JP2011223222A - オーディオ信号処理回路およびそれを用いた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的に低い耐圧のプロセスを用いて構成可能なオーディオ信号処理回路を提供する。
【解決手段】チャージポンプ回路２は、正の電源電圧Ｖｄｄを反転し、その電圧レベルの絶対値が正の電源電圧Ｖｄｄよりも小さな負の電源電圧Ｖｓｓを生成する。レギュレータ回路８は、正の電源電圧Ｖｄｄを降圧する。メインアンプ４は、レギュレータ回路８によって降圧された正の電源電圧Ｖｄｄ’およびチャージポンプ回路２によって生成された負の電源電圧Ｖｓｓを受け、入力されたオーディオ信号を増幅する。
【選択図】図２

Description

本発明は、オーディオ信号処理回路に関し、特にオーディオ信号を増幅するアンプに対する電源供給技術に関する。

ヘッドホンやスピーカを駆動するアンプ、液晶パネルのドライバをはじめとするさまざまな回路が、その動作に正負の両極性の電源電圧を必要とする。携帯電話端末やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、デジタルカメラ、携帯型オーディオプレイヤなどの小型情報端末には、電池電圧から負電圧を生成する反転型のチャージポンプ回路が利用される（特許文献１〜３参照）。

図１は、一般的な正負電源を利用したオーディオシステムの構成を示す回路図である。オーディオシステム３００は、ヘッドアンプやスピーカアンプ（これらは、メインアンプまたはパワーアンプとも総称される）３０２、反転型チャージポンプ回路３０４、スピーカ３０６を備える。メインアンプ３０２はたとえば反転アンプであり、入力電圧Ｖｉｎを反転増幅し、出力電圧Ｖｏｕｔをスピーカ３０６へと供給する。メインアンプ３０２は、電池電圧Ｖｄｄを正の電源電圧として受ける。反転型チャージポンプ回路３０４は、電池電圧Ｖｄｄの極性を反転し、メインアンプ３０２の負の電源電圧Ｖｓｓを生成する。

米国特許第５，２８９，１３７号明細書 米国特許第７，５５４，４０８Ｂ２号明細書 米国特許第７，０６１，３２７号明細書

またメインアンプ３０２を集積化する際には、メインアンプ３０２に供給される電源電圧の差（Ｖｄｄ−Ｖｓｓ）を考慮して、トランジスタの耐圧を選択する必要がある。たとえばＶｄｄ＝３．５Ｖであるとすれば、電源電圧の差は７Ｖとなって通常の５Ｖ耐圧のプロセスを用いることはできず、高耐圧プロセスが必要となる。

本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、比較的に低い耐圧のプロセスを用いて構成可能なオーディオ信号処理回路の提供にある。

本発明のある態様は、オーディオ信号処理回路に関する。オーディオ信号処理回路は、正の電源電圧を反転し、その電圧レベルの絶対値が正の電源電圧よりも小さな負の電源電圧を生成するチャージポンプ回路と、正の電源電圧を降圧するレギュレータ回路と、レギュレータ回路によって降圧された正の電源電圧およびチャージポンプ回路によって生成された負の電源電圧を受け、入力されたオーディオ信号を増幅するメインアンプと、を備える。

この態様によると、メインアンプに対する正の電源電圧と負の電源電圧をそれぞれ、レギュレータ回路およびチャージポンプ回路によって最適化することにより、メインアンプの正負の電源電圧の差を小さくできるため、メインアンプを低耐圧プロセスを用いて構成することができる。

本発明の別の態様は、電子機器である。この電子機器は、上述のオーディオ信号処理回路を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、オーディオ信号処理回路を低耐圧プロセスで構成できる。

一般的な正負電源を利用したオーディオシステムの構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態に係るオーディオシステムの構成を示すブロック図である。 図２のオーディオシステムの動作波形図である。 比較技術に係るオーディオシステムの構成を示すブロック図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

図２は、本発明の実施の形態に係るオーディオシステム１の構成を示すブロック図である。オーディオシステム１は、携帯電話端末、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、ノート型ＰＣをはじめとするオーディオ再生機能、音声出力機能を有する電池駆動型の電子機器に搭載される。オーディオシステム１は、チャージポンプ回路２、メインアンプ４、スピーカ６、レギュレータ回路８を備える。

チャージポンプ回路２は、図示しない電池から正の電源電圧（電池電圧）Ｖｄｄの極性を反転し、負の電源電圧Ｖｓｓを生成する。この負の電源電圧Ｖｓｓの絶対値は、正の電源電圧Ｖｄｄよりも小さい。すなわちＶｓｓ＞−Ｖｄｄが成立している。チャージポンプ回路２は、それ自身が出力電圧Ｖｓｓのレギュレート機能を有している。チャージポンプ回路２の出力電圧Ｖｓｓは、固定されていてもよいし、オーディオシステム１に入力されるオーディオ信号Ｓ１の振幅に応じて適応的に変化させてもよい。
チャージポンプ回路２としては公知のあるいは将来利用可能なもの利用すればよく、たとえば特願２００８−３００４５８号明細書に記載の技術を好適に利用できる。

レギュレータ回路８は、リニアレギュレータあるいはスイッチングレギュレータであり、正の電源電圧Ｖｄｄを降圧して安定化する。レギュレータ回路８によって安定化された電源電圧Ｖｄｄ’は、メインアンプ４へと供給される。

メインアンプ４には、レギュレータ回路８により高圧された正の電源電圧Ｖｄｄ’と、チャージポンプ回路２によって生成された負の電源電圧Ｖｓｓが供給されている。メインアンプ４は、前段の回路から出力されるオーディオ信号Ｓ１を所定の利得で増幅する。メインアンプ４によって増幅されたオーディオ信号Ｖｏｕｔは負荷であるスピーカ６へと供給される。なお、スピーカ６は、ヘッドホン、イヤホンなどであってもよい。

以上がオーディオシステム１の構成である。続いてその動作を説明する。図３は、図２のオーディオシステム１の動作波形図である。図３には電源電圧Ｖｄｄと負の電源電圧Ｖｓｓの間をスイングするメインアンプ３０２の出力電圧Ｖｏｕｔおよびその包絡線が示されている。

オーディオ信号が歪まないように、正の電源電圧Ｖｄｄ’は、出力電圧Ｖｏｕｔの最大値よりも高い範囲で可能な限り低く設定される。同様に負の電源電圧Ｖｓｓは、出力電圧Ｖｏｕｔの最小値より低い範囲で可能な限り高く設定される。すなわち、オーディオ信号が歪まない範囲において、ΔＶ１、ΔＶ２がなるべく小さくなるように、電源電圧Ｖｄｄ’、Ｖｓｓが設定される。

たとえばメインアンプ４の出力電圧Ｖｏｕｔが、最大ボリウム時において−Ｖｄｄ／２〜＋Ｖｄｄ／２の電圧範囲でスイングする場合を考える。このときレギュレータ回路８は、正の電源電圧Ｖｄｄ’≒Ｖｄｄ／２を生成し、チャージポンプ回路２は、負の電源電圧Ｖｓｓ≒−Ｖｄｄ／２を生成する。

図２のオーディオシステム１によれば、メインアンプ４の正負の電源端子間に印加される電圧は、Ｖｄｄ’−Ｖｓｓ＝Ｖｄｄで足りる。Ｖｄｄ＝３〜５Ｖ程度と仮定すれば、メインアンプ４は一般的な５Ｖ耐圧のプロセスで構成することができる。

この利点はレギュレータ回路８を有さない構成との対比によって明確となる。レギュレータ回路８を設けない場合、Ｖｓｓ＝−Ｖｄｄ／２とすると、メインアンプ４の正負の電源端子間には、Ｖｄｄ−Ｖｓｓ＝１．５×Ｖｄｄが印加される。したがってＶｄｄ＝３〜５Ｖと仮定すると、メインアンプ４には、４．５〜７．５Ｖもの電圧が印加されることになるため、５Ｖ耐圧のプロセスを用いることができない。高耐圧（７Ｖ耐圧あるいは１０Ｖ耐圧など）のプロセスを用いると、コストが高くなるという問題が生ずるところ、図２のオーディオシステム１によれば、コストを下げることができる。

レギュレータ回路８を図２の位置に設けたことの利点は、図４の比較技術との対比によって明確となる。図４は、比較技術に係るオーディオシステム１ａの構成を示すブロック図である。オーディオシステム１ａにおいて、レギュレータ回路８ａは電源電圧Ｖｄｄを降圧する。チャージポンプ回路２は、降圧された電源電圧Ｖｄｄ’を受け、それを反転して負電圧Ｖｓｓを生成する。

図４の構成によっても、図２のオーディオシステム１ａと同様に、メインアンプ４に印加される電源電圧を小さくできるため、低耐圧プロセスで構成することが可能となるかもしれない。ところが図４の構成では、メインアンプ４の正の電源端子に流れる電流と、負の電源端子に流れる電流は、いずれもレギュレータ回路８ａを経由することになる。したがってレギュレータ回路８ａに要求される電流能力が大きくなる。

図２のオーディオシステム１に着目すると、レギュレータ回路８は、メインアンプ４の正の電源端子に流れる電流を供給すればよいため、図４のレギュレータ回路８ａほど電流供給能力が要求されない。このことは、図２のレギュレータ回路８は、図４のレギュレータ回路８ａよりも小さくできることを意味している。

その他にも以下の効果を有する。
メインアンプ４の消費電力は、チャージポンプ回路２によって負の電源電圧Ｖｓｓを可能な限り高くすることにより、低減することができる。レギュレータ回路８がスイッチングレギュレータである場合には、正の電源電圧Ｖｄｄ’を低くすることも、消費電力の低減に寄与する。

またメインアンプ４に正負の電源電圧を与え、接地電圧（０Ｖ）を基準として動作させることにより、メインアンプ４とスピーカ６の間に、カップリングコンデンサが不要となるため、部品点数を低減できる。またカップリングコンデンサが不要であるため、周波数特性を改善することができる。

実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

１…オーディオシステム、２…チャージポンプ回路、４…メインアンプ、６…スピーカ、８…レギュレータ回路。

Claims (2)

1. 正の電源電圧を反転し、その電圧レベルの絶対値が前記正の電源電圧よりも小さな負の電源電圧を生成するチャージポンプ回路と、
   前記正の電源電圧を降圧するレギュレータ回路と、
   前記レギュレータ回路によって降圧された正の電源電圧および前記チャージポンプ回路によって生成された前記負の電源電圧を受け、入力されたオーディオ信号を増幅するメインアンプと、
   を備えることを特徴とするオーディオ信号処理回路。
2. 請求項１に記載のオーディオ信号処理回路を備えることを特徴とする電子機器。

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