CN109451784A - 数字放大器及输出装置 - Google Patents

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Abstract

数字放大器(100)包括：对数字信号的脉冲宽度进行调整的脉冲宽度调整电路(1)；将脉冲宽度调整电路的输出信号进行放大的开关电路(2)；以及基于开关电路的输出信号生成反馈信号的反馈信号生成部(4)。

Description

数字放大器及输出装置
技术领域
本发明涉及输入信号为数字信号的数字放大器及使用数字放大器的输出装置。
背景技术
以往，对音频信号等进行放大的放大器通常是使用三角积分调制(Delta-SigmaModulation)的数字放大器。例如，专利文献1中公开了一种对输入音频信号进行三角积分调制并生成量子化输出信号，生成将该量子化输出信号进行了脉冲放大的开关信号的数字开关放大器。在该数字开关放大器中，在对开关信号进行还原的还原循环中，通过电阻分割使开关信号减压，生成还原信号。
使用图6的(a)，对专利文献1中记载的构成进行说明。图6是表示以往例的数字放大器的构成的图。图6的(a)是表示以往例中的数字放大器200的一例的图。数字放大器200如图6的(a)所示包括三角积分调制器201、开关电路202、电源电路203和衰减器241。另外，三角积分调制器201包括积分器加法器组211及量化器212。在数字放大器200中，作为模拟信号的输入信号和从开关电路202经由衰减器241负还原的信号线S206的还原信号被作为输入信号输入差分器。然后，差分器求出输入信号与还原信号的差分值向信号线S202输出差分信号。
现有技术文献
专利文件
专利文献1：日本公开专利公报“日本特开2000－295049号公报(2000年10月20日公开)”
发明内容
本发明所要解决的技术问题
但是，在上述的以往技术中，必须将还原信号输入至三角积分调制器201前段的差分器。换言之，在上述的以往技术中，即使是输入信号为1比特并根据位串的密度表示波形的PDM(Pulse Density Modulation)式的数字信号，原本不需要的量化器及采样器也是必须的。因此，电路构成复杂且准确放大输入信号方面存在问题。另外，由于使用量化器及采样器，因此在例如5.6MHz、11MHz、22MHz这种高速采样频率下，还存在数字信号处理速度有限的问题。
接下来，使用图6的(b)对输入信号为数字信号的情况进行说明。图6的(b)是表示以往的数字放大器300的其他例的图。数字放大器300如图6的(b)所示包括脉冲开关电路302及电源电路303。在数字放大器300中，由于信号线S303的输入信号及信号线S304的输出信号均为数字信号，因此存在无法进行反馈的问题。
本发明的一方案是鉴于所述的问题点提出的，其目的在于提供一种在数字放大器中即使输入信号为数字信号也能够简化电路构成并进行反馈的技术。
解决问题的手段
为了解决上述的技术问题，本发明一方案的数字放大器包括：对数字信号的脉冲宽度进行调整的脉冲宽度调整电路；对上述脉冲宽度调整电路的输出信号进行放大的开关电路；以及基于上述开关电路的输出信号生成反馈信号的反馈信号生成部，上述脉冲宽度调整电路参照上述反馈信号对上述数字信号的脉冲宽度进行调整。
另外，为了解决上述的技术问题，本发明一方案的输出装置包括：对第一数字信号进行放大的第一放大部；对相位与上述第一数字信号相反的第二数字信号进行放大的第二放大部；以及与上述第一放大部及上述第二放大部连接的负载，上述第一放大部包括：对上述第一数字信号的脉冲宽度进行调整的第一脉冲宽度调整电路；对上述第一脉冲宽度调整电路的输出信号进行放大的第一开关电路；以及基于上述第一开关电路的输出信号生成反馈信号的第一反馈信号生成部，上述第一脉冲宽度调整电路参照上述反馈信号对上述数字信号的脉冲宽度进行调整，上述第二放大部包括：对上述第二数字信号的脉冲宽度进行调整的第二脉冲宽度调整电路；对上述第二脉冲宽度调整电路的输出信号进行放大的第二开关电路；以及基于上述第二开关电路的输出信号生成反馈信号的第一反馈信号生成部，上述第二脉冲宽度调整电路参照上述反馈信号对上述数字信号的脉冲宽度进行调整。
发明效果
根据本发明的一方案，在数字放大器中，即使输入信号为数字信号也能够简化电路构成并进行反馈。
附图说明
图1是表示本发明第一实施方式的数字放大器的主要部分构成的框图。
图2是表示本发明的第一、第二实施方式中的脉冲宽度调整电路的主要部分构成的框图，(a)是表示脉冲宽度调整电路的一例的主要部分构成的框图，(b)是表示脉冲宽度调整电路的其他例的主要部分构成的框图。
图3是表示本发明的第一、第二实施方式中的脉冲宽度调整电路中的各信号线的波形的图，(a)是表示图2的(a)所示的脉冲宽度调整电路中的各信号线的波形的图，(b)是表示图2的(b)所示的脉冲宽度调整电路中的各信号线的波形的图。
图4是表示本发明第三实施方式的数字放大器的主要部分构成的框图。
图5是BTL连接有本发明第三实施方式的数字放大器的输出装置的框图。
图6是表示以往例的数字放大器的构成的图，(a)是表示以往的数字放大器的一例的图，(b)是表示以往的数字放大器的其他例的图。
具体实施方式
〔第一实施方式〕
以下对本发明的实施方进行详细说明。
(数字放大器100)
图1是表示本发明第一实施方式的数字放大器100的主要部分构成的框图。如图1所示，数字放大器100包括脉冲宽度调整电路1、开关电路2、电源电路3及反馈信号生成部4。
信号线S6的数字信号作为输入信号被输入至数字放大器100。数字放大器100从信号线S4输出将所输入的数字信号放大的数字信号。如图1所示，通过在数字放大器100的输出侧(开关电路2的后段)连接用于提取低频成分的低通滤波电路5(低通滤波器)，从而数字放大器100能够将所输入的音频信号放大，作为用于驱动扬声器的数字信号输出。
脉冲宽度调整电路1对数字信号的脉冲宽度进行调整。更具体来说，脉冲宽度调整电路1根据后述的信号线S7的反馈信号的信号电平对信号线S6的输入信号的脉冲宽度进行调整，将调整了的数字信号向信号线S3输出。对于脉冲宽度调整电路1的详细构成，切换参照的附图如后所述。
开关电路2根据从电源电路3输出的电源电压，将从脉冲宽度调整电路1输出的数字信号的电压放大，向信号线S4输出。
电源电路3是用于供给用于开关电路2对电压进行放大的电源电压的电源电路。
反馈信号生成部4基于开关电路2的输出信号即信号线S4的信号生成反馈信号，并向信号线S7输出。更具体来说，反馈信号生成部4生成与信号线S4的信号对应的反馈信号。在图3中，反馈信号生成部4具有衰减器41，输出利用衰减器41使信号线S4的信号衰减了的信号。
并且，生成反馈信号的部件在物理上也可以具有除了反馈信号生成部4以外的部件。更具体来说，脉冲宽度调整电路1也可以在物理上具有使开关电路2的输出信号模拟化的积分器及将开关电路2的输出信号与基准电压进行比较的比较器。即使在该情况下，在本说明书中也记载了生成反馈信号的部件具有反馈信号生成部4。
(脉冲宽度调整电路1的一例)
图2是表示本发明的第一、第二实施方式中的脉冲宽度调整电路1的主要部分构成的框图，(a)是表示脉冲宽度调整电路1的一例的主要部分构成的框图。对于脉冲宽度调整电路1的一例使用图2的(a)进行说明。
如图2的(a)所示，脉冲宽度调整电路1包括数字IC11、比较器12、恒定电流驱动电路13、电阻R及电容器C。
数字IC11是用于稳定信号电压的缓存。
比较器12将利用信号线S12及信号线S7输入的信号作为输入，根据输入而输出二值(H及L)数字脉冲。对于比较器12的详细动作，切换参照的附图如后所述。
恒定电流驱动电路13是将输入信号的电压以恒定电流输出的电路。
并且，对于第一、第二实施方式中的脉冲宽度调整电路1，在图2的(a)中虽未示出，但具有将信号线S7的反馈信号模拟信号化的积分要素。
在图3的(a)中示出脉冲宽度调整电路1中的各信号线的波形。图3是表示本发明的第一、第二实施方式中的脉冲宽度调整电路1中的各信号线的波形的图，(a)是表示图2的(a)所示的脉冲宽度调整电路1中的各信号线的波形的图。
输入至数字IC11的信号线S6的数字信号利用数字IC11形成二值数字脉冲信号向信号线S11输出。信号线S11的信号经由电阻R、恒定电流驱动电路13及接地的电容器C，作为信号线S12的信号向比较器12输入。
在这里，由于信号线S12的信号经过恒定电流驱动电路13，因此成为在电容器C的充电及放电的两个方向上如图3的(a)所示包含具有规定斜率的直线倾斜的脉冲信号。
(比较器12的动作)
使用图3的(a)对比较器12的动作进行说明。
如上所述，比较器12将通过信号线S12输入的信号及通过信号线S7输入的反馈信号作为输入，根据输入而输出二值数字脉冲。在图3的(a)中，以反馈信号的电压为电压A、电压B及电压C的情况为例进行说明。其中，电压A、电压B及电压C的电压值的关系为电压A＞电压B＞电压C。
比较器12在利用信号线S12输入的信号的电压值大于利用信号线S7输入的反馈信号的电压值的情况下输出H。比较器12在利用信号线S12输入的信号的电压值小于利用信号线S7输入的反馈信号的电压值的情况下输出L。因此，在反馈信号的电压为电压A的情况下，输出信号的占空比比反馈信号的电压为电压B或电压C的情况小。另一方面，在反馈信号的电压为电压C的情况下，输出信号的占空比比反馈信号的电压为电压A或电压B的情况大。
〔第二实施方式〕
以下对本发明的第二实施方式进行说明。并且，为了便于说明，对具有与在所述实施方式中说明的部件相同功能的部件标注相同的附图标记并省略其说明。
(脉冲宽度调整电路1的其他例)
图2的(b)是表示脉冲宽度调整电路1的其他例的主要部分构成的框图。对于脉冲宽度调整电路1的其他例，使用图2的(b)进行说明。
如图2的(b)所示，脉冲宽度调整电路1包括数字IC11、比较器12、电阻R及电容器C。换言之，图2的(b)所示的脉冲宽度调整电路1为不具有图2的(a)所示的脉冲宽度调整电路1中的恒定电流驱动电路13的构成。使用图3的(b)对图2的(b)所示的脉冲宽度调整电路1中的各信号线的波形进行说明。
图3的(b)是表示图2的(b)所示的脉冲宽度调整电路1中的各信号线的波形的图。如图3的(b)所示，比较器12的输入中的非反馈信号的信号即信号线S12的信号，与图3的(a)相比斜率的直线性差。但是，与图2的(a)所示的脉冲宽度调整电路1相比，图2的(b)所示的脉冲宽度调整电路1能够实现恒定电流电路的响应特性没有界限的电路。
另外，如图3的(b)所示，对于图2的(b)所示的脉冲宽度调整电路1的比较器12的输出信号(信号线S3的信号)，在反馈信号的电压为电压A、电压B及电压C中的任一种的情况下，均成为图3的(a)所示的与图2的(a)所示的脉冲宽度调整电路1的比较器12的输出信号相同的波形。换言之，图2的(a)所示的脉冲宽度调整电路1及图3的(b)所示的脉冲宽度调整电路1的基本动作相同。
按照上述方式，本第一、第二实施方式的数字放大器100不具有对所输入的数字信号进行处理的构成(例如DSP(Digital Signal Processor)、FPGA(Field ProgrammableGate Arrays))、进行量子化的构成，就能够对所输入的数字信号进行放大。换言之，数字放大器100能够实现简化的电路构成及低成本的数字放大器。
另外，数字放大器100由于不具有对上述数字信号进行处理的构成，因此能够更准确地对所输入的数字信号进行放大。
另外，数字放大器100是简化的电路构成，因此能够实现充分活用构成开关电路2的化合物半导体功率FET元件的高速开关特性的数字放大器。
另外，数字放大器100参照基于开关电路2的输出信号生成的反馈信号，对所输出的数字信号的脉冲宽度进行调整。因此，数字放大器100能够实现即使输入是数字信号也能够进行反馈的数字放大器。
另外，数字放大器100还具有使所输出的数字信号模拟化而生成反馈信号的积分要素。并且，数字放大器100根据利用积分要素模拟化的反馈信号的信号电平对数字信号的脉冲宽度进行调整。因此，数字放大器100能够实现即使输入是数字信号也能够恰当地进行反馈的数字放大器。
另外，数字放大器100在输出信号的占空比增大的情况下，通过反馈减小输出信号的占空比。因此，数字放大器100能够降低失真率和残留噪音。
另外，数字放大器100在开关电路2的后段设有低通滤波电路5。因此，数字放大器100能够作为使扬声器振动的音频的放大器使用。
〔第三实施方式〕
基于图4及图5对本发明的第三实施方式说明如下。并且，为了便于说明，对具有与在所述实施方式中说明的部件相同功能的部件标注相同的附图标记并省略其说明。
(数字放大器100a)
图4是表示本发明第三实施方式的数字放大器100a的主要部分构成的框图。如图4所示，数字放大器100a包括脉冲宽度调整电路1a、开关电路2a、反馈信号生成部4、停滞时间发生器6、可变电压源101、衰减器102、电流监视电路103、误差放大器104及积分器105。
脉冲宽度调整电路1a是从上述的脉冲宽度调整电路1中去除积分要素得到的构成。
开关电路2a具有栅极驱动电路21，通过驱动两个FET输出放大的数字信号。
反馈信号生成部4由于构成与上述第一实施方式中的反馈信号生成部4相同，因此省略说明。
停滞时间发生器6产生用于对驱动开关电路2a的两个FET的定时进行调整的停滞时间。
可变电压源101是用于开关电路2a对电压进行放大的电源电压及用于供给后述的误差放大器104的基准电压的电压源。通过改变可变电压源101，对开关电路2a的输出电压进行调整。
衰减器102是用于对后述的误差放大器104的基准电压进行调整的衰减器。
电流监视电路103是对向开关电路2a的两个FET流动的电流进行监视的保护电路。
误差放大器104将开关电路2a的输出信号与基准电压比较，在开关电路2a的输出信号高于基准电压的情况下输出H，在开关电路2a的输出信号低于基准电压的情况下输出L。
积分器105是对误差放大器104的输出信号进行积分的积分要素。另外，为了抑制所输出的信号的噪声，向积分器105输入后述的颤振发生电路64输出的颤振信号。
另外，数字放大器100a如图4所示，在输出侧连接有低通滤波电路5，在输入侧连接有差动接收器61、差动接收器62、数字采样器63及颤振发生电路64。
低通滤波电路5由逆变器及电容器构成，具有与第一实施方式中的低通滤波电路5相同的功能。
利用两条信号线向差动接收器61输入输入信号的数字信号，根据该两条信号线的差输出数字信号。
利用两条信号线向差动接收器62输入时钟信号，根据该两条信号线的差输出时钟信号。
向数字采样器63输入由差动接收器61输出的数字信号及由差动接收器62输出的时钟信号，进行与该数字信号及时钟信号对应的数字采样。
颤振发生电路64输出用于抑制数字放大器100a输出的信号的噪声的颤振信号。
(BTL连接)
对于通过使用两个数字放大器100a进行BTL连接(Bridged Transformer less连接、桥连接)实现输出装置120的情况，使用图5进行说明。图5是BTL连接有本发明第三实施方式的数字放大器100a的输出装置120的框图。
如图5所示，在输出装置120中，分别向数字放大器100a1(第一放大部)及数字放大器100a2(第二放大部)输入数字采样器63的输出及颤振发生电路64的输出。另外，在数字放大器100a1及数字放大器100a2的输出侧分别连接有低通滤波电路5A及低通滤波电路5B，在低通滤波电路5A及低通滤波电路5B的输出侧连接有扬声器70(负载)。在输出装置120中，能够对所输入的数字信号即音频信号进行放大，从扬声器70输出声音。
在输出装置120中，数字采样器63向数字放大器100a1输出正相的信号，向数字放大器100a2输出相位与输入至数字放大器100a1的信号相反的反相位信号。根据该构成，能够抵销数字放大器100a1及数字放大器100a2相互的输出信号的DC成分。
颤振发生电路64向数字放大器100a1及数字放大器100a2输出同相的信号。根据该构成，数字放大器100a1及数字放大器100a2各自的颤振信号也能够以输出抵销。
按照上述方式，在本实施方式的在输出装置120中，数字放大器100a1及数字放大器100a2彼此BTL连接。因此，输出装置120能够实现输出电压为两倍的数字放大器。
另外，数字放大器100a还具有将开关电路2a的输出电压与基准电压进行比较的误差放大器104，积分器105通过对误差放大器104的输出信号进行积分而生成反馈信号。因此，数字放大器100a能够恰当地去除开关电路2的输出信号中的噪声。
〔总结〕
本发明第一方案的数字放大器(100、100a)包括：对数字信号的脉冲宽度进行调整的脉冲宽度调整电路(1、1a)；对上述脉冲宽度调整电路的输出信号进行放大的开关电路(2、2a)；以及基于上述开关电路的输出信号生成反馈信号的反馈信号生成部(4)，上述脉冲宽度调整电路参照上述反馈信号对上述数字信号的脉冲宽度进行调整。
根据上述构成，数字放大器能够实现简化的电路构成及低成本的数字放大器。另外，数字放大器能够更准确地对所输入的数字信号进行放大。另外，数字放大器能够实现充分活用构成开关电路2的化合物半导体功率FET元件的高速开关特性的数字放大器。能够实现即使输入为数字信号也能够进行反馈的数字放大器。
在本发明第二方案的数字放大器中，也可以是，上述第一方案的上述反馈信号生成部具有通过使上述开关电路的输出信号模拟化而生成上述反馈信号的积分器(105)，上述脉冲宽度调整电路根据上述反馈信号的信号电平对上述数字信号的脉冲宽度进行调整。
根据上述构成，数字放大器能够实现即使输入是数字信号也能够恰当地进行反馈的数字放大器。
在本发明第三方案的数字放大器中，也可以是，上述第二方案中的上述反馈信号生成部还具有将上述开关电路的输出信号与基准电压进行比较的比较器(误差放大器104)，上述积分器通过对上述比较器的输出信号进行积分而生成上述反馈信号。
根据上述构成，能够恰当地去除开关电路的输出信号中的噪声。
在本发明第四方案的数字放大器中，也可以是，上述第一至第三方案中的任一项上述脉冲宽度调整电路在上述开关电路的输出信号的占空比增大的情况下，使该脉冲宽度调整电路的输出信号的占空比减小。
根据上述构成，数字放大器能够降低失真率和残留噪音。
本发明第五方案的数字放大器也可以是，在上述第一至第四方案的任一项中，在上述开关电路的后段还设有低通滤波器(低通滤波电路5)。
根据上述构成，能够作为使扬声器振动的音频的放大器使用。
本发明第六方案的输出装置(120)包括：对第一数字信号进行放大的第一放大部(数字放大器100a1)；对相位与上述第一数字信号相反的第二数字信号进行放大的第二放大部(数字放大器100a2)；以及与上述第一放大部及上述第二放大部连接的负载(扬声器70)，上述第一放大部包括：对上述第一数字信号的脉冲宽度进行调整的第一脉冲宽度调整电路；对上述第一脉冲宽度调整电路的输出信号进行放大的第一开关电路；以及基于上述第一开关电路的输出信号生成反馈信号的第一反馈信号生成部，上述第一脉冲宽度调整电路参照上述反馈信号对上述数字信号的脉冲宽度进行调整，上述第二放大部包括：对上述第二数字信号的脉冲宽度进行调整的第二脉冲宽度调整电路；对上述第二脉冲宽度调整电路的输出信号进行放大的第二开关电路；以及基于上述第二开关电路的输出信号生成反馈信号的第一反馈信号生成部，上述第二脉冲宽度调整电路参照上述反馈信号对上述数字信号的脉冲宽度进行调整。
根据上述构成，输出装置能够实现输出电压为两倍的数字放大器。
本发明的一方案不限定于上述各实施方式，能够在权利要求表示的范围内进行多种变更，分别在不同实施方式中公开的技术手段适当组合得到的实施方式，也包含在本发明一实施方式的技术范围内。此外，通过将在各实施方式中分别公开的技术手段组合，能够形成新的技术特征。
附图标记说明
1、1a 脉冲宽度调整电路
2、2a 开关电路
3 电源电路
4 反馈信号生成部
5、5A、5B 低通滤波电路(低通滤波器)
12 比较器
13 恒定电流驱动电路
41 衰减器
70 扬声器(负载)
104 误差放大器(比较器)
105 积分器
100、100a 数字放大器
100a1 数字放大器(第一放大部)
100a2 数字放大器(第二放大部)
120 输出装置

Claims (6)

1.一种数字放大器，其特征在于，包括：
脉冲宽度调整电路，其对数字信号的脉冲宽度进行调整；
开关电路，其对上述脉冲宽度调整电路的输出信号进行放大；以及
反馈信号生成部，其基于上述开关电路的输出信号生成反馈信号，
上述脉冲宽度调整电路参照上述反馈信号对上述数字信号的脉冲宽度进行调整。
2.根据权利要求1所述的数字放大器，其特征在于，
上述反馈信号生成部具有积分器，其通过将上述开关电路的输出信号模拟化而生成上述反馈信号，
上述脉冲宽度调整电路根据上述反馈信号的信号电平对上述数字信号的脉冲宽度进行调整。
3.根据权利要求2所述的数字放大器，其特征在于，
上述反馈信号生成部还具有将上述开关电路的输出信号与基准电压比较的比较器，
上述积分器通过对上述比较器的输出信号进行积分而生成上述反馈信号。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的数字放大器，其特征在于，
上述脉冲宽度调整电路在上述开关电路的输出信号的占空比增大的情况下，使该脉冲宽度调整电路的输出信号的占空比减小。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的数字放大器，其特征在于，
在上述开关电路的后段还设有低通滤波器。
6.一种输出装置，其特征在于，包括：
对第一数字信号进行放大的第一放大部；
对相位与上述第一数字信号相反的第二数字信号进行放大的第二放大部；以及
与上述第一放大部及上述第二放大部连接的负载，
上述第一放大部包括：
对上述第一数字信号的脉冲宽度进行调整的第一脉冲宽度调整电路；
将上述第一脉冲宽度调整电路的输出信号进行放大的第一开关电路；以及
基于上述第一开关电路的输出信号生成反馈信号的第一反馈信号生成部，
上述第一脉冲宽度调整电路参照上述反馈信号对上述数字信号的脉冲宽度进行调整，
上述第二放大部包括：
对上述第二数字信号的脉冲宽度进行调整的第二脉冲宽度调整电路；
对上述第二脉冲宽度调整电路的输出信号进行放大的第二开关电路；以及
基于上述第二开关电路的输出信号生成反馈信号的第一反馈信号生成部，
上述第二脉冲宽度调整电路参照上述反馈信号对上述数字信号的脉冲宽度进行调整。
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