JPH0263309A - Ａｃ及びｄｃ信号をソフトクリップするための高精度装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はＡＣ及びＤＣオーディオ信号ＡＣ及びＤＣはＡ
Ｃ及びＤＣオーディオ信号をソフトクリップするための
高精度装置に関する。このような装置は、例えば、クリ
ップを制御しない時に生じるような高調波歪を押えて大
きな振巾を制限するためにオーディオ電力増巾器におい
て使用され有る。

〔従来技術の説明〕 ソフトクリップはオーディオ信号の線形の増巾をある特
定の振中値まで可能とする。その後、大きな信号の瞬間
的な自動圧縮が順次行なわれる。従って、用語「ソフト
クリップ」ハ、出力信号が従来のクリップ回路の場合の
ように最大値までは厳密に制限されないということを意
味する。出力信号が−Ｈスレツショルド値に達すれば、
入力信号の増巾は行われ続けるがそのゲインは減少せし
められる。

ソフトクリップを用いればいくつかの利益が得られる。

これら利益は、クリップを制御しないことに関連しかつ
完全な飽和が生じる前での最大入力電圧の増大に関連し
九大きな高調波を生じさせずにピーク入力から瞬間的に
回復することである。オーディオ信号のためのソフトク
リップ手法の更に他の特徴及び利益はＧｅｒａｌｄＥ、
　Ｗｒｅｎｔｗｏｒｔｈによる１９７０年度ＩＥＥＥ論
文「オーディオ電力増巾忙おけるソフトリミット」に述
べられている。

ソフトクリップを行なうための典型的な従来装置は所望
の曲線を近似する伝達関数を生じさせるように層方向バ
イアスされるダイオードの非直線性を使用している。ソ
フトクリップに対して、伝達関数は傾斜が減少する曲線
によって一般的に表わされる。しかしながら、この手法
は固有の欠点を有している。例えば、クリップが生じる
振巾はダイオード電圧が制限されるため制限されない。

また、ノットクリップ装置に関連した伝達曲線の精度は
ダイオードの伝達曲線に依存してしまう。

英国特許第１，３７６．９６１号は所望の曲線全近似す
るように設定される入出力特性金主じさせるためのＤＣ
関数発生器を開示する。複数のダイオード等価回路は演
算増巾器の入力と加算回路との間に並列に接続されてい
る。それぞれのこのような回路は特定の入力電圧振巾で
特定の抵抗と動通するようにバイヤスされている。この
ような構成を持ってすれば、所望の伝達曲線の区分的な
線形近似が得られる。このような装置は、それぞれが演
算増巾器を附設しているようなダイオード等化回路を使
用しなければならない。このような回路は複雑性のため
、設計されたＤＣ入力信号ではなくオーディオ信号のよ
うなＡＣ型の入力信号の時には役に立たないものとして
しまう。更に、ダイオード等化回路のため正確な電圧源
を必要とする。演算増巾器の帰還路に複数のダイオード
を使用するため設計上の問題が生じる。主ダイオード間
の電圧降下を補償するために附加的なダイオードを回路
に導入することができるが、これら附加的なダイオード
は全ての動作を除去する整合特性を有するものとは限ら
ない。

〔従来技術の問題を解決する手段〕

従って、本発明の目的は、従来技術の欠点全解決し、Ａ
ＣあるいはＤＣオーディオ信号金ソフトクリップするた
めの改良した回路ヲ４えることである。簡単に言って、
所望のソフトクリップ特性を有する非線形伝達曲線の正
確な近似を与えるために定電流源及び抵抗が使用される
ような関数発生器が与えられる。この関数発生器はダイ
オードスイッチング回路によって信号出力端子に選択的
に接続される出力端子全有する増巾器を含んでいる。こ
のダイオードスイッチング回路は通常の動作時にダイオ
ード金導通ずるように駆動する一対の定電流源を含んで
いる。負帰還路が信号出力端子と増巾器の入力端子との
間に接続されている。

〔作用効果〕

動作において、入力信号が定電流源及びダイオードの値
によって決定されるスレッショルド電圧以下の時には、
増巾器の出力端子は信号出力端子に効果的に接続さり、
る。ついで、回路は通常の負帰還増巾器として働く。し
かしながら、増巾器の出力電圧がスレッショルド電圧を
越えると、スイッチング回路のダイオードのあるものは
カットオフ状態に駆動され、増巾器は信号出力端子から
接続屏除される。この状態において、信号入力端子は抵
抗性分圧器回路だけで信号出力端子に接続される。この
回路の抵抗の値は入力信号に所望のソフトクリップ効果
を与えるように選択される。

本発明の関数発生器はオーディオ信号をソフトクリップ
するダイオードスイッチング回路金倉むがこれらダイオ
ードはクリップを開始するスレッショルド値全決定する
ためのみに使用される。クリップ動作それ自体のための
伝達関数はダイオード特性と独立して決定される。従っ
て、本発明の装置は精度及び再現性を向上したままで広
範囲の増巾を可能とする。更に、本発明は得ることが可
能な伝達関数の選択に大きな融通性を提供する。

〔実施例の説明〕

第１Ａ図には、本発明に従ったソフトクリップ回路とし
て動作する関数発生器の基本的な形態が示されている。

第１Ａ図において、演算増巾器Ｕ１がその非反転入力端
子で入力信号金受けるように接続されている。演算増巾
器の反転入力端子は抵抗Ｒ１ｉ介して接地されている。

演算増巾器の出力端子はリミッタ回路りである。この回
路りは第１の対の直列接続し念ダイオードＤ１及びＤ３
と、第２の対の直列接続し九ダイオードＤ２及びＤ４と
、２つの定電流源工１及び■２とから成るダイオードス
イッチング回路を含んでいる。

２つの対のダイオードは同じ方向に向けられており、ダ
イオードブリッジを形成するように互いに並列構成され
て配置されている。ダイオードＤ１及びＤ２のアノード
は正の定電流源工１及び電圧源＋ＶＯＯに共通に接続さ
れている。？゛イオードＤ３びＤ４の加走度は負の定を
流源Ｉ２及び電圧源−ｖｇｇに共通に接続されてｂる。

演算増巾器Ｕ１の出力端子はダイオードＤ１の加走度及
びダイオードＤ３のアノードによって与えられる接続点
に接続されている。ダイオードＤ２の加走度及びダイオ
ードＤ４のアノード間の接続部はソフトクリップ回路の
出力端子として働く。

２つの抵抗Ｒ２及びＲ３は演算増巾器Ｕ１のそれぞれの
反転及び非反転入力端子にソフトクリップ回路の出力端
子から伸びる帰還通路に接続されている。従って増巾器
の負帰還は接地される抵抗Ｒ１及びＲ２ｔｌ−構成する
。抵抗Ｒ，１−Ｒ３は回路出力端子に入力信号の一部を
与える分圧器を構成する。抵抗Ｒ１，Ｒ２及び凡５の値
を適切に選択すること罠より、ソフトクリップ回路のた
めの所望の伝達関数が以下に述べるように発生され得る
。

動作において、オーディオ信号のような入力信号が演算
増巾器Ｕ１の非反転入力端子に与えられる。−’／ｇＥ
よシも大きいが、■ｏｏよりも小さな低振巾信号に対し
で、ダイオードＤＩ−Ｄ４Ｕｌｌｉ方向にバイヤスされ
る。従って、増巾器Ｕ１の出力端子からリミッタＬを通
る通路は増巾器Ｕ１に対して効果的に帰還を与える。従
って、第１Ａ図に示される回路は（１−１４２／几１）
のゲインを有する簡単な非反転増巾器として働く。

増巾器Ｕ１の非反転入力端子に与えられる信号の振巾が
増大するにつれ、増巾器Ｕ１の出力端子での電圧は増大
する。従って、定電流源工１及び工２によ多負荷に与え
られる電流も増大する。この回路において、負荷は抵抗
Ｒ１，几２及びＲ５で構成される。

抵抗几１．Ｒ２及びＲ３を通る負荷電流のこの増大はブ
リッジの２つのダイオードから電流を取シ去シ、それら
をカットオフ方向にバイヤスする。例えば、増巾器Ｕ１
の出力端子での電圧が正であれば、増大した電流がダイ
オードＤ２及びＤ３を通って流れ、ダイオードＤ１及び
Ｄ４はカットオフに向けてバイヤスされることＫなる。

増巾器Ｕ１の出力端子での電圧が負であるならば、増大
した電流がダイオードＤ１及びＤ４を通って流れてダイ
オードＤ２及びＤ３Ｑカットオフ方向にバイヤスする。

電流源工１及びＩ２からの電流の全てが負荷に供給され
るような点まで増巾器の出力電圧が増大すると、ブリッ
ジの２つのダイオード（電圧極性に依存する）は完全に
ターンオフする。

これによシ増巾器Ｕ１の帰還ループは開状態となる。こ
の点で、ソフトクリップ回路の電圧ゲインは（Ｒ，１−
［２）／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）に変化する。

以上の記載から明らかなように、ダイオードスイッチン
グ回路は、入力信号の振巾が予め設定されたスレッショ
ルドレベル以下である時に関数発生回路の出力端子罠増
巾器Ｕ１の出力端子からの信号路を効果的罠与える。こ
のスレッショルドは定電流源及びダイオードの値によっ
て決定される。従って、ソフトクリップ回路は通常の負
帰還増巾器として働く。−立入力信号の大きさがこのス
レッショルドレベル以上゛に上昇スると、スイッチング
回路内のあるダイオードは、ダイオードスイッチング回
路がこの信号路全接続解除して関数発生器のゲインを変
えるようにカットオフ状態まで駆動される。この状況に
おいて、信号入力端子は抵抗性分圧回路だけでソフトク
リップ回路の信号出力端子に接続される。

第２Ｂ図は第１Ａ図の回路の動作と関連した伝達曲線を
示す。入力電圧の大きさがスレッショルド値よシも小さ
ければ、ダイオードＤｔ−Ｄ４は導通する。従って、第
１Ａ図に示される回路のニュー出力関係は原点の近くで
（１＋几２／Ｒ１）の傾斜を有する。増巾器Ｕ１の出力
電圧がｖＴまで上昇すれば、２つのダイオード（極性に
依存する）はカットオフとなる。これはリミッタＬを通
る増巾器Ｕ１のループを開き、値（几１＋Ｒ２）／（几
１＋Ｒ２＋几３）まで伝達曲線の傾斜を減少する。正の
入力電圧に対しては、ｖＴの値は（Ｉ１・”ＪＪ）に等
しい。同様に、負の入力電圧に対してはＶＴ＝Ｉ２・几
負荷の通）である。

第１Ａ図に示される回路の好適実施例において、Ｉｆは
工２に等しい九め、その回路のための伝達関数は第２図
に示されるＶＩＮの正及び負の値に対し対称的である。

従って、このン７トクランプの几めのスレッショルド電
圧ｖＴが定電流源出力及び負荷によって決定されること
が明らかである。＠該回路に対する伝達曲線はいずれに
お込てもダイオードの特性には依存しない。

第１Ｂ図は本発明の原理を用いる一般的な伝達関数発生
器を示す。この発生器は正の傾斜、負の傾斜あるいは正
及び負の両方の傾斜のいずれかを有゛する伝達関数を発
生する九めに使用され得る。

第２図において、図示される回路はダイオードＤＩ−Ｄ
４によって形成されるダイオードスイッチング回路を通
して出力端子に出力された演算増巾器Ｕ１を有する。こ
のダイオードスイッチング回路は第１Ａ図に関連して上
述したように定電流源工１及びＩ２に接続される。

高入力信号は２つの抵抗Ｒ５，Ｒ，６から成る分圧器を
介して差動増巾器Ｕ１の非反転端子に与えられる。低入
力信号は抵抗Ｒ３ｉ介して増巾器Ｕ１の反転端子忙与え
られる。帰還抵抗Ｒ４は関数発生器の出力端子と低入力
信号との間の抵抗几３と直列に接続されている。附加的
な帰還抵抗几１及び几２＃２それぞれダイオードブリッ
ジの出力端子と低及び高入力信号のそれぞれの間に設け
られ、所望の伝達関数を生じさせる。

従って、抵抗Ｒ１，几３及びＲ，４は差動増巾器Ｕ１の
低入力端子に負帰還を与えるように結合せしめられる。

動作において、ダイオードスイッチング回路は、増巾器
Ｕ１への差動入力の大きさが予め設定され念スレッショ
ルドレベル以下である時に、第２図の差動増巾器Ｕ１の
出力端子から関数発生器の出力端子への信号路を与える
。差動入力の大きさがこのスレッショルドレベルに越え
るとダイオードスイッチング回路によって与えられる信
号路は接続解除される。

抵抗比１−几６は差動入力信号の一部を関数発生器の出
力端子に与えるための分圧器を構成する。抵抗Ｒ，１−
Ｒ６に対して選択された値はダイオードスイッチング回
路の状態のそれぞれに対して関数発生器のゲインを設定
する。また、抵抗比１及びＲ２の相対値を適切に選択す
ることによυ、正及び／ま次は負の傾斜のいずれかを有
する所望の伝達関数が生せしめられ得る。例えば、抵抗
Ｒ１が抵抗Ｒ２に等しくされるとしたら、当該回路は初
めに一定の傾斜を有する典型的な差動増巾器として働く
。増巾器Ｕ１の出力電圧が値ＶＴ’を越えると、増巾器
Ｕ１からダイオードブリッジの出力端子への通路は開き
、ハードリミットが第３Ａ図に示されるように与えられ
る。

抵抗Ｒ１がＲ２よシも小さな値のものに選ばれるならば
、当該回路は初めに正の傾斜（第５Ｂ図）をそなえた伝
達関数を有する差動増巾器として働く。しかしながら、
増巾器Ｕ１への入力間の差がスレッショルドＶＴ　を越
えると、伝達関数は負の傾斜を有するラインセグメント
に工っで定められる。この傾斜の大きさは抵抗比１及び
几２の値の差に依存する。

第５Ｃ図は、抵抗比１の値が抵抗比２の値ニジも大きな
本のに選ばれ九時の第２図の回路の伝達関数金示す。増
巾器Ｕ１の出力信号がｖＴを越える時にダイオードスイ
ッチング回路の出力端子への増巾器Ｕ１からの通路が再
度開くために、伝達関数の傾斜はｖＴで変化する。この
傾斜は正に留まるが、増巾器Ｕ１からの出力信号がＶＴ
よυも犬である時の伝達関数の実際の傾斜は几１及びＲ
２の相対値に依存する。

上述し念ように、第２図のダイオードスイッチング回路
は予め設定されたスレッショルドに対する差動入力信号
の大きさに応じる。このスレッショルドは抵抗Ｒ１−８
６から成る抵抗性負荷及び定電流源■１及び工２によっ
て決定される。このスレッショルドはダイオード特性と
は独立して設定されるため、第２図に示される形式の関
数発生器の精度及び再現性に向上せしめられる。

第４図は本発明の関数発生器に与えられる区分的な線形
近似が更に改善されることができるような態様を示す。

よシ詳細には、例えば第１図に示される形式の複数の関
数発生器をカスコード接続することＫよって、より正確
な区分的線形近似が達成可能である。第４図は第１Ａ図
に示された２つの関数発生器がカスコード接続されるよ
うな特定の構成を示している。第１Ａ図に示された回路
に加えて、演算増巾器Ｕ２゜抵抗Ｒ４−Ｒ６，ダイオー
ドＤｓ−Ｄ８及び電流理工３及び工４１ｒ：含んだ第２
の回路が設けられている。この第２の回路は増巾器Ｕ１
の非反転入力端子と抵抗Ｒ３との間で第１Ａ図の回路の
帰還路内に設けられている。任意の所望の伝達関数の区
分的近似を更に改善するためにそれ以上のカスコード回
路接続が使用されてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は本発明の一実施例の念めの回路要素の基本的
な構成を示す。 第１Ｂ図は第１Ａ図の動作に関連した波形を示す。 第、２図は一般的な伝達関数発生器を構成する本発明の
第２の実施例を示す。 第５Ａ−０図は第２図の動作と関連した波形を示す。 第４図Ｖｉ精度が改善される本発明の他の実施例ケ示す
。 図において、Ｕｌは演算増巾器、凡１−Ｒ４は抵抗、工
１及びＩ２は定電流源、ＤＩ−Ｄ４はダイオー ドを示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ソフトクリップした信号を出力端子に与えるため
   の関数発生器において、 入力信号を受ける少なくとも１つの入力端子を有する増
   巾手段と、 上記関数発生器の上記出力端子に接続されかつ上記増巾
   手段に負帰還を与える第１の抵抗手段と、 上記増巾手段の上記入力端子に接続されて上記入力信号
   の一部を上記関数発生器の上記出力端子に与える分圧手
   段と、 上記増巾手段の出力端子と上記関数発生器の上記出力端
   子との間に接続され、あるスレッショルドレベル以下の
   大きさを有する上記入力信号に応じて上記増巾手段の上
   記出力端子から上記関数発生器の上記出力端子に信号路
   を接続しかつ上記スレッショルドレベルよりも大きな値
   を有する入力信号に応じて上記信号路を接続回路解除す
   るダイオードスイッチング回路と、を具備したことを特
   徴とする関数発生器。
2. （２）上記増巾手段は差動入力信号を受ける第１及び第
   ２の入力を有する差動増巾回路と上記第１の入力端子に
   接続した非反転入力端子及び上記第２の入力端子に接続
   した反転入力端子を有する演算増巾器とを含んでおり、
   上記第１の抵抗手段は上記関数発生器の上記出力端子及
   び上記第２の入力端子間に接続した２つの直列抵抗を有
   し、これら直列接続した抵抗間の接続部は上記演算増巾
   器上記反転入力端子に接続されており、上記分圧手段は
   上記関数発生手段の上記出力端子及び上記第１の入力端
   子間に接続された第２の抵抗手段と上記関数発生手段の
   上記出力端子及び上記第２の入力端子間に接続した第３
   の抵抗手段を有することを特徴とする請求項１記載の関
   数発生器。
3. （３）上記ダイオードスイッチング回路は並列に接続し
   た２対の直列接続ダイオードと上記対の直列接続ダイオ
   ードのそれぞれのアノード間の接続部に接続した正電流
   源と、上記対の直列接続ダイオードのそれぞれのカソウ
   度間の接続部に接続した負の電流源とを含み、上記２つ
   の対の内の一方のそれぞれのダイオード間の接続部は上
   記増巾手段の上記出力端子に接続され、上記２つの対の
   内の他方のそれぞれのダイオード間の接続部は上記関数
   発生器の上記出力端子に接続されたことを特徴とする請
   求項１記載の関数発生器。