JP2013240008A - 半導体集積回路及び信号増幅装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】信号増幅装置1は、半導体集積回路10と内部負荷71とを備える。半導体集積回路10は、入力信号Sinを増幅して出力信号Soutを第1端子T1に出力する増幅部20と、一端が第2端子T2に接続された抵抗40と、余弦波の1波長を切り出したテスト信号TSを生成して抵抗40の他端に供給するテスト信号生成部30と、第2端子T2におけるテスト信号TSの振幅を検出するAD変換部50と、検出データDに基づいて増幅部20のゲインを制御する制御部60とを備える。出力信号Soutは、第1端子T1→内部負荷71→第1外部端子TA→外部負荷2→第2外部端子TBの経路で供給される。
【選択図】図1
Description
本発明は、テスト信号の周波数を可聴帯域外の高周波数に設定しなくても、利用者が気づかずに外部負荷のインピーダンスを測定可能とすることを解決課題とする。
この発明によれば、テスト信号として余弦波の1波長の波形を採用するので、短時間で外部負荷のインピーダンスの測定が終了する。従って、利用者にテスト信号が異音として感知されないようにできる。
この発明によれば、半導体集積回路において、出力信号を出力する第1端子とテスト信号を出力する第2端子とが独立して設けられており、第2端子は第1外部端子に接続されている。従って、出力信号は、第1端子→内部負荷→第1外部端子→外部負荷といった経路で外部負荷に供給される一方、テスト信号は、第2端子→第1外部端子→外部負荷といった経路で外部負荷に供給される。この結果、テスト信号は内部負荷には供給されないので、正確な外部負荷のインピーダンスに応じて増幅部のゲインを調整することができる。
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る実施形態を説明する。図1は、本発明の実施形態に係る信号増幅装置1の主要構成を示すブロック図である。信号増幅装置1は、IC又はICモジュールなどで構成される半導体集積回路10と、第1外部端子TA、第2外部端子TB、及び内部負荷71を備える。
第1外部端子TA及び第2外部端子TBは、例えば、ヘッドホンのジャックとプラグの接続点に相当する。第1外部端子TA及び第2外部端子TBには外部負荷2が接続される。外部負荷2としては、インピーダンスが相違するヘッドホンやスピーカなどが該当する。この例では、第1外部端子TAからテスト信号TS又は出力信号Soutが出力され、第2外部端子TBには接地電位(所定の電位)が供給される。半導体集積回路10は、テスト期間においてテスト信号TSを外部負荷2に供給し、外部負荷2のインピーダンスに応じてテスト期間以外の期間において出力信号Soutの振幅を調整するようになっている。
また、半導体集積回路10は、差動形式の入力信号Sinを増幅してシングルエンド形式の出力信号Soutを生成し、第1端子T1に供給する増幅部20を備える。より具体的には、増幅部20は、第1制御信号CTL1に基づいて、入力信号Sinの振幅を調整する信号調整部21とアンプ22とを備える。この例では、アンプ22のゲインは固定であり、増幅部20のゲインは、信号調整部21によって制御される。なお、この例では、入力信号Sinを差動形式としたが、シングルエンド形式であってもよいことは勿論である。この場合、信号調整部21及びアンプ22はシングルエンド形式で構成される。
ここで、テスト信号TSについて図3を参照して説明する。テスト信号TSは、連続する余弦波Fから1波長の波形F1を切り出した部分を含むものとなっている。より具体的には、テスト信号TSは、余弦波Fの上側ピークP1(以下、第1の上側ピークP1と称する)から次の上側ピークP2(以下、第2の上側ピークと称する)までの1波長の波形F1を切り出して、第1の上側ピークP1と第2の上側ピークP2を、出力信号Soutの振幅中心電位Vcとなるようにレベルシフトさせたものである。なお、この例では、信号発生器31で発生するテスト信号TSを差動形式としたが、シングルエンド形式であってもよいことは勿論である。この場合、信号発生器31及びアンプ32はシングルエンド形式で構成される。また、振幅中心電位Vcは、例えば、第2外部端子TBに所定の電位として供給される接地電位GNDである。
2)テスト信号TSの発生時間を人の聴覚で感じられない程度に短くすることが必要である。
また、例えば、図5に示すようにテスト信号TSの波形を方形波にすると、テスト信号TSの周波数成分は基本周波数f及びその高調波において大きなエネルギーを持つため、人の聴覚で感じられ易くなる。
この結果、テスト信号TSのスぺクトラムは図7に示すものとなり、図4に示す余弦波が連続する場合と比較すると、大幅に基本波周波数fのエネルギーを低減することができる。しかも、発生時間が短いのでテスト信号TSの振幅Vx(図3参照)を大きく設定することができ、高いSN比で外部負荷2のインピーダンスを測定することが可能となる。
本実施形態ではテスト信号TSの基本周波数fは3Hzである。可聴帯域は20Hz〜20KHzであるので、テスト信号TSの基本周波数fは可聴帯域の最低周波数よりも低い。一般にテスト信号TSの周波数が高くなるほど、浮遊容量、浮遊インダクタンスあるいは配線抵抗の影響を受けてテスト信号TSのレベルが減衰してしまうため、外部負荷2のインピーダンスの測定誤差が大きくなる。一方、可聴帯域の最低周波数よりも低い周波数では、浮遊容量、浮遊インダクタンスあるいは配線抵抗の影響を受けてテスト信号TSが減衰することが殆どない。しかも、テスト信号TSは高調波成分が極めて小さいので、可聴帯域において異音として人が感じる高調波が発生しない。これにより、利用者が気にならないテスト信号TSを用いて、正確に外部負荷2のインピーダンスを測定することが可能となる。
そして、テスト期間における検出データDに基づいて、外部負荷2のインピーダンスを測定し、外部負荷2のインピーダンスに応じて第1制御信号CTL1を生成する。より具体的は、図3に示すようにテスト信号TSの振幅が最大(信号レベルが最小)となる時刻Txにおける検出データDに基づいて、インピーダンスを算出すればよい。
Zx=ZyV1/(V2−V1)…(1)
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に述べる各種の変形が可能である。また、上述した実施形態と各変形例は適宜組み合わせてもよいことは勿論である。
また、上述した実施形態においては、テスト信号TSの基本周波数fを可聴帯域の最低周波数である20Hzよりも小さく設定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、利用者に気づかれないのであれば、テスト信号TSの周波数をどのように設定してもよい。但し、テスト信号TSの減衰を考慮して、可聴帯域の最高周波数である20KHzよりも低いことが好ましい。
加えて、上述した実施形態では可聴帯域を20Hz〜20KHzとしたが、信号増幅回路1の使用目的によって可聴帯域は相違する。例えば、電話においては、可聴帯域が300Hz〜3.5KHzあるいは、100Hz〜7KHzとなる。
例えば、図11に示す信号増幅回路1Zのように、半導体集積回路10Zには第2端子T2が設けられておらず、抵抗40が第1端子T1に接続されているものであってもよい。この場合には、テスト信号TSが内部負荷71を介して外部負荷2に供給される。内部負荷71の大きさが小さい場合には、この変形例においても、外部負荷2のインピーダンスを必要な精度で測定することが可能である。また、内部負荷71の大きさが既知であれば、これを考慮して、外部負荷2のインピーダンスを計測してもよい。
この場合にもテスト信号TSとして余弦波の1波長F1を切り出したものを用いるので、テスト信号TSをヘッドホンやスピーカなどに供給しても、利用者に気づかれないようにできる。
Claims (4)
- 外部負荷を接続可能な外部端子と、一端が前記外部端子に接続された内部負荷とを備える信号増幅装置に用いられる半導体集積回路であって、
入力信号を増幅して出力信号を前記内部負荷の他端に出力する増幅部と、
一端が前記外部端子又は前記内部負荷の他端に接続された抵抗と、
余弦波の1波長の波形をテスト信号として生成して前記抵抗の他端に供給するテスト信号生成部と、
前記抵抗の一端における前記テスト信号の振幅を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、前記増幅部のゲインを制御する制御部とを、
備える半導体集積回路。 - 余弦波の1波長の波形は、前記余弦波の上側ピークから次の上側ピークまでの波形であることを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路。
- 前記入力信号は音声信号であり、前記テスト信号の周波数は、可聴帯域の最高周波数よりも低いことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体集積回路。
- 前記外部端子である第1外部端子と、
所定の電位が供給される第2外部端子と、
一端が前記第1外部端子に接続された内部負荷と、
請求項1乃至3のうちいずれか1項に記載の半導体集積回路とを備え、
前記半導体集積回路は、
前記内部負荷の他端と接続される第1端子と、
前記第1外部端子と接続されるともに、前記抵抗の一端が接続される第2端子とを備える、
ことを特徴とする信号増幅装置。
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