JP5473531B2 - バイアス電位発生回路 - Google Patents

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Description

本発明は、バイアス電位発生回路に係り、特に、オーディオアンプ等に適用可能なバイアス電位発生回路に関するものである。
従来、バイアス電位を発生する回路としては、図12に示すようなバイアス電位発生回路100が一般的である。同図に示すバイアス電位発生回路100は、一端が電源VDDに接続されたスイッチSW1と、一端がスイッチSW1の他端に接続された抵抗R1と、一端が抵抗R1の他端に接続され、他端が接地された抵抗R2と、一端が抵抗R1の他端と抵抗R2の一端との接続点であるノード1に接続され、他端が接地された容量素子C1と、を含んで構成されている。
このようなバイアス電位発生回路100は、抵抗R1、R2の抵抗値の大小によって所望のバイアス電位を発生させることができる。
具体的な動作としては、図13に示すように、起動時においては、スイッチSW1のオンオフを制御する信号であるイネーブル信号ENをオンすることにより、スイッチSW1を導通状態にする。これにより、電源VDDからの電荷が容量素子C1に徐々に充電される。その結果、ノード1のバイアス電位がGNDレベルから所定のバイアス電位まで徐々に上昇する。このバイアス電位の立ち上がり時間、すなわち時定数τは、抵抗R1、R2の抵抗値、及び、容量素子C1の容量によって決定される。
シャットダウン時についても基本動作は起動時と同様であり、イネーブル信号ENをオフすることにより、スイッチSW1を非導通状態にする。これにより、容量素子C1に蓄積されていた電荷が抵抗R2を介してGNDに徐々に放電される。その結果、図14に示すように、ノード1のバイアス電位が徐々に低下する。この際の時定数τは、抵抗R2の抵抗値と容量素子C1の容量によって決定される。
この種のバイアス電位発生回路は、例えばオーディオアンプ等における基準電位の発生用として用いられるが、オーディオアンプ等に用いる場合、バイアス電位発生回路の起動時に発生するPOPノイズが問題となる。
特許文献1には、基準電位を発生させるための平滑化コンデンサをPWM(Pulse Width Modulation)信号、すなわちパルス幅変調信号によって制御することにより、起動時に発生するPOPノイズを抑制する制御装置が開示されている。
POPノイズは、バイアス電位発生回路の起動時における電位の遷移に起因するノイズであり、これを良好な特性にするためには、抵抗R1、R2の抵抗値、及び、容量素子C1の容量を大きくし、時定数τを長くしなければならない。
これにより、抵抗や容量素子のコストが増大すると共に、バイアス電位発生回路のサイズが大型化してしまう、という問題があった。
例えば特許文献1に記載された制御装置が接続される負荷、すなわち制御対象はスピーカーであるが、スピーカーは低インピーダンスであるため、基準電位まで電圧を上昇させるには、制御装置の基準電位を発生させるための回路にかなりサイズの大きいトランジスタが必要となる。このため、回路面積が大きくなり、コストが高くなる。また、スピーカーへの配線が長くなることによりスイッチングノイズ(EMIノイズ)が外部へ漏れる可能性もある。
また、特許文献2には、図15に示すように、基準電位を予め定めたバイアス電位Vrefまで立ち上げるために、2つの閾値電位V1、V2を定め、基準電位を0Vから徐々に上昇させ、閾値電位V1を超えた後に急速に上昇させ、基準電位が閾値電位V2を越えた後に徐々に上昇させるポップノイズ防止回路が開示されている。
特開2007−151098号公報 特開2005−217613号公報
しかしながら、上記特許文献2に記載された回路では、閾値電位V1、V2を越える前後で基準電位を滑らかに変化させることができないため、閾値電位V1、V2付近でやはりポップノイズが発生してしまう場合がある、という問題があった。
本発明は、上述した課題を解決するために提案されたものであり、ポップノイズを効果的に抑制することができるバイアス電位発生回路を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、予め定めた周波数のクロック信号を生成するクロック信号生成手段と、前記クロック信号生成手段により生成された前記クロック信号に同期して、正弦波の立ち上がり部分の立ち上がり波形信号を生成する立ち上がり波形信号生成手段と、前記クロック信号生成手段により生成された前記クロック信号に同期して、前記立ち上がり波形信号生成手段により生成された前記立ち上がり波形信号に基づいてパルス幅変調したパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調信号生成手段と、一端がオペアンプの基準電位入力端子側に接続された第1の抵抗と、一端が前記第1の抵抗の一端及び前記オペアンプの基準電位入力端子側に接続され、他端が接地された第2の抵抗と、一端が電源に接続されると共に他端が前記第1の抵抗の他端に接続され、前記パルス幅変調信号生成手段により、前記正弦波の立ち上がり部分の立ち上がり波形信号に基づいて生成されたパルス幅変調信号によりオンオフするスイッチと、を備えたことを特徴とする。
請求項2記載の発明は、正弦波の立ち下がり部分の立ち下がり波形信号を生成する立ち下がり波形信号生成手段と、本回路の起動時には、前記立ち上がり波形信号を選択して前記パルス幅変調信号生成手段に出力し、本回路の停止時には、前記立ち下がり波形信号を選択して前記パルス幅変調信号生成手段に出力する波形信号選択手段と、をさらに備えたことを特徴とする。
請求項3記載の発明は、予め定めた周波数のクロック信号を生成するクロック信号生成手段と、前記クロック信号生成手段により生成された前記クロック信号に同期して、正弦波の立ち上がり部分の立ち上がり波形信号を生成する立ち上がり波形信号生成手段と、前記クロック信号生成手段により生成された前記クロック信号に同期して、前記立ち上がり波形信号生成手段により生成された前記立ち上がり波形信号に基づいてパルス幅変調したパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調信号生成手段と、前記パルス幅変調信号生成手段により生成されたパルス幅変調信号を反転した反転パルス幅変調信号を生成する反転手段と、一端がオペアンプの基準電位入力端子側に接続された第1の抵抗と、一端が前記第1の抵抗の一端及び前記オペアンプの基準電位入力端子側に接続され、他端が接地された第2の抵抗と、一端が電源に接続されると共に他端が前記第1の抵抗の他端に接続され、起動時には前記パルス幅変調信号生成手段により生成された前記パルス幅変調信号により、停止時には前記反転手段により生成された前記反転パルス幅信号によりオンオフするスイッチと、を備えたことを特徴とする。
請求項4記載の発明は、前記オペアンプの基準電位入力端子と、前記第1の抵抗と前記第2の抵抗との接続点と、の間に、ノイズ除去フィルタをさらに備えたことを特徴とする。
請求項5記載の発明は、前記クロック信号生成手段は、前記予め定めた周波数よりも高い周波数のクロック信号を生成し、前記ノイズ除去フィルタは、前記予め定めた周波数に対応した抵抗値よりも低い抵抗値の抵抗及び容量素子から成ることを特徴とする。
請求項6記載の発明は、前記パルス幅変調信号生成手段は、前記立ち上がり波形信号をΔΣ変換することにより前記パルス幅変調信号を生成することを特徴とする。
以上説明したように本発明によれば、ポップノイズを効果的に抑制することができる、という効果を奏する。
第1実施形態に係るバイアス電位発生回路の回路図である。 Sin波の波形を示す波形図である。 Sin波の立ち上がり部分の波形を示す波形図である。 (A)はSin波の立ち上がり部分の波形を示す波形図、(B)はパルス幅変調信号を示す波形図、(C)は回路の起動時の増幅器の基準電位入力端子の電圧の波形図である。 第2実施形態に係るバイアス電位発生回路の回路図である。 増幅器の基準電位入力端子の電圧にノイズが乗った場合の波形図である。 第4実施形態に係るバイアス電位発生回路の回路図である。 Sin波の波形を示す波形図である。 Sin波の立ち下がり部分の波形を示す波形図である。 回路の停止時の増幅器の基準電位入力端子の電圧の波形図である。 第5実施形態に係るバイアス電位発生回路の回路図である。 従来例に係るバイアス電位発生回路の回路図である。 従来例に係るバイアス電位発生回路の起動時におけるイネーブル信号ENの波形及びノード1のバイアス電位の波形を示す図である。 従来例に係るバイアス電位発生回路のシャットダウン時におけるイネーブル信号ENの波形及びノード1のバイアス電位の波形を示す図である。 従来例に係るバイアス電位発生回路により発生されたバイアス電位の波形図である。
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1には、本発明の第1実施形態に係るバイアス電位発生回路10の回路図を示した。なお、図12に示すバイアス電位発生回路100と同一部分には同一符号を付した。
図1に示すように、バイアス電位発生回路10は、予め定めた周波数(本実施形態では、一例として8kHz)のクロック信号を生成するクロック供給回路12と、Sin波(正弦波)の立ち上がり部分の立ち上がり波形信号を生成する立ち上がりSin波生成回路14と、立ち上がりSin波生成回路14により生成された立ち上がり波形信号に基づいてパルス幅変調したパルス幅変調信号(PWM信号)を生成するΔΣ変換回路16と、一端が増幅器(オペアンプ)OPの基準電位入力端子IN1側に接続された抵抗R1と、一端が抵抗R1の一端及び増幅器OPの基準電位入力端子IN1側に接続され、他端が接地された抵抗R2と、一端が電源VDDに接続されると共に他端が抵抗R1の他端に接続され、ΔΣ変換回路16により生成されたパルス幅変調信号によりオンオフされるスイッチSW1と、を含んで構成されている。
このようなバイアス電位発生回路100は、抵抗R1、R2の抵抗値を調整することにより、所望のバイアス電位を発生させることができる。
立ち上がりSin波生成回路14は、図2に示すようなSin波18の立ち上がり部分(図中実線で示す部分)の波形信号、具体的には図3に示すような略S字状に単調増加する立ち上がり波形信号20を、クロック供給回路12により生成されたクロック信号に同期して、ΔΣ変換回路16に出力する。
本実施形態では、立ち上がりSin波生成回路14は、図3に示すような立ち上がり波形信号20を、デジタル値としてΔΣ変換回路16へ出力する。
ΔΣ変換回路16は、クロック供給回路12により生成されたクロック信号に同期して、立ち上がりSin波生成回路14により生成された図4(A)に示すような立ち上がり波形信号20(のデジタル値)に基づいて、所謂ΔΣ変調し、図4(B)に示すようなパルス幅変調信号22を生成してスイッチSWに出力する。
同図(B)に示すように、パルス幅変調信号22は、本回路の起動時には、パルス幅の短いパルス信号が長いパルス間隔で出力されるが、徐々にパルス間隔が短くなり、図4(B)の中央付近からパルス幅が徐々に長くなると共に、パルス間隔も徐々に長くなるような信号である。すなわち、本回路の起動初期は周波数が低く、起動中期は周波数が高く、起動後期は起動初期と同様に周波数が低くなるような信号である。
このパルス幅変調信号22がハイレベルの間はスイッチSWはオン(導通)し、ローレベルの間はスイッチSWはオフ(非導通)する。図4(B)に示すようなパルス幅変調信号22によりスイッチSWが断続的にオンされることにより、抵抗R1とR2の接続点であるノード1、すなわち増幅器OPの基準電位入力端子IN1に徐々に電流が流れる。
これにより、増幅器OPの基準電位入力端子IN1の電位は、図4(C)に示すように、所望の基準電位VSGになるまで、滑らかに徐々に上昇する。
従って、バイアス電位発生回路10を例えばオーディオアンプに適用した場合、基準電位入力端子IN1の電位が急激に変化することによるポップノイズの発生を効果的に抑制することができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。なお、第1実施形態で説明したバイアス電位発生回路10と同一部分については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図5には、本実施形態に係るバイアス電位発生回路30を示した。バイアス電位発生回路30が図1に示したバイアス電位発生回路10と異なる点は、バイアス電位発生回路30は、ノード1と増幅器OPの基準電位入力端子IN1との間に、ノイズ除去フィルタとしてのローパスフィルタ32が設けられている点である。その他の構成は、バイアス電位発生回路10と同一であるので、説明は省略する。
ローパスフィルタ32は、一端がノード1に接続された抵抗R3と、一端が抵抗R3の他端及び増幅器OPの基準電位入力端子IN1に接続され、他端が接地された容量素子としてのコンデンサCと、を含んで構成されている。
図1に示すバイアス電位発生回路10では、ΔΣ変換回路16により生成されたパルス幅変調信号は、ΔΣ変換処理の特徴として、高周波帯域に量子化ノイズを発生する場合がある。このため、増幅器OPの基準電位入力端子IN1の電位が、図6に示すようにノイズが乗った波形となる場合がある。
これに対し、バイアス電位発生回路30は、ノード1と増幅器OPの基準電位入力端子IN1との間に高周波信号をカットするローパスフィルタ32が設けられているので、図4(C)に示すように、増幅器OPの基準電位入力端子IN1に入力される波形を滑らかにすることができる。これにより、量子化ノイズによる悪影響を抑制することができる。
なお、本実施形態では、ノイズ除去フィルタとして抵抗及びコンデンサから成るローパスフィルタを用いた場合について説明したが、高周波信号をカットするものであれば、他の構成のローパスフィルタを用いても良い。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について説明する。なお、上記第2実施形態で説明したバイアス電位発生回路30と同一部分については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
本実施形態に係るバイアス電位発生回路は、第2実施形態で説明したバイアス電位発生回路30と同一であるが、クロック供給回路12により生成されるクロック信号の周波数と、ローパスフィルタ32の抵抗R3の抵抗値が異なる。
第2実施形態で説明したクロック供給回路12により生成されるクロック信号の周波数は、一例として8kHzとしたが、本実施形態では、これより高速のクロック信号を用いる。一例として、本実施形態に係るクロック供給回路12により生成されるクロック信号の周波数を48kHzとする。
このように、クロック信号を高速にすることにより、ΔΣ変換回路16により生成されるパルス幅変調信号も高速になる。これにより、ΔΣ変換の特徴として、量子化ノイズが第2実施形態の場合よりも、さらに高周波帯域に現れる。従って、ローパスフィルタ32のカットオフ周波数を第2実施形態の場合よりも高くすることができ、その結果、ローパスフィルタ32を構成する抵抗R3の抵抗値を、第2実施形態の場合の抵抗値の約1/2とすることができる。これにより、回路規模を縮小することができると共に、回路のコストを低減することができる。
なお、クロック信号の周波数は一例であり、抵抗R3の抵抗値をどの程度小さくするかに応じて適宜選択可能である。
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について説明する。なお、上記第2実施形態で説明したバイアス電位発生回路30と同一部分については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図7には、本実施形態に係るバイアス電位発生回路40を示した。バイアス電位発生回路40が図5に示したバイアス電位発生回路30と異なる点は、バイアス電位発生回路40は、立ち下がりSin波生成回路42及びセレクタ回路44が追加されている点である。その他の構成は、バイアス電位発生回路30と同一であるので、説明は省略する。
立ち下がりSin波生成回路42は、図8に示すようなSin波46の立ち下がり部分(図中実線で示す部分)の波形信号、具体的には図9に示すような略S字状に単調減少する立ち下がり波形信号48を、クロック供給回路12により生成されたクロック信号に同期して、レクタ回路44に出力する。
セレクタ回路44は、バイアス電位発生回路40の起動時には、立ち上がりSin波生成回路14により生成された立ち上がり波形信号を選択してΔΣ変換回路16に出力し、バイアス電位発生回路40の停止時には、立ち下がりSin波生成回路42により生成された立ち下がり波形信号を選択してΔΣ変換回路16へ出力する。
ΔΣ変換回路16は、クロック供給回路12により生成されたクロック信号に同期して、セレクタ回路44により選択された立ち上がり波形信号20又は立ち下がり波形信号48を、ΔΣ変調することによりパルス幅変調信号を生成し、これをスイッチSWに出力する。なお、ΔΣ変換回路16が立ち下がり波形信号48をΔΣ変換することにより生成されるパルス幅変調信号は、例えば図4(B)に示したパルス幅変調信号を反転した信号となる。
このように、本実施形態では、バイアス電位発生回路40の停止時には、滑らかに単調減少する立ち下がり波形信号48に基づいて生成されたパルス幅変調信号によってスイッチSWがオンオフされるので、増幅器OPの基準電位入力端子IN1の電位は、図10に示すように、基準電位VSGから滑らかに徐々に低下する。
従って、バイアス電位発生回路40を例えばオーディオアンプに適用した場合、バイアス電位発生回路40の起動時だけでなく、停止時においても、基準電位入力端子IN1の電位が急激に変化することによるポップノイズの発生を効果的に抑制することができる。
(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態について説明する。なお、上記第2実施形態で説明したバイアス電位発生回路30と同一部分については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図11には、本実施形態に係るバイアス電位発生回路50を示した。バイアス電位発生回路50が図5に示したバイアス電位発生回路30と異なる点は、バイアス電位発生回路50は、インバータ回路52及びセレクタ回路54が追加されている点である。その他の構成は、バイアス電位発生回路30と同一であるので、説明は省略する。
インバータ回路52は、ΔΣ変換回路16から出力されたパルス幅変調信号を反転した反転パルス幅変調信号を生成してセレクタ回路54へ出力する。
セレクタ回路54は、バイアス電位発生回路50の起動時には、ΔΣ変換回路16から出力されたパルス幅変調信号を選択してスイッチSWに出力し、バイアス電位発生回路50の停止時には、インバータ回路52から出力された反転パルス幅変調信号を選択してスイッチSWに出力する。
これにより、第4実施形態の場合と同様に、バイアス電位発生回路50の停止時には、略S字状に滑らかに単調減少する立ち下がり波形信号48に基づいて生成されたパルス幅変調信号によってスイッチSWがオンオフされるので、増幅器OPの基準電位入力端子IN1の電位は、図10に示すように、基準電位VSGから滑らかに徐々に低下する。
従って、バイアス電位発生回路50を例えばオーディオアンプに適用した場合、バイアス電位発生回路50の起動時だけでなく、停止時においても、基準電位入力端子IN1の電位が急激に変化することによるポップノイズの発生を効果的に抑制することができる。
また、立ち下がり波形信号48を生成するための立ち下がりSin波生成回路を設ける必要がなく、代わりにインバータ回路52を設ければよいので、回路を簡単な構成とすることができる。
なお、上記各実施形態で説明したバイアス電位発生回路は、例えばオーディオアンプ等における基準電位の発生用として好適であるが、適用可能な装置はこれに限られるものではなく、基準電位発生用の様々な装置に適用可能である。
また、上記各実施形態では、パルス幅変調信号を生成する回路としてΔΣ変換回路を用いた場合について説明したが、パルス幅変調信号を生成するものであれば、ΔΣ変換回路に限らず他のPWM信号発生回路を用いても良い。
1 ノード
10 バイアス電位発生回路
12 クロック供給回路
14 立ち上がりSin波生成回路
16 ΔΣ変換回路
18 Sin波
20 立ち上がり波形信号
22 パルス幅変調信号
30 バイアス電位発生回路
32 ローパスフィルタ
40 バイアス電位発生回路
42 立ち下がりSin波生成回路
44 セレクタ回路
46 Sin波
48 立ち下がり波形信号
50 バイアス電位発生回路
52 インバータ回路
54 セレクタ回路
100 バイアス電位発生回路
C コンデンサ
IN1 基準電位入力端子
OP 増幅器
R1、R2、R3 抵抗
SW スイッチ

Claims (6)

  1. 予め定めた周波数のクロック信号を生成するクロック信号生成手段と、
    前記クロック信号生成手段により生成された前記クロック信号に同期して、正弦波の立ち上がり部分の立ち上がり波形信号を生成する立ち上がり波形信号生成手段と、
    前記クロック信号生成手段により生成された前記クロック信号に同期して、前記立ち上がり波形信号生成手段により生成された前記立ち上がり波形信号に基づいてパルス幅変調したパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調信号生成手段と、
    一端がオペアンプの基準電位入力端子側に接続された第1の抵抗と、
    一端が前記第1の抵抗の一端及び前記オペアンプの基準電位入力端子側に接続され、他端が接地された第2の抵抗と、
    一端が電源に接続されると共に他端が前記第1の抵抗の他端に接続され、前記パルス幅変調信号生成手段により、前記正弦波の立ち上がり部分の立ち上がり波形信号に基づいて生成されたパルス幅変調信号によりオンオフするスイッチと、
    を備えたバイアス電位発生回路。
  2. 正弦波の立ち下がり部分の立ち下がり波形信号を生成する立ち下がり波形信号生成手段と、
    本回路の起動時には、前記立ち上がり波形信号を選択して前記パルス幅変調信号生成手段に出力し、本回路の停止時には、前記立ち下がり波形信号を選択して前記パルス幅変調信号生成手段に出力する波形信号選択手段と、
    をさらに備えた請求項1記載のバイアス電位発生回路。
  3. 予め定めた周波数のクロック信号を生成するクロック信号生成手段と、
    前記クロック信号生成手段により生成された前記クロック信号に同期して、正弦波の立ち上がり部分の立ち上がり波形信号を生成する立ち上がり波形信号生成手段と、
    前記クロック信号生成手段により生成された前記クロック信号に同期して、前記立ち上がり波形信号生成手段により生成された前記立ち上がり波形信号に基づいてパルス幅変調したパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調信号生成手段と、
    前記パルス幅変調信号生成手段により生成されたパルス幅変調信号を反転した反転パルス幅変調信号を生成する反転手段と、
    一端がオペアンプの基準電位入力端子側に接続された第1の抵抗と、
    一端が前記第1の抵抗の一端及び前記オペアンプの基準電位入力端子側に接続され、他端が接地された第2の抵抗と、
    一端が電源に接続されると共に他端が前記第1の抵抗の他端に接続され、起動時には前記パルス幅変調信号生成手段により生成された前記パルス幅変調信号により、停止時には前記反転手段により生成された前記反転パルス幅信号によりオンオフするスイッチと、
    を備えたバイアス電位発生回路。
  4. 前記オペアンプの基準電位入力端子と、前記第1の抵抗と前記第2の抵抗との接続点と、の間に、ノイズ除去フィルタをさらに備えた
    請求項1〜請求項3の何れか1項に記載のバイアス電位発生回路。
  5. 前記クロック信号生成手段は、前記予め定めた周波数よりも高い周波数のクロック信号を生成し、
    前記ノイズ除去フィルタは、前記予め定めた周波数に対応した抵抗値よりも低い抵抗値の抵抗及び容量素子から成る
    請求項記載のバイアス電位発生回路。
  6. 前記パルス幅変調信号生成手段は、前記立ち上がり波形信号をΔΣ変換することにより前記パルス幅変調信号を生成する
    請求項1〜請求項5の何れか1項に記載のバイアス電位発生回路。
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