JP5128128B2 - 増幅回路、半導体装置および電子機器 - Google Patents

Description

この発明は、目的の負荷に供給する電圧を増幅する増幅回路、それを用いた半導体装置および電子機器に関する。

近年のパーソナルコンピュータ、カーナビゲーション機器やオーディオ機器には、ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disk）を出し入れするためのトレイが備えられていることが多い。そのトレイの開閉は通常、回転子を含むコイルやモータなどの負荷の駆動により制御される。負荷の駆動制御については、種々の方法が提案されており、例えば、特許文献１には、モータの速度および位置を検出し、その検出結果と目標値とを比較することで、モータに供給するトルク値を制御する技術が開示されている。
特開平５−３２８７７４号公報

従来では、モータなどの負荷に駆動電圧を供給するために、入力電圧を増幅する増幅回路が用いられることがある。ところが、増幅回路やその周辺の回路に、何らかの要因で故障が発生したとき、負荷に十分な駆動電圧を供給できず、場合によっては、機器としての機能に支障をきたすこともある。例えば、増幅回路やその周辺の回路内に短絡が発生したとき、負荷に供給する駆動電圧が０Ｖになり、トレイが開閉しないことがある。そのため、故障発生などの異常時でも、緊急避難的に何らかの電圧を供給できることが好ましい。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、異常時でも緊急避難的に何らかの電圧を供給できる増幅回路、それを用いた半導体装置および電子機器の提供にある。

本発明のある態様は、増幅回路に関する。この増幅回路は、入力電圧に応じた電圧を非ゼロの所定電圧にクランプするクランプ回路を備える。この態様によれば、例えば、入力電圧に応じた電圧が接地電位近傍の電圧値になっても、一定レベルの電圧を確保できる。この増幅回路は、入力電圧に応じた電圧として、入力電圧と参照電圧との差に応じた増幅電圧を生成する差動回路をさらに備え、クランプ回路は、入力電圧と参照電圧との差がゼロのとき、増幅電圧に応じた電圧を非ゼロの所定電圧にクランプしてもよい。これにより、入力電圧が参照電圧に等しくなっても、差動回路により得られる増幅電圧に応じた電圧を非ゼロの所定電圧にクランプするため、一定レベルの電圧を確保できる。この増幅回路は、クランプ回路の温度特性を補償する補償回路をさらに備えてもよい。また、そのクランプ回路は、バイポーラ型トランジスタであってもよい。

本発明の別の態様も、増幅回路に関する。この増幅回路は、入力電圧と参照電圧との差に応じた増幅電圧を生成する差動回路と、差動回路からの増幅電圧の入力を受けて第１出力信号を生成する第１出力回路と、差動回路からの増幅電圧の入力を受けて第２出力信号を生成する第２出力回路と、第１出力回路および第２出力回路のうちいずれか一方を選択する選択回路と、を備え、選択回路により第１出力回路が選択されたとき、第１出力回路は、差動回路からの増幅電圧に応じた電圧を出力し、一方、第２出力回路は、所定の固定電圧を出力し、選択回路により第２出力回路が選択されたとき、第２出力回路は、差動回路からの増幅電圧に応じた電圧を出力し、一方、第１出力回路は、所定の固定電圧を出力し、第１出力回路は、さらに、差動回路からの増幅電圧の値によらず、第１出力信号が所定のクランプ電圧以下にならないようクランプ電圧を生成する第１クランプ回路を備え、入力電圧が参照電圧と等しいときにも非ゼロの電圧で第１出力信号を出力し、第２出力回路は、さらに、差動回路からの増幅電圧の値によらず、第２出力信号が所定のクランプ電圧以下にならないようクランプ電圧を生成する第２クランプ回路を備え、入力電圧が参照電圧と等しいときにも非ゼロの電圧で第２出力信号を出力する。この増幅回路は、第１クランプ回路および前記第２クランプ回路の温度特性を補償する補償回路をさらに備えてもよい。第１クランプ回路および第２クランプ回路はバイポーラ型のトランジスタであってもよい。

本発明のさらに別の態様も、増幅回路に関する。この増幅回路は、ベースに入力電圧あるいは入力電圧に応じた電圧が入力され、コレクタが接地される第１のトランジスタと、第１のトランジスタのエミッタに接続される定電流源と、エミッタに電源電圧が接続され、コレクタが負荷に接続される第２のトランジスタと、を備え、第１のトランジスタと定電流源との接続点から、第２のトランジスタのベースに至る経路を、選択的に導通状態あるいは非導通状態になるよう構成し、第１のトランジスタは、接続点より得られる電圧が所定のクランプ電圧以下にならないよう当該クランプ電圧を生成するものであり、第２のトランジスタは、経路が導通状態であるとき、第１のトランジスタにより生成されたクランプ電圧を取り出す。

本発明のさらに別の態様は、半導体装置に関する。この半導体装置は、上記に記載のいずれかの増幅回路を備える。本発明のさらに別の態様も、半導体装置に関する。この半導体装置は、入力電圧と参照電圧との差に応じた増幅電圧を生成する差動回路と、差動回路からの増幅電圧の入力を受けて第１出力信号を生成する第１出力回路と、差動回路からの増幅電圧の入力を受けて第２出力信号を生成する第２出力回路と、第１出力回路および第２出力回路のうちいずれか一方を選択する選択回路と、第１出力信号を出力する第１出力端子と第２出力信号を出力する第２出力端子との間に接続された負荷と、を備え、選択回路により第１出力回路が選択されたとき、第１出力回路は、差動回路からの増幅電圧に応じた電圧を出力し、一方、第２出力回路は、所定の固定電圧を出力し、選択回路により第２出力回路が選択されたとき、第２出力回路は、差動回路からの増幅電圧に応じた電圧を出力し、一方、第１出力回路は、所定の固定電圧を出力し、第１出力回路は、さらに、差動回路からの増幅電圧の値によらず、第１出力信号が所定のクランプ電圧以下にならないようクランプ電圧を生成する第１クランプ回路を備え、入力電圧が参照電圧と等しいときにも非ゼロの電圧で第１出力信号を出力し、第２出力回路は、さらに、差動回路からの増幅電圧の値によらず、第２出力信号が所定のクランプ電圧以下にならないようクランプ電圧を生成する第２クランプ回路を備え、入力電圧が参照電圧と等しいときにも非ゼロの電圧で第２出力信号を出力する。

本発明のさらに別の態様は、電子機器に関する。この電子機器は、上記に記載の半導体装置を備える。

本発明によれば、一定レベルの電圧を確保できる。

実施の形態に係る半導体装置の構成を示す図である。 図２（ａ）は、ＦＷＤ端子にＨレベル、ＲＥＶ端子にＬレベルの信号が入力されたときの、入力電圧と出力信号との関係を示し、図２（ｂ）は、ＦＷＤ端子にＬレベル、ＲＥＶ端子にＨレベルの信号が入力されたときの、入力電圧と出力信号との関係を示す図である。 実施の形態に係る電子機器の構成を示す図である。

符号の説明

１０ 半導体装置、２０ コイル負荷、５０ 電子機器、１００ 増幅回路、１１０ 差動回路、１２０ 選択回路、１５０ａ 第１出力回路、１５０ｂ 第２出力回路、Ｔ２ 第１出力端子、Ｔ３ 第２出力端子、Ｔｒ１ 第１トランジスタ、Ｔｒ２ａ 第２トランジスタ、Ｔｒ２ｂ 第５トランジスタ、Ｖｉｎ 入力電圧、Ｖｂ 参照電圧、Ｖｃ 増幅電圧、Ｖｏｕｔ１ 第１出力信号、Ｖｏｕｔ２ 第２出力信号。

まず、実施の形態の概要を述べる。本実施の形態に係る半導体装置は、パーソナルコンピュータ、カーナビゲーション機器やオーディオ機器等の電子機器に組み込まれ、ＣＤトレイやＤＶＤトレイの開閉制御（以下、適宜「ローディング制御」という）を行う。半導体装置内の増幅回路は、いわゆる差動増幅回路であり、可変電圧源からの入力電圧と参照電圧との差に応じた増幅電圧を生成する。半導体装置は、その増幅電圧に応じた電圧（以下、単に「中間電圧」ということもある）の出力信号をコイル負荷の一端に、所定の固定電圧、例えば０Ｖの出力信号をコイル負荷の他端に供給し、それらの出力信号の電圧差でコイル負荷に電流を流し、回転子を駆動させる。以下、回転子とコイル負荷を総称して単にコイル負荷という。

この半導体装置は、少なくとも可変電圧源およびコイル負荷以外は、半導体回路として一体集積化される。もちろん半導体製造プロセスによっては、可変電圧源も一体集積化されてもよい。少なくとも増幅回路を含む半導体回路は、上述のごとく、カーナビゲーション機器やオーディオ機器などの電子機器に組み込まれて使用されるが、この半導体回路を設計する者、例えばＬＳＩ（Large Scale Integration ）メーカーと、このＬＳＩの端子に可変電圧源を接続し、カーナビゲーション機器やオーディオ機器などのセットを設計する者、例えばセットメーカーとの間に以下のような取り決めがある。すなわち、ＬＳＩメーカーは、ＬＳＩの仕様として、端子に所定の電圧を印加する実装を行うよう、セットメーカーに指示をする。セットメーカーは、そうした指示に従い、その端子に所定の電圧を印加する実装を行う。

セットメーカーにより電子機器に半導体回路が実装され、その電子機器が製品として出荷された後、何らかの要因により、可変電圧源が故障し、端子がグランドに短絡されることがある。上述の要因として、ユーザによる誤操作や製品輸送中に生じた物理的衝撃などが挙げられる。このとき、入力電圧は０Ｖになり、入力電圧と参照電圧との差はゼロになるため、増幅電圧は接地電位近傍の電圧値、例えば０Ｖになる。このとき、もし、増幅電圧がそのままコイル負荷に供給されれば、増幅電圧と所定の固定電圧との電圧差がゼロになるため、半導体装置はコイル負荷を駆動できず、トレイのローディング制御を行うことができない。そのため、本実施の形態に係る半導体装置には、増幅電圧に応じた電圧、すなわち中間電圧を生成するクランプ回路が設けられ、端子がグランドに短絡されたとき、すなわち入力電圧と参照電圧との差がゼロのとき、その中間電圧を非ゼロの所定電圧にクランプする。これにより、半導体装置は異常時でも何らかの一定レベルの電圧をコイル負荷に供給でき、トレイの緊急避難的なローディング制御を実現できる。

図１は、 半導体装置１０の構成を示す。図３は、図１に示した半導体装置１０を搭載した電子機器の一例であるパーソナルコンピュータ５０の構成を示す。図３に示すパーソナルコンピュータ５０は、マウスやキーボードなどの外部機器（図示せず）を介してユーザからの入力指示を受け付ける入力部５４と、ＤＶＤ６４を装填するＤＶＤドライブ６０と、ファイルやデータを格納するハードディスクやメモリなどの記憶部５８、パーソナルコンピュータ５０に搭載される各構成要素とデータや信号のやりとりを行い、データの入出力や各構成要素の動作を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）などの制御部５２と、ＤＶＤ６４や記憶部５８に格納されたデータを外部のディスプレイ（図示せず）を介して出力する出力部５６と、を備える。また、ＤＶＤドライブ６０は、ＤＶＤ６４を装填するためのＤＶＤトレイ６２と、ＤＶＤトレイ６２のローディング制御を行う半導体装置１０と、を含む。本実施の形態に係る制御部５２は、ＤＶＤトレイ６２を引き出すタイミング、戻すタイミング、および出し入れを行わないタイミングそれぞれにおいて、それぞれ異なる信号を半導体装置１０に出力し、ＤＶＤトレイ６２のローディング制御を行う。図３では、電子機器の一例としてパーソナルコンピュータを示したが、他の例として、カーナビゲーション機器やオーディオ機器であってもよい。

図１に戻り、本実施の形態に係る半導体装置１０は、可変電圧源１２、コイル負荷２０、および増幅回路１００を含む。なお、回転子については図示しない。増幅回路１００は、ローディング制御端子Ｔ１を介して入力された可変電圧源１２からの入力電圧Ｖｉｎを増幅し、コイル負荷２０に供給する。増幅回路１００のローディング制御端子Ｔ１には、可変電圧源１２の正極側が接続され、可変電圧源１２の負極側は接地されている。本実施の形態では、増幅回路１００への入力電圧Ｖｉｎは可変であるが、もちろん、固定であってもよい。入力電圧Ｖｉｎが可変であれば、入力電圧Ｖｉｎの電圧値に応じてコイル負荷２０の回転速度を制御することができ、その結果、トレイの出し入れの速度の大きさを制御できる。

増幅回路１００の第１出力端子Ｔ２と第２出力端子Ｔ３との間には、コイル負荷２０が接続されている。第１出力端子Ｔ２を介して第１出力信号Ｓｉｇ１が、第２出力端子Ｔ３を介して第２出力信号Ｓｉｇ２が供給される。詳細は後述するが、第１出力信号Ｓｉｇ１がアクティブ、かつ第２出力信号Ｓｉｇ２が所定の固定電圧である場合、コイル負荷２０が正回転し、トレイが機器に挿入される。一方、逆の場合、コイル負荷が逆回転し、トレイが機器から引き出される。これら出力信号の切り換えは、後述する選択回路１２０によりなされる。本実施の形態における所定の固定電圧とは、接地電位近傍の電圧値であり、例えば０Ｖである。

増幅回路１００は、入力電圧Ｖｉｎと参照電圧Ｖｂとの差に応じた増幅電圧Ｖｃを生成する差動回路１１０と、差動回路１１０からの増幅電圧Ｖｃの入力を受けて第１出力信号Ｓｉｇ１を出力する第１出力回路１５０ａと、差動回路１１０からの増幅電圧Ｖｃの入力を受けて第２出力信号Ｓｉｇ２を出力する第２出力回路１５０ｂと、第１出力回路１５０ａおよび第２出力回路１５０ｂのうちいずれか一方を選択する選択回路１２０とを含む。第１出力回路１５０ａおよび第２出力回路１５０ｂを、適宜、出力回路１５０と称する。

差動回路１１０は、第１定電流源１０２、ＰＮＰ型の第１トランジスタＴｒ１、第１差動増幅器１０６、第１分圧抵抗Ｒ１および第２分圧抵抗Ｒ２を含む。ここで、第１分圧抵抗Ｒ１、第２分圧抵抗Ｒ２のそれぞれの抵抗値についても、Ｒ１、Ｒ２と表現するものとする。

可変電圧源１２からの入力電圧Ｖｉｎは、ローディング制御端子Ｔ１を介して、第１差動増幅器１０６の非反転入力端子に入力される。第１トランジスタＴｒ１のエミッタは、第１定電流源１０２の一端に接続され、コレクタは、第１差動増幅器１０６の出力側に接続され、さらに、ベースは、コレクタに接続されている。第１定電流源１０２の他端は、電源電圧源Ｖｃｃに接続されている。ここで、第１トランジスタＴｒ１のベース・エミッタ間の閾値電圧をＶｂｅとする。この閾値電圧Ｖｂｅは、トランジスタのオンオフが切り替わる電圧であり、例えば、０．７Ｖである。なお、０．７Ｖはコイル負荷２０が駆動可能である一定レベルの電圧値である。また、後述するが、第１トランジスタＴｒ１は、第２トランジスタＴｒ２ａや第５トランジスタＴｒ２ｂの温度特性を補償するために設けられる。

第１トランジスタＴｒ１のエミッタと第１定電流源１０２との間に生じる電圧は、第１分圧抵抗Ｒ１および第２分圧抵抗Ｒ２により、参照電圧Ｖｂに分圧され、第１差動増幅器１０６の反転入力端子に入力される。第１定電流源１０２は、第１トランジスタＴｒ１、第１分圧抵抗Ｒ１、および第２分圧抵抗Ｒ２に流す電流を制御する。

ここで、第１差動増幅器１０６が出力する増幅電圧Ｖｃは、入力電圧Ｖｉｎを用いて、以下のように表現される。
Ｖｃ＝Ｖｉｎ×（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２−Ｖｂｅ （１）
上記式（１）に示すごとく、入力電圧Ｖｉｎが大きくなるほど増幅電圧Ｖｃは大きくなる。接地電位近傍の電圧値Ｖｉｎが入力されたとき、増幅電圧Ｖｃは負の電圧値あるいは、０Ｖ近傍の電圧値になりうる。

選択回路１２０は、後述の第１出力回路１５０ａおよび第２出力回路１５０ｂ内の各種スイッチのオンオフを制御することで、第１出力信号Ｓｉｇ１および第２出力信号Ｓｉｇ２を制御し、コイル負荷２０を制御する。具体的には、選択回路１２０は、第１出力信号Ｓｉｇ１および第２出力信号Ｓｉｇ２のうちいずれか一方を、増幅電圧Ｖｃに応じた電圧の信号とし、もう一方を所定の固定電圧の信号とする。

選択回路１２０は、ＸＯＲゲートＳ１、第１アンドゲートＳ２および第２アンドゲートＳ３を含む。ＦＷＤ信号Ａは、ＦＷＤ端子Ｔ４を介して、ＸＯＲゲートＳ１の第１入力端子Ｉ１および第１アンドゲートＳ２の第３入力端子Ｉ３に入力される。ＲＥＶ信号Ｂは、ＲＥＶ端子Ｔ５を介して、ＸＯＲゲートＳ１の第２入力端子Ｉ２および第２アンドゲートＳ３の第６入力端子Ｉ６に入力される。ＸＯＲゲートＳ１は、二つの入力信号に対して排他的論理和演算を行い、その演算結果を、第１アンドゲートＳ２の第４入力端子Ｉ４および第２アンドゲートＳ３の第５入力端子Ｉ５に出力する。第１アンドゲートＳ２および第２アンドゲートＳ３は、入力された信号をアンドし、アンドした結果をそれぞれ、第１制御信号Ｃ、第２制御信号Ｄとして、それぞれ第１出力回路１５０ａ、第２出力回路１５０ｂ内の各種スイッチを制御する。

選択回路１２０は、図３に示す制御部５２から与えられるＦＷＤ信号ＡおよびＲＥＶ信号ＢのＨレベル、Ｌレベルに応じて、第１出力回路１５０ａおよび第２出力回路１５０ｂ内の各種スイッチのオンオフを制御する。これにより、選択回路１２０は、第１出力回路１５０ａおよび第２出力回路１５０ｂのうち、いずれか一方の後述する経路を、選択的に導通状態あるいは非導通状態にする。コイル負荷２０を正回転させる場合、すなわち、トレイを機器に挿入する場合、ＨレベルのＦＷＤ信号Ａ、かつＬレベルのＲＥＶ信号Ｂが選択回路１２０に入力される。このとき、選択回路１２０は、Ｈレベルの第１制御信号Ｃ、Ｌレベルの第２制御信号Ｄを出力する。これにより、第１出力回路１５０ａが選択され、増幅回路１００は、第１出力信号Ｓｉｇ１として、差動回路１１０からの増幅電圧Ｖｃに応じた電圧、第２出力信号Ｓｉｇ２として、所定の固定電圧を出力する。本実施の形態では、Ｌレベルの信号であればスイッチがオンされ、Ｈレベルの信号であればスイッチがオフされるものとする。

コイル負荷２０を逆回転させる場合、すなわち、トレイを機器から引き出す場合、ＬレベルのＦＷＤ信号Ａ、かつＨレベルのＲＥＶ信号Ｂが入力される。このとき、選択回路１２０は、Ｌレベルの第１制御信号Ｃ、Ｈレベルの第２制御信号Ｄを出力する。これにより、第２出力回路１５０ｂが選択され、増幅回路１００は、第２出力信号Ｓｉｇ２として、差動回路１１０からの増幅電圧Ｖｃに応じた電圧、第１出力信号Ｓｉｇ１として、所定の固定電圧を出力する。

さらに、コイル負荷２０を駆動させない場合、すなわち、ＣＤやＤＶＤが機器により使用されている状態であり、トレイの開閉を行わない場合、ともに、ＨレベルまたはＬレベルであるＦＷＤ信号Ａ、ＲＥＶ信号Ｂが入力される。このとき、選択回路１２０は、いずれもＬレベルの第１制御信号Ｃおよび第２制御信号Ｄを出力する。このとき、第１出力回路１５０ａおよび第２出力回路１５０ｂのいずれも選択されない。そのため、コイル負荷２０の両端には、所定の固定電圧が印加され、コイル負荷２０は駆動しない。

出力回路１５０は、差動回路１１０により供給された増幅電圧Ｖｃに応じた電圧の出力信号を生成し、その出力信号を第１出力端子Ｔ２あるいは第２出力端子Ｔ３を介して、コイル負荷２０の一端に供給する。コイル負荷２０の他端には、所定の固定電圧を供給する。出力信号の切り換え制御は、上述のごとく、選択回路１２０によりなされる。第１出力回路１５０ａおよび第２出力回路１５０ｂは、差動回路１１０およびコイル負荷２０との間で、並列接続されている。第２出力回路１５０ｂは、第１出力回路１５０ａと同様の構成を有するため、以下、第１出力回路１５０ａについて説明し、第２出力回路１５０ｂについての説明を適宜略す。

第１出力回路１５０ａは、その内部に、差動回路１１０からの増幅電圧Ｖｃの値によらず、第１出力信号Ｓｉｇ１が所定のクランプ電圧以下にならないようクランプ電圧を生成するバイポーラ型でＰＮＰ型の第２トランジスタＴｒ２ａを備える。詳細は後述するが、この第２トランジスタＴｒ２ａにより、入力電圧Ｖｉｎが参照電圧Ｖｂと等しいときにも、非ゼロの電圧で第１出力信号Ｓｉｇ１を出力することができる。

第１出力回路１５０ａは、第２定電流源１５２ａ、第２トランジスタＴｒ２ａ、第２演算増幅器１５６ａ、ＮＰＮ型の第３トランジスタＴｒ３ａ、ＮＰＮ型の第４トランジスタＴｒ４ａ、第１スイッチＳＷ１ａ、第２スイッチＳＷ２ａ、および反転回路１６６ａを備える。

第２トランジスタＴｒ２ａのコレクタは接地され、エミッタは第２定電流源１５２ａの一端に接続されている。第２定電流源１５２ａの他端は、電源電圧源Ｖｃｃに接続されている。第２トランジスタＴｒ２ａのエミッタと第２定電流源１５２ａとの間の中間電圧Ｖｄａは、いわゆるボルテージホロワを成す第２演算増幅器１５６ａの非反転入力端子に入力されている。第２演算増幅器１５６ａの出力側は、第１スイッチＳＷ１ａを介して、第３トランジスタＴｒ３ａのベースに接続される。第３トランジスタＴｒ３ａのコレクタは、電源電圧源Ｖｃｃに接続され、さらに、第２演算増幅器１５６ａの反転入力端子に接続され、エミッタは、第４トランジスタＴｒ４ａのコレクタに接続されている。第４トランジスタＴｒ４ａのエミッタはグランドに接地され、ベースは、第２スイッチＳＷ２ａを介して、電源電圧源Ｖｃｃに接続される。第３トランジスタＴｒ３ａのエミッタと第４トランジスタＴｒ４ａのコレクタ間に生じる第１出力電圧Ｖｏｕｔ１の第１出力信号Ｓｉｇ１が、第１出力端子Ｔ２を介してコイル負荷２０の一端に供給される。

選択回路１２０により、第１出力回路１５０ａが選択されたとき、第１スイッチＳＷ１ａがオン、第２スイッチＳＷ２ａがオフ、第３スイッチＳＷ１ｂがオフ、第４スイッチＳＷ２ｂがオンされる。このとき、第２トランジスタＴｒ２ａのエミッタと第２定電流源１５２ａとの間の接続点から、第３トランジスタＴｒ３ａに至る経路が導通状態になり、第１出力回路１５０ａ内の第２演算増幅器１５６ａおよび第１出力回路１５０ａを介して増幅電圧Ｖｃに応じた電圧が出力される。また、第２出力回路１５０ｂ内の第３演算増幅器１５６ｂからの出力は、オフ状態の第３スイッチＳＷ１ｂにより遮断され、第７トランジスタＴｒ４ｂがオンされ、所定の固定電圧が出力される。一方、選択回路１２０により、第２出力回路１５０ｂが選択されたとき、第１スイッチＳＷ１ａがオフ、第２スイッチＳＷ２ａがオン、第３スイッチＳＷ１ｂがオフ、第４スイッチＳＷ２ｂがオンされる。

本実施の形態では、第２トランジスタＴｒ２ａのベース・エミッタ間の閾値電圧は、第１トランジスタＴｒ１のベース・エミッタ間の閾値電圧Ｖｂｅと同一であるとする。中間電圧Ｖｄａは、増幅電圧Ｖｃに閾値電圧Ｖｂｅを加えた値であり、以下のように表現される。
Ｖｄａ＝Ｖｃ＋Ｖｂｅ （２）
＝Ｖｉｎ×（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２

コイル負荷２０を正回転させるとき、第１出力電圧Ｖｏｕｔ１は、Ｖｄａと等しくなり、入力電圧Ｖｉｎを用いて以下のように表現される。
Ｖｏｕｔ１＝Ｖｉｎ×（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２

第２トランジスタＴｒ２ａのベース・エミッタ間の閾値電圧Ｖｂｅは、使用による発熱により徐々に低下してしまう。このとき、第１トランジスタＴｒ１が増幅回路１００に設けられないとき、上記式（１）において、第１トランジスタＴｒ１による閾値電圧Ｖｂｅの要素が存在しなくなる。そのため、上記式（２）において、閾値電圧Ｖｂｅのパラメータが残り、中間電圧Ｖｄａは、第２トランジスタＴｒ２ａのベース・エミッタ間の閾値電圧Ｖｂｅの変化に応じて、変動してしまう。その結果、同じ条件下、例えば同じ入力電圧Ｖｉｎ、抵抗値Ｒ１およびＲ２を与えても、時間の経過につれて、ゲインが変動してしまう。

本実施の形態では、第２トランジスタＴｒ２ａの温度特性を補償するために、第１トランジスタＴｒ１が設けられている。第２トランジスタＴｒ２ａのベース・エミッタ間の閾値電圧Ｖｂｅが低下したとき、第１トランジスタＴｒ１のベース・エミッタ間の閾値電圧Ｖｂｅも同様に低下する。このとき、上記式（１）および上記式（２）によれば、それらはお互いに打ち消す方向にあるため、結果として第２トランジスタＴｒ２ａのベース・エミッタ間の閾値電圧Ｖｂｅの変動を吸収できる。これにより、同じ条件下でのゲインの変動を軽減することができる。第５トランジスタＴｒ２ｂも、第２トランジスタＴｒ２ａと同様の効果を得ることができる。

以下、本実施の形態に係る半導体装置１０の動作を説明する。上記式（１）によれば、入力電圧Ｖｉｎの増加に従い、増幅電圧Ｖｃは増加する。ただし、第２トランジスタＴｒ２ａを設けたことにより、さらに以下の動作が行われる。増幅電圧Ｖｃが増加したとき、第２トランジスタＴｒ２ａのオンの程度が弱まり、コレクタ電流が小さめになる。増幅電圧Ｖｃがさらに増加したとき、第２トランジスタＴｒ２ａがオフされ、その結果、第２演算増幅器１５６ａの非反転入力端子には、オフされた際の電圧にクランプされた中間電圧Ｖｄａが入力され、第１出力電圧Ｖｏｕｔ１として出力される。

ローディング制御端子Ｔ１とグランドとが短絡を起こしたとき、第１差動増幅器１０６の非反転入力端子には、接地電位近傍、例えば０Ｖの入力電圧Ｖｉｎが入力される。このとき、入力電圧Ｖｉｎと参照電圧Ｖｂは等しくなり、増幅電圧Ｖｃは接地電位近傍の電圧値、例えば０Ｖになる。このとき、第２トランジスタＴｒ２ａがオンされ、大きめのコレクタ電流が流れ、中間電圧Ｖｄａは、第２トランジスタＴｒ２ａのベース・エミッタ間の閾値電圧Ｖｂｅにクランプされ、第１出力電圧Ｖｏｕｔ１として出力される。これにより、異常時でも、中間電圧Ｖｄａを非ゼロの所定電圧、すなわち第２トランジスタＴｒ２ａのベース・エミッタ間の閾値電圧Ｖｂｅにクランプするため、非ゼロの出力信号をコイル負荷２０に供給できる。第２出力回路１５０ｂも、第１出力回路１５０ａと同様の動作を行う。

以下、増幅回路１００における出力信号の変化の様子を図面を用いて説明する。図２（ａ）は、ＦＷＤ端子Ｔ４にＨレベル、ＲＥＶ端子Ｔ５にＬレベルの信号が入力されたとき、ローディング制御端子Ｔ１に印加された入力電圧Ｖｉｎと増幅回路１００の出力信号との関係を示し、図２（ｂ）は、ＦＷＤ端子Ｔ４にＬレベル、ＲＥＶ端子Ｔ５にＨレベルの信号が入力されたとき、ローディング制御端子Ｔ１に印加された入力電圧Ｖｉｎと増幅回路１００の出力信号との関係を示す。横軸は、ローディング制御端子Ｔ１に印加された入力電圧Ｖｉｎを、縦軸は、増幅回路１００の出力信号を示す。

図２（ａ）に示すごとく、ＦＷＤ端子Ｔ４にＨレベル、ＲＥＶ端子Ｔ５にＬレベルの信号が入力されたとき、第１出力信号Ｓｉｇ１はアクティブ、一方、第２出力信号Ｓｉｇ２は０Ｖになる。上述のごとく、増幅回路１００は、第１出力信号Ｓｉｇ１と第２出力信号Ｓｉｇ２との電圧差で、コイル負荷２０を駆動する。その差が大きくなれば、コイル負荷２０の回転速度は大きくなる。

図２（ｂ）に示すごとく、第１出力信号Ｓｉｇ１は０Ｖ、一方、第２出力信号Ｓｉｇ２はアクティブになる。また、図２（ｂ）における第２出力信号Ｓｉｇ２の極性は、図２（ａ）における第１出力信号Ｓｉｇ１の極性と逆である。第１出力信号Ｓｉｇ１と第２出力信号Ｓｉｇ２との電圧差で、コイル負荷２０を駆動させるのは図２（ａ）の場合と同様であるが、コイル負荷２０を逆回転させる点で異なる。

図２（ａ）に示すごとく、第２トランジスタＴｒ２ａにより、第１出力信号Ｓｉｇ１が所定のクランプ電圧以下にならないようクランプ電圧が生成されている。これにより、ローディング制御端子Ｔ１とグランドとが短絡を起こしたとき、すなわち、ローディング制御端子Ｔ１に印加される電圧が接地電位近傍の電圧値、例えば０Ｖになったときでも、増幅回路１００は、非ゼロの一定レベルの電圧をコイル負荷２０に供給することができ、トレイの緊急避難的なローディング制御を実現できる。

なお、本発明と実施の形態に係る構成の対応を例示する。「クランプ回路」は第２トランジスタＴｒ２ａおよび第５トランジスタＴｒ２ｂに対応し、「第１クランプ回路」は第２トランジスタＴｒ２ａに対応し、「第２クランプ回路」は第５トランジスタＴｒ２ｂに対応する。「補償回路」は、第１トランジスタＴｒ１に対応する。また、「第１のトランジスタ」は、第２トランジスタＴｒ２ａおよび第５トランジスタＴｒ２ｂに対応し、「第２のトランジスタ」は、第３トランジスタＴｒ３ａに対応する。

以上、本発明を実施例をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。そうした変形例を以下に述べる。

実施の形態における増幅回路１００の駆動対象は、コイル負荷２０であったが、これに限らず、増幅回路１００を電力供給用として利用することにより動作する機器であればよく、例えば、モータ、ＬＥＤ素子、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）素子、ヒーター、ファンや通信ユニットであってもよい。この変形例によれば、故障発生などの異常時に、所定の電圧以下にならないような非ゼロのクランプ電圧を駆動電圧として与えることで、緊急避難的な駆動を実現できる。

実施の形態に係る増幅回路１００は差動回路１１０を備えていたが、変形例として、その差動回路１１０を除外した増幅回路１００を提案する。このとき、ローディング制御端子Ｔ１を介して入力された可変電圧源１２からの入力電圧Ｖｉｎがそのまま、すなわち１倍の増幅電圧Ｖｃとして第２トランジスタＴｒ２ａのベースに入力される。このとき異常発生などの理由で、入力電圧Ｖｉｎが０Ｖになったとき、増幅電圧Ｖｃは０Ｖになるが、第２トランジスタＴｒ２ａにより、増幅電圧Ｖｃが非ゼロの電圧にクランプされるため、実施の形態と同様に、増幅回路１００の出力として一定の電圧を確保できる。これにより、本変形例で、実施の形態と同様の効果を得ることができる。

本発明は、トレイの開閉を制御する電子機器などに利用することができる。

Claims (6)

1. 入力電圧と参照電圧との差に応じた増幅電圧を生成する差動回路と、
   前記差動回路からの前記増幅電圧の入力を受けて第１出力信号を生成する第１出力回路と、
   前記差動回路からの前記増幅電圧の入力を受けて第２出力信号を生成する第２出力回路と、
   前記第１出力回路および前記第２出力回路のうちいずれか一方を選択する選択回路と、
   を備え、
   前記選択回路により前記第１出力回路が選択されたとき、前記第１出力回路は、前記差動回路からの前記増幅電圧に応じた電圧を出力し、一方、前記第２出力回路は、所定の固定電圧を出力し、
   前記選択回路により前記第２出力回路が選択されたとき、前記第２出力回路は、前記差動回路からの前記増幅電圧に応じた電圧を出力し、一方、前記第１出力回路は、所定の固定電圧を出力し、
   前記第１出力回路は、さらに、前記差動回路からの前記増幅電圧の値によらず、前記第１出力信号が所定のクランプ電圧以下にならないよう当該クランプ電圧を生成する第１クランプ回路を備え、前記入力電圧が前記参照電圧と等しいときにも非ゼロの電圧で前記第１出力信号を出力し、
   前記第２出力回路は、さらに、前記差動回路からの前記増幅電圧の値によらず、前記第２出力信号が所定のクランプ電圧以下にならないよう当該クランプ電圧を生成する第２クランプ回路を備え、前記入力電圧が前記参照電圧と等しいときにも非ゼロの電圧で前記第２出力信号を出力することを特徴とする増幅回路。
2. 請求項１に記載の増幅回路において、前記第１クランプ回路および前記第２クランプ回路の温度特性を補償する補償回路をさらに備えることを特徴とする増幅回路。
3. 請求項１または２に記載の増幅回路において、前記第１クランプ回路および前記第２クランプ回路はバイポーラ型のトランジスタであることを特徴とする増幅回路。
4. 入力電圧と参照電圧との差に応じた増幅電圧を生成する差動回路と、
   前記差動回路からの前記増幅電圧の入力を受けて第１出力信号を生成する第１出力回路と、
   前記差動回路からの前記増幅電圧の入力を受けて第２出力信号を生成する第２出力回路と、
   前記第１出力回路および前記第２出力回路のうちいずれか一方を選択する選択回路と、
   前記第１出力信号を出力する第１出力端子と前記第２出力信号を出力する第２出力端子との間に接続された負荷と、
   を備え、
   前記選択回路により前記第１出力回路が選択されたとき、前記第１出力回路は、前記差動回路からの前記増幅電圧に応じた電圧を出力し、一方、前記第２出力回路は、所定の固定電圧を出力し、
   前記選択回路により前記第２出力回路が選択されたとき、前記第２出力回路は、前記差動回路からの前記増幅電圧に応じた電圧を出力し、一方、前記第１出力回路は、所定の固定電圧を出力し、
   前記第１出力回路は、さらに、前記差動回路からの前記増幅電圧の値によらず、前記第１出力信号が所定のクランプ電圧以下にならないよう当該クランプ電圧を生成する第１クランプ回路を備え、前記入力電圧が前記参照電圧と等しいときにも非ゼロの電圧で前記第１出力信号を出力し、
   前記第２出力回路は、さらに、前記差動回路からの前記増幅電圧の値によらず、前記第２出力信号が所定のクランプ電圧以下にならないよう当該クランプ電圧を生成する第２クランプ回路を備え、前記入力電圧が前記参照電圧と等しいときにも非ゼロの電圧で前記第２出力信号を出力することを特徴とする半導体装置。
5. 請求項１から３のいずれかに記載の増幅回路を備えることを特徴とする半導体装置。
6. 請求項４または５に記載の半導体装置を備えることを特徴とする電子機器。

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