JP2006121425A - Class d amplifier device - Google Patents
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Description
本願は、D級増幅装置の技術分野に属し、より詳細には、音信号を、例えばPWM(Pulse Width Modulation)方式により変調して得られた変調信号を増幅するD級増幅装置の技術分野に属する。 The present application belongs to the technical field of a class D amplifier, and more specifically, to the technical field of a class D amplifier that amplifies a modulation signal obtained by modulating a sound signal by, for example, a PWM (Pulse Width Modulation) method. Belongs.
従来、オーディオ製品用の増幅装置(以下、適宜アンプと称する)としては、当該増幅装置を構成するトランジスタにおけるバイアス電圧の設定方法により、A級アンプ、B級アンプ又はC級アンプ等の種類がある。そして、これら以外に、特にその効率の高さに着目したD級アンプ(この他に、一般には、「スイッチングアンプ」とか「PWMアンプ」と称される場合もある)と称されるアンプの開発が盛んに行われている。このとき、当該効率としては、例えば、アナログアンプが約40%であるのに対して、D級アンプは90%程度の効率を有することが知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, amplifying devices for audio products (hereinafter referred to as amplifiers as appropriate) include types such as a class A amplifier, a class B amplifier, and a class C amplifier, depending on a method for setting a bias voltage in a transistor constituting the amplifying device. . In addition to these, development of an amplifier called a class D amplifier (in general, it may be called a “switching amplifier” or a “PWM amplifier”) focusing on its high efficiency. Has been actively conducted. At this time, as the efficiency, for example, it is known that the analog amplifier is about 40%, whereas the class D amplifier has an efficiency of about 90%.
ここで、当該D級アンプは、音信号、例えばデジタル音信号に対してPWM方式により変調処理を施し、当該変調処理により得られる変調信号を矩形波のまま増幅し、その後LPF(Low Pass Filter)を介してスピーカに出力するアンプである。 Here, the class D amplifier performs modulation processing on a sound signal, for example, a digital sound signal, by a PWM method, amplifies the modulation signal obtained by the modulation processing as a rectangular wave, and then LPF (Low Pass Filter) It is an amplifier which outputs to a speaker via.
図1には、従来のD級アンプのブロック回路が示されている。 FIG. 1 shows a block circuit of a conventional class D amplifier.
図1において、符号10は、D級アンプの増幅ユニットを示し、符号12は、スピーカユニットを示す。増幅ユニット10において、入力端子14からのデジタル信号(例えば、PCM信号)である音信号100は、変調回路16に供給され、該変調回路16は、音信号100を変調して変調信号(例えば、PWM信号)102を増幅回路18に供給する。増幅回路18は、変調信号102を増幅して増幅信号104を低域濾過回路(LPF)20に供給し、該低域濾過回路20は、増幅信号104のうち低域成分を通過させ、出力信号106をスピーカユニット12に供給する。スピーカユニット12において、出力信号106は、高域濾過回路(HPF)22を介して、高域用スピーカ(トゥイータ)24に供給されるとともに、低域濾過回路(LPF)26を介して、低域用スピーカ(ウーハ)28に供給される。
In FIG. 1,
なお、増幅ユニット10において、変調回路16のキャリア周波数は、384KHzあるいは768KHzに設定され、低域濾過回路20のカットオフ周波数fcは、30KHz乃至80KHzに設定されており、キャリア周波数は、カットオフ周波数fcの10倍以上に設定されるのが望ましい。
In the
上記図1に示されたD級アンプにおいて、変調回路16のキャリア周波数を768KHzに設定し、低域濾過回路20のカットオフ周波数fcを30KHzに設定した場合を例として取り上げる。なお、この場合には、キャリア周波数がカットオフ周波数fcの10倍以上に設定されるという上記の条件を満たしている。
In the class D amplifier shown in FIG. 1, the case where the carrier frequency of the
上記のようにキャリア周波数及びカットオフ周波数fcをそれぞれ768KHz及び30KHzに設定したD級アンプの特性が、図2(A)、(B)のグラフに示されている。なお、図2(A)のグラフは、周波数と出力レベルとの関係を示し、図2(B)のグラフは、周波数と利得及び位相回転角との関係を示す。 The characteristics of the class D amplifier in which the carrier frequency and the cut-off frequency fc are set to 768 KHz and 30 KHz as described above are shown in the graphs of FIGS. 2A shows the relationship between frequency and output level, and the graph in FIG. 2B shows the relationship between frequency, gain, and phase rotation angle.
図2(A)のグラフにおいて、基本波周波数を1KHzとすると、低域濾過回路20の特性は、周波数に対して符号Lで示すように変化する。ここで、キャリア周波数768KHzの±2KHzの領域においては、不要な出力Mが発生し、キャリア周波数768KHzの2倍である1536KHzの±2KHzの領域においては、不要な出力Nが発生する。これらの不要な出力M及びNは、低域濾過回路20にて完全には除去されることはない。すなわち、低域濾過回路20のカットオフ周波数fcは30KHzに設定されているが、低域濾過回路20の出力は、周波数が30KHzになると急峻に0になる訳ではなく、周波数が30KHzから増加するに従い徐々に0に近づくので、30KHzよりも高い周波数を有する不要な出力M及びNを完全には除去することはできないのである。そして、図2(A)のグラフから、低域濾過回路20による不要な出力M及びNの除去量を増加させるためには、カットオフ周波数を30KHzより低く設定するのが望ましいことが理解される。
In the graph of FIG. 2A, if the fundamental frequency is 1 KHz, the characteristics of the low-
一方、図2(B)のグラフにおいて、カットオフ周波数fcを30KHzに設定しているので、周波数が30KHzから高くなるに従い、実線Pで示すように、利得が低下している。ところで、周波数がカットオフ周波数fcの1/10である3KHz近傍から高くなるに従い、破線Qで示すように、位相回転が始まり、周波数がカットオフ周波数fc(=30KHz)になると、位相回転角は、90°に達する。従って、カットオフ周波数fcを30KHzより低く設定すると、位相回転が始まる周波数が3KHz近傍より低くなるという問題がある。 On the other hand, in the graph of FIG. 2B, since the cut-off frequency fc is set to 30 KHz, the gain decreases as shown by the solid line P as the frequency increases from 30 KHz. By the way, as the frequency increases from around 3 KHz, which is 1/10 of the cutoff frequency fc, as shown by the broken line Q, when phase rotation starts and the frequency becomes the cutoff frequency fc (= 30 KHz), the phase rotation angle becomes Reaching 90 °. Therefore, if the cutoff frequency fc is set lower than 30 KHz, there is a problem that the frequency at which phase rotation starts is lower than the vicinity of 3 KHz.
以上の説明から分かるように、低域濾過回路20による不要な出力M及びNの除去量を増加させる観点からは、カットオフ周波数を30KHzより低く設定するのが望ましいが、一方、カットオフ周波数fcを30KHzより低く設定すると、位相回転が始まる周波数が3KHz近傍より低くなるという問題がある。
As can be understood from the above description, from the viewpoint of increasing the amount of unnecessary output M and N removed by the low-
本願は、上記の各問題点に鑑みて為されたもので、その目的の一例は、再生に影響のある位相回転を低減することができるD級増幅装置を提供することにある。 The present application has been made in view of the above-described problems, and an example of the purpose is to provide a class D amplifier that can reduce phase rotation that affects reproduction.
上記の課題を解決するために、請求項1記載の発明は、音信号を変調して変調信号を生成する変調回路と、前記変調信号を増幅して増幅信号を生成する増幅回路と、前記増幅信号の低域成分を通過させる低域濾過回路と、を夫々に備える増幅ユニットを複数含み、各前記増幅ユニットからの出力を当該各増幅ユニットに夫々対応するスピーカに出力するD級増幅装置において、各前記増幅ユニットに含まれている前記変調回路が、複数の前記スピーカ夫々の周波数特性に対応したキャリア周波数により前記音信号を変調することを特徴とする。
In order to solve the above problem, the invention according to
次に、本願を実施するための最良の形態について、図3及び図4を用いて説明する。なお、以下に説明する実施形態は、例えばデジタル信号である音信号を例えばPWM方式により変調した後に増幅するD級アンプに対して本願を適用した場合の実施の形態である。 Next, the best mode for carrying out the present application will be described with reference to FIGS. The embodiment described below is an embodiment in the case where the present application is applied to a class D amplifier that amplifies a sound signal, which is a digital signal, for example, after being modulated by a PWM method, for example.
図3には、本願の実施形態によるD級アンプのブロック回路が示されている。 FIG. 3 shows a block circuit of a class D amplifier according to an embodiment of the present application.
図3において、符号30は、高域用増幅ユニットを示し、符号32は、低域用増幅ユニットを示し、符号34は、スピーカユニットを示す。ここで、高域用増幅ユニット30は、スピーカユニット34内の高域用スピーカ(トゥイータ)35H用であり、低域用増幅ユニット32は、スピーカユニット34内の低域用スピーカ(ウーハ)35L用である。
In FIG. 3,
前記高域用増幅ユニット30において、入力端子36からの例えばデジタル信号(PCM信号等)である音信号108は、変調回路38に供給され、該変調回路38は、音信号108を変調して変調信号(例えば、PWM信号)110を増幅回路40に供給する。なお、高域用増幅ユニット30内の変調回路38としては、PCM信号をPWM信号に変調する変調回路だけでなく、PCM信号を1bitのΔΣ信号に変調する回路を使用することもできる。前記増幅回路40は、変調信号110を増幅して増幅信号112を低域濾過回路(LPF)42に供給し、該低域濾過回路42は、増幅信号112のうち低域成分を通過させ、出力信号114をスピーカユニット34に供給する。
In the high
同様にして、低域用増幅ユニット32において、入力端子36からのデジタル信号(例えば、PCM信号)である音信号108は、変調回路44に供給され、該変調回路44は、音信号108を変調して変調信号(例えば、PWM信号)116を増幅回路46に供給する。増幅回路46は、変調信号116を増幅して増幅信号118を低域濾過回路(LPF)48に供給し、該低域濾過回路48は、増幅信号118のうち低域成分を通過させ、出力信号120をスピーカユニット34に供給する。
Similarly, in the low
前記スピーカユニット34において、高域用増幅ユニット30からの出力信号114は、高域濾過回路(HPF)50を介して、高域用スピーカ(トゥイータ)35Hに供給され、同様にして、低域用増幅ユニット32からの出力信号120は、低域濾過回路(LPF)52を介して、低域用スピーカ(ウーハ)35Lに供給される。
In the
前記高域用増幅ユニット30内の変調回路38のキャリア周波数は、高く設定され、例えば5.6MHzに設定され、前記低域用増幅ユニット32内の変調回路44のキャリア周波数は、低く設定され、例えば768KHzに設定されている。また、高域用増幅ユニット30内の低域濾過回路42のカットオフ周波数fcは、例えば400KHzに設定され、前記低域用増幅ユニット32内の低域濾過回路42のカットオフ周波数fcは、50KHzに設定されている。
The carrier frequency of the
このように、高域用増幅ユニット30内においては、変調回路38のキャリア周波数を5.6MHzに設定し、低域濾過回路42のカットオフ周波数fcを400KHzに設定しており、低域用増幅ユニット32内においては、変調回路44のキャリア周波数を768KHzに設定し、低域濾過回路48のカットオフ周波数fcを50KHzに設定している。これにより、変調回路38、44のキャリア周波数を低域濾過回路42,48のカットオフ周波数fcの10倍以上に設定するという条件が満たされている。
As described above, in the high
以上のように構成されたD級アンプにおいて、高域用増幅ユニット30では、低域濾過回路42のカットオフ周波数fcは400KHzであるので、その1/10の周波数である40KHz近傍から位相回転が生じる。しかしながら、この40KHz近傍以上は可聴帯域(〜20KHz)より大きいため、再生に影響のある位相回転を低減することができ、高域用スピーカ35Hからの音質に支障が生じることはない。
In the class D amplifier configured as described above, the cutoff frequency fc of the low-
また、低域用増幅ユニット32では、低域濾過回路48のカットオフ周波数fcは50KHzであるので、その1/10の周波数である5KHz近傍から位相回転が生じる。しかしながら、低域用増幅ユニット32からの出力信号120は、低域用スピーカ35Lに供給されるようになっているので、再生に影響のある位相回転を低減することができ、すなわち、位相回転が生じる5KHz近傍以上の成分により、低域用スピーカ35Lからの音質に支障が生じることはない。
Further, in the low
以上のように、本願の実施形態によるD級アンプによれば、再生に影響のある位相回転を低減することができ、従って、高域用スピーカ35H及び低域用スピーカ35Lからの音質に支障が生じることはなく、音質の低下を防ぐことができる。
As described above, according to the class D amplifier according to the embodiment of the present application, it is possible to reduce the phase rotation that affects the reproduction, and thus the sound quality from the
図4には、本願の実施形態によるD級アンプの高域用増幅ユニットの特性が示されている。 FIG. 4 shows the characteristics of the high-frequency amplification unit of the class D amplifier according to the embodiment of the present application.
図4において、周波数が高くなったとしても、可聴帯域(〜20KHz)では、位相回転が生じておらず、すなわち、位相回転角は0°であり、周波数が可聴帯域(〜20KHz)より高くなるに従って、位相回転が生じる。しかしながら、可聴帯域(〜20KHz)より高い領域で位相回転が生じたとしても、スピーカからの音質に支障が生じることはない。なお、前述したように、低域用増幅ユニットでは、低域濾過回路のカットオフ周波数fc=50KHzの1/10の周波数である5KHz近傍から位相回転が生じるが、当該低域用増幅ユニットからの出力信号は、低域用スピーカに供給されるようになっているので、位相回転が生じる5KHz近傍以上の成分により低域用スピーカからの音質に支障が生じることはない。以上のように、本願の実施形態によるD級アンプによれば、再生に影響のある位相回転を低減することができる。 In FIG. 4, even if the frequency is increased, no phase rotation occurs in the audible band (up to 20 KHz), that is, the phase rotation angle is 0 °, and the frequency is higher than the audible band (up to 20 KHz). Accordingly, phase rotation occurs. However, even if phase rotation occurs in a region higher than the audible band (up to 20 KHz), the sound quality from the speaker is not hindered. As described above, in the low frequency amplification unit, phase rotation occurs from around 5 KHz, which is 1/10 of the cutoff frequency fc = 50 KHz of the low frequency filter circuit. Since the output signal is supplied to the low-frequency speaker, the sound quality from the low-frequency speaker is not hindered by a component of about 5 KHz or more that causes phase rotation. As described above, according to the class D amplifier according to the embodiment of the present application, it is possible to reduce phase rotation that affects reproduction.
なお、上記図3に示した本願の実施形態によるD級アンプでは、高域用スピーカに対応して高域用増幅ユニットを設け、低域用スピーカに対応して低域用増幅ユニットを設け、合計2個の増幅ユニットを設けているが、増幅ユニットは、2個に限らず、複数のスピーカの周波数特性に対応して、3個以上の増幅ユニットを設けることも可能である。例えば、高域用スピーカ及び低域用スピーカの他に、中域用スピーカ(スコーカ)を設けた場合には、中域用増幅ユニットを設けることが可能である。なお、この場合、三つの増幅ユニット夫々に含まれる変調回路各々におけるキャリア周波数の関係は、高域用増幅ユニット>中域用増幅ユニット>低域用増幅ユニットとなる。 In the class D amplifier according to the embodiment of the present application shown in FIG. 3, a high frequency amplification unit is provided corresponding to the high frequency speaker, and a low frequency amplification unit is provided corresponding to the low frequency speaker. Although a total of two amplification units are provided, the number of amplification units is not limited to two, and three or more amplification units may be provided corresponding to the frequency characteristics of a plurality of speakers. For example, when a mid-range speaker (skoker) is provided in addition to a high-frequency speaker and a low-frequency speaker, a mid-range amplification unit can be provided. In this case, the relationship of the carrier frequency in each of the modulation circuits included in each of the three amplification units is as follows: high frequency amplification unit> middle frequency amplification unit> low frequency amplification unit.
30 高域用増幅ユニット
32 低域用増幅ユニット
34 スピーカユニット
35H 高域用スピーカ
35L 低域用スピーカ
38、44 変調回路
40、46 増幅回路
42,48 低域濾過回路
50 高域濾過回路
52 低域濾過回路
30 High-
Claims (3)
各前記増幅ユニットに含まれている前記変調回路が、複数の前記スピーカ夫々の周波数特性に対応したキャリア周波数により前記音信号を変調することを特徴とするD級増幅装置。 A modulation circuit that modulates a sound signal to generate a modulation signal, an amplification circuit that amplifies the modulation signal to generate an amplification signal, and a low-pass filtering circuit that passes a low-frequency component of the amplification signal, respectively In a class D amplifier that includes a plurality of amplification units and outputs the output from each of the amplification units to a speaker corresponding to each of the amplification units,
The class D amplification device, wherein the modulation circuit included in each amplification unit modulates the sound signal with a carrier frequency corresponding to a frequency characteristic of each of the plurality of speakers.
高域用の前記スピーカ及び低域用の前記スピーカのそれぞれに対応して、高域用の前記増幅ユニット及び低域用の前記増幅ユニットをそれぞれ設けており、
前記高域用の増幅ユニット内の前記変調回路のキャリア周波数は、前記低域用の増幅ユニット内の前記変調回路のキャリア周波数よりも高く設定されていることを特徴とするD級増幅装置。 In the class D amplification device according to claim 1,
Corresponding to each of the high-frequency speaker and the low-frequency speaker, the high-frequency amplification unit and the low-frequency amplification unit are respectively provided.
The class D amplifier according to claim 1, wherein a carrier frequency of the modulation circuit in the high frequency amplification unit is set higher than a carrier frequency of the modulation circuit in the low frequency amplification unit.
前記低域濾過回路には、カットオフ周波数が設定されており、
前記増幅ユニットにおいて、前記変調回路のキャリア周波数は、前記低域濾過回路のカットオフ周波数の10倍以上に設定されていることを特徴とするD級増幅装置。 The class D amplifier according to claim 2,
In the low-pass filter circuit, a cutoff frequency is set,
In the amplification unit, the carrier frequency of the modulation circuit is set to 10 times or more the cut-off frequency of the low-pass filter circuit.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008026585A1 (en) * | 2006-08-29 | 2008-03-06 | Panasonic Corporation | Digital amplifier |
US7558098B2 (en) | 2006-04-26 | 2009-07-07 | Hideaki Miyamoto | Ferroelectric memory with sub bit-lines connected to each other and to fixed potentials |
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2004
- 2004-10-21 JP JP2004307062A patent/JP2006121425A/en active Pending
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JP2008060705A (en) * | 2006-08-29 | 2008-03-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Digital amplifier |
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