(57)【要約】ΔΣ変調処理部１内の量子化器１ｃにより生成されたデジタルのΔΣ変調信号を、パワースイッチ２に入力する前にフィードバックループに乗せ、Ｄ／Ａ変換器１ｄによりアナログ信号に変換した上でΔΣ変調処理部１の入力段（差分器１ａ）にフィードバックすることにより、パワースイッチ２自体のスイッチング歪みがフィードバックループ中に導入されるのを防ぎ、当該スイッチング歪みの影響を抑止することができるようにする。
2003005570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力されたオーディオ信号に対して変調に基づく変換処理を行い、変調信号を生成する変調処理手段と、
上記変調処理手段により生成された変調信号に基づいてオーディオ信号の増幅を行う増幅手段と、
上記増幅手段より出力された信号に対してフィルタリング処理を行うことによってアナログオーディオ信号を生成するフィルタ手段と、
上記変調処理手段の出力信号を上記変調処理手段にフィードバックし、フィードバックした信号を用いて上記変調信号を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする音声再生装置。
【請求項２】
上記変調処理手段は、ΔΣ変調に基づく変換処理を行うΔΣ変調処理手段を備えることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の音声再生装置。
【請求項３】
上記変調処理手段は、パルス幅変調に基づく変換処理を行うパルス幅変調処理手段を備えることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の音声再生装置。
【請求項４】
上記増幅手段の電源電圧の検出信号を上記変調処理手段にフィードバックし、フィードバックした信号を用いて上記変調信号を補正する第２の補正手段を備えたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の音声再生装置。
【請求項５】
上記フィルタ手段の出力信号を上記変調処理手段にフィードバックし、フィードバックした信号を用いて上記変調信号を補正する第３の補正手段を備えたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の音声再生装置。
【請求項６】
上記フィルタ手段の出力信号を上記変調処理手段にフィードバックし、フィードバックした信号を用いて上記変調信号を補正する第３の補正手段を備えたことを特徴とする請求の範囲第４項に記載の音声再生装置。
【請求項７】
入力オーディオ信号に対して変調に基づく変換処理を行うことによって生成された変調信号に従ってオーディオ信号の増幅を行い、更にフィルタリング処理を行うことによってアナログオーディオ信号を出力する音声再生方法であって、
上記変調に基づく変換処理によって生成された変調信号を上記変調信号の生成部にフィードバックし、フィードバックした信号を用いて上記変調信号を補正するようにしたことを特徴とする音声再生方法。
【請求項８】
上記変調に基づく変換処理によって生成された変調信号の他に、上記オーディオ信号の増幅に使用する電源電圧の検出信号も上記変調信号の生成部にフィードバックし、フィードバックした信号を用いて上記変調信号を補正するようにしたことを特徴とする請求の範囲第７項に記載の音声再生方法。
【請求項９】
入力オーディオ信号に対して変調に基づく変換処理を行うことによって生成された変調信号に従ってオーディオ信号の増幅を行い、更にフィルタリング処理を行うことによってアナログオーディオ信号を出力する音声再生方法であって、
上記変調に基づく変換処理によって生成された変調信号と、上記フィルタリング処理によって生成されたアナログオーディオ信号とを上記変調信号の生成部にフィードバックし、フィードバックした信号を用いて上記変調信号を補正するようにしたことを特徴とする音声再生方法。
【請求項１０】
上記変調に基づく変換処理によって生成された変調信号と、上記フィルタリング処理によって生成されたアナログオーディオ信号との他に、上記オーディオ信号の増幅に使用する電源電圧の検出信号も上記変調信号の生成部にフィードバックし、フィードバックした信号を用いて上記変調信号を補正するようにしたことを特徴とする請求の範囲第９項に記載の音声再生方法。
【請求項１１】
入力されたオーディオ信号に対して変調に基づく変換処理を行い、変調信号を生成する変調処理手段と、
上記変調処理手段により生成された変調信号に基づいてオーディオ信号の増幅を行う増幅手段と、
上記増幅手段より出力された信号に対してフィルタリング処理を行うことによってアナログオーディオ信号を生成するフィルタ手段と、
上記変調処理手段により生成された変調信号を上記変調処理手段にフィードバックし、フィードバックした信号を用いて上記変調信号を補正する補正手段とを備えたことを特徴とするオーディオアンプ。
【請求項１２】
入力されたオーディオ信号に対して変調に基づく変換処理を行い、変調信号を生成する変調処理回路と、
上記変調処理回路により生成された変調信号に基づいてスイッチング動作し、オーディオ信号の増幅を行うスイッチング回路と、
上記スイッチング回路より出力された信号に対してフィルタリング処理を行うことによってアナログオーディオ信号を生成するフィルタ回路と、
上記変調処理回路により生成された変調信号を上記変調処理回路にフィードバックするフィードバックパスとを備えたことを特徴とするオーディオアンプ用集積回路。
【請求項１３】
上記スイッチング回路に供給される電源電圧の検出信号を上記変調処理回路にフィードバックする第２のフィードバックパスを備えたことを特徴とする請求の範囲第１２項に記載のオーディオアンプ用集積回路。
【請求項１４】
上記フィルタ回路の出力信号を上記変調処理回路にフィードバックする第３のフィードバックパスを備えたことを特徴とする請求の範囲第１２項に記載のオーディオアンプ用集積回路。
【請求項１５】
上記フィルタ回路の出力信号を上記変調処理回路にフィードバックする第３のフィードバックパスを備えたことを特徴とする請求の範囲第１３項に記載のオーディオアンプ用集積回路。
【請求項１６】
入力されたオーディオ信号に対して変調に基づく変換処理を行い、変調信号を生成する変調処理回路と、
上記変調処理回路により生成された変調信号に基づいてスイッチング動作し、オーディオ信号の増幅を行うスイッチング回路と、
上記スイッチング回路より出力された信号に対してフィルタリング処理を行うことによってアナログオーディオ信号を生成するフィルタ回路と、
上記変調処理回路により生成された変調信号を上記変調処理回路にフィードバックするフィードバックパスとを備えたオーディオアンプに用いられ、
上記変調処理回路と上記スイッチング回路と上記フィードバックパスとを少なくとも集積したことを特徴とするオーディオアンプ用集積回路。
【請求項１７】
上記スイッチング回路に供給される電源電圧の検出信号を上記変調処理回路にフィードバックする第２のフィードバックパスを更に集積したことを特徴とする請求の範囲第１６項に記載のオーディオアンプ用集積回路。
【請求項１８】
入力されたオーディオ信号に対して変調に基づく変換処理を行い、変調信号を生成する変調処理回路と、
上記変調処理回路により生成された変調信号に基づいてスイッチング動作し、オーディオ信号の増幅を行うスイッチング回路と、
上記スイッチング回路より出力された信号に対してフィルタリング処理を行うことによってアナログオーディオ信号を生成するフィルタ回路と、
上記変調処理回路により生成された変調信号を上記変調処理回路にフィードバックするフィードバックパスとを備えたオーディオアンプに用いられ、
上記変調処理回路と上記フィードバックパスとを少なくとも集積したことを特徴とするオーディオアンプ用集積回路。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は音声再生装置および方法、オーディオアンプ、オーディオアンプ用集積回路に関し、特に、ＣＤ（コンパクトディスク）やＭＤ（ミニディスク）、ＤＶＤ（デジタルビデオディスク）、ＳＡＣＤ（スーパーオーディオＣＤ）等のデジタル信号記録メディアに記録されたデジタルのオーディオデータを再生してアナログ出力するデジタル入力タイプのデジタルアンプ、あるいは、入力されたアナログのオーディオ信号を増幅してアナログ出力するアナログ入力タイプのデジタルアンプに用いて好適なものである。
背景技術
従来のＡ級／ＡＢ級アンプをアナログアンプと呼ぶのに対して、Ｄ級アンプは、パワーＭＯＳＦＥＴをスイッチング動作させてスピーカを駆動する特徴を有することから、デジタルアンプとも呼ばれる。デジタルアンプは、従来のアナログアンプに比べ、電力効率が良い。そのため、近年におけるオーディオ機器の小型化・低消費電力化の要求を背景に、デジタルアンプを採用するオーディオ機器が増えている。
デジタルアンプの方式としては、主にＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）方式と、ΔΣ（デルタシグマ）方式とがある。ＰＷＭ方式は、アナログオーディオ信号と三角波の振幅とを比較して、パルス幅変調されたＰＷＭ信号を生成し、当該ＰＷＭ信号によってパワーＭＯＳＦＥＴをスイッチングする方式である。また、ΔΣ方式は、Ａ／Ｄ変換方式の１つであるΣ変調を発展させた方式であり、入力オーディオ信号を積分してその結果を量子化し、これによって得たΔΣ変調信号によってパワーＭＯＳＦＥＴをスイッチングする方式である。ΔΣ方式は、そのほとんどがアナログ回路で構成されるＰＷＭ方式と比べて、雑音や歪みなどの音質劣化の要因が少ないという特徴を持つ。
従来、もともとアナログ信号であるオーディオ情報をデジタル信号で表現する手段としては、ＰＣＭマルチビット方式（以下、ＰＣＭ方式と略す）が採用されてきた。現在広範に用いられているＣＤも、このＰＣＭ方式を採用している。ＰＣＭ方式では、サンプリング周波数（４４．１ｋＨｚ）のタイミング毎に量子化特性に応じた演算を行ってアナログ信号をデジタル信号に置き換え、全てのサンプル点についてデータの絶対量をＣＤに記録する。
これに対して、最近になって、ΔΣ変調を用いて量子化ノイズの分布を制御することにより、ＰＣＭ方式に比べてデジタル信号から元のアナログ信号への復元性を向上させた１ビット方式が注目を集めている。１ビット方式では、直前のデータに対する変化量を２値信号として記録するだけで、ＰＣＭ方式のような情報量の間引きや補間がないため、量子化によって得られる１ビット信号は極めてアナログに近い特性を示している。
したがって、１ビット方式に基づく音声再生装置（デジタルパワーアンプ）、所謂１ビットアンプでは、ＰＣＭ方式と異なりＤ／Ａ変換器を必要とせず、最終段に設けたローパスフィルタにより高周波成分のデジタル信号を除去するだけの単純なプロセスで元のアナログ信号を再現することができるというメリットを有している。
図１は、ΔΣ方式を採用した従来の１ビットアンプの構成を概略的に示すブロック図である。図１において、ΔΣ変調処理部１１２は、ＣＤ１１１から再生されたマルチビットのデジタルオーディオ信号に対してΔΣ変調に基づく変換処理を行い、ΔΣ変調信号（１ビット信号）を得る。そして、得られたΔΣ変調信号をパワースイッチ（パワーアンプ）１１３を駆動するための制御信号として出力する。
パワースイッチ１１３は、例えばフルブリッジのスイッチング回路から成り、各スイッチング素子のＯＮ状態の時間を制御することにより、パワースイッチ１１３に供給される一定の電源電圧に基づきオーディオ信号を増幅して出力する。このパワースイッチ１１３により増幅されたオーディオ信号は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１４を通してアナログオーディオ信号となり、スピーカ１１５より出力される。
この図１に示すデジタルアンプはデジタル入力タイプであるが、アナログ入力タイプも、概略的にはこれと同様に構成される。
上述したように、このような構成の１ビットアンプを用いれば、再生時にＤ／Ａ変換動作を行うことなく、ローパスフィルタ１１４によって高周波信号を除去するだけの単純なプロセスで元のアナログ信号を再現することができる。
しかし、このような構成では、本来は一定レベルであるべきパワースイッチ１１３の電源電圧が、様々な要因に基づき変動することにより、増幅されるオーディオ信号に誤差や歪みが生じ、再生音声の音質に悪影響を与えることがある。
例えば、大きな音を出力する際には、電源が持つ出力インピーダンスに非常に多くの電流が流れるため、電源電圧は低下する。電源電圧が下がると、オーディオ信号の出力レベルが頭打ちになってクリップしてしまい、波形に歪みが生じてしまう。また、比較的小さい音を出力する場合でも、立ち上がりや立ち下りの急峻なオーディオ信号を出力する場合には、電源電圧は低下あるいは上昇してしまい、出力波形に歪みを生じる原因となる。
また、パワースイッチ１１３に用いられるＭＯＳＦＥＴは、比較的低いインピーダンスで駆動する。そのため、図２に示すように、スイッチング特性は比較的低速で鈍りが生じ（点線）、理想的なスイッチング特性（実線）とは異なる。しかし、ΔΣ変調処理部１１２の演算部は、パワースイッチ１１３のスイッチング特性が理想的であることを前提とした量子化を行っている。そのため、スイッチング特性に鈍りがあると正確なレベルの電圧を生成することができず、出力波形に歪みが生じてしまう。特に、大きな出力電力を得る場合には、その歪みはかなり大きくなってしまう。
そこで、このような問題点を解決するために、電源電圧の変動やスイッチング特性の鈍りが生じるパワースイッチ１１３の出力信号をΔΣ変調処理部１１２にフィードバックし、このフィードバック信号を用いて、電源電圧の変動分や理想スイッチング特性からのずれ等をリアルタイムに補正するようにしたデジタルアンプが提供されている。
ΔΣ方式のデジタルアンプだけでなく、ＰＷＭ方式のデジタルアンプでも同様のフィードバック制御をかけることにより、ＰＷＭ信号のパルス幅をフィードバック信号により補正することが行われている。
しかしながら、パワースイッチ１１３の出力段からフィードバックをかけると、スイッチングを行うＭＯＳＦＥＴの過渡的な状態変化の影響を受けて補正がうまく行えず、出力波形に歪みが生じてしまうことがあるという問題があった。
本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、電源電圧の変動やパワースイッチの理想スイッチング特性からのずれに伴う再生音声の音質劣化を抑制できるようにするだけでなく、パワースイッチのスイッチング動作自体に伴う再生音声の音質劣化を抑制できるようにすることを目的とする。
発明の開示
本発明の音声再生装置は、入力されたオーディオ信号に対して変調に基づく変換処理を行い、変調信号を生成する変調処理手段と、上記変調処理手段により生成された変調信号に基づいてオーディオ信号の増幅を行う増幅手段と、上記増幅手段より出力された信号に対してフィルタリング処理を行うことによってアナログオーディオ信号を生成するフィルタ手段と、上記変調処理手段の出力信号を上記変調処理手段にフィードバックし、フィードバックした信号を用いて上記変調信号を補正する補正手段とを備えたものである。
本発明の他の態様では、上記増幅手段の電源電圧の検出信号を上記変調処理手段にフィードバックし、フィードバックした信号を用いて上記変調信号を補正する第２の補正手段を更に備える。
本発明のその他の態様では、上記フィルタ手段の出力信号を上記変調処理手段にフィードバックし、フィードバックした信号を用いて上記変調信号を補正する第３の補正手段を更に備える。
ここで、上記変調処理手段は、ΔΣ変調に基づく変換処理を行うΔΣ変調処理手段、あるいは、パルス幅変調に基づく変換処理を行うパルス幅変調処理手段の少なくとも一方を備える。
また、本発明の音声再生方法は、入力オーディオ信号に対して変調に基づく変換処理を行うことによって生成された変調信号に従ってオーディオ信号の増幅を行い、更にフィルタリング処理を行うことによってアナログオーディオ信号を出力する音声再生方法であって、上記変調に基づく変換処理によって生成された変調信号を上記変調信号の生成部にフィードバックし、フィードバックした信号を用いて上記変調信号を補正するようにしたものである。
本発明の他の態様は、上記変調に基づく変換処理によって生成された変調信号の他に、上記オーディオ信号の増幅に使用する電源電圧の検出信号も上記変調信号の生成部にフィードバックし、フィードバックした信号を用いて上記変調信号を補正するようにしたものである。
本発明のその他の態様は、上記変調に基づく変換処理によって生成された変調信号の他に、上記フィルタリング処理によって生成されたアナログオーディオ信号も上記変調信号の生成部にフィードバックし、フィードバックした信号を用いて上記変調信号を補正するようにしたものである。
また、本発明のオーディオアンプは、入力されたオーディオ信号に対して変調に基づく変換処理を行い、変調信号を生成する変調処理手段と、上記変調処理手段により生成された変調信号に基づいてオーディオ信号の増幅を行う増幅手段と、上記増幅手段より出力された信号に対してフィルタリング処理を行うことによってアナログオーディオ信号を生成するフィルタ手段と、上記変調処理手段により生成された変調信号を上記変調処理手段にフィードバックし、フィードバックした信号を用いて上記変調信号を補正する補正手段を備える。
また、本発明のオーディオアンプ用集積回路は、入力されたオーディオ信号に対して変調に基づく変換処理を行い、変調信号を生成する変調処理回路と、上記変調処理回路により生成された変調信号に基づいてスイッチング動作し、オーディオ信号の増幅を行うスイッチング回路と、上記スイッチング回路より出力された信号に対してフィルタリング処理を行うことによってアナログオーディオ信号を生成するフィルタ回路と、上記変調処理回路により生成された変調信号を上記変調処理回路にフィードバックするフィードバックパスとを備える。
本発明の他の態様では、上記スイッチング回路に供給される電源電圧の検出信号を上記変調処理回路にフィードバックする第２のフィードバックパスを備える。
本発明のその他の態様では、上記フィルタ回路の出力信号を上記変調処理回路にフィードバックする第３のフィードバックパスを備える。
上記のように構成した本発明によれば、増幅手段の入力段からフィードバックをかけることにより、増幅手段がフィードバックループ中から外れる。これにより、増幅手段自体のスイッチング歪みがフィードバックループ中に導入されるのを防ぎ、当該スイッチング歪みの影響を抑止することができる。したがって、増幅手段のスイッチング動作自体に伴う再生音声の音質劣化を簡易かつ確実に抑制することができる。
また、本発明の他の特徴によれば、増幅手段の電源電圧の検出信号を変調処理手段にフィードバックすることにより、増幅手段の電源電圧の変動や理想スイッチング特性からのずれ等によって生じた誤差を含むフィードバック信号を用いて、その誤差分を補正した上で変調信号が生成されることとなり、変調信号をリアルタイムに補正することができる。
また、本発明の他の特徴によれば、フィルタ手段の出力信号を変調処理手段にフィードバックすることにより、増幅手段の電源電圧の変動や理想スイッチング特性からのずれ等によって生じた誤差を含むオーディオ信号がフィードバックされ、このフィードバック信号を用いてその誤差分を補正した上で変調信号が生成されることとなり、変調信号をリアルタイムに補正することができる。
発明を実施するための最良の形態
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を図面に基づいて説明する。
図３は、ΔΣ変調方式を採用した第１の実施形態によるデジタルアンプの構成例を示す図である。図３に示すデジタルアンプは、アナログオーディオ信号を入力とする場合の例を示している。
図３に示すデジタルアンプ１０は、ΔΣ変調処理部１、パワースイッチ２およびＬＰＦ３を備えている。また、上記ΔΣ変調処理部１は、差分器１ａ、積分器１ｂ、量子化器１ｃおよびＤ／Ａ変換器１ｄを備えている。
ΔΣ変調処理部１内の差分器１ａは、入力されたアナログオーディオ信号から、量子化器１ｃの出力段（パワースイッチ２の入力段）からＤ／Ａ変換器１ｄを介してフィードバックされたアナログ信号を減算して差分信号を生成する。ここで生成された差分信号は、積分器１ｂに供給される。
積分器１ｂは、差分器１ａの出力信号を積分する。なお、ここでは積分器１ｂを１つのみ接続しているが、ｎ個の積分器をカスケード接続することにより、ｎ次のΔΣ変調を行うことが可能である。
量子化器１ｃは、サンプリング周波数ｆｓに従って、積分器１ｂの出力信号を量子化することにより、ΔΣ変調信号を生成する。そして、生成したΔΣ変調信号を、パワースイッチ２をスイッチング駆動するための制御信号として出力する。
パワースイッチ２は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴを用いたフルブリッジのスイッチング回路から成り、各ＭＯＳＦＥＴのＯＮ状態の時間を制御することによって、パワースイッチ２に供給される一定の電源電圧Ｖｐに基づきオーディオ信号を増幅して出力する。
パワースイッチ２で増幅されたオーディオ信号は、ＬＰＦ３を通してアナログオーディオ信号となり、スピーカ４より出力される。
図３に示すように、本実施形態では、ΔΣ変調処理部１内の量子化器１ｃにより生成されたデジタルのΔΣ変調信号を、パワースイッチ２に入力する前にフィードバックループに乗せ、Ｄ／Ａ変換器１ｄによりアナログ信号に変換した上でΔΣ変調処理部１の入力段（差分器１ａ）にフィードバックするようにしている。
このように、パワースイッチ２の入力段からフィードバックをかけることにより、パワースイッチ２自体のスイッチング歪みがフィードバックループ中に導入されるのを防ぎ、当該スイッチング歪みの影響を抑止することができる。
近年では、パワーＭＯＳＦＥＴのスイッチング性能が向上してきており、完全な理想型（図２の実線）ではないが、それに近い特性を持つものも提供されている。したがって、このようなスイッチング素子を用いれば、必ずしもパワースイッチ２の出力段からフィードバックをかける必要はない。
また、理想に近いスイッチング特性を持つ素子でなくても、出力電力としてあまり大きな電力を必要としない用途（例えば、ミニ・コンポ、ミニディスクプレーヤ、パーソナルコンピュータ、携帯電話、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）などの数ワット〜十数ワット程度の出力電力）では、図２の点線のように多少の鈍りがあっても、出力音声にそれほど大きな歪みは生じない。したがって、このような低出力電力用途の場合も、パワースイッチ２の出力段からフィードバックをかける必要は必ずしもなく、図３のようにパワースイッチ２の入力段からフィードバックループを形成することが可能である。
ただし、この場合は、パワースイッチ２における電源電圧Ｖｐの変動分を補正することができない。そこで、図３に示すように、パワースイッチ２の電源電圧Ｖｐから直接Ｄ／Ａ変換器１ｄを介して差分器１ａに至るフィードバックループを別に形成し、これによって電源電圧Ｖｐの変動分を補正できるようにしている。
図４は、上記差分器１ａおよびＤ／Ａ変換器１ｄのより詳細な構成例を示す図である。図４に示すように、Ｄ／Ａ変換器１ｄは、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２から成るインバータと、抵抗Ｒ１およびコンデンサＣ１から成る平滑化回路とにより構成されている。
上記インバータを構成するｐＭＯＳトランジスタＴｒ１のソースは、パワースイッチ２の電源電圧Ｖｐに直接接続されており、当該電源電圧Ｖｐの変動量を検出できる仕組みになっている。また、量子化器１ｃからＤ／Ａ変換器１ｄにフィードバックされる信号は１ビット信号なので、単純に平滑化すれば平均電圧を得ることができる。これにより、電源電圧Ｖｐの変動を平均電圧として表現することが可能である。
一方、差分器１ａは、Ａ／Ｄ変換器１ｄとのインタフェース部に設けられた抵抗Ｒ２と、アナログオーディオ信号の入力インタフェース部に設けられた抵抗Ｒ３と、コンパレータ５と、当該コンパレータ５に対して負帰還を形成する抵抗Ｒ４とにより構成されている。
抵抗Ｒ３を介して入力されるアナログオーディオ信号と、抵抗Ｒ２を介してフィードバック入力される信号とをコンパレータ５のマイナス端子に入力し、当該コンパレータ５の出力を同じマイナス端子に負帰還することにより、電源電圧Ｖｐの変動成分を抑圧することができる。
上記デジタルアンプ１０を構成するΔΣ変調処理部１、パワースイッチ２、ＬＰＦ３の全部または一部は、同一の半導体チップ上に集積することが可能である。一部を集積化する場合の例としては、ΔΣ変調処理部１とパワースイッチ２とフィードバックパスとを集積化する例、ΔΣ変調処理部１とフィードバックパスの一部とを集積化する例などが考えられる。
なお、以上では図３のようなアナログ入力タイプのデジタルアンプについて説明したが、デジタル入力タイプのデジタルアンプに第１の実施形態を適用することも可能である。
（第２の実施形態）
図５は、ＰＷＭ方式を採用した第２の実施形態によるデジタルアンプの構成例を示す図である。この図５に示すデジタルアンプも、アナログオーディオ信号を入力とする場合の例を示している。
図５に示すように、第２の実施形態によるデジタルアンプ２０は、差分器２１、ＰＷＭ信号生成部２２、パワースイッチ２３およびＬＰＦ２４を備えている。上記ＰＷＭ信号生成部２２は、比較器２２ａ、三角波発生器２２ｂおよびＤ／Ａ変換器２２ｃを備えている。
差分器２１は、入力されたアナログオーディオ信号から、ＰＷＭ信号生成部２２内の比較器２２ａの出力段（パワースイッチ２３の入力段）からフィードバックされたアナログ信号を減算して差分信号を生成する。ここで生成された差分信号は、ＰＷＭ信号生成部２２に供給される。このＰＷＭ信号生成部２２に供給された信号は、上記パワースイッチ２３の入力段からのフィードバック信号に基づき補正が施されたオーディオ信号となっている。
ＰＷＭ信号生成部２２内の比較器２２ａは、差分器２１から出力された補正済のアナログオーディオ信号と、三角波発生器２２ｂから与えられる三角波の振幅とを比較して、パルス幅変調されたＰＷＭ信号を生成する。そして、生成したＰＷＭ信号を、パワースイッチ２３をスイッチング駆動するための制御信号として出力する。
パワースイッチ２３は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴを用いたフルブリッジのスイッチング回路から成り、各ＭＯＳＦＥＴのＯＮ状態の時間を制御することによって、パワースイッチ２３に供給される一定の電源電圧Ｖｐに基づきオーディオ信号を増幅して出力する。パワースイッチ２３により増幅されたオーディオ信号は、ＬＰＦ２４を通してアナログオーディオ信号となり、スピーカ２５より出力される。
図５に示す第２の実施形態では、ＰＷＭ信号生成部２２内の比較器２２ａにより生成されたデジタルのＰＷＭ信号を、パワースイッチ２３に入力する前にフィードバックループに乗せ、Ｄ／Ａ変換器２２ｃによりアナログ信号に変換した上でＰＷＭ信号生成部２２の入力段（差分器２１）にフィードバックするようにしている。これにより、パワースイッチ２３自体のスイッチング歪みがフィードバックループ中に導入されるのを防ぎ、当該スイッチング歪みの影響を抑止することができる。
また、パワースイッチ２３の電源電圧ＶｐからＤ／Ａ変換器２２ｃを介して差分器２１に至るフィードバックループも形成している。これにより、電源電圧Ｖｐの変動分を補正し、当該電源電圧Ｖｐの変動に伴う再生音声の音質劣化を簡易的かつ確実に抑制することができる。この場合のＤ／Ａ変換器２２ｃは、図４と同様に構成される。
上記デジタルアンプ２０を構成する差分器２１、ＰＷＭ信号生成部２２、パワースイッチ２３、ＬＰＦ２４の全部または一部は、同一の半導体チップ上に集積することが可能である。一部を集積化する場合の例としては、差分器２１とＰＷＭ信号生成部２２とパワースイッチ２３とフィードバックパスとを集積化する例、差分器２１とＰＷＭ信号生成部２２とフィードバックパスの一部とを集積化する例などが考えられる。
なお、以上では図５のようなアナログ入力タイプのデジタルアンプについて説明したが、デジタル入力タイプのデジタルアンプに第２の実施形態を適用することも可能である。
（第３の実施形態）
図６は、ΔΣ変調とＰＷＭの複合方式を採用した第３の実施形態によるデジタルアンプの構成例を示す図である。この図６に示すデジタルアンプも、アナログオーディオ信号を入力とする例を示している。
図６に示すデジタルアンプ３０は、ΔΣ変調処理部３１、差分器３２、ＰＷＭ信号生成部３３、パワースイッチ３４およびＬＰＦ３５を備えている。上記ΔΣ変調処理部３１は、差分器３１ａ、積分器３１ｂ、量子化器３１ｃ、遅延器３１ｄおよびＬＰＦ３１ｅを備えている。また、上記上記ＰＷＭ信号生成部３３は、比較器３３ａ、三角波発生器３３ｂおよびＤ／Ａ変換器３３ｃを備えている。
ΔΣ変調処理部３１内の差分器３１ａは、入力されたアナログオーディオ信号から、量子化器３１ｃの出力段から遅延器３１ｄを介してフィードバックされる信号を減算して差分信号を生成する。生成された差分信号は、積分器３１ｂに供給される。
積分器３１ｂは、差分器３１ａの出力信号を積分する。なお、ここでは積分器３１ｂを１つのみ接続しているが、ｎ個の積分器をカスケード接続することにより、ｎ次のΔΣ変調を行うことが可能である。
量子化器３１ｃは、サンプリング周波数ｆｓに従って、積分器３１ｂの出力信号を量子化することにより、ΔΣ変調信号を生成する。ＬＰＦ３１ｅは、量子化器３１ｃより出力されたΔΣ変調信号に対してローパスフィルタ処理を施すことにより、アナログ信号を生成する。ここで生成されたアナログ信号は、差分器３２に供給される。
差分器３２は、ΔΣ変調処理部３１より入力されたアナログ信号から、ＰＷＭ信号生成部３３内の比較器３３ａの出力段（パワースイッチ３４の入力段）からフィードバックされたアナログ信号を減算して差分信号を生成する。ここで生成された差分信号は、ＰＷＭ信号生成部３３に供給される。このＰＷＭ信号生成部３３に供給された信号は、上記パワースイッチ３４の入力段からのフィードバック信号に基づき補正が施されたオーディオ信号となっている。
ＰＷＭ信号生成部３３内の比較器３３ａは、差分器３２から出力された補正済のアナログオーディオ信号と、三角波発生器３３ｂから与えられる三角波の振幅とを比較して、パルス幅変調されたＰＷＭ信号を生成する。そして、生成したＰＷＭ信号を、パワースイッチ３４をスイッチング駆動するための制御信号として出力する。
パワースイッチ３４は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴを用いたフルブリッジのスイッチング回路から成り、各ＭＯＳＦＥＴのＯＮ状態の時間を制御することによって、パワースイッチ３４に供給される一定の電源電圧Ｖｐに基づきオーディオ信号を増幅して出力する。パワースイッチ３４により増幅されたオーディオ信号は、ＬＰＦ３５を通してアナログオーディオ信号となり、スピーカ３６より出力される。
図６に示す第３の実施形態でも、ＰＷＭ信号生成部３３内の比較器３３ａにより生成されたデジタルのＰＷＭ信号を、パワースイッチ３４に入力する前にフィードバックループに乗せ、Ｄ／Ａ変換器３３ｃによりアナログ信号に変換した上でＰＷＭ信号生成部３３の入力段（差分器３２）にフィードバックするようにしている。これにより、パワースイッチ３４自体のスイッチング歪みがフィードバックループ中に導入されるのを防ぎ、当該スイッチング歪みの影響を抑止することができる。
また、パワースイッチ３４の電源電圧ＶｐからＤ／Ａ変換器３３ｃを介して差分器３２に至るフィードバックループも形成している。これにより、電源電圧Ｖｐの変動分を補正し、当該電源電圧Ｖｐの変動に伴う再生音声の音質劣化を簡易的かつ確実に抑制することができる。この場合のＤ／Ａ変換器３３ｃも、図４と同様に構成される。
上記デジタルアンプ３０を構成するΔΣ変調処理部３１、差分器３２、ＰＷＭ信号生成部３３、パワースイッチ３４、ＬＰＦ３５の全部または一部は、同一の半導体チップ上に集積することが可能である。一部を集積化する場合の例としては、ＬＰＦ３５以外の部分を集積化する例、ＬＰＦ３５とパワースイッチ３４以外の部分（フィードバックパスの一部を含む）を集積化する例などが考えられる。また、ΔΣ変調処理部３１とＰＷＭ信号生成部３３とを別チップとしても良い。
（第４の実施形態）
図７は、ΔΣ変調方式を採用した第４の実施形態によるデジタルアンプの構成例を示す図である。図７に示すデジタルアンプにおいて、図３に示した符号と同一の符号を付したものは同一の機能を有するものであるので、ここでは重複する説明を省略する。
図７に示すデジタルアンプ４０は、図３に示したΔΣ変調処理部１、パワースイッチ２およびＬＰＦ３の他に、ΔΣ変調処理部１の前に差分器４１を備えている。
差分器４１は、入力されたアナログオーディオ信号から、ＬＰＦ３の出力段からフィードバックされたアナログオーディオ信号を減算して差分信号を生成する。生成された差分信号は、ΔΣ変調処理部１に供給される。このΔΣ変調処理部１に供給された信号は、ＬＰＦ３の出力信号に基づき補正が施されたオーディオ信号となっている。
ΔΣ変調処理部１内の差分器１ａは、差分器４１より入力された補正済みのアナログオーディオ信号から、量子化器１ｃの出力段（パワースイッチ２の入力段）からＤ／Ａ変換器１ｄを介してフィードバックされたアナログ信号を減算して差分信号を生成する。
他の積分器１ｂ、量子化器１ｃ、Ｄ／Ａ変換器１ｄ、パワースイッチ２およびＬＰＦ３の動作は、第１の実施形態で述べた通りである。
以上のように、第４の実施形態では、上記第１の実施形態で説明したフィードバックループに加えて、ＬＰＦ３の出力段からΔΣ変調処理部１の入力段（差分器４１）に至るフィードバックループを形成したので、パワースイッチ２の電源電圧Ｖｐの変動や理想スイッチング特性からのずれ等をリアルタイムに補正することができるとともに、パワースイッチ２自体のスイッチング歪みもリアルタイムに補正することができる。したがって、再生音声の音質劣化を簡易かつ確実に抑制することができる。
また、パワースイッチ２の出力段からフィードバックループを形成する従来と異なり、ＬＰＦ３を通過した最終的なアナログオーディオ信号を用いてフィードバック制御しているので、ＬＰＦ３で生じる誤差分も補正することが可能となる。
上記デジタルアンプ４０を構成する差分器４１、ΔΣ変調処理部１、パワースイッチ２、ＬＰＦ３の全部または一部は、同一の半導体チップ上に集積することが可能である。一部を集積化する場合の例としては、差分器４１とΔΣ変調処理部１とパワースイッチ２とフィードバックパスとを集積化する例、差分器４１とΔΣ変調処理部１とフィードバックパスの一部とを集積化する例などが考えられる。
なお、以上では図７のようなアナログ入力タイプのデジタルアンプについて説明したが、デジタル入力タイプのデジタルアンプに第４の実施形態を適用することも可能である。
また、図５に示したＰＷＭ方式のデジタルアンプ、あるいは、図６に示したΔΣとＰＷＭの複合方式のデジタルアンプに第４の実施形態を適用することも可能である。
その他、以上に説明した各実施形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその精神、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
産業上の利用可能性
本発明は、電源電圧の変動やパワースイッチの理想スイッチング特性からのずれ等に伴う再生音声の音質劣化を簡易かつ確実に抑制できるようにするのに有用である。
また、本発明は、パワースイッチのスイッチング動作自体に伴う再生音声の音質劣化を抑制できるようにするのにも有用である。
【図面の簡単な説明】
図１は、従来の１ビットアンプの構成例を示す図である。
図２は、パワースイッチのスイッチング特性を示す図である。
図３は、ΔΣ変調方式を採用した第１の実施形態によるデジタルアンプの構成例を示す図である。
図４は、図３に示した差分器およびＤ／Ａ変換器のより詳細な構成例を示す図である。
図５は、ＰＷＭ方式を採用した第２の実施形態によるデジタルアンプの構成例を示す図である。
図６は、ΔΣ変調とＰＷＭの複合方式を採用した第３の実施形態によるデジタルアンプの構成例を示す図である。
図７は、ΔΣ変調方式を採用した第４の実施形態によるデジタルアンプの構成例を示す図である。
【図１】
2003005570.tif 000003
【図２】
2003005570.tif 000004
【図３】
2003005570.tif 000005
【図４】
2003005570.tif 000006
【図５】
2003005570.tif 000007
【図６】
2003005570.tif 000008
【図７】
2003005570.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成14年8月26日(2002.8.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
削除
【請求項２】
削除
【請求項３】
削除
【請求項４】
入力されたアナログオーディオ信号に対して変調に基づく変換処理を行い、パルス状の変調信号を生成する変調処理手段と、
上記変調処理手段により生成された変調信号に基づいてオーディオ信号の増幅を行う増幅手段と、
上記増幅手段より出力された信号に対してフィルタリング処理を行うことによってアナログオーディオ信号を生成するフィルタ手段と、
上記変調処理手段より出力された変調信号をデジタル−アナログ変換手段によりアナログ信号に変換して上記変調処理手段の入力段にフィードバックするフィードバックループを有し、上記変調信号を上記アナログ信号に変換する際に上記変調信号を上記増幅手段の電源電圧に応じて増幅し、フィードバックした信号を用いて上記変調信号を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする音声再生装置。
【請求項５】
上記デジタル−アナログ変換手段は、上記変調処理手段より出力された変調信号を入力とするインバータを備え、上記インバータを構成するトランジスタのソースに上記増幅手段の電源電圧を供給するように構成したことを特徴とする請求の範囲第４項に記載の音声再生装置。
【請求項６】
削除
【請求項７】
削除
【請求項８】
アナログ入力オーディオ信号に対して変調に基づく変換処理を行うことによって生成されたパルス状の変調信号に従ってオーディオ信号の増幅を行い、更にフィルタリング処理を行うことによってアナログオーディオ信号を出力する音声再生方法であって、
上記変調に基づく変換処理によって生成された変調信号をアナログ信号に変換して上記変調信号の生成部にフィードバックし、フィードバックした信号を用いて上記変調信号を補正するように成し、当該フィードバックループにおいて上記変調信号を上記アナログ信号に変換する際に、上記オーディオ信号の増幅に使用する電源電圧に応じて上記変調信号を増幅するようにしたことを特徴とする音声再生方法。
【請求項９】
削除
【請求項１０】
削除
【請求項１１】
入力されたアナログオーディオ信号に対して変調に基づく変換処理を行い、パルス状の変調信号を生成する変調処理手段と、
上記変調処理手段により生成された変調信号に基づいてオーディオ信号の増幅を行う増幅手段と、
上記増幅手段より出力された信号に対してフィルタリング処理を行うことによってアナログオーディオ信号を生成するフィルタ手段と、
上記変調処理手段より出力された変調信号をデジタル−アナログ変換手段によりアナログ信号に変換して上記変調処理手段の入力段にフィードバックするフィードバックループを有し、上記変調信号を上記アナログ信号に変換する際に上記変調信号を上記増幅手段の電源電圧に応じて増幅し、フィードバックした信号を用いて上記変調信号を補正する補正手段とを備えたことを特徴とするオーディオアンプ。
【請求項１２】
削除
【請求項１３】
入力されたアナログオーディオ信号に対して変調に基づく変換処理を行い、パルス状の変調信号を生成する変調処理回路と、
上記変調処理回路により生成された変調信号に基づいてスイッチング動作し、オーディオ信号の増幅を行うスイッチング回路と、
上記スイッチング回路より出力された信号に対してフィルタリング処理を行うことによってアナログオーディオ信号を生成するフィルタ回路と、
上記変調処理回路により生成された変調信号をデジタル−アナログ変換回路によりアナログ信号に変換して上記変調処理回路の入力段にフィードバックするフィードバックパスであって、上記変調信号を上記アナログ信号に変換する際に上記変調信号を上記スイッチング回路の電源電圧に応じて増幅するように構成したフィードバックパスとを備えたことを特徴とするオーディオアンプ用集積回路。
【請求項１４】
上記デジタル−アナログ変換回路は、上記変調処理回路により生成された変調信号を入力とするインバータを備え、上記インバータを構成するトランジスタのソースに上記スイッチング回路の電源電圧を供給するように構成したことを特徴とする請求の範囲第１３項に記載のオーディオアンプ用集積回路。
【請求項１５】
削除
【請求項１６】
削除
【請求項１７】
入力されたアナログオーディオ信号に対して変調に基づく変換処理を行い、パルス状の変調信号を生成する変調処理回路と、
上記変調処理回路により生成された変調信号に基づいてスイッチング動作し、オーディオ信号の増幅を行うスイッチング回路と、
上記スイッチング回路より出力された信号に対してフィルタリング処理を行うことによってアナログオーディオ信号を生成するフィルタ回路と、
上記変調処理回路により生成された変調信号をデジタル−アナログ変換回路によりアナログ信号に変換して上記変調処理回路の入力段にフィードバックするフィードバックパスであって、上記変調信号を上記アナログ信号に変換する際に上記変調信号を上記スイッチング回路の電源電圧に応じて増幅するように構成したフィードバックパスとを備えたオーディオアンプに用いられ、
上記変調処理回路と上記フィードバックパスとを少なくとも集積したことを特徴とするオーディオアンプ用集積回路。
【請求項１８】
上記変調処理回路および上記フィードバックパスの他に上記スイッチング回路を更に集積したことを特徴とする請求の範囲第１７項に記載のオーディオアンプ用集積回路。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
ッチのスイッチング動作自体に伴う再生音声の音質劣化を抑制できるようにすることを目的とする。
発明の開示
本発明の音声再生装置は、入力されたアナログオーディオ信号に対して変調に基づく変換処理を行い、パルス状の変調信号を生成する変調処理手段と、上記変調処理手段により生成された変調信号に基づいてオーディオ信号の増幅を行う増幅手段と、上記増幅手段より出力された信号に対してフィルタリング処理を行うことによってアナログオーディオ信号を生成するフィルタ手段と、上記変調処理手段より出力された変調信号をデジタル−アナログ変換手段によりアナログ信号に変換して上記変調処理手段の入力段にフィードバックするフィードバックループを有し、上記変調信号を上記アナログ信号に変換する際に上記変調信号を上記増幅手段の電源電圧に応じて増幅し、フィードバックした信号を用いて上記変調信号を補正する補正手段とを備えたものである。
本発明の他の態様では、上記デジタル−アナログ変換手段は、上記変調処理手段より出力された変調信号を入力とするインバータを備え、上記インバータを構成するトランジスタのソースに上記増幅手段の電源電圧を供給するように構成している。
また、本発明の音声再生方法は、アナログ入力オーディオ信号に対して変調に基づく変換処理を行うことによって生成されたパルス状の変調信号に従ってオーディオ信号の増幅を行い、更にフィルタリング処理を行うことによってアナログオーディオ信号を出力する音声再生方法であって、上記変調に基づく変換処理によって生成された変調信号をアナログ信号に変換して上記変調信号の生成部にフィードバックし、フィードバックした信号を用いて上記変調信号を補正するように成し、当該フィ


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
ードバックループにおいて上記変調信号を上記アナログ信号に変換する際に、上記オーディオ信号の増幅に使用する電源電圧に応じて上記変調信号を増幅するようにしたものである。
また、本発明のオーディオアンプは、入力されたアナログオーディオ信号に対して変調に基づく変換処理を行い、パルス状の変調信号を生成する変調処理手段と、上記変調処理手段により生成された変調信号に基づいてオーディオ信号の増幅を行う増幅手段と、上記増幅手段より出力された信号に対してフィルタリング処理を行うことによってアナログオーディオ信号を生成するフィルタ手段と、上記変調処理手段より出力された変調信号をデジタル−アナログ変換手段によりアナログ信号に変換して上記変調処理手段の入力段にフィードバックするフィードバックループを有し、上記変調信号を上記アナログ信号に変換する際に上記変調信号を上記増幅手段の電源電圧に応じて増幅し、フィードバックした信号を用いて上記変調信号を補正する補正手段とを備える。
また、本発明のオーディオアンプ用集積回路は、入力されたアナログオーディオ信号に対して変調に基づく変換処理を行い、パルス状の変調信号を生成する変調処理回路と、上記変調処理回路により生成された変調信号に基づいてスイッチング動作し、オーディオ信号の増幅を行うスイッチング回路と、上記スイッチング回路より出力された信号に対してフィルタリング処理を行うことによってアナログオーディオ信号を生成するフィルタ回路と、上記変調処理回路により生成された変調信号をデジタル−アナログ変換回路によりアナログ信号に変換して上記変調処理回路の入力段にフィードバックするフィードバックパスであって、上記変調信号を上記アナログ信号に変換する際に上記変調信号を上記スイッチング回路の電源電圧に応じて増幅するように構成したフィードバックパスとを備える。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記のように構成した本発明によれば、増幅手段の入力段からフィードバックをかけることにより、増幅手段がフィードバックループ中から外れる。これにより、増幅手段自体のスイッチング歪みがフィードバックループ中に導入されるのを防ぎ、当該スイッチング歪みの影響を抑止することができる。したがって、増幅手段のスイッチング動作自体に伴う再生音声の音質劣化を簡易かつ確実に抑制することができる。
また、本発明によれば、フィードバックループにおいて変調信号をアナログ信号に変換する際に、増幅手段の電源電圧に応じて当該変調信号を増幅することにより、増幅手段の電源電圧の変動や理想スイッチング特性からのずれ等によって生じた誤差を含むフィードバック信号を用いて、その誤差分を補正した上で変調信号が生成されることとなり、変調信号をリアルタイムに補正することができる。
図面の簡単な説明
図１は、従来の１ビットアンプの構成例を示す図である。




【国際調査報告】
2003005570.tif 000010
2003005570.tif 000011
2003005570.tif 000012
2003005570.tif 000013