JP4440121B2 - 電圧供給回路およびマイクユニット - Google Patents

Description

本発明は、電圧供給回路に関し、特にコンデンサマイクなどのセンサを用いる場合に、センサに対して電圧を供給する電圧供給回路およびそれを用いたマイクユニットに関する。

携帯電話などの携帯端末における音声通信に際し、コンデンサマイクと呼ばれるマイクロホンを使う技術が普及している。コンデンサマイクとはコンデンサの一方の電極を振動板とし、音声などの振動を、静電容量の変化として取り出すことで電気信号に変えるマイクである。

従来のコンデンサマイクを用いたコンデンサマイクユニット１００の回路を図６に示す。図６に示すように従来のコンデンサマイクユニットは、コンデンサマイク１０１、ＪＦＥＴ（接合型電界効果トランジスタ）１０２、キャパシタ１０３、抵抗１０４、１０５、および直流電源１０６、１０８を有している。

コンデンサマイク１０１は、入力される音声などの音圧に対して出力信号を生成する振動センサである。コンデンサマイク１０１の一方の電極は、抵抗１０４を介して直流電源１０８に接続され、他方の電極は接地されている。コンデンサマイク１０１は、直流電源１０８より、特定のバイアス電圧が与えられている。またコンデンサマイク１０１の出力端はＪＦＥＴ１０２のゲートに接続されている。ＪＦＥＴ１０２は、コンデンサマイクの出力信号を増幅して増幅信号を生成する増幅回路である。ＪＦＥＴ１０２で生成された増幅信号は出力端子１０７を介して出力される。

図６に示したコンデンサマイクユニットでは、２つの直流電源１０６および１０８を用いているが、直流電源１０６から供給される電圧を昇圧して、コンデンサマイク１０１に印加するバイアス電圧を生成することも可能である。

従来のコンデンサマイクユニットで、コンデンサマイクユニットの感度を切り替えたい場合は、感度設定の異なる２つのコンデンサマイクユニットを用意し、コンデンサマイクユニット自体を切り替えることで、感度を切り替えている。しかし、この構成では、切り替えたい感度の段階に応じてコンデンサマイクユニットを用意しなければならない。そのため、１つのコンデンサマイクユニットで、複数の感度を選択することが可能なコンデンサマイクユニットが望まれていた。
ＰＡ音響システム：工学図書：平成８年度版

従来、マイクを異なる感度で使用する場合、複数のマイクユニットが必要であった。

本発明の１態様の電圧供給回路は、電源電圧を昇圧した電圧を出力する昇圧回路と、昇圧回路によって出力された電圧を電源として動作し、センサにバイアス電圧を供給する増幅器とを有し、昇圧回路は、センサの感度を指定する信号に基づいて出力する電圧値が設定される。

また、本発明の１態様のマイクユニットは、バイアス電圧が供給されるマイクと、電源電圧を昇圧した電圧を出力する昇圧回路と、昇圧回路によって出力された電圧を電源として動作し、マイクにバイアス電圧を供給する増幅器とを有し、昇圧回路は、前記マイクの感度を指定する信号に基づいて出力する電圧値が設定される。

これにより、一つのユニットでマイク感度の設定を複数行うことが可能になる。また、昇圧回路が生成するバイアス電圧値を感度を設定する信号に基づいて設定することで、消費電力を削減することが可能である。

本発明の電圧供給回路を用いることにより、１つのユニットで、複数の感度設定を持ったセンサユニットを実現できる。

以下に示す実施の形態に関しては、マイクユニットとして、コンデンサマイクユニットを例に述べる。

実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１のコンデンサマイクユニットを示すブロック図である。実施の形態１のコンデンサマイクユニットは、電圧供給回路１、コンデンサマイク２、増幅回路３、キャパシタ４、抵抗５、６、電源７を有している。

電圧供給回路１は、電源７から与えられた電圧を昇圧し、バイアス電圧をコンデンサマイク２へと供給する回路である。このバイアス電圧は抵抗５を介してコンデンサマイク２へと供給される。コンデンサマイク２は、一方の電極が振動板とされたマイク素子（振動センサ）である。増幅回路３は、ゲートにコンデンサマイク２の出力が与えられた接合型電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）である。このＪＦＥＴ３は、電源７と接地電位の間に接続されている。

このコンデンサマイクユニットは、音声などに応じて振動センサであるコンデンサマイクの振動板が振動する。振動板が振動すると静電容量が変化するため、コンデンサマイク２に蓄えられた電荷が変化する。この電荷の変動に基づいて、抵抗５とコンデンサマイク２の間のノードの電圧が変化する。この電圧の変化分がコンデンサマイク２の出力信号として、キャパシタ４を介してＪＦＥＴ３のゲート電極へと与えられる。ＪＦＥＴ３では、コンデンサマイク２の出力信号を増幅し、ＪＦＥＴ３のソースと抵抗６の間のノードから増幅した出力信号を出力する。

ここで、実施の形態1のコンデンサマイクユニットは、コンデンサマイク２に第１のバイアス電圧（例えば２４Ｖ程度）が与えられて動作する高感度モードと、第２のバイアス電圧（例えば１２Ｖ程度）が与えられて動作する低感度モードとを有するものとする。このモードを設定するモード指定信号は、コンデンサマイクユニット動作時に外部から電圧供給回路１に与えられている。電圧供給回路１は、モード指定信号に応じた第１あるいは第２のバイアス電圧をコンデンサマイクに印加している。そこで、この電圧供給回路１の詳細について、以下に説明する。

図２は、実施の形態１の電圧供給回路１の構成を示すブロック図である。実施の形態１の電圧供給回路１は、昇圧回路２１、レギュレータ部２２、出力電圧設定部２３を有している。実施の形態１の電圧供給回路１は昇圧回路２１が昇圧した電圧を直接コンデンサマイクに供給する回路ではなく、基準電圧をレギュレータ部２２の増幅器で増幅し、コンデンサマイクへと供給する回路である。この際、増幅器が必要とする電源が高電圧であるため、昇圧回路２１が設けられている。

昇圧回路２１は、電源７から与えられた電圧（例えば５Ｖ）を必要な電圧（例えば２４Ｖ程度）まで昇圧し出力する部分である。この昇圧回路２１は、内部に電源昇圧部と電圧選択部を有している。昇圧回路２１の詳細については後述する。

レギュレータ部２２は、電圧供給回路１の出力するバイアス電圧を生成する回路である。レギュレータ部２２は、基準電圧源２２２、非反転増幅器２２１を有している。基準電圧源２２２は、例えばバンドギャップ電圧源（ＢＧＲ）などであり、電源７の電圧から安定した固定電圧を生成して供給する回路である。非反転増幅器２２１は、昇圧回路２１が生成した電圧を電源電圧として動作する増幅器である。この非反転増幅器２２１の非反転入力端子には、ＢＧＲ２２２から安定した基準電圧が与えられ、反転入力端子には、帰還抵抗を介した帰還入力が与えられている。この帰還抵抗の抵抗値は、後述する出力電圧設定部２３により、設定されている。

非反転増幅器２２１は、非反転入力端子に与えられた電圧を増幅し、バイアス電圧として出力する。この時の増幅度は、帰還抵抗の抵抗値によって決定される。正確には帰還抵抗の抵抗値と、非反転増幅器２２１の反転入力端子と接地電位との間に接続された抵抗値の比によって決定される。従って、電圧供給回路１の出力するバイアス電圧は、出力電圧設定部２３の帰還抵抗値によって設定される。

出力電圧設定部２３は、レギュレータ部２２が出力するバイアス電圧の設定を行う回路である。出力電圧設定部２３は、増幅器２２１に対する帰還抵抗値を変化させることで、バイアス電圧の設定を行う。出力電圧設定部２３には第１の帰還抵抗部２３１、第２の帰還抵抗部２３２およびモード設定部が設けられている。第１の帰還抵抗部２３１は、上述の高感度モードの時に用いられる帰還抵抗部であり、第２の帰還抵抗部２３２は、低感度モードの時に用いられる帰還抵抗部である。出力電圧設定部２３は、モード指定信号に応じて、第１あるいは第２の帰還抵抗部を選択的に使用することにより、高感度モード、低感度モードを切り替えている。モード設定部２３３は、モード指定信号が入力され、第１の帰還抵抗部２３１あるいは第２の帰還抵抗部２３２を選択的に増幅器２２１に接続するためのスイッチ制御信号を出力している。

実施の形態１の電圧供給回路１は、電源７から与えられた電圧を元にＢＧＲ２２２が基準電圧を生成し、この基準電圧を非反転増幅器２２１が増幅した電圧をバイアス電圧として出力している。この時に、出力電圧設定部２３には、モード指定信号が与えられ、第１の帰還抵抗部２３１あるいは第２の帰還抵抗部２３２を選択している。また、増幅した電圧を出力するために非反転増幅器２２１が必要とする電源は、昇圧回路２１によって生成されている。このような構成の電圧供給回路１を用いることにより、高感度モード、低感度モードのバイアス電圧が生成され、コンデンサマイクユニットが動作している。

ここで、電圧供給回路１内の昇圧回路２１のより詳細な説明をする。図３は、実施の形態１で用いる昇圧回路２１内の電源昇圧部であるチャージポンプ回路を示している。この実施の形態１では、電圧選択部として、チャージポンプ回路の中段に、モード指定信号に基づいて動作するスイッチが設けられている。チャージポンプ回路はこのスイッチの切り替えにより、コンデンサマイクユニットの動作モードに応じて増幅器２２１が必要とする電源電圧を生成する。

図３に示すチャージポンプ回路は、電源電圧（ＶＤＤ）からダイオードの順方向電圧（例えば０．７Ｖ）を引いた電圧値を整数倍した電圧値を出力する回路である。このチャージポンプ回路は電圧選択部３０、電源３１、方形波発振器ＯＳＣ３２、インバータ３３、３４、平滑コンデンサ３５、整流ダイオード３６、複数の１倍昇圧回路３７を有している。

この実施の形態１では、１倍昇圧回路とは、１つのダイオードと１つのコンデンサの組み合わせを称するものとする。１倍昇圧回路のコンデンサの一方の電極は、電源３１からコンデンサに向かって順方向に配置されたダイオードと接続されている。コンデンサの他方の電極はインバータ３３あるいは３４の出力に接続されている。１倍昇圧回路は、ダイオードのアノード端子側を入力端子とし、ダイオードとコンデンサの間のノードを出力端子とする。また、１倍昇圧回路は、コンデンサのインバータ３３あるいは３４の出力と接続される電極側を制御端子とする。

図３に示すチャージポンプの構成について説明する。ＯＳＣ３２の出力はインバータ３３に接続されている。インバータ３３の出力はインバータ３４に接続されている。

電源３１は、１段目の１倍昇圧回路のダイオードを介してコンデンサの一方の電極に接続されている。コンデンサの他方の電極はインバータ３３の出力に接続される。

１段目の１倍昇圧回路の出力端子は２段目の１倍昇圧回路の入力端子に接続されている。また、２段目の１倍昇圧回路の制御端子はインバータ３４の出力に接続されている。

以降、奇数段の１倍昇圧回路の入力端子は偶数段の１倍昇圧回路の出力端子に接続される。また、奇数段の１倍昇圧回路の制御端子はインバータ３３の出力端子に接続される。偶数段の１倍昇圧回路の入力端子は奇数段の１倍昇圧回路の出力端子に接続される。また、偶数段の１倍昇圧回路の制御端子はインバータ３４の出力端子に接続される。

チャージポンプは、このように１倍昇圧回路を順次接続していき、最終的に出力を得る段（最終段）で整流ダイオード３６を介して平滑コンデンサが接地電位に接続される回路である。最終段の前段までの１倍昇圧回路の段数で昇圧幅が決定される。この最終段の１倍昇圧回路の出力端子が最終出力端子になる。

さらに、実施の形態１の電圧供給回路１では、電圧選択部３０として、複数のスイッチＳＷ１〜ＳＷ４および配線Ａが設けられている。第１スイッチＳＷ１は、Ｎ段目の１倍昇圧回路の出力端子とＮ＋１段目の１倍昇圧回路の入力端子との間に設けられている。第２スイッチＳＷ２および第３スイッチＳＷ３は、それぞれインバータ３３、３４の出力線に設けられている。第２スイッチＳＷ２はＮ−１段目の１倍昇圧回路の制御端子と、Ｎ＋１段目の１倍昇圧回路の制御端子の間に設けられている。第３スイッチＳＷ３はＮ段目の１倍昇圧回路の制御端子と、Ｎ＋２段目の１倍昇圧回路の制御端子の間に設けられている。第４スイッチＳＷ４は、チャージポンプ回路の最終段の整流ダイオード３７のアノード端子と、その前段の出力端子との間に設けられている。配線Ａは、第１スイッチＳＷ１と第４スイッチＳＷ４を接続するように設けられている。第１スイッチＳＷ１は、モード指定信号に基づいて次段の１倍昇圧回路の入力端子あるいは配線Ａに接続される。第４スイッチＳＷ４は、モード指定信号に基づいて前段の１倍昇圧回路の出力端子あるいは配線Ａに接続される。第２スイッチＳＷ２および第３スイッチＳＷ３は、モード指定信号に基づいてオン・オフするスイッチである。

高感度モードにおける昇圧回路２１の動作について説明する。高感度モードの時は、第１スイッチＳＷ１は、Ｎ段目の１倍昇圧回路の出力端子をＮ＋１段目の１倍昇圧回路の入力端子に接続する。第２スイッチＳＷ２、第３スイッチＳＷ３はオン状態とされ、インバータから出力される制御信号はＮ＋１段目以降の１倍昇圧回路にも与えられる。第４スイッチＳＷ４は、最終段の整流ダイオード３６のアノード端子を前段の１倍昇圧回路の出力端子に接続する。つまり高感度モードにおいてはチャージポンプの全ての１倍昇圧回路を用いて昇圧が行われる。

このチャージポンプの昇圧動作の詳細について説明する。まずＯＳＣ３２からＨｉｇｈレベル（電源電位）が出力されると、インバータ３３の出力はＬｏｗレベル（接地電位）になる。この時、１段目の１倍昇圧回路のコンデンサの両端には電源電圧からダイオードの順方向電圧を引いた電圧値（４．３Ｖ）が印加されている。また、コンデンサにはこの電圧に基づいた電荷が蓄えられる。次に、ＯＳＣ３２の出力がＬｏｗレベルになると、インバータ３３の出力はＨｉｇｈレベルになり、インバータ３４の出力はＬｏｗレベルになる。この時、１段目の１倍昇圧回路のコンデンサには４．３Ｖ分の電荷が蓄えられているために、１番目の１倍昇圧回路の出力端子は電源電圧にこの４．３Ｖを足した値（９．３Ｖ）になる。インバータ３４の出力はＬｏｗレベルであるため、２段目の１倍昇圧回路のコンデンサの両端には前述の９．３Ｖからダイオードの順方向電圧を引いた電圧（８．６Ｖ）が加えられる。これにより、２段目の１倍昇圧回路のコンデンサに８．６Ｖ分の電荷が蓄えられる。この時、１段目の１倍昇圧回路の出力端子と電源の間にはダイオードが逆方向に接続されているため、コンデンサに蓄えられた電荷は電源方向には流出しない。

３段目以降の１倍昇圧回路では、１段目と２段目の１倍昇圧回路の動作が繰り返される。よって、例えば最終段より前に１倍昇圧回路を５段接続し、電源電圧を５Ｖとした場合、チャージポンプの出力電圧は（５Ｖ−０．７Ｖ）×６＝２５．８Ｖとなる。

高感度モードでは、この昇圧回路２１の出力する電圧を電源とする非反転増幅器が、コンデンサマイクに印加するバイアス電圧を生成している。

次に、低感度モードにおける昇圧回路２１の動作について説明する。低感度モードの時は、昇圧回路には、低感度モードを示す信号が与えられている。昇圧回路では、第１スイッチＳＷ１は、Ｎ段目の１倍昇圧回路の出力端子を配線Ａに接続する。第２スイッチＳＷ２、第３スイッチＳＷ３はオフ状態とされ、インバータから出力される制御信号はＮ＋１段目以降の１倍昇圧回路には与えられない。第４スイッチＳＷ４は、最終段の１倍昇圧回路の入力端子を配線Ａに接続する。つまり低感度モードにおいては、Ｎ段目の出力端子が最終段の入力端子へとショートされる。従って、Ｎ段の１倍昇圧回路を用いて昇圧が行われる。仮にＮ＝２とした場合、チャージポンプの出力電圧は、（５Ｖ−０．７Ｖ）×３＝１２．９Ｖとなる。低感度モードの時、非反転増幅器２２１は、この電圧を電源電圧として動作している。

実施の形態１のような構成とすることで、複数の感度のモードに応じたバイアス電圧をコンデンサマイク２に印加することが可能となる。従って、コンデンサマイクユニットを複数用意することによる回路の大型化などを防ぐことが可能となる。

実施の形態１のような構成でバイアス電圧を生成する場合、増幅器２２１が必要とする電源は、高感度モードでは２４Ｖ程度、低感度モードでは１２Ｖ程度である。そのため、昇圧回路２１が生成する電圧をモード指定信号によって変化させることで、増幅器の電源を適切な値とすることが出来、増幅器による消費電力の増加を抑えることが可能である。

また電圧供給回路１が出力するバイアス電圧は、基準電圧を非反転増幅器により増幅した電圧であるため、リップルなどの低い安定したバイアス電圧を供給できる。

実施の形態２
実施の形態２では、昇圧回路２１としてＦＥＴ方式のチャージポンプ回路が用いられている。その他の構成は実施の形態１と同じであるためその説明を省略する。実施の形態１と同様に、このチャージポンプ回路には電圧選択部として、モード指定信号に基づいて動作するスイッチが設けられている。実施の形態２では電源昇圧部であるチャージポンプの構成が異なっているのみであるため、ＦＥＴ方式のチャージポンプ回路を中心に昇圧回路２１を説明する。

図４は、実施の形態２の昇圧回路２１を示す回路図である。このチャージポンプ回路は電源電圧（ＶＤＤ）を整数倍に昇圧した電圧を出力する回路である。このチャージポンプは電圧選択部４０、電源４１、方形波発振器ＯＳＣ４２、インバータ４３、４４、平滑コンデンサ４５、複数の１倍昇圧回路４６を有している。

実施の形態２の１倍昇圧回路の構成について説明する。１倍昇圧回路は入力端子、出力端子、第１の制御端子Ｔ１、第２の制御端子Ｔ２、ＮＭＯＳトランジスタＮ１、３つのＰＭＯＳトランジスタＰ１、Ｐ２、Ｐ３およびコンデンサＣを有している。電源電位と接地電位の間に直列にＮＭＯＳトランジスタＮ１とＰＭＯＳトランジスタＰ１が接続されており、電源電位側に第１のＰＭＯＳトランジスタＰ１のソースが接続され、接地電位側にＮＭＯＳトランジスタＮ１のソースが接続されている。第１のＰＭＯＳトランジスタＰ１のゲートは第２の制御端子Ｔ２に接続され、ＮＭＯＳトランジスタＮ１のゲートは第２の制御端子Ｔ２に接続されている。また、第１のＰＭＯＳトランジスタＰ１のドレインとＮＭＯＳトランジスタＮ１のドレインは接続されており、ＮＭＯＳトランジスタＮ１とＰＭＯＳトランジスタＰ１の間のノードにはコンデンサＣの一端が接続されている。コンデンサＣの他の一端には第２のＰＭＯＳトランジスタＰ２のドレインと第３のＰＭＯＳトランジスタＰ３のソースが接続されている。第２のＰＭＯＳトランジスタＰ２のソースは入力端子に接続され、ゲートは第１の制御端子Ｔ１に接続されている。また、第３のＰＭＯＳトランジスタＰ３のドレインは出力端子に接続され、ゲートは第２の制御端子Ｔ２に接続されている。

次に、全体の構成について図４を参照しながら説明する。このチャージポンプはＯＳＣ４２がインバータ４３に接続されている。インバータ４３の出力は、インバータ４４に入力されている。１段目の１倍昇圧回路の入力端子には電源電位が接続される。１段目の１倍昇圧回路の第１の制御端子Ｔ１はインバータ４３の出力に接続されており、第２制御端子Ｔ２はインバータ４４の出力に接続されている。出力端子は２段目の１倍昇圧回路の入力端子に接続されている。２段目の１倍昇圧回路の第１の制御端子Ｔ１はインバータ４４の出力に接続されており、第２の制御端子Ｔ２はインバータ４３の出力に接続されている。３段目以降の接続は１段目の１倍昇圧回路と２段目の１倍昇圧回路の接続を繰り返すことで行われる。つまり、奇数段の１倍昇圧回路の第１の制御端子はインバータ４３の出力に接続され、第２の制御端子はインバータ４４の出力に接続される。また、偶数段の１倍昇圧回路の第１の制御端子はインバータ４４の出力に接続され、第２の制御端子はインバータ３３の出力に接続される。また、最終段となる１倍昇圧回路の出力と接地電位の間には平滑コンデンサ４６が接続される。

さらに、実施の形態２の電圧供給回路１では、電圧選択部４０として、複数のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３および配線Ａが設けられている。第１スイッチＳＷ１は、Ｎ段目の１倍昇圧回路の出力端子とＮ＋１段目の１倍昇圧回路の入力端子との間に設けられている。第２スイッチＳＷ２は、電源電位と１倍昇圧回路の第１のＰＭＯＳのソースの間に設けられている。第３スイッチＳＷ３は、チャージポンプ回路の最終段の入力端子と、その前段の出力端子との間に設けられている。配線Ａは、第１スイッチＳＷ１と第３スイッチＳＷ３を接続するように設けられている。第１スイッチＳＷ１は、モード指定信号に基づいて次段の１倍昇圧回路の入力端子あるいは配線Ａに接続される。第３スイッチＳＷ３は、モード指定信号に基づいて前段の１倍昇圧回路の出力端子あるいは配線Ａに接続される。第２スイッチＳＷ２は、モード指定信号に基づいてオン・オフするスイッチである。

実施の形態２において、高感度モードではスイッチＳＷ１、ＳＷ３がそれぞれ次段の入力端子、あるいは前段の出力端子を選択し、低感度モードで配線Ａを選択する動作は実施の形態１と同様である。スイッチＳＷ２は、高感度モードでオン、低感度モードでオフとされる。チャージポンプの１倍昇圧回路の使用段数を変更し、出力電圧を選択することは同じであるため、以下チャージポンプ回路の動作のみについて説明する。まず、ＯＳＣ４２の出力がＨｉｇｈレベル（電源電位：５Ｖ）の時、インバータ４３の出力はＬｏｗレベル（接地電位：０Ｖ）となり、インバータ４４の出力はＨｉｇｈレベルとなる。この時の１段目の１倍昇圧回路の動作を説明する。第１のＰＭＯＳトランジスタＰ１はオフ状態になり、ＮＭＯＳトランジスタＮ１はオン状態となる。よって、第１のＰＭＯＳトランジスタＰ１とＮＭＯＳトランジスタＮ１の間の電位はＬｏｗレベルになる。また、第２のＰＭＯＳトランジスタＰ２はオン状態であり、第３のＰＭＯＳトランジスタＰ３はオフ状態である。よって、第２のＰＭＯＳトランジスタＰ２と第３のＰＭＯＳトランジスタＰ３の間の電位は電源電位レベルである。この時、コンデンサの両端には電源電圧と同じ電圧（５Ｖ）がかかっており、コンデンサには電源電圧に基づいた電荷が蓄えられている。

次に、ＯＳＣ４２の出力がＬｏｗレベルの時、インバータ４３の出力はＨｉｇｈレベルとなり、インバータ４４の出力はＬｏｗレベルとなる。まず、１段目の１倍昇圧回路の第１のＰＭＯＳトランジスタＰ１はオン状態であり、ＮＭＯＳトランジスタＮ１はオフ状態である。このため、第１のＰＭＯＳトランジスタＰ１とＮＭＯＳトランジスタＮ１の間のノードの電圧は電源電位（５Ｖ）である。また、第２のＰＭＯＳトランジスタＰ２はオフ状態であり、第３のＰＭＯＳトランジスタＰ３はオン状態である。この時、前記動作によりコンデンサには５Ｖに相当する電荷が蓄えられている。つまり、コンデンサの両端には５Ｖの電圧が発生している。そのため、第２のＰＭＯＳトランジスタＰ２と第３のＰＭＯＳトランジスタＰ３の間のノードの電圧は、この５Ｖと第１のＰＭＯＳトランジスタＰ１とＮＭＯＳトランジスタＮ１の間の電圧を足した値になる。つまり、接地電位と１段目の１倍昇圧回路の出力端子の間には１０Ｖの電位差が発生していることになる。

この時の２段目の１倍昇圧回路の動作について説明する。第１のＰＭＯＳトランジスタＰ１はオフ状態であり、ＮＭＯＳトランジスタＮ１はオン状態である。このため第１のＰＭＯＳトランジスタＰ１とＮＭＯＳトランジスタＮ１の間のノードの電圧は接地電位になる。第２のＰＭＯＳトランジスタＰ２はオン状態であり、第３のＰＭＯＳＰ３はオフ状態である。このことと前述の１段目の１倍昇圧回路の動作より、２段目の１倍昇圧回路のコンデンサの両端には１０Ｖの電圧が加わる。つまり、Ｎ＋２番目の１倍昇圧回路のコンデンサには１０Ｖの電圧に基づく電荷が蓄えられる。

３段目以降の１倍昇圧回路では、１段目と２段目の１倍昇圧回路の動作が繰り返される。

実施の形態２では、例えば高感度モードでは４段の１倍昇圧回路を用いて高感度モード時に増幅器が必要とする電源電圧を生成する。低感度モードでは、例えば２段目と３段目の１倍昇圧回路の間に上述のスイッチＳＷ１、ＳＷ２を設けて、２段の１倍昇圧回路を用いて低感度モード時に増幅器が必要とする電源電圧を生成する。

このように構成することで、実施の形態１同様、コンデンサマイクユニット自体を切り替えることなく、コンデンサマイクユニットの感度設定を変更することが可能となる。また、高感度、低感度に対応した２種類の電圧を選択することで、増幅器の電源を適切な値とすることが出来、増幅器による消費電力の増加を抑えることが可能である。更に、ＦＥＴを用いた本実施の形態によれば、実施の形態１に比べて、１段ごとのダイオードによる０．７Ｖの電圧降下がなく、昇圧回路２１の出力電圧は、ほぼ電源電圧×段数となる。このため、電源電圧が低い場合などにはより有効である。

実施の形態３
実施の形態３では、昇圧回路２１としてＤＣ／ＤＣコンバータが用いられている。その他の構成に関しては実施の形態1と同様であるため、以下、昇圧回路２１についてのみ説明する。この実施の形態では電圧選択部として、モード指定信号に基づいて入力抵抗を変更するスイッチが設けられている。

図５は、実施の形態３の昇圧回路２１を示す回路図である。ＤＣ／ＤＣコンバータは与えられた電圧を昇圧して出力する回路である。ＤＣ／ＤＣコンバータはパルス生成部５０１、出力電圧検出部５０２、電源５１、コイル５２、スイッチングトランジスタ５３、整流ダイオード５４、平滑コンデンサ５５を有している。

ＤＣ／ＤＣコンバータの接続について説明する。まず、パルス生成部５０１の接続について説明する。パルス生成部５０１はクロック発生器５１１、バッファ５１２、コンデンサ、コンパレータ５１３を有している。クロック発生器５１１はバッファ５１２に接続されている。バッファ５１２の出力と接地電位の間にコンデンサが接続されており、その間のノードはコンパレータの＋端子に接続されている。コンパレータの−端子には後述する出力電圧検出部５０２の出力が接続されている。コンパレータの出力はパルス生成部５０１の出力となっている。

次に、出力電圧検出部５０２の接続について説明する。まず、内部で生成される安定した内部基準電圧ＶＲＥＦ１がオペアンプの−端子に接続される。オペアンプの＋端子には入力抵抗Ｒｉｎ１、Ｒｉｎ２、帰還抵抗Ｒｓ、Ｒｆが接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータの出力と入力抵抗Ｒｉｎ１、Ｒｉｎ２の間には電圧選択部５０となるスイッチＳＷ１が設けられている。このスイッチは、入力抵抗Ｒｉｎ１、Ｒｉｎ２のどちらか一方を選択してオペアンプの＋端子に接続している。帰還抵抗Ｒｓはオペアンプの＋端子と接地電位の間に接続され、帰還抵抗Ｒｆはオペアンプの出力と−端子の間に接続されている。オペアンプの出力は出力電圧検出部の出力として、パルス生成部５０１のコンパレータ５１３の−端子に接続される。

ＤＣ／ＤＣコンバータの全体の接続について説明する。パルス生成部５０１の出力はスイッチングトランジスタ５３のゲートに接続されている。スイッチングトランジスタ５３のソースは接地電位に接続され、ドレインはコイルの一端と接続されている。コイルの他の一端は電源電位に接続されている。コイルとスイッチングトランジスタ５３のドレインの間のノードには整流ダイオードのアノードが接続されている。整流ダイオードのカソードと接地電位の間にコンデンサが接続されており、整流ダイオードとコンデンサの間のノードがＤＣ／ＤＣコンバータの出力端子となっている。このＤＣ／ＤＣコンバータの出力は出力電圧検出部の入力抵抗Ｒｉｎの一端に接続されている。また、出力電圧検出部５０２の出力はパルス生成部５０１のコンパレータ５１３の−端子に接続されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータの動作について説明する。ＤＣ／ＤＣコンバータはパルス生成部５０１で生成されたパルスにより、スイッチングトランジスタ５３のオン状態（導通状態）とオフ状態（非導通状態）をスイッチする。このスイッチ動作により、スイッチのオン時間でコイルにエネルギーを蓄え、オフ区間でコイルに蓄えたエネルギーを整流ダイオードを介してコンデンサに蓄える。スイッチのオン区間をＴｏｎ、オフ区間をＴｏｆｆとするとコンデンサの出力端の電圧ＶｏｕｔはＶＤＤ×（（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）／Ｔｏｆｆ）で決まる値となる。また、ＴｏｎとＴｏｆｆの比率をデューティー比といい、ＴｏｎがＴｏｆｆより大きな場合をデューティー比が高く、ＴｏｎがＴｏｆｆより小さい場合をデューティー比が低いとする。

また、前述の動作により発生した電圧は電圧検出部５０２に入力される。電圧検出部５０２では電圧Ｖｏｕｔを入力抵抗Ｒｉｎ１あるいはＲｉｎ２と帰還抵抗Ｒｓで抵抗分割した値と内部基準電圧ＶＲＥＦ１を比較し、その差分が出力電圧検出部５０２に出力される。

パルス生成部５０１ではクロック発生器５１１から出力される方形波をバッファ５１２とコンデンサを介して三角波としている。この三角波と前述した出力電圧検出部５０２の出力を比較する。所定の時間ｔ１で三角波の電圧値が出力電圧検出部５０２の出力値より高ければ、パルス生成部５０１の出力はＨｉｇｈレベル（電源電位）になる。また、他の所定の時間ｔ２で三角波の電圧値が出力電圧検出部５０２の出力値より低ければ、パルス生成部５０１の出力はＬｏｗレベル（接地電位）となる。

つまり、パルス生成部５０１と出力電圧検出部５０２の動作により、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が設定値よりも高ければパルスのデューティー比を低くし、その逆のときはデューティー比を高くしている。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧は一定に保たれる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧値は出力電圧検出部５０２の入力抵抗Ｒｉｎ１またはＲｉｎ２と帰還抵抗Ｒｓの比によって調整することができる。例えばＲｉｎ１を高感度モード時に増幅器が必要とする電圧を出力する抵抗値とし、Ｒｉｎ２を低感度モード時に増幅器が必要とする電圧を出力する抵抗値とすることで、コンデンサマイクの感度に応じた電圧を供給することが可能である。

このように構成することで、実施の形態１同様、コンデンサマイクユニット自体を切り替えることなく、コンデンサマイクユニットの感度設定を変更することが可能となる。また、高感度、低感度に対応した２種類の電圧を選択することで、増幅器の電源を適切な値とすることが出来、増幅器による消費電力の増加を抑えることが可能である。更に、ＤＣ／ＤＣコンバータを用いた本実施の形態によれば、実施の形態１に比べて、１段ごとのダイオードによる０．７Ｖの電圧降下がない。このため、実施の形態２同様に電源電圧が低い場合などにはより有効である。

以上、詳細に説明したように本発明による電圧供給回路によれば、コンデンサマイクなどのセンサに、感度に基づいた適切な電圧を印加することが可能である。また、本発明は実施の形態に示された構成に限られるものではなく、種々の変形が可能である。

更に、本発明の電圧供給回路について、センサとして、特に振動センサ（コンデンサマイク）を用いた場合を実施の形態で詳細に述べたが、本発明の電圧供給回路の利用は、コンデンサマイクに限定されない。例えば、コンデンサマイクと同様の原理で動作する静電容量の変位を検出する他の音圧センサ、例えば半導体素子等を利用したものにも有用であることは言うまでもない。従って、本発明でいうマイクユニットには、静電容量の変位を検出する他の音圧センサ、例えば半導体素子等をマイクに用いたものの含まれることはいうまでもないことである。また、振動センサで変位検出型、特に静電容量の変化を検出するタイプのものにも本発明の電圧供給回路は極めて有効である。さらに、直流バイアス電圧により出力を変えることができる他のセンサ、例えば温度センサや光センサなどにも本発明の電圧供給回路は適用可能である。

本発明のコンデンサマイクユニットを示す図である。 実施の形態１に関するコンデンサマイクユニットの電圧供給回路を示す図である。 実施の形態１に関するチャージポンプ回路を示す図である。 実施の形態２に関するチャージポンプ回路を示す図である。 実施の形態３に関するＤＣ／ＤＣコンバータ回路を示す図である。 従来のコンデンサマイクユニットを示す図である。

符号の説明

１ 電圧供給回路
２ コンデンサマイク
３ 増幅回路
４ キャパシタ
５、６ 抵抗
７ 電源
２１ 昇圧回路
２２ レギュレータ部
２２１ 非反転増幅器
２２２ 基準電圧源
２３ 出力電圧設定部
２３１、２３２ 帰還抵抗部
２３３ モード設定部
３０ 電圧選択部
３１ 電源
３３、３４ インバータ
３５ 平滑コンデンサ
３６ 整流ダイオード
３７ １倍昇圧回路
４０ 電圧選択部
４１ 電源
４３、４４ インバータ
４４ インバータ
４６ 平滑コンデンサ
４７ １倍昇圧回路
５０ 電圧選択部
５１ 電源
５２ コイル
５３ スイッチングトランジスタ

Claims (18)

1. 電源電圧を昇圧した電圧を出力する昇圧回路と、
   前記昇圧回路によって出力された電圧を電源として動作し、供給されるバイアス電圧の値に応じて感度が切り替わるセンサに対して、基準電圧を非反転増幅した電圧を当該バイアス電圧として供給する増幅器とを有し、
   前記昇圧回路は、前記センサの感度を指定する制御信号に基づいて出力する電圧値が設定されることを特徴とする電圧供給回路。
2. 前記昇圧回路は、
   電源電圧を昇圧する電源昇圧部と、
   前記センサの感度を指定する制御信号に基づいて出力する電圧値を選択する電圧選択部とを有することを特徴とする請求項１に記載の電圧供給回路。
3. 前記非反転増幅動作における前記増幅器の増幅率を抵抗比により決定する帰還抵抗部をさらに有し、当該抵抗比は前記センサのバイアス電圧の設定値に応じて決定されること特徴とする請求項１又は２に記載の電圧供給回路。
4. 前記帰還抵抗部の抵抗値が前記センサの感度を指定する制御信号に応じて決定されることを特徴とする請求項３に記載の電圧供給回路。
5. 前記帰還抵抗部は、少なくとも第１の帰還抵抗部および第２の帰還抵抗部を有し、前記センサの感度を指定する制御信号に基づいて、前記第１の帰還抵抗部あるいは第２の帰還抵抗部が前記増幅器に対する帰還抵抗として選択されることを特徴とする請求項３あるいは４に記載の電圧供給回路。
6. バイアス電圧が供給されるマイクと、
   電源電圧を昇圧した電圧を出力する昇圧回路と、
   前記昇圧回路によって出力された電圧を電源として動作し、供給されるバイアス電圧の値に応じて感度が切り替わる前記マイクに対して、基準電圧を非反転増幅した電圧を当該バイアス電圧として供給する増幅器とを有し、
   前記昇圧回路は、前記マイクの感度を指定する制御信号に基づいて出力する電圧値が設定されることを特徴とするマイクユニット。
7. 前記昇圧回路は、
   電源電圧を昇圧する電源昇圧部と、
   前記マイクの感度を指定する信号に基づいて出力する電圧値を選択する電圧選択部とを有することを特徴とする請求項６に記載のマイクユニット。
8. センサの感度を指定する制御信号に基づいて前記センサに供給するバイアス電圧を設定し、出力する設定回路を備え、
   前記設定回路は、
   前記センサに前記バイアス電圧を供給する増幅器と、
   電源電圧を昇圧した電圧を、前記増幅器を動作させる電源として出力する昇圧回路と、を備えた電圧供給回路。
9. 前記設定回路は、基準電圧を生成し前記増幅器の非反転入力端子に供給する基準電圧生成回路を備え、
   前記増幅回路は、当該基準電圧を非反転増幅した電圧を前記バイアス電圧として出力することを特徴とする請求項８に記載の電圧供給回路。
10. 前記設定回路は、前記増幅器の増幅率を抵抗比により制御する帰還抵抗部を備えることを特徴とする請求項９に記載の電圧供給回路。
11. 前記設定回路は、前記増幅器の反転入力端子と前記増幅器の出力端との間に接続された帰還抵抗部を備えることを特徴とする請求項１０に記載の電圧供給回路。
12. 前記帰還抵抗部は、少なくとも第１の帰還抵抗部および第２の帰還抵抗部を備え、前記センサの感度を指定する制御信号に基づいて、前記第１の帰還抵抗部あるいは第２の帰還抵抗部が前記増幅器に対する帰還抵抗として選択されることを特徴とする請求項１０に記載の電圧供給回路。
13. 前記センサは、前記バイアス電圧を一端に受け他端が第１の電源ラインに接続されたコンデンサマイクであることを特徴とする請求項８に記載の電圧供給回路。
14. 請求項１３に記載の電圧供給回路と、
    前記第１の電源ラインと第２の電源ラインとの間に接続されたトランジスタと、
    前記トランジスタの制御端子と前記コンデンサマイクの前記一端との間に接続されたキャパシタと、を備えたセンサユニット。
15. 前記昇圧回路は、１つのダイオードと１つのキャパシタからなる１倍昇圧回路を複数接続したチャージポンプ回路により構成されることを特徴とする請求項８に記載の電圧供給回路。
16. 前記昇圧回路は、複数の昇圧部から構成され、前記センサの感度を指定する制御信号に基づいて前記複数の昇圧部から対応する昇圧部を選択し前記出力電圧のもとになる昇圧電圧を生成することを特徴とする請求項８に記載の電圧供給回路。
17. 前記チャージポンプ回路は、奇数段の１倍昇圧回路の入力端子は偶数段の１倍昇圧回路
    の出力端子に接続され、前記奇数段の１倍昇圧回路の制御端子は第１のインバータの出力
    端子に接続され、前記偶数段の１倍昇圧回路の入力端子は前記奇数段の１倍昇圧回路の出
    力端子に接続され、前記偶数段の１倍昇圧回路の制御端子は第２のインバータの出力端子
    に接続され、
    Ｎ段目の１倍昇圧回路の出力端子とＮ＋１段目の１倍昇圧回路の入力端子との間に第１
    スイッチ、Ｎ−１段目の１倍昇圧回路の制御端子とＮ＋１段目の１倍昇圧回路の制御端子
    の間に第２スイッチ、Ｎ段目の１倍昇圧回路の制御端子と、Ｎ＋２段目の１倍昇圧回路の
    制御端子の間に第３スイッチ、チャージポンプ回路の最終段の整流ダイオードのアノード
    端子とその前段の出力端子との間に第４スイッチが設けられ、
    前記第１スイッチと前記第４スイッチを接続するように配線が設けられ、
    前記第１スイッチは、前記センサの感度を指定する信号に基づいて次段の１倍昇圧回路
    の入力端子あるいは前記配線に接続され、
    前記第４スイッチは、前記センサの感度を指定する信号に基づいて前段の１倍昇圧回路
    の出力端子あるいは前記配線に接続され、
    前記第２スイッチおよび前記第３スイッチは、前記センサの感度を指定する信号に基づ
    いてオン・オフすることにより昇圧動作を行うことを特徴とする請求項１５に記載の電圧供給回路。
18. 前記基準電圧生成回路は、バンドギャップ回路であることを特徴とする請求項９に記載の電圧供給回路。

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