CN101378247B - 低导体放大器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低导体放大器，其利用小型电容器来得到较大的时间常数。在运算放大器(10)中，正输入端被输入输入信号，负输入端被反馈输出信号。设置由根据运算放大器(10)的输出来进行驱动的晶体管(Tr1)以及(Tr2)形成的差动放大器，利用该差动放大器的输出来对电容器(C)进行充放电。然后，对上述差动放大器的电流源进行脉冲驱动。

Description

低导体放大器

技术领域

本发明涉及一种缓和输入信号的变化并输出的低导体放大器。

背景技术

在音频装置等从扬声器输出声音信号的装置中，在音量剧烈变化的情况下，存在产生爆裂音的情况。这是由于音频放大器的放大率随着音量改变而被剧烈改变造成的。为了防止该爆裂音的产生，可以使音量控制信号的上升、下降平缓。这样，为了使信号平缓，可以增大用于使信号平缓的电容器的容量，或者减小提供给该电容器的电流量。

专利文献1：日本特开2005-73082

发明内容

发明要解决的问题

然而，当增大电容器的容量时，将其内置于IC等半导体集成电路变得困难。另外，当减小输出的电流量时，会相应地增大所受到的杂音等的影响。

用于解决问题的方案

本发明是一种使输入信号的变化平缓并输出的低导体放大器，其特征在于，包括：运算放大器，其正输入端被输入输入信号，负输入端被反馈输出信号；差动放大器，其根据该运算放大器的输出来进行驱动；以及电容器，其利用该差动放大器的输出来进行充放电，并得到输出信号，对上述差动放大器的电流源进行脉冲驱动。

另外，优选为上述差动放大器包含：恒流电路；一对差动晶体管，流通该恒流电路的恒定电流，根据上述运算放大器的输出来进行驱动；一对电流反射镜输入侧晶体管，分别流通流入该一对差动晶体管的电流；以及一对电流反射镜输出侧晶体管，连接到该一对电流反射镜输入侧晶体管，利用流入一对电流反射镜输出侧晶体管的电流对上述电容器进行充放电。

另外，优选为上述一对电流反射镜输入侧晶体管与电流反射镜输出侧晶体管的镜像比小于1。

另外，优选为上述运算放大器具有根据输入信号与输出信号进行动作的一对差动晶体管，这些差动晶体管由MOS晶体管构成。

发明的效果

根据本发明，通过使放大器的驱动电流为脉冲，能够将电流源的输出电流量设为较大，并且减小电流量的总量，能够维持电容器的容量较小，有效地使输出波形平缓。

附图说明

图1是表示实施方式所涉及的低导体放大器的结构的图。

图2是表示输入以及输出的波形的图。

图3是表示阶梯状的上升的图。

图4是表示PWM控制的图。

图5是表示反射镜结构的例的图。

图6是表示恒流电路的脉冲驱动的结构的图。

图7是表示运算放大器的结构例的图。

附图标记说明

CC1～CC7、CC11、CC12：恒流电路；M1～M4、M11～M15、Tr1、Tr2：晶体管。

具体实施方式

下面，根据附图来说明本发明的实施方式。

音量控制信号被输入到运算放大器10的正输入端。运算放大器10具有互补的两个输出：正输出、负输出。正输出被提供给N型晶体管Tr1的栅极，负输出被提供给N型晶体管Tr2的栅极。两个晶体管Tr1、Tr2的源极被共同连接，通过恒流电路CC1接地。另外，晶体管Tr1的漏极通过恒流电路CC2连接到电源VCC，晶体管Tr2的漏极通过恒流电路CC3连接到电源VCC。

恒流电路CC2与上游连接到电源的恒流电路CC4进行反射镜(mirror)连接，恒流电路CC3与上游连接到电源的恒流电路CC5进行反射镜连接。另外，恒流电路CC4的下游通过恒流电路CC6接地，恒流电路CC5的下游通过恒流电路CC7接地，电流反射镜连接CC7与CC6。

另外，恒流电路CC4与恒流电路CC6的连接点连接到另一端接地的电容器的一端上，并且与输出端连接。

并且，当将恒流电路CC1的电流量设为I时，恒流电路CC6、CC7的电流量被设定为I/4。另外，CC2与CC4的镜像比(mirrorratio)以及CC3与CC5的镜像比被设定为1:2。因此，流入CC2、CC3的电流基本为I/2，流入CC4、CC5的电流基本为I/4。

另外，输出端被负反馈到运算放大器10的负输入端。因此，运算放大器10的输出根据输入电压发生变化使得输出端与输入电压一致。然后，根据运算放大器10的输出，流入晶体管Tr1、Tr2的电流发生变化，与此相应流入CC2、CC3的电流发生变化，流入CC4、CC5的电流发生变化。由于流入CC6、CC7的电流没有变化，因此对电容器C进行其差分的量的充放电，输出端的电压按照该电容器C的电压而发生变化。

在此，恒流电路CC1被脉冲驱动。因此，流入恒流电路CC2、CC3、CC4、CC5的电流也被脉冲驱动。另外，在不存在流入恒流电路CC5的电流的情况下，电流也不流入恒流电路CC7，电流也不流入恒流电路CC6。

因此，通过减小对恒流电路CC1进行脉冲驱动时的占空比，可以不使恒流电路等的电流量变成那么小，能够将恒流电路设置为普通的恒流电路，并且使电容器C的充放电电流成为微弱的电流。因此，能够使电容器C的容量成为能内置于半导体集成电路内的较小容量，并且在充分的时间常数下使音量控制信号平缓。

图2表示音量控制信号变化为最小电平与最大电平的情况时的输入(虚线)与输出(实线)。由此，能够通过使用图1的电路使音量控制信号的剧烈变化平缓。

在此，音量控制信号的最小电平与最大电平的宽度例如被设定为1.0V左右。在电子音量控制下，使用DAC(D/A转换器)将数字的指令转换为模拟，如果DAC是100级(通常输入采用128级等)，则最小控制电压为10mV。另一方面，如果通过脉宽调制，在1个脉冲中进行充放电的电压变化没有小于该最小控制电压，就无法完成最小控制电压下的调整。因此，将1个脉冲的电压变化例如设定为2.5mV左右。

即，如图3所示，音量控制信号上升时，电容器C通过脉冲电流进行充电，输出呈阶梯状上升，与该一级对应的一个脉冲的电流量所形成的电容器C的电压变化ΔV例如被设定为2.5mV。

在此，当设电容器C的容量为C＝50pF，设恒流电路CC4、CC6的恒定电流为I’＝2.5μA时，用于ΔV＝2.5mV的变化的充放电时间w为w＝C×ΔV/I’＝50pF×2.5mV/2.5μA＝50nsec。此外，如图4所示，PWM控制中的P是PWM的一个周期，w/P为占空比。

另外，当设V＝1V的上升或者下降所需要的时间t为t＝C·V/I’·(w/p)、并设1.28V的变化所需的时间为a(msec/1.28V)时，a＝C·p/I’·w＝50pF·p/2.5μA·50nsec，a＝400·p。因此，当设P为4×10^-6sec(250kHz)时，a＝1.6msec/1.28V，占空比为1.25％，当设P为16×10^-6sec(62.5kHz)时，a＝6.4msec/1.28V，占空比为3.125％等。

如上所述，通过使脉冲的占空比为1％以下，可以使a为几msec以上。因此，能够利用较小容量的电容器获得较大的时间常数，使音量控制信号的上升、下降平缓，防止爆裂音。

在此，图1中反射镜连接的2个恒流电路例如可以由如图5所示的电流反射镜电路构成。在图中示出了双极性晶体管，但是也可以是MOS型晶体管等。并且，恒流电路CC7以及CC6由N型晶体管构成的电流反射镜电路构成。

另外，图1中进行脉冲驱动的恒流电路CC1例如可以为图6所示的结构。使来自流通电流I的恒流电路的电流I流过在漏极\栅极间短路的N型电流反射镜输入侧晶体管M1，使同样的电流流过栅极被共同连接的N型电流反射镜输出侧晶体管M2。电流反射镜输入侧晶体管M1的源极通过总是导通的晶体管M3接地。另一方面，电流反射镜输出侧晶体管M2的源极与源极接地的N型晶体管M4的漏极连接，对该晶体管的栅极输入脉冲。

根据该电路，流入晶体管M2的电流为I，并仅在晶体管M4导通的期间流入。因此，被提供给晶体管M4的栅极的脉冲能够仅在高电平时使晶体管M2中流通电流I。

并且，在图7中示出了运算放大器10的结构例。一对输入中的负输入被输入到N型晶体管M11的栅极，正输入被输入到N型晶体管M12的栅极。这些晶体管M11、M12的源极通过恒流电路CC11接地。另外，晶体管M11的漏极通过P型晶体管M13连接到电源，晶体管M12的漏极通过P型晶体管M14连接到电源，这些晶体管M13、M14的栅极被共同连接，晶体管M13的漏极/栅极之间短路。晶体管M12与M14的漏极之间的连接点与P型晶体管M15的栅极连接。晶体管M15的源极连接到电源，漏极通过恒流电路CC12接地。

另外，晶体管M15的栅极/漏极之间通过电容器C11连接，该晶体管M15与恒流电路CC12的连接点成为输出端。

在这种电路中，上述电容器C的上游电压被负反馈到晶体管M11的栅极，输出信号被提供到晶体管M12的栅极。然后，对晶体管M15的栅极施加与两个输入的差相应的电压，并从输出端OUT(+)输出与其相应的电压。

在图1中，运算放大器10存在正负的输出，但是该图7示出了仅设置一个正输出端作为输出端的例。在这种一个输出的情况下，可以将差动晶体管Tr2的栅极设定为基准电压。另外，也可以采用形成正负一对的输出的运算放大器作为运算放大器10。

在此，重要的是使用MOS晶体管作为运算放大器10的一对差动晶体管M11、M12。如果使用双极性晶体管作为差动晶体管，将导致从负反馈路径提供基极电流，导致电容器C的电压发生变化。通过使用MOS晶体管作为运算放大器10的输入侧的差动晶体管，即使将图1的电容器C的上游电压输入晶体管M11的栅极也不需要流过电流，能够防止输出信号发生变化。

Claims (5)

1.一种低导体放大器，使输入信号的变化平缓并输出，其特征在于，包括：

运算放大器，其正输入端被输入输入信号，负输入端被反馈输出信号；

差动放大器，其根据该运算放大器的输出而被驱动；以及

电容器，其通过该差动放大器的输出来进行充放电，并得到输出信号，

对上述差动放大器的电流源进行脉冲驱动。

2.根据权利要求1所述的低导体放大器，其特征在于，

上述差动放大器包括：

恒流电路；

一对差动晶体管，流通该恒流电路的恒定电流，根据上述运算放大器的输出而被驱动；

一对电流反射镜输入侧晶体管，分别流通流入该一对差动晶体管的电流；以及

一对电流反射镜输出侧晶体管，连接到该一对电流反射镜输入侧晶体管，

利用流入一对电流反射镜输出侧晶体管的电流对上述电容器进行充放电。

3.根据权利要求2所述的低导体放大器，其特征在于，

上述一对电流反射镜输入侧晶体管与电流反射镜输出侧晶体管的镜像比小于1。

4.根据权利要求1或2所述的低导体放大器，其特征在于，

上述运算放大器具有根据输入信号与输出信号进行动作的一对差动晶体管，上述运算放大器的这些差动晶体管由MOS晶体管构成。

5.根据权利要求3所述的低导体放大器，其特征在于，

上述运算放大器具有根据输入信号与输出信号进行动作的一对差动晶体管，上述运算放大器的这些差动晶体管由MOS晶体管构成。

Images