JP2010177985A - 増幅回路、及びオーディオ機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 異なる基準電位を有する外部機器から音声信号が入力されたときでもその各々を増幅可能な増幅回路を提供する。
【解決手段】基準電位が入力されるグランド線路をグランドとの間に設けられ、ベースが接地ノードを介してグランドに接続されるとともに前記接地ノードに印加されるベース電圧に応じてエミッタ−コレクタ間の導通状態が制御される第１のトランジスタと、前記接地ノードに前記第１のトランジスタのベース電圧を印加する制御部と、前記接地ノードと前記第１のトランジスタのベースとの間に設けられ、エミッタ−コレクタ間が導通状態に保たれる第２のトランジスタとを有するので、最小限の追加構成で増幅回路のグランド線路をグランドから遮断でき、外部機器とのインピーダンス不整合やコモンモードノイズの影響を防止できる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、異なる基準電位を有する外部機器から前記基準電位に対する電位差信号が入力される増幅回路に関し、特に、前記増幅器のグランド線路をグランドから遮断する技術に関する。

近年の車載用のオーディオ機器は、ＣＤやＭＤなどの記憶媒体から音声信号を読み出して単に再生出力するだけでなく、多様なデータソースを利用でき、しかも良好な音質を鑑賞者（乗員）に提供することが求められる。

かかる要請に応えるために、パーソナルコンピュータや携帯音楽プレーヤといった外部機器と接続し、かかる外部機器に備えられたさらに大容量のメモリやハードディスクなどの記憶媒体に格納された音声信号を取り込んで再生出力するオーディオ機器が提案されている。

また、良好な音質を乗員に提供するための機能として、車室内に配置された複数のスピーカから乗員までの距離差に起因する音声のずれを解消するタイムアライメント機能が知られている。タイムアライメント機能を有するオーディオ機器は、乗員の座席に設置したマイクロフォンを接続した状態で楽曲を再生出力し、マイクロフォンが収集した音声信号を取り込んでスピーカの出力位相等を調節することにより、乗員に所望の音質を提供する。特許文献１には、かかるオーディオ機器の一例が記載されている。

このように車載用のオーディオ機器は、上述したような要請に応えるために、種々の外部機器、すなわちマイクロフォン、あるいはパーソナルコンピュータや携帯音楽プレーヤなどと接続可能に構成される。

特開２００７−１８９５１５号公報

ところで、一般的にオーディオ機器内の電子回路内では、２本の信号線路（信号線路とグランド線路）における電位差を信号とする差動伝送方式により信号が伝送される。すなわち、グランド線路の基準電位に対する電位差信号が信号線路により伝送される。そして、車載用のオーディオ機器では、車載バッテリから電源が供給されるとともにグランド線路を車載バッテリの負電極やボディアースに接続することでグランドに接続し、グランド電位、つまり０ボルトを基準電位として用いることが一般的である。

ここで、外部機器から入力される音声信号を増幅する増幅器としてオペアンプを備えた増幅回路を例として、基準電位が異なる外部機器と接続される場合を考慮する。まず、タイムアライメントを行う際に接続するマイクロフォンは、オーディオ機器を介してグランドに接続され、グランド電位を基準電位とする電位差信号を音声信号としてオーディオ機器に入力する。よってこの場合、オーディオ機器とマイクロフォンの基準電位は一致しているので、増幅回路はグランド線路をグランドに接続した状態でマイクロフォンから入力される音声信号を増幅する。すなわち、このとき増幅回路のオペアンプはいわば非反転増幅器として機能する。

一方、パーソナルコンピュータや携帯音楽プレーヤなどの外部機器は携帯性を有するので、通常、アース接地などの方法によりグランドに接続する代わりに所定の基準電位を有し、その基準電位に対する電位差信号を音声信号とて伝送する。よって、これら外部機器からの音声信号を取り込む場合に、外部機器の基準電位とオーディオ機器の基準電位、つまりグランド電位とが異なるので、そのままではインピーダンス不整合が生じる。よってこの場合、オーディオ機器の増幅回路はグランド線路をグランドから遮断して外部機器のグランド線路から基準電位を取得することで、インピーダンス不整合を解消する。このとき、増幅回路のオペアンプは、いわば差動増幅器として機能する。

ここで、上記のような動作を行う増幅回路の構成を図１に示す。増幅回路２は、オペアンプで構成される増幅器４と、増幅器４に基準電位を入力するグランド線路Ｇ１と、音声信号として基準電位に対する電位差信号を入力する信号線路Ｓ１とを有する。そして、グランド線路Ｇ１は外部機器６のグランド線路Ｇ２と、信号線路Ｓ１は外部機器６の信号線路Ｓ２とそれぞれ端子ＰＧ、ＰＳ（これらは図２の接続端子Ｐ１に対応する）で接続される。なお信号線路Ｓ１には抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１とで構成されるハイパスフィルタ回路が、また、グランド線路Ｇ１には抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２とで構成されるハイパスフィルタ回路が設けられ、それぞれを伝送される信号から高周波ノイズを除去する。

増幅器４は、定電圧源ＶＤＤから電源を取得するとともに、定電圧ＶＤＤは抵抗Ｒ３、Ｒ４により抵抗分圧されて増幅器４に対するオフセット電圧として信号線路Ｓ１に印加される。そして、増幅器４は音声信号を増幅して出力し、出力された音声信号は抵抗Ｒ８とコンデンサＣ３とで構成されるハイパスフィルタにより高周波ノイズが除去された後、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などで構成される音声再生部１０に入力される。そして、音声再生部１０は、音声信号に基づいてスピーカＳＰ１、Ｓｐ２、・・・に音声を再生出力させる。

ここで、グランド線路Ｇ１は、抵抗Ｒ５を介してトランジスタＴＲ１によりグランドに接続／遮断可能に構成される。トランジスタＴＲ１は、ベースが接地ノードＮにより抵抗Ｒ６を介してグランドに接続されるベース接地型のＮＰＮ型トランジスタで構成される。

マイクロコンピュータで構成される制御部８は、乗員からの入力信号に応答してトランジスタＴＲ１に抵抗Ｒ７と接地ノードＮとを介してベース電圧を印加することで、トランジスタＴＲ１のエミッタ−コレクタ間の導通状態を制御する。例えば、タイムアライメントを行うときにはマイクロフォンが外部機器６として接続されるので、かかる動作モードを選択する入力に応答して制御部８はＨレベルのベース電圧を印加してトランジスタＴＲ１のエミッタ−コレクタ間を導通させ、グランド線路Ｇ１をグランドに接続する。また、外部のオーディオソースからの音声信号を再生出力するときには携帯音楽プレーヤなどが外部機器６として接続されるので、かかる動作モードを選択する入力に応答して制御部８はＬレベルのベース電圧を印加することでトランジスタＴＲ１のエミッタ−コレクタ間を非導通にして、グランド線路Ｇ１をグランドから遮断する。

しかしながら、上記構成の増幅回路２では、制御部８がトランジスタＴＲ１を非導通にした場合であっても、グランド線路Ｇ１からのリーク電流がベースから抵抗Ｒ６を介してグランドに流れる。すると、携帯音楽プレーヤなどを外部機器６として接続した場合に、グランド線路Ｇ１における基準電位が変動してしまい、外部機器６とのインピーダンス不整合が生じる。すると、増幅器４が差動増幅器として機能できず、あるいは外部機器６のグランド線路Ｇ２に重畳したコモンモードノイズの影響を受けやすくなるという問題が生じる。

この点、機構的にグランドに常時接続された増幅回路と、機構的にグランドから常時遮断された増幅回路とを複数設け、外部機器の種類に応じて外部機器を接続する増幅回路を選択的に切り替える方法によればかかる問題は生じないが、複数の増幅器を設けることは部品点数の増加に伴う回路規模の大型化とコスト増を招くので好ましくない。

そこで、本発明の目的は、異なる基準電位を有する複数の外部機器から音声信号が入力されたときでもその各々を増幅可能な増幅回路を最小限の追加構成により提供することにある。

本発明の増幅回路は、異なる基準電位を有する外部機器から前記基準電位が入力される第１の線路と前記基準電位に対する電位差信号が入力される第２の線路と、当該第１、第２の線路にて伝送される電位差信号を増幅する増幅器とを有する増幅回路であって、前記第１の線路をグランドとの間に設けられ、ベースが接地ノードを介してグランドに接続されるとともに前記接地ノードに印加されるベース電圧に応じてエミッタ−コレクタ間の導通状態が制御される第１のトランジスタと、前記接地ノードに前記第１のトランジスタのベース電圧を印加する制御部と、前記接地ノードと前記第１のトランジスタのベースとの間に設けられ、エミッタ−コレクタ間が導通状態に保たれる第２のトランジスタとを有することを特徴とする。

また、別の側面における増幅回路は、異なる基準電位を有する外部機器から前記基準電位が入力される第１の線路と前記基準電位に対する電位差信号が入力される第２の線路と、当該第１、第２の線路にて伝送される電位差信号を増幅する増幅器とを有する増幅回路であって、前記第１の線路をグランドとの間に設けられ、ベース電圧に応じてエミッタ−コレクタ間の導通状態が制御される第１のトランジスタと、定電圧源と前記第１のトランジスタのベースとの間に設けられ、エミッタ−コレクタ間が導通状態に保たれる第２のトランジスタとを有することを特徴とする。

本発明によれば、最小限の追加構成で増幅回路のグランド線路をグランドから遮断でき、外部機器とのインピーダンス不整合やコモンモードノイズの影響を防止できる。

従来の増幅回路の構成を説明する図である。 本実施形態におけるオーディオ機器の概略構成図である。 本実施形態における増幅回路の構成図である。 本実施形態における増幅回路の異なる回路構成を説明する図である。

以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。

図２は、本実施形態におけるオーディオ機器の概略構成図である。このオーディオ機器１は、車室内のインストルメントパネルに搭載される車載用オーディオ機器であり、ＣＤやＭＤなどの記憶媒体や内臓のハードディスクに格納された音声信号、あるいは、携帯音楽プレーヤやパーソナルコンピュータなどの外部機器のメモリやハードディスクに格納された音声信号をオーディオソースとして用いるとともに、良好な音質を乗員に提供するためのタイムアライメント機能を有する。

オーディオ機器１は、音声信号を増幅する増幅回路２と増幅された音声信号に基づいて車室内の各所に設けられた複数のスピーカＳＰ１、ＳＰ２、・・・から音声を再生出力せる音声再生部１０とを有する。オーディオ機器１は、ＣＤやＭＤといった記憶媒体読み取り装置１６を有し、記憶媒体読み取り装置１６はこれらの記憶媒体に格納された音声信号を読み取って増幅回路２に入力する。また、オーディオ機器１は内臓のハードディスクドライブ１４を備え、ハードディスクドライブ１４はハードディスクから読み取った音声信号を増幅回路２に入力する。さらにオーディオ機器１は、種々の外部機器６と接続可能な接続端子Ｐ１を備え、接続端子Ｐ１を介して外部機器６から音声信号が入力される。

オーディオ機器に接続される外部機器６の一例として、携帯音楽プレーヤやパーソナルコンピュータがあげられる。この場合、外部機器のメモリやハードディスクに格納された楽曲などの音声信号が増幅回路２に入力される。そして、増幅された音声信号に基づいて、音声再生部１０が楽曲の音声を再生出力する。

オーディオ機器に接続される外部機器６の他の例として、マイクロフォンがあげられる。この場合、乗員座席に設置されるマイクロフォンが収集した音声信号が増幅器２に入力される。そして、増幅された音声信号は音声再生部１０に入力され、音声再生部１０にて各スピーカＳＰ１、ＳＰ２、・・・における出力音声の位相等の調節を行うことでタイムアライメントが実行される。

なお、音声再生部１０は、一例としてＤＳＰなどのプロセッサで構成される。

また、オーディオ機器１は、公知のマイクロコンピュータで構成される制御部８を有する。さらに、オーディオ機器１はタッチパネルなどで構成される操作入力部１８を有する。操作入力部１８からの入力信号は、制御部８に入力される。そして、制御部８は入力信号に応答してオーディオ機器１の動作を制御する。

ここで、タイムアライメントを行う際にオーディオ機器１に外部機器６として接続されるマイクロフォンは、オーディオ機器１を介してグランドに接続され、グランド電位を基準電位とする電位差信号を音声信号としてオーディオ機器１に入力する。よって、制御部８はかかる動作モードを選択する入力に応答して、後に詳述するように増幅回路２におけるグランド線路をグランドに接続する。一方、他のオーディオソースを利用する際にオーディオ機器１に外部機器６として接続される携帯音楽プレーヤやパーソナルコンピュータは、オーディオ機器１とは異なる基準電位に対する電位差信号を音声信号としてオーディオ機器１に入力する。よって、制御部８はかかる動作モードを選択する入力に応答して、増幅回路２におけるグランド線路をグランドから遮断して外部機器６の基準電位を取得するように増幅回路２を制御する。

図３は、本実施形態における増幅回路の構成図である。この増幅回路２は、基本的な構成は図１で示した従来の増幅回路２と同じである。すなわち、増幅回路２は、外部機器６の信号線路Ｓ２とグランド線路Ｇ２とそれぞれ接続端子ＰＳ、ＰＧを介して接続される信号線路Ｓ１とグランド線路Ｇ１とを有し、さらにグランド線路Ｇ１と信号線路Ｓ１の電位差信号として伝送される音声信号が入力される増幅器４を有する。そして、増幅器４は、音声信号を増幅して、音声再生部１０に出力する。そして、音声再生部１０は、音声信号に基づいて、スピーカＳＰ１、ＳＰ２、・・・に音声を出力させる。

そして、グランド線路Ｇ２は、制御部８によりエミッタ−コレクタ間の導通状態が制御されるトランジスタＴＲ１によりグランドに接続／遮断される。このトランジスタＴＲ１は、ベースが接地ノードＮ１、抵抗Ｒ６を介してグランドに接続される、ベース接地型のＮＰＮ型トランジスタで構成される。また、抵抗Ｒ１〜Ｒ５、Ｒ７、Ｒ８、コンデンサＣ１〜Ｃ３の構成も図１と同じである。

本実施形態ではさらに、接地ノードＮとトランジスタＴＲ１のベースとの間に設けられるとともに、エミッタ−コレクタ間が導通状態に保たれるトランジスタＴＲ２を有する。

トランジスタＴＲ２はＰＮＰ型トランジスタで構成され、ベースが抵抗Ｒ９を介して接地されることでベース電圧はＬレベルに保たれる。よって、エミッタ−コレクタ間が導通状態に保たれる。

このように構成される増幅回路２の動作は、次のとおりである。

まず、タイムアライメントを行う際にオーディオ機器１に外部機器６としてマイクロフォンが接続される場合には、制御部８はかかる動作モードを選択する入力に応答して、Ｈレベルの電圧信号を出力する。制御部８がＨレベルの電圧信号を出力すると、この電圧信号はトランジスタＴＲ２のエミッタに入力され、コレクタから増幅されて出力される。そして、増幅された電圧信号は、トランジスタＴＲ１のベース電圧として印加される。これにより、トランジスタＴＲ１のエミッタ−コレクタ間が導通し、グランド線路Ｇ１がグランドに接続される。ここにおいて、増幅器４は非反転増幅器として機能する。よって、外部機器６としてマイクロフォンが接続されたときには、外部機器６のグランド線路Ｇ２と増幅回路２のグランド線路Ｇ１の基準電位はともにグランド電位を有する。よって、増幅回路２は外部機器６とのインピーダンスが整合するので、外部機器６から入力された音声信号を増幅して、音声処理部１０に出力することができる。

一方、他のオーディオソースを利用する際にオーディオ機器１に外部機器６として携帯音楽プレーヤやパーソナルコンピュータが接続される場合には、制御部８はかかる動作モードを選択する入力に応答して、Ｌレベルの電圧信号を出力する。制御部８がＬレベルの電圧信号を出力すると、この電圧信号はトランジスタＴＲ２のエミッタに入力され、コレクタから増幅されて出力されて、トランジスタＴＲ１のベース電圧として印加される。すると、トランジスタＴＲ１のエミッタ−コレクタ間が非導通になり、グランド線路Ｇ１がグランドから遮断される。

このとき、トランジスタＴＲ１のリーク電流がベースに流れても、トランジスタＴＲ２がエミッタからコレクタに向けてのみ導通状態に保たれることにより、トランジスタＴＲ２のベースから抵抗Ｒ９を介してグランドに流れることはない。ここにおいて、グランド線路Ｇ１はグランドから遮断され、グランド線路Ｇ１の基準電位は外部機器６として接続される携帯音楽プレーヤにおけるグランド線路Ｇ２の基準電位と一致するので、インピーダンス不整合を防止できる。よって、増幅器４は差動増幅器として機能することができ、外部機器６から入力された音声信号を増幅して、音声再生部１０に出力することが可能となる。また、増幅器４が差動増幅器として機能することで、外部機器６のグランド線路Ｇ２に重畳するコモンモードノイズの影響を受けることがない。

図４は、本実施形態における増幅回路の異なる回路構成を説明する図である。図４では、トランジスタＴＲ１の代わりにＰＮＰ型トランジスタＴＲ３が用いられ、トランジスタＴＲ２の代わりに、ベースが定電圧源ＶＤＤに接続されるＮＰＮ型のトランジスタＴＲ４が用いられる。

この場合、トランジスタＴＲ４はＨレベルのベース電圧が印加されることで、コレクタ−エミッタ間が導通状態に保たれる。そして、制御部８の制御電圧が、トランジスタＴＲ４により増幅された後、抵抗Ｒ７を介してトランジスタＴＲ３のベース電圧として印加される。

例えば、外部機器６としてマイクロフォンが接続されるときに制御部８がＬレベルの制御電圧を出力すると、Ｌレベルのベース電圧が印加されることでトランジスタＴＲ３のエミッタ−コレクタ間が導通し、グランド線路Ｇ１がグランドに接続される。よって、増幅器４は非反転増幅器として機能する。一方、外部機器６として携帯音楽プレーヤやパーソナルコンピュータが接続されるときに制御部８がＨレベルの制御電圧を出力すると、Ｈレベルのベース電圧が印加されることでトランジスタＴＲ３のエミッタ−コレクタ間が非導通となり、グランド線路Ｇ１がグランドから遮断される。このときトランジスタＴＲ４がコレクタからエミッタに向けてのみ導通状態に保たれることにより、トランジスタＴＲ３のベースから制御部８のグランドに向けてリーク電流が流れることはない。ここにおいて、グランド線路Ｇ１はグランドから遮断され、グランド線路Ｇ１の基準電位は外部機器６におけるグランド線路Ｇ２の基準電位と一致するので、インピーダンス不整合を防止できる。よって、増幅器４は差動増幅器として機能することができ、外部機器６から入力された音声信号を増幅して、音声再生部１０に出力することが可能となる。また、増幅器４が差動増幅器として機能することで、外部機器６のグランド線路Ｇ２に重畳するコモンモードノイズの影響を受けることがない。

上述の説明では、車載用のオーディオ機器を例として説明したが、本実施形態における増幅回路は、異なる基準電位を有する複数の外部機器から音声信号が入力されるオーディオ機器であれば、車載用以外のオーディオ機器に適用できる。また、オーディオ機器以外でも、異なる基準電位を有する複数の外部機器から基準電位に対する電位差信号が入力される増幅回路に本実施形態は適用できる。

以上説明したとおり、本実施形態によれば、異なる基準電位を有する複数の外部機器から音声信号が入力されたときでもその各々を増幅回路２は最小限の追加構成によりその各々の音声信号を増幅することができる。そして、外部機器の基準電位に重畳するコモンモードノイズの影響を排除できる。

１：オーディオ機器、２：増幅回路、４：増幅器、８：制御部、１０：音声再生部、ＴＲ１〜４：トランジスタ、Ｇ１：グランド線路、Ｓ１：信号線路

Claims (4)

1. 異なる基準電位を有する外部機器から前記基準電位が入力される第１の線路と前記基準電位に対する電位差信号が入力される第２の線路と、当該第１、第２の線路にて伝送される電位差信号を増幅する増幅器とを有する増幅回路であって、
   前記第１の線路をグランドとの間に設けられ、ベースが接地ノードを介してグランドに接続されるとともに前記接地ノードに印加されるベース電圧に応じてエミッタ−コレクタ間の導通状態が制御される第１のトランジスタと、
   前記接地ノードに前記第１のトランジスタのベース電圧を印加する制御部と、
   前記接地ノードと前記第１のトランジスタのベースとの間に設けられ、エミッタ−コレクタ間が導通状態に保たれる第２のトランジスタとを有することを特徴とする増幅回路。
2. 異なる基準電位を有する外部機器から前記基準電位が入力される第１の線路と前記基準電位に対する電位差信号が入力される第２の線路と、当該第１、第２の線路にて伝送される電位差信号を増幅する増幅器とを有する増幅回路であって、
   前記第１の線路をグランドとの間に設けられ、ベース電圧に応じてエミッタ−コレクタ間の導通状態が制御される第１のトランジスタと、
   定電圧源と前記第１のトランジスタのベースとの間に設けられ、エミッタ−コレクタ間が導通状態に保たれる第２のトランジスタとを有することを特徴とする増幅回路。
3. 請求項１または２において、
   グランド電位を基準電位として有する第１の外部機器からの電位差信号が入力される場合には前記第１の線路がグランドに接続され、グランド電位と異なる基準電位を有する第２の外部機器からの電位差信号が入力される場合には前記第１の線路がグランドから遮断されることを特徴とする増幅回路。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の増幅回路を有し、
   前記増幅回路は前記電位差信号としての音声信号を増幅し、
   前記増幅された音声信号に基づき音声を再生出力するオーディオ機器。

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