專利名稱：Pwm反饋/前饋保護(hù)的制作方法
PWM反饋/前饋保護(hù)
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域
本發(fā)明一般涉及數(shù)字放大器，并且更特別地涉及用于提高數(shù)字放大器 中的反饋及/或前饋?zhàn)酉到y(tǒng)的穩(wěn)定性的系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明要求2006年2月7日提交的美國60/771， 146號(hào)臨時(shí)專利申請(qǐng) 的權(quán)益，該專利申請(qǐng)作為在此提出的參考文獻(xiàn)全部并入。
相關(guān)技術(shù)
在全數(shù)字脈寬調(diào)制(PWM)放大器系統(tǒng)中，數(shù)字輸入信號(hào)由數(shù)字組件 處理以產(chǎn)生PWM信號(hào)，PWM信號(hào)隨即用來驅(qū)動(dòng)輸出級(jí)。輸出級(jí)產(chǎn)生模 擬信號(hào)，該模擬信號(hào)被低通濾波且用來驅(qū)動(dòng)負(fù)載，例如揚(yáng)聲器。
數(shù)字PWM放大器系統(tǒng)通常包括反饋以減少輸出中的噪聲和失真。系 統(tǒng)也可包括基于不同于放大器的輸出的信息的前饋校正以減少噪聲和失 真。在具有數(shù)字反饋(使用ADC)的數(shù)字PWM放大器中，反饋回路和前 饋通路的部分，尤其是高壓輸出級(jí)和回路/通路的模擬部分，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換 器(ADC),將處于數(shù)字PWM器件之外。因?yàn)橥獠康幕芈?通路處于數(shù)字 PWM器件之外，所以并不始終保證在PWM器件設(shè)計(jì)的參數(shù)內(nèi)工作。這 可能是設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、用戶錯(cuò)誤、損壞的組件等的結(jié)果。
在傳統(tǒng)的放大器中，整個(gè)放大系統(tǒng)是集成的，因而整個(gè)反饋回路的設(shè) 計(jì)是已知的，并且反饋回路可以簡單地設(shè)計(jì)為穩(wěn)定的。當(dāng)放大器的凄t字部 分被獨(dú)立于放大器的模擬部分(例如輸出級(jí)和反饋通路的模擬部分)設(shè)計(jì) 時(shí)，這些模擬組件的設(shè)計(jì)是不可知的，且數(shù)字設(shè)計(jì)不能為模擬組件假定任何具體的規(guī)范或運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。反而對(duì)數(shù)字設(shè)計(jì)來說，為了保持反饋系統(tǒng)的穩(wěn)、 定性，具有處理模擬組件的任何可能的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的能力是必要的。
因此為了對(duì)抗運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)不端的反饋和前饋，而期望除了可向設(shè)計(jì)中加
入任何過電流保護(hù)機(jī)構(gòu)、直通(shoot-through)保護(hù)機(jī)構(gòu)及過熱保護(hù)機(jī)構(gòu)外， 還使反饋/前饋(FB/FF )保護(hù)成為系統(tǒng)的組成部分。更進(jìn)一步地期望FB/FF 保護(hù)不但提供免于FB/FF中的錯(cuò)誤或故障的保護(hù)，而且提供在正常的工作 狀態(tài)與破壞性的狀態(tài)之間緩慢的轉(zhuǎn)變。這樣的FB/FF保護(hù)的主要目的之一 將是在非理想的狀態(tài)下，盡量長時(shí)間地保持PWM系統(tǒng)的穩(wěn)定性且保持音 頻放大器運(yùn)轉(zhuǎn)。FB/FF保護(hù)的次要的目的是通過與其他保護(hù)機(jī)構(gòu)并4亍工作 來幫助防止對(duì)放大器和揚(yáng)聲器的損害。
發(fā)明概述
可由本發(fā)明的不同的實(shí)施方式來解決一個(gè)或多個(gè)上面概括的問題。廣 而言之，本發(fā)明包括用于提高數(shù)字放大器中的反饋及/或前饋?zhàn)酉到y(tǒng)的穩(wěn)定 性的系統(tǒng)和方法。在一個(gè)實(shí)施方式中，具有反饋的全數(shù)字PWM放大器由 開環(huán)前饋通路、音頻反饋通路、電源跟蹤以及電源前饋組成。放大器具有 一系列的置于系統(tǒng)中的故障/錯(cuò)誤檢測(cè)器。放大器還具有將監(jiān)控并保持反饋 系統(tǒng)的穩(wěn)定性的內(nèi)置的FB/FF保護(hù)。FB/FF保護(hù)系統(tǒng)能夠在不同的破壞性 的狀態(tài)下，維護(hù)(assert)不同的保護(hù)功能以保持系統(tǒng)穩(wěn)定。在此實(shí)施方式 中，保護(hù)功能包括打開反饋回路、凍結(jié)電源跟蹤、迫^^電源估計(jì)值為一， 以及凍結(jié)電源估計(jì)值。FB/FF保護(hù)系統(tǒng)可使系統(tǒng)在開環(huán)和閉環(huán)狀態(tài)間逐漸 地轉(zhuǎn)變以保持穩(wěn)定性。
另一個(gè)實(shí)施方式包括具有數(shù)字脈寬調(diào)制(PWM)控制器的系統(tǒng)?？刂?器包括用于接收數(shù)字音頻輸入信號(hào)的輸入，并被配置成在輸出產(chǎn)生基于輸 入信號(hào)的PWM輸出信號(hào)。控制器還具有用于接收例如反饋信號(hào)和電源前 饋信號(hào)的外部音頻校正信號(hào)的控制輸入。控制器具有用于處理接收的外部 控制信號(hào)并基于這些信號(hào)修正輸入信號(hào)的校正電路。故障檢測(cè)器在沖交正電 路內(nèi)不同的位置監(jiān)控故障狀態(tài)，保護(hù)控制單元從故障檢測(cè)器接收故障信號(hào)
并響應(yīng)于這些故障信號(hào)來修正控制器的#:作。
在一個(gè)實(shí)施方式中，控制器在單個(gè)集成電路芯片中實(shí)現(xiàn)?？刂破骺神?合到輸出級(jí)以根據(jù)從控制器接收的PWM輸出信號(hào)來產(chǎn)生模擬音頻輸出信 號(hào)?？商峁┠?shù)轉(zhuǎn)換器以數(shù)字化模擬音頻輸出信號(hào)(可能在濾波后)并將 得到的信號(hào)作為反饋提供給控制器，所述得到的信號(hào)隨即被反饋電路處理 并用來修正輸入信號(hào)。被數(shù)字化的音頻輸出信號(hào)也可連同輸入音頻信號(hào)一 起提供給電源跟蹤單元，所述電源跟蹤單元可隨即產(chǎn)生電源估計(jì)值并基于 此估計(jì)值修正輸入信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施方式中，將電源電壓的被數(shù)字化的(且 可能是被濾波的)測(cè)量結(jié)果提供給電源前饋單元，所述電源前饋單元隨即 產(chǎn)生電源估計(jì)值并基于此估計(jì)值修正輸入信號(hào)?？刂破骺梢允强删幊痰?。
在一個(gè)實(shí)施方式中，故障檢測(cè)器包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)超載檢測(cè)器、ADC 數(shù)據(jù)錯(cuò)誤檢測(cè)器、反饋回路限幅檢測(cè)器、前向數(shù)據(jù)通路限幅檢測(cè)器，以及 調(diào)制器關(guān)閉檢測(cè)器。在一個(gè)實(shí)施方式中，對(duì)檢測(cè)到的故障狀態(tài)的響應(yīng)可包 括打開反饋回路、閉合反饋回路、斜升(ramp up )反饋回路、刷新(flush) 電源跟蹤單元，及凍結(jié)由電源跟蹤單元產(chǎn)生的電源估計(jì)值。
又一個(gè)實(shí)施方式包括一種在數(shù)字脈寬調(diào)制(PWM )控制器中實(shí)現(xiàn)的方 法。該方法包括接收數(shù)字音頻輸入信號(hào)并產(chǎn)生相應(yīng)的PWM輸出信號(hào)，接 收數(shù)字音頻校正信號(hào)并基于這些信號(hào)修正輸入信號(hào)，在控制器中檢測(cè)故障 狀態(tài)，以及響應(yīng)檢測(cè)故障狀態(tài)而修正控制器的操作。由控制器輸出的PWM 輸出信號(hào)可用來產(chǎn)生模擬輸出信號(hào)。音頻校正信號(hào)可能是必要時(shí)被濾波的 反饋或前饋信號(hào)，這些信號(hào)被數(shù)字化并提供給控制器。反饋信號(hào)可與輸入 信號(hào)比較以產(chǎn)生可用來修正該輸入信號(hào)的差值。音頻;f交正信號(hào)中的一個(gè)信 號(hào)可以是能被處理并用來修正輸入的音頻信號(hào)的前饋電源測(cè)量結(jié)果。檢測(cè) 故障信號(hào)可包括例如檢測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)超載、檢測(cè)ADC數(shù)據(jù)錯(cuò)誤、 檢測(cè)反饋回路限幅、檢測(cè)前向數(shù)據(jù)通路限幅，或檢測(cè)調(diào)制器關(guān)閉?？刂破?的修正操作可包括例如打開反饋回路、閉合反饋回路、斜升反饋回路、刷 新電源跟蹤單元，或凍結(jié)由電源跟蹤單元產(chǎn)生的電源估計(jì)值。
許多其他的實(shí)施方式和變化形式同樣是可能的。 附圖的簡要說明
通過閱讀下面詳細(xì)的說明并參考附圖，本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)爿夸變 得顯而易見。


圖1是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的具有音頻反饋和電源前饋校正的數(shù)字
PWM放大系統(tǒng)的不同部分的框圖2是示出具有反饋和前饋保護(hù)的示例性的數(shù)字PWM控制器的結(jié)構(gòu) 的原理框圖3是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的反饋/前饋保護(hù)控制單元的結(jié)構(gòu)的原 理框圖。
盡管本發(fā)明服從于各種更改和可供選擇的形式，但是其中具體的實(shí)施 方式以實(shí)施例的方式在附圖和隨附的詳細(xì)說明中顯示出。然而應(yīng)該理解， 附圖和詳細(xì)說明并不旨在將本發(fā)明限于所描述的特定的實(shí)施方式。相反本 公開旨在包含落在由所附權(quán)利要求界定的本發(fā)明范圍內(nèi)的所有的更改、等 價(jià)形式和可供選擇的形式。
詳細(xì)i兌明
下面描述了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式。應(yīng)該注意到下面描述的這 些以及任何其他實(shí)施方式是示例性的，旨在說明本發(fā)明而不是限制本發(fā) 明。
如在此描述的，本發(fā)明的各種實(shí)施方式包括用于提高數(shù)字放大器中的 反饋及/或前饋?zhàn)酉到y(tǒng)的穩(wěn)定性的系統(tǒng)和方法。
在具有數(shù)字反饋(使用ADC)的全數(shù)字PWM放大器中，反饋回路和 前饋通路的部分__尤其是回路/通路的高壓和模擬部分，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) _—將處于數(shù)字PWM器件之外。外部的回^各/通路并不始終保證 在規(guī)定的參數(shù)內(nèi)工作。這可能是設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、用戶錯(cuò)誤或損壞的組件等的結(jié) 果。因此，反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性必須被監(jiān)控。除了可加入系統(tǒng)的過電流保護(hù) 機(jī)構(gòu)、直通保護(hù)機(jī)構(gòu)以及過熱保護(hù)機(jī)構(gòu)外，現(xiàn)應(yīng)將反饋/前饋(FB/FF)保 護(hù)也裝入系統(tǒng)以對(duì)抗運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)不端的反^f和前饋。同時(shí)，F(xiàn)B/FF保護(hù)可在 正常的工作狀態(tài)與破壞性的狀態(tài)之間提供緩慢的轉(zhuǎn)變。FB/FF保護(hù)的主要
目的是在非理想的狀態(tài)下，盡量長時(shí)間地保持PWM系統(tǒng)的穩(wěn)定性且保持
音頻放大器運(yùn)轉(zhuǎn)。次要的目的是通過與其他PWM保護(hù)機(jī)構(gòu)并行工作來幫 助防止對(duì);故大器和揚(yáng)聲器的損害。
在一個(gè)實(shí)施方式中，具有反饋的數(shù)字PWM放大器可如圖1中所顯示 的被分為5部分。這些部分(在圖中標(biāo)記為內(nèi)部)包括a)反饋前前向通 路(forward path before feedback), b)反饋后前向通路(forward path after feedback), c)反饋回路(FB)， d)電源跟蹤(PST)，以及e)電源前饋 (PSFF)。圖1示出了各個(gè)部分的互連。
"反饋前前向通^各"和"反饋后前向通路"組成主要的開環(huán)前饋通^各， 數(shù)字輸入信號(hào)通過該前饋通路被處理以產(chǎn)生PWM輸出信號(hào)。PSFF通過對(duì) 送往主前向通路的電源估計(jì)值(PSE)提供校正因數(shù)來提供電源噪聲/紋波 抑制。沒有PSFF或PST時(shí)，PSE額定地設(shè)置為1，即，^i定電源是理想 的。PSE是在輸入音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為用于輸出的PWM信號(hào)前施加于該I俞入 信號(hào)的倍增因數(shù)或"增益"。若具有PSFF及/或PST能力，則為了使輸出 水平保持在校正水平的目的，通過感測(cè)實(shí)際電源水平PSE能夠被調(diào)整。例 如，如果電源下降5%，則5。/。被加到PSE。此被加到PSE的5。/。為"校正 因數(shù)"?？蛇x擇性地，PST能夠通過向PSE提供校正而減少電源中的120Hz 音調(diào)和其他低頻紋波的影響。FB回路是校正音頻非理想性的主要的音頻反 饋。
音頻反饋由PWM i文大器輸出的被模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D )的樣值組成。PWM 輸出通常為高壓信號(hào)，所述高壓信號(hào)必須首先被衰減、低通濾波，然后被 反饋進(jìn)ADC,在所述ADC中被采樣并被數(shù)字化。電源測(cè)量結(jié)果與音頻反 饋相似，只是樣值由電源電壓組成。
圖1是示出有音頻反饋和電源前饋校正的數(shù)字PWM放大系統(tǒng)的不同 部分的框圖。系統(tǒng)被分成片上(內(nèi)部)PWM控制器電路和片外(外部) 電路。片上電路由反饋前前向通路(101 )、反饋后前向通路(103 )、反饋 回路(lll)、電源前饋通路(119),以及電源跟蹤單元(110)組成。片外 電路由輸出級(jí)(109)、衰減器(123, 124)、抗混疊濾波器(anti-alias filter) (122, 125),以及ADC轉(zhuǎn)換器(121, 126)組成。
反饋前前向通路通常在第一非線性校正單元(102)中執(zhí)行非線性的
和電源的校正。反饋后通路在第二非線性校正單元(105)中執(zhí)行附加的 非線性的和電源的校正。反饋后通路還包括噪聲整形器(106)和調(diào)制器 (107)。在此實(shí)施方式中的反饋回路由仿真器(simulator) ( 115)、 ADC 接口 (114)、抽取器(decimator) (113)，以及回路濾波器(112)組成。 電源前饋通路由ADC接口 (118)、抽取器(117)以及濾波器(116)組 成。
音頻信號(hào)(100)由PWM控制器接收并首先對(duì)非線性和電源的波動(dòng)進(jìn)
行校正。來自反饋回路(in)的反饋信號(hào)隨即被加(104)到預(yù)校正的專ir
入信號(hào)中。在反饋信號(hào)被加入后，由第二非線性校正單元(105)向信號(hào) 施加附加的校正。得到的信號(hào)被噪聲整形(106),之后被調(diào)制(108),并 作為PWM控制器的輸出而被提供。PWM輸出驅(qū)動(dòng)可具有半橋或全橋配 置的輸出級(jí)(109)。
高壓輸出(130)被取樣，衰減(123),低通濾波(122),并一皮轉(zhuǎn)換 為數(shù)字信號(hào)(121)。數(shù)字化的比特流通過對(duì)比特流進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換的ADC 接口 ( 114)輸入到PWM控制器。ADC接口 ( 114)的輸出被抽取(113 )， 被從仿真器輸出中減去，被濾波(112)，并送到電源跟蹤塊(110),再被 加(104)到第一非線性校正單元(102)的輸出。同時(shí)，輸出級(jí)的高壓供 電(128, 129)被取樣，衰減(124),低通濾波(125),被另一個(gè)ADC(126) 數(shù)字化，并被送到第二ADC接口 (118)。 ADC接口的數(shù)字化的輸出被抽 取(117)并被濾波(116)，之后，該輸出與電源跟蹤單元(110)的輸出 相加求和，并纟皮送到非線性4交正單元(101, 103)用于電源4交正。
傳統(tǒng)地，反饋系統(tǒng)將反饋回路保持在器件內(nèi)部。相位容限和增益容限 被規(guī)定并設(shè)計(jì)到系統(tǒng)中，使得回路的穩(wěn)定性得到保證。然而，在此描述的 全數(shù)字PWM反饋系統(tǒng)中，部分回路處于器件之外，且通過ADC連接到 PWM控制器。回路的外部部分中許多行為會(huì)出錯(cuò)，這將引起反饋回^各變 得不穩(wěn)定并可能隨后引起對(duì)終端系統(tǒng)的損害。另外，用戶可能錯(cuò)誤地為 PWM控制器設(shè)計(jì)程序，這對(duì)沒有任何保護(hù)的系統(tǒng)來說可能是致命的。
如果沒有首先關(guān)閉系統(tǒng)，則在運(yùn)行中難以改變回路濾波器特性。而且，
也難以實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)校正異常情況需要的補(bǔ)償?？晒┻x擇的辦法是將PWM放
大器轉(zhuǎn)變?yōu)橐阎耐ǔ殚_環(huán)的穩(wěn)定狀態(tài)，然后整理(clean up)反々責(zé)/前 饋通路，之后重新閉合回路。
錯(cuò)誤的來源、檢測(cè)以及對(duì)錯(cuò)誤的反應(yīng)
有許多錯(cuò)誤狀態(tài)的來源，這些來源包括
1) 在反饋/前饋通路中，料想不到的外部模擬電路運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。例如， 如果衰減器未能將信號(hào)減少到適當(dāng)?shù)乃?，抗混疊濾波器將限幅，這將很 可能引起ADC超載；
2) 有故障的包括ADC的外部模擬電路-短路、斷路或過應(yīng)激 (over-stressed )。受損的電路可導(dǎo)致不可預(yù)知的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。如果由于前端
電路中的損害，對(duì)ADC的輸入超出額定范圍，則ADC將超載；
3) 在反饋/前饋通路中，料想不到的數(shù)字濾波器特性。在回路/通^各中 存在設(shè)計(jì)成補(bǔ)償模擬濾波器的數(shù)字濾波器，而如果用來設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的 標(biāo)準(zhǔn)和假定不再與才莫擬濾波器的特性相匹配，則反饋回路的穩(wěn)定性不再得 到保證；
4) 有誤的校準(zhǔn)——增益與偏移。信號(hào)增益與偏移在模擬通路中被優(yōu) 化以最大化ADC的動(dòng)態(tài)范圍，在校準(zhǔn)期間，增益與偏移在器件中被補(bǔ)償。 不正確的補(bǔ)償會(huì)影響穩(wěn)定性；
5) 電源估計(jì)值(PSE)的誤算。PSE計(jì)算結(jié)果依賴于電源(外部)精 確的測(cè)量結(jié)果和適當(dāng)?shù)臄?shù)字濾波器設(shè)計(jì)(內(nèi)部)。因?yàn)镻SE是倍增參^i:, 因此不正確的PSE將在信號(hào)通路中產(chǎn)生錯(cuò)誤；
6) 關(guān)閉。在閉合反饋回路時(shí)，必須還考慮到由電路發(fā)起，旨在防止 對(duì)輸出級(jí)損害的逐周(cycle-by-cycle)關(guān)閉和永久關(guān)閉。沒有考慮到關(guān)閉 可能引起回路飽和。
雖然錯(cuò)誤狀態(tài)不能被預(yù)知并防止發(fā)生，但其必定能被檢測(cè)到。檢測(cè)錯(cuò) 誤狀態(tài)的方便的方法是對(duì)ADC接口和沿反饋回路和前饋通路的不同的檢 查點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控。例如，在ADC接口處，可檢查由接口產(chǎn)生的位模式以確 定ADC是否超載。輸入數(shù)據(jù)速率和輸出數(shù)據(jù)速率的頻率可也被比較以檢
測(cè)成幀錯(cuò)誤。也可監(jiān)控反饋回路和前饋通路的信號(hào)限幅，或信號(hào)超過某一 最大允許范圍。錯(cuò)誤檢測(cè)可被設(shè)置成在錯(cuò)誤已發(fā)生或?qū)⒁l(fā)生時(shí)，發(fā)出相 應(yīng)的信號(hào)。
對(duì)具體的錯(cuò)誤狀態(tài)的響應(yīng)視錯(cuò)誤的類型而變化。對(duì)錯(cuò)誤的反應(yīng)可包
括
1) 打開反饋回^各；
2) 閉合/斜升反饋回路；
3) 凍結(jié)電源跟蹤(PST); 4 )刷新PST;
5) 凍結(jié)PSE;
6) 迫使PSE為一； 硬件設(shè)計(jì)
FB/FF保護(hù)系統(tǒng)監(jiān)控沿著PWM數(shù)據(jù)通路的不同的檢查點(diǎn)，包括ADC 接口。圖2顯示了在示例性的系統(tǒng)中，故障檢測(cè)器安裝的一些位置。FB/FF 保護(hù)系統(tǒng)在任何故障檢測(cè)器感測(cè)到錯(cuò)誤狀態(tài)時(shí)，均作出反應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施 方式中，F(xiàn)B/FF保護(hù)系統(tǒng)是與DSP分離但可由DSP配置的可編程的硬件 實(shí)體。 一旦由DSP編程，則FB/FF保護(hù)系統(tǒng)將在很少的DSP干預(yù)情況下 提供保護(hù)。
圖2是示出有反饋和前饋保護(hù)的示例性的數(shù)字PWM控制器的結(jié)構(gòu)的 原理框圖。反饋/前饋保護(hù)控制單元(211)處理輸入的故障狀態(tài)(210), 輸入的故障狀態(tài)(210)由位于遍及系統(tǒng)的不同位置的故障檢測(cè)器(216, 217, 218， 219， 220)才企測(cè)。保護(hù)控制單元(211 )通過發(fā)出輸出控制信號(hào) (212)響應(yīng);^測(cè)到的故障狀態(tài)。
在此實(shí)施方式中被檢測(cè)到的輸入的故障狀態(tài)包括數(shù)據(jù)通路限幅 (216)、反饋回路限幅(218)、調(diào)制器中的關(guān)閉(217)、 ADC超載(219, 208)以及ADC數(shù)據(jù)錯(cuò)誤(208)。響應(yīng)于這些狀態(tài)的輸出控制信號(hào)(212) 被送到電源跟蹤(204)，反饋回路(205 )以及電源前饋通路(209)。對(duì) 電源跟蹤釆取的操作可包括，例如，刷新或凍結(jié)電源跟蹤(204)，凍結(jié)或
迫使電源前饋通路(209 )為單位增益，以及反饋通路(205 )的打開/閉合。
對(duì)FB/FF保護(hù)系統(tǒng)的輸入為來自故障檢測(cè)器的錯(cuò)誤信號(hào)。這些錯(cuò)誤信 號(hào)可以被低通濾波使得FB/FF保護(hù)系統(tǒng)只在連續(xù)數(shù)量的錯(cuò)誤事件發(fā)生時(shí)才 作出反應(yīng)。在示例性的系統(tǒng)中，輸入由ADC超載、ADC數(shù)據(jù)錯(cuò)誤、PWM 關(guān)閉、反饋回路限幅以及前向通路限幅信號(hào)組成。圖3顯示了在一個(gè)實(shí)施 方式中的FB/FF保護(hù)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
圖3是示出反饋/前饋保護(hù)控制單元的結(jié)構(gòu)的原理框圖。所述單元由才妄 合或切斷保護(hù)控制的啟用單元(301, 305， 310),以及關(guān)聯(lián)的濾波器(302, 306, 311 )和控制塊(303, 307, 312)組成。故障狀態(tài)信號(hào)(300, 309) 是當(dāng)相應(yīng)的保護(hù)啟用時(shí)，通過啟用單元的數(shù)字信號(hào)。該數(shù)字信號(hào)被低通濾 波以除去高頻假信號(hào)，且濾波后的信號(hào)一皮提供給控制塊以允許控制塊確定 要采取的適當(dāng)操作(304， 308, 313 )。
濾波器為簡單的低通濾波器。其在此實(shí)施方式中的唯一用途就是除去 不定時(shí)發(fā)生的故障狀態(tài)。用可編程的延遲來為刷新PST留出時(shí)間以使得 PSE保持不受影響。其也可在再次閉合回路之前，用來徹底刷新(flush out) 反饋回路。 硬件功能
FB/FF保護(hù)系統(tǒng)對(duì)不同類型的錯(cuò)誤不同地作出反應(yīng)。FB/FF保護(hù)系統(tǒng) 控制輸出可被分為3組a)打開/閉合反饋回路，b)凍結(jié)/刷新電源跟蹤， 以及c)凍結(jié)PSE/迫使PSE為一。在一個(gè)實(shí)施方式中，系統(tǒng)可以下面的方 式作出反應(yīng)
1) 打開反饋回路__簡單地內(nèi)部斷開反饋通路；
2) 凍結(jié)PST——"凍結(jié)"電源跟蹤(PST)意指保持最后的電源估計(jì) 值(PSE)。通過凍結(jié)PST， PSE將保持恒定并因此防止可能的超載；
3 )當(dāng)所有錯(cuò)誤被DSP清除后，PST將重新開始而FB回路將緩慢地 斜升返回至程序化的水平。軟件將讀取錯(cuò)誤狀態(tài)并采取操作來補(bǔ)救這種情 況。 一旦軟件操作完成，其可通過允許PST再用電源估計(jì)值來重啟反々貴，
并且允許反饋回路通過例如從O到l逐漸地改變回路增益，來重新緩慢地 閉合。
4 )迫使PSE為---當(dāng)PSFF或PST不存在時(shí)，假定電源估計(jì)《直是
理想的，即增益=1 。通過迫使PSE為1, PSFF和PST被有效地除去，因 而PSFF或PST中的任何錯(cuò)誤將不再影響信號(hào)。
基于遇到的錯(cuò)誤的類型，響應(yīng)可按類集合在一起。錯(cuò)誤的類型一般落 入3類。這幾類錯(cuò)誤，連同相應(yīng)的響應(yīng)，在下面列出。
1)對(duì)于下面的錯(cuò)誤類型
PWM永久關(guān)閉一_直到DSP清除為止才設(shè)置
反饋ADC錯(cuò)誤
反饋回路限幅
主要的通路信號(hào)限幅
FB/FF保護(hù)系統(tǒng)將典型地
打開反饋回路；
凍結(jié)PST;以及
當(dāng)所有錯(cuò)誤被DSP清除時(shí)，PST將重新開始且FB回路將緩慢地斜 升返回至程序化的水平。
可以兩種不同的方式處理關(guān)閉1 )直到錯(cuò)誤被DSP清除為止才設(shè)置， 以及2)每個(gè)PWM開關(guān)周期清除并設(shè)置。在本實(shí)施方式中需要的是后一 種方式，這使得FB/FF保護(hù)系統(tǒng)可處理PWM調(diào)制器中的逐周關(guān)閉。
反饋ADC錯(cuò)誤可能是ADC限幅或數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。ADC接口不斷地檢查 ADC調(diào)制器輸出的模式，其指示超載/溢出。ADC接口也檢查輸入和輸出 數(shù)據(jù)速率以4企測(cè)ADC成幀4晉誤。
反饋回路限幅是系統(tǒng)可能將要變得不穩(wěn)定的另一個(gè)重要的指示。許多 其他的因素也促成了此問題。
主要的通路中的過度的信號(hào)限幅也可指示問題。2) 對(duì)于下面的錯(cuò)誤類型
PWM關(guān)閉——每個(gè)PWM開關(guān)周期清除并設(shè)置， FB/FF保護(hù)系統(tǒng)將典型地 打開反饋回路； 凍結(jié)PST;以及
當(dāng)錯(cuò)誤停止時(shí)，PST將重新開始且FB回路將緩慢地斜升返回至程 序化的水平。不需要DSP干預(yù)。
3) 對(duì)于下列的錯(cuò)誤類型
電源前饋(PSFF) ADC錯(cuò)誤，
FB/FF保護(hù)系統(tǒng)具有3個(gè)可選項(xiàng)
凍結(jié)PSE;
迫4吏PSE為一；或
不操作。
PSFF塊具有不斷地取電源估計(jì)值的平均的低通濾波器。在正常工作 中，瞬時(shí)估計(jì)值提供給PSE。當(dāng)FB/FF保護(hù)系統(tǒng)被維護(hù)時(shí)，PSE將或者取 平均值或者被迫使為一。
本領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)該理解信息和信號(hào)可使用各種不同的術(shù)語 (technology)和技術(shù)中任一種來表示出。例如，整個(gè)上面的描述中可能被 引用的數(shù)據(jù)、信息、信號(hào)、位等可由電壓、電流、電磁波或類似的量，包 括這些量的組合來表示出。使用任何合適的，包括電線、金屬記錄線等的 傳車IH某介可在本公開的系統(tǒng)中的組件間傳遞信息和信號(hào)。
技術(shù)人員將進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到與在此公開的實(shí)施方式結(jié)合描述的各種說 明性的邏輯塊、模塊、電路和算法步驟可作為電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或兩 者的組合來實(shí)現(xiàn)。為了清楚地說明硬件和軟件的這種可互換性，上面一般 根據(jù)其功能性來描述的各種說明性的組件、塊、模塊、電路和步驟。這樣 的功能性是作為硬件還是作為軟件實(shí)現(xiàn)由加于整個(gè)系統(tǒng)上的特定的應(yīng)用 和設(shè)計(jì)限制決定。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員對(duì)每一特殊的應(yīng)用可以用不同的方
式實(shí)現(xiàn)所描述的功能性，但這樣的實(shí)現(xiàn)決定不應(yīng)解釋為導(dǎo)致偏離了本發(fā)明 的范圍。
與在此公開的實(shí)施方式結(jié)合描述的各種說明性的邏輯塊、模塊和電路
可通過專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)、通用處理器、 數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)或其他邏輯器件、分立門電路或晶體管邏輯電路、 分立硬件組件，或設(shè)計(jì)以執(zhí)行在此所描述的功能的其任何組合來實(shí)現(xiàn)或執(zhí)行。
根據(jù)具體的實(shí)施方式，已在上面描述了可由本發(fā)明提供的益處和優(yōu) 點(diǎn)。這些益處和優(yōu)點(diǎn)，以及任何可引起這些益處和優(yōu)點(diǎn)發(fā)生或變得更明顯 的元件或條件限制不被解釋為任何的或所有的權(quán)利要求的重要的、必需的 或本質(zhì)的特征。在此^f吏用的名詞"包括，，("comprises," "comprising")或 其任何其他的變化的形式，旨在被解釋為非排他地包括服從這些術(shù)語的元 件或條件限制。相應(yīng)地，包括一組元件的系統(tǒng)、方法或其他實(shí)施方式不是 僅限于那些元件，并可能包括其他對(duì)所要求的實(shí)施方式來說沒有特別列出 的或固有的元件。
盡管根據(jù)具體的實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但應(yīng)該理解這些實(shí)施方式是 說明性的，并且本發(fā)明的范圍不限于這些實(shí)施方式。許多對(duì)上面描述的實(shí) 施方式的變化的形式、更改、添加和改進(jìn)是有可能的。預(yù)期這些變化的形 式、更改、添加和改進(jìn)落在如在下面的權(quán)利要求中詳述的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種系統(tǒng)，其包括:數(shù)字脈寬調(diào)制(PWM)控制器；其中所述控制器包括第一輸入，其配置成接收數(shù)字音頻輸入信號(hào)，第一輸出，其配置成基于所述輸入信號(hào)來提供脈寬調(diào)制輸出信號(hào)，一個(gè)或更多控制輸入，其配置成接收來自所述控制器外部的相應(yīng)的源的音頻校正信號(hào)，校正電路，其配置成基于所述音頻校正信號(hào)來修正所述輸入信號(hào)，一個(gè)或更多故障檢測(cè)器，其配置成監(jiān)控與所述校正電路關(guān)聯(lián)的相應(yīng)的故障狀態(tài)，以及保護(hù)控制單元，其配置成從所述故障檢測(cè)器接收指示所述故障狀態(tài)的故障信號(hào)并響應(yīng)于所述故障信號(hào)修正所述控制器的操作。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制器在單個(gè)集成電路芯片 中實(shí)現(xiàn)。
3. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括配置成從所述控制器接 收所述PWM輸出信號(hào)并產(chǎn)生才莫擬音頻輸出信號(hào)的輸出級(jí)。
4. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括配置成數(shù)字化所述^t擬 音頻輸出信號(hào)并向所述控制器的所述控制輸入中的一個(gè)輸入提供得到的 被數(shù)字化的音頻輸出信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，其中所述校正電路包括 配置成基于所述被數(shù)字化的音頻輸出信號(hào)來修正所述輸入信號(hào)的反饋電 路。
5. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括配置成在所述模數(shù)轉(zhuǎn)換 器數(shù)字化所述模擬音頻輸出信號(hào)之前濾波所述模擬音頻輸出信號(hào)的濾波 器。
6. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述反饋電路包括配置成接收所 述輸入信號(hào)和所述被數(shù)字化的音頻輸出信號(hào)并產(chǎn)生電源估計(jì)值的電源跟 蹤單元，其中所述控制器配置成基于所述電源估計(jì)值修正所述輸入信號(hào)。
7. 如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括配置成在所述模數(shù)轉(zhuǎn)換 器數(shù)字化所述模擬音頻輸出信號(hào)之前濾波所述模擬音頻輸出信號(hào)的濾波 器。
8. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括所述控制器外部的電源 和電源測(cè)量單元以及沖莫數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC),其中所述電源測(cè)量單元配置成 向所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供所述電源的測(cè)量結(jié)果，其中所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器配置成 數(shù)字化所述電源的測(cè)量結(jié)果并向所述控制器的所述控制輸入中的 一 個(gè)輸 入提供得到的電源測(cè)量結(jié)果，其中所述校正電路包括配置成基于被數(shù)字化 的電源測(cè)量結(jié)果修正所述輸入信號(hào)的電源前饋電路。
9. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述保護(hù)控制單元包括數(shù)字信號(hào) 處理器(DSP)，所述數(shù)字信號(hào)處理器是可編程的以使所述數(shù)字信號(hào)處理器 能夠響應(yīng)于所述故障信號(hào)來修正所述控制器的操作。
10. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述故障4企測(cè)器包括才莫數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)超載檢測(cè)器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)錯(cuò)誤檢測(cè)器、反饋回路限幅檢測(cè)器、前向數(shù)據(jù)通路限幅檢測(cè)器，和調(diào)制器關(guān)閉檢測(cè)器。
11. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述保護(hù)控制單元配置成通過釆 取從由下述項(xiàng)組成的組中選擇的處理來修正所述控制器的操作打開反饋 回路、閉合所述反饋回路、斜升所述反饋回路、刷新電源跟蹤單元、凍結(jié) 由所述電源跟蹤單元產(chǎn)生的電源估計(jì)值。
12. —種在數(shù)字脈寬調(diào)制(PWM)控制器中實(shí)現(xiàn)的方法，所述方法包 括以下步驟接收數(shù)字音頻輸入信號(hào)；基于所述輸入信號(hào)產(chǎn)生脈寬調(diào)制輸出信號(hào)； 接收一個(gè)或更多數(shù)字音頻校正信號(hào)；基于所述數(shù)字音頻校正信號(hào)修正所述輸入信號(hào)；才企測(cè)一個(gè)或更多故障狀態(tài)；以及響應(yīng)于檢測(cè)所述故障狀態(tài)來修正所述控制器的操作。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中如權(quán)利要求1所述的所有的步 驟都在單個(gè)集成電路芯片中執(zhí)行。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其進(jìn)一步包括基于所述脈寬調(diào)制輸 出信號(hào)來產(chǎn)生模擬音頻輸出信號(hào)。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其進(jìn)一步包括數(shù)字化所述模擬音 頻輸出信號(hào)以產(chǎn)生所述數(shù)字音頻校正信號(hào)中的 一個(gè)信號(hào)。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其進(jìn)一步包括在數(shù)字化所述模擬音 頻輸出信號(hào)之前濾波所述模擬音頻輸出信號(hào)。
17. 如權(quán)利要求15所述的方法，其進(jìn)一步包括基于所述數(shù)字音頻輸 入信號(hào)和被數(shù)字化的音頻輸出信號(hào)之間的差值產(chǎn)生電源估計(jì)值，以及基于 所述電源估計(jì)值來修正所述輸入信號(hào)。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其進(jìn)一步包括在模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)字化 所述模擬音頻輸出信號(hào)之前濾波所述模擬音頻輸出信號(hào)。
19. 如權(quán)利要求12所述的方法，其進(jìn)一步包括將被數(shù)字化的電源的 測(cè)量結(jié)果提供給所述數(shù)字音頻校正信號(hào)中的一個(gè)信號(hào)，并基于所述被數(shù)字 化的電源測(cè)量結(jié)果修正所述輸入信號(hào)。
20. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中響應(yīng)檢測(cè)所述故障信號(hào)來修正故障信號(hào)來采if又一個(gè)或更多可編程的處理。
21. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中檢測(cè)故障信號(hào)的所述步驟包括 檢測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)超載、檢測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)錯(cuò)誤、檢測(cè)反饋回路 限幅、檢測(cè)前向數(shù)據(jù)通路限幅，和檢測(cè)調(diào)制器關(guān)閉。
22. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中修正所述控制器的操作的所述步驟包括采取從由下述項(xiàng)組成的組中選擇的處理打開反饋回路、閉合所 述反饋回路、斜升所述反饋回路、刷新電源跟蹤單元、凍結(jié)由所述電源^艮 蹤單元產(chǎn)生的電源估計(jì)值。
全文摘要
用于提高數(shù)字放大器中的反饋及/或前饋?zhàn)酉到y(tǒng)的穩(wěn)定性的系統(tǒng)和方法。一實(shí)施方式包括數(shù)字脈寬調(diào)制(PWM)控制器?？刂破靼ㄓ糜诮邮諗?shù)字音頻輸入信號(hào)的輸入且控制器被配置成基于輸入信號(hào)在輸出處產(chǎn)生PWM輸出信號(hào)?？刂破鬟€具有用于接收例如反饋信號(hào)和電源前饋信號(hào)的外部音頻校正信號(hào)的控制輸入?？刂破骶哂杏糜谔幚斫邮盏耐獠靠刂菩盘?hào)并基于這些信號(hào)修正輸入信號(hào)的校正電路。故障檢測(cè)器在校正電路內(nèi)不同位置監(jiān)控故障狀態(tài)，而保護(hù)控制單元從故障檢測(cè)器接收故障信號(hào)并響應(yīng)于故障信號(hào)修正控制器的操作。
文檔編號(hào)H03F3/38GK101379698SQ200780005026
公開日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2007年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月7日
發(fā)明者彼得·G·克雷文, 杰克·B·安德森, 邁克爾·A·考思特, 錢連瑋 申請(qǐng)人:D2音頻有限公司