JP2004533128A - 電圧レベル変換回路 - Google Patents

Abstract

特に、センタタップグランドを有するスプリットレベル電源で機能するために、シングルエンド電源で機能するために設計された演算増幅器の集積回路を動作するための電圧レベル変換器が提供される。演算増幅器の集積回路の第１の極性の電力供給端子は、スプリットレベル電源の第１の極性に接続される。演算増幅器の集積回路の第２の極性の電力供給端子は、該電源の第２の極性に接続される。演算増幅器の正の信号入力端子は、スプリットレベル電源のセンタタップグランドに接続されている。第２の電圧レベル変換器が提供され、最大定格電圧を有する集積回路を動作する。電源は、最大定格電圧よりも大きな電源電圧を有する。第１のツェナーダイオードは、該電源の第１の極性と集積回路の第１の極性の端子との間に直列に接続されており、第２のツェナーダイオードは、電源の第２の極性と集積回路の第２の極性の端子との間に直列に接続されている。

Description

【０００１】
［発明の分野］
本発明は、集積回路の動作の分野に関し、より詳細には、互換性がない構成及び／又は互換性がない電圧レベルを有する電源で機能するための集積回路の適合に関する。この互換性のなさは、電圧レベル変換を使用して達成される。
【０００２】
［発明の背景］
低コストであることが機器設計の重要なパラメータである家庭用電子製品では、部品が使用されるように設計されないやり方で、低コストの部品を使用して設計することは一般的ではない。かかるケースは、ある装置のための電源が他の用途向けに設計されている場合であり、この一見して互換性のない電源を補助の機能を提供するために使用することが必要となってきている。
【０００３】
かかるケースは、ＤＶＤプレーヤについてであり、電源は安定したスプリットレベル電源、すなわち、センタタップグランドを有する±５．０ボルトである。また、コストの理由から、なくすことが望まれる入力及び出力カップリングキャパシタを有するシングルエンド電源向けに設計された集積回路を使用することが望ましい。
【０００４】
かかる入力及び出力カップリングキャパシタは、余分な部品費用の一例であり、時に非常に制限されるプリント回路基板のスペースを占めることがある。さらに、この入力及び出力カップリングキャパシタが電解によるものである場合、他のキャパシタよりも特に大きく、なくすことが望まれる追加の信頼性の問題を表す。
【０００５】
さらに、電源と集積回路の構成との互換性のなさは、たとえば、デジタル回路システムにおいて生じる可能性がある。このシステムでは、様々なサブシステムが異なる電源及び電圧条件で機能する。集積回路のプロトコル及びシステムの中には、３．３ボルトのＶｃｃ（正のレイル電圧）とグランドポテンシャルであるＶｓｓ（低いレイル電圧）による供給電圧を必要とするものがあり、他には、５．０ボルト又は２．９ボルトのＶｃｃ−Ｖｓｓ電圧を必要とする場合がある。
【０００６】
また、さらに、電源から利用可能な互換性のない電圧に関して、多くの集積回路は、過電圧又は過電流に対して極端に敏感である。これは、かかる過剰さは、（特に、集積回路がデジタルである場合に）間違った結果を提供するだけではなく、集積回路に対して物理的な損害をもたらす可能性があることによる。殆どのプロセッサは、集積回路への厳しい侵害をもたらすことなしに、たとえ僅かであっても超える場合がない電圧及び電流定格を有している。
【０００７】
たとえば、３．３ボルトの電源電圧で動作するために設計されたマイクロプロセッサについて、ハイ／ロウの電位差が５．０ボルトであるＲＡＭからのデータ読出しのときに、３．４５ボルトのピーク‐ピークを超える信号のアプリケーションにより損傷されることは一般的ではない。したがって、仕様に適合するために電圧供給レベルを厳密に制限することは、集積回路の動作に対して本質的ではない。
【０００８】
［発明の概要］
第１の実施の形態による電圧レベル変換器は、センタタップグランドを有するスプリットレベル電源で機能するために、シングルエンド電源で動作するために設計された演算増幅器の集積回路を動作するために提供される。演算増幅器の集積回路の第１の極性の電力供給端子は、スプリットレベル電源の第１の極性に接続され、演算増幅器の集積回路の第２の極性の電力供給端子は、該電源の第２の極性に接続され、演算増幅器の信号入力端子は、センタタップグランドに接続される。
【０００９】
第２の実施の形態による電圧レベル変換器は、所定の最大定格電圧を有する集積回路を、該定格電圧よりも大きな電力供給電圧を有するスプリットレベルの電源で機能することを可能にするために提供される。ここで、第１の電圧変換のツェナーダイオードは、電源の第１の極性と集積回路の適切な第１の極性の端子との間に直列に接続されており、第２の電圧変換のツェナーダイオードは、電源の第２の極性と集積回路の第２の極性の端子との間に直列に接続されている。
【００１０】
［発明の実施の形態］
図１は、集積回路の製造会社であるＮａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ＵＳＡにより推奨されるような、ＬＭ４８８１集積回路向けの適用回路に関する、従来の概略図、部分的なブロック図であり、特許出願の要件に従うように適切に修正されている。
【００１１】
図１を参照して、増幅器システムは、一般的に参照符号１０で示されており、集積回路チップ１２を含んでおり、該チップは、典型的な実施の形態では、それぞれＬ及びＲの立体音響の増幅及び音場再現について演算増幅器１４Ｒ、１４Ｌのペアを提供する。信号Ｒ及びＬは、カップリングキャパシタ１８Ｒ、１８Ｌ及び分離抵抗２０Ｒ、２０Ｌのそれぞれを通して、それぞれの増幅器１４Ｒ、１４Ｌの反転入力１７Ｒ、１７Ｌに接続される。
【００１２】
端子１５Ｒ、１５Ｌでの増幅器１４Ｒ、１４Ｌの出力信号は、カップリングキャパシタ２２Ｒ、２２Ｌを通して、それぞれの拡声器１６Ｒ、１６Ｌを駆動する。ラウドスピーカ１６Ｒ、１６Ｌは、このケースでは、受話器のスピーカである。
【００１３】
この配置向けの電力は、シングルエンド電源（図示せず）により提供され、ノード２４で一方の側がグランドされ、ノード２６で正の電圧Ｖ_ＤＤが供給される。抵抗２８Ｒ、２８Ｌは、カップリングキャパシタ３２を通して、非反転端子３０Ｒ、３０Ｌについての接続点で、仮想交流基準信号グランドを提供するための分圧器を形成している。
【００１４】
電力供給デカップリングキャパシタ３３は、電源を通して、高周波のコモンモードフィードバックを防止する。それぞれの出力端子１５Ｒ、１５Ｌから、反転端子１７Ｒ、１７Ｌ及び分離抵抗２０Ｒ、２０Ｌまで、それぞれの高周波ロールオフキャパシタ３８Ｒ、３８Ｌに関して並列にある抵抗３６Ｒ、３６Ｌは、負の信号フィードバックを提供し、高周波ロールオフによる発振を防止する。抵抗４０Ｒ、４０Ｌは、漏れ電流のための直流リターンを提供し、これにより、直流の安定性を改善する。遮断回路４１は、集積回路１２の内部にある。
【００１５】
交流グランドカップリングキャパシタ３２と同様に、直流ブロッキングである、カップリングキャパシタ１８Ｒ、１８Ｌ、２２Ｒ、２２Ｌに関して注記がなされるべきである。図１の回路に関して図２と共に開示される電圧変換により、センタタップグランドを有するスプリット電圧電源により回路が電圧供給されるように、以下に説明されるように、これら５つのカップリングキャパシタが取り除かれる。
【００１６】
図１について使用されるシングルエンド電源、及び図２について使用されるセンタタップグランド（図示せず）を有するスプリット電圧電源は、共に公知の電源構成であり、特に、Ｍｏｔｏｒｏｌａ（登録商標）Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ４−１０頁及び６−４頁のそれぞれで見ることができる。
【００１７】
シングルエンド電源は、１つの直流の極性がグランドされる全波電源又は全波ブリッジ電源とすることができる。「スプリット電圧電源」は、グランドとしての役割を果たす交流入力リードに関して反対の直流極性を発生する全波ブリッジ逓倍器として一般に言及される。グランドは、プラス及びマイナスの直流電源電圧について直流グランドと同様に、直列電力供給キャパシタの接続点で、センタタップ交流グランド帰還としての役割を果たす。
【００１８】
記載されるヘッドフォン増幅器が取り付けられる装置は、ＤＶＤプレーヤである。「互換性のない」問題の第１には、ＤＶＤ電源の構成が、図１で説明されたようなシングルエンド電源向けに設計される集積回路と互換性のある「スプリット電圧電源」であることである。「互換性のない」問題の第２には、構成に互換性のない問題が一旦克服されると、第２の電源の電力供給電圧は、選択された集積回路について最大の電圧仕様を超えることである。「互換性がない」に関する両方の問題は、図２に示される電圧変換回路により克服される。
【００１９】
図２を参照して、図１の回路は、センタタップグランドで利用可能なプラス及びマイナス電圧を有するスプリット電圧電源により使用するために電圧変換される。ここで、ノード２６は、正の電圧供給に接続され、ノード２４は、負の電圧供給に接続され、グランドノード４０は、センタタップグランドに接続される。このようにして、集積回路の電圧は、図１のシングルエンド供給の全電圧の半分により負に変換される。
【００２０】
ここで、グランド端子は、分圧器抵抗２８Ｒ、２８Ｌ及びキャパシタ３２により提供されるようなシングルエンド電源についての仮想グランドの代わりに、スプリットレベル電源の実際のグランド電圧であるので、直流ブロッキングキャパシタ１８Ｒ，１８Ｌ、２２Ｒ及び２２Ｌは、交流グランドが直流グランドの電力供給電圧であるために、もはや必要とされない。交流グランド及び直流グランドは、同じ直流電圧であるので、キャパシタ３２もまた不要となる。
【００２１】
構成の「互換性のなさ」の問題が解決され、及び電圧変換により５つのカップリングキャパシタが節約されたので、これにより、電圧レベルの「互換性のなさ」の問題が残されている。
【００２２】
また、本発明は、ツェナー領域において導通するツェナーダイオードにより提供されるレベル変換器を有するレベル変換回路を備えるシステムを開示する。このツェナーダイオードのそれぞれは、集積回路１２に印加されるスプリットレベル電源の一方の側に関する電圧レベルを低減する。第１の電圧レベルから第２の電圧レベルへの電圧の変換は、ツェナー電圧を発生して、電力供給端子と演算増幅器のノード２４、２６の間の電圧ドロップとしてツェナー電圧を印加することにより提供される。
【００２３】
この例では、スプリットレベル電力供給電圧は、±５．０ボルトであるが、特定の集積回路は、最大５．５ボルトについて指定されている。この１０ボルト供給は、集積回路の最大定格電圧を越える。これは、集積回路の隣接する部分は、それらの間で１０ボルトの電位差を有する場合がある可能性があることによる。たとえば、集積回路のチップの基板が電源電圧に内部的に接続されるが、グランドには接続されない場合である。
【００２４】
この可能性のある過電圧の状態は、そのツェナー極性に配置された２．４ボルトのツェナーダイオード５０，５２を加えることにより解決することができる。それぞれのダイオードは、スプリット電源電圧の一方の側と直列に加えられる。このように、２つのツェナーダイオードは、２×２．４＝４．８ボルトの電圧降下を提供して、集積回路１２の間の最大電力供給電圧を５．２ボルトにする。
【００２５】
このように、±５．０ボルトのスプリット電圧電源のそれぞれは、±２．６ボルトに下方に変換される。ツェナーダイオード５０，５２は、増幅器１４Ｒ、１４Ｌにより引き出される直流電流で、それらの特徴のツェナー領域におけるように選択される。
【００２６】
代替的に、非ツェナーであるシリコンダイオードは、順方向で導通するように配置されて使用することができる（図示せず）。たとえば、０．６ボルトの電圧降下を有する４つのダイオードのそれぞれは、ツェナーダイオードの代わりに２．４ボルトの電圧降下を提供する。ツェナー電圧の値又は順バイアスシリコンダイオードの数は、所望の電圧降下のレベルに従って選択することができる。しかし、ツェナーダイオードを使用することは、良好な電力供給規制を提供する。
【００２７】
本実施の形態では、反転増幅構成において演算増幅器１４Ｒ、１４Ｌを示している。ここで、利得Ａ_ｖ＝Ｒ_ｆ／Ｒ_ｉであり、Ｒ_ｆは負帰還抵抗であり、Ｒ_ｉは端子１４Ｒ、１４Ｌでの入力インピーダンスである。また、本実施の形態は、非反転増幅器の構成（図示せず）に接続される演算増幅器１４Ｒ、１４Ｌにより適用される。すなわち、フィードバック抵抗は、利得Ａ_ｖ＝１＋（Ｒ_ｆ／Ｒ_ｉ）により非反転端子３０Ｒ、３０Ｌに帰還され、反転端子１７Ｒ、１７Ｌは、グランドに接続される。
【００２８】
本実施の形態は、スプリットレベル電源である過電圧の電力供給からの電圧変換を示している。１つのツェナーダイオードが使用される必要がある場合において、シングルエンド過電圧電源を使用することができることは、本発明が意図する範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
従来の回路図に関する部分的な概略図であり、部分的なブロック図である。
【図２】
本発明の態様による２つの変換回路を組み込んだ、図１の増幅器の回路図である。

Claims (7)

1. センタタップグランドを有するスプリットレベル電源で機能するために、シングルエンド電源で機能するために設計された演算増幅器の集積回路を動作するための電圧レベル変換器であって、
   前記演算増幅器の集積回路の第１の極性の電力供給端子を前記電源の第１の極性に接続するための第１の手段と、
   前記演算増幅器の集積回路の第２の極性の電力供給端子を前記スプリットレベル電源の第２の極性に接続するための第２の手段と、
   前記演算増幅器の信号入力端子を前記スプリットレベル電源のセンタタップグランドに接続するための手段と、
   を備える電圧レベル変換器。
2. 前記演算増幅器の別の信号入力端子は、前記演算増幅器と直列に接続される直流分離キャパシタなしに、グランドを基準電圧とする信号源に接続され、
   前記演算増幅器の出力端子は、前記演算増幅器と直列に接続される直流分離キャパシタなしに、グランドを基準電圧とする信号負荷に接続される、
   請求項１記載の電圧レベル変換器。
3. 前記信号負荷は、グランドを基準電圧とする１つの端子を有する拡声器である、
   請求項２記載の電圧レベル変換器。
4. 前記演算増幅器は、共通の基板を有する同じ集積回路チップに複数の増幅器を含み、全ての前記複数の増幅器は電圧レベルが変換され、前記基板は、前記複数の増幅器のそれぞれに関して同じ量でバイアスされる、
   請求項１記載の電圧レベル変換器。
5. センタタップグランドを有する前記スプリットレベル電源は、他の機能を実行する他の回路に電力を供給する、
   請求項１記載の電圧レベル変換器。
6. 前記増幅器の出力負荷は、受話器であり、前記他の機能を実行する前記他の回路は、ＤＶＤプレーヤである、
   請求項５記載の電圧レベル変換器。
7. 前記演算増幅器は、直流電圧グランドに接続される交流基準電圧を有する、
   請求項１記載の電圧レベル変換器。

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