(57)【要約】【課題】オフセットを正確にキャンセルすることのできるパルス幅変調増幅装置を提供する。【解決手段】入力したオーディオ信号をＰＷＭ信号に変換する信号処理回路１と、電源電圧を前記ＰＷＭ信号に基づいてスイッチング増幅するスイッチング増幅回路３と、前記スイッチング増幅回路の出力を平滑する平滑回路４と、前記平滑回路４の出力電圧を検出する出力電圧検出部５と、前記電源電圧を検出する電源電圧検出部７を備え、前記オーディオ信号をスイッチング増幅するパルス幅変調増幅装置であって、前記信号処理回路は、前記電源電圧検出部が検出した前記電源電圧とこの電源電圧のとき前記平滑回路出力に現れるオフセット電圧との対照表を記憶したオフセット電圧テーブルを備えた。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力したオーディオ信号をＰＷＭ信号に変換する信号処理回路と、
電源電圧を前記ＰＷＭ信号に基づいてスイッチング増幅するスイッチング増幅回路と、
前記スイッチング増幅回路の出力を平滑する平滑回路と、
前記平滑回路の出力電圧を検出する出力電圧検出部と、
前記電源電圧を検出する電源電圧検出部を備え、前記オーディオ信号をスイッチング増幅するパルス幅変調増幅装置であって、
前記信号処理回路は、前記電源電圧検出部が検出した前記電源電圧とこの電源電圧のとき前記平滑回路出力に現れるオフセット電圧との対照表を記憶したオフセット電圧テーブルを備えたことを特徴とするパルス幅変調増幅装置。
【請求項２】
入力したオーディオ信号をＰＷＭ信号に変換する信号処理回路と、
電源電圧を前記ＰＷＭ信号に基づいてスイッチング増幅するスイッチング増幅回路と、
前記スイッチング増幅回路の出力を平滑する平滑回路と、
前記平滑回路の出力電圧を検出する出力電圧検出部と、
前記電源電圧を検出する電源電圧検出部を備え、前記オーディオ信号をスイッチング増幅するパルス幅変調増幅装置であって、
前記信号処理回路は、前記電源電圧検出部が検出した前記電源電圧とこの電源電圧のとき前記平滑回路出力に現れるオフセット電圧との対照表を記憶したオフセット電圧テーブルを備え、
前記電源電圧検出部が検出した電源電圧をもとにオフセット電圧テーブルを参照してオフセット電圧を取得し、取得したオフセット電圧をもとに前記ＰＷＭ信号のパルス幅を調整することを特徴とするパルス幅変調増幅装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のパルス幅変調増幅装置において、
前記オフセット電圧テーブルは装置の起動毎に更新することを特徴とするパルス幅変調増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパルス幅変調増幅装置に係り、特に出力に生じるオフセット電圧を抑制することのできるパルス幅変調増幅装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）増幅装置等のＤ級アンプは、Ａ級アンプあるいはＢ級アンプに比して出力段の半導体素子で消費する電力が少ない。このため、近年では少エネルギ化の観点から注目されている。
【０００３】
図４は、従来のパルス幅変調増幅装置を説明する図である。図において、１はデジタル信号処理回路（ＤＳＰ：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）であり、例えばデジタルオーディオ信号（例えばＰＣＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｃｏｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号）をもとにＰＷＭ信号Ａを生成する。２はドライバ回路であり、前記ＰＷＭ信号をもとにスイッチング増幅回路を駆動する駆動信号（Ｄ，−Ｄ（Ｄの反転信号））を生成する。３はスイッチング増幅回路であり、直流電源電圧をスイッチングして増幅されたＰＷＭ出力信号を生成する。４はローパスフィルタ（平滑回路）であり、前記ＰＷＭ出力信号を平滑してアナログオーディオ出力信号を生成し、スピーカ１１を駆動する。８は前記スイッチング増幅回路３に供給する電源電圧を調整してスピーカ１１の音量を調整するボリューム部である。
【０００４】
デジタル信号処理回路１は、例えばデジタルオーディオ入力信号として前記ＰＣＭ信号を入力し、入力したＰＣＭ信号をもとにＰＷＭ信号Ａを生成する。変換したＰＷＭ信号はドライバ回路２を介してスイッチング増幅回路３に供給し、スイッチング増幅回路３を駆動する。スイッチング増幅回路３により増幅した前記ＰＷＭ信号はローパスフィルタ４を介してスピーカ１１を駆動する。
【０００５】
ＰＷＭ増幅装置は、出力段を構成するスイッチング素子をオンオフすることによって得られるパルス信号により出力信号を表現する。このため、前記パルス信号のパルス幅及びパルス振幅は正確でなければならない。前記パルス幅が不正確である場合、あるいは電源電圧の変動等により前記パルス振幅が変動した場合にはＰＷＭ増幅装置の出力に歪みが生じ、オフセット電圧（入力が０のときに発生する出力電圧）が生じることになる。また、電源のオン・オフ時にポップノイズが生じることがある。
【０００６】
これらの問題点に関しては、例えば特許文献１には、電源電圧の変動をフィードフォワードにより入力側に帰還することによって、電源電圧の変動による出力の変動を抑制することのできるＰＷＭ増幅装置が示されている。また、特許文献２には、電源電圧変動に応じてパルス幅を補正することにより、電源電圧の変動による出力の変動を抑制することのできるＰＷＭ増幅装置が示されている。しかし、前記特許文献１に示す方法では、電源電圧の変化に対応するループのゲインが高くなるため動作が不安定になる。また、前記特許文献２に示す方法では、パルス幅補正にはリアルタイム計算を必要とする。このため制御に遅延が発生し、ノイズが発生することがある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平２−１２５５０７号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開２００２−１５１９７４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記電源電圧に変動がなく、しかも前記パルス幅を正確に設定した場合においても、出力段を駆動する駆動回路あるいは出力段を構成するスイッチング素子のばらつき等に起因して前記オフセット電圧が生じることがある。
【００１０】
図５は、オフセット電圧の生成を説明する図であり、図５（ａ）はスイッチング増幅回路３の詳細を説明する図、図５（ｂ）はスイッチング増幅回路の動作を説明する図である。これらの図において、３１、３２，３３，３４はそれぞれスイッチング増幅回路３を構成するＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のトランジスタ、Ａはデジタル信号処理回路１が生成したＰＷＭ信号、Ｄはトランジスタ３１，３４に供給する駆動信号、−Ｄ（Ｄの反転信号）はトランジスタ３２，３３に供給する駆動信号である。
【００１１】
図５（ｂ）に示すように、例えば、入力したＰＣＭ信号をもとに生成したＰＷＭ信号Ａが正確であっても、該信号Ａと、該信号Ａをもとに生成した駆動信号（Ｄ，−Ｄ）との間には、その立ち上がりあるいは立ち下がり時間に差（オフセットδ１）が生じる。また、例えば前記トランジスタ３１，３４の内部抵抗の総和及びトランジスタ３２，３３の内部抵抗の総和が一致しない場合には、トランジスタ３１，３４を導通したときに得られる出力及びトランジスタ３２，３３を導通したときに得られる出力の間に差（オフセットδ２）が生じる。すなわち、スイッチング増幅回路３の出力には歪みが生じることになる。
【００１２】
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、オフセットを正確にキャンセルすることのできるパルス幅変調増幅装置を提供する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために次のような手段を採用した。
【００１４】
入力したオーディオ信号をＰＷＭ信号に変換する信号処理回路と、電源電圧を前記ＰＷＭ信号に基づいてスイッチング増幅するスイッチング増幅回路と、前記スイッチング増幅回路の出力を平滑する平滑回路と、前記平滑回路の出力電圧を検出する出力電圧検出部と、前記電源電圧を検出する電源電圧検出部を備え、前記オーディオ信号をスイッチング増幅するパルス幅変調増幅装置であって、前記信号処理回路は、前記電源電圧検出部が検出した前記電源電圧とこの電源電圧のとき前記平滑回路出力に現れるオフセット電圧との対照表を記憶したオフセット電圧テーブルを備えた。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態にかかるパルス幅変調増幅装置を説明する図である。図において、１はデジタル信号処理回路（ＤＳＰ：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）であり、例えばデジタルオーディオ信号（例えばＰＣＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｃｏｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号）をＰＷＭ信号に変換する。２はドライバ回路であり、前記ＰＷＭ信号をもとにスイッチング増幅回路を駆動する駆動信号を生成する。３はスイッチング増幅回路であり、直流電源電圧をスイッチングして増幅されたＰＷＭ出力信号を生成する。４はローパスフィルタであり、前記ＰＷＭ出力信号を平滑してアナログオーディオ出力信号を生成し、スピーカ１１を駆動する。
【００１６】
５は出力電圧検出部であり、アナログオーディオ出力信号に含まれるオフセット電圧を検出する。６は前記検出したオフセット電圧をＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換するＡ／Ｄ変換器、７はスイッチング増幅回路３に供給する電源電圧Ｖｃｃを検出する電源電圧検出回路、８は前記スイッチング増幅回路３に供給する電源電圧Ｖｃｃを調整してスピーカ１１の音量を調整するボリューム部である。なお、電圧検出回路７は電源電圧Ｖｃｃを直接検出するのに代えて、ボリューム部８の操作位置から電源電圧Ｖｃｃを間接的に検出するように構成することができる。
【００１７】
図２は、デジタル信号処理回路１の詳細を説明する図である。図において、２１は後述するオフセット電圧テーブルであり、前記電源電圧Ｖｃｃとオフセット電圧との対照表を格納している。２２は入力ＰＣＭ信号を一時的に格納する入力レジスタ、２３はオフセット処理部であり、電源電圧検出部７が検出した電源電圧Ｖｃｃをもとに前記オフセット電圧テーブル２１を検索して、検索したオフセット電圧を入力レジスタ２２に格納したデータから減算することにより前記オフセット電圧をキャンセルする。２４は前記オフセット電圧をキャンセルしたＰＣＭデータをもとにＰＷＭ信号を生成するＰＣＭ−ＰＷＭ変換部である。
【００１８】
図３は、オフセット電圧テーブル２１の記憶内容を説明する図である。図３に示すように前記電源電圧Ｖｃｃ（例えば６Ｖから６５Ｖまでを０．５Ｖ刻み）毎に、そのときに得られるオフセット電圧εを格納する。
【００１９】
次にオフセット電圧テーブル２１の生成処理について説明する。通常、パルス幅変調増幅装置１０は、その電源投入時、例えば電源投入直後から５ないし８秒間、ミュート状態におかれる。この期間内にオフセット電圧テーブルの生成処理を行う。
【００２０】
パルス幅変調増幅装置１０がミュート状態にある場合、デジタル信号処理回路１は入力ＰＣＭ信号を無音を表すＰＣＭ信号に変換し、変換したＰＣＭ信号をもとにＰＷＭ信号を生成する。変換したＰＷＭ信号はドライバ回路２を介してスイッチング増幅回路３に供給し、スイッチング増幅回路３を駆動する。スイッチング増幅回路３により増幅した前記ＰＷＭ信号はローパスフィルタ４を介してスピーカ１１を駆動する。
【００２１】
まず、スイッチング増幅回路３にはスイッチング増幅回路３が動作する最小の電源電圧（例えばＶｃｃ＝６Ｖ）を供給する。出力電圧検出部５は、このときローパスフィルタ４の出力側に得られる電圧（オフセット電圧ε）を検出し、検出したオフセット電圧εをＡ／Ｄ変換器６を介してデジタル値に変換した後、オフセット電圧テーブル２１に格納する。このとき前記電源電圧Ｖｃｃ及び前記オフセット電圧εは対にして格納する。
【００２２】
次に、電源電圧を１ステップ分増加した値（例えば６．５Ｖ）に変更し、前記と同様にローパスフィルタ４の出力側に得られる電圧（オフセット電圧ε）を検出し、検出したオフセット電圧ε及びこのときの電源電圧（６．５Ｖ）を対にして格納する。
【００２３】
この動作を、スイッチング増幅回路３が動作する最大の電源電圧（例えばＶｃｃ＝６５Ｖ）に至るまで順次実行し、図３に示すオフセット電圧テーブル２１に記憶すべきデータを取得する。
【００２４】
なお、以上の処理を電源電圧投入毎に行うことにより、オフセット電圧の経時変化に対応することができる。
【００２５】
次に、オフセット電圧を補正する処理について説明する。前述のようにパルス幅変調増幅装置の出力（音量）は前記電源電圧Ｖｃｃの値により決定される。電源電圧検出部７はボリューム部８の操作により決定された前記電源電圧Ｖｃｃを検出し、検出値をデジタル信号処理回路１に送信する。
【００２６】
デジタル信号処理回路１は検出した電源電圧Ｖｃｃ値をもとに前記オフセット電圧テーブル２１を参照し、前記電源電圧値Ｖｃｃ値に対応するオフセット電圧εを求める。
【００２７】
一方、オフセット処理部２３は、入力レジスタ２２に順次格納される入力ＰＣＭ信号から前記オフセット電圧εを減算することにより前記オフセット電圧をキャンセルする。ＰＣＭ−ＰＷＭ変換部２４は前記オフセット電圧εをキャンセルしたＰＣＭデータをもとにＰＷＭ信号を生成し、ドライバ回路２を駆動する。
【００２８】
これにより、ドライバ回路２あるいはスイッチング増幅回路３を構成する回路素子のばらつき等に起因するオフセット電圧に影響されないＰＷＭ出力を得ることができる。
【００２９】
なお、ボリューム部８を操作して音量を変化させたときには、前記デジタル信号処理回路１は、検出した変化後の電源電圧Ｖｃｃ値をもとに前記オフセット電圧テーブル２１を参照し、前記変化後の電源電圧値Ｖｃｃ値に対応するオフセット電圧εを求める。以後、前記と同様に、オフセット処理部２３は、入力レジスタ２２に順次格納される入力ＰＣＭ信号から前記オフセット電圧εを減算することにより前記オフセット電圧をキャンセルする。また、ＰＣＭ−ＰＷＭ変換部２４は前記オフセット電圧εをキャンセルしたＰＣＭデータをもとにＰＷＭ信号を生成し、ドライバ回路２を駆動する。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態によれば、電源投入する毎に、電源電圧に対するオフセット量を測定して格納しておき、通常動作時には前記格納したオフセット量をもとに前記電源電圧に対応したオフセット補正をかけるので、全てのゲイン状態おいてオフセットを抑制することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、オフセットを正確にキャンセルすることのできるパルス幅変調増幅装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかるパルス幅変調増幅装置を説明する図である。
【図２】デジタル信号処理回路の詳細を説明する図である。
【図３】オフセット電圧テーブルの記憶内容を説明する図である。
【図４】従来のパルス幅変調増幅装置を説明する図である。
【図５】オフセット電圧の生成を説明する図である。
【符号の説明】
１  デジタル信号処理回路
２  ドライバ回路
３  スイッチング増幅回路
４  ローパスフィルタ
５  出力電圧検出部
６  Ａ／Ｄ変換器
７  電源電圧検出部
８  ボリューム部
１０  パルス幅変調増幅装置
１１  スピーカ
２１  オフセット電圧テーブル
２２  入力レジスタ
２３  オフセット処理部
２４  ＰＣＭ−ＰＷＭ変換部
３１，３２，３３，３４  トランジスタ
【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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