JP2002158548A - Digital power amplifier - Google Patents

Digital power amplifier

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JP2002158548A
JP2002158548A JP2000351409A JP2000351409A JP2002158548A JP 2002158548 A JP2002158548 A JP 2002158548A JP 2000351409 A JP2000351409 A JP 2000351409A JP 2000351409 A JP2000351409 A JP 2000351409A JP 2002158548 A JP2002158548 A JP 2002158548A
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JP
Japan
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signal
modulator
input
power amplifier
digital
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Application number
JP2000351409A
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Japanese (ja)
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Taro Nakagami
太郎 仲上
Takashi Shima
崇 島
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To facilitate gain setting for greatly taking an average output sound pressure level in the average input signal level part of a digital power amplifier. SOLUTION: In the digital power amplifier, with which an audio frequency band signal S3 is inputted to a ΔΣ modulator 23, and this signal S3 is made into power switch control signal such as pulse density modulated signal S19 or PWM signal S11 via the ΔΣ modulator, capable of being supplied via a power LPF 6 to a speaker part 7, the operation of this ΔΣ modulator 23 is stabilized by a first signal limiter 25, provided on the prestage side of this ΔΣmodulator 23 and a second signal limiter 30 provided on the poststage side of this ΔΣmodulator 23 and the upper limit of the average signal level of this signal S3, capable of being inputted to the ΔΣ modulator 23 is increased, so that the reproducing output of this average signal level is improved.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電力増幅段をスイ
ッチング制御するようにした場合に適用して好適なD級
増幅器で構成されたデジタルパワーアンプに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a digital power amplifier constituted by a class D amplifier which is suitably applied to a case where switching control of a power amplification stage is performed.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、このデジタルパワーアンプの典型
的な例としてD級増幅(class D operation )と呼称さ
れる信号増幅器が、特に可聴周波数(audio frequency
)帯域信号の信号増幅器の一形態として知られてい
る。このD級増幅器の典型的な例では、図4Aに示した
如く信号入力端子1、信号利得制御器2、標本化周波数
の変換器3、ΔΣ変調器4、パワースイッチ部5及びパ
ワーLPF(low pass filter )部6でこのD級増幅器
の要部が構成されている。また7は音響再生用のスピー
カである。なお以下の説明においては、アナログ信号を
標本化・量子化し、この量子化された信号を符号化して
得られたPCM(pulse code modulation )信号をデジ
タル信号と称し、このようにしてアナログ信号をPCM
信号化することをデジタル信号化と称するものとする。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a typical example of the digital power amplifier, a signal amplifier called a class D operation (class D operation) is used, in particular, at an audio frequency (audio frequency).
) It is known as one form of signal amplifier for band signals. In a typical example of the class D amplifier, as shown in FIG. 4A, a signal input terminal 1, a signal gain controller 2, a sampling frequency converter 3, a ΔΣ modulator 4, a power switch unit 5, and a power LPF (low The main part of this class D amplifier is constituted by a pass filter 6. Reference numeral 7 denotes a speaker for sound reproduction. In the following description, a PCM (pulse code modulation) signal obtained by sampling and quantizing an analog signal and encoding this quantized signal is referred to as a digital signal.
Signal conversion is referred to as digital signal conversion.

【0003】そしてCD(compact disc)と同じ標本化
周波数44.1KHzで標本化されたデジタル音声周波数
帯域信号S1が、図4Aに示した如く信号入力端子1に
入力され、信号利得制御器2を介して信号レベルを調節
する利得係数が乗算され、この利得係数が乗算されたデ
ジタル音声周波数帯域信号S2が標本化周波数の変換器
3に入力されて、この変換器3を介して一例として標本
化周波数2.8224MHz(64×44.1kHz )のデ
ジタル信号に変換されたデジタル音声周波数帯域信号S
3がΔΣ変調器4に入力される。
A digital audio frequency band signal S1 sampled at the same sampling frequency of 44.1 KHz as a CD (compact disc) is input to a signal input terminal 1 as shown in FIG. The digital audio frequency band signal S2 multiplied by the gain coefficient is input to a sampling frequency converter 3, and is sampled as an example via the converter 3. Digital audio frequency band signal S converted to a digital signal of a frequency of 2.8224 MHz (64 × 44.1 kHz)
3 is input to the ΔΣ modulator 4.

【0004】このΔΣ変調器4は、図4Bに示した如く
信号加算器9、信号積分器10、量子化器11、1サン
プルディレイ12、クロック信号S13の入力端子13
及び1ビットパルス密度変調信号S4の出力端子14に
よりその要部が構成されている。そしてこの入力端子1
3には、デジタル音声周波数帯域信号S3の標本化周波
数信号に同期した周波数2.8224MHz のクロック信
号S11が供給され、これら信号加算器9、………、1
サンプルディレイ12の夫々の動作はこのクロック信号
S11にロックした状態で実行される。
The ΔΣ modulator 4 comprises a signal adder 9, a signal integrator 10, a quantizer 11, a sample delay 12, and an input terminal 13 for a clock signal S13 as shown in FIG. 4B.
The output terminal 14 of the 1-bit pulse density modulation signal S4 constitutes a main part thereof. And this input terminal 1
3 is supplied with a clock signal S11 having a frequency of 2.8224 MHz synchronized with the sampling frequency signal of the digital audio frequency band signal S3, and these signal adders 9,.
Each operation of the sample delay 12 is executed while being locked to the clock signal S11.

【0005】信号入力端8Aに入力されたデジタル音声
周波数帯域信号S3が信号加算器9の正極性入力側に供
給され、この信号加算器9の負極性入力側に供給され
た、あとに説明するフイードバック信号S10との差分
値のデジタル信号S8が、信号加算器9を介して生成さ
れ、この信号加算器9の出力側から信号積分器10の入
力側に供給される。
The digital audio frequency band signal S3 inputted to the signal input terminal 8A is supplied to the positive input side of the signal adder 9 and supplied to the negative input side of the signal adder 9, which will be described later. A digital signal S8 having a difference value from the feedback signal S10 is generated via the signal adder 9, and is supplied from the output side of the signal adder 9 to the input side of the signal integrator 10.

【0006】そしてこの信号積分器10を介して積分さ
れて生成された信号S9が、量子化器11に供給され、
量子化器11を介して分解能が1ビットの量子化・符号
化が行われて、この量子化器11から出力された1ビッ
トパルス密度変調信号S4が、ディレイ12の入力側に
供給され、このディレイ12を介して1サンプル遅れた
フィードバック信号S10に変換され、このフィードバ
ック信号S10が信号加算器9の負極性入力側に供給さ
れ、先に説明したように入力信号S3から減算される。
The signal S9 integrated and generated via the signal integrator 10 is supplied to a quantizer 11,
1-bit quantization / encoding is performed via the quantizer 11, and the 1-bit pulse density modulation signal S 4 output from the quantizer 11 is supplied to the input side of the delay 12. The signal is converted into a feedback signal S10 delayed by one sample via the delay 12, and this feedback signal S10 is supplied to the negative input side of the signal adder 9, and is subtracted from the input signal S3 as described above.

【0007】そしてこのパルス密度変調信号S4が信号
出力端14から出力されるか、あるいは必要に応じてパ
ルス幅変調器等を介してこの信号S4をPWM(pulse
width modulation)信号に変換され信号出力端14から
出力される。
The pulse density modulation signal S4 is output from the signal output terminal 14 or, if necessary, is converted to a PWM (pulse width modulation) signal via a pulse width modulator or the like.
The signal is converted to a width modulation signal and output from the signal output terminal 14.

【0008】また先に説明されているごとく、量子化器
11の信号出力側から入力側にディレイ12、信号加算
器9及び信号積分器10を介して信号負帰還ループが形
成されていることにより、この量子化器11で発生しこ
のパルス密度変調信号S4に混入した量子化ノイズに微
分特性が持たされ、この密度変調信号S4の低い周波数
帯、すなわち音声信号帯域のDレンジが広がる方向に改
善される。
As described above, the signal negative feedback loop is formed from the signal output side of the quantizer 11 to the input side via the delay 12, the signal adder 9 and the signal integrator 10. The quantization noise generated by the quantizer 11 and mixed into the pulse density modulation signal S4 has a differential characteristic, and is improved in a direction in which the D range of the low frequency band of the density modulation signal S4, that is, the D range of the audio signal band is expanded. Is done.

【0009】なおこのように量子化ノイズが排除される
ことによりDレンジが改善されるようにする技術は、ノ
イズシェーピング(noise shaping )と呼称される。ま
た図4Bに示した例では一次帰還によるノイズシェーピ
ングの例を示したが、この図4Bに示した例において、
この一次帰還によるノイズシェーピング以外に、帰還ル
ープを増やして2次、3次帰還をおこなって、多重帰還
ループによるノイズシェーピングをおこなわせるように
してこの改善効果をより高めるようにした例も提案され
ている。
The technique for improving the D range by eliminating the quantization noise in this way is called noise shaping. 4B shows an example of noise shaping by primary feedback, but in the example shown in FIG.
In addition to the noise shaping by the primary feedback, there has been proposed an example in which the feedback loop is increased to perform the secondary and tertiary feedback so that the noise shaping is performed by the multiple feedback loop to further enhance the improvement effect. I have.

【0010】そしてこのような状態で変調された1ビッ
トパルス密度変調信号に基づき生成された1ビットパル
ス密度変調信号S4、あるいは、図示せざるも上述した
PWM信号が、入力端子15Aを通じてパワースイッチ
部5に供給される。そしてこのパワースイッチ部5の、
電源Vcc側と接地側の間にカスコード接続された2つ
のNチャンネルパワーMOSFET素子17A、17B
の、このFET素子17Aのゲート側にこの信号S4あ
るいはこのPWM信号が供給され、このFET素子17
Bのゲート側にこのS4がインバータ16Aを介して位
相反転された信号S4Aが供給され、これら2つのPチ
ャンネルパワーMOSFET素子17A、17Bが、こ
のS4で相補的にスイッチングされて、このS4に応じ
てパワースイッチングされた電源Vccからのパワー信
号S5が、出力端子15Bから出力される。
The 1-bit pulse density modulation signal S4 generated based on the 1-bit pulse density modulation signal modulated in such a state, or the above-described PWM signal, not shown, is supplied to the power switch section through the input terminal 15A. 5 is supplied. And of this power switch unit 5,
Two N-channel power MOSFET elements 17A and 17B cascode-connected between the power supply Vcc side and the ground side
The signal S4 or the PWM signal is supplied to the gate side of the FET element 17A.
A signal S4A obtained by inverting the phase of S4 via an inverter 16A is supplied to the gate side of B, and the two P-channel power MOSFET elements 17A and 17B are complementarily switched at S4. The power signal S5 from the power supply Vcc that has been power-switched is output from the output terminal 15B.

【0011】そしてさらにこのパワー信号S5が、パワ
ーLPF部6の入力端子18Aに入力され、この入力端
子18Aと出力端子18Bの間に接続されたチョークコ
イル19及びこの出力端子18Bと接地側の間に接続さ
れたコンデンサ20でなる、可聴周波数帯域外の高域周
波数成分をカットする特性を有するパワーLPF回路6
を介して得られた可聴周波数帯域の電力信号S5が、出
力端子18B及び18Cを通じて音響信号再生用のスピ
ーカ7に供給されて、音響信号として再生されるように
している。
Further, the power signal S5 is input to the input terminal 18A of the power LPF unit 6, and the choke coil 19 connected between the input terminal 18A and the output terminal 18B and the output terminal 18B between the output terminal 18B and the ground. Power LPF circuit 6 having a characteristic of cutting high frequency components outside the audible frequency band, comprising a capacitor 20 connected to
The power signal S5 in the audible frequency band obtained through the terminal is supplied to the speaker 7 for reproducing an audio signal through the output terminals 18B and 18C, and is reproduced as an audio signal.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような先行技術にかかるΔΣ変調器4では、このΔΣ
変調器4に入力できるデジタル音声周波数帯域信号S3
の最大振幅の値を、ΔΣ変調器4から出力できる1ビッ
トパルス変調信号S4が表現できる振幅の値で除して定
まる最大変調率が、ノイズシェーピングの次数、信号積
分器10の設定等のこの信号負帰還ループのアルゴリズ
ムにより決められており、この最大変調率を超えるデジ
タル音声周波数帯域信号S3がΔΣ変調器4に入力され
た場合、このノイズシェーピングの特性が悪化し、最悪
の場合ΔΣ変調器4が発振する可能性がある。よって従
来においては、このデジタル音声周波数帯域信号S3の
ピーク値がこの最大変調率を超えないように制限する必
要があった。
However, in the ΔΣ modulator 4 according to the prior art as described above, the ΔΣ
Digital audio frequency band signal S3 that can be input to modulator 4
Is divided by the amplitude value that can be expressed by the 1-bit pulse modulation signal S4 that can be output from the ΔΣ modulator 4, the maximum modulation rate is determined by the noise shaping order, the setting of the signal integrator 10, and the like. When a digital audio frequency band signal S3 exceeding the maximum modulation rate is input to the ΔΣ modulator 4, the noise shaping characteristic is deteriorated. In the worst case, the ΔΣ modulator is used. 4 may oscillate. Therefore, conventionally, it was necessary to limit the peak value of the digital audio frequency band signal S3 so as not to exceed the maximum modulation rate.

【0013】そのため従来のΔΣ変調器を組み込んだD
級信号増幅器においては、ΔΣ変調器の前段に信号利得
制御器を設けて、このΔΣ変調器に入力される信号の信
号レベルのピーク値がこの最大変調率を超えないように
制限していた。しかしながら図4に示した如きパワーア
ンプ(電力増幅器)の場合、このΔΣ変調器に入力され
る信号の信号レベルのピーク値がこの最大変調率を超え
ないように制限すると、このパワーアンプとして出力で
きる最大パワー(最大音量)は、このΔΣ変調器に入力
される信号の信号レベルがこの最大変調率を超えないよ
うに制限されたことにより決まり、この制限を下回る信
号レベルの信号がこのΔΣ変調器に入力された状態にお
いては、このパワーアンプとして出力できるパワー(音
量)を大きく出せないという課題があった。
[0013] Therefore, a conventional ΔΣ modulator incorporating D
In the class signal amplifier, a signal gain controller is provided in a stage preceding the ΔΣ modulator to limit the peak value of the signal level of the signal input to the ΔΣ modulator so as not to exceed the maximum modulation rate. However, in the case of a power amplifier (power amplifier) as shown in FIG. 4, if the peak value of the signal level of the signal input to the ΔΣ modulator is restricted so as not to exceed the maximum modulation rate, the power amplifier can be output. The maximum power (maximum volume) is determined by limiting the signal level of the signal input to the ΔΣ modulator so as not to exceed the maximum modulation rate, and the signal having a signal level lower than the limit is determined by the ΔΣ modulator. However, there is a problem that the power (volume) that can be output as the power amplifier cannot be increased when the power is input to the power amplifier.

【0014】すなわち信号入力端子に入力されるデジタ
ル音声周波数帯域信号の信号ピーク値が大きいが、その
平均信号レベルがこのピーク値に比較してかなり低い信
号の場合でも、このΔΣ変調器に入力される信号の信号
レベルのこのピーク値がこの最大変調率を超えないよう
に信号利得制御器で制限する必要があるため、この平均
信号レベルの信号の部分を、このパワーアンプとして出
力するパワーを大きくできないという課題があった。
That is, even if the signal peak value of the digital audio frequency band signal input to the signal input terminal is large, but the average signal level is considerably lower than this peak value, the signal is input to the ΔΣ modulator. It is necessary to limit the peak value of the signal level of the signal to be controlled by the signal gain controller so as not to exceed the maximum modulation rate. There was a problem that could not be done.

【0015】本発明はかかる従来の課題に鑑みてなされ
たものであり、信号入力端子に入力されるデジタル音声
周波数帯域信号の信号ピーク値が大きいが、その平均信
号レベルがこのピーク値に比較してかなり低い信号の場
合でも、このΔΣ変調器に入力される信号の信号レベル
のこのピーク値がこの最大変調率を超えないように信号
利得制御器で制限する必要があるため、この平均信号レ
ベルの信号の部分を、このパワーアンプとして出力する
パワーを大きくできないという課題を解決することを目
的としている。
The present invention has been made in view of such a conventional problem, and a digital audio frequency band signal input to a signal input terminal has a large signal peak value, but the average signal level is compared with the peak value. Even if the signal is considerably low, the signal gain controller must limit the peak value of the signal level of the signal input to this ΔΣ modulator so as not to exceed this maximum modulation rate. It is an object of the present invention to solve the problem that the power of the signal portion cannot be increased as the power amplifier.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上述したような課題等を
解決し、上記目的を達成するために、本発明の請求項1
記載のデジタルパワーアンプは、音声周波数帯域の信号
をΔΣ変調器に入力し、当該ΔΣ変調器を介してこの音
声周波数帯域の信号をパワースイッチコントロール信号
とし、このパワースイッチコントロール信号に基づきパ
ワースイッチング手段をスイッチングさせて得られたパ
ワースイッチング信号を低域通過型周波数フィルタを介
してスピーカ手段に供給し得る信号を生成するデジタル
パワーアンプであって、このΔΣ変調器の前段側に設け
た第1の信号リミッタ手段と、当該ΔΣ変調器の後段側
に設けた第2の信号リミッタ手段とを有し、このΔΣ変
調器に入力される音声周波数帯域の信号の平均信号レベ
ルの許容値をアップできるように構成したことを特徴と
している。
Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems and the like and to achieve the above-mentioned object, a first aspect of the present invention is described.
The digital power amplifier described above inputs a signal in an audio frequency band to a ΔΣ modulator, uses the signal in the audio frequency band as a power switch control signal via the ΔΣ modulator, and performs power switching based on the power switch control signal. Is a digital power amplifier for generating a signal capable of supplying a power switching signal obtained by switching the to a speaker means via a low-pass type frequency filter, and a first power amplifier provided at a stage preceding the ΔΣ modulator. A signal limiter means, and a second signal limiter means provided at a subsequent stage of the ΔΣ modulator so that an allowable value of an average signal level of a signal in an audio frequency band inputted to the ΔΣ modulator can be increased. It is characterized by having been constituted.

【0017】上述のように構成したことにより、本発明
の請求項1記載のデジタルパワーアンプでは、この音声
周波数帯域の信号レベルのピーク値に比較して、その信
号レベルの平均値が大きく下回る場合においても、この
平均信号レベルの信号の部分を、このパワーアンプとし
て出力するパワーを大きくすることができる。
With the above-described configuration, in the digital power amplifier according to the first aspect of the present invention, when the average value of the signal level is significantly lower than the peak value of the signal level in the audio frequency band. In this case, the power of the signal portion having the average signal level as the power amplifier can be increased.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。なお以下の説明においては、アナ
ログ信号を標本化・量子化し、この量子化された信号を
符号化して得られたPCM(pulse code modulation )
信号をデジタル信号と称し、このようにしてアナログ信
号をPCM信号化することをデジタル信号化と称するも
のとする。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, a PCM (pulse code modulation) obtained by sampling and quantizing an analog signal and encoding the quantized signal is obtained.
A signal is referred to as a digital signal, and converting an analog signal into a PCM signal in this manner is referred to as digital signal conversion.

【0019】図2を参照しながら本発明にかかるデジタ
ルパワーアンプの実施の形態の一例について説明する。
図2は、デジタルパワーアンプの一具体例としてD級増
幅器(class D operation amp.)の要部の一例を示した
回路ブロック図で、このD級増幅器は信号入力端子1、
信号利得制御器2、標本化周波数の変換器3、変調手段
22、パワースイッチ部5及びパワーLPF(low pass
filter )部6で構成されている。そしてこの変調手段
22はΔΣ変調器23及びスイッチング制御部24で構
成されている。なお7は一例としてダイナミックスピー
カで構成された音響信号再生用のスピーカ部である。
An embodiment of the digital power amplifier according to the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a circuit block diagram showing an example of a main part of a class D amplifier (class D operation amp.) As a specific example of a digital power amplifier.
Signal gain controller 2, sampling frequency converter 3, modulating means 22, power switch unit 5, and power LPF (low pass)
filter) unit 6. The modulator 22 includes a ΔΣ modulator 23 and a switching controller 24. Reference numeral 7 denotes a speaker unit for reproducing an audio signal, which is constituted by a dynamic speaker as an example.

【0020】そして一例としてCD(compact disc)と
同じ標本化周波数44.1KHzで標本化されたデジタル
音声周波数帯域信号S1が信号入力端子1に入力され、
信号利得制御器2を介して信号レベルを調節する利得係
数が乗算され、この利得係数が乗算されたデジタル音声
周波数帯域信号S2が標本化周波数の変換器3に入力さ
れ、この変換器3を介して一例として2.822MHz
(64×44.1kHz )のデジタル信号に変換されたデ
ジタル音声周波数帯域信号S3が変調手段22の入力端
22Aに入力される。
As an example, a digital audio frequency band signal S1 sampled at the same sampling frequency of 44.1 KHz as a CD (compact disc) is input to a signal input terminal 1,
A gain coefficient for adjusting a signal level is multiplied through a signal gain controller 2, and the digital audio frequency band signal S 2 multiplied by the gain coefficient is input to a sampling frequency converter 3. 2.822MHz as an example
The digital audio frequency band signal S3 converted into a (64 × 44.1 kHz) digital signal is input to the input terminal 22A of the modulating means 22.

【0021】次にこの変調手段22の実施の形態の一例
を図1に示して説明する。
Next, an example of an embodiment of the modulation means 22 will be described with reference to FIG.

【0022】図1は変調手段22の要部の構成を示した
ブロック図で、この変調手段22は第1の信号リミッタ
25、信号加算器27、信号積分器28、量子化器2
9、第2の信号リミッタ30、PWM変調器31及び第
2のディレイ32で構成されている。また33はクロッ
ク信号の入力端子で、この入力端子には、図2に示した
変換器3に入力され、この変換器3を介して標本化され
たデジタル音声周波数帯域信号S3の標本化周波数に同
期したクロック信号、この例ではこの2.822MHzの
クロック信号S21が入力される。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a main part of the modulating means 22. The modulating means 22 includes a first signal limiter 25, a signal adder 27, a signal integrator 28, and a quantizer 2
9, a second signal limiter 30, a PWM modulator 31, and a second delay 32. Reference numeral 33 denotes an input terminal of a clock signal. The input terminal receives the sampling frequency of the digital audio frequency band signal S3 input to the converter 3 shown in FIG. A synchronized clock signal, in this example, this 2.822 MHz clock signal S21 is input.

【0023】入力端22Aに入力されたデジタル音声周
波数帯域信号S3が、第1の信号リミッタ25に入力さ
れ、所定の振幅以下に抑圧される。
The digital audio frequency band signal S3 input to the input terminal 22A is input to the first signal limiter 25 and suppressed to a predetermined amplitude or less.

【0024】この信号S14が信号加算器27の正極性
入力側に供給され、この信号加算器27の負極性入力側
に供給されるフィードバック信号S20との差分値の信
号S16が、この信号加算器27の出力側から信号積分
器28の入力側に供給される。そしてこの信号積分器2
8を介してこの信号S16がクロック信号S21の周期
に同期して積分され、信号S17として信号積分器28
から出力されて、量子化器29に入力される。
The signal S14 is supplied to a positive input side of the signal adder 27, and a signal S16 of a difference value from a feedback signal S20 supplied to a negative input side of the signal adder 27 is provided. An output of the signal integrator 27 is supplied to an input of the signal integrator 28. And this signal integrator 2
8, the signal S16 is integrated in synchronization with the cycle of the clock signal S21, and is integrated as a signal S17.
And is input to the quantizer 29.

【0025】そして量子化器29において、信号積分器
28の出力のマルチビット(一例として24ビット)の
デジタルデータを1ビットに四捨五入もしくは切り捨て
するなどして丸めることにより1ビット符号化がおこな
われ、デジタル音声周波数帯域信号S3の信号レベルを
1ビットで表現できるように変調されたデジタル信号S
18が量子化器29から出力される。また量子化器29
からは、出力としてこの1ビットとして表現できない入
力信号S17の入力があった場合のオーバフロー識別信
号S15が出力される。
In the quantizer 29, the multi-bit (24-bit as an example) digital data output from the signal integrator 28 is rounded to one bit by rounding or rounding off, thereby performing one-bit encoding. A digital signal S modulated so that the signal level of the digital audio frequency band signal S3 can be represented by 1 bit.
18 is output from the quantizer 29. Also, the quantizer 29
Outputs an overflow identification signal S15 when there is an input of the input signal S17 that cannot be expressed as this one bit as an output.

【0026】そしてさらにこのデジタル信号S18及び
オーバフロー信号S15が第2の信号リミッタ30に供
給され、この信号リミッタ30でオーバフロー識別信号
S15に応じて振幅を制限した信号S19が、ディレイ
32に入力され、このディレイ32を介して1サンプル
ディレイし、信号加算器27の正極性入力側に入力され
たデジタル信号S14と同一形態に符号拡張、“0”詰
めされた信号に変換されたこの信号S20が、信号加算
器23の負極性入力側に供給され信号S14から減算さ
れるようにして、このノイズシェーピングが実行される
ようにする。一方、この信号S19がPWM変調器31
を介してPWM変調信号S11とされてパワースイッチ
コントロール信号として出力端22Bから出力される。
ただし、このPWM変調器31を設けることなくこの信
号19をこのコントロール信号として出力端子22Bか
ら出力されるようにしてもよい。
Further, the digital signal S18 and the overflow signal S15 are supplied to a second signal limiter 30, and a signal S19 whose amplitude is limited by the signal limiter 30 in accordance with the overflow identification signal S15 is input to a delay 32. This signal S20, which has been delayed by one sample through this delay 32 and converted into a signal which is sign-extended and padded with "0" to the same form as the digital signal S14 input to the positive input side of the signal adder 27, This noise shaping is executed by being supplied to the negative input side of the signal adder 23 and subtracted from the signal S14. On the other hand, this signal S19 is the PWM modulator 31
, And is output from the output terminal 22B as a power switch control signal.
However, the signal 19 may be output from the output terminal 22B as the control signal without providing the PWM modulator 31.

【0027】また図1に示した例においては、第1の信
号リミッタ25を設けて、信号加算器27、信号積分器
28、量子化器29、第2の信号リミッタ30及びディ
レイ32で構成されているΔΣ変調器23に入力できる
デジタル音声周波数帯域信号S3の最大振幅の値を、Δ
Σ変調器4から出力できる1ビットパルス変調信号S4
で表現できる最大振幅の値で除して定まる最大変調率を
超えないように、第1の信号リミッタ25により設定す
ることができるようにしている。
In the example shown in FIG. 1, a first signal limiter 25 is provided, and is constituted by a signal adder 27, a signal integrator 28, a quantizer 29, a second signal limiter 30, and a delay 32. The value of the maximum amplitude of the digital audio frequency band signal S3 that can be input to the ΔΣ modulator 23 is Δ Δ
1-bit pulse modulated signal S4 that can be output from modulator 4
Can be set by the first signal limiter 25 so as not to exceed a maximum modulation rate determined by dividing by a maximum amplitude value that can be expressed by the following equation.

【0028】したがって図1に示した例によれば、デジ
タル音声周波数帯域信号S1の平均音圧レベルが低く、
かつ瞬時最大音圧レベルの高いデジタル音声周波数帯域
信号S1が信号入力端子1に入力された場合において
も、この瞬時最大音圧レベルをこの第1の信号リミッタ
25により抑圧することができるので、この平均音圧レ
ベルが低い部分のデジタル音声周波数帯域信号S1のレ
ベルを上げて音響信号再生用のスピーカ部7から再生さ
せることができる利点がある。
Therefore, according to the example shown in FIG. 1, the average sound pressure level of the digital audio frequency band signal S1 is low,
Even when the digital audio frequency band signal S1 having a high instantaneous maximum sound pressure level is input to the signal input terminal 1, the instantaneous maximum sound pressure level can be suppressed by the first signal limiter 25. There is an advantage that the level of the digital audio frequency band signal S1 in the portion where the average sound pressure level is low can be raised and reproduced from the speaker section 7 for reproducing the audio signal.

【0029】よって本例によれば、一例として特に音楽
信号によくみられるように、平均信号レベルが低く、か
つ瞬時的に過大なデジタル音声周波数帯域信号S1が信
号入力端子1に入力される可能性がある場合でも、この
信号利得制御器2の利得設定を1例として2.0(+6
dB)としておくことが可能になり、この結果としてこの
音楽信号の平均信号レベルが低い部分を大きく再生され
るようにすることが可能となり、かつ瞬時的に過大な音
楽信号がデジタル音声周波数帯域信号S1として入力さ
れた場合にも、ΔΣ変調器23が発振する状態になるこ
と、或いは感知できるレベルのノイズがデジタル音声周
波数帯域信号S19中に発生するなどの不具合もなく、
この平均音圧レベルの部分の平均音圧レベルを上げた状
態で再生することができる。
Therefore, according to the present embodiment, as is often the case with music signals, for example, a digital audio frequency band signal S1 having a low average signal level and being instantaneously excessive can be input to the signal input terminal 1. Even if there is a possibility, the gain setting of the signal gain controller 2 is set to 2.0 (+6
dB), and as a result, a portion where the average signal level of the music signal is low can be largely reproduced, and an excessively large music signal is instantaneously converted into a digital audio frequency band signal. Even when the signal is input as S1, there is no problem such that the ΔΣ modulator 23 oscillates, or noise of a perceptible level is generated in the digital audio frequency band signal S19.
Reproduction can be performed with the average sound pressure level of this average sound pressure level portion raised.

【0030】なお図1に2点鎖線で囲んで示した部分に
は、一次帰還によるノイズシェーピングの例を示した
が、この一次帰還によるノイズシェーピング以外に、2
次、3次帰還と帰還ループを増やすこと等により2点鎖
線で囲んで示した部分の演算アルゴリズムを変化させて
ノイズシェーピングをおこなわせるようにしてこの改善
効果をより高めるようにしても良いことは勿論である。
なおこのように演算アルゴリズムを変化させ場合には、
第1の信号リミッタ25による信号リミット値及び又は
第2の信号リミッタ30による信号リミット値の夫々
は、この次数により変化させて、ΔΣ変調器23の動作
の安定化を図る必要のあることは勿論である。
In FIG. 1, a portion surrounded by a two-dot chain line shows an example of noise shaping by primary feedback.
Next, by increasing the number of tertiary feedbacks and feedback loops, it is possible to change the operation algorithm of the portion surrounded by the two-dot chain line so that noise shaping is performed so as to further enhance this improvement effect. Of course.
When the calculation algorithm is changed in this way,
Needless to say, it is necessary to change the signal limit value of the first signal limiter 25 and / or the signal limit value of the second signal limiter 30 according to the order to stabilize the operation of the ΔΣ modulator 23. It is.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項1
記載のデジタルパワーアンプによれば、このデジタルパ
ワーアンプに過大な信号レベルの信号が入力された場合
においても、このデジタルパワーアンプの動作が不安定
になることがなく、また極端な音質の悪化が発生しない
状態でこのデジタルパワーアンプから信号出力を得るこ
とができる。よってこのデジタルパワーアンプに対する
信号入力の設定を、平均入力信号レベルを基準として設
定でき、デジタルパワーアンプのこの平均入力信号レベ
ル部分の平均出力音圧レベルを大きくとるゲイン設定
が、このデジタルパワーアンプにおいて容易に実現でき
る。
As described above, according to the first aspect of the present invention,
According to the described digital power amplifier, even when a signal of an excessive signal level is input to the digital power amplifier, the operation of the digital power amplifier does not become unstable, and extreme deterioration in sound quality is prevented. A signal output can be obtained from this digital power amplifier in a state where no signal is generated. Therefore, the signal input setting for this digital power amplifier can be set based on the average input signal level, and the gain setting for increasing the average output sound pressure level of this average input signal level portion of the digital power amplifier is set in this digital power amplifier. Can be easily realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明によるデジタルパワーアンプの実施の形
態の一例の説明に供する回路ブロック図である。
FIG. 1 is a circuit block diagram for explaining an example of an embodiment of a digital power amplifier according to the present invention.

【図2】本発明による変調手段の実施の形態の一例の説
明に供する回路ブロック図である。
FIG. 2 is a circuit block diagram for explaining an example of an embodiment of a modulation unit according to the present invention;

【図3】本発明に適用し得るパワースイッチ部及びパワ
ーLPF部の実施の形態の一例の説明に供する回路ブロ
ック図である。
FIG. 3 is a circuit block diagram for explaining an example of an embodiment of a power switch unit and a power LPF unit applicable to the present invention;

【図4】従来のデジタルパワーアンプの一例としてD級
増幅器の説明に供する回路ブロック図である。
FIG. 4 is a circuit block diagram for explaining a class D amplifier as an example of a conventional digital power amplifier.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

5………パワースイッチ部、6………パワーLPF(lo
w pass filter )部、7………スピーカ部、23………
ΔΣ変調器、25………第1の信号リミッタ、30……
…第2の信号リミッタ
5 Power switch section 6 Power LPF (lo
w pass filter) section, 7 ... speaker section, 23 ...
ΔΣ modulator, 25... First signal limiter, 30.
... Second signal limiter

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5J064 AA00 BA03 BB12 BC11 BC17 BC19 BC21 BD01 5J091 AA02 AA24 AA26 AA41 AA66 CA35 FA01 HA10 HA29 HA33 HA39 KA00 KA04 KA15 KA20 KA26 KA31 KA42 KA53 KA62 MA11 SA05 TA01 UW01 UW08 UW10  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page F term (reference) 5J064 AA00 BA03 BB12 BC11 BC17 BC19 BC21 BD01 5J091 AA02 AA24 AA26 AA41 AA66 CA35 FA01 HA10 HA29 HA33 HA39 KA00 KA04 KA15 KA20 KA26 KA31 KA42 KA53 KA62 U01 TA05

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 音声周波数帯域の信号をΔΣ変調器に入
力し、当該ΔΣ変調器を介して前記音声周波数帯域の信
号をパワースイッチコントロール信号とし、前記パワー
スイッチコントロール信号に基づきパワースイッチング
手段をスイッチングさせて得られたパワースイッチング
信号を、低域通過型周波数フィルタを介してスピーカ手
段に供給し得る信号として生成するデジタルパワーアン
プであって、前記ΔΣ変調器の前段側に設けた第1の信
号リミッタ手段と、当該ΔΣ変調器の後段側に設けた第
2の信号リミッタ手段とを設けたことを特徴とするデジ
タルパワーアンプ。
1. An audio frequency band signal is input to a ΔΣ modulator, the audio frequency band signal is used as a power switch control signal via the ΔΣ modulator, and power switching means is switched based on the power switch control signal. A digital power amplifier that generates a power switching signal obtained as a signal that can be supplied to speaker means via a low-pass frequency filter, wherein the first signal is provided at a stage preceding the ΔΣ modulator. A digital power amplifier, comprising: a limiter means; and a second signal limiter means provided at a subsequent stage of the ΔΣ modulator.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7439893B2 (en) 2006-07-27 2008-10-21 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Delta sigma modulation D/A converting system
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