(57)【要約】【課題】周波数特性による影響を受けずに電源電圧値の変動による歪又は重畳ノイズを低減可能な小型の増幅装置を提供すること。【解決手段】増幅装置は、入力音声信号をパルス幅変調するＰＷＭ変調部と、ＰＷＭ変調部から出力された信号を電力増幅する電力増幅段と、電力増幅段から出力された増幅ＰＷＭ信号を減衰してＰＷＭ変調部に負帰還する負帰還部と、電源電力に生じた歪又はノイズ成分に基づく補正処理を行う補正フィルタ部と、を備える。補正フィルタ部は、電力増幅段で混入する電源電力に生じた歪又はノイズ成分を打ち消すための補正信号を生成し、当該補正信号をＰＷＭ変調部で負帰還部から入力された帰還信号を入力音声信号から減算した信号に加算する。【選択図】図１
2013187770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力音声信号をパルス幅変調するＰＷＭ変調部と、
前記ＰＷＭ変調部から出力された信号を電力増幅する電力増幅段と、
前記電力増幅段から出力された増幅ＰＷＭ信号を減衰して前記ＰＷＭ変調部に負帰還する負帰還部と、
電源電力に生じた歪又はノイズ成分に基づく補正処理を行う補正フィルタ部と、を備え、
前記補正フィルタ部は、前記電力増幅段で混入する前記電源電力に生じた歪又はノイズ成分を打ち消すための補正信号を生成し、当該補正信号を前記ＰＷＭ変調部で前記負帰還部から入力された帰還信号を前記入力音声信号から減算した信号に加算することを特徴とする増幅装置。
【請求項２】
請求項１に記載の増幅装置であって、
前記補正フィルタ部は、前記電力増幅段で混入する前記電源電力に生じた歪又はノイズ成分の振幅値に等しくなるよう、前記補正信号の振幅値を増幅又は減衰することを特徴とする増幅装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の増幅装置であって、
前記補正フィルタ部は、前記ＰＷＭ変調部の周波数特性が示す周波数帯域とは異なる周波数帯域での帯域処理を行うことを特徴とする増幅装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の増幅装置であって、
前記電源電力を供給する電源からの電力を帯域処理するラインフィルタを備えたことを特徴とする増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力信号の電力を増幅する増幅装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、増幅装置における出力信号の歪率の低減又はＳ／Ｎの向上を実現する手段として、出力信号を入力信号に負帰還させる技術が知られている。負帰還をかけることで、ループ内で生じる歪又はノイズなどによる信号劣化を低減できる。
【０００３】
車載機器としての増幅装置の電源には、主としてバッテリーが用いられる。しかし、バッテリーのインピーダンス特性により、接続される負荷の変動に伴って、バッテリーの出力電圧値は大きく変動してしまうことがある。また、バッテリーには複数の車載機器が接続されており、他の車載機器から発せられたノイズがバッテリーの出力電圧に重畳することがある。このため、車載機器としての増幅装置においては、負帰還をかけることで、バッテリーの出力電圧の変動に伴う歪又は当該出力電圧に重畳するノイズを低減する。
【０００４】
また、増幅装置は、増幅段に配置された素子のスイッチング動作により入力信号を増幅する。このため、損失が少なく電力の低消費化が図れる方式の増幅装置として、Ｄ級増幅装置が知られている。バッテリーが電源電力となる車載機器では、低消費電力が特徴であるＤ級増幅装置が、車の燃費向上に有効な手段として用いられている。
【０００５】
但し、車載機器としてＤ級増幅装置を用いる場合には、スイッチング素子で構成する増幅段への電源電力をバッテリーから供給することになる。増幅段は、バッテリーから供給された電源電力の電圧値でスイッチング動作を行う。このため、バッテリーの出力電圧値が変動したりノイズが重畳してしまうと、増幅段がその影響を直接受けてしまい、増幅後の出力信号に歪又はノイズが含まれてしまう。
【０００６】
一般に、バッテリーを電源電力とする機器には、バッテリーの出力電圧値の変動に伴う歪又は重畳ノイズを除去するため、増幅装置の電源電力入力部とバッテリーの間に、コイル又はコンデンサなどから構成された大型のラインフィルタが配置される。また、これと併せて、増幅後の出力信号を減衰して電源電力入力部に負帰還させることで、バッテリーの出力電圧値の変動に伴う歪又は重畳ノイズを低減している。
【０００７】
例えば、特許文献１に記載のデジタル増幅装置では、デジタル増幅部の差動出力端子から出力されたデジタル信号を積分するローパスフィルタからデジタル増幅部におけるアナログ信号の差動入力端子に帰還させている。また、これと併せて、電源入力にはラインフィルタを設け、このラインフィルタをトランス結合型コイルとしている。このように、ラインフィルタによる直接的な低減効果に加えて、トランス結合の二次側出力をデジタル増幅部の差動入力端子に戻すよう接続することで、電源回路のインピーダンスに起因する歪を更に低減しようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−８０６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載のデジタル増幅装置は、トランス結合の二次側出力をデジタル増幅器の差動入力端子に戻す構成である。このため、当該デジタル増幅装置の周波数特性に影響され、特に高域では歪又はノイズの低減能力が劣化する。また、電源入力には、電流定格が大きく遮断周波数が低く設定されたトランス結合型コイルのラインフィルタが必要である。しかし、トランス結合型コイルは大型であるため、実装スペースの拡大とコストアップが必要となってしまう。なお、ラインフィルタを小さくすると、歪又はノイズを除去しきれなくなる。
【００１０】
本発明の目的は、周波数特性による影響を受けずに電源電圧値の変動による歪又は重畳ノイズを低減可能な増幅装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の増幅装置は、入力音声信号をパルス幅変調するＰＷＭ変調部と、前記ＰＷＭ変調部から出力された信号を電力増幅する電力増幅段と、前記電力増幅段から出力された増幅ＰＷＭ信号を減衰して前記ＰＷＭ変調部に負帰還する負帰還部と、電源電力に生じた歪又はノイズ成分に基づく補正処理を行う補正フィルタ部と、を備え、前記補正フィルタ部は、前記電力増幅段で混入する前記電源電力に生じた歪又はノイズ成分を打ち消すための補正信号を生成し、当該補正信号を前記ＰＷＭ変調部で前記負帰還部から入力された帰還信号を前記入力音声信号から減算した信号に加算する構成を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＰＷＭ変調部の周波数特性による影響を受けずに電源電圧値の変動による歪又は重畳ノイズを低減できる。特に高域のノイズに対する低減能力を向上できる。
また、ラインフィルタを構成する素子のサイズを小型化できるため、ラインフィルタを小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態における増幅装置１のブロック図
【図２】本発明の実施の形態における補正フィルタ部７の周波数特性ＦｂとＰＷＭ変調部２の誤差アンプ２３が有する周波数特性Ｆａの関係を示す図
【図３】本発明の実施の形態における差分信号Ｓ７、誤差信号Ｓ８、補正信号Ｓ２及び補正誤差信号Ｓ９の関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態における増幅装置１のブロック図である。図１に示すように、本実施の形態の増幅装置１は、ラインレベル程度の電圧レベルの音声信号を出力するオーディオ装置８に接続される。オーディオ装置８から出力された音声信号は、入力音声信号Ｓ１として増幅装置１に入力され、増幅装置１で電力増幅されてスピーカ９へ出力される。スピーカ９は、増幅装置１から出力された電力増幅後の音声信号を音声に変換して放音する。
【００１６】
増幅装置１及びオーディオ装置８は、それらを動作させるのに必要な電力を供給する直流電源に接続されている。増幅装置１が車載機器であれば、増幅装置１には主としてバッテリーが接続される。図１に示すように、増幅装置１は、電源入力部１１でバッテリーと接続されている。バッテリーとの間にはラインフィルタ１０が挿入される。ラインフィルタ１０は、例えば、コイル又はコンデンサなどの素子で構成される。
【００１７】
増幅装置１は、ＰＷＭ変調部２と、ゲートドライバ部３と、電力増幅段４と、復調フィルタ５と、負帰還部６と、補正フィルタ部７とを備える。オーディオ装置８から増幅装置１へ入力された入力音声信号Ｓ１は、ＰＷＭ変調部２に入力される。
【００１８】
ＰＷＭ変調部２は、負帰還部６から入力される帰還信号Ｓ４と、補正フィルタ部７から入力される補正信号Ｓ２とを用いて、入力音声信号Ｓ１をパルス幅変調して、ＰＷＭ信号Ｓ５を出力する。ＰＷＭ変調部２の内部構成の詳細については後述する。ＰＷＭ変調部２から出力したＰＷＭ信号Ｓ５はゲートドライバ部３に入力される。ゲートドライバ部３は、ＰＷＭ信号Ｓ５にデッドタイムを挿入すると共に、電力増幅段４のハイサイドとローサイドの高速スイッチング素子を駆動できる程度にＰＷＭ信号Ｓ５の電位をシフトしたドライブ信号を作成して、電力増幅段４へ出力する。
【００１９】
電力増幅段４は、高電位電源側に配されたハイサイド高速スイッチング素子と、低電位電源側に配されたローサイド高速スイッチング素子とによるハーフブリッジ回路で構成される。ハイサイド高速スイッチング素子には、増幅装置１の電源入力部１１からバッテリー電圧が印加され、ローサイド高速スイッチング素子には、電源入力部１１からグラウンド電圧が印加される。なお、高速スイッチング素子とは、例えば、ＭＯＳ電界効果トランジスタである。
【００２０】
電力増幅段４は、ゲートドライバ部３から入力されたドライブ信号により、正側電圧と負側電圧とで決定される電圧振幅で高速スイッチング動作を行う。電力増幅段４は、当該高速スイッチング動作を行うことで、電力増幅段４に入力された信号を電力増幅し、増幅ＰＷＭ信号Ｓ３を出力する。増幅ＰＷＭ信号Ｓ３は、負帰還部６に入力されると共に、復調フィルタ５にも入力される。
【００２１】
負帰還部６は、電力増幅段４からＰＷＭ変調部２への帰還回路上に設けられる。負帰還部６は、増幅ＰＷＭ信号Ｓ３を減衰し、帰還信号Ｓ４としてＰＷＭ変調部２に負帰還する。復調フィルタ５は、増幅ＰＷＭ信号Ｓ３から不要な高周波成分を除去フィルタであり、例えば、コイル又はコンデンサなどの素子で構成される。復調フィルタ５によって不要な高周波成分が除去された音声信号は、スピーカ９へ出力される。
【００２２】
補正フィルタ部７は、電源入力部１１に入力されたバッテリーの出力電圧に重畳したノイズ成分を含む補正信号Ｓ２を生成する。補正信号Ｓ２は、バッテリーの出力電圧に重畳したノイズ成分を打ち消すための信号である。補正フィルタ部７は、補正信号Ｓ２をＰＷＭ変調部２に入力する。補正フィルタ部７の動作の詳細については後述する。
【００２３】
以下、ＰＷＭ変調部２の内部構成について詳細に説明する。図１に示すように、ＰＷＭ変調部２は、三角波発生部２１と、減算器２２と、誤差アンプ２３と、加算器２４と、コンパレータ２５とを有する。三角波発生部２１は、ＰＷＭ変調部２が入力音声信号Ｓ１をＰＷＭ変調する際のサンプリングのタイミングとなる基準信号である三角波信号Ｓ６を作成し、コンパレータ２５に出力する。なお、三角波信号Ｓ６の周期は、入力音声信号Ｓ１の周期より十分に短い。
【００２４】
減算器２２は、負帰還部６から入力された帰還信号Ｓ４を入力音声信号Ｓ１から減算することで差分信号Ｓ７を作成する。差分信号Ｓ７は誤差アンプ２３へ入力される。誤差アンプ２３は、差分信号Ｓ７を所定の周波数特性により増幅することで誤差信号Ｓ８を作成する。誤差信号Ｓ８は加算器２４へ入力される。
【００２５】
加算器２４は、誤差信号Ｓ８と補正フィルタ部７から入力された補正信号Ｓ２とを加算して、負帰還による誤差とバッテリーの電圧に重畳されたノイズ成分とを含む補正誤差信号Ｓ９を作成する。補正誤差信号Ｓ９はコンパレータ２５へ入力される。コンパレータ２５は、補正誤差信号Ｓ９と三角波発生部２１から入力された三角波信号Ｓ６とを比較して、補正された誤差成分を含むＰＷＭ信号Ｓ５を作成する。
【００２６】
以下、補正フィルタ部７の動作について、図２を参照して詳細に説明する。図２は、本発明の実施の形態における補正フィルタ部７の周波数特性ＦｂとＰＷＭ変調部２の誤差アンプ２３が有する周波数特性Ｆａの関係を示す図である。補正フィルタ部７は、電源入力部１１から入力されたバッテリーの電源電力に対して直流成分を充分遮断して、バッテリーの出力電圧に重畳されたノイズ成分を抽出する。次に、補正フィルタ部７は、当該ノイズ成分に対して、図２に一点鎖線で示す周波数特性Ｆｂでの帯域処理及び反転増幅（又は減衰）を行うことで、補正信号Ｓ２を生成する。
【００２７】
図２には、補正フィルタ部７がバッテリーの出力電圧に重畳されたノイズ成分に対して行う補正処理の周波数特性Ｆｂと、ＰＷＭ変調部２の誤差アンプ２３が有する周波数特性Ｆａ（図２中の実線）との関係が示される。図２に示すように、補正フィルタ部７は、誤差アンプ２３の周波数特性Ｆａにおいてゲインが下降する高周波数帯域Ｆｈにおける下降量Ｇａ１又は下降量Ｇａ２を補うために、周波数特性Ｆｂの高周波数帯域Ｆｈにおいてゲインが上昇するよう補正処理を行う。つまり、補正フィルタ部７が生成する補正信号Ｓ２は、電力増幅段４で増幅ＰＷＭ信号Ｓ３に重畳されたノイズ成分を打ち消す際の高周波数帯域Ｆｈのゲイン下降量を補う周波数特性Ｆｂによる補正処理によって生成される。
【００２８】
なお、上記説明した周波数特性Ｆｂによる補正処理は、反転増幅回路などの既知のアナログ回路技術によって実現されても、信号処理プロセッサのようなデジタル処理技術によって実現されてもよい。
【００２９】
以下、ＰＷＭ変調部２の加算器２４が作成する補正誤差信号Ｓ９について、図３を参照して詳細に説明する。図３は、本発明の実施の形態における差分信号Ｓ７、誤差信号Ｓ８、補正信号Ｓ２及び補正誤差信号Ｓ９の関係を示すグラフである。誤差信号Ｓ８に補正信号Ｓ２を加えた補正誤差信号Ｓ９をＰＷＭ変調すれば、誤差アンプ２３の周波数特性Ｆａに影響されることなく、増幅装置１が高域ノイズの低減能力を高く保つことができる。
【００３０】
差分信号Ｓ７を増幅して誤差信号Ｓ８を作成する際、差分信号Ｓ７は誤差アンプ２３が有する周波数特性Ｆａに影響される。すなわち、図２に示すように、差分信号Ｓ７に含まれる誤差成分の内、特に低周波数帯域Ｆｌが増幅される。なお、図３に示した例では、誤差信号Ｓ８の振幅値を「Ｖａ」とする。一方、補正フィルタ部７が行う補正処理では、周波数特性Ｆｂでの反転増幅（又は減衰）を行う過程において、電力増幅段４の高電位電源側に供給されるバッテリーの出力電圧に重畳するノイズ成分の振幅値Ｖｎと等しくなるように、補正信号Ｓ２の振幅値Ｖｈを増幅（又は減衰）する。図３には、誤差信号Ｓ８と補正信号Ｓ２が加算器２４で加算されて生成された補正誤差信号Ｓ９の振幅値が「Ｖａｈ」として示される。
【００３１】
上述したように、補正信号Ｓ２の振幅値Ｖｈは、電力増幅段４で混入する歪又はノイズ成分の振幅値Ｖｎに等しくなるように、増幅（又は減衰）される。つまり、補正信号Ｓ２の振幅値Ｖｈは、高域ノイズ成分を単に反転増幅（又は減衰）するだけでなく、誤差アンプ２３の周波数特性Ｆａの高周波数帯域Ｆｈにおけるゲインの下降量Ｇａ１又はＧａ２を補うようにした上で、電力増幅段４でのバッテリーの出力電圧に重畳するノイズ成分の振幅値Ｖｎと等しくなるよう、増幅（あるいは減衰）されている。したがって、誤差信号Ｓ８に補正信号Ｓ２を加算することで、補正誤差信号Ｓ９に含まれる高域ノイズ成分を低域ノイズ成分と同等の振幅値として、さらに電力増幅段４での電力として、それぞれ扱うことができる。その結果、誤差アンプ２３での周波数特性Ｆａの影響を受けずに、かつ、高域ノイズ成分の低減能力を低域ノイズ成分と同等に高めることができる。
【００３２】
また、従前よりも高域ノイズ成分の低減能力を向上できるため、バッテリーと電源入力部１１の間に挿入されるラインフィルタ１０の遮断周波数に対する設計要求を緩和できる。この場合、遮断周波数を高く設計できるため、ラインフィルタ１０に用いられるコイル又はコンデンサ等の素子を小さくできる。
【００３３】
以上説明したとおり、本発明の実施の形態によれば、電力増幅段４で混入する電源電力に含まれる歪又はノイズ成分を打ち消すための補正信号Ｓ２が誤差アンプ２３から出力された誤差信号Ｓ８に加算された後、ＰＷＭ変換が行われる。このため、誤差アンプ２３に起因した周波数特性Ｆａによる影響を受けず、特に高域のノイズに対する低減能力を向上できる。さらに、ラインフィルタ１０の遮断周波数に対する要求を緩和できるため、ラインフィルタ１０の小型化も可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の増幅装置は、電源電圧の変動によって生じる歪又はノイズを含む出力信号を負帰還し、かつ、電力増幅段で混入する電源電力に生じた歪又はノイズ成分を打ち消すように補正信号を加算することで、出力信号に含まれるノイズを低減する増幅装置等として有用である。
【符号の説明】
【００３５】
１  増幅装置
２  ＰＷＭ変調部
３  ゲートドライバ部
４  電力増幅段
５  復調フィルタ
６  負帰還部
７  補正フィルタ部
８  オーディオ装置
９  スピーカ
１０  ラインフィルタ
１１  電源入力部
２１  三角波発生部
２２  減算器
２３  誤差アンプ
２４  加算器
２５  コンパレータ
【図１】
2013187770.tif 000003
【図２】
2013187770.tif 000004
【図３】
2013187770.tif 000005