JP2008205725A - アンプ及びオフセット電圧補正回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 オフセット電圧の温度ドリフトを補正するオフセット電圧補正回路及びこれを備えたアンプを提供する。
【解決手段】 信号を増幅する増幅部と、増幅部を駆動するドライバ部と、を備えたアンプは、さらに、環境温度をセンサする温度センサ部３０と、環境温度に応じた出力オフセット電圧の変動量に対応する補正データを保持する記憶部３２と、温度センサ部３０がセンサした環境温度に対応する補正データを記憶部３２から読み出して、増幅部の増幅における出力オフセット電圧を補正するようドライバ部に出力する制御部３４と、を備えた補正部２２を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、出力オフセット電圧のいわゆる温度ドリフトを補正するための技術に関する。

従来の出力オフセット電圧の低減方法は、帰還技術によるものが広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。

特開平６一２１８３３号公報

デジタルアンプと称される、音声信号をパルスに変換し、増幅後に低域通過フィルタ（Low Pass Filter：ＬＰＦ）で高調波成分を取り除いて復調する増幅装置は、２つに大別可能である。１つは帰還によって特性を補正する帰還型増幅回路である。もう一つは、帰還を施さずにパルスに変調する際に、発生する歪成分（特に大電流を扱う出力段における歪み成分）を想定して変換アルゴリズムで歪やノイズを補正する無帰還増幅回路である。

しかし、特に、入力信号がＰＣＭ（Pulse Code Modulation）方式に代表されるデジタル信号を扱うフルデジタルアンプにおいては、帰還型が用いられることはまれであり、無帰還型が用いられる。これは、アナログ信号に復調後の出力信号を負帰還によって補正すると、出力信号に残る出力オフセットをＬＰＦでは除去しきれない、高周波ノイズを取り除く高次の帰還フィルタと高精度のＡ／Ｄ（Analog to Digital）コンバータが必要となる、など技術面、コスト面で大きな負担がかかるためである。

高調波歪やノイズについては無帰還型であってもプリディストーション技術などによってオーディオ用としてある程度の性能を発揮できるようになってきている。しかし、素子の温度特性などによって出力信号に現れるオフセット電圧を除去する有効な方法、換言すれば、オフセット電圧のいわゆる温度ドリフトを補正する有効な方法は従来無かった。また、帰還型増幅回路やアナログアンプにおいても、同様に、温度ドリフトを除去する有効な方法が求められていた。本発明は上記従来技術における問題点を解決することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の態様におけるアンプは、信号を増幅する増幅部と、前記増幅部を駆動するドライバ部と、を備えたアンプにおいて、環境温度をセンサする温度センサ部と、環境温度に応じた出力オフセット電圧の変動量に対応する補正データを保持する記憶部と、前記温度センサ部がセンサした環境温度に対応する補正データを前記記憶部から読み出して、前記増幅部の増幅における出力オフセット電圧を補正するよう前記ドライバ部に出力する制御部と、を備えたオフセット電圧補正部を備える。

上記目的を達成するため、本発明の第２の態様におけるオフセット電圧補正回路は、増幅におけるオフセット電圧を補正するオフセット電圧補正回路であって、環境温度をセンサする温度センサ部と、環境温度に応じたオフセット電圧の変動量に対応する補正データを保持する記憶部と、前記温度センサ部がセンサした環境温度に対応する補正データを前記記憶部から読み出す制御部と、を備える。

本発明によれば、オフセット電圧の温度ドリフトを補正するオフセット電圧補正回路及びこれを備えたアンプが提供される。

本発明に係る実施の形態について、以下、図面を参照して詳細に説明する。以下では、本発明をアンプに適用した場合について説明する。なお、以下に示す実施の形態は一例であり、これに限定されない。

図１に、本発明の実施形態にかかるアンプ１０を説明する図を示す。図１に示すアンプ１０は、入力処理部１２と、ＰＷＭ変換部１４と、ドライバ部１６と、増幅部１８と、フィルタ部２０と、補正部２２と、を備える。

入力処理部１２は、入力端子２４から入力されるデジタル及びアナログオーディオ信号を受け付ける。入力されるデジタル信号は、例えば、ＣＤ（Compact Disc）等の記録媒体から再生されたＰＣＭ信号である。アナログ信号は、Ａ／Ｄ変換部２６によってデジタル信号に変換されて入力処理部１２に入力される。アンプ１０には、Ａ／Ｄ変換部２６を設けずデジタル信号のみが入力される構成であっても良い。
入力処理部１２は、入力信号について、復調、クロック信号の抽出、オーバーサンプリング処理、量子化雑音低減処理、減衰処理、ノイズシェーピング等の処理を行う。

ＰＷＭ変換部１４は、入力処理部１２から送られた信号をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号に変換する。なお、変調方式は、ＰＷＭに限らず、ＰＤＭ（Pulse Density Modulation）等であってもよい。ＰＷＭ変換部１４は、入力されたＰＣＭ信号をその振幅に応じたデューティ比を有する１ビットのＰＷＭ信号に変換して出力する。ＰＷＭ信号は、アンプ１０から出力される信号のレベルに合わせてパルス幅が調整される。

ドライバ部１６は、後述する増幅部１８を駆動する。出力レベルに合わせてパルス幅が調整されたＰＷＭ信号はドライバ部１６を介して増幅部１８を駆動する。

増幅部１８は、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）等のスイッチング素子で構成され、入力されたＰＷＭ信号を電力増幅する。ドライバ部１６はレベル変換（ロジックレベルをスイッチング素子駆動レベルに変換する）と、後述する電圧シフトと、を行い、その出力は、例えば、出力段のＦＥＴのゲートに加えられる。

フィルタ部２０は、ＬＰＦを含んで構成され、パルス増幅されたＰＷＭ信号の高周波成分を除去し、アナログ音声信号に復調して出力端子に出力する。出力端子には例えばスピーカが接続され、出力信号によって駆動される。

補正部２２は、環境温度に応じた補正電圧をドライバ部１６に出力し、ドライバ部１６の電圧シフト量を調整し、オフセット電圧の温度ドリフトをキャンセルする。

本実施の形態にかかる補正部２２の構成を、図２に示す。図２に示す補正部２２は、温度センサ部３０と、記憶部３２と、制御部３４と、を備える。

温度センサ部３０は、温度に応じて抵抗値が変化する素子を含んで構成され、素子に一定電流を流すことにより環境温度に応じた電圧を生成する。温度センサは、上述した増幅部１８等を含むＩＣ（Integrated Circuit）が置かれた環境温度をセンサする。温度によって正または負の変化特性が得られ、温度によって値が決まればよいので特に直線性は必要とされない。温度センサ部３０が生成した電圧は、Ａ／Ｄ変換されて後述する制御部３４に送られる。

記憶部３２には、各温度に応じた電圧補正データがアドレスに振り分けられて保持されている。記憶部３２の電圧補正データとしては、例えばＩＣの環境温度が変化した時にオフセット電圧の変化量を実測して算出したデータが用いられる。なお、温度に対する補正データは一対一で対応するが、より大容量のメモリに複数の対応パターンを記憶させておき温度に応じて選択して呼び出す方法も可能である。

制御部３４は、温度センサ部３０から入力されたデジタルの電圧信号に応じた電圧補正データを記憶部３２から読み出す。温度に応じて読み出された補正データは、Ｄ／Ａ（Digital to Analog）変換部３６でアナログ信号に変換されてアナログ電圧としてドライバ部１６に出力される。

記憶部３２に保持される補正電圧データは、例えば、データ量が８ビットであれば２５６段階、１０ビットであれば１０２４段階となる。１段階あたりの電圧はＤ／Ａ変換部３６の基準電圧（Ｖ_REF2）の例えばそれぞれ２５６分の１、１０２４分の１となり、各温度において補正値を細かく設定できる。このため、半導体のＰＮ接合の温度特性（指数特性）や金属の温度対抵抗値特性（線形特性）を利用して直接温度検出素子の両端から電圧として温度特性を取り出す方式と比較して、予め補正値を保持しておく本実施形態によれば温度対オフセット電圧が特定の関数とならない複雑な場合においても対応が容易で適切な補正電圧を生成することができる。

例えば、Ｄ／Ａ変換部３６がＶ_REF2、グランド（０Ｖ）間で動作している場合、分解能が８ビットであればＶ_REF2／２５５単位で、１０ビットであればＶ_REF2／１０２３単位で０ＶからＶ_REF2までの補正が可能となる。

ドライバ部１６は、補正部２２から受け取った電圧補正データに応じて出力オフセット電圧をシフトさせ、オフセット電圧の温度ドリフト分をキャンセル（補正）する。すなわち、一般に出力オフセット電圧は、ＩＣを構成する素子（半導体、抵抗）の環境温度に応じた特性変化によって変動する（いわゆる温度ドリフト）。

しかし、本実施形態では、予め温度変化に応じたドリフト量を算出し、算出したドリフト量に応じた補正データが補正部２２に保持されている。補正部２２は、環境温度に応じた補正データをドライバ部１６に送り、出力オフセット電圧におけるドリフト量をキャンセルする。これにより、出力オフセット電圧の温度ドリフトは実質的に除去される。これにより、本実施形態では、増幅における環境温度に応じた出力オフセット電圧の適正な補正がなされる。

上記実施の形態では、少なくともデジタル信号を増幅するアンプ１０を例として説明したが、本発明は、アナログ信号を増幅するアンプについても適用可能である。図３〜５に、本発明をアナログアンプに適用した場合の例を示す。なお、図３〜５において、図１及び２と同一の機能を有する部分には、理解を容易なものとするため、同一の符号を付し、説明を省略する。

図３に、反転増幅器において、反転入力に本実施の形態に係る補正部２２を配置した場合の構成例を示す。この回路では、補正部２２から抵抗Ｒ１を通って増幅器Ａｍｐの反転入力に流れ込む電流が信号に加わる。これにより、出力オフセット電圧の温度ドリフトが補正される。
この場合の電圧の補正範囲Ｖａは、下記数式１で与えられる。ここで、抵抗Ｒ１からの出力は、増幅器Ａｍｐの入力抵抗と同様に反転及び非反転入力端子間に並列に供給され、増幅率に影響を与えるので、抵抗Ｒｓ及びＲｆを並列にした値の１００倍以上に設定することが望ましい。

図４に、反転増幅器において、非反転入力に本実施の形態に係る補正部２２を配置した場合の構成例を示す。抵抗Ｒ１を通った電流は、抵抗Ｒ２の両端に電位差を生じさせ、この電圧によりゼロバランス（オフセット電圧）を制御する。この場合の電圧の補正範囲はＶａ、下記数式２で与えられる。

図５に、非反転増幅器において、非反転入力の接地抵抗を分割して補正部２２を接続した場合の構成例を示す。このような構成によっても、出力オフセット電圧の温度ドリフトの補正が可能である。この場合の電圧の補正範囲Ｖａは、下記数式３で与えられる。なお、下記数式において、Ｒｓ＝Ｒ２＋Ｒ３である。ここで、抵抗Ｒ２の抵抗値は、抵抗Ｒ１、Ｒ３に対して十分小さな値に設定することが望ましい。

上記数式１〜３においては補正部２２のＤ／Ａ変換部が図２に示した０Ｖ、Ｖ_REF2間に代わり±Ｖ_REF間で動作しているものとした。この場合、分解能が８ビットであればトータルで２５６段階、１０ビットであればトータル１０２４段階での補正が可能となる。

また、上記実施の形態では、帰還型のアンプ１０に用いた場合について説明したが、無帰還型のアンプに用いても良い。すなわち、無帰還型のアンプ１０に用いることによって、デジタル信号を増幅するアンプ同様に温度ドリフトによるオフセット電圧を除去することができる。

また、本発明にかかる温度ドリフト補正方法は、温度ドリフト補正回路として、アンプ１０に限らず、信号を増幅するいかなる装置にも適用可能である。この温度ドリフト補正回路は、簡単な構成でしかも小型化が可能である。このため、ハイブリットＩＣやモノリシックＩＣとして、メイン回路とともに同一パッケージ内に温度ドリフト補正回路を封入でき、直接オフセットに関連する箇所の温度に応じた温度ドリフトキャンセルが可能となるため、オフセット電圧の極めて安定した装置を構成できる。

本発明の実施の形態にかかるアンプの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態にかかる補正部の構成を示すブロック図である。 本発明の他の実施の形態にかかるアンプの構成を示すブロック図である。 本発明の他の実施の形態にかかるアンプの構成を示すブロック図である。 本発明の他の実施の形態にかかるアンプの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０：アンプ、１２：入力処理部、１４：ＰＷＭ変換部、１６：ドライバ部、１８：増幅部、２０：フィルタ部、２２：補正部、３０：温度センサ部、３２：記憶部、３４：制御部

Claims (2)

1. 信号を増幅する増幅部と、前記増幅部を駆動するドライバ部と、を備えたアンプにおいて、
   環境温度をセンサする温度センサ部と、環境温度に応じた出力オフセット電圧の変動量に対応する補正データを保持する記憶部と、前記温度センサ部がセンサした環境温度に対応する補正データを前記記憶部から読み出して、前記増幅部の増幅における出力オフセット電圧を補正するよう前記ドライバ部に出力する制御部と、を備えたオフセット電圧補正部を備える、ことを特徴とするアンプ。
2. 増幅における出力オフセット電圧を補正するオフセット電圧補正回路であって、
   環境温度をセンサする温度センサ部と、
   環境温度に応じたオフセット電圧の変動量に対応する補正データを保持する記憶部と、
   前記温度センサ部がセンサした環境温度に対応する補正データを前記記憶部から読み出す制御部と、
   を備える、ことを特徴とするオフセット電圧補正回路。

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