JP2009055116A

JP2009055116A - ローパスフィルタ及びオーディオアンプ

Info

Publication number: JP2009055116A
Application number: JP2007217424A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Iimura; 敏之飯村; Junichi Ichihashi; 純一市橋; Yukinao Sakuma; 幸直佐久間; Hiroyuki Kataoka; 弘行片岡; Shinichi Tsuyuki; 真一露木
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; System Solutions Co Ltd
Priority date: 2007-08-23
Filing date: 2007-08-23
Publication date: 2009-03-12

Abstract

【課題】周囲の温度変動に対して動作特性を調整することが可能なローパスフィルタを提供することを目的とする。
【解決手段】このローパスフィルタ１では、入力端子２と出力端子３とを繋ぐ配線４にインダクタ５が接続されている。インダクタ５の出力端子３側の一端と接地電圧ＧＮＤを供給する接地端子６との間には、第１の容量７及び第２の容量８が並列に接続されている。そして、第２の容量８と接地端子６との間には抵抗素子としてサーミスタ９が接続されている。サーミスタ９は、温度変動に対してその抵抗値の変動が大きい抵抗素子であり、温度の上昇に対して抵抗値が減少するサーミスタ（ネガ型サーミスタ）でもよいし、温度の減少に対して抵抗値が増大するサーミスタ（ポジ型サーミスタ）でもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、インダクタを備えたローパスフィルタ及びローパスフィルタを備えたオーディオアンプに関するものである。

電気信号の特定の周波数成分を除去するためのフィルタ回路として、ローパスフィルタ（低域濾波器）が知られている。ローパスフィルタは、特定のしきい値よりも高い周波数信号を減衰させて遮断し、しきい値よりも低い周波数信号のみを通過させることができるため、高周波数成分が雑音として入りやすい様々な電子機器に用いられている。

ローパスフィルタの代表的なものとして、図５に示すようなインダクタ（Ｌ）と容量（Ｃ）を組み合わせて構成されたＬＣ型のローパスフィルタ１００が知られている。

本発明に関連する技術は、例えば以下の特許文献に記載されている。
特開２００３−２２９５２９号公報

インダクタのインダクタンス値は周囲温度によって変動するため、これによって上記ＬＣ型のローパスフィルタの動作特性が変化することになる。従って、ローパスフィルタを備えた集積回路装置（例えばオーディオアンプ）についても、周囲温度の変動によって動作特性が変化することになる。

しかしながら、周囲の温度変動を考慮した設計のローパスフィルタについてはこれまで十分な検討が成されていなかった。

そこで本発明は、周囲の温度変動に対して動作特性を調整することが可能なローパスフィルタを提供することを主たる目的とする。

本発明は上記課題に基づいてなされたものであり、その主な特徴は以下のとおりである。すなわち、本発明のローパスフィルタは、アナログ信号から特定周波数成分を除去するためのローパスフィルタであって、入力端子と出力端子との間に接続されたインダクタと、前記インダクタの前記出力端子側の一端と接地端子との間に並列に接続された第１及び第２の容量と、前記第２の容量と前記接地端子との間に接続され、温度の変動に対してその抵抗値が変動する抵抗素子とを備えることを特徴とする。

また、本発明のオーディオアンプは、オーディオ信号を増幅する増幅回路と、前記増幅回路によって増幅された前記オーディオ信号から特定周波数成分を除去するためのローパスフィルタとを備えるオーディオアンプであって、前記ローパスフィルタは、入力端子と出力端子との間に接続されたインダクタと、前記インダクタの前記出力端子側の一端と前記出力端子との間に並列に接続された第１及び第２の容量と、前記第２の容量と前記接地端子との間に接続された抵抗素子とを備え、前記抵抗素子は、前記インダクタの温度の上昇に対して抵抗値が減少する抵抗素子であることを特徴とする。

本発明のローパスフィルタは、温度に応じて抵抗値が変動する抵抗素子を備えている。そのため、周囲の温度変動に伴って抵抗素子の抵抗値が変動（増大または減少）するため、これによってローパスフィルタの動作特性を調整することができる。

次に、本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、第１の実施形態に係るローパスフィルタ１を示す回路図である。

このローパスフィルタ１では、入力端子２と出力端子３とを繋ぐ配線４にインダクタ５が接続されている。インダクタ５の出力端子３側の一端と、接地電圧ＧＮＤを供給する接地端子６との間には、第１の容量７及び第２の容量８が並列に接続されている。そして、一方の容量（本実施形態では第２の容量８）と接地端子６との間には抵抗素子としてサーミスタ９が接続されている。このように、第２の容量８と抵抗素子との直列体を第１の容量７と並列に配置することによって、上記直列体が無い従来構成（図５参照）に比して遮断周波数近傍のピーク（共振レベル）を抑制することができる。

サーミスタ９は、温度変動に対してその抵抗値の変動が大きい抵抗素子であり、温度の上昇に対して抵抗値が減少するサーミスタ（ネガ型サーミスタ）でもよいし、温度の減少に対して抵抗値が増大するサーミスタ（ポジ型サーミスタ）でもよい。なお、インダクタ５とサーミスタ９の実装基板上での配置の仕方については、後述する第２の実施形態で説明する。

サーミスタ９の抵抗値を３段階（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３）に変動させた場合における、このローパスフィルタ１のゲイン特性を図２に示す。ただし、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３の関係を有し、インダクタ５のインダクタンス値はそれぞれ同じ大きさであるとする。図２に示すように、ローパスフィルタ１は、サーミスタ９の抵抗値が大きくなるにつれて（１）より高い周波数域までフラットである，（２）共振レベルが大きい，（３）遮断周波数近傍が急峻である、といった特性になる。逆に、サーミスタ９の抵抗値が小さくなるにつれてローパスフィルタ１は、（４）高域でなだらかに減衰する，（５）共振レベルが小さい，（６）遮断周波数近傍が緩やか、といった特性となる。

第１の実施形態では、第２の容量８とサーミスタ９の直列体を、第１の容量７と並列に配置してローパスフィルタ１を構成した点が特徴である。かかる回路構成によれば、周囲の温度変動に対するローパスフィルタの特性を、サーミスタ９の抵抗値の増大あるいは減少の作用によって調整することができる。

具体的には例えば、従来のローパスフィルタ１００（図５参照）においては、インダクタＬの温度が上昇するにつれてそのインダクタンス値は減少するため、ローパスフィルタ１００のゲイン特性のピークが上昇する。その結果大電流が流れてしまい、ローパスフィルタの出力端子に接続された負荷（例えば、第２の実施形態に示すようなスピーカー２３）が破壊してしまう場合がある。これに対して、本実施形態の構成におけるサーミスタ９としてネガ型サーミスタを使用した場合には、インダクタ５のインダクタンス値の減少によるゲイン特性のピーク上昇の作用を、サーミスタ９の抵抗値の減少によるゲイン特性のピーク減少の作用で互いに相殺し、結果としてゲイン特性のピークの変動を従来に比して抑えることができる。つまり、周囲温度の上昇に対するゲイン特性のピーク上昇を抑え、負荷の破壊を防止することが可能なＬＣ型のローパスフィルタを提供することが可能である。

次に、第１の実施形態で説明したローパスフィルタ１の具体的な構造及び適用例について、本発明の第２の実施形態として説明する。図３Ａ〜図３Ｃは、実装基板上に形成されたローパスフィルタ１の一部（インダクタ５とサーミスタ９）を示す断面図であり、図４は、オーディオアンプにおける信号処理の概略を示すブロック図である。なお、第２の実施形態は、サーミスタ９が温度変動に対してその抵抗値が減少するネガ型サーミスタであるとして説明をする。

まず、ローパスフィルタ１を構成するインダクタ５とサーミスタ９の実装基板上での配置について説明する。インダクタ５とサーミスタ９は、図３Ａに示すように、実装基板１０上に隣り合って実装されている。インダクタ５は、銅等の金属から成る金属線を円筒状に巻いて形成されており、当該金属線はエポキシ樹脂等から成る筺体に収納されてチップ状の構成になっている。なお、実際には実装基板１０上に様々な回路素子（チップコンデンサ，ＬＳＩチップ，配線等）が形成されて全体として集積回路装置を構成しているが、その図示及び説明は省略する。

実装基板１０は、いわゆる絶縁金属基板技術(IMST:Insulated Metal Substrate Technology)が用いられた基板であることが好ましく、ベース基板１１とその表面を被覆する絶縁層１２とから構成されている。ベース基板１１は、アルミニウムや銅等の熱伝導性の良い材料から成る金属基板であり、両面がアルマイト処理されている。絶縁層１２は、後述する導電パターン１３とベース基板１１とを絶縁し、例えばアルミナ等の無機フィラーが充填されたエポキシ樹脂から成る。

実装基板１０上には銅箔等の導電材料からなる導電パターン１３が形成され、当該導電パターン１３上にチップ状のインダクタ５及びサーミスタ９が実装されている。両者は可能な限り近接させることが好ましい。このように熱伝導率の高い実装基板１０上にインダクタ５とサーミスタ９を隣り合って配置することで、インダクタ５の温度変動が実装基板１０を介してサーミスタ９に素早く伝わる構成になっている。

なお、インダクタ５とサーミスタ９の実装の仕方は図３Ｂのようにしてもよい。図３Ｂでは、プリント基板やフレキシブル基板等のＩＭＳＴが用いられていない実装基板１５上に導電パターン１３が形成され、当該導電パターン１３上にインダクタ５とサーミスタ９とが隣り合って実装されている。図３Ｂでは、インダクタ５とサーミスタ９との間に熱伝導性の良好な接着層１６が形成されている。接着層１６は、熱伝導性のよい材料であって他の素子に電気的な影響を与えない材料であれば特に限定されないが、例えばエポキシ樹脂に熱伝導性の良いフィラーを含む材料から成る。接着層１６は、実装基板１５上にインダクタ５とサーミスタ９とを実装した後、それらの間に塗布することで形成される。このように接着層１６を形成し、接着層１６を介してインダクタ５の温度変動がサーミスタ９に伝わる構成にしてもよい。また、図３Ｂでは接着層１６がインダクタ５とサーミスタ９との間の熱伝導を媒介する直接の部材であるが、他の部材を介して両者間の熱伝導を行うようにすることも可能である。例えば、図示しないが、実装基板１５上に熱が伝導しやすいアルミや銅等の金属材料から成るヒートシンク（放熱板）を図３Ｂの接着層１６のようにインダクタ５とサーミスタ９との間に配置し、当該ヒートシンクを介在させて両者間の熱伝導を行ってもよい。また、ヒートシンク上にインダクタ５あるいはサーミスタ９を配置した場合等には、接着層１６とヒートシンクの両者を介在させてインダクタ５とサーミスタ９の間の熱伝導を行ってもよい。

また、図２Ｃで示すように、図２Ａで示した実装基板１０と図２Ｂで示した接着層１６を併用した構成とすることも可能である。かかる構成では、実装基板１０と接着層１６の両者に熱が伝わるため、インダクタ５の温度変動をより素早くサーミスタ９に伝えることができる。

ローパスフィルタ１はオーディオアンプに特に好適に用いることができるため、次に、ローパスフィルタ１を備えたオーディオアンプについて具体的に説明する。なお、本実施形態におけるサーミスタ９は、インダクタ５の温度の上昇に対して抵抗値が減少するネガ型サーミスタであるとする。

このオーディオアンプでは、図４に示すように、入力されたオーディオ入力信号（Ｌ）及びオーディオ入力信号（Ｒ）をパルス幅変調（ＰＷＭ）する制御回路２０と、交互にスイッチングするＦＥＴから成る一対の出力トランジスタ２１ａ，２１ｂと、上記制御回路２０から出力されたＰＷＭ信号に応じて出力トランジスタ２１ａ，２１ｂのスイッチングを制御するドライバー回路２２と、出力トランジスタ２１ａ，２１ｂから出力された信号の特定周波数成分を除去するためのローパスフィルタ１と、ローパスフィルタ１の出力信号が印加されるスピーカー２３と、制御回路２０，出力トランジスタ２１ａ，２１ｂ及びドライバー回路２２等に所定の電源電圧を供給する電源供給回路２４とを備えている。

第２の実施形態におけるローパスフィルタ１では、既に説明したようにインダクタ５の温度変動が実装基板１０や接着層１６等を介してサーミスタ９に素早く伝わるように構成されており、かつ当該サーミスタ９はネガ型サーミスタである。

このように構成されたオーディオアンプによれば、インダクタ５の温度が上昇したとしてもゲイン特性のピークの上昇を抑え、ローパスフィルタ１の負荷（図４におけるスピーカ２３）及びローパスフィルタ１の前段の素子（図４における出力トランジスタ２１ａ，２１ｂ）の破壊を防止できる利点がある。つまり、インダクタ５の温度が上昇したとしても、その温度変動を素早くサーミスタ９が検知するため、インダクタ５のインダクタンス値が減少しても、これに伴ってサーミスタ９の抵抗値が減少する。そのため、ローパスフィルタ１のゲイン特性のピーク上昇を抑え、スピーカ２３や出力トランジスタ２１ａ，２１ｂの破壊を防止することができる。また、温度変動によるゲイン特性のピーク変動を考慮せずに素子の設計ができる利点がある。そのため、過大な負荷電流を想定する必要がなくなり、出力トランジスタ（図４における２１ａ，２１ｂ）のサイズを従来に比して小さくすることが可能である。

本発明の実施形態に係るローパスフィルタを示す回路図である。本発明の実施形態に係るローパスフィルタのゲイン特性を示す図である。本発明の実施形態に係るローパスフィルタの一部を示す断面図である。本発明の実施形態に係るオーディオアンプを示すブロック図である。従来のローパスフィルタを示す回路図である。

符号の説明

１ローパスフィルタ２入力端子３出力端子４配線
５インダクタ６接地端子７第１の容量８第２の容量
９サーミスタ１０実装基板１１ベース基板１２絶縁層
１３導電パターン１５実装基板１６接着層２０制御回路
２１ａ，２１ｂ出力トランジスタ２２ドライバー回路２３スピーカー
２４電源供給回路１００ローパスフィルタＬインダクタ
Ｃ容量

Claims

アナログ信号から特定周波数成分を除去するためのローパスフィルタであって、
入力端子と出力端子との間に接続されたインダクタと、
前記インダクタの前記出力端子側の一端と接地端子との間に並列に接続された第１及び第２の容量と、
前記第２の容量と前記接地端子との間に接続され、温度の変動に対してその抵抗値が変動する抵抗素子とを備えることを特徴とするローパスフィルタ。
前記抵抗素子は、前記インダクタの温度の上昇に対して抵抗値が減少する抵抗素子であることを特徴とする請求項１に記載のローパスフィルタ。
前記抵抗素子は、前記インダクタの温度の上昇に対して抵抗値が増大する抵抗素子であることを特徴とする請求項１に記載のローパスフィルタ。
前記インダクタと前記抵抗素子との間に、熱伝導性のある接着層を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のローパスフィルタ。
前記インダクタと前記抵抗素子とは、
その表面が絶縁層で覆われた金属基板上に隣り合って実装されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のローパスフィルタ。
オーディオ信号を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路によって増幅された前記オーディオ信号が印加され、前記オーディオ信号から特定周波数成分を除去するためのローパスフィルタとを備えるオーディオアンプであって、
前記ローパスフィルタは、
入力端子と出力端子との間に接続されたインダクタと、
前記インダクタの前記出力端子側の一端と前記出力端子との間に並列に接続された第１及び第２の容量と、
前記第２の容量と前記接地端子との間に接続された抵抗素子とを備え、
前記抵抗素子は、前記インダクタの温度の上昇に対して抵抗値が減少する抵抗素子であることを特徴とするオーディオアンプ。