JP2005175767A - オーディオ信号再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、ボリューム設定値が小さくなった場合の定電圧電源の電源ノイズを低減させることができ、ボリューム設定値が小さくなっても電源ノイズの影響を低減させることができるオーディオ信号再生装置を提供することを課題とする。
【解決手段】 出力レベルが設定したボリュームよりも大きい場合には、ＦＥＴ３、４を駆動するゲート電圧を下げて、ＦＥＴ３、４のオン抵抗を大きくすることで、スイッチング回路２の出力インピーダンスを高くして、スイッチング回路２からの出力信号の出力レベルを下げ、出力レベルが設定したボリュームよりも小さい場合には、ＦＥＴ３、４を駆動するゲート電圧を上げて、ＦＥＴ３、４のオン抵抗を小さくすることで、スイッチング回路２の出力インピーダンスを低くして、スイッチング回路２からの出力信号の出力レベルを上げる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パルス密度変調（ＰＤＭ）信号やパルス幅変調（ＰＷＭ）信号等の１ビットデジタル信号をスイッチング回路のスイッチング動作によって増幅するオーディオ信号再生装置に関し、特にスイッチング回路の出力インピーダンスを可変にしてボリューム調整を行うオーディオ信号再生装置に関する。

アナログオーディオ信号にΔΣ変調処理を施して得られる１ビットデジタル信号は、非常に高いサンプリング周波数と短いデータ長を有し、積分機や加算機の係数を適宜設定することにより伝送可能周波数帯域を広くすることができる。また、サンプリング周波数に対して低域であるオーディオ帯域に対して高いダイナミックレンジを確保できる。このため、音源に応じた周波数を設定することができ、新規格のＣＤ（コンパクトディスク）やＤＶＤ（デジタルビデオディスク）等に採用されている。

従来の１ビットデジタル信号の再生を行うオーディオ信号再生装置は、図５に示すように、１ビット生成回路２０でＰＣＭデータから生成された１ビットデジタル信号がドライバ回路１に入力され、１ビットデジタル信号が入力されたドライバ回路１が１ビットデジタル信号に基づいてスイッチング回路２の２つの電界効果型トランジスタ３、４（以下、ＦＥＴ３、４と称す）をスイッチング動作させる構成になっており、スイッチング回路２には、定電圧電源＋Ｖｃｃと、ローパスフィルタ５を介してスピーカ６とが接続されている。

１ビットデジタル信号は、スイッチング回路２に供給される定電圧電源＋Ｖｃｃのレベルに基づいてスイッチングされて電力増幅された出力信号として出力され、コイル、コンデンサー等からなるローパスフィルタ５に入力され、かつ、積分されることによりパルス波信号であるスイッチング回路２からの出力信号をアナログ信号に変換してスピーカ６に入力される。なお、ボリューム調整は、１ビット生成回路２０の前段に設けられたデジタルＡＴＴ２１によって行われ、デジタルＡＴＴ２１は、ボリューム設定部７により設定されているボリューム設定値に基づいて入力されたＰＣＭデータをボリューム調整して１ビット生成回路２０に出力する。

また、本出願人は、ΔΣ変調により１ビットデジタル信号を得る際のクロック信号のパルス幅をボリューム設定部７での設定に応じて変化させて音量制御信号を生成し、１ビットデジタル信号のパルス幅を音量制御信号のパルス幅に変更して切換制御信号を発生するＰＤＣ回路を設け、ＰＤＣ回路からの切換制御信号によりスイッチング回路２をスイッチング動作させることにより、ボリューム調整を行うオーディオ信号再生装置を提案している（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、いずれの従来技術においても、スイッチング回路２のスイッチング動作は、ボリューム調整が施された１ビットデジタル信号に基づいて行われるため、ボリューム設定値の大小に拘わらず、スイッチング回路２からの出力信号には、供給される定電圧電源＋Ｖｃｃの電源ノイズが一定量乗ってしまい、ボリューム設定値が小さくなると電源ノイズの影響が無視できなくなってしまうという問題点があった。
特開平６−３３５０８２号公報

本発明は斯かる問題点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ボリューム設定値が小さくなった場合の定電圧電源の電源ノイズを低減させることができ、ボリューム設定値が小さくなっても電源ノイズの影響を低減させることができるオーディオ信号再生装置を提供する点にある。

本発明は上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明のオーディオ信号再生装置は、入力された１ビットデジタル信号をスイッチング手段によって増幅するオーディオ信号再生装置であって、
前記スイッチング手段の出力インピーダンスをボリューム設定値に応じて変更するインピーダンス変更手段を具備することを特徴とする。

さらに本発明のオーディオ信号再生装置は、前記インピーダンス変更手段は、前記スイッチング手段からの出力信号に基づいてフィードバック制御されることを特徴とする。

さらに本発明のオーディオ信号再生装置は、前記インピーダンス変更手段は、前記スイッチング手段のスイッチング素子を駆動するゲート電圧を変更して前記スイッチング素子のオン抵抗を変更させることで、前記スイッチング手段の出力インピーダンスを変更させることを特徴とする。

さらに本発明のオーディオ信号再生装置は、前記スイッチング手段は、並列に接続され、同程度のオン抵抗を有する複数のスイッチング素子を具備し、前記インピーダンス変更手段は、駆動する前記スイッチング素子の数を変更して前記スイッチング手段のオン抵抗を変更させることで、前記スイッチング手段の出力インピーダンスを変更させることを特徴とする。

さらに本発明のオーディオ信号再生装置は、前記スイッチング手段は、並列に接続され、互いに異なるオン抵抗を有する複数のスイッチング素子を具備し、前記インピーダンス変更手段は、駆動する前記スイッチング素子の組み合わせを変更して前記スイッチング手段のオン抵抗を変更させることで、前記スイッチング手段の出力インピーダンスを変更させることを特徴とする。

本発明のオーディオ信号再生装置は、ボリューム設定値に基づいてスイッチング素子を駆動するゲート電圧を変更してスイッチング回路のオン抵抗を変更させるように構成することにより、スイッチング回路の出力インピーダンスと負荷（スピーカ）のインピーダンスとに応じたボリューム調整を行うことができ、ボリューム設定値が小さくなった場合の定電圧電源の電源ノイズを分圧抵抗によって低減させることができ、ボリューム設定値が小さくなっても電源ノイズの影響を低減させることができるという効果を奏する。

さらに、本発明のオーディオ信号再生装置は、スイッチング回路のオン抵抗をスイッチング回路の出力信号の出力レベルに基づいてフィードバック制御するように構成することにより、ゲート電圧の変更量に対するスイッチング回路のオン抵抗の変更量にバラツキがあっても、ボリューム設定値にボリュームを正確に調整することができるという効果を奏する。

さらに、本発明のオーディオ信号再生装置は、並列に接続され、同程度のオン抵抗を有する複数のスイッチング素子からなるスイッチング回路を用い、ボリューム設定値に基づいて駆動するスイッチング素子の数を変更してスイッチング回路のオン抵抗を変更させるように構成することにより、スイッチング回路の出力インピーダンスと負荷（スピーカ）のインピーダンスとに応じたボリューム調整を行うことができ、ボリューム設定値が小さくなった場合の定電圧電源の電源ノイズを分圧抵抗によって低減させることができ、ボリューム設定値が小さくなっても電源ノイズの影響を低減させることができるという効果を奏する。

さらに、本発明のオーディオ信号再生装置は、並列に接続され、互いに異なるオン抵抗を有する複数のスイッチング素子からなるスイッチング回路を用い、ボリューム設定値に基づいて駆動するスイッチング素子の組み合わせを変更してスイッチング回路のオン抵抗を変更させるように構成することにより、スイッチング回路の出力インピーダンスと負荷（スピーカ）のインピーダンスとに応じたボリューム調整を行うことができ、ボリューム設定値が小さくなった場合の定電圧電源の電源ノイズを分圧抵抗によって低減させることができ、ボリューム設定値が小さくなっても電源ノイズの影響を低減させることができるという効果を奏する。

さらに、本発明のオーディオ信号再生装置は、スイッチング回路のオン抵抗をスイッチング回路の出力信号の出力レベルに基づいてフィードバック制御するように構成することにより、各スイッチング素子のオン抵抗にバラツキがあっても、ボリューム設定値にボリュームを正確に調整することができるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係るオーディオ信号再生装置の第１の実施の形態の構成を示すブロック図であり、図２は、図１に示す出力レベル比較部での比較動作を説明するための説明図である。

第１の実施の形態は、図１を参照すると、パルス密度変調（ＰＤＭ）信号やパルス幅変調（ＰＷＭ）信号等の１ビットデジタル信号がドライバ回路１に入力され、１ビットデジタル信号が入力されたドライバ回路１が１ビットデジタル信号に基づいてスイッチング回路２をスイッチング動作させる構成になっており、スイッチング回路２は、ハイサイドスイッチング素子であるＦＥＴ３およびローサイドスイッチング素子であるＦＥＴ４からなり、定電圧電源＋Ｖｃｃと、ローパスフィルタ５を介してスピーカ６とが接続されている。

１ビットデジタル信号は、スイッチング回路２に供給される定電圧電源＋Ｖｃｃのレベルに基づいてスイッチングされて電力増幅された出力信号として出力され、コイル、コンデンサー等からなるローパスフィルタ５に入力され、かつ、積分されることによりパルス波信号であるスイッチング回路２からの出力信号をアナログ信号に変換してスピーカ６に入力される。

また、スイッチング回路２からの出力信号は、Ａ／Ｄ変換部８に入力され、Ａ／Ｄ変換部８は、入力されたスイッチング回路２からの出力信号をデジタル信号に変換して出力レベル比較部９に出力する。

出力レベル比較部９には、定電圧電源＋Ｖｃｃの値が予め設定されており、出力レベル比較部９は、図２を参照すると、Ａ／Ｄ変換部８によってデジタル信号に変換されたスイッチング回路２からの出力信号のＨレベルと定電圧電源＋Ｖｃｃとを比較して差分をボリューム比較値としてゲート電圧制御部１０に出力する。

ゲート電圧制御部１０には、ボリューム設定部７によって設定されているボリューム設定値が入力されており、ゲート電圧制御部１０は、出力レベル比較部９からのボリューム比較値とボリューム設定部７によって設定されているボリューム設定値とを比較し、比較結果に基づくゲート電圧制御信号をＤ／Ａ変換部１１に出力する。なお、ボリューム設定部７によって設定されるボリューム設定値は、ユーザによって設定されたボリュームを表す数値であり、本実施の形態では、ユーザによって設定されたボリュームがＭＡＸの時に「０」で、ユーザによって設定されたボリュームが小さくなるほど、大きな数値となるものとする。

ゲート電圧制御信号は、ゲート電圧を変更させる向きおよび変更量を指示する信号であり、ゲート電圧制御部１０は、ボリューム比較値よりもボリューム設定値が大きい場合、すなわちボリューム設定値よりスイッチング回路２からの出力信号の出力レベルが大きい場合には、ゲート電圧を下げる方向のゲート電圧制御信号を、ボリューム比較値よりもボリューム設定値が小さい場合、すなわちボリューム設定値よりスイッチング回路２からの出力信号の出力レベルが小さい場合には、ゲート電圧を上げる方向のゲート電圧制御信号を出力する。また、ゲート電圧制御部１０は、ボリューム比較値とボリューム設定値との差分が大きいほど、ゲート電圧を大きく変更させるゲート電圧制御信号を出力する。

Ｄ／Ａ変換部１１は、ゲート電圧制御部１０からのゲート電圧制御信号をアナログ信号に変換して変圧部１２に出力し、変圧部１２は、Ｄ／Ａ変換部１１によってアナログ信号に変換されたゲート電圧制御信号に基づいてドライバ回路１に入力されるゲート電圧を変圧する。

ドライバ回路１は、変圧部１２によって変圧されたゲート電圧でスイッチング回路２をスイッチング動作させ、ＦＥＴ３、４のドレイン電流−ドレイン電圧特性曲線における非飽和領域ではオン抵抗がゲート電圧によって変化することを利用し、ＦＥＴ３、４のオン抵抗をゲート電圧に応じて変更させる。すなわち、ＦＥＴ３、４を駆動するゲート電圧を下げることで、ＦＥＴ３、４のドレイン・ソース間のオン抵抗を大きくし、ＦＥＴ３、４を駆動するゲート電圧を上げることで、ＦＥＴ３、４のドレイン・ソース間のオン抵抗を小さくする。

以上の動作によって、ユーザが設定したボリュームよりもスイッチング回路２からの出力信号の出力レベルが大きい場合には、ＦＥＴ３、４を駆動するゲート電圧を下げて、ＦＥＴ３、４のドレイン・ソース間のオン抵抗を大きくすることで、スイッチング回路２の出力インピーダンスを高くして、スイッチング回路２からの出力信号の出力レベルを下げるフィードバック制御が行われ、ユーザが設定したボリュームよりもスイッチング回路２からの出力信号の出力レベルが小さい場合には、ＦＥＴ３、４を駆動するゲート電圧を上げて、ＦＥＴ３、４のドレイン・ソース間のオン抵抗を小さくすることで、スイッチング回路２の出力インピーダンスを低くして、スイッチング回路２からの出力信号の出力レベルを上げるフィードバック制御が行われる。

以上説明したように、第１の実施の形態によれば、ボリューム設定値に基づいてＦＥＴ３、４を駆動するゲート電圧を変更してスイッチング回路２のオン抵抗を変更させるように構成することにより、スイッチング回路２の出力インピーダンスと負荷（スピーカ６）のインピーダンスとに応じたボリューム調整を行うことができ、ボリューム設定値が小さくなった場合の定電圧電源の電源ノイズを分圧抵抗によって低減させることができ、ボリューム設定値が小さくなっても電源ノイズの影響を低減させることができるという効果を奏する。

さらに、第１の実施の形態によれば、スイッチング回路２のオン抵抗をスイッチング回路２の出力信号の出力レベルに基づいてフィードバック制御するように構成することにより、ゲート電圧の変更量に対するスイッチング回路２のオン抵抗の変更量にバラツキがあっても、ボリューム設定値にボリュームを正確に調整することができるという効果を奏する。

（第２の実施の形態）
図３は、本発明に係るオーディオ信号再生装置の第２の実施の形態の構成を示すブロック図であり、図４は、図３に示すスイッチング回路の構成を示すブロック図である。

第２の実施の形態は、図３を参照すると、並列に接続されている複数のスイッチング素子をハイサイドおよびローサイドのそれぞれに有するスイッチング回路１３を用いて、ドライバ回路１６で複数のスイッチング素子を選択的に駆動することによって、スイッチング回路１３のオン抵抗を可変にしてボリューム調整を行う構成になっている。

スイッチング回路１３は、図４を参照すると、ハイサイドの複数のスイッチング素子として複数のＦＥＴ１４−１〜ｎが並列に接続されていると共に、ローサイドの複数のスイッチング素子として複数のＦＥＴ１５−１〜ｎが並列に接続されている。ＦＥＴ１４−１〜ｎおよびＦＥＴ１５−１〜ｎは、同等のオン抵抗を有し、ＦＥＴ１４−１〜ｎ、ＦＥＴ１５−１〜ｎの個数は、ボリュームの設定ステップ数に応じて定められ、少なくともボリュームの設定ステップ数以上のＦＥＴ１４−１〜ｎ、ＦＥＴ１５−１〜ｎをそれぞれ並列に接続するように構成されている。

スイッチング回路１３からの出力信号は、Ａ／Ｄ変換部８に入力され、Ａ／Ｄ変換部８は、入力されたスイッチング回路１３からの出力信号をデジタル信号に変換して出力レベル比較部９に出力する。

出力レベル比較部９には、定電圧電源＋Ｖｃｃの値が予め設定されており、出力レベル比較部９は、Ａ／Ｄ変換部８によってデジタル信号に変換されたスイッチング回路１３からの出力信号のＨレベルと定電圧電源＋Ｖｃｃとを比較して差分をボリューム比較値としてオン抵抗制御部１７に出力する。

オン抵抗制御部１７には、ボリューム設定部７によって設定されているボリューム設定値が入力されており、オン抵抗制御部１７は、出力レベル比較部９からのボリューム比較値とボリューム設定部７によって設定されているボリューム設定値とを比較し、比較結果に基づくオン抵抗制御信号をセレクタ１８に出力する。なお、ボリューム設定部７によって設定されるボリューム設定値は、ユーザによって設定されたボリュームがＭＡＸの時に「０」で、ユーザによって設定されたボリュームが小さくなるほど、大きな数値となる。

オン抵抗制御信号は、スイッチング回路１３のオン抵抗を変更させる向きおよび変更量を指示する信号であり、オン抵抗制御部１７は、ボリューム比較値よりもボリューム設定値が大きい場合、すなわちボリューム設定値よりスイッチング回路１３からの出力信号の出力レベルが大きい場合には、オン抵抗を大きくする方向のオン抵抗制御信号を、ボリューム比較値よりもボリューム設定値が小さい場合、すなわちボリューム設定値よりスイッチング回路１３からの出力信号の出力レベルが小さい場合には、オン抵抗を小さくする方向のオン抵抗制御信号を出力する。また、オン抵抗制御部１７は、ボリューム比較値とボリューム設定値との差分が大きいほど、オン抵抗を大きく変更させるオン抵抗制御信号をセレクタ１８に出力する。

セレクタ１８は、スイッチング回路１３におけるスイッチング動作に用いるスイッチング素子の数を指示する駆動素子数指示信号をドライバ回路１６に出力する手段であり、オン抵抗制御部１７から入力されたオン抵抗制御信号に応じてスイッチング素子の数を増減させた駆動素子数指示信号をドライバ回路１６に出力し、ドライバ回路１６は、セレクタ１８からの駆動素子数指示信号によって指示された個数のスイッチング素子を用いてスイッチング回路１３をスイッチング動作させ、スイッチング回路１３のオン抵抗を変更させる。すなわち、スイッチング動作に用いるスイッチング素子の数を増やすことでスイッチング回路１３のオン抵抗を大きくし、スイッチング動作に用いるスイッチング素子の数を減らすことでスイッチング回路１３のオン抵抗を小さくする。

以上の動作によって、ユーザが設定したボリュームよりもスイッチング回路１３からの出力信号の出力レベルが大きい場合には、スイッチング動作に用いるスイッチング素子の数を増やしてスイッチング回路１３のオン抵抗を大きくすることで、スイッチング回路１３の出力インピーダンスを高くして、スイッチング回路１３からの出力信号の出力レベルを下げるフィードバック制御が行われ、ユーザが設定したボリュームよりもスイッチング回路１３からの出力信号の出力レベルが小さい場合には、スイッチング動作に用いるスイッチング素子の数を減らしてスイッチング回路１３のオン抵抗を小さくすることで、スイッチング回路１３の出力インピーダンスを低くして、スイッチング回路１３からの出力信号の出力レベルを上げるフィードバック制御が行われる。

なお、第２の実施の形態では、スイッチング回路１３において、同等のオン抵抗を有するスイッチング素子を並列に接続するように構成したが、異なるオン抵抗を有するスイッチング素子を並列に接続するように構成しても良い。すなわち各ＦＥＴ１４−１〜ｎ、１５−１〜ｎのオン抵抗の比を、１：２：４：…：２ｎ−１になるように設定すると、例えば、ｎ＝７（７個のＦＥＴを並列に接続）とすると、１２８通りにオン抵抗を可変にすることができ、少ないＦＥＴでオン抵抗を多段階に可変にすることが可能になる。

以上説明したように、第２の実施の形態によれば、並列に接続され、同程度のオン抵抗を有する複数のＦＥＴ１４−１〜ｎ、１５−１〜ｎからなるスイッチング回路１３を用い、ボリューム設定値に基づいて駆動するＦＥＴ１４−１〜ｎ、１５−１〜ｎの数を変更してスイッチング回路１３のオン抵抗を変更させるように構成することにより、スイッチング回路１３の出力インピーダンスと負荷（スピーカ６）のインピーダンスとに応じたボリューム調整を行うことができ、ボリューム設定値が小さくなった場合の定電圧電源の電源ノイズを分圧抵抗によって低減させることができ、ボリューム設定値が小さくなっても電源ノイズの影響を低減させることができるという効果を奏する。

さらに、第２の実施の形態によれば、並列に接続され、互いに異なるオン抵抗を有する複数のＦＥＴ１４−１〜ｎ、１５−１〜ｎからなるスイッチング回路１３を用い、ボリューム設定値に基づいて駆動するＦＥＴ１４−１〜ｎ、１５−１〜ｎの組み合わせを変更してスイッチング回路１３のオン抵抗を変更させるように構成することにより、スイッチング回路１３の出力インピーダンスと負荷（スピーカ６）のインピーダンスとに応じたボリューム調整を行うことができ、ボリューム設定値が小さくなった場合の定電圧電源の電源ノイズを分圧抵抗によって低減させることができ、ボリューム設定値が小さくなっても電源ノイズの影響を低減させることができるという効果を奏する。

さらに、第２の実施の形態によれば、スイッチング回路１３のオン抵抗をスイッチング回路１３の出力信号の出力レベルに基づいてフィードバック制御するように構成することにより、各ＦＥＴ１４−１〜ｎ、１５−１〜ｎのオン抵抗にバラツキがあっても、ボリューム設定値にボリュームを正確に調整することができるという効果を奏する。

なお、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。

本発明に係るオーディオ信号再生装置の第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。 図１に示す出力レベル比較部での比較動作を説明するための説明図である。 本発明に係るオーディオ信号再生装置の第２の実施の形態の構成を示すブロック図である。 図３に示すスイッチング回路の構成を示すブロック図である。 従来のオーディオ信号再生装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ ドライバ回路（第１の実施の形態）
２ スイッチング回路（第１の実施の形態）
３、４ ＦＥＴ（第１の実施の形態）
５ ローパスフィルタ
６ スピーカ
７ ボリューム設定部
８ Ａ／Ｄ変換部
９ 出力レベル比較部
１０ ゲート電圧制御部（インピーダンス変更手段）
１１ Ｄ／Ａ変換部
１２ 変圧部
１３ スイッチング回路（第２の実施の形態）
１４−１〜ｎ、１５−１〜ｎ ＦＥＴ（第２の実施の形態）
１６ ドライバ回路（第２の実施の形態）
１７ オン抵抗制御部（インピーダンス変更手段）
１８ セレクタ

Claims (5)

1. 入力された１ビットデジタル信号をスイッチング手段によって増幅するオーディオ信号再生装置であって、
   前記スイッチング手段の出力インピーダンスをボリューム設定値に応じて変更するインピーダンス変更手段を具備することを特徴とするオーディオ信号再生装置。
2. 前記インピーダンス変更手段は、前記スイッチング手段からの出力信号に基づいてフィードバック制御されることを特徴とする請求項１記載のオーディオ信号再生装置。
3. 前記インピーダンス変更手段は、前記スイッチング手段のスイッチング素子を駆動するゲート電圧を変更して前記スイッチング素子のオン抵抗を変更させることで、前記スイッチング手段の出力インピーダンスを変更させることを特徴とする請求項１又は２記載のオーディオ信号再生装置。
4. 前記スイッチング手段は、並列に接続され、同程度のオン抵抗を有する複数のスイッチング素子を具備し、
   前記インピーダンス変更手段は、駆動する前記スイッチング素子の数を変更して前記スイッチング手段のオン抵抗を変更させることで、前記スイッチング手段の出力インピーダンスを変更させることを特徴とする請求項１又は２記載のオーディオ信号再生装置。
5. 前記スイッチング手段は、並列に接続され、互いに異なるオン抵抗を有する複数のスイッチング素子を具備し、
   前記インピーダンス変更手段は、駆動する前記スイッチング素子の組み合わせを変更して前記スイッチング手段のオン抵抗を変更させることで、前記スイッチング手段の出力インピーダンスを変更させることを特徴とする請求項１又は２記載のオーディオ信号再生装置。
   
   

Images