JP2007116262A - デジタルアンプ - Google Patents

Abstract

【課題】
ＤＣＤＣコンバータ等のスイッチング手段を別途設けることなく、デジタルアンプ回路内に昇圧機能を備えたデジタルアンプを提供する。
【解決手段】
音声信号の変調を行うパルス変調回路１２０と、前記変調回路の出力で駆動される昇圧型または昇降圧型のスイッチング回路１３０とを設け、この昇圧機能または昇降圧機能を備えたスイッチング回路によって、バッテリ６１０から供給された電源電圧ＶＤＤよりも高い波高値の出力を可能とし、大出力が要求された場合であっても、音声劣化が防止された音声増幅信号を出力する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、デジタルアンプに関し、特に、電源回路の停止による音質の劣化防止に有効なデジタルアンプに関する。

近年、ＡＶ機器の多機能化・高集積化が進む中で、複合ＡＶ機のデジタル化が注目されている。この種の複合ＡＶ機としては、ＣＤプレーヤ、ＡＭ／ＦＭラジオチューナー、オーディオアンプ等を同一筐体内で構成したＡＶ用のコンポーネントが知られている。

さらに、最近では、上述したような複合ＡＶ機に組み込まれるオーディオアンプとして、アナログアンプからデジタルアンプへの切替が検討されており、デジタルアンプを用いることで、従来のアナログアンプよりも、小型、低発熱、高音質等が期待できるため、デジタルアンプが複合ＡＶ機のオーディオアンプの主流となりつつある。

この種のデジタルアンプとしては、例えば、特許文献１に示された手法が知られている。

この特許文献１に記載されたデジタルアンプは、同文献の図１に示されたように、パルス幅変調手段３０と、スイッチング手段５０と、スイッチング手段５０に直流信号を供給する直流電源手段１７とを設け、パルス幅変調手段３０で音声周波数帯域入力信号をパルス幅変調信号に変換し、このパルス幅変調信号でスイッチング手段５０をスイッチングし、この直流信号を被パルス幅変調信号とし、この被パルス幅変調信号から音声周波数帯域にある信号を抽出してこの音声周波数帯域入力信号を増幅した信号を得る構成とされる。

このデジタルアンプでは、端子３から入力された交流の音声信号をパルス幅変調手段３０によってパルス波形に変換し、このパルス波形の波高値をスイッチング手段５０で電源電圧Ｖｃｃまで増幅し、この増幅したパルス波形をハイカットフィルタ部６０および８０を通過させることで音声信号を抽出しスピーカーを駆動させる。

ここで、フィルタ部から抽出された音声信号のピーク電圧は、パルス幅と電源電圧Ｖｃｃによって決まるため、特許文献１のデジタルアンプでは、大出力増幅の要求によりＶｃｃ以上のピーク電圧が必要となった場合であっても、音声信号の最大値がＶｃｃに制限されるため、音声信号波形に歪みが生じ、その結果、オーディオ特性が劣化する。

特に、バッテリ駆動を前提とする場合は、バッテリの出力電圧によってＶｃｃの上限値が決まるため、この音声歪みが発生し易い構成となる。

このＶｃｃの上限値を高くする手法として、ＤＣＤＣコンバータを利用してバッテリの電圧を昇圧し、スイッチング手段の電源電圧とする構成も考えられているが、この手法では、デジタルアンプのスイッチング手段とは別に、ＤＣＤＣコンバータのスイッチング手段を設ける必要があるため、回路規模が大きくなるという課題がある。
特開平１１−１６８３２６号公報

そこで、本発明は、ＤＣＤＣコンバータ等のスイッチング手段を別途設けることなく、デジタルアンプ回路内に昇圧機能を備えたデジタルアンプを提供する。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、音声信号をスイッチング増幅してアナログ出力するデジタルアンプであって、昇圧型スイッチング回路を駆動するパルス波形の生成に音声信号を利用したことを特徴とする。

このように、昇圧型スイッチング回路を駆動するパルス波形の生成に音声信号を利用することで、音声信号の増幅と電源電圧の昇圧とを同一のスイッチング回路で行うことが可能になる。

ここで、昇圧型スイッチング回路としては、昇圧型ＤＣＤＣコンバータ等で使用される周知の昇圧型スイッチング回路を用いることが可能であり、このスイッチング回路を駆動するパルス波形を音声信号をリファレンスとして生成することで、音声信号の増幅と電源電圧の昇圧とを同一のスイッチング回路で行うことが可能になる。

その結果、昇圧型ＤＣＤＣコンバータをデジタルアンプ回路の電源電圧供給手段として使用する構成に比べて、スイッチング素子と該スイッチング素子を駆動するドライバを共用することができるため、回路規模の低減とトータル効率の向上を図ることができる。

また、請求項２記載の発明は、音声信号をスイッチング増幅してアナログ出力するデジタルアンプであって、前記アナログ出力と前記音声信号との差分を検出するエラーアンプと、前記エラーアンプの出力に基づいてパルス波形を生成するパルス変調回路と、前記パルス変調回路の出力で駆動されるスイッチング素子と、前記スイッチング素子の電源ラインに直列配置されたコイルと、前記スイッチング素子の出力ラインに並列配置されたコンデンサとを具備することを特徴とする。

このように、アナログ出力と音声信号との差分に基づいてパルス波形を生成するとともに、スイッチング素子の電源ラインにコイルを配置することにより、音声信号の増幅と電源電圧の昇圧とを同一のスイッチング素子で行うことが可能になる。

また、請求項３記載の発明は、音声信号をスイッチング増幅してアナログ出力するデジタルアンプであって、昇降圧型スイッチング回路を駆動するパルス波形の生成に音声信号を利用したことを特徴とする。

このように、昇降圧型スイッチング素子を駆動するパルス波形の生成に音声信号を利用することで、音声信号の増幅と電源電圧の昇降圧とを同一のスイッチング素子で行うことが可能になる。

また、請求項４記載の発明は、音声信号をスイッチング増幅してアナログ出力するデジタルアンプであって、前記アナログ出力と前記音声信号との差分を検出するエラーアンプと、前記エラーアンプの出力に基づいてパルス波形を生成するパルス変調回路と、前記パルス変調回路の出力で駆動される第１のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子の電源ラインに直列配置された第１のコイルと、前記第１のスイッチング素子の後段に並列配置された第２のコイルと前記第２のコイルの後段に直列配置された第２のスイッチング素子または整流素子と、前記第２のスイッチング素子または整流素子の後段に並列配置されたコンデンサとを具備することを特徴とする。

このように、アナログ出力と音声信号との差分に基づいてパルス波形を生成するとともに、スイッチング素子の電源ラインと出力ラインにコイルを配置することにより、音声信号の増幅と電源電圧の昇降圧とを同一のスイッチング素子で行うことが可能になる。

尚、スイッチング素子としてはＦＥＴを用いることが望ましく、整流素子としてはダイオードを用いることが望ましい。

また、請求項５記載の発明は、音声信号をスイッチング増幅してアナログ出力するデジタルアンプであって、前記アナログ出力と前記音声信号との差分を検出するエラーアンプと、前記エラーアンプの出力に基づいてパルス波形を生成するパルス変調回路と、前記パルス変調回路の出力で駆動される第１および第２のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子との間に直列配置されたコイルと、前記第２のスイッチング素子の後段に並列配置されたコンデンサとを具備することを特徴とする。

このように、アナログ出力と音声信号との差分に基づいてパルス波形を生成するとともに、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子との間にコイルを配置することにより、音声信号の増幅と電源電圧の昇降圧とを同一のスイッチング素子で行うことが可能になる。

上記各発明において、パルス変調回路としては、ＰＷＭ変換回路やΔΣ変換回路等を含めてもよく、また、音声信号に対して所定の演算処理を行う機能を含めても良い。デジタルアンプ回路で用いられる変調方式としては、パルス幅変調方式であるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、パルス密度変調方式であるＰＤＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）があり、デジタルアンプ回路に入力されるデータ形式としては、音楽ＣＤで用いられるＰＣＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｃｏｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）がある。

ここで、パルス変調回路に入力される音声信号は、アナログ信号であってもデジタル信号であっても良く、アナログ信号が入力される場合は、当該アナログ信号が直接パルス変調回路に入力されて、パルス信号に変換されるか、または、一旦、Ａ／Ｄコンバータを介してデジタル信号に変換された後にパルス変調回路に入力される構成のいずれを用いても良い。

一方、デジタル信号が入力される場合は、当該デジタル信号が直接パルス変調回路に入力されて、パルス信号に変換されるか、または、一旦、Ｄ／Ａコンバータを介して、アナログ信号に変換された後にパルス変調回路に入力される構成のいずれを用いても良い。

尚、パルス変調回路の実施形態としては、アナログ信号入力の場合は、アナログ入力ＰＷＭ変調回路またはアナログ入力ΔΣ回路を使用し、デジタル信号入力の場合は、デジタル入力ＰＷＭ変調回路またはデジタル入力ΔΣ回路を使用すれば良い。

また、本発明に係るデジタルアンプは、スイッチングアンプ、デジタルアンプ、Ｄ級アンプのいずれも含むものとする。

以上説明したように、本発明によれば、ＤＣＤＣコンバータ等のスイッチング手段を別途設けることなく、デジタルアンプ回路内に昇圧機能を備えたデジタルアンプを提供することができる。その結果、バッテリ駆動される場合であっても、電源電圧の不足によって生じる音声出力の歪みを好適に防止することができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。尚、本発明は、以下説明する実施形態に限らず適宜変更可能である。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るデジタルアンプが組み込まれたオーディオコンポーネントの内部構成を示すブロック図である。同図に示すように、このオーディオコンポーネントは、ＡＭ／ＦＭラジオ受信部５１０と、オーディオテープ再生部５２０と、ＣＤ／ＤＶＤプレーヤ５３０と、回路モジュールとして構成されたデジタルアンプ回路１００とで構成される。

そして、音声信号をアナログ形式で出力するＡＭ／ＦＭラジオ受信部５１０とオーディオテープ再生部５２０とがスイッチＳＷ１に接続され、このスイッチＳＷ１で選択された信号がＡ／Ｄコンバータ５４０に入力される。

ＡＭ／ＦＭラジオ受信部５１０またはオーディオテープ再生部５２０から出力されたアナログ形式の音声信号は、このＡ／Ｄコンバータ５４０でデジタル信号に変換され、減衰器１１２を介してデジタルアンプ回路１００内のパルス変調器１２０に入力される。

一方、音声信号をデジタル形式で出力するＣＤ／ＤＶＤプレーヤ５３０と外部からのデジタル信号を入力するためのポートＰ３とがスイッチＳＷ２に接続され、このスイッチＳＷ２で選択された信号が減衰器１１２を介してデジタルアンプ回路１００内のパルス変調器１２０に入力される。

デジタルアンプ回路１００は、パルス変調器１２０と、スイッチング回路１３０とを内蔵し、ＡＭ／ＦＭラジオ受信部５１０、オーディオテープ再生部、ＣＤ／ＤＶＤプレーヤ５３０または外部ポートＰ３から入力された音声信号を増幅し、ポートＰ２を介して、オーディオコンポーネント５００の外部に設けられたスピーカ６２０にアナログ出力する。

ここで、スイッチング回路１３０は、昇圧型または昇降圧型のスイッチング回路で構成され、オーディオコンポーネント５００の外部に設けられたバッテリ６１０から供給された電源電圧ＶＤＤで駆動される。尚、このバッテリ６１０は、ポートＰ１に接続され、ＡＭ／ＦＭラジオ受信部５１０、オーディオテープ再生部、ＣＤ／ＤＶＤプレーヤ５３０に対しても電力供給を行う。

図２は、本発明の第２の実施形態に係るデジタルアンプの構成を示す回路ブロック図である。同図に示す構成は、昇圧型スイッチング回路に設けられたエラーアンプのリファレンス電圧にアナログの音声信号を利用することで、昇圧機能を持たせた例である。

スイッチング回路１３０は、ハイサイド側のスイッチング素子ＦＥＴ１とローサイド側のスイッチング素子ＦＥＴ２とを備え、これらスイッチング素子の電源電圧ＶＤＤは、電源ラインに直列配置されたコイルＬを介してバッテリ６１０から供給される。このコイルＬのエネルギー蓄積作用によって昇圧機能が提供される。尚、ハイサイド側のスイッチング素子ＦＥＴ１に替えてダイオードを使用しても良い。

さらに、スイッチング素子ＦＥＴ１の後段には、出力コンデンサＣｏｕｔが並列配置され、この出力コンデンサによって、スイッチング素子ＦＥＴ１から出力された信号が平滑され、音声信号がカップリングコンデンサＣｃを介してスピーカ６２０に出力される。尚、カップリングコンデンサＣｃは、デジタルアンプ回路１００の内部に配置しても良い。

エラーアンプ１４０は、抵抗Ｒ１１およびＲ１２の分圧によって得られたスイッチング回路１３０の出力フィードバック信号と、基準電圧Ｖｒｅｆに重畳されたアナログ音声信号入力との差分を検出し、この差分を所定のゲイン比率に従ってＰＷＭ回路１２２に出力する。

ＰＷＭ回路１２２は、エラーアンプ１４０から出力された差分信号に基づいて、パルス幅変調がされたパルス波形を生成し、このパルス波形をドライブ素子Ａｍｐ１およびＡｍｐ２を介してスイッチング素子ＦＥＴ１およびＦＥＴ２に出力する。スイッチング素子ＦＥＴ１およびＦＥＴ２のスイッチング動作は、ＰＷＭ回路１２２から出力されたパルス波形に従って行われる。

図３は、本発明の第３の実施形態に係るデジタルアンプの構成を示す回路ブロック図である。同図に示す構成は、昇降圧型スイッチング回路に設けられたエラーアンプのリファレンス電圧にアナログの音声信号を利用することで、昇降圧機能を持たせた例である。

本実施形態に係るデジタルアンプのスイッチング回路１３０は、ハイサイド側のスイッチング素子ＦＥＴ１とローサイド側のスイッチング素子ＦＥＴ２とを備え、これらスイッチング素子の電源電圧ＶＤＤは、電源ラインに並列配置された入力コンデンサＣｉｎと直列配置されたコイルＬとを介してバッテリ６１０から供給される。尚、ハイサイド側のスイッチング素子ＦＥＴ１に替えてダイオードを使用しても良い。

さらに、スイッチング素子ＦＥＴ１とＦＥＴ２との間には、直列配置されたコンデンサＣ１と、並列配置されたコイルＬ２が設けられ、スイッチング素子ＦＥＴ１の後段には、出力コンデンサＣｏｕｔが並列配置される。

以上のように構成された昇降圧型のスイッチング回路１３０によって、電源電圧の昇降圧と音声信号のスイッチング増幅が行われる。その他は、図２と同様に構成される。

図４は、本発明の第４の実施形態に係るデジタルアンプの構成を示す回路ブロック図である。同図に示す構成は、昇降圧型スイッチング回路に設けられたエラーアンプのリファレンス電圧にアナログの音声信号を利用することで、昇降圧機能を持たせた例である。

本実施形態に係るデジタルアンプのスイッチング回路１３０は、ハイサイド側のスイッチング素子ＦＥＴ１とローサイド側のスイッチング素子ＦＥＴ２とからなる入力側のスイッチング素子対と、ハイサイド側のスイッチング素子ＦＥＴ３とローサイド側のスイッチング素子ＦＥＴ４とからなる出力側のスイッチング素子対とを備える。

これらのスイッチング素子対の間には、コイルＬが直列配置され、入力側のスイッチング素子対には、電源電圧ＶＤＤがバッテリ６１０から供給され、出力側のスイッチング素子対の後段には、出力コンデンサＣｏｕｔが並列配置される。

スイッチング素子ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４のスイッチング動作は、ドライブ素子Ａｍｐ１〜Ａｍｐ４を介してＰＷＭ回路１２２から出力されたパルス波形に従って行われる。

以上のように構成された昇降圧型のスイッチング回路１３０によって、電源電圧の昇降圧と音声信号のスイッチング増幅が行われる。その他は、図２と同様に構成される。

図５は、図２〜図４に示したデジタルアンプ回路を２つ用いて、スピーカ６２０を差動駆動する場合の構成例を示す回路ブロック図である。同図に示すように、スピーカ６２０にデジタルアンプ回路１００−１および１００−２をそれぞれ接続しブリッジの構成をとることで、ダイナミックレンジ幅が拡張されるとともに、図２〜図４の例でスピーカ６２０の手前に配置されたカップリングコンデンサＣｃが不要になる。

本発明によれば、ＤＣＤＣコンバータ等のスイッチング手段を別途設けることなく、昇圧機能を備えたデジタルアンプを構成することができるため、バッテリ駆動で大音量の増幅が必要な複合ＡＶ機への適用が期待される。

本発明の第１の実施形態に係るデジタルアンプが組み込まれたオーディオコンポーネントの内部構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係るデジタルアンプの構成を示す回路ブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係るデジタルアンプの構成を示す回路ブロック図である。 本発明の第４の実施形態に係るデジタルアンプの構成を示す回路ブロック図である。 図２〜図４に示したデジタルアンプ回路を２つ用いて、スピーカ６２０を差動駆動する場合の構成例を示す回路ブロック図である。

符号の説明

１００…デジタルアンプ回路、１２０…パルス変調回路、１２２…ＰＷＭ回路、１３０…スイッチング回路、１４０…エラーアンプ、５００…オーディオコンポーネント、５１０…ＡＭ／ＦＭラジオ受信部、５２０…オーディオテープ再生部、５３０…ＣＤ／ＤＶＤプレーヤ、５４０…Ａ／Ｄコンバータ、６１０…バッテリ、６２０…スピーカ

Claims (5)

1. 音声信号をスイッチング増幅してアナログ出力するデジタルアンプであって、
   昇圧型スイッチング回路を駆動するパルス波形の生成に音声信号を利用したことを特徴とするデジタルアンプ。
2. 音声信号をスイッチング増幅してアナログ出力するデジタルアンプであって、
   前記アナログ出力と前記音声信号との差分を検出するエラーアンプと、
   前記エラーアンプの出力に基づいてパルス波形を生成するパルス変調回路と、
   前記パルス変調回路の出力で駆動されるスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子の電源ラインに直列配置されたコイルと、
   前記スイッチング素子の出力ラインに並列配置されたコンデンサと
   を具備することを特徴とするデジタルアンプ。
3. 音声信号をスイッチング増幅してアナログ出力するデジタルアンプであって、
   昇降圧型スイッチング回路を駆動するパルス波形の生成に音声信号を利用したことを特徴とするデジタルアンプ。
4. 音声信号をスイッチング増幅してアナログ出力するデジタルアンプであって、
   前記アナログ出力と前記音声信号との差分を検出するエラーアンプと、
   前記エラーアンプの出力に基づいてパルス波形を生成するパルス変調回路と、
   前記パルス変調回路の出力で駆動される第１のスイッチング素子と、
   前記第１のスイッチング素子の電源ラインに直列配置された第１のコイルと、
   前記第１のスイッチング素子の後段に並列配置された第２のコイルと
   前記第２のコイルの後段に直列配置された第２のスイッチング素子または整流素子と、
   前記第２のスイッチング素子または整流素子の後段に並列配置されたコンデンサと
   を具備することを特徴とするデジタルアンプ。
5. 音声信号をスイッチング増幅してアナログ出力するデジタルアンプであって、
   前記アナログ出力と前記音声信号との差分を検出するエラーアンプと、
   前記エラーアンプの出力に基づいてパルス波形を生成するパルス変調回路と、
   前記パルス変調回路の出力で駆動される第１および第２のスイッチング素子と、
   前記第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子との間に直列配置されたコイルと、
   前記第２のスイッチング素子の後段に並列配置されたコンデンサと
   を具備することを特徴とするデジタルアンプ。

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