JP2006313958A - Pwm signal generator, pwm signal generating apparatus, and digital amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、デジタル信号を入力とするパルス幅変調によるスイッチングアンプに関するものである。 The present invention relates to a switching amplifier based on pulse width modulation using a digital signal as an input.
スピーカなどを駆動するオーディオアンプにおいては、その電力効率の良さなどから、スイッチングアンプ(D級増幅器)を用いたデジタルアンプが用いられるようになってきた。このデジタルアンプは、アナログ信号を入力するタイプのものと、デジタル信号を入力とするタイプであるフルデジタルアンプとがある。フルデジタルアンプにおいては、アナログ信号を経由せずに出力信号を発生させることができるため、オーディオシステムの低コスト化が望めることや、高いエネルギー効率を持ちながら高性能化を図ることができるなどの利点を有している。 In an audio amplifier that drives a speaker or the like, a digital amplifier using a switching amplifier (class D amplifier) has come to be used because of its power efficiency. This digital amplifier includes a type that inputs an analog signal and a full digital amplifier that is a type that receives a digital signal. In full digital amplifiers, output signals can be generated without going through analog signals, making it possible to reduce the cost of audio systems and to achieve high performance while maintaining high energy efficiency. Has advantages.
一般的なフルデジタルアンプの動作について説明する。フルデジタルアンプの構成の一例を図2に示す。音源信号r[i]はパルス符号変調(PCM)信号である。たとえばCDから音源信号を得ている場合、音源信号r[i]のサンプリング周波数は44.1kHzである。音源信号r[i]はオーバーサンプラ4に入力され、サンプリング周波数が音源信号r[i]のサンプリング周波数の16倍である705.6kHzのPCM信号u[k]に変換される。PCM信号u[k]は同じサンプリング周期で量子化が粗いPCM信号y[k]に変換される。PCM信号y[k]の分解能は再量子化器1によって決まり、パルス幅変調器2の分解能と同じである。PCM信号y[k]はパルス幅変調器2によりPWM信号w(t)に変換される。ノイズシェーピングフィルタ3は再量子化器1によって発生した量子化ノイズやパルス幅変調器2により発生する信号歪をフィードバック補償し、PWM信号w(t)の可聴域成分がPCM信号u[k]の可聴域成分に対応するようにする。したがって、PWM信号w(t)の可聴域成分は音源信号r[i]に対応したものとなる。PWM信号w(t)はスイッチング増幅器5に供給されて電力信号に変換され、LCにより構成されるローパスフィルタ6を通した後、負荷であるスピーカに供給される。 The operation of a general full digital amplifier will be described. An example of the configuration of the full digital amplifier is shown in FIG. The sound source signal r [i] is a pulse code modulation (PCM) signal. For example, when a sound source signal is obtained from a CD, the sampling frequency of the sound source signal r [i] is 44.1 kHz. The sound source signal r [i] is input to the oversampler 4 and converted into a PCM signal u [k] of 705.6 kHz whose sampling frequency is 16 times the sampling frequency of the sound source signal r [i]. The PCM signal u [k] is converted into a coarsely quantized PCM signal y [k] at the same sampling period. The resolution of the PCM signal y [k] is determined by the requantizer 1 and is the same as the resolution of the pulse width modulator 2. The PCM signal y [k] is converted into a PWM signal w (t) by the pulse width modulator 2. The noise shaping filter 3 compensates for the quantization noise generated by the requantizer 1 and the signal distortion generated by the pulse width modulator 2, and the audible range component of the PWM signal w (t) is the PCM signal u [k]. Try to deal with audible range components. Therefore, the audible range component of the PWM signal w (t) corresponds to the sound source signal r [i]. The PWM signal w (t) is supplied to the switching amplifier 5 and converted into a power signal. The PWM signal w (t) is supplied to a speaker as a load after passing through a low-pass filter 6 composed of LC.
しかし、フルデジタルアンプにおいては、デジタル回路によって生成されるパルス幅変調(PWM)信号によってスイッチングアンプを駆動するため、PWMにおけるキャリア周波数が一定である場合には、キャリア周波数の整数倍の周波数において強いピークの電磁ノイズを放射してしまう危険性を持っていた。 However, in a full digital amplifier, the switching amplifier is driven by a pulse width modulation (PWM) signal generated by a digital circuit. Therefore, when the carrier frequency in PWM is constant, it is strong at a frequency that is an integral multiple of the carrier frequency. There was a risk of radiating peak electromagnetic noise.
従来の技術におけるフルデジタルアンプによって生成したPWM信号のスペクトルの一例を図24および図25に示す。PWM信号生成には特許文献3に記載の方法を用いた。入力信号はサンプリング周波数44.1kHzのパルス符号変調(PCM)信号であり、周波数2.7563kHzで変調率82%の正弦波である。パルス幅変調は31レベルの対称型PWMを用いており、そのキャリア周波数は705.6kHzである。図24より可聴域における量子化ノイズはよく抑制できていることがわかるが、図25より、キャリア周波数の整数倍ごとにスペクトルの大きなピークが発生していることがわかる。この信号が電磁輻射などの方法で漏洩すると、たとえばAMラジオなどに対して電波妨害を与えてしまう。 An example of a spectrum of a PWM signal generated by a full digital amplifier in the prior art is shown in FIGS. The method described in Patent Document 3 was used for PWM signal generation. The input signal is a pulse code modulation (PCM) signal with a sampling frequency of 44.1 kHz, and is a sine wave with a frequency of 2.7563 kHz and a modulation rate of 82%. The pulse width modulation uses a 31-level symmetrical PWM, and its carrier frequency is 705.6 kHz. From FIG. 24, it can be seen that quantization noise in the audible range is well suppressed, but from FIG. 25, it can be seen that a large spectrum peak occurs at every integral multiple of the carrier frequency. If this signal is leaked by a method such as electromagnetic radiation, for example, radio interference is given to an AM radio or the like.
このような、内部動作信号やその高調波の周波数の電磁ノイズによる影響を緩和する方法として、クロック周波数を動的に変動させて電磁ノイズのスペクトルを拡散する方法は知られている。しかし、フルデジタルアンプにおいてこのスペクトルを拡散する方法を適用するにはパルス幅変調器2におけるPWMのキャリア周波数を動的に変化させる必要があり、このことはデジタルフィルタであるノイズシェーピングフィルタ3のサンプリング周期を動的に変化させる必要が生じる。ところが、サンプリング周波数を動的に変化させても所望の特性を維持するノイズシェーピングフィルタが提案されていなかったため、フルデジタルアンプにおいてはスペクトル拡散技術を用いることができなかった。
パルス幅変調のキャリア周波数を動的に変動させながら所望の性能を維持するフルデジタルアンプを実現し、フルデジタルアンプが発生するPWM信号に対してスペクトル拡散を行うことである。 It is to realize a full digital amplifier that maintains desired performance while dynamically changing the carrier frequency of pulse width modulation, and to perform spread spectrum on the PWM signal generated by the full digital amplifier.
サンプリング周期が変動しても所望の特性を維持するノイズシェーピングフィルタを実現する手段としては、ノイズシェーピングフィルタ内部での演算における係数をサンプリング周期に応じて変化させる方法を用いる。ただし、ただ単に係数を変化させるだけではなく、ノイズシェーピングフィルタの構造にも配慮する必要がある。また、入力信号のサンプリング周期と出力信号のサンプリング周期の関係などにより、ノイズシェーピングフィルタの設計方法が異なる部分もあるので、ケースごとに説明する。 As a means for realizing a noise shaping filter that maintains desired characteristics even when the sampling period varies, a method of changing a coefficient in calculation inside the noise shaping filter in accordance with the sampling period is used. However, it is necessary not only to change the coefficient but also to consider the structure of the noise shaping filter. Further, since there are some differences in the design method of the noise shaping filter depending on the relationship between the sampling period of the input signal and the sampling period of the output signal, description will be made for each case.
まず、PCM信号u[k]とPCM信号y[k]のサンプリング周期が同じであり、そのサンプリング周期が変動する場合について説明する。そのときのフルデジタルアンプの構成は図2と同じである。 First, a case where the sampling periods of the PCM signal u [k] and the PCM signal y [k] are the same and the sampling period varies will be described. The configuration of the full digital amplifier at that time is the same as in FIG.
最初に、ノイズシェーピングフィルタの目標とする周波数特性を決めるのに、連続時間系のフィルタを設計し、次のように状態変数表現する。 First, in order to determine the target frequency characteristic of the noise shaping filter, a continuous-time filter is designed and expressed as a state variable as follows.
ただし、u*(t)はPCM信号u[k]に対応する連続時間信号、w(t)はパルス幅変調器により生成されるPWM信号、v*(t)はノイズシェーピングフィルタが生成する補正信号v[k]に対応する連続時間信号、x*(t)は状態変数である。この連続時間フィルタに対して零次ホールドを用いてサンプリング周期τkで離散時間化する。ただし、サンプリング周期τkは動的に変化するものであるので、サンプリングとサンプリングの間においては、入力信号u*(t)はサンプリング点間の中間の時刻の値で代表させる。この様子を図3に示す。しかし補正信号v[k]はサンプリング時刻の値をサンプルする。すなわち、
(数2)
u[k]=u*((tk+tk+1)/2)
(数3)
v[k]=v*(tk)
であり、tkはk番目のサンプリング時刻である。すると次のデジタルフィルタを得る。
Where u * (t) is a continuous time signal corresponding to the PCM signal u [k], w (t) is a PWM signal generated by a pulse width modulator, and v * (t) is a correction generated by a noise shaping filter. A continuous-time signal corresponding to the signal v [k], x * (t) is a state variable. The continuous time filter is made discrete time with a sampling period τ k using zero-order hold. However, since the sampling period τ k changes dynamically, the input signal u * (t) is represented by an intermediate time value between sampling points during sampling. This is shown in FIG. However, the correction signal v [k] samples the value at the sampling time. That is,
(Equation 2)
u [k] = u * ((t k + t k + 1 ) / 2)
(Equation 3)
v [k] = v * (t k )
And t k is the k-th sampling time. Then, the following digital filter is obtained.
このとき、デジタルフィルタの状態変数x[k]は、連続時間のフィルタの状態変数x*(t)をサンプルしたものに対応している。すなわち、x[k]=x(tk), tk+1- tk=τkとなっている。したがって、サンプリング周期τkがサンプリング毎に異なっても、離散時間フィルタの安定性が保証されることは勿論、入出力の伝達特性も連続時間フィルタの伝達特性に近いものとなる。 At this time, the state variable x [k] of the digital filter corresponds to a sample of the state variable x * (t) of the continuous time filter. That is, x [k] = x (t k ), t k + 1 −t k = τ k . Therefore, even if the sampling period τ k is different for each sampling, the stability of the discrete time filter is guaranteed, and the input / output transfer characteristics are close to the transfer characteristics of the continuous time filter.
ここで、次数がnのフィルタを設計する場合について考えてみる。このとき、数4におけるA(τk)はn×nの行列となるので、デジタルフィルタの係数の数が多くなるとともに、デジタルフィルタ演算の計算量も多くなってしまう。そこで、数1の連続時間フィルタを設計する際に、行列A*をブロック対角化することにより、数4における行列A(τk)もブロック対角化されるので、デジタルフィルタの非ゼロの係数の数を減らすこともできるし、デジタルフィルタ演算の計算量も減らすことができる。さらに、行列A*のブロック対角化とともに、数1の連続時間フィルタの出力ベクトルcに対して、その要素のそれぞれが1または0のどちらかになるようにすることにより、デジタルフィルタ演算の計算量をさらに減らすことができる。出力ベクトルは数5に示されるように数2による離散時間化によって変化しないからである。 Now consider the case of designing a filter of order n. At this time, since A (τ k ) in Equation 4 is an n × n matrix, the number of coefficients of the digital filter increases and the amount of calculation of the digital filter operation also increases. Therefore, when designing the continuous-time filter of Formula 1, the matrix A (τ k ) in Formula 4 is also block-diagonalized by block diagonalization of the matrix A * . The number of coefficients can be reduced, and the calculation amount of the digital filter operation can also be reduced. Furthermore, along with the block diagonalization of the matrix A * , the digital filter operation calculation is performed by making each element either 1 or 0 for the output vector c of the continuous-time filter of Equation 1. The amount can be further reduced. This is because the output vector does not change due to the discrete time conversion according to Equation 2, as shown in Equation 5.
上記の離散時間フィルタは、入力信号に関して零次ホールドを仮定してサンプル点間における値を一定としていたので、サンプリング周期の変動により、この仮定が信号の歪を発生させてしまう。この信号歪に対処する方法として、サンプル点間における入力信号の値を補間する方法が考えられる。その補間の方法としてはいくつもの方法が考えられる。 The above discrete-time filter assumes a zero-order hold for the input signal and keeps the value between sampling points constant, so this assumption causes signal distortion due to fluctuations in the sampling period. As a method of dealing with this signal distortion, a method of interpolating the value of the input signal between sample points can be considered. There are a number of possible interpolation methods.
まず、入力信号としてサンプル点間の信号波形を直線で結んで近似した場合を考える。この様子を図4に示す。一次近似を行うことにより、零次ホールドを用いる場合に比べて、サンプリング周期の変動による信号歪が小さくなることが期待できる。サンプル点間の応答を直線で結んで近似するホールド要素は三角ホールドと呼ばれる。その三角ホールドを用いて連続時間信号u*(t)を補間し数1で表される連続時間フィルタを離散時間化すると次のようになる。ただし、補正信号v[k]はサンプル時刻における連続時間信号v*(t)の値を代表させるものとする。 First, consider a case where a signal waveform between sample points is approximated by a straight line as an input signal. This is shown in FIG. By performing the first-order approximation, it can be expected that the signal distortion due to the fluctuation of the sampling period is reduced as compared with the case where the zero-order hold is used. A hold element that approximates the response between sample points by connecting them with a straight line is called a triangular hold. Using the triangular hold, the continuous time signal u * (t) is interpolated to convert the continuous time filter represented by Equation 1 into discrete time as follows. However, the correction signal v [k] represents the value of the continuous time signal v * (t) at the sample time.
このデジタルフィルタは厳密にプロパーなものではなく、入力から出力への直達項を含むものになっている。 This digital filter is not strictly proper and includes a direct term from input to output.
次に、入力信号としてサンプル点間の信号波形を2次曲線で近似した場合を考える。この様子を図5に示す。2次近似を行うことにより、1次近似を用いる場合に比べて、サンプリング周期の変動による信号歪が小さくなることが期待できる。ここでは、tk≦t≦tk+2におけるu*(t)の値をu(tk)およびu(tk+1)およびu(tk+2)の値を用いて2次近似する。ただしkの値は奇数とする。すると、2次近似されたu*(t)は次のようになる。 Next, consider a case where a signal waveform between sample points is approximated by a quadratic curve as an input signal. This is shown in FIG. By performing the second-order approximation, it can be expected that the signal distortion due to the fluctuation of the sampling period is smaller than in the case of using the first-order approximation. Here, the value of u * (t) in t k ≦ t ≦ t k + 2 is second-order approximated using the values of u (t k ), u (t k + 1 ), and u (t k + 2 ) To do. However, the value of k is an odd number. Then, the second-order approximation u * (t) is as follows.
この補間された時間関数を用いて数1で表される連続時間フィルタを離散時間化する。ただし、補正信号v[k]はサンプル時刻における連続時間信号v*(t)の値を代表させるものとする。また、kの値は奇数とする。 Using this interpolated time function, the continuous time filter expressed by Equation 1 is converted into discrete time. However, the correction signal v [k] represents the value of the continuous time signal v * (t) at the sample time. The value of k is an odd number.
連続時間信号u*(t)を連続する3点のサンプリング時刻におけるPCM信号u[k]の値を用いて補間近似したので、このようにフィルタ演算は奇数番目のサンプル時刻におけるものと奇数番目のサンプル時刻におけるものとでは異なる。また、このデジタルフィルタに関しては因果律が成り立たないので、入力信号を1サンプル先読みできる場合か出力信号を1サンプル遅らせることができる場合にのみ用いることができる。 Since the continuous time signal u * (t) is approximated by interpolation using the values of the PCM signal u [k] at three consecutive sampling times, the filter operation is performed at odd sample times and odd number samples. It differs from that at the sample time. Further, since causality does not hold for this digital filter, it can be used only when the input signal can be prefetched one sample or when the output signal can be delayed by one sample.
さらに他の方法として、連続時間信号u*(t)を2次補間するのであるが、フィルタ演算のサンプリング時刻およびその間の1点の入力信号の値を用いて、各サンプル点間において2次補間をする場合について考える。この様子を図6に示す。前述の方法に対して入力信号のサンプル間隔が狭くなるため、サンプリング周期の変動に対する信号歪が小さくなることが期待できる。 As another method, the continuous-time signal u * (t) is subjected to quadratic interpolation. However, quadratic interpolation is performed between sampling points using the sampling time of the filter operation and the value of one input signal therebetween. Think about the case. This is shown in FIG. Since the sampling interval of the input signal is narrower than the above-described method, it can be expected that the signal distortion with respect to the fluctuation of the sampling period is reduced.
いま、PCM信号u[k]はループシェーピングフィルタのサンプリング時刻におけるu*(t)の値であるものとし、サンプル点間における入力信号を新たにサンプリング点間ごとに1点ずつサンプルして入力するものとする。サンプル点間におけるどの時刻においてサンプルするかは任意であるが、ここではサンプルの中間点の時刻においてサンプルするものとし、その信号をuc[k]とする。すると、tk≦t≦tk+1におけるu*(t)の値をu[k]およびu[k+1]およびuc[k]の値を用いて次のように2次近似できる。 Now, it is assumed that the PCM signal u [k] is the value of u * (t) at the sampling time of the loop shaping filter, and the input signal between the sampling points is newly sampled and input at every sampling point. Shall. The sampling time between the sampling points is arbitrary, but here, sampling is performed at the time of the middle point of the sampling, and the signal is u c [k]. Then, the value of u * (t) in t k ≦ t ≦ t k + 1 can be second-order approximated using the values of u [k], u [k + 1] and u c [k] as follows: .
この補間された時間関数を用いて数1で表される連続時間フィルタを離散時間化する。ただし、補正信号v[k]はサンプル時刻における連続時間信号v*(t)の値を代表させるものとする。 Using this interpolated time function, the continuous time filter expressed by Equation 1 is converted into discrete time. However, the correction signal v [k] represents the value of the continuous time signal v * (t) at the sample time.
このデジタルフィルタは厳密にプロパーなものではなく、入力から出力への直達項を含むものになっている。 This digital filter is not strictly proper and includes a direct term from input to output.
次に、PCM信号u[h]のサンプリング周期が一定で、PCM信号y[k]のサンプリング周期が変動する場合を考える。ノイズシェーピングフィルタはPCM信号y[k]のサンプリングと同期して動作させる。このときのフルデジタルアンプの構成を図7に示す。PCM信号u[h]のサンプリング周期を一定とすることにより、ノイズシェーピングフィルタのサンプリング周期が動的に変動することによる信号歪を小さく抑えることができる。この場合においても、ノイズシェーピングフィルタの動特性の目標は数1で表される連続時間フィルタで与えられるものとする。 Next, consider a case where the sampling period of the PCM signal u [h] is constant and the sampling period of the PCM signal y [k] varies. The noise shaping filter is operated in synchronization with the sampling of the PCM signal y [k]. The configuration of the full digital amplifier at this time is shown in FIG. By making the sampling period of the PCM signal u [h] constant, signal distortion due to dynamic fluctuation of the sampling period of the noise shaping filter can be suppressed. Even in this case, it is assumed that the target of the dynamic characteristic of the noise shaping filter is given by the continuous-time filter expressed by Equation 1.
PCM信号u[h]のサンプリングはPCM信号y[k]のそれぞれのサンプル点間に多くても1回しか発生しないものとする。PCM信号u[h]に対しては零次ホールドを適用する。その様子を図8に示す。出力信号v[k]に関してはサンプル時刻における信号の値を代表させる場合を考える。このようなデジタルフィルタは次のようになる。入力u[h]がサンプルされる時刻をtu h、出力y[k]がサンプルされる時刻をtkとする。
(数17)
tu h≦tk<tk+1< tu h+1
のとき、すなわち、出力のサンプル点間において入力信号がサンプルされなかったとき、次のようになる。
It is assumed that the sampling of the PCM signal u [h] occurs at most once between each sample point of the PCM signal y [k]. Zero-order hold is applied to the PCM signal u [h]. This is shown in FIG. For the output signal v [k], consider the case where the value of the signal at the sample time is represented. Such a digital filter is as follows. Let t u h be the time when the input u [h] is sampled, and t k be the time when the output y [k] is sampled.
(Equation 17)
t u h ≤ t k <t k + 1 <t u h + 1
In other words, when the input signal is not sampled between the output sampling points, the following occurs.
また、
(数20)
tu h≦tk<tu h+1≦tk+1<tu h+2
のとき、すなわち、出力のサンプル点間において入力信号が1回サンプルされたとき、次のようになる。
Also,
(Equation 20)
t u h ≦ t k <t u h + 1 ≦ t k + 1 <t u h + 2
In other words, when the input signal is sampled once between output sample points, the following occurs.
上述の方法はPCM信号u[h]に零次ホールドを適用していたが、三角ホールドを用いる場合や他の補間手法を用いた場合においても同様にノイズシェーピングフィルタを設計することができる。 In the above-described method, the zero-order hold is applied to the PCM signal u [h]. However, a noise shaping filter can be similarly designed even when a triangular hold is used or when another interpolation method is used.
次に、PCM信号u[h]のサンプリング周期に合わせてノイズシェーピングフィルタの演算を行う場合を考える。PCM信号v[k]のサンプリング周期は動的に変化するので、PCM信号v[k]の出力はノイズシェーピングフィルタの演算周期とは必ずしも同期しない。PCM信号u[h]に対しては零次ホールドを用い数1により表される連続時間フィルタを離散時間化する。この場合、PWM信号w(t)をそのまま用いるとノイズシェーピングフィルタの演算に必要なテーブルが大きくなってしまうので、PWM信号w(t)はPCM信号y[k]で近似する。 Next, consider a case where a noise shaping filter is calculated in accordance with the sampling period of the PCM signal u [h]. Since the sampling period of the PCM signal v [k] dynamically changes, the output of the PCM signal v [k] does not necessarily synchronize with the calculation period of the noise shaping filter. For the PCM signal u [h], a zero-order hold is used to convert the continuous time filter expressed by Equation 1 into discrete time. In this case, if the PWM signal w (t) is used as it is, the table necessary for the calculation of the noise shaping filter becomes large, so the PWM signal w (t) is approximated by the PCM signal y [k].
ここで、求めるノイズシェーピングフィルタは、次のようになる。τu=tu h+1-tu hとすると、求めるノイズシェーピングフィルタは、次のようになる。
(数23)
tk-1≦tu h≦tk<tu h+1≦tk+1
である場合、
Here, the desired noise shaping filter is as follows. When τ u = t u h + 1 -t u h , the noise shaping filter to be obtained is as follows.
(Equation 23)
t k-1 ≦ t u h ≦ t k <t u h + 1 ≦ t k + 1
If it is,
(数25)
tk-1≦tu h≦tk<tk+1<tu h+1 tk+2
である場合、
(Equation 25)
t k-1 ≦ t u h ≦ t k <t k + 1 <t u h + 1 t k + 2
If it is,
となる。上述の方法は入力に零次ホールドを用いることを仮定していたが、ホールドを用いない場合や、三角ホールドを用いる場合においても同様にデジタルフィルタを設計することができる。 It becomes. Although the above method assumes that zero-order hold is used for input, a digital filter can be similarly designed even when no hold is used or when a triangular hold is used.
本発明のPWM信号発生装置を用いることにより、信号歪をあまり発生させずにPWMの搬送波周波数を動的に変化させることができ、その結果、フルデジタルアンプから発生する電磁ノイズにおいて、特定の周波数において強いピークを持つといった従来の問題点を克服することができる。 By using the PWM signal generator of the present invention, it is possible to dynamically change the PWM carrier frequency without causing much signal distortion. As a result, the electromagnetic noise generated from the full digital amplifier has a specific frequency. The conventional problem of having a strong peak in can be overcome.
本発明を実施するための最良の形態を実施例を通して示す。 The best mode for carrying out the present invention will be described through examples.
本発明第1の実施例は、キャリア周期が動的に変動するPWM信号を用いたフルデジタルのオーディオアンプである。その構成は図1および図2に示す通りである。音源信号r[i]はサンプリング周波数44.1kHzのPCM信号であり、オーバーサンプラ4に入力される。オーバーサンプラ4はサンプリング間隔τkのPCM信号u[k]に変換されるが、サンプリング間隔τkは一定ではなく、音源信号r[i]のサンプリング間隔の1/16倍(約1.472μs)または15/64倍(約1.329μs)のどちらかの値をとり、そのどちらかの値をとるかはほぼ同じ割合で擬似乱数により決められる。ノイズシェーピングフィルタ3においては、0次補間を用いた数4および数5に示されるフィルタ演算がなされ、再量子化器1の出力信号であるPCM信号y[k]における量子化ノイズの周波数シェーピングがなされ、可聴域成分を抑制する。再量子化器1の量子化ステップ数は、サンプリング間隔τkが音源信号r[i]のサンプリング間隔の1/16倍のときは31ステップ、15/64倍のときは29ステップである。パルス幅変調器2においては、PCM信号y[k]に従ったPWM信号を生成する。その際のキャリア信号の周期はサンプリング間隔τkと同じであり、動的に変化する。生成されたPWM信号によりスイッチング増幅器5が駆動され、スイッチング増幅器5はローパスフィルタ6を通して負荷であるスピーカを駆動する。 The first embodiment of the present invention is a full digital audio amplifier using a PWM signal whose carrier period dynamically varies. The configuration is as shown in FIG. 1 and FIG. The sound source signal r [i] is a PCM signal with a sampling frequency of 44.1 kHz, and is input to the oversampler 4. Although the over-sampler 4 is converted to the PCM signal u [k] of the sampling interval tau k, rather than the sampling interval tau k constant, 1/16 of the sampling interval of the sound source signal r [i] (approximately 1.472Myuesu) or One of 15/64 times (about 1.329μs) is taken, and which one is taken is determined by pseudo random numbers at almost the same rate. In the noise shaping filter 3, the filter operations shown in Equations 4 and 5 using 0th-order interpolation are performed, and the frequency shaping of the quantization noise in the PCM signal y [k] that is the output signal of the requantizer 1 is performed. Made and suppresses audible range components. The number of quantization steps of the requantizer 1 is 31 steps when the sampling interval τ k is 1/16 times the sampling interval of the sound source signal r [i], and 29 steps when it is 15/64 times. The pulse width modulator 2 generates a PWM signal according to the PCM signal y [k]. The carrier signal period at this time is the same as the sampling interval τ k and dynamically changes. The switching amplifier 5 is driven by the generated PWM signal, and the switching amplifier 5 drives a speaker as a load through the low-pass filter 6.
このフルデジタルのオーディオアンプにおけるPWM信号w(t)のスペクトルをいくつか示す。図9は、可聴域付近におけるPWM信号w(t)のスペクトルの例であり、音源信号は周波数2.7563kHzで変調率80%の正弦波である。第2高調波がわずかに認められるものの、可聴域における量子化ノイズが抑制されていることが見て取れる。ただし、ノイズシェーピングフィルタにおける信号u[k]の補間誤差の影響で、u[k]のサンプリング周期が一定の場合に比べて可聴域のノイズフロアが少し上昇している。図10は、PWM信号w(t)の広域スペクトルを示したものである。PWM信号のキャリア周波数が動的に変動することによりスペクトルが拡散していることがわかる。スペクトルの総量はあまり変化ないが、特定周波数におけるスペクトルの集中を避けることができるので、電磁ノイズ対策となる。 Several spectra of the PWM signal w (t) in this fully digital audio amplifier are shown. FIG. 9 is an example of the spectrum of the PWM signal w (t) in the vicinity of the audible range, and the sound source signal is a sine wave having a frequency of 2.7563 kHz and a modulation rate of 80%. Although the second harmonic is slightly observed, it can be seen that the quantization noise in the audible range is suppressed. However, the noise floor in the audible range is slightly increased due to the influence of the interpolation error of the signal u [k] in the noise shaping filter as compared with the case where the sampling period of u [k] is constant. FIG. 10 shows a wide spectrum of the PWM signal w (t). It can be seen that the spectrum is spread by dynamically changing the carrier frequency of the PWM signal. Although the total amount of spectrum does not change much, it is possible to avoid the concentration of spectrum at a specific frequency, so that electromagnetic noise countermeasures are provided.
図11は、音源信号が周波数16.5378kHzで変調率80%の正弦波である場合の可聴域付近におけるPWM信号w(t)のスペクトルである。音源信号の周波数が高くなってしまったことにより、可聴域におけるフロアノイズが大きくなってしまっている。これはノイズシェーピングフィルタにおける信号u[k]の補間誤差の影響によるものである。 FIG. 11 is a spectrum of the PWM signal w (t) in the vicinity of the audible range when the sound source signal is a sine wave having a frequency of 16.5378 kHz and a modulation rate of 80%. Since the frequency of the sound source signal has increased, the floor noise in the audible range has increased. This is due to the influence of the interpolation error of the signal u [k] in the noise shaping filter.
本発明第1の実施例の利点の一つは、ノイズシェーピングフィルタの演算に0次補間の考え方を用いているので、演算の量を抑えることができることである。 One of the advantages of the first embodiment of the present invention is that the amount of calculation can be suppressed because the concept of zero-order interpolation is used for the calculation of the noise shaping filter.
本発明第2の実施例は、キャリア周期が動的に変動するPWM信号を用いたフルデジタルのオーディオアンプである。その構成は図2に示す通りである。音源信号r[i]はサンプリング周波数44.1kHzのPCM信号であり、オーバーサンプラ4に入力される。オーバーサンプラ4はサンプリング間隔τkのPCM信号u[k]に変換されるが、サンプリング間隔τkは一定ではなく、音源信号r[i]のサンプリング間隔の1/16倍(約1.472μs)または15/64倍(約1.329μs)のどちらかの値をとり、そのどちらかの値をとるかはほぼ同じ割合で擬似乱数により決められる。ノイズシェーピングフィルタ3においては、1次補間を用いた数6および数7に示されるフィルタ演算がなされ、再量子化器1の出力信号であるPCM信号y[k]における量子化ノイズの周波数シェーピングがなされ、可聴域成分を抑制する。再量子化器1の量子化ステップ数は、サンプリング間隔τkが音源信号r[i]のサンプリング間隔の1/16倍のときは31ステップ、15/64倍のときは29ステップである。パルス幅変調器2においては、PCM信号y[k]に従ったPWM信号を生成する。その際のキャリア信号の周期はサンプリング間隔τkと同じであり、動的に変化する。生成されたPWM信号によりスイッチング増幅器5が駆動され、スイッチング増幅器5はローパスフィルタ6を通して負荷であるスピーカを駆動する。 The second embodiment of the present invention is a full digital audio amplifier using a PWM signal whose carrier period dynamically changes. The configuration is as shown in FIG. The sound source signal r [i] is a PCM signal with a sampling frequency of 44.1 kHz, and is input to the oversampler 4. Although the over-sampler 4 is converted to the PCM signal u [k] of the sampling interval tau k, rather than the sampling interval tau k constant, 1/16 of the sampling interval of the sound source signal r [i] (approximately 1.472Myuesu) or One of 15/64 times (about 1.329μs) is taken, and which one is taken is determined by pseudo random numbers at almost the same rate. In the noise shaping filter 3, filter operations shown in Equations 6 and 7 using primary interpolation are performed, and frequency shaping of quantization noise in the PCM signal y [k] that is an output signal of the requantizer 1 is performed. Made and suppresses audible range components. The number of quantization steps of the requantizer 1 is 31 steps when the sampling interval τ k is 1/16 times the sampling interval of the sound source signal r [i], and 29 steps when it is 15/64 times. The pulse width modulator 2 generates a PWM signal according to the PCM signal y [k]. The carrier signal period at this time is the same as the sampling interval τ k and dynamically changes. The switching amplifier 5 is driven by the generated PWM signal, and the switching amplifier 5 drives a speaker as a load through the low-pass filter 6.
このフルデジタルのオーディオアンプにおけるPWM信号w(t)のスペクトルをいくつか示す。図12は、可聴域付近におけるPWM信号w(t)のスペクトルの例であり、音源信号は周波数2.7563kHzで変調率80%の正弦波である。第2高調波がわずかに認められるものの、可聴域における量子化ノイズが抑制されていることが見て取れる。ノイズシェーピングフィルタにおける信号u[k]の補間誤差の影響で、u[k]のサンプリング周期が一定の場合に比べて可聴域のノイズフロアが少し上昇しているが、1次補間を用いることにより0次補間を行った場合である図9に比べてその上昇が抑えられている。図13は、PWM信号w(t)の広域スペクトルを示したものである。PWM信号のキャリア周波数が動的に変動することによりスペクトルが拡散していることがわかる。スペクトルの総量はあまり変化ないが、特定周波数におけるスペクトルの集中を避けることができるので、電磁ノイズ対策となる。 Several spectra of the PWM signal w (t) in this fully digital audio amplifier are shown. FIG. 12 is an example of the spectrum of the PWM signal w (t) in the vicinity of the audible range, and the sound source signal is a sine wave having a frequency of 2.7563 kHz and a modulation rate of 80%. Although the second harmonic is slightly observed, it can be seen that the quantization noise in the audible range is suppressed. The noise floor in the audible range is slightly higher than the case where the sampling period of u [k] is constant due to the influence of the interpolation error of the signal u [k] in the noise shaping filter. The increase is suppressed as compared with FIG. 9 where the 0th-order interpolation is performed. FIG. 13 shows a wide spectrum of the PWM signal w (t). It can be seen that the spectrum is spread by dynamically changing the carrier frequency of the PWM signal. Although the total amount of spectrum does not change much, it is possible to avoid the concentration of spectrum at a specific frequency, so that electromagnetic noise countermeasures are provided.
図14は、音源信号が周波数16.5378kHzで変調率80%の正弦波である場合の可聴域付近におけるPWM信号w(t)のスペクトルである。音源信号の周波数が高くなってしまったことにより、可聴域におけるフロアノイズが大きくなってしまっている。これはノイズシェーピングフィルタにおける信号u[k]の補間誤差の影響によるものである。0次補間を行ったときとほぼ同じ大きさのフロアノイズを生じてしまっている。 FIG. 14 shows a spectrum of the PWM signal w (t) in the vicinity of the audible range when the sound source signal is a sine wave having a frequency of 16.5378 kHz and a modulation rate of 80%. Since the frequency of the sound source signal has increased, the floor noise in the audible range has increased. This is due to the influence of the interpolation error of the signal u [k] in the noise shaping filter. Floor noise of almost the same size as when the 0th-order interpolation is performed is generated.
本発明第2の実施例の利点の一つは、ノイズシェーピングフィルタの演算に1次補間の考え方を用いているので、演算の量をあまり増大させずに音源信号の周波数が低いときにおいて0次補間の場合と比べて補間誤差によるフロアノイズが小さくできることである。 One of the advantages of the second embodiment of the present invention is that the first-order interpolation concept is used for the calculation of the noise shaping filter. Therefore, when the frequency of the sound source signal is low without greatly increasing the amount of calculation, the zero-order The floor noise due to the interpolation error can be reduced as compared with the case of interpolation.
本発明第3の実施例は、キャリア周期が動的に変動するPWM信号を用いたフルデジタルのオーディオアンプである。その構成は図2に示す通りである。音源信号r[i]はサンプリング周波数44.1kHzのPCM信号であり、オーバーサンプラ4に入力される。オーバーサンプラ4はサンプリング間隔τkのPCM信号u[k]に変換されるが、サンプリング間隔τkは一定ではなく、音源信号r[i]のサンプリング間隔の1/16倍(約1.472μs)または15/64倍(約1.329μs)のどちらかの値をとり、そのどちらかの値をとるかはほぼ同じ割合で擬似乱数により決められる。ノイズシェーピングフィルタ3においては、2次補間の考えに基づく数10から数13に示されるフィルタ演算がなされ、再量子化器1の出力信号であるPCM信号y[k]における量子化ノイズの周波数シェーピングがなされ、可聴域成分を抑制する。再量子化器1の量子化ステップ数は、サンプリング間隔τkが音源信号r[i]のサンプリング間隔の1/16倍のときは31ステップ、15/64倍のときは29ステップである。パルス幅変調器2においては、PCM信号y[k]に従ったPWM信号を生成する。その際のキャリア信号の周期はサンプリング間隔τkと同じであり、動的に変化する。生成されたPWM信号によりスイッチング増幅器5が駆動され、スイッチング増幅器5はローパスフィルタ6を通して負荷であるスピーカを駆動する。 The third embodiment of the present invention is a full digital audio amplifier using a PWM signal whose carrier period dynamically changes. The configuration is as shown in FIG. The sound source signal r [i] is a PCM signal with a sampling frequency of 44.1 kHz, and is input to the oversampler 4. Although the over-sampler 4 is converted to the PCM signal u [k] of the sampling interval tau k, rather than the sampling interval tau k constant, 1/16 of the sampling interval of the sound source signal r [i] (approximately 1.472Myuesu) or One of 15/64 times (about 1.329μs) is taken, and which one is taken is determined by pseudo random numbers at almost the same rate. In the noise shaping filter 3, filter operations shown in Expressions 10 to 13 based on the concept of quadratic interpolation are performed, and frequency shaping of quantization noise in the PCM signal y [k] that is an output signal of the requantizer 1 is performed. To suppress audible range components. The number of quantization steps of the requantizer 1 is 31 steps when the sampling interval τ k is 1/16 times the sampling interval of the sound source signal r [i], and 29 steps when it is 15/64 times. The pulse width modulator 2 generates a PWM signal according to the PCM signal y [k]. The carrier signal period at this time is the same as the sampling interval τ k and dynamically changes. The switching amplifier 5 is driven by the generated PWM signal, and the switching amplifier 5 drives a speaker as a load through the low-pass filter 6.
このフルデジタルのオーディオアンプにおけるPWM信号w(t)のスペクトルをいくつか示す。図15は、可聴域付近におけるPWM信号w(t)のスペクトルの例であり、音源信号は周波数2.7563kHzで変調率80%の正弦波である。第2高調波もよく抑制できており、可聴域における量子化ノイズも抑制されていることが見て取れる。ノイズシェーピングフィルタにおける信号u[k]の補間誤差の影響も量子化誤差に隠れるほど小さくなっている。図16は、PWM信号w(t)の広域スペクトルを示したものである。PWM信号のキャリア周波数が動的に変動することによりスペクトルが拡散していることがわかる。スペクトルの総量はあまり変化ないが、特定周波数におけるスペクトルの集中を避けることができるので、電磁ノイズ対策となる。 Several spectra of the PWM signal w (t) in this fully digital audio amplifier are shown. FIG. 15 is an example of the spectrum of the PWM signal w (t) in the vicinity of the audible range, and the sound source signal is a sine wave having a frequency of 2.7563 kHz and a modulation rate of 80%. It can be seen that the second harmonic is well suppressed and the quantization noise in the audible range is also suppressed. The influence of the interpolation error of the signal u [k] in the noise shaping filter is also so small that it is hidden by the quantization error. FIG. 16 shows a wide spectrum of the PWM signal w (t). It can be seen that the spectrum is spread by dynamically changing the carrier frequency of the PWM signal. Although the total amount of spectrum does not change much, it is possible to avoid the concentration of spectrum at a specific frequency, so that electromagnetic noise countermeasures are provided.
図17は、音源信号が周波数16.5378kHzで変調率80%の正弦波である場合の可聴域付近におけるPWM信号w(t)のスペクトルである。音源信号の周波数が高くなってしまったことにより、可聴域におけるフロアノイズが大きくなってしまっている。これはノイズシェーピングフィルタにおける信号u[k]の補間誤差の影響によるものである。0次補間を行ったときとほぼ同じ大きさのフロアノイズを生じてしまっている。 FIG. 17 is a spectrum of the PWM signal w (t) in the vicinity of the audible range when the sound source signal is a sine wave having a frequency of 16.5378 kHz and a modulation rate of 80%. Since the frequency of the sound source signal has increased, the floor noise in the audible range has increased. This is due to the influence of the interpolation error of the signal u [k] in the noise shaping filter. Floor noise of almost the same size as when the 0th-order interpolation is performed is generated.
本発明第3の実施例の利点の一つは、ノイズシェーピングフィルタの演算に2次補間の考え方を用いているので、演算の量をあまり増大させずに音源信号の周波数が低いときにおいて1次補間の場合と比べて補間誤差によるフロアノイズを小さくできることである。 One of the advantages of the third embodiment of the present invention is that the second-order interpolation concept is used for the calculation of the noise shaping filter. Therefore, when the frequency of the sound source signal is low without increasing the amount of calculation much, The floor noise due to the interpolation error can be reduced as compared with the case of interpolation.
本発明第4の実施例は、キャリア周期が動的に変動するPWM信号を用いたフルデジタルのオーディオアンプである。その構成は図2に似ているが、オーバーサンプラ4がPCM信号u[k]のみではなくuc[k]も出力し、ノイズシェーピングフィルタ3の入力にuc[k]も加わる点が異なる。音源信号r[i]はサンプリング周波数44.1kHzのPCM信号であり、オーバーサンプラ4に入力される。オーバーサンプラ4はサンプリング間隔τkのPCM信号u[k]に変換されるが、サンプリング間隔τkは一定ではなく、音源信号r[i]のサンプリング間隔の1/16倍(約1.472μs)または15/64倍(約1.329μs)のどちらかの値をとり、そのどちらかの値をとるかはほぼ同じ割合で擬似乱数により決められる。ノイズシェーピングフィルタ3においては、2次補間の考えに基づく数15および数16に示されるフィルタ演算がなされ、再量子化器1の出力信号であるPCM信号y[k]における量子化ノイズの周波数シェーピングがなされ、可聴域成分を抑制する。再量子化器1の量子化ステップ数は、サンプリング間隔τkが音源信号r[i]のサンプリング間隔の1/16倍のときは31ステップ、15/64倍のときは29ステップである。パルス幅変調器2においては、PCM信号y[k]に従ったPWM信号を生成する。その際のキャリア信号の周期はサンプリング間隔τkと同じであり、動的に変化する。生成されたPWM信号によりスイッチング増幅器5が駆動され、スイッチング増幅器5はローパスフィルタ6を通して負荷であるスピーカを駆動する。 The fourth embodiment of the present invention is a full digital audio amplifier using a PWM signal whose carrier period dynamically changes. The configuration is similar to that of FIG. 2 except that the oversampler 4 outputs not only the PCM signal u [k] but also u c [k], and u c [k] is added to the input of the noise shaping filter 3. . The sound source signal r [i] is a PCM signal with a sampling frequency of 44.1 kHz, and is input to the oversampler 4. Although the over-sampler 4 is converted to the PCM signal u [k] of the sampling interval tau k, rather than the sampling interval tau k constant, 1/16 of the sampling interval of the sound source signal r [i] (approximately 1.472Myuesu) or One of 15/64 times (about 1.329μs) is taken, and which one is taken is determined by pseudo random numbers at almost the same rate. In the noise shaping filter 3, filter operations shown in Equations 15 and 16 based on the concept of quadratic interpolation are performed, and frequency shaping of quantization noise in the PCM signal y [k] that is the output signal of the requantizer 1 is performed. To suppress audible range components. The number of quantization steps of the requantizer 1 is 31 steps when the sampling interval τ k is 1/16 times the sampling interval of the sound source signal r [i], and 29 steps when it is 15/64 times. The pulse width modulator 2 generates a PWM signal according to the PCM signal y [k]. The carrier signal period at this time is the same as the sampling interval τ k and dynamically changes. The switching amplifier 5 is driven by the generated PWM signal, and the switching amplifier 5 drives a speaker as a load through the low-pass filter 6.
このフルデジタルのオーディオアンプにおけるPWM信号w(t)のスペクトルをいくつか示す。図18は、可聴域付近におけるPWM信号w(t)のスペクトルの例であり、音源信号は周波数2.7563kHzで変調率80%の正弦波である。第2高調波もよく抑制できており、可聴域における量子化ノイズも抑制されていることが見て取れる。ノイズシェーピングフィルタにおける信号u[k]の補間誤差の影響も量子化誤差に隠れるほど小さくなっている。図19は、PWM信号w(t)の広域スペクトルを示したものである。PWM信号のキャリア周波数が動的に変動することによりスペクトルが拡散していることがわかる。スペクトルの総量はあまり変化ないが、特定周波数におけるスペクトルの集中を避けることができるので、電磁ノイズ対策となる。 Several spectra of the PWM signal w (t) in this fully digital audio amplifier are shown. FIG. 18 is an example of the spectrum of the PWM signal w (t) in the vicinity of the audible range, and the sound source signal is a sine wave having a frequency of 2.7563 kHz and a modulation rate of 80%. It can be seen that the second harmonic is well suppressed and the quantization noise in the audible range is also suppressed. The influence of the interpolation error of the signal u [k] in the noise shaping filter is also so small that it is hidden by the quantization error. FIG. 19 shows a wide spectrum of the PWM signal w (t). It can be seen that the spectrum is spread by dynamically changing the carrier frequency of the PWM signal. Although the total amount of spectrum does not change much, it is possible to avoid the concentration of spectrum at a specific frequency, so that electromagnetic noise countermeasures are provided.
図20は、音源信号が周波数16.5378kHzで変調率80%の正弦波である場合の可聴域付近におけるPWM信号w(t)のスペクトルである。音源信号の周波数が高くなっても、可聴域におけるフロアノイズが大きくなっていないことが見て取れる。これはノイズシェーピングフィルタにおける信号u[k]の補間においてサンプル点間の値uc[k]を用いることにより補間誤差が小さくなったことによる。 FIG. 20 shows a spectrum of the PWM signal w (t) in the vicinity of the audible range when the sound source signal is a sine wave having a frequency of 16.5378 kHz and a modulation rate of 80%. It can be seen that the floor noise in the audible range is not increased even when the frequency of the sound source signal is increased. This is because the interpolation error is reduced by using the value u c [k] between the sampling points in the interpolation of the signal u [k] in the noise shaping filter.
本発明第4の実施例の利点の一つは、ノイズシェーピングフィルタの演算にサンプル点間の値および2次補間の考え方を用いているので、補間誤差によるフロアノイズを小さくできることである。しかしその分、オーバーサンプラ4などにおける演算量が増えてしまう。 One of the advantages of the fourth embodiment of the present invention is that the floor noise caused by the interpolation error can be reduced because the value between sample points and the concept of quadratic interpolation are used for the calculation of the noise shaping filter. However, the calculation amount in the oversampler 4 and the like increases accordingly.
本発明第5の実施例は、キャリア周期が動的に変動するPWM信号を用いたフルデジタルのオーディオアンプである。その構成は図7に示す通りである。音源信号r[i]はサンプリング周波数44.1kHzのPCM信号であり、オーバーサンプラ4に入力される。オーバーサンプラ4はサンプリング周波数が16倍の705.6kHzのPCM信号u[h]を出力する。ノイズシェーピングフィルタ3および再量子化器1はサンプリング間隔τkのPCM信号y[k]を出力するが、サンプリング間隔τkは一定ではなく、PCM信号u[h]のサンプリング間隔の1倍(約1.472μs)または13/16倍(約1.152μs)のどちらかの値をとり、そのどちらかの値をとるかはほぼ同じ割合で擬似乱数により決められる。ノイズシェーピングフィルタ3においては、0次補間の考えに基づく数17から数22に示されるフィルタ演算がなされ、再量子化器1の出力信号であるPCM信号y[k]における量子化ノイズの周波数シェーピングがなされ、可聴域成分を抑制する。再量子化器1の量子化ステップ数は、サンプリング間隔τkが音源信号r[i]のサンプリング間隔の1/16倍のときは31ステップ、13/64倍のときは25ステップである。パルス幅変調器2においては、PCM信号y[k]に従ったPWM信号を生成する。その際のキャリア信号の周期はサンプリング間隔τkと同じであり、動的に変化する。生成されたPWM信号によりスイッチング増幅器5が駆動され、スイッチング増幅器5はローパスフィルタ6を通して負荷であるスピーカを駆動する。 The fifth embodiment of the present invention is a full digital audio amplifier using a PWM signal whose carrier period dynamically changes. The configuration is as shown in FIG. The sound source signal r [i] is a PCM signal having a sampling frequency of 44.1 kHz and is input to the oversampler 4. The oversampler 4 outputs a 705.6 kHz PCM signal u [h] whose sampling frequency is 16 times. Noise-shaping filter 3 and the quantizer 1 are outputs a PCM signal y sampling interval τ k [k], rather than the sampling interval tau k constant, 1-fold sampling interval of the PCM signal u [h] (approximately 1.472 μs) or 13/16 times (approximately 1.152 μs), and either value is determined by pseudorandom numbers at almost the same rate. In the noise shaping filter 3, filter operations shown in Expressions 17 to 22 based on the concept of 0th-order interpolation are performed, and frequency shaping of quantization noise in the PCM signal y [k] that is the output signal of the requantizer 1 is performed. To suppress audible range components. The number of quantization steps of the requantizer 1 is 31 steps when the sampling interval τ k is 1/16 times the sampling interval of the sound source signal r [i], and 25 steps when it is 13/64 times. The pulse width modulator 2 generates a PWM signal according to the PCM signal y [k]. The carrier signal period at this time is the same as the sampling interval τ k and dynamically changes. The switching amplifier 5 is driven by the generated PWM signal, and the switching amplifier 5 drives a speaker as a load through the low-pass filter 6.
このフルデジタルのオーディオアンプにおけるPWM信号w(t)のスペクトルをいくつか示す。図21は、可聴域付近におけるPWM信号w(t)のスペクトルの例であり、音源信号は周波数2.7563kHzで変調率82%の正弦波である。第2高調波もよく抑制できており、可聴域における量子化ノイズも抑制されていることが見て取れる。PCM信号u[h]のサンプリング周期を一定としたので、補間誤差の影響によるフロアノイズを発生していない。図22は、PWM信号w(t)の広域スペクトルを示したものである。PWM信号のキャリア周波数が動的に変動することによりスペクトルが拡散していることがわかる。スペクトルの総量はあまり変化ないが、特定周波数におけるスペクトルの集中を避けることができるので、電磁ノイズ対策となる。キャリア周波数の変動を大きくとっているので、スペクトルの拡散も大きくなっている。 Several spectra of the PWM signal w (t) in this fully digital audio amplifier are shown. FIG. 21 shows an example of the spectrum of the PWM signal w (t) in the vicinity of the audible range. The sound source signal is a sine wave having a frequency of 2.7563 kHz and a modulation rate of 82%. It can be seen that the second harmonic is well suppressed and the quantization noise in the audible range is also suppressed. Since the sampling period of the PCM signal u [h] is fixed, no floor noise is generated due to the influence of the interpolation error. FIG. 22 shows a wide spectrum of the PWM signal w (t). It can be seen that the spectrum is spread by dynamically changing the carrier frequency of the PWM signal. Although the total amount of spectrum does not change much, it is possible to avoid the concentration of spectrum at a specific frequency, so that electromagnetic noise countermeasures are provided. Since the variation of the carrier frequency is large, the spread of the spectrum is also large.
図23は、音源信号が周波数16.5378kHzで変調率82%の正弦波である場合の可聴域付近におけるPWM信号w(t)のスペクトルである。音源信号の周波数が高くなっても、可聴域におけるフロアノイズが発生していないことが見て取れる。 FIG. 23 shows a spectrum of the PWM signal w (t) in the vicinity of the audible range when the sound source signal is a sine wave having a frequency of 16.5378 kHz and a modulation rate of 82%. It can be seen that even when the frequency of the sound source signal is increased, no floor noise is generated in the audible range.
本発明第5の実施例の利点の一つは、PCM信号u[h]のサンプリング周期を一定としているので、PCM信号u[h]の補間誤差によるフロアノイズの発生がないことである。しかし、ノイズシェーピングフィルタ3における演算が複雑なものになってしまうといった問題点も持っている。ただし、オーバーサンプラ4におけるFIRフィルタの係数の必要とされる組数は少なくてすむ。 One of the advantages of the fifth embodiment of the present invention is that since the sampling period of the PCM signal u [h] is constant, no floor noise is generated due to the interpolation error of the PCM signal u [h]. However, there is a problem that the calculation in the noise shaping filter 3 becomes complicated. However, the required number of sets of FIR filter coefficients in the oversampler 4 can be reduced.
本発明第5の実施例の他の利点の一つは、PCM信号y[k]のサンプリング間隔すなわちPWM信号w(t)のキャリア周期の変動幅を大きく取ることができるので、PWM信号のスペクトルを十分に拡散することができることである。 One of the other advantages of the fifth embodiment of the present invention is that the fluctuation interval of the sampling interval of the PCM signal y [k], that is, the carrier period of the PWM signal w (t) can be increased. Can be sufficiently diffused.
本発明第5の実施例においては、ノイズシェーピングフィルタ3においてPCM信号y[k]のサンプリング周期ごとに数17から数22に示されるフィルタ演算を行っていたが、u[h]のサンプリング周期ごとに数23から数27に示されるフィルタ演算を行ってもよい。その際、得られる結果は計算における丸め誤差の影響を除いては変わらない。 In the fifth embodiment of the present invention, the filter operation shown in Expression 17 to Expression 22 is performed for each sampling period of the PCM signal y [k] in the noise shaping filter 3, but for each sampling period of u [h]. Alternatively, the filter calculation represented by Equation 23 to Equation 27 may be performed. At that time, the obtained result is the same except for the influence of rounding error in the calculation.
本発明のPWM信号発生装置およびデジタルアンプを用いることにより、特定の周波数において強いピークを持つ電磁ノイズを発生させる従来の問題点を克服したフルデジタルアンプを実現することができる。 By using the PWM signal generator and digital amplifier of the present invention, it is possible to realize a full digital amplifier that overcomes the conventional problem of generating electromagnetic noise having a strong peak at a specific frequency.
1・・・再量子化器
2・・・パルス幅変調器
3・・・ノイズシェーピングフィルタ
31・・・遅延要素
32・・・正方行列
33・・・出力ベクトル
34・・・入力ベクトル
35・・・非線形関数ベクトル
36・・・非線形要素
4・・・オーバーサンプラ
5・・・スイッチング増幅器
6・・・ローパスフィルタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Requantizer 2 ... Pulse width modulator 3 ... Noise shaping filter 31 ... Delay element 32 ... Square matrix 33 ... Output vector 34 ... Input vector 35 ...・ Nonlinear function vector 36 ・ ・ ・ Nonlinear element 4 ・ ・ ・ Oversampler 5 ・ ・ ・ Switching amplifier 6 ・ ・ ・ Low pass filter
Claims (6)
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US7834307B2 (en) | 2007-01-24 | 2010-11-16 | Denso Corporation | Pulse width modulation output type sensor circuit for outputting a pulse having a width associated with a physical quantity |
KR101567220B1 (en) * | 2014-06-05 | 2015-11-06 | 현대자동차주식회사 | Vehicle audio system and noise removal method of the same |
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-
2005
- 2005-05-06 JP JP2005134943A patent/JP2006313958A/en active Pending
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