(57)【要約】【課題】入力信号のタイプを自動的に判別し、そのタイプに最適な特性の出力信号を共通の出力端子から出力することのできる半導体装置を提供する。【解決手段】実施形態の半導体装置は、利得を変化させることのできる可変利得増幅器１と、入力信号ＳＩＧの周波数を計測するカウンタ２と、を備え、切り替え部３が、入力信号ＳＩＧの周波数に応じて、入力信号ＳＩＧを、可変利得増幅器１を介して出力端子ＯＵＴへ出力するか、そのまま出力端子ＯＵＴへ出力するか、を切り替える。また、この半導体装置では、入力信号ＳＩＧを可変利得増幅器１を介して出力端子ＯＵＴへ出力する場合には、出力先インピーダンス判定部４が、出力端子ＯＵＴに接続される機器の入力インピーダンスの高低を判定し、利得調整部５が、出力端子ＯＵＴに接続される機器の入力インピーダンスの高低に応じて可変利得増幅器１の利得を調整する。【選択図】  図１
2012170032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
利得を変化させることのできる可変利得増幅器と、
入力信号の周波数を計測する周波数計測部と、
前記入力信号の周波数に応じて、前記入力信号を、前記可変利得増幅器を介して出力端子へ出力するか、そのまま出力端子へ出力するか、を切り替える切り替え手段と、
前記入力信号を前記可変利得増幅器を介して前記出力端子へ出力する場合には、前記出力端子に接続される機器の入力インピーダンスの高低を判定する出力先インピーダンス判定手段と、
前記入力インピーダンスの高低に応じて前記可変利得増幅器の利得を調整する利得調整部と
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記切り替え手段が、
前記入力信号を前記出力端子へ出力するか否かを切り替える第１のスイッチと、
前記可変利得増幅器へ電源電圧を供給するか前記第１のスイッチを導通させるかを切り替える第２のスイッチと、
前記入力信号を前記可変利得増幅器へ入力するか否かを切り替える第３のスイッチと、
前記可変利得増幅器の出力を前記出力端子へ出力するか否かを切り替える第４のスイッチと、
前記入力信号の周波数に応じて、前記第２乃至第４のスイッチの切り替えを制御するスイッチ制御部と
を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記スイッチ制御部が、
前記入力信号の周波数が低周波であるときは、前記可変利得増幅器へ電源電圧を供給するよう前記第２のスイッチを切り替え、前記入力信号を前記可変利得増幅器へ入力するよう前記第３のスイッチを切り替え、前記可変利得増幅器の出力を前記出力端子へ出力するよう前記第４のスイッチを切り替え、
前記入力信号の周波数が高周波であるときは、前記第１のスイッチを導通させるよう前記第２のスイッチを切り替え、前記入力信号を前記可変利得増幅器へ入力しないよう前記第３のスイッチを切り替え、前記可変利得増幅器の出力を前記出力端子へ出力しないよう前記第４のスイッチを切り替える
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記切り替え手段が、
前記入力信号を前記出力端子へ出力するか否かを切り替える第１のスイッチと、
前記可変利得増幅器へ電源電圧を供給するか前記第１のスイッチを導通させるかを切り替える第２のスイッチと、
前記入力信号の周波数に応じて、前記第２のスイッチの切り替えを制御するスイッチ制御部と
を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記スイッチ制御部が、
前記入力信号の周波数が低周波であるときは、前記可変利得増幅器へ電源電圧を供給するよう前記第２のスイッチを切り替え、
前記入力信号の周波数が高周波であるときは、前記第１のスイッチを導通させるよう前記第２のスイッチを切り替える
ことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記利得調整部が、
前記入力インピーダンスが高い場合には、前記可変利得増幅器の利得を低くし、
前記入力インピーダンスが低い場合には、前記可変利得増幅器の利得を高くする
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やポータブルオーディオプレーヤなどの携帯機器では、小型化、多機能化の進展に伴い、本体に多くのコネクタを配置する必要が生じている。そのため、コネクタの小型化が進められる一方、従来、専用コネクタでそれぞれ伝送されていたタイプの異なる信号を、１つのコネクタを兼用して伝送することも行われている。その１つとして、本来デジタル信号伝送用のＵＳＢコネクタを、アナログ信号であるオーディオ信号の伝送にも使用することが行われている。
【０００３】
したがって、このような兼用コネクタを使用する携帯機器に搭載され、この兼用コネクタを介してタイプの異なる信号を出力する半導体装置は、この兼用コネクタに接続される相手側機器に応じて、出力信号を切り替える必要がある。
【０００４】
例えば、ＵＳＢコネクタを兼用する場合、ＵＳＢコネクタに接続される機器が、スピーカやイヤホンなどの音声再生機器であればオーディオ信号を出力し、ＵＳＢメモリであればＵＳＢ信号を出力する必要がある。
【０００５】
従来、このような出力信号の切り替えは、出力端子に接続された半導体スイッチをＣＰＵなどで制御することにより行われている。
【０００６】
この出力の切り替えを行う半導体スイッチの求められる特性で、特に重要な特性は、オン抵抗とスイッチ容量である。例えば、オーディオ信号が通過する半導体スイッチのオン抵抗が大きい場合、オーディオ信号を伝送することができない、という問題が発生する。また、ＵＳＢ信号では、データ伝送時に通過する半導体スイッチのオン容量や、伝送経路に並列に接続された半導体スイッチのスイッチオフ容量が大きい場合、正常なデータ伝送が行えなくなる、という問題が発生する。
【０００７】
また、オーディオ信号を出力する場合、ＵＳＢコネクタに接続されるスピーカやイヤホンの入力インピーダンスが、製品によって８Ωであったり１６Ωであったりと、まちまちである。したがって、ＵＳＢコネクタから出力される電流が一定であると、スピーカやイヤホンの入力インピーダンスの違いによって、再生音量が大きく変わる、という問題も発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１１６２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、入力信号のタイプを自動的に判別し、そのタイプに最適な特性の出力信号を共通の出力端子から出力することのできる半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施形態の半導体装置は、利得を変化させることのできる可変利得増幅器と、入力信号の周波数を計測する周波数計測部と、を備え、切り替え手段が、前記入力信号の周波数に応じて、前記入力信号を、前記可変利得増幅器を介して出力端子へ出力するか、そのまま出力端子へ出力するか、を切り替える。また、この半導体装置では、前記入力信号を前記可変利得増幅器を介して前記出力端子へ出力する場合には、出力先インピーダンス判定手段が、前記出力端子に接続される機器の入力インピーダンスの高低を判定し、利得調整部が、前記入力インピーダンスの高低に応じて前記可変利得増幅器の利得を調整する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構成の例を示すブロック図。
【図２】入力信号がオーディオ信号であるときの、第１の実施形態の半導体装置の切り替え部の動作説明図。
【図３】入力信号がＵＳＢ信号であるときの、第１の実施形態の半導体装置の切り替え部の動作説明図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の構成の例を示すブロック図。
【図５】入力信号がオーディオ信号であるときの、第２の実施形態の半導体装置の切り替え部の動作説明図。
【図６】入力信号がＵＳＢ信号であるときの、第２の実施形態の半導体装置の切り替え部の動作説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態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。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構成の例を示すブロック図である。
【００１４】
本実施形態の半導体装置は、利得を変化させることのできる可変利得増幅器１と、入力信号ＳＩＧの周波数を計測するカウンタ２と、入力信号の周波数に応じて、入力信号ＳＩＧを、可変利得増幅器１を介して出力端子ＯＵＴへ出力するか、そのまま出力端子ＯＵＴへ出力するか、を切り替える切り替え部３と、入力信号ＳＩＧを可変利得増幅器１を介して出力端子ＯＵＴへ出力する場合には、出力端子ＯＵＴに接続される機器の入力インピーダンスの高低を判定する出力先インピーダンス判定部４と、出力端子ＯＵＴに接続される機器の入力インピーダンスの高低に応じて可変利得増幅器１の利得を調整する利得調整部５と、を備える。
【００１５】
本実施形態における切り替え部３は、入力信号ＳＩＧを出力端子ＯＵＴへ出力するか否かを切り替えるスイッチＳＷ１と、可変利得増幅器１へ電源電圧ＶＤＤを供給するかスイッチＳＷ１を導通させるかを切り替えるスイッチＳＷ２と、入力信号ＳＩＧを可変利得増幅器１へ入力するか否かを切り替えるスイッチＳＷ３と、可変利得増幅器１の出力を出力端子ＯＵＴへ出力するか否かを切り替えるスイッチＳＷ４と、カウンタ２の計測結果に応じて、スイッチＳＷ２〜ＳＷ４の切り替えを制御するスイッチ制御部３１と、を有する。
【００１６】
ここでは、スイッチＳＷ１として、ＭＯＳトランジスタを用いたスイッチの例を示しており、そのゲート端子へスイッチＳＷ２を介して電源電圧ＶＤＤが印加されたときに導通する。
【００１７】
スイッチ制御部３１は、カウンタ２の計測結果に応じて、スイッチＳＷ２〜ＳＷ４の切り替えを制御する。一般的なオーディオ信号の周波数は２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚであり、一般的なＵＳＢ信号の周波数は１．５ＭＨｚ〜４８０ＭＨｚである。そこで、判定閾値を、２０Ｈｚと１．５ＭＨｚの間に設定することにより、スイッチ制御部３１は、入力信号がオーディオ信号であるかＵＳＢ信号を判定し、その判定結果にもとづいてスイッチＳＷ２〜ＳＷ４の切り替えを行う。図２および図３に、このスイッチＳＷ２〜ＳＷ４の切り替えの様子を示す。
【００１８】
図２は、入力信号ＳＩＧがオーディオ信号であるときのスイッチＳＷ２〜ＳＷ４の切り替えの様子を示す。
【００１９】
スイッチ制御部３１は、入力信号ＳＩＧがオーディオ信号であると判定したときは、可変利得増幅器１へ電源電圧ＶＤＤを供給するようスイッチＳＷ２を切り替え、入力信号ＳＩＧを可変利得増幅器１へ入力するようスイッチＳＷ３を切り替え、可変利得増幅器１の出力を出力端子ＯＵＴへ出力するようスイッチＳＷ４を切り替える。
【００２０】
これにより、入力オーディオ信号は可変利得増幅器１へ入力されて増幅され、その増幅されたオーディオ信号が出力端子ＯＵＴへ出力される。
【００２１】
また、このとき、出力先インピーダンス判定部４により、出力端子ＯＵＴに接続される機器の入力インピーダンスの高低が判定される。オーディオ信号を出力する場合、出力端子ＯＵＴには、スピーカやイヤホンが接続される。一般的に、スピーカやイヤホンの入力インピーダンスは、８Ωないしは１６Ωである。そこで、出力先インピーダンス判定部４は、出力端子ＯＵＴに流れる電流値を観測し、出力先の入力インピーダンスの高低を判定する。
【００２２】
この出力先インピーダンス判定部４の判定結果を受けて、利得調整部５は、可変利得増幅器１の利得を制御する。
【００２３】
すなわち、利得調整部５は、出力先インピーダンス判定部４の判定結果が「高」であるときは、可変利得増幅器１の利得を低くし、出力先インピーダンス判定部４の判定結果が「低」であるときは、可変利得増幅器１の利得を高くする。
【００２４】
これにより、出力先の入力インピーダンスが高いときは出力先へ流れる電流が小さくなり、出力先の入力インピーダンスが低いときは出力先へ流れる電流が大きくなる。その結果、出力先のスピーカやイヤホンで発生する電圧が、その入力インピーダンスによらず一定となり、最適な音量でのオーディオ信号の再生が可能となる。
【００２５】
図３は、入力信号ＳＩＧがＵＳＢ信号であるときのスイッチＳＷ２〜ＳＷ４の切り替えの様子を示す。
【００２６】
スイッチ制御部３１は、入力信号がＵＳＢ信号であると判定したときは、スイッチＳＷ１のゲート端子へ電源電圧ＶＤＤを印加するようスイッチＳＷ２を切り替え、入力信号ＳＩＧを可変利得増幅器１へ入力しないようスイッチＳＷ３を切り替え、可変利得増幅器１の出力を出力端子ＯＵＴへ出力しないようスイッチを切り替える。
【００２７】
これにより、入力ＵＳＢ信号は、スイッチＳＷ１を介して出力端子ＯＵＴへ出力される。すなわち、ＵＳＢ信号のような高周波の信号の場合、低スイッチ容量での出力が可能となる。
【００２８】
このような本実施形態によれば、カウンタ２が入力信号ＳＩＧの周波数を計測し、その結果にもとづいて、スイッチ制御部３１が、入力信号ＳＩＧが低周波のオーディオ信号であるか高周波のＵＳＢ信号であるかを判定し、スイッチＳＷ２〜ＳＷ４を切り替えて、出力端子ＯＵＴへ至る入力信号ＳＩＧの信号経路を自動的に切り替える。これにより、外部から信号経路の切り替えをしなくとも、入力信号ＳＩＧの信号タイプに最適な特性の出力信号を共通の出力端子ＯＵＴから出力することができる。このとき、入力信号ＳＩＧがオーディオ信号であれば、出力先の入力インピーダンスによらず最適な音量での再生が可能なオーディオ信号を伝送することができ、入力信号ＳＩＧがＵＳＢ信号であれば、低スイッチ容量での出力信号の伝送が可能となる。
【００２９】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の構成の例を示すブロック図である。
【００３０】
本実施形態の半導体装置は、第１の実施形態の半導体装置の回路からスイッチＳＷ３およびスイッチＳＷ４を削除したものである。すなわち、本実施形態では、入力信号ＳＩＧが可変利得増幅器１へ直接入力され、可変利得増幅器１の出力が出力端子ＯＵＴへ直接出力される。
【００３１】
本実施形態の半導体装置の切り替え部３Ａは、入力信号ＳＩＧを出力端子ＯＵＴへ出力するか否かを切り替えるスイッチＳＷ１と、可変利得増幅器１へ電源電圧ＶＤＤを供給するかスイッチＳＷ１を導通させるかを切り替えるスイッチＳＷ２と、のみを備え、スイッチ制御部３１Ａが、カウンタ２の計測結果に応じて、スイッチＳＷ２の切り替えを制御する。
【００３２】
図５に、入力信号ＳＩＧがオーディオ信号であるときのスイッチＳＷ２の切り替えの様子を示す。
【００３３】
スイッチ制御部３１Ａは、入力信号ＳＩＧがオーディオ信号であると判定したときは、可変利得増幅器１へ電源電圧ＶＤＤを供給するようスイッチＳＷ２を切り替える。これにより、入力されたオーディオ信号は可変利得増幅器１で増幅され、その増幅されたオーディオ信号が出力端子ＯＵＴへ出力される。
【００３４】
このように、本実施形態では、入力信号ＳＩＧがオーディオ信号であるときは、その信号経路にスイッチが挿入されない。そのため、実施形態１と比較して、スイッチのオン抵抗が付加されない分、低オン抵抗でのオーディオ信号の伝送が可能となる。
【００３５】
図６に、入力信号ＳＩＧがＵＳＢ信号であるときのスイッチＳＷ２の切り替えの様子を示す。
【００３６】
スイッチ制御部３１Ａは、入力信号がＵＳＢ信号であると判定したときは、スイッチＳＷ１のゲート端子へ電源電圧ＶＤＤを印加するようスイッチＳＷ２を切り替える。これにより、入力されたＵＳＢ信号は、スイッチＳＷ１を介して出力端子ＯＵＴへ出力される。
【００３７】
通常、可変利得増幅器１の容量は、実施形態１で用いたスイッチＳＷ３、ＳＷ４のスイッチ容量よりも十分小さいので、実施形態１と比較して、スイッチＳＷ１に並列接続される容量が低減する。そのため、本実施形態では、さらなる低スイッチ容量でのＵＳＢ信号の伝送が可能となる。
【００３８】
このような本実施形態によれば、入力信号ＳＩＧがオーディオ信号であるときは、より低オン抵抗での信号伝送が可能であり、入力信号がＵＳＢ信号であるときは、より低スイッチ容量での信号伝送が可能となる。
【００３９】
以上説明した少なくとも１つの実施形態の半導体装置によれば、入力信号のタイプを自動的に判別し、そのタイプに最適な特性の出力信号を共通の出力端子から出力することができる。
【００４０】
また、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４１】
１  可変利得増幅器
２  カウンタ
３、３Ａ  切り替え部
４  出力先インピーダンス判定部
５  利得調整部
３１、３１Ａ  スイッチ制御部
ＳＷ１〜ＳＷ４  スイッチ
【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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