(57)【要約】【課題】本発明は、スイッチング型増幅器において、性能を劣化させることなく、ＲＦ障害を減少させるシステム及び方法を提供すること。【解決手段】一実施形態においては、粗高電圧変調パルス幅のサンプリングレートが、より低い電圧の微細変調パルス幅のサンプリングレートに対して相対的に大きい。粗高電圧の変調したパルス幅のサンプリングレートを大きくすることによって、ＥＭＩを減少させる結果となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一電圧に接続さるように動作し、かつ、第一出力に接続されるように動作するスイッチングデバイスの第一の組と、
第二電圧に接続されるように動作し、かつ、第二出力に接続されるように動作するスイッチングデバイスの第二の組と、
第三電圧に接続されるように動作するスイッチングデバイスの第三の組と、
入力信号を受ける入力端と、前記スイッチングデバイスのそれぞれに接続された、それぞれの出力端とを持つ変調器と、
を備え、
前記変調器は、第一サンプリングレートで前記スイッチングデバイスの前記第一の組を制御し、第二サンプリングレートで前記スイッチングデバイスの前記第二の組を制御して、前記入力信号に従って、第一及び第二電圧を前記第一及び第二出力フィルタそれぞれに与えるように構成され、
前記第一サンプリングレートは、前記第二サンプリングレートより大きい、
ことを特徴とするスイッチング型増幅器。
【請求項２】
前記スイッチングデバイスの第一の組は、粗電力制御を前記第一出力フィルタに提供し、前記スイッチングデバイスの第二の組は、微細電力制御を前記第二出力フィルタに提供することを特徴とする請求項１に記載のスイッチング型増幅器。
【請求項３】
前記第一及び第二出力フィルタは、二次フィルタであることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング型増幅器。
【請求項４】
前記変調器は、前記スイッチングデバイスの前記第二の組のサンプリングレートの２倍である第一サンプリングレートで前記スイッチングデバイスの前記第一の組を制御するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング型増幅器。
【請求項５】
各出力フィルタが、インダクタ及びキャパシタを備えることを特徴とする請求項４に記載のスイッチング型増幅器。
【請求項６】
前記スイッチングデバイスの前記第三の組は、初期電圧状態を負荷に与えることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング型増幅器。
【請求項７】
第一、第二及び第三の参照電圧と、
各々の制御スイッチが前記参照電圧の一つに接続され、さらに第一出力フィルタに接続される制御スイッチの第一の組と、
各々の制御スイッチが前記参照電圧の一つに接続され、さらに第二出力フィルタに接続される制御スイッチの第二の組と、
入力信号を受ける入力端と、前記制御スイッチの第一の組のそれぞれに各々が接続される第一の複数の出力段と、前記制御スイッチの第二の組のそれぞれに各々が接続される第二の複数の出力段とを持つ変調器と、
を備え、
前記変調器は、前記入力信号に応答して、前記制御スイッチの前記第一及び第二の組のための複数の制御信号を生成するように動作し、
前記複数の制御信号は、前記制御スイッチを作動させ、前記第一出力フィルタ及び第二出力フィルタに、変調したパルス幅を持つ参照電圧のパルスを与えるように動作し、
前記第一参照電圧に接続された前記制御スイッチは、前記第二参照電圧に接続された前記制御スイッチよりも高い周波数で前記パルス幅を変調する、
ことを特徴とするスイッチング型増幅器。
【請求項８】
前記第一参照電圧と接続される前記制御スイッチは、粗電力制御を前記第一出力フィルタ及び前記第二出力フィルタに提供し、前記第二参照電圧と接続される前記制御スイッチは、微細電力制御を前記第一出力フィルタ及び前記第二出力フィルタに提供することを特徴とする請求項７に記載のスイッチング型増幅器。
【請求項９】
前記第一出力フィルタ及び第二出力フィルタは、二次の出力フィルタであることを特徴とする請求項８に記載のスイッチング型増幅器。
【請求項１０】
前記制御スイッチの第一の組における、第一制御スイッチ及び第二制御スイッチは、前記第一出力フィルタに接続され、前記制御スイッチの第二の組における、第一制御スイッチ及び第二制御スイッチは、前記第二出力フィルタに接続されることを特徴とする請求項７に記載のスイッチング型増幅器。
【請求項１１】
前記第一及び第二出力フィルタは、それぞれ、インダクタ及びキャパシタを備えることを特徴とする請求項９に記載のスイッチング型増幅器。
【請求項１２】
前記第一及び第二出力フィルタは、三次の出力フィルタを備えることを特徴とする請求項７に記載のフィルタ。
【請求項１３】
スイッチング型増幅器を動作させる方法であって、
入力信号を前記スイッチング型増幅器の入力端に与えることと、
第一期間において、複数の第一パルス幅変調した電圧パルスを前記スイッチング型増幅器の第一フィルタに与えることと、
前記第一期間において、複数の第二パルス幅変調した電圧パルスを前記スイッチング型増幅器の第二フィルタに与えることと、
を含み、
前記第一パルス幅変調した電圧パルスの電圧は、前記第二パルス幅変調したパルスの電圧より大きく、前記第一パルス幅変調した電圧パルスは、前記第二フィルタに接続した前記第二パルス幅変調したパルスよりも高い周波数で前記第一フィルタに接続される、
ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
第二期間において、複数の第三パルス幅変調した電圧パルスを前記スイッチング型増幅器の前記第一フィルタに与えること、
及び
前記第二期間において、複数の第四パルス幅変調した電圧パルスを前記スイッチング型増幅器の前記第二フィルタに与えること、
をさらに含み、
前記第四パルス幅変調した電圧パルスの電圧は、前記第三パルス幅変調した電圧パルスの電圧より高く、
前記第四パルス幅変調した電圧パルスは、前記第三パルス幅変調した電圧パルスが前記第一フィルタに接続される場合より高い周波数で前記第二フィルタに接続されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第一パルス幅変調した電圧パルスは、粗電力制御を前記第一フィルタに提供し、前記第二パルス幅変調した電圧パルスは、微細電力制御を前記第二フィルタに提供することを特徴とした請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記第一及び第二フィルタは、二次フィルタであることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記第一出力フィルタは、負荷の一方の側に接続され、前記出力フィルタは、負荷の他方の側に接続されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記負荷がスピーカであることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
負荷と、
スイッチング型増幅器と、
を備えるシステムであって、
前記スイッチング増幅器は、
第一電圧に接続されるように動作し、かつ、第一出力フィルタに接続されるように動作するスイッチングデバイスの第一の組と、
第二電圧に接続されるように動作し、かつ、第二出力フィルタに接続されるように動作するスイッチングデバイスの第二の組と、
第三電圧に接続されるように動作するスイッチングデバイスの第三の組と、
入力信号を受ける入力端と、前記スイッチングデバイスそれぞれに各々が接続されたそれぞれの出力端とを持つ変調器と、
を備え、
前記変調器は、第一サンプリングレートで前記スイッチングデバイスの第一の組を制御し、第二サンプリングレートで前記スイッチングデバイスの第二の組を制御して、前記入力信号に従って、第一及び第二電圧を前記第一及び第二出力フィルタにそれぞれ与えるように構成され、
前記第一サンプリングレートは、前記第二サンプリングレートより大きい、
ことを特徴とするシステム。
【請求項２０】
前記負荷がスピーカであることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記第一及び第二出力フィルタは、二次のフィルタであることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
前記スイッチングデバイスの第一の組によってもたらされるパルス幅は、前記スイッチングデバイスの第二の組によってもたらされるパルス幅のサンプリングの二倍である周波数で変調されることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２３】
前記出力フィルタは、インダクタ及びキャパシタを含むことを備えることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００７年２月１日に出願された米国仮出願第６０／８８７，６６２号の利益を主張する。先の出願による開示全体が、本出願による開示の一部をなすものと考慮されており、この開示は、引用により本明細書に組み入れる。
【０００２】
本発明は、スイッチング型増幅器及び方法に関連し、より詳細には、スイッチング型増幅器における電磁障害を低減させるシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
主に、スイッチング型増幅器は、負荷への電圧をスイッチングに用いられるトランジスタが、トランジスタ両端電圧が相対的に低いＯＮ状態と、トランジスタを通る電流が相対的に低いＯＦＦ状態のいずれかになるので、非スイッチング型の従来品に比べて、きわめて良好な効率を有する。トランジスタにかかる低い電圧、若しくは、トランジスタを通過する低い電流により、トランジスタが浪費する電力は相対的に小さなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
単一のＰＷＭストリームを用いるスイッチング型増幅器が、幅広く用いられている。しかしながら、これらのスイッチング型増幅器は、高帯域で、高精度の信号を合理的な費用で正確に増幅することができない。さらに最近の手法は、二つ若しくはそれより多いＰＷＭストリームを含む変調技術を利用できるスイッチング型増幅器、例えば多基準スイッチング型増幅器を用いることであった。多基準スイッチング型増幅器は、「多基準高精度スイッチング型増幅器」という名称の米国特許第６，５３５，０５８号に記載されており、その内容の全体を、引用により本明細書に組み入れる。多基準スイッチング型増幅器の一例として、あるストリームは、高電圧の粗ＰＷＭストリームであり、他方のストリームは、低電圧の微細ＰＷＭストリームである二つの別々のＰＷＭストリームを備えるものが挙げられる。
【０００５】
スイッチング型増幅器は、該増幅器の近くにある別の電子機器だけでなく、該増幅器の動作にも障害を与えることがある、過度の電磁ラジオ周波数（“ＲＦ”）障害を、時として、発生させる。このＲＦ障害は、増幅器によって駆動される負荷をインダクタ及び／又はキャパシタによって形成されるローパスフィルタに結合させることによって、ある程度弱められる。ローパスフィルタは、多くの場合には、カットオフ周波数と呼ばれる特定の周波数を超えた信号を弱める。ＲＦ障害の周波数が、カットオフ周波数を超えるほど、ＲＦ障害が弱められる度合いがおおきくなる。しかしながら、ＲＦ障害を弱める程度を高めるために、カットオフ周波数を小さくすることは、スイッチング型増幅器の帯域を制限するものとなる。逆に、フィルタによってＲＦ障害を弱める程度を高めるために、サンプリングレートを増加することは、最大信号と最小信号の比率と言った、出力信号のダイナミックレンジを小さくする。
【０００６】
したがって、出力信号を劣化させないで、かつ、出力信号のダイナミックレンジについても妥協しないで、ＲＦ障害を減少させることの必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、スイッチング型増幅器において、出力信号のダイナミックレンジについて妥協することなく、ＲＦ障害を減少させるシステム及び方法に関する。本発明の一つの側面において、スイッチング型増幅器は、第一電圧に接続されるように動作でき、かつ、第一出力フィルタに接続されるように動作できるスイッチングデバイスの第一の組と、第二電圧に接続して動作をし、かつ、第二出力フィルタに接続して動作をするスイッチングデバイスの第二の組とを含む。該スイッチング型増幅器は、第一サンプリングレートでスイッチングデバイスの第一の組、及び、第二サンプリングレートでスイッチングデバイスの第二の組を制御するように構成された変調器をさらに含み、入力信号に応じて、第一及び第二電圧の各々を、第一及び第二フィルタに供給する。また、第一サンプリングレートは、第二サンプリングレートより大きい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】典型的な多基準スイッチング型増幅器のブロック図である。
【０００９】
【図２】従来技術における図１の回路に典型的に見られる電圧波形を示す。
【００１０】
【図３】本発明の一実施形態に対応した図１の電圧波形を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態は、性能を劣化させることなく、スイッチング型増幅器における電磁ＲＦ障害を小さくするシステム及び方法を提供することに向けられる。本発明を十分に理解できるようにするためにある程度の細部が以下に説明される。しかしながら、本分野における当業者には、これらの細部なしでも本発明実施できることが理解されるであろう。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に対応した二基準スイッチング型増幅器のブロック図である。図１は、二基準スイッチング型増幅器に向けられているが、本分野における通常の技術を有する者には、本発明を、いずれの多基準スイッチング増幅器にも適用できることが理解されるであろう。図１の二基準スイッチング型増幅器は、二つの基準、つまり、正の電源電圧Ｖ＋と、レギュレータ１１４によってＶ＋から供給される電圧とを持つ。正の電源電圧Ｖ＋は、制御スイッチ１０８、１１１を介して、負荷１１９にエネルギーを供給する。接地電位は、スイッチングデバイス１１０、１１３を介して負荷１１９に与えられる。幾つかの実施形態においては、Ｖ＋基準によって供給される電圧は、レギュレータ１１４によって供給される電圧よりも大幅に大きい。例えば、一実施形態においては、正の電力電圧Ｖ＋によって供給される電圧は、概ね１２Ｖであり、レギュレータ１１４によって供給される電圧は、４７ｍＶである。
【００１３】
入力データストリーム１００は、パルス幅変調器（ＰＷＭ）１０７への入力として与えられ、該変調器１０７は、ＰＷＭ制御信号１０１、１０２、１０３、１０４、１０５及び１０６を出力し、それぞれ、スイッチングデバイス１０８、１０９、１１０、１１１、１１２及び１１３を制御する。負荷１１９は、二つのインピーダンス出力ノードに対して、ブリッジ形態で接続される。第一出力ノードＡは、スイッチングデバイス１０８、１０９及び１１０を通っている。第二出力ノードＢは、スイッチングデバイス１１１、１１２及び１１３を通っている。第一出力ノードＡは、インダクタ１１５に接続されており、該インダクタ１１５は、さらに、キャパシタ１１６に接続されている。キャパシタ１１６に接続されているインダクタ１１５は、出力を負荷１１９の第一端に加える前に、スイッチングデバイス１０８、１０９及び１１０をフィルタする。第二出力ノードＢは、インダクタ１１７に接続されており、該インダクタ１１７は、さらに、キャパシタ１１８に接続されている。キャパシタ１１８に接続されているインダクタ１１７は、出力を負荷１１９の第二端に加える前に、スイッチングデバイス１１１、１１２及び１１３をフィルタする。従って、スイッチングデバイス１０８及び１１１は、正の電源Ｖ＋を負荷１１９に接続し、スイッチングデバイス１０９及び１１２は、レギュレータ１１４によってＶ＋から供給された参照電圧を負荷１１９に接続し、スイッチングデバイス１１０及び１１３は、接地電位を負荷１１９に接続する。図１の回路は、既に参照した米国特許第６，５３５，０５８においてより詳細に記載されている。
【００１４】
図１の回路は、負荷１１９のそれぞれの横側における二つの別々のＰＷＭデータストリームをもたらす。図１に示される実施形態においては、スイッチングデバイス１０８、１１１を介して負荷１１９に適用されることになるパルス幅変調されたＰＷＭデータストリームが、高電圧変調粗ストリームになる。スイッチングデバイス１０９、１１２を介して負荷１１９に適用されるパルス幅変調されたデータストリームが、低電圧変調微細ストリームになる。しかしながら、本分野において通常の技術を有する者にとっては、明らかであるように、粗電圧ストリーム及び微細電圧ストリームの形式は、スイッチングデバイスが高電圧源に接続されるか、低電圧源に接続されるかに依存する。
【００１５】
図２は、従来技術による図１の増幅器において典型的に見られる出力電圧及び電流の波形を示す。図形２００は、増幅されるべき図１のデータストリーム１００の波形を示す。図１における負荷１１９に対する出力の極性が変化するときに、電圧図形２０１、２０２、２０３、２０４、２０５及び２０６は、図１の制御信号１０１、１０２、１０３、１０４、１０５及び１０６の状態をそれぞれ、反映している。電圧図形２０７は、第一入力ノードＡにおけるインダクタ１１５への入力として、スイッチングデバイス１０８、１０９及び１１０の総合出力を示す。電圧図形２０８は、第二入力ノードＢにおけるインダクタ１１７への入力としての、スイッチングデバイス１１１、１１２及び１１３の総合出力を示す。
【００１６】
上記において参照した特許に教示されるように、図形２０７及び２０８における粗データによって変調される高電圧Ｖ＋パルスは、図形２００において示される相対的な正負符号に追従し、図形２０７及び２０８における微細データによって変調される参照電圧パルスは、図形２００において示されるＶ＋と相対的に反対の符号に追従することがわかっている。電圧図形２０７及び２０８は、粗データによって変調されたＶ＋パルスが、負荷１１９の一方の側に加えられたとき、微細データによって変調された参照電圧パルスを負荷１１９の他方の側に与えられることを示している。例えば、スイッチングデバイス１０８が、Ｖ＋パルスを第一入力ノードＡに加えるとき、スイッチングデバイス１１２は、参照電圧パルスを第２入力ノードＢに加える。同じ電圧を負荷１１９の両側に保つ従来技術において典型的に行われるように、図形２０７及び２０８に示されるＶ＋の粗変調されたパルスと参照電圧の微細変調されたパルスとが、共通の固定出力サンプリングレートで発生する。
【００１７】
本発明の一実施形態においては、図１のスイッチング型増幅器は、図３に示されるように動作する。図形３００は、図１の増幅されるべきデータストリーム１００の波形を示す。図形３０１、３０２、３０３、３０４、３０５及び３０６は、それぞれ、スイッチングデバイス１０８、１０９、１１０、１１１、１１２、１１３を制御する信号１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６を示す。図形３０７は、インダクタ１１５への入力としての、スイッチングデバイス１０８、１０９、１１０の総合出力を示す。図形３０８は、インダクタ１１７への入力としての、スイッチングデバイス１１１、１１２、１１３の総合出力を示す。図２のものと同様に、図形３０７、３０８では、Ｖ＋の粗変調したパルス、及び、参照電圧の微細変調したパルスが、入力波形３００の相対する符号に追従する。
【００１８】
図形３０７において見られるように、Ｖ＋の粗変調したパルスのサンプリング周波数は、図２の図形２０７におけるＶ＋の粗変調パルスのサンプリング周波数と比較して、増加している。Ｖ＋の粗変調パルスの周波数を増加させることにより、カットオフ周波数からより離れて動作することになるので、フィルタの減衰性をより良好なものとする。特に、粗高電圧パルスの周波数が増加することによって、低周波数動作の場合よりも、ＲＦ障害をより大きくするが、二次若しくはより高次のフィルタは、より高い周波数において、このＲＦ障害をいっそう弱めることが可能である。もっと具体的に述べると、高電圧パルス幅変調からのＲＦ障害は、周波数を２倍にしても６ｄＢより多くは増加しないが、二次のフィルタの減衰性は、周波数を２倍にすると１２ｄＢ増加する。したがって、出力フィルタは、出力信号を悪化させないで、かつ、出力信号のダイナミックレンジについて妥協しないで、ＲＦ障害を減少させることができる。それゆえ、性能に関して妥協をしないで、ＲＦ障害を減少させることができる。
【００１９】
一実施形態においては、粗変調パルスを増加させることに加えて、パルスの長さが又、減少させられる。例えば、図形３０７、３０８によって表される、結果として得られたＶ＋の粗変調パルスは、図２の図形２０７、２０８におけるＶ＋の粗変調したパルスに対して半分の長さであり、２倍の頻度となるであろう。従って、結果として得られた図形の積算値は、図２の２０７、２０８の積算値と等しくなるが、放出周波数は２倍になるであろう。別の実施形態においては、結果として得られたＶ＋の粗変調パルスの長さを、別の値だけ短くし、パルスの周波数は、別のレートだけ、増大してもよい。しかしながら、一実施形態においては、粗変調信号の長さ及び周波数は、負荷１１９に同一の出力信号を与えることになるであろう。図形３０７、３０８に見られるように、参照電圧の微細変調パルスの出力サンプリング周波数は、図２に示されるものよりも乱されていない。本分野における通常の技術を有するものにとって明らかなように、図１の変調器１０７は、参照電圧パルスのサンプリングレートに対してＶ＋パルスのサンプリングレートを調整するためには、複雑さをある程度増すことが必要になる。
【００２０】
本分野における通常の技術を有するものにとって明らかなように、図１における電圧の構成は、他の構成としてもよい。例えば、一実施形態においては、Ｖ＋電源を接地し、図１に示される接地電位を負の電圧にしてもよい。しかしながら、別の実施形態では、図１のＶ＋を負の電圧としてもよい。
【００２１】
本明細書に記載される方法によって、多基準スイッチング型増幅器におけるＲＦ障害を、出力信号のダイナミックレンジについて妥協することなく、減少させ得ることが理解されるであろう。
【００２２】
本発明は、開示した実施形態を参照して説明したが、本分野における当業者は、本発明の精神及び範囲から外れることなく形態と細部を変えることができることを認識するであろう。そのような変更は、本分野における通常の知識を有する者の熟練の範囲に含まれる。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲による場合を除いて、制限されることはない。
【図１】
2010518708.tif 000003
【図２】
2010518708.tif 000004
【図３】
2010518708.tif 000005
【国際調査報告】
2010518708.tif 000006
2010518708.tif 000007