JP7173800B2 - 半導体装置および音出力装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置および音出力装置に関し、特に故障検出機能を有する半導体装置および音出力装置に適用して有効な技術に関する。

故障検出に関連して、特許文献１には、警報音を発生する警報音発生手段と、警報音を発生させるための警報信号を警報音発生手段に送信する警報信号送信手段と、警報信号を増幅するアンプと、を備えた警報器におけるアンプの異常を検出する故障検出装置であって、互いに極性及び位相の異なる二つのパルス波を有する故障検出信号をアンプに送信する検出信号送信手段と、アンプが故障検出信号を増幅してプラス側出力端子から出力する第一検出信号を検出するための第一検出回路と、アンプが故障検出信号を増幅してマイナス側出力端子から出力する第二検出信号を検出するための第二検出回路と、検出された第一検出信号と第二検出信号とに基づいてアンプの異常を判定する判定手段と、を有して構成されることを特徴とする故障検出装置が開示されている。

また、特許文献２には、センサと、このセンサからの検出信号により異状発生と判断した時に音源ＩＣを制御して音源データを選択するマイクロコンピュータと、音源ＩＣから出力される音源データを増幅する増幅手段と、この増幅手段に接続されて音源データに基づく警報音を出力する警報出力手段と、警報出力手段へ検査信号を出力する故障検査手段と、を有する電子機器であって、マイクロコンピュータは、故障検査手段に検査信号を出力するように制御し、警報出力手段に検査信号が流れることを検出した場合に警報出力手段が正常であると診断する故障診断手段を備えることを特徴とする電子機器が開示されている。

一方、特許文献３には、故障診断時にオーディオ機器の所定の回路に接続され該回路に所定電圧を供給する電圧源と、故障診断時にオーディオ機器の所定の回路と該電圧源との間に接続され該回路と分圧回路を形成する手段と、該分圧回路を形成する手段の電圧を検出し基準値と比較する手段と、該比較する手段の比較結果に対応した告知を行う手段と、を有することを特徴とするオーディオ機器の故障診断装置が開示されている。

特開２０１４－２３００１６号公報 特開２００５－２０２６２４号公報 特開平１－１７６９５２号公報

ところで、現代では、さまざまな分野のさまざまな機器において、その取扱い等について音声で報知する（知らせる）ことが一般化している。例えば、自動車の分野でも、運転支援、故障の報知等において音声による報知が用いられている。

一方、昨今「機能安全」という考え方が検討されている。機能安全とは、安全機能や安全対策によって、許容できないリスクから免れるための技術の総称である。機能安全の「機能」とは、制御対象やコントローラを監視する安全装置の役割のことを指す。通常、安全装置にはコンピュータが使われ、コントローラに故障などが発生した場合は、このコンピュータが制御対象を停止したり、ユーザに警告を出したりする。この警告の発出も音声による場合が多い。

すなわち、現代のさまざまな機器における音出力装置は単に音声や音楽を再生するだけでなく、安全面に直結した情報を報知するための機能を有する場合が多い。従って、このような音出力装置では信頼性の確保が重要となっている。音出力装置の信頼性確保の一環として、例えばスピーカまで信号が届いていない等の故障を検出することの重要性が高まっている。この場合、信頼性の観点からは故障のより詳細な検出が望ましく、しかも大きなコストの上昇を招かないことが求められている。さらに、昨今の音出力装置ではアナログ形式の信号みならず、大部分がデジタル形式の信号のものも存在しているので、これらの音出力装置に共通に適用可能なことも求められている。

本発明は、上記の事情を踏まえ、比較的小規模な回路できめ細かい故障検出が可能で、かつ種々の信号形式に対応可能な半導体装置および音出力装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一実施態様に係る半導体装置は、音源を再生し再生信号を出力する音源再生部と、前記再生信号を増幅しスピーカで音に変換する出力信号として出力する増幅部と、前記再生信号と予め定められた第１の閾値とを比較して前記再生信号の波形を変換し変換再生信号として出力する第１の変換回路、前記出力信号と予め定められた第２の閾値とを比較して前記出力信号の波形を変換し変換出力信号として出力する第２の変換回路、前記変換再生信号と前記変換出力信号とを比較する比較回路、および前記比較回路の出力を判定する判定回路を備え、前記増幅部の故障を検出する故障検出部と、を含む。

また、本発明の他の実施態様に係る音出力装置は、上記の半導体装置と、前記音源再生部に再生すべき信号を送る音源と、前記再生信号を増幅し音に変換するスピーカと、を含む。

本発明によれば、比較的小規模な回路できめ細かい故障検出が可能で、かつ種々の信号形式に対応可能な半導体装置および音出力装置を提供することが可能となる、という効果を奏する。

第１の実施の形態に係る半導体装置および音出力装置の一例を示すブロック図である。 変形例に係る半導体装置および音出力装置における、複数の閾値を設けた場合のコンパレータの動作を説明する図である。 第２の実施の形態に係る半導体装置および音出力装置の一例を示すブロック図である。 第３の実施の形態に係る半導体装置および音出力装置の一例を示すブロック図である。 第４の実施の形態に係る半導体装置および音出力装置の一例を示すブロック図である。 第５の実施の形態に係る半導体装置および音出力装置の一例を示すブロック図である。 第６の実施の形態に係る半導体装置および音出力装置の一例を示すブロック図である。 第７の実施の形態に係る半導体装置および音出力装置の一例を示すブロック図である。 第８の実施の形態に係る半導体装置および音出力装置の一例を示すブロック図である。 実施の形態に係る半導体装置の、形態ごとの観測点の位置を説明する図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について詳細に説明する。以下の実施の形態では、本発明に係る音出力装置として自動車等の移動体に搭載され、運転等の支援音声を出力する音出力装置に適用した形態を例示し、また本発明に係る半導体装置として音再生装置に適用した形態を例示して説明する。さらに、以下の実施の形態に係る音出力装置（半導体装置）が図示を省略するＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ）に接続され、該ＭＣＵの制御を受ける形態を例示して説明する。

［第１の実施の形態］
図１を参照して、本実施の形態に係る半導体装置および音出力装置について説明する。
図１に示すように、本実施の形態に係る音出力装置１Ａは、半導体装置１０Ａ、音源１４、およびスピーカ３０を含んで構成されている。

音源１４は、半導体装置１０Ａで再生する信号を記憶した部位である。音源１４には一例として上記支援音声がＰＣＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｃｏｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）等の信号形式で格納されている。音源１４としては例えばＣＤ等の記憶媒体に記憶された音源や、上記ＭＣＵの記憶部に格納された音源が用いられ、半導体装置１０Ａ内の図示しないインタフェースを介して音源再生部１１に入力される。なお、本実施の形態では、音源１４が半導体装置１０Ａの外部に接続される形態を例示して説明するが、むろん音源１４として半導体装置１０Ａの内部に設けられたメモリ等に記憶され、随時読み出される音源を用いてもよい。

半導体装置１０Ａは、音源再生部１１、ＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１２、アナログアンプ１３Ａ、および故障検出回路２０Ａを含んで構成されている。音源再生部１１は、後述するＤＡＣあるいはデジタルアンプの入力信号を生成する回路であり、一例としてサンプリングタイミング含めた音声データになっている信号を出力する。音源再生部１１には、例えば、ＭＰ３、ＡＤＰＣＭ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｐｕｌｓｅ Ｃｏｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）等のデコーダのような、圧縮音源をＤＡＣもしくはデジタルアンプの入力信号に変換する回路も含まれる。すなわち、音源再生部１１は音源１４から受け取ったスピーカ３０で出力するＰＣＭ信号を再生（デコード）し、サンプリングされたデジタル信号（以下、「再生信号」）とする回路である。アナログアンプ１３ＡはＤＡＣ１２からのアナログ信号を増幅する回路である。

一方、故障検出回路２０Ａは、デジタルコンパレータ２１Ａ、コンパレータ２２Ａ、遅延部２３、比較部２４、比較フィルタ２５、および判定部２６を含んで構成されている。

デジタルコンパレータ２１Ａは予め設定された閾値を有し、入力された再生信号を該閾値と比較して該閾値より大きい信号と小さい信号の２値に変換する回路である。一方コンパレータ２２Ａも予め定められた閾値を有し、入力されたアナログアンプ１３Ａからのアナログ信号（以下、「出力信号」）を該閾値と比較して該閾値より大きい信号と小さい信号の２値に変換する回路である。本実施の形態に係る半導体装置１０Ａでデジタルコンパレータ２１Ａ、およびコンパレータ２２Ａを用いる理由は、後述の比較部２４で再生信号と出力信号とを論理的に比較するが、その際再生信号と出力信号とを比較可能な信号形式（振幅等）に変換するためである。なお、「デジタルコンパレータ２１Ａ」が本発明に係る「第１の変換回路」の一例、「コンパレータ２２Ａ」が本発明に係る「第２の変換回路」の一例である。以下では、「第１の変換回路」および「第２の変換回路」を総称して、「変換回路」という場合がある。

遅延部２３は、音源再生部１１－デジタルコンパレータ２１Ａの経路における遅延時間と、音源再生部１１－ＤＡＣ１２－アナログアンプ１３Ａ－コンパレータ２２Ａの経路における遅延時間との差を抑えるための回路である。すなわち、主としてＤＡＣ１２、アナログアンプ１３Ａを通過する分だけ後者の経路の遅延時間は前者の経路の遅延時間より大きくなる。そのため、両者の比較部２４に入力する時間が一致するように遅延部２３が設けられている。デジタルコンパレータ２１Ａによりビット幅が小さくなるため、遅延段数に対し回路が小さくなるメリットを有する。むろん当該遅延時間の差が問題とならなければ、遅延部２３は省略してもよい。

比較部２４は、遅延部２３からの再生信号と、コンパレータ２２Ａからの出力信号とを論理的（デジタル的）に比較する回路である。比較部２４は例えば排他的論理和（ＸＯＲ）回路を用いて構成されており、例えば再生信号と出力信号とが一致した場合には論理値「０」を出力し、異なった場合には論理値「１」を出力する。

比較フィルタ２５は、比較部２４における比較結果を平滑化するＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ：低域通過濾波器）である。比較フィルタ２５の出力Ｆｏは、再生信号と出力信号との統計的な一致度に応じて０＜Ｆｏ＜１の値をとる。比較部２４の出力の論理が上記のようである場合は、Ｆｏの値が０に近いほど再生信号（再生された音源信号）と出力信号（スピーカの入力信号）との一致度が高い、すなわち故障が発生していないと判断される。

判定部２６は、比較フィルタ２５の出力に基づいて再生信号と出力信号が一致しているか否かを判定する。上記のように比較フィルタ２５の出力Ｆｏは、０＜Ｆｏ＜１の範囲のアナログ値をとるので、判定部２６には閾値Ｖｔｆを設定しておき、閾値Ｖｔｆに対する大小関係から一致しているか否かを判定する。すなわち、０＜Ｆｏ＜Ｖｔｆであれば、再生信号と出力信号が一致しており、Ｖｔｆ＜Ｆｏ＜１であれば、再生信号と出力信号は異なっている、つまり故障が発生していると判定する。判定部２６における判定結果は例えば図示しないＭＣＵに送信され、判定結果を受け取ったＭＣＵは、例えば図示しないＵＩ（Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）等を介して必要な報知等を行う。

以上詳述したように、本実施の形態に係る半導体装置１０Ａは故障検出回路２０Ａを備えている。そしてこの故障検出回路２０Ａは、音源１４が音源再生部１１で再生された直後のデジタル信号と、スピーカ３０に入力される直前のアナログ信号とを比較し、この２つの信号の抽出点間、すなわち本実施の形態では主としてＤＡＣ１２およびアナログアンプ１３Ａの部分の故障を検出する。

また、本実施の形態に係る半導体装置１０Ａおよび音出力装置１Ａでは、音源再生部１１から出力される再生信号（本実施の形態ではデジタル信号）とスピーカ３０に入力される出力信号（本実施の形態ではアナログ信号）とが信号形式、信号レベル等の違いから直接比較できない信号同士であることに鑑み、変換回路（デジタルコンパレータ２１Ａ、コンパレータ２２Ａ）を導入して双方の信号が比較可能なように変換している。この考え方は以下で説明する他の実施の形態に係る半導体装置、および音出力装置でも同様である。

上記のように、本実施の形態に係る半導体装置１０Ａ、および音出力装置１Ａよれば、比較的小規模な回路できめ細かい故障検出が可能な半導体装置および音出力装置を提供することが可能となっている。また、半導体装置１０Ａ、および音出力装置１Ａよれば、故障検出区間の前後の信号を比較するために、該前後の信号同士を比較可能な信号形式、レベル等にするために変換回路を備えている。そのため、再生信号に対し出力信号がアナログ信号であっても、また信号形式、レベル等の異なるデジタル信号であっても本発明を適用することが可能となっている。換言すれば、本発明は種々の信号形式に対応可能な半導体装置および音出力装置を提供することが可能となっている。

ここで、図１０を参照し、信号形式の違いによる音出力装置の具体的形態例の概要について説明する。図１０（ａ）から（ｃ）に示す形態例の詳細は後述の実施の形態において説明する。なお、図１０に示す観測点［１］－［５］は、以下の実施の形態に係る半導体装置における観測点に対応している。

図１０（ａ）は、音源再生部１１の後段にＤＡＣ１２、アナログアンプ１３Ａ、およびスピーカ３０が接続された形態である。アナログアンプ１３Ａとしては、例えばＡ級、ＡＢ級、Ｂ級等のアナログアンプが用いられる。本形態では、図１０（ａ）中の＜１＞で示されたアナログ信号によってスピーカ３０が駆動される。上記音出力装置１Ａはこの形態の音出力装置である。

図１０（ｂ）は、音源再生部１１の後段にデジタルアンプ１３Ｂ、ＬＰＦ１５、およびスピーカ３０が接続された形態である。すなわち、再生信号をＤＡＣを介さずデジタル信号のまま増幅する。デジタルアンプ１３Ｂとしては例えばＤ級デジタルアンプが用いられる。ＬＰＦ１５はデジタルアンプ１３Ｂの出力から音声信号（オーディオ信号）を抽出するフィルタである。図１０（ｂ）中の＜２＞、＜３＞は、ＬＰＦ１５の入出力波形を示している。なお、デジタルアンプ１３Ｂの内部にＤＡＣを備え一旦アナログ信号に変換しているような場合には、該ＤＡＣの入力の位置から出力信号と比較すべき信号を取り出すことによって該ＤＡＣの故障検出も可能である。

図１０（ｃ）は、音源再生部１１の後段にフィルタレスＤ級のデジタルアンプ１３Ｂ、およびスピーカ３０を接続した形態である。すなわち、再生信号がデジタルアンプ１３Ｂを通すだけでスピーカ３０に送られる。図１０（ｃ）の＜４＞はデジタルアンプ１３Ｂからの出力波形を示している。なお、デジタルアンプ１３Ｂの内部にＤＡＣを備え一旦アナログ信号に変換しているような場合には、該ＤＡＣの入力の位置から出力信号と比較すべき信号を取り出すことによって該ＤＡＣの故障検出も可能である。

＜変形例＞
図２を参照して、本変形例に係る半導体装置および音出力装置について説明する。本実施の形態は変換回路（上記実施の形態では、デジタルコンパレータ２１Ａ、コンパレータ２２Ａ）の閾値にヒステリシスを設けた形態、さらに閾値を複数とした形態である。なお、以下の説明では閾値をＶｔ１とＶｔ２の２つとした形態を例示して説明する。図２（ａ）から（ｄ）の各図において、＜１＞はコンパレータの入力波形を、＜２＞は入力信号と閾値Ｖｔ１、Ｖｔ２との配置関係を、＜３＞はコンパレータの出力波形を、各々示している。

図２（ａ）の＜１＞コンパレータ入力に示す波形は、図１０＜１＞に示す波形と同じアナログ信号を示す波形である。この場合のコンパレータは図１のコンパレータ２２Ａに相当する。該アナログ信号にＶｔ１およびＶｔ２の２つの閾値を設定すると、コンパレータからの出力は＜３＞に示すように３値の波形となる。

図２（ｂ）の＜２＞コンパレー入力に示す波形は図１０＜２＞に示す波形と同じデジタル信号を示す波形である。当該デジタル信号にＶｔ１およびＶｔ２の２つの閾値を設定すると３値の波形となるが、外形上はコンパレータからの出力は＜３＞に示すように入力信号と変わらない。

図２（ｃ）の＜１＞コンパレータ入力に示す波形は、図１０＜３＞に示す波形と同じアナログ信号を示す波形である。該アナログ信号にＶｔ１およびＶｔ２の２つの閾値を設定すると、コンパレータからの出力は＜３＞に示すように３値の波形となる。なお、＜３＞に示す出力波形の＋１のパルス、あるいは－１を示すパルスの立ち上がり、あるいは立ち下りが複数に分離しているのは、閾値Ｖｔ１、Ｖｔ２の各々のレベルでサンプリング値が＋１側になるか－１側になるかのあいまいさがあるからである。

図２（ｄ）の＜１＞コンパレータ入力に示す波形は、図１０＜４＞に示す波形と同じデジタル信号を示す波形である。この場合のコンパレータは図１のデジタルコンパレータ２１Ａに相当する。当該デジタル信号にＶｔ１およびＶｔ２の２つの閾値を設定すると３値の波形となるが、外形上はコンパレータからの出力は＜３＞に示すように入力信号と変わらない。

ここで、閾値が１つの場合であっても、例えば上記実施の形態のコンパレータ２２Ａおよびデジタルコンパレータ２１Ａの閾値にヒステリシスを設けることで、例えばスピーカ３０の入力に小レベルのノイズが混入し、かつ再生音が無音だった場合、ノイズの影響を低減できる。さらに図２に示すように、閾値を２つとし、各閾値にそれぞれヒステリシスを設けることも考えられる。また、複数の閾値は、外部から調整可能なように構成してもよい。

複数の閾値は、例えば以下のような場合に用いる。すなわち、フィルタレスＤ級アンプの出力のように予め中間値を有する波形（図１０＜４＞参照）においては、該中間値を長く出力する状態において、コンパレータあるいはデジタルコンパレータがハイレベルもしくはロウレベル（前状態による）を維持する際、本来の信号の周波数とは大きく異なった周波数成分の信号を出力することがある。そのため、本変形例のように、コンパレータおよびデジタルコンパレータの閾値を複数とし、中間値等の値を識別できるようにする（中間値を固定する）ことにより、該大きな周波数成分の発生を抑制することができる。

［第２の実施の形態］
図３を参照して、本実施の形態に係る半導体装置１０Ｂおよび音出力装置１Ｂについて説明する。

本実施の形態は、上記実施の形態に係る半導体装置１０Ａにおいて、アナログアンプ１３Ａをデジタルアンプ１３Ｂに置き換え、故障検出回路２０Ａを故障検出回路２０Ｂに置き換え、ＤＡＣ１２を省いた形態である。従って、半導体装置１０Ａと同様の構成には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。音出力装置１Ｂでは、スピーカ３０より発する音を、音源１４から音源再生部１１で再生された直後のデジタル信号と、デジタルアンプ１３Ｂの出力の信号とを比較し、この２つの経路間で生じた故障を検出するものである。

上記実施の形態とは異なり、本実施の形態に係る半導体装置１０Ｂでは、まずデジタルアンプ１３Ｂの出力をコンパレータ２２Ａでサンプリングし、その後デジタルＬＰＦ２７でスピーカ３０から再生される音の周波数成分のみを抽出し、さらにデジタルコンパレータ２１Ｂで波形変換する。そして、デジタルコンパレータ２１Ａからの再生信号と、デジタルコンパレータ２１Ｂからの出力信号とを比較部２４において比較する。その後の比較フィルタ２５および判定部２６における処理は、上記実施の形態と同様である。このような半導体装置１０Ｂの構成を採用することにより、デジタルコンパレータ２１Ａ、２１Ｂに入力される波形は、どちらも主にスピーカ３０で再生される周波数成分で構成された波形となるので、上記実施の形態と同様の構成で比較することができる。なお、この際に用いるコンパレータ２２Ａおよびデジタルコンパレータ２１Ａ、２１Ｂは、上記変形例の構成、すなわち閾値を複数設ける構成としてもよい。

［第３の実施の形態］
図４を参照して、本実施の形態に係る半導体装置１０Ｃおよび音出力装置１Ｃについて説明する。

半導体装置１０Ｃは、故障検出回路２０Ｃを備えている。故障検出回路２０Ｃは、上記実施の形態に係る半導体装置１０Ａの故障検出回路２０Ａ（図１）に閾値制御部２８を設けた形態である。従って、半導体装置１０Ａと同様の構成には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

図４に示すように、閾値制御部２８は、遅延部２３の出力信号を受け取って必要な処理を実行し、デジタルコンパレータ２１Ａの閾値を制御する信号を生成し、この制御信号を用いてデジタルコンパレータ２１Ａの閾値を制御する。また、閾値制御部２８は、コンパレータ２２Ａの出力信号を受け取って必要な処理を実行し、コンパレータ２２Ａの閾値を制御する信号を生成し、この制御信号を用いてコンパレータ２２Ａの閾値を制御する。むろん閾値制御部２８はデジタルコンパレータ２１Ａの閾値およびコンパレータ２２Ａの閾値の双方を制御する必要はなく、少なくとも一方を制御すればよい。

本実施の形態で、デジタルコンパレータ２１Ａの閾値あるいはコンパレータ２２Ａの閾値を制御する理由は以下の通りである。すなわち、デジタルコンパレータ２１Ａに入力されるデジタル信号の波形は図２（ｄ）＜１＞に示すような波形であり、コンパレータ２２Ａに入力される波形は図２（ａ）＜１＞に示すような波形である。そして、各々の入力波形に対して設定された閾値を境界として２値信号に変換するが、その際２つの入力波形の振幅に対する閾値の位置（以下、「閾値設定値」という場合がある）が所定値以上乖離すると、たとえデジタルコンパレータ２１Ａの入力波形の振幅とコンパレータ２２Ａの入力波形の振幅とが同じであったとしても、両者の出力が大きく異なる結果となる場合がある。この閾値設定値の差は、例えばアナログアンプ１３Ａの出力レベルが大きい場合等において発生する。

そこで、半導体装置１０Ｃでは閾値制御部２８によってデジタルコンパレータ２１Ａの閾値あるいはコンパレータ２２Ａの閾値を、両者の閾値設定値が略一致するように自動制御する。より具体的には、デジタルコンパレータ２１Ａの出力、あるいはコンパレータ２２Ａの出力の各々について、フィルタ（ＬＰＦ）を用いて振幅情報に変換しピークと閾値との差分を算出し、該差分に基づく制御により閾値設定値が同等となるように閾値を調整する。この際、両者の閾値設定値を独立に調整してもよいし、一方の閾値設定値を他方の閾値設定値に合わせるように調整してもよい。なお、上記変形例のように複数の閾値を設定する場合は、該フィルタを省略することも可能である。

［第４の実施の形態］
図５を参照して、本実施の形態に係る半導体装置１０Ｄおよび音出力装置１Ｄについて説明する。

半導体装置１０Ｄは故障検出回路２０Ｄを備えている。故障検出回路２０Ｄは、上記実施の形態に係る半導体装置１０Ｂの故障検出回路２０Ｂ（図３）に閾値制御部２８を設けた形態である。従って、半導体装置１０Ｂと同様の構成には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

図５に示すように、閾値制御部２８は、遅延部２３の出力信号を受け取って必要な処理を実行し、デジタルコンパレータ２１Ａの閾値を制御する信号を生成し、この制御信号を用いてデジタルコンパレータ２１Ａの閾値を制御する。また、閾値制御部２８は、デジタルコンパレータ２１Ｂの出力信号を受け取って必要な処理を実行し、コンパレータ２２Ａの閾値を制御する信号を生成し、この制御信号を用いてコンパレータ２２Ａの閾値を制御する。むろん閾値制御部２８はデジタルコンパレータ２１Ａの閾値およびコンパレータ２２Ａの閾値の双方を制御する必要はなく、少なくとも一方を制御すればよい。なお、デジタルコンパレータもしくはコンパレータの閾値を変える手段として、デジタルコンパレータもしくはコンパレータの閾値は一定としながら、デジタルコンパレータもしくはコンパレータの入力信号を増幅もしくは減衰させて振幅を調整することにより閾値を変える手段を用いてもよい。この点に関しては後述するデジタルコンパレータもしくはコンパレータにおいて閾値を変える場合についても同様である。

半導体装置１０Ｄで、デジタルコンパレータ２１Ａの閾値およびコンパレータ２２Ａの閾値の少なくとも一方を制御する理由および原理は上記半導体装置１０Ｃと同様なので、詳細な説明は省略する。半導体装置１０Ｄでは、２つのデジタルコンパレータ２１Ａ、２１Ｂの入力の信号レベルに対する閾値の設定、すなわち閾値設定値が同等になるよう、２つのデジタルコンパレータ２１Ａ、２１Ｂの出力を用いコンパレータ２２Ａとデジタルコンパレータ２１Ａの閾値を自動制御する。半導体装置１０Ｄでも半導体装置１０Ｃ同様、デジタルコンパレータ２１Ａの出力、あるいはコンパレータ２２Ａの出力の各々について、フィルタ（ＬＰＦ）を用いて振幅情報に変換しピークと閾値との差分を算出し、該差分に基づく制御により閾値設定値が同等となるよう閾値を調整する。なお、上記変形例のように複数の閾値を設定する場合は、フィルタを省略することも可能である。

［第５の実施の形態］
図６を参照して、本実施の形態に係る半導体装置１０Ｅおよび音出力装置１Ｅについて説明する。

図６に示すように、半導体装置１０Ｅは、上記実施の形態に係る半導体装置１０Ａ（図１）の故障検出回路２０Ａを故障検出回路２０Ｅに置き換え、波形合成部１６を追加した形態である。故障検出回路２０Ｅは故障検出回路２０Ａに対し、コンパレータ２２Ｂ、デジタルＬＰＦ２７、および合成部２９を追加した形態となっている。従って、半導体装置１０Ａと同様の構成には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

図６に示すように本実施の形態では外部から外部入力が入力される。本実施の形態に係る「外部入力」とは、例えば音楽をコンテンツとするアナログのオーディオ信号であり、音源１４のオーディオ信号と同時にスピーカで再生される。すなわち、アナログ信号である外部入力は波形合成部１６でアナログ信号であるＤＡＣ１２の出力信号と合成される。合成されたアナログ信号（以下、「合成出力信号」）という場合がある）はアナログアンプ１３Ａで増幅され、スピーカ３０で音に変換される。一方、スピーカ３０の入力で分岐されたアナログアンプ１３Ａの出力は、半導体装置１０Ａと同様コンパレータ２２Ａに入力される。

上記のようにアナログアンプ１３Ａから出力される音声信号に外部入力の音声信号が重畳されていることに対応し、再生信号側に新たにコンパレータ２２ＢおよびデジタルＬＰＦ２７を追加している。つまり、分岐された他方の外部入力はコンパレータ２２Ｂで２値に変換され、さらにデジタルＬＰＦ２７を介して低域成分を抽出される。そして、コンパレータ２２ＢおよびデジタルＬＰＦ２７を通過した外部信号と、音源再生部１１からの再生信号とを合成部２９で合成し、合成された音声信号をデジタルコンパレータ２１Ａに入力する。その際合成部２９は、音源再生部１１からの再生信号のレベルと外部入力のレベルとが適切になるよう調整する機能も有している。以下では、合成部２９で合成された信号を「合成再生信号」という場合がある。

デジタルコンパレータ２１Ａによって波形変換された合成再生信号と、コンパレータ２２Ａによって波形変換された合成出力信号（再生信号と外部入力の信号が合成された信号）は比較部２４によって比較される、比較部２４以降の処理は上記各実施の形態と同様なので、詳細な説明を省略する。

なお、本実施の形態では第１の実施の形態に係る半導体装置１０Ａに外部入力を適用した形態を例示して説明したが、これに限られず、各々第２の実施の形態から第４の実施の形態に係る半導体装置１０Ｂから１０Ｄに適用してもよい。

なお、半導体装置１０Ｅでは遅延部２３を省略しているが、デジタルコンパレータ２１Ａ側の経路と、コンパレータ２２Ａ側の経路との比較部２４の入力でみた場合の遅延差が問題となる場合には、いずれかの側、あるいは双方に遅延部２３を設けてもよい。また、波形合成部１６、あるいは合成部２９での合成の際に遅延差が問題になる場合には、音源再生部１１と合成部２９との間、デジタルＬＰＦ２７と合成部２９との間、ＤＡＣ１２と波形合成部１６との間、外部入力の分岐の前後等から適切な位置を選択して遅延部２３を設けてもよい。その際、デジタルコンパレータ２１Ａの出力、あるいはコンパレータ２２Ｂの出力に遅延を挿入することで、ビット幅が狭いことから回路を小さくできる。

［第６の実施の形態］
図７を参照して、本実施の形態に係る半導体装置１０Ｆおよび音出力装置１Ｆについて説明する。半導体装置１０Ｆは、第２の実施の形態に係る半導体装置１０Ｂ（図３）に信号合成部１７を追加した形態であり、故障検出回路２０Ｆは故障検出回路２０Ｂと同じものである。従って、半導体装置１０Ｂと同様の構成には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

上記第５の実施の形態では外部入力がアナログ信号であったが、本実施の形態は外部入力がデジタル信号の場合である。本実施の形態に係る外部入力は音源再生部１１の出力の信号形式に相当する信号形式（つまり、デコードされたＰＣＭ信号）となっているので、外部入力との合成を行う信号合成部１７は音源再生部１１とデジタルコンパレータ２１Ａとの間に配置される。すなわち、信号合成部１７の出力が再生信号に相当する信号となる。以降の処理は、半導体装置１０Ｂと同様なので詳細な説明を省略する。

［第７の実施の形態］
図８を参照して、本実施の形態に係る半導体装置１０Ｇおよび音出力装置１Ｇについて説明する。本実施の形態はＤＡＣ１２の故障検出をより詳細に行う形態である。

図８に示すように、半導体装置１０ＧはＤＡＣ１２、アナログアンプ１３Ａ、および故障検出回路２０Ｇを含んで構成されている。故障検出回路２０Ｇは、テストデータ生成部４０、コンパレータ２２Ａ、判定部２６、およびテストデータ制御部４１を含んで構成されている。

ここで、昨今の音声信号は、振幅のステップ数が１６ビットあるいは２４ビットと高分解能である場合も多い。この際、このビット数に合わせてＤＡＣ１２も高分解能とされる。この場合、上記実施の形態に係る半導体装置、音出力装置のように、音源再生部１１で再生された再生信号と、スピーカ３０の入力である出力信号とを比較して故障を検出する方式では高分解能なＤＡＣ１２の下位ビットの故障まで判別可能な精度が得られない場合がある。そこで、半導体装置１０Ｇでは、故障検知すべき目標のＤＡＣ１２の分解能に相当するビット位置が判別できるように構成されている。すなわち、本実施の形態に係るコンパレータ２２Ａは、下位ビットまで識別可能な分解能を有する閾値設定機能を備え、この閾値設定機能を使用してＤＡＣ１２の故障を検出する。

図８において、テストデータ生成部４０はＤＡＣ１２の故障を検出するためのテストデータを生成する。テストデータ生成部４０は、該テストデータの故障検出の対象となるビットの値を変えたテストデータを生成することができる。コンパレータ２２Ａは、ＤＡＣ１２からの出力信号を２値に変換する。判定部２６は、テストデータとコンパレータ２２Ａからの出力信号とを比較、判定する。判定結果はテストデータ制御部４１、あるいは図示を省略するＭＣＵに送られる。判定結果を受け取ったテストデータ制御部４１はテストデータを変えて、つまり対象となるビットの値を変えて次の故障検出を行う。あるいは判定結果を受け取ったＭＣＵは報知等の必要な処理を実行する。テストデータ制御部４１は、テストデータ生成部４０、コンパレータ２２Ａ、および判定部２６の各々を制御する。

次に、半導体装置１０Ｇの動作について説明する。まず、テストデータ制御部４１は、故障検出の対象となるビット（以下、「検出ビット」）の値を設定したテストデータを出力するようにテストデータ生成部４０を制御する。

次に、テストデータ生成部４０で設定したテストデータがＤＡＣ１２を通過した後の出力信号に対して閾値を動かす（走査する）ようにコンパレータ２２Ａを制御する。そして、コンパレータ２２Ａの出力が変化した際のコンパレータ２２Ａの閾値を保持する。コンパレータ２２Ａの出力が変化したか否かは、テストデータ生成部４０からのテストデータとコンパレータ２２Ａからの出力信号を比較判定するように判定部２６を制御して行う。
テストデータ制御部４１は、さらに検出ビットを変えたテストデータを生成するようにテストデータ生成部４０を制御し、同様にコンパレータ２２Ａの出力が変化した際のコンパレータ２２Ａの閾値を保持する。以上を繰返し、ＤＡＣ１２の入力とコンパレータ２２Ａの閾値との関係が意図したものか否かによってＤＡＣ１２のビット単位での故障の有無を判定する。なお、本実施の形態ではアナログアンプ１３Ａを用いた形態を例示して説明したが、アナログアンプ１３Ａをデジタルアンプに代えた場合でも、該デジタルアンプがＤＡＣを有する場合は該ＤＡＣに対して本実施の形態に係る故障検出方法が適用できる。

［第８の実施の形態］
図９を参照して、本実施の形態に係る半導体装置１０Ｈおよび音出力装置１Ｈについて説明する。半導体装置１０ＨもＤＡＣ１２のビット単位での故障の検出を目的とするが、半導体装置１０Ｈでは、上記実施の形態に係る半導体装置１０Ｇの観測点［５］を観測点［１］、すなわち、アナログアンプ１３Ａの出力の位置に変更している。故障検出回路２０Ｈは故障検出回路２０Ｇと同じものである。従って、半導体装置１０Ｇと同様の構成には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

ここで、アナログアンプ１３Ａを通った後の出力において、構成によってはＤＣ（直流）成分が通過しない場合がある。その場合には、テストデータ制御部４１は経路上の周波数特性を考慮し、通過可能な周波数となるようなテストデータを生成するようにテストデータ生成部４０を制御した後、当該テストデータで判定を行うように判定部２６を制御する。

なお、上記第７の実施の形態および第８の実施の形態では、ＤＡＣ１２の詳細な故障検出を行う形態としての半導体装置１０Ｇおよび１０Ｈを独立させた形態を例示して説明したがこれに限られない。例えば、第７の実施の形態に係る半導体装置１０Ｇ、あるいは第８の実施の形態に係る半導体装置１０Ｈを第１の実施の形態に係る半導体装置１０Ａに組み込み、通常の故障検出とＤＡＣ１２の詳細な故障検出の両方が行える形態としてもよい。この場合、ＤＡＣ１２への入力信号は、例えばスイッチによって再生信号とテストデータが切り替え可能なように構成してもよい。

１ 音出力装置
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ、１０Ｇ、１０Ｈ 半導体装置（音再生装置）
１１ 音源再生部
１２ ＤＡＣ
１３Ａ アナログアンプ
１３Ｂ デジタルアンプ
１４ 音源
１５ ＬＰＦ
１６ 波形合成部
１７ 信号合成部
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ、２０Ｆ、２０Ｇ、２０Ｈ 故障検出回路
２１Ａ、２１Ｂ デジタルコンパレータ
２２Ａ、２２Ｂ コンパレータ
２３ 遅延部
２４ 比較部
２５ 比較フィルタ
２６ 判定部
２７ デジタルＬＰＦ
２８ 閾値制御部
２９ 合成部
３０ スピーカ
４０ テストデータ生成部
４１ テストデータ制御部

Claims (10)

1. 音源を再生し再生信号を出力する音源再生部と、
   前記再生信号を増幅しスピーカで音に変換する出力信号として出力する増幅部と、
   前記再生信号と予め定められた第１の閾値とを比較して前記再生信号の波形を変換し変換再生信号として出力する第１の変換回路、前記出力信号と予め定められた第２の閾値とを比較して前記出力信号の波形を変換し変換出力信号として出力する第２の変換回路、前記変換再生信号と前記変換出力信号とを比較する比較回路、および前記比較回路の出力を判定する判定回路を備え、前記増幅部の故障を検出する故障検出部と、を含む
   半導体装置。
2. 前記音源の信号がデジタル信号であり、
   前記増幅部がデジタル信号としての前記再生信号をアナログ信号に変換するデジタルアナログ変換回路を備える
   請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第１の変換回路は前記再生信号を２値の信号に変換して前記変換再生信号とする比較器であり、
   前記第２の変換回路は前記出力信号を２値の信号に変換して前記変換出力信号とする比較器である
   請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記比較回路と前記判定回路との間に低域通過濾波器をさらに含み、
   前記比較回路が前記変換再生信号と前記変換出力信号とが一致した場合には第１の論理値とし異なった場合には第２の論理値とすることにより、前記低域通過濾波器は第１の論理値と第２の論理値の間の値を出力し、
   前記判定回路は、前記第１の論理値と前記第２の論理値との間の値の閾値を有し、前記低域通過濾波器の出力と前記閾値を比較して前記比較回路の出力を判定する
   請求項３に記載の半導体装置。
5. 前記第１の変換回路は前記第１の閾値として互いに異なるＮ（Ｎは３以上の整数）個の第１の閾値を有するとともに前記再生信号を（Ｎ＋１）値の信号に変換し、
   前記第２の変換回路は前記第２の閾値として互いに異なるＮ個の第２の閾値を有するとともに前記出力信号を（Ｎ＋１）値の信号に変換する
   請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
6. 前記再生信号の振幅に対する前記第１の閾値の位置を制御し、前記出力信号の振幅に対する前記第２の閾値の位置を制御する閾値制御部をさらに含み、
   前記閾値制御部は前記第１の閾値の位置と前記第２の閾値の位置が同じになるように前記第１の閾値および前記第２の閾値を制御する
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置。
7. 外部から入力される外部信号と前記再生信号とを合成し合成再生信号とする第１の合成部と、
   前記外部信号と前記出力信号とを合成し合成出力信号とする第２の合成部と、をさらに含み、
   前記第１の変換回路は前記合成再生信号を変換して前記変換再生信号を出力し、
   前記第２の変換回路は前記合成出力信号を変換して前記変換出力信号を出力する
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置。
8. 前記音源の信号が予め定められたビット数のデジタル信号であり、
   前記増幅部がデジタル信号としての前記再生信号をアナログ信号に変換するデジタルアナログ変換回路を備え、
   前記デジタルアナログ変換回路の前記ビット数のビット位置を指定して前記デジタルアナログ変換回路の故障を検出するビット故障検出部をさらに含む
   請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の半導体装置。
9. 前記音源再生部で再生すべき信号を送る音源をさらに含む
   請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の半導体装置。
10. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の半導体装置と、
    前記音源再生部に再生すべき信号を送る音源と、
    前記再生信号を増幅し音に変換するスピーカと、
    を含む音出力装置。

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