用于D类放大器的负载电流感测电路制造技术

提供了根据一个或多个实施例的用于感测在开关放大器的输出处的电流的系统和方法。在一个示例中，系统包括耦合到负载的第一晶体管开关和耦合到负载的第二晶体管开关，所述第一晶体管开关被配置成响应于第一脉宽调制控制信号传导负载中的电流，而所述第二晶体管开关被配置成响应于第二脉宽调制控制信号传导负载中的电流。系统还包括在负载和电流感测电路之间耦合的取样与保持电路，所述取样与保持电路被配置成响应于第二脉宽调制控制信号时间段的中点在预定的取样时间段内对在第二晶体管开关处的电压进行取样，并且被配置成向电流感测电路提供取样电压。

Load current sensing circuit for class D amplifier

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于D类放大器的负载电流感测电路相关申请的交叉引用本延续专利申请要求于2017年11月17日提交并题为“LOADCURRENTSENSINGCIRCUITFORCLASS-DAMPLIFIER”的美国专利申请No.15/817，091的优先权和权益，所述申请于2018年9月25日作为美国专利No.10，085，089发布，所述专利通过引用以其整体并入于此。
本专利技术总体上涉及信号处理，并且更特定地，涉及感测在开关放大器输出级的电流。
技术介绍
诸如膝上型笔记本、笔记本平板、MP3播放器和智能手机的许多现代设备都使用微型扬声器。在许多应用中，这些设备利用开关放大器来有效地提供音频信号的放大。在一个示例中，开关放大器可以提供二十瓦的功率来放大音频信号并驱动扬声器。由于在这种设备中使用的微型扬声器的限制，可以测量到扬声器的电流以帮助防止对扬声器的物理损坏和其他不希望的影响。因此，存在持续的需求来改进由开关放大器提供给扬声器的电流的测量，以便于保护扬声器免受损坏。
技术实现思路
本公开提供了解决本领域中对由开关放大器提供给负载的电流的改进感测的需求的系统和方法。本公开的范围由权利要求所限定，所述权利要求通过引用并入到本节中。通过考虑对一个或多个实施例的以下详细描述，本领域技术人员将被给予对本公开的实施例的更全面理解，并且实现其附加优点。将对首先被简要描述的附图的附加页做出参考。附图说明图1示出了根据本公开的实施例的示例性音频编解码器。图2示出了根据本公开的实施例的示例性音频放大器输出驱动器。图3示出了根据本公开的实施例的音频放大器输出驱动器的放大器输出级电压和输出电流的示例性曲线图。图4示出了根据本公开的实施例的示例性取样与保持输出电路的示意图。图5示出了根据本公开的实施例的音频放大器输出驱动器扬声器保护系统的示例性过程流程。所包括的附图是出于说明性的目的，并且仅用作提供用于感测音频系统中的电流的可能系统和方法的示例。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，这些附图绝不限制由本领域技术人员可以对本公开的形式和细节进行的任何改变。具体实施方式本公开描述了解决对由诸如在许多现代音频放大器应用中使用的D类开关放大器之类的开关放大器提供的电流的精确感测的需求的系统和方法。在一个实施例中，本公开的音频系统包括开关放大器H桥输出级和一个或多个输出电流感测电路。每个输出电流感测电路包括电流镜电路以及取样与保持电路，所述取样与保持电路被配置成在放大器开关的所有阶段期间提供对流经负载的平均电流进行感测。本公开的实施例可以与用于感测D类开关放大器的输出的电流的现有解决方案形成对比。例如，常规音频系统可以使用电流镜电路来感测负载电流。然而，电流镜电路的性能可能会受共模限制所影响。例如，用于开关放大器应用的常规电流镜电路在连接到电流镜电路的输入的输出晶体管开关处受到大的电压摆动（voltageswing）的影响。在输入的大电压摆动要求电流镜具有相对较高的共模衰减率。此外，当开关晶体管处于“开”和“关”状态之间的转变中时，在没有支持电路的情况下使用的电流镜电路不能提供精确的电流感测。本公开的各种实施例解决了这些和其他问题，以准确且有效地感测由开关放大器提供给负载的电流，以便于保护诸如扬声器的负载免受损坏。图1示出了根据本公开的实施例的示例性音频编解码器电路100的框图。音频编解码器电路100为音频输入的信号处理提供模拟和数字电路。音频编解码器电路100包括处理数字信号并将放大的模拟输出信号提供给例如扬声器（例如扬声器121）的电路。在一些实施例中，音频编解码器电路100在输入端口105A-B接收数字信号。数字信号可以与例如电子设备相关联，所述电子设备诸如膝上型计算机、计算机平板、智能手机或传感器（诸如麦克风）。数模转换器（DAC）107可以被配置成接收数字信号，并将数字信号转换成模拟信号以供进一步处理。控制电路109从DAC107接收模拟音频信号，并处理模拟音频信号。在一些实施例中，控制电路109向音频放大器108提供脉宽调制信号。在一些实施例中，音频放大器108被实现为D类开关放大器，并且脉宽调制信号控制了音频放大器108的开关占空度。音频放大器108放大接收的模拟音频信号，并提供放大的音频信号131A-B，以在输出插孔119A-B处驱动输出设备121。输出设备121可以是扬声器、耳机或用于接收放大的音频信号131A-B的另外的电子设备。音频放大器108电耦合到电流感测电路110。电流感测电路110被配置成感测从音频放大器108传到输出设备121的电流信号。在一些实施例中，电流感测电路110测量与流经输出设备121的电流信号相关联的近似等效感测电流，并将感测电流转换成模拟电压信号120。电流感测电路110可以向模数转换器（ADC）113提供模拟电压信号120。ADC113将模拟电压信号转换成数字电压信号122，并将数字电压信号122提供给扬声器保护电路111。在一些实施例中，扬声器保护电路111处理数字电压信号122以确定是否需要对脉宽调制信号进行调整。在一些实施例中，扬声器保护电路111向DAC107提供信号114，以基于与流经输出设备121的电流信号相关联的感测电流来调整DAC107信号处理。图2示出了根据本公开的实施例的音频放大器输出驱动器200的示意图。在一些实施例中，音频放大器输出驱动器200形成了在图1的音频编解码器电路100中实现的音频放大器108的部分。音频放大器输出驱动器200向在移动手机、膝上型计算机、平板、音频/视频系统或需要音频放大器输出驱动器200的其他类似便携式设备中使用的扬声器负载235提供音频输出驱动。在各种实施例中，音频放大器输出驱动器200被实现为D类放大器H桥输出级201。音频放大器输出驱动器200还包括一个或多个电流感测电路210。在图2的所示的实施例中，H桥输出级201包括四个n沟道横向扩散金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）M1、M2、M3和M4。前两个高侧晶体管M3、M4的相应漏极连接到电源电压Pvdd。在一些实施例中，电源电压Pvdd向晶体管M3、M4提供十二伏DC功率。然而，在其他实施例中可以提供其他功率的电源电压。相应源极连接到两个低侧晶体管M1、M2的漏极，所述低侧晶体管M1、M2的源极连接到接地221。扬声器负载235连接在晶体管开关对M3、M1与M4、M2之间。图1的控制电路109向晶体管M1、M2、M3和M4的栅极提供脉宽调制（PWM）控制信号202。在一些实施例中，第一脉宽调制（PMW）控制信号202连接到晶体管M3的栅极端子，第二PMW控制信号202连接到晶体管M1的栅极端子，第三PMW控制信号202连接到晶体管M4的栅极端子，而第四PMW控制信号202连接到晶体管M2的栅极端子。在一些实施例中，第一电流感测电路210包括电流镜放大器211（例如，电流感测设备）、n沟道MOS晶体管S1和S2以及取样与保持电路224。流经扬声器负载本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统，包括：/n在源极端子处耦合到负载的第一晶体管开关，其可操作以响应于耦合到所述第一晶体管开关的栅极端子的第一脉宽调制控制信号来传导所述负载中的电流；/n在漏极端子处耦合到所述负载的第二晶体管开关，其可操作以响应于耦合到所述第二晶体管开关的栅极端子的第二脉宽调制控制信号来传导所述负载中的电流，其中所述第二晶体管开关的所述漏极端子耦合到所述第一晶体管开关的所述源极端子；以及/n在所述负载和所述电流感测电路之间耦合的取样与保持电路，其可操作以响应于第二脉宽调制控制信号时间段的中点在预定的取样时间段内对在所述第二晶体管开关的所述漏极端子处的电压进行取样，并且可操作以向所述电流感测电路提供所述取样电压。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171117 US 15/8170911.一种系统，包括：
在源极端子处耦合到负载的第一晶体管开关，其可操作以响应于耦合到所述第一晶体管开关的栅极端子的第一脉宽调制控制信号来传导所述负载中的电流；
在漏极端子处耦合到所述负载的第二晶体管开关，其可操作以响应于耦合到所述第二晶体管开关的栅极端子的第二脉宽调制控制信号来传导所述负载中的电流，其中所述第二晶体管开关的所述漏极端子耦合到所述第一晶体管开关的所述源极端子；以及
在所述负载和所述电流感测电路之间耦合的取样与保持电路，其可操作以响应于第二脉宽调制控制信号时间段的中点在预定的取样时间段内对在所述第二晶体管开关的所述漏极端子处的电压进行取样，并且可操作以向所述电流感测电路提供所述取样电压。


2.根据权利要求1所述的系统，其中所述取样与保持电路可操作以在多个连续的第二脉宽调制控制信号时间段中的每个的所述中点处取样所述漏极电压，以提供多个连续的取样电压。


3.根据权利要求2所述的系统，其中所述取样与保持电路还包括触发电路，所述触发电路可操作以触发所述取样与保持电路在所述多个连续的第二脉宽调制控制信号时间段中的每个的所述中点处取样所述漏极电压。


4.根据权利要求2所述的系统，其中所述取样与保持电路可操作以对所述多个连续的取样电压中的两个或更多个进行平均，以生成平均的取样电压，并且其中所述取样与保持电路还可操作以在所述预定取样时间段内将所述平均的取样电压提供给所述电流感测电路。


5.根据权利要求4所述的系统，其中所述电流感测电路是电流镜电路，其中所述取样与保持电路还可操作以向所述电流镜电路提供在所述预定取样时间段内的所述平均的取样电压，并且其中所述电流镜电路可操作以响应于所述平均的取样电压感测流经所述负载的电流。


6.根据权利要求5所述的系统，其中所述电流感测电路耦合到扬声器保护电路，所述电流感测电路可操作以向所述扬声器保护电路提供对应于所述感测的电流的数字化信号，其中所述扬声器保护电路可操作以调整所述第一和第二脉宽调制控制信号的频率，以在所述负载中的所述电流超过上限电流阈值时减少流经所述负载的电流。


7.根据权利要求1所述的系统，其中所述负载包括扬声器。


8.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一和第二晶体管开关包括D类放大器H桥输出级。


9.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一晶体管开关和所述第二晶体管开关包括n沟道横向扩散金属氧化物半导体场效应晶体管。


10.根据权利要求1所述的系统，所述系统还包括：
在源极端子处耦合到所述负载的第三晶体管开关，其可操作以响应于耦合到所述第三晶体管开关的栅极端子的第三脉宽调制控制信号来传导所述负载中的所述电流；
在漏极端子处耦合到所述负载的第四晶体管开关，其可操作以响应于耦合到所述第四晶体管开关的栅极端子的第四脉宽调制控制信号来传导所述负载...

【专利技术属性】
技术研发人员：申旦，L克雷斯皮，D卡塔塞纳，
申请(专利权)人：辛纳普蒂克斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US