JP2007243992A - 音声デバイスをパワーアップおよびパワーダウンする間の過渡応答を制御するための回路およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】負荷（５０６）にかかる電圧をランピングするための回路及びシステムを提供する。
【解決手段】ランプ上昇波形を発生するためにコンデンサ（５０１）に充電する充電回路（５００）を含む。回路（５１１）は、選択的に、ランプ上昇モードの間に、負荷（５０６）から第一ドライバ（５１０）を切り離し、そして通常動作モードの間に、負荷（５０６）と第一ドライバ（５１０）を結合する。ランプ上昇ドライバ（５０７ａ）は、充電回路（５００）により発生したランプ上昇波形に応答して、負荷（５０６）にかかる電圧をランプ上昇するためにランプ上昇モードの間に、負荷（５０６）と選択的に結合する。放電回路（５０３ｄ，５１４ａ，ｂ）は、パワーダウン波形を発生するためにコンデンサ（５０１）を放電する。回路（５１１）は、出力負荷（５０６）に介する電圧のランプ下降の間に、出力負荷（５０６）から第一ドライバ（５０１）を選択的に切り離す。
【選択図】図５Ｃ

Description

（本発明の背景）
（本発明の分野）
本発明は、一般的に電子回路に関し、特に音声デバイスがパワーアップおよびパワーダウンする間の過渡応答を制御するための回路および方法、および、それらを使用するシステムに関する。

（関連技術の説明）
最新式家庭用音声システムおよび携帯用音声システムの購入者は、与えられた記録メディアからの再生を制御するための、より多くのオプションのような改良された音声性能を期待する。最も重要な性能の基準の一つは、ユーザに可聴のクリック（ｃｌｉｃｋｓ）、ポップ（ｐｏｐｓ）、雑音および他の人為的な音の除去である。これら可聴の人為的な音は、聞き手の気を散らすだけでなく、スピーカシステムまたはヘッドセットシステムに損害を与え得る。これは、クリックおよびポップなどの、過渡応答のアーチファクトに関して、特に正しい。クリックおよびポップは、スピーカおよびヘッドセットを駆動する出力信号を相対的に高いレベルにスパイクし得る。

一般的な音声システムにおいて、負荷（例えば、スピーカまたはヘッドセット）は、カップリングコンデンサを介して、電気的アナログ音声信号を供給する音声集積回路にＡＣ結合されている。普通の定常出力ノード電圧は、電源電圧のおおよそ１／２である。しかしながら、電力が回路に印加される以前は、カップリングコンデンサでの出力ノード電圧は零ボルトである。引き続いて、回路がパワーアップする際、出力ノード電圧は、零ボルトから定常電圧まで遷移し、その結果、カップリングコンデンサを充電する。この電圧遷移は、スピーカまたはヘッドセットに対し、一般的に「ポップ」と呼ばれる可聴音を発生し得る。「ポップ」は、システムのパワーをダウンした場合、および、出力ノードが定常電圧から零ボルトに遷移した場合にもまた起こり得る。

現在、ポップを制御するための技術に複数の異なった技術があり、これらの技術は、システム性能の他の局面に悪い影響を与える。従って、システム性能のほかの局面に、重大な影響を与えることなしにポップを制御する新しい回路および方法が必要とされる。

（発明の要旨）
本発明における概念の一つの実施形態によると、負荷にかかる電圧をランプ状にする（ｒａｍｐｉｎｇ）回路を、開示する。充電回路は、ランプ上昇波形を発生するためにコンデンサを充電する。回路はまた、ランプ上昇モードの間に負荷から第一ドライバを選択的に切り離し、そして通常動作モードの間に負荷と第一ドライバを結合することを含む。充電回路によって発生されるランプ上昇波形に応答して、負荷にかかる電圧をランプ上昇させるランプ上昇モードの間に、ランプ上昇ドライバは、選択的に負荷と結合される。

本発明の原理はまた、出力負荷にかかる電圧のランプ下降に対しても提供される。コンデンサは、選択された電圧にプリ充電され、そして放電回路は、ランプ下降波形を発生するためにこのコンデンサを放電する。回路はまた、出力負荷にかかる電圧をランプ下降する間に、出力負荷から第一ドライバを選択的に切り離すことも提供される。ランプ下降ドライバは、放電回路により発生されるランプ下降波形に応答して、出力負荷にかかる電圧を選択的にランプ下降させる。

本発明の概念は、デバイスがパワーアップおよびパワーダウンする間に、出力負荷に対して現われる過渡応答制御を可能にする。これらの概念は、音声システムにおける可聴の「ポップ」を除去または最小にするための音声アプリケーション（それに必ずしも限定されないが）に特に役に立つ。

本発明およびその利点のさらなる完全な理解のために、添付の図面と関連して以下の説明を参照すべきである。

（好ましい実施形態の説明）
本発明の原理およびその利点は、図１〜５に示された実施形態を参照することにより最も理解され、これらの図において同様の番号は、同様の部分を指している。

図１は、本発明の原理に従って、携帯コンパクトディスクプレイヤーなどの、一般的な音声システム１００のダイアグラムである。デジタルメディアドライブ１０２は、１ビットまたはマルチビットに符号化された音声などの、デジタルデータを格納メディアから再生し、そしてそれらのデータを、クロック信号および制御信号に沿って、ＤＡＣサブシステム１０１に伝達する。格納メディアは、コンパクトディスク（ＣＤ）または、ＭＰＥＧ３にフォーマットされた音声を格納する、ＲＡＭまたはフラッシュメモリなどの読み込み／書き込み可能なメモリなどの固定された（ｆｉｘｅｄ）メディアであり得る。結果のアナログ（音声）データは、増幅器ブロック１０４の増幅の前に回路ブロック１０３において、さらなる処理を受ける。次いで、増幅器ブロック１０４は、従来のスピーカ１０５、ヘッドセットまたは同様なもののセットを駆動する。ブロック１０３の音声処理回路およびＤＡＣは、単一の集積回路に集積され得、または、複数の集積回路を含み得る。さらに、外部スピーカの場合、この集積回路は一般的に、音声増幅器に対する接続を駆動するためのラインドライバを含み、この音声増幅器はまた、直接的にヘッドセットを駆動するための増幅器として働く。

図２Ａは、出力におけるポップを除去するために第一に可能な技術を示す。ここで、ノード２０４ａを介して、チップ上の増幅器（ドライバ）２０３により駆動されるカップリングコンデンサ２０１によって増幅器２０３と接続されている抵抗器２０２によって、外部負荷が表わされる。外部短絡スイッチ２０５は、パッドまたはピン２０４ｂを介して、関連する駆動チップから制御電圧Ｖｃによって制御される。

図２Ａの回路の動作は、図２Ｂおよび図２Ｃのダイアグラムに示されている。パワーアップの間、出力電圧Ｖｏｕｔがランプ上昇する間に、制御信号Ｖｃは、短絡スイッチ２０５を閉じ、出力ノードをグランドに短絡する。Ｖｏｕｔが、ほぼ最終的な値にランプ上昇した後、制御信号Ｖｃは、スイッチ２０５を開放した状態に変える。そのシステムは、ここで、通常動作になる。過渡応答電圧または過渡応答電流は、負荷２０２を通らない。

図２Ａのアプローチにおける短所は、余分の制御ノードおよびこれに関するコントロール回路のみならず外部短絡スイッチの追加費用がかかることを含む。

第二のアプローチは、図３Ａ〜図３Ｃに示される。この場合、カップリングコンデンサ３０１により増幅器３００に結合する抵抗器３０２によってモデル化された出力負荷は、単一ノード３０３を介して、集積回路によって駆動される。チップ上の増幅器３００は、チップ上の抵抗器３０４および内部短絡スイッチ３０５を介して出力ピンと結合される。

一般に、図３Ｂおよび図３Ｃに示されているように、スタートアップ期間で、内部短絡３０５は開放している（内部短絡３０５を制御する電圧Ｖｃは、およそ零ボルトである）。従って、出力電圧Ｖｏｕｔは、抵抗器３０４を介して、カップリングコンデンサ３０１に対し、ゆっくりと充電をしつつ、ゆっくりとランプ上昇する。出力負荷にかかる電圧は、コンデンサ３０１が充電するに従って、初期においてランプ上昇し、次いでランプ下降する。音声帯域における出力過渡応答信号パワーは、この区間においてｄｖ／ｄｔが大きいので、充電サイクルの始まりにおいて制限される。

図３Ａに示されたアプローチの主要な短所は、ゆっくりとしたＲＣ充電により起こるスタートアップ時間の著しい増加である。

デジタルポップガードは図４Ａに示され、負荷は、抵抗素子４０２およびカップリングコンデンサ素子４０１によって表わされる。駆動増幅器４０２に対する入力は、デジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）４０３によって供給され、ノード４０４を介して出力負荷を駆動する。ＤＡＣ４０３は、ポップを除去するために十分にゆっくりとした増幅器４００のスループットをランプアップする。図４Ｂに一般的に示されるように、この技術は、ＤＡＣをセットアップするためのシステム初期化期間および、その結果続く出力電圧ランプ上昇期間を含む著しい時間の量を必要とする。この技術はまた、一つ以上の使用可能なＤＡＣを有するシステムに対してのみ適用可能である。

本発明の原理によれば、独立制御回路は、速いスタートアップシーケンスを実行するために用いられる。この独立回路は、実質的に直線的なランプで出力ノードを充電し、その後、ラインドライバまたはヘッドホン増幅器は、通常システム動作に引き継がれる。

図５Ａにおいて、充電回路５００は、ノード５０５を介して一対の電流源５０２ａ，ｂから外部コンデンサ５０１に充電する。コンデンサＣｅｘｔの容量は、ランピング（ｒａｍｐｉｎｇ）（上昇または下降）の所望される速度の関数により選択される。コンデンサＣｅｘｔの充電および放電は、説明の目的でＳ１〜Ｓ５と名付けられたスイッチ５０３ａ，ｅのセットによって制御される。公称の抵抗値を有する抵抗器５０４は、通常動作の間に、所定のレベルに電圧Ｖｒｅｆを維持するために使用される。

図５Ｃは、スピーカ、ヘッドセット、またはそのいくつかの組み合わせであり得るｎ個の負荷５０６を駆動する出力回路を示す。パワーのランプ上昇プロセスの間、アップドライバ５０７ａは、スイッチ５０８ａ（Ｓｕｐ）およびスイッチ５０９（それぞれＳｂ１からＳｂｎと名付けられている）を介して出力負荷５０６を駆動する。通常動作の間、ラインドライバ／ヘッドセット増幅器５１０は、スイッチ５１１を介して負荷を駆動する。最後に、パワーのランプ下降の間、ダウンドライバ５０７ｂは、スイッチ５０８ｂ（Ｓｄｏｗｎ）およびスイッチ５０９を介して用いられる。

充電回路５００の動作およびこれに関する出力回路５００は、ここで、ランプ上昇プロセスを始めに記述され得る。全ての三つの段階（ランプ上昇、通常モード、ランプ下降）は、図６Ａ〜図６Ｇに示される。図６Ｃ〜図６Ｄに示されたハイレベルは、アクティブハイ制御信号またはスイッチによって制御されることとして、所定のスイッチの閉じている状態を表わし、そしてローレベルは、ノンアクティブロウ制御信号によって制御されることとして対応する開放状態を示す。

ランプ上昇段階の間、パワー電源は、電源電圧Ｖｄｄが安定することを可能にするための時間の間にスイッチをオンされる。一度これが起こると、スイッチＳｕｐおよびＳｂ１〜Ｓｂｎは、閉じられ、スイッチＳ０１〜Ｓ０ｎは開放される。この構成において、出力負荷５０６は、充電回路５００で発生された入力電圧Ｖｒｅｆから、アップドライバ５０７ａによって駆動される。さらに、出力ノード５１２は、有効にされ、スイッチＳｄｏｗｎは開放される。

充電回路５００に関して、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ４およびＳ５は初めに開放され、スイッチＳ３は閉じられ、この結果、コンデンサ５０１が電流源５０２ａから直線的に充電し始める。同時に、Ｖｒｅｆはランプし始め、アップドライバ５０７ａは、出力負荷５０６対する駆動を直線的にランプ上昇させる。ランピングプロセスは、Ｖｒｅｆが、閾値Ｖｃｏｍｐとほぼ同等になるまで続き、信号ＣｈａｒｇｅＥｎｄは、図５Ｂに示したコンパレータ回路５１３によって発生される。（ここで、Ｖｃｏｍｐは、抵抗値Ｒｒｅｆを有する抵抗器５１６およびＩ１およびＩ２の和、または電源レール（ｓｕｐｐｌｙ ｒａｉｌ）から動作する電流源５０２ａおよび５０２ｂの和と同等の電流値を有する電流源５１５を選択することにより選ばれる。）
ＣｈａｒｇｅＥｎｄは、新しい段階に出力ランプ上昇プロセスを遷移させる。スイッチＳ１およびＳ５は、およそ（Ｉ１＋Ｉ２）／Ｒｒｅｆの電圧Ｖｒｅｆを維持するために閉じられる。さらに、スイッチＳｂ１〜Ｓｂｎは、開放され、スイッチＳ０１〜Ｓ０ｎは閉じられる。そのデバイスは、ここで出力負荷５０６がラインドライバ／ヘッドセット増幅器５１０によって駆動され、通常動作モード構成になる。

好ましいランプ下降シーケンスは、以下の通りである。ラインドライバ／ヘッドセット増幅器５１０は、開放しているスイッチＳｏ１〜Ｓｏｎによって、出力負荷から結合を切断される。スイッチＳｂ１〜Ｓｂｎは、アップおよびダウンドライバ５０２ａ，ｂに対する出力負荷をスイッチ制御するために閉じられる。スイッチＳｕｐは、開放され、スイッチＳｄｏｗｎは、出力負荷を駆動するためにダウンドライバ５０２ｂを選択するために閉じられる。

充電回路５００において、スイッチＳ２およびＳ４は閉じられ、スイッチＳ１、Ｓ３およびＳ５は開放される。負荷トランジスタ５１４ａおよび５１４ｂは、オンとなる。次いで、外部コンデンサ５０１は、Ｖｒｅｆがランプ下降を始めるように、トランジスタ５０２ｂを介して放電し始める。次には、ダウンドライバ５０７ｂは出力負荷に対する電圧をランプ下降させる。

一度、過渡応答電流が終わると、電源、および、その供給電圧Ｖｄｄは、パワーダウンされ得る。

つまり、本発明の原理は、負荷を駆動する電圧の速いランプ上昇およびランプ下降のための手段を提供する。示された実施形態において、コンデンサは、直線的波形を発生するために充電および放電される。この波形に応答する、個々のバッファの一つのセットは、ポップなしに、出力負荷に対する電圧をランプ上昇またはランプ下降させる。ランプ上昇が完成すると、従来のラインドライバ／ヘッドホン増幅器は、出力の制御と受ける。ランプ下降では、電源供給電圧は、過渡電流が停止後、切られ得、それによりパワーダウンプロセスの間に、ポップを廃止する。

本発明は、特定の実施形態の参照とともに示されたが、これらの記載は、限定な意味で構成されることを意図しない。本発明の開示された実施形態の様々な変形は、本発明の代替の実施形態と同じように、本発明の説明を参照した当業者にとって明らかである。開示された概念および特定の実施形態が、本発明の同様の目的を実行するために他の構造を変更または設計するための基礎として、容易に用いられ得ることが当業者によって理解されるべきである。さらに同等の構成は、上掲のクレームに示された本発明の意図および範囲から逸脱しないことは、当業者によって理解されるべきである。

従って、請求項は、本発明の実際の範囲内に該当するような任意の改変または実施形態を網羅することが企図される。

図１は、本発明の原理に従って、携帯コンパクトディスクプレイヤーなどの一般的な音声システムのダイアグラムである。 図２Ａは、出力におけるポップを除去するために第一に可能な技術を示す。 図２Ｂは、図２Ａの回路の動作を示す。 図２Ｃもまた、図２Ａの回路の動作を示す。 図３Ａは、コンデンサおよび抵抗器によってモデル化された出力負荷が単一ノードを介して、集積回路から駆動される第二のアプローチを示す。 図３Ｂは、コンデンサおよび抵抗器によってモデル化された出力負荷が単一ノードを介して集積回路から駆動される第二のアプローチを示す。 図３Ｃは、コンデンサおよび抵抗器によってモデル化された出力負荷が単一ノードを介して集積回路から駆動される第二のアプローチを示す。 図４Ａは、デジタルポップガードを示す。 図４Ｂは、ＤＡＣをセットアップする初期化期間および続く出力電圧のランプ上昇期間を含む著しい時間の量を必要とする技術を示す。 図５Ａは、ノードを介する一対の電流源から外部コンデンサに充電する充電回路を示す。 図５Ｂは、外部コンデンサへの充電の終わりの信号を発生するための例示的なコンパレータ回路を示す。 図５Ｃは、スピーカ、ヘッドセット、またはそのいくつかの組み合わせであり得るｎ個の負荷を駆動する出力回路を示す。 図６Ａは、ランプ上昇モード、通常動作モード、およびランプ下降モードの間に、図５Ａ〜図５Ｃの回路の動作を図示するダイアグラムである。 図６Ａは、ランプ上昇モード、通常動作モード、およびランプ下降モードの間に、図５Ａ〜図５Ｃの回路の動作を図示するダイアグラムである。 図６Ａは、ランプ上昇モード、通常動作モード、およびランプ下降モードの間に、図５Ａ〜図５Ｃの回路の動作を図示するダイアグラムである。 図６Ａは、ランプ上昇モード、通常動作モード、およびランプ下降モードの間に、図５Ａ〜図５Ｃの回路の動作を図示するダイアグラムである。 図６Ａは、ランプ上昇モード、通常動作モード、およびランプ下降モードの間に、図５Ａ〜図５Ｃの回路の動作を図示するダイアグラムである。 図６Ａは、ランプ上昇モード、通常動作モード、およびランプ下降モードの間に、図５Ａ〜図５Ｃの回路の動作を図示するダイアグラムである。 図６Ａは、ランプ上昇モード、通常動作モード、およびランプ下降モードの間に、図５Ａ〜図５Ｃの回路の動作を図示するダイアグラムである。

Claims (5)

1. 音声回路であって、
   外部音声サブシステムを駆動するための複数の音声ドライバと、
   音声集積回路と該外部音声サブシステムとを結合するためのパッドのセットから該音声ドライバを選択的に結合および切り離すためのスイッチのセットであって、該スイッチは、ランプ上昇およびランプ下降の間に、ノードから該音声ドライバを切り離し、通常動作モードの間に、該ドライバを該ノードに結合する該スイッチと、
   コンデンサを充電することによってランプ上昇波形を発生するための回路と、
   該ランプ上昇波形に応答して、該パッドでランプ上昇電圧を示すために、ランプ上昇の間に、選択的に該ノードに結合するランプ上昇ドライバと、
   該コンデンサを放電することによりランプ下降波形を発生するための回路と、
   該ランプ下降波形に応答して、該パッドでランプ下降電圧を示すために、ランプ下降の間に、該パッドに選択的に結合するランプ下降ドライバと
   を備える、音声回路。
2. 前記コンデンサは、ノード結合された外部コンデンサを含み、該コンデンサは、ランプ上昇時間およびランプ下降時間を調整するために選択された容量を有する、請求項１に記載の回路。
3. 前記音声ドライバは、前記パッドに結合された音声ラインを駆動するためのラインドライバを含む、請求項１に記載の回路。
4. 前記音声ドライバは、音声ヘッドセットを駆動するための増幅器を含む、請求項１に記載の回路。
5. 音声システムであって、
   電気信号を可聴の音に変換するためのサウンドサブシステムと、
   格納媒体からデジタル音声データを読み戻すための回路と、
   格納媒体から読み戻されたデータを受け取り、応答して、該サウンドサブシステムを駆動する音声処理回路と
   を備え、
   該音声処理回路は、
   ランプ上昇波形を発生するためのコンデンサを充電するための充電回路と、
   ランプ上昇モードの間、該サウンドサブシステムから第一ドライバを選択的に切り離すための回路と、
   該充電回路によって発生した該ランプ上昇波形に応答して、該サウンドシステムに駆動電圧をランプ上昇するためにサウンドシステムを選択的に結合するランプ上昇ドライバと、
   通常動作モードの間に、選択した電圧に充電された該コンデンサを維持するための回路と
   通常モードの間に、該第一ドライバと該サウンドシステムとを結合するための回路と、
   パワーダウン波形を発生するために、該コンデンサを放電するための放電回路と、
   ランプ下降モードの間に、該サウンドサブシステムから第一ドライバを選択的に切り離すための回路と、
   該放電回路によって発生された該パワーダウン波形に応答して、該サウンドサブシステムに対する該駆動電圧を選択的にランプ下降するためのランプ下降ドライバと
   を含む、音声システム。

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