JP2005143090A - Pcmからpwmに変換するための方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 第1のサンプリング周波数が第2の周波数よりも低い場合、第2の周波数で入力直列PCMデジタル信号を第2の直列PCMデジタル信号に変換し、第3の周波数にアップサンプリングし並列デジタル信号に変換する。デジタルボリュームコマンド制御信号に従ってボリューム調整済み並列デジタル信号を生成し、これとデジタルランプ(ramp)信号との間のクロスポイントを計算しスイッチング音声増幅器の所望のパルス幅変調を表す並列デジタル信号を生成する。所望のパルス幅変調を表す並列デジタル信号を、スイッチング音声増幅器に印加されるパルス幅変調を表す量子化済み並列デジタル信号に量子化し、PWM信号に変換する。
【選択図】 図1
Description
Claims (54)
- 入力直列パルス符号変調(PCM)デジタル信号から出力パルス幅変調(PWM)デジタル信号に変換してパルス幅変調入力信号を必要とするスイッチング音声増幅器を駆動する回路であって、
第1のサンプリング周波数で入力直列PCMデジタル信号を受信し、第1のサンプリング周波数が第2の周波数よりも低い場合は、第2の周波数で入力直列PCMデジタル信号を第2の直列PCMデジタル信号に変換するサンプルレート変換器と、
第2の直列PCMデジタル信号を第3の周波数にアップサンプリングし、第2の直列PCMデジタル信号を並列デジタル信号に変換するデジタルフィルタ段と、
並列デジタル信号を受信し、デジタルボリュームコマンド制御信号に従ってボリューム調整済み並列デジタル信号を生成するボリューム制御段と、
ボリューム調整済み並列デジタル信号とデジタルランプ信号との間のクロスポイントを計算し、スイッチング音声増幅器の所望のパルス幅変調を表す並列デジタル信号を生成するデジタルクロスポイント推定器段と、
所望のパルス幅変調を表す並列デジタル信号を、スイッチング音声増幅器に印加されるパルス幅変調を表す量子化済み並列デジタル信号に量子化する量子化段と、
量子化済み並列デジタル信号をPWM信号に変換してスイッチング音声増幅器を駆動するPWM生成段とを含むことを特徴とする回路。 - スイッチング音声増幅器の出力を入力として受信するフィードバック制御段をさらに含み、前記フィードバック制御段は、前記クロスポイント推定器段から前記並列デジタル信号を受信し、前記スイッチング音声増幅器の出力が所望のレベルであるように、前記クロスポイント推定器段からの前記並列デジタル信号をフィードバック制御済みの並列デジタル信号に調整することを特徴とする請求項1に記載の回路。
- 前記サンプルレート変換器は、前記入力直列PCMデジタル信号を直並列変換済み並列デジタル信号に変換するための直並列変換器(deserializer)段と、前記入力直列PCMデジタル信号が第2の周波数未満である場合は、前記直並列済み並列デジタル信号を第2の高周波数の直列デジタルPCM信号に再変換し、または前記入力直列PCMデジタル信号が第2の周波数と同じである場合は前記周波数を維持する並直列変換器段とを含むことを特徴とする請求項1に記載の回路。
- 前記デジタルフィルタ段は、
前記第2の直列PCMデジタル信号から低域ろ波済み並列デジタル信号を生成する第1のデジタル低域フィルタと、
前記低域ろ波済み並列デジタル信号のサンプリング周波数を上げ、アップサンプリングされたろ波済み並列デジタル信号を提供するアップサンプリング段と、
補間されアップサンプリングされたろ波済み並列デジタル信号を提供するデジタル補間フィルタとを含むことを特徴とする請求項1に記載の回路。 - 前記アップサンプリング段は第1および第2のアップサンプリング段を含み、前記補間フィルタは第1および第2の補間フィルタを含み、前記第1のアップサンプリング段は前記第1の補間フィルタに送り込み、前記第2のアップサンプリング段は前記第1の補間フィルタに続いて前記第2の補間フィルタに送り込むことを特徴とする請求項4に記載の回路。
- 前記ボリューム制御段は、前記並列デジタル信号を前記デジタルフィルタ段から受信するデジタル乗算器と、前記ボリューム調整済み並列デジタル信号を生成するデジタルボリュームコマンドとを含むことを特徴とする請求項1に記載の回路。
- ボリュームの段階的制御を実施する前記ボリュームコマンド制御を受信して前記ボリューム調整済み並列デジタル信号を提供するデジタル変更レートリミッタフィルタをさらに含むことを特徴とする請求項6に記載の回路。
- 前記ボリューム調整済み並列デジタル信号を事前に選択されたデジタルビット数まで切り捨てる、前記デジタル乗算器の出力に結合された切捨て段をさらに含むことを特徴とする請求項7に記載の回路。
- 前記デジタルクロスポイント推定器段は、
並列デジタルランプ信号を生成するデジタルランプ生成器と、
前記並列デジタルランプ信号および前記ボリューム調整済み並列デジタル信号を受信して、前記並列デジタルランプ信号と前記ボリューム調整済み並列デジタル信号との差に対応するデジタル出力差信号を提供するデジタル減算段と、
前記デジタル出力差信号を格納済みの差信号として格納するメモリと、
現在のクロック周期に対するデジタル出力差信号および以前のクロック周期に対する格納済み差信号を入力として受信するクロスポイントソルバであって、格納済みと現在との差信号の差がいつ符号を変更したか判定し、それによってランプ信号とボリューム調整済み信号との間のクロスポイントを決定するクロスポイントソルバとを含むことを特徴とする請求項1に記載の回路。 - 前記クロスポイントソルバは、格納済みと現在との差信号の間で線形近似を使用して、前記デジタルランプ信号とボリューム調整済み並列デジタル信号との間のクロスポイントを決定することを特徴とする請求項9に記載の回路。
- 前記量子化段は、前記所望のパルス幅変調を表す前記並列デジタル信号を受信し、前記パルス幅変調を表す削減されたビット量子化済みデジタル信号に変換してスイッチング音声増幅器に適用することを特徴とする請求項1に記載の回路。
- 前記PWM生成段は、それぞれがクロック信号の正および負の端部でトリガされる第1および第2のPWMブロックを含み、前記第1および第2のPWMブロックはそれぞれ、前記デジタルランプ信号と前記量子化済み並列デジタル信号とを比較し、2つのパルス幅変調信号を生成して、半ブリッジのスイッチング音声増幅器の2つのスイッチを駆動するデジタルランプ生成器およびデジタル比較器を含むことを特徴とする請求項1に記載の回路。
- 前記PWM生成段は、前記2つのパルス幅変調信号間の不感時間を保証して半ブリッジのスイッチング音声増幅器の2つのスイッチを駆動する不感時間生成器段をさらに含むことを特徴とする請求項12に記載の回路。
- 前記スイッチング音声増幅器を負荷に結合する出力フィルタをさらに含み、前記フィードバック制御段は、
内部制御ループおよび外部制御ループであって、前記内部制御ループは、前記出力フィルタによるろ波の前に前記スイッチング音声増幅器の出力電圧の平均値を制御し、前記外部制御ループは、前記出力フィルタによるろ波の後に前記スイッチング音声増幅器の出力電圧を制御する内部制御ループおよび外部制御ループを含むことを特徴とする請求項2に記載の回路。 - 前記内部制御ループは、不感時間の補償および前記スイッチング音声増幅器のスイッチの有限オフ時間をさらに提供することを特徴とする請求項14に記載の回路。
- 前記外部制御ループは、前記出力フィルタおよびスイッチング音声増幅器内の損失に対する補償をさらに提供することを特徴とする請求項14に記載の回路。
- 入力直列パルス符号変調(PCM)デジタル信号から出力パルス幅変調(PWM)デジタル信号に変換してパルス幅変調入力信号を必要とするスイッチング回路を駆動する回路であって、
前記入力直列PCMデジタル信号をより高い周波数にアップサンプリングし、前記入力直列PCMデジタル信号を並列デジタル信号に変換するデジタルフィルタ段と、
前記並列デジタル信号とデジタルランプ信号との間のクロスポイントを計算し、前記スイッチング回路の所望のパルス幅変調を表す並列デジタル信号を生成するデジタルクロスポイント推定器段と、
前記スイッチング回路の所望のパルス幅変調を表す前記並列デジタル信号をPWM信号に変換して前記スイッチング回路を駆動するPWM生成段とを含むことを特徴とする回路。 - 前記入力直列PCMデジタル信号を第1のサンプリング周波数で受信し、前記第1のサンプリング周波数が第2の周波数よりも低い場合は、前記入力直列PCMデジタル信号を第2の周波数の第2の直列PCMデジタル信号に変換し、前記第2の周波数の前記第2の直列PCMデジタル信号をデジタルフィルタ段に提供する、サンプルレート変換器をさらに含むことを特徴とする請求項17に記載の回路。
- 前記デジタルフィルタ段から前記並列デジタル信号を受信し、デジタル利得コマンド制御信号に従って利得調整済み並列デジタル信号を生成する、利得制御段をさらに含むことを特徴とする請求項17に記載の回路。
- 前記所望のパルス幅変調を表す前記並列デジタル信号を、前記スイッチング回路に適用される前記パルス幅変調を表す量子化済み並列デジタル信号に量子化する量子化段をさらに含むことを特徴とする請求項17に記載の回路。
- スイッチング回路の出力を入力として受信するフィードバック制御段をさらに含み、前記フィードバック制御段は、前記クロスポイント推定器段から前記並列デジタル信号を受信し、前記スイッチング回路の出力が所望のレベルであるように、前記クロスポイント推定器段からの前記並列デジタル信号をフィードバック制御済みの並列デジタル信号に調整することを特徴とする請求項17に記載の回路。
- 前記サンプルレート変換器は、前記入力直列PCMデジタル信号を直並列変換済み並列デジタル信号に変換する直並列変換器段と、前記入力直列PCMデジタル信号が第2の周波数未満である場合は、前記直並列済み並列デジタル信号を第2の高周波数の直列デジタルPCM信号に再変換し、または前記入力直列PCMデジタル信号が第2の周波数と同じである場合は前記周波数を維持する並直列変換器段とを含むことを特徴とする請求項18に記載の回路。
- 前記デジタルフィルタ段は、
前記第2の直列PCMデジタル信号から低域ろ波済み並列デジタル信号を生成する第1のデジタル低域フィルタと、
前記低域ろ波済み並列デジタル信号のサンプリング周波数を上げ、アップサンプリングされたろ波済み並列デジタル信号を提供するアップサンプリング段と、
補間されアップサンプリングされたろ波済み並列デジタル信号を提供するデジタル補間フィルタとを含むことを特徴とする請求項17に記載の回路。 - 前記アップサンプリング段は第1および第2のアップサンプリング段を含み、前記補間フィルタは第1および第2の補間フィルタを含み、前記第1のアップサンプリング段は前記第1の補間フィルタに送り込み、前記第2のアップサンプリング段は前記第1の補間フィルタに続いて前記第2の補間フィルタに送り込むことを特徴とする請求項23に記載の回路。
- 前記利得制御段は、前記並列デジタル信号を前記デジタルフィルタ段から受信するデジタル乗算器と、前記利得調整済み並列デジタル信号を生成するためのデジタル利得コマンドとを含むことを特徴とする請求項19に記載の回路。
- 利得の段階的制御を実施する前記利得コマンド制御を受信して前記利得調整済み並列デジタル信号を提供するデジタル変更レートリミッタフィルタをさらに含むことを特徴とする請求項25に記載の回路。
- 前記デジタル乗算器の出力に結合された、前記利得調整済み並列デジタル信号を事前に選択されたデジタルビット数まで切り捨てる切捨て段をさらに含むことを特徴とする請求項26に記載の回路。
- 前記デジタルクロスポイント推定器段は、
並列デジタルランプ信号を生成するデジタルランプ生成器と、
前記並列デジタルランプ信号および前記利得調整済み並列デジタル信号とを受信して、前記並列デジタルランプ信号と前記利得調整済み並列デジタル信号との差に対応するデジタル出力差信号を提供するデジタル減算段と、
前記デジタル出力差信号を格納済みの差信号として格納するためのメモリと、
現在のクロック周期に対するデジタル出力差信号および以前のクロック周期に対する格納済み差信号を入力として受信するクロスポイントソルバであって、格納済みと現在との差信号の差がいつ符号を変更したか判定し、それによってランプ信号と利得調整済み信号との間のクロスポイントを決定するクロスポイントソルバとを含むことを特徴とする請求項19に記載の回路。 - 前記クロスポイントソルバは、格納済みと現在との差信号の間で線形近似を使用して、前記デジタルランプ信号と利得調整済み並列デジタル信号との間のクロスポイントを決定することを特徴とする請求項28に記載の回路。
- 前記量子化段は、前記所望のパルス幅変調を表す前記並列デジタル信号を受信し、前記パルス幅変調を表す削減されたビット量子化済みデジタル信号に変換してスイッチング回路に適用することを特徴とする請求項20に記載の回路。
- 前記PWM生成段は、それぞれがクロック信号の正および負の端部でトリガされる第1および第2のPWMブロックを含み、前記第1および第2のPWMブロックはそれぞれ、前記デジタルランプ信号と、前記スイッチング回路の所望のパルス幅変調を表す前記並列デジタル信号とを比較し、半ブリッジのスイッチング回路の2つのスイッチを駆動するために2つのパルス幅変調信号を生成するデジタルランプ生成器およびデジタル比較器を含むことを特徴とする請求項17に記載の回路。
- 前記PWM生成段は、半ブリッジのスイッチング回路の2つのスイッチを駆動するために前記2つのパルス幅変調信号間の不感時間を保証するための、不感時間生成器段をさらに含むことを特徴とする請求項31に記載の回路。
- 前記スイッチング回路を負荷に結合する出力フィルタをさらに含み、前記フィードバック制御段は、
内部制御ループおよび外部制御ループであって、前記内部制御ループは、前記出力フィルタによるろ波の前に前記スイッチング回路の出力電圧の平均値を制御し、前記外部制御ループは、前記出力フィルタによるろ波の後に前記スイッチング回路の出力電圧を制御する内部制御ループおよび外部制御ループを含むことを特徴とする請求項21に記載の回路。 - 前記内部制御ループは、不感時間の補償および前記スイッチング回路のスイッチの有限オフ時間をさらに提供することを特徴とする請求項33に記載の回路。
- 前記外部制御ループは、前記出力フィルタおよびスイッチング回路内の損失に対する補償をさらに提供することを特徴とする請求項33に記載の回路。
- 入力直列パルス符号変調(PCM)デジタル信号から出力パルス幅変調(PWM)デジタル信号に変換してパルス幅変調入力信号を必要とするスイッチング回路を駆動する方法であって、
前記入力直列PCMデジタル信号をより高い周波数にアップサンプリングし、前記入力直列PCMデジタル信号を並列デジタル信号に変換するステップと、
前記並列デジタル信号とデジタルランプ信号との間のクロスポイントを計算し、前記スイッチング回路の所望のパルス幅変調を表す並列デジタル信号を生成するステップと、
前記スイッチング回路の所望のパルス幅変調を表す前記並列デジタル信号をPWM信号に変換して前記スイッチング回路を駆動するステップとを含むことを特徴とする方法。 - 第1のサンプリング周波数で入力直列PCMデジタル信号を受信するステップ、および第1のサンプリング周波数が第2の周波数よりも低い場合は、第2の周波数で入力直列PCMデジタル信号を第2の直列PCMデジタル信号に変換するステップ、および前記第2の周波数の前記第2の直列PCMデジタル信号をアップサンプリング用に提供するステップをさらに含むことを特徴とする請求項36に記載の方法。
- 前記並列デジタル信号を受信するステップ、およびデジタル利得コマンド制御信号に従って利得調整済み並列デジタル信号を生成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項36に記載の方法。
- 前記所望のパルス幅変調を表す前記並列デジタル信号を、前記スイッチング回路に適用される前記パルス幅変調を表す量子化済み並列デジタル信号に量子化するステップをさらに含むことを特徴とする請求項36に記載の方法。
- スイッチング回路の出力をフィードバック入力として受信するステップ、および前記スイッチング回路の出力が所望のレベルであるように、前記並列デジタル信号をフィードバック制御済みの並列デジタル信号に調整するステップをさらに含むことを特徴とする請求項36に記載の方法。
- 前記入力直列PCMデジタル信号を直並列変換済み並列デジタル信号に変換するステップ、および、その後で前記入力直列PCMデジタル信号が第2の周波数未満である場合は、前記直並列済み並列デジタル信号を第2の高周波数の直列デジタルPCM信号に再変換するステップ、または前記入力直列PCMデジタル信号が第2の周波数と同じである場合は前記周波数を維持するステップをさらに含むことを特徴とする請求項37に記載の方法。
- 前記第2の直列PCMデジタル信号から低域ろ波済み並列デジタル信号を生成するステップと、
前記低域ろ波済み並列デジタル信号をアップサンプリングし、アップサンプリングされたろ波済み並列デジタル信号を提供するステップと、
補間されアップサンプリングされたろ波済み並列デジタル信号を提供するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項37に記載の方法。 - 前記アップサンプリングするステップは、第1回の前記低域ろ波済み並列デジタル信号のアップサンプリングをするステップ、および次に前記アップサンプリングされた低域ろ波済み並列デジタル信号を補間するステップ、および次に第2回のアップサンプリングをするステップ、および次に第2回の補間をするステップを含むことを特徴とする請求項42に記載の方法。
- 利得調整済み並列デジタル信号を生成するステップは、前記並列デジタル信号を受信するステップ、およびデジタル利得コマンド信号によって乗算して前記利得調整済み並列デジタル信号を生成するステップを含むことを特徴とする請求項38に記載の方法。
- 前記利得コマンド制御信号を受信するステップ、および、デジタル変更レートリミッタを使用して前記利得調整済み並列デジタル信号を提供する前記利得の段階的制御を実施するステップをさらに含むことを特徴とする請求項44に記載の方法。
- 前記利得調整済み並列デジタル信号を事前に選択されたデジタルビット数まで切り捨てるステップをさらに含むことを特徴とする請求項45に記載の方法。
- 前記クロスポイントを計算するためのステップは、
並列デジタルランプ信号を生成するステップと、
前記並列デジタルランプ信号および前記利得調整済み並列デジタル信号を受信し、前記並列デジタルランプ信号と前記利得調整済み並列デジタル信号との差に対応するデジタル出力差信号を提供するステップと、
前記デジタル出力差信号を格納済みの差信号として格納するステップと、
現在のクロック周期に対するデジタル出力差信号および以前のクロック周期に対する格納済み差信号を入力として受信し、格納済みと現在との差信号の差がいつ符号を変更したか判定し、それによってランプ信号と利得調整済み信号との間のクロスポイントを決定するステップとを含むことを特徴とする請求項38に記載の方法。 - 前記クロスポイントを決定するステップは、格納済みと現在との差信号の間で線形近似を使用して前記デジタルランプ信号と利得調整済み並列デジタル信号との間のクロスポイントを決定するステップを含むことを特徴とする請求項47に記載の方法。
- 前記量子化するステップは、前記所望のパルス幅変調を表す前記並列デジタル信号を受信し、前記パルス幅変調を表す削減されたビット量子化済みデジタル信号に変換してスイッチング回路に適用するステップを含むことを特徴とする請求項39に記載の方法。
- 前記PWM信号に変換するステップは、デジタルランプ信号を提供するステップと、前記デジタルランプ信号と、前記スイッチング回路の所望のパルス幅変調を表す前記並列デジタル信号とを比較するステップと、半ブリッジのスイッチング回路の2つのスイッチを駆動するために2つのパルス幅変調信号を生成するステップとを含むことを特徴とする請求項36に記載の方法。
- 前記2つのパルス幅変調信号間の不感時間を保証して半ブリッジのスイッチング回路の2つのスイッチを駆動するステップをさらに含むことを特徴とする請求項50に記載の方法。
- 負荷に提供された前記スイッチング回路からの出力信号をろ波するステップをさらに含み、
内部および外部のフィードバック制御ループを提供するステップと、
前記内部フィードバック制御ループを使用して、前記出力信号のろ波の前に前記スイッチング回路の出力電圧の平均値を制御するステップと、前記外部フィードバック制御ループを使用して、前記出力信号のろ波の後に前記スイッチング回路の出力電圧を制御するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項40に記載の方法。 - 前記内部フィードバック制御ループに、不感時間の補償と、前記スイッチング回路のスイッチの有限オフ時間とを提供するステップをさらに含むことを特徴とする請求項52に記載の方法。
- 前記外部フィードバック制御ループに、前記出力フィルタおよびスイッチング回路内の損失の補償を提供するステップをさらに含むことを特徴とする請求項52に記載の方法。
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