JPS63207208A - アナログ信号処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はアナログ電気信号を処理する電子回路と該電子
回路に電圧を供給するため電源供給源と接続されるよう
に構成された電圧マルチプライング回路とからなる装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

例えば補聴器、リモートコントロール玩具ミニチュアラ
ジオ受信器等のような上記種類の装置を構成する多数の
形式の装置はその装置の電源が単一の電池或はミニチュ
ア充電式バッテリーによってのみ構成されるような小型
のものである。このような電池或はバッテリーは必然的
に一つの電気化学的要素のみを持っている。１つの要素
のみをもつ１つの電池或はバッテリーは新しい時には、
それぞれ１．５〜１．７■或は２〜２．２ｖの電圧を供
給しろる。

これ等の電圧は電池或はバッテリーが放電すると減少す
ることは明らかである。

上記したような種類の装置に含まれる電子回路は一般的
にはそれ等の作動を行わせるため最低約２Ｖの電圧の供
給を必要とする１乃至２個の増幅器を含んでいる。この
ことは何故このような装置が一般的に上述した電池或は
バッテリーにより供給される電圧から増幅器により要求
される供給電圧を発生させるための、電圧マルチプライ
ング（電圧増倍）回路を含んでいるかということの理由
である。

これ等の装置を使用している器機における多数の形式に
関して小型化すること及びより低いコストでそれらを生
産しようとする必要性とが更にこれ等の電子装置の全て
の部品が１の或は同一の集積回路の中に形成せしめられ
ることを避けえ難いものとしてきた。

〔発明が解決しようとする課題〕

さて、今や、集積回路において形成されているそれ自身
集積回路の外側に部品を有していない電圧マルチプライ
ング回路は電気的特性においてむしろ劣るものであった
。

特に、内部抵抗が強く、そのためその出力電圧はかなり
それを供給する回路により使用されている電流に依存し
ている。

実際には、これ等の欠点を部分的にせよ電圧安定化装置
を電圧マルチプライヤ−とそれを供給する回路との間に
挿入することによって改良することは不可能である。

何故ならばそのような安定化装置は適正に作動するため
に供給することが要求される電圧よりも相当高い入力端
子を要求することになるからである。

そこで、上述したような電圧マルチプライング回路は、
電圧マルチプライング回路の多くの段階において必然的
に発生するが、電池或はバッテリーにより供給される電
圧よりもそれほどは低くない電圧降下のために実際には
電圧安定化装置にこの高い入力端子を供給することが出
来ない。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の目的は、アナログ電気信号を処理するための電
子回路と、該電子回路に供給電圧を供給するために電気
的エネルギー供給源と接続されるよう意図された電圧マ
ルチプライング回路とからなり又、上述した欠点を被る
ことのない供給電圧がその間に発生する第１と第２の端
子を含んでいる装置であって、更に、該装置に含まれる
電子回路に対する供給電圧は供給電圧を発生する電圧マ
ルチプライング回路の好ましくない特性にもかかわらず
該回路が適正に作動する範囲の限界を越えて変化するこ
とがないように構成されている装置を提供するものであ
る。

この目的のため、本発明における装置は、該装置に含ま
れる回路に供給された電圧に反比例して該回路の内部抵
抗を変化させるための手段を含むものである。

第１図においてダイアダラム的に示されている装置１は
補聴器に使用することを意図しているものである。

小型の補聴器という観点から、これから説明しようとす
るこの装置の全ての要素はここでは説明しないがこの分
野においてはよく知られている製造方法の１つによって
集積回路として製造されるものである。　装置１は人力
２ａが装置１の端子１ａを経て図示されていないマイク
ロフォーンに接続されている増幅回路２を含んでいる。

該増幅器２の出力２ｂは該装置１の端子１ｂを経てこれ
も図示されていない拡声器に接続されている。

増幅器２はよく知られたものであり、又ここでは詳細に
は説明しないが、その特性が入力端子２ａに受は入れる
信号の周波数に応じて利得の変化が補聴器をつけている
人の聴覚の障害に適合せしめられるように決定されるよ
うな特性をもったフィルターで通常は構成されている点
が異っている。

一般的には“スイッチキャパシター”型と称されている
これ等のフィルターは又よく知られており、ここでは詳
しくは説明しない。ただ、これ等のフィルターは各々少
（とも１つの１例が後述されている演算増幅器を含んで
いることを言及しておく。

該装置１は電圧Ｕｐを供給する電池Ｐの正端子Ｐｐと負
端子Ｐｎとにそれぞれ接続している一対の供給端子ＩＣ
と１ｄを有している。該装置１は更に装置１の端子ＩＣ
と１ｄとに個々に接続しており、それ故電池の端子ｐｐ
及びＰｎとも接続している一対の供給端子３ａと３ｂと
を有している電圧マルチプラインイブ回路３を含んでい
る。

該電圧マルチプライング回路３の構造と作動については
後述する。ここでは、該装置における出力端子３Ｃの電
圧は供給されるべき電流がそれほど高くないならばその
出力端子３Ｃの電圧はその供給端子３ｂの電圧より一層
負であることを言及してお（。

電子回路２の供給端子２Ｃは装置１の端子ｌｃ、それ故
電池Ｐの端子Ｐｐと接続しており同端子２ｄは電圧マル
チプライング回路３の端子３Ｃと接続している。電圧マ
ルチプライング回路３の端子３ａ及び３ａ間の電圧差と
等しい電子回路２の供給電圧Ｕａは従ってもし回路２に
おける消費電流が非常に高くないとすれば電池Ｐの電圧
Ｕｐよりも高くなる。

該装置１は又該装置１の端子ＩＣ及び電圧マルチプライ
ング回路３の端子３Ｃとにそれぞれ個別に接続された供
給端子４ａ及び４ｂをもった制御回路４を含んでいる。

該制御回路４は回路２の入力端子２ｅと接続されている
出力端子４Ｃを持っている。該回路４は出力端子４Ｃか
ら該電子回路２の内部抵抗が電圧Ｕａに反比例するよう
な方法で、例えば電圧Ｕａが減少した時は内部抵抗が増
加し、逆に電圧が増加した時には減少するような方法で
該回路２の一部を構成する手段を制御する信号を発生す
る。

回路、２の内部抵抗は第１図において、端子２Ｃと２ｄ
との間に接続されかつ破線により描かれている可変抵抗
Ｒにより記号表示されている。

各回路２及び４の１実施例は以下にその作用とともに詳
細に説明する。

前に述べたように、この装置１に適合される補聴器にお
いて利用出来る余地は極めて小さい。従って電圧マルチ
プライング回路３はこの装置が作られている集積回路の
外部に特に変圧器や自己インダクタンスコイル等１つの
部品も設けることが出来ない。

電圧マルチプライング回路３はそれ故、例えば交互に回
路の電源によって充電され、又回路の出力キャパシター
に放電される複数のキャパシターを含んだものでなけれ
ばならない。

このような電圧マルチプライング回路は専門家にはよく
知られているので詳しくは説明しない。

然しなからこの回路を構成するキャパシターはそれが集
積回路において作られなければならないことから、明ら
かに低キャパシタンスを当然持つものであることを簡単
に述べておかなければならない。

更に続いて例えばＵ　ｆｌ　＋　、　Ｕ　ｐ２及びＵ　
Ｉ）　３のような電池Ｐに対する三種の異なる電圧によ
って装置１の回路２と回路４により消費される電流１に
依存して電圧マルチプライング回路３によって供給され
る電圧Ｕａがいかに変化するかをダイアダラム的に示し
ている第２図から理解されるように、特に電圧マルチプ
ライング回路の内部抵抗が非常に高いということが云え
る。例えば電圧Ｕ　［１＋は電池Ｐが新しい時に供給さ
れたものであり、電圧Ｕｐ２は使用可能期間の大部分の
期間、電池Ｐにより典型的に供給されたものであり、又
電圧Ｕｐ３は殆ど消耗された電池Ｐにより供給される電
圧を示すものである。

実際の使用に当っては、制御回路４のエネルギー消費は
、これら２つの回路についての後述する説明から明らか
になってくるように、電子回路２のそれより相当低いも
のである。問題を簡単にするため、電流ｉは電子回路２
により消費されるものと仮定しよう。

電圧マルチプライング回路３の上述した高い内部抵抗は
第２図の特性曲線における鋭い負の傾斜により代表され
ている。これ等の傾斜はマイクロアンペア−につき１ボ
ルトの数十分のｌ　（ｓｅｖｅｒａｌｔｅｎｔｈｓ　ｏ
ｆ　ａ　ｖｏｌｔ）の量であり数百キロオームの内部抵
抗を表わしている。

これに加えて電圧マルチプライング回路におけるキャパ
シターの低キャパシタンスは又第２図から明らかなよう
に電圧Ｕａは回路２における内部抵抗Ｒの与えられた抵
抗値に対する電圧Ｕｐ依存して変化することを意味する
。

このように、例えば回路２が約２００キロオームの内部
抵抗を持つ実験装置においては、回路４と回路２の対応
する手段が非作動状態において電圧Ｕａは電圧Ｕｐが１
．４ボルトから１ボルトへ変化した時に約２．８ボルト
から約１．２ボルトまで変化する。

既に述べたとおり、制御回路４と電子回路２は後者の内
部抵抗Ｒが電圧Ｕａに反比例して変化するように配列さ
れている。

仮に電池Ｐの電圧が高い値Ｕ　ｐ＋をもっており又回路
４が該制御回路をその制御回路の内部抵抗Ｒが対応して
示されている破線によって第２図中で示されている抵抗
値Ｒ１をもつように制御するものと仮定する。電圧Ｕａ
はそこで第２図に示されるようにＴＪａ、の値を持って
いる。電池の電圧０１１が例えば電圧値Ｕ　ｐ２に低下
すると電圧Ｕａは低下する傾向を示す。

回路４と回路２の対応する手段がない場合には、電圧Ｕ
ａは値Ｕａ、’へ低下するであろう。しかし、回路４が
電圧Ｕａの減少に反応して回路２の内部抵抗Ｒを、対応
的に示されている破線により第２図中に表示されている
抵抗値Ｒ２に増加させる。

その結果、電圧Ｕａは、前述した電圧Ｕａ、’よりも電
圧Ｕａ、にかなり近い電圧Ｕａ２にまで低下するのみで
ある。

同様にもし電圧Ｕｐが電圧Ｕ　ｐ３に低下した時、回路
４は電圧Ｕａにおける得られた電圧降下に反応して第２
図において対応的に示された破線によって表示されてい
る抵抗値Ｒ３にまで回路２の内部抵抗Ｒを更に増加させ
る。

その結果、電圧Ｕａは単に電圧Ｕａ３にまで低下するだ
けであり、これに対してもし回路２の内部抵抗Ｒが抵抗
値Ｒ２のままであればその電圧は電圧値Ｕａ２′　にま
で低下したであろうし、又もし該内部抵抗ＲがＲ１の値
のままであったとすれば、電圧値はＵａ、’までにさえ
低下したであろう。

要約すれば、制御回路４と回路２においてこれと組合さ
れている手段とは電圧Ｕａに対して反比例して回路２の
内部抵抗Ｒを修正することによって電圧Ｕｐの変化に依
存して電圧Ｕａの変化を実質的に減少せしめるものであ
る。

上述したやり方と同じやり方はもし回路２の内部抵抗Ｒ
が回路４によりもたらされたこの変化なしに他の理由に
より変化したとしても勿論採用することが出来る。

そのような場合、回路４は、内部抵抗Ｒを初期の値に戻
し、それは次で電圧Ｕａを初期電圧に戻すことによって
回路２の内部抵抗Ｒにおけるこの変化により生じた電圧
Ｕａにおける変化に反応する。

上述した方法は勿論連続的であり、例えばもし電圧ＩＪ
ｐが電圧値Ｕ　ｐｌとＵ　１１３との間で連続的な方法
で変化したとすれば、電圧Ｕａも又、その電圧値Ｕａ、
とＵａ３との間で連続的に変化する。

上記の処理方法は電圧がＵ　ｐ＋からＵ　ｐ３へ低下す
るという推定のもとに述べられてきた。明らかにこの処
理方法は可逆的であり、いかなる理由にせよもし電圧Ｕ
ｐが低下する代りに増加した場合、回路４とこれと共同
する回路２の内の手段とが回路２の内部抵抗を減少させ
ることによりこの電圧の増加に反応することになりこれ
によって、電圧Ｕａの増加を制限することになろう。

既に述べたとおり、本発明による装置は説明されている
具体例において、補聴器に適合させることを意図してい
る。該装置はかようにして、公知の方法において、ロウ
パスフィルター、バイパスフィルター及びバンドパスフ
ィルターを有している。これ等のフィルターは異なる種
類のものであってもよく、それ等は極めて公知のもので
あって又この本発明に直接関係がないので詳細には説明
はしない。然しそれらの各々は少くとも演算増幅器を含
んでいるものであることを言及しておく。

そのような増幅器の１つである１１が第３図に示されて
おり、通常の方法で１対の入力端子１１ａとｌｌｂ及び
出力端子１１Ｃから構成されている。

該入力端子１１ａとｌｌｂ及び出力端子１１Ｃと回路２
の他の部品及びその他の部品との接続については一般的
な方法であり又本発明と直接的な関係はないのでここで
は示されていない。

同じような一般的な方法において、増幅器１１はＮ型Ｍ
ＯＳトランジスターである２個のトランジスター１２及
び１３から構成されている。トランジスター１２と１３
のゲートは個々に入力端子１１ａとｌｌｂとに接続され
ている。

トランジスター１２と１３のドレインは第３図に示すと
おり３個のＰ型ＭＯ３トランジスター１４゜１５及び１
６と接続されている。トランジスター１２から１６の間
の接続は一般的なものでかつ本発明と直接的関係を有し
ていないので説明はされていない。但し、トランジスタ
ー１４．１５及び１６のソースは回路２の端子２Ｃと接
続されておりこれは又第１図の装置１における端子ＩＣ
と接続されていることを言及しておく。

更に又公知の手段によって、トランジスター１２と１３
のソースは共にＮ型ＭＯＳトランジスター１７のドレイ
ンと接続されており又トランジスター１６のソースは他
のＮ型ＭＯＳトランジスター１８のドレインと接続され
ている。トランジスター１７と１８のソースは回路２の
端子２ｄと接続されこれは又第１図の電圧マルチプライ
ング回路３の端子３Ｃと接続されている。

公知の演算増幅器において、トランジスター１７は設定
された強さの一定電流をトランジスター１２と１３に供
給するよう作用しそれによってトランジスター１２と１
３の動作点がそれがいかなる値にせよ選択される。

更に、又公知の増幅器に関しては、トランジスター１８
は図示されてはいないが、出力端子１１Ｃと接続されて
いる回路で消費される電流を制限す゛るように作用する
。トランジスター１７と１８のゲートはこのようにして
上述した電流が要求された強さを持てるようにセットさ
れた一定の電圧を供給する電源（ｓｏｕｒｃｅｓ）　と
接続している。

然し本発明においては、増幅器１７と１８は、第３図に
は示されていないが回路２の一部を形成する他の増幅器
の対応するトランジスターと共に第１図との関連におい
て述べたような、供給電圧Ｕａと反比例する回路２の内
部抵抗を変化させるために制御回路４と組合された手段
を構成する。

この目的のために、それ等のゲートは回路２の端子２ｅ
と接続されておりこれは又、制御回路４の出力端子４Ｃ
と接続されている。

該制御回路４は第３図にも示されているようにＰ型ＭＯ
３トランジスター４１とＮ型ＭＯＳトランジスター４２
で構成されている。

該トランジスター４１と４２のソースは回路４の端子４
ａと４ｂに接続されておりこれは又、装置１の端子ＩＣ
と電圧マルチプライング回路３（第１図）の端子３Ｃと
にそれぞれ接続されてい。

る。

トランジスター４１と４２のドレインは互に接続され回
路４の出力端子４Ｃと接続されている。

更に、トランジスター４１のゲートは回路４の端子４ｂ
と又トランジスター４２のゲートはそのドレインと接続
されている。トランジスター４２はこのようにして実用
上単なる抵抗としての特性を有している。

トランジスター４１と４２を通して流れる電流Ｉｃは主
として電圧マルチプライング回路３によって供給された
電圧Ｕａであるトランジスター４１のゲートとソース間
の電圧によって決定される。

電流Ｉｃはトランジスター４２において電圧降下Ｕｃを
発生させこれは制御回路４の出力電圧となり又トランジ
スター１７と１８のゲートとソース間に付加される。

電圧Ｕａにおける低下はかようにして、電流Ｉｃを減少
させ、これは引き続いて電圧Ｕｃを減少させ更に又、ト
ランジスター１７’ｉ８を流れる電流を減少させるか、
同様のことであるが、トランジスター１７と１８の内部
抵抗を増加させることになる。

勿論、同様のことが図示されてはいないが、回路２に含
まれ、そのゲート及びソースが又個々に回路２０入力端
子２ｅと端子２ｄとに接続されている他の増幅器の一部
を構成するトランジスター１７と１８に類似の全てのト
ランジスターにも適用しうる。

上述した処理方法は可逆的であり、電圧Ｕａの増加は必
然的にトランジスター１７と１８及び上述した全ての他
のトランジスターの内部抵抗を減少させることになる。

回路２の内部抵抗Ｒは勿論トランジスター１７と１８の
内部抵抗に直接依存している。

このように、回路４とこれと共同する回路２のトランジ
スターとは回路２の内部抵抗Ｒを電圧マルチプライング
回路３により発生された電圧Ｕａにおけるあらゆる変化
に反比例して変化せしめるものである。かかる回路２に
おける内部抵抗Ｒの変化の重要性については第１図と第
２図との関連において上述されて来ておりここではくり
返すことはしない。

回路４及びこれと共同する回路２のトランジスターの特
性は、勿論、回路２の内部抵抗Ｒが上述した方法と効果
をもつように電圧Ｕａに依存して変化できるように電圧
マルチプライング回路３の特性に適合せしめられなけれ
ばならない。

電圧マルチプライング回路３の特性と回路２がまだ適正
に作動する電圧Ｕａの限界値つまり第２図におけるＵａ
、値及びＵａ３値を知れば、回路２の内部抵抗Ｒの限界
値例えばＲ５とＲ３がいかにあるべきかを決定すること
は簡単なことである。

更に回路２に含まれるトランジスター例えば１７と１８
の数を知れば、各トランジスターのそれぞれに流れる電
流が回路２の内部抵抗ＲをＲ。

とＲ３の値に等しくするためにいかなる値をもつべきか
を決定することも簡単である。

よく知られているように、ＭＯＳトランジスターを流れ
る電流はゲート−ソース間に加えられる電圧とチャネル
の幅と長さの比に直接依存するものである。

トランジスター１７と１８に流れる必要電流の限界値を
確認することにより、各トランジスター゛についてのチ
ャネルのディメンジョンと、各限界電流値に対して制御
回路４によってゲート−ソース間に付加された電圧Ｕｃ
についての要求される値を算出することは可能である。

例えばトランジスター４２のチャネルのディメンジョン
を任意的に選定することは可能でありそれによって、抵
抗の値も決定することが可能となる。この抵抗値を知れ
ば、上記で決定された電圧Ｕｃの限界値の各々に対して
電流Ｉｃが持つべき値を算出することも可能となる。

トランジスター４１のチャネルのディメンジョンは電圧
Ｕａが上述した許容可能な限界値を有している時に電流
Ｉｃがその限界値をもつように計算されてもよい。

上記した実施例では、電圧Ｕａと反比例して回路２の内
部抵抗を変化させる回路４により発生される制御信号は
電圧Ｕｃにより提供される。

本発明における装置の他の具体例においては、この制御
電流は電流によって提供されることも出来る。このよう
な具体例にあらては、制御回路４は電圧Ｕａに依存して
変化する電流を供給する電流源を含むことが出来又回路
２は、この電流に応答して回路２の内部抵抗を上述した
と同じ方法で変化させる手段を含むことが出来る。

これ等の手段は、例えば、第３図におけるトランジスタ
ー４２と同じようにドレインとゲートが互に接続されて
いるような１つ或はそれ以上のトランジスターを含んで
いてもよく、これによって、上記した電流源により発生
した電流に応答してトランジスター４２により発生され
た電圧Ｕｃと対比しつる制御電圧を発生することになる
。

回路２の内部抵抗を変化させる手段は、実施例として上
述の制御電圧に応答する第３図におけるトランジスター
１７と１８と同じ役割を実行するトランジスターを更に
含むものであってもよい。

本発明は制御回路４と電子回路２がＭｏ３トランジスタ
ーを含んでいる場合に関連して説明されてきたが、これ
等の回路はバイポーラ型トランジスターを含んでもよい
ことは明白である。

更に明らかなことは、本発明は補聴器に適合されること
を意図された装置に限定されるものではなく、特には電
子装置が集積回路の形式となっていて１つの電池或は１
つの充電可能バッテリーによって付勢される小型化され
た器機のような電子装置と適合するポータプルなあらゆ
る種類の器機に有利に使用されるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る装置の一具体例についてのブロッ
クダイアグラムを示す。 第２図は第１図の回路の１つについてその特性を説明し
たものである。 第３図は第１図における第２の回路と第３の回　。 路の一部に関するダイアグラムを示す。 １・・・装置、　　　　　２・・・増幅器、３・・・電
圧マルチプライング回路、 ４・・・制御回路、　　　Ｐ・・・電池又はバッテリー
、１１・・・増幅器、 １２、１３．１？、　１８．４２−Ｎ型ＭｏＳトランジ
スター、１４、１５．１６．４１・・・Ｐ型ＭＯ３トラ
ンジスター。 以下余ｐ Ｆｔｔｑ、　／ 勺・２ （〜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アナログ信号を処理する電子回路と該電子回路への
   供給電圧を発生するため、電気的エネルギー供給源に接
   続されるように意図されておりかつ該供給電圧が発生せ
   しめられる第１と第２の端子を有する電圧マルチプライ
   ング回路とから構成されており、更に該供給電圧に反比
   例して該電子回路の内部抵抗を変化せしめる手段を含ん
   でいることを特徴とする電子回路を用いたアナログ信号
   処理装置。 ２、内部抵抗を変化せしめる手段は、該供給電圧に依存
   する制御信号を発生する手段と該電子回路に組合されか
   つ該制御信号に応答して該内部抵抗を変化させる手段と
   を含んでいることを特徴とする第１項記載の装置。 ３、該制御信号発生手段はソース及びゲートが該電圧マ
   ルチプライング回路の第１と第２の端子と個々に接続さ
   れている第１のＭＯＳトランジスターと、ソースが該電
   圧マルチプライング回路の第２の端子と接続され、ゲー
   トとドレインが共に該第１のトランジスターのドレイン
   に接続されている第２のＭＯＳトランジスターとを含ん
   でおり、該制御電圧は該第１のトランジスターのゲート
   とソースとの間に与えられた該供給電圧に応答して該第
   １のトランジスター中を流れる電流によって第２のトラ
   ンジスターのドレインとソースとの間に発生せしめられ
   る電圧降下によって供給され、更に、該電子回路に組合
   された該手段はソースが該電圧マルチプライ回路の該第
   ２の端子と接続され、又ゲートが該第１と第２のＭＯＳ
   トランジスターのドレインと接続されている少くとも１
   つの第３のトランジスターを含むことを特徴とする第２
   項記載の装置。