JP4187975B2

JP4187975B2 - オーディオ増幅回路

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーディオ増幅回路に関し、特に、オーディオ増幅回路の電源が投入又は切断されたときに生じる可聴雑音を除去又は少なくとも低減するオーディオ増幅回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オーディオ増幅回路の電源を投入し、又は電源を切断したとき、可聴雑音が生じやすい。この雑音は、通常、ポッピング音（popping sound）として聞こえる。このような雑音は、除去又は少なくとも低減することが望ましい。
【０００３】
電源がオン又はオフされる間の可聴雑音を除去する従来のオーディオ増幅回路を図４に示す。オーディオ増幅器１は、集積回路チップ２上に実装されており、入力端子３に供給された信号を増幅する。出力端子４は、外部コンデンサ６を介して負荷５に接続されている。外部コンデンサ６は、オーディオ増幅器１のＤＣ分離を実現するために設けられている。
【０００４】
雑音を除去するために、外部コンデンサ６と負荷５の間のノード７は、スイッチ８によって接地される。スイッチ８は、通常動作の間は開かれており、オーディオ増幅器１に電源が投入され、又は電源が切断される前に、スイッチ８は閉じられる。これにより、電源供給の切換により生じるオーディオ増幅器１における雑音信号は、スイッチ８を介して接地電位に接続され、したがって、負荷５に可聴雑音として供給されることはない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成では、集積回路チップ２の外部にスイッチ８を設けなくてはならず、このため様々な問題が生じていた。第１に、外部のスイッチ８により、追加的な部品が必要なため、回路サイズが大きくなってしまう。第２に、集積回路チップ２の電源供給に同期させて外部のスイッチ８を制御する必要があり、このため全体の回路設計が複雑となる。
【０００６】
そこで、本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、外部スイッチを用いることなく、電源供給の切換時の可聴雑音を除去又は低減することができるオーディオ増幅回路を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明に係るオーディオ増幅回路は、このオーディオ増幅回路の入力ノードと出力ノード間に直列接続された電圧利得増幅器及び電流利得増幅器と、このオーディオ増幅回路に電力を供給する電力供給線と、電力供給線を電流利得増幅器に選択的に接続する第１の切換手段と、電流利得増幅器の出力端子が接続された出力ノードから、第２の切換手段を介して、電圧利得増幅器の反転入力端子に接続された外側フィードバックループと、電圧利得増幅器の出力端子と電流利得増幅器の入力端子との間に設けられた中間ノードから、第２の切換手段を介して、電圧利得増幅器の反転入力端子に接続された内側フィードバックループと、電力供給の切換に応じて、第１及び第２の切換手段を制御する制御手段とを備える。第２の切換手段は、内側フィードバックループと外側フィードバックループを選択的に電圧利得増幅器の反転入力端子に接続する。そして、制御手段は、電力が供給されると、第１の切換手段を開き、電力供給線を電流利得増幅器から切り離し、第２の切換手段を切り換えて、内側フィードバックループを電圧利得増幅器の反転入力端子に接続し、電圧利得増幅器の出力を安定させるのに十分な遅延の後、第１の切換手段を閉じて、電力供給線を電流利得増幅器に接続し、第２の切換手段を切り換えて、外側フィードバックループを電圧利得増幅器の反転入力端子に接続する。
【０００８】
このような構成により、電圧利得増幅器の出力が安定するのに十分な初期期間の間、電流利得増幅器には電力が供給されないので、このオーディオ増幅回路の出力ノードには、電圧利得増幅器の動作開始過渡雑音（settling transient）は出力されない。もちろん、この期間経過後、電流利得増幅器をオンに切り換える必要がある。このとき、電流利得増幅器を含まない内側フィードバックループが電圧利得増幅器に接続されているので、この処理は、電流利得増幅器を開ループ状態として実行される。この結果、電流利得増幅器の帯域は高くなり、過渡雑音は可聴レンジよりも高く、電流利得増幅器に電力を供給しても可聴雑音は生じない。仮に、電流利得増幅器が電圧利得増幅器とともに、フィードバックループ内にあったとすると、電圧利得増幅器の帯域は低くなり、電力の投入に時間がかかり、可聴雑音が発生する虞がある。これに続いて、外側フィードバックループを電圧利得増幅器に接続し、２つの増幅器を含むフィードバックループによる通常動作が行われる。
【０００９】
また、本発明に係るオーディオ増幅回路は、無信号時レベル（quiescent level）の、すなわちこのオーディオ増幅回路にオーディ信号が入力されていないときの電圧を印加する無信号時電圧供給手段と、電圧利得増幅器の非反転入力端子をこのオーディオ増幅回路の入力ノード又は無信号時電圧供給手段のいずれかに選択的に接続する第３の切換手段とを備える。制御手段は、電力が供給されると、第１の切換手段を閉じる前に、第３の切換手段を切り換えて、無信号時電圧供給手段を電圧利得増幅器の非反転入力端子に接続し、第２の切換手段を切り換えて、内側フィードバックループを電圧利得増幅器に接続するのと同時に、又はこの後、第３の切換手段を切り換えて、入力ノードを電圧利得増幅器の非反転入力端子に接続する。
【００１０】
これにより、電圧利得増幅器は、その非反転入力端子に無信号時レベルの電圧が印加されて安定し、これにより、その無信号時状態を安定させることを確実にする。続いて、電流利得増幅器がオンにされ、２つの増幅器を含む外側フィードバックループが電圧利得増幅器に接続されると、第３の切換手段を切り換え、入力ノードを電圧利得増幅器に接続し、通常の動作を行う。
【００１１】
さらに、本発明に係るオーディオ増幅回路は、好ましくは、抵抗手段を介して、このオーディオ増幅回路の出力ノードを無信号時レベルの電圧にチャージする充電パスと、充電パスを選択的に開き又は閉じる第４の切換手段とを備える。制御手段は、電力が供給されると、第４の切換手段を閉じ、このオーディオ増幅回路の出力ノードが無信号時レベルの電圧にチャージされるのに十分な遅延の後、第４の切換手段を開く。
【００１２】
充電パスは、電流利得増幅器に電力が供給される前に、このオーディオ増幅回路の出力ノードを無信号時レベルの電圧にプリチャージする。これにより、電流利得増幅器に電力を供給するとき、電流利得増幅器の入力端子及び出力端子は、いずれも無信号時レベルの電圧となっており、このため、電源の切換による可聴雑音の発生を抑制することができる。
【００１３】
ここで、充電パスは、無信号時レベルの電圧を印加する無信号時電圧供給手段に接続されており、この場合、制御手段は、電力が供給されると、第４の切換手段を開いて、このオーディオ増幅回路の出力ノードを無信号時電圧供給手段から切り離し、無信号時電圧供給手段の出力信号が動作レベルに達するのに十分な遅延の後、第４の切換手段を閉じる。
【００１４】
これにより、無信号時電圧供給手段の出力が上昇して、このオーディオ増幅回路の出力ノードに可聴雑音を発生させることを防止することができる。
【００１５】
また、本発明に係るオーディオ増幅回路は、好ましくは、電圧利得増幅器の出力端子と電流利得増幅器の入力端子間に直列に接続された第５の切換手段を備える。制御手段は、電力が供給されると、第５の切換手段を開き、電流利得増幅器を電圧利得増幅器から切り離し、電力が動作レベルに達するのに十分な遅延の後、第５の切換手段を閉じる。
【００１６】
これにより、電力供給手段の出力が上昇する間、電圧利得増幅器からの信号のフィードスルーを防止することができる。このような信号は、電流利得増幅器に電力が供給されていなくても、電流利得増幅器を駆動し、出力ノードに可聴雑音を発生させる虞があるものである。
【００１７】
また、本発明に係るオーディオ増幅回路は、好ましくは、電圧利得増幅器と電流利得増幅器間のフォワードパスに無信号時レベルの電圧を印加する無信号時電圧供給手段と、無信号時電圧供給手段とフォワードパス間に直列接続された第６の切換手段とを備える。制御手段は、電力が供給されると、第６の切換手段を閉じて、無信号時電圧供給手段をフォワードパスに接続し、電圧利得増幅器の出力を安定させるのに十分な遅延の後、第６の切換手段を開く。
【００１８】
これにより、電流利得増幅器の出力は、無信号時電圧供給手段から直接供給される無信号時レベルの電圧により駆動されるため、オーディオ増幅回路は、可聴雑音を生成することなく、その無信号時動作状態を安定させることができる。
【００１９】
また、上述の目的を達成するために、本発明に係るオーディオ増幅回路は、このオーディオ増幅回路の入力ノードと出力ノード間に直列接続された電圧利得増幅器及び電流利得増幅器と、このオーディオ増幅回路に電力を供給する電力供給線と、電力供給線を電流利得増幅器に選択的に接続する第１の切換手段と、電流利得増幅器の出力端子が接続された出力ノードから、第２の切換手段を介して、電圧利得増幅器の反転入力端子に接続された外側フィードバックループと、電圧利得増幅器の出力端子と電流利得増幅器の入力端子との間に設けられた中間ノードから、第２の切換手段を介して、電圧利得増幅器の反転入力端子に接続された内側フィードバックループと、電力供給の切換に応じて、第１及び第２の切換手段を制御する制御手段とを備える。第２の切換手段は、内側フィードバックループと外側フィードバックループを選択的に電圧利得増幅器の反転入力端子に接続する。そして、制御手段は、電力が切断されると、第２の切換手段を切り換えて、内側フィードバックループを電圧利得増幅器の反転入力端子に接続し、この後、第１の切換手段を開き、電力供給線を電流利得増幅器から切り離す。
【００２０】
外側フィードバックループを電圧利得増幅器から切り離すことにより、電流利得増幅器は、電力供給線が切り離されるときに、開ループ状態となる。この結果、電流利得増幅器への電力を切断しても、電流利得増幅器の帯域は高くなり、過渡雑音は可聴レンジよりも高くなる。このとき、仮に、電流利得増幅器が電圧利得増幅器とともに、フィードバックループ内にあったとすると、電圧利得増幅器の帯域は低くなり、電力の切断に時間がかかり、可聴雑音が発生する虞がある。
【００２１】
さらに、本発明に係るオーディオ増幅回路は、好ましくは、無信号時レベルの電圧を印加する無信号時電圧供給手段と、電圧利得増幅器の非反転入力端子をこのオーディオ増幅回路の入力ノード又は無信号時電圧供給手段のいずれかに選択的に接続する第３の切換手段とを備える。制御手段は、電力が切断されると、第２の切換手段を切り換えて、内側フィードバックループを電圧利得増幅器に接続する前又は同時に、第３の切換手段を切り換えて、無信号時電圧供給手段を電圧利得増幅器の非反転入力端子に接続する。
【００２２】
これにより、電力切断時に、このオーディオ増幅回路にオーディオ信号が入力されることがなくなる。パワーレベルが低下しているときに、オーディオ信号が入力されると可聴雑音が発生する虞がある。
【００２３】
さらに、本発明に係るオーディオ増幅回路は、好ましくは、このオーディオ増幅回路の出力ノードを無信号時レベルの電圧に維持する充電パスと、充電パスを選択的に開き又は閉じる第４の切換手段とを備える。制御手段は、電力が切断されると、第１の切換手段を開く前に、第４の切換手段を閉じる。
【００２４】
充電パスは、電力供給線が電流利得増幅器から切り離されたとき、このオーディオ増幅回路の出力ノードを無信号時レベルの電圧に維持する。これにより、電源が切断されたときに可聴雑音が生じることを防止できる。
【００２５】
好ましくは、充電パスは、無信号時レベルの電圧を印加する無信号時電圧供給手段に接続されており、制御手段は、電力が切断されると、第１の切換手段を開いた後、第４の切換手段を開き、このオーディオ増幅回路の出力ノードを無信号時電圧供給手段から切り離す。
【００２６】
これにより、無信号時電圧供給手段の出力が低下し、このオーディオ増幅回路の出力ノードにおいて可聴雑音が発生することを防止できる。
【００２７】
また、本発明に係るオーディオ増幅回路は、好ましくは、電圧利得増幅器と電流利得増幅器間に直列に接続された第５の切換手段を備える。制御手段は、電力が切断されると、第１の切換手段を開いた後に、第５の切換手段を開き、電流利得増幅器を電圧利得増幅器から切り離す。
【００２８】
これにより、電力供給手段の出力が低下する間、電圧利得増幅器からの信号のフィードスルーを防止することができる。このような信号は、電流利得増幅器に電力が供給されていなくても、電流利得増幅器を駆動し、出力ノードに可聴雑音を発生させる虞があるものである。
【００２９】
さらに、本発明に係るオーディオ増幅回路は、好ましくは、電圧利得増幅器と電流利得増幅器間のフォワードパスに無信号時レベルの電圧を印加する無信号時電圧供給手段と、無信号時電圧供給手段とフォワードパス間に直列接続された第６の切換手段とを備える。制御手段は、電力が切断されると、第６の切換手段を閉じて、無信号時電圧供給手段をフォワードパスに接続する。
【００３０】
また、上述の目的を達成するために、本発明に係るオーディオ増幅回路は、第２の実施の形態として、このオーディオ増幅回路の入力ノードと出力ノード間に設けられた増幅回路と、このオーディオ増幅回路に電力を供給する電力供給線と、抵抗手段を介して、このオーディオ増幅回路の出力ノードを無信号時レベルの電圧にチャージする充電パスと、充電パスを選択的に開き又は閉じる充電パス切換手段と、電力供給線を増幅回路の出力段に選択的に接続する電力供給切換手段と、充電パス切換手段及び電力供給切換手段を制御する制御手段とを備える。制御手段は、電力が供給されると、電力供給切換手段を開き、増幅回路の出力段を電力供給線から切り離し、充電パス切換手段を閉じ、出力ノードが無信号時レベルの電圧にチャージされるのに十分な遅延の後、充電パス切換手段を開き、電力供給切換手段を閉じて、電力供給線を増幅回路の出力段に接続する。
【００３１】
充電パスは、このオーディオ増幅回路の出力ノードを無信号時レベルの電圧にプリチャージする。このプリチャージの間、増幅回路の出力段は、電力供給線から切り離されているので、効果的にオフの状態となる。電力供給線が増幅回路の出力段に接続されるとき、出力ノードは、既に無信号時レベルの電圧にチャージされているので、雑音の発生が抑制される。
【００３２】
電力供給切換手段は、出力段の前段の全ての素子を含むオーディオ増幅回路全体に電力供給線を選択的に接続するものであってもよいが、好ましくは、電力供給線に電力が供給されると、直ちにオーディオ増幅回路の残りの部分に電力が供給するものであることが望ましい。これにより、オーディオ増幅回路の残りの部分は、出力段に電力が供給される前に、その無信号時動作状態を安定させることができる。
【００３３】
ここで、本発明の２つの実施の形態のいずれにおいても、電流利得増幅器は、その入力端子と出力端子間に固有のＤＣオフセットを有していないことが望ましい。これにより、電流利得増幅器に電力が供給されたとき、出力電圧に可聴雑音の原因となる段差が生じることはない。
【００３４】
本発明の２つの実施の形態は、後述する実施の形態の通り、組み合わせて実現することもできる。また、これら２つの実施の形態の様々な特徴を自由に組み合わせてもよい。
【００３５】
上述のオーディオ増幅回路の２つの実施の形態は、いずれも電源の切換時における可聴雑音の発生を抑制する。
【００３６】
また、上述したオーディオ増幅回路の２つの実施の形態は、単一の集積回路（integrated circuit：ＩＣ）チップ上に実現してもよい。これにより、ＩＣチップの外部に更なる回路を設けることなく、電源供給の切換時における可聴雑音を抑制できるオーディオ増幅回路を組み込んだＩＣチップを実現することができる。これにより、ＩＣチップをより大きな回路に組み込んだとき、更なる雑音抑制技術を採用する必要がなくなるため、回路サイズを小型化できる。
【００３７】
本発明に係るオーディオ増幅回路は、オーディオ信号を増幅する必要のある如何なる装置において使用してもよい。例えば、本発明に係るオーディオ増幅回路は、オーディオビジュアルスイッチにおいて使用してもよい。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るオーディオ増幅回路について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３９】
本発明を適用したオーディオ増幅回路の実施の形態を図１に示す。このオーディオ増幅回路は、集積回路（integrated circuit：以下、ＩＣという。）チップ１０上に形成されている。このオーディオ増幅回路は、ＩＣチップ１０の入力端子９を介して入力ノード１１に供給されたオーディオ信号を増幅し、増幅されたオーディオ信号を出力ノード１２からＩＣチップ１０の出力端子１３を介して出力する。出力端子１３は、ＤＣ分離のために設けられた外部コンデンサ１４を介して負荷１５に接続されている。負荷１５は、ラウドスピーカであってもよく、更なるオーディオ回路であってもよく、オーディオ増幅回路とラウドスピーカの間に接続される機器であってもよい。例えば、ＩＣチップ１０及び外部コンデンサ１４は、ラウドスピーカが接続された負荷１５を有するオーディオビジュアルスイッチ（audio-visual switch）の一部であってもよい。
【００４０】
入力オーディオ信号を増幅するために、オーディオ増幅回路は、入力ノード１１と出力ノード１２間のフォワードパス３４において直列に接続された電圧利得増幅器１６と、電流利得増幅器１７とを備える。
【００４１】
電力供給線１８には、電力供給端子１９を介して電力が供給されている。電力供給線１８は、オーディオ増幅回路内の様々な素子に接続されており、周知の方法で各素子に電力を供給している。
【００４２】
電圧利得増幅器１６及び電流利得増幅器１７の周囲には、出力ノード１２から電圧利得増幅器１６の反転入力端子２１に接続された外側フィードバックループ（outer feedback loop）２０が設けられている。外側フィードバックループ２０は、オーディオ増幅回路がオーディオ信号を増幅する通常動作における周知の負帰還回路として機能する。
【００４３】
上述したオーディオ増幅回路の素子は、従来のオーディオ増幅回路と同様のものである。ここで、本発明を適用したオーディオ増幅回路は、電源供給が切り換えられたときに生じる雑音を除去するために、以下に説明するような素子を備える。
【００４４】
すなわち、このオーディオ増幅回路は、電力供給線１８の電圧から、オーディオ増幅回路にオーディオ信号が供給されていないときの電圧、すなわち無信号時電圧（quiescent voltage）Ｖ _ｑを引き出す無信号時電圧供給回路（quiescent voltage supply circuit）２２を備える。無信号時電圧供給回路２２と出力ノード１２との間には、抵抗器２６を含む充電パス（charging path）２５が設けられており、充電パス２５は、抵抗器２６を介して、出力ノード１２に無信号時電圧Ｖ_ｑを印加する。
【００４５】
さらに、このオーディオ増幅回路は、電圧利得増幅器１６に接続された内側フィードバックループ（inner feedback loop）２３を備える。内側フィードバックループ２３は、電圧利得増幅器１６と電流利得増幅器１７間の中間ノード２４から、電圧利得増幅器１６の反転入力端子２１に接続されており、したがって、電流利得増幅器１７は、内側フィードバックループ２３の外側に位置する。
【００４６】
さらに、オーディオ増幅回路は、以下のような複数のスイッチを有する。
【００４７】
まず、電力供給線１８と電流利得増幅器１７との間には、電流利得増幅器１７への電力供給を制御するための１対の第１のスイッチ２７が設けられている。第２の切換スイッチ２８は、外側フィードバックループ２０又は内側フィードバックループ２３を電圧利得増幅器１６の反転入力端子２１に選択的に接続する。第３の切換スイッチ２９は、無信号時電圧供給回路２２又は入力ノード１１を電圧利得増幅器１６の非反転入力端子３３に選択的に接続する。第４のスイッチ３０は、充電パス２５を選択的に閉じ、又は開く。
【００４８】
第５のスイッチ３１は、電圧利得増幅器１６と電流利得増幅器１７との間に設けられており、これらの２つの増幅器１６、１７間のフォワードパス３４を選択的に閉じ、又は開く。この第５のスイッチ３１は、図１に示すように、電圧利得増幅器１６の出力端子と中間ノード２４間に接続されており、すなわち、第５のスイッチ３１は、内側フィードバックループ２３内に設けられている。なお、第５のスイッチ３１を中間ノード２４の後段に設け、すなわち、内側フィードバックループ２３の外に設けてもよい。
【００４９】
第６のスイッチ３２は、無信号時電圧供給回路２２と、電圧利得増幅器１６と電流利得増幅器１７間のフォワードパス３４とを接続する接続線３５の途中に設けられており、フォワードパス３４に無信号時電圧Ｖ _ｑを選択的に印加する。
【００５０】
これらの第１のスイッチ２７〜第６のスイッチ３２は、単にＩＣチップ１０上のトランジスタによって実現してもよい。あるいは、これらの第１のスイッチ２７〜第６のスイッチ３２は、必要な切換機能を実行できる如何なる回路で置換してもよい。
【００５１】
さらに、ＩＣチップ１０は、パワーオンリセット回路（power-on-reset circuit）３６と、タイミング発生回路３７とを備え、これらの２つの回路は、連携して第１のスイッチ２７〜第６のスイッチ３２を制御する制御回路として機能する。詳しくは、パワーオンリセット回路３６は、電力供給線１８に電力が供給されると、オーディオ増幅回路の他の回路素子が動作する前に、第１のスイッチ２７〜第６のスイッチ３２を初期状態にリセットする。さらに、タイミング発生回路３７は、電力供給線１８に電力が供給され又は切断された後の所定のタイミングで第１のスイッチ２７〜第６のスイッチ３２の状態を切り換える切換制御信号を生成する。この切換制御信号は、電力供給線１８に電力が供給され又は切断される前にＩＣチップ１０の制御端子５３に供給される制御信号に応じて、所定のタイミングで生成してもよい。このタイミングは如何なる方法でも生成してよく、例えば、コンデンサをチャージするためのラダー抵抗器（resistance ladder）のノードから信号を取り出すことにより生成してもよい。
【００５２】
他の実施の形態として、タイミング発生回路３７に代えて、ＩＣチップ１０の端子に接続され、ＩＣチップ１０の外部に設けられたマイクロプロセッサから制御端子５３に供給される一連のタイミング信号を受け取り、このタイミング信号に応じて、適切なタイミングで第１のスイッチ２７〜第６のスイッチ３２を制御する論理インタフェース回路を設けてもよい。
【００５３】
更なる他の実施の形態として、タイミング発生回路３７は、制御端子５３に供給される信号ではなく、電力供給線１８上の電力レベルに応じ、電力供給線１８に電力が供給されたときに、適切なタイミングで制御信号を生成するようにしてもよい。電力の切断前の適切なタイミングで制御信号を生成するために、タイミング発生回路３７は、電力供給線１８における電圧レベルの初期低下に応答するプリトリガ（pre-trigger）を有する。この場合、電力供給線１８における電圧レベルは、電力が完全に切断される前に第１のスイッチ２７〜第６のスイッチ３２を正しく動作させるために、十分に低い、制御された減衰率を有する必要がある。
【００５４】
具体的には、ＩＣチップ１０に電力が供給されると、第１のスイッチ２７〜第６のスイッチ３２は以下のように制御される。
【００５５】
電力供給線１８に電力が供給されると、パワーオンリセット回路３６は、第１のスイッチ２７〜第６のスイッチ３２を次のように初期化する。第１のスイッチ２７は開かれ、第２の切換スイッチ２８は、内側フィードバックループ２３を電圧利得増幅器１６の反転入力端子２１に接続し、第３の切換スイッチ２９は、無信号時電圧Ｖ_ｑを電圧利得増幅器１６の非反転入力端子３３に印加し、第４のスイッチ３０は開かれ、第５のスイッチ３１は開かれ、第６のスイッチ３２は閉じられる。
【００５６】
初期的に第１のスイッチ２７を開くことにより、電流利得増幅器１７への電力の供給を遅延させるとともに、電圧利得増幅器１６を安定した無信号時状態とすることができる。
【００５７】
第５のスイッチ３１を開くことにより、電圧利得増幅器１６の出力端子を電流利得増幅器１７から切り離すことができ、これにより、電力が動作レベルに上昇するまでの間、電圧利得増幅器１６において生じる信号のフィードスルーを防止することができる。このような信号は、電流利得増幅器１７に電力が供給されていなくても、電流利得増幅器１７の出力端子に可聴雑音を生成させる虞のあるものである。第５のスイッチ３１は、このような雑音の発生を防止する。電力供給に続いて、タイミング発生回路３７は、第５のスイッチ３１を閉じ、これにより、電圧利得増幅器１６の出力端子は、電流利得増幅器１７の入力端子に接続される。
【００５８】
第２の切換スイッチ２８の初期設定により、電圧利得増幅器１６は、内側フィードバックループ２３により、その無信号時動作を安定させることができる。
【００５９】
第３の切換スイッチ２９の初期設定により、第３の切換スイッチ２９が無信号時電圧供給回路２２に接続されている（switching arrangement）間、無信号時電圧Ｖ_ｑが電圧利得増幅器１６の非反転入力端子３３に印加される。これにより、電圧利得増幅器１６は、入力ノード１１に供給されるオーディオ信号の影響を受けることなく、自らの動作を安定させることができる。
【００６０】
第６のスイッチ３２を初期的に閉じることにより、無信号時電圧供給回路２２からの無信号時電圧Ｖ_ｑを電圧利得増幅器１６の出力端子に直接印加することができる。このように、電圧利得増幅器１６が安定化動作を行う間、電圧利得増幅器１６を無信号時動作状態とする２つの要因（influence）が存在する。第１の要因は、内側フィードバックループ２３を介して供給されるフィードバック信号である。第２の要因は、第６のスイッチ３２を介して電圧利得増幅器１６の出力端子に直接印加される無信号時電圧Ｖ_ｑであり、この無信号時電圧Ｖ_ｑは、フォワードパス３４を効果的にプリチャージし、電圧利得増幅器１６の出力電圧を無信号時レベルの電圧にする。
【００６１】
充電パス２５は、電流利得増幅器１７を電源に接続する前に、出力ノード１２を無信号時電圧Ｖ_ｑにするために設けられている。なお、第４のスイッチ３０を初期的に開き、出力ノード１２を無信号時電圧供給回路２２から切り離すことにより、無信号時電圧供給回路２２の出力をその動作レベルに高めるとともに、出力ノード１２における雑音の発生が防止される。すなわち、無信号時電圧供給回路２２の出力レベルが動作レベルに達するまでの十分な遅延の後、タイミング発生回路３７は、第４のスイッチ３０を閉じる。これにより、出力ノード１２の電位は、無信号時電圧供給回路２２から充電パス２５を介して無信号時電圧Ｖ_ｑとなる。このチャージは、外部コンデンサ１４の容量に対して十分に大きな抵抗値を有する抵抗器２６を介して行われるので、出力ノード１２における充電の過渡現象（charging transient）は、可聴レンジ以下となる。したがって、出力ノード１２をチャージしても可聴雑音は生じない。出力ノード１２をチャージするのに十分な遅延の後、タイミング発生回路３７は、第４のスイッチ３０を開く。
【００６２】
上述のように、外部コンデンサ１４は、オーディオ増幅回路を負荷１５からＤＣ分離するために設けられている。したがって、電源が、正負の同じ電圧を発生するデュアル電源（dual supply）であり、出力ノード１２の無信号時電圧Ｖ _ｑが接地電位である場合、ＤＣ分離は必要でないので、原理的には、外部コンデンサ１４は設けなくてもよい。この場合、出力ノード１２は、既に接地電位である無信号時電圧Ｖ _ｑであるので、充電パス２５も設けなくてもよい。なお、電源が投入されたときに、出力ノード１２が期待される無信号時レベルの電圧にない場合には、出力ノード１２をプリチャージするために、充電パス２５を設けた方がよい。
【００６３】
以上の処理に続いて、タイミング発生回路３７は、第１のスイッチ２７〜第６のスイッチ３２を以下のように制御する。
【００６４】
電圧利得増幅器１６がその無信号時動作状態を安定させるのに十分な時間が経過すると、電圧利得増幅器１６の出力信号は、内側フィードバックループ２３の負帰還により無信号時電圧Ｖ _ｑに維持されているので、第６のスイッチ３２が開かれる。
【００６５】
第６のスイッチ３２を開くのと同時に、又はその後に（すなわち、電圧利得増幅器１６の動作が安定し、好ましくは、出力ノード１２が無信号時レベルの電圧にチャージされた後に）、第１のスイッチ２７が閉じられ、これにより、電力供給線１８が電流利得増幅器１７に接続される。この時点までは、電流利得増幅器１７の入力端子は、電圧利得増幅器１６及び内側フィードバックループ２３の負帰還により、無信号時レベルの電圧とされている。同様に、電流利得増幅器１７の出力端子は、出力ノード１２のチャージにより、無信号時レベルの電圧とされている。
【００６６】
このように、電流利得増幅器１７の入力端子及び出力端子が無信号時レベルの電圧とされているので、電力供給線１８を電流利得増幅器１７に接続しても、雑音が生じることなく、電流利得増幅器１７の素子がオンとなる。このように、電流利得増幅器１７の入力端子及び出力端子が無信号時レベルの電圧となるまで、電流利得増幅器１７への電力の供給を遅延させることにより、正の電源と負の電源の立上がり（rise transient）に不一致があっても、この不一致により電流利得増幅器１７内で生じる可能性がある雑音の発生を防止することができる。なお、第１のスイッチ２７を閉じることにより、短時間の切換過渡雑音が発生するが、この雑音は可聴レンジよりも上にある。
【００６７】
電流利得増幅器１７がオンにされるとき、第２の切換スイッチ２８の初期設定により、電流利得増幅器１７には負帰還がかかっていないので、電流利得増幅器１７を高速にオンとすることができる。すなわち、電流利得増幅器１７の帯域は高く、電流利得増幅器１７を素早くオン状態にすることができる。仮に、電圧利得増幅器１６及び電流利得増幅器１７に接続された外側フィードバックループ２０を閉じた状態で電流利得増幅器１７をオンに切り換えたとすると、電圧利得増幅器１６の帯域は低く、本質的には電圧利得増幅器１６内の固有の容量をチャージするために遅延が生じるので、電流利得増幅器１７をオン状態にするまでに時間がかかり、このために、出力ノード１２に可聴雑音が生じる。
【００６８】
電流利得増幅器１７が一旦オンになると、オーディオ増幅回路を通常動作させるために、電流利得増幅器１７に電圧利得増幅器１６とともに負帰還をかける必要がある。このため、第１のスイッチ２７を閉じた後に、第２の切換スイッチ２８を切り換えて、外側フィードバックループ２０を電圧利得増幅器１６に接続する。これと同時に、又はこの後、第３の切換スイッチ２９を切り換えて、入力ノード１１を電圧利得増幅器１６に接続する。第２の切換スイッチ２８及び第３の切換スイッチ２９の切換により出力に急峻な過渡現象が生じるが、この雑音は、可聴レンジよりも高い。ＩＣチップ１０に電力が供給されたときの切換サイクルはこれで終了し、オーディオ増幅回路は、入力ノード１１に供給されるオーディオ信号を増幅する通常動作を行える状態となる。
【００６９】
ＩＣチップ１０への電力供給が切断されると、タイミング発生回路３７は、以下に説明するように、電源投入時と逆の順序で第１のスイッチ２７〜第６のスイッチ３２を切り換える。
【００７０】
まず、第３の切換スイッチ２９を切り換えて、無信号時電圧供給回路２２からの無信号時電圧Ｖ_ｑを電圧利得増幅器１６の非反転入力端子３３に印加する。これにより、電圧利得増幅器１６及びオーディオ増幅回路内の他の素子が入力ノード１１から切り離され、これにより、入力オーディオ信号によって、電力レベルの円滑な低下が妨げられることはない。この入力ノード１１の切り離しを行わないと、入力オーディオ信号によって、可聴雑音が生じることがある。
【００７１】
第３の切換スイッチ２９の切換と同時に、又はこの後、第２の切換スイッチ２８を切り換えて、内側フィードバックループ２３を電圧利得増幅器１６の反転入力端子２１に接続する。これにより、外側フィードバックループ２０が切断され、電流利得増幅器１７が開ループ状態となる。このとき、第４のスイッチ３０を閉じ、これにより、電流利得増幅器１７を無信号時レベルの電圧に維持する。また、内側フィードバックループ２３の負帰還により、電圧利得増幅器１６は、電流利得増幅器１７の入力端子のレベルを無信号時レベルの電圧に維持する。
【００７２】
次に、第１のスイッチ２７を開き、電力供給線１８を電流利得増幅器１７から切り離す。電流利得増幅器１７の入力端子及び出力端子は、無信号時レベルの電圧に維持されているので、電流利得増幅器１７の素子は、雑音を発生させることなく、オフに切り換えられる。電流利得増幅器１７は、電圧利得増幅器１６に接続された内側フィードバックループ２３の外に位置し、開ループ状態となっているので、電流利得増幅器１７の帯域は高くなっており、オフへの切換を高速に行うことができる。換言すれば、電流利得増幅器１７のオフへの切換は、電圧利得増幅器１６の帯域の低さの影響を受けない。電圧利得増幅器１６の帯域は、その固有の容量により低く、この影響を受けた場合、電流利得増幅器１７をオフに切り換えるまでに時間がかかり、このため可聴雑音が生じる虞がある。
【００７３】
次に、第４のスイッチ３０を開き、出力ノード１２を無信号時電圧供給回路２２から切り離す。これにより、電力の切断の後、無信号時電圧Ｖ_ｑが通常の動作レベルから落ちても、出力ノード１２において可聴雑音は生じない。
【００７４】
最後に、第６のスイッチ３２を閉じて、電圧利得増幅器１６と電流利得増幅器１７間のフォワードパス３４を無信号時電圧供給回路２２に接続し、続いて、第５のスイッチ３１を開いて、電圧利得増幅器１６から電流利得増幅器１７を切り離す。この状態において、ＩＣチップ１０の電力が切断される。第５のスイッチ３１が開いているため、電圧利得増幅器１６の出力に生じる如何なる信号も、電流利得増幅器１７に供給されることはない。仮に、このような信号が電流利得増幅器１７に供給されると、電流利得増幅器１７がオフ状態であっても、出力ノード１２から可聴雑音が出力される虞がある。
【００７５】
図２は、電流利得増幅器１７の具体的な回路構成を示す回路図である。この実施の形態では、電流利得増幅器１７は、同じトランジスタ構成で実現されているが、ｐｎｐトランジスタとｎｐｎトランジスタとの異なるトランジスタで実現される正電流源（positive current leg）と負電流源（negative current leg）とを有する。図２では、各電流源の対応する素子に同一の符号を付し、正電流源にはｐ、負電流源にはｎを符号に付加している。各電流源の構成は以下の通りである。
【００７６】
電流利得増幅器１７の入力端子３８は、入力トランジスタ３９のベースに接続されており、入力トランジスタ３９のエミッタは、定電流源４０に接続されている。入力トランジスタ３９のエミッタは、出力トランジスタ４１のベースにも接続されている。出力トランジスタ４１は、入力トランジスタ３９とは逆の種類のトランジスタであり、そのエミッタは、電流利得増幅器１７の出力端子４２に接続されている。電流利得増幅器１７は、出力端子４２に正電流を流す正電流源の出力トランジスタ４１ｐと、出力端子４２に負電流を流す負電流源の出力トランジスタ４１ｎとにより、入力端子３８に供給された電流を増幅する。
【００７７】
なお、ｎｐｎトランジスタとｐｎｐトランジスタの不一致、すなわち、入力トランジスタ３９と出力トランジスタ４１のベースエミッタ接合による電圧降下の不一致により、出力端子４２と入力端子３８の間には、避けられない僅かなＤＣオフセットが生じる。これにより、電流利得増幅器１７に電源が投入されたとき、その出力端子４２には好ましくない過渡段差（transient step）が生じ、これにより、小さな可聴雑音が発生する。
【００７８】
このような可聴雑音の源を排除するために、電流利得増幅器１７を、入力端子と出力端子間にＤＣオフセットが生じない電流利得増幅器、例えば図３に示すような他の電流利得増幅器４３で構成してもよい。他の電流利得増幅器４３も、同じトランジスタ構成で実現されているが、ｐｎｐトランジスタとｎｐｎトランジスタとの異なるトランジスタで実現される２つの電流源を有する。図３においては、各電流源の対応する素子には同一の符号を付し、正電流源にはｐ、負電流源にはｎを符号に付加している。各電流源の構成は以下の通りである。
【００７９】
図３に示すように、他の電流利得増幅器４３の入力端子４４は、入力トランジスタ４５のベースに接続されており、入力トランジスタ４５のエミッタは、定電流源４０に接続されている。さらに、この構成においても、入力トランジスタ４５は、出力トランジスタ４７のベースを駆動し、出力トランジスタ４７のエミッタは、出力端子４８に接続されている。なお、入力トランジスタ４５は、出力トランジスタ４７を直接的には駆動していない。これに代えて、入力トランジスタ４５のコレクタに流れる電流のミラー電流を、入力トランジスタ４５のコレクタ−エミッタに平行なパラレルパス５０を介して流すカレントミラー４９を用いている。
【００８０】
パラレルパス５０は、直列にダイオード接続された２つの整合トランジスタ５１、５２を備える。出力トランジスタ４７のベースは、第２の整合トランジスタ５２のベースに接続されている。第１の整合トランジスタ５１は、入力トランジスタ４５と同じ種類のトランジスタであり、第２の整合トランジスタ５２は、出力トランジスタ４７と同じ種類のトランジスタである。したがって、入力トランジスタ４５と第１の整合トランジスタ５１のベース−エミッタ接合による電圧降下は等しい。同様に、出力トランジスタ４７と第２の整合トランジスタ５２のベース−エミッタ接合による電圧降下も等しい。この結果、他の電流利得増幅器４３の入力端子４４と出力端子４８の間にはＤＣオフセットは生じない。
【００８１】
ＩＣチップ１０は、図２及び図３に示す電流利得増幅器１７、４３と同様に、バイポーラ技術を用いて実現することができる。また、ＩＣチップ１０は、電界効果トランジスタ技術によっても実現することができる。
【００８２】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係るオーディオ増幅回路は、このオーディオ増幅回路の入力ノードと出力ノード間に直列接続された電圧利得増幅器及び電流利得増幅器と、このオーディオ増幅回路に電力を供給する電力供給線と、電力供給線を電流利得増幅器に選択的に接続する第１の切換手段と、電流利得増幅器の出力端子が接続された出力ノードから、第２の切換手段を介して、電圧利得増幅器の反転入力端子に接続された外側フィードバックループと、電流利得増幅器の出力端子と電流利得増幅器の入力端子との間に設けられた中間ノードから、第２の切換手段を介して、電圧利得増幅器の反転入力端子に接続された内側フィードバックループと、電力供給の切換に応じて、第１及び第２切換手段を制御する制御手段とを備える。第２の切換手段は、内側フィードバックループと外側フィードバックループを選択的に電圧利得増幅器の反転入力端子に接続する。制御手段は、電力が供給されると、第１の切換手段を開き、電力供給線を電流利得増幅器から切り離し、第２の切換手段を切り換えて、内側フィードバックループを電圧利得増幅器の反転入力端子に接続し、電圧利得増幅器の出力を安定させるのに十分な遅延の後、第１の切換手段を閉じて、電力供給線を電流利得増幅器に接続し、第２の切換手段を切り換えて、外側フィードバックループを電圧利得増幅器の反転入力端子に接続する。これにより、外部スイッチを用いることなく、電源供給の切換時の可聴雑音を除去又は低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したオーディオ増幅回路の構成を示す回路図である。
【図２】図１に示すオーディオ増幅回路における電流利得増幅器の具体的な構成を示す回路図である。
【図３】ＤＣオフセットが無い他の電流利得増幅器の具体的な構成を示す回路図である。
【図４】電源切換時の雑音を消去するための外部スイッチを備える従来のオーディオ増幅回路の回路図である。
【符号の説明】
１０ＩＣチップ、１１入力ノード、１２出力ノード、１３出力端子、１４外部コンデンサ、１５負荷、１６電圧利得増幅器、１７電流利得増幅器、１８電力供給線、１９電力供給端子、２０外側フィードバックループ、２１反転入力端子、２２無信号時電圧供給回路、２３内側フィードバックループ、２４ノード、２５充電パス、２６抵抗器、２７第１のスイッチ、２８第２の切換スイッチ、２９第３の切換スイッチ、３０第４のスイッチ、３１第５のスイッチ、３２第６のスイッチ、３３非反転入力端子

Claims

オーディオ信号を増幅するオーディオ増幅回路において、
当該オーディオ増幅回路の入力ノードと出力ノード間に直列接続された電圧利得増幅器及び電流利得増幅器と、
当該オーディオ増幅回路に電力を供給する電力供給線と、
上記電力供給線を上記電流利得増幅器に選択的に接続する第１の切換手段と、
上記電流利得増幅器の出力端子が接続された上記出力ノードから、第２の切換手段を介して、上記電圧利得増幅器の反転入力端子に接続された外側フィードバックループと、
上記電圧利得増幅器の出力端子と上記電流利得増幅器の入力端子との間に設けられた中間ノードから、上記第２の切換手段を介して、上記電圧利得増幅器の反転入力端子に接続された内側フィードバックループと、
電力供給の切換に応じて、上記第１及び第２の切換手段を制御する制御手段とを備え、
上記第２の切換手段は、上記内側フィードバックループと上記外側フィードバックループを選択的に上記電圧利得増幅器の反転入力端子に接続し、
上記制御手段は、電力が供給されると、
上記第１の切換手段を開き、上記電力供給線を上記電流利得増幅器から切り離し、
上記第２の切換手段を切り換えて、上記内側フィードバックループを上記電圧利得増幅器の反転入力端子に接続し、該電圧利得増幅器の出力を安定させるのに十分な遅延の後、上記第１の切換手段を閉じて、上記電力供給線を上記電流利得増幅器に接続し、
上記第２の切換手段を切り換えて、上記外側フィードバックループを上記電圧利得増幅器の反転入力端子に接続することを特徴とするオーディオ増幅回路。
無信号時レベルの電圧を印加する無信号時電圧供給手段と、
上記電圧利得増幅器の非反転入力端子を上記入力ノード又は上記無信号時電圧供給手段のいずれかに選択的に接続する第３の切換手段とを更に備え、
上記制御手段は、電力が供給されると、
上記第１の切換手段を閉じる前に、上記第３の切換手段を切り換えて、上記無信号時電圧供給手段を上記電圧利得増幅器の非反転入力端子に接続し、
上記第２の切換手段を切り換えて、上記内側フィードバックループを上記電圧利得増幅器の反転入力端子に接続するのと同時に、又はこの後に、上記第３の切換手段を切り換えて、上記入力ノードを上記電圧利得増幅器の非反転入力端子に接続することを特徴とする請求項１記載のオーディオ増幅回路。
抵抗手段を介して、上記出力ノードを無信号時レベルの電圧にチャージする充電パスと、
上記充電パスを選択的に開き又は閉じる第４の切換手段とを更に備え、
上記制御手段は、電力が供給されると、
上記第４の切換手段を閉じ、上記出力ノードが無信号時レベルの電圧にチャージされるのに十分な遅延の後、該第４の切換手段を開くことを特徴とする請求項１又は２記載のオーディオ増幅回路。
上記充電パスは、上記無信号時レベルの電圧を印加する無信号時電圧供給手段に接続されており、
上記制御手段は、電力が供給されると、
上記第４の切換手段を開いて、上記出力ノードを上記無信号時電圧供給手段から切り離し、
上記無信号時電圧供給手段の出力信号が動作レベルに達するのに十分な遅延の後、上記第４の切換手段を閉じることを特徴とする請求項３記載のオーディオ増幅回路。
上記出力ノードには、外部コンデンサが接続されており、上記抵抗手段は、該外部コンデンサの容量に対して、該出力ノードの充電過渡雑音を可聴レンジよりも低くするのに十分な高い抵抗値を有することを特徴とする請求項３又は４記載のオーディオ増幅回路。
上記電圧利得増幅器の出力端子と上記電流利得増幅器の入力端子間に直列に接続された第５の切換手段を更に備え、
上記制御手段は、電力が供給されると、
上記第５の切換手段を開き、上記電流利得増幅器を上記電圧利得増幅器から切り離し、該電力が動作レベルに達するのに十分な遅延の後、該第５の切換手段を閉じることを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項記載のオーディオ増幅回路。
上記電圧利得増幅器と上記電流利得増幅器間のフォワードパスに無信号時レベルの電圧を印加する上記無信号時電圧供給手段と、
上記無信号時電圧供給手段と上記フォワードパス間に直列接続された第６の切換手段とを更に備え、
上記制御手段は、電力が供給されると、
上記第６の切換手段を閉じて、上記無信号時電圧供給手段を上記フォワードパスに接続し、上記電圧利得増幅器の出力を安定させるのに十分な遅延の後、該第６の切換手段を開くことを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項記載のオーディオ増幅回路。
オーディオ信号を増幅するオーディオ増幅回路において、
当該オーディオ増幅回路の入力ノードと出力ノード間に直列接続された電圧利得増幅器及び電流利得増幅器と、
当該オーディオ増幅回路に電力を供給する電力供給線と、
上記電力供給線を上記電流利得増幅器に選択的に接続する第１の切換手段と、
上記電流利得増幅器の出力端子が接続された上記出力ノードから、第２の切換手段を介して、上記電圧利得増幅器の反転入力端子に接続された外側フィードバックループと、
上記電圧利得増幅器の出力端子と上記電流利得増幅器の入力端子との間に設けられた中間ノードから、上記第２の切換手段を介して、上記電圧利得増幅器の反転入力端子に接続された内側フィードバックループと、
電力供給の切換に応じて、上記第１及び第２の切換手段を制御する制御手段とを備え、
上記第２の切換手段は、上記内側フィードバックループと上記外側フィードバックループを選択的に上記電圧利得増幅器の反転入力端子に接続し、
上記制御手段は、電力が切断されると、
上記第２の切換手段を切り換えて、上記内側フィードバックループを上記電圧利得増幅器の反転入力端子に接続し、この後、上記第１の切換手段を開き、上記電力供給線を上記電流利得増幅器から切り離すことを特徴とするオーディオ増幅回路。
無信号時レベルの電圧を印加する無信号時電圧供給手段と、
上記電圧利得増幅器の非反転入力端子を上記入力ノード又は上記無信号時電圧供給手段のいずれかに選択的に接続する第３の切換手段とを更に備え、
上記制御手段は、電力が切断されると、
上記第２の切換手段を切り換えて、上記内側フィードバックループを上記電圧利得増幅器の反転入力端子に接続する前又はこれと同時に、上記第３の切換手段を切り換えて、上記無信号時電圧供給手段を上記電圧利得増幅器の非反転入力端子に接続することを特徴とする請求項８記載のオーディオ増幅回路。
上記出力ノードを無信号時レベルの電圧に維持する充電パスと、
上記充電パスを選択的に開き又は閉じる第４の切換手段とを更に備え、
上記制御手段は、電力が切断されると、
上記第１の切換手段を開く前に、上記第４の切換手段を閉じることを特徴とする請求項８又は９記載のオーディオ増幅回路。
上記充電パスは、上記無信号時レベルの電圧を印加する無信号時電圧供給手段に接続されており、
上記制御手段は、電力が切断されると、
上記第１の切換手段を開いた後、上記第４の切換手段を開き、上記出力ノードを上記無信号時電圧供給手段から切り離すことを特徴とする請求項１０記載のオーディオ増幅回路。
上記電圧利得増幅器の出力端子と上記電流利得増幅器の入力端子間に直列に接続された第５の切換手段を更に備え、
上記制御手段は、電力が切断されると、
上記第１の切換手段を開いた後に、上記第５の切換手段を開き、上記電流利得増幅器を上記電圧利得増幅器から切り離すことを特徴とする請求項８乃至１１いずれか１項記載のオーディオ増幅回路。
上記電圧利得増幅器と上記電流利得増幅器間のフォワードパスに無信号時レベルの電圧を印加する上記無信号時電圧供給手段と、
上記無信号時電圧供給手段と上記フォワードパス間に直列接続された第６の切換手段とを更に備え、
上記制御手段は、電力が切断されると、
上記第６の切換手段を閉じて、上記無信号時電圧供給手段を上記フォワードパスに接続することを特徴とする請求項８乃至１２記載のオーディオ増幅回路。