JP2890282B2 - 対数変換回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、対数変換回路に関
し、詳しくは、カラオケ装置，ステレオセット，ＶＴＲ
等のオーディオ機器におけるエコー付加回路（音響に係
る原信号からエコー信号を生成しこれを原信号に付加し
て出力する回路）等に用いられる対数変換回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】現在のほとんどのオーディオ機器にはマ
イクからの音声入力等を別の再生信号等に混合，合成す
るいわゆるカラオケ機能がついており、これに付随して
残響効果を発揮するエコー付加の機能も欠かせない。こ
のためのエコー信号は、通常、音声や音楽等の音響が電
気信号に変換されたものである原信号を一定時間遅延さ
せることで生成される。さらに、残響効果を上げるため
に原信号のみならず、エコー信号をも減衰させてフィー
ドバックし原信号と混合した信号を生成し、この信号の
遅延，混合を繰り返すことも行われる。

【０００３】そして、このようなエコー付加回路では、
ダイナミックレンジを確保しつつ高価な遅延回路のコス
ト低減を図る等の観点から、遅延回路に対して圧縮回路
が前置され、伸張回路が後置されることがある。この圧
縮回路としては、対数変換回路が適している。図５に、
従来の対数変換回路のブロック図を示す。ここで、１は
オペアンプ、２は、指数的に伸張する伸張回路としての
指数変換回路である。

【０００４】指数変換回路２は、オペアンプ１の負帰還
に挿入されて、オペアンプ１の出力信号Ｂを指数関数的
に伸張変換することによりフィードバック信号Ｃを生成
する。オペアンプ１は、正転入力側に入力信号Ａを受
け、反転入力側にフィードバック信号Ｃを受けて、出力
信号Ｂを出力する。この構成により、入力信号Ａは対数
的な圧縮関数に従って変換されることとなり、対数関数
的に圧縮変換された出力信号Ｂが出力される。

【０００５】なお、図６に、指数的に伸張する伸張回路
としての指数変換回路２の具体例を示す。これは、初段
の差動増幅回路２ａ，次段の差動増幅回路２ｂ，出力段
増幅回路２ｃがこの順に接続されている。そして、対数
変換回路にとっての出力信号Ｂをこの回路の入力信号と
して受け、これの検波信号Ｂ’に応じて次段の差動増幅
回路２ｂの動作電流１２を制御するものである。トラン
ジスタの増幅率がその動作電流に対して指数関数的に変
化することから、差動増幅回路２ｂでの増幅率が信号Ｂ
の値に対して指数関数的に変化する。これにより、信号
Ｂが指数関数的に変換されて信号Ｃが生成される。この
信号Ｃが対数変換回路にとってのフィードバック信号Ｃ
である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の対数
変換回路では、出力信号の指数変換された信号をフィー
ドバックすることにより対数関数的な変換を実現してい
る。このため、回路規模が大きく、しかも発振防止等の
調整が面倒である。かといって、発振対策として調整回
路や補償回路等を付加したのでは、益々回路規模が増大
してしまい、コストが嵩んでしまう。

【０００７】これでは、対数変換回路を圧縮回路として
用いることによって遅延回路等の他の回路のコスト削減
を図るという当初の目的が阻害される。しかも、回路規
模の増大は、その回路を採用する装置・機器等に対する
小形化の要請にも反するものであり、不都合である。さ
らに、このような従来の対数変換回路は、その変換特性
が入力信号の微小な値に対しても維持されている。この
ため、上述の応用例におけるエコー付加回路の遅延回路
が例えばデジタルのメモリを主体として構成されている
ような場合には、遅延回路前段部でのＡ／Ｄ変換による
一定量の量子化誤差に基づく不所望なノイズが、入力信
号の微小な値に対して相対的に大きくなるため問題であ
る。

【０００８】この対策として直感的には、対数変換回路
の前に入力信号の微小域の値を抑制するための回路を付
加することが考えられるが、これでは、回路規模の増大
を招き上記の不都合に一層の不都合を重ねることとなっ
てしまう。この発明の目的は、このような従来技術の問
題点を解決するものであって、入力信号の値又はレベル
が微小な場合には本来の変換関数である対数関数に従っ
たときよりも一層出力信号の値又はレベルが抑制される
対数変換回路を小規模な回路で実現することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るこの発明の対数変換回路の構成は、入力信号を受け、
この入力信号が対数関数的に変換された出力信号を、出
力する対数変換回路において、一対の差動トランジスタ
と、この下流に接続されてこの差動トランジスタの動作
電流を流す電流制御回路と、を具備して、前記入力信号
と所定の基準値との差に応じた電圧信号を発生する第１
の増幅回路と、前記電圧信号を受けて前記電圧信号の値
に応じた電流値の電流信号を出力する第２の増幅回路
と、前記電流信号を受けて前記電流信号を所定の増幅率
で増幅することにより前記出力信号を生成する第３の増
幅回路と、前記出力信号を検波してその検波出力により
前記電流値制御回路を制御する検波回路とを備え、前記
動作電流の値が前記出力信号の値又はレベルに応じて制
御されるものである。

【００１０】

【作用】このような構成のこの発明の対数変換回路で
は、入力信号を電圧増幅してかつ動作電流が制御される
差動増幅回路を初段に設け、さらにこの初段増幅器の出
力を電流値に変換する増幅回路を次段に設け、次段から
出力電流値を受けて出力電圧を発生する増幅回路を最終
段に設け、最終段で発生する出力電圧に対応させて初段
の動作電流を帰還制御することで全体的に対数変換動作
をする回路を構成する。さらに、前記の帰還制御の回路
として前記の出力信号を検波してその包絡線あるいはそ
の平均値レベルにより前記雷流値制御回路を制御する。
このようにすることで、微少信号のときの初段増幅回路
の動作電流値を絞り込み、もってノイズレベルに対する
変換動作を抑制することが可能になる。一般にトランジ
スタの増幅率は動作電流に関して指数関数的に伸張する
方向で変化するが、帰還側にその機能が設定されている
このような回路は、全体としては、その逆に対数圧縮的
な関数に従うことになる。そこで、入力信号の値等が対
数関数的に変換されて出力信号が生成される。

【００１１】そして、入力信号の値等が微小になり、こ
れに連れて出力信号の値等も微小になると、そのフィー
ドバックにより動作電流も少なくなるが、初段の増幅回
路においては、動作電流が少ないと、差動トランジスタ
における動作抵抗が無視できない程度となる。このた
め、入力信号の値等が微小のときには、特に増幅率が小
さくなり、出力信号の値等が本来の対数関数に従う変換
よりも一層抑制されることとなる。また、回路規模につ
いては、全体の規模が従来の指数変換回路だけの回路規
模とほぼ同等で済み、従来よりもかなり小さい。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の構成の対数変換回路の一実
施例について、図１の回路図を参照しながら説明する。
ここで、１１は初段の差動増幅回路、１２は次段の差動
増幅回路、１３は出力段増幅回路、１４は検波回路であ
る。差動増幅回路１１は、カレントミラー、このカレン
トミラーにより同じコレクタ電流を供給される一対の差
動トランジスタＱ１，Ｑ２、この一対の差動トランジス
タの動作電流Ｉ１を制御する電流制御回路が、この順に
電源Ｖccと接地ＧＮＤとの間に接続されて成る。この一
対の差動トランジスタの一方のトランジスタＱ１はベー
スが抵抗Ｒ１を介して入力信号Ａを受け、他方のトラン
ジスタＱ２はベースが所定の基準電圧を受ける。

【００１３】差動増幅回路１２は、同様にカレントミラ
ー、一対の差動トランジスタＱ３，Ｑ４、この一対の差
動トランジスタの動作電流Ｉ２を流す定電流回路が、こ
の順に電源Ｖccと接地ＧＮＤとの間に接続されて成る。
トランジスタＱ４はベースが差動増幅回路１１の入力信
号Ａ側のトランジスタＱ１のコレクタ電圧を受け、トラ
ンジスタＱ３はベースが前記の基準電圧を受ける。出力
段増幅回路１３は、差動増幅回路１２からの出力である
電流信号Ａ’を入力として受けて、これを増幅するとと
もに電圧信号に変換することにより出力信号Ｂを生成し
出力する。

【００１４】検波回路１４は、出力信号Ｂを検波するこ
とにより、その振幅レベルを検出して検波信号Ｂ’を生
成する。この検波信号Ｂ’が差動増幅回路１１の電流制
御回路に制御信号としてフィードバックされることによ
り、動作電流Ｉ１が出力信号Ｂのレベルに応じて制御さ
れる。

【００１５】このような構成の下で、先ず、電圧信号で
ある入力信号Ａが抵抗Ｒ１を経て電流信号に変換され
る。これを受けた差動増幅回路１１では、その電流信号
に従う電圧差が、トランジスタＱ１，Ｑ２のベース−エ
ミッタ間電圧の差として発生する。次に、差動増幅回路
１２により、その電圧差が差動電流に変換されて電流信
号Ａ’として出力される。そして、電流信号Ａ’が、出
力段増幅回路１３の抵抗Ｒ２を経ることにより、電圧信
号である出力信号Ｂとして出力される。

【００１６】このとき、入力信号Ａから出力信号Ｂに至
るまでの回路全体の増幅率は、通常は、抵抗Ｒ２と抵抗
Ｒ１との抵抗比と、電流Ｉ２と電流Ｉ１との電流比とに
よって、定められる。この増幅率が一定値の電流Ｉ２と
出力信号Ｂのレベルによって制御される電流Ｉ１との電
流比によるということから、この全体回路は、フィード
バックされた自身の出力信号Ｂのレベルに応じて自身の
増幅率が変化する回路である。そして、この増幅率の変
化は、トランジスタＱ１，Ｑ２が動作電流Ｉ１に対して
指数関数的に変化することと、これがフィードバック側
で機能していることから、対数関数的なものとなる。

【００１７】また、抵抗Ｒ１，Ｒ２が固定抵抗であるか
ら、通常は抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ１との抵抗比は一定値であ
る。ところが、入力信号Ａの信号レベルが微小となり、
それに連れて出力信号Ｂのレベルも微小となり、さらに
動作電流Ｉ１が小さくなると、トランジスタＱ１，Ｑ２
の動作抵抗が無視できなくなる。この動作抵抗は、増幅
率に関しては、見掛け上抵抗Ｒ１と直列接続されている
かの如く働く。このため、入力信号Ａの信号レベルが微
小の場合には、電流比に基づく本来の対数関数的な変換
よりも、一層出力信号Ｂの振幅レベルが小さく抑制され
る（図４参照）。

【００１８】なお、図２に、他の構成の実施例を示す
が、その作用効果は上記の実施例と同様である。また、
図３には、上記の実施例の詳細な回路図を示す。これら
の回路規模は、従来回路の帰還部分だけすなわち指数変
換回路のそれとほぼ同じである（図１又は図２の回路
と、図６の回路とを比較して参照）。ところで、これら
の回路の応用は、エコー付加回路に限定されるものでは
ない。

【００１９】

【発明の効果】以上の説明から理解できるように、この
発明の対数変換回路にあっては、入力信号の値又はレベ
ルが微小な場合には本来の変換関数である対数関数に従
ったときよりも一層出力信号の値又はレベルが抑制され
る。したがって、信号の微小域の抑制用の特別な回路等
を付加しなくても、量子化ノイズ等の影響を軽減するこ
とができる。その結果、この対数変換回路は、従来の回
路の帰還部分だけの規模に相当する小規模な回路で実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の構成の対数変換回路の一実
施例のブロック図である。

【図２】図２は、この発明の構成の対数変換回路の他の
実施例のブロック図である。

【図３】図３は、この発明の構成の対数変換回路の一実
施例の詳細な回路図である。

【図４】図４は、この発明の構成の対数変換回路の変換
特性図である。

【図５】図５は、従来の対数変換回路の一例である。

【図６】図６は、従来の指数変換回路の一例である。

【符号の説明】 １ オペアンプ ２ 指数変換回路 １１，１２ 差動増幅回路 １３ 出力段増幅回路 １４ 検波回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力信号を受けこの入力信号が対数関数的
   に変換された出力信号を出力する対数変換回路におい
   て、 一対の差動トランジスタとこの下流に接続されてこの差
   動トランジスタの動作電流を流す電流制御回路とを具備
   して前記入力信号と所定の基準値との差に応じた電圧信
   号を発生する第１の増幅回路と、前記電圧信号を受けて
   前記電圧信号の値に応じた電流値の電流信号を出力する
   第２の増幅回路と、前記電流信号を受けて前記電流信号
   を所定の増幅率で増幅することにより前記出力信号を生
   成する第３の増幅回路と、前記出力信号を検波してその
   検波出力により前記電流値制御回路を制御する検波回路
   とを備え、前記動作電流の値が前記出力信号の値又はレ
   ベルに応じて制御されることを特徴とする対数変換回
   路。