JP2007104576A - Switching circuit and digital amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチング回路及びディジタルアンプに関し、例えばオーディオ用のフルブリッジ型ディジタルアンプ(いわゆるD級アンプ)に適用して好適なものである。 The present invention relates to a switching circuit and a digital amplifier, and is suitable for application to, for example, a full-bridge digital amplifier for audio (so-called class D amplifier).
従来、オーディオ信号をPWM(Pulse Width Modulation)方式等によりパルス状に変換し、これを増幅することにより得られる出力オーディオ信号をスピーカへ供給するオーディオ用のフルブリッジ型D級アンプが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
実際上、図5に示すようにD級アンプ装置1は、2組のスイッチング出力段を構成したMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)からなるトランジスタQF1〜QF4により、いわゆるBTL(Bridged(又はBalanced) Transformer Less)回路が形成されたディジタルアンプ回路2を有し、図示しない前処理部によりPWM変調されたパルス状の入力オーディオ信号Si1〜Si4を当該ディジタルアンプ回路2のトランジスタQF1〜QF4に入力する。
In practice, as shown in FIG. 5, the class
ディジタルアンプ回路2は、直流電源Eによる電圧(例えば約50V)が印加されたトランジスタQF1〜QF4のスイッチング動作によりパルス状の入力オーディオ信号Si1〜Si4を増幅し、これらをコイルL1及びコンデンサC1により形成されるローパスフィルタLPF1と、コイルL2及びコンデンサC2により形成されるローパスフィルタLPF2へ送出する。
The
ここでディジタルアンプ回路2は、トランジスタQF1及びQF4がオン状態のとき、トランジスタQF2及びトランジスタQF3がオフ状態となり、トランジスタQF1及びQF4がオフ状態のとき、トランジスタQF2及びトランジスタQF3がオン状態となるように制御されている。すなわちD級アンプ装置1では、第1のスイッチング出力段を構成するトランジスタQF1及びQF2と、第2のスイッチング出力段を構成するトランジスタQF3及びQF4とがそれぞれ相補的にプッシュプル動作するようになされている。
Here, in the
ディジタルアンプ回路2は、ローパスフィルタLPF1及びLPF2によりパルス状の入力オーディオ信号Si1〜Si4の高周波成分を除去することにより出力オーディオ信号So1及びSo2を得、これをそれぞれスピーカSP1の入力端子St1及びSt2へ供給する。
The
これによりD級アンプ装置1は、スピーカSP1の入力端子St1及びSt2へ供給した出力オーディオ信号So1及びSo2の電位差を当該スピーカSP1に対して印加することになり、かくしてスピーカSP1からその電位差の変化に応じた音を発生させるようになされている。
As a result, the class
ところでかかる構成のD級アンプ装置1においては、ディジタルアンプ回路2におけるトランジスタQF1〜QF4の高速スイッチング動作によるリンギングノイズやジッタノイズ等のノイズ成分NZ1を発生させる。
By the way, in the class
ここでリンギングノイズとは、図6に示すように、パルス状の入力オーディオ信号Si1〜Si4に応じてスイッチング動作を行う際の波形みだれによるものであり、非常に高周波であるもののローパスフィルタLPF1及びLPF2の通過後は可聴帯域ノイズとなって現れる。 Here, as shown in FIG. 6, the ringing noise is caused by a waveform sag when switching operation is performed in accordance with the pulse-like input audio signals Si1 to Si4, and the low-pass filters LPF1 and LPF2 have very high frequencies. Appears as audible band noise after passing.
この場合D級アンプ装置1では、ノイズ成分NZ1に対応するノイズ音がスピーカSP1から出力されてしまうだけでなく、例えばトランジスタQF1及びトランジスタQF4がオン状態のとき、そのノイズ成分NZ1に応じたノイズ電流Ni1がローパスフィルタLPF1のコンデンサC1からローパスフィルタLPF2のコンデンサC2を介して回り込んでしまうため、基板のプリントパターンによる抵抗成分R1及びノイズ電流Ni1によってノイズ電圧NV1(NV1=Ni1×R1)が発生し、当該ノイズ電圧NV1による影響が隣接した他チャンネルに対しても及んでしまう。
In this case, in the class
このためD級アンプ装置1では、スピーカSP1から発生させる音の音質や、隣接した他チャンネルのスピーカから発生させる音の音質をも劣化させてしまうという問題があった。
For this reason, the class
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、回路中に発生するノイズを除去して音質を向上させ得るフルブリッジ型のスイッチング回路及びディジタルアンプを提案しようとするものである。 The present invention has been made in consideration of the above points, and an object of the present invention is to propose a full-bridge type switching circuit and a digital amplifier capable of improving noise quality by removing noise generated in the circuit.
かかる課題を解決するため本発明においては、フルブリッジ型のスイッチング回路において、電源部から供給される駆動電圧に基づいてスイッチング動作を行う2組のスイッチング出力段と、当該2組のスイッチング出力段における最終段に設けられるローパスフィルタとを具え、ローパスフィルタを構成しているコンデンサをグランド側及び電源側に均一に振り分けて接地させることにより、スイッチング動作によって生じるノイズをグランド側及び電源側に振り分けて相殺させることができる。 In order to solve such a problem, in the present invention, in a full-bridge type switching circuit, two switching output stages that perform a switching operation based on a driving voltage supplied from a power supply unit, and the two switching output stages A low-pass filter provided in the final stage is distributed to the ground side and the power supply side evenly by grounding the capacitors that make up the low-pass filter, so that noise generated by the switching operation is distributed to the ground side and the power supply side to cancel each other. Can be made.
また本発明においては、フルブリッジ型のスイッチング回路を有するディジタルアンプにおいて、電源部から供給される駆動電圧に基づいてスイッチング動作を行うことによりパルス状の入力信号を増幅する2組のスイッチング出力段と、当該2組のスイッチング出力段における最終段に設けられるローパスフィルタとを具え、ローパスフィルタを構成しているコンデンサをグランド側及び電源側に均一に振り分けて接地させることにより、スイッチング動作によって生じるノイズをグランド側及び電源側に振り分けて相殺させることができる。 In the present invention, in a digital amplifier having a full-bridge type switching circuit, two sets of switching output stages for amplifying a pulsed input signal by performing a switching operation based on a driving voltage supplied from a power supply unit; A low-pass filter provided at the final stage of the two sets of switching output stages, and by uniformly distributing and grounding the capacitors constituting the low-pass filter to the ground side and the power supply side, noise generated by the switching operation is reduced. They can be distributed to the ground side and the power supply side to cancel each other.
本発明によれば、フルブリッジ型のスイッチング回路において、電源部から供給される駆動電圧に基づいてスイッチング動作を行う2組のスイッチング出力段と、当該2組のスイッチング出力段における最終段に設けられるローパスフィルタとを具え、ローパスフィルタを構成しているコンデンサをグランド側及び電源側に均一に振り分けて接地させることにより、スイッチング動作によって生じるノイズをグランド側及び電源側に振り分けて相殺させることができ、かくして回路中に発生するノイズを除去して音質を向上させ得るフルブリッジ型のスイッチング回路を実現することができる。 According to the present invention, in a full-bridge type switching circuit, two switching output stages that perform a switching operation based on a driving voltage supplied from a power supply unit and the final stage of the two sets of switching output stages are provided. By providing a low-pass filter and grounding the capacitors constituting the low-pass filter uniformly to the ground side and the power supply side, noise generated by the switching operation can be distributed to the ground side and the power supply side to cancel each other. Thus, it is possible to realize a full-bridge type switching circuit that can improve noise quality by removing noise generated in the circuit.
また本発明によれば、フルブリッジ型のスイッチング回路を有するディジタルアンプにおいて、電源部から供給される駆動電圧に基づいてスイッチング動作を行うことによりパルス状の入力信号を増幅する2組のスイッチング出力段と、当該2組のスイッチング出力段における最終段に設けられるローパスフィルタとを具え、ローパスフィルタを構成しているコンデンサをグランド側及び電源側に均一に振り分けて接地させることにより、スイッチング動作によって生じるノイズをグランド側及び電源側に振り分けて相殺させることができ、かくして回路中に発生するノイズを除去して音質を向上させ得るディジタルアンプを実現することができる。 According to the present invention, in the digital amplifier having a full bridge type switching circuit, two sets of switching output stages for amplifying a pulsed input signal by performing a switching operation based on a drive voltage supplied from a power supply unit. And a low-pass filter provided in the final stage of the two sets of switching output stages, and noise generated by the switching operation by uniformly distributing and grounding the capacitors constituting the low-pass filter to the ground side and the power supply side Can be distributed to the ground side and the power source side to cancel each other, thus realizing a digital amplifier capable of improving noise quality by removing noise generated in the circuit.
以下、図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(1)第1の実施の形態におけるD級アンプ装置
(1−1)第1の実施の形態におけるD級アンプ装置の回路構成
図5との対応部分に同一符号が付された図1において、11は全体として第1の実施の形態におけるフルブリッジ型のD級アンプ装置を示し、2組のスイッチング出力段を構成したMOSFETからなるトランジスタQF1〜QF4によりいわゆるBTL回路が形成されたディジタルアンプ回路12を有しており、図示しない前処理部によりPWM変調されたパルス状の入力オーディオ信号Si1〜Si4を当該BTL回路のトランジスタQF1〜QF4に入力する。
(1) Class D amplifier device according to the first embodiment (1-1) Circuit configuration of the class D amplifier device according to the first embodiment In FIG.
ディジタルアンプ回路12は、直流電源Eによる電圧(約50V)が印加されたトランジスタQF1〜QF4のスイッチング動作によりパルス状の入力オーディオ信号Si1〜Si4を増幅し、これらをコイルL1及びコンデンサC3、C4からなるローパスフィルタLPF3と、コイルL2及びコンデンサC5、C6からなるローパスフィルタLPF4へ送出する。 The digital amplifier circuit 12 amplifies the pulsed input audio signals Si1 to Si4 by the switching operation of the transistors QF1 to QF4 to which the voltage (about 50 V) from the DC power source E is applied, and these are amplified from the coil L1 and the capacitors C3 and C4. And a low-pass filter LPF4 including a coil L2 and capacitors C5 and C6.
ここでローパスフィルタLPF3は、従来のD級アンプ装置1(図5)におけるローパスフィルタLPF1を形成しているコイルL1をそのままに、コンデンサC3をグランド側に接地すると共に、コンデンサC4を直流電源E側にも均一に振り分けて接地することにより構成されている。 Here, the low-pass filter LPF3 grounds the capacitor C3 to the ground side while keeping the coil L1 forming the low-pass filter LPF1 in the conventional class D amplifier device 1 (FIG. 5) as it is, and connects the capacitor C4 to the DC power source E side. Also, it is configured by uniformly distributing and grounding.
このコンデンサC3及びC4は、その容量を、従来のD級アンプ装置1におけるローパスフィルタLPF1のコンデンサC1の半分になるようにそれぞれ設定されている。このようにローパスフィルタLPF3では、ローパスフィルタLPF1(図5)におけるコンデンサC1の1/2容量でなるコンデンサC3及びC4をグランド側及び電源側に分割接地するようになされている。
The capacitors C3 and C4 are set so that the capacitance thereof is half that of the capacitor C1 of the low-pass filter LPF1 in the conventional class
これによりD級アンプ装置11は、コンデンサC4が直流電源Eの出力電圧をカットするため、ディジタルアンプ回路12からみた場合、直流電源Eも接地されているのと同様とみることができ、コンデンサC3及びC4をパラレル接続したのと等価となり、最終的には従来のD級アンプ装置1におけるローパスフィルタLPF1のカットオフ周波数と変わらぬ同等の周波数特性をローパスフィルタLPF3が有するようになされている。
As a result, the class
またローパスフィルタLPF4についても、従来のD級アンプ装置1におけるローパスフィルタLPF2を形成しているコイルL2をそのままに、コンデンサC5をグランド側に接地すると共に、コンデンサC6を直流電源E側にも均一に振り分けて接地することにより構成されている。
As for the low-pass filter LPF4, the capacitor C5 is grounded to the ground side while the coil L2 forming the low-pass filter LPF2 in the conventional class
このコンデンサC5及びC6においても、その容量を、従来のD級アンプ装置1におけるローパスフィルタLPF2のコンデンサC2の半分になるようそれぞれ設定されている。このようにローパスフィルタLPF4では、ローパスフィルタLPF2におけるコンデンサC2の1/2容量でなるコンデンサC5及びC6をグランド側及び電源側に分割接地するようになされている。
The capacities of the capacitors C5 and C6 are also set to be half that of the capacitor C2 of the low-pass filter LPF2 in the conventional class
この場合もディジタルアンプ回路12は、ディジタルアンプ回路12からみた場合、コンデンサC6が直流電源Eの出力電圧をカットするため、直流電源Eも接地されているのと同様とみることができ、コンデンサC5及びC6をパラレル接続したのと等価となり、最終的には従来のD級アンプ装置1におけるローパスフィルタLPF2のカットオフ周波数と変わらぬ同等の周波数特性をローパスフィルタLPF4が有するようになされている。
Also in this case, the digital amplifier circuit 12 can be regarded as the same as the DC power source E being grounded because the capacitor C6 cuts the output voltage of the DC power source E when viewed from the digital amplifier circuit 12. And C6 are connected in parallel, and finally the low-pass filter LPF4 has the same frequency characteristics as the cut-off frequency of the low-pass filter LPF2 in the conventional class
またディジタルアンプ回路12は、トランジスタQF1及びQF4がオン状態のとき、トランジスタQF2及びトランジスタQF3がオフ状態となり、トランジスタQF1及びQF4がオフ状態のとき、トランジスタQF2及びトランジスタQF3がオン状態となるように、第1のスイッチング出力段を構成するトランジスタQF1及びQF2と、第2のスイッチング出力段を構成するトランジスタQF3及びQF4とをそれぞれ相補的にプッシュプル動作させるようになされている。 The digital amplifier circuit 12 is configured such that when the transistors QF1 and QF4 are on, the transistors QF2 and QF3 are off, and when the transistors QF1 and QF4 are off, the transistors QF2 and QF3 are on. The transistors QF1 and QF2 constituting the first switching output stage and the transistors QF3 and QF4 constituting the second switching output stage are each complementarily operated by a push-pull operation.
ディジタルアンプ回路12は、ローパスフィルタLPF3及びLPF4によりパルス状の入力オーディオ信号Si1〜Si4の高周波成分を除去することにより出力オーディオ信号So3及びSo4を得、これをそれぞれスピーカSP1の入力端子St1及びSt2へ供給する。 The digital amplifier circuit 12 obtains output audio signals So3 and So4 by removing high-frequency components of the pulsed input audio signals Si1 to Si4 by the low-pass filters LPF3 and LPF4, and outputs them to the input terminals St1 and St2 of the speaker SP1, respectively. Supply.
これによりD級アンプ装置11は、スピーカSP1の入力端子St1及びSt2に供給された出力オーディオ信号So3及びSo4の電位差を当該スピーカSP1に対して印加することになり、かくしてスピーカSP1からその電位差の変化に応じた音を発生させるようになされている。
As a result, the class
ところでディジタルアンプ回路12は、トランジスタQF1〜QF4のスイッチング動作によりノイズ成分NZ1が生じた場合、当該ノイズ成分NZ1に応じたノイズ電流Ni2が電源側からコンデンサC4へ流れると共に、当該ノイズ電流Ni2がコンデンサC3からグランド側へ流れることになる。 By the way, in the digital amplifier circuit 12, when the noise component NZ1 is generated by the switching operation of the transistors QF1 to QF4, the noise current Ni2 corresponding to the noise component NZ1 flows from the power source side to the capacitor C4, and the noise current Ni2 is supplied to the capacitor C3. To the ground side.
ところでノイズ電流Ni2は、コンデンサC3及びコンデンサC4の容量が、コンデンサC1の半分となっているため、そのインピーダンスがコンデンサC1の2倍となり、結果としてノイズ電流Ni2の電流量もノイズ電流Ni1(図5)の1/2(半分)となる。 By the way, since the capacitance of the capacitor C3 and the capacitor C4 is half that of the capacitor C1, the impedance of the noise current Ni2 is twice that of the capacitor C1, and as a result, the current amount of the noise current Ni2 is also the noise current Ni1 (FIG. 5). ) Of 1/2.
このときディジタルアンプ回路12では、基板のプリントパターンによる抵抗成分R1及びR2があるので、ノイズ電流Ni2に応じたノイズ電圧NV2(NV2=1/2*Ni2*R1)がグランド側に現れると共にノイズ電圧NV3(NV3=1/2*Ni2*R2)が電源側に現れることになる。 At this time, in the digital amplifier circuit 12, since there are resistance components R1 and R2 due to the printed pattern of the board, a noise voltage NV2 (NV2 = 1/2 * Ni2 * R1) corresponding to the noise current Ni2 appears on the ground side and the noise voltage NV3 (NV3 = 1/2 * Ni2 * R2) appears on the power supply side.
このときD級アンプ装置11は、ノイズ電圧NV2及びノイズ電圧NV3がスピーカSP1の入力端子St2側で合成され、当初のノイズ成分NZ1とほぼ同レベルのノイズ成分NZ1´となって当該スピーカSP1の入力端子St2に供給される。
At this time, the class
従ってディジタルアンプ回路12は、ノイズ成分NZ1がスピーカSP1の入力端子St1に入力されていても、BTL回路の基本作用によって、グランド側に現れたノイズ電圧NV2及び電源側に現れたNV3の合成結果であるノイズ成分NZ1´がスピーカSP1の入力端子St2に供給されることになるため、当該スピーカSP1の両側の入力端子St1及びSt2には殆ど電位差が生じることなく、結果的にノイズ成分NZ1に応じたノイズ音がスピーカSP1から発生することを防止し得るようになされている。 Therefore, even if the noise component NZ1 is input to the input terminal St1 of the speaker SP1, the digital amplifier circuit 12 is a composite result of the noise voltage NV2 that appears on the ground side and the NV3 that appears on the power supply side due to the basic action of the BTL circuit. Since a certain noise component NZ1 ′ is supplied to the input terminal St2 of the speaker SP1, there is almost no potential difference between the input terminals St1 and St2 on both sides of the speaker SP1, resulting in a response to the noise component NZ1. The noise sound can be prevented from being generated from the speaker SP1.
このようにD級アンプ装置11は、BTL回路の基本作用によって当該ディジタルアンプ回路12の内部にノイズ成分NZ1を閉じ込め、その回路内部でノイズ成分NZ1を相殺してしまうようになされている。
As described above, the class
さらにディジタルアンプ回路12は、グランド側に流れるノイズ電流Ni2及び抵抗成分R1によってノイズ電圧NV2が発生すると共に、電源側に流れるノイズ電流Ni2及び抵抗成分R2によってノイズ電圧NV3が発生し、グランド側の基準電位がノイズ電圧NV2の分だけシフトすると共に、電源側の基準電位もノイズ電圧NV3の分だけシフトすることになるため隣接した他チャンネルに対するノイズ分は見えなくなる。 Further, the digital amplifier circuit 12 generates a noise voltage NV2 due to the noise current Ni2 and resistance component R1 flowing on the ground side, and generates a noise voltage NV3 due to the noise current Ni2 and resistance component R2 flowing on the power supply side. The potential shifts by the amount of the noise voltage NV2, and the reference potential on the power source side also shifts by the amount of the noise voltage NV3, so that the noise for the other adjacent channels becomes invisible.
このため、ディジタルアンプ回路12はグランド側の基準電位だけが揺さぶられる従来のD級アンプ装置1(図5)のように、隣接した他チャンネルに対する悪影響(ノイズ)を未然に回避し得るようになされている。 For this reason, the digital amplifier circuit 12 can avoid an adverse effect (noise) on adjacent other channels, like the conventional class D amplifier device 1 (FIG. 5) in which only the ground-side reference potential is fluctuated. ing.
なおディジタルアンプ回路12は、プリントパターンによる抵抗成分R1及びR2がローパスフィルタLPF3及びローパスフィルタLPF4からは直流電源Eの基準に対して平行接続(パラレル接続)にみえ、発生したノイズ電圧NV2及びNV3が従来のD級アンプ装置1によるノイズ電圧NV1の1/2になるため、図示しないシステムコントロールマイコンの誤動作や不要輻射の影響をも大幅に減少させ得るようになされている。
In the digital amplifier circuit 12, the resistance components R1 and R2 due to the print pattern appear parallel to the reference of the DC power supply E from the low-pass filter LPF3 and the low-pass filter LPF4, and the generated noise voltages NV2 and NV3 are Since the noise voltage NV1 of the conventional class
(1−2)第1の実施の形態における動作及び効果
以上の構成において、D級アンプ装置11のディジタルアンプ回路12では、従来のD級アンプ装置1におけるローパスフィルタLPF1におけるコンデンサC1の半分の容量でなるコンデンサC3及びC4をグランド側及び電源側に振り分けて均一に分割接地することにより、コイルL1、コンデンサC3及びC4からなる2次のローパスフィルタLPF3及びコイルL2、コンデンサC5及びC6からなる2次のローパスフィルタLPF4を形成する。
(1-2) Operation and Effect in First Embodiment In the configuration described above, the digital amplifier circuit 12 of the class
これによりD級アンプ装置1のディジタルアンプ回路12は、スイッチング動作により生じたノイズ成分NZ1がスピーカSP1の入力端子St1に入力される一方で、グランド側に発生するノイズ電圧NV2及び電源側に発生するノイズ電圧NV3の合成結果であるノイズ成分NZ1´についてもスピーカSP1の入力端子St2に供給されることになるため、当該スピーカSP1の両側の入力端子St1及びSt2にはノイズ成分NZ1による電位差が生じることなく、当該ノイズ成分NZ1に応じたノイズ音がスピーカSP1から発生することを未然に防止することができる。
Thus, in the digital amplifier circuit 12 of the class
すなわちディジタルアンプ回路12は、ノイズ電流Ni2に応じたノイズ電圧NV3及びノイズ電圧NV2を合成することによりノイズ成分NZ1´を得、スイッチング動作により生じたノイズ成分NZ1を当該ノイズ成分NZ1´により相殺するようにしたことにより、当該ディジタルアンプ回路12の閉ループ回路内にノイズ成分NZ1を閉じ込めたまま除去することができる。 That is, the digital amplifier circuit 12 obtains the noise component NZ1 ′ by synthesizing the noise voltage NV3 and the noise voltage NV2 corresponding to the noise current Ni2, and cancels the noise component NZ1 generated by the switching operation by the noise component NZ1 ′. As a result, the noise component NZ1 can be removed while confined in the closed loop circuit of the digital amplifier circuit 12.
またディジタルアンプ回路12は、グランド側に流れるノイズ電流Ni2及び抵抗成分R1によってノイズ電圧NV2が発生すると共に、直流電源E側に流れるノイズ電流Ni2及び抵抗成分R2によってノイズ電圧NV3が発生し、グランド側の基準電位がノイズ電圧NV2の分だけシフトすると共に、直流電源E側の基準電位もノイズ電圧NV3の分だけシフトすることになるので、グランド側の基準電位だけが揺さぶられる従来のD級アンプ装置1のようにノイズ成分NZ1による他チャンネルへの悪影響を予め回避することができる。 Also, the digital amplifier circuit 12 generates a noise voltage NV2 due to the noise current Ni2 and resistance component R1 flowing on the ground side, and generates a noise voltage NV3 due to the noise current Ni2 and resistance component R2 flowing on the DC power supply E side. Is shifted by the noise voltage NV2, and the reference potential on the DC power source E side is also shifted by the noise voltage NV3, so that only the ground-side reference potential is shaken. As shown in FIG. 1, the adverse effect of the noise component NZ1 on other channels can be avoided in advance.
以上の構成によれば、D級アンプ装置11のディジタルアンプ回路12は、スイッチング動作によりディジタルアンプ回路12に発生するノイズ成分NZ1を除去してスピーカSP1から出力する音の音質劣化を防止し得ると共に、システムコントロールマイコン(図示せず)の誤動作や、不要輻射を激減させ、かつ隣接する他チャンネルへの悪影響についても回避することができる。
According to the above configuration, the digital amplifier circuit 12 of the class
(2)第2の実施の形態におけるD級アンプ装置
(2−1)第2の実施の形態におけるD級アンプ装置の回路構成
図5との対応部分に同一符号が付された図2において、21は全体として第2の実施の形態における2チャンネル構成のフルブリッジ型のD級アンプ装置を示し、2組のスイッチング出力段を構成したMOSFETからなるトランジスタQF1〜QF4によりいわゆるBTL回路が形成された第1ディジタルアンプ回路22と、同様に2組のスイッチング出力段を構成したMOSFETからなるトランジスタQF5〜QF8によりいわゆるBTL回路が形成された第2ディジタルアンプ回路23とを有しており、図示しない前処理部によりPWM変調されたパルス状の入力オーディオ信号Si1〜Si4をトランジスタQF1〜QF4に入力すると共に、パルス状の入力オーディオ信号Si5〜Si8をトランジスタQF5〜QF8に入力する。
(2) Class D amplifier device in the second embodiment (2-1) Circuit configuration of the class D amplifier device in the second embodiment In FIG.
第1ディジタルアンプ回路22は、直流電源Eによる電圧(例えば約50V)が印加されたトランジスタQF1〜QF4のスイッチング動作によりパルス状の入力オーディオ信号Si1〜Si4を増幅し、これらをコイルL1及びコンデンサC1からなるローパスフィルタLPF1と、コイルL2及びコンデンサC2からなるローパスフィルタLPF2へ送出する。 The first digital amplifier circuit 22 amplifies the pulsed input audio signals Si1 to Si4 by the switching operation of the transistors QF1 to QF4 to which a voltage (for example, about 50 V) from the DC power source E is applied, and these are amplified by the coil L1 and the capacitor C1. To a low-pass filter LPF1 consisting of a coil L2 and a capacitor C2.
なお、このローパスフィルタLPF1及びLPF2を構成しているコンデンサC1及びC2は、基板のプリントパターンによる抵抗成分R1を介してグランド側に接地されている。 The capacitors C1 and C2 constituting the low-pass filters LPF1 and LPF2 are grounded to the ground side via a resistance component R1 due to a printed pattern on the board.
ここで第1ディジタルアンプ回路22は、トランジスタQF1及びQF4がオン状態のとき、トランジスタQF2及びトランジスタQF3がオフ状態となり、トランジスタQF1及びQF4がオフ状態のとき、トランジスタQF2及びトランジスタQF3がオン状態となるように制御され、第1のスイッチング出力段を構成するトランジスタQF1及びQF2と、第2のスイッチング出力段を構成するトランジスタQF3及びQF4とがそれぞれ相補的にプッシュプル動作するようになされている。 Here, in the first digital amplifier circuit 22, when the transistors QF1 and QF4 are on, the transistors QF2 and QF3 are off, and when the transistors QF1 and QF4 are off, the transistors QF2 and QF3 are on. Thus, the transistors QF1 and QF2 constituting the first switching output stage and the transistors QF3 and QF4 constituting the second switching output stage are respectively complementarily push-pull operated.
第2ディジタルアンプ回路23は、直流電源Eによる電圧(約50V)が印加されたトランジスタQF5〜QF8のスイッチング動作によりパルス状の入力オーディオ信号Si5〜Si8を増幅し、これらをコイルL3及びコンデンサC7からなるローパスフィルLPF5と、コイルL4及びコンデンサC8からなるローパスフィルタLPF6へ送出する。 The second digital amplifier circuit 23 amplifies the pulsed input audio signals Si5 to Si8 by the switching operation of the transistors QF5 to QF8 to which the voltage (about 50 V) from the DC power source E is applied, and these are amplified from the coil L3 and the capacitor C7. The low-pass filter LPF5 and the low-pass filter LPF6 including the coil L4 and the capacitor C8 are transmitted.
なお、このローパスフィルタLPF5及びLPF6を構成しているコンデンサC7及びC8は、ローパスフィルタLPF1及びLPF2を構成しているコンデンサC1及びC2と同一容量であり、当該ローパスフィルタLPF1及びLPF2と同様に、基板のプリントパターンによる抵抗成分R2を介して電源側に接地されている。 The capacitors C7 and C8 constituting the low-pass filters LPF5 and LPF6 have the same capacity as the capacitors C1 and C2 constituting the low-pass filters LPF1 and LPF2, and the substrate is similar to the low-pass filters LPF1 and LPF2. Is grounded to the power supply side via a resistance component R2 of the print pattern.
すなわちD級アンプ装置21では、第1ディジタルアンプ回路22及び第2ディジタルアンプ回路23を含めた全体としてみれば、コンデンサC1及びC2と、コンデンサC7及びC8とがグランド側及び電源側へそれぞれ均一に振り分けられて接地されている。
That is, in the class
従ってD級アンプ装置21は、コンデンサC7及びC8が直流電源Eの出力電圧をカットするため、直流電源Eも接地されているのと同様とみることができ、コンデンサC1及びC2と、コンデンサC3及びC4とがパラレル接続されているのと等価になる。
Therefore, since the capacitors C7 and C8 cut the output voltage of the DC power supply E, the class
また第2ディジタルアンプ回路23は、トランジスタQF5及びQF8がオン状態のとき、トランジスタQF6及びトランジスタQF7がオフ状態となり、トランジスタQF5及びQF8がオフ状態のとき、トランジスタQF6及びトランジスタQF7がオン状態となるように制御され、第1のスイッチング出力段を構成するトランジスタQF5及びQF6と、第2のスイッチング出力段を構成するトランジスタQF7及びQF8とがそれぞれ相補的にプッシュプル動作するようになされている。 The second digital amplifier circuit 23 is configured such that when the transistors QF5 and QF8 are on, the transistors QF6 and QF7 are off, and when the transistors QF5 and QF8 are off, the transistors QF6 and QF7 are on. The transistors QF5 and QF6 constituting the first switching output stage and the transistors QF7 and QF8 constituting the second switching output stage are respectively complementarily pushed-pull operated.
特にD級アンプ装置21では、第1ディジタルアンプ回路22のトランジスタQF1及びQF4と、第2ディジタルアンプ回路23のトランジスタQF5及びQF8とを同期させた状態でスイッチング動作させると共に、第1ディジタルアンプ回路22のトランジスタQF2及びQF3と、第2ディジタルアンプ回路23のトランジスタQF6及びQF7とを同期させた状態でスイッチング動作させるようになされている。
In particular, in the class
第1ディジタルアンプ回路22は、ローパスフィルタLPF1及びLPF2によりパルス状の入力オーディオ信号Si1〜Si4の高周波成分を除去することにより出力オーディオ信号So1及びSo2を得、これをそれぞれスピーカSP1の入力端子St1及びSt2へ供給する。 The first digital amplifier circuit 22 obtains output audio signals So1 and So2 by removing high-frequency components of the pulsed input audio signals Si1 to Si4 by the low-pass filters LPF1 and LPF2, and these are obtained as input terminals St1 and St1 of the speaker SP1, respectively. Supply to St2.
これによりD級アンプ装置21は、スピーカSP1の入力端子St1及びSt2に供給された出力オーディオ信号So1及びSo2の電位差を当該スピーカSP1に対して印加することになり、かくしてスピーカSP1からその電位差の変化に応じた音を発生させるようになされている。
As a result, the class
一方、第2ディジタルアンプ回路23においても、ローパスフィルタLPF5及びLPF6によりパルス状の入力オーディオ信号Si5〜Si8の高周波成分を除去することにより出力オーディオ信号So5及びSo6を得、これをそれぞれスピーカSP2の入力端子St3及びSt4へ供給する。 On the other hand, the second digital amplifier circuit 23 also obtains output audio signals So5 and So6 by removing high-frequency components of the pulsed input audio signals Si5 to Si8 by the low-pass filters LPF5 and LPF6, which are respectively input to the speaker SP2. Supply to terminals St3 and St4.
これによりD級アンプ装置21は、スピーカSP2の入力端子St3及びSt4に供給された出力オーディオ信号So5及びSo6の電位差を当該スピーカSP2に対して印加することになり、かくしてスピーカSP2からその電位差の変化に応じた音を発生させるようになされている。
As a result, the class
ところで第1ディジタルアンプ回路22は、トランジスタQF1〜QF4のスイッチング動作によりノイズ成分NZ1が生じた場合、当該ノイズ成分NZ1に応じたノイズ電流Ni1がコンデンサC1からグランド側へ流れることになる。 Incidentally, in the first digital amplifier circuit 22, when the noise component NZ1 is generated by the switching operation of the transistors QF1 to QF4, the noise current Ni1 corresponding to the noise component NZ1 flows from the capacitor C1 to the ground side.
同様に第2ディジタルアンプ回路23においても、トランジスタQF1〜QF4のスイッチング動作と同期したトランジスタQF5〜QF8のスイッチング動作によりノイズ成分NZ3が生じた場合、当該ノイズ成分NZ3に応じたノイズ電流Ni3が直流電源E側からコンデンサC7へ流れることになる。 Similarly, in the second digital amplifier circuit 23, when the noise component NZ3 is generated by the switching operation of the transistors QF5 to QF8 synchronized with the switching operation of the transistors QF1 to QF4, the noise current Ni3 corresponding to the noise component NZ3 is a DC power source. It flows from the E side to the capacitor C7.
このとき第1ディジタルアンプ回路22では、ノイズ電流Ni1に応じたノイズ電圧NV1(NV1=Ni1*R1)がグランド側に現れると共に、第2ディジタルアンプ回路23においても、ノイズ電流Ni3に応じたノイズ電圧NV3(NV3=Ni3*R2)が直流電源E側に現れることになる。 At this time, in the first digital amplifier circuit 22, a noise voltage NV1 (NV1 = Ni1 * R1) corresponding to the noise current Ni1 appears on the ground side, and also in the second digital amplifier circuit 23, a noise voltage corresponding to the noise current Ni3. NV3 (NV3 = Ni3 * R2) appears on the DC power supply E side.
従ってD級アンプ装置21は、第1ディジタルアンプ回路22により発生したノイズ電圧NV1に相当するノイズ成分NZ1´がスピーカSP2の入力端子St4に回り込み、スピーカSP2の入力端子St3に入力されるノイズ成分NZ3が当該ノイズ成分NZ1´によって相殺されることになるため、当該ノイズ成分NZ3に応じたノイズ音を大幅に低減させ得るようになされている。
Accordingly, in the class
またD級アンプ装置21は、同様に、第2ディジタルアンプ回路23に発生したノイズ電圧NV3に相当するノイズ成分NZ3´がスピーカSP1の入力端子St2に回り込み、スピーカSP1の入力端子St1に入力されるノイズ成分NZ1が当該ノイズ成分NZ3´によって相殺されることになるため、当該ノイズ成分NZ1に応じたノイズ音を大幅に低減させ得るようになされている。
Similarly, in the class
かくしてD級アンプ装置21は、第1ディジタルアンプ回路22及び第2ディジタルアンプ回路23におけるBTL回路の基本作用によって当該第1ディジタルアンプ回路22及び第2ディジタルアンプ回路23の内部にノイズ成分NZ1及びノイズ成分NZ3を閉じ込め、その回路内部で生じさせたノイズ成分NZ3´及びNZ1´により当初のノイズ成分NZ1及びノイズ成分NZ3を相殺するようになされている。
Thus, the class
さらにD級アンプ装置21は、グランド側にノイズ電圧NV1(NV1=Ni1×R1)が発生すると共に、直流電源E側にもノイズ電圧NV3(NV3=Ni3×R2)が発生し、グランド側の基準電位がノイズ電圧NV1の分だけシフトすると共に、直流電源E側の基準電位もノイズ電圧NV3の分だけシフトすることになるため、隣接した他チャンネルに対するノイズ分は見えなくなり、隣接した他チャンネルに対する悪影響を未然に回避し得るようになされている。
Further, the class
(2−2)第2の実施の形態における動作及び効果
以上の構成において、D級アンプ装置21では、第1ディジタルアンプ回路22におけるコンデンサC1及びC2をグランド側に接地し、第2ディジタルアンプ回路23におけるコンデンサC7及びC8を直流電源E側に接地するように、グランド側と直流電源E側に振り分けて均一に接地する。
(2-2) Operation and Effect in Second Embodiment In the above configuration, in the class
これによりD級アンプ装置21は、第1ディジタルアンプ回路22のノイズ電流Ni1に応じて発生するノイズ成分NZ1´によって、第2ディジタルアンプ回路23によって生じるノイズ成分NZ3を相殺し、第2ディジタルアンプ回路23のノイズ電流Ni3に応じて発生するノイズ成分NZ3´によって、第1ディジタルアンプ回路22によって生じるノイズ成分NZ1を相殺することができるので、第1の実施の形態におけるD級アンプ装置11(図1)のようにコンデンサ数を増やすことなく、スイッチング動作により生じるノイズ成分NZ1及びNZ3に応じたノイズ音を低減させることができる。
As a result, the class
すなわちD級アンプ装置21は、第1ディジタルアンプ回路22及び第2ディジタルアンプ回路23による閉ループ回路内でノイズ成分NZ1及びノイズ成分NZ3を相殺して除去することができる。
That is, the class
またD級アンプ装置21は、第1ディジタルアンプ回路22により発生したノイズ電圧NV1によりグランド側の基準電位がノイズ電圧NV1分だけシフトすると共に、第2ディジタルアンプ回路23により発生したノイズ電圧NV3により電源側の基準電位もノイズ電圧NV3分だけシフトすることになるので、グランド側の基準電位だけが揺さぶられる従来のD級アンプ装置1のように隣接した他チャンネルに対するノイズ成分NZ1及びNV3の悪影響を予め回避することができる。
Further, the class
以上の構成によれば、D級アンプ装置21は、第1ディジタルアンプ回路22のスイッチング動作により発生したノイズ成分NZ1及び第2ディジタルアンプ回路23のスイッチング動作により発生したノイズ成分NZ3を除去してスピーカSP1及びSP2から出力する音の音質劣化を防止することができると共に、隣接する他チャンネルへ悪影響についても予め回避することができる。
According to the above configuration, the class
(3)実験結果
次に、上述した第1の実施の形態におけるD級アンプ装置11、第2の実施の形態におけるD級アンプ装置21及び従来のD級アンプ装置1における左右のフロントスピーカ及びリアスピーカの残留ノイズを実測した結果を相互に比較しながら検証する。
(3) Experimental Results Next, the left and right front speakers and the rear in the class
図3に示すように、第1の実施の形態におけるD級アンプ装置11では、残留ノイズが、従来のD級アンプ装置11よりも全体的に約10[dBm]程度改善されており、第2の実施の形態におけるD級アンプ装置21においても、従来のD級アンプ装置11よりも全体的に5[dBm]程度は改善されている。
As shown in FIG. 3, in the class
すなわち第1及び第2の実施の形態におけるD級アンプ装置11及び21は、ノイズ成分NZ1及びNZ3をBTL回路の基本作用を活用して相殺するような構成としたことにより、その相殺作用が有効に発揮されて残留ノイズが低減されていることが実証された。
In other words, the class
(4)他の実施の形態
なお上述の第1の実施の形態においては、本発明のスイッチング回路を1チャンネル構成のD級アンプ装置11に適用し、また上述の第2の実施の形態においては本発明のスイッチング回路を2チャンネル構成のD級アンプ装置21に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図4に示すように本発明のスイッチング回路を複数チャンネル(例えば4チャンネル)構成のD級アンプ装置31に適用するようにしても良い。
(4) Other Embodiments In the above-described first embodiment, the switching circuit of the present invention is applied to the class
このD級アンプ装置31では、4チャンネルに対応するべく第1ディジタルアンプ回路32〜第4ディジタルアンプ回路35が設けられ、それぞれのローパスフィルタLPF11〜LPF18を構成しているコンデンサC11〜C18のうちコンデンサC11〜C14をグランド側へ、コンデンサC15〜C18を直流電源E側へ均一に振り分けて接地させている。
In this class
このときD級アンプ装置31では、トランジスタQF11及びQF14と、トランジスタQF15及びQF18と、トランジスタQF19及びQF22と、トランジスタQF23及びトランジスタQF26とを同期させると共に、トランジスタQF12及びQF13と、トランジスタQF16及びQF17と、トランジスタQF20及びQF21と、トランジスタQF24及びトランジスタQF25とを同期させるようになされている。
At this time, in the class
このようにD級アンプ装置31は、偶数のチャンネル数に対応した第1ディジタルアンプ回路32〜第4ディジタルアンプ回路35のローパスフィルタLPF11〜LPF18を構成するコンデンサC11〜C18をグランド側及び直流電源E側へ均一に振り分けて接地させることにより、第1ディジタルアンプ回路32〜第4ディジタルアンプ回路35のスイッチング動作により発生した各ノイズ成分(図示せず)を、その各ノイズ成分に応じて発生させるノイズ電圧により回路内部で相互に相殺し得、各スピーカSP11〜SP13から出力されるノイズ成分を低減させるようになされている。
In this way, the class
なお、図示しないがD級アンプ装置31では、第2ディジタルアンプ回路33のコンデンサC13及びC14を直流電源E側へ接地させ、第4ディジタルアンプ回路35のコンデンサC17及びC18をグランド側へ接地させるようにしても良く、要はコンデンサC11〜C18をグランド側及び直流電源E側へ均一に振り分けて接地させるようにすればその組み合わせは問わない。
Although not shown, in the class
また上述の第1及び第2の実施の形態においては、PWM変調されたパルス状の入力オーディオ信号Si1〜Si8を増幅するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、PDM(Pulse Density Modulation)変調された若しくはDSD(Direct Stream Digital)変調された入力オーディオ信号を増幅するようにしても良い。 In the first and second embodiments described above, the case where the PWM-modulated pulsed input audio signals Si1 to Si8 are amplified has been described. However, the present invention is not limited to this, and the PDM ( A pulse density modulation (DSD) modulated or DSD (Direct Stream Digital) modulated input audio signal may be amplified.
さらに上述の第1及び第2の実施の形態においては、入力オーディオ信号Si1〜Si8を増幅するD級アンプ装置11及び21に本発明を適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、種々の信号を増幅するディジタルアンプ装置に本発明を適用するようにしても良い。
In the first and second embodiments described above, the case where the present invention is applied to the class
さらに上述の第1及び第2の実施の形態においては、スイッチング出力段としてMOSFETからなるトランジスタQF1〜QF8を用いるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、接合型FET等からなる電圧駆動型のトランジスタであれば、その他種々のスイッチング手段を用いるようにしても良い。 Furthermore, in the first and second embodiments described above, the description has been given of the case where the transistors QF1 to QF8 made of MOSFETs are used as the switching output stage. However, the present invention is not limited to this, but from a junction FET or the like. Any other switching means may be used as long as it is a voltage driven transistor.
1、11、21、31……D級アンプ装置、2、12、22、32……第1ディジタルアンプ回路、23、33……第2ディジタルアンプ回路、34……第3ディジタルアンプ回路、35……第4ディジタルアンプ回路。
1, 11, 21, 31... Class
Claims (4)
電源部から供給される駆動電圧に基づいてスイッチング動作を行う2組のスイッチング出力段と、
上記2組のスイッチング出力段における最終段に設けられるローパスフィルタと
を具え、
上記ローパスフィルタを構成しているコンデンサをグランド側及び電源側に均一に振り分けて接地させる
ことを特徴とするスイッチング回路。 In full-bridge type switching circuit,
Two sets of switching output stages for performing a switching operation based on a driving voltage supplied from a power supply unit;
A low-pass filter provided at the final stage of the two sets of switching output stages,
A switching circuit characterized in that the capacitors constituting the low-pass filter are uniformly distributed to the ground side and the power supply side and grounded.
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング回路。 2. The switching circuit according to claim 1, wherein the capacitors have the same capacitance of a ground side capacitor to be grounded to the ground side and a power source side capacitor to be grounded to the power source side.
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング回路。 The two sets of switching output stages are provided in a plurality according to the number of the final stages, and perform the switching operation in a synchronized state based on the drive voltage supplied from the power supply unit. 2. The switching circuit according to 1.
電源部から供給される駆動電圧に基づいてスイッチング動作を行うことによりパルス状の入力信号を増幅する2組のスイッチング出力段と、
上記2組のスイッチング出力段における最終段に設けられるローパスフィルタと
を具え、
上記ローパスフィルタを構成しているコンデンサをグランド側及び電源側に均一に振り分けて接地させる
ことを特徴とするディジタルアンプ。 In a digital amplifier having a full bridge type switching circuit,
Two sets of switching output stages for amplifying a pulsed input signal by performing a switching operation based on a driving voltage supplied from a power supply unit;
A low-pass filter provided at the final stage of the two sets of switching output stages,
A digital amplifier characterized in that the capacitors constituting the low-pass filter are uniformly distributed to the ground side and the power supply side and grounded.
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