JP2005033349A - 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 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係るディジタルアンプは、ブリッジ型出力回路7と、該ブリッジ出力回路7のFETQ1〜Q4をプッシュプル駆動するドライブ回路6と、FETQ1〜Q4のスイッチングに際して上側、下側の同時オフ期間(デッドタイム)を生成するデッドタイム生成部5と、を有して成り、入力音源としてCD再生部1が選択されるとデッドタイムを第1の期間とし、放送受信部2が選択されるとデッドタイムを第1の期間よりも長い第2の期間とする構成である。
【選択図】 図1
Description
【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(異なる2電位間に少なくとも一対のスイッチ素子を直列接続して成るブリッジ回路)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、従来の1ビットディジタルアンプは、前記スイッチング増幅部を構成する一対のスイッチ素子が同時にオン状態となって貫通電流による電力効率の低下や素子破壊を防ぐために、そのスイッチングに際して、両スイッチ素子が同時にオフ状態となるデッドタイムTdtを設けていた(図3を参照)。
【0004】
通常、デッドタイムTdtを長くすると、貫通電流が減るので電力効率は向上するが、その反面、本来の信号とは異なってくるので音質は悪化してしまう。反対に、デッドタイムTdtを短くすると、貫通電流が増えるので電力効率は低下するが、本来の信号に近くなるので音質に与える影響は少なくなる。すなわち、電力効率向上と音質向上はトレードオフの関係にあり、両方を同時に満たすことはできなかった。
【0005】
そのため、上記1ビットディジタルアンプを搭載した従来のオーディオ再生装置では、音質の維持が第1優先とされ、デッドタイムTdtが必要最小限(電力効率の低下が許容範囲内に収まる最小値)に固定設定されていた。例えば、CD再生部と放送受信部を有して成るオーディオ再生装置では、より高音質なオーディオ信号(この場合はCD再生信号)を基準として、その音質を維持し得るデッドタイムTdtが固定設定されていた。
【0006】
【特許文献1】
特開2002−246852号公報
【0007】
【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可能である。
【0008】
しかしながら、上記構成から成る1ビットディジタルアンプは、デッドタイムTdtが必要最小限に固定設定されていたが故に、前記スイッチング増幅部での貫通電流が比較的大きく、スイッチング駆動に際して生じる輻射ノイズも比較的大きい、という課題を有していた。そのため、先に例示した放送受信部を有して成るオーディオ再生装置では、自らに搭載された1ビットディジタルアンプから発生する輻射ノイズが放送受信部の受信性能に影響を及ぼすさないよう、多くの輻射対策部品が必要となり、コストアップや装置の大型化等が招かれていた。
【0009】
また、上記構成から成る1ビットディジタルアンプは、デッドタイムTdtが必要最小限に固定設定されていたが故に、大出力時の貫通電流が大きく、出力レベルを大きくすると、前記スイッチング増幅部の発熱を伴う著しい電力効率低下を生じる、という課題も有していた。
【0010】
本発明は、上記の問題点に鑑み、使用状況に応じて電力効率向上と音質向上との好適な均衡を図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。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、異なる2電位間に少なくとも一対のスイッチ素子を直列接続して成るブリッジ出力回路と、入力信号に応じて前記スイッチ素子をプッシュプル駆動するドライブ回路と、前記スイッチ素子のスイッチングに際して両スイッチ素子が同時にオフ状態となるデッドタイムを生成するデッドタイム生成手段と、を有して成るディジタルアンプにおいて、前記デッドタイム生成手段は、前記ディジタルアンプの入力音源に応じて、前記デッドタイムを可変制御する構成としている。例えば、前記デッドタイム生成手段は、前記ディジタルアンプへの入力音源がアナログ信号である場合には、前記入力音源がディジタル信号であるときよりも前記デッドタイムを長く設定する構成とすればよい。このような構成とすることにより、その入力音源が何であるかに応じて、電力効率向上と音質向上との好適な均衡を図ることが可能となる。例えば、入力音源が放送受信部である場合には、ディジタルアンプから発生する輻射ノイズが放送受信部の受信性能に影響を及ぼすさないよう、デッドタイムを通常より長くして、輻射ノイズの低減を図ることが可能となる。
【0012】
また、本発明では、異なる2電位間に少なくとも一対のスイッチ素子を直列接続して成るブリッジ出力回路と、入力信号に応じて前記スイッチ素子をプッシュプル駆動するドライブ回路と、前記スイッチ素子のスイッチングに際して両スイッチ素子が同時にオフ状態となるデッドタイムを生成するデッドタイム生成手段と、を有して成るディジタルアンプにおいて、前記デッドタイム生成手段は、前記ディジタルアンプの出力レベルに応じて、前記デッドタイムを可変制御する構成としている。このような構成とすることにより、その出力レベルの大小に応じて、電力効率向上と音質向上との好適な均衡を図ることが可能となる。すなわち大出力時には、スイッチング増幅部の発熱を伴う著しい電力効率低下が招かれぬよう、デッドタイムを通常より長くして、貫通電流の低減を図ることができる。
【0013】
また、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にするとよい。より具体的に述べると、本発明に係るオーディオ再生装置は、メディアを再生して第1オーディオ信号を得る第1音源と、放送波を受信して第2オーディオ信号を得る第2音源と、第1、第2オーディオ信号のいずれか一方をディジタル増幅する請求項1に記載のディジタルアンプと、を有して成るオーディオ再生装置であって、前記デッドタイム生成手段は、前記ディジタルアンプの入力音源として第1音源が選択されると前記デッドタイムを第1の期間とし、第2音源が選択されると前記デッドタイムを第1の期間よりも長い第2の期間とする構成としている。このような構成とすることにより、入力音源として第2音源が選択された場合には、ディジタルアンプから発生する輻射ノイズが第2音源の受信性能に影響を及ぼすさないよう、デッドタイムを通常より長くして、輻射ノイズの低減を図ることが可能となる。従って、輻射対策部品が必要なくなるので、コストダウンや装置の小型化等を実現することができる。
【0014】
【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、CD再生部1と、放送受信部2と、信号処理部3と、1ビットディジタルアンプ(ΔΣ変換部4、デッドタイム生成部5、ゲートドライブ回路6、スイッチング増幅回路7、ディジタル/アナログ変換回路8(以下、D/A[Digital/Analog]変換回路8と呼ぶ))と、スピーカ9と、を有して成る。
【0015】
CD再生部1は、CDを再生して多ビットディジタルオーディオ信号であるPCM[Pulse Code Modulation]信号を得る第1の音源である。放送受信部2は、放送波を受信してアナログオーディオ信号を得る第2の音源である。信号処理部3は、CD再生部1や放送受信部2で得られた各種オーディオ信号のレベル調整処理や周波数特性調整処理等を行う手段である。
【0016】
ΔΣ変換部4は、ΔΣ変調方式を用いて、信号処理部3から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1ビットディジタルオーディオ信号であるPDM[Pulse Density Modulation]信号やPWM[Pulse Width Modulation]信号に変換し、次段のデッドタイム生成部5を介して、後段のゲートドライブ回路6に出力する。なお、本実施形態のΔΣ変換部4では、2系統(正相、逆相)の1ビットディジタルオーディオ信号が生成される。
【0017】
スイッチング増幅回路7の構造は、4つのNチャネルMOS型電界効果トランジスタQ1〜Q4から成るフルブリッジ型(H型)とされている。トランジスタQ1、Q2のドレインは互いに接続されており、その接続ノードは電源電圧ラインに接続されている。トランジスタQ1、Q2のソースは、各々トランジスタQ3、Q4のドレインに接続されている。トランジスタQ3、Q4のソースは、各々接地されている。
【0018】
ゲートドライブ回路6は、デッドタイム生成部5から入力される1ビットディジタルオーディオ信号に基づいて、上記トランジスタQ1〜Q4の制御信号を生成する。該制御信号により、対角位置のトランジスタQ1、Q4同士、並びにトランジスタQ2、Q3同士は互いに同相駆動され、上側のトランジスタQ1、Q2同士、並びに下側のトランジスタQ3、Q4同士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7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。
【0019】
D/A変換回路8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7の正相出力端(トランジスタQ1のソースとトランジスタQ3のドレインとの接続ノード)、及び逆相出力端(トランジスタQ2のソースとトランジスタQ4のドレインとの接続ノード)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して、後段のスピーカ9に送出する。
【0020】
続いて、本発明の特徴部分であるデッドタイム生成部5について詳細に説明する。デッドタイム生成部5は、トランジスタQ1〜Q4のスイッチングに際して上側、下側の両スイッチ素子が同時にオフ状態となるデッドタイムTdtを生成する信号調整回路であり、本図に示すように、抵抗Ra、Rbと、ダイオードDa、Dbと、コンデンサCa1、Ca2、Cb1、Cb2と、npn型バイポーラトランジスタQa1、Qa2、Qb1、Qb2と、を有して成る。
【0021】
抵抗Raの一端及びダイオードDaのカソードは、ΔΣ変換部4の正相出力端に接続されている。抵抗Raの他端及びダイオードDaのアノードは、ゲートドライブ回路6の正相入力端に接続されている。抵抗Rbの一端及びダイオードDbのカソードは、ΔΣ変換部4の逆相出力端に接続されている。抵抗Rbの他端及びダイオードDbのアノードは、ゲートドライブ回路6の逆相入力端に接続されている。トランジスタQa1、Qa2のコレクタは、各々コンデンサCa1、Ca2を介して、ゲートドライブ回路6の正相入力端に接続されている。トランジスタQb1、Qb2のコレクタは、各々コンデンサCb1、Cb2を介して、ゲートドライブ回路6の逆相入力端に接続されている。トランジスタQa1、Qa2、Qb1、Qb2のエミッタは、いずれも接地されている。トランジスタQa1、Qb1のベースには、CD再生時にハイレベルとなるCD再生時制御信号が入力されている。トランジスタQa2、Qb2のベースには、放送受信時にハイレベルとなる放送受信時制御信号が入力されている。
【0022】
上記構成から成るデッドタイム生成部5は、ΔΣ変換部4で得られた正相側、逆相側の1ビットディジタルオーディオ信号について、各々のパルス立上げタイミングを所定時間だけ遅延させることにより、トランジスタQ1〜Q4のスイッチングに際して、トランジスタQ1、Q3或いはトランジスタQ2、Q4が同時にオフ状態となるデッドタイムTdtを生成する。
【0023】
ここで、入力音源としてCD再生部1が選択されている場合には、CD再生時制御信号がハイレベルとなってトランジスタQa1、Qb1の各ベースに電流が流れるため、両トランジスタQa1、Qb1がオン状態となり、抵抗Ra、RbとコンデンサCa1、Cb1によって第1デッドタイムTdt1が設定される。該第1デッドタイムTdt1は、従来と同様、音質の維持を第1優先とし、電力効率の低下が許容範囲内に収まる必要最低限の長さとされている。
【0024】
一方、入力音源として放送受信部2が選択されている場合には、放送受信時制御信号がハイレベルとなってトランジスタQa2、Qb2の各ベースに電流が流れるため、両トランジスタQa2、Qb2がオン状態となり、抵抗Ra、RbとコンデンサCa2、Cb2によって第2デッドタイムTdt2が設定される。該第2デッドタイムTdt2は、第1デッドタイムTdt1よりも長く設定されている。このように、放送受信時のデッドタイムTdt2を通常値(すなわちデッドタイムTdt1)よりも長くすることにより、1ビットディジタルアンプから発生する輻射ノイズを低減することができるので、該輻射ノイズが放送受信部2の受信性能に影響を及ぼすおそれが少なくなる。従って、輻射対策部品が必要なくなるので、コストダウンや装置の小型化等を実現することが可能となる。
【0025】
なお、放送受信部2で得られるアナログオーディオ信号は、CD再生部1で得られる多ビットディジタルオーディオ信号に比べて、音質に関わる特性(S/Nや歪み率など)が劣っている。そのため、CD再生部1で得られる多ビットディジタルオーディオ信号の音質維持を優先して第1デッドタイムTdt1を設定していた1ビットディジタルアンプにおいては、放送受信時に限り、電力効率の向上(輻射ノイズの低減)を優先し、第1デッドタイムTdt1よりも長い第2デッドタイムTdt2を設定したとしても、放送受信部2で得られるアナログオーディオ信号の音質には殆ど影響を及ぼすことがないと言える。
【0026】
また、上記の実施形態では、CD再生部1と放送受信部2のいずれが入力音源であるかに応じて、デッドタイムTdtを可変制御する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、出力レベルに応じてデッドタイムTdtを可変制御する構成としてもよい。具体的には、出力レベルが小さければトランジスタQa1、Qb1をオン状態として第1デッドタイムTdt1に設定し、出力レベルが大きければトランジスタQa2、Qb2をオン状態として第2デッドタイムTdt2に設定すればよい。このような構成とすることにより、大出力時における電力効率の低下を未然に回避することができる。
【0027】
また、上記の実施形態では、ΔΣ変換部やD/A変換回路を有して成るオーディオ再生装置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ビットディジタルオーディオ信号が外部から直接入力される構成であってもよいし、D/A変換回路を装置外部に有する構成であってもよい。
【0028】
また、上記の実施形態では、スイッチング増幅回路7を4つのNチャネルMOS型電界効果トランジスタQ1〜Q4から成るフルブリッジ型(H型)とした場合を例示して説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、2つのトランジスタから成るハーフブリッジ型としてもよいし、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。
【0029】
また、上記の実施形態では、スイッチング増幅回路7について、上側トランジスタQ1、Q2を電源ラインに接続し、下側トランジスタQ3、Q4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、Q2を接地し、下側トランジスタQ3、Q4を電源ラインに接続した負電源構成としても構わない。
【0030】
また、上記の実施形態では、デッドタイム生成部5をゲートドライブ回路6の前段に設けた構成を例示して説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、同様のデッドタイムを生成可能な全ての構成に適用可能である。
【0031】
【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、使用状況に応じて電力効率向上と音質向上との好適な均衡を図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(一部に回路図を含む)である。
【図2】本実施形態のデッドタイム設定例を示す図である。
【図3】従来のデッドタイム設定例を示す図である。
【符号の説明】
1 CD再生部(第1の音源)
2 放送受信部(第2の音源)
3 信号処理部
4 ΔΣ変換部
5 デッドタイム生成部
6 ゲートドライブ回路
7 スイッチング増幅回路
8 ディジタル/アナログ変換回路(D/A変換回路)
9 スピーカ
Q1〜Q4 NチャネルMOS型電界効果トランジスタ
Ra、Rb 抵抗
Da、Db ダイオード
Ca1、Ca2、Cb1、Cb2 コンデンサ
Qa1、Qa2、Qb1、Qb2 npn型バイポーラトランジスタ
Claims (5)
- 異なる2電位間に少なくとも一対のスイッチ素子を直列接続して成るブリッジ出力回路と、入力信号に応じて前記スイッチ素子をプッシュプル駆動するドライブ回路と、前記スイッチ素子のスイッチングに際して両スイッチ素子が同時にオフ状態となるデッドタイムを生成するデッドタイム生成手段と、を有して成るディジタルアンプにおいて、
前記デッドタイム生成手段は、前記ディジタルアンプの入力音源に応じて、前記デッドタイムを可変制御することを特徴とするディジタルアンプ。 - 異なる2電位間に少なくとも一対のスイッチ素子を直列接続して成るブリッジ出力回路と、入力信号に応じて前記スイッチ素子をプッシュプル駆動するドライブ回路と、前記スイッチ素子のスイッチングに際して両スイッチ素子が同時にオフ状態となるデッドタイムを生成するデッドタイム生成手段と、を有して成るディジタルアンプにおいて、
前記デッドタイム生成手段は、前記ディジタルアンプへの入力音源がアナログ信号である場合には、前記入力音源がディジタル信号であるときよりも前記デッドタイムを長く設定することを特徴とするディジタルアンプ。 - 異なる2電位間に少なくとも一対のスイッチ素子を直列接続して成るブリッジ出力回路と、入力信号に応じて前記スイッチ素子をプッシュプル駆動するドライブ回路と、前記スイッチ素子のスイッチングに際して両スイッチ素子が同時にオフ状態となるデッドタイムを生成するデッドタイム生成手段と、を有して成るディジタルアンプにおいて、
前記デッドタイム生成手段は、前記ディジタルアンプの出力レベルに応じて、前記デッドタイムを可変制御することを特徴とするディジタルアンプ。 - 請求項1〜請求項3のいずれか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。
- メディアを再生して第1オーディオ信号を得る第1音源と、放送波を受信して第2オーディオ信号を得る第2音源と、第1、第2オーディオ信号のいずれか一方をディジタル増幅する請求項1に記載のディジタルアンプと、を有して成るオーディオ再生装置であって、前記デッドタイム生成手段は、前記ディジタルアンプの入力音源として第1音源が選択されると前記デッドタイムを第1の期間とし、第2音源が選択されると前記デッドタイムを第1の期間よりも長い第2の期間とすることを特徴とするオーディオ再生装置。
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