JP5481262B2 - Audio signal processing circuit and electronic device using the same - Google Patents
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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。 The present invention relates to an audio signal processing circuit, and more particularly to a power supply technique for an amplifier that amplifies an audio signal.
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)。
Various circuits such as amplifiers for driving headphones and speakers and drivers for liquid crystal panels require positive and negative power supply voltages for their operation. An inversion type charge pump circuit that generates a negative voltage from a battery voltage is used in small information terminals such as a mobile phone terminal, a PDA (Personal Digital Assistant), a digital camera, and a portable audio player (
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。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of an audio system using a general positive / negative power source. The
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。
When the
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。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and one of exemplary objects of an aspect thereof is to provide an audio signal processing circuit that can be configured using a process with a relatively low breakdown voltage.
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。 One embodiment of the present invention relates to an audio signal processing circuit. The audio signal processing circuit inverts a positive power supply voltage and generates a negative power supply voltage whose absolute value is smaller than the positive power supply voltage, and a regulator circuit that steps down the positive power supply voltage. A main amplifier that receives the positive power supply voltage stepped down by the regulator circuit and the negative power supply voltage generated by the charge pump circuit and amplifies the input audio signal.
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。 According to this aspect, the difference between the positive and negative power supply voltages of the main amplifier can be reduced by optimizing the positive power supply voltage and the negative power supply voltage for the main amplifier by the regulator circuit and the charge pump circuit, respectively. It can be configured using a low breakdown voltage process.
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。 Another embodiment of the present invention is an electronic device. This electronic apparatus includes the above-described audio signal processing circuit.
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。 Note that any combination of the above-described constituent elements and the constituent elements and expressions of the present invention replaced with each other among methods, apparatuses, systems, and the like are also effective as an aspect of the present invention.
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。 According to the present invention, the audio signal processing circuit can be configured by a low withstand voltage process.
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。 The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. The embodiments do not limit the invention but are exemplifications, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.
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。
In this specification, “the state in which the member A is connected to the member B” means that the member A and the member B are electrically connected in addition to the case where the member A and the member B are physically directly connected. It includes the case of being indirectly connected through another member that does not affect the connection state.
Similarly, “the state in which the member C is provided between the member A and the member B” refers to the case where the member A and the member C or the member B and the member C are directly connected, as well as an electrical condition. It includes the case of being indirectly connected through another member that does not affect the connection state.
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。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the
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。
The
The
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。
The
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。
The
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。
The above is the configuration of the
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。 The positive power supply voltage Vdd ′ is set as low as possible in a range higher than the maximum value of the output voltage Vout so that the audio signal is not distorted. Similarly, the negative power supply voltage Vss is set as high as possible in a range lower than the minimum value of the output voltage Vout. That is, the power supply voltages Vdd ′ and Vss are set so that ΔV1 and ΔV2 are as small as possible within a range where the audio signal is not distorted.
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。
For example, consider a case where the output voltage Vout of the
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。
According to the
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。
This advantage becomes clear by comparison with a configuration without the
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。
The advantage of providing the
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。
4, the power supply voltage applied to the
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。
Focusing on the
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。
In addition, it has the following effects.
The power consumption of the
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。
In addition, by applying positive and negative power supply voltages to the
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。 Although the present invention has been described using specific terms based on the embodiments, the embodiments only illustrate the principles and applications of the present invention, and the embodiments are defined in the claims. Many variations and modifications of the arrangement are permitted without departing from the spirit of the present invention.
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。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
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、
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は、前記チャージポンプ回路により生成された前記負の電源電圧の絶対値に等しいことを特徴とするオーディオ信号処理回路。 A charge pump circuit that inverts a positive power supply voltage and generates a negative power supply voltage whose absolute value is smaller than the positive power supply voltage;
A regulator circuit for stepping down the positive power supply voltage;
A main amplifier that receives the positive power supply voltage stepped down by the regulator circuit and the negative power supply voltage generated by the charge pump circuit and amplifies the input audio signal;
Bei to give a,
An audio signal processing circuit , wherein a positive power supply voltage stepped down by the regulator circuit is equal to an absolute value of the negative power supply voltage generated by the charge pump circuit.
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