(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三角波状の基準波を出力する基準波発生回路と、
入力アナログ信号のレベルを検出するレベル検出器と、
該レベル検出器が検出したレベル検出信号を遅延して出力する遅延回路と、
該遅延回路から出力される前記レベル検出信号に基づき前記基準波発生回路から出力される基準波の振幅を調整する可変増幅器と、
前記入力アナログ信号と前記可変増幅器の出力信号とを比較してパルス幅変調信号を出力するコンパレータと、
該コンパレータが出力するパルス幅変調信号を平滑するフィルター回路を備え、
前記遅延回路の時定数は、入力アナログ信号のレベルが増加するとき小さく、入力アナログ信号のレベルが減少するとき大きいことを特徴とするデジタルアンプ。
【請求項２】
三角波状の基準波を出力する基準波発生回路と、
入力アナログ信号のレベルを検出するレベル検出器と、
該レベル検出器が検出したレベル検出信号を遅延して出力する遅延回路と、
該遅延回路から出力される前記レベル検出信号に基づき前記基準波発生回路から出力される基準波の振幅を調整する減衰率可変のアッテネータと、
前記入力アナログ信号と前記アッテネータの出力信号とを比較してパルス幅変調信号を出力するコンパレータと、
該コンパレータが出力するパルス幅変調信号を平滑するフィルター回路を備え、前記遅延回路の時定数は入力アナログ信号のレベルが増加するとき小さく、入力アナログ信号のレベルが減少するとき大きいことを特徴とするデジタルアンプ。
【請求項３】
請求項１または請求項２の何れか１項に記載したデジタルアンプにおいて、
前記レベル検出器は、検出した入力アナログ信号のレベルに応じて、複数の出力レベルから選択した１つのレベルのレベル検出信号を出力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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はデジタルアンプにかかり、特に入力アナログ信号をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号に変換して増幅するＰＷＭ方式のデジタルアンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルアンプについては各種の方式が提案されているが大きく分けると次の２種になる。すなわち、ＰＷＭ信号による方式と、ΔΣ変調方式で代表される１ビット信号による方式である。このうちＰＷＭ信号によるデジタルアンプでは、入力となるアナログ信号を三角波や鋸歯状波からなる基準信号と比較して、ＰＷＭ信号を得る方式が広く知られている。
【０００３】
図７は、前記ＰＷＭ変調方式を用いた従来のデジタルアンプを示す図である。図において、１はアナログ信号を入力するアナログ信号入力端子、２はアナログ信号の入力レベルを調整する可変抵抗器、３は入力アンプ、４はリミッタであり、過大なレベルのアナログ信号による過変調を防止する。５は鋸歯状波等の三角波からなる基準波を発生する基準波発生回路、６は前記リミッタの出力信号と基準信号を比較して比較出力（ＰＷＭ信号）を生成するコンパレータ、７はドライバ、８はスイッチングアンプであり、前記ＰＷＭ信号を増幅する。９はＬＰＦであり、ノイズを除去して増幅された前記アナログ信号を出力し、スピーカ１０を駆動する。
【０００４】
図８は、前記リミッタ４の詳細を示す図である。図において、１はオペアンプ、２，３は抵抗、４，５はオペアンプ１の出力を制限するツェナーダイオードである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記リミッタを用いて過変調を防止する方式では、例えば、クラシック音楽のように平均レベルが比較的低く、かつピークレベルが比較的高い音楽信号を、最大出力が小さいオーディオ装置で再生する場合において、信号レベルの小さな音が良く聞こえるように音量を設定すると、ピークレベルの前記音楽信号が入力したとき、該音楽信号は前記リミッタによりクリップされることになる。前記リミッタの働く領域では出力信号は矩形波状になり、高調波（特に奇数次の高調波）を発生する。この高調波による歪みは、アナログ方式のアンプであれば少し歪んで聞こえるだけであるが、デジタルアンプでは信号の欠落となり大きなノイズを発生することがある。
【０００６】
さらに、ＰＷＭ前のアナログ信号の経路にリミッタ回路あるいはＡＬＣ回路（信号の平均値を検出して信号の増幅量あるいは減衰量を制御する回路）を挿入する方式では、動作タイミングの設定あるいはリミッタの利き方の設定が難しく、聴覚上不自然になり易い。
【０００７】
本発明は前記問題点に鑑みてなされたもので、相対的にピークレベルの高い信号が入力された場合でも、ノイズのない、聴覚上の不自然さのない出力を得ることのできるデジタルアンプを提供する。
【０００８】
【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。
【０００９】
三角波状の基準波を出力する基準波発生回路と、入力アナログ信号のレベルを検出するレベル検出器と、該レベル検出器が検出したレベル検出信号を遅延して出力する遅延回路と、該遅延回路から出力される前記レベル検出信号に基づき前記基準波発生回路から出力される基準波の振幅を調整する可変増幅器と、前記入力アナログ信号と前記可変増幅器の出力信号とを比較してパルス幅変調信号を出力するコンパレータと、該コンパレータが出力するパルス幅変調信号を平滑するフィルター回路を備え、前記遅延回路の時定数は、入力アナログ信号のレベルが増加するとき小さく、入力アナログ信号のレベルが減少するとき大きい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態にかかるデジタルアンプを示す。図において、１はアナログ信号を入力するアナログ信号入力端子、２はアナログ信号の入力レベルを調整する可変抵抗器、３は入力アンプである。４１は信号レベル検出回路であり、アナログ信号のレベルを検出し、検出したレベルに応じて、数段階の出力レベルから選択した１つのレベルのレベル検出信号を出力する。４２は所定の時定数をもつタイミング回路（遅延回路）であり、アナログ信号の立ち上がり時には短時間の、立ち下がり時には長時間の時定数を有する。４３はＶＣＡ（ｖｏｌｔａｇｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）等の制御端子付きの可変増幅器であり、信号レベル検出回路４１の出力信号にしたがった増幅率で基準波発生回路５の出力を増幅する。５は鋸歯状波等の三角波からなる基準波を発生する基準波信号発生回路、６は入力アンプの出力信号１０１と基準信号１０２を比較して比較出力（ＰＷＭ信号）１０３を生成するコンパレータ、７はドライバ、８はスイッチングアンプであり、前記ＰＷＭ信号を増幅する。９はＬＰＦであり、ノイズを除去して増幅された前記アナログ入力信号を出力し、スピーカ１０を駆動する。
【００１１】
図２は、図１に示すデジタルアンプの動作波形を示す図であり、（ａ）はコンパレータ６の入力波形、（ｂ）はコンパレータに入力する基準波信号の振幅がＡで、入力アンプ３の出力が小さい場合の出力ＰＷＭ信号波形、（ｃ）はコンパレータ６に入力する基準波信号の振幅がＡで、入力アンプ３の出力が大きい場合の出力ＰＷＭ信号波形、（ｄ）はコンパレータ６に入力する基準波信号の振幅が２Ａで入力アンプ３の出力が大きい場合の出力ＰＷＭ波形である。以下、図２を参照しながら、図１に示すデジタルアンプの動作を説明する。
【００１２】
入力端子１に入力されたアナログ信号は、可変抵抗器２によりレベルを調整した後、入力アンプ３により増幅してコンパレータ６に入力する。また、入力アンプ３の出力信号は信号レベル検出回路４１にも入力される。信号レベル検出回路４１は、例えば入力アンプ３の出力信号のレベルに応じて数段階の電圧信号を出力する。また、この電圧信号はタイミング回路４２を介して制御端子付きの可変増幅器４３の制御端子に制御信号として供給する。
【００１３】
一方、基準波発生回路５が発生した基準波信号は、前記可変増幅器４３の入力端子に供給し、前記可変増幅器４３は前記基準波信号を制御端子に現れる電圧信号のレベルに応じた増幅度で増幅する。
【００１４】
コンパレータ６は入力アンプ３の出力信号１０１と基準波信号１０２とを比較し、比較結果に基づいて入力アナログ信号を高周波パルス列であるＰＷＭ信号１０３に変換し出力する。また、前記ＰＷＭ信号１０３はドライバ７を介して電力スイッチング手段からなるスイッチングアンプ８を制御する。スイッチングアンプ８により増幅したＰＷＭ信号はＬＰＦ９を介して増幅されたアナログ信号１０４に変換し、スピーカ１０を駆動する。
【００１５】
いま、図２（ａ）に示すように、入力アナログ信号のレベルが１０１ｂであり、基準波信号１０２のレベルが１０２ｂである場合は、図２（ｂ）に示すＰＷＭ変調信号１０３ａを得ることができる。
【００１６】
しかし、入力アナログ信号のレベルが図２（ａ）に示す１０１ａまで増大すると、ＰＷＭ信号は図２（ｃ）に示すように、ＰＷＭ信号からパルスＸ１およびＸ２が欠落することになる。このようなパルスの欠落が生じると、スイッチングアンプ８により増幅し、ＬＰＦ９により平滑して得たオーディオ信号に不連続が生じ、ノイズを発生する。特に入力アナログ信号のレベルが基準波信号のレベルより遙かに大きい場合には、パルスの欠落が基準波信号の数周期に渡ってブロック的に発生し、大きなノイズを発生する。
【００１７】
そこで、入力アナログ信号１０１のレベルが増大したとき、信号レベル検出回路４１からの検出信号レベルをもとに可変増幅器４３の増幅度を制御して、基準波信号１０２レベルが、入力アナログ信号１０１のレベルを下回らないように制御する。図２の例では、基準波信号のレベルを２倍（２Ａ）した例を示している。このとき、得られるＰＷＭ信号を図２（ｄ）に示す。
【００１８】
ところで、基準波信号のレベルのみを２倍にすると、当然ながらコンパレータ６の出力レベルは１／２となり、ＬＰＦ９の出力レベルも１／２となる。このようにコンパレータ６の出力が低下し、アンプとしての増幅率が急激に変化すると、スピーカ１０から出力するオーディオ信号は聴覚上、不自然な信号となる。
【００１９】
前記タイミング回路（遅延回路）４２は、前記聴覚上の不自然さを解消するために設けられる回路である。この回路を設けることにより、入力アナログ信号１０１のレベルが急増する立ち上がり時および急減する立ち下がり時にそれぞれ適した時定数、例えば立ち上がり時に短く、立ち下がり時に長い時定数をもたせて基準波信号のレベルを増大または減少することができ、これにより増幅度の変化に伴う聴覚上の不自然さを解消することができる。
【００２０】
図３は信号レベル検出回路４１の詳細を示す図である。図において、４１ａは全波整流回路部、４１ｂは信号レベル検出回路部であり、入力信号のレベルを検出し、検出したレベルに応じて数段階の出力レベルから選択した１つのレベルのレベル検出信号を出力する。また、ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４，ｒ５は抵抗、Ｄ１，Ｄ２はダイオード、Ａ１，Ａ２はオペアンプである。また、３２，３３はコンパレータ、３４，３５，３６は増幅度を調整する抵抗、３７はコンパレータ３２，３３の出力を合成して増幅出力するオペアンプである。３８，３９はそれぞれ異なる電圧値Ｖ１，Ｖ２（Ｖ１＜Ｖ２）を有する基準電圧源である。
【００２１】
入力アンプ３により増幅した入力信号は全波整流回路部４１ａにより全波整流され、コンパレータ３２および３３に入力する。コンパレータ３２および３３はそれぞれ入力信号電圧と基準電圧Ｖ１およびＶ２とを比較し、比較結果に応じてＨレベルまたはＬレベル出力電圧を出力する。前記抵抗３４，３５，３６およびオペアンプ３７は前記オペアンプ３２，３３の出力を合成して３段階のレベル検出信号を生成する。
【００２２】
すなわち、各コンパレータは入力信号のレベルに応じて、コンパレータ３２および３３がともにＬレベルを出力し、コンパレータ３２のみがＨレベルを出力し、あるいはコンパレータ３２および３３がともにＨレベルを出力する。そしてオペアンプ３７および抵抗３４，３５，３６からなる増幅回路は前記各コンパレータの出力レベルの組み合わせに応じて３段階の出力電圧をレベル検出信号として出力する。
【００２３】
図４は、前記タイミング回路（遅延回路）の詳細を示す図である。図において、Ｄ１０はダイオード、Ｒ１０は抵抗、Ｃ１０はコンデンサである。入力電圧Ｖｉｎ増加時の時定数、すなわちダイオードＤ１０およびコンデンサＣ１０で構成する時定数は短く設定し、入力電圧Ｖｉｎ減少時の時定数、すなわち抵抗Ｒ１０およびコンデンサＣ１０で構成する時定数は長く設定してある。
【００２４】
図５は、本発明の第２の実施形態にかかるデジタルアンプを示す図である。図において、５１はレベル検出回路、５８はアッテネータ、５２，５３はコンパレータ、５４，５５はＮＡＮＤ回路５６，５７はタイミング回路，ＴＲ１，ＴＲ２はトランジスタ、Ｒ２０，Ｒ２１、Ｒ２２はそれぞれ抵抗である。なお、図において図１および図３に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００２５】
前記第１の実施形態では、基準波発生回路５が発生した基準波信号の振幅を可変増幅器４３により可変増幅制御している。これに対して、図５に示すように基準波発生回路５が発生した基準波信号の振幅を十分大きく設定しておき、前記振幅を抵抗Ｒ２０、Ｒ２１およびトランジスタＴＲ１、並びに抵抗Ｒ２０、Ｒ２２およびトランジスタＴＲ２からなるアッテネータを用いて減衰することにより、基準波信号の振幅を可変減衰制御することができる。
【００２６】
図６は、前記タイミング回路（遅延回路）５６，５７の詳細を示す図である。図において、Ｄ１１はダイオード、Ｒ１１は抵抗、Ｃ１１はコンデンサである。入力電圧Ｖｉｎ減少時の時定数、すなわちダイオードＤ１１およびコンデンサＣ１１で構成する時定数は短く設定し、入力電圧Ｖｉｎ増加時の時定数、すなわち抵抗Ｒ１１およびコンデンサＣ１１で構成する時定数は長く設定してある。
【００２７】
本実施形態の場合、入力信号のレベルに応じてトランジスタＴＲｌ、ＴＲ２がＯＮ・ＯＦＦし、減衰率はＲ２０，Ｒ２１およびＲ２２の組み合わせで決定される。信号の立ち上がり・立ち下がり関係が前記第１の実施形態とは逆になるので、すなわち、入力信号の立ち上がり時にトランジスタＴＲ１あるいはＴＲ２をベース電位を立ち下げて、前記トランジスタをＯＦＦにするので、タイミング回路（遅延回路）のダイオードＤ１１の向きが図４に示すタイミング回路とは逆になる。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態によればピーク時に過変調になるようなピークレベルの高い入力信号、すなわちアンプの限界出力を超えるような信号が入力された場合においてもノイズを発生しない、したがって平均の試聴レベルを下げる必要のない、特に小出力のアンプに適したデジタルアンプを提供することできる。さらに、本実施形態によれば、単純な三角波あるいは鋸歯状波の振幅を制御するので、複雑な波形の音楽信号を調整するＡＬＣ（Ａｕｔｏ  Ｌｅｖｅｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路を用いる従来回路に比して高精度に出力を調整することができ、歪みあるいはノイズをさらに少なくすることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、相対的にピークレベルの高い信号が入力された場合でも、ノイズのない、聴覚上の不自然さのない出力を得ることのできるデジタルアンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかるデジタルアンプを示す図である。
【図２】デジタルアンプの動作波形を示す図である。
【図３】信号レベル検出回路の詳細を示す図である。
【図４】タイミング回路の詳細を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態にかかるデジタルアンプを示す図である。
【図６】タイミング回路の詳細を示す図である。
【図７】ＰＷＭ変調方式を用いた従来のデジタルアンプを示す図でる。
【図８】リミッタの詳細を示す図である。
【符号の説明】
１  アナログ信号入力端子
２  可変抵抗器
３  入力アンプ
４  リミッタ
５  基準波発生回路
６  コンパレータ
７  ドライバ
８  スイッチングアンプ
９  ＬＰＦ
ｌ０  スピーカ
３０  全波整流回路
３８，３９  基準電圧源
４１  信号レベル検出回路
４１ａ  全波整流回路部
４１ｂ  信号レベル検出回路部
４２、５６、５７  タイミング回路
４３  可変増幅器
５１  信号レベル検出回路
５８  アッテネータ
【図１】
0003811030.tif 000002
【図２】
0003811030.tif 000003
【図３】
0003811030.tif 000004
【図４】
0003811030.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003811030.tif 000007
【図７】
0003811030.tif 000008
【図８】
0003811030.tif 000009