JP4277599B2 - オフセット補正方法、オフセット補正回路及び電子ボリューム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ボリュームのオフセッットを補正するのに好適なオフセット補正方法、オフセット補正回路及び電子ボリュームに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、増幅回路などを構成要素とするとともに、デジタル信号によって利得が制御される電子ボリュームがある。この電子ボリュームの出力に直流オフセットがある場合、増幅回路の利得を変えると出力の直流電位が変化し、雑音が発生してしまう。
【0003】
ところで、増幅回路の一つであるオペアンプのオフセット電圧は、温度変動及び経年変化などによって変動する。したがって、オペアンプの製造段階においてオフセット電圧を補正することのみでは上記温度変動及び経年変化などで生ずるオフセット電圧を補正することができない。この問題に対応するため、オペアンプの製造段階以降においてオフセット電圧を補正する回路が考え出されている。
【0004】
このような従来のオフセット電圧補正回路としては、オペアンプのオフセット電圧を測定し、そのオフセット電圧を補正値として該オペアンプの入力信号に加算することで、オフセット電圧補正を行うものが考え出されている(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
また、従来のオフセット電圧補正回路としては、オペアンプの入力差動部のそれぞれの負荷トランジスタと直列にMOSトランジスタを追加し、それぞれのMOSトランジスタのゲート−ドレイン間にコンデンサを接続し、双方のコンデンサの充電電圧を調整することによってMOSトランジスタのゲート電圧を変えて、オペアンプのオフセット電圧補正を行うものが考え出されている。
【0006】
また、一般にオペアンプのチップ内に大容量のコンデンサを配置することは困難であるため、上記従来のオフセット電圧補正回路では補正終了時にコンデンサに充電された電荷が短時間で放電されてしまい、一定の周期で常に補正をかける必要があった。そこで、従来においては、コンデンサを用いずに、オペアンプの出力電圧を所定の参照電圧と比較する比較手段(コンパレータ)を用いてオペアンプのオフセット電圧を補正するオフセット電圧補正回路が考え出されている(例えば、特許文献2参照)。
【0007】
【特許文献1】
特公平11−2888833号公報
【特許文献2】
特開平11−88071号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献1に記載されている従来のオフセット電圧補正回路では、オペアンプの入力信号に補正値を加算するので、そのオペアンプのダイナミックレンジ、歪率及び入出力インピーダンスなどが劣化するおそれがある。そこで、上記特許文献1に記載されているオフセット電圧補正回路を用いて電子ボリュームを構成した場合は、かかる電子ボリュームのダイナミックレンジ、歪率及び入出力インピーダンスなどが劣化するおそれがある。
【0009】
また、上記特許文献2に記載されているオフセット電圧補正回路では、オペアンプのオフセットを高精度に零(キャンセル)にするためにはオペアンプのオフセット値を検出するためのコンパレータなどを性能が高精度である必要がある。そして、かかる高精度なコンパレータの設計及び製造は容易でなく多大な製造コストもかかる。
【0010】
また、電子ボリュームの構成要素とされるオペアンプにオフセットがあると、そのオフセット値に応じた雑音が発生してしまう。さらに、増幅機能をもつ電子ボリュームにおいては、かかるオフセット値に応じた雑音が増幅率だけ大きくなって出力してしまう。そこで、従来においては、高精度にオペアンプのオフセットをなくして、雑音のない電子ボリュームを作ろうとすると、その設計及び製造は容易でなく多大な製造コストもかかってしまうという問題点もあった。
【0011】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、増幅回路のオフセットを簡便にかつ高精度に低減することができるオフセット補正方法、オフセット補正回路及び電子ボリュームを提供することを目的とする。
【0012】
また、本発明は、電子ボリュームのオフセットを簡便にかつ高精度に低減することができるオフセット補正方法、オフセット補正回路及び電子ボリュームを提供することを目的とする。
【0013】
また、本発明は、電子ボリュームにおいて生じるノイズであって増幅回路のオフセットが原因となるノイズを簡便にかつ高精度に低減することができる電子ボリュームを提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、この発明は以下の構成を有する。
即ち、請求項1に記載された発明は、増幅手段と該増幅手段のオフセットを検出して補正する信号を出力するオフセット判定手段とを有するオフセット補正回路であって、前記オフセット判定手段は、前記増幅手段の出力と基準値とを比較する比較手段と、前記比較手段の出力に応じてカウント・アップ又はカウント・ダウンするカウンタとを有し、前記増幅手段は、前記カウンタの出力によりオフセットが調整されるオフセット調整手段を有することを特徴とする。
【0015】
本発明によれば、増幅手段のオフセット値を比較手段(コンパレータなど)及びカウンタを用いてデジタル値として検出することができる。そして、本発明によれば、そのデジタル値に基づいてオフセット調整手段の動作又は状態(例えば可変抵抗など、あるいは差動増幅回路の電流制限抵抗など)の値を高精度に制御することができる。したがって、本発明によれば、簡易な回路構成を用いて高精度に増幅回路のオフセットを補正することができる。
また、本発明によれば、オフセット補正の対象とされる増幅手段に、特別な入力信号を加える必要がないので、増幅手段のダイナミックレンジ、歪率及び入出力インピーダンスなどを劣化させることなく、その増幅手段のオフセットを高精度に補正することができる。
【0016】
また、請求項2に記載された発明は、請求項1に記載されたオフセット補正回路において、前記オフセット調整手段が前記増幅手段の構成要素をなす初段増幅部の可変抵抗であり、該可変抵抗は、前記カウンタの出力により抵抗値が制御されるものであることを特徴とする。
本発明によれば、オフセット調整手段が増幅手段の初段増幅部の可変抵抗であるので、増幅手段のオフセットを効果的に簡便かつ高精度に補正することができる。例えばかかる初段増幅部の可変抵抗は、初段増幅部をなす差動増幅回路の電流制限抵抗とすることで、増幅手段のオフセットを効果的にかつ簡便に補正することができる。
【0017】
また、請求項3に記載された発明は、請求項1に記載されたオフセット補正回路において、前記オフセット調節手段が、前記増幅手段のバイアスを前記カウンタの出力に基づいて変更するバイアス可変部と、前記増幅手段の構成要素をなす初段増幅部の可変抵抗部と、のうちの少なくとも一方を有することを特徴とする。
【0018】
本発明によれば、増幅手段のバイアスと増幅手段の初段増幅部の可変抵抗部とのうちの一方、又は両方を前記カウンタの出力に基づいて制御するので、増幅手段のオフセットを簡素な回路構成により高精度に補正することができる。
【0019】
また、請求項4に記載された発明は、請求項1乃至3のいずれか一項に記載されたオフセット補正回路が、電源投入がなされたことを検出してリセット信号を出力する電源投入検出手段をさらに備え、前記リセット信号は、前記オフセット判定手段の始動信号となることを特徴とする。
【0020】
本発明によれば、オフセット補正の対象とされる増幅手段に電源が投入される時に、その増幅手段のオフセットを補正することができる。したがって、本発明によれば、増幅手段に電源が投入される毎に、すなわち増幅手段の起動時毎に、その増幅手段のオフセットを無くすことができるので、温度変動及び経年変化などによって増幅手段をなす素子の特性が変動しても、その増幅手段のオフセットを高精度にかつ簡易に無くすことができる。
【0021】
また、請求項5に記載された発明に係る電子ボリュームは、入力信号が入力される入力部と、前記入力信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段から出力された出力信号が出力される出力部と、前記出力部から出力された出力信号と基準値とを比較する比較手段と、該比較手段の出力に応じてカウント・アップ又はカウント・ダウンするカウンタと、からなるオフセット判定手段と、前記増幅手段の構成要素であって、前記カウンタの出力によりオフセットが調整されるオフセット調整手段と、前記増幅手段から出力された出力信号を該増幅手段の入力信号の一部として負帰還させる可変抵抗器と、を有し、前記増幅手段及び前記可変抵抗器は、利得可変手段を構成していることを特徴とする。
【0022】
本発明によれば、電子ボリュームの主要構成要素をなす増幅手段のオフセット値を、比較手段及びカウンタを用いてデジタル値として検出して高精度に補正することができる。そして、本発明によれば、電子ボリュームの主要構成要素をなす増幅手段に、特別な入力信号を加える必要がないので、増幅手段のダイナミックレンジ、歪率及び入出力インピーダンスなどを劣化させることなく、その増幅手段のオフセットを高精度に補正することができる。
ここで、電子ボリュームの出力に直流オフセットがある場合、その電子ボリュームの利得を変えると出力の直流電位が変化し、その電子ボリュームから雑音が発生することとなる。そして、増幅手段を持った電子ボリュームにおける出力の直流電位は、その増幅手段のオフセットによって決まる。さらに、増幅手段がある電子ボリュームでは、増幅手段のオフセット値は電子ボリュームの増幅率だけ倍増されて出力されるので、オフセットによる雑音発生の弊害は大きくなる。したがって、本発明によれば、雑音発生が少ない電子ボリュームを簡便に提供することができる。また、本発明によれば、温度変動及び経年変化などによって電子ボリュームをなす素子の特性が変動しても、雑音発生を抑えることができる電子ボリュームを簡便に提供することができる。
【0023】
また、請求項6に記載された発明は、請求項5に記載された電子ボリュームにおいて、前記オフセット調整手段が、前記増幅手段の構成要素をなす初段増幅部の可変抵抗であり、該可変抵抗は、前記カウンタの出力により抵抗値が制御されるものであることを特徴とする。
【0024】
本発明によれば、オフセット調整手段が増幅手段の初段増幅部の可変抵抗であるので、増幅手段のオフセットを効果的に簡便かつ高精度に補正することができる。
【0025】
また、請求項7に記載された発明は、請求項5に記載された電子ボリュームにおいて、前記オフセット調節手段が、前記増幅手段のバイアスを前記カウンタの出力に基づいて変更するバイアス可変部と、前記増幅手段の構成要素をなす初段増幅部の可変抵抗部と、のうちの少なくとも一方を有することを特徴とする。
【0026】
本発明によれば、電子ボリュームの主要構成要素をなす増幅手段のバイアスと増幅手段の初段増幅部の可変抵抗部とのうちの一方、又は両方を前記カウンタの出力に基づいて制御するので、増幅手段のオフセットを簡素な回路構成により高精度に補正することができる。
【0027】
また、請求項8に記載された発明は、請求項5乃至7のいずれか一項に記載された電子ボリュームにおいて、電源投入がなされたことを検出してリセット信号を出力する電源投入検出手段をさらに備え、前記リセット信号は、前記オフセット判定手段の始動信号となることを特徴とする。
【0028】
本発明によれば、電子ボリュームの主要構成要素をなすものであってオフセット補正の対象とされる増幅手段に電源が投入される時に、その増幅手段のオフセットを補正することができる。したがって、本発明によれば、増幅手段に電源が投入される毎に、すなわち増幅手段の起動時毎に、その増幅手段のオフセットを無くすことができるので、温度変動及び経年変化などによって増幅手段をなす素子の特性が変動しても、その増幅手段のオフセットを高精度にかつ簡易に無くすことができ、長期間にわたって雑音発生を抑えることができる電子ボリュームを簡便に提供することができる。
【0029】
また、請求項9に記載された発明は、請求項5乃至8のいずれか一項に記載された電子ボリュームにおいて、リセット信号に基づいて前記利得可変手段におけるオフセット調整動作を起動させるとともに、前記カウンタの動作及び前記利得可変手段の利得を制御する制御回路と、前記制御回路から出力されたボリューム値信号に基づいて前記増幅手段の利得を可変する信号を生成して出力するデコーダと、前記増幅手段の利得を変更する構成要素であって前記ボリューム値信号に応じて分圧状態を変える分圧可変抵抗とをさらに備えることを特徴とする。
【0030】
本発明によれば、電子ボリュームに電源が投入される毎に、その電子ボリュームの主要構成要素をなす増幅手段のオフセットを補正して無くすことができる。さらに、本発明によれば、オフセット補正をするときに、増幅手段の利得を大きく(例えば最大値)するので、かかるオフセット値を簡便な回路により高精度に検出して高精度に補正することができる。
【0031】
また、請求項10に記載された発明は、増幅手段のオフセットを補正するオフセット補正方法であって、前記増幅手段の出力と基準値とを比較し、該比較の結果に基づいてカウンタのカウント値をアップ又はダウンさせ、前記増幅手段のオフセットを調整するオフセット調整手段の動作を、前記カウント値に基づいて制御することを特徴とする。
【0032】
本発明によれば、増幅手段のオフセット値をコンパレータなどの比較手段及びカウンタを用いてデジタル値として検出することができる。そして、本発明によれば、そのデジタル値に基づいてオフセット調整手段の動作又は状態(例えば可変抵抗など)を高精度に制御することができる。したがって、本発明によれば簡易な回路構成を用いて高精度に増幅手段のオフセットを補正することができる。
また、本発明によれば、オフセット補正の対象とされる増幅手段に、特別な入力信号を加える必要がないので、増幅手段のダイナミックレンジ、歪率及び入出力インピーダンスなどを劣化させることなく、その増幅手段のオフセットを高精度に補正することができる。
【0033】
また、請求項11に記載された発明は、請求項10に記載されたオフセット補正方法において、前記増幅手段は増幅率が可変であり、前記オフセットの補正は前記増幅手段の増幅率を大きくした状態で行うことを特徴とする。
本発明によれば、オフセット補正をするときに、増幅手段の利得を大きく(例えば最大値)するので、かかるオフセット値を簡便な回路により高精度に検出して高精度に補正することができる。
【0034】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図1は本発明の実施形態に係る電子ボリュームの概要構成の一例を示すブロック図である。
【0035】
(概要構成例)
図1に示す電子ボリューム100は、入力端子(IN)に入力された入力信号に対して所定の利得でこれを増幅しこの増幅された信号を出力信号として出力端子(OUT)から出力するものであり、外部からの信号によって抵抗値などを可変する利得可変部1と、利得可変部1のオフセットを補正するオフセット補正回路をなすオフセット判別回路10とを備えている。利得可変部1は増幅回路であるオペアンプ2と、オペアンプ2の出力を負帰還する可変抵抗3とを備えている。
【0036】
したがって、オペアンプ2及び可変抵抗3からなる利得可変部1の利得(増幅率)は、可変抵抗3を外部信号により変更することにより、制御することができる。そして、オフセット判別回路10は、利得可変部1の構成要素であるオペアンプ2のオフセットを補正するオフセット補正回路である。
【0037】
オペアンプ2は、複数段の増幅部を有する。そして、図2はオペアンプ2の初段増幅部を示す回路図である。このオペアンプ2の初段増幅部は、差動増幅回路を構成しており、定電流源と、トランジスタTr1,Tr2と、可変抵抗R1,R2とを構成要素としている。トランジスタTr1,Tr2それぞれの電流入力端は定電流源に接続されている。トランジスタTr1の電流出力端は可変抵抗R1の一方端に接続されており、トランジスタTr2の電流出力端は可変抵抗R2の一方端に接続されている。可変抵抗R1の他方端及び可変抵抗R2の他方端はそれぞれアースに接続されている。そして、トランジスタTr1の制御端がオペアンプ2のプラス側入力端子となっており、トランジスタTr2の制御端がオペアンプ2のマイナス側入力端子となっている。
【0038】
このような構成のオペアンプ2における可変抵抗R1又は可変抵抗R2の値を、オフセット判別回路10が可変することにより、オペアンプ2のオフセットが補正され実質的に零とされる。
【0039】
また、このような構成において、例えば、可変抵抗R1の値を変化させた場合におけるオペアンプ2のオフセット電圧Voffsetの影響度は、下記数式で表すことができる。
Voffset=Id1×(△R1/R1)/gm
ここで、Id1は可変抵抗R1を流れる電流であり、gmはトランジスタTr1の相互コンダクタンスである。そして、R1は可変抵抗R1の抵抗値であり、△R1は可変抵抗R1の抵抗値の変化分である。
【0040】
オフセット判別回路10は、コンパレータ11と、カウンタ12と、レジスタ13とを有して構成されている。ここで、コンパレータ11自体のオフセットが大きい場合は、オフセット判別回路10のオフセット補正精度が悪くなってしまう。しかし、本実施形態では、オフセット判定時に利得可変部1の利得を大きくすることで、一般的なコンパレータ又はオペアンプを用いて、十分高精度にオフセット補正することができる。したがって、コンパレータ11としてはオペアンプを用いることができる。また、レジスタ13については、カウンタ12にカウント値を保持することができればカウンタ12の出力を直接利得可変部1に出力することとしてもよい。
【0041】
利得可変部1の出力端子は、コンパレータ11のマイナス側端子に接続されている。コンパレータ11のプラス側端子はアースに接続されている。なお、これらのコンパレータ11のプラス側端子とマイナス側端子とは、カウンタ12及びオペアンプ2のオフセット補正方法に合わせて入れ違いに接続してもよい。
【0042】
コンパレータ11の出力端子は、カウンタ12の入力端子に接続されている。カウンタ12の出力端子は、レジスタ13の入力端子に接続されている。レジスタ13の出力端子は利得可変部1のオフセット制御端子に接続されている。オフセット制御端子に与えられたレジスタ13の値により、オペアンプ2のオフセットが制御される。また、出力端子は、スイッチ20によって利得可変部1の出力又はアースに接続される。
【0043】
(概要動作例)
利得可変部1のオフセットは、利得可変部1の電源投入時すなわちオペアンプ2の電源投入時に、オフセット判別回路10によってオフセット補正される。また、利得可変部1のオフセットは、利得可変部1(又は利得可変部1を含んでなる装置)の初期化シーケンスの一部として行うのが好ましい。
【0044】
そこで、かかる電源投入時及びオフセット補正時においては、利得可変部1の出力によって異常事態が生じないように、スイッチ20により出力(OUT)が電子ボリュームから切り離されてアース(アナログ基準電位)される。
【0045】
また、オフセット補正時においては、オフセット判別回路10によって利得可変部1の増幅率が大きく(例えば最大値)に設定される。この増幅率の設定は、可変抵抗3の値を(例えばアースに最も近いタップにスイッチ接続)制御する信号をオフセット判別回路10が電源投入時に出力することで行われる。このように、増幅率を大きく設定することでオフセット検出を容易にする。このとき、オペアンプ2のプラス側入力端子は、入力(IN)からの影響を除くために、アースに接続することが好ましい。さらに可変抵抗3のアース端子に接続すれば外部の影響を小さくすることができる。
【0046】
この状態において、オフセット判別回路10は、利得可変部1の出力を入力して、利得可変部1のオフセット(オペアンプ2のオフセット)を判別(検出)し、その判別結果に基づいてオペアンプ2の初段増幅部のオフセットをデジタル制御で調整する。このオペアンプ2の初段増幅部のオフセット調整は、図2に示す可変抵抗R1,R2を可変制御することにより行い、その可変制御は上記オペアンプ2のオフセット電圧Voffsetの影響度を示す数式に基づいて行う。
【0047】
オフセット判別回路10におけるオフセットの判別は、次のように行われる。例えば、オフセットがプラス側に発生した場合、コンパレータ11がオペアンプ2の出力電圧と基準値(アース電位)とを比較した結果に応じた信号を出力する。これにより、カウンタ12はそのオフセットの大きさに応じた値だけカウント値をダウン(又はアップ)させる。すると、レジスタ13は、カウンタ12のカウント値を入力して保持するとともにオペアンプ2の可変抵抗R2(又は可変抵抗R1)の値を小さくする(又は大きくする)信号を出力する。これにより、オペアンプ2のオフセットは実質的に無くなる。
【0048】
一方、オフセットがマイナス側に発生した場合、コンパレータ11がオペアンプ2の出力電圧と基準値(アース電位)とを比較した結果に応じた信号を出力する。これにより、カウンタ12はそのオフセットの大きさに応じた値だけカウント値をアップ(又はダウン)させる。すると、レジスタ13は、カウンタ12のカウント値を入力して保持するとともにオペアンプ2の可変抵抗R1(又は可変抵抗R2)の値を小さくする(又は大きくする)信号を出力する。これにより、オペアンプ2のオフセットは実質的に無くなる。
【0049】
これらのように、オフセット判別回路10は、利得可変部1のオフセット値であるアナログ値をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号によってオペアンプ2の可変抵抗R1,R2を調整して、利得可変部1のオフセットを無くすことができる。この時のオフセット値をデジタル信号としてレジスタに保持することで、以後電子ボリューム100をオフセットのない状態で動作させることができる。
【0050】
また、本実施形態によれば、利得可変部1のオフセット補正をするときに利得可変部1の利得(増幅率)を大きくするので、そのオフセットもかかる増幅率だけ倍増されてオフセット判別回路10に入力される。したがって、本実施形態によれば、コンパレータ11の精度に対する影響を小さくして利得可変部1のオフセット補正をすることができ、コンパレータ11として一般的なオペアンプなどを用いて高精度にオフセット補正することができる。
【0051】
また、本実施形態によれば、利得可変部1の電源投入時にオフセットを補正するので、かかる増幅回路のオフセットをその電源投入時に回路状態及び周囲温度状態などに応じて高精度に無くすことができる。そして、本発明によれば、利得可変部1の電源投入時毎に、すなわち利得可変部1の初期化シーケンスの毎に、その利得可変部1のオフセットを無くすことができるので、温度変動及び経年変化などによってオペアンプ2をなす素子の特性が変動しても、そのオペアンプ2のオフセットを高精度にかつ簡易に無くすことができる。
【0052】
また、本実施形態によれば、利得可変部1又はオペアンプ2に、特別な入力信号を加える必要がないので、利得可変部1のダイナミックレンジ、歪率及び入出力インピーダンスなどを劣化させることなく、その利得可変部1のオフセットを高精度に無くすことができる。
【0053】
したがって、これらにより、本実施形態の電子ボリューム100は、増幅回路(オペアンプ2)のオフセットを精密に補正することができるので、雑音発生が極めて少ない電子ボリュームとなることができる。
【0054】
(具体的構成例)
次に、上記電子ボリューム100の具体的な構成例について図3から図7を参照して説明する。図3は、電子ボリューム100の具体的構成例を示すブロック図である。本電子ボリューム100は図1に示す電子ボリューム100と同様に利得可変部1と、オフセット判別回路10とを備えている。なお、図3において図1に示す符号と同一符号のものは同一の機能を有するものとする。
【0055】
利得可変部1は、オペアンプ2と、オペアンプ2の出力を負帰還する可変抵抗3と、オペアンプ2の入力信号を分圧する可変抵抗4と、外部信号に基づいて可変抵抗3,4を制御するデコーダ5とを備えている。デコーダ5は、オフセット判別回路10から出力されたボリューム値信号(ゲイン制御信号)DEEを入力し、そのボリューム値信号DEEに基づいて信号SA,SBを出力することで可変抵抗3,4を制御する。オペアンプ2は、オフセット判別回路10から出力されたオフセット調整データ信号CALBによって構成要素の属性(抵抗値)が可変制御されオフセット補正される。
【0056】
オフセット判別回路10は、コンパレータ11と、カウンタ12と、パワーオンリセット回路15と、発振回路16と、分周回路17と、制御回路18とを備えている。電子ボリューム1の出力端は、コンパレータ11のプラス側入力端子に接続されている。コンパレータ11のマイナス側入力端子はアースに接続されている。
【0057】
コンパレータ11は、オフセット判別信号OFSを出力する。そして、コンパレータ11の出力端子は、カウンタ12の入力端子に接続されている。カウンタ12の出力端子は、利得可変部1の入力端子に接続されている。そして、カウンタ12は、オフセット調整データ信号CALBを利得可変部1に出力する。ここでは、図1に示したレジスタ13が省略されている。これはカウンタ12がデータ保持するように制御されているためである(後述)。また、カウンタ12のカウント値(初期値など)は、制御回路18から出力される設定信号SETで設定される。また、カウンタ12に入力されるクロック信号CKCNTは、制御回路18の出力信号/MASKと分周回路17の出力信号160USとの論理積することで生成される。
【0058】
発振回路16のクロック信号C20US(例えば周期20μS)は、分周回路17及び制御回路18に入力される。分周回路17は、入力した信号を1/8に分周して出力する。パワーオンリセット回路15は、電子ボリューム100が電源投入されると、リセット信号RSTNを制御回路18に出力するものであり、その電源投入がなされたことを検出する電源投入検出手段となる。
【0059】
制御回路18は、電子ボリューム100全体の動作を制御するものであり、オフセットキャンセル・イネーブル信号/ENBLを利得可変部1,コンパレータ11及び発振回路16に出力する。また、制御回路18は、利得可変部1の増幅率(利得)を制御するボリューム値信号DEEを出力する。また、制御回路18には、コンパレータ11から出力されたオフセット判別信号OFSなどが入力される。
【0060】
次に、利得可変部1の構成要素をなすオペアンプ2の具体的な構成例について図4から図6を参照して説明する。図4はオペアンプ2の構成例を示す要部回路図である。オペアンプ2は、トランジスタTr1,Tr2,Tr3,Tr4,Tr5,Tr6,Tr7と、バイアス可変部41と、可変抵抗R1,R2からなる可変抵抗部42と、2つの定電流源とを有して構成されている。そして、トランジスタTr1,Tr2,バイアス可変部41と可変抵抗R1,R2とは初段増幅部を構成している。トランジスタTr3,Tr4,Tr5,Tr6,Tr7は後段増幅部を構成している。
【0061】
図5は、図4におけるバイアス可変部41の具体例を示す回路図である。バイアス可変部41は、トランジスタTr11,Tr12,Tr13,Tr14,Tr15及びスイッチS11,S12,S13,S14からなるプラス側回路と、トランジスタTr21,Tr22,Tr23,Tr24,Tr25及びスイッチS21,S22,S23,S24からなるプラス側回路とで構成されている。このプラス側回路は、トランジスタTr1と可変抵抗R1との間に設けられている。また、マイナス側回路は、トランジスタTr2と可変抵抗R2との間に設けられている。各トランジスタの幅をW、長さをLとし、その比W/L=mとしたとき、トランジスタTr12のmを1とすると、トランジスタTr13は2m、トランジスタTr14は4m、トランジスタTr15は8mとなる。すなわち、トランジスタTr13はトランジスタTr12相当のトランジスタを2個並列に接続したことと等価なトランジスタである。また、トランジスタTr14はトランジスタTr12相当のトランジスタを4個並列に接続したこと、トランジスタTr15はトランジスタTr12相当のトランジスタを8個並列に接続したこと、と等価なトランジスタである。トランジスタTr12のmとトランジスタTr22のmは同じである。
【0062】
そして、トランジスタTr11,Tr12,Tr13,Tr14,Tr15それぞれ入出力端は、並列に接続されている。また、トランジスタTr21,Tr22,Tr23,Tr24,Tr25それぞれ入出力端は、並列に接続されている。スイッチS11,S12,S13,S14は、トランジスタTr12,Tr13,Tr14,Tr15それぞれのゲートに所定電圧Vg1を印加させるか否かを切り替えるスイッチである。
【0063】
また、スイッチS21,S22,S23,S24は、トランジスタTr22,Tr23,Tr24,Tr25それぞれのゲートに所定電圧Vg1を印加させるか否かを切り替えるスイッチである。そして、スイッチS11,S12,S13,S14,S21,S22,S23,S24は、オフセット判別回路10から出力されるオフセット調整データ信号CALBによって制御される。各スイッチは、制御信号が「0」の時に各トランジスタのゲートはVg1に、「1」の時に電源に接続(トランジスタはオフ)される。
【0064】
ここで、オフセット調整データ信号CALBは、利得可変部1内のデコーダ21(後述)により、スイッチS11,S12,S13,S14,S21,S22,S23,S24をそれぞれ制御する信号CB0・4,CB1・4,CB2・4,CB3・4,/(CB0)・/4,/(CB1)・/4,/(CB2)・/4,/(CB3)・/4に変換される。
上記において、「/」記号は、その記号の後に示す信号を反転させた信号であることを意味し、論理記号における「否定論理」を意味している。例えば、/(CB0)は、信号CB0を反転させた信号である。そして、「/(CB0)・/4」は信号CB0を反転させた信号と信号CB4を反転させた信号との論理績を意味している。以下の記載においても同様に表現する。
【0065】
図6は、オペアンプ2における可変抵抗R1,R2からなる可変抵抗部42の具体的な構成例を示す回路図である。可変抵抗部42は、抵抗R11,R12,R21,R22と、スイッチS31,S32,S33,S34,S35,S36と、定電流源CC1,CC2,CC3,CC4とで構成されている。
各定電流源は、定電流源CC1の電流をiとすると、定電流源CC2はその2倍の2i、定電流源CC3はその3倍の3i、定電流源CC4はその4倍の4iとなるように設定されている。
【0066】
スイッチS31,S32,S33,S34,S35,S36は、オフセット調整データ信号CALBによりそれぞれ制御される。例えば、オフセット調整データ信号CALBが5ビット(LSBの第0ビットからMSBの第4ビットまで)のデジタル信号からなるものとする。すると、スイッチS31,S32はオフセット調整データ信号CALBの第4ビットで制御され、スイッチS33はオフセット調整データ信号CALBの第0ビットで制御され、スイッチS34はオフセット調整データ信号CALBの第1ビットで制御され、スイッチS35はオフセット調整データ信号CALBの第2ビットで制御され、スイッチS36はオフセット調整データ信号CALBの第3ビットで制御されるものとする。
【0067】
これらのように、利得可変部1内のオペアンプ2における初段増幅部をなす差動増幅回路のプラス側構成要素及びマイナス側構成要素の各特性は、オフセット調整データ信号CALBによってそれぞれ別個にデジタル制御される。したがって、利得可変部1内のオペアンプ2のオフセットは、オフセット調整データ信号CALBによって精密にかつ簡便に補正することができる。
【0068】
図7は、利得可変部1の構成要素であってオフセット調整データ信号CALBを所望信号に変換するデコーダ21の構成例を示す回路図である。デコーダ21は、インバータ51,52,53,54,55と、アンド回路61,62,63,64,65,66,67,68とで構成されている。そして、デコーダ21は、オフセット調整データ信号CALBを、上記スイッチS11,S12,S13,S14,S21,S22,S23,S24をそれぞれ制御する信号CB0・4,CB1・4,CB2・4,CB3・4,/(CB0)・/4,/(CB1)・/4,/(CB2)・/4,/(CB3)・/4に変換して出力する。
【0069】
(具体的動作例)
次に、上記電子ボリューム100の具体的な動作について図8及び図9を参照して説明する。図8は、電子ボリューム100の具体的動作例を示すフローチャートである。図9は、図3に示す電子ボリューム100における各部の信号を示すタイミングチャートである。
【0070】
先ず、電子ボリューム100が電源投入され電源オンとされる(ステップS1)。
するとパワーオンリセット回路15からリセット信号RSTNが出力される。すると、制御回路18は、リセット信号RSTNを入力し、これによりオフセットキャンセル(補正)を始動すべく、オフセットキャンセル・イネーブル信号/ENBL(ローレベル)を出力する(ステップS2)。
このオフセットキャンセル(補正)の始動は、外部要求(信号/CB)に基づいて行ってもよい。
【0071】
ステップS2におけるオフセットキャンセル・イネーブル信号/ENBL(ローレベル)の出力により、オフセット判別回路10は始動される。そして、発振回路16は、オフセットキャンセル・イネーブル信号/ENBL(ローレベル)を入力すると、発振し、例えば周期20μSのクロック信号C20USを出力する。このとき制御回路18から出力される出力信号/MASKはローレベルとされる。そして、出力信号/MASKがローレベルとなっている間(例えば160ms)、利得可変部1の利得(増幅率)を大きくし(例えば46dB)、かつ利得可変部1の入力を無し(アース電位)にするように、制御回路18がボリューム値信号(ゲイン制御信号)DEEを出力する。
【0072】
このボリューム値信号DEEは利得可変部1のデコーダ(ボリュームレジスタ)5に保持される。そして、デコーダ5は、ボリューム値信号DEEを信号SA,SBとして出力して、可変抵抗3,4の値を制御する。これにより、図3における可変抵抗3のタップは図中左端に設定され、オペアンプ2のプラス入力端子がアースに接続される。オペアンプ2のオフセットが正確に検出できる状態となる(ステップS3)。
例えば、可変抵抗3のタップが図中左端に設定されたとき、可変抵抗3におけるタップの図中左側の抵抗値が「1」とすると、同図中右側の抵抗値が「199」となるものとする。この1対199の抵抗比により、オペアンプ2及び可変抵抗3による利得が200位(46dB)となる。この状態とすることで、オペアンプ2のオフセットが46dB増幅されて出力される。
【0073】
また、ステップS3の状態では、カウンタ12が入力するクロック信号CKCNTが発生していないので、カウンタ12は計数していない。次いで、制御回路18は、内蔵するマスクカウンタ(図示せず)によるゼロクロスタイマーカウンタを始動する。このマスクカウンタは、利得可変部1の本来の動作出力と、オフセット補正のための出力との切替タイミングを制御する機能を有している。また、マスクカウンタは、例えば分周回路17を介して周期20μSのクロック信号C20USを8000計数することで160ms測定し、この160msだけ待ち状態をつくる(ステップS4)。
【0074】
次いで、ステップS4の160msが経過すると、出力信号/MASKはハイレベルとなる。そして、出力信号/MASKがハイレベルとなると、カウンタ12にはクロック信号CKCNTが入力され、カウンタ12は計数動作が可能となり、オフセット判別信号OFSの検出が可能となる(ステップS5)。
【0075】
ここで、カウンタ12は5ビットカウンタで初期値が10h(16進数の「10」)に設定されている。そして、カウンタ12は、オフセット判別信号OFSの状態に応じてアップ/ダウン動作を行うことで、利得可変部1のオフセット値を検出する。具体的には、オフセット判別信号OFSがハイレベルの時はカウントアップし、オフセット判別信号OFSがローレベルの時はカウントダウンする(ステップS6)。
【0076】
そして、カウンタ12の出力であるオフセット調整データ信号CALBによって利得可変部1におけるオペアンプ2のオフセットが1ステップ毎に調整される。図9に示す例では、オフセット判別信号OFSがハイレベルであるので、オフセット調整データ信号CALBは10h、11h、12h、…1Bhと増加し、オフセットは段階的に下がってくる。これにより、図7に示すデコーダ21の出力信号CB0・4,CB1・4,CB2・4,CB3・4,/(CB0)・/4,/(CB1)・/4,/(CB2)・/4,/(CB3)・/4は次のようになる。
【0077】
オフセット調整データ信号CALBは10hのとき、出力信号CB0・4,CB1・4,CB2・4,CB3・4,/(CB0)・/4,/(CB1)・/4,/(CB2)・/4,/(CB3)・/4は全てローレベルとなる。
【0078】
バイアス可変部41(図5)においては、スイッチS11〜S14,S21〜S24は全てVg1側に接続され、+側及び−側とも同じバイアス値となる。可変抵抗部42(図6)においては、スイッチS31のみオンとされ、他のスイッチは全てオフとされ、定電流源はどちらにも接続されない状態となる。
オフセット調整データ信号CALBは11h(CALB4=1,CALB3=0,CALB2=0,CALB1=0,CALB0=1)のとき、出力信号CB0・4の1つだけハイレベルとなり、他の出力信号CB1・4,CB2・4,CB3・4,/(CB0)・/4,/(CB1)・/4,/(CB2)・/4,/(CB3)・/4はローレベルとなる。
バイアス可変部41(図5)においては、スイッチS11のみ電源側となり、トランジスタTr12はオフとなり、+側のバイアス値を上げる。可変抵抗部42(図6)においては、スイッチS31,S33がオンとなり、+側の電流を増やし(抵抗を小さくすることに相当する)、オフセット電圧を下げる。
【0079】
オフセット調整データ信号CALBは12h(CALB4=1,CALB3=0,CALB2=0,CALB1=1,CALB0=0)のとき、出力信号CB1・4だけハイレベルとなり、他の出力信号CB0・4,CB2・4,CB3・4,/(CB0)・/4,/(CB1)・/4,/(CB2)・/4,/(CB3)・/4はローレベルとなる。
可変バイアス部41(図5)においては、スイッチS12のみ電源側となり、トランジスタTr13はオフとなる。可変抵抗部42(図6)においては、スイッチS31,S32がオンとなり、+側の電流をさらに増やす。オフセット電圧は、CALB=11hの時よりさらに下がる。
【0080】
これらにより、図5に示すS11,S12などが段階的に制御され、トランジスタTr12,Tr13などがオフ状態となり、さらに図6に示すスイッチS31,S32などが段階的に制御され、+側(又は−側)の電流を可変して、オペアンプ2のオフセットが段階的に補正される(ステップS7)。
【0081】
次いで、制御回路18は、オフセット判別信号OFSを監視していて、オフセット判別信号OFSがハイレベルからローレベルに反転したことを検出する(ステップS8)。
【0082】
すると、制御回路18は、オフセットキャンセル・イネーブル信号/ENBLをハイレベルにし、出力信号/MASKをロウレベルとする。これにより、オフセット調整データ信号CALBはその時の値で保持され、オフセットキャンセル動作が終了する(ステップS9,S10)。
そして、制御回路18ないのマスクカウンタにおけるゼロクロスタイマーカウンタがリセットされる(ステップS11)。
【0083】
これらのように、電源投入時にリセット信号RSTNによって、オフセットキャンセル動作が開始されるが、外部からの制御信号/CBによって上記と同様の動作を開始してもよい。これは、上位のシステム制御部(CPU)が必要に応じて電子ボリューム100のオフセットキャンセル動作を行うときに用いられる。
【0084】
また、これらにより、本実施形態の電子ボリューム100は、構成要素とする増幅回路(オペアンプ2)のオフセットを精密に補正することができるので、雑音発生が極めて少ない電子ボリュームとなることができる。
【0085】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
上記実施形態では、オフセット調整のため、バイアス可変部41と可変抵抗部42との両方を備えた例を示したが、回路を構成するトランジスタ、オフセット出力値の要求などから、バイアス可変部41と可変抵抗部42とにおけるどちらか一方のみを用いる構成としてもよい。このような構成にすると、可変範囲は小さくなるが、回路構成をより簡素化することができる。
【0086】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、増幅回路のオフセットを簡便にかつ高精度に低減することができるオフセット補正回路及び電子ボリュームを提供することができる。
また、本発明によれば、電子ボリュームのオフセットを簡便にかつ高精度に低減することができるオフセット補正回路及び電子ボリュームを提供することができる。
また、本発明によれば、電子ボリュームにおいて生じるノイズであって増幅回路のオフセットが原因となるノイズを簡便にかつ高精度に低減することができる電子ボリュームを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態に係る電子ボリュームのブロック図である。
【図2】 同上の電子ボリュームにおけるオペアンプの初段増幅部の回路図である。
【図3】 同上の電子ボリュームの具体的構成例を示すブロック図である。
【図4】 同上の電子ボリュームにおけるオペアンプの要部回路図である。
【図5】 同上オペアンプのバイアス可変部の一部を示す回路図である。
【図6】 同上オペアンプの初段増幅回路の可変抵抗部の回路図である。
【図7】 同上の電子ボリュームにおけるオフセット調整用のデコーダを示す回路図である。
【図8】 同上の電子ボリュームの動作を示すフローチャートである。
【図9】 同上の電子ボリュームにおける各部の信号を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
1…利得可変部、2…オペアンプ、3,4…可変抵抗、5…デコーダ、10…オフセット判別回路、11…コンパレータ、12…カウンタ、13…レジスタ、15…パワーオンリセット回路、16…発振回路、17…分周回路、18…制御回路、20…スイッチ、51,52,53,54,55…インバータ、61,62,63,64,65,66,67,68…アンド回路、100…電子ボリューム
Claims (7)
- 増幅手段と該増幅手段のオフセットを検出して補正する信号を出力するオフセット判定手段とを有するオフセット補正回路であって、
前記オフセット判定手段は、
前記増幅手段の出力と基準値とを比較する比較手段と、
前記比較手段の出力に応じてカウント・アップ又はカウント・ダウンするカウンタとを有し、
前記増幅手段は、
前記カウンタの出力によりオフセットが調整されるオフセット調整手段を有し、
前記オフセット調整手段は、
前記増幅手段のバイアスを前記カウンタの出力に基づいて変更するバイアス可変部と、
前記カウンタの出力により抵抗値が制御される、前記増幅手段の構成要素をなす初段増幅部の可変抵抗部と、を有し、
前記バイアス可変部は、
前記初段増幅部を構成する一対の差動用のトランジスタの一方に接続され、各々が並列に接続された複数のトランジスタからなるプラス側回路と、
前記初段増幅部を構成する一対の差動用のトランジスタの他方に接続され、各々が並列に接続された複数のトランジスタからなるマイナス側回路と、から構成され、
オフセット補正の初期状態において前記プラス側回路及びマイナス側回路のトランジスタのオンオフを初期設定し、その後前記カウンタが順次カウント・アップ又はカウント・ダウンすることにより前記プラス側回路及びマイナス側回路のトランジスタを順次オン又はオフにしてバイアス値を制御する
ことを特徴とするオフセット補正回路。 - 前記オフセット補正回路は、
電源投入がなされたことを検出してリセット信号を出力する電源投入検出手段をさらに備え、
前記リセット信号は、前記オフセット判定手段の始動信号となることを特徴とする請求項1に記載のオフセット補正回路。 - 入力信号が入力される入力部と、
前記入力信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段から出力された出力信号が出力される出力部と、
前記出力部から出力された出力信号と基準値とを比較する比較手段と、該比較手段の出力に応じてカウント・アップ又はカウント・ダウンするカウンタと、からなるオフセット判定手段と、
前記増幅手段の構成要素であって、前記カウンタの出力によりオフセットが調整されるオフセット調整手段と、
前記増幅手段から出力された出力信号を該増幅手段の入力信号の一部として負帰還させる可変抵抗器と、を有し、
前記増幅手段及び前記可変抵抗器は、利得可変手段を構成し、
前記オフセット調整手段は、
前記増幅手段のバイアスを前記カウンタの出力に基づいて変更するバイアス可変部と、
前記カウンタの出力により抵抗値が制御される、前記増幅手段の構成要素をなす初段増幅部の可変抵抗部と、を有し、
前記バイアス可変部は、
前記初段増幅部を構成する一対の差動用のトランジスタの一方に接続され、各々が並列に接続された複数のトランジスタからなるプラス側回路と、
前記初段増幅部を構成する一対の差動用のトランジスタの他方に接続され、各々が並列に接続された複数のトランジスタからなるマイナス側回路と、から構成され、
オフセット補正の初期状態において前記プラス側回路及びマイナス側回路のトランジスタのオンオフを初期設定し、その後前記カウンタが順次カウント・アップ又はカウント・ ダウンすることにより前記プラス側回路及びマイナス側回路のトランジスタを順次オン又はオフにしてバイアス値を制御する
ことを特徴とする電子ボリューム。 - 前記電子ボリュームは、
電源投入がなされたことを検出してリセット信号を出力する電源投入検出手段をさらに備え、
前記リセット信号は、前記オフセット判定手段の始動信号となることを特徴とする請求項3に記載の電子ボリューム。 - 前記電子ボリュームは、
リセット信号に基づいて前記利得可変手段におけるオフセット調整動作を起動させるとともに、前記カウンタの動作及び前記利得可変手段の利得を制御する制御回路と、
前記制御回路から出力されたボリューム値信号に基づいて前記増幅手段の利得を可変する信号を生成して出力するデコーダと、
前記増幅手段の利得を変更する構成要素であって前記ボリューム値信号に応じて分圧状態を変える分圧可変抵抗とをさらに備えることを特徴とする請求項3又は4に記載の電子ボリューム。 - バイアス可変部と可変抵抗部とを有する増幅手段のオフセットを補正するオフセット補正方法であって、
前記バイアス可変部は、
前記初段増幅部を構成する一対の差動用のトランジスタの一方に接続され、各々が並列に接続された複数のトランジスタからなるプラス側回路と、
前記初段増幅部を構成する一対の差動用のトランジスタの他方に接続され、各々が並列に接続された複数のトランジスタからなるマイナス側回路と、から構成されるものであり、
オフセット補正の初期状態において、前記プラス側回路及びマイナス側回路のトランジスタのオンオフを初期設定し、
その後、前記増幅手段の出力と基準値とを比較し、
該比較の結果に基づいてカウンタのカウント値をアップ又はダウンさせることにより前記プラス側回路及びマイナス側回路のトランジスタを順次オン又はオフにしてバイアス値を制御する
ことを特徴とするオフセット補正方法。 - 前記増幅手段は、増幅率が可変であり、
前記オフセットの補正は、前記増幅手段の増幅率を大きくした状態で行うことを特徴とする請求項6に記載のオフセット補正方法。
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