JP7348835B2 - オーディオアンプｉｃ、それを用いた車載オーディオシステム、電子機器 - Google Patents

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システム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所定の電流量の電流を流し込み、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

本発明は係る状況におい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、従来とは異なる手法によって、負荷あるいは周辺回路の異常を検出可能なオーディオアンプＩＣの提供にある。

本発明のある態様は、ＢＴＬ（Bridged Tied Load）形式のオーディオアンプＩＣ（Integrated Circuit）に関する。オーディオアンプＩＣ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出力ピンと接続され、電流量が制御可能な第１電流を第１出力ピンにソースする第１電流源と、第２出力ピンと固定電圧ライン（接地）の間に設けられるスイッチと、第１出力ピンと第２出力ピンの電位差を、制御可能な第１しきい値電圧と比較し、電位差が第１しきい値電圧より低いとき第１レベル、高いとき第２レベルとなる第１比較信号を生成する第１コンパレータと、第１電流源およびスイッチを制御するコントローラと、を備える。コントローラは、負荷が実装された状態において負荷診断モードにセットされるとスイッチをオン状態とし、（i）オープン検出期間において、第１しきい値電圧を第１レベルにセットし、第１電流源が生成する第１電流を第１電流量まで徐々に増加させ、（ii）オープン検出期間に続くショート検出期間において、第１しきい値電圧を第１レベルより大きい第２レベルにセットし、第１電流源が生成する第１電流を、第１電流量から第２電流量まで徐々に増加させ、（iii-1）第１比較信号がオープン検出期間において第１レベル、ショート検出期間において第２レベルであるとき負荷が正常と判定し、（iii-2）第１比較信号がオープン検出期間において第２レベルに遷移したとき、負荷がオープン異常と判定し、（iii-3）第１比較信号がショート検出期間において第１レベルであるとき、負荷がショート異常と判定する。

この態様によると、ポップノイズを発生させることなく、１回のシーケンスで、負荷のショート異常やオープン異常を検出できる。また、ショート異常とオープン異常を、単一のコンパレータで検出できるため、回路面積を小さくできる。

スイッチは、オン状態におけるインピーダンスが可変であってもよい。コントローラは、オープン検出期間において、スイッチのインピーダンスを相対的に高く設定し、ショート検出期間において、スイッチのインピーダンスを相対的に低く設定してもよい。これにより、オープン検出期間とショート検出期間における第１コンパレータの入力電圧範囲を個別に適切に設定できる。

スイッチは、並列に接続され、サイズが異なる第１ＮＭＯＳトランジスタと第２ＮＭＯＳトランジスタを含んでもよい。２つのＮＭＯＳトランジスタを選択的にオンすることにより、オン状態のインピーダンスを変化させることができる。

オーディオアンプＩＣは、第１出力ピンの電圧を分圧した第１検出電圧を、制御可能な第２しきい値電圧と比較し、第１検出電圧が第２しきい値電圧より低いときに第１レベル、高いとき第２レベルとなる第２比較信号を生成する第２コンパレータをさらに備えてもよい。コントローラは、地絡検出モードにセットされると、第２しきい値電圧および第３しきい値電圧を第３レベルにセットし、第１電流源が生成する第１電流を第３電流量まで徐々に増加させ、第２比較信号が第１レベルを維持するとき、第１出力ピンまたは第２出力ピンの外部における地絡異常と判定してもよい。

オーディオアンプＩＣは、第２出力ピンと接続され、電流量が制御可能な第２電流を第２出力ピンにソースする第２電流源と、第２出力ピンの電圧を、第２しきい値電圧と連動する第３しきい値電圧と比較し、第２出力ピンの電圧が第３しきい値電圧より低いときに第１レベル、高いとき第２レベルとなる第３比較信号を生成する第３コンパレータと、をさらに備えてもよい。コントローラは、（iv）地絡検出モードにおいて、第２電流源が生成する第２電流を第３電流量まで徐々に増加させ、第３比較信号が第１レベルを維持するとき、第１出力ピンまたは第２出力ピンの外部における地絡異常と判定してもよい。

コントローラは、天絡検出モードにセットされると、第２しきい値電圧および第３しきい値電圧を第３レベルより高い第４値にセットし、第１電流源および第２電流源をオフ状態とし、第２比較信号または第３比較信号の少なくとも一方が第２レベルに遷移したとき、第１出力ピンまたは第２出力ピンの外部における天絡異常と判定してもよい。

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、従来とは異なる手法によって、負荷あるいは周辺回路の異常を検出できる。

ＢＴＬ（Bridged Tied Load）形式のオーディオアンプを備えるオーディオシステムの回路図である。 実施の形態１に係るオーディオアンプＩＣを備えるオーディオシステムの回路図である。 負荷診断モードにおけるオーディオアンプＩＣの等価回路図である。 図４（ａ）～（ｃ）は、図２のオーディオアンプＩＣの動作波形図である。 第１コンパレータおよびその周辺の回路図である。 実施の形態２に係るオーディオアンプＩＣの回路図である。 地絡検出モードにおけるオーディオアンプＩＣの等価回路図である。 天絡検出モードにおけるオーディオアンプＩＣの等価回路図である。 図９（ａ）～（ｃ）は、電子機器の外観図である。 車載オーディオシステムを示す図である。

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。

（実施の形態１）
図２は、実施の形態１に係るオーディオアンプＩＣ１００を備えるオーディオシステム２００の回路図である。オーディオシステム２００は、電気音響変換素子２０２、フィルタ２０４Ｐ，２０４ＮおよびオーディオアンプＩＣ１００を備える。

電気音響変換素子２０２は、スピーカあるいはヘッドホンなどであり、電気音響変換素子２０２およびフィルタ２０４Ｐ，２０４Ｎは、オーディオアンプＩＣ１００に対してＢＴＬ（Bridged Tied Load）形式で接続される。オーディオアンプＩＣ１００およびフィルタ２０４Ｐ，２０４Ｎは、回路基板２１０に実装される。

オーディオアンプＩＣ１００は、オーディオ信号を正相および逆相で増幅し、電気音響変換素子２０２の一端に正相の、他端に逆相のオーディオ信号を印加する。

オーディオアンプＩＣ１００Ｃは、主として、第１アンプ１０２Ｐ、第２アンプ１０２Ｎ、第１出力ピンＯＵＴＰ、第２出力ピンＯＵＴＮを備え、ひとつの半導体基板に一体集積化される。「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。

第１アンプ１０２Ｐは、正相のオーディオ信号を出力し、第２アンプ１０２Ｎは、逆相のオーディオ信号を出力する。第１アンプ１０２Ｐ、第２アンプ１０２ＮはたとえばＤ級アンプ（スイッチングアンプ）であり、インバータを含んでもよい。なお、第１アンプ１０２Ｐ、第２アンプ１０２Ｎは、Ａ級あるいはＡＢ級のリニアアンプであってもよい。

電気音響変換素子２０２およびフィルタ２０４Ｐ，２０４Ｎを含む負荷２０１の異常を検出するために、オーディオアンプＩＣ１００には、第１電流源ＣＳ１、第１コンパレータＣＯＭＰ１、コントローラ１１０が設けられる。

第１電流源ＣＳ１は、第１出力ピンＯＵＴＰと接続され、電流量が制御可能な第１電流Ｉ_{ＴＥＳＴ１}を第１出力ピンＯＵＴＰにソースするように構成される。

スイッチＳＷ１は、第２出力ピンＯＵＴＮと固定電圧ライン（すなわち接地）の間に設けられる。

第１コンパレータＣＯＭＰ１は、第１出力ピンＯＵＴＰと第２出力ピンＯＵＴＮの電位差ΔＶを、制御可能な第１しきい値電圧Ｖ_ＴＨ１と比較し、電位差ΔＶが第１しきい値電圧Ｖ_ＴＨ１より低いとき第１レベル（たとえばロー）、高いとき第２レベル（たとえばハイ）となる第１比較信号Ｓ１を生成する。第１コンパレータＣＯＭＰ１の入力には、通常のオーディオ再生時に第１コンパレータＣＯＭＰ１を、出力ピンＯＵＴＰ，ＯＵＴＮから切り離すためのスイッチＳＷｐ、ＳＷｎが設けられる。なお、第１コンパレータＣＯＭＰ１の入力が十分にハイインピーダンスである場合、スイッチＳＷｐ、ＳＷｎは省略してもよい。

コントローラ１１０は、第１電流源ＣＳ１およびスイッチＳＷ１を制御し、第１コンパレータＣＯＭＰ１が生成する第１比較信号Ｓ１にもとづいて、電気音響変換素子２０２の異常の有無を判定する。

以上がオーディオアンプＩＣ１００の構成である。続いてその動作を説明する。図３は、負荷診断モードにおけるオーディオアンプＩＣ１００の等価回路図である。コントローラ１１０は、負荷である電気音響変換素子２０２が実装された状態において負荷診断モードにセットされると、第１アンプ１０２Ｐ、第２アンプ１０２Ｎの出力をハイインピーダンス状態として、スイッチＳＷ１をオン状態とする。

そして、（i）オープン検出期間Ｔ_{ＯＰＥＮ＿ＤＥＴ}において、第１しきい値電圧Ｖ_ＴＨ１を第１レベルＶ_ＯＰＥＮにセットし、第１電流源ＣＳ１が生成する第１電流Ｉ_{ＴＥＳＴ１}を第１電流量Ｉ_ＯＰＥＮまで徐々に増加させる。

（ii）オープン検出期間Ｔ_{ＯＰＥＮ＿ＤＥＴ}に続くショート検出期間Ｔ_{ＳＨＯＲＴ＿ＤＥＴ}において、第１しきい値電圧Ｖ_ＴＨ１を第１レベルＶ_ＯＰＥＮより大きい第２レベルＶ_{ＳＨＯＲＴ}にセットし、第１電流源ＣＳ１が生成する第１電流Ｉ_{ＴＥＳＴ１}を、第１電流量Ｉ_ＯＰＥＮから第２電流量Ｉ_{ＳＨＯＲＴ}まで徐々に増加させる。

図４（ａ）～（ｃ）は、図２のオーディオアンプＩＣ１００の動作波形図である。図４（ａ）は、負荷２０１が正常であるときの波形を示す。負荷２０１が正常であるとき、２つの出力ピンＯＵＴＰ，ＯＵＴＮ間の電位差ΔＶは、式（１）で表される。
ΔＶ＝Ｒ_{ＬＯＡＤ（ＮＯＲＭ）}×Ｉ_{ＴＥＳＴ１}
Ｒ_{ＬＯＡＤ（ＮＯＲＭ）}は、電気音響変換素子２０２およびフィルタ２０４のインダクタンスの直列抵抗の合成インピーダンスであり、たとえば４～３２Ω程度が典型値となる。

オープン検出期間Ｔ_{ＯＰＥＮ＿ＤＥＴ}における電位差ΔＶの最大値は、
ΔＶ＝Ｉ_ＯＰＥＮ×Ｒ_{ＬＯＡＤ（ＮＯＲＭ）}
となる。この状態で、ΔＶ＜Ｖ_ＯＰＥＮであるとき、負荷２０１はオープンではない。

ショート検出期間Ｔ_{ＳＨＯＲＴ＿ＤＥＴ}における電位差ΔＶの最大値は、
ΔＶ＝Ｉ_{ＳＨＯＲＴ}×Ｒ_{ＬＯＡＤ（ＮＯＲＭ）}
となる。この状態で、ΔＶ＞Ｖ_{ＳＨＯＲＴ}であるとき、負荷２０１はショートではない。

つまりコントローラ１１０は、第１比較信号Ｓ１が、オープン検出期間Ｔ_{ＯＰＥＮ＿ＤＥＴ}において第１レベル（ロー）、ショート検出期間Ｔ_{ＳＨＯＲＴ＿ＤＥＴ}において第２レベル（ハイ）であるとき、電気音響変換素子２０２を含む負荷２０１が正常であると判定する。

図４（ｂ）は、負荷２０１がオープン異常であるときの波形を示す。オープン異常が発生していると、電流Ｉ_{ＴＥＳＴ１}によってフィルタ２０４Ｐのキャパシタが充電され、第１出力ピンＯＵＴＰの電位が上昇し、これにより電位差ΔＶは、第１しきい値電圧Ｖ_ＯＰＥＮを超える。

そこでコントローラ１１０は、第１比較信号Ｓ１がオープン検出期間Ｔ_{ＯＰＥＮ＿ＤＥＴ}において第２レベル（ハイ）に遷移したとき、負荷２０１がオープン異常と判定する。

図４（ｃ）は、電気音響変換素子２０２がショート異常であるときの波形を示す。電気音響変換素子２０２にショート異常が発生していると、Ｒ_ＬＯＡＤ≒０となり、電位差ΔＶが小さくなり、しきい値電圧Ｖ_{ＳＨＯＲＴ}を超えなくなる。

そこでコントローラ１１０は、第１比較信号Ｓ１がショート検出期間Ｔ_{ＳＨＯＲＴ＿ＤＥＴ}において第１レベル（ロー）であるとき、電気音響変換素子２０２がショート異常と判定する。

以上がオーディオアンプＩＣ１００による負荷診断の動作である。

このオーディオアンプＩＣ１００によれば、１回のシーケンスで、負荷２０１（電気音響変換素子２０２）のショート異常やオープン異常を検出できる。この負荷診断において、電流Ｉ_{ＴＥＳＴ１}を徐変させることにより、電気音響変換素子２０２からポップノイズが発生するのを防止できる。

またショート異常とオープン異常を、単一のコンパレータＣＯＭＰ１で検出できるため、回路面積を小さくできる。

続いて、オーディオアンプＩＣ１００の具体的な構成例を説明する。図５は、第１コンパレータＣＯＭＰ１およびその周辺の回路図である。コンパレータＣＯＭＰ１は、テイル電流源１２０と、差動対１２２と、カレントミラー負荷１２４と、オフセット抵抗１２６を備える。オフセット抵抗１２６は、差動対１２２のトランジスタの一方のソース側に挿入されている。この第１コンパレータＣＯＭＰ１は、オフセット抵抗１２６の抵抗値に応じた入力オフセット電圧Ｖ_ＯＦＳ１を有し、第１比較信号Ｓ１は、Ｖｐ＜Ｖｎ＋Ｖ_ＯＦＳ１のとき第１レベル（ロー）、Ｖｐ＞Ｖｎ＋Ｖ_ＯＦＳ１のとき第２レベル（ハイ）となる。Ｖｐは非反転入力端子の電圧であり、Ｖｎは反転入力端子の電圧である。ΔＶ＝Ｖｐ－Ｖｎであるから、このオフセット電圧Ｖ_ＯＦＳ１は、図２における第１しきい値電圧Ｖ_ＴＨ１に相当する。

オフセット抵抗１２６は可変抵抗であり、オープン検出期間Ｔ_{ＯＰＥＮ＿ＤＥＴ}において、相対的に小さい値を有し、ショート検出期間Ｔ_{ＳＨＯＲＴ＿ＤＥＴ}において相対的に大きい値を有するように制御される。

第１コンパレータＣＯＭＰ１の後段に、論理反転回路１３０を追加してもよい。論理反転回路１３０は、インバータ１３２とセレクタ１３４を含む。インバータ１３２は、第１比較信号Ｓ１を反転する。セレクタ１３４には、反転前の第１比較信号Ｓ１と、反転後の第１比較信号Ｓ１Ｘが入力される。セレクタ１３４は、ショート検出モードにおいてアサート（１）、オープン検出モードにおいてネゲート（０）される制御信号ＣＯＮＴ＿ＳＤＥＴを受け、２つの入力Ｓ１，Ｓ１Ｘのうち、制御信号ＣＯＮＴ＿ＳＤＥＴの値に応じた一方を選択する。これにより、セレクタ１３４の出力ＥＲＲ＿ＤＥＴは、負荷２０１が正常であるときにロー、異常が生じたときにハイに遷移する。

スイッチＳＷ１は、オン状態におけるインピーダンス（オン抵抗）が切り替え可能である。コントローラ１１０は、オープン検出期間Ｔ_{ＯＰＥＮ＿ＤＥＴ}において、スイッチＳＷ１のインピーダンスを相対的に高く設定し、ショート検出期間Ｔ_{ＳＨＯＲＴ＿ＤＥＴ}において、スイッチＳＷ１のインピーダンスを相対的に低く設定する。これにより、オープン検出期間Ｔ_{ＯＰＥＮ＿ＤＥＴ}とショート検出期間Ｔ_{ＳＨＯＲＴ＿ＤＥＴ}における第１コンパレータＣＯＭＰ１の入力電圧範囲を個別に適切に設定できる。

スイッチＳＷ１は、並列に接続される複数（この例では２個）のＭＯＳトランジスタＭ１１，Ｍ１２を含む。ＭＯＳトランジスタＭ１１，Ｍ１２は、異なるオン抵抗（Ｒ_ＯＮ１＞Ｒ_ＯＮ２）を有する。第１コンパレータＣＯＭＰ１の反転入力端子（－）の電位Ｖｎは、Ｖｎ＝Ｒ_{ＯＮ（ＳＷ１）}×Ｉ_{ＴＥＳＴ１}である。第１電流Ｉ_{ＴＥＳＴ１}が小さいオープン検出期間Ｔ_{ＯＰＥＮ＿ＤＥＴ}では、トランジスタＭ１１がオン、Ｍ１２がオフされ、スイッチＳＷ１のオン抵抗を大きく（Ｒ_ＯＮ１）設定される。第１電流Ｉ_{ＴＥＳＴ１}が大きいショート検出期間Ｔ_{ＳＨＯＲＴ＿ＤＥＴ}では、トランジスタＭ１１がオフ、トランジスタＭ１２がオンされ（あるいは両方がオンされ、スイッチＳＷ１のオン抵抗を小さく（Ｒ_ＯＮ２）とすることにより、オープン検出期間Ｔ_{ＯＰＥＮ＿ＤＥＴ}とショート検出期間Ｔ_{ＳＨＯＲＴ＿ＤＥＴ}において、第１コンパレータＣＯＭＰ１への入力電圧範囲を適切に設定できる。Ｒ_ＯＮ１は、Ｒ_ＯＮ２の１０倍程度であってもよい。

（実施の形態２）
図６は、実施の形態２に係るオーディオアンプＩＣ１００Ａの回路図である。オーディオアンプＩＣ１００Ａは、負荷診断モードに加えて、出力ピンＯＵＴＰ，ＯＵＴＮの地絡検出モードおよび天絡検出モードをサポートする。

オーディオアンプＩＣ１００Ａは、図２のオーディオアンプＩＣ１００に加えて、第２コンパレータＣＯＭＰ２、電圧源ＶＳ２，第３コンパレータＣＯＭＰ３、電圧源ＶＳ３、第２電流源ＣＳ２を備える。

第１出力ピンＯＵＴＰの電圧Ｖｐは、抵抗分圧される。第２コンパレータＣＯＭＰ２は、分圧後の第１検出電圧Ｖｐ’を、制御可能な第２しきい値電圧Ｖ_ＴＨ２と比較し、第１検出電圧Ｖｐ’が第２しきい値電圧Ｖ_ＴＨ２より低いときに第１レベル（たとえばロー）、高いとき第２レベル（たとえばハイ）となる第２比較信号Ｓ２を生成する。

第２出力ピンＯＵＴＮの電圧Ｖｎも、抵抗分圧される。第３コンパレータＣＯＭＰ３は、分圧後の第２検出電圧Ｖｎ’を、制御可能な第３しきい値電圧Ｖ_ＴＨ３と比較し、第２検出電圧Ｖｎ’が第３しきい値電圧Ｖ_ＴＨ３より低いときに第１レベル（たとえばロー）、高いとき第２レベル（たとえばハイ）となる第３比較信号Ｓ３を生成する。

通常のオーディオ再生時に、コンパレータＣＯＭＰ２，ＣＯＭＰ３を出力ピンＯＵＴＰ，ＯＵＴＮから切り離すために、スイッチＳＷ２１、ＳＷ２２が設けられる。なおコンパレータＣＯＭＰ２，ＣＯＭＰ３の入力が十分にハイインピーダンスである場合、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２は省略してもよい。

第２しきい値電圧Ｖ_ＴＨ２、第３しきい値電圧Ｖ_ＴＨ３はそれぞれ、電圧源ＶＳ２、ＶＳ３によって生成される。コントローラ１１０Ａは、第３しきい値電圧Ｖ_ＴＨ３を第２しきい値電圧Ｖ_ＴＨ２と連動して変化させる。電圧源ＶＳ２，ＶＳ３の一方を省略して、残った一方が生成するしきい値電圧を、第２コンパレータＣＯＭＰ２、第３コンパレータＣＯＭＰ３に供給してもよい。

第２電流源ＣＳ２は、第２出力ピンＯＵＴＮと接続され、電流量が制御可能な第２電流Ｉ_{ＴＥＳＴ２}を第２出力ピンＯＵＴＮにソースする。

コントローラ１１０Ａは、第１電流源ＣＳ１、第２電流源ＣＳ２を制御し、第２コンパレータＣＯＭＰ２および第３コンパレータＣＯＭＰ３が生成する第２比較信号Ｓ２および第３比較信号Ｓ３にもとづいて、出力ピンＯＵＴＰ，ＯＵＴＮの異常の有無を判定する。

以上がオーディオアンプＩＣ１００Ａの構成である。続いてその動作を説明する。
（地絡検出モード）
図７は、地絡検出モードにおけるオーディオアンプＩＣ１００Ａの等価回路図である。コントローラ１１０Ａは、地絡検出モードにセットされると、第１アンプ１０２Ｐ、第２アンプ１０２Ｎの出力をハイインピーダンス状態とする。

コントローラ１１０Ａは、地絡検出モードにセットされると、第２しきい値電圧Ｖ_ＴＨ２を第３レベルＶ_{ＧＮＤ＿ＤＥＴ}にセットし、第１電流源ＣＳ１が生成する第１電流Ｉ_{ＴＥＳＴ１}を、第３電流量Ｉ_{ＧＮＤ＿ＤＥＴ}まで徐々に増加させる。コントローラ１１０Ａは、第２比較信号Ｓ２が第１レベル（ロー）を維持するとき、第１出力ピンＯＵＴＰまたは第２出力ピンＯＵＴＮの外部における地絡異常と判定する。

またコントローラ１１０Ａは、地絡検出モードにおいて、第２電流源ＣＳ２が生成する第２電流Ｉ_{ＴＥＳＴ２}を第３電流量Ｉ_{ＧＮＤ＿ＤＥＴ}まで徐々に増加させ、第３比較信号Ｓ３が第１レベル（ロー）を維持するとき、第１出力ピンＯＵＴＰまたは第２出力ピンＯＵＴＮの外部における地絡異常と判定する。

第２比較信号Ｓ２および第３比較信号Ｓ３の両方がハイに遷移した場合、コントローラ１１０Ａは、出力ピンＯＵＴＰ，ＯＵＴＮのいずれにおいても地絡が発生していないものと判定する。

（天絡検出モード）
図８は、天絡検出モードにおけるオーディオアンプＩＣ１００Ａの等価回路図である。コントローラ１１０Ａは、天絡検出モードにセットされると、第１アンプ１０２Ｐ、第２アンプ１０２Ｎの出力をハイインピーダンス状態とする。

コントローラ１１０Ａは、天絡検出モードにセットされると、第２しきい値電圧Ｖ_ＴＨ２を第３レベルＶ_{ＧＮＤ＿ＤＥＴ}より高い第４値Ｖ_{ＤＤ＿ＤＥＴ}にセットし、第１電流源ＣＳ１および第２電流源ＣＳ２をオフ状態とする。

コントローラ１１０Ａは、第２比較信号Ｓ２または第３比較信号Ｓ３の少なくとも一方が第２レベル（ハイ）に遷移したとき、第１出力ピンＯＵＴＰまたは第２出力ピンＯＵＴＮの外部における天絡異常と判定する。第２比較信号Ｓ２および第３比較信号Ｓ３の両方がローを維持した場合、コントローラ１１０Ａは、出力ピンＯＵＴＰ，ＯＵＴＮのいずれにおいても天絡が発生していないものと判定する。

なお、電気音響変換素子２０２の実装前（接続前）に、地絡検出モードあるいは天絡検出モードを実行した場合、２つの出力ピンＯＵＴＰ，ＯＵＴＮそれぞれの天絡、地絡を区別して検出することができる。

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。

（用途）
最後にオーディオアンプＩＣ１００のアプリケーションを説明する。図９（ａ）～（ｃ）は、電子機器１の外観図である。図９（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。オーディオアンプＩＣ１００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９（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。オーディオアンプＩＣ１００は筐体７０２に内蔵され、スピーカ２を駆動する。

図９（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、タブレットコンピュータ、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。オーディオアンプＩＣ１００は筐体８０２に内蔵され、スピーカ２を駆動する。

図１０は、車載オーディオシステム５００を示す図である。車載オーディオシステム５００は、４個のスピーカ５０２_ＦＬ，５０２_ＦＲ，５０２_ＲＬ，５０２_ＲＲ、４個のフィルタ５０４_ＦＬ，５０４_ＦＲ，５０４_ＲＬ，５０４_ＲＲ、音源５０６およびオーディオアンプＩＣ３００を備える。

音源１０６は、左右（ＬＲ）２チャンネルあるいはマルチチャンネルのデジタル信号を出力する。オーディオアンプＩＣ３００は、４チャンネルのパワーアンプ３１０と、音源１０６とのオーディオインタフェース回路３０２を備える。オーディオインタフェース回路３０２の形式は限定されない。

Ｄ／Ａコンバータ４００Ｌおよび４００Ｒは、ＬチャンネルとＲチャンネルのデジタルオーディオ信号を差動のアナログオーディオ信号に変換する。なお図１０ではシングルエンドアンプのシンボルで示されるが、１個のパワーアンプ３１０は、図２のパワーアンプ１０２Ｐ，１０２Ｎのセットに相当し、対応するスピーカ５０２をＢＴＬ駆動する。パワーアンプ３１０は、Ｄ級アンプであってもよいし、ＡＢ級アンプであってもよい。

フィルタ５０４、音源５０６およびオーディオアンプＩＣ３００は、オーディオヘッドユニットやカーナビゲーション装置に内蔵される。あるいはオーディオアンプＩＣ３００は、音源１０６とは独立した製品であってもよい。

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 オーディオシステム
２０１ 負荷
２０２ 電気音響変換素子
２０４ フィルタ
２１０ 回路基板
１００ オーディオアンプＩＣ
１０２Ｐ 第１アンプ
１０２Ｎ 第２アンプ
ＯＵＴＰ 第１出力ピン
ＯＵＴＮ 第２出力ピン
ＣＳ１ 第１電流源
ＣＳ２ 第２電流源
ＳＷ１ スイッチ
ＣＯＭＰ１ 第１コンパレータ
ＣＯＭＰ２ 第２コンパレータ
ＣＯＭＰ３ 第３コンパレータ
Ｓ１ 第１比較信号
Ｓ２ 第２比較信号
Ｓ３ 第３比較信号
１１０ コントローラ

Claims (8)

1. ＢＴＬ（Bridged Tied Load）形式のオーディオアンプＩＣ（Integrated Circuit）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、
   前記第１出力ピンと接続され、電流量が制御可能な第１電流を前記第１出力ピンにソースする第１電流源と、
   前記第２出力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出力ピンと前記第２出力ピンの電位差を、制御可能な第１しきい値電圧と比較し、前記電位差が前記第１しきい値電圧より低いとき第１レベル、高いとき第２レベルとなる第１比較信号を生成する第１コンパレータと、
   前記第１電流源および前記スイッチを制御するコントローラと、
   を備え、
   前記コントローラは、
   負荷が実装された状態において負荷診断モードにセットされると、前記スイッチをオン状態とし、
   （i）オープン検出期間において、前記第１しきい値電圧を第１レベルにセットし、前記第１電流源が生成する前記第１電流を第１電流量まで徐々に増加させ、
   （ii）前記オープン検出期間に続くショート検出期間において、前記第１しきい値電圧を前記第１レベルより大きい第２レベルにセットし、前記第１電流源が生成する前記第１電流を、前記第１電流量から第２電流量まで徐々に増加させ、
   （iii-1）前記第１比較信号が前記オープン検出期間において前記第１レベル、前記ショート検出期間において前記第２レベルであるとき負荷が正常と判定し、
   （iii-2）前記第１比較信号が前記オープン検出期間において前記第２レベルに遷移したとき、前記負荷がオープン異常と判定し、
   （iii-3）前記第１比較信号が前記ショート検出期間において前記第１レベルであるとき、前記負荷がショート異常と判定し、
   前記スイッチは、オン状態におけるインピーダンスが可変であり、
   前記コントローラは、前記オープン検出期間において、前記スイッチのインピーダンスを相対的に高く設定し、前記ショート検出期間において、前記スイッチのインピーダンスを相対的に低く設定することを特徴とするオーディオアンプＩＣ。
2. 前記スイッチは、並列に接続され、サイズが異なる第１ＮＭＯＳトランジスタと第２ＮＭＯＳトランジスタを含むことを特徴とする請求項１に記載のオーディオアンプＩＣ。
3. 前記第１出力ピンの電圧を分圧した第１検出電圧を、制御可能な第２しきい値電圧と比較し、前記第１検出電圧が前記第２しきい値電圧より低いときに第１レベル、高いとき第２レベルとなる第２比較信号を生成する第２コンパレータをさらに備え、
   前記コントローラは、地絡検出モードにセットされると、前記スイッチをオフし、前記第２しきい値電圧を第３レベルにセットし、前記第１電流源が生成する前記第１電流を第３電流量まで徐々に増加させ、前記第２比較信号が前記第１レベルを維持するとき、前記第１出力ピンまたは前記第２出力ピンの外部における地絡異常と判定することを特徴とする請求項１または２に記載のオーディオアンプＩＣ。
4. 前記第２出力ピンと接続され、電流量が制御可能な第２電流を前記第２出力ピンにソースする第２電流源と、
   前記第２出力ピンの電圧を分圧した第２検出電圧を、前記第２しきい値電圧と連動する第３しきい値電圧と比較し、前記第２検出電圧が前記第３しきい値電圧より低いときに第１レベル、高いとき第２レベルとなる第３比較信号を生成する第３コンパレータと、
   をさらに備え、
   前記コントローラは、（iv）前記地絡検出モードにおいて、前記第２電流源が生成する前記第２電流を前記第３電流量まで徐々に増加させ、前記第３比較信号が前記第１レベルを維持するとき、前記第１出力ピンまたは前記第２出力ピンの外部における地絡異常と判定することを特徴とする請求項３に記載のオーディオアンプＩＣ。
5. 前記コントローラは、天絡検出モードにセットされると、前記スイッチをオフし、前記第２しきい値電圧を前記第３レベルより高い第４値にセットし、前記第１電流源および前記第２電流源をオフ状態とし、前記第２比較信号または前記第３比較信号の少なくとも一方が前記第２レベルに遷移したとき、前記第１出力ピンまたは前記第２出力ピンの外部における天絡異常と判定す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ＩＣ。
6. ＢＴＬ（Bridged Tied Load）形式のオーディオアンプＩＣ（Integrated Circuit）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、
   前記第１出力ピンと接続され、電流量が制御可能な第１電流を前記第１出力ピンにソースする第１電流源と、
   前記第２出力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出力ピンと前記第２出力ピンの電位差を、制御可能な第１しきい値電圧と比較し、前記電位差が前記第１しきい値電圧より低いとき第１レベル、高いとき第２レベルとなる第１比較信号を生成する第１コンパレータと、
   前記第１出力ピンの電圧を分圧した第１検出電圧を、制御可能な第２しきい値電圧と比較し、前記第１検出電圧が前記第２しきい値電圧より低いときに第１レベル、高いとき第２レベルとなる第２比較信号を生成する第２コンパレータと、
   前記第２出力ピンと接続され、電流量が制御可能な第２電流を前記第２出力ピンにソースする第２電流源と、
   前記第２出力ピンの電圧を分圧した第２検出電圧を、前記第２しきい値電圧と連動する第３しきい値電圧と比較し、前記第２検出電圧が前記第３しきい値電圧より低いときに第１レベル、高いとき第２レベルとなる第３比較信号を生成する第３コンパレータと、
   前記第１電流源および前記スイッチを制御するコントローラと、
   を備え、
   前記コントローラは、
   負荷が実装された状態において負荷診断モードにセットされると、前記スイッチをオン状態とし、
   （i）オープン検出期間において、前記第１しきい値電圧を第１レベルにセットし、前記第１電流源が生成する前記第１電流を第１電流量まで徐々に増加させ、
   （ii）前記オープン検出期間に続くショート検出期間において、前記第１しきい値電圧を前記第１レベルより大きい第２レベルにセットし、前記第１電流源が生成する前記第１電流を、前記第１電流量から第２電流量まで徐々に増加させ、
   （iii-1）前記第１比較信号が前記オープン検出期間において前記第１レベル、前記ショート検出期間において前記第２レベルであるとき負荷が正常と判定し、
   （iii-2）前記第１比較信号が前記オープン検出期間において前記第２レベルに遷移したとき、前記負荷がオープン異常と判定し、
   （iii-3）前記第１比較信号が前記ショート検出期間において前記第１レベルであるとき、前記負荷がショート異常と判定し、
   前記コントローラは、地絡検出モードにセットされると、前記スイッチをオフし、前記第２しきい値電圧を第３レベルにセットし、前記第１電流源が生成する前記第１電流を第３電流量まで徐々に増加させ、前記第２比較信号が前記第１レベルを維持するとき、前記第１出力ピンまたは前記第２出力ピンの外部における地絡異常と判定し、
   前記コントローラは、（iv）前記地絡検出モードにおいて、前記第２電流源が生成する前記第２電流を前記第３電流量まで徐々に増加させ、前記第３比較信号が前記第１レベルを維持するとき、前記第１出力ピンまたは前記第２出力ピンの外部における地絡異常と判定し、
   前記コントローラは、天絡検出モードにセットされると、前記スイッチをオフし、前記第２しきい値電圧を前記第３レベルより高い第４値にセットし、前記第１電流源および前記第２電流源をオフ状態とし、前記第２比較信号または前記第３比較信号の少なくとも一方が前記第２レベルに遷移したとき、前記第１出力ピンまたは前記第２出力ピンの外部における天絡異常と判定することを特徴とするオーディオアンプＩＣ。
7. 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６のいずれかに記載のオーディオアンプＩＣと、
   を備えることを特徴とする車載オーディオシステム。
8. 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６のいずれかに記載のオーディオアンプＩＣと、
   を備えることを特徴とする電子機器。

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