変換装置およびバイアス電圧生成回路
【課題】バイアス電圧がオーバーシュートを起こしたときに、速やかにバイアス電圧を所望の直流電圧に収束することができる変換装置およびバイアス電圧生成回路を提供する。
【解決手段】バイアス電圧生成回路１０から出力されたバイアス電圧がオーバーシュートを起こし、所望の直流電圧以上になったときに、クランプ回路１１のＭＯＳトランジスタ１４の導通状態がオン状態になり、出力端子ＶＯＵＴからＭＯＳトランジスタ１４の方向に電流を流すことができる。このため、バイアス電圧生成回路１０から出力された電圧がオーバーシュートを起こしたときに、速やかに出力端子ＶＯＵＴの電圧を所望の直流電圧に収束することができる。
【解決手段】バイアス電圧生成回路１０から出力されたバイアス電圧がオーバーシュートを起こし、所望の直流電圧以上になったときに、クランプ回路１１のＭＯＳトランジスタ１４の導通状態がオン状態になり、出力端子ＶＯＵＴからＭＯＳトランジスタ１４の方向に電流を流すことができる。このため、バイアス電圧生成回路１０から出力された電圧がオーバーシュートを起こしたときに、速やかに出力端子ＶＯＵＴの電圧を所望の直流電圧に収束することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変換装置およびバイアス電圧生成回路に関し、特にコンデンサマイクロフォンを用いて音声をアナログ電気信号に変換する変換装置およびそれに用いられるバイアス電圧生成回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いてシリコンチップ上にコンデンサマイクロフォンを形成するＭＥＭＳマイクロフォンが、集積性が高いことや、リフローでの実装のし易さ等の点から注目されている。
一般に、ＭＥＭＳマイクロフォンは、音声を電気信号に効率よく変換するために、電源電圧よりも高い直流電圧を安定して供給する必要がある。このため、直流電圧もしくは交流電圧を昇圧して出力する昇圧回路が設けられる。
【０００３】
上記の一例として、特許文献１に記載されるような電圧ポンプを有するマイクロフォンが提案されている。図３は、特許文献１に記載された電圧ポンプを有するマイクロフォンと同様の回路構成を有する変換装置３０の構成を示す回路図である。
図３に示す変換装置３０は、バイアス電圧生成回路３２、コンデンサマイクロフォン３１および増幅器３３を備えて構成される。
【０００４】
バイアス電圧生成回路３２は、コンデンサマイクロフォン３１の電荷量を一定に保持させるために、その内部で生成される信号を昇圧して直流電圧を生成する回路である。
コンデンサマイクロフォン３１は、音圧に応じて容量値が変化するように構成される素子である。このコンデンサマイクロフォン３１に、バイアス電圧生成回路３２によって生成された直流電圧が印加される。コンデンサマイクロフォン３１の音圧に応じてコンデンサマイクロフォン３１の容量値が変化するため、音圧が電気信号に変換されてコンデンサマイクロフォン３１から出力される。
増幅器３３は、コンデンサマイクロフォン３１から出力される電気信号を増幅する回路である。また、増幅器３３の入力側を高インピーダンスに設定しておくことにより、音声を電気信号に効率良く変換して出力信号Ｖｏｕｔを得ることができる。
【０００５】
図４は、バイアス電圧生成回路３２の構成を示す回路図である。図４に示すバイアス電圧生成回路３２は、特にＤｉｃｋｓｏｎ型チャージポンプ回路と呼ばれている。
図４に示したチャージポンプ回路は、４段の昇圧ステージを有している。１段目の昇圧ステージは、ダイオード素子４１とキャパシタ４６とによって構成されている。また、２段目の昇圧ステージはダイオード素子４２とキャパシタ４７とによって構成され、３段目の昇圧ステージはダイオード素子４３とキャパシタ４８とによって構成され、４段目の昇圧ステージはダイオード素子４４とキャパシタ４９とによって構成されている。
【０００６】
各昇圧ステージにおいて、ダイオード素子のカソード端子はキャパシタの一端に接続されている。また、ダイオード素子４１〜４５は、隣接する昇圧ステージのダイオード素子と直列に接続されている。ダイオード素子４５の出力は、チャージポンプ回路の出力端子ＶＯＵＴに接続されている。そして、奇数段の昇圧ステージのキャパシタ４６、４８には、クロック信号生成回路４０から出力されたクロック信号φ１が直接入力されている。また、偶数段の昇圧ステージのキャパシタ４７、４９には、クロック信号生成回路４０から出力されたクロック信号φ１と逆位相のクロック信号φ２が直接入力されている。
図４に示したチャージポンプ回路によれば、入力電圧ＶＩＮを効率的に昇圧して、コンデンサマイクロフォン３１に印加される直流電圧を生成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００７−５１２７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図４に示したチャージポンプ回路の出力端子ＶＯＵＴには、所望の直流電圧が出力され、静電容量性のコンデンサマイクロフォン３１が接続されるので、コンデンサマイクロフォン３１からみるとハイインピーダンスであって、電流が流れるパスも存在しない構成になっている。そして、チャージポンプ回路は、複数の昇圧ステージを複数段かさねた構成により高い直流電圧を生成するものであるから、低い電圧を上に持ち上げる駆動能力はあるものの、高い電圧を下に引き抜く能力はない。
【０００９】
このため、コンデンサマイクロフォン３１に通常の入力レンジよりもはるかに大きな音圧を加え続けると、チャージポンプ回路の出力端子ＶＯＵＴに高い電圧がキックバックされ、出力端子ＶＯＵＴの電圧がオーバーシュートを起こし、出力端子ＶＯＵＴに所望の直流電圧以上の電圧が出力される不安定な時間が長時間継続するという問題点があった。
そこで、本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであって、バイアス電圧がオーバーシュートを起こしたときに、速やかにバイアス電圧を所望の直流電圧に収束することができる変換装置およびバイアス電圧生成回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による変換装置およびバイアス電圧生成回路は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
本発明のある態様による第１の変換装置は、コンデンサマイクロフォンを用いて音声を電気信号に変換する変換装置であって、バイアス電圧を生成し、前記バイアス電圧を前記コンデンサマイクロフォンに出力するバイアス電圧生成回路を備え、前記バイアス電圧生成回路は、前記バイアス電圧が所望の電圧以上になったときに、前記バイアス電圧の電圧を下げるクランプ回路を有することを特徴とする。
【００１１】
上記の変換装置によれば、バイアス電圧生成回路から出力された電圧がオーバーシュートを起こし、所望の直流電圧以上になったときに、バイアス電圧生成回路内の出力側に設けられているクランプ回路が、バイアス電圧の電圧を下げる。これにより、変換装置において、所望の直流電圧以上の電圧が出力されている不安定な状態が長時間継続することなく、速やかに出力端子の電圧を所望の直流電圧に収束することが可能となる。
本発明のある態様による第２の変換装置は、前記クランプ回路は、前記バイアス電圧が所望の電圧以上になったときに、前記バイアス電圧が出力される出力端子から電流が引き抜かれるような動作状態にするためのスイッチング素子を有することを特徴とする。
【００１２】
上記の変換装置によれば、バイアス電圧が所望の電圧以上になったときに、スイッチング素子の導通状態がオン状態になり、バイアス電圧生成回路の出力端子からスイッチング素子の方向に電流を流すことができる。このため、バイアス電圧生成回路から出力された電圧がオーバーシュートを起こしたときに、速やかに出力端子の電圧を所望の直流電圧に収束することが可能となる。
【００１３】
本発明のある態様による第３の変換装置は、前記クランプ回路は、前記バイアス電圧が出力される少なくとも１つのバイアス電圧出力用ダイオード素子と並列に接続された第１のダイオード素子と、
前記第１のダイオード素子に電流を供給する電流源と、を有し、前記スイッチング素子は、前記バイアス電圧と前記第１のダイオード素子の出力電圧とに基づいて、導通状態がオン状態またはオフ状態に切り替わるように制御されることを特徴とする。
【００１４】
上記の変換装置によれば、スイッチング素子には、バイアス電圧と第１のダイオード素子の出力電圧とが入力されている。電流源が、第１のダイオード素子に微小な電流を供給しており、バイアス電圧が所望の電圧以上でないときは、スイッチング素子に入力される上記の２つの電圧が等電位になる。このとき、スイッチング素子の導通状態はオフ状態になっている。
そして、バイアス電圧が所望の電圧以上になったときにだけ、バイアス電圧が変化することにより、スイッチング素子の導通状態をオフ状態からオン状態に切り替えることが可能となる。
【００１５】
本発明のある態様による第４の変換装置は、前記第１のダイオード素子は、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタで構成されることを特徴とする。
上記の変換装置によれば、第１のダイオード素子は、具体的に、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタであって、スイッチング素子に入力される上記の２つの電圧が等電位になるようにすることが可能となる。
【００１６】
本発明のある態様による第５の変換装置は、前記スイッチング素子は、ソースまたはドレイン端子に前記バイアス電圧が供給され、ゲート端子に前記第１のダイオード素子の出力電圧が供給されるＭＯＳトランジスタであることを特徴とする。
上記の変換装置によれば、スイッチング素子は、具体的に、ソースまたはドレイン端子にバイアス電圧が供給され、ゲート端子に第１のダイオード素子の出力電圧が供給されるＭＯＳトランジスタである。バイアス電圧が所望の電圧以上になったときに、ＭＯＳトランジスタに供給されたバイアス電圧が変化することにより、スイッチング素子の導通状態をオフ状態からオン状態に切り替わり、バイアス電圧生成回路の出力端子からスイッチング素子の方向に電流を流すことができる。このため、バイアス電圧生成回路から出力された電圧がオーバーシュートを起こしたときに、速やかに出力端子の電圧を所望の直流電圧に収束することが可能となる。
【００１７】
本発明のある態様による第６の変換装置は、前記スイッチング素子は、入力端子に前記バイアス電圧が供給され、出力端子に前記第１のダイオード素子の出力電圧が供給される第２のダイオード素子であることを特徴とする。
上記の変換装置によれば、バイアス電圧と第１のダイオード素子の出力電圧とが入力される。そして、上記で説明したように、バイアス電圧が所望の電圧以上になったときに、スイッチング素子の導通状態をオフ状態からオン状態に切り替えることが可能となる。
【００１８】
本発明のある態様による第７の変換装置は、前記第２のダイオード素子は、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタで構成されることを特徴とする。
上記の変換装置によれば、第２のダイオード素子は、具体的に、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタであって、バイアス電圧と第１のダイオード素子の出力電圧とが入力される。そして、上記で説明したように、バイアス電圧が所望の電圧以上になったときに、スイッチング素子の導通状態をオフ状態からオン状態に切り替えることが可能となる。
【００１９】
本発明のある態様による第８の変換装置は、前記電流源は、スイッチトキャパシタ型電流源で構成されることを特徴とする。
上記の変換装置によれば、電流源は、例えば、ＭＯＳトランジスタやキャパシタによって構成されるスイッチトキャパシタ型電流源である。このスイッチトキャパシタ型電流源によって、第１のダイオード素子に微小な電流を供給しており、バイアス電圧が所望の電圧以上でないときは、スイッチング素子に入力される上記の２つの電圧が等電位になるようにしている。このときに、スイッチング素子の導通状態はオフ状態にすることが可能となる。
【００２０】
本発明のある態様による第１のバイアス電圧生成回路は、バイアス電圧を生成するバイアス電圧生成回路であって、前記バイアス電圧が所望の電圧以上になったときに、前記バイアス電圧の電圧を下げるクランプ回路を有することを特徴とする。
上記のバイアス電圧生成回路によれば、上記の第１の変換装置と同様に、バイアス電圧生成回路から出力された電圧がオーバーシュートを起こし、所望の直流電圧以上になったときに、バイアス電圧生成回路内の出力側に設けられているクランプ回路が、バイアス電圧の電圧を下げる。これにより、所望の直流電圧以上の電圧が出力されている不安定な状態が長時間継続することなく、速やかに出力端子の電圧を所望の直流電圧に収束することが可能となる。
【００２１】
本発明のある態様による第２のバイアス電圧生成回路は、前記クランプ回路は、前記バイアス電圧が所望の電圧以上になったときに、前記バイアス電圧が出力される出力端子から電流が引き抜かれるような動作状態にするためのスイッチング素子を有することを特徴とする。
上記のバイアス電圧生成回路によれば、上記の第２の変換装置と同様の作用が得ることが可能となる。
【００２２】
本発明のある態様による第３のバイアス電圧生成回路は、前記クランプ回路は、前記バイアス電圧が出力される少なくとも１つのバイアス電圧出力用ダイオード素子と並列に接続された第１のダイオード素子と、前記第１のダイオード素子に電流を供給する電流源と、を有し、前記スイッチング素子は、前記バイアス電圧と前記第１のダイオード素子の出力電圧とに基づいて、導通状態がオン状態またはオフ状態に切り替わるように制御されることを特徴とする。
上記のバイアス電圧生成回路によれば、上記の第３の変換装置と同様の作用が得ることが可能となる。
【００２３】
本発明のある態様による第４のバイアス電圧生成回路は、前記第１のダイオード素子は、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタで構成されることを特徴とする。
上記のバイアス電圧生成回路によれば、上記の第４の変換装置と同様の作用が得ることが可能となる。
【００２４】
本発明のある態様による第５のバイアス電圧生成回路は、前記スイッチング素子は、ソースまたはドレイン端子に前記バイアス電圧が供給され、ゲート端子に前記第１のダイオード素子の出力電圧が供給されるＭＯＳトランジスタであることを特徴とする。
上記のバイアス電圧生成回路によれば、上記の第５の変換装置と同様の作用が得ることが可能となる。
【００２５】
本発明のある態様による第６のバイアス電圧生成回路は、前記スイッチング素子は、入力端子に前記バイアス電圧が供給され、出力端子に前記第１のダイオード素子の出力電圧が供給される第２のダイオード素子であることを特徴とする。
上記のバイアス電圧生成回路によれば、上記の第６の変換装置と同様の作用が得ることが可能となる。
【００２６】
本発明のある態様による第７のバイアス電圧生成回路は、前記第２のダイオード素子は、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタで構成されることを特徴とする。
上記のバイアス電圧生成回路によれば、上記の第７の変換装置と同様の作用が得ることが可能となる。
本発明のある態様による第８のバイアス電圧生成回路は、前記電流源は、スイッチトキャパシタ型電流源で構成されることを特徴とする。
上記のバイアス電圧生成回路によれば、上記の第８の変換装置と同様の作用が得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、バイアス電圧生成回路の出力端子のバイアス電圧がオーバーシュートを起こしたときに、クランプ回路により出力端子から電流を流すことができる。このため、バイアス電圧生成回路の出力端子のバイアス電圧がオーバーシュートを起こしたときに、速やかに出力端子のバイアス電圧を所望の直流電圧に収束することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態１のバイアス電圧生成回路を説明するための回路図である。
【図２】本発明の実施形態２のバイアス電圧生成回路を説明するための回路図である。
【図３】特許文献１に記載された電圧ポンプを有するマイクロフォンと同様の回路構成を有する変換装置の構成を示す回路図である。
【図４】一般的なチャージポンプ回路を示した回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態１、実施形態２を説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等の構成要素は同一符号によって示す。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１のバイアス電圧生成回路を説明するための回路図である。図１に示す実施形態１のバイアス電圧生成回路１０は、チャージポンプ回路３２´と、ダイオード素子１６、１８と、キャパシタ１７、１９と、さらに、クランプ回路１１によって構成されている。このバイアス電圧生成回路１０は、図３に示した変換装置３０のバイアス電圧生成回路３２に相当するものである。つまり、バイアス電圧生成回路１０を有する変換装置においても、図３に示した変換装置３０と同様に、バイアス電圧生成回路１０の他に、コンデンサマイクロフォン３１および増幅器３３を備えて構成される。
【００３０】
チャージポンプ回路３２´は、図４に示したバイアス電圧生成回路３２と同様の各部を備えて構成される。
ダイオード素子１６及びキャパシタ１７、ダイオード素子１８及びキャパシタ１９は、低域通過フィルタ（整流器）を構成し、チャージポンプ回路３２´から出力される出力信号に含まれる雑音を低減させるために、雑音成分の帯域を制限するフィルタリング処理を行うための回路である。ダイオード素子１６のアノード端子は、チャージポンプ回路３２´の出力に接続され、カソード端子は、一方の端子が接地されているキャパシタ１７に接続される。ダイオード素子１８のアノード端子は、ダイオード素子１６のカソード端子に接続され、カソード端子は、一方の端子が接地されているキャパシタ１９及び出力端子ＶＯＵＴに接続される。
【００３１】
クランプ回路１１は、電流源１２、ダイオード素子（第１のダイオード素子）１３、ＭＯＳトランジスタ１４、１５によって構成されている。ダイオード素子１３のアノード端子は、ダイオード素子１６のカソード端子に接続され、カソード端子は、電流源１２、ＭＯＳトランジスタ１４のゲート端子に接続される。ＭＯＳトランジスタ１４のドレイン端子およびソース端子のうちの一方の端子は、ダイオード素子１８のカソード端子、出力端子ＶＯＵＴに接続され、他方の端子は、ドレイン端子およびソース端子のうちの一方の端子が接地されているＭＯＳトランジスタ１５の他方の端子に接続される。このダイオード素子１３は、ダイオード素子１８に対して並列接続されている。よって、ダイオード素子１３とダイオード素子１８とは並列接続の関係にある。また、ダイオード素子１８は、チャージポンプ回路３２´と出力端子ＶＯＵＴとの間のバイアス電圧が出力されるライン上に接続されると共に、そのライン上の最も最終段に接続されるバイアス電圧出力用ダイオード素子として機能する。ＭＯＳトランジスタ１５のゲート端子は、チャージポンプ回路３２´内の昇圧途中のノードＮ５に接続されている。尚、ダイオード素子、ＭＯＳトランジスタ、の各接続ノードを、各々Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４、Ｎ５と記す。
【００３２】
次に、クランプ回路１１の動作を説明する。
出力端子ＶＯＵＴの電圧がオーバーシュートを起こしていない通常時は、電流源１２によりダイオード素子１３に微小な電流が流れている。このダイオード素子１３は、ダイオード素子１６とダイオード素子１８との間で分岐して、グランドに接続されているライン上に、電流源１２と共にダイオード素子１６と直列に接続されている。一方、ダイオード素子１３のカソード端子に接続されるノードＮ３の電位とダイオード素子１８のカソード端子に接続されるノードＮ２の電位とは、ダイオード素子１６のカソード端子に接続されるノードＮ１の電位からダイオード素子１個分の電位だけ夫々加算された電位であるので、等電位である。よって、ＭＯＳトランジスタ１４はオフ状態のままであり、出力端子ＶＯＵＴからＭＯＳトランジスタ１４には電流は流れない。このように、通常時は、出力端子ＶＯＵＴから電流が流れないので、コンデンサマイクロフォン３１には所望の直流電圧が供給され、ノイズ特性が劣化することはない。
【００３３】
コンデンサマイクロフォン３１に大きな音圧が加えられ、出力端子ＶＯＵＴの電圧がオーバーシュートを起こした時は、ノードＮ２の電位が一時的に上昇する。このとき、ノードＮ３の電位は変わらないので、ＭＯＳトランジスタ１４はオン状態になり、出力端子ＶＯＵＴからＭＯＳトランジスタ１４に電流が流れる。出力端子ＶＯＵＴからＭＯＳトランジスタ１４に電流が流れ始めると、出力端子ＶＯＵＴの電圧が徐々に下げられ、ノードＮ２の電位は所望の電位に近づく。そして、ノードＮ２の電位とノードＮ３の電位が等電位になり、ＭＯＳトランジスタ１４はオフ状態となり、出力端子ＶＯＵＴからＭＯＳトランジスタ１４には電流は流れなくなる。
【００３４】
このように、ＭＯＳトランジスタ１４はスイッチング素子として動作し、出力端子ＶＯＵＴの電圧がオーバーシュートを起こし、所望の直流電圧以上になったときに、速やかに出力端子ＶＯＵＴの電圧を下げ、所望の直流電圧に収束することができる。よって、出力端子ＶＯＵＴに所望の直流電圧以上の電圧が出力されている不安定な状態が、長時間継続するということがない。
【００３５】
尚、ＭＯＳトランジスタ１５のゲート端子がチャージポンプ回路３２´内の昇圧途中の所望のノードＮ５に接続されるような構成をとっているので、ノードＮ４を所望の電位とすることができる。よって、ＭＯＳトランジスタ１４は、その半導体プロセスの絶対最大定格以上の電圧に対しても、耐圧条件違反を起こさないようになっている。また、本実施形態においては、ＭＯＳトランジスタ１５は１個であるが、複数個であってもよい。ＭＯＳトランジスタ１４が高耐圧のＭＯＳトランジスタであるときは、ＭＯＳトランジスタ１５を無くすことができ、ＭＯＳトランジスタ１４を直接接地してもよい。
【００３６】
尚、ダイオード素子は、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタで構成されていてもよい。また、チャージポンプ回路３２´は、Ｄｉｃｋｓｏｎ型チャージポンプ回路に限定されず、例えば、Ｃｏｃｋｃｒｏｆｔ−Ｗａｌｔｏｎ型チャージポンプ回路やそのほか一般的なチャージポンプ回路でもよい。
【００３７】
（実施形態２）
図２は、本発明の実施形態２のバイアス電圧生成回路を説明するための回路図である。図２に示す実施形態２のバイアス電圧生成回路２０は、チャージポンプ回路３２´と、ダイオード素子１６、１８と、キャパシタ１７、１９と、さらに、クランプ回路２１によって構成されている。この実施形態２のバイアス電圧生成回路２０は、実施形態１のバイアス電圧生成回路１０のクランプ回路１１を有しておらず、その代わりに、クランプ回路１１と回路構成の異なるクランプ回路２１を有している点において、実施形態１のバイアス電圧生成回路１０と異なる。
【００３８】
チャージポンプ回路３２´は、図４に示したチャージポンプ回路３２´と同様の各部を備えて構成される。
ダイオード素子１６及びキャパシタ１７、ダイオード素子１８及びキャパシタ１９は、図１に示した低域通過フィルタ（整流器）を同様に構成する。
クランプ回路２１は、電流源２２、ＭＯＳトランジスタ２３、２４、２５、２９によって構成されている。ＭＯＳトランジスタ（第１のダイオード素子）２３はダイオード接続され、ドレイン端子およびソース端子のうちの一方の端子は、ダイオード素子１６のカソード端子に接続され、他方の端子は、ＭＯＳトランジスタ２５を介し、電流源２２に接続される。ＭＯＳトランジスタ（第２のダイオード素子）２４はダイオード接続され、ドレイン端子およびソース端子のうちの一方の端子は、ダイオード素子１８のカソード端子、出力端子ＶＯＵＴに接続され、他方の端子は、ＭＯＳトランジスタ２５を介し、電流源２２に接続される。電流源２２は、ダイオード接続されているＭＯＳトランジスタ２９を介して接地されている。ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタ２３は、ダイオード素子１８に対して並列に接続されている。よって、ＭＯＳトランジスタ２３とダイオード素子１８とは、並列接続の関係にある。また、ダイオード素子１８は、チャージポンプ回路３２´と出力端子ＶＯＵＴとの間のバイアス電圧が出力されるライン上に接続されると共に、そのライン上の最も最終段に接続されるバイアス電圧出力用ダイオード素子として機能する。ＭＯＳトランジスタ２５のゲート端子は、チャージポンプ回路３２´内の昇圧途中のノードＮ１１に接続されている。尚、ダイオード素子、ＭＯＳトランジスタ、の各接続ノードを、各々Ｎ６、Ｎ７、Ｎ８、Ｎ９、Ｎ１０、Ｎ１１と記す。
【００３９】
電流源２２は、ＭＯＳトランジスタ２６、２７、キャパシタ２８によって構成され、スイッチトキャパシタ型電流源を構成している。ＭＯＳトランジスタ２６、２７は直列接続され、その共通接続点はキャパシタ２８に接続される。ＭＯＳトランジスタ２６のドレイン端子およびソース端子のうちの共通接続点と接続されない端子は、ＭＯＳトランジスタ２５に接続される。また、ＭＯＳトランジスタ２６のゲート端子には、チャージポンプ回路３２´内のクロック信号φ２が直接入力されている。同様に、ＭＯＳトランジスタ２７のドレイン端子およびソース端子のうちの共通接続点と接続されない端子は、ＭＯＳトランジスタ２９に接続される。また、ＭＯＳトランジスタ２７のゲート端子には、チャージポンプ回路３２´内のクロック信号φ１が直接入力されている。
【００４０】
この電流源２２は、スイッチトキャパシタ型電流源であって、チャージポンプ回路３２´内の相補的なクロック信号φ１、φ２を使用し、安定的な微小電流を生成することができる。クロック信号φ１によりＭＯＳトランジスタ２６がオン状態、クロック信号φ２によりＭＯＳトランジスタ２７がオフ状態のときは、キャパシタ２８が充電され、ＭＯＳトランジスタ２６を介して電流が流れる。逆に、クロック信号φ１によりＭＯＳトランジスタ２６がオフ状態、クロック信号φ２によりＭＯＳトランジスタ２７がオン状態のときは、キャパシタ２８が放電され、ＭＯＳトランジスタ２７を介して電流が流れる。尚、ＭＯＳトランジスタ２６、２７のゲート端子に供給されるクロック信号は、互いに位相が逆で相補的な信号ならばよい。また、ＭＯＳトランジスタ２６、２７がＰＭＯＳトランジスタ、ＮＭＯＳトランジスタの組み合わせであれば、クロック信号は１つでよい。
【００４１】
次に、クランプ回路２１の動作を説明する。
出力端子ＶＯＵＴの電圧がオーバーシュートを起こしていない通常時は、電流源２２によりダイオード接続されたＭＯＳトランジスタ２３に微小な電流が流れている。このＭＯＳトランジスタ２３は、ダイオード素子１６とダイオード素子１８との間で分岐して、グランドに接続されているライン上に、電流源２２及びＭＯＳトランジスタ２５，２９と共にダイオード素子１６と直列に接続されている。一方、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタ２３とダイオード素子１８とは等価であり、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタ２３の一方の端子に接続されるノードＮ８の電位とダイオード素子１８のカソード端子に接続されるノードＮ７の電位とは、ダイオード素子１６のカソード端子に接続されるノードＮ１の電位からダイオード素子１個分の電位だけ夫々加算された電位であるので、等電位である。よって、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタ２４はオフ状態のままであり、出力端子ＶＯＵＴからＭＯＳトランジスタ２４には電流は流れない。このように、通常時は、出力端子ＶＯＵＴから電流が流れないので、コンデンサマイクロフォン３１には所望の直流電圧が供給され、ノイズ特性が劣化することはない。
【００４２】
コンデンサマイクロフォン３１に大きな音圧が加えられ、出力端子ＶＯＵＴの電圧がオーバーシュートを起こした時は、ノードＮ７の電位が一時的に上昇する。このとき、ノードＮ８の電位は変わらないので、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタ２４はオン状態になり、出力端子ＶＯＵＴからＭＯＳトランジスタ２４に電流が流れる。出力端子ＶＯＵＴからダイオード接続されたＭＯＳトランジスタ２４に電流が流れ始めると、出力端子ＶＯＵＴの電圧が徐々に下げられ、ノードＮ８の電位は所望の電位に近づく。そして、ノードＮ８の電位とノードＮ７の電位が等電位になり、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタ２４はオフ状態となり、出力端子ＶＯＵＴからダイオード接続されたＭＯＳトランジスタ２４には電流は流れなくなる。
【００４３】
このように、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタ２４はスイッチング素子として動作し、出力端子ＶＯＵＴの電圧がオーバーシュートを起こしたときに、速やかに出力端子ＶＯＵＴの電圧を所望の直流電圧に収束することができる。よって、出力端子ＶＯＵＴに所望の直流電圧以上の電圧が出力されている不安定な状態が、長時間継続するということがない。
【００４４】
尚、実施形態２のバイアス電圧生成回路２０においても、実施形態１のバイアス電圧生成回路１０と同様に、ＭＯＳトランジスタ２５のゲート端子がチャージポンプ回路３２´内の昇圧途中の所望のノードＮ１１に接続されるような構成をとっているので、ノードＮ９を所望の電位とすることができる。よって、ＭＯＳトランジスタ２６、２７は、その半導体プロセスの絶対最大定格以上の電圧に対しても、耐圧条件違反を起こさないようになっている。また、本実施形態においては、ＭＯＳトランジスタ２５は１個であるが、複数個であってもよい。ＭＯＳトランジスタ２６、２７が高耐圧のＭＯＳトランジスタであるときは、ＭＯＳトランジスタ２５を無くすことができる。
【００４５】
同様に、ＭＯＳトランジスタ２９はダイオード接続された構成をとっているので、ノードＮ１０を所望の電位とすることができる。よって、ＭＯＳトランジスタ２６、２７は、その半導体プロセスの絶対最大定格以上の電圧に対しても、耐圧条件違反を起こさないようになっている。また、本実施形態においては、ＭＯＳトランジスタ２９は１個であるが、複数個であってもよい。ＭＯＳトランジスタ２６、２７が高耐圧のＭＯＳトランジスタであるときは、ＭＯＳトランジスタ２９を無くすことができ、ＭＯＳトランジスタ２７を直接接地してもよい。
【００４６】
尚、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタは、ダイオード素子で構成されていてもよい。また、チャージポンプ回路３２´は、Ｄｉｃｋｓｏｎ型チャージポンプ回路に限定されず、例えば、Ｃｏｃｋｃｒｏｆｔ−Ｗａｌｔｏｎ型チャージポンプ回路やそのほか一般的なチャージポンプ回路でもよい。電流源２２は、スイッチトキャパシタ型電流源としたが、一般的な電流源であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上説明した本発明は、コンデンサマイクロフォンを用いる携帯電話機やＩＣレコーダ、ビデオカメラ等の小型電子製品等で、音声をアナログ電気信号に変換するための変換装置として利用される。
【符号の説明】
【００４８】
１０、２０、３２ バイアス電圧生成回路
１１、２１ クランプ回路
１３、１６、１８、４１〜４５ ダイオード素子
１７、１９、２８ キャパシタ
１４、１５、２３〜２７、２９、４６〜４９ ＭＯＳトランジスタ
１２、２２ 電流源
３２´ チャージポンプ回路
４０ クロック信号生成回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変換装置およびバイアス電圧生成回路に関し、特にコンデンサマイクロフォンを用いて音声をアナログ電気信号に変換する変換装置およびそれに用いられるバイアス電圧生成回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いてシリコンチップ上にコンデンサマイクロフォンを形成するＭＥＭＳマイクロフォンが、集積性が高いことや、リフローでの実装のし易さ等の点から注目されている。
一般に、ＭＥＭＳマイクロフォンは、音声を電気信号に効率よく変換するために、電源電圧よりも高い直流電圧を安定して供給する必要がある。このため、直流電圧もしくは交流電圧を昇圧して出力する昇圧回路が設けられる。
【０００３】
上記の一例として、特許文献１に記載されるような電圧ポンプを有するマイクロフォンが提案されている。図３は、特許文献１に記載された電圧ポンプを有するマイクロフォンと同様の回路構成を有する変換装置３０の構成を示す回路図である。
図３に示す変換装置３０は、バイアス電圧生成回路３２、コンデンサマイクロフォン３１および増幅器３３を備えて構成される。
【０００４】
バイアス電圧生成回路３２は、コンデンサマイクロフォン３１の電荷量を一定に保持させるために、その内部で生成される信号を昇圧して直流電圧を生成する回路である。
コンデンサマイクロフォン３１は、音圧に応じて容量値が変化するように構成される素子である。このコンデンサマイクロフォン３１に、バイアス電圧生成回路３２によって生成された直流電圧が印加される。コンデンサマイクロフォン３１の音圧に応じてコンデンサマイクロフォン３１の容量値が変化するため、音圧が電気信号に変換されてコンデンサマイクロフォン３１から出力される。
増幅器３３は、コンデンサマイクロフォン３１から出力される電気信号を増幅する回路である。また、増幅器３３の入力側を高インピーダンスに設定しておくことにより、音声を電気信号に効率良く変換して出力信号Ｖｏｕｔを得ることができる。
【０００５】
図４は、バイアス電圧生成回路３２の構成を示す回路図である。図４に示すバイアス電圧生成回路３２は、特にＤｉｃｋｓｏｎ型チャージポンプ回路と呼ばれている。
図４に示したチャージポンプ回路は、４段の昇圧ステージを有している。１段目の昇圧ステージは、ダイオード素子４１とキャパシタ４６とによって構成されている。また、２段目の昇圧ステージはダイオード素子４２とキャパシタ４７とによって構成され、３段目の昇圧ステージはダイオード素子４３とキャパシタ４８とによって構成され、４段目の昇圧ステージはダイオード素子４４とキャパシタ４９とによって構成されている。
【０００６】
各昇圧ステージにおいて、ダイオード素子のカソード端子はキャパシタの一端に接続されている。また、ダイオード素子４１〜４５は、隣接する昇圧ステージのダイオード素子と直列に接続されている。ダイオード素子４５の出力は、チャージポンプ回路の出力端子ＶＯＵＴに接続されている。そして、奇数段の昇圧ステージのキャパシタ４６、４８には、クロック信号生成回路４０から出力されたクロック信号φ１が直接入力されている。また、偶数段の昇圧ステージのキャパシタ４７、４９には、クロック信号生成回路４０から出力されたクロック信号φ１と逆位相のクロック信号φ２が直接入力されている。
図４に示したチャージポンプ回路によれば、入力電圧ＶＩＮを効率的に昇圧して、コンデンサマイクロフォン３１に印加される直流電圧を生成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００７−５１２７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図４に示したチャージポンプ回路の出力端子ＶＯＵＴには、所望の直流電圧が出力され、静電容量性のコンデンサマイクロフォン３１が接続されるので、コンデンサマイクロフォン３１からみるとハイインピーダンスであって、電流が流れるパスも存在しない構成になっている。そして、チャージポンプ回路は、複数の昇圧ステージを複数段かさねた構成により高い直流電圧を生成するものであるから、低い電圧を上に持ち上げる駆動能力はあるものの、高い電圧を下に引き抜く能力はない。
【０００９】
このため、コンデンサマイクロフォン３１に通常の入力レンジよりもはるかに大きな音圧を加え続けると、チャージポンプ回路の出力端子ＶＯＵＴに高い電圧がキックバックされ、出力端子ＶＯＵＴの電圧がオーバーシュートを起こし、出力端子ＶＯＵＴに所望の直流電圧以上の電圧が出力される不安定な時間が長時間継続するという問題点があった。
そこで、本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであって、バイアス電圧がオーバーシュートを起こしたときに、速やかにバイアス電圧を所望の直流電圧に収束することができる変換装置およびバイアス電圧生成回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による変換装置およびバイアス電圧生成回路は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
本発明のある態様による第１の変換装置は、コンデンサマイクロフォンを用いて音声を電気信号に変換する変換装置であって、バイアス電圧を生成し、前記バイアス電圧を前記コンデンサマイクロフォンに出力するバイアス電圧生成回路を備え、前記バイアス電圧生成回路は、前記バイアス電圧が所望の電圧以上になったときに、前記バイアス電圧の電圧を下げるクランプ回路を有することを特徴とする。
【００１１】
上記の変換装置によれば、バイアス電圧生成回路から出力された電圧がオーバーシュートを起こし、所望の直流電圧以上になったときに、バイアス電圧生成回路内の出力側に設けられているクランプ回路が、バイアス電圧の電圧を下げる。これにより、変換装置において、所望の直流電圧以上の電圧が出力されている不安定な状態が長時間継続することなく、速やかに出力端子の電圧を所望の直流電圧に収束することが可能となる。
本発明のある態様による第２の変換装置は、前記クランプ回路は、前記バイアス電圧が所望の電圧以上になったときに、前記バイアス電圧が出力される出力端子から電流が引き抜かれるような動作状態にするためのスイッチング素子を有することを特徴とする。
【００１２】
上記の変換装置によれば、バイアス電圧が所望の電圧以上になったときに、スイッチング素子の導通状態がオン状態になり、バイアス電圧生成回路の出力端子からスイッチング素子の方向に電流を流すことができる。このため、バイアス電圧生成回路から出力された電圧がオーバーシュートを起こしたときに、速やかに出力端子の電圧を所望の直流電圧に収束することが可能となる。
【００１３】
本発明のある態様による第３の変換装置は、前記クランプ回路は、前記バイアス電圧が出力される少なくとも１つのバイアス電圧出力用ダイオード素子と並列に接続された第１のダイオード素子と、
前記第１のダイオード素子に電流を供給する電流源と、を有し、前記スイッチング素子は、前記バイアス電圧と前記第１のダイオード素子の出力電圧とに基づいて、導通状態がオン状態またはオフ状態に切り替わるように制御されることを特徴とする。
【００１４】
上記の変換装置によれば、スイッチング素子には、バイアス電圧と第１のダイオード素子の出力電圧とが入力されている。電流源が、第１のダイオード素子に微小な電流を供給しており、バイアス電圧が所望の電圧以上でないときは、スイッチング素子に入力される上記の２つの電圧が等電位になる。このとき、スイッチング素子の導通状態はオフ状態になっている。
そして、バイアス電圧が所望の電圧以上になったときにだけ、バイアス電圧が変化することにより、スイッチング素子の導通状態をオフ状態からオン状態に切り替えることが可能となる。
【００１５】
本発明のある態様による第４の変換装置は、前記第１のダイオード素子は、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタで構成されることを特徴とする。
上記の変換装置によれば、第１のダイオード素子は、具体的に、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタであって、スイッチング素子に入力される上記の２つの電圧が等電位になるようにすることが可能となる。
【００１６】
本発明のある態様による第５の変換装置は、前記スイッチング素子は、ソースまたはドレイン端子に前記バイアス電圧が供給され、ゲート端子に前記第１のダイオード素子の出力電圧が供給されるＭＯＳトランジスタであることを特徴とする。
上記の変換装置によれば、スイッチング素子は、具体的に、ソースまたはドレイン端子にバイアス電圧が供給され、ゲート端子に第１のダイオード素子の出力電圧が供給されるＭＯＳトランジスタである。バイアス電圧が所望の電圧以上になったときに、ＭＯＳトランジスタに供給されたバイアス電圧が変化することにより、スイッチング素子の導通状態をオフ状態からオン状態に切り替わり、バイアス電圧生成回路の出力端子からスイッチング素子の方向に電流を流すことができる。このため、バイアス電圧生成回路から出力された電圧がオーバーシュートを起こしたときに、速やかに出力端子の電圧を所望の直流電圧に収束することが可能となる。
【００１７】
本発明のある態様による第６の変換装置は、前記スイッチング素子は、入力端子に前記バイアス電圧が供給され、出力端子に前記第１のダイオード素子の出力電圧が供給される第２のダイオード素子であることを特徴とする。
上記の変換装置によれば、バイアス電圧と第１のダイオード素子の出力電圧とが入力される。そして、上記で説明したように、バイアス電圧が所望の電圧以上になったときに、スイッチング素子の導通状態をオフ状態からオン状態に切り替えることが可能となる。
【００１８】
本発明のある態様による第７の変換装置は、前記第２のダイオード素子は、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタで構成されることを特徴とする。
上記の変換装置によれば、第２のダイオード素子は、具体的に、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタであって、バイアス電圧と第１のダイオード素子の出力電圧とが入力される。そして、上記で説明したように、バイアス電圧が所望の電圧以上になったときに、スイッチング素子の導通状態をオフ状態からオン状態に切り替えることが可能となる。
【００１９】
本発明のある態様による第８の変換装置は、前記電流源は、スイッチトキャパシタ型電流源で構成されることを特徴とする。
上記の変換装置によれば、電流源は、例えば、ＭＯＳトランジスタやキャパシタによって構成されるスイッチトキャパシタ型電流源である。このスイッチトキャパシタ型電流源によって、第１のダイオード素子に微小な電流を供給しており、バイアス電圧が所望の電圧以上でないときは、スイッチング素子に入力される上記の２つの電圧が等電位になるようにしている。このときに、スイッチング素子の導通状態はオフ状態にすることが可能となる。
【００２０】
本発明のある態様による第１のバイアス電圧生成回路は、バイアス電圧を生成するバイアス電圧生成回路であって、前記バイアス電圧が所望の電圧以上になったときに、前記バイアス電圧の電圧を下げるクランプ回路を有することを特徴とする。
上記のバイアス電圧生成回路によれば、上記の第１の変換装置と同様に、バイアス電圧生成回路から出力された電圧がオーバーシュートを起こし、所望の直流電圧以上になったときに、バイアス電圧生成回路内の出力側に設けられているクランプ回路が、バイアス電圧の電圧を下げる。これにより、所望の直流電圧以上の電圧が出力されている不安定な状態が長時間継続することなく、速やかに出力端子の電圧を所望の直流電圧に収束することが可能となる。
【００２１】
本発明のある態様による第２のバイアス電圧生成回路は、前記クランプ回路は、前記バイアス電圧が所望の電圧以上になったときに、前記バイアス電圧が出力される出力端子から電流が引き抜かれるような動作状態にするためのスイッチング素子を有することを特徴とする。
上記のバイアス電圧生成回路によれば、上記の第２の変換装置と同様の作用が得ることが可能となる。
【００２２】
本発明のある態様による第３のバイアス電圧生成回路は、前記クランプ回路は、前記バイアス電圧が出力される少なくとも１つのバイアス電圧出力用ダイオード素子と並列に接続された第１のダイオード素子と、前記第１のダイオード素子に電流を供給する電流源と、を有し、前記スイッチング素子は、前記バイアス電圧と前記第１のダイオード素子の出力電圧とに基づいて、導通状態がオン状態またはオフ状態に切り替わるように制御されることを特徴とする。
上記のバイアス電圧生成回路によれば、上記の第３の変換装置と同様の作用が得ることが可能となる。
【００２３】
本発明のある態様による第４のバイアス電圧生成回路は、前記第１のダイオード素子は、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタで構成されることを特徴とする。
上記のバイアス電圧生成回路によれば、上記の第４の変換装置と同様の作用が得ることが可能となる。
【００２４】
本発明のある態様による第５のバイアス電圧生成回路は、前記スイッチング素子は、ソースまたはドレイン端子に前記バイアス電圧が供給され、ゲート端子に前記第１のダイオード素子の出力電圧が供給されるＭＯＳトランジスタであることを特徴とする。
上記のバイアス電圧生成回路によれば、上記の第５の変換装置と同様の作用が得ることが可能となる。
【００２５】
本発明のある態様による第６のバイアス電圧生成回路は、前記スイッチング素子は、入力端子に前記バイアス電圧が供給され、出力端子に前記第１のダイオード素子の出力電圧が供給される第２のダイオード素子であることを特徴とする。
上記のバイアス電圧生成回路によれば、上記の第６の変換装置と同様の作用が得ることが可能となる。
【００２６】
本発明のある態様による第７のバイアス電圧生成回路は、前記第２のダイオード素子は、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタで構成されることを特徴とする。
上記のバイアス電圧生成回路によれば、上記の第７の変換装置と同様の作用が得ることが可能となる。
本発明のある態様による第８のバイアス電圧生成回路は、前記電流源は、スイッチトキャパシタ型電流源で構成されることを特徴とする。
上記のバイアス電圧生成回路によれば、上記の第８の変換装置と同様の作用が得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、バイアス電圧生成回路の出力端子のバイアス電圧がオーバーシュートを起こしたときに、クランプ回路により出力端子から電流を流すことができる。このため、バイアス電圧生成回路の出力端子のバイアス電圧がオーバーシュートを起こしたときに、速やかに出力端子のバイアス電圧を所望の直流電圧に収束することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態１のバイアス電圧生成回路を説明するための回路図である。
【図２】本発明の実施形態２のバイアス電圧生成回路を説明するための回路図である。
【図３】特許文献１に記載された電圧ポンプを有するマイクロフォンと同様の回路構成を有する変換装置の構成を示す回路図である。
【図４】一般的なチャージポンプ回路を示した回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態１、実施形態２を説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等の構成要素は同一符号によって示す。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１のバイアス電圧生成回路を説明するための回路図である。図１に示す実施形態１のバイアス電圧生成回路１０は、チャージポンプ回路３２´と、ダイオード素子１６、１８と、キャパシタ１７、１９と、さらに、クランプ回路１１によって構成されている。このバイアス電圧生成回路１０は、図３に示した変換装置３０のバイアス電圧生成回路３２に相当するものである。つまり、バイアス電圧生成回路１０を有する変換装置においても、図３に示した変換装置３０と同様に、バイアス電圧生成回路１０の他に、コンデンサマイクロフォン３１および増幅器３３を備えて構成される。
【００３０】
チャージポンプ回路３２´は、図４に示したバイアス電圧生成回路３２と同様の各部を備えて構成される。
ダイオード素子１６及びキャパシタ１７、ダイオード素子１８及びキャパシタ１９は、低域通過フィルタ（整流器）を構成し、チャージポンプ回路３２´から出力される出力信号に含まれる雑音を低減させるために、雑音成分の帯域を制限するフィルタリング処理を行うための回路である。ダイオード素子１６のアノード端子は、チャージポンプ回路３２´の出力に接続され、カソード端子は、一方の端子が接地されているキャパシタ１７に接続される。ダイオード素子１８のアノード端子は、ダイオード素子１６のカソード端子に接続され、カソード端子は、一方の端子が接地されているキャパシタ１９及び出力端子ＶＯＵＴに接続される。
【００３１】
クランプ回路１１は、電流源１２、ダイオード素子（第１のダイオード素子）１３、ＭＯＳトランジスタ１４、１５によって構成されている。ダイオード素子１３のアノード端子は、ダイオード素子１６のカソード端子に接続され、カソード端子は、電流源１２、ＭＯＳトランジスタ１４のゲート端子に接続される。ＭＯＳトランジスタ１４のドレイン端子およびソース端子のうちの一方の端子は、ダイオード素子１８のカソード端子、出力端子ＶＯＵＴに接続され、他方の端子は、ドレイン端子およびソース端子のうちの一方の端子が接地されているＭＯＳトランジスタ１５の他方の端子に接続される。このダイオード素子１３は、ダイオード素子１８に対して並列接続されている。よって、ダイオード素子１３とダイオード素子１８とは並列接続の関係にある。また、ダイオード素子１８は、チャージポンプ回路３２´と出力端子ＶＯＵＴとの間のバイアス電圧が出力されるライン上に接続されると共に、そのライン上の最も最終段に接続されるバイアス電圧出力用ダイオード素子として機能する。ＭＯＳトランジスタ１５のゲート端子は、チャージポンプ回路３２´内の昇圧途中のノードＮ５に接続されている。尚、ダイオード素子、ＭＯＳトランジスタ、の各接続ノードを、各々Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４、Ｎ５と記す。
【００３２】
次に、クランプ回路１１の動作を説明する。
出力端子ＶＯＵＴの電圧がオーバーシュートを起こしていない通常時は、電流源１２によりダイオード素子１３に微小な電流が流れている。このダイオード素子１３は、ダイオード素子１６とダイオード素子１８との間で分岐して、グランドに接続されているライン上に、電流源１２と共にダイオード素子１６と直列に接続されている。一方、ダイオード素子１３のカソード端子に接続されるノードＮ３の電位とダイオード素子１８のカソード端子に接続されるノードＮ２の電位とは、ダイオード素子１６のカソード端子に接続されるノードＮ１の電位からダイオード素子１個分の電位だけ夫々加算された電位であるので、等電位である。よって、ＭＯＳトランジスタ１４はオフ状態のままであり、出力端子ＶＯＵＴからＭＯＳトランジスタ１４には電流は流れない。このように、通常時は、出力端子ＶＯＵＴから電流が流れないので、コンデンサマイクロフォン３１には所望の直流電圧が供給され、ノイズ特性が劣化することはない。
【００３３】
コンデンサマイクロフォン３１に大きな音圧が加えられ、出力端子ＶＯＵＴの電圧がオーバーシュートを起こした時は、ノードＮ２の電位が一時的に上昇する。このとき、ノードＮ３の電位は変わらないので、ＭＯＳトランジスタ１４はオン状態になり、出力端子ＶＯＵＴからＭＯＳトランジスタ１４に電流が流れる。出力端子ＶＯＵＴからＭＯＳトランジスタ１４に電流が流れ始めると、出力端子ＶＯＵＴの電圧が徐々に下げられ、ノードＮ２の電位は所望の電位に近づく。そして、ノードＮ２の電位とノードＮ３の電位が等電位になり、ＭＯＳトランジスタ１４はオフ状態となり、出力端子ＶＯＵＴからＭＯＳトランジスタ１４には電流は流れなくなる。
【００３４】
このように、ＭＯＳトランジスタ１４はスイッチング素子として動作し、出力端子ＶＯＵＴの電圧がオーバーシュートを起こし、所望の直流電圧以上になったときに、速やかに出力端子ＶＯＵＴの電圧を下げ、所望の直流電圧に収束することができる。よって、出力端子ＶＯＵＴに所望の直流電圧以上の電圧が出力されている不安定な状態が、長時間継続するということがない。
【００３５】
尚、ＭＯＳトランジスタ１５のゲート端子がチャージポンプ回路３２´内の昇圧途中の所望のノードＮ５に接続されるような構成をとっているので、ノードＮ４を所望の電位とすることができる。よって、ＭＯＳトランジスタ１４は、その半導体プロセスの絶対最大定格以上の電圧に対しても、耐圧条件違反を起こさないようになっている。また、本実施形態においては、ＭＯＳトランジスタ１５は１個であるが、複数個であってもよい。ＭＯＳトランジスタ１４が高耐圧のＭＯＳトランジスタであるときは、ＭＯＳトランジスタ１５を無くすことができ、ＭＯＳトランジスタ１４を直接接地してもよい。
【００３６】
尚、ダイオード素子は、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタで構成されていてもよい。また、チャージポンプ回路３２´は、Ｄｉｃｋｓｏｎ型チャージポンプ回路に限定されず、例えば、Ｃｏｃｋｃｒｏｆｔ−Ｗａｌｔｏｎ型チャージポンプ回路やそのほか一般的なチャージポンプ回路でもよい。
【００３７】
（実施形態２）
図２は、本発明の実施形態２のバイアス電圧生成回路を説明するための回路図である。図２に示す実施形態２のバイアス電圧生成回路２０は、チャージポンプ回路３２´と、ダイオード素子１６、１８と、キャパシタ１７、１９と、さらに、クランプ回路２１によって構成されている。この実施形態２のバイアス電圧生成回路２０は、実施形態１のバイアス電圧生成回路１０のクランプ回路１１を有しておらず、その代わりに、クランプ回路１１と回路構成の異なるクランプ回路２１を有している点において、実施形態１のバイアス電圧生成回路１０と異なる。
【００３８】
チャージポンプ回路３２´は、図４に示したチャージポンプ回路３２´と同様の各部を備えて構成される。
ダイオード素子１６及びキャパシタ１７、ダイオード素子１８及びキャパシタ１９は、図１に示した低域通過フィルタ（整流器）を同様に構成する。
クランプ回路２１は、電流源２２、ＭＯＳトランジスタ２３、２４、２５、２９によって構成されている。ＭＯＳトランジスタ（第１のダイオード素子）２３はダイオード接続され、ドレイン端子およびソース端子のうちの一方の端子は、ダイオード素子１６のカソード端子に接続され、他方の端子は、ＭＯＳトランジスタ２５を介し、電流源２２に接続される。ＭＯＳトランジスタ（第２のダイオード素子）２４はダイオード接続され、ドレイン端子およびソース端子のうちの一方の端子は、ダイオード素子１８のカソード端子、出力端子ＶＯＵＴに接続され、他方の端子は、ＭＯＳトランジスタ２５を介し、電流源２２に接続される。電流源２２は、ダイオード接続されているＭＯＳトランジスタ２９を介して接地されている。ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタ２３は、ダイオード素子１８に対して並列に接続されている。よって、ＭＯＳトランジスタ２３とダイオード素子１８とは、並列接続の関係にある。また、ダイオード素子１８は、チャージポンプ回路３２´と出力端子ＶＯＵＴとの間のバイアス電圧が出力されるライン上に接続されると共に、そのライン上の最も最終段に接続されるバイアス電圧出力用ダイオード素子として機能する。ＭＯＳトランジスタ２５のゲート端子は、チャージポンプ回路３２´内の昇圧途中のノードＮ１１に接続されている。尚、ダイオード素子、ＭＯＳトランジスタ、の各接続ノードを、各々Ｎ６、Ｎ７、Ｎ８、Ｎ９、Ｎ１０、Ｎ１１と記す。
【００３９】
電流源２２は、ＭＯＳトランジスタ２６、２７、キャパシタ２８によって構成され、スイッチトキャパシタ型電流源を構成している。ＭＯＳトランジスタ２６、２７は直列接続され、その共通接続点はキャパシタ２８に接続される。ＭＯＳトランジスタ２６のドレイン端子およびソース端子のうちの共通接続点と接続されない端子は、ＭＯＳトランジスタ２５に接続される。また、ＭＯＳトランジスタ２６のゲート端子には、チャージポンプ回路３２´内のクロック信号φ２が直接入力されている。同様に、ＭＯＳトランジスタ２７のドレイン端子およびソース端子のうちの共通接続点と接続されない端子は、ＭＯＳトランジスタ２９に接続される。また、ＭＯＳトランジスタ２７のゲート端子には、チャージポンプ回路３２´内のクロック信号φ１が直接入力されている。
【００４０】
この電流源２２は、スイッチトキャパシタ型電流源であって、チャージポンプ回路３２´内の相補的なクロック信号φ１、φ２を使用し、安定的な微小電流を生成することができる。クロック信号φ１によりＭＯＳトランジスタ２６がオン状態、クロック信号φ２によりＭＯＳトランジスタ２７がオフ状態のときは、キャパシタ２８が充電され、ＭＯＳトランジスタ２６を介して電流が流れる。逆に、クロック信号φ１によりＭＯＳトランジスタ２６がオフ状態、クロック信号φ２によりＭＯＳトランジスタ２７がオン状態のときは、キャパシタ２８が放電され、ＭＯＳトランジスタ２７を介して電流が流れる。尚、ＭＯＳトランジスタ２６、２７のゲート端子に供給されるクロック信号は、互いに位相が逆で相補的な信号ならばよい。また、ＭＯＳトランジスタ２６、２７がＰＭＯＳトランジスタ、ＮＭＯＳトランジスタの組み合わせであれば、クロック信号は１つでよい。
【００４１】
次に、クランプ回路２１の動作を説明する。
出力端子ＶＯＵＴの電圧がオーバーシュートを起こしていない通常時は、電流源２２によりダイオード接続されたＭＯＳトランジスタ２３に微小な電流が流れている。このＭＯＳトランジスタ２３は、ダイオード素子１６とダイオード素子１８との間で分岐して、グランドに接続されているライン上に、電流源２２及びＭＯＳトランジスタ２５，２９と共にダイオード素子１６と直列に接続されている。一方、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタ２３とダイオード素子１８とは等価であり、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタ２３の一方の端子に接続されるノードＮ８の電位とダイオード素子１８のカソード端子に接続されるノードＮ７の電位とは、ダイオード素子１６のカソード端子に接続されるノードＮ１の電位からダイオード素子１個分の電位だけ夫々加算された電位であるので、等電位である。よって、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタ２４はオフ状態のままであり、出力端子ＶＯＵＴからＭＯＳトランジスタ２４には電流は流れない。このように、通常時は、出力端子ＶＯＵＴから電流が流れないので、コンデンサマイクロフォン３１には所望の直流電圧が供給され、ノイズ特性が劣化することはない。
【００４２】
コンデンサマイクロフォン３１に大きな音圧が加えられ、出力端子ＶＯＵＴの電圧がオーバーシュートを起こした時は、ノードＮ７の電位が一時的に上昇する。このとき、ノードＮ８の電位は変わらないので、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタ２４はオン状態になり、出力端子ＶＯＵＴからＭＯＳトランジスタ２４に電流が流れる。出力端子ＶＯＵＴからダイオード接続されたＭＯＳトランジスタ２４に電流が流れ始めると、出力端子ＶＯＵＴの電圧が徐々に下げられ、ノードＮ８の電位は所望の電位に近づく。そして、ノードＮ８の電位とノードＮ７の電位が等電位になり、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタ２４はオフ状態となり、出力端子ＶＯＵＴからダイオード接続されたＭＯＳトランジスタ２４には電流は流れなくなる。
【００４３】
このように、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタ２４はスイッチング素子として動作し、出力端子ＶＯＵＴの電圧がオーバーシュートを起こしたときに、速やかに出力端子ＶＯＵＴの電圧を所望の直流電圧に収束することができる。よって、出力端子ＶＯＵＴに所望の直流電圧以上の電圧が出力されている不安定な状態が、長時間継続するということがない。
【００４４】
尚、実施形態２のバイアス電圧生成回路２０においても、実施形態１のバイアス電圧生成回路１０と同様に、ＭＯＳトランジスタ２５のゲート端子がチャージポンプ回路３２´内の昇圧途中の所望のノードＮ１１に接続されるような構成をとっているので、ノードＮ９を所望の電位とすることができる。よって、ＭＯＳトランジスタ２６、２７は、その半導体プロセスの絶対最大定格以上の電圧に対しても、耐圧条件違反を起こさないようになっている。また、本実施形態においては、ＭＯＳトランジスタ２５は１個であるが、複数個であってもよい。ＭＯＳトランジスタ２６、２７が高耐圧のＭＯＳトランジスタであるときは、ＭＯＳトランジスタ２５を無くすことができる。
【００４５】
同様に、ＭＯＳトランジスタ２９はダイオード接続された構成をとっているので、ノードＮ１０を所望の電位とすることができる。よって、ＭＯＳトランジスタ２６、２７は、その半導体プロセスの絶対最大定格以上の電圧に対しても、耐圧条件違反を起こさないようになっている。また、本実施形態においては、ＭＯＳトランジスタ２９は１個であるが、複数個であってもよい。ＭＯＳトランジスタ２６、２７が高耐圧のＭＯＳトランジスタであるときは、ＭＯＳトランジスタ２９を無くすことができ、ＭＯＳトランジスタ２７を直接接地してもよい。
【００４６】
尚、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタは、ダイオード素子で構成されていてもよい。また、チャージポンプ回路３２´は、Ｄｉｃｋｓｏｎ型チャージポンプ回路に限定されず、例えば、Ｃｏｃｋｃｒｏｆｔ−Ｗａｌｔｏｎ型チャージポンプ回路やそのほか一般的なチャージポンプ回路でもよい。電流源２２は、スイッチトキャパシタ型電流源としたが、一般的な電流源であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上説明した本発明は、コンデンサマイクロフォンを用いる携帯電話機やＩＣレコーダ、ビデオカメラ等の小型電子製品等で、音声をアナログ電気信号に変換するための変換装置として利用される。
【符号の説明】
【００４８】
１０、２０、３２ バイアス電圧生成回路
１１、２１ クランプ回路
１３、１６、１８、４１〜４５ ダイオード素子
１７、１９、２８ キャパシタ
１４、１５、２３〜２７、２９、４６〜４９ ＭＯＳトランジスタ
１２、２２ 電流源
３２´ チャージポンプ回路
４０ クロック信号生成回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンデンサマイクロフォンを用いて音声を電気信号に変換する変換装置であって、
バイアス電圧を生成し、前記バイアス電圧を前記コンデンサマイクロフォンに出力するバイアス電圧生成回路を備え、
前記バイアス電圧生成回路は、前記バイアス電圧が所望の電圧以上になったときに、前記バイアス電圧の電圧を下げるクランプ回路を有することを特徴とする変換装置。
【請求項２】
前記クランプ回路は、前記バイアス電圧が所望の電圧以上になったときに、前記バイアス電圧が出力される出力端子から電流が引き抜かれるような動作状態にするためのスイッチング素子を有することを特徴とする請求項１に記載の変換装置。
【請求項３】
前記クランプ回路は、
前記バイアス電圧が出力される少なくとも１つのバイアス電圧出力用ダイオード素子と並列に接続された第１のダイオード素子と、
前記第１のダイオード素子に電流を供給する電流源と、
を有し、
前記スイッチング素子は、前記バイアス電圧と前記第１のダイオード素子の出力電圧とに基づいて、導通状態がオン状態またはオフ状態に切り替わるように制御されることを特徴とする請求項２に記載の変換装置。
【請求項４】
前記第１のダイオード素子は、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタで構成されることを特徴とする請求項３に記載の変換装置。
【請求項５】
前記スイッチング素子は、ソースまたはドレイン端子に前記バイアス電圧が供給され、ゲート端子に前記第１のダイオード素子の出力電圧が供給されるＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項３または４に記載の変換装置。
【請求項６】
前記スイッチング素子は、入力端子に前記バイアス電圧が供給され、出力端子に前記第１のダイオード素子の出力電圧が供給される第２のダイオード素子であることを特徴とする請求項３または４に記載の変換装置。
【請求項７】
前記第２のダイオード素子は、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタで構成されることを特徴とする請求項６に記載の変換装置。
【請求項８】
前記電流源は、スイッチトキャパシタ型電流源で構成されることを特徴とする請求項３〜７のいずれか１項に記載の変換装置。
【請求項９】
バイアス電圧を生成するバイアス電圧生成回路であって、
前記バイアス電圧が所望の電圧以上になったときに、前記バイアス電圧の電圧を下げるクランプ回路を有することを特徴とするバイアス電圧生成回路。
【請求項１０】
前記クランプ回路は、前記バイアス電圧が所望の電圧以上になったときに、前記バイアス電圧が出力される出力端子から電流が引き抜かれるような動作状態にするためのスイッチング素子を有することを特徴とする請求項９に記載のバイアス電圧生成回路。
【請求項１１】
前記クランプ回路は、
前記バイアス電圧が出力される少なくとも１つのバイアス電圧出力用ダイオード素子と並列に接続された第１のダイオード素子と、
前記第１のダイオード素子に電流を供給する電流源と、
を有し、
前記スイッチング素子は、前記バイアス電圧と前記第１のダイオード素子の出力電圧とに基づいて、導通状態がオン状態またはオフ状態に切り替わるように制御されることを特徴とする請求項１０に記載のバイアス電圧生成回路。
【請求項１２】
前記第１のダイオード素子は、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタで構成されることを特徴とする請求項１１に記載のバイアス電圧生成回路。
【請求項１３】
前記スイッチング素子は、ソースまたはドレイン端子に前記バイアス電圧が供給され、ゲート端子に前記第１のダイオード素子の出力電圧が供給されるＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項１１または１２に記載のバイアス電圧生成回路路。
【請求項１４】
前記スイッチング素子は、入力端子に前記バイアス電圧が供給され、出力端子に前記第１のダイオード素子の出力電圧が供給される第２のダイオード素子であることを特徴とする請求項１１または１２に記載のバイアス電圧生成回路。
【請求項１５】
前記第２のダイオード素子は、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタで構成されることを特徴とする請求項１４に記載のバイアス電圧生成回路。
【請求項１６】
前記電流源は、スイッチトキャパシタ型電流源で構成されることを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか１項に記載のバイアス電圧生成回路。
【請求項１】
コンデンサマイクロフォンを用いて音声を電気信号に変換する変換装置であって、
バイアス電圧を生成し、前記バイアス電圧を前記コンデンサマイクロフォンに出力するバイアス電圧生成回路を備え、
前記バイアス電圧生成回路は、前記バイアス電圧が所望の電圧以上になったときに、前記バイアス電圧の電圧を下げるクランプ回路を有することを特徴とする変換装置。
【請求項２】
前記クランプ回路は、前記バイアス電圧が所望の電圧以上になったときに、前記バイアス電圧が出力される出力端子から電流が引き抜かれるような動作状態にするためのスイッチング素子を有することを特徴とする請求項１に記載の変換装置。
【請求項３】
前記クランプ回路は、
前記バイアス電圧が出力される少なくとも１つのバイアス電圧出力用ダイオード素子と並列に接続された第１のダイオード素子と、
前記第１のダイオード素子に電流を供給する電流源と、
を有し、
前記スイッチング素子は、前記バイアス電圧と前記第１のダイオード素子の出力電圧とに基づいて、導通状態がオン状態またはオフ状態に切り替わるように制御されることを特徴とする請求項２に記載の変換装置。
【請求項４】
前記第１のダイオード素子は、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタで構成されることを特徴とする請求項３に記載の変換装置。
【請求項５】
前記スイッチング素子は、ソースまたはドレイン端子に前記バイアス電圧が供給され、ゲート端子に前記第１のダイオード素子の出力電圧が供給されるＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項３または４に記載の変換装置。
【請求項６】
前記スイッチング素子は、入力端子に前記バイアス電圧が供給され、出力端子に前記第１のダイオード素子の出力電圧が供給される第２のダイオード素子であることを特徴とする請求項３または４に記載の変換装置。
【請求項７】
前記第２のダイオード素子は、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタで構成されることを特徴とする請求項６に記載の変換装置。
【請求項８】
前記電流源は、スイッチトキャパシタ型電流源で構成されることを特徴とする請求項３〜７のいずれか１項に記載の変換装置。
【請求項９】
バイアス電圧を生成するバイアス電圧生成回路であって、
前記バイアス電圧が所望の電圧以上になったときに、前記バイアス電圧の電圧を下げるクランプ回路を有することを特徴とするバイアス電圧生成回路。
【請求項１０】
前記クランプ回路は、前記バイアス電圧が所望の電圧以上になったときに、前記バイアス電圧が出力される出力端子から電流が引き抜かれるような動作状態にするためのスイッチング素子を有することを特徴とする請求項９に記載のバイアス電圧生成回路。
【請求項１１】
前記クランプ回路は、
前記バイアス電圧が出力される少なくとも１つのバイアス電圧出力用ダイオード素子と並列に接続された第１のダイオード素子と、
前記第１のダイオード素子に電流を供給する電流源と、
を有し、
前記スイッチング素子は、前記バイアス電圧と前記第１のダイオード素子の出力電圧とに基づいて、導通状態がオン状態またはオフ状態に切り替わるように制御されることを特徴とする請求項１０に記載のバイアス電圧生成回路。
【請求項１２】
前記第１のダイオード素子は、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタで構成されることを特徴とする請求項１１に記載のバイアス電圧生成回路。
【請求項１３】
前記スイッチング素子は、ソースまたはドレイン端子に前記バイアス電圧が供給され、ゲート端子に前記第１のダイオード素子の出力電圧が供給されるＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項１１または１２に記載のバイアス電圧生成回路路。
【請求項１４】
前記スイッチング素子は、入力端子に前記バイアス電圧が供給され、出力端子に前記第１のダイオード素子の出力電圧が供給される第２のダイオード素子であることを特徴とする請求項１１または１２に記載のバイアス電圧生成回路。
【請求項１５】
前記第２のダイオード素子は、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタで構成されることを特徴とする請求項１４に記載のバイアス電圧生成回路。
【請求項１６】
前記電流源は、スイッチトキャパシタ型電流源で構成されることを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか１項に記載のバイアス電圧生成回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−４６３８５（Ｐ２０１３−４６３８５Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８５１１６（Ｐ２０１１−１８５１１６）
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【出願人】（３０３０４６２７７）旭化成エレクトロニクス株式会社 (840)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【出願人】（３０３０４６２７７）旭化成エレクトロニクス株式会社 (840)
【Ｆターム（参考）】
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