JP2005109590A - Switching amplifier circuit and class d amplifier for audio apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パルス幅変調方式に基づくスイッチング増幅回路に係り、特に、携帯オーディオ機器などのように低消費電力特性が求められる機器で使用されるD級増幅装置に関する。 The present invention relates to a switching amplifier circuit based on a pulse width modulation system, and more particularly to a class D amplifier used in a device that requires low power consumption characteristics such as a portable audio device.
一般にD級増幅装置(class-D amplifiers)と呼ばれているスイッチング増幅回路は、信号周波数よりも十分に高い周波数で変調されたパルス幅変調(PWM)信号を使用する。例えば、D級増幅装置では、一般にオーディオ帯域の上限周波数は20KHzであるのに対して、それよりも十分に高い250KHz以上のスイッチング周波数の変調用信号を用いてスイッチング動作をさせることにより信号が増幅される。D級増幅装置では、このように高い周波数でスイッチング動作をさせることにより、一般的なオーディオアンプに使用されているリニアアンプよりも高い電力効率を達成することが可能になる。このように高い電力効率が得られるD級増幅装置を携帯オーディオ機器などのような携帯型機器に採用することによって、動作温度の低減、電池寿命の延長、並びに、小型電源の採用による機器の大きさや重さの軽減等の様々な実用上及び応用上の利便性が得られる。そのため、従来、種々のD級増幅装置が提案されている。しかし、D級増幅装置は、スイッチング動作に伴ってノイズを発生することが欠点である。 Switching amplifier circuits, commonly referred to as class-D amplifiers, use pulse width modulated (PWM) signals that are modulated at a frequency sufficiently higher than the signal frequency. For example, in a class D amplifier, the upper limit frequency of the audio band is generally 20 KHz, but the signal is amplified by performing a switching operation using a modulation signal having a switching frequency of 250 KHz or higher, which is sufficiently higher than that. Is done. In the class D amplifying device, it is possible to achieve higher power efficiency than a linear amplifier used in a general audio amplifier by performing a switching operation at such a high frequency. By adopting such a class D amplification device with high power efficiency in portable equipment such as portable audio equipment, the operating temperature is reduced, the battery life is extended, and the size of the equipment is increased by adopting a small power source. Various practical and application conveniences such as reduction of sheath weight can be obtained. For this reason, various class D amplifiers have been proposed. However, the class D amplifier is disadvantageous in that it generates noise with the switching operation.
最も単純な構成によるD級増幅装置では、その出力状態は2値である。このため、特に、レベルの小さい信号が入力に供給された場合、信号対雑音比(SNR)が悪化する。また、D級増幅装置に振幅の小さい入力信号が供給された場合には、本来、出力として大きな電力が必要とされないにもかかわらず、D級増幅装置は2値の出力状態しか持たないので、大きな振幅の入力信号が供給されたときと同じ電力消費が必要になる、という欠点もある。 In the class D amplification device having the simplest configuration, the output state is binary. For this reason, the signal-to-noise ratio (SNR) deteriorates particularly when a low-level signal is supplied to the input. In addition, when an input signal having a small amplitude is supplied to the class D amplifier, the class D amplifier has only a binary output state even though large power is not originally required as an output. Another disadvantage is that the same power consumption as when a large amplitude input signal is supplied is required.
これらの欠点に関しては、D級増幅装置に時間遅延を導入することによってチャネルにクロストークが生じる可能性を低減することが提案されている(例えば、特許文献1を参照)。 Regarding these drawbacks, it has been proposed to reduce the possibility of crosstalk occurring in the channel by introducing a time delay in the class D amplifier (see, for example, Patent Document 1).
また、D級増幅装置のスイッチング動作に伴うノイズの発生を低減するために、スイッチング方式としてPWM変調以外のデルタシグマ変調回路を採用してパルス密度変調(PDM)信号で駆動する方式が提案されている(例えば、特許文献2を参照)。この方式では、オーバーサンプリングとPDM信号による駆動とを組み合わせることにより、スイッチング動作に伴うノイズを低減している。 In addition, in order to reduce the generation of noise associated with the switching operation of the class D amplifier, a method of driving with a pulse density modulation (PDM) signal using a delta-sigma modulation circuit other than PWM modulation as a switching method has been proposed. (For example, refer to Patent Document 2). In this method, the noise accompanying the switching operation is reduced by combining oversampling and driving by the PDM signal.
しかしながら、従来のPWM変調方式に基づくスイッチング増幅回路では、小信号入力時のノイズ発生は低減できるものの、電力消費が大きいという問題点を有する。具体的には、入力の信号振幅が小さくなる程、スイッチング用PWM信号のパルス幅のデューティ比(パルス幅とパルス繰り返し周期の比)が50%に近づく。つまり、2値の出力状態の電力を相殺することにより見かけ上の出力振幅が小さくなり、信号振幅の小さい出力動作が行われる。その結果として、入力の信号振幅が小さいにもかかわらず、出力駆動回路では一定の消費電力が生じてしまう。 However, the conventional switching amplifier circuit based on the PWM modulation method can reduce noise generation when a small signal is input, but has a problem that power consumption is large. Specifically, the duty ratio of the pulse width of the switching PWM signal (ratio of the pulse width to the pulse repetition period) approaches 50% as the input signal amplitude decreases. That is, by canceling the power in the binary output state, the apparent output amplitude is reduced, and an output operation with a small signal amplitude is performed. As a result, although the input signal amplitude is small, a constant power consumption occurs in the output drive circuit.
そこで、本発明は、上述のパルス幅変調方式に基づくスイッチング増幅回路の問題点に鑑みて、従来提案されている方式とは異なる新しい概念に基づいて、小信号入力時にノイズ発生の削減と電力消費の削減を実現するスイッチング増幅回路を提供することを主要な目的とする。 Therefore, in view of the problems of the switching amplifier circuit based on the above-described pulse width modulation method, the present invention is based on a new concept different from the conventionally proposed method and reduces noise generation and power consumption when inputting a small signal. It is a main object to provide a switching amplifier circuit that realizes a reduction in power consumption.
特に、本発明は、低消費電力特性が求められる携帯オーディオ機器用のD級増幅装置において、小信号入力時にノイズの発生の削減及び電力消費の削減を実現するD級増幅装置の提供することを目的とする。 In particular, the present invention provides a class D amplifying apparatus for portable audio equipment that requires low power consumption characteristics, and that realizes a reduction in noise generation and a reduction in power consumption when a small signal is input. Objective.
請求項1記載の本発明のスイッチング増幅装置は、入力信号とランプ波形信号を比較し、パルス幅変調信号を生成するパルス幅変調スイッチング信号生成手段と、生成された前記パルス幅変調信号の位相と基準位相信号の位相を比較し、位相差に応じたパルス幅信号を生成するパルス信号生成手段と、生成された前記パルス幅信号を電力増幅させる駆動用回路と、を有する。前記基準位相信号は、前記入力信号の振幅が小さくなるにつれて前記パルス幅変調信号との前記位相差が小さくなる位相信号である。これにより、小信号入力時には、パルス幅信号のパルス幅が狭くなり、スイッチングノイズの発生が削減され、同時に電力消費も削減できる。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a switching amplifying device comprising: a pulse width modulation switching signal generating means for comparing an input signal and a ramp waveform signal to generate a pulse width modulation signal; and a phase of the generated pulse width modulation signal; Pulse signal generation means for comparing the phases of the reference phase signals and generating a pulse width signal corresponding to the phase difference, and a drive circuit for amplifying the power of the generated pulse width signal. The reference phase signal is a phase signal in which the phase difference from the pulse width modulation signal decreases as the amplitude of the input signal decreases. Thereby, when a small signal is input, the pulse width of the pulse width signal is narrowed, the generation of switching noise is reduced, and at the same time, power consumption can be reduced.
請求項2に係る発明によれば、前記基準位相信号は、前記パルス幅変調信号と該基準位相信号の位相差が前記入力信号の振幅に比例するように調整される。これにより、入力信号の振幅に応じたパワーを出力することができる。 According to the second aspect of the invention, the reference phase signal is adjusted so that the phase difference between the pulse width modulation signal and the reference phase signal is proportional to the amplitude of the input signal. As a result, power corresponding to the amplitude of the input signal can be output.
請求項3に係る発明によれば、前記パルス信号生成手段は、前記パルス幅変調信号を受ける第1の入力と前記基準位相信号を受ける第2の入力を具備する位相比較器を含む。位相比較器を用いることによりパルス信号生成手段を容易に実現することができる。 According to a third aspect of the present invention, the pulse signal generation means includes a phase comparator having a first input for receiving the pulse width modulation signal and a second input for receiving the reference phase signal. By using the phase comparator, the pulse signal generating means can be easily realized.
請求項4に係る発明によれば、請求項1記載のスイッチング増幅回路は、スイッチング用発振器と、前記スイッチング用発振器の出力を受け、前記ランプ波形信号を生成するランプ波形発生器と、を更に有し、前記スイッチング用発振器の出力は前記基準位相信号として前記パルス信号生成手段に供給される。これにより、ランプ波形信号生成に使用されるスイッチング用発振器を基準位相信号の生成用に共用できるので、回路構成が簡単化できる。 According to a fourth aspect of the present invention, the switching amplifier circuit according to the first aspect further includes a switching oscillator and a ramp waveform generator that receives the output of the switching oscillator and generates the ramp waveform signal. The output of the switching oscillator is supplied to the pulse signal generating means as the reference phase signal. As a result, the switching oscillator used for generating the ramp waveform signal can be shared for generating the reference phase signal, so that the circuit configuration can be simplified.
請求項5に係る発明によれば、請求項1記載のスイッチング増幅回路は、前記ランプ波形信号を受ける第1の入力及び基準DC電圧信号を受ける第2の入力を具備し、前記ランプ波形信号と前記基準DC電圧信号を比較して前記基準位相信号を生成するコンパレータを更に有する。これにより、基準DC電圧信号の電圧レベルを調整することによって基準位相信号の位相を容易かつ精細に調整することができるようになる。 According to a fifth aspect of the present invention, the switching amplifier circuit according to the first aspect comprises a first input for receiving the ramp waveform signal and a second input for receiving a reference DC voltage signal, The apparatus further includes a comparator that compares the reference DC voltage signal to generate the reference phase signal. Thereby, the phase of the reference phase signal can be easily and finely adjusted by adjusting the voltage level of the reference DC voltage signal.
請求項6記載のスイッチング増幅回路は、特に、正側のパスと負側の一対のパスが設けられ、正側と負側の一対の駆動信号を出力することができるように構成されている。そのため、請求項6に係る発明によれば、スイッチング増幅回路は、入力信号とランプ波形信号を比較し、パルス幅変調信号を生成する正側と負側の一対のパルス幅変調スイッチング信号生成手段と、生成された前記パルス幅変調信号の位相と基準位相信号の位相を比較し、位相差に応じたパルス幅信号を生成する正側と負側の一対のパルス信号生成手段と、生成された前記パルス幅信号を電力増幅させる正側と負側の一対の駆動用回路と、を有し、前記基準位相信号は、前記入力信号の振幅が小さくなるにつれて前記パルス幅変調信号との前記位相差が小さくなる位相信号である。 The switching amplifier circuit according to claim 6 is provided with a pair of paths on the positive side and a pair on the negative side so as to output a pair of drive signals on the positive side and the negative side. Therefore, according to the sixth aspect of the invention, the switching amplifier circuit compares the input signal with the ramp waveform signal, and generates a pair of positive and negative pulse width modulation switching signal generating means for generating a pulse width modulation signal. A pair of positive and negative pulse signal generating means for comparing the phase of the generated pulse width modulation signal with the phase of the reference phase signal and generating a pulse width signal according to the phase difference; A pair of driving circuits on the positive side and the negative side that amplify the power of the pulse width signal, and the phase difference between the reference phase signal and the pulse width modulation signal decreases as the amplitude of the input signal decreases. The phase signal is reduced.
このように、スイッチング増幅回路に正側と負側の一対のパスを設けることにより、特に、基準位相信号として、スイッチング用発振器の出力、又は、基準DC電圧信号の他に、相補パルス幅変調信号を利用して、基準位相信号の位相を微調整することが可能になる。そのため、請求項11に係る発明によれば、スイッチング増幅回路は、スイッチング用発振器と、前記スイッチング用発振器の出力を受け、前記ランプ波形信号として正と負の一対のランプ波形信号を生成するランプ波形発生器と、を更に有する。そして、前記正側のパルス幅変調スイッチング手段は、前記正と負の一対のランプ波形信号のうちの一方を受け、第1のパルス幅変調信号を生成し、前記負側のパルス幅変調スイッチング手段は、前記正と負の一対のランプ波形信号のうちのもう一方を受け、前記第1のパルス幅変調信号に対して相補的な第2のパルス幅変調信号を生成し、前記正側のパルス信号生成手段は、前記パルス幅変調信号として前記第1のパルス幅変調信号を受け、前記基準位相信号として前記第2のパルス幅変調信号を受け、前記負側のパルス信号生成手段は、前記パルス幅変調信号として前記第2のパルス幅変調信号を受け、前記基準位相信号として前記第1のパルス幅変調信号を受ける。 Thus, by providing a pair of positive and negative paths in the switching amplifier circuit, in particular, as a reference phase signal, in addition to the output of the switching oscillator or the reference DC voltage signal, a complementary pulse width modulation signal Can be used to finely adjust the phase of the reference phase signal. Therefore, according to the invention of claim 11, the switching amplifier circuit receives the switching oscillator and the output of the switching oscillator and generates a pair of positive and negative ramp waveform signals as the ramp waveform signal. And a generator. The positive side pulse width modulation switching means receives one of the positive and negative ramp waveform signals, generates a first pulse width modulation signal, and the negative side pulse width modulation switching means. Receives the other of the positive and negative pair of ramp waveform signals, generates a second pulse width modulation signal complementary to the first pulse width modulation signal, and generates the positive pulse The signal generation means receives the first pulse width modulation signal as the pulse width modulation signal, receives the second pulse width modulation signal as the reference phase signal, and the negative pulse signal generation means receives the pulse The second pulse width modulation signal is received as a width modulation signal, and the first pulse width modulation signal is received as the reference phase signal.
更に、スイッチング増幅回路において、入力信号の振幅に対応した位相差に応じたパルス信号を生成する回路を設けることにより、小信号入力時にスイッチングノイズの発生と電力消費を削減するというアイデアは、オーディオ機器用のD級増幅器において具現化することができる。そのため、請求項12記載されたオーディオ機器用のD級増幅器は、増幅されたオーディオ信号とランプ波形信号を比較し、パルス幅変調信号を生成する正側と負側の一対のパルス幅変調スイッチング信号生成手段と、生成された前記パルス幅変調信号の位相と基準位相信号の位相を比較し、位相差に応じたパルス幅信号を生成する正側と負側の一対のパルス信号生成手段と、生成された前記パルス幅信号を電力増幅させる正側と負側の一対の駆動用回路と、スピーカーの正側端子と負側端子に供給される信号を発生するため、上記正側と負側の一対の駆動用回路にそれぞれ接続され、電力増幅された信号の高周波成分を除去する正側と負側の一対のフィルタ回路と、を有し、前記基準位相信号は、前記入力信号の振幅が小さいときに前記パルス幅変調信号との前記位相差が小さくなる位相信号である。 Furthermore, the idea of reducing switching noise generation and power consumption when a small signal is input by providing a circuit that generates a pulse signal corresponding to the phase difference corresponding to the amplitude of the input signal in the switching amplifier circuit is an audio device. It can be embodied in a class D amplifier. Therefore, the class D amplifier for audio equipment according to claim 12 compares the amplified audio signal and the ramp waveform signal, and generates a pair of positive and negative pulse width modulation switching signals for generating a pulse width modulation signal. Generating means, a pair of positive and negative pulse signal generating means for comparing the phase of the generated pulse width modulation signal and the phase of the reference phase signal and generating a pulse width signal according to the phase difference, and generating A pair of positive and negative driving circuits for amplifying the power of the pulse width signal and a signal supplied to the positive and negative terminals of the speaker. And a pair of filter circuits on the positive side and the negative side that remove high frequency components of the power-amplified signal, respectively, and the reference phase signal has a small amplitude of the input signal The above The phase difference between the width modulation signal is a phase signal becomes smaller.
また、請求項12記載のオーディオ機器用のD級増幅装置を二つ以上組み合わせることにより、ステレオ・オーディオ機器用のD級増幅装置を構成することが可能である。そこで、請求項18に係る発明は、第1のD級増幅装置及び第2のD級増幅装置を含むステレオ・オーディオ機器用のD級増幅装置であって、前記第1のD級増幅装置及び前記第2のD級増幅装置は、それぞれ、増幅されたオーディオ信号とランプ波形信号を比較し、パルス幅変調信号を生成する正側と負側の一対のパルス幅変調スイッチング信号生成手段と、生成された前記パルス幅変調信号の位相と基準位相信号の位相を比較し、位相差に応じたパルス幅信号を生成する正側と負側の一対のパルス信号生成手段と、生成された前記パルス幅信号を電力増幅させる正側と負側の一対の駆動用回路と、スピーカーの正側端子と負側端子に供給される信号を発生するため、上記正側と負側の一対の駆動用回路にそれぞれ接続され、電力増幅された信号の高周波成分を除去する正側と負側の一対のフィルタ回路と、を有し、前記基準位相信号は、前記オーディオ信号の振幅が小さいときに前記パルス幅変調信号との前記位相差が小さくなる位相信号である。 Further, by combining two or more class D amplifiers for audio equipment according to claim 12, it is possible to configure a class D amplifier for stereo audio equipment. Accordingly, an invention according to claim 18 is a class D amplifying device for stereo audio equipment including a first class D amplifying device and a second class D amplifying device, wherein the first class D amplifying device and The second class D amplifying device compares the amplified audio signal and the ramp waveform signal, and generates a pair of positive and negative pulse width modulation switching signal generation means for generating a pulse width modulation signal, A pair of positive and negative pulse signal generation means for comparing the phase of the generated pulse width modulation signal with the phase of the reference phase signal and generating a pulse width signal corresponding to the phase difference, and the generated pulse width In order to generate a pair of positive and negative drive circuits for amplifying the signal and a signal supplied to the positive and negative terminals of the speaker, the pair of drive circuits on the positive and negative sides are generated. Each connected and power amplified A pair of filter circuits on the positive side and negative side that remove high-frequency components of the signal, and the reference phase signal has a small phase difference from the pulse width modulation signal when the amplitude of the audio signal is small This is a phase signal.
本発明によれば、オーディオ機器用のD級増幅装置のようなPWM変調方式に基づくスイッチング増幅回路において、小信号入力時のスイッチングノイズの発生を低減することができるとともに、電力消費を削減することができる。 According to the present invention, in a switching amplifier circuit based on a PWM modulation method such as a class D amplifier for audio equipment, it is possible to reduce the generation of switching noise when a small signal is input and to reduce power consumption. Can do.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。尚、添付図面を通じて、同じ構成要素若しくは機能には、同じ参照番号が付されている。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Throughout the accompanying drawings, the same reference numerals are assigned to the same components or functions.
[本発明の原理の説明]
最初に、入力の信号振幅に応じたパルスを位相比較器で発生するという本発明の原理の説明するための前提となる従来の代表的なオーディオ機器用のD級増幅装置について説明する。
[Description of Principle of the Present Invention]
First, a conventional typical class D amplifying apparatus for audio equipment, which is a premise for explaining the principle of the present invention in which a pulse corresponding to an input signal amplitude is generated by a phase comparator, will be described.
図1は、従来の代表的なオーディオ機器用のD級増幅装置100のブロック図である。一般に、D級増幅装置100は、スイッチング用発振器120と、スイッチング用発振器120の出力121が供給されるランプ波形発生器122とを内蔵している。コンプリメンタリー・プッシュプル型のD級増幅装置100に入力されたオーディオ信号101は、一方のフィードバック増幅装置(積分アンプ)110で増幅された後に、コンパレータ130へ供給される。コンパレータ130は、増幅されたオーディオ信号をランプ波形発生器122の出力信号123と比較し、PWMスイッチング信号132を生成する。PWMスイッチング信号132は、スピーカー駆動用のハーフHブリッジ回路140へ供給され、ハーフHブリッジ回路140で電力増幅されて、正側のスピーカー用出力151へ供給される。同様に、オーディオ信号101は、もう一方のフィードバック増幅装置111で増幅され、コンパレータ131へ供給される。コンパレータ131は、増幅されたオーディオ信号をランプ波形発生器122の出力信号123と比較し、PWMスイッチング信号133を生成する。PWMスイッチング信号133はPWMスイッチング信号133に対して相補的なPWM信号である。PWMスイッチング信号133は、スピーカー駆動用のハーフHブリッジ回路141へ供給され、ハーフHブリッジ回路141で電力増幅されて、負側のスピーカー用出力152へ供給される。ハーフHブリッジ回路140及び141とスピーカー用出力151及び152の間には、高周波成分を除去するフィルタを設けてもよい。
FIG. 1 is a block diagram of a conventional class
図2は、従来の代表的なオーディオ機器用のD級増幅装置100の主要な信号のタイミング図である。図2には、スイッチング用発振器120の出力121と、ランプ波形発生器122の出力信号123と、振幅の小さいオーディオ信号101の関係、並びに、コンパレータ130及び131で比較された後のPWMスイッチング信号132及び133のタイミングの関係が示されている。例えば、PWMスイッチング信号132の立ち下がりは、ランプ波形発生器122の出力信号123がオーディオ信号101を下から上へ横切る時点と一致し、PWMスイッチング信号132の立ち上がりは、ランプ波形発生器122の出力信号123がオーディオ信号101を上から下へ横切る時点と一致する。同図から分かるように、入力されたオーディオ信号101の振幅は小さいにもかかわらず、生成されるPWMスイッチング信号132及び133は、パルス幅の広い信号であり、出力駆動回路では一定の電力消費が生じる。出力駆動回路へ供給される信号のパルス幅が広くなると、出力駆動回路での電力消費が増大する。
FIG. 2 is a timing diagram of main signals of a conventional
図3は、オーディオ信号101として0Vの直流信号が入力された場合に、オーディオ信号101とランプ波形発生器122の出力信号123の関係、並びに、ランプ発生用のスイッチング用発振器120の出力121とPWMスイッチング信号132及び133のタイミング関係を示す図である。同図から分かるように、オーディオ信号101として0Vの直流信号が入力された場合、発振器120の出力121とPWMスイッチング信号132は位相差が0度の位相関係になり、発振器120の出力121とPWMスイッチング信号133は位相差が180度の位相関係になる。
FIG. 3 shows the relationship between the
図4Aは、オーディオ信号101として振幅αVの直流信号が入力された場合に、オーディオ信号101とランプ波形発生器122の出力信号123の関係、並びに、ランプ発生用のスイッチング用発振器120の出力121とPWMスイッチング信号132及び133のタイミング関係を示す図である。図4Bは、オーディオ信号101として振幅−αVの直流信号が入力された場合に、オーディオ信号101とランプ波形発生器122の出力信号123の関係、並びに、ランプ発生用のスイッチング用発振器120の出力121とPWMスイッチング信号132及び133のタイミング関係を示す図である。
FIG. 4A shows the relationship between the
図4Aには、入力されたオーディオ信号101の振幅αに応じて、PWMスイッチング信号132の位相がφだけ進む様子が示されている。PWMスイッチング信号132は、ランプ波形発生器122の出力信号123がオーディオ信号101(振幅αV)を下から上へ横切る時点で立ち下がり、ランプ波形発生器122の出力信号123がオーディオ信号101を上から下へ横切る時点で立ち上がる。その結果として、PWMスイッチング信号132の位相は、スイッチング用発振器120の出力121よりもφだけ進むことになる。
FIG. 4A shows how the phase of the PWM switching signal 132 advances by φ in accordance with the amplitude α of the
同様に、図4Bには、入力されたオーディオ信号101の振幅−αに応じて、PWMスイッチング信号132の位相が−φだけ遅れる様子が示されている。PWMスイッチング信号132は、ランプ波形発生器122の出力信号123がオーディオ信号101(振幅−αV)を上から下へ横切る時点で立ち上がり、ランプ波形発生器122の出力信号123がオーディオ信号101を下から上へ横切る時点で立ち下がる。その結果として、PWMスイッチング信号132の位相は、スイッチング用発振器120の出力121よりも−φだけ遅れることになる。
Similarly, FIG. 4B shows a state in which the phase of the
よって、図4Aに示されたPWMスイッチング信号132の位相は、振幅αに応じて発振器120の出力の位相よりもφだけ進み、図4Bに示されたPWMスイッチング信号132の位相は、振幅−αに応じて発振器120の出力の位相よりも−φだけ遅れる。そして、入力信号の振幅を−αから+αまで変化させると、PWMスイッチング信号132の位相と発振器120の出力の位相の間の位相差は、振幅の一次関数として−φから+φまで変化することが分かる。このように、発振器120の出力121とPWMスイッチング信号132の位相関係は、両者の位相差が入力されるオーディオ信号101の振幅の一次関数として表されるような関係である。発振器120の出力121と相補的なPWMスイッチング信号133との間にも同様の位相関係が存在することは明らかであろう。
Therefore, the phase of the
本発明は、PWMスイッチング信号に対して発振器120の出力121のような位相関係を有する基準位相信号を採用し、位相比較器を使用して、この基準位相信号とPWMスイッチング信号の位相を比較することにより、入力されたオーディオ信号の振幅に応じたパルス幅の信号を発生することが可能である、という原理に基づいている。
The present invention employs a reference phase signal having a phase relationship such as the
[実施例1の作用効果]
本発明の実施例1では、位相比較器を用いて、発振器120の出力、即ち、ランプ波形発生器122に与えられる基準位相信号121と、PWMスイッチング信号132及び133の位相を比較し、入力されたオーディオ信号の振幅αに応じたパルス幅のパルス信号を発生し、発生されたパルス信号で出力駆動回路、例えば、ハーフHブリッジ回路140及び141を駆動することにより、
(1)入力されたオーディオ信号101の振幅が小さい場合に、パルス幅を小さくするように制御することが可能であり、出力駆動回路において信号入力の振幅に従った電力消費の削減が可能になり、
(2)小信号入力時のスイッチングノイズの低減が可能であり、信号対雑音比の低減が期待できる。
[Effects of Example 1]
In Embodiment 1 of the present invention, the phase comparator is used to compare the output of the
(1) When the amplitude of the
(2) Switching noise can be reduced when a small signal is input, and a reduction in the signal-to-noise ratio can be expected.
[実施例1と従来技術の対比]
既に説明したように、スイッチングノイズをクロストークの問題として取り扱い、スイッチングノイズを低減することが米国特許第6,262,632号明細書に記載されている。ここでは、この米国特許第6,262,632号明細書に記載されたD級増幅装置と、本発明の実施例1によるスイッチング増幅回路の相違を説明する。
[Comparison between Example 1 and prior art]
As already described, it is described in US Pat. No. 6,262,632 that switching noise is treated as a problem of crosstalk and switching noise is reduced. Here, the difference between the class D amplifier described in the specification of US Pat. No. 6,262,632 and the switching amplifier circuit according to the first embodiment of the present invention will be described.
図5は、米国特許第6,262,632号で提案されている従来のD級増幅装置500のブロック図である。図5に記載されたD級増幅装置500は、図1に記載された従来の代表的なオーディオ機器用のD級増幅器100と類似しているが、ランプ波形発生器122の出力には、相補出力信号123及び124が得られ、コンパレータ130とコンパレータ131に相補出力信号が供給される点で相違している。また、米国特許第6,262,632号明細書には、一方のコンパレータへのランプ出力に遅延を導入すること、或いは、コンパレータ40と42で遅延を生じさせるためにオフセットスイッチングを使用すること、が記載されている。しかし、米国特許第6,262,632号に記載された種々のD級増幅装置は、上述の本発明の実施例1の構成、即ち、発振器120の出力121と、PWMスイッチング信号132及び133の位相を比較し、入力されたオーディオ信号の振幅αに応じたパルス幅のパルス信号を発生し、発生されたパルス信号でハーフHブリッジ回路140及び141を駆動する、という構成を具備していない。
FIG. 5 is a block diagram of a conventional
[実施例1の構成]
図6は、本発明の実施例1によるスイッチング増幅回路600のブロック図である。本発明の実施例1によるスイッチング増幅回路600は、上述のように、発振器の出力とPWMスイッチング信号の位相関係に着目し、位相比較器を使用して、発振器の出力とPWMスイッチング信号の位相を比較することにより、入力信号の振幅に応じたパルス幅の信号を発生することが可能になる、というアイデアに基づいて構成されている。スイッチング増幅回路600は、スイッチング用発振器120と、スイッチング用発振器120の出力121が供給されるランプ波形発生器122とを含む。スイッチング増幅器600に入力されたダイナミックレンジの広い信号、例えば、低周波信号であるオーディオ信号101は、一方のフィードバック増幅装置(積分アンプ)110で増幅された後に、コンパレータ130の非反転入力へ供給される。コンパレータ130は、増幅されたオーディオ信号を、反転入力へ供給されたランプ波形発生器122の出力信号123と比較し、PWMスイッチング信号132を生成する。同様に、オーディオ信号101は、もう一方のフィードバック増幅装置111で増幅され、コンパレータ131の反転入力へ供給される。コンパレータ131は、増幅されたオーディオ信号を、非反転入力へ供給されたランプ波形発生器122の出力信号123と比較し、PWMスイッチング信号133を生成する。PWMスイッチング信号133はPWMスイッチング信号132に対して相補的なPWM信号である。
[Configuration of Example 1]
FIG. 6 is a block diagram of the switching
スイッチング増幅回路600は、発振器120の出力とPWMスイッチング信号132及び133の位相を比較することにより、入力信号の振幅に応じたパルス幅の信号を発生する位相比較器610及び611を含む。位相比較器610は、PWMスイッチング信号132と、スイッチング用発振器120の出力121の位相を比較し、位相差に比例したパルス幅の信号612a及び612bを発生する。上述のように、この位相差に比例したパルス幅は、スイッチング増幅回路600の入力の信号振幅に比例していることに注意する必要がある。信号612a及び612bは、例えば、スピーカー駆動用のハーフHブリッジ回路140へ供給され、ハーフHブリッジ回路140で電力増幅されて、出力151へ供給される。同様に位相比較器611は、PWMスイッチング信号133と、スイッチング用発振器120の出力121の位相を比較し、位相差、即ち、スイッチング増幅回路600の入力の信号振幅に比例したパルス幅の信号613a及び613bを発生する。信号613a及び613bは、例えば、スピーカー駆動用のハーフHブリッジ回路141へ供給され、ハーフHブリッジ回路141で電力増幅されて、出力152へ供給される。
The switching
図7は、本発明の実施例1で使用される位相比較器の一例の回路図である。同図では、図6の位相比較器610及び611は、共に位相比較器700として示されている。位相比較器700で位相を比較される第1の信号Φx710及び第2の信号Φy711は、それぞれ、入力が電源に接続されたリセット付きのDタイプフリップフロップ720及び721のクロック端子に供給される。各Dタイプフリップフロップ720及び721の出力Q740及び741は、NAND論理演算部730に供給され、NAND論理演算の結果が各Dタイプフリップフロップ720及び721のリセット端子Rに供給される。本発明の実施例1では、位相比較器700の第1の信号Φxはコンパレータからのスイッチング信号である。また、位相比較器700への基準位相信号である第2の信号Φy711は、本例では、スイッチング用発振器120からの出力121である。図6の位相比較器610に対応する位相比較器700の二つの出力OUTa及びOUTbは、図6のスイッチング増幅装置600内の後段のハーフHブリッジ回路140へ信号612a及び612bとして供給される。同様に、図6の位相比較器611に対応する位相比較器700の二つの出力OUTa及びOUTbは、図6のスイッチング増幅装置600内の後段のハーフHブリッジ回路141へ信号613a及び613bとして供給される。尚、位相比較器700は、本発明の種々の実施例で使用できる位相比較器の一例にすぎず、本発明を限定するものではない。
FIG. 7 is a circuit diagram of an example of a phase comparator used in Embodiment 1 of the present invention. In the figure, both
図8A及び8Bは、本発明の実施例1において、位相比較器の出力612a及び612bと、入力信号101と、PWMスイッチング信号132及び133と、基準位相信号121の関係を表すタイミングチャートである。図8Aは、入力信号の大きさが0Vの場合のこれらの信号の関係を表し、図8Bは、入力信号の大きさが+αVである場合のこれらの信号の関係を表す。
8A and 8B are timing charts showing the relationship among the
図8Aから分かるように、スイッチング増幅回路600に入力された信号の振幅が小さい場合(0Vである場合)、基準位相信号121とPWMスイッチング信号132との間には位相差が無いので、位相比較器610の出力612a及び612bのレベルは小さくなり、スイッチングノイズの発生が回避され、負荷での電力消費量も低減される(0になる)ことが分かる。
As can be seen from FIG. 8A, when the amplitude of the signal input to the switching
一方、図8Bに示されるように、スイッチング増幅回路600に入力された信号の振幅が大きい場合(+αVである場合)、PWMスイッチング信号132は、基準位相信号121よりも位相がφだけ進んでいるので、位相比較器610の出力612aには、位相差に対応した出力が発生し、この出力をハーフHブリッジ回路140に供給することによって負荷で大きな出力を得ることができる。
On the other hand, as shown in FIG. 8B, when the amplitude of the signal input to the switching
図9は、本発明の実施例1で使用されるランプ波形発生器の一例の回路図である。同図では、図6のランプ波形発生器122は、全体としてランプ波形発生器900として示されている。ランプ波形発生器900は、クロック信号CLKに従って、充電側電流源901又は放電側電流源902と充放電用容量904を接続して、ランプ波形を発生する。ここで、充電側電流源901又は放電側電流減902への切り替えは、スイッチ903により行われる。そして、ランプ波形の出力は、電圧フォロワ接続された出力アンプ905により行われる。なお、ランプ波形発生器900は、本発明の種々の実施例で使用できるランプ波形発生器の一例にすぎず、本発明を限定するものではない。
FIG. 9 is a circuit diagram of an example of a ramp waveform generator used in the first embodiment of the present invention. In this figure, the
尚、以上で説明した実施例1は本発明を実施するための最良の形態の一つにすぎず、本発明はその趣旨を逸脱しない限り種々変形して実施可能である。 In addition, Example 1 demonstrated above is only one of the best forms for implementing this invention, and this invention can be implemented in various deformation | transformation, unless it deviates from the meaning.
次に、本発明の実施例2によるスイッチング増幅回路を説明する。図10は、本発明の実施例2によるスイッチング増幅回路1000の構成図である。本発明の実施例2によるスイッチング増幅回路1000は、上述のように、基準位相信号とPWMスイッチング信号の位相関係に着目し、位相比較器を使用して、基準位相信号とPWMスイッチング信号の位相を比較することにより、入力信号の振幅に応じたパルス幅の信号を発生する。但し、この実施例2によれば、基準位相信号として、コンパレータ1010において、ランプ波形発生器122の出力信号123と基準DC電圧源711からの出力電位Vxを比較して得られた基準位相信号1012を利用する点で、上述の実施例1と相違している。
Next, a switching amplifier circuit according to Embodiment 2 of the present invention will be described. FIG. 10 is a configuration diagram of the switching
実施例2によるスイッチング増幅回路1000は、実施例1によるスイッチング増幅回路600と同様に、スイッチング用発振器120と、スイッチング用発振器120の出力121が供給されるランプ波形発生器122とを含む。スイッチング増幅回路1000に入力されたダイナミックレンジの広い信号、例えば、低周波信号であるオーディオ信号101は、一方のフィードバック増幅装置(積分アンプ)110で増幅された後に、コンパレータ130の非反転入力へ供給される。コンパレータ130は、増幅されたオーディオ信号を、反転入力へ供給されたランプ波形発生器122の出力信号123と比較し、PWMスイッチング信号132を生成する。同様に、オーディオ信号101は、もう一方のフィードバック増幅装置111で増幅され、コンパレータ131の反転入力へ供給される。コンパレータ131は、増幅されたオーディオ信号を、非反転入力へ供給されたランプ波形発生器122の出力信号123と比較し、PWMスイッチング信号133を生成する。PWMスイッチング信号133はPWMスイッチング信号132に対して相補的なPWM信号である。
Similar to the switching
本発明の実施例2によるスイッチング増幅回路1000は、ランプ波形発生器122の出力信号123と基準DC電圧源1011からの出力電位Vxを比較して基準位相信号1012を生成するコンパレータ1010を更に含む。即ち、基準位相信号は、ランプ波形が基準DC電圧源1011の出力電位Vxを横切る電圧で、矩形波の基準位相信号1012として作り直される。位相比較器610は、PWMスイッチング信号132と基準位相信号1012の位相を比較し、位相差に比例したパルス幅の信号612a及び612bを発生する。上述のように、基準位相信号1012は、この位相差に比例したパルス幅がスイッチング増幅回路1000の入力の信号振幅に比例するように設定される。信号612a及び612bは、例えば、スピーカー駆動用のハーフHブリッジ回路140へ供給され、ハーフHブリッジ回路140で電力増幅されて、出力151へ供給される。同様に位相比較器611は、PWMスイッチング信号133と基準位相信号1012の位相を比較し、位相差、即ち、スイッチング増幅回路1000の入力の信号振幅に比例したパルス幅の信号613a及び613bを発生する。信号613a及び613bは、例えば、スピーカー駆動用のハーフHブリッジ回路141へ供給され、ハーフHブリッジ回路141で電力増幅されて、出力152へ供給される。
The switching
本発明の実施例2では、基準DC電圧源1011の出力電位Vxを変化させることによって、基準DC電圧源1011の出力電位Vxをランプ信号123と比較して得られる基準位相信号1012の位相を容易に変化させることができるようになる。これにより、入力の信号振幅に比例したパルス幅をもつ信号612及び613の振幅をアナログ的に微調整することが可能になるので、本発明の第2実施例によれば、オーディオ等で要求される微妙な音色の調整を行える。
In the second embodiment of the present invention, the phase of the
本発明の実施例2のスイッチング増幅回路1000で使用される位相比較器610及び611は、図7を参照して説明した本発明の実施例1によるスイッチング増幅回路で使用される位相比較器によって実現できるが、その例に限定されるものではない。また、スイッチング増幅回路1000で使用されるランプ波形発生器122は、図9を参照して説明した本発明の実施例1によるスイッチング増幅回路で使用されるランプ波形発生器によって実現できるが、その例に限定されるものではない。
The
尚、以上で説明した実施例2は本発明を実施するための最良の形態の一つにすぎず、本発明はその趣旨を逸脱しない限り種々変形して実施可能である。 In addition, Example 2 demonstrated above is only one of the best forms for implementing this invention, and this invention can be implemented in various deformation | transformation, unless it deviates from the meaning.
次に、本発明の実施例3によるスイッチング増幅回路を説明する。図11は、本発明の実施例3によるスイッチング増幅回路1100の構成図である。本発明の実施例3によるスイッチング増幅回路1100は、上述のように、基準位相信号とPWMスイッチング信号の位相関係に着目し、位相比較器を使用して、基準位相信号とPWMスイッチング信号の位相を比較することにより、入力信号の振幅に応じたパルス幅の信号を発生する。但し、この実施例3によれば、コンパレータ130に供給されるランプ波形信号とコンパレータ131に供給されるランプ波形信号は相互に反転の関係にあり、かつ、位相比較器610の基準位相信号としてコンパレータ131から出力されたPWMスイッチング信号1133が供給され、位相比較器611の基準位相信号としてコンパレータ130から出力されたPWMスイッチング信号1132が供給される点で、上述の実施例1と相違している。
Next, a switching amplifier circuit according to Embodiment 3 of the present invention will be described. FIG. 11 is a configuration diagram of the switching
ダイナミックレンジの広い低周波信号、例えば、オーディオ信号101は、フィードバック増幅装置110で増幅された後にコンパレータ130の非反転入力へ供給されると共に、フィードバック増幅装置111で増幅された後にコンパレータ131の反転入力へ供給される。ランプ波形発生器1122は、スイッチング用発振器120からの出力121に基づいて、相補的なランプ波形信号1123及びランプ波形信号1124を生成する。コンパレータ130は、増幅されたオーディオ信号とランプ波形信号1123を比較し、PWMスイッチング信号1132を生成する。コンパレータ131は、増幅されたオーディオ信号とランプ波形信号1124を比較し、PWMスイッチング信号1133を生成する。
A low-frequency signal having a wide dynamic range, for example, the
位相比較器610は、相補的なPWMスイッチング信号1132と1133の相互の位相を比較し、入力されたオーディオ信号101の信号振幅に比例したパルス幅の信号612a及び612bを発生する。同様に、位相比較器611は、相補的なPWMスイッチング信号1133と1132の相互の位相を比較し、入力されたオーディオ信号101の信号振幅に比例したパルス幅の信号613a及び613bを発生する。相補ランプ波形信号1123及び1124は、位相比較器610及び611の出力信号のパルス幅がオーディオ信号101の信号振幅に比例するように調整される。
The
信号612a及び612bは、例えば、スピーカー駆動用のハーフHブリッジ回路140へ供給され、ハーフHブリッジ回路140で電力増幅されて、出力151へ供給される。同様に、信号613a及び613bは、例えば、スピーカー駆動用のハーフHブリッジ回路141へ供給され、ハーフHブリッジ回路141で電力増幅されて、出力152へ供給される。
The
この実施例3では、PWMスイッチング信号1132及び1133は、増幅されたオーディオ信号と、ランプ波形発生器1122の相補出力信号1123及び1124との比較によって生成される。したがって、ランプ波形発生器1122の相補出力信号1123及び1124の振幅と位相を独立に制御することによって、入力の信号振幅に比例したパルス幅の信号612a及び612bと613a及び613bの振幅を独立に制御できるようになるので、オーディオ等で要求される微妙な音色の調整を行える。
In this third embodiment, the PWM switching signals 1132 and 1133 are generated by comparing the amplified audio signal with the
図12A及び12bは、本発明の実施例3の動作を説明する図であり、図12Aには、入力信号がαVである場合に、入力された振幅αに応じて相補PWMスイッチング信号に位相差φが生じる様子が示され、図12Bには、入力信号が0Vである場合に、入力された0V振幅に応じて相補PWMスイッチング信号の位相差が0になる様子が示されている。 12A and 12b are diagrams for explaining the operation of the third embodiment of the present invention. FIG. 12A shows the phase difference of the complementary PWM switching signal according to the input amplitude α when the input signal is αV. FIG. 12B shows a state in which the phase difference of the complementary PWM switching signal becomes zero according to the input 0V amplitude when the input signal is 0V.
図12Aでは、振幅がαVの入力信号101と、ランプ波形信号1123及び1124を比較すると、入力信号101がランプ波形信号1123よりも大きくなる期間とPWMスイッチング信号1132のパルス幅が対応し、入力信号101がランプ波形信号1124よりも小さくなる期間とPWMスイッチング信号1133のパルス幅が対応する。同図から分かるように、PWMスイッチング信号1132の位相はPWMスイッチング信号1133の位相よりもφだけ進んでいる。
In FIG. 12A, when the
同様に、図12Bでは、振幅が0Vの入力信号101と、ランプ波形信号1123及び1124を比較すると、入力信号101がランプ波形信号1123よりも大きくなる期間とPWMスイッチング信号1132のパルス幅が対応し、入力信号101がランプ波形信号1124よりも小さくなる期間とPWMスイッチング信号1133のパルス幅が対応する。同図から分かるように、PWMスイッチング信号1132の位相とPWMスイッチング信号1133の位相の位相差φは0である。
Similarly, in FIG. 12B, when the
入力信号101の振幅を−αVから0Vを経由して+αVまで変化させると、PWMスイッチング信号1132とPWMスイッチング信号1133の位相関係は、位相差が振幅の一次関数として−φから+φまで変化するような関係にあることが分かる。従って、本発明の実施例3のスイッチング増幅回路1100によれば、位相比較器610及び611を用いて、相補PWMスイッチング信号1132と1133の位相を相互に比較することにより入力信号の振幅に応じたパルス幅の信号を発生することができる。
When the amplitude of the
本発明の実施例3のスイッチング増幅回路1100で使用される位相比較器610及び611は、図7を参照して説明した本発明の実施例1によるスイッチング増幅回路で使用される位相比較器によって実現できるが、その例に限定されるものではない。また、スイッチング増幅回路1100で使用されるランプ波形発生器1122は、図9を参照して説明した本発明の実施例1によるスイッチング増幅回路で使用されるランプ波形発生器によって実現できるが、その例に限定されるものではない。
The
尚、以上で説明した実施例3は本発明を実施するための最良の形態の一つにすぎず、本発明はその趣旨を逸脱しない限り種々変形して実施可能である。 The third embodiment described above is only one of the best modes for carrying out the present invention, and the present invention can be implemented with various modifications without departing from the gist thereof.
実施例1〜3では、ダイナミックレンジの広い低周波信号のためのスイッチング増幅回路について説明したが、以下では、このスイッチング増幅回路をオーディオ機器に適用したオーディオ機器用のD級増幅装置の実施例を説明する。 In the first to third embodiments, the switching amplifier circuit for a low frequency signal having a wide dynamic range has been described. In the following, an embodiment of a class D amplifier device for audio equipment in which the switching amplifier circuit is applied to an audio equipment will be described. explain.
図13Aは、従来の代表的なオーディオ機器用D級増幅装置の基本構成要素を示す図であり、図13Bは、本発明の実施例4によるオーディオ機器用D級増幅装置の基本構成要素を示す図である。 FIG. 13A is a diagram showing basic components of a conventional typical class D amplifying device for audio equipment, and FIG. 13B shows basic components of a class D amplifying device for audio equipment according to Embodiment 4 of the present invention. FIG.
図13Aに示されるように、オーディオ機器用D級増幅装置は、入力されたオーディオ信号とランプ信号を合成器1301で合成した後、比較器1302でPWM信号を取得する手段と、取得されたPWM信号の電力を増幅する出力ドライブ回路1303と、高周波成分を除去するフィルタ1304と、を含む。フィルタ1304の出力はスピーカー1305に供給される。このような従来技術の構成によると、小信号入力時であってもスイッチングノイズが発生し、電力消費も大きい。
As shown in FIG. 13A, the class D amplifying device for audio equipment combines the input audio signal and the ramp signal by the
これに対して、本発明の実施例4によるオーディオ機器用D級増幅装置は、入力されたオーディオ信号とランプ信号を合成器1301で合成した後、比較器1302でPWM信号を取得するPWMスイッチ信号発生部と、PWM信号と基準クロック信号を比較し、入力されたオーディオ信号の振幅に応じたパルス幅の信号を発生する位相比較回路1306と、位相比較回路1306から発生された信号の電力を増幅する出力ドライブ回路1303と、高周波成分を除去するフィルタ1304と、を含む。
In contrast, the class D amplifying device for audio equipment according to the fourth embodiment of the present invention synthesizes the input audio signal and the ramp signal by the
出力ドライブ回路1303は、本発明の実施例1から実施例3で使用されている通常のハーフHブリッジ回路140及び141により構成される。図14は、ハーフHブリッジ回路140とハーフHブリッジ回路141を組み合わせたスピーカー駆動用ブリッジ回路の一例の構成図である。正側のハーフHブリッジ回路140には、位相比較回路からの位相差に比例したパルス幅の信号612a及び612bが供給され、正側のスピーカー用出力151が発生される。負側のハーフHブリッジ回路141には、位相比較回路からの位相差に比例したパルス幅の信号613a及び613bが供給され、負側のスピーカー用出力152が発生される。
The
尚、上記説明において、実施例1から3の何れかと同一の構成には同一の符号を付して説明を省略している。また、以上で説明した実施例4は本発明を実施するための最良の形態の一つにすぎず、本発明はその趣旨を逸脱しない限り種々変形して実施可能である。 In the above description, the same reference numerals are given to the same components as those in any of the first to third embodiments, and the description thereof is omitted. The fourth embodiment described above is only one of the best modes for carrying out the present invention, and the present invention can be implemented with various modifications without departing from the spirit of the present invention.
以上の実施例1〜4の説明では、1台のスピーカーを駆動するために利用できるスイッチング増幅器回路又はD級増幅装置について説明しているが、実施例1〜4で説明されているスイッチング増幅器回路又はD級増幅装置を、ステレオ・オーディオ信号の左右のチャネル毎に設けることによって、本発明をステレオ・オーディオ機器に適用することも可能である。図15は、本発明の実施例1によるスイッチング増幅回路600をステレオ・オーディオ機器用に適用した本発明の実施例5によるステレオ・オーディオ機器用D級増幅装置の構成図である。同図に示されるように、ステレオの左右のチャネルに別系統のスイッチング増幅回路を設けることによって、ステレオ・オーディオ機器の左右の両チャネルのスピーカーを容易に駆動することができる。同図では、簡単のため、左チャネルと右チャネルが完全に分離された構成が示されているが、スイッチング増幅回路600のスイッチング用発振器120と、スイッチング用発振器120の出力121が供給されるランプ波形発生器122は、左右のチャネルで共用するように構成することができる。
In the above description of the first to fourth embodiments, a switching amplifier circuit or a class D amplifier that can be used to drive a single speaker has been described. However, the switching amplifier circuit described in the first to fourth embodiments. Alternatively, the present invention can be applied to a stereo audio device by providing a class D amplifier for each of the left and right channels of the stereo audio signal. FIG. 15 is a configuration diagram of a class D amplification device for stereo audio equipment according to embodiment 5 of the present invention in which the switching
尚、以上で説明した実施例5は本発明を実施するための最良の形態の一つにすぎず、本発明はその趣旨を逸脱しない限り種々変形して実施可能である。 The fifth embodiment described above is only one of the best modes for carrying out the present invention, and the present invention can be implemented with various modifications without departing from the gist thereof.
110,111・・・フィードバック増幅装置
120・・・スイッチング用発振器
122・・・ランプ波形発生器
130,131・・・コンパレータ
140,141・・・ハーフHブリッジ回路
600・・・スイッチング増幅回路
610,611・・・位相比較器
110, 111:
Claims (18)
生成された前記パルス幅変調信号の位相と基準位相信号の位相を比較し、位相差に応じたパルス幅信号を生成するパルス信号生成手段と、
生成された前記パルス幅信号を電力増幅させる駆動用回路と、
を有し、
前記基準位相信号は、前記入力信号の振幅が小さくなるにつれて前記パルス幅変調信号との前記位相差が小さくなる位相信号である、
スイッチング増幅回路。 A pulse width modulation switching signal generating means for comparing the input signal and the ramp waveform signal and generating a pulse width modulation signal;
Pulse signal generation means for comparing the phase of the generated pulse width modulation signal with the phase of the reference phase signal and generating a pulse width signal according to the phase difference;
A driving circuit for amplifying power of the generated pulse width signal;
Have
The reference phase signal is a phase signal in which the phase difference with the pulse width modulation signal decreases as the amplitude of the input signal decreases.
Switching amplifier circuit.
前記スイッチング用発振器の出力を受け、前記ランプ波形信号を生成するランプ波形発生器と、
を更に有し、
前記スイッチング用発振器の出力は前記基準位相信号として前記パルス信号生成手段に供給される、
請求項1記載のスイッチング増幅回路。 A switching oscillator;
A ramp waveform generator that receives the output of the switching oscillator and generates the ramp waveform signal;
Further comprising
The output of the switching oscillator is supplied to the pulse signal generation means as the reference phase signal.
The switching amplifier circuit according to claim 1.
請求項1記載のスイッチング増幅回路。 A comparator having a first input for receiving the ramp waveform signal and a second input for receiving a reference DC voltage signal, and comparing the ramp waveform signal with the reference DC voltage signal to generate the reference phase signal; ,
The switching amplifier circuit according to claim 1.
生成された前記パルス幅変調信号の位相と基準位相信号の位相を比較し、位相差に応じたパルス幅信号を生成する正側と負側の一対のパルス信号生成手段と、
生成された前記パルス幅信号を電力増幅させる正側と負側の一対の駆動用回路と、
を有し、
前記基準位相信号は、前記入力信号の振幅が小さくなるにつれて前記パルス幅変調信号との前記位相差が小さくなる位相信号である、
スイッチング増幅回路。 A pair of positive and negative pulse width modulation switching signal generation means for comparing the input signal and the ramp waveform signal and generating a pulse width modulation signal;
A pair of positive and negative pulse signal generating means for comparing the phase of the generated pulse width modulation signal and the phase of the reference phase signal and generating a pulse width signal according to the phase difference;
A pair of driving circuits on the positive side and the negative side that amplify the power of the generated pulse width signal; and
Have
The reference phase signal is a phase signal in which the phase difference with the pulse width modulation signal decreases as the amplitude of the input signal decreases.
Switching amplifier circuit.
前記スイッチング用発振器の出力を受け、前記ランプ波形信号を生成するランプ波形発生器と、
を更に有し、
前記スイッチング用発振器の出力は前記基準位相信号として前記正側と負側の一対のパルス信号生成手段に供給される、
請求項6記載のスイッチング増幅回路。 A switching oscillator;
A ramp waveform generator that receives the output of the switching oscillator and generates the ramp waveform signal;
Further comprising
The output of the switching oscillator is supplied as the reference phase signal to the pair of positive and negative pulse signal generators,
The switching amplifier circuit according to claim 6.
請求項6記載のスイッチング増幅回路。 A comparator having a first input for receiving the ramp waveform signal and a second input for receiving a reference DC voltage signal, and comparing the ramp waveform signal with the reference DC voltage signal to generate the reference phase signal; ,
The switching amplifier circuit according to claim 6.
前記スイッチング用発振器の出力を受け、前記ランプ波形信号として正と負の一対のランプ波形信号を生成するランプ波形発生器と、
を更に有し、
前記正側のパルス幅変調スイッチング手段は、前記正と負の一対のランプ波形信号のうちの一方を受け、第1のパルス幅変調信号を生成し、
前記負側のパルス幅変調スイッチング手段は、前記正と負の一対のランプ波形信号のうちのもう一方を受け、前記第1のパルス幅変調信号に対して相補的な第2のパルス幅変調信号を生成し、
前記正側のパルス信号生成手段は、前記パルス幅変調信号として前記第1のパルス幅変調信号を受け、前記基準位相信号として前記第2のパルス幅変調信号を受け、
前記負側のパルス信号生成手段は、前記パルス幅変調信号として前記第2のパルス幅変調信号を受け、前記基準位相信号として前記第1のパルス幅変調信号を受ける、
請求項6記載のスイッチング増幅回路。 A switching oscillator;
A ramp waveform generator that receives the output of the switching oscillator and generates a pair of positive and negative ramp waveform signals as the ramp waveform signal;
Further comprising
The positive pulse width modulation switching means receives one of the positive and negative ramp waveform signals and generates a first pulse width modulation signal;
The negative side pulse width modulation switching means receives the other one of the positive and negative ramp waveform signals and is complementary to the first pulse width modulation signal. Produces
The positive-side pulse signal generation means receives the first pulse width modulation signal as the pulse width modulation signal, receives the second pulse width modulation signal as the reference phase signal,
The negative pulse signal generation means receives the second pulse width modulation signal as the pulse width modulation signal, and receives the first pulse width modulation signal as the reference phase signal.
The switching amplifier circuit according to claim 6.
生成された前記パルス幅変調信号の位相と基準位相信号の位相を比較し、位相差に応じたパルス幅信号を生成する正側と負側の一対のパルス信号生成手段と、
生成された前記パルス幅信号を電力増幅させる正側と負側の一対の駆動用回路と、
スピーカーの正側端子と負側端子に供給される信号を発生するため、上記正側と負側の一対の駆動用回路にそれぞれ接続され、電力増幅された信号の高周波成分を除去する正側と負側の一対のフィルタ回路と、
を有し、
前記基準位相信号は、前記オーディオ信号の振幅が小さくなるにつれて前記パルス幅変調信号との前記位相差が小さくなる位相信号である、
オーディオ機器用のD級増幅装置。 A pair of positive side and negative side pulse width modulation switching signal generating means for comparing the amplified audio signal and the ramp waveform signal and generating a pulse width modulation signal;
A pair of positive and negative pulse signal generating means for comparing the phase of the generated pulse width modulation signal and the phase of the reference phase signal and generating a pulse width signal according to the phase difference;
A pair of driving circuits on the positive side and the negative side that amplify the power of the generated pulse width signal; and
A positive side connected to the pair of driving circuits on the positive side and the negative side, respectively, for removing the high frequency components of the power amplified signal, in order to generate a signal supplied to the positive side terminal and the negative side terminal of the speaker; A pair of negative side filter circuits;
Have
The reference phase signal is a phase signal in which the phase difference with the pulse width modulation signal decreases as the amplitude of the audio signal decreases.
Class D amplifier for audio equipment.
前記スイッチング用発振器の出力を受け、前記ランプ波形信号を生成するランプ波形発生器と、
を更に有し、
前記スイッチング用発振器の出力は前記基準位相信号として前記正側と負側の一対のパルス信号生成手段に供給される、
請求項12記載のD級増幅装置。 A switching oscillator;
A ramp waveform generator that receives the output of the switching oscillator and generates the ramp waveform signal;
Further comprising
The output of the switching oscillator is supplied as the reference phase signal to the pair of positive and negative pulse signal generators,
The class D amplification device according to claim 12.
請求項12記載のD級増幅装置。 A comparator having a first input for receiving the ramp waveform signal and a second input for receiving a reference DC voltage signal, and comparing the ramp waveform signal with the reference DC voltage signal to generate the reference phase signal; ,
The class D amplification device according to claim 12.
前記スイッチング用発振器の出力を受け、前記ランプ波形信号として正と負の一対のランプ波形信号を生成するランプ波形発生器と、
を更に有し、
前記正側のパルス幅変調スイッチング手段は、前記正と負の一対のランプ波形信号のうちの一方を受け、第1のパルス幅変調信号を生成し、
前記負側のパルス幅変調スイッチング手段は、前記正と負の一対のランプ波形信号のうちのもう一方を受け、前記第1のパルス幅変調信号に対して相補的な第2のパルス幅変調信号を生成し、
前記正側のパルス信号生成手段は、前記パルス幅変調信号として前記第1のパルス幅変調信号を受け、前記基準位相信号として前記第2のパルス幅変調信号を受け、
前記負側のパルス信号生成手段は、前記パルス幅変調信号として前記第2のパルス幅変調信号を受け、前記基準位相信号として前記第1のパルス幅変調信号を受ける、
請求項12記載のD級増幅装置。 A switching oscillator;
A ramp waveform generator that receives the output of the switching oscillator and generates a pair of positive and negative ramp waveform signals as the ramp waveform signal;
Further comprising
The positive pulse width modulation switching means receives one of the positive and negative ramp waveform signals and generates a first pulse width modulation signal;
The negative side pulse width modulation switching means receives the other one of the positive and negative ramp waveform signals and is complementary to the first pulse width modulation signal. Produces
The positive-side pulse signal generation means receives the first pulse width modulation signal as the pulse width modulation signal, receives the second pulse width modulation signal as the reference phase signal,
The negative pulse signal generation means receives the second pulse width modulation signal as the pulse width modulation signal, and receives the first pulse width modulation signal as the reference phase signal.
The class D amplification device according to claim 12.
前記第1のD級増幅装置及び前記第2のD級増幅装置は、それぞれ、
増幅されたオーディオ信号とランプ波形信号を比較し、パルス幅変調信号を生成する正側と負側の一対のパルス幅変調スイッチング信号生成手段と、
生成された前記パルス幅変調信号の位相と基準位相信号の位相を比較し、位相差に応じたパルス幅信号を生成する正側と負側の一対のパルス信号生成手段と、
生成された前記パルス幅信号を電力増幅させる正側と負側の一対の駆動用回路と、
スピーカーの正側端子と負側端子に供給される信号を発生するため、上記正側と負側の一対の駆動用回路にそれぞれ接続され、電力増幅された信号の高周波成分を除去する正側と負側の一対のフィルタ回路と、
を有し、
前記基準位相信号は、前記オーディオ信号の振幅が小さくなるにつれて前記パルス幅変調信号との前記位相差が小さくなる位相信号である、
D級増幅装置。 A class D amplifying device for stereo audio equipment including a first class D amplifying device and a second class D amplifying device,
The first class D amplifier and the second class D amplifier are respectively
A pair of positive side and negative side pulse width modulation switching signal generating means for comparing the amplified audio signal and the ramp waveform signal and generating a pulse width modulation signal;
A pair of positive and negative pulse signal generating means for comparing the phase of the generated pulse width modulation signal and the phase of the reference phase signal and generating a pulse width signal according to the phase difference;
A pair of driving circuits on the positive side and the negative side that amplify the power of the generated pulse width signal; and
A positive side connected to the pair of driving circuits on the positive side and the negative side, respectively, for removing the high frequency components of the power amplified signal, in order to generate a signal supplied to the positive side terminal and the negative side terminal of the speaker; A pair of negative side filter circuits;
Have
The reference phase signal is a phase signal in which the phase difference with the pulse width modulation signal decreases as the amplitude of the audio signal decreases.
Class D amplifier.
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- 2003-09-26 JP JP2003336535A patent/JP2005109590A/en active Pending
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