JP2018125614A - オーディオ回路、それを用いた電子機器および車載オーディオシステム、異常検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＣ出力を検出可能なオーディオ回路を提供する。
【解決手段】ＰＷＭ信号生成回路１１０は、デジタルオーディオ信号Ｓ_ＩＮをＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭに変換する。パルス幅測定回路１２０は、ＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭのパルス幅Ｔ_ＰＷを測定する。異常判定回路１３０は、測定されたパルス幅Ｔ_ＰＷが、デューティ比５０％に対応するパルス幅を含むセンターレンジより上側に設けられる上側レンジおよびセンターレンジより下側に設けられる下側レンジの一方に含まれる状態が所定の判定時間持続すると異常状態と判定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、スピーカやヘッドホンを駆動するオーディオアンプ回路に関する。

スピーカやヘッドホンなどの電気音響変換素子を駆動するパワーアンプとして、高効率なＤ級アンプが用いられる。図１は、Ｄ級アンプを用いたオーディオシステムのブロック図である。オーディオシステム３００は、フルブリッジ型Ｄ級アンプを備え、負荷３１２である電気音響変換素子に対して、ＢＴＬ（Bridged Transless）接続された１対のＤ級アンプ３０８Ｐ，３０８Ｎを備える。このようなＤ級アンプは差動方式とも称される。

ＰＷＭ信号発生回路３０６は、入力されたデジタルオーディオ信号を、パルス幅変調された信号（ＰＷＭ信号）に変換し、２つのＤ級アンプ３０８Ｐ，３０８Ｎに対して、相補的なＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭ，＃Ｓ_ＰＷＭを出力する。Ｄ級アンプ３０８Ｐ，３０８Ｎの出力は、ＬＣフィルタ３１０Ｐ，３１０Ｎによって平滑化され、負荷３１２に供給される。

図１のフルブリッジ型Ｄ級アンプの駆動回路では、負荷３１２とパワーアンプの出力の間に、ＤＣブロックキャパシタが不要であるという利点がある。この利点と裏腹に、もしＤ級アンプ３０８Ｐ，３０８Ｎの差動出力にＤＣ成分が含まれると、負荷３１２に直流電流が流れ続け、信頼性が損なわれるという問題がある。

この問題を解決するために、ＰＷＭ信号発生回路３０６の前段にハイパスフィルタ３０４が設けられる。ハイパスフィルタ３０４は、ＰＷＭ信号発生回路３０６に入力されるオーディオ信号からＤＣ成分を除去する。これにより、負荷３１２の両端間にＤＣ電圧が印加されるのを防止できる。

特開２００８−１７３５３号公報

本発明者は、図１のオーディオシステム３００について検討した結果、以下の課題を認識するに至った。すなわち、図１のオーディオシステム３００において、ＰＷＭ信号発生回路３０６の内部において不具合が生じた場合、たとえその入力にＤＣ成分が含まれていなかったとしても、負荷３１２の両端間にＤＣ信号が印加される状況が生じうる。

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、ＤＣ出力を検出可能なオーディオ回路の提供にある。

本発明のある態様はオーディオ回路に関する。オーディオ回路は、デジタルオーディオ信号をパルス幅変調（ＰＷＭ）信号に変換するＰＷＭ信号生成回路と、ＰＷＭ信号のパルス幅を測定するパルス幅測定回路と、測定されたパルス幅が、デューティ比５０％に対応するパルス幅を含むセンターレンジと隣接する第１レンジに含まれる状態が所定の判定時間持続すると異常状態と判定する異常判定回路と、を備える。

この態様によると、ＤＣ信号が出力される異常状態を検出できる。

前記異常判定回路はさらに、測定された前記パルス幅が、センターレンジに対して第１レンジと反対側に隣接する第２レンジに含まれる状態が所定の判定時間持続すると異常状態と判定してもよい。

パルス幅測定回路は、ＰＷＭ信号の前記パルス幅をクロック信号を利用してカウントするパルス幅カウンタを含んでもよい。異常判定回路は、ＰＷＭ信号の周期ごとに、測定されたパルス幅が第１レンジを維持したときにカウントを進め、それ以外のときにリセットされる異常検出カウンタを含んでもよい。異常判定回路は、異常検出カウンタのカウント値が所定値に達すると、異常状態と判定してもよい。

センターレンジの上限および下限は、外部から設定可能であってもよい。また判定時間は外部から設定可能であってもよい。

ＰＷＭ信号生成回路は、デジタルオーディオ信号をオーバーサンプリングするオーバーサンプリング回路と、オーバーサンプリング回路の出力をΔΣ変調するΔΣ変調器と、ΔΣ変調器の出力をＰＷＭ信号に変換するＰＷＭ変換回路と、を含んでもよい。

オーディオ回路は、ＰＷＭ信号生成回路の前段に設けられたハイパスフィルタをさらに備えてもよい。これにより、ＰＷＭ信号生成回路からＤＣ成分を除去できるとともに、ハイパスフィルタに不具合が生じた場合は、異常判定回路によってその異常を検出でき、２重の保護が図られる。

オーディオ回路は、異常状態と判定されると、動作を停止してもよい。
オーディオ回路は、異常状態と判定されると、異常状態を示す信号を外部に出力してもよい。これにより外部のプロセッサに異常を通知し、適切な処理を促すことができる。

オーディオ回路は、ひとつの基板に一体集積化されてもよい。
「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが基板の外部に設けられていてもよい。
回路を１つのチップ上に集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。

本発明の別の態様は電子機器に関する。電子機器は、上述のいずれかのオーディオ回路を備える。

本発明の別の態様は車載オーディオシステムに関する。車載オーディオシステムは、上述のいずれかのオーディオ回路を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。さらに、この項目（課題を解決するための手段）の記載は、本発明の欠くべからざるすべての特徴を説明するものではなく、したがって、記載されるこれらの特徴のサブコンビネーションも、本発明たり得る。

本発明のある態様によれば、ＤＣ出力を検出できる。

Ｄ級アンプを用いたオーディオシステムのブロック図である。 実施の形態に係るオーディオ回路を備えるオーディオシステムのブロック図である。 図２のオーディオ回路の動作を示す波形図である。 図２のオーディオ回路の動作を示す別の波形図である。 図２のオーディオ回路の動作を示すさらに別の波形図である。 図２のオーディオ回路のさらに別の波形図である。 オーディオ回路の一実施例を示す回路図である。 図７のオーディオ回路における異常検出のフローチャートである。 オーディオ回路の一実施例を示すブロック図である。 実施の形態に係るオーディオ回路を利用した車載オーディオシステムのブロック図である。 図１１（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態に係るオーディオ回路を利用した電子機器を示す図である。

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や、部材Ａと部材Ｂが、電気的な接続状態に影響を及ぼさず、あるいは機能を阻害し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ず、あるいは機能を阻害し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、実施の形態に係るオーディオ回路１００を備えるオーディオシステム２００のブロック図である。オーディオシステム２００は、ＢＴＬ形式（差動形式）の出力段を有し、具体的にはオーディオ回路１００、Ｄ級アンプ２０２Ｐ，２０２Ｎ、フィルタ２０４Ｐ，２０４Ｎ、電気音響変換素子２０６を備える。

電気音響変換素子２０６は、スピーカやヘッドホンなどであり、アナログオーディオ信号を音響信号に変換する。

オーディオ回路１００は、デジタルオーディオ信号Ｓ_ＩＮを受け、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号Ｓ_ＰＷＭに変換する。Ｄ級アンプ２０２ＰおよびＤ級アンプ２０２Ｎには、相補的なデューティ比（パルス幅Ｔ_ＰＷ）を有するＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭおよび＃Ｓ_ＰＷＭが供給される。Ｄ級アンプ２０２Ｐ，２０２Ｎはそれぞれ、ＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭおよび＃Ｓ_ＰＷＭに応じたパルス信号を発生する。フィルタ２０４Ｐ，２０４Ｎは、対応するＤ級アンプ２０２Ｐ，２０２Ｎの出力を平滑化する。電気音響変換素子２０６の両端には、差動のアナログ駆動信号Ｖ_ＤＲＶＰ，Ｖ_ＤＲＶＮが印加される。

オーディオ回路１００は、ＰＷＭ信号生成回路１１０、パルス幅測定回路１２０および異常判定回路１３０を備える。ＰＷＭ信号生成回路１１０は、デジタルオーディオ信号Ｓ_ＩＮを受け、ＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭに変換する。パルス幅測定回路１２０は、ＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭの周期毎のパルス幅Ｔ_ＰＷを測定し、測定したパルス幅Ｔ_ＰＷを示すパルス幅データＤ_ＰＷを出力する。

パルス幅測定回路１２０は、Ｄ級アンプ２０２Ｐに供給されるＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭ（もしくは２０２Ｎに供給される＃Ｓ_ＰＷＭ）のパルス幅Ｔ_ＰＷを測定してもよいし、ＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭ（＃Ｓ_ＰＷＭ）のパルス幅Ｔ_ＰＷに応じたパルス幅（Ｔ_ＰＷ’とする）を有するＰＷＭ信号生成回路１１０の内部信号のパルス幅Ｔ_ＰＷ’を測定してもよい。また、測定するパルス幅Ｔ_ＰＷ（もしくはＴ_ＰＷ’）は、ハイレベル区間の長さであってもよいし、ローレベル区間の長さであってもよい。

異常判定回路１３０は、測定されたパルス幅Ｔ_ＰＷ’が、図３に示すデューティ比５０％に対応するパルス幅Ｔ_５０％を含むセンターレンジＲＮＧ_{ＣＥＮＴＥＲ}と隣接する第１レンジに含まれる状態が所定の判定時間τ_ＤＥＴ１持続すると異常状態と判定する。

また異常判定回路１３０は、測定されたパルス幅Ｔ_ＰＷが、センターレンジＲＮＧ_{ＣＥＮＴＥＲ}に対して第１レンジと反対側に隣接する第２レンジに含まれる状態が所定の判定時間τ_ＤＥＴ２持続すると異常状態と判定する。

以下、第１レンジ、第２レンジのうち、センターレンジＲＮＧ_{ＣＥＮＴＥＲ}の上側の一方を上側レンジＲＮＧ_{ＵＰＰＥＲ}、下側の一方を下側レンジＲＮＧ_{ＬＯＷＥＲ}と称する。また本実施の形態では、２つの判定時間τ_ＤＥＴ１，τ_ＤＥＴ２は等しいものとする。

異常判定回路１３０は、ＤＣ出力の異常状態を検出すると、異常検出信号ＤＣＯＵＴ＿ＥＲＲをアサートする。オーディオシステム２００は、異常検出信号ＤＣＯＵＴ＿ＥＲＲのアサートに応答して、動作停止する。たとえば異常検出信号ＤＣＯＵＴ＿ＥＲＲのアサートに応じて、ＰＷＭ信号生成回路１１０およびＤ級アンプ２０２の動作を完全に停止させてもよい。またオーディオ回路１００は、異常状態を検出すると、フラグ信号ＦＬＧをアサートし、外部のプロセッサ等に通知する。これによりシステム全体として保護処理を実行することができる。

以上がオーディオシステム２００の構成である。続いてその動作を説明する。図３は、図２のオーディオ回路１００の動作を示す波形図である。Ｓ_{ＡＵＤＩＯ}は、デジタルオーディオ信号Ｓ_ＩＮに応じたアナログオーディオ波形を表す。パルス幅Ｔ_ＰＷは、デューティ比に換算した値で表される。

時刻ｔ_０より前において回路は正常に動作しており、ＰＷＭ信号生成回路１１０が生成するＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭ，＃Ｓ_ＰＷＭは、Ｓ_{ＡＵＤＩＯ}の波形に応じたパルス幅（デューティ比）Ｔ_ＰＷを有する。

時刻ｔ_０にＰＷＭ信号生成回路１１０において異常が発生し、ＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭのデューティ比がオーディオ波形Ｓ_{ＡＵＤＩＯ}と無関係の一定値となる。この例では、パルス幅Ｔ_ＰＷは、デューティ比３０％に対応する値Ｔ_Ｐ×０．３となっている。Ｔ_ＰはＰＷＭ周期である。

時刻ｔ_０以降、パルス幅測定回路１２０が測定するパルス幅Ｔ_ＰＷは、センターレンジＲＮＧ_{ＣＥＮＴＥＲ}を横切ることなく下側レンジＲＮＧ_{ＬＯＷＥＲ}に含まれる状態を維持する。この状態が判定時間τ_ＤＥＴ持続すると、時刻ｔ_１にＤＣ出力の異常検出信号ＤＣＯＵＴ＿ＥＲＲがアサートされる。

以上がオーディオ回路１００の動作波形図である。このオーディオ回路１００によれば、オーディオ再生中に、ＰＷＭ信号生成回路１１０の異常に起因するＤＣ出力異常を検出できる。

また、パルス幅Ｔ_ＰＷが上側レンジＲＮＧ_{ＵＰＰＥＲ}にとどまり続けた場合にもＤＣ出力の異常状態と判定できる。

図４は、図２のオーディオ回路１００の動作を示す別の波形図である。図４は、無音状態の動作であり、時刻ｔ_０より前は正常状態を、時刻ｔ_０より後ろは異常状態を示す。無音状態では、デジタルオーディオ信号Ｓ_ＩＮに応じたアナログオーディオ波形は、一定値を維持している。このとき、正常なＰＷＭ信号生成回路１１０が生成するＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭのデューティ比は５０％となる。このときパルス幅Ｔ_ＰＷＭはセンターレンジＲＮＧ_{ＣＥＮＴＥＲ}に含まれる。

時刻ｔ_０において、ＰＷＭ信号生成回路１１０に異常が発生すると、ＰＷＭ信号ＳＰＷＭのパルス幅Ｔ_ＰＷが、デューティ比５０％の相当値Ｔ_Ｐ×０．５からオフセットする。この例では、Ｔ_ＰＷ＝Ｔ_Ｐ×０．６にオフセットしている。時刻ｔ_０以降、パルス幅Ｔ_ＰＷは、上側レンジＲＮＧ_{ＵＰＰＥＲ}に含まれる状態を維持する。この状態が判定時間τ_ＤＥＴ持続すると、時刻ｔ_１にＤＣ出力の異常検出信号ＤＣＯＵＴ＿ＥＲＲがアサートされる。

このオーディオ回路１００によれば、無音状態において、ＰＷＭ信号生成回路１１０の異常に起因するＤＣ出力異常を検出できる。

図５は、図２のオーディオ回路１００の動作を示すさらに別の波形図である。図５は無音状態を表しており、時刻ｔ_０より前は正常状態を、時刻ｔ_０より後ろは異常状態を示す。

時刻ｔ_０より前に、ＰＷＭ信号生成回路１１０の前段の回路は正常であり、オーディオ信号Ｓ_ＩＮが表すオーディオ波形は、センターレベル（ＤＣ値）を維持している。

時刻ｔ_０に、ＰＷＭ信号生成回路１１０の前段の回路に異常が発生すると、オーディオ信号Ｓ_ＩＮが表すオーディオ波形は、センターレベル（ＤＣ値）から逸脱し、別の値に固定される。このとき、ＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭのパルス幅Ｔ_ＰＷが、デューティ比５０％の相当値Ｔ_Ｐ×０．５からオフセットする。この例では、Ｔ_ＰＷ＝Ｔ_Ｐ×０．６にオフセットしている。時刻ｔ_０以降、パルス幅Ｔ_ＰＷは、上側レンジＲＮＧ_{ＵＰＰＥＲ}に含まれる状態を維持する。この状態が判定時間τ_ＤＥＴ持続すると、時刻ｔ_１にＤＣ出力の異常検出信号ＤＣＯＵＴ＿ＥＲＲがアサートされる。

このオーディオ回路１００によれば、無音状態において、ＰＷＭ信号生成回路１１０の前段の回路で生ずるＤＣオフセットに起因するＤＣ出力異常を検出できる。

図６は、図２のオーディオ回路１００のさらに別の波形図である。時刻ｔ_０以降、オーディオ波形には、本来、含まれるべきでない、可聴周波数帯域より低い超低周波数成分（＜２０Ｈｚ）が含まれている。超低周波成分の周波数をｆとするとき、パルス幅Ｔ_ＰＷは１／（２ｆ）ごとに、センターレンジＲＮＧ_{ＣＥＮＴＥＲ}を横切ることなる。オーディオ回路１００は、τ_ＤＥＴ＜１／（２ｆ）である場合に、異常状態と判定する。言い換えれば、オーディオ回路１００は、ｆ＜１／２τ_ＤＥＴの周波数成分が発生したときに、ＤＣ出力異常状態と判定することができる。たとえば１０Ｈｚ以下の周波数成分を異常とする場合、τ_ＤＥＴ＝５０ｍｓとすればよく、２０Ｈｚ以下の周波数成分を異常とする場合、τ_ＤＥＴ＝２５ｍｓとすればよい。

本発明は、図２の回路図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、回路に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本発明の範囲を狭めるためではなく、発明の本質や回路動作の理解を容易、明確化するために、より具体的な構成例を説明する。

図７は、オーディオ回路１００の一実施例を示す回路図である。パルス幅測定回路１２０は、パルス幅カウンタ１２２を含む。パルス幅カウンタ１２２は、ＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭのパルス幅Ｔ_ＰＷをクロック信号ＣＬＫを利用してカウントする。このクロック信号ＣＬＫは、ＰＷＭ信号生成回路１１０と共用され、ＰＷＭ信号生成回路１１０は、クロック信号ＣＬＫの周期を単位として、ＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭのパルス幅を制御する。

一例としてデジタルオーディオ信号Ｓ_ＩＮは、４８ｋＨｚ、１６ビットである。ＰＷＭ信号生成回路１１０は、このオーディオ信号Ｓ_ＩＮを、３８４ｋＨｚ、８ビットのＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭに変換する。つまりＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭの周期Ｔ_Ｐは、１／３８４ｋＨｚであり、ＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭのパルス幅Ｔ_ＰＷの１階調（１ＬＳＢ）は、Ｔ_Ｐ／２^８＝Ｔ_Ｐ／２５６となる。クロック信号ＣＬＫの周期は、ＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭのパルス幅Ｔ_ＰＷの１階調と等しい。

パルス幅測定回路１２０の出力Ｄ_ＰＷは、ＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭのパルス幅Ｔ_ＰＷを、８ビット２５６階調で表したカウント値（０〜２５５）となる。

異常判定回路１３０は、カウンタコントローラ１３２、異常検出カウンタ１３４、レジスタ１３６を含む。異常検出カウンタ１３４は、たとえばアップカウンタであり、カウンタコントローラ１３２からのアップ信号に応じてカウントアップし、カウンタコントローラ１３２からのリセット信号に応じてリセットされる。

カウンタコントローラ１３２は、ＰＷＭ信号の周期ごとに、測定されたパルス幅Ｔ_ＰＷ（Ｄ_ＰＷ）が上側レンジＲＮＧ_{ＵＰＰＥＲ}を維持したとき、または下側レンジＲＮＧ_{ＬＯＷＥＲ}を維持したときに、アップ信号ＵＰを出力して異常検出カウンタ１３４のカウントを進め、それ以外のときにリセット信号ＲＥＳＥＴを出力して異常検出カウンタ１３４をリセットする。

センターレンジＲＮＧ_{ＣＥＮＴＥＲ}の上限値および下限値は、外部から設定可能であり、レジスタ１３６は、上限値および下限値の設定値ＵＰＰＥＲ＿ＬＩＭおよびＬＯＷＥＲ＿ＬＩＭを保持する。たとえばレジスタ１３６には、Ｉ^２Ｃ（Inter IC）バスを介して外部のマイコンから、設定値が書き込み可能となっている。

カウンタコントローラ１３２は、パルス幅データＤ_ＰＷがセンターレンジ、上側レンジ、下側レンジのいずれに含まれるかを判定する。そして、（i）センターレンジに含まれるとき、（ii）上側レンジから別のレンジへの遷移を検出したとき、（iii）下側レンジから別のレンジへの遷移を検出したときに、リセット信号ＲＥＳＥＴを出力する。

カウンタコントローラ１３２はそれ以外の場合、つまり、直前のパルス幅データＤ_ＰＷと現在のパルス幅データＤ_ＰＷが両方、上側レンジに含まれるとき、または、直前のパルス幅データＤ_ＰＷと現在のパルス幅データＤ_ＰＷが両方、下側レンジに含まれるとき、アップ信号ＵＰを出力する。

たとえば、カウンタコントローラ１３２は、パルス幅データＤ_ＰＷがいずれのレンジに含まれるかを示す判定値Ｄ_１を、次のサイクルまで保持するメモリを含む。このデータＤ_１は、パルス幅データＤ_ＰＷがセンターレンジに含まれるとき値ａを、上側レンジに含まれるときｂを、下側レンジに含まれるときｃをとる。そして、カウンタコントローラ１３２は、（i）メモリに格納される直前のサイクルの判定値Ｄ_１’がｂであり、現在のサイクルの判定値Ｄ_１がｂであるとき、または（ii）直前のサイクルの判定値Ｄ_１’がｃであり、現在のサイクルの判定値Ｄ_１がｃであるときに、アップ信号ＵＰを出力する。

異常判定回路１３０は、異常検出カウンタ１３４のカウント値が、判定時間τ_ＤＥＴに応じた所定値ＴＤＥＴに達すると、異常状態と判定する。判定時間τ_ＤＥＴは外部から設定可能であり、レジスタ１３６は、判定時間τ_ＤＥＴの設定値ＴＤＥＴを保持する。たとえばレジスタ１３６には、Ｉ^２Ｃ（Inter IC）バスを介して外部のマイコンから、設定値ＴＤＥＴが書き込み可能となっている。

図８は、図７のオーディオ回路１００における異常検出のフローチャートである。サイクルごとにパルス信号Ｓ_ＰＷＭのパルス幅Ｔ_ＰＷが測定され（Ｓ１００）、いずれのレンジに含まれるか判定される（Ｓ１０２）。そしてセンターレンジに含まれる場合（Ｓ１０４のＹ）、異常検出カウンタ１３４がリセットされ（Ｓ１０６）、Ｓ１００に戻る。

センターレンジに含まれない場合（Ｓ１０４のＮ）、上側レンジに含まれるか否かが判定される（Ｓ１０８）。そして現在のサイクルにおいて上側レンジに含まれ（Ｓ１０８のＹ）、かつ直前のサイクルも上側レンジに含まれる場合（Ｓ１１０のＹ）、異常検出カウンタ１３４のカウント値がインクリメント（カウントアップ）される（Ｓ１１２）。

現在のサイクルにおいて上側レンジに含まれる場合であって（Ｓ１０８のＹ）、直前のサイクルは上側レンジに含まれない場合（Ｓ１１０のＮ）、異常検出カウンタ１３４のカウント値がリセットされる（Ｓ１０６）。

現在のサイクルにおいて上側レンジに含まれない場合（Ｓ１０８のＮ）は、下側レンジに含まれるものとされる。この場合、直前のサイクルが下側レンジに含まれる場合（Ｓ１１４のＹ）、異常検出カウンタ１３４のカウント値がインクリメント（カウントアップ）される（Ｓ１１２）。直前のサイクルが下側レンジに含まれない場合（Ｓ１１４のＮ）、異常検出カウンタ１３４のカウント値がリセットされる（Ｓ１０６）。

異常検出カウンタ１３４のインクリメント（Ｓ１１２）の結果、異常検出カウンタ１３４のカウント値が設定値ＴＤＥＴに達すると（Ｓ１１６のＹ）、異常判定Ｓ１１８がなされる。カウント値が設定値ＴＤＥＴに達していないとき（Ｓ１１６のＮ）、ステップＳ１００に戻る。

図９は、オーディオ回路１００の一実施例を示すブロック図である。オーディオ回路１００は、オーディオＩＣ（Integrated Circuit）１５０に集積化されている。オーディオＩＣ１５０は、オーディオ回路１００に加えて、オーディオインタフェース回路１５２、ＤＳＰ（Digital Signal ProcessorあるいはDigital Sound Processor）１５４、ハイパスフィルタ１５６を備える。オーディオインタフェース回路１５２は、外部の音源２１０から、デジタルオーディオ信号を受信する。ＤＳＰ１５４は、オーディオインタフェース回路１５２が受信したデジタルオーディオ信号に、さまざまなデジタル信号処理を施す。たとえばデジタル信号処理は、デジタルボリューム制御、マルチバンドイコライジング処理、マルチバンドトーンコントロール処理、ラウドネス処理、バスブースト処理などが例示されるがその限りではない。ハイパスフィルタ１５６は、ＤＳＰ１５４の出力信号から、直流成分を除去する。なお図９には、１チャンネル分の構成が示されるが、実際には、チャンネル数分、同様の構成が設けられる。

プロセッサ２１２は、オーディオシステム２００を統括的に制御するコントローラである。プロセッサ２１２は、Ｉ^２Ｃバスなどのシリアルバスを介して、オーディオＩＣ１５０のインタフェース回路１５８と接続されている。プロセッサ２１２は、ＤＳＰ１５４の処理を指定する制御データ（再生、停止、早送りなどのコマンド、イコライザの周波数特性の設定値、ボリュームの設定値）などをオーディオＩＣ１５０のレジスタ１６０に書き込む。また異常判定回路１３０における各種設定値も、プロセッサ２１２によってレジスタ１６０に書き込まれる。レジスタ１６０の一部は、図７のレジスタ１３６に対応する。

ＰＷＭ信号生成回路１１０は、オーバーサンプリング回路１１２、ΔΣ変調器１１４、ＰＷＭ変換回路１１６を含む。オーバーサンプリング回路１１２は、デジタルオーディオ信号Ｓ_ＩＮをオーバーサンプリングする。ΔΣ変調器１１４は、オーバーサンプリング回路１１２の出力をΔΣ変調する。ＰＷＭ変換回路１１６は、ΔΣ変調器１１４の出力をＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭに変換する。

オーディオＩＣ１５０にはフラグ出力端子（ピン）ＦＬＧが設けられており、異常が検出されると、フラグ出力端子ＦＬＧの電気的状態（オープン／プルダウン）を変化させる。フラグ出力端子ＦＬＧには、外部のプロセッサ２１２が接続される。フラグ出力端子ＦＬＧが異常を示す状態となると、オーディオシステム２００の動作を停止させる。またオーディオＩＣ１５０自身は、異常判定回路１３０が異常を検出すると、その動作を停止する。

（用途）
オーディオ回路１００の用途を説明する。
図１０は、実施の形態に係るオーディオ回路を利用した車載オーディオシステムのブロック図である。

車載オーディオシステム５００Ａは、４個のスピーカ２４０_ＦＬ，２４０_ＦＲ，２４０_ＲＬ，２４０_ＲＲを備える。スピーカ２４０は、上述の電気音響変換素子２０６に相当する。

音源５０２は、左右（ＬＲ）２チャンネルあるいはマルチチャンネルのデジタルオーディオ信号を出力する。オーディオ信号処理回路５０４は、図９のオーディオＩＣ１５０に相当し、音源５０２からデジタルオーディオ信号を受信し、ＰＷＭ信号（Ｓ_ＰＷＭ／＃Ｓ_ＰＷＭ）を出力する。各パワー出力段２３０は、Ｄ級アンプ２０２Ｐ，２０２Ｎおよびフィルタ２０４Ｐ，２０４Ｎを含み、ＰＷＭ信号に応じて、対応するスピーカ２４０を駆動する。

車載機器には、特に厳しい安全性、信頼性が要求されるところ、実施の形態に係るオーディオ回路１００によるＤＣ出力異常の検出機能によって、車載オーディオシステムのさらなる安全性、信頼性の向上が図られる。

図１１（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態に係るオーディオ回路１００を利用した電子機器を示す図である。図１１（ａ）の電子機器はディスプレイ装置６００である。ディスプレイ装置６００は、ディスプレイパネル６０２に加えて、オーディオ信号処理回路６０４、パワー出力段２３０Ｌ，２３０Ｒ、スピーカ２４０Ｌ，２４０Ｒを備える。オーディオ信号処理回路６０４は、図９のオーディオＩＣ１５０に対応する。

図１１（ｂ）の電子機器は、持ち運び可能な小型端末７００であり、スマートホン、タブレットＰＣ（Personal Computer）、ラップトップコンピュータ、オーディオプレイヤなどである。小型端末７００は、ディスプレイ７０２、オーディオ信号処理回路７０４、ヘッドホン端子７０６、パワー出力段２３０Ｌ，２３０Ｒ、２３１Ｌ，２３１Ｒ、スピーカ２４０Ｌ，２４０Ｒを備える。パワーアンプ２３１Ｌ，２３２Ｒの出力はヘッドホン端子７０６を介して、ヘッドホン７１０と接続される。オーディオ信号処理回路７０４は、図９のオーディオＩＣ１５０に対応する。

図１１（ｃ）の電子機器は、オーディオコンポーネント装置８００である。オーディオコンポーネント装置８００は、オーディオ信号処理回路８０４、パワー出力段２３０Ｌ，２３０Ｒを備える。パワー出力段２３０Ｌ，２３０Ｒは、スピーカケーブルを介して接続されるスピーカ２４０Ｌ，２４０Ｒを駆動する。

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。

（変形例１）
パルス幅測定回路１２０は、Ｄ級アンプ２０２Ｐの出力Ｓ_ＯＵＴＰ（もしくは２０２Ｎの出力Ｓ_ＯＵＴＮ）のパルス幅を測定してもよい。この場合、Ｄ級アンプ２０２Ｐ，２０２Ｎに起因するＤＣ出力異常を検出できる。

（変形例２）
図９において、オーディオＩＣ１５０は、Ｄ級アンプ２０２Ｐおよび２０２Ｎと一体に集積化されてもよい。またオーディオＩＣ１５０は、ハイパスフィルタ１５６より後段の回路を含み、ＤＳＰ１５４は別のＩＣであってもよい。

（変形例３）
図９のオーディオＩＣ１５０において、オーディオ回路１００がＤＣ出力異常を検出できるため、ハイパスフィルタ１５６は省略してもよい。この場合、回路面積を小さくできる。

（変形例４）
実施の形態では、測定したパルス幅が上側レンジを持続した場合、下側レンジを持続した場合の両方を、ＤＣ出力異常と判定したがその限りではない。より処理を簡素化して、パルス幅が上側レンジを持続した場合のみをＤＣ出力異常としてもよいし、下側レンジを持続した場合のみをＤＣ出力異常としてもよい。

（変形例５）
実施の形態では、オーディオＩＣ１５０はＤＣ異常検出時に自己停止したがその限りではなく、異常検出時の保護処理を、外部のコントローラ（プロセッサ）に委ねてもよい。

１００…オーディオ回路、１１０…ＰＷＭ信号生成回路、１１２…オーバーサンプリング回路、１１４…ΔΣ変調器、１１６…ＰＷＭ変換回路、１２０…パルス幅測定回路、１２２…パルス幅カウンタ、１３０…異常判定回路、１３２…カウンタコントローラ、１３４…異常検出カウンタ、１３６…レジスタ、１５０…オーディオＩＣ、１５２…オーディオインタフェース回路、１５４…ＤＳＰ、１５６…ハイパスフィルタ、１５８…インタフェース回路、１６０…レジスタ、２００…オーディオシステム、２０２…Ｄ級アンプ、２０４…フィルタ、２０６…電気音響変換素子、２１０…音源、２１２…プロセッサ、２３０…パワー出力段、２４０…スピーカ、５００…車載オーディオシステム、５０２…音源、５０４…オーディオ信号処理回路、６００…ディスプレイ装置、６０２…ディスプレイパネル、６０４…オーディオ信号処理回路、７００…小型端末、７０２…ディスプレイ、７０４…オーディオ信号処理回路、７０６…ヘッドホン端子、８００…オーディオコンポーネント装置、８０４…オーディオ信号処理回路。

Claims (14)

1. デジタルオーディオ信号をパルス幅変調（ＰＷＭ）信号に変換するＰＷＭ信号生成回路と、
   前記ＰＷＭ信号のパルス幅を測定するパルス幅測定回路と、
   測定された前記パルス幅が、デューティ比５０％に対応するパルス幅を含むセンターレンジと隣接する第１レンジに含まれる状態が所定の判定時間持続すると異常状態と判定する異常判定回路と、
   を備えることを特徴とするオーディオ回路。
2. 前記異常判定回路はさらに、測定された前記パルス幅が、前記センターレンジに対して前記第１レンジと反対側に隣接する第２レンジに含まれる状態が所定の判定時間持続すると異常状態と判定することを特徴とする請求項１に記載のオーディオ回路。
3. 前記パルス幅測定回路は、前記ＰＷＭ信号の前記パルス幅をクロック信号を利用してカウントするパルス幅カウンタを含み、
   前記ＰＷＭ信号の周期ごとに、測定されたパルス幅が前記第１レンジを維持したときカウントを進め、それ以外のときにリセットされる異常検出カウンタと、
   を含み、前記異常判定回路は、前記異常検出カウンタのカウント値が所定値に達すると、前記異常状態と判定することを特徴とする請求項１または２に記載のオーディオ回路。
4. 前記クロック信号は、前記ＰＷＭ信号生成回路に使用されるクロックと共通であることを特徴とする請求項３に記載のオーディオ回路。
5. 前記センターレンジの上限および下限は、外部から設定可能であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のオーディオ回路。
6. 前記判定時間は、外部から設定可能であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のオーディオ回路。
7. 前記ＰＷＭ信号生成回路は、
   前記デジタルオーディオ信号をオーバーサンプリングするオーバーサンプリング回路と、
   前記オーバーサンプリング回路の出力をΔΣ変調するΔΣ変調器と、
   前記ΔΣ変調器の出力を前記ＰＷＭ信号に変換するＰＷＭ変換回路と、
   を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のオーディオ回路。
8. 前記ＰＷＭ信号生成回路の前段に設けられたハイパスフィルタをさらに備えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のオーディオ回路。
9. 前記異常状態と判定されると、動作を停止することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のオーディオ回路。
10. 前記異常状態と判定されると、異常状態を示す信号を外部に出力することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のオーディオ回路。
11. ひとつの基板に一体集積化されることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のオーディオ回路。
12. 請求項１から１１のいずれかに記載のオーディオ回路を備えることを特徴とする電子機器。
13. 請求項１から１１のいずれかに記載のオーディオ回路を備えることを特徴とする車載オーディオシステム。
14. デジタルオーディオ信号をパルス幅変調（ＰＷＭ）信号に変換するステップと、
    前記ＰＷＭ信号のパルス幅を測定するステップと、
    測定された前記パルス幅が、デューティ比５０％に対応するパルス幅を含むセンターレンジと隣接するレンジに含まれる状態が所定の判定時間持続すると異常状態と判定するステップと、
    を備えることを特徴とする異常検出方法。

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