本申請(qǐng)是于2011年12月30日提交的、申請(qǐng)?zhí)枮?01110461473.8、名稱為“用于汽車音頻功率放大器的嵌入式揚(yáng)聲器保護(hù)”的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及音頻揚(yáng)聲器保護(hù)，并且更特別地涉及用于汽車音頻功率放大器的嵌入式揚(yáng)聲器保護(hù)方法及其電路實(shí)施例，其能夠在開(kāi)啟程序期間的高偏移的情況下自動(dòng)地保護(hù)揚(yáng)聲器。

背景技術(shù)：

在汽車功率放大器設(shè)備中，通常地嵌入偏移檢測(cè)器功能。無(wú)論是否存在輸入信號(hào)，都將超過(guò)±2V的任何DC輸出偏移用信號(hào)發(fā)送出。此異常偏移在不存在輸入信號(hào)時(shí)可能由于向輸入端饋送DC分量的最初有缺陷或老化且磨損的輸入端電容器而發(fā)生。異常偏移能夠?qū)P(yáng)聲器置于變得過(guò)熱的風(fēng)險(xiǎn)下，或直接損壞揚(yáng)聲器。

在汽車音頻功率放大器的當(dāng)前應(yīng)用中，如果音頻系統(tǒng)要在高輸出偏移的情況下保護(hù)揚(yáng)聲器，則MCU(微處理器)必須首先從放大器讀取偏移檢測(cè)器輸出，并且如果檢測(cè)到高偏移，則將放大器置于靜音模式。所有這些動(dòng)作要求額外的MCU操作且是在功率放大器IC外面控制的。

為了讀取由功率放大器給出的信息(例如在TDA7563B四功率放大器中)，必須用低電平輸出AC信號(hào)(或Vin＝0)來(lái)執(zhí)行診斷。MCU通過(guò)設(shè)置I²C命令I(lǐng)B1D<5>＝1來(lái)啟用偏移檢測(cè)，并且然后在可選擇測(cè)試時(shí)間之后讀取放大器的狀態(tài)。如果大于±2V的過(guò)量偏移在分配的測(cè)試時(shí)間中自始至終是持續(xù)存在的，則將其用信號(hào)發(fā)送出。MCU然后可以判定關(guān)掉功率放大器或使其靜音，或僅僅什么也不做。

如果MCU忽視了所有上述操作，則功率放大器可能保持具有到揚(yáng)聲器的高偏移饋送的播放模式而沒(méi)有任何保護(hù)，由于上文給出的原因，這是不期望的。

現(xiàn)在參考圖1，流程圖100示出用于上述現(xiàn)有技術(shù)放大器的開(kāi)啟序列。MCU啟用偏移檢測(cè)，并在步驟102處將IB1D<5>位設(shè)置為邏輯一。MCU然后在步驟104處讀取偏移狀態(tài)。判定塊106詢問(wèn)所讀取的偏移是否大于兩伏。如果不是，則音頻放大器在步驟108處保持其當(dāng)前工作狀態(tài)。如果是，則MCU向放大器發(fā)送靜音命令，或者簡(jiǎn)單地在步驟110處關(guān)掉放大器。

現(xiàn)在參考圖2，在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的沒(méi)有MCU干預(yù)的異常偏移的情況下，在開(kāi)啟程序中示出了兩個(gè)揚(yáng)聲器輸出端子202和204處的電壓的圖。跡線202和204中的階躍函數(shù)是由揚(yáng)聲器系統(tǒng)中的異常偏移引起的。

期望的是用于更快速地提供現(xiàn)有技術(shù)功能且不招致上述額外MCU循環(huán)的更直接的方法和相應(yīng)的電路設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明，一種操作包括耦合到放大器的揚(yáng)聲器和專用數(shù)字揚(yáng)聲器保護(hù)電路的揚(yáng)聲器系統(tǒng)的方法包括：在靜音模式下開(kāi)啟放大器，在第一延遲時(shí)段之后，向放大器發(fā)出將放大器置于播放模式的播放命令，但是在第二延遲時(shí)段期間沒(méi)有輸入信號(hào)，并在第二延遲時(shí)段期間執(zhí)行揚(yáng)聲器偏移檢測(cè)，其中，如果存在偏移，則迫使放大器返回靜音模式，并且如果不存在偏移，則允許放大器繼續(xù)在播放模式下操作。微處理器發(fā)出將放大器置于靜音和播放模式的命令。第一延遲時(shí)段約為一秒。并且第二延遲時(shí)段約為100毫秒。由與放大器相關(guān)聯(lián)的專用數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)迫使放大器返回靜音模式。偏移檢測(cè)包括大于約兩伏的閾值偏移的檢測(cè)。本發(fā)明的方法還包括如果檢測(cè)到偏移，則發(fā)出揚(yáng)聲器保護(hù)控制信號(hào)或命令。

根據(jù)本發(fā)明的揚(yáng)聲器系統(tǒng)包括被耦合到放大器的揚(yáng)聲器、被耦合到揚(yáng)聲器以便提供偏移控制信號(hào)的偏移比較器、具有被耦合到偏移比較器的輸出端的第一輸入端、用于接收放大器控制信號(hào)的第二輸入端、用于接收播放控制信號(hào)的第三輸入端以及用于提供被迫靜音信號(hào)的輸出端的數(shù)字電路、以及用于控制放大器的微處理器。

數(shù)字電路包括用于提供揚(yáng)聲器保護(hù)控制信號(hào)的中間節(jié)點(diǎn)、用于接收偏移控制信號(hào)的第一鎖存器、用于接收播放控制信號(hào)、偏移控制信號(hào)和揚(yáng)聲器保護(hù)控制信號(hào)的第一邏輯門(mén)、被耦合到第一鎖存器以便接收播放控制信號(hào)和揚(yáng)聲器保護(hù)控制信號(hào)的第二邏輯門(mén)、被耦合到第一邏輯門(mén)以便提供被迫靜音信號(hào)的第二鎖存器以及被耦合到第二邏輯門(mén)和中間節(jié)點(diǎn)的第三鎖存器。由放大器控制信號(hào)來(lái)對(duì)第一、第二和第三鎖存器進(jìn)行計(jì)時(shí)。第一、第二和第三鎖存器包括D型觸發(fā)器。第一和第二邏輯門(mén)包括三輸入NAND門(mén)。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的揚(yáng)聲器保護(hù)程序的流程圖；

圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的沒(méi)有MCU干預(yù)的異常偏移的情況下的開(kāi)啟程序中的兩個(gè)揚(yáng)聲器輸出端子處的電壓的圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的用于專用數(shù)字揚(yáng)聲器保護(hù)的簡(jiǎn)化電路圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的揚(yáng)聲器保護(hù)程序的流程圖；以及

圖5是根據(jù)本發(fā)明的其中在高偏移情況的檢測(cè)之后快速地使放大器靜音的兩個(gè)揚(yáng)聲器輸出端子處的電壓的圖。

具體實(shí)施方式

根據(jù)本發(fā)明，借助于專用數(shù)字電路，將揚(yáng)聲器保護(hù)功能嵌入功率放大器設(shè)備本身內(nèi)。

在圖3中示出了用于提供揚(yáng)聲器保護(hù)功能的數(shù)字電路340的簡(jiǎn)化電路圖。觸發(fā)器使能信號(hào)ON在放大器被開(kāi)啟時(shí)變?yōu)楦?。FORCEMUTE信號(hào)進(jìn)入基準(zhǔn)塊330以控制整個(gè)放大器320的靜音狀態(tài)。在基準(zhǔn)塊330中，如果FORCEMUTE是高的，則由播放/靜音比較器332提供低輸出。

揚(yáng)聲器系統(tǒng)300包括被耦合到放大器的揚(yáng)聲器302、被耦合到揚(yáng)聲器以便在節(jié)點(diǎn)305處提供偏移控制信號(hào)的偏移比較器304、具有被耦合到偏移比較器304的輸出端的第一輸入端、用于接收放大器控制信號(hào)(ON)的第二輸入端、用于在節(jié)點(diǎn)307處接收播放控制信號(hào)的第三輸入端和用于提供被迫靜音信號(hào)(FORCEMUTE)的輸出端的數(shù)字電路(306，308，310，312，314)以及用于控制放大器的微處理器。

數(shù)字電路包括用于提供揚(yáng)聲器保護(hù)控制信號(hào)(SPKPROT)的中間節(jié)點(diǎn)309、用于接收節(jié)點(diǎn)305處的偏移控制信號(hào)的第一鎖存器306、用于接收節(jié)點(diǎn)307處的播放控制信號(hào)、節(jié)點(diǎn)305處的偏移控制信和揚(yáng)聲器保護(hù)控制信號(hào)SPKPROT的第一邏輯門(mén)308、被耦合到第一鎖存器306以便接收播放控制信號(hào)和揚(yáng)聲器保護(hù)控制信號(hào)的第二邏輯門(mén)310、被耦合到第一邏輯門(mén)308以便提供被迫靜音信號(hào)FORCEMUTE的第二鎖存器312以及被耦合到第二邏輯門(mén)310和中間節(jié)點(diǎn)309的第三鎖存器314。

第一、第二和第三鎖存器306、312和314是由放大器控制信號(hào)(ON)計(jì)時(shí)的D型觸發(fā)器，其中，反相Q輸出端被耦合到D輸入端。CP是正邊沿觸發(fā)時(shí)鐘輸入端且CD是清零有效低輸入端，其在其為低時(shí)將輸出清零。第一和第二邏輯門(mén)308、310是三輸入NAND門(mén)。

下面描述本發(fā)明的揚(yáng)聲器保護(hù)方法：

功率放大器生成兩個(gè)內(nèi)部信號(hào)，即SPKPROT和FORCEMUTE。

MCU在靜音模式下開(kāi)啟放大器，并且SPKPROT信號(hào)被鎖存為高。

在約一秒之后，MCU向放大器發(fā)送PLAY命令，并保證在約100ms內(nèi)沒(méi)有信號(hào)被施加于放大器的輸入端。

在MUTE至PLAY過(guò)渡時(shí)間(其為約40ms)之后，放大器使用內(nèi)部比較器來(lái)檢查輸出偏移狀態(tài)，并且：

如果存在高偏移且SPKPROT＝1，則FORCEMUTE被鎖存為高且放大器迫使其本身回到MUTE模式，并且SPKPROT保持在邏輯一。I²C總線輸出的位被設(shè)計(jì)為邏輯一以通知揚(yáng)聲器系統(tǒng)揚(yáng)聲器保護(hù)被觸發(fā)。

MUTE模式被鎖定且只有當(dāng)MCU通過(guò)I²C總線關(guān)掉放大器時(shí)才能復(fù)位。

如果不存在大于兩伏的偏移，并且SPKPROT＝1，則FORCEMUTE被鎖存為低，這允許放大器在PLAY模式下工作，并且SPKPROT被復(fù)位至邏輯零，這保持新的揚(yáng)聲器保護(hù)功能無(wú)效，以便在施加了輸入信號(hào)的情況下不使輸出端靜音。

根據(jù)本發(fā)明的新的嵌入式揚(yáng)聲器保護(hù)要求MCU按照適當(dāng)?shù)男蛄虚_(kāi)啟音頻功率放大器。MCU應(yīng)首先在MUTE情況下開(kāi)啟設(shè)備，并且在用于設(shè)備完全工作的適當(dāng)時(shí)間之后，向設(shè)備發(fā)送PLAY命令，并保證在至少100ms內(nèi)不向任何輸入端施加輸入信號(hào)。

如果MCU在沒(méi)有用于使放大器穩(wěn)定的足夠設(shè)定時(shí)間的情況下直接將放大器開(kāi)啟至播放模式，本發(fā)明的揚(yáng)聲器保護(hù)機(jī)制可以不工作。

如果在此開(kāi)啟階段期間存在施加于任何放大器輸入端的外部信號(hào)，則新的揚(yáng)聲器保護(hù)機(jī)制可以向放大器本身發(fā)出不適當(dāng)?shù)撵o音指令。

現(xiàn)在參考圖4，操作包括被耦合到放大器的揚(yáng)聲器的揚(yáng)聲器系統(tǒng)的方法400包括：在靜音模式下開(kāi)啟放大器402，在第一延遲時(shí)段之后，向放大器發(fā)出將放大器置于播放模式的播放命令，但是在第二延遲時(shí)段期間沒(méi)有輸入信號(hào)404，并在第二延遲時(shí)段期間執(zhí)行揚(yáng)聲器偏移檢測(cè)406，其中，如果存在偏移，則迫使放大器返回至靜音模式412，并且如果不存在偏移，則允許放大器繼續(xù)在播放模式下操作410。微處理器發(fā)出將放大器置于靜音模式和播放模式的命令。由放大器中的專用數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)迫使放大器返回到靜音模式，其在圖3中示出。偏移檢測(cè)包括大于約兩伏的閾值偏移的檢測(cè)。本發(fā)明的方法還包括如果檢測(cè)到偏移，則發(fā)出揚(yáng)聲器保護(hù)控制信號(hào)或命令。

在圖5中檢驗(yàn)本發(fā)明的揚(yáng)聲器保護(hù)方法的結(jié)果。圖5示出設(shè)備在開(kāi)啟之后約一秒被設(shè)置為PLAY。在MUTE至PLAY過(guò)渡之后，設(shè)備檢測(cè)在兩伏以上的高偏移且隨后使其本身靜音。請(qǐng)注意，揚(yáng)聲器輸出端子502和504在檢測(cè)到偏移時(shí)顯示出失靈，其在可能對(duì)揚(yáng)聲器(或多個(gè)揚(yáng)聲器)造成任何損害之前被快速地抑制。

雖然已經(jīng)以一定程度的特殊性描述并舉例說(shuō)明了本發(fā)明，但應(yīng)理解的是本公開(kāi)僅僅以示例的方式做出的，并且在不脫離如下文要求保護(hù)的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以想到各部分的組合和布置方面的許多變化。