JP2005286846A - Delta sigma modulation circuit and amplifier equipped with it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、オーディオ信号を再生又は増幅するシステムに関するものであり、オーディオ信号を比較的小さなビット数でデジタル符号化するデルタシグマ変調回路、及びデルタシグマ変調回路にて生成される信号を制御信号として複数の電圧をスイッチングすることにより増幅動作を行う増幅器に関するものである。 The present invention relates to a system for reproducing or amplifying an audio signal, and a delta-sigma modulation circuit that digitally encodes an audio signal with a relatively small number of bits, and a signal generated by the delta-sigma modulation circuit as control signals. The present invention relates to an amplifier that performs an amplification operation by switching a plurality of voltages.
デルタシグマ変調回路及びそれを備えた増幅器に関する従来の技術について、以下に説明する。 A conventional technique related to a delta-sigma modulation circuit and an amplifier including the same will be described below.
オーディオ信号を比較的小さなビット数でデジタル符号化するデルタシグマ変調の技術に関しては、例えば非特許文献1に開示されている。
For example, Non-Patent
また、最小となるパルス幅を制限するパルス幅制限手段の考え方は、2値符号化の変調方式の一種であるRLLC(Run Length Limited Code)と共通するものであり、RLLCについては例えば非特許文献2に開示されている。 Further, the idea of the pulse width limiting means for limiting the minimum pulse width is common to RLLC (Run Length Limited Code) which is a kind of binary coding modulation system. 2 is disclosed.
さらに、デルタシグマ変調回路にて生成される信号を制御信号として、複数の電圧をスイッチングすることにより、増幅動作を行う増幅器に関しては、例えば、特許文献1、2に開示されている。
Further, amplifiers that perform an amplification operation by switching a plurality of voltages using a signal generated by a delta-sigma modulation circuit as a control signal are disclosed in
すなわち、特許文献1、2に開示されてスピーカ駆動回路のように、デルタシグマ変調回路によってオーディオ信号を2値又は比較的小さなビット数に符号化する技術があり、上記符号化された信号を制御信号としてスイッチング回路を動作させ、オーディオ電力を供給するような増幅技術は既に実用化されている。また、スイッチング回路のスイッチング速度には限界があるために、スイッチングの時間間隔が短くなり過ぎないように最小パルス幅を制限して制御信号を生成する考え方も、スイッチング増幅器には応用されている。
しかしながら、上記従来のデルタシグマ変調回路及びそれを備えた増幅器では、以下のような問題を有している。 However, the conventional delta-sigma modulation circuit and the amplifier including the same have the following problems.
まず、「振幅利用率」という性能変数を定義する。例えばデルタシグマ変調器によって生成された2値信号を、電位差をもつ2つの電圧に割り当てて、パルス波形を形成した場合、このパルス波形から取り出せるアナログ信号の振幅は、パルス波形の振幅よりも小さい。したがって、この割合を「振幅利用率」とする。
(1)一般に、3次以上のデルタシグマ変調にて、発振せずに変調できるオーディオ信号の振幅には限界があるが、デルタシグマ変調の性質として、サンプリング周波数を高く取るほど振幅利用率を向上させることができる。
(2)一方、スイッチング増幅器側から見ると、サンプリング周波数を高くとることによって、単位時間当たりのスイッチング回数が増加し、熱損失が増加する。
(3)このスイッチング回路の負荷を軽減する目的として、前標本化値(1クロック前の量子化値)と同値とする時間幅を、予め設定された標本化クロックのカウント数により一定値以上に制限する最小パルス幅制限手段を用いることによって、単位時間当たりのスイッチング回数を減少させることができるが、最小パルス幅を広げることによって、振幅利用率が下がる。
First, a performance variable called “amplitude utilization factor” is defined. For example, when a binary signal generated by a delta sigma modulator is assigned to two voltages having a potential difference to form a pulse waveform, the amplitude of the analog signal that can be extracted from this pulse waveform is smaller than the amplitude of the pulse waveform. Therefore, this ratio is referred to as “amplitude utilization rate”.
(1) Generally, there is a limit to the amplitude of an audio signal that can be modulated without oscillation in delta-sigma modulation of the third order or higher. However, as a property of delta-sigma modulation, the higher the sampling frequency, the higher the amplitude utilization rate. Can be made.
(2) On the other hand, when viewed from the switching amplifier side, by increasing the sampling frequency, the number of times of switching per unit time increases and heat loss increases.
(3) In order to reduce the load on the switching circuit, the time width that is the same as the pre-sampled value (quantized value before one clock) is set to a predetermined value or more by the preset number of sampling clocks. Although the number of times of switching per unit time can be reduced by using the minimum pulse width limiting means for limiting, the amplitude utilization factor is reduced by increasing the minimum pulse width.
ここで、(1)のサンプリング周期と(3)の最小パルス幅が同じであれば、
(1)の振幅利用率≦(3)の振幅利用率
の関係にある。なお、上記不等号は、以下の理由による。
Here, if the sampling period of (1) and the minimum pulse width of (3) are the same,
Amplitude utilization factor of (1) ≦ amplitude utilization factor of (3). The above inequality sign is due to the following reason.
すなわち、(1)については、サンプリング周期毎にパルスの値(量子化結果:Low又はHigh)が独立に設定できるものに対して、サンプリング周波数を高く取るほど振幅利用率が向上できることを意味し、(3)については、例えば、サンプリング周波数を(1)の場合の10倍に設定し、「前の量子化値と同値とする時間幅」をサンプリング周期の10倍となるように最小パルス幅を制限すると、この場合、
〔(1)のサンプリング周期〕=〔(3)の最小パルス幅〕
となる。この時間幅はそれぞれの場合の取り得る〔最小パルス幅〕であることは自明である。これをTwとする。ここで、それぞれのパルスの変化し得る時間幅は、
(1)の場合:1×Tw、2×Tw、3×Tw、……
(3)の場合:1×Tw、1.1×Tw、1.2×Tw、1.3×Tw、……
というように、(3)の方が時間分解能が高い形で変化できるので、時間分解能の向上に応じて、振幅利用率を高めることができる。
That is, for (1), the value of the pulse (quantization result: Low or High) can be set independently for each sampling period, while the higher the sampling frequency, the higher the amplitude utilization rate can be improved. For (3), for example, the sampling frequency is set to 10 times that in (1), and the “minimum pulse width” is set so that the “time width equal to the previous quantized value” is 10 times the sampling period. In this case,
[Sampling period of (1)] = [Minimum pulse width of (3)]
It becomes. It is obvious that this time width is a possible [minimum pulse width] in each case. This is Tw. Here, the time width that each pulse can change is
In the case of (1): 1 × Tw, 2 × Tw, 3 × Tw, ...
In the case of (3): 1 × Tw, 1.1 × Tw, 1.2 × Tw, 1.3 × Tw,.
As described above, since (3) can be changed with higher time resolution, the amplitude utilization factor can be increased in accordance with the improvement of time resolution.
ところで、図5に示すように、(1)と(3)とを単純に組み合わせたデルタシグマ変調回路100では、単位時間当たりの出力が変化する回数の軽減、すなわち図示しないスイッチング増幅器と組み合わせた場合の単位時間当たりのスイッチング回数の軽減と、振幅利用率の向上とを両立させるには限界があった。
Incidentally, as shown in FIG. 5, in the delta-
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、単位時間当たりのスイッチング回数の軽減と、振幅利用率の向上とを両立させ得るデルタシグマ変調回路及びそれを備えた増幅器を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a delta-sigma modulation circuit capable of reducing both the number of switching times per unit time and improving the amplitude utilization factor, and the same. It is to provide an amplifier.
本発明のデルタシグマ変調回路は、上記課題を解決するために、オーディオ信号が入力される入力部と、複数の積分器が縦続接続され、上記複数の積分器の出力値を量子化する量子化器とを備え、上記入力部に入力された信号をデルタシグマ変調するデルタシグマ変調回路において、上記入力部に入力された信号の振幅を検出する入力信号振幅検出手段と、上記量子化器の出力信号のパルス幅を変化させるパルス幅変更手段と、上記入力信号振幅検出手段の検出結果に基づいて上記パルス幅変更手段によるパルス幅変化を制御するパルス幅制御手段とが設けられていることを特徴としている。 In order to solve the above-described problem, the delta-sigma modulation circuit of the present invention includes an input unit to which an audio signal is input and a plurality of integrators connected in cascade, and a quantization that quantizes output values of the plurality of integrators. A delta-sigma modulation circuit for delta-sigma modulating the signal input to the input unit, and an input signal amplitude detecting means for detecting the amplitude of the signal input to the input unit, and an output of the quantizer Pulse width changing means for changing the pulse width of the signal and pulse width control means for controlling the pulse width change by the pulse width changing means based on the detection result of the input signal amplitude detecting means are provided. It is said.
上記の発明によれば、入力部に入力された信号の振幅を検出する入力信号振幅検出手段が設けられており、パルス幅制御手段は、上記入力信号振幅検出手段の検出結果に基づいて上記パルス幅変更手段によるパルス幅変化を制御する。 According to the invention, the input signal amplitude detecting means for detecting the amplitude of the signal input to the input unit is provided, and the pulse width control means is configured to detect the pulse based on the detection result of the input signal amplitude detecting means. The pulse width change by the width changing means is controlled.
したがって、入力部に入力された信号の振幅の大きさによって、パルス幅変更手段によるパルス幅変化を制御するので、例えば、入力信号振幅の絶対値が小さい場合、最小パルス幅を広く取るように制御することができる。これにより、振幅利用率が小さくなるが、入力信号自体が小さいので、振幅利用率の影響は小さい。また、最小パルス幅を広く取るように制御することによって、単位時間当たりの出力が変化する回数を軽減することができる。このため、スイッチングで消費される電力を低減させることができる。 Therefore, the pulse width change by the pulse width changing means is controlled according to the amplitude of the signal input to the input unit. For example, when the absolute value of the input signal amplitude is small, control is performed so that the minimum pulse width is wide. can do. As a result, the amplitude utilization factor is reduced, but the influence of the amplitude utilization factor is small because the input signal itself is small. In addition, the number of times that the output per unit time changes can be reduced by controlling the minimum pulse width to be wide. For this reason, the electric power consumed by switching can be reduced.
一方、入力信号振幅の絶対値が大きい場合、例えば、最小パルス幅を決定するクロックのカウント数を減少させ、最小パルス幅を短くするように動作させることができる。これにより、振幅利用率が大きくなるので、同じ電圧値の電源に対し、取り出せる電力が大きくなる。 On the other hand, when the absolute value of the input signal amplitude is large, for example, the number of clocks for determining the minimum pulse width can be decreased and the minimum pulse width can be shortened. As a result, the amplitude utilization rate increases, so that the power that can be extracted from the power source having the same voltage value increases.
また、振幅が大きい場合、量子化器からは、同一量子化値(プラス側の量子化値又はマイナス側の量子化値)の出力密度が高まり、単位時間当たりの出力が変化する回数は増加しない。このため、サンプリング周波数は増加しないので、単位時間当たりのスイッチング回数の増加を防止できる。 When the amplitude is large, the output density of the same quantized value (positive quantized value or negative quantized value) increases from the quantizer, and the number of times the output per unit time changes does not increase. . For this reason, since the sampling frequency does not increase, an increase in the number of switching times per unit time can be prevented.
したがって、単位時間当たりのスイッチング回数の軽減と、振幅利用率の向上とを両立させ得るデルタシグマ変調回路を提供することができる。 Therefore, it is possible to provide a delta-sigma modulation circuit that can simultaneously reduce the number of times of switching per unit time and improve the amplitude utilization rate.
また、本発明のデルタシグマ変調回路は、上記記載のデルタシグマ変調回路において、前記パルス幅制御手段は、前記入力信号振幅検出手段の検出結果に基づいて、最小となるパルス時間幅を設定することを特徴としている。 In the delta-sigma modulation circuit according to the present invention, in the delta-sigma modulation circuit described above, the pulse width control unit sets a minimum pulse time width based on a detection result of the input signal amplitude detection unit. It is characterized by.
上記の発明によれば、入力信号振幅検出手段の検出結果に基づいて、最小となるパルス時間幅を設定する。このため、サンプリング周期が小さくなり過ぎないようにするための最小となるパルス時間幅を、一定に設定するのではなく、入力信号の振幅に応じて設定することが可能となる。 According to the above invention, the minimum pulse time width is set based on the detection result of the input signal amplitude detection means. For this reason, the minimum pulse time width for preventing the sampling period from becoming too small can be set according to the amplitude of the input signal instead of being set constant.
また、本発明のデルタシグマ変調回路は、上記記載のデルタシグマ変調回路において、前記パルス幅制限手段の出力情報を入力側に負帰還することを特徴としている。 The delta-sigma modulation circuit of the present invention is characterized in that, in the above-described delta-sigma modulation circuit, the output information of the pulse width limiting means is negatively fed back to the input side.
上記の発明によれば、パルス幅制限手段の出力情報を入力側に負帰還するので、入力信号に追随する出力を得ることができる。 According to the above invention, since the output information of the pulse width limiting means is negatively fed back to the input side, an output following the input signal can be obtained.
また、本発明のデルタシグマ変調回路は、上記記載のデルタシグマ変調回路において、前記パルス幅制限手段は、量子化器から出力された複数の量子化値に対して、1クロック前の量子化値である前標本化値と同値とする時間幅を、予め設定された標本化クロックのカウント数により、
前標本化値と同値とする時間幅=標本化クロック時間幅×カウント数
となる時間幅に制限することを特徴としている。
The delta-sigma modulation circuit of the present invention is the above-described delta-sigma modulation circuit, wherein the pulse width limiting means is a quantized value one clock before the plurality of quantized values output from the quantizer. The time width that is the same as the pre-sampled value is a sampling clock count set in advance,
It is characterized in that it is limited to a time width equal to the pre-sampled value = sampling clock time width × time width equal to the number of counts.
上記の発明によれば、パルス幅制限手段は、「前標本化値と同値とする時間幅=標本化クロック時間幅×カウント数」により、パルスの時間幅を制限する。したがって、パルスのカウント数により、最小となるパルスの時間幅を設定できるので、パルスの時間幅の設定が容易となる。 According to the above invention, the pulse width limiting means limits the time width of the pulse by “time width equal to the pre-sampled value = sampling clock time width × count number”. Accordingly, since the minimum pulse time width can be set according to the number of pulse counts, the pulse time width can be easily set.
また、本発明のデルタシグマ変調回路は、上記記載のデルタシグマ変調回路において、前記入力信号振幅検出手段は入力信号の絶対値を検出する一方、前記パルス幅制限手段は、該入力信号の絶対値が予め設定した閾値を超えた時点で標本化クロックのカウント数を変更することを特徴としている。 In the delta-sigma modulation circuit according to the present invention, in the delta-sigma modulation circuit described above, the input signal amplitude detection unit detects an absolute value of the input signal, while the pulse width limiting unit detects the absolute value of the input signal. Is characterized in that the sampling clock count is changed when the threshold value exceeds a preset threshold value.
上記の発明によれば、入力信号振幅検出手段は、入力信号の絶対値を検出する。すなわち、入力信号は正負の値をとるので、振幅の大きさを検出するためには、入力信号の絶対値を検出するのが好ましい。また、前記パルス幅制限手段は、該入力信号の絶対値が予め設定した閾値を超えた時点で標本化クロックのカウント数を変更する。したがって、入力信号の振幅に基づいて、パルス幅変更手段によるパルス幅変化を制御するのに際して、閾値を越えたか否かで制御するので制御が容易である。 According to the above invention, the input signal amplitude detection means detects the absolute value of the input signal. That is, since the input signal takes positive and negative values, it is preferable to detect the absolute value of the input signal in order to detect the magnitude of the amplitude. The pulse width limiting means changes the number of sampling clocks when the absolute value of the input signal exceeds a preset threshold value. Therefore, when controlling the pulse width change by the pulse width changing means based on the amplitude of the input signal, the control is easy because it is controlled by whether or not the threshold value is exceeded.
また、本発明のデルタシグマ変調回路は、上記記載のデルタシグマ変調回路において、前記入力信号振幅検出手段からの入力信号の絶対値の情報に対して予め設定される閾値は、「絶対値が増加するときの閾値≧絶対値が減少するときの閾値」の関係を保つように設定されていることを特徴としている。 Further, in the delta sigma modulation circuit according to the present invention, in the delta sigma modulation circuit described above, a threshold value set in advance for the information on the absolute value of the input signal from the input signal amplitude detection unit is “the absolute value increases. It is characterized in that it is set so as to maintain the relationship of “threshold value when threshold value ≧ threshold value when absolute value decreases”.
上記の発明によれば、入力信号振幅検出手段からの入力信号の絶対値の情報に対して予め設定される閾値は、「絶対値が増加するときの閾値≧絶対値が減少するときの閾値」の関係を保つように設定されている。 According to the above invention, the threshold value set in advance for the information on the absolute value of the input signal from the input signal amplitude detection means is “threshold when the absolute value increases ≧ threshold when the absolute value decreases”. Is set to keep the relationship.
すなわち、デルタシグマ変調器は複数の積分器で構成され、これに振幅の変化する信号が入力される。ここで、入力信号の振幅変化と積分器出力の変化、特に発振に至る積分値(以降、発振積分値と呼ぶ)付近の積分器出力の変化を比べる。まず、入力信号が増加する場合の、積分器出力が発振積分値に至る時の入力信号振幅の絶対値をAとし、入力信号が減少する場合の、発振積分値を超えていた積分器出力が発振積分値以下に回復する時の入力信号振幅の絶対値をBとすると、
A>B
となる。この理由は、良く知られているように、入力信号の変化に対して、積分器の時定数により積分器出力の変化が遅れるためである。
In other words, the delta-sigma modulator is composed of a plurality of integrators, and a signal whose amplitude changes is input to this. Here, the change in the amplitude of the input signal and the change in the integrator output, in particular, the change in the integrator output in the vicinity of the integration value (hereinafter referred to as the oscillation integration value) leading to oscillation are compared. First, when the input signal increases, the absolute value of the input signal amplitude when the integrator output reaches the oscillation integration value is A, and when the input signal decreases, the integrator output that has exceeded the oscillation integration value is If the absolute value of the input signal amplitude when recovering below the oscillation integral value is B,
A> B
It becomes. This is because, as is well known, the change in the integrator output is delayed by the time constant of the integrator with respect to the change in the input signal.
したがって、本発明のように、
〔入力信号振幅の絶対値が増加する時の閾値〕≧〔入力信号振幅の絶対値が減少する時の閾値〕
の関係にすることにより、最小パルス幅の制限値を切替える際、例えば、発振に至るぎりぎりのところで最小パルス幅を狭く制御できると共に、入力信号振幅が減少過程で最小パルス幅を広くなるように切替える際、確実に発振を回避するように設計することができる。
Therefore, as in the present invention,
[Threshold value when the absolute value of the input signal amplitude increases] ≧ [Threshold value when the absolute value of the input signal amplitude decreases]
Therefore, when the limit value of the minimum pulse width is switched, for example, the minimum pulse width can be controlled narrowly at the limit of oscillation, and the minimum pulse width is switched in the process of decreasing the input signal amplitude. In this case, it can be designed to reliably avoid oscillation.
すなわち、上記の関係の方が、発振を回避しながら単位時間当たりのスイッチング回数をより少なくすることが可能となり、このデルタシグマ変調器でスイッチングアンプを構成した場合、電力効率を相対的に向上させることができる。 That is, the above relationship makes it possible to reduce the number of times of switching per unit time while avoiding oscillation, and when the switching amplifier is configured with this delta-sigma modulator, the power efficiency is relatively improved. be able to.
また、本発明のデルタシグマ変調回路は、上記記載のデルタシグマ変調回路において、 前記入力信号振幅検出手段にて検出される入力信号の絶対値が大きいほど、パルス幅制限手段は、標本化クロックのカウント数が小さくなるように変更することを特徴としている。 The delta sigma modulation circuit according to the present invention is the delta sigma modulation circuit described above, wherein the pulse width limiting means increases the sampling clock as the absolute value of the input signal detected by the input signal amplitude detection means increases. It is characterized by changing so that the count number becomes small.
上記の発明によれば、入力信号振幅検出手段にて検出される入力信号の絶対値が大きいほど、パルス幅制限手段は、標本化クロックのカウント数が小さくなるように変更する。 According to the above invention, the pulse width limiting unit changes the count number of the sampling clock to be smaller as the absolute value of the input signal detected by the input signal amplitude detection unit is larger.
したがって、入力信号振幅の絶対値が大きい場合、最小パルス幅を決定するクロックのカウント数を減少させ、最小パルス幅を短くするように動作させることによって、振幅利用率が大きくなるので、同じ電圧値の電源に対し、取り出せる電力が大きくなる。 Therefore, if the absolute value of the input signal amplitude is large, the amplitude utilization factor increases by reducing the count of the clock that determines the minimum pulse width and shortening the minimum pulse width, so the same voltage value The amount of power that can be taken out from the power source increases.
また、振幅が大きい場合、量子化器からは、同一量子化値(プラス側の量子化値又はマイナス側の量子化値)の出力密度が高まり、単位時間当たりの出力が変化する回数は増加しない。このため、サンプリング周波数は増加しないので、単位時間当たりのスイッチング回数の増加を防止できる。 When the amplitude is large, the output density of the same quantized value (positive quantized value or negative quantized value) increases from the quantizer, and the number of times the output per unit time changes does not increase. . For this reason, since the sampling frequency does not increase, an increase in the number of switching times per unit time can be prevented.
また、本発明の増幅器は、上記課題を解決するために、上記記載のデルタシグマ変調回路の後段にパルス増幅するパルス増幅手段を備えていることを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, the amplifier of the present invention is characterized by including pulse amplification means for performing pulse amplification at the subsequent stage of the delta-sigma modulation circuit described above.
上記の発明によれば、増幅器は、上記記載のデルタシグマ変調回路の後段にパルス増幅するパルス増幅手段を備えている。 According to the invention described above, the amplifier includes the pulse amplification means for performing pulse amplification on the subsequent stage of the delta-sigma modulation circuit described above.
したがって、上記の作用効果を備えたデルタシグマ変調回からの出力信号をパルス増幅手段により増幅するので、単位時間当たりのスイッチング回数の軽減と、振幅利用率の向上とを両立させ得る増幅器を提供することができる。 Therefore, since the output signal from the delta-sigma modulation having the above-described effects is amplified by the pulse amplifying means, an amplifier capable of both reducing the number of switching times per unit time and improving the amplitude utilization rate is provided. be able to.
また、本発明の増幅器は、上記記載のデルタシグマ変調回路と、パルス幅制限手段の後段にパルス増幅するパルス増幅手段とを備え、上記パルス増幅手段の該増幅出力情報を上記デルタシグマ変調回路の入力側に負帰還することを特徴としている。 An amplifier according to the present invention includes the delta sigma modulation circuit described above and a pulse amplification unit that performs pulse amplification after the pulse width limiting unit, and the amplified output information of the pulse amplification unit is supplied to the delta sigma modulation circuit. It is characterized by negative feedback to the input side.
上記の発明によれば、増幅器は、パルス増幅手段の該増幅出力情報を上記デルタシグマ変調回路の入力側に負帰還する。 According to the above invention, the amplifier negatively feeds back the amplified output information of the pulse amplification means to the input side of the delta-sigma modulation circuit.
したがって、デルタシグマ変調回路の出力信号を増幅した後に、その出力信号をデルタシグマ変調回路の入力側に戻しても、同様に、入力信号に追随する出力信号を得ることができる。 Therefore, even if the output signal of the delta sigma modulation circuit is amplified and then returned to the input side of the delta sigma modulation circuit, an output signal that follows the input signal can be obtained similarly.
本発明のデルタシグマ変調回路は、以上のように、入力部に入力された信号の振幅を検出する入力信号振幅検出手段と、上記量子化器の出力信号のパルス幅を変化させるパルス幅変更手段と、上記入力信号振幅検出手段の検出結果に基づいて上記パルス幅変更手段によるパルス幅変化を制御するパルス幅制御手段とが設けられているものである。 As described above, the delta-sigma modulation circuit of the present invention includes an input signal amplitude detection unit that detects the amplitude of the signal input to the input unit, and a pulse width change unit that changes the pulse width of the output signal of the quantizer. And pulse width control means for controlling the pulse width change by the pulse width changing means based on the detection result of the input signal amplitude detecting means.
それゆえ、入力部に入力された信号の振幅の大きさによって、パルス幅変更手段によるパルス幅変化を制御するので、例えば、入力信号振幅の絶対値が小さい場合、最小パルス幅を広く取るように制御することができる。これにより、振幅利用率が小さくなるが、入力信号自体が小さいので、振幅利用率の影響は小さい。また、最小パルス幅を広く取るように制御することによって、単位時間当たりの出力が変化する回数を軽減することができる。このため、スイッチングで消費される電力を低減させることができる。 Therefore, since the pulse width change by the pulse width changing means is controlled according to the amplitude of the signal input to the input unit, for example, when the absolute value of the input signal amplitude is small, the minimum pulse width should be widened. Can be controlled. As a result, the amplitude utilization factor is reduced, but the influence of the amplitude utilization factor is small because the input signal itself is small. In addition, the number of times that the output per unit time changes can be reduced by controlling the minimum pulse width to be wide. For this reason, the electric power consumed by switching can be reduced.
一方、入力信号振幅の絶対値が大きい場合、例えば、最小パルス幅を決定するクロックのカウント数を減少させ、最小パルス幅を短くするように動作させることができる。これにより、振幅利用率が大きくなるので、同じ電圧値の電源に対し、取り出せる電力が大きくなる。 On the other hand, when the absolute value of the input signal amplitude is large, for example, the number of clocks for determining the minimum pulse width can be decreased and the minimum pulse width can be shortened. As a result, the amplitude utilization rate increases, so that the power that can be extracted from the power source having the same voltage value increases.
また、振幅が大きい場合、量子化器からは、同一量子化値(プラス側の量子化値又はマイナス側の量子化値)の出力密度が高まり、単位時間当たりの出力が変化する回数は増加しない。このため、サンプリング周波数は増加しないので、単位時間当たりのスイッチング回数の増加を防止できる。 When the amplitude is large, the output density of the same quantized value (positive quantized value or negative quantized value) increases from the quantizer, and the number of times the output per unit time changes does not increase. . For this reason, since the sampling frequency does not increase, an increase in the number of switching times per unit time can be prevented.
したがって、単位時間当たりのスイッチング回数の軽減と、振幅利用率の向上とを両立させ得るデルタシグマ変調回路を提供することができるという効果を奏する。 Therefore, it is possible to provide a delta-sigma modulation circuit capable of reducing both the number of switching times per unit time and improving the amplitude utilization rate.
また、本発明の増幅器は、以上のように、上記記載のデルタシグマ変調回路の後段にパルス増幅するパルス増幅手段を備えている。 In addition, as described above, the amplifier of the present invention includes pulse amplification means for performing pulse amplification on the subsequent stage of the delta-sigma modulation circuit described above.
それゆえ、単位時間当たりのスイッチング回数の軽減と、振幅利用率の向上とを両立させ得る増幅器を提供することができるという効果を奏する。 Therefore, there is an effect that it is possible to provide an amplifier that can simultaneously reduce the number of times of switching per unit time and improve the amplitude utilization factor.
〔実施の形態1〕
本発明の一実施形態について図1及び図2に基づいて説明すれば、以下の通りである。
[Embodiment 1]
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 as follows.
本実施の形態のデルタシグマ変調回路10は、図1に示すように、オーディオ信号が入力される入力部としての入力端子1と、加算器2と、積分器加算器群3と、上記積分器加算器群3の出力値を量子化する量子化器4、パルス幅変更手段としての最小パルス幅制限部5、パルス幅変更手段としてのクロックカウンタ6と、出力端子7とを備えており、入力端子1に入力された信号をデルタシグマ変調して出力端子7から出力するようになっている。
As shown in FIG. 1, the delta
上記積分器加算器群3は、図2に示すように、複数の積分器3aと加算器3bとが縦続接続されたものとなっている。
As shown in FIG. 2, the
上記量子化器4及び最小パルス幅制限部5は、図1に示すように、標本化クロック8により動作が制御されるようになっている。また、最小パルス幅制限部5は、量子化器4の出力信号のパルス幅を変化させるものである。
また、出力端子7の出力は、加算器2に負帰還されるようになっている。
The operation of the
The output of the
さらに、本実施の形態のデルタシグマ変調回路10では、入力端子1に入力された信号の振幅を検出する入力信号振幅検出手段としての入力信号振幅検出部9を有しており、最小パルス幅制限部5は、この入力信号振幅検出部9による入力信号の振幅の検出結果に基づいて、パルス幅変化を制御するようになっている。
Further, the delta
すなわち、入力信号振幅検出部9からの出力に応じて、クロックカウンタ6は最小パルス幅を決定するクロックのカウント数を変更して、最小パルス幅制限部5を制御するようになっている。
That is, according to the output from the input
詳細には、上記デルタシグマ変調回路10は、入力信号振幅検出部9にて検出された入力信号振幅の絶対値が一定の値より増大した場合、最小パルス幅を決定するクロックのカウント数を減少させ、最小パルス幅を短くするように動作させる。すなわち、入力信号の振幅が小さい場合、最小パルス幅を広く取ることにより、
(1)振幅利用率が小さくなるが、入力信号自体が小さいので良好に動作する。
Specifically, the delta-
(1) Although the amplitude utilization factor is small, the input signal itself is small, so that it operates well.
(2)単位時間当たりの出力が変化する回数を軽減することができる。
という動作が得られる。
(2) The number of times the output per unit time changes can be reduced.
The operation is obtained.
また、入力信号の振幅が一定の値より増大した場合、最小パルス幅を短くすることにより、
(3)振幅利用率が大きくなるので、入力信号振幅が大きくても良好に動作する。
Also, if the amplitude of the input signal increases above a certain value, by shortening the minimum pulse width,
(3) Since the amplitude utilization factor is increased, the operation is good even if the input signal amplitude is large.
(4)振幅が大きい場合、量子化器4からは、同一量子化値(プラス側の量子化値又はマイナス側の量子化値)の出力密度が高まり、単位時間当たりの出力が変化する回数は増加しない。
という動作が得られる。
(4) When the amplitude is large, the output density of the same quantized value (plus side quantized value or minus side quantized value) is increased from the
The operation is obtained.
このように、本実施の形態のデルタシグマ変調回路10では、入力端子1に入力された信号の振幅を検出する入力信号振幅検出部9が設けられており、最小パルス幅制限部5は、入力信号振幅検出部9の検出結果に基づいてクロックカウンタ6によるパルス幅変化を制御する。
As described above, in the delta
したがって、入力端子1に入力された信号の振幅の大きさによって、クロックカウンタ6によるパルス幅変化を制御するので、例えば、入力信号振幅の絶対値が小さい場合、最小パルス幅を広く取るように制御することができる。これにより、振幅利用率が小さくなるが、入力信号自体が小さいので、振幅利用率の影響は小さい。また、最小パルス幅を広く取るように制御することによって、単位時間当たりの出力が変化する回数を軽減することができる。このため、スイッチングで消費される電力を低減させることができる。
Therefore, since the pulse width change by the
一方、入力信号振幅の絶対値が大きい場合、例えば、最小パルス幅を決定するクロックのカウント数を減少させ、最小パルス幅を短くするように動作させることができる。これにより、振幅利用率が大きくなるので、同じ電圧値の電源に対し、取り出せる電力が大きくなる。 On the other hand, when the absolute value of the input signal amplitude is large, for example, the number of clocks for determining the minimum pulse width can be decreased and the minimum pulse width can be shortened. As a result, the amplitude utilization rate increases, so that the power that can be extracted from the power source having the same voltage value increases.
また、振幅が大きい場合、量子化器からは、同一量子化値(プラス側の量子化値又はマイナス側の量子化値)の出力密度が高まり、単位時間当たりの出力が変化する回数は増加しない。このため、サンプリング周波数は増加しないので、単位時間当たりのスイッチング回数の増加を防止できる。 When the amplitude is large, the output density of the same quantized value (positive quantized value or negative quantized value) increases from the quantizer, and the number of times the output per unit time changes does not increase. . For this reason, since the sampling frequency does not increase, an increase in the number of switching times per unit time can be prevented.
したがって、単位時間当たりのスイッチング回数の軽減と、振幅利用率の向上とを両立させ得るデルタシグマ変調回路10を提供することができる。
Therefore, it is possible to provide the delta-
また、本実施の形態のデルタシグマ変調回路10では、入力信号振幅検出部9の検出結果に基づいて、最小となるパルス時間幅を設定する。このため、サンプリング周期が小さくなり過ぎないようにするための最小となるパルス時間幅を、一定に設定するのではなく、入力信号の振幅に応じて設定することが可能となる。
In the delta-
また、本実施の形態のデルタシグマ変調回路10では、最小パルス幅制限部5の出力情報を入力側に負帰還するので、入力信号に追随する出力を得ることができる。
Further, in the delta
また、本実施の形態のデルタシグマ変調回路10では、最小パルス幅制限部5は、「前標本化値と同値とする時間幅=標本化クロック時間幅×カウント数」により、パルスの時間幅を制限する。したがって、パルスのカウント数により、最小となるパルスの時間幅を設定できるので、パルスの時間幅の設定が容易となる。
In the delta-
また、本実施の形態のデルタシグマ変調回路10では、入力信号振幅検出部9は、入力信号の絶対値を検出する。すなわち、入力信号は正負の値をとるので、振幅の大きさを検出するためには、入力信号の絶対値を検出するのが好ましい。さらに、最小パルス幅制限部5は、該入力信号の絶対値が予め設定した閾値を超えた時点で標本化クロックのカウント数を変更する。したがって、入力信号の振幅に基づいて、クロックカウンタ6によるパルス幅変化を制御するのに際して、閾値を越えたか否かで制御するので制御が容易である。
Further, in the delta-
また、本実施の形態のデルタシグマ変調回路10では、入力信号振幅検出部9からの入力信号の絶対値の情報に対して予め設定される閾値は、「絶対値が増加するときの閾値≧絶対値が減少するときの閾値」の関係を保つように設定されている。
Further, in the delta-
すなわち、デルタシグマ変調回路10は複数の積分器で構成され、これに振幅の変化する信号が入力される。ここで、入力信号の振幅変化と積分器出力の変化、特に発振に至る積分値(以降、発振積分値と呼ぶ)付近の積分器出力の変化を比べる。まず、入力信号が増加する場合の、積分器出力が発振積分値に至る時の入力信号振幅の絶対値をAとし、入力信号が減少する場合の、発振積分値を超えていた積分器出力が発振積分値以下に回復する時の入力信号振幅の絶対値をBとすると、
A>B
となる。この理由は、良く知られているように、入力信号の変化に対して、積分器の時定数により積分器出力の変化が遅れるためである。
That is, the delta-
A> B
It becomes. This is because, as is well known, the change in the integrator output is delayed by the time constant of the integrator with respect to the change in the input signal.
したがって、本実施の形態のように、
〔入力信号振幅の絶対値が増加する時の閾値〕≧〔入力信号振幅の絶対値が減少する時の閾値〕
の関係にすることにより、最小パルス幅の制限値を切替える際、例えば、発振に至るぎりぎりのところで最小パルス幅を狭く制御できると共に、入力信号振幅が減少過程で最小パルス幅を広くなるように切替える際、確実に発振を回避するように設計することができる。
Therefore, as in this embodiment,
[Threshold value when the absolute value of the input signal amplitude increases] ≧ [Threshold value when the absolute value of the input signal amplitude decreases]
Therefore, when the limit value of the minimum pulse width is switched, for example, the minimum pulse width can be controlled narrowly at the limit of oscillation, and the minimum pulse width is switched in the process of decreasing the input signal amplitude. In this case, it can be designed to reliably avoid oscillation.
すなわち、上記の関係の方が、発振を回避しながら単位時間当たりのスイッチング回数をより少なくすることが可能となり、このデルタシグマ変調回路10でスイッチングアンプを構成した場合、電力効率を相対的に向上させることができる。
That is, the above relationship makes it possible to reduce the number of times of switching per unit time while avoiding oscillation, and when the switching amplifier is configured by the delta-
また、本実施の形態のデルタシグマ変調回路10では、入力信号振幅検出部9にて検出される入力信号の絶対値が大きいほど、最小パルス幅制限部5は、標本化クロックのカウント数が小さくなるように変更する。
In the delta-
したがって、入力信号振幅の絶対値が大きい場合、最小パルス幅を決定するクロックのカウント数を減少させ、最小パルス幅を短くするように動作させることによって、振幅利用率が大きくなるので、同じ電圧値の電源に対し、取り出せる電力が大きくなる。 Therefore, if the absolute value of the input signal amplitude is large, the amplitude utilization factor increases by reducing the count of the clock that determines the minimum pulse width and shortening the minimum pulse width, so the same voltage value The amount of power that can be taken out from the power source increases.
また、振幅が大きい場合、量子化器からは、同一量子化値(プラス側の量子化値又はマイナス側の量子化値)の出力密度が高まり、単位時間当たりの出力が変化する回数は増加しない。このため、サンプリング周波数は増加しないので、単位時間当たりのスイッチング回数の増加を防止できる。 When the amplitude is large, the output density of the same quantized value (positive quantized value or negative quantized value) increases from the quantizer, and the number of times the output per unit time changes does not increase. . For this reason, since the sampling frequency does not increase, an increase in the number of switching times per unit time can be prevented.
〔実施の形態2〕
本発明の他の実施の形態について図3及び図4に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、上記実施の形態1と同じである。また、説明の便宜上、上記の実施の形態1の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIGS. Configurations other than those described in the present embodiment are the same as those in the first embodiment. For convenience of explanation, members having the same functions as those shown in the drawings of the first embodiment are given the same reference numerals, and explanation thereof is omitted.
本実施の形態の増幅器20は、図1に示すように、前段に前記実施の形態1で説明したデルタシグマ変調回路10を有し、後段にパルス増幅するパルス増幅手段としてのパルス増幅部30を有している。上記パルス増幅部30は、スイッチング回路31と、ローパスフィルタ(LPFす()32とからなっている。
As shown in FIG. 1, the
上記増幅器20では、入力されたオーディオ信号は、デルタシグマ変調回路10に入力されると同時に、入力信号振幅検出部9により、その振幅の絶対値が連続的に検出される。検出値に対して、クロックカウンタ6のカウント数が予め設定されており、カウント情報をクロックカウンタに伝達する。
In the
一方、デルタシグマ変調回路10に入力されたオーディオ信号は、積分器加算器群3により演算処理され、その結果が量子化器4に入力される。2値に量子化される場合は、積分器加算器群3による演算結果が正であるか、負であるか否かによって量子化値が決定されるが、この動作は標本化クロック(サンプリングクロック)毎に行われる。
On the other hand, the audio signal input to the delta-
量子化結果は、標本化クロック毎に次段の最小パルス幅制限部5に入力されるが、このブロックでは、量子化器4の出力が変化しても、一定の期間、すなわち、設定された最小パルス幅に相当する時間は、前標本化時の量子化値を保持した値が出力される。この保持する時間は、クロックカウンタ6により標本化クロックをカウントすることにより設定し、そのカウント数は上記の入力信号振幅検出部9により決定される。
The quantization result is input to the next-stage minimum
最小パルス幅制限部5から出力されたパルス情報は、積分器加算器群3の入力部である加算器2に負帰還され、パルス幅が制御された状態でデルタシグマ変調動作を行う。これと同時に、該パルス情報を制御信号として、別のDC電圧源、ここでは+Eo、及び−EoをON/OFFするスイッチング回路31を動作させることにより、パルス増幅を行う。
The pulse information output from the minimum pulse
パルス増幅された信号は、オーディオ帯域より高い帯域に量子化ノイズ成分を含んでいるので、これを遮断するためのローパスフィルタ(LPF)32を通過させることにより、入力されたオーディオ信号に対応した増幅信号を取り出すことができる。 Since the pulse-amplified signal contains a quantization noise component in a band higher than the audio band, the signal corresponding to the input audio signal is amplified by passing through a low-pass filter (LPF) 32 for blocking this. The signal can be extracted.
以上のような信号の流れの中で、本実施の形態のデルタシグマ変調回路10は、入力信号振幅検出部9で検出された入力信号振幅の絶対値が一定の値より増大した場合、最小パルス幅を決定するクロックのカウント数を減少させ、最小パルス幅を短くするように動作させる。
In the signal flow as described above, the delta
具体的には、入力信号の振幅が小さい場合、最小パルス幅を広く取ることにより、振幅利用率が小さくなるが、入力信号自体が小さいので、良好に、発振等の破綻に至ることなく動作する。したがって、単位時間当たりの出力が変化する回数を軽減することができるという動作が得られる。 Specifically, when the amplitude of the input signal is small, widening the minimum pulse width reduces the amplitude utilization factor, but the input signal itself is small, so it operates well without causing a breakdown such as oscillation. . Therefore, it is possible to reduce the number of times the output per unit time changes.
一方、入力信号の振幅が一定の値より増大した場合、最小パルス幅を短くすることにより、振幅利用率が大きくなるので、入力信号振幅が大きくても良好に動作する。振幅が大きい場合、量子化器4からは、同一量子化値(プラス側の量子化値又はマイナス側の量子化値)の出力密度が高まり、単位時間当たりの出力が変化する回数は増加しない。
On the other hand, when the amplitude of the input signal increases from a certain value, the minimum pulse width is shortened to increase the amplitude utilization factor, so that the operation is good even when the input signal amplitude is large. When the amplitude is large, the output density of the same quantized value (positive quantized value or negative quantized value) is increased from the
上記の動作により、単位時間当たりの出力が変化する回数を増加させないで、振幅利用率を拡大するデルタシグマ変調が行われる。 By the above operation, delta-sigma modulation for expanding the amplitude utilization rate is performed without increasing the number of times the output per unit time changes.
この結果、従来の構成では困難であった、単位時間当たりの出力が変化する回数の軽減、すなわち、スイッチング増幅器と組み合わせた場合の単位時間当たりのスイッチング回数の軽減を図ることが可能となり、消費電力の軽減を実現すると同時に、振幅利用率の向上を両立させることが可能となる。 As a result, it is possible to reduce the number of times the output changes per unit time, which is difficult with the conventional configuration, that is, to reduce the number of switching times per unit time when combined with a switching amplifier. As a result, it is possible to simultaneously improve the amplitude utilization factor.
以上のように、デルタシグマ変調により、オーディオ信号から2値信号を生成する場合、本実施の形態によれば、単位時間当たりの出力が変化する回数を増加させないで、振幅利用率を拡大するデルタシグマ変調動作を実現することができる。特に、後段に電力増幅を行う増幅器20にてスイッチング回路31が接続される場合、単位時間当たりのスイッチング回数が減るので、スイッチングで消費される電力を低減させることが可能である。
As described above, when a binary signal is generated from an audio signal by delta-sigma modulation, according to the present embodiment, a delta that expands the amplitude utilization rate without increasing the number of times the output per unit time changes. A sigma modulation operation can be realized. In particular, when the switching
また、振幅利用率が拡大するので、同じ電圧値の電源に対し、取り出せる電力が大きくなる。 In addition, since the amplitude utilization factor is increased, the power that can be taken out is increased with respect to the power source having the same voltage value.
さらに、振幅利用率が拡大した場合、同じ電力を取り出すのに低い電圧の電源で対応できるので、電圧に起因する消費電力量の軽減を図れる。また、低い電圧の電源で対応できる場合、耐圧の低いローコストの部品で増幅部が構成できるというメリットがある。 Furthermore, when the amplitude utilization factor is increased, a low-voltage power source can be used to extract the same power, so that power consumption due to the voltage can be reduced. In addition, when a low voltage power source can be used, there is an advantage that the amplifying unit can be configured with low cost components with low withstand voltage.
なお、本実施の形態の増幅器20のように、デルタシグマ変調回路10とパルス増幅部30とを組み合わせる場合、図3に示すように、完結したデルタシグマ変調回路10の後段にスイッチング回路31を接続する方法以外に、図4に示すように、デルタシグマ変調回路10のループの中にスイッチング回路31を設ける方法を採用した増幅器20によっても同様の効果が得られる。
When the delta
このように、本実施の形態の増幅器20は、デルタシグマ変調回路10の後段にパルス増幅するパルス増幅部30を備えている。
As described above, the
したがって、前記の作用効果を備えたデルタシグマ変調回路10からの出力信号をパルス増幅部30により増幅するので、単位時間当たりのスイッチング回数の軽減と、振幅利用率の向上とを両立させ得る増幅器20を提供することができる。
Therefore, since the output signal from the delta-
また、本実施の形態の増幅器20は、デルタシグマ変調回路10と、最小パルス幅制限部5の後段にパルス増幅するパルス増幅部40とを備え、パルス増幅部40におけるスイッチング回路31出力情報をデルタシグマ変調回路10の入力側である加算器2に負帰還することも可能である。
The
したがって、デルタシグマ変調回路10の出力信号を増幅した後に、その出力信号をデルタシグマ変調回路10の入力側に戻しても、同様に、入力信号に追随する出力信号を得ることができる。
Therefore, even if the output signal of the delta
なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, and the technical means disclosed in different embodiments can be appropriately combined. Such embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
本発明は、オーディオ信号を比較的小さなビット数でデジタル符号化するデルタシグマ変調回路、及びデルタシグマ変調回路にて生成される信号を制御信号として複数の電圧をスイッチングすることにより増幅動作を行う増幅器、ひいてはCD及びMD等の音響製品に適用できる。 The present invention relates to a delta-sigma modulation circuit that digitally encodes an audio signal with a relatively small number of bits, and an amplifier that performs an amplification operation by switching a plurality of voltages using a signal generated by the delta-sigma modulation circuit as a control signal In addition, it can be applied to audio products such as CD and MD.
1 入力端子(入力部)
2 加算器
3 積分器加算器群
4 量子化器
5 最小パルス幅制限部(パルス幅制御手段)
6 クロックカウンタ(パルス幅変更手段)
7 出力端子
8 標本化クロック
9 入力信号振幅検出部(入力信号振幅検出手段)
20 増幅器
30 パルス増幅部(パルス増幅手段)
31 スイッチング回路
32 ローパスフィルタ(LPF)
40 増幅器
1 Input terminal (input section)
2
6 Clock counter (pulse width changing means)
7
20
31
40 amplifier
Claims (9)
上記入力部に入力された信号の振幅を検出する入力信号振幅検出手段と、
上記量子化器の出力信号のパルス幅を変化させるパルス幅変更手段と、
上記入力信号振幅検出手段の検出結果に基づいて上記パルス幅変更手段によるパルス幅変化を制御するパルス幅制御手段とが設けられていることを特徴とするデルタシグマ変調回路。 Delta sigma modulation of a signal input to the input unit, including an input unit to which an audio signal is input and a quantizer that cascades a plurality of integrators and quantizes output values of the plurality of integrators In a delta-sigma modulation circuit that
Input signal amplitude detection means for detecting the amplitude of the signal input to the input unit;
Pulse width changing means for changing the pulse width of the output signal of the quantizer;
A delta-sigma modulation circuit, comprising: pulse width control means for controlling a pulse width change by the pulse width changing means based on a detection result of the input signal amplitude detecting means.
前標本化値と同値とする時間幅=標本化クロック時間幅×カウント数
となる時間幅に制限することを特徴とする請求項1又は2記載のデルタシグマ変調回路。 The pulse width limiting means is configured to set a predetermined time width for a plurality of quantized values output from the quantizer to be equal to a pre-sampled value that is a quantized value one clock before. Depending on the clock count,
3. The delta-sigma modulation circuit according to claim 1, wherein the time width is the same as the pre-sampled value = the time width of the sampling clock time width × the number of counts.
絶対値が増加するときの閾値≧絶対値が減少するときの閾値
の関係を保つように設定されていることを特徴とする請求項5記載のデルタシグマ変調回路。 The threshold value set in advance for information on the absolute value of the input signal from the input signal amplitude detection means is:
6. The delta-sigma modulation circuit according to claim 5, wherein a threshold value when the absolute value increases ≧ a threshold value when the absolute value decreases is set to be maintained.
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