JP2005323131A - 利得制御増幅回路および記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】利得を切替可能なゲインコントロールアンプにおいて、利得の変化によらず、周波数特性やＤＣ特性を一定に維持できるようにする。
【解決手段】メイン増幅部として電圧帰還型のオペアンプ１０を用いる。オペアンプ１０の反転入力端子（−）に接続されるゲインコントロール回路２０としては、抵抗素子２２〜２８とスイッチＳ２４〜Ｓ２８の組合せからなる構成を採る。スイッチＳ２４〜Ｓ２８としては、２入力−１出力型のものを使用し、各一方の入力端子に入力信号Ｖｉが入力され、他方の入力端子が共通に、オペアンプ１０の非反転入力端子（＋）に接続されている電位である接地（ＧＮＤ）に接続する。各スイッチＳ２４〜Ｓ２８の出力端子は、対応するゲイン切替用の抵抗素子２４〜２８に接続する。スイッチ切替えに関わらず、帰還量を一定に維持することで、利得の変化によらず、周波数特性やＤＣ特性を一定に維持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、利得制御増幅回路およびこの利得制御増幅回路を利用した記録再生装置に関する。

増幅率を変更可能なゲインコントロールアンプ（利得制御増幅回路や利得可変増幅器などともいわれる）が電子回路を用いた種々の装置に使用されている。たとえば光ディスク装置や光磁気ディスク装置など、記録や再生に供される媒体に対してデータを記録あるいは再生する記録再生装置における自動制御装置（サーボシステム）においては、光ディスクの種類や光学系の経時変化などで、光ピックアップからの信号レベルが大きく変動してもサーボのゲイン（増幅率）が変動しないように、ゲイン調整の目的でゲインコントロールアンプが使用される。

図４は、ゲインコントロールアンプの一構成例を示す回路図である。図５は、図４に示すゲインコントロールアンプの周波数特性を説明する図である。図４で示すゲインコントロールアンプは、たとえば非特許文献１のような演算増幅回路（オペアンプ回路）を記載した種々の文献に記載されているものである。

岡村廸夫、"定本 ＯＰアンプ回路の設計"、ＣＱ出版社

図示するように、このゲインコントロールアンプでは、オペアンプをメインの増幅部として使用し、スイッチと抵抗との組合せからなるゲインコントロール回路をオペアンプの反転入力端子（−）側に接続し、反転入力端子（−）と出力端子との間に帰還抵抗を接続し、非反転入力端子（＋）を接地（ＧＮＤ）に接続して、全体として反転増幅回路を構成している。

入力回路は、抵抗値４Ｒの抵抗、抵抗値４Ｒの抵抗とスイッチＳ１の直列回路、抵抗値２Ｒの抵抗とスイッチＳ２の直列回路、抵抗値Ｒの抵抗とスイッチＳ３の直列回路を、並列接続している。

このような構成において、ゲインコントロールアンプでは、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３が全てオフ（ＯＦＦ）のときにはゲインは−１２ｄＢ（１／４倍）、スイッチＳ１がオン（ＯＮ）でスイッチＳ２，Ｓ３がともにオフのときには−６ｄＢ（１／２倍）、スイッチＳ１，Ｓ２がともにオンでスイッチＳ３がオフのときには０ｄＢ（等倍）、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３が全てオンのときには６ｄＢ（２倍）というように、スイッチを切り替える（オンオフ制御する）ことで、６ｄＢステップでゲイン（利得）を可変できるようになっている。

しかしながら、このときの抵抗比で規定される帰還量βは４／５（ゲイン−１２ｄＢ時）、２／３（ゲイン−６ｄＢ時）、１／２（ゲイン０ｄＢ（等倍）時）、１／３（ゲイン６ｄＢ時）と変化するため、電圧帰還型オペアンプを用いると、オペアンプ１０単体のオープンループ特性が固定されているので、ゲインを切り替えると図５に示すように周波数特性が変化してしまうという問題を生じる。

そのため、ゲインが高いときの周波数帯域を確保するためオペアンプの位相補償を軽めにすると、ゲインが低いときにはオペアンプのセカンドポールの影響で位相余裕を確保できないという問題が起こる。つまり、全てのゲインで同じ周波数特性を得ることができず、全てのゲインでＡＣ特性が変化しないように、ゲイン制御を行なうことは難しい。

この問題を解決するため、オペアンプの位相補償用容量を切り替える、あるいは入力の差動部のトランジスタの電流を切り替えるなどして、オペアンプのオープンループ特性を切り替えるという方法が考えられる。

しかしながら、このような方法を用いても、位相補償容量を切り替える場合は、その寄生容量の影響でゲインが低いときの帯域が伸びないという問題が起きる。また、初段のトランジスタの電流を切り替える場合は、電流を減らすことによりセカンドポールも低くなり、十分に位相余裕を確保できないという問題が起きる。

また、他の方法として、電流帰還型オペアンプを使用する方法が考えられる。電流帰還型オペアンプは、反転入力端子（−）と出力端子間に接続されている抵抗値により帯域が決まるので、図４に示すようなゲインコントロールアンプの場合、ゲインを可変しても帯域を一定にすることができる。

しかしながら、電流帰還型オペアンプは、入力段が対称な差動増幅ではないため、交流（ＡＣ；Alternating Current ）特性は優れているが、オフセットや温度ドリフトといった直流（ＤＣ；Direct Current）特性は電圧帰還型オペアンプと比較して劣っている。

そのため、光ディスクのサーボ系に使用するゲインコントロールアンプのように、ＤＣ特性も重要な用途には向いていない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ゲイン制御を行なう場合においても、周波数特性を一定に維持できる利得制御増幅回路や自動制御装置を提供することを目的とする。また、好ましくは、ＤＣ特性も良好な利得制御増幅回路や自動制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る利得制御増幅回路は、入力信号の利得を切替制御して出力する帰還型の利得制御増幅回路であって、入力された入力信号を増幅して出力するメインの増幅部と、増幅部の反転入力部と出力部との間に接続された帰還部とを備えるとともに、利得を切替制御し、かつ利得の切替えに関わらず帰還部との間での帰還量を一定に維持する利得制御部を、入力信号が入力される増幅部の入力側に備えるものとした。

要するに、利得切替え時における、それぞれの帰還量を一定に維持するように利得制御部を構成することで、利得の変化によらず、周波数特性が不変であるようにした。

このような特質を有する利得制御部の構成例としては、たとえば、利得を設定するための利得設定素子と、利得設定素子の接続状態を、入力信号を受け取る側および増幅部の動作における基準動作点の何れか一方に切り替える切替部とを有するものとするのがよい。

より具体的には、入力信号を受け取る側である入力端と増幅部の信号入力部と接続される側である出力端との間に、切替部が入力端側となり、利得設定素子が前記出力端側となるように縦続配置する。そして、切替部を、利得設定素子の入力端側を、入力端および増幅部の動作における基準動作点の何れか一方に切替可能に構成する。

増幅部は、入力側に、反転入力端子と非反転入力端子とを備えた演算増幅回路を有して構成されているものを使用することで、コンパクトな構成とするのがよい。

また、増幅部として、電圧帰還回路で構成されているものを使用することで、周波数特性を不変とするだけでなく、直流特性も不変かつ直流オフセットを小さくできるようにするのがよい。

また、入力ダイナミックレンジや入力電流オフセットの観点では、回路全体としては、反転増幅回路をなすように構成するのがよい。

本発明に係る記録再生装置は、記録および／または再生に供される媒体に対して、データを記録あるいは再生する装置であって、上記本発明に係る利得制御増幅回路を利用したものである。

ここで、上記本発明に係る利得制御増幅回路の利用態様としては、先ず、回転サーボ系が考えられる。この場合、媒体を回転させるとともに、この回転における動作状態を示す信号を取得して回転の動作を制御する回転サーボ回路に、前記利得制御増幅回路の構成を適用する。また、他の利用態様としては、記録あるいは再生の信号を増幅する機能部への適用が考えられる。

本発明によれば、利得切替え時における、それぞれの帰還量を一定に維持するように利得制御部を構成したので、利得の変化によらず、周波数特性を一定に維持することができるようになった。

また、帰還量を一定に維持するので、周波数特性だけでなくＤＣ特性も一定に維持することもできる。よって、ＤＣ特性の優れた電圧帰還型の増幅部を使用すれば、利得の変化によらず、直流オフセットの小さな状態を維持することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。

＜第１実施形態；反転アンプ構成＞
図１は、本発明に係る利得制御増幅回路の第１実施形態であるゲインコントロールアンプの回路図である。第１実施形態の構成は、オペアンプ（演算増幅回路）を増幅部として用いつつ、全体として反転増幅回路（反転アンプ）を構成している点に特徴を有する。

すなわち、図示する第１実施形態のゲインコントロールアンプ１は、電圧帰還型のオペアンプ１０を増幅部として使用し、切替部の一例であるスイッチと利得設定素子の一例である抵抗素子との組合せからなる利得制御部の一例としてのゲインコントロール回路２０をオペアンプ１０の反転入力端子（−）側に接続している。

そして、反転入力端子（−）と出力端子との間に帰還部をなす帰還抵抗３０を接続し、非反転入力端子（＋）を基準電圧の一例としての接地（ＧＮＤ）に接続して、ゲインコントロール回路２０の入力側に入力信号Ｖｉを供給することで、全体として反転増幅回路を構成している。

ゲインコントロール回路２０は、入力端と出力端との間にゲイン設定素子の一例として抵抗素子を用い、この抵抗素子の組合せを切り替えることでゲインコントロールアンプ１のゲインを切り替える構成としている。具体的には、ゲインコントロール回路２０は、抵抗値４Ｒの抵抗素子２２、抵抗値４Ｒの抵抗素子２４とスイッチ（切替部）Ｓ２４の直列回路、抵抗値２Ｒの抵抗素子２６とスイッチＳ２６の直列回路、抵抗値Ｒの抵抗素子２８とスイッチＳ２８の直列回路を、入力端と出力端との間で並列接続している。

各スイッチＳ２４，Ｓ２６，Ｓ２８としては、利得設定素子の一例である各抵抗素子２４，２６，２８の接続状態を、入力信号Ｖｉを受け取る側および増幅部の一例であるオペアンプ１０の動作における基準動作点を与える非反転入力端（＋）が接続されている点（本例では接地；ＧＮＤ）の何れか一方に切り替える構成のものとする。

具体的には、各スイッチＳ２４，Ｓ２６，Ｓ２８としては、２入力−１出力型のものを使用し、各一方の入力端子に入力信号Ｖｉが入力され、他方の入力端子が共通に、オペアンプ１０の非反転入力端子（＋）に接続されている電位である接地（ＧＮＤ）に接続する。また、各スイッチＳ２４，Ｓ２６，Ｓ２８の出力端子は、対応するゲイン切替用の抵抗素子２４，２６，２８に接続する。

なお、非反転入力端子（＋）を基準電圧（本例では接地）に接続するに際しては、直接に接続してもよいし、図中点線で示すように、抵抗素子３２を介して基準電圧に接続するようにしてもよい。抵抗素子３２の抵抗値は、反転入力端子（−）に接続されるゲインコントロール回路２０を構成する各抵抗素子２２，２４，２６，２８の並列回路がなす合成抵抗値と等価な値（Ｒeq）とするのがよい。このように抵抗素子３２を介する場合、オペアンプ１０の入力端で発生する電流オフセットをキャンセルすることができる。なお、反転型の場合、ゲイン設定用のスイッチＳ２４，Ｓ２６，Ｓ２８を切り替えても、キャンセル性能に影響を与えることは殆どないと考えてよい。

このような構成において、ゲインコントロールアンプ１では、スイッチＳ２４，Ｓ２６，Ｓ２８が全て接地側に切り替えられているときにはゲインは−１２ｄＢ（１／４倍）、スイッチＳ２４が入力信号Ｖｉ側に切り替えられ、スイッチＳ２６，Ｓ２８がともに接地側に切り替えられているときには−６ｄＢ（１／２倍）、スイッチＳ２４，Ｓ２６がともに入力信号Ｖｉ側に切り替えられ、スイッチＳ２８が接地側に切り替えられているときには０ｄＢ（等倍）、スイッチＳ２４，Ｓ２６，Ｓ２８が全て入力信号Ｖｉ側に切り替えられているときには６ｄＢ（２倍）というように、６ｄＢステップでゲインを可変できるようになっている。

図４に示した従来構成と比較して異なるのは、ゲインを切り替えるときに、スイッチ（本例ではスイッチＳ２４，Ｓ２６，Ｓ２８）をオープンにするのではなく、非反転入力端子（＋）に接続されている電位である接地に接続している点である。

こうすることにより、図１に示すゲインコントロールアンプ１では、その帰還量βは、電圧源は接地と考えられるので、スイッチＳ２４，Ｓ２６，Ｓ２８がどちらを選択していても、式（１）で示すように１／３となり、常に一定となる。

よって、オペアンプ１０に電圧帰還型アンプを使用しても、全てのゲインで同じ周波数特性を得ることができ、ＡＣ特性は変化しない。また、オペアンプ１０の位相補償などを切り替えていないので、ゲインコントロールアンプ１の回路はシンプルになり、その結果ゲインコントロールアンプ１の帯域を延ばすことができる。

次に、オフセットや温度ドリフトなどのＤＣ特性について考えてみると、ゲインが−１２ｄＢのときも帰還量が一定なので、オペアンプ１０単体の入力換算オフセットをＶｏｆｆとすると、ゲインコントロールアンプ１の出力オフセットは３Ｖｏｆｆとなる。

図４に示した従来構成によるゲインコントロールアンプの場合、オペアンプ単体の入力換算オフセットが、本実施形態と同じくＶｏｆｆであるとした場合、ゲインが−１２ｄＢの場合の帰還量βは４／５になるので出力オフセットは５／４Ｖｏｆｆ、またゲインが６ｄＢの場合の帰還量βは１／３になるので出力オフセットは３Ｖｏｆｆとなる。

よって、図４に示した従来構成のゲインコントロールの方が、ゲインの低い場合オフセットがよくなる。しかしながら、先にも述べたように、図４に示した従来構成のゲインコントロールでは、ゲインを切り替えると周波数特性が変化するという問題がある。

これに対して、本実施形態のゲインコントロールアンプ１では、ＤＣ特性の優れた電圧帰還型アンプをオペアンプ１０に使用しても全てのゲインで同じ周波数特性を得ることができるので、入力換算オフセットＶｏｆｆを小さくでき、その結果、出力オフセット電圧の増加も小さくすることができる。

逆に考えると、全てのゲインでゲインコントロールアンプ１の出力オフセットを同じに維持できるので、あるゲインで出力部のオフセットを調整しておけば、その後にゲインを変化させてもオフセットは変化しないということがいえる。全てのゲインで同じ周波数特性を得ることができ、かつ、全てのゲインでＤＣ特性が変化せず直流オフセットを小さく維持して、ゲイン制御を行なうことができる。

また、ゲインが最大のときのオフセットは図４、図１のどちらの方式でも同じであり、通常システムの中にこのゲインコントロールアンプ１を使用する場合、最大ゲイン時でのオフセット電圧で問題ないようにオフセット調整回路が備わっているので、低ゲイン時にオフセットが増加することは問題とならない。

つまり、ゲインコントロールアンプの最大ゲインが高く出力オフセットが問題となる場合は、全てのゲインで出力オフセットが同じになるので、あるゲインでオフセット調整することで、その後ゲインを変化させても出力オフセットが変化しないので、オフセット調整を簡素化できる利点も得られる。

なお、この第１実施形態では、ゲインコントロール回路２０として、４つの抵抗素子の並列回路でゲイン設定するとともに、その内の１つをスイッチ切替えなしとし、残りの３つをスイッチ切替えすることで、ゲインを段階的に変更する構成としていたが、少なくとも２段階のゲイン設定ができればよく、その限りにおいて、ゲインコントロール回路２０内の抵抗素子とスイッチとの組合せは任意である。

たとえば、スイッチ切替えなしの抵抗素子を１つとスイッチ切替えありの抵抗素子を１つの組にして並列に配置してもよい。あるいは、スイッチ切替えなしの抵抗素子を設けずに、スイッチ切替えありの抵抗素子の縦続配置を複数組並列に備える構成としてもよい。

以上、ゲインコントロールアンプについて、図４に示した従来構成と、図１に示した本実施形態とを比較して説明したが、ゲイン切替用の抵抗素子の値や数さらにはゲイン切り替えに使用するスイッチの数は、本願発明にとって本質ではなく、上記実施形態で説明したものに限定されない。

ゲインを切り替えるときに、図４に示した従来構成ではスイッチをオープンにしていたところを、図１に示した本実施形態の構成では、増幅部であるオペアンプ１０の非反転入力端子（＋）と同電位に接続することで、帰還量βが変化しないようにし、ゲインを切り替えてもＡＣ特性やＤＣ特性が変化せず、全ゲインで直流オフセットを小さく維持可能にすることが本質である。

＜第２実施形態；非反転アンプ構成＞
図２は、本発明に係る利得制御増幅回路の第２実施形態であるゲインコントロールアンプの回路図である。第２実施形態の構成は、電圧帰還型のオペアンプ１０を増幅部として用い、全体として非反転増幅回路（非反転アンプ）を構成している点に特徴を有する。

すなわち、第２実施形態のゲインコントロールアンプ１は、オペアンプ１０を増幅部として使用し、スイッチと抵抗との組合せからなる利得制御部の一例としてのゲインコントロール回路４０をオペアンプ１０の反転入力端子（−）側に接続し、反転入力端子（−）と出力端子との間に帰還部をなす帰還抵抗３０を接続し、非反転入力端子（＋）とゲインコントロール回路２０の入力側に入力信号Ｖｉを共通に供給することで、全体として非反転増幅回路を構成している。

ゲインコントロール回路４０は、抵抗値Ｒの抵抗素子４２とスイッチＳ４２の直列回路、抵抗値Ｒ／２の抵抗素子４４とスイッチＳ４４の直列回路を、入力端と出力端との間で並列接続している。

各スイッチＳ４２，Ｓ４４としては、利得設定素子の一例である各抵抗素子４２，４４の接続状態を、入力信号Ｖｉを受け取る側および増幅部の一例であるオペアンプ１０の動作における基準動作点を与える非反転入力端（＋）が接続されている点（本例では接地；ＧＮＤ）の何れか一方に切り替える構成のものとする。

具体的には、各スイッチＳ４２，Ｓ４４としては、２入力−１出力型のものを使用し、各一方の入力端子はオペアンプ１０の非反転入力端子（＋）に接続されるとともに入力信号Ｖｉが入力され、また他方の入力端子が、共通に接地（ＧＮＤ）に接続する。また、各スイッチＳ４２，Ｓ４４の出力端子は、対応するゲイン切替用の抵抗素子４２，４４に接続する。

なお、入力信号Ｖｉを非反転入力端子（＋）に入力するに際しては、直接に入力してもよいし、図中点線で示すように、抵抗素子３２を介して入力するようにしてもよい。抵抗素子３２の抵抗値は、反転入力端子（−）に接続されるゲインコントロール回路４０を構成する各抵抗素子４２，４４の並列回路がなす合成抵抗値と等価な値（Ｒeq）とするのがよい。このように抵抗素子３２を介する場合、オペアンプ１０の入力端で発生する電流オフセットをキャンセルすることができる。なお、非反転型の場合、ゲイン設定用のスイッチＳ４２，Ｓ４４を切り替えると、キャンセル性能に多少の影響を与え得る。

このような構成において、ゲインコントロールアンプ１では、スイッチＳ４２，Ｓ４４がともに入力信号Ｖｉ側に切り替えられているときには０ｄＢ（等倍）、スイッチＳ４２が接地側に切り替えられスイッチＳ４４が入力信号Ｖｉ側に切り替えられているときには６ｄＢ（２倍）、スイッチＳ４２が入力信号Ｖｉ側に切り替えられスイッチＳ４４が接地側に切り替えられているときには９．５４ｄＢ（３倍）、スイッチＳ４２，Ｓ４４がともに接地側に切り替えられているときには１２ｄＢ（４倍）というように、６ｄＢステップでゲインを可変できるようになっている。

こうすることにより、ゲインコントロールアンプ１の帰還量βは、電圧源は接地と考えられるので、スイッチＳ４２，Ｓ４４がどちらを選択していても、式（２）で示すように１／４となり、常に一定となる。

よって、非反転型とした第２実施形態のゲインコントロールアンプ１においても、第１実施形態で示した反転型と同様に、ＡＣ特性は変化しないので、全てのゲインで同じ周波数特性を得ることができ、全てのゲインでＡＣ特性が変化しないようにゲイン制御を行なうことができる。位相補償などを切り替えていないので、シンプルな回路であり、帯域を延ばすこともできる。

また、オフセットや温度ドリフトなどのＤＣ特性についても、オペアンプ１０に電圧帰還型アンプを使用しても全てのゲインで同じ周波数特性を得ることができるので、入力換算オフセットＶｏｆｆを小さくでき、全てのゲインでＤＣ特性が変化せず、かつ全ゲインで直流オフセットを小さく維持して、ゲイン制御を行なうことができる。ゲインを変化させても出力オフセットが変化しないので、オフセット調整を簡素化できる。

なお、第１実施形態で示した反転型の構成の場合には減衰させる方向にもゲインを可変できるのに対して、この第２実施形態で示した非反転型の構成とした場合、減衰させる方向にはゲインを可変できないが、増幅する用途には問題なく使用することができる。

また、電源電圧と入力ダイナミックレンジとの関係では、増幅部として使用するオペアンプ１０の構成にもよるが、概ね、非反転型の構成の場合は入力ダイナミックレンジを稼ぎ難く、反転型の構成の方が入力ダイナミックレンジを広く確保できる。

また、電流オフセットとゲイン設定用のスイッチ切替えとの関係では、先にも述べたように、反転型の構成ではスイッチ切替えの影響を殆ど受けないのに対して、非反転型の構成ではスイッチ切替えの影響を受ける。

これらの点では、電流オフセットの影響を受けずまた低電圧動作をさせる用途としては、反転型の構成の方が、設計がし易いといえる。

なお、この第２実施形態では、ゲインコントロール回路４０として、２つの抵抗素子の並列回路でゲイン設定するとともに、スイッチ切替えなしの抵抗素子を設けずに、それぞれをスイッチ切替えすることで、ゲインを段階的に変更する構成としていたが、少なくとも２段階のゲイン設定ができればよく、その限りにおいて、ゲインコントロール回路４０内の抵抗素子とスイッチとの組合せは任意である。たとえば、スイッチ切替えなしの抵抗素子を１つとスイッチ切替えありの抵抗素子を１つもしくは複数の組にして並列に配置してもよい。

以上説明したように、本実施形態のゲインコントロールアンプによれば、反転型であるのか非反転型であるのかを問わず、ゲイン設定素子の一例である抵抗素子の組合せを切り替えてゲインを切り替える際に、ゲイン切替用のスイッチをオープンにするのではなく、非反転入力端子（＋）と同電位の点（基準電位）に接続することで、電圧帰還型オペアンプを使用しても、利得の変化に関わらず一定の周波数特性や直流特性を得る、すなわち全てのゲインでＡＣ特性やＤＣ特性が変化しないゲインコントロールアンプを実現できる。

よって、たとえば、光ディスクのサーボ系に使用するゲインコントロールアンプのように、ＤＣ特性も重要な用途に、上記実施形態で示したゲインコントロールアンプ１の使用が好適である。

＜第３実施形態；自動制御装置への適用＞
図３は、本発明に係る利得制御増幅回路を自動制御装置へ適用した事例を示すブロック図である。ここでは、上記第１や第２実施形態で示したゲインコントロールアンプ１を含んで構成された自動制御装置を、光ディスクシステムにおけるサーボエラー信号演算部に搭載した事例で示す。

記録および／または再生に供される媒体の一例である光ディスクＰＤ（Photo Disc）に対してデータの記録あるいは再生を行なう形態とするため、記録再生装置の一例である本実施形態の光ディスクシステム３は、次のような構成となっている。

すなわち光ディスクシステム３は、たとえば音楽などの再生すべき情報が記録された光ディスク（たとえば音楽用ＣＤ）ＰＤを回転させるスピンドルモータ６０と、スピンドルモータ６０を駆動するモータドライバ６２と、光ディスクＰＤの情報を読み取ったりあるいは情報を記録したりするための光ピックアップ６４と、光ピックアップ６４により読み取られたＲＦ信号（再生ＲＦ信号）を処理する演算処理回路６６と、光ディスクＰＤを回転させるとともに、この回転における動作状態を示す信号を取得して回転動作を制御する回転制御部の一例である回転サーボ部７０とを備える。

また、光ディスクシステム３は、図示しないベースバンド処理部から入力される記録情報を、光ディスクＰＤに書込可能なデータに変換する記録処理回路８２と、光ピックアップ６４で再生され演算処理回路６６で処理されたデータに基づき再生情報を取得してベースバンド処理部に渡す再生処理回路８４とを備えている。

なお、記録処理回路８２には、情報を光ディスクＰＤに記録するためのレーザ光の記録電流を制御（オンオフ）するレーザドライバと、レーザ光源（光ピックアップ６４内にある）から発せられるレーザ光の光出力（光強度；レーザパワー）を一定値に保持するためのＡＰＣ（Auto Power Control）制御回路なども含む。

また、再生処理回路８４には、光ディスクＰＤから記録データを読み出すためのレーザ光源（光ピックアップ６４内にある）から発せられるレーザ光の光出力（光強度；レーザパワー）を制御するＡＰＣ制御回路なども含む。

ＡＰＣ制御回路は、光ディスクＰＤへの付加情報記録時におけるレーザ光の光出力（光強度）をフォトダイオードなどによりモニタリングして光出力（光強度）を一定値に保持させることで、記録パワー値の精密な制御を実現する。これにより、安定した記録特性を保つことができる。

レーザドライバは、ＡＰＣ制御回路からの情報に基づいてレーザ光源（たとえば半導体レーザなど）に所定電流を流しつつ、記録処理回路８２により生成された記録データに基づいて図示しない光変調器を制御することにより、光ディスクＰＤに照射されるレーザ光（一定の光強度）をオンオフさせる。

光ディスクＰＤは、チャッキング６１によりスピンドルモータ６０の回転軸６０ａに固定されるようになっている。スピンドルモータ６０は、モータドライバ６２と回転サーボ部７０とによって線速度が一定になるように制御される。その線速度はモータドライバ６２と回転サーボ部７０によって段階的に変更が可能である。

光ピックアップ６４は、図示しない公知の半導体レーザ、光学系、フォーカスアクチュエータ、トラックアクチュエータ、受光素子、およびポジションセンサなどを内蔵しており、光ディスクＰＤの記録面にレーザ光を照射するように構成されている。

この光ピックアップ６４の半導体レーザは、図示しないレーザドライバにより駆動されるようになされており、このレーザドライバの駆動によって、データ再生時には所定の再生パワーの光ビームを出射し、付加情報の記録時には所定の記録パワーの光ビームを出射する。また、この光ピックアップ６４は、図示しないシークモータ（スライドモータ）によってスレッジ（半径）方向に移動可能に構成されている。

これらのフォーカスアクチュエータ、トラックアクチュエータ、シークモータは、受光素子やポジションセンサから得られた信号に基づいてモータドライバ６２と回転サーボ部７０によってレーザ光のレーザスポットを光ディスクＰＤ上の目的の場所（データ記録位置やデータ再生位置）に位置するように制御される。

演算処理回路６６は、光ピックアップ６４により読み取られたＲＦ信号（再生ＲＦ信号）を整形する波形整形回路や、波形整形回路により波形整形された再生ＲＦ信号から回転同期用の信号を抽出する同期信号検出回路や、同期信号検出回路を経由した再生ＲＦ信号に含まれている変調信号（たとえばＥＦＭ；Eight to Fourteen Modulation）を復調し、デインタリーブやエラー訂正処理などの種々のデジタル信号処理をするデジタル信号処理回路を備える。

回転サーボ部７０は、上記実施形態で説明したゲインコントロールアンプ１と同様の構成を持つ自動制御装置の一例としてのゲインコントロール回路７５と、ゲインコントロール回路７５の出力に現れるオフセット成分を補正するオフセット調整回路７６と、光ディスクＰＤの回転やフォーカスなどを制御する制御回路７８とを備えている。

制御回路７８は、光ディスクＰＤの回転スピードを大まかに制御するラフサーボ回路、光ディスクＰＤの回転スピードが所定速度となるように回転スピードを制御する速度（スピード）サーボ回路、再生データの位相と基準信号の位相と合わせる位相（フェーズ）サーボ回路、および各サーボ回路の各出力を切り替えてモータドライバ６２に出力するセレクタ、あるいは光ピックアップ６４から発せられる光ビームを適切に光ディスクＰＤ面で集光させるフォーカスサーボ回路などを有する。

このような構成において、ゲインコントロール回路７５に上記実施形態で示したゲインコントロールアンプ１を使用すると、全てのゲインでＡＣ特性やＤＣ特性が変化しないゲインコントロールアンプを実現でき、あるゲインでオフセット調整回路７６によりゲインコントロール回路７５の出力オフセットを１回調整すれば、その後ゲインを変更しても出力オフセットが変動しないシステムを構築できる。

以上、本発明を実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

また、上記の実施形態は、クレーム（請求項）にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組合せにより種々の発明を抽出できる。実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

たとえば、上記第３実施形態では、第１や第２実施形態で示したゲインコントロールアンプ１を、光ディスクシステムの回転サーボ系におけるサーボエラー信号演算部に搭載した事例で示したが、第１や第２実施形態で示したゲインコントロールアンプ１の適用範囲は、サーボ系に限定されるものではない。

また、適用対象の装置は、光ディスクシステムに限定されず、増幅率を変更可能なゲインコントロールアンプ（利得制御増幅回路や利得可変増幅器）を使用する電子回路を用いた種々の装置に適用可能である。特に、周波数特性（ＡＣ特性）だけでなく、オフセットや温度ドリフトといったＤＣ特性も重視される装置への適用に好適である。

たとえば、データの再生や記録時においては、モードによって光ディスクに対して照射される光強度（前例ではレーザパワー）が異なるため、それぞれ光ピックアップ６４より出力される信号レベルが異なる。そこで、再生や記録のモードに対応する信号に基づき記録処理回路８２や再生処理回路８４に設けられるＡＰＣ制御回路のアンプゲインを決定する。

また、データの再生や記録時においては、モードだけでなく、光ディスクの種類によっても光ディスクに対して照射される光強度（前例ではレーザパワー）が異なる。よって、光ディスクの種類に応じて最適なゲインに切り替える構成として、光ディスクの種類を示す情報に基づき記録処理回路８２や再生処理回路８４に設けられるＡＰＣ制御回路のアンプゲインを決定する。

何れの場合も、ＡＰＣ制御回路を、上記第１あるいは第２実施形態で示したゲインコントロールアンプ１を利用して構成することで、モードや光ディスクの種類によらず、記録あるいは再生に対して、さらには使用する光ディスクに対して、最適なゲインに切り替えることができるとともに、そのゲイン変化の影響を受けることなく、周波数特性（すなわちＡＣ特性）やＤＣ特性を不変とすることができる。

また、上記各実施形態では、増幅部として電圧帰還型のオペアンプを用いていたが、増幅部は、オペアンプに限定されず、トランジスタやその他の個々の増幅部を用いて帰還型の増幅部を構成してもよい。オペアンプを用いるとコンパクトに回路を構成することができる。

なお、電圧帰還型の構成としたのはＡＣ特性だけでなくＤＣ特性もゲイン切替えの影響を受けないように考慮したものであり、ＤＣ特性に関してゲイン切替えの影響を気にする必要のない用途の場合には、電流帰還型の構成としてもよい。

また、上記各実施形態では、ゲイン設定素子として抵抗素子を用いていたが、ゲイン設定素子は、抵抗素子に限定されず、コンデンサ（容量素子）やその他の部材を用いて構成してもよい。なお、この場合、帰還抵抗に関しても、ゲイン設定素子と同様の部材に変更すればよい。

本発明に係る利得制御増幅回路の第１実施形態であるゲインコントロールアンプの回路図である。 本発明に係る利得制御増幅回路の第２実施形態であるゲインコントロールアンプの回路図である。 本発明に係る利得制御増幅回路を自動制御装置へ適用した事例を示すブロック図である。 ゲインコントロール回路を備えたゲインコントロールアンプの一構成例を示す回路図である。 図４に示すゲインコントロールアンプの周波数特性を説明する図である。

符号の説明

１…ゲインコントロールアンプ（利得制御増幅回路の一例）、３…光ディスクシステム（記録再生装置の一例）、１０…オペアンプ（増幅部の一例）、２０…ゲインコントロール回路、２２，２４，２６，２８，４２，４４…抵抗素子（利得設定素子の一例）、３０…帰還抵抗、４０…ゲインコントロール回路、６０…スピンドルモータ、６２…モータドライバ、６４…光ピックアップ、６６…演算処理回路、７０…回転サーボ部、７５…ゲインコントロール回路、７６…オフセット調整回路、７８…制御回路、８２…記録処理回路、８４…再生処理回路、Ｓ２４，Ｓ２６，Ｓ２８，Ｓ４２，Ｓ４４…スイッチ（切替部の一例）

Claims (8)

1. 入力信号の利得を切替制御して出力する帰還型の利得制御増幅回路であって、
   入力された前記入力信号を増幅して出力する増幅部と、
   前記増幅部の反転入力部と出力部との間に接続された帰還部と、
   前記入力信号が入力される前記増幅部の入力側に設けられた、前記利得を切替制御するとともに前記利得の切替えに関わらず前記帰還部との間での帰還量を一定に維持する利得制御部と
   を備えたことを特徴とする利得制御増幅回路。
2. 前記増幅部は、入力側に、反転入力端子と非反転入力端子とを備えた演算増幅回路を有して構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の利得制御増幅回路。
3. 前記増幅部は、電圧帰還回路で構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の利得制御増幅回路。
4. 前記利得制御部は、
   利得を設定するための利得設定素子と、
   前記利得設定素子の接続状態を、前記入力信号を受け取る側および前記増幅部の動作における基準動作点の何れか一方に切り替える切替部と
   を有することを特徴とする請求項１に記載の利得制御増幅回路。
5. 前記利得制御部は、
   前記入力信号を受け取る側である入力端と前記増幅部の信号入力部と接続される側である出力端との間に、前記切替部が前記入力端側となり、前記利得設定素子が前記出力端側となるように縦続配置され、
   前記切替部は、前記利得設定素子の前記入力端側を、前記入力端および前記増幅部の動作における基準動作点の何れか一方に切替可能に構成されている
   ことを特徴とする請求項４に記載の利得制御増幅回路。
6. 全体として、反転増幅回路として構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の利得制御増幅回路。
7. 記録および／または再生に供される媒体に対して、データを記録あるいは再生する記録再生装置であって、
   前記媒体を回転させるとともに、この回転における動作状態を示す信号を取得して前記回転の動作を制御する回転サーボ回路を備え、
   前記回転サーボ部は、前記動作状態を示す信号の利得を切替制御して出力する帰還型の利得制御増幅回路として、
   入力された前記動作状態を示す信号を増幅して出力する増幅部と、
   前記増幅部の反転入力部と出力部との間に接続された帰還部と、
   前記動作状態を示す信号が入力される前記増幅部の入力側に設けられた、前記利得を切替制御するとともに前記利得の切替えに関わらず前記帰還部との間での帰還量を一定に維持する利得制御部と
   を有することを特徴とする記録再生装置。
8. 記録および／または再生に供される媒体に対して、データを記録あるいは再生する記録再生装置であって、
   前記記録あるいは再生の信号を増幅する機能部として、
   入力された前記記録あるいは再生の信号を増幅して出力する増幅部と、
   前記増幅部の反転入力部と出力部との間に接続された帰還部と、
   前記記録あるいは再生の信号が入力される前記増幅部の入力側に設けられた、前記利得を切替制御するとともに前記利得の切替えに関わらず前記帰還部との間での帰還量を一定に維持する利得制御部と
   を有することを特徴とする記録再生装置。
   

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