JP2012204923A - Digital amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、音響機器のデジタルアンプに関する。 The present invention relates to a digital amplifier for audio equipment.
D級アンプは、AB級アンプ等のアナログ線形アンプと比較して、極めて良好な電力変換効率が得られる。放熱量も少ないことから、スピーカ駆動用アンプとして採用されることが多い。D級アンプは、音声信号などの入力信号をトランジスタ等の増幅能動素子によってスイッチング動作を行うことによってなされる。D級アンプは、入力音声信号に基づくPWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)信号をデジタル変調し、そのPWM信号についての電力増幅を行い、電力増幅がなされたPWM信号を、スピーカに供給する。 The class D amplifier can obtain extremely good power conversion efficiency as compared with an analog linear amplifier such as a class AB amplifier. Since the amount of heat radiation is small, it is often adopted as a speaker driving amplifier. The class D amplifier performs an input signal such as an audio signal by performing a switching operation by an amplification active element such as a transistor. The class D amplifier digitally modulates a PWM (Pulse Width Modulation) signal based on the input audio signal, performs power amplification on the PWM signal, and supplies the amplified PWM signal to the speaker.
特許文献1には、スピーカを駆動するデジタルアンプが記載されている。特許文献1記載のデジタルアンプは、デジタルオーディオ信号に対して信号処理を行ってデジタルのパルス幅変調を行うことによってデジタルパルス出力を得る。そして、このデジタルアンプは、パルス波形のエッジ遅延に対して出力段の状態を帰還させることによって歪を補正し、スピーカを駆動するデジタルパルスをアナログ信号に変換した部分における歪の低減を図る。 Patent Document 1 describes a digital amplifier that drives a speaker. The digital amplifier described in Patent Document 1 obtains a digital pulse output by performing signal processing on a digital audio signal and performing digital pulse width modulation. This digital amplifier corrects the distortion by feeding back the state of the output stage with respect to the edge delay of the pulse waveform, and reduces distortion in the portion where the digital pulse for driving the speaker is converted into an analog signal.
特許文献1記載のデジタルアンプは、低域濾波器を通過させてデジタルアンプ出力からアナログ信号へ復調する。スピーカを駆動するアナログ信号の歪を改善する方法として、上述した方法を採っている。 The digital amplifier described in Patent Document 1 is demodulated from the digital amplifier output to an analog signal by passing through a low-pass filter. The above-described method is adopted as a method for improving distortion of an analog signal for driving a speaker.
特許文献1記載のデジタルアンプは、最小パルス幅の半分までのエッジ遅延の補正範囲でしかパルス幅の補正ができない方式である。このため、デジタルパルス幅変調された場合、歪補正量が最小パルス幅までである。したがって、補正量がデジタルパルス幅の上又は下に1レベルまでの補正範囲でしかなく、デジタルパルス幅値の上又は下に1レベルを超えて補正しなければならないような歪を補正できないという課題がある。すなわち、PWM出力になった場合、歪率の補正が、最大遅延したときに、デジタルパルスの1レベルでしかできないという課題がある。 The digital amplifier described in Patent Document 1 is a method in which the pulse width can be corrected only within the edge delay correction range up to half of the minimum pulse width. For this reason, when digital pulse width modulation is performed, the distortion correction amount is up to the minimum pulse width. Therefore, there is a problem that the correction amount is only within a correction range up to one level above or below the digital pulse width, and distortion that must be corrected beyond one level above or below the digital pulse width value cannot be corrected. There is. That is, in the case of PWM output, there is a problem that the distortion rate can be corrected only at one level of the digital pulse when the delay is maximum.
本発明の目的は、デジタルパルス幅変調におけるパルスのデューティの補正範囲を広げることができ、歪率を改善することができるデジタルアンプを提供することである。 An object of the present invention is to provide a digital amplifier capable of extending the correction range of the duty of the pulse in the digital pulse width modulation and improving the distortion rate.
本発明のデジタルアンプは、デジタル信号を入力し、デジタル信号のままスピーカを駆動するデジタルアンプであって、デジタルオーディオデータをデジタルパルス幅変調に変換するデジタル変調回路と、前記デジタル変調されたパルス電圧を低域濾波し、アナログオーディオ電圧を出力する第1アナログオーディオ出力部と、前記デジタルパルス幅変調の変調幅の値に基づいて、振幅変調された三角波を発生する三角波発生回路と、前記三角波発生回路からの出力電圧を増幅する駆動回路と、前記駆動回路により電力増幅された信
号を低域濾波し、アナログオーディオ電圧を出力する第3アナログオーディオ出力部と、前第1アナログオーディオ出力部の電圧と前記第3アナログオーディオ出力部の電圧の差を演算して増幅する誤差増幅器とを備え、前記三角波発生回路は、前記デジタルパルス幅変調の変調幅の値に応じた信号に、前記誤差増幅器からの誤差を加算してデジタルパルス幅変調波形を再生成する構成を採る。
The digital amplifier of the present invention is a digital amplifier that inputs a digital signal and drives a speaker with the digital signal as it is, a digital modulation circuit that converts digital audio data into digital pulse width modulation, and the digitally modulated pulse voltage A first analog audio output unit that outputs an analog audio voltage, a triangular wave generation circuit that generates an amplitude-modulated triangular wave based on a modulation width value of the digital pulse width modulation, and the triangular wave generation A drive circuit for amplifying an output voltage from the circuit, a third analog audio output unit for low-pass filtering the signal amplified by the drive circuit and outputting an analog audio voltage, and a voltage of the first analog audio output unit And an error amplifier for calculating and amplifying the difference between the voltages of the third analog audio output unit Wherein the triangular wave generating circuit, said a digital pulse width modulated signal corresponding to the value of the modulation width of a configuration to regenerate the digital pulse width modulated waveform by adding the error from the error amplifier.
本発明によれば、デジタルパルス幅変調のあらゆるパルス幅について、デジタルパルス幅値の上又は下に1レベルを超えて補正することを可能にする。これにより、デジタルパルス幅変調のデューティを0%から100%まで変化させて補正することができ、駆動回路以降で発生するデジタルアンプの歪をデジタルパルス幅変調の変調幅の値を0から最大値まで補正することができる。したがって、スピーカを駆動するためのデジタルパルス幅変調信号を低域濾波器を通過させることにより復調したアナログ信号に含まれる歪を、大幅に改善することができる。 The present invention allows any pulse width of digital pulse width modulation to be corrected beyond one level above or below the digital pulse width value. As a result, the duty of the digital pulse width modulation can be corrected by changing from 0% to 100%, and the distortion of the digital amplifier generated after the drive circuit is changed from 0 to the maximum value of the modulation width of the digital pulse width modulation. Can be corrected. Therefore, the distortion contained in the analog signal demodulated by passing the digital pulse width modulation signal for driving the speaker through the low-pass filter can be greatly improved.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(原理説明)
まず、本発明の基本的考え方について説明する。
(Principle explanation)
First, the basic concept of the present invention will be described.
従来のスピーカを駆動するデジタルアンプは、PWM信号を無帰還でそのまま利用しているか、低周波に限定した帰還経路としているか、帰還経路があったとしてもPWM信号
の最小パルス幅で制限された方式である。そのため、スイッチング回路とスピーカ駆動用のLPF回路とスピーカ負荷で発生する歪に対応する対応力に制限がある。
A conventional digital amplifier for driving a speaker uses a PWM signal as it is without feedback, or a feedback path limited to a low frequency, or is limited by the minimum pulse width of the PWM signal even if there is a feedback path It is. For this reason, there is a limitation in the ability to cope with distortion generated in the switching circuit, the LPF circuit for driving the speaker, and the speaker load.
本発明者は、従来のデジタルアンプがパルスで加減算を行う方式で制約があること、またフィードバック制御できないことに鑑み、デジタル信号を量子化する量子化器のレベル数を三角波発生回路の積分定数切替に利用し、レベル数に応じた三角波を発生させることを想到した。三角波発生回路は、アナログ局部帰還を持つ回路構成である。これにより、歪の低減を図るとともに、歪の発生がない場合はデジタル信号はそのままで劣化しない。 In view of the fact that conventional digital amplifiers are limited in the method of adding and subtracting with pulses, and that feedback control is not possible, the number of levels of the quantizer that quantizes the digital signal is switched to the integration constant of the triangular wave generation circuit. The idea was to generate triangular waves according to the number of levels. The triangular wave generation circuit has a circuit configuration having analog local feedback. As a result, distortion is reduced, and when there is no distortion, the digital signal remains as it is.
図1は、デジタル信号を入力し、デジタル信号のままスピーカを駆動するデジタルアンプの基本構成を示す図である。 FIG. 1 is a diagram illustrating a basic configuration of a digital amplifier that inputs a digital signal and drives a speaker without changing the digital signal.
図1において、デジタルアンプ100は、1ビット量子化器110、レベル適応型三角波発生回路120、駆動回路130、低域濾波器140(低域濾波器<2>)(第2アナログオーディオ出力部),150(低域濾波器<1>)(第1アナログオーディオ出力部)、比較器160、及びスピーカ170を備える。 In FIG. 1, a digital amplifier 100 includes a 1-bit quantizer 110, a level adaptive triangular wave generation circuit 120, a drive circuit 130, a low-pass filter 140 (low-pass filter <2>) (second analog audio output unit). , 150 (low-pass filter <1>) (first analog audio output unit), a comparator 160, and a speaker 170.
1ビット量子化器110は、デジタル信号を量子化する。 The 1-bit quantizer 110 quantizes the digital signal.
レベル適応型三角波発生回路120は、1ビット量子化器110からのパルス信号を三角波に変換し、かつ、発生した三角波をデジタルパルス幅変調の変調幅の値に適応して振幅変調する。レベル適応型三角波発生回路120は、1ビット量子化器110のレベル数に応じた直流電位を三角波に重畳して使用し、レベル数に応じた三角波を発生する。 The level adaptive triangular wave generation circuit 120 converts the pulse signal from the 1-bit quantizer 110 into a triangular wave, and amplitude-modulates the generated triangular wave in accordance with the modulation width value of the digital pulse width modulation. The level adaptive triangular wave generation circuit 120 uses a DC potential corresponding to the number of levels of the 1-bit quantizer 110 superimposed on the triangular wave to generate a triangular wave corresponding to the number of levels.
駆動回路130は、レベル適応型三角波発生回路120からのPWM信号を電力増幅する。 The drive circuit 130 power amplifies the PWM signal from the level adaptive triangular wave generation circuit 120.
低域濾波器140(低域濾波器<2>)および低域濾波器145(低域濾波器<3>)は、駆動回路130により電力増幅されたパルス電力を、オーディオ帯域のアナログ電力に復調する。 The low-pass filter 140 (low-pass filter <2>) and the low-pass filter 145 (low-pass filter <3>) demodulate the pulse power amplified by the drive circuit 130 into audio power in the audio band. To do.
低域濾波器150(低域濾波器<1>)は、1ビット量子化器110によりデジタルパルス幅変調されたパルス電圧からアナログオーディオ電圧を出力する。 The low-pass filter 150 (low-pass filter <1>) outputs an analog audio voltage from the pulse voltage modulated by the digital pulse width by the 1-bit quantizer 110.
比較器160は、低域濾波器150の電圧と低域濾波器140の差の電圧を演算して増幅する。 The comparator 160 calculates and amplifies the voltage of the difference between the low-pass filter 150 and the low-pass filter 140.
スピーカ170は、アナログオーディオ信号の電力を音響エネルギに変換する。 The speaker 170 converts the power of the analog audio signal into acoustic energy.
以上の構成において、デジタルアンプ100は、レベル適応型三角波発生回路120により1ビット量子化器110からのパルス信号を三角波に変換し、駆動回路130に出力する。 In the above configuration, the digital amplifier 100 converts the pulse signal from the 1-bit quantizer 110 into a triangular wave by the level adaptive triangular wave generation circuit 120 and outputs it to the driving circuit 130.
デジタルアンプ100は、レベル適応型三角波発生回路120により三角波に変換された信号を、駆動回路130に出力する際に別途、低域濾波器150により1ビット量子化器110からの出力をアナログ信号に変換しておき、比較器160に導く。比較器160には低域濾波器140からの信号も導く。比較器160は、低域濾波器150の電圧と低域濾波器140の差の電圧を演算して増幅する。レベル適応型三角波発生回路120は、上記差分により三角波を変調する。 When the digital amplifier 100 outputs the signal converted into the triangular wave by the level adaptive triangular wave generation circuit 120 to the driving circuit 130, the digital amplifier 100 converts the output from the 1-bit quantizer 110 into an analog signal by the low-pass filter 150. The data is converted and guided to the comparator 160. Comparator 160 also directs the signal from low pass filter 140. The comparator 160 calculates and amplifies the voltage of the difference between the low-pass filter 150 and the low-pass filter 140. The level adaptive triangular wave generation circuit 120 modulates the triangular wave based on the difference.
このように、アナログ局部帰還を有する回路構成とすることで、低歪のスピーカ駆動出力を得ることができる。 In this way, a low-distortion speaker drive output can be obtained by using a circuit configuration having analog local feedback.
(実施の形態)
図2は、上記基本的な考え方に基づく本発明の一実施の形態に係るデジタルアンプの構成を示す図である。本実施の形態は、スピーカを駆動するデジタルアンプに適用した例である。
(Embodiment)
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a digital amplifier according to an embodiment of the present invention based on the above basic concept. This embodiment is an example applied to a digital amplifier that drives a speaker.
図2に示すように、デジタルアンプ200は、デジタル変調ブロック210、電圧値変換ブロック220、積分回路ブロック230、コンパレータ240、駆動回路250、低域濾波器260(低域濾波器<2>)、低域濾波器265(低域濾波器<3>)、スピーカ270、低域濾波器280(低域濾波器<
1>)、及び誤差増幅器290を備える。
As shown in FIG. 2, the digital amplifier 200 includes a digital modulation block 210, a voltage value conversion block 220, an integration circuit block 230, a comparator 240, a drive circuit 250, a low-pass filter 260 (low-pass filter <2>), Low-pass filter 265 (low-pass filter <3>), speaker 270, low-pass filter 280 (low-pass filter <3>
1>), and an error amplifier 290.
デジタルアンプ200には、マスタークロック201、ビットクロック202、LRクロック203、デジタルシリアルデータ204、及び基準電位205が入力される。 The digital amplifier 200 receives a master clock 201, a bit clock 202, an LR clock 203, digital serial data 204, and a reference potential 205.
マスタークロック201は、デジタルパルス幅変調とデジタルパルス幅のデジタル値を演算するためのクロックである。マスタークロック201は、デジタル変調ブロック210及び積分回路ブロック230と接続し、デジタル変調ブロック210のデジタルパルス幅変調出力とデジタルパルス幅の値を得るためのマスタークロックであるとともに、積分回路ブロック230と接続して、積分回路ブロック230で三角波信号を生成する。 The master clock 201 is a clock for calculating digital pulse width modulation and a digital value of the digital pulse width. The master clock 201 is connected to the digital modulation block 210 and the integration circuit block 230 and is a master clock for obtaining the digital pulse width modulation output and the digital pulse width value of the digital modulation block 210 and is also connected to the integration circuit block 230. Then, the integration circuit block 230 generates a triangular wave signal.
ビットクロック202は、デジタル変調ブロック210と接続し、デジタル変調ブロック210でデジタルシリアルデータ204をラッチする。 The bit clock 202 is connected to the digital modulation block 210 and latches the digital serial data 204 in the digital modulation block 210.
LRクロック203は、デジタル変調ブロック210と接続し、ビットクロック202でラッチしたデータのLチャンネルとRチャンネルを区別する。LRクロック203は、デジタルシリアルデータ204のLチャンネルデータと、Rチャンネルデータが交互に到来するタイミングで切り替わり、LチャンネルデータとRチャンネルデータを区別するためのクロックである。 The LR clock 203 is connected to the digital modulation block 210 and distinguishes the L channel and the R channel of the data latched by the bit clock 202. The LR clock 203 is a clock for switching the L channel data and the R channel data of the digital serial data 204 at the timing when the L channel data and the R channel data arrive alternately, and distinguishing the L channel data and the R channel data.
デジタルシリアルデータ204は、振幅を表現した2の補数形式のデジタルオーディオデータである。デジタルシリアルデータ204は、デジタル変調ブロック210と接続し、LRクロック周期で標本化される。 The digital serial data 204 is 2's complement format digital audio data expressing amplitude. The digital serial data 204 is connected to the digital modulation block 210 and sampled at the LR clock period.
基準電位205は、コンパレータ240の基準電位である。 A reference potential 205 is a reference potential of the comparator 240.
デジタル変調ブロック210は、例えば、各部のタイミングを生成するタイミング生成器、PCM信号をデジタル1ビット信号へ再量子化する量子化器等からなり、マスタークロック201、ビットクロック202、LRクロック203、及びデジタルシリアルデータ204を接続する。 The digital modulation block 210 includes, for example, a timing generator that generates the timing of each unit, a quantizer that re-quantizes the PCM signal into a digital 1-bit signal, and the like, and includes a master clock 201, a bit clock 202, an LR clock 203, and Digital serial data 204 is connected.
デジタル変調ブロック210は、デジタルオーディオデータをデジタルパルス幅変調に変換する。デジタル変調ブロック210は、デジタルパルス幅変調電圧を電圧値変換ブロック220に出力し、デジタルパルス幅のデジタル値を低域濾波器280(低域濾波器<1>)に出力する。 The digital modulation block 210 converts digital audio data into digital pulse width modulation. The digital modulation block 210 outputs the digital pulse width modulation voltage to the voltage value conversion block 220, and outputs the digital value of the digital pulse width to the low-pass filter 280 (low-pass filter <1>).
電圧値変換ブロック220は、デジタル変調ブロック210と接続し、デジタル変調ブロック210のデジタルパルス幅のデジタル値を電圧値に変換する。 The voltage value conversion block 220 is connected to the digital modulation block 210 and converts the digital value of the digital pulse width of the digital modulation block 210 into a voltage value.
積分回路ブロック230は、マスタークロック201、電圧値変換ブロック220、及び誤差増幅器290と接続し、マスタークロック201から生成した三角波電圧を振幅変調させた電圧を出力する。 The integration circuit block 230 is connected to the master clock 201, the voltage value conversion block 220, and the error amplifier 290, and outputs a voltage obtained by amplitude-modulating the triangular wave voltage generated from the master clock 201.
詳細には、積分回路ブロック230は、マスタークロック201により三角波を発生し、かつ、前記発生した三角波を、電圧値変換ブロック220からの電圧値に変換されたデジタルパルス幅変調の変調幅の値に応じた信号を基に変調する。ここで、特に、デジタルパルス幅変調の変調幅の値を電圧値へ変換した電圧に、誤差増幅器290から出力された電圧が加算される。積分回路ブロック230は、前記デジタルパルス幅変調の変調幅の値に応じた信号に、前記誤差増幅器からの誤差を加算してデジタルパルス幅変調波形を再生成する。
コンパレータ240は、積分回路ブロック230及び基準電位205と接続し、積分回路ブロック230の出力電圧と、基準電位205の電圧を比較した結果で電力を出力する。コンパレータ240は、基準電位205の電圧を比較した結果で電力を出力することで、電圧値変換ブロック220及び積分回路ブロック230におけるパルスのデューティを修正する。
Specifically, the integration circuit block 230 generates a triangular wave by the master clock 201, and converts the generated triangular wave into a modulation width value of digital pulse width modulation converted into a voltage value from the voltage value conversion block 220. Modulate based on the corresponding signal. Here, in particular, the voltage output from error amplifier 290 is added to the voltage obtained by converting the modulation width value of digital pulse width modulation into a voltage value. The integration circuit block 230 adds an error from the error amplifier to a signal corresponding to the value of the modulation width of the digital pulse width modulation to regenerate a digital pulse width modulation waveform.
The comparator 240 is connected to the integration circuit block 230 and the reference potential 205, and outputs electric power as a result of comparing the output voltage of the integration circuit block 230 with the voltage of the reference potential 205. The comparator 240 corrects the duty of the pulse in the voltage value conversion block 220 and the integration circuit block 230 by outputting electric power as a result of comparing the voltage of the reference potential 205.
駆動回路250は、コンパレータ240からのデジタルパルス幅変調の電力を増幅する。 The drive circuit 250 amplifies the power of digital pulse width modulation from the comparator 240.
低域濾波器260(低域濾波器<2>)および、低域濾波器265(低域濾波器<3>)は、駆動回路250の電力出力を入力し、アナログオーディオ電力を出力する。詳細には、低域濾波器265(低域濾波器<3>)は、駆動回路250によってコンパレータ240からの信号を電力増幅されたパルス電力を、オーディオ帯域のアナログ電力に復調し、アナログオーディオ電力を出力する。アナログオーディオ電力は、スピーカ270の電力入力端子に入力される。低域濾波器260(低域濾波器<2>)は、誤差増幅器290の電圧入力端子に入力される。 The low-pass filter 260 (low-pass filter <2>) and the low-pass filter 265 (low-pass filter <3>) receive the power output of the drive circuit 250 and output analog audio power. Specifically, the low-pass filter 265 (low-pass filter <3>) demodulates the pulse power obtained by power-amplifying the signal from the comparator 240 by the drive circuit 250 into analog power in the audio band, and outputs analog audio power. Is output. Analog audio power is input to the power input terminal of the speaker 270. The low-pass filter 260 (low-pass filter <2>) is input to the voltage input terminal of the error amplifier 290.
スピーカ270は、低域濾波器265(低域濾波器<3>)の電力出力を入力し、音響エネルギへ変換する。詳細には、スピーカ270は、駆動回路250からの電力のうち、低域濾波器265(低域濾波器<3>)によってオーディオ帯域を通過させて不要な高域を減衰させて得たアナログオーディオ信号を入力し、入力された電力を音響エネルギに変換する。 The speaker 270 receives the power output of the low-pass filter 265 (low-pass filter <3>) and converts it into acoustic energy. Specifically, the speaker 270 passes through the audio band of the electric power from the drive circuit 250 by the low-pass filter 265 (low-pass filter <3>) and attenuates an unnecessary high band to obtain analog audio. A signal is input, and the input power is converted into acoustic energy.
低域濾波器280(低域濾波器<1>)は、オーディオ帯域を通過させて不要な高域を減衰させてアナログオーディオ信号を得るための装置であり、低域濾波器260(低域濾波器<2>)と同じ周波数特性を有する。 The low-pass filter 280 (low-pass filter <1>) is an apparatus for obtaining an analog audio signal by passing an audio band and attenuating an unnecessary high-frequency band. The low-pass filter 260 (low-pass filter 260 Having the same frequency characteristics as the device <2>).
低域濾波器280(低域濾波器<1>)は、デジタルパルス幅変調されたパルス電圧からアナログオーディオ電圧を出力する。低域濾波器280(低域濾波器<1>)は、デジタル変調ブロック210の出力電圧と、デジタルパルス幅変調電圧出力から低域濾波を行い、かつ、アナログオーディオ電圧出力を得る電圧入力端子と接続してアナログオーディオ電圧を出力する。 The low-pass filter 280 (low-pass filter <1>) outputs an analog audio voltage from the digital pulse width modulated pulse voltage. The low-pass filter 280 (low-pass filter <1>) has a voltage input terminal that performs low-pass filtering from the output voltage of the digital modulation block 210 and digital pulse width modulation voltage output and obtains an analog audio voltage output. Connect and output analog audio voltage.
誤差増幅器290は、低域濾波器280(低域濾波器<1>)の出力電圧を第1電圧入力端子と接続し、低域濾波器260(低域濾波器<2>)の出力電圧を第2電圧入力端子と接続して、低域濾波器280(低域濾波器<1>)の電圧と低域濾波器260(低域濾波器<2>)の差の電圧を演算して増幅する。 The error amplifier 290 connects the output voltage of the low-pass filter 280 (low-pass filter <1>) to the first voltage input terminal, and outputs the output voltage of the low-pass filter 260 (low-pass filter <2>). Connected to the second voltage input terminal, the voltage of the difference between the low-pass filter 280 (low-pass filter <1>) and the low-pass filter 260 (low-pass filter <2>) is calculated and amplified. To do.
図3は、上記デジタルアンプ200の具体的構成を示す回路図である。図2と同一構成部分には同一符号を付している。 FIG. 3 is a circuit diagram showing a specific configuration of the digital amplifier 200. The same components as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals.
本実施の形態は、デジタルパルス幅変調のデジタルパルスレベル値を、レベル値0、レベル値1、レベル値2、レベル値3、及びレベル値4の5レベルとした例である。 The present embodiment is an example in which the digital pulse level value of the digital pulse width modulation is five levels of level value 0, level value 1, level value 2, level value 3, and level value 4.
図3に示すように、デジタル変調ブロック210は、デジタルオーディオデータをデジタルパルス幅変調に変換するデジタルパルス幅変調変換回路211と、デジタルオーディオデータをデジタルパルス幅値に変換するデジタルパルス幅値変換回路212と、レベル値情報1〜4を格納するレベル値情報格納部213とから構成される。 As shown in FIG. 3, the digital modulation block 210 includes a digital pulse width modulation conversion circuit 211 that converts digital audio data into digital pulse width modulation, and a digital pulse width value conversion circuit that converts digital audio data into digital pulse width values. 212 and a level value information storage unit 213 that stores level value information 1 to 4.
電圧値変換ブロック220は、演算増幅器221及び抵抗R1〜R5から構成される。 The voltage value conversion block 220 includes an operational amplifier 221 and resistors R1 to R5.
積分回路ブロック230は、分周器231、演算増幅器232,233、キャバシタ234及び抵抗R6〜R10から構成される。演算増幅器232、キャバシタ234及び抵抗R6は、積分器を構成する。 The integrating circuit block 230 includes a frequency divider 231, operational amplifiers 232 and 233, a capacitor 234, and resistors R6 to R10. The operational amplifier 232, the capacitor 234, and the resistor R6 constitute an integrator.
コンパレータ240は、演算増幅器241からなる。 The comparator 240 includes an operational amplifier 241.
なお、本実施の形態は、デジタルパルス幅変調のレベルを5レベルに限定されるものではなく、他の任意のレベルで実施が可能である。 In the present embodiment, the level of digital pulse width modulation is not limited to 5 levels, but can be implemented at any other level.
以下、上述のように構成されたデジタルアンプ200の動作について説明する。動作自体は両チャネルとも同じである。 Hereinafter, the operation of the digital amplifier 200 configured as described above will be described. The operation itself is the same for both channels.
デジタル変調ブロック210は、マスタークロック201とビットクロック202とLRクロックとデータのデジタルシリアルデータ204を入力してデジタルパルス幅変調とデジタルパルス幅変調の変調幅の値の出力を行う。 The digital modulation block 210 inputs the master clock 201, the bit clock 202, the LR clock, and the digital serial data 204 of data, and outputs the digital pulse width modulation and the modulation width value of the digital pulse width modulation.
電圧値変換ブロック220は、デジタル変調ブロック210と接続し、デジタル変調ブロック210から、デジタルパルス幅のデジタル値をデジタルパルス幅のデジタル値に応じた電圧値へ変換する。 The voltage value conversion block 220 is connected to the digital modulation block 210 and converts the digital value of the digital pulse width from the digital modulation block 210 into a voltage value corresponding to the digital value of the digital pulse width.
電圧値変換ブロック220は、デジタル変調ブロック210から出力されるデジタルパルス幅変調の変調幅の値を電圧値へ変換する。 The voltage value conversion block 220 converts the value of the modulation width of the digital pulse width modulation output from the digital modulation block 210 into a voltage value.
積分回路ブロック230は、マスタークロック201を入力して分周したパルスを三角波に変換する。積分回路ブロック230は、三角波に対して振幅変調を行うための入力端子と、誤差増幅器290の結果を入力する端子を有し、三角波を電圧で変調して三角波信号を出力する。 The integration circuit block 230 receives the master clock 201 and converts the divided pulse into a triangular wave. The integrating circuit block 230 has an input terminal for performing amplitude modulation on the triangular wave and a terminal for inputting the result of the error amplifier 290, and modulates the triangular wave with a voltage to output a triangular wave signal.
コンパレータ240は、積分回路ブロック230からの三角波信号と基準電位205の電圧を比較した結果で電力を出力する。 The comparator 240 outputs power as a result of comparing the triangular wave signal from the integration circuit block 230 with the voltage of the reference potential 205.
駆動回路250は、コンパレータ240からの再生成されたデジタルパルス幅変調信号を、スピーカ270を駆動する電力に増幅する。 The drive circuit 250 amplifies the regenerated digital pulse width modulation signal from the comparator 240 to power for driving the speaker 270.
低域濾波器260(低域濾波器<2>)は、駆動回路250により電力を増幅した信号をオーディオ帯域のアナログ電力に復調し、アナログオーディオ電力を出力する。 The low-pass filter 260 (low-pass filter <2>) demodulates the signal whose power is amplified by the drive circuit 250 into analog power in the audio band, and outputs analog audio power.
スピーカ270は、アナログオーディオ信号を入力し、入力された電力を音響エネルギに変換して音響出力する。 The speaker 270 receives an analog audio signal, converts the input power into acoustic energy, and outputs the sound.
ここで、デジタルアンプ200は、デジタル変調ブロック210から出力されたデジタルパルス幅変調出力を別の歪の少ないスピーカ270に接続されていない低域濾波器280(低域濾波器<1>)の入力と接続する。また、低域濾波器280(低域濾波器<1>)のアナログ信号に復調された出力信号を誤差増幅器290の比較信号入力端子のプラス端子へ接続する。さらに、低域濾波器260(低域濾波器<2>)のアナログ信号に復調された出力信号を誤差増幅器290の比較信号入力端子のマイナス端子に接続する。 Here, the digital amplifier 200 inputs the digital pulse width modulation output output from the digital modulation block 210 to an input of a low-pass filter 280 (low-pass filter <1>) that is not connected to another speaker 270 with less distortion. Connect with. Further, the output signal demodulated into the analog signal of the low-pass filter 280 (low-pass filter <1>) is connected to the plus terminal of the comparison signal input terminal of the error amplifier 290. Further, the output signal demodulated into the analog signal of the low-pass filter 260 (low-pass filter <2>) is connected to the minus terminal of the comparison signal input terminal of the error amplifier 290.
上記接続により、誤差増幅器290からは、低域濾波器280(低域濾波器<1>)のアナログ信号と低域濾波器260(低域濾波器<2>)のアナログ信号の差分を増幅した電圧を得る。そして、積分回路ブロック230は、誤差増幅器290から出力された電圧を、電圧値変換ブロック220によって電圧値へ変換した電圧と加算する。 With the above connection, the difference between the analog signal of the low-pass filter 280 (low-pass filter <1>) and the analog signal of the low-pass filter 260 (low-pass filter <2>) is amplified from the error amplifier 290. Get voltage. The integration circuit block 230 adds the voltage output from the error amplifier 290 to the voltage converted into the voltage value by the voltage value conversion block 220.
これにより、低域濾波器260(低域濾波器<2>)から出力されたアナログ信号出力は、低域濾波器280(低域濾波器<1>)の出力と等しくなるように自動制御され、低域濾波器260(低域濾波器<2>)からのアナログ信号出力の歪率が改善される。 As a result, the analog signal output from the low-pass filter 260 (low-pass filter <2>) is automatically controlled to be equal to the output of the low-pass filter 280 (low-pass filter <1>). The distortion rate of the analog signal output from the low-pass filter 260 (low-pass filter <2>) is improved.
これより詳細に説明する。 This will be described in detail.
誤差増幅器290から積分回路ブロック230へ接続されている電圧は、低域濾波器280(低域濾波器<1>)と、低域濾波器260(低域濾波器<2>)の電圧差分を増幅した電圧であるため、低域濾波器280(低域濾波器<1>)と誤差増幅器290が接続されている電圧と、低域濾波器260(低域濾波器<2>)と誤差増幅器290が接続されている電圧に差がなければ、誤差増幅器290からの電圧出力は、基準電位205と等しくなる。この場合、積分回路ブロック230は、デジタルパルス幅を電圧値へ変換する電圧値変換ブロック220からのデジタルパルス幅を電圧値へ変換した電圧のみで振幅変調を受けるため、コンパレータ240から駆動回路250へ接続された電圧は、デジタルパルス幅変調出力とデジタルパルス幅の値を得るためのデジタル変調ブロック210からのデジタルパルス幅変調出力と同じ電圧になる。すなわち、デジタルアンプ200の歪(特に、駆動回路250及び低域濾波器260における歪)がない場合、誤差増幅器290は誤差成分を出力しないので、積分回路ブロック230の積分器(図示略)は中点動作し、積分回路ブロック230からは同じ波形が復元されて出力されることになる。 The voltage connected from the error amplifier 290 to the integration circuit block 230 is the voltage difference between the low-pass filter 280 (low-pass filter <1>) and the low-pass filter 260 (low-pass filter <2>). Since it is an amplified voltage, the voltage at which the low-pass filter 280 (low-pass filter <1>) and the error amplifier 290 are connected, the low-pass filter 260 (low-pass filter <2>), and the error amplifier If there is no difference between the voltages to which 290 is connected, the voltage output from the error amplifier 290 is equal to the reference potential 205. In this case, the integration circuit block 230 undergoes amplitude modulation only with the voltage obtained by converting the digital pulse width into the voltage value from the voltage value conversion block 220 that converts the digital pulse width into the voltage value. The connected voltage becomes the same voltage as the digital pulse width modulation output from the digital modulation block 210 for obtaining the digital pulse width modulation output and the digital pulse width value. That is, when there is no distortion of the digital amplifier 200 (particularly distortion in the drive circuit 250 and the low-pass filter 260), the error amplifier 290 does not output an error component, so that the integrator (not shown) of the integration circuit block 230 is medium. Point operation is performed, and the same waveform is restored and output from the integration circuit block 230.
一方、誤差増幅器290から積分回路ブロック230へ接続されている電圧において、低域濾波器280(低域濾波器<1>)と誤差増幅器290を接続した信号と、低域濾波器260(低域濾波器<2>)と誤差増幅器290に接続した信号に差がある場合の誤差増幅器290から積分回路ブロック230へ接続される電圧は、以下の通りである。 On the other hand, in the voltage connected from the error amplifier 290 to the integrating circuit block 230, a signal obtained by connecting the low-pass filter 280 (low-pass filter <1>) and the error amplifier 290, and the low-pass filter 260 (low-pass filter 260 (low-pass filter 260) The voltage connected from the error amplifier 290 to the integrating circuit block 230 when there is a difference between the signal connected to the filter <2>) and the error amplifier 290 is as follows.
積分回路ブロック230は、デジタルパルス幅を電圧値へ変換する電圧値変換ブロック220からのデジタルパルス幅を電圧値へ変換した電圧に誤差増幅器290から積分回路ブロック230へ接続される信号を加算した電圧で振幅変調を受ける。このため、コンパレータ240から駆動回路250へ接続された電圧は、デジタル変調ブロック210からのデジタルパルス幅変調出力に対して、誤差を補正したパルス幅変調電圧となる。すなわち、アナログ局部帰還を持つ回路構成により、歪成分の逆成分を発生させることでデジタルアンプ200の歪(特に、駆動回路250における歪)を補正することができる。 The integration circuit block 230 is a voltage obtained by adding the signal connected from the error amplifier 290 to the integration circuit block 230 to the voltage obtained by converting the digital pulse width from the voltage value conversion block 220 that converts the digital pulse width into a voltage value. Receives amplitude modulation at. For this reason, the voltage connected from the comparator 240 to the drive circuit 250 becomes a pulse width modulation voltage in which an error is corrected with respect to the digital pulse width modulation output from the digital modulation block 210. In other words, the distortion of the digital amplifier 200 (particularly, the distortion in the drive circuit 250) can be corrected by generating an inverse component of the distortion component with a circuit configuration having analog local feedback.
コンパレータ240は、誤差を補正したパルス幅変調電圧を基準電位205と比較する。コンパレータ240により比較して得られる再生成されたパルス幅変調電力は、デジタ
ルパルス幅のデジタル値の上又は下1レベルを超えることができる。したがって、パルス幅変調のデューティとして0%から201%の範囲で補正したパルス幅でパルス幅変調された電力を得ることができる。
The comparator 240 compares the pulse width modulation voltage whose error has been corrected with the reference potential 205. The regenerated pulse width modulated power obtained by comparison by the comparator 240 can exceed one level above or below the digital value of the digital pulse width. Therefore, it is possible to obtain a pulse width modulated power with a pulse width corrected in the range of 0% to 201% as the duty of the pulse width modulation.
以上により、デジタルパルス幅変調を行うデジタルアンプの歪補正について、従来例よりも大きな補正効果を得ることができる。歪補正範囲を広げることを可能になり、特許文献記載の回路より高性能を図ることができる。 As described above, it is possible to obtain a greater correction effect than the conventional example for distortion correction of a digital amplifier that performs digital pulse width modulation. The distortion correction range can be expanded, and higher performance can be achieved than the circuit described in the patent document.
次に、デジタル変調ブロック210、電圧値変換ブロック220、積分回路ブロック230、及びコンパレータ240について、具体例を示しながら説明する。 Next, the digital modulation block 210, the voltage value conversion block 220, the integration circuit block 230, and the comparator 240 will be described with specific examples.
図4乃至図25は、各部の動作波形を示す図である。 4 to 25 are diagrams illustrating operation waveforms of the respective units.
〔デジタルパルス幅変調レベルに応じたデジタル変調ブロック210からの出力波形〕
図4は、デジタル変調ブロック210から出力されるレベル値0のときの出力波形である。図4に示すように、デジタルパルス幅変調周期1005中で、波形1100となり、電圧1010一定で出力される。
[Output Waveform from Digital Modulation Block 210 According to Digital Pulse Width Modulation Level]
FIG. 4 shows an output waveform when the level value is 0 output from the digital modulation block 210. As shown in FIG. 4, in the digital pulse width modulation period 1005, a waveform 1100 is obtained and the voltage 1010 is output at a constant value.
図5は、デジタル変調ブロック210から出力されるレベル値1のときの出力波形である。図5に示すように、デジタルパルス幅変調周期1005中で、波形1101となり、電圧は、波形1010から始まり、周期1005中央を中心にして波形1001の幅で電圧1011まで上昇して再び電圧1010まで下降する波形で出力される。 FIG. 5 shows an output waveform when the level value is 1 output from the digital modulation block 210. As shown in FIG. 5, in the digital pulse width modulation period 1005, a waveform 1101 is obtained, and the voltage starts from the waveform 1010. Output in descending waveform.
図6は、デジタル変調ブロック210から出力されるレベル値2のときの出力波形である。図6に示すように、デジタルパルス幅変調周期1005中で、波形1102となり、電圧は、波形1010から始まり、周期1005中央を中心にして波形1002の幅で電圧1011まで上昇して再び電圧1010まで下降する波形で出力される。 FIG. 6 shows an output waveform at the level value 2 output from the digital modulation block 210. As shown in FIG. 6, in the digital pulse width modulation period 1005, a waveform 1102 is obtained, and the voltage starts from the waveform 1010 and rises up to the voltage 1011 with the width of the waveform 1002 around the center of the period 1005 and again to the voltage 1010 Output in descending waveform.
図7は、デジタル変調ブロック210から出力されるレベル値3のときの出力波形である。図7に示すように、デジタルパルス幅変調周期1005中で、波形1103となり、電圧は、波形1010から始まり、周期1005中央を中心にして波形1003の幅で電圧1011まで上昇して再び電圧1010まで下降する波形で出力される。 FIG. 7 shows an output waveform at the level value 3 output from the digital modulation block 210. As shown in FIG. 7, in the digital pulse width modulation period 1005, a waveform 1103 is obtained, and the voltage starts from the waveform 1010. Output in descending waveform.
図8は、デジタル変調ブロック210から出力されるレベル値4のときの出力波形である。図8に示すように、デジタルパルス幅変調周期1005中で、波形1104となり、波形1004の幅で電圧は波形1011一定で出力される。 FIG. 8 shows an output waveform at the level value 4 output from the digital modulation block 210. As shown in FIG. 8, a waveform 1104 is obtained in the digital pulse width modulation period 1005, and the voltage is output with the waveform 1011 constant within the width of the waveform 1004.
〔デジタル変調ブロック210から出力されるデジタルパルス幅値情報の出力電位の波形〕
図9は、デジタル変調ブロック210から出力されるデジタルパルス幅値情報の出力電位の低電圧値の波形である。図9に示すように、デジタルパルス幅値情報の出力電位の低電圧値の波形は、電圧1010かつ周期1005で出力される波形である。
[Waveform of output potential of digital pulse width value information output from digital modulation block 210]
FIG. 9 is a waveform of the low voltage value of the output potential of the digital pulse width value information output from the digital modulation block 210. As shown in FIG. 9, the waveform of the low voltage value of the output potential of the digital pulse width value information is a waveform output at a voltage 1010 and a period 1005.
図10は、デジタル変調ブロック210から出力されるデジタルパルス幅値情報の出力電位の高電圧値の波形である。図10に示すように、デジタルパルス幅値情報の出力電位の高電圧値の波形は、電圧1011かつ周期1005で出力される波形である。 FIG. 10 is a waveform of the high voltage value of the output potential of the digital pulse width value information output from the digital modulation block 210. As shown in FIG. 10, the waveform of the high voltage value of the output potential of the digital pulse width value information is a waveform output with the voltage 1011 and the period 1005.
ここで、デジタル変調ブロック210中のレベル値情報(レベル値情報1、レベル値情報2、レベル値情報3、及びレベル値情報4)の値は、デジタルパルス幅値によって変化する。 Here, the level value information (level value information 1, level value information 2, level value information 3, and level value information 4) in the digital modulation block 210 varies depending on the digital pulse width value.
デジタル変調ブロック210中のレベル値情報(レベル値情報1、レベル値情報2、レベル値情報3、及びレベル値情報4)の値は、デジタルパルス幅のレベル値が0のときは、全て図9の波形となる。 The values of the level value information (level value information 1, level value information 2, level value information 3, and level value information 4) in the digital modulation block 210 are all shown in FIG. 9 when the level value of the digital pulse width is zero. It becomes the waveform.
デジタル変調ブロック210中のレベル値情報(レベル値情報1、レベル値情報2、レベル値情報3、及びレベル値情報4)の値は、デジタルパルス幅のレベル値が1のときは、レベル値情報1は図9の波形となり、レベル値情報2、レベル値情報3、及びレベル値情報4は、図10の波形となる。 The level value information (level value information 1, level value information 2, level value information 3, and level value information 4) in the digital modulation block 210 is level value information when the level value of the digital pulse width is 1. 1 has the waveform of FIG. 9, and the level value information 2, the level value information 3, and the level value information 4 have the waveforms of FIG.
デジタル変調ブロック210中のレベル値情報(レベル値情報1、レベル値情報2、レベル値情報3、及びレベル値情報4)の値は、デジタルパルス幅のレベル値が2のときは、レベル値情報1及びレベル値情報2は、図9の波形となり、レベル値情報3及びレベル値情報4は図10の波形となる。 The level value information (level value information 1, level value information 2, level value information 3, and level value information 4) in the digital modulation block 210 is level value information when the level value of the digital pulse width is 2. 1 and level value information 2 have the waveforms shown in FIG. 9, and level value information 3 and level value information 4 have the waveforms shown in FIG.
デジタル変調ブロック210中のレベル値情報(レベル値情報1、レベル値情報2、レベル値情報3、及びレベル値情報4)の値は、デジタルパルス幅のレベル値が3のときは、レベル値情報1、レベル値情報2、及びレベル値情報3は、図9の波形となり、レベル値情報4は図10の波形となる。 The level value information (level value information 1, level value information 2, level value information 3, and level value information 4) in the digital modulation block 210 is level value information when the level value of the digital pulse width is 3. 1, level value information 2 and level value information 3 have the waveforms of FIG. 9, and level value information 4 has the waveform of FIG.
デジタル変調ブロック210中のレベル値情報(レベル値情報1、レベル値情報2、レベル値情報3、及びレベル値情報4)の値は、デジタルパルス幅のレベル値が4のときは、レベル値情報1、レベル値情報2、レベル値情報3、及びレベル値情報4は、全て図10の波形となる。 The level value information (level value information 1, level value information 2, level value information 3, and level value information 4) in the digital modulation block 210 is the level value information when the level value of the digital pulse width is 4. 1, level value information 2, level value information 3, and level value information 4 all have the waveforms of FIG.
〔電圧値変換ブロック220から出力されるデジタルパルス幅変調レベルのレベル値に応じた出力波形〕
図11は、電圧値変換ブロック220から出力されるデジタルパルス幅変調レベルのレベル値が0のときの出力波形、図12は、前記レベル値が1のときの出力波形、図13は、前記レベル値が2のときの出力波形、図14は、前記レベル値が3のときの出力波形、図15は、前記レベル値が4のときの出力波形をそれぞれ示す。
[Output Waveform According to Level Value of Digital Pulse Width Modulation Level Output from Voltage Value Conversion Block 220]
11 shows an output waveform when the level value of the digital pulse width modulation level output from the voltage value conversion block 220 is 0, FIG. 12 shows an output waveform when the level value is 1, and FIG. 13 shows the level 14 shows an output waveform when the level value is 3, FIG. 14 shows an output waveform when the level value is 3, and FIG. 15 shows an output waveform when the level value is 4.
前記図3に示すように、電圧値変換ブロック220のレベル値情報入力端子に、レベル値情報1、レベル値情報2、レベル値情報3、及びレベル値情報4を接続し、かつ電圧値変換ブロック220に基準電位205を接続する。 As shown in FIG. 3, level value information 1, level value information 2, level value information 3, and level value information 4 are connected to the level value information input terminal of the voltage value conversion block 220, and the voltage value conversion block. A reference potential 205 is connected to 220.
電圧値変換ブロック220の出力端子からは、レベル値情報1、レベル値情報2、レベル値情報3、及びレベル値情報4の電圧を基に、デジタルパルス幅変調のレベル値に応じて、下記の出力波形が出力される。 From the output terminal of the voltage value conversion block 220, based on the voltages of the level value information 1, the level value information 2, the level value information 3, and the level value information 4, according to the level value of the digital pulse width modulation, the following Output waveform is output.
デジタルパルス幅変調レベル値が0のときには、図11の電圧2020で波形2100に変換される。デジタルパルス幅変調レベル値が1のときには、図12の電圧2021で波形2101に変換される。デジタルパルス幅変調レベル値が2のときには図13の電圧2022で波形2102に変換される。デジタルパルス幅変調レベル値が3のときには、図14の電圧2023で波形2103に変換される。デジタルパルス幅変調レベル値が4のときには、図15の電圧2024で波形2104に変換される。ここで、電圧1011と1010の電位の中点電位は、基準電位205と等しい。 When the digital pulse width modulation level value is 0, it is converted into a waveform 2100 by the voltage 2020 in FIG. When the digital pulse width modulation level value is 1, it is converted into a waveform 2101 by the voltage 2021 in FIG. When the digital pulse width modulation level value is 2, it is converted into a waveform 2102 by the voltage 2022 in FIG. When the digital pulse width modulation level value is 3, it is converted into a waveform 2103 by the voltage 2023 of FIG. When the digital pulse width modulation level value is 4, the voltage 2024 in FIG. Here, the midpoint potential of the voltages 1011 and 1010 is equal to the reference potential 205.
〔積分回路ブロック230、コンパレータ240、及び駆動回路250から出力される波形〕
図16は、図3の電圧値変換ブロック220、積分回路ブロック230、コンパレータ240、駆動回路250、低域濾波器260(低域濾波器<2>)、低域濾波器280(低域濾波器<1>)において、歪がない場合のデジタルパルス幅変調のレベル値0における積分回路ブロック230、コンパレータ240、及び駆動回路250から出力される波形を示す。同様に、図17は、前記レベル値が1のときの出力波形、図18は、前記レベル値が2のときの出力波形、図19は、前記レベル値が3のときの出力波形、図20は、前記レベル値が4のときの出力波形をそれぞれ示す。
[Waveforms Output from Integration Circuit Block 230, Comparator 240, and Drive Circuit 250]
16 shows a voltage value conversion block 220, an integration circuit block 230, a comparator 240, a drive circuit 250, a low-pass filter 260 (low-pass filter <2>), and a low-pass filter 280 (low-pass filter) shown in FIG. <1>) shows waveforms output from the integration circuit block 230, the comparator 240, and the drive circuit 250 when the digital pulse width modulation level value is 0 when there is no distortion. Similarly, FIG. 17 shows an output waveform when the level value is 1, FIG. 18 shows an output waveform when the level value is 2, FIG. 19 shows an output waveform when the level value is 3, and FIG. Show the output waveforms when the level value is 4.
電圧値変換ブロック220は、デジタルパルス幅変調レベル値情報を基に、デジタル変調ブロック210のデジタルパルス幅のデジタル値を電圧値に変換する。そして、誤差増幅器290からの電圧が基準電位205となっているときの積分回路ブロック230からの出力結果は、デジタルパルス幅変調レベル値が0のときには図16(a)に示す波形3020となる。また、コンパレータ240からの出力は図16(b)に示す波形4100となり、駆動回路250からの出力は、図16(c)に示す波形5100となる。 The voltage value conversion block 220 converts the digital value of the digital pulse width of the digital modulation block 210 into a voltage value based on the digital pulse width modulation level value information. The output result from the integration circuit block 230 when the voltage from the error amplifier 290 is the reference potential 205 has a waveform 3020 shown in FIG. 16A when the digital pulse width modulation level value is zero. Further, the output from the comparator 240 has a waveform 4100 shown in FIG. 16B, and the output from the drive circuit 250 has a waveform 5100 shown in FIG.
また、デジタルパルス幅変調レベル値が1のときには図17(a)に示す波形3021となる。また、コンパレータ240からの出力は図17(b)に示す波形4101となり、駆動回路250からの出力は、図17(c)に示す波形5101となる。 When the digital pulse width modulation level value is 1, the waveform 3021 shown in FIG. The output from the comparator 240 has a waveform 4101 shown in FIG. 17B, and the output from the drive circuit 250 has a waveform 5101 shown in FIG.
また、デジタルパルス幅変調レベル値が2のときには図18(a)に示す波形3022となる。また、コンパレータ240からの出力は図18(b)に示す波形4102となり、駆動回路250からの出力は、図18(c)に示す波形5102となる。 When the digital pulse width modulation level value is 2, the waveform 3022 shown in FIG. Further, the output from the comparator 240 has a waveform 4102 shown in FIG. 18B, and the output from the drive circuit 250 has a waveform 5102 shown in FIG.
また、デジタルパルス幅変調レベル値が3のときには図19(a)に示す波形3023となる。また、コンパレータ240からの出力は図19(b)に示す波形4103となり、駆動回路250からの出力は、図19(c)に示す波形5103となる。 When the digital pulse width modulation level value is 3, the waveform 3023 shown in FIG. Further, the output from the comparator 240 has a waveform 4103 shown in FIG. 19B, and the output from the drive circuit 250 has a waveform 5103 shown in FIG. 19C.
また、デジタルパルス幅変調レベル値が4のときには図20(a)に示す波形3024となる。また、コンパレータ240からの出力は図20(b)に示す波形4104となり、駆動回路250からの出力は、図20(c)に示す波形5104となる。 When the digital pulse width modulation level value is 4, the waveform 3024 shown in FIG. Further, the output from the comparator 240 has a waveform 4104 shown in FIG. 20B, and the output from the drive circuit 250 has a waveform 5104 shown in FIG.
図20に示すように、波形5100は、波形1100と電圧が異なる同じデューティの波形となる。波形5101は、波形1101と電圧が異なる同じデューティの波形となる。波形5102は、波形1102と電圧が異なる同じデューティの波形となる。波形5103は、波形1103と電圧が異なる同じデューティの波形となる。波形5104は、波形1104と電圧が異なる同じデューティの波形となることがわかる。 As illustrated in FIG. 20, the waveform 5100 is a waveform with the same duty that is different from the waveform 1100 in voltage. A waveform 5101 is a waveform having the same duty and a voltage different from that of the waveform 1101. A waveform 5102 is a waveform having the same duty and a voltage different from that of the waveform 1102. A waveform 5103 is a waveform having the same duty and a voltage different from that of the waveform 1103. It can be seen that the waveform 5104 has the same duty and a different voltage from the waveform 1104.
〔電圧値変換ブロック220、積分回路ブロック230、コンパレータ240、駆動回路250、低域濾波器260(低域濾波器<2>)、及び低域濾波器280(低域濾波器<1>)から出力される歪がない場合の波形〕
図21及び図22は、電圧値変換ブロック220、積分回路ブロック230、コンパレータ240、駆動回路250、低域濾波器260(低域濾波器<2>)、及び低域濾波器280(低域濾波器<1>)において、歪がない場合の波形を示す。図22は、図21の波形に対して、デジタル変調ブロック210からの出力を低域濾波器280(低域濾波器<1>)を通すことによって得た波形8020と電圧が違うだけの波形である。なお、波形6020と波形8020は、任意比率に設定される固定値である。
[From the voltage value conversion block 220, the integration circuit block 230, the comparator 240, the drive circuit 250, the low-pass filter 260 (low-pass filter <2>), and the low-pass filter 280 (low-pass filter <1>) Waveform when there is no output distortion)
21 and 22 show a voltage value conversion block 220, an integration circuit block 230, a comparator 240, a drive circuit 250, a low-pass filter 260 (low-pass filter <2>), and a low-pass filter 280 (low-pass filter). The waveform when there is no distortion in the device <1>). FIG. 22 is a waveform with a voltage different from the waveform 8020 obtained by passing the output from the digital modulation block 210 through the low-pass filter 280 (low-pass filter <1>) with respect to the waveform of FIG. is there. Waveform 6020 and waveform 8020 are fixed values set to an arbitrary ratio.
〔電圧値変換ブロック220、積分回路ブロック230、コンパレータ240、駆動回路250、低域濾波器260(低域濾波器<2>)、及び低域濾波器280(低域濾波器<1>)から出力される歪が生じた場合の波形〕
図23は、電圧値変換ブロック220、積分回路ブロック230、コンパレータ240、駆動回路250、低域濾波器260(低域濾波器<2>)、及び低域濾波器280(低域濾波器<1>)から出力される歪が生じた場合の波形を示す。
[From the voltage value conversion block 220, the integration circuit block 230, the comparator 240, the drive circuit 250, the low-pass filter 260 (low-pass filter <2>), and the low-pass filter 280 (low-pass filter <1>) Waveform when distortion occurs
23 shows a voltage value conversion block 220, an integration circuit block 230, a comparator 240, a drive circuit 250, a low-pass filter 260 (low-pass filter <2>), and a low-pass filter 280 (low-pass filter <1). The waveform when distortion output from>) occurs.
図23に示すように、各ブロックにおいて歪が生じた場合、歪の信号は、各ブロックの歪の総和として誤差増幅器290から、波形9020のように現れる。この結果は、積分回路ブロック230へ接続されて、積分回路ブロック230は、波形6020を波形8020と電圧違いの相似形にするように歪を減算する動作を自動的に行う。 As shown in FIG. 23, when distortion occurs in each block, a distortion signal appears as a waveform 9020 from the error amplifier 290 as the total distortion of each block. This result is connected to the integration circuit block 230, and the integration circuit block 230 automatically performs an operation of subtracting distortion so that the waveform 6020 has a voltage-difference similar to that of the waveform 8020.
波形6020の歪が補正される例について説明する。デジタルパルス幅変調レベル値が2のときの補正結果は、誤差増幅器290からの出力が、図23中の電圧9020である。 An example in which the distortion of the waveform 6020 is corrected will be described. As a correction result when the digital pulse width modulation level value is 2, the output from the error amplifier 290 is the voltage 9020 in FIG.
〔コンパレータ240から出力される波形〕
図24は、デジタルパルス幅変調のレベル値2のときに、電圧値変換ブロック220、積分回路ブロック230、コンパレータ240、駆動回路250、及び低域濾波器260(低域濾波器<2>)の歪の総和と、低域濾波器280(低域濾波器<1>)の出力における歪が異なっている場合で、かつデジタルパルス幅変調のレベル値が正側に補正されたときのコンパレータ240から出力される波形を示す。
[Waveform output from comparator 240]
FIG. 24 shows the voltage value conversion block 220, the integration circuit block 230, the comparator 240, the drive circuit 250, and the low-pass filter 260 (low-pass filter <2>) when the level value of the digital pulse width modulation is 2. From the comparator 240 when the total distortion and the distortion at the output of the low-pass filter 280 (low-pass filter <1>) are different, and the level value of the digital pulse width modulation is corrected to the positive side The output waveform is shown.
図24に示すように、図23に示す電圧9011と電圧9010の平均値よりも電圧9011寄りになっていて、デジタルパルス幅変調の変調レベル値を1以上加算する方向で歪を補正したときに得られる、コンパレータ240からの出力結果は、波形4102aに示される。 As shown in FIG. 24, when the distortion is corrected in the direction in which one or more modulation level values of digital pulse width modulation are added, which is closer to the voltage 9011 than the average value of the voltage 9011 and the voltage 9010 shown in FIG. The resulting output from the comparator 240 is shown in waveform 4102a.
図24は、デジタルパルス幅変調のレベル値2のときに、電圧値変換ブロック220、積分回路ブロック230、コンパレータ240、駆動回路250、及び低域濾波器260(低域濾波器<2>)の歪の総和と、低域濾波器280(低域濾波器<1>)の出力における歪が異なっている場合で、かつデジタルパルス幅変調のレベル値が負側に補正されたときのコンパレータ240から出力される波形を示す。 FIG. 24 shows the voltage value conversion block 220, the integration circuit block 230, the comparator 240, the drive circuit 250, and the low-pass filter 260 (low-pass filter <2>) when the level value of the digital pulse width modulation is 2. From the comparator 240 when the total distortion and the distortion in the output of the low-pass filter 280 (low-pass filter <1>) are different, and the level value of the digital pulse width modulation is corrected to the negative side The output waveform is shown.
図25に示すように、デジタルパルス幅変調レベル値が2のときの補正結果で、誤差増幅器290からの出力が、前記図23中の電圧9020で、かつ電圧9011と9010の平均値よりも電圧9010寄りのレベルになっていて、かつデジタルパルス幅変調の変調レベル値を1以上減算する方向で歪を補正したときに得られる、コンパレータ240からの出力結果は、波形4102bに示される。 As shown in FIG. 25, with the correction result when the digital pulse width modulation level value is 2, the output from the error amplifier 290 is the voltage 9020 in FIG. 23 and a voltage higher than the average value of the voltages 9011 and 9010. An output result from the comparator 240, which is obtained when the distortion is corrected in the direction in which the level is close to 9010 and the modulation level value of digital pulse width modulation is subtracted by 1 or more, is shown in a waveform 4102b.
このように、デジタルパルス幅変調を行うデジタルアンプの歪補正について、従来例よりも大きな補正効果を得ることができる。歪補正範囲を広げることが可能になるため、高性能化を図ることができる。 As described above, a greater correction effect than the conventional example can be obtained for distortion correction of a digital amplifier that performs digital pulse width modulation. Since the distortion correction range can be expanded, higher performance can be achieved.
以上のように、本実施の形態によれば、デジタルアンプ200は、デジタル変調ブロック210のデジタルパルス幅のデジタル値を電圧値に変換する電圧値変換ブロック220と、マスタークロックにより三角波を発生し、かつ、前記発生した三角波を、前記デジタルパルス幅変調の変調幅の値に応じた信号を基に変調する積分回路ブロック230とを備える。デジタルアンプ200は、デジタルパルス幅変調されたパルス電圧からアナログオーディオ電圧を出力する低域濾波器280(低域濾波器<1>)と、電圧値変換ブロック220の出力電圧と基準電位の電圧を比較し、比較結果により電力を出力するコンパレータ240と、コンパレータ240からのデジタルパルス幅変調の電力を増幅する駆動回路250とを備える。デジタルアンプ200は、駆動回路250により電力増幅されたパルス
電力を、オーディオ帯域のアナログ電力に復調する低域濾波器260(低域濾波器<2>)と、低域濾波器280(低域濾波器<1>)の電圧と低域濾波器260(低域濾波器<2>)の差の電圧を演算して増幅する誤差増幅器290とを備える。上記各部は、全体としてアナログ局部帰還を持つ回路構成となっている。
As described above, according to the present embodiment, the digital amplifier 200 generates a triangular wave by the voltage value conversion block 220 that converts the digital value of the digital pulse width of the digital modulation block 210 into a voltage value, and the master clock, And an integration circuit block 230 that modulates the generated triangular wave based on a signal corresponding to a modulation width value of the digital pulse width modulation. The digital amplifier 200 outputs a low-pass filter 280 (low-pass filter <1>) that outputs an analog audio voltage from a digital pulse width modulated pulse voltage, and outputs an output voltage of the voltage value conversion block 220 and a reference potential voltage. A comparator 240 that compares and outputs power according to the comparison result and a drive circuit 250 that amplifies the power of the digital pulse width modulation from the comparator 240 are provided. The digital amplifier 200 includes a low-pass filter 260 (low-pass filter <2>) that demodulates the pulse power amplified by the drive circuit 250 into analog power in the audio band, and a low-pass filter 280 (low-pass filter). And an error amplifier 290 that calculates and amplifies the voltage of the difference between the voltage of the filter <1>) and the low-pass filter 260 (low-pass filter <2>). Each of the above parts has a circuit configuration with analog local feedback as a whole.
積分回路ブロック230は、デジタルパルス幅変調の変調幅の値に適応して振幅変調された三角波を発生する。このとき、デジタルパルス幅変調の変調幅の値に応じた信号に、誤差増幅器からの誤差を加算してデジタルパルス幅変調波形を再生成される。 The integrating circuit block 230 generates a triangular wave that is amplitude-modulated in accordance with the value of the modulation width of the digital pulse width modulation. At this time, the error from the error amplifier is added to the signal corresponding to the value of the modulation width of the digital pulse width modulation to regenerate the digital pulse width modulation waveform.
この構成により、デジタルパルス幅変調により生成されたパルスでスピーカを駆動する際に発生する歪の補正効果を、デジタルパルス生成時のあらゆるデジタルパルス幅値に対する補正効果をデジタルパルス幅値のレベル表現上の0から最大、つまりデューティとして0%から100%の範囲で歪補正を得ることが可能になる。換言すれば、デジタルパルス幅変調のデジタルパルス幅値に対し、0から最大のデジタルパルス幅値まで変化させることが可能になる。 With this configuration, the distortion correction effect that occurs when the speaker is driven with a pulse generated by digital pulse width modulation, and the correction effect for any digital pulse width value at the time of digital pulse generation are expressed in the level representation of the digital pulse width value. It is possible to obtain distortion correction in the range from 0 to the maximum, that is, the duty range from 0% to 100%. In other words, the digital pulse width value of the digital pulse width modulation can be changed from 0 to the maximum digital pulse width value.
これにより、デジタルパルス幅変調のデジタルアンプにおいて、従来のデジタルアンプよりもデジタルパルス幅変調におけるパルスのデューティの補正範囲を広げることができ、デジタルアンプより歪率を大幅に改善することができる。 Thereby, in the digital pulse width modulation digital amplifier, the pulse duty correction range in the digital pulse width modulation can be expanded as compared with the conventional digital amplifier, and the distortion rate can be greatly improved as compared with the digital amplifier.
以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されることはない。例えば、上記実施の形態は、各種の音響装置に適用した例であるが、音を増幅するものであればどのような機器にも同様に適用できる。 The above description is an illustration of a preferred embodiment of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to this. For example, although the said embodiment is an example applied to various audio | voice apparatuses, if it amplifies a sound, it can apply similarly to what kind of apparatus.
また、上記各実施の形態ではデジタルアンプという名称を用いたが、これは説明の便宜上であり、電力増幅回路、D級アンプ等であってもよいことは勿論である。 Moreover, although the name “digital amplifier” is used in each of the above embodiments, this is for convenience of explanation, and it goes without saying that a power amplifier circuit, a class D amplifier, or the like may be used.
さらに、上記デジタルアンプを構成する各回路部、例えば量子化器、低域濾波器等の種類、数及び接続方法などは前述した実施の形態に限られない。 Furthermore, the type, number, connection method, and the like of each circuit unit constituting the digital amplifier, such as a quantizer and a low-pass filter, are not limited to the above-described embodiments.
本発明に係るデジタルアンプは、デジタル信号を入力し、デジタル信号のままスピーカを駆動する、スピーカ等を含む負荷に供給するオーディオ用途に有効である。また、各種の音響装置におけるデジタルアンプに適用して好適であるのみならず、音響装置以外の電子機器におけるデジタルアンプにも広く適用され得るものである。 The digital amplifier according to the present invention is effective for audio applications in which a digital signal is input and the speaker is driven with the digital signal supplied to a load including the speaker. Further, the present invention is not only suitable for application to digital amplifiers in various acoustic devices, but can also be widely applied to digital amplifiers in electronic devices other than acoustic devices.
100、200 デジタルアンプ
110 1ビット量子化器
120 レベル適応型三角波発生回路
130 駆動回路
140、260 低域濾波器(低域濾波器<2>)
145、265 低域濾波器(低域濾波器<3>)
150、280 低域濾波器(低域濾波器<1>)
160 比較器
170、270 スピーカ
210 デジタル変調ブロック
211 デジタルパルス幅変調変換回路
212 デジタルパルス幅値変換回路
213 レベル値情報格納部
220 電圧値変換ブロック
221、232、233、241 演算増幅器
230 積分回路ブロック
231 分周器
234 キャバシタ
240 コンパレータ
250 駆動回路
290 誤差増幅器
100, 200 Digital amplifier 110 1-bit quantizer 120 Level adaptive triangular wave generation circuit 130 Drive circuit 140, 260 Low-pass filter (low-pass filter <2>)
145, 265 Low-pass filter (Low-pass filter <3>)
150, 280 Low-pass filter (Low-pass filter <1>)
160 Comparator 170, 270 Speaker 210 Digital modulation block 211 Digital pulse width modulation conversion circuit 212 Digital pulse width value conversion circuit 213 Level value information storage unit 220 Voltage value conversion block 221, 232, 233, 241 Operational amplifier 230 Integration circuit block 231 Frequency divider 234 Capacitor 240 Comparator 250 Drive circuit 290 Error amplifier
Claims (5)
前記デジタル変調されたパルス電圧を低域濾波し、アナログオーディオ電圧を出力する第1アナログオーディオ出力部と、
前記デジタルパルス幅変調の変調幅の値に基づいて、振幅変調された三角波を発生する三角波発生回路と、
前記三角波発生回路からの出力電圧を増幅する駆動回路と、
前記駆動回路により電力増幅された信号を低域濾波し、アナログオーディオ電圧を出力する第3アナログオーディオ出力部と、
前第1アナログオーディオ出力部の電圧と前記第3アナログオーディオ出力部の電圧の差を演算して増幅する誤差増幅器とを備え、
前記三角波発生回路は、前記デジタルパルス幅変調の変調幅の値に応じた信号に、前記誤差増幅器からの誤差を加算してデジタルパルス幅変調波形を再生成するデジタルアンプ。 A digital amplifier that inputs a digital signal and drives a speaker with the digital signal as it is, a digital modulation circuit that converts digital audio data into digital pulse width modulation, and
A first analog audio output unit for low-pass filtering the digitally modulated pulse voltage and outputting an analog audio voltage;
A triangular wave generating circuit that generates an amplitude-modulated triangular wave based on the value of the modulation width of the digital pulse width modulation;
A drive circuit for amplifying an output voltage from the triangular wave generation circuit;
A third analog audio output unit for low-pass filtering the signal amplified by the drive circuit and outputting an analog audio voltage;
An error amplifier that calculates and amplifies the difference between the voltage of the first analog audio output unit and the voltage of the third analog audio output unit;
The triangular wave generation circuit is a digital amplifier that regenerates a digital pulse width modulation waveform by adding an error from the error amplifier to a signal corresponding to a modulation width value of the digital pulse width modulation.
前記三角波発生回路は、前記量子化器のレベル数に応じた直流電位を三角波に重畳して使用し、レベル数に応じた三角波を発生する請求項1記載のデジタルアンプ。 The digital modulation circuit includes a quantizer that quantizes a digital signal;
2. The digital amplifier according to claim 1, wherein the triangular wave generation circuit generates a triangular wave corresponding to the number of levels by using a direct current potential corresponding to the number of levels of the quantizer superimposed on the triangular wave.
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