JP6027444B2 - オーディオ信号処理回路およびそれを用いた車載用オーディオ装置、オーディオコンポーネント装置、電子機器 - Google Patents
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VS1=VREF2+VS1×R2/(R1+R2)×(VS2−VREF2) …(1)
これをVS2について解くと、式(2)を得る。
VS2=g2×VS1−R1/R2×VREF2 …(2)
ただし、利得g2=(R1+R2)/R2である。
VS1=VAUD1(t)+VBIAS1 …(3)
式(3)を式(2)に代入すると、式(4)を得る。
VS2=g2×VAUD1(t)+g2×VBIAS1−R1/R2×VREF2 …(4)
VS2=VAUD2(t)+VBIAS2 …(5a)
VAUD2(t)=g2×VAUD1(t) …(5b)
VBIAS2=g2×VBIAS1−R1/R2×VREF2 …(5c)
この場合、セレクタ回路の切りかえのときに、第2アンプの入力信号の直流電圧レベルの変動を抑制することができ、ノイズを抑制できる。
比例係数(分圧比)を適切に設定することにより、起動バイアス電圧のレベルを適切に設定でき、これにより第2信号、ひいては第3信号を、第1アンプの状態とは無関係に安定的に遷移させることができる。
起動バイアス回路を緩やかに増大させることにより、第3信号を緩やかに立ち上げることができ、ノイズを低減できる。
第2アンプは、第2信号と第2基準電圧の差分を増幅するところ、第2アンプの出力レベルが第2電源電圧付近となり、第2アンプの安定動作領域(オペアンプのヘッドマージン内)から外れることにより出力異常が発生する(たとえばクリップ)。この態様によれば、第2基準電圧を生成するアンプの起動状態によって、第2基準電圧が不定であったとしても、第2アンプがクリップされるのを抑制できる。
この場合、第1電源電圧、第2電源電圧の立ち上げの完了前に、第2アンプに起動バイアス電圧が入力されることになり、起動時のノイズを低減できる。
また、セレクタ回路は、オーディオ信号処理回路が搭載されるセットやシステムの起動から所定時間の経過前に起動バイアス電圧を選択し、経過後に第1信号を選択してもよい。
所定時間を、第1電源電圧、第2電源電圧の立ち上げに必要とされる起動時間にもとづいて、それと同程度、あるいはマージンをとってそれより長く定めることにより、起動時のノイズを抑制できる。
この場合、第2電源電圧が第1電源電圧と実質的に等しいプラットフォームでは、第1モードを選択し、第2電源電圧が第1電源電圧よりも高いプラットフォームでは、第2モードを選択し、モードごとに第2基準電圧を適切な値に設定することで、オーディオ信号処理回路を、2つのプラットフォームで流用することができる。
この構成によれば、第1モードと第2モードで、第2アンプの機能を切りかえることができる。
この構成によれば、第1モードと第2モードで、第2基準電圧のレベルを切りかえることができる。
この構成によれば、第1モードと第2モードで、3つの抵抗の抵抗値をパラメータとして起動バイアス電圧の目標値を独立に定めることができる。
「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ICとして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。
VS1=VBIAS1+VAUD1(t)
で与えられ、第1バイアス電圧VBIAS1を中心としてスイングする。VAUD1(t)は入力オーディオ信号VINの交流成分であり、VBIAS1=VREF1である。
VS3=g2×VAUD1(t)+(g2×VREF1−R11/R12×VREF2) …(6)
VAUD2(t)=g2×VAUD1(t) …(6a)
VBIAS2=g2×VBIAS1−R11/R12×VREF2
=g2×VREF1−R11/R12×VREF2 …(6b)
とすれば、式(6)は、式(6c)で表される。
VS3=VAUD2(t)+VBIAS2 …(6c)
つまり第3信号VS3は、第2バイアス電圧VBIAS2を中心としてスイングする。
VSTART=Vcc2×R22/(R21+R22)
VSTART’<Vcc2/2 …(7)
理由は後述する。本実施の形態では、VSTART=4.2V、Vcc2/2=6Vであるため、この関係式を満たす。
VBIAS1=Vcc2×R22/(R21+R22)
VBIAS1=4.2V、Vcc2=12Vのとき、R22/(R21+R22)=4.2/12となるように抵抗値が定められる。
図4は、図3のオーディオ信号処理回路2の起動時の動作波形図である。時刻t0に起動スタートする。起動開始後の起動期間Tsの間、セレクタ回路50は第1状態φ1に設定され、VS2=VSTARTとなる。時刻t1に、第2電源電圧Vcc2が起動し始める。第1電源電圧Vcc1と第2電源電圧Vcc2の起動シーケンスの関係は特に限定されず、Vcc1がVcc2よりも早く立ち上がってもよいし、Vcc1がVcc2よりも遅く立ち上がってもよい。
これに対して関係式(7)が成り立つように電圧VSTARTの目標値を定めることにより、第2基準電圧VREF2の立ち上がりが遅れた場合であっても、第3信号VS3は、第2電源電圧Vcc2に張り付くことなく増大していくため、ノイズを抑制できる。
なお、第2基準電圧VREF2を安定かつ制御可能に生成されることが保証される場合、必ずしも関係式(7)を満たす必要はなく、したがってこの場合にはより回路設計の自由度が高まる。
実施の形態では、Vcc1<Vcc2にて使用されることを前提としたオーディオ信号処理回路2について説明したが、本発明はそれには限定されない。以下では、Vcc1<Vcc2のプラットフォームと、Vcc1=Vcc2のプラットフォームで共有可能な変形例1に係るオーディオ信号処理回路2aについて説明する。
オーディオ信号処理回路2aは、2つの電源電圧Vcc1、Vcc2が異なる2つのプラットフォームで使用される。第1のプラットフォームでは、第2電源電圧Vcc2が第1電源電圧Vcc1と実質的に等しい。ここではVcc1=Vcc2=8.5Vとする。第2のプラットフォームでは、第2電源電圧Vcc2が第1電源電圧Vcc1よりも高い。ここでは、Vcc1=8.5V、Vcc2=12Vとする。第2プラットフォームは、実施の形態で説明したプラットフォームと同じである。
実施の形態では、セレクタ回路50は、オーディオ信号処理回路2が搭載されるセットやシステムの起動から所定時間(起動時間Ts)の経過前に起動バイアス電圧VSTARTを選択し、経過後に第1信号VS1を選択する場合を説明したが、本発明はそれには限定されない。たとえば、電源電圧Vcc1、Vcc2を生成する電源回路や、それを制御するホストプロセッサから、起動完了を通知する信号を受け、その通知にもとづいて、セレクタ回路50は、第1状態φ1から第2状態φ2に遷移してもよい。
各アンプの下側電源端子には必ずしも接地電圧Veeが供給される必要はなく、別の電位(負の電源電圧)が供給されてもよい。
起動バイアス回路40は、第1電源電圧Vcc1および第2電源電圧Vcc2の起動時において、起動バイアス電圧VSTARTが緩やかに増大するように構成されてもよい。たとえば抵抗R22と並列に、キャパシタを設けてもよい。上述のように、起動バイアス電圧VSTARTがある程度急峻に上昇したとしても、その電圧レベルが適切に設定されていれば、第3信号VS3が安定的に上昇することが保証されるが、起動バイアス電圧VSTARTの立ち上がり波形を緩やかにすることで、第3信号VS3をより安定的に遷移させることができる。
Claims (18)
- 第1基準電圧および第2基準電圧を生成する基準バイアス回路と、
その上側電源端子に第1電源電圧が供給され、入力オーディオ信号に応じて、第1基準電圧に応じた第1バイアス電圧を中心としてスイングする第1信号を生成する第1アンプと、
前記第1電源電圧とは独立した第2電源電圧にもとづき、起動バイアス電圧を生成する起動バイアス回路と、
前記第1信号および前記起動バイアス電圧のうち一方を選択し、選択した一方を第2信号として出力するセレクタ回路と、
その上側電源端子に前記第2電源電圧が供給され、前記第2信号を前記第2基準電圧を基準として非反転増幅し、第3信号を生成する第2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。 - 前記起動バイアス回路は、前記第1電源電圧および前記第2電源電圧がそれぞれの定格値に安定した後に、前記起動バイアス電圧が前記第1信号の直流レベルである前記第1バイアス電圧と実質的に等しくなるように構成されることを特徴とする請求項1に記載のオーディオ信号処理回路。
- 前記起動バイアス回路は、前記第2電源電圧を受け、それに係数を乗ずることにより前記起動バイアス電圧を生成することを特徴とする請求項2に記載のオーディオ信号処理回路。
- 前記起動バイアス回路は、前記第2電源電圧を分圧することにより前記起動バイアス電圧を生成することを特徴とする請求項2または3に記載のオーディオ信号処理回路。
- 前記起動バイアス回路は、前記第1電源電圧および前記第2電源電圧の起動時において、前記起動バイアス電圧が緩やかに増大するように構成され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信号処理回路。
- 前記第1電源電圧および前記第2電源電圧がそれぞれの定格値に安定した後に、前記起動バイアス電圧は、前記第2電源電圧の1/2より低い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信号処理回路。
- 前記セレクタ回路は、前記第1電源電圧と前記第2電源電圧がそれぞれの定格値に安定化する前の期間、前記起動バイアス電圧を選択し、安定化後に前記第1信号を選択す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信号処理回路。
- 前記第2アンプは、
その上側電源端子に前記第2電源電圧が供給され、その非反転入力端子に前記第2信号を受ける演算増幅器と、
前記演算増幅器の出力端子と反転入力端子の間に設けられた第1抵抗と、
その一端に前記第2基準電圧が印加され、その他端が前記演算増幅器の反転入力端子と接続された第2抵抗と、
を含む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信号処理回路。 - 前記基準バイアス回路は、
基準電圧を受け、前記第1基準電圧を生成する第1ボルテージフォロアと、
前記第1基準電圧を分圧する分圧回路と、
前記分圧回路の出力を受け、前記第2基準電圧を生成する第2ボルテージフォロアと、
を含む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信号処理回路。 - 前記第2ボルテージフォロアの上側電源端子には、前記第2電源電圧が供給されることを特徴とする請求項9に記載のオーディオ信号処理回路。
- 前記第2アンプは、
前記第2信号をそのまま出力するボルテージフォロアとして動作する第1モードと、
前記第2信号を前記第2基準電圧を基準として非反転増幅し、第3信号を生成する非反転増幅器として動作する第2モードと、
が切りかえ可能に構成され、
前記基準バイアス回路は、前記第2基準電圧が2値で切りかえ可能に構成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信号処理回路。 - 前記第2アンプは、
その上側電源端子に前記第2電源電圧が供給され、その非反転入力端子に前記第2信号を受ける演算増幅器と、
前記演算増幅器の出力端子と、前記第2基準電圧が入力される端子の間に順に直列に設けられた第1抵抗および第2抵抗と、
前記演算増幅器の反転入力端子と接続された第1端子と、前記演算増幅器の出力端子と接続された第2端子と、前記第1抵抗と前記第2抵抗の接続点と接続された第3端子を有し、前記第1モードにおいて前記第1端子と前記第2端子の間が導通し、前記第2モードにおいて前記第1端子と前記第3端子の間が導通するように構成された第1スイッチ回路と、
を含むことを特徴とする請求項11に記載のオーディオ信号処理回路。 - 前記基準バイアス回路は、
基準電圧を受け、前記第1基準電圧を生成する第1ボルテージフォロアと、
前記第1基準電圧を分圧する分圧回路と、
第1端子と、前記第1ボルテージフォロアの出力端子と接続された第2端子と、前記分圧回路の出力端子と接続された第3端子と、を有し、前記第1モードにおいて前記第1端子と前記第2端子の間が導通し、前記第2モードにおいて前記第1端子と前記第3端子の間が導通するように構成された第2スイッチ回路と、
その入力端子が前記第2スイッチ回路の前記第1端子と接続され、前記第2基準電圧を生成する第2ボルテージフォロアと、
を含むことを特徴とする請求項11または12に記載のオーディオ信号処理回路。 - 前記起動バイアス回路は、
第2電源電圧と接地電圧の間に順に直列に設けられた3つの抵抗と、
2つの抵抗のうちひとつと並列に設けられ、前記第2モードにおいて導通するバイパス用スイッチと、
を含み、3つの抵抗のうち2つの抵抗の接続点の電圧を前記起動バイアス電圧として出力することを特徴とする請求項11または12に記載のオーディオ信号処理回路。 - ひとつの半導体基板上に一体集積化されることを特徴とする請求項1から14のいずれかに記載のオーディオ信号処理回路。
- 請求項1から15のいずれかに記載のオーディオ信号処理回路と、
前記オーディオ信号処理回路の前記第2アンプから出力される前記第3信号を増幅するパワーアンプと、
前記パワーアンプにより駆動される電気音響変換素子と、
を備えることを特徴とする車載用オーディオ装置。 - 請求項1から15のいずれかに記載のオーディオ信号処理回路と、
前記オーディオ信号処理回路の前記第2アンプから出力される前記第3信号を増幅するパワーアンプと、
前記パワーアンプにより駆動される電気音響変換素子と、
を備えることを特徴とするオーディオコンポーネント装置。 - 請求項1から15のいずれかに記載のオーディオ信号処理回路と、
前記オーディオ信号処理回路の前記第2アンプから出力される前記第3信号を増幅するパワーアンプと、
前記パワーアンプにより駆動される電気音響変換素子と、
を備えることを特徴とする電子機器。
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