(57)【要約】【課題】オーディオ信号などで好適に実施され、スイッチング制御信号生成素子１２が、複数のチャネルの入力信号からスイッチング制御信号を生成し、スイッチング素子１３が前記スイッチング制御信号に応じてオン／オフすることで、電力増幅された信号を出力するようにしたデジタルスイッチング増幅器において、各チャネル相互間の干渉や他の配線との干渉を抑制するとともに、基板面積を抑制する。【解決手段】基板１１を多層化し、少なくとも前記スイッチング素子１３における端子が相互に隣接するチャネルの配線を異なる層に形成する。たとえば各チャネルの配線を相互に異なる層に形成して完全に独立させたり、奇数番号の端子のチャネルの配線と偶数番号の端子のチャネルの配線とを異なる層に形成したりする。【選択図】  図１
2004320325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の各チャネルの入力信号に対応したスイッチング制御信号を生成するスイッチング制御信号生成素子と、前記スイッチング制御信号に応じてオン／オフが切り替わり、電力増幅された信号を出力するスイッチング素子とを備えて構成されるデジタルスイッチング増幅器において、
前記各素子を搭載する基板を多層化し、少なくとも前記スイッチング素子における端子が相互に隣接するチャネルの配線を異なる層に形成することを特徴とするデジタルスイッチング増幅器。
【請求項２】
前記入力信号はオーディオ信号であり、各チャネルの配線を相互に異なる層に形成し、完全に独立させることを特徴とする請求項１記載のデジタルスイッチング増幅器。
【請求項３】
各チャネルの配線が形成される層間をグランド層で挟んで独立させ、
各チャネル当りの配線が正負一対のフルブリッジ構造であることを特徴とする請求項２記載のデジタルスイッチング増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーディオ信号の増幅に好適に実施され、アナログ信号やマルチビットデジタル信号などから、１ビット（ＰＤＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ））信号やＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を生成し、デジタル的に高効率で電力増幅を行い、出力信号を平滑化してアナログ変換することで、増幅された前記オーディオ信号を得るデジタルスイッチング増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
前記のようにアナログ信号やマルチビットのデジタル信号などから、１ビット信号やＰＷＭ信号を生成してデジタル的に電力増幅を行い、出力信号を平滑化してアナログ変換するようにしたデジタルスイッチング増幅器は、従来からの高効率であるという特長に加えて、スイッチング素子の発展によって、ＳＮ等の性能面の向上によって、近年、特にオーディオ用で使用されるようになってきている。
【０００３】
図４は、典型的な従来技術のデジタルスイッチング増幅器を構成する基板１の正面図である。この基板１は、前記オーディオ用で、いわゆる５．１チャネルのサラウンド再生を実現するものであり、該基板１上には、計６チャネルの配線パターンｓ１〜ｓ６が形成されている。また、この基板１の表層側には、アナログ、マルチビットデジタル、または１ビット信号を入力として、これをΔΣ変調やＰＷＭ変調して、前記１ビット信号やＰＷＭ信号を生成するスイッチング制御信号生成素子２と、前記スイッチング制御信号が入力され、それに応じて高電圧の電源電圧をオン／オフすることで、電力増幅された信号を出力するとともに、その出力信号を前記スイッチング制御信号生成素子２に負帰還するスイッチング素子３と、前記スイッチング素子３からの出力信号を平滑化してアナログ変換するローパスフィルタ素子４とが、面実装されている。
【０００４】
前記各素子２，３，４は、集積回路から成り、図４ではそれぞれ全チャネルの信号を処理しているけれども、取り扱うパワーによっては、複数のチップに分割され、共通の基板１上に並列配置されていてもよい。また、図４は、模式化しており、上記以外の構成部品が存在するけども、それらは上記の３つの素子２，３，４とは異なり、回路構成の考え方で省略されたり、別の回路に置き換えできたりするために、省略している。さらにまた、音量や音質の調整を行なうＤＳＰ等が搭載されることもあるが、少なくとも、性能的に前記スイッチング制御信号生成素子２およびスイッチング素子３は同一の基板１上に搭載される。
【０００５】
そして、前記のように素子２，３，４間に他の構成部品を配置したり、スイッチング素子３からのノイズの影響を抑えるために、該スイッチング素子３と前記スイッチング制御信号生成素子２およびローパスフィルタ素子４との間は相互に離間して配置されており、またチャネル当りの電力量が多いので配線を太くしなければならず、さらに各チャネル間の影響を考えて或る程度各チャネルの配線パターンｓ１〜ｓ６間の距離を置く必要があり、外側の端子に対応した配線パターン（ｓ１，ｓ６）程、大きく迂回している。
【０００６】
一方、図５は、上記基板１の概略的構成を示す分解斜視図である。この基板１は、参照符ａ１〜ａ４で示す４層から成る。第１層ａ１は、信号線のパターンおよび部品挿入の層（表面層）である。第２層ａ２は、電源層（内層）であり、第３層ａ３は、グランド層（内層）である。第４層ａ４は、信号線のパターンおよび部品挿入の層（表面層）である。このような基板以外にも、デジタルスイッチング増幅器用の基板としては、電源、グランドを表面層に配線した２層の基板や、さらに信号線、電源、グランドの各パターンを同一層に配線した１層の基板もある。
【０００７】
なお、本発明に関連して、下記の先行技術が存在する。しかしながら、これらの先行技術に関する説明は、説明の便宜上、発明の実施の形態にて行う。
【０００８】
【特許文献１】
特許第３２６７２７４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、上述のような従来技術では、左右やフロント、リア等各チャネルのオーディオ信号の配線パターンが、図４に示すように同一層内に配線されるので、各チャネルのオーディオ信号同志の配線パターンや、オーディオ信号の配線パターンと他の信号パターンとが接近し、音質に悪影響を及ぼし、ノイズフロアが上昇するという問題がある。上記問題は、１層および２層の基板の場合は、オーディオ信号の配線パターンに電源パターンも同一層内に配置されるので、さらに大きくなる。
【００１０】
さらにまた、何れの従来技術の場合でも、部品挿入面の層に総ての信号パターンが配置され、しかも前述のように総てのチャネルのオーディオ信号の配線パターンが同一層内に配線されるので、各信号のパターン形状を同じにすることも非常に困難で、各チャネルの音質やレベルに差が出る可能性も高い。さらに、基板面積も大きくなり、近年の多チャネル化に対応することで、基板面積は劇的に増大するという問題もある。
【００１１】
本発明の目的は、複数チャネルの信号を取扱うにあたって、各チャネル相互間の干渉や他の配線との干渉を抑制することができるとともに、基板面積を抑制することができるデジタルスイッチング増幅器を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のデジタルスイッチング増幅器は、複数の各チャネルの入力信号に対応したスイッチング制御信号を生成するスイッチング制御信号生成素子と、前記スイッチング制御信号に応じてオン／オフが切り替わり、電力増幅された信号を出力するスイッチング素子とを備えて構成されるデジタルスイッチング増幅器において、前記各素子を搭載する基板を多層化し、少なくとも前記スイッチング素子における端子が相互に隣接するチャネルの配線を異なる層に形成することを特徴とする。
【００１３】
上記の構成によれば、オーディオ信号などで好適に実施され、スイッチング制御信号生成素子が、複数のチャネルのアナログ、マルチビットデジタル、または１ビット信号を入力として、１ビット信号やＰＷＭ信号などのスイッチング制御信号を生成し、スイッチング素子が前記スイッチング制御信号に応じてオン／オフすることで、電力増幅された信号を出力するようにしたデジタルスイッチング増幅器において、性能的に前記スイッチング制御信号生成素子およびスイッチング素子は同一の基板に搭載されるけれども、それらの素子間に配置される構成部品や、スイッチング素子からのノイズの影響を抑えるために、前記スイッチング制御信号生成素子とスイッチング素子とは相互に離間して配置されており、またチャネル当りの電力量が多いので配線を太くしなければならず、前記基板上の同じ層に配線を形成すると外側の端子に対応した配線程、大きく迂回することにもなる。
【００１４】
そこで、本発明では、基板を多層化し、少なくとも前記スイッチング素子における端子が相互に隣接するチャネルの配線を異なる層に形成する。たとえば各チャネルの配線を相互に異なる層に形成して完全に独立させたり、奇数番号の端子のチャネルの配線と偶数番号の端子のチャネルの配線とを異なる層に形成したりする。
【００１５】
したがって、各チャネル相互間の干渉や他の配線との干渉が少なくなることでノイズフロアが低下し、たとえばオーディオ信号の場合で、各チャネル間の音質やレベルを同等にすることができる。また、同一層内では重なってしまうようなパターン配置も可能になるので、パターン形状の制約も少なくなり、基板面積も削減できる。
【００１６】
また、本発明のデジタルスイッチング増幅器では、前記入力信号はオーディオ信号であり、各チャネルの配線を相互に異なる層に形成し、完全に独立させることを特徴とする。
【００１７】
上記の構成によれば、左右やフロント、リア等の各チャネルをそれぞれ異なった層に割当てるので、各チャネルを完全に独立させることができる。また、１層に１チャネル分の信号パターンしか存在しないので、パターン設計が非常に容易である。そのうえ、各チャネルのパターンの形を同じすることも容易にできるので、各チャネル間の音質やレベル差も容易に解消することができる。
【００１８】
さらにまた、本発明のデジタルスイッチング増幅器は、各チャネルの配線が形成される層間をグランド層で挟んで独立させ、各チャネル当りの配線が正負一対のフルブリッジ構造であることを特徴とする。
【００１９】
上記の構成によれば、スイッチング素子での増幅率が大きい場合は、各チャネルの配線には、正負一対のフルブリッジ構造が採用され、１チャネル当り２本のパターンが必要になる。したがって、前記の１層に１チャネルの場合に特に好適である。そして、各チャネルの層間にグランド層を挟むことで、各チャネルの独立を、より完全にすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について、図１〜図３に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００２１】
図１は、本発明の実施の一形態のデジタルスイッチング増幅器を構成する基板１１の正面図である。この基板１１は、前記オーディオ用で、いわゆる５．１チャネルのサラウンド再生を実現するものであり、該基板１１上には、計６チャネルの配線パターンＳ１〜Ｓ６が形成されている。また、この基板１１の表層側には、アナログ、マルチビットデジタル、または１ビット信号を入力として、これをΔΣ変調やＰＷＭ変調して、１ビット信号やＰＷＭ信号を生成するスイッチング制御信号生成素子１２と、前記スイッチング制御信号が入力され、それに応じて高電圧の電源電圧をオン／オフすることで、電力増幅された信号を出力するとともに、その出力信号を前記スイッチング制御信号生成素子１２に負帰還するスイッチング素子１３と、前記スイッチング素子１３からの出力信号を平滑化してアナログ変換するローパスフィルタ素子１４とが、面実装されている。
【００２２】
前記各素子１２，１３，１４は、集積回路から成り、図１ではそれぞれ全チャネルの信号を処理しているけれども、取り扱うパワーによっては、複数のチップに分割され、共通の基板１１上に並列配置されていてもよい。また、図１は、模式化しており、上記以外の構成部品が存在するけども、それらは上記の３つの素子１２，１３，１４とは異なり、回路構成の考え方で省略されたり、別の回路に置き換えできたりするために、省略している。さらにまた、音量や音質の調整を行なうＤＳＰ等が搭載されることもあるが、少なくとも、性能的に前記スイッチング制御信号生成素子１２およびスイッチング素子１３は同一の基板１１上に搭載される。
【００２３】
そして、前記のように素子１２，１３，１４間に他の構成部品を配置したり、スイッチング素子１３からのノイズの影響を抑えるために、該スイッチング素子１３と前記スイッチング制御信号生成素子１２およびローパスフィルタ素子１４との間は相互に離間して配置されている。以上の構成は、前記図４で示す従来の基板１と同様である。
【００２４】
注目すべきは、本発明では、基板１１を図２および図３で示すように多層化し、左右やフロント、リア等各チャネルのオーディオ信号をそれぞれ異なった層にへ割当て、独立させることで、各チャネル相互の干渉や他パターンからの干渉を減少させることである。
【００２５】
図２は上記基板１１の概略的構成を示す縦断面図であり、図３は基板１１の概略的構成を示す分解斜視図である。なお、各層には、１チャネル分しかパターンを形成しないようにしてもよく、またはスイッチング素子１３の端子間隔が離れたチャネルであれば同じ層に形成してもよく、本発明では、少なくともスイッチング素子１３の端子が隣接したチャネルのパターンが異なる層に形成されていればよい。
【００２６】
したがって、信号パタ−ンの間をグランドパターンで分離するなどして、奇数番号の端子のチャネルの配線パターンＳ１，Ｓ３，Ｓ５を同じ層に形成し、偶数番号の端子のチャネルの配線パターンＳ２，Ｓ４，Ｓ６を、前記配線パターンＳ１，Ｓ３，Ｓ５とは異なる同じ層に形成してもよく、また第１および第４チャネルの配線パターンＳ１，Ｓ４を同じ層に形成し、第２および第５チャネルの配線パターンＳ２，Ｓ５を前記配線パターンＳ１，Ｓ４とは異なる同じ層に形成し、第３および第６チャネルの配線パターンＳ３，Ｓ６をさらに別の同じ層に形成するようにしてもよい。以下の説明では、各チャネルをそれぞれ異なる層に形成して、完全独立させた場合で説明する。したがって、簡単のために、図２は第１チャネルまでの層構造を示し、図３は第２チャネルまでの層構造を示している。
【００２７】
この基板１１は、図３で示すように、参照符Ａ１〜Ａｘで示すｘ層から成る。層数ｘは、ｘ＝２ｎ／ｍ＋４で表すことができる。ただし、ｎは全チャネル数であり、ｍは１層に形成するチャネル数である。したがって、図３のように、１層に１チャネル分のパターンしか形成せず、全チャネル数が２チャネルの場合では、ｘ＝８となる。
【００２８】
この基板１１において、第１層Ａ１は、部品挿入の層（表面層）である。第２層Ａ２は、電源層（内層）であり、第３層Ａ３は、グランド層（内層）である。第４層Ａ４は、第１チャネルの信号線のパターン層であり、第５層Ａ５は、それを分離するグランド層である。同様に、第６層Ａ６は第２チャネルの信号線のパターン層であり、第７層Ａ７はグランド層であり、これらの信号線のパターン層およびグランド層の対が、チャネル数分だけ繰返される。最後の第ｘ層Ａｘは、部品挿入の層（表面層）である。
【００２９】
したがって、前記図５で示す従来の基板１と比較すると、第２層Ａ２および第３層Ａ３の電源系の層は同様であるが、表面層からは信号線のパターンが無くなり、部品挿入の層となっていることである。そして、信号線は内部にグランド層と対で設けられている。前記信号線は、部品との接続が必要な場合にのみ、スルーホール２０を介して部品挿入層Ａ１，Ａｘへパターンが延設される。その接続の概要を、前記図２に示している。
【００３０】
なお、基板１１は、上述のような貫通型の多層基板に限らず、ビルドアップ構造の多層基板であってもよい。前記部品挿入の層Ａ１，Ａｘには、前述のように各素子１２，１３，１４が面実装されるとともに、層内に受動部品が作り込まれたり、チップを埋め込む穴が形成されたりすることもある。
【００３１】
このようにして、本発明のデジタルスイッチング増幅器を構成する基板１１は、該基板１１を多層化し、少なくともスイッチング素子１３における端子が相互に隣接するチャネルの配線を異なる層に形成するので、各チャネル相互間の干渉や他の配線との干渉を抑え、ノイズフロアを低下することができる。また、１層に１チャネル分の信号パターンしか存在しないので、パターン設計が非常に容易であるとともに、各チャネルのパターンの形を同じにすることも容易にできるので、各チャネル間の音質やレベル差も容易に解消することができる。さらにまた、同一層内では重なってしまうようなパターン配置も可能になるので、パターン形状の制約も少なくなり、基板面積を削減することもできる。
【００３２】
上述の説明では、各チャネルの配線を相互に異なる層に形成して完全に独立させているけれども、前述のように、スイッチング素子１３の端子が隣接していない複数のチャネルの配線が、１層に設けられてもよい。一方、スイッチング素子１３での増幅率が大きい場合は、各チャネルの配線には、正負一対のフルブリッジ構造が採用され、１チャネル当り２本のパターンが必要になる。このような場合には、１層に１チャネルとして、完全に独立させることが望ましい。これに対して、スイッチング素子１３での増幅率が小さく、ハーフブリッジ構造が採用される場合には、１層に複数チャネル設けても、その影響は前記フルブリッジ構造に比べて小さい。また、音質性能においては、配線長による影響も少なからずあり、スイッチング素子１３での増幅率が小さく、ハーフブリッジ構造を採用した場合であれば、スルーホールによる配線長の影響を考慮して、複数チャネルのパターンを設けるようにしてもよい。
【００３３】
したがって、１層に何チャネル設けるかは、前記フルブリッジ構造であるか、またはハーフブリッジ構造であるかなどの諸条件に対応して、決定されればよい。そして、各チャネルの層間にグランド層を挟むことで、各チャネルの独立を、より完全にすることができる。
【００３４】
本発明のデジタルスイッチング増幅器は、オーディオ信号に限らず使用することができる。
【００３５】
ここで、前記特許第３２６７２７４号について説明する。この先行技術は、ＥＭＩの対策を目的としたものであり、このため構造も複雑なっている。これに対して、本発明は、前記ＥＭＩの対策については完了しているアンプセットの音質改善を目的としており、前記先行技術を用いると、過剰品質で高コストになってしまう。
【００３６】
【発明の効果】
本発明のデジタルスイッチング増幅器は、以上のように、オーディオ信号などで好適に実施され、スイッチング制御信号生成素子が、複数のチャネルの入力信号からスイッチング制御信号を生成し、スイッチング素子が前記スイッチング制御信号に応じてオン／オフすることで、電力増幅された信号を出力するようにしたデジタルスイッチング増幅器において、前記素子を搭載する基板を多層化し、少なくとも前記スイッチング素子における端子が相互に隣接するチャネルの配線を異なる層に形成する。
【００３７】
それゆえ、各チャネル相互間の干渉や他の配線との干渉が少なくなることでノイズフロアが低下し、たとえばオーディオ信号の場合で、各チャネル間の音質やレベルを同等にすることができる。また、同一層内では重なってしまうようなパターン配置も可能になるので、パターン形状の制約も少なくなり、基板面積も削減できる。
【００３８】
また、本発明のデジタルスイッチング増幅器は、以上のように、前記入力信号をオーディオ信号とし、左右やフロント、リア等の各チャネルの配線を相互に異なる層に形成する。
【００３９】
それゆえ、各チャネルを完全に独立させることができる。また、１層に１チャネル分の信号パターンしか存在しないので、パターン設計が非常に容易である。そのうえ、各チャネルのパターンの形を同じすることも容易にできるので、各チャネル間の音質やレベル差も容易に解消することができる。
【００４０】
さらにまた、本発明のデジタルスイッチング増幅器は、以上のように、各チャネルの配線が形成される層間をグランド層で挟んで独立させ、各チャネル当りの配線が正負一対のフルブリッジ構造とする。
【００４１】
それゆえ、前記の１層に１チャネルの場合に特に好適である。そして、各チャネルの層間にグランド層を挟むことで、各チャネルの独立を、より完全にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態のデジタルスイッチング増幅器を構成する基板の正面図である。
【図２】図１で示す基板の概略的構成を示す縦断面図である。
【図３】図１で示す基板の概略的構成を示す分解斜視図である。
【図４】従来のデジタルスイッチング増幅器を構成する基板の正面図である。
【図５】図４で示す基板の概略的構成を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１１    基板
１２        スイッチング制御信号生成素子
１３        スイッチング素子
１４        ローパスフィルタ素子
２０        スルーホール
Ｓ１〜Ｓ６    配線パターン
【図１】
2004320325.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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