(57)【要約】【課題】  高出力・高品位用途のデジタルアンプに要求されるノイズレベルの実現に有効なデジタルアンプを提供する。【解決手段】  スピーカ６２０をＢＴＬ構成で差動駆動するデジタルアンプにおいて、Ｄ級ドライバ１３０−１の後段とローパスフィルタ１４０−２を構成するコイルＬＢの後段とを、コイルＬｂとコンデンサＣｂの直列回路で接続し、Ｄ級ドライバ１３０−２の後段とローパスフィルタ１４０−１を構成するコイルＬＡの後段とを、コイルＬａとコンデンサＣａの直列回路で接続することで、各差動ラインに重畳したリップル成分を相互にキャンセルする。【選択図】  図２
2007060510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声信号をスイッチング増幅してアナログ出力するデジタルアンプであって、
前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、
前記変調回路の出力で駆動される第１のＤ級ドライブ回路と、
前記第１のＤ級ドライブ回路の出力を平滑する第１のフィルタと、
前記変調回路の反転出力で駆動される第２のＤ級ドライブ回路と、
前記第２のＤ級ドライブ回路の出力を平滑する第２のフィルタと、
前記第１および第２のフィルタの出力で差動駆動されるスピーカと、
前記第１のＤ級ドライブ回路の出力からリップル成分を抽出して前記第２のフィルタを通過する信号に付加する手段と、
前記第２のＤ級ドライブ回路の出力からリップル成分を抽出して前記第１のフィルタを通過する信号に付加する手段と
を具備することを特徴とするデジタルアンプ。
【請求項２】
音声信号をスイッチング増幅してアナログ出力するデジタルアンプであって、
前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、
前記変調回路の出力で駆動される第１のＤ級ドライブ回路と、
前記第１のＤ級ドライブ回路の後段に接続された第１のコイルと、
前記第１のコイルの後段に接続された第１のコンデンサと、
前記変調回路の反転出力で駆動される第２のＤ級ドライブ回路と、
前記第２のＤ級ドライブ回路の後段に接続された第２のコイルと、
前記第２のコイルの後段に接続された第２のコンデンサと、
前記第１のコイルの前段からコイルとコンデンサの直列回路を介して前記第２のコイルの後段に接続された第１のパスと、
前記第２のコイルの前段からコイルとコンデンサの直列回路を介して前記第１のコイルの後段に接続された第２のパスと
を具備することを特徴とするデジタルアンプ。
【請求項３】
前記第１のパスを構成するコイルは、前記第２のコイルと同じインダクタンスを有し、前記第２のパスを構成するコイルは、前記第１のコイルと同じインダクタンスを有することを特徴とする請求項２記載のデジタルアンプ。
【請求項４】
前記第１のパスを構成するコイルのインダクタンスおよび／または前記第２のパスを構成するコイルのインダクタンスを変化させる手段をさらに具備することを特徴とする請求項２記載のデジタルアンプ。
【請求項５】
音声信号をスイッチング増幅してアナログ出力するデジタルアンプであって、
前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、
前記変調回路の出力で駆動されるＤ級ドライブ回路と、
前記第Ｄ級ドライブ回路の出力を平滑するフィルタと、
前記パルス変調回路の反転出力のレベルを調整し、コイルとコンデンサの直列回路を介して前記フィルタを通過する信号に付加する手段と、
を具備することを特徴とするデジタルアンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、デジタルアンプに関し、特に、ノイズの低減に有効なデジタルアンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＡＶ機器の多機能化・高集積化が進む中で、複合ＡＶ機のデジタル化が注目されている。この種の複合ＡＶ機としては、ＣＤプレーヤ、ＡＭ／ＦＭラジオチューナー、オーディオアンプ等を同一筐体内で構成したＡＶ用のコンポーネントが知られている。
【０００３】
さらに、最近では、上述したような複合ＡＶ機に組み込まれるオーディオアンプとして、アナログアンプからデジタルアンプへの切替が検討されており、デジタルアンプを用いることで、従来のアナログアンプよりも、小型、低発熱、高音質等が期待できるため、デジタルアンプが複合ＡＶ機のオーディオアンプの主流となりつつある。
【０００４】
この種のデジタルアンプでは、音声信号の増幅がスイッチング動作により行われるため、ノイズや歪み対策が重要となる。同様に、スイッチング電源においてもデジタルアンプと同じくスイッチング・パワードライバ回路が用いられるため、このスイッチング回路の出力段には、キャリアリップルノイズと呼ばれる基本波の残留成分が存在する。
【０００５】
この残留したリップルノイズが不要ノイズとなって他の回路に悪影響を及ぼすことが多いため、リップルノイズの低減が求められるが、その手法として、出力段フィルタの時定数や次数をアップさせる方法が一般的に適用される。
【０００６】
しかし、フィルタの時定数や次数を増加させると、コストやサイズに影響を与えるため、フィルタは可能な限り最小の時定数と次数で構成することが望ましい。
【０００７】
ここで、フィルタの時定数や次数を増加させる以外のノイズ低減に対するアプローチとしては、例えば、下記特許文献に記載された手法が知られている。
【特許文献１】特開２００３−２５８５６５号公報
【特許文献２】特開２００４−１２８６６２号公報  上記特許文献１には、ＣＤプレーヤの再生時にはデジタルアンプを駆動し、ラジオを受信する際には、デジタルアンプを停止させてアナログアンプを使用する構成やデジタルアンプをシールドケースに入れてシールドする手法が示されている。
【０００８】
また、特許文献２には、オーディオ入力信号と出力増幅段の出力信号とを比較し、この比較結果をもとに定電圧電源回路の出力を変調することで、出力増幅段による歪みを低減させる手法が開示されている。
【０００９】
上記各特許文献に示された手法は、いずれも有効な手法と考えられるが、高出力・高品位用途のデジタルアンプに要求されるノイズレベルを達成するには、さらなるノイズの低減が必要であった。
【００１０】
一方、デジタルアンプのオーディオ信号に重畳したスイッチング成分を除去する手法が下記特許文献に記載されている。
【特許文献３】特開２００２−３６８５５４号公報  この特許文献に記載された手法は、非反転のＰＷＭ波形と反転させたＰＷＭ波形とを合成することで、基本波成分を除去する手法が示されている。
【００１１】
しかし、この手法では、非反転のＰＷＭ波形と反転させたＰＷＭ波形の位相がずれると音声信号に歪みが生じるとともに、無効電力が発生し易く、また、非反転と反転の２つのドライブ回路を用意する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明は、簡易な構成でスイッチング成分の低減に有効なデジタルアンプを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、音声信号をスイッチング増幅してアナログ出力するデジタルアンプであって、前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、前記変調回路の出力で駆動される第１のＤ級ドライブ回路と、前記第１のＤ級ドライブ回路の出力を平滑する第１のフィルタと、前記変調回路の反転出力で駆動される第２のＤ級ドライブ回路と、前記第２のＤ級ドライブ回路の出力を平滑する第２のフィルタと、前記第１および第２のフィルタの出力で差動駆動されるスピーカと、前記第１のＤ級ドライブ回路の出力からリップル成分を抽出して前記第２のフィルタを通過する信号に付加する手段と、前記第２のＤ級ドライブ回路の出力からリップル成分を抽出して前記第１のフィルタを通過する信号に付加する手段とを具備することを特徴とする。
【００１４】
このように、デジタルアンプの差動出力を利用して、各差動ラインに重畳したスイッチング成分を相互交換することで、簡易な構成で効果的にキャンセルすることができる。
【００１５】
また、請求項２記載の発明は、音声信号をスイッチング増幅してアナログ出力するデジタルアンプであって、前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、前記変調回路の出力で駆動される第１のＤ級ドライブ回路と、前記第１のＤ級ドライブ回路の後段に接続された第１のコイルと、前記第１のコイルの後段に接続された第１のコンデンサと、前記変調回路の反転出力で駆動される第２のＤ級ドライブ回路と、前記第２のＤ級ドライブ回路の後段に接続された第２のコイルと、前記第２のコイルの後段に接続された第２のコンデンサと、前記第１のコイルの前段からコイルとコンデンサの直列回路を介して前記第２のコイルの後段に接続された第１のパスと、前記第２のコイルの前段からコイルとコンデンサの直列回路を介して前記第１のコイルの後段に接続された第２のパスとを具備することを特徴とする。
【００１６】
このように、フィルタを構成するコイルの前段からコイルとコンデンサの直列回路を介してリップル成分を抽出し、フィルタを構成するコイルの後段に付加することにより、オーディオ信号に重畳したリップル成分を効果的に低減させることができる。
【００１７】
また、請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記第１のパスを構成するコイルは、前記第２のコイルと同じインダクタンスを有し、前記第２のパスを構成するコイルは、前記第１のコイルと同じインダクタンスを有することを特徴とする。
【００１８】
このように、フィルタを構成するコイルのインダクタンスとリップル成分を抽出するためのコイルのインダクタンスとを一致させることにより、両コイルに流れる電流の傾きを合わせることができるため、リップル成分を効果的にキャンセルすることができる。
【００１９】
また、請求項４記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記第１のパスを構成するコイルのインダクタンスおよび／または前記第２のパスを構成するコイルのインダクタンスを変化させる手段をさらに具備することを特徴とする。
【００２０】
このように、リップル成分抽出用のコイルのインダクタンスを変化させることにより、各種要因によって変動するキャンセル効果を調整することができる。例えば、コイルでの直流重畳や電流飽和が発生した場合やデューティ変化がキャンセル効果に影響を与える場合は、リップル成分抽出用のコイルのインダクタンスを変化させて、該コイルに流れる電流の傾きを調整することにより、最適なキャンセル効果を得る。
【００２１】
また、請求項５記載の発明は、音声信号をスイッチング増幅してアナログ出力するデジタルアンプであって、前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、前記変調回路の出力で駆動されるＤ級ドライブ回路と、前記第Ｄ級ドライブ回路の出力を平滑するフィルタと、前記パルス変調回路の反転出力のレベルを調整し、コイルとコンデンサの直列回路を介して前記フィルタを通過する信号に付加する手段とを具備することを特徴とする。
【００２２】
このように、パルス変調回路の反転出力を利用することで、片側のドライブ回路しかない場合であっても、スイッチング成分を効果的にキャンセルさせることができる。
【００２３】
尚、以上説明した構成において、パルス変調回路としては、ＰＷＭ変換回路やΔΣ変換回路等を含めてもよく、また、音声信号に対して所定の演算処理を行う機能を含めても良い。デジタルアンプ回路で用いられる変調方式としては、パルス幅変調方式であるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、パルス密度変調方式であるＰＤＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）があり、デジタルアンプ回路に入力されるデータ形式としては、音楽ＣＤで用いられるＰＣＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｃｏｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）がある。
【００２４】
ここで、パルス変調回路に入力される音声信号は、アナログ信号であってもデジタル信号であっても良く、アナログ信号が入力される場合は、当該アナログ信号が直接パルス変調回路に入力されて、パルス信号に変換されるか、または、一旦、Ａ／Ｄコンバータを介してデジタル信号に変換された後にパルス変調回路に入力される構成のいずれを用いても良い。
【００２５】
一方、デジタル信号が入力される場合は、当該デジタル信号が直接パルス変調回路に入力されて、パルス信号に変換されるか、または、一旦、Ｄ／Ａコンバータを介して、アナログ信号に変換された後にパルス変調回路に入力される構成のいずれを用いても良い。
【００２６】
尚、パルス変調回路の実施形態としては、アナログ信号入力の場合は、アナログ入力ＰＷＭ変調回路またはアナログ入力ΔΣ回路を使用し、デジタル信号入力の場合は、デジタル入力ＰＷＭ変調回路またはデジタル入力ΔΣ回路を使用すれば良い。
【００２７】
また、本発明に係るデジタルアンプは、スイッチングアンプ、デジタルアンプ、Ｄ級アンプのいずれも含むものとする。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように、本発明によれば、オーディオ信号に重畳したスイッチング成分を効果的に抽出することができるため、簡易な構成でデジタルアンプのノイズレベルを低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。尚、本発明は、以下説明する実施形態に限らず適宜変更可能である。
【００３０】
図１は、本発明に係るデジタルアンプが組み込まれたオーディオコンポーネントの内部構成を示すブロック図である。同図に示すように、このオーディオコンポーネントは、ＡＭ／ＦＭラジオ受信部５１０と、オーディオテープ再生部５２０と、ＣＤ／ＤＶＤプレーヤ５３０と、デジタルアンプ回路を内蔵したデジタルアンプモジュール１００とで構成される。
【００３１】
そして、音声信号をアナログ形式で出力するＡＭ／ＦＭラジオ受信部５１０とオーディオテープ再生部５２０とがスイッチＳＷ１に接続され、このスイッチＳＷ１で選択された信号がＡ／Ｄコンバータ５４０に入力される。
【００３２】
ＡＭ／ＦＭラジオ受信部５１０またはオーディオテープ再生部５２０から出力されたアナログ形式の音声信号は、このＡ／Ｄコンバータ５４０でデジタル信号に変換されて、デジタルアンプモジュール１００内のパルス変調器１２０に入力される。
【００３３】
一方、音声信号をデジタル形式で出力するＣＤ／ＤＶＤプレーヤ５３０と外部からのデジタル信号を入力するためのポートＰ３とがスイッチＳＷ２に接続され、このスイッチＳＷ２で選択された信号がデジタルアンプモジュール１００内のパルス変調器１２０に入力される。
【００３４】
デジタルアンプモジュール１００は、ＤＣＤＣコンバータ１００と、パルス変調器１２０と、Ｄ級ドライバ１３０−１および１３０−２と、ローパスフィルタ１４０−１および１４０−２とを内蔵し、ＡＭ／ＦＭラジオ受信部５１０、オーディオテープ再生部、ＣＤ／ＤＶＤプレーヤ５３０または外部ポートＰ３から入力された音声信号を増幅し、ポートＰ２を介して、オーディオコンポーネント５００の外部に設けられたスピーカ６２０をアナログ出力で差動駆動する。
【００３５】
ここで、パルス変調器１２０とＤ級ドライバ１３０−１および１３０−２とは、ＤＣＤＣコンバータ１１０で生成された電力で駆動され、このＤＣＤＣコンバータは、オーディオコンポーネント５００の外部に設けられたバッテリ６１０からの電力供給を利用して、パルス変調器１２０とＤ級ドライバ１３０−１および１３０−２に電圧ＶＤＤを供給する。尚、このバッテリ６１０は、ポートＰ１に接続され、ＡＭ／ＦＭラジオ受信部５１０、オーディオテープ再生部、ＣＤ／ＤＶＤプレーヤ５３０に対しても電力供給を行う。
【００３６】
ＤＣＤＣコンバータ１１０およびパルス変調器１２０には、それぞれスイッチング用の波形生成回路が設けられ、これらの波形生成回路は、ＤＣＤＣコンバータのスイッチング周波数とＤ級ドライバ１３０−１および１３０−２のスイッチング周波数のそれぞれに従って駆動波形を生成する。
【００３７】
Ｄ級ドライバ１３０−１、ローパスフィルタ１４０−１を経てスピーカ６２０の一の端子に入力されるオーディオ信号と、Ｄ級ドライバ１３０−２、ローパスフィルタ１４０−２を経てスピーカ６２０の他の端子に入力されるオーディオ信号とは、位相反転の関係にあり、両ドライバでスピーカを差動駆動するＢＴＬ構成を取る。
【００３８】
ここで、上記ＢＴＬ構成において、Ｄ級ドライバ１３０−１の出力から抽出したリップル成分がローパスフィルタ１４０−２を通過する信号に付加され、Ｄ級ドライバ１３０−２の出力から抽出したリップル成分がローパスフィルタ１４０−１を通過する信号に付加されて、各差動ラインに重畳したスイッチング成分が相互に相殺される。
【００３９】
図２は、図１に示すデジタルアンプモジュールの内部構成例を示す回路ブロック図である。同図に示すように、このデジタルアンプモジュール１００に組み込まれるＤ級ドライバ１３０−１および１３０−２は、ハイサイドのスイッチング素子ＦＥＴ１と、ローサイドのスイッチング素子ＦＥＴ２と、該各スイッチング素子をＰＷＭ信号で駆動するドライバアンプＡｍｐ１およびＡｍｐ２とで構成される。
【００４０】
Ｄ級ドライバ１３０−１から出力されたパルス信号は、コイルＬＡとコンデンサＣＡとで構成されたローパスフィルタ１４０−１を通過することで非反転側のアナログ音声信号が抽出され、Ｄ級ドライバ１３０−２から出力されたパルス信号は、コイルＬＢとコンデンサＣＢとで構成されたローパスフィルタ１４０−２を通過することで反転側のアナログ音声信号が抽出され、これら非反転と反転の音声信号でスピーカ６２０が差動駆動される。
【００４１】
ここで、Ｄ級ドライバ１３０−１の後段とローパスフィルタ１４０−２を構成するコイルＬＢの後段とは、コイルＬｂとコンデンサＣｂの直列回路で接続され、Ｄ級ドライバ１３０−２の後段とローパスフィルタ１４０−１を構成するコイルＬＡの後段とは、コイルＬａとコンデンサＣａの直列回路で接続される。尚、各コイルのインダクタンス値は、キャンセル対象となるリップル電流の傾きを同一とするために、ＬＡ＝Ｌａ、ＬＢ＝Ｌｂとしておくことが望ましい。
【００４２】
コイルＬｂとコンデンサＣｂの直列回路は、Ｄ級ドライバ１３０−１の出力に含まれたスイッチング成分を抽出して、ローパスフィルタ１４０−２を通過する信号に付加し、コイルＬａとコンデンサＣａの直列回路は、Ｄ級ドライバ１３０−２の出力に含まれたスイッチング成分を抽出して、ローパスフィルタ１４０−１を通過する信号に付加する。その結果、互いに逆位相の信号が流れる差動ライン間のリップル成分を好適にキャンセルすることができる。
【００４３】
図３は、図２に示したデジタルアンプ回路のノイズ除去原理を示すタイミングチャートである。同図（ａ）および（ｂ）に示すように、Ｄ級ドライバ１３０−１の出力信号ＡとＤ級ドライバ１３０−２の出力信号Ｂとは反転関係にあり、同図（ｃ）および（ｄ）に示すように、Ｄ級ドライバ１３０−１の出力信号ＡによってコイルＬＡに流れる電流ＩＬＡと、Ｄ級ドライバ１３０−２の出力信号ＢによってコイルＬＢに流れる電流ＩＬＢとは、、電流の傾きが相互に反転した状態となる。尚、図中「Ｉ０」はコイルに流れる電流の定常分である。
【００４４】
また、同図（ｅ）および（ｆ）に示すように、コイルＬｂおよびＬａの岐路に流れる電流ＩＬｂおよびＩＬａは、コンデンサＣｂおよびＣａのデカップリング効果によって、変化分が取り出された信号となる。
【００４５】
よって、コイルＬＡに流れる電流ＩＬＡにコイルＬａの岐路から抽出した電流ＩＬａを付加することで、コイルＬＡに流れる電流ＩＬＡのリップル成分がキャンセルされ、コイルＬＢに流れる電流ＩＬＢにコイルＬｂの岐路から抽出した電流ＩＬｂを付加することで、コイルＬＢに流れる電流ＩＬＢのリップル成分がキャンセルされる。
【００４６】
図４は、リップル成分抽出用のコイルを可変させる場合の例を示した回路ブロック図である。同図に示すように、コイルＬｂおよびＬａのインダクタンスを可変させることで、各コイルに流れる電流の傾きを調整することができるため、直流重畳やデューティ変化等各種の変動要因に応じたキャンセル効果の調整が可能になる。これらインダクタンスを変化させる割合は、ローパスフィルタを構成するコイルの出力電流レベルやオーディオ信号の出力電圧レベルに基づいて決定することができる。その他は図２と同様に構成される。
【００４７】
図５は、スピーカを不平衡駆動する場合の例を示す回路図である。同図に示すように、スピーカを片端接地で駆動する場合には、パルス変調器から出力されたＰＷＭ信号の反転信号をアンプＡｍｐに入力し、このアンプＡｍｐでレベルを調整した後、コイルＬａおよびコンデンサＣａを介してキャンセル用の反転リップル成分を生成し、この生成した反転リップル成分をコイルＬＡの後段に付加する。
【００４８】
ここで、反転ＰＷＭ信号のレベル調整は、Ｄ級ドライバ１３０−１の増幅率を考慮して、コイルＬＡに流れる電流の傾きとコイルＬａに流れる電流の傾きが同じになる値に調整する。具体的には、コイルＬＡとコイルＬａのインダクタンスを同じ値に設定するとともに、Ｄ級ドライバ１３０−１の出力電圧値とアンプＡｍｐの出力電圧値とが同じになるようにアンプＡｍｐの増幅率を設定する。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明によれば、簡易な構成でオーディオ信号からスイッチング成分を除去することができるため、高品位のデジタルアンプへの適用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係るデジタルアンプが組み込まれたオーディオコンポーネントの内部構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すデジタルアンプモジュールの内部構成例を示す回路ブロック図である。
【図３】図２に示したデジタルアンプ回路のノイズ除去原理を示すタイミングチャートである。
【図４】リップル成分抽出用のコイルを可変させる場合の例を示した回路ブロック図である。
【図５】スピーカを不平衡駆動する場合の例を示す回路図である。
【符号の説明】
【００５１】
１００…デジタルアンプモジュール、１０２…デジタルアンプ回路、１１０…ＤＣＤＣコンバータ、１２０…パルス変調器、１３０…Ｄ級ドライバ、１４０…ローバスフィルタ、１６０…ＰＷＭ回路、５００…オーディオコンポーネント、５１０…ＡＭ／ＦＭラジオ受信部、５２０…オーディオテープ再生部、５３０…ＣＤ／ＤＶＤプレーヤ、５４０…Ａ／Ｄコンバータ、６１０…バッテリ、６２０…スピーカ
【図１】
2007060510.tif 000003
【図２】
2007060510.tif 000004
【図３】
2007060510.tif 000005
【図４】
2007060510.tif 000006
【図５】
2007060510.tif 000007