JP2007243530A - Method and device for voice amplification - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アナログ音声信号を電力増幅してパルス幅変調(以下PWMと略す)パルス信号に変換するPWMアンプを用いた音声増幅装置に関し、高音質化及び高効率化の両立を図るための技術に関するものである。 The present invention relates to an audio amplifying apparatus using a PWM amplifier that amplifies an analog audio signal and converts it into a pulse width modulation (hereinafter abbreviated as PWM) pulse signal, and a technique for achieving both high sound quality and high efficiency. It is about.
昨今のAV機器は低消費電力化が望まれており、音声信号の電力増幅方式の一つとしてPWMアンプを用いた音声増幅装置が知られている。このPWMアンプを用いた音声増幅装置は、アナログ音声信号をその音声信号レベルに応じてパルス幅変調し、そのパルス幅変調されたパルス幅変調信号を積分することにより、電力増幅されたアナログ音声信号を出力し、その出力によりスピーカを駆動する。そして、このようなPWMアンプをハイブリッドICなどにより構成することでPWMアンプをアナログアンプよりも小型化することも可能となり、AV機器の小型化目的としても着目されている。 Low power consumption is desired in recent AV equipment, and an audio amplifying apparatus using a PWM amplifier is known as one of audio signal power amplifying methods. The audio amplifier using the PWM amplifier performs pulse width modulation on an analog audio signal in accordance with the audio signal level, and integrates the pulse width modulated pulse width modulated signal to thereby power-amplify the analog audio signal. And the speaker is driven by the output. By configuring such a PWM amplifier with a hybrid IC or the like, the PWM amplifier can be made smaller than an analog amplifier, and attention is paid to the purpose of downsizing AV equipment.
図4は従来の一般的なPWMアンプを用いた音声増幅装置の一例を示した図である。 FIG. 4 is a diagram showing an example of a sound amplifying apparatus using a conventional general PWM amplifier.
以下、図4を参照しながら、従来の一般的なPWMアンプについて、その動作を説明する。 Hereinafter, the operation of a conventional general PWM amplifier will be described with reference to FIG.
三角波発生器54は、入力されたクロックパルス(方形パルス信号)(TP2)を三角波信号(TP3)に変換し、パルス幅変調の基準周波数となるクロックパルスを生成する。
The
アナログ音声信号は、増幅器51により所定の増幅度で増幅され(増幅アナログ音声信号(TP1))、レベル比較タイミング発生器52に出力する。
The analog audio signal is amplified with a predetermined amplification degree by the amplifier 51 (amplified analog audio signal (TP1)) and output to the level
レベル比較タイミング発生器52は、三角波発生器54より出力された三角波信号と、増幅器51より出力された増幅アナログ音声信号とを比較し、MOS−FET出力器53の2つのFETが同時に導通状態にならないようにタイミング調整して、HあるいはLの信号をMOS−FET出力器53に対して出力する。
The level
MOS−FET出力器53は、所定のパワーが得られるようにHあるいはLの信号を電圧上昇させ、PWMパルス信号(TP4)として出力する。
The MOS-
積分器55は、インダクタとコンデンサで構成され、PWMアンプ50から出力されたPWMパルス信号を、その高域成分を除去した後に積分しアナログ音声信号に変換し、スピーカ56を通じて音声として再生出力する。
The
図5には、図4で示したTP1からTP4の各信号の様子を示す。PWMパルス信号(TP4)は、三角波信号(TP3)が増幅アナログ音声信号(TP1)よりレベルが高ければH信号となり、三角波信号(TP3)の方が増幅アナログ音声信号(TP1)より低ければL信号となることを示す。 FIG. 5 shows the state of each signal from TP1 to TP4 shown in FIG. The PWM pulse signal (TP4) becomes an H signal if the level of the triangular wave signal (TP3) is higher than the amplified analog audio signal (TP1), and the L signal if the triangular wave signal (TP3) is lower than the amplified analog audio signal (TP1). Indicates that
上記のように構成されたPWMアンプ50のPWMパルス信号出力は数10Vの電圧を持ったパルスであり、一方、入力されるアナログ音声信号は数100mVの信号と電圧差がある。このため、PWMパルス信号がアナログ音声信号に妨害を与え、歪み、残留ノイズの増加が発生するが、特許文献1の記載の通りハイブリッドIC化、基板パターンの配置方式の工夫などで音質劣化を改善することができる。
The PWM pulse signal output of the
図6はこの音質劣化を改善する従来のPWMアンプを用いた音声増幅装置のブロック図である。 FIG. 6 is a block diagram of a sound amplifying apparatus using a conventional PWM amplifier for improving the sound quality deterioration.
以下、図6を参照しながら、音質劣化を改善する従来のPWMアンプを用いた音声増幅装置について説明する。 Hereinafter, with reference to FIG. 6, a description will be given of a sound amplifying apparatus using a conventional PWM amplifier for improving sound quality degradation.
バンドパスフィルタ60を通じて入力されたアナログ音声信号は、PWMドライバ61の差動入力のオペアンプに入力されることでコモンモードとして入力信号にのったノイズが打ち消される。出力フィルタ66を通じて、PWMアンプから音声出力され、スピーカ67は、BTL(Bridged Tied Load)接続とされる。PWMドライバ61と出力スイッチ器62と負帰還器63のハイブリッド化(ハイブリッドIC64)、PWMドライバ61と出力スイッチ器62(MOS−FET65が含まれる)の電源及びグランドの独立化、基板配線パターン長の最短化、基板パターンの左右対称配置化、金属カバーによる輻射ノイズの防止を図る構成とすることにより、スイッチングノイズの影響を低減でき、歪率の低減や消費電力の低減を図ることができる。
The analog audio signal input through the
ところで、音声信号の電力増幅においては、高域は高解像度が、低域はハイパワー化が通常要求される。 By the way, in power amplification of an audio signal, high resolution is usually required in the high range and high power is required in the low range.
高解像なPWMアンプを実現するにはPWMアンプのパルス幅変調の基準周波数となるクロックパルスの周波数をできるだけ高く設定し、サンプリング周波数を上げれば解決できる。しかし、スイッチング回数の増加によりスイッチングロスが発生し、効率は低下するため低域再生に要求されるハイパワーには対応できない問題があった。図7には、PWMアンプのサンプリング周波数と効率特性の概要を示している。図7に示したように、サンプリング周波数が高く(スイッチング周波数が高く)なれば、効率が減少する。 The realization of a high-resolution PWM amplifier can be solved by setting the clock pulse frequency, which is the reference frequency for pulse width modulation of the PWM amplifier, as high as possible and increasing the sampling frequency. However, a switching loss occurs due to an increase in the number of times of switching, and the efficiency is lowered. Therefore, there is a problem that the high power required for low frequency reproduction cannot be handled. FIG. 7 shows an outline of the sampling frequency and efficiency characteristics of the PWM amplifier. As shown in FIG. 7, the efficiency decreases as the sampling frequency increases (the switching frequency increases).
この問題の解決手段として、PWMアンプを2器使用したバイアンプ構成が用いられ、それぞれのPWMアンプのパルス幅変調の基準周波数となるクロックパルスが変更されて使用される。
しかしながら、PWMアンプを用いてバイアンプを構成した際に、各PWMアンプのクロックパルス周波数の違いにより、各PWMアンプにおいて干渉が発生し、混変調ノイズが発生する。 However, when a bi-amplifier is configured using a PWM amplifier, interference occurs in each PWM amplifier due to a difference in clock pulse frequency of each PWM amplifier, and cross-modulation noise occurs.
図8は、PWMアンプと積分器とを一体化したPWMアンプ処理ユニットが2個からなる従来のバイアンプ構成の音声増幅装置であり、PWMアンプ処理ユニット68を高域増幅用とし、PWMアンプ処理ユニット69を低域増幅用としてバイアンプ構成としている。
FIG. 8 shows an audio amplifying apparatus having a conventional bi-amplifier configuration including two PWM amplifier processing units each integrating a PWM amplifier and an integrator. The PWM
PWMアンプにおいて、そのクロックパルスの発振周波数には、さほど精度が要求されないことから、抵抗RとコンデンサCにより安価に構成できるRC発振器で構成される。しかしながら、RC発振器は抵抗RとコンデンサCのバラツキ精度があるため発振周波数は数%程度の誤差のある周波数で発振する。 In the PWM amplifier, the oscillation frequency of the clock pulse is not required to be so accurate, and is configured by an RC oscillator that can be configured at low cost by the resistor R and the capacitor C. However, since the RC oscillator has a variation accuracy between the resistor R and the capacitor C, the oscillation frequency oscillates at a frequency with an error of about several percent.
ここで、低域用PWMアンプ処理ユニットのクロックパルス周波数をfSL、高域用PWMアンプ処理ユニットのクロックパルス周波数をfSHとする。今、低域用PWMアンプ処理ユニットのクロックパルス周波数fSLは125KHzで発振させたものとし、高域用PWMアンプ処理ユニットのクロックパルス周波数fSHは500KHzを目標として設定したもののRC発振器のバラツキ精度のため510KHzの発振周波数となったものとする。 Here, the clock pulse frequency of the low frequency PWM amplifier processing unit is f SL , and the clock pulse frequency of the high frequency PWM amplifier processing unit is f SH . The clock pulse frequency f SL of the low-frequency PWM amplifier processing unit is assumed to oscillate at 125 KHz, and the clock pulse frequency f SH of the high-frequency PWM amplifier processing unit is set with a target of 500 KHz, but the RC oscillator variation accuracy Therefore, it is assumed that the oscillation frequency is 510 KHz.
低域用発振周波数fSLの高調波の中に、その4倍の高調波成分500KHzが発生し、電源、グランド、輻射などからのクロックパルスもれの影響があったとすると、fSH(510KHz)−4*fSL(4*125KHz)=10KHzの混変調ノイズが発生し、10KHzの単一スペクトル信号が可聴帯域20KHz以内に折り返すため、折り返しノイズが発生する。図9には、折り返しノイズが発生している様子を示す。 Some of the harmonic of the low-frequency oscillation frequency f SL, four times harmonic components 500KHz occurs, power, ground, if you had influence of clock pulses leakage from such radiation, f SH (510 kHz) -4 * f SL (4 * 125 KHz) = 10 KHz intermodulation noise is generated, and a single spectrum signal of 10 KHz is folded back within an audible band of 20 KHz, so that folding noise is generated. FIG. 9 shows the appearance of aliasing noise.
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、PWMアンプを用いて、高域では高解像度であり、低域ではハイパワーなバイアンプの特徴を持ちながら、混変調ノイズが発生しない低コストな音声増幅装置を構成することを目的とする。 The present invention solves such a conventional problem, and using a PWM amplifier, the high-frequency high-resolution and low-frequency high-power bi-amplifier characteristics, but no cross-modulation noise is generated. The object is to construct a low-cost audio amplifying apparatus.
本発明は、上記目的を達成するために、パルス発振器により基準クロックを生成し、音声信号の高域成分については前記基準クロックを用いたパルス幅変調により電力増幅し、前記音声信号の低域成分については前記基準クロックを分周したクロックを用いたパルス幅変調により電力増幅する。 In order to achieve the above object, the present invention generates a reference clock by a pulse oscillator, amplifies the power of the high frequency component of the audio signal by pulse width modulation using the reference clock, and the low frequency component of the audio signal. Is amplified by pulse width modulation using a clock obtained by dividing the reference clock.
また、本発明は、クロックパルスを生成して出力するパルス発振器と、前記パルス発振器の出力を分周する分周器と、前記パルス発振器の出力をクロックパルスとして入力し音声信号から高域成分を抽出したものをパルス幅変調して電力増幅する高域用パルス幅変調アンプと、前記分周器の出力をクロックパルスとして入力し前記音声信号から低域成分を抽出したものをパルス幅変調して電力増幅する低域用パルス幅変調アンプとからなる。 The present invention also provides a pulse oscillator that generates and outputs a clock pulse, a frequency divider that divides the output of the pulse oscillator, and an output of the pulse oscillator that is input as a clock pulse to generate a high frequency component from an audio signal. A pulse width modulation amplifier for high frequency that amplifies the power by pulse width modulation of the extracted one, and a pulse width modulation of the low frequency component extracted from the audio signal by inputting the output of the frequency divider as a clock pulse It consists of a low-frequency pulse width modulation amplifier that amplifies power.
さらに、本発明は、クロックパルスを生成して出力するパルス発振器と、前記パルス発振器の出力を分周する分周器と、前記パルス発振器の出力をクロックパルスとして入力しLチャンネルアナログ音声信号から高域成分を抽出したものをパルス幅変調して電力増幅するLチャンネル用パルス幅変調アンプと、前記パルス発振器の出力をクロックパルスとして入力しRチャンネルアナログ音声信号から高域成分を抽出したものをパルス幅変調して電力増幅するRチャンネル用パルス幅変調アンプと、前記分周器の出力をクロックパルスとして入力し前記Lチャンネルアナログ音声信号と前記Rチャンネルアナログ音声信号とを加算したものから低域成分を抽出したものをパルス幅変調して電力増幅する低域用パルス幅変調アンプとからなる。 Further, the present invention provides a pulse oscillator that generates and outputs a clock pulse, a frequency divider that divides the output of the pulse oscillator, and an output of the pulse oscillator that is input as a clock pulse. A pulse width modulation amplifier for L channel that amplifies power by pulse width modulation of the extracted band component, and a pulse obtained by extracting the high band component from the R channel analog audio signal by inputting the output of the pulse oscillator as a clock pulse R channel pulse width modulation amplifier that performs width modulation and power amplification, and an output of the frequency divider as a clock pulse, and a combination of the L channel analog audio signal and the R channel analog audio signal to a low frequency component And a low-frequency pulse width modulation amplifier that amplifies the power by pulse width modulation.
本発明のPWMアンプを用いた音声増幅装置は、上記構成により、高域成分の電力増幅を高解像度に行うことができ、低域成分の電力増幅が高効率に行うことができるとともに、それぞれのPWMアンプのクロックパルス周波数の差が原因となり生じる混変調ノイズを発生させないような音声増幅装置を簡単な回路構成で実現できるものである。 The audio amplifying apparatus using the PWM amplifier according to the present invention can perform high-frequency component power amplification with high resolution and low-frequency component power amplification with high efficiency by the above-described configuration. It is possible to realize an audio amplifying apparatus that does not generate cross-modulation noise caused by the difference in clock pulse frequency of the PWM amplifier with a simple circuit configuration.
本発明の実施の形態におけるPWMアンプを用いた音声増幅装置では、高域が高解像度かつ低域が高効率な電力増幅を可能とすると同時に、パルス発振器の出力とそれを分周したものをそれぞれ高域用、低域用のPWMアンプの発振周波数として用いる構成により2つのPWMアンプの発振誤差の影響を受けることがなくなり、その結果混変調ノイズが生じることがなくなる音声増幅装置である。 In the audio amplifying apparatus using the PWM amplifier according to the embodiment of the present invention, the high frequency is high resolution and the low frequency is high-efficiency power amplification. This is a voice amplifying device that is not affected by the oscillation error of the two PWM amplifiers by the configuration used as the oscillation frequency of the high-frequency and low-frequency PWM amplifiers, and as a result no intermodulation noise occurs.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1におけるPWMアンプを用いた音声増幅装置について、以下にその動作と各構成要素を詳しく説明する。図1は本発明の実施の形態1におけるPWMアンプを用いた音声増幅装置の構成を示すブロック図である。
(Embodiment 1)
The operation and each component of the audio amplifying apparatus using the PWM amplifier according to the first embodiment of the present invention will be described in detail below. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a sound amplifying apparatus using a PWM amplifier according to Embodiment 1 of the present invention.
図1における本発明の実施の形態1におけるPWMアンプを用いた音声増幅装置は、パルス発振器17、ハイパスフィルタ1、第1のPWMアンプ2、第1の積分器7、高域再生スピーカ8、ローパスフィルタ9、第2のPWMアンプ10、分周器18、第2の積分器15、低域再生スピーカ16からなる。
1, the audio amplifying apparatus using the PWM amplifier according to the first embodiment of the present invention includes a
パルス発振器17は、発振により基準クロックパルスを生成し、第1の三角波発生器6と分周器18に出力する。
The
分周器18は、パルス発振器17から出力されたパルスクロックを分周し、第2の三角波発生器14に出力する。
The
(高域の増幅と再生)
まず、入力されたアナログ音声信号の高域の増幅と再生について説明する。
(High frequency amplification and playback)
First, the high-frequency amplification and reproduction of the input analog audio signal will be described.
入力されたアナログ音声信号の高域の増幅と再生は、ハイパスフィルタ1、第1のPWMアンプ2、第1の積分器7、高域再生用スピーカ8により行われる。
High-frequency amplification and reproduction of the input analog audio signal is performed by the high-pass filter 1, the
ハイパスフィルタ1は、入力されたアナログ音声信号から高域成分を抽出し、第1の増幅器3に出力する。 The high pass filter 1 extracts a high frequency component from the input analog audio signal and outputs it to the first amplifier 3.
第1のPWMアンプ2は、第1の増幅器3、第1の三角波発生器6、第1のレベル比較タイミング発生器4、第1のMOS−FET出力器5から構成される。
The
以下、第1のPWMアンプ2の各構成について説明する。
Hereinafter, each configuration of the
第1の増幅器3は、ハイパスフィルタ1から出力されたアナログ音声信号の高域成分を入力とし所定の増幅度で増幅し、第1のレベル比較タイミング発生器4に出力する。
The first amplifier 3 receives the high frequency component of the analog audio signal output from the high-pass filter 1 as input, amplifies it with a predetermined amplification degree, and outputs it to the first level
第1の三角波発生器6は、入力されたクロックパルスを三角波信号に変換し、第1のレベル比較タイミング発生器4に出力する。このクロックパルスは、パルス幅変調の基準周波数となる。
The first triangular wave generator 6 converts the inputted clock pulse into a triangular wave signal and outputs it to the first level
第1のレベル比較タイミング発生器4は、三角波発生器6より出力された三角波信号と、増幅器3により出力されたアナログ音声信号の高域成分を増幅したものとを比較し、三角波信号がアナログ音声信号の高域成分を増幅したものよりレベルが高ければH信号を、逆に三角波信号の方がアナログ音声信号の高域成分を増幅したものよりレベルが低ければL信号を出力する。その際に、第1のレベル比較タイミング発生器4は、MOS−FET出力器5の2つのFETが同時に導通状態にならないようにタイミング調整して第1のMOS−FET出力器5にH信号またはL信号を出力する。
The first level
第1のMOS−FET出力器5は、第1のレベル比較タイミング発生器4から出力されたH信号またはL信号の出力信号を、所定のパワーが得られるように電圧上昇させたPWMパルス信号を出力する。
The first MOS-FET output unit 5 outputs a PWM pulse signal obtained by raising the voltage of the output signal of the H signal or the L signal output from the first level
第1の積分器7は、第1のPWMアンプ2から出力されたPWMパルス信号を、その高域成分を除去した後に積分することで音声再生のためのアナログ音声信号に変換する。
The first integrator 7 converts the PWM pulse signal output from the
高域再生スピーカ8は、第1の積分器7から出力された音声再生のためのアナログ音声信号を入力し、音声として再生出力する。
The high
(低域の増幅と再生)
続いて、入力されたアナログ音声信号の低域の増幅と再生について説明する。
(Low frequency amplification and playback)
Next, low-frequency amplification and reproduction of the input analog audio signal will be described.
入力されたアナログ音声信号の低域の増幅と再生は、ローパスフィルタ9、第2のPWMアンプ10、第2の積分器15、低域再生用スピーカ16により行われる。
The low frequency amplification and reproduction of the input analog audio signal is performed by the low pass filter 9, the
ローパスフィルタ9は、入力されたアナログ音声信号から低域成分を抽出し、第2の増幅器11に出力する。
The low pass filter 9 extracts a low frequency component from the input analog audio signal and outputs the low frequency component to the
第2のPWMアンプ10は、第2の増幅器11、第2の三角波発生器14、第2のレベル比較タイミング発生器12、第2のMOS−FET出力器13から構成される。第2のPWMアンプ10の各構成は、第2の増幅器11に入力されるアナログ音声信号と、第2の三角波発生器14に入力されるクロックパルスが異なる点を除いて、第1のPWMアンプ2の構成と同様であるので内部の信号の処理の説明を省略する。
The
第2の増幅器11には、ローパスフィルタ9から出力されたアナログ音声信号の低域成分を所定の増幅度で増幅し、第2のレベル比較タイミング発生器12に出力する。
The
第2の三角波発生器14は、分周器18から入力されたクロックパルスを三角波信号に変換し、第2のレベル比較タイミング発生器12に出力する。
The second
以下、第2のPWMアンプ10からは、第1のPWMアンプと同様に処理された、入力された音声信号の低域に対応するPWMパルス信号が出力される。
Thereafter, the
第2の積分器15は、第2のPWMアンプ10から出力されたPWMパルス信号を、その高域成分を除去した後に積分することで音声再生のためのアナログ音声信号に変換する。
The
低域再生スピーカ16は、第2の積分器15から出力された音声再生のためのアナログ音声信号を入力し、音声として再生出力する。
The low
図2を用いて、上記の構成とすることにより折り返し混変調ノイズが発生しない原理を説明する。 With reference to FIG. 2, the principle that the folded intermodulation noise does not occur with the above configuration will be described.
たとえば、パルス発振器17の発振周波数を500KHzとし、分周器18では4分周するとする。パルス発振器17の発振周波数500KHzは、第1のPWMアンプに供給され、パルス発振器17の発振周波数500KHzを4分周した周波数である125KHzが、第2のPWMアンプに供給される。この状態で、電源、グランド、輻射などにより第1のPWMアンプ2と第2のPWMアンプ10にもれが発生したものとしても、4倍の高調波による影響は、fSH(500KHz)−4*fSL(4*125KHz)=0KHzとなり、第1のPWMアンプ2と第2のPWMアンプ10に使用するクロック間の誤差による混変調ノイズの発生はなくなる。そして、可聴帯域20KHz以内に折り返るノイズがなくなる。
For example, assume that the oscillation frequency of the
以上のように本発明の実施の形態1におけるPWMアンプを用いた音声増幅装置では、高域が高解像度かつ低域が高効率な電力増幅を可能としながら、パルス発振器の出力とそれを分周したものをそれぞれ高域用、低域用のPWMアンプの発振周波数として用いる構成により2つのPWMアンプの発振誤差の影響を受けることがなく、その結果混変調ノイズが可聴帯域へ折り返ることがなくなるものとすることができる。このため、PWMアンプを使用した音質の良いバイアンプシステムが実現できる。しかも、パルス発振器の共通化による個数の削減と、わずかに一つの分周器の追加のみであるため、回路規模も大幅に増加することがなくなり低コスト、低消費電力の音声増幅装置を実現できる。 As described above, in the audio amplifying device using the PWM amplifier according to the first embodiment of the present invention, the output of the pulse oscillator and the frequency division are performed while enabling high frequency high resolution and low frequency highly efficient power amplification. As a result of using these as the oscillation frequencies of the high-frequency and low-frequency PWM amplifiers, there is no influence of the oscillation errors of the two PWM amplifiers, and as a result, the intermodulation noise does not return to the audible band. Can be. For this reason, it is possible to realize a bi-amplifier system having a good sound quality using a PWM amplifier. Moreover, since the number of pulse oscillators is reduced and only one frequency divider is added, the circuit scale is not increased significantly, and a low-cost, low-power consumption audio amplifying apparatus can be realized. .
また、パルス発振器17、分周器18、第1のPWMアンプ2、第2のPWMアンプ10を一体としてハイブリッドICとして構成してもよく、さらにはハイパスフィルタ1、ローパスフィルタ9などをも含めて一つのハイブリッドICとして構成することもでき、その場合はより小型な音声増幅装置を実現できる。図1には、ハイブリッドICの一例101を示している。
Further, the
なお、PWMアンプの内部構成も、本発明の実施の形態1に限られるものではない。さらに、本発明の実施の形態1では、PWMアンプを例にとって説明したがパルス振幅変調(PAM)、パルス密度変調(PDM)などのその他のデジタルアンプに適応しても構わない。 The internal configuration of the PWM amplifier is not limited to the first embodiment of the present invention. Furthermore, in the first embodiment of the present invention, the PWM amplifier has been described as an example. However, the present invention may be applied to other digital amplifiers such as pulse amplitude modulation (PAM) and pulse density modulation (PDM).
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2におけるPWMアンプを用いた音声増幅装置では、Lチャンネル、Rチャンネルそれぞれの高域が高解像度でありかつ低域が高効率な電力増幅を可能とする3Dシステム構成でありながら、一つのパルス発振器の出力を、Lチャンネル、Rチャンネルそれぞれの高域用のPWMアンプのクロックパルスとして供給し、かつ、同じパルス発振器の出力を分周したものを低域用のPWMアンプのクロックパルスとして用いる構成により3つのPWMアンプの発振誤差の影響を受けることがなくなり、その結果混変調ノイズが可聴帯域へ折り返ることがなくなるものである。
(Embodiment 2)
The audio amplifying apparatus using the PWM amplifier according to the second embodiment of the present invention has a 3D system configuration in which the high frequency of each of the L channel and the R channel has high resolution and the low frequency enables high-efficiency power amplification. However, the output of one pulse oscillator is supplied as the clock pulse of the PWM amplifier for the high frequency of each of the L channel and the R channel, and the output of the same pulse oscillator is divided and the output of the PWM amplifier for the low frequency is used. The configuration used as the clock pulse is not affected by the oscillation error of the three PWM amplifiers, and as a result, the intermodulation noise does not return to the audible band.
本発明の実施の形態2におけるPWMアンプを用いた音声増幅装置について、以下にその動作と各構成要素を詳しく説明する。図3は、本発明の実施の形態2におけるPWMアンプを用いた音声増幅装置の構成を示すブロック図である。 The operation and components of the audio amplifying apparatus using the PWM amplifier according to the second embodiment of the present invention will be described in detail below. FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of an audio amplifying apparatus using a PWM amplifier according to the second embodiment of the present invention.
図3における本発明の実施の形態2におけるPWMアンプを用いた音声増幅装置は、パルス発振器43、加算器41、ハイパスフィルタ19、第1のPWMアンプ20、第1の積分器25、Lチャンネル再生スピーカ26、ハイパスフィルタ45、第2のPWMアンプ27、第2の積分器32、Rチャンネル再生スピーカ33、ローパスフィルタ42、分周器44、第3のPWMアンプ34、第3の積分器39、低域再生スピーカ40からなる。
The audio amplifying apparatus using the PWM amplifier in
パルス発振器43は、発振により基準クロックパルスを生成し、第1の三角波発生器24、第2の三角波発生器31、分周器44に出力する。
The
分周器44は、パルス発振器43により供給されたパルスクロックを分周し、第3の三角波発生器38に出力する。
The
加算器41は、入力されたLチャンネルのアナログ音声信号とRチャンネルのアナログ音声信号を加算し、その結果をローパスフィルタ42に出力する。
The
本発明の実施の形態2におけるPWMアンプを用いた音声増幅装置は、入力されたLチャンネルのアナログ音声信号の高域成分の増幅と再生は、ハイパスフィルタ19、第1のPWMアンプ20、第1の積分器25、Lチャンネル再生用スピーカ26により行われる。
In the audio amplifying apparatus using the PWM amplifier according to the second embodiment of the present invention, the high-
また、入力されたRチャンネルのアナログ音声信号の高域成分の増幅と再生は、ハイパスフィルタ45、第2のPWMアンプ27、第2の積分器32、Rチャンネル再生用スピーカ33により行われる。
Further, amplification and reproduction of the high frequency component of the input R channel analog audio signal is performed by the
さらに、入力されたアナログ音声信号のうち低域成分の増幅と再生は、ローパスフィルタ42、第3のPWMアンプ34、第3の積分器39、低域再生用スピーカ40により行われる。
Further, amplification and reproduction of the low-frequency component in the input analog audio signal is performed by the low-
第1のPWMアンプ20は、第1の増幅器21、第1の三角波発生器24、第1のレベル比較タイミング発生器22、第1のMOS−FET出力器23から構成される。
The
第2のPWMアンプ27は、第2の増幅器28、第2の三角波発生器31、第2のレベル比較タイミング発生器29、第2のMOS−FET出力器30から構成される。
The
第1のPWMアンプ20、第2のPWMアンプ27は、第1の増幅器21、第2の増幅器28に入力されるアナログ音声信号と、第1の三角波発生器24、第2の三角波発生器31に入力されるクロックパルスが異なる点を除いて、本発明の実施の形態1に記載した第1のPWMアンプと同様の構成であるので内部の信号の処理の説明を省略する。
The
(Lチャンネルの高域の増幅と再生)
第1の増幅器21には、ハイパスフィルタ19から出力されたLチャンネルのアナログ音声信号の高域成分を所定の増幅度で増幅し、第1のレベル比較タイミング発生器22に出力する。
(L channel high frequency amplification and playback)
The
第1の三角波発生器24は、パルス発振器43から入力されたクロックパルスを三角波信号に変換し、第1のレベル比較タイミング発生器22に出力する。
The first
以下、第1のPWMアンプ20からは、本発明の実施の形態1における第1のPWMアンプと同様に処理され、入力されたLチャンネルの音声信号の高域に対応するPWMパルス信号が出力される。
Thereafter, the
第1の積分器25は、第1のPWMアンプ20から出力されたPWMパルス信号を、その高域成分を除去した後に積分することで音声再生のためのLチャンネルのアナログ音声信号に変換する。
The
Lチャンネル再生スピーカ26は、第1の積分器25から出力された音声再生のためのLチャンネルのアナログ音声信号を入力し、音声として再生出力する。
The L
(Rチャンネルの高域の増幅と再生)
第2の増幅器28には、ハイパスフィルタ45から出力されたRチャンネルのアナログ音声信号の高域成分を所定の増幅度で増幅し、第2のレベル比較タイミング発生器29に出力する。
(R channel high frequency amplification and playback)
The
第2の三角波発生器31は、パルス発振器43から入力されたクロックパルスを三角波信号に変換し、第2のレベル比較タイミング発生器29に出力する。
The second
以下、第2のPWMアンプ27からは、本発明の実施の形態1に記載した第1のPWMアンプと同様に処理され、入力されたRチャンネルの音声信号の高域に対応するPWMパルス信号が出力される。
Thereafter, the PWM pulse signal corresponding to the high range of the input R channel audio signal is processed from the
第2の積分器32は、第2のPWMアンプ27から出力されたPWMパルス信号を、その高域成分を除去した後に積分することで音声再生のためのRチャンネルのアナログ音声信号に変換する。
The
Rチャンネル再生スピーカ33は、第2の積分器32から出力された音声再生のためのRチャンネルのアナログ音声信号を入力し、音声として再生出力する。
The R
(低域の増幅と再生)
ローパスフィルタ42は、加算器41から出力されたアナログ音声信号から低域成分を抽出し、第3の増幅器35に出力する。
(Low frequency amplification and playback)
The
第3のPWMアンプ34は、第3の増幅器35、第3の三角波発生器38、第3のレベル比較タイミング発生器36、第3のMOS−FET出力器37から構成される。第3のPWMアンプ34の各構成は、第3の増幅器35に入力されるアナログ音声信号と、第3の三角波発生器38に入力されるクロックパルスが異なる点を除いて、本発明の実施の形態1に記載した第2のPWMアンプ10の構成と同様であるので内部の信号の処理の説明を省略する。
The
第3の増幅器35には、ローパスフィルタ42から出力されたアナログ音声信号の低域成分を所定の増幅度で増幅し、第3のレベル比較タイミング発生器36に出力する。
The
第3の三角波発生器38は、分周器44から入力されたクロックパルスを三角波信号に変換し、第3のレベル比較タイミング発生器36に出力する。
The third
以下、第3のPWMアンプ34からは、本発明の実施の形態1記載の第2のPWMアンプと同様に処理された、入力された音声信号の低域に対応するPWMパルス信号が出力される。
Hereinafter, the
第3の積分器39は、第3のPWMアンプ34から出力されたPWMパルス信号を、その高域成分を除去した後に積分することで音声再生のためのアナログ音声信号に変換する。
The
低域再生スピーカ40は、第3の積分器39から出力された音声再生のためのアナログ音声信号を入力し、音声として再生出力する。
The low
本発明の実施の形態2におけるPWMアンプを用いた音声増幅装置では、Lチャンネル、Rチャンネルそれぞれの高域が高解像度でありかつ低域が高効率な電力増幅を可能とする3Dシステム構成でありながら、一つのパルス発振器の出力を、Lチャンネル、Rチャンネルの高域用のPWMアンプのクロックパルスとして出力し、かつ、同じパルス発振器の出力を分周したものを低域用のPWMアンプの発振周波数として用いる構成により3つのPWMアンプの発振誤差の影響を受けることがなくなり、その結果混変調ノイズが可聴帯域へ折り返ることがなくなるものである。このため、PWMアンプを使用した音質の良い3Dシステムが実現できる。しかも、パルス発振器の共通化による個数の削減と、わずかに一つの分周器の追加のみであるため、回路規模も大幅に増加することがなくなり低コスト、低消費電力の音声増幅装置を実現できる。 The audio amplifying apparatus using the PWM amplifier according to the second embodiment of the present invention has a 3D system configuration in which the high frequency of each of the L channel and the R channel has high resolution and the low frequency enables high-efficiency power amplification. However, the output of one pulse oscillator is output as the clock pulse of the L-channel and R-channel high-frequency PWM amplifier, and the output of the same pulse oscillator is divided to oscillate the low-frequency PWM amplifier. The configuration used as the frequency is not affected by the oscillation error of the three PWM amplifiers, and as a result, the intermodulation noise does not return to the audible band. For this reason, a 3D system with good sound quality using a PWM amplifier can be realized. Moreover, since the number of pulse oscillators is reduced and only one frequency divider is added, the circuit scale is not increased significantly, and a low-cost, low-power consumption audio amplifying apparatus can be realized. .
また、パルス発振器43、分周器44、第1のPWMアンプ20、第2のPWMアンプ27、第3のPWMアンプ34を一体としてハイブリッドICとして構成してもよく、さらには第1のハイパスフィルタ19、第2のハイパスフィルタ45、ローパスフィルタ42、加算器41などをも含めて一つのハイブリッドICとして構成することもでき、その場合はより小型な音声増幅装置を実現できる。図3には、ハイブリッドICの一例102を示している。
Further, the
なお、PWMアンプの内部構成も、本発明の実施の形態2に限られるものではない。さらに、本発明の実施の形態2では、PWMアンプを例にとって説明したがパルス振幅変調(PAM)、パルス密度変調(PDM)などのその他のデジタルアンプにも適応しても構わない。 The internal configuration of the PWM amplifier is not limited to the second embodiment of the present invention. Furthermore, in the second embodiment of the present invention, the PWM amplifier has been described as an example. However, the present invention may be applied to other digital amplifiers such as pulse amplitude modulation (PAM) and pulse density modulation (PDM).
本発明に係る音声増幅方法及び音声増幅装置によれば、高域成分は高解像度でかつ低域成分は高効率な電力増幅の両立が図れ、同時に、サンプリング周波数の差で発生する混変調ノイズを発生しない音声信号の電力増幅することができ、しかも簡単な回路構成で可能となるなど、AV機器の音声増幅にはとりわけ有用である。 According to the audio amplifying method and the audio amplifying device according to the present invention, high frequency components can have high resolution and low frequency components can achieve high-efficiency power amplification at the same time. It is particularly useful for audio amplification of AV equipment, such as being able to amplify the power of an audio signal that does not occur and enabling it with a simple circuit configuration.
1 ハイパスフィルタ
2 第1のPWMアンプ
3 第1の増幅器
4 第1のレベル比較タイミング発生器
5 第1のMOS−FET出力器
6 第1の三角波発生器
7 第1の積分器
8 高域再生スピーカ
9 ローパスフィルタ
10 第2のPWMアンプ
11 第2の増幅器
12 第2のレベル比較タイミング発生器
13 第2のMOS−FET出力器
14 第2の三角波発生器
15 第2の積分器
16 低域再生スピーカ
17 パルス発振器
18 分周器
19 ハイパスフィルタ
20 第1のPWMアンプ
21 第1の増幅器
22 第1のレベル比較タイミング発生器
23 第1のMOS−FET出力器
24 第1の三角波発生器
25 第1の積分器
26 Lチャンネル再生スピーカ
27 第2のPWMアンプ
28 第2の増幅器
29 第2のレベル比較タイミング発生器
30 第2のMOS−FET出力器
31 第2の三角波発生器
32 第2の積分器
33 Rチャンネル再生スピーカ
34 第3のPWMアンプ
35 第3の増幅器
36 第3のレベル比較タイミング発生器
37 第3のMOS−FET出力器
38 第3の三角波発生器
39 第3の積分器
40 低域再生スピーカ
41 加算器
42 ローパスフィルタ
43 パルス発振器
44 分周器
45 ハイパスフィルタ
50 PWMアンプ
51 増幅器
52 レベル比較タイミング発生器
53 MOS−FET出力器
54 三角波発生器
55 積分器
56 スピーカ
60 バンドパスフィルタ
61 PWMドライバ
62 出力スイッチ器
63 負帰還器
64 ハイブリッドIC
65 MOS−FET
66 出力フィルタ
67 スピーカ
68 PWMアンプ処理ユニット
69 PWMアンプ処理ユニット
101 ハイブリッドIC
102 ハイブリッドIC
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 High pass filter 2 1st PWM amplifier 3 1st amplifier 4 1st level comparison timing generator 5 1st MOS-FET output device 6 1st triangular wave generator 7 1st integrator 8 High frequency reproduction | regeneration speaker 9 Low-pass filter 10 Second PWM amplifier 11 Second amplifier 12 Second level comparison timing generator 13 Second MOS-FET output device 14 Second triangular wave generator 15 Second integrator 16 Low-frequency reproduction speaker 17 Pulse Oscillator 18 Frequency Divider 19 High-Pass Filter 20 First PWM Amplifier 21 First Amplifier 22 First Level Comparison Timing Generator 23 First MOS-FET Output Unit 24 First Triangular Wave Generator 25 First Integrator 26 L channel reproduction speaker 27 Second PWM amplifier 28 Second amplifier 29 Second level comparison timing Generator 30 Second MOS-FET output device 31 Second triangular wave generator 32 Second integrator 33 R channel reproduction speaker 34 Third PWM amplifier 35 Third amplifier 36 Third level comparison timing generator 37 Third MOS-FET output unit 38 Third triangular wave generator 39 Third integrator 40 Low-frequency reproduction speaker 41 Adder 42 Low-pass filter 43 Pulse oscillator 44 Frequency divider 45 High-pass filter 50 PWM amplifier 51 Amplifier 52 Level comparison Timing generator 53 MOS-FET output device 54 Triangular wave generator 55 Integrator 56 Speaker 60 Band pass filter 61 PWM driver 62 Output switch device 63 Negative feedback device 64 Hybrid IC
65 MOS-FET
66
102 Hybrid IC
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006062318A JP2007243530A (en) | 2006-03-08 | 2006-03-08 | Method and device for voice amplification |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2007243530A true JP2007243530A (en) | 2007-09-20 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104168524A (en) * | 2013-05-17 | 2014-11-26 | 无锡华润矽科微电子有限公司 | Control circuit and control method of digital power amplifier device |
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2006
- 2006-03-08 JP JP2006062318A patent/JP2007243530A/en active Pending
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