1287351 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於 BTL(Balanced Transformer Less)放大 器，尤其是關於該偏差電壓之修正。 【先前技術】 以相互逆相驅動2個放大電路，欲從各自輸出端子間得 到單獨使用時的倍數振幅輸出的放大方式係稱為 BTL(Balanced Transformer Less)，使用此種方式之放大 器係稱為BTL放大器（例如，專利文獻1 )。 (專利文獻1 ) 曰本專利特開平5 - 3 3 5 8 5 0號公報（第2〜3頁及圖1〜圖 3) ° 【發明内容】 (發明所欲解決之問題） 通常，構成BTL放大器之運算放大器係包含有差動對電 路及電流鏡電路等之電晶體對，其動作特性係極大地依賴 於電晶體對之電氣特性之匹配（matching)。在運算放大器 之輸入電壓設為0時，輸出電壓也成為0之狀態為其理想， 但例如，若構成運算放大器之電晶體對具有特性之不匹配 (m i s m a t c h )時，輸出電壓則無法成為0。亦即，會產生輸 出偏差電壓（輸入電壓設為0時而呈現於輸出之電壓）。 另一方面，為圖求1C的低成本化，正進行半導體裝置 構造之M0S裝置化。但是，M0S電晶體係與雙極性電晶體 比較，其電氣特性的誤差大，使用M0S電晶體對之運算放 5 326\專利說明書(補件)\93-09\93117035 1287351 大器係容易產生輸出偏差電壓及輸入偏差電壓（輸； 成為0時之輸入電壓）。因此，作為構成BTL放大器 放大器，在圖求低成本化的目的下而採用使用MOS 對之運算放大器的情況，將有該BTL放大器產生偏 之虞。若產生有偏差電壓時，將產生因其影響而對 大器之次級電路造成不良影響或產生有無信號輸入 未針對負荷之電流的問題之情況。 作為抑制MOS電晶體之偏差電壓產生之方法，可 執行出貨測試之檢修作業（zappi ng)、具有電容器之 除器之使用、修正包含MOS裝置之系統全體的偏差 校準之執行等。依據出貨測試之檢修作業方法，隨 成本及晶片尺寸之增大，會妨礙到屬MOS裝置之優 成本化。另外，使用電容器之偏差消除器之情況， 保持微調量有困難，為並不適合在嚴格之使用條件 溫、大電流、負電壓）之Μ 0 S裝置。因此，為實現低 且實現穩定之偏差電壓之修正，系統全體之校準係 本發明係用於解決上述課題而提出者，其目的在 一種可以低成本實現穩定之偏差電壓修正之BTL放 統。 (解決問題之手段） 本發明之BTL放大系統係具備有：BTL放大器， 有放大第1輸入端子及第2輸入端子間之電壓差而 1輸出電壓予以輸出之差動放大器及反轉上述第1: 壓而作為第2輸出電壓予以輸出之反轉放大器；修 326\專利說明書(補件)\93-09\93117035 6 Β電壓 之運算 電晶體 差電壓 BTL放 時流過 舉出有 偏差消 電壓用 其測試 點之低 要穩定 下（高 成本化 丨有效。 於提供 大系 矣具備 作為第 翁出電 正用輸 1287351 入電壓施加電路，其可將互相相等之修正用輸入電壓施加 於上述第1及第2輸入端子；比較器，其用以比較施加修 正用輸入電壓於上述第1及第2輸入端子時分屬於上述第 1輸出電壓及上述第2輸出電壓之第1修正用輸出電壓與 第2修正用輸出電壓；及基準電壓調整電路，其基於上述 比較器之輸出信號，以上述第1修正用輸出電壓與第2修 正用輸出電壓之差成為最小般，利用調整上述反轉放大器 之輸出基準電壓，進行偏差調整。 【實施方式】 在說明本發明之前，首先，針對主從型BTL放大器進行 更為詳細之說明。圖4係習知之主從型BTL放大器之電路 圖。BTL放大器1 0 0係由主側之差動放大器1 1、從屬側之 反轉放大器12及輸出基準電壓生成電路13所構成。輸出 基準電壓生成電路13所生成之輸出基準電壓Vr，係輸入 差動放大器11及反轉放大器12各自的輸出基準電壓輸入 端子T5、T6。 差動放大器1 1係放大分別施加於第1輸入端子T1及第 2輸入端子T2之第1外部輸入電壓Vm與第2外部輸入電 壓VI2之電壓差。然後，以輸出基準電壓Vr為基準，將放 大後之電壓輸出給第1輸出端子T3以作為第1輸出電壓 Vcn。反轉放大器12係以輸出基準電壓Vr為基準作反轉， 將第1輸出電壓Vcn輸出給第2輸出端子T4，用作為第2 輸出電壓V〇2。其結果，在第1輸出端子T3及第2輸出端 子T 4之間，可獲得差動放大器1 1單獨使用時之倍數振幅 326\專利說明書(補件)\93-09\93117035 7 1287351 之輸出。 如圖4所示，差動放大器1 1係由依運算放大器（演算放 大器）A1及A2之電壓隨動器、依運算放大器A3及電阻元 件R卜R4之差動放大電路、及依運算放大器A4及電阻元件 R5、R6之反轉放大電路所構成。反轉放大器12係由運算 放大器A5及電阻元件R7、R8所構成。輸出基準電壓生成 電路1 3係由以指定之分壓比（例如，1 / 2 )將電源-接地間之 電壓分壓之電阻元件R9、R10與依運算放大器A6之電壓隨 動器所構成。 BTL放大器100之輸出偏差電壓Δν〇係使用電阻R7、R8 之電阻值R7、R8及輸出基準電壓Vr，而由下式供給。 [數式1 ] Δ V〇=(l + R8/ Rt) · (V〇fi~ Vr+ ε ) 該式中，V〇m係輸入電壓為0(Vu = VI2)時之第1輸出電壓 V〇1， ε係運算放大器A5之輸入偏差電壓。亦即，在不成 為V。F 1 — V r + ε = 0的情況，產生輸出偏差電壓。又，理想 的BTL放大器100的情況，為V〇Fi = Vr且ε =0，所以此時^ V〇成為0而不產生偏差電壓。 (實施形態1 ) 圖1係顯示本發明之BTL放大系統之構成圖。本系統係 具備主從型BTL放大器1 0、輸入切換電路20、内部基準電 壓源3 0、比較器31、可變電流源控制部3 2、可變電流源 33及起動管理電路34。在圖1之BTL放大器10中，對與 圖4之BTL放大器100具有相同之要素者，賦予相同之元 8 326\專利說明書(補件)\93-09\93117035 1287351 件符號。 B T L放大器1 0係具有電阻元件R 1 1，該電阻元件R 1 1連 接於反轉放大器12之輸出基準電壓輸入端子T6與輸出基 準電壓生成電路1 3間，除此構成外，還具有與圖4之BTL 放大器1 0 0相同之構造。主側差動放大器1 1、從屬側反轉 放大器12及輸出基準電壓生成電路13之電路構造係與上 述相同，因此省略關於此等之詳細說明。該BTL放大系統 係具有執行B T L放大器1 0之偏差電壓修正（以下，稱為「偏 差修正」）之功能。 輸入切換電路2 0係由開關電路2 1〜2 4及反相器2 5所構 成，並由可變電流源控制部3 2所控制。第1輸入端子T1 係隔著開關電路2 1連接於輸入第1外部輸入電壓V μ之第 1外部輸入端子Τ 7。第2輸入端子Τ 2係隔著開關電路2 2 連接於輸入第2外部輸入電壓V! 2之第2外部輸入端子 Τ 8。另外，第1輸入端子Τ1及第2輸入端子Τ 2係分別隔 著開關電路2 4及開關電路2 3，一起連接於内部基準電壓 源3 0。 開關電路2 1、2 2上係輸入有由反相器2 5反轉輸入開關 電路2 3、2 4之控制信號者。因此，在開關電路21、2 2為 on時，開關電路23、24變為of f，在開關電路21、22為 〇 f f時，開關電路2 3、2 4變為ο η。亦即，輸入切換電路 2 0係分別將第1外部輸入電壓V μ及第2外部輸入電壓V12 施加於第1輸入端子Τ1及第2輸入端子Τ2，或是，切換 為施加產生内部基準電壓源30之修正用輸入電壓。即，輸 9 326\專利說明書(補件)\93-09\93117035 1287351 入切換電路2 0及内部基準電壓源3 0係具有作為可將相等 之修正用輸入電壓施加於第1輸入端子Τ1及第2輸入端子 Τ 2之修正用輸入電壓施加電路之功能。可變電流源控制部 3 2係於執行B T L放大器1 0之偏差修正時，以施加來自内 部基準電壓源3 0之修正用輸入電壓於第1輸入端子Τ1及 第2輸入端子Τ 2般，控制輸入切換電路2 0。又，修正用 輸入電壓若為穩定之直流電壓，可為任意值，但該值最好 依組入該B T L放大器1 0之裝置之系統電壓來設定適當之 值。 比較器3 1係比較分別施加修正用輸入電壓於第1輸入 端子Τ 1及第2輸入端子Τ 2之期間（即，執行偏差修正之期 間）之第1輸出端子Τ3之電壓（第1輸出電壓Vcn)及第2 輸出端子T4之電壓（第2輸出電壓V〇2)，且將顯示其比較 結果之比較結果信號輸出給可變電流源控制部3 2。在此， 本說明書中，稱分別施加修正用輸入電壓於第1輸入端子 T1及第2輸入端子T2時之第1輸出電壓V〇i為「第1修正 用輸出電壓」，同樣，稱第2輸出電壓V〇2為「第2修正用 輸出電壓」。另外，本實施形態中，比較器3 1輸出之比較 結果信號係在第2修正用輸出電壓大於第1修正用輸出電 壓時成為L( Low)位準，在第1修正用輸出電壓大於第2修 正用輸出電壓時成為H(High)位準。 該BTL放大系統執行偏差修正之時序係由起動管理電路 3 4所管理。本實施形態中，起動管理電路3 4係監視電源 電壓，在檢測出電源輸入時，允許偏差修正之執行。起動 10 326\專利說明書(補件)\93-09\93117035 1287351 管理電路3 4係在允許偏差修正之執行時，將修正允許信號 送信給可變電流源控制部3 2。 可變電流源控制部3 2内輸入來自比較器3 1之比較結果 信號、來自起動管理電路3 4之修正允許信號及指定之時脈 信號（時脈信號係藉由内建有可變電流源控制部3 2之分頻 器3 2 a所分頻而輸入）。可變電流源控制部3 2係當輸入修 正允許信號時，基於比較結果信號及時脈信號，控制輸入 切換電路2 0及可變電流源3 3，執行B T L放大器1 0之偏差 修正。 可變電流源3 3係具有與2N、2N _ 1.....2、1重疊之2組 定電流源群。N係由可變電流源控制部3 2控制可變電流源 3 3用所輸出之數位信號（以下，稱為「數位控制信號」）之 分解能（位元數）。可變電流源3 3係依來自可變電流源控制 部3 2之N位元之數位控制信號，ο η / 〇 f f各個N個定電流 源，用以控制流動於電阻元件R 1 1之電流之大小及方向， 以使反轉放大器12之輸出基準電壓輸入端子T6之電壓變 化。反轉放大器12之輸出基準電壓係由輸出基準電壓輸入端子 T 6之電壓所決定。藉此，由可變電流源控制部3 2控制可變電流 源33便可控制第2輸出電壓V〇2(包含第2修正用輸出電壓）。 可變電流源控制部3 2係基於比較器3 1之比較結果信 號，以第1修正用輸出電壓及第2修正用輸出電壓之差成 為最小般，控制可變電流源3 3以調整流動於電阻元件R 1 1 之電流，調整輸出基準電壓輸入端子T6之電壓。其結果， B T L放大器1 0之偏差電壓被修正。即，電阻元件R1 1、可 11 326\專利說明書(補件)\93-09\93117035 1287351 變電流源控制部3 2及可變電流源3 3係因作為基準電 整電路而具功能。 在此，說明本實施形態之偏差修正之理論。圖1所六 放大器1 0之輸出偏差電壓△ V 〇係使用電阻元件R 7、 電阻值R7、R8、輸出基準電壓Vr、電阻元件R11之下 壓乂^^而由下式供給。 [數式2 ] Δ V〇=( 1 + Rs/Rt) · ( V〇Fl - Vr + VrU + £ ) V〇F1係BTL放大器10之輸入電壓為0(Vh = VI2)時之 輸出電壓Vw，ε係運算放大器A5之輸入偏差電壓。攻 在V〇Fi—Vr+VRH+ ε=0時，不產生BTL放大器10之 電壓。本實施形態中，可變電流源控制部3 2係基於比 3 1之比較結果信號控制可變電流源3 3，以輸出偏差電 △ V。之大小成為最小般調整V R 1 1。藉此，以V。F 1 — V r *1 + ε之絕對值成為最小般，調整Vm ^之值。 以下，說明本實施形態之BTL放大系統之偏差修正 作。圖2係說明該偏差修正動作用之時序圖。首先， 序t。輸入電源，接著在時序t!，當電源電壓達到指定 準時，起動管理電路34檢測出該電源輸入。檢測出電 入之起動管理電路3 4允許偏差修正之執行，將修正允 號送信給可變電流源控制部3 2。 當可變電流源控制部3 2獲取修正允許信號時，控3 入切換電路2 0以使開關電路21、2 2為〇 f f，並使開 路23、24為on，將内部基準電壓源30輸出之修正用 326\專利說明書(補件)\93-09\93117035 12 壓調 ;BTL R8的 降電 第1 F # ， 偏差 較器 壓△ -V R 1 1 動 在時 的位 源輸 許信 d輸 關電 輸入 1287351 電壓施加於第1輸入端子T1及第2輸入端子T2。藉此， BTL放大器1 0之第1外部輸入電壓Vn與第2外部輸入電 壓VI2成為相等。若BTL放大器10為不產生輸出偏差電壓 之理想元件的話，此時之第1輸出電壓V 〇 1與第2輸出電 壓V〇2(第1修正用輸出電壓與第2修正用輸出電壓）成為相 等。在此，如圖2所示，假定第2修正用輸出電壓較第1 修正用輸出電壓大，BTL放大器10具有輸出偏差電壓Δν〇 ，進行說明。 比較器3 1係比較第1修正用輸出電壓與第2修正用輸 出電壓之大小，輸出顯示其比較結果之比較結果信號。可 變電流源控制部3 2係在使第1修正用輸出電壓與第2修正 用輸出電壓成為穩定般僅待機指定之待機時間，其後，參 照從比較器3 1輸入之比較結果信號。此時，如圖2所示般 第2修正用輸出電壓較第1修正用輸出電壓大，因產生輸 出偏差電壓，故比較結果信號為L位準。 可變電流源控制部3 2係計數由分頻器3 2 a所分頻之時 脈信號，藉由將其計數值變換為N位元之數位控制信號， 控制可變電流源3 3，以使流動於電阻元件R 1 1之電流變 化。即可變電流源3 3流動於電阻元件R 1 1之電流係於每次 時脈信號被計數時漸漸變化。此時，在比較結果信號為L 位準的情況，以輸出基準電壓輸入端子T 6之電壓漸漸變低 般變化而漸漸降低第2修正用輸出電壓。反之，在比較結 果信號為Η位準的情況，以輸出基準電壓輸入端子T 6之電 壓漸漸變高般變化而漸漸提高第2修正用輸出電壓。 13 326\專利說明書(補件)\93-09\93117035 1287351 在此，比較結果信號為L位準，因此可變電流源控制部 3 2係漸漸降低第2修正用輸出電壓。其間，可變電流源控 制部3 2係邊參照比較結果信號邊使比較結果信號之位準 變化為止重複該動作。於是，在如圖2之時序12，當比較 結果信號從L位準變化至Η位準時，可變電流源控制部3 2 係利用保持此時之數位控制信號，以保持此時之第2修正 用輸出電壓。即，如圖2所示，時序t2以降，第1修正用 輸出電壓與第2修正用輸出電壓之差係保持為最小，以完 成偏差修正。與此同時，可變電流源控制部3 2係控制輸入 切換電路2 0以使開關電路2 1、2 2為ο η，並使開關電路2 3、 2 4為〇 f f，將第1輸入端子Τ1及第2輸入端子Τ 2分別連 接於第1外部輸入端子T 7及第2外部輸入端子T 8，成為 可將第1外部輸入電壓Vm及第2外部輸入電壓VI2輸入BTL 放大器1 0之狀態。 其後，雖省略圖示，但隔著第1外部輸入端子T7及第2 外部輸入端子T8，於BTL放大器10輸入第1外部輸入電 壓Vu及第2外部輸入電壓VI2，該BTL放大器10係進行 通常之信號放大動作。又，可變電流源控制部3 2係在B T L 放大器10進行外部輸入電壓（第1外部輸入電壓Vm與第2 外部輸入電壓V I 2之差）之放大期間，也保持偏差修正後之 數位控制信號，將輸出基準電壓輸入端子T 6之電壓保持為 偏差修正後之值。其結果，在第1輸出端子T3與第2輸出 端子T4之間，獲得未包含偏差電壓之輸出電壓。因此，可 抑制對受偏差之影響的BTL放大器1 0之次級電路之不佳影 14 326\專利說明書(補件)\93·09\93117035 1287351 響、或無信號輸入時流過無益於負荷之電流之問題等不利 因素。 根據本實施形態，偏差調整後之B T L放大器1 0之輸出 偏差電壓可由下式獲得。 [數式3 ]
V r a n係偏差調整時之反轉放大器1 2的輸出電壓之調整可 能範圍之幅度，△ VC。，係比較器3 1之輸入偏差電壓，N係 可變電流源控制部32之分f解能（位元數）。習知之BTL放大 器中，輸出偏差電壓係與BTL放大器之放大成比例增大， 但是根據本實施形態，如上述數式1，不依賴於輸出偏差 電壓之放大。亦即，本發明之偏差電壓之減低效果係對放 大效益大之BTL放大器尤其增大。 (實施形態2 ) 實施形態1中，係在BTL放大系統作為電源輸入時執行 偏差修正者進行了說明。但是，本發明之執行偏差修正之 時序，並不限於電源輸入時者，在B T L放大器1 0開始外部 輸入電壓之放大動作前的任意時序亦可。 本實施形態中，BTL放大系統係在從未進行信號放大動 作之待機狀態（等待狀態）還原為動作狀態之時序執行偏差 修正。在BTL放大系統為待機狀態之情況，例如，組入該 BTL放大系統之裝置之動作模式，可考慮在所謂“睡眠模 15 326\專利說明書(補件)\93-09\93117035 1287351 式”或“低消耗電力模式”時。本實施形態中，作為BTL 放大系統之待機狀態，係以上述“睡眠模式”為例進行說 明。 本實施形態之BTL放大系統之構成，與圖1相同。但是 起動管理電路3 4係具有監視電源電壓，同時，監視指示解 除組入該BTL放大系統之裝置之睡眠模式的睡眠解除信號 之功能。起動管理電路34係在輸入電源、且解除睡眠模式 時，允許偏差修正之執行，將修正允許信號發給可變電流 源控制部3 2。在此，在睡眠解除信號為L位準之期間成為 睡眠模式，若為Η位準時則解除睡眠模式。 圖3係用以說明本實施形態之BTL放大系統之偏差修正 動作之時序圖。首先，在時序t 1。輸入電源’接著在時序 t 當電源電壓達到指定之位準時，起動管理電路3 4檢 測該電源輸入。在此，為便於說明，組入該BTL放大系統 之裝置係設為電源輸入後立即成為睡眠模式者。 然後，在時序t! 2，當睡眠解除信號成為Η位準而解除睡 眠模式時，起動管理電路3 4係允許偏差修正之執行，將修 正允許信號發給可變電流源控制部3 2。換言之，在本實施 形態，可變電流源控制部3 2輸出之修正允許信號係作為電 源電壓與睡眠解除信號之邏輯積。 其後，以與圖1之時序11以後相同之動作進行偏差修 正。該偏差修正動作係如實施形態1說明者，故在此省略 說明。 然後，當在時序11 3完成偏差修正動作時，可變電流源 16 326\專利說明書(補件)\93-09\93117035 1287351 控制部3 2係控制輸入切換電路2 Ο，將第1輸入端子Τ 1及 第2輸入端子Τ 2分別連接於第1外部輸入端子Τ 7及第2 外部輸入端子Τ8，成為可將第1外部輸入電壓Vu及第2 外部輸入電壓Vi2輸入BTL放大器10之狀態。 隨後，透過第1外部輸入端子T 7及第2外部輸入端子 T8，於BTL放大器1 0輸入第1外部輸入電壓Vu及第2外 部輸入電壓V! 2，該BTL放大器1 0係開始進行外部輸入電 壓（第1外部輸入電壓Vii及第2外部輸入電壓VI2之差）之 放大動作。可變電流源控制部3 2係在BTL放大器1 0進行 外部輸入電壓的放大動作的期間，也保持偏差修正後之數 位控制信號。其結果，與第1實施形態相同，在第1輸出 端子T3與第2輸出端子T4之間獲得未包含偏差電壓之輸 出電壓。 由此，藉由B T L放大系統在從待機狀態（睡眠模式）還原 為動作狀態之時序執行偏差修正，仍可獲得與實施形態1 相同之效果。另外，因將如睡眠解除信號之已存在的信號 用作為偏差修正動作開始之觸發，故與實施形態1比較不 會增加成本。 本實施形態中，係將電源輸入後之睡眠解除信號用作為 觸發以執行偏差修正進行說明，但觸發信號並不侷限於 此。BTL放大系統只要顯示為從待機狀態還原之信號，例 如為低消耗電力模式之解除信號等之其他者亦可。 (發明效果） 如上述說明，根據本發明之B T L放大系統，藉由進行偏 17 326\專利說明書(補件)\93-09\93117035 1287351 差 修 正 5 在 第 1 罕刖 出 端 子 及 第 2 輸 出 端 子 之 間 ， 可 獲 得 未 含 有 偏 差 電 壓 之 輸 出 電 壓 〇 因 此， 1可 抑 丨制 受 偏 丨差 影 響 之 .BTL 放 大 器 次 級 電 路 之 不 佳 影 響 或 無 信 號 m 入 時 流 動 無 益 於 負 荷 之 電 流 之 問 題 等 不 利 因 素 〇 另 外 j 其 效 果 對 放 大 效 益 大 之 BTL 放 大 器 尤 其 有 效 0 [ 圖 式 簡 單 說 明 ] 圖 1 為 顯 示 本 發 明 之 BTL 放 大 系 統 之 構 成 圖 〇 圖 2 為 用 以 說 明 實 施 形 態 1 之 BTL 放 大 系 統 之 偏 差 修 正 動 作 之 時 序 圖 〇 圖 3 為 用 以 說 明 實 施 形 態 2 之 BTL 放 大 系 統 之 偏 差 修 正 動 作 之 時 序 圖 〇 圖 4 為 習 知 主 從 型 BTL 放 大 器 之 電 路 圖 0 (元件符號說明） 100 BTL ; 故. 大 器 10 主 從 型 BTL 放 大 器 11 差 動 放 大 器 12 反 轉 放 大 器 13 輸 出 基 準 電 壓 生 成 電 路 20 輸 入 切 換 電 路 21 〜24 開 關 電 路 25 反 相 器 30 内 部 基 準 電 壓 源 31 比 較 器 32 可 變 電 流 源 控 制 部 326\專利說明書(補件)\93-09\93117035 18 1287351 32a 分 頻 器 33 可 變 電 流 源 34 起 動 管 理 電 路 Vr 竿刖 出 基 準 電 壓 ΤΙ 第 1 ±>6w 入 端 子 T2 第 2 輸 入 端 子 Τ3 第 1 輸 出 端 子 Τ4 第 2 輸 出 端 子 Τ5 m 出 基 準 電 壓 m 入 端 子 Τ6 fm 出 基 準 電 壓 輸 入 端 子 Τ7 第 1 外 部 ¥m 入 端 子 Τ8 第 2 外 部 輸 入 端 子 V丨1 第 1 外 部 輸 入 電 壓 Vl2 第 2 外 部 輸 入 電 壓 V〇l 第 1 出 電 壓 V〇2 第 2 輸 出 電 壓 A1 運 算 放 大 器 A2 運 算 放 大 器 A3 運 算 放 大 器 A4 運 算 放 大 器 A5 運 算 放 大 器 A6 運 算 放 大 器 R卜R4 電 阻 元 件 R5、R6 電 阻 元 件 326\專利說明書(補件)\93-09\93117035 19 1287351 R7、R8 電阻元件 R9 、 RIO 電阻元件 R1 1 電阻元件 Δ V〇 輸出偏差電壓 R 7、R 8 電阻值 t 0 〜t 2 時序 t 1 0 〜t 1 3 時序 326\專利說明書(補件)\93-09\93117035