LM1972

LM1972 Pot 2-Channel 78dB Audio Attenuator with Mute

Literature Number: JAJS805

ご注意：この日本語データシートは参考資料として提供しており、内容が最新でない場合があります。
製品のご検討およびご採用に際しては、必ず最新の英文データシートをご確認ください。

概要

主な仕様

LM1972 は、デジタル制御型 2 チャネル・78dB の CMOS オーディオ・
アッテネータです。各チャネルは、0dB〜47.5dBの範囲で0.5dBステップ、48dB 〜 78dB 範囲で 1.0dB ステップの減衰が可能であり、減衰量104dB のミュート機能も内蔵しています。この対数減衰ステップは、アプリケーションに合わせてソフトウェアにより調整することができます。
µPot の性能は、その優れた S/N 比、極めて低い全高調波歪み＋ノイズ（THD ＋ N）、そして、高精度のチャネル・セパレーション特性により実証されています。µ P o t は、入力信号を出力信号から分離するミュート機能を備え、96dB 以上の減衰量が得られます。また、減衰量の設定を変更してもポップ音が生じることはありません。
LM1972 は TTL/CMOS コンパチブルの 3 線シリアル・インタフェー
スを介し、チャネル選択用と減衰レベル設定用のデータを受信します。
内蔵のデータ出力ピンを介して複数のµPotをデイジーチェーン接続することにより、アプリケーションに合わせてイネーブル・ライン/データ・ライン数を削減することができます。

■ 全高調波歪み＋ノイズ■ 周波数特性■ 減衰範囲（ミュートを除く）■ 減衰誤差■ SN 比（4Vrms を基準）
■ チャネル・セパレーション

0.003％（最大）100kHz（− 3dB）
（最小）
78dB（代表値）± 0.25dB（最大）110dB（最小）100dB（最小）特長■ 3 線シリアル・インタフェース■ デイジーチェーン接続が可能■ 減衰量 104dB のミュート機能■ 減衰量変更によるポップ / クリック音を生じない

アプリケーション■ スタジオ用自動ミキシング・コンソール■ 音楽再生システム■ 音響効果システム■ 電子音楽（MIDI）■ パーソナル・コンピュータによるオーディオ制御µPot™および Overture™ はナショナルセミコンダクター社の商標です。
© National Semiconductor Corporation

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Printed in Japan NSJ 11/97 AµPot™ 2 チャネル 78dB オーディオアッテネータ（ミュート機能付き）

LM1972µPot™ 2 チャネル 78dB オーディオアッテネータ（ミュート機能付き）

LM1972

April 1995

絶対最大定格（Note 1、2）

動作条件（Note 1、2）

本データシートには軍用・航空宇宙用の規格は記載されていません。
関連する電気的信頼性試験方法の規格を参照下さい。

温度範囲
T MIN ≦ TA ≦ TMAX
電源電圧（VDD − VSS）

電源電圧（VDD − VSS）
全てのピン電圧
消費電力（Note 3）
ESD 耐圧（Note 4）
接合部温度
ハンダ付け条件
N パッケージ（10 秒）
保存温度範囲

0℃≦ TA ≦ ＋ 70℃
4.5V 〜 12V

15V
VSS − 0.2V 〜 VDD ＋ 0.2V
150mW
2000V
150℃＋ 260℃
− 65℃〜＋ 150℃

電気的特性（Note 1、2）
特記のない限り、以下の規格値は VDD ＝＋ 6V、VSS ＝− 6V、VIN ＝ 5.5Vpk、f ＝ 1kHz の条件で全チャネルに対して適用されます。リミット
値は TA ＝＋ 25℃に対して適用され、デジタル入力は TTL/CMOS コンパチブルです。

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2電気的特性（Note 1、2）（つづき）
特記のない限り、以下の規格値は VDD ＝＋ 6V、VSS ＝− 6V、VIN ＝ 5.5Vpk、f ＝ 1kHz の条件で全チャネルに対して適用されます。リミット
値は TA ＝＋ 25℃に対して適用され、デジタル入力は TTL/CMOS コンパチブルです。

Note 1：特記のない限り、全電圧は GND 端子（1、3、5、6、14、16、19）を基準にして測定されます。
Note 2：「絶対最大定格」とは、デバイスに破壊が発生する可能性のあるリミット値をいいます。
「動作条件」とはデバイスが機能する条件を示しますが、特定の性能リミット値を保証するものではありません。
「電気的特性」とは、特定の性能リミット値を保証する特別な試験条件での AC および DC の電気的仕様を示します。この場合、デバイスが「動作条件」の範囲にあるものとします。リミット値（Limit）が記載されていないパラメータの仕様は保証されませんが、代表値（Typical）はデバイス性能を示す目安になります。
、θJA（接合部・周囲温度間熱抵抗）およびTA（周囲温度）に従っ
Note 3：温度上昇時の動作では、最大消費電力の定格をTJMAX（最大接合部温度）て下げなければなりません。最大許容消費電力は PD ＝（TJMAX − TA）/θJA、または絶対最大定格で示される値のうち、いずれか低い方の値です。LM1972 の場合、TJMAX は＋ 150℃、基板実装時における θJA は 65℃/W です。
Note 4：使用した試験回路は、人体モデルに基づき、直列抵抗 1.5kΩ と 100pF のコンデンサから成る回路を使用し各端子に放電させます。
Note 5：代表値（Typical）は、TA ＝＋ 25℃で得られる最も標準的な値です。
Note 6：リミット値（Limit）は、ナショナル セミコンダクター社の AOQL（平均出荷品質レベル）に基づき保証されます。

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端子説明
信号グランド（3 、19）
：各入力専用の独立したグランド（GND1、 データ出力（12）：同一データ・ラインで複数のµPot を制御するデイGND2）。
ジーチェーン・モード用ピン。マイクロ・コントローラからデイジーチェーンにデータが入力されると、シフトレジスタ内の先行データは信号入力（4、20）：2 つの独立した信号入力ピン（IN1、IN2）。
データ出力ピンからチェーンの次段µPot にシフトアウトされます（チェーンの最終µPot であればグランドにシフトアウト）。ロード / シ
信号出力（2、17）：2 つの独立した信号出力ピン（OUT1、OUT2）。
フト・ラインは、新しいデータがすべて個々のレジスタにシフトインした後に High にセットします。
電源（13、15）：正電源ピン（VDD1、VDD2）。
電源（7、18）：負電源ピン（VSS1、VSS2）。単一電源構成の場合はグランドに接続。
AC グランド（1、5、6、14、16）：ダイに接続されていない（ワイヤボンディングされていない）ピン。隣接ピン間における信号のクロストークを防ぐために、これらのピンのAC接地が必要です。例えば、ピン14をピン13、ピン15にテカップリングすることで、配線が容易になり最良の信号絶縁が行えます。
ロジック・グランド（8）：インタフェース・ライン（クロック、ロード /シフト、データ入力、データ出力）用のデジタル信号グランド。
クロック（9）：TTL/CMOS レベル・コンパチブルのクロック入力ピン。
入力クロックの立上がりエッジで、このピンからデータが内部のシフトレジスタにロードされます。
ロード / シフト（10）：TTL/CMOS レベル・コンパチブルのロード / シフ
ト入力ピン。デバイスのイネーブル・ピンとして働き、この入力がLowレベル（0V）の間、クロックに同期してデータが取り込まれます。
データ入力（11）：TTL/CMOSレベル・コンパチブルのデータ入力ピン。
マイクロ・コントローラからのシリアル・データはこのピンを介して取り込まれ、チャネルの減衰レベルを変更するためにラッチ/デコードされます。

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アプリケーション情報
減衰ステップの構成
Fig. 3 に LM1972µPot の基本的な減衰ステップ特性曲線を示します。
この減衰ステップは、アプリケーションに応じてソフトウェアで変更可能です。例えば、Fig. 4 に示すように、1dB 刻みの一定したステップ幅で対数的に減衰を行うことも可能です。減衰ステップをカスタマイズするうえで、各減衰レベル（dB）とデータ・ビット値を対応させることが必要となります（Table I 参照）。デバイスの減衰レベルは、チャネ
ル・アドレスが認識された場合に限り変更されます。チャネル・アドレ
スが認識されると、Table I のデータ・ビットに対応する減衰レベルに変更されます。LM1972 は、モノラル信号を左右のチャネルに分離するパンニング制御回路として構成することもできます（Fig. 6 参照）。
この回路では LM1972 の基本的な減衰ステップを用いるか、Fig. 4 に示すように1dBの一定したステップ幅で対数減衰を行うようにプログラムすることも可能です。

入力インピーダンスµPot の入力インピーダンスは、40kΩ（標準）で一定です。通常、不要な DC 成分がデバイス内に伝搬するのを防ぐために、1µF の入力カップリング・コンデンサを付加しますが、前段のDCオフセットが無視できる程度であれば、このコンデンサは必要ありません。ただし、高性能システムの場合は、入力カップリング・コンデンサの使用を推奨します。

出力インピーダンスµPot の出力インピーダンスは通常、25kΩ 〜 35kΩ の範囲で減衰ステップの変化とともに非線形的に変化します。これは、µPot が対数的な減衰特性をもつ抵抗ラダー・ネットワーク回路から構成されているためです。したがって、µPot は線形的なポテンショメータとしてではな
く、対数アッテネータとしてみなすことができます。
µPot の直線性の測定にはバッファが必要です。これは、ほとんどの測定システムの場合、入力インピーダンスが高くなく、必要な測定精度が得られないためです。測定システムの入力インピーダンスが低いと、µPot の出力に負荷がかかり、測定結果は不正確になります。こうした負荷の影響を防ぐために、バッファ /アンプとしてJFET 入力オペアンプを使用して下さい。この場合、µPot の性能は、外付けのバッファ / アンプの性能にのみ影響されます。

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アプリケーション情報（つづき）
ミュート機能µPot の大きな特長の一つは、入力信号を 104dB 減衰するミュート機能を内蔵していることです（Fig. 3 参照）。これは、出力を入力から物理的に切り離すと同時に、約2kΩの抵抗を介して出力ピンを接地することで実現しています。
ミュート機能は、デバイスの電源投入時に、または、0111 1111 〜1111 1111までのバイナリ・データがデバイスにシリアル転送された時に実行されます。これらのバイナリ・データが送られると、デバイスはそれまで設定されていた減衰動作からミュート動作に移行します。したがって、ミュート・ボタンをシステムに装備すれば、そのボタンを押すことにより、マイクロ・コントローラからµPotに該当データを送り、一方のチャネルまたは両チャネルをミュートさせることが可能になります。この機能はソフトウェアで行うため、システム構成において大幅な柔軟性が得られます。

DC 入力µPotはオーディオ帯域信号用のアッテネータとして設計されていますが、入力DC電圧のトラッキングも可能です。このデバイスでは、各電源電圧から1ダイオード・ドロップ分までのDC電圧をトラッキングすることができます。
µPot の出力段にバッファを用いた場合、DC トラッキングの能力はµPotの出力バッファのゲイン構成と電源電圧によって決まることに注意して下さい。さらに、出力バッファの電源電圧はµPot の電源電圧と同じにする必要がなく、電源電圧を上げて DC トラッキングの能力を高めることも可能です。

シリアルデータ・フォーマット
LM1972 は、マイクロ・コントローラによる制御が容易な 3 線式のシリアル・インタフェースを採用しています。Fig. 2 に、その 3 線信号（データ入力、クロック、ロード /シフト）のタイミング図を示します。
Fig. 8 のブロック図は、デジタル・インタフェースを介してタップ・スイッチを制御し、所定の減衰レベルを選択する構成を示しています。
Fig. 2のタイミング図に示されるように、ロード/シフト・ラインは、最初のクロック・パルスの立上がりエッジよりも最低 150ns 前に Low にし、16 データ・ビットのすべてが転送されるまで Low 状態に保持する必要があります。シリアル・データはチャネル選択用の8ビットと、それに続く減衰量設定用の8ビットから構成され、いずれも最初にMSBから転送します。8ビットの減衰量設定データに先き立ち、8ビットのアドレス・データを転送します。Fig. 7 にシリアル・データ・フォーマットの転送プロセスを示します。

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アプリケーション情報（つづき）µPot のシステム・アーキテクチャµPot のデジタル・インタフェースは本質的にはシフトレジスタであり、このインタフェースを介し、シリアル・データのシフトイン、ラッチ、デコードが行われます。新しいデータがデータ入力ピンにシフトインされると、それより前のデータはデータ出力ピンからシフトアウトされます。データのシフトイン後に、ロード / シフト・ラインが Highになり、新たなデータがラッチされます。次に、このデータはデコードされ、該当するタップ・スイッチが切り替わり、選択されたチャネルは任意の減衰レベルに設定されます。このプロセスは、減衰量を変更する毎に繰り返されます。なお、各チャネルの減衰レベルは、アッテネーションを変更するためにチャネルを選択した時、またはµPot をパワーダウンして再度電源投入した時に限り更新されます。
µPot を電源投入した時は、各チャネルともミュート・モードになります。

デジタル・ラインの信号レベルµPotのデジタル・インタフェース部は、シフトレジスタの入力が2ダイオード・ドロップ分（約 1.4V）のスレッショルド電圧で動作するた
め、TTL または CMOS ロジック・コンパチブルとなっています。

µPot のラダー・アーキテクチャ
デジタルデータ出力ピンµPotの各チャネルは、それぞれ独立した抵抗ラダー・ネットワーク回路により構成されています。Fig. 9に示すように、このラダー回路は複数の R1/R2 抵抗素子から構成されており、減衰レベルの設定に使用されます。
各素子に内蔵されている複数のタップ・スイッチにより、TableI のデータ・ビットに対応する減衰レベルが選択されます。Fig. 9 のラダー回路からわかるように、チャネルの入力インピーダンスは選択されたタップ・スイッチに関係なく一定ですが、出力インピーダンスは選択されたタップ・スイッチによって変動します。

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複数のµPotのデータ出力ピンを使用し、デイジーチェーンのシステム構成にすることができます。デイジーチェーン構成では、各チェーン当たりデータラインとロード / シフトラインがそれぞれ 1 本だけで済むため、プリント基板の配線パターンを簡素化できます。
データ出力ピンを使用しない場合はチャネル間の分離を確実に行い、信号ラインにデジタル・ノイズが乗らないように、2kΩの抵抗を介してデータ出力ピンを終端して下さい。このピンをフローティング状態にしておくこともできますが、データ出力ラインの信号ノイズが隣接ラインに乗ってノイズ特性が悪化することがあります。

8アプリケーション情報（つづき）
デイジーチェーン機能µPot のデジタル・インタフェースは基本的にシフトレジスタですから、同じデータ・ラインとロード / シフト・ラインで複数のµPot をプログラムすることができます。Fig. 10 に示すように、n 個のµPot をデイジーチェーンで接続する場合、16n ビットがシフト、ロードされます。
データのロード手順は、µPot が 1 個の時と同じです。先ず、ロード / シ
フト・ラインが Low になり、続いてデータがクロックに同期して順番に取り込まれ、同時に各µPotにある先行データがデータ出力ピンからチェーンの後続µPotにシフトアウトされて行きます（チェーンの最終µPotではグランドにシフトアウト）。この後、ロード/シフト・ラインがHigh になり、データはそれぞれ対応するµPot にラッチされます。
データはアドレスに従ってデコードされ（チャネルの選択）、減衰レベルの制御を行うタップ・スイッチが選択されます。

第 3 に、µPot の出力を高インピーダンスにし、負荷がかかるのと直線性誤差が生じるのを防ぐ必要があるためです。
JFET入力バッファを使用すれば、µPot の出力段に高入力インピーダンスが得られるので、こうした問題は生じません。
クリックとポップは、LF412ACN などの JFET 入力バッファ / アンプを使用することで防止することができます。LF412 は高入力インピーダンスだけでなく、オーディオ帯域における低ノイズ・フロア、低THD＋Nを特長としているため、システムでの信号状態と直線性を確保することができます。この方法では、システム全体の性能はJFET入力バッファ / アンプの品質と性能によって決まります。

対数ゲイン・アンプµPot はアンプの帰還ループで使用することもできますが、この場合も、前述したようにµPot の出力を高インピーダンスにし、その高精度クロストークの測定の性能と直線性を確保する必要があります。同様に、出力に負荷がかµPot のクロストーク（ Typical Performance Characteristics
かると減衰量の値も変化します。対数ゲイン・アンプを形成する場合の項を参照）は、片側チャネルに信号を入力し、他チャネルの同一周波 は、Fig.11 に示すようにµPot を用いて帰還ループを構成します。この数の出力レベルを測定して求めたものです。正確なクロストークを求 構成では、Table I に示した減衰レベルがゲイン・レベルとなり、最大めるためには、同じ周波数の信号レベルで測定することが重要です。 78dBの増幅が可能です。ほとんどのアプリケーションでは、ゲインをまた、測定精度を上げるために、1µFのコンデンサを介して測定チャネ 78dBにすると信号クリッピングを生じますが、µPotはプログラミング
ル入力の AC 接地が必要です。
によりゲインの調整を行い、システムのクリッピング・レベルを回避することができます。なお、ミュート・モードでは、入力が出力から分離クリック / ポップの防止されることに注意して下さい。この構成でミュート・モードにすると、ここでは、3 つの理由から出力バッファの必要性について説明しま アンプがオープン・ループ・ゲイン状態になり、コンパレータの動作にす。これらの理由はシステム上すべて重要です。
なります。こうした回路のプログラミングと設計には細心の注意が必第 1 に、µPot の出力段にバッファ / アンプを付加することで、デバイ 要です。最大限の性能を得るためには、JFET入力アンプを使用して下スの減衰ステップ変更により生じる可聴クリック / ポップを確実に防 さい。
止することができます。
出力段にオンボードのバイポーラ・オペアンプを使用している場合、µPot の出力インピーダンスの変化時に、このオペアンプの動作に一定量のDCバイアス電流が必要となり、DC電圧のポップ が発生します。すなわち、µPot の出力インピーダンスが減衰ステップの変化に伴って変化すると、パイポーラ・アンプ動作に一定量の DC バイアス電流が必要になり、このポップ現象が起こります。DC
電圧の ポップ は出力インピーダンスが変化すると、DCバイアス電流も変化するため発生します。
第 2 に、µPot にドライブ機能がないため、バッファ / 非反転アンプによりゲインを獲得しなければなりません。

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NOTE

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µPot™ 2 チャネル 78dB オーディオアッテネータ（ミュート機能付き）
LM1972

Physical Dimensions inches (millimeters) （つづき）

生命維持装置への使用について弊社の製品はナショナル セミコンダクター社の書面による許可なくしては、生命維持用の装置またはシステム内の重要な部品として使用することはできません。
1. 生命維持用の装置またはシステムとは（a）体内に外科的に使用されることを意図されたもの、または（b）生命を維持あるいは支持するものをいい、ラベルにより表示される使用法に従って適切に使用された場合に、これの不具合が使用者に身体的障害を与えると予想されるものをいいます。

2. 重要な部品とは、生命維持にかかわる装置またはシステム内のすべての部品をいい、これの不具合が生命維持用の装置またはシステムの不具合の原因となりそれらの安全性や機能に影響を及ぼすことが予想されるものをいいます。

ナショナル セミコンダクター ジャパン株式会社
本社／〒 135-0042

東京都江東区木場 2-17-16

TEL.(03)5639-7300

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