JP2019180043A - オーディオアンプ、それを用いたオーディオ出力装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】さまざまなアプリケーション回路において異常を検出可能であり、また異常の判定基準を設定可能なオーディオアンプを提供する。【解決手段】ＢＴＬ形式のオーディオアンプ１００は、第１アンプ１０２Ｐおよび第２アンプ１０２Ｎを備える。第１出力ピンＯＵＴＰは、第１アンプ１０２Ｐの出力と接続され、第２出力ピンＯＵＴＮは、第２アンプ１０２Ｎの出力と接続される。電流源１１０は、第１モニターピンＭＯＮＰと接続され、オン、オフが切り替え可能である。スイッチ１２０は、第２モニターピンＭＯＮＮと固定電圧ラインの間に設けられる。負荷状態判定回路１３０は、第１モニターピンＭＯＮＰと第２モニターピンＭＯＮＮの電位差に応じて負荷の状態を検出する。【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増幅器に関する。

オーディオ信号を増幅し、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ために、オーディオアンプ（パワーアンプともいう）が用いられる。図１は、ＢＴＬ（Bridged Tied Load）形式のオーディオアンプ１００Ｒを備えるオーディオ出力装置２００Ｒの回路図である。オーディオアンプ１００Ｒの出力ＯＵＴＰとＯＵＴＮには、負荷である電気音響変換素子２０２の正極端子＋、負極端子−が接続される。オーディオアンプ１００Ｒは、逆相の駆動電圧Ｖ_ＯＵＴＰ，Ｖ_ＯＵＴＮを出力する第１アンプ１０２Ｐ、第２アンプ１０２Ｎを備える。

オーディオアンプ１００Ｒは、電気音響変換素子２０２のオープンなどの異常を検出する負荷接続状態検出回路１０６をさらに備える。たとえば特許文献１に開示される負荷接続状態検出回路は、一方の出力端子に向けて電流を流し込み、当該一方の出力端子に出現する電圧または電流にもとづいて正常、オープンまたはショートのいずれの状態であるかを検出する。

特開２０１１−１８２２６３号公報 特開２０１７−１１２４２８号公報

本発明者は、図１のオーディオアンプ１００Ｒについて検討した結果、以下の課題を認識するに至った。

図１のアプリケーション回路では、２つの出力端子ＯＵＴＰ、ＯＵＴＮが、電気音響変換素子２０２の端子＋、−に直接接続されている。しかしながら、別のアプリケーションでは、出力端子ＯＵＴＰと電気音響変換素子２０２の端子＋の間、出力端子ＯＵＴＮと端子−の間に、ＤＣブロック用のキャパシタが挿入される場合がある。従来技術ではこのような場合に、負荷の接続状態を正しく判定できない。

また従来では、オープンやショートの判定基準がオーディオアンプ１００の内部のパラメータとして規定されており、オーディオ出力装置２００（セット）の設計者が設定することができない。

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、さまざまなアプリケーション回路において異常を検出可能であり、また異常の判定基準を設定可能なオーディオアンプの提供にある。

本発明のある態様はＢＴＬ形式のオーディオアンプに関する。オーディオアンプは、第１アンプと、第２アンプと、第１アンプの出力と接続される第１出力ピンと、第２アンプの出力と接続される第２出力ピンと、第１モニターピンと、第２モニターピンと、第１モニターピンと接続され、オン、オフが切り替え可能な電流源と、第２モニターピンと固定電圧ラインの間に設けられるスイッチと、第１モニターピンと第２モニターピンの電位差に応じて負荷の状態を検出する負荷状態判定回路と、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。

本発明によれば、さまざまなアプリケーション回路において異常を検出可能となり、あるいは、外付けの部品によって異常の判定基準を設定可能となる。

ＢＴＬ（Bridged Tied Load）形式のオーディオアンプを備えるオーディオ出力装置の回路図である。 実施の形態に係るオーディオアンプの回路図である。 負荷状態の判定の際のオーディオアンプの等価回路図である。 オーディオアンプの起動時のタイムチャートである。 別のアプリケーションに係るオーディオ出力装置のブロック図である。 別のアプリケーションに係るオーディオ出力装置のブロック図である。 別のアプリケーションに係るオーディオ出力装置のブロック図である。 負荷状態判定回路の構成例を示す図である。 オーディオアンプの一部の構成例の回路図である。 図１０（ａ）、（ｂ）は、電流源の変形例を示す回路図である。 図１１（ａ）〜（ｃ）は、電子機器の外観図である。

（実施の形態の概要）
本明細書に開示される一実施の形態は、ＢＴＬ形式のオーディオアンプに関する。オーディオアンプは、第１アンプと、第１アンプと逆相の出力信号を生成する第２アンプと、第１アンプの出力と接続される第１出力ピンと、第２アンプの出力と接続される第２出力ピンと、第１モニターピンと、第２モニターピンと、第１モニターピンと接続され、オン、オフが切り替え可能な電流源と、第２モニターピンと固定電圧ラインの間に設けられるスイッチと、第１モニターピンと第２モニターピンの電位差に応じて負荷の状態を検出する負荷状態判定回路と、を備える。

負荷状態判定回路は、電位差と所定のしきい値電圧の比較結果にもとづいて、負荷のオープンを検出してもよい。負荷である電気音響変換素子が正常であるときのインピーダンスＲ_Ｌは数Ω（２〜３２Ω）のレンジであり、負荷がオープンであるときのインピーダンスＲ_Ｌは数百Ωより大きくなる。電流源の出力電流をＩ_ＴＥＳＴとするとき、第１モニターピンと第２モニターピンの間には、電位差Ｉ_ＴＥＳＴ×Ｒ_Ｌが発生する。この電位差をしきい値Ｖ_ＯＰＥＮと比較することで、負荷のオープン状態を検出できる。

また、第１モニターピンと負荷の一端の間、および／または第２モニターピンと負荷の他端の間に、外付けの抵抗を挿入したとする。外付けの抵抗値をＲ_ＥＸＴとするとき、第１モニターピンと第２モニターピンの間には、電位差Ｉ_ＴＥＳＴ×（Ｒ_Ｌ＋Ｒ_ＥＸＴ）が発生する。この電位差をしきい値Ｖ_ＯＰＥＮと比較することで、負荷のオープン状態を検出でき、外付けの抵抗Ｒ_ＥＸＴに応じて、オープン検出の判定基準を設定できる。

電流源の出力は数十μＡのオーダー、言い換えれば１００μＡ以下であってもよい。これにより、負荷の状態を判定する際に、負荷からノイズが発生するのを防止できる。

負荷状態判定回路は、第１モニターピン、第２モニターピンそれぞれの電圧を受け、しきい値電圧に相当する入力オフセット電圧を有する電圧コンパレータを含んでもよい。これにより２つのモニターピンの電位差を、小さいしきい値と比較することが可能となる。

オーディオアンプは、オープン検出を指示するイネーブル信号を受けるイネーブルピンをさらに備えてもよい。電流源は、イネーブル信号がオープン検出を指示するときに、オンとなってもよい。

オーディオアンプは、シャットダウン状態とその解除を指示するシャットダウン信号を受けるシャットダウンピンをさらに備えてもよい。シャットダウン信号がシャットダウン状態を指示しており、かつイネーブル信号がオープン検出を指示するときに、負荷状態判定回路はイネーブルとなってもよい。

オーディオアンプは、オーディオアンプの異常を検出する異常検出回路と、異常の有無を外部に通知するための診断ピンと、異常検出回路と負荷状態判定回路の出力に応じて、診断ピンの状態を変化させる出力部と、をさらに備えてもよい。負荷状態判定回路がイネーブルの状態において、異常検出回路は無効化されてもよい。

スイッチは、サージ保護用のトランジスタを兼ねてもよい。

電流源は、時間とともに緩やかに出力電流を増大させてもよい。これにより、電気音響変換素子から発生するノイズを抑制できる。

オーディオアンプは、ひとつの半導体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半導体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半導体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。

（実施の形態）
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。

本明細書において参照する波形図やタイムチャートの縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化され、あるいは誇張もしくは強調されている。

図２は、実施の形態に係るオーディオアンプ１００の回路図である。オーディオアンプ１００は、完全差動形のＢＴＬアンプであり、ひとつの半導体基板（ダイ）に集積化され、パッケージに収容されたＩＣ（Integrated Circuit）である。第１入力ピンＩＮＰ、第２入力ピンＩＮＮに、差動の入力オーディオ信号を受け、第１出力ピンＯＵＴＰ、第２出力ピンＯＵＴＮから逆相の差動オーディオ信号を出力する。

第１アンプ１０２Ｐの出力は、第１出力ピンＯＵＴＰと接続され、第２アンプ１０２Ｎの出力は、第２出力ピンＯＵＴＮと接続される。第１アンプ１０２Ｐ、第２アンプ１０２Ｎは、抵抗Ｒ_１１〜Ｒ_１４およびオペアンプ１０３を含み、同様に構成される。

シャットダウン（ＳＤＢ）ピンには、シャットダウン（ＳＤＢ）信号が入力される。オーディオアンプ１００は、ＳＤＢ信号が第１レベル（たとえばロー）のときシャットダウン状態（スタンバイ状態ともいう）であり、ＳＤＢ信号が第２レベル（たとえばハイ）となると、シャットダウン状態が解除される。第１アンプ１０２Ｐ、第２アンプ１０２Ｎは、シャットダウン状態においてディセーブルであり、それらの出力はハイインピーダンスである。第１アンプ１０２Ｐ、第２アンプ１０２Ｎの出力と接地の間には、プルダウン抵抗Ｒ_２１，Ｒ_２２が設けられ、第１アンプ１０２Ｐ、第２アンプ１０２Ｎのディセーブル状態において、ＯＵＴＰピン、ＯＵＴＮピンを接地電圧にプルダウンする。シャットダウン状態が解除されると第１アンプ１０２Ｐ、第２アンプ１０２Ｎはイネーブル状態となり、入力信号に応じた出力信号Ｖ_ＯＵＴＰ，Ｖ_ＯＵＴＮを出力する。

バイアス回路１０４は、バイアス電圧Ｖ_ＢＩＡＳを生成し、第１アンプ１０２Ｐ、第２アンプ１０２Ｎに供給する。バイアス回路１０４にもＳＤＢ信号が入力される。バイアス回路１０４は、ＳＤＢ信号がハイとなりシャットダウン状態が解除されると、バイアス電圧Ｖ_ＢＩＡＳを時間とともに緩やかに上昇させる。これにより、シャットダウン解除後に、出力電圧Ｖ_ＯＵＴＰ，Ｖ_ＯＵＴＮを緩やかに立ち上げることができ、第１出力ピンＯＵＴＰ、第２出力ピンＯＵＴＮに接続される負荷（電気音響変換素子）からノイズが発生するのを防止できる。

オーディオアンプ１００は、負荷の状態を判定する機能を備える。本実施の形態において、オーディオアンプ１００は、負荷のオープンを検出可能であり、そのためにオーディオアンプ１００には、第１モニターピンＭＯＮＰ、第２モニターピンＭＯＮＮ、電流源１１０、スイッチ１２０、負荷状態判定回路１３０、負荷オープンイネーブル（ＬＯＰＥＮ＿ＥＮ）ピンが設けられる。

電流源１１０は、ＭＯＮＰピンと接続され、オン、オフが切り替え可能に構成される。電流源１１０は、負荷の状態の判定期間においてオン状態となり、数十μＡのオーダーの定電流（試験電流という）Ｉ_ＴＥＳＴを出力する。スイッチ１２０は、第２モニターピンＭＯＮＮピンと固定電圧ライン（本実施の形態では接地ライン）の間に設けられる。スイッチ１２０は、判定期間においてオンとなる。このスイッチ１２０は、サージ保護用のトランジスタを兼ねるように設計される。

負荷状態判定回路１３０は、ＭＯＮＰピンとＭＯＮＮピンの電位差ΔＶに応じて負荷である電気音響変換素子の状態を判定する。

より具体的には、負荷状態判定回路１３０は、電位差ΔＶと所定のしきい値電圧Ｖ_ＯＰＥＮの比較結果にもとづいて、負荷のオープンを検出する。すなわちΔＶ＝Ｖ_Ｐ−Ｖ_Ｎ＞Ｖ_ＯＰＥＮのときオープン異常、ΔＶ＝Ｖ_Ｐ−Ｖ_Ｎ＜Ｖ_ＯＰＥＮのとき正常と判定する。負荷状態判定回路１３０の出力であるオープン検出信号ＬＯＰＥＮ＿ｂは、負荷がオープンであるときにアサート（ロー）、負荷が正常であるときにネゲート（ハイ）となる。本明細書において信号の末尾に付された“＿ｂ”は、論理反転を表す。

たとえばＩ_ＴＥＳＴ＝２５μＡ、電気音響変換素子２０２の抵抗値（正常時）Ｒ_Ｌを８Ωとする。電気音響変換素子２０２が正常であるとき、電位差ΔＶは、ΔＶ＝２５μＡ×８Ω＝０．２ｍＶとなる。電気音響変換素子２０２の抵抗値Ｒ_ＬがＲ_ＯＰＥＮより大きいときにオープン異常と判定するとすると、しきい値電圧Ｖ_ＯＰＥＮはＶ_ＯＰＥＮ＝Ｉ_ＴＥＳＴ×Ｒ_ＯＰＥＮとなる。たとえばＲ_ＯＰＥＮ＝８００Ωとすれば、Ｖ_ＯＰＥＮ＝２５μＡ×８００Ω＝２０ｍＶとなる。

ＬＯＰＥＮ＿ＥＮピンには、外部からイネーブル（ＬＯＰＥＮ＿ＮＥ）信号が入力される。ＬＯＰＥＮ＿ＥＮ信号が第１レベル（たとえばハイ）のとき、負荷状態の判定期間となる。ロジック回路１６２Ａは、ＬＯＰＥＮ＿ＥＮ信号が、判定期間を指示し（ハイ）、かつＳＤＢ信号がシャットダウン状態を指示するとき（ロー）に、その出力信号ＳＤ＿ＬＯＰＥＮをアサート（ハイ）とする。ＳＤ＿ＬＯＰＥＮ信号がアサートされる間、実際の負荷状態の判定が行われる。電流源１１０はＳＤ＿ＬＯＰＥＮ信号がハイのときにオンとなり、スイッチ１２０も、ＳＤ＿ＬＯＰＥＮ信号がハイのときにオンとなる。

オーディオアンプ１００は、複数の異常検出回路１６０をさらに備える。異常検出回路１６０＿１はサーマルシャットダウン（ＴＳＤ：Thermal Shutdown）回路であり、オーディオアンプ１００のチップの温度を監視し、過熱異常においてＴＳＤ信号をアサート（ハイ）する。異常検出回路１６０＿２は、電源電圧Ｖ_ＤＤを監視するＵＶＬＯ（低電圧ロックアウト）回路であり、電源電圧Ｖ_ＤＤが低下した状態を検出すると、ＵＶＬＯ信号をアサートする。異常検出回路１６０＿３は、過電流保護（ＯＣＰ：Over Current Protection）回路であり、第１アンプ１０２Ｐ、第２アンプ１０２Ｎそれぞれの出力電流の過電流状態を検出すると、ＯＣＰ信号をアサート（ハイ）する。負荷状態判定回路１３０が有効の期間、すなわちＬＯＰＥＮ＿ＥＮ信号がハイの期間、異常検出回路１６０＿１〜１６０＿３は無効とされる。

ロジック回路１６２Ｂは、ＬＯＰＥＮ＿ｂ信号、ＴＳＤ信号、ＵＶＬＯ信号、ＯＣＰ信号を受け、いずれかの信号が異常を示すとき出力トランジスタ１６４をオン状態としてＤＩＡＧピンをローレベルにプルダウンする。

以上がオーディオアンプ１００の構成である。続いてその動作を説明する。
図３は、負荷状態の判定の際のオーディオアンプ１００の等価回路図である。このアプリケーション回路において、電気音響変換素子２０２の正極端子（＋）は、ＯＵＴＰ端子およびＭＯＮＰ端子と接続され、その負極端子（−）は、ＯＵＴＮ端子およびＭＯＮＮ端子と接続される。またオーディオ出力装置２００を統合的に制御するマイクロコントローラ２０４が接続される。マイクロコントローラ２０４は、ＳＤＢ信号、ＬＯＰＥＮ＿ＥＮ信号を生成する。またマイクロコントローラ２０４は、ＤＩＡＧピンの状態を監視する。

電源電圧Ｖ_ＤＤの投入後、ＳＤＢピンにローを与えた状態で、ＬＯＰＥＮ＿ＥＮピンにハイを与えると、負荷状態の判定が有効となり、電流源１１０がオン、スイッチ１２０がオンとなる。その結果、電流源１１０から、ＭＯＮＰピン、電気音響変換素子２０２、ＭＯＮＮピン、スイッチ１２０を経由して、試験電流Ｉ_ＴＥＳＴが流れる。

電気音響変換素子２０２のインピーダンスをＲ_Ｌとする。Ｒ_Ｌ≪Ｒ_２１，Ｒ_２２が成り立つとき、試験電流Ｉ_ＴＥＳＴは電気音響変換素子２０２に流れ、そのときのＭＯＮＰピンとＭＯＮＮピンの電位差ΔＶ＝Ｖ_Ｐ−Ｖ_Ｎは、式（１）で与えられる。
ΔＶ＝Ｒ_Ｌ×Ｉ_ＴＥＳＴ …（１）

電気音響変換素子２０２が正常であるとき、ΔＶ＜Ｖ_ＯＰＥＮが成立するから、ＬＯＰＥＮ＿ｂ信号はハイ、出力トランジスタ１６４はオフであり、ＤＩＡＧピンが外部の抵抗によってプルアップされ、ハイレベルとなる。電気音響変換素子２０２がオープンであるとき、ΔＶ＞Ｖ_ＯＰＥＮが成立するから、ＬＯＰＥＮ＿ｂ信号はロー、出力トランジスタ１６４がオンとなり、ＤＩＡＧピンがローとなる。

このオーディオアンプ１００によれば、電気音響変換素子２０２のオープン異常を検出できる。

図４は、オーディオアンプ１００の起動時のタイムチャートである。時刻ｔ_０に電源電圧Ｖ_ＤＤが立ち上がる。続いて、時刻ｔ_１にＬＯＰＥＮ＿ＥＮ信号がハイとなり、上述したオープン異常の判定が行われる。その結果、オープン異常が検出されると、一点鎖線で示すようにＤＩＡＧ信号がローとなり、起動シーケンスが中断される。

時刻ｔ_１〜ｔ_２の判定期間において、オープン異常が検出されなければ、ＤＩＡＧ信号はハイを維持し続ける。時刻ｔ_３に、ＳＤＢ信号がハイとなりシャットダウン状態が解除されると、バイアス電圧Ｖ_ＢＩＡＳが上昇し、出力電圧Ｖ_ＯＵＴＰ，Ｖ_ＯＵＴＮもそれに追従する。起動完了後（時刻ｔ_４以降）、オーディオ回路２０６からＩＮＰピン、ＩＮＮピンにオーディオ信号が入力されると、差動のオーディオ信号Ｖ_ＯＵＴＰ，Ｖ_ＯＵＴＮが電気音響変換素子２０２に供給される。

時刻ｔ_１〜ｔ_２の判定期間の間、負荷状態判定回路１３０を除く他の異常検出回路１６０＿１〜１６０＿Ｎはすべて無効となる。したがってマイクロコントローラ２０４は、ＬＰＥＮ＿ＥＮ信号をハイとしてる期間に、ＤＩＡＧ信号がローとなったときには、その異常が負荷オープンであることを特定できる。すなわち、オーディオアンプ１００は、１個のＤＩＡＧピンで、負荷オープンと、その他の異常を区別して通知することが可能となる。

オーディオアンプ１００のさらなる利点は、図５，図６のアプリケーションによって明確化される。

図５は、別のアプリケーションに係るオーディオ出力装置２００Ａのブロック図である。このアプリケーションでは、電気音響変換素子２０２の正極端子（＋）とＯＵＴＰピンの間、電気音響変換素子２０２の負極端子（ー）とＯＵＴＮピンの間にＤＣブロック用のキャパシタＣ_ＯＵＴＰ、Ｃ_ＯＵＴＮが設けられる。ＭＯＮＰピンは、電気音響変換素子２０２の正極ピン（＋）と接続され、ＭＯＮＮピンは、電気音響変換素子２０２の負極ピン（−）と接続される。負荷判定に際しては、ＭＯＮＰピンから試験電流Ｉ_ＴＥＳＴがソースされ、電気音響変換素子２０２を経由してＭＯＮＮピンからシンクされる。したがってキャパシタＣ_ＯＵＴＰ，Ｃ_ＯＵＴＮの影響を受けずに、直流の試験電流Ｉ_ＴＥＳＴを利用して、電気音響変換素子２０２の状態を判定できる。

図６は、別のアプリケーションに係るオーディオ出力装置２００Ｂのブロック図である。このアプリケーションにおいて、ＭＯＮＰピンと電気音響変換素子２０２の正極端子（＋）の間には、抵抗Ｒ_ＥＸＴＰが挿入され、ＭＯＮＮピンと電気音響変換素子２０２の負極端子（−）の間には、抵抗Ｒ_ＥＸＴＮが挿入される。

負荷判定に際しては、ＭＯＮＰピンから試験電流Ｉ_ＴＥＳＴがソースされ、抵抗Ｒ_ＥＸＴＰ、電気音響変換素子２０２、抵抗Ｒ_ＥＸＴＮを経由してＭＯＮＮピンからシンクされる。ＭＯＮＰピンとＭＯＮＮピンの電位差は式（２）で与えられる。
ΔＶ＝Ｉ_ＴＥＳＴ×（Ｒ_ＥＸＴＰ＋Ｒ_ＥＸＴＮ＋Ｒ_Ｌ） …（２）

ΔＶ＞Ｖ_ＯＰＥＮのときにオープンと判定されるから、式（３）がオープン判定の条件となる。
Ｉ_ＴＥＳＴ×Ｒ_Ｌ＞Ｖ_ＯＰＥＮ−Ｉ_ＴＥＳＴ×（Ｒ_ＥＸＴＰ＋Ｒ_ＥＸＴＮ） …（３）
つまり、外付けの抵抗Ｒ_ＥＸＴＰ＋Ｒ_ＥＸＴＮに応じて、オープン判定のしきい値を外部から設定できる。

図６において、Ｒ_ＥＸＴＰ，Ｒ_ＥＸＴＮの一方を省略してもよい。あるいは、抵抗Ｒ_ＥＸＴＰ，Ｒ_ＥＸＴＮに替えて、あるいは抵抗Ｒ_ＥＸＴＰ，Ｒ_ＥＸＴＮと直列にダイオードを挿入してもよい。この場合、ダイオードの順方向電圧Ｖ_Ｆに応じて、オープン判定のしきい値をシフトさせることができる。

図７は、別のアプリケーションに係るオーディオ出力装置２００Ｃのブロック図である。このオーディオ出力装置２００Ｃは、図４と図５の組み合わせである。

本発明は、図２のブロック図や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、方法に及ぶものであり、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、発明の本質や動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例や実施例を説明する。

図８は、負荷状態判定回路１３０の構成例を示す図である。負荷状態判定回路１３０は、電圧コンパレータ１３２を含む。電圧コンパレータ１３２の非反転入力端子（＋）にはＭＯＮＰピンの電圧Ｖ_Ｐが入力され、反転入力端子（−）にはＭＯＮＮピンの電圧Ｖ_Ｎが入力される。電圧コンパレータ１３２は、しきい値電圧Ｖ_ＯＰＥＮ（２０ｍＶ）に相当する入力オフセット電圧Ｖ_ＯＦＳを有するように設計されている。電圧コンパレータ１３２の出力ＬＯＰＥＮ＿ｂは、Ｖ_Ｐ−Ｖ_ＯＦＳ＞Ｖ_Ｎのときロー、Ｖ_Ｐ−Ｖ_ＯＦＳ＜Ｖ_Ｎのときハイとなる。

負荷状態判定回路１３０はさらに入力スイッチＳＷ_３１，ＳＷ_３２、トランジスタＭ_３１，Ｍ_３２を備える。負荷判定が指示されるとき（すなわちＳＤ＿ＬＯＰＥＮ信号がハイ、ＳＤ＿ＬＯＰＥＮ＿ｂ信号がロー）、入力スイッチＳＷ_３１，ＳＷ_３２はオン、トランジスタＭ_３１，Ｍ_３２はオフとなる。そうでないとき（すなわちＳＤ＿ＬＯＰＥＮ信号がロー、ＳＤ＿ＬＯＰＥＮ＿ｂ信号がハイ）、入力スイッチＳＷ_３１，ＳＷ_３２はオフ、トランジスタＭ_３１，Ｍ_３２はオンとなる。

ロジック回路１６２Ａの構成は、それに限定されないが、たとえばインバータ１７０、１７２およびＮＡＮＤゲート１７４を含む。

図９は、オーディオアンプ１００の一部の構成例の回路図である。上述のように、電圧コンパレータ１３２に入力される電圧Ｖ_Ｐ，Ｖ_Ｎはいずれも０Ｖ近傍の電圧である。そこで電圧コンパレータ１３２は、ダーリントンＰＮＰの差動入力対１３４を備える。差動入力対１３４の一方には、オフセット電圧Ｖ_ＯＦＳを導入するための抵抗Ｒ_ＯＦＳが挿入されている。なお、電圧コンパレータにオフセットを導入する手法はこれに限定されず、公知の他の手法を採用しても良い。

電流源１１０は、基準電流源１８０が生成する基準電流Ｉ_ＲＥＦをコピーするカレントミラー回路１８２の一部である。基準電流源１８０が生成する基準電流Ｉ_ＲＥＦは、カレントミラー回路１８２によってコピーされ、電圧コンパレータ１３２のテイル電流やバイアス電流としても利用される。カレントミラー回路１８２にはトランジスタ１８４が接続される。トランジスタ１８４は、ＳＤ＿ＬＯＰＥＮ信号がローのとき、すなわち負荷判定期間以外においてオンとなり、基準電流源１８０およびカレントミラー回路１８２を停止させ、ひいては電流源１１０、電圧コンパレータ１３２をシャットダウンさせる。

カレントミラー回路１８２を構成するトランジスタのうち、Ｑ_４１とＱ_４２をペア性をとるようにレイアウトし、Ｑ_４３とＱ_４４をペア性をとるようにレイアウトするとよい。抵抗についても同様であり、Ｒ_４１とＲ_４２をペア性をとるようにレイアウトし、Ｒ_４３とＲ_４４をペア性をとるようにレイアウトするとよい。

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。

（第１変形例）
図１０（ａ）、（ｂ）は、電流源１１０の変形例を示す回路図である。図１０（ａ）の電流源１１０は、外部からの制御信号Ｖ_ＥＸＴの電圧レベルに応じて、試験電流Ｉ_ＴＥＳＴの電流量を設定可能に構成される。電流源１１０は、第１カレントミラー回路１１２および第２カレントミラー回路１１４を含む。第１カレントミラー回路１１２は、基準電流Ｉ_ＲＥＦを折り返す。第２カレントミラー回路１１４は、第１カレントミラー回路１１２の出力電流Ｉ_ＲＥＦ’をさらに折り返し、試験電流Ｉ_ＴＥＳＴを出力する。オーディオアンプ１００には、制御（ＣＯＮＴ）ピンが設けられる。第１カレントミラー回路１１２の出力側のトランジスタＭ_５１のソース（あるいはエミッタ）は、ＣＯＮＴピンと接続される。ＣＯＮＴピンに何も接続しない場合、第１カレントミラー回路１１２は、基準電流Ｉ_ＲＥＦをそのままコピーする。ＣＯＮＴピンには、抵抗Ｒ５１を介して外部から制御電圧Ｖ_ＥＸＴが印加可能となっている。制御電圧Ｖ_ＥＸＴを印加した場合、制御電圧Ｖ_ＥＸＴに応じて、第１カレントミラー回路１１２の出力電流Ｉ_ＲＥＦ’を調節できる。

図１０（ｂ）を参照する。この電流源１１０は、試験電流Ｉ_ＴＥＳＴを時間とともに緩やかに増大させる。制御ピンＣＯＮＴには、外部から制御信号Ｖ_ＣＯＮＴが入力される。制御信号Ｖ_ＣＯＮＴは、ローパスフィルタ１１６を通過し、差動アンプ１１８に入力される。ローパスフィルタ１１６を通過した後の制御信号Ｖ_ＣＯＮＴは、時間とともに緩やかに上昇する。制御信号Ｖ_ＣＯＮＴ’がローの状態では、Ｖ_ＣＯＮＴ≪Ｖ_ＴＨであるから、テイル電流ＩｔのほぼすべてがトランジスタＭ_６１側に流れ、トランジスタＭ_６２に流れる電流Ｉ_ＲＥＦはゼロである。制御信号Ｖ_ＣＯＮＴ’が時間とともに上昇すると、トランジスタＭ_６１側に流れる電流が減少し、それと相補的にトランジスタＭ_６２に流れる電流Ｉ_ＲＥＦが増大していく。そしてＶ_ＣＯＮＴ’≫Ｖ_ＴＨとなると、テイル電流ＩｔのすべてがトランジスタＭ_６２側に流れ、Ｉ_ＲＥＦ＝Ｉｔとなる。したがって基準電流Ｉ_ＲＥＦは、時間とともに緩やかに増大する。第１カレントミラー回路１１２、第２カレントミラー回路１１４は、基準電流Ｉ_ＲＥＦを折り返し、試験電流Ｉ_ＴＥＳＴを生成する。

電流源１１０の起動時において、試験電流Ｉ_ＴＥＳＴの傾きが急峻であると、負荷の判定時に電気音響変換素子２０２からポップノイズが発生するおそれがある。そこで何らの工夫も施さない場合、ポップノイズを防止するために試験電流Ｉ_ＴＥＳＴは、数十μＡ〜数百μＡのオーダーに制限する必要がある。これに対して図１０（ｂ）の電流源１１０では、試験電流Ｉ_ＴＥＳＴを緩やかに増大させることができるため、試験電流Ｉ_ＴＥＳＴの電流量を増やしても、ポップノイズの発生が抑制される。試験電流Ｉ_ＴＥＳＴを増やすことができれば、負荷状態判定回路１３０における検出精度を高めることができる。

（第２変形例）
実施の形態では、差動入力ピンＩＮＰ，ＩＮＮを備えるオーディオアンプ１００を説明したがその限りでなく、シングルエンド入力であってもよい。この場合、シングルエンドの入力オーディオ信号を、正相信号と逆相信号に分岐し、第１アンプ１０２Ｐ、第２アンプ１０２Ｎに入力すればよい。

（第３変形例）
実施の形態では、ＭＯＮＰピンとＭＯＮＮピンの電位差ΔＶをしきい値Ｖ_ＯＰＥＮと比較することにより、オープン異常を判定する場合を説明したが、負荷状態判定回路１３０の動作はこれに限定されない。たとえば電気音響変換素子２０２の抵抗値Ｒ_Ｌは＝４Ω〜３２Ωとさまざまである。そこで負荷状態判定回路１３０は、ＭＯＮＰピンとＭＯＮＮピンの電位差ΔＶにもとづいて、正常である電気音響変換素子２０２の抵抗値Ｒ_Ｌを判定してもよい。

（用途）
最後に、オーディオ出力装置２００のアプリケーションを説明する。図１１（ａ）〜（ｃ）は、電子機器１の外観図である。図１１（ａ）は電子機器１の一例であるディスプレイ装置６００である。ディスプレイ装置６００は、筐体６０２、スピーカ２を備える。オーディオ出力装置２００は筐体に内蔵され、スピーカ２を駆動する。スピーカ２は、電気音響変換素子２０２に相当する。

図１１（ｂ）は電子機器１の一例であるオーディオコンポ７００である。オーディオコンポ７００は、筐体７０２、スピーカ２を備える。オーディオ出力装置２００は筐体７０２に内蔵され、スピーカ２を駆動する。

図１１（ｃ）は電子機器１の一例である小型情報端末８００である。小型情報端末８００は、スマートフォン、タブレットＰＣ（Personal Computer）、オーディオプレイヤ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラなどである。小型情報端末８００は、筐体８０２、スピーカ２、ディスプレイ８０４を備える。オーディオ出力装置２００は筐体８０２に内蔵され、スピーカ２を駆動する。

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、応用の一側面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。

２００ オーディオ出力装置
２０２ 電気音響変換素子
２０４ マイクロコントローラ
２０６ オーディオ回路
１００ オーディオアンプ
１０２Ｐ 第１アンプ
１０２Ｎ 第２アンプ
１０４ バイアス回路
ＩＮＰ 第１入力ピン
ＩＮＮ 第２入力ピン
ＯＵＴＰ 第１出力ピン
ＯＵＴＮ 第２出力ピン
ＭＯＮＰ 第１モニターピン
ＭＯＮＮ 第２モニターピン
ＤＩＡＧ 診断ピン
ＳＤＢ シャットダウンピン
ＬＯＰＥＮ＿ＥＮ イネーブルピン
１１０ 電流源
１１２ 第１カレントミラー回路
１１４ 第２カレントミラー回路
１１６ ローパスフィルタ
１１８ 差動アンプ
１２０ スイッチ
１３０ 負荷状態判定回路
１３２ 電圧コンパレータ
１３４ 差動入力対
１６０ 異常検出回路
１６２ ロジック回路
１６４ 出力トランジスタ

Claims (12)

1. ＢＴＬ（Bridged Tied Load）形式のオーディオアンプであって、
   第１アンプと、
   第２アンプと、
   前記第１アンプの出力と接続される第１出力ピンと、
   前記第２アンプの出力と接続される第２出力ピンと、
   第１モニターピンと、
   第２モニターピンと、
   前記第１モニターピンと接続され、オン、オフが切り替え可能な電流源と、
   前記第２モニターピンと固定電圧ラインの間に設けられるスイッチと、
   前記第１モニターピンと前記第２モニターピンの電位差に応じて負荷の状態を検出する負荷状態判定回路と、
   を備えることを特徴とするオーディオアンプ。
2. 前記負荷状態判定回路は、前記電位差と所定のしきい値電圧の比較結果にもとづいて、前記負荷のオープンを検出することを特徴とする請求項１に記載のオーディオアンプ。
3. 前記負荷状態判定回路は、前記第１モニターピン、前記第２モニターピンそれぞれの電圧を受け、前記しきい値電圧に相当する入力オフセット電圧を有する電圧コンパレータを含むことを特徴とする請求項２に記載のオーディオアンプ。
4. オープン検出を指示するイネーブル信号を受けるイネーブルピンをさらに備え、
   前記電流源は、前記イネーブル信号がオープン検出を指示するときに、オンとなることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のオーディオアンプ。
5. シャットダウン状態とその解除を指示するシャットダウン信号を受けるシャットダウンピンをさらに備え、
   前記シャットダウン信号が前記シャットダウン状態を指示しており、かつ前記イネーブル信号が前記オープン検出を指示するときに、前記負荷状態判定回路はイネーブルとなることを特徴とする請求項４に記載のオーディオアンプ。
6. 前記オーディオアンプの異常を検出する異常検出回路と、
   異常の有無を外部に通知するための診断ピンと、
   前記異常検出回路と前記負荷状態判定回路の出力に応じて、前記診断ピンの状態を変化させる出力部と、
   をさらに備え、
   前記負荷状態判定回路がイネーブルの状態において、前記異常検出回路は無効化され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アンプ。
7. 前記スイッチは、サージ保護用のトランジスタを兼ねる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アンプ。
8. 制御ピンをさらに備え、
   前記電流源が生成する電流量は、前記制御ピンの状態に応じて調節可能であ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アンプ。
9. 前記電流源が生成する電流は、時間とともに緩やかに増加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アンプ。
10. ひとつの半導体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９のいずれかに記載のオーディオアンプ。
11. 電気音響変換素子と、
    前記電気音響変換素子を駆動する請求項１から１０のいずれかに記載のオーディオアンプと、
    を備えることを特徴とするオーディオ出力装置。
12. 電気音響変換素子と、
    電気音響変換素子を駆動する請求項１から１０のいずれかに記載のオーディオアンプと、
    を備えることを特徴とする電子機器。

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