JP2006191168A - Switching amplifier circuit - Google Patents

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義久 藤本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a switching amplifier circuit with an excellent S/N characteristic. <P>SOLUTION: An LPF is inserted between a loop filter 12 and a comparator 15, so that the switching amplifier circuit is configured to eliminate an LPF from its feedback circuit. As a result, the configuration can obtain an effect of eliminating noise from an input signal X. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、アナログ信号を増幅するスイッチング増幅回路に関するものであり、特にスイッチング素子を制御する変調回路の性能改善に関するものである。   The present invention relates to a switching amplifier circuit that amplifies an analog signal, and more particularly to improvement in performance of a modulation circuit that controls a switching element.

スイッチング増幅回路は、CLASS−Dアンプとして知られており、PWM変調回路や同期および非同期デルタシグマ変調回路と共に用いることにより、アナログ入力信号の高効率増幅を可能にする。非特許文献1および特許文献にxDSL用高効率スイッチング増幅回路が記載されている。図12にそのブロック図を示す。図12のスイッチング増幅回路101は、フィードバック信号XFBと入力信号Xとの差を入力とするループフィルタ102と、その出力信号Yを1ビットへ変換するコンパレータ103と、コンパレータ103の出力信号Zを増幅し低インピーダンス負荷に電力供給するためのデジタルドライバ104と、上記デジタルドライバ104の出力信号Vをフィルタリングするためにフィードバック端子XFB(便宜上、フィードバック信号XFBと同じ符号で代用する)と、スイッチング増幅回路101の出力端子V(便宜上、出力信号Vと同じ符号で代用する)との間に配置されたローパスフィルタ105とから構成される。   The switching amplifier circuit is known as a CLASS-D amplifier, and enables high-efficiency amplification of an analog input signal when used with a PWM modulation circuit or a synchronous and asynchronous delta-sigma modulation circuit. Non-Patent Document 1 and Patent Document describe a high-efficiency switching amplifier circuit for xDSL. The block diagram is shown in FIG. The switching amplifier circuit 101 in FIG. 12 amplifies the loop filter 102 that receives the difference between the feedback signal XFB and the input signal X, the comparator 103 that converts the output signal Y into 1 bit, and the output signal Z of the comparator 103. A digital driver 104 for supplying power to a low impedance load, a feedback terminal XFB (substitute for the sake of convenience with the same symbol as the feedback signal XFB) for filtering the output signal V of the digital driver 104, and a switching amplifier circuit 101 And a low-pass filter 105 disposed between the output terminal V (for the sake of convenience, the same symbol as that of the output signal V is substituted).

さらに、ループフィルタ102は、ループフィルタ102への入力信号X−XFBが入力される積分器102aと、積分器102aの出力信号が入力される積分器102bとを備えている。また、ループフィルタ102の内部では、積分器102aの出力信号と積分器102bの出力信号との差が計算され、これがループフィルタ102の出力信号Yとなる。   Furthermore, the loop filter 102 includes an integrator 102a to which an input signal X-XFB to the loop filter 102 is input, and an integrator 102b to which an output signal of the integrator 102a is input. In the loop filter 102, the difference between the output signal of the integrator 102a and the output signal of the integrator 102b is calculated, and this becomes the output signal Y of the loop filter 102.

以下に、図12のスイッチング増幅回路101の動作原理を説明する。回路構成は従来のクロック同期したデルタシグマ変調器とほぼ同じ構成であるが、図12のスイッチング増幅回路101では、コンパレータ103を非同期で動作させており、コンパレータ103のデジタル出力は外部クロックに同期せずに出力される(上記コンパレータ103は基本的に外部クロックを必要としない)。フィードバックパス(出力端子V−フィードバック端子XFB間)にローパスフィルタ105を挿入することにより、ループが不安定となり、ローパスフィルタ105のカットオフ周波数と次数とで決まるある周波数で、スイッチング増幅回路101が発振する(以下、リミットサイクル周波数と呼ぶ)。コンパレータ103は、正弦波の入力信号に対して周期方形波の出力信号Zを出力することから、スイッチング増幅回路101の入力と出力との関係は非線形になる。入力信号Xがない場合には、ドライバ104の出力信号Vは、ハイレベルとローレベルとのそれぞれがデューティ比50%ずつの周期方形波となる。   Hereinafter, the operation principle of the switching amplifier circuit 101 of FIG. 12 will be described. Although the circuit configuration is almost the same as that of a conventional clock-synchronized delta-sigma modulator, the switching amplifier circuit 101 of FIG. 12 operates the comparator 103 asynchronously, and the digital output of the comparator 103 is synchronized with an external clock. (The comparator 103 basically does not require an external clock). By inserting the low-pass filter 105 in the feedback path (between the output terminal V and the feedback terminal XFB), the loop becomes unstable, and the switching amplifier circuit 101 oscillates at a certain frequency determined by the cutoff frequency and the order of the low-pass filter 105. (Hereinafter referred to as limit cycle frequency). Since the comparator 103 outputs a periodic square wave output signal Z with respect to the sine wave input signal, the relationship between the input and output of the switching amplifier circuit 101 is nonlinear. When there is no input signal X, the output signal V of the driver 104 is a periodic square wave with a high level and a low level each with a duty ratio of 50%.

このリミットサイクル周波数での発振は、スイッチング増幅回路101に対してディザーとして動作し、リミットサイクル周波数より十分小さい帯域において、入出力特性V/Xが線形となり、ダイナミックレンジの高い増幅回路を実現することができる。   This oscillation at the limit cycle frequency operates as a dither for the switching amplifier circuit 101, and in a band sufficiently smaller than the limit cycle frequency, the input / output characteristic V / X is linear, and an amplifier circuit with a high dynamic range is realized. Can do.

ループフィルタ102、コンパレータ103、デジタルドライバであるドライバ104、およびローパスフィルタ105で構成されるループに記述関数法(Describing function method: DFM)を用いることにより、コンパレータ103とドライバ104とを併せたブロックは、出力信号Vの基本波成分についてゲインがN(A)である増幅回路と考えることができる。   By using a description function method (DFM) for a loop composed of the loop filter 102, the comparator 103, the driver 104 which is a digital driver, and the low-pass filter 105, a block combining the comparator 103 and the driver 104 is obtained. It can be considered that the gain of the fundamental wave component of the output signal V is N (A).

Figure 2006191168
Figure 2006191168

ここで、コンパレータ103の入力振幅(正弦波)をAとし、上記ドライバ104の出力信号Vの振幅を1(波高値が正方向に+1、負方向に−1)と仮定する。このとき、リミットサイクル周波数ωlimは次式を解くことにより、求まる。ここで、上記ローパスフィルタ105は、カットオフ周波数がωfilである1次のローパスフィルタがn個直列に接続された構成であると仮定する。ループフィルタ102、コンパレータ103、ドライバ104、およびローパスフィルタ105で構成されるループの開ループ伝達関数をJ(s)とし、LOOP(jw)=J(jω)+1とおくと、リミットサイクルが発生する条件は、 Here, it is assumed that the input amplitude (sine wave) of the comparator 103 is A, and the amplitude of the output signal V of the driver 104 is 1 (the peak value is +1 in the positive direction and −1 in the negative direction). At this time, the limit cycle frequency ω lim can be obtained by solving the following equation. Here, it is assumed that the low-pass filter 105 has a configuration in which n primary low-pass filters having a cutoff frequency ωfil are connected in series. When an open loop transfer function of a loop composed of the loop filter 102, the comparator 103, the driver 104, and the low-pass filter 105 is J (s) and LOOP (jw) = J (jω) +1 is set, a limit cycle occurs. condition is,

Figure 2006191168
Figure 2006191168

となる。上記LOOP(jw)の虚数部=0であるから、次式、 It becomes. Since the imaginary part of LOOP (jw) = 0, the following equation:

Figure 2006191168
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が得られる(atanX≡tan−1X)。つまり、リミットサイクル周波数は、ローパスフィルタ105のカットオフ周波数ωfil/2πと、次数nと、積分器102bの帯域ωint2との関数として与えられる。ここで、ωint2≪ωfil<ωlimとなるように積分器102bを設計することにより、リミットサイクル周波数は近似的に次式で与えられる。 Is obtained (atanX≡tan −1 X). That is, the limit cycle frequency is given as a function of the cut-off frequency ω fil / 2π of the low-pass filter 105, the order n, and the band ω int2 of the integrator 102b. Here, the limit cycle frequency is approximately given by the following equation by designing the integrator 102b so that ω int2 << ω fillim .

Figure 2006191168
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つまり、リミットサイクル周波数はローパスフィルタ105のカットオフ周波数ωfil/2πと次数nとのみで決まるようにできる。また、コンパレータ103の入力端子における正弦波の振幅(リミットサイクル振幅)は次式で与えられる。 That is, the limit cycle frequency can be determined only by the cut-off frequency ω fil / 2π of the low-pass filter 105 and the order n. The amplitude of the sine wave (limit cycle amplitude) at the input terminal of the comparator 103 is given by the following equation.

Figure 2006191168
Figure 2006191168

従って、リミットサイクル振幅Alimは積分器102aの帯域ωint1に依存する値となる。
欧州特許出願公開第1,229,641号明細書(2002年8月7日公開) 米国特許第5,396,244号明細書(1995年3月7日公開) IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. 38, NO.1, JANUARY 2003, “Highly Efficient xDSL Line Drivers in 0.35um CMOS using a Self-Oscillating Power Amplifier” ”Design of a Low-Distortion 22-kHz Fifth-Order Bessel Filter”, IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. 28, NO. 12, DEC. 1993 ”A 10.7-MHz 68-dB SNR CMOS Continuous-Time Filter with On-Chip Automatic Tuning”, IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL 27, NO. 12, DEC. 1992 ”An Elliptic Continuous-Time CMOS Filter with On-Chip Automatic Tuning”, IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. SC-20, NO. 6, DEC. 1985
Therefore, the limit cycle amplitude A lim becomes a value depending on the band ω int1 of the integrator 102a.
European Patent Application Publication No. 1,229,641 (published August 7, 2002) US Pat. No. 5,396,244 (published March 7, 1995) IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. 38, NO.1, JANUARY 2003, “Highly Efficient xDSL Line Drivers in 0.35um CMOS using a Self-Oscillating Power Amplifier” “Design of a Low-Distortion 22-kHz Fifth-Order Bessel Filter”, IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. 28, NO. 12, DEC. 1993 “A 10.7-MHz 68-dB SNR CMOS Continuous-Time Filter with On-Chip Automatic Tuning”, IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL 27, NO. 12, DEC. 1992 “An Elliptic Continuous-Time CMOS Filter with On-Chip Automatic Tuning”, IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. SC-20, NO. 6, DEC. 1985

しかしながら、特許文献2に記載のように、スイッチング増幅回路の入力信号としてノイズシェープされた低解像度の信号を入力する場合や、帯域外にノイズやトーンが含まれる場合に、図12のスイッチング増幅回路101ではフィードバックループにのみローパスフィルタが設けられているため、S/N特性が劣化してしまうという問題がある。   However, as described in Patent Document 2, when a low-resolution signal that is noise-shaped is input as an input signal of the switching amplifier circuit, or when noise or tone is included outside the band, the switching amplifier circuit of FIG. In 101, since the low-pass filter is provided only in the feedback loop, there is a problem that the S / N characteristic deteriorates.

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、S/N特性のよいスイッチング増幅回路を実現することにある。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to realize a switching amplifier circuit having good S / N characteristics.

本発明のスイッチング増幅回路は、上記課題を解決するために、積分器を用いたフィルタ、ローパスフィルタ、非同期型のコンパレータ、および、スイッチング増幅のドライバを備えたスイッチング増幅回路であって、上記フィルタの出力端子は上記ローパスフィルタの入力端子に接続され、上記ローパスフィルタの出力端子は上記コンパレータの入力端子に接続され、上記コンパレータの出力端子は上記ドライバの入力端子に接続され、上記スイッチング増幅回路の入力信号と上記ドライバの出力信号との差が上記フィルタに入力されることを特徴としている。   In order to solve the above problems, a switching amplifier circuit of the present invention is a switching amplifier circuit including a filter using an integrator, a low-pass filter, an asynchronous comparator, and a driver for switching amplification. The output terminal is connected to the input terminal of the low-pass filter, the output terminal of the low-pass filter is connected to the input terminal of the comparator, the output terminal of the comparator is connected to the input terminal of the driver, and the input of the switching amplifier circuit The difference between the signal and the output signal of the driver is input to the filter.

上記の発明によれば、コンパレータの入力端子と積分器を用いたフィルタの出力端子との間にローパスフィルタが配置されるので、当該ローパスフィルタはスイッチング増幅回路の入力信号に対してアンチエイリアスフィルタとして動作する。従って、スイッチング増幅回路の入力信号の帯域外ノイズを除去することができる。例えばノイズシェープされた低ビットの信号がデジタル−アナログ変換器を通して直接スイッチング増幅回路に入力される場合、シェーピングされた帯域外の量子化ノイズも同時に入力されるが、上記ローパスフィルタによって上記帯域外の量子化ノイズも減衰させることができるため、より高い性能を得ることができる。   According to the above invention, since the low-pass filter is arranged between the input terminal of the comparator and the output terminal of the filter using the integrator, the low-pass filter operates as an anti-aliasing filter for the input signal of the switching amplifier circuit. To do. Therefore, the out-of-band noise of the input signal of the switching amplifier circuit can be removed. For example, when a noise-shaped low-bit signal is directly input to the switching amplifier circuit through the digital-analog converter, the shaped out-of-band quantization noise is also input simultaneously, but the low-pass filter causes the out-of-band signal to be out of the band. Since quantization noise can also be attenuated, higher performance can be obtained.

以上により、S/N特性のよいスイッチング増幅回路を実現することができるという効果を奏する。   As described above, there is an effect that a switching amplifier circuit having good S / N characteristics can be realized.

また、上記の発明によれば、ローパスフィルタから生じるノイズおよび歪の影響を緩和することができる。言い換えると、ローパスフィルタを抵抗とキャパシタとを用いて構成する場合に抵抗の値を大きくすることができるため、回路面積の削減を行うことができる。   Moreover, according to said invention, the influence of the noise and distortion which arise from a low-pass filter can be relieve | moderated. In other words, when the low-pass filter is configured using a resistor and a capacitor, the value of the resistor can be increased, so that the circuit area can be reduced.

また、上記の発明によれば、抵抗とキャパシタとを用いるローパスフィルタの抵抗値およびキャパシタンスのばらつきの影響を受けてリミットサイクル周波数が大きく変化してしまうことを回避する、または、リミットサイクル周波数を入力信号振幅等に応じて変化させ、ダイナミックレンジとスイッチング周波数とのトレードオフの最適化を行うために、ローパスフィルタの抵抗を例えば抵抗とMOSトランジスタのチャネル抵抗との直列接続により構成される可変抵抗に置換える場合、チャネル抵抗の抵抗値が入力信号に応じて変化して歪を発生しても、スイッチング増幅回路は上記歪を低減することが可能である。従って、従来に比べリミットサイクル周波数を自動調整しやすくなる。   Further, according to the above invention, the limit cycle frequency can be prevented from changing greatly under the influence of variations in resistance value and capacitance of the low-pass filter using the resistor and the capacitor, or the limit cycle frequency is input. In order to optimize the trade-off between dynamic range and switching frequency by changing according to the signal amplitude, etc., the resistance of the low-pass filter is changed to a variable resistance composed of a series connection of a resistance and a channel resistance of a MOS transistor, for example. In the case of replacement, even if the resistance value of the channel resistance changes according to the input signal to generate distortion, the switching amplifier circuit can reduce the distortion. Therefore, it becomes easier to automatically adjust the limit cycle frequency than in the prior art.

本発明のスイッチング増幅回路は、上記課題を解決するために、積分器を用いたフィルタ、第1のローパスフィルタ、第2のローパスフィルタ、非同期型のコンパレータ、および、スイッチング増幅のドライバを備えたスイッチング増幅回路であって、上記フィルタの出力端子は上記第1のローパスフィルタの入力端子に接続され、上記第1のローパスフィルタの出力端子は上記コンパレータの入力端子に接続され、上記コンパレータの出力端子は上記ドライバの入力端子に接続され、上記第2のローパスフィルタは上記ドライバの出力端子から上記フィルタの入力端子へのフィードバック経路に設けられ、上記スイッチング増幅回路の入力信号と上記第2のローパスフィルタによってフィルタリングされた上記ドライバの出力信号との差が上記フィルタに入力されることを特徴としている。   In order to solve the above problems, a switching amplifier circuit according to the present invention includes a filter including an integrator, a first low-pass filter, a second low-pass filter, an asynchronous comparator, and a switching amplification driver. An amplifier circuit, wherein an output terminal of the filter is connected to an input terminal of the first low-pass filter, an output terminal of the first low-pass filter is connected to an input terminal of the comparator, and an output terminal of the comparator is The second low-pass filter connected to the input terminal of the driver is provided in a feedback path from the output terminal of the driver to the input terminal of the filter, and is input by the input signal of the switching amplifier circuit and the second low-pass filter. The difference from the filtered driver output signal is It is characterized by being inputted to the serial filter.

上記の発明によれば、コンパレータの入力端子と積分器を用いたフィルタの出力端子との間に第1のローパスフィルタが配置されるので、当該第1のローパスフィルタはスイッチング増幅回路の入力信号に対してアンチエイリアスフィルタとして動作する。従って、スイッチング増幅回路の入力信号の帯域外ノイズを除去することができる。例えばノイズシェープされた低ビットの信号がデジタル−アナログ変換器を通して直接スイッチング増幅回路に入力される場合、シェーピングされた帯域外の量子化ノイズも同時に入力されるが、上記ローパスフィルタによって上記帯域外の量子化ノイズも減衰させることができるため、より高い性能を得ることができる。   According to the above invention, since the first low-pass filter is arranged between the input terminal of the comparator and the output terminal of the filter using the integrator, the first low-pass filter is used as the input signal of the switching amplifier circuit. It works as an anti-aliasing filter. Therefore, the out-of-band noise of the input signal of the switching amplifier circuit can be removed. For example, when a noise-shaped low-bit signal is directly input to the switching amplifier circuit through the digital-analog converter, the shaped out-of-band quantization noise is also input simultaneously, but the low-pass filter causes the out-of-band signal to be out of the band. Since quantization noise can also be attenuated, higher performance can be obtained.

以上により、S/N特性のよいスイッチング増幅回路を実現することができるという効果を奏する。   As described above, there is an effect that a switching amplifier circuit having good S / N characteristics can be realized.

また、上記の発明によれば、第1のローパスフィルタから生じるノイズおよび歪の影響を緩和することができる。言い換えると、第1のローパスフィルタを抵抗とキャパシタとを用いて構成する場合に抵抗の値を大きくすることができるため、回路面積の削減を行うことができる。   Moreover, according to said invention, the influence of the noise and distortion which arise from a 1st low-pass filter can be relieve | moderated. In other words, when the first low-pass filter is configured using a resistor and a capacitor, the resistance value can be increased, so that the circuit area can be reduced.

また、上記の発明によれば、抵抗とキャパシタとを用いる第1のローパスフィルタの抵抗値およびキャパシタンスのばらつきの影響を受けてリミットサイクル周波数が大きく変化してしまうことを回避する、または、リミットサイクル周波数を入力信号振幅等に応じて変化させ、ダイナミックレンジとスイッチング周波数とのトレードオフの最適化を行うために、第1のローパスフィルタの抵抗を例えば抵抗とMOSトランジスタのチャネル抵抗との直列接続により構成される可変抵抗に置換える場合、チャネル抵抗の抵抗値が入力信号に応じて変化して歪を発生しても、スイッチング増幅回路は上記歪を低減することが可能である。従って、従来に比べリミットサイクル周波数を自動調整しやすくなる。   According to the above invention, the limit cycle frequency can be prevented from greatly changing under the influence of variations in the resistance value and capacitance of the first low-pass filter using the resistor and the capacitor, or the limit cycle. In order to change the frequency according to the input signal amplitude or the like and optimize the trade-off between the dynamic range and the switching frequency, the resistor of the first low-pass filter is connected in series with, for example, a resistor and the channel resistance of a MOS transistor. In the case of replacing with a configured variable resistor, the switching amplifier circuit can reduce the distortion even if the resistance value of the channel resistance changes according to the input signal to generate distortion. Therefore, it becomes easier to automatically adjust the limit cycle frequency than in the prior art.

また、上記の発明によれば、ドライバの出力端子から積分器を用いたフィルタの入力端子へのフィードバック経路に第2のローパスフィルタが設けられているので、ドライバの出力信号に含まれる帯域外の信号を低減することができ、上記積分器に必要なダイナミックレンジを緩和することができる。   Further, according to the above invention, since the second low-pass filter is provided in the feedback path from the driver output terminal to the filter input terminal using the integrator, it is out of the band included in the driver output signal. The signal can be reduced and the dynamic range required for the integrator can be relaxed.

本発明のスイッチング増幅回路は、上記課題を解決するために、積分器を用いたフィルタ、ローパスフィルタ、非同期型のコンパレータ、および、スイッチング増幅のドライバを備えたスイッチング増幅回路であって、上記フィルタの出力信号と上記ドライバの出力信号との差が上記ローパスフィルタに入力され、上記ローパスフィルタの出力端子は上記コンパレータの入力端子に接続され、上記コンパレータの出力端子は上記ドライバの入力端子に接続され、上記ドライバの出力信号と上記スイッチング増幅回路の入力信号との差が上記フィルタに入力されることを特徴としている。   In order to solve the above problems, a switching amplifier circuit of the present invention is a switching amplifier circuit including a filter using an integrator, a low-pass filter, an asynchronous comparator, and a driver for switching amplification. The difference between the output signal and the output signal of the driver is input to the low-pass filter, the output terminal of the low-pass filter is connected to the input terminal of the comparator, the output terminal of the comparator is connected to the input terminal of the driver, The difference between the output signal of the driver and the input signal of the switching amplifier circuit is input to the filter.

上記の発明によれば、コンパレータの入力端子と積分器を用いたフィルタの出力端子との間にローパスフィルタが配置されるので、当該ローパスフィルタはスイッチング増幅回路の入力信号に対してアンチエイリアスフィルタとして動作する。従って、スイッチング増幅回路の入力信号の帯域外ノイズを除去することができる。例えばノイズシェープされた低ビットの信号がデジタル−アナログ変換器を通して直接スイッチング増幅回路に入力される場合、シェーピングされた帯域外の量子化ノイズも同時に入力されるが、上記ローパスフィルタによって上記帯域外の量子化ノイズも減衰させることができるため、より高い性能を得ることができる。   According to the above invention, since the low-pass filter is arranged between the input terminal of the comparator and the output terminal of the filter using the integrator, the low-pass filter operates as an anti-aliasing filter for the input signal of the switching amplifier circuit. To do. Therefore, the out-of-band noise of the input signal of the switching amplifier circuit can be removed. For example, when a noise-shaped low-bit signal is directly input to the switching amplifier circuit through the digital-analog converter, the shaped out-of-band quantization noise is also input simultaneously, but the low-pass filter causes the out-of-band signal to be out of the band. Since quantization noise can also be attenuated, higher performance can be obtained.

以上により、S/N特性のよいスイッチング増幅回路を実現することができるという効果を奏する。   As described above, there is an effect that a switching amplifier circuit having good S / N characteristics can be realized.

また、上記の発明によれば、ローパスフィルタから生じるノイズおよび歪の影響を緩和することができる。言い換えると、ローパスフィルタを抵抗とキャパシタとを用いて構成する場合に抵抗の値を大きくすることができるため、回路面積の削減を行うことができる。   Moreover, according to said invention, the influence of the noise and distortion which arise from a low-pass filter can be relieve | moderated. In other words, when the low-pass filter is configured using a resistor and a capacitor, the value of the resistor can be increased, so that the circuit area can be reduced.

また、上記の発明によれば、抵抗とキャパシタとを用いるローパスフィルタの抵抗値およびキャパシタンスのばらつきの影響を受けてリミットサイクル周波数が大きく変化してしまうことを回避する、または、リミットサイクル周波数を入力信号振幅等に応じて変化させ、ダイナミックレンジとスイッチング周波数とのトレードオフの最適化を行うために、ローパスフィルタの抵抗を例えば抵抗とMOSトランジスタのチャネル抵抗との直列接続により構成される可変抵抗に置換える場合、チャネル抵抗の抵抗値が入力信号に応じて変化して歪を発生しても、スイッチング増幅回路は上記歪を低減することが可能である。従って、従来に比べリミットサイクル周波数を自動調整しやすくなる。   Further, according to the above invention, the limit cycle frequency can be prevented from changing greatly under the influence of variations in resistance value and capacitance of the low-pass filter using the resistor and the capacitor, or the limit cycle frequency is input. In order to optimize the trade-off between dynamic range and switching frequency by changing according to the signal amplitude, etc., the resistance of the low-pass filter is changed to a variable resistance composed of a series connection of a resistance and a channel resistance of a MOS transistor, for example. In the case of replacement, even if the resistance value of the channel resistance changes according to the input signal to generate distortion, the switching amplifier circuit can reduce the distortion. Therefore, it becomes easier to automatically adjust the limit cycle frequency than in the prior art.

また、上記の発明によれば、ドライバの出力信号を直接ローパスフィルタの入力端子に加えるダイレクトフィードバックパスが設けられるので、ある決まったリミットサイクル周波数を実現するときに従来に比べローパスフィルタのカットオフ周波数を低くできる。つまり、アンチエイリアス機能を強化することができる。また、安定したリミットサイクル振幅を実現することができる。   In addition, according to the above invention, since a direct feedback path is provided to directly apply the driver output signal to the input terminal of the low-pass filter, the cutoff frequency of the low-pass filter compared to the conventional case when a certain limit cycle frequency is realized. Can be lowered. That is, the anti-aliasing function can be strengthened. In addition, a stable limit cycle amplitude can be realized.

本発明のスイッチング増幅回路は、上記課題を解決するために、積分器を用いたフィルタ、第1のローパスフィルタ、第2のローパスフィルタ、非同期型のコンパレータ、および、スイッチング増幅のドライバを備えたスイッチング増幅回路であって、上記第2のローパスフィルタは、上記ドライバの出力端子から上記フィルタの入力端子および上記第1のローパスフィルタの入力端子へのフィードバック経路に設けられ、上記フィルタの出力信号と、上記第2のローパスフィルタによってフィルタリングされた上記ドライバの出力信号との差が上記第1のローパスフィルタに入力され、上記第1のローパスフィルタの出力端子は上記コンパレータの入力端子に接続され、上記コンパレータの出力端子は上記ドライバの入力端子に接続され、上記スイッチング増幅回路の入力信号と、上記第2のローパスフィルタによってフィルタリングされた上記ドライバの出力信号との差が上記フィルタに入力されることを特徴としている。   In order to solve the above problems, a switching amplifier circuit according to the present invention includes a filter including an integrator, a first low-pass filter, a second low-pass filter, an asynchronous comparator, and a switching amplification driver. An amplifier circuit, wherein the second low-pass filter is provided in a feedback path from an output terminal of the driver to an input terminal of the filter and an input terminal of the first low-pass filter, and an output signal of the filter; The difference from the driver output signal filtered by the second low-pass filter is input to the first low-pass filter, the output terminal of the first low-pass filter is connected to the input terminal of the comparator, and the comparator Is connected to the input terminal of the driver, Serial input signal of the switching amplifier circuit, the difference between the output signal of the second of said driver being filtered by the low-pass filter is characterized in that it is input to the filter.

上記の発明によれば、コンパレータの入力端子と積分器を用いたフィルタの出力端子との間に第1のローパスフィルタが配置されるので、当該第1のローパスフィルタはスイッチング増幅回路の入力信号に対してアンチエイリアスフィルタとして動作する。従って、スイッチング増幅回路の入力信号の帯域外ノイズを除去することができる。例えばノイズシェープされた低ビットの信号がデジタル−アナログ変換器を通して直接スイッチング増幅回路に入力される場合、シェーピングされた帯域外の量子化ノイズも同時に入力されるが、上記ローパスフィルタによって上記帯域外の量子化ノイズも減衰させることができるため、より高い性能を得ることができる。   According to the above invention, since the first low-pass filter is arranged between the input terminal of the comparator and the output terminal of the filter using the integrator, the first low-pass filter is used as the input signal of the switching amplifier circuit. It works as an anti-aliasing filter. Therefore, the out-of-band noise of the input signal of the switching amplifier circuit can be removed. For example, when a noise-shaped low-bit signal is directly input to the switching amplifier circuit through the digital-analog converter, the shaped out-of-band quantization noise is also input simultaneously, but the low-pass filter causes the out-of-band signal to be out of the band. Since quantization noise can also be attenuated, higher performance can be obtained.

以上により、S/N特性のよいスイッチング増幅回路を実現することができるという効果を奏する。   As described above, there is an effect that a switching amplifier circuit having good S / N characteristics can be realized.

また、上記の発明によれば、第1のローパスフィルタから生じるノイズおよび歪の影響を緩和することができる。言い換えると、第1のローパスフィルタを抵抗とキャパシタとを用いて構成する場合に抵抗の値を大きくすることができるため、回路面積の削減を行うことができる。   Moreover, according to said invention, the influence of the noise and distortion which arise from a 1st low-pass filter can be relieve | moderated. In other words, when the first low-pass filter is configured using a resistor and a capacitor, the resistance value can be increased, so that the circuit area can be reduced.

また、上記の発明によれば、抵抗とキャパシタとを用いる第1のローパスフィルタの抵抗値およびキャパシタンスのばらつきの影響を受けてリミットサイクル周波数が大きく変化してしまうことを回避する、または、リミットサイクル周波数を入力信号振幅等に応じて変化させ、ダイナミックレンジとスイッチング周波数とのトレードオフの最適化を行うために、第1のローパスフィルタの抵抗を例えば抵抗とMOSトランジスタのチャネル抵抗との直列接続により構成される可変抵抗に置換える場合、チャネル抵抗の抵抗値が入力信号に応じて変化して歪を発生しても、スイッチング増幅回路は上記歪を低減することが可能である。従って、従来に比べリミットサイクル周波数を自動調整しやすくなる。   According to the above invention, the limit cycle frequency can be prevented from greatly changing under the influence of variations in the resistance value and capacitance of the first low-pass filter using the resistor and the capacitor, or the limit cycle. In order to change the frequency according to the input signal amplitude or the like and optimize the trade-off between the dynamic range and the switching frequency, the resistor of the first low-pass filter is connected in series with, for example, a resistor and the channel resistance of a MOS transistor. In the case of replacing with a configured variable resistor, the switching amplifier circuit can reduce the distortion even if the resistance value of the channel resistance changes according to the input signal to generate distortion. Therefore, it becomes easier to automatically adjust the limit cycle frequency than in the prior art.

また、上記の発明によれば、ドライバの出力端子から積分器を用いたフィルタの入力端子へのフィードバック経路に第2のローパスフィルタが設けられているので、ドライバの出力信号に含まれる帯域外の信号を低減することができ、上記積分器に必要なダイナミックレンジを緩和することができる。   Further, according to the above invention, since the second low-pass filter is provided in the feedback path from the driver output terminal to the filter input terminal using the integrator, it is out of the band included in the driver output signal. The signal can be reduced and the dynamic range required for the integrator can be relaxed.

また、上記の発明によれば、ドライバの出力信号を積分器を用いたフィルタを通さず第2のローパスフィルタを通して第1のローパスフィルタの入力端子に加えるダイレクトフィードバックパスが設けられるので、ある決まったリミットサイクル周波数を実現するときに従来に比べ第1のローパスフィルタのカットオフ周波数を低くできる。つまり、アンチエイリアス機能を強化することができる。また、安定したリミットサイクル振幅を実現することができる。   Further, according to the above invention, there is provided a direct feedback path for adding the output signal of the driver to the input terminal of the first low-pass filter through the second low-pass filter without passing the filter using the integrator. When realizing the limit cycle frequency, the cut-off frequency of the first low-pass filter can be made lower than in the prior art. That is, the anti-aliasing function can be strengthened. In addition, a stable limit cycle amplitude can be realized.

本発明のスイッチング増幅回路は、上記課題を解決するために、積分器を用いたフィルタ、ローパスフィルタ、非同期型のコンパレータ、および、スイッチング増幅のドライバを備えたスイッチング増幅回路であって、上記フィルタの出力信号と上記コンパレータの出力信号との差が上記ローパスフィルタに入力され、上記ローパスフィルタの出力端子は上記コンパレータの入力端子に接続され、上記コンパレータの出力端子は上記ドライバの入力端子に接続され、上記スイッチング増幅回路の入力信号と上記ドライバの出力信号との差が上記フィルタに入力されることを特徴としている。   In order to solve the above problems, a switching amplifier circuit of the present invention is a switching amplifier circuit including a filter using an integrator, a low-pass filter, an asynchronous comparator, and a driver for switching amplification. The difference between the output signal and the output signal of the comparator is input to the low pass filter, the output terminal of the low pass filter is connected to the input terminal of the comparator, the output terminal of the comparator is connected to the input terminal of the driver, The difference between the input signal of the switching amplifier circuit and the output signal of the driver is input to the filter.

上記の発明によれば、コンパレータの入力端子と積分器を用いたフィルタの出力端子との間にローパスフィルタが配置されるので、当該ローパスフィルタはスイッチング増幅回路の入力信号に対してアンチエイリアスフィルタとして動作する。従って、スイッチング増幅回路の入力信号の帯域外ノイズを除去することができる。例えばノイズシェープされた低ビットの信号がデジタル−アナログ変換器を通して直接スイッチング増幅回路に入力される場合、シェーピングされた帯域外の量子化ノイズも同時に入力されるが、上記ローパスフィルタによって上記帯域外の量子化ノイズも減衰させることができるため、より高い性能を得ることができる。   According to the above invention, since the low-pass filter is arranged between the input terminal of the comparator and the output terminal of the filter using the integrator, the low-pass filter operates as an anti-aliasing filter for the input signal of the switching amplifier circuit. To do. Therefore, the out-of-band noise of the input signal of the switching amplifier circuit can be removed. For example, when a noise-shaped low-bit signal is directly input to the switching amplifier circuit through the digital-analog converter, the shaped out-of-band quantization noise is also input simultaneously, but the low-pass filter causes the out-of-band signal to be out of the band. Since quantization noise can also be attenuated, higher performance can be obtained.

以上により、S/N特性のよいスイッチング増幅回路を実現することができるという効果を奏する。   As described above, there is an effect that a switching amplifier circuit having good S / N characteristics can be realized.

また、上記の発明によれば、ローパスフィルタから生じるノイズおよび歪の影響を緩和することができる。言い換えると、ローパスフィルタを抵抗とキャパシタとを用いて構成する場合に抵抗の値を大きくすることができるため、回路面積の削減を行うことができる。   Moreover, according to said invention, the influence of the noise and distortion which arise from a low-pass filter can be relieve | moderated. In other words, when the low-pass filter is configured using a resistor and a capacitor, the value of the resistor can be increased, so that the circuit area can be reduced.

また、上記の発明によれば、抵抗とキャパシタとを用いるローパスフィルタの抵抗値およびキャパシタンスのばらつきの影響を受けてリミットサイクル周波数が大きく変化してしまうことを回避する、または、リミットサイクル周波数を入力信号振幅等に応じて変化させ、ダイナミックレンジとスイッチング周波数とのトレードオフの最適化を行うために、ローパスフィルタの抵抗を抵抗と例えばMOSトランジスタのチャネル抵抗との直列接続により構成される可変抵抗に置換える場合、チャネル抵抗の抵抗値が入力信号に応じて変化して歪を発生しても、スイッチング増幅回路は上記歪を低減することが可能である。従って、従来に比べリミットサイクル周波数を自動調整しやすくなる。   Further, according to the above invention, the limit cycle frequency can be prevented from changing greatly under the influence of variations in resistance value and capacitance of the low-pass filter using the resistor and the capacitor, or the limit cycle frequency is input. In order to optimize the trade-off between dynamic range and switching frequency by changing according to the signal amplitude, etc., the resistance of the low-pass filter is changed to a variable resistance composed of a series connection of a resistance and a channel resistance of a MOS transistor, for example. In the case of replacement, even if the resistance value of the channel resistance changes according to the input signal to generate distortion, the switching amplifier circuit can reduce the distortion. Therefore, it becomes easier to automatically adjust the limit cycle frequency than in the prior art.

また、上記の発明によれば、フィルタの出力信号とコンパレータの出力信号との差がローパスフィルタに入力されるので、リミットサイクル周波数に対するドライバの遅延の影響は小さくなる。従って、ドライバの遅延が大きい場合およびドライバ遅延がプロセスバラツキによって変化する場合にも、安定したリミットサイクル周波数を得ることができる。   Further, according to the above invention, since the difference between the output signal of the filter and the output signal of the comparator is input to the low pass filter, the influence of the driver delay on the limit cycle frequency is reduced. Therefore, a stable limit cycle frequency can be obtained even when the driver delay is large and the driver delay changes due to process variations.

本発明のスイッチング増幅回路は、上記課題を解決するために、積分器を用いたフィルタ、第1のローパスフィルタ、第2のローパスフィルタ、非同期型のコンパレータ、および、スイッチング増幅のドライバを備えたスイッチング増幅回路であって、上記第2のローパスフィルタは、上記コンパレータの出力端子から上記第1のローパスフィルタの入力端子へのフィードバック経路に設けられ、上記フィルタの出力信号と、上記第2のローパスフィルタによってフィルタリングされた上記コンパレータの出力信号との差が上記第1のローパスフィルタに入力され、上記第1のローパスフィルタの出力端子は上記コンパレータの入力端子に接続され、上記コンパレータの出力端子は上記ドライバの入力端子に接続され、上記スイッチング増幅回路の入力信号と上記ドライバの出力信号との差が上記第1フィルタに入力されることを特徴としている。   In order to solve the above problems, a switching amplifier circuit according to the present invention includes a filter including an integrator, a first low-pass filter, a second low-pass filter, an asynchronous comparator, and a switching amplification driver. An amplifier circuit, wherein the second low-pass filter is provided in a feedback path from an output terminal of the comparator to an input terminal of the first low-pass filter, and the output signal of the filter and the second low-pass filter The difference from the output signal of the comparator filtered by is input to the first low-pass filter, the output terminal of the first low-pass filter is connected to the input terminal of the comparator, and the output terminal of the comparator is the driver Switching amplifier connected to the input terminal of The difference between the input signal and the output signal of the driver of the road is characterized in that it is input to the first filter.

上記の発明によれば、コンパレータの入力端子と積分器を用いたフィルタの出力端子との間にローパスフィルタが配置されるので、当該ローパスフィルタはスイッチング増幅回路の入力信号に対してアンチエイリアスフィルタとして動作する。従って、スイッチング増幅回路の入力信号の帯域外ノイズを除去することができる。例えばノイズシェープされた低ビットの信号がデジタル−アナログ変換器を通して直接スイッチング増幅回路に入力される場合、シェーピングされた帯域外の量子化ノイズも同時に入力されるが、上記ローパスフィルタによって上記帯域外の量子化ノイズも減衰させることができるため、より高い性能を得ることができる。   According to the above invention, since the low-pass filter is arranged between the input terminal of the comparator and the output terminal of the filter using the integrator, the low-pass filter operates as an anti-aliasing filter for the input signal of the switching amplifier circuit. To do. Therefore, the out-of-band noise of the input signal of the switching amplifier circuit can be removed. For example, when a noise-shaped low-bit signal is directly input to the switching amplifier circuit through the digital-analog converter, the shaped out-of-band quantization noise is also input simultaneously, but the low-pass filter causes the out-of-band signal to be out of the band. Since quantization noise can also be attenuated, higher performance can be obtained.

以上により、S/N特性のよいスイッチング増幅回路を実現することができるという効果を奏する。   As described above, there is an effect that a switching amplifier circuit having good S / N characteristics can be realized.

また、上記の発明によれば、ローパスフィルタから生じるノイズおよび歪の影響を緩和することができる。言い換えると、ローパスフィルタを抵抗とキャパシタとを用いて構成する場合に抵抗の値を大きくすることができるため、回路面積の削減を行うことができる。   Moreover, according to said invention, the influence of the noise and distortion which arise from a low-pass filter can be relieve | moderated. In other words, when the low-pass filter is configured using a resistor and a capacitor, the value of the resistor can be increased, so that the circuit area can be reduced.

また、上記の発明によれば、抵抗とキャパシタとを用いるローパスフィルタの抵抗値およびキャパシタンスのばらつきの影響を受けてリミットサイクル周波数が大きく変化してしまうことを回避する、または、リミットサイクル周波数を入力信号振幅等に応じて変化させ、ダイナミックレンジとスイッチング周波数とのトレードオフの最適化を行うために、ローパスフィルタの抵抗を例えば抵抗とMOSトランジスタのチャネル抵抗との直列接続により構成される可変抵抗に置換える場合、チャネル抵抗の抵抗値が入力信号に応じて変化して歪を発生しても、スイッチング増幅回路は上記歪を低減することが可能である。従って、従来に比べリミットサイクル周波数を自動調整しやすくなる。   Further, according to the above invention, the limit cycle frequency can be prevented from changing greatly under the influence of variations in resistance value and capacitance of the low-pass filter using the resistor and the capacitor, or the limit cycle frequency is input. In order to optimize the trade-off between dynamic range and switching frequency by changing according to the signal amplitude, etc., the resistance of the low-pass filter is changed to a variable resistance composed of a series connection of a resistance and a channel resistance of a MOS transistor, for example. In the case of replacement, even if the resistance value of the channel resistance changes according to the input signal to generate distortion, the switching amplifier circuit can reduce the distortion. Therefore, it becomes easier to automatically adjust the limit cycle frequency than in the prior art.

また、上記の発明によれば、フィルタの出力信号とコンパレータの出力信号との差がローパスフィルタに入力されるので、リミットサイクル周波数に対するドライバの遅延の影響は小さくなる。従って、ドライバの遅延が大きい場合およびドライバ遅延がプロセスバラツキによって変化する場合にも、安定したリミットサイクル周波数を得ることができる。   Further, according to the above invention, since the difference between the output signal of the filter and the output signal of the comparator is input to the low pass filter, the influence of the driver delay on the limit cycle frequency is reduced. Therefore, a stable limit cycle frequency can be obtained even when the driver delay is large and the driver delay changes due to process variations.

本発明のスイッチング増幅回路は、上記課題を解決するために、積分器を用いたフィルタ、第1のローパスフィルタ、第2のローパスフィルタ、第3のローパスフィルタ、非同期型のコンパレータ、および、スイッチング増幅のドライバを備えたスイッチング増幅回路であって、上記第2のローパスフィルタは、上記コンパレータの出力端子から上記第1のローパスフィルタの入力端子へのフィードバック経路に設けられ、上記フィルタの出力信号と、上記第2のローパスフィルタによってフィルタリングされた上記コンパレータの出力信号との差が上記第1のローパスフィルタに入力され、上記第1のローパスフィルタの出力端子は上記コンパレータの入力端子に接続され、上記コンパレータの出力端子は上記ドライバの入力端子に接続され、上記第3のローパスフィルタは、上記ドライバの出力端子から上記フィルタの入力端子へのフィードバック経路に設けられ、上記スイッチング増幅回路の入力信号と、上記第3のローパスフィルタによりフィルタリングされた上記ドライバの出力信号との差が上記フィルタに入力されることを特徴としている。   In order to solve the above problems, a switching amplifier circuit of the present invention includes a filter using an integrator, a first low-pass filter, a second low-pass filter, a third low-pass filter, an asynchronous comparator, and a switching amplifier. The second low-pass filter is provided in a feedback path from the output terminal of the comparator to the input terminal of the first low-pass filter, and the output signal of the filter; The difference between the output signal of the comparator filtered by the second low-pass filter is input to the first low-pass filter, the output terminal of the first low-pass filter is connected to the input terminal of the comparator, and the comparator Is connected to the input terminal of the above driver. The third low-pass filter is provided in a feedback path from the output terminal of the driver to the input terminal of the filter, and the input signal of the switching amplifier circuit and the driver of the driver filtered by the third low-pass filter. A difference from the output signal is input to the filter.

上記の発明によれば、コンパレータの入力端子と積分器を用いたフィルタの出力端子との間にローパスフィルタが配置されるので、当該ローパスフィルタはスイッチング増幅回路の入力信号に対してアンチエイリアスフィルタとして動作する。従って、スイッチング増幅回路の入力信号の帯域外ノイズを除去することができる。例えばノイズシェープされた低ビットの信号がデジタル−アナログ変換器を通して直接スイッチング増幅回路に入力される場合、シェーピングされた帯域外の量子化ノイズも同時に入力されるが、上記ローパスフィルタによって上記帯域外の量子化ノイズも減衰させることができるため、より高い性能を得ることができる。   According to the above invention, since the low-pass filter is arranged between the input terminal of the comparator and the output terminal of the filter using the integrator, the low-pass filter operates as an anti-aliasing filter for the input signal of the switching amplifier circuit. To do. Therefore, the out-of-band noise of the input signal of the switching amplifier circuit can be removed. For example, when a noise-shaped low-bit signal is directly input to the switching amplifier circuit through the digital-analog converter, the shaped out-of-band quantization noise is also input simultaneously, but the low-pass filter causes the out-of-band signal to be out of the band. Since quantization noise can also be attenuated, higher performance can be obtained.

以上により、S/N特性のよいスイッチング増幅回路を実現することができるという効果を奏する。   As described above, there is an effect that a switching amplifier circuit having good S / N characteristics can be realized.

また、上記の発明によれば、ローパスフィルタから生じるノイズおよび歪の影響を緩和することができる。言い換えると、ローパスフィルタを抵抗とキャパシタとを用いて構成する場合に抵抗の値を大きくすることができるため、回路面積の削減を行うことができる。   Moreover, according to said invention, the influence of the noise and distortion which arise from a low-pass filter can be relieve | moderated. In other words, when the low-pass filter is configured using a resistor and a capacitor, the value of the resistor can be increased, so that the circuit area can be reduced.

また、上記の発明によれば、抵抗とキャパシタとを用いるローパスフィルタの抵抗値およびキャパシタンスのばらつきの影響を受けてリミットサイクル周波数が大きく変化してしまうことを回避する、または、リミットサイクル周波数を入力信号振幅等に応じて変化させ、ダイナミックレンジとスイッチング周波数とのトレードオフの最適化を行うために、ローパスフィルタの抵抗を例えば抵抗とMOSトランジスタのチャネル抵抗との直列接続により構成される可変抵抗に置換える場合、チャネル抵抗の抵抗値が入力信号に応じて変化して歪を発生しても、スイッチング増幅回路は上記歪を低減することが可能である。従って、従来に比べリミットサイクル周波数を自動調整しやすくなる。   Further, according to the above invention, the limit cycle frequency can be prevented from changing greatly under the influence of variations in resistance value and capacitance of the low-pass filter using the resistor and the capacitor, or the limit cycle frequency is input. In order to optimize the trade-off between dynamic range and switching frequency by changing according to the signal amplitude, etc., the resistance of the low-pass filter is changed to a variable resistance composed of a series connection of a resistance and a channel resistance of a MOS transistor, for example. In the case of replacement, even if the resistance value of the channel resistance changes according to the input signal to generate distortion, the switching amplifier circuit can reduce the distortion. Therefore, it becomes easier to automatically adjust the limit cycle frequency than in the prior art.

また、上記の発明によれば、フィルタの出力信号とコンパレータの出力信号との差がローパスフィルタに入力されるので、リミットサイクル周波数に対するドライバの遅延の影響は小さくなる。従って、ドライバの遅延が大きい場合およびドライバ遅延がプロセスバラツキによって変化する場合にも、安定したリミットサイクル周波数を得ることができる。   Further, according to the above invention, since the difference between the output signal of the filter and the output signal of the comparator is input to the low pass filter, the influence of the driver delay on the limit cycle frequency is reduced. Therefore, a stable limit cycle frequency can be obtained even when the driver delay is large and the driver delay changes due to process variations.

また、上記の発明によれば、ドライバの出力端子から積分器を用いたフィルタの入力端子へのフィードバック経路に第3のローパスフィルタが設けられているので、ドライバの出力信号に含まれる帯域外の信号を低減することができ、上記積分器に必要なダイナミックレンジを緩和することができる。   Further, according to the above invention, since the third low-pass filter is provided in the feedback path from the driver output terminal to the filter input terminal using the integrator, it is out of the band included in the driver output signal. The signal can be reduced and the dynamic range required for the integrator can be relaxed.

本発明のスイッチング増幅回路は、上記課題を解決するために、上記ローパスフィルタは時間連続型ローパスフィルタであることを特徴としている。   In order to solve the above problems, the switching amplifier circuit of the present invention is characterized in that the low-pass filter is a time-continuous low-pass filter.

上記の発明によれば、時間連続型のローパスフィルタを用いることにより、サンプリングによる折り返しおよび歪みが生じないという効果を奏する。   According to the above invention, by using the time continuous low-pass filter, there is an effect that the aliasing and distortion due to sampling do not occur.

本発明のスイッチング増幅回路は、上記課題を解決するために、上記第1のローパスフィルタは時間連続型ローパスフィルタであることを特徴としている。   In order to solve the above problems, the switching amplifier circuit of the present invention is characterized in that the first low-pass filter is a time-continuous low-pass filter.

上記の発明によれば、時間連続型ローパスフィルタを用いることにより、サンプリングによる折り返しおよび歪みが生じないという効果を奏する。   According to the above invention, by using the time continuous low-pass filter, there is an effect that folding and distortion due to sampling do not occur.

本発明のスイッチング増幅回路は、上記課題を解決するために、上記第2のローパスフィルタは時間連続型ローパスフィルタであることを特徴としている。   In order to solve the above problems, the switching amplifier circuit of the present invention is characterized in that the second low-pass filter is a time-continuous low-pass filter.

上記の発明によれば、時間連続型ローパスフィルタを用いることにより、サンプリングによる折り返しおよび歪みがないという効果を奏する。   According to said invention, there exists an effect that there is no aliasing and distortion by sampling by using a time continuation type low pass filter.

本発明のスイッチング増幅回路は、上記課題を解決するために、上記第2のローパスフィルタおよび上記第3のローパスフィルタは時間連続型ローパスフィルタであることを特徴としている。   In order to solve the above problems, the switching amplifier circuit of the present invention is characterized in that the second low-pass filter and the third low-pass filter are time-continuous low-pass filters.

上記の発明によれば、時間連続型ローパスフィルタを用いることにより、サンプリングによる折り返しおよび歪みがないという効果を奏する。   According to said invention, there exists an effect that there is no aliasing and distortion by sampling by using a time continuation type low pass filter.

本発明のスイッチング増幅回路は、上記課題を解決するために、上記フィルタは、上記積分器として、1または複数の時間連続型積分器と1または複数の離散時間型積分器とを用いることを特徴としている。   In the switching amplifier circuit of the present invention, in order to solve the above problems, the filter uses one or more time-continuous integrators and one or more discrete-time integrators as the integrator. It is said.

上記の発明によれば、サンプリングによるエイリアシングの発生を回避したい箇所には時間連続型積分器を用い、その他の箇所には特性がばらつきにくい離散時間型積分器を用いることで、積分器を用いたフィルタによるS/Nの劣化や特性のばらつきを減少させることができるという効果を奏する。   According to the above invention, a time continuous integrator is used in a place where the occurrence of aliasing due to sampling is to be avoided, and an integrator is used by using a discrete time integrator in which characteristics are difficult to vary in other places. There is an effect that it is possible to reduce S / N degradation and characteristic variation due to the filter.

本発明のスイッチング増幅回路は、上記課題を解決するために、上記スイッチング増幅回路の上記入力信号は、多ビットデジタル信号をオーバサンプリングされた低ビットデジタル信号に変換する同期型デルタシグマ変調器と、上記低ビットデジタル信号をアナログ信号へ変換する手段とを備えたデジタルアナログ変換器からの出力信号であることを特徴としている。   In order to solve the above problems, the switching amplifier circuit of the present invention is configured such that the input signal of the switching amplifier circuit is a synchronous delta-sigma modulator that converts a multi-bit digital signal into an oversampled low-bit digital signal; The low-bit digital signal is an output signal from a digital-analog converter having means for converting the low-bit digital signal into an analog signal.

上記の発明によれば、多ビットデジタル信号を同期型デルタシグマ変調器を通して低ビットデジタル信号に変換し、アナログ信号に変換してからスイッチング増幅回路に入力するシステムにおいて、スイッチング増幅回路に入力されるアナログ信号に同期型デルタシグマ変調器によりシェ−ピングされたノイズが含まれていても、その高域成分はスイッチング増幅回路内で除去されるため、良好なS/N特性が得られるという効果を奏する。   According to the above invention, a multi-bit digital signal is converted into a low-bit digital signal through a synchronous delta-sigma modulator, converted into an analog signal, and then input to the switching amplifier circuit. Even if the analog signal contains noise shaped by the synchronous delta-sigma modulator, the high-frequency component is removed in the switching amplifier circuit, so that an excellent S / N characteristic can be obtained. Play.

また、上記の構成により、デジタルアナログ変換器とスイッチング増幅回路間に帯域外ノイズを除去するためのフィルタを設ける必要がなく、低消費電力化、低回路面積化を実現することができる。   In addition, with the above-described configuration, it is not necessary to provide a filter for removing out-of-band noise between the digital-analog converter and the switching amplifier circuit, and low power consumption and low circuit area can be realized.

本発明のスイッチング増幅回路は、上記課題を解決するために、上記ローパスフィルタはカットオフ周波数に関わる可変抵抗を含み、上記可変抵抗の抵抗値が制御されることを特徴としている。   In order to solve the above problems, the switching amplifier circuit of the present invention is characterized in that the low-pass filter includes a variable resistor related to a cutoff frequency, and a resistance value of the variable resistor is controlled.

上記の発明によれば、ローパスフィルタのカットオフ周波数に製造ばらつきがあっても、可変抵抗の抵抗値を制御することによりカットオフ周波数を所定値に調整することができるので、フィルタからドライバまでの経路とドライバからフィルタへのフィードバック経路とからなるループのリミットサイクル周波数を一定にすることができるという効果を奏する。   According to the above invention, even if there is a manufacturing variation in the cut-off frequency of the low-pass filter, the cut-off frequency can be adjusted to a predetermined value by controlling the resistance value of the variable resistor. There is an effect that the limit cycle frequency of the loop including the path and the feedback path from the driver to the filter can be made constant.

また、スイッチング増幅回路の入力信号振幅に応じて、ローパスフィルタのカットオフ周波数を制御することにより、入力信号に応じてスイッチング増幅回路のダイナミックレンジ、平均スイッチング回数を制御することができる。   Further, by controlling the cut-off frequency of the low-pass filter according to the input signal amplitude of the switching amplifier circuit, the dynamic range and average switching frequency of the switching amplifier circuit can be controlled according to the input signal.

本発明のスイッチング増幅回路は、上記課題を解決するために、上記第1のローパスフィルタはカットオフ周波数に関わる可変抵抗を含み、上記可変抵抗の抵抗値が制御されることを特徴としている。   In order to solve the above problem, the switching amplifier circuit of the present invention is characterized in that the first low-pass filter includes a variable resistor related to a cutoff frequency, and a resistance value of the variable resistor is controlled.

上記の発明によれば、第1のローパスフィルタのカットオフ周波数に製造ばらつきがあっても、可変抵抗の抵抗値を制御することによりカットオフ周波数を所定値に調整することができるので、フィルタからドライバまでの経路とドライバからフィルタへのフィードバック経路とからなるループのリミットサイクル周波数を一定にすることができるという効果を奏する。   According to the above invention, even if there is a manufacturing variation in the cutoff frequency of the first low-pass filter, the cutoff frequency can be adjusted to a predetermined value by controlling the resistance value of the variable resistor. There is an effect that the limit cycle frequency of the loop including the path to the driver and the feedback path from the driver to the filter can be made constant.

本発明のスイッチング増幅回路は、上記課題を解決するために、上記第2のローパスフィルタは、1または複数のインダクタと1または複数のキャパシタとを用いて構成されており、上記第2のローパスフィルタの出力端子から負荷を駆動することを特徴としている。   In the switching amplifier circuit of the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, the second low-pass filter is configured by using one or more inductors and one or more capacitors, and the second low-pass filter. It is characterized by driving a load from the output terminal.

上記の発明によれば、第1のローパスフィルタを設けたことでフィードバックループ内に設けることが可能となったLCローパスフィルタの出力端子から負荷を駆動する。従って、従来フィードバックループ外にのみ配置可能であったLCローパスフィルタの出力端子からの負荷駆動とは異なり、LCローパスフィルタの周波数特性の影響や歪みの影響を受けないスイッチング増幅回路を実現することができるという効果を奏する。   According to the above invention, the load is driven from the output terminal of the LC low-pass filter that can be provided in the feedback loop by providing the first low-pass filter. Therefore, unlike the load driving from the output terminal of the LC low-pass filter that can be arranged only outside the feedback loop in the past, it is possible to realize a switching amplifier circuit that is not affected by the influence of the frequency characteristics or distortion of the LC low-pass filter. There is an effect that can be done.

本発明のスイッチング増幅回路は、上記課題を解決するために、上記第3のローパスフィルタは、1または複数のインダクタと1または複数のキャパシタとを用いて構成されており、上記第3のローパスフィルタの出力端子から負荷を駆動することを特徴としている。   In the switching amplifier circuit of the present invention, in order to solve the above-described problem, the third low-pass filter includes one or more inductors and one or more capacitors, and the third low-pass filter It is characterized by driving a load from the output terminal.

上記の発明によれば、第1のローパスフィルタを設けたことでフィードバックループ内に設けることが可能となったLCローパスフィルタの出力端子から負荷を駆動する。従って、従来フィードバックループ外にのみ配置可能であったLCローパスフィルタの出力端子からの負荷駆動とは異なり、LCローパスフィルタの周波数特性の影響や歪みの影響を受けないスイッチング増幅回路を実現することができるという効果を奏する。   According to the above invention, the load is driven from the output terminal of the LC low-pass filter that can be provided in the feedback loop by providing the first low-pass filter. Therefore, unlike the load driving from the output terminal of the LC low-pass filter that can be arranged only outside the feedback loop in the past, it is possible to realize a switching amplifier circuit that is not affected by the influence of the frequency characteristics or distortion of the LC low-pass filter. There is an effect that can be done.

本発明のスイッチング増幅回路は、上記課題を解決するために、ローパスフィルタ、非同期型のコンパレータ、および、スイッチング増幅のドライバを備えたスイッチング増幅回路であって、上記ローパスフィルタの出力端子は上記コンパレータの入力端子に接続され、上記コンパレータの出力端子は上記ドライバの入力端子に接続され、上記スイッチング増幅回路の入力信号と上記ドライバの出力信号との差が上記ローパスフィルタに入力されることを特徴としている。   In order to solve the above problems, a switching amplifier circuit of the present invention is a switching amplifier circuit including a low-pass filter, an asynchronous comparator, and a driver for switching amplification, and an output terminal of the low-pass filter is connected to the comparator. The output terminal of the comparator is connected to the input terminal of the driver, and the difference between the input signal of the switching amplifier circuit and the output signal of the driver is input to the low-pass filter. .

上記の発明によれば、コンパレータの入力端子の前に、ローパスフィルタ、コンパレータ、および、ドライバからなるループのリミットサイクル周波数を決めるローパスフィルタが配置されるので、当該ローパスフィルタはスイッチング増幅回路の入力信号に対してアンチエイリアスフィルタとして動作する。従って、スイッチング増幅回路の入力信号の帯域外ノイズを除去することができる。例えばノイズシェープされた低ビットの信号がデジタル−アナログ変換器を通して直接スイッチング増幅回路に入力される場合、シェーピングされた帯域外の量子化ノイズも同時に入力されるが、上記ローパスフィルタによって上記帯域外の量子化ノイズも減衰させることができるため、より高い性能を得ることができる。   According to the above invention, since the low-pass filter that determines the limit cycle frequency of the loop including the low-pass filter, the comparator, and the driver is arranged before the input terminal of the comparator, the low-pass filter is used as the input signal of the switching amplifier circuit. Works as an anti-aliasing filter. Therefore, the out-of-band noise of the input signal of the switching amplifier circuit can be removed. For example, when a noise-shaped low-bit signal is directly input to the switching amplifier circuit through the digital-analog converter, the shaped out-of-band quantization noise is also input simultaneously, but the low-pass filter causes the out-of-band signal to be out of the band. Since quantization noise can also be attenuated, higher performance can be obtained.

以上により、S/N特性のよいスイッチング増幅回路を実現することができるという効果を奏する。   As described above, there is an effect that a switching amplifier circuit having good S / N characteristics can be realized.

また、上記の発明によれば、ローパスフィルタは、スイッチング増幅回路の入力信号のフィルタリングとフィードバック信号のフィルタリングとの両方を行うので、回路面積の削減および抵抗素子によるノイズの削減を図ることができる。   Further, according to the above invention, the low-pass filter performs both filtering of the input signal of the switching amplifier circuit and filtering of the feedback signal, so that it is possible to reduce the circuit area and the noise due to the resistance element.

本発明のスイッチング増幅回路は、上記課題を解決するために、上記ローパスフィルタは3次以上の時間連続型ローパスフィルタであることを特徴としている。   In order to solve the above problems, the switching amplifier circuit of the present invention is characterized in that the low-pass filter is a third-order or higher time continuous low-pass filter.

上記の発明によれば、3次以上の時間連続型ローパスフィルタを用いるので、アンチエイリアスフィルタとしての機能が十分強化されるという効果を奏する。   According to the above invention, since the third-order or higher time continuous low-pass filter is used, the function as an anti-aliasing filter is sufficiently enhanced.

本発明のスイッチング増幅回路は、以上のように、積分器を用いたフィルタ、ローパスフィルタ、非同期型のコンパレータ、および、スイッチング増幅のドライバを備えたスイッチング増幅回路であって、上記フィルタの出力端子は上記ローパスフィルタの入力端子に接続され、上記ローパスフィルタの出力端子は上記コンパレータの入力端子に接続され、上記コンパレータの出力端子は上記ドライバの入力端子に接続され、上記スイッチング増幅回路の入力信号と上記ドライバの出力信号との差が上記フィルタに入力される。   As described above, the switching amplifier circuit of the present invention is a switching amplifier circuit including a filter using an integrator, a low-pass filter, an asynchronous comparator, and a driver for switching amplification, and an output terminal of the filter is Connected to the input terminal of the low-pass filter, the output terminal of the low-pass filter is connected to the input terminal of the comparator, the output terminal of the comparator is connected to the input terminal of the driver, and the input signal of the switching amplifier circuit and the The difference from the driver output signal is input to the filter.

以上により、S/N特性のよいスイッチング増幅回路を実現することができるという効果を奏する。   As described above, there is an effect that a switching amplifier circuit having good S / N characteristics can be realized.

各実施の形態は、コンパレータの前にローパスフィルタを配置していることに大きな特徴がある。
(実施の形態1)
本発明の一実施の形態について図1ないし図4に基づいて説明すれば以下の通りである。
Each embodiment has a great feature in that a low-pass filter is arranged in front of the comparator.
(Embodiment 1)
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

図1に本実施の形態に係るスイッチング増幅回路1の構成を示す。スイッチング増幅回路1は、スイッチング増幅回路1の入力信号Xとスイッチング増幅回路1の出力信号Vとの差を計算する減算器11と、減算器11の出力信号を積分する積分器を備えたループフィルタ12と、ループフィルタ12の出力信号Y0と出力信号Vとの差を計算する減算器13と、上記減算器13の出力信号Y1をフィルタリングするためのローパスフィルタ14と、ローパスフィルタ14の出力信号Y2を1ビットへ変換するコンパレータ15と、コンパレータ15の出力信号Zのスイッチング増幅を行って出力信号Vとし、負荷へ伝達するためのデジタルドライバであるドライバ16とを備えている。   FIG. 1 shows a configuration of a switching amplifier circuit 1 according to the present embodiment. The switching amplifier circuit 1 includes a subtractor 11 that calculates the difference between the input signal X of the switching amplifier circuit 1 and the output signal V of the switching amplifier circuit 1, and a loop filter that includes an integrator that integrates the output signal of the subtractor 11. 12, a subtractor 13 for calculating the difference between the output signal Y0 and the output signal V of the loop filter 12, a low-pass filter 14 for filtering the output signal Y1 of the subtractor 13, and an output signal Y2 of the low-pass filter 14 Is converted to 1 bit, and a driver 16 that is a digital driver for performing switching amplification of the output signal Z of the comparator 15 to generate an output signal V and transmitting it to a load is provided.

また、本実施の形態では、ループフィルタ12における積分器の次数を2次とし、2つの積分器の前段側を積分器12a、後段側を積分器12bとする。また、積分器12aの出力信号と積分器12bの出力信号との和を計算する加算器12cが設けられており、加算器12cの出力信号がループフィルタ12の出力信号Y0となる。   Further, in the present embodiment, the order of the integrator in the loop filter 12 is second order, the front side of the two integrators is the integrator 12a, and the rear side is the integrator 12b. Further, an adder 12c for calculating the sum of the output signal of the integrator 12a and the output signal of the integrator 12b is provided, and the output signal of the adder 12c becomes the output signal Y0 of the loop filter 12.

また、ローパスフィルタ14の次数を3次とする。さらに、コンパレータ15は外部クロック入力を必要としない非同期型である。   Further, the order of the low-pass filter 14 is assumed to be the third order. Further, the comparator 15 is an asynchronous type that does not require an external clock input.

図2に、スイッチング増幅回路1の具体的回路構成を示す。   FIG. 2 shows a specific circuit configuration of the switching amplifier circuit 1.

同図において、伝達関数H(s)のループフィルタは、複数の抵抗、キャパシタ、および、2つの演算増幅器とを備えている。すなわち、積分器12aは演算増幅器12Aに入力抵抗R1とフィードバック用のキャパシタC1とが接続された構成であり、積分器12bは演算増幅器12Bに入力抵抗R2とフィードバック用のキャパシタC2とが接続された構成である。入力信号Xが入力される入力抵抗R1と、ドライバ16の出力信号Vが入力される入力抵抗R1とは別々に設けられており、これにより、減算器11により入力信号Xと出力信号Vとの差が計算される構成となる。また、演算増幅器12Aの出力端子は抵抗Ra1の一端に接続されており、演算増幅器12Bの出力端子はゲインが−1の反転増幅器12Vを介して抵抗Ra2の一端に接続されている。そして、抵抗Ra1の他端と抵抗Ra2の他端とは互いに接続されているともに、ゲインが−1の反転増幅器17の入力端子に接続されている。演算増幅器12Aの出力信号が抵抗Ra1を介して、また、演算増幅器12Bの出力信号が反転増幅器12Vおよび抵抗Ra2を介して反転増幅器17の入力端子に入力されることで、加算器12cにより積分器12aの出力信号と積分器12bの出力信号との和が計算される構成となる。   In the figure, the loop filter of the transfer function H (s) includes a plurality of resistors, a capacitor, and two operational amplifiers. That is, the integrator 12a has a configuration in which the input resistor R1 and the feedback capacitor C1 are connected to the operational amplifier 12A, and the integrator 12b has the input resistor R2 and the feedback capacitor C2 connected to the operational amplifier 12B. It is a configuration. The input resistor R1 to which the input signal X is input and the input resistor R1 to which the output signal V of the driver 16 is input are provided separately. Thereby, the subtractor 11 generates the input signal X and the output signal V. The difference is calculated. The output terminal of the operational amplifier 12A is connected to one end of the resistor Ra1, and the output terminal of the operational amplifier 12B is connected to one end of the resistor Ra2 through an inverting amplifier 12V having a gain of -1. The other end of the resistor Ra1 and the other end of the resistor Ra2 are connected to each other and connected to the input terminal of the inverting amplifier 17 having a gain of -1. The output signal of the operational amplifier 12A is input to the input terminal of the inverting amplifier 17 via the resistor Ra1, and the output signal of the operational amplifier 12B is input to the inverting amplifier 17 via the inverting amplifier 12V and the resistor Ra2. The sum of the output signal of 12a and the output signal of the integrator 12b is calculated.

一方、伝達関数LPF(s)のローパスフィルタ14は1次のアクティブフィルタを3段直列に接続した構成である。図2に示すローパスフィルタLPF2(s)およびLPF3(s)の構成はLPF1(s)と同じである。ここで、上記アクティブフィルタは複数の抵抗、キャパシタおよび1つの演算増幅器から構成される。すなわち、上記アクティブフィルタは、演算増幅器14Aに入力抵抗R4とフィードバック用の抵抗RLP1およびキャパシタCLP1とが接続された構成である。入力抵抗R4には反転増幅器17の出力信号が入力され、ドライバ16の出力信号Vは入力抵抗R3を介して演算増幅器14Aにフィードバックされるようになっており、これが減算器13によりループフィルタ12の出力信号Y0とドライバ16の出力信号Vとの差を計算する構成となる。   On the other hand, the low-pass filter 14 of the transfer function LPF (s) has a configuration in which primary active filters are connected in three stages in series. The configurations of the low-pass filters LPF2 (s) and LPF3 (s) shown in FIG. 2 are the same as those of LPF1 (s). Here, the active filter includes a plurality of resistors, a capacitor, and one operational amplifier. That is, the active filter has a configuration in which the input resistor R4, the feedback resistor RLP1, and the capacitor CLP1 are connected to the operational amplifier 14A. The output signal of the inverting amplifier 17 is input to the input resistor R4, and the output signal V of the driver 16 is fed back to the operational amplifier 14A via the input resistor R3. The difference between the output signal Y0 and the output signal V of the driver 16 is calculated.

本実施の形態では、図12のようにローパスフィルタ105をドライバ104からループフィルタ102へのフィードバック経路に設けるのではなく、ローパスフィルタ14をループフィルタ12とコンパレータ15との間に設けている。このようにしても、ループフィルタ12、ローパスフィルタ14、コンパレータ15、および、ドライバ16からなるループの開ループ伝達関数は、図12と同様の考え方で記述することができ、同様にリミットサイクルを発生させることができる。そして、本実施の形態では、このリミットサイクルに対する改善がなされる。以下にその説明を行う。   In this embodiment, the low-pass filter 105 is not provided in the feedback path from the driver 104 to the loop filter 102 as shown in FIG. 12, but the low-pass filter 14 is provided between the loop filter 12 and the comparator 15. Even in this case, the open-loop transfer function of the loop composed of the loop filter 12, the low-pass filter 14, the comparator 15, and the driver 16 can be described in the same way as in FIG. 12, and similarly generates a limit cycle. Can be made. And in this Embodiment, the improvement with respect to this limit cycle is made. This will be described below.

図2のループフィルタ12を構成する抵抗およびキャパシタの値を適当に選ぶことにより、図1における出力信号Vからローパスフィルタ14の入力端子における信号Y1へのループ伝達関数を次式で与えることができる。   A loop transfer function from the output signal V in FIG. 1 to the signal Y1 at the input terminal of the low-pass filter 14 can be given by the following equation by appropriately selecting the values of the resistors and capacitors constituting the loop filter 12 of FIG. .

Figure 2006191168
Figure 2006191168

また、図2の3段構成のローパスフィルタ14の伝達特性は次式で与えられる。ただし、LPF1(s)〜LPF3(s)のカットオフ周波数を全て同じと仮定した。   Further, the transfer characteristic of the three-stage low-pass filter 14 in FIG. 2 is given by the following equation. However, the cutoff frequencies of LPF1 (s) to LPF3 (s) are all assumed to be the same.

Figure 2006191168
Figure 2006191168

従って、リミットサイクル周波数およびリミットサイクル振幅は次式を解くことにより得られる。   Therefore, the limit cycle frequency and limit cycle amplitude can be obtained by solving the following equations.

Figure 2006191168
Figure 2006191168

N(A)は前述の式(1)で与えられる。式(8)の虚部を考えることにより、次式を得る。 N (A) is given by Equation (1) described above. By considering the imaginary part of equation (8), the following equation is obtained.

Figure 2006191168
Figure 2006191168

ここで、次の2式を満たすように設計することにより、積分器12a・12bの特性ばらつきがリミットサイクル周波数に与える影響を小さくすることができる。   Here, by designing so as to satisfy the following two expressions, the influence of the characteristic variation of the integrators 12a and 12b on the limit cycle frequency can be reduced.

Figure 2006191168
Figure 2006191168

この結果、リミットサイクル周波数は、次式のようにローパスフィルタ14のカットオフ周波数だけに依存する式となる。   As a result, the limit cycle frequency is an expression that depends only on the cutoff frequency of the low-pass filter 14 as in the following expression.

Figure 2006191168
Figure 2006191168

従来構成の場合の式(4)と式(11)とを比べると分かるように、同じ次数、同じカットオフ周波数のローパスフィルタを用いる場合、従来構成の場合、リミットサイクル周波数は近似的にωlim1=ωfil・tan(π/6)となるが、図1の構成の場合、ωlim2=ωfil・tan(π/3)となり、従来と比べて3倍高いリミットサイクル周波数を得る。つまり、同じリミット周波数を実現する場合、ローパスフィルタ14のカットオフ周波数を低くすることができる。また、リミットサイクル振幅は次式で与えられる。 As can be seen from a comparison between Equation (4) and Equation (11) in the conventional configuration, when a low-pass filter having the same order and the same cut-off frequency is used, the limit cycle frequency is approximately ωlim1 in the conventional configuration. = Ω file · tan (π / 6), but in the case of the configuration of FIG. 1, ω lim2 = ω file · tan (π / 3), and a limit cycle frequency three times higher than the conventional one is obtained. That is, when realizing the same limit frequency, the cut-off frequency of the low-pass filter 14 can be lowered. The limit cycle amplitude is given by the following equation.

Figure 2006191168
Figure 2006191168

上記式は、最右辺への近似により、積分器12a・12bの特性に依存しない式となる。従来に比べて安定したリミットサイクル振幅を得ることができる。   The above expression is an expression that does not depend on the characteristics of the integrators 12a and 12b by approximation to the rightmost side. A stable limit cycle amplitude can be obtained as compared with the prior art.

ここで、従来のスイッチング増幅回路に生じる問題点を列挙する。   Here, problems that occur in the conventional switching amplifier circuit are listed.

(1)特許文献2に記載のように、スイッチング増幅回路の入力信号としてノイズシェープされた低解像度の信号を入力する場合や、帯域外にノイズやトーンが含まれる場合に、図12のスイッチング増幅回路101ではフィードバックループにのみローパスフィルタが設けられているため、S/N特性が劣化してしまうという問題がある。   (1) As described in Patent Document 2, when a low-resolution signal shaped as noise is input as an input signal of the switching amplifier circuit, or when noise or tone is included outside the band, the switching amplification of FIG. In the circuit 101, since the low-pass filter is provided only in the feedback loop, there is a problem that the S / N characteristic is deteriorated.

(2)また、図12のスイッチング増幅回路101では、高S/Nを実現するために、ローパスフィルタ105の抵抗によるノイズを低減する、つまり抵抗値を小さくする必要がある。ローパスフィルタ105のカットオフ周波数はリミットサイクル周波数により決まっているため、抵抗値を小さくする分、容量値を大きくする必要があり、ローパスフィルタ105の回路面積が増大するという問題が生じる。これは、集積回路では抵抗は比較的小面積で高抵抗を実現できるが、高容量を実現する場合には、大面積を要するからである。   (2) Further, in the switching amplifier circuit 101 of FIG. 12, in order to realize a high S / N, it is necessary to reduce noise due to the resistance of the low-pass filter 105, that is, to reduce the resistance value. Since the cut-off frequency of the low-pass filter 105 is determined by the limit cycle frequency, it is necessary to increase the capacitance value as much as the resistance value is reduced, resulting in a problem that the circuit area of the low-pass filter 105 increases. This is because, in an integrated circuit, the resistance can be realized with a relatively small area, but a large area is required to realize a high capacity.

(3)また、ローパスフィルタ105を構成する回路素子(抵抗、キャパシタ、トランジスタ)の特性がばらつくことにより、リミットサイクル周波数もばらついてしまう。リミットサイクル周波数がばらつくと、スイッチング増幅回路101のドライバの平均スイッチング回数がばらつくため、電力効率がばらつくことになる。また、大振幅入力の場合の歪特性は劣化する。リミットサイクル周波数を一定にするためには、ローパスフィルタ105の時定数を一定に保つ必要がある。ローパスフィルタ105を構成する抵抗を抵抗とトランジスタとの直列接続で実現し、トランジスタのゲート電位を制御することにより、抵抗値を可変にすることができ、フィルタの時定数の補正を行うことができる。しかし、図12のスイッチング増幅回路101では、ローパスフィルタ105はフィードバックパスに配置されているため、ローパスフィルタ105で生じた歪は、直接出力端子Vに現れるため、歪性能が極端に劣化するという課題が生じる。   (3) In addition, since the characteristics of circuit elements (resistance, capacitor, transistor) constituting the low-pass filter 105 vary, the limit cycle frequency also varies. When the limit cycle frequency varies, the average switching frequency of the driver of the switching amplifier circuit 101 varies, so that the power efficiency varies. In addition, the distortion characteristics in the case of large amplitude input deteriorate. In order to make the limit cycle frequency constant, it is necessary to keep the time constant of the low-pass filter 105 constant. The resistance constituting the low-pass filter 105 is realized by connecting the resistor and the transistor in series, and the resistance value can be made variable by controlling the gate potential of the transistor, and the time constant of the filter can be corrected. . However, in the switching amplifier circuit 101 of FIG. 12, since the low-pass filter 105 is arranged in the feedback path, the distortion generated in the low-pass filter 105 appears directly at the output terminal V, so that the distortion performance is extremely deteriorated. Occurs.

(4)また、図12のスイッチング増幅回路101においてループフィルタ102の次数を上げる場合、ループフィルタ102は時間連続型積分器で実現するため、抵抗値および容量値のばらつきにより、フィルタ特性が大きく変化してしまい、結局、スイッチング増幅回路101の歪特性、リミットサイクル周波数も大きく変化してしまい、特性の安定した回路の実現が困難であるという課題がある。ループフィルタ102を集積回路で実現する場合、抵抗値および容量値の絶対値はそれぞれ約±20%変動するからである。   (4) Further, when the order of the loop filter 102 is increased in the switching amplifier circuit 101 of FIG. 12, since the loop filter 102 is realized by a time-continuous integrator, the filter characteristics greatly change due to variations in resistance value and capacitance value. As a result, the distortion characteristics and limit cycle frequency of the switching amplifier circuit 101 change greatly, and there is a problem that it is difficult to realize a circuit with stable characteristics. This is because when the loop filter 102 is realized by an integrated circuit, the absolute values of the resistance value and the capacitance value each vary by about ± 20%.

(5)さらに、図12のスイッチング増幅回路101において、ローパスフィルタ105のカットオフ周波数が高い場合に、ドライバ104の遅延のリミットサイクル周波数への影響が大きくなるという課題がある。   (5) Furthermore, in the switching amplifier circuit 101 of FIG. 12, when the cutoff frequency of the low-pass filter 105 is high, there is a problem that the influence of the delay of the driver 104 on the limit cycle frequency becomes large.

図2の構成では、出力信号Vに現れるローパスフィルタ14に起因するノイズ・歪成分は、ローパスフィルタ14(LPF1〜LPF3)で用いる抵抗R3・R4・RLP1のノイズ・演算増幅器のノイズ・歪の実効振幅にループフィルタ12の逆特性1/H(s)の絶対値を掛けたものであり、ループフィルタ12は所望帯域で大きなゲインを有するため、ローパスフィルタ14に起因するノイズ・歪を従来に比べ小さくすることができる。つまり、同じノイズ性能を達成するために、従来に比べて抵抗R3・R4・RLP1の抵抗値を大きくすることができる。従って、キャパシタCLP1の容量値を小さくすることができ、回路面積を小さくすることができる。また、ローパスフィルタ14で用いる演算増幅器14Aの歪が大きくてもよいため、シンプルな演算増幅器を用いることができ、設計時間を短縮することができる。   In the configuration of FIG. 2, the noise / distortion component due to the low-pass filter 14 appearing in the output signal V is the noise of the resistors R3, R4, RLP1 used in the low-pass filter 14 (LPF1 to LPF3), and the noise / distortion effective of the operational amplifier. The amplitude is obtained by multiplying the absolute value of the inverse characteristic 1 / H (s) of the loop filter 12, and the loop filter 12 has a large gain in a desired band. Can be small. That is, in order to achieve the same noise performance, the resistance values of the resistors R3, R4, and RLP1 can be increased as compared with the conventional case. Therefore, the capacitance value of the capacitor CLP1 can be reduced, and the circuit area can be reduced. Moreover, since the distortion of the operational amplifier 14A used in the low-pass filter 14 may be large, a simple operational amplifier can be used and the design time can be shortened.

また、上述のようにリミットサイクル周波数はローパスフィルタ14のカットオフ周波数に依存するが、ローパスフィルタ14を集積回路で実現する場合、抵抗値および容量値のばらつきの影響を受け、リミットサイクル周波数が大きく変化してしまう。これを回避するため、ローパスフィルタ14の抵抗を抵抗とMOSFETのチャネル抵抗との直列接続に置換え、当該チャネル抵抗を変更することでばらつき補正が可能である。このとき、チャネル抵抗は入力信号に応じて抵抗値が変化し、歪を発生するが、上述したように、ローパスフィルタ14が発生する歪を低減することが可能である。従って、図1に示す回路は従来に比べリミットサイクル周波数を自動調整しやすい回路と考えることができる。   Further, as described above, the limit cycle frequency depends on the cut-off frequency of the low-pass filter 14, but when the low-pass filter 14 is realized by an integrated circuit, the limit cycle frequency is increased due to the influence of variations in resistance value and capacitance value. It will change. In order to avoid this, it is possible to correct the variation by replacing the resistance of the low-pass filter 14 with a series connection of the resistance and the channel resistance of the MOSFET and changing the channel resistance. At this time, the resistance value of the channel resistance changes according to the input signal and generates distortion. However, as described above, the distortion generated by the low-pass filter 14 can be reduced. Therefore, the circuit shown in FIG. 1 can be considered as a circuit in which the limit cycle frequency is easily adjusted as compared with the conventional circuit.

以上をまとめると以下の通りである。   The above is summarized as follows.

コンパレータ15の入力端子とループフィルタ12の出力端子との間にローパスフィルタ14を配置することにより、ローパスフィルタ14は、スイッチング増幅回路1の入力信号Xに対してアンチエイリアスフィルタとして動作する。従って、入力信号Xの帯域外ノイズを除去することができる。特許文献2に記載されているようにノイズシェープされた低ビットの出力をデジタル−アナログ変換器を通して直接図1のスイッチング増幅回路1に入力する場合、シェーピングされた帯域外の量子化ノイズも同時に入力されるが、上記ローパスフィルタ14によって上記帯域外の量子化ノイズも減衰させることができるため、より高い性能を得ることができる。   By arranging the low-pass filter 14 between the input terminal of the comparator 15 and the output terminal of the loop filter 12, the low-pass filter 14 operates as an anti-aliasing filter for the input signal X of the switching amplifier circuit 1. Therefore, the out-of-band noise of the input signal X can be removed. When a noise-shaped low-bit output as described in Patent Document 2 is directly input to the switching amplifier circuit 1 of FIG. 1 through a digital-analog converter, the shaped out-of-band quantization noise is also input at the same time. However, since the low-pass filter 14 can also attenuate the quantization noise outside the band, higher performance can be obtained.

以上により、S/N特性のよいスイッチング増幅回路を実現することができる。   As described above, a switching amplifier circuit with good S / N characteristics can be realized.

図3および図4にシミュレーション結果を示す。図3は、図1において、5次の同期型デルタシグマ変調器によりノイズシェーピングした1ビット信号をゼロオーダホールドして入力したときの出力信号Vのスペクトルのシミュレーション結果である。帯域内の希望信号は−60dBFSの正弦波であり、1ビット信号の出力周期は5.6MHzである。一方、図4は、図12において、5次の同期型デルタシグマ変調器によりノイズシェーピングした1ビット信号をゼロオーダホールドして入力ときの出力信号Vのスペクトルのシミュレーション結果である。帯域内の希望信号は−60dBFSの正弦波であり、1ビット信号の出力周期は5.6MHzである。   3 and 4 show the simulation results. FIG. 3 is a simulation result of the spectrum of the output signal V when the 1-bit signal noise-shaped by the fifth-order synchronous delta-sigma modulator in FIG. The desired signal in the band is a sine wave of -60 dBFS, and the output period of the 1-bit signal is 5.6 MHz. On the other hand, FIG. 4 is a simulation result of the spectrum of the output signal V when the 1-bit signal noise-shaped by the fifth-order synchronous delta-sigma modulator in FIG. The desired signal in the band is a sine wave of -60 dBFS, and the output period of the 1-bit signal is 5.6 MHz.

上記2つのシミュレーションでは、各ブロックの回路パラメータは同一のものを使った。つまり、ローパスフィルタの配置のみが異なるが、他のパラメータは全く同一である。図3および4において、実線、破線、一点鎖線はそれぞれ出力信号Vのスペクトル、出力ノイズのゼロ周波数からの累積和、希望信号と上記出力ノイズの累積和との比を表す。図3の結果では、音声帯域(0〜20kHz)におけるSNDR(Signal to Noise + Distortion Ratio)=50.5dBであるが、図4の結果では、SNDR=16.89dBである。図3と図4との比較から、ローパスフィルタはコンパレータ前に配置する方が低域のノイズが少なく、特性がよいことが分かる。   In the above two simulations, the same circuit parameters were used for each block. That is, only the arrangement of the low-pass filter is different, but the other parameters are exactly the same. 3 and 4, solid lines, broken lines, and alternate long and short dash lines represent the spectrum of the output signal V, the cumulative sum of output noise from zero frequency, and the ratio of the desired signal and the cumulative sum of output noise. In the result of FIG. 3, SNDR (Signal to Noise + Distortion Ratio) in the voice band (0 to 20 kHz) = 50.5 dB, but in the result of FIG. 4, SNDR = 16.89 dB. From a comparison between FIG. 3 and FIG. 4, it can be seen that the low-pass filter has less low-frequency noise and better characteristics when placed in front of the comparator.

また、本実施の形態では、前述のように、ローパスフィルタ14から生じるノイズ、歪の影響を緩和することができる。言い換えると、ローパスフィルタ14の抵抗の値を大きくすることができるため、回路面積の削減を行うことができる。また、上述のように、ローパスフィルタ14の抵抗値および容量値のばらつきのチューニングが行いやすくなる。   Moreover, in this Embodiment, as mentioned above, the influence of the noise and distortion which arise from the low-pass filter 14 can be relieved. In other words, since the resistance value of the low-pass filter 14 can be increased, the circuit area can be reduced. Further, as described above, it becomes easy to tune variations in the resistance value and the capacitance value of the low-pass filter 14.

また、本実施の形態では、出力信号Vを直接ローパスフィルタ14の入力端子に加えるダイレクトパスを設けることにより、ある決まったリミットサイクル周波数を実現するときに従来に比べローパスフィルタのカットオフ周波数を低くできる。つまり、アンチエイリアス機能を強化することができる。また、安定したリミットサイクル振幅を実現することができる。   Further, in the present embodiment, by providing a direct path for directly applying the output signal V to the input terminal of the low-pass filter 14, the cutoff frequency of the low-pass filter is made lower than before when realizing a certain limit cycle frequency. it can. That is, the anti-aliasing function can be strengthened. In addition, a stable limit cycle amplitude can be realized.

図1において、上記ダイレクトパスは無くてもよい。また、図1のループフィルタ12の具体例としてRC積分器を用いたがgmC積分器でもよいし、スイッチトキャパシタ積分器(実施の形態3に詳細を示す)でもよい。また、ループフィルタ12の構成は図2のようなfeedforward型でもよいし、distributed feedback型でもよい(非特許文献に記載されている構成)。デルタシグマアナログデジタル変換器に採用されるループフィルタの構成は基本的に図1のループフィルタ12にも適用可能であり、上記実施の形態はその中の一例として示したものである。図2の構成では説明の簡単化のため、シングルエンド回路構成を示したが、全差動回路も同様に容易に実現することができる。このとき、差動信号をクロスさせることによりゲインが−1である増幅器(反転増幅器)を実現することができるため、図2に示す反転増幅器12V・17は不要となる。また、ローパスフィルタ14は全てコンパレータ15の入力端子の前に配置したが、その一部をフィードバックパスに挿入してもよい(これについては実施の形態3を参照)。ローパスフィルタ14は演算増幅器を用いるアクティブフィルタとして構成したが、パッシブフィルタとして構成してもよい。また、入力信号Xが小さく、大入力信号時の歪特性が問題とならない場合にはループフィルタ12は不要である。この場合の詳細は実施の形態2に示す。
(実施の形態2)
本発明の他の実施の形態について図5に基づいて説明すれば以下の通りである。
In FIG. 1, the direct path may not be provided. Further, although an RC integrator is used as a specific example of the loop filter 12 of FIG. 1, a gmC integrator or a switched capacitor integrator (detailed in the third embodiment) may be used. The configuration of the loop filter 12 may be a fedforward type as shown in FIG. 2 or a distributed feedback type (configuration described in non-patent literature). The configuration of the loop filter employed in the delta-sigma analog-digital converter is basically applicable to the loop filter 12 of FIG. 1, and the above embodiment is shown as an example. In the configuration of FIG. 2, a single-ended circuit configuration is shown for simplification of description, but a fully differential circuit can be easily realized as well. At this time, an amplifier (inverting amplifier) having a gain of -1 can be realized by crossing the differential signals, so that the inverting amplifiers 12V and 17 shown in FIG. 2 are not necessary. Further, although all the low-pass filters 14 are arranged in front of the input terminals of the comparator 15, a part of the low-pass filters 14 may be inserted into the feedback path (refer to the third embodiment for this). The low-pass filter 14 is configured as an active filter using an operational amplifier, but may be configured as a passive filter. Further, when the input signal X is small and the distortion characteristic at the time of a large input signal does not matter, the loop filter 12 is unnecessary. Details in this case are shown in the second embodiment.
(Embodiment 2)
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIG.

図5に、本実施の形態に係るスイッチング増幅回路2の構成を示す。スイッチング増幅回路2は、入力信号Xとドライバ23の反転された出力信号XFBとを入力信号として出力信号Yを出力するパッシブローパスフィルタであるローパスフィルタ21と、ローパスフィルタ21の出力端子に入力端子が接続されて出力信号Zを出力するコンパレータ22と、コンパレータ22の出力端子に入力端子が接続されて出力信号Vを出力するデジタルドライバであるドライバ23とを備えている。本実施の形態では、ローパスフィルタ21の次数は3次とし、入力信号Xが入力される抵抗R1の後段側の一端とGNDとの間にキャパシタC1が接続された構成のローパスフィルタと、抵抗R2の後段側の一端とGNDとの間にキャパシタC2が接続された構成のローパスフィルタと、抵抗R3の後段側の一端とGNDとの間にキャパシタC3が接続された構成のローパスフィルタとが直列に接続された構成である。   FIG. 5 shows a configuration of the switching amplifier circuit 2 according to the present embodiment. The switching amplifier circuit 2 includes a low-pass filter 21 that is a passive low-pass filter that outputs the output signal Y using the input signal X and the inverted output signal XFB of the driver 23 as input signals, and an input terminal at the output terminal of the low-pass filter 21. A comparator 22 that is connected and outputs an output signal Z, and a driver 23 that is a digital driver that outputs an output signal V with an input terminal connected to the output terminal of the comparator 22 are provided. In the present embodiment, the order of the low-pass filter 21 is third order, the low-pass filter having a configuration in which the capacitor C1 is connected between one end of the rear side of the resistor R1 to which the input signal X is input and GND, and the resistor R2. A low-pass filter having a configuration in which a capacitor C2 is connected between one end on the rear stage side and GND and a low-pass filter having a configuration in which a capacitor C3 is connected between one end on the rear stage side of the resistor R3 and GND are connected in series. It is a connected configuration.

ドライバ23の出力信号Vはゲインが−1の反転増幅器24によって出力信号XFBとなり、入力信号Xが入力される上記抵抗R1とは別に設けられたもう一つの抵抗R1に入力される。このもう一つの抵抗R1は上記キャパシタC1と組をなしてやはりローパスフィルタを構成しており、これにより、入力信号Xと出力信号XFBとの差が初段のローパスフィルタに入力されるようになっている。コンパレータ22は外部クロックを必要としない非同期型のコンパレータである。本構成は、実施の形態1の構成において、積分器から構成されるループフィルタ12を除いた構成に相当する。動作原理は実施の形態1で説明したのと同様であるため、詳細な説明は省略する。   The output signal V of the driver 23 becomes an output signal XFB by the inverting amplifier 24 having a gain of −1, and is input to another resistor R1 provided separately from the resistor R1 to which the input signal X is input. The other resistor R1 is paired with the capacitor C1 to form a low-pass filter, whereby the difference between the input signal X and the output signal XFB is input to the first-stage low-pass filter. Yes. The comparator 22 is an asynchronous comparator that does not require an external clock. This configuration corresponds to a configuration in which the loop filter 12 including an integrator is removed from the configuration of the first embodiment. Since the operation principle is the same as that described in the first embodiment, a detailed description thereof is omitted.

図5のスイッチング増幅回路2では以下の効果を有する。   The switching amplifier circuit 2 of FIG. 5 has the following effects.

入力信号Xの入力端子とコンパレータ22の入力端子との間にローパスフィルタ21を配置しているため、ローパスフィルタ21は入力信号Xに対してアンチエイリアスフィルタとして動作する。従って、入力信号Xの帯域外ノイズを除去することができる。特に、ローパスフィルタ21として3次以上の時間連続型ローパスフィルタを用いると、アンチエイリアスフィルタとしての機能が十分強化される。   Since the low-pass filter 21 is disposed between the input terminal of the input signal X and the input terminal of the comparator 22, the low-pass filter 21 operates as an anti-aliasing filter for the input signal X. Therefore, the out-of-band noise of the input signal X can be removed. In particular, when a third-order or higher time continuous low-pass filter is used as the low-pass filter 21, the function as an anti-aliasing filter is sufficiently enhanced.

特許文献2に記載されているようにノイズシェープされた低ビットのデジタル出力をデジタルアナログ変換器を通して直接図5のスイッチング増幅回路2に入力信号Xとして入力する場合、ローパスフィルタ21により高域のシェーピングされたノイズを減衰させることができるため、より高い性能を得ることができる。また、入力信号Xのフィルタリングとフィードバック信号である出力信号XFBのフィルタリングとの両方を行うので、回路面積の削減、抵抗素子によるノイズの削減を行うことができる。   When the low-bit digital output noise-shaped as described in Patent Document 2 is directly input as an input signal X to the switching amplifier circuit 2 of FIG. 5 through a digital-analog converter, the low-pass filter 21 performs high-frequency shaping. Since the generated noise can be attenuated, higher performance can be obtained. Further, since both the filtering of the input signal X and the filtering of the output signal XFB which is a feedback signal are performed, it is possible to reduce the circuit area and the noise due to the resistance element.

図5の構成では説明の簡単化のため、シングルエンド回路構成を示したが、全差動回路も同様に容易に実現することができる。このとき、差動信号をクロスさせることによりゲインが−1である増幅器(反転増幅器)を実現することができるため、図5に示す反転増幅器24は不要となる。また、本実施の形態ではローパスフィルタ21を抵抗とキャパシタとにより構成されるパッシブフィルタとしたが、演算増幅器を用いるアクティブフィルタとして実現することも可能である。
(実施の形態3)
本発明の他の実施の形態について図6および図7に基づいて説明すれば以下の通りである。
In the configuration of FIG. 5, a single-ended circuit configuration is shown for simplification of explanation, but a fully differential circuit can be easily realized in the same manner. At this time, an amplifier having a gain of -1 (inverting amplifier) can be realized by crossing the differential signals, so that the inverting amplifier 24 shown in FIG. 5 is not necessary. In the present embodiment, the low-pass filter 21 is a passive filter composed of a resistor and a capacitor, but it can also be realized as an active filter using an operational amplifier.
(Embodiment 3)
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIGS.

図6に、本実施の形態に係るスイッチング増幅回路3の構成を示す。   FIG. 6 shows a configuration of the switching amplifier circuit 3 according to the present embodiment.

入力信号Xとフィードバック信号XFBとの差を計算する減算器31と、伝達関数がH1(s)で表される第1のループフィルタ32と、伝達関数がH2(z)で表される第2のループフィルタ33と、伝達関数がH3(s)で表されるゼロオーダホールド回路34と、ゼロオーダホールド回路34の出力信号と第1のループフィルタ32の出力信号との和を計算する加算器35と、上記加算器35の出力信号Y1をフィルタリングするための第1ローパスフィルタ36と、第1ローパスフィルタ36の出力信号Y2を1ビットへ変換するコンパレータ37と、コンパレータ37の出力信号Zを負荷へ伝達するためにスイッチング増幅を行うデジタルドライバであるドライバ38と、ドライバ38の出力信号Vをフィルタリングして上記減算器31へフィードバックするための第2のローパスフィルタ39とを備えている。また、第1のループフィルタ32の時間連続出力信号をサンプリングするためのスイッチSW1が、第2のループフィルタ33およびゼロオーダホールド回路34の前段側に設けられている。   A subtractor 31 for calculating a difference between the input signal X and the feedback signal XFB, a first loop filter 32 whose transfer function is represented by H1 (s), and a second whose transfer function is represented by H2 (z). Loop filter 33, zero order hold circuit 34 whose transfer function is represented by H3 (s), and an adder for calculating the sum of the output signal of the zero order hold circuit 34 and the output signal of the first loop filter 32 35, a first low-pass filter 36 for filtering the output signal Y1 of the adder 35, a comparator 37 for converting the output signal Y2 of the first low-pass filter 36 into 1 bit, and an output signal Z of the comparator 37 as a load The driver 38, which is a digital driver that performs switching amplification to transmit to the driver, and the output signal V of the driver 38 is filtered and the above subtraction And a second low-pass filter 39 for feedback to 31. In addition, a switch SW 1 for sampling the time continuous output signal of the first loop filter 32 is provided on the upstream side of the second loop filter 33 and the zero order hold circuit 34.

また、本実施の形態では、第1のループフィルタ32の次数を1次、第2のループフィルタ33の次数を1次、第1のローパスフィルタ36の次数を2次、第2のローパスフィルタ39の次数を1次とする。さらに、コンパレータ37は外部クロック入力を必要としない非同期型である。   In the present embodiment, the order of the first loop filter 32 is primary, the order of the second loop filter 33 is primary, the order of the first low-pass filter 36 is secondary, and the second low-pass filter 39. Is the first order. Further, the comparator 37 is an asynchronous type that does not require an external clock input.

図7に、図6のスイッチング増幅回路3の具体的回路構成を示す。   FIG. 7 shows a specific circuit configuration of the switching amplifier circuit 3 of FIG.

図7において、第1のループフィルタ32は複数の抵抗およびキャパシタと演算増幅回路とから構成される。すなわち、演算増幅器32Aに入力抵抗R1とフィードバック用のキャパシタC1とが接続された構成である。   In FIG. 7, the first loop filter 32 includes a plurality of resistors and capacitors and an operational amplifier circuit. In other words, the operational amplifier 32A is connected to the input resistor R1 and the feedback capacitor C1.

また、第1のループフィルタ32の出力端子と第2のループフィルタ33の演算増幅器33Aの入力端子との間にキャパシタC2sが設けられている。そして、スイッチSW1は、キャパシタC2sに第1のループフィルタ32の出力信号をサンプリングさせる期間φ1でキャパシタC2sを第1のループフィルタ32の出力端子とグランド電位とに接続し、キャパシタC2sにサンプリングさせた信号をゼロオーダホールドさせる期間φ2でキャパシタC2sをグランド電位と演算増幅器33Aの反転入力端子とに接続するトグルスイッチとして設けられている。演算増幅器33Aにはフィードバック用のキャパシタC2fが接続されている。これにより、スイッチSW1と第2のループフィルタ33とゼロオーダホールド回路34とが組み合わされたブロックが構成されている。   Further, a capacitor C2s is provided between the output terminal of the first loop filter 32 and the input terminal of the operational amplifier 33A of the second loop filter 33. The switch SW1 connects the capacitor C2s to the output terminal of the first loop filter 32 and the ground potential in the period φ1 during which the capacitor C2s samples the output signal of the first loop filter 32, and causes the capacitor C2s to sample. It is provided as a toggle switch that connects the capacitor C2s to the ground potential and the inverting input terminal of the operational amplifier 33A in the period φ2 during which the signal is held in the zero order. A feedback capacitor C2f is connected to the operational amplifier 33A. Thus, a block in which the switch SW1, the second loop filter 33, and the zero order hold circuit 34 are combined is configured.

また、第1のループフィルタ32の出力端子は抵抗Ra2を介して、また、演算増幅器33Aの出力端子は抵抗Ra1を介してそれぞれ同じ箇所に接続されており、これにより加算器35が構成されている。   The output terminal of the first loop filter 32 is connected to the same location via the resistor Ra2, and the output terminal of the operational amplifier 33A is connected to the same location via the resistor Ra1, thereby forming the adder 35. Yes.

一方、第1および第2ローパスフィルタ36・39はそれぞれ抵抗とキャパシタとから構成されるパッシブフィルタである。第1のローパスフィルタ36は、抵抗RLP2の前段側の一端とGNDとの間にキャパシタCLP1が接続され、抵抗RLP2の後段側の一端とGNDとの間にキャパシタCLP2が接続された構成である。第2のローパスフィルタ39は、抵抗RLP3のフィードバック先側の一端とGNDとの間にキャパシタCLP3が接続された構成である。   On the other hand, the first and second low-pass filters 36 and 39 are passive filters each composed of a resistor and a capacitor. The first low-pass filter 36 has a configuration in which a capacitor CLP1 is connected between one end on the front stage side of the resistor RLP2 and GND, and a capacitor CLP2 is connected between one end on the rear stage side of the resistor RLP2 and GND. The second low-pass filter 39 has a configuration in which a capacitor CLP3 is connected between one end of the resistor RLP3 on the feedback destination side and GND.

第2のループフィルタ33のサンプリング周波数に比べ十分に低い周波数において(ω≪1/Ts)、1次の第2のループフィルタ33の伝達特性は次式で与えられる。   At a frequency sufficiently lower than the sampling frequency of the second loop filter 33 (ω << 1 / Ts), the transfer characteristic of the first-order second loop filter 33 is given by the following equation.

Figure 2006191168
Figure 2006191168

ここで、a2=C2s/C2fである。一方、ゼロオーダホールドの伝達特性は次式で与えられる。 Here, a2 = C2s / C2f. On the other hand, the transfer characteristic of zero order hold is given by the following equation.

Figure 2006191168
Figure 2006191168

従って、第2のループフィルタ33とサンプルホールド回路とをあわせた伝達特性は次式で与えられる。   Accordingly, the transfer characteristic of the second loop filter 33 and the sample and hold circuit is given by the following equation.

Figure 2006191168
Figure 2006191168

つまり、サンプリング周波数(1/Ts)を大きくすることにより、近似的に図7の第1、第2のループフィルタ32・33およびゼロオーダホールド回路34は、図1のループフィルタ12と同等の伝達特性を示すことが分かる。動作原理は図1のスイッチング増幅回路1と同様であるため、詳細な説明は省略する。   That is, by increasing the sampling frequency (1 / Ts), the first and second loop filters 32 and 33 and the zero-order hold circuit 34 in FIG. 7 can transmit approximately the same transmission as the loop filter 12 in FIG. It can be seen that it exhibits characteristics. The principle of operation is the same as that of the switching amplifier circuit 1 of FIG.

図6および図7に示す回路は、実施の形態1の構成に比べ、さらに下記効果を有する。   The circuits shown in FIGS. 6 and 7 further have the following effects compared to the configuration of the first embodiment.

大きい入力信号Xが入力される場合、通常、出力信号Vに歪が生じる。この歪を低減するためには図1のループフィルタ12の次数を大きくし、所望帯域でループフィルタ12のゲインを大きくする必要がある。しかしながら、ループフィルタ12を時間連続型(伝達特性がsで表される)積分器を用いて構成する場合、集積化により抵抗値および容量値がばらつくため、特性劣化が生じる。一方、離散時間型(伝達特性がzで表される)積分器の場合、積分器の特性は容量比a2とサンプリング時間とで決まるため、集積化しても特性がばらつくことはない。従って、図7の構成を用いることにより、ばらつきの影響を受けにくい、高次のループフィルタを容易に実現できる。   When a large input signal X is input, the output signal V is usually distorted. In order to reduce this distortion, it is necessary to increase the order of the loop filter 12 of FIG. 1 and increase the gain of the loop filter 12 in a desired band. However, when the loop filter 12 is configured using a time-continuous type (transfer characteristic is represented by s) integrator, the resistance value and the capacitance value vary due to the integration, resulting in characteristic deterioration. On the other hand, in the case of a discrete-time type (transfer characteristic represented by z) integrator, the characteristic of the integrator is determined by the capacitance ratio a2 and the sampling time, and therefore the characteristic does not vary even when integrated. Therefore, by using the configuration of FIG. 7, a high-order loop filter that is not easily affected by variations can be easily realized.

ここで、出力信号Vは高い周波数の成分も持った時間連続信号であり、サンプリング動作によるエイリアシングを回避するため、第1のループフィルタ32は時間連続型積分器を用いて構成する方が好ましい。また、第1のループフィルタ32を2次以上にする場合、特性ばらつきの影響を受けるため、第1のループフィルタ32の次数は1次(積分器1個)であることが好ましい。また、第1のループフィルタ32の抵抗値および容量値のばらつきは出力信号Vが接続された端子(入力信号Xが接続された端子)から出力信号Y1までの伝達関数(ループゲイン)の周波数特性に影響を与えないため、図7のスイッチング増幅回路3は第1のループフィルタ32の抵抗値および容量値のばらつきの影響を受けにくい。   Here, the output signal V is a time-continuous signal having a high-frequency component. In order to avoid aliasing due to the sampling operation, the first loop filter 32 is preferably configured using a time-continuous integrator. Further, when the first loop filter 32 has a second or higher order, the order of the first loop filter 32 is preferably the first order (one integrator) because it is affected by characteristic variations. The variation in resistance value and capacitance value of the first loop filter 32 is caused by the frequency characteristics of the transfer function (loop gain) from the terminal to which the output signal V is connected (terminal to which the input signal X is connected) to the output signal Y1. 7 is not easily affected by variations in the resistance value and the capacitance value of the first loop filter 32.

上述のように、ループフィルタ全体を、1または複数の時間連続型積分器と1または複数の離散時間型積分器とを用いて構成するとよい。サンプリングによるエイリアシングの発生を回避したい箇所には時間連続型積分器を用い、その他の箇所には特性がばらつきにくい離散時間型積分器を用いることで、ループフィルタによるS/Nの劣化や特性のばらつきを減少させることができる。   As described above, the entire loop filter may be configured using one or more time-continuous integrators and one or more discrete-time integrators. By using time-continuous integrators where it is desired to avoid aliasing due to sampling, and using discrete-time integrators where characteristics are difficult to vary at other locations, S / N degradation and characteristic variations due to loop filters Can be reduced.

出力信号Vは、リミットサイクル周波数近辺に大きなパワーを有する。また、ドライバ38の電源、ドライバ38自身が生じる高周波ノイズを多く含む。従って、フィードバックパスにローパスフィルタを配置せず、実施の形態1のようにコンパレータ36の直前にのみローパスフィルタを配置する場合には、第2のループフィルタ33のサンプリング動作によって上記ノイズ成分等がエイリアシングにより帯域内に折り返し、特性を劣化させる可能性がある。従って、図7のようにループフィルタ中にスイッチトキャパシタ回路を配置する場合には、ローパスフィルタを、コンパレータ36の入力前とフィードバックパスとに分割して配置する方が好ましい。   The output signal V has a large power near the limit cycle frequency. Further, it includes a lot of high frequency noise generated by the power source of the driver 38 and the driver 38 itself. Therefore, when the low-pass filter is not disposed in the feedback path and the low-pass filter is disposed only immediately before the comparator 36 as in the first embodiment, the above-described noise component is aliased by the sampling operation of the second loop filter 33. May be folded back into the band to deteriorate the characteristics. Therefore, when the switched capacitor circuit is arranged in the loop filter as shown in FIG. 7, it is preferable to arrange the low-pass filter separately before the input of the comparator 36 and the feedback path.

図7の構成では説明の簡単化のため、シングルエンド回路構成を示したが、全差動回路も同様に容易に実現することができる。また、本実施例ではローパスフィルタ36を抵抗とキャパシタとにより構成されるパッシブフィルタとしたが、演算増幅器を用いるアクティブフィルタとして実現することも可能である。また、本実施の形態では、実施の形態1に示したようなダイレクトフィードバックパスを設けていないが、実施の形態1と同様に出力信号XFBから出力信号Y1へのフィードバックパスを設けることにより、実施の形態1に示したのと同様の効果を得ることができる。
(実施の形態4)
本発明の他の実施の形態について図8および図9に基づいて説明すれば以下の通りである。
Although the single-end circuit configuration is shown in the configuration of FIG. 7 for the sake of simplicity of explanation, a fully differential circuit can be easily realized in the same manner. In this embodiment, the low-pass filter 36 is a passive filter composed of a resistor and a capacitor, but it can also be realized as an active filter using an operational amplifier. Further, in the present embodiment, the direct feedback path as shown in the first embodiment is not provided. However, similar to the first embodiment, the feedback path from the output signal XFB to the output signal Y1 is provided. The effect similar to that shown in the first embodiment can be obtained.
(Embodiment 4)
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIGS.

実施の形態1において、リミットサイクル周波数は性能に大きく依存することを述べた。また、リミットサイクル周波数はローパスフィルタのカットオフ周波数および次数に依存することを述べた。実施の形態1のリミットサイクル周波数がプロセスばらつきの影響を受けにくくする、または、リミットサイクル周波数を入力信号振幅等に応じて変化させ、ダイナミックレンジとスイッチング周波数とのトレードオフの最適化を行うためには、ローパスフィルタのカットオフ周波数を自動調整する必要がある。   In the first embodiment, it has been described that the limit cycle frequency greatly depends on the performance. It was also stated that the limit cycle frequency depends on the cut-off frequency and order of the low-pass filter. In order to optimize the tradeoff between the dynamic range and the switching frequency by making the limit cycle frequency of the first embodiment less susceptible to process variations or changing the limit cycle frequency according to the input signal amplitude or the like Needs to automatically adjust the cut-off frequency of the low-pass filter.

図8は図2の1次のローパスフィルタLPF1(LPF2、LPF3も同様)の抵抗値を可変とする構成であり、2つのNチャネル型MOSFET:M1・M2のゲート電圧を変化させることにより、ローパスフィルタLPFのカットオフ周波数を変更できる。   FIG. 8 shows a configuration in which the resistance value of the first-order low-pass filter LPF1 (same for LPF2 and LPF3) in FIG. 2 is variable. The cutoff frequency of the filter LPF can be changed.

MOSFET:M1は、抵抗RLP1と抵抗RLP2との接続点である端子VXと、キャパシタCLP1と演算増幅器14Aの反転入力端子との接続点である端子VITとの間に挿入されている。ただし、抵抗RLP1は図2の抵抗R4に相当しており、抵抗RLP2は図2の抵抗RLP1に相当している。MOSFET:M1のゲート電圧である制御電圧VCTL1の電圧値を大きくすることにより、MOSFET:M1のソース・ドレイン間の抵抗値(チャネル抵抗)を下げることができる。当該チャネル抵抗は可変抵抗となる。   MOSFET: M1 is inserted between a terminal VX that is a connection point between the resistors RLP1 and RLP2 and a terminal VIT that is a connection point between the capacitor CLP1 and the inverting input terminal of the operational amplifier 14A. However, the resistor RLP1 corresponds to the resistor R4 in FIG. 2, and the resistor RLP2 corresponds to the resistor RLP1 in FIG. By increasing the voltage value of the control voltage VCTL1, which is the gate voltage of the MOSFET M1, the resistance value (channel resistance) between the source and drain of the MOSFET M1 can be lowered. The channel resistance is a variable resistance.

一方、MOSFET:M2は、端子VXとある基準電圧(ここではグランド電位)の箇所との間に挿入されている。MOSFET:M2のゲート電圧である制御電圧VCTL2の電圧値を大きくすることにより、MOSFET:M2のソース・ドレイン間の抵抗値(チャネル抵抗)を下げることができ、間接的に端子VXと端子VITとの間の抵抗値を増加させることができる。当該チャネル抵抗は可変抵抗となる。   On the other hand, the MOSFET M2 is inserted between the terminal VX and a certain reference voltage (here, ground potential). By increasing the voltage value of the control voltage VCTL2, which is the gate voltage of the MOSFET: M2, the resistance value (channel resistance) between the source and drain of the MOSFET: M2 can be lowered, and the terminal VX and the terminal VIT are indirectly The resistance value can be increased. The channel resistance is a variable resistance.

このように、MOSFET:M1・M2を用いて抵抗値を可変とすることにより、端子VXの電圧変化を図8のローパスフィルタの入出力信号振幅に比べて小さくすることができ、低歪化を行うことができる。   As described above, by making the resistance value variable by using the MOSFETs M1 and M2, the voltage change at the terminal VX can be made smaller than the input / output signal amplitude of the low-pass filter in FIG. 8, and the distortion can be reduced. It can be carried out.

図8のローパスフィルタの伝達特性は次式で与えられる。   The transfer characteristic of the low-pass filter of FIG. 8 is given by the following equation.

Figure 2006191168
Figure 2006191168

ここで、Req1とReq2とはそれぞれMOSFET:M1・M2のドレインソース間の抵抗値(チャネル抵抗値)であるとする。従って、制御電圧VCTL1および制御電圧VCTL2を変化させることにより、ローパスフィルタLPFの時定数をCLP1・RLP2から∞まで変更することができる。 Here, it is assumed that R eq1 and R eq2 are resistance values (channel resistance values) between the drains and sources of MOSFETs M1 and M2, respectively. Therefore, the time constant of the low-pass filter LPF can be changed from C LP1 · R LP2 to ∞ by changing the control voltage VCTL1 and the control voltage VCTL2.

次に、図9に制御電圧VCTL1および制御電圧VCTL2を発生させる回路の一例を示す。図9の制御電圧生成回路は、ある基準となるクロックで動作するスイッチとキャパシタとから構成されるスイッチトキャパシタ抵抗R_SCREFと、図8のMOSFET:M1・M2とそれぞれ同じサイズの2つのMOSFET:M1D・M2Dと、抵抗R1と、キャパシタCint1と演算増幅器とから構成される積分器と、上記積分器出力の高周波を除去するための抵抗RLPとキャパシタCLPとからなるローパスフィルタLPFRC(s)と、上記ローパスフィルタLPFRC(s)の出力をバッファリングするためのバッファ回路と、上記バッファ回路の出力をある基準電圧に対して反転するための反転増幅回路AMPINVと、上記基準電圧を生成するための電圧発生回路BIASGENとから構成される。また、上記バッファ回路の出力および反転増幅回路の出力はそれぞれMOSFET:M1D・M2Dのゲート端子に接続されるとともに、制御電圧VCTL1および制御電圧VCTL2を生成する。 Next, FIG. 9 shows an example of a circuit that generates the control voltage VCTL1 and the control voltage VCTL2. The control voltage generation circuit of FIG. 9 includes a switched capacitor resistor R_SCREF composed of a switch and a capacitor that operate with a reference clock, and two MOSFETs M1D.M of the same size as the MOSFETs M1 and M2 of FIG. An integrator composed of M2D, a resistor R1, a capacitor Cint1, and an operational amplifier; a low-pass filter LPFRC (s) composed of a resistor R LP and a capacitor C LP for removing the high frequency of the integrator output; A buffer circuit for buffering the output of the low-pass filter LPFRC (s), an inverting amplifier circuit AMPINV for inverting the output of the buffer circuit with respect to a certain reference voltage, and a voltage for generating the reference voltage The generation circuit BIAGEN is formed. The output of the buffer circuit and the output of the inverting amplifier circuit are connected to the gate terminals of MOSFETs M1D and M2D, respectively, and generate the control voltage VCTL1 and the control voltage VCTL2.

図9の回路動作の詳細は、例えば非特許文献2や非特許文献3を参照すれば容易に理解できるため説明を省略する。   Details of the circuit operation of FIG. 9 can be easily understood by referring to Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3, for example, and thus the description is omitted.

以上のようなフィードバックループを用いた自動制御回路を実施の形態1〜3に示したスイッチング増幅回路に適用することにより、安定したリミットサイクル周波数が得られ、特性へのプロセスバラツキの影響を低減することが可能となる。   By applying the automatic control circuit using the feedback loop as described above to the switching amplifier circuit shown in the first to third embodiments, a stable limit cycle frequency can be obtained and the influence of process variations on characteristics can be reduced. It becomes possible.

また、図8のようなカットオフ周波数可変のローパスフィルタと、非特許文献4に示されるようなPLL回路による自動調整手法を用いてリミットサイクル周波数を外部クロックの周波数に自動的に合わす回路も容易に実現できる。
(実施の形態5)
本発明の他の実施の形態について図10および図11に基づいて説明すれば以下の通りである。図10および図11の構成は基本的に図1の構成と同じである。異なる点を以下に説明する。
Also, a circuit that automatically adjusts the limit cycle frequency to the frequency of the external clock using a low-pass filter with a variable cutoff frequency as shown in FIG. 8 and an automatic adjustment method using a PLL circuit as shown in Non-Patent Document 4 is easy. Can be realized.
(Embodiment 5)
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIGS. The configuration of FIGS. 10 and 11 is basically the same as the configuration of FIG. Differences will be described below.

図10に、本実施の形態に係るスイッチング増幅回路4の構成を示す。   FIG. 10 shows a configuration of the switching amplifier circuit 4 according to the present embodiment.

図10では、ローパスフィルタ14の入力信号Y1として、ループフィルタ12の出力信号Y0とコンパレータ15の出力信号Y3との差を入力する構成である。このとき、式(6)に対応するループ伝達特性は次式で与えられる。   In FIG. 10, the difference between the output signal Y0 of the loop filter 12 and the output signal Y3 of the comparator 15 is input as the input signal Y1 of the low-pass filter 14. At this time, the loop transfer characteristic corresponding to the equation (6) is given by the following equation.

Figure 2006191168
Figure 2006191168

ここで、τはドライバ16の遅延を表す。式(9)に対応する式は次式で与えられる。 Here, τ d represents the delay of the driver 16. An expression corresponding to the expression (9) is given by the following expression.

Figure 2006191168
Figure 2006191168

実施の形態1と同様に式(10)を仮定することにより、リミットサイクル周波数は式(11)で与えられる。   Assuming equation (10) as in the first embodiment, the limit cycle frequency is given by equation (11).

従って、図10の構成では、リミットサイクル周波数に対するドライバ16の遅延の影響は小さくなる。従って、ドライバの遅延が大きい場合およびドライバ遅延がプロセスバラツキによって変化する場合にも、安定したリミットサイクル周波数を得ることができる。これは、実施の形態1に記載した従来技術の課題(5)を解決していることを意味している。   Therefore, in the configuration of FIG. 10, the influence of the delay of the driver 16 on the limit cycle frequency is reduced. Therefore, a stable limit cycle frequency can be obtained even when the driver delay is large and the driver delay changes due to process variations. This means that the problem (5) of the prior art described in the first embodiment is solved.

また、図10の構成において、コンパレータ15の出力端子からローパスフィルタ14の入力端子へのフィードバック経路にローパスフィルタを設けてもよい。このとき、ローパスフィルタ14は第1のローパスフィルタであり、上記フィードバック経路に設けたローパスフィルタは第2のローパスフィルタである。   In the configuration of FIG. 10, a low-pass filter may be provided in the feedback path from the output terminal of the comparator 15 to the input terminal of the low-pass filter 14. At this time, the low-pass filter 14 is a first low-pass filter, and the low-pass filter provided in the feedback path is a second low-pass filter.

また、さらに上記構成において、ドライバ16の出力端子からループフィルタ12の入力端子へのフィードバック経路にローパスフィルタを設けてもよい。このとき、当該ローパスフィルタは第3のローパスフィルタである。これによれば、第3のローパスフィルタは出力信号Vに対してローパスフィルタとして機能するので、ドライバ16からループフィルタ12にフィードバックされる信号Vの高周波成分を低減することができ、ループフィルタ12に要求されるダイナミックレンジを緩和することができる。   Further, in the above configuration, a low-pass filter may be provided in the feedback path from the output terminal of the driver 16 to the input terminal of the loop filter 12. At this time, the low-pass filter is a third low-pass filter. According to this, since the third low-pass filter functions as a low-pass filter for the output signal V, the high-frequency component of the signal V fed back from the driver 16 to the loop filter 12 can be reduced. The required dynamic range can be relaxed.

さらに、図11は図1の構成に比べ、さらにドライバ16の出力端子と出力信号Vが出力される端子との間に、インダクタとキャパシタとにより構成されるローパスフィルタLPF_LC(s)が追加された構成である。ローパスフィルタ14は第1のローパスフィルタであり、ローパスフィルタLPF_LC(s)は第2のローパスフィルタである。ただし、このローパスフィルタLPF_LC(s)の出力端子から負荷を駆動する。   Further, in FIG. 11, a low-pass filter LPF_LC (s) composed of an inductor and a capacitor is added between the output terminal of the driver 16 and the terminal from which the output signal V is output, compared to the structure of FIG. It is a configuration. The low-pass filter 14 is a first low-pass filter, and the low-pass filter LPF_LC (s) is a second low-pass filter. However, the load is driven from the output terminal of the low-pass filter LPF_LC (s).

実施の形態1と同様に考えると、リミットサイクル周波数は、ローパスフィルタLPF(s)とLPF_LC(s)との特性によって決まる。デジタルオーディオ用CLASS−Dアンプ等では、電力効率を劣化させずに音声帯域外のノイズを除去するために、LCローパスフィルタがよく用いられるが、LCフィルタはフィードバックループの外に配置される。これは、カットオフ周波数が低いローパスフィルタをフィードバックループ内に配置すると回路が発振し、所望の特性を得ることができないからである。本実施の形態のスイッチング増幅回路5ではLPF_LC(s)をループ内に含めることができるため、LCフィルタの周波数特性の影響やLCフィルタの歪の影響を受けないスイッチング増幅回路を実現することができる。なお、上記インダクタとキャパシタとは、それぞれ1または複数あってよい。   Considering the same as in the first embodiment, the limit cycle frequency is determined by the characteristics of the low-pass filters LPF (s) and LPF_LC (s). In a digital audio CLASS-D amplifier or the like, an LC low-pass filter is often used to remove noise outside the audio band without degrading power efficiency, but the LC filter is arranged outside the feedback loop. This is because if a low-pass filter having a low cut-off frequency is arranged in the feedback loop, the circuit oscillates and desired characteristics cannot be obtained. In the switching amplifier circuit 5 of the present embodiment, LPF_LC (s) can be included in the loop, so that it is possible to realize a switching amplifier circuit that is not affected by the frequency characteristics of the LC filter or the distortion of the LC filter. . One or more inductors and capacitors may be provided.

また、ローパスフィルタLPF_LC(s)はドライバ16の出力信号に対してローパスフィルタとして機能するので、ドライバ16からループフィルタ12およびローパスフィルタ14にフィードバックされる信号の高周波成分を低減することができ、ループフィルタ12に要求されるダイナミックレンジを緩和することができる。   Further, since the low-pass filter LPF_LC (s) functions as a low-pass filter for the output signal of the driver 16, the high-frequency component of the signal fed back from the driver 16 to the loop filter 12 and the low-pass filter 14 can be reduced. The dynamic range required for the filter 12 can be relaxed.

以上、各実施の形態について述べた。上記各実施の形態において、各ローパスフィルタは時間連続型ローパスフィルタであることが望ましい。時間連続型ローパスフィルタを用いることにより、離散時間型ローパスフィルタを用いる場合と異なり、サンプリングによる歪みが生じない。   Each embodiment has been described above. In each of the above embodiments, each low-pass filter is preferably a time continuous low-pass filter. By using the time continuous low-pass filter, unlike the case of using the discrete-time low-pass filter, distortion due to sampling does not occur.

また、各スイッチング増幅回路の入力信号Xの例としては、多ビットデジタル信号をオーバサンプリングされた低ビットデジタル信号に変換する同期型デルタシグマ変調器と、上記低ビットデジタル信号をアナログ信号へ変換する手段とを備えたデジタルアナログ変換器からの出力信号とすることが挙げられる。これによれば、同期型デルタシグマ変調器の出力ビット数は1よりも大きいため、上記変調器によりシェーピングされた上記出力信号に含まれる量子化ノイズの高域成分は、出力ビット数を1ビットとする場合よりも、小さく抑えることができる。従って、多ビットデジタル信号を同期型デルタシグマ変調器を通して低ビットデジタル信号に変換し、アナログ信号に変換してからスイッチング増幅回路に入力するシステムにおいて、スイッチング増幅回路に入力されるアナログ信号に同期型デルタシグマ変調器によりシェ−ピングされた量子化ノイズが含まれていても、上記量子化ノイズの高域成分を小さく抑えることができるため、その高域成分はスイッチング増幅回路内でさらに低減され、良好なS/N特性が得られる。   As an example of the input signal X of each switching amplifier circuit, a synchronous delta-sigma modulator that converts a multi-bit digital signal into an oversampled low-bit digital signal, and the low-bit digital signal that is converted into an analog signal. And an output signal from a digital-to-analog converter provided with a means. According to this, since the number of output bits of the synchronous delta-sigma modulator is larger than 1, the high frequency component of the quantization noise included in the output signal shaped by the modulator has an output bit number of 1 bit. It can be suppressed smaller than the case. Therefore, in a system in which a multi-bit digital signal is converted into a low-bit digital signal through a synchronous delta-sigma modulator and converted to an analog signal and then input to the switching amplifier circuit, the multi-bit digital signal is synchronized with the analog signal input to the switching amplifier circuit. Even if the quantization noise shaped by the delta-sigma modulator is included, the high-frequency component of the quantization noise can be suppressed to be small, so that the high-frequency component is further reduced in the switching amplifier circuit, Good S / N characteristics can be obtained.

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 embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.

本発明は、デジタルオーディオアンプに好適に使用することができる。   The present invention can be suitably used for a digital audio amplifier.

本発明の第1の実施形態を示すものであり、スイッチング増幅回路の構成を示すブロック図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 illustrates a first embodiment of the present invention and is a block diagram illustrating a configuration of a switching amplifier circuit. 図1のスイッチング増幅回路の詳細な構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a detailed configuration of the switching amplifier circuit of FIG. 1. 図1のスイッチング増幅回路の特性を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic of the switching amplifier circuit of FIG. 従来のスイッチング増幅回路の特性を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic of the conventional switching amplifier circuit. 本発明の第2の実施形態を示すものであり、スイッチング増幅回路の構成を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of a switching amplifier circuit according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態を示すものであり、スイッチング増幅回路の構成を示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration of a switching amplifier circuit according to a third embodiment of the present invention. 図6のスイッチング増幅回路の詳細な構成を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram showing a detailed configuration of the switching amplifier circuit of FIG. 6. 本発明の第4の実施形態を示すものであり、スイッチング増幅回路に設けられるローパスフィルタの構成を示す回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram illustrating a configuration of a low-pass filter provided in a switching amplifier circuit according to a fourth embodiment of the present invention. 図8のローパスフィルタのMOSFETに供給する制御電圧を発生させる構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure which generates the control voltage supplied to MOSFET of the low-pass filter of FIG. 本発明の第5の実施形態を示すものであり、スイッチング増幅回路の第1の構成を示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram illustrating a first configuration of a switching amplifier circuit according to a fifth embodiment of the present invention. 本発明の第5の実施形態を示すものであり、スイッチング増幅回路の第2の構成を示すブロック図である。FIG. 24 is a block diagram illustrating a second configuration of the switching amplifier circuit according to the fifth embodiment of the present invention. 従来技術を示すものであり、スイッチング増幅回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows a prior art and shows the structure of a switching amplifier circuit.

符号の説明Explanation of symbols

1〜5 スイッチング増幅回路
12 ループフィルタ(積分器を用いたフィルタ)
12a、12b 積分器
14、21 ローパスフィルタ
15、22、37 コンパレータ
16、23、38 ドライバ
36 ローパスフィルタ(第1のローパスフィルタ)
39 ローパスフィルタ(第2のローパスフィルタ)
X 入力信号
V 出力信号
L1 インダクタ
C1 キャパシタ
1-5 Switching amplifier circuit 12 Loop filter (filter using integrator)
12a, 12b Integrator 14, 21 Low-pass filter 15, 22, 37 Comparator 16, 23, 38 Driver 36 Low-pass filter (first low-pass filter)
39 Low-pass filter (second low-pass filter)
X input signal V output signal L1 inductor C1 capacitor

Claims (19)

積分器を用いたフィルタ、ローパスフィルタ、非同期型のコンパレータ、および、スイッチング増幅のドライバを備えたスイッチング増幅回路であって、
上記フィルタの出力端子は上記ローパスフィルタの入力端子に接続され、上記ローパスフィルタの出力端子は上記コンパレータの入力端子に接続され、上記コンパレータの出力端子は上記ドライバの入力端子に接続され、上記スイッチング増幅回路の入力信号と上記ドライバの出力信号との差が上記フィルタに入力されることを特徴とするスイッチング増幅回路。
A switching amplifier circuit including a filter using an integrator, a low-pass filter, an asynchronous comparator, and a driver for switching amplification,
The output terminal of the filter is connected to the input terminal of the low-pass filter, the output terminal of the low-pass filter is connected to the input terminal of the comparator, the output terminal of the comparator is connected to the input terminal of the driver, and the switching amplification A switching amplifier circuit, wherein a difference between an input signal of the circuit and an output signal of the driver is input to the filter.
積分器を用いたフィルタ、第1のローパスフィルタ、第2のローパスフィルタ、非同期型のコンパレータ、および、スイッチング増幅のドライバを備えたスイッチング増幅回路であって、
上記フィルタの出力端子は上記第1のローパスフィルタの入力端子に接続され、上記第1のローパスフィルタの出力端子は上記コンパレータの入力端子に接続され、上記コンパレータの出力端子は上記ドライバの入力端子に接続され、
上記第2のローパスフィルタは上記ドライバの出力端子から上記フィルタの入力端子へのフィードバック経路に設けられ、上記スイッチング増幅回路の入力信号と上記第2のローパスフィルタによってフィルタリングされた上記ドライバの出力信号との差が上記フィルタに入力されることを特徴とするスイッチング増幅回路。
A switching amplifier circuit including a filter using an integrator, a first low-pass filter, a second low-pass filter, an asynchronous comparator, and a driver for switching amplification,
The output terminal of the filter is connected to the input terminal of the first low-pass filter, the output terminal of the first low-pass filter is connected to the input terminal of the comparator, and the output terminal of the comparator is connected to the input terminal of the driver. Connected,
The second low-pass filter is provided in a feedback path from an output terminal of the driver to an input terminal of the filter, and an input signal of the switching amplifier circuit and an output signal of the driver filtered by the second low-pass filter A switching amplifier circuit, wherein the difference between the two is input to the filter.
積分器を用いたフィルタ、ローパスフィルタ、非同期型のコンパレータ、および、スイッチング増幅のドライバを備えたスイッチング増幅回路であって、
上記フィルタの出力信号と上記ドライバの出力信号との差が上記ローパスフィルタに入力され、上記ローパスフィルタの出力端子は上記コンパレータの入力端子に接続され、上記コンパレータの出力端子は上記ドライバの入力端子に接続され、上記ドライバの出力信号と上記スイッチング増幅回路の入力信号との差が上記フィルタに入力されることを特徴とするスイッチング増幅回路。
A switching amplifier circuit including a filter using an integrator, a low-pass filter, an asynchronous comparator, and a driver for switching amplification,
The difference between the output signal of the filter and the output signal of the driver is input to the low-pass filter, the output terminal of the low-pass filter is connected to the input terminal of the comparator, and the output terminal of the comparator is connected to the input terminal of the driver. A switching amplifier circuit, wherein a difference between an output signal of the driver and an input signal of the switching amplifier circuit is input to the filter.
積分器を用いたフィルタ、第1のローパスフィルタ、第2のローパスフィルタ、非同期型のコンパレータ、および、スイッチング増幅のドライバを備えたスイッチング増幅回路であって、
上記第2のローパスフィルタは、上記ドライバの出力端子から上記フィルタの入力端子および上記第1のローパスフィルタの入力端子へのフィードバック経路に設けられ、
上記フィルタの出力信号と、上記第2のローパスフィルタによってフィルタリングされた上記ドライバの出力信号との差が上記第1のローパスフィルタに入力され、
上記第1のローパスフィルタの出力端子は上記コンパレータの入力端子に接続され、上記コンパレータの出力端子は上記ドライバの入力端子に接続され、
上記スイッチング増幅回路の入力信号と、上記第2のローパスフィルタによってフィルタリングされた上記ドライバの出力信号との差が上記フィルタに入力されることを特徴とするスイッチング増幅回路。
A switching amplifier circuit including a filter using an integrator, a first low-pass filter, a second low-pass filter, an asynchronous comparator, and a driver for switching amplification,
The second low-pass filter is provided in a feedback path from an output terminal of the driver to an input terminal of the filter and an input terminal of the first low-pass filter,
The difference between the output signal of the filter and the output signal of the driver filtered by the second low-pass filter is input to the first low-pass filter,
The output terminal of the first low-pass filter is connected to the input terminal of the comparator, the output terminal of the comparator is connected to the input terminal of the driver,
A switching amplifier circuit, wherein a difference between an input signal of the switching amplifier circuit and an output signal of the driver filtered by the second low-pass filter is input to the filter.
積分器を用いたフィルタ、ローパスフィルタ、非同期型のコンパレータ、および、スイッチング増幅のドライバを備えたスイッチング増幅回路であって、
上記フィルタの出力信号と上記コンパレータの出力信号との差が上記ローパスフィルタに入力され、
上記ローパスフィルタの出力端子は上記コンパレータの入力端子に接続され、上記コンパレータの出力端子は上記ドライバの入力端子に接続され、
上記スイッチング増幅回路の入力信号と上記ドライバの出力信号との差が上記フィルタに入力されることを特徴とするスイッチング増幅回路。
A switching amplifier circuit including a filter using an integrator, a low-pass filter, an asynchronous comparator, and a driver for switching amplification,
The difference between the output signal of the filter and the output signal of the comparator is input to the low pass filter,
The output terminal of the low-pass filter is connected to the input terminal of the comparator, the output terminal of the comparator is connected to the input terminal of the driver,
The switching amplifier circuit, wherein a difference between an input signal of the switching amplifier circuit and an output signal of the driver is input to the filter.
積分器を用いたフィルタ、第1のローパスフィルタ、第2のローパスフィルタ、非同期型のコンパレータ、および、スイッチング増幅のドライバを備えたスイッチング増幅回路であって、
上記第2のローパスフィルタは、上記コンパレータの出力端子から上記第1のローパスフィルタの入力端子へのフィードバック経路に設けられ、
上記フィルタの出力信号と、上記第2のローパスフィルタによってフィルタリングされた上記コンパレータの出力信号との差が上記第1のローパスフィルタに入力され、上記第1のローパスフィルタの出力端子は上記コンパレータの入力端子に接続され、上記コンパレータの出力端子は上記ドライバの入力端子に接続され、
上記スイッチング増幅回路の入力信号と上記ドライバの出力信号との差が上記第1フィルタに入力されることを特徴とするスイッチング増幅回路。
A switching amplifier circuit including a filter using an integrator, a first low-pass filter, a second low-pass filter, an asynchronous comparator, and a driver for switching amplification,
The second low-pass filter is provided in a feedback path from an output terminal of the comparator to an input terminal of the first low-pass filter;
The difference between the output signal of the filter and the output signal of the comparator filtered by the second low-pass filter is input to the first low-pass filter, and the output terminal of the first low-pass filter is the input of the comparator. The output terminal of the comparator is connected to the input terminal of the driver,
The switching amplifier circuit, wherein a difference between an input signal of the switching amplifier circuit and an output signal of the driver is input to the first filter.
積分器を用いたフィルタ、第1のローパスフィルタ、第2のローパスフィルタ、第3のローパスフィルタ、非同期型のコンパレータ、および、スイッチング増幅のドライバを備えたスイッチング増幅回路であって、
上記第2のローパスフィルタは、上記コンパレータの出力端子から上記第1のローパスフィルタの入力端子へのフィードバック経路に設けられ、
上記フィルタの出力信号と、上記第2のローパスフィルタによってフィルタリングされた上記コンパレータの出力信号との差が上記第1のローパスフィルタに入力され、上記第1のローパスフィルタの出力端子は上記コンパレータの入力端子に接続され、上記コンパレータの出力端子は上記ドライバの入力端子に接続され、
上記第3のローパスフィルタは、上記ドライバの出力端子から上記フィルタの入力端子へのフィードバック経路に設けられ、
上記スイッチング増幅回路の入力信号と、上記第3のローパスフィルタによりフィルタリングされた上記ドライバの出力信号との差が上記フィルタに入力されることを特徴とするスイッチング増幅回路。
A switching amplifier circuit including a filter using an integrator, a first low-pass filter, a second low-pass filter, a third low-pass filter, an asynchronous comparator, and a driver for switching amplification,
The second low-pass filter is provided in a feedback path from an output terminal of the comparator to an input terminal of the first low-pass filter;
The difference between the output signal of the filter and the output signal of the comparator filtered by the second low-pass filter is input to the first low-pass filter, and the output terminal of the first low-pass filter is the input of the comparator. The output terminal of the comparator is connected to the input terminal of the driver,
The third low-pass filter is provided in a feedback path from the output terminal of the driver to the input terminal of the filter;
A switching amplifier circuit, wherein a difference between an input signal of the switching amplifier circuit and an output signal of the driver filtered by the third low-pass filter is input to the filter.
上記ローパスフィルタは時間連続型ローパスフィルタであることを特徴とする請求項1、3、および5のいずれかに記載のスイッチング増幅回路。   6. The switching amplifier circuit according to claim 1, wherein the low-pass filter is a time continuous low-pass filter. 上記第1のローパスフィルタは時間連続型ローパスフィルタであることを特徴とする請求項2、4、6、および7のいずれかに記載のスイッチング増幅回路。   8. The switching amplifier circuit according to claim 2, wherein the first low-pass filter is a time continuous low-pass filter. 上記第2のローパスフィルタは時間連続型ローパスフィルタであることを特徴とする請求項2、4、および6のいずれかに記載のスイッチング増幅回路。   7. The switching amplifier circuit according to claim 2, wherein the second low-pass filter is a time continuous low-pass filter. 上記第2のローパスフィルタおよび上記第3のローパスフィルタは時間連続型ローパスフィルタであることを特徴とする請求項7に記載のスイッチング増幅回路。   8. The switching amplifier circuit according to claim 7, wherein the second low-pass filter and the third low-pass filter are time-continuous low-pass filters. 上記フィルタは、上記積分器として、1または複数の時間連続型積分器と1または複数の離散時間型積分器とを用いることを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載のスイッチング増幅回路。   8. The switching amplifier circuit according to claim 1, wherein the filter uses one or more time-continuous integrators and one or more discrete-time integrators as the integrator. . 上記スイッチング増幅回路の上記入力信号は、多ビットデジタル信号をオーバサンプリングされた低ビットデジタル信号に変換する同期型デルタシグマ変調器と、上記低ビットデジタル信号をアナログ信号へ変換する手段とを備えたデジタルアナログ変換器からの出力信号であることを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載のスイッチング増幅回路。   The input signal of the switching amplifier circuit includes a synchronous delta-sigma modulator that converts a multi-bit digital signal into an oversampled low-bit digital signal, and means for converting the low-bit digital signal into an analog signal. 8. The switching amplifier circuit according to claim 1, wherein the switching amplifier circuit is an output signal from a digital-analog converter. 上記ローパスフィルタはカットオフ周波数に関わる可変抵抗を含み、
上記可変抵抗の抵抗値が制御されることを特徴とする請求項1、3、および5のいずれかに記載のスイッチング増幅回路。
The low-pass filter includes a variable resistor related to the cutoff frequency,
6. The switching amplifier circuit according to claim 1, wherein a resistance value of the variable resistor is controlled.
上記第1のローパスフィルタはカットオフ周波数に関わる可変抵抗を含み、
上記可変抵抗の抵抗値が制御されることを特徴とする請求項2、4、6、および7のいずれかに記載のスイッチング増幅回路。
The first low-pass filter includes a variable resistor related to a cutoff frequency,
8. The switching amplifier circuit according to claim 2, wherein a resistance value of the variable resistor is controlled.
上記第2のローパスフィルタは、1または複数のインダクタと1または複数のキャパシタとを用いて構成されており、上記第2のローパスフィルタの出力端子から負荷を駆動することを特徴とする請求項2または4に記載のスイッチング増幅回路。   3. The second low-pass filter is configured using one or a plurality of inductors and one or a plurality of capacitors, and drives a load from an output terminal of the second low-pass filter. Or the switching amplifier circuit of 4. 上記第3のローパスフィルタは、1または複数のインダクタと1または複数のキャパシタとを用いて構成されており、上記第3のローパスフィルタの出力端子から負荷を駆動することを特徴とする請求項7に記載のスイッチング増幅回路。   8. The third low-pass filter is configured by using one or a plurality of inductors and one or a plurality of capacitors, and drives a load from an output terminal of the third low-pass filter. The switching amplifier circuit according to 1. ローパスフィルタ、非同期型のコンパレータ、および、スイッチング増幅のドライバを備えたスイッチング増幅回路であって、
上記ローパスフィルタの出力端子は上記コンパレータの入力端子に接続され、上記コンパレータの出力端子は上記ドライバの入力端子に接続され、上記スイッチング増幅回路の入力信号と上記ドライバの出力信号との差が上記ローパスフィルタに入力されることを特徴とするスイッチング増幅回路。
A switching amplifier circuit comprising a low-pass filter, an asynchronous comparator, and a driver for switching amplification,
The output terminal of the low-pass filter is connected to the input terminal of the comparator, the output terminal of the comparator is connected to the input terminal of the driver, and the difference between the input signal of the switching amplifier circuit and the output signal of the driver is the low-pass filter. A switching amplifier circuit which is input to a filter.
上記ローパスフィルタは3次以上の時間連続型ローパスフィルタであることを特徴とする請求項18に記載のスイッチング増幅回路。   19. The switching amplifier circuit according to claim 18, wherein the low-pass filter is a third-order or higher time continuous low-pass filter.
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