JP4053020B2 - 小型電子機器のオーディオｉｃ用ｂｔｌオーディオ増幅装置 - Google Patents

Description

この発明は、小型電子機器のオーディオＩＣ用ＢＴＬオーディオ増幅装置に関し、詳しくは、電源投入時等のポップ音を防止することができ、回路規模が小さく、ミュート時間を短縮することができるようなＩＣ化ＢＴＬ回路に適したミュート回路およびこれを用いるＢＴＬオーディオ増幅装置に関する。

トランジスタ等を用いるオーディオ増幅装置では、パワースイッチの“ＯＮ”時に、いわゆるポップ音等の不快な異常音がスピーカから流れ、最悪の場合にはパワーアンプを介してスピーカを破損することもある。そこで、一般的にはオーディオ増幅装置にミュート回路を設けてパワーアンプ等が定常の安定状態に達するまで、オーディオ信号の経路を強制的に遮断又は接地している。これは、実開平１−６７８１８号公報に記載され、公知である（特許文献１）。これには、ＢＴＬ回路ではない通常のパワーアンプの出力端子とスピーカとの間にリレースイッチ回路を設けて、このスイッチ回路をＯＦＦすることでミュートすることが記載され、公知である。
また、ミュートの１つとして、ドライブ段にコンデンサ等を挿入して電源投入に応じてコンデンサを充電して一定時間後にオーディオ信号を出力段に入力するミュート回路が特公平６−１１０９０号公報に記載され、公知である（特許文献２）。

一方、ＢＴＬ回路において電源投入時等のポップ音を防止する回路としてドライブ段の差動増幅回路とこれのバイアス回路との間に動作点調整回路を設けて差動増幅回路とバイアス回路とを異なるタイミングでＯＮ／ＯＦＦさせるミュート回路が特開平１１−１１２２３９号公報に記載され、公知である（特許文献３）。
実開平１−６７８１８号公報 特公平６−１１０９０号公報 特開平１１−１１２２３９号公報

文献１あるいは文献２による従来のミュート回路をオーディオＩＣとして形成されるＢＴＬ回路に適用した場合には、回路規模が大きくなるとともに、起動からミュート解除までの時間が数百ｍsecと、長くかかる問題がある。特に、携帯電話、携帯端末装置、固定電話、パーソナルコンピュータ等の小型電子機器の分野にあっては、従来のオーディオ分野とは異なり、ミュート時間の短縮が要求され、ミュート時間を数十ｍsecあるいはそれ以下にする要請がある。そのため文献１あるいは文献２に記載されるような従来のミュート回路を小型電子機器の分野のオーディオＩＣに適用することは不適である。
一方、文献３のようなＢＴＬ回路では、ドライブ段の差動増幅回路とバイアス回路との制御がミュート回路に要求される。しかし、携帯電話、携帯端末装置、固定電話、ノート型パーソナルコンピュータ等の分野では、オーディオＩＣの回路規模に制限があるのでミュート回路が組込み難くい問題がある。

ところで、ポップ音の発生は、通常、電源スイッチのＯＮ／ＯＦＦ時点から十ｍsec〜２０ｍsec程度の範囲にあるが、小型電子機器の分野では、オーディオ出力パワーが数ワット以下と小さく、オーディオ分野における通常の音響機器よりも電源電圧が低いので、コンデンサ等の時定数回路のミュート動作では、ミュート時間が延びる問題がある。
この発明の目的は、電源投入時等のポップ音を防止することができ、回路規模が小さく、ミュート時間を短縮することができるＩＣ化ＢＴＬ回路に適したミュート回路を有する小型電子機器のオーディオＩＣ用ＢＴＬオーディオ増幅装置を提供することにある。

このような目的を達成するためのこの発明の小型電子機器のオーディオＩＣ用ＢＴＬオーディオ増幅装置の構成は、第１の出力段アンプとこれの出力信号に対して反転した出力信号を発生する第２の出力段アンプとによりスピーカを駆動するＩＣ化されたＢＴＬ回路におけるミュート回路において、
第２の出力段アンプが第１の出力段アンプの出力信号を入力として受けて反転した出力信号を発生するものであり、前記の第１および第２の出力段アンプの出力段がプッシュプル構成のトランジスタからなるオペアンプであって、第２の出力段アンプのプッシュプル構成のトランジスタに対応してこれらトランジスタをＯＦＦにするためのスイッチ回路がそれぞれ設けられこれらスイッチ回路がミュート信号を受けてそれぞれのトランジスタが
ミュート信号により一定期間の間ＯＦＦにされて第２の出力段アンプの出力をハイインピーダンスに設定することでミュートするものである。
しかも、前記第２の出力段アンプは、前記トランジスタをそれぞれに駆動するために複数の差動増幅器からなる駆動回路を有し、前記複数の差動増幅器の動作電流を停止させるための他のスイッチ回路が設けられ、この他のスイッチ回路が前記ミュート信号を受けて前記複数の差動増幅器の動作電流を停止させるものである。

ＢＴＬ回路の動作は、第１の出力段アンプと第２の出力段アンプが動作することで開始される。この発明では、第２の出力段アンプが第１の出力段アンプの出力信号を受けて反転した出力信号を発生する構成を採ることで、第１の出力段アンプの出力信号が発生してから、第２の出力段アンプがその出力信号を入力信号として受けて出力信号が発生するまでに時間遅延がある。
この時間遅延があるので、電源起動時点から早期にミュート信号を発生してスピーカへの出力信号の経路を遮断することで早期にミュートをかけることが可能になる。 そこで、この発明のミュート動作の原理は、第１および第２の出力段アンプのいずれかの出力とスピーカの端子との間にスイッチ回路を設けて、このスイッチ回路をＯＦＦにすることで、出力信号に対して直接ミュートをかける。このことで、ミュート時間を短縮することができる。また、ミュートは、このスイッチ回路をＯＦＦするだけでよいので、駆動回路にコンデンサ等の時定数回路が不要となり、ミュート回路が簡単な回路で済む。その結果、ＩＣ化ＢＴＬ回路に適した回路になる。
この発明にあっては、前記した構成のように、前記した第１のスイッチ回路に換えてプッシュプル構成のそれぞれのトランジスタをスイッチとして用いてミュートをかけ、さらに差動増幅器の動作電流を停止してミュートをかけるので、同様に早期のミュートが可能になる。
その結果、ＢＴＬオーディオ増幅装置におけるミュート回路の回路規模が小さくなり、しかも、ミュート時間を短縮することができる。これにより、簡単な構成でＩＣ化ＢＴＬ回路に適したミュート回路およびＢＴＬオーディオ増幅装置を実現することができる。

図１は、ＢＴＬオーディオ増幅装置におけるミュート動作の原理を説明するブロック図、そして、図２は、この発明の小型電子機器のオーディオＩＣ用ＢＴＬオーディオ増幅装置を適用したＢＴＬオーディオ増幅装置の実施例のブロック図である。
図１において、ＢＴＬオーディオ増幅装置１０は、携帯電話、携帯端末装置、固定電話、ノート型パーソナルコンピュータ等の小型電子機器に内蔵される出力ワット数が小さいオーディオ増幅回路であり、ＩＣとして形成される。図の実線部分がそのＩＣである。これは、プリアンプ１と、プッシュ−プル動作のオペアンプで構成される出力段アンプ（ＯＰ）２，３、出力端子４，５、出力段アンプ３と出力端子５との間に接続されたアナログスイッチ６、抵抗Ｒ、ワンショット回路７、インバータ８、電源スイッチＳＷ、電源スイッチを介して電力を受ける電源端子９とからなる。なお、＋ＶDDは、電源ラインである。

ＢＴＬオーディオ増幅装置１０は、オーディオ出力パワーが数ワット以下と小さいので、カーオーディオにおける増幅装置等のＢＴＬ回路とは異なり、出力段アンプ２の出力信号を反転動作の出力段アンプ３に抵抗Ｒを介して入力する。このことで増幅回路全体の小型化を図るとともに、出力段アンプ３の出力信号の発生に対して遅延を持たせている。 なお、抵抗Ｒの抵抗値は、数十ｋΩ程度である。また、出力段アンプ２，３は、電力出力パワーが小さいので、例えば、ＣＭＯＳの演算増幅回路等を使用することができる。マイク入力、音声合成発生回路、音量調節回路等は図では省略してある。

出力段アンプ２は、プリアンプ１で増幅されたオーディオ信号を受けて、それを増幅して出力端子４に出力するとともに、抵抗Ｒを介して反転動作の出力段アンプ３に出力信号を入力する。出力段アンプ３は、反転アンプであって、入力された信号を反転してアナログスイッチ６を介して出力端子５に増幅されたオーディオ信号を出力する。
出力端子４と出力端子５との間には、スピーカ１１が接続されている。
ワンショット回路７は、ミュート信号発生回路であって、電源スイッチＳＷがＯＮになると、これの立上がり信号でトリガーされて、３０ｍsec〜５０ｍsecの範囲のパルス幅の
パルスＰを発生する。アナログスイッチ６は、ＰチャネルとＮチャネルのＭＯＳトランジスタからなる伝送ゲート（トランスミッションゲート）であり、このパルスＰが“Ｈ”（Ｈｉｇｈレベル）の期間にアナログスイッチ６がＯＦＦになる。これにより、電源投入時のポップ音の発生が防止される。
なお、ＢＴＬオーディオ増幅装置１０のＩＣには電源スイッチＳＷ、電源端子９を介して電力が供給され、ワンショット回路７にもこのとき電力が供給される。また、ワンショット回路７の出力は、アナログスイッチ６の反転入力端子とインバータ８の入力端子に入力され、インバータ８により反転された後にアナログスイッチ６の非反転入力端子に入力される。

電源スイッチＳＷがＯＦＦした時には、電源ＯＦＦの立下がり信号でワンショット回路７が動作して同様にアナログスイッチ６を一定期間の間ＯＦＦにする。なお、ワンショット回路７が立下がり信号でもトリガーされるようにするには、例えば、内部にインバータ等を設けて立上がり信号のラインにオア接続して立下がり信号を立上がり信号に換えてトリガーすればよい。
ここでは、ワンショット回路７の電力は、電源スイッチＳＷの後で供給されるようになっているので、アナログスイッチ６は、初期状態ではＯＦＦ（ハイ−インピーダンス）とされる。ワンショット回路７は、電源ＯＮと同時に“Ｈ”を発生する。一方、電源ＯＦＦ時は、ワンショット回路７の出力が電源ＯＦＦで発生しなくなるので、ＯＦＦを遅延させて一定期間の間、ワンショット回路７の動作が維持されるようにワンショット回路７の内部にコンデンサ等を内蔵させて動作のための電力を確保する構成を採る。
ＯＦＦ遅延スイッチ回路等を介してワンショット回路７に電力を電源スイッチＳＷの手前から供給すようにれば、前記のような回路構成は不要になる。

このように、出力段アンプ２の出力とスピーカ１１との間にアナログスイッチ６を設けて、スピーカ１１への出力信号を直接遮断することにより、出力端子３（一方）側が浮くのでスピーカ１１に即座に電流が流れなくなる。これにより直接スピーカ１１に対するポップ音の発生を、高速応答で防止することができる。
その結果、電源ＯＮあるいはＯＦＦのときのミュート時間を短縮することが可能になる。また、この場合、コンデンサ等の時定数回路によるミュート信号の発生をしなくて済み、ミュート回路の構成が簡単になる。その結果、ＩＣ化ＢＴＬ回路に適した回路になる。

この発明の小型電子機器のオーディオＩＣ用ＢＴＬオーディオ増幅装置の実施例を示す図２のＩＣ化されたＢＴＬオーディオ増幅装置１００は、アナログスイッチ６を設けることに換えて、出力段アンプ（ＯＰ）３のプッシュプル構成のそれぞれのトランジスタＴrP，ＴrNをそれぞれスイッチとして用いて、一定期間これらトランジスタＴrP，ＴrNをワ
ンショット回路７からのパルスＰによりＯＦＦにする。これにより、ＢＴＬオーディオ増幅装置１００は、出力端子５がハイインピーダンスに設定されてミュート状態になる。 なお、図２では、出力段アンプ（ＯＰ）２ａは、出力段アンプ（ＯＰ）２と異なり、出力段アンプ（ＯＰ）３と同様な反転アンプとなっている。また、プリアンプ１の入力は、外部信号が入力される入力端子９ａに接続されている。
出力段アンプ（ＯＰ）２ａと出力段アンプ（ＯＰ）３とは、基本的には同じ回路構成であり、それぞれ入力段差動増幅器１２とドライブ段差動増幅器１３，１４とからなる。 ドライブ段差動増幅器１３がトランジスタＴrPを駆動し、ドライブ段差動増幅器１４が
トランジスタＴrNを駆動する。抵抗Ｒ1と抵抗Ｒ2は、出力段アンプ（ＯＰ）２ａと出力段
アンプ（ＯＰ）３の増幅率を決める基準抵抗と帰還抵抗である。抵抗Ｒ3と抵抗Ｒ4も同様
な抵抗であり、これら抵抗により二重帰還回路が形成されている。そして、抵抗Ｒ2，抵抗Ｒ4のそれぞれの抵抗値は、数百ｋΩ以上の高抵抗値となっていて、トランジスタＴrP，ＴrNがＯＦＦしたときに出力端子５をハイインピーダンスにする。

出力段アンプ（ＯＰ）２ａと出力段アンプ（ＯＰ）３との相違点は、出力段アンプ（ＯＰ）３には、トランジスタＴrPのゲートと電源ライン＋ＶDDとの間にスイッチ回路ＳＷ1
が設けられ、トランジスタＴrNのゲートとグランドＧＮＤとの間にスイッチ回路ＳＷ2が
設けられていることである。さらに、入力段差動増幅器１２とドライブ段差動増幅器１３，１４との動作電流源である定電流源１２ａ，１３ａ，１４ａに対してこれら電流源の電流を遮断するスイッチ回路ＳＷ3が設けられていることである。
ミュート期間の間、出力段アンプ（ＯＰ）３においては、トランジスタＴrP，ＴrNをＯ
ＦＦにするために、ワンショット回路７からのパルスＰによりスイッチ回路ＳＷ3をＯＮにして、トランジスタＴrP，ＴrNをドライブするそれぞれの入力段差動増幅器１２とドライブ段差動増幅器１３，１４の動作電流をそれぞれＯＦＦにする。同時に、スイッチ回路ＳＷ1をＯＮにして、トランジスタＴrPのゲートを電源電圧に設定してトランジスタＴrPをＯＦＦにする。さらに同時に、スイッチ回路ＳＷ2をＯＮにして、トランジスタＴrNのゲートをグランドＧＮＤ電位に設定してトランジスタＴrNをＯＦＦにする。これにより、出力端子４は、ハイインピーダンスに設定される。

なお、入力段差動増幅器１２とドライブ段差動増幅器１３，１４の動作電流をそれぞれＯＦＦするには、例えば、定電流源回路にカレントミラー接続されたそれぞれのアンプの定電流源トランジスタの電流をＯＦＦするとよい。このような場合には、定電流回路の駆動電流を“０”にすることで簡単に定電流源１２ａ，１３ａ，１４ａに流れる電流をカットすることができる。もちろん、スイッチ回路ＳＷ3をこれら定電流源１２ａ，１３ａ，１４ａに直列に挿入してスイッチ回路ＳＷ3をＯＦＦすることでもこれらに流れる電流をカットすることができる。
また、スイッチ回路ＳＷ1〜ＳＷ3は、トランジスタＴrP，ＴrNと同様なＭＯＳＦＥＴト
ランジスタを用いることができるが、これらはバイポーラトランジスタを用いたスイッチ回路であってもよい。
このように、この実施例は、出力段アンプ（ＯＰ）３のトランジスタＴrP，ＴrNをそれ
ぞれにＯＦＦにしてミュートするものである。なお、この実施例では、入力段差動増幅器１２と、ドライブ段差動増幅器１３，１４の２段のアンプを介してトランジスタＴrP，Ｔ
rNがＯＦＦにされるので、その分、出力段アンプ（ＯＰ）３入力から出力までの遅延時間
は大きくなる。

ところで、ワンショット回路７は、ミュート信号発生回路として第１〜第３の３つのミュート信号を発生するような回路であってもよい。すなわち、ワンショット回路７は、第１のミュート信号を発生してスイッチ回路ＳＷ１をミュートに対応する一定期間（ミュート期間）ＯＮにしてミュート期間の間トランジスタＴrP2をＯＦＦにする。また、第２のミュート信号を発生してスイッチ回路ＳＷ2をミュート期間の間ＯＮにしてミュート期間の間トランジスタＴrＮをＯＦＦにする。さらに、第３のミュート信号を発生してスイッチ回路ＳＷ3をミュートに対応するミュート期間の間ＯＮにして、ミュート期間の間、各定電流源１２ａ，１３ａ，１４ａに流れる各アンプの動作電流をＯＦＦにする。以上の場合のミュート動作は、例えば、スイッチ回路ＳＷ1〜ＳＷ3を対象となる各回路に対して直
列に挿入することでスイッチ回路ＳＷ1〜ＳＷ3をＯＦＦにすることでミュートするような
回路で構成することもできる。

以上説明してきたが、図１の実施例では、アナログスイッチ６は、反転増幅の出力段アンプ３と出力端子５との間に挿入されているが、このアナログスイッチ６は、出力段アンプ２と出力端子４との間に設けられてもよい。また、このアナログスイッチ６は、アナログスイッチに限定されるものではない。
また、図１の実施例では、出力段アンプ２は、非反転アンプとしているが、これは、図２の実施例と同様に反転アンプを用いてもよい。出力段アンプ２が反転動作のアンプであっても、そうでなくても、出力段アンプ３が反転動作のアンプであれば、出力段アンプ２の出力信号と出力段アンプ３の出力信号とは相互にプッシュ動作とプル動作の出力関係になるので、ＢＴＬ動作が可能になるからである。
さらに、実施例では、スイッチ回路としてＭＯＳトランジスタの伝送ゲートで構成した例を挙げているが、スイッチ回路のトランジスタは、バイポーラトランジスタであってもよいことはもちろんである。

図１は、ＢＴＬオーディオ増幅装置におけるミュート動作の原理を説明するブロック図である。 図２は、この発明の小型電子機器のオーディオＩＣ用ＢＴＬオーディオ増幅装置を適用したＢＴＬオーディオ増幅装置の実施例のブロック図である。

符号の説明

１…プリアンプ、２，３…出力段アンプ、
４，５…出力端子、
６…アナログスイッチ、
７…ワンショット回路、
８…インバータ、９…電源端子、
１０…ＢＴＬオーディオ増幅装置、
１１…スピーカ、１２…入力段差動増幅器、
１３，１４…ドライブ段差動増幅器、
１２ａ，１３ａ，１４ａ…定電流源、
ＴrP，ＴrN…トランジスタ、
Ｒ…抵抗、ＳＷ…電源スイッチ。

Claims (1)

1. 第１の出力段アンプとこれの出力信号に対して反転した出力信号を発生する第２の出力段アンプとによりスピーカを駆動するＩＣ化された小型電子機器のオーディオＩＣ用ＢＴＬオーディオ増幅装置において、
   前記第２の出力段アンプは、前記第１の出力段アンプの出力信号を入力として受けて反転した出力信号を発生するものであり、
   前記第１および第２の出力段アンプは、その出力段がプッシュプル構成のトランジスタからなるオペアンプであって、前記第２の出力段アンプの前記プッシュプル構成の前記トランジスタに対応してこれらトランジスタをＯＦＦにするためのスイッチ回路がそれぞれ設けられこれらスイッチ回路がミュート信号を受けてそれぞれの前記トランジスタが前記ミュート信号により一定期間の間ＯＦＦにされて前記第２の出力段アンプの出力がハイインピーダンスに設定され、
   前記第２の出力段アンプは、前記トランジスタをそれぞれに駆動するために複数の差動増幅器からなる駆動回路を有し、前記複数の差動増幅器の動作電流を停止させるための他のスイッチ回路が設けられ、この他のスイッチ回路が前記ミュート信号を受けて前記複数の差動増幅器の動作電流を停止させる小型電子機器のオーディオＩＣ用ＢＴＬオーディオ増幅装置。

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