JP2006148671A - デジタルアンプ - Google Patents
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Abstract
【課題】
デジタルアンプへの電源供給を行う電源回路が停止した場合であっても、音質劣化が防止された状態で継続的な音声出力を行う。
【解決手段】
音声信号の変調を行うパルス変調回路120と、前記変調回路の出力で駆動されるD級ドライブ回路130と、前記D級ドライブ回路の出力を平滑するフィルタ回路140と、前記パルス変調回路に電源供給を行うDCDCコンバータ110とを設け、前記DCDCコンバータの異常信号FLTに応じて減衰器112を調整し、入力ゲインを低下させることで、音声劣化を防止する。
【選択図】 図1
デジタルアンプへの電源供給を行う電源回路が停止した場合であっても、音質劣化が防止された状態で継続的な音声出力を行う。
【解決手段】
音声信号の変調を行うパルス変調回路120と、前記変調回路の出力で駆動されるD級ドライブ回路130と、前記D級ドライブ回路の出力を平滑するフィルタ回路140と、前記パルス変調回路に電源供給を行うDCDCコンバータ110とを設け、前記DCDCコンバータの異常信号FLTに応じて減衰器112を調整し、入力ゲインを低下させることで、音声劣化を防止する。
【選択図】 図1
Description
この発明は、デジタルアンプに関し、特に、電源回路の停止による音質の劣化防止に有効なデジタルアンプに関する。
近年、AV機器の多機能化・高集積化が進む中で、複合AV機のデジタル化が注目されている。この種の複合AV機としては、CDプレーヤ、AM/FMラジオチューナー、オーディオアンプ等を同一筐体内で構成したAV用のコンポーネントが知られている。
さらに、最近では、上述したような複合AV機に組み込まれるオーディオアンプとして、アナログアンプからデジタルアンプへの切替が検討されており、デジタルアンプを用いることで、従来のアナログアンプよりも、小型、低発熱、高音質等が期待できるため、デジタルアンプが複合AV機のオーディオアンプの主流となりつつある。
この種のデジタルアンプでは、音声信号の増幅がスイッチング動作により行われるため、ノイズや歪み対策が重要となる。これらの課題に対するアプローチとして、下記特許文献に記載された手法が知られている。
特開2003−258565号公報
特開2004−128662号公報 上記特許文献1には、CDプレーヤの再生時にはデジタルアンプを駆動し、ラジオを受信する際には、デジタルアンプを停止させてアナログアンプを使用する構成やデジタルアンプをシールドケースに入れてシールドする手法が示されている。
また、特許文献2には、オーディオ入力信号と出力増幅段の出力信号とを比較し、この比較結果をもとに定電圧電源回路の出力を変調することで、出力増幅段による歪みを低減させる手法が開示されている。
一方、デジタルアンプによる音声信号の増幅は、トランジスタやFETのような非線形素子を用いた増幅回路によって行われ、この増幅回路には定電圧の電源が供給されるため、過大な信号が入力されると増幅素子の飽和により信号劣化が生じる。この課題を解決する手法としては、下記特許文献に示されたような手法が知られている。
特開平7−321579号公報
特開平9−167923号公報 上記特許文献3には、検出されたバッテリ電圧がしきい電圧条件を満たすか否か判定し、満たす場合に前記電力増幅器が飽和する危険があるとみなし、前記電力増幅器が線形領域で作動するよう前記可変アッテネータの減衰率を大きくする減衰率補正手段を備えた自動出力制御回路が開示されている。
また、上記特許文献4には、 出力増幅器を構成する出力トランジスタの飽和電圧を検出する検出手段と、この検出手段出力にもとづいて出力増幅器の入力信号のゲインを調整する自動レベル制御手段を備えた音響機器の出力増幅装置が開示されている。
上記各特許文献に示された手法は、いずれも有効な手法と考えられるが、DCDCコンバータでデジタルアンプ回路に電源を供給する構成を取った場合、過電流や出力短絡によってDCDCコンバータが異常停止すると、デジタルアンプ回路への電源供給が停止し、電源系統以外は正常である場合であっても音声出力自体が停止する。
そこで、本発明は、電源回路が停止した場合であっても、音質劣化が防止された状態で継続的な音声出力を行う手法として有効なデジタルアンプを提供する。
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は、音声信号をスイッチング増幅してアナログ出力するデジタルアンプであって、前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、前記変調回路の出力で駆動されるD級ドライブ回路と、前記D級ドライブ回路の出力を平滑するフィルタ回路と、前記パルス変調回路に電源供給を行うDCDCコンバータとを具備し、前記DCDCコンバータから出力される異常信号に基づいて前記D級ドライブ回路へ入力される信号のゲインを低下させる手段を備えたことを特徴とする。
このように、DCDCコンバータの異常信号に基づいて入力ゲインを低下させることにより、電源電圧の不足によって生じる音声出力の歪みを防止することができる。DCDCコンバータは、過電流、過電圧、出力短絡等が発生した場合に、自己の回路を保護するためにスイッチング動作を停止させるが、この動作停止によって電源電圧が低下すると、D級ドライブ回路への供給電圧不足によって音声出力波形が大きく歪むことになる。この現象は、特に大音量で駆動している場合にDCDCコンバータが停止したときに生じる。
そこで、この発明では、DCDCコンバータの異常信号出力を利用することによって、電源電圧の低下が起こることを検出し、低下した電源電圧でD級ドライブ回路が飽和しない入力ゲインに設定することで、音声歪みを回避する。
尚、DCDCコンバータが停止してもD級ドライブ回路には電源電圧が供給されるように、DCDCコンバータから異常信号が出力されるとバッテリとD級ドライブ回路を直接接続する構成やDCDCコンバータとして非絶縁型の昇圧回路を用いる。
ここで、パルス変調回路としては、PWM変換回路やΔΣ変換回路等を含めてもよく、また、音声信号に対して所定の演算処理を行う機能を含めても良い。デジタルアンプ回路で用いられる変調方式としては、パルス幅変調方式であるPWM(Pulse Width Modulation)、パルス密度変調方式であるPDM(Pulse Density Modulation)があり、デジタルアンプ回路に入力されるデータ形式としては、音楽CDで用いられるPCM(Pulse Code Modulation)がある。
ここで、パルス変調回路に入力される音声信号は、アナログ信号であってもデジタル信号であっても良く、アナログ信号が入力される場合は、当該アナログ信号が直接パルス変調回路に入力されて、パルス信号に変換されるか、または、一旦、A/Dコンバータを介してデジタル信号に変換された後にパルス変調回路に入力される構成のいずれを用いても良い。
一方、デジタル信号が入力される場合は、当該デジタル信号が直接パルス変調回路に入力されて、パルス信号に変換されるか、または、一旦、D/Aコンバータを介して、アナログ信号に変換された後にパルス変調回路に入力される構成のいずれを用いても良い。
尚、パルス変調回路の実施形態としては、アナログ信号入力の場合は、アナログ入力PWM変調回路またはアナログ入力ΔΣ回路を使用し、デジタル信号入力の場合は、デジタル入力PWM変調回路またはデジタル入力ΔΣ回路を使用すれば良い。
また、本発明に係るデジタルアンプは、スイッチングアンプ、デジタルアンプ、D級アンプのいずれも含むものとする。
また、請求項2記載の発明は、音声信号をスイッチング増幅してアナログ出力するデジタルアンプであって、前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、前記変調回路の出力で駆動されるD級ドライブ回路と、前記D級ドライブ回路の出力を平滑するフィルタ回路と、前記パルス変調回路に電源供給を行うDCDCコンバータとを具備し、前記DCDCコンバータは非絶縁型昇圧回路で構成されたことを特徴とする。
このように、DCDCコンバータは非絶縁型昇圧回路で構成することで、DCDCコンバータが異常停止しても、D級ドライブ回路やパルス変調回路への電源供給を維持することができるため、音声出力を継続させることができる。
ここで、非絶縁の昇圧DCDCコンバーターは、ローサイドにスイッチング素子が配置されるため、過電流や出力短絡等の異常を検出すると、このローサイドのスイッチング素子が開放状態でラッチしてスイッチング動作を停止させれば、昇圧作用は得られないがバッテリの電圧を出力させることができる。
この状態で昇圧電圧時と同じゲインで音声出力が出ると、電源電圧が足りず音声出力波形が大きく歪む。これを防ぐためにDCDCコンバータの非動作時は入力ゲインを落として電源電圧に見合った信号を生成する構成とする。
また、請求項3記載の発明は、音声信号をスイッチング増幅してアナログ出力するデジタルアンプであって、前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、前記パルス変調回路の前段に設けられた減衰器と、前記変調回路の出力で駆動されるD級ドライブ回路と、前記D級ドライブ回路の出力を平滑するフィルタ回路と、前記パルス変調回路に電源供給を行う非絶縁昇圧型DCDCコンバータとを具備し、前記DCDCコンバータから出力される異常信号に基づいて前記減衰器の減衰量を調整する手段を備えたことを特徴とする。
このように、パルス変調回路の前段で減衰量を調整することで、アナログ入力タイプのデジタルアンプに本発明を適用することができる。
また、請求項4記載の発明は、音声信号をスイッチング増幅してアナログ出力するデジタルアンプであって、前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、前記変調回路の出力で駆動されるD級ドライブ回路と、前記D級ドライブ回路の出力を平滑するフィルタ回路と、前記パルス変調回路に電源供給を行う非絶縁昇圧型DCDCコンバータとを具備し、前記DCDCコンバータから出力される異常信号に基づいて前記変調回路の変調条件を制御する手段を備えたことを特徴とする。
このように、パルス変調回路の変調条件を制御することで、デジタル入力タイプのデジタルアンプに本発明を適用することができる。ここで、変調条件を制御する手法としては、デジタル音声信号をビットシフトさせる等の手法により、音量ゲインを下げる方法が採用可能である。
以上説明したように、本発明によれば、電源回路が停止した場合であっても、音質劣化が防止された状態で継続的な音声出力を行うことが可能になる。
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。尚、本発明は、以下説明する実施形態に限らず適宜変更可能である。
図1は、本発明に係るデジタルアンプが組み込まれたオーディオコンポーネントの内部構成を示すブロック図である。同図に示すように、このオーディオコンポーネントは、AM/FMラジオ受信部510と、オーディオテープ再生部520と、CD/DVDプレーヤ530と、デジタルアンプ回路を内蔵したデジタルアンプモジュール100とで構成される。
そして、音声信号をアナログ形式で出力するAM/FMラジオ受信部510とオーディオテープ再生部520とがスイッチSW1に接続され、このスイッチSW1で選択された信号がA/Dコンバータ540に入力される。
AM/FMラジオ受信部510またはオーディオテープ再生部520から出力されたアナログ形式の音声信号は、このA/Dコンバータ540でデジタル信号に変換され、減衰器112を介してデジタルアンプモジュール100内のパルス変調器120に入力される。
一方、音声信号をデジタル形式で出力するCD/DVDプレーヤ530と外部からのデジタル信号を入力するためのポートP3とがスイッチSW2に接続され、このスイッチSW2で選択された信号が減衰器112を介してデジタルアンプモジュール100内のパルス変調器120に入力される。
デジタルアンプモジュール100は、DCDCコンバータ100と、パルス変調器120と、D級ドライバ130と、ローパスフィルタ140とを内蔵し、AM/FMラジオ受信部510、オーディオテープ再生部、CD/DVDプレーヤ530または外部ポートP3から入力された音声信号を増幅し、ポートP2を介して、オーディオコンポーネント500の外部に設けられたスピーカ620にアナログ出力する。
ここで、パルス変調器120とD級ドライバ130とは、DCDCコンバータ110で生成された電力で駆動され、このDCDCコンバータは、オーディオコンポーネント500の外部に設けられたバッテリ610からの電力供給を利用して、パルス変調器120に電圧VDD2を生成・供給し、D級ドライバ130に電圧VDD1を生成・供給する。尚、このバッテリ610は、ポートP1に接続され、AM/FMラジオ受信部510、オーディオテープ再生部、CD/DVDプレーヤ530に対しても電力供給を行う。
DCDCコンバータ110は、過電流、過電圧、出力短絡等を検出すると、自己の回路を保護するためにスイッチング制御を停止し、異常信号FLTを減衰器112に出力する。この異常信号FLTを受けた減衰器112は、DCDCコンバータ110のスイッチング制御の停止に伴って降下した電源電圧に見合うレベルまでオーディオ信号の入力ゲインを低下させる。
図2は、図1に示したDCDCコンバータの構成例を示す回路ブロック図である。同図に示す例は、D級ドライバに出力する電圧VDD1と、パルス変調器に出力する電圧VDD2とを非絶縁昇圧型の変換回路で構成した例である。
同図に示すように、電圧VDD1をD級ドライバに出力する変換回路は、バッテリ610に接続されたコンデンサC11、コイルL1、PWM回路160−1から出力されるスイッチング信号によりスイッチングされるスイッチ素子SW1、ダイオードD1、出力端子Toutに接続されるコンデンサC12、出力電圧を分圧しPWM回路160−1にフィードバックする抵抗器R11およびR12から構成される。
同様に、電圧VDD2をパルス変調器に出力する昇圧型の変換回路は、バッテリ610に接続されたコンデンサC21、コイルL2、PWM回路160−2から出力されるスイッチング信号によりスイッチングされるスイッチ素子SW2、ダイオードD2、出力端子Toutに接続されるコンデンサC22、出力電圧を分圧しPWM回路160−2にフィードバックする抵抗器R21およびR22から構成される。
ここで、PWM回路160−1および160−2には、外部から入力されたクロック信号CLKが入力され、各PWM回路は、出力VDD1およびVDD2をそれぞれモニタしつつ、この入力されたクロック信号CLKを用いてスイッチング素子SW1およびSW2の駆動波形をそれぞれ生成する。尚、同図に示したスイッチング素子SW1およびSW2はFETで構成することが望ましく、また、クロック信号CLKは、DCDCコンバータ内部にオシレータを設けて生成しても良い。
PWM回路160−1および160−2は、フィードバックされた出力信号に基づいて、過電流、過電圧、出力短絡等の異常を検出し、これらの異常が発生した場合には、異常信号FLTを出力するとともに、SW1およびSW2を開放状態にラッチし、バッテリ610の電圧をコイルL1とダイオードD1を介して出力することで電圧VDD1を生成し、コイルL2とダイオードD2を介して出力することで電圧VDD2を生成する。
例えば、DCDCコンバータの負荷が過負荷になった場合、SW1またはSW2のON状態が持続し、そのまま動作を継続させると各FETに流れる電流が増大してFETの破壊に至るため、過負荷を検知した場合には、過負荷側のFETをOFFにラッチする。
ここで、非絶縁昇圧型の変換回路は、入力と出力が導通した構成を有するため、FETがOFF状態になってもダイオードの順方向に通電することができ、その結果、バッテリー電圧からコイルでの電圧降下とダイオードのVfを差し引いた電圧を出力することができる。
尚、PWM回路160−1および160−2は、いずれか一方で異常が検出されると、双方連動してスイッチング素子SW1およびSW2を開放状態にラッチする構成としても良く、また、電源電圧の低下によりD級アンプの飽和が生じるVDD1側のみをラッチする構成としても良い。
図3は、PCM信号の入力を想定した場合の図1に示すデジタルアンプモジュールの内部構成例を示す回路ブロック図である。同図に示すように、図1のデジタルアンプモジュール100にPCM信号が入力される場合には、パルス変調器120をPCM−PWM変換器122で構成し、このPCM−PWM変換器で外部から入力されたPCM信号をPWM信号に変換し、このPWM信号でD級ドライバ130を駆動する。
ここで、D級ドライバ130は、ハイサイドのスイッチング素子FET1と、ローサイドのスイッチング素子FET2と、該各スイッチング素子をPWM信号で駆動するドライバアンプAmp1およびAmp2とで構成される。
D級ドライバ130から出力された信号は、インダクタLとコンデンサCとで構成されたローパスフィルタ140を通過することで、アナログ音声信号が抽出され、この音声信号でスピーカ620が駆動される。
ここで、PCM−PWM122変換器は、DCDCコンバータ110からの異常信号を受けると、PCM信号をビットシフトさせて入力ゲインを低下させ、DCDCコンバータ110の停止によって降下した電源電圧に見合った動作条件を生成する。
図4は、アナログ信号の入力を想定した場合のデジタルアンプモジュールの内部構成例を示す回路ブロック図である。同図に示すように、アナログ信号入力に対応させる場合は、図1に示したA/Dコンバータ540と減衰器112をデジタルアンプモジュール100の内部に取り込めば良く、その他は、図3と同様に構成する。
ここで、減衰器112は、DCDCコンバータ110からの異常信号を受けると、アナログ入力信号のゲインを低下させ、DCDCコンバータ110の停止によって降下した電源電圧に見合った動作条件を生成する。
図5は、PDM信号の入力を想定した場合のデジタルアンプモジュールの内部構成例を示す回路ブロック図である。同図に示すように、PDM信号入力に対応させる場合は、PDM−PWM変換器124を用いてパルス変調器120を構成すれば良い。その他は、図3と同様である。
ここで、PDM−PWM変換器124は、DCDCコンバータ110からの異常信号を受けると、PDM信号をビットシフトさせて入力ゲインを低下させ、DCDCコンバータ110の停止によって降下した電源電圧に見合った動作条件を生成する。
図6は、DCDCコンバータが停止したときにバッテリ電圧をバイパスさせる場合の構成例を示した回路ブロック図である。同図に示すように、DCDCコンバータ110をバイパスさせる経路にスイッチSWを設け、DCDCコンバータが異常を検出した場合には、DCDCコンバータ110を停止させるとともに、異常信号FLTをPCM−PWM変換回路122に出力して入力ゲインを低下させ、異常信号FLTをスイッチSWに出力してスイッチSWをON状態にする。
その結果、バッテリ610の電圧が直接VDD1およびVDD2として出力されるため、パルス変調回路120とD級ドライブ回路130の動作を継続させることができる。このように、DCDCコンバータに異常が生じたときには、バッテリ電圧をバイパスさせる構成とすることで、非絶縁昇圧型以外のDCDCコンバータを使用した場合であっても、音声出力を継続させることができる。尚、この例はアナログ入力方式へも同様に適用可能である。
図7は、図1に示したオーディオコンポーネントの変形例を示すブロック図である。同図に示すように、パルス変調器120への電源供給VDD2は、バッテリ610から直接行う構成としても良い。
図8は、図1に示したDCDCコンバータの変形例を示す回路ブロック図である。同図に示すように、DCDCコンバータ110が出力する電源電圧VDD1およびVDD2は、1つの変換回路から出力しても良い。
本発明によれば、電源回路が停止した場合であっても、音質劣化が防止された状態で継続的な音声出力を行うことが可能になるため、大音量の増幅を想定した複合AV機への適用が期待される。
100…デジタルアンプモジュール、110…DCDCコンバータ、112…減衰器、120…パルス変調器、122…PCM−PWM変換器、124…PDM−PWM変換器、130…D級ドライバ、140…ローバスフィルタ、160…PWM回路、500…オーディオコンポーネント、510…AM/FMラジオ受信部、520…オーディオテープ再生部、530…CD/DVDプレーヤ、540…A/Dコンバータ、610…バッテリ、620…スピーカ
Claims (4)
- 音声信号をスイッチング増幅してアナログ出力するデジタルアンプであって、
前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、
前記変調回路の出力で駆動されるD級ドライブ回路と、
前記D級ドライブ回路の出力を平滑するフィルタ回路と、
前記パルス変調回路に電源供給を行うDCDCコンバータとを具備し、
前記DCDCコンバータから出力される異常信号に基づいて前記D級ドライブ回路へ入力される信号のゲインを低下させる手段を備えたことを特徴とするデジタルアンプ。 - 音声信号をスイッチング増幅してアナログ出力するデジタルアンプであって、
前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、
前記変調回路の出力で駆動されるD級ドライブ回路と、
前記D級ドライブ回路の出力を平滑するフィルタ回路と、
前記パルス変調回路に電源供給を行うDCDCコンバータとを具備し、
前記DCDCコンバータは非絶縁型昇圧回路で構成されたことを特徴とするデジタルアンプ。 - 音声信号をスイッチング増幅してアナログ出力するデジタルアンプであって、
前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、
前記パルス変調回路の前段に設けられた減衰器と、
前記変調回路の出力で駆動されるD級ドライブ回路と、
前記D級ドライブ回路の出力を平滑するフィルタ回路と、
前記パルス変調回路に電源供給を行う非絶縁昇圧型DCDCコンバータとを具備し、
前記DCDCコンバータから出力される異常信号に基づいて前記減衰器の減衰量を調整する手段を備えたことを特徴とするデジタルアンプ。 - 音声信号をスイッチング増幅してアナログ出力するデジタルアンプであって、
前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、
前記変調回路の出力で駆動されるD級ドライブ回路と、
前記D級ドライブ回路の出力を平滑するフィルタ回路と、
前記パルス変調回路に電源供給を行う非絶縁昇圧型DCDCコンバータとを具備し、
前記DCDCコンバータから出力される異常信号に基づいて前記変調回路の変調条件を制御する手段を備えたことを特徴とするデジタルアンプ。
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