JP3222507B2 - 電圧減衰量の調節回路 - Google Patents

電圧減衰量の調節回路

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JP3222507B2
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幸哲 阿部
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  • Control Of Amplification And Gain Control (AREA)
  • Attenuators (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電圧減衰量の調節回路
に関し、詳しくは入力電圧を任意の値に減衰して出力す
る例えばディジタル制御可変利得回路(いわゆる電子ボ
リューム装置)に関する。多くの電子回路で、信号電圧
の大きさを所望の値に減衰させることがしばしば行われ
る。例えば、aVの信号をxdBだけ小さくするような
処理がこれに該当する。こうした処理では、減衰量の正
確さが回路動作に大きく影響するので、きわめて高精度
な減衰量コントロールが求められる。
【0002】
【従来の技術】<第1の従来例>図6において、多数の
抵抗(ここでは9個の抵抗10〜18)を直列に接続
し、各接続点とオペアンプ19の非反転入力端子(+)
との間に、多数のスイッチ20〜33をトーナメント方
式に接続して構成する。スイッチは20〜27までのグ
ループA、28〜31までのグループB、32と33の
グループCに分けられており、各グループ毎に制御信号
A、SB、SCでコントロールする。各グループを構成
するスイッチは、自己のグループに割り当てられた制御
信号に従ってひとつ置きにオン/オフし、例えばスイッ
チ20がオンするとスイッチ21はオフ、スイッチ28
がオンするとスイッチ29はオフ、スイッチ32がオン
するとスイッチ33はオフするようになっている。
【0003】今、上記例のように、スイッチ20、28
および32がオンしていると、これらのスイッチを介し
て、直列抵抗網(抵抗10〜18)から取り出された1
つの分圧値(V10-11)がオペアンプ19に与えられ
る。V10-11は抵抗10と抵抗11との接続点に現れる
電圧であり、次式(1)で求められる。 V10-11=(ΣR11,,18/ΣR10,,18)VIN ……(1) 但し、ΣR10,,18は全ての抵抗(R10、R11、……、R
18)の直列合成抵抗値、ΣR11,,18はR10を除く直列合
成抵抗値、VINは入力電圧の値である。
【0004】一方、例えば、スイッチ27、31および
33がオンしていると、これらのスイッチを介して、直
列抵抗網(抵抗10〜18)から取り出された1つの分
圧値(V17-18)がオペアンプ19に与えられる。V
17-18は抵抗17と抵抗18との接続点に現れる電圧で
あり、次式(2)で求められる。 V17-18=(R18/ΣR10,,18)VIN ……(2) ここで、全ての抵抗が等しい値(R)であるとすると、
上式(1)(2)は次式(1)’(2)’のようになる。
【0005】 V10-11=(8R/9R)VIN =(8/9)VIN≒0.88VIN ……(1)’ V17-18=(R/9R)VIN =(1/9)VIN≒0.11VIN ……(2)’ 以下、同様の手法で、V10-11とV17-18の間の各分圧値
を求めると、 V11-12=(7/9)VIN≒0.77VIN12-13=(6/9)VIN≒0.66VIN13-14=(5/9)VIN≒0.55VIN14-15=(4/9)VIN≒0.44VIN15-16=(3/9)VIN≒0.33VIN16-17=(2/9)VIN≒0.22VIN のようになる。
【0006】したがって、制御信号SA、SB、SCの組
み合せに応じて、0.11倍から0.88倍までの減衰
量を適宜に選択でき、オペアンプ19の出力VOUTをス
テップ的に可変とすることができる。しかしながら、か
かる第1の従来例は、電圧の可変幅が直列抵抗網の分圧
幅によって決まるために、分解能を上げようとすると、
すなわち可変幅を微小にしようとすると、抵抗やスイッ
チの数が膨大な量になり、回路規模がきわめて増大する
といった問題点がある。 <第2の従来例>図7において、複数の抵抗(ここでは
4個の抵抗40〜43)からなる第1の直列抵抗群44
はオペアンプ45の入力抵抗Rsとして機能し、また、
同様に複数の抵抗(ここでは4個の抵抗46〜49)か
らなる第2の直列抵抗群50はオペアンプ45のフィー
ドバック抵抗Rfとして機能する。オペアンプ45は反
転増幅器として動作し、その増幅度ANFは、RsとRf
の比率(ANF=−Rf/Rs)によって決まる。第1の
直列抵抗群44と第2の直列抵抗群50には、スイッチ
51〜56が設けられており、これらのスイッチは、制
御信号SS1〜SS3およびSf1〜Sf3に従って全てがオフ
し、あるいは抵抗群毎に1個だけが選択的にオンするよ
うになっている。
【0007】全てのスイッチがオフしていると、Rsは
第1の直列抵抗群44の最大合成抵抗値(ΣR40,,43
になり、また、Rfは第2の直列抵抗群50の最大合成
抵抗値(ΣR46,,49)になる。ここで、説明の都合上、
全ての抵抗が等しい値(R)であると仮定すると、ΣR
40,,43とΣR46,,49はそれぞれ4Rで表され、増幅度A
NFは、−4R/4R、すなわち−1倍で与えられる。あ
るいは、第1の直列抵抗群44のスイッチ53だけをオ
ンにしたときの増幅度ANFは、−4R/R、すなわち−
4倍で与えられる。
【0008】したがって、抵抗R40〜R43およびR46
49の値を適切に設定しておけば、制御信号SS1〜SS3
およびSf1〜Sf3に従ってオペアンプ45の増幅度ANF
を多段階に切り換えることができ、オペアンプ45の出
力VOUTをステップ的に可変とすることができる。しか
しながら、かかる第2の従来例では、第1の直列抵抗群
44や第2の直列抵抗群50の各スイッチ51〜56
に、動作速度の点でMOS(metal oxide semiconducto
r)トランジスタを使用するものであったため、このM
OSトランジスタのオン抵抗がRsやRfに微妙に影響
して、増幅度 NF が不正確になるといった問題点があっ
た。 <第3の従来例> 図8において、60は複数個の抵抗61〜65およびス
イッチ66〜71から構成される第1の分圧回路であ
り、第1の分圧回路60は、スイッチ66〜71の組み
合せに応じた大きさの電圧V60(VINを抵抗分圧した電
圧)を取り出すものである。例えば、スイッチ66と7
0がオン(他はオフ)であれば、最大の電圧を取り出
し、あるいはスイッチ69と71がオンであれば最小の
電圧を取り出す。
【0009】一方、80は複数個の抵抗81〜85およ
びスイッチ86〜91から構成される第2の分圧回路で
あり、第2の分圧回路80は、スイッチ86〜91の組
み合せに応じて、オペアンプ92の入力抵抗Rsとフィ
ードバック抵抗Rfの比を変え、増幅度ANFを変更する
ものである。例えば、スイッチ86と90がオン(他は
オフ)であれば、Rsは抵抗82〜抵抗85の直列合成
値、Rfは抵抗81の値となり、Rf/Rsが最小とな
ってANF=最小となる。あるいはスイッチ89と91が
オンであれば、Rsは抵抗85の値、Rfは抵抗81〜
抵抗84の直列合成値となり、Rf/Rsが最大となっ
てANF=最大となる。
【0010】したがって、かかる構成によれば、第1の
分圧回路60によってVINの大きさを4段階に変更でき
るとともに、第2の分圧回路80によってオペアンプの
増幅度ANFを4段階に変更できるので、これら2つの分
圧回路60、80のスイッチの組み合せを適宜切り換え
ることにより、VINの大きさを4×4=16段階に調節
した電圧(VOUT)を得ることができ、上記第1の従来
例に比べて回路規模を小さくすることができる。
【0011】しかも、第2の分圧回路80に流れ込む電
流は全て抵抗81〜85を通り、スイッチ86〜91に
流れないので、MOSトランジスタを使用した場合のオ
ン抵抗による電圧降下がない。したがって、オペアンプ
92の増幅度ANFを精密に調節することができ、上記第
2の従来例の不具合を解決することができる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
第3の従来例にあっては、第1の分圧回路60から取り
出した電圧V60を、第2の分圧回路80で設定した増幅
度ANFのオペアンプ92によって可変増幅するものであ
ったため、V60に加算されるオペアンプ92のオフセッ
ト電圧(以下に詳述)も同時に可変増幅されてしまい、
2つの分圧回路60、80のスイッチオン/オフを設定
するコード(すなわちVIN/VOUTの比率を設定するコ
ード)に応じてオフセット電圧が変化してしまうといっ
た不具合がある。
【0013】ここでオフセット電圧を説明すると、一般
にコンパレータに使用されるオペアンプは、特性の揃っ
たトランジスタ対からなる差動増幅回路によって構成さ
れるが、完全に特性の揃ったトランジスタ対を作ること
はきわめて困難であることから、特性のばらつきに起因
したオフセット電圧の発生が避けられない。オフセット
電圧は、オペアンプの入力をゼロとしたときに出力に現
れる電圧であり、通常は入力に換算した値(VOS)で表
現される。すなわち、VOSに相当する電圧がオペアンプ
の入力端子に直列に入ったことに相当する。したがっ
て、正規の入力電圧(図8の場合にはV60)がこのVOS
の分だけ不本意に増減されてしまうから、入力電圧VIN
を任意の値VOUTに減衰して出力する例えばディジタル
制御可変利得回路(いわゆる電子ボリューム装置)の精
度向上を図ることができないといった問題点がある。
【0014】そこで、本発明は、回路規模を抑えること
ができ、かつ利得精度の優れた電圧減衰量の調節回路を
提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためその原理図を図1(a)(b)に示すよう
に、第1の抵抗部(Ra)と、第2の抵抗部(Rb)
と、第3の抵抗部(Rc)とが直列に接続され、第4の
抵抗部(Rd)が前記第2の抵抗部(Rb)に並列に接
続され、前記第1の抵抗部(Ra)が直列に接続された
複数の抵抗で構成され、前記第4の抵抗部(Rd)が直
列に接続された複数の抵抗(Rd1、……、Rdi)で構
成され、前記第1の抵抗部(Ra)内で入力電圧
(V IN )を供給するノードを一つ選択することによって
粗調整を行い、前記第4の抵抗部(Rd)内で出力電圧
(V OUT )を取り出すノードを一つ選択することによっ
て微調整を行うことを特徴とする。
【0016】
【作用】本発明では、第1の抵抗部Raの値を変更する
ことによりVOUTが変化(以下、第1の変化)し、ま
た、第4の抵抗部Rdの接続点を変更することによって
もVOUTが変化(以下、第2の変化)する。ここで、R
a、Rb、RcおよびRdの合成抵抗値は次式(3)で求
められる。
【0017】 Ra+{Rb・Rd/(Rb+Rd)}+Rc ……(3) 便宜的にRa=Rb=Rc=Rd=1Ωと考えると、上
式(3)は次式(4)のようになり、合成抵抗値として2.5
Ωが得られる。 1+{1・1/(1+1)}+1=1+0.5+1 ……(4) ノードAに現れる電圧VAは、 VA={(0.5+1)/2.5}VIN=0.6VIN ……(5) またノードBに現れる電圧VBは、 VB=(1/2.5)VIN=0.4VIN ……(6) で与えられる。
【0018】VAとVBの電位差(上記の例では0.6V
IN−0.4VIN)が第4の抵抗部Rdによって複数
1、……、anに分割され、VB+am(mは1、……、
n)なる電圧がVOUTとして取り出される。すなわち、
第1の変化によって電位差が調節され、また第2の変化
によって m のmの値が調節される。したがって、第1
の変化によってVOUTを大きく調整(粗調整)すること
ができ、また第2の変化によってVOUTを小さく調整
(微調整)することができる。これにより、回路規模を
抑え、かつ利得精度の優れた電圧減衰量の調節回路を実
現できる。
【0019】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図2〜図5は本発明に係る電圧減衰量の調節回路
の一実施例を示す図である。図2において、100は第
1の抵抗部(発明の要旨に記載の第1の抵抗部Raに相
当)、200は第2の抵抗部(発明の要旨に記載の第2
の抵抗部Rbに相当)、300は第3の抵抗部(発明の
要旨に記載の第3の抵抗部Rcに相当)、400は第4
の抵抗部(発明の要旨に記載の第4の抵抗部Rdに相
当)であり、第1の抵抗部100、第2の抵抗部200
および第3の抵抗部300を直列接続し、第3の抵抗部
300に第4の抵抗部400を並列接続して構成する。
【0020】第1の抵抗部100は、抵抗値が例えばそ
れぞれ2RΩ、4RΩおよび8RΩ(但し、Rは任意の
抵抗値)の3個の抵抗101〜103を直列に接続し、
4個のスイッチ104〜107の選択的なオン動作によ
り、基本となる抵抗値RA(RAは例えば2RΩ)を0
倍、1倍、3倍および7倍に切り換える。すなわち、ス
イッチ104をオンにすると0×RA=0Ω、スイッチ
105をオンにすると1×RA=2RΩ、スイッチ10
6をオンにすると3×RA=6RΩ、スイッチ107を
オンにすると7×RA=14RΩに切り換えられる。R
Aの係数をbxで表すと、これらはそれぞれ、b0RA、
1RA、b2RA、b3RAとなり、第1の抵抗部10
0の抵抗値を表す一般式は、bxRAとなる。
【0021】第2の抵抗部200と第4の抵抗部400
との合成抵抗値および第3の抵抗部300の抵抗値は例
えばRΩであり、また、第4の抵抗部400は、抵抗値
が例えば0.6RΩ〜0.3RΩ程度の12個の抵抗4
01〜412(発明の要旨に記載の複数の抵抗Rd1
……、Rdiに相当)を直列接続して構成する。12個
の抵抗401〜412によって、ノードAとノードB間
の電位差をa0〜a11までの微小なステップに分割し、
12個のスイッチ413〜424の選択的なオン動作に
よって分割電圧a0〜a11の1つを取り出し、VOUTとし
て出力する。
【0022】次に、作用を説明する。ノードAに現れる
電圧VAOUTは、 で与えられる。但し、bxRAは第1の抵抗部100の
抵抗値の一般式、RBは第2の抵抗部200の抵抗値、
RCは第3の抵抗部300の抵抗値、RDは第4の抵抗
部の抵抗値である。
【0023】ここで、RA=RB・RD/(RB+R
D)=RC=αΩ、と仮定すると、上式(7)を次式(8)の
ように変形でき、 VAOUT={2α/(bxα+2α)}VIN ={2α/α(bx+2)}VIN =(2/(bX+2))VIN ……(8) ノードAにおける電圧利得GAは、次式(9)で求められ
る。
【0024】 GA=20log(VAOUT/VIN) =20log{2/(bx+2)}[dB]……(9) また、ノードBに現れる電圧VBOUTは、 で与えられ、ノードBにおける電圧利得GBは、次式(1
1)で求められる。
【0025】 GB=20log{1/(bx+2)}[dB]……(11) 第4の抵抗部400の値をデシベル値で等分割すると、
分割電圧a0〜a11間のデシベル値の差は、次式(12)で
与えられる。 (GA−GB)・1/i ……(12) 但し、iは第4の抵抗部400の最大分割数であり、図
2の場合には、i=11である。
【0026】出力VOUTにおける電圧利得Gainは、 Gain=GA−(GA−GB)・an/i[dB] ……(13) 但し、an:a0、a1、……、a11 で与えられ、この式(13)は次式(14)のように変形でき
る。 Gain=20log(2/(bx+2))+(20an/i)log2 ……(14) 但し、bx=2n+1−2 (n≧0) an=n (n≧0) 〔an(n=0〜i−1);n,i整数〕したがって、
第1の抵抗部100の値をb0RA〜b3RAへと変更す
ることによって、Gainを大きく調整(粗調整)する
ことができ、また、第4の抵抗部400の分割電圧a0
〜a11を切り換えることによって、Gainを小さく調
整(微調整)することができる。なお、図3は、第1の
抵抗部100を抵抗値2R、4Rおよび8Rの抵抗で構
成するとともに、第2の抵抗部200と第4の抵抗部4
00との合成抵抗値および第3の抵抗部の抵抗値をRと
なるように構成し、さらに第4の抵抗部400をデシベ
ル等分割した場合のGain早見表である。列方向がb
0RA〜b3RAに対応し、行方向がa0〜a11に対応す
る。
【0027】この図からも判るように、b0RA〜b3
Aを変えることにより、およそ6dBステップでGai
nが変化し、また、a0〜a11を変えることにより、お
よそ0.5dBステップでGainが変化する。すなわ
ち、0dB〜−18dBまでの6dB刻みの粗調整幅
と、0dB〜−5.5dBまでの0.5dB刻みの微調
整幅をもつディジタル制御可変利得回路(いわゆる電子
ボリューム装置)を実現できる。
【0028】因みに、図4は、第1の抵抗部を2.0
Ω、4.0Ωおよび8.0Ωの抵抗で構成し、第2の抵
抗部を1.2Ωの抵抗で構成し、第3の抵抗部を1.0
Ωの抵抗で構成し、さらに、第4の抵抗部を構成する1
2個の抵抗(R1〜R12)を図5に示すような値に設定
した電子ボリュームである。制御回路500からの設定
コードに従って第1の抵抗部の値を変更するとともに、
第4の抵抗部の分割電圧を選択すると、これらの変更値
および選択値に応じた正確な減衰量がVINに与えられ、
OUTとして取り出される。VOUTは、例えばコンパレー
タ600によって基準電圧VREFと比較され、比較の結
果がコンパレータ600から出力される。例えば、VIN
=10V、VREF=2.5Vの場合に、b2、a3とする
と、図3から−13.546dBが導かれ、VOUT
2.1Vとなって、コンパレータ600はVOUT<VREF
を判定する。
【0029】以上述べたように、本実施例では、第1の
抵抗部100の値を変更することによって、VINに与え
る減衰量(Gainに相当)を6dBステップで大きく
調整(粗調整)することができる。また、第4の抵抗部
400からの電圧取り出し点を変更することによって、
INに与える減衰量を0.5dBステップで小さく調整
(微調整)することができる。したがって、粗調整と微
調整とを組み合せることによって、減衰量の可変範囲を
広くとることができ、しかも精密な値に設定することが
できる。
【0030】また、減衰量の値は、粗調整のステップ段
数(b0〜b3であれば4段)と微調整のステップ段数
(a0〜a11であれば12段)との積で与えられるか
ら、実施例の場合には、48段階の減衰量の1つを任意
に与えることができる。したがって、抵抗の個数(実施
例では17個)に比べて遥かに多段階の減衰量を得るこ
とができ、回路規模を削減することができる。
【0031】さらに、増幅度可変のオペアンプを必要と
しないので、前述の第3の従来例のようなオフセット電
圧問題を生じることがなく、精度のよい電子ボリューム
を実現することができる。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、第1の抵抗部(Ra)
と、第2の抵抗部(Rb)と、第3の抵抗部(Rc)と
が直列に接続され、第4の抵抗部(Rd)が前記第2の
抵抗部(Rb)に並列に接続され、前記第1の抵抗部
(Ra)が直列に接続された複数の抵抗で構成され、前
記第4の抵抗部(Rd)が直列に接続された複数の抵抗
(Rd1、……、Rdi)で構成され、前記第1の抵抗部
(Ra)内で入力電圧(V IN )を供給するノードを一つ
選択することによって粗調整を行い、前記第4の抵抗部
(Rd)内で出力電圧(V OUT )を取り出すノードを一
つ選択することによって微調整を行うように構成したの
で、回路規模を抑えることができ、かつ利得精度の優れ
た電圧減衰量の調整回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理図である。
【図2】一実施例の回路図である。
【図3】一実施例の減衰量(Gain)の図である。
【図4】一実施例の周辺回路を含む回路図である。
【図5】一実施例の第4の抵抗部の好ましい値を示す図
である。
【図6】第1の従来例の回路図である。
【図7】第2の従来例の回路図である。
【図8】第3の従来例の回路図である。
【符号の説明】
Ra:第1の抵抗部 Rb:第2の抵抗部 Rc:第3の抵抗部 Rd:第4の抵抗部 VIN:入力電圧 Rd1、……、Rdi:複数の抵抗 VOUT:出力電圧
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−248210(JP,A) 特開 昭62−136908(JP,A) 特開 昭58−181311(JP,A) 特開 昭63−246927(JP,A) 実開 昭59−59024(JP,U) 実開 昭60−66115(JP,U) 実開 昭63−3624(JP,U) 実開 昭54−70571(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03H 7/24 H03G 3/10

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1の抵抗部(Ra)と、第2の抵抗部
    (Rb)と、第3の抵抗部(Rc)とが直列に接続さ
    れ、 第4の抵抗部(Rd)が前記第2の抵抗部(Rb)に並
    列に接続され、 前記第1の抵抗部(Ra)が直列に接続された複数の抵
    抗で構成され、 前記第4の抵抗部(Rd)が直列に接続された複数の抵
    抗(Rd1、……、Rdi)で構成され、前記第1の抵抗部(Ra)内で入力電圧(V IN )を供給
    するノードを一つ選択することによって粗調整を行い、
    前記第4の抵抗部(Rd)内で出力電圧(V OUT )を取
    り出すノードを一つ選択することによって微調整を行う
    こと、 を特徴とする電圧減衰量の調節回路。
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