(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号ソースと、
第１入力端子を介して前記入力信号ソースに接続された演算増幅器と、
前記演算増幅器の第１出力端子及び第２出力端子に結合された平衡ブリッジと、
前記平衡ブリッジに結合され、前記平衡ブリッジの平衡状態を維持するのに用いられる定電位ソースと、
前記平衡ブリッジと前記定電位ソースの出力端子との間に接続された抵抗と、
を備える、外部装置のインピーダンス又は出力電流を測定する自動平衡有効電流ブリッジであって、
前記外部装置が、前記平衡ブリッジと前記演算増幅器の第２入力端子との間に位置する第１ノードに接続されていて、
前記定電位ソースが、前記平衡ブリッジに結合されて平衡状態を維持することによって、前記抵抗の電位変動を測定することにより前記外部装置のインピーダンス又は出力電流を測定する自動平衡有効電流ブリッジを構成する、
自動平衡有効電流ブリッジ。
【請求項２】
前記平衡ブリッジが、
電流を前記外部装置に供給する第１駆動手段と、
第２駆動手段と、
をさらに備え、
前記第１駆動手段及び前記第２駆動手段が、電圧供給装置の基準電位及び大地電位に接続されることによって、前記平衡ブリッジを構成し、
前記定電位ソースが、電流又は電位を前記平衡ブリッジに送る前記第２駆動手段の出力に結合されていて、前記第２駆動手段が前記第１駆動手段の変化に追従するように、前記平衡ブリッジと前記定電位ソースとの間に形成されたフィードバックシステムがあり、これによって、前記平衡状態を維持すると共に、前記第２駆動手段を用いることによって前記第１駆動手段により駆動される前記外部装置の出力状態を得る、
請求項１に記載の自動平衡有効電流ブリッジ。
【請求項３】
前記第１駆動手段が第１ＰＭＯＳトランジスタ及び第１ＮＭＯＳトランジスタから構成され、前記第２駆動手段が第２ＰＭＯＳトランジスタ及び第２ＮＭＯＳトランジスタから構成されている、請求項２に記載の自動平衡有効電流ブリッジ。
【請求項４】
前記第１ＰＭＯＳトランジスタ及び前記第２ＰＭＯＳトランジスタのゲートが、前記演算増幅器の前記第１出力端子に結合されている、請求項３に記載の自動平衡有効電流ブリッジ。
【請求項５】
前記第１ＮＭＯＳトランジスタ及び前記第２ＮＭＯＳトランジスタのゲートが、前記演算増幅器の前記第２出力端子に結合されている、請求項３に記載の自動平衡有効電流ブリッジ。
【請求項６】
前記第１ＰＭＯＳトランジスタ及び前記第２ＰＭＯＳトランジスタのソースが前記基準電位に結合されている、請求項３に記載の自動平衡有効電流ブリッジ。
【請求項７】
前記第１ＰＭＯＳトランジスタのドレインが前記第１ＮＭＯＳトランジスタのドレインに結合され、前記第２ＰＭＯＳトランジスタのドレインが前記第２ＮＭＯＳトランジスタのドレインに結合されている、請求項３に記載の自動平衡有効電流ブリッジ。
【請求項８】
前記第１ＮＭＯＳトランジスタ及び前記第２ＮＭＯＳトランジスタのソースが前記大地電位に結合されている、請求項３に記載の自動平衡有効電流ブリッジ。
【請求項９】
前記第１ノードが、前記第１ＰＭＯＳトランジスタ及び前記第１ＮＭＯＳトランジスタの共通ドレインに結合されている、請求項３に記載の自動平衡有効電流ブリッジ。
【請求項１０】
前記抵抗が、前記第２ＰＭＯＳトランジスタ及び前記第２ＮＭＯＳトランジスタの共通ドレインに結合された第２ノードを介して、前記第２駆動手段に接続されている、請求項３に記載の自動平衡有効電流ブリッジ。
【請求項１１】
前記定電位ソースの出力電位が、第１入力端子及び第２入力端子間における電位差の関数であり、前記定電位ソースの前記第１入力端子が、前記第１ＰＭＯＳトランジスタ及び前記第１ＮＭＯＳトランジスタの共通ドレインを介して、前記演算増幅器の前記第２入力端子に結合されていると共に、前記定電位ソースの前記第２入力端子が、前記第２ＰＭＯＳトランジスタ及び前記第２ＮＭＯＳトランジスタの共通ドレインに結合されている、請求項３に記載の自動平衡有効電流ブリッジ。
【請求項１２】
前記定電位ソースが、別の演算増幅器及び差動増幅器から構成されている、請求項１に記載の自動平衡有効電流ブリッジ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号ソースの出力電流又はプラグで接続された外部装置のインピーダンスを検出する平衡構造に関し、より詳細には、外部装置のインピーダンス又は出力電流を測定する自動平衡有効電流ブリッジに関する。
【０００２】
【従来の技術】
オペレーティングシステムがアナログオーディオをその装置のタイプに基づいて適切に構成するように、オペレーティングシステムのプラットフォームメーカーであるマイクロソフト(Microsoft)が、アナログオーディオ装置の部類に関して示した提案がある。このオペレーティングシステムのプラットフォームメーカーは、必要とされるインピーダンス基準に合わせて製造業社が装置を設計することを勧めている。例えば、マイクロホンのインピーダンスは約４００〜１５００オームであり、電動スピーカーのインピーダンスは約３０００〜１２０００オームであり、受動スピーカーのインピーダンスは４〜１６オームであることが必要とされる。ヘッドホンに関して収集されたデータには、３２〜１００オームの範囲で測定されたインピーダンスが含まれる。このようなことを考慮した結果、ユーザが外部装置のプラグをコンピュータシステムに接続すると、システムはその装置のインピーダンスを検出し、もしユーザが装置のプラグを誤ったコネクタに接続した場合には、システムはユーザに対し接続し直すよう警告する。
【０００３】
典型的には、電流は、流速計を直列に接続してデータを読み取ることによって、又はインダクタンスコイルでその目的を達成することによって検出される。この方法では、インダクタンスコイルを通る電流によって生成される磁界が、その上に測定可能な電位を誘導する。この典型的な方法では、このような検出装置を設けるのがＩＣ（集積回路）内に制限される。この構造をシングルチップ回路内に組み込むことは考えられない。直列に接続された抵抗を用いて電流を検出しようとすると、抵抗自体が測定する構造を変化させてしまい、正確なデータに影響を及ぼすため、抵抗の範囲を決定するのが困難である。
【０００４】
インピーダンスを測定するのに流速計を用いる場合は、測定する装置を回路内に設け、ブリッジ回路の一部とする。従って、多数のスイッチャが必要となり、コストも増加する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、外部装置のインピーダンスを測定する自動平衡有効電流ブリッジを提供することにある。
【０００６】
本発明のさらなる目的は、入力信号ソースの出力電流を測定する自動平衡有効電流ブリッジを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の態様は、入力信号ソースと、第１入力端子を介して前記入力信号ソースに接続された演算増幅器と、前記演算増幅器の第１出力端子及び第２出力端子に結合された平衡ブリッジと、前記平衡ブリッジに結合され、前記平衡ブリッジの平衡状態を維持するのに用いられる定電位ソースと、前記平衡ブリッジと前記定電位ソースの出力端子との間に接続された抵抗とを備える、外部装置のインピーダンス又は出力電流を測定する自動平衡有効電流ブリッジであって、前記外部装置が、前記平衡ブリッジと前記演算増幅器の第２入力端子との間に位置する第１ノードに接続されていて、前記定電位ソースが、前記平衡ブリッジに結合されて平衡状態を維持することによって、前記抵抗の電位変動を測定することにより前記外部装置のインピーダンス又は出力電流を測定する自動平衡有効電流ブリッジを構成することを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項２の態様は、請求項１の態様において、前記平衡ブリッジが、電流を前記外部装置に供給する第１駆動手段と、第２駆動手段とをさらに備え、前記第１駆動手段及び前記第２駆動手段が、電圧供給装置の基準電位及び大地電位に接続されることによって、前記平衡ブリッジを構成し、前記定電位ソースが、電流又は電位を前記平衡ブリッジに送る前記第２駆動手段の出力に結合されていて、前記第２駆動手段が前記第１駆動手段の変化に追従するように、前記平衡ブリッジと前記定電位ソースとの間に形成されたフィードバックシステムがあり、これによって、前記平衡状態を維持すると共に、前記第２駆動手段を用いることによって前記第１駆動手段により駆動される前記外部装置の出力状態を得ることを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項３の態様は、請求項２の態様において、前記第１駆動手段が第１ＰＭＯＳトランジスタ及び第１ＮＭＯＳトランジスタから構成され、前記第２駆動手段が第２ＰＭＯＳトランジスタ及び第２ＮＭＯＳトランジスタから構成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項４の態様は、請求項３の態様において、前記第１ＰＭＯＳトランジスタ及び前記第２ＰＭＯＳトランジスタのゲートが、前記演算増幅器の前記第１出力端子に結合されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項５の態様は、請求項３の態様において、前記第１ＮＭＯＳトランジスタ及び前記第２ＮＭＯＳトランジスタのゲートが、前記演算増幅器の前記第２出力端子に結合されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項６の態様は、請求項３の態様において、前記第１ＰＭＯＳトランジスタ及び前記第２ＰＭＯＳトランジスタのソースが、前記基準電位に結合されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項７の態様は、請求項３の態様において、前記第１ＰＭＯＳトランジスタのドレインが前記第１ＮＭＯＳトランジスタのドレインに結合され、前記第２ＰＭＯＳトランジスタのドレインが前記第２ＮＭＯＳトランジスタのドレインに結合されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項８の態様は、請求項３の態様において、前記第１ＮＭＯＳトランジスタ及び前記第２ＮＭＯＳトランジスタのソースが、前記大地電位に結合されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項９の態様は、請求項３の態様において、前記第１ノードが、前記第１ＰＭＯＳトランジスタ及び前記第１ＮＭＯＳトランジスタの共通ドレインに結合されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項１０の態様は、請求項３の態様において、前記抵抗が、前記第２ＰＭＯＳトランジスタ及び前記第２ＮＭＯＳトランジスタの共通ドレインに結合された第２ノードを介して、前記第２駆動手段に接続されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項１１の態様は、請求項３の態様において、前記定電位ソースの出力電位が、第１入力端子及び第２入力端子間における電位差の関数であり、前記定電位ソースの前記第１入力端子が、前記第１ＰＭＯＳトランジスタ及び前記第１ＮＭＯＳトランジスタの共通ドレインを介して、前記演算増幅器の前記第２入力端子に結合されていると共に、前記定電位ソースの前記第２入力端子が、前記第２ＰＭＯＳトランジスタ及び前記第２ＮＭＯＳトランジスタの共通ドレインに結合されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項１２の態様は、請求項１の態様において、前記定電位ソースが、別の演算増幅器及び差動増幅器から構成されていることを特徴とする。
【００１９】
上記態様及び本発明の付随する利点の多くは、添付の図面と合わせて以下の詳細な説明を参照することにより、より容易に認識されると同時に、より良く理解されるであろう。
【００２０】
【発明の実施の形態】
前述した回路では、外部装置のインピーダンスを正確に測定することができない。本発明は、外部装置のインピーダンスを自動平衡測定するという目的を達成するような構造を提供する。
【００２１】
図１を参照すると、本発明の構造が示されている。この回路は、入力信号ソースＶ１に接続された演算増幅器（オペアンプ）ＯＰＡ１を備える。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１及びＮＭＯＳトランジスタＭＮ１は、直列に接続されて、演算増幅器ＯＰＡ１の出力ステージ駆動トランジスタとして機能している。演算増幅器ＯＰＡ１の負荷抵坑Ｒ１が設けられている。この構造において、入力信号ソースＶ１は、演算増幅器ＯＰＡ１の第１入力端子に接続されていて、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１及びＮＭＯＳトランジスタＭＮ１のゲートはそれぞれ、演算増幅器ＯＰＡ１の出力端子（後述する第１の出力端子及び第２の出力端子）に接続されている。負荷抵坑Ｒ１は、測定する外部装置のインピーダンスを表し、ＭＰ１及びＭＮ１のドレインの共通ノードＮＯ３を介して、演算増幅器ＯＰＡ１の第２入力端子に接続されている。さらに一組のＰＭＯＳトランジスタＭＰ２及びＮＭＯＳトランジスタＭＮ２が、前記一組のＭＰ１及びＭＮ１に接続されている。ＭＰ１及びＭＰ２のソースは、共通ノードを介して、基準電位ＶＤＤに接続されている。ＭＮ１及びＭＮ２のソースは、別の共通ノードを介して、大地電位ＶＳＳに接続されている。注目すべきことに、ＭＰ１及びＭＰ２のゲートは、共通ノードＮＯ１を介して、ＯＰＡ１の第１出力端子に接続されている。同様に、ＭＮ１及びＭＮ２のゲートは、共通ノードＮＯ２を介して、ＯＰＡ１の第２出力端子に接続されている。ＭＰ１及びＭＰ２の特性はほぼ同一であり、ＭＮ１及びＭＮ２の特性もほぼ同一である。
【００２２】
定電位ソースＶ１２は、ブリッジの平衡状態を常に維持するために用いられる。ここでいう「平衡」とは、ノードＮＯ３の電位レベルとノードＮＯ４の電位レベルとが等しい状態を維持することを意味する。ノードＮＯ４は、ＭＯＳ  ＭＰ２のドレインとＭＯＳ  ＭＮ２のドレインとの間に位置する。Ｖ１２の第１入力端子Ｖ１２１は、ノードＮＯ３に接続されている。Ｖ１２の第２入力端子Ｖ１２２は、ＭＯＳ  ＭＰ２及びＭＮ２のドレインに接続されている。定電位ソースＶ１２の出力電位は、制御端子Ｖ１２１及びＶ１２２間における電位差の関数(function)である。検出抵抗Ｒ２は、一方の端部がノードＮＯ４に接続されていて、もう一方の端部が定電位ソースＶ１２の出力端子に接続されている。Ｒ１を通る電流は、Ｒ２の抵抗を検出することによって検出される。抵抗Ｒ２を通る電流はＲ１と平衡した値であり、この値は４つのトランジスタから構成されるブリッジの特性によって決定される。
【００２３】
当業界では周知のように、この実施形態に示された本発明の要素は一例であり、このトランジスタは等価関数で増幅を行う手段と置き換えることができる。ＯＰＡ１は、計算能力を有するものであれば、いずれのタイプで設計されてもよい。ＯＰＡ１、ＭＰ１、及びＭＮ１は、電圧フォロア(voltage follower)の構造を構成していて、反転増幅器又は非反転増幅器が、この電圧フォロアに取って代わってもよい。本発明では、ＯＰＡ１の出力レベルは、ＮＭＯＳ及びＰＭＯＳから構成される相補構造によって形成される。定電位ソースＶ１２は、増幅器及び差動増幅器を備えていてもよい。当業者は、これらの増幅器に接続することができる。
【００２４】
本発明の作用について、以下に説明する。ＯＰＡ１がソースＶ１から信号を受信すると、ＭＰ１及びＭＮ１が電流を供給し、増幅された信号が抵抗Ｒ１に送信される。一実施形態では、本発明の電位増幅は約１である。つまり、ノードＮＯ３の電位レベルは、ほぼＶＩＮ（入力電位）に等しい。外部装置のインピーダンスが高い場合には、Ｒ１を通って流れる電流は小さい。従って、負帰還システムによるトランジスタＭＰ１及びＭＮ１によって、過度に多くの電流を供給する必要はない。ゆえに、ノードＮＯ１及びＮＯ２の信号は小さい。反対に、外部装置のインピーダンスが低い場合には、ＭＰ１及びＭＮ１は十分な電流を抵抗Ｒ１に供給しなければならない。従って、ノードＮＯ１及びＮＯ２の信号は増幅される。別の観点では、外部装置のインピーダンスＲ１が一定であると仮定すると、Ｖ１が増加した場合、抵抗Ｒ１を流れる電流も増加する。ＮＯ１及びＮＯ２の信号も増幅される。また、逆の場合も同様である。
【００２５】
言い換えれば、ＮＯ１及びＮＯ２における信号は、抵抗Ｒ１における電流を表す。ＭＮ１、ＭＰ１、ＭＰ２、及びＭＮ２から構成されるこの平衡ブリッジの構造において、ＭＰ１の電流はＭＰ２の電流とほぼ同一である。本発明では、この平衡ブリッジの平衡状態を維持するために、平衡ブリッジの右側に定電位ソースＶ１２をさらに設けることによって、外部装置のインピーダンス又は出力電流を測定する自動平衡有効電流ブリッジを構成する。抵抗Ｒ１を通って流れる電流があり、その電流が平衡状態を破壊した場合、抵抗Ｒ２における電流はその変化に応答し、Ｒ１における電流との一定の関係を維持する。例えば、この平衡ブリッジは、ノードＮＯ３及びＮＯ４において電位がほぼ同一となるように設計されているので、流れる電流が一定である。よって、Ｒ２における電流は、Ｒ１における電流と等しい。最終的に、テストする対象物に影響を与えることなく、Ｒ２の電流又はインピーダンスのような物理的パラメータを測定することによって、外部装置の抵抗又は出力電流を求めることができる。
【００２６】
当業者には理解されるように、上述した本発明の好適な実施形態は、本発明を限定したものではなく、本発明を例示したものである。上記特許請求の範囲及びその趣旨に入るものであれば、様々な変更物及び同種の改造物を含むことを意図する。上記特許請求の範囲は、最も広く解釈することによって、このような変更物及び同種の構造を全て含むべきである。本発明の好適な実施形態について図示及び説明してきたが、本発明の趣旨及び範囲を逸脱しない限り、この実施形態に様々な変更を加えてもよい、ということは認められるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による回路の構造を示す図である。
【符号の説明】
Ｖ１    入力信号ソース
ＯＰＡ１    演算増幅器
ＭＰ１、ＭＰ２、ＭＮ１、ＭＮ２    トランジスタ
Ｖ１２    定電位ソース
ＮＯ１、ＮＯ２、ＮＯ３、ＮＯ４、ＮＯ５    ノード
Ｒ１、Ｒ２    抵抗
ＶＤＤ    基準電位
ＶＳＳ    大地電位
【図１】
0003655285.tif 000002