JP4854626B2 - Low conductor amplifier - Google Patents

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Description

本発明は、入力信号の変化を鈍らせて出力する低コンダクタアンプに関する。   The present invention relates to a low-conductor amplifier that dulls a change in an input signal and outputs the signal.

オーディオ装置など、スピーカから音声信号出力する装置において、ボリュームが大きく変化した場合に、ポップ音が生じる場合がある。これは、オーディオアンプにおける増幅率がボリューム変更に応じて大きく変更されることによる。このポップ音の発生を防止するには、ボリュームコントロール信号の立ち上がり、立ち下がりを鈍らせればよい。このように、信号を鈍らせるには、信号を鈍らせるためのコンデンサの容量を大きくするか、このコンデンサに供給する電流量を小さくすればよい。   In a device that outputs an audio signal from a speaker, such as an audio device, a pop sound may occur when the volume changes greatly. This is because the amplification factor in the audio amplifier is largely changed in accordance with the volume change. In order to prevent the pop sound from occurring, the rise and fall of the volume control signal may be blunted. Thus, in order to dull the signal, the capacity of the capacitor for dulling the signal may be increased or the amount of current supplied to the capacitor may be reduced.

特開2005−73082JP-A-2005-73082

しかし、コンデンサの容量を大きくすると、ICなどの半導体集積回路に内蔵することが難しくなる。また、出力の電流量を小さくすると、それだけ雑音などの影響を大きく受けることになる。   However, when the capacitance of the capacitor is increased, it becomes difficult to incorporate the capacitor in a semiconductor integrated circuit such as an IC. Further, when the output current amount is reduced, the influence of noise and the like is greatly increased.

本発明は、入力信号の変化を鈍らせて出力する低コンダクタアンプであって、入力信号が正入力端に入力され、出力信号が負入力端にフィードバックされるオペアンプと、このオペアンプの出力によって駆動される差動アンプと、この差動アンプの出力によって充放電されて、前記出力信号を得るコンデンサと、を含み、前記差動アンプの電流源をパルス駆動するとともに、前記差動アンプは、定電流回路と、この定電流回路の定電流を流し、前記オペアンプの出力によって駆動される一対の差動トランジスタと、この一対の差動トランジスタに流れる電流をそれぞれ流す一対のカレントミラー入力側トランジスタと、この一対のカレントミラー入力側トランジスタに接続される一対のカレントミラー出力側トランジスタと、を含み、一対のカレントミラー出力側トランジスタ電流によって、前記コンデンサを充放電するとともに、前記一対のカレントミラー入力側トランジスタと、カレントミラー出力側トランジスタのミラー比は、1より小さいことを特徴とする。 The present invention is a low-conductance amplifier that dulls and outputs an input signal, and is driven by an operational amplifier in which the input signal is input to the positive input terminal and the output signal is fed back to the negative input terminal. a differential amplifier which is, being charged and discharged by the output of the differential amplifier comprises a capacitor for obtaining the output signal, the pulse driving current source of the differential amplifier, the differential amplifier includes a constant A current circuit, a pair of differential transistors that pass a constant current of the constant current circuit and are driven by the output of the operational amplifier, and a pair of current mirror input side transistors that respectively flow a current flowing through the pair of differential transistors; It includes a pair of current mirror output transistor connected to the pair of current mirror input transistors, a pair By Rent mirror output side transistor current, said capacitor with a charging and discharging, wherein a pair of current mirror input transistors, the mirror ratio of the current mirror output transistors are characterized by one less than that.

また、前記オペアンプは、入力信号と出力信号により動作する一対の差動トランジスタを有し、これら差動トランジスタは、MOSトランジスタで構成されることが好適である。   The operational amplifier has a pair of differential transistors that operate in response to an input signal and an output signal, and these differential transistors are preferably formed of MOS transistors.

本発明によれば、アンプの駆動電流をパルスとすることで、電流源の出力電流量は大きくしておきながら、トータルとしての電流量を小さくすることができ、コンデンサの容量を小さく維持して、出力波形を効果的に鈍らせることができる。   According to the present invention, by making the drive current of the amplifier into a pulse, the total amount of current can be reduced while keeping the output current amount of the current source large, and the capacitance of the capacitor can be kept small. The output waveform can be effectively blunted.

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

ボリュームコントロール信号は、オペアンプ10の正入力端に入力される。オペアンプ10は、相補的な2つの出力である、正出力、負出力を有する。正出力はN型トランジスタTr1のゲートに供給され、負出力はN型トランジスタTr2のゲートに供給される。2つのトランジスタTr1,Tr2のソースは、共通接続され、定電流回路CC1を介し、グランドに接続されている。また、トランジスタTr1のドレインは定電流回路CC2を介し、電源VCCに接続され、トランジスタTr2のドレインは定電流回路CC3を介し、電源VCCに接続されている。   The volume control signal is input to the positive input terminal of the operational amplifier 10. The operational amplifier 10 has two outputs that are complementary, a positive output and a negative output. The positive output is supplied to the gate of the N-type transistor Tr1, and the negative output is supplied to the gate of the N-type transistor Tr2. The sources of the two transistors Tr1 and Tr2 are commonly connected and connected to the ground via the constant current circuit CC1. The drain of the transistor Tr1 is connected to the power supply VCC via the constant current circuit CC2, and the drain of the transistor Tr2 is connected to the power supply VCC via the constant current circuit CC3.

定電流回路CC2は、上側が電源に接続される定電流回路CC4とミラー接続されており、定電流回路CC3は上側が電源に接続される定電流回路CC5とミラー接続されている。また、定電流回路CC4の下側は、定電流回路CC6を介しグランドに接続され、定電流回路CC5の下側は、定電流回路CC7を介しグランドに接続されており、CC7とCC6はカレントミラー接続されている。   The constant current circuit CC2 is mirror-connected to a constant current circuit CC4 whose upper side is connected to a power source, and the constant current circuit CC3 is mirror-connected to a constant current circuit CC5 whose upper side is connected to a power source. The lower side of the constant current circuit CC4 is connected to the ground via the constant current circuit CC6, and the lower side of the constant current circuit CC5 is connected to the ground via the constant current circuit CC7. CC7 and CC6 are current mirrors. It is connected.

また、定電流回路CC4と定電流回路CC6の接続点は、他端がグランドに接続されるコンデンサの一端に接続されるとともに、出力端に接続されている。   The connection point between the constant current circuit CC4 and the constant current circuit CC6 is connected to one end of a capacitor connected to the ground at the other end and to the output end.

そして、定電流回路CC1の電流量をIとすると、定電流回路CC6,CC7の電流量は、I/4に設定されている。また、CC2とCC4のミラー比およびCC3とCC5のミラー比は、1:2に設定されている。そこで、CC2,3に流れる電流は、基本がI/2であって、CC4,CC5になれる電流は基本がI/4である。   When the current amount of the constant current circuit CC1 is I, the current amounts of the constant current circuits CC6 and CC7 are set to I / 4. The mirror ratio between CC2 and CC4 and the mirror ratio between CC3 and CC5 are set to 1: 2. Therefore, the basic current flowing through CC2 and CC3 is I / 2, and the basic current flowing through CC4 and CC5 is I / 4.

また、オペアンプ10の負入力端には、出力端が負帰還されている。従って、入力電圧に応じて出力端が入力電圧に一致するようにオペアンプ10の出力が変化する。そして、オペアンプ10の出力に応じて、トランジスタTr1,Tr2に流れる電流が変化し、これに応じてCC2,CC3に流れる電流が変化し、CC4,CC5に流れる電流が変化する。CC6,CC7に流れる電流は変化しないため、その差分がコンデンサCに充放電され、このコンデンサCの電圧に従って出力端の電圧が変化する。   Further, the output terminal is negatively fed back to the negative input terminal of the operational amplifier 10. Therefore, the output of the operational amplifier 10 changes so that the output terminal matches the input voltage according to the input voltage. The current flowing through the transistors Tr1 and Tr2 changes according to the output of the operational amplifier 10, the current flowing through CC2 and CC3 changes accordingly, and the current flowing through CC4 and CC5 changes. Since the current flowing through CC6 and CC7 does not change, the difference is charged and discharged in the capacitor C, and the voltage at the output terminal changes according to the voltage of the capacitor C.

ここで、定電流回路CC1は、パルス駆動されている。従って、定電流回路CC2,CC3,CC4,CC5に流れる電流もパルス駆動される。また、定電流回路CC5に流れる電流がない場合には、定電流回路CC7にも電流が流れず、定電流回路CC6にも電流は流れない。   Here, the constant current circuit CC1 is pulse-driven. Therefore, the current flowing through the constant current circuits CC2, CC3, CC4, CC5 is also pulse-driven. When there is no current flowing through the constant current circuit CC5, no current flows through the constant current circuit CC7 and no current flows through the constant current circuit CC6.

従って、定電流回路CC1をパルス駆動する際のデューティー比を小さくすることで、定電流回路などの電流量はそれほど小さくなくでき、定電流回路は通常のものとしておきながら、コンデンサCの充放電電流を微少なものにできる。従って、コンデンサCの容量を半導体集積回路内の内蔵できる小さなものにしながら、十分な時定数でボリュームコントロール信号を鈍らせることができる。   Therefore, by reducing the duty ratio when the constant current circuit CC1 is pulse-driven, the amount of current of the constant current circuit or the like can be made not so small, and the charge / discharge current of the capacitor C can be maintained while keeping the constant current circuit normal. Can be made minute. Therefore, the volume control signal can be dulled with a sufficient time constant while the capacitance of the capacitor C is small enough to be built in the semiconductor integrated circuit.

図2は、ボリュームコントロール信号が、最小レベルと最大レベルに変化した場合の入力(破線)と出力(実線)を示している。このように、図1の回路を用いることによって、ボリュームコントロール信号の急激な変化を鈍らせることができる。   FIG. 2 shows an input (broken line) and an output (solid line) when the volume control signal changes between the minimum level and the maximum level. Thus, by using the circuit of FIG. 1, a rapid change in the volume control signal can be dulled.

ここで、ボリュームコントロール信号の最小レベルと最大レベルの幅は、例えば1.0V程度に設定される。電子ボリュームコントロールでは、DAC(D/A変換器)を用い、デジタルの指令をアナログに変換しており、DACが100階調(通常入力は128階調などが採用されるが)であれば、最小コントロール電圧は、10mVとなる。一方、パルス幅変調によって、1つのパルスで充放電する電圧変化は、この最小コントロール電圧より小さくなければ、最小コントロール電圧での調整が達成できない。そこで、1つのパルスによる電圧変化を例えば2.5mV程度に設定する。   Here, the minimum level and the maximum level of the volume control signal are set to about 1.0 V, for example. In electronic volume control, a DAC (D / A converter) is used to convert a digital command into analog, and if the DAC is 100 gray scales (normally 128 gray scales are used), The minimum control voltage is 10 mV. On the other hand, adjustment with the minimum control voltage cannot be achieved unless the voltage change charged and discharged by one pulse is smaller than the minimum control voltage by pulse width modulation. Therefore, the voltage change by one pulse is set to about 2.5 mV, for example.

すなわち、図3に示すように、ボリュームコントロール信号が立ち上がったとき、バルス電流によってコンデンサCが充電され、出力が階段状に立ち上がることになり、この1段に対応する1パルスの電流量によるコンデンサCの電圧変化ΔVが例えば2.5mVに設定される。   That is, as shown in FIG. 3, when the volume control signal rises, the capacitor C is charged by the pulse current, and the output rises in a stepped manner, and the capacitor C by the amount of current of one pulse corresponding to this one stage. Is set to 2.5 mV, for example.

ここで、コンデンサCの容量がC=50pF、定電流回路CC4,CC6の定電流をI’=2.5μAとすると、ΔV=2.5mVの変化のための充放電時間wはw=C×ΔV/I’=50pF×2.5mV/2.5μA=50nsecとなる。なお、図4に示すように、PWM制御におけるPはPWMの1周期であり、w/Pがデューティー比となる。   Here, if the capacitance of the capacitor C is C = 50 pF and the constant current of the constant current circuits CC4 and CC6 is I ′ = 2.5 μA, the charge / discharge time w for the change of ΔV = 2.5 mV is w = C × ΔV / I ′ = 50 pF × 2.5 mV / 2.5 μA = 50 nsec. As shown in FIG. 4, P in the PWM control is one cycle of PWM, and w / P is the duty ratio.

また、V=1Vの立ち上がりまたは立ち下がりに要する時間tは、t=C・V/I’・(w/p)であり、1.28Vの変化に要する時間をa(msec/1.28V)とすると、a=C・p/I’・w=50pF・p/2.5μA・50nsecとなり、a=400・pとなる。従って、Pを4×10-6sec(250kHz)とすると、a=1.6msec/1.28V、デューティー比1.25%、Pを16×10-6sec(62.5kHz)とすると、a=6.4msec/1.28V、デューティー比3.125%などとなる。 Further, the time t required for the rise or fall of V = 1V is t = C · V / I ′ · (w / p), and the time required for the change of 1.28V is a (msec / 1.28V). Then, a = C · p / I ′ · w = 50 pF · p / 2.5 μA · 50 nsec, and a = 400 · p. Therefore, if P is 4 × 10 −6 sec (250 kHz), a = 1.6 msec / 1.28 V, duty ratio 1.25%, and P is 16 × 10 −6 sec (62.5 kHz), a = 6.4 msec / 1.28 V, duty ratio 3.125%, etc.

このように、パルスのデューティー比を1%以下にすることによって、aを数msec以上とすることができる。従って、小さな容量のコンデンサを利用して、大きな時定数を得て、ボリュームコントロール信号の立ち上がり、立ち下がりを鈍らせ、ポップ音を防止することができる。   Thus, by setting the duty ratio of the pulse to 1% or less, a can be set to several msec or more. Therefore, a large time constant can be obtained by using a capacitor having a small capacity, and the rising and falling of the volume control signal can be blunted to prevent a pop sound.

ここで、図1におけるミラー接続された2つの定電流回路は、例えば図5に示すようなカレントミラー回路で構成すればよい。図においてはバイポーラトランジスタを示したが、MOS型トランジスタなどでもよい。さらに、定電流回路CC7およびCC6は、N型のトランジスタによるカレントミラー回路で構成される。   Here, the two mirror-connected constant current circuits in FIG. 1 may be configured by a current mirror circuit as shown in FIG. 5, for example. Although a bipolar transistor is shown in the figure, a MOS transistor or the like may be used. Furthermore, the constant current circuits CC7 and CC6 are formed of a current mirror circuit using N-type transistors.

また、図1におけるパルス駆動する定電流回路CC1は、例えば図6のような構成にできる。電流Iを流す定電流回路からの電流Iをドレイン・ゲート間が短絡されたN型のカレントミラー入力側トランジスタM1に流し、同一の電流をゲートが共通接続されたN型のカレントミラー出力側トランジスタM2に流す。カレントミラー入力側トランジスタM1のソースには、常時オンのトランジスタM3を介しグランドに接続する。一方、カレントミラー出力側トランジスタM2のソースには、ソースがグランドに接続されたN型のトランジスタM4のドレインを接続し、このトランジスタのゲートにパルスを入力する。   Further, the constant current circuit CC1 for pulse driving in FIG. 1 can be configured as shown in FIG. 6, for example. The current I from the constant current circuit for supplying the current I is supplied to the N-type current mirror input side transistor M1 whose drain and gate are short-circuited, and the same current is supplied to the N-type current mirror output side transistor commonly connected to the gate. Flow to M2. The source of the current mirror input side transistor M1 is connected to the ground through the always-on transistor M3. On the other hand, the drain of the N-type transistor M4 whose source is connected to the ground is connected to the source of the current mirror output side transistor M2, and a pulse is input to the gate of this transistor.

この回路によって、トランジスタM2に流れる電流はIであり、トランジスタM4がオンしている期間だけ流れる。従って、トランジスタM4のゲートに供給されるパルスがHレベルの時のみにトランジスタM2に電流Iを流すことができる。   With this circuit, the current flowing through the transistor M2 is I and flows only while the transistor M4 is on. Therefore, the current I can flow through the transistor M2 only when the pulse supplied to the gate of the transistor M4 is at the H level.

さらに、図7には、オペアンプ10の構成例が示されている。一対の入力のうち負入力はN型トランジスタM11のゲート,正入力はN型トランジスタM12のゲートに入力される。これらトランジスタM11,M12のソースは、定電流回路CC11を介しグランドに接続されている。また、トランジスタM11のドレインは、P型のトランジスタM13を介し電源に接続され、トランジスタM12のドレインは、P型のトランジスタM14を介し電源に接続され、これらトランジスタM13,M14のゲートは共通接続され、トランジスタM13のドレイン・ゲート間は短絡している。トランジスタM12とM14のドレイン同士の接続手は、P型トランジスタM15のゲートに接続されている。トランジスタM15のソースは電源に接続され、ドレインは定電流回路CC12を介しグランドに接続されている。   Further, FIG. 7 shows a configuration example of the operational amplifier 10. Of the pair of inputs, the negative input is input to the gate of the N-type transistor M11, and the positive input is input to the gate of the N-type transistor M12. The sources of these transistors M11 and M12 are connected to the ground via a constant current circuit CC11. The drain of the transistor M11 is connected to the power supply via the P-type transistor M13, the drain of the transistor M12 is connected to the power supply via the P-type transistor M14, and the gates of these transistors M13 and M14 are connected in common. The drain and gate of the transistor M13 are short-circuited. The connection between the drains of the transistors M12 and M14 is connected to the gate of the P-type transistor M15. The source of the transistor M15 is connected to the power supply, and the drain is connected to the ground via the constant current circuit CC12.

また、トランジスタM15のゲート・ドレイン間はコンデンサC11で接続されており、このトランジスタM15と定電流回路CC12の接続点が出力端となっている。   The gate and drain of the transistor M15 are connected by a capacitor C11, and the connection point between the transistor M15 and the constant current circuit CC12 is an output terminal.

このような回路において、トランジスタM11のゲートには、上記コンデンサCの上側電圧が負帰還され、トランジスタM12のゲートに入力信号が供給される。そして、両入力の差に応じた電圧がトランジスタM15のゲートに印加され、それに応じた電圧が出力端OUT(+)から出力される。   In such a circuit, the upper voltage of the capacitor C is negatively fed back to the gate of the transistor M11, and an input signal is supplied to the gate of the transistor M12. A voltage corresponding to the difference between the two inputs is applied to the gate of the transistor M15, and a voltage corresponding to the voltage is output from the output terminal OUT (+).

図1において、オペアンプ10は正負の出力があるが、この図7は、出力端として正出力端を1つだけ設けた例を示している。このような1出力の場合には、差動トランジスタTr2のゲートを基準電圧に設定すればよい。また、オペアンプ10として、正負一対の出力を形成したものを採用してもよい。   In FIG. 1, the operational amplifier 10 has positive and negative outputs, but FIG. 7 shows an example in which only one positive output terminal is provided as an output terminal. In the case of such one output, the gate of the differential transistor Tr2 may be set to the reference voltage. Further, the operational amplifier 10 may be one in which a pair of positive and negative outputs are formed.

ここで、重要なことは、オペアンプ10の一対の差動トランジスタM11,M12にMOSトランジスタを使用することである。もし、差動トランジスタにバイポーラトランジスタを用いると、負帰還路からベース電流が供給されてしまい、コンデンサCの電圧が変動してしまう。オペアンプ10の入力側の差動トランジスタにMOSトランジスタを用いることによって、図1のコンデンサCの上側電圧をトランジスタM11のゲートに入力しても電流が流れる必要がなく、出力信号が変化してしまうことを防止することができる。   Here, what is important is that MOS transistors are used for the pair of differential transistors M11 and M12 of the operational amplifier 10. If a bipolar transistor is used as the differential transistor, the base current is supplied from the negative feedback path, and the voltage of the capacitor C fluctuates. By using a MOS transistor as the differential transistor on the input side of the operational amplifier 10, even if the upper voltage of the capacitor C in FIG. 1 is input to the gate of the transistor M11, no current flows and the output signal changes. Can be prevented.

実施形態に係る低コンダクタアンプの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the low conductor amplifier which concerns on embodiment. 入力および出力の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of an input and an output. 階段状の立ち上がりを示す図である。It is a figure which shows the step-like rise. PWM制御を示す図である。It is a figure which shows PWM control. ミラー構成の例を示す図であるIt is a figure which shows the example of a mirror structure. 定電流回路のパルス駆動の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of pulse drive of a constant current circuit. オペアンプの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of an operational amplifier.

符号の説明Explanation of symbols

CC1〜CC7,CC11,CC12 定電流回路、M1〜M4,M11〜M15,Tr1,Tr2 トランジスタ。   CC1-CC7, CC11, CC12 constant current circuit, M1-M4, M11-M15, Tr1, Tr2 transistors.

Claims (2)

入力信号の変化を鈍らせて出力する低コンダクタアンプであって、
入力信号が正入力端に入力され、出力信号が負入力端にフィードバックされるオペアンプと、
このオペアンプの出力によって駆動される差動アンプと、
この差動アンプの出力によって充放電されて、前記出力信号を得るコンデンサと、
を含み、
前記差動アンプの電流源をパルス駆動するとともに、
前記差動アンプは、
定電流回路と、この定電流回路の定電流を流し、前記オペアンプの出力によって駆動される一対の差動トランジスタと、この一対の差動トランジスタに流れる電流をそれぞれ流す一対のカレントミラー入力側トランジスタと、
この一対のカレントミラー入力側トランジスタに接続される一対のカレントミラー出力側トランジスタと、
を含み、
一対のカレントミラー出力側トランジスタ電流によって、前記コンデンサを充放電するとともに、前記一対のカレントミラー入力側トランジスタと、カレントミラー出力側トランジスタのミラー比は、1より小さいことを特徴とする低コンダクタアンプ。
A low-conductor amplifier that dulls the output signal and outputs it.
An operational amplifier in which an input signal is input to the positive input terminal and an output signal is fed back to the negative input terminal;
A differential amplifier driven by the output of this operational amplifier;
Is charged and discharged by the output of the differential amplifier, and a capacitor to obtain the output signal,
Including
While pulse driving the current source of the differential amplifier ,
The differential amplifier is
A constant current circuit, a pair of differential transistors that pass a constant current of the constant current circuit and are driven by the output of the operational amplifier, and a pair of current mirror input side transistors that respectively flow currents flowing through the pair of differential transistors; ,
A pair of current mirror output side transistors connected to the pair of current mirror input side transistors;
Including
A low-conductance amplifier , wherein the capacitor is charged and discharged by a pair of current mirror output side transistor currents, and a mirror ratio of the pair of current mirror input side transistors and current mirror output side transistors is smaller than 1 .
請求項1に記載の低コンダクタアンプにおいて、
前記オペアンプは、入力信号と出力信号により動作する一対の差動トランジスタを有し、これら差動トランジスタは、MOSトランジスタで構成されることを特徴とする低コンダクタアンプ。
The low conductor amplifier according to claim 1,
The operational amplifier has a pair of differential transistors that operate in response to an input signal and an output signal, and the differential transistors are composed of MOS transistors.
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