减轻由高电压电路驱动的低电压参考缓冲器中的可靠性问题的制作方法

减轻由高电压电路驱动的低电压参考缓冲器中的可靠性问题
1.优先权要求
2.本技术要求于2020年1月27日提交的美国非临时申请号16/773,645的优先权，在此通过引用将其全部内容并入本文。
技术领域
3.本公开的某些方面总体上涉及电子电路，并且更具体地，涉及用于减轻在利用高电压参考电路驱动低电压缓冲电路中的可靠性问题的技术和装置。


背景技术：

4.扬声器是响应于输入电信号来产生压力波并因此生成声音的换能器。扬声器输入信号可以由音频放大器产生，该音频放大器接收相对较低电压的模拟音频信号并生成经放大的信号(具有相对较高的电压)以驱动扬声器。动态扬声器通常由轻质振膜(锥体)组成，该轻质振膜经由柔性悬架(常常被称为定位支片)连接到刚性篮(框架)，该柔性悬架约束音圈通过圆柱形磁隙轴向地移动。当将输入电信号施加到音圈时，线圈中的电流会产生磁场，从而形成线性电动马达。通过改变来自音频放大器的电信号，由磁铁与音圈之间的相互作用所生成的机械力被调制并导致锥体来回移动，从而产生被解释为声音的压力波。
5.利用扬声器实现的电子设备可以包括用于感测驱动扬声器的模拟信号的各种特性的电路。模数转换器(adc)可以被用来将这种模拟信号转换为数字信号，通常用于在数字域中执行信号处理。几种类型的adc是可用的，每种类型都有不同的优点和缺点。例如，逐次逼近寄存器(sar)adc可以为中低精度模数转换应用提供面积和功率效率高的架构。sar adc可以使用数模转换器(dac)和比较器来近似对应于模拟输入的数字值。被称为闪存adc的另一种adc可以提供更快的转换速度，但是代价是功耗和面积消耗呈指数增长。adc可以利用与输入模拟信号进行比较的参考电压来实现。在一些情况下，adc可以包括用于缓冲参考电压的参考缓冲电路。


技术实现要素：

6.本公开的某些方面总体上涉及减轻在利用相对较高的电压参考电路驱动相对较低的电压的缓冲电路中的可靠性问题。
7.本公开的某些方面提供了一种电子电路。电子电路通常包括：被配置为由相对较高的电压供电的电压参考电路，被配置为生成与相对较高的电压相比相对较低的电压的缓冲电路，以及耦合在电压参考电路的输出与缓冲电路的输入之间的电路，该电路被配置为防止较高的电压到达缓冲电路的输入。
8.本公开的某些方面提供了一种驱动缓冲电路的方法。该方法通常包括：从相对较高的电压为电压参考电路供电；利用缓冲电路生成与相对较高的电压相比相对较低的电压，该较低的电压基于从电压参考电路输出的电压参考值；以及防止较高的电压到达缓冲电路的输入。
9.本公开的某些方面提供了一种电子电路。电子电路通常包括：被配置为由相对较高的电压供电的电压参考电路，被配置为生成与相对较高的电压相比相对较低的电压的缓冲电路，耦合在电压参考电路的输出与缓冲电路的输入之间的第一开关；以及耦合在缓冲电路的输入与电子电路的参考电位节点之间的第二开关。
附图说明
10.为了可以详细理解本公开的上述特征的方式，可以通过参考各方面来获得上文简要概括的更具体的描述，各方面中的一些在附图中被图示。然而，要注意的是，附图仅图示了本公开的某些典型方面，并且因此不应被认为是对其范围的限制，因为描述可以承认其他同样有效的方面。
11.图1图示了根据本公开的某些方面的示例音频放大器系统。
12.图2a是根据本公开的某些方面的示例电子电路的框图，该示例电子电路包括电压参考电路和缓冲电路，其中保护电路耦合在电压参考电路与缓冲电路之间。
13.图2b是图示了根据本公开的某些方面的在校准模式期间操作图2a的示例电路的示例时序图。
14.图2c是图示了根据本公开的某些方面的在微调(trimming)模式期间操作图2a的示例电路的示例时序图。
15.图2d是根据本公开的某些方面的具有添加到图2a的保护电路的开关的示例电子电路的框图。
16.图3是根据本公开的某些方面的用于驱动缓冲电路的示例操作的流程图。
17.在各个附图中的相同附图标记和名称指示相同的元件。
具体实施方式
18.本公开的某些方面提供了电路，该电路将由相对高的电压供电的电压参考电路的输出连接到电压缓冲器的输入，该电压缓冲器被配置为生成低于该高电压的电压。连接电路防止高电压到达电压缓冲器的输入。
19.下面参考附图更全面地描述了本公开的各个方面。然而，本公开可以以许多不同的形式来体现，并且不应被解释为限于贯穿本公开所呈现的任何特定结构或功能。相反，提供这些方面是为了使本公开彻底和完整，并将向本领域技术人员充分传达本公开的范围。基于本文的教导，本领域技术人员应当理解，本公开的范围旨在覆盖本文公开的本公开的任何方面，无论是独立于本公开的任何其他方面而被实现还是与本公开的任何其他方面组合来实现。例如，可以使用本文阐述的任意数量的方面来实现装置或实现方法。此外，本公开的范围旨在覆盖这样的装置或方法：其使用除了本文阐述的本公开的各个方面之外或以外的其他结构、功能、或者结构和功能来实践。应当理解，本文公开的公开内容的任何方面都可以通过权利要求的一个或多个元素来体现。
20.在本文中词语“示例性”被用来意指“用作示例、实例或说明”。本文中描述为“示例性”的任何方面不必然被解释为好于或优于其他方面。
21.如本文中所使用的，动词“连接”的各种时态中的术语“与
……
连接”可以意指元件a直接地连接到元件b，或者其他元件可以连接在元件a与元件b之间(即，元件a与元件b间接
地连接)。在电气组件的情况下，术语“与
……
连接”在本文中也可以被用来意指使用导线、迹线或其他导电材料来电连接元件a和元件b(以及被电连接在元件a与元件b之间的任何组件)。
22.具有扬声器保护的示例音频应用
23.图1图示了根据本公开的某些方面的示例音频放大器系统100。如所图示，数字信号处理器(dsp)102可以通过例如应用旨在提高音频质量的数字滤波器来接收和处理音频信号114(例如，数字音频信号)。可以使用数模转换器(dac)108将由dsp 102产生的经滤波的数字信号118(或其进一步经处理的版本)转换为模拟信号120。在某些方面，dac可以被实现为dsp 102或放大器110的一部分。在某些方面，可以使用放大器110放大模拟信号120以生成经放大的信号122。经放大的信号122可以驱动扬声器112产生声学输出124(例如，声波)。
24.移动设备中的高输出体量(volume)在下一代移动设备中正变得越来越重要。更高的体量直接地转化为更高的输出功率。利用由锂离子电池提供的相对较低的电压可能难以实现更高的体量。因此，片上升压开关器可以被用来将电池电压升压到更高的水平，更高的水平的电压对扬声器功率放大器(例如，放大器110)供电。由于与d类放大器相关联的高功率效率，放大器110可以被实现为d类放大器。通过在h桥配置中实现d类放大器，可以进一步提高d类放大器的效率。
25.在某些方面，电流-电压(iv)-感测路径可以被用来感测扬声器电流和电压，并提供扬声器电阻的估计，其继而可以被用来预测扬声器线圈的温度。例如，电流感测电路140可以被用来感测扬声器112的驱动电流，并向dsp 102提供电流的数字表示。电流感测电路140可以包括电压参考电路，该电压参考电路驱动用于模数转换器(adc)的参考缓冲电路，adc被配置为将感测的模拟电流信号转换为表示感测的电流的数字信号。例如，adc可以被实现为逐次逼近寄存器(sar)adc。电压参考电路和参考缓冲电路可以如下所述来实现。
26.具有保护的示例参考电路
27.图2a是根据本公开的某些方面的示例电子电路200的框图。电子电路200可以被包括在具有由电压参考电路驱动的参考缓冲电路的任何各种合适的系统中，包括在音频放大器系统的电流感测电路140中，如上面关于图1所描述的。如图2a中所图示，电子电路200包括电压参考电路202、保护电路204和缓冲电路206。
28.电压参考电路202可以是经温度补偿和经校准的参考电路，其被配置为生成被标记为“v
refcal”的参考电压。电压参考电路202可以包括第一晶体管q1、第二晶体管q2、感测电阻器r
sense
以及电路块210中的开关电容器电流源和电流镜。第一晶体管q1和第二晶体管q2可以被实现为p型金属氧化物半导体(pmos)晶体管。第一晶体管q1的源极可以耦合到相对较高的电压轨(被标记为“vdd_high”)，第二晶体管q2的源极可以耦合到第一晶体管q1的漏极，并且第二晶体管q2的漏极可以耦合到感测电阻器r
sense
的第一端子。感测电阻器可以具有给定温度下的标称电阻值(例如，在55℃时为80kω)。电路块210可以接收输入节点201上的输入信号，并生成发送到第一晶体管和第二晶体管q1、q2的栅极的输出信号。如所图示，电路块210中的开关电容器电流源和电流镜可以从vdd_high接收功率，并且电路块210和感测电阻器r
sense
的第二端子都可以耦合到参考电位节点(例如，电接地)。电压参考电路202还可以包括耦合在vdd_high与第一晶体管q1的栅极之间的开关s1，其中开关s1由被标记为“cal ref enable”(校准参考使能)的控制信号来控制，该控制信号可以由经校准的参考有限状态机212(被标记为“cal ref fsm”)生成并从该经校准的参考有限状态机212中被接收。
29.在操作期间，电压参考电路202可以在输入节点201处接收输入信号。输入信号可以是数字码(例如，6位数字码)，其可以在校准模式期间从校准回路被接收，或其可以在正常操作模式期间(诸如在通电之后或复位之后)从存储设备(例如，电子保险丝)被接收。基于数字码，电路块210中的开关电容器电流源和电流镜可以输出用于第一晶体管和第二晶体管q1、q2的栅极的控制信号，以用于调制参考电流i
ref
。流过感测电阻器r
sense
的参考电流i
ref
生成参考电压v
refcal
。例如，v
refcal
在55℃时可以具有大约为1.25v的标称值，并且可以跟踪检测电阻器r
sense
中的温度变化。当开关s1断开(cal ref enable被停用)时，电压参考电路202被使能，而在开关s1闭合(cal ref enable被激活)时，电压参考电路202被禁用。
30.缓冲电路206可以包括第一放大器205和第二放大器207。第一放大器和第二放大器205、207都可以从相对较低的电压轨(被标记为“vdd_low”)接收功率。第一放大器205的输出可以被反馈到第一放大器的负端子，使得第一放大器被配置为电压缓冲器。第一放大器205的输出可以耦合到包括第二放大器207、反馈电阻器rf以及电阻器r1、r2和r3的放大器电路。放大器电路可以具有(r3/(r2 r3))((rf r1)/r1)的增益，以产生缓冲的差分信号对vrefp/vrefn。
31.如上所述，电压参考电路202可以从相对较高的电压轨(被标记为“vdd_high”)接收功率(例如，为第一晶体管和第二晶体管q1、q2提供足够的余量)，而缓冲电路206可以从相对较低的电压轨(被标记为“vdd_low”)接收功率。例如，vdd_high可以在3.0v左右，而vdd_low可以在1.8v左右。在校准模式期间，例如，电压参考电路202的输出(v
refcal
)可以循环通过整个vdd_high范围(例如，0到3v)并且有时超过vdd_low电压(例如，1.8v)，在稳定到最终值(例如，1.25v)之前导致缓冲电路206的可靠性问题。此外，在正常操作模式(也被称为“微调模式”)期间，当使用外部寄存器或其他存储设备来设置v
refcal
时，输入到电压参考电路202的数字码可以对应于在地与vdd_high之间的任何值，这也可能超过vdd_low。
32.因此，本公开的某些方面包括电压参考电路202的输出与缓冲电路206的输入之间的保护电路204。保护电路204可以包括开关s2和开关s3。开关s2可以具有耦合到电压参考电路202的输出的第一端子和耦合到缓冲电路206的输入的第二端子。换句话说，开关s2可以串联耦合在电压参考电路202与缓冲电路206之间。开关s3可以具有耦合到缓冲电路206的输入和开关s2的第二端子的第一端子。开关s3还可以具有耦合到用于电子电路200的参考电位节点(例如，电接地)的第二端子。开关s2的操作可以由被标记为“short sw enable”(短路开关使能)的控制信号控制，并且开关s3的操作可以由被标记为“short to gnd enable”(短路到地使能)的控制信号控制。控制信号short sw enable和short to gnd enable中的一个或两个可以由cal ref fsm 212生成并从cal ref fsm 212被接收。利用开关s2和s3以及控制逻辑，保护电路204防止缓冲电路206看到来自电压参考电路202的相对较高的电压(例如，＞1.8v)，如下所述。
33.对于某些方面，保护电路204还可以包括耦合在缓冲电路206的输入与参考电位节点之间的钳位电路208。例如，钳位电路208可以包括两个串联连接的二极管，如所图示。对于其他方面，钳位电路208可以包括多于两个的串联连接的二极管。
34.图2b是图示了根据本公开的某些方面的在校准模式期间操作图2a的示例电路200的示例时序图260。校准模式(例如，sar adc校准模式)可以被用于确定数字码(例如，6位数字码)，以用于设置期望的参考电压v
refcal
值。adc可以在校准模式期间设置这些校准位。
35.在进入校准模式之后或一经进入校准模式，cal refenable就从逻辑低(例如，0v)转变为逻辑高(例如，3v)，从而根据负逻辑(低有效)断开开关s1。此外，short sw enable为逻辑低，并且short to gnd enable为逻辑高，使得此时开关s2断开而开关s3闭合。以这种方式，缓冲电路206的输入在校准模式期间被短路到地并且与电压参考电路202的输出断开，使得缓冲电路206不会经受超过vdd_low的电压。然后发生adc校准，并且由于校准，参考电压v
refcal
应稳定到标称值(例如1.25v)。在预设数量的时钟周期之后，short sw enable从逻辑低转变为逻辑高，并且short to gnd enable从逻辑高转变为逻辑低，使得开关s2闭合而开关s3断开。可以选择该预设数量的时钟周期，使得参考电压v
refcal
在该周期结束时应该已经稳定。以这种方式，在校准模式期间随着v
refcal
转变，缓冲电路206从不被暴露于相对较高的电压。对于某些方面，short sw enable可以稍微在short to gnd enable从逻辑高转变为逻辑低之前(例如，一个时钟周期之前)从逻辑低转变为逻辑高。当退出校准模式时，cal ref enable可以返回到逻辑低，从而断开开关s1并允许电子电路200返回到正常操作模式，例如，将校准模式所设置的v
refcal
应用于缓冲电路206。
36.图2c是图示了根据本公开的某些方面的在微调模式期间操作图2a的示例电路的示例时序图280。微调模式可以在给具有电子电路200的设备加电之后或者在设备或电路200复位之后发生。在微调模式期间，预存储位(例如，来自电子保险丝)可以被输入到电压参考电路202。
37.在进入微调模式之后或一经进入微调模式，cal ref enable从逻辑低(例如，0v)转变为逻辑高(例如，3v)，从而根据负逻辑断开开关s1。此外，short sw enable为逻辑低，并且short to gnd enable为逻辑高，使得在此时开关s2断开而开关s3闭合。以这种方式，缓冲电路206的输入在微调模式期间被短路到地并且与电压参考电路202的输出断开，使得缓冲电路不会经受超过vdd_low的电压。然后，电路块210基于接收到的数字码控制晶体管q1和q2来设置参考电压v
refcal
，该参考电压应该稳定到所选值。在预定的稳定时间(其可以通过预设数量的时钟周期来设置)之后，short sw enable从逻辑低转变为逻辑高，并且short to gnd enable从逻辑高转变为逻辑低，使得开关s2闭合而开关s3断开。可以选择该预定的稳定时间(例如，100μs)，使得参考电压v
refcal
在该时间结束时应该已经稳定，而无论v
refcal
的选定值如何。以这种方式，在微调模式期间随着v
refcal
稳定到选定值，缓冲电路206从不被暴露于相对较高的电压。对于某些方面，short sw enable可以稍微在short to gnd enable从逻辑高转变为逻辑低之前(例如，一个时钟周期之前)从逻辑低转变为逻辑高。例如，当退出微调模式时，cal ref enable可以返回到逻辑低，从而断开开关s1并允许电子电路200返回到正常操作模式。
38.对于某些方面，钳位电路208可以在某些模式期间选择性地与缓冲电路206的输入断开。在这种情况下，如图2d中所图示，可以在钳位电路208与缓冲电路206的输入之间增加开关s4。例如，开关s4可以在校准模式期间断开或闭合，但是在微调模式期间应该闭合。
39.用于电压参考生成的示例操作
40.图3是根据本公开的某些方面的用于在生成电压参考时驱动缓冲电路的示例操作
300的流程图。操作300可以由诸如图2a或图2d的电子电路200之类的电子电路来执行。
41.操作300可以开始于块302，电子电路从相对较高的电压(例如，vdd_high)为电压参考电路(例如，电压参考电路202)供电。在块304，缓冲电路(例如，缓冲电路206)可以生成与相对较高的电压相比相对较低的电压。较低的电压可以基于从电压参考电路输出的电压参考值(例如，v
refcal
)。在块306，电子电路可以防止较高的电压到达缓冲电路的输入。
42.根据某些方面，块306处的防止可以涉及：断开耦合在电压参考电路的输出与缓冲电路的输入之间的第一开关(例如，开关sl)；闭合耦合在缓冲电路的输入与参考电位节点(例如，电接地)之间的第二开关(例如，开关s2)；调整从电压参考电路输出的电压参考值；在调整之后，闭合第一开关；并且在调整之后，断开第二开关。
43.根据某些方面，第一开关在校准模式期间断开，并且第二开关在校准模式期间闭合。对于某些方面，第一开关从校准模式被使能时的时间起的预定数量的时钟周期闭合。在这种情况下，第二开关可以在从校准模式被使能时的时间起的预定数量的时钟周期处或之后的一个时钟周期内断开。
44.根据某些方面，第一开关在微调模式期间断开，并且第二开关在微调模式期间闭合。对于某些方面，第一开关从微调模式被使能时的时间起的预定数量的时钟周期闭合。在这种情况下，第二开关在从微调模式被使能时的时间起的预定数量的时钟周期处或之后的一个时钟周期内断开。
45.根据某些方面，操作300还需要选择性地钳住缓冲电路的输入处的电压。
46.根据某些方面，电压参考电路包括温度补偿和经校准的电压参考电路。
47.上述方法的各种操作可以通过能够执行对应功能的任何合适的部件来执行。该部件可以包括各种硬件和/或软件组件和/或模块，包括但不限于电路、专用集成电路(asic)或处理器。通常，在附图中所图示的操作的情况下，那些操作可以具有对应的带相似编号的对应的部件加功能组件。
48.如本文中所使用的，术语“确定”涵盖多种动作。例如，“确定”可以包括计算(calculating)、计算(computing)、处理、导出、调查、查找(例如，在表格、数据库或其他数据结构中查找)、查明等等。此外，“确定”可以包括接收(例如，接收信息)、访问(例如，访问存储器中的数据)等等。此外，“确定”可以包括解析(resolve)、选择、选取、建立等等。
49.如本文中所使用的，提及列表项的“至少一个”的短语是指那些项的任何组合，包括单个成员。作为示例，“a、b或c中的至少一个”旨在涵盖：a；b；c；a和b；a和c；b和c以及a和b和c，以及具有多个相同元素的任何组合(例如，a和a；a和a和a；a和a和b；a和a和c；a和b和b；a和c和c；b和b；b和b和b；b和b和c；c和c以及c和c和c或任何其他排序的a、b和c)。
50.本文公开的方法包括用于实现所描述的方法的一个或多个步骤或动作。在不背离权利要求的范围的情况下，方法步骤和/或动作可以彼此互换。换言之，除非指定步骤或动作的特定顺序，否则可以在不背离权利要求的范围的情况下，修改特定步骤和/或动作的顺序和/或使用。
51.应当理解，权利要求不限于以上说明的精确配置和组件。在不背离权利要求的范围的情况下，可以对上述方法和装置的布置、操作和细节进行各种修改、改变和变型。