(57)【要約】  本発明は、増幅デバイスの始動時に望ましくないノイズを回避するための方法および信号変換デバイス、並びに、そのような信号変換デバイスを含む増幅デバイスに関する。信号変換デバイス（１２）は、可変ゲイン供給ユニット（Ｑ3，Ｑ4，Ｑ5，Ｑ6）と、電圧−電流変換器（Ｑ1，Ｑ2，Ｒ1，Ｒ2）と、前記可変ゲイン供給ユニットの可変ゲインを制御する可変ゲイン制御ユニット（２２）と、ＤＣオフセットに伴うノイズおよび前記信号変換デバイスの構成要素から発するノイズを避けるために電圧−電流変換器の第１のバイアス電流（ＩB1）を制御するバイアス電流制御ユニット（２０）とを備えている。
2007538448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅器の始動時における望ましくないノイズを回避する方法であって、前記増幅器が、可変ゲイン供給ユニットと、少なくとも１つの第１のバイアス電流により制御される電圧−電流変換器とを有する第１の信号変換デバイスを備える方法において、
ＤＣオフセットに伴うノイズおよび前記信号変換デバイスの構成要素から発するノイズを避けるために、
−  前記可変ゲイン供給ユニットのゲインを変えるステップ（ステップ２４）と、
−  前記電圧−電流変換器の前記第１のバイアス電流を変えるステップ（ステップ２６）と、
を含む方法。
【請求項２】
ゲインを変える前記ステップは、ゲインを最小値から最大値まで引き上げることを含み、前記第１のバイアス電流を変える前記ステップは、バイアス電流を最小値から最大値まで引き上げることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ゲインの変化と第１のバイアス電流の変化とが相互に関連付けられることにより、第１のバイアス電流は、前記可変ゲイン供給ユニットが最大のノイズを生み出すゲインを有しているときのその最大値よりもその最小値の方に近くなる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のバイアス電流は、前記可変ゲイン供給ユニットが最大のノイズを生み出すゲインを有しているときのその最大値の１０％以下である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１のバイアス電流は、前記可変ゲイン供給ユニットが最大のノイズを生み出すゲインを有しているときのその最大値にある、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記可変ゲイン供給ユニットが第１の差動トランジスタ対と第２の差動トランジスタ対とを備え、各対における一方のトランジスタのベースが可変ゲイン制御電圧により駆動され、前記電圧−電流変換器は、前記第１のバイアス電流によりバイアスがかけられる第３の差動トランジスタ対を備え、前記第１のバイアス電流は、前記第１および第２の差動トランジスタ対の全てのトランジスタが伝導しているときのその最大値よりもその最小値の方に近い、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
第２のバイアス電流を複製することにより前記第１のバイアス電流を生成するステップを更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第２のバイアス電流の少なくともコピーが第４の差動トランジスタ対のうちの一方のトランジスタを通じて流れ、前記トランジスタのベースがベース電圧に接続される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ベース電圧は、前記トランジスタを通じて流れる前記第２のバイアス電流を制御する可変電圧源によって供給される可変電圧である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１、第２、第４のトランジスタ対におけるトランジスタのサイズは、対のうちの一方が他方よりも大きいという内的なサイズ関係を有している、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記ベース電圧が前記可変ゲイン制御電圧を与える、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記トランジスタのコレクタとベースとが互いに接続され、前記トランジスタを通じて流れる電流は、前記可変ゲイン制御電圧を供給するために更なる電流源により供給される前記第２のバイアス電流をコピーすることにより供給される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記信号変換デバイスの温度に応じて前記可変ゲイン供給デバイスの可変ゲインを下げることによりデバイスを保護するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
電力増幅器の始動時に望ましくないノイズを回避するための信号変換デバイスであって、
−  可変ゲイン供給ユニットと、
−  電圧−電流変換器と、
−  前記可変ゲイン供給ユニットの可変ゲインを制御する可変ゲイン制御ユニットと、
−  ＤＣオフセットに伴うノイズおよび前記信号変換デバイスの構成要素から発するノイズを避けるために前記電圧−電流変換器の第１のバイアス電流を制御するバイアス電流制御ユニットと、
を備える、信号変換デバイス。
【請求項１５】
前記可変ゲイン供給ユニットが第１の差動トランジスタ対と第２の差動トランジスタ対とを備え、各対における一方のトランジスタのベースが可変ゲイン制御電圧により駆動され、前記電圧−電流変換器は、前記第１のバイアス電流によりバイアスがかけられる第３の差動トランジスタ対を備えている、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記バイアス電流制御ユニットが第４の差動トランジスタ対と少なくとも１つの電流ミラーとを備え、前記ミラーは、第２のバイアス電流を複製することにより前記第１のバイアス電流を供給するようになっており、前記第４の対における一方のトランジスタのベースがベース電圧を有している、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記ベース電圧は、前記トランジスタを通じて流れる前記第２のバイアス電流を制御するようになっている可変電圧源により供給される、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記バイアス電流制御ユニットは、前記ベース電圧が前記可変ゲイン制御電圧として使用されるように前記可変ゲイン制御ユニットも含んでいる、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記第２のバイアス電流が更なるバイアス電流源によって供給される、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記ベース電圧は、前記第４のトランジスタ対における前記トランジスタのベースとコレクタとの間で行なわれる接続により得られる、請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２１】
デバイスの温度が非常に高い場合に前記可変ゲイン供給ユニットのゲインを下げるために前記第４のトランジスタ対の前記トランジスタのベースに温度依存電流源が接続される、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
請求項１４に記載の信号変換デバイスを備える、増幅デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に増幅ステージ、例えばクラスＤ音声増幅ステージの分野に関し、特に増幅デバイスの始動時に望ましくないノイズを回避するための方法および信号変換デバイス、並びに、そのような信号変換デバイスを含む増幅デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
音声電力増幅器の分野においては、始動時及びおそらく停止時に、増幅器内のＤＣレベルの構成要素から発する可聴プロップノイズ（ｐｌｏｐ  ｎｏｉｓｅ）が存在する。このノイズは、ＤＣレベルが急速に加えられ或いは除去されることから現れる。このノイズは、多くの場合、ユーザにとって厄介なものである。これらの状況において、電力増幅器は、しばしば、負のフィーロバックループに接続されるオペアンプに対して接続される電圧／電流変換器を含んでいる。この場合、プロップノイズは、電圧／電流変換器内に設けられた構成要素がそれらの公称値から発散するために生じている。
【０００３】
そのようなプロップノイズを解消する１つの方法は、電圧／電流変換器を可変ゲイン供給ユニットに対して接続することである。可変ゲイン増幅器の形態を成す可変ゲイン供給ユニットを電圧電流変換器と組み合わせることは例えばＥＰ１３５７，６６４により知られており、その導入部分には、電圧／電流変換器に対して供給される入力電圧に基づいて可変ゲイン増幅器により供給される出力電圧について記載されている。しかしながら、可変ゲイン増幅器および電圧／電流変換器は、高精度ゲイン制御の提供に関連して説明されている。プロップノイズに関する議論やそのノイズの原因となる影響の減少に関する議論は全く無い。
【０００４】
そのような組み合わせがプロップノイズを減少させるために使用される場合、可変ゲイン供給ユニットのゲインは、Ｖ／Ｉ変換器のトランスコンダクタンスを０から１００％まで増大させるために、最小ゲインから最大ゲインへと徐々にゆっくりと増大される。これにより、プロップノイズが効果的に聞こえなくなる。しかしながら、このプロップノイズを聞こえなくしている間、更なる問題が引き起こされる。その問題は、可変ゲイン供給ユニットが特定のゲイン区間でシューという音の可聴ノイズ（ｈｉｓｓｉｎｇ  ｎｏｉｓｅ）を導入するということである。このように、プロップノイズを聞こえなくすると、他のノイズが導入されてしまい、このノイズはしばしば当初のプロップノイズよりもユーザを悩ます。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このように、プロップノイズを聞こえないようにすると同時に、増幅器における新たなノイズの導入を回避する必要がある。
【０００６】
したがって、本発明は、増幅器において、プロップノイズを聞こえないようにすると同時に新たなノイズの導入を回避するという課題を解決しようとするものである。
【０００７】
このように、本発明の目的は、増幅器において、プロップノイズを聞こえないようにすると同時に新たなノイズの導入を回避する方法を提供することである。
【０００８】
本発明の第１の態様において、この目的は、増幅器の始動時における望ましくないノイズを回避する方法であって、前記増幅器が、可変ゲイン供給ユニットと少なくとも１つの第１のバイアス電流により制御される電圧−電流変換器とを有する第１の信号変換デバイスを備える方法において、
ＤＣオフセットに伴うノイズおよび前記信号変換デバイスの構成要素から発するノイズを避けるために、
−  前記可変ゲイン供給ユニットのゲインを変えるステップと、
−  前記電圧−電流変換器の前記第１のバイアス電流を変えるステップと、
を含む方法により達成される。
【０００９】
本発明の他の目的は、増幅器において、プロップノイズを聞こえないようにすると同時に新たなノイズの導入を回避する信号変換デバイスを提供することである。
【００１０】
本発明の第２の態様において、この目的は、電力増幅器の始動時に望ましくないノイズを回避するための信号変換デバイスであって、
−  可変ゲイン供給ユニットと、
−  電圧−電流変換器と、
−  前記可変ゲイン供給ユニットの可変ゲインを制御する可変ゲイン制御ユニットと、
−  ＤＣオフセットに伴うノイズおよび前記信号変換デバイスの構成要素から発するノイズを避けるために前記電圧−電流変換器の第１のバイアス電流を制御するバイアス電流制御ユニットと、
を備える信号変換デバイスによって達成される。
【００１１】
本発明の更に他の目的は、プロップノイズを聞こえないようにすると同時に新たなノイズの導入を回避する増幅デバイスを提供することである。
【００１２】
本発明の第２の態様において、この目的は、第２の態様に係る信号変換デバイスを備える増幅デバイスによって達成される。
【００１３】
請求項２においては、ゲインおよび第１のバイアス電流がそれぞれ最大値から最小値まで変えられ、それにより、プロップノイズが聞こえないようになるとともに、新たなノイズが簡単な方法で回避される。
【００１４】
請求項３においては、ゲインの変化と第１のバイアス電流の変化とが相互に関連付けられ、第１のバイアス電流は、前記可変ゲイン供給ユニットが最大のノイズを生み出すときのその最小値の方に近い。この手段は、可変ゲイン供給ユニットにより与えられるノイズを制限する一方で、依然として可変ゲインおよび第１のバイアス電流の簡単な制御を可能にする。
【００１５】
請求項４において、第１のバイアス電流は、可変ゲイン供給ユニットが最大のノイズを生み出すときのその最大値の１０％以下である。この手段は、可変ゲイン供給ユニットにより与えられるノイズを更に制限する一方で、依然として可変ゲインおよび第１のバイアス電流の簡単な制御を可能にする。
【００１６】
請求項５において、第１のバイアス電流は、可変ゲイン供給ユニットが最大のノイズを生み出すときのその最大値にあり、これにより、更に高い出力ノイズが制限される。
【００１７】
請求項６および１５において、可変ゲイン供給ユニットが２つの差動トランジスタ対によって設けられ、各対における一方のトランジスタのベースが可変ゲイン制御電圧により駆動される。また、電圧−電流変換器も差動トランジスタ対を備えている。この特徴により、信号変換デバイスが簡単に実現される。
【００１８】
請求項７において、第１のバイアス電流は、第２のバイアス電流を複製することにより供給され、これにより、第２のバイアス電流を使用して電圧ゲイン供給ユニットを制御することができる。
【００１９】
請求項８，９，１６，１７においては、第２のバイアス電流を生成するために第４の差動トランジスタ対が使用され、これにより、簡単且つ費用効率が高い態様でバイアス電流が供給される。
【００２０】
請求項１０において、第１、第２、第４のトランジスタ対におけるトランジスタは異なるサイズ関係を有しており、これにより、制御全体が大きく簡略化される。
【００２１】
請求項１１，１８においては、第２のバイアス電流を制御するベース電圧が可変ゲイン制御電圧として使用される。
【００２２】
請求項８，１２，１６，１９，２０においては、可変ゲイン制御電圧を供給するためだけに第４の差動トランジスタ対が使用される。これにより、可変ゲイン供給ユニットのゲインに影響を与えるが第１のバイアス電流に影響を与えない他の機能を付加することができる。
【００２３】
請求項１３，２１は、可変ゲイン供給ユニットのための１つの好ましい更なる機能を与えようとするものである。これは、デバイスの温度に基づいて信号変換デバイスから出力される電流を制限するという機能であり、特定の過負荷状況において有益となり得る。
【００２４】
本発明を用いると、プロップノイズを聞こえないようにすると同時に熱ノイズのような新たなノイズの導入を回避することができる。また、本発明は、アナログ部品を使用して簡単且つ費用効率の高い態様で提供できる。このため、本発明を１つのチップ上に有利に設けることができる。ゲイン制御およびバイアス電流制御は、同時に或いは互いに独立に行なうことができる。
【００２５】
本発明の基本的な考え方は、増幅器において可変ゲイン供給ユニットのゲインおよび可変ゲイン供給ユニットに接続された電圧−電流変換器のバイアス電流を変化させ、それにより、ＤＣオフセットに伴うノイズおよび構成要素に伴うノイズを回避しようというものである。
【００２６】
本発明の前述した態様および他の態様は後述する実施形態から明らかであり、当該実施形態を参照して前記態様について説明する。
【００２７】
添付図面に関連して本発明について更に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明は、一般に増幅器に関し、特に音声増幅器（オーディオアンプ）に関する。
【００２９】
図１は本発明に係る音声増幅器１０を示している。増幅器は、入力電圧ＶIを受けてそれを中間電流Ｉ1に変換する電圧−電流変換器１２の形態を成す信号変換デバイスを備えている。電圧−電流変換器１２はオペアンプ１４のマイナス入力に接続されており、オペアンプのプラス入力はグランドに接続されている。オペアンプ１４の出力はレジスタ１６を介してマイナス入力に接続されている。これにより、オペアンプ１４のマイナス入力に仮想グランドが形成される。このように、オペアンプは、負のフィードバックループで接続されるとともに、中間電流Ｉ1を受けてこの電流から出力電圧Ｖ0を生成する。
【００３０】
このようにして構成される標準的な音声増幅器がラウドスピーカ（拡声器）を駆動させるために使用される場合には、増幅器が最初に動作し始めるときにプロップノイズ（ｐｌｏｐ  ｎｏｉｓｅ）が発せられる。このプロップノイズは、これらのデバイスのユーザにとっては不快なものであり、したがって、避けたいものである。
【００３１】
本発明の１つの目的は、このノイズが聞こえないようにすることである。
【００３２】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る信号変換デバイス１２の回路図を示している。図２の下側から分かるように、信号変換デバイス１２は、マイナス供給電圧−Ｖpに接続された第１の電流源２０を有している。また、電流源２０は、第１のレジスタＲ1と第２のレジスタＲ2との間の接続点に対して接続されており、これらのレジスタは、直列に接続されるとともに、同じ抵抗を有している。第１のレジスタＲ1の他端は第１のバイポーラＮＰＮトランジスタＱ1のエミッタに対して接続されており、トランジスタＱ1のベースはプラス入力電位Ｖ+に接続されている。第２のレジスタＲ2の他端は第２のバイポーラＮＰＮトランジスタＱ2のエミッタに対して接続されており、トランジスタＱ2のベースはマイナス入力電位Ｖ-に接続されている。したがって、第１および第２のトランジスタＱ1，Ｑ2のベースは入力信号ＶIを同時に受ける。第１のトランジスタＱ1のコレクタは、第３および第４のバイポーラＮＰＮトランジスタＱ3，Ｑ4の相互接続されたエミッタの接続点に接続されており、一方、第２のトランジスタＱ2コレクタは、第５および第６のバイポーラＮＰＮトランジスタＱ5，Ｑ6の相互接続されたエミッタの接続点に接続されている。第４および第５のトランジスタＱ4，Ｑ5のベースは電圧源２２の一端に接続されており、電圧源２２は更に基準電圧Ｖrefに接続されている。第３および第６のトランジスタＱ3，Ｑ6のベースも基準電圧Ｖrefに接続されている。第３および第６のトランジスタＱ3，Ｑ6のコレクタはプラス供給電圧＋Ｖpに接続されており、一方、第４および第５のトランジスタＱ4，Ｑ5のコレクタは第１の電流ミラー１８を介してプラス供給電圧＋Ｖpに接続されている。第１の電流ミラー１８は、１：１の比率をもって第４のトランジスタＱ4を通じて流れる電流を第５のトランジスタＱ5に向けて流れる電流へコピーする。中間電流Ｉ1の形態を成す出力信号は、電流ミラー１８と第５のトランジスタＱ5のコレクタとの間の接続点から供給される。第３および第４のトランジスタＱ3，Ｑ4は第１のトランジスタ対を形成するとともに、第５および第６のトランジスタＱ5，Ｑ6は第２のトランジスタ対を形成し、一方、第１および第２のトランジスタＱ1，Ｑ2は第３のトランジスタ対を形成する。また、第１および第２のトランジスタ対は、電圧源２２と共に、０〜１のゲインを与える可変ゲイン供給ユニットを形成し、一方、第１のトランジスタ対は、電流ミラー１８、第１および第２のレジスタＲ1，Ｒ2、第１の電流源２０と共に、リニア電圧−電流変換器を形成する。この電圧−電流変換器は、いわゆるＴ構造を有している。図２の回路は一般に「ギルバート乗算器」と称される。
【００３３】
通常の動作において、第１および第２のトランジスタＱ1，Ｑ2のベースに印加された電圧は中間電流Ｉ1に変換される。ここで、第１の電流源２０は第１のバイアス電流ＩB1を供給する。ここで、第１のバイアス電流ＩB1は２つの部分から成る。この場合、第１の部分は第１のトランジスタＱ1を通じて引き出され、第２の部分はトランジスタＱ2によって引き出される。電圧がゼロの場合、すなわち、Ｖ＋とＶ−とが等しい場合、この第１のバイアス電流ＩB1は、通常、２つの分岐部において等しく２つに分けられる。通常の電圧−電流変換器には可変ゲイン供給ユニットが含まれておらず、その結果、出力される中間電流Ｉ1は、第１および第２のトランジスタＱ1，Ｑ2を通じて流れる電流のみによって決まる。このとき、前述したプロップノイズは、第１および第２のトランジスタＱ1，Ｑ2と第１および第２のレジスタＲ1，Ｒ2とのそれらの公称値からの偏差によって決まる。すなわち、これらの偏差は正確には特定されず、そのため、ｄｃレベルの出力電流が供給されてしまい、出力信号が元の電圧に変換されてラウドスピーカに供給されるときにプロップノイズが生じる。第１および第２のトランジスタ対を導入すると、可変ゲイン供給ユニットのゲインに応じて出力電流の変化が得られる。第１および第２のトランジスタ対は互いに対して対称でなければならない。すなわち、第１のトランジスタ対は第２の対と同じ特性を有していなければならず、この第１の実施形態では、これらが全て等しく、同じ増幅特性を与える。
【００３４】
図２における回路のトランスファは、以下の方程式によって与えられる。
【数１】
2007538448.tif 000003
【００３５】
ここで、Ｒ＝Ｒ1＋Ｒ2であり、ｋはボルツマン定数であり、ｑは電子の素電荷であり、Ｔはデバイスの温度である。このトランスファは、−８０ｄＢ  ＴＨＤ（全高周波歪み）を伴って実現できる。
【００３６】
最初に、電流ＩB1が一定であると仮定する。温度不依存を達成するためにＰＴＡＴであり（絶対温度に比例し）且つ最小電圧から最大電圧までゆっくりと引き上げられる可変ゲイン制御電圧Ｖgが、第４および第５のトランジスタＱ4，Ｑ5のベースに印加される。最小電圧は、第３および第６のトランジスタＱ3，Ｑ6のベースに印加されるここではゼロである基準電圧Ｖrefを下回る。Ｖgが印加されると、以下のシナリオが行なわれる。最初に、第３および第６のトランジスタＱ3，Ｑ6は伝導しており、その後、ＶrefがＶgよりも高くなる。この場合、出力される中間電流Ｉ1はゼロであり、その後、Ｑ4，Ｑ5は伝導しない。その結果、出力される中間電流Ｉ1はノイズを全く有さない。電圧Ｖgが引き上げられると、第４および第５のトランジスタＱ4，Ｑ5が伝導し始め、しばらくの間、第１および第２のトランジスタ対の４つの全てのトランジスタが伝導する。この場合、第１および第２のトランジスタ対によって与えられる熱ノイズが出力電流において明確となり、それにより、駆動されたラウドスピーカにおいてシューという音のノイズが生じる。最大ノイズレベルはＶgがゼロのときに与えられる。すなわち、４つの全てのトランジスタが等しく伝導する。電圧Ｖgがこの領域からなくなると、基本的に、第４および第５のトランジスタＱ4，Ｑ5だけが伝導する。これらのトランジスタは、その後、単純なカスコードとしての機能を果たし、ノイズを殆ど与えない。また、出力電流は、第４および第５のトランジスタＱ4，Ｑ5が伝導するときだけ供給される。
【００３７】
出力される中間電流Ｉ1を徐々に増大させる電圧Ｖgのゆっくりとした立ち上がりにより、プロップノイズは聞こえなくなるが、第１および第２のトランジスタ対の全てのトランジスタが同時に伝導しているときにこのシューという音のノイズが加わる。このノイズの付加を減少させるため、第１の電流源２０は可変電流を与えるように制御される。
【００３８】
第１の電流源２０および電圧源２２を駆動できる１つの方法が図３に示されている。図３は、図２のデバイスを駆動させる１つの方法のフローチャートを示している。可変ゲイン供給ユニットの可変ゲイン制御電圧Ｖgがその最小値からその最大値までゆっくりと引き上げられ（ステップ２４）、また、第１のバイアス電流ＩB1がその最小値からその最大値までゆっくりと引き上げられ或いは立ち上げられる。これにより、Ｑ3，Ｑ4，Ｑ5，Ｑ6の全てが伝導して最大ノイズを生成するときにＩB1がその最大値よりもその最小値の方に近くなる（ステップ２６）。
【００３９】
この制御は多くの方法で行なうことができる。第１のバイアス電流ＩB1が供給され始める時間点は、電圧Ｖgが第１および第２のトランジスタ対の４つの全てのトランジスタを伝導させる区間を残すように設定することができる。また、それは、電圧Ｖgと同時に或いは電圧Ｖgの少し後であるが異なる速度で引き上げることもでき、それにより、トランジスタがノイズ区間の真中（すなわち、Ｖgがゼロ）にあるときに、電流はその最終値の何分の１か、好ましくは１０％未満または約５％になる。したがって、ゲインが第１のバイアス電流ＩB1の制御に結びつけられる。このようにして、増幅器がＯＮされるときに、プロップノイズおよびシューという音のノイズの両方が少なくとも聞こえないレベルまで制限される。
【００４０】
この場合、これを起こさせるために、電圧源２２を制御する制御ユニットおよび電流源２０を制御する制御ユニットが必要とされる。この制御ユニットにより、可変ゲイン制御電圧Ｖgおよび第１のバイアス電流ＩB1が前述した方法のうちの１つで制御されるようになる。
【００４１】
前記信号変換デバイスは簡単且つ費用効率が高い方法で設けることができる。このため、本発明を１つのチップ上に有利に設けることができる。
【００４２】
本発明の第２の実施形態に係る信号変換デバイス１２が図４の回路図に示されている。このデバイスは、電気回路図の右側に同じ電圧−電流変換器および可変ゲイン供給ユニットを備えている。ここでの違いは、左側の制御ユニットが第１のバイアス電流ＩB1を供給するという点である。第７のバイポーラＮＰＮトランジスタＱ7は、そのコレクタがプラス供給電圧＋Ｖpに接続されている。プラス供給電圧＋Ｖpには第２の電流ミラー２８が接続されている。この場合、第２の電流ミラー２８の１つの分岐部が第８のバイポーラＮＰＮトランジスタＱ8のコレクタに接続されるとともに、第２の電流ミラー２８の第２の分岐部が第３の電流ミラー３０に接続されており、また、第３の電流ミラー３０には第１のレジスタＲ1と第２のレジスタＲ2との間の接続点が接続されている。第３の電流ミラー３０はマイナス供給電圧−Ｖpに接続されている。第７および第８のトランジスタＱ7，Ｑ8のエミッタは互いに接続されるとともに第２の電流源３４に対して接続されており、また、第２の電流源３４はマイナス供給電圧−Ｖpに接続されている。ここで、第７および第８のトランジスタＱ7，Ｑ8は第４の差動トランジスタ対を形成する。第７のトランジスタＱ7のベースは基準電圧Ｖrefに対して接続されており、一方、第８のトランジスタＱ8のベースは、可変電圧ＶBを供給する電圧源３２に対して接続されている。電圧源３２の他端は基準電圧Ｖrefに対して接続されている。全ての電流ミラーは、供給される電流間に１：１の関係を有している。また、電圧源３２は、ＰＴＡＴであり且つ電圧源２２と同じ範囲にある必要がある。しかしながら、電圧源２２の電圧が電圧源３２の電圧よりも常に高くなるように、電圧源２２と電圧源３２との間には電圧差が存在する必要がある。
【００４３】
動作時、電圧−電流変換器および可変ゲイン供給ユニットは、主に、第１の実施形態と同じ態様で機能する。この場合、第１のバイアス電流ＩB1はＱ7，Ｑ8の差動トランジスタ対により制御される。ここで、第８のトランジスタＱ8を通じて引き出される第２のバイアス電流ＩB2は、第１のバイアス電流ＩB1を供給するために電流ミラー２８，３０によってコピーされる。第２の電流源３４は、第４のトランジスタ対から引き出される第３のバイアス電流ＩB3を供給する。動作時、第２のバイアス電流源３４は、第７のトランジスタＱ7または第８のトランジスタＱ8から或いはこれらの両方から第３のバイアス電流ＩB3を引き出す。この場合、最初に第７のトランジスタＱ7が伝導し、第８のトランジスタＱ8は伝導しない。これのことは、第８のトランジスタＱ8を通じて電流が全く流れず、その結果、第２および第３の電流ミラー２８，３０によって電流がコピーされず、したがって、ＩB1がゼロになることを意味している。その後、電圧ＶBが増大されるにつれて、第８のトランジスタＱ8が伝導し始め、ＶBが約ゼロになると、第７および第８のトランジスタＱ7，Ｑ8のそれぞれが電流源３４の電流の半分を供給する。一方、ＶBの値が更に大きいと、第８のトランジスタＱ8が基本的にＩＢ3の電流の全てを供給する。これにより、最初に第１のバイアス電流ＩB1がゼロになり、一方、ＶBがゼロのときに第１のバイアス電流がその最大値の半分になり、その後、第８のトランジスタＱ8が電流の全てを供給するときに第１のバイアス電流がＩB3のその最大値に達する。これから分かるように、この場合、最大値の半分よりも少ない第１のバイアス電流ＩB1を供給するためには、少なくともＶgがノイズ区間にあるときにＶBがＶgよりも小さいことが不可欠である。
【００４４】
この実施形態によれば、電圧ゲインおよび第１のバイアス電流の簡単な制御機構が可能である。しかしながら、可変ゲインおよび第１のバイアス電流の両方を制御する１つのソースのみを有することも有益である。第２の実施形態をこのように変えることもできる。これを行なう１つの方法は、例えば、レジスタを用いて電圧Ｖgを分けることである。しかしながら、これにより、不必要なエネルギ消費がもたらされる。同じ制御ソースを可能にする他の好ましい方法は、第１、第２、第４のトランジスタ対のトランジスタのサイズを変えることである。
【００４５】
そのような１つの変形例において、第７のトランジスタＱ7は、第８のトランジスタＱ8に対して４：１のサイズ関係を有する。すなわち、４倍大きくなっている。また、第４のトランジスタＱ4が第３のトランジスタＱ3に対して４：１のサイズ関係を有し、第５のトランジスタＱ5も第６のトランジスタＱ6に対して同様の関係を有している。これが行なわれると、電圧ＶB，Ｖgを同一にすることができ、したがって、電圧ＶB，Ｖgを同じ電圧源により直接に供給できる。第４のトランジスタＱ4が第３のトランジスタＱ3よりも大きく且つ第５のトランジスタＱ5が第６のトランジスタＱ6よりも大きいため、これらの大きい方のトランジスタは、それらのサイズが等しい場合よりも多くの電流を伝導する。サイズの違いにより、第１および第２のトランジスタ対の臨界ノイズ領域は下側にシフトし、そのため、この領域は以下においてその中心を有する。
【数２】
2007538448.tif 000004
【００４６】
第４のトランジスタ対においてはトランジスタのサイズの違いが反対であるため、これらのトランジスタが等しい電流を供給している点が同様の態様で上側にシフトされる。したがって、第８のトランジスタを通じて流れる電流と等しい第１のバイアス電流ＩB1は、その最大電流のほんの僅かであり、この例では前記式の電圧におけるその最大値の５．９％である。そのため、出力された中間電流Ｉ1における熱ノイズがかなり制限される。
【００４７】
同じタイプの電圧Ｖg，ＶBを有することにより、制御がかなり簡略化される。しばらくして、第８のトランジスタＱ8は、基本的に、第２の電流源３４により引き出された電流の全てを供給するが、これが起こると、可変ゲイン供給ユニットがその最大値に達した。
【００４８】
前述した第２の実施形態の変形例により、電圧源を使用するだけで、可変ゲイン制御電圧および第１のバイアス電流の両方を制御することができる。また、前述したことに基づいて更なる変形例を成すことができる。言うまでもなく、ＶgとＩB1との間でどの関係が望ましいかに応じて、４：１以外の他の関係を使用することができる。また、第１および第２のトランジスタ対のトランジスタ間で１つの内部関係を有し、第４のトランジスタ対に関して他の内部関係を有することもできる。例えば、前述した４：１の関係または他のそのような関係、例えば８：１または１６：１のような関係と組み合わされて１：１の関係を第４のトランジスタ対に持たせることもできる。また、第４のトランジスタ対において１：４、１：８またはおそらく１：１６の関係を持つとともに、第１および第２のトランジスタ対において１：１の関係を持つこともできる。このように、これらのサイズ関係については無数の変形を成すことができる。しかしながら、第１および第２のトランジスタ対が最大の熱ノイズを与えるときには、これらの変形によって第１のバイアス電流がその最大レベルの半分未満になることが重要である。
【００４９】
本発明に係る信号変換デバイスの第３の実施形態が図５の回路図に示されている。図５における回路は図４の構成要素の多くを有しており、ここでは、違いについて説明する。第１、第２、第４のトランジスタ対のサイズは、第２の実施形態の前述した変形例にしたがって変えられている。電圧−電流変換器および可変ゲイン供給ユニットは基本的に図４と同じ態様で設けられているが、ここでは、第８のトランジスタＱ8のベースで供給される電圧により電圧Ｖgが供給される。また、第８のトランジスタＱ8のベースは同じトランジスタのコレクタに接続されている。制御ユニットにおいて、第２の電流ミラー２８は３つの分岐部を有している。この場合、第１の分岐部は第３の電流源３６に接続されており、第３の電流源３６は第２のバイアス電流ＩB2を供給する。この第２のバイアス電流は、第２の電流ミラー２８によってコピーされ、第８のトランジスタＱ8のコレクタに対して入力電流ＩB4として供給されるとともに、第２の電流ミラー３０に対して入力電流として供給される。また、第２の電流ミラー３０は、それをコピーするとともに、そのコピーを電圧−電流変換器の第１のバイアス電流ＩB1として供給する。また、第８のトランジスタＱ8のベースは、温度に依存する電流ＩTを供給する第４の電流源３８に接続されており、この電流源３８は更にマイナス供給電圧−Ｖpに接続されている。
【００５０】
通常の動作においては、第３の電流源３６が第２のバイアス電流ＩB2を供給し、この第２のバイアス電流ＩB2は電流ミラー２８，３０によって第１のバイアス電流ＩB1へとコピーされる。また、第４の差動トランジスタ対が電流−電圧変換器を構成し、この変換器は、最初に、電流ＩB4を、可変ゲイン供給ユニットを制御するためにトランジスタＱ4，Ｑ5のベースに供給される電圧Ｖgに変換する。このように、電流源３６は、第１のバイアス電流ＩB1および可変ゲイン供給ユニットを制御するための電圧Ｖgの両方を制御するために形成される。制御は基本的に図４におけるデバイスの場合と同じ方法で行なわれるが、ここでは、電圧Ｖgが低温での電流ＩB4によってのみ決まり、その電流は電流ＩB2の複製である。第４の電流源３８は温度に依存する電流ＩTを供給し、この電流は、低温でゼロであるとともに、温度が特定の閾値を超えると温度に伴って増大し始める。このように温度が前記閾値レベルに達すると、この電流源は電流を引き出し始め、これにより、電流ＩB4が第８のトランジシタＱ8に殆ど入らなくなる。その結果、電圧Ｖgが下がり、したがって可変ゲイン供給ユニットのゲインが低下される。これにより、ラウドスピーカに供給される電力が減少するとともに、温度を下げる音声増幅器出力ステージ１４における損失も減少される。したがって、この特徴によりデバイスの自己調整がなされ、それにより、非常に高い電流が供給される場合には、出力される中間電流Ｉ1が低下される。しばらくして、その後、殆どの場合、通常の動作が再開される。この特徴は、特定の過負荷状況において有益である。
【００５１】
したがって、第３の実施形態は信号変換デバイスの更なる用途を与える。第３の実施形態の温度制御は第１のバイアス電流に影響を与えない。第１のバイアス電流は、始動時の熱ノイズを減らすためにのみ変えられるため、良好である。同時に、１つの電流源のみを使用することで、バイアス電流および可変ゲイン制御電圧の簡単な制御も依然として可能である。この第３の実施形態の他の利点は、始動よりも多くの動作部分において本発明に係る信号変換デバイスを使用でき、それにより、経済的に良好になるという点である。信号変換デバイス全体が１つの同じチップ上に設けられることが好ましく、その場合、電流源３８はこのチップの温度に依存する。
【００５２】
本発明は多くの方法で変えることができる。言うまでもなく、電圧−電流変換器はＴ構造に限定されずП構造中に設けることもできる。また、使用されるトランジスタは他のタイプのトランジスタであっても良い。可変ゲイン制御電圧および第１のバイアス電流は、可変ゲイン制御電圧が臨界区間を過ぎるまでバイアス電流変化の開始をタイマが遅らせるように供給することができる。また、これらの制御パラメータの両方の増加率をそれらが線形となるように変えることもできる。差動トランジスタ対を使用する以外の方法でこれらを供給することも可能である。
【００５３】
用語「備える（含む）／備えている（含んでいる）」は、この明細書で使用される場合、記載された特徴、整数、ステップまたは構成要素の存在を特定するように解釈されるが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、構成要素またはそれらのグループの存在または付加を排除するものではないということを強調しておかなければならない。また、請求項中の参照符号が本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではないことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る増幅デバイスの回路図を示している。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る信号変換デバイスの回路図を示している。
【図３】第１の実施形態のデバイスを機能させることができる方法のフローチャートを示している。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る信号変換デバイスの回路図を示している。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る信号変換デバイスの回路図を示している。
【符号の説明】
【００５５】
１０  音声増幅器
１２  電圧−電流交換器
１４  アンプ
１６  レジスタ
１８  電流ミラー
２２、３２  電圧源
２８  第２の電流ミラー
３０  第３の電流ミラー
【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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【国際調査報告】
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