JP2003519853A - 電圧レベル変換回路 - Google Patents

電圧レベル変換回路

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JP2003519853A JP2001550865A JP2001550865A JP2003519853A JP 2003519853 A JP2003519853 A JP 2003519853A JP 2001550865 A JP2001550865 A JP 2001550865A JP 2001550865 A JP2001550865 A JP 2001550865A JP 2003519853 A JP2003519853 A JP 2003519853A
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    • H03F3/68Combinations of amplifiers, e.g. multi-channel amplifiers for stereophonics
    • GPHYSICS
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    • G05F3/00Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02Regulating voltage or current
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    • G05F3/10Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/18Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using Zener diodes

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Abstract

(57)【要約】 特に、センタタップグランドを有するスプリットレベル電源で機能するために、シングルエンド電源で機能するために設計された演算増幅器の集積回路を動作するための電圧レベル変換器が提供される。演算増幅器の集積回路の第1の極性の電力供給端子は、スプリットレベル電源の第1の極性に接続される。演算増幅器の集積回路の第2の極性の電力供給端子は、該電源の第2の極性に接続される。演算増幅器の正の信号入力端子は、スプリットレベル電源のセンタタップグランドに接続されている。第2の電圧レベル変換器が提供され、最大定格電圧を有する集積回路を動作する。電源は、最大定格電圧よりも大きな電源電圧を有する。第1のツェナーダイオードは、該電源の第1の極性と集積回路の第1の極性の端子との間に直列に接続されており、第2のツェナーダイオードは、電源の第2の極性と集積回路の第2の極性の端子との間に直列に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 [発明の分野] 本発明は、集積回路の動作の分野に関し、より詳細には、互換性がない構成及
び/又は互換性がない電圧レベルを有する電源で機能するための集積回路の適合
に関する。この互換性のなさは、電圧レベル変換を使用して達成される。
【0002】 [発明の背景] 低コストであることが機器設計の重要なパラメータである家庭用電子製品では
、部品が使用されるように設計されないやり方で、低コストの部品を使用して設
計することは一般的ではない。かかるケースは、ある装置のための電源が他の用
途向けに設計されている場合であり、この一見して互換性のない電源を補助の機
能を提供するために使用することが必要となってきている。
【0003】 かかるケースは、DVDプレーヤについてであり、電源は安定したスプリット
レベル電源、すなわち、センタタップグランドを有する±5.0ボルトである。
また、コストの理由から、なくすことが望まれる入力及び出力カップリングキャ
パシタを有するシングルエンド電源向けに設計された集積回路を使用することが
望ましい。
【0004】 かかる入力及び出力カップリングキャパシタは、余分な部品費用の一例であり
、時に非常に制限されるプリント回路基板のスペースを占めることがある。さら
に、この入力及び出力カップリングキャパシタが電解によるものである場合、他
のキャパシタよりも特に大きく、なくすことが望まれる追加の信頼性の問題を表
す。
【0005】 さらに、電源と集積回路の構成との互換性のなさは、たとえば、デジタル回路
システムにおいて生じる可能性がある。このシステムでは、様々なサブシステム
が異なる電源及び電圧条件で機能する。集積回路のプロトコル及びシステムの中
には、3.3ボルトのVcc(正のレイル電圧)とグランドポテンシャルである
Vss(低いレイル電圧)による供給電圧を必要とするものがあり、他には、5
.0ボルト又は2.9ボルトのVcc−Vss電圧を必要とする場合がある。
【0006】 また、さらに、電源から利用可能な互換性のない電圧に関して、多くの集積回
路は、過電圧又は過電流に対して極端に敏感である。これは、かかる過剰さは、
(特に、集積回路がデジタルである場合に)間違った結果を提供するだけではな
く、集積回路に対して物理的な損害をもたらす可能性があることによる。殆どの
プロセッサは、集積回路への厳しい侵害をもたらすことなしに、たとえ僅かであ
っても超える場合がない電圧及び電流定格を有している。
【0007】 たとえば、3.3ボルトの電源電圧で動作するために設計されたマイクロプロ
セッサについて、ハイ/ロウの電位差が5.0ボルトであるRAMからのデータ
読出しのときに、3.45ボルトのピーク‐ピークを超える信号のアプリケーシ
ョンにより損傷されることは一般的ではない。したがって、仕様に適合するため
に電圧供給レベルを厳密に制限することは、集積回路の動作に対して本質的では
ない。
【0008】 [発明の概要] 第1の実施の形態による電圧レベル変換器は、センタタップグランドを有する
スプリットレベル電源で機能するために、シングルエンド電源で動作するために
設計された演算増幅器の集積回路を動作するために提供される。演算増幅器の集
積回路の第1の極性の電力供給端子は、スプリットレベル電源の第1の極性に接
続され、演算増幅器の集積回路の第2の極性の電力供給端子は、該電源の第2の
極性に接続され、演算増幅器の信号入力端子は、センタタップグランドに接続さ
れる。
【0009】 第2の実施の形態による電圧レベル変換器は、所定の最大定格電圧を有する集
積回路を、該定格電圧よりも大きな電力供給電圧を有するスプリットレベルの電
源で機能することを可能にするために提供される。ここで、第1の電圧変換のツ
ェナーダイオードは、電源の第1の極性と集積回路の適切な第1の極性の端子と
の間に直列に接続されており、第2の電圧変換のツェナーダイオードは、電源の
第2の極性と集積回路の第2の極性の端子との間に直列に接続されている。
【0010】 [発明の実施の形態] 図1は、集積回路の製造会社であるNational Semiconductor Corporation USA
により推奨されるような、LM4881集積回路向けの適用回路に関する、従来の概略
図、部分的なブロック図であり、特許出願の要件に従うように適切に修正されて
いる。
【0011】 図1を参照して、増幅器システムは、一般的に参照符号10で示されており、
集積回路チップ12を含んでおり、該チップは、典型的な実施の形態では、それ
ぞれL及びRの立体音響の増幅及び音場再現について演算増幅器14R、14L
のペアを提供する。信号R及びLは、カップリングキャパシタ18R、18L及
び分離抵抗20R、20Lのそれぞれを通して、それぞれの増幅器14R、14
Lの反転入力17R、17Lに接続される。
【0012】 端子15R、15Lでの増幅器14R、14Lの出力信号は、カップリングキ
ャパシタ22R、22Lを通して、それぞれの拡声器16R、16Lを駆動する
。ラウドスピーカ16R、16Lは、このケースでは、受話器のスピーカである
【0013】 この配置向けの電力は、シングルエンド電源(図示せず)により提供され、ノ
ード24で一方の側がグランドされ、ノード26で正の電圧VDDが供給される。
抵抗28R、28Lは、カップリングキャパシタ32を通して、非反転端子30
R、30Lについての接続点で、仮想交流基準信号グランドを提供するための分
圧器を形成している。
【0014】 電力供給デカップリングキャパシタ33は、電源を通して、高周波のコモンモ
ードフィードバックを防止する。それぞれの出力端子15R、15Lから、反転
端子17R、17L及び分離抵抗20R、20Lまで、それぞれの高周波ロール
オフキャパシタ38R、38Lに関して並列にある抵抗36R、36Lは、負の
信号フィードバックを提供し、高周波ロールオフによる発振を防止する。抵抗4
0R、40Lは、漏れ電流のための直流リターンを提供し、これにより、直流の
安定性を改善する。遮断回路41は、集積回路12の内部にある。
【0015】 交流グランドカップリングキャパシタ32と同様に、直流ブロッキングである
、カップリングキャパシタ18R、18L、22R、22Lに関して注記がなさ
れるべきである。図1の回路に関して図2と共に開示される電圧変換により、セ
ンタタップグランドを有するスプリット電圧電源により回路が電圧供給されるよ
うに、以下に説明されるように、これら5つのカップリングキャパシタが取り除
かれる。
【0016】 図1について使用されるシングルエンド電源、及び図2について使用されるセ
ンタタップグランド(図示せず)を有するスプリット電圧電源は、共に公知の電
源構成であり、特に、Motorola(登録商標)Silicon Rectifier Handbook 4-10
頁及び6-4頁のそれぞれで見ることができる。
【0017】 シングルエンド電源は、1つの直流の極性がグランドされる全波電源又は全波
ブリッジ電源とすることができる。「スプリット電圧電源」は、グランドとして
の役割を果たす交流入力リードに関して反対の直流極性を発生する全波ブリッジ
逓倍器として一般に言及される。グランドは、プラス及びマイナスの直流電源電
圧について直流グランドと同様に、直列電力供給キャパシタの接続点で、センタ
タップ交流グランド帰還としての役割を果たす。
【0018】 記載されるヘッドフォン増幅器が取り付けられる装置は、DVDプレーヤであ
る。「互換性のない」問題の第1には、DVD電源の構成が、図1で説明された
ようなシングルエンド電源向けに設計される集積回路と互換性のある「スプリッ
ト電圧電源」であることである。「互換性のない」問題の第2には、構成に互換
性のない問題が一旦克服されると、第2の電源の電力供給電圧は、選択された集
積回路について最大の電圧仕様を超えることである。「互換性がない」に関する
両方の問題は、図2に示される電圧変換回路により克服される。
【0019】 図2を参照して、図1の回路は、センタタップグランドで利用可能なプラス及
びマイナス電圧を有するスプリット電圧電源により使用するために電圧変換され
る。ここで、ノード26は、正の電圧供給に接続され、ノード24は、負の電圧
供給に接続され、グランドノード40は、センタタップグランドに接続される。
このようにして、集積回路の電圧は、図1のシングルエンド供給の全電圧の半分
により負に変換される。
【0020】 ここで、グランド端子は、分圧器抵抗28R、28L及びキャパシタ32によ
り提供されるようなシングルエンド電源についての仮想グランドの代わりに、ス
プリットレベル電源の実際のグランド電圧であるので、直流ブロッキングキャパ
シタ18R,18L、22R及び22Lは、交流グランドが直流グランドの電力
供給電圧であるために、もはや必要とされない。交流グランド及び直流グランド
は、同じ直流電圧であるので、キャパシタ32もまた不要となる。
【0021】 構成の「互換性のなさ」の問題が解決され、及び電圧変換により5つのカップ
リングキャパシタが節約されたので、これにより、電圧レベルの「互換性のなさ
」の問題が残されている。
【0022】 また、本発明は、ツェナー領域において導通するツェナーダイオードにより提
供されるレベル変換器を有するレベル変換回路を備えるシステムを開示する。こ
のツェナーダイオードのそれぞれは、集積回路12に印加されるスプリットレベ
ル電源の一方の側に関する電圧レベルを低減する。第1の電圧レベルから第2の
電圧レベルへの電圧の変換は、ツェナー電圧を発生して、電力供給端子と演算増
幅器のノード24、26の間の電圧ドロップとしてツェナー電圧を印加すること
により提供される。
【0023】 この例では、スプリットレベル電力供給電圧は、±5.0ボルトであるが、特
定の集積回路は、最大5.5ボルトについて指定されている。この10ボルト供
給は、集積回路の最大定格電圧を越える。これは、集積回路の隣接する部分は、
それらの間で10ボルトの電位差を有する場合がある可能性があることによる。
たとえば、集積回路のチップの基板が電源電圧に内部的に接続されるが、グラン
ドには接続されない場合である。
【0024】 この可能性のある過電圧の状態は、そのツェナー極性に配置された2.4ボル
トのツェナーダイオード50,52を加えることにより解決することができる。
それぞれのダイオードは、スプリット電源電圧の一方の側と直列に加えられる。
このように、2つのツェナーダイオードは、2×2.4=4.8ボルトの電圧降
下を提供して、集積回路12の間の最大電力供給電圧を5.2ボルトにする。
【0025】 このように、±5.0ボルトのスプリット電圧電源のそれぞれは、±2.6ボ
ルトに下方に変換される。ツェナーダイオード50,52は、増幅器14R、1
4Lにより引き出される直流電流で、それらの特徴のツェナー領域におけるよう
に選択される。
【0026】 代替的に、非ツェナーであるシリコンダイオードは、順方向で導通するように
配置されて使用することができる(図示せず)。たとえば、0.6ボルトの電圧
降下を有する4つのダイオードのそれぞれは、ツェナーダイオードの代わりに2
.4ボルトの電圧降下を提供する。ツェナー電圧の値又は順バイアスシリコンダ
イオードの数は、所望の電圧降下のレベルに従って選択することができる。しか
し、ツェナーダイオードを使用することは、良好な電力供給規制を提供する。
【0027】 本実施の形態では、反転増幅構成において演算増幅器14R、14Lを示して
いる。ここで、利得Av=Rf/Riであり、Rfは負帰還抵抗であり、Riは端子
14R、14Lでの入力インピーダンスである。また、本実施の形態は、非反転
増幅器の構成(図示せず)に接続される演算増幅器14R、14Lにより適用さ
れる。すなわち、フィードバック抵抗は、利得Av=1+(Rf/Ri)により非
反転端子30R、30Lに帰還され、反転端子17R、17Lは、グランドに接
続される。
【0028】 本実施の形態は、スプリットレベル電源である過電圧の電力供給からの電圧変
換を示している。1つのツェナーダイオードが使用される必要がある場合におい
て、シングルエンド過電圧電源を使用することができることは、本発明が意図す
る範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の回路図に関する部分的な概略図であり、部分的なブロック図である。
【図2】 本発明の態様による2つの変換回路を組み込んだ、図1の増幅器の回路図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE,TR),OA(BF ,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW, ML,MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,G M,KE,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ, MD,RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM, AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,B Z,CA,CH,CN,CR,CU,CZ,DE,DK ,DM,DZ,EE,ES,FI,GB,GD,GE, GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,J P,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR ,LS,LT,LU,LV,MA,MD,MG,MK, MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,R U,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM ,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ,VN, YU,ZA,ZW Fターム(参考) 5H420 NA14 NB02 NB12 NC18 NE28 5J092 AA02 AA21 AA41 CA99 FA14 HA20 HA25 HA29 HA38 KA01 KA12 KA62 MA11 MA21 SA05 VL08

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 最大定格電圧よりも大きな電力供給電圧を有する電源により
    、前記最大定格電圧を有する集積回路を動作するための電圧レベル変換器であっ
    て、 前記電源の第1の極性と前記集積回路の第1の極性の端子の間に直列に接続さ
    れる第1の電圧手段と、 前記電源の第2の極性と前記集積回路の第2の極性の端子の間に直列に接続さ
    れる第2の電圧手段とを備え、 前記第1の電圧手段及び前記第2の電圧手段は、前記集積回路の電力供給静止
    電流負荷で、実質的に平坦な電圧対電流曲線を有する、 を備える電圧レベル変換器。
  2. 【請求項2】 前記第1の電圧手段及び前記第2の電圧手段は、前記電源に
    関して同じ方向に共に配置される、 請求項1記載の電圧レベル変換器。
  3. 【請求項3】 前記第1の電圧手段及び前記第2の電圧手段の両者は、その
    電圧対電流特性曲線のツェナー部分において動作するツェナーダイオードである
    、 請求項1記載の電圧レベル変換器。
  4. 【請求項4】 前記第1の電圧手段及び前記第2の電圧手段は、それぞれ順
    方向において導通するために配置される少なくとも1つのダイオードである、 請求項1記載の電圧レベル変換器。
  5. 【請求項5】 前記第1の電圧手段及び前記第2の電圧手段は、それぞれ少
    なくとも1つの半導体であり、前記第1の電圧手段と前記第2の電圧手段の電圧
    の変換は等しく、前記電源は、センタタップ電圧が基準電圧であるスプリットレ
    ベル電源である、 請求項1記載の電圧レベル変換器。
  6. 【請求項6】 前記第1の電圧手段及び前記第2の電圧手段は等しくない、
    請求項1記載の電圧レベル変換器。
  7. 【請求項7】 前記電源は、シングルエンド電源であり、前記第1の電圧手
    段及び前記第2の電圧手段のうちの一方のみが使用される、 請求項1記載の電圧レベル変換器。
  8. 【請求項8】 最大定格電圧よりも大きな電力供給電圧を有するシングルエ
    ンド電源により、前記最大定格電圧を有する集積回路を動作するための電圧レベ
    ル変換器であって、 前記電源の第1の極性と前記集積回路の第1の極性の端子の間に直列に接続さ
    れる電圧手段と、 前記集積回路の第2の極性の端子に接続される前記電源の第2の極性とを備え
    、 前記電圧手段は、前記集積回路の電力供給静止電流負荷で、実質的に平坦な電
    圧対電流曲線を有する、 電圧レベル変換器。
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