WO2023176526A1

WO2023176526A1 - オーディオアンプ回路、車載電子機器

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Publication number: WO2023176526A1
Application number: PCT/JP2023/008154
Authority: WO
Inventors: 光輝酒井
Original assignee: ローム株式会社
Priority date: 2022-03-17
Filing date: 2023-03-03
Publication date: 2023-09-21
Also published as: CN118511429A

Abstract

第１分圧回路２５２は、入力ノードに内部電源電圧ＶＲＥＧＤを受ける。バッファ２５４は、入力ノードが第１分圧回路２５２の出力ノードＦＩＬＡと接続される。第２分圧回路２５６は、入力ノードに電源電圧ＶＣＣを受ける。第１分圧回路２５２の出力ノードＦＩＬＡの電圧が第１基準電圧ＶＦＩＬであり、第２分圧回路２５６の出力ノードＦＩＬＰの電圧が第２基準電圧ＶＦＩＬＰである。抵抗Ｒｏは、バッファ２５４の出力ノードと、第２分圧回路２５６の出力ノードＦＩＬＰの間に接続される。クランプ回路２５８は、第２基準電圧ＶＦＩＬＰが、内部電源電圧ＶＲＥＧＤ以下に定めたリミット電圧ＶＬＩＭを超えないように、第１分圧回路２５２の出力ノードＦＩＬＡの電圧を制御する。

Description

オーディオアンプ回路、車載電子機器

　本開示は、オーディオ回路に関する。

　車載用オーディオシステムやカーナビゲーションシステムは、オーディオ回路を備える。オーディオ回路は、車載バッテリからの電圧を電源として動作する。バッテリは、使用中に定格電圧（たとえば１４．４Ｖ）から大きく変動することから、このような半導体集積回路には、バッテリ電圧の過酷な変動下でも正常に動作することが要求され、出荷前には、ロードダンプ試験やコールドクランク試験などによって性能がテストされる。たとえばロードダンプ試験では、４０Ｖ付近の過電圧が、半導体集積回路の電源端子に過渡的に印加される。

特開２０２１－７１９３０号公報

　車載用のオーディオ回路の種類によっては、２４Ｖのバッテリが誤って接続された場合においても、オーディオ再生が可能であることが要求されるものがある。

　本開示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、オーディオ再生機能を残しつつ、過電圧保護が可能なオーディオアンプ回路の提供にある。

　一実施形態に係る態様は、オーディオアンプ回路に関する。オーディオアンプ回路は、アナログオーディオ信号を増幅する入力ゲイン回路と、積分器を含み、入力ゲイン回路の出力信号に応じたパルス幅を有するパルス信号を生成するパルス変調器と、電源電圧を受ける電源端子と、電源電圧を受け、パルス信号を増幅するドライバと、入力ゲイン回路に第１基準電圧を供給し、積分器に第２基準電圧を供給するバイアス回路と、内部電源電圧を生成する内部電圧源と、を備える。バイアス回路は、入力ノードに内部電源電圧を受ける第１分圧回路と、入力ノードが第１分圧回路の出力ノードと接続され、出力ノードの信号が第１基準電圧であるバッファと、入力ノードに電源電圧を受け、出力ノードの信号が第２基準電圧である第２分圧回路と、バッファの出力ノードと、第２分圧回路の出力ノードの間に接続される抵抗と、第２基準電圧が、内部電源電圧以下に定めたリミット電圧を超えないように、第１分圧回路の出力ノードの電圧を制御するクランプ回路と、を備える。

　本開示の別の態様もまた、オーディオアンプ回路に関する。このオーディオアンプ回路は、アナログオーディオ信号を増幅する入力ゲイン回路と、積分器を含み、入力ゲイン回路の出力信号に応じたパルス幅を有するパルス信号を生成するパルス変調器と、電源電圧を受ける電源端子と、電源電圧を受け、パルス信号を増幅するドライバと、入力ゲイン回路に第１基準電圧を供給し、積分器に第２基準電圧を供給するバイアス回路と、内部電源電圧を生成する内部電圧源と、を備える。バイアス回路は、内部電源電圧を受ける第１ノードと、電源電圧を受ける第２ノードと、第１基準電圧が発生する第３ノードと、第２基準電圧が発生する第４ノードと、キャパシタが接続されるべき第５ノードと、第１ノードと第５ノードの間に接続された第１抵抗と、第５ノードと接地の間に接続された第２抵抗と、入力ノードが第５ノードと接続されたバッファと、第２ノードと第４ノードの間に接続された第３抵抗と、第４ノードと接地の間に接続された第４抵抗と、バッファの出力ノードと第４ノードの間に接続された第５抵抗と、第２基準電圧に応じた監視信号を受け、第２基準電圧と監視信号の誤差に応じた電流を第３ノードからシンクするクランプ回路と、を備える。

　なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、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、本発明あるいは本開示の態様として有効である。さらに、この項目（課題を解決するための手段）の記載は、本発明の欠くべからざるすべての特徴を説明するものではなく、したがって、記載されるこれらの特徴のサブコンビネーションも、本発明たり得る。

　本開示のある態様によれば、オーディオ再生機能を残しつつ、過電圧保護が可能なオーディオアンプ回路を提供できる。

図１は、実施形態に係るオーディオアンプ回路を備える車載オーディオシステムの回路図である。図２は、図１の車載オーディオシステムのレベルダイアグラムである。図３は、図１のバイアス回路の回路図である。図４は、図１のオーディオアンプ回路の動作を説明する図である。図５は、図１のオーディオアンプ回路の動作を説明する図である。

（実施形態の概要）
　本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。この概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、すべての実施形態の重要な要素を特定することも、一部またはすべての態様の範囲を線引きすることも意図していない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態（実施例や変形例）または複数の実施形態（実施例や変形例）を指すものとして用いる場合がある。

　一実施形態に係るオーディオアンプ回路は、アナログオーディオ信号を増幅する入力ゲイン回路と、積分器を含み、入力ゲイン回路の出力信号に応じたパルス幅を有するパルス信号を生成するパルス変調器と、電源電圧を受ける電源端子と、電源電圧を受け、パルス信号を増幅するドライバと、入力ゲイン回路に第１基準電圧を供給し、積分器に第２基準電圧を供給するバイアス回路と、内部電源電圧を生成する内部電圧源と、を備える。バイアス回路は、入力ノードに内部電源電圧を受ける第１分圧回路と、入力ノードが第１分圧回路の出力ノードと接続され、出力ノードの信号が第１基準電圧であるバッファと、入力ノードに電源電圧を受け、出力ノードの信号が第２基準電圧である第２分圧回路と、バッファの出力ノードと、第２分圧回路の出力ノードの間に接続される抵抗と、第２基準電圧が、内部電源電圧以下に定めたリミット電圧を超えないように、第１分圧回路の出力ノードの電圧を制御するクランプ回路と、を備える。

　電源電圧がある電圧レベルより低い状態では、第１基準電圧および第２基準電圧は、電源電圧に比例する。電源電圧がある電圧レベルを超えると、クランプ回路がアクティブとなり、第２基準電圧が、所定のリミット電圧にクランプされる。クランプ回路がアクティブであるとき、第１基準電圧は、電源電圧が高いほど、低くなる。この構成によれば、過電圧から回路を保護しつつも、増幅後のオーディオ信号のセンターレベルを、電源電圧に追従して増大させることができるため、オーディオ信号を再生し続けることができる。

　一実施形態において、クランプ回路は、シャントレギュレータであってもよい。

　一実施形態において、クランプ回路は、第２分圧回路の出力ノードと接地の間に接続されたシャントトランジスタと、第２基準電圧に応じた監視信号と所定の基準電圧を受け、その出力がシャントトランジスタの制御端子と接続されたエラーアンプと、を含んでもよい。

　一実施形態に係るオーディオアンプ回路は、アナログオーディオ信号を増幅する入力ゲイン回路と、積分器を含み、入力ゲイン回路の出力信号に応じたパルス幅を有するパルス信号を生成するパルス変調器と、電源電圧を受ける電源端子と、電源電圧を受け、パルス信号を増幅するドライバと、入力ゲイン回路に第１基準電圧を供給し、積分器に第２基準電圧を供給するバイアス回路と、内部電源電圧を生成する内部電圧源と、を備える。バイアス回路は、内部電源電圧を受ける第１ノードと、電源電圧を受ける第２ノードと、第１基準電圧が発生する第３ノードと、第２基準電圧が発生する第４ノードと、キャパシタが接続されるべき第５ノードと、第１ノードと第５ノードの間に接続された第１抵抗と、第５ノードと接地の間に接続された第２抵抗と、入力ノードが第５ノードと接続されたバッファと、第２ノードと第４ノードの間に接続された第３抵抗と、第４ノードと接地の間に接続された第４抵抗と、バッファの出力ノードと第４ノードの間に接続された第５抵抗と、第２基準電圧に応じた監視信号を受け、第２基準電圧と監視信号の誤差に応じた電流を第３ノードからシンクするクランプ回路と、を備える。

　電源電圧がある電圧レベルより低い状態では、第１基準電圧および第２基準電圧は、電源電圧に比例する。電源電圧がある電圧レベルを超えると、クランプ回路がアクティブとなり、第２基準電圧が、所定の目標レベルを維持するように、第１基準電圧が調節される。これにより、過電圧から回路を保護しつつ、オーディオ信号を再生し続けることができる。

　一実施形態において、クランプ回路は、第３ノードと接地の間に接続されたシャントトランジスタと、第２基準電圧に応じた監視信号と所定の基準電圧を受け、その出力がシャントトランジスタの制御端子と接続されたエラーアンプと、を含んでもよい。

　一実施形態において、積分器は、非反転入力端子に第２基準電圧を受けるオペアンプと、オペアンプの反転入力ノードと出力ノードの間に接続されたキャパシタと、オペアンプの反転入力ノードと、パルス変調器の入力ノードの間に接続された入力抵抗と、オペアンプの反転入力ノードと、ドライバの出力ノードの間に接続されたフィードバック抵抗と、を含んでもよい。入力抵抗の抵抗値をＲｉ、フィードバック抵抗の抵抗値をＲｆとするとき、第５抵抗の抵抗値はＲｉであり、第３抵抗および第４抵抗の抵抗値は２×Ｒｆであってもよい。

　一実施形態において、オーディオアンプ回路は、ひとつの半導体基板に一体集積化されてもよい。「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。

（実施形態）
　以下、好適な実施形態について、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、実施形態は、開示および発明を限定するものではなく例示であって、実施形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも開示および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のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その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の間に接続された（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、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

　図１は、実施形態に係るオーディオアンプ回路２００を備える車載オーディオシステム１００の回路図である。車載オーディオシステム１００は、車載バッテリ（以下、単にバッテリという）１０２、フィルタ１０４、スピーカ１０６およびオーディオアンプ回路２００を備える。

　バッテリ１０２は、定格１２Ｖのバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴを生成する。オーディオアンプ回路２００は、ひとつの半導体基板に集積化された機能ＩＣ（Integrated Circuit）であり、オーディオアンプ回路２００には、電源電圧Ｖ_ＣＣとしてバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴが供給されている。オーディオアンプ回路２００は、図示しない音源からの入力オーディオ信号Ｖ_ＩＮを受け、入力オーディオ信号Ｖ_ＩＮを増幅し、負荷であるスピーカ１０６を駆動する。本実施形態において、車載オーディオシステム１００は完全差動で構成されており、入力オーディオ信号Ｖ_ＡＵＤは、逆相のＶ_ＡＵＤＮ，Ｖ_ＡＵＤＰを含む差動信号である。

　オーディオアンプ回路２００は、図示しない音源からカップリングキャパシタを介して、差動入力端子ＩＮＮ，ＩＮＰに、差動信号Ｖ_ＡＵＤＮ，Ｖ_ＡＵＤＰを受ける。またオーディオアンプ回路２００の差動出力端子ＯＵＴＰ，ＯＵＴＮには、フィルタ１０４を介してスピーカ１０６が接続される。信号や端子に付される添え字のＰは正相を表し、添え字のＮは逆相を表す。正相と逆相の両成分を総称する場合には、添え字を省略して表記する。

　オーディオアンプ回路２００は、Ｄ級アンプ（スイッチングアンプ）であり、入力オーディオ信号Ｖ_ＩＮに応じたデューティサイクルを有するパルス駆動信号を生成する。パルス駆動信号Ｖ_ＤＲＶは、フィルタ１０４によって高周波成分が除去され、オーディオ帯域のアナログオーディオ信号Ｖ_ＯＵＴがスピーカ１０６に供給される。

　オーディオアンプ回路２００の電源端子ＶＣＣは、バッテリ１０２と接続され、電源電圧Ｖ_ＣＣを受ける。キャパシタ接続端子ＦＩＬＡには、外付けのキャパシタＣ１が接続される。パルス駆動信号Ｖ_ＤＲＶＰ，Ｖ_ＤＲＶＮは、電源電圧Ｖ_ＣＣと等しい振幅を有する。

　オーディオアンプ回路２００は、入力ゲイン回路２１０、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）回路２２０、ドライバ回路２３０、内部電圧源２４０、バイアス回路２５０を備える。入力ゲイン回路２１０、ＰＷＭ回路２２０、ドライバ回路２３０はそれぞれ、正相信号と逆相信号それぞれに対して同じ構成を有する。

　内部電圧源２４０は、内部電源電圧Ｖ_ＲＥＧＤを生成する。

　入力ゲイン回路２１０は、内部電圧源２４０から供給される内部電源電圧Ｖ_ＲＥＧＤを電源電圧として動作する。また入力ゲイン回路２１０には、バイアス回路２５０から第１基準電圧Ｖ_ＦＩＬが供給される。第１基準電圧Ｖ_ＦＩＬは、Ｖ_ＡＵＤの最大振幅と等しいか、それより大きい。本実施形態において、第１基準電圧Ｖ_ＦＩＬは、内部電源電圧Ｖ_ＲＥＧＤの１／２倍の電圧である。
　Ｖ_ＦＩＬ＝Ｖ_ＲＥＧＤ／２　　　　…（１）
　内部電源電圧Ｖ_ＲＥＧＤは、たとえば５．３Ｖであり、第１基準電圧Ｖ_ＦＩＬは２．６５Ｖとすることができる。

　入力ゲイン回路２１０は、入力オーディオ信号Ｖ_ＡＵＤを増幅する。具体的には、入力ゲイン回路２１０Ｎは、逆相オーディオ信号Ｖ_ＡＵＤＮを増幅し、入力ゲイン回路２１０Ｐは、正相オーディオ信号Ｖ_ＡＵＤＰを増幅する。入力ゲイン回路２１０Ｎ，２１０Ｐのゲインをｇ_１とする。

　入力端子ＩＮＮには、カップリングキャパシタを介して、差動オーディオ信号Ｖ_ＡＵＤＮが入力される。入力端子ＩＮＮの信号Ｖ_ＩＮＮは、
　Ｖ_ＩＮＮ＝Ｖ_ＡＵＤＮ＋Ｖ_ＦＩＬ　　　…（２）
である。入力ゲイン回路２１０Ｎの出力信号は、
　Ｖ_Ｎ＝ｇ_１×Ｖ_ＡＵＤＮ＋Ｖ_ＦＩＬ　　　…（３）
である。

　同様に、入力端子ＩＮＰの信号Ｖ_ＩＮＰは、
　Ｖ_ＩＮＰ＝Ｖ_ＡＵＤＰ＋Ｖ_ＦＩＬ　　　…（４）
であり、入力ゲイン回路２１０Ｐの出力信号は、
　Ｖ_Ｐ＝ｇ_１×Ｖ_ＡＵＤＰ＋Ｖ_ＦＩＬ　　　…（５）
である。

　ＰＷＭ回路２２０は、フィードバック型のパルス変調器である。ＰＷＭ回路２２０は、積分器２２２Ｐ，２２２Ｎ、コンパレータ２２４Ｐ，２２４Ｎ、オシレータ２２６を含む。ＰＷＭ回路２２０には、バイアス回路２５０から、第２基準電圧Ｖ_ＦＩＬＰが供給される。

　積分器２２２Ｐは、前段の入力ゲイン回路２１０Ｎの出力信号Ｖ_Ｎと、後段のドライバ回路２３０Ｐが生成する駆動パルスＶ_ＤＲＶＰを受ける。積分器２２２Ｐの非反転入力ノードには、第２基準電圧Ｖ_ＦＩＬＰが入力されている。積分器２２２Ｐは、誤差増幅器として機能し、２つの電圧Ｖ_ＮとＶ_ＤＲＶＰを抵抗Ｒｉおよび抵抗Ｒｆによって内分した電圧の積分値（平滑化した電圧）と、第２基準電圧Ｖ_ＦＩＬＰとの誤差を増幅する。

　コンパレータ２２４Ｐは、積分器２２２Ｐの出力電圧Ｖ_ＥＲＲＰと、オシレータ２２６が生成する三角波の周期信号を比較し、パルス信号Ｓ_ＰＷＭＰを生成する。コンパレータ２２４Ｐの電源電圧は、内部電源電圧Ｖ_ＲＥＧＤであり、パルス信号Ｓ_ＰＷＭＰのハイレベルはＶ_ＲＥＧＤであり、パルス信号Ｓ_ＰＷＭＰのローレベルは、０Ｖである。

　ドライバ回路２３０は、ドライバ回路２３０Ｐおよびドライバ回路２３０Ｎを含む。ドライバ回路２３０Ｐには、電源電圧Ｖ_ＣＣが供給される。ドライバ回路２３０Ｐは、パルス信号Ｓ_ＰＷＭＰを受け、電源電圧Ｖ_ＣＣがハイレベル、ＧＮＤ（０Ｖ）がローレベルである駆動パルスＶ_ＤＲＶＰを生成する。外付けのフィルタ１０４によって駆動パルスＶ_ＤＲＶＰの搬送波成分が除去され、出力電圧Ｖ_ＯＵＴＰが生成される。

　積分器２２２Ｐ、コンパレータ２２４Ｐ、ドライバ回路２３０Ｐはフィードバックループを形成している。このフィードバックループにより、出力電圧Ｖ_ＯＵＴＰ（およびＶ_ＤＲＶＰ）の直流成分は、Ｖ_ＦＩＬＰとなり、交流成分（オーディオ成分）は、ｇ_１×（－ｇ_２）×Ｖ_ＡＵＤＮとなる。ｇ_２は、ＰＷＭ回路２２０のゲインであり、ｇ_２＝Ｒｆ／Ｒｉである。

　積分器２２２Ｎ，コンパレータ２２４Ｎについても同様に動作する。出力電圧Ｖ_ＯＵＴＮ（およびＶ_ＤＲＶＮ）の直流成分は、Ｖ_ＦＩＬＰとなり、交流成分（オーディオ成分）は、ｇ_１×（－ｇ_２）×Ｖ_ＩＮＰとなる。

　以上が車載オーディオシステム１００の全体の構成である。図２は、図１の車載オーディオシステム１００のレベルダイアグラムである。図２には、差動入力端子ＩＮＮの電圧Ｖ_ＩＮＮ、入力ゲイン回路２１０Ｎの出力信号Ｖ_Ｎ、ＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭＰ、駆動信号Ｖ_ＤＲＶＰ、出力電圧Ｖ_ＯＵＴＰが示される。

　第１基準電圧Ｖ_ＦＩＬは、内部電源電圧Ｖ_ＲＥＧＤの１／２であり、電圧Ｖ_ＩＮＮは、バイアスレベルＶ_ＦＩＬにオーディオ信号Ｖ_ＡＵＤＮを重畳した信号である。

　入力ゲイン回路２１０Ｎの出力信号Ｖ_Ｎのバイアスレベルは、Ｖ_ＦＩＬであり、信号振幅（交流成分）は、入力信号Ｖ_ＡＵＤＮのｇ_１倍である。

　ＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭＰは、内部電源電圧Ｖ_ＲＥＧＤをハイレベル、接地電圧ＧＮＤ（０Ｖ）をローレベルとするパルス信号であり、そのデューティサイクルは、電圧Ｖ_Ｎに応じている。具体的には、Ｖ_Ｎ＝Ｖ_ＦＩＬのときに、ＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭＰのデューティサイクルは５０％となる。積分器２２２Ｐは反転増幅器であるから、Ｖ_ＮがＶ_ＦＩＬより低くなると、ＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭＰのデューティサイクルは５０％より高くなり、Ｖ_ＮがＶ_ＦＩＬより高くなると、デューティサイクルは５０％より低くなる。

　駆動信号Ｖ_ＤＲＶＰは、電源電圧Ｖ_ＣＣをハイレベル、接地電圧ＧＮＤ（０Ｖ）をローレベルとするパルス信号である。駆動信号Ｖ_ＤＲＶＰのデューティサイクルは、ＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭＰのデューティサイクルと等しい。

　出力信号Ｖ_ＯＵＴＰのバイアスレベルは、Ｖ_ＣＣ／２であり、その信号振幅（交流成分）は、入力信号Ｖ_ＡＵＤＮのｇ_１×（－ｇ_２）倍である。

　スピーカ１０６の両端間に印加される電圧Ｖ_ＳＰＫは、Ｖ_ＯＵＴＰ－Ｖ_ＯＵＴＮであり、信号振幅は、出力信号Ｖ_ＯＵＴＰの２倍となる。

　続いてバイアス回路２５０の構成を説明する。

　図３は、図１のバイアス回路２５０の回路図である。バイアス回路２５０は、第１分圧回路２５２、バッファ２５４、第２分圧回路２５６、クランプ回路２５８、抵抗Ｒｏを備える。

　第１分圧回路２５２は、入力ノードに内部電源電圧Ｖ_ＲＥＧＤを受ける。第１分圧回路２５２は、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２を含む。抵抗Ｒ１１は、第１分圧回路２５２の入力ノードとキャパシタ接続端子ＦＩＬＡの間に接続され、抵抗Ｒ１２は、キャパシタ接続端子ＦＩＬＡと接地の間に接続される。

　第１分圧回路２５２の抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の抵抗値を等しく定めるとき（Ｒ１１＝Ｒ１２）、キャパシタ接続端子ＦＩＬＡの電圧Ｖ_ＦＩＬＡは、
　Ｖ_ＦＩＬＡ＝Ｖ_ＲＥＧＤ／２　　　…（６）
となる。

　バッファ２５４は、入力ノードが第１分圧回路２５２の出力ノード、すなわちキャパシタ接続端子ＦＩＬＡと接続される。バッファ２５４の出力ノードの信号が第１基準電圧Ｖ_ＦＩＬであり、これはキャパシタ接続端子ＦＩＬＡの電圧Ｖ_ＦＩＬＡと等しい。したがって通常状態（非過電圧状態）における第１基準電圧Ｖ_ＦＩＬは、
　Ｖ_ＦＩＬ＝Ｖ_ＦＩＬＡ＝Ｖ_ＲＥＧＤ／２　　　…（７）
となる。

　第２分圧回路２５６は、入力ノードに電源電圧Ｖ_ＣＣを受ける。第２分圧回路２５６の出力ノードＦＩＬＰに発生する電圧が第２基準電圧Ｖ_ＦＩＬＰである。第２分圧回路２５６は、抵抗Ｒ２１，Ｒ２２を含む。抵抗Ｒ２１は、第２分圧回路２５６の入力ノードと出力ノードの間に接続され、抵抗Ｒ２２は、第２分圧回路２５６の出力ノードと接地の間に接続される。

　抵抗Ｒｏは、バッファ２５４の出力ノードと、第２分圧回路２５６の出力ノードの間に接続される。抵抗Ｒｏ，Ｒ２１，Ｒ２２の抵抗値の比は、Ｒｉ：２Ｒｆ：２Ｒｆとすることができる。Ｒｏ＝Ｒｉ、Ｒ２１＝Ｒ２２＝２×Ｒｆとしてもよい。なお上述のように、ｇ_２＝Ｒｆ／Ｒｉであるから、
　Ｒｏ：Ｒ２１：Ｒ２２＝１：２ｇ_２：２ｇ_２
とすることができる。このとき、第２基準電圧Ｖ_ＦＩＬＰは、通常状態において以下の式（８）で表される。

　クランプ回路２５８は、第２基準電圧Ｖ_ＦＩＬＰが、内部電源電圧Ｖ_ＲＥＧＤ以下に定めたリミット電圧Ｖ_ＬＩＭを超えないように、第１分圧回路２５２の出力ノードの電圧を制御する。たとえばＶ_ＲＥＧＤ＝５．３Ｖのとき、リミット電圧Ｖ_ＬＩＭは、５Ｖとすることができる。つまり、クランプ回路２５８は、Ｖ_ＣＣ＜２×Ｖ_ＬＩＭであるときには非アクティブであり、Ｖ_ＣＣ＞２×Ｖ_ＬＩＭのときにアクティブとなる。

　抵抗Ｒ２２は、直列に接続される抵抗Ｒ２２ａとＲ２２ｂを含む。抵抗Ｒ２２ａとＲ２２ｂの接続ノードには、第２基準電圧Ｖ_ＦＩＬＰを分圧した電圧Ｖ_ＭＯＮが発生する。クランプ回路２５８は、この分圧後の電圧（監視電圧という）Ｖ_ＭＯＮを監視し、監視電圧Ｖ_ＭＯＮが、基準電圧Ｖ_ＢＧＲを超えないように、キャパシタ接続端子ＦＩＬＡから、シンク電流Ｉ_ＡＤＪをシンクする。

　クランプ回路２５８は、シャントレギュレータであり、バンドギャップリファレンス回路２６０、オペアンプＯＡ３１、抵抗Ｒ３１，Ｒ３２、シャントトランジスタＱ３１を含む。

　バンドギャップリファレンス回路２６０は、１．２Ｖの基準電圧Ｖ_ＢＧＲを生成する。シャントトランジスタＱ３１は、第２分圧回路２５６の出力ノード、つまりキャパシタ接続端子ＦＩＬＡと接地の間に接続される。オペアンプＯＡ３１は、エラーアンプであり、第２基準電圧Ｖ_ＦＩＬＰに応じた監視信号Ｖ_ＭＯＮと基準電圧Ｖ_ＢＧＲを受ける。オペアンプＯＡ３１の出力は、抵抗Ｒ３１，Ｒ３２によって分圧され、シャントトランジスタＱ３１の制御端子（ベース）に供給される。

　クランプ回路２５８によって、Ｖ_ＣＣ＞２×Ｖ_ＬＩＭの状態では、つまりＶ_ＭＯＮ＞Ｖ_ＢＧＲの状態では、フィードバックによってシンク電流Ｉ_ＡＤＪの電流量が調節され、キャパシタ接続端子ＦＩＬＡの電圧が低下し、その結果、監視電圧Ｖ_ＭＯＮが基準電圧Ｖ_ＢＧＲと等しくなる。

　Ｖ_ＣＣ＜２×Ｖ_ＬＩＭの状態、つまりＶ_ＭＯＮ＜Ｖ_ＢＧＲの状態では、シャントトランジスタＱ３１はオフとなり、シンク電流Ｉ_ＡＤＪはゼロであるから、キャパシタ接続端子ＦＩＬＡの電圧には影響は与えない。このときの第２基準電圧Ｖ_ＦＩＬＰは、式（８）で表される。

　以上がバイアス回路２５０の構成である。続いて図１の車載オーディオシステム１００の動作を説明する。

　図４は、図１のオーディオアンプ回路２００の動作を説明する図である。横軸は電源電圧Ｖ_ＣＣを、縦軸は、各種電圧を示す。なお、ＰＷＭ回路２２０のゲインｇ_２は９ｄＢである。

　具体的には、キャパシタ接続端子ＦＩＬＡの電圧Ｖ_ＦＩＬＡ（第１基準電圧Ｖ_ＦＩＬ）、第２基準電圧Ｖ_ＦＩＬＰ、監視電圧Ｖ_ＭＯＮが示されている。比較のために、クランプ回路２５８を動作させたときの各種電圧を実線（w/ clamp）、動作させないときの各種電圧を破線（w/o clamp）で示す。

　バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴは、１２Ｖバッテリの場合、９～１４．４Ｖ程度であり、２４Ｖバッテリの場合、１８～３０Ｖでありうる。オーディオアンプ回路２００は、１２Ｖのバッテリ１０２を想定して設計されており、１４．４Ｖからマージンを考慮して、１８Ｖを動作最大電圧として設計されるものとする。また、２４Ｖバッテリが誤って接続された場合にも、１Ｗのオーディオ再生を維持することが求められ、したがって、オーディオアンプ回路２００は、Ｖ_ＣＣ＝３０Ｖを過電圧保護の電圧として設計されるものとする。

　クランプ回路２５８を動作させない場合、電源電圧Ｖ_ＣＣが過電圧となったときに、電圧Ｖ_ＦＩＬＰは電源電圧Ｖ_ＣＣに対して線形に上昇していく。これに対して、クランプ回路２５８を動作させることで、電源電圧Ｖ_ＣＣが過電圧となっても、電圧Ｖ_ＦＩＬＰを、オーディオ信号をクリップせずに増幅できる電圧レベルに保つことができる。

　図５は、図１のオーディオアンプ回路２００の動作を説明する図である。図５において、ＰＷＭ回路２２０のゲインｇ_２は１４ｄＢである。

　以上がオーディオアンプ回路２００の動作である。

　このオーディオアンプ回路２００では、第２基準電圧Ｖ_ＦＩＬＰが内部電源電圧Ｖ_ＲＥＧＤ以下に定めたリミット電圧Ｖ_ＬＩＭを超えないように動作する。これにより、ＤＭＯＳ（Double-Diffused MOS）などの高耐圧素子の採用による回路面積の増大を抑えつつ、過電圧に対する耐性を高めることができる。

　オーディオアンプ回路２００の利点は、比較技術との対比によって明確となる。比較技術では、電源電圧Ｖ_ＣＣが過電圧となると、第１基準電圧Ｖ_ＦＩＬ（Ｖ_ＦＩＬＡ）は低下させずに、第２基準電圧Ｖ_ＦＩＬＰだけをクランプするものとする。この場合、駆動電圧Ｖ_ＤＲＶＰ（Ｖ_ＤＲＶＮ）のバイアス電圧（中点電圧）が、Ｖ_ＣＣ／２からずれてしまう。

　これに対して、実施形態に係るオーディオアンプ回路２００では、電源電圧Ｖ_ＣＣが過電圧となったときに、電源電圧Ｖ_ＣＣの上昇にともなって、第１基準電圧Ｖ_ＦＩＬ（Ｖ_ＦＩＬＡ）が低下する。これにより、駆動電圧Ｖ_ＤＲＶＰ（Ｖ_ＤＲＶＮ）のバイアス電圧（中点電圧）を、Ｖ_ＣＣ／２に維持することができる。

　本実施形態によれば、動作保証電源電圧範囲で最適なゲイン設定を行っても、２４Ｖのバッテリが誤って接続された場合に、１Ｗ相当の出力が可能である。逆に言えば、過電圧動作を想定して、ＰＷＭ回路２２０のゲインｇ_２を高く設定する必要がなくなるため、ノイズおよびオフセット電圧の特性を悪化させることなく、過電圧状態での動作を実現できる。

（付記）
　本明細書には以下の技術が開示される。

（項目１）
　オーディオアンプ回路であって、
　アナログオーディオ信号を増幅する入力ゲイン回路と、
　積分器を含み、前記入力ゲイン回路の出力信号に応じたパルス幅を有するパルス信号を生成するパルス変調器と、
　電源電圧を受ける電源端子と、
　前記電源電圧を受け、前記パルス信号を増幅するドライバと、
　前記入力ゲイン回路に第１基準電圧を供給し、前記積分器に第２基準電圧を供給するバイアス回路と、
　内部電源電圧を生成する内部電圧源と、
　を備え、
　前記バイアス回路は、
　入力ノードに前記内部電源電圧を受ける第１分圧回路と、
　入力ノードが前記第１分圧回路の出力ノードと接続され、出力ノードの信号が前記第１基準電圧であるバッファと、
　入力ノードに前記電源電圧を受け、出力ノードの信号が前記第２基準電圧である第２分圧回路と、
　前記バッファの前記出力ノードと、前記第２分圧回路の前記出力ノードの間に接続される抵抗と、
　前記第２基準電圧が、前記内部電源電圧以下に定めたリミット電圧を超えないように、前記第１分圧回路の前記出力ノードの電圧を制御するクランプ回路と、
　を備える、オーディオアンプ回路。

（項目２）
　前記クランプ回路は、シャントレギュレータである、項目１に記載のオーディオアンプ回路。

（項目３）
　前記クランプ回路は、
　前記第２分圧回路の前記出力ノードと接地の間に接続されたシャントトランジスタと、
　前記第２基準電圧に応じた監視信号と所定の基準電圧を受け、その出力が前記シャントトランジスタの制御端子と接続されたエラーアンプと、
　を含む、項目１または２に記載のオーディオアンプ回路。

（項目４）
　オーディオアンプ回路であって、
　アナログオーディオ信号を増幅する入力ゲイン回路と、
　積分器を含み、前記入力ゲイン回路の出力信号に応じたパルス幅を有するパルス信号を生成するパルス変調器と、
　電源電圧を受ける電源端子と、
　前記電源電圧を受け、前記パルス信号を増幅するドライバと、
　前記入力ゲイン回路に第１基準電圧を供給し、前記積分器に第２基準電圧を供給するバイアス回路と、
　内部電源電圧を生成する内部電圧源と、
　を備え、
　前記バイアス回路は、
　前記内部電源電圧を受ける第１ノードと、
　前記電源電圧を受ける第２ノードと、
　前記第１基準電圧が発生する第３ノードと、
　前記第２基準電圧が発生する第４ノードと、
　キャパシタが接続されるべき第５ノードと、
　前記第１ノードと前記第５ノードの間に接続された第１抵抗と、
　前記第５ノードと接地の間に接続された第２抵抗と、
　入力ノードが前記第５ノードと接続されたバッファと、
　前記第２ノードと前記第４ノードの間に接続された第３抵抗と、
　前記第４ノードと前記接地の間に接続された第４抵抗と、
　前記バッファの出力ノードと前記第４ノードの間に接続された第５抵抗と、
　前記第２基準電圧に応じた監視信号を受け、前記第２基準電圧と前記監視信号の誤差に応じた電流を前記第３ノードからシンクするクランプ回路と、
　を備える、オーディオアンプ回路。

（項目５）
　前記クランプ回路は、
　前記第３ノードと接地の間に接続されたシャントトランジスタと、
　前記監視信号と所定の基準電圧を受け、その出力が前記シャントトランジスタの制御端子と接続されたエラーアンプと、
　を含む、項目４に記載のオーディオアンプ回路。

（項目６）
　前記積分器は、
　非反転入力端子に前記第２基準電圧を受けるオペアンプと、
　前記オペアンプの反転入力ノードと出力ノードの間に接続されたキャパシタと、
　前記オペアンプの前記反転入力ノードと、前記パルス変調器の入力ノードの間に接続された入力抵抗と、
　前記オペアンプの前記反転入力ノードと、前記ドライバの出力ノードの間に接続されたフィードバック抵抗と、
　を含み、
　前記入力抵抗の抵抗値をＲｉ、前記フィードバック抵抗の抵抗値をＲｆとするとき、前記第５抵抗の抵抗値はＲｉであり、前記第３抵抗および前記第４抵抗の抵抗値は２×Ｒｆである、項目４または５に記載のオーディオアンプ回路。

（項目７）
　ひとつの半導体基板に一体集積化される、項目１から６のいずれかに記載のオーディオアンプ回路。

（項目８）
　項目１から７のいずれかに記載のオーディオアンプ回路を備える、車載電子機器。

　本開示は、オーディオ回路に関する。

　１００　車載オーディオシステム
　１０２　バッテリ
　１０４　フィルタ
　１０６　スピーカ
　２００　オーディオアンプ回路
　２１０　入力ゲイン回路
　２２０　ＰＷＭ回路
　２２２　積分器
　２２４　コンパレータ
　２２６　オシレータ
　２３０　ドライバ回路
　２４０　内部電圧源
　２５０　バイアス回路
　２５２　第１分圧回路
　２５４　バッファ
　２５６　第２分圧回路
　２５８　クランプ回路
　Ｒｏ　抵抗

Claims

　オーディオアンプ回路であって、
　アナログオーディオ信号を増幅する入力ゲイン回路と、
　積分器を含み、前記入力ゲイン回路の出力信号に応じたパルス幅を有するパルス信号を生成するパルス変調器と、
　電源電圧を受ける電源端子と、
　前記電源電圧を受け、前記パルス信号を増幅するドライバと、
　前記入力ゲイン回路に第１基準電圧を供給し、前記積分器に第２基準電圧を供給するバイアス回路と、
　内部電源電圧を生成する内部電圧源と、
　を備え、
　前記バイアス回路は、
　入力ノードに前記内部電源電圧を受ける第１分圧回路と、
　入力ノードが前記第１分圧回路の出力ノードと接続され、出力ノードの信号が前記第１基準電圧であるバッファと、
　入力ノードに前記電源電圧を受け、出力ノードの信号が前記第２基準電圧である第２分圧回路と、
　前記バッファの前記出力ノードと、前記第２分圧回路の前記出力ノードの間に接続される抵抗と、
　前記第２基準電圧が、前記内部電源電圧以下に定めたリミット電圧を超えないように、前記第１分圧回路の前記出力ノードの電圧を制御するクランプ回路と、
　を備える、オーディオアンプ回路。
　前記クランプ回路は、シャントレギュレータである、請求項１に記載のオーディオアンプ回路。
　前記クランプ回路は、
　前記第２分圧回路の前記出力ノードと接地の間に接続されたシャントトランジスタと、
　前記第２基準電圧に応じた監視信号と所定の基準電圧を受け、その出力が前記シャントトランジスタの制御端子と接続されたエラーアンプと、
　を含む、請求項１または２に記載のオーディオアンプ回路。
　オーディオアンプ回路であって、
　アナログオーディオ信号を増幅する入力ゲイン回路と、
　積分器を含み、前記入力ゲイン回路の出力信号に応じたパルス幅を有するパルス信号を生成するパルス変調器と、
　電源電圧を受ける電源端子と、
　前記電源電圧を受け、前記パルス信号を増幅するドライバと、
　前記入力ゲイン回路に第１基準電圧を供給し、前記積分器に第２基準電圧を供給するバイアス回路と、
　内部電源電圧を生成する内部電圧源と、
　を備え、
　前記バイアス回路は、
　前記内部電源電圧を受ける第１ノードと、
　前記電源電圧を受ける第２ノードと、
　前記第１基準電圧が発生する第３ノードと、
　前記第２基準電圧が発生する第４ノードと、
　キャパシタが接続されるべき第５ノードと、
　前記第１ノードと前記第５ノードの間に接続された第１抵抗と、
　前記第５ノードと接地の間に接続された第２抵抗と、
　入力ノードが前記第５ノードと接続されたバッファと、
　前記第２ノードと前記第４ノードの間に接続された第３抵抗と、
　前記第４ノードと前記接地の間に接続された第４抵抗と、
　前記バッファの出力ノードと前記第４ノードの間に接続された第５抵抗と、
　前記第２基準電圧に応じた監視信号を受け、前記第２基準電圧と前記監視信号の誤差に応じた電流を前記第３ノードからシンクするクランプ回路と、
　を備える、オーディオアンプ回路。
　前記クランプ回路は、
　前記第３ノードと接地の間に接続されたシャントトランジスタと、
　前記監視信号と所定の基準電圧を受け、その出力が前記シャントトランジスタの制御端子と接続されたエラーアンプと、
　を含む、請求項４に記載のオーディオアンプ回路。
　前記積分器は、
　非反転入力端子に前記第２基準電圧を受けるオペアンプと、
　前記オペアンプの反転入力ノードと出力ノードの間に接続されたキャパシタと、
　前記オペアンプの前記反転入力ノードと、前記パルス変調器の入力ノードの間に接続された入力抵抗と、
　前記オペアンプの前記反転入力ノードと、前記ドライバの出力ノードの間に接続されたフィードバック抵抗と、
　を含み、
　前記入力抵抗の抵抗値をＲｉ、前記フィードバック抵抗の抵抗値をＲｆとするとき、前記第５抵抗の抵抗値はＲｉであり、前記第３抵抗および前記第４抵抗の抵抗値は２×Ｒｆである、請求項４または５に記載のオーディオアンプ回路。
　ひとつの半導体基板に一体集積化される、請求項１から６のいずれかに記載のオーディオアンプ回路。
　請求項１から７のいずれかに記載のオーディオアンプ回路を備える、車載電子機器。