil des Lautsprechertreibers 210, 210-1 ist und somit keine zusätzliche Last im Pfad des Lautsprecherstroms ist. Die Transistoren MN1-M und MN1-FB können MOSFETs sein und sind aus Gründen der Konsistenz mit Transistor MN1 n-Kanal-Bauelemente. Die Transistoren MN1-M und MN1-FB sind mit ihren Kanälen entlang des gleichen Strompfades in Reihe geschaltet. Ferner sind die Transistoren MN1 und MN1-M entlang entsprechender Strompfade mit ihren Source-Anschlüssen mit GND (Erdleitung) verbunden, sodass ihre Source-Spannungen einander gleich sind.
Der Transistor MN1 ist angeschlossen, um durch eine Gate-Spannung VN1 abgetrieben zu werden, wie zuvor erwähnt, um seine Rolle beim Antreiben des Lautsprechers 220 (nicht gezeigt) zu spielen, und überträgt dadurch den Strom I_N1, bei welchem es sich um den Lautsprecherstrom oder einen Teil davon handelt. Diese Gate-Spannung VN1 wird, wie gezeigt, durch ein Steuersignal C1 bereitgestellt, bei welchem es sich um einen Teil des Steuersignals CMC handelt, das durch den Controller 102 bereitgestellt wird (und zum Antreiben des Lautsprechers 220 gesteuert wird). Der Transistor MN1-M ist ähnlich angeschlossen, um durch eine Gate-Spannung VN1-M angetrieben zu werden. Diese Gate-Spannung VN1-M wird, wie gezeigt, durch ein Steuersignal C2 bereitgestellt, bei welchem es sich um einen Teil des Steuersignals CMC handelt, das durch den Controller 102 bereitgestellt wird.
Wenn die Gate-Spannungen VN1 und VN1-M derart gesteuert werden, dass sie einander gleich sind, und wenn die Drain-Spannungen der Transistoren MN1 und MN1-M ähnlich einander gleich sind, agieren die Transistoren MN1 und MN1-M als ein Stromspiegel, derart, dass ein Spiegelstrom I_M veranlasst wird, durch den Spiegeltransistor MN1-M zu fließen, wobei eine Größenordnung des Spiegelstroms I_M aufgrund der Stromspiegelung von einer Größenordnung des Lautsprecherstroms I_N1 abhängt (z. B. proportional dazu ist). In diesem Sinne spiegelt der Spiegelstrom I_M den Lautsprecherstrom I_N1.
Die Stromüberwachungseinheit 430D umfasst ferner einen Differenzialverstärker 810, zum Beispiel einen Betriebsverstärker oder einen Transkonduktanz-Betriebsverstärker (OTA - Operational Transconductance Amplifier), der einen nicht-invertierenden (+) und einen invertierenden (-) Eingang und einen Ausgang aufweist. Der nicht-invertierende Eingang ist derart angeschlossen, dass er durch die Drain-Spannung (effektiv die Drain-Source-Spannung) des Transistors MN1 gesteuert wird, und der invertierende Eingang ist derart angeschlossen, dass er durch die Drain-Spannung (effektiv die Drain-Source-Spannung) des Spiegeltransistors MN1-M gesteuert wird. Der Ausgang ist zum Steuern der Gate-Spannung der Rückkopplungskomponente (Transistor) MN1-FB angeschlossen.
Auf diese Weise ist der Differenzialverstärker 810 zum Steuern der Rückkopplungskomponente MN1-FB konfiguriert, um die Drain-Source (Drain) -Spannung des Spiegeltransistors MN1-M zu veranlassen, der Drain-Source (Drain) -Spannung des Transistors MN1 zu folgen oder die gleiche wie diese zu werden. Diese Steuerung erfolgt basierend auf einer Rückkopplungspotenzialdifferenz, die zwischen Eingängen des Differenzialverstärkers angelegt wird, wobei es sich um eine Differenz zwischen der Drain-Source (Drain) -Spannung des Transistors MN1 und der Drain-Source (Drain) -Spannung des Transistors MN1-M handelt. In Abhängigkeit von den relativen Größen der Transistoren MN1 und MN1-M (sie können relativ zueinander skaliert sein), veranlasst dies den Spiegelstrom I_M, dem Lautsprecherstrom I_N1 zu folgen oder der gleiche wie dieser zu werden.
Es sei hier daran erinnert, dass der Transistor MN1 eine Ausgangsstufe des Lautsprechertreibers/Verstärkers 210 oder 210-1 darstellt. Damit der Spiegelstrom I_M erzeugt wird, müsste die Ausgangsstufe (insbesondere der Transistor MN1 in 8) in die Lage versetzt werden, einen Strom zu übertragen. Die Ausgangsstufe könnte aktiviert werden, indem die Bauelemente, wie z. B. MN1, derart gesteuert werden, dass sie einen EIN-Zustand aufweisen, selbst wenn der Lautsprechertreiber/Verstärker 210 oder 210-1 in dem Sinne AUS ist, dass er den Lautsprecher nicht für das Ausgeben von Ton antreibt. Auf diese Weise kann Schall, der auf dem Lautsprecher auftrifft, selbst in dem Fall ,aufgegriffen' werden, in dem der Lautsprecher nicht zum Ausgeben von Ton angetrieben wird.
Wie in 8 angegeben, kann der Differenzialverstärker 810 durch ein Steuersignal C3 gesteuert werden, das ein Teil des Steuersignals CMC ist, das durch den Controller 102 bereitgestellt wird. Eine derartige Potenzialsteuerung wird später hierin diskutiert.
Die Stromüberwachungseinheit 430D umfasst ferner einen Generator 820, der zum Erzeugen des Überwachungssignals MO basierend auf dem Spiegelstrom I_M (welcher selbst auf dem Lautsprecherstrom I_N1 basiert) ausgebildet ist.
Eine besondere Implementierung des Generators 820 ist in 8 selbst gezeigt, bei welcher der Generator 820 eine Impedanz 830 und einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 840 umfasst. Ähnlich 4 ist die Impedanz 830 (in der vorliegenden Anordnung) ein Widerstand mit einem Überwachungswiderstand R_MO und ist in dem Strompfad, der den Spiegelstrom I_M überträgt, in Reihe geschaltet. Somit wird eine Überwachungsspannung V_MO derart über dem Widerstand 830 entwickelt, dass: $V_{M O} = I_{M} \times R_{M O}$
Die Überwachungsspannung V_MO ist somit, angesichts des feststehenden Überwachungswiderstands R_MO des Widerstands 830, proportional zum Spiegelstrom I_M (und auch zum Lautsprecherstrom I_N1) und zur linearen Stromspiegelung des Stromspiegels, der durch die Transistoren MN1 und MN1-M und den Differenzialverstärker 810 gebildet wird. Aus der obigen Gleichung wird verstanden werden, dass der Spiegelstrom I_M angesichts eines bekannten R_MO leicht aus der Überwachungsspannung V_MO erhalten werden könnte. Ferner steht dieser Spiegelstrom I_M aufgrund der Stromspiegelung in Beziehung zum Lautsprecherstrom I_N1.
Der ADC 840 ist zum Empfangen der Überwachungsspannung V_MO als ein analoges Eingangssignal und zum Ausgeben des Überwachungssignals MO als ein Digitalsignal angeschlossen. Wie in 8 angegeben, kann der ADC 840 durch ein Steuersignal C4 gesteuert werden, welches ein Teil des Steuersignals CMC ist, das durch den Controller 102 bereitgestellt wird. Eine derartige Potenzialsteuerung wird später hierin diskutiert.
Lediglich als ein Beispiel ist in 9 eine weitere mögliche Implementierung des Generators 820 als der Generator 820' gezeigt (welcher anstelle des Generators 820 verwendet werden könnte). Hier wird eine Überwachungsspannung V_MO', die effektiv am Drain-Anschluss der Rückkopplungskomponente (Transistor) MN1-FB entwickelt wird, durch den ADC 840 direkt in ein äquivalentes Digitalsignal (Überwachungssignal MO) umgewandelt.
Wie oben können verschiedene Elemente der Stromüberwachungseinheit 430D durch das Steuersignal CMC gesteuert werden, das durch den Controller 102 bereitgestellt wird, und dies wird nun weiter betrachtet. Wie zuvor erwähnt, kann die Stromüberwachungseinheit 430D (und jegliche der anderen Stromüberwachungseinheiten 430A bis 430C) derart gesteuert werden, dass sie z. B. „aktiv“ oder inaktiv' ist, und/oder zum Steuern von einer oder mehreren Eigenschaften des Überwachungssignals MO, wie z. B. einer Frequenzbandbreite, eines SNR, eines Dynamikbereichs oder einer Verstärkung, gesteuert werden. D. h., die Stromüberwachungseinheit 430D kann ,aktive' und ,inaktive' Betriebsmodi aufweisen, welche ausgewählt und/oder gesteuert werden können.
Zum Beispiel muss die Stromüberwachungseinheit 430D möglicherweise nur intermittierend „aktiv“ sein (z. B. 1 % der Zeit). Vor diesem Hintergrund kann es akzeptabel sein, dass die Stromüberwachungseinheit 430D mit relativ hoher Energie arbeitet (welche die Erzeugung eines Überwachungssignals MO mit einem guten SNR ermöglicht), wenn sie „aktiv“ ist (sich in einem aktiven Betriebsmodus befindet), ohne sich negativ auf den Gesamtstromverbrauch des Gesamt-Host-Gerätes 100 auszuwirken. In der Praxis können die Stromspiegelbauelemente MN1 und MN1-M relativ zueinander skaliert werden, wie zuvor erwähnt, derart, dass der Spiegelstrom I_M eine verhältnismäßige Version des Lautsprecherstroms (Ausgangsstroms) I_N1 ist.
Ein weiterer Vorteil der Steuerung der Stromüberwachungseinheit 430D kann bei Berücksichtigung eines Problems verstanden werden, welches sich bei niedrigen Signalpegeln noch verschlimmert. Wie in 8 angegeben, liegt üblicherweise eine Offsetspannung Vos zwischen den Eingangsanschlüssen des Differenzialverstärkers 810 vor, welche bei niedrigen Signalpegeln zunehmend signifikant wird (und sogar dominieren kann). Jedoch kann sich die Offsetspannung Vos selbst wie Folgt als ein Verstärkungsfehler manifestieren.
Wenn davon ausgegangen wird, dass der Ausgangstransistor MN1 einen EIN-Widerstand R_MN1 aufweist und der Spiegeltransistor MN1-M einen EIN-Widerstand R_MN1- _M aufweist, kann gesagt werden, dass: $I_{N 1} \cdot R_{M N 1} = I_{M} \cdot R_{M N 1 - M} + V_{O S}$
und somit, dass: $I_{M} = \frac{I_{N 1} \cdot R_{M N 1} - V_{O S}}{R_{M N 1 - M}}$
Somit kann die Verstärkung γ des Stromspiegels ausgedrückt werden als: $γ = \frac{I_{M}}{I_{N 1}} = \frac{I_{N 1} \cdot R_{M N 1} - V_{O S}}{R_{M N 1 - M} \cdot I_{N 1}} = \frac{I_{N 1} \cdot R_{M N 1}}{R_{M N 1 - M} \cdot I_{N 1}} - \frac{V_{O S}}{R_{M N 1 - M} \cdot I_{N 1}}$
welche einen Fehler (einen Verstärkungsfehler) im Zusammenhang mit der Offsetspannung Vos wie im abschließenden Term der obigen Gleichung beinhaltet. Dieser Verstärkungsfehler nimmt bei jeglichem Nicht-Null-Wert der Vos um einen kleinen Signalfehler zu.
Ein Ansatz, diesen inhärenten Fehler beim Betrieb des Differenzialverstärkers 810 zu beheben, ist die Verwendung von Maschinenlernen (ML), um den Fehler zu lernen. Die Widerstände R_MN1 und R_MN1-M weisen Gaußsche Verteilungen auf, und ein stromabwärtiges ML-basiertes Lernprogramm könnte mit den Verstärkungsfehlern trainiert werden.
Auch kann bei einigen Abtastanwendungen (im Gegensatz zum Lautsprecherschutz) vielmehr der AC-Aspekt des Spiegelstroms I_M als der DC-Term von Interesse sein. Aus den obigen Gleichungen kann verstanden werden, dass der Spiegelstrom I_M ausgedrückt werden kann als: $I_{M} = I_{N 1} \cdot (\frac{R_{M N 1}}{R_{M N 1 - M}}) - \frac{V_{O S}}{R_{M N 1 - M}}$
und als aus dem AC-Term $I_{N 1} \cdot (\frac{R_{M N 1}}{R_{M N 1 - M}})$
und dem DC-Term $\frac{V_{O S}}{R_{M N 1 - M}}$
bestehend betrachtet werden kann.
Es könnte ein Hochpassfilter verwendet werden, um den DC-Term zu eliminieren, wodurch lediglich das Signal von Interesse zurückbleibt, mit einem Verstärkungs-Term, bei dem es sich um eine Funktion der Widerstände der Spiegelbauelemente MN1 und MN1-M handelt und welcher durch eine stromabwärtige Normalisierungsfunktion (z. B. Normalisierung zwischen 0 und 1 oder 0 und 100) gehandhabt werden könnte.
Wieder zur Steuerung der Stromüberwachungseinheit 430D durch das Steuersignal CMC zurückkehrend, sei die Aufmerksamkeit auf die Komponentensteuersignale C1 bis C4 gelenkt, wie in 8 angegeben. In Abhängigkeit von der Anwendung kann das Steuersignal CMC als jegliches eine oder mehrere der Komponentensteuersignale C1 bis C4 umfassend betrachtet werden. Zum Beispiel kann die Stromüberwachungseinheit 430D zum Überwachen des Lautsprecherstroms für jegliche/n aus einer Vielzahl von Anwendungsfällen oder Anwendungen verwendet werden (welche entsprechenden Betriebsmodi entsprechen können), einschließlich Ohrbiometrie, PCG (Phonokardiogramm) -Erkennung und Audioerfassung. Derartige unterschiedliche Anwendungsfälle können unterschiedliche Leistungen der Stromüberwachungseinheit 430D erfordern (einschließlich ihres assoziierten Stromspiegels und ADC).
Zum Beispiel können, in Abhängigkeit vom Anwendungsfall (Betriebsmodus), unterschiedliche Frequenzbandbreiten, SNR und Offset-Empfindlichkeiten in Bezug auf den Spiegelstrom I_M benötigt werden. Zum Beispiel kann eine als „Begrenzung“ (Chopping) bezeichnete Technik eingesetzt werden, um die Wirkung der Offsetspannung Vos zu eliminieren oder zu verringern. Bei der sogenannten Begrenzungstechnik können die Eingänge zum Differenzialverstärker 810 wiederholt reversiert werden (z. B. mit einer definierten oder gesteuerten Geschwindigkeit), sodass die zeitlich gemittelte Offsetspannung auf Null fällt oder geglättet wird. Zusätzlich oder alternativ dazu kann auch die ADC-Leistung in Abhängigkeit vom Anwendungsfall variiert werden, indem zum Beispiel die ADC-Bandbreite und/oder das SNR variiert werden. Als ein Beispiel kann eine enge Bandbreite (BW - Bandwidth) mit einem relativ geringen SNR für die PCG-Erkennung ausgewählt werden, wohingegen bei der Audioerfassung sowohl ein hohes SNR als auch eine hohe BW erforderlich sein können.

Die folgende Tabelle ist hilfreich für das Verständnis, wie Leistungsanforderungen je nach Anwendungsfall oder Anwendung (Betriebsmodus) variieren können, wobei die angegebenen Werte lediglich Beispiele darstellen:

Anwendungsfall	I _M -Bandbreite	I _M -Begrenzung	I _M -SNR	ADC-Bandbreite	ADC-SNR
PCG	-500 Hz	Aus	Gering	500 Hz	Gering
Ohrbiometrie	~8 kHz	Aus	Mittel	8 kHz	Mittel
Audioerfassung	-16 kHz	Ein	Hoch	16 kHz	Hoch

Natürlich sind auch andere Anwendungsfälle möglich, von denen einige möglicherweise nicht mit den Zeilen in der Tabelle übereinstimmen.
Zum Beispiel kann es von Nutzen sein, eine hohe I_M-Bandbreite (effektiv die Bandbreite des Differenzialverstärkers 810) und eine niedrige ADC-Bandbreite als eine Anfangserkennung eines stattfindenden Ereignisses' (ohne Berücksichtigung der detaillierten Informationen des Ereignisses selbst) auszuwählen. Das ,Ereignis' kann zum Beispiel sein, wenn ein Benutzer den Lautsprecher von einer Position am Ohr zu einer Position entfernt vom Ohr wechselt, oder umgekehrt, in dem Fall, in dem das Host-Gerät 100 Ohrhörer, Ohrstöpsel oder Kopfhörer sind, wobei dieses Ereignis als eine Spitze oder Störung im Lautsprecherstrom dargestellt wird. Anschließend könnte die ADC-Bandbreite erhöht werden, um den Informationsgehalt des Überwachungssignals MO zu verbessern, zum Beispiel um eine Ohrbiometrie-Prüfung durchzuführen.
Als ein weiteres Beispiel kann es von Nutzen sein, Komponenten der Stromüberwachungseinheit 430D in eine „Immer EIN“-Leistungsdomäne des Host-Gerätes 100 einzuschließen, wobei sich andere Komponenten des Host-Gerätes 100 in einer „Haupt“-Leistungsdomäne befinden, welche in einem niedrigen Energiezustand gehalten wird, bis das Host-Gerät durch ein erkanntes ,Aufweckereignis' aufgeweckt wird. In Abhängigkeit davon, was das Aufweckereignis ist, kann es von Nutzen sein, die Stromüberwachungseinheit 430D derart zu steuern, dass sie hauptsächlich „inaktiv“ ist und nur gelegentlich „aktiv“ wird. Es kann von Nutzen sein, die Stromüberwachungseinheit 430D zum Auswählen zum Beispiel einer/s niedrigen I_M-Bandbreite und -SNR und auch einer/s niedrigen ADC-Bandbreite und -SNR zu steuern, wenn auf die Erkennung eines Aufweckereignisses gewartet wird.
Zum Beispiel kann der Controller 102 (oder ein Teil davon) als ein „Immer EIN“-Controller agieren und kann zum Ausführen eines Algorithmus zur Erkennung von Sprachaktivität basierend auf dem Analysieren oder Verarbeiten des Überwachungssignals MO und zum Aufwecken eines „Haupt“-Controllers, bei welchem es sich um einen separaten Anwendungsprozessor (nicht gezeigt) oder einen separaten Teil des Controllers 102 handeln könnte, wenn ein geeignetes Überwachungssignal MO empfangen wird, konfiguriert sein. Als ein Beispiel kann das Überwachungssignal MO zunächst durch den „Immer EIN“-Controller gehandhabt und dann über diesen Controller zum „Haupt“-Controller geleitet werden, bis zu einem Zeitpunkt, ab dem der „Haupt“-Controller zum direkten Empfangen des Überwachungssignals MO in der Lage ist. In einem Beispielanwendungsfall kann sich das Host-Gerät 100 auf einem Tisch befinden, und es kann wünschenswert sein, den Lautsprecher 220 als ein Mikrofon (sowie jegliche anderen Mikrofone des Gerätes 100) zum Erkennen einer Stimme zu verwenden. Es kann wünschenswert sein, eine Stimme zu erkennen, wenn über den Lautsprecher 220 Musik abgespielt wird.
Als ein weiteres Beispiel kann der „Haupt“-Controller nach dem Aufwecken zum Ausführen eines biometrischen Algorithmus basierend auf dem Analysieren oder Verarbeiten des Überwachungssignals MO zum Erkennen, ob der Gehörgang des Benutzers (wobei der Lautsprecher 220 z. B. ein Ohrhörer ist, wie zuvor beschrieben) dem Gehörgang eines „autorisierten“ Benutzers entspricht, konfiguriert sein. Natürlich kann dies auch gleichermaßen durch den „Immer EIN“-Controller ausgeführt werden. Der biometrische Algorithmus kann das Vergleichen des Überwachungssignals MO oder von Komponenten davon mit einer oder mehreren vordefinierten Vorlagen oder Signaturen beinhalten.
Derartige Vorlagen oder Signaturen können als „Umgebungs“-Vorlagen oder -Signaturen betrachtet werden, da sie die Umgebung darstellen, in welcher der Lautsprecher 220 verwendet wird oder verwendet werden könnte, und tatsächlich muss die betreffende Umgebung kein Gehörgang sein. Zum Beispiel könnte die Umgebung ein Zimmer oder ein anderer Raum sein, in welchem der Lautsprecher 220 eingehenden Schall empfangen kann (wobei es sich nicht um reflektierten Lautsprecherton handeln muss), wobei der Controller 402A und/oder 402M eine Umgebung, in welcher der Lautsprecher 220 betrieben wurde oder gerade betrieben wird, basierend auf einem Vergleich mit derartigen Vorlagen oder Signaturen analysiert (evaluiert/bestimmt/beurteilt).
Natürlich sind dies lediglich Beispielanwendungsfälle. Andere Beispielanwendungsfälle werden dem Fachmann basierend auf der vorliegenden Offenbarung einfallen, wobei sich unterschiedliche Konfigurationen der Stromüberwachungseinheit 430D für unterschiedliche Anwendungsfälle eignen.
In Bezug auf jeglichen Anwendungsfall oder Betriebsmodus kann der Controller 102 das Steuersignal CMC zum Steuern der Stromüberwachungseinheit 430D zum Bewirken dieses Betriebsmodus verwenden. Der Controller 102 kann das Überwachungssignal MO als ein Rückkopplungssignal verwenden und das Steuersignal CMC variieren, sodass eine oder mehrere Eigenschaften des Überwachungssignals MO hin zu einer oder mehreren entsprechenden Zieleigenschaften oder Eigenschaftswerten tendieren oder diesen entsprechen.
Die Signale C1 bis C4 (oder eines oder mehrere von ihnen) können zum Steuern dessen eingesetzt werden, wann die Stromüberwachungseinheit 430D ,aktiv` oder inaktiv' ist (sich in einem ,aktiven' oder inaktiven' Betriebsmodus befindet). Zum Beispiel können die Steuersignale C1 und C2 für den ,aktiven` Zustand oder Modus derart eingestellt werden, dass die Spannungen VN1 und VN1-M gleich sind (als ob die Gate-Anschlüsse der Transistoren MN1 und MN1-M zusammengeschlossen wären). Tatsächlich könnten diese Signale zum Verbinden der Gate-Anschlüsse dieser Transistoren miteinander verwendet werden. Ferner können die Steuersignale C3 und C4 derart eingestellt werden, dass der Differenzialverstärker 810 und der ADC 840 mit Strom versorgt werden und betriebsbereit sind. Für den inaktiven' Zustand oder Modus kann das Steuersignal C2 jedoch derart eingestellt werden, dass der Transistor MN1-M AUS ist (und somit keinerlei Strom weitergibt). Ferner können die Steuersignale C3 und C4 derart eingestellt werden, dass der Differenzialverstärker 810 und der ADC 840 von ihren Stromquellen getrennt oder in einen Niedrigenergiezustand versetzt werden. Das Steuersignal C3 kann auch zum Trennen des Ausgangs des Differenzialverstärkers 810 vom Rückkopplungstransistor MN1-FB verwendet werden, oder zum derartigen Einstellen des Ausgangs des Differenzialverstärkers, dass der Rückkopplungstransistor MN1-FB AUS ist.
Die Signale C1 bis C4 können somit wie gewünscht zum Umschalten zwischen den ,aktiven' und inaktiven' Zuständen/Modi eingesetzt werden, wodurch die Energie gesteuert wird, die durch die Stromüberwachungseinheit 430D verbraucht wird (und wann das Überwachungssignal MO verfügbar ist).
Als ein weiteres Beispiel kann das Steuersignal C3 zum Steuern des Ausgangsstufenstrompegels (z. B. seines Vorspannungspegels) des Differenzialverstärkers 810 zum Steuern der Frequenzbandbreite des Spiegelstroms I_M eingesetzt werden. Als ein weiteres Beispiel kann das Steuersignal C3 zum Steuern, ob die Begrenzungstechnik in Bezug auf die Eingänge des Differenzialverstärkers 810 eingesetzt wird, eingesetzt werden (wobei die damit in Zusammenhang stehenden „Begrenzungs“-Schaltungen innerhalb des Differenzialverstärkers 810 in 8 betrachtet werden). Als ein weiteres Beispiel kann das Steuersignal C3 zum Steuern des Eingangsstufenstrompegels (z. B. seines Vorspannungspegels) des Differenzialverstärkers 810 zum Steuern des SNR des Spiegelstroms I_M eingesetzt werden.
Als ein weiteres Beispiel kann das Steuersignal C4 zum Steuern der Taktrate oder der Abtastrate des ADC 840 zum Steuern der Frequenzbandbreite des Überwachungssignals MO eingesetzt werden. Als ein weiteres Beispiel kann das Steuersignal C4 zum Steuern des Vorspannungsstroms des ADC 840 zum Steuern des SNR des Überwachungssignals MO eingesetzt werden. Als ein weiteres Beispiel kann das Steuersignal C4 zum Steuern der Auflösung des ADC (Anzahl der Bits, z. B. 4-Bit, 8-Bit, 10-Bit, 12-Bit usw.) zum Steuern der Auflösung des Überwachungssignals MO eingesetzt werden. Als ein weiteres Beispiel kann das Steuersignal C4 zum Steuern der Reihenfolge des ADC (1. Ordnung, 2. Ordnung, 3. Ordnung usw.) eingesetzt werden.
Hierbei handelt es sich natürlich lediglich um Beispiele. Andere Steuersignale (Teile des Signals CMC) könnten zum Einführen oder Steuern des Filterns (nicht gezeigt), das auf den Spiegelstrom I_M und/oder das Überwachungssignal MO angewandt wird, zum Steuern einer stromabwärtigen Normalisierung und/oder Filterung (z. B. durchgeführt durch den Controller 102), wie zuvor in Bezug auf den Stromspiegel-Verstärkungsfehler erwähnt, oder zum Steuern eines adaptiven Filters, der versucht, die beiden Verstärkungen zwischen unterschiedlichen Hälften der Brücke auszugleichen, eingesetzt werden.
10 ist eine schematische Darstellung von Teilen eines Host-Gerätes 100A, wobei es sich um eine Beispielimplementierung des Host-Gerätes 100 handelt. Das Host-Gerät 100A ist derart gezeigt, dass es den Controller 102, einen Speicher (MEM - Memory) 104, einen Funk-Sendeempfänger (RT - Radio Transceiver) 106, eine Benutzerschnittstelle (UI - User Interface) 108, ein elektrostatisches Mikrofon (EM) 110 und die Stromüberwachungseinheit 430D umfasst. Wie angegeben, könnte die Stromüberwachungseinheit 430D durch jegliche aus den Stromüberwachungseinheiten 430A, 430B und 430C ersetzt werden, und die vorliegende Offenbarung wird dementsprechend verstanden.
Wie zuvor ist der Controller 102 derart gezeigt, dass er das Stromüberwachungssteuersignal CMC an die Stromüberwachungseinheit 430D bereitstellt, um die oben diskutierte Steuerung zu bewirken. Ähnlich ist der Controller derart gezeigt, dass er das Überwachungssignal MO von der Stromüberwachungseinheit 430D empfängt. Der Controller ist auch derart gezeigt, dass er Signale von dem Speicher (MEM) 104, dem Funk-Sendeempfänger (RT) 106, der Benutzerschnittstelle (UI) 108 und dem elektrostatischen Mikrofon (EM) 110 empfängt.
Wie oben kann der Controller 102 zum Arbeiten in Übereinstimmung mit jeglichem einer Reihe von Anwendungsfällen (Anwendungen oder Betriebsmodi) konfiguriert sein, und eine Reihe möglicher derartiger Anwendungsfälle, wie oben diskutiert, sind in 10 beispielhaft schematisch gezeigt. Diese Anwendungsfälle umfassen eine PCG-Erkennung 1002, eine Ohrbiometrie-Prüfung 1004, eine Audioerfassung 1006, eine „Am Ohr“-Erkennung 1008 und eine „Immer EIN“-Überwachung 1010. Natürlich sind diese Anwendungsfälle ,aktive' Anwendungsfälle, es kann sich aber auch um einen inaktiven' Anwendungsfall handeln (nicht gezeigt).
An sich ist der Controller 102 im Host-Gerät 100A zum Auswählen eines Anwendungsfalls (oder Betriebsmodus) basierend auf jeglichem der empfangenen Signale (oder einem intern erzeugten Signal) und zum Ausgeben des Stromüberwachungssteuersignals CMC zum dementsprechenden Steuern der Stromüberwachungseinheit 430D konfiguriert, wodurch die Energieleistung der Stromüberwachungseinheit 430D und/oder eine Eigenschaft des Überwachungssignals MO gesteuert wird.
11 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens 1100, welches durch den Controller 102 ausgeführt werden kann. Das Verfahren umfasst die Schritte S2, S4 und S6.
Bei Schritt S2 überwacht der Controller 102 jegliche empfangenen Signale (oder jegliche intern erzeugten Signale). Zu diesen Signalen können jegliche der Signale zählen, die durch den Controller 102 in 11 empfangen werden. Bei Schritt S4 wählt der Controller einen Anwendungsfall (Betriebsmodus) basierend auf dem Signal oder den Signalen, die bei Schritt S2 überwacht werden, aus. Die möglichen Anwendungsfälle (Betriebsmodi) können sowohl ,aktive' als auch ,inaktive' Anwendungsfälle umfassen. Bei Schritt S6 konfiguriert der Controller 102 das Stromüberwachungssteuersignal CMC basierend auf dem bei Schritt 4 ausgewählten Anwendungsfall (und gibt dieses aus). Das Stromüberwachungssteuersignal CMC steuert wiederum die Stromüberwachungseinheit, wie zuvor beschrieben.
Wie angegeben, kann das Verfahren von Schritt S6 zu Schritt S2 zurückkehren (z. B. periodisch), sodass sich der ausgewählte Anwendungsfall und die Konfiguration des Stromüberwachungssteuersignals CMC im Laufe der Zeit ändern können, basierend auf dem Signal oder den Signalen, die durch den Controller 102 empfangen werden (oder intern erzeugt werden).
Der Fachmann wird erkennen, dass einige Aspekte der oben beschriebenen Vorrichtung (Schaltungen) und Verfahren als Prozessorsteuercode verkörpert sein können, zum Beispiel auf einem nicht-flüchtigen Trägermedium, wie z. B. einer Platte, einer CD- oder DVD-ROM, in einem programmierten Speicher, wie z. B. Nur-Lese-Speicher (Firmware), oder auf einem Datenträger, wie z. B. einem optischen oder elektrischen Signalträger.
Zum Beispiel kann der Mikrofonsignalgenerator 240 (und seine Untereinheiten 250, 260) als ein Prozessor implementiert sein, der basierend auf Prozessorsteuercode arbeitet. Als ein weiteres Beispiel kann der Controller 102 als ein Prozessor implementiert sein, der basierend auf Prozessorsteuercode arbeitet. Als ein weiteres Beispiel können die Stromüberwachungseinheiten einen Prozessor umfassen, der basierend auf Prozessorsteuercode zum Decodieren des Stromüberwachungssteuersignals CMC und zum dementsprechenden Steuern von Elementen der Stromüberwachungseinheiten arbeitet.
Bei einigen Anwendungen werden derartige Aspekte auf einem DSP (Digitalsignalprozessor), einer ASIC (Application Specific Integrated Circuit) oder einem FPGA (Field Programmable Gate Array) implementiert. Somit kann der Code herkömmlichen Programmcode oder Mikrocode oder zum Beispiel Code zum Einrichten oder Steuern einer ASIC oder eines FPGA umfassen. Der Code kann auch Code zum dynamischen Konfigurieren von rekonfigurierbaren Vorrichtungen, wie z. B. reprogrammierbaren Logik-Gate-Arrays, umfassen. Ähnlich kann der Code auch Code für eine Hardwarebeschreibungssprache, wie z. B. Verilog TM oder VHDL, umfassen. Wie der Fachmann verstehen wird, kann der Code zwischen mehreren gekoppelten Komponenten in Kommunikation miteinander verteilt sein. Gegebenenfalls können derartige Aspekte auch unter Verwendung von Code, der auf einem feld(re)programmierbaren Analog-Array oder einem ähnlichen Gerät läuft, implementiert werden, um analoge Hardware zu konfigurieren.
Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können als Teil einer Audioverarbeitungsschaltung, zum Beispiel einer Audioschaltung (wie z. B. ein Codec oder dergleichen), angeordnet sein, welche in einem Host-Gerät vorgesehen sein kann, wie oben diskutiert. Eine Schaltung oder Schaltungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann/können (zumindest teilweise) als eine integrierte Schaltung (IC - Integrated Circuit), zum Beispiel auf einem IC-Chip, implementiert werden. Ein oder mehrere Eingangs- oder Ausgangswandler (wie z. B. der Lautsprecher 220) können im Betrieb an die integrierte Schaltung angeschlossen sein.
Es sei darauf hingewiesen, dass die oben-genannten Ausführungsformen die Erfindung vielmehr veranschaulichen als sie einzuschränken, und dass der Fachmann auf dem Gebiet in der Lage sein wird, viele alternative Ausführungsformen zu entwickeln, ohne sich vom Umfang der beigefügten Ansprüche zu entfernen. Das Wort „umfassen“ schließt die Gegenwart von anderen Elementen oder Schritten als den im Anspruch aufgeführten nicht aus, „ein“ oder „eine“ schließt mehrere nicht aus und ein einzelnes Merkmal oder eine andere Einheit kann die Funktionen von mehreren in den Ansprüchen aufgeführten Einheiten erfüllen. Jegliche Referenzziffern oder -kennzeichnungen in den Ansprüchen sollen nicht als den Umfang einschränkend ausgelegt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 9008344 [0004]

Claims

Überwachungsschaltungen, welche Folgendes umfassen: eine Stromüberwachungseinheit, die zum Überwachen eines Lautsprecherstroms, der durch einen Lautsprecher fließt, und zum Erzeugen eines Überwachungssignals, das diesen Strom angibt, ausgebildet ist; und einen Controller, der, basierend auf einem Steuersignal, zum Steuern der Stromüberwachungseinheit zum Steuern, ob das Überwachungssignal erzeugt wird, und/oder einer Eigenschaft des Überwachungssignals ausgebildet ist.
Überwachungsschaltungen wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei der Controller, basierend auf dem Steuersignal, zum Steuern des Folgenden ausgebildet ist: Betrieb der Stromüberwachungseinheit; und/oder in welchem Betriebsmodus von mehreren Betriebsmodi die Stromüberwachungseinheit arbeitet; und/oder eines Betriebsparameters, welcher den Betrieb der Stromüberwachungseinheit definiert.
Überwachungsschaltungen wie in Anspruch 2 beansprucht, wobei die mehreren Betriebsmodi Folgende umfassen: einen inaktiven Betriebsmodus, in welchem die Stromüberwachungseinheit inaktiv ist und das Überwachungssignal im Wesentlichen nicht erzeugt wird; und/oder mindestens einen aktiven Betriebsmodus, in welchem die Stromüberwachungseinheit aktiv ist und das Überwachungssignal erzeugt wird.
Überwachungsschaltungen wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, wobei der Controller zum Erzeugen des Steuersignals basierend auf dem Überwachungssignal und/oder einem anderen Signal, wie z. B. einem Modusauswahlsignal, ausgebildet ist.
Überwachungsschaltungen wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, wobei der Controller zum Bestimmen, Analysieren oder Extrahieren von Informationen, die durch das Überwachungssignal dargestellt werden, und zum Erzeugen des Steuersignals basierend auf diesen Informationen ausgebildet ist.
Überwachungsschaltungen wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, wobei der Controller zu Folgendem ausgebildet ist: Bestimmen einer Eigenschaft des Überwachungssignals; Vergleichen der bestimmten Eigenschaft mit einer Zieleigenschaft; und Erzeugen des Steuersignals, um zu veranlassen, dass die bestimmte Eigenschaft hin zu der Zieleigenschaft tendiert.
Überwachungsschaltungen wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, wobei die Eigenschaft mindestens eines aus einer Frequenzbandbreite, einem Signal-Rausch-Verhältnis (SNR), einem Dynamikbereich, einer Auflösung und einem Verstärkungsfehler umfasst.
Überwachungsschaltungen wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, wobei: die Stromüberwachungseinheit einen Stromspiegel umfasst, der zum Erzeugen eines Spiegelstroms ausgebildet ist, welcher den Lautsprecherstrom spiegelt, wobei eine Größenordnung des Spiegelstroms aufgrund der Stromspiegelung von einer Größenordnung des Lautsprecherstroms abhängt; das Überwachungssignal der Spiegelstrom ist oder aus diesem erzeugt wird; und der Controller, basierend auf dem Steuersignal, zum Steuern des Stromspiegels und/oder zur Erzeugung des Überwachungssignals aus dem Spiegelstrom zum Steuern, ob das Überwachungssignal erzeugt wird, und/oder einer Eigenschaft des Überwachungssignals ausgebildet ist.
Überwachungsschaltungen wie in Anspruch 8 beansprucht, wobei der Controller, basierend auf dem Steuersignal, zum Steuern des Stromspiegels zum Steuern von mindestens einem der Folgenden konfiguriert ist: ob der Stromspiegel aktiv ist, sodass der Spiegelstrom erzeugt wird, oder inaktiv ist, sodass der Spiegelstrom im Wesentlichen nicht erzeugt wird oder im Vergleich zu dem Spiegelstrom als ein Niedrigenergiestrom erzeugt wird; einer Frequenzbandbreite des Spiegelstroms; eines Stromspiegel-Verstärkungsfehlers, bei welchem es sich um einen Fehler bei der Verstärkung zwischen dem Lautsprecherstrom und dem Spiegelstrom handelt, wobei der Verstärkungsfehler wahlweise einen Gleichstromversatz bei der Verstärkung umfasst; und eines SNR oder eines Dynamikbereichs des Spiegelstroms.
Überwachungsschaltungen wie in Anspruch 8 oder 9 beansprucht, wobei der Stromspiegel Folgendes umfasst: einen ersten Transistor, der zum Übertragen des Lautsprecherstroms angeschlossen ist; einen zweiten Transistor, der zum Übertragen des Spiegelstroms angeschlossen ist; und einen Differenzialverstärker, der zum Steuern, basierend auf einer Rückkopplungspotenzialdifferenz, die zwischen Eingängen des Differenzialverstärkers angelegt wird, wobei es sich um eine Differenz zwischen einer ersten Drain-Source-Spannung des ersten Transistors und einer zweiten Drain-Source-Spannung des zweiten Transistors handelt, einer Rückkopplungskomponente, die entlang eines Strompfades, der den Spiegelstrom überträgt, mit dem zweiten Transistor in Reihe geschaltet ist, um zu veranlassen, dass die zweite Drain-Source-Spannung der ersten Drain-Source-Spannung folgt und/oder sich dieser im Wesentlichen angleicht, konfiguriert ist, wobei der Controller, basierend auf dem Steuersignal, zum Steuern des Folgenden konfiguriert ist: ob das Überwachungssignal erzeugt wird und/oder einer Eigenschaft des Überwachungssignals durch das Steuern des Differenzialverstärkers und/oder des zweiten Transistors; und/oder von mindestens einem aus: einer Energieversorgung zum Differenzialverstärker; einem Gate-Signal des zweiten Transistors; einem Steuersignal, das an die Rückkopplungskomponente angelegt wird; ob eine Polarität der Rückkopplungspotenzialdifferenz, die zwischen den Eingängen des Differenzialverstärkers angelegt wird, gewechselt wird; einer Geschwindigkeit, mit welcher die Polarität gewechselt wird; einem Vorspannungspegel eines Ausgangsstufenstroms des Differenzialverstärkers; und einem Vorspannungspegel eines Eingangsstufenstroms des Differenzialverstärkers.
Überwachungsschaltungen wie in Anspruch 10 beansprucht, wobei der Controller, basierend auf dem Steuersignal, zum Steuern des Folgenden konfiguriert ist: ob der Stromspiegel aktiv oder inaktiv ist, durch das Steuern von mindestens einem aus einer Energieversorgung zu dem Differenzialverstärker, einem Gate-Signal des zweiten Transistors und einem Steuersignal, das an die Rückkopplungskomponente angelegt wird; und/oder des Stromspiegel-Verstärkungsfehlers durch das Steuern, ob eine Polarität der Rückkopplungspotenzialdifferenz, die zwischen den Eingängen des Differenzialverstärkers angelegt wird, gewechselt wird und/oder einer Geschwindigkeit, mit welcher die Polarität gewechselt wird; und/oder der Frequenzbandbreite des Spiegelstroms durch das Steuern eines Vorspannungspegels eines Ausgangsstufenstroms des Differenzialverstärkers; und/oder des SNR oder des Dynamikbereichs des Spiegelstroms durch das Steuern eines Vorspannungspegels eines Eingangsstufenstroms des Differenzialverstärkers.
Überwachungsschaltungen wie in einem der Ansprüche 8 bis 11 beansprucht, wobei die Stromüberwachungseinheit eine Impedanz umfasst, die derart angeschlossen ist, dass der Spiegelstrom durch die Impedanz fließt, und wobei das Überwachungssignal basierend auf einer Spannung über die Impedanz hinweg erzeugt wird, wobei die Impedanz wahlweise ein Widerstand ist.
Überwachungsschaltungen wie in einem der Ansprüche 8 bis 12 beansprucht, wobei die Stromüberwachungseinheit einen Filter umfasst, der zum Filtern des Spiegelstroms oder des Überwachungssignals ausgebildet ist, und wobei der Controller, basierend auf dem Steuersignal, zum Konfigurieren des Filters zum Steuern des Überwachungssignals oder eines Signals, das aus dem Überwachungssignal erzeugt wird, konfiguriert ist.
Überwachungsschaltungen wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, wobei die Stromüberwachungseinheit einen Generator umfasst, der zum Erzeugen des Überwachungssignals basierend auf dem Lautsprecherstrom oder dem Spiegelstrom ausgebildet ist, wobei der Controller, basierend auf dem Steuersignal, zum Steu- ern des Generators zum Steuern, ob das Überwachungssignal erzeugt wird, und/oder einer Eigenschaft des Überwachungssignals konfiguriert ist.
Überwachungsschaltungen wie in Anspruch 14 beansprucht, wobei der Controller, basierend auf dem Steuersignal, zum Steuern des Generators zum Steuern von mindestens einem aus den Folgenden konfiguriert ist: einer Frequenzbandbreite des Überwachungssignals; einem SNR oder einem Dynamikbereich des Überwachungssignals; und einer Auflösung des Überwachungssignals.
Überwachungsschaltungen wie in Anspruch 14 oder 15 beansprucht, wobei: der Generator einen Analog-Digital-Wandler (ADC) umfasst, der zum Erzeugen des Überwachungssignals als ein Digitalsignal aus dem Lautsprecherstrom oder dem Spiegelstrom durch Analog-Digital-Wandlung konfiguriert ist; und der Controller, basierend auf dem Steuersignal, zum Steuern des Folgenden konfiguriert ist: einer Taktrate oder Abtastrate des Analog-Digital-Wandlers; und/oder eines Vorspannungsstroms des Analog-Digital-Wandlers; der Auflösung des ADC; und/oder der Reihenfolge des ADC.
Überwachungsschaltungen wie in Anspruch 14 oder 15 beansprucht, wobei: der Generator einen Analog-Digital-Wandler umfasst, der zum Erzeugen des Überwachungssignals als ein Digitalsignal aus dem Lautsprecherstrom oder dem Spiegelstrom durch Analog-Digital-Wandlung konfiguriert ist; und der Controller, basierend auf dem Steuersignal, zum Steuern des Folgenden konfiguriert ist: der Frequenzbandbreite des Überwachungssignals durch das Steuern einer Taktrate oder Abtastrate des Analog-Digital-Wandlers; und/oder des SNR oder des Dynamikbereichs des Überwachungssignal durch das Steuern eines Vorspannungsstroms des Analog-Digital-Wandlers; der Auflösung des Überwachungssignals durch das Steuern der Auflösung des ADC; und/oder der Reihenfolge des ADC.
Überwachungsschaltungen wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, welche Folgendes umfassen: einen Mikrofonsignalgenerator, der, wenn externer Schall auf dem Lautsprecher auftrifft, zum Erzeugen eines Mikrofonsignals, das den externen Schall darstellt, basierend auf dem Überwachungssignal ausgebildet ist.
Überwachungsschaltungen wie in Anspruch 18 beansprucht, welche Folgendes umfassen: einen Lautsprechertreiber, der zum Antreiben des Lautsprechers basierend auf einem Lautsprechersignal ausgebildet ist, wobei der Mikrofonsignalgenerator zum Erzeugen des Mikrofonsignals basierend auf dem Überwachungssignal und dem Lautsprechersignal ausgebildet ist.
Überwachungsschaltungen wie in Anspruch 19 beansprucht, wobei: das Lautsprechersignal ein Spannungssignal, das an den Lautsprecher angelegt wird, angibt oder damit in Beziehung steht oder proportional dazu ist; und/oder das Überwachungssignal mit dem Lautsprecherstrom, der durch den Lautsprecher fließt, in Beziehung steht oder proportional dazu ist.
Überwachungsschaltungen wie in Anspruch 20 beansprucht, wobei der Lautsprechertreiber zum Steuern des Spannungssignals, das an den Lautsprecher angelegt wird, ausgebildet ist, um so eine gegebene Beziehung zwischen dem Lautsprechersignal und dem Spannungssignal aufrechtzuerhalten oder zu deren Aufrechterhaltung zu neigen oder diese zu erzwingen.
Überwachungsschaltungen wie in einem der Ansprüche 19 bis 21 beansprucht, wobei der Mikrofonsignalgenerator einen Wandler umfasst, der zum Umwandeln des Überwachungssignals in das Mikrofonsignal basierend auf dem Lautsprechersignal konfiguriert ist, wobei der Wandler zumindest teilweise durch eine Übertragungsfunktion definiert ist, die zumindest den Lautsprecher modelliert.
Überwachungsschaltungen wie in Anspruch 22 beansprucht, wobei die Übertragungsfunktion ferner mindestens eines aus dem Lautsprechertreiber und der Stromüberwachungseinheit oder sowohl den Lautsprechertreiber als auch die Stromüberwachungseinheit modelliert.
Überwachungsschaltungen, welche Folgendes umfassen: eine Stromüberwachungseinheit, die zum Überwachen eines Lautsprecherstroms, der durch einen Lautsprecher fließt, und zum Erzeugen eines Überwachungssignals, das diesen Strom angibt, ausgebildet ist; und einen Controller, der, basierend auf einem Steuersignal, zum Steuern des Betriebs der Stromüberwachungseinheit zum Steuern des Überwachungssignals ausgebildet ist.
Überwachungsschaltungen wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, welche den Lautsprecher umfassen.
Lautsprecherstrom-Verarbeitungssystem, welches Folgendes umfasst: die Überwachungsschaltungen wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht; und einen Prozessor, der zum Verarbeiten des Überwachungssignals konfiguriert ist.
Lautsprecherstrom-Verarbeitungssystem wie in Anspruch 26 beansprucht, wobei der Prozessor zum Übergehen von einem Niedrigenergiezustand in einen höheren Energiezustand basierend auf dem Überwachungssignal konfiguriert ist.
Lautsprecherstrom-Verarbeitungssystem wie in Anspruch 26 oder 27 beansprucht, wobei der Prozessor zum Vergleichen des Überwachungssignals mit mindestens einer Signatur und zum Analysieren von Informationen, die durch das Überwachungssignal dargestellt werden, basierend auf dem Vergleich konfiguriert ist.
Host-Gerät, welches die Überwachungsschaltungen wie in einem der Ansprüche 1 bis 25 beansprucht oder das Lautsprecherstrom-Verarbeitungssystem wie in einem der Ansprüche 26 bis 28 beansprucht umfasst.