(57)【要約】【課題】  Ｄクラス増幅器において静電保護用ダイオードをＬＣフィルタからの逆起電力によるターンオン動作から防止する。【解決手段】  内部回路５とＬＣフィルタ３の間にショットキーバリアダイオード２を並列に接続する。ショットキーバリアダイオード２は静電保護用ダイオード８に比べて、飽和電圧が低く、回復時間も短い為、ショットキーバリアダイオード２からの逆起電力による静電保護用ダイオード８のターンオン動作をさせない電圧でクリップする。その結果、静電保護用ダイオード８はターンオンせず、静電保護用ダイオード（ｐｎ接合ダイオード）のチャージ時間の抜き去り時間というペナルティを免れる。ひいては、スピーカ４の音質向上に効果的である。【選択図】        図１
2006060273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源とグランド間にトーテムポール接続された２組のｐ型MOSトランジスタおよびｎ型MOSトランジスタと、
前記ｐ型MOSトランジスタとｎ型MOSトランジスタをオン／オフするための信号を２組に逆位相で供給する内部回路と、
前記ｐ型MOSトランジスタ，ｎ型MOSトランジスタそれぞれのドレインとソース間に接続された静電保護用ダイオードと、
前記ｐ型MOSトランジスタとｎ型MOSトランジスタの接続点と負荷の一端との間に挿入されインダクタと該負荷の一端とグランドとの間に挿入されたコンデンサとから成るＬＣフィルタと、
前記ｐ型MOSトランジスタとｎ型MOSトランジスタの接続点とグランドとの間に挿入されたショットキーダイオードとで構成されることを特徴とするＤクラス増幅器。
【請求項２】
前記ショットキーバリアダイオードはグランドに代えて電源との間に挿入したことを特徴とする請求項１記載のＤクラス増幅器。
【請求項３】
前記ショットキーバリアダイオードはグランドおよび電源それぞれとの間に挿入したことを特徴とする請求項１記載のＤクラス増幅器。
【請求項４】
前記ショットキーバリアダイオードが接続されたｐ型MOSトランジスタとｎ型MOSトランジスタの接続点と前記ＬＣフィルタとの間に、より小型のインダクタを有する小型フィルタを挿入したことを特徴とする請求項１〜請求項３に記載のＤクラス増幅器。
【請求項５】
前記ｐ型MOSトランジスタとｎ型MOSトランジスタの接続点と前記ショットキーバリアダイオードが接続された接続点との間に、より小型のインダクタを有する小型フィルタを挿入したことを特徴とする請求項１〜請求項３に記載のＤクラス増幅器。
【請求項６】
前記コンデンサに代えて、前記負荷の両端の間に挿入されたコンデンサを設けたことを特徴とする請求項１〜請求項５に記載のＤクラス増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｄクラス増幅器、特に携帯電話や補聴器等の携帯機器に好適なＬＣフィルタ付Ｄクラス増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話には動画機能を代表とする高機能が求められるようになってきている。その反面、消費電力の増大も顕著であり、搭載される半導体集積回路のプロセス微細化も進む中、各メーカーはその抑制を強いられている状況である。
【０００３】
このような状況の下、電源効率が良いことからＤクラス増幅器が携帯機器に採用されるようになってきている（例えば、非特許文献１参照）。Ｄクラス増幅器とは、リニア増幅方式のＡ級，ＡＢ級，Ｂ級増幅器等アナログアンプ方式の増幅器に対して、デジタルアンプ方式の増幅器の一種として知られている。
【０００４】
Ｄクラス増幅器は、出力段トランジスタがＯＮ／ＯＦＦスイッチとして動作する際の電流損失が小さいのが特徴である。その一方、ガードバンドの存在による歪みを補正する為に色々な手段が提案されている（例えば、特許文献１，特許文献２参照）。なお、非特許文献１では、ガードバンドの歪みの値を最小として、補正をかけずに済ませようとしている。
【０００５】
これらの先行技術では、電気的のノイズの耐性を表すＥＭＣ（Electro−Magnetic Compatibility）上で必要とされるＬＣフィルタを付けることを嫌っている。その理由は、ＬＣフィルタのインダクタの逆起電力に対する内部静電保護用ダイオードのチャージを抜きさるのに時間がかかるために、デッドバンドが広くからと思われる。しかし、本来的にはＬＣフィルタを備えることが望まれる。
【０００６】
図１１は従来のＬＣフィルタを具備したＤクラス増幅器のブロック図を示す（文献公知発に係るものではない）。図１１において、Ｄクラス増幅器１内の出力段トランジスタであるｐ型MOSトランジスタ６とｎ型MOSトランジスタ７とＬＣフィルタ３の間に静電保護用（ESD：Electro Static Discharge）ダイオード８が具備されていてＤクラス増幅器１出力端子からの静電気や外部雑音から内部回路の破壊を防止する役割を持っている。
【０００７】
ところで、半導体素子の出力端子にESD保護素子としてＰＮ接合ダイオードを接続するとともに、ＰＮ接合ダイオードと並列にショットキーバリアダイオードを接続した技術が知られている（例えば、特許文献３参照）。半導体素子の出力端子にマイナスの静電気が印可された場合、ＰＮ接合ダイオードのＰＮ接合濃度は出力トランジスタに比べて高くしてあるため、出力トランジスタに寄生的に存在するＰＮ接合ダイオードを通して大電流が流れようとする。しかし、ショットキーバリアダイオードの順方向電流が流れ出す電圧は一般的にＰＮ接合ダイオードよりも低いので、これにより出力トランジスタの破壊を防止できるようにした。
【０００８】
【非特許文献１】ＴＩ社のTPA2005D1カタログ（www.ti.com  SLOS369D - JULY 2002 - REVISED AUGUST 2003）（第１頁ー第４頁）
【特許文献１】特表２００１−５０３９２９
【特許文献２】特表２００３−５０６９４４
【特許文献３】特開２００３−２４３５２３（第１頁ー第３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１１に例示したＬＣフィルタを備えたＤクラス増幅器では、出力のｐ型MOSトランジスタとｎ型MOSトランジスタから成るトーテムポールの反転が起きた時にインダクタによる逆起電力により、出力端子の電圧が集積回路に加えられている電源電圧の範囲を超えてしまう瞬間が生じようとする。この時、ESD保護素子としてＰＮ接合ダイオードがターンオンする。
【００１０】
しかし、ＰＮ接合に順方向電流が流れるということはキャリアの注入を意味し、トーテムポールの反転が完了した後に、出力のＦＥＴによりチャージを抜き去ることになる。これには時間がかかり、このため思いがけない動作遅れ、ひいてはＤクラス増幅器が駆動するスピーカの音質劣化を招くことになるという問題点がある。
【００１１】
また、上述の特許文献３記載の技術では、出力トランジスタのドレイン領域の不純物濃度をゲート近傍部のみ低濃度としたＬＤＤ構造を使用したことにより、静電気のような大電荷がドレインに印可された場合にドレインの低濃度領域が熱破壊するのを防止するものであり、上述の問題点を解消するものではない。
【００１２】
本発明の目的は、Ｄクラス増幅器出力にＬＣフイルタを挿入した場合にでも、インダクタの逆起電力によって内部静電保護用ダイオードがターンオンしないような補償回路を具備した集積回路型のＤクラス増幅器を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のＤクラス増幅器は、電源とグランド間にトーテムポール接続された２組のｐ型MOSトランジスタ６およびｎ型MOSトランジスタ７と、ｐ型MOSトランジスタとｎ型MOSトランジスタをオン／オフするための信号を２組に逆位相で供給する内部回路５と、ｐ型MOSトランジスタ，ｎ型MOSトランジスタそれぞれのドレインとソース間に接続された静電保護用ダイオード８と、ｐ型MOSトランジスタとｎ型MOSトランジスタの接続点と負荷の一端との間に挿入されインダクタ９と該負荷の一端とグランドとの間に挿入されたコンデンサ１０とから成るＬＣフィルタ３と、ｐ型MOSトランジスタとｎ型MOSトランジスタの接続点とグランドとの間に挿入されたショットキーダイオード２とで構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、ＬＣフィルタを具備したＤクラス増幅器でのインダクタによる逆起電力による静電保護用ダイオードのターンオン動作を防止できる。従来はＴＩ社のＴＰＡ２００５Ｄ１のような方式でＤクラス増幅器を構成する場合には、ＬＣフィルタを除いて実現せねばならなかったが、本発明によってＬＣフィルタを具備することができる。従って、この時のチャージ抜き去り時間を解決したＥＭＣに優れたＤクラス増幅器として提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明のＤクラス増幅器は、静電保護用ダイオードをＬＣフィルタからの逆起電力によるターンオン動作から防止するために、Ｄクラス増幅器の内部回路とＬＣフィルタの間にショットキーバリアダイオードを並列に接続する。ショットキーバリアダイオードは静電保護用ダイオードに比べて、飽和電圧が低く、回復時間も短い為、ショットキーバリアダイオード２からの逆起電力による静電保護用ダイオード８のターンオン動作をさせない電圧でクリップする。その結果、静電保護用ダイオードはターンオンせず、静電保護用ダイオード（ｐｎ接合ダイオード）のチャージ時間の抜き去り時間というペナルティを免れる。ひいては、Ｄクラス増幅器の負荷、例えばスピーカの音質向上に効果的である。
【実施例１】
【００１６】
図１は本発明のＤクラス増幅器の第１実施例を示す。このＤクラス増幅器は、アンプ本体１とＬＣフィルタ３との間に２つのショットキーダイオード２を介在させたものであって、スピーカ４を駆動する。
【００１７】
アンプ本体１は、内部回路５と、２組のｐ型MOSトランジスタ６とｎ型MOSトランジスタ７と、ｐ型MOSトランジスタ６とｎ型MOSトランジスタ７それぞれのソースとドレインの間に逆接続された４つの静電保護用ダイオード８とで構成されている。これら構成要素の両端は電源ＶddとグランドＶggに接続されている。ｐ型MOSトランジスタ６とｎ型MOSトランジスタ７はトーテムポール接続されて出力段トランジスタを構成する。
【００１８】
内部回路５は、ＰＷＭ（Pulse Wide Modulation）生成回路（図示省略）からのパルス状信号の入力を受けると、出力段トランジスタの動作レベルにシフトするとともに、ｐ型MOSトランジスタ６とｎ型MOSトランジスタ７のゲートに対して、一方のＦＥＴは電流を排出し、他方のＦＥＴは電流を吸入するような電圧を供給する。このとき、ＦＥＴの両者が同時にオンすることによる貫通電流を避けるようガードタイム（デッドタイムともいう）が設けられる。
【００１９】
内部回路５から２組のトーテムポールに供給される電圧は、同じ周波数の逆位相の信号であり、スピーカ４からは両者の合成信号が出力される。このようなフルブリッジ構成は、ハーフブリッジ構成に比べて電流効率が良いという特徴がある。
【００２０】
静電保護用ダイオード８は静電破壊電圧時に大電荷放出することでｐ型MOSトランジスタ６およびｎ型MOSトランジスタ７をESD破壊から守っている。
【００２１】
ＬＣフィルタ３は、一端がｐ型MOSトランジスタ６とｎ型MOSトランジスタ７の接続点に接続され、他端がスピーカ４の一端に接続されたインダクタ９と、インダクタ９の一端とグランドＶggとの間に接続されたコンデンサ１０とから成る２組のフィルタで構成される。ＬＣフィルタ３は、高周波雑音信号を遮断し良質な信号をスピーカ４に供給する。
【００２２】
アンプ本体１の出力端子はＬＣフィルタ３に接続されて、その間に静電保護用ダイオード８と並列に交流的にグランド接続されたショットキーバリアダイオード２が具備されている。すなわち、ショットキーバリアダイオード２のアノードはグランドＶgg、カソードはｐ型MOSトランジスタ６とｎ型MOSトランジスタ７の接続点に接続されている。ショットキーバリアダイオード２はＬＣフィルタ３からの逆起電力による静電保護用ダイオード８のターンオン動作を静電保護用ダイオード８よりも立ち上り電圧値が低いことを利用して防止する。
【００２３】
次に動作の説明を行なう。トーテムポールの反転が起きた時に逆起電力がＬＣフィルタ３より発生しアンプ本体へと逆流する。この時、アノードがグランド接続されているショットキーバリアダイオード２は、アンプ本体１内の静電保護用ダイオード８よりも速く逆起電力の大電荷放出動作を行う。
【００２４】
これは、ショットキーバリアダイオード２は多数キャリアの整流特性を持っていて、小数キャリアのｐｎ接合型である静電保護用ダイオード８に比べて高速な動作を行うことに起因しており、立ち上がり電圧値がショットキーバリアダイオード２が０．３Ｖ近傍にあるのと比べ、静電保護用ダイオード８は０．７Ｖ近傍であることから明らかである。この瞬間において、アンプ本体１内の静電保護用ダイオード８はショットキーバリアダイオード２のバイパスによりターンオン動作が防がれる。電荷放出時間は、ショットキーバリアダイオード２の特性としてリバース・リカバリ電荷が実質的に０であるので逆回復時間は論理的に０となる。
【００２５】
以上の動作から、静電保護用ダイオード８はｐ型MOSトランジスタ６とｎ型MOSトランジスタ７で構成されている出力トランジスタからの内部ノイズによるターンオン動作に限定され、ＬＣフィルタ３からの外部ノイズに対してはターンオン動作を行わない。その結果、リバース・リカバリ時間の削減とデッドバンド拡大の防止を実現することで出力波形の歪みの抑止に効果的である。
【００２６】
また、順方向降下電圧値が一般的なｐｎ接合型である静電保護用ダイオード８では０．６〜０．７Ｖであるのに比べて、ショットキーバリアダイオード２は０．２〜０．４ＶであることもＥＭＣ向上に繋がる。
【実施例２】
【００２７】
図２は本発明のＤクラス増幅器の第２実施例を示す。このＤクラス増幅器は、実施例におけるショットキーバリアダイオード２の接続を変更したものである。すなわち、ショットキーバリアダイオード２は、アノードはアンプ本体１の出力に、カソードは電源Ｖddに接続されている。その他の構成には実施例１と異なる点はなく、基本的な動作も同様である。
【実施例３】
【００２８】
図３は本発明のＤクラス増幅器の第３実施例を示す。このＤクラス増幅器では、４つのショットキーバリアダイオード２が設けられている。その内の２つは実施例１におけるのと同様に、アノードはグランドＶgg、カソードはｐ型MOSトランジスタ６とｎ型MOSトランジスタ７の接続点に接続されている。他の２つは実施例２におけるのと同様に、アノードはアンプ本体１の出力に、カソードは電源Ｖddに接続されている。その他の構成には実施例１や実施例２と異なる点はなく、基本的な動作も同様である。ただし、ショットキーバリアダイオード２を増数したことにより、逆起電力の大電荷放出動作は強化されている。
【実施例４】
【００２９】
図４は本発明のＤクラス増幅器の第４実施例を示す。このＤクラス増幅器では、アンプ本体１とＬＣフィルタ３との間に小型フィルタ１１が付加されている。小型フィルタ１１は後段のＬＣフィルタ３よりも小型のインダクタを有する。このように、フィルタを２段構成にすることでＥＭＣの放射を効果的に防止できる。そして、実施例１におけるのと同様に、アノードはグランドＶgg、カソードはｐ型MOSトランジスタ６とｎ型MOSトランジスタ７の接続点に接続されたショットキーバリアダイオード２が設けられている。その他の構成には実施例１と異なる点はなく、基本的な動作も同様である。
【実施例５】
【００３０】
図５は本発明のＤクラス増幅器の第５実施例を示す。このＤクラス増幅器は、実施例４におけるショットキーバリアダイオード２の接続を変更したものである。すなわち、ショットキーバリアダイオード２は、アノードはアンプ本体１の出力に、カソードは電源Ｖddに接続されている。その他の構成には実施例４と異なる点はなく、基本的な動作も同様である。
【実施例６】
【００３１】
図６は本発明のＤクラス増幅器の第６実施例を示す。このＤクラス増幅器は、小型フィルタ１１付のＤクラス増幅器（実施例４や実施例５）について、実施例３におけるのと同様に、４つのショットキーバリアダイオード２が設けたものである。その他の構成には実施例４や実施例５と異なる点はなく、基本的な動作も同様である。ただし、ショットキーバリアダイオード２を増数したことによる効果は第３実施例とと同様である。
【実施例７】
【００３２】
図７は本発明のＤクラス増幅器の第７実施例を示す。このＤクラス増幅器は、第４実施例におけるショットキーバリアダイオード２と小型フィルタ１１の位置を入れ替えたものである。その他の構成と動作については第４実施例と同様である。
【実施例８】
【００３３】
図８は本発明のＤクラス増幅器の第８実施例を示す。このＤクラス増幅器は、第５実施例におけるショットキーバリアダイオード２と小型フィルタ１１の位置を入れ替えたものである。その他の構成と動作については第５実施例と同様である。
【実施例９】
【００３４】
図９は本発明のＤクラス増幅器の第９実施例を示す。このＤクラス増幅器は、第６実施例におけるショットキーバリアダイオード２と小型フィルタ１１の位置を入れ替えたものである。その他の構成と動作については第６実施例と同様である。
【実施例１０】
【００３５】
図１０は本発明のＤクラス増幅器の第１０実施例を示す。このＤクラス増幅器は、第１実施例における２個のコンデンサ１０を１個に集約したものであり、このよう構成によっても同様な効果が得られる。この場合、同一のカットオフ周波数を得るためのコンデンサの値は1/2でよく、１個で済むことも併せて実装面積の縮小に役立つ。そして、この構成は第２実施例〜第９実施例についても同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明のＤクラス増幅器の第１実施例を示す回路図
【図２】本発明のＤクラス増幅器の第２実施例を示す回路図
【図３】本発明のＤクラス増幅器の第３実施例を示す回路図
【図４】本発明のＤクラス増幅器の第４実施例を示す回路図
【図５】本発明のＤクラス増幅器の第５実施例を示す回路図
【図６】本発明のＤクラス増幅器の第６実施例を示す回路図
【図７】本発明のＤクラス増幅器の第７実施例を示す回路図
【図８】本発明のＤクラス増幅器の第８実施例を示す回路図
【図９】本発明のＤクラス増幅器の第９実施例を示す回路図
【図１０】本発明のＤクラス増幅器の第１０実施例を示す回路図
【図１１】従来型のＤクラス増幅器の一例を示す回路図
【符号の説明】
【００３７】
１    アンプ本体
２    ショットキーバリアダイオード
３    ＬＣフィルタ
４    スピーカ
５    内部回路
６    ｐ型ＭＯＳトランジスタ
７    ｎ型ＭＯＳトランジスタ
８    静電保護用ダイオード
９    インダクタ
１０  コンデンサ
１１  小型フィルタ
【図１】
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【図２】
2006060273.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2006060273.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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