专利名称：平衡输出电路及使用该电路的电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种将同相输出和反相输出平衡地输出的平衡输出电路及使用了该平衡输出电路的移动电话机等电子设备。
背景技术：
在移动电话等的基带信号发送输出部或BTL(Balanced TransformerLess，桥式推挽放大电路)扬声器激励器(speaker dirver)等中，使用将输入信号和同相位的同相输出和反相位的反相输出平衡地输出的平衡输出电路。
在以往的音频用电力放大电路中，从前置电路(prestage circuit，前段回路)经由耦合用电容器的音频信号、和反相反馈信号被输入到BTL方式的放大器中。在该BTL方式放大器中，将在其音频信号和反相反馈信号的差分中施加了基准电压的放大信号，分别从两个BTL输出端子输出给扬声器。由差动放大电路来检测从该BTL方式放大器中的两个BTL输出端子分别输出的放大信号的电压差。通过密勒积分电路，提取在该放大信号的电压差中所包含的直流成分电压的同时，以基准电压为中心使与该直流成分电压成反比例的反相反馈信号反馈输入到BTL方式放大器中。由此，控制在BTL方式放大器的BTL输出端子中产生的直流偏置电压(专利文献1特开平10-93365号公报)。
以往，为了输入来自前置电路的音频信号而需要耦合用电容器，另外需要具有反相及同相这两个输出的BTL方式放大器，进一步，需要用于控制在该BTL方式放大器中产生的直流偏置电压的差动放大电路或误差积分电路等。从而，虽然可以控制直流偏置电压，但由此的电路构成变得复杂，另外，导致作入该BTL方式放大器的IC的成本增加。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种产生音频信号等输入信号的反相输出信号和同相输出信号的同时，用简单的电路来可靠地消除反相输出信号和同相输出信号间的直流偏置电压的平衡输出电路。另外，提供一种具备了前置电路与该平衡输出电路的移动电话机等电子设备。
本发明的平衡输出电路，输出与从前置电路30输入的输入信号Vin相对应的第一输出信号Voutp和第二输出信号Voutn，该第二输出信号与该第一输出信号具有反相的关系，所述平衡输出电路具备比较电压产生电路，其具有电容器14，并产生与该电容器的充电电压相对应的比较电压Vcom；反相放大电路，其输入有与所述输入信号相对应的电压和所述比较电压，并对与输入信号相对应的电压进行反相放大，输出所述第二输出信号；以及充电电路，其根据所述第一输出信号和所述第二输出信号对所述电容器进行充电，以使所述第二输出信号的直流电压与所述第一输出信号的直流电压相等。
另外，所述充电电路具备控制放大电路，其对所述第一输出信号和所述第二输出信号进行比较，控制所述比较电压，以使所述第二输出信号的直流电压与所述第一输出信号的直流电压相等。
另外，所述平衡输出电路，其特征在于，所述比较电压Vcom是在基准电压Vref上叠加了所述电容器的充电电压的电压；所述输入信号Vin是在所述基准电压Vref上叠加了直流偏置电压Vofs而得到的信号。
另外，所述控制放大电路，仅在用于决定所述比较电压Vcom的规定时间T1期间进行工作。
另外，所述控制放大电路具有输入所述第一输出信号和所述第二输出信号的放大器15；以及将该放大器的放大输出供给到所述电容器14中的供给用开关机构18。
另外，本发明的平衡输出电路，其特征在于，还具有放电用开关机构19，其用于对所述电容器的电荷进行放电；该放电用开关机构，在决定所述比较电压之前对所述电容器的电荷进行放电。
另外，本发明的平衡输出电路，其特征在于，通过所述放电用开关机关，按每个规定时间或在规定时间以内对所述电容器的电荷进行放电，并重新决定所述比较电压。
另外，本发明的平衡输出电路，其特征在于，还具有放大电路20，其对所述输入信号进行放大，并产生所述第一输出信号。
本发明的电子设备的特征在于，具有前置电路30，其在处理信号的同时，合成在基准电压Vref上叠加偏置电压Vofs而得到的直流电压和信号成分并输出；平衡输出电路10，其将该前置电路的输出作为输入信号Vin来输入；和负载电路50，其通过该平衡输出电路来驱动。
根据本发明，通过由控制放大电路控制反相放大电路的比较电压，从而能够消除反相输出信号和同相输出信号之间的直流偏置电压，并产生平衡输出。
另外，比较电压，根据包含电容器及反相放大电路等的寄生电容或杂散电容的静电电容中的充电电压来决定，因此可靠地进行偏置消除。另外，能够使电容器的电容变小，因此能够降低作入本平衡输出电路的IC(LSI)的成本。
另外，控制放大电路，没有供给交流信号，以在短时间T1内决定成分比较电压Vcom的方式进行动作，因此能够使电容器的电容变小。
图1是表示本发明的第一实施例的平衡输出电路及使用了该平衡输出电路的电子设备的结构的图。
图2是说明本发明的偏置消除动作的图。
图3是表示本发明的第二实施例的平衡输出电路10A的结构的图。
图4是表示本发明的电子设备的实施例的结构的图。
图5是表示本发明的另一平衡输出电路的实施例的结构图。
具体实施例方式
下面，参照附图对本发明的平衡输出电路及使用了该平衡输出电路的移动电话机等电子设备的实施例进行说明。此外，由于本发明的平衡输出电路或前置电路等作入到LSI中，因此也可以称作半导体装置。
图1是表示本发明的第一实施例相关的平衡输出电路及使用了该平衡输出电路的移动电话机等电子设备的结构的图。它们可适用于移动电话机用的基带信号发送输出部或BTL扬声器激励器等、平衡地输出同相输出信号及反相输出信号的电气/电子装置。
图1中，前置电路30，处理音频信号等交流信号的同时，将交流信号即音频信号等与直流电压即基准电压Vref合成而输出。通过构成前置电路的各种电路要素的特性的偏差等，在基准电压Vref上叠加直流偏置电压Vofs并输出的情况也经常发生。即，成为基准电压Vref+直流偏置电压Vofs的叠加直流电压。该叠加直流电压或将交流信号与该叠加直流电压合成，而作为输入信号Vin输入给下一级的平衡输出电路10。
在本发明的平衡输出电路10中，不经由耦合用电容器，从前置电路30直接输入输入信号。另外，将输入信号Vin作为第一输出信号Voutp来直接输出的同时，将输入信号Vin经由反相放大电路作为具有与第一输出信号Voutp反相的关系的第二输出信号Voutn来输出。
从而，不需要耦合用电容器，且仅生成第二输出信号Voutn即可，因此基本上能够实现简单地构成。当然，由于是平衡输出电路，因此构成为，消除同相输出信号即第一输出信号Voutp和反相输出信号即第二输出信号Voutn间的直流偏置电压，以产生平衡输出。
反相放大电路包括使用两个输入差动放大器的运算放大器11、与其反相输入端-连接的输入电阻12、和连接在该反相输入端-和输出端之间的反馈电阻13。当然，在其他部位也可以设置交流成分反馈用的电路构成等，但为了使说明简单化而省略了它们。输入电阻12的电阻值为R1，反馈电阻13的电阻值为R2(＝n×R1)。该系数n也可以是任意的大小，但系数n为1的情况下，可将第二输出信号Voutn的交流成分的大小作成与第一输出信号Voutp的交流成分相同的大小。
在演算放大器11的同相输入端+上，输入有比较电压Vcom，其在基准电压Vref上叠加有充电用于偏置消除电压的电荷的电容器14的充电电压Vc。包含该电容器14而构成比较电压发生电路。
该基准电压Vref是在该实施例中与前置电路30中的基准电压Vref共用的电压，是这些平衡输出电路10中的电源电压Vdd的一半的电压即可。即，Vref＝Vdd×1/2。此外，电源电压由正负电源构成的情况下，基准电压为中间电位的接地电位即可。
控制放大电路包括使用两个输入差动放大器的运算放大器15、在第一输出信号Voutp点和运算放大器15的同相输入端+之间连接的第一开关16、在第二输出信号Voutn点和运算放大器15的反相输入端-之间连接的第二开关17、以及在运算放大器15的输出端和来自电容器14的比较电压Vcom点之间连接的第三开关18。
这些第一～第三开关16～18也可以由MOS晶体管等晶体管构成，通过偏置消除信号φ1被控制成导通或截止状态。在该例中，当偏置消除信号φ1为高(H)电平时，第一～第三开关16～18导通。
发送电路40，是例如通过第一输出信号Voutp和第二输出信号Voutn之间的平衡输出来驱动的、移动电话机用的基带信号发送输出部的电路。代替该发送电路，也可以是通过BTL扬声器激励器等来驱动的扬声器等的、供给平衡输出的电路。
在从前置电路30向平衡输出电路10输入的输入信号Vin中，不包含直流偏置电压Vofs而仅仅基准电压Vref被输入到平衡输出电路10中的情况下，第一输出信号Voutp的直流电压为基准电压Vref。另一方面，若电容器14的电压Vc最初为零，则比较电压Vcom与基准电压Vref相等，因此运算放大器11的输出端的电压、即第二输出信号Voutn的直流电压依然是基准电压Vref。
此时，即使使控制放大电路的运算放大器15工作，该状态也不会产生变化。从而，反相输出信号即第二输出信号Voutn和同相输出信号即第一输出信号Voutp之间的直流偏置电压为零，能够产生平衡输出。
然后，假设在从前置电路30向平衡输出电路10输入的输入信号Vin的直流电压上含有直流偏置电压Vofs并与基准电压Vref叠加而输入到平衡输出电路10中的情况。在这种情况下，进行本发明的偏置消除动作。参照图2说明该情况下的动作。
若在平衡输出电路10上，将直流偏置电压Vofs与基准电压Vref叠加而输入，则该直流电压作为第一输出信号Voutp输出。
在图2的时刻t1为止的期间T0，偏置消除信号φ1为低(L)电平，第一～第三开关16～18截止。在该状态时，比较电压Vcom为基准电压Vref，因为在运算放大器11中反馈放大输入信号Vin，第二输出信号Voutn变为从基准电压Vref变成仅降低n倍的直流偏置电压Vofs的电压的电压。Voutn＝Vref-n×Vofs。
在时刻t1，若偏置消除信号φ1变成H电平，则第一～第三开关16～18导通，通过运算放大器15的输出而对电容器14进行充电。在基准电压Vref上相加有电容器14的充电电压的比较电压Vcom，变化为与直流输入电压Vref+Vofs相等。若比较电压Vcom与直流输入电压相等，则第二输出信号Voutn不与第一输出信号Voutp相等。即，通过由控制放大电路控制反相放大电路的比较电压Vcom，而消除第一输出信号Voutp和第二输出信号Voutn之间的直流偏置电压，并产生平衡输出。
在已进行该偏置消除动作的期间T1的结束的时刻t2，将偏置消除信号φ1返回到L电平，停止控制放大电路的动作。
在停止控制放大电路的动作的状态下，开关16～18被截止，因此电容器14的充电电荷，除了稍有的自然放电以外就不放电，维持该状态。从而，电容器14可以由小的静电电容的电容器来构成。另外，在运算放大器11或其周边电路上必然存在寄生静电电容或杂散静电电容，但也包含那些寄生静电电容等而与电容器14一起被充电至相同的电压。从而，那些寄生静电电容或杂散静电电容也不会给偏置消除动作带来误差。
并且，在偏置消除动作结束后的时刻t3，输入在直流电压上合成了交流的音频信号的输入信号Vin。在时刻t3以后的期间T2，产生与第一输出信号Voutp和第二输出信号Voutn反相位的音频信号，因此向发送电路40施加其差分的信号电压，进行BTL驱动。
由此，在不供给交流的音频信号的状态下，消除第一输出信号Voutp和第二输出信号Voutn之间的直流偏置电压。由此，控制放大电路，以在短时间T1内决定比较电压Vcom的方式使其动作即可。从而，可进一步使电容器的静电电容变小。
此外，也可省略第一、第二开关16、17，并将第一输出信号Voutp及第二输出信号Voutn直接输入给运算放大器15。
另外，在上述的说明中，将直流偏置电压Vofs作为正电压来进行了说明，但即使是负电压的情况下，当然也同样地进行工作。
图3是表示本发明的第二实施例的平衡输出电路10A的结构的图。在该图3中，与电容器14并联地连接有放电用的开关19。该放电用的开关19由MOS晶体管等晶体管构成，通过放电信号φ2，被控制为导通或截止。
若在电容器14中仅充电有偏置消除的电荷的状态下，经过某一程度以上的时间，则有电容器14的电荷开始一点点自然放电，在偏置消除动作上逐渐产生误差的可能性。
为了防止上述的状态，希望按某一规定的时间、或在规定时间以内再次进行偏置消除动作。这样的情况下，将开关19仅在短时间内通过放电信号φ2来导通，并且对电容器14的电荷暂时放电。其后，再次进行如图1、图2所说明的偏置消除动作。
尤其，本发明的平衡输出电路10、10A使用于TDMA(时分多路通信)方式的调制波发送电路等的情况下，也可以按数毫秒左右的脉冲串(burst)发送来进行偏置消除动作。在这种情况下，至少仅在该同步发送期间能够保持偏置消除动作值即可。
从而，能够使电容器14的静电电容变地非常小。另外，也可以在同步发送之前，利用开关19进行电容器14的充电电荷的放电即复位、和偏置消除动作。
图4是表示本发明的电子设备、例如移动电话机的实施例的结构的图。
在该图4中，平衡输出电路10B表示具备输入放大电路20的情况的例子。该输入放大电路20向差动放大器例如运算放大器21的同相输入端子+输入输入信号Vin。通过由电阻22、电阻23构成的分压电路对其输出端的电压进行分压，并将该分压电压输入给运算放大器21的反相输入端子+。分压电阻23的另一端与基准电压Vref点连接。由此，输入信号Vin被放大输出。
从而，当输入信号Vin的信号电平低于所希望的电平时，能够将输入信号Vin放大，而得到所要电平的平衡输出信号Voutp、Voutn。即使是这种情况下，也与图1等相同地、消除第一输出信号Voutp和第二输出信号Voutn之间的直流偏置电压。
在该图4的电子设备的例中，输入有音频信号等数字信号Din(例如10位)。将该数字信号Din通过数字/模拟变换器(D/A变换器)31变换为模拟信号，并通过例如具有巴特沃斯特性的低通滤波器(LPF)32对该模拟信号进行滤波。该巴特沃斯类型的LPF32是利用运算放大器、电阻、电容器，并以基准电压Vref为基准而工作的滤波器，因此最佳使用例如4次的巴特沃斯特性的LPF。
来自该LPF32的输入信号Vin，合成有音频信号和直流电压，该直流电压是在基准电压Vref中叠加直流偏置电压Vofs而得到的。根据该直流偏置电压Vofs对第二输出信号Voutn进行反相放大，消除第一输出信号Voutp和第二输出信号Voutn之间的直流偏置电压，并将平衡输出供给到扬声器50中。
此外，输入放大电路20也可以设在平衡输出电路10的外部。在这种情况下，D/A变换器31、LPF32、输入放大电路20等成为前置电路30。
也可以作成如图1所示的发送电路40来取代该扬声器50，能够将用于移动电话机等电子设备的平衡输出电路作成简单的结构，且能够可靠地消除第一输出信号Voutp和第二输出信号Voutn之间的直流偏置电压。
图5是表示本发明的另一平衡输出电路10C的实施例的结构图。在该图5中，具备制作第一输出信号Voutp和第二输出信号Voutn之间的中点电压的电阻分压电路来取代图1的运算放大器15。该电阻分压电路由电阻15-1和电阻15-2之间的串联连接电路构成，该电阻15-1、15-2的串联连接点与第三开关18的一端连接。此外，也可以省略第一、第二开关16、17，并将第一输出信号Voutp及第二输出信号Voutn直接输入给电阻15-1、15-2。其他构成或作用与图1中的情况相同。根据该图5的平衡输出电路，可进一步通过简单的电路构成而得到与图1的第一实施例相同的效果。
产业上的可利用性有关本发明的平衡输出电路，能够产生音频信号等输入信号的反相输出信号和同相输出信号，并且由简单的电路可靠地消除反相输出信号和同相输出信号之间的直流偏置电压。能够使该输出电路与前置电路组合，而适宜地构成移动电话机等电子设备。
权利要求
1.一种平衡输出电路，输出与从前置电路输入的输入信号相对应的第一输出信号和第二输出信号，该第二输出信号与该第一输出信号具有反相的关系，所述平衡输出电路具备比较电压产生电路，其具有电容器，并产生与该电容器的充电电压相对应的比较电压；反相放大电路，其输入有与所述输入信号相对应的电压和所述比较电压，并对与输入信号相对应的电压进行反相放大，输出所述第二输出信号；以及充电电路，其根据所述第一输出信号和所述第二输出信号对所述电容器进行充电，以使所述第二输出信号的直流电压与所述第一输出信号的直流电压相等。
2.根据权利要求1所述的平衡输出电路，其特征在于，所述充电电路具备控制放大电路，其对所述第一输出信号和所述第二输出信号进行比较，控制所述比较电压，以使所述第二输出信号的直流电压与所述第一输出信号的直流电压相等。
3.根据权利要求2所述的平衡输出电路，其特征在于，所述比较电压是在基准电压上叠加了所述电容器的充电电压的电压，所述输入信号是在所述基准电压上叠加了直流偏置电压而得到的信号。
4.根据权利要求3所述的平衡输出电路，其特征在于，所述控制放大电路具有放大器，其输入所述第一输出信号和所述第二输出信号；以及供给用开关机构，其将该放大器的放大输出供给到所述电容器中。
5.根据权利要求4所述的平衡输出电路，其特征在于，还具有放电用开关机构，其用于对所述电容器的电荷进行放电，该放电用开关机构，在决定所述比较电压之前，对所述电容器的电荷进行放电。
6.根据权利要求5所述的平衡输出电路，其特征在于，通过所述放电用开关机构，在每个规定时间或在规定时间以内对所述电容器的电荷进行放电，并重新决定所述比较电压。
7.根据权利要求3所述的平衡输出电路，其特征在于，所述控制放大电路，仅在用于决定所述比较电压的规定时间期间进行工作。
8.根据权利要求7所述的平衡输出电路，其特征在于，所述控制放大电路具有放大器，其输入所述第一输出信号和所述第二输出信号；和供给用开关机构，其将该放大器的放大输出供给到所述电容器中。
9.根据权利要求8所述的平衡输出电路，其特征在于，还具有放电用开关机构，其用于对所述电容器的电荷进行放电，该放电用开关机构，在决定所述比较电压之前对所述电容器的电荷进行放电。
10.根据权利要求2所述的平衡输出电路，其特征在于，所述控制放大电路，仅在用于决定所述比较电压的规定时间期间进行工作。
11.根据权利要求1所述的平衡输出电路，其特征在于，具有输入放大电路，其对所述输入信号进行放大，并产生所述第一输出信号。
12.一种电子设备，具有前置电路，其处理信号，并且合成在基准电压上叠加偏置电压而得到的直流电压和信号成分并输出；权利要求1～11中任一项所述的平衡输出电路，其将该前置电路的输出作为输入信号来输入；和负载电路，其通过该平衡输出电路来驱动。
全文摘要
将输入信号作为第一输出信号，并且通过输入有输入信号和比较电压的反相放大电路来将与输入信号相对应的电压反相放大而作为第二输出信号。并且，对第一输出信号和第二输出信号进行比较，对电容器进行充电而控制比较电压，以使第二输出信号的直流电压与第一输出信号的直流电压相等。由此，由简单的电路可靠地消除第一输出信号(同相输出信号)和第二输出信号(反相输出信号)之间的直流偏置电压。
文档编号H03F3/34GK1918789SQ20058000420
公开日2007年2月21日 申请日期2005年8月24日 优先权日2004年9月3日
发明者千田泰辅 申请人:罗姆股份有限公司