專利名稱：放大器電流消耗控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及音頻放大器，尤其涉及用于控制音頻放大器的電流消耗的限制器。
技術(shù)背景
在移動(dòng)(尤其是汽車)應(yīng)用中，音頻放大器的功率消耗經(jīng)常成為影響整個(gè)移動(dòng)實(shí)體的電源的問題。
例如，在汽車中，車載電源通常提供12V的額定電源電壓，這導(dǎo)致額定功率消耗可以是1000W或者更高的電負(fù)載(諸如音頻放大器)的輸入電流消耗相當(dāng)高。使車載電源電壓更高(例如42V)可以緩解該問題并能降低輸入電流消耗，這已經(jīng)被討論了很多年，但仍不能被設(shè)立為汽車應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果，諸如音頻放大器的電負(fù)載的饋電線路必須具有相當(dāng)大的橫斷面(或者直徑)，以便保持它們的歐姆電阻較低，和防止饋電線路過熱或甚至熔化。較粗的饋電線路增加了車輛的重量和燃料消耗，這兩方面都是不期望產(chǎn)生的結(jié)果。
為避免在饋電線路中出現(xiàn)過載電流，為每個(gè)電負(fù)載規(guī)定了嚴(yán)格的最大電流消耗， 由此該最大可接受的電流可取決于車輛中激活負(fù)載的總個(gè)數(shù)、電池充電條件等。還可能涉及其他影響因素。只要涉及音頻設(shè)備，供應(yīng)商就必須滿足關(guān)于放大器最大輸出電流的要求。 由于音頻放大器的輸入電流消耗是各個(gè)音頻通道輸出電流的直接結(jié)果，所以電流限制可針對輸入電流或者針對輸出電流來規(guī)定。
音頻放大器的實(shí)際電流消耗很大程度上取決于用戶設(shè)置(低音、音量等)，也取決于重現(xiàn)的音頻信號(hào)(話音信號(hào)、低音占主要部分的音樂等)。因此，存在對能夠監(jiān)視和控制其輸入電流消耗和/或其輸出電流的音頻放大器的需求。發(fā)明內(nèi)容
揭示了用于放大輸入音頻信號(hào)以便提供放大的輸出信號(hào)的音頻放大器。該音頻放大器包括接收輸入音頻信號(hào)和提供輸出信號(hào)的可變增益放大器，從而輸出信號(hào)對應(yīng)于通過限制器增益放大的輸入信號(hào)。該音頻放大器進(jìn)一步包括限制器增益計(jì)算單元，因此該輸入信號(hào)通過限制器增益被放大?？刂茊卧邮沾磔斎胄盘?hào)的信號(hào)，并被配置成基于數(shù)學(xué)模型估計(jì)音頻放大器的輸入電流或者總輸出電流，從而提供對應(yīng)于(并由此導(dǎo)致的)輸出信號(hào)的所估計(jì)的電流信號(hào)，因此該限制增益計(jì)算單元被配置成根據(jù)該估計(jì)來計(jì)算限制器增益，使得該音頻放大器的實(shí)際輸入電流或者總輸出電流不會(huì)超過閾值電流值。


參考以下的附圖和描述可更好地理解本發(fā)明。附圖中的組件并不需要按比例繪制，而是重點(diǎn)放在說明本發(fā)明的原理上。此外，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記指示相應(yīng)的部分。 在附圖中
圖1在框圖中說明了依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例的音頻系統(tǒng)，為了簡單僅示出了一個(gè)輸出通道；
圖2在框圖中說明了依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例的音頻系統(tǒng)；
圖3詳細(xì)說明了圖2中的示例；
圖4詳細(xì)說明了圖3中的示例；
圖5說明了在圖3和圖4的示例中使用的自適應(yīng)濾波器的一個(gè)示例；
圖6說明了圖5中說明的示例的備選；
圖7說明了將輸出信號(hào)合并成如圖5所示的和信號(hào)，進(jìn)一步考慮了揚(yáng)聲器的阻抗； 以及
圖8示出了利用與頻率有關(guān)的限制器增益的圖4的示例。
具體實(shí)施方式
以下詳細(xì)討論了對當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例的制造和使用。但是應(yīng)該體會(huì)到本發(fā)明提供了許多可應(yīng)用的發(fā)明性概念，這些發(fā)明性概念可以在多種特定環(huán)境中實(shí)施。所討論的特定實(shí)施例僅僅說明了制造和使用本發(fā)明的特定方法，并未限制本發(fā)明的范圍。
應(yīng)該注意到在進(jìn)一步的討論中，(音頻)信號(hào)被說明成離散時(shí)間信號(hào)。信號(hào)a[n] 表示普通離散信號(hào)，時(shí)間指數(shù)η表示離散取樣時(shí)間。應(yīng)該進(jìn)一步注意到，所描繪的系統(tǒng)中僅與進(jìn)一步的討論有關(guān)的這些組件包含在附圖內(nèi)。為了簡明起見，未示出模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、功率放大器和信號(hào)傳輸和音頻信號(hào)重放可能需要的其它組件。
圖1在框圖中說明了依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例的音頻系統(tǒng)，為了簡明起見，僅示出了一個(gè)輸出通道。然而，通過圖1中的示例說明的原理可以很容易推廣到多個(gè)音頻通道。輸入信號(hào)Χ [η](與特定的音頻通道相關(guān)聯(lián))通過信號(hào)源10生成，并且可通過信號(hào)處理單元20 被預(yù)處理。也就是說，實(shí)際輸入信號(hào)χ [η]被提供到信號(hào)處理單元20的輸出端處，以便進(jìn)行進(jìn)一步處理。信號(hào)處理單元20通常執(zhí)行各種信號(hào)處理任務(wù)，例如對音頻信號(hào)的均衡、環(huán)繞聲處理，或類似任務(wù)。然而，這些預(yù)處理的細(xì)節(jié)對于進(jìn)一步的討論并不是必要的。
輸入信號(hào)x[n]通過被稱為“限制器增益”GUM[n]的可變增益放大，該限制器增益的值可在每個(gè)抽樣間隔被更新。所產(chǎn)生的輸出信號(hào)y[n]因此可被表示成y[n]= χ [η] · Glim[η]。該輸出信號(hào)y [η](經(jīng)由D/A轉(zhuǎn)換器和功率放大器階段)被送往揚(yáng)聲器40， 在那里被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的聲學(xué)音頻信號(hào)。
限制器增益(iUM[n]由限制器增益計(jì)算單元32從代表輸入電流消耗的預(yù)定電流信號(hào)iIN’ (即，所預(yù)測的放大器總輸入電流消耗，或者備選地，所預(yù)測的由放大器輸出級所提供的總輸出電流)，并從限定所期望的最大電流(即，輸入電流消耗，或備選地，最大輸出電流)的電流閾值1 計(jì)算出。計(jì)算限制器增益GUM[n]，使得實(shí)際輸入電流iIN(或者輸出電流)不會(huì)超過電流閾值iMX。但是，取決于實(shí)際的應(yīng)用，短暫的瞬間過載電流是可以接受的。 可將可變增益放大器31和限制器增益計(jì)算單元32 —起當(dāng)作限制器30。應(yīng)注意，在以下描述中，預(yù)測出輸入電流iIN并將其與相應(yīng)電流閾值比較，該相應(yīng)電流閾值定義了最大輸入電流消耗。正如以上已提及的，相應(yīng)的電流閾值可針對放大器的總輸出電流定義，這將需要預(yù)測總的輸出電流。在以下描述中，預(yù)測了輸入電流消耗iIN’，但是，應(yīng)該理解，這樣的輸入電流估計(jì)iIN’可簡單地被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的輸出電流估計(jì)，因?yàn)樵趯?shí)際音頻放大器的實(shí)現(xiàn)中總輸出電流與輸入電流消耗大致成比例。
當(dāng)(由當(dāng)前實(shí)際輸入信號(hào)x[n])預(yù)測未來的輸入電流iIN’值時(shí)，可假設(shè)額定限制器增益值(例如Gum = 1)。預(yù)測過載電流iIN’ > iMX，允許在實(shí)際輸入電流iIN實(shí)際上達(dá)到預(yù)測值iIN’之前使限制器增益GUM[n]降低(例如降低到比1更低)。備選地，當(dāng)要預(yù)測未來輸出電流值時(shí)，可使用輸入電流信息執(zhí)行實(shí)際的預(yù)測，導(dǎo)致對輸入電流的估計(jì)，該輸入電流的估計(jì)可轉(zhuǎn)換成對輸出電流的估計(jì)。
對于進(jìn)一步的討論，一個(gè)重要的方面是計(jì)算(即估計(jì)，也稱為預(yù)測)由給定輸入信號(hào)x[n]導(dǎo)致的輸入電流iIN’ [n+1](或備選的輸出電流)。這樣的預(yù)測使用由一個(gè)或更多個(gè)電流傳感器(諸如由圖1中示出的輸入電流消耗傳感器50)提供的實(shí)際輸入或輸出電流信息。在圖1的示例中，這種計(jì)算由控制單元33執(zhí)行，該控制單元33包括描述影響變量與所產(chǎn)生的輸入電流iIN(或輸出電流)之間的關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，這些影響變量諸如為音頻放大器的實(shí)際供應(yīng)電壓uIN、將被重放的音頻輸入信號(hào)x[n]、激活的揚(yáng)聲器個(gè)數(shù)、放大器輸出級的溫度等。也可以考慮各種其它的影響變量。為實(shí)現(xiàn)正在進(jìn)行的估計(jì)(預(yù)測)，可提供電流傳感器50，其被配置成將代表實(shí)際輸入電流iIN[n]的信號(hào)提供給控制單元33。
圖2至圖4說明了由輸入信號(hào)X[n]、(放大的)輸出信號(hào)y [η]和代表當(dāng)前輸入電流信號(hào)iIN[n]的測量出的輸入電流傳感器信號(hào)(例如，來源于電流消耗傳感器50)的電流值來估計(jì)即將出現(xiàn)的輸入電流iIN’ [n+1]的一種可能的方法的原理和細(xì)節(jié)。正如以上提及的，備選地，可估計(jì)相應(yīng)的輸出電流。圖2說明了接收以上提及的信號(hào)X[n]、y[n]和iIN[n] 的控制單元33。而且，圖2說明了描述從輸出信號(hào)y[n](通過揚(yáng)聲器40經(jīng)由功率放大輸出級輸出)到輸入電流iIN[n]的轉(zhuǎn)換特征的轉(zhuǎn)換函數(shù)H(z)，輸入電流iIN[n]主要取決于輸出信號(hào)y[n]，從而代表輸入電流iIN[n]的信號(hào)可由電流傳感器50感測到。所提及的轉(zhuǎn)換特征可在音頻放大器的操作期間由控制單元33估計(jì)，并且相應(yīng)的估計(jì)的轉(zhuǎn)換函數(shù)H’ (ζ)可用于根據(jù)輸入信號(hào)x[n]計(jì)算對即將出現(xiàn)的輸入電流iIN’ [n+1]的估計(jì)。這是有可能的，因?yàn)?H’ [ζ]具有低通特征，并且總是包括延遲，進(jìn)一步表示為延遲時(shí)間、(例如，在信號(hào)y[n]的峰值和輸入電流iIN[n]的相應(yīng)峰值之間的延遲)。在這一方面，應(yīng)該記住，在本討論中系統(tǒng) H(ζ)被視為離散時(shí)間系統(tǒng)，因?yàn)橐詳?shù)字方式實(shí)施控制單元33似乎較為有利。但是，至少部分為模擬的實(shí)現(xiàn)方式也是可接受的。
圖3說明了作為本發(fā)明的一個(gè)示例的用于估計(jì)系統(tǒng)H(Z)的轉(zhuǎn)換特征的一種有效實(shí)施。自適應(yīng)濾波器331可在控制單元中實(shí)現(xiàn)(例如作為自適應(yīng)HR濾波器)，該控制單元接收所述輸出信號(hào)y [η]作為輸入，并接收所測量的輸入電流iIN[n]作為參考。因?yàn)檩斎腚娏鱥IN[n]總是正的(不論輸出信號(hào)y[n]具有正的還是負(fù)的值)，輸出信號(hào)y[n]可在被供應(yīng)給自適應(yīng)濾波器331之前受到正定變換。例如，可將輸出信號(hào)的平方y(tǒng)[η]2或者信號(hào)絕對值y[n] I供應(yīng)給自適應(yīng)濾波器331。轉(zhuǎn)換函數(shù)H(z)通常代表簡單的低通特征，因?yàn)榈皖l率聲音需要較高的聲壓級，以便在聽覺上是可感知的。自適應(yīng)濾波器H’ (z)(濾波器331)通常不會(huì)很快改變其系數(shù)，因?yàn)檩敵鲂盘?hào)y [η]到輸入電流iIN[n](或者備選地到輸出電流)的轉(zhuǎn)換特征通常只是逐漸地改變。實(shí)際電流估計(jì)iIN’ [N+1]通過使用濾波器332對輸入信號(hào) x[n](視情況為輸入信號(hào)的平方)進(jìn)行濾波來計(jì)算，該濾波器332(視情況由因子GUM[n]調(diào)節(jié)以避免對tiK[n]的連續(xù)再校準(zhǔn))是對自適應(yīng)濾波器331提供的濾波系數(shù)的復(fù)制。在圖3 的示例中，濾波器332實(shí)施與自適應(yīng)濾波器331相同的濾波系數(shù)tiK [η]，并因此在濾波器332 的輸出端對電流的估計(jì)通過等于電流限制器增益GUM[n]的比例因子調(diào)節(jié)。但是，由于限制器增益計(jì)算單元“知道”電流限制器增益，可在對更新的限制器增益(iUM[n+l]的計(jì)算中考慮這樣的調(diào)節(jié)。
如圖4所說明的，限制器30 (其中包括可變增益放大器31和限制器增益計(jì)算單元 32等)可進(jìn)一步包括(或者需要)延遲tUM，為了數(shù)學(xué)建模的目的，其可被集總到延遲單元 34中。在實(shí)際的實(shí)現(xiàn)中，該延遲tUM典型地大于一毫秒，以前饋給限制器。該延遲可能對自適應(yīng)放大器331的自適應(yīng)行為造成負(fù)面影響，因?yàn)樾盘?hào)y [η]在結(jié)果電流信號(hào)iIN[n]之后到達(dá)濾波器331。為避免這一點(diǎn)，在電流傳感器50和自適應(yīng)濾波器331之間必須包括延遲線 334(延遲At彡tUM-tH)，以便延遲由自適應(yīng)濾波器接收的電流感測信號(hào)iIN[n]。相應(yīng)的延遲應(yīng)該至少和限制器延遲tUM與系統(tǒng)H(Z)的停滯時(shí)間(dead time) tM之間的差異一樣大。
值得注意的是，輸出信號(hào)y[n]應(yīng)被抽頭(tap)，以便被供應(yīng)給自適應(yīng)濾波器(在被自乘(square)之后，見圖4)。理論上，為了相同的目的，也可以將輸入信號(hào)x[n]抽頭。但是在后一種情況下，將響應(yīng)于限制器增益GUM[n]的改變而永久地重新調(diào)節(jié)所生成的自適應(yīng)濾波器，然而，一旦已經(jīng)收斂，當(dāng)將信號(hào)y[n]用作輸入時(shí)，自適應(yīng)濾波器331的系數(shù)幾乎保持恒定?？稍谠鲆嬗?jì)算單元32中考慮電流限制器增益值GUM[n]。
真實(shí)世界中的音頻系統(tǒng)典型地具有多于一個(gè)的輸出信號(hào)y[n]，典型地為至少兩個(gè)。在下面，用指數(shù)CH1、CH2等來標(biāo)記每個(gè)通道的輸出信號(hào)，即ym[n]，yCH2[n],......，y [n]。輸出信號(hào)7011[11]，7012[11]，......,yCHN[n]中的每一個(gè)都對音頻放大器的總電流消耗iIN[n]產(chǎn)生影響。在圖5中說明了在多通道的情況下對預(yù)計(jì)輸入電流信號(hào)iIN’ [η]的估計(jì)。為了考慮每個(gè)通道的影響，每個(gè)輸出信號(hào)都被自乘(見圖4和5中的單元33 ，并且將自乘的信號(hào)相加，以便形成和信號(hào)ySUM[n]，其代表了所有輸出通道的輸出信號(hào)的疊加。代替使信號(hào)自乘，可采用如上提及的它們的絕對值。基本上以在圖3和圖4的示例中的信號(hào) y[n]相同的方式來處理和信號(hào)ySUM[n]。和信號(hào)yslH[n]和xSUM[n]可代表加權(quán)和。尤其是，如果連接到這些通道的揚(yáng)聲器并不具有相同的阻抗，則在計(jì)算相應(yīng)的和信號(hào)之前，必須依據(jù)相應(yīng)揚(yáng)聲器的阻抗對各個(gè)信號(hào)yCH1 [η] >yCH2 [η]........y [η](或Xcm [η]、xCH2 [η]........Xchn[η])加權(quán)。在下面將參考圖7進(jìn)一步解釋加權(quán)的細(xì)節(jié)。
信號(hào)ySUM[n]被供應(yīng)給自適應(yīng)濾波器331，其包括FIR濾波器單元和適配單元，由此該適配單元迭代地計(jì)算更新的濾波系數(shù)tiK’ [η]，其代表了濾波轉(zhuǎn)換函數(shù)H’ [ζ]。為了這個(gè)目的，適配單元接收信號(hào)ySM [η]和誤差信號(hào)e [η]，誤差信號(hào)代表了自適應(yīng)濾波器的輸出 (即估計(jì))與實(shí)際電流信號(hào)iIN[n]之間的差異。迭代計(jì)算依據(jù)諸如最小均方差算法(LMS算法)的已知適配算法進(jìn)行。自適應(yīng)濾波器系數(shù)tiK[n]的副本被用于濾波單元332，以對和信號(hào)^ [11]進(jìn)行濾波，該和信號(hào)代表了所有通道的(例如被自乘的)輸入信號(hào)x[n]的疊加。 在圖5中示出的延遲單元334是可選擇的，并且可被提供來以便考慮將由自適應(yīng)濾波器“模擬”的轉(zhuǎn)換特征H(Z)中的停滯時(shí)間。停滯時(shí)間可被集總到延遲單元335中，其使得對自適應(yīng)濾波器331的應(yīng)用更高效。
圖6說明了圖5的示例的備選方式。在圖6的限制器控制單元33中，未經(jīng)延遲的和信號(hào)ySM[n]，而不是和信號(hào)Xsum[η]，被饋給濾波器332，以便計(jì)算電流估計(jì)iIN[n+l]。關(guān)于該示例，重點(diǎn)注意的是，以上提及的延遲單元335 (延遲ndelay個(gè)采樣)是必須的，而且經(jīng)延遲的信號(hào)ySUM[n-ndelay]被提供給自適應(yīng)濾波器331，而未延遲的信號(hào)ySUM[n]被提供給濾波器單元332，用于計(jì)算電流估計(jì)iIN’ [n+1]。應(yīng)該注意，與由圖6的示例提供的電流估計(jì) iIN，[n+1]相比較，通過圖5中的示例提供的電流估計(jì)iIN’ [n+1]通過因子GUM[n]調(diào)節(jié)。但是，可在限制器增益的計(jì)算中考慮這種調(diào)節(jié)，因此這種調(diào)節(jié)不會(huì)有問題。
圖7說明了將輸出信號(hào)yCH1[n]，......，yCHN[n]組合成一個(gè)如在圖5和6的示例中說明的那樣的和信號(hào)ySUM[n]的增強(qiáng)型示例。依據(jù)圖7，輸出信號(hào)5^1[1!]，……,yCHN[n] 中的每一個(gè)被自乘(或者通過其它方法被轉(zhuǎn)換成正定信號(hào))，然后通過相應(yīng)的加權(quán)因子Cl、C2.......cN加權(quán)(即乘以)。備選地，可在自乘操作之前使用因子Sqrt(C1)(或Sqrt(C2)等)完成加權(quán)?？捎?jì)算加權(quán)因子(^、(32.......cN以便補(bǔ)償被連接到不同音頻通道上具有不同阻抗的揚(yáng)聲器。例如，當(dāng)被供應(yīng)以同樣的輸出信號(hào)yi[]、y2[n]時(shí)，與供給8ohm揚(yáng)聲器的通道相比，供給4ohm揚(yáng)聲器的音頻通道將必須提供兩倍的輸出電流。結(jié)果，在本示例中，用于第一通道的加權(quán)因子cl將等于用于第二通道的加權(quán)因子的兩倍。由于在操作期間揚(yáng)聲器的阻抗并不明顯改變，加權(quán)因子Cl、c2.......，cN可被視為不變的。在更復(fù)雜的實(shí)施方式中，加權(quán)因子可以是與頻率相關(guān)的，即，為輸出信號(hào)yrai[n].......,y [η]的不同頻譜范圍(頻譜線k)使用不同的加權(quán)因子c1K、c2K.......,cKKO從而，與頻率有關(guān)的加權(quán)因子可代表相應(yīng)揚(yáng)聲器的與頻率有關(guān)的阻抗。在圖5的示例中，可以與輸出信號(hào)相同的方法(見圖7) 處理輸入信號(hào)X1 [n]、X2 [η].......,χΝ[],以便形成相應(yīng)的和信號(hào)xSUM[n]。
對于高效實(shí)現(xiàn)，自適應(yīng)濾波器可使用快速傅里葉算法與已知的重疊保存 (overlap-and-save)方法(見 Oppenheim-Schafer Chapter 8. 7. 3ImpIementingLinear Time-Invariant Systems using DFT, in !Discrete Time Signal Processing, Prentice Hall, 1999)在頻域中實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步，為了允許在計(jì)算上更高效地實(shí)現(xiàn)FIR濾波器332 (見圖4)，可使用LPC分析將HR轉(zhuǎn)換函數(shù)H(Z)變換成(并因此逼近)在計(jì)算上更高校的無限脈沖響應(yīng)(IIR)濾波器，其可使用Levinson-Durbin遞歸法高效地實(shí)現(xiàn)。因此，對于到相應(yīng)的IIR濾波器H” (ζ)的變換，僅需要考慮所估計(jì)的(FIR)轉(zhuǎn)換函數(shù)H’ [ζ]的最小相位分量，因?yàn)楫a(chǎn)生的IIR濾波器的相位響應(yīng)在本應(yīng)用中是不相關(guān)的。在圖8中說明的限制器控制器33中包括這種特征，并且必然伴有計(jì)算復(fù)雜度降低的優(yōu)點(diǎn)，這是因?yàn)橛捎贔IR濾波器展現(xiàn)出了相似的頻率響應(yīng)，所以HR濾波器需要明顯更少的系數(shù)。
在圖8的示例中包括的限制器30與圖3或圖4的示例中所說明的限制器的區(qū)別在于相應(yīng)的限制器增益計(jì)算單元32被配置成計(jì)算取決于頻率的限制器增益Gum,k[n]，從而下標(biāo)k指示了相應(yīng)的頻帶(或離散“頻譜線”，因?yàn)樾盘?hào)被處理成離散時(shí)間和離散頻率信號(hào))。 該取決于頻率的限制器增益Gum, k[n]允許輸入信號(hào)x[n]的某些頻譜分量的增益比其他分量的增益減少更多。作為與三倍的頻率范圍(例如大于IkHz)相關(guān)聯(lián)的限制器增益的減少， 與低音頻率范圍(例如180Hz以下的頻率)相關(guān)聯(lián)的限制器增益的降低將會(huì)對電流消耗有較大的影響。
依據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的示例，頻率相關(guān)限制器增益Gum, k[n]展現(xiàn)出的頻率特性 (至少大致上)與由自適應(yīng)濾波器331估計(jì)的頻率響應(yīng)H(Z)的反轉(zhuǎn)的頻率特性相匹配。正如以上提及的，當(dāng)使用Levinson-Durbin遞歸法使估計(jì)的HR濾波器“簡化”成UR濾波器時(shí)，該反轉(zhuǎn)可通過互換UR濾波器轉(zhuǎn)換函數(shù)H”(z)(濾波器33 的分母(nominator)和分?jǐn)?shù) (denominator)分母相互交換簡單地獲得。但是，對于實(shí)現(xiàn)頻率相關(guān)限制器增益Gum, k[n]， 所提及的對估計(jì)的HR濾波器的“簡化”并不是必須的；限制器增益計(jì)算單元32可使用不同的策略來計(jì)算頻率相關(guān)限制器增益Gum,k[η]。進(jìn)一步地，可針對相應(yīng)的頻帶(頻譜線)提供不同的限制器閾值iMX,k，而與較高的頻率的衰減相比，低頻率的衰減對于電流消耗通常具有更大的影響。然而，當(dāng)僅衰減較低頻率時(shí)，感知響度將不會(huì)象圖3或圖4的示例中使用寬帶衰減那樣降低得那么多。
在多音頻通道的情況下，求和信號(hào)ySM[n]是從對音頻放大器的總電流消耗iIN[n]有影響的所有輸出信號(hào)yoJnLyoJn].......,yCHN[n]形成的。所產(chǎn)生的和信號(hào)被饋給在圖5和圖6的示例中的自適應(yīng)濾波器331，該自適應(yīng)濾波器331是一種SISO系統(tǒng)(單輸入單輸出系統(tǒng))。但是，作為對輸出信號(hào)求和的備選方案，多維自適應(yīng)濾波器(即，MIS0，多輸入單輸出系統(tǒng))可被用于估計(jì)代表從輸出電流矢量{信號(hào)yoJnLyaJn]........y [n]}到產(chǎn)生的輸入電流消耗iIN[n](或者備選地為輸出電流消耗)的轉(zhuǎn)換特征的轉(zhuǎn)換矢量。但是，在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中，圖5和圖6的示例似乎已經(jīng)足夠并且更易于實(shí)現(xiàn)。
雖然已經(jīng)揭示了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的各種示例，但是對于那些本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，可以做出能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的某些優(yōu)點(diǎn)的不同的改變和變形，而不會(huì)背離本發(fā)明的范圍和精神。對于那些本領(lǐng)域的技術(shù)人員，執(zhí)行相同功能的其它組件可被適當(dāng)替換。對本發(fā)明概念的這樣的修改旨在被隨附的權(quán)利要求書所覆蓋。此外，本發(fā)明的范圍不僅限于汽車應(yīng)用，還可被用在其它任意場合中，例如像家庭影院或類似的消費(fèi)者設(shè)備中，以及影院和音樂廳或類似場所中。
權(quán)利要求
1.一種音頻放大器，包括至少一個(gè)音頻通道，該音頻放大器被配置成針對每一個(gè)音頻通道放大輸入音頻信號(hào)(Χ[η])，以便提供放大的輸出信號(hào)(y[η])，該音頻放大器包括用于所述至少一個(gè)音頻通道中的每一個(gè)的可變增益放大器(31)，該可變增益放大器 (31)接收所述輸入音頻信號(hào)(χ[η])并且提供所述輸出信號(hào)(y[n])，所述輸出信號(hào)(y[n]) 對應(yīng)于通過限制器增益(GUM[n])放大的輸入信號(hào)；控制單元(33)，被配置成基于數(shù)學(xué)模型估計(jì)所述音頻放大器的輸入電流(iIN[n])消耗，或者備選地，估計(jì)所述音頻放大器的總輸出電流，因而提供起因于所述輸入音頻信號(hào) (s) (χ[η])的估計(jì)的電流信號(hào)(iIN’ [η])；以及限制器增益計(jì)算單元(32)，其被配置成依據(jù)估計(jì)的電流信號(hào)(iIN’ [η])計(jì)算所述限制器增益(GUM[n])，使得所述音頻放大器的實(shí)際輸入電流(iIN[n])或者總輸出電流分別不超過閾值電流值(iMX)。
2.如權(quán)利要求1所述的音頻放大器，進(jìn)一步包括感測單元，其被配置成提供代表放大器的輸入電流消耗或總輸出電流的電流感測信號(hào)，所述控制單元被配置成估計(jì)從代表所述放大器輸入或者輸出信號(hào)的信號(hào)到產(chǎn)生的電流感測信號(hào)的轉(zhuǎn)換特征，并且使用所估計(jì)的轉(zhuǎn)換特征計(jì)算所估計(jì)的電流信號(hào)(iIN’ [η])。
3.如權(quán)利要求1或2所述的音頻放大器，其中，所述控制單元包括自適應(yīng)濾波器，該自適應(yīng)濾波器被配置成模擬事先未知的系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換特征，因此提供估計(jì)的轉(zhuǎn)換函數(shù)，該轉(zhuǎn)換特征描述了代表所述放大器輸出通道的輸出信號(hào)的信號(hào)與所產(chǎn)生的輸入電流消耗之間的關(guān)系；并且其中，所述控制單元配置成使用所估計(jì)的轉(zhuǎn)換函數(shù)，根據(jù)所述輸入或輸出信號(hào)提供電流估計(jì)。
4.如權(quán)利要求3所述的音頻放大器，進(jìn)一步包括被耦合到所述可變增益放大器的上游或其下游的延遲單元。
5.如權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的音頻放大器，包括至少兩個(gè)音頻通道、與每一個(gè)音頻通道相關(guān)聯(lián)的可變增益放大器，該可變增益放大器被配置成通過所述限制器增益放大各自的輸入信號(hào)；其中所述控制單元包括信號(hào)組合單元，配置成組合所述音頻通道的輸入或輸出信號(hào)，以提供和信號(hào)；所述控制單元進(jìn)一步包括自適應(yīng)濾波器，其配置成估計(jì)轉(zhuǎn)換函數(shù)，該轉(zhuǎn)換函數(shù)描述從所述和信號(hào)到所述輸入電流消耗或所述總輸出電流的轉(zhuǎn)換特征。
6.如權(quán)利要求5所述的音頻放大器，其中所述控制單元進(jìn)一步包括被耦合到所述自適應(yīng)濾波器上游的延遲。
7.如權(quán)利要求5或6所述的音頻放大器，其中所述控制單元進(jìn)一步包括函數(shù)單元，配置成把所述輸入或輸出音頻信號(hào)在被組合以形成所述和信號(hào)之前受到正定變換，特別是自乘運(yùn)算或絕對值運(yùn)算。
8.如權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的音頻放大器，其中所述限制器增益是頻率相關(guān)的，以在不同頻帶或?qū)Σ煌l譜線提供不同的增益值。
9.一種用于限制包括至少一個(gè)音頻通道的音頻放大器的電流消耗的方法，輸入音頻信號(hào)和輸出音頻信號(hào)與每一個(gè)音頻通道相關(guān)聯(lián)；該方法包括針對每一個(gè)音頻通道通過可變限制器增益，放大各自的輸入信號(hào)，以便提供放大的輸入信號(hào)，作為輸出信號(hào)；基于數(shù)學(xué)模型，估計(jì)所述音頻放大器的輸入電流(iIN[n])消耗，或者，備選地，估計(jì)所述音頻放大器的總輸出電流，因此提供由所述輸入信號(hào)產(chǎn)生的估計(jì)的電流信號(hào)(iIN’ [η])；依據(jù)所述估計(jì)的電流信號(hào)(iIN’ [η])，計(jì)算限制器增益，使得所述音頻放大器的實(shí)際輸入電流(iIN[n])，或者總輸出電流基本上分別不超過閾值電流值(iMX)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，對所述電流信號(hào)的估計(jì)包括測量代表所述音頻放大器的實(shí)際輸入電流消耗或所述總輸出電流的電流感測信號(hào)；迭代地適配有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器系數(shù)，以便模擬轉(zhuǎn)換函數(shù)，該轉(zhuǎn)換函數(shù)代表從代表所述放大器輸入或輸出信號(hào)到所述結(jié)果電流感測信號(hào)的轉(zhuǎn)換特征，以及使用所估計(jì)的轉(zhuǎn)換函數(shù)計(jì)算所估計(jì)的電流信號(hào)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中使用所估計(jì)的轉(zhuǎn)換函數(shù)計(jì)算所估計(jì)的電流信號(hào)的步驟包括將所述迭代地適配的HR濾波器系數(shù)變換成相應(yīng)的無限脈沖響應(yīng)(IIR)濾波器系數(shù)， 以獲得具有與所述FIR濾波器的最小相位部分大致相同的變換特征的HR濾波器。
12.如權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述限制器增益是頻率相關(guān)的。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述限制器增益是頻率相關(guān)的，并且其中計(jì)算限制器增益的步驟包括計(jì)算所述HR或所述UR濾波器的逆變換函數(shù)；以及計(jì)算所述頻率相關(guān)限制器增益，使得所述限制器增益的頻率特性至少大致匹配所述 FIR或所述IIR濾波器的逆變換函數(shù)的頻率特性。
14.如權(quán)利要求9至13中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述音頻放大器包括至少兩個(gè)音頻通道；所述方法包括組合所述音頻通道的輸入或輸出信號(hào)，以便提供和信號(hào)；估計(jì)變換函數(shù)，該變換函數(shù)描述從所述和信號(hào)到所述輸入電流消耗或所述總輸出電流的變換特征。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述組合步驟包括對所述至少兩個(gè)音頻通道的輸入或輸出信號(hào)進(jìn)行加權(quán)求和，其中，選擇所述加權(quán)因子，以考慮在不同音頻通道處的不同阻抗的揚(yáng)聲器，所述加權(quán)因子被選擇為頻率相關(guān)的，并且同樣地考慮了相應(yīng)的揚(yáng)聲器的各個(gè)阻抗函數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明揭示了用于放大輸入音頻信號(hào)以提供放大的輸出信號(hào)的音頻放大器。該音頻放大器包括接收輸入音頻信號(hào)和提供輸出信號(hào)的可變增益放大器，從而輸出信號(hào)對應(yīng)于通過限制器增益放大的輸入信號(hào)。該音頻放大器進(jìn)一步包括限制器增益計(jì)算單元，因此該輸入信號(hào)通過限制器增益被放大?？刂茊卧邮沾磔斎胄盘?hào)的信號(hào)，并被配置成基于數(shù)學(xué)模型估計(jì)音頻放大器的輸入電流或者總輸出電流，從而提供對應(yīng)于輸出信號(hào)(并由此導(dǎo)致的)的所估計(jì)的電流信號(hào)，因此該限制增益計(jì)算單元被配置成根據(jù)該估計(jì)來計(jì)算限制器增益，使得該音頻放大器的實(shí)際輸入電流或者總輸出電流不會(huì)超過閾值電流值。
文檔編號(hào)H03F1/30GK102545794SQ20111043218
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者F.洛倫茲, G.法芬格, M.克里斯托夫, S.朱克曼特爾 申請人:哈曼貝克自動(dòng)系統(tǒng)股份有限公司