JP5504032B2 - オーディオ信号増幅回路 - Google Patents
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Description
Vout=−(Rf/Ri)×Vin’+Vbias …(1)
第1スイッチをNチャンネルMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)もしくはNPN型バイポーラトランジスタで構成する場合に、その制御端子(ゲートもしくはベース)に対して、固定電圧(接地電圧)を基準とする制御信号(ゲート電圧もしくはベース電圧)を与えればよいため、回路構成を簡素化できる。
この場合、複数のチャンネル間で、電気音響変換素子に印加される電圧レベルを揃えることができ、ノイズが発生したとしても、複数チャンネル間でその音量を揃えることができる。
ここでの「電圧Aに応じた電圧B」とは、電圧Bが電圧Aそのものである場合の他、電圧Bが電圧Aと同じレベルを有する場合、もしくは電圧Bが電圧Aに比例する場合、あるいは電圧Bが電圧Aに遅延して変化する場合、それらの組み合わせなどを含む。
図1は、第1の実施の形態に係るオーディオ信号増幅回路(ヘッドホンアンプ)100を備えるオーディオ再生装置2の構成を示すブロック図である。オーディオ再生装置2は、オーディオ信号(音声信号)を出力する機能を有し、携帯電話端末、ポータブルオーディオプレイヤ、ヘッドホンアンプ、据え置き型オーディオコンポなどさまざまな電子機器に搭載される。
オーディオ信号増幅回路100は、チャンネルごとに設けられた反転アンプ10L、10R、基準電圧源20、キャパシタC3、放電経路12、チャンネルごとに設けられた第2スイッチSW2L、SW2R、制御部16を備える。
なお、入力抵抗Riおよび帰還抵抗Rfbを、演算増幅器14等とともに一体集積化してもよい。この場合、半導体パッケージの端子数を減らすことができる。
バイアス電圧Vbが目標値となる時刻t1〜t2が再生期間であり、入力されたオーディオ信号VIL、VIRが増幅される。
図7(a)、(b)は、第2の実施の形態に係る反転増幅器101の構成を示す回路図である。図7(a)は、反転増幅器101の全体の構成を示す。
反転増幅器101は、オーディオ再生機能を備える電子機器1に搭載され、オーディオ信号(入力信号Vin)を増幅し、後段のスピーカやヘッドホンなどの電気音響変換素子3を駆動する。電気音響変換素子3と反転増幅器101の間は、出力抵抗Roおよび出力キャパシタCoでカップリングされる。
PチャンネルMOSFETの第2入力差動対15が、アクティブ、非アクティブの切りかえ対象であることは、この前提のもとで有効である。なぜなら、第2入力差動対15が非アクティブな状態では、第1入力差動対13によって入力信号Vinが増幅されるところ、NチャンネルMOSFETのしきい値電圧Vthnが低いことにより、増幅可能な入力信号Vinの電圧範囲を広くとれるからである。
Va<(Vdd/2−Vthn)
Va<(Vdd/2−Vsat)
を満たす限り、歪みを抑えて増幅することができる。
近年、半導体集積回路の動作電圧(電源電圧)は低下の一途とたどっており、Vdd=1.5V程度での動作が要求される場合もある。このように低電圧動作可能な演算増幅器を設計するためには、それを構成するMOSFETのしきい値電圧Vthを下げる必要がある。しきい値電圧Vthを下げるためには、
(1)Kパラメータを変更する
(2)キャリア濃度を増加させる
といったアプローチが取り得る。
図7(a)の制御部22に代えて、図10の反転増幅器101aは制御部22aを備える。制御部22aは、バイアス電圧Vbiasに応じた(比例する)電圧として、バイアス電圧Vbiasそのものではなく、入力抵抗Riとフィードバック抵抗Rfの接続点の電圧Vin1を監視する。
Claims (6)
- 演算増幅器と、その第1端子に増幅対象のオーディオ信号を受け、その第2端子が前記演算増幅器の反転入力端子と接続された入力抵抗と、その第1端子が前記演算増幅器の反転入力端子と接続され、その第2端子が前記演算増幅器の出力端子と接続された帰還抵抗と、を含み、カップリングキャパシタを介して電気音響変換素子を駆動する反転アンプと、
バイアス電圧を生成し、前記演算増幅器の非反転入力端子に供給する基準電圧源と、
前記基準電圧源の出力端子および前記演算増幅器の非反転入力端子を接続するラインと、固定電圧端子の間に直列に設けられた放電抵抗および第1スイッチを含む放電経路と、
前記演算増幅器の出力端子と、前記放電経路上のノードであって前記放電抵抗よりも高電位側のノードとの間に設けられた第2スイッチと、
を備えることを特徴とするオーディオ信号増幅回路。 - 前記反転アンプ、前記基準電圧源、前記第1スイッチおよび前記第2スイッチそれぞれのオンオフを制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、
オーディオ信号の再生中に、前記反転アンプ、前記基準電圧源をオン状態、前記第1スイッチ、前記第2スイッチをオフ状態とし、
再生停止が指示されると、前記反転アンプのオン状態を維持しつつ、前記基準電圧源に対して前記バイアス電圧を低下させるように指示し、
その後、前記反転アンプをオフ状態、前記第1スイッチ、前記第2スイッチをオン状態とすることを特徴とする請求項1に記載のオーディオ信号増幅回路。 - 前記第1スイッチは前記放電抵抗より低電位側に設けられ、前記第2スイッチは、前記演算増幅器の出力端子と前記基準電圧源の出力端子との間に設けられることを特徴とする請求項1または2に記載のオーディオ信号増幅回路。
- それぞれが複数チャンネルごとに設けられた複数の前記反転アンプと、
それぞれが複数チャンネルごとに設けられた複数の前記第2スイッチと、
を備え、
各チャンネルの前記第2スイッチは、対応するチャンネルの前記演算増幅器の出力端子と、前記放電経路上のノードであって前記放電抵抗よりも高電位側のノードとの間に設けられることを特徴とする請求項1または2に記載のオーディオ信号増幅回路。 - 前記第1スイッチは前記放電抵抗より低電位側に設けられ、各チャンネルの前記第2スイッチは、対応するチャンネルの前記演算増幅器の出力端子と前記基準電圧源の出力端子との間に設けられることを特徴とする請求項4に記載のオーディオ信号増幅回路。
- 前記演算増幅器、前記第1スイッチ、前記第2スイッチ、前記放電抵抗は、ひとつの半導体基板上に集積化されることを特徴とする請求項1または2に記載のオーディオ信号増幅回路。
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