JP4620043B2 - 音響増幅器回路の保護システム及び方法 - Google Patents

Description

発明の背景
発明の属する技術分野
本発明は、一般的に音響増幅器システムに関し、特に、デジタル増幅器システムにおける様々な潜在的な停電状態を検出し、検出した停電状態に対してプログラム可能な応答を提供するシステム及び方法に関する。

関連技術
パルス幅変調あるいはＤ級信号増幅技術は長年存在するが、スイッチドモード電源（ＳＭＰＳ）の増加に伴っていっそうポピュラーになってきている。この技術が現れてから、信号増幅アプリケーションにＰＷＭ技術を適用することへの関心が高まってきた。これは、少なくとも部分的に、昔の（リニアなＡＢ級）電力出力トポロジィに代わるＤ級電力出力トポロジィの使用を通じて認識することができるかなりの効率改善の結果である。

信号増幅アプリケーションを開発する初期の試みは、初期のＳＭＰＳで用いられていた増幅と同じアプローチを用いていた。特に、これらの試みはアナログ変調スキームに用いられ、性能が大変低いアプリケーションであった。これらのアプリケーションは非常に複雑であって、実装にコストがかかるものであった。その結果、これらの解決法は広く受け入れられなかった。このため従来のＤ級アナログ実装技術は、昔のＡＢ級増幅器に代わる主流の増幅器アプリケーションにならなかった。

近年、デジタルＰＷＭ変調スキームが浮上してきた。これらのスキームはシグマ−デルタ変調技術を用いて、より新しいデジタルＤ級の実装に用いるＰＷＭ信号を発生する。しかしながら、これらのデジタルＰＷＭスキームは、ＰＷＭ変調器を増幅器ソリューション全体に一体化することに対する主バリアをわずかにオフセットするだけである。したがってＤ級技術はいまだに、昔のＡＢ級増幅器に代わって主流のアプリケーションになることができない。

問題点の一つは、従来のＰＷＭ増幅器回路の保護手段は有効でなく、あるいは効率がよくない点である。ＰＷＭ増幅器は高電流と高電圧を扱うので、増幅器が突発的に壊れる危険がある。例えば、増幅器は、オーバーヒートして回路が焼けるまで駆動することがある。

現在の保護スキームは、伝統的なアナログベースの回路を使用したものである。これらの回路にはいくつもの短絡がある。例えば、従来の保護回路は実験的環境内で特徴付けられ、調整されたものである。保護回路の設計がいったん終了してしまうと、特定の増幅器内の回路を調整することは不可能である。製造誤差があるため、回路の実際の動作は増幅器ごとにかなり異なっている。設計において時定数メカニズムを設けるＲＣ回路は、特に設計誤差に弱い。したがって、この回路はある装置では意図したように動作するが、別の装置では停電状態への応答の開始が早すぎるかまたは遅すぎるかのどちらかである。

従来の保護回路の別の欠点は、特定の停電状態に対する応答が固定されていることである。通常、この応答は、停電状態を検出した時に増幅器を単に遮断するだけである。この応答は増幅器の過電流（増幅器の回路を破壊することがある）などの状態には適当であるが、温度が若干上昇しているが、システムに直ちにダメージを与えないといった状態には適当でない。

従来の保護スキームの更なる別の欠点は、通常、各々の潜在的な停電状態を操作するのに別の回路を必要とする点である。別の回路を必要とするということは、システム設計全体の複雑さが増し、結果的に部品の故障、消費電力、熱ビルトアップ、その他といった、関連する問題が生じる可能性が増える。

これらの欠点のないデジタルＰＷＭ増幅器システム用の保護スキームの提供が望まれる。

発明の概要
上述した問題点の一又はそれ以上を本発明の様々な実施例によって解決することができる。広く言うと、本発明はデジタル音響増幅システムにおける停電イベントの保護を提供するシステム及び方法に関する。

本発明の一の実施例は、デジタル増幅器コントローラと、当該コントローラに接続され、このコントローラからの音響信号を受信するように構成された増幅器出力ステージと、当該出力ステージに接続された一又はそれ以上のセンサと、当該一又はそれ以上のセンサからセンサ信号を受信するように接続された一又はそれ以上のローパスフィルタとを有するシステムを具える。ローパスフィルタは、センサ信号をろ波し、前記コントローラにろ波したセンサ信号を提供するように構成されている。このコントローラは、ろ波センサ信号に対してプログラム可能な応答を提供する。この応答は、まったく動作しないから、音響信号の増幅を限定する、システムを遮断するまでの範囲にわたっていてもよい。

一の実施例では、上述のシステムはパルス幅変調（ＰＷＭ）増幅システムに実装されている。本システムは、過電流状態、過温度状態、及びシュートスルー状態を含む停電状態を検出することができる。本システムは、ハイサイドとローサイドの信号遅延を自動的にキャリブレートして、ハイサイドとローサイドのパルス間のデッドタイムを最適化し、シュートスルーを最小限にするように構成されている。システム内のローパスフィルタは、バイナリ保護信号からのビットを蓄積するように構成されているアキュムレータを具えていてもよい。これらの保護信号は、センサ信号レベルを基準レベルと比較して、センサ信号が各々のスレッシュホールド以上であるか以下であるかに応じて、ハイ信号あるいはロー信号を生成するコンパレータによって生成するようにしてもよい。アキュムレータは、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）などのプロセッサに一体化して、コントローラ機能を提供するようにしてもよい。

本発明のその他の実施例は、音響増幅器出力ステージの状態を検出するステップと、この検出した状態に対応するセンサ出力信号を提供するステップと、センサ出力信号を低域ろ波してろ波センサ信号を生成するステップと、音響増幅器コントローラへこのろ波センサ信号を提供するステップと、ろ波センサ信号にプログラム可能な応答を提供するステップとを具える方法である。この方法は、上述したようなシステムに実装することができる。

様々な追加の実施例も可能である。

本発明の様々な実施例は、従来技術を超えるいくつもの利点を提供するものである。例えば、プログラム可能なアキュムレータ内で保護信号の低域ろ波を実行することによって、アキュムレータのローパスフィルタとしての動作を、製造後に容易に変更することができる。したがって従来の保護機構に内在する変化性を防止することができる。更に、ろ波された保護情報がプログラム可能なコントローラに与えられるので、コントローラは、従来技術にあるように単一の応答（すなわち、システムの遮断）に限定されることなく、検出されるかもしれない様々な異なる停電状態に対してプログラム可能な応答を提供することができる。更に、いろいろな実施例で使用されているデジタル保護機構の実装が、シュートスルー電流を最小限にして増幅器の性能を最適化する信号遅れの自動キャリブレーションなどの機能を可能にする。更なる利点が本発明の分野の当業者に明らかになるであろう。

本発明は、様々な変形例および代替があるが、特定の実施例が図面および詳細な説明の例として示されている。しかしながら、図面および詳細な説明は、本発明をここに述べた特定の実施例に限定するものではない。この開示は、限定ではなく請求の範囲に規定された本発明の範囲内に入るすべての変形例、均等物および代替例をカバーするものである。

詳細な説明
本発明の一又はそれ以上の実施例を以下に述べる。以下に述べる３つの実施例とその他のすべての実施例は具体例であり、限定ではなく本発明を明確化するためのものである。

ここに述べるように、本発明の様々な実施例は、デジタル音響増幅システムにおける停電イベントを保護するシステム及び方法を具える。本発明の一の実施例は、デジタルパルス幅変調（ＰＷＭ）増幅システム用の保護サブシステムを具えており、停電状態センサからの信号が量子化され、低域ろ波され、この信号への適切な応答を決定する処理が行われる。各々の信号及び対応する停電状態への応答は、プログラム可能であり、動作しないから、増幅レベルを低減させる、システムを遮断するまでの範囲にあってもよい。

一実施例において、デジタルＰＷＭ増幅システムは、音響信号と同様に停電状態信号を処理するデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を用いて実装されている。各停電状態信号は、共通保護ロジックで処理される前に別のローパスフィルタを通過する。このローパスフィルタは、対応するデジタル停電状態信号が１であるか０であるかに基づいて、カウントアップ、あるいはカウントダウンするアキュムレータとして実装されている。各アキュムレータは対応するスレッシュホールドを具えており、アキュムレータの計数がこのスレッシュホールドを越えると、停電イベントが生じ、対応する応答がトリガされる。上述したとおり、これらの応答はプログラム可能である。

一の実施例では、本システムは、過電流状態、過温度状態、およびシュートスルー状態を保護するように構成されている。別々のセンサ部品と対応するコンパレータを用いて、これらの各状態を検出し、対応する出力信号を生成する。この信号は、この信号を低域ろ波するように動作する対応するアキュムレータを介して処理される。このろ波された信号は、ＤＳＰ内の共通ロジックで処理されて、この信号で表される状態に対するプログラムされた応答を生成する。

図１を参照すると、本発明の一実施例にかかるＰＷＭ増幅システムを記載した機能ブロック図が示されている。図に示すように、ＰＷＭ増幅システム１００は、内部プロセッサ１１０と、デルタ−シグマコンバータ１２０と、ＰＣＭ−ＰＷＭ変調器１３０と、ドライバ１５０と、出力ステージ１６０と、出力フィルタ１７０と、センササブシステム１８０を具える。デルタ−シグマコンバータ１２０と、ＰＣＭ−ＰＷＭ変調器１３０は、Ｄ級変調器１４０を構成している。

まずデジタル音響信号が内部プロセッサ１１０に入力される。内部プロセッサ１１０は、このデジタル音響信号に音響処理を行う。内部プロセッサ１１０は、この信号に、検出したシステムの停電状態に応じた信号の変調を含む、様々なタイプの処理を行ってもよい。このことについては、以下でより詳細に述べる。処理を行ったデジタル音響信号は、ついで、Ｄ級変調器１４０によって１−ビットデジタルデータストリームに変換される。この１−ビットデータストリームは、出力ステージ１６０の上側スイッチと下側スイッチをドライブする信号を使用するドライバ１５０に出力される二つの制御信号によって特徴付けられ、出力ステージ１６０によって生成される信号は、次いで出力フィルタで処理される。フィルタ１７０の出力信号は、スピーカシステム（図示せず）をドライブするのに使用することができる。

出力ステージ１６０は、通常、システムの停電の原因になる高電圧と高電流を処理する。本発明の保護システムは、出力ステージ１６０にしっかり接続されているセンササブシステム１８０を組み込んでいる。一の実施例では、センササブシステム１８０は、システム内の各音響増幅チャネル用に温度センサと電流センサを両方具えており、したがって、過電流状態、過温度状態、およびシュートスルー状態を含む潜在的な停電状態を検出することができる。

図２を参照すると、一実施例にかかる出力ステージとセンササブシステムの相互関係が示されている。明確にする目的で、この図は、出力ステージとセンササブシステムの主な部品のみを示している。

図２において、出力ステージの部品は、主に、ハイサイドＦＥＴ２１０と、ローサイドＦＥＴ２１１と、インダクタ２１５と、コンデンサ２１６で構成されている。上述したように、ドライバ回路は、ハイサイド信号とローサイド信号を出力ステージに提供する。ハイサイド信号はＦＥＴ２１０をドライブし、ローサイド信号はＦＥＴ２１１をドライブする。ハイサイド信号とローサイド信号は、ＦＥＴ２１０と２１１を交互にオンオフして、ＶｌとＶｈ間で変調される単一の信号を発生する。この信号は、出力信号として出力される前に、インダクタ２１５とコンデンサ２１６によってろ波される。

図２に示すセンササブシステムは、抵抗２２０と２３０、熱ダイオード２４０、２５０と、対応するコンパレータ２２１、２３１、２４１および２５１で構成されている。各回路部品−コンパレータ対（例えば、抵抗２２０とコンパレータ２２１）は、対応する停電条件に関連する保護信号を生成する。「停電条件」は、ここでは、一般的に停電を起こすかもしれない、継続的にモニタされている状態という意味に用いられる。例えば、ＦＥＴｓに流れる過剰な量の電流は、本開示の目的の停電状態である。この保護信号が、以下に詳細に説明する保護システムに提供される。保護システムは、信号を処理して停電条件が応答を保障しているかどうかを決定し、必要な場合に適当な応答を提供する。

各回路部品−コンパレータ対の動作は、比較的直接的である。例えば、抵抗２２０とコンパレータ２２１を考えると、ハイサイドＦＥＴ２１０を流れる電流は、抵抗２２０にも流れる。したがって、電圧が抵抗２２０に現れ、この電圧は、ＦＥＴ２１０を流れる電流に比例している。コンパレータ２２１は、抵抗２２０の電圧（アナログ信号）を基準値と比較して、相応のバイナリ保護信号を生成する。抵抗２２０の電圧が基準値より低い場合は、保護信号はロー（バイナリ０）である。抵抗２２０の電圧が基準値より高い場合は、ほぼ信号はハイ（バイナリ１）になる。コンパレータ２３１の抵抗２３０に関連する動作は、ＦＥＴ２１０に代わってＦＥＴ２１１に流れる電流を測定する点を除いて同じである。電流は、別の実施例では例えば、ホール効果センサ、トランス、といった別の方法で測定することもできる。

熱ダイオード−コンパレータ対の動作は、熱ダイオードの機能以外は（抵抗と比較して）、抵抗−コンパレータ対の動作と同じである。熱ダイオード２４０とコンパレータ２４１を考慮すると、熱ダイオード２４０は両者の間で最も良好な熱コンタクトをとるために、ＦＥＴ２１０にできるだけ近づけて配置される。したがって、熱ダイオード２４０はＦＥＴ２１０の温度に追従する。所定の温度範囲内では、熱ダイオード２４０の電圧は、温度変化に対してリニアに変化する。（コンパレータ２４１は、熱ダイオード２４０の電圧を測定できるようにするために、熱ダイオード２４０とその他の回路部品に電位を与える回路を有すると仮定する。）コンパレータ２４１は、熱ダイオード２４０の電圧を基準値と比較して、相当の保護信号を生成する。熱ダイオード２４０の電圧が基準値より低い場合は保護信号がローであり、電圧が基準値より高い場合は、保護信号はハイである。コンパレータ２５１と熱ダイオード２５０は、ＦＥＴ２１０に代わってＦＥＴ２１１の温度を測定すること以外は、同じように動作する。

別の実施例では温度を別の方法で検出することができる。例えば、温度検知抵抗や、温度検知集積回路を使用することができる。また、その他の実施例では、温度を間接的に検出するようにしている。例えば、出力ステージのトランジスタを温度を拡散させるためにヒートシンクに接続して、センサをトランジスタに直接接続するのではなく、出力ステージのヒートシンクに接続するようにすることができる。更なる変形も可能である。

上述したとおり、本発明の一実施例はシュートスルー電流を検出するように構成されている。通常、ＦＥＴ２１０と２１１の一方のみがいつでもターンオンされて、電流が一方のＦＥＴ、あるいは他方のＦＥＴに流れるが、両方には流れないようになっている。シュートスルーはＦＥＴｓが同時にターンオンされた状態であり、両方のＦＥＴに電流が流れてしまう。通常、この電流は一方のＦＥＴを流れる電流よりかなり大きい。シュートスルーは、増幅器の消費電力が劇的に上がることを含めて、いくつかの理由で望ましくない。

シュートスルーは過電流状態を検出するのに使用されるのと同じ抵抗−コンパレータ対を用いて検出することができる。一の実施例では、シュートスルーに応じた電流スパイクを単一の抵抗−コンパレータ対を用いて検出する。代替の実施例では、ハイサイドとローサイドの抵抗−コンパレータ対をシュートスルーの検出に用いることができる。一の実施例では、ＦＥＴｓを流れる電流の情報を用いて、ハイサイドとローサイドの信号のタイミングを調整して過剰なシュートスルー電流を除去するようにしている。

図３を参照すると、一の実施例による別のシステムに対する出力ステージとセンササブシステムの相互接続を示す機能ブロック図である。この実施例では、音響信号源３１０からの音響データがＰＷＭ増幅器のＤＳＰコア３２０へ入力される。音響データは、ＤＳＰコア３２０で処理されて、ＰＷＭコントローラ３３０に提供される。ＰＷＭコントローラ３３０は、ハイサイドとローサイドの信号を出力して出力ステージ３４０のＦＥＴｓを駆動する。通常、このＦＥＴｓは、ＰＷＭコントローラ３３０によって直接的にではなく、ドライバ部品を使用して駆動されるが、図３では単純化するためにドライバを示していない。

センササブシステム（図２で説明した抵抗、熱ダイオード、コンパレータを含む）は、出力ステージに接続されており、その動作においてフィードバックを提供する。各コンパレータの出力が保護システム３６０に送られる。保護システム３６０は、これらの入力を処理し、停電が生じたあるいは、生じようとしたことを信号が表示しているか否かを決定する。保護システム３６０は、次いで、適宜の応答を生成して、この応答システムを遮断することができる、あるいは、その動作を調整して停電イベントを避けることができるＤＳＰコア３２０及び／又はＰＷＭコントローラ３３０に送信する。

図４を参照すると、一実施例にかかる保護システム３６０の部品を示す機能ブロック図が示されている。ここに示されている部品は、単一の保護チャネルに対応する。すなわち、上述したコンパレータのうちの一つから信号が取られており、この信号が停電が差し迫っていることを表示するものであるかどうかを決定するための処理が行われる。保護システム３６０は複数保護チャネルを操作するように構成されている。これらのチャネルのいずれかで検出された停電状態に対応する応答が保護システムによって発生する。

図４に示すように、一のコンパレータから未処理の保護信号が受信され、極性訂正ユニット４１０に入力される。極性訂正ユニット４１０は、いくつかの保護信号をアクティブハイとし、その他の保護信号をアクティブローすることが所望される場合に、未処理の保護信号をハイからローに、あるいはローからハイに変換するのに使用することができる。極性訂正信号がアキュムレータ４２０に提供される。アキュムレータ４２０はローパスフィルタとして作用する。アキュムレータ４２０のフィルタ特性は、例えば、アキュムレータのサンプルレートと、応答がトリガされるアキュムレータのスレッシュホールドレベルなどによって決定される。これについては、以下により詳細に説明する。アキュムレータ４２０の出力が保護応答選択ユニット４３０に提供される。保護応答選択ユニット４３０は、アキュムレータ４２０から受信した信号に適したの応答を選択する。この応答は「わずかの動作をするあるいはまったく動作しない」から、「思い切った動作をする」までの範囲にあってもよい。例えば保護応答選択ユニットは単にステータス情報を提供するだけでもよく、あるいは、ＤＳＰコアに割り込みを提供するものであってもよく、ＰＷＭ増幅器を全く割り込みするものであってもよい。保護システムの部品は保護制御サブシステム４４０によって制御される。

一の実施例では、ＰＷＭ保護サブシステムは各保護チャネルについて１０ビットのアキュムレータ（アキュムレーションカウンタ）を有する。アキュムレーションカウンタは、ローパスフィルタとして機能し、プログラム可能なアキュムレーションスレッシュホールドに達したときに潜在的な停電イベントを表示する信号を生成する。本実施例には８ビットデバイダが設けられており、アキュムレーションカウンタの入力のサンプリングレートを効果的に低減する。各アキュムレーションカウンタはＰＷＭコントローラに提供される出力を生成して、受信した信号に応じた適宜の動作がなされるようにしている。出力はポーリングされたレジスタビット、割り込み、遮断またはその他のタイプの信号として提供することもできる。

上述したとおり、アキュムレーションカウンタはセンササブシステムのコンパレータから受信した未処理の保護信号に対するローパスフィルタとして機能する。一実施例では、アキュムレーションカウンタはスレッシュホールド値Ｘと最大値２Ｘを有する。アキュムレーションカウンタへ入力する保護信号が０であれば、カウンタはデクリメントされる。保護信号が１の場合は、カウンタはインクリメントされる。アキュムレーションカウンタのサンプル期間は上述したデバイダの使用によって制御される。カウンタの値がＸより小さい場合は、アキュムレーションカウンタの出力は表明されない（例えば、ローである）。カウンタの値がＸであるか、あるいはＸを超える場合は、スペキュレーションカウンタの出力が表明され（例えば、ハイ）、潜在的な停電に関連する条件が検出されたことを表示する。

Ｘの値は、アキュムレータの時定数に等しい。例えば、Ｘの値が大きい場合、アキュムレータがその入力への応答をトリガするのに長時間がかかる。一方、Ｘの値が小さい場合、アキュムレータが応答をトリガするのにかかる時間は短い。一の実施例では、Ｘはプログラム可能な値であり、アキュムレータはその入力に非常にすばやく対応するあるいは非常にゆっくりと対応するようにプログラムすることができる。アキュムレータの動作は、アキュムレータが一方のあるいは両方の限度において飽和しているか否かなどの他のファクタの影響を受ける。ここで用いられる「飽和」は、アキュムレータがその上限に達しているときを意味し、リミットをこえたインクリメント／デクリメントやリセットではなく、そのリミットを維持する。アキュムレータはアキュムレータをクリアにする又は既知の状態にリセットするための入力を有していてもよい。

様々な保護チャネル用のアキュムレータの出力は各停電条件に好適な保護アルゴリズムを実行するソフトウエアによって操作される。一の実施例で過温度、過電流、シュートスルー状態を操作するのに用いられているアルゴリズムは以下に述べるとおりである。

一実施例では、システムは、各音響チャネルごとに一の過温度チャネルを具えるように構成されている。過温度チャネルは熱センサと、上述したバイナリ出力信号を生成する対応するコンパレータを具える。アキュムレータは数ミリ秒の時定数を有するコンパレータのバイナリ出力を蓄積するようにプログラムされている。このシステムはアキュムレータがそのスレッシュホールド値（最大値の５０％）に達するときに、スティッキィビットをセットする。このスティッキィビットの目的は、この状態への応答の発生を制御するアルゴリズムによって過温度状態の表示が認識できるようになるまで、過温度の表示を確実に維持することである。ソフトウエアがこのスティッキィビットを検出した後、アキュムレータとスティッキィビットをクリアにする。下記のルーチンで例示されたソフトウエアが、バックグラウンドシステムを維持する間、定期的に稼動する。

このアルゴリズムで使用されているとおり、errorBitSet()は、アキュムレータの出力が０から１に移るとき（すなわちスレッシュホールドに達するとき）、１であり、エラーロジック状態ビットに応じて、アキュムレータの出力が１を保つときに１である。C_ERROR_INCおよびC_ERROR_DECは、それぞれエラーインクリメント値及びデクリメント値である。エラーの数が再決定された数（C_SHUTDOWN）に達したら、増幅器がshutdown_pwm()機能によって遮断される。attenuate_output()機能はコンプレッサ／リミッタを保証し、clearErrorBit()機能がアキュムレータをクリアにする。

コンプレッサ／リミッタは、所定の入力信号レベルに対応して出力信号のレベルを低減させるのに使用される。コンプレッサ／リミッタは、様々な方法で実装することができる。一の実施例では、コンプレッサ／リミッタは、スレッシュホールド値より低い値を有する信号には影響しないが、スレッシュホールドより高い信号を圧縮する。圧縮のタイプが、図５の曲線５１０、５２０、５３０によって示されている。図５では、入力信号の値を水平軸にとり、出力信号の値を縦軸にとっている。本システムの様々な増幅レベルに曲線が対応している。曲線５１０は、スレッシュホールドＩ１より小さい入力信号について１：１の増幅にほぼ対応し、スレッシュホールドＩ１以上の増幅は約１：０１に減少し、これによって、出力スレッシュホールドＯｔを超える出力信号部分を圧縮する。曲線５２０は、１：０８の増幅に対応し、曲線５３０はスレッシュホールドＩ１以下の入力信号について１：０６の増幅に対応する。Ｉ１以上の増幅は約１：０１に低減され、これによって出力信号のスレッシュホールドＯｔを超える部分を圧縮する。

一の実施例では、本システムは音響チャネルごとに過電流チャネルを有するように構成されている。過電流チャネルは、このチャネルのアキュムレータに提供されるバイナリ保護信号を生成する抵抗とこれに対応するコンパレータを有する。アキュムレータは、１００ｎｓから１μｓまでのレンジ内の時定数を有するコンパレータの入力を蓄積するようにプログラムされている。アキュムレータがスレッシュホールド値に達すると、スティッキィビットがセットされ、メッセージがＰＷＭコントローラに転送される。一実施例において、このメッセージは音響出力に与えられている電力を低減するためのものである。アキュムレータはソフトウエアによってはクリアにされない。その代わり、システムは、アキュムレータの時定数によって決定されるのと同様に、過電流状態がある時間に減少するまで、少ない電力で稼動し続ける。別の実施例では、ＰＷＭコントローラへのメッセージは音響出力への電力を遮断するためにある。このメカニズムは、ハードウエア、ソフトウエアあるいはこれらの組み合わせに実装されていてもよい。この場合に用いることができる具体的なソフトウエアのアルゴリズムを下記に示す。

このアルゴリズムで用いられている機能は、一般的に、上述した過温度の保護に関するアルゴリズムに用いられているものと同じである。主な違いは、停電状態がソフトウエアで検出された後にアキュムレータがクリアにならない点と、時定数が過電流保護の場合よりかなり小さいことである。

一実施例では、システムは各音響チャネルにつき一のシュートスルーチャネルを具えるように構成されている。上述したとおり、ＰＷＭ増幅システムの一実施例では、出力ステージでハイサイドとローサイドのＦＥＴｓをターンオンするハイサイドパルスとローサイドパルスを発生する。ハイサイドパルスとローサイドパルスのタイミングは、両パルス間に多かれ少なかれオーバーラップが生じるように調整することができる。パルスがオーバーラップする場合、ハイサイドＦＥＴとローサイドＦＥＴの双方がターンオンされ、電流が二つのＦＥＴｓに急激に流れる。この電流は、「シュートスルー」電流として知られている。一方、ハイサイドおよびローサイドパルスがオーバーラップしない場合は、ＦＥＴｓのうちの一方が、他方がターンオンする前にターンオフされる。したがって、両ＦＥＴｓがオフになる期間があり、わずかの電流がＦＥＴｓを流れるか、あるいは全く電流が流れない。この期間は「デッドタイム」として知られている。

本実施例においては、音響チャネルが通常の動作を開始する前にシュートスルーキャリブレーションが実行される。キャリブレーションは、シュートスルー電流のため多大な電力が無駄にならないばかりでなくパルス間のデッドタイムから多大なひずみが生じない、ハイサイドのパルスとローサイドのパルス間の相対的なタイミングで実行される。ハイサイドパルスとローサイドパルス間のデッドタイムを所定の最大値（パルスが所定の値だけオーバーラップするように設定する）に設定し、このデッドタイムをシュートスルーがスレッシュホールドレベルで生じるまで徐々に減らしてゆく（パルス間のタイミングを調整する）ことによってキャリブレーションが実行される。ついで、このシステムはハイサイド信号とローサイド信号間の相対的な遅れをシュートスルー状態が生じるオーバーラップから「バックオフ」させて再度調整する。この「バッキングオフ」は、オーバーラップを所定の値だけ減らす（すなわち、ハイサイド信号とローサイド信号間のデッドタイムを増やす）ことによって行われる。シュートスルーキャリブレーションの具体的なアルゴリズムを下記に示す。

このアルゴリズムで使用されているように、setMaxDeadtime()機能は、ハイサイド信号の遅延とローサイド信号の遅延をハイサイドパルスとローサイドパルス間のデッドタイムが所定の最大値になるようにセットする。shortenDeadtime()機能は、デッドタイムをインクリメントに減らし、一方、expandDeadtime()機能は、デッドタイムを所定の値だけ増やす。

情報と信号が、様々な技術と技法を用いて表すことができることは当業者には自明である。例えば、データ、指示、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、および上記記載を通じて引用されているクリップは、電圧、電流、電磁波、磁界または粒子、光学フィールドまたは粒子、あるいはこれらの組み合わせによって表わすことができる。情報と信号は、ワイヤ、金属トレース、通路、光学ファイバなど、あらゆる好適な転送媒体を用いて開示されているシステムの部品間で通信することができる。

当業者は、更に、様々な論理ブロック、モジュール、回路、およびここに開示した実施例に関して述べたアルゴリズムステップが、電子ハードウエア、コンピュータソフトウエア、あるいは両者の組み合わせとして実装できることは自明である。このハードウエアとソフトウエアの互換性を明らかにするために、様々な部材、ブロック、モジュール、回路およびステップが、一般的な機能性の意味で記載されている。このような機能性をハードウエアとして実装するか、ソフトウエアとして実装するかは、システム全体にかかるアプリケーションとデザインの制限による。当業者は、記載されている機能を様々な方法で各特定のアプリケーションに実装することができるが、このような実装の決定が、本発明の範囲から離れているものと解するべきではない。

ここに開示した実施例に関連して述べた様々な論理ブロック、モジュール、回路は、一般的な目的のプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰｓ）、あるいはその他の論理装置、特定用途向集積回路（ＡＳＩＣｓ）、フィールドプログラム可能なゲートアレイ（ＦＰＧＡｓ）、分散ゲートあるいはトランジスタロジック、分散ハードウエアコンポネント、あるいはここに述べた機能を実行するように設計されたこれらの組み合わせを用いて実装あるいは実行することができる。一般的な目的のプロセッサは、従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、状態マシーンなどのいずれであってもよい。プロセッサは、計算装置の組み合わせ、すなわち、ＤＳＰとマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアとともに動作する一又はそれ以上のマイクロプロセッサ、あるいはその他のこのような構成、として実装してもよい。

ここに開示した実施例に関連して述べた方法あるいはアルゴリズムのステップは、ハードウエア、ソフトウエア、あるいはプロセッサで実行するファームウエアモジュール、あるいはこれらの組み合わせによって直接的に実施することもできる。ソフトウエアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、消去可能なディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、あるいはこの分野で知られているその他のすべての形の保存媒体に存在する。具体的な保存媒体は、プロセッサがその保存媒体から情報を読み、その保存媒体へ情報を書き込むことができるようにプロセッサに接続されている。代替的に、保存媒体がプロセッサに一体化していてもよい。プロセッサと保存媒体は、ＡＳＩＣに存在していてもよい。ＡＳＩＣは、ユーザのターミナルに存在していてもよい。代替として、プロセッサと保存媒体がユーザのターミナル内に分散コンポネントとして存在していてもよい。

開示されている実施例の上記記載は、当業者が本発明を作成して使用できるように提供されている。これらの実施例の様々な変形例は、当業者には容易であり、ここで提起されている一般的な原理は、本発明の精神あるいは範囲から外れることなく他の実施例に適用することができる。したがって、本発明はここに示す実施例に限定されるものではなく、ここに述べた原理と新規な特徴に最も広い範囲で合致するものである。

本発明が提供する受益と利点は、特別な実施例に関連させて上述した。これらの受益と利点、およびこれを発生させるあるいはより一層表明する、すべての要素と限定は、一部の又はすべての請求項の臨界的な、必須の、あるいは本質的な特徴と解されるものではない。ここに用いる、「具える」の用語またはこの変形は、この用語に続く要素や限定を非排他的に含むものとして解釈するように使用されている。したがって、システム、方法、あるいは要素セットを具えるその他の実施例は、これらの要素のみに限定されない。また、請求項に記載の実施例に明白に挙げられている、あるいはこれらに固有のその他の要素を含んでいてもよい。

本発明は特定の実施例を参照して述べられているが、実施例は図に示しただけであり、本発明の範囲をこれらの実施例に限定するものではないと理解すべきである。上述した実施例の様々な変形例、変更例、追加および改良が可能である。本発明の範囲内にあるこれらの変形例、変更例、追加及び改良は、以下の請求の範囲に詳細を示す。

本発明のその他の目的と利点が、以下の詳細な説明と添付の図面を参照にして明らかになる。
図１は、一実施例によるＰＷＭ増幅システムを示す機能ブロック図である。 図２は、一実施例による出力ステージとセンササブシステムの相互関係を示す図である。 図３は、一実施例による出力ステージとセンササブシステムの他のシステムコンポネントへの相互接続を示す機能ブロック図である。 図４は、一実施例による保護システムのコンポネントを示す機能ブロック図である。 図５は、一実施例による増幅器による音響信号の圧縮を示す図である。

Claims (14)

1. デジタル増幅器コントローラと；
   前記コントローラに接続され、このコントローラからの音響信号を受信するように構成された増幅器出力ステージと、
   前記出力ステージに接続された複数のセンサと、
   複数のコンパレータであって、各々が前記センサのうちの一つからの出力を、対応するコンパレータのスレッシュホールドと比較し、前記コンパレータのスレッシュホールドを超えたかどうかを示すバイナリ保護信号を生成するように構成された複数のコンパレータと、
   複数のアキュムレータであって、各々が前記コンパレータのうちの対応する一つから前記バイナリ保護信号を受信し、受信した前記バイナリ保護信号が前記コンパレータのスレッシュホールドを超えたことを示す場合に対応するカウントをインクリメントし、前記受信したバイナリ保護信号が前記コンパレータのスレッシュホールドを超えないことを示す場合に前記対応するカウントをデクリメントし、前記対応するカウントが対応するアキュムレータのスレッシュホールドを超える場合に、過電流状態、過温度状態、及びシュートスルー電流状態のうちの少なくとも１つを示す信号を出力する複数のアキュムレータとを具え、
   前記増幅器出力ステージが少なくとも二つのトランジスタを具えており、
   前記コントローラが前記アキュムレータによって出力されている、過電流状態、過温度状態、及びシュートスルー電流状態のうちの少なくとも１つを示す前記信号に基づいて複数の異なるプログラム可能な応答のうちの一つを選択するように構成されており、
   前記複数の異なるプログラム可能な応答が、
   前記増幅器出力ステージの前記トランジスタのいずれもターンオフを生じさせることなく、前記音響信号の少なくとも一部分を圧縮すること、
   及び、
   前記増幅器出力ステージの前記トランジスタのいずれもターンオフを生じさせることなく、ハイサイド信号とローサイド信号間の相対的な遅れを調整すること、
   のうちの１又はそれ以上を含むことを特徴とするシステム。
2. 請求項１に記載のシステムにおいて、
   前記コントローラがパルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラを具え、前記出力ステージがＰＷＭ出力ステージを具え；
   前記一又はそれ以上のセンサが少なくとも電流センサと温度センサとを具え；
   前記コントローラが、前記電流センサに関連する前記アキュムレータの出力に依存して、前記出力ステージにおける過電流状態を検出するように構成され；
   前記コントローラが、前記温度センサに関連する前記アキュムレータの出力に依存して、前記出力ステージにおける過温度状態を検出するように構成されることを特徴とするシステム。
3. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記コントローラがパルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラを具え、前記出力ステージがＰＷＭ出力ステージを具えることを特徴とするシステム。
4. 請求項３に記載のシステムにおいて、一又はそれ以上の前記センサが少なくとも一の電流センサを具え、前記コントローラがシュートスルー電流を最小限にすべくハイサイド信号とローサイド信号間の遅れを調整することによって、前記シュートスルー電流状態の検出に応答するよう構成されていることを特徴とするシステム。
5. 請求項１に記載のシステムにおいて、一又はそれ以上の前記センサが少なくとも一の電流センサを具えることを特徴とするシステム。
6. 請求項１に記載のシステムにおいて、一又はそれ以上の前記センサが少なくとも一の温度センサを具えることを特徴とするシステム。
7. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記アキュムレータのスレッシュホールドがプログラム可能であることを特徴とするシステム。
8. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記コントローラが別個の前記アキュムレータから、過電流状態、過温度状態、及びシュートスルー電流状態を示す別個の信号を受信し、当該信号の各々に対する応答を提供するように構成されていることを特徴とするシステム。
9. 音響増幅出力ステージを具えるシステムを用いるための方法であって、当該方法が、
   受信した音響信号に依存して、前記音響増幅出力ステージを駆動するステップと、
   センサを用いて、少なくとも二つのトランジスタを具える前記音響増幅出力ステージの状態を検知するステップと；
   前記センサの出力を第一のスレッシュホールドと比較して、当該第一のスレッシュホールドを超えたかどうかを示すバイナリ保護信号を生成するステップと；
   前記バイナリ保護信号が前記第一のスレッシュホールドを超えたことを示す場合にカウントをインクリメントするステップと；
   前記バイナリ保護信号が前記第一のスレッシュホールドを超えないことを示す場合に前記カウントをデクリメントするステップと；
   前記カウントが第二のスレッシュホールドを超える場合に、過電流状態、過温度状態、及びシュートスルー電流状態のうちの少なくとも１つを示す信号を生成するステップと；
   前記過電流状態、過温度状態、及びシュートスルー電流状態のうちの少なくとも１つを示す信号に依存して、複数の異なるプログラム可能な応答のうちの一つを実行するステップと；を具え、前記実行された応答は、
   前記増幅器出力ステージの前記トランジスタのいずれもターンオフを生じさせることなく、前記音響信号の少なくとも一部分を圧縮するステップと、
   前記増幅器出力ステージの前記トランジスタのいずれもターンオフを生じさせることなく、ハイサイド信号とローサイド信号間の相対的な遅れを調整するステップと、
   のうちの１又はそれ以上を具えることを特徴とする方法。
10. 請求項９に記載の方法において、前記音響増幅出力ステージがパルス幅変調（ＰＷＭ）出力ステージを具え、前記出力ステージの状態を検知するステップが前記出力ステージのシュートスルー電流状態を検出するために、前記出力ステージのトランジスタを流れる電流を検出するステップを具えることを特徴とする方法。
11. 請求項１０に記載の方法において、前記出力ステージへのハイサイド信号入力とローサイド信号入力間の相対的な遅れが、ショートスルー電流状態を示す信号が生成されるのに応答して、シュートスルーを最小限にするように調整されることを特徴とする方法。
12. 請求項１１に記載の方法において、前記音響増幅出力ステージがパルス幅変調（ＰＷＭ）出力ステージを具え、前記出力ステージの状態を検知するステップが前記出力ステージのトランジスタの温度を検出するステップを具えることを特徴とする方法。
13. 請求項１１に記載の方法において、前記音響増幅出力ステージがパルス幅変調（ＰＷＭ）出力ステージを具え、前記出力ステージの状態を検知するステップが前記出力ステージのヒートシンクの温度を検出するステップを具えることを特徴とする方法。
14. 請求項１１に記載の方法が更に、前記第二のスレッシュホールドを変更するステップを具えることを特徴とする方法。

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