また softによる modulation(CV)を前提としている為、CV summing ampは内蔵されておらず、この為 CEM3340のように内部回路に対して tempco sensorを作用させられない為、sensor出力が外部 pinに出ています。CPU controllを前提にしたような chipなのでCPUを使わない場合senseor出力をうまく使う方法を考える必要が出てきます。メーカーのsynthでCEM3374を使った物はみんな soft CVな機種です。ここらへんの発想はHillWooDのSY1800のantilogの発想と同じです。おそらく温度センサーだけでCEM3340のようなantilogのSumming Ampがない分1 Chipで2VCO仕様が実現できたのではと想像しますが。

アプリ例ではこの出力を DACの reference電圧に使用する例が載っています。　OBERHEIM　 Matrix 12、RHODES chroma polaris、 AKAI VX600等に使用されています。

trans conductor cellは独立しているので、 LPFの他、HP、BP、AP等に使用できます。 　内蔵のOTAは差動回路にカレントミラー負荷を1個介したシンプルなもののようでこのOTA cellは SSM2024と同タイプの物が使われているのでしょうか？。

構造がシンプルなのでAUDIO的には欠点もあるタイプのOTAを使っているわけですがそれが？ analog synrthには好都合に働いて独特のキャラクターがありBEST VCF chipに上げる方も多いようです。単純なカレントミラー1個でOutPutをPush-Pullの定電流出力できる回路なので汎用OTAを使うに比べて単純化されていますが当然CV 入力にがAntilogが入っているわけです。意外と昨今のレプリカchipが出ていなくてSSI2140くらいでしょうか？。 Discreteで対処している場合が多いようです。当方の手持ちも4個しかなく貴重です。

SSI2140の OTA cell 構造

下記のSSM2024のOTA Cellと同じような感じです。

SSI2140を製造している Sound Semiconductorというメーカの一連のchipは単なる互換chipではないようで興味深いです。特にSSI2130は興味深いchipでQFNパッケージです。5cHのVCA MIXER内蔵。CEM3345のようにThrouZero VCOにも対応可能。

SSM2040よりも low costのLPF専用VCFです。 VCFの内部構造は SSM2040と異なるようで ladder VCFがベースのようでIC化しやすいようにモディファイされた形でしょうか。Ladder VCFといってもDiodeやTransistor Ladder VCFではありません。

基本的にはSSM2040と同じくカレントミラーがベースになっていますが2040の場合OTA cellを構成するのに差動回路、テイル電流源回路、カレントミラー、Output Bufferが4系統必要になるのでそれを合理的に減らす回路構成となっています。2040はシンプルなOTAですが2044の方はVCR素子としてウィルソンカレントミラーを使用し基本構造はLadder VCFですがTr. Ladderの負荷のTr.のかわりにウィルソンカレントミラー回路左右にを配置してその間にcapacitorを置くことで梯子構造としてCVの影響をを避けFeedthroughを改善する構造のようです。

この場合、MOOG ladder VCFと同様、後段に対してBuffer効果が期待できる形状となっています。入力側の情報が出力側に伝達されるも入力と出力は分離されている形で次段の負荷の影響を受けない構造。すなわちSSM2044はカレントミラーLadder VCFというわけです。DiodeやTransistorの代わりにカレントミラーを使用と考えれば構造は理解できるかと。 とてもクレバーな回路というかMOOG VCFと違うLadder VCFを目指した結果か？。MOOG VCFのようにVCR用のTR.のベース電圧固定用の抵抗ネットワークが無しですみます。

上図のようにウィルソンカレントミラー（CM）がベースです。右図のように2個並べて43と44の端子にCapactorを置きます。43と44がfilterのInputで42と45がfilterのoutPutでOutPutを次段のFilter Stageにつなげるイメージで全体像としてはLadder Filterを構成。MOOG Tr.Ladder VCFと同様の定電流入力の並列型1次LPFということです。Tr. Ladderの場合と同様にエミッタの微分抵抗とCap.が並列接続で両者のインピーダンスによってAUDIO信号の分流比がきまり1次LPFが構成されます。両(CM)のinput側のコレクタ電流の変化が出力側の電流にコピーされます。入力と出力電流が同じ方向になっているのでわかりにくいです。カレントミラー（CM）なので入力側のTr.のコレクタ電流がもう片側のコレクタ電流としてコピーされた定電流となるのでOUT側は次段の負荷に対してBuffer効果が出ます。

* 定電流入力の1次LPF 1段の電流特性の関係(HPF:Cap. / LPF：微分抵抗)
* 右図: Fc付近の波形（Cap./コレクタを流れる電流は同じ大きさ)
　　(0を中心とした正弦波電流（Cap.)と制御電流がOffsetされたコレクタ電流)

ウィルソンカレントミラー（CM）1次LPFの簡単な説明

I1: 制御電流とAUDIO信号電流を重畳した定電流源（Filter IN)

Cap.には直流電流は流れないのでバイアス電流はQ1のコレクタ電流となりその大きさに対応したVbeの値と電流値(動作点の位置)で微分抵抗が決まる。微分抵抗とCap.のインピーダンスの比で信号電流が分流しCap.IはHPF特性、Ic1はLPF特性となりCapIを積分した値が1次LPFの電圧特性となる。制御電流はCap.に流れないので後段の（CM)まで同じ値で伝達。AUDIO信号はバイアスレベルや周波数で分流比が変化するのでLPFとしての電流特性で後段に伝達。（CM）なのでQ1のIc = Q3のIcでLPF特性。 Q3のIcはQ1のIcに従うのでOTA出力は定電流特性となり後段の負荷に影響されずBuffer効果が働く。(Filter Out)

（CM）の多段接続なので各段の電源供給ラインがVccとGNDに相互に接続されているようです。ということはPNPとNPNの（CM）交互にないとおかしいわけで上記の図も説明的には若干わかりにくいですが（CM）の個々をみながらPNP(Vcc) .... NPN(Gnd) .... PNP(Vcc) .... NPN(Gnd)と追っていけば制御電流の流れは差動対がMasterでそれがGm1-->Gm2-->Gm3--> Gm4に伝達していくイメージ。各capacitort端子のnode（入力）には電圧が発生していますが、(CM)の出力は定電流出力となって定電流型のCR並列1次Filterとなるわけで基本はTr. Ladder VCFと同様の動作。

MOOG Tr. Laderであれば直接Tr.のエミッタとCap.が並列接続になった形でエミッタの微分抵抗がR要素ですがこの回路の場合コレクタとCap.の接続。 C-E間は抵抗体ではないわけですが微分抵抗を反映した電流動作であるのは事実で上記Q1につながっているDiode接続のQ2はDiode動作なので真に微分抵抗であり両サイドには同じ電流がながれているのMOOGの動作と同じになってエミッタ微分抵抗を反映しているわけです。

ちょっとMOOG Tr. ladderの応用展開といったイメージ。Q2はDiode接続なのでQ2の経路はこれだけでは定電流動作にならず抵抗が必要だし、抵抗であればIc2は抵抗と図ではV1に依存してしまう。Q3があるのでOut PUTは外部負荷及び図ではV1に依存しないQ1のVbeに従った定電流となる。単なるカレントミラーでは動作せずウィルソンカレントミラーがだら動作するFilterということ。MOOGの1Tr.に対して3個Tr.が必要になる回路。

すなわちGm1(PNP)のCap.側の制御電流はは差動対に流れこみ、そのcopy成分がGm2(NPN)のCap.側の入力に流れ、Gm2のoutはGm3(PNP)のin側から吸い込み電流。さらにGm3のOutがGm4(NPN)のInに流れ込みcapacitorの端子に現れた電圧を差動AMPで受けると考えればいいのではないかと想像しますがはて？。完全な等価回路は見たことがないので想像ですが大枠は合っているかと。

普通のLadder VCFのように上（Vcc）のVCR素子から差動対に向かって直線的に制御電流が流れてはいないのでわかりにくいのですが通常のOTA内のカレントミラーの動作を考えればわかるのでは。Ladder VCFゆえ最終段のカレントミラーが負荷抵抗の役目をしVCA化しないような構造になっています。

重要な要素としてはOTAを1次Filterに使用する場合VCR要素に対してOTAは定電流要素なので2040タイプを使う場合必ず負帰還をかけてOTAをVCR化する必要がありますがMOOG Tr.Ladderやこの2044のようなVCFの場合、CR Filterとしては定電流入力の並列型FilterでありかつTransisterの微分抵抗を利用する回路なのでそのようなことは必要なくかつ各段の出力自体は定電流出力になっているのでBuffer効果があるということです。VCF全体としては負帰還型のVCFではあります。

SSM2045/SSM2047 SSM2040，SSM2044は完成形であったのかそれゆえSSMのVCF ICは基本 SSM2040とSSM244の2っのみですがそれ以降は複合chipのSSM2045,SSM2047の中にVCFが入っていますがこれらは2poleごとにBufferが入っており2pole/4poleの出力が可能。　さらに2chのMIX VCAがついており独立していますのでVCFそのものもSSM2040 typeとは若干違う構造のようで2044とはら明かに違います。SSM2047については規模的には下記のNJM2069と同規模です。 SSM2045/47は所有していないのですが構成を以下の示します。 ・SSM2045 ・SSM2047 CEM3372/CEM3379に対抗する chipなのだと思います。90年代初期にはまだUKのMaplinで購入可能だったというのを後から知りました。94年にMaplinではSSM2024は買うことができましたが2045/47はなかったです。VCFに追加されたVCAはSSM2024で代用できそうでDatasheetを見てもSSM2024の応用例と同様な感じです。

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ちなみに21世紀の現在、秋月電子で売っているSSM2044の互換チップのV2044は200円代ととても安価です。。当方は2044のオリジナルを沢山持っているので買う必要もなかったのですが安さにつられて購入しました。SOPでなければなおよかったにと思いますがbehringerのクローンsynthに使うのが目的で製造されているのでしょうからDIPは論外なのでしょう。と思ったら最近値上がりしている。ALFAの3340は8倍ぐらいになっていで入荷未定とのこと

KORGの Trident/poly six / mono poly、TEISCO(KAWAI)のDCO synthやヨーロッパの synthに多く使われていました。個人的にもSSM2044のキャラクターは好きなVCFです。以前Poly6を持っていましたがそれ以前のKORGVCFとは異なるキャラクターです。 Poly6は後段の3相BBD　Effectのキャラクタも大きいですがSSM2044の存在も大きいと思います。2000年ごろCAT SRMのVCF/VCAのコピーを作りましたがCATもSSM2044と2040のversionがあります。CEM3320と並びSSM2044は80年代を代表するVCF Chipかと思います。おそらくSSM2040よりは使われているでしょう。

2000年ごろ調べた各社のVCF type一覧の再掲載　各社のVCF

内部は独立したOTA CELLが4個搭載されている形なので(*1)単にsynth のVCFだけでなく phaserなどにも使用でき変わったところでは、レスリーシミュレータのVOCEのSPINに6個ほど使われています。VCFのバリエーションが作り易いfilterという所でOberheimの OB8ではCEM3320を使って4poleVCFと従来の2pole 正帰還VCFの切り替え方式のVCFになっています。

CEM3320のDatasheetにはUS4004141のPATENTが明記されています。また ”unlike the traditional cell, is fully temperatureconpensated”とありますのでOTA Cellには温度補償がされているということなのでしょう。US4004141のPATENTはLINEAR/LOGARTHMIC ANALOG MULTIPLIERに関するものでLog AmpとAntilog AmpによるLinearの乗算器は温度補償されているということを利用して、PatentのFIg1/2/3にそれぞれ回路が出ています。

Fig1ではそれを差動対とカレントミラーで構成されるOTA Cellと組み合わせてOTAのGAINの温度補償するというもののようです。fig2ではlog /antilogで構成された2っの乗算器の出力をカスケード接続する際の例がかかれておりFig1とFig2の例を踏まえてFig3はFig1の4個分においてCVは1系統だがAudio 信号はIn / Outが独立しているOTAの集合体の例です。この場合Fig1を個々に構成するのではなく共通項はまとめることが可能なので単独*4よりも温度特性等が改善されるようです。

　 FIG1
　 FIG2
　*詳細はPATENT参照のこと

すなわちVCAはanalog synthにとって重要な要素ですが通常はGAINの温度補償はされていないということ。なのでCEMのICはOTA cellを使用したVCA/VCFに付いてはこのPATTENTを持った回路によりGAINの温度補償がなされているということなのでしょう。CEM3320はCESの2番目のICですがCEMのICの初号機たるCEM3310はVC EGですがanitilogとLog AMPをうまく使ったEGでした。さらにこの方式ではOTA Cellの入力信号の増大における非線形歪みを緩和する作用も期待できるようです。Fig3の例では4段のOTAに対して共通部分を共有することによって個々で構成する場合に比べてサイズ、個々のCellの誤差等を緩和できるようです。

このようにCES最初のChipであるCEM3310もlogとantilog ampがきもの回路で次に登場したCEM3320も同様になっていて次にVCAとしてのCEM3330が出てきてさらにVCOのCEM3340が出てきていますがここでもlogとantilog ampが1象限の乗算機器とantilog ampに使われています。

*1:制御部分のantilogは1つなので完全というには語弊がありますが。

Rhodes Chroma、Synton Synrix、Crumar Spilit 等凝った作りの filterを持った機種に採用されていますが国内では上記機種はとてもマイナーです。ChromaではDatasheetの標準回路を超えた使われ方がされています。

・CEM3350動作原理

・CEM3310動作原理

SSM2024のVCA 1個分の等価回路

2024はあまり採用している機種が少なくヨーロッパのsynthの一部とOberheimのOB-MXのSVF VCFに採用されています。OB-MXは1994年発売なのでこの時期にはまだSSM2024は製造されていたと言うことです。あとOctave社のVoyetra8 / Honer PK250にも使われています。自分も1994年ごろ普通の部品としてUKから輸入購入しました。現在では後継機種のSSM2164が現役です。ただし2024はLinearで2164はexpo特性です。

CEM3372は 2 Chの Voltage controlled mixer、 4pole VCF, VCAが一つの chipに内蔵された ICで VCO typeの programmble polyphonic synthを想定した 作りになっています。

computer controlledを想定しています。prophet 600 /T8, Chroma polarisなどに使われています。MIDI登場以降のPoly synthにつかわれました。

このCEM3372に内蔵されているVCFは prophet5などに使用されているCEM3320VCFとは設計思想がことなるようで、Mini MOOG VCFの歪み等を研究して作られているそうです。また resonanceを上げていった時のNFBによる通過帯域のGainが下がる現象がCEM3320などと比べて押さえられているそうです。

prophet VS 、ESQ-1、micro wave等に使われています。　VOCEのSPINにも2個ほど使われています。

構成は( 1pole LPF+2pole LPF)+(2pole LPF+2poleLPF)の計7pole、 VCA , 2ch panVCAで構成されています。2グループのVCFは別々に cut off freq.を制御できます。　VCFは antilog ampはついていません。　Prophet3000/ Emulator III等で使用。またmicro waveの後期version(IIでない)もこの石を使っているそうです。 使い道がなさそうだったので1個だけMOTMで90年代末期に購入。

SCIの一連の multi timbre Synth、 AKAI AX60、 SIMMONS SDS800等に使用されています。最近ではDoepferの1Voice ModuleA 116に使われています。

おそらくですがCEM3372等の複合chipのVCF部分はこれがベースになっているかと思われます。(未確認)　複合chipとPIN数の制限から3372等は上記の差動入力は外のPINに出ていない仕様ではなかと想像しますがいかに。

Ensoniq Mirage等で使用されています。

CESのVCF chipについて CEM3320が始めのchipでこれは上記のようにPatent:US4004141がベースのようです。 Patent:US4004141 CEM3328は3320の次のVCF chipで上記のようにその後の複合chipのVCFも基本3328ベースであれば1983年のUS PATENTにある特許回路がベースになっているのではと思われますがいかに(未確認)。 Patent:US4514704 * LPF 1段分 *各電流特性/電流周波数特性 そのパテントの回路ではカレントミラーとDiodeの微分抵抗を使った1次LPFです。 一見、電流入力タイプの並列CR filterに見えてしまいますがそうではありません。Diodeのカソードが接地されてはいないので。outputの電流の流れは上記の簡易OTAのSSM2040と同様ですがCap.とDiodeの電流はHPF特性になるすなわちこれは普通のCR直列型のLPFです。但し一般的なRとCap.が直列になった構造でなくPush - pull構造の中にCとR（Diode)が組み込まれている形なので中々理解に苦労します。 上段はカレントミラーなので左右の電流変化は同じ。下段の差動回路は片側がDiodeで固定の定電流源に接続されているのでバイアス電流は固定で左右でテイル電流の1/2。Q2の入力信号の変化に対してQ1とD2で逆相になります。結果Cap.のC1に電流が流入する際にはIc1は同方向でId2は逆方向で加算、C1から電流が吐き出す方向の時、Ic1はIc2と同じなので同相、Id2はCap.に向かってId2が上昇していくので逆相となりCap,に対してはマイナス変化が2倍になります。また各交流電流の特性は全てHPF特性で当然Cap.の電圧はLPF特性となります。Cap.の電流が2売というのがF特からもわかります。CVを急激に変化させた場合の影響はDiodeに流れる電流には当然影響しますがCap.を流れる電流には基本影響しません。 Capに流入する電流変化は他の2倍。簡易OTAにCap.を付けた場合は定電流出力なので負帰還をかけなければLPFにならないですがこの場合はそのような操作の必要がありません。特許回路ではこの1次LPFが4段かさなっており2段目からは差動のInputには抵抗はなく高インピーダンスになっていてCap.の後のBufferは不要になっているようです。またCEM3328以降の4段VCFはCap.が4段目だけ1/100の値になっているのも特徴でこれはOTAのGmが最終段だけ100倍になっているためでこうすることによりよりよい結果が得られるようです。SSM2044も同様というかSSM2044の方が早い。どこかでそのことをDoug Curtis氏かDavid Rossum氏が語っている記事を読んだ覚えがありましたがなんだったか思い出せません。

これも computer controlledを前提とした複合chipです。1 chipに 5VCA+VCF+VCEGが入っています。　内訳は、 　　・4pole VCF 　　・VC resonance VCA 　　・VCA 　　・2 final VCA 　　・VCEG(ADSR) 　　・EG用 VCA を装備した大掛かりな 24pinのICです。　要はCEM3379にVCEGを加えてEGのVCF用にVCAtt.を付けた形のchipです。発表が早ければ多くのsynthに使われてもおかしくないchipなのですが。CESの analog synth chipとしては最大規模のものでしょう。　これらを controll する CVは9個あり、各CV inputは high impedance buffer内蔵です。 これとCEM3374を組み合わせれば、2chipで 2VCO typeの synthがとりあえずできてしまいます。VCAに対してはGateとEGの選択も可能なアプリケーションがData Sheetにのっています。ですがマイナーなchipでしょうか。メーカーのsynthではHORNER PK250くらいしか使われていないようです。 chipのリリースは1984年、PK250が1985年の発売だそうです。この時代EG/LFOはsoftで発生することが普通になった時代なのでEGが内包されて便利だとは言え主力synthメーカーにとってはcostのかからない方を取ったということか。すなわちCEM3379で充分だったのでしょう。ただDIYer的にはとても便利です。2000年代に350円くらいで国内で買った記憶が。 DIYsynthではDIGISOUND80で使われたというか評価基板のものがありました。それ以外はおそらくない。 PK250は元HillWoodの技術者の方の技術供与で作られたsynthだそうで、AKAIの初期のAX80なども同様でAX80は確か1983年の発売。CEMの chipを使っておりう以後のAKAIのanalog synthもCEM chipで構成されていました。その流れからこのchipができたのでしょうか？。（未確認) 余談: 上記のように2000年代の始めCESのchipが国内の某半導体商社で売っていた時期がありました。CEM3340とかの有名chipはありませんでしたがこのCEM3391/CEM3371/CEM3396などです。余っていたchipが流れ着いたのでしょうか。SSMはありませんでしたが。

NJM2069

SSM/CEMではないですが国内synthメーカーのanalog synth Chipとしては大規模なのでここで取り上げておきます。 国内の analog synth chipはYAMAHA / ROLANDにも存在しますがこの規模のものはないかと思います。 このchipはKORGがSSM2044を使っていた後に登場しました。SSM2044を始めに使ったのがTridentで1980年です。 NJM2069はPOLY800(1983)からの搭載です。　 ・MIX VCA *2 ・VCF用 * 4 ・Resonance　*1 ・VCA *1 計8個のVCAが内蔵されています。規模的にはCEM3372クラスですが2pole OUTとVCFとVCAが切り離せるのがより使いやすい構造になっています。さらにはVCAはLin/Exp切り替えが可能でVCFもLin/EXp入力が独立しています。VCAのOTAはどのような構造になっているのか興味深いですが基本外販chipではないのでDataSheetが存在しませんので詳細は不明。netで見られるNJM2069使用のVCFもKORGのsynthの回路をなぞっている形でので該当機種を参考にするしかありません。NET時代になっても謎のChipということです。 +/-5Vで動作するようです。NJMということでIC生産はOTAではおなじみのロームです。ロームはROLANDのBA662とかCASIOのNJM2090も製造していました。 * NJM2069 * 搭載機種 POLY800/II DW6000/8000 DSS1/DSM1 SG1/SG1D DDD1 sampling Board KORGVCFの流れ 1:2pole S&K Diode Ring ...700(S)/800dV/770/MS50 etc 2:2Pole S&K Photocoupler ...PE1000 3:2pole S&K KORG35 .....MS10/20/sigma/X911/M500(SP)/PS3XXX etc 4:2pole S&K LM13600 ....MS20/POLY61 5:4Pole 負帰還 SSM2044....Trident(II)/Poly6/MonoPoly 6:4Pole 多重正負帰還 LM13600*2....Delta 7:4Pole(負帰還？) NJM2069... 上記