KR100985659B1

KR100985659B1 - 저컨덕터 앰프

Info

Publication number: KR100985659B1
Application number: KR1020080083353A
Authority: KR
Inventors: 도모끼 시오다
Original assignee: 산요 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드; 산요덴키가부시키가이샤
Priority date: 2007-08-27
Filing date: 2008-08-26
Publication date: 2010-10-05
Also published as: KR20090023169A; CN101378247B; JP2009055266A; JP4854626B2; CN101378247A

Abstract

작은 컨덴서로, 큰 시상수를 얻는다. 오피 앰프(10)에는, 입력 신호가 플러스 입력단에 입력되고, 출력 신호가 마이너스 입력단에 피드백된다. 오피 앰프(10)의 출력에 의해 구동되는 트랜지스터 Tr1 및 Tr2로 이루어지는 차동 앰프를 설치하고, 이 차동 앰프의 출력에 의해 컨덴서 C를 충방전한다. 그리고, 상기 차동 앰프의 전류원을 펄스 구동한다.

입력 신호, 컨덕터 앰프, 차동 앰프, 트랜지스터, 오피 앰프

Description

저컨덕터 앰프 {LOW CONDUCTOR AMP}

본 발명은, 입력 신호의 변화를 둔하게 하여 출력하는 저컨덕터 앰프에 관한 것이다.

오디오 장치 등, 스피커로부터 음성 신호를 출력하는 장치에서, 볼륨이 크게 변화한 경우에, 팝 음이 생기는 경우가 있다. 이것은, 오디오 앰프에서의 증폭률이 볼륨 변경에 따라서 크게 변경되는 것에 의한다. 이 팝 음의 발생을 방지하기 위해서는, 볼륨 컨트롤 신호의 상승, 하강을 둔하게 하면 된다. 이와 같이, 신호를 둔하게 하기 위해서는, 신호를 둔하게 하기 위한 컨덴서의 용량을 크게 하거나, 이 컨덴서에 공급하는 전류량을 작게 하면 된다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 2005-73082

그러나, 컨덴서의 용량을 크게 하면, IC 등의 반도체 집적 회로에 내장하는 것이 어렵게 된다. 또한, 출력의 전류량을 작게 하면, 그만큼 잡음 등의 영향을 크게 받게 된다.

본 발명은, 입력 신호의 변화를 둔하게 하여 출력하는 저컨덕터 앰프로서, 입력 신호가 플러스 입력단에 입력되고, 출력 신호가 마이너스 입력단에 피드백되는 오피 앰프와, 이 오피 앰프의 출력에 의해 구동되는 차동 앰프와, 이 차동 앰프의 출력에 의해 충방전되어, 출력 신호를 얻는 컨덴서를 포함하고, 상기 차동 앰프의 전류원을 펄스 구동하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 차동 앰프는, 정전류 회로와, 이 정전류 회로의 정전류를 흘리고, 상기 오피 앰프의 출력에 의해 구동되는 한쌍의 차동 트랜지스터와, 이 한쌍의 차동 트랜지스터에 흐르는 전류를 각각 흘리는 한쌍의 커런트 미러 입력측 트랜지스터와, 이 한쌍의 커런트 미러 입력측 트랜지스터에 접속되는 한쌍의 커런트 미러 출력측 트랜지스터를 포함하고, 한쌍의 커런트 미러 출력측 트랜지스터에 흐르는 전류에 의해, 상기 컨덴서를 충방전하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 한쌍의 커런트 미러 입력측 트랜지스터와, 커런트 미러 출력측 트랜지스터의 미러비는, 1보다 작은 것이 바람직하다.

또한, 상기 오피 앰프는, 입력 신호와 출력 신호에 의해 동작하는 한쌍의 차동 트랜지스터를 갖고, 이들 차동 트랜지스터는, MOS 트랜지스터로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 앰프의 구동 전류를 펄스로 함으로써, 전류원의 출력 전류량은 크게 해 두면서, 토탈로서의 전류량을 작게 할 수 있고, 컨덴서의 용량을 작게 유지하여, 출력 파형을 효과적으로 둔하게 할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여, 도면에 기초하여 설명한다.

볼륨 컨트롤 신호는, 오피 앰프(10)의 플러스 입력단에 입력된다. 오피 앰프(10)는, 상보적인 2개의 출력인, 플러스 출력, 마이너스 출력을 갖는다. 플러스 출력은 N형 트랜지스터 Tr1의 게이트에 공급되고, 마이너스 출력은 N형 트랜지스터 Tr2의 게이트에 공급된다. 2개의 트랜지스터 Tr1, Tr2의 소스는, 공통 접속되고, 정전류 회로 CC1을 통하여, 그라운드에 접속되어 있다. 또한, 트랜지스터 Tr1의 드레인은 정전류 회로 CC2를 통하여, 전원 VCC에 접속되고, 트랜지스터 Tr2의 드레인은 정전류 회로 CC3을 통하여, 전원 VCC에 접속되어 있다.

정전류 회로 CC2는, 상측이 전원에 접속되는 정전류 회로 CC4와 미러 접속되어 있고, 정전류 회로 CC3은 상측이 전원에 접속되는 정전류 회로 CC5와 미러 접속되어 있다. 또한, 정전류 회로 CC4의 하측은, 정전류 회로 CC6을 통하여 그라운드에 접속되고, 정전류 회로 CC5의 하측은, 정전류 회로 CC7을 통하여 그라운드에 접속되어 있고, CC7과 CC6은 커런트 미러 접속되어 있다.

또한, 정전류 회로 CC4와 정전류 회로 CC6의 접속점은, 타단이 그라운드에 접속되는 컨덴서의 일단에 접속됨과 함께, 출력단에 접속되어 있다.

그리고, 정전류 회로 CC1의 전류량을 I로 하면, 정전류 회로 CC6, CC7의 전류량은, I/4로 설정되어 있다. 또한, CC2와 CC4의 미러 비 및 CC3과 CC5의 미러 비는, 1:2로 설정되어 있다. 따라서, CC2, 3에 흐르는 전류는, 기본이 I/2이며, CC4, CC5에 흐르는 전류는 기본이 I/4이다.

또한, 오피 앰프(10)의 마이너스 입력단에는, 출력단이 부귀환되어 있다. 따라서, 입력 전압에 따라서 출력단이 입력 전압에 일치하도록 오피 앰프(10)의 출력이 변화한다. 그리고, 오피 앰프(10)의 출력에 따라서, 트랜지스터 Tr1, Tr2에 흐르는 전류가 변화하고, 이에 따라서 CC2, CC3에 흐르는 전류가 변화하고, CC4, CC5에 흐르는 전류가 변화한다. CC6, CC7에 흐르는 전류는 변화하지 않기 때문에, 그 차분이 컨덴서 C에 충방전되고, 이 컨덴서 C의 전압에 따라서 출력단의 전압이 변화한다.

여기에서, 정전류 회로 CC1은, 펄스 구동되어 있다. 따라서, 정전류 회로 CC2, CC3, CC4, CC5에 흐르는 전류도 펄스 구동된다. 또한, 정전류 회로 CC5에 흐르는 전류가 없는 경우에는, 정전류 회로 CC7에도 전류가 흐르지 않고, 정전류 회로 CC6에도 전류는 흐르지 않는다.

따라서, 정전류 회로 CC1을 펄스 구동할 때의 듀티비를 작게 함으로써, 정전류 회로 등의 전류량은 그다지 작지 않게 할 수 있고, 정전류 회로는 통상의 것으로 해 두면서, 컨덴서 C의 충방전 전류를 미소한 것으로 할 수 있다. 따라서, 컨덴서 C의 용량을 반도체 집적 회로 내에 내장할 수 있는 작은 것으로 하면서, 충분한 시상수로 볼륨 컨트롤 신호를 둔하게 할 수 있다.

도 2는, 볼륨 컨트롤 신호가, 최소 레벨과 최대 레벨로 변화한 경우의 입력(파선)과 출력(실선)을 나타내고 있다. 이와 같이, 도 1의 회로를 이용함으로써, 볼륨 컨트롤 신호의 급격한 변화를 둔하게 할 수 있다.

여기에서, 볼륨 컨트롤 신호의 최소 레벨과 최대 레벨의 폭은, 예를 들면 1.0V 정도로 설정된다. 전자 볼륨 컨트롤에서는, DAC(D/A 변환기)를 이용하여, 디지털의 명령을 아날로그로 변환하고 있고, DAC가 100 계조(통상 입력은 128 계조 등이 채용되지만)이면, 최소 컨트롤 전압은, 10mV로 된다. 한편, 펄스 폭 변조에 의해, 1개의 펄스로 충방전하는 전압 변화는, 이 최소 컨트롤 전압보다 작지 않으면, 최소 컨트롤 전압에서의 조정을 달성할 수 없다. 따라서, 1개의 펄스에 의한 전압 변화를 예를 들면 2.5mV 정도로 설정한다.

즉, 도 3에 도시하는 바와 같이, 볼륨 컨트롤 신호가 상승하였을 때, 펄스 전류에 의해 컨덴서 C가 충전되고, 출력이 계단 형상으로 상승하게 되며, 이 1단에 대응하는 1 펄스의 전류량에 의한 컨덴서 C의 전압 변화 ΔV가 예를 들면 2.5mV로 설정된다.

여기에서, 컨덴서 C의 용량이 C=50pF, 정전류 회로 CC4, CC6의 정전류를 I'=2.5μA로 하면, ΔV=2.5mV의 변화를 위한 충방전 시간 w는 w=C×ΔV/I'=50pF×2.5mV/2.5μA=50nsec로 된다. 또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, PWM 제어에서의 P는 PWM의 1 주기이며, w/P가 듀티비로 된다.

또한, V=1V의 상승 또는 하강에 필요한 시간 t는, t=CㆍV/I'ㆍ(w/p)이며, 1.28V의 변화에 필요한 시간을 a(msec/1.28V)로 하면, a=Cㆍp/I'ㆍw=50pFㆍp/2.5μAㆍ50nsec로 되고, a=400ㆍp로 된다. 따라서, P를 4×10^-6sec(250kHz)로 하면, a=1.6msec/1.28V, 듀티비 1.25%, P를 16×10^-6sec(62.5kHz)로 하면, a=6.4msec/1.28V, 듀티비 3.125% 등으로 된다.

이와 같이, 펄스의 듀티비를 1% 이하로 함으로써, a를 수 msec 이상으로 할 수 있다. 따라서, 작은 용량의 컨덴서를 이용하여, 큰 시상수를 얻고, 볼륨 컨트롤 신호의 상승, 하강을 둔하게 하여, 팝 음을 방지할 수 있다.

여기에서, 도 1에서의 미러 접속된 2개의 정전류 회로는, 예를 들면 도 5에 도시하는 바와 같은 커런트 미러 회로로 구성하면 된다. 도면에서는 바이폴라 트랜지스터를 나타내었지만, MOS형 트랜지스터 등이어도 된다. 또한, 정전류 회로 CC7 및 CC6은, N형의 트랜지스터에 의한 커런트 미러 회로로 구성된다.

또한, 도 1에서의 펄스 구동하는 정전류 회로 CC1은, 예를 들면 도 6과 같은 구성으로 할 수 있다. 전류 I를 흘리는 정전류 회로로부터의 전류 I를 드레인ㆍ게이트 간이 단락된 N형의 커런트 미러 입력측 트랜지스터 M1에 흘리고, 동일한 전류를 게이트가 공통 접속된 N형의 커런트 미러 출력측 트랜지스터 M2에 흘린다. 커런트 미러 입력측 트랜지스터 M1의 소스에는, 항상 온의 트랜지스터 M3을 통하여 그라운드에 접속한다. 한편, 커런트 미러 출력측 트랜지스터 M2의 소스에는, 소스가 그라운드에 접속된 N형의 트랜지스터 M4의 드레인을 접속하고, 이 트랜지스터의 게이트에 펄스를 입력한다.

이 회로에 의해, 트랜지스터 M2에 흐르는 전류는 I이며, 트랜지스터 M4가 온하고 있는 기간만 흐른다. 따라서, 트랜지스터 M4의 게이트에 공급되는 펄스가 H 레벨일 때에만 트랜지스터 M2에 전류 I를 흘릴 수 있다.

또한, 도 7에는, 오피 앰프(10)의 구성예가 도시되어 있다. 한쌍의 입력 중 마이너스 입력은 N형 트랜지스터 M11의 게이트, 플러스 입력은 N형 트랜지스터 M12의 게이트에 입력된다. 이들 트랜지스터 M11, M12의 소스는, 정전류 회로 CC11을 통하여 그라운드에 접속되어 있다. 또한, 트랜지스터 M11의 드레인은, P형의 트랜지스터 M13을 통하여 전원에 접속되고, 트랜지스터 M12의 드레인은, P형의 트랜지스터 M14를 통하여 전원에 접속되고, 이들 트랜지스터 M13, M14의 게이트는 공통 접속되고, 트랜지스터 M13의 드레인ㆍ게이트 간은 단락되어 있다. 트랜지스터 M12와 M14의 드레인끼리의 접속점은, P형 트랜지스터 M15의 게이트에 접속되어 있다. 트랜지스터 M15의 소스는 전원에 접속되고, 드레인은 정전류 회로 CC12를 통하여 그라운드에 접속되어 있다.

또한, 트랜지스터 M15의 게이트ㆍ드레인 간은 컨덴서 C11에서 접속되어 있고, 이 트랜지스터 M15와 정전류 회로 CC12의 접속점이 출력단으로 되어 있다.

이러한 회로에서, 트랜지스터 M11의 게이트에는, 상기 컨덴서 C의 상측 전압이 부귀환되고, 트랜지스터 M12의 게이트에 입력 신호가 공급된다. 그리고, 양쪽 입력의 차에 따른 전압이 트랜지스터 M15의 게이트에 인가되고, 그에 따른 전압이 출력단 OUT(+)로부터 출력된다.

도 1에서, 오피 앰프(10)는 플러스/마이너스의 출력이 있는데, 이 도 7은, 출력단으로서 플러스 출력단을 1개만 설치한 예를 도시하고 있다. 이러한 1 출력의 경우에는, 차동 트랜지스터 Tr2의 게이트를 기준 전압으로 설정하면 된다. 또한, 오피 앰프(10)로서, 플러스/마이너스 한쌍의 출력을 형성한 것을 채용하여도 된다.

여기에서, 중요한 것은, 오피 앰프(10)의 한쌍의 차동 트랜지스터 M11, M12에 MOS 트랜지스터를 사용하는 것이다. 만약, 차동 트랜지스터에 바이폴라 트랜지스터를 이용하면, 부귀환로로부터 베이스 전류가 공급되게 되어, 컨덴서 C의 전압이 변동하게 된다. 오피 앰프(10)의 입력측의 차동 트랜지스터에 MOS 트랜지스터를 이용함으로써, 도 1의 컨덴서 C의 상측 전압을 트랜지스터 M11의 게이트에 입력하여도 전류가 흐를 필요가 없어, 출력 신호가 변화하게 되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 실시 형태에 따른 저컨덕터 앰프의 구성을 도시하는 도면.

도 2는 입력 및 출력의 파형을 도시하는 도면.

도 3은 계단 형상의 상승을 도시하는 도면.

도 4는 PWM 제어를 도시하는 도면.

도 5는 미러 구성의 예를 도시하는 도면.

도 6은 정전류 회로의 펄스 구동의 구성을 도시하는 도면.

도 7은 오피 앰프의 구성예를 도시하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

CC1∼CC7, CC11, CC12: 정전류 회로

M1∼M4, M11∼M15, Tr1, Tr2: 트랜지스터

Claims

입력 신호의 변화를 둔하게 하여 출력하는 저컨덕터 앰프로서,

입력 신호가 플러스 입력단에 입력되고, 출력 신호가 마이너스 입력단에 피드백되는 오피 앰프와,

상기 오피 앰프의 출력에 의해 구동되는 차동 앰프와,

상기 차동 앰프의 출력에 의해 충방전되어, 출력 신호를 얻는 컨덴서와,

상기 차동 앰프를 펄스 구동하는 전류원

을 포함하고,

상기 전류원은 커런트 미러 회로를 갖고, 트랜지스터의 온 오프에 의해 상기 커런트 미러 회로의 전류량을 제어함으로써, 상기 전류원을 펄스 구동하는 것을 특징으로 하는 저컨덕터 앰프.
제1항에 있어서,

상기 차동 앰프는, 정전류 회로와, 이 정전류 회로의 정전류를 흘리고, 상기 오피 앰프의 출력에 의해 구동되는 한쌍의 차동 트랜지스터와, 이 한쌍의 차동 트랜지스터에 흐르는 전류를 각각 흘리는 한쌍의 커런트 미러 입력측 트랜지스터와,

상기 한쌍의 커런트 미러 입력측 트랜지스터에 접속되는 한쌍의 커런트 미러 출력측 트랜지스터

를 포함하고,

한쌍의 커런트 미러 출력측 트랜지스터에 흐르는 전류에 의해, 상기 컨덴서를 충방전하는 것을 특징으로 하는 저컨덕터 앰프.
제2항에 있어서,

상기 한쌍의 커런트 미러 입력측 트랜지스터와, 커런트 미러 출력측 트랜지스터의 미러비는, 1보다 작은 것을 특징으로 하는 저컨덕터 앰프.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 오피 앰프는, 입력 신호와 출력 신호에 의해 동작하는 한쌍의 차동 트랜지스터를 갖고, 이들 차동 트랜지스터는, MOS 트랜지스터로 구성되는 것을 특징으로 하는 저컨덕터 앰프.