JP4285507B2 - オートゲインコントロール回路 - Google Patents

Description

この発明は、オーディオ機器のゲイン調整に好適なオートゲインコントロール回路に関する。

スピーカ再生装置、録音装置等のオーディオ機器の出力段のパワーアンプの前段には、一般的にオートゲインコントロール回路（以下、ＡＧＣ回路という）が設けられている。このＡＧＣ回路は、入力オーディオ信号の波形のピークのレベルが大小変動する状況下においても入力オーディオ信号が適度なレベルに増幅されてパワーアンプに与えられるように、入力オーディオ信号を増幅する際のゲインを制御する機能を備えた回路である。この種のＡＧＣ回路は、オーディオ装置の出力段のパワーアンプにおけるクリップの発生を防止するための手段として用いられる場合がある。なお、ＡＧＣ回路に関しては例えば特許文献１または２に開示されている。また、ＡＧＣ回路を利用したクリップ防止技術に関しては特許文献２に開示されている。
特開平９−９３０６３号公報 特開２０００−１０６５１１号公報

ところで、従来のＡＧＣ回路を利用したクリップ防止技術は、例えば特許文献２において従来技術として取り上げられているように、パワーアンプの出力信号電圧の時間平均値を検出し、この検出値が一定となるように、パワーアンプの前段のアンプのゲインの負帰還制御を行い、パワーアンプの出力信号波形のピークレベルをクリップレベル以下に収めるものである（例えば特許文献２の段落０００８参照）。このようなＡＧＣ回路の利用形態は、クリップの防止には有効であるが、ＶＣＡ等の非線形素子を使用するため、パワーアンプの出力信号に歪が生じるという問題があった。

この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、入力オーディオ信号に対してパワーアンプの出力信号を歪ませることなくゲインをコントロールし、クリップの生じるおそれのあるときはゲインを低下させてクリップを防止することができるＡＧＣ回路を提供することを目的とする。

この発明は、入力オーディオ信号を可変のゲインで増幅して出力する電子ボリュームと、前記入力オーディオ信号のレベルに応じて前記電子ボリュームのゲインを制御する手段であって、前記入力オーディオ信号のレベルと前記電子ボリュームのゲインとにより決定される前記電子ボリュームの出力信号のレベルが予め設定された出力振幅上限レベルを越えないように、前記電子ボリュームのゲインを低下させる制御を行うゲインコントロール手段とを具備することを特徴とするオートゲインコントロール回路を提供する。
かかる発明によれば、ゲインをコントロールするための手段として、ＶＣＡ等の非線形素子ではなく、電子ボリュームを用いているので、入力オーディオ信号に対してパワーアンプの出力信号を歪ませることなくゲインをコントロールをすることができる。また、電子ボリュームの出力信号のレベルが予め設定された出力振幅上限レベルを越えようとする場合に、電子ボリュームのゲインを低下させる制御が行われ、電子ボリュームの出力信号のレベルは出力振幅上限レベル以内に制限される。従って、電子ボリュームの後段のパワーアンプにおいてクリップを生じさせない入力レベルの上限に合わせて出力振幅上限レベルを設定しておけば、クリップの生じるおそれのある場合はゲインを低下させ、パワーアンプのクリップを防止することができる。
上述した特許文献２は、パワーアンプの出力信号におけるクリップの発生を検知したとき、ＡＧＣを働かせて、入力オーディオ信号を増幅するときのゲインを低下させ、クリップを回避する技術を開示している。しかし、この発明は、この特許文献２に開示の技術のように、クリップの発生を検知してゲインを低下させるものではなく、後段のパワーアンプにおいてクリップを発生させない出力振幅上限レベルを予め設定し、電子ボリュームの出力信号のレベルがこの出力振幅上限レベルを越えそうなときには、電子ボリュームの出力信号のレベルが出力振幅上限レベルを越えないように電子ボリュームのゲインを低下させ、クリップの発生を防止するものであり、この点において特許文献２のものと根本的に異なる。
好ましい態様において、この発明によるオートゲインコントロール回路は、入力オーディオ信号を可変のゲインで増幅して出力する電子ボリュームと、基準レベルを出力する基準レベル発生部と、入力オーディオ信号と前記基準レベル発生部が出力する基準レベルとを比較し、前記入力オーディオ信号のレベルが前記基準レベルより高いか否かを示す比較結果信号を出力するレベル判定部と、前記比較結果信号に基づき、前記入力オーディオ信号のレベルについての複数のレベル区分のうち前記入力オーディオ信号のレベルが属すると推定されるレベル区分を示す推定レベルデータを更新するとともに、前記推定レベルデータに基づいて前記基準レベル発生部が出力する基準レベルを制御し、前記電子ボリュームのゲインが前記入力オーディオ信号のレベルが属するレベル区分に予め対応付けられたゲインとなるように前記推定レベルデータに基づいて前記電子ボリュームのゲインを制御する制御部とを具備し、前記電子ボリュームの出力信号のレベルが予め設定された出力振幅上限レベルを越えないように、前記入力オーディオ信号のレベル区分と前記ゲインとの対応付けがなされている。
この態様によれば、オートゲインコントロール回路は、入力オーディオ信号のレベルの属するレベル区分に対応したゲインが電子ボリュームに設定される構成となっており、かつ、電子ボリュームの出力信号のレベルが予め設定された出力振幅上限レベルを越えないように、入力オーディオ信号のレベル区分とゲインとの対応付けがなされている。従って、出力振幅上限レベルを、後段のパワーアンプにおいてクリップを生じさせないような適切なレベルに設定しておくことで、後段のパワーアンプにおけるクリップの発生を防止することができる。
また、この態様では、入力オーディオ信号のレベル区分とゲインとの対応付けを適切に定めることにより、クリップ防止の効果のみならず、他の効果も得ることができる。例えば、大音量域に相当するレベル区分に対応したゲインを低下させることにより、ダイナミックレンジを抑え、不快な大音量を小さくし、あるいは小音量域に相当するレベル区分に対応したゲインを上昇させ、小さな音を聴き易い音量にすることもできる。

以下、図面を参照し、この発明の実施の形態を説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、この発明の第１実施形態であるＡＧＣ回路の構成を示すブロック図である。本実施形態によるＡＧＣ回路は、図１に示す電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒと、レベル判定部２０と、基準レベル発生部３０と、デコーダ４０および５０と、クロック発生部６０と、制御部１００とを半導体基板上に形成してなる半導体集積回路であり、例えばスピーカ再生装置等のオーディオ機器に搭載される。

電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒは、Ｌチャネルの入力オーディオ信号ＬＩＮおよびＲチャネルの入力オーディオ信号ＲＩＮを、Ｇ（１）＞Ｇ（２）＞……＞Ｇ（Ｎ）であるＮ種類のゲインＧ（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ）のうちデコーダ５０から与えられるゲイン指定データＤＧＡＩＮにより指定されるゲインで各々増幅し、オーディオ信号ＬＯＵＴおよびＲＯＵＴを各々出力する回路である。このＡＧＣ回路が例えばスピーカ再生装置に搭載される場合、電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒが出力するオーディオ信号ＬＯＵＴおよびＲＯＵＴはスピーカ駆動用のパワーアンプに入力される。

図１には電子ボリューム１０Ｌの構成例が示されている。なお、電子ボリューム１０Ｒも電子ボリューム１０Ｌと同様の構成を有している。図１に示す構成例では、電子ボリューム１０Ｌは、抵抗１１と、オペアンプ１２と、スイッチ部１３とにより構成されている。抵抗１１は、入力オーディオ信号ＬＩＮが与えられるオーディオ信号入力端子１５とオーディオ信号ＬＯＵＴの出力を行うオーディオ信号出力端子１６との間に介挿されている。オペアンプ１２は、非反転入力端子（＋端子）には図示しない基準電圧源から出力される基準電圧ＶＲＥＦが与えられており、出力端子がオーディオ信号出力端子１６に接続されている。スイッチ部１３は、抵抗１１に設けられたＮ個の中間タップの中から１つの中間タップを選択し、選択した中間タップをオペアンプ１２の反転入力端子（−端子）に接続する回路である。

この構成例において、オペアンプ１２の反転入力端子は仮想接地されており、電子ボリューム１０Ｌのゲインは、抵抗１１のうちオーディオ信号入力端子１５からスイッチ部１３によってオペアンプ１２の反転入力端子に接続される中間タップまでの部分の抵抗値Ｒａと、この中間タップからオーディオ信号出力端子１６までの部分の抵抗値Ｒｂとの比Ｒｂ／Ｒａにより定まる。そして、この構成例では、ゲイン指定データＤＧＡＩＮにより指定され得る全てのゲインＧ（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ）に対応して抵抗１１におけるＮ個の中間タップの位置が決定されており、あるゲインＧ（ｋ）を指定するゲイン指定データＤＧＡＩＮが与えられた場合には、そのゲインに対応した中間タップが選択されてオペアンプ１２の反転入力端子に接続されるように、スイッチ部１３が構成されている。この電子ボリューム１０Ｌは、ゲインが抵抗比Ｒｂ／Ｒａにより定まるので、歪を生じさせることなく、入力オーディオ信号ＬＩＮを増幅することができるという利点がある。

レベル判定部２０は、入力オーディオ信号ＬＩＮおよびＲＩＮを基準レベル発生部３０から与えられる基準レベルＶｒと比較し、入力オーディオ信号ＬＩＮまたはＲＩＮの少なくとも一方が基準レベルＶｒを越えている場合にはＨレベルの比較結果信号ＣＭＰを、そうでない場合にはＬレベルの比較結果信号ＣＭＰを出力する回路である。本実施形態によるＡＧＣ回路では、この比較結果信号ＣＭＰに基づき、基準レベル発生部３０が発生する基準レベルＶｒの制御および電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒのゲインを適正値に変化させる制御が行われる。なお、これらの制御の態様については後述する。

図１に示す例では、レベル判定部２０は、入力オーディオ信号ＬＩＮと基準レベルＶｒとを比較するコンパレータ２１と、入力オーディオ信号ＲＩＮと基準レベルＶｒとを比較するコンパレータ２２と、コンパレータ２１および２２の各出力信号の論理和を出力するＯＲゲート２３と、ＯＲゲート２３の出力信号のうち所定周波数以下の信号のみを通過させるＬＰＦ部２４とにより構成されている。

ＬＰＦ部２４は、フリップフロップ２４１および２４２を図示のように接続してなるシフトレジスタである。各フリップフロップ２４１および２４２のクロック端子Ｃにはクロック発生部６０から所定周波数のクロックＬＰＦＣＫが与えられる。シフトレジスタの１段目を構成するフリップフロップ２４１のデータ入力端子ＤはＨレベルに固定されている。そして、シフトレジスタの２段目を構成するフリップフロップ２４２の出力信号が比較結果信号ＣＭＰとなる。フリップフロップ２４１および２４２は、各々ローアクティブの非同期リセット端子Ｒを有している。ＯＲゲート２３の出力信号は、これらのうちフリップフロップ２４１の非同期リセット端子Ｒに与えられる。フリップフロップ２４２の非同期リセット端子Ｒにはローアクティブのリセット信号ＲＳＴ＿Ｎが与えられる。このリセット信号ＲＳＴ＿Ｎは、パワーオン時等のＡＧＣ回路の初期化が必要なときにアクティブレベル（Ｌレベル）とされる信号である。

この構成によれば、ＯＲゲート２３の出力信号がクロックＬＰＦＣＫの１周期以上に亙ってＨレベルを持続した場合に限り、比較結果信号ＣＭＰがＨレベルとなり、それ以外の場合には、比較結果信号ＣＭＰはＬレベルを維持する。このようなＬＰＦ部２４を採用しているのは、クロックＬＰＦＣＫの１周期にも満たないような瞬時的な入力オーディオ信号ＬＩＮまたはＲＩＮの上昇に対しては、電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒのゲインを変化させないようにするためである。クロックＬＰＦＣＫの周波数は、例えば１０ｋＨｚ程度である。

基準レベル発生部３０は、抵抗３１とスイッチ部３２とにより構成されている。ここで、抵抗３１の両端には、図示しない電源から高電位側基準レベルＶｒｅｆａおよび基準電圧レベルＶＲＥＦが与えられる。本実施形態において、高電位側基準レベルＶｒｅｆａは、ＡＧＣ回路の外部から与えられる。ＡＧＣ回路である半導体集積回路には、この高電位側基準レベルＶｒｅｆａを受け取るための端子が設けられている。抵抗３１は、外部から与えられる高電位側基準レベルＶｒｅｆａを分圧して、Ｖｒ（１）＜Ｖｒ（２）＜……＜Ｖｒ（Ｎ−１）であるＮ−１種類の基準レベルＶｒ（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ−１）を発生するＮ−１個の中間タップを有している。本実施形態において、基準レベルＶｒ（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ−１）は、入力オーディオ信号ＬＩＮおよびＲＩＮのレベルをＮ個のレベル区分に分類する境界値として用いられる。スイッチ部３２は、この抵抗３１のＮ−１個の中間タップのうちデコーダ４０から与えられる基準レベル指定データＤＬＶＬにより指定される中間タップを選択し、この選択した中間テップの基準レベルを上述した基準レベルＶｒとしてレベル判定部２０に供給する回路である。本実施形態において、電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒから出力されるオーディオ信号ＬＯＵＴおよびＲＯＵＴが例えばパワーアンプに出力される場合、パワーアンプの出力信号波形にクリップを生じさせないオーディオ信号ＬＯＵＴおよびＲＯＵＴのレベルの上限である出力振幅上限レベルが高電位側基準レベルＶｒｅｆａとして基準レベル発生部３０に与えられる。従って、以下では、場合により、高電位側基準レベルＶｒｅｆａを、出力振幅上限レベルＶｒｅｆａと呼ぶ。

クロック発生部６０は、上述したクロックＬＰＦＣＫを発生する他、制御部１００のタイミング制御に用いられるベースクロックＢＣＫおよびＢＣＫ＿Ｎ、アタッククロックＡＴＫＣＫ、リリースクロックＲＬＳＣＫ＿Ｎを発生する回路である。なお、ベースクロックＢＣＫ＿Ｎは、ベースクロックＢＣＫをレベル反転したクロックである。好ましい態様において、クロック発生部６０は、ベースクロックＢＣＫを分周することにより、アタッククロックＡＴＫＣＫおよびリリースクロックＲＬＳＣＫ＿Ｎを発生する。一般的に各クロックの周波数の関係は、ＢＣＫ＞ＡＴＫＣＫ＞ＲＬＳＣＫ＿Ｎとされる。好ましい態様では、ベースクロックＢＣＫを分周してアタッククロックＡＴＫＣＫおよびリリースクロックＲＬＳＣＫ＿Ｎを各々発生する際の分周比を任意に設定することができるようにクロック発生部６０が構成される。

制御部１００は、レベル判定部２０から出力される比較結果信号ＣＭＰに基づき、推定レベルデータＬＶＬｍおよびゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓを変化させる制御を行う回路である。デコーダ４０は、制御部１００から与えられる推定レベルデータＬＶＬｍを所定の変換ルールに従って基準レベル指定データＤＬＶＬに変換し、基準レベル指定データＤＬＶＬを基準レベル発生部３０に供給する回路である。また、デコーダ５０は、制御部１００から与えられるゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓを所定の変換ルールに従ってゲイン指定データＤＧＡＩＮに変換し、ゲイン指定データＤＧＡＩＮを電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒに供給する回路である。以上の制御部１００、デコーダ４０および５０により行われる制御の内容について詳述すると、次の通りである。

まず、推定レベルデータＬＶＬｍは、現在の入力オーディオ信号ＬＩＮおよびＲＩＮのレベルのうち大きい方のレベルＶｐが属すると推定されるレベル区分を示すデータである。制御部１００は、比較結果信号ＣＭＰに基づいて、この推定レベルデータＬＶＬｍが示すレベル区分を現在の入力オーディオ信号ＬＩＮおよびＲＩＮのレベルのうち大きい方のレベルが属するレベル区分に近づけるための増減操作を行う。

図２は、推定レベルデータＬＶＬｍの内容および制御部１００によって行われる推定レベルデータＬＶＬｍの増減操作を説明する図である。推定レベルデータＬＶＬｍは、Ｎ−１ビットのデータである。入力オーディオ信号のレベルＶｐが基準レベルＶｒ（１）以下であると推定される場合の推定レベルデータＬＶＬｍは、図２に示すように、全ビットが“０”となる。また、入力オーディオ信号のレベルＶｐが少なくとも基準レベルＶｒ（１）を越えていると推定される場合の推定レベルデータＬＶＬｍは、ＬＳＢが“１”、他のビットは“０”となる。また、入力オーディオ信号のレベルＶｐが少なくとも基準レベルＶｒ（２）を越えていると推定される場合の推定レベルデータＬＶＬｍは、ＬＳＢから始まる２ビットが“１”、他のビットは“０”となる。以下同様であり、入力オーディオ信号のレベルＶｐが少なくとも基準レベルＶｒ（ｋ）を越えていると推定される場合の推定レベルデータＬＶＬｍは、ＬＳＢから始まるｋ個の連続したビットが“１”、残りのビットが“０”となる。

制御部１００は、ベースクロックＢＣＫがアクティブレベル（Ｈレベル）となるタイミングにおいて、比較結果信号ＣＭＰがＨレベルである場合に、推定レベルデータＬＶＬｍにおけるビット“１”の個数を１つ増加させる操作を行う。また、制御部１００は、リリースクロックＲＬＳＣＫ＿Ｎがアクティブレベル（Ｌレベル）となった後、最初にベースクロックＢＣＫ＿Ｎがアクティブレベル（Ｌレベル）となるタイミングにおいて、比較結果信号ＣＭＰがＬレベルである場合に、推定レベルデータＬＶＬｍにおけるビット“１”の個数を１つ減少させる操作を行う。

図３は、デコーダ４０が推定レベルデータＬＶＬｍを基準レベル指定データＤＬＶＬに変換する場合の変換ルールを示す図である。図３に示すように、デコーダ４０は、推定レベルデータＬＶＬｍがオール“０”の場合とオール“１”の場合を除き、入力オーディオ信号のレベルＶｐが基準レベルＶｒ（ｋ）を越えていることを示す推定レベルデータＬＶＬｍが与えられた場合に、基準レベルＶｒ（ｋ＋１）を指定する基準レベル指定データＤＬＶＬを出力する。また、デコーダ４０は、推定レベルデータＬＶＬｍがオール“０”の場合には、基準レベルＶｒ（１）を指定する基準レベル指定データＤＬＶＬを出力し、推定レベルデータＬＶＬｍがオール“１”の場合には、基準レベルＶｒ（Ｎ−１）を指定する基準レベル指定データＤＬＶＬを出力する。

以上説明した制御部１００による推定レベルデータＬＶＬｍの制御およびデコーダ４０による推定レベルデータＬＶＬｍから基準レベル指定データＤＬＶＬへの変換が行われる結果、基準レベル発生部３０からレベル判定部２０へ供給される基準レベルＶｒは、入力オーディオ信号のレベルＶｐが基準レベルＶｒ（Ｎ−１）を越えている場合を除き、基準レベルＶｒ（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ−１）のうちレベルＶｐを越える最小の基準レベルとされる。

次に制御部１００およびデコーダ５０により行われる電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒのゲインの制御について説明する。まず、制御部１００は、ゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓを推定レベルデータＬＶＬｍに追従させる制御を行う。さらに詳述すると、入力オーディオ信号のレベルＶｐが増加して推定レベルデータＬＶＬｍにおける連続したビット“１”の個数が増加した場合に、制御部１００は、アタッククロックＡＴＫＣＫが立ち上がる度に、ゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓにおけるビット“１”を１個ずつ増加させ、ゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓを段階的に推定レベルデータＬＶＬｍに近づける。また、入力オーディオ信号のレベルＶｐが減少し、かつ、リリースクロックＲＬＳＣＫ＿Ｎがアクティブレベルとなって、推定レベルデータＬＶＬｍにおける連続したビット“１”の個数が１個減った場合に、制御部１００は、アタッククロックＡＴＫＣＫの立ち上がりに応じて、ゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓにおけるビット“１”を１個減少させ、ゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓを推定レベルデータＬＶＬｍと一致させる。

デコーダ５０は、図４に示す変換ルールに従い、ゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓをゲイン指定データＤＧＡＩＮに変換する。このゲイン指定データＤＧＡＩＮに従って、電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒのゲインが設定される。図５は、本実施形態において、入力オーディオ信号ＬＩＮおよびＲＩＮのレベルＶｐが安定している場合に、そのレベルＶｐと、ゲイン指定データＤＧＡＩＮにより電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒに設定されるゲインとの関係を示すものである。この図に示すように、入力オーディオ信号のレベルＶｐが基準レベルＶｒ（１）以下である場合には、電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒのゲインは最大のゲインＧ（１）とされる。そして、入力オーディオ信号のレベルＶｐが各基準レベルＶｒ（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ−１）を越えるに従い、電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒに設定されるゲインはＧ（２）、Ｇ（３）、…という具合に段階的に低くなる。

以上説明した各装置のうちレベル判定部２０と、基準レベル発生部３０と、制御部１００と、デコーダ４０および５０は、入力オーディオ信号ＬＩＮおよびＲＩＮのレベルに応じて電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒのゲインを制御する手段であって、入力オーディオ信号ＬＩＮおよびＲＩＮのレベルと電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒのゲインとにより決定される電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒの出力信号ＬＯＵＴおよびＲＯＵＴのレベルが予め設定された出力振幅上限レベルＶｒｅｆａを越えないように、電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒのゲインを低下させる制御を行うゲインコントロール手段として機能する。このゲインコントロール手段としての機能により、電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒに対する入力オーディオ信号ＬＩＮおよびＲＩＮのレベルが上昇したとしても、電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒから後段のパワーアンプに対して出力されるオーディオ信号ＬＯＵＴおよびＲＯＵＴのレベルが出力振幅上限レベルＶｒｅｆａ以内に制限され、後段のパワーアンプにおけるクリップの発生が防止される。なお、この特徴的な機能については、説明の重複を避けるため、本実施形態の動作説明において明らかにする。

次に、図６を参照し、制御部１００の具体的構成を説明する。制御部１００は、Ｎ−１個の制御セル１００（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ−１）を図示のように接続してなるものである。各制御セル１００（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ−１）は、各々、フリップフロップ１０１〜１０３と、ＮＡＮＤゲート１１１と、ローアクティブＡＮＤゲート１１２と、ＮＯＲゲート１１３と、ローアクティブＮＯＲゲート１１４と、ローアクティブＯＲゲート１１５と、ＡＮＤゲート１１６とを有している。

ここで、制御セル１００（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ−１）の各フリップフロップ１０２は、上述した推定レベルデータＬＶＬｍの各ビットＬＶＬｍ（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ−１）を記憶するレベルレジスタＲＥＧａを構成している。また、制御セル１００（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ−１）の各フリップフロップ１０３は、上述したゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓの各ビットＬＶＬｓ（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ−１）を記憶するアタックレジスタＲＥＧｂを構成している。

ｋ＝１以外の各制御セル１００（ｋ）のＮＡＮＤゲート１１１には、比較結果信号ＣＭＰが入力されるとともに、下位の制御セル１００（ｋ−１）のフリップフロップ１０２から出力される推定レベルデータＬＶＬｍのビットＬＶＬｍ（ｋ−１）がデータＬＯＷＬＶＬとして入力される。また、制御セル１００（１）のＮＡＮＤゲート１１１には、比較結果信号ＣＭＰと、ＨレベルのデータＬＯＷＬＶＬが入力される。そして、各制御セル１００（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ−１）のローアクティブＯＲゲート１１５には、ＮＡＮＤゲート１１１の出力信号と、フリップフロップ１０２のローアクティブ出力端子の出力信号が入力される。そして、各制御セル１００（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ−１）のフリップフロップ１０２は、データ入力端子ＤにローアクティブＯＲゲート１１５の出力信号が入力され、クロック端子ＣにベースクロックＢＣＫが入力され、ローアクティブの非同期リセット端子ＲにローアクティブＮＯＲゲート１１４の出力信号が入力される。

従って、ｋ＝１以外の各制御セル１００（ｋ）では、比較結果信号ＣＭＰがＨレベルであり、かつ、下位の制御セル１００（ｋ−１）のフリップフロップ１０２から出力される推定レベルデータＬＶＬｍのビットＬＶＬｍ（ｋ−１）が“１”である場合に、ＮＡＮＤゲート１１１の出力信号がＬレベルとなり、ベースクロックＢＣＫの立ち上がりにより“１”がフリップフロップ１０２に書き込まれ、推定レベルデータＬＶＬｍのビットＬＶＬｍ（ｋ）が“１”となる。以後、フリップフロップ１０２のローアクティブ出力端子の出力信号である“０”がローアクティブＯＲゲート１１５を介すことにより反転されてフリップフロップ１０２のデータ入力端子Ｄに供給されるため、非同期リセット端子Ｒがアクティブレベル（Ｌレベル）とされるまでの間、ビットＬＶＬｍ（ｋ）は“１”を維持し続ける。制御セル１００（１）では、Ｈレベルの信号ＬＯＷＬＶＬがＮＡＮＤゲート１１１に与えられるため、比較結果信号ＣＭＰがＨレベルである場合に、ＮＡＮＤゲート１１１の出力信号がＬレベルとなり、ベースクロックＢＣＫの立ち上がりにより推定レベルデータＬＶＬｍのビットＬＶＬｍ（１）が“１”とされる。

ｋ＝Ｎ−１以外の各制御セル１００（ｋ）のローアクティブＡＮＤゲート１１２には、比較結果信号ＣＭＰとリリースクロックＲＬＳＣＫ＿Ｎが入力されるとともに、上位の制御セル１００（ｋ＋１）のフリップフロップ１０２から出力される推定レベルデータＬＶＬｍのビットＬＶＬｍ（ｋ＋１）がデータＵＰＰＬＶＬとして入力される。また、制御セル１００（Ｎ−１）のローアクティブＡＮＤゲート１１２には、比較結果信号ＣＭＰおよびリリースクロックＲＬＳＣＫ＿Ｎと、ＬレベルのデータＵＰＰＬＶＬが入力される。

各制御セル１００（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ−１）のＮＯＲゲート１１３には、リセット信号ＲＳＴとローアクティブＡＮＤゲート１１２の出力信号が入力される。ここで、リセット信号ＲＳＴは、パワーオン時等のＡＧＣ回路の初期化が必要なときにアクティブレベル（Ｈレベル）とされる信号である。

各制御セル１００（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ−１）のフリップフロップ１０１は、データ入力端子ＤにＮＯＲゲート１１３の出力信号が入力され、クロック端子ＣにベースクロックＢＣＫ＿Ｎが入力され、ローアクティブの非同期リセット端子Ｒにリセット信号ＲＳＴ＿Ｎが入力される。また、各制御セル１００（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ−１）のローアクティブＮＯＲゲート１１４には、フリップフロップ１０１のハイアクティブ出力端子Ｑの出力信号と、リセット信号ＲＳＴ＿Ｎが入力される。

従って、ｋ＝Ｎ−１以外の各制御セル１００（ｋ）では、比較結果信号ＣＭＰがＬレベルであり、かつ、上位の制御セル１００（ｋ＋１）のフリップフロップ１０２から出力される推定レベルデータＬＶＬｍのビットＬＶＬｍ（ｋ＋１）が“０”であり、かつ、リリースクロックＲＬＳＣＬＫ＿Ｎがアクティブレベル（Ｌレベル）である場合に、ローアクティブＡＮＤゲート１１２の出力信号がＨレベルとなり、ベースクロックＢＣＫ＿Ｎの立ち上がりにより“０”がフリップフロップ１０１に書き込まれる。これにより、フリップフロップ１０２の非同期リセット端子Ｒがアクティブレベル（Ｌレベル）とされ、推定レベルデータＬＶＬｍのビットＬＶＬｍ（ｋ）が“０”となる。制御セル１００（Ｎ−１）では、Ｌレベルの信号ＵＰＰＬＶＬがローアクティブＡＮＤゲート１１２に与えられるため、比較結果信号ＣＭＰがＬレベルであり、かつ、リリースクロックＲＬＳＣＬＫ＿Ｎがアクティブレベル（Ｌレベル）である場合に、ローアクティブＡＮＤゲート１１２の出力信号がＨレベルとなり、ベースクロックＢＣＫ＿Ｎの立ち上がりにより推定レベルデータＬＶＬｍのビットＬＶＬｍ（ｋ）が“０”とされる。

ｋ＝Ｎ−１以外の各制御セル１００（ｋ）のＡＮＤゲート１１６には、フリップフロップ１０２のハイアクティブ出力端子Ｑの出力信号が入力されるとともに、下位の制御セル１００（ｋ−１）のフリップフロップ１０３から出力されるゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓのビットＬＶＬｓ（ｋ−１）がデータＬＯＷＯＵＴとして入力される。また、制御セル１００（１）のＡＮＤゲート１１６には、フリップフロップ１０２のハイアクティブ出力端子Ｑの出力信号が入力されるとともに、ＨレベルのデータＬＯＷＯＵＴが入力される。

そして、各制御セル１００（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ−１）のフリップフロップ１０３は、データ入力端子ＤにＡＮＤゲート１１６の出力信号が入力され、クロック端子ＣにアタッククロックＡＴＫＣＫが入力され、ローアクティブの非同期リセット端子Ｒにリセット信号ＲＳＴ＿Ｎが入力される。

従って、ｋ＝１以外の各制御セル１００（ｋ）では、下位の制御セル１００（ｋ−１）のフリップフロップ１０３から出力されるゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓのビットＬＶＬｓ（ｋ−１）が“１”である場合に、フリップフロップ１０２から出力される推定レベルデータＬＶＬｍのビットＬＶＬｍ（ｋ）がＡＮＤゲート１１６を介してフリップフロップ１０３のデータ入力端子Ｄに供給され、アタッククロックＡＴＫＣＫの立ち上がりによりフリップフロップ１０３に書き込まれ、ゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓのビットＬＶＬｓ（ｋ）として出力される。一方、下位の制御セル１００（ｋ−１）のフリップフロップ１０２から出力される推定レベルデータＬＶＬｍのビットＬＶＬｍ（ｋ−１）が“０”である場合には、フリップフロップ１０３に“０”が書き込まれ、ビットＬＶＬｓ（ｋ）は“０”とされる。制御セル１００（１）では、Ｈレベルの信号ＬＯＷＯＵＴがＡＮＤゲート１１６に供給される。従って、フリップフロップ１０２から出力されるビットＬＶＬｍ（１）がアタッククロックＡＴＫＣＫの立ち上がりによりフリップフロップ１０３に書き込まれ、ゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓのビットＬＶＬｓ（１）として出力される。
以上が制御部１００の構成である。

次に具体例を挙げ、本実施形態の動作を説明する。本実施形態によるＡＧＣ回路では、入力オーディオ信号ＬＩＮおよびＲＩＮのレベルが上昇した場合、電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒのゲインを段階的に低下させるアタック動作が行われる。また、本実施形態によるＡＧＣ回路では、入力オーディオ信号ＬＩＮおよびＲＩＮのレベルが低下した場合、電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒのゲインを段階的に上昇させるリリース動作が行われる。

図７は、本実施形態によるＡＧＣ回路において行われるアタック動作の例を示すタイムチャートである。この例では、初期状態において基準レベルＶｒが最低レベルであるＶｒ（１）となっており、推定レベルデータＬＶＬｍはオール“０”、ゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓもオール“０”となっている。そして、入力オーディオ信号ＬＩＮの振幅は、入力オーディオ信号ＲＩＮの振幅よりも大きく、この入力オーディオ信号ＬＩＮは、図示のように変化する。

図７に示す入力オーディオ信号ＬＩＮの第１波（最も左側に図示された波）が基準レベルＶｒ（１）を越えると、レベル判定部２０におけるＯＲゲート２３の出力信号がＨレベルとなり、ＬＰＦ部２４は、これに応答して比較結果信号ＣＭＰをＨレベルとする。比較結果信号ＣＭＰがＨレベルになると、基準レベル発生部３０が出力する基準レベルＶｒを上昇させる第１の制御が行われる。さらに詳述すると、この場合、最下位の制御セル１００（１）において、ＮＡＮＤゲート１１１の出力信号がＬレベルとなることから、ベースクロックＢＣＫの立ち上がりによりフリップフロップ１０２に“１”が書き込まれ、推定レベルデータＬＶＬｍが“０……０００１”となる。この結果、デコーダ４０は、基準レベルＶｒ（２）の出力を指示する基準レベル指定データＤＬＶＬを基準レベル発生部３０に送る。これにより基準レベル発生部３０が発生する基準レベルＶｒはＶｒ（２）となる。

ここで、入力オーディオ信号ＬＩＮのレベルがこの新たな基準レベルＶｒ（２）よりも高いと、比較結果信号ＣＭＰはＨレベルを維持する。この場合、制御セル１００（２）では、制御セル１００（１）からのビットＬＶＬｍ（１）が“１”であり、かつ、比較結果信号ＣＭＰがＨレベルであることから、ＮＡＮＤゲート１１１の出力信号がＬレベルとなり、ベースクロックＢＣＫの立ち上がりによりフリップフロップ１０２に“１”が書き込まれ、推定レベルデータＬＶＬｍが“０……００１１”となる。

以後、基準レベルＶｒが入力オーディオ信号ＬＩＮのピークレベルを越えて、比較結果信号ＣＭＰがＬレベルとなるまで、ベースクロックＢＣＫの立ち上がりに応じて、推定レベルデータＬＶＬｍのさらに上位のビットが順次“１”に書き換えられてゆく。図示の例では、推定レベルデータＬＶＬｍが“０……０１１１”とされ、基準レベルＶｒがＶｒ（４）とされるまで、基準レベルデータＬＶＬｍにおけるビット“１”の増加および基準レベルＶｒの上昇を行わせる第１の制御がベースクロックＢＣＫの立ち上がりに応じて行われる。

入力オーディオ信号ＬＩＮが立ち下がり、基準レベルＶｒ＝Ｖｒ（４）を下回ると、比較結果信号ＣＭＰがＬレベルとなる。しかし、リリースクロックＲＬＳＣＫ＿Ｎが非アクティブレベルを維持している間は、比較結果信号ＣＭＰがＬレベルとなっても、全ての制御セル１００（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ−１）においてローアクティブＡＮＤゲート１１２の出力信号はＬレベルとなり、フリップフロップ１０１に対する“０”の書き込みは行われず、フリップフロップ１０２はリセットされない。従って、推定レベルデータＬＶＬｍは、“０……０１１１”を維持する。

図７に示す例では、入力オーディオ信号ＬＩＮの第１波の後、第２波が立ち上がるが、この第２波のピークレベルは基準レベルＶｒ（４）を越えない。従って、ＡＧＣ回路では、推定レベルデータＬＶＬｍおよび基準レベルＶｒの更新は行われない。

そして、図７に示す例では、入力オーディオ信号ＬＩＮの第２波の後、第１波よりもピークレベルの大きな第３波が立ち上がるが、この第３波のピークレベルは基準レベルＶｒ（６）と基準レベルＶｒ（７）との間のレベルである。従って、ＡＧＣ回路では、推定レベルデータＬＶＬｍが“０……００１１１１１１”、基準レベルＶｒがＶｒ（７）となるまで、推定レベルデータＬＶＬｍおよび基準レベルＶｒの更新が繰り返される。なお、図示は省略したが、入力オーディオ信号ＬＩＮのレベルが最大の基準レベルＶｒ（ｋ−１）を越える場合には、基準レベルＶｒがＶｒ（ｋ−１）に到達した時点で推定レベルデータＬＶＬｍおよび基準レベルＶｒの更新は停止する。すなわち、推定レベルデータＬＶＬｍおよび基準レベルＶｒの更新は、比較結果信号ＣＭＰがＨレベルである間または基準レベルＶｒが最大値Ｖｒ（ｋ−１）に到達するまで繰り返される。

以上の動作と並行し、ＡＧＣ回路では、ゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓを推定レベルデータＬＶＬｍに段階的に近づける第３の制御がアタッククロックＡＴＫＣＫに応じて行われる。

図７に示す例では、ゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓが“０……００００”、推定レベルデータＬＶＬｍが“０……０１１１”であるときに、アタッククロックＡＴＫＣＫが立ち上がる。このとき、制御セル１００（１）において、ＡＮＤゲート１１６に対する信号ＬＯＷＯＵＴがＨレベル（“１”）であり、かつ、フリップフロップ１０２から出力される推定レベルデータＬＶＬｍのビットＬＶＬｍ（１）が“１”であることから、フリップフロップ１０３に“１”が書き込まれる。この結果、ゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓは“０……０００１”となり、推定レベルデータＬＶＬｍ＝“０……０１１１”に対して１ステップだけ近づく。

その後、アタッククロックＡＴＫＣＫは、ゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓが“０……０００１”、推定レベルデータＬＶＬｍが“０……０１１１”であるときに立ち上がる。このとき、制御セル１００（２）において、下位の制御セル１００（１）のフリップフロップ１０３から出力されるゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓのビットＬＶＬｓ（１）が“１”であり、かつ、フリップフロップ１０２から出力される推定レベルデータＬＶＬｍのビットＬＶＬｍ（２）が“１”であることから、フリップフロップ１０３に“１”が書き込まれる。この結果、ゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓは“０……００１１”となり、推定レベルデータＬＶＬｍ＝“０……０１１１”に対して１ステップだけ近づく。

その後、アタッククロックＡＴＫＣＫは、ゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓが“０……００１１”、推定レベルデータＬＶＬｍが“０……０１１１１”であるときに立ち上がる。このとき、制御セル１００（３）において、下位の制御セル１００（２）のフリップフロップ１０３から出力されるゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓのビットＬＶＬｓ（２）が“１”であり、かつ、フリップフロップ１０２から出力される推定レベルデータＬＶＬｍのビットＬＶＬｍ（３）が“１”であることから、フリップフロップ１０３に“１”が書き込まれる。この結果、ゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓは“０……０１１１”となり、推定レベルデータＬＶＬｍ＝“０……０１１１１”に対して１ステップだけ近づく。

以上のように、本実施形態によるＡＧＣ回路では、基準レベルＶｒが入力オーディオ信号ＬＩＮおよびＲＩＮのレベルを越えるまで、ベースクロックＢＣＫに応じて推定レベルデータＬＶＬｍのビット“１”の個数を増加させ、基準レベルＶｒを段階的に上昇させる（第１の制御）とともに、アタッククロックＡＴＫＣＫに応じて、ゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓを段階的に推定レベルデータＬＶＬｍに近づけ、電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒのゲインを段階的に低下させる（第３の制御）。ここで、アタッククロックＡＴＫＣＫの周波数を高くすれば、電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒのゲインを、入力オーディオ信号ＬＩＮおよびＲＩＮのレベルに対応した最適なゲインまで低下させるのに要する時間であるアタックタイムを短くすることができ、逆にアタッククロックＡＴＫＣＫの周波数を低くすれば、アタックタイムを長くすることができる。従って、本実施形態によれば、アタッククロックＡＴＫＣＫの周波数を適切な値にすることにより所望のアタックタイムを実現することができる。

図８は、本実施形態によるＡＧＣ回路において行われるリリース動作の例を示すタイムチャートである。この例では、入力オーディオ信号ＬＩＮの振幅は、入力オーディオ信号ＲＩＮの振幅よりも大きく、この入力オーディオ信号ＬＩＮは、図示のように立ち下がり、ピークレベルがＶｒ（１）よりも低くなっている。この入力オーディオ信号ＬＩＮの立ち下がり時、基準レベルＶｒはＶｒ（４）となっており、推定レベルデータＬＶＬｍは“０……０１１１”、ゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓも“０……０１１１”となっている。

図示の例では、入力オーディオ信号ＬＩＮが基準レベルＶｒ＝Ｖｒ（４）を下回り、比較結果信号ＣＭＰがＬレベルになった後、リリースクロックＲＬＳＣＫ＿Ｎがアクティブレベル（Ｌレベル）となっている。このため、制御部１００では、基準レベル発生部３０が出力する基準レベルＶｒを低下させる第２の制御が行われる。さらに詳述すると、リリースクロックＲＬＳＣＫ＿Ｎがアクティブレベル（Ｌレベル）となったとき、制御セル１００（３）では、上位の制御セル１００（４）のフリップフロップ１０２からの推定レベルデータＬＶＬｍのビットＬＶＬｍ（４）が“０”であることからローアクティブＡＮＤゲート１１２の出力信号がＨレベルとなる。このため、ベースクロックＢＣＫ＿Ｎの立ち上がりにより“０”がフリップフロップ１０１に書き込まれる。これにより、フリップフロップ１０２の非同期リセット端子Ｒがアクティブレベル（Ｌレベル）とされ、推定レベルデータＬＶＬｍのビットＬＶＬｍ（３）が“０”となる。制御セル１００（２）および１００（１）では、ベースクロックＢＣＫ＿Ｎの立ち上がり時、各々の上位の制御セル（３）および１００（２）から与えられるビットＬＶＬｍ（３）およびＬＶＬｍ（２）が“１”となっているため、フリップフロップ１０１への“０”の書き込み、フリップフロップ１０２のリセットは行われない。このため、推定レベルデータＬＶＬｍは、ベースクロックＢＣＫ＿Ｎの立ち上がりにより、“０……０１１１”から“０……００１１”に変化し、基準レベル発生部３０が出力する基準レベルＶｒはＶｒ（４）からＶｒ（３）に低下する。

そして、リリースクロックＲＬＳＣＫ＿Ｎの立ち下がり後、最初のアタッククロックＡＴＫＣＫの立ち上がりがあると、制御部１００では第４の制御が行われる。さらに詳述すると、制御セル１００（３）において、フリップフロップ１０２の出力信号であるビットＬＶＬｍ（３）が“０”に変わっていることから、フリップフロップ１０３に“０”が書き込まれ、ビットＬＶＬｓ（３）が“０”となる。このため、ゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓが“０……０１１１”から“０……００１１”に変化し、電子ボリューム１０Ｌおよび１０ＲのゲインはＧ（４）からＧ（３）に上昇する。

以後、比較結果信号ＣＭＰがＬレベルである間あるいは基準レベルＶｒが最低値Ｖｒ（１）に達するまでの間、リリースクロックＲＬＳＣＫ＿Ｎがアクティブレベルとなる度に、上記と同様な推定レベルデータＬＶＬｍおよびゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓの更新が行われ、基準レベルＶｒが段階的に低下し、電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒのゲインが段階的に上昇する。その際、リリースクロックＲＬＳＣＫ＿Ｎの周波数を高くすれば、電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒのゲインを、入力オーディオ信号ＬＩＮおよびＲＩＮのレベルに対応した最適なゲインまで上昇させるのに要する時間であるリリースタイムを短くすることができ、逆にリリースクロックＲＬＳＣＫ＿Ｎの周波数を低くすれば、リリースタイムを長くすることができる。従って、本実施形態によれば、リリースクロックＲＬＳＣＫ＿Ｎの周波数を適切な値にすることにより所望のリリースタイムを実現することができる。

以上説明したアタック動作およびリリース動作により、ゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓは、少なくとも入力オーディオ信号ＬＩＮおよびＲＩＮの信号波形のピークレベルよりも高いレベルを示すように変化し、電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒのゲインは、このゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓに応じた大きさに自動調整される。その際、本実施形態では、電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒに対する入力オーディオ信号ＬＩＮおよびＲＩＮのレベルが上昇したとしても、電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒから後段のパワーアンプに対して出力されるオーディオ信号ＬＯＵＴおよびＲＯＵＴのレベルが出力振幅上限レベルＶｒｅｆａ以内に制限されるように、ゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓが示す入力オーディオ信号ＬＩＮおよびＲＩＮのレベルの区分に応じたゲインＧ（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ）が定められており、これにより後段のパワーアンプにおけるクリップの発生が回避されるようになっている。以下、本実施形態における入力オーディオ信号ＬＩＮおよびＲＩＮのレベルの区分に応じたゲインＧ（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ）の定め方について具体例を挙げて説明する。

図９は、本実施形態において制御部１００による電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒのゲインの制御が行われている状況下での入力オーディオ信号のレベル（より正確には入力オーディオ信号ＬＩＮまたはＲＩＮのうち大きい方のレベル；以下、単に「入力オーディオ信号のレベル」という）とこれに対応した出力オーディオ信号ＬＯＵＴまたはＲＯＵＴのレベル（以下、単に「出力オーディオ信号のレベル」という）との関係および入力オーディオ信号のレベルと電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒに設定されるゲインとの関係の第１の例を示す図である。この図において、横軸は入力オーディオ信号のレベルのｄＢ値、縦軸は出力オーディオ信号のｄＢ値である。また、横軸および縦軸において出力振幅上限レベルＶｒｅｆａのレベルが０ｄＢとなっている。

この例では、ゲインＧ（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ）の大きさがＶｒｅｆａ／Ｖｒ（ｋ）となるように、電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒの抵抗１１における各ゲインＧ（ｋ）に対応した中間タップの位置が決定されている。

入力オーディオ信号のレベルが基準レベルＶｒ（１）以下である場合、電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒでは、最大のゲインＧ（１）で入力オーディオ信号の増幅が行われる。従って、この場合には入力オーディオ信号の持つ強弱コントラストを損なうことなく入力オーディオ信号を増幅し、後段のパワーアンプに送ることができる。

そして、入力オーディオ信号のレベルが基準レベルＶｒ（１）に到達するとき、出力オーディオ信号のレベルは｛Ｖｒｅｆａ／Ｖｒ（１）｝・Ｖｒ（１）＝Ｖｒｅｆａとなり、出力振幅上限レベルＶｒｅｆａに到達する。しかし、入力オーディオ信号のレベルが基準レベルＶｒ（１）を越えると、電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒに設定されるゲインＧはゲインＧ（１）よりも低いゲインＧ（２）とされるため、出力オーディオ信号のレベルは出力振幅上限レベルＶｒｅｆａよりも低下し、後段のパワーアンプにおけるクリップの発生が回避される。

また、入力オーディオ信号のレベルが基準レベルＶｒ（２）に到達するとき、出力オーディオ信号のレベルは｛Ｖｒｅｆａ／Ｖｒ（２）｝・Ｖｒ（２）＝Ｖｒｅｆａとなり、出力振幅上限レベルＶｒｅｆａに到達する。しかし、入力オーディオ信号のレベルが基準レベルＶｒ（２）を越えると、電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒに設定されるゲインＧはゲインＧ（２）よりも低いゲインＧ（３）とされるため、出力オーディオ信号のレベルは出力振幅上限レベルＶｒｅｆａよりも低下し、後段のパワーアンプにおけるクリップの発生が回避される。

以下同様であり、入力オーディオ信号のレベルが高くなり、出力オーディオ信号のレベルが出力振幅上限レベルＶｒｅｆａを越えようとすると、電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒに設定されるゲインＧがより低いゲインに切り換えられる。

以上のように、入力オーディオ信号のレベルが基準レベルＶｒ（１）以下であり、出力オーディオ信号のレベルが出力振幅制限レベルＶｒｅｆａ以内に収まるときには、入力オーディオ信号の増幅が最大のゲインＧ（１）で行われる。また、入力オーディオ信号のレベルが基準レベルＶｒ（１）を越える場合には電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒから後段のパワーアンプに与えられる出力オーディオ信号のレベルが出力振幅上限レベルＶｒｅｆａ以内に制限され、後段のパワーアンプにおけるクリップの発生が回避される。

図１０は、入力オーディオ信号のレベルと出力オーディオ信号のレベルとの関係および入力オーディオ信号のレベルと電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒに設定されるゲインとの関係の第２の例を示す図である。この例では、入力オーディオ信号のレベルが基準レベルＶｒ（１）より大きい場合、入力オーディオ信号のレベルが基準レベルＶｒ（１）以下の区間にある場合よりも、入力オーディオ信号のレベルに対する出力オーディオ信号のレベルの勾配が小さくなるように電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒのゲインを制御する。

入力オーディオ信号のレベルと出力オーディオ信号のレベルとの関係を図示のような関係にするため、この例では、Ｖｕ（１）＜Ｖｕ（２）＜…＜Ｖｕ（Ｎ−１）＝Ｖｒｅｆａとなるように適切なＶｕ（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ−１）が予め決定され、各ゲインＧ（ｋ）の大きさがＶｕ（ｋ）／Ｖｒ（ｋ）となるように、電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒの抵抗１１における各ゲインＧ（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ）に対応した中間タップの位置が決定されている。

この第２の例では、入力オーディオ信号のレベルがＶｒ（１）を越える区間では、ダイナミックレンジ圧縮が行われ、後段のパワーアンプに与えられる出力オーディオ信号のレベルが出力振幅上限レベルＶｒｅｆａ以内に制限され、後段のパワーアンプにおけるクリップの発生が回避される。図示の例では、対数軸上においてレベルＶｒ（１）およびＶｒｅｆａ間を等間隔に刻むように基準レベルＶｒ（ｋ）（ｋ＝２〜Ｎ−１）の値が定められ、また、対数軸上においてレベルＶｕ（１）およびＶｒｅｆａ間を等間隔に刻むようにレベルＶｕ（ｋ）（ｋ＝２〜Ｎ−１）の値が定められている。このため、入力オーディオ信号のレベルが基準レベルＶｒ（１）より大きい区間において、入力オーディオ信号のレベルのｄＢ値の増加に対して出力オーディオ信号のレベルのｄＢ値が概略直線的に変化する。しかし、レベルＶｒ（ｋ）（ｋ＝２〜Ｎ−１）およびＶｕ（ｋ）（ｋ＝２〜Ｎ−１）の設定を変えることにより、入力オーディオ信号のレベルが基準レベルＶｒ（１）より大きい区間における入力オーディオ信号のレベルのｄＢ値と出力オーディオ信号のレベルのｄＢ値との関係を任意に定めることが可能である。

以上説明したように、本実施形態によれば、ゲインをコントロールするための手段として、ＶＣＡ等の非線形素子ではなく、電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒを用いているので、入力オーディオ信号に対してパワーアンプの出力信号を歪ませることなくゲインをコントロールをすることができる。また、入力オーディオ信号のレベルが所定の基準レベル（上記第１の例では基準レベルＶｒ（１）、第２の例では概ね基準レベルＶｒ（Ｎ−１））以下であり、出力オーディオ信号のレベルが出力振幅上限レベルＶｒｅｆａ以内である場合には、比較的大きなゲインで電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒによる入力オーディオ信号の増幅が行われる。そして、入力オーディオ信号のレベルが所定の基準レベルを越える場合には、出力オーディオ信号のレベルが出力振幅上限レベルＶｒｅｆａを越えようとすると、電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒに設定されるゲインＧがより低いゲインに切り換えられ、出力オーディオ信号のレベルが出力振幅上限レベルＶｒｅｆａ以内に制限される。このように本実施形態によれば、クリップの生じるおそれのあるときはゲインを低下させてパワーアンプにおけるクリップの発生を防止することができる。さらに本実施形態によれば、入力オーディオ信号のレベル区分とゲインとの対応付けを適切に定めることにより、クリップ防止の効果のみならず、他の効果も得ることができる。例えば、大音量域に相当するレベル区分に対応したゲインを低下させることにより、ダイナミックレンジを抑え、不快な大音量を小さくし（例えば図１０において入力オーディオ信号のレベルがＶｒ（１）より大きい区間）、あるいは小音量域に相当するレベル区分に対応したゲインを上昇させ、小さな音を聴き易い音量にすることもできる（例えば図１０において入力オーディオ信号のレベルがＶｒ（１）以下の区間）。また、本実施形態によれば、出力振幅上限レベルＶｒｅｆａを外部からＡＧＣ回路に与えることができるようになっている。従って、ＡＧＣ回路の後段に各種のパワーアンプが接続される場合であっても、出力振幅上限レベルＶｒｅｆａの大きさを後段に接続されるパワーアンプにおいてクリップを発生させない入力レベルの許容範囲の上限に合わせておくことにより、そのパワーアンプにおけるクリップの発生を防止することができる。

＜第２実施形態＞
図１１は、この発明の第２実施形態であるＡＧＣ回路の構成を示すブロック図である。本実施形態は、Ｎ種類のレベル区分を画するＮ−１種類の基準レベルＶｒ（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ−１）と、Ｎ種類のレベル区分に対応付けられたＮ種類のゲインＧ（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ）とを外部から与えられる制御情報に従って切り換えうるように上記第１実施形態に改良を加えたものである。

図１１において、基準レベル発生部３０Ａにおける抵抗３１Ａは、Ｎ−１個より多くの中間タップを有しており、スイッチ３２は、それらの中からデコーダ４０Ａからの基準レベル指定データＤＬＶＬにより指定された中間タップを選択し、その中間タップの電圧を基準レベルＶｒとして出力する。また、電子ボリューム１０ＬＡおよび１０ＲＡにおける抵抗１１Ａは、Ｎ個より多くの中間タップを有しており、スイッチ部１３Ａは、それらの中からデコーダ５０Ａからのゲイン指定データＤＧＡＩＮにより指定された中間タップを選択し、オペアンプ１２の反転入力端子に接続する。

デコーダ４０Ａは、制御部１００から出力される推定レベルデータＬＶＬｍを基準レベル指定データＤＬＶＬに対応付ける変換テーブルを複数記憶している。これらの変換テーブルのうち、ある変換テーブルは、各基準レベルＶｒ（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ−１）を指定する各推定レベルデータＬＶＬｍを例えば前掲図９に示される各基準レベルＶｒ（ｋ）に対応した抵抗３１Ａの中間タップ位置を指定する基準レベル指定データＤＬＶＬに対応付ける。また、他の１つの変換テーブルは、各基準レベルＶｒ（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ−１）を指定する各推定レベルデータＬＶＬｍを前掲図１０に示される各基準レベルＶｒ（ｋ）に対応した抵抗３１Ａの中間タップ位置を指定する基準レベル指定データＤＬＶＬに対応付ける。同様に、デコーダ５０Ａは、制御部１００から出力されるゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓをゲイン指定データＤＧＡＩＮに対応付ける変換テーブルを複数種類記憶している。これらの変換テーブルのうち、ある変換テーブルは、各ゲインＧ（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ）を指定する各ゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓを例えば前掲図９に示される各ゲインＧ（ｋ）(ｋ＝１〜Ｎ）に対応した抵抗１１Ａの中間タップ位置を指定するゲイン指定データＤＧＡＩＮに対応付ける。また、他の１つの変換テーブルは、各ゲインＧ（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ）を指定する各ゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓを例えば前掲図１０に示される各ゲインＧ（ｋ）(ｋ＝１〜Ｎ）に対応した抵抗１１Ａの中間タップ位置を指定するゲイン指定データＤＧＡＩＮに対応付ける。

テーブル選択部７０は、外部から与えられる制御情報に従い、推定レベルデータＬＶＬｍから基準レベル指定データＤＬＶＬへの変換に用いる変換テーブルおよびゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓからゲイン指定データＤＧＡＩＮへの変換に用いる変換テーブルを指定するテーブル選択情報ＳＥＬをデコーダ４０Ａおよび５０Ａに出力する。デコーダ４０Ａおよび５０Ａは、このテーブル選択情報ＳＥＬにより指定された変換テーブルを用いて、推定レベルデータＬＶＬｍから基準レベル指定データＤＬＶＬへの変換またはゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓからゲイン指定データＤＧＡＩＮへの変換を行う。

本実施形態においても上記第１実施形態と同様な効果が得られる。また、本実施形態によれば、外部からの制御情報により、例えば前掲図９に示すようなＡＧＣ動作をＡＧＣ回路に行わせ、あるいは前掲図１０に示すようなＡＧＣ動作をＡＧＣ回路に行わせる等、ＡＧＣ回路に行わせるＡＧＣ動作を選択することが可能となる。

以上、この発明の一実施形態を説明したが、この発明には、他にも実施形態が考えられる。例えば上記各実施形態では、入力オーディオ信号ＬＩＮおよびＲＩＮと基準レベルＶｒとの比較結果を監視しつつ基準レベル発生部３０が出力する基準レベルＶｒを変化させることにより入力オーディオ信号のレベル区分を求め、そのレベル区分に応じたゲインを電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒに設定した。しかし、このような手段を用いる代わりに、入力オーディオ信号のＡ／Ｄ変換を行い、これにより得られるデジタルサンプル列に基づいて入力オーディオ信号のピークレベルを求め、このピークレベルに基づいて電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒのゲインの制御を行うようにしてもよい。

この発明の第１実施形態であるＡＧＣ回路の構成を示すブロック図である。 同実施形態における推定レベルデータＬＶＬｍの内容および制御部１００によって行われる推定レベルデータＬＶＬｍの増減操作を説明する図である。 同実施形態におけるデコーダ４０が推定レベルデータＬＶＬｍを基準レベル指定データＤＬＶＬに変換する場合の変換ルールを示す図である。 同実施形態におけるデコーダ５０がゲイン設定用レベルデータＬＶＬｓをゲイン指定データＤＧＡＩＮに変換する変換ルールを示す図である。 同実施形態において、入力オーディオ信号ＬＩＮおよびＲＩＮのピークレベルＶｐが安定している場合に、そのピークレベルと、ゲイン指定データＤＧＡＩＮにより電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒに設定されるゲインとの関係を示す図である。 同実施形態における制御部１００の具体的構成を示す回路図である。 同実施形態において行われるアタック動作を示すタイムチャートである。 同実施形態において行われるリリース動作を示すタイムチャートである。 同実施形態において制御部１００による電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒのゲインの制御が行われている状況下での入力オーディオ信号のレベルと出力オーディオ信号のレベルとの関係および入力オーディオ信号のレベルと電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒに設定されるゲインとの関係の第１の例を示す図である。 同実施形態において制御部１００による電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒのゲインの制御が行われている状況下での入力オーディオ信号のレベルと出力オーディオ信号のレベルとの関係および入力オーディオ信号のレベルと電子ボリューム１０Ｌおよび１０Ｒに設定されるゲインとの関係の第２の例を示す図である。 この発明の第２実施形態であるＡＧＣ回路の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０Ｌ，１０Ｒ，１０ＬＡ,１０ＲＡ……電子ボリューム、２０……レベル判定部、３０，３０Ａ……基準レベル発生部、４０，５０，４０Ａ，５０Ａ……デコーダ、６０……クロック発生部、７０……テーブル選択部、１００……制御部。

Claims (5)

1. 入力オーディオ信号を可変のゲインで増幅して出力する電子ボリュームと、
   基準レベルを出力する基準レベル発生部と、
   入力オーディオ信号と前記基準レベル発生部が出力する基準レベルとを比較し、前記入力オーディオ信号のレベルが前記基準レベルより高いか否かを示す比較結果信号を出力するレベル判定部と、
   前記比較結果信号に基づき、前記入力オーディオ信号のレベルについての複数のレベル区分のうち前記入力オーディオ信号のレベルが属すると推定されるレベル区分を示す推定レベルデータを更新し、前記基準レベル発生部が出力する基準レベルを制御する制御データとして出力する一方、前記電子ボリュームのゲインが前記推定レベルデータが示す前記入力オーディオ信号のレベル区分に予め対応付けられたゲインに近づくように、前記電子ボリュームのゲインを制御するゲイン設定用データを更新し、該ゲイン設定用データを出力する制御部とを具備し、
   前記電子ボリュームの出力信号のレベルが予め設定された出力振幅上限レベルを越えないように、前記入力オーディオ信号のレベル区分と前記ゲインとの対応付けがなされていることを特徴とするオートゲインコントロール回路。
2. 前記制御部は、前記入力オーディオ信号の波形のピークのレベルが前記基準レベルより高いことを前記比較結果信号が示す場合に、前記推定レベルデータが示すレベルの区分が現在よりも上の区分となるように前記推定レベルデータを更新する制御を所定の周波数を有するベースクロックがアクティブレベルとされたときに実行し、前記入力オーディオ信号の波形のピークのレベルが前記基準レベルより高くないことを前記比較結果信号が示す場合に、前記推定レベルデータが示すレベルの区分が現在よりも下の区分となるように前記推定レベルデータを更新する制御を前記ベースクロックおよび所定の周波数を有するリリースクロックがともにアクティブレベルになったときに実行し、前記電子ボリュームのゲインが前記推定レベルデータが示す前記入力オーディオ信号のレベル区分に予め対応付けられたゲインに近づくように、前記ゲイン設定用データを更新する制御を所定の周波数を有するアタッククロックがアクティブレベルとされたときに実行することを特徴とする請求項１に記載のオートゲインコントロール回路。
3. 小音量域におけるゲインを上昇させ、大音量域におけるゲインを低下させるように、前記入力オーディオ信号のレベル区分と前記ゲインとの対応付けがなされていることを特徴とする請求項１または２に記載のオートゲインコントロール回路。
4. 前記基準レベル発生部は、前記出力振幅上限レベルを分圧し、複数のレベル区分の境界となる複数の基準レベルを発生し、前記制御部によって選択された１つの基準レベルを出力し、
   前記制御部は、前記推定レベルデータに基づいて、前記基準レベル発生部に出力させる基準レベルを選択し、
   前記電子ボリュームは、前記複数のレベル区分に対応付けられた複数のゲインのうち前記制御部によって選択されたゲインで前記入力オーディオ信号を増幅することを特徴とする請求項１または２に記載のオートゲインコントロール回路。
5. 外部から与えられる制御情報に従い、前記複数のレベル区分の境界となる複数の基準レベルと、前記複数のレベル区分に対応付けられた複数のゲインとを切り換えうるように構成したことを特徴とする請求項４に記載のオートゲインコントロール回路。

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