(57)【要約】【課題】  高出力・高品位用途のデジタルアンプやスイッチング電源に要求されるノイズレベルの実現に有効なデジタルアンプおよびスイッチング電源を提供する。【解決手段】  Ｄ級ドライバ１３０の出力段にノイズ成分抽出回路１０を接続し、このノイズ成分抽出回路１０によって、Ｄ級ドライバ１３０の出力に含まれたノイズ成分を抽出し、この抽出したノイズ成分を該ノイズ成分の位相およびゲインを調整した後にローパスフィルタ１４０の出力に加算する。その結果、ローパスフィルタ１４０を通過した後の音声信号に残存したノイズ成分がキャンセルされる。【選択図】  図１
2006333437.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、
前記変調回路の出力で駆動されるＤ級ドライブ回路と、
前記Ｄ級ドライブ回路の出力を平滑するフィルタと、
前記Ｄ級ドライブ回路の出力からノイズ成分を抽出して前記フィルタの出力に加算するノイズ成分抽出回路とを具備し、
前記ノイズ成分抽出回路は、前記フィルタの減衰特性に対応させて前記抽出したノイズ成分を減衰させる手段を備えたことを特徴とするデジタルアンプ。
【請求項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、
前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、
前記変調回路の出力で駆動されるＤ級ドライブ回路と、
前記Ｄ級ドライブ回路の出力を平滑するフィルタと、
前記Ｄ級ドライブ回路の出力からノイズ成分を抽出して前記フィルタの出力に加算するノイズ成分抽出回路とを具備し、
前記ノイズ成分抽出回路の出力は、ＤＣカットコンデンサを介して前記フィルタの出力に加算されることを特徴とするデジタルアンプ。
【請求項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、
前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、
前記変調回路の出力で駆動されるＤ級ドライブ回路と、
前記Ｄ級ドライブ回路の出力を平滑する低インピーダンス出力のフィルタと、
前記Ｄ級ドライブ回路の出力からノイズ成分を抽出して前記フィルタの出力に加算するノイズ成分抽出回路とを具備し、
前記ノイズ成分抽出回路は、前記低インピーダンス出力に加算することにより生じる位相誤差を補正する位相補償回路を備えたことを特徴とするデジタルアンプ。
【請求項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、
前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、
前記変調回路の出力で駆動されるＤ級ドライブ回路と、
前記Ｄ級ドライブ回路の出力を平滑するフィルタと、
前記Ｄ級ドライブ回路の出力からノイズ成分を抽出して前記フィルタの出力に加算するノイズ成分抽出回路とを具備し、
前記ノイズ成分抽出回路は、
前記ノイズ成分を抽出する帯域制限部と、
前記抽出したノイズ成分の位相を補正する位相補償部と、
前記フィルタの減衰特性に対応させて前記抽出したノイズ成分のゲインを調整するゲイン調整部と
を備えたことを特徴とするデジタルアンプ。
【請求項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、
前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、
前記変調回路の出力で駆動されるＤ級ドライブ回路と、
前記Ｄ級ドライブ回路の出力を平滑するフィルタと、
前記Ｄ級ドライブ回路の出力からノイズ成分を抽出して前記フィルタの出力に加算するノイズ成分抽出回路とを具備し、
前記ノイズ成分抽出回路は、
前記ノイズ成分を抽出するハイパスフィルタと、
前記フィルタの減衰特性と同一の減衰特性を有するローパスフィルタと
を備えたことを特徴とするデジタルアンプ。
【請求項６】
前記ノイズ成分抽出回路は、
前記ローパスフィルタの出力レベルを増幅するアンプと、
前記ローパスフィルタの出力からＤＣ成分をカットするＤＣカットコンデンサと
をさらに備えたことを特徴とする請求項５記載のデジタルアンプ。
【請求項７】
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、
前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、
前記変調回路の出力で駆動されるＤ級ドライブ回路と、
前記Ｄ級ドライブ回路の出力を平滑するフィルタと、
前記Ｄ級ドライブ回路の出力からノイズ成分を抽出して逆相ノイズ成分を生成し、この逆相ノイズ成分を前記フィルタの出力に加算するノイズ成分抽出回路と
を具備することを特徴とするデジタルアンプ。
【請求項８】
前記ノイズ成分抽出回路は、前記Ｄ級ドライブ回路の出力に対してデカップリングされることを特徴とする請求項７記載のデジタルアンプ。
【請求項９】
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、
前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、
前記変調回路の出力で駆動されるＤ級ドライブ回路と、
前記Ｄ級ドライブ回路の出力を平滑するフィルタと、
前記フィルタの出力からノイズ成分を抽出して逆相ノイズ成分を生成し、この逆相ノイズ成分を前記フィルタの出力に加算するノイズ成分抽出回路と
を具備することを特徴とするデジタルアンプ。
【請求項１０】
前記ノイズ成分抽出回路は、前記フィルタの出力に対してデカップリングされることを特徴とする請求項９記載のデジタルアンプ。
【請求項１１】
電力供給源と負荷との間に配置されたスイッチング素子を制御することにより電力変換を行うスイッチング電源において、
前記スイッチング素子の制御を行う制御回路と、
前記スイッチング素子の出力を平滑するフィルタと、
前記スイッチング素子の出力からノイズ成分を抽出して逆相ノイズ成分を生成し、この逆相ノイズ成分を前記フィルタの出力に加算するノイズ成分抽出回路と
を具備することを特徴とするスイッチング電源。
【請求項１２】
電力供給源と負荷との間に配置されたスイッチング素子を制御することにより電力変換を行うスイッチング電源において、
前記スイッチング素子の制御を行う制御回路と、
前記スイッチング素子の出力を平滑するフィルタと、
前記フィルタの出力からノイズ成分を抽出して逆相ノイズ成分を生成し、この逆相ノイズ成分を前記フィルタの出力に加算するノイズ成分抽出回路と
を具備することを特徴とするスイッチング電源。
【請求項１３】
入力信号のスイッチングを行うスイッチング手段と、
前記スイッチング手段の後段に接続されたフィルタと、
前記スイッチング手段の出力から該出力に含まれるノイズ成分を抽出して逆相ノイズ成分を生成し、この逆相ノイズ成分を前記フィルタの出力に加算するノイズ成分抽出回路と
を具備することを特徴とするノイズ低減回路。
【請求項１４】
入力信号のスイッチングを行うスイッチング手段と、
前記スイッチング手段の後段に接続されたフィルタと、
前記フィルタの出力から該出力に含まれるノイズ成分を抽出して逆相ノイズ成分を生成し、この逆相ノイズ成分を前記フィルタの出力に加算するノイズ成分抽出回路と
を具備することを特徴とするノイズ低減回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、デジタルアンプおよびスイッチング電源に関し、特に、ノイズの低減に有効なデジタルアンプおよびスイッチング電源に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
この種のデジタルアンプでは、音声信号の増幅がスイッチング動作により行われるため、ノイズや歪み対策が重要となる。同様に、スイッチング電源においてもデジタルアンプと同じくスイッチング・パワードライバ回路が用いられるため、このスイッチング回路の出力段には、キャリアリップルノイズと呼ばれる基本波の残留成分が存在する。
【０００５】
この残留したリップルノイズが不要ノイズとなって他の回路に悪影響を及ぼすことが多いため、リップルノイズの低減が求められるが、その手法として、出力段フィルタの時定数や次数をアップさせる方法が一般的に適用される。
【０００６】
しかし、フィルタの時定数や次数を増加させると、コストやサイズに影響を与えるため、フィルタは可能な限り最小の時定数と次数で構成することが望ましい。
【０００７】
ここで、フィルタの時定数や次数を増加させる以外のノイズ低減に対するアプローチとしては、例えば、下記特許文献に記載された手法が知られている。
【特許文献１】特開２００３−２５８５６５号公報
【特許文献２】特開２００４−１２８６６２号公報  上記特許文献１には、ＣＤプレーヤの再生時にはデジタルアンプを駆動し、ラジオを受信する際には、デジタルアンプを停止させてアナログアンプを使用する構成やデジタルアンプをシールドケースに入れてシールドする手法が示されている。
【０００８】
また、特許文献２には、オーディオ入力信号と出力増幅段の出力信号とを比較し、この比較結果をもとに定電圧電源回路の出力を変調することで、出力増幅段による歪みを低減させる手法が開示されている。
【０００９】
上記各特許文献に示された手法は、いずれも有効な手法と考えられるが、高出力・高品位用途のデジタルアンプに要求されるノイズレベルを達成するには、さらなるノイズの低減が必要であった。
【００１０】
一方、高周波信号に含まれたパルス性ノイズをキャンセルする手法が下記特許文献に記載されている。
【特許文献３】特開２０００−９１９３２号公報
【特許文献４】特開２０００−９１９３３号公報
【特許文献５】特開２０００−１０１４５９号公報  これらの特許文献には、中間周波数にダウンコンバートされた信号を検波前に取り出し、高調波成分を抽出して検波後に加算することで、ノイズ成分をキャンセルする手法が開示されている。
【００１１】
しかし、これら特許文献３〜５に開示されたノイズキャンセラは、そのままデジタルアンプやスイッチング電源に適用しても十分なノイズキャンセル効果を得ることができず、高出力・高品位用途のデジタルアンプに要求されるノイズレベルを達成するには、さらなる改善が必要であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明は、高出力・高品位用途のデジタルアンプやスイッチング電源に要求されるノイズレベルの実現に有効なデジタルアンプおよびスイッチング電源を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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、前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、前記変調回路の出力で駆動されるＤ級ドライブ回路と、前記Ｄ級ドライブ回路の出力を平滑するフィルタと、前記Ｄ級ドライブ回路の出力からノイズ成分を抽出して前記フィルタの出力に加算するノイズ成分抽出回路とを具備し、前記ノイズ成分抽出回路は、前記フィルタの減衰特性に対応させて前記抽出したノイズ成分を減衰させる手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】
このように、Ｄ級ドライブ回路の出力段に設けられたフィルタの減衰特性に対応させてノイズ成分を減衰させることで、フィルタの減衰域に点在する各種ノイズ成分のレベルをノイズ成分抽出回路内で再現することができるため、ノイズ低減精度を向上させることができる。
【００１５】
特に、デジタルアンプでは、Ｄ級ドライブ回路のスイッチング周波数がある帯域幅を持って変動するため、フィルタを通過した後のＤ級ドライブ回路のスイッチングノイズは、帯域内でレベルが異なり、従来知られたノイズキャンセラの考え方では十分除去することができない。
【００１６】
尚、抽出したノイズ成分は、ノイズキャンセル効果を得るために、位相を反転させて音声信号に加算される。即ち、スイッチング動作に起因して生じるリップルノイズをキャンセルする場合を例に説明すると、ノイズ成分抽出回路は、まず、スイッチングキャリア成分を抽出し、この抽出したキャリア成分の位相を反転させるとともに振幅レベルをフィルタ経路と一致させてフィルタ出力後の音声信号に加算する。
【００１７】
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、前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、前記変調回路の出力で駆動されるＤ級ドライブ回路と、前記Ｄ級ドライブ回路の出力を平滑するフィルタと、前記Ｄ級ドライブ回路の出力からノイズ成分を抽出して前記フィルタの出力に加算するノイズ成分抽出回路とを具備し、前記ノイズ成分抽出回路の出力は、ＤＣカットコンデンサを介して前記フィルタの出力に加算されることを特徴とする。
【００１８】
このように、抽出したノイズ成分をＤＣカットコンデンサを介して加算することで、ノイズキャンセラ機能を付加したことによって生じる効率の低下を抑制することができる。即ち、ＤＣカットコンデンサがない場合には、オフセットによるＤＣ電流が流れて電力を消費するが、ＤＣカットコンデンサを介することで、ＤＣ電流による電力消費を避けることができる。
【００１９】
ここで、ＤＣカットコンデンサを付加した場合は、フィルタを構成するコンデンサとの分圧比に応じてノイズ成分抽出回路の出力レベルが低下するため、レベルを補填するためのアンプを設けることが望ましい。例えば、ＤＣカットコンデンサの値がフィルタを構成するコンデンサと同一の場合は、分圧比が１／２になるため、ノイズ成分抽出回路内または該回路の後段に２倍の増幅率を有するアンプを設ける。
【００２０】
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、前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、前記変調回路の出力で駆動されるＤ級ドライブ回路と、前記Ｄ級ドライブ回路の出力を平滑する低インピーダンス出力のフィルタと、前記Ｄ級ドライブ回路の出力からノイズ成分を抽出して前記フィルタの出力に加算するノイズ成分抽出回路とを具備し、前記ノイズ成分抽出回路は、前記低インピーダンス出力に加算することにより生じる位相誤差を補正する位相補償回路を備えたことを特徴とする。
【００２１】
このように、位相補償回路を設けることで、低インピーダンスラインにノイズ成分抽出回路の出力を付加する場合であっても、位相が合った状態でノイズ成分が相殺されるため、低インピーダンス出力を有するデジタルアンプに対しても有効なノイズキャンセル効果を得ることができる。
【００２２】
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、前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、前記変調回路の出力で駆動されるＤ級ドライブ回路と、前記Ｄ級ドライブ回路の出力を平滑するフィルタと、前記Ｄ級ドライブ回路の出力からノイズ成分を抽出して前記フィルタの出力に加算するノイズ成分抽出回路とを具備し、前記ノイズ成分抽出回路は、前記ノイズ成分を抽出する帯域制限部と、前記抽出したノイズ成分の位相を補正する位相補償部と、前記フィルタの減衰特性に対応させて前記抽出したノイズ成分のゲインを調整するゲイン調整部とを備えたことを特徴とする。
【００２３】
このように、帯域制限部、位相補償部、ゲイン調整部をノイズ成分抽出回路に設けることで、ノイズ成分を選択的に抽出するとともに、フィルタ通過後に残存したノイズ成分のレベルおよび位相と、キャンセル用に抽出したノイズ成分のレベルおよび位相とを合致させることができるため、より高精度なノイズキャンセル効果を得ることができる。
【００２４】
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、前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、前記変調回路の出力で駆動されるＤ級ドライブ回路と、前記Ｄ級ドライブ回路の出力を平滑するフィルタと、前記Ｄ級ドライブ回路の出力からノイズ成分を抽出して前記フィルタの出力に加算するノイズ成分抽出回路とを具備し、前記ノイズ成分抽出回路は、前記ノイズ成分を抽出するハイパスフィルタと、前記フィルタの減衰特性と同一の減衰特性を有するローパスフィルタとを備えたことを特徴とする。
【００２５】
このように、ハイパスフィルタとローパスフィルタとを用いてノイズ成分抽出回路を構成することで、ノイズキャンセルに重要な帯域制限、位相補償およびゲイン調整を好適に行うことができる。即ち、ハイパスフィルタによって、ノイズ成分が抽出されるとともに、この抽出されたノイズ成分の位相が補償され、ローパスフィルタの減衰特性によって、ノイズ成分のレベルが調整され、その結果、Ｄ級ドライブ回路の後段に設けられたフィルタの出力に残存したノイズ成分が高精度に相殺される。
【００２６】
また、請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記ノイズ成分抽出回路は、前記ローパスフィルタの出力レベルを増幅するアンプと、前記ローパスフィルタの出力からＤＣ成分をカットするＤＣカットコンデンサとをさらに備えたことを特徴とする。
【００２７】
このように、出力レベル調整用のアンプとＤＣ成分カット用のコンデンサとを設けることで、キャンセルに必要なノイズレベルを確保した状態でＤＣ電流による電力消費を避けることができる。
【００２８】
また、請求項７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、前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、前記変調回路の出力で駆動されるＤ級ドライブ回路と、前記Ｄ級ドライブ回路の出力を平滑するフィルタと、前記Ｄ級ドライブ回路の出力からノイズ成分を抽出して逆相ノイズ成分を生成し、この逆相ノイズ成分を前記フィルタの出力に加算するノイズ成分抽出回路とを具備することを特徴とする。
【００２９】
このように、Ｄ級ドライブ回路の出力からノイズ成分を抽出してフィルタの出力に加算することで、Ｄ級ドライブ回路の出力に含まれた不要なノイズ成分をキャンセルターゲットとして抽出し、これを音声信号に逆相加算することができるため、Ｄ級ドライブ回路のスイッチング動作に起因して音声信号に残存したスイッチングノイズ等の不要ノイズを低減させることができる。
【００３０】
また、請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明において、前記ノイズ成分抽出回路は、前記Ｄ級ドライブ回路の出力に対してデカップリングされることを特徴とする。
【００３１】
このように、音声信号を生成するメインの経路とノイズ抽出経路とをデカップリングすることで、ノイズ成分抽出回路への大電流入力を回避することができる。
【００３２】
また、請求項９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、前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、前記変調回路の出力で駆動されるＤ級ドライブ回路と、前記Ｄ級ドライブ回路の出力を平滑するフィルタと、前記フィルタの出力からノイズ成分を抽出して逆相ノイズ成分を生成し、この逆相ノイズ成分を前記フィルタの出力に加算するノイズ成分抽出回路とを具備することを特徴とする。
【００３３】
このように、フィルタの出力からノイズ成分を抽出してフィルタの出力に加算することで、フィルタの出力に含まれた不要なノイズ成分をキャンセルターゲットとして抽出し、これを音声信号に逆相加算することができるため、Ｄ級ドライブ回路のスイッチング動作に起因して音声信号に残存したスイッチングノイズ等の不要ノイズを低減させることができる。
【００３４】
また、請求項１０記載の発明は、前記ノイズ成分抽出回路は、前記フィルタの出力に対してデカップリングされることを特徴とする。
【００３５】
このように、音声信号を生成するメインの経路とノイズ抽出経路とをデカップリングすることで、ノイズ成分抽出回路への大電流入力を回避することができ、かつ、ノイズ抽出経路がメイン経路に与える影響を低減することができる。
【００３６】
また、請求項１１記載の発明は、電力供給源と負荷との間に配置されたスイッチング素子を制御することにより電力変換を行うスイッチング電源において、前記スイッチング素子の制御を行う制御回路と、前記スイッチング素子の出力を平滑するフィルタと、前記スイッチング素子の出力からノイズ成分を抽出して逆相ノイズ成分を生成し、この逆相ノイズ成分を前記フィルタの出力に加算するノイズ成分抽出回路とを具備することを特徴とする。
【００３７】
このように、スイッチング素子の出力からノイズ成分を抽出してフィルタの出力に加算することで、スイッチング素子の出力に含まれた不要なノイズ成分をキャンセルターゲットとして抽出し、これを電源出力に逆相加算することができるため、スイッチング素子のスイッチング動作に起因して電源出力に残存したスイッチングノイズ等の不要ノイズを低減させることができる。
【００３８】
また、請求項１２記載の発明は、電力供給源と負荷との間に配置されたスイッチング素子を制御することにより電力変換を行うスイッチング電源において、前記スイッチング素子の制御を行う制御回路と、前記スイッチング素子の出力を平滑するフィルタと、前記フィルタの出力からノイズ成分を抽出して逆相ノイズ成分を生成し、この逆相ノイズ成分を前記フィルタの出力に加算するノイズ成分抽出回路とを具備することを特徴とする。
【００３９】
このように、フィルタの出力からノイズ成分を抽出してフィルタの出力に加算することで、フィルタの出力に含まれた不要なノイズ成分をキャンセルターゲットとして抽出し、これを電源出力に逆相加算することができるため、スイッチング素子のスイッチング動作に起因して電源出力に残存したスイッチングノイズ等の不要ノイズを低減させることができる。
【００４０】
また、請求項１３記載の発明は、入力信号のスイッチングを行うスイッチング手段と、前記スイッチング手段の後段に接続されたフィルタと、前記スイッチング手段の出力から該出力に含まれるノイズ成分を抽出して逆相ノイズ成分を生成し、この逆相ノイズ成分を前記フィルタの出力に加算するノイズ成分抽出回路とを具備することを特徴とする。
【００４１】
このように、スイッチング手段の出力からノイズ成分を抽出してフィルタの出力に加算することで、スイッチング手段の出力に含まれた不要なノイズ成分をキャンセルターゲットとして抽出し、これをフィルタ出力に逆相加算することができるため、スイッチング手段のスイッチング動作に起因してフィルタ出力に残存したスイッチングノイズ等の不要ノイズを低減させることができる。
【００４２】
また、請求項１４記載の発明は、入力信号のスイッチングを行うスイッチング手段と、前記スイッチング手段の後段に接続されたフィルタと、前記フィルタの出力から該出力に含まれるノイズ成分を抽出して逆相ノイズ成分を生成し、この逆相ノイズ成分を前記フィルタの出力に加算するノイズ成分抽出回路とを具備することを特徴とする。
【００４３】
このように、フィルタの出力からノイズ成分を抽出してフィルタの出力に加算することで、フィルタの出力に含まれた不要なノイズ成分をキャンセルターゲットとして抽出し、これをフィルタ出力に逆相加算することができるため、スイッチング手段のスイッチング動作に起因してフィルタ出力に残存したスイッチングノイズ等の不要ノイズを低減させることができる。
【００４４】
尚、以上説明した構成において、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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【発明の効果】
【００４９】
以上説明したように、本発明によれば、キャンセル用のノイズ成分を高精度に抽出・再現することができるため、高出力・高品位用途のデジタルアンプやスイッチング電源に要求されるノイズレベルを達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
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。
【００５１】
図１は、本発明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、デジタルアンプ回路を内蔵したデジタルアンプモジュール１００とで構成される。
【００５２】
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。
【００５３】
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て、デジタルアンプモジュール１００内のパルス変調器１２０に入力される。
【００５４】
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デジタルアンプモジュール１００内のパルス変調器１２０に入力される。
【００５５】
デジタルアンプモジュール１００は、ＤＣＤＣコンバータ１００と、パルス変調器１２０と、Ｄ級ドライバ１３０と、ローパスフィルタ１４０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。
【００５６】
ここで、パルス変調器１２０とＤ級ドライバ１３０とは、ＤＣＤＣコンバータ１１０で生成された電力で駆動され、このＤＣＤＣコンバータは、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からの電力供給を利用して、パルス変調器１２０に電圧ＶＤＤ２を生成・供給し、Ｄ級ドライバ１３０に電圧ＶＤＤ１を生成・供給する。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。
【００５７】
ＤＣＤＣコンバータ１１０およびパルス変調器１２０には、それぞれスイッチング用の波形生成回路が設けられ、これらの波形生成回路は、ＤＣＤＣコンバータのスイッチング周波数とＤ級ドライバ１３０のスイッチング周波数のそれぞれに従って駆動波形を生成する。
【００５８】
ノイズ成分抽出回路１０は、Ｄ級ドライバ１３０の出力段にローパスフィルタ１４０と並列に接続され、このノイズ成分抽出回路１０によって、Ｄ級ドライバ１３０の出力に含まれたノイズ成分が抽出され、この抽出されたノイズ成分は、位相およびゲインが調整された後にローパスフィルタ１４０の出力に加算される。その結果、ローパスフィルタ１４０を通過した後であっても依然として音声信号に残存したノイズ成分がキャンセルされる。
【００５９】
図２は、図１に示すデジタルアンプモジュールの内部構成例を示す回路ブロック図である。同図に示すように、このデジタルアンプモジュール１００に組み込まれるＤ級ドライバ１３０は、ハイサイドのスイッチング素子ＦＥＴ１と、ローサイドのスイッチング素子ＦＥＴ２と、該各スイッチング素子をＰＷＭ信号で駆動するドライバアンプＡｍｐ１およびＡｍｐ２とで構成される。
【００６０】
Ｄ級ドライバ１３０から出力された信号は、インダクタＬとコンデンサＣとで構成されたローパスフィルタ１４０を通過することで、アナログ音声信号が抽出され、この音声信号でスピーカ６２０が駆動される。
【００６１】
ここで、ノイズ成分抽出回路１０は、Ｄ級ドライバ１３０の出力信号を利用して、該出力信号に含まれるノイズ成分を抽出し、この抽出したノイズ成分をローパスフィルタ１４０の出力に付加する。
【００６２】
即ち、Ｄ級ドライバ１３０の出力パルスは、ローパスフィルタ１４０を経由するメイン経路と、ノイズ成分抽出回路１０を経由するノイズ経路に分かれ、メイン経路とノイズ経路でそれぞれ処理された各信号は、スピーカ６２０の手前で合成された後に該スピーカ６２０に入力される。
【００６３】
このように、ローパスフィルタ１４０を経由して得られた音声信号と、ノイズ成分抽出回路１０を経由して得られたノイズ信号とを合成することで、音声信号に含まれたノイズ成分を除去することができる。
【００６４】
図３は、図２に示すノイズ成分抽出回路の内部構成例を示す回路ブロック図である。同図に示すように、ノイズ成分抽出回路１０には、抽出対象とする周波数帯域を制限する帯域制限部１２と、抽出したノイズ成分の位相を調整する位相調整部１４と、抽出したノイズ成分のゲインを調整するゲイン調整部１６とが設けられる。
【００６５】
ここで、帯域制限部１２は、スイッチングキャリアの周波数成分を抽出し、位相調整部１４は、ローパスフィルタ１４０の出力に含まれたリップルノイズ成分に対して、抽出したキャリア成分の位相を加算点となる演算部１８の位置で反転させる。
【００６６】
ゲイン調整部１６は、ローパスフィルタ１４０の出力に含まれたリップルノイズ成分に対して、抽出したキャリア成分の振幅レベルを加算点となる演算部１８の位置で一致させる。即ち、ノイズ成分抽出回路１０にて、Ｄ級ドライバ１３０の出力に含まれたノイズ成分の逆相信号を作成し、これをローパスフィルタ１４０の出力に加算することにより、音声信号に含まれたノイズが打ち消される。
【００６７】
図４は、図３に示したローパスフィルタとノイズ成分抽出回路との関係を示す特性図である。この特性図は、縦軸が通過損失、横軸が周波数で構成される。同図中にハッチで示した帯域が示すように、デジタルアンプ回路で用いられる信号としては、例えば、１０ｋ〜２０ｋＨｚの帯域を有する音声信号Ａｕｄｉｏと、５００ｋ〜７００ｋＨｚの帯域を有するＤ級ドライバのスイッチング信号ＳＷ−Ｄｒｖとがある。
【００６８】
この中で、リップルノイズとして除去対象となるのがＤ級ドライバのスイッチング信号ＳＷ−Ｄｒｖであり、これらの信号は、ローパスフィルタ１４０の減衰域に設定される。同図に示す例は、ローパスフィルタ１４０のカットオフ周波数を４０ｋＨｚに設定し、これより高域を減衰域とした場合の例である。
【００６９】
ここで、同じ減衰域に設定される信号であっても、ローパスフィルタ１４０は、次数に応じた周波数傾斜を有する減衰特性を持つため、周波数領域の異なるノイズ成分の減衰量は異なる。例えば、Ｄ級ドライバのスイッチング信号ＳＷ−Ｄｒｖは、ある幅の帯域内で変動するため、ローパスフィルタ１４０を通過した後は、同じキャリアであっても周波数の変動に応じてノイズレベルも変動する。従って、各リップルノイズのキャンセルレベルを正確に得るには、ローパスフィルタ１４０の減衰特性に対応させたレベル調整機能をノイズ成分抽出回路に持たせることが有効である。
【００７０】
図５は、図１のノイズ成分抽出回路の出力にドライバ回路を付加した例を示す回路ブロック図である。ローパスフィルタ１４０を含むメイン経路は、一般にインピーダンスが小さいため、同図に示すように、ノイズ成分抽出回路１０の後段にはドライバ回路Ｄｒｖを設け、抽出したノイズ成分を容量結合Ｃａによりメイン経路に加算することが望ましい。図６は、図５のノイズ成分抽出回路をフィルタとアンプで構成した場合の例を示す回路ブロック図である。同図に示すように、ノイズ成分抽出回路１０は、キャンセル対象となるノイズ成分に対する帯域制限、位相調整、ゲイン調整を好適に行うことができるフィルタ２０とアンプ３０で構成することが望ましい。
【００７１】
図７は、図６のノイズ成分抽出回路にアッテネータを付加した場合の例を示す回路ブロック図である。Ｄ級ドライバ１３０のパルス出力レベルが大きい場合には、同図に示すように、ノイズ成分抽出回路１０の前段にアッテネータ５０を設けることで入力レベルを制限することが望ましい。
【００７２】
図８は、図６および図７に示したフィルタ２０の構成例を示す回路ブロック図である。同図（ａ）および（ｂ）は、帯域制限と位相調整をハイパスフィルタ２２とローパスフィルタ２４との組み合わせで行う例であり、同図（ｃ）はフィルタ２０を、バンドパスフィルタ２６を用いて構成した場合の例であり、同図（ｄ）〜（ｆ）は、位相調整を容易にするために、同図（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ位相イコライザ４０を追加した例である。
【００７３】
図９は、本発明に係るデジタルアンプの詳細な実施構成例を示した回路図である。同図に示すノイズ成分抽出回路１０内では、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１およびＲ２とによりアッテネータとハイパスフィルタが構成され、コイルＬ１とコンデンサＣ２とによりローパスフィルタが構成され、アンプＡ３と抵抗Ｒ３〜Ｒ５とコンデンサＣ３とにより位相イコライザが構成される。尚、アンプＡ１およびＡ２はバッファ回路である。
【００７４】
ここで、コイルＬ１とコンデンサＣ２とにより構成されるローパスフィルタは、メイン経路に設けられたローパスフィルタ１４０と同一の減衰特性を持たせておく。
【００７５】
そして、ノイズ成分抽出回路１０の出力段に設けられたアンプＡ４によりドライバが構成され、さらに、その後段に設けられたコンデンサＣ４により加算器が構成され、抽出したノイズ成分がメイン経路に加算される。
【００７６】
図１０は、本発明に係るノイズ成分抽出回路をスイッチング電源に適用した場合の構成例を示す回路図である。同図に示すように、このスイッチング電源は、バッテリＢａｔｔｅｒｙに接続されたコンデンサＣ１１と、ハイサイド側のスイッチング素子Ｈ−ＦＥＴと、ローサイド側のスイッチング素子Ｌ−ＦＥＴと、これらのスイッチング素子を制御するＰＷＭ回路１６０と、スイッチング素子の出力を平滑するコイルＬ１およびコンデンサＣ１２と、出力電圧を分圧しＰＷＭ回路１６０にフィードバックする抵抗器Ｒ１１およびＲ１２から構成される。
【００７７】
ここで、ＰＷＭ回路１６０には、外部からのクロック信号ＣＬＫが入力され、このＰＷＭ回路は、出力電圧をモニタしつつ、この入力されたクロック信号ＣＬＫを用いてスイッチング素子Ｈ−ＦＥＴおよびＬ−ＦＥＴの駆動波形をそれぞれ生成する。尚、同図に示した各スイッチング素子はＦＥＴで構成することが望ましい。
【００７８】
上記のように構成されるスイッチング電源に、本発明に係るノイズ成分抽出回路１０を適用する場合には、スイッチング素子の出力を平滑するコイルＬ１およびコンデンサＣ１２の前段から取り出した信号をノイズ成分抽出回路１０に入力し、抽出したノイズ成分をコイルＬ１およびコンデンサＣ１２の出力に加算すれば良い。
【００７９】
尚、同図に示した例は、降圧型のスイッチング電源に本発明を適用した場合の例であるが、本発明は、昇圧型、昇降圧型等の他のスイッチング回路にも応用することができる。
【００８０】
図１１は、ローパスフィルタの後段からノイズ抽出を行う場合の実施形態を示す回路図である。同図に示すように、ノイズ成分抽出回路１０は、ローパスフィルタ１４０の後段に設けても良い。この場合は、ローパスフィルタ１４０の後段からノイズを抽出し、この抽出したノイズをスピーカ６２０の前段で加算する。
【００８１】
ノイズ成分抽出回路１０は、フィルタ２０とアンプ３０とを備え、このフィルタ２０によってローパスフィルタ１４０の出力信号からキャンセル対象となる不要成分が抽出され、アンプ回路によって抽出されたノイズ成分の利得が調整されて、スピーカ６２０の前段で元の出力ラインに加算される。
【００８２】
ここで、アンプ３０を反転アンプで構成することにより、抽出されたノイズ成分の位相が反転し、ノイズ成分抽出回路１０の出力接続部でメインの音声信号からノイズ成分が減算されて、音声信号に含まれたスイッチング成分等の不要成分が低減する。
【００８３】
ここで、同図に示したローパスフィルタの後段からノイズ成分を抽出する構成は、前述のローパスフィルタの前段からノイズ成分を抽出する構成に比べて、メインの音声信号に加算する逆相キャンセル信号の位相の調整やレベル調整が簡易になる。この位相調整は同図のフィルタ２０で行われ、レベル調整はアンプ３０で行われる。尚、フィルタ２０は、バンドパスフィルタとして抽出するノイズ帯域を選択する構成としてもよい。
【００８４】
図１２は、図１１に示したノイズ抽出経路をメイン経路に対してデカップリングした場合の例を示す回路図である。同図に示すように、ノイズ成分抽出回路１０の接続部にデカップリングコンデンサＣａ、Ｃｂを設けることで、ノイズ抽出経路に大電流を流さず、メイン信号に及ぼす影響を低減した回路構成としても良い。
【００８５】
図１３は、図１２に示したノイズ抽出経路にドライバを設けた場合の例を示す回路図である。同図に示すように、ノイズ成分抽出回路１０の後段にドライバＤｒｖを設け、容量結合Ｃａを介して出力ラインに加算する構成としても良い。この構成は、出力ラインのインピーダンスが小さい場合に有効である。
【００８６】
図１４は、図１１に示したノイズ成分抽出回路に位相イコライザを設けた場合の例を示す回路図である。同図に示すように、位相イコライザ４０によって出力ラインで減算する時の位相差を合わせる構成としても良い。
【００８７】
図１５は、図１３に示したノイズ抽出経路にアッテネータを設けた場合の例を示す回路図である。同図に示すように、入力レベルが大きい場合に、ノイズ成分抽出回路１０の前段にアッテネータ５０を設ける構成としても良い。
【００８８】
尚、図１１〜図１５に示したフィルタ１０は、図８に示す様々な変形構成が可能である。
【００８９】
図１６は、図１１に示したノイズ成分抽出回路をスイッチング電源に適用した場合の例を示す回路図である。同図に示すように、スイッチング電源に適用する場合には、コイルＬ１とコンデンサＣ１２とで構成された平滑フィルタの後段にノイズ成分抽出回路１０を接続し、抽出した逆相ノイズ信号をスイッチング電源回路の出力ラインに加算する。この構成においても、ノイズ成分抽出回路１０は、デカップリングコンデンサＣａ、Ｃｂを介して、メインの出力ラインに接続することが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明によれば、キャンセル用のノイズ成分を高精度に抽出・再現することができるため、高品位のデジタルアンプやスイッチング電源への適用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明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。
【図２】図１に示すデジタルアンプモジュールの内部構成例を示す回路ブロック図である。
【図３】図２に示すノイズ成分抽出回路の内部構成例を示す回路ブロック図である。
【図４】図３に示したローパスフィルタとノイズ成分抽出回路との関係を示す概念図である。
【図５】図１のノイズ成分抽出回路の出力にドライバ回路を付加した例を示す回路ブロック図である。
【図６】図５のノイズ成分抽出回路をフィルタとアンプで構成した場合の例を示す回路ブロック図である。
【図７】図６のノイズ成分抽出回路にアッテネータを付加した場合の例を示す回路ブロック図である。
【図８】図６および図７に示したフィルタ２０の構成例を示す回路ブロック図である。
【図９】本発明に係るデジタルアンプの詳細な実施構成例を示した回路図である。
【図１０】本発明に係るノイズ成分抽出回路をスイッチング電源に適用した場合の構成例を示す回路図である。
【図１１】ローパスフィルタの後段からノイズ抽出を行う場合の実施形態を示す回路図である。
【図１２】図１１に示したノイズ抽出経路をメイン経路に対してデカップリングした場合の例を示す回路図である。
【図１３】図１２に示したノイズ抽出経路にドライバを設けた場合の例を示す回路図である。
【図１４】図１１に示したノイズ成分抽出回路に位相イコライザを設けた場合の例を示す回路図である。
【図１５】図１３に示したノイズ抽出経路にアッテネータを設けた場合の例を示す回路図である。
【図１６】図１１に示したノイズ成分抽出回路をスイッチング電源に適用した場合の例を示す回路図である。
【符号の説明】
【００９２】
１０…ノイズ成分抽出回路、１２…帯域制限部、１４…位相調整部、１６…ゲイン調整部、１８…演算部、２０…フィルタ、２２…ハイパスフィルタ、２４…ローパスフィルタ、３０…アンプ、４０…位相イコライザ、５０…アッテネータ、１００…デジタルアンプモジュール、１０２…デジタルアンプ回路、１１０…ＤＣＤＣコンバータ、１２０…パルス変調器、１３０…Ｄ級ドライバ、１４０…ローバスフィルタ、１６０…ＰＷＭ回路、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
【図１】
2006333437.tif 000003
【図２】
2006333437.tif 000004
【図３】
2006333437.tif 000005
【図４】
2006333437.tif 000006
【図５】
2006333437.tif 000007
【図６】
2006333437.tif 000008
【図７】
2006333437.tif 000009
【図８】
2006333437.tif 000010
【図９】
2006333437.tif 000011
【図１０】
2006333437.tif 000012
【図１１】
2006333437.tif 000013
【図１２】
2006333437.tif 000014
【図１３】
2006333437.tif 000015
【図１４】
2006333437.tif 000016
【図１５】
2006333437.tif 000017
【図１６】
2006333437.tif 000018