用于测量连接到功率放大器的负载的电压和电流感测电路制造技术

用于测量连接到功率放大器的负载的电压感测电路，所述负载用于接收相位相反的第一和第二电压，所述电压感测电路包括耦合到所述第一电压的第一输入端、耦合到所述第二电压的第二输入端，第一分压器电路，其包括耦合到所述第一输入端的输入以及耦合到所述第一输出端的输出，第二分压器电路，其包括耦合到所述第二输入端的输入以及耦合到所述第二输出端的输出，以及驱动电路，其包括用于接收参考电压的第一输入，用于接收所述第一和第二分压器电路的共模信号的第二输入，以及用所述参考电压来驱动所述第一和第二分压器电路的输出共模电压的输出。电压的输出。电压的输出。

【技术实现步骤摘要】
用于测量连接到功率放大器的负载的电压和电流感测电路
[0001]本申请要求于2021年12月14日提交欧洲专利局、申请号为21214440.6、专利技术名称为“Voltage and current sense circuits for measuring a load connected to a power amplifier”的EP申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。


[0002]本专利技术涉及一种用于测量连接到功率放大器的负载的电压感测电路。本专利技术还涉及一种用于测量连接到功率放大器的负载的电流感测电路以及一种运行所述测量连接到功率放大器的负载的电压和电流感测电路的方法。

技术介绍

[0003]功率放大器的输出级的典型配置是桥接负载(bridge
‑
tied load,BTL)，如图1A所示，并且其中负载的两侧，例如扬声器，由两个处于相位相反的输出来驱动。这样，通过所述负载的电流可以沿两个相反的方向流动。通常，所述功率放大器在D类中运行，这意味着输出晶体管被切换，从而使得输出电压为经过调制的方波，其具有大约500KHz的典型基频。铁氧体磁珠或电感器可以放置在实际放大器输出和所述扬声器之间，以减少电磁辐射和/或过滤由于调制引起的高频残留。
[0004]由于各种原因，例如为了提供扬声器保护，可能需要测量连接到所述功率放大器的负载的阻抗。这可以通过同时测量所述负载两端的电压和通过所述负载的电流来实现。例如，如果所述负载是扬声器，则通过测量所述负载，可以提供扬声器保护，因为扬声器的阻抗提供了有关其音圈温度的信息，而音圈温度反过来又是扬声器膜偏移的量度，如Marco Berkhout、Dooper和Benno Krabbenborg在IEEE固体电路学报(Journal of Solid
‑
State Circuits)，2013年，第48卷，第12期，第2952
‑
2961页上发表的《用于自适应扬声器保护的具有嵌入式DC
‑
DC升压转换器、电流感应ADC和DSP的4Ω2.65W的D类音频放大器》(“A 4Ω2.65W Class
‑
D Audio Amplifier with Embedded DC
‑
DC Boost Converter,Current Sensing ADC and DSP for adaptive speaker protection”)一文中所公开。
[0005]测得的电压和电流通常会转换为数字值，从而允许在数字域中进行进一步的信号处理。Sigma
‑
delta数据转换器为此提供了一种极具成本效益的解决方案。
[0006]如图1B所示，测量所述负载两端的电压可以通过观察所述负载两侧的电压V
SP
和V
SN
之间的差来实现。然而，所述电压的测量受到所述放大器输出节点上出现的大共模电压摆幅的影响。
[0007]如图1C所示，测量通过所述负载的电流可以通过添加与所述负载串联的已知测量电阻器R
SENSE
，以及通过测量所述已知测量电阻器上的差分电压来实现。出于电源效率的原因，所述测量电阻器的阻抗与所述负载相比应较小，通常约为所述负载的1％或更小。如果将所述测量电阻器放置在所述放大器的输出和所述负载之间，所述测量电阻器将经历与所述负载相同的共模电压摆幅，但要观察的差分信号远小于所述负载两端的电压。换言之，如果采用这种传感方案，电流接口电路的共模抑制要求将极具挑战性。这将以芯片面积和/或
电流消耗为代价。
[0008]或者，可以将所述测量电阻器放置在电流路径中的不同位置。一种普遍的解决方案是，将两个测量电阻器与低压侧输出晶体管的源极串联，如图1D所示。由于每个电阻器的一个支路接地，共模问题就可以通过这种方式得到充分解决。就AD调制方案而言，有两种可能的电路状态：
[0009]1.M
HSP
和M
LSN
同时导通。通过R
L
的电流也将流过R
LSN
(注意：由于存在与所述负载串联的电感器，电流仍然可以具有两个极性)。
[0010]2.M
HSN
和M
LSP
同时导通。通过R
L
的电流也将流过R
LSP
。
[0011]现在，通过观察差分电压V
LSP
‑
V
LSN
，可以获得对所述负载电流的充分测量。
[0012]然而，对于BD调制方案，由于存在四种可能的电路状态，因此测量变得复杂。在每个PWM周期内，所述输出级将运行以下三种状态，如图1E所示。
[0013]1.对于音频信号的一半(V
SP
＞V
SN
)为正信号而言，所述电路将依次以以下状态运行：
[0014]状态一：V
OP
和V
ON
均为低
[0015]状态三：高V
OP
和低V
ON
[0016]状态二：V
OP
和V
ON
均为高
[0017]状态三：高V
OP
和低V
ON
[0018]然后返回到状态一。这在图1E的上部示出。
[0019]2.对于音频信号的一半(V
SP
＜V
SN
)为负信号而言，所述电路随后将在以下状态下运行：
[0020]状态一：V
OP
和V
ON
均为低
[0021]状态四：低V
OP
和高V
ON
[0022]状态二：V
OP
和V
ON
均为高
[0023]状态四：低V
OP
和高V
ON
[0024]然后返回到状态一。这在图1E的部分1中示出。
[0025]请注意，在状态一中，负载电流由两个电阻器所感测。在状态三和状态四中，所述负载电流由一个电阻器所感测。最后，在状态二中，所述负载电流根本没有被感测到。这显然是失真的来源，需要额外的设计措施才能使系统工作。在之前所述的放大器中，补偿已用于减少失真，但其性能有限。或者，在测量中包含高压侧感测电阻器是解决此问题的基本方法。图1F示出了当高压侧感测电阻器也包含在所述感测方案中时情况是如何变化的。
[0026]添加高侧感测电阻器解决了BD调制的失真问题，因为所述负载电流由两个感测电阻器感测，而与所述输出级运行的状态无关。
[0027]图1G示出了电流接口，其是本专利技术的一部分，其任务是将四个感测电压V
HSN
、V
HSP
、V
LSP
和V
LSN
组合成可由所述ADC处理的信号。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于测量连接到功率放大器的负载的电压感测电路，其中所述负载用于在第一端接收第一电压，并且在第二端接收第二电压，其中所述第一电压和所述第二电压的相位相反，其中所述电压感测电路包括：耦合到所述第一电压的第一输入端；耦合到所述第二电压的第二输入端；第一输出端；第二输出端；第一分压器电路，其包括耦合到所述第一输入端的输入和耦合到所述第一输出端的输出；第二分压器电路，其包括耦合到所述第二输入端的输入和耦合到所述第二输出端的输出；以及驱动电路，其包括用于接收参考电压的第一输入、用于从所述第一分压器电路和所述第二分压器电路接收共模信号的第二输入、以及用于用所述参考电压来驱动所述第一分压器电路和所述第二分压器电路的输出共模电压的输出。2.根据权利要求1所述的电压感测电路，其中所述驱动电路的第二输入连接到所述驱动电路的输出。3.根据前述权利要求中任一项所述的电压感测电路，其中第一分压器和第二分压器中的每一个包括一对电阻器，其中所述一对电阻器中的每一个包括第一端和第二端，并且其中所述一对电阻器的第一端分别连接到所述第一输出端和所述第二输出端，其中所述一对电阻器的第二端相互连接。4.根据权利要求3所述的电压感测电路，其中所述驱动电路的第二输入和输出连接到所述一对电阻器的第二端。5.根据权利要求1所述的电压感测电路，其中所述驱动电路包括串联在所述第一输出端和所述第二输出端之间的第一电阻器和第二电阻器，使得所述第一电阻器的第一端耦合到所述第一输出端，所述第一电阻器的第二端耦合到所述第二电阻器的第一端，以及所述第二电阻器的第二端耦合到所述第二输出端，并且其中所述驱动电路的第二输入耦合到所述第二电阻器的第一端。6.根据权利要求5所述的电压感测电路，其中所述驱动电路包括第一输出电阻器和第二输出电阻器，其中所述第一输出电阻器连接在第一输出端(I
op
)和所述第一电阻器的第一端之间，并且所述第二输出电阻器连接在第二输出端(I
on
)和所述第二电阻器的第二端之间。7.根据前述权利要求中任一项所述的电压感测电路，其中所述驱动电路包括运算放大器。8.一种用于测量连接到功率放大器的负载的电流感测电路，其中所述负载用于在第一端接收第一电压，并且在第二端接收第二电压，其中所述第一电压和所述第二电压的相位相反，其中所述电流感测电路包括：耦合到所述第一电压的第一输入端；耦合到所述第二电压的第二输入端；耦合到第三电压的第三输入端；
耦合到第四电压的第四输入端；第一输出端；第二输出端；以及共模环路电路，其包括第一输入、第二输入、第三输入和输出，其中所述第一输入和所述第二输入用于在所述第一输出端和所述第二输出端接收共模电压，所述第三输入用于接收参考电压，以及在所述输出生成控制信号，以切换所述电流感测电路，使得所述共模电压等于所述参考电压。9.根据权利要求8所述的电流感测...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克，
申请(专利权)人：汇顶科技香港有限公司，
类型：发明
国别省市：