(57)【要約】  【課題】  中点電圧を基準電圧として用いることに起因するノイズの発生や出力インピーダンスの増加を防止して、オーディオ特性への悪影響を防ぐことができるとともに、大電流を供給する負電源を用いることに起因する電力効率の悪化やコストの増大、回路面積の増加を防ぐことのできる信号増幅器を提供する。  【解決手段】  信号増幅器１のパルス幅変調部３は、正電源ＶＤＤと負電源ＶＳＳによって駆動され、パルス幅変調部３の基準電圧はＧＮＤに設定されている。電力増幅部５は、正電源ＶＤＤによって駆動され、電力増幅部５の基準電圧は、正電源ＶＤＤとＧＮＤの中間値ＶＤＤ／２に設定されている。レベルシフタ４は、第１のＰＷＭ信号の電圧レベル（ハイレベル：正電源ＶＤＤ、ローレベル：負電源ＶＳＳ）を、第２のＰＷＭ信号の電圧レベル（ハイレベル：正電源ＶＤＤ、ローレベル：ＧＮＤ）にシフトする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アナログ入力信号が入力される信号入力部と、
前記信号入力部に入力された前記アナログ入力信号にパルス幅変調を施して、前記アナログ入力信号を第１のＰＷＭ信号に変換するパルス幅変調部と、
前記パルス幅変調部から出力された前記第１のＰＷＭ信号の電圧レベルをシフトさせて、前記第１のＰＷＭ信号を第２のＰＷＭ信号に変換するレベルシフタと、
前記レベルシフタから出力された前記第２のＰＷＭ信号に電力増幅を施して、前記第２のＰＷＭ信号からアナログ出力信号を生成する電力増幅部と、
前記アナログ出力信号を出力する信号出力部と、
を備え、
前記パルス幅変調部は、正電源と負電源によって駆動され、前記パルス幅変調部の基準電圧はＧＮＤに設定されており、
前記電力増幅部は、正電源によって駆動され、前記電力増幅部の基準電圧は、前記正電源とＧＮＤの中間値に設定され、
前記レベルシフタは、ハイレベルが前記パルス幅変調部の正電源でありローレベルが前記パルス幅変調部の負電源である前記第１のＰＷＭ信号の電圧レベルを、ハイレベルが前記電力増幅部の正電源でありローレベルがＧＮＤである前記第２のＰＷＭ信号の電圧レベルにシフトする、ことを特徴とする信号増幅器。
【請求項２】
前記アナログ入力信号が入力されるとともに、前記信号出力部から出力された前記アナログ出力信号がフィードバックして入力される誤差増幅部を備え、
前記誤差増幅部は、入力された前記アナログ入力信号とフィードバックして入力された前記アナログ出力信号の誤差成分を増幅した誤差増幅信号を出力し、
前記パルス幅変調部は、前記誤差増幅信号の信号レベルに応じたパルス幅を有する前記第１のＰＷＭ信号を出力する、請求項１に記載の信号増幅器。
【請求項３】
前記信号入力部には、前記アナログ入力信号が差動形式で入力され、
前記信号出力部からは、前記アナログ出力信号が差動形式で出力される、請求項２に記載の信号増幅器。
【請求項４】
前記信号入力部には、前記アナログ入力信号がシングルエンド形式で入力され、
前記信号出力部からは、前記アナログ出力信号が差動形式で出力される、請求項１に記載の信号増幅器。
【請求項５】
前記信号入力部には、前記アナログ入力信号がシングルエンド形式で入力され、
前記信号出力部からは、前記アナログ出力信号がシングルエンド形式で出力される、請求項１に記載の信号増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載オーディオ装置に用いられる信号増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車載オーディオ装置では、信号増幅器としてＤ級オーディオアンプが用いられている（例えば特許文献１参照）。Ｄ級オーディオアンプでは、増幅の基準となる基準電圧を生成する必要があり、その基準電圧を生成するために種々の回路構成が提案されている。例えば、図８に示すように、基準電圧を生成するために単一電源の回路構成を採用する場合には、基準電圧はＶＤＤ（電源）とＧＮＤの中点電圧となる（図９参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−４８３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の信号増幅器のように基準電圧を生成するために単一電源の回路構成を採用した場合（基準電圧をＶＤＤとＧＮＤの中点電圧とした場合）には、基準電圧が通常抵抗分圧やＯＰアンプによるバッファ出力で生成されるため、基準電圧が不安定となり、それに起因してノイズが発生したり出力インピーダンスが高くなり、オーディオ特性に悪影響を与えるという問題があった。
【０００５】
そこで、図１０に示すように、基準電圧を生成するために正負電源の回路構成を単に採用することも考えられる。しかしながら、その場合には、スピーカを駆動するための電力増幅部（パワー段）に大電流を供給する負電源（ＶＳＳ）が必要になり、電力効率の悪化やコストの増大、回路面積の増加をまねく結果につながるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、中点電圧を基準電圧として用いることに起因するノイズの発生や出力インピーダンスの増加を防止して、オーディオ特性への悪影響を防ぐことができるとともに、大電流を供給する負電源を用いることに起因する電力効率の悪化やコストの増大、回路面積の増加を防ぐことのできる信号増幅器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の信号増幅器は、アナログ入力信号が入力される信号入力部と、前記信号入力部に入力された前記アナログ入力信号にパルス幅変調を施して、前記アナログ入力信号を第１のＰＷＭ信号に変換するパルス幅変調部と、前記パルス幅変調部から出力された前記第１のＰＷＭ信号の電圧レベルをシフトさせて、前記第１のＰＷＭ信号を第２のＰＷＭ信号に変換するレベルシフタと、前記レベルシフタから出力された前記第２のＰＷＭ信号に電力増幅を施して、前記第２のＰＷＭ信号からアナログ出力信号を生成する電力増幅部と、前記アナログ出力信号を出力する信号出力部と、を備え、前記パルス幅変調部は、正電源と負電源によって駆動され、前記パルス幅変調部の基準電圧はＧＮＤに設定されており、前記電力増幅部は、正電源によって駆動され、前記電力増幅部の基準電圧は、前記正電源とＧＮＤの中間値に設定され、前記レベルシフタは、ハイレベルが前記パルス幅変調部の正電源でありローレベルが前記パルス幅変調部の負電源である前記第１のＰＷＭ信号の電圧レベルを、ハイレベルが前記電力増幅部の正電源でありローレベルがＧＮＤである前記第２のＰＷＭ信号の電圧レベルにシフトする構成を備えている。
【０００８】
この構成によれば、パルス幅変調部でＧＮＤを基準電圧としてパルス幅変調が行われるので、中点電圧を基準電圧として用いることに起因するノイズの発生や出力インピーダンスの増加を防止することができ、オーディオ特性への悪影響を防ぐことができる。一方、電力増幅部では正電源のみ（単一の電源）で電力増幅が行われるので、大電流を供給する負電源を用いる必要がなく、電力効率の悪化やコストの増大、回路面積の増加を防ぐことができる。
【０００９】
また、本発明の信号増幅器は、前記アナログ入力信号が入力されるとともに、前記信号出力部から出力された前記アナログ出力信号がフィードバックして入力される誤差増幅部を備え、前記誤差増幅部は、入力された前記アナログ入力信号とフィードバックして入力された前記アナログ出力信号の誤差成分を増幅した誤差増幅信号を出力し、前記パルス幅変調部は、前記誤差増幅信号の信号レベルに応じたパルス幅を有する前記第１のＰＷＭ信号を出力してもよい。
【００１０】
この構成によれば、アナログ出力信号がフィードバックして誤差増幅部に入力され、アナログ入力信号とアナログ出力信号の誤差成分を増幅した誤差増幅信号が出力される。そして、誤差増幅信号の信号レベルに応じたパルス幅を有するパルス幅変調が行われる。これにより、フィードバック制御を実現することができる。
【００１１】
また、本発明の信号増幅器では、前記信号入力部に、前記アナログ入力信号が差動形式で入力され、前記信号出力部から、前記アナログ出力信号が差動形式で出力されてもよい。
【００１２】
この構成によれば、信号入力部から差動形式のアナログ入力信号が入力されると、信号出力部から差動形式のアナログ出力信号が出力される。これにより、差動入力差動出力増幅器を実現することができる。
【００１３】
また、本発明の信号増幅器では、前記信号入力部に、前記アナログ入力信号がシングルエンド形式で入力され、前記信号出力部から、前記アナログ出力信号が差動形式で出力されてもよい。
【００１４】
この構成によれば、信号入力部からシングルエンド形式のアナログ入力信号が入力されると、信号出力部から差動形式のアナログ出力信号が出力される。これにより、シングルエンド入力差動出力増幅器を実現することができる。
【００１５】
また、本発明の信号増幅器では、前記信号入力部に、前記アナログ入力信号がシングルエンド形式で入力され、前記信号出力部から、前記アナログ出力信号がシングルエンド形式で出力されてもよい。
【００１６】
この構成によれば、信号入力部からシングルエンド形式のアナログ入力信号が入力されると、信号出力部からシングルエンド形式のアナログ出力信号が出力される。これにより、シングルエンド入力シングルエンド出力増幅器を実現することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、中点電圧を基準電圧として用いることに起因するノイズの発生や出力インピーダンスの増加を防止して、オーディオ特性への悪影響を防ぐことができるとともに、大電流を供給する負電源を用いることに起因する電力効率の悪化やコストの増大、回路面積の増加を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態における信号増幅器の一例を示す回路図
【図２】図１の各点（Ａ点〜Ｄ点）における電圧波形を示す図
【図３】本発明の第２の実施の形態における信号増幅器の一例を示す回路図
【図４】本発明の第３の実施の形態における信号増幅器の一例を示す回路図
【図５】本発明の第４の実施の形態における信号増幅器の一例を示す回路図
【図６】本発明の実施の形態におけるエラーアンプの一例を示す回路図
【図７】本発明の実施の形態におけるエラーアンプの他の例を示す回路図
【図８】従来の信号増幅器の一例を示す回路図
【図９】図８の各点（Ａ点〜Ｄ点）における電圧波形を示す図
【図１０】従来の信号増幅器の他の例を示す回路図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態の信号増幅器について、図面を用いて説明する。本実施の形態では、車載オーディオ装置等に用いられる信号増幅器（Ｄ級オーディオアンプ）の場合を例示する。
【００２０】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態の信号増幅器の構成を、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の信号増幅器の例を示す回路図である。図１に示すように、信号増幅器１は、信号入力部２と、パルス幅変調部３（小電力部）と、レベルシフタ４と、電力増幅部５（パワー段）と、信号出力部６を備えている。信号入力部２には、差動形式のアナログ入力信号（入力差動信号ＩＮ＋、ＩＮ−）が入力される。信号出力部６からは、差動形式のアナログ出力信号（出力差動信号ＯＵＴ＋、ＯＵＴ−）が出力される。したがって、この信号増幅器１は、差動入力差動出力増幅器であるといえる。なお、アナログ入力信号（入力差動信号ＩＮ＋、ＩＮ−）は、ＧＮＤ基準の信号である。また、信号増幅器１は、正電源（ＶＤＤ）と負電源（ＶＳＳ）を備えている。
【００２１】
パルス幅変調部３は、エラーアンプ７（誤差増幅部）と、三角波生成回路８と、コンパレータ９を備えている。エラーアンプ７には、信号入力部２からのアナログ入力信号が入力されるとともに、信号出力部６から出力されたアナログ出力信号がフィードバックして入力される。エラーアンプ７は、正電源（ＶＤＤ）と負電源（ＶＳＳ）によって駆動され、アナログ入力信号とアナログ出力信号の誤差成分を増幅した誤差増幅信号を出力する（図２（ａ）参照）。この場合、エラーアンプ７は、完全差動ＯＰアンプで構成されている。なお、エラーアンプ７から出力される誤差増幅信号は、ＧＮＤ基準の信号である。誤差増幅信号は、誤差成分が増幅されたアナログ入力信号であるともいえる。
【００２２】
三角波生成回路８は、正電源（ＶＤＤ）と負電源（ＶＳＳ）によって駆動され、三角波の信号を生成する（図２（ｂ）参照）。三角波の信号は、ＧＮＤ基準の信号である。コンパレータ９には、エラーアンプ７から出力された誤差増幅信号と、三角波生成回路８から出力された三角波が入力される。コンパレータ９は、誤差増幅信号と三角波を比較してパルス幅変調信号（第１のＰＷＭ信号）を生成する（図２（ｃ）参照）。パルス幅変調信号（第１のＰＷＭ信号）は、誤差増幅信号の信号レベルに応じたパルス幅を有する信号である。なお、コンパレータ９（パルス幅変調部３）は、誤差増幅信号（誤差成分が増幅されたアナログ入力信号）にパルス幅変調を施して、誤差増幅信号（誤差成分が増幅されたアナログ入力信号）をパルス幅変調信号（第１のＰＷＭ信号）に変換するともいえる。
【００２３】
レベルシフタ４は、パルス幅変調部３と電力増幅部５との間に配置されている。レベルシフタ４は、正電源（ＶＤＤ）と負電源（ＶＳＳ）によって駆動され、パルス幅変調部３から出力されたパルス幅変調信号（第１のＰＷＭ信号）の電圧レベルをシフトさせて、電力増幅部５へ出力するパルス幅変調信号（第２のＰＷＭ信号）に変換する。具体的には、ハイレベルがパルス幅変調部３の正電源ＶＤＤでありローレベルがパルス幅変調部３の負電源ＶＳＳである第１のＰＷＭ信号の電圧レベルを、ハイレベルが電力増幅部５の正電源ＶＤＤでありローレベルがＧＮＤである第２のＰＷＭ信号の電圧レベルにシフトする（図２（ｄ）参照）。
【００２４】
電力増幅部５は、ゲートドライバ１０とパワートランジスタ１１で構成されている。電力増幅部５は、負電源を備えておらず、正電源ＶＤＤのみによって駆動される。電力増幅部５は、レベルシフタ４から出力されたパルス幅変調信号（第２のＰＷＭ信号）に電力増幅を施して、信号出力部６へ出力するアナログ出力信号を生成する。電力増幅部５の基準電圧は、正電源ＶＤＤとＧＮＤの中間値（ＶＤＤ／２）に設定されている（図２（ｄ）参照）。アナログ出力信号は、スピーカ１２などに出力される。
【００２５】
このような第１の実施の形態の信号増幅器１によれば、パルス幅変調部３でＧＮＤを基準電圧としてパルス幅変調が行われるので、中点電圧を基準電圧として用いることに起因するノイズの発生や出力インピーダンスの増加を防止することができ、オーディオ特性への悪影響を防ぐことができる。一方、電力増幅部５では正電源ＶＤＤのみ（単一の電源）で電力増幅が行われるので、従来のように大電流を供給する負電源を用いる必要がなく、電力効率の悪化やコストの増大、回路面積の増加を防ぐことができる。
【００２６】
また、本実施の形態では、フィードバック制御を実現することができる。すなわち、アナログ出力信号がフィードバックしてエラーアンプ７に入力され、アナログ入力信号とアナログ出力信号の誤差成分を増幅した誤差増幅信号が出力される。そして、誤差増幅信号の信号レベルに応じたパルス幅を有するパルス幅変調が行われる。
【００２７】
また、本実施の形態では、差動入力差動出力増幅器を実現することができる。すなわち、信号入力部２から差動形式のアナログ入力信号が入力されると、信号出力部６から差動形式のアナログ出力信号が出力される。
【００２８】
（他の実施の形態）
次に、本発明の他の実施の形態の信号増幅器１について説明する。ここでは、他の実施の形態の信号増幅器１が、第１の実施の形態と相違する点を中心に説明する。ここで特に言及しない限り、本実施の形態の構成および動作は、第１の実施の形態と同様である。
【００２９】
図３は、第２の実施の形態の信号増幅器１の例を示す回路図である。図３に示すように、第２の実施の形態の信号増幅器１では、フィードバック制御が行われない。したがって、この信号増幅器１には、エラーアンプ７が備えられておらず、アナログ入力信号がそのままパルス幅変調部３のコンパレータ９に入力される。
【００３０】
このような第２の実施の形態の信号増幅器１によっても、第１の実施の形態と同様の作用効果が奏される。
【００３１】
図４は、第３の実施の形態の信号増幅器１の例を示す回路図である。図４に示すように、第３の実施の形態の信号増幅器１では、信号入力部２に、シングルエンド形式のアナログ入力信号（入力差動信号ＩＮ）が入力され、信号出力部６から、差動形式のアナログ出力信号（出力差動信号ＯＵＴ＋、ＯＵＴ−）が出力される。したがって、この信号増幅器１は、シングルエンド入力差動出力増幅器であるといえる。
【００３２】
このような第３の実施の形態の信号増幅器１によっても、第１の実施の形態と同様の作用効果が奏される。また、本実施の形態では、シングルエンド入力差動出力増幅器を実現することができる。すなわち、信号入力部２からシングルエンド形式のアナログ入力信号が入力されると、信号出力部６から差動形式のアナログ出力信号が出力される。
【００３３】
図５は、第４の実施の形態の信号増幅器１の例を示す回路図である。図５に示すように、第４の実施の形態の信号増幅器１では、信号入力部２に、シングルエンド形式のアナログ入力信号（入力差動信号ＩＮ）が入力され、信号出力部６から、シングルエンド形式のアナログ出力信号（出力差動信号ＯＵＴ）が出力される。
【００３４】
このような第４の実施の形態の信号増幅器１によっても、第１の実施の形態と同様の作用効果が奏される。また、本実施の形態では、シングルエンド入力シングルエンド出力増幅器を実現することができる。すなわち、信号入力部２からシングルエンド形式のアナログ入力信号が入力されると、信号出力部６からシングルエンド形式のアナログ出力信号が出力される。
【００３５】
以上、本発明の実施の形態を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。
【００３６】
例えば、以上の説明では、エラーアンプ７を、図６に示すような完全差動ＯＰアンプで構成した例について説明したが、エラーアンプ７は、図７に示すようなシングルエンドＯＰアンプで構成することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上のように、本発明にかかる信号増幅器は、中点電圧を基準電圧として用いることに起因するノイズの発生や出力インピーダンスの増加を防止して、オーディオ特性への悪影響を防ぐことができるとともに、大電流を供給する負電源を用いることに起因する電力効率の悪化やコストの増大、回路面積の増加を防ぐことができるという効果を有し、車載オーディオ装置等に用いられ、有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１  信号増幅器（Ｄ級オーディオアンプ）
２  信号入力部
３  パルス幅変調部（小電力部）
４  レベルシフタ
５  電力増幅部（パワー段）
６  信号出力部
７  エラーアンプ（誤差増幅部）
８  三角波生成回路
９  コンパレータ
１０  ゲートドライバ
１１  パワートランジスタ
１２  スピーカ
ＶＤＤ  正電源
ＶＳＳ  負電源
【図１】
2018174380.tif 000003
【図２】
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【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】
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【図１０】
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