(57)【要約】【課題】フィルタとして大きな容量を有する容量素子が不要となりコストアップを抑える。【解決手段】増幅回路ＡＭＰは、マイクロホンのダイヤフラムＣ０に接続可能である入力端子ＩＮと、ゲートを入力端子ＩＮに接続し、ソースを接地し、ドレインから出力信号ＶＯＵＴを出力する増幅用ＭＯＳトランジスタＱ１と、増幅用ＭＯＳトランジスタＱ１のゲートとソース間を接続する変調素子ＳＷ１と、を備え、変調素子ＳＷ１は、クロック信号によって入力端子ＩＮから入力される信号を変調するように機能する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロホンのダイヤフラムに接続可能である入力端子と、
ゲートを前記入力端子に接続し、ソースを接地し、ドレインから出力信号を出力する増幅用ＭＯＳトランジスタと、
前記増幅用ＭＯＳトランジスタのゲートとソース間を接続する変調素子と、
を備え、
前記変調素子は、クロック信号によって前記入力端子から入力される信号を変調するように機能することを特徴とする増幅回路。
【請求項２】
前記変調素子は、矩形信号である前記クロック信号がゲートに供給され、前記クロック信号によってオンオフ動作するＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項１記載の増幅回路。
【請求項３】
前記変調素子は、正弦波信号である前記クロック信号がゲートに供給され、前記クロック信号によって前記入力端子から入力される信号を変調するＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項１記載の増幅回路。
【請求項４】
前記入力端子に音声帯域の信号を入力し、前記クロック信号の周波数は、５０ｋＨｚ〜１００ＫＨｚであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の増幅回路。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一に記載の増幅回路を備える半導体装置。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体装置と前記ダイヤフラムとを備えるマイクロホン。
【請求項７】
エレクトレット・マイクロホンである請求項６に記載のマイクロホンと、
前記クロック信号の供給源回路と、
を備える電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、増幅回路および半導体装置に関し、特に、マイクロホン用の増幅回路におけるノイズ対策技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンデンサマイクロホンは、汎用のマイクロホンとして、電子機器等において一般的に用いられている。このようなマイクロホンのためのインピーダンス変換器が特許文献１において開示されている。このインピーダンス変換器は、図６に示すように、トランジスタ（Ｑ１）と、抵抗器（Ｒ１）と、フィルタ（１１０）とを有し、トランジスタ（Ｑ１）はＦＥＴトランジスタであり、抵抗器（Ｒ１）がトランジスタ（Ｑ１）におけるゲートとソースとの間に接続され、フィルタ（１１０）の両端が夫々トランジスタ（Ｑ１）におけるドレインとソースとに接続される。また、フィルタ（１１０）は二つの並列状のコンデンサ（Ｃ１、Ｃ２）から成ると共に、抵抗器（Ｒ１）はダイオード（Ｄ１）と並列状態にあり、そのダイオード（Ｄ１）のアノードはトランジスタ（Ｑ１）のソースと接続され、カソードはトランジスタ（Ｑ１）のゲートと接続される。このような構成のインピーダンス変換器によれば、マイクロホン内に設置され、特に小型化が可能であり、フィルタによりノイズを除去することによって、優れた音質を提供することができる。
【０００３】
また、関連する技術として、特許文献２には、ダイレクトスイッチおよびクロスオーバースイッチを用いるチョッピング変調および復調回路を利用し、１／ｆ雑音のような低周波数雑音を信号ベースバンドの外へ変調するシステムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実用新案登録第３０８１１０６号公報
【特許文献２】特表２００６−５１８１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以下の分析は本発明において与えられる。
【０００６】
ところで、コンデンサマイクロホンを携帯電話等の電波の発生する機器に用いる場合、またはその機器の近くで使用する場合、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）方式の電波による干渉を受けることがある。ＴＤＭＡ方式は、２１７Ｈｚの周波数でオンオフして、多チャンネル化を実現する方式である。このため、電波は、周波数が２１７Ｈｚである信号によって変調を受けた周波数成分、例えば、０．９ＧＨｚ±２１７Ｈｚ、１．９ＧＨｚ±２１７Ｈｚの干渉波となる周波数成分を有する。
【０００７】
このような干渉波は電圧ノイズとして電源などに混入される。このときに、自己復調現象が発生すると、２１７Ｈｚに復調された信号成分がマイクロホンのためのインピーダンス変換器（増幅器）から出力されてしまう。２１７Ｈｚの周波数は、音声帯域（概ね２０ｋＨｚ以下）の可聴周波数であり、音声信号に対するノイズとして存在することになる。
【０００８】
これに対し、特許文献１では、二つの並列状のコンデンサＣ１、Ｃ２から成るフィルタによってノイズを除去することができる。この場合、それぞれ９００ＭＨｚ付近、１．９ＧＨｚ付近のＲＦ信号を除去するためには、コンデンサＣ１、Ｃ２の容量値として例えばそれぞれ３３ｐＦ、１０ｐＦが用いられる。
【０００９】
しかしながら、半導体集積回路内において、１０ｐＦ、３３ｐＦという大きな容量値を有する容量素子を実現するのは難しく、外付けとしなければならず装置のコストアップに繋がってしまう。
【００１０】
一方、特許文献２に記載の技術は、上記の２１７Ｈｚのような低周波数雑音を排除するのに有効ではあるが、マイクロホンとして内蔵する増幅器に適用することは、回路が複雑過ぎてコストアップに繋がってしまう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の１つのアスペクト（側面）に係る増幅回路は、マイクロホンのダイヤフラムに接続可能である入力端子と、ゲートを入力端子に接続し、ソースを接地し、ドレインから出力信号を出力する増幅用ＭＯＳトランジスタと、増幅用ＭＯＳトランジスタのゲートとソース間を接続する変調素子と、を備え、変調素子は、クロック信号によって入力端子から入力される信号を変調するように機能する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、フィルタとして大きな容量を有する容量素子が不要となりコストアップを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施例に係るコンデンサマイクロホンの回路図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係るコンデンサマイクロホンのより詳細な回路図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係る出力信号におけるスペクトラムのシミュレーション結果を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係るコンデンサマイクロホンの回路図である。
【図５】本発明の第２の実施例に係る出力信号におけるスペクトラムのシミュレーション結果を示す図である。
【図６】従来のマイクロホンのためのインピーダンス変換器の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態に係る増幅回路（図１のＡＭＰ）は、マイクロホンのダイヤフラム（図１のＣ０）に接続可能である入力端子（図１のＩＮ）と、ゲートを入力端子に接続し、ソースを接地し、ドレインから出力信号を出力する増幅用ＭＯＳトランジスタ（図１のＱ１）と、増幅用ＭＯＳトランジスタのゲートとソース間を接続する変調素子（図１のＳＷ１）と、を備え、変調素子は、クロック信号によって入力端子から入力される信号を変調するように機能する。
【００１５】
増幅回路において、変調素子は、矩形信号であるクロック信号がゲートに供給され、クロック信号によってオンオフ動作するＭＯＳトランジスタであってもよい。
【００１６】
増幅回路において、変調素子は、正弦波信号であるクロック信号がゲートに供給され、クロック信号によって入力端子から入力される信号を変調するＭＯＳトランジスタであってもよい。
【００１７】
増幅回路において、入力端子に音声帯域の信号を入力し、クロック信号の周波数は、５０ｋＨｚ〜１００ＫＨｚであってもよい。
【００１８】
半導体装置が上記の増幅回路を備えるようにしてもよい。
【００１９】
マイクロホンが上記の半導体装置とダイヤフラムとを備えるようにしてもよい。
【００２０】
電子機器が、エレクトレット・マイクロホンである上記のマイクロホンと、クロック信号の供給源回路と、を備えるようにしてもよい。
【００２１】
以上のような増幅回路によれば、ノイズを除去するフィルタとして大きな容量を有する容量素子が不要であり、コストアップを抑えることができる。
【００２２】
以下、実施例に即し、図面を参照して詳しく説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明の第１の実施例に係るコンデンサマイクロホンの回路図である。図１において、図６と同一の符号は同一物を表し、その説明を省略する。図１の増幅回路ＡＭＰは、図６のフィルタ１１０を廃し、抵抗器Ｒ１およびダイオードＤ１と並列に変調素子であるスイッチ素子ＳＷ１を備える。また、ダイオードＤ１と極性が逆となるダイオードＤ２をダイオードＤ１と並列に備える。ダイオードＤ１、Ｄ２は、ＮＭＯＳトランジスタＱ１のゲートに対する静電保護素子として機能する。
【００２４】
スイッチ素子ＳＷ１は、ＮＭＯＳトランジスタＱ１のゲートと接地間に接続され、クロック信号源ＣＧから端子ＣＮ１、ＣＮ２を介して与えられる矩形信号であるクロック信号によってオンオフし、入力端子ＩＮから入力される信号をクロック信号の周波数で断続する。すなわち、ＡＭ変調され、周波数成分で見ると周波数遷移されることとなる。ＮＭＯＳトランジスタＱ１は、この信号を周波数遷移された周波数帯域において増幅し、ドレインに接続される出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２を介して出力信号ＶＯＵＴとして出力する。なお、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２は、電源ＶＤＤとの間に負荷抵抗ＲＬを備える。
【００２５】
コンデンサマイクロホンＣＭは、入力端子ＩＮに接続されるマイクロホンのダイヤフラムＣ０と、半導体装置として構成される増幅回路ＡＭＰとを備える。コンデンサマイクロホンＣＭは、ダイヤフラムＣ０に入力される主として音声信号を増幅回路ＡＭＰでクロック信号によってＡＭ変調すると共に増幅し、出力端子ＯＵＴ２を介して出力信号ＶＯＵＴとして出力する。
【００２６】
図２は、本発明の第１の実施例に係るコンデンサマイクロホンのより詳細な回路図である。図２において、図１と同一の符号は同一物を表し、その説明を省略する。図２の増幅回路ＡＭＰは、スイッチ素子ＳＷ１をＮＭＯＳトランジスタＱ２として実現し、ＮＭＯＳトランジスタＱ２は、ドレインをＮＭＯＳトランジスタＱ１のゲートに接続し、ソースを接地し、ゲートにクロック信号源ＣＧからのクロック信号を与える。ＮＭＯＳトランジスタＱ２は、このクロック信号によってオンオフして入力端子ＩＮに与えられる信号をＡＭ変調する。
【００２７】
例えば、端子ＩＮより入力される入力信号の周波数を１ｋＨｚ、クロック信号の周波数を５０ｋＨｚとした時の出力信号ＶＯＵＴにおけるスペクトラムのシミュレーション結果を図３に示す。入力信号はクロック信号ＣＬＫの周波数である５０ｋＨｚ付近の周波数として増幅されていることが示される。クロック信号ＣＬＫの周波数ｆ＝５０ｋＨｚであれば、音声帯の周波数１ｋＨｚの信号は、５０ｋＨｚ±１ｋＨｚへと変調される。他方、２１７Ｈｚにおけるノイズが電源ＶＤＤから混入してもクロック信号で変調されることなくそのまま出力信号ＶＯＵＴとして出力される。このように増幅回路ＡＭＰは、周波数が２１７Ｈｚであるノイズの影響を受けることなく増幅が可能となる。
【００２８】
増幅回路ＡＭＰは、５０ｋＨｚの変調であれば、音声帯の増幅回路で十分動作できる周波数であってＮＭＯＳトランジスタＱ１の動作特性を考えても５０ｋＨｚ〜１００ＫＨｚ程度の周波数での動作が望ましい。また、スイッチング動作時の入力インピーダンスを考慮すると、抵抗器Ｒ１の値は、１００ｋΩ〜１ＧΩ程度が望ましい。
【００２９】
以上のような増幅回路ＡＭＰあるいはコンデンサマイクロホンＣＭから出力される出力信号ＶＯＵＴは、不図示の後段の回路において、さらに増幅後、又は、ＡＤ変換後に、復調処理をすることで元の信号へと戻される。一方、電源ＶＤＤから混入する２１７Ｈｚのような低周波数雑音は、周波数遷移されずに不図示の後段の処理で低域が遮断され除去される。
【００３０】
本実施例の増幅回路ＡＭＰにおいて、クロック信号によって周期的にオンオフをされた元信号（音声信号）は、クロック信号の周波数付近へと変調される。このため、元信号における２１７Ｈｚ成分は、高周波領域へ変調されており、外部から混入した２１７Ｈｚのノイズ信号が出力されても、元信号（音声信号）から分離された信号であり、後段のハイパスフィルタなどによって容易に除去可能である。
【００３１】
以上のように本実施例の増幅回路ＡＭＰは、外来の低周波ノイズの影響を低減するために、フィルタとして大きな容量を有する容量素子が不要であって簡単な回路で構成され、コストアップを抑えることができる。
【実施例２】
【００３２】
図４は、本発明の第２の実施例に係るコンデンサマイクロホンの回路図である。図４において、図２と同一の符号は同一物を表し、その説明を省略する。図４のクロック信号源ＣＧａは、矩形信号に替えて正弦波信号を端子ＣＮ１、ＣＮ２に供給する。増幅回路ＡＭＰは、第１の実施例と同様にダイヤフラムＣ０に入力される主として音声信号を正弦波信号によってＡＭ変調すると共に増幅し、出力端子ＯＵＴ２を介して出力信号ＶＯＵＴとして出力する。
【００３３】
入力端子ＩＮから入力される入力信号の周波数を１ｋＨｚ、正弦波信号の周波数を５０ｋＨｚとした時の出力信号ＶＯＵＴにおけるスペクトラムのシミュレーション結果を図５に示す。入力信号は、第１の実施例と同様に正弦波信号の周波数である５０ｋＨｚ付近の周波数として増幅されていることが示される。
【００３４】
増幅回路ＡＭＰは、第１の実施例では矩形信号であるクロック信号によってＡＭ変調するのに対し、第２の実施例では正弦波信号であるクロック信号によってＡＭ変調する。このため、第１の実施例ではクロック信号の高調波周波数にも変調波のスペクトルが現れるのに対し、第２の実施例では基本周波数のみに変調波のスペクトルが現れる。したがって、後段の処理をより容易に行うことができる。
【００３５】
なお、前述の特許文献等の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【符号の説明】
【００３６】
ＡＭＰ  増幅回路
Ｃ０  ダイヤフラム
ＣＧ、ＣＧａ  クロック信号源
ＣＭ  コンデンサマイクロホン
ＣＮ１、ＣＮ２  端子
Ｄ１、Ｄ２  ダイオード
Ｇ１、Ｇ２  接地端子
ＩＮ  入力端子
ＯＵＴ１、ＯＵＴ２  出力端子
Ｑ１、Ｑ２  ＮＭＯＳトランジスタ
Ｒ１  抵抗器
ＲＬ  負荷抵抗
ＳＷ１  スイッチ素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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