JP4143636B2 - ビデオアンプ - Google Patents

Description

本発明は、ビデオアンプ、特にスルーパスを内蔵しＬＳＩで実現されるビデオアンプに関する。

ビデオアンプＬＳＩには、図５に示すように、通常、ローパスフィルタ７とスルーアンプ６を内蔵している（文献公知発明に係るものではない）。ローパスフィルタ７は本ビデオアンプＬＳＩの次段（図示省略）に接続するＡ／Ｄ変換器のプレフィルタとしての役割がある。ユーザは、ビデオアンプに内蔵するローパスフィルタ７を使用してＬＳＩ外部にＡ／Ｄ変換器を接続するか、ビデオアンプをスルーアンプ６として用いてＬＳＩ外部にローパスフィルタとＡ／Ｄ変換器を接続するかを任意に選択できる。

外部にローパスフィルタを接続するとローパスフィルタのカットオフ周波数や減衰率の設定に自由度が得られるメリットがある。しかし、部品点数が増加しコストアップするデメリットもある。また、外部にローパスフィルタを接続するとフィルタ挿入損失による特性劣化も発生する。その損失を防ぐためスルーバッファ６に+3〜+6dB程度のゲインをもたせ、外部ローパスフィルタ出力が0dB（ビデオの信号振幅は同期信号を含めると1Vpp）となるよう調整する。

ローパスフィルタ７を使用するローパスフィルタモードと、スルーアンプ６を使用するスルーモードは、モード制御信号２による本ビデオアンプＬＳＩへのモード設定により排他的に選択され、同一の出力端子17からローパスフィルタ出力かスルー出力のいずれかが出力される。ローパスフィルタ７，スルーアンプ６の各出力は、図５のように、エミッタ共通型のエミッタフォロア14，13を介して出力端子17に導かれている。

なお、VIF信号中に含まれている54.25MHzの音声中間周波信号と映像キャリア（58.75MHz）との乗算によって生じる4.5MHzのビートキャリア音声信号を除去する音声トラップと、音声トラップをバイパスするスルー線路の一方を選択するように切り換わるスイッチを設けたテレビジョン映像信号処理回路が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−２１２６７５号公報（第３頁、図１）

しかしながら、図５のエミッタ共通型のエミッタフォロア13，14を用いたビデオアンプには、エミッタフォロア13，14のベースエミッタの逆バイアスによる特性劣化という問題点がある。図６は従来例でのスルーモードでの動作波形である。前提条件としてＶcc＝5V、中心バイアスレベル＝Ｖcc/2＝2.5V、スルーモードは6dBのゲインとする。

入力端子１に2.5V±500mVpp を入力すると（図６Ａ）、入力アンプ３は反転アンプのため位相反転し2.5V±500mVpp の信号を出力する（図６Ｂ）。スルーアンプ６も反転アンプでありゲインが6dBであるためスルーアンプ６の出力は入力端子１と同相となり、振幅は2.5V±1Vpp となる（図６Ｃ）。出力端子17に得られる信号は、スルーアンプ６の出力からエミッタフォロア13のベース・エミッタ間のＶf（ダイオード順方向電圧≒0.8V）シフトダウンしたものとなる（図６Ｄ）。入力アンプ３の出力はローパスフィルタ７の入力にも接続されている。

ローパスフィルタ７はスルーモードでは非活性モードであるので、ローパスフィルタ７に入力された信号は、ローパスフィルタ７内の周辺素子を通過する。したがって、ローパスフィルタ７の出力は、この周辺素子と、ローパスフィルタ７の出力とＧＮＤ間の抵抗との分圧比で入力アンプ３の出力を分圧したものとなる（図５Ｅ）。この分圧比はローパスフィルタ７の出力と接続するエミッタフォロア14がオフとなる程度の電位に設定し、この例では分圧比を10：1（-20dB）としている。図６の動作波形図ではほぼ200mVである。

したがって、スルーアンプ６の出力とローパスフィルタ７の出力の差の出力波形は図６Ｆのようになり、また、ローパスフィルタ７の出力波形（図６Ｅ）と、出力端子17の出力波形（図６Ｄ）の差であるエミッタフォロア14のベースエミッタ逆バイアスレベルは2.5Vまで発生している（図６Ｇ）。

一般的に、トランジスタのパラメータにはＶEBO（ベースエミッタ逆方向電圧）の最大値が定義されており、その電圧を超えると信頼性の低下を招く。ＬＳＩ製造プロセスに依存するが、通常、ＬＳＩ内部素子には保護回路がなく高周波特性の良いトランジスタは耐圧が低い（数Ｖ）。そのため、上述のようなベースエミッタ逆バイアス電圧が規格以下であることを設計時に十分確認する必要がある。

なお、特許文献１記載の技術には、トランジスタレベルでの記載がないので、上記のような問題点に関しては不明である。

本発明の目的は、非活性ラインにされるベースエミッタの逆バイアス防止対策を講じたビデオアンプを提供することにある。

本発明のビデオアンプは、入力端子（図３の１）から入力してくるビデオ信号を反転増幅する入力アンプ（図３の３）と、モード制御信号（図３の２）に応答して入力アンプの出力を反転出力するスルーアンプ（図３の６）と、次段に接続されるＡ／Ｄ変換器のプレフィルタの役割を担い、モード制御信号に対してスルーアンプとは排他的に応答するローパスフィルタ（図３の７）と、ベースがスルーアンプ、エミッタが電流源に接続された第１のエミッタフォロア（図３の13）と、ベースがローパスフィルタ、エミッタが電流源に接続された第２のエミッタフォロア（図３の14）と、モード制御信号がスルーアンプを活性状態にするためのスルーモードを指定しているときに、第２のエミッタフォロアのベース電位がエミッタ電位と等しくなるように第１のエミッタフォロアのベース電位をシフトダウンするクランプ回路（図３の８）を有することを特徴とする。

クランプ回路は、具体的には、第１のエミッタフォロアのベースから第２のエミッタフォロアのベースに向かって順方向直列接続されたダイオード（図３の９）とスイッチ（図３の10）とで構成され、該スイッチはスルーモードのときにオンとなる。

また、図３のビデオアンプにおいて、ローパスフィルタはアクティブフィルタ（図２のａ）を含み、モード制御信号がローパスフィルタを活性状態にするためのローパスフィルタモードを指定しているときに、第１のエミッタフォロアのベース電位がエミッタ電位と等しくなるように第２のエミッタフォロアのベース電位をシフトダウンするようにしてもよい（図１）。

クランプ回路（図１の８）は、第２のエミッタフォロア（図１の14）のベースから第１のエミッタフォロア（図１の13）のベースに向かって順方向直列接続されたダイオード（図１の12）とスイッチ（図１の11）とで構成され、該スイッチはローパスフィルタモードのときにオンとなるようにしてもよい。

本発明の第１の効果は、クランプ回路内のスイッチをオンすることで、非活性ライン側のエミッタフォロアのベース電位をエミッタ電位と同電位にすることによりベースエミッタ間の逆バイアスの発生を防止することができるということである。その理由は、非活性ライン側のエミッタフォロアのベース電位がクランプ回路内のダイオードのＶf分の電圧降下によりエミッタフォロアのエミッタ電位と同等の電位となるためである。

本発明の第２の効果は、入力端子から入力してくる入力信号が変動しても、第１の効果を確実に得ることができるということである。その理由は、非活性ライン側のベース電位はクランプ回路内のダイオードにより活性ライン側のベース電位に追従する構成としたためである。

本発明のビデオアンプは、非活性ラインのエミッタフォロアのベースエミッタ逆バイアスを防止する。そのために、モード制御信号によりローパスフィルタモード選択時は非活性ラインとなったスルーアンプの出力に活性ラインのローパスフィルタの出力を注入する手段と、スルーモード選択時は非活性ラインとなったローパスフィルタの出力に活性ラインのスルーアンプの出力を注入する手段を有し、注入手段は活性ライン側から非活性ライン側に向かってＶf（ダイオード順方向電圧≒0.8V）シフトする手段とＶfシフトを伝達する手段を有する。以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。

［構成の説明］
図１は、本発明のビデオアンプの一実施例を示すブロック図である。１は入力端子、２はモード制御信号端子、３は入力アンプ、５はインバータ、６はスルーアンプ、７はローパスフィルタ、８はクランプ回路、13と14はエミッタフォロア、15は電流源、16はＶcc端子、17は出力端子、18と19はアッテネータである。クランプ回路７は内部にダイオード９，12と、スイッチ10，11を備え、アッテネータ18は抵抗20とスイッチ21、アッテネータ19は抵抗22とスイッチ23で構成されている。

入力アンプ３は、入力端子１から入力してくるビデオ信号を増幅する。スルーアンプ６とローパスフィルタ７は排他的に動作し、その制御はモード制御信号２によって行われる。クランプ回路７内部のスイッチ10はスルーモード時にオンし、スイッチ11はローパスフィルタモード時にオンする。

入力端子１は入力アンプ３の入力と接続し、入力アンプ３の出力はスルーアンプ６の入力とローパスフィルタ７の入力に接続している。ローパスフィルタ７の出力はクランプ回路８内のスイッチ10の第一の端子とダイオード12のアノードとエミッタフォロア14のベースとアッテネータ19の入力に接続する。

スルーアンプ６の出力はクランプ回路８内のスイッチ11の第一の端子とダイオード９のアノードとエミッタフォロア13のベースとアッテネータ18の入力に接続する。エミッタフォロア13とエミッタフォロア14のコレクタはＶcc16に接続し、エミッタは出力端子17および電流源15に共通接続する。

モード制御信号２はインバータ５およびスルーアンプ６の制御端子と、クランプ回路８内のスイッチ10の制御端子とアッテネータ19内のスイッチ23の制御端子に接続し、インバータ５の出力はローパスフィルタ７の制御端子とクランプ回路８内のスイッチ11の制御端子とアッテネータ18内のスイッチ21の制御端子に接続する。

クランプ回路８内はダイオード９のカソードがスイッチ10の第二の端子に接続し、ダイオード12のカソードがスイッチ11の第二の端子に接続する。スイッチ10と11はスイッチの制御端子の電圧により開閉し、開くとスイッチの第一と第二の端子間が非導通となり、閉じると第一と第二の端子間が導通する。

アッテネータ18内はアッテネータ入力が抵抗20の第一の端子と接続し、抵抗20の第二の端子がスイッチ21の第一の端子と接続し、スイッチ21の第二の端子はＧＮＤと接続する。スイッチ21は制御信号により開閉し、開くとスイッチ21の第一の端子とＧＮＤ間は非導通となり、閉じるとスイッチ21の第一と第二端子間が導通する。アッテネータ19の内部構造はアッテネータ18と同じである。
［動作の説明］
先ず、活性状態と非活性状態について説明する。モード制御信号２がハイレベルのとき、スルーモードとなり、スルーアンプ６は活性状態、ローパスフィルタ７は非活性状態となる。図２Ａは活性状態、図２Ｂは非活性状態それぞれにおけるスルーアンプ６またはローパスフィルタ７の信号の流れを示している。図２はスルーアンプ６とローパスフィルタ７のいずれにも適用できるが、ローパスフィルタ７の場合には、図２に示した回路が多段接続されることになる。

活性状態では、図２Ａに示すように、入力信号はアンプａにより増幅されアンプａ周辺に配置された素子Ｚ11とＺ12 により本来のゲイン（0dB，+6dB）や周波数特性を有する。Ｚ11とＺ12の値が等しいときは0dB、Ｚ12の値がＺ11の値の２倍のときは+6dBとなる。ローパスフィルタ７のゲインは0dBである。

一方、非活性状態では、回路の低消費電力化のためアンプａをパワーダウンさせる。パワーダウン時はパワーダウンさせているアンプａへの電流パスを切断するためアンプａの入力および出力端子をハイインピーダンスにする。よって、図２Ｂに示すように、パワーダウンアンプの入出力端子への電流の流入（流出）が停止し、入力信号はアンプａをバイパスし周辺素子Ｚ11とＺ12 に流れる。

図４はスルーモードにおける本実施例の動作波形図であり、スルーモードにおける本実施例の動作について図４を参照しながら説明する。ここでは、電源電圧Ｖcc15＝５Vとし、入力信号（図４Ａ）のバイアスレベルはダイナミックレンジを最大にするためＶin_bias＝Ｖcc/2＝2.5Vとする。スルーアンプ６は+6dB のゲイン設定とする。

入力信号１に±500mVの信号成分を与えると、入力信号１は最大3V、最小2Vとなり入力アンプ３に入力される。入力信号１は入力アンプ（反転アンプである）３で位相反転し（図４Ｂ）、スルーアンプ６とローパスフィルタ７に入力される。スルーアンプ６は+6dB のゲインを持つため、2.5±1Vの信号を出力し（図４Ｃ）、エミッタフォロア13のベースとクランプ回路７内のダイオード９のアノードとスイッチ10の第一の端子に入力する。出力端子17に得られる信号は、スルーアンプ６の出力からエミッタフォロア13のベースエミッタ間のＶf（ダイオード順方向電圧≒0.8V）だけシフトダウンしたものとなる（図４Ｄ）。

この場合、ローパスフィルタ７は非活性状態であり、ローパスフィルタ７の出力は、図３Ｂによって、ローパスフィルタ７の周辺素子Ｚ11とＺ12と、ローパスフィルタ７の出力とＧＮＤ間の抵抗21との分圧比で入力アンプ３の出力を分圧したものになろうとする。しかし、これはクランプ回路８の存在によって阻止される。すなわち、クランプ回路８のスイッチ10はモード制御信号２の“Ｈ”に応答してオンとなって、ダイオード９を導通させ、スルーアンプ６の出力からダイオード順方向電圧≒0.8Vだけシフトダウンしたものにクランプする（図４Ｅ）。この例では分圧比を10：1（-20dB）としており、図４の動作波形図では略200mVである。

したがって、スルーアンプ６の出力とローパスフィルタ７の出力の差分の出力波形はダイオード順方向電圧の略0.8V で収束しており（図４Ｆ）、これがスルーアンプ６の出力とエミッタフォロア14のベース電圧の差分である。また、エミッタフォロア14のエミッタ電圧は、スルーアンプ６の出力からエミッタフォロア13のベース・エミッタ間降下電圧（略0.8V）を差し引いた値である。故に、エミッタフォロア13のVfシフトをクランプ回路８内のダイオード９により相殺する形になって、エミッタフォロア14のベースエミッタ間電圧は略0Vとなる（図４Ｇ）。

以上はスルーモードにおける動作説明であったが、非スルーモードについても基本的にはスルーモードにおける動作説明と同じである。すなわち、モード制御信号２がロウレベルのとき、非スルーモードとなるが、この場合には、スルーモードの動作説明におけるスルーアンプ６とローパスフィルタ７、エミッタフォロア13とエミッタフォロア14をそれぞれ入れ換えればよい。スルーアンプ６は非活性状態、ローパスフィルタ７は活性状態となり、クランプ回路８のスイッチ11とダイオード12が機能する。

このようにして、スルーモードであってもなくても、非活性ラインのエミッタフォロアのベースは、クランプ回路８内のダイオードにより活性ライン側のアンプ出力よりVf分電位が下がるため、活性ライン側のアンプ出力よりベースエミッタ間降下電圧だけシフトダウンしたエミッタフォロアのエミッタ電位と略同等となり、ベースエミッタ逆バイアスの発生を防止することができる。

また、活性ライン側のベース電位は、入力端子１から入力してくる入力信号が入力アンプ３とスルーアンプ６、またはローパスフィルタ７を経由したものであり、入力アンプ３と非活性ライン側のベース電位はクランプ回路８内のダイオードにより活性ライン側のベース電位に追従する構成としたため、入力端子１から入力してくる入力信号が変動しても、上記の効果を確実に得ることができる。

通常はスルーアンプがのゲインがローパスフィルタ７のゲインより大きいため、エミッタフォロア13のベースエミッタ逆バイアスレベルと比較してエミッタフォロア14のベースエミッタ逆バイアスレベルが大きくなる。したがって、エミッタフォロア13に発生するベースエミッタ逆バイアスレベルが特性劣化に影響を与えない程度であれば、図１中のローパスフィルタ７からスルーアンプ６に向かって順方向となるダイオードと12とスイッチ11を削除できる。

図３はエミッタフォロア14だけに着目し、エミッタフォロア14のベースエミッタ逆バイアスだけを相殺するダイオード９とスイッチ10を内蔵した実施例である。このように素子を削減すれば、寄生容量が低下しビデオ信号の高周波特性劣化を防止するメリットもある。
［産業上の利用可能性］
本発明の利用例として、ＤＶＤレコーダ，ＶＴＲ，ビデオチューナー，テレビ等ビデオアンプの必要な装置全般が挙げられる。

本発明の実施例１を示すブロック図 アンプと周辺素子の関係を示す図 本発明の実施例２を示すブロック図 本発明の動作波形図 従来例の構成を示すブロック図 従来例の動作波形図

符号の説明

１ 入力端子
２ モード制御信号
３ 入力アンプ
５ インバータ
６ スルーアンプ
７ ローパスフィルタ
８ クランプ回路
９，12 ダイオード
10，11 スイッチ
13，14 エミッタフォロア
15 電流源
16 Ｖcc端子
17 出力端子
18，19 アッテネータ
20，22 抵抗
21，23 スイッチ

Claims (4)

1. 入力端子から入力してくるビデオ信号を反転増幅する入力アンプと、
   モード制御信号に応答して前記入力アンプの出力を反転出力するスルーアンプと、
   次段に接続されるＡ／Ｄ変換器のプレフィルタの役割を担い、前記モード制御信号に対して前記スルーアンプとは排他的に応答するローパスフィルタと、
   ベースが前記スルーアンプ、エミッタが電流源に接続された第１のエミッタフォロアと、
   ベースが前記ローパスフィルタ、エミッタが前記電流源に接続された第２のエミッタフォロアと、
   前記モード制御信号が前記スルーアンプを活性状態にするためのスルーモードを指定しているときに、前記第２のエミッタフォロアのベース電位がエミッタ電位と等しくなるように前記第１のエミッタフォロアのベース電位をシフトダウンするクランプ回路を有することを特徴とするビデオアンプ。
2. 前記クランプ回路は、前記第１のエミッタフォロアのベースから前記第２のエミッタフォロアのベースに向かって順方向直列接続されたダイオードとスイッチとで構成され、該スイッチは前記スルーモードのときにオンとなることを特徴とする請求項１記載のビデオアンプ。
3. 前記ローパスフィルタはアクティブフィルタを含み、前記モード制御信号がローパスフィルタを活性状態にするためのローパスフィルタモードを指定しているときに、前記第１のエミッタフォロアのベース電位がエミッタ電位と等しくなるように前記第２のエミッタフォロアのベース電位をシフトダウンすることを特徴とする請求項１記載のビデオアンプ。
4. 前記クランプ回路は、前記第２のエミッタフォロアのベースから前記第１のエミッタフォロアのベースに向かって順方向直列接続されたダイオードとスイッチとで構成され、該スイッチは前記ローパスフィルタモードのときにオンとなることを特徴とする請求項３記載のビデオアンプ。
   

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