(57)【要約】【課題】１ビットデジタルアンプから出力されるアナログ信号に含まれているＤＣ成分をデジタル的な処理を要することなく、簡単かつ確実に除去する。【解決手段】デジタルオーディオ入力信号のＰＷＭ変調部１１２と、一対のゲート素子１１５ａ，１１５ｂを有するゲート部１１５と、ゲート部１１５に所定の電圧を供給する両極電源部１３０と、ＰＷＭ変調部１１２からの出力信号に基づいてゲート部１１５をオンオフ制御するゲートドライバ部１１４と、ゲート部１１５から出力されるデジタル出力信号Ａからアナログ信号Ｂを抽出してスピーカＳＰに与えるローパスフィルタ１１６とを含むオーディオ用デジタルパワーアンプであって、ローパスフィルタ１５１を含むＤＣ帰還回路１５０により、上記アナログ信号ＢからＤＣ成分を抽出して両極電源部１３０に与えて、そのＤＣ成分が小さくなるように両極電源部１３０のマイナス側の電源電圧−Ｖｏｕｔを制御する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタルオーディオ入力信号をＰＷＭ変調するＰＷＭ変調部と、一対のゲート素子の組み合わせからなるゲート部と、上記ゲート部に所定の電圧を供給するバイポーラ電源部と、上記ＰＷＭ変調部からの出力信号に基づいて上記ゲート部の各ゲート素子をオンオフ制御するゲートドライバ部と、上記ゲート部から出力されるデジタル出力信号から原音相当のアナログ信号を抽出してスピーカに与えるローパスフィルタとを含むオーディオ用デジタルパワーアンプであって、
上記アナログ信号から直流成分を抽出して上記バイポーラ電源部に与え、上記アナログ信号に含まれる直流成分が小さくなるように、上記バイポーラ電源部のマイナス電源電圧を制御するための直流成分帰還回路を備えていることを特徴とするオーディオ用デジタルパワーアンプ。
【請求項２】
上記バイポーラ電源部として、可変正負トラッキング方式定電圧電源が用いられる請求項１に記載のオーディオ用デジタルパワーアンプ。
【請求項３】
上記マイナス電源電圧が−Ｖｏｕｔのときの上記直流成分の電圧値がＶｄｃであるとして、上記マイナス電源電圧は〔−Ｖｏｕｔ〕−〔２×Ｖｄｃ〕に補正される請求項１または２に記載のオーディオ用デジタルパワーアンプ。
【請求項４】
デジタルオーディオ入力信号をＰＷＭ変調するＰＷＭ変調部と、一対のゲート素子の組み合わせからなるゲート部と、上記ゲート部に所定の電圧を供給するユニポーラ電源部と、上記ＰＷＭ変調部からの出力信号に基づいて上記ゲート部の各ゲート素子をオンオフ制御するゲートドライバ部と、上記ゲート部から出力されるデジタル出力信号から原音相当のアナログ信号を抽出してスピーカに与えるローパスフィルタとを含む正相アンプと、
上記正相アンプと同一構成で、上記デジタルオーディオ入力信号がその極性を反転して入力される逆相アンプと、
上記正相アンプと上記逆相アンプの各ユニポーラ電源部に、所定の電圧Ｖｏおよびその１／２電圧である基準電圧Ｖｏ／２を供給する定電圧電源とを備えているオーディオ用デジタルパワーアンプであって、
上記正相アンプおよび上記逆相アンプの各々には、上記アナログ信号に含まれる直流成分を抽出して上記ユニポーラ電源部に与え、上記直流成分の電圧値が上記基準電圧Ｖｏ／２となるように、上記ユニポーラ電源部を制御するための直流成分帰還回路がそれぞれ設けられていることを特徴とするオーディオ用デジタルパワーアンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーディオ用Ｄ−Ｃｌａｓｓデジタルパワーアンプ（１ビットデジタルアンプ）に関し、さらに詳しく言えば、そのＤＣ（直流）成分の除去手段に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
１ビットデジタルアンプにおいては、１ビットΔΣ変換方式によるデジタル信号を用いる。このデジタル信号は、アナログ信号の振幅をきわめて速い周波数（例えば、２．８２２４ＭＨｚ）のパルスで表したもので、信号そのものはデジタルであるが、例えば約２０〜３０ＫＨｚの通過帯域を有するローパスフィルタを通過させることにより、パルス周波数とローパスフィルタの周波数との差分で原音相当のアナログ信号を抽出することができる。
【０００３】
この１ビットデジタルアンプが出現する以前の一般的なオーディオアンプの場合、ＤＣ成分を除去する方法としては、図４に例示するように、アンプの出力に含まれるＤＣ成分をローパスフィルタにて抽出してアンプのバイアス回路に帰還したり、図５に例示するように、アンプの出力段にＤＣカット用のコンデンサを接続して交流成分のみをスピーカに与えるようにしている。
【０００４】
ところで、例えば１９８０年代に作製されたＣＤソースには、Ａ／Ｄコンバータなどの性能の限界により、音声信号にＤＣ成分が含まれているものが存在することが知られている。上記した一般的なパワーアンプの場合には、このようなＤＣ成分はＣＤプレーヤ内のコンデンサやパワーアンプの入力コンデンサで除去されていた。
【０００５】
しかしながら、Ｄ−Ｃｌａｓｓデジタルパワーアンプの場合においては、デジタル処理部からの信号で直接スピーカやヘッドホンを駆動するため、例えばＣＤソースに含まれているＤＣ成分が出力されてしまう。このＤＣ成分は、スピーカユニットの故障の原因となり、最悪の場合には駆動コイルが発熱により焼き切れてしまうことがある。また、スピーカユニットが機械的にオフセットした状態で動作するために音質の悪化にもつながる。
【０００６】
このＤＣ成分をコンデンサにて除去しようとすると、大容量のコンデンサが必要となるが、コンデンサの容量とスピーカユニットのインピーダンスによるハイパスフィルタ効果やコンデンサ自体の周波数特性などにより、音質が悪化しかねないため、好ましくない。
【０００７】
また、別の方法として、ＤＣ成分をアンプのバイアス回路に帰還させる方法があるが、Ｄ−Ｃｌａｓｓデジタルパワーアンプにおいては、信号処理をデジタルにて行っているため、ＤＣ成分を簡単にアンプのバイアス回路に帰還させることができない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の課題は、オーディオ用Ｄ−Ｃｌａｓｓデジタルパワーアンプ（１ビットデジタルアンプ）から出力されるアナログ信号に含まれているＤＣ成分をデジタル的な処理を要することなく、簡単かつ確実に除去することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願の第１発明は、デジタルオーディオ入力信号をＰＷＭ変調するＰＷＭ変調部と、一対のゲート素子の組み合わせからなるゲート部と、上記ゲート部に所定の電圧を供給するバイポーラ電源部と、上記ＰＷＭ変調部からの出力信号に基づいて上記ゲート部の各ゲート素子をオンオフ制御するゲートドライバ部と、上記ゲート部から出力されるデジタル出力信号から原音相当のアナログ信号を抽出してスピーカに与えるローパスフィルタとを含むオーディオ用デジタルパワーアンプであって、上記アナログ信号から直流成分を抽出して上記バイポーラ電源部に与え、上記アナログ信号に含まれる直流成分が小さくなるように、上記バイポーラ電源部のマイナス電源電圧を制御するための直流成分帰還回路を備えていることを特徴としている。
【００１０】
上記第１発明は、シングルエンド方式のもので、上記バイポーラ電源部として、好ましくは可変正負トラッキング方式定電圧電源が用いられる。本発明によれば、上記マイナス電源電圧が−Ｖｏｕｔのときの上記直流成分の電圧値がＶｄｃであるとして、上記マイナス電源電圧は〔−Ｖｏｕｔ〕−〔２×Ｖｄｃ〕に補正され、これにより、上記アナログ信号から直流成分を確実に除去することができる。
【００１１】
また、本願の第２発明は、ＢＴＬ（Ｂａｌａｎｃｅｄ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　Ｌｅｓｓ）方式のもので、デジタルオーディオ入力信号をＰＷＭ変調するＰＷＭ変調部と、一対のゲート素子の組み合わせからなるゲート部と、上記ゲート部に所定の電圧を供給するユニポーラ電源部と、上記ＰＷＭ変調部からの出力信号に基づいて上記ゲート部の各ゲート素子をオンオフ制御するゲートドライバ部と、上記ゲート部から出力されるデジタル出力信号から原音相当のアナログ信号を抽出してスピーカに与えるローパスフィルタとを含む正相アンプと、上記正相アンプと同一構成で、上記デジタルオーディオ入力信号がその極性を反転して入力される逆相アンプと、上記正相アンプと上記逆相アンプの各ユニポーラ電源部に、所定の電圧Ｖｏおよびその１／２電圧である基準電圧Ｖｏ／２を供給する定電圧電源とを備えているオーディオ用デジタルパワーアンプであって、上記正相アンプおよび上記逆相アンプの各々には、上記アナログ信号に含まれる直流成分を抽出して上記ユニポーラ電源部に与え、上記直流成分の電圧値が上記基準電圧Ｖｏ／２となるように、上記ユニポーラ電源部を制御するための直流成分帰還回路がそれぞれ設けられていることを特徴としており、これによっても、上記課題が解決される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、図１ないし図３により、本発明の２つの実施形態について説明する。なお、図１は本発明の第１実施形態に係るオーディオ用デジタルパワーアンプを示すブロック図、図２はその作用説明図で、図３は本発明の第２実施形態に係るオーディオ用デジタルパワーアンプを示すブロック図である。
【００１３】
図１に示すオーディオ用デジタルパワーアンプ（１ビットデジタルアンプ）１００はシングルエンド方式のもので、スピーカ（ヘッドホンを含む）ＳＰを駆動するための基本的な構成として、デジタルアンプ部１１０と電源部１３０とを備えている。
【００１４】
デジタルアンプ部１１０には、レシーバ部１１１，ＰＷＭ変調部１１２，レベルシフト部１１３，ゲートドライバ部１１４，ゲート部１１５およびルーパスフィルタ（ＬＰＦ）１１６が含まれている。
【００１５】
レシーバ部１１１には、図外の例えばＣＤプレーヤなどからデジタルオーディオ信号が例えば同軸ケーブルもしくは光通信にて入力される。ＰＷＭ変調部１１２は、レシーバ部１１１に入力されたデジタルオーディオ信号をパルス幅変調し、そのＰＷＭ変調信号ａとデジタル入力信号ｂとの２つのデジタル信号をレベルシフト部１１３に出力する。
【００１６】
レベルシフト部１１３は、そのＰＷＭ変調信号ａとデジタル入力信号ｂの各電圧レベルが例えば３Ｖ程度であるとすると、スピーカ駆動電圧を考慮してＰＷＭ変調信号ａとデジタル入力信号ｂの電圧レベルを例えば１２〜１５Ｖ近辺にまで昇圧する。
【００１７】
ゲートドライバ部１１４は、昇圧されたＰＷＭ変調信号ａとデジタル入力信号ｂに基づいてゲート部１１５をオンオフ制御する。この例におて、ゲート部１１５は、一対のパワーＭＯＳＦＥＴ１１５ａ，１１５ｂを備えている。
【００１８】
ゲート部１１５には、電源部１３０から必要な電源が供給される。この第１実施形態において、電源部１３０はバイポーラ型の可変正負トラッキング方式の定電圧電源で、一方のパワーＭＯＳＦＥＴ１１５ａに例えば＋１５Ｖの電源電圧＋Ｖｏｕｔを供給し、他方のパワーＭＯＳＦＥＴ１１５ｂに例えば−１５Ｖの電源電圧−Ｖｏｕｔを供給する。この種の定電圧電源には、例えば三菱電機社製のＭ５２３０Ｌがある。
【００１９】
ゲートドライバ部１１４にて一対のパワーＭＯＳＦＥＴ１１５ａ，１１５ｂをオンオフ制御することにより、ゲート部１１５から図２（ａ）に示すような１ビットＰＷＭデジタル信号Ａが出力される。
【００２０】
ローパスフィルタ１１６は、ゲート部１１５から出力される１ビットＰＷＭデジタル信号Ａから、そのパルス周波数とローパスフィルタの周波数との差分で図２（ａ）に示すような原音相当のアナログ信号Ｂを抽出する。ローパスフィルタ１１６の信号通過帯域は約２０〜３０ＫＨｚが好ましい。
【００２１】
このアナログ信号ＢによりスピーカＳＰが駆動されるのであるが、図２（ａ）に示すように、アナログ信号ＢにＤＣ（直流）成分Ｘが含まれていると、上記従来例で説明したように、スピーカユニットの故障の原因となり、最悪の場合には駆動コイルが発熱により焼き切れてしまうことがある。また、スピーカユニットが機械的にオフセットした状態で動作するために音質の悪化にもつながる。
【００２２】
そこで、この第１実施形態においては、ローパスフィルタ１１６から電源部１３０にかけてＤＣ帰還回路（直流成分帰還回路）１５０が設けられている。この例において、ＤＣ帰還回路１５０は、ローパスフィルタ１５１，バッフア回路１５２およびインピーダンスマッチング用の抵抗１５３を備えている。
【００２３】
この場合、ローパスフィルタ１５１の信号通過帯域は０．１Ｈｚ程度で、アナログ信号Ｂから抽出されたＤＣ成分Ｘは、電源部１３０（上記可変正負トラッキング方式の定電圧電源）のバランス調整端子に与えられる。
【００２４】
これにより、アナログ信号Ｂに含まれているＤＣ成分Ｘが小さくなるように、ゲート部１１５に供給される電圧−Ｖｏｕｔ側が調整される。ここで、ＤＣ成分Ｘの電圧値がＶｄｃであるとして、マイナス側の電源電圧−Ｖｏｕｔの調整量を−２×Ｖｄｃとすることが好ましい。
【００２５】
すなわち、電源部１３０からゲート部１１５に供給するマイナス側の電源電圧を〔−Ｖｏｕｔ〕−〔２×Ｖｄｃ〕とすることにより、図２（ｂ）に示すように、アナログ信号Ｂに含まれているＤＣ成分Ｘをグランド電位に引き込み、ほぼ０にすることができる。
【００２６】
次に、図３を参照して、本発明の第２実施形態としてのオーディオ用デジタルパワーアンプ２００について説明する。このオーディオ用デジタルパワーアンプ２００は、ＢＴＬ（Ｂａｌａｎｃｅｄ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　Ｌｅｓｓ）方式のもので、正相アンプ２１０と逆相アンプ２２０の２つの１ビットデジタルアンプを備えている。
【００２７】
正相アンプ２１０と逆相アンプ２２０はともに、上記第１実施形態で説明したのと同じく、ＰＷＭ変調部１１２，レベルシフト部１１３，ゲートドライバ部１１４，ゲート部１１５およびルーパスフィルタ（ＬＰＦ）１１６をそれぞれ備えており、正相アンプ２１０に対しては、レシーバ部１１１にて受信された図外の例えばＣＤプレーヤなどからのデジタルオーディオ信号がそのまま入力されるが、逆相アンプ２２０に対しては、そのデジタルオーディオ信号がインバータ２３０により極性が反転されて入力される。
【００２８】
電源系について説明すると、メインの定電圧電源（主電源）２４０と、正相アンプ２１０側の第１電圧コントローラ（副電源）２５０と、逆相アンプ２２０側の第２電圧コントローラ（副電源）２６０とを備えている。
【００２９】
定電圧電源２４０は、主電源電圧＋Ｖｏｕｔと、その１／２電圧である基準電圧＋Ｖｏｕｔ／２とを、それぞれ第１電圧コントローラ２５０と第２電圧コントローラ２６０とに与える。
【００３０】
第１電圧コントローラ２５０と第２電圧コントローラ２６０はユニポーラ電源（片電源）であって、第１電圧コントローラ２５０は正相アンプ２１０のゲート部１１５にプラス電源電圧＋Ｖ１を供給し、第２電圧コントローラ２６０は逆相アンプ２２０のゲート部１１５にプラス電源電圧＋Ｖ２を供給する。
【００３１】
正相アンプ２１０には、そのローパスフィルタ１１６から出力されるアナログ信号Ｂに含まれているＤＣ成分Ｘを抽出して第１電圧コントローラ２５０にフィードバックするＤＣ帰還回路２１１が設けられている。
【００３２】
また、逆相アンプ２２０にも、そのローパスフィルタ１１６から出力されるアナログ信号Ｂに含まれているＤＣ成分Ｘを抽出して第２電圧コントローラ２６０にフィードバックするＤＣ帰還回路２２１が設けられている。
【００３３】
ＤＣ帰還回路２１１，２２１は、上記第１実施形態のＤＣ帰還回路１５０と同一構成であってよく、ローパスフィルタ１５１，バッフア回路１５２およびインピーダンスマッチング用の抵抗１５３からなる。
【００３４】
このＢＴＬ方式のオーディオ用デジタルパワーアンプ２００においては、正相アンプ２１０側のＤＣ成分Ｘと逆相アンプ２２０側のＤＣ成分Ｘとが、基準電圧＋Ｖｏｕｔ／２となるようにＤＣ帰還がかけられる。
【００３５】
すなわち、第１電圧コントローラ２５０と第２電圧コントローラ２６０の各プラス電源電圧＋Ｖ１，＋Ｖ２が、そのＤＣ帰還量に応じて別々に調整され、これにより、正相アンプ２１０側のＤＣ成分Ｘと逆相アンプ２２０側のＤＣ成分Ｘとが、基準電圧＋Ｖｏｕｔ／２に合わせ込まれる。
【００３６】
以上、本発明を上記第１実施形態および第２実施形態により具体的に説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。例えば、ゲート部１１５はパワーＭＯＳＦＥＴ以外のスイッチング素子から構成されてもよいし、レベルシフト部１１３は任意的な構成要素である。また、各ローパスフィルタ１１６，１５１の信号通過帯域などは任意に設定されてよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、デジタルオーディオ入力信号をＰＷＭ変調するＰＷＭ変調部と、一対のゲート素子の組み合わせからなるゲート部と、上記ゲート部に所定の電圧を供給する電源部と、上記ＰＷＭ変調部からの出力信号に基づいて上記ゲート部をオンオフ制御するゲートドライバ部と、上記ゲート部から出力されるデジタル出力信号からアナログ信号を抽出してスピーカに与えるローパスフィルタとを含むオーディオ用デジタルパワーアンプにおいて、ＤＣ帰還回路により、上記ローパスフィルタから出力されるアナログ信号に含まれるＤＣ成分を抽出して上記電源部に与え、そのＤＣ成分が小さくなるように上記電源部の出力電圧を制御するようにしたことにより、１ビットデジタルアンプから出力されるアナログ信号に含まれているＤＣ成分をデジタル的な処理を要することなく、簡単かつ確実に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るオーディオ用デジタルパワーアンプを示すブロック図。
【図２】上記第１実施形態の作用説明図。
【図３】本発明の第２実施形態に係るオーディオ用デジタルパワーアンプを示すブロック図。
【図４】ＤＣ成分を除去する第１従来技術の回路図。
【図５】ＤＣ成分を除去する第２従来技術の回路図。
【符号の説明】
１００，２００　オーディオ用デジタルパワーアンプ
１１０　デジタルアンプ部
１１１　レシーバ部
１１２　ＰＷＭ変調部
１１３　レベルシフト部
１１４　ゲートドライバ部
１１５　ゲート部
１１５ａ，１１５ｂ　パワーＭＯＳＦＥＴ
１１６　ローパスフィルタ
１３０　電源部
１５０　ＤＣ帰還回路
１５１　ローパスフィルタ
１５２　バッファ回路
２１０　正相アンプ
２２０　逆相アンプ
２１１，２２１　ＤＣ帰還回路
２３０　インバータ
２４０　定電圧電源
２５０　第１電圧コントローラ
２６０　第２電圧コントローラ
【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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