JP2005006093A

JP2005006093A - ディジタルアンプ及びこれを用いたオーディオ再生装置

Info

Publication number: JP2005006093A
Application number: JP2003167984A
Authority: JP
Inventors: Kosei Yoshida; 孝生吉田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-06-12
Filing date: 2003-06-12
Publication date: 2005-01-06

Abstract

【課題】本発明は、出力レベルを下げるときでも、残留ノイズの相対的な増大を抑えて、ＳＮ比の悪化を低減することが可能なディジタルアンプ、及びこれを用いたオーディオ再生装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る１ビットディジタルアンプ１は、入力信号を１ビットディジタル信号に変換するΔΣ変換部１１と、該１ビットディジタル信号を電力増幅する増幅部１３と、該増幅部１３の出力信号に応じた負帰還信号をΔΣ変換部１１に戻す負帰還部１５と、を有して成り、負帰還部１５の帰還量は、コントロールマイコン３からの制御信号に応じて可変制御される構成としている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力された信号をディジタル増幅する帰還型のディジタルアンプ、及びこれを用いたオーディオ再生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、変復調技術の進歩やパワー素子の応答性改善等を背景として、アナログアンプ（Ａ級アンプ等）より電力効率の高いディジタルアンプ（Ｄ級アンプ等）がオーディオ再生装置に搭載され始めている。特に、本願出願人は、アナログオーディオ信号や多ビットディジタルオーディオ信号を１ビットディジタルオーディオ信号に変換するΔΣ変換部と、該１ビットディジタルオーディオ信号を電力増幅（振幅変換）するスイッチング増幅部と、増幅された１ビットディジタルオーディオ信号をアナログ変換するディジタル／アナログ変換部と、を有して成る１ビットディジタルアンプを開示・提案するとともに（例えば、特許文献１を参照）、該アンプを搭載したオーディオ再生装置の実用化を果たしている。
【０００３】
なお、上記構成から成る１ビットディジタルアンプには、スイッチング増幅部の電源変動ノイズや電力スイッチング時の誤差成分を実時間で補正するために、該スイッチング増幅部の出力信号を所定の遅延（トータル遅延１００［ｎｓ］程度）以内でΔΣ変換部に負帰還する手段（いわゆるΔΣダイナミックフィードバックループ）が設けられており、電源変動等に影響されない入力信号に忠実な電力増幅が実現されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２４６８５２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
確かに、上記構成から成る１ビットディジタルアンプであれば、アナログアンプや多ビットディジタルアンプよりも原音を忠実に再生することができる上、消費電力の低減を実現することも可能となる。
【０００６】
しかしながら、従来の１ビットディジタルアンプでは、スイッチング増幅部の出力信号を固定分圧比で分圧し、該分圧電圧を負帰還信号としてΔΣ変換部に戻していたため、その利得は常に一定であり、出力レベルの調整は、該１ビットディジタルアンプへの入力レベルをボリュームコントローラで制御することにより実現されていた（図２を参照）。そのため、該１ビットディジタルアンプで発生する残留ノイズは、常に一定の利得で増幅されることになり、その出力レベルを下げるために入力レベルが下げられると、上記の残留ノイズが相対的に大きくなって、ＳＮ比が悪化するという課題を有していた。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑み、出力レベルを下げるときでも、残留ノイズの相対的な増大を抑えて、ＳＮ比の悪化を低減することが可能なディジタルアンプ及びこれを用いたオーディオ再生装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るディジタルアンプは、アナログ信号や多ビットディジタル信号を１ビットディジタル信号に変換する１ビット変換部と、該１ビットディジタル信号を電力増幅する増幅部と、該増幅部の出力信号に応じた負帰還信号を前記１ビット変換部に戻す負帰還部と、を有して成るディジタルアンプであって、前記負帰還部の帰還量は、所定の制御信号に応じて可変制御される構成としている。より具体的に述べると、前記負帰還信号の振幅は、前記ディジタルアンプの出力レベル設定値が高ければ大きくなるように、低ければ小さくなるように可変制御される構成としている。そして、本発明に係るオーディオ再生装置は、上記構成から成るディジタルアンプを用いた構成としている。このような構成とすることにより、ディジタルアンプの利得を可変制御することができるので、その出力レベルを下げるときでも、残留ノイズの相対的な増大を抑えて、ＳＮ比の悪化を低減することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る１ビットディジタルアンプを搭載したオーディオ再生装置の一実施形態を示すブロック図（一部に回路図を含む）である。本図に示すように、本実施形態のオーディオ再生装置は、１ビットディジタルアンプ１と、ボリュームコントローラ２と、コントロールマイコン３と、を有して成る。
【００１０】
ボリュームコントローラ２は、１ビットディジタルアンプ１への入力レベルを調節する手段であり、コントロールマイコン３の指示に応じて、入力されるアナログオーディオ信号や多ビットディジタルオーディオ信号をアナログ増幅し、後段の１ビットディジタルアンプ１に送出する。
【００１１】
１ビットディジタルアンプ１は、本図に示すように、ΔΣ変換部１１と、ゲートドライブ回路１２と、スイッチング増幅回路１３と、ディジタル／アナログ変換回路１４（以下、Ｄ／Ａ［Ｄｉｇｉｔａｌ／Ａｎａｌｏｇ］変換回路１４と呼ぶ）と、負帰還回路１５と、を有して成る。
【００１２】
ΔΣ変換部１１は、ΔΣ変調方式を用いてボリュームコントローラ２からの入力
信号を１ビットディジタルオーディオ信号であるパルス密度変調信号（以下、ＰＤＭ［ＰｕｌｓｅＤｅｎｓｉｔｙＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ］信号と呼ぶ）に変換する。
【００１３】
スイッチング増幅回路１３の回路構造は、２つのＮチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタＱ１、Ｑ２から成るハーフブリッジ型とされている。トランジスタＱ１のドレインは電源電圧ラインに接続されており、トランジスタＱ２のソースは接地されている。トランジスタＱ１のソースとトランジスタＱ２のドレインは互いに接続されており、その接続ノードは、スイッチング増幅回路１３の出力端として、後段のＤ／Ａ変換回路１４に接続されている。
【００１４】
ゲートドライブ回路１２は、ΔΣ変換部１１で生成された１ビットディジタルオーディオ信号に基づいて、上記したトランジスタＱ１、Ｑ２の制御信号を生成する回路であり、トランジスタＱ１、Ｑ２のゲートには、該ゲートドライブ回路１２で生成された制御信号が入力されている。これらの制御信号により、トランジスタＱ１、Ｑ２は互いに逆相駆動される。その結果、スイッチング増幅回路１３のプッシュプル動作が実現され、１ビットディジタルオーディオ信号は必要な出力レベルに増幅される。
【００１５】
Ｄ／Ａ変換回路１４は、所定のカットオフ周波数（例えば１００［ｋＨｚ］）を有するローパスフィルタであり、スイッチング増幅回路１３から入力される増幅１ビットディジタルオーディオ信号をアナログ出力信号に変換する。
【００１６】
本発明の特徴部分である負帰還回路１５は、抵抗Ｒ１〜Ｒｎ、Ｒａ、Ｒｂと、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎと、を有して成る可変分圧回路である。抵抗Ｒ１〜Ｒｎと抵抗Ｒａは、スイッチング増幅回路１３の出力端とグランドとの間に直列接続されている。スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの各一端は、抵抗Ｒ１〜Ｒｎ、Ｒａ相互間の接続ノードに接続されている。スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの各他端は互いに接続されており、その接続ノードは抵抗Ｒｂを介して、ΔΣ変換部１１の負帰還信号入力端子に接続されている。
【００１７】
上記構成から成る負帰還回路１５において、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎは、コントロールマイコン３の指示に応じて開閉制御される。すなわち、本実施形態の負帰還回路１５は、コントロールマイコン３の指示に応じた分圧比でスイッチング増幅回路１３の出力信号を分圧し、該分圧電圧を負帰還信号としてΔΣ変換部１１にフィードバックする構成である。このような構成とすることにより、コントロールマイコン３を用いて、前記負帰還信号の振幅を増減し、１ビットディジタルアンプ１の利得を可変制御することが可能となる。
【００１８】
なお、本実施形態のコントロールマイコン３は、１ビットディジタルアンプ１の出力レベル（後段に接続されるスピーカの音量）を設定するための制御信号に基づいて、ボリュームコントローラ２の利得制御（１ビットディジタルアンプ１の入力レベル制御）と、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの開閉制御（１ビットディジタルアンプ１の利得制御）と、を併せて行う構成である。
【００１９】
上記したコントロールマイコン３の利得制御動作について、具体例を挙げて説明する。まず、１ビットディジタルアンプ１の出力レベルをその最低レベル付近まで下げる場合について考える。この場合、コントロールマイコン３は、ボリュームコントローラ２の利得を所定レベルに維持する一方、前記負帰還信号の振幅を大きく（例えば、スイッチＳＷ１をオン、他スイッチをオフ）して、１ビットディジタルアンプ１の利得を最低レベル付近まで下げる。このような利得制御動作により、残留ノイズを不要に増幅することがなくなるので、その相対的な増大を抑えてＳＮ比の悪化を低減することが可能となる。一方、１ビットディジタルアンプ１の出力レベルをその最高レベル付近まで上げる場合には、前記負帰還信号の振幅を小さく（例えばスイッチＳＷｎをオン、他スイッチをオフ）して、１ビットディジタルアンプ１の利得を最高レベル付近まで上げる。このような利得制御動作により、出力を稼ぐことが可能となる。
【００２０】
なお、上記の実施形態では、スイッチング増幅回路１３を２つのＮチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタＱ１、Ｑ２から成るハーフブリッジ型とした場合を例に挙げて説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、４つのトランジスタから成るフルブリッジ型（Ｈ型）としてもよいし、ＰチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタを用いた構成としても構わない。
【００２１】
また、上記の実施形態では、スイッチング増幅回路１３について、上側トランジスタＱ１を電源ラインに接続し、下側トランジスタＱ２を接地した正電源構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、上側トランジスタＱ１を接地し、下側トランジスタＱ２を電源ラインに接続した負電源構成としても構わない。
【００２２】
また、上記の実施形態では、コントロールマイコン３を用いて、ボリュームコントローラ２の利得制御と、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの開閉制御と、を併せて行う構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、１ビットディジタルアンプ１の出力レベル設定値に応じて負帰還回路１５の帰還量を可変制御する構成であれば、いかなる構成を採用しても構わない。
【００２３】
【発明の効果】
上記したように、本発明に係るディジタルアンプ、及びこれを用いたオーディオ再生装置であれば、その出力レベルを下げるときでも、残留ノイズの相対的な増大を抑えて、ＳＮ比の悪化を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る１ビットディジタルアンプを搭載したオーディオ再生装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】従来の１ビットディジタルアンプの一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１ビットディジタルアンプ
１１ ΔΣ変換部
１２ゲートドライブ回路
１３スイッチング増幅回路
１４ディジタル／アナログ変換回路（Ｄ／Ａ変換回路）
１５負帰還回路
２ボリュームコントローラ
３コントロールマイコン
Ｑ１、Ｑ２ＮチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタ
Ｒ１〜Ｒｎ、Ｒａ、Ｒｂ抵抗
ＳＷ１〜ＳＷｎスイッチ

Claims

アナログ信号や多ビットディジタル信号を１ビットディジタル信号に変換する１ビット変換部と、該１ビットディジタル信号を電力増幅する増幅部と、該増幅部の出力信号に応じた負帰還信号を前記１ビット変換部に戻す負帰還部と、を有して成るディジタルアンプであって、前記負帰還部の帰還量は、所定の制御信号に応じて可変制御されることを特徴とするディジタルアンプ。
前記負帰還信号の振幅は、前記ディジタルアンプの出力レベル設定値が高ければ大きくなるように、低ければ小さくなるように、可変制御されることを特徴とする請求項１に記載のディジタルアンプ。
請求項１または請求項２に記載のディジタルアンプを用いたオーディオ再生装置。