(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
事前に設定された既知の出力電圧を生成する信号生成手段用のＡ級増幅回路であって、
上記出力電圧のピーク・ピークに係る出力レベル情報を上記信号生成手段から受けて第１及び第２バイアス電圧を生成するバイアス生成手段と、
上記第１及び第２バイアス電圧と、上記出力電圧に応じた入力電圧とを夫々受けて、上記第１及び第２バイアス電圧並びに上記入力電圧に応じた電流を生成する正及び負電圧電流変換手段と、
該正及び負電圧電流変換手段が供給する電流に応じて上記出力電圧を発生する電流電圧変換手段とを具え、
上記バイアス生成手段が上記出力レベル情報に応じて、上記出力電圧の線形性が維持できる範囲で上記第１及び第２バイアス電圧を設定することを特徴とするＡ級増幅回路。
【請求項２】
上記出力レベル情報が、上記出力電圧のピーク・ピークの真ん中の電圧値である中心値であることを特徴とする請求項１記載のＡ級増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号生成装置等の予め設定されたレベルの出力信号を生成する装置で使用に適した増幅回路に関し、特に出力信号レベルに応じて、ダイナミックレンジを変更可能なＡ級増幅回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
信号生成装置は、ユーザが任意の波形データを予め設定することで、その波形データに対応する所望レベルの電気信号を出力できる装置である。こうした信号発生装置としては、例えば、米国テクロニクス社製任意波形ジェネレータが知られている。これは、例えば、被測定回路の動作に必要な信号を信号生成装置から供給し、被測定回路から出力される信号をオシロスコープなどで測定することで、被測定回路が正常に動作しているか否か確認するために使用される。
【０００３】
図１は、信号生成装置の一例のブロック図である。ＣＰＵ（中央演算装置）１０は、ハードディスク・ドライブ装置（ＨＤＤ）１４に記憶されたプログラムに従って装置全体の動作を制御する。ＲＡＭ等のメモリ１２は、ＨＤＤ１４からのプログラムを読み込み、ＣＰＵ１０との間でデータ交換しながら一時的な作業の処理をするのに利用される。ユーザは、キー、ノブ等で構成される操作パネル２２を用いて、信号生成装置に必要な設定を行う。表示装置２０は、信号パターンに関する情報やユーザが設定に必要となる情報を提供する。
【０００４】
信号生成回路１６は、ユーザの設定に応じた波形の信号を発生させる回路である。ここは、２チャンネル出力の例を示す。入出力ポート２６は、例えば、外付けキーボード２８やマウス３０等のポインティング・デバイスの接続に利用される。これら外付けキーボード２８やマウス３０も、信号発生装置の操作手段として機能する。これらの回路は、バス１８によって相互に接続される。ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）インターフェース２４は、ネットワーク経由で、外部のパソコン３２から信号生成装置を制御したり、データ授受などのために利用される。
【０００５】
図２は、信号生成回路１６の一例のブロック図である。第１及び第２チャンネルは同じなので、第１チャンネルのブロックのみ詳細に示す。シーケンサ４６は、シーケンス・メモリ４２及び波形メモリ４４にそれぞれアクセスするためのアドレス・カウンタ（図示せず）を有する。ユーザが設定した複数の信号パターンのシーケンスの命令は、シーケンサ４６を介してシーケンス・メモリ４２に記憶される。シーケンサ４６は、シーケンス・メモリ４２からのシーケン命令に応じて、波形メモリ４４にアドレスを供給して記憶された波形データを読み出し、並直列（パラレル・シリアル）変換回路４８に供給する。この並直列変換処理は、メモリ４４からのデータ読み出し速度が遅いのを補うために行われ、ビット幅を減少させる代わりに、データの転送速度を高速にする。並直列変換回路４８の出力データは、デジタル・アナログ変換回路５０でアナログ信号に変換され、増幅回路５２で増幅されて出力される。制御及びバス・インフェース回路４０は、バス１８とのデータ交換を制御すると共に各チャンネルの制御を行う。これにより、信号生成回路１６はＣＰＵ１０の制御に従って動作する。
【０００６】
図３は、増幅回路５２の一例のブロック図である。正及び負の電流源６０及び６２は、入力信号電圧Ｖｉに応じた電流を供給し、これら電流の差分が５０オームの終端（出力）抵抗器Ｒ５０に供給されて電圧に変換され、出力電圧Ｖｏとなる。ここでは、出力電圧Ｖｏのダイナミックレンジとして、５０オーム終端時で＋／−１０Ｖのレンジを想定している。このため、＋／−３２Ｖの比較的大きな電源電圧を使用する。
【０００７】
トランジスタＱ１１０及びＱ２１０を、入力信号に応じて高速にドライブするため、高速なオペアンプＵ１１０及びＵ２１０が使用される。このとき、高速なオペアンプは、電源電圧が＋／−５Ｖ程度のレンジのものが多い。そこでオペアンプＵ１１０及びＵ２１０の電源として、夫々＋／−２７Ｖから＋／−５Ｖの電源を用いる。すると、入力電圧Ｖｉのレベルは０Ｖ付近なので、これをオペアンプＵ１１０及びＵ２１０の電源電圧近くのレベルまでシフトさせる必要がある。そこで、正側電圧電流変換回路６４及び負側電圧電流変換回路６６を用いて、入力電圧Ｖｉに応じて変化する電流を生成する。
【０００８】
正側のオペアンプＵ１００側から動作を見ていくと、接続点Ｊ１１は、負帰還のオペアンプＵ１００によりバーチャル接地となっているので、入力電圧Ｖｉによって抵抗器Ｒ１０１に流れる電流Ｉ１０１の値が定まる。オペアンプＵ１００によって抵抗器Ｒ１０２にも電流Ｉ１０１が流れる結果、接続点Ｊ１２の電圧が定まる。よって、接続点Ｊ１２の電圧と、抵抗器Ｒ１０２及びＲ１０３の抵抗値から、トランジスタＱ１００のエミッタ電流が定まり、そのコレクタ電流はエミッタ電流とほぼ同じなので、抵抗器Ｒ１１１に流れる電流も定まる。接続点Ｊ１３の電圧は、オペアンプＵ１１０によるイマジナリーショートによって＋２７Ｖに固定されているため、入力電圧Ｖｉに応じて抵抗器Ｒ１１１で生じる電圧の変化が接続点Ｊ１４の電圧変化となり、正の電流源６０が供給する電流も変化する。負の電流源６２側の動作も同様である。正側電圧電流変換回路６４及び負側電圧電流変換回路６６には、それぞれ抵抗器Ｒ１００及びＲ２００を介して、正及び負のバイアス電圧が供給される。これらの電圧値は、固定である。
【０００９】
【特許文献１】米国特許第４３５６４５２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した増幅回路は、Ａ級増幅回路であるから、出力電圧レベルが小さい場合にも大きな電流がトランジスタＱ１１０及びＱ２１０に流れ続け、消費電力が大きい。この結果、回路の発熱量が多くなるが、これは回路の安定動作には好ましくなく、また部品の劣化も早く進んでしまう。そこで、こうした問題を解決することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によるＡ級増幅回路は、信号生成装置の如き信号生成手段に用いる増幅回路に適したものである。信号生成手段では、ユーザが事前に出力信号の設定するため、出力信号レベルが既知である。そこで、本発明は、Ａ級増幅回路に動作中でもダイナミックレンジの上限下限を夫々独立に変更できる機能を設けると共に、既知である出力信号レベルの情報を有効に活用して、利得の線形性を維持しつつ、消費電力を低減させるものである。
【００１２】
本発明によるＡ級増幅回路は、出力電圧のピーク・ピークに係る出力レベル情報を信号生成手段から受けて第１及び第２バイアス電圧を生成するバイアス生成手段と、第１及び第２バイアス電圧と出力電圧に応じた入力電圧とを夫々受けて、第１及び第２バイアス電圧並びに入力電圧に応じた電流を生成する正及び負電圧電流変換手段と、
正及び負電圧電流変換手段が供給する電流に応じて出力電圧を発生する電流電圧変換手段とを具えている。そして、バイアス生成手段が出力レベル情報に応じて、出力電圧の線形性が維持できる範囲で第１及び第２バイアス電圧を設定する。
【００１３】
バイアス生成手段による第１及び第２バイアス電圧の設定については、信号生成手段が、出力レベル情報として、出力電圧のピーク・ピークの真ん中の電圧値である中心値を供給するようにして、これに応じて設定しても良い。これによれば、出力電圧の中心値だけで設定するので処理が簡単になる。なお、第１及び第２バイアス電圧とは、例えば、正及び負のバイアス電圧である。
【００１４】
放熱システムに不具合が生じると、増幅回路から正常な範囲を超える多量の熱が発生する場合がある。本発明の応用としては、増幅回路からの熱を検出する熱検出手段を更に具え、この熱検出手段が所定値を検出すると、バイアス生成手段が第１及び第２バイアス電圧を変更し、増幅回路に流れる電流を減少させるようにしても良い。
【００１５】
増幅回路に使用される部品の性能には個体差があるため、回路利得が理想と誤差が生じることがある。そこで、補正手段を更に具えるようにしても良い。これは、電流電圧変換手段に供給される電流の値を検出すると共に、入力信号を受けて、増幅回路の設定利得との誤差を補正する方向に第１及び第２バイアス電圧を補正する。
【００１６】
ユーザが設定する出力電圧のレベルは、時間と共に変化する。そこで、バイアス生成手段が、既知である出力電圧レベルの変化に応じて第１又は第２バイアス電圧を夫々独立に変化させるようにしても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図４は、本発明による増幅回路の一実施例のブロック図である。本発明による増幅回路は、図２に示した増幅回路５２としての使用に適したものである。これは、図３の回路にバイアス生成回路６８を加えたものである。バイアス生成回路６８には、信号生成回路内で生成される出力信号電圧のレベルに関する情報が供給され、これに応じて抵抗器Ｒ１００及びＲ２００に電圧を加える。正側の動作を見ていくと、接続点Ｊ１１はバーチャル接地されているので、バイアス生成回路６８が抵抗器Ｒ１００に加える電圧に応じた電流Ｉ１００が接続点Ｊ１１に供給される。この結果、抵抗器Ｒ１０２を流れる電流Ｉ１００及びＩ１０１に応じて、接続点Ｊ１２の電圧が定まる。例えば、接続点Ｊ１２の電圧が高くなれば、抵抗器Ｒ１１１に流れる電流が増えて接続点Ｊ１４の電圧が上昇し、抵抗器Ｒ１１２を流れる電流が減少する。負側の動作も同様である。
【００１８】
図５は、本発明の更に具体的な実施例のブロック図である。図４と対応する要素には同じ符号を付して説明する。増幅回路には、信号生成回路から入力電圧Ｖｉに加えて、出力電圧Ｖｏのピーク・ピークの真ん中の電圧値である中心値も供給される。よって、中心値の電圧が例えば＋３Ｖであれば、出力電圧Ｖｏは＋３Ｖだけプラスにオフセットされた形になる。この中心値の電圧は、エラー検出部８４で出力電圧の誤差補正に使用される他、バイアス生成回路６８にも供給される。バイアス生成回路６８では、中心値を用いて正及び負の電流増幅部８０及び８２に供給するバイアス電圧を生成する。即ち、図５の実施例では、中心値の電圧を出力レベル情報として利用する。なお、図５の実施例では、入力電圧Ｖｉについて１より大きな利得、中心値については利得を１と想定している。
【００１９】
エラー検出部８４は、終端抵抗器Ｒ５０に供給される電流を電流検出抵抗器Ｒ３０３で検出し、検出した電圧と入力電圧Ｖｉ及び中心値の電圧との比から、増幅回路の利得が理想値から外れている場合に、正負の電流源６０及び６２が供給する電流を補正する方向の電圧を供給する。エラー検出部８４が供給する電圧による補正動作は、上述のバイアス電圧の場合と同様である。
【００２０】
図６は、中心値電圧の変化と、バイアス生成回路が供給する正及び負のバイアス電圧の変化の関係を示すチャート図である。図６が示すように、中心値が低いと正及び負のバイアス電圧はプラス側に動き、高いとマイナス側に動く。
【００２１】
図７は、中心値が０Ｖの場合の出力信号波形であり、ピーク・ピークは例えば＋／−５．３Ｖとする。この場合、正及び負のバイアス電圧は、例えば、図６に示すように、夫々＋／−４．３Ｖと絶対値が等しくなり、増幅回路のダイナミックレンジは＋１０Ｖから−１０Ｖまでと、この実施例での最大のレンジ幅となる。図８は、中心値が＋３Ｖの出力信号波形を示す。これは、図７に示す出力信号が＋３Ｖだけオフセットしたものである。この場合では、増幅回路のダイナミックレンジは＋１０Ｖから−７Ｖまでと狭くなる。このとき、負の電流源６２を流れる電流が減少し、消費電力が減少する。
【００２２】
図５に示す温度センサは、例えば、トランジスタＱ１１０及びＱ２１０等の発熱量の多い部品のヒートシンク７２に取り付けられ、これらが発する熱を検出する。図９は、温度センサ７０の出力電圧と、正負バイアス電圧の変化の関係の一例を示す。温度センサ７０は、通常は、−１５Ｖを出力しているが、放熱システムの不具合（冷却ファンの停止など）によって、ヒートシンク７２の温度が上昇し、検出値が所定値に達すると、バイアス生成回路６８に＋１５Ｖを出力する。バイアス生成回路６８は、温度センサ７０から＋１５Ｖの電圧を受けると、正負バイアス電圧の絶対値を大きくして、正及び負の電流源６０及び６２が供給する電流を減少させる。
【００２３】
図９では、温度センサ７０の出力電圧は、＋／−１５Ｖの２種類だけだが、複数の検出温度を設定して、夫々に対応する出力電圧を設定しても良い。そして、複数の出力電圧に応じて、正負バイアス電圧を異なる値としても良い。更に、中心値と温度センサ７０の出力電圧の両電圧を考慮して、異なる正負バイアス電圧を設定しても良い。これにより、出力電圧の線形性への影響を抑えつつ、電流源に流れる電流を減少させても良い。
【００２４】
図１０は、本発明の更に別の実施例のブロック図である。図５と比較すると、バイアス生成回路６８が中心値の代わりに、出力電圧レベルの情報を受ける点が異なる。出力電圧レベルの情報は、例えば、出力電圧のピーク・ピークの値である。これによって、出力電圧の線形性が維持できる範囲で、正及び負の電流源６０及び６２に加える正及び負のバイアスを夫々独立に変化させても良い。図１１では、正及び負のバイアスを夫々独立に変化させて、増幅回路のダイナミックレンジの上限を＋９Ｖとする一方、下限を−７Ｖとした例を示す。この例では、出力電圧の正負のピークと、ダイナミックレンジの上限下限との間に、増幅回路利得の線形性を維持できる程度のマージンを設けている。更に、出力電圧のレベル変化が既知であることを利用し、図１２に示すように、出力電圧のレンジに応じて、ダイナミックレンジの上限及び下限が変化するよう、正及び負のバイアスを夫々独立にダイナミックに変化させても良い。
【００２５】
本発明によれば、出力電圧のレベルが既知であることを利用して、出力電圧に影響を与えない範囲で、動作中であっても電流源の電流を減少させることができる。また、出力電圧の中心値を変更した場合でも、線形性の最も良い部分を利用できる。以上、好適な実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば、本発明の趣旨に沿って種々の変更が可能であろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】信号生成装置の一例のブロック図である。
【図２】信号生成回路の一例のブロック図である。
【図３】増幅回路の一例のブロック図である。
【図４】本発明による増幅回路の一例のブロック図である。
【図５】本発明の更に具体的な実施例のブロック図である。
【図６】中心値電圧の変化と、バイアス生成回路が供給する正及び負のバイアス電圧の変化の関係を示すチャート図である。
【図７】中心値が０Ｖの場合の出力信号波形である。
【図８】中心値が＋３Ｖの出力信号波形である。
【図９】温度センサの出力電圧と、正負バイアス電圧の変化の関係の一例を示すグラフである。
【図１０】本発明の更に別の実施例のブロック図である。
【図１１】正及び負のバイアスを夫々独立に変化させ場合のダイナミックレンジの上限下限を示す図である。
【図１２】出力電圧のレンジに応じて、ダイナミックレンジの上限及び下限を変化させた例を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
６０  正の電流源
６２  負の電流源
６４  正側の電圧電流変換回路
６６  負側の電圧電流変換回路
６８  バイアス生成回路
７０  温度センサ
７２  ヒートシンク
８０  正側の電流増幅部
８２  負側の電流増幅部
８４  エラー検出部
【図１】
0004706045.tif 000002
【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】
0004706045.tif 000008
【図８】
0004706045.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0004706045.tif 000011
【図１１】
0004706045.tif 000012
【図１２】
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