JP2000059153A - ディジタルスイッチングアンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 入力アナログ信号の振幅レベルが微小な時の
パルス増幅の電力効率を良くするとともに、Ｓ／Ｎを改
善することができるディジタルスイッチングアンプを提
供する。 【解決手段】 入力端子１に入力された入力アナログ信
号Ｓ１と、帰還回路ＦＣによって負帰還された帰還信号
Ｓ５との差分値Ｓ１′を、差分積分器２で積分した後、
量子化器３で量子化出力信号Ｓ３に変換する。このと
き、入力アナログ信号Ｓ１を入力レベル検出部９にも入
力して、振幅レベルを検出し、入力レベル検出信号Ｓ９
として定電圧制御部６へ出力する。定電圧制御部６は、
入力レベル検出信号Ｓ９に基づいてパルス増幅器４の定
電圧Ｖの電圧レベルを設定し、定電圧信号Ｓ６をパルス
増幅器４に出力する。これにより、パルス増幅器４は、
入力アナログ信号Ｓ１の振幅レベルに応じた電圧レベル
の定電圧Ｖによって、量子化出力信号Ｓ３をパルス増幅
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オーディオ信号な
どのアナログ信号を増幅する電力増幅器に関するもので
あり、特に、デルタシグマ変調によって得られる量子化
信号をスイッチング制御信号としてパルス増幅するディ
ジタルスイッチングアンプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、小型、大出力、高Ｓ／Ｎを実現し
た音響信号の高効率電力増幅器の信号処理方法として、
デルタシグマ変調を応用したディジタルスイッチングア
ンプが提供されている。これは、入力アナログ信号をデ
ルタシグマ変調することによりパルス密度変調（ＰＤ
Ｍ）信号を得て、キャリア信号をエネルギー拡散させる
ことにより、簡単な構成で効率よく電力増幅することが
できる。

【０００３】従来のデルタシグマ変調を応用した高効率
電力増幅器が、例えば特開平５−６３４５７号公報に開
示されている。

【０００４】ここで、従来の技術にかかるデルタシグマ
変調を応用した電力増幅器としてのディジタルスイッチ
ングアンプを、図１０を用いて説明する。

【０００５】図１０に示すように、上記ディジタルスイ
ッチングアンプは、入力端子８１、差分積分器８２、１
ビット量子化器８３、パルス増幅器８４、減衰器８５、
遅延器９０、クロック発振器９１、ローパスフィルタ８
７、出力端子８８を備えて構成されている。なお、差分
積分器８２と１ビット量子化器８３とからデルタシグマ
変調部ＡＤが構成されている。また、パルス増幅器８４
の出力信号を差分積分器８２の入力信号として負帰還さ
せる帰還回路ＦＣが構成されており、この帰還回路ＦＣ
上には上記の減衰器８５および遅延器９０が設けられて
いる。

【０００６】上記差分積分器８２は、入力端子８１に入
力された入力アナログ信号（オーディオ信号）Ｓ８１と
帰還回路ＦＣによる帰還信号Ｓ９０とを入力信号とし
て、これら二信号の差分値Ｓ８１′を積分した差分積分
信号Ｓ８２を出力する積分器・加算器群である。

【０００７】上記１ビット量子化器８３は、差分積分信
号Ｓ８２の極性を判定し、二値（１ビット）のディジタ
ル信号に変換した量子化信号Ｓ８３を出力する。

【０００８】上記パルス増幅器８４は、１ビット量子化
器８３のディジタル出力信号である量子化出力信号Ｓ８
３をスイッチング制御信号として定電圧Ｖにより電力増
幅して、パルス増幅信号Ｓ８４を出力する高速スイッチ
ングパルス増幅器である。

【０００９】上記ローパスフィルタ８７は、パルス増幅
器８４から出力されたパルス増幅信号Ｓ８４から不要な
信号成分を除去して出力信号Ｓ８７を生成するフィルタ
であり、例えばコイルやコンデンサなどからなる。

【００１０】上記の減衰器８５および遅延器９０は、パ
ルス増幅信号Ｓ８４を差分積分器８２の入力側に負帰還
する帰還回路ＦＣ上に設けられている。減衰器８５に入
力されたパルス増幅信号Ｓ８４は、減衰信号Ｓ８５に減
衰され遅延器９０に入力される。遅延器９０は、減衰さ
れたパルス増幅信号Ｓ８４（減衰信号Ｓ８５）を任意の
周波数のクロックで遅延させるものであり、例えばＤタ
イプのフリップフロップなどで構成される。ここで、遅
延器９０には、クロック発振器９１より任意の周波数の
クロックパルスが供給される。

【００１１】以上のように構成されたデルタシグマ変調
を応用したディジタルスイッチングアンプは、次のよう
に動作する。

【００１２】入力端子８１に入力アナログ信号Ｓ８１が
入力されると、パルス増幅器８４から出力されたパルス
増幅信号Ｓ８４が帰還回路ＦＣにより減衰器８５および
遅延器９０を経て負帰還された帰還信号Ｓ９０との差分
値Ｓ８１′が、差分積分器８２によって積分されて差分
積分信号Ｓ８２が出力される。差分積分信号Ｓ８２は１
ビット量子化器８３により１ビットのディジタル信号で
ある量子化信号Ｓ８３に変換される。量子化信号Ｓ８３
は、パルス増幅器８４により電力増幅され、パルス増幅
信号Ｓ８４に変換される。パルス増幅信号Ｓ８４は、ロ
ーパスフィルタ８７によって、不要な信号成分が除去さ
れ、出力信号Ｓ８７として出力端子８８から出力され
る。これと同時に、パルス増幅信号Ｓ８４は、減衰器８
５を経て遅延器９０に入力され、クロック発振器９１か
ら供給されるクロックの繰り返し周期に応じた時間分遅
延される。遅延処理されたディジタル信号である帰還信
号Ｓ９０は帰還回路ＦＣを介して高次の差分積分器８２
に負帰還される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構造のディジタルスイッチングアンプでは、入力ア
ナログ信号の振幅レベルとは無関係に、常にある一定の
電圧レベルの定電圧で量子化出力信号をパルス増幅する
ため、入力アナログ信号の振幅レベルが小さい時には電
力効率が悪く、また、スイッチングする定電圧の電圧レ
ベルが高いと、ノイズレベルが高くなるという問題が生
ずる。

【００１４】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、その目的は、入力アナログ信号の振幅
レベルが微小な時のパルス増幅の電力効率を良くすると
ともに、Ｓ／Ｎを改善することができるディジタルスイ
ッチングアンプを提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１のディジタルス
イッチングアンプは、上記の課題を解決するために、入
力アナログ信号をデルタシグマ変調して量子化出力信号
を生成するデルタシグマ変調部と、該量子化出力信号に
基づいて定電圧印加をスイッチングすることによりパル
ス増幅したスイッチング信号を生成する電力増幅部とを
有するディジタルスイッチングアンプにおいて、上記定
電圧の電圧レベルを設定する定電圧制御部が設けられて
いることを特徴としている。

【００１６】上記の構成により、電力増幅部にて量子化
出力信号に基づいてスイッチングする定電圧の電圧レベ
ルを、所望する条件に応じて定電圧制御部にて変更する
ことができる。

【００１７】したがって、入力アナログ信号の振幅レベ
ルに対応して定電圧の電圧レベルを設定し、パルス増幅
することにより、電力効率を良くし、またＳ／Ｎを改善
することができる。また、簡単な構成で音量の調節を行
うことが可能となる。

【００１８】請求項２のディジタルスイッチングアンプ
は、上記の課題を解決するために、請求項１の構成に加
えて、上記定電圧制御部は、上記入力アナログ信号の振
幅レベルに比例して、上記定電圧の電圧レベルを設定す
る定電圧制御回路を備えていることを特徴としている。

【００１９】上記の構成により、請求項１の構成による
作用に加えて、入力アナログ信号の振幅レベルに対応し
て、入力アナログ信号の振幅レベルが大きい場合には電
力増幅部の定電圧を高い電圧レベルに、振幅レベルが小
さい場合には電力増幅部の定電圧を低い電圧レベルに設
定することができる。

【００２０】よって、電力増幅部において、振幅レベル
が小さい入力アナログ信号を低い電圧レベルの定電圧に
よってパルス増幅することにより、入力アナログ信号の
振幅レベルが小さい時の電力効率を良くするとともに、
ノイズを低減して、Ｓ／Ｎを改善することができる。

【００２１】請求項３のディジタルスイッチングアンプ
は、上記の課題を解決するために、請求項１または２の
構成に加えて、上記入力アナログ信号の振幅レベルを検
出して、上記定電圧制御部が上記定電圧の電圧レベルを
設定する基準となる入力レベル検出信号を出力する入力
レベル検出部が設けられていることを特徴としている。

【００２２】上記の構成により、請求項１または２の構
成による作用に加えて、入力レベル検出部で入力アナロ
グ信号の振幅レベルを検出して入力レベル検出信号を出
力し、この入力レベル検出信号に基づいて、定電圧制御
部にて電力増幅部の定電圧の電圧レベルを設定すること
ができる。

【００２３】したがって、定電圧の電圧レベルを入力ア
ナログ信号の振幅レベルに応じて自動設定することがで
きるため、電力効率を良くすることができるとともに、
入力アナログ信号の振幅レベルが小さいときのノイズを
低減して、Ｓ／Ｎを改善することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】〔実施の形態１〕本発明の一実施
の形態について図１から図５に基づいて説明すれば、以
下のとおりである。

【００２５】本実施の形態にかかるディジタルスイッチ
ングアンプは、デルタシグマ変調を応用してパルス増幅
を行う回路であり、特に、パルス増幅を行う定電圧を入
力アナログ信号の振幅レベルに応じて自動設定する回路
である。

【００２６】図１に示すように、上記ディジタルスイッ
チングアンプは、入力端子１、差分積分器２、量子化器
３、パルス増幅器（電力増幅部）４、減衰器５、定電圧
制御部６、ローパスフィルタ７、出力端子８、入力レベ
ル検出部９を備えて構成されている。なお、上記の差分
積分器２と量子化器３とからデルタシグマ変調部ＡＤが
構成されている。また、上記パルス増幅器４の出力信号
を上記差分積分器２の入力信号として負帰還させる帰還
回路ＦＣが構成されており、この帰還回路ＦＣ上に上記
減衰器５が設けられている。

【００２７】上記差分積分器２は、入力端子１に入力さ
れた入力アナログ信号（オーディオ信号）Ｓ１と帰還信
号Ｓ５とを入力信号として、これら二信号の差分値Ｓ
１′を積分した差分積分信号Ｓ２を量子化器３へ出力す
る積分器・加算器群からなる高次の差分積分器である。

【００２８】上記量子化器３は、差分積分器２から入力
された差分積分信号Ｓ２の極性を判定して、二値のディ
ジタル信号である量子化出力信号Ｓ３に変換し、デルタ
シグマ変調部ＡＤの出力信号としてパルス増幅器４へ出
力する。なお、量子化出力信号Ｓ３の量子化閾値は、想
定されるサンプリング周波数に対して最適に設定されて
いる。

【００２９】上記パルス増幅器４は、デルタシグマ変調
部ＡＤから入力された量子化出力信号Ｓ３をスイッチン
グ制御信号として高速にスイッチングすることにより、
定電圧Ｖによって電力増幅する高速スイッチングパルス
増幅器である。そして、得られたパルス増幅信号（スイ
ッチング信号）Ｓ４は、ローパスフィルタ７と帰還回路
ＦＣ上の減衰器５とに入力される。ここで、定電圧Ｖ
は、定電圧制御部６によって電圧レベルが設定され、定
電圧信号Ｓ６として供給される。

【００３０】上記減衰器５は、帰還回路ＦＣ上に設けら
れ、パルス増幅器４から出力されたパルス増幅信号Ｓ４
を減衰した帰還信号Ｓ５を差分積分器２の入力信号とし
て負帰還する。

【００３１】上記ローパスフィルタ７は、パルス増幅器
４から入力されたパルス増幅信号Ｓ４から不要な信号成
分を除去して得られた出力信号Ｓ７を出力端子８へ出力
するフィルタであり、例えばコイルやコンデンサなどか
らなる。

【００３２】上記入力レベル検出部９は、入力端子１か
ら入力される入力アナログ信号Ｓ１の振幅レベルを検出
した入力レベル検出信号Ｓ９を定電圧制御部６へ出力す
る回路であり、例えば、コンパレータを主体としたレベ
ルメータドライバなどのＩＣからなる。

【００３３】上記定電圧制御部６は、入力レベル検出部
９から入力された入力レベル検出信号Ｓ９に基づいて、
パルス増幅器４の定電圧Ｖの電圧レベルを設定制御す
る。定電圧制御部６において設定された電圧レベルの定
電圧Ｖが、定電圧信号Ｓ６としてパルス増幅器４へ入力
される。

【００３４】以上のように構成された上記ディジタルス
イッチングアンプの動作を説明すると、以下のとおりで
ある。

【００３５】上記ディジタルスイッチングアンプでは、
入力端子１にオーディオ信号などの入力アナログ信号Ｓ
１と、帰還回路ＦＣによって減衰器５を経て負帰還され
た帰還信号Ｓ５とを入力として、差分積分器２で二信号
間の差分値Ｓ１′を積分し、差分積分信号Ｓ２を生成す
る。量子化器３は、差分積分信号Ｓ２をディジタル信号
である量子化出力信号Ｓ３に変換する。

【００３６】また、入力アナログ信号Ｓ１は入力レベル
検出部９にも入力される。入力レベル検出部９では、入
力アナログ信号Ｓ１の振幅レベルを検出して、対応した
電圧レベルの定電圧Ｖが定電圧制御部６において自動設
定されるように入力レベル検出信号Ｓ９を出力する。そ
して、定電圧制御部６では、第一定電圧制御回路（定電
圧制御回路）６ａ（図２）において、入力レベル検出信
号Ｓ９に基づいて二段階に設定された電圧レベルの定電
圧信号Ｓ６をパルス増幅器４に出力する。

【００３７】これにより、パルス増幅器４は、定電圧信
号Ｓ６による定電圧Ｖによって、量子化出力信号Ｓ３を
パルス増幅して、パルス増幅信号Ｓ４を生成する。

【００３８】ローパスフィルタ７は、パルス増幅信号Ｓ
４から不要な信号成分を除去して出力信号Ｓ７を出力端
子８へ出力する。また、帰還回路ＦＣにより、パルス増
幅信号Ｓ４が減衰器５に入力され、帰還信号Ｓ５が差分
積分器２に入力される。

【００３９】なお、スイッチング周波数すなわち１ビッ
ト信号のサンプリング周波数は、所望の周波数特性、ダ
イナミックレンジを得るために、例えば、16×44.1kHz
＝0.7056MHz 、32×44.1kHz ＝1.4112MHz 、64×44.1kH
z ＝2.8224MHz に設定することができる。

【００４０】さらに、定電圧制御部６の動作の詳細につ
いて、図２から図５を用いて説明する。

【００４１】本実施の形態にかかるディジタルスイッチ
ングアンプの定電圧制御部６には、第一定電圧制御回路
（定電圧制御回路）６ａが設けられている。

【００４２】図２に示すように、上記第一定電圧制御回
路６ａは、入力アナログ信号Ｓ１の振幅レベルを検出し
た入力レベル検出信号Ｓ９に基づいて、入力アナログ信
号Ｓ１の振幅レベルが大きい場合には定電圧Ｖを高い電
圧レベルに設定し、振幅レベルが小さい場合には定電圧
Ｖを低い電圧レベルに設定する。

【００４３】例えば、上記第一定電圧制御回路６ａは、
入力アナログ信号Ｓ１が最大入力信号レベルに対して１
／√８以上であれば、定電圧Ｖの電圧レベルをＶ0 に設
定し、最大入力信号レベルに対して１／√８以下であれ
ば、定電圧の電圧レベルをＶ0 ／√８に設定するように
することができる。

【００４４】なお、上記の切り替え方は、音楽情報を想
定したものである。すなわち、入力アナログ信号Ｓ１が
音楽情報である場合、最大出力時でも平均的にみると最
大出力のおよそ１／８Ｗになることがわかっている。よ
って、音楽情報のパルス増幅に必要な定電圧Ｖの電圧レ
ベルはＶ0 ／√８で十分である。したがって、上記第一
定電圧制御回路６ａは、入力アナログ信号Ｓ１が音楽情
報であるか、音楽以外の情報であるかによって定電圧Ｖ
の電圧レベルを切り替える場合に、好適に適用すること
ができる。つまり、音楽情報のパルス増幅を理想的な電
力効率で行うことができる。また、音楽情報のパルス増
幅の時のノイズレベルを大幅に低減することができるた
め、Ｓ／Ｎを改善することができる。

【００４５】そして、定電圧制御部６は、第一定電圧制
御回路６ａによって設定された電圧レベルの定電圧Ｖ
を、定電圧信号Ｓ６としてパルス増幅器４に供給する。

【００４６】なお、減衰器５は、定電圧制御部６の第一
定電圧制御回路６ａと連動して、定電圧Ｖの電圧レベル
に応じて、パルス増幅信号Ｓ４のフィードバック量を一
定に保つように調整するようになっている。すなわち、
パルス増幅器４の定電圧Ｖの電圧レベルがＶ0 のときに
は、パルス増幅信号Ｓ４のフィードバック量を減らすよ
うに減衰量を調整し、電圧レベルがＶ0 ／√８のときに
は、パルス増幅信号Ｓ４のフィードバック量を増やすよ
うに減衰量を調整する。

【００４７】このように、定電圧調整でボリュームをコ
ントロールする場合には、増幅量（定電圧Ｖ）に応じて
減衰量を設定することにより、パルス増幅信号Ｓ４のフ
ィードバック量を定電圧Ｖの値によらず一定に保つこと
ができる。よって、定電圧Ｖの値が変化しても、量子化
出力信号Ｓ３に含まれるアナログ値は変化しない。

【００４８】ここで、図３から図５に、上記ディジタル
スイッチングアンプによって、１ｋＨｚサイン波小信号
を電圧レベルＶ0 ，Ｖ0 ／√８，Ｖ0 ／８の定電圧Ｖで
それぞれパルス増幅した時の信号レベルおよびノイズレ
ベルの分布のグラフを示す。なお、Ｖ0 は３５Ｖであ
る。

【００４９】分布図からもわかるように、定電圧Ｖの電
圧レベルを低くすればするほどノイズレベルは低減され
る。すなわち、電圧レベルＶ0 でパルス増幅するよりも
（図３）、電圧レベルＶ0 ／√８でパルス増幅した方が
ノイズレベルが約１０ｄＢ低くなっており（図４）、電
圧レベルＶ0 ／８でパルス増幅した方がさらにノイズレ
ベルが低減されることがわかる（図５）。

【００５０】なお、上記の信号レベルおよびノイズレベ
ルの分布のグラフ（図３〜５）は、前記のように、増幅
量（定電圧Ｖ）に応じてパルス増幅信号Ｓ４のフィード
バック量を一定に保つように最適に設定することによ
り、定電圧Ｖによらずほぼ同じグラフが得られる。

【００５１】以上のように、本実施の形態にかかるディ
ジタルスイッチングアンプは、入力アナログ信号Ｓ１を
デルタシグマ変調して量子化出力信号Ｓ３を生成するデ
ルタシグマ変調部ＡＤと、量子化出力信号Ｓ３に基づい
て定電圧Ｖの印加をスイッチングすることによりパルス
増幅したパルス増幅信号（スイッチング信号）Ｓ４を生
成するパルス増幅器（電力増幅部）４とを有するディジ
タルスイッチングアンプにおいて、定電圧Ｖの電圧レベ
ルを設定する定電圧制御部６と、入力アナログ信号Ｓ１
の振幅レベルを検出して、定電圧制御部６が定電圧Ｖの
電圧レベルを設定する基準となる入力レベル検出信号Ｓ
９を出力する入力レベル検出部９とが設けられている構
成である。

【００５２】これにより、定電圧制御部６が定電圧Ｖの
電圧レベルを入力アナログ信号Ｓ１の振幅レベルに応じ
て自動設定することができる。

【００５３】よって、パルス増幅器４で量子化出力信号
Ｓ３に基づいてスイッチングする定電圧Ｖの電圧レベル
を所望する条件に応じて変更することにより、電力効率
を良くすることができるとともに、ノイズを低減して、
Ｓ／Ｎを改善することができる。

【００５４】また、本実施の形態にかかるディジタルス
イッチングアンプは、定電圧制御部６が、入力アナログ
信号Ｓ１の振幅レベルに比例して、入力アナログ信号Ｓ
１の振幅レベルが大きい場合にはパルス増幅器４の定電
圧Ｖを高い電圧レベルに、振幅レベルが小さい場合に
は、パルス増幅器４の定電圧Ｖを低い電圧レベルに設定
する第一定電圧制御回路６ａを備えている構成である。

【００５５】これにより、入力アナログ信号Ｓ１の振幅
レベルに比例して、パルス増幅器４の定電圧Ｖの電圧レ
ベルを設定することができる。

【００５６】よって、パルス増幅器４において、振幅レ
ベルが小さい入力アナログ信号Ｓ１を低い電圧レベルの
定電圧Ｖによってパルス増幅することにより、入力アナ
ログ信号Ｓ１の振幅レベルが小さい時の電力効率を良く
するとともに、ノイズを低減して、Ｓ／Ｎを改善するこ
とができる。

【００５７】なお、入力端子１の直後に可変抵抗を配設
することにより、音量調整が可能となる。

【００５８】〔実施の形態２〕本発明の他の実施の形態
について図１および図６に基づいて説明すれば、以下の
とおりである。なお、説明の便宜上、実施の形態１にお
いて示した構成と同一の部材には、同一の符号を付記
し、その説明を省略する。

【００５９】本実施の形態にかかるディジタルスイッチ
ングアンプは、実施の形態１のディジタルスイッチング
アンプにおいて、入力アナログ信号Ｓ１の振幅レベルを
入力レベル検出部９により細かく入力レベル検出して、
定電圧制御部６によりパルス増幅器４でスイッチングを
行う定電圧Ｖの電圧レベルを細かく自動設定する構成で
ある。

【００６０】図１に示したように、上記ディジタルスイ
ッチングアンプは、入力端子１、差分積分器２、量子化
器３、パルス増幅器（電力増幅部）４、減衰器５、定電
圧制御部６、ローパスフィルタ７、出力端子８、入力レ
ベル検出部９を備えて構成されている。なお、上記の差
分積分器２と量子化器３とからデルタシグマ変調部ＡＤ
が構成されている。また、上記パルス増幅器４の出力信
号を上記差分積分器２の入力信号として負帰還させる帰
還回路ＦＣが構成されており、この帰還回路ＦＣ上に上
記減衰器５が設けられている。

【００６１】特に、本実施の形態にかかるディジタルス
イッチングアンプの定電圧制御部６には、第二定電圧制
御回路（定電圧制御回路）６ｂ（図６）が設けられてい
る。

【００６２】図６に示すように、上記第二定電圧制御回
路６ｂは、入力アナログ信号Ｓ１の振幅レベルを多段階
に検出した入力レベル検出部９の入力レベル検出信号Ｓ
９に基づいて、定電圧Ｖを多段階の電圧レベルＶ0 ，Ｖ
1 ，…，Ｖn （Ｖ0 ＞Ｖn ）から設定して、切り換え
る。すなわち、第二定電圧制御回路６ｂは、入力レベル
検出部９で入力アナログ信号Ｓ１の振幅レベルが最大入
力信号レベルであれば電圧レベルＶ0 を設定し、それ以
下の入力信号レベルはそれぞれ比例対応する電圧レベル
Ｖ1 ，…，Ｖn が設定される。これにより、定電圧制御
部６は、第二定電圧制御回路６ｂによって設定された電
圧レベルの定電圧Ｖを、定電圧信号Ｓ６としてパルス増
幅器４に供給する。

【００６３】例えば、入力レベル検出部９によって、ダ
イナミックレンジ９０ｄＢの信号を２ｄＢずつ検出して
入力レベル検出信号Ｓ９を出力すれば、定電圧制御部６
では、入力レベル検出信号Ｓ９の振幅レベルに比例対応
して４５通りの電圧レベルに定電圧Ｖを制御することが
できる。そして、定電圧Ｖの電圧レベルを細かく設定す
る程、音量差が滑らかになる。

【００６４】以上のように構成された上記ディジタルス
イッチングアンプの動作を説明すると、以下のとおりで
ある。

【００６５】上記ディジタルスイッチングアンプでは、
入力端子１にオーディオ信号などの入力アナログ信号Ｓ
１と、帰還回路ＦＣによって減衰器５を経て負帰還され
た帰還信号Ｓ５とを入力として、差分積分器２で二信号
間の差分値Ｓ１′を積分し、差分積分信号Ｓ２を生成す
る。量子化器３は、差分積分信号Ｓ２の極性を判定し
て、二値（１ビット）のディジタル信号である量子化出
力信号Ｓ３に変換する。

【００６６】また、入力アナログ信号Ｓ１は入力レベル
検出部９にも入力され、振幅レベルを細かく検出して、
振幅レベルに比例対応した電圧レベルの定電圧Ｖを、定
電圧制御部６で自動設定するように入力レベル検出信号
Ｓ９を出力する。定電圧制御部６は、第二定電圧制御回
路６ｂにおいて入力レベル検出信号Ｓ９に基づいて設定
された電圧レベルの定電圧信号Ｓ６を出力する。

【００６７】これにより、パルス増幅器４は、定電圧信
号Ｓ６による定電圧Ｖによって、量子化出力信号Ｓ３を
パルス増幅する。

【００６８】ローパスフィルタ７は、パルス増幅信号
（スイッチング信号）Ｓ４から不要な信号成分を除去し
て出力信号Ｓ７を出力端子８へ出力する。また、帰還回
路ＦＣにより、パルス増幅信号Ｓ４を減衰器５に入力し
て、帰還信号Ｓ５を差分積分器２に入力する。

【００６９】なお、減衰器５は、定電圧制御部６の第二
定電圧制御回路６ｂと連動して、定電圧Ｖの電圧レベル
に応じて、パルス増幅信号Ｓ４のフィードバック量を一
定に保つように調整するようになっている。例えば、パ
ルス増幅器４の定電圧Ｖの電圧レベルを大きくする方向
に変えると、それに連動して減衰器５は、パルス増幅信
号Ｓ４のフィードバック量を減らす方向に減衰量を調整
する。

【００７０】このように、定電圧調整でボリュームをコ
ントロールする場合には、増幅量（定電圧Ｖ）に応じて
減衰量を設定することにより、パルス増幅信号Ｓ４のフ
ィードバック量を定電圧Ｖの値によらず一定に保つこと
ができる。よって、定電圧Ｖの値が変化しても、量子化
出力信号Ｓ３に含まれるアナログ値は変化しない。

【００７１】以上のように、本実施の形態にかかるディ
ジタルスイッチングアンプは、入力レベル検出部９で入
力アナログ信号Ｓ１の振幅レベルを細かく多段階に検出
した入力レベル検出信号Ｓ９を出力し、定電圧制御部６
で入力レベル検出信号Ｓ９に基づいて入力アナログ信号
Ｓ１の振幅レベルに比例対応した多段階の電圧レベルを
定電圧Ｖに自動設定する構成である。

【００７２】このように、入力アナログ信号Ｓ１の振幅
レベルの検出レベルを細かくするとともに、定電圧Ｖの
電圧レベルを細かく設定することにより、聴感上での音
量差が滑らかになる。

【００７３】また、定電圧Ｖの電圧レベルを入力アナロ
グ信号Ｓ１の振幅レベルに応じて常に最適に自動設定す
ることができるため、電力効率を良くすることができる
とともに、入力アナログ信号Ｓ１の振幅レベルが小さい
ときのノイズを低減して、Ｓ／Ｎを改善することができ
る。

【００７４】〔実施の形態３〕本発明のさらに他の実施
の形態について図７から図９に基づいて説明すれば、以
下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施の形態１
およびに実施の形態２おいて示した構成と同一の部材に
は、同一の符号を付記し、その説明を省略する。

【００７５】本実施の形態にかかるディジタルスイッチ
ングアンプは、実施の形態１および実施の形態２のディ
ジタルスイッチングアンプにおいて、入力レベル検出部
９を設けず、定電圧Ｖの電圧レベルを無段階に設定でき
る第三定電圧制御回路（定電圧制御回路）６ｃを備えた
定電圧制御部６に対して、電圧レベルを手動設定するこ
とにより、音量の調節を行う構成である。

【００７６】図７に示すように、上記ディジタルスイッ
チングアンプは、入力端子１、差分積分器２、量子化器
３、パルス増幅器（電力増幅部）４、減衰器５、定電圧
制御部６、ローパスフィルタ７、出力端子８を備えて構
成されている。なお、上記の差分積分器２と量子化器３
とからデルタシグマ変調部ＡＤが構成されている。ま
た、上記パルス増幅器４の出力信号を上記差分積分器２
の入力信号として負帰還させる帰還回路ＦＣが構成され
ており、この帰還回路ＦＣ上に上記減衰器５が設けられ
ている。

【００７７】特に、本実施の形態にかかるディジタルス
イッチングアンプの定電圧制御部６には、第三定電圧制
御回路６ｃ（図８）が設けられている。

【００７８】図８に示すように、上記第三定電圧制御回
路６ｃは、一端が接地された可変抵抗３１を含んで構成
されている。第三定電圧制御回路６ｃは、可変抵抗３１
の抵抗値が手動設定されることにより、定電圧Ｖの電圧
レベルを０からＶ0 まで無段階に設定できる。これによ
り、定電圧制御部６は、第三定電圧制御回路６ｃによっ
て設定された電圧レベルの定電圧を、定電圧信号Ｓ６と
してパルス増幅器４に供給する。

【００７９】例えば、音量の調節を行うボリュームが可
変抵抗３１と連動している場合、ボリュームで電圧レベ
ルを設定することにより、入力アナログ信号Ｓ１の振幅
レベルは固定であっても、音量の調節を行うことができ
るとともに、音量の小さな時のノイズを低減することが
できる。

【００８０】ここで、図９に示すように、減衰器５は、
一方の端子が設置された可変抵抗３２を備え、抵抗分割
によりパルス増幅信号（スイッチング信号）Ｓ４のフィ
ードバックされる量を調整できるようになっている。さ
らに、可変抵抗３２は、定電圧制御部６の可変抵抗３１
と連動して、パルス増幅信号Ｓ４のフィードバック量を
一定に保つように設定されている。

【００８１】例えば、定電圧制御部６の可変抵抗３１と
減衰器５の可変抵抗３２とを２回路１パッケージに設け
ることができる。そして、パルス増幅器４の定電圧Ｖを
増やす方向に可変抵抗３１の抵抗値を変えると、それに
連動して帰還回路ＦＣ上の可変抵抗３２の抵抗値をパル
ス増幅信号Ｓ４のフィードバック量を減らす方向に変え
るように設定することができる。

【００８２】このように、定電圧調整でボリュームをコ
ントロールする場合には、増幅量（定電圧Ｖ）に応じて
減衰量（可変抵抗３２の抵抗値）を設定することによ
り、パルス増幅信号Ｓ４のフィードバック量を定電圧Ｖ
の値によらず一定に保つことができる。よって、定電圧
Ｖの値が変化しても、量子化出力信号Ｓ３に含まれるア
ナログ値は変化しない。

【００８３】以上のように、本実施の形態にかかるディ
ジタルスイッチングアンプは、定電圧制御部６が定電圧
Ｖの電圧レベルを無段階に設定可能である第三定電圧制
御回路６ｃを備えている構成である。

【００８４】これにより、定電圧Ｖの電圧レベルを入力
アナログ信号Ｓ１の振幅レベルに応じて常に最適に設定
することができるため、電力効率を良くすることができ
るとともに、入力アナログ信号Ｓ１の振幅レベルが小さ
いときのノイズを低減して、Ｓ／Ｎを改善することがで
きる。

【００８５】また、本実施の形態にかかるディジタルス
イッチングアンプは、定電圧制御部６における定電圧Ｖ
の電圧レベルの設定を手動によって行う構成である。

【００８６】これにより、入力アナログ信号Ｓ１を任意
の増幅率で増幅することができる。すなわち、音量の調
節を自在に行うことができる。ここで、入力アナログ信
号Ｓ１の振幅レベルを検出する必要なく、また、入力ア
ナログ信号Ｓ１の振幅レベルも固定でよい。例えば、ボ
リュームで電圧レベルを設定することによって、入力ア
ナログ信号Ｓ１の振幅レベルは固定で、音量の調整を行
うことができ、音量の小さな時のノイズを低減すること
ができる。

【００８７】なお、上述した実施の形態は本発明の範囲
を限定するものではなく、本発明の範囲内で種々の変更
が可能である。

【００８８】

【発明の効果】請求項１の発明のディジタルスイッチン
グアンプは、以上のように、入力アナログ信号をデルタ
シグマ変調して量子化出力信号を生成するデルタシグマ
変調部と、該量子化出力信号に基づいて定電圧印加をス
イッチングすることによりパルス増幅したスイッチング
信号を生成する電力増幅部とを有するディジタルスイッ
チングアンプにおいて、上記定電圧の電圧レベルを設定
する定電圧制御部が設けられている構成である。

【００８９】それゆえ、入力アナログ信号の振幅レベル
に対応して定電圧の電圧レベルを設定し、パルス増幅す
ることにより、電力効率を良くし、またＳ／Ｎを改善す
ることができるという効果を奏する。また、簡単な構成
で音量の調節を行うことが可能となるという効果を奏す
る。

【００９０】請求項２の発明のディジタルスイッチング
アンプは、以上のように、請求項１の構成に加えて、上
記定電圧制御部は、上記入力アナログ信号の振幅レベル
に比例して、上記定電圧の電圧レベルを設定する定電圧
制御回路を備えている構成である。

【００９１】それゆえ、請求項１の構成による効果に加
えて、電力増幅部において、振幅レベルが小さい入力ア
ナログ信号を低い電圧レベルの定電圧によってパルス増
幅することにより、入力アナログ信号の振幅レベルが小
さい時の電力効率を良くするとともに、ノイズを低減し
て、Ｓ／Ｎを改善することができるという効果を奏す
る。

【００９２】請求項３の発明のディジタルスイッチング
アンプは、以上のように、請求項１または２の構成に加
えて、上記入力アナログ信号の振幅レベルを検出して、
上記定電圧制御部が上記定電圧の電圧レベルを設定する
基準となる入力レベル検出信号を出力する入力レベル検
出部が設けられている構成である。

【００９３】それゆえ、請求項１または２の構成による
効果に加えて、定電圧の電圧レベルを入力アナログ信号
の振幅レベルに応じて自動設定することができる。した
がって、電力効率を良くすることができるとともに、入
力アナログ信号の振幅レベルが小さいときのノイズを低
減して、Ｓ／Ｎを改善することができるという効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図２および図６に示す定電圧制御回路を備えた
ディジタルスイッチングアンプの構成の概略を示すブロ
ック図である。

【図２】本発明の一実施の形態にかかるディジタルスイ
ッチングアンプの定電圧制御部に設けられる定電圧制御
回路の構成の概略を示す説明図である。

【図３】図２に示した定電圧制御回路を備えた図１のデ
ィジタルスイッチングアンプによって、１ｋＨｚサイン
波小信号を定電圧Ｖ0 でパルス増幅した時の信号レベル
およびノイズレベルの分布を示すグラフである。

【図４】図２に示した定電圧制御回路を備えた図１のデ
ィジタルスイッチングアンプによって、１ｋＨｚサイン
波小信号を定電圧Ｖ0 ／√８でパルス増幅した時の信号
レベルおよびノイズレベルの分布を示すグラフである。

【図５】図２に示した定電圧制御回路を備えた図１のデ
ィジタルスイッチングアンプによって、１ｋＨｚサイン
波小信号を定電圧Ｖ0 ／８でパルス増幅した時の信号レ
ベルおよびノイズレベルの分布を示すグラフである。

【図６】本発明の他の実施の形態にかかるディジタルス
イッチングアンプの定電圧制御部に設けられる定電圧制
御回路の構成の概略を示す説明図である。

【図７】図８に示す定電圧制御回路を備えたディジタル
スイッチングアンプの構成の概略を示すブロック図であ
る。

【図８】本発明のその他の実施の形態にかかるディジタ
ルスイッチングアンプの定電圧制御部に設けられる定電
圧制御回路の構成の概略を示す説明図である。

【図９】図７に示したディジタルスイッチングアンプの
減衰器の構成の概略を示す説明図である。

【図１０】従来の技術にかかるディジタルスイッチング
アンプの構成の概略を示すブロック図である。

【符号の説明】

ＡＤ デルタシグマ変調部 ４ パルス増幅器（電力増幅部） ６ 定電圧制御部 ６ａ 第一定電圧制御回路（定電圧制御回路） ６ｂ 第二定電圧制御回路（定電圧制御回路） ６ｃ 第三定電圧制御回路（定電圧制御回路） ９ 入力レベル検出部 Ｓ１ 入力アナログ信号 Ｓ３ 量子化出力信号 Ｓ４ パルス増幅信号（スイッチング信号） Ｓ９ 入力レベル検出信号 Ｖ 定電圧

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J064 AA02 BA03 BB02 BB07 BB12 BC08 BC11 BC16 BC19 BD02 5J091 AA01 AA24 AA41 CA36 CA41 FA02 HA26 HA29 HA33 KA15 KA17 KA23 KA31 KA32 KA42 KA53 MA13 SA05 TA01 TA03 5J092 AA01 AA24 AA41 CA36 CA41 FA02 GR01 HA26 HA29 HA33 KA15 KA17 KA23 KA31 KA32 KA42 KA53 MA13 SA05 TA01 TA03 VL08

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力アナログ信号をデルタシグマ変調して
   量子化出力信号を生成するデルタシグマ変調部と、該量
   子化出力信号に基づいて定電圧印加をスイッチングする
   ことによりパルス増幅したスイッチング信号を生成する
   電力増幅部とを有するディジタルスイッチングアンプに
   おいて、 上記定電圧の電圧レベルを設定する定電圧制御部が設け
   られていることを特徴とするディジタルスイッチングア
   ンプ。
2. 【請求項２】上記定電圧制御部は、上記入力アナログ信
   号の振幅レベルに比例して、上記定電圧の電圧レベルを
   設定する定電圧制御回路を備えていることを特徴とする
   請求項１記載のディジタルスイッチングアンプ。
3. 【請求項３】上記入力アナログ信号の振幅レベルを検出
   して、上記定電圧制御部が上記定電圧の電圧レベルを設
   定する基準となる入力レベル検出信号を出力する入力レ
   ベル検出部が設けられていることを特徴とする請求項１
   または２記載のディジタルスイッチングアンプ。