(57)【要約】【課題】バッテリ電源ＶＢＡＴの変化によらず、歪みの少ない波形を出力する演算増幅器を提供する。【解決手段】本発明の演算増幅器は、バッテリ電源より基準電圧を出力するレギュレータと、上記バッテリ電源の値に応じて、上記レギュレータにより生成された基準電圧を変圧してシグナル・グランドを生成するシグナル・グランド発生器を備え、　バッテリ電源を駆動電源とし、入力信号の波形を上記シグナル・グランド発生器により生成されたシグナル・グランドを基準とする波形に増幅することを特徴とする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリ電源より基準電圧を出力するレギュレータと、
上記バッテリ電源の電圧に応じて、上記レギュレータにより生成された基準電圧を変圧してシグナル・グランドを生成するシグナル・グランド発生器を備え、
バッテリ電源を駆動電源とし、入力信号の波形を、上記シグナル・グランド発生器により生成されたシグナル・グランドを振幅の中心とする波形に増幅することを特徴とする演算増幅器。
【請求項２】
請求項１に記載の演算増幅器を使用するバッテリ駆動のスピーカアンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリ駆動の携帯電話機や携帯型情報端末のスピーカアンプ等に使用される演算増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、バッテリ駆動される携帯電話機や携帯型情報端末に使用されているスピーカアンプ２００の回路図である。このようなスピーカアンプ２００には、バッテリ電源にノイズが乗ったり、装置内部での電力量が変化したり、経時劣化によりバッテリ電源の出力が低下した場合でも安定した高い出力が要求される。
【０００３】
オーディオＤＡＣ１から出力されるアナログ音楽信号Ｓｉｎは、コンデンサＣ、及び、抵抗ｒ１を介して非反転増幅を行う演算増幅器２の正の信号入力端子に入力される。演算増幅器２の正の信号入力端子には抵抗ｒ２を介してシグナル・グランドＳＧが入力される。当該シグナル・グランドＳＧは、図示しないレギュレータにより生成される。演算増幅器２においてシグナル・グランドＳＧの値は、増幅後のアナログ音楽信号Ｓｉｎの振幅の中心を定めるものであり、理想的には、駆動電圧の半分の値に設定する。
【０００４】
例えば、抵抗分割回路を利用してバッテリ電源ＶＢＡＴの半分の値を直接シグナル・グランドＳＧとすることが考えられるが、この場合、ノイズや装置内での消費電力の変化によるバッテリ電源ＶＢＡＴの出力の変化に伴いシグナル・グランドＳＧが細かく振れ、演算増幅器２から出力される信号も不安定になるため適当でない。他の演算増幅器３，４及び５の正の信号入力端子にもシグナルグランドＳＧが入力される。
【０００５】
演算増幅器２の出力する非反転増幅信号は、抵抗ｒ３を介して、抵抗ｒ４とで反転増幅器を構成する演算増幅器３の負の信号入力端子に入力されると共に、抵抗ｒ７を介して、抵抗ｒ８とで反転増幅器を構成する演算増幅器５の負の信号入力端子に入力される。演算増幅器３より出力される反転増幅信号は、抵抗ｒ５を介して、反転増幅を行う演算増幅器４の負の信号入力端子に入力される。
【０００６】
バッテリ電源ＶＢＡＴは、フル充電時には、４．２Ｖの電圧を出力する。演算増幅器２及び３には、駆動電圧として上記バッテリ電源ＶＢＡＴをレギュレータ７により降圧した３．０Ｖの定電圧Ｖｃｃが供給される。これに対して、演算増幅器４及び５には、スピーカ６の出力を高めるため、駆動電圧として、レギュレータ７を介さずにバッテリ電源ＶＢＡＴがそのまま供給される。
【０００７】
スピーカ６は、演算増幅器４及び５より出力される互いに反転している信号に基づいて音を鳴らす。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成のスピーカアンプ２００では、演算増幅器４及び５の正の信号入力端子に入力されるシグナル・グランドＳＧが常に一定であるため、バッテリ電源ＶＢＡＴの経時劣化に伴いスピーカ６から出力される音に歪みが生じてしまう。即ち、フル充電時のバッテリ電源ＶＢＡＴが４．２Ｖ、シグナル・グランドＳＧが２．１Ｖの場合、図７の（ａ）に示すように、アナログ音楽信号Ｓｉｎの振幅が丁度、シグナル・グランドＳＧを基準として振幅する。しかし、シグナル・グランドＳＧ＝２．１Ｖのまま、バッテリ電源ＶＢＡＴが３．２Ｖまで低下すると、図７の（ｂ）に示すように、正相部分の信号の内、３．２Ｖよりも大きな部分が削られた歪んだ波形になる。
【０００９】
他方、図７の（ｃ）に示すように、バッテリ電源ＶＢＡＴが４．２Ｖから３．２Ｖにまで低下した場合に、波形が歪まないようにシグナル・グランドＳＧ１の値を初めから１．６Ｖにすることも考えられるが、図７の（ｄ）に示すように、今度はバッテリ電源ＶＢＡＴが全く劣化していない場合、負相部分の一部が歪んだ波形になってしまう。図７の（ｂ）又は（ｄ）に示す歪んだ波形を用いた場合、スピーカ６の音質が低下する。
【００１０】
本発明は、バッテリ電源ＶＢＡＴの変化によらず、歪みの少ない波形を出力する演算増幅器を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の演算増幅器は、バッテリ電源より基準電圧を出力するレギュレータと、上記バッテリ電源の電圧に応じて、上記レギュレータにより生成された基準電圧を変圧してシグナル・グランドを生成するシグナル・グランド発生器を備え、バッテリ電源を駆動電源とし、入力信号の波形を、上記シグナル・グランド発生器により生成されたシグナル・グランドを振幅の中心とする波形に増幅することを特徴とする。
【００１２】
本発明のスピーカアンプは、上記演算増幅器を用いたバッテリ駆動のものであることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、実施の形態１に係る演算増幅器４，５を用いたスピーカアンプ１００の構成を示す図である。演算増幅器２，３，４，５の正の信号入力端子には、ＳＧ発生器１０の出力するシグナル・グランドＳＧが抵抗ｒ２を介して入力される。後に詳しく説明するようにＳＧ発生器１０は、バッテリ電源ＶＢＡＴの値に応じてシグナル・グランドを変更する。
【００１４】
バッテリ電源ＶＢＡＴは、フル充電時には４．２Ｖの電圧を出力する。演算増幅器２，３には、駆動電圧として上記バッテリ電源ＶＢＡＴをレギュレータ７により降圧した３．０Ｖの定電圧Ｖｃｃが供給される。これに対して、演算増幅器４，５には、スピーカの出力を最大限に高めるため、バッテリ電源ＶＢＡＴが駆動電源として供給される。
【００１５】
オーディオＤＡＣ１から出力されるアナログ音楽信号Ｓｉｎは、抵抗ｒ１を介して非反転増幅を行う演算増幅器２の正の信号入力端子に入力される。当該演算増幅器２に入力されるアナログ音楽信号Ｓｉｎの振幅は、上記駆動電圧Ｖｃｃとシグナル・グランドＳＧの電位差の２倍以下の値に設定する。演算増幅器２の出力する非反転増幅信号は、抵抗ｒ３を介して、抵抗ｒ４とで反転増幅器を構成する演算増幅器３の負の信号入力端子に入力されると共に、抵抗ｒ７を介して、抵抗ｒ８とで反転増幅器を構成する演算増幅器５の負の信号入力端子に入力される。演算増幅器３の出力は、抵抗ｒ５を介して、抵抗ｒ６とで反転増幅を行う演算増幅器４の負の信号入力端子に入力される。
【００１６】
スピーカ６は、演算増幅器４及び５より出力される互いに反転している信号に基づいて音を鳴らす。
【００１７】
図２は、ＳＧ発生器１０の構成を示す図である。ＳＧ発生器１０は、スイッチＳＷ１のＯＮ／ＯＦＦにより抵抗分割比を変化させてＳＧの値を２通りに切り換えるＳＧ切換部１７、バッテリ電源ＶＢＡＴの値をＡ／Ｄ変換器１２によりディジタル値に変換した値に基づいて上記スイッチＳＷ１をオン／オフさせる制御信号を出力する制御部１３とで構成される。
【００１８】
制御部１３は、図示するように、ＣＰＵ１４、制御プログラムを記録しているＲＯＭ１５、及び、プログラムの実行時に使用するＲＡＭ１６とで構成されている。
【００１９】
ＳＧ切換部１７は、スイッチＳＷ１がオンのときには、シグナル・グランドＶｒｅｆを抵抗ｒ１０と抵抗ｒ１２により抵抗分割した値、即ち、Ｖｒｅｆ×ｒ１２／（ｒ１０＋ｒ１２）＝ＳＧ１を演算増幅器１１を介してＳＧとして出力する。他方、ＳＧ切換部１７は、スイッチＳＷ１がオフのときには、抵抗ｒ１０と抵抗１１及び抵抗ｒ１２により抵抗分割した値、即ち、Ｖｒｅｆ×（ｒ１１＋ｒ１２）／（ｒ１０＋ｒ１１＋ｒ１２）＝ＳＧ２を演算増幅器１１を介してＳＧとして出力する。
【００２０】
抵抗ｒ１０，ｒ１１，ｒ１２は、ＳＧ１及びＳＧ２が、例えば、２．０Ｖ，１．８Ｖとなる値のものを採用する。
【００２１】
図３は、制御部１３のＣＰＵ１４が実行する処理フローチャートである。Ａ／Ｄ変換器１２の出力するディジタル出力Ｄｏｕｔがしきい値ＤＴＨに満たない場合（ステップＳ１でＹＥＳ）、バッテリ電源の出力が経時劣化により低下してきたと判断してスイッチＳＷ１をオンにする制御信号（例えばＨｉｇｈレベルの信号）を出力する（ステップＳ２）。上記しきい値ＤＴＨは、例えば、３．９Ｖに設定する。一方、ディジタル出力Ｄｏｕｔがしきい値ＤＴＨ以上ある場合（ステップＳ１でＮＯ）、バッテリ電源の出力が未だ十分であると判断してスイッチＳＷ１をオフにする制御信号（例えばＬｏｗレベルの信号）を出力する（ステップＳ３）。
【００２２】
なお、制御部１３は、上述するソフトウェア制御の代わりに、ディジタル信号に対応した比較器（比較信号としてＤＴＨを用意する）を用いることとしても良い。
【００２３】
（２）実施の形態２
以下、実施の形態２に係るスピーカアンプ１５０について説明する。スピーカアンプ１５０の構成は、図１に示したスピーカアンプ１００において、ＳＧ発生器１０の代わりにＳＧ発生器２０を設けたことを特徴とする。ＳＧ発生器２０以外の構成要素はスピーカアンプ１００と同じであるため、スピーカアンプ１５０の全体構成図を示すこと、及び、その構成を説明することは省略する。
【００２４】
図４は、ＳＧ発生器２０の構成を示す図である。ＳＧ発生器２０は、バッテリ電源ＶＢＡＴの値に応じてシグナル・グランドＳＧの値を６段階に調節することを特徴とする。ＳＧ発生器２０は、スイッチＳＷ２〜ＳＷ６のＯＮ／ＯＦＦにより抵抗分割比を変化させてＳＧの値を６通りに切り換えるＳＧ切換部３０、バッテリ電源ＶＢＡＴの値に基づいて上記スイッチＳＷ２〜ＳＷ６をオン／オフさせる制御信号を出力する比較部２２とで構成される。
【００２５】
比較部２２は、５つの比較器２３〜２７で構成されており、各比較器がバッテリ電源ＶＢＡＴと比較を行う値は、Ｄ１〜Ｄ５の順に低い値、例えば、Ｄ１＝４．０Ｖ，Ｄ２＝３．８Ｖ，Ｄ３＝３．６Ｖ，Ｄ４＝３．４Ｖ，Ｄ５＝３．２Ｖに設定する。当該設定では、バッテリ電源ＶＢＡＴが４．０Ｖ以上の場合、スイッチＳＷ２〜ＳＷ６の全てがオフの状態になる制御信号（例えばＬｏｗレベルの信号）が比較器２３〜２７から出力される。この場合、ＳＧはＶｒｅｆ×（ｒ２１＋Ｒ２２＋Ｒ２３＋Ｒ２４＋ｒ２５＋ｒ２６）／（ｒ２０＋Ｒ２１＋Ｒ２２＋ｒ２３＋ｒ２４＋ｒ２５＋ｒ２６）で求められる値（以下、ＳＧ３とする）になる。
【００２６】
また、バッテリ電源ＶＢＡＴが４．０Ｖ未満、３．８Ｖ以上の場合、スイッチＳＷ２がオンになる制御信号（例えばＨｉｇｈレベルの信号）が比較器２３から出力されると共に、スイッチＳＷ３〜ＳＷ６がオフの状態になる制御信号（例えばＬｏｗレベルの信号）が比較器２４〜２７から出力される。この場合、ＳＧはＶｒｅｆ×（Ｒ２２＋Ｒ２３＋Ｒ２４＋ｒ２５＋ｒ２６）／（ｒ２０＋Ｒ２２＋ｒ２３＋ｒ２４＋ｒ２５＋ｒ２６）で求められる値（以下、ＳＧ４とする）になる。
【００２７】
また、バッテリ電源ＶＢＡＴが３．８Ｖ未満、３．６Ｖ以上の場合、スイッチＳＷ２，ＳＷ３がオンになる制御信号（例えばＨｉｇｈレベルの信号）が比較器２３，２４から出力されると共に、スイッチＳＷ４〜ＳＷ６がオフの状態になる制御信号（例えばＬｏｗレベルの信号）が比較器２５〜２７から出力される。この場合、ＳＧはＶｒｅｆ×（Ｒ２３＋Ｒ２４＋ｒ２５＋ｒ２６）／（ｒ２０＋ｒ２３＋ｒ２４＋ｒ２５＋ｒ２６）で求められる値（以下、ＳＧ５とする）になる。
【００２８】
また、バッテリ電源ＶＢＡＴが３．６Ｖ未満、３．４Ｖ以上の場合、スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４がオンになる制御信号（例えばＨｉｇｈレベルの信号）が比較器２３，２４，２５から出力されると共に、スイッチＳＷ５，ＳＷ６がオフの状態になる制御信号（例えばＬｏｗレベルの信号）が比較器２６，２７から出力される。この場合、ＳＧはＶｒｅｆ×（Ｒ２４＋ｒ２５＋ｒ２６）／（ｒ２０＋ｒ２４＋ｒ２５＋ｒ２６）で求められる値（以下、ＳＧ６とする）になる。
【００２９】
また、バッテリ電源ＶＢＡＴが３．４Ｖ未満、３．２Ｖ以上の場合、スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５がオンになる制御信号（例えばＨｉｇｈレベルの信号）が比較器２３，２４，２５，２６から出力されると共に、スイッチＳＷ６がオフの状態になる制御信号（例えばＬｏｗレベルの信号）が比較器２７から出力される。この場合、ＳＧはＶｒｅｆ×（ｒ２５＋ｒ２６）／（ｒ２０＋ｒ２５＋ｒ２６）で求められる値（以下、ＳＧ７とする）になる。
【００３０】
最後に、バッテリ電源ＶＢＡＴが３．２Ｖ未満の場合、スイッチＳＷ２〜ＳＷ６の全てがオンになる制御信号（例えばＨｉｇｈレベルの信号）が比較器２３〜２７から出力される。この場合、ＳＧはＶｒｅｆ×（ｒ２１＋ｒ２６）／（ｒ２０＋ｒ２６）で求められる値（以下、ＳＧ８とする）になる。
【００３１】
上記抵抗ｒ２０〜２７は、上記ＳＧ３〜ＳＧ８が、順に、２．１Ｖ、２．０Ｖ、１．９Ｖ、１．８Ｖ、１．７Ｖ、１．６Ｖとなる値のものを採用する。
【００３２】
上記構成のＳＧ発生器２０を用意することで、バッテリ電源ＶＢＡＴの出力の経時劣化に伴い、シグナル・グランドＳＧを次第に減少させることができる。これにより、図５の（ａ）及び（ｂ）に示すように、バッテリＶＢＡＴが４．２Ｖの場合には、シグナル・グランドＳＧを２．１Ｖに設定し、バッテリ電源ＶＢＡＴが３．２Ｖにまで低下した場合には、最終的にはシグナル・グランドＳＧを１．６Ｖにまで下げることができる。これにより、シグナル・グランド値を２．１Ｖに固定した状態でバッテリ電源ＶＢＡＴが４．２Ｖから４．２Ｖにまで低下した場合のアナログ音楽信号や、逆に、シグナル・グランドをバッテリ電源の低下時に合わせて最初から低い値１．６Ｖに設定しておいた場合のバッテリ使用開始時のアナログ音楽信号に現れる上部又は下部における波形の歪みを防止し、当該アナログ音楽信号がバッテリ電源ＶＢＡＴの低下により歪むことを効果的に防止することができる。
【００３３】
なお、バッテリ電源ＶＢＡＴの値をＡ／Ｄ変換器を用いてディジタル化した後、上記比較器２２の代わりに、実施の形態１のＳＧ発生器１０の備える制御部１３のように、ソフトウェア制御により各スイッチＳＷ２〜ＳＷ６用の制御信号を出力することとしても良い。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の演算増幅器では、バッテリ電源の経時劣化に応じて、適切なシグナル・グランドＳＧを安定に生成することができる。これにより、バッテリ電源にノイズが乗ったり、当該バッテリ電源を使用する装置の電力消費量が変化して、バッテリ電源の出力が一時的に変化した場合、更には、バッテリ電源の出力が使用に伴い低下した場合であっても、歪みの少ない波形を出力することができる。
【００３５】
本発明のスピーカアンプは、上記演算増幅器を用いることにより、バッテリ電源の出力が一時的に変化した場合、更には、バッテリ電源の出力が使用に伴い低下した場合であっても、歪みの少ない波形を出力することができる。これにより、レギュレータにより降圧された電源でなく、バッテリ電源の全出力を使用する高出力のスピーカアンプを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の演算増幅器を使用するスピーカアンプの回路図である。
【図２】ＳＧ発生器の構成を示す図である。
【図３】制御部のＣＰＵが実行する処理のフローチャートである。
【図４】実施の形態２の演算増幅器の使用するＳＧ発生器の構成を示す図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、実施の形態２の演算増幅器の出力する波形の一例を示す図である。
【図６】従来の演算増幅器を用いたスピーカアンプの回路図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、従来の演算増幅器に現れる波形の歪みを説明するための図である。
【符号の説明】１　オーディオＤＡＣ、２，３，４，５　演算増幅器、６スピーカ、１０，２０　ＳＧ発生器、１７，３０　ＳＧ切換部、２２　比較部、２３〜２７　比較器。
【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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【図７】
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