JP2008028789A

JP2008028789A - 信号端子装置

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Publication number: JP2008028789A
Application number: JP2006200274A
Authority: JP
Inventors: Taiji Hamamoto; 泰治濱本; Takeshi Shibata; 健柴田; Noriaki Yusa; 典明遊佐
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2006-07-24
Filing date: 2006-07-24
Publication date: 2008-02-07

Abstract

【課題】電子機器内の既存の電源を利用し、また、汎用の半導体スイッチを用いた簡単な回路構成で、信号端子から出力される音声信号に影響を与えることなく、他の信号の入出力に兼用することが可能な信号端子装置を提供する。
【解決手段】信号端子１０ａ，１０ｂに音声信号を出力する第１のスイッチ手段１３ａ，１３ｂと、第１のスイッチ手段１３ａ，１３ｂを制御する第２のスイッチ手段１４と、信号端子１０ａ，１０ｂに情報信号を入出力するための接続に切替える第３のスイッチ手段１５とを備え、前記の各スイッチ手段の基底電位をマイナス電圧とするマイナス電圧生成手段１６を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、テレビジョン、パソコン等の電子機器において、音声信号を出力する信号端子装置に関する。

近年、情報通信の進展で、テレビジョン放送のデジタル化、パソコンを用いたテレビ映像の受信、その他携帯電話を用いた情報の送受信等、その使用形態や機能が多様化している。このため使用端子の種類や数も多くなるが、電子機器の小型化、軽量化、省電源等が要望されていて、使用端子の数の増設には制限を受けることとなる。使用端子の共用化と言うことでは、一般的にはＵＳＢ端子を用いる形態が多くなっている。しかし、音声信号を出力するための信号端子（例えば、イヤホーン端子）は、通常、テレビジョン、パソコン等の表示装置を有する電子機器で標準部品として必ず搭載されているが、常時使用するというものでもない。このため、音声信号を出力するための信号端子は、情報の多様化から他の情報信号の入出力に兼用することが検討されている。

従来においても、電子機器に設けられたジャック端子を他の信号の送受信に兼用させることが提案されている。例えば、特許文献１には、アナログ信号処理機器に接続するためのアナログ信号用の端子と、デジタル信号処理機器を接続するためのデジタル信号用の端子を備えた信号出力装置で、アナログ信号用の端子とデジタル信号用の端子とを、１つのジャック端子で兼用することが開示されている。この信号出力装置では、主回路から出力されるアナログ信号又はデジタル信号をマルチプレクサにより切替えて、何れかの信号をジャック端子に送出するようにしている。

また、特許文献２には、携帯電話等の携帯情報端末装置において、音声の入出力を行うジャック端子を、デジタルカメラの接続に兼用することが開示されている。この特許文献２では、携帯電話の側面にイヤホーンマイク端子を有し、デジタルカメラ側の本体部に、イヤホーンマイク端子に接続することができる画像データを転送するためのプラグを設けている。この、プラグをイヤホーンマイク端子に差込むことにより、機械的及び電気的に接続して、画像データの送受信が行えるようにしている。
特開２０００−２８４８７０号公報特開２００２−５０９７８号公報

ジャック端子等のある信号端子を、異なる信号の入出力に用いることは、上記の特許文献１，２にも開示のように種々の方法がある。しかしながら、従来技術は、シリアル通信を行うトランシーバを用いたり、信号端子への信号接続を切替えるためのリレー回路を必要とするため、電子機器が大型化することやコストが増加するという問題があった。また、イヤホーン端子は、一般に微小な音声信号をイヤホーンやヘッドホーンで聴取するが、音声信号は接地電位を基準電位とする交流波形信号であるので、この音声信号の切替えにＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチを用いると、マイナス側の音声信号がカットされてしまう。このため、イヤホーン端子を他の信号の入出力端子として利用するには、特別な電源や回路が複雑になるなどの問題があった。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、電子機器内の既存の電源を利用し、また、汎用の半導体スイッチを用いた簡単な回路構成で、信号端子から出力される音声信号に影響を与えることなく、他の信号の入出力に兼用することが可能な信号端子装置の提供を目的とする。

本発明による信号端子装置は、信号端子に音声信号を出力する第１のスイッチ手段と、第１のスイッチ手段を制御する第２のスイッチ手段と、信号端子に情報信号を入出力するための接続に切替える第３のスイッチ手段とを備え、前記の各スイッチ手段の基底電位をマイナス電圧とするマイナス電圧生成手段を有することを特徴とする。

前記の信号端子は、イヤホーン端子で、さらにはステレオ端子とすることができる。また、前記の情報信号をシリアル信号とし、クロック信号とデータ信号を用いることができる。前記の第１〜第３のスイッチ手段の少なくとも１つのスイッチ手段は、半導体スイッチで構成するのが好ましい。
なお、前記のマイナス電圧は、前記音声信号の振幅より大きい直流マイナス電圧値とするのが望ましい。また、音声信号の出力と前記情報信号の入出力との切替えは、電子機器内の制御信号により行うことができ、マイナス電源は、電子機器内の電源とパルス信号を使用して生成することができる。

本発明によれば、電子機器内の既設の電源とパルス信号により簡単な回路構成でマイナス電源を生成することができ、このマイナス電源のマイナス電圧を信号ラインを切替えるスイッチ手段の基底電位とすることにより音声信号に影響を与えることなくオン・オフすることができる。この結果、スイッチ手段に汎用の半導体スイッチを用いることができ、音声信号用の出力端子をデジタルデータ等の情報信号の入出力端子として兼用するための構成を、比較的簡単で安価に実現することが可能となる。

図により本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明における信号ライン切替回路の概略を説明する図、図２〜図３Ｆは本発明におけるマイナス電源生成装置の概略を説明する図である。図中、１０は端子部、１０ａ，１０ｂは信号端子、１０ｃはアース端子、１１ａ，１１ｂは音声信号線、１２ａ，１２ｂは情報信号線、１３ａ，１３ｂは第１のスイッチ手段（ＭＯＳＦＥＴ）、１４は第２のスイッチ手段（ＭＯＳＦＥＴ）、１５は第３のスイッチ手段、１６はマイナス電源生成装置、１７はＮＯＴ回路、１８ａ，１８ｂはコンデンサ、１９ａ〜２４は抵抗を示す。

図１の信号ライン切替回路において、本発明における端子部１０は、例えば、ジャック形のイヤホーン端子（ヘッドホーン端子という場合もある）を用いて構成することができる。この端子部１０は、例えば、２つの信号端子１０ａ，１０ｂ（ステレオ用のＲ端子とＬ端子）と、アース端子１０ｃを有している。この２つの信号端子１０ａ，１０ｂには、後述する第１のスイッチ手段１３ａ，１３ｂを介して、音声信号を伝送する音声信号線１１ａ，１１ｂが接続される。この第１のスイッチ手段１３ａ，１３ｂは、第２のスイッチ手段１４のオン・オフによって制御される。

また、信号端子１０ａ，１０ｂは、音声信号に対しては出力端子としての機能を有するが、後述する第３のスイッチ手段１５により切替えられて音声信号とは異なる情報信号用の信号端子として使用することができる。情報信号用の信号端子に切替えられると、情報信号に対しては双方向伝送が可能で、出力端子であると共に入力端子としての機能を有する。情報信号の伝送は、例えば、シリアル信号による伝送が望ましく、信号端子がステレオ用に２端子を備えている場合は、一方の信号端子を入力用、他方の信号端子を出力用とし、双方向通信に用いることができる。また、情報信号が入力又は出力の何れか一方であるような場合は、一方の信号端子をデータ信号用とし、他方の信号端子をクロック信号用とする使用形態とすることもできる。

本発明においては、電子機器に搭載される１つの端子部１０で、音声信号線１１ａ，１１ｂからの音声信号の出力と情報信号線１２ａ，１２ｂによる情報信号の入出力の両方を行わせるようにすることにある。これには、信号端子１０ａ，１０ｂに対して、音声信号線１１ａ，１１ｂ又は情報信号線１２ａ，１２ｂとの信号ラインを切替える必要がある。この信号ラインの切替えには、例えば、第１のスイッチ手段１３ａ，１３ｂ及び第２のスイッチ手段１４と、第３のスイッチ手段１５並びにマイナス電源生成装置１６で生成されたマイナス電位（−Ｖｄｃ）を用いて実施することができる。

なお、各スイッチ手段には、汎用の安価なＭＯＳＦＥＴ等（例えば、ＮチャネルＭＯＳ形電界効果トランジスタ）の半導体素子を用いた半導体スイッチを用いることができる。また、第３のスイッチ手段１５には、電磁リレー等の機械接点を有するものを用いることもできるが、パワーＭＯＳトランジスタ等を用いた半導体リレーを用いるのが望ましい。

信号端子１０ａ，１０ｂに接続される音声信号線１１ａ，１１ｂには、コンデンサ１８ａ，１８ｂと抵抗１９ａ，１９ｂからなるＣＲ回路が接続され、直流分をカットとした交流波形の音声信号が伝送される。また、音声信号線１１ａ，１１ｂには、インピーダンス整合のための抵抗２０ａ，２０ｂ等が接続されている。この音声信号線１１ａ，１１ｂは、第１のスイッチ手段１３ａ，１３ｂ（以下、ＭＯＳＦＥＴ１３ａ，１３ｂという）のソース電極に接続し、ＭＯＳＦＥＴ１３ａ，１３ｂのドレイン電極を信号端子１０ａ，１０ｂに接続する。なお、ＭＯＳＦＥＴ１３ａ，１３ｂは、マイナス電位を基底値として駆動されるように設定される。また、ＭＯＳＦＥＴ１３ａ，１３ｂのゲート電極は、抵抗２４を介してバイアス電源（＋Ｖｃｃ）及び第３のスイッチ手段１５のｃ２端子に接続すると共に、第２のスイッチ手段１４に接続する。

情報信号が伝送される情報信号線１２ａ，１２ｂは、第３のスイッチ手段１５のｂ１，ｂ２スイッチ接点を介して、信号端子１０ａ，１０ｂに接続される。なお、この情報信号線１２ａ，１２ｂは、その情報信号の電位変動を抑制するための抵抗２１ａ，２１ｂ並びに２２ａ，２２ｂ等が接地接続されている。情報信号線１２ａ，１２ｂに接続された第３のスイッチ手段１５のｂ１，ｂ２スイッチ接点は、電子機器内に搭載されているマイコン等の制御部（図示せず）から送出される制御信号（例えば、Ｈｉｇｈ，Ｌｏｗ）によりオン・オフされる。

マイコンの制御部からの制御信号がロー（Ｌｏｗ）信号のときは、次段のＮＯＴ回路１７の出力がアクティブのハイ（Ｈｉｇｈ）出力となり、例えば、第３のスイッチ手段１５のａ１及びａ２端子に、ハイ（Ｈｉｇｈ）信号が印加されることにより、ｂ１，ｂ２スイッチ接点が閉（オン）じられる。また、このハイ（Ｈｉｇｈ）信号は、第２のスイッチ手段１４（以下、ＭＯＳＦＥＴ１４という）のゲート電極にも印加されてＭＯＳＦＥＴ１４が駆動され、これによりＭＯＳＦＥＴ１３ａ，１３ｂのベース電極がマイナス電位となる。この結果、ＭＯＳＦＥＴ１３ａ，１３ｂがオフとなって、音声信号線１１ａ，１１ｂが切断される。

他方、マイコンの制御部からの制御信号がハイ（Ｈｉｇｈ）信号のときは、ＮＯＴ回路１７の出力がロー（Ｌｏｗ）出力となり、第３のスイッチ手段１５のａ１及びａ２端子に、ロー（Ｌｏｗ）信号が印加されることにより、ｂ１，ｂ２スイッチ接点が開（オフ）かれる。また、このロー（Ｌｏｗ）信号は、ＭＯＳＦＥＴ１４のゲート電極にも印加されて、ＭＯＳＦＥＴ１４が非駆動となり、これによりＭＯＳＦＥＴ１３ａ，１３ｂがオンとなって、音声信号線１１ａ，１１ｂが信号端子１０ａ，１０ｂに接続される。
さらに、ＮＯＴ回路１７の出力側には、抵抗２３を介して後述するマイナス電源（−Ｖｄｃ）に接続される。そして、ＭＯＳＦＥＴ１４のソース電極には、前記のマイナス電源が接続され、信号ライン切替のための基準電圧としてマイナス電位が用いられる。

次に、以上のように構成された信号端子装置を備えた電子機器の動作状態を説明する。まず、端子部１０は、音声信号線１１ａ，１１ｂからの音声信号を、イヤホーンあるいはヘッドホーンにて聴取することを選択したとする。この場合、マイコンの制御部からの制御信号としてはハイ信号が送出され、第３のスイッチ手段１５のｂ１，ｂ２スイッチ接点が開かれてオフの状態となる。このため、情報信号線１２ａ，１２ｂは、信号端子１０ａ，１０ｂに接続されないオフの状態となり、情報信号の伝送は行われない。

他方、ＭＯＳＦＥＴ１４のゲート電極には、ＮＯＴ回路１７によりロー信号が印加されて、ＭＯＳＦＥＴ１４のソース−ドレイン電極間は導通されず、非駆動の状態なる。この結果、ＭＯＳＦＥＴ１３ａ，１３ｂのゲート電極には、抵抗２４を介して＋Ｖｃｃの電位が加わり、ＭＯＳＦＥＴ１３ａ，１３ｂのソース−ドレイン電極間は、導通された状態となる。したがって、音声信号線１１ａ，１１ｂは、信号端子１０ａ，１０ｂに接続された状態となって、端子部１０からは、音声信号が出力される。

ここで、端子部１０を用いて、電子機器と外部機器との間で情報信号を入出力することを選択するとする。この場合、マイコンの制御部からの制御信号としてロー信号が送出され、第３のスイッチ手段１５のｂ１，ｂ２スイッチ接点が閉じられてオンの状態となる。この結果、情報信号線１２ａ，１２ｂは、信号端子１０ａ，１０ｂに接続されて情報信号の入出力が可能となる。

マイコンの制御部から制御信号として、ロー信号が送出されたことで、ＭＯＳＦＥＴ１４のゲート電極にＮＯＴ回路１７の出力のハイ信号が印加され、ＭＯＳＦＥＴ１４のソース−ドレイン電極間が導通状態となる。この結果、ＭＯＳＦＥＴ１３ａ，１３ｂのゲート電極には、マイナス電源生成装置１６のマイナス電位（−Ｖｄｃ）が付与される。この結果、ＭＯＳＦＥＴ１３ａ，１３ｂのソース−ドレイン電極間の導通はオフとなり、音声信号線１１ａ，１１ｂは信号端子１０ａ，１０ｂから切り離され、情報信号線１２ａ，１２ｂのみが接続された状態となる。

なお、音声信号線１１ａ，１１ｂ上の音声信号は、通常、接地電位を基準にプラスマイナスに振れる交流波形信号である。このため、ＭＯＳＦＥＴ１３ａ，１３ｂの基底値が接地電位（０Ｖ）とされている場合は、マイナス側に振れる音声信号分はカットされ、信号出力としては１／２となってしまう。しかし、本発明のように、ＭＯＳＦＥＴ１３ａ，１３ｂの駆動の基底値をマイナス電位（−Ｖｄｃ）に設定することにより、音声信号のマイナス側に振れる信号分も通過させ、信号端子１０ａ，１０ｂから音声信号を減じることなく出力させることができる。

音声信号を遮断するＭＯＳＦＥＴ１３ａ，１３ｂのゲート電極には、音声信号のマイナス側の振幅を超える値の直流マイナス電位（例えば、−５Ｖ前後）を付与することが望ましい。この結果、音声信号の通過をオン・オフするスイッチ手段に、ＭＯＳＦＥＴを用いても、音声信号に全く影響を与えないように出力させることができる。また、このマイナス電源は、ＭＯＳＦＥＴ１３ａ，１３ｂのオン・オフを制御する第２のスイッチ手段であるＭＯＳＦＥＴ１４、及び第３のスイッチ手段１５の基準電位としても利用される。

また、上記のマイナス電源は、電子機器内にもともと存在する電源を利用して作成することができる。図２により、本発明におけるマイナス電源生成装置の一例を説明する。なお、図３Ａ〜図３Ｆはマイナス電源生成の生成過程を示す図である。図中、３０は半導体スイッチ素子、３１，３２，３４は抵抗、３３はトランジスタ素子、３５，３８はコンデンサ、３６，３７は整流素子を示す。

本発明におけるマイナス電源生成装置１６は、電子機器内の基準電源（例えば、１０〜１２Ｖ位）と、ＤＣ−ＤＣコンバータ等により生成されるパルス電圧（例えば、５Ｖ程度）を利用することができる。マイナス電源生成装置１６の回路構成としては、例えば、バイアス電源（Ｖｃｃ）が印加されるＭＯＳＦＥＴを用いた半導体スイッチ素子３０に抵抗３１と３２を直列接続した直列回路と、抵抗３１と３２の分岐点の電圧を入力電圧とし、バイアス電源Ｖｃｃが印加されるバッファ用のトランジスタ素子３３と抵抗３４の直列回路と、直流電圧分をカットするコンデンサ３５、整流素子３６と３７及び平滑コンデンサ３８から成る整流回路により構成することができる。

上記のマイナス電圧の生成状態を、図３Ａ〜図３Ｆにより説明すると、ＭＯＳＦＥＴ３０のゲート電極に（Ａ）点で、図３Ａに示すようなパルス電圧を印加する。このパルス電圧の所定値以上の電圧値で、ＭＯＳＦＥＴ３０のソース−ドレイン電極間が導通され、その直列回路の接続点（Ｂ）に、図３Ｂに示すようなパルス電圧が生成される。このパルス電圧は、抵抗３１と３２により分圧され、その接続点（Ｃ）で図３Ｃで示すような高い電圧と低い電圧が交互に連続する直流分を含むパルス状の電圧が生じる。

図３Ｃに示すパルス状の電圧は、バッファ機能を有するトランジスタ素子３３のベース電極に入力され、バイアス電源に接続されたコレクタとエミッタ電極間にコレクタ電流が流れる。この結果、直列接続された抵抗３４に電圧降下が生じ、その接続点（Ｄ）に図３Ｄに示す高い電圧と低い電圧が交互に連続する直流分を含むパルス状の電圧が生じる。

図３Ｄに示す直流分を含むパルス状の電圧は、コンデンサ３５に入力されて直流成分がカットされ、その出力点（Ｅ）に、図３Ｅに示すようなマイナス側にパルス状に振れる電圧が生成される。この図３Ｅに示す電圧は、一対の整流素子３６と３７により、マイナス側に全波整流され、次いで、平滑コンデンサ３８により平滑された一定のマイナス電圧が得られる。この結果、出力点（Ｆ）には、図３Ｆに示すような一定のマイナス電圧（−Ｖｄｃ）をもつマイナス電源が生成される。

上述した信号ライン切替回路及びマイナス電源生成装置は、電子機器内に標準として配されている通常の基準電圧源とパルス電圧を利用し、これに市販のＭＯＳＦＥＴや半導体リレー、トランジスタ素子と、これにコンデンサ、ダイオード素子、抵抗素子等を組み合わせるだけで、比較的安価に構成することができる。また、これらは、半導体素子や回路素子を集積回路化したものを用いることができるので、構成の追加によるスペースをあまり必要とせず、大型化するのを抑制することができる。

本発明における信号ライン切替回路の概略を説明する図である。本発明におけるマイナス電源生成装置の概略を説明する図である。図２の（Ａ）点の電位を示す図である。図２の（Ｂ）点の電位を示す図である。図２の（Ｃ）点の電位を示す図である。図２の（Ｄ）点の電位を示す図である。図２の（Ｅ）点の電位を示す図である。図２の（Ｆ）点の電位を示す図である。

符号の説明

１０…端子部、１０ａ，１０ｂ…信号端子、１０ｃ…アース端子、１１ａ，１１ｂ…音声信号線、１２ａ，１２ｂ…情報信号線、１３ａ，１３ｂ…第１のスイッチ手段（ＭＯＳＦＥＴ）、１４…第２のスイッチ手段（ＭＯＳＦＥＴ）、１５…第３のスイッチ手段、１６…マイナス電源生成装置、１７…ＮＯＴ回路、１８ａ，１８ｂ，３５，３８…コンデンサ、１９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３，２４，３１，３２，３４…抵抗、３０…半導体スイッチ素子（ＭＯＳＦＥＴ）、３３…トランジスタ素子、３６，３７…整流素子。

Claims

信号端子に音声信号を出力する第１のスイッチ手段と、該第１のスイッチ手段を制御する第２のスイッチ手段と、前記信号端子に情報信号を入出力するための接続に切替える第３のスイッチ手段とを備え、前記各スイッチ手段の基底電位をマイナス電圧とするマイナス電圧生成手段を有することを特徴とする信号端子装置。
前記信号端子は、イヤホーン端子であることを特徴とする請求項１に記載の信号端子装置。
前記イヤホーン端子は、ステレオ端子であることを特徴とする請求項２項に記載の信号端子装置。
前記情報信号は、シリアル信号であることを特徴とする請求項１に記載の信号出力装置。
前記情報信号は、クロック信号とデータ信号からなることを特徴とする請求項１に記載の信号端子装置。
前記第１〜第３のスイッチ手段の少なくとも１つのスイッチ手段は、半導体スイッチで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の信号端子装置。
前記マイナス電圧は、前記音声信号の振幅より大きい直流マイナス電圧値であることを特徴とする請求項１に記載の信号端子装置。
前記音声信号の出力と前記情報信号の入出力との切替えは、電子機器内の制御信号により行うことを特徴とする請求項１に記載の信号端子装置。
前記マイナス電源は、電子機器内の電源とパルス信号を使用して生成されることを特徴とする請求項１に記載の信号端子装置。