(57)【要約】【課題】入力電圧に含まれる高周波成分を減衰させる。【解決手段】第１ＭＯＳＦＥＴのソースに第３ＭＯＳＦＥＴのドレインが接続され、第２ＭＯＳＦＥＴのソースに第４ＭＯＳＦＥＴのドレインが接続され、第１及び第２ＭＯＳＦＥＴの各ソースは抵抗を介して接続され、第１ＭＯＳＦＥＴのドレインに第５ＭＯＳＦＥＴのゲート及び第１定電流源が接続され、第２ＭＯＳＦＥＴのドレインに第６ＭＯＳＦＥＴのゲート及び第２定電流源が接続され、第５ＭＯＳＦＥＴのソースに第３ＭＯＳＦＥＴのゲート及び第３定電流源が接続され、第６ＭＯＳＦＥＴのソースに第４ＭＯＳＦＥＴのゲート及び第４定電流源が接続され、第３ＭＯＳＦＥＴのゲート及び第７ＭＯＳＦＥＴのゲートがＬＰＦを介して接続され、第１及び第２ＭＯＳＦＥＴのゲートに印加される電圧に応じた電流が第７ＭＯＳＦＥＴから出力される電圧電流変換回路に関する。【選択図】  図４
2006332805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１乃至第７のＭＯＳトランジスタ、第１乃至第４の定電流源、及び抵抗を備え、
前記第１のＭＯＳトランジスタのソースには、前記第３のＭＯＳトランジスタのドレインが接続され、
前記第２のＭＯＳトランジスタのソースには、前記第４のＭＯＳトランジスタのドレインが接続され、
前記第１のＭＯＳトランジスタのソース及び前記第２のＭＯＳトランジスタのソースは、前記抵抗を介して接続され、
前記第１のＭＯＳトランジスタのドレインには、前記第５のＭＯＳトランジスタのゲート及び前記第１の定電流源が接続され、
前記第２のＭＯＳトランジスタのドレインには、前記第６のＭＯＳトランジスタのゲート及び前記第２の定電流源が接続され、
前記第５のＭＯＳトランジスタのソースには、前記第３のＭＯＳトランジスタのゲート及び前記第３の定電流源が接続され、
前記第６のＭＯＳトランジスタのソースには、前記第４のＭＯＳトランジスタのゲート及び前記第４の定電流源が接続され、
前記第３のＭＯＳトランジスタのゲート及び前記第７のＭＯＳトランジスタのゲートが、ローパスフィルタ回路を介して接続され、
前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタのゲートに印加される電圧に応じた電流が、前記第７のＭＯＳトランジスタから出力される電圧電流変換回路。
【請求項２】
前記ローパスフィルタ回路は、ＲＣローパスフィルタ回路である
ことを特徴とする請求項１に記載の電圧電流変換回路。
【請求項３】
前記第３のＭＯＳトランジスタのゲート及び前記第７のＭＯＳトランジスタのゲートは、前記ＲＣローパスフィルタ回路を構成する抵抗を介して接続され、
前記第７のＭＯＳトランジスタのゲートには、前記ＲＣローパスフィルタ回路を構成するコンデンサの一端が接続される
ことを特徴とする請求項２に記載の電圧電流変換回路。
【請求項４】
前記ローパスフィルタ回路は、２次以上の高次ローパスフィルタ回路である
ことを特徴とする請求項１に記載の電圧電流変換回路。
【請求項５】
第１乃至第８のＭＯＳトランジスタ、第１乃至第４の定電流源、及び抵抗を備え、
前記第１のＭＯＳトランジスタのソースには、前記第３のＭＯＳトランジスタのドレインが接続され、
前記第２のＭＯＳトランジスタのソースには、前記第４のＭＯＳトランジスタのドレインが接続され、
前記第１のＭＯＳトランジスタのソース及び前記第２のＭＯＳトランジスタのソースは、前記抵抗を介して接続され、
前記第１のＭＯＳトランジスタのドレインには、前記第５のＭＯＳトランジスタのゲート及び前記第１の定電流源が接続され、
前記第２のＭＯＳトランジスタのドレインには、前記第６のＭＯＳトランジスタのゲート及び前記第２の定電流源が接続され、
前記第５のＭＯＳトランジスタのソースには、前記第３のＭＯＳトランジスタのゲート及び前記第３の定電流源が接続され、
前記第６のＭＯＳトランジスタのソースには、前記第４のＭＯＳトランジスタのゲート及び前記第４の定電流源が接続され、
前記第３のＭＯＳトランジスタのゲート及び前記第７のＭＯＳトランジスタのゲートが、第１のローパスフィルタ回路を介して接続され、
前記第４のＭＯＳトランジスタのゲート及び前記第８のＭＯＳトランジスタのゲートが、第２のローパスフィルタ回路を介して接続され、
前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタのゲートに印加される電圧に応じた電流が、前記第７及び第８のＭＯＳトランジスタから出力される電圧電流変換回路。
【請求項６】
前記第１のローパスフィルタ回路は第１のＲＣローパスフィルタ回路であり、
前記第２のローパスフィルタ回路は第２のＲＣローパスフィルタ回路である
ことを特徴とする請求項５に記載の電圧電流変換回路。
【請求項７】
前記第３のＭＯＳトランジスタのゲート及び前記第７のＭＯＳトランジスタのゲートは、前記第１のＲＣローパスフィルタ回路を構成する抵抗を介して接続され、
前記第７のＭＯＳトランジスタのゲートには、前記第１のＲＣローパスフィルタ回路を構成するコンデンサの一端が接続され、
前記第４のＭＯＳトランジスタのゲート及び前記第８のＭＯＳトランジスタのゲートは、前記第２のＲＣローパスフィルタ回路を構成する抵抗を介して接続され、
前記第８のＭＯＳトランジスタのゲートには、前記第２のＲＣローパスフィルタ回路を構成するコンデンサの一端が接続される
ことを特徴とする請求項６に記載の電圧電流変換回路。
【請求項８】
前記第１のＲＣローパスフィルタ回路を構成するコンデンサと前記第２のＲＣローパスフィルタ回路を構成するコンデンサとは共通であり、
前記第３のＭＯＳトランジスタのゲート及び前記第７のＭＯＳトランジスタのゲートは、前記第１のＲＣローパスフィルタ回路を構成する抵抗を介して接続され、
前記第４のＭＯＳトランジスタのゲート及び前記第８のＭＯＳトランジスタのゲートは、前記第２のＲＣローパスフィルタ回路を構成する抵抗を介して接続され、
前記第７のＭＯＳトランジスタのゲート及び前記第８のＭＯＳトランジスタのゲートは、前記第１及び第２のＲＣローパスフィルタ回路に共通の前記コンデンサを介して接続される
ことを特徴とする請求項６に記載の電圧電流変換回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力電圧に含まれる高周波成分を減衰させる電圧電流変換回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機やＩＣレコーダ、ＰＤＡ等の小型電子機器はますます小型化が進む傾向にあり、これらに内蔵されるデジタルマイクについてもより一層小型化することが求められるようになってきている。
【０００３】
デジタルマイクは、音声を検出するエレクトレットコンデンサマイクロフォン（以下、ＥＣＭ(Electret Condenser Microphone)ともいう）と、増幅回路と、ＬＰＦ（Low Pass Filter）と、ＡＤコンバータ（Analog Digital Converter）とを備えて構成される。
【０００４】
増幅回路はＥＣＭから出力される電圧を増幅する回路であり、電圧を電流に変換するＯＴＡ（Operational Transconductance Amplifier）とオペアンプとを組み合わせて構成されることが多い。この場合、ＯＴＡの出力端子にオペアンプと抵抗とを並列に接続する。そしてＯＴＡから出力された電流が抵抗に流れることによりオペアンプに電圧が印加され、その電圧がオペアンプにより増幅されて出力される。
【０００５】
そしてＬＰＦによりノイズが除去されて、ＡＤコンバータからデジタル化された音声データが出力される。
【特許文献１】特開２０００−６８７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、ノイズは、電子回路の誤作動や故障の要因となるため、極力早い段階で取り除くことが望ましい。特にオペアンプで増幅される前に取り除くことが望ましい。このため、ＬＰＦをＯＴＡとオペアンプとの間に設け、オペアンプに入力される前にノイズを取り除くことが考えられる。  
しかしこの場合、ＬＰＦにはＯＴＡから出力される電流が入力されることになる。そしてＬＰＦを構成する抵抗によりオペアンプに印加される電圧が低下するため、増幅回路全体としてのゲインが低下することになる。  
また、ＯＴＡとＬＰＦの間を接続する信号線に外部からノイズが混入する可能性もある。またＬＰＦを基板上に設けるための面積も必要となる。
【０００７】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、入力電圧に含まれる高周波成分を減衰させる電圧電流変換回路を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、第１乃至第７のＭＯＳトランジスタ、第１乃至第４の定電流源、及び抵抗を備え、前記第１のＭＯＳトランジスタのソースには、前記第３のＭＯＳトランジスタのドレインが接続され、前記第２のＭＯＳトランジスタのソースには、前記第４のＭＯＳトランジスタのドレインが接続され、前記第１のＭＯＳトランジスタのソース及び前記第２のＭＯＳトランジスタのソースは、前記抵抗を介して接続され、前記第１のＭＯＳトランジスタのドレインには、前記第５のＭＯＳトランジスタのゲート及び前記第１の定電流源が接続され、前記第２のＭＯＳトランジスタのドレインには、前記第６のＭＯＳトランジスタのゲート及び前記第２の定電流源が接続され、前記第５のＭＯＳトランジスタのソースには、前記第３のＭＯＳトランジスタのゲート及び前記第３の定電流源が接続され、前記第６のＭＯＳトランジスタのソースには、前記第４のＭＯＳトランジスタのゲート及び前記第４の定電流源が接続され、前記第３のＭＯＳトランジスタのゲート及び前記第７のＭＯＳトランジスタのゲートが、ローパスフィルタ回路を介して接続され、前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタのゲートに印加される電圧に応じた電流が、前記第７のＭＯＳトランジスタから出力される電圧電流変換回路に関する。
【０００９】
その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための最良の形態の欄、及び図面により明らかにされる。
【発明の効果】
【００１０】
入力電圧に含まれる高周波成分を減衰させる電圧電流変換回路を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本願発明にかかる電圧電流変換回路（以下ＯＴＡと記す）は様々な電子回路に組み込んで使用することが可能であるが、以下、デジタルマイク（Digital ECM：Digital Electret Condenser Microphone）を構成する増幅回路に用いる場合を例に説明する。
【００１２】
＝＝＝デジタルマイク＝＝＝
デジタルマイクは、周囲の音声を検出し、検出した音声に応じたデジタルデータを出力する装置である。デジタルマイクは、例えば携帯電話機やパソコン、カーナビゲーション装置など、音声を取り扱う様々な情報処理装置に利用される。  
本実施の形態にかかるデジタルマイク１００の構成例を図１に示す。本実施の形態にかかるデジタルマイク１００は、マイク２００、増幅回路３００、ΔΣ型ＡＤＣ（Delta Sigma Analog/Digital Converter）５００の各電子回路を含んで構成される。
【００１３】
＜マイク＞
マイク２００は、周囲の音声を検出し、検出した音声に応じた電圧を出力する装置である。マイク２００は例えばいわゆるエレクトレットコンデンサマイクロフォン２００とすることができる。
【００１４】
図１７に一般的なエレクトレットコンデンサマイクロフォン２００の回路例を示す。図１７において、エレクトレットコンデンサ２１１は、導電性の振動板と固定電極とを対向させたものであり、これらのうちのいずれかに誘電体（エレクトレット）が設けられている。振動板又は固定電極のいずれかは、インピーダンス変換素子としてのＰ型接合型電解効果トランジスタ（以下、Ｊ−ＦＥＴ２１２という）のゲートに接続され、もう一方については接地されている。Ｊ−ＦＥＴ２１２のドレインは、負荷抵抗２１４を介して駆動電圧Ｖｄｄに接続されており、一方、Ｊ−ＦＥＴ２１２のソースは接地されている。
【００１５】
Ｊ−ＦＥＴ２１２のゲートには、他端が接地されている高抵抗素子２１３の一端が接続されている。ここで、Ｊ−ＦＥＴ２１２に入力されるノイズを低減し、かつ、上記高抵抗素子２１３とエレクトレットコンデンサ２１１とによって構成されるフィルタ回路が低域音声信号（１００Ｈｚ程度）をも通過させる特性となるようにするために、上記高抵抗素子２１３の抵抗値は、数百Ｍ（メガ）Ω〜数Ｇ（ギガ）Ωの値に設定される。
【００１６】
この回路のエレクトレットコンデンサ２１１に音声が与えられると、振動板が振動し、これによりエレクトレットコンデンサ２１１の静電容量が変化する。そしてこの静電容量の変化に対応する音声信号がＪ−ＦＥＴ２１２のゲートに入力されて、J−ＦＥＴ２１２のドレインから上記音声信号に対応する交流電圧が出力される。
【００１７】
＜増幅回路＞
増幅回路３００は、電圧を増幅して出力する回路である。本実施の形態では、マイク２００から出力された電圧を増幅して出力する。本実施の形態にかかる増幅回路３００の構成を図２に示す。
【００１８】
図２に示すように、本実施の形態にかかる増幅回路３００は、ＯＴＡ６００とオペアンプ７００とを含んで構成される。
【００１９】
ＯＴＡ６００は、印加された電圧に応じた電流を出力する回路である。図２に示すＯＴＡ６００では、電圧は、ＶＩＮＰ（非反転入力）端子及びＶＩＮＮ（反転入力）端子からそれぞれ印加される。そしてＶＯＵＴＰ端子及びＶＯＵＴＮ端子から、上記ＶＩＮＰ端子及びＶＩＮＮ端子からそれぞれ印加された各電圧の電位差に応じた電流が出力される。ＶＯＵＴＰ端子及びＶＯＵＴＮ端子からは、電流の向きが互いに逆の電流が出力される。
【００２０】
ＯＴＡ６００のＶＯＵＴＰ端子はオペアンプ７００の＋（非反転入力）端子と接続される。そしてオペアンプ７００の＋端子には、ＯＴＡ６００のＶＯＵＴＰ端子から出力された電流が、抵抗ＲＸ１及び抵抗Ｒ２１に流れることにより定まる電圧が印加される。
【００２１】
一方オペアンプ７００は、当該オペアンプ７００の−（反転入力）端子が＋端子とイマジナリショートするように動作するため、−端子が＋端子と同電位になるように動作する。
【００２２】
そして、オペアンプ７００のｖｏｕｔ端子には、ＯＴＡ６００のＶＯＵＴＮ端子から出力された電流が抵抗ＲＸ２及び抵抗Ｒ２２を流れて定まる電圧が出力される。
【００２３】
このオペアンプ７００のｖｏｕｔ端子から出力される電圧は、ΔΣ型ＡＤＣ５００に印加される。
【００２４】
なお詳細は後述するが、本実施の形態にかかるＯＴＡ６００は、入力電圧に含まれる高周波成分の影響を除去した電流を出力する。これにより、例えばマイク２００から出力される電圧に高周波のノイズが含まれていても、ＯＴＡ６００の内部でノイズを除去することができる。
【００２５】
これにより、高周波ノイズがオペアンプ７００で増幅されてしまうことを防止することができる。高周波ノイズがオペアンプ７００で増幅されてしまうと、デジタルマイク１００を構成する各電子回路の誤作動の要因ともなるため、高周波ノイズをＯＴＡ６００で除去することができることは、デジタルマイク１００の性能向上、信頼性向上に大きく貢献する。
【００２６】
また高周波ノイズが除去された電圧をオペアンプ７００で増幅するため、マイク２００が検出した周囲の音声をより忠実に表したデジタルデータをデジタルマイク１００から出力することが可能となる。これにより携帯電話機の音質向上や、パソコン、カーナビゲーション装置等の音声認識率を向上させることも可能となる。
【００２７】
＜ΔΣ型ＡＤＣ＞
ΔΣ型ＡＤＣ５００は、入力電圧に応じたデジタルデータを出力する回路である。すなわちΔΣ型ＡＤＣ５００は、入力電圧を所定時間ごとにサンプリングし、サンプリングされた各電圧値の合計が所定値を超えるごとにパルスを出力する。このため、ΔΣ型ＡＤＣ５００から出力される単位時間あたりのパルスの数は、ΔΣ型ＡＤＣ５００への入力電圧に応じて変化することとなるため、ΔΣ型ＡＤＣ５００からは、入力電圧に応じたパルス列がデジタルデータとして出力されることになる。
【００２８】
なお、本実施の形態にかかるデジタルマイク１００では、一例としてΔΣ型ＡＤＣ５００を用いているが、入力されたアナログデータに応じたデジタルデータを出力する機能を備えたものであれば、他のいずれの方式のＡＤコンバータを用いることも可能である。
【００２９】
＝＝＝ＯＴＡの構成＝＝＝
次に、上述した本実施の形態にかかるＯＴＡ６００について詳細に説明する。本実施の形態にかかるＯＴＡ６００の構成例を図３ないし図５に示す。図３ないし図５に示す各ＯＴＡ６００は、本実施の形態にかかるＯＴＡ６００のバリエーションの一例を示すものであり、いずれのＯＴＡ６００も、上述したように、入力電圧に含まれる高周波成分の影響を除去した電流を出力することができる。
【００３０】
以下、各ＯＴＡ６００について詳細に説明するが、以下の説明は、交流成分つまりいわゆる小信号に対するものである。各ＯＴＡ６００を構成する各ＭＯＳＦＥＴには、適宜バイアス電圧が印加されているものとする。
【００３１】
まず図３に示すＯＴＡ６００を説明する。図３に示すように、ＯＴＡ６００への２つの入力端子つまりＶＩＮＰ端子及びＶＩＮＮ端子は、それぞれＰ型ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ３及びＭ４（それぞれ、特許請求の範囲に記載の第１のＭＯＳトランジスタ及び第２のＭＯＳトランジスタに相当する）の各ゲートに接続されている。そして、ＯＴＡ６００の２つの出力端子つまりＶＯＵＴＮ端子及びＶＯＵＴＰ端子は、それぞれＰ型ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ１及びＭ２（それぞれ、特許請求の範囲に記載の第７のＭＯＳトランジスタ及び第８のＭＯＳトランジスタに相当する）の各ドレインに接続されている。そして上述したように、各出力端子からは、各入力端子にそれぞれ印加される電圧の差に応じた電流が、互いに逆向きに出力される。
【００３２】
ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ３及びＭ４は、各ドレインがそれぞれ定電流源Ｋ１及びＫ２（それぞれ特許請求の範囲に記載の第１の定電流源及び第２の定電流源に相当する）を介して接地されている。またＭＯＳＦＥＴ  Ｍ３及びＭ４の各ソースは、抵抗Ｒ１を介して接続されている。またＭＯＳＦＥＴ  Ｍ３及びＭ４の各ソースは、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ５及びＭ６（それぞれ、特許請求の範囲に記載の第３のＭＯＳトランジスタ及び第４のＭＯＳトランジスタに相当する）の各ドレインとそれぞれ接続されている。
【００３３】
一方、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ５及びＭ６の各ソースは、駆動電源ＶＤＤに接続されている。またＭＯＳＦＥＴ  Ｍ５及びＭ６の各ゲートは、それぞれ、抵抗Ｒｙ２及び抵抗Ｒｙ１を介して、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ１及びＭ２の各ゲートに接続されている。そして、抵抗Ｒｙ２とＭＯＳＦＥＴ  Ｍ１のゲートとの接続点と、抵抗Ｒｙ１とＭＯＳＦＥＴ  Ｍ２のゲートとの接続点との間は、コンデンサＣｙ（特許請求の範囲に記載の共通のコンデンサに相当する）を介して接続されている。また、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ５及びＭ６の各ゲートは、それぞれ、定電流源Ｋ３及びＫ４（それぞれ特許請求の範囲に記載の第３の定電流源、第４の定電流源に相当する）を介して駆動電源ＶＤＤに接続されている。さらに、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ５及びＭ６の各ゲートは、それぞれ、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ７及びＭ８（それぞれ、特許請求の範囲に記載の第５のＭＯＳトランジスタ及び第６のＭＯＳトランジスタに相当する）の各ソースと接続されている。
【００３４】
なお、抵抗Ｒｙ２とＭＯＳＦＥＴ  Ｍ１のゲートとの接続点と、抵抗Ｒｙ１とＭＯＳＦＥＴ  Ｍ２のゲートとの接続点との間をコンデンサＣｙを介して接続する構成ではなく、抵抗Ｒｙ２とＭＯＳＦＥＴ  Ｍ１のゲートとの接続点をコンデンサＣｙ１（特許請求の範囲に記載の第１のＲＣローパスフィルタを構成するコンデンサに相当する）を介して接地し、抵抗Ｒｙ１とＭＯＳＦＥＴ  Ｍ２のゲートとの接続点をコンデンサＣｙ２（特許請求の範囲に記載の第２のＲＣローパスフィルタを構成するコンデンサに相当する）を介して接地する構成とすることも可能である。
【００３５】
一方、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ７及びＭ８の各ドレインは接地されており、各ゲートは、それぞれ、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ３及びＭ４の各ドレインと接続されている。  
またＭＯＳＦＥＴ  Ｍ１及びＭ２の各ソースは、駆動電源ＶＤＤに接続されている。そしてＭＯＳＦＥＴ  Ｍ１及びＭ２は、上述したように、各ドレインがＯＴＡ６００の２つの出力端子つまりＶＯＵＴＮ端子及びＶＯＵＴＰ端子にそれぞれ接続されている。
【００３６】
以上のような構成のＯＴＡ６００において、一例として、ＶＩＮＰ端子にＶ１ボルト、ＶＩＮＮ端子にＶ２ボルト（ここではＶ２＜Ｖ１とする）が印加された場合の動作について説明する。つまりＯＴＡ６００の２つの入力端子にそれぞれ印加される電圧の差がＶ１−Ｖ２ボルトである場合である。  
この場合、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ３及びＭ４の各ソース電圧は、それぞれ、Ｖ１ボルト及びＶ２ボルトとなる。そうすると、抵抗Ｒ１には、（Ｖ１―Ｖ２）／Ｒ１で定まる電流が流れる。この電流をＩＳと記す。
【００３７】
ここでこの電流ＩＳは、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ５及びＭ６のいずれか一方から出力されるとともに他方へ供給されることになる。なぜならば、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ３及びＭ４の各ドレインには、定電流源Ｋ１及びＫ２がそれぞれ接続されているため、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ３及びＭ４には定電流しか流れないからである。
【００３８】
そのため、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ５及びＭ６の各ゲート電圧が、それぞれソースドレイン間に電流ＩＳが流れるように変化する。なお、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ５及びＭ６のソースドレイン間を流れる電流ＩＳの向きは互いに逆向きであるから、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ５及びＭ６の各ゲートの電圧は、一方が上昇し他方が下降するように相補的に変化する。このＭＯＳＦＥＴ  Ｍ５及びＭ６の各ゲートの電圧は、それぞれ、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ３、Ｍ７、及びＭ４、Ｍ８により制御される。
【００３９】
ここで、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ５及びＭ６の各ゲートは、それぞれ抵抗Ｒｙ２及びＲｙ１を介して、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ１及びＭ２の各ゲートと接続されている。このため、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ５及びＭ６の各ゲートの電圧の変化に応じて、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ１及びＭ２の各ゲートの電圧も変化する。これにより、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ５及びＭ６のソースドレイン間を流れる電流ＩＳが変化するに伴って、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ１及びＭ２の各ソースドレイン間を流れる電流も変化する。そしてこのＭＯＳＦＥＴ  Ｍ１及びＭ２の各ソースドレイン間の電流は、それぞれＶＯＵＴＮ端子及びＶＯＵＴＰ端子から出力される。
【００４０】
なおここで、本実施の形態にかかるＯＴＡ６００は、抵抗Ｒｙ２とＭＯＳＦＥＴ  Ｍ１のゲートとの接続点と、抵抗Ｒｙ１とＭＯＳＦＥＴ  Ｍ２のゲートとの接続点との間が、コンデンサＣｙを介して接続されている。そしてこの抵抗Ｒｙ２と抵抗Ｒｙ１とコンデンサＣｙとによりＬＰＦ（特許請求の範囲に記載の第１のローパスフィルタ回路及び第２のローパスフィルタ回路に相当する）が構成される。つまり、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ５及びＭ６の各ゲートと、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ１及びＭ２の各ゲートとの間は、それぞれＬＰＦを介して接続されることになる。
【００４１】
このように本実施の形態にかかるＯＴＡ６００では、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ５及びＭ６の各ゲートと、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ１及びＭ２の各ゲートとの間をそれぞれＬＰＦを介して接続するようにしているため、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ５及びＭ６の各ゲートの電圧は、ＬＰＦで高周波成分が減衰された後にＭＯＳＦＥＴ  Ｍ１及びＭ２の各ゲートに伝わることになる。
【００４２】
このため、本実施の形態にかかるＯＴＡ６００においては、ＶＩＮＰ端子及びＶＩＮＮ端子にそれぞれ印加される電圧Ｖ１及びＶ２の少なくともいずれか一方にノイズなどに起因する高周波成分が含まれていたとしても、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ１及びＭ２のドレインからは高周波成分を含まない電流が出力される。つまりＶＰＵＴＮ端子及びＶＯＵＴＰ端子からは高周波成分を含まない電流を出力することができる。
【００４３】
次に図４に示すＯＴＡ６００を説明する。図４に示すＯＴＡ６００は、出力端子が一つの場合の例である。つまり図４に示すＯＴＡ６００は、図３に示すＯＴＡ６００に対して、出力端子ＶＯＵＴＰ、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ２、及び抵抗Ｒｙ１を取り除いた構成である。そして抵抗Ｒｙ２とＭＯＳＦＥＴ  Ｍ１のゲートとの接続点はコンデンサＣｙを介して接地されている。このような構成のＯＴＡ６００でも、図３に示したＯＴＡ６００と同様に、ＶＩＮＰ端子及びＶＩＮＮ端子にそれぞれ印加される電圧Ｖ１及びＶ２の少なくともいずれか一方にノイズなどに起因する高周波成分が含まれていたとしても、高周波成分を含まない電流を出力することができる。
【００４４】
次に図５に示すＯＴＡ６００を説明する。図５に示すＯＴＡ６００は、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ５及びＭ６の各ゲートと、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ１及びＭ２の各ゲートとの間を、それぞれ２次のＬＰＦを介して接続するようにする場合の例である。このような構成のＯＴＡ６００でも、図３及び図４に示したＯＴＡ６００と同様に、ＶＩＮＰ端子及びＶＩＮＮ端子にそれぞれ印加される電圧Ｖ１及びＶ２の少なくともいずれか一方にノイズなどに起因する高周波成分が含まれていたとしても、高周波成分を含まない電流を出力することができる。
【００４５】
その他図示はしないが、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ５及びＭ６の各ゲートと、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ１及びＭ２の各ゲートとの間を、それぞれ３次以上の高次のＬＰＦを介して接続するようにすることもできる。
【００４６】
なお、本実施の形態にかかるＯＴＡ６００は、ディスクリートにより構成することもできるし集積回路として構成することもできる。集積回路として構成される場合には、上記ＬＰＦは、ＯＴＡ６００に構成要素として含まれないこととすることもできるし、含まれることとすることもできる。
【００４７】
前者の場合には、例えば集積回路に上記ＬＰＦを構成する抵抗やコンデンサを接続するための端子を設け、これらの端子に抵抗やコンデンサを外部接続するようにする。また、もちろん、ＬＰＦを構成する抵抗やコンデンサの一部のみが本実施の形態にかかるＯＴＡ６００に構成要素として含まれ、他の一部についてはＯＴＡ６００に構成要素として含まれないこととすることともできる。この場合には、ＯＴＡ６００に構成要素として含まれないＬＰＦの抵抗あるいはコンデンサを接続するための端子を設け、これらの端子に上記抵抗あるいはコンデンサを接続するようにする。
【００４８】
また後者の場合には、上記ＬＰＦを構成する各抵抗は、集積回路上において、それぞれ、抵抗値が固定の一つの抵抗素子を用いて実現することもできるし、抵抗値が固定の複数の抵抗素子を直列に接続するとともに各抵抗素子に並列にワイヤを設けておき、集積回路をモールドする前工程で適宜ワイヤを切断することにより抵抗値を可変とする構成とすることもできる。
【００４９】
＝＝＝ＬＰＦの例＝＝＝
次に、本実施の形態にかかるＯＴＡ６００を構成するＬＰＦについて詳細に説明する。上述したように、本実施の形態にかかるＯＴＡ６００には、１次ＬＰＦのみならず２次ＬＰＦ、さらには３次以上のＬＰＦをも組み組むことが可能である。
【００５０】
１次ＬＰＦとしては、図１０に示すように１入力１出力のシングルＬＰＦとすることもできるし、図１１に示すように２入力２出力のディファレンシャルＬＰＦとすることもできる。図４に示したＯＴＡ６００は、シングルＬＰＦを組み込んだ場合の回路例であり、図３に示したＯＴＡ６００は、ディファレンシャルＬＰＦを組み込んだ場合の回路例である。
【００５１】
シングルＬＰＦとディファレンシャルＬＰＦとをそれぞれ構成する抵抗及びコンデンサの各値を、図１０及び図１１に記載されているとおりとした場合の各ＬＰＦの特性を、図１２及び図１３に示す。
【００５２】
図１２及び図１３に示すように、同じ大きさの抵抗（シングルＬＰＦでは６０キロオームが１個、ディファレンシャルＬＰＦでは３０キロオームが２個）と同じ大きさの容量（いずれも１０ピコファラド）を使用すると、カットオフ周波数は同じになる。これにより、ＯＴＡ６００にシングルＬＰＦを組み込んだ場合には、抵抗は１個で済むため、基板上に抵抗素子を配置するために必要な面積を小さくすることが可能となる。一方、ＯＴＡ６００にディファレンシャルＬＰＦを組み込んだ場合には、抵抗値の小さな抵抗素子を用いることができる。そして各抵抗素子が分離されているため、基板上における抵抗素子の配置の自由度を高めることができる。これらの選択は、ＯＴＡ６００を設計する際の様々な技術的な制約やコスト等に応じて行うことができる。
【００５３】
次に２次ＬＰＦとしては、図１４に示す構成のＬＰＦとすることができる。図５に示したＯＴＡ６００は、２次ＬＰＦを組み込んだ場合の回路例である。
【００５４】
２次ＬＰＦを構成する各抵抗及び各コンデンサの値を、図１４に記載されているとおりとした場合の特性を、図１５及び図１６に示す。なお図１５及び図１６においては、比較のために、図１０または図１１に示した１次ＬＰＦの場合の特性も記載されている。図１５及び図１６に示すように、１次ＬＰＦを用いた場合のカットオフ周波数は２７５キロヘルツであるところ、２次ＬＰＦを用いることによりカットオフ周波数を９９キロヘルツに下げることが可能となる。またゲインの傾きも１次ＬＰＦの場合は−２０ｄＢ／ｄｅｃであるところ、−４０ｄＢ／ｄｅｃにすることができる。
【００５５】
このように、本実施の形態にかかるＯＴＡ６００では、１次ＬＰＦのみならず２次以上の高次ＬＰＦを組み込むことも可能であるため、用途や目的に応じた性能や特性をもったＯＴＡ６００を自由に設計、製作することができる。
【００５６】
＝＝＝ゲインについて＝＝＝
次に、上記説明した本実施の形態にかかる高周波成分を除去する機能を備えたＯＴＡ６００をより詳細に説明にするために、ＬＰＦをＯＴＡの外部に設けることとした場合の増幅回路のゲインについて説明する。
【００５７】
ここで、高周波成分を除去する機能を備えないＯＴＡ１６００を用いたデジタルマイク１０００の構成例を図６に示す。図６に示すように、デジタルマイク１０００は、マイク２００、増幅回路１３００、ＬＰＦ１４００、ΔΣ型ＡＤＣ５００の各電子回路を含んで構成される。このように高周波成分を除去する機能を備えないＯＴＡ１６００を用いた場合には、ＬＰＦ１４００はＯＴＡ１６００の外部に設けられる。なお、マイク２００及びΔΣ型ＡＤＣ５００は、図１に示したデジタルマイク１００を構成するものと同じものを用いることができる。
【００５８】
＜増幅回路＞
図７に示すように、増幅回路１３００は、ＯＴＡ１６００とオペアンプ７００とを含んで構成される。ＯＴＡ１６００は、ＯＴＡ６００とは異なり、高周波成分を除去する機能を備えない。一方オペアンプ７００は、増幅回路３００を構成するオペアンプ７００と同じものを用いることができる。
【００５９】
ＯＴＡ１６００の構成を図８に示す。ＯＴＡ１６００では、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ５及びＭ６の各ゲートと、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ１及びＭ２の各ゲートとの間は直接接続されている。そのため、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ５とＭＯＳＦＥＴ  Ｍ１、及びＭＯＳＦＥＴ  Ｍ６とＭＯＳＦＥＴ  Ｍ２は、それぞれカレントミラー回路を構成する。そしてこの場合、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ５及びＭ６の各ゲートの電圧が急激に変化した場合には、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ１及びＭ２の各ゲートにその影響がそのまま伝わってしまうことになる。
【００６０】
このため、ＯＴＡ１６００においては、ＶＩＮＰ端子及びＶＩＮＮ端子にそれぞれ印加される電圧Ｖ１及びＶ２の少なくともいずれか一方にノイズなどに起因する高周波成分が含まれている場合には、ＶＯＵＴＮ端子及びＶＯＵＴＰ端子から出力される電流にも、高周波成分が含まれてしまう。
【００６１】
そしてＯＴＡ１６００のＶＯＵＴＰ端子から出力される高周波成分を含んだ電流が図７に示す抵抗ＲＸ１及び抵抗Ｒ２１に流れることにより定まる電圧が、オペアンプ７００の＋端子に印加される。つまりこの場合、オペアンプ７００の＋端子には、高周波成分を含んだままの電圧が印加されることになる。
【００６２】
またオペアンプ７００は、当該オペアンプ７００の−端子が＋端子とイマジナリショートするように動作するため、−端子が＋端子と同電位になるように動作する。そして、オペアンプ７００のｖｏｕｔ端子には、ＯＴＡ１６００のＶＯＵＴＮ端子から出力された高周波成分を含む電流が抵抗ＲＸ２及び抵抗Ｒ２２を流れて定まる電圧が出力される。つまりオペアンプ７００のｖｏｕｔ端子には、高周波成分を含んだままの電圧が増幅されて出力されることになる。
【００６３】
このオペアンプ７００のｖｏｕｔ端子から出力される高周波成分を含んだ電圧は、ＬＰＦ１４００に印加される。そしてこのＬＰＦ１４００で高周波成分が除去されて、ΔΣ型ＡＤＣ５００に印加される。
【００６４】
このように、高周波成分を除去する機能を備えないＯＴＡ１６００を用いる場合には、高周波成分を除去するためのＬＰＦ１４００を、増幅回路１３００の後段に設けることになる。そしてこの場合には、少なくとも増幅回路１３００とＬＰＦ１４００との間において、オペアンプ７００で増幅された高周波成分を含む電圧がデジタルマイク１０００の内部の回路に印加されることになる。
【００６５】
＜具体例＞
次に、図７に示す増幅回路１３００により得られるゲインについて説明する。  
増幅回路１３００では、まずＯＴＡ１６００に入力された電圧信号を差動の電流信号に変換させた後、差動増幅器として機能するオペアンプ７００でシングルの電圧信号に変換する。ゲインはＯＴＡ１６００内の抵抗Ｒ１と、オペアンプ７００のゲイン決定用抵抗Ｒ２１で決定される。また、ＯＴＡ１６００とオペアンプ７００との間に、バイアス調整用抵抗ＲＸ１、ＲＸ２を対接地で設ける。これらの抵抗ＲＸ１及びＲＸ２により、オペアンプ７００に印加される電圧を調節することができる。なお、抵抗ＲＸ１、ＲＸ２は増幅回路１３００のゲインには直接影響はしない。
【００６６】
図７に示す増幅回路１３００において、ＯＴＡ１６００のＶＯＵＴＰ端子から出力される電流をｉｏ１、ＶＯＵＴＮ端子から出力される電流をｉｏ２とする。ｉｏ１とｉｏ２とは、それぞれ以下の式で決まる差動の小信号電流である。  
ｉｏ１＝（Ｖ１−Ｖ２）／Ｒ１、ｉｏ２＝−（Ｖ１−Ｖ２）／Ｒ１
ここでは、Ｖ１−Ｖ２＝１００ミリボルト、Ｒ１＝１０キロオームとする。そうするとこの場合、ｉｏ１＝１０マイクロアンペア、ｉｏ２＝−１０マイクロアンペアとなる。  
また、ＲＸ１＝４０キロオーム、ＲＸ２＝４０キロオーム、Ｒ２１＝１０キロオーム、Ｒ２２＝１０キロオームとすると、ｉｒ１＝８マイクロアンペア、ｉｘ１＝２マイクロアンペア、ｖｘ１＝８０ミリボルトとなる。  
またオペアンプ７００は、当該オペアンプ７００の＋端子が−端子とイマジナリショートするように動作するため、ｖｘ２＝８０ミリボルトとなる。  
そして、ｉｘ２＝２マイクロアンペア、ｉｒ２＝−１２マイクロアンペアとなる。  
以上より、ｖｏｕｔ＝（−ｉｒ２×Ｒ２２）＋ｖｘ２＝２００ミリボルトとなる。  
ここで、Ｖ１−Ｖ２＝１００ミリボルトであるから、この増幅回路１３００のゲインは２倍であることがわかる。  
なお、ｖｏｕｔ＝（−ｉｒ２×Ｒ２２）＋ｖｘ２＝２×（Ｖ１−Ｖ２）×Ｒ２１／Ｒ１であるから、ｖｏｕｔ／（Ｖ１−Ｖ２）＝２×Ｒ２１／Ｒ１となり、上述したように、抵抗ＲＸ１、ＲＸ２は、ゲインには無関係であることがわかる。
【００６７】
この図７に示す増幅回路１３００では、２倍のゲインを得ることができるが、オペアンプ７００により高周波成分も増幅されてしまうことになる。  
そこでこれを回避するために、図９に示すように、ＯＴＡ１６００とオペアンプ７００とをＬＰＦ１４００を介して接続するようにする。この回路では、ＯＴＡ１６００から出力される電流に含まれる高周波成分を取り除いて得られる電圧をオペアンプ７００で増幅することが可能となる。
【００６８】
ここで、図７に示す増幅回路１３００と同様に、Ｖ１−Ｖ２＝１００ミリボルト、Ｒ１＝１０キロオーム、ＲＸ１＝４０キロオーム、ＲＸ２＝４０キロオーム、Ｒ２１＝１０キロオーム、Ｒ２２＝１０キロオームとする。  
そしてＯＴＡ１６００とオペアンプ７００との間に介在されるＬＰＦは、Ｒｙ１＝３０キロオーム、Ｒｙ２＝３０キロオーム、Ｃｙ＝３ピコファラドであるとする。  
この場合、ｉｏ１＝１０マイクロアンペア、ｉｏ２＝−１０マイクロアンペア、ｉｘ１＝５マイクロアンペア、ｉｒ１＝５マイクロアンペア、ｖｘ１＝２００ミリボルト、ｖｘ１’＝５０ミリボルトとなる。
【００６９】
またオペアンプ７００は、当該オペアンプ７００の＋端子が−端子とイマジナリショートするように動作するため、ｖｘ２’＝５０ミリボルトとなる。  
そして、ｉｘ２＝−３．５７マイクロアンペア、ｉｒ２＝−６．４３マイクロアンペア、ｖｘ２＝−１４３ミリボルトとなる。  
そうすると、ｖｏｕｔ＝（−ｉｒ２×Ｒ２２）＋ｖｘ２’＝１１４ミリボルトとなる。
【００７０】
ここで、Ｖ１−Ｖ２＝１００ミリボルトであるから、この増幅回路１３００のゲインは１．１４倍となる。そして、図７に示したＬＰＦを挿入しない場合と比べ、ゲインが低下してしまうことがわかる。これは、ＯＴＡ１６００の出力端子とオペアンプ７００の入力端子との間に、抵抗Ｒｙ１、Ｒｙ２が介在しているためである。
【００７１】
このように、高周波成分を除去する機能を備えないＯＴＡ１６００を用いてデジタルマイク１０００を構成しようとすると、図７に示したようにＬＰＦ１４００をオペアンプ７００の後段に設けるか、図９に示したようにＬＰＦ１４００をＯＴＡ１６００とオペアンプ７００の間に介在させることになる。
【００７２】
いずれの場合も、ＬＰＦ１４００をＯＴＡ１６００とは別に設ける必要があるため、回路基板上にＬＰＦ１４００を設けるための面積が必要となる。また図７に示した構成では高周波成分がオペアンプ７００で増幅されてしまうことになるため、デジタルマイク１０００を構成する他の電子回路に影響を与える可能性がある。一方図９に示した構成では増幅回路１３００のゲインが低下してしまうことなる。さらにＯＴＡ１６００とＬＰＦ１４００との間を接続する信号線に外部からノイズが混入する可能性もある。
【００７３】
このような課題は、上述したように、本実施の形態にかかる高周波成分を除去する機能を備えたＯＴＡ６００を用いることにより解決される。
【００７４】
つまり本実施の形態にかかる高周波成分を除去する機能を備えたＯＴＡ６００を用いることにより、マイク２００から出力される電圧にノイズが含まれていても、ＯＴＡ６００の内部でノイズを除去することができるため、ノイズがオペアンプ７００で増幅されてしまうことを防止することができる。これにより、デジタルマイク１００を構成する各電子回路の誤作動の要因となるノイズを、オペアンプ７００で増幅される前に除去することができ、デジタルマイク１００の信頼性や品質を向上させることができる。
【００７５】
またノイズカットされた電圧をオペアンプ７００で増幅するため、マイク２００が検出した周囲の音声をより忠実に表したデジタルデータをデジタルマイク１００から出力することが可能となる。これにより、携帯電話機の音質向上や、パソコン、カーナビゲーション装置等の音声認識率を向上させることが可能となる。
【００７６】
また、本実施の形態にかかる高周波成分を除去する機能を備えたＯＴＡ６００を用いることにより、ＬＰＦ１４００を設ける必要がなくなるため、部品コスト削減、パターンレイアウトの自由度向上、小型化、部品管理コスト削減、低消費電力化、故障率の低減など、様々なメリットを得ることができる。さらにはＯＴＡ１６００とＬＰＦ１４００との間を接続する信号線に外部からノイズが混入する可能性もなくすことができる。
【００７７】
さらに、本実施の形態にかかるＯＴＡ６００には、１次ＬＰＦのみならず２次以上の高次のＬＰＦを組み込むことも可能であるため、用途や目的に応じた性能や特性をもったＯＴＡ６００の設計や製作を自由に行うことができる。
【００７８】
以上発明を実施するための最良の形態について説明したが、上記実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。例えばＯＴＡ６００は、集積回路として構成することもできるし、ディスクリートの回路により構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本実施の形態に係るデジタルマイクの全体構成を示す図である。
【図２】本実施の形態に係る増幅回路の構成を示す図である。
【図３】本実施の形態に係るＯＴＡの構成を示す図である。
【図４】本実施の形態に係るＯＴＡの構成を示す図である。
【図５】本実施の形態に係るＯＴＡの構成を示す図である。
【図６】本実施の形態に係るＯＴＡを用いない場合のデジタルマイクの全体構成を示す図である。
【図７】増幅回路のゲインを計算するための図である。
【図８】一般的なＯＴＡの構成を示す図である。
【図９】ＯＴＡとオペアンプとの間にローパスフィルタを介在させた場合を示す図である。
【図１０】１次ローパスフィルタを示す図である。
【図１１】１次ローパスフィルタを示す図である。
【図１２】１次ローパスフィルタのゲイン特性を示す図である。
【図１３】１次ローパスフィルタの位相特性を示す図である。
【図１４】２次ローパスフィルタを示す図である。
【図１５】２次ローパスフィルタのゲイン特性を示す図である。
【図１６】２次ローパスフィルタの位相特性を示す図である。
【図１７】エレクトレットコンデンサマイクロフォンを示す図である。
【符号の説明】
【００８０】
１００    デジタルマイク
２００    マイク
３００    増幅回路
５００    ΔΣ型ＡＤＣ
６００    ＯＴＡ
７００    オペアンプ
【図１】
2006332805.tif 000003
【図２】
2006332805.tif 000004
【図３】
2006332805.tif 000005
【図４】
2006332805.tif 000006
【図５】
2006332805.tif 000007
【図６】
2006332805.tif 000008
【図７】
2006332805.tif 000009
【図８】
2006332805.tif 000010
【図９】
2006332805.tif 000011
【図１０】
2006332805.tif 000012
【図１１】
2006332805.tif 000013
【図１２】
2006332805.tif 000014
【図１３】
2006332805.tif 000015
【図１４】
2006332805.tif 000016
【図１５】
2006332805.tif 000017
【図１６】
2006332805.tif 000018
【図１７】
2006332805.tif 000019