JP2011193144A - Signal processing device, digital output microphone unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、信号処理装置及びそれを備えたデジタル出力マイクロホンユニットに関する。 The present invention relates to a signal processing apparatus and a digital output microphone unit including the same.
マイクロホンは、音(弾性体を伝播する弾性波)をアナログ電気信号に変換するセンサであり、その変換方式の違いにより圧電型、動電型、静電型等に分類される。なお、携帯電話やICレコーダ等の小型化や薄型化が要求される携帯機器においては、静電型のECM(Electret Condenser Microphone)やMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)マイクロホンが一般的に採用されている。 A microphone is a sensor that converts sound (elastic wave propagating through an elastic body) into an analog electric signal, and is classified into a piezoelectric type, an electrodynamic type, an electrostatic type, and the like depending on the conversion method. In portable devices such as mobile phones and IC recorders that are required to be small and thin, electrostatic ECM (Electret Condenser Microphone) and MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) microphones are generally employed. .
ところで、マイクロホンの特性の一つとして周囲の温度変化に弱いことが知られている。例えば、ECMにおいて通常の会話程度の音圧レベル94dB SPL(Sound Pressure Level)が集音される場合には、ECMから出力されるアナログ電気信号の電圧レベルは、常温(約20℃)の際に約20mVpp(Peak to Peak)で安定しているが、−40℃から90℃までの広範囲の温度変化に対して約15〜30mVpp(Peak to Peak)の変動が生じる。このように、通常の会話を集音して再生する場合に、周囲の温度変化に応じて音の大きさが変動する問題がある。 By the way, it is known as one of the characteristics of the microphone that it is vulnerable to ambient temperature changes. For example, when a sound pressure level of 94 dB SPL (Sound Pressure Level) equivalent to that of normal conversation is collected in the ECM, the voltage level of the analog electric signal output from the ECM is at room temperature (about 20 ° C.). Although stable at about 20 mVpp (Peak to Peak), fluctuations of about 15 to 30 mVpp (Peak to Peak) occur over a wide range of temperature changes from -40 ° C to 90 ° C. As described above, when collecting and reproducing a normal conversation, there is a problem that the volume of the sound fluctuates according to the ambient temperature change.
そこで、周囲の温度変化に対するマイクロホンの音響特性を改善するために、例えば特許文献1、2に記載された技術が提案されている。
In order to improve the acoustic characteristics of the microphone with respect to ambient temperature changes, for example, techniques described in
特許文献1には、電気回路基板、背極基板、及び振動膜支持枠の3部材に電極膜、エレクトレット層、振動膜等を一体化したものを積層して構成したECMが開示されている。このように前記3部材に同一の材料を使用することにより、周囲の温度変化に対する音響特性の改善を図っている。
特許文献2には、サーミスタを内蔵して、周囲の温度変化に追従して出力レベルを調整するマイクロホンユニットが開示されている。図18は特許文献2の図1、図2に示された従来のマイクロホンユニットの構成を示す回路図である。図18に示すマイクロホンユニット50は、マイクロホン51と演算増幅器53を備えたプリアンプ52とにより構成されている。マイクロホン51の出力は演算増幅器53の非反転入力端子と接続されている。また、演算増幅器53の出力は、音声信号を取り出すための出力端子55に接続され、かつ帰還抵抗56を介して演算増幅器53の反転入力端子にも接続されている。演算増幅器53の反転入力端子は、帰還抵抗56と同様にプリアンプ52のゲインを決定するための可変抵抗58を介して所定の端子59に接続されている。これらのマイクロホンユニット50の基本構成に加えて、帰還抵抗56の両端にはサーミスタ57からの信号線が接続されており、これによりプリアンプ52のゲイン(増幅率)を決定するための演算増幅器53の帰還抵抗素子が構成されている。この構成により、周囲の温度が高くなれば、帰還抵抗56に並列接続されたサーミスタ57の抵抗値が低くなり、温度上昇によるマイクロホンユニット50の感度上昇を抑えるようにプリアンプ52のゲインが自動的に調整される。一方、周囲の温度が低くなれば、サーミスタ57の抵抗値が高くなり、温度低下によるマイクロホンユニット50の感度低下を抑えるようにプリアンプ52のゲインが自動的に調整される。なお、マイクロホンユニット50の初期感度は、製造段階等で可変抵抗58によって常温で規定感度範囲となるように予め調整される。また、マイクロホンユニット50の温度特性は、可変抵抗58及びサーミスタ57の各抵抗値によって調整される。
Patent Document 2 discloses a microphone unit that incorporates a thermistor and adjusts an output level following a change in ambient temperature. FIG. 18 is a circuit diagram showing the configuration of the conventional microphone unit shown in FIGS. A
ところで、特許文献1、2に記載された技術については、次のような課題があった。
By the way, the techniques described in
特許文献1に記載された技術では、電気回路基板、背極基板、及び振動膜支持枠の3部材に同一の材料を使用することで周囲の温度変化に対する音響特性の改善を期待しているが、実際にどの程度改善されているのか明らかではなく、具体性や実現性に乏しいという問題がある。また、上記3部材に同一の材料を使用したところで、ECMから出力されるアナログ電気信号は周囲の温度変化に対して依然として変化するが、特許文献1には当該アナログ電気信号の温度特性を改善するための具体的な構成について記載も示唆もされていない。
In the technique described in
特許文献2に記載された技術では、製造工程に起因したマイクロホン自体の初期感度や温度特性のばらつきと、プリアンプ52のゲインを決定する帰還抵抗56、サーミスタ57、及び可変抵抗58の各抵抗値のばらつきと、の2つが主な要因となって、マイクロホンユニット50の出力(アナログ電気信号)に関して温度特性のばらつきが発生するものと考えられる。
In the technique described in Patent Document 2, variations in initial sensitivity and temperature characteristics of the microphone itself due to the manufacturing process, and the resistance values of the
ここで、特許文献2では、製造工程に起因したマイクロホン自体のばらつきを考慮して、可変抵抗58をマイクロホンユニット50に予め内蔵しておき、製造段階においてマイクロホンユニット50の初期感度が常温で規定感度範囲内となるように可変抵抗58によって予め調整されている。しかし、この初期感度の調整は煩雑であり、その調整に要する工程の分、製造コストが高くなるという問題がある。
Here, in Patent Document 2, a
また、特許文献2では、マイクロホンユニット50の出力(アナログ電気信号)の温度特性を改善すべくプリアンプ52のゲインを調整するために、同一種類ではない2種類以上の抵抗(帰還抵抗56、サーミスタ57、可変抵抗58)をマイクロホンユニット50に内蔵している。これらの抵抗については個々に特有の温度特性のばらつきがあるので、プリアンプ52のゲイン、ひいてはマイクロホンユニット50の出力の温度特性について画一的な調整は煩雑であり、かつ困難であるという問題がある。さらに、仮にマイクロホンユニット50のプリアンプ52を含む周辺回路を集積回路化した場合、その集積回路の中で同一種類ではない2種類以上の抵抗の温度特性のばらつきは顕著となるため、上記の問題がより一層顕著となる。
Further, in Patent Document 2, in order to adjust the gain of the preamplifier 52 in order to improve the temperature characteristic of the output (analog electric signal) of the
さらに、特許文献1、2のいずれにもマイクロホンを含むマイクロホンユニットを小型化、デジタル化することについて記載も示唆もされていない。特許文献1、2に記載された発明を含めて、従来より、マイクロホンユニットは一般的にディスクリート部品によって構成されているので、マイクロホンユニットの小型化の実現は困難であった。特にアナログ−デジタル変換器を搭載したデジタル出力マイクロホンユニットを製造するにあたって、デジタル化のために新たな部品数が増えるので、当該デジタル出力マイクロホンユニットの小型化はより一層困難である。
Furthermore, neither
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、広い温度範囲内で周囲の温度変化に対するデジタル出力の変動を安定化させるデジタル出力マイクロホンユニットを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a digital output microphone unit that stabilizes fluctuations in digital output with respect to ambient temperature changes within a wide temperature range.
上記の課題を解決するために本発明に係る信号処理装置は、マイクロホンによって音から変換されたアナログ電気信号をデジタル電気信号にアナログ−デジタル変換して出力する信号処理装置であって、前記マイクロホンから出力されたアナログ電気信号を増幅するプリアンプと、前記プリアンプから出力されたアナログ電気信号を基準電圧と比較してデジタル電気信号に変換するアナログ−デジタル変換器と、前記基準電圧を生成して前記アナログ−デジタル変換器に供給する基準電圧生成回路と、を備え、前記基準電圧生成回路は、前記信号処理装置を構成する電気回路素子の中でその他の電気回路素子と比べてその電気的性質の温度依存性が高い素子(以下、高温度依存性素子)を備え、当該高温度依存性素子の両端子間電圧に基づいて基準電圧を生成する、ものである。
この構成によれば、前記基準電圧生成回路により生成される基準電圧にマイクロホンの温度特性と同様の温度依存性を有する温度特性を持たせると、アナログ−デジタル変換器がプリアンプから出力されたアナログ電気信号をこの基準電圧と比較するので、マイクロホンによって音から変換されたアナログ電気信号の大きさが周囲の温度変化に依存して変化しても、この基準電圧がアナログ電気信号の大きさの変化に追従して変化する。このため、アナログ電気信号の大きさの温度による変化が基準電圧生成回路により生成される基準電圧の温度による変化によって相殺され、周囲の温度が変化した場合におけるデジタル出力マイクロホンユニットの出力レベルを安定化させることができる。また、信号処理装置を構成するその他の電気回路素子と比べて相対的に高い温度依存性を有する素子を採用するので、基準電圧に温度特性を持たせることが容易である。また、基準電圧生成回路は、この高温度依存性素子の他に異なる種類の素子を組み合わせて構成しなくて済む。このため、高温度依存性素子の製造ばらつきのみを考慮すれば良く、マイクロホンから出力されるアナログ電気信号の温度特性を相殺するような温度特性を持った所望の基準電圧を生成することが容易となる。
In order to solve the above problems, a signal processing device according to the present invention is a signal processing device that performs analog-digital conversion of an analog electrical signal converted from sound by a microphone into a digital electrical signal, and outputs the digital electrical signal. A preamplifier for amplifying the output analog electrical signal; an analog-to-digital converter for converting the analog electrical signal output from the preamplifier to a digital electrical signal by comparing with a reference voltage; and generating the reference voltage to generate the analog A reference voltage generating circuit for supplying to the digital converter, wherein the reference voltage generating circuit is a temperature of its electrical properties compared to other electric circuit elements among the electric circuit elements constituting the signal processing device. Equipped with highly dependent elements (hereinafter referred to as high temperature dependent elements), based on the voltage across both terminals of the high temperature dependent elements Generating a reference voltage, it is intended.
According to this configuration, when the reference voltage generated by the reference voltage generation circuit has a temperature characteristic having temperature dependency similar to the temperature characteristic of the microphone, the analog-digital converter outputs the analog electric signal output from the preamplifier. Since the signal is compared with this reference voltage, even if the magnitude of the analog electrical signal converted from sound by the microphone changes depending on the ambient temperature change, this reference voltage will change to the magnitude of the analog electrical signal. Follow and change. For this reason, changes due to temperature in the magnitude of the analog electrical signal are canceled out by changes in the reference voltage generated by the reference voltage generation circuit, and the output level of the digital output microphone unit when the ambient temperature changes is stabilized. Can be made. In addition, since an element having a relatively high temperature dependency as compared with other electric circuit elements constituting the signal processing device is employed, it is easy to give the reference voltage temperature characteristics. Further, the reference voltage generation circuit does not have to be configured by combining different types of elements in addition to the high temperature dependent element. For this reason, it is only necessary to consider the manufacturing variation of the high temperature dependent element, and it is easy to generate a desired reference voltage having a temperature characteristic that cancels the temperature characteristic of the analog electric signal output from the microphone. Become.
上記の信号処理装置において、前記高温度依存性素子はダイオードであり、前記基準電圧生成回路は、電源端子と接地端子との間に電流源と前記ダイオードとが直列に接続されて構成され、前記電源端子と前記ダイオードとの接続点の電圧に基づいて前記基準電圧を生成する、としてもよい。 In the above signal processing device, the high temperature dependent element is a diode, and the reference voltage generation circuit is configured by connecting a current source and the diode in series between a power supply terminal and a ground terminal, The reference voltage may be generated based on a voltage at a connection point between a power supply terminal and the diode.
この構成によれば、ダイオードの温度特性はマイクロホンの温度特性と同様に一次直線として近似され、かつダイオードの順方向電圧は約0.7Vで安定しているので、ダイオードを用いることによってマイクロホンから出力されるアナログ電気信号の温度特性を相殺するような温度特性を持った基準電圧を容易に生成することができる。また、少ない部品で基準電圧生成回路を製造することが可能である。 According to this configuration, the temperature characteristic of the diode is approximated as a linear line similarly to the temperature characteristic of the microphone, and the forward voltage of the diode is stable at about 0.7 V. Therefore, output from the microphone is achieved by using the diode. Therefore, it is possible to easily generate a reference voltage having a temperature characteristic that cancels the temperature characteristic of the analog electric signal. Further, it is possible to manufacture the reference voltage generation circuit with a small number of parts.
上記の信号処理装置において、前記高温度依存性素子は正又は負の温度係数を有する抵抗であり、前記基準電圧生成回路は、電源端子と接地端子との間に電流源と前記抵抗とが直列に接続されて構成され、前記電源端子と前記抵抗との接続点の電圧に基づいて前記基準電圧を生成する、としてもよい。
この構成によれば、ダイオードと同様に容易に基準電圧に温度特性を持たせることができ、かつ少ない部品で基準電圧生成回路を製造することが可能である。
In the above signal processing device, the high temperature dependent element is a resistor having a positive or negative temperature coefficient, and the reference voltage generating circuit includes a current source and the resistor in series between a power supply terminal and a ground terminal. The reference voltage may be generated based on a voltage at a connection point between the power supply terminal and the resistor.
According to this configuration, the reference voltage can be easily given temperature characteristics as in the case of the diode, and the reference voltage generation circuit can be manufactured with a small number of components.
上記の信号処理装置において、前記プリアンプ、前記アナログ−デジタル変換器、及び前記基準電圧生成回路は、集積回路化されている、としてもよい。
この構成によれば、非常に小型でかつ精度の良いデジタル出力マイクロホンユニットを実現できる。
In the above signal processing device, the preamplifier, the analog-digital converter, and the reference voltage generation circuit may be integrated.
According to this configuration, a very small and accurate digital output microphone unit can be realized.
また、本発明に係るデジタル出力マイクロホンユニットは、音をアナログ電気信号に変換するマイクロホンと、前記マイクロホンから出力されたアナログ電気信号を増幅するプリアンプと、前記プリアンプから出力されたアナログ電気信号を基準電圧と比較してデジタル電気信号に変換するアナログ−デジタル変換器と、前記基準電圧を生成して前記アナログ−デジタル変換器に供給する基準電圧生成回路と、を備え、前記基準電圧生成回路は、前記信号処理装置を構成する電気回路素子の中でその他の電気回路素子と比べてその電気的性質の温度依存性が高い素子(以下、高温度依存性素子)を備え、当該高温度依存性素子の両端子間電圧に応じた基準電圧を生成する、ものである。 The digital output microphone unit according to the present invention includes a microphone that converts sound into an analog electrical signal, a preamplifier that amplifies the analog electrical signal output from the microphone, and an analog electrical signal output from the preamplifier as a reference voltage. An analog-to-digital converter that converts the signal into a digital electric signal, and a reference voltage generation circuit that generates the reference voltage and supplies the reference voltage to the analog-to-digital converter, and the reference voltage generation circuit includes: Among the electric circuit elements constituting the signal processing device, the electric circuit element includes an element having a higher temperature dependency of its electrical properties than the other electric circuit elements (hereinafter referred to as a high temperature dependent element). A reference voltage corresponding to the voltage between both terminals is generated.
上記のデジタル出力マイクロホンユニットにおいて、前記マイクロホンは、ECM(Electret Condenser Microphone)である、としてもよい。 In the above digital output microphone unit, the microphone may be an ECM (Electret Condenser Microphone).
この構成によれば、温度補償機能付きのECMユニットを実現できる。 According to this configuration, an ECM unit with a temperature compensation function can be realized.
上記のデジタル出力マイクロホンユニットにおいて、前記マイクロホンは、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)マイクロホンである、としてもよい。 In the digital output microphone unit, the microphone may be a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) microphone.
この構成によれば、温度補償機能付きのMEMSマイクロホンユニットを実現できる。
上記のデジタル出力マイクロホンユニットにおいて、前記アナログ−デジタル変換器は、デルタシグマ変調型のアナログ−デジタル変換器である、としてもよい。
この構成によれば、低雑音で高品質なデジタル出力マイクロホンユニットを提供することが可能である。
According to this configuration, a MEMS microphone unit with a temperature compensation function can be realized.
In the digital output microphone unit, the analog-digital converter may be a delta-sigma modulation type analog-digital converter.
According to this configuration, it is possible to provide a high-quality digital output microphone unit with low noise.
上記のデジタル出力マイクロホンユニットにおいて、前記デジタル電気信号は、PDM(Pulse Density Modulation)方式に変換されて外部に出力される、としてもよい。
この構成によれば、デジタル出力マイクロホンユニット内に音声信号処理用途のDSPを備える必要がなくなり、小型なデジタル出力マイクロホンユニットを実現することが可能である。さらに、デジタル出力マイクロホンユニットから出力される信号がデジタル電気信号であるので、外乱ノイズの影響を受けにくく、当該デジタル出力マイクロホンユニットが搭載されるセット製品内においてロケーションフリーを実現できる。
In the digital output microphone unit, the digital electric signal may be converted into a PDM (Pulse Density Modulation) method and output to the outside.
According to this configuration, it is not necessary to provide a DSP for audio signal processing in the digital output microphone unit, and a small digital output microphone unit can be realized. Furthermore, since the signal output from the digital output microphone unit is a digital electric signal, it is difficult to be affected by disturbance noise, and location-free can be realized in a set product on which the digital output microphone unit is mounted.
本発明によれば、広い温度範囲内で周囲の温度変化に対してデジタル出力レベルを安定化させるデジタル出力マイクロホンユニットを実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a digital output microphone unit that stabilizes a digital output level against a change in ambient temperature within a wide temperature range.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
(第1の実施の形態)
以下、本発明の第1の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same referential mark is attached | subjected to the element which is the same or it corresponds through all the figures below, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[本発明の概念]
本発明は、マイクロホンと、プリアンプと、アナログ−デジタル変換器とを備え、当該マイクロホンから出力されるアナログ電気信号を、当該プリアンプを介して当該アナログ−デジタル変換器に入力し、当該アナログ−デジタル変換器によってデジタル電気信号に変換するデジタル出力マイクロホンユニットをその適用対象とする。ここで、デジタル出力マイクロホンユニットから出力されるデジタル電気信号は、従来のアナログ出力マイクロホンユニットから出力されるアナログ電気信号と同様の温度特性を有する。そこで、本発明者は、デジタル出力マイクロホンユニット内部において元々の温度特性の逆の温度依存性を有する温度特性を作り出し、それ用いて元々の温度特性を相殺することを考えた。具体的には、アナログ−デジタル変換器において温度特性を持つアナログ電気信号と比較される基準電圧について、アナログ電気信号の温度特性と同様の温度依存性を有する温度特性を持たせることを考えた。「逆の温度依存性を有する」とは、「温度係数の符号が逆である」ことを意味し、「同様の温度依存性」とは、「温度係数の符号が同じである」ことを意味する。
[Concept of the present invention]
The present invention includes a microphone, a preamplifier, and an analog-digital converter. An analog electrical signal output from the microphone is input to the analog-digital converter via the preamplifier, and the analog-digital conversion is performed. The digital output microphone unit that converts it into a digital electric signal by the device is the application target. Here, the digital electrical signal output from the digital output microphone unit has the same temperature characteristics as the analog electrical signal output from the conventional analog output microphone unit. Therefore, the present inventor has considered that a temperature characteristic having a temperature dependence opposite to the original temperature characteristic is created inside the digital output microphone unit and used to cancel the original temperature characteristic. Specifically, the reference voltage compared with the analog electric signal having the temperature characteristic in the analog-digital converter is considered to have a temperature characteristic having the same temperature dependence as the temperature characteristic of the analog electric signal. “Having opposite temperature dependence” means “the sign of the temperature coefficient is opposite”, and “similar temperature dependence” means “the sign of the temperature coefficient is the same”. To do.
ここで、アナログ−デジタル変換器の基本原理は、アナログ−デジタル変換器の基準電圧とアナログ−デジタル変換器に入力されるアナログ電気信号との大きさを比較することで、アナログ電気信号の量子化を行うというものである。このアナログ−デジタル変換処理を単純化すると、次式で表すことが可能である。 Here, the basic principle of the analog-digital converter is that the analog electric signal is quantized by comparing the reference voltage of the analog-digital converter and the analog electric signal input to the analog-digital converter. Is to do. If this analog-digital conversion process is simplified, it can be expressed by the following equation.
Dcode=(Vin/Vref)×2N ・・・(1)
なお、Dcodeはデジタル出力コード、Vinは入力電圧(アナログ電気信号)、Vrefはアナログ−デジタル変換器の基準電圧、Nは変換ビット数(変換分解能)である。ここで、例えば、Vin=1V、Vref=1V、N=5である場合、デジタル出力コードDcodeはフルスケールの“11111”を出力する。また、Vin=0.5V、Vref=1V、N=5である場合、デジタル出力コードDcodeは1/2フルスケールの“01111”を出力する。つまり、基準電圧Vrefが一定である場合には、入力電圧Vinの変動に応じてデジタル出力コードDcodeは大きく変動することが分かる。
Dcode = (Vin / Vref) × 2 N (1)
Dcode is a digital output code, Vin is an input voltage (analog electrical signal), Vref is a reference voltage of the analog-digital converter, and N is a conversion bit number (conversion resolution). Here, for example, when Vin = 1V, Vref = 1V, and N = 5, the digital output code Dcode outputs “11111” in full scale. When Vin = 0.5V, Vref = 1V, and N = 5, the digital output code Dcode outputs “01111” of ½ full scale. That is, when the reference voltage Vref is constant, it can be seen that the digital output code Dcode varies greatly according to the variation of the input voltage Vin.
そこで、マイクロホンからプリアンプを介してアナログ−デジタル変換器に入力されるアナログ電気信号が周囲の温度変化によって大きさが変化しても、アナログ−デジタル変換器へ入力されるアナログ電気信号の当該温度変化による変化に追従する基準電圧を生成して、その基準電圧をアナログ−デジタル変換器の基準電圧として用いる。この結果、デジタル出力コードDcodeは、周囲の温度の変化に依存せずに安定化される。 Therefore, even if the magnitude of the analog electric signal input from the microphone to the analog-to-digital converter via the preamplifier changes due to a change in ambient temperature, the temperature change of the analog electric signal input to the analog-to-digital converter. A reference voltage that follows the change due to is generated, and the reference voltage is used as the reference voltage of the analog-digital converter. As a result, the digital output code Dcode is stabilized without depending on the ambient temperature change.
なお、デジタル出力マイクロホンユニットを構成するその他の電気回路素子と比べてその電気的性質(電気抵抗、抵抗率、導電率等)の温度依存性が高い素子(以下、高温度依存性素子という)を採用し、当該素子の両端子間電圧に応じた基準電圧を生成する。この高温度依存性素子を採用することによって、アナログ−デジタル変換器の基準電圧に温度特性を持たせることが容易となる。また、基準電圧を生成する際にこの高温度依存性素子のみを使用すれば十分であり、図18に示したサーミスタ57及び帰還抵抗56のように、異なる種類の電気回路素子を組み合わせる必要がない。このため、この高温度依存性素子の製造ばらつきのみを考慮すれば良く、マイクロホンから出力されるアナログ電気信号の温度による変化に追従する所望の基準電圧の生成が容易となる。
In addition, compared with other electric circuit elements constituting the digital output microphone unit, an element (hereinafter referred to as a high temperature dependent element) having a higher temperature dependence of its electrical properties (electrical resistance, resistivity, conductivity, etc.) A reference voltage corresponding to the voltage between both terminals of the element is generated. By adopting this high temperature dependent element, it becomes easy to give temperature characteristics to the reference voltage of the analog-digital converter. Further, it is sufficient to use only the high temperature dependent element when generating the reference voltage, and there is no need to combine different types of electric circuit elements as in the
なお、高温度依存性素子としては、後述のダイオード(ダイオード接続されたMOSFETやバイポーラトランジスタを含む)、正又は負の温度係数を有する抵抗(ポリシリコン抵抗、拡散抵抗等)が挙げられる。ダイオードの温度特性はマイクロホンの温度特性と同様に正又は負の温度係数を有する一次直線として近似され、かつダイオードの順方向電圧は常温の時には約0.7Vで安定しているので、ダイオードを用いればマイクロホンから出力されるアナログ電気信号の温度による変化に追従する基準電圧の生成が容易となる。また、少ない部品で基準電圧生成回路を製造することも可能となる。ダイオードの温度特性に近似した抵抗を用いた場合にも同様のことがいえる。 Examples of the high temperature-dependent element include a diode (including a diode-connected MOSFET and a bipolar transistor) described later, and a resistor (polysilicon resistor, diffused resistor, etc.) having a positive or negative temperature coefficient. The temperature characteristic of the diode is approximated as a linear line having a positive or negative temperature coefficient similar to the temperature characteristic of the microphone, and the forward voltage of the diode is stable at about 0.7 V at room temperature. For example, it becomes easy to generate a reference voltage that follows changes in temperature of an analog electrical signal output from a microphone. It is also possible to manufacture the reference voltage generation circuit with a small number of parts. The same can be said when a resistor approximating the temperature characteristic of the diode is used.
[デジタル出力マイクロホンユニットの構成]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るデジタル出力マイクロホンユニットの構成を示す回路図である。
[Configuration of digital output microphone unit]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a digital output microphone unit according to the first embodiment of the present invention.
同図に示すデジタル出力マイクロホンユニット100は、周囲の音を集音するために開口部11が設けられた筐体18内に、マイクロホン1、プリアンプ15、アナログ−デジタル変換器12、及び基準電圧生成回路14が組み合わされて構成されている。なお、デジタル出力マイクロホンユニット100は、外部端子として少なくとも電源端子2、接地端子9、及びデジタル出力端子16を備えている。
The digital
マイクロホン1は、開口部11から集音された音(弾性体中を伝播する弾性波)をアナログ電気信号に変換する音検出センサである。マイクロホン1は、デジタル出力マイクロホンユニット100の小型化及び集積回路化を考慮して、静電型のECM(Electret Condenser Microphone)又はMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)マイクロホンであることが好ましいが、その他に圧電型や動電型であってもよい。
The
プリアンプ15は、マイクロホン1から出力されたアナログ電気信号が入力され、これを音質や音量等を調整するために当該アナログ電気信号を所定の増幅率で増幅するアンプである。
The
アナログ−デジタル変換器12は、プリアンプ15から出力されたアナログ電気信号が入力され、これを当該アナログ電気信号と後述の基準電圧Vrefとの比較に基づいてデジタル電気信号にアナログ−デジタル変換する。アナログ−デジタル変換器12の出力はデジタル出力端子16と接続されており、デジタル電気信号はデジタル出力端子16を介して外部に出力される。なお、アナログ−デジタル変換器12には、基準電圧生成回路14によって生成された基準電圧Vrefが印加される基準電圧入力端子17が設けられている。
The analog-
アナログ−デジタル変換器12は、高分解能が得られるデルタシグマ変調型であることが好ましい。図2は、デルタシグマ変調型のアナログ−デジタル変換器の構成を示す回路図である。
The analog-to-
同図に示すアナログ−デジタル変換器12は、減算器121、積分器122、コンパレータ(量子化器)123、遅延器124、及びデジタル−アナログ変換器125により構成されたデルタシグマ変調器と、デジタルフィルタ126と、によって構成されている。
The analog-
上記のデルタシグマ変調器の変調動作としては、まず、アナログ電気信号がデジタル−アナログ変換器125の前時点の出力とともに減算器121に入力される。減算器121はアナログ電気信号とデジタル−アナログ変換器125の出力との差分を演算して積分器122に入力する。積分器122は、減算器121の出力と当該出力の前時点のデータとを足し合わせた結果をコンパレータ123に入力する。コンパレータ123は、積分器122の出力と基準電圧入力端子17に印加された基準電圧Vrefと比較してデジタル電気信号を生成する。コンパレータ123から出力されるデジタル電気信号は、不図示のラッチ回路等によってオーバーサンプリングされた後にデジタルフィルタ126に入力されるとともに、遅延器124及びデジタル−アナログ変換器125を介して減算器121にフィードバック入力される。デジタルフィルタ126は、オーバーサンプリングされたデジタル電気信号の分解能を向上するための平均化処理及びサンプリング周波数の間引き(デシメーション)を実行する。
As a modulation operation of the above delta sigma modulator, first, an analog electric signal is input to the
アナログ−デジタル変換器12は、特に、クロック周波数1M〜4MHz、オーバーサンプリング率50〜64倍、4次のデルタシグマ変調型を用いることで、高信号対雑音比を低消費電力で実現することができ、高品質なデジタル出力マイクロホンユニット100を実現できる。なお、アナログ−デジタル変換器12は、デルタシグマ変調型に限定されず、プリアンプ15から出力されるアナログ電気信号と基準電圧Vrefとの比較によってデジタル−アナログ変換するものであればよい。例えば、逐次比較型、フラッシュ型、又はパイプライン型等であってもよい。
In particular, the analog-to-
アナログ−デジタル変換器12から出力されるデジタル電気信号は、PDM(Pulse Density Modulation)形式に変換された後、デジタル出力端子16から外部に出力されることが好ましい。これにより、デジタル出力端子16と接続されたオーディオ信号処理用途のDSP(Digital Signal Processor)は、PDM形式のデジタル電気信号を任意のオーディオインターフェイスフォーマットに変換できる。若しくは、上記のDSPを筐体18内に取り込むことによって、デジタル出力端子16からオーディオインターフェイス形式に従ってデジタル電気信号を出力してもよい。
The digital electric signal output from the analog-
なお、プリアンプ15、アナログ−デジタル変換器12、及び基準電圧生成回路14は、ディスクリート部品として構成されるのではなく、集積回路化した信号処理装置13として構成されることが好ましい。これにより、プリアンプ15、アナログ−デジタル変換器12、及び基準電圧生成回路14の間で電源端子2及び接地端子9を共通化することができ、デジタル出力マイクロホンユニット100の更なる小型化を実現できる。
Note that the
[基準電圧生成回路の構成]
図3は、図1のデジタル出力マイクロホンユニットにおける基準電圧生成回路の構成を示す回路図である。
[Configuration of reference voltage generation circuit]
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a reference voltage generation circuit in the digital output microphone unit of FIG.
同図に示す基準電圧生成回路14は、電源27と接地端子との間に直列接続された電流源19及びダイオード25と、電流源19及びダイオード25の接続点の電圧が入力された反転増幅器23と、によって構成されている。
The reference
電流源19は、その入力側が電源27に接続されており、ダイオード25に順方向電流を供給する。なお、電流源19は、温度及び電源電圧の変化により電流値が変化しないことが好ましい。
The
ダイオード25は、そのカソード側が接地端子に接続されており、そのアノード側が電流源19の出力及び入力抵抗20を介して演算増幅器26の反転入力端子に接続されている。つまり、演算増幅器26の反転入力端子には、ダイオード25のアノード−カソード間電圧が印加されている。
The
演算増幅器26の出力端子は、基準電圧出力端子22に接続されるとともに、反転増幅器23のゲインを決定する帰還抵抗21を介して演算増幅器26の反転入力端子に接続されている。なお、入力抵抗20及び帰還抵抗21は同一種類の同製造プロセス技術を利用して製造することが好ましい。この結果、入力抵抗20及び帰還抵抗21の各抵抗値のばらつきを低減でき、反転増幅器23のゲインのばらつきを低減できる。演算増幅器26の非反転入力端子は電源24に接続され、反転増幅器23の出力電圧を制御する。電源24は、温度及び電源電圧の変化により電圧値が変化しないことが好ましい。
The output terminal of the
以上の構成により、ダイオード25のアノード−カソード間電圧の温度特性の傾き(mV/℃)を利用して、基準電圧生成回路14により生成される基準電圧Vrefの温度特性の傾きの大小を調整することが可能になる。
[温度特性補償の一例]
図4は、図1に示したデジタル出力マイクロホンユニットにおける正の温度係数を有するECMの出力信号(アナログ電気信号)の温度特性を示すグラフである。当該グラフは、ECMが94dB SPL(Sound Pressure Level)相当を集音した場合のものである。
With the above configuration, the slope of the temperature characteristic of the reference voltage Vref generated by the reference
[Example of temperature characteristic compensation]
FIG. 4 is a graph showing temperature characteristics of an ECM output signal (analog electrical signal) having a positive temperature coefficient in the digital output microphone unit shown in FIG. The graph is obtained when the ECM collects a sound corresponding to 94 dB SPL (Sound Pressure Level).
同図によれば、ECMの出力信号の電圧レベルは、27℃では約20mVpp(Peak to Peak)程度であるが、−40℃では約16mVpp(Peak to Peak)まで減少し、90℃では約25mVppまで増加していることが分かる。このように、ECMの温度特性は正の傾きを持った一次直線(又は一次曲線)として近似される。 According to the figure, the voltage level of the output signal of the ECM is about 20 mVpp (Peak to Peak) at 27 ° C., but decreases to about 16 mVpp (Peak to Peak) at −40 ° C., and about 25 mVpp at 90 ° C. It can be seen that the number has increased. As described above, the temperature characteristic of the ECM is approximated as a linear line (or a linear curve) having a positive slope.
図5は、図1に示したデジタル出力マイクロホンユニットにおけるダイオードのアノード−カソード間電圧の温度特性を示すグラフである。 FIG. 5 is a graph showing temperature characteristics of the anode-cathode voltage of the diode in the digital output microphone unit shown in FIG.
同図によれば、温度の変化に対するアノード−カソード間電圧の傾きは約−2(mV/℃)になることが分かる。ここで、反転増幅器23のゲイン、すなわち、入力抵抗20と帰還抵抗21との比を例えば“1”にすると、基準電圧生成回路14の出力電圧(基準電圧Vref)の温度特性の傾きは約+2(mV/℃)になる。よって、図4に示したマイクロホンの温度特性と同様に、基準電圧Vrefの温度特性は正の傾きを持った一次直線として近似される。なお、ゲインを決定するための入力抵抗20と帰還抵抗21との比は、マイクロホン1から出力されるアナログ電気信号の温度変化に対応するように決定すればよい。
According to the figure, it can be seen that the slope of the anode-cathode voltage with respect to the temperature change is about −2 (mV / ° C.). Here, when the gain of the inverting
図6は、図1に示したデジタル出力マイクロホンユニットの出力レベル(デジタル電気信号)の温度特性を示すグラフである。なお、当該グラフは、正の温度係数を有するECMが94dB SPL相当を集音した時のものである。破線は基準電圧Vrefが一定であると仮定した場合の出力レベルを示し、実線はダイオード25のアノード−カソード間電圧に基づいて基準電圧Vrefを生成した場合の出力レベルを示している。
FIG. 6 is a graph showing the temperature characteristics of the output level (digital electric signal) of the digital output microphone unit shown in FIG. Note that the graph is obtained when an ECM having a positive temperature coefficient collects 94 dB SPL equivalent. The broken line indicates the output level when the reference voltage Vref is assumed to be constant, and the solid line indicates the output level when the reference voltage Vref is generated based on the anode-cathode voltage of the
同図により、基準電圧Vrefを一定と仮定した場合、出力レベルは−40℃〜90℃の広い温度範囲において約4dBの変化が生じることが分かる。一方、ダイオード25のアノード−カソード間電圧に基づいて基準電圧Vrefを生成した場合、上記の場合と同じ広い温度範囲内において、出力レベルが−26dBFSに近い値に安定化している(温度特性補償されている)ことが分かる。
(第2の実施の形態)
以下、本発明の第2の実施の形態に係るデジタル出力マイクロホンユニットについて説明する。なお、第2の実施の形態は、第1の実施の形態と同様に、図4に示すようにマイクロホン1が正の温度係数を有する場合をその適用対象としている。第1の実施の形態に係るデジタル出力マイクロホンユニット100と構成上相違する点は、基準電圧生成回路14の構成のみである。
As can be seen from the figure, when the reference voltage Vref is assumed to be constant, the output level changes by about 4 dB in a wide temperature range of −40 ° C. to 90 ° C. On the other hand, when the reference voltage Vref is generated based on the anode-cathode voltage of the
(Second Embodiment)
Hereinafter, a digital output microphone unit according to a second embodiment of the present invention will be described. Note that, as in the first embodiment, the second embodiment is applied to the case where the
図7は、本発明の第2の実施の形態に係るデジタル出力マイクロホンユニットにおける基準電圧生成回路の構成を示す回路図である。 FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a reference voltage generation circuit in the digital output microphone unit according to the second embodiment of the present invention.
図7に示す基準電圧生成回路14は、電源27と接地端子との間に直列接続されたダイオード25及び電流源19と、ダイオード25と電流源19との接続点の電圧が入力された非反転増幅器28と、によって構成されている。
7 includes a
ダイオード25は、そのアノード側は電源27に接続されており、そのカソード側は電流源19の入力に接続されている。また、ダイオード25及び電流源19の接続点の電圧が、演算増幅器26の反転入力端子に接続されている。
The
演算増幅器26の出力端子は、基準電圧出力端子22と接続されるとともに、ゲイン(増幅率)を決定する帰還抵抗29を介して演算増幅器26の反転入力端子に接続されている。また、演算増幅器26の反転入力端子は、非反転増幅器28のゲインを決定する抵抗30を介して電源24と接続されている。なお、帰還抵抗29と抵抗30とは、同一種類の同製造プロセス技術を利用して製造することで、帰還抵抗29及び抵抗30の各抵抗値のばらつきを低減でき、非反転増幅器28のゲインばらつきを低減できる。また、電源24は、温度及び電源電圧の変化により電圧値が変化しないことが好ましい。
The output terminal of the
上記の構成により、ダイオード25のアノード−カソード間電圧の温度特性の傾き(mV/℃)を利用して、基準電圧生成回路14の出力電圧(基準電圧Vref)の温度特性の傾きの大小を制御することが可能になる。そして、第1の実施の形態と同様に、広い温度範囲内で周囲の温度変化に対するデジタル出力マイクロホンユニット100の出力レベル(デジタル電気信号)の変動を補償できる。なお、ダイオード25のアノード−カソード間電圧の温度特性が出力電圧の中で保存されるように、非反転増幅器28のゲイン(すなわち、帰還抵抗29と抵抗30との比)を、マイクロホン1の出力信号(アナログ電気信号)の温度変化に対応するように決定すればよい。
(第3の実施の形態)
以下、本発明の第3の実施の形態に係るデジタル出力マイクロホンユニットについて説明する。なお、第3の実施の形態は、第1、第2の実施の形態と同様に、図4に示すようにマイクロホン1が正の温度係数を有する場合をその適用対象としている。なお、第1、第2の実施の形態に係るデジタル出力マイクロホンユニット100と構成上相違する点は、基準電圧生成回路14の構成のみである。
With the above configuration, the slope of the temperature characteristic of the output voltage (reference voltage Vref) of the reference
(Third embodiment)
Hereinafter, a digital output microphone unit according to a third embodiment of the present invention will be described. Note that, as in the first and second embodiments, the third embodiment is applied to the case where the
図8は、本発明の第3の実施の形態に係るデジタル出力マイクロホンユニットにおける基準電圧生成回路の構成を示す回路図である。図9は、本発明の第3の実施の形態に係るデジタル出力マイクロホンユニットにおける正の温度係数を有する抵抗の温度特性を示すグラフである。 FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration of a reference voltage generation circuit in the digital output microphone unit according to the third embodiment of the present invention. FIG. 9 is a graph showing a temperature characteristic of a resistor having a positive temperature coefficient in the digital output microphone unit according to the third embodiment of the present invention.
図8に示す基準電圧生成回路14は、電源27と接地端子との間に直列接続された、電流源19及び図9に示されるような正の温度係数を有する抵抗31と、電流源19及び抵抗31の接続点の電圧が入力された非反転増幅器28と、によって構成されている。
The reference
抵抗31は、例えば、ポリシリコン抵抗や拡散抵抗である。その一方の端子は接地端子に接続されており、その他方の端子は電流源19の出力及び演算増幅器26の非反転入力端子に接続されている。演算増幅器26の出力端子は、ゲイン(増幅率)を決定する帰還抵抗29を介して演算増幅器26の反転入力端子に接続されている。演算増幅器26の反転入力端子は、非反転増幅器28のゲインを決定する抵抗30を介して電源24に接続されている。
The
以上の構成により、マイクロホン1の温度特性(一次直線)と似た抵抗31の温度特性の傾き(mV/℃)を利用して、基準電圧生成回路14の出力電圧の温度特性の傾きの大小を調整することが可能になる。そして、第1の実施の形態と同様に、広い温度範囲内で周囲の温度変化に対するデジタル出力マイクロホンユニット100の出力レベル(デジタル電気信号)の変動を補償できる。なお、正の温度係数を有する抵抗31の温度特性が出力電圧に保存されるように、非反転増幅器28のゲイン(すなわち、帰還抵抗29と抵抗30との比)を、マイクロホン1の出力信号(アナログ電気信号)の温度変化に対応するように決定すればよい。
(第4の実施の形態)
以下、本発明の第4の実施の形態に係るデジタル出力マイクロホンユニットについて説明する。なお、第4の実施の形態では、第1乃至第3の実施の形態と同様に、図4に示すようにマイクロホン1が正の温度係数を有する場合をその適用対象としている。なお、第1乃至第3の実施の形態に係るデジタル出力マイクロホンユニット100と構成上相違する点は、基準電圧生成回路14の構成のみである。
With the above configuration, the inclination of the temperature characteristic of the
(Fourth embodiment)
Hereinafter, a digital output microphone unit according to a fourth embodiment of the present invention will be described. In the fourth embodiment, as in the first to third embodiments, the case where the
図10は、本発明の第4の実施の形態に係るデジタル出力マイクロホンユニットにおける基準電圧生成回路14の構成を示す回路図である。図11は、本発明の第4の実施の形態に係るデジタル出力マイクロホンユニットにおける負の温度係数を有する抵抗の温度特性を示すグラフである。
FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of the reference
図10に示す基準電圧生成回路14は、電源27と接地端子との間に直列接続された電流源19及び図11に示されるような負の温度係数を有する抵抗32と、電流源19及び抵抗32の接続点の電圧が入力された演算増幅器33と、演算増幅器33の出力が入力される反転増幅器23と、によって構成されている。
A reference
抵抗32は、例えば、ポリシリコン抵抗や拡散抵抗である。その一方の端子は接地端子に接続されており、その他方の端子は電流源19の出力及び演算増幅器33の非反転入力端子に接続されている。演算増幅器33の出力端子は演算増幅器33の反転入力端子に接続されており、演算増幅器33はゲイン“1”の逆流防止用バッファ(ボルテージフォロワ)として機能する。また、演算増幅器33の出力端子は、入力抵抗20を介して演算増幅器26の反転入力端子に接続されている。演算増幅器26の出力端子は、反転増幅器23のゲインを決定する帰還抵抗21を介して演算増幅器26の反転入力端子に接続されている。
The
以上の構成により、マイクロホン1の温度特性(一次直線)と似た負の温度係数を有する抵抗32の温度特性の傾き(mV/℃)を利用して、基準電圧生成回路14の出力電圧の温度特性の傾きの大小を制御することが可能になる。そして、第1の実施の形態と同様に、広い温度範囲内で周囲の温度変化に対するデジタル出力マイクロホンユニット100の出力レベル(デジタル電気信号)の変動を補償できる。なお、負の温度係数を有する抵抗32の温度特性が出力電圧に保存されるように、反転増幅器23のゲイン(すなわち、入力抵抗20と帰還抵抗21との比)を、マイクロホン1の出力信号(アナログ電気信号)の温度変化に対応するように決定すればよい。
(第5の実施の形態)
以下、本発明の第5の実施の形態に係るデジタル出力マイクロホンユニットについて説明する。
With the above configuration, the temperature of the output voltage of the reference
(Fifth embodiment)
Hereinafter, a digital output microphone unit according to a fifth embodiment of the present invention will be described.
第1乃至第4の実施の形態では、図4に示すようにマイクロホン1が正の温度係数を有する場合をその適用対象としている。一方、第5の実施の形態では、図12に示すようにマイクロホン1が負の温度係数を有する場合をその適用対象とする。
In the first to fourth embodiments, the case where the
図12は、本発明の第5の実施の形態に係るデジタル出力マイクロホンユニットにおけるECMの出力信号(アナログ電気信号)の温度特性を示すグラフである。当該グラフは、負の温度係数を有するECMが94dB SPL相当を集音した時のものである。 FIG. 12 is a graph showing temperature characteristics of an ECM output signal (analog electric signal) in the digital output microphone unit according to the fifth embodiment of the present invention. The graph is obtained when an ECM having a negative temperature coefficient collects a sound equivalent to 94 dB SPL.
同図に示すように、ECMの出力信号の電圧レベルは、27℃では約20mVpp程度であるが、−40℃では約25mVppまで増加し、90℃では約16mVppまで減少することが分かる。 As shown in the figure, the voltage level of the output signal of the ECM is about 20 mVpp at 27 ° C., but increases to about 25 mVpp at −40 ° C. and decreases to about 16 mVpp at 90 ° C.
図13は、本発明の第5の実施の形態に係るデジタル出力マイクロホンユニットにおける基準電圧生成回路の構成を示す回路図である。 FIG. 13 is a circuit diagram showing a configuration of a reference voltage generation circuit in the digital output microphone unit according to the fifth embodiment of the present invention.
基準電圧生成回路14は、電源27と接地端子との間に直列接続された電流源19及びダイオード25と、非反転増幅器28と、によって構成されている。
The reference
ダイオード25は、そのカソード側は接地端子に接続されており、そのアノード側は電流源19の出力及び演算増幅器26の非反転入力端子に接続されている。演算増幅器26の出力端子は、非反転増幅器28のゲイン(増幅率)を決定する帰還抵抗29を介して演算増幅器26の反転入力端子に接続されている。演算増幅器26の反転入力端子は、非反転増幅器28のゲインを決定する抵抗30を介して電源24に接続されている。
The
上記の構成により、ダイオード25のアノード−カソード間電圧の温度特性の傾き(mV/℃)を利用して、基準電圧生成回路14の出力電圧の温度特性の傾きの大小を調整することが可能になる。そして、第1の実施の形態と同様に、広い温度範囲内で周囲の温度変化に対するデジタル出力マイクロホンユニット100の出力レベル(デジタル電気信号)の変動を補償できる。なお、ダイオード25のアノード−カソード間電圧の温度特性が出力電圧に保存されるように、非反転増幅器28のゲイン(すなわち、帰還抵抗29と抵抗30との比)を、マイクロホン1の出力信号(アナログ電気信号)の温度変化に対応するように決定すればよい。
With the above configuration, it is possible to adjust the magnitude of the slope of the temperature characteristic of the output voltage of the reference
図14は、本発明の第5の実施の形態に係るデジタル出力マイクロホンユニットの出力レベル(デジタル電気信号)の温度特性を示すグラフである。当該グラフは、ECMが94dB SPL相当を集音した時のものである。破線は基準電圧Vrefを一定とした場合の出力レベルを示し、実線はダイオード25のアノード−カソード間電圧に基づいて基準電圧Vrefを生成した場合の出力レベルを示している。
FIG. 14 is a graph showing the temperature characteristics of the output level (digital electric signal) of the digital output microphone unit according to the fifth embodiment of the present invention. The graph is obtained when the ECM collects 94 dB SPL equivalent. The broken line indicates the output level when the reference voltage Vref is constant, and the solid line indicates the output level when the reference voltage Vref is generated based on the anode-cathode voltage of the
同図により、基準電圧Vrefを一定とした場合、出力レベルは−40℃〜90℃の温度範囲において約4dBの変化が生じていることが分かる。一方、ダイオード25のアノード−カソード間電圧に基づいて基準電圧Vrefを生成した場合、上記の場合と同じ温度範囲において、出力レベルが−26dBFSに近い値に安定化されていることが分かる。
(第6の実施の形態)
以下、本発明の第6の実施の形態に係るデジタル出力マイクロホンユニットについて説明する。なお、第6の実施の形態では、第5の実施の形態と同様に、図12に示すようにマイクロホン1が負の温度係数を有する場合をその適用対象としている。なお、第5の実施の形態に係るデジタル出力マイクロホンユニット100と構成上相違する点は、基準電圧生成回路14の構成のみである。
From the figure, it is understood that when the reference voltage Vref is constant, the output level changes by about 4 dB in the temperature range of −40 ° C. to 90 ° C. On the other hand, when the reference voltage Vref is generated based on the anode-cathode voltage of the
(Sixth embodiment)
Hereinafter, a digital output microphone unit according to a sixth embodiment of the present invention will be described. In the sixth embodiment, as in the fifth embodiment, the case where the
図15は、本発明の第6の実施の形態に係るデジタル出力マイクロホンユニットにおける基準電圧生成回路の構成を示す回路図である。 FIG. 15 is a circuit diagram showing a configuration of a reference voltage generation circuit in the digital output microphone unit according to the sixth embodiment of the present invention.
図15に示す基準電圧生成回路14は、電源27と接地端子との間に直列接続されたダイオード25及び電流源19と、反転増幅器23と、によって構成されている。
The reference
ダイオード25は、そのアノード側は電源27に接続されており、そのカソード側は電流源19の入力及び入力抵抗20を介して演算増幅器26の反転入力端子に接続されている。演算増幅器26の出力端子は、反転増幅器23のゲインを決定する帰還抵抗21を介して演算増幅器26の反転入力端子に接続されている。
The
以上の構成により、ダイオード25のアノード−カソード間電圧の温度特性の傾き(mV/℃)を利用して、基準電圧生成回路14の出力電圧の温度特性の傾きの大小を制御することが可能になる。そして、第5の実施の形態と同様に、広い温度範囲内で周囲の温度変化に対するデジタル出力マイクロホンユニット100の出力レベル(デジタル電気信号)の変動を補償できる。なお、負の温度係数を有する抵抗32の温度特性が出力電圧に保存されるように、反転増幅器23のゲイン(すなわち、入力抵抗20と帰還抵抗21との比)を、マイクロホン1の出力信号(アナログ電気信号)の温度変化に対応するように決定すればよい。
(第7の実施の形態)
以下、本発明の第7の実施の形態に係るデジタル出力マイクロホンユニットについて説明する。なお、第7の実施の形態では、第5、第6の実施の形態と同様に、図12に示すようにマイクロホン1が負の温度係数を有する場合をその適用対象としている。なお、第5、第6の実施の形態に係るデジタル出力マイクロホンユニット100と構成上相違する点は、基準電圧生成回路14の構成のみである。
With the above configuration, it is possible to control the magnitude of the slope of the temperature characteristic of the output voltage of the reference
(Seventh embodiment)
Hereinafter, a digital output microphone unit according to a seventh embodiment of the present invention will be described. In the seventh embodiment, as in the fifth and sixth embodiments, the case where the
図16は、本発明の第7の実施の形態に係るデジタル出力マイクロホンユニットにおける基準電圧生成回路の構成を示す回路図である。 FIG. 16 is a circuit diagram showing a configuration of a reference voltage generation circuit in the digital output microphone unit according to the seventh embodiment of the present invention.
図16に示す基準電圧生成回路14は、電源27と接地端子との間に直列接続された電流源19及び図9に示したような正の温度係数を有する抵抗31と、反転増幅器23と、によって構成されている。
A reference
抵抗31は、その一方の端子は接地端子に接続されており、その他方の端子は電流源19の出力及び演算増幅器33の非反転入力端子に接続されている。演算増幅器33の出力端子は演算増幅器33の反転入力端子に接続されており、演算増幅器33はゲイン“1”の逆流防止用バッファ(ボルテージフォロワ)として機能する。演算増幅器33の出力端子は入力抵抗20を介して演算増幅器26の反転入力端子に接続されている。演算増幅器26の出力端子は、反転増幅器23のゲインを決定する帰還抵抗21を介して演算増幅器26の反転入力端子に接続されている。
The
以上の構成により、正の温度係数を有する抵抗31の温度特性の傾き(mV/℃)を利用して、基準電圧生成回路14の出力電圧の温度特性の傾きの大小を制御することが可能になる。そして、第5の実施の形態と同様に、広い温度範囲内で周囲の温度変化に対するデジタル出力マイクロホンユニット100の出力レベル(デジタル電気信号)の変動を補償できる。なお、正の温度係数を有する抵抗32の温度特性が出力電圧に保存されるように、反転増幅器23のゲイン(すなわち、入力抵抗20と帰還抵抗21との比)を、マイクロホン1の出力信号(アナログ電気信号)の温度変化に対応するように決定すればよい。
(第8の実施の形態)
以下、本発明の第8の実施の形態に係るデジタル出力マイクロホンユニットについて説明する。なお、第8の実施の形態では、第5乃至第7の実施の形態と同様に、図12に示すようにマイクロホン1が負の温度係数を有する場合をその適用対象としている。なお、第5乃至第7の実施の形態に係るデジタル出力マイクロホンユニット100と構成上相違する点は、基準電圧生成回路14の構成のみである。
With the above configuration, it is possible to control the magnitude of the slope of the temperature characteristic of the output voltage of the reference
(Eighth embodiment)
Hereinafter, a digital output microphone unit according to an eighth embodiment of the present invention will be described. In the eighth embodiment, as in the fifth to seventh embodiments, the case where the
図17は、本発明の第8の実施の形態に係るデジタル出力マイクロホンユニットにおける基準電圧生成回路の構成を示す回路図である。 FIG. 17 is a circuit diagram showing a configuration of a reference voltage generation circuit in the digital output microphone unit according to the eighth embodiment of the present invention.
図17に示す基準電圧生成回路14は、電源27と接地端子との間に直列接続された電流源19及び図11に示したような負の温度係数を有する抵抗32と、非反転増幅器28と、によって構成されている。
A reference
抵抗32は、その一方の端子は接地端子に接続されており、その他方の端子は電流源19の出力及び演算増幅器26の非反転入力端子に接続されている。演算増幅器26の出力端子は、ゲイン(増幅率)を決定する帰還抵抗29を介して演算増幅器26の反転入力端子に接続されている。演算増幅器26の反転入力端子は、非反転増幅器28のゲインを決定する抵抗30を介して電源24に接続されている。
The
以上の構成により、負の温度係数を有する抵抗32の温度特性の傾き(mV/℃)を利用して、基準電圧生成回路14の出力電圧の温度特性の傾きの大小を制御することが可能になる。そして、第5の実施の形態と同様に、広い温度範囲内で周囲の温度変化に対するデジタル出力マイクロホンユニット100の出力レベル(デジタル電気信号)の変動を補償できる。なお、負の温度係数を有する抵抗31の温度特性が出力電圧に保存されるように、反転増幅器23のゲイン(すなわち、帰還抵抗21と抵抗30との比)を、マイクロホン1の出力信号(アナログ電気信号)の温度変化に対応するように決定すればよい。
With the above configuration, it is possible to control the magnitude of the slope of the temperature characteristic of the output voltage of the reference
上記の説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更できる。 From the above description, many modifications and other embodiments of the present invention are obvious to one skilled in the art. Accordingly, the foregoing description should be construed as illustrative only and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the best mode of carrying out the invention. The details of the structure and / or function may be substantially changed without departing from the spirit of the invention.
本発明は、広い温度範囲内で周囲の温度変化に対するデジタル出力レベルの変動を安定化させる必要のあるデジタル出力マイクロホンユニットにとって有益である。 The present invention is beneficial for a digital output microphone unit that needs to stabilize digital output level fluctuations with respect to ambient temperature changes within a wide temperature range.
100…デジタル出力マイクロホンユニット
11…開口部
12…アナログ−デジタル変換器
121…減算器
122…積分器
123…コンパレータ
124…遅延器
125…アナログ変換器
125…デジタルフィルタ
13…信号処理装置
14…基準電圧生成回路
15…プリアンプ
16…デジタル出力端子
17…基準電圧入力端子
18…筐体
19…電流源
2…電源端子
9…接地端子
20…入力抵抗
21…帰還抵抗
22…基準電圧出力端子
23…反転増幅器
24…電源
25…ダイオード
26…演算増幅器
27…電源
28…非反転増幅器
29…帰還抵抗
30…抵抗
31…正の温度係数を有する抵抗
32…負の温度係数を有する抵抗
33…演算増幅器
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記マイクロホンから出力されたアナログ電気信号を増幅するプリアンプと、
前記プリアンプから出力されたアナログ電気信号を基準電圧と比較してデジタル電気信号に変換するアナログ−デジタル変換器と、
前記基準電圧を生成して前記アナログ−デジタル変換器に供給する基準電圧生成回路と、を備え、
前記基準電圧生成回路は、前記信号処理装置を構成する電気回路素子の中でその他の電気回路素子と比べてその電気的性質の温度依存性が高い素子(以下、高温度依存性素子)を備え、当該高温度依存性素子の両端子間電圧に基づいて基準電圧を生成する、信号処理装置。 A signal processing apparatus for converting an analog electric signal converted from sound by a microphone into a digital electric signal by analog-to-digital conversion and outputting the digital electric signal,
A preamplifier for amplifying an analog electrical signal output from the microphone;
An analog-to-digital converter that compares the analog electrical signal output from the preamplifier with a reference voltage and converts the analog electrical signal into a digital electrical signal;
A reference voltage generation circuit that generates the reference voltage and supplies the reference voltage to the analog-to-digital converter,
The reference voltage generation circuit includes an element (hereinafter referred to as a high temperature-dependent element) whose electric property is higher in temperature than other electric circuit elements among the electric circuit elements constituting the signal processing device. A signal processing device that generates a reference voltage based on a voltage between both terminals of the high temperature dependent element.
前記基準電圧生成回路は、電源端子と接地端子との間に電流源と前記ダイオードとが直列に接続されて構成され、前記電源端子と前記ダイオードとの接続点の電圧に基づいて前記基準電圧を生成する、請求項1に記載の信号処理装置。 The high temperature dependent element is a diode;
The reference voltage generation circuit includes a current source and the diode connected in series between a power supply terminal and a ground terminal, and the reference voltage is generated based on a voltage at a connection point between the power supply terminal and the diode. The signal processing device according to claim 1, wherein the signal processing device is generated.
前記基準電圧生成回路は、電源端子と接地端子との間に電流源と前記抵抗とが直列に接続されて構成され、前記電源端子と前記抵抗との接続点の電圧に基づいて前記基準電圧を生成する、請求項1に記載の信号処理装置。 The high temperature dependent element is a resistor having a positive or negative temperature coefficient;
The reference voltage generation circuit includes a current source and the resistor connected in series between a power supply terminal and a ground terminal, and the reference voltage is generated based on a voltage at a connection point between the power supply terminal and the resistor. The signal processing device according to claim 1, wherein the signal processing device is generated.
前記マイクロホンから出力されたアナログ電気信号を増幅するプリアンプと、
前記プリアンプから出力されたアナログ電気信号を基準電圧と比較してデジタル電気信号に変換するアナログ−デジタル変換器と、
前記基準電圧を生成して前記アナログ−デジタル変換器に供給する基準電圧生成回路と、を備え、
前記基準電圧生成回路は、
前記信号処理装置を構成する電気回路素子の中でその他の電気回路素子と比べてその電気的性質の温度依存性が高い素子(以下、高温度依存性素子)を備え、当該高温度依存性素子の両端子間電圧に応じた基準電圧を生成する、デジタル出力マイクロホンユニット。 A microphone that converts sound into an analog electrical signal;
A preamplifier for amplifying an analog electrical signal output from the microphone;
An analog-to-digital converter that compares the analog electrical signal output from the preamplifier with a reference voltage and converts the analog electrical signal into a digital electrical signal;
A reference voltage generation circuit that generates the reference voltage and supplies the reference voltage to the analog-to-digital converter,
The reference voltage generation circuit includes:
Among the electric circuit elements constituting the signal processing device, the electric circuit element includes an element whose electrical property is higher in temperature dependency than the other electric circuit elements (hereinafter referred to as a high temperature dependent element), and the high temperature dependent element Digital output microphone unit that generates a reference voltage according to the voltage between both terminals.
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