(57)【要約】【課題】電源の供給が停止された際に安定に立ち下がる電力増幅回路を提供する。【解決手段】電力増幅回路は、入力信号を増幅する増幅回路と、増幅回路を駆動するためのバイアス電流を生成するバイアス電流回路と、電源電圧が所定レベルよりも低くなると、増幅回路が発振することを防ぐべくバイアス電流回路にバイアス電流の生成を停止させる制御回路と、を備える。【選択図】図１
2011130185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路を駆動するためのバイアス電流を生成するバイアス電流回路と、
電源電圧が所定レベルよりも低くなると、前記増幅回路が発振することを防ぐべく前記バイアス電流回路に前記バイアス電流の生成を停止させる制御回路と、
を備えることを特徴とする電力増幅回路。
【請求項２】
請求項１に記載の電力増幅回路であって、
前記バイアス電流回路は、
一方の論理レベルの制御信号に基づいて前記バイアス電流を生成し、他方の論理レベルの前記制御信号に基づいて前記バイアス電流の生成を停止し、
前記制御回路は、
前記電源電圧が前記所定レベルより低くなると前記他方の論理レベルの前記制御信号を生成し、前記電源電圧が前記所定レベルより高くなると前記一方の論理レベルの前記制御信号を生成すること、
を特徴とする電力増幅回路。
【請求項３】
請求項２に記載の電力増幅回路であって、
前記制御回路は、
供給される電流を電圧に変換する抵抗と、
前記抵抗に生じる電圧が所定のしきい値より高くなると前記一方の論理レベルの前記制御信号を生成し、前記抵抗に生じる電圧が前記しきい値より低くなると前記他方の論理レベルの前記制御信号を生成する制御信号生成回路と、
前記電源電圧が前記所定レベルより高くなると前記抵抗に生じる電圧が前記しきい値より高くなるような電流を前記抵抗に供給し、前記電源電圧が前記所定レベルより低くなると前記抵抗に生じる電圧が前記しきい値より低くなるような電流を前記抵抗に供給するダイオードと、
を含むこと、
を特徴とする電力増幅回路。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の電力増幅回路であって、
前記バイアス電流回路は、
基準電流を生成する基準電流回路と、
前記基準電流が供給されると前記バイアス電流を生成するカレントミラー回路と、
前記一方の論理レベルの前記制御信号に基づいて、前記基準電流を前記カレントミラー回路に供給させ、前記他方の論理レベルの前記制御信号に基づいて前記カレントミラー回路に供給を停止させるスイッチ回路と、
を含むこと、
を特徴とする電力増幅回路。
【請求項５】
請求項１に記載の電力増幅回路であって、
前記増幅回路は、
前記入力信号として入力される音声信号をスピーカで再生すべく増幅し、
前記制御回路は、
前記電源電圧が前記所定レベルよりも低くなると、前記スピーカからノイズが発生することを防ぐべく前記バイアス電流回路に前記バイアス電流の生成を停止させること、
を特徴とする電力増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力増幅回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
音声信号をスピーカで再生する際には、一般に、音声信号の電力を増幅してスピーカを駆動するパワーアンプが用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２３２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図２は、スピーカ１００を駆動するパワーアンプ１１０を示す図である。パワーアンプ１１０は、電源が印加されると起動し、入力される音声信号を増幅してスピーカ１００を駆動する。ところで、パワーアンプ１１０において、例えば電源の供給が停止され、パワーアンプ１１０の電源電圧が低下する際に、パワーアンプ１１０の動作が不安定になることがある。具体的には、パワーアンプ１１０が発振して、スピーカ１００から、いわゆるポップ音が発生することがある。このようなパワーアンプ１１０の発振を防ぐべく、一般に、パワーアンプ１１０の出力には発振防止用のコンデンサ１２０が設けられる。しかしながら、発振防止用のコンデンサ１２０のサイズは一般的に大きいため、例えば、パワーアンプ１１０を集積化した際にはコンデンサは外付けとなる。
【０００５】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、電源の供給が停止された際に安定に立ち下がる電力増幅回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の一つの側面に係る電力増幅回路は、入力信号を増幅する増幅回路と、前記増幅回路を駆動するためのバイアス電流を生成するバイアス電流回路と、電源電圧が所定レベルよりも低くなると、前記増幅回路が発振することを防ぐべく前記バイアス電流回路に前記バイアス電流の生成を停止させる制御回路と、を備えることとする。
【発明の効果】
【０００７】
電源の供給が停止された際に安定に立ち下がる電力増幅回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態であるパワーアンプＩＣ１０の構成を示す図である。
【図２】スピーカ１００を駆動するパワーアンプ１１０を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態であるパワーアンプＩＣ１０（電力増幅回路）の構成を示す図である。パワーアンプＩＣ１０は、音声信号である入力信号Ｖｉｎを増幅してスピーカ１２で再生する回路であり、増幅回路２０、バイアス電流回路２１、制御回路２２、及び端子９０〜９３を含んで構成される。
【００１１】
コンデンサ１１は、パワーアンプＩＣ１０からの出力信号Ｖｏｕｔが印加される端子９０と、スピーカ１２との間に接続され、出力信号Ｖｏｕｔの交流成分をスピーカ１２に通過させる。スピーカ１２は、コンデンサ１１を通過する出力信号Ｖｏｕｔの交流成分を再生する。
【００１２】
電源１３は、パワーアンプＩＣ１０を動作させるための電源を生成する。
【００１３】
スイッチ１４は、電源１３の出力と、パワーアンプＩＣ１０の電源端子である端子９１との間に接続され、パワーアンプＩＣ１０への電源の供給、停止を制御する。具体的には、スイッチ１４がオンとなるとパワーアンプＩＣ１０には電源が供給され、スイッチ１４がオフとなると電源の供給は停止される。なお、本実施形態では、端子９１の電圧を電源電圧Ｖｃｃとする。
【００１４】
コンデンサ１５は、電源に含まれるノイズ成分を除去するために、端子９１とグランドＧＮＤとの間に接続される。なお、グランドＧＮＤに接続される端子９３は、パワーアンプＩＣのグランド端子である。
【００１５】
増幅回路２０は、端子９１に電源が供給され、バイアス電流回路２１のバイアス電流Ｉｂが生成されると、端子９２に印加される入力信号Ｖｉｎを増幅して出力信号Ｖｏｕｔを生成する。また、増幅回路２０は、バイアス電圧回路３０、抵抗３１〜３３、コンデンサ３４、及びオペアンプ３５を含んで構成される。
【００１６】
バイアス電圧回路３０は、所定の電圧Ｖｂを生成する。抵抗３１及び抵抗３２は、バイアス電圧回路３０の出力と、オペアンプ３５の出力端子との間に直列に接続される。また、抵抗３１と抵抗３２とが接続されるノードは、オペアンプ３５の反転入力端子に接続される。抵抗３３は、バイアス電圧回路３０の出力と、オペアンプ３５の非反転入力端子との間に接続される。コンデンサ３４は、入力信号Ｖｉｎが印加される端子９１と、オペアンプ３５の非反転入力端子との間に接続される。このため、増幅回路２０はいわゆる非反転増幅回路として動作する。したがって、増幅回路２０は、入力信号Ｖｉｎを所定の利得で増幅するため、入力信号Ｖｉｎに応じた出力信号Ｖｏｕｔが端子９０に出力される。なお、増幅回路２０では、出力信号Ｖｏｕｔのレベルが抵抗３１，３２で分圧されて非反転入力端子に帰還されている。このため、増幅回路２０の位相余裕が悪化すると、増幅回路２０は発振する。本実施形態の増幅回路２０は、電源電圧Ｖｃｃのレベルが低下して例えば電圧Ｖ１となると、位相余裕が悪化し発振することとする。
【００１７】
バイアス電流回路２１は、制御回路２２からの制御信号Ｖｃｏｎｔに基づいて、オペアンプ３５を動作させるためのバイアス電流Ｉｂの生成を制御する。バイアス電流回路２１は、基準電流回路４０、ＮＰＮトランジスタ４１〜４３を含んで構成される。なお、詳細は後述するが、本実施形態の制御信号Ｖｃｏｎｔは論理レベルの信号である。
【００１８】
基準電流回路４０は、端子９１に電源が供給されると所定の基準電流Ｉｒｅｆを生成する。ＮＰＮトランジスタ４１のベースには制御信号Ｖｃｏｎｔが印加され、ＮＰＮトランジスタ４１のコレクタには基準電流Ｉｒｅｆが供給される。また、ＮＰＮトランジスタ４１のコレクタは、ダイオード接続されたＮＰＮトランジスタ４２のコレクタに接続される。
【００１９】
ＮＰＮトランジスタ４３のベースは、ＮＰＮトランジスタ４２のベースに接続されるため、ＮＰＮトランジスタ４２，４３はカレントミラー回路を構成する。したがって、ＮＰＮトランジスタ４３に流れるバイアス電流Ｉｂは、ＮＰＮトランジスタ４２の電流に応じて変化する。
【００２０】
ここで、例えば、制御信号Ｖｃｏｎｔがローレベル（以下、“Ｌ”レベル）の場合、ＮＰＮトランジスタ４１（スイッチ回路）はオフする。この場合、基準電流ＩｒｅｆはＮＰＮトランジスタ４２に供給され、ＮＰＮトランジスタ４３には、基準電流Ｉｒｅｆに応じたバイアス電流Ｉｂが生成される。一方、制御信号Ｖｃｏｎｔがハイレベル（以下、“Ｈ”レベル）の場合、ＮＰＮトランジスタ４１はオンし、ＮＰＮトランジスタ４１のコレクタはＬレベルとなる。このため、基準電流ＩｒｅｆはＮＰＮトランジスタ４１に供給され、ＮＰＮトランジスタ４２はオフする。この結果、バイアス電流Ｉｂの生成は停止される。つまり、バイアス電流回路２１は、制御信号Ｖｃｏｎｔが“Ｌ”レベルの場合バイアス電流Ｉｂを生成し、制御信号Ｖｃｏｎｔが“Ｈ”レベルの場合バイアス電流Ｉｂの生成を停止する。
【００２１】
制御回路２２は、電源電圧Ｖｃｃのレベルが所定レベルの電圧Ｖ２より低くなると、例えば“Ｈ”レベル（他方の論理レベル）の制御信号Ｖｃｏｎｔを生成し、電源電圧Ｖｃｃが電圧Ｖ２よりも高くなると、例えば“Ｌ”レベル（一方の論理レベル）の制御信号Ｖｃｏｎｔを生成する。なお、詳細は後述するが、前述の電圧Ｖ２のレベルは、増幅回路２０に発振が生じる電圧Ｖ１のレベルよりも高くなるよう設計されている。また、制御回路２２は、抵抗５０〜５２、ＮＰＮトランジスタ５３、及びダイオード６０〜６４を含んで構成される。
【００２２】
抵抗５０の一端には電源電圧Ｖｃｃが印加され、他端にはダイオード６０のアノードが接続される。
【００２３】
ダイオード６０〜６４は、直列に接続された５個のダイオードであり、ダイオード６４のカソードが抵抗５１の一端に接続されている。なお、本実施形態におけるダイオード６０〜６４の夫々の順方向電圧は、例えば０．７Ｖであることとする。
【００２４】
抵抗５１の一端はダイオード６４のカソードと、ＮＰＮトランジスタ５３のベースに接続され、抵抗５１の他端はグランドＧＮＤに接続される。ここで、抵抗５０，５１の夫々の抵抗値をＲ０，Ｒ１とし、抵抗５１に流れる電流をＩｒとすると、抵抗５１の電圧Ｖｒは、
Ｖｒ＝Ｒ１×Ｉｒ＝Ｒ１×（（Ｖｃｃ−０．７×５）/（Ｒ０＋Ｒ１））・・・（１）
となる。このため、電圧Ｖｒは、電源電圧Ｖｃｃの上昇に応じて高くなり、電源電圧Ｖｃｃの低下に応じて低くなる。なお、本実施形態では、ＮＰＮトランジスタ５３のベース電流は、電流Ｉｒより十分小さくなるよう設計しているため、ダイオード６４の電流も電流Ｉｒとなる。
【００２５】
ＮＰＮトランジスタ５３のコレクタは抵抗５２の一端に接続され、抵抗５２の他端には電源電圧Ｖｃｃが印加される。このため、抵抗５２及びＮＰＮトランジスタ５３はいわゆるインバータ回路を構成する。電源電圧Ｖｃｃが上昇し、電圧ＶｒがＮＰＮトランジスタ５３のベース−エミッタ間の電圧Ｖｂｅより高くなると、制御信号Ｖｃｏｎｔは“Ｌ”レベルとなる。一方、電源電圧Ｖｃｃが低下し、電圧Ｖｒが電圧Ｖｂｅより低くなると、制御信号Ｖｃｏｎｔは“Ｈ”レベルとなる。なお、抵抗５２及びＮＰＮトランジスタ５３は制御信号生成回路に相当する。
【００２６】
ここで、ＮＰＮトランジスタ５３のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅを０．７Ｖとし、抵抗値Ｒ０，Ｒ１が同じであるとして、制御信号Ｖｃｏｎｔの論理レベルが変化する際の電源電圧Ｖｃｃ、すなわち電圧Ｖ２を算出する。  
前述の式（１）から、電圧Ｖｒは、
Ｖｒ＝（Ｖｃｃ−３．５）/２・・・（２）
となる。
【００２７】
また、電圧Ｖｒが電圧Ｖｂｅ＝０．７Ｖとなると制御信号Ｖｃｏｎｔの論理レベルは変化する。このため、式（２）の電圧Ｖｒに０．７を代入し、電源電圧Ｖｃｃに電圧Ｖ２を代入すると、電圧Ｖ２は、
Ｖ２＝０．７×２＋３．５＝４．９・・・（３）
となる。
【００２８】
この結果、制御信号Ｖｃｏｎｔの論理レベルが変化する際の電圧Ｖ２は４．９Ｖとなる。つまり、本実施形態の制御回路２２は、電源電圧Ｖｃｃが４．９Ｖより高くなると“Ｌ”レベルの制御信号Ｖｃｏｎｔを生成し、電源電圧Ｖｃｃが４．９Ｖより低くなると“Ｈ”レベルの制御信号Ｖｃｏｎｔを生成する。
【００２９】
＜＜パワーアンプＩＣ１０の動作＞＞
ここで、スイッチ１４をオフした際のパワーアンプＩＣ１０の動作について説明する。なお、本実施形態のパワーアンプＩＣ１０は、例えば６Ｖ以上の電源電圧Ｖｃｃが印加されると入力信号Ｖｉｎを所望の利得で増幅するよう設計されていることとする。また、電源１３の電圧は、例えば１０Ｖとする。さらに、前述の電圧Ｖ１、すなわち増幅回路２０が発振する電源電圧Ｖｃｃは、例えば４Ｖであることとする。
【００３０】
まず、スイッチ１４がオンされている場合、電源１３の電圧は１０Ｖであるため、電源電圧Ｖｃｃも１０Ｖとなる。この際、制御信号Ｖｃｏｎｔは“Ｌ”レベルであるため、バイアス電流Ｉｂは生成される。したがって、増幅回路２０は、入力信号Ｖｉｎを所望の利得で増幅する。
【００３１】
スイッチ１４がオフされると、端子９１への電源の供給が停止される。このため、電源電圧Ｖｃｃは、コンデンサ１５の容量の時定数に応じて１０Ｖから低下する。そして、電源電圧Ｖｃｃが４．９Ｖより低くなると、前述のように制御信号Ｖｃｏｎｔは“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルに変化する。このため、バイアス電流Ｉｂの生成は停止され、増幅回路２０の動作は停止する。その後、電源電圧Ｖｃｃは更に低下し、最終的には０Ｖとなる。この結果、パワーアンプＩＣ２０はシャットダウンされる。
【００３２】
以上、本実施形態のパワーアンプＩＣ１０について説明した。制御回路２２は、電源電圧Ｖｃｃが電圧Ｖ２（例えば、４．９Ｖ）より低くなると、増幅回路２０の発振を防止すべくバイアス電流回路２１にバイアス電流Ｉｂの生成を停止させる。このため、パワーアンプＩＣ２０の電源の供給が停止され、電源電圧Ｖｃｃが電圧Ｖ２より低下した際、制御回路２２は、増幅回路２０が発振する前に増幅回路２０の動作を停止することができる。つまり、本実施形態のパワーアンプＩＣ２０は、電源の供給が停止された際に安定に立ち下がる。
【００３３】
また、バイアス電流回路２１は、制御信号Ｖｃｏｎｔが“Ｌ”レベルの場合バイアス電流Ｉｂを生成し、制御信号Ｖｃｏｎｔが“Ｈ”レベルの場合バイアス電流Ｉｂの生成を停止する。さらに、制御回路２２は、電源電圧Ｖｃｃが電圧Ｖ２（例えば、４．９Ｖ）より低くなると“Ｈ”レベルの制御信号Ｖｃｏｎｔを生成し、電圧Ｖ２より高くなると“Ｌ”レベルの制御信号Ｖｃｏｎｔを生成する。このため、パワーアンプＩＣ１０では、電源電圧Ｖｃｃのレベルが電圧Ｖ２より低下すると、確実にバイアス電流Ｉｂの生成を停止することができる。
【００３４】
また、制御回路２２では、抵抗５１の電圧Ｖｒが、所定の電圧Ｖｂｅ（０．７Ｖ）より高くなると、“Ｌ”レベルの制御信号Ｖｃｏｎｔが生成され、電圧Ｖｒが所定の電圧Ｖｂｅより低くなると“Ｈ”レベルの制御信号Ｖｃｏｎｔが生成される。さらに、ダイオード６０〜６４は、電源電圧Ｖｃｃが電圧Ｖ２より高くなると、電圧Ｖｒが電圧Ｖｂｅより高くなるような電流Ｉｒを抵抗５１に供給し、電源電圧Ｖｃｃが電圧Ｖ２より低くなると、電圧Ｖｒが電圧Ｖｂｅより低くなるような電流Ｉｒを抵抗５１に供給する。例えば、電源電圧Ｖｃｃと、電圧Ｖ２との大小関係を比較して、制御信号Ｖｃｏｎｔを生成する回路としては、いわゆるコンパレータ回路がある。しかしながら、一般的なコンパレータ回路は、差動入力回路等を含むため、本実施形態の制御回路２２と比較すると回路規模が大きくなる。つまり、制御回路２２は、回路規模を小さくしつつ、電源電圧Ｖｃｃが電圧Ｖ２となると制御信号Ｖｃｏｎｔのレベルを変化させることができる。さらに、本実施形態では、ダイオード６０〜６４と５個のダイオードを用いているが、式（１）〜（３）から明らかなように、用いるダイオードの個数を変化させることにより電圧Ｖ２のレベルを簡単に変更することもできる。
【００３５】
また、ＮＰＮトランジスタ４１は、“Ｈ”レベルの制御信号Ｖｃｏｎｔに基づいてオンし、ＮＰＮトランジスタ４２への基準電流Ｉｒｅｆの供給を停止させる。また、ＮＰＮトランジスタ４１は、“Ｌ”レベルの制御信号Ｖｃｏｎｔに基づいてオフし、ＮＰＮトランジスタ４２へ基準電流Ｉｒｅｆを供給させる。このように、本実施形態では、ＮＰＮトランジスタ４１のオン、オフを制御することにより、バイアス電流Ｉｂの生成、生成の停止を容易に実行することができる。
【００３６】
また、増幅回路２０は、入力信号Ｖｉｎをスピーカ１２で再生すべく増幅する。ところで、増幅回路２０が発振すると、スピーカ１２からはポップ音が発生することがある。本実施形態の制御回路２２は、電源電圧Ｖｃｃが電圧Ｖ２より低くなると、スピーカ１２からポップ音が発生することを防ぐべく、バイアス電流Ｉｂの生成を停止させる。このため、パワーアンプＩＣ１０の電源の供給が停止された際に、ポップ音が発生することを防ぐことができる。
【００３７】
なお、上記実施例は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。
【００３８】
例えば、ダイオード６０〜６４の代わりに、ツェナーダイオードを用いても良い。
【符号の説明】
【００３９】
１０  パワーアンプＩＣ
１１，１５，３４  コンデンサ
１２  スピーカ
１３  電源
１４  スイッチ
２０  増幅回路
２１  バイアス電流回路
２２  制御回路
３０  バイアス電圧回路
３１〜３３，５０〜５２  抵抗
３５  オペアンプ
４０  基準電流回路
４１〜４３，５３  ＮＰＮトランジスタ
６０〜６４  ダイオード
【図１】
2011130185.tif 000003
【図２】
2011130185.tif 000004