JP2012503911A - アナログ信号を与える回路装置及び電子装置 - Google Patents

Abstract

アナログ信号を与える回路装置が開示される。回路装置は、バイアス抵抗と、アナログ入力装置と、信号出力部と、を備え、バイアス抵抗及びアナログ入力装置は、電源電圧と基準電圧との間に直列で接続され、信号出力部は、バイアス抵抗に通る交流電圧が出力信号として与えられるように接続される。また、このような回路装置を備える電子装置も開示される。
【選択図】図３

Description

本発明はアナログ信号を与える回路装置、及び当該回路装置を備える電子装置に関する。

適用されたバイアス電圧に依存して、誘導ノイズに敏感なアナログ信号を与える、マイクや他のデバイスのような入力デバイスは、電磁環境両立性（electromagnetic compatibility）の問題に直面する可能性がある。また電源電圧におけるノイズ成分もノイズを誘導しうる。デバイスの他の部分への大電流は、マイクの場合、例えば、しばしば「バンブルビー」音と呼ばれる、低周波ノイズとしてマイク信号内に発見されうる電圧フリッカを引き起こしうる。通常、配線及び部品をどのように配置するかと、既知のノイズを減衰するための回路及び信号処理とをうまく調和させた設計によって、これらの影響に対処する必要がある。米国特許第６，９７８，０２９号明細書は、無線装置で用いられ、送信部の高周波信号の放射に起因するノイズを低減するように構成されたコンデンサマイク装置を開示している。高周波電圧がバイパスコンデンサ及びマイク伝送ラインの共振に起因して増加されることを防ぐために、電界効果トランジスタのドレイン−ソース間と、マイク出力伝送ラインとの間に直列抵抗が提供される。

しかしながら、アナログデバイスから信号を受信する信号増幅器の入力において、これら干渉の影響を低減するための別のアプローチの提供が望まれている。

本発明は、入力デバイスに供給されるバイアス電圧という意味だけでなく、接地あるいは電源の正の電圧レベルと負の電圧レベルとの間の中間基準電圧のような基準電圧という意味を含む、バイアス印加の変動に起因して影響の少なくとも一部が発生するとの理解に基づく。また本発明は、バイアス印加にも用いられ、インピーダンスがかなり小さな直列抵抗からのアナログ信号は増幅器へのノイズ成分を削減するが、高インピーダンス電界効果トランジスタからのアナログ信号を増幅器に出力することはノイズを大幅に増やす一因となるとの理解に基づく。

第１の態様によれば、アナログ信号を与える回路装置が与えられる。回路装置は、バイアス抵抗と、アナログ入力装置と、信号出力部と、を備え、バイアス抵抗及びアナログ入力装置は、電源電圧と基準電圧との間に直列で接続され、信号出力部は、バイアス抵抗に通る交流電圧が出力信号として与えられるように接続される。

アナログ入力装置は、アナログ入力装置の端子に接続されたドレイン及びソースを有する電界効果トランジスタと、電界効果トランジスタのゲートとソースとの間に接続された容量センサと、を備えてもよい。

容量センサは、コンデンサマイク、微小電気機械システムセンサ、及び液体容量傾斜計のいずれかであってもよい。容量センサは、電界効果トランジスタのゲート及びソースへの入力を与える電気回路あるいはデバイスにより代用されてもよい。

バイアス抵抗への接続部において出力信号の信号スイングが得られるように、バイアス抵抗に接続されたコレクタ、アナログ入力装置に接続されたエミッタ、及びバイアス点を与える電圧に接続されたベースを有し、バイアス抵抗とアナログ入力装置との間に接続されたトランジスタをさらに備えてもよい。

基準電圧は接地、電源電圧は負の電圧であり、バイアス抵抗は基準電圧に接続され、アナログ入力装置は電源電圧に接続されてもよい。

基準電圧は接地、電源電圧は正の電圧であり、バイアス抵抗は電源電圧に接続され、アナログ入力装置は基準電圧に接続されてもよい。

信号出力部は、バイアス抵抗のそれぞれの端子への接続を含み、少なくとも１つの接続は、出力信号の交流結合のコンデンサを備えてもよい。

第２の態様によれば、第１の態様に係る回路装置を備える電子装置が与えられる。

電子装置は、ヘッドセット、通信装置、及びユーザインタラクションデバイスの少なくともいずれかであってよい。

従来技術に係るアナログ入力装置及びバイアス装置を有する回路装置を概略的に示した図である。 アナログ入力部を有する例示的なアナログ入力装置及び電界効果トランジスタを概略的に示した図である。 アナログ入力部を有する装置への等価回路及び電界効果トランジスタを概略的に示した図である。 実施形態に係るバイアス装置を有するアナログ入力装置を概略的に示した図である。 実施形態に係るバイアス装置を有するアナログ入力装置を概略的に示した図である。 実施形態に係るバイアス装置を有するアナログ入力装置を概略的に示した図である。 実施形態に係る装置を示している。

発明の原理の理解を助けるために与えられた図１は、従来技術に係る、バイアス装置１０２を有する回路装置１００を概略的に示している図である。バイアス装置１０２は、電源電圧１０４及びアナログ入力装置１０６に接続されたバイアス抵抗を備える。バイアス装置１０２及びアナログ入力装置１０６が電源電圧１０４と基準電圧１０８との間に直列接続されるように、アナログ入力装置１０６は、例えば接地等の基準電圧１０８に接続される。アナログ入力装置１０６を通過した信号は、信号出力部１１０により、回路装置１００からの出力信号を供給するように接続される。信号出力部１１０は、出力信号の交流（ＡＣ）結合のためのコンデンサ１１２を備えることが好ましい。

理想的には純粋な直流（ＤＣ）特性を有するべきである電源電圧１０４のあらゆる不要な交流成分は、直列結合１０２及び１０６、及び信号出力部１１０を介して伝搬され、出力信号にノイズを加える。

図２は、アナログ入力部２０２を有する例示的なアナログ入力装置２００及び電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：field effect transistor）２０４を概略的に示した図である。ＦＥＴはアナログ入力装置２００の端子２０６及び２０８に接続された、ドレイン及びソースを有する。アナログ入力部２０２は、好ましくはＦＥＴ２０４のゲート及びソースの間に接続された容量センサである。容量センサは、例えばコンデンサマイク、微小電気機械システムセンサ、あるいは液体容量傾斜計であってよい。音、力、あるいは傾斜等の物理現象を検出すると、アナログ入力部２０２の静電容量は変化する。そのため、上述したようなバイアス装置によってアナログ入力部２０２に加えられた電荷は、アナログ入力部２０２の電圧変化を引き起こす。アナログ入力部２０２は、電界効果トランジスタのゲート及びソースへの入力を与える電気回路あるいは装置であってもよい。

図３は、図２に示して説明されたアナログ入力装置２００の等価回路３００を概略的に示した図である。アナログ入力装置２００は、通常、バイアス抵抗よりもずっと高い、非常に高い信号インピーダンスを有する電流源３０２と見なすことができる。図１に示されるような回路装置に適用された場合、電源電圧のノイズの大部分は、当該等価高信号インピーダンス３０４において現れるだろう。

図４は、実施形態にかかる回路装置４００を概略的に示した図である。回路装置４００は、バイアス装置４０２を備える。バイアス装置４０２は、例えば接地等の基準電圧４０４、及びアナログ入力装置４０６に接続されたバイアス抵抗を備える。アナログ入力装置４０６は、バイアス装置４０２及びアナログ入力装置４０６が基準電圧４０４と電源電圧４０８の間に直列接続されるように、例えば基準電圧が接地の場合は負の電圧等、好ましくは基準電圧４０４よりも低い電圧を有する電源電圧４０８に接続される。バイアス抵抗４０２を通る信号は、回路装置４００からの出力信号を与えるように、信号出力部４１０により接続される。信号出力部４１０は、好ましくは出力信号の交流結合のためのコンデンサ４１２を備える。アナログ入力装置４０６は、図２を参照して説明した例のいずれかであることが好ましい。

図４の構成は、図３を参照して示したようなアナログ入力装置４０６の固有特性が、電源電圧４０８に含まれるノイズの除去を提供することを暗示する。通常２６ｄＢのノイズ除去が実行されうる。実質的なコモンモード阻止もまた実現できる。

図５は、実施形態に係る回路装置５００を概略的に示した図である。回路装置５００はバイアス装置５０２を備える。バイアス装置５０２は、電源電圧５０４及びアナログ入力装置５０６に接続されたバイアス抵抗を備える。アナログ入力装置５０６は、バイアス装置５０２及びアナログ入力装置５０６が、電源電圧５０４と基準電圧５０８との間に直列結合されるように、例えば接地のように、好ましくは電源電圧５０４よりも低い電圧を有する基準電圧５０８に接続される。バイアス抵抗５０２を通る信号は、回路装置５００からの出力信号を与えるように、信号出力５１０により接続される。信号出力部５１０は、好ましくは出力信号の交流結合のためのコンデンサ５１２及び５１４を備える。アナログ入力装置５０６は、図２を参照して説明した例のいずれかであることが好ましい。

図５の構成は、バイアス抵抗５０２が、アナログ入力装置５０６のインピーダンスに比べて十分低いインピーダンスを有するため、バイアス抵抗５０２を通じては少量のノイズのみが現れるので、図３を参照して説明されたような、アナログ入力装置５０６の固有特性が、電源電圧５０４に含まれるノイズの除去を提供することを暗示する。図４の回路装置４００について説明されたものと同様の効果が実現される。

図４及び５を参照して説明されたいずれの構成についても、バイアス抵抗を通じて信号を得ることにより効果は実現される。しかしながら、正及び負の電源電圧のような電圧の調整、いずれかの構成要素の位置変更、同様の特性を有する他の構成要素との置換、あるいは回路の調整を行う要素の追加等、同等の電気特性を与える構成により同様の効果を実現することができる。バイアス装置４０２、５０２は、携帯電話に接続されたヘッドセットのような、接続されて相互作用する装置で使用される場合は、アナログ入力装置４０６、５０６と同じ装置に配置される必要はない。

図６は、実施形態に係る回路装置６００を概略的に示した図である。ここで、図６の例示は、追加の特徴を有する以外は、図５の構成に基づいていることについて留意されるべきである。しかしながら、この追加の特徴を有する同様の例は、図４の構成に基づいた場合にも、同様に実現可能である。回路装置６００はバイアス装置６０２を備える。バイアス装置６０２は、電源電圧６０４に接続されたバイアス抵抗を備える。アナログ入力装置６０６は、例えば接地等、好ましくは電源電圧６０４より低い電圧を有する基準電圧６０８に接続される。トランジスタ６１０は、バイアス装置６０２、トランジスタ６１０、及びアナログ入力装置６０６が、電源電圧６０４と基準電圧６０８の間に直列に接続されるように、コレクタがバイアス抵抗に接続され、エミッタがアナログ入力装置６０６に接続される形で、バイアス抵抗６０２とアナログ入力装置６０６との間に接続される。バイアス抵抗６０２を通る信号は、回路装置６００からの出力信号を与えるように、信号出力部６１０により接続される。信号出力部６１０は好ましくは、出力信号の交流結合用のコンデンサ６１４、６６を備える。アナログ入力装置６０６は、図２を参照して説明した例のいずれかに依ることが好ましい。トランジスタ６１０のベースは、バイアス抵抗６０２への接続において出力信号の信号スイングが与えられるように、バイアス点を提供するための、例えば分圧器６１８、６２０により与えられる電圧に接続される。

図６の構成において、図２を参照して説明されたアナログ入力装置２００の構成を考慮すると、トランジスタ６１０及びＦＥＴ２０４は、有益であることが発見されているカスコード状になるであろう。この場合、アナログ入力装置６０６の信号が当該アナログ入力装置６０６の駆動電圧に重畳されることはない。トランジスタ６１０のベースが低いインピーダンス６２０に適切に接続された場合、トランジスタ６１０は、エミッタにおいて低いインピーダンスを有し、アナログ入力装置６０６に駆動電圧を与える、エミッタフォロワのように動作するであろう。アナログ入力装置６０６からの信号は、トランジスタ６１０のコレクタにおいて、及びベースに適切に適用された電圧により現れ、コレクタはバイアス抵抗において出力信号を与えるようにスイングするだろう。トランジスタ６１０のベースへの電圧は、アナログ入力装置の適応感度のような更なる効果を実現するように制御されうる。図６において、トランジスタ６１０はバイポーラｐｎｐトランジスタである。バイポーラｎｐｎトランジスタは、ベースに印加される電圧について、低い出力インピーダンス及び良好な制御特性を提供するために特に有益である。しかしながら、高電力が出力される場合、あるいは他の理由においては、よりロバストなトランジスタや、ＭＯＳＦＥＴのような適切に動作する他のデバイスが用いられうる。

図７は、発明の原理を実現可能な実施形態に係る電子装置７００を示している。電子装置７００は例えば携帯電話やメディアプレーヤ／レコーダであってよい。当該装置７００は、電源を有する本体７０２、電気回路、ユーザインタフェース等を備える。ユーザインタフェースは、キーパッド７０４、ディスプレイ７０６、マイクや他のセンサのようなアナログ入力装置７０８、及びスピーカ７１０を備えてもよい。また、装置はマイクや他のセンサ等の外部のアナログ入力装置７１４、及び例えば対応のコネクタ７２０により接続されうる、ヘッドセット７１８の形態の外部スピーカ７１６、７１６’と接続するコネクタ７１２を備えてもよい。コネクタ７１２、７２０は、互いに対をなすように配置され、本体電気回路と、ヘッドセット７１８の入出力デバイス７１４、７１６、７１６’との間における、信号の入出力用の電気接点を提供する。

Claims (9)

1. アナログ信号を与える回路装置であって、
   バイアス抵抗と、
   アナログ入力装置と、
   信号出力部と、を備え、
   前記バイアス抵抗及び前記アナログ入力装置は、電源電圧と基準電圧との間に直列で接続され、
   前記信号出力部は、前記バイアス抵抗に通る交流電圧が出力信号として与えられるように接続される
   ことを特徴とする回路装置。
2. 前記アナログ入力装置は
   前記アナログ入力装置の端子に接続されたドレイン及びソースを有する電界効果トランジスタと、
   前記電界効果トランジスタのゲートとソースとの間に接続された容量センサと、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の回路装置。
3. 前記容量センサは、コンデンサマイク、微小電気機械システムセンサ、及び液体容量傾斜計のいずれかであることを特徴とする請求項２に記載の回路装置。
4. バイアス抵抗への接続部において出力信号の信号スイングが得られるように、前記バイアス抵抗に接続されたコレクタ、前記アナログ入力装置に接続されたエミッタ、及びバイアス点を与える電圧に接続されたベースを有し、前記バイアス抵抗と前記アナログ入力装置との間に接続されたトランジスタをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回路装置。
5. 前記基準電圧は接地、前記電源電圧は負の電圧であり、
   前記バイアス抵抗は前記基準電圧に接続され、
   前記アナログ入力装置は前記電源電圧に接続される
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回路装置。
6. 前記基準電圧は接地、前記電源電圧は正の電圧であり、
   前記バイアス抵抗は前記電源電圧に接続され、
   前記アナログ入力装置は前記基準電圧に接続される
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回路装置。
7. 前記信号出力部は、前記バイアス抵抗のそれぞれの端子への接続を含み、
   少なくとも１つの前記接続は、前記出力信号の交流結合のコンデンサを備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の回路装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の回路装置を備えることを特徴とする電子装置。
9. ヘッドセット、通信装置、及びユーザインタラクションデバイスの少なくともいずれかであることを特徴とする請求項８に記載の電子装置。

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