(57)【要約】【課題】出力信号の振幅が所定の基準値に近づくように利得を変化させながら入力信号の増幅を行う場合に、ノイズ信号を増幅して出力し続ける状態を防止し、かつ出力信号の振幅が不自然に変化しないよう制御できる増幅回路を提供する。【解決手段】利得可変な増幅器が出力する出力信号の振幅を検出し、検出される出力信号の振幅に基づいて、当該出力信号の振幅が所定の基準値に近づくように増幅器の利得を変化させ、増幅器に入力される入力信号が増幅目的信号かノイズ信号かを判定し、入力信号がノイズ信号であると判定される場合に、減衰率を徐々に増やしながら、出力信号を減衰させる増幅回路である。【選択図】図１
2009171058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
利得可変な増幅器と、
前記増幅器が出力する出力信号の振幅を検出する振幅検出手段と、
前記検出される出力信号の振幅に基づいて、当該出力信号の振幅が所定の基準値に近づくように、前記増幅器の利得を変化させる利得制御手段と、
前記増幅器に入力される入力信号が増幅目的信号かノイズ信号かを判定する判定手段と、
前記判定手段により、前記入力信号がノイズ信号であると判定される場合に、減衰率を徐々に増やしながら、前記出力信号を減衰させる信号減衰手段と、
を含むことを特徴とする増幅回路。
【請求項２】
請求項１に記載の増幅回路において、
前記信号減衰手段は、所定の最大値になるまで減衰率を徐々に増やした後、前記出力信号の振幅を所定の最小値にする
ことを特徴とする増幅回路。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の増幅回路において、
前記信号減衰手段は、前記入力信号がノイズ信号から増幅目的信号に変化する場合に、減衰率を徐々に減らしながら、減衰率が０になるまで、前記出力信号を減衰させる
ことを特徴とする増幅回路。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の増幅回路において、
前記判定手段は、前記検出される出力信号の振幅に基づいて、当該出力信号の振幅と、所定の閾値と、を比較することにより、前記入力信号が増幅目的信号かノイズ信号かを判定する
ことを特徴とする増幅回路。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか一項に記載の増幅回路において、
前記判定手段は、前記検出される出力信号の振幅と、前記増幅器の利得と、に基づいて算出される前記入力信号の振幅の推定値と、所定の閾値と、を比較することにより、前記入力信号が増幅目的信号かノイズ信号かを判定する
ことを特徴とする増幅回路。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の増幅回路において、
前記判定手段は、前記入力信号が増幅目的信号からノイズ信号に変化するか否かを判定する場合には、前記所定の閾値として第１閾値を用い、前記入力信号がノイズ信号から増幅目的信号に変化するか否かを判定する場合には、前記所定の閾値として前記第１閾値より大きな第２閾値を用いて、それぞれ判定を行う
ことを特徴とする増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出力信号の振幅が所定の基準値に近づくように増幅器の利得を変化させながら、入力信号の増幅を行う増幅回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばマイクロフォンによって集音された音声などを表す電気信号を、その振幅が所定の基準値に近づくように利得を調整しながら増幅する、いわゆるＡＬＣ（Automatic Level Control）回路などの増幅回路がある（例えば特許文献１参照）。このような増幅回路においては、増幅器が出力する出力信号の振幅が所定の基準値を下回っている場合には利得を増加させ、逆に所定の基準値を上回っている場合には利得を減少させるように、増幅器の利得が制御される。
【特許文献１】特開２００６‐４１７３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来例の技術において、増幅の目的とする信号（増幅目的信号）が入力されていない間も利得の制御を行うと、振幅の小さなノイズ性の信号（ノイズ信号）を所定の基準値に近づくように増幅してしまう。その結果、本来不要なはずの信号を最大の利得で増幅し、大きな振幅の信号として出力するというノイズポンピングの問題が生じる。そこで、例えば、増幅目的信号が入力されていないと判定される間は、信号の出力をカットする回路が提案されている。しかしながら、この方式では、出力される信号の振幅が突然０になったり、また出力される信号の振幅が０の状態から突然大きな振幅の信号が出力され始めたりするなど、出力される信号の振幅が不自然に変化する場合が生じうる。
【０００４】
また、上述した以外の方式として、増幅目的信号が入力されていないと判定される間は、その直前の状態の利得を維持するよう増幅器の利得をホールドする回路も提案されている。しかしながら、この方式では、比較的小さな振幅の増幅目的信号が入力され、その結果比較的大きな利得で入力信号の増幅を行っている状態から、ノイズ信号が入力される状態に変化した場合、この比較的大きな利得が維持されてしまう。そのため、入力信号の振幅の変化の仕方によっては、ノイズ信号を増幅して出力し続ける状態を防止できない場合がありうる。
【０００５】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的の一つは、出力信号の振幅が所定の基準値に近づくように利得を変化させながら入力信号の増幅を行う場合に、ノイズ信号を増幅して出力し続ける状態を防止し、かつ出力信号の振幅が不自然に変化しないよう制御できる増幅回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための本発明に係る増幅回路は、利得可変な増幅器と、前記増幅器が出力する出力信号の振幅を検出する振幅検出手段と、前記検出される出力信号の振幅に基づいて、当該出力信号の振幅が所定の基準値に近づくように、前記増幅器の利得を変化させる利得制御手段と、前記増幅器に入力される入力信号が増幅目的信号かノイズ信号かを判定する判定手段と、前記判定手段により、前記入力信号がノイズ信号であると判定される場合に、減衰率を徐々に増やしながら、前記出力信号を減衰させる信号減衰手段と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、出力信号の振幅が所定の基準値に近づくように利得を変化させながら入力信号の増幅を行う増幅回路において、入力信号がノイズ信号であると判定される場合に、減衰率を徐々に増やしながら、出力信号を減衰させることにより、出力信号の振幅が不自然に変化しないよう制御しながら、増幅されたノイズ信号が出力され続ける状態を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【０００９】
本発明の一実施形態に係る増幅回路２は、図１に示すように、可変利得増幅器４と、レジスタ６と、Ａ／Ｄコンバータ８と、利得制御部１０と、信号判定部１２と、デジタルボリューム回路１４と、を含んで構成される。例えば本実施形態に係る増幅回路２は、マイクロフォンなどにより集音された音声を表す電圧信号を入力信号として受け付けて、当該入力信号を音量レベルが略一定のデジタルデータに変換するオーディオコーデック回路などに用いられる。
【００１０】
可変利得増幅器４は、プログラマブルゲインアンプ等であって、外部から入力される電圧信号を入力信号Ｖｉとして受け付けて、当該入力信号Ｖｉを増幅した出力信号ＶｏをＡ／Ｄコンバータ８に対して出力する。可変利得増幅器４の利得（増幅率）Ｇは、ｄＢ（デシベル）を単位として表され、出力信号Ｖｏの入力信号Ｖｉに対する比の常用対数に比例する値となる。
【００１１】
可変利得増幅器４の利得Ｇは、可変利得増幅器４の外部から入力される制御信号に基づいて変化する。本実施形態においては、この制御信号は離散的な値を示すデジタル信号であって、これに応じて利得Ｇは離散的に変化する。
【００１２】
具体的に、本実施形態における可変利得増幅器４は、レジスタ６に格納された格納値Ｄｒに応じた利得Ｇで、入力信号Ｖｉの変換を行う。レジスタ６は、デジタル情報を格納するメモリであって、本実施形態においては格納値Ｄｒを格納している。この格納値Ｄｒは、後述するように、利得制御部１０によって更新される。そして、格納値Ｄｒのうち、例えば整数部に対応する所定の上位ビットによって表される値が、利得Ｇの値として可変利得増幅器４に入力される。
【００１３】
なお、利得Ｇは、負の値を採り得ることとしてもよい。利得Ｇが負の値となっている場合、可変利得増幅器４は、入力信号Ｖｉを減衰させてより小さな振幅の出力信号Ｖｏを出力することとなる。
【００１４】
Ａ／Ｄコンバータ８は、アナログ信号をデジタル信号に変換する回路であって、可変利得増幅器４が出力する出力信号Ｖｏを検出し、デジタル値（以下、出力値Ｄｏ１という）に変換して出力する。具体的に、Ａ／Ｄコンバータ８は、所定時間おきに出力信号Ｖｏのサンプリングを行い、その結果を出力値Ｄｏ１として出力する。この場合の所定時間は、例えば外部から供給されるクロック信号により決定される。
【００１５】
利得制御部１０は、例えばロジック回路等により構成され、Ａ／Ｄコンバータ８が所定時間おきに出力する出力値Ｄｏ１を入力として受け付ける。そして、この出力値Ｄｏ１により表される信号に対して、デジタル検波処理を行うことにより、出力信号Ｖｏの振幅（レベル）を表すデジタル値（以下、振幅値Ｄｌという）を算出する。さらに、利得制御部１０は、この振幅値Ｄｌが所定の基準値Ｄａに近づくように、可変利得増幅器４の利得Ｇを変化させる制御を行う。具体例として、利得制御部１０は、まず振幅値Ｄｌと基準値Ｄａの大小を比較する。そして、振幅値Ｄｌが基準値Ｄａより大きい場合には利得Ｇを下げる方向に、振幅値Ｄｌが基準値Ｄａより小さい場合には利得Ｇを上げる方向に、それぞれ利得Ｇを変化させる制御を行う。
【００１６】
本実施形態においては、利得制御部１０は、振幅値Ｄｌが基準値Ｄａより小さい場合には正の加算値ΔＤｒを、逆に振幅値Ｄｌが基準値Ｄａより大きい場合には負の加算値ΔＤｒを、それぞれレジスタ６に格納されている格納値Ｄｒに加算する。前述したように、可変利得増幅器４は、格納値Ｄｒに応じた利得Ｇで増幅を行う。そのため、利得制御部１０は、格納値Ｄｒを更新することにより、振幅値Ｄｌが所定の基準値Ｄａに近づくように利得Ｇを変化させることができる。
【００１７】
この加算値ΔＤｒを格納値Ｄｒに加算する処理は、例えばＡ／Ｄコンバータ８が出力信号Ｖｏのサンプリングを行い、新たな出力値Ｄｏ１を利得制御部１０に対して出力するごとに実行される。これにより、例えば出力信号Ｖｏの振幅が所定の基準値より低い間は、利得制御部１０が正の加算値ΔＤｒを格納値Ｄｒに加算する処理が所定時間おきに繰り返される。この加算処理が繰り返し実行された結果、格納値Ｄｒの整数部によって表される値が繰り上がりによって増加すると、可変利得増幅器４の利得Ｇも増加する。
【００１８】
信号判定部１２は、例えばロジック回路等により構成され、利得制御部１０と同様に、Ａ／Ｄコンバータ８が所定時間おきに出力する出力値Ｄｏ１を入力として受け付け、この出力値Ｄｏ１に基づいて出力信号Ｖｏの振幅を表す振幅値Ｄｌを算出する。そして、この振幅値Ｄｌに基づいて、可変利得増幅器４に入力される入力信号Ｖｉが、増幅目的信号か、あるいはノイズ信号か、を判定する。
【００１９】
ここで増幅目的信号は、その振幅が所定の条件を満たす信号であって、増幅回路２による増幅の目的となる信号である。すなわち、この信号を、その振幅が所定の基準値に近づくように増幅して出力することが、本実施形態に係る増幅回路２の目的となる。一方、ノイズ信号は、このような増幅目的信号が含まれていない状態の入力信号であって、このノイズ信号は本来増幅する必要のない信号である。なお、信号判定部１２による判定処理も、所定時間ごと（例えばＡ／Ｄコンバータ８が出力信号Ｖｏのサンプリングを行い、新たな出力値Ｄｏ１を利得制御部１０に対して出力するごと）に繰り返し実行される。
【００２０】
具体的に、例えば信号判定部１２は、振幅値Ｄｌと、所定の閾値と、の間の大小を比較することにより、入力信号Ｖｉが増幅目的信号かノイズ信号かを判定する。すなわち、振幅値Ｄｌが所定の閾値より小さくなれば、入力信号Ｖｉはノイズ信号であると判定し、それ以外の場合は、入力信号Ｖｉは増幅目的信号であると判定する。また、振幅値Ｄｌが所定の閾値より小さな期間が、所定期間以上にわたって続いた場合に、入力信号Ｖｉが増幅目的信号からノイズ信号に変わったと判定してもよい。
【００２１】
あるいは、信号判定部１２は、振幅値Ｄｌと、可変利得増幅器４の利得Ｇと、に基づいて入力信号Ｖｉの振幅の推定値Ｄｅを算出し、この推定値Ｄｅと、所定の閾値と、を比較することにより、入力信号Ｖｉが増幅目的信号かノイズ信号かを判定してもよい。この場合、信号判定部１２は、Ａ／Ｄコンバータ８から出力値Ｄｏ１を入力として受け付けるだけでなく、例えばレジスタ６に格納されている格納値Ｄｒを参照することによって、出力値Ｄｏ１をＡ／Ｄコンバータ８が出力した際の可変利得増幅器４の利得Ｇの値を取得する。振幅値Ｄｌは、入力信号Ｖｉを利得Ｇで増幅して得られる出力信号Ｖｏの振幅を表すデジタル値なので、この振幅値Ｄｌと、利得Ｇの値と、に基づいて、元の入力信号Ｖｉの振幅を表す推定値Ｄｅを、デジタル値として算出することができる。例えばこの推定値Ｄｅが所定の閾値より小さい場合、信号判定部１２は、入力信号Ｖｉはノイズ信号であると判定する。また、上述した振幅値Ｄｌ自体を所定の閾値と比較する例と同様に、推定値Ｄｅが所定の閾値より小さな期間が所定期間以上にわたって続いた場合に、入力信号Ｖｉが増幅目的信号からノイズ信号に変わったと判定してもよい。このように、推定値Ｄｅを用いて増幅目的信号かノイズ信号かの判定を行うことにより、振幅値Ｄｌだけに基づいて判定する場合と比較して、回路規模は大きくなるものの、特に可変利得増幅器４の利得Ｇが大きな値を採りうる場合などにおいて、より入力信号Ｖｉの実際の振幅に即した判定を行うことができる。
【００２２】
また、これまで説明したように振幅値Ｄｌ又は推定値Ｄｅを所定の閾値と比較する場合、信号判定部１２は、この所定の閾値として場面に応じて２種類の値（すなわち、第１閾値Ｔ１及び第２閾値Ｔ２）を使い分けてもよい。具体的に、例えば信号判定部１２は、前回判定時には入力信号Ｖｉは増幅目的信号であると判定されており、今回の判定において入力信号Ｖｉが増幅目的信号からノイズ信号に変化するか否かを判定する場合には、振幅値Ｄｌ又は推定値Ｄｅを第１閾値Ｔ１と比較する。逆に、前回判定時には入力信号Ｖｉはノイズ信号であると判定されており、今回の判定において入力信号Ｖｉがノイズ信号から増幅目的信号に変化するか否かを判定する場合には、振幅値Ｄｌ又は推定値Ｄｅを第２閾値Ｔ２と比較する。ここで、第１閾値Ｔ１と第２閾値Ｔ２との間には、Ｔ１＜Ｔ２の関係が成り立つこととする。こうすれば、入力信号Ｖｉの振幅のわずかな変動によって、頻繁に判定結果が変動してしまう状態を避けることができる。
【００２３】
デジタルボリューム回路１４は、例えばロジック回路等により構成され、Ａ／Ｄコンバータ８が出力する出力値Ｄｏ１を入力として受け付ける。そして、信号判定部１２の判定結果に応じて、この出力値Ｄｏ１を減衰させて、新たなデジタル値（以下、出力値Ｄｏ２という）として出力する。すなわち、所与の減衰率Ａに応じて出力値Ｄｏ１をより小さな値に変換し、出力値Ｄｏ２として出力する。この出力値Ｄｏ２が、増幅回路２全体の出力となる。デジタルボリューム回路１４が出力値Ｄｏ１を減衰させるタイミング、及び減衰させる際の減衰率Ａは、以下に説明するように、信号判定部１２の判定結果に応じて決定される。
【００２４】
具体的に、デジタルボリューム回路１４は、信号判定部１２により入力信号Ｖｉが増幅目的信号であると判定されている間は、出力値Ｄｏ１を減衰させずに、そのまま出力値Ｄｏ２として出力する。しかし、信号判定部１２により、入力信号Ｖｉが増幅目的信号からノイズ信号に変化したと判定された場合、減衰率Ａを徐々に増やしながら（すなわち、ｄＢを単位として負の値によって表される増幅率の値を徐々に下げながら）、出力値Ｄｏ１を減衰させる。具体例として、デジタルボリューム回路１４は、所定時間ごとに、減衰率ＡをｄＢ単位で所定の値（例えば１）ずつ増やしながら、出力値Ｄｏ１を減衰させる。これにより、入力信号Ｖｉが増幅目的信号からノイズ信号に変化した時点においては、出力値Ｄｏ２は出力値Ｄｏ１に等しいが、時間の経過とともに、出力信号Ｖｏの振幅に変化がなくとも、出力値Ｄｏ２の振幅は小さな値になっていく。これにより、可変利得増幅器４によってある程度の大きさまで増幅されているノイズ信号の振幅を、急に最小値にするのではなく、徐々に小さな値に変化させながら出力することができる。
【００２５】
さらに、デジタルボリューム回路１４は、前述したように入力信号Ｖｉがノイズ信号であると判定される間、徐々に減衰率Ａを増やしていった結果、減衰率Ａが所定の最大値Ａmaxとなった後は、出力値Ｄｏ１の振幅の大きさに関わらず、出力値Ｄｏ２として所定の最小値（例えば０）を出力することとしてもよい。こうすれば、増幅回路２は、ノイズ信号が入力されている間、出力値Ｄｏ２の振幅を徐々に小さくしていった後、本来は不要な信号であるノイズ信号に対する出力として、所定の最小値を出力することができる。
【００２６】
また、デジタルボリューム回路１４は、信号判定部１２により、入力信号Ｖｉがノイズ信号から増幅目的信号に変化したと判定される場合に、減衰率Ａを徐々に減らしながら（すなわち、ｄＢを単位として負の値によって表される増幅率の値を徐々に上げながら）、減衰率Ａが０になるまで、出力値Ｄｏ１を減衰させて出力値Ｄｏ２として出力してもよい。具体的に、例えばデジタルボリューム回路１４は、入力信号Ｖｉがノイズ信号から増幅目的信号に変化した直後は、所定の最大値Ａmaxで出力値Ｄｏ１を減衰させ、その後、所定時間ごとに減衰率ＡをｄＢ単位で所定の値（例えば１）ずつ減らしながら、出力値Ｄｏ１を減衰させる。そして、減衰率Ａが０に戻ると、それ以降は、出力値Ｄｏ１を減衰させずに、そのまま出力値Ｄｏ２として出力する。これにより、増幅回路２は、入力信号Ｖｉがノイズ信号から増幅目的信号に変化した場合にも、急に大きな振幅の信号を出力するのではなく、出力信号を徐々に大きな値に変化させながら、所定の基準値Ｄａに応じた振幅の信号に戻すことができる。
【００２７】
図２は、このような制御を行った場合の、入力信号Ｖｉの振幅の変化、信号判定部１２により算出される推定値Ｄｅの変化、デジタルボリューム回路１４の減衰率の変化、及び増幅回路２が出力する出力値Ｄｏ２の振幅の変化、の間の対応関係を示す図である。この図では、最上段のグラフが入力信号Ｖｉの振幅の変化を示しており、図に示されるとおり、時刻ｔ１において入力信号Ｖｉは小さな振幅の信号（ノイズ信号）に変化し、その後、時刻ｔ２において再び大きな振幅の信号（増幅目的信号）に変化している。また、上から二段目のグラフは、この入力信号Ｖｉの変化に応じて、信号判定部１２によって算出される推定値Ｄｅの時間変化を示している。
【００２８】
さらに、上から三段目のグラフは、デジタルボリューム回路１４における減衰率Ａの変化を示している。このグラフに示されるように、時刻ｔ１の後、信号判定部１２により入力信号Ｖｉが増幅目的信号からノイズ信号に変わったと判定されると、デジタルボリューム回路１４は、減衰率Ａを０から最大値Ａmaxまで徐々に増やしている。また、時刻ｔ２の後、信号判定部１２により入力信号Ｖｉがノイズ信号から増幅目的信号に変わったと判定されると、デジタルボリューム回路１４は、減衰率Ａを最大値Ａmaxから０まで徐々に減らしている。また、下段のグラフは出力値Ｄｏ２（すなわち増幅回路２の出力信号）の振幅の変化を示している。このグラフに示されるように、時刻ｔ１以降、可変利得増幅器４により増幅されたノイズ信号はデジタルボリューム回路１４によって徐々に減衰されて、その後は増幅回路２の出力は所定の最小値（ここでは０）になっている。また、時刻ｔ２以降、増幅回路２の出力信号は０から徐々に大きくなった後、時刻ｔ１より以前とほぼ同じレベルの信号に変換されている。
【００２９】
以上説明した本実施の形態に係る増幅回路２によれば、入力信号Ｖｉがノイズ信号であると判定される場合に、減衰率Ａを徐々に増やしながら、出力信号Ｖｏを表す出力値Ｄｏ１を減衰させることにより、最終的に出力される出力値Ｄｏ２の振幅が不自然に変化しないよう制御しながら、ノイズ信号が増幅されて出力され続ける状態を防止することができる。
【００３０】
なお、本発明の実施の形態は、以上説明したものに限られない。例えば、以上の説明においては、出力信号ＶｏがＡ／Ｄコンバータ８によって出力値Ｄｏ１に変換された後、デジタルボリューム回路１４がこの出力値Ｄｏ１を減衰させることとしたが、これに限らず例えばプログラマブルゲインアンプ等によって電圧信号の状態のまま、出力信号を減衰させることとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態に係る増幅回路の概略の構成例を表す回路図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る増幅回路が入力信号に応じて出力する信号の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
２  増幅回路、４  可変利得増幅器、６  レジスタ、８  Ａ／Ｄコンバータ、１０  利得制御部、１２  信号判定部、１４  デジタルボリューム回路。
【図１】
2009171058.tif 000003
【図２】
2009171058.tif 000004