CN110896516A - 半导体装置和声音输出装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体装置和声音输出装置，其能够以规模比较小的电路进行精细的故障检测并且能够支持各种信号形式。包括：声音源再生部(11)，其对声音源(14)进行再生并输出再生信号；放大部(12、13A)，其将再生信号进行放大，并作为由扬声器(30)转换为声音的输出信号进行输出；以及故障检测部(20A)，其用于检测放大部(12、13A)的故障，具备第一转换电路(21A)、第二转换电路(22A)、比较电路(24)及判定电路(26)，该第一转换电路(21A)将再生信号与预先决定的第一阈值进行比较并对再生信号的波形进行转换，而作为转换再生信号进行输出，该第二转换电路(22A)将输出信号与预先决定的第二阈值进行比较并对输出信号的波形进行转换，而作为转换输出信号进行输出，该比较电路(24)将转换再生信号与转换输出信号进行比较，该判定电路(26)对比较电路的输出进行判定。

Description

半导体装置和声音输出装置
技术领域
本发明涉及一种半导体装置和声音输出装置，特别是涉及一种应用于具有故障检测功能的半导体装置和声音输出装置且有效的技术。
背景技术
关于故障检测，在专利文献1中公开了一种故障检测装置，其检测警报器中的放大器的异常，该警报器具备：警报音产生单元，其产生警报音；警报信号发送单元，其将用于产生警报音的警报信号发送到警报音产生单元；以及放大器，其将警报信号进行放大，其中，该故障检测装置的特征在于，构成为具有：检测信号发送单元，其将具有极性及相位互不相同的两个脉冲波的故障检测信号发送到放大器；第一检测电路，其用于检测由放大器将故障检测信号进行放大后从正侧输出端子输出的第一检测信号；第二检测电路，其用于检测由放大器将故障检测信号进行放大后从负侧输出端子输出的第二检测信号；以及判定单元，其基于检测出的第一检测信号和第二检测信号来判定放大器的异常。
另外，在专利文献2中公开了一种电子设备，具有：传感器；微计算机，其在根据来自该传感器的检测信号而判断为发生异状时，控制声音源IC而选择声音源数据；放大单元，其将从声音源IC输出的声音源数据进行放大；警报输出单元，其与该放大单元连接，输出基于声音源数据的警报音；以及故障检查单元，其向警报输出单元输出检查信号，其中，电子设备的特征在于，微计算机具备故障诊断单元，该故障诊断单元以对故障检查单元输出检查信号的方式进行控制，在检测出检查信号传播到警报输出单元的情况下，诊断为警报输出单元正常。
另一方面，在专利文献3中公开了如下一种音频设备的故障诊断装置，其特征在于，具有：电压源，其在故障诊断时，与音频设备的规定的电路进行连接并向该电路供给规定电压；在故障诊断时被连接于音频设备的规定的电路与该电压源之间、与该电路形成分压电路的单元；检测形成该分压电路的单元的电压并与基准值进行比较的单元；以及进行与该进行比较的单元的比较结果对应的通知的单元。
现有技术文献。
专利文献
专利文献1：日本特开2014-230016号公报
专利文献2：日本特开2005-202624号公报
专利文献3：日本特开平1-176952号公报。
发明内容
发明要解决的问题
另外，如今在各种领域的各种设备中，一般利用声音来关于其处理等进行报告(通知)。例如，在汽车领域中，也在驾驶辅助、故障的报告等中使用利用声音进行的报告。
另一方面，近来正在研究“功能安全”这一想法。功能安全是用于通过安全功能、安全措施来免遭不能容许的风险的技术的统称。功能安全的“功能”是指对控制对象、控制器进行监视的安全装置的作用。通常，在安全装置中使用计算机，在控制器发生了故障等的情况下，该计算机使控制对象停止、或者向用户发出警告。该警告的发出也利用声音的情况较多。
即，如今的各种设备中的声音输出装置不只是对声音、音乐进行再生、还具有用于报告与安全方面直接关联的信息的功能的情况较多。因而，在像这样的声音输出装置中可靠性的确保变得重要。作为声音输出装置的可靠性确保的一个环节，例如检测出信号未到达扬声器等的故障的重要性提高。在该情况下，从可靠性的观点出发，期望对故障的更详细的检测，而且要求不会招致较大的成本上升。并且，在近来的声音输出装置中，不只存在模拟形式的信号，还存在大部分为数字形式的信号的情况，因此还要求能够共通地应用于这些声音输出装置。
基于上述的情形，本发明的目的在于提供一种能够以规模比较小的电路进行精细的故障检测并且能够支持各种信号形式的半导体装置和声音输出装置。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，本发明的一个实施方式的半导体装置包括：声音源再生部，其对声音源进行再生并输出再生信号；放大部，其将所述再生信号进行放大并作为由扬声器转换为声音的输出信号进行输出；以及故障检测部，其检测所述放大部的故障，具备第一转换电路、第二转换电路、比较电路及判定电路，该第一转换电路将所述再生信号与预先决定的第一阈值进行比较并对所述再生信号的波形进行转换而作为转换再生信号进行输出，该第二转换电路将所述输出信号与预先决定的第二阈值进行比较并对所述输出信号的波形进行转换而作为转换输出信号进行输出，该比较电路将所述转换再生信号与所述转换输出信号进行比较，该判定电路对所述比较电路的输出进行判定。
另外，本发明的其它实施方式的声音输出装置包括：上述的半导体装置；声音源，其向所述声音源再生部发送要再生的信号；以及扬声器，其将所述再生信号进行放大并转换为声音。
发明的效果
根据本发明，起到如下效果：成为能够提供一种能够以规模比较小的电路进行精细的故障检测并且能够支持各种信号形式的半导体装置和声音输出装置。
附图说明
图1是示出第一实施方式的半导体装置和声音输出装置的一例的框图。
图2是对变形例的半导体装置和声音输出装置中的设置多个阈值的情况下的比较器的动作进行说明的图。
图3是示出第二实施方式的半导体装置和声音输出装置的一例的框图。
图4是示出第三实施方式的半导体装置和声音输出装置的一例的框图。
图5是示出第四实施方式的半导体装置和声音输出装置的一例的框图。
图6是示出第五实施方式的半导体装置和声音输出装置的一例的框图。
图7是示出第六实施方式的半导体装置和声音输出装置的一例的框图。
图8是示出第七实施方式的半导体装置和声音输出装置的一例的框图。
图9是示出第八实施方式的半导体装置和声音输出装置的一例的框图。
图10是对实施方式的半导体装置的各方式的观测点的位置进行说明的图。
具体实施方式
下面，参照附图并详细地说明本发明的实施方式。在下面的实施方式中，作为本发明的声音输出装置，例示应用于搭载在汽车等移动体并输出驾驶等的辅助声音的声音输出装置的方式，另外作为本发明的半导体装置，例示应用于声音再生装置的方式来进行说明。并且，例示下面的实施方式的声音输出装置(半导体装置)与省略图示的MCU(MicroController Unit：微控制器单元)连接并接受该MCU的控制的方式进行说明。
[第一实施方式]
参照图1对本实施方式的半导体装置和声音输出装置进行说明。如图1所示，本实施方式的声音输出装置1A构成为包括半导体装置10A、声音源14以及扬声器30。
声音源14是存储有要由半导体装置10A再生的信号的部位。在声音源14中，作为一例，以PCM(Pulse Code Modulation：脉冲编码调制)等信号形式保存有上述辅助声音。作为声音源14，例如使用存储于CD等存储介质的声音源、保存于上述MCU的存储部的声音源，经由半导体装置10A内的未图示的接口输入到声音源再生部11。此外，在本实施方式中，虽然例示声音源14与半导体装置10A的外部连接的方式进行说明，但是当然也可以使用存储在设置于半导体装置10A的内部的存储器等并被随时读出的声音源来作为声音源14。
半导体装置10A构成为包括声音源再生部11、DAC(Digital Analog Converter：数模转换器)12、模拟放大器13A以及故障检测电路20A。声音源再生部11是生成后述的DAC或数字放大器的输入信号的电路，作为一例，输出成为包括有采样定时的声音数据的信号。在声音源再生部11中，例如还包括如MP3、ADPCM(Adaptive Differential Pulse CodeModulation：自适应差分脉冲编码调制)等解码器那样的将压缩声音源转换为DAC或数字放大器的输入信号的电路。即，声音源再生部11是对从声音源14接收到的要由扬声器30输出的PCM信号进行再生(解码)并设为采样得到的数字信号(下面为“再生信号”)的电路。模拟放大器13A是将来自DAC 12的模拟信号进行放大的电路。
另一方面，故障检测电路20A构成为包括数字比较器21A、比较器22A、延迟部23、比较部24、比较滤波器25以及判定部26。
数字比较器21A是具有预先设定的阈值并把被输入的再生信号与该阈值进行比较而转换为比该阈值大的信号和比该阈值小的信号的二值的电路。另一方面，比较器22A也是具有预先决定的阈值并把被输入的来自模拟放大器13A的模拟信号(下面为“输出信号”)与该阈值进行比较而转换为比该阈值大的信号和比该阈值小的信号的二值的电路。在本实施方式的半导体装置10A中使用数字比较器21A和比较器22A的理由在于，虽然通过后述的比较部24将再生信号与输出信号进行逻辑比较，但是在此时将再生信号和输出信号转换为能够比较的信号形式(振幅等)。此外，“数字比较器21A”为本发明的“第一转换电路”的一例，“比较器22A”为本发明的“第二转换电路”的一例。下面，存在将“第一转换电路”和“第二转换电路”统称为“转换电路”的情况。
延迟部23是用于抑制声音源再生部11-数字比较器21A的路径中的延迟时间与声音源再生部11-DAC 12-模拟放大器13A-比较器22A的路径中的延迟时间之差的电路。即，后者的路径的延迟时间主要比前者的路径的延迟时间大通过DAC 12、模拟放大器13A的时间量。因此，设置延迟部23以使得两者的输入到比较部24的时间一致。由于数字比较器21A而比特宽度变小，因此具有针对延迟级数而言电路变小的优点。当然，如果该延迟时间的差不成为问题，则也可以省略延迟部23。
比较部24是将来自延迟部23的再生信号与来自比较器22A的输出信号进行逻辑(数字)比较的电路。比较部24例如是使用异或(XOR)电路构成的，例如在再生信号与输出信号一致的情况下，输出逻辑值“0”，在不同的情况下，输出逻辑值“1”。
比较滤波器25是使比较部24的比较结果平滑化的LPF(Low Pass Filter：低通滤波器)。比较滤波器25的输出Fo根据再生信号与输出信号的统计上的一致度而取得0<Fo<1的值。在比较部24的输出的逻辑为如上述那样的情况下，Fo的值越接近0则再生信号(再生出的声音源信号)与输出信号(扬声器的输入信号)的一致度越高、即判断为没有发生故障。
判定部26基于比较滤波器25的输出来判定再生信号与输出信号是否一致。如上述那样，比较滤波器25的输出Fo取0<Fo<1的范围内的模拟值，因此在判定部26事先设定阈值Vtf，根据输出Fo相对于阈值Vtf的大小关系来判定是否一致。即，如果0<Fo<Vtf，则再生信号与输出信号一致，如果Vtf<Fo<1，则再生信号与输出信号不同，也就是说判定为发生了故障。判定部26中的判定结果例如被发送到未图示的MCU，接收到判定结果的MCU例如经由未图示的UI(User Interface：用户界面)等进行必要的报告等。
如以上详细记述的那样，本实施方式的半导体装置10A具备故障检测电路20A。而且该故障检测电路20A将紧接在由声音源再生部11对声音源14进行再生之后的数字信号与紧接在输入到扬声器30之前的模拟信号进行比较，对这两个信号的提取点之间、即在本实施方式中主要是DAC 12和模拟放大器13A的部分的故障进行检测。
另外，在本实施方式的半导体装置10A和声音输出装置1A中，鉴于从声音源再生部11输出的再生信号(在本实施方式中为数字信号)与输入到扬声器30的输出信号(在本实施方式中为模拟信号)是由于信号形式、信号水平等不同而无法直接比较的信号种类的情形，导入转换电路(数字比较器21A、比较器22A)而进行转换以使得双方的信号能够进行比较。该构思在下面说明的其它实施方式的半导体装置和声音输出装置中也是同样的。
如上述那样，根据本实施方式的半导体装置10A和声音输出装置1A，成为能够提供一种能够以规模比较小的电路进行精细的故障检测的半导体装置和声音输出装置。另外，根据半导体装置10A和声音输出装置1A，为了将故障检测区间的前后的信号进行比较，具备如下的转换电路：其用于使该前后的信号成为彼此能够比较的信号形式、水平等。因此，即使针对再生信号而言输出信号为模拟信号，另外即使是信号形式、水平等不同的数字信号，也成为能够应用本发明。换言之，本发明能够提供一种能够支持各种信号形式的半导体装置和声音输出装置。
在此，参照图10说明由于信号形式不同的声音输出装置的具体实施例的概要。图10的(a)至(c)所示的实施例的详细内容在后述的实施方式中进行说明。此外，图10所示的观测点[1]-[5]与下面的实施方式的半导体装置中的观测点对应。
图10的(a)是在声音源再生部11的后级连接有DAC 12、模拟放大器13A以及扬声器30的方式。作为模拟放大器13A，例如使用A级、AB级、B级等模拟放大器。在本方式中，利用在图10的(a)中的<1>表示的模拟信号来驱动扬声器30。上述声音输出装置1A是本方式的声音输出装置。
图10的(b)是在声音源再生部11的后级连接有数字放大器13B、LPF 15以及扬声器30的方式。即，将再生信号不经由DAC而保持为数字信号的原样进行放大。作为数字放大器13B，例如使用D级数字放大器。LPF 15是用于从数字放大器13B的输出提取声音信号(音频信号)的滤波器。图10的(b)中的<2>、<3>表示LPF 15的输入和输出波形。此外，在数字放大器13B的内部具备DAC并且暂时转换为模拟信号那样的情况下，通过从该DAC的输入位置取出要与输出信号进行比较的信号，也能够进行该DAC的故障检测。
图10的(c)是在声音源再生部11的后级连接有无滤波器的D级的数字放大器13B以及扬声器30的方式。即，再生信号只是通过数字放大器13B而被发送到扬声器30。图10的(c)的<4>表示来自数字放大器13B的输出波形。此外，在数字放大器13B的内部具备DAC并且暂时转换为模拟信号那样的情况下，通过从该DAC的输入位置取出要与输出信号进行比较的信号，也能够进行该DAC的故障检测。
<变形例>
参照图2对本变形例的半导体装置和声音输出装置进行说明。本实施方式是针对转换电路(在上述实施方式中为数字比较器21A、比较器22A)的阈值设置迟滞的方式、进一步说是将阈值设为多个的方式。此外，在下面的说明中，例示将阈值设为Vt1和Vt2两个的方式进行说明。在图2的(a)至(d)的各图中分别有：<1>表示比较器的输入波形，<2>表示输入信号与阈值Vt1、Vt2的配置关系，<3>表示比较器的输出波形。
图2的(a)的<1>比较器输入所示的波形是与图10的<1>所示的波形相同的表示模拟信号的波形。该情况下的比较器相当于图1的比较器22A。当针对该模拟信号设定Vt1和Vt2两个阈值时，来自比较器的输出如<3>所示那样为三值的波形。
图2的(b)的<1>比较器输入所示的波形是与图10的<2>所示的波形相同的表示数字信号的波形。虽然当针对该数字信号设定Vt1和Vt2两个阈值时成为三值的波形，但是来自比较器的输出如<3>所示那样在外形上与输入信号相同。
图2的(c)的<1>比较器输入所示的波形是与图10的<3>所示的波形相同的表示模拟信号的波形。当针对该模拟信号设定Vt1和Vt2两个阈值时，来自比较器的输出如<3>所示那样成为三值的波形。此外，<3>所示的输出波形的+1的脉冲或表示-1的脉冲的上升或下降分离为多个是因为存在采样值根据阈值Vt1、Vt2各自的水平而变为+1侧或变为-1侧的不确定性。
图2的(d)的<1>比较器输入所示的波形是与图10的<4>所示的波形相同的表示数字信号的波形。该情况下的比较器相当于图1的数字比较器21A。虽然当针对该数字信号设定Vt1和Vt2两个阈值时成为三值的波形，但是来自比较器的输出如<3>所示那样在外形上与输入信号相同。
在此，即使在阈值为一个的情况下，例如也通过对上述实施方式的比较器22A和数字比较器21A的阈值设置迟滞，从而能够在例如扬声器30的输入中混入小水平的噪声且再生声音为无声的情况下降低噪声的影响。进一步地，如图2所示，还考虑将阈值设为两个并对各阈值分别设置迟滞的情况。另外，也可以构成为能够从外部对多个阈值进行调整。
多个阈值例如在如下面那样的情况中使用。即，在如无滤波器的D级放大器的输出那样预先具有中间值的波形(参照图10的<4>)中，在较长时间地输出该中间值的状态中比较器或数字比较器维持高水平或低水平(依据前状态)时，有时输出与本来的信号的频率相差很大的频率分量的信号。因此，如本变形例那样，通过将比较器和数字比较器的阈值设为多个并使得能够识别中间值等的值(使中间值固定)，从而能够抑制该较大的频率分量的产生。
[第二实施方式]
参照图3对本实施方式的半导体装置10B和声音输出装置1B进行说明。
本实施方式是在上述实施方式的半导体装置10A中将模拟放大器13A置换为数字放大器13B、将故障检测电路20A置换为故障检测电路20B并省略DAC 12的方式。因而，对与半导体装置10A同样的结构标注相同的标记并省略详细的说明。在声音输出装置1B中，将紧接在由声音源再生部11从声音源14进行再生之后的数字信号与数字放大器13B的输出的信号进行比较，对在这两个路径之间产生的故障进行检测来检测从扬声器30发出的声音。
与上述实施方式不同，在本实施方式的半导体装置10B中，首先通过比较器22A对数字放大器13B的输出进行采样，之后通过数字LPF 27仅提取要从扬声器30再生的声音的频率分量，并且通过数字比较器21B进行波形转换。然后，在比较部24中将来自数字比较器21A的再生信号与来自数字比较器21B的输出信号进行比较。之后的在比较滤波器25和判定部26中的处理与上述实施方式相同。通过采用像这样的半导体装置10B的结构，输入到数字比较器21A、21B的波形均成为主要由通过扬声器30再生的频率分量构成的波形，因此能够以与上述实施方式同样的结构进行比较。此外，此时使用的比较器22A和数字比较器21A、21B也可以设为上述变形例的结构、即设置多个阈值的结构。
[第三实施方式]
参照图4说明本实施方式的半导体装置10C和声音输出装置1C。
半导体装置10C具备故障检测电路20C。故障检测电路20C为在上述实施方式的半导体装置10A的故障检测电路20A(图1)中设置有阈值控制部28的方式。因而，对与半导体装置10A同样的结构标注相同的标记并省略详细的说明。
如图4所示，阈值控制部28接收延迟部23的输出信号并执行必要的处理，生成对数字比较器21A的阈值进行控制的信号，使用该控制信号对数字比较器21A的阈值进行控制。另外，阈值控制部28接收比较器22A的输出信号并执行必要的处理，生成对比较器22A的阈值进行控制的信号，使用该控制信号对比较器22A的阈值进行控制。当然，阈值控制部28不需要对数字比较器21A的阈值和比较器22A的阈值双方进行控制，只要对至少一方进行控制即可。
在本实施方式中，对数字比较器21A的阈值或比较器22A的阈值进行控制的理由如下面那样。即，输入到数字比较器21A的数字信号的波形为图2的(d)的<1>所示那样的波形，输入到比较器22A的波形为图2的(a)的<1>所示那样的波形。而且，虽然以针对各个输入波形设定的阈值为边界转换为二值信号，但是如果此时阈值相对于两个输入波形的振幅的位置(下面有时称为“阈值设定值”)偏离规定值以上，则存在即使数字比较器21A的输入波形的振幅与比较器22A的输入波形的振幅相同也成为两者的输出相差大的结果的情况。该阈值设定值的差例如在模拟放大器13A的输出水平大的情况等中产生。
因此，在半导体装置10C中，由阈值控制部28自动控制数字比较器21A的阈值或比较器22A的阈值以使得两者的阈值设定值大致一致。更具体地说，关于数字比较器21A的输出或者比较器22A的输出的各个输出，使用滤波器(LPF)转换为振幅信息并计算峰值与阈值之差，通过基于该差的控制来调整阈值以使得阈值设定值成为等同。此时，可以对两者的阈值设定值独立地进行调整，也可以调整一方的阈值设定值以使得其与另一方的阈值设定值相符。此外，在如上述变形例那样设定多个阈值的情况下，也能够省略该滤波器。
[第四实施方式]
参照图5说明本实施方式的半导体装置10D和声音输出装置1D。
半导体装置10D具备故障检测电路20D。故障检测电路20D为在上述实施方式的半导体装置10B的故障检测电路20B(图3)中设置有阈值控制部28的方式。因而，对与半导体装置10B同样的结构标注相同的标记并省略详细的说明。
如图5所示，阈值控制部28接收延迟部23的输出信号并执行必要的处理，生成对数字比较器21A的阈值进行控制的信号，使用该控制信号对数字比较器21A的阈值进行控制。另外，阈值控制部28接收数字比较器21B的输出信号并执行必要的处理，生成对比较器22A的阈值进行控制的信号，使用该控制信号对比较器22A的阈值进行控制。当然，阈值控制部28不需要对数字比较器21A的阈值和比较器22A的阈值双方进行控制，只要对至少一方进行控制即可。此外，作为改变数字比较器或比较器的阈值的单元，可以使用在使数字比较器或比较器的阈值固定的同时对数字比较器或比较器的输入信号进行放大或衰减而调整振幅而由此改变阈值的单元。关于这一点，在后述的数字比较器或比较器中改变阈值的情况也是同样的。
在半导体装置10D中，对数字比较器21A的阈值和比较器22A的阈值的至少一方进行控制的理由和原理与上述半导体装置10C相同，因此省略详细的说明。在半导体装置10D中，使用两个数字比较器21A、21B的输出来自动控制比较器22A和数字比较器21A的阈值以使得针对两个数字比较器21A、21B的输入的信号水平的阈值的设定、即阈值设定值为等同。在半导体装置10D中，也与半导体装置10C同样地，关于数字比较器21A的输出或者比较器22A的输出的各个输出，使用滤波器(LPF)转换为振幅信息并计算峰值与阈值之差，通过基于该差的控制来调整阈值以使得阈值设定值成为等同。此外，在如上述变形例那样设定多个阈值的情况下，也能够省略滤波器。
[第五实施方式]
参照图6说明本实施方式的半导体装置10E和声音输出装置1E。
如图6所示，半导体装置10E是将上述实施方式的半导体装置10A(图1)的故障检测电路20A置换为故障检测电路20E且追加了波形合成部16的方式。故障检测电路20E成为针对故障检测电路20A追加了比较器22B、数字LPF 27以及合成部29的方式。因而，对与半导体装置10A同样的结构标注相同的标记并省略详细的说明。
如图6所示，在本实施方式中，从外部输入外部输入。本实施方式的“外部输入”是指例如将音乐设为内容的模拟的音频信号，与声音源14的音频信号同时地通过扬声器进行再生。即，作为模拟信号的外部输入通过波形合成部16来与作为模拟信号的DAC 12的输出信号进行合成。合成得到的模拟信号(下面有时称为“合成输出信号”)被模拟放大器13A放大，并被扬声器30转换为声音。另一方面，在扬声器30的输入处分支出的模拟放大器13A的输出与半导体装置10A同样地被输入到比较器22A。
对应如上述那样在从模拟放大器13A输出的声音信号中叠加有外部输入的声音信号的情形，在再生信号侧新追加比较器22B和数字LPF 27。也就是说，分支出的另一方的外部输入通过比较器22B被转换为二值，再经由数字LPF 27被提取低频分量。然后，将通过比较器22B和数字LPF 27后的外部信号与来自声音源再生部11的再生信号通过合成部29进行合成，将合成得到的声音信号输入到数字比较器21A。此时，合成部29还具有进行调整以使得来自声音源再生部11的再生信号的水平和外部输入的水平变为适当的功能。下面，有时将通过合成部29合成得到的信号称为“合成再生信号”。
通过比较部24将由数字比较器21A进行波形转换后的合成再生信号与由比较器22A进行波形转换后的合成输出信号(将再生信号与外部输入的信号合成得到的信号)进行比较的比较部24以后的处理与上述各实施方式相同，因此省略详细的说明。
此外，在本实施方式中，虽然例示对第一实施方式的半导体装置10A应用外部输入的方式而进行了说明，但是不限于此，也可以应用于第二实施方式至第四实施方式的各个半导体装置10B至10D。
此外，在半导体装置10E中虽然省略了延迟部23，但是如果数字比较器21A侧的路径与比较器22A侧的路径的通过比较部24的输入来观察时的延迟差成为问题，则也可以在任一方侧、或者在双方设置延迟部23。另外，在波形合成部16或合成部29进行合成时延迟差成为问题的情况下，也可以从声音源再生部11与合成部29之间、数字LPF 27与合成部29之间、DAC 12与波形合成部16之间、外部输入的分支前后等选择适当的位置来设置延迟部23。此时，通过对数字比较器21A的输出或比较器22B的输出插入延迟，从而比特宽度窄，因此能够使电路减小。
[第六实施方式]
参照图7说明本实施方式的半导体装置10F和声音输出装置1F。半导体装置10F是在第二实施方式的半导体装置10B(图3)中追加了信号合成部17的方式，故障检测电路20F与故障检测电路20B相同。因而，对与半导体装置10B同样的结构标注相同的标记并省略详细的说明。
在上述第五实施方式中虽然外部输入为模拟信号，但是本实施方式是外部输入为数字信号的情况。本实施方式的外部输入为与声音源再生部11的输出的信号形式相当的信号形式(也就是说，解码得到的PCM信号)，因此进行与外部输入的合成的信号合成部17配置于声音源再生部11与数字比较器21A之间。即，信号合成部17的输出成为与再生信号相当的信号。以后的处理与半导体装置10B相同，因此省略详细的说明。
[第七实施方式]
参照图8说明本实施方式的半导体装置10G和声音输出装置1G。本实施方式是更详细地进行DAC 12的故障检测的方式。
如图8所示，半导体装置10G构成为包括DAC 12、模拟放大器13A以及故障检测电路20G。故障检测电路20G构成为包括测试数据生成部40、比较器22A、判定部26以及测试数据控制部41。
在此，近来的声音信号是振幅的阶数为16比特或24比特的高分辨率的情况也很多。此时，与该比特数相符地DAC 12也被设为高分辨率。在该情况下，在如上述实施方式的半导体装置、声音输出装置那样将由声音源再生部11再生得到的再生信号与作为扬声器30的输入的输出信号进行比较来检测故障的方式中，存在无法获得能够判别直到高分辨率的DAC 12的下级比特的故障的精度的情况。因此，在半导体装置10G中，构成为能够判别与要探测故障的目标的DAC 12的分辨率相当的比特位置。即，本实施方式的比较器22A具备具有能够识别到下级比特的分辨率的阈值设定功能，使用该阈值设定功能来检测DAC 12的故障。
在图8中，测试数据生成部40生成用于检测DAC 12的故障的测试数据。测试数据生成部40能够生成改变该测试数据的成为故障检测的对象的比特的值所得到的测试数据。比较器22A将来自DAC 12的输出信号转换为二值。判定部26将测试数据与来自比较器22A的输出信号进行比较、判定。判定结果被发送到测试数据控制部41或省略图示的MCU。接收到判定结果的测试数据控制部41改变测试数据、也就是说改变成为对象的比特的值而进行接下来的故障检测。或者，接收到判定结果的MCU执行报告等必要的处理。测试数据控制部41对测试数据生成部40、比较器22A以及判定部26分别进行控制。
接着，对半导体装置10G的动作进行说明。首先，测试数据控制部41以如下方式控制测试数据生成部40：输出对成为故障检测的对象的比特(下面称为“检测比特”)的值进行设定所得到的测试数据。
接着，以如下方式控制比较器22A：使阈值相对于由测试数据生成部40设定的测试数据通过DAC 12之后的输出信号进行移动(扫描)。而且，保持比较器22A的输出变化了时的比较器22A的阈值。比较器22A的输出是否发生了变化通过以如下方式控制判定部26来进行：将来自测试数据生成部40的测试数据与来自比较器22A的输出信号进行比较判定。测试数据控制部41进一步以生成改变检测比特所得到的测试数据的方式对测试数据生成部40进行控制，同样地保持比较器22A的输出变化了时的比较器22A的阈值。重复以上操作，根据DAC 12的输入与比较器22A的阈值的关系是否为期望的关系来对DAC 12以比特为单位判定是否存在故障。此外，在本实施方式中，虽然例示使用了模拟放大器13A的方式而进行说明，但是即使是将模拟放大器13A替换为数字放大器的情况，在该数字放大器具有DAC的情况下，也能够对该DAC应用本实施方式的故障检测方法。
[第八实施方式]
参照图9说明本实施方式的半导体装置10H和声音输出装置1H。虽然半导体装置10H也是将DAC 12的以比特为单位的故障的检测设为目的，但是在半导体装置10H中，将上述实施方式的半导体装置10G的观测点[5]变更为观测点[1]、即模拟放大器13A的输出的位置。故障检测电路20H与故障检测电路20G相同。因而，对与半导体装置10G同样的结构标注相同的标记并省略详细的说明。
在此，在通过模拟放大器13A后的输出中，根据结构而存在DC(直流)分量不通过的情况。在该情况下，测试数据控制部41考虑路径上的频率特性而以生成如成为能够通过的频率那样的测试数据的方式控制测试数据生成部40，之后控制判定部26以使得利用该测试数据进行判定。
此外，在上述第七实施方式和第八实施方式中，虽然例示使作为进行DAC 12的详细的故障检测的方式的半导体装置10G和10H独立而得到的方式而进行了说明，但是不限于此。例如，也可以设为将第七实施方式的半导体装置10G、或第八实施方式的半导体装置10H嵌入第一实施方式的半导体装置10A中而能够进行通常的故障检测与DAC 12的详细的故障检测两方的方式。在该情况下，也可以构成为向DAC 12的输入信号例如能够通过开关而在再生信号与测试数据之间切换。
附图标记说明
1：声音输出装置；10A、10B、10C、10D、10E、10F、10G、10H：半导体装置(声音再生装置)；11：声音源再生部；12：DAC；13A：模拟放大器；13B：数字放大器；14：声音源；15：LPF；16：波形合成部；17：信号合成部；20A、20B、20C、20D、20E、20F、20G、20H：故障检测电路；21A、21B：数字比较器；22A、22B：比较器；23：延迟部；24：比较部；25：比较滤波器；26：判定部；27：数字LPF；28：阈值控制部；29：合成部；30：扬声器；40：测试数据生成部；41：测试数据控制部。

Claims (11)

1.一种半导体装置，包括：
声音源再生部，其对声音源进行再生并输出再生信号；
放大部，其将所述再生信号进行放大，并作为由扬声器转换为声音的输出信号进行输出；以及
故障检测部，其用于检测所述放大部的故障，具备第一转换电路、第二转换电路、比较电路及判定电路，该第一转换电路将所述再生信号与预先决定的第一阈值进行比较并对所述再生信号的波形进行转换，而作为转换再生信号进行输出，该第二转换电路将所述输出信号与预先决定的第二阈值进行比较并对所述输出信号的波形进行转换，而作为转换输出信号进行输出，该比较电路将所述转换再生信号与所述转换输出信号进行比较，该判定电路对所述比较电路的输出进行判定。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
所述声音源的信号为数字信号，
所述放大部具备数字模拟转换电路，该数字模拟转换电路将作为数字信号的所述再生信号转换为模拟信号。
3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
所述第一转换电路是将所述再生信号转换为二值的信号并设为所述转换再生信号的比较器，
所述第二转换电路是将所述输出信号转换为二值的信号并设为所述转换输出信号的比较器。
4.根据权利要求3所述的半导体装置，其特征在于，
在所述比较电路与所述判定电路之间还具备低通滤波器，
所述比较电路在所述转换再生信号与所述转换输出信号一致的情况下设为第一逻辑值，在所述转换再生信号与所述转换输出信号不同的情况下设为第二逻辑值，由此所述低通滤波器输出第一逻辑值与第二逻辑值之间的值，
所述判定电路具有所述第一逻辑值与所述第二逻辑值之间的值的阈值，将所述低通滤波器的输出与所述阈值进行比较来对所述比较电路的输出进行判定。
5.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
所述第一转换电路具有互不相同的N(N为3以上的整数)个第一阈值来作为所述第一阈值，并且将所述再生信号转换为(N+1)值的信号，
所述第二转换电路具有互不相同的N个第二阈值来作为所述第二阈值，并且将所述输出信号转换为(N+1)值的信号。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的半导体装置，其特征在于，
还包括阈值控制部，该阈值控制部控制所述第一阈值相对于所述再生信号的振幅的位置，并控制所述第二阈值相对于所述输出信号的振幅的位置，
所述阈值控制部控制所述第一阈值和所述第二阈值以使得所述第一阈值的位置与所述第二阈值的位置相同。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的半导体装置，其特征在于，还包括：
第一合成部，其将从外部输入的外部信号与所述再生信号进行合成而设为合成再生信号；以及
第二合成部，其将所述外部信号与所述输出信号进行合成而设为合成输出信号，
其中，所述第一转换电路对所述合成再生信号进行转换而输出所述转换再生信号，
所述第二转换电路对所述合成输出信号进行转换而输出所述转换输出信号。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述声音源的信号为预先决定的比特数的数字信号，
所述放大部具备将作为数字信号的所述再生信号转换为模拟信号的数字模拟转换电路，
所述半导体装置还包括比特故障检测部，该比特故障检测部指定所述数字模拟转换电路的所述比特数的比特位置而检测所述数字模拟转换电路的故障。
9.根据权利要求8所述的半导体装置，其特征在于，
所述比特故障检测部包括：生成部，其生成用于指定所述比特位置来检测所述数字模拟转换电路的故障的测试数据，并输入到所述数字模拟转换电路；第二比较电路，其将所述数字模拟转换电路的输出与第三阈值进行比较；以及控制部，其对所述生成部和所述第二比较电路进行控制，
其中，所述控制部针对输入到所述第二比较电路的所述比特位置不同的多个测试数据中的各个测试数据改变所述第三阈值而进行比较，将比较结果发生了反转的第三阈值的值与预先获取的第三阈值发生反转的值的期待值进行比较，来针对各所述比特位置进行故障的检测。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的半导体装置，其特征在于，
还包括用于发送要由所述声音源再生部再生的信号的声音源。
11.一种声音输出装置，包括：
根据权利要求1至9中的任一项所述的半导体装置；
声音源，其向所述声音源再生部发送要再生的信号；以及
扬声器，其将所述再生信号进行放大并转换为声音。
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