(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振幅調整回路（１０）であって、
電圧基準を生成する電圧基準発生器（１２）、
第１の入力、第２の入力、および出力を有し、前記第１の入力は前記電圧基準に結合された演算増幅器（１４）、
前記第２の入力に動作可能に結合されたオフセット回路（１６）であって、該オフセット回路（１６）はアナログ信号を受信しかつ該アナログ信号を前記電圧基準に実質的に等しいＤＣ成分によってオフセットするもの、そして
前記出力および前記電圧基準発生器（１２）に動作可能に結合されたインピーダンスネットワーク（１８）であって、該インピーダンスネットワーク（１８）は複数のインピーダンス（３２）を含み、振幅選択信号にもとづき、前記複数のインピーダンス（３２）の内の１つが選択されて前記アナログ信号のスケーリングされた表現を提供し、前記アナログ信号のスケーリングされた表現は実質的にゼロのＤＣオフセットを有するもの、
を具備することを特徴とする振幅調整回路（１０）。
【請求項２】
アナログオーディオ信号の振幅を調整する方法であって、
ａ）基準電圧を演算増幅器（１４）の第１の入力に動作可能に結合する段階、
ｂ）アナログオーディオ信号を前記演算増幅器（１４）の第２の入力に動作可能に結合する段階、
ｃ）前記第２の入力の電圧を実質的に前記基準電圧にバイアスする段階、
ｄ）前記演算増幅器（１４）の出力をインピーダンスネットワーク（１８）の第１の端部に動作可能に結合する段階、
ｅ）前記インピーダンスネットワーク（１８）の第２の端部を前記基準電圧に動作可能に結合する段階、そして
ｆ）前記インピーダンスネットワーク（１８）のタップ点において前記アナログオーディオ信号のスケーリングされた表現を提供し、前記アナログオーディオ信号のスケーリングされた表現は実質的にゼロのＤＣオフセットをもつようにする段階、
を具備することを特徴とするアナログオーディオ信号の振幅を調整する方法。
【請求項３】
調整された振幅を有するアナログ信号を生成する方法であって、
ａ）電圧基準を提供する段階、
ｂ）アナログ信号を受信する段階、
ｃ）前記電圧基準にもとづき前記アナログ信号をオフセットしてオフセットされたアナログ信号を生成する段階、
ｄ）前記電圧基準に関して、前記オフセットされたアナログ信号を増幅して増幅されたアナログ信号を生成する段階、そして
ｅ）前記電圧基準にもとづき前記増幅されたアナログ信号をスケーリングして調整された出力を生成する段階、
を具備することを特徴とする調整された振幅を有するアナログ信号を生成する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的にはアナログ信号のスケーリングに関し、かつより特定的にはゼロＤＣオフセットを備えたスケーリングされたアナログオーディオ信号を提供する音量調整回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アナログ信号のスケーリング（ｓｃａｌｉｎｇ）が長年にわたり技術的に知られている。典型的には、アナログ信号は直列に接続された複数のインピーダンスの間にフルスケールの信号を加えることによりスケーリングされる。前記複数のインピーダンス、典型的には抵抗、は直列に接続されて抵抗分割器または分圧器を提供し、前記直列インピーダンスの一端はグランド電位に接続され、一方他端はフルスケールのオーディオ信号を受ける。スケーリングされた出力は次に直列インピーダンスに沿って配置された複数のタップ点の１つから抽出される。スケーリングされた出力が抽出されるタップ点を変えることにより、スケーリングされた出力の大きさが変えられる。この技術の単純さ、有効性および低価格のため、この技術は今日広く使用されている。
【０００３】
デジタル回路の出現により、オーディオ信号のような、アナログ信号をデジタル的に符号化しかつ該デジタル信号をユーザにオーディオ信号を送る前にアナログ信号に変換し戻すことが一般的になってきている。例えば、コンパクトディスクとしても知られた、デジタルオーディオディスクはオーディオ情報を光の放射に敏感な基板上にデジタル形式で格納する。レーザビームが前記基板からはね返されてデジタルデータの流れが受信される。該デジタルデータはデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器に提供され、該Ｄ／Ａ変換器は該デジタルデータを等価なアナログ出力に変換する。典型的には、該アナログ出力は特定のサンプリング期間で前記デジタルオーディオ信号の振幅にもとづき複数の電流源の出力を選択的に制御することによって再生される。従って、アナログ波形が複数の電流源の出力を使用して再現される。前記アナログ波形はオーディオ信号を表わしかつ典型的には上に述べた方法でスケーリングされたオーディオ信号を提供するために使用される。
【０００４】
【発明が解決しょうとする課題】
大部分のオーディオ信号調整回路の１つの欠点はフルスケールのオーディオ信号を発生する回路とスケーリングされたオーディオ信号を発生するために使用される回路との間の相互作用によって引き起こされる。前に述べたように、信号調整回路は典型的にはアナログ信号を分配された直列インピーダンスの間に加えかつスケーリングされた出力を前記直列インピーダンスにタップを付けることによって得る。異なるスケーリングのオーディオ出力を得ることは直列インピーダンス上の異なるタップ点からスケーリングされた信号を抽出することによって行なわれる。しかしながら、ＤＣ電圧もまた前記直列インピーダンスの間に出現するから、タップ点を変えることはスケーリングされた出力のＤＣレベルを同様に変化させることになる。
【０００５】
オーディオ信号のＤＣレベル、またはＤＣオフセット、の変化は信号を受信するスピーカにオーディオ「ポップ」すなわちポンという音を生じさせる。時間と共に、ＤＣオフセットはスピーカの敏感なコイルを損傷する。ＤＣオフセットはしばしばスピーカに直ちに物理的に損傷を引き起こすほど十分大きくないが、ＤＣオフセットはスピーカの寿命期間を低減する。ＤＣオフセットはステップ関数として表われるが、ＤＣオフセットの変化は、周波数の観点からみると、注目の周波数帯域内に数多くの成分を含んでいる。従って、ＤＣオフセットはいったんそれが生成されると、スケーリングされたオーディオ信号からろ波することができない。
【０００６】
ＤＣオフセットおよびその結果として発生する可聴「ポップ」を除去するための他の解決方法は３２の異なる振幅レベル、または音量設定、を提供するために一連の５つの固定ゲインの演算増幅器を使用することである。これらの演算増幅器は受信したフルスケールのオーディオ信号を３２の異なる設定に２値的に（ｂｉｎａｒｉｌｙ）分割するよう相互結合されている。この技術はＤＣオフセットを除去するが、それは部品集約的であり、コストおよびプリント回路基板または集積回路の不動産を加えることになる。
【０００７】
従って、アナログ信号のスケーリングされた表現を提供し、該アナログ信号のスケーリングされた表現が、知られた従来技術の構成のようなコストを必要とすることなく、ゼロＤＣオフセットを備えたものとすることができる回路の技術的な必要性が存在する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、アナログオーディオ信号のスケーリングされた表現がゼロＤＣオフセットを有するようにアナログオーディオ信号のスケーリングされた表現を生成する振幅または音量調整回路を提供する。該音量調整回路は好ましくは電圧基準発生器、演算増幅器、オフセット回路、およびインピーダンスネットワークを具備する。前記電圧基準発生器は前記演算増幅器に出力する電圧基準を生成し、前記演算増幅器はまた前記オフセット回路から入力を受信する。前記オフセット回路はアナログオーディオ信号を受信しかつ該アナログオーディオ信号をＤＣ成分によってオフセットし、該ＤＣ成分は実質的に前記電圧基準に等しい。前記オフセット回路は従って前記電圧基準に実質的に等しいＤＣ成分を有する出力を提供する。前記インピーダンスネットワークは前記演算増幅器にかつ前記電圧基準に動作可能に結合され、前記インピーダンスネットワークの両端が前記電圧基準と等価なＤＣ値をもつようにされる。前記インピーダンスネットワークは複数のインピーダンスを含み、音量選択信号にもとづき、選択されたインピーダンスの１つが前記アナログオーディオ信号のスケーリングされた表現を提供する。前記インピーダンスネットワークの両側が電圧基準電位に保持されているから、各々のスケーリングされたアナログオーディオ信号は一定のＤＣ値を有し、従ってゼロＤＣオフセットを有する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、電圧基準発生器１２、演算増幅器１４、オフセット回路１６、およびインピーダンスネットワーク１８を備えた振幅調整回路１０を示す。電圧基準発生器１２は電圧基準２０を生成する。電圧基準２０のレベルは振幅調整回路１０内の回路要素の要求に従って選択される。電圧基準２０はすべての注目動作条件にわたり一定の電圧レベルを提供するために温度および時間に無関係のものであることが好ましい。
【００１０】
演算増幅器１４は、第１の入力２２、第２の入力２４、および出力２６を有し、第１の出力２２は電圧基準２０に結合されている。オフセット回路１６は演算増幅器１４の第２の入力２４に動作可能に結合されている。オフセット回路１６は前記電圧基準２０および（オーディオ信号とすることができる）アナログ信号２８を受け、該アナログオーディオ信号をＤＣ成分によってオフセットしかつオフセットされたアナログ信号３０を生成し、該オフセットされたアナログ３０は演算増幅器１４の第２の入力２４に提供される。前記アナログ信号２８がそれによってオフセットされるＤＣ成分は実質的に前記基準電圧２０と等しく、それによって演算増幅器１４の第１の入力２２および第２の入力２４の間に印加されるＤＣレベルがゼロとなるようにされる。従って、演算増幅器１４の出力２６に存在する信号は前記アナログ信号２８を表わすフルスケールのオーディオ信号であるが前記基準電圧２０のＤＣレベルを有している。
【００１１】
前記インピーダンスネットワーク１８は演算増幅器１４の出力に動作可能に結合されている。インピーダンスネットワーク１８は複数のインピーダンス３２を含み、音量、または振幅、選択信号３６にもとづき、該複数のインピーダンス３２の内の１つが選択されて前記アナログ信号２８のスケーリングされた表現３６を提供する。インピーダンスネットワーク１８の第２の側は電圧基準２０に接続される。従って、インピーダンスネットワーク１８の間にはＤＣ電圧はなく、かつインピーダンスネットワーク１８の各点における前記スケーリングされたオーディオ信号３６は同じＤＣ電圧を有している。前記複数のインピーダンス３２の内の他のものが選択された時、インピーダンスネットワーク１８の出力として提供されるスケーリングされたアナログ信号３６は実質的にゼロのＤＣオフセット（１０ｍＶより低い）を有する。
【００１２】
従って、本発明の振幅調整回路１０はゼロＤＣオフセットを有するスケーリングされたアナログ信号３６を生成するという重要な利点を与える。このようにして、アナログ信号２８をスケーリングするために本発明の振幅調整回路１０を使用することにより、聴取者を悩ませあるいはスケーリングされたアナログ信号３６を受信するスピーカを損傷する可聴「ポップ」または大きな振幅の信号は生成されない。従って、本発明の振幅調整回路１０は従来技術の直列インピーダンス回路によっては前に提供されなかった重要な利点を与える。
【００１３】
図２は、図１の振幅調整回路１０の原理を導入した振幅調整回路３７を示しかつ付加的な部分の詳細をも示している。振幅調整回路３７は好ましくは電圧基準発生器１２、演算増幅器１４、オフセット回路１６、およびインピーダンスネットワーク１８を具備する。好ましくは、振幅調整回路３７はさらに複数の電流源４０にバイアス制御信号５２を提供する他の演算増幅器４４を具備する。図１を参照して説明した要素と実質的に同じ機能を有する要素については明瞭化のために必要とされる場合を除きここではさらに説明はしない。
【００１４】
電圧基準発生器１２は演算増幅器１４の第１の入力２２に電圧基準２０を提供する。オフセット回路１６は第２の入力２４を演算増幅器１４に提供する。オフセット回路１６は好ましくは第２の電圧基準発生器５４およびオフセット演算増幅器６２を具備する。第２の電圧基準発生器５４はオフセットＤＣ成分５６を生成する。オフセットＤＣ成分５６は第２の電圧基準発生器５４の出力に接続された２つの負荷抵抗にもとづく。ＲＬ１５８およびＲＬ２６０はオフセットＤＣ成分５６の振幅を決定する。第２の電圧基準発生器５４の第１の入力は電圧基準２０に結合され、それによってオフセットＤＣ成分５６が電圧基準２０のスケーリングされた表現となるようにし、この場合スケーリングはＲＬ１５８，ＲＬ２６０、抵抗５３および抵抗６３の間の関係にもとづく。前記オフセットＤＣ成分５６はオフセット演算増幅器６２の第１の入力に結合する。オフセット演算増幅器６２の第２の入力はアナログオーディオ情報を含む電流信号３８を受信する。オフセット演算増幅器６２は該電流信号３８を抵抗６３を介して電圧信号３９に変換する。該電圧信号３９は演算増幅器１４の第２の入力２４に結合されかつ電圧基準２０に固定されたＤＣ成分を有する。当業者は容易に、前記オフセット演算増幅器６２は電圧基準６０のＤＣレベルのレベルにその出力をオフセットするのみならず前記電流信号３８を所望のＤＣ電圧レベルを有する電圧信号３９に変換することを理解するであろう。当業者がさらに理解するように、前記第２の電圧基準発生器５４に関連する負荷抵抗は前記オフセット演算増幅器６２が前記電流信号３８を適切なＤＣ電圧レベルを備えた電圧信号３９に変換するように選択される。
【００１５】
前記電流信号３８は制御信号４２によって選択的にイネーブルされあるいはディスエーブルされる複数の電流源４０によって提供される。前記電流源４０はアナログ信号のデジタル表現にもとづき電流信号を再生する働きをなす。他の演算増幅器４４は電圧基準２０に結合されたその第１の入力４６、およびその出力５０、抵抗、およびソース電圧に結合するトランジスタ回路に動作可能に結合されたその第２の入力を有する。演算増幅器４４は前記複数の電流源４０にバイアス制御信号５２を提供する。電圧基準２０の信号によって演算増幅器４４を通り複数の電流源４０に提供されるフィードバックはオフセット演算増幅器６２によって生成される電圧信号３９が電圧基準２０と等しいＤＣ振幅を含むことを補償する働きをなす。演算増幅器５０の出力に接続された回路はバイアス制御信号５２および音量調整回路３７の他の構成要素の制御の要求にもとづき選択される。
【００１６】
インピーダンスネットワーク１８は複数のイネーブルトランジスタ６４に動作可能に結合された複数の抵抗３２を具備する。当業者が容易に理解するように、抵抗以外の他の要素を分圧器として使用できる。しかしながら、単純化のため、図２に関しては抵抗が示されている。複数の抵抗３２は直列に接続されて第１の端部および第２の端部を備えた回路を形成している。該回路の第１の端部は演算増幅器１４の出力２６に接続され、一方該回路の第２の端部は電圧基準２０に接続されている。従って、インピーダンスネットワーク１８の各々の端部は電圧基準２０のＤＣレベルに保持される。
【００１７】
複数のイネーブルトランジスタ６４は振幅制御信号３４によって制御され、それによって該トランジスタ６４の内の１つのみが一度にターンオンする。しかしながら、当業者は容易に回路３７の目標に沿って他の様式でインピーダンスネットワーク１８をどのように動作させるかは容易に理解するであろう。イネーブルされたトランジスタ６４は出力としてスケーリングされたオーディオ信号３６を提供する。当業者が容易に理解するように、インピーダンスネットワーク１８はフルスケールのアナログオーディオ信号からその非常に小さなスケールの成分までの範囲のアナログ信号を提供する。インピーダンスネットワーク１８によって提供されるスケーリングされたアナログ信号３６は実質的にゼロのＤＣオフセットを有し、それはインピーダンスネットワーク１８の各抵抗３２の間のＤＣ電圧がゼロであるからである。しかしながら、スケーリングされたオーディオ信号３６の非ＤＣ成分は電流信号３８のものと同じ相対周波数成分を含む。
【００１８】
図３は、オーディオ回路１０２およびインピーダンスネットワーク１８を備えた音量調整回路１００を示す。オーディオ回路１０２は基準電圧２０およびオーディオ入力２９にもとづきアナログ信号１０４を生成する。インピーダンスネットワーク１８はオーディオ回路１０２に動作可能に結合されている。インピーダンスネットワーク１８は複数のインピーダンス３２を含み、これらのインピーダンス３２は好ましくは抵抗であるが直列に接続された時に分圧器として作用する技術的に知られた他のインピーダンスとすることもできる。音量選択信号３５にもとづき、複数のインピーダンス３２の内の１つが選択されてアナログオーディオ信号３６のスケーリングされた表現を提供する。好ましくは、前記複数のインピーダンスの１つは音量選択信号３５によってそれぞれのイネーブルトランジスタ６４を介して選択される。インピーダンスネットワーク１８の第２の端部は電圧基準２０に接続され、インピーダンスネットワーク１８の両側のＤＣ電圧レベルが同じになるようにされる。このようにして、アナログ出力３６は電圧基準２０に関して実質的にゼロのＤＣオフセットを有するＤＣ成分をもつことになる。従って、図示された音量調整回路１００はアナログオーディオ入力信号２９をスケーリングしてある電圧基準に固定されたＤＣ成分を有する、あるいはゼロＤＣオフセットを有するアナログ出力信号３７を提供するという重要な利点を提供する。
【００１９】
図４は、図３のオーディオ回路１０２をより詳細に示す。オーディオ回路１０２は演算増幅器１４およびオーディオオフセット回路１６を備えている。オーディオオフセット回路１６は前記オーディオ入力信号２９および電圧基準発生器１２からの電圧基準２０を受信する。電圧基準２０は演算増幅器１４への第１の入力として作用する。オーディオオフセット回路１６は電圧基準２０に等しいＤＣ成分を有するアナログオーディオ出力信号を提供し、この信号は演算増幅器１４の第２の入力に結合される。
【００２０】
演算増幅器１４の第２の入力および該演算増幅器の出力の間には少なくとも１つのフィルタリング要素１０８が接続されている。フィルタリング要素１０８はアナログオーディオ信号１１０がろ波されてろ波されたアナログオーディオ信号１０４を生成するように演算増幅器１４のための周波数応答を確立する。ろ波されたアナログオーディオ信号１０４は、電圧基準２０に等しいＤＣレベルを有し、次にインピーダンスネットワーク１８に供給されて前記スケーリングされたアナログ出力３６もまた電圧基準２０に等しいＤＣ成分をもつようにされる。従って、図４に示される音量調整回路１００は基準電圧２０に関して実質的にゼロのＤＣオフセットを有するスケーリングされたアナログ出力信号を提供する重要な利点を与える。
【００２１】
図５はデジタル−アナログ変換器１２２および電圧調整回路１２４を備えたデジタル化オーディオ信号変換器１２０を示す。デジタル−アナログ変換器１２２はデジタル化オーディオ信号１２６を受信しかつ該デジタル化オーディオ信号１２６をアナログオーディオ信号１２８に変換する。デジタル化オーディオ信号１２６のアナログオーディオ信号１２８への変換は技術的によく知られておりかつ本発明の教示を説明する場合を除きここではさらに説明はしない。
【００２２】
音量調整回路１２４はアナログオーディオ信号１２８を受けるためにデジタル−アナログ変換器１２２に動作可能に結合されている。音量調整回路１２４はまた基準電圧２０を受けかつ音量制御信号３５にもとづきスケーリングされたオーディオ信号１３０を生成する。スケーリングされたオーディオ信号１３０は、電圧基準２０に対し、実質的にゼロのＤＣ成分を有することに注意を有する。従って、音量制御信号３５が調整された時、スケーリングされたオーディオ信号１３０のＤＣ成分は実質的に変化しない。このようにして、本発明のデジタル化オーディオ信号変換器１２０は、デジタル化オーディオ信号１２６にもとづき、ゼロＤＣオフセットを備えたスケーリングされたオーディオ信号１３０を提供する。この重要な利点は従来技術の装置では提供されなかった。
【００２３】
図６は、前記デジタル化オーディオ信号変換器１２０の音量調整回路１２４を示す。好ましくは、該音量調整回路１２４は複数の直列インピーダンス３２および複数のイネーブルトランジスタ６４を具備する。複数の直列インピーダンス３２はアナログオーディオ信号１２８を受ける第１の端部および電圧基準２０に接続された第２の端部を有する。複数のイネーブルトランジスタ６４は音量制御信号３５によって制御される。音量制御信号３５はＮビットの幅の信号からなり、この場合Ｎは選択トランジスタ６４の数である。音量制御信号３５は（Ｎ−１）のディスエーブルされたビットと共に単一のイネーブルされたビットを含み、イネーブルトランジスタ６４の内の１つのみが任意の与えられた時間にターンオンするよう構成される。当業者は選択トランジスタ６４の内の任意のものをイネーブルして所望の大きさを有するスケーリングされたオーディオ信号１３０を提供できることを容易に理解するであろう。さらに、当業者は直列インピーダンス１３２および選択トランジスタ６４の数はより多くのまたはより少ないタップ点を提供するために変更できることも容易に理解するであろう。従って、音量調整回路１２４の設計によって精細または粗調調整をアナログオーディオ信号１２８に提供できる。
【００２４】
図７は、本発明の原理を取り入れた調整された音量を備えたオーディオ信号を生成する方法１５０を示す。該方法は電圧基準を提供する第１のステップ１５２を含む。次に、ステップ１５４において、本方法１５０はアナログオーディオ信号を受信する段階を含む。ステップ１５４から、本方法はステップ１５６に進み、そこで電圧基準にもとづきアナログオーディオ信号をオフセットしてオフセットされたオーディオ信号を生成するステップが行なわれる。いったんオフセットされたオーディオ信号が生成されれば、本方法はステップ１５８に進み、そこで電圧基準に関して、オフセットされたオーディオ信号を増幅して増幅されたオーディオ信号を生成するステップが行なわれる。次に、ステップ１６０において、本方法は電圧基準にもとづき前記増幅されたオーディオ信号をスケーリングして調整された出力を生成する段階を含む。従って、本発明の方法１５０の各ステップによれば、調整された音量を備えたオーディオ信号が生成され、該オーディオ信号はゼロのＤＣオフセットを有している。従って、本発明の方法１５０を使用することにより、調整されたオーディオ信号をＤＣオフセットを有する信号に関連する問題を生じることなく生成できる。
【００２５】
上に述べた好ましい実施形態は本発明の原理を示すためのものであり、本発明の範囲を制限するものでないことは明らかである。添付の特許請求の範囲から離れることなく当業者によってこれらの好ましい実施形態に対し種々の他の実施形態および変更を行なうことができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、簡単な装置構成により、ゼロＤＣオフセットのスケーリングされたアナログ信号を提供する回路が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を導入した振幅調整回路の概略的ブロック回路図である。
【図２】図１の振幅調整回路をより詳細に示すブロック回路図である。
【図３】本発明の原理を導入した音量調整回路を示すブロック回路図である。
【図４】図３の音量調整回路をより詳細に示すブロック回路図である。
【図５】本発明の原理を導入したデジタル化オーディオ信号変換器を示すブロック回路図である。
【図６】図５のデジタル化オーディオ信号変換器に関連する音量調整回路を示すブロック図である。
【図７】本発明の原理に従って調整された音量を備えたオーディオ信号を生成する方法を示す論理図である。
【符号の説明】
１０  振幅調整回路
１２  電圧基準発生器
１４  演算増幅器
１６  オフセット回路
１８  インピーダンスネットワーク
２０  電圧基準
２２  第１の入力
２４  第２の入力
２６  出力
２８  アナログ信号
３０  オフセットされたアナログ信号
３２  インピーダンス素子
３４  振幅選択信号
３６  スケーリングされたアナログ信号
【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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