JP3126665U - Ａｄコンバータ入力回路 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成でありながら、出力電圧をＡＤコンバータの最大入力電圧内に収めつつ、ＡＤコンバータに入力するアナログ音声信号のゲインを調整するオペアンプとして複数の規格のオペアンプを用いることができるＡＤコンバータ入力回路を提供する。
【解決手段】ＡＤコンバータ入力回路１を介してアナログ音声信号をＡＤコンバータ４に入力する。ＡＤコンバータ入力回路１は、信号入力回路２、オペアンプ３を備える。信号入力回路２の電源電圧Ｖ１を、ＡＤコンバータ入力回路１の出力電圧Ｖ５をオペアンプ３のゲインで除した値に設定することで、信号入力回路２でアナログ音声信号の波形をクリップさせて、アナログ音声信号の最大電圧を制限する。オペアンプ３の増幅率をＲ２、Ｒ１で調整すると共に、オペアンプ３の電源電圧Ｖ２をクリップしない電圧に設定しているので、オペアンプの規格によらず最大入力電圧内のアナログ音声信号を出力する。
【選択図】図１

Description

本考案は、ＡＤコンバータの入力電圧の振幅を抑制するＡＤコンバータ入力回路に関する。

従来、ＡＤコンバータに入力するアナログ音声信号のゲインを、オペアンプで調整すると共に、オペアンプの電源電圧を調整することによりオペアンプの出力電圧を調整し、ＡＤコンバータに入力することが行なわれている。この構成では、オペアンプから出力されるアナログ音声信号の電圧は、オペアンプに印加する電源電圧を越えることはなく、これを越える振幅のアナログ音声信号が入力されても出力信号波形がクリップしてしまうことを利用して、ＡＤコンバータに入力されるアナログ音声信号が最大入力電圧内に抑制することができる。この構成によれば、ＡＤコンバータの破壊を防ぐことができると共に、ＡＤ変換時のアナログ音声信号のクリップを抑えることができる。

例えば、ＡＤコンバータの最大入力電圧を５．３Ｖとした場合、オペアンプの出力を５．３Ｖで信号波形をクリップさせるためには、オペアンプの電源電圧をＡＤコンバータの最大入力電圧の５．３Ｖとすればよい。ただし、内部損失が０というオペアンプはないから、実際には、最大５．３Ｖの電圧でクリップさせるためには、オペアンプの電源電圧を６Ｖにする必要があるものや、電源電圧を６．３Ｖにする必要があるものが存在する。このようにオペアンプによって規格も異なっており、オペアンプのクリップ特性（即ち、オペアンプの電源電圧と入力するアナログ音声信号とクリップする電圧との関係）が異なるから、このクリップ特性を用いてＡＤコンバータの入力信号の振幅を最大入力電圧内に抑制するには、このオペアンプの規格に合わせて、オペアンプの電源電圧やゲインを調整する必要があった。

特許文献１、２には、ＡＤコンバータに入力するアナログ音声信号の振幅を変化させ、ＡＤコンバータの精度を上げる旨の記載がある。
特開平７−７４２６号公報 特開平９−３０７４４１号公報 特開平１１−２０１５４号公報

しかしながら、ＡＤコンバータの前段のオペアンプを取り替える度に、このオペアンプの電源電圧を調整するのはわずらわしく、調整のための人件費がかかり、製造工程が柔軟でなくなり、コストアップになるという問題があった。

特許文献１の構成では、オフセット回路のみならず、レベル判定回路も必要となり、回路が複雑である問題があった。

そこで、本考案は、簡易な構成でありながら、ＡＤコンバータに入力するアナログ音声信号のゲインを調整するオペアンプとして複数の規格のオペアンプを用いても、ＡＤコンバータの最大入力電圧内に収めることができるＡＤコンバータ入力回路を提供することを目的とする。

本考案は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。

（１） 本考案は、
アナログ音声信号を信号入力回路とオペアンプとを介してＡＤコンバータに入力する電子回路に対し、ＡＤコンバータの入力電圧の振幅を抑制するＡＤコンバータ入力回路において、
前記オペアンプの電源電圧を、予め定められている前記ＡＤコンバータの最大入力電圧以上であって、予め定められている前記オペアンプの最大直流電圧内の十分高い電圧に設定し、
前記信号入力回路の電源電圧を、前記ＡＤコンバータの最大入力電圧を前記オペアンプのゲインで除した電圧以下に設定し、
前記アナログ音声信号の入力レベルに関わらず、ＡＤコンバータの入力電圧の最大値が前記最大入力電圧以下となるようにしたことを特徴とする。

この構成では、前記オペアンプの電源電圧を予め定められている前記ＡＤコンバータの最大入力電圧以上であって、前記オペアンプの最大直流電圧内の十分高い電圧に設定しているので、オペアンプの出力電圧がクリップすることがなく、オペアンプの種類、具体的には、オペアンプのクリップ特性（即ち、オペアンプの電源電圧と入力するアナログ音声信号とクリップする電圧との関係）によらず、所定のゲインに設定することができる。

また、前記信号入力回路の電源電圧以上の振幅のアナログ音声信号が入力されても、信号入力回路の出力信号の波形がクリップし、オペアンプに入力される電圧の振幅を信号入力回路の電源電圧以下に抑制できる。ここで、前記信号入力回路の電源電圧を、前記ＡＤコンバータの最大入力電圧を前記オペアンプのゲインで除した電圧以下に設定しているから、このクリップが生じる電圧は、「前記オペアンプのゲインで除した電圧以下」になる。この「前記オペアンプのゲインで除した電圧以下」は、オペアンプのゲインを逆算したものである。したがって、ＡＤコンバータ入力回路の出力信号、即ち、信号入力回路の出力信号をオペアンプで増幅した信号が、ＡＤコンバータの入力電圧が低電圧から前記最大入力電圧の範囲になることを保証できる。このように前記信号入力回路の電源電圧を設定したので、前記アナログ音声信号の入力レベル（即ち、信号入力回路に入力するアナログ音声信号の電圧の振幅）に関わらず、ＡＤコンバータの入力電圧の最大値が前記最大入力電圧以下となるようにすることができる。

例えば、ＡＤコンバータの前記最大入力電圧が５Ｖ、オペアンプのゲインを０．５とすれば、信号入力回路の電源電圧を１０Ｖに設定する。信号入力回路の出力は電源電圧以上にならないから、アナログ音声信号のレベルがどれだけ大きくても、信号入力回路の出力電圧は、１０Ｖ以下となる。よって、オペアンプの出力は、（１０Ｖ×０．５＝５Ｖ）が最大となり、ＡＤコンバータの入力電圧は５Ｖを越えることはない。

以上のとおり、（Ａ）オペアンプの電源電圧を前記オペアンプの最大直流電圧内の十分高い電圧に設定し、オペアンプの出力信号がクリップしないように設定しているので、オペアンプのクリップ特性に関わらず、オペアンプのゲインが一定になる。また、（Ｂ）信号入力回路で、前記オペアンプのゲインで除した電圧以下に設定してアナログ音声信号をクリップさせて、振幅を制限しており、この信号入力回路に設定した電源電圧は、オペアンプの出力信号が、ＡＤコンバータの最大入力電圧になるよう逆算したものとなっている。
したがって、これら（Ａ）、（Ｂ）により、ＡＤコンバータ入力回路の出力をＡＤコンバータの最大入力電圧内に収めつつ、ＡＤコンバータに入力するアナログ音声信号のゲインを調整するオペアンプとして複数の規格のオペアンプを用いることができる。したがって、オペアンプの代替品を用いてより柔軟な生産工程が実現できるから、生産コストを下げることができる。

なお、「ＡＤコンバータの最大入力電圧」とは、ＡＤコンバータに入力する交流電圧をいい、「オペアンプの最大直流電圧内の十分高い電圧」とは、使用するオペアンプが複数ある場合の個々のオペアンプの定格で定められた最大直流電圧内の値であって、信号入力回路の出力電圧を入力したときに、オペアンプの出力電圧がクリップしない電圧である。

（２） 本考案は、
前記信号入力回路は、複数のアナログ音声信号系統を選択するセレクタで構成されていることを特徴とする。

このように構成したので、セレクタが前記信号入力回路を兼ね備えているから、セレクタを要する回路では、ＡＤコンバータ入力回路の回路構成を簡略化できる。

簡易な構成でありながら、ＡＤコンバータ入力回路の出力をＡＤコンバータの最大入力電圧内に収めつつ、ＡＤコンバータに入力するアナログ音声信号のゲインを調整するオペアンプとして複数の規格のオペアンプを用いることができる。したがって、オペアンプの代替品を用いて、より柔軟な生産工程が実現できるから、生産コストを下げることができる。

図１を用いて、本実施形態に係るＡＤコンバータ入力回路（点線内、図中１で図示）の回路図について説明する。図１に示すように、ＡＤコンバータ入力回路１は、ＡＤコンバータ４の入力回路である。本実施形態で使用するＡＤコンバータ４の最大入力電圧は、５Ｖであり、ＡＤコンバータ入力回路１の出力電圧を５．３Ｖに抑制する必要がある。本実施形態のＡＤコンバータ入力回路１は、この抑制する方法に特徴があり、ＡＤコンバータ入力回路１は、信号入力回路２とオペアンプ３を備えている。また、ＡＤコンバータ入力回路１は、外部からアナログ音声信号を入力する入力端子１０１を付加的に備えている。

なお、２点鎖線で示す矢印は、ＡＤコンバータ入力回路１とＡＤコンバータ４を含む回路のうち、矢印の先が示す部分の電圧Ｖ１〜Ｖ３を指し示すものであり、２点鎖線の四角形の内部に示す電圧の変化５１〜５３は、この矢印で示した各部の電圧Ｖ１〜Ｖ３の時間変化を模式的に表したものである。

入力端子１０１は、ピンケーブルのアナログ音声信号を受け付ける入力端子などで構成する。

信号入力回路２は、これに印加する電源電圧Ｖ１を越えるアナログ音声信号を入力すると、出力信号の波形がクリップして、振幅を電源電圧Ｖ１以下に抑制する素子、回路で構成する。例えば、ＦＥＴ，トランジスタ等で構成する。信号入力回路２は、入力端子１０１からアナログ音声信号の入力を受ける。このとき、入力電圧Ｖ３についての電圧の変化５１に示すように、電源電圧Ｖ１の１０Ｖを越える１２Ｖの振幅のアナログ音声信号を入力できる。このような１０Ｖの振幅を越えるアナログ音声信号を信号入力回路２に入力すると、電圧の変化５２に示すように、信号入力回路２の出力信号Ｖ４の波形にクリップＣ２が生じ、信号入力回路２の出力電圧Ｖ４を１０Ｖに抑制することができる。

オペアンプ３としては、汎用品を用いることができる。オペアンプ３の電源電圧Ｖ２は、オペアンプ３の出力電圧（信号入力回路２の最大出力電圧１０Ｖ×ゲイン０．５＝５Ｖ以下）を十分に上回る電圧であって、オペアンプ３の規格で定められた最大直流電圧、例えば１０Ｖに設定する。これにより、オペアンプ３がクリップすることを回避できる。このようにオペアンプ３の電源電圧Ｖ２を、オペアンプ３がクリップする電圧を超えるように設定しているので、オペアンプ３のゲインは、オペアンプ３の互換品の種類に関わらず、抵抗Ｒ１、Ｒ２により決定され、そのゲインは−Ｒ２／Ｒ１となる。この実施形態では、このＲ１、Ｒ２の抵抗値を調整して、オペアンプ３のゲインを−０．５としている。このように、オペアンプ３のゲインは、オペアンプ３の互換品の種類によらないから、種々の互換品を製造ラインの都合に応じて用いることができる。

電圧の変化５３に示すように、信号入力回路２により、信号入力回路２の出力電圧Ｖ４を信号の波高値を１０Ｖ以下に抑制しており、オペアンプ３のゲインの絶対値を０．５としているので、ＡＤコンバータ入力回路１の出力電圧Ｖ５をＡＤコンバータの最大入力電圧（５．３Ｖ）以下の５Ｖ以下に抑えることができる（電圧の変化５３参照）。

また、この構成によれば、ＡＤコンバータ４に入力する電圧を抑制するのに、オペアンプ３のクリップ特性を用いていないから、オペアンプ３の種類やオペアンプ３に印加する電源電圧に関わらず、ＡＤコンバータ４に入力される電圧を最大入力電圧内の５Ｖに抑制できる。したがって、オペアンプ３に印加する電源電圧Ｖ２を一定電圧の１０Ｖとしていても、オペアンプ３の互換品の種類に関わらず、ＡＤコンバータ４に入力されるアナログ音声信号の電圧の振幅を５Ｖ以下に抑制できる。

ここで、信号入力回路２の電源電圧Ｖ１を求める方法について補足する。本実施形態のＡＤコンバータ入力回路１では、信号入力回路２の電源電圧を前記ＡＤコンバータの最大入力電圧（５．３Ｖ）を前記オペアンプのゲイン（０．５）で除した電圧（１０．６Ｖ）以下に設定すればよい。本実施形態の信号入力回路２の電源電圧Ｖ１は、１０Ｖとしている。このようにすれば、ＡＤコンバータ入力回路１の出力電圧Ｖ５をＡＤコンバータの最大入力電圧以下に抑制できる。

図２を用いて、本実施形態に係るＡＤコンバータ入力回路の回路図の信号入力回路２として、マルチプレクサ２Ａを用いたＡＤコンバータ入力回路１Ａの回路例について説明する。図１と図２は対応しており、同じ機能の部分は、図１と同一の符号を用いており、この部分の構成については、以上の説明を準用する。また、図１と図２が対応関係にある部分は、図１の符号に対してＡを付加している。以下ではこの実施例と図１のＡＤコンバータ入力回路１との相違点を中心に説明する。

図２の実施例では、信号入力回路２としてマルチプレクサ２Ａを用いており、複数の入力端子１０１、１０２から入力したアナログ音声信号を選択できる。本実施形態の信号入力回路２として使用できるマルチプレクサ２Ａの例としては、４０５２、４０５３を用いることができる。この構成で、マルチプレクサ２Ａの電源電圧Ｖ１、およびオペアンプ３の電源電圧Ｖ２を１０Ｖとし、オペアンプ３のゲインが０．５となるように、抵抗Ｒ１、Ｒ２を調整すれば、図１のＡＤコンバータ入力回路１と同様の作用により、図１の電圧の変化５１〜５３と同様の電圧の変化５１Ａ〜５３Ａが得られる。したがって、図２に示すこの実施例でも、オペアンプ３の種類やオペアンプ３に印加する電源電圧に関わらず、ＡＤコンバータ４に入力するアナログ音声信号の振幅を５Ｖ以下に抑制できる。また、複数の入力端子１０１、１０２のアナログ音声信号を選択する必要がある構成では、マルチプレクサ２Ａが図１の信号入力回路２の機能を兼ね備えているから、付加的構成を必要としない。

なお、図２の実施例でも、マルチプレクサ２Ａの電源電圧を前記ＡＤコンバータの最大入力電圧（５．３Ｖ）を前記オペアンプのゲイン（０．５）で除した電圧（１０．６Ｖ）以下に設定すればよい。

本実施形態に係るＡＤコンバータ入力回路の回路図 本実施形態に係るＡＤコンバータ入力回路の回路図

符号の説明

１−ＡＤコンバータ入力回路、 ２−信号入力回路、２Ａ−マルチプレクサ
３−オペアンプ、 ４−ＡＤコンバータ
Ｖ１−電源電圧、 Ｖ２−電源電圧、 Ｖ３−入力電圧
Ｖ４−出力電圧、 Ｖ５−出力電圧
５１−電圧の変化、 ５２−電圧の変化、 ５３−電圧の変化
５１Ａ−電圧の変化、 ５２Ａ−電圧の変化、 ５３Ａ−電圧の変化
Ｃ１−クリップ、 Ｃ２−クリップ、 Ｃ３−クリップ、 Ｃ４−クリップ
１０１−入力端子、 １０２−入力端子

Claims (3)

1. アナログ音声信号を信号入力回路とオペアンプとを介してＡＤコンバータに入力する電子回路に対し、ＡＤコンバータの入力電圧の振幅を抑制するＡＤコンバータ入力回路において、
   前記信号入力回路は、複数のアナログ音声信号系統を選択するセレクタで構成されており、
   前記オペアンプの電源電圧を、予め定められている前記ＡＤコンバータの最大入力電圧以上であって、予め定められている前記オペアンプの最大直流電圧内の十分高い電圧に設定し、
   前記セレクタの電源電圧を、前記ＡＤコンバータの最大入力電圧を前記オペアンプのゲインで除した電圧以下に設定し、
   前記アナログ音声信号の入力レベルに関わらず、ＡＤコンバータの入力電圧の最大値が前記最大入力電圧以下となるようにしたことを特徴とするＡＤコンバータ入力回路。
2. アナログ音声信号を信号入力回路とオペアンプとを介してＡＤコンバータに入力する電子回路に対し、ＡＤコンバータの入力電圧の振幅を抑制するＡＤコンバータ入力回路において、
   前記オペアンプの電源電圧を、予め定められている前記ＡＤコンバータの最大入力電圧以上であって、予め定められている前記オペアンプの最大直流電圧内の十分高い電圧に設定し、
   前記信号入力回路の電源電圧を、前記ＡＤコンバータの最大入力電圧を前記オペアンプのゲインで除した電圧以下に設定し、
   前記アナログ音声信号の入力レベルに関わらず、ＡＤコンバータの入力電圧の最大値が前記最大入力電圧以下となるようにしたことを特徴とするＡＤコンバータ入力回路。
3. 前記信号入力回路は、複数のアナログ音声信号系統を選択するセレクタで構成されている請求項２に記載のＡＤコンバータ入力回路。

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