(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオ信号を提供し、スピーカシステムを駆動する装置であって、
前記装置は、
入力信号を受信するための第一Ｄ級アンプと、前記第一Ｄ級アンプからの出力を受信するとともに、前記スピーカシステムを駆動するための出力オーディオ信号を再構成するための第一再構成フィルターとを有し、前記第一再構成フィルターは第一平面インダクタを含む、第一オーディオチャネルと、
第二平面インダクタを有し、前記第二平面インダクタは前記第一平面インダクタに磁気的に結合されている、回路と
を含み、
前記第一Ｄ級アンプは、
第一信号を提供する第一出力と、
前記第一信号と位相を異にして変調された第二信号を提供する第二出力と、
第一フィードバック入力と、
第二フィードバック入力と
を含み、
前記再構成フィルターは、
前記第一信号を受信する第一LC回路と、
前記第二信号を受信する第二LC回路と
を含み、
前記装置はさらに、
前記第一LC回路の出力を前記第一フィードバック入力に接続する第一フィードバックループと、
前記第二LC回路の出力を前記第二フィードバック入力に接続する第二フィードバックループと
を含む装置。
【請求項２】
前記回路は、
入力オーディオ信号を受信する第二Ｄ級アンプと、
前記第二Ｄ級アンプから出力を受信するとともに、前記スピーカシステムを駆動するための出力オーディオ信号を再構成する第二再構成フィルターと
を有する第二オーディオチャネルを含み、
前記第二再構成フィルターは、前記第二平面インダクタを含む、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第一再構成フィルターの出力から前記第一Ｄ級アンプに戻る信号を提供する第一フィードバックループをさらに含む、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記第二再構成フィルターの出力から前記第二Ｄ級アンプに戻る信号を提供する第二フィードバックループをさらに含む、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記第一及び第二平面インダクタとの間の磁気結合による歪みを減らす手段をさらに含む請求項１又は２に記載の装置。
【請求項６】
歪みを減らす前記手段は、前記第一再構成フィルターから前記第一Ｄ級アンプへフィードバックを提供する手段を含む、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
歪みを減らす前記手段はさらに、第二再構成フィルターから前記第二Ｄ級アンプへフィードバックを提供する手段を含む、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記Ｄ級アンプを備えている第一プリント回路基板と、
前記平面インダクタを備えている第二プリント回路基板と
をさらに含み、
前記第二プリント回路基板は、前記第一プリント回路基板に対して垂直である請求項２に記載の装置。
【請求項９】
前記第一及び第二オーディオチャネルは、前記第一及び第二チャネルの間のクロストークが、10kHzにおいて、前記第一オーディオチャネルの信号レベルより少なくとも54DB以下であるように構成される、請求項２に記載の装置。
【請求項１０】
前記第一及び第二平面インダクタは、それぞれボディ長及び本体中心軸を有しており、前記第一及び第二インダクタのそれぞれの前記本体中心軸は、１ボディ長以下離れているだけである、請求項２に記載の装置。
【請求項１１】
前記第一及び第二平面インダクタは、前記第一及び第二平面インダクタの間の導電性トレースを有するプリント回路基板に備えられており、
前記第一平面インダクタは第一エッジを有し、かつ、前記第二平面インダクタは前記第一エッジに面する第二エッジを有し、
前記第一及び第二エッジは、前記導電性トレースの幅以下だけ離れている、請求項２に記載の装置。
【請求項１２】
前記第一Ｄ級アンプは、BDモードにおいて動作するように構成される、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項１３】
前記第一オーディオチャネルは、オーディオ周波数では差動モードで、かつ、前記オーディオ周波数よりも高い周波数ではコモンモードで動作するように構成される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記第二平面インダクタを有する前記回路は、前記第一オーディオチャネルのための電源を含む、請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オーディオアンプに関し、特にＤ級アンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｄ級アンプは高効率であるという理由で、例えば自動車アプリケーションのような、携帯可能かつ小型のオーディオアプリケーションに特に有用である。
【０００３】
図１に示されている一般的なＤ級アンプシステム10は、アナログ又はデジタルであってよい入力オーディオ信号14を、その入力信号の増幅されたパルスコード表現に変えるＤ級オーディオアンプ12を特徴とする。前記増幅されたパルスコード表現を、以降アンプ出力16として参照する。再構成フィルター22は、このアンプ出力16を、対応するアナログオーディオ信号20に変換し、ついで、前記オーディオ信号20は、スピーカ18を駆動するために使用されている。この過程は、再構成フィルター22によって実行される。この再構成フィルター22の重要な構成要素はインダクタである。
【０００４】
例えば図２に示されているような、安価で、かつ、接続又は非接続の小型平面インダクタ24は、Ｄ級アンプシステム10の再構成フィルター22において使用されてもよい。平面インダクタ24は、一般的に、前記インダクタの巻線として機能する同心トレース(concentric trace)28を有するプリント回路基板26を含む。前記プリント回路基板の反対側に置かれている第一及び第二低抵抗構造30,32は、前記インダクタ24のコア(core)として機能する。一般的な低抵抗構造30,32は、例えば粉末状の鉄又はフェライトのような強磁性体をしばしば含むが、それに限定されない。周波数の関数としてのインダクタンスの変化を線形化しようとするとき、そのような構造は、多くの場合、エアギャップを組み込む。これらのエアギャップは、隣接するインダクタ間の磁気結合によって生じるクロストークをもたらす可能性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、隣接する平面インダクタ間のクロストークが、適切なフィードバックによって大きく緩和されるであろうという考えに基づいている。結果として、本発明は、安価な平面インダクタを備える小さい設置面積を有するアンプを構成することを可能にする。
【０００６】
一態様において、本発明は、スピーカシステムを駆動するためにオーディオ信号を提供する装置を特徴とする。そのような装置は、第一及び第二オーディオチャネルを含む。前記第一オーディオチャネルは、入力信号を受信する第一Ｄ級アンプと、前記第一Ｄ級アンプからの出力を受信するとともに、前記スピーカシステムを駆動するための出力オーディオ信号を再構成するための第一再構成フィルターとを有する。前記第二オーディオチャネルは、入力オーディオ信号を受信する第二Ｄ級アンプと、前記第二Ｄ級アンプからの出力を受信するとともに前記スピーカシステムを駆動するための出力オーディオ信号を再構成する第二再構成フィルターとを有する。前記第一及び第二再構成フィルターは、対応する第一及び第二平面インダクタを有し、前記第二平面インダクタは、前記第一平面インダクタに磁気的に結合されている。
【０００７】
ある装置の態様はまた、前記第一再構成フィルターの出力から前記第一Ｄ級アンプに戻る信号を提供する第一フィードバックループを含む。これらの態様はまた、前記第二再構成フィルターの出力から前記第二Ｄ級アンプに戻る信号を提供する第二フィードバックループを含む。
【０００８】
また、他の態様はさらに、第一及び第二平面インダクタ間の磁気結合に起因する歪みを低減させる手段を含む。これらの態様において、歪みを低減させる前記手段は、前記第一再構成フィルターから前記第一Ｄ級アンプに戻るフィードバックを提供する手段を含む。これらのうち後者の態様において、歪みを低減させる前記手段はさらに、前記第二再構成フィルターから前記第二Ｄ級アンプへ戻るフィードバックを提供する手段を含む。
【０００９】
さらに前記装置の態様の中において、前記第一Ｄ級アンプは、第一信号を提供する第一出力と、前記第一信号と位相を異にして変調された第二信号を提供する第二出力と、第一フィードバック入力と、第二フィードバック入力とを含む。これらの態様において、前記再構成フィルターは、第一及び第二信号をそれぞれ受信する第一及び第二LC回路を含む。これらの態様はさらに、第一及び第二フィードバックループを含む。前記第一フィードバックループは、前記第一LC回路の出力を、前記第一フィードバック入力に接続している。前記第二フィードバックループは、前記第二LC回路の出力を、前記第二フィードバック入力に接続する。
【００１０】
さらに、前記装置の他の態様は、第一及び第二プリント回路基板を含む。Ｄ級アンプは、前記第一プリント回路基板に備えられ、平面インダクタは、前記第二プリント回路基板に備えられる。これらのプリント回路基板は、それぞれ垂直に置かれる。
【００１１】
ある態様において、前記第一及び第二オーディオチャネルは、第一及び第二チャネル間のクロストークが、10kHzで、前記第一オーディオチャネルの信号レベルより少なくとも54DB以下であるように構成される。
【００１２】
前記装置の態様において、前記第一及び第二インダクタのそれぞれの本体中心軸は、１ボディ長以下だけ離れている。
【００１３】
ある態様において、前記第一及び第二平面インダクタは、第一及び第二平面インダクタ間の導電性トレースを有するプリント回路基板上に備えられている。これらの態様において、前記第一平面インダクタは、第一エッジを有し、かつ、前記第二平面インダクタは、前記第一エッジに面するとともに、前記第一エッジから前記導電性トレースの幅以下だけ離れている第二エッジを有する。
【００１４】
ある態様において、前記第一Ｄ級アンプはBＤモードにおいて動作するように構成される。これらの態様では、前記第一オーディオチャネルはオーディオ周波数において差動モードで動作し、前記オーディオ周波数よりも高い周波数ではコモンモードで動作するように構成される。
【００１５】
別の態様において、本発明は、オーディオ信号を増幅するための別の装置を特徴とする。この装置は、第一及び第二オーディオチャネルを含む。前記第一オーディオチャネルは、入力信号を受信するための第一Ｄ級アンプと、前記第一Ｄ級アンプからの出力を受信するとともに、前記スピーカシステムを駆動するための出力オーディオ信号を再構成するための第一再構成フィルターとを有する。前記第二オーディオチャネルは、入力オーディオ信号を受信する第二Ｄ級アンプと、前記第二Ｄ級アンプからの出力を受信するとともに、前記スピーカシステムを駆動するための出力オーディオ信号を再構成するための第二再構成フィルターとを有する。前記第一及び第二再構成フィルターは、対応する第一及び第二平面インダクタを有する。これらの平面インダクタは、それぞれ磁気的に結合される。前記装置はさらに、前記第一及び第二平面インダクタ間の、この磁気結合に起因する信号歪みを低減させる手段を含む。
【００１６】
前述の装置の多くの態様では、信号歪みを低減させる前記手段は、前記第一Ｄ級アンプに、前記第一再構成フィルターからのフィードバック信号を提供する手段を含む。
【００１７】
さらに別の態様において、本発明は、スピーカシステムを駆動するためのオーディオ信号を提供する装置を特徴とする。そのような装置は、第一オーディオチャネルと同様に、平面インダクタを有する回路を含む。前記オーディオチャネルは、入力信号を受信する第一Ｄ級アンプと、前記第一Ｄ級アンプからの出力を受信するとともに、前記スピーカシステムを駆動するための出力オーディオ信号を再構成するための第一再構成フィルターとを有する。この第一再構成フィルターは、前記回路と関連する平面インダクタに磁気的に結合されている第一平面インダクタを含む。
【００１８】
前述した装置の多くの態様が存在し、そのいくつかが以下に記載される。
【００１９】
前記多くの態様は、前記第一及び第二平面インダクタ間の磁気結合に起因する信号歪みを低減させる手段を含む。
【００２０】
追加的な態様において、第一平面インダクタを有する前記回路は、前記第一オーディオチャネルのための電源を含む。
【００２１】
他の態様は、前記第一再構成フィルターの出力から前記第一Ｄ級アンプに戻る信号を提供する第一フィードバックループを含む。
【００２２】
そのような装置の多くの態様ではまた、前記第一Ｄ級アンプは、第一信号を提供する第一出力と、前記第一信号と位相を異にして変調された第二信号を提供する第二出力と、第一フィードバック入力と、第二フィードバック入力とを含む。そのような態様において、前記再構成フィルターは、第一及び第二信号のそれぞれを受信する第一及び第二LC回路と、前記第一LC回路の出力を前記第一フィードバック入力に接続する第一フィードバックループと、前記第二LC回路の出力を前記第二フィードバック入力に接続する第二フィードバックループとを含む。
【００２３】
本発明のこれらの特徴及びその他の特徴は、以下の発明を実施するための形態及び添付図面から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】入力信号を増幅しかつ変調するアンプを有する一般的なＤ級オーディオアンプシステムと、信号がスピーカを駆動することができる再構成フィルターとを示している。
【図２】図１に示される再構成フィルターにおいて使用する平面インダクタを示している。
【図３】隣接するオーディオチャネルにおける平面インダクタ間のカップリングを低減させるためのフィードックループを有する回路を示している。
【図４】例示的な実施形態を示しており、アンプ設置面積をさらに減少させるために、平面インダクタが、他の実施形態のようにメインボード上ではなく、代わりに、別々のドーターボード上に設置されている。
【図５】隣接する回路において、平面インダクタとのカップリングを低減させるためのフィードバックループを備えた回路を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
エアギャップを組み込んだ平面インダクタで生じる問題は、そのエアギャップから生じる重大な磁束漏洩である。この磁束漏洩の結果として、隣接する平面インダクタは、変圧器として本質的に機能することができる。前記２つのインダクタの間の磁気結合は、クロストークの原因となる。実際の使用において、そのような磁気結合は望ましくなく、平面インダクタは、それぞれから一般的には一間隔を空けて置く。この一般的に平面インダクタの間隔を空けて置くことは、実際にそれらの間の磁気結合を低減させるが、それはまた、回路が許容できないほど大きな設置面積を有する結果となる。
【００２６】
２又は３以上の独立チャネルを備えるオーディオアンプにおいて、チャネルの間のクロストークを、いずれかの一チャネルにおいて注目する信号よりも少なくとも54DB以下に保つことが望ましい。そのようなアンプの再構成フィルターにおいて平面インダクタを使用するとき、このクロストークレベルを十分に達成するために、隣接するインダクタ間の磁気結合を弱めるように、平面インダクタの少なくとも１ボディ長(つまり、低抵抗構造30,32の長さ)の３倍まで、平面インダクタを離間することが望ましいと考えられている。この間隔を空けることにより、一般的な自動車の密閉空間内に備えることが困難であるような非現実的なほどに大きいオーディオアンプとなる。このため、再構成フィルターにおける平面インダクタに依存しているＤ級オーディオアンプは、一般的に、例えばベースアンプのようなシングルチャネルアンプに制限される。
【００２７】
図３は、隣接するオーディオチャネル36,38における平面インダクタ間の磁気結合の影響を効率的に低減するように構成されるフィードバックループを有する多重チャネルＤ級オーディオアンプシステム34を示している。そのようなフィードバックループによって、チャネルは、許容できないクロストークを発生させることなく、それぞれはより近接して備えることができる。これによって、ついで、自動車の密閉空間内に容易に備えることができる小型多重チャネルＤ級オーディオアンプシステムを構成することが可能になる。
【００２８】
別の表現をすると、許容できるクロストークのレベルに対し、ある距離以下になるとクロストークが許容できなくなる。図３に示される構成において、この距離は、図示されたフィードバックループを持たない場合の距離よりも短い。
【００２９】
前記図示されたシステムは、お互いに隣接している第一及び第二チャネル36,38のみを含んでいる。しかし、ここで説明した原理は、任意の数のチャネルに適用可能である。
【００３０】
図３から明らかなように、前記第一及び第二チャネル36,38は、同様の構造を有している。従って、前記第一チャネル36のみを詳細に説明し、他のチャネルは同様の構造を有していると理解する。
【００３１】
前記第一チャネル36は、再構成フィルター42と直列であるＤ級オーディオアンプ40を特徴とする。前記Ｄ級オーディオアンプ40は、デジタル又はアナログであってよいオーディオ信号44を受信し、かつ、前記オーディオ信号44を変調して、前記オーディオ信号の第一及び第二増幅パルスコードバージョンを出力する。以降、”アンプ出力信号”46,48とする。前記第一及び第二Ｄ級オーディオアンプ出力信号46,48は、好適には同位相で変調され(”BD”級変調)、電磁干渉を低減させ、アンプが起動及びシャットダウンしている間のポップノイズを低減させ、かつ、前記再構成フィルター42に、センターポール・ギャップ・結合平面インダクタ構造(center-pole gapped coupled planar inductor structure)で適切に動作させる。
【００３２】
前記アンプ出力信号46,48は、前記再構成フィルター42(例えば、ローパスフィルタ)に提供される。
【００３３】
少なくとも、前記再構成フィルター42は、第一アンプ出力信号46をローパスフィルタリングするための第一LC回路を形成するように接続された第一平面インダクタ50及び第一キャパシタ52と、第二アンプ出力信号48をローパスフィルタリングするための第二LC回路を形成するように接続された第二平面インダクタ54及び第二キャパシタ56とを含む。従って、この再構成フィルター42は、前記アンプ出力信号46,48におけるパルスと関連する高周波数(つまり、RF)を取り除き、ついで、スピーカ60を駆動するために使用することができるベースバンド増幅オーディオ信号58が残る。
【００３４】
前記第一及び第二平面インダクタ50,54の差動インダクタンス(Differential inductance)の一般的な値は、約10マイクロヘンリーである。一実施形態において、前記インダクタンスは、10kHz、1 Vrmsで測定されるとき、10.7マイクロヘンリーである。前記第一及び第二キャパシタ52,56に対しての一般的なキャパシタンス値は、8ampの飽和電流で約1マイクロファラッドである。
【００３５】
ある実施形態において、前記平面インダクタは、合計250マイクロメートルのエアギャップで、3C92フェライト材を使用するサイズEFR28の一つである。
【００３６】
それぞれのチャネル36,38はまた、第一及び第二フィードバックループ62,64を含む。前記第一フィードバックループ62は、前記Ｄ級オーディオアンプ40における第一フィードバック入力66へ第一信号を提供し、一方で、前記第二フィードバックループ64は、前記Ｄ級オーディオアンプ40における第二フィードバック入力68へ第二信号を提供する。前記第一及び第二信号は、正出力及び負出力であり、それぞれ相関して位相を異にしている。
【００３７】
前記第一及び第二フィードバックループ62,64は、前記オーディオ出力58における非線形性によって生ずるエラーを補正するために動作する。その結果、前記フィードバックループ62,64は、全高調波歪みと、隣接チャネル38における平面インダクタの磁気結合に起因する歪みとを補正することに使用されてもよい。ついで、これによって、隣接チャネル36,38はそれぞれ近接して設置されてよく、その結果、アンプシステム42は、物理的にさらに小さいレイアウトかつ低コストで配置される。
【００３８】
図３に示される回路構成は、前記第一オーディオチャネル36が、オーディオレンジ周波数(audio range frequency)における差動フィルター(Differential filter)としてかつ、RF周波数におけるコモンモードフィルターとして機能することを可能とする。これは、一つには、平面インダクタが、高周波をブロックする傾向があるコモンモードフィルターとして機能するからである。その結果、これらの高周波成分は、従来のアプローチよりもさらに減衰する傾向にある。
【００３９】
図３に示された構成では、別々のチャネル36,38は、同一のプリント回路基板を共有してもよい。しかし、図３に示される構成はさらに、図４に示されるように、平面インダクタ50,54の組が、別々のチャネル36,38から別々のドーターボード(Daughter board)70に配置されてもよい。そして、前記ドーターボード70は、それぞれのチャネル36,38に対するＤ級オーディオアンプ66を含むボード72に垂直に備えられてもよい。これにより、全体的なアンプシステム42の物理的な設置面積を減少させる。
【００４０】
図４に示されているように、それぞれの平面インダクタ50,54は、本体中心軸74と、この本体中心軸74と並行である第一及び第二エッジ76,78と、この本体中心軸74並びに第一及び第二エッジ76,78と垂直である第三及び第四エッジ80,82とを有する。前記第三及び第四エッジ80,82は、１ボディ長離れている。前記平面インダクタ50,54は、このボディ長より短い範囲でそれぞれが離れている。この短い間隔にもかかわらず、図３に示されるフィードバックループの存在によって、図４における平面インダクタ50,54間の磁気結合が、任意のオーディオチャネル36,38の信号レベルよりも54DB以下を超えることを防ぐ。
【００４１】
図４からも明らかなように、平面インダクタ50,54のそれぞれの組は、ドーターボード74上で導電性トレース84の幅以下だけ離れている。この短い間隔にもかかわらず、図３に示されるフィードバックループ62,64の存在によって、図４における平面インダクタ50,54間の磁気結合が、任意のオーディオチャネル36,38の信号レベルよりも54DB以下を超えることを防ぐ。
【００４２】
平面インダクタを有するオーディオチャネルが、平面インダクタを含む近接した任意の回路に備えられているとき、磁気結合と、それに伴うオーディオ周波数歪みが発生する可能性がある。従って、ここに説明されたフィードバック構造は、第一チャネル36が近接する別の回路に備えられた場合に適用可能であり、前記別の回路は、必ずしも別のオーディオチャネルでなくてもよい。しかし、それにかかわらず、可聴(audible)歪みの原因となるオーディオチャネルに十分近接する１又は２以上の平面インダクタを含んでもよい。例えば、図５に示されているように、第一チャネル36に近接して備えられた回路38は、第一チャネル36における平面インダクタに磁気的に結合するよう十分に近接する１又は２以上の平面インダクタを有する電源であってもよい。
【００４３】
説明された本発明及びその好適な実施形態を、新たなものとして主張し、特許請求の範囲によって保護される。
【符号の説明】
【００４４】
１０  Ｄ級アンプシステム
１２  Ｄ級オーディオアンプ
１４  入力オーディオ信号
１６  アンプ出力
１８  スピーカ
２０  オーディオ信号
２２  再構成フィルター
２４  平面インダクタ
２６  プリント回路基板
２８  同心トレース
３０  第一低抵抗構造
３２  第二低抵抗構造
３４  Ｄ級オーディオアンプシステム
３６  第一チャネル
３８  第二チャネル
４０  Ｄ級オーディオアンプ
４２  再構成フィルター
４４  オーディオ信号
４６  第一アンプ出力信号
４８  第二アンプ出力信号
５０  第一平面インダクタ
５２  第一キャパシタ
５４  第二平面インダクタ
５６  第二キャパシタ
５８  オーディオ出力
６０  スピーカ
６２  第一フィードバックループ
６４  第二フィードバックループ
６６  第一フィードバック入力
７０  ドーターボード
７２  ボード
７４  本体中心軸
７６  第一エッジ
７８  第二エッジ
８０  第三エッジ
８２  第四エッジ
８４  導電性トレース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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