(57)【要約】【課題】簡単な構成のアンプを用い、歪みの少ない出力を得ることができるプログラマブルゲインアンプ回路を提供する。【解決手段】プログラマブルゲインアンプ回路は、入力信号の振幅電圧Ｖｉｎを固定容量Ｃ０と可変容量Ｃｖの容量値の比に応じて分圧する分圧部１と、分圧部１の出力が入力されるアンプ２と、を備える。可変容量Ｃｖは、ｎ個の容量Ｃ１〜Ｃｎとｎ個のスイッチＳ１〜Ｓｎとから構成される。ゲイン切り替え信号によりスイッチＳ１〜Ｓｎの開閉が制御されて、固定容量Ｃ０にされる可変容量Ｃｖの容量値が変化する。【選択図】図１
2011055147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号の振幅電圧を固定容量と可変容量の容量値の比に応じて分圧する分圧手段と、
前記分圧手段の出力が入力されるアンプと
を備え、
前記可変容量の容量値が、ゲイン切り替え信号によるゲインの設定に応じて変化する
ことを特徴とするプログラマブルゲインアンプ回路。
【請求項２】
前記可変容量が、
複数の容量と、
前記複数の容量のそれぞれに一端が接続され、他端が前記固定容量に共通に接続される複数のスイッチと
を有し、
前記複数のスイッチの開閉が、前記ゲイン切り替え信号により制御される
ことを特徴とする請求項１に記載のプログラマブルゲインアンプ回路。
【請求項３】
前記複数のスイッチの前記他端が、共通に接続される第２のスイッチを介して前記固定容量に接続され、
前記ゲイン切り替え信号が、
前記複数のスイッチを総て開くときは前記第２のスイッチを開き、
前記複数のスイッチのいずれかを閉じるときは前記第２のスイッチを閉じるよう制御する
ことを特徴とする請求項２に記載のプログラマブルゲインアンプ回路。
【請求項４】
前記可変容量が、
前記固定容量に直列に接続される複数の容量と、
前記複数の容量の接続点のそれぞれと接地端子との間に接続される複数のスイッチと
を有し、
前記複数のスイッチの開閉が、前記ゲイン切り替え信号により制御される
ことを特徴とする請求項１に記載のプログラマブルゲインアンプ回路。
【請求項５】
前記分圧手段の出力に抵抗を接続して、前記アンプへ入力される信号から低周波成分を除去するハイパスフィルタを形成する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプログラマブルゲインアンプ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プログラマブルゲインアンプ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンデンサマイクロホンでは、音圧を感知する素子であるコンデンサの容量値が音圧を受けて変化し、その両電極間に入力信号が発生する。発生した入力信号は、アンプにより増幅される。
【０００３】
また、音圧感知素子のコンデンサとアンプの間には、ハイパスフィルタが挿入される。これは、アンプから出力される信号は音声信号として機能するので、その周波数帯域はおよそ１００Ｈｚ〜２０ｋＨｚでよいため、音声信号として不要な直流成分や低周波成分を除去するためである。このハイパスフィルタにより、風切り音など、低周波成分の多い雑音も除去される。
【０００４】
従来、ハイパスフィルタの構成方式として、音圧感知素子のコンデンサを利用し、このコンデンサに抵抗を接続してＲＣ回路を形成する方式が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
このアンプとしてプログラマブルゲインアンプを用いると、ゲインの設定により出力レベルの調整を行うことができる。これにより、想定される入力音の大きさに応じて、適切なレベルの出力電圧を得ることができる。
【０００６】
しかし、ゲインを高めに設定しているときに想定以上の大きさの音が入力されると、プログラマブルゲインアンプの出力が歪む、という問題が発生する。
【０００７】
また、ゲインの切り替え段数が多くなると、プログラマブルゲインアンプの内部構成が複雑になるという、問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１００２５１号公報  （第４ページ、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明の目的は、簡単な構成のアンプを用い、歪みの少ない出力を得ることができるプログラマブルゲインアンプ回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様によれば、入力信号の振幅電圧を固定容量と可変容量の容量値の比に応じて分圧する分圧手段と、前記分圧手段の出力が入力されるアンプとを備え、前記可変容量の容量値が、ゲイン切り替え信号によるゲインの設定に応じて変化することを特徴とするプログラマブルゲインアンプ回路が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡単な構成のアンプを用い、歪みの少ない出力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１に係るプログラマブルゲインアンプ回路の構成の例を示す回路図。
【図２】実施例１のプログラマブルゲインアンプ回路の分圧部１の出力特性の例を示す図。
【図３】本発明の実施例２に係るプログラマブルゲインアンプ回路の構成の例を示す回路図。
【図４】本発明の実施例３に係るプログラマブルゲインアンプ回路の構成の例を示す回路図。
【図５】実施例３のプログラマブルゲインアンプ回路の分圧部１１の出力特性の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施の形態として、コンデンサマイクロホンの音圧感知素子であるコンデンサの出力を増幅するプログラマブルゲインアンプ回路を例にとり、以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。なお、図中、同一または相当部分には同一の符号を付して、その説明は繰り返さない。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の実施例１に係るプログラマブルゲインアンプ回路の構成の例を示す回路図である。
【００１５】
本実施例のプログラマブルゲインアンプ回路は、入力信号の振幅電圧Ｖｉｎを固定容量Ｃ０と可変容量Ｃｖの容量値の比に応じて分圧する分圧部１と、分圧部１の出力が入力されるアンプ２と、を備える。
【００１６】
ここで、固定容量Ｃ０は、コンデンサマイクロホンの音圧感知素子であるコンデンサである。
【００１７】
なお、コンデンサマイクロホンの場合、分圧部１の出力に抵抗Ｒを接続し、固定容量Ｃ０の容量値をＣ０、抵抗Ｒの抵抗値をＲとして、遮断周波数ｆ＝１／（２πＣ０Ｒ）で直流成分や低周波成分を除去するハイパスフィルタを形成する。
【００１８】
本実施例における可変容量Ｃｖは、ｎ個の容量Ｃ１〜Ｃｎと、容量Ｃ１〜Ｃｎのそれぞれに一端が接続され、他端が固定容量Ｃ０に共通に接続されたｎ個のスイッチＳ１〜Ｓｎと、から構成されている。
【００１９】
このとき、可変容量Ｃｖの容量値をＣｔｏｔａｌとすると、分圧部１の出力電圧Ｖｄは、
Ｖｄ＝Ｃ０／Ｃｔｏｔａｌ・Ｖｉｎ
と表される。
【００２０】
分圧部１のスイッチＳ１〜Ｓｎは、入力されたゲイン切り替え信号により、その開閉が制御される。これにより、スイッチＳ１〜Ｓｎの中で閉じているスイッチの数が多いほど、固定容量Ｃ０に並列に接続される容量の数が増加し、可変容量Ｃｖの容量値は増加する。
【００２１】
例えば、ｎ個の容量Ｃ１〜Ｃｎを総て同一の容量値Ｃとした場合、可変容量Ｃｖの容量値Ｃｔｏｔａｌは、閉じているスイッチの数が１、２、・・・、ｎと変化するのに応じて、
Ｃｔｏｔａｌ＝Ｃ、
Ｃｔｏｔａｌ＝２Ｃ、
・・・
Ｃｔｏｔａｌ＝ｎＣ
と増加する。
【００２２】
したがって、この場合、分圧部１の出力電圧Ｖｄは、
Ｖｄ＝Ｃ０／Ｃ・Ｖｉｎ、
Ｖｄ＝１／２・（Ｃ０／Ｃ）・Ｖｉｎ、
・・・
Ｖｄ＝１／ｎ・（Ｃ０／Ｃ）・Ｖｉｎ
と変化する。
【００２３】
図２に、スイッチＳ１〜Ｓｎの中の閉じているスイッチの数に対する分圧部１の出力電圧Ｖｄの関係をグラフで示す。
【００２４】
出力電圧Ｖｄは、スイッチＳ１〜Ｓｎの中の閉じているスイッチの数に反比例して、小さくなる。
【００２５】
アンプ２は、分圧部１の出力電圧Ｖｄを増幅する。アンプ２のゲインをＧ０とすると、アンプ２の出力電圧Ｖｏｕｔは、
Ｖｏｕｔ＝Ｇ０・Ｖｄ
と表される。
【００２６】
したがって、スイッチＳ１〜Ｓｎの中の閉じているスイッチの数に応じて分圧部１の出力電圧Ｖｄが変化すると、アンプ２の出力電圧Ｖｏｕｔも変化する。
【００２７】
すなわち、アンプ２の出力電圧Ｖｏｕｔは、
Ｖｏｕｔ＝Ｇ０・（Ｃ０／Ｃ）・Ｖｉｎ、
Ｖｏｕｔ＝１／２・Ｇ０・（Ｃ０／Ｃ）・Ｖｉｎ、
・・・
Ｖｏｕｔ＝１／ｎ・Ｇ０・（Ｃ０／Ｃ）・Ｖｉｎ
と変化する。
【００２８】
よって、アンプ２の出力電圧Ｖｏｕｔの入力電圧Ｖｉｎに対する比を本実施例のプログラマブルゲインアンプのゲインをＧ（＝Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）とすると、ゲインＧは、スイッチＳ１〜Ｓｎの中の閉じているスイッチの数が１、２、・・・、ｎと変化するのに応じて、
Ｇ＝（Ｃ０／Ｃ）・Ｇ０、
Ｇ＝１／２・（Ｃ０／Ｃ）・Ｇ０、
・・・
Ｇ＝１／ｎ・（Ｃ０／Ｃ）・Ｇ０
と変化する。
【００２９】
すなわち、スイッチＳ１〜Ｓｎの開閉を制御するゲイン切り替え信号により、入力電圧Ｖｉｎに対する出力電圧ＶｏｕｔのゲインＧをプログラマブルに変化させることができる。
【００３０】
このような本実施例によれば、固定容量Ｃ０に並列に接続される可変容量Ｃｖの容量値を変化させることにより、アンプ２のゲインを固定したままでも、アンプ２の出力電圧Ｖｏｕｔの大きさをプログラマブルに変化させることができる。これにより、アンプ２の内部にゲイン切り替えのための回路を設ける必要がなく、アンプ２の構成を簡素にすることができる。
【００３１】
また、アンプ２のゲインを上げる必要がないため、入力電圧Ｖｉｎが想定以上の大きさになっても、アンプ２の出力の歪みを少なくすることができる。
【実施例２】
【００３２】
実施例１の回路で分圧部１の出力電圧Ｖｄが最大になるのは、スイッチＳ１〜Ｓｎが総て開放されたときである。ところが、スイッチＳ１〜Ｓｎの端子には寄生容量があるため、スイッチＳ１〜Ｓｎが総て開放されても、スイッチＳ１〜Ｓｎの一端が接続されている固定容量Ｃ０には、スイッチｎ個分の寄生容量が付加される。この寄生容量が付加される分、分圧部１の出力電圧Ｖｄが低下し、プログラマブルゲインアンプ回路としてのゲインが低下する。そこで、本実施例では、スイッチの寄生容量によるゲインの低下を少なくすることのできるプログラマブルゲインアンプ回路の例を示す。
【００３３】
図３は、本発明の実施例２に係るプログラマブルゲインアンプ回路の構成の例を示す回路図である。
【００３４】
本実施例のプログラマブルゲインアンプ回路が実施例１と異なる点は、本実施例の分圧部１Ａでは、スイッチＳ１〜Ｓｎと固定容量Ｃ０の間に、スイッチＳ０が挿入されている点である。このスイッチＳ０の一端に、スイッチＳ１〜Ｓｎの一端が共通に接続され、スイッチＳ０の他端が固定容量Ｃ０に接続される。
【００３５】
スイッチＳ０は、ゲイン切り替え信号により、スイッチＳ１〜Ｓｎが総て開くときは開き、スイッチＳ１〜Ｓｎのいずれかを閉じるときは閉じるよう、制御される。
【００３６】
また、スイッチＳ１〜Ｓｎの開閉は、ゲイン切り替え信号により、実施例１と同様に制御される。したがって、ゲイン切り替え信号による可変容量Ｃｖの容量値の変化も実施例１と同様であり、出力電圧Ｖｏｕｔのゲインの制御も実施例１と同様である。そこで、ここでは、本実施例の動作に関する詳細な説明は省略する。
【００３７】
このような本実施例によれば、スイッチＳ１〜Ｓｎが総て開放されたときでも、固定容量Ｃ０にはスイッチ１個分の寄生容量しか付加されないので、分圧部１Ａの出力電圧Ｖｄが最大になるときのスイッチの寄生容量によるゲインの低下を少なくすることができる。
【実施例３】
【００３８】
実施例１および実施例２では、並列接続する容量の個数を制御することにより可変容量Ｃｖの容量値を変化させる例を示したが、本実施例では、直列接続する容量の個数を制御することにより可変容量Ｃｖの容量値を変化させる例を示す。
【００３９】
図４は、本発明の実施例３に係るプログラマブルゲインアンプ回路の構成の例を示す回路図である。
【００４０】
本実施例の分圧部１１では、固定容量Ｃ０に、容量Ｃ１〜Ｃｎが直列に接続される。また。各容量の接続点と接地端子との間にスイッチＳ１〜Ｓｎ−１が接続される。すなわち、
容量Ｃ１と容量Ｃ２の接続点にスイッチＳ１、容量Ｃ２と容量Ｃ３の接続点にスイッチＳ２、・・・、容量Ｃｎ−１と容量Ｃｎの接続点にスイッチＳｎ−１が接続される。
【００４１】
スイッチＳ１〜Ｓｎ−１は、ゲイン切り替え信号により、いずれか１個が閉じるか、または総てが開くよう、制御される。
【００４２】
このゲイン切り替え信号の制御により、本実施例では、可変容量Ｃｖの構成を、容量Ｃ１を１個のみ接続から、容量Ｃ１〜Ｃｎを総て直列接続まで、変化させることができる。
【００４３】
これにより、ｎ個の容量Ｃ１〜Ｃｎを総て同一の容量値Ｃとした場合、可変容量Ｃｖの容量値Ｃｔｏｔａｌは、閉じているスイッチがＳ１、Ｓ２、・・・、Ｓｎ−１と順次変化すると、
Ｃｔｏｔａｌ＝Ｃ、
Ｃｔｏｔａｌ＝１／２Ｃ、
・・・
Ｃｔｏｔａｌ＝１／（ｎ−１）Ｃ
と変化する。また、スイッチＳ１〜Ｓｎ−１が総て開いたときは、
Ｃｔｏｔａｌ＝１／ｎＣ
となる。
【００４４】
したがって、この場合、分圧部１１の出力電圧Ｖｄは、
Ｖｄ＝Ｃ０／Ｃ・Ｖｉｎ、
Ｖｄ＝２・（Ｃ０／Ｃ）・Ｖｉｎ、
・・・
Ｖｄ＝（ｎ−１）・（Ｃ０／Ｃ）・Ｖｉｎ
Ｖｄ＝ｎ・（Ｃ０／Ｃ）・Ｖｉｎ
と変化する。
【００４５】
図５に、スイッチＳ１〜Ｓｎの中の閉じているスイッチに対する分圧部１１の出力電圧Ｖｄの関係をグラフで示す。
【００４６】
出力電圧Ｖｄは、閉じているスイッチが、スイッチＳ１、スイッチＳ２、スイッチＳ３、・・・と変化すると、その変化に比例するように大きくなる。
【００４７】
したがって、本実施例のプログラマブルゲインアンプのゲインＧ（＝Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）は、アンプ２のゲインをＧ０とすると、閉じているスイッチがＳ１、Ｓ２、・・・、Ｓｎ−１と順次変化するのに応じて、
Ｇ＝（Ｃ０／Ｃ）・Ｇ０、
Ｇ＝２・（Ｃ０／Ｃ）・Ｇ０、
・・・
Ｇ＝（ｎ−１）・（Ｃ０／Ｃ）・Ｇ０
と変化し、スイッチＳ１〜Ｓｎ−１が総て開いたときに、
Ｇ＝ｎ・（Ｃ０／Ｃ）・Ｇ０
となる。
【００４８】
このような本実施例によれば、ゲイン切り替え信号に対するゲインの変化をリニアとすることができる。
【符号の説明】
【００４９】
１、１Ａ、１１  分圧部
２  アンプ
Ｃ０  固定容量
Ｃｖ  可変容量
Ｃ１〜Ｃｎ  容量
Ｓ０〜Ｓｎ  スイッチ
Ｒ  抵抗
【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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