JP2007288431A - Pulse-modulation power amplifier - Google Patents

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Kenji Okamoto
賢治 岡本
Hitoshi Kobayashi
仁 小林
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pulse-modulation power amplifier capable of being simply configured with few circuits, capable of being integrated on a small area with low power consumption, and capable of performing output control and protection within a short time from a clock shut down. <P>SOLUTION: The amplifier comprises a pulse modulator 1 for converting an input signal into a pulse train by making a clock and the input signal to be inputs, a clock detecting circuit 14 for outputting a signal different from that is to be outputted when the clock is normal after detecting stop of the clock when the clock is to be stopped, an output control circuit 2 for making a pulse train which is outputted by the pulse modulator and the output of the clock detecting circuit to be inputs, and an output circuit 3 for switching in response to an output pulse train outputted by the output control circuit. The output control circuit is designed to control switching of the output circuit to be stopped in response to a signal which is different from what is to be outputted by the clock detecting circuit at the time when the clock is normal. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、パルス変調型電力増幅器に関するもので、主にD級オーディオアンプのクロック停止時の破壊防止に関するものである。   The present invention relates to a pulse modulation type power amplifier, and mainly relates to prevention of destruction of a class D audio amplifier when the clock is stopped.

近年、パルス幅変調(以下、PWM変調)やデルタシグマ変調を用いたD級オーディオアンプが利用されている。D級アンプのようなパルス変調型電力増幅器は、アナログ信号を増幅するA級アンプやB級アンプ等に比べてエネルギー効率がよく、盛んに実用化が試みられている。   In recent years, class D audio amplifiers using pulse width modulation (hereinafter referred to as PWM modulation) or delta-sigma modulation have been used. Pulse modulation type power amplifiers such as class D amplifiers are more energy efficient than class A amplifiers and class B amplifiers that amplify analog signals, and are being actively put to practical use.

図8に一般的なパルス変調型電力増幅器のブロック図を示す。一般的なパルス変調型電力増幅器は、クロックAとアナログ信号Bを入力とするパルス変調器1と、パルス変調器1から出力されるパルス列Cに応じてスイッチングを行う出力回路3で構成される。必要に応じてパルス変調器1と出力回路3の間に駆動回路や演算回路等からなる出力制御回路2が挿入される。アナログ信号Bはパルス変調器1によってパルス列に変換され、そのパルス列のハイ、ローに応じて出力回路3はスイッチングを行う。出力回路3からの信号をローパスフィルタ4に通すことでアナログ信号が復元され、負荷(スピーカ)5を駆動する。(例えば、非特許文献1参照)。   FIG. 8 shows a block diagram of a general pulse modulation type power amplifier. A general pulse modulation type power amplifier includes a pulse modulator 1 that receives a clock A and an analog signal B, and an output circuit 3 that performs switching according to a pulse train C output from the pulse modulator 1. An output control circuit 2 including a drive circuit and an arithmetic circuit is inserted between the pulse modulator 1 and the output circuit 3 as necessary. The analog signal B is converted into a pulse train by the pulse modulator 1, and the output circuit 3 performs switching according to the high and low of the pulse train. The analog signal is restored by passing the signal from the output circuit 3 through the low-pass filter 4, and the load (speaker) 5 is driven. (For example, refer nonpatent literature 1).

また、パルス変調型電力増幅器の出力端子に電流が流れ続けることを防止する手段が提案されている。図9に特許文献1に提案されているオーディオ出力保護回路のブロック図を示す。図8と同じ参照番号は、同一の要素を示す。この回路では、出力端子に接続されるローパスフィルタ4がインダクタとコンデンサで構成され、インダクタと相互誘導作用が発生するよう電流検出用(相互)インダクタ6が配置される。電流検出用インダクタ6は整流器7に接続され、整流器7の出力はローパスフィルタ4aを介してフリップフロップ8に供給される。   In addition, means for preventing current from continuously flowing to the output terminal of the pulse modulation type power amplifier has been proposed. FIG. 9 shows a block diagram of an audio output protection circuit proposed in Patent Document 1. In FIG. The same reference numerals as in FIG. 8 indicate the same elements. In this circuit, the low-pass filter 4 connected to the output terminal is composed of an inductor and a capacitor, and a current detection (mutual) inductor 6 is disposed so as to generate a mutual induction action with the inductor. The current detection inductor 6 is connected to a rectifier 7, and the output of the rectifier 7 is supplied to the flip-flop 8 via the low-pass filter 4a.

電流検出用インダクタ6によって出力端子に流れる電流が検出される。その電流は整流器7、ローパスフィルタ4aで電圧に変換され、フリップフロップ8に入力されるその電圧が、予め設定された電圧値以上となったとき出力端子が短絡したものと見なされる。このとき、フリップフロップ8から出力停止信号が送られることで、負荷や出力回路を破壊から保護することが可能である。   The current flowing through the output terminal is detected by the current detection inductor 6. The current is converted into a voltage by the rectifier 7 and the low-pass filter 4a. When the voltage input to the flip-flop 8 becomes equal to or higher than a preset voltage value, the output terminal is regarded as short-circuited. At this time, an output stop signal is sent from the flip-flop 8 to protect the load and the output circuit from destruction.

図10に特許文献2に提案されている保護装置を有するデジタルアンプのブロック図を示す。この回路では、出力端子に接続されるローパスフィルタ4を構成するインダクタの両端をアンプ10に入力する。アンプ10の出力は、インダクタのインピーダンスと周波数の直線性のずれを補償するフィルタ回路11に入力される。フィルタ回路11の出力は検波回路12を介してマイコン13に入力される。出力制御回路2は、パルス列Cがゲート回路を介して駆動回路に入力されるように構成され、マイコン13の出力がゲート回路の一方の入力として供給される。また、ローパスフィルタ4の出力は出力リレー9を介して負荷(スピーカ)5に供給され、出力リレー9はマイコン13により制御される。   FIG. 10 shows a block diagram of a digital amplifier having a protection device proposed in Patent Document 2. In FIG. In this circuit, both ends of the inductor constituting the low-pass filter 4 connected to the output terminal are input to the amplifier 10. The output of the amplifier 10 is input to a filter circuit 11 that compensates for a deviation in linearity between the impedance and frequency of the inductor. The output of the filter circuit 11 is input to the microcomputer 13 via the detection circuit 12. The output control circuit 2 is configured such that the pulse train C is input to the drive circuit via the gate circuit, and the output of the microcomputer 13 is supplied as one input of the gate circuit. The output of the low-pass filter 4 is supplied to the load (speaker) 5 through the output relay 9, and the output relay 9 is controlled by the microcomputer 13.

フィルタ回路11の出力がインダクタに流れる電流の検出信号であり、マイコン13は、入力された電流検出信号と予め設定した基準値を比較する。インダクタに過電流が流れたとき、電流検出信号がマイコン13の基準値を超え、出力短絡と判定される。このときマイコン13が供給する出力短絡検出信号により、出力制御回路2のゲート回路および出力リレー9が動作して、出力を停止することで、負荷や出力回路を破壊から保護することが可能である。
D級/ディジタル・アンプの設計と製作、CQ出版社 特開平5−160649号公報 特開2005−203968号公報
The output of the filter circuit 11 is a detection signal of the current flowing through the inductor, and the microcomputer 13 compares the input current detection signal with a preset reference value. When an overcurrent flows through the inductor, the current detection signal exceeds the reference value of the microcomputer 13 and it is determined that the output is short-circuited. At this time, the gate circuit of the output control circuit 2 and the output relay 9 are operated by the output short circuit detection signal supplied from the microcomputer 13 to stop the output, so that the load and the output circuit can be protected from destruction. .
Class D / Digital amplifier design and production, CQ Publisher Japanese Patent Laid-Open No. 5-160649 JP 2005-203968 A

パルス変調型電力増幅器では、EMIが発生したときや、物理的に衝撃が与えられた場合等に、クロック生成手段や、クロック生成手段からパルス変調器への接続に問題が発生することによってパルス変調器に入力されるクロック信号が停止したとき、出力端子からスピーカやヘッドホン等の負荷に直流電流が流れた状態で停止する。その直流電流が、負荷の許容電流を超えることで発熱して人体に危害を加えたり、出力端子に接続されたスピーカやヘッドホン、あるいはパルス変調型電力増幅器自身が破壊されたりする。そのため、出力端子に電流が流れ続けることを防止する手段を備えることが望ましい。   In a pulse modulation type power amplifier, when EMI occurs or when a physical shock is applied, a pulse modulation occurs due to a problem in the clock generation means and the connection from the clock generation means to the pulse modulator. When the clock signal input to the device stops, it stops with a direct current flowing from the output terminal to a load such as a speaker or headphones. If the direct current exceeds the allowable current of the load, heat is generated and the human body is harmed, or the speaker or headphones connected to the output terminal or the pulse modulation type power amplifier itself is destroyed. Therefore, it is desirable to provide means for preventing current from continuing to flow through the output terminal.

この課題に対し、従来は特許文献1や特許文献2のように、出力端子の電流を直接測定することで保護しようとしていた。しかし出力端子の電流を測定する方法は、アナログ増幅器、基準電圧源、基準電流との比較を行う高精度のコンパレータ、電圧あるいは電流の測定値を平均化するアナログフィルタ等、さまざまアナログ回路が必要であり、回路が複雑かつ消費電力も大きいという短所を有している。また、出力端子の信号をフィードバックして制御するため、出力短絡判定から出力制御までに時間がかかるという課題がある。さらに特許文献1の構成では、相互インダクタンスを使用することで集積化が困難になり、それに伴って実装面積の増加が課題になる。   Conventionally, as in Patent Document 1 and Patent Document 2, an attempt has been made to protect this problem by directly measuring the current at the output terminal. However, the method of measuring the current at the output terminal requires various analog circuits, such as an analog amplifier, a reference voltage source, a high-precision comparator that compares with the reference current, and an analog filter that averages the measured values of voltage or current. In addition, the circuit is complicated and power consumption is large. In addition, since the signal of the output terminal is fed back and controlled, there is a problem that it takes time from output short-circuit determination to output control. Furthermore, in the configuration of Patent Document 1, it becomes difficult to integrate by using mutual inductance, and accordingly, an increase in mounting area becomes a problem.

本発明は、少ない回路でシンプルに構成することができ、小面積、低消費電力で、集積化可能であり、さらにクロック停止から短時間で出力制御、保護が可能なパルス変調型電力増幅器を提供することを目的とする。   The present invention provides a pulse modulation type power amplifier that can be simply configured with a small number of circuits, can be integrated with a small area, low power consumption, and can be controlled and protected in a short time after the clock is stopped. The purpose is to do.

上記目的を達成するために、本発明のパルス変調型電力増幅器は、クロックと入力信号を入力として入力信号をパルス列に変換するパルス変調器と、前記クロックの停止を検出してクロック停止時にクロック正常時と異なる信号を出力するクロック検出回路と、前記パルス変調器が出力する前記パルス列と前記クロック検出回路の出力を入力とする出力制御回路と、前記出力制御回路が出力する出力パルス列に応じてスイッチングする出力回路とを備え、前記出力制御回路は、前記クロック検出回路が出力する前記クロック正常時と異なる信号に応じて、前記出力回路のスイッチングを停止させるように制御する。   In order to achieve the above object, a pulse modulation type power amplifier according to the present invention includes a pulse modulator that receives a clock and an input signal as input and converts the input signal into a pulse train. A clock detection circuit that outputs a signal different from the time, an output control circuit that receives the pulse train output from the pulse modulator and the output of the clock detection circuit, and switching according to the output pulse train output from the output control circuit The output control circuit controls the output circuit to stop switching in response to a signal output from the clock detection circuit that is different from that when the clock is normal.

上記構成の本発明のパルス変調型電力増幅器は、クロック検出回路によりクロック停止を検出し、クロック停止時に出力制御回路により出力回路のスイッチングを停止することにより、出力端子に電流が流れ続けることを防ぐ。それにより、クロックが停止した場合でも、人体への危害や、出力端子に接続されたスピーカやヘッドホン、あるいはパルス変調型電力増幅器自身の破壊を防止することができる。また、本発明のクロック検出回路は、少ない回路でシンプルに構成することができるため、小面積、低消費電力で、集積化可能であり、さらにクロックからのフィードフォワード制御であるためクロック停止から短時間で出力制御、保護が可能である。   The pulse modulation type power amplifier of the present invention configured as described above prevents the current from continuing to flow to the output terminal by detecting the clock stop by the clock detection circuit and stopping the switching of the output circuit by the output control circuit when the clock stops. . Thereby, even when the clock is stopped, it is possible to prevent harm to the human body and destruction of the speaker or headphones connected to the output terminal or the pulse modulation type power amplifier itself. In addition, since the clock detection circuit of the present invention can be simply configured with a small number of circuits, it can be integrated with a small area and low power consumption, and further, since it is feedforward control from the clock, the clock detection circuit can be shortened. Output control and protection are possible over time.

上記構成の本発明のパルス変調型電力増幅器において、前記クロック検出回路は、前記クロックが入力されるインバータと、前記インバータの出力が入力される積分器と、前記積分器の出力を所定の基準値と比較して正常な範囲内にあるか否かを検出する比較器とを備え、前記比較器により、前記積分器の出力が正常な範囲内から外れていることが検出されたときに前記クロック正常時と異なる信号を出力する構成とすることができる。   In the pulse modulation type power amplifier of the present invention configured as described above, the clock detection circuit includes an inverter to which the clock is input, an integrator to which the output of the inverter is input, and an output of the integrator to a predetermined reference value. And a comparator for detecting whether the output is out of the normal range by the comparator. It can be set as the structure which outputs a signal different from the time of normal.

あるいは、前記クロック検出回路は、前記クロックが入力される分周器と、前記分周器の出力が入力される積分器と、前記積分器の出力を所定の基準値と比較して正常な範囲内にあるか否かを検出する比較器とを備え、前記比較器により、前記積分器の出力が正常な範囲内から外れていることが検出されたときに前記クロック正常時と異なる信号を出力する構成とすることができる。   Alternatively, the clock detection circuit includes a frequency divider to which the clock is input, an integrator to which the output of the frequency divider is input, and an output of the integrator that is compared with a predetermined reference value in a normal range. And a comparator that detects whether the clock is within the normal range when the comparator detects that the integrator output is out of a normal range. It can be set as the structure to do.

上記構成において、前記積分器をローパスフィルタで構成することができる。   In the above configuration, the integrator can be configured with a low-pass filter.

また、前記出力制御回路は、前記パルス変調器の出力と前記クロック検出回路の出力を入力とする第一の出力制御回路と、前記パルス変調器の出力を反転した信号と前記クロック検出回路の出力を入力とする第二の出力制御回路とを備え、前記出力回路は、前記第一の出力制御回路の出力を入力とする第一の出力回路と、前記第二の出力制御回路の出力を入力とする第二の出力回路とを備え、前記第一の出力回路と前記第二の出力回路の出力が差動型である構成とすることができる。   The output control circuit includes a first output control circuit that receives the output of the pulse modulator and the output of the clock detection circuit, a signal obtained by inverting the output of the pulse modulator, and the output of the clock detection circuit. A second output control circuit that receives the output of the first output control circuit, and the output circuit receives the output of the second output control circuit. The second output circuit can be configured such that the outputs of the first output circuit and the second output circuit are of a differential type.

また、前記パルス変調器は、パルス幅変調(PWM)されたパルス列、パルス密度変調(PDM)されたパルス列、またはデルタシグマ変調されたパルス列のいずれかを出力する構成とすることができる。   The pulse modulator may be configured to output any one of a pulse train that has been subjected to pulse width modulation (PWM), a pulse train that has been subjected to pulse density modulation (PDM), or a pulse train that has been subjected to delta-sigma modulation.

また、出力される信号をオーディオ信号とすることができる。   Further, the output signal can be an audio signal.

(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る単一出力のパルス変調型電力増幅器のブロック図である。このパルス変調型電力増幅器は、クロックAと入力信号Bを入力とするパルス変調器1と、パルス変調器1の出力信号Cを入力とする出力制御回路2と、出力制御回路2の出力によってスイッチングを行う出力回路3と、クロックAを入力とし、出力制御回路2に出力禁止信号Eを送信するクロック検出回路14とから構成されている。クロック検出回路14は、クロックAの停止を検出して、クロック停止時に出力禁止信号Eを生成する。出力回路3の出力信号Dは、ローパスフィルタ4を通した後、スピーカやヘッドホン5に供給される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram of a single output pulse modulation type power amplifier according to a first embodiment of the present invention. This pulse modulation type power amplifier is switched by a pulse modulator 1 that receives a clock A and an input signal B, an output control circuit 2 that receives an output signal C of the pulse modulator 1, and an output of the output control circuit 2. And the clock detection circuit 14 that receives the clock A and transmits the output inhibition signal E to the output control circuit 2. The clock detection circuit 14 detects the stop of the clock A, and generates an output inhibition signal E when the clock is stopped. The output signal D of the output circuit 3 passes through the low-pass filter 4 and is then supplied to the speaker and the headphones 5.

出力制御回路2は、NAND回路2aとNOR回路2bを備え、パルス変調器出力Cが各々一方の入力として供給される。また、クロック検出回路14からの出力禁止信号EがNOR回路2bの他方の入力として供給される。さらに、出力禁止信号Eをインバータ回路2cに通した信号がNAND回路2aの他方の入力として供給される。NAND回路2aおよびNOR回路2bによる演算結果が、パルス列として出力される。   The output control circuit 2 includes a NAND circuit 2a and a NOR circuit 2b, and each of the pulse modulator outputs C is supplied as one input. Further, the output inhibition signal E from the clock detection circuit 14 is supplied as the other input of the NOR circuit 2b. Further, a signal obtained by passing the output inhibition signal E through the inverter circuit 2c is supplied as the other input of the NAND circuit 2a. The calculation results by the NAND circuit 2a and the NOR circuit 2b are output as a pulse train.

出力回路3はPMOSトランジスタ3aとNMOSトランジスタ3bで構成され、出力制御回路2の出力がPMOSトランジスタ3a、およびNMOSトランジスタ3bのゲート端子に接続されている。出力制御回路2から供給されるパルス列がハイ電圧のときNMOSトランジスタ3bがオンし、パルス列がロー電圧のときPMOSトランジスタ3aがオンする。PMOSトランジスタ3aがオンしたときは出力回路3の出力端子は第一の電源21に接続され、NMOSトランジスタ3bがオンしたときは出力端子は第二の電源22に接続される。よって出力信号Dもパルス列となり、ローパスフィルタ4を通すことでアナログ信号に変換される。   The output circuit 3 includes a PMOS transistor 3a and an NMOS transistor 3b, and the output of the output control circuit 2 is connected to the gate terminals of the PMOS transistor 3a and the NMOS transistor 3b. When the pulse train supplied from the output control circuit 2 is at a high voltage, the NMOS transistor 3b is turned on, and when the pulse train is at a low voltage, the PMOS transistor 3a is turned on. When the PMOS transistor 3a is turned on, the output terminal of the output circuit 3 is connected to the first power supply 21, and when the NMOS transistor 3b is turned on, the output terminal is connected to the second power supply 22. Therefore, the output signal D also becomes a pulse train and is converted into an analog signal by passing through the low-pass filter 4.

図1のパルス変調型電力増幅器の動作を図2に示す。A、B、D、Eは、図1における対応する各信号の波形を示す。クロックAが正常動作しているとき、パルス変調器1はアナログ入力信号Bをパルス列に変調する。出力制御回路2は、パルス変調器出力Cを演算し、パルス列を出力する。出力制御回路2からのパルス列に基づき出力回路3は出力信号Dとしてパルス列を出力する。   The operation of the pulse modulation type power amplifier of FIG. 1 is shown in FIG. A, B, D, and E show the waveforms of the corresponding signals in FIG. When the clock A is operating normally, the pulse modulator 1 modulates the analog input signal B into a pulse train. The output control circuit 2 calculates the pulse modulator output C and outputs a pulse train. Based on the pulse train from the output control circuit 2, the output circuit 3 outputs a pulse train as the output signal D.

クロックAの停止が発生した場合、クロック検出回路14がクロック停止を検出して、出力制御回路2に出力禁止信号Eを送る。これによって出力制御回路2の演算が変更され、出力回路3のPMOSトランジスタ3aにはハイ電圧が、NMOSトランジスタ3bにはロー電圧が入力される。したがってPMOSトランジスタ3a、およびNMOSトランジスタ3bはオフし、出力端子は第一の電源21にも第二の電源22にも接続されず、出力信号Dにより負荷5に流れる電流も停止する。   When the stop of the clock A occurs, the clock detection circuit 14 detects the stop of the clock and sends an output inhibition signal E to the output control circuit 2. As a result, the operation of the output control circuit 2 is changed, and a high voltage is input to the PMOS transistor 3a of the output circuit 3 and a low voltage is input to the NMOS transistor 3b. Therefore, the PMOS transistor 3a and the NMOS transistor 3b are turned off, the output terminals are not connected to the first power supply 21 and the second power supply 22, and the current flowing through the load 5 is also stopped by the output signal D.

これに対してクロック検出回路14を備えていない構成においては、以下のような問題が発生する。まず、クロックAの停止が発生した場合、パルス変調器1はアナログ入力信号Bをパルス列に変換することができず、不定の値を出力する。この信号が出力制御回路2に入力され、演算されることで、出力制御回路2は常にハイ電圧、または常にロー電圧を出力する。常にハイ電圧が出力された場合、出力回路3のNMOSトランジスタ3bが常にオン状態となり、第二の電源22から出力信号Dとして電流が流れ続けることになる。常にロー電圧が出力された場合、出力回路3のPMOSトランジスタ3aが常にオン状態となり、第一の電源21から出力信号Dとして電流が流れ続けることになる。したがって、出力信号Dにより負荷5に電流が流れ続け、発熱、破壊が生じる。   On the other hand, in the configuration without the clock detection circuit 14, the following problem occurs. First, when the stop of the clock A occurs, the pulse modulator 1 cannot convert the analog input signal B into a pulse train and outputs an indefinite value. When this signal is input to the output control circuit 2 and calculated, the output control circuit 2 always outputs a high voltage or a low voltage. When a high voltage is always output, the NMOS transistor 3b of the output circuit 3 is always turned on, and a current continues to flow from the second power supply 22 as the output signal D. When a low voltage is always output, the PMOS transistor 3a of the output circuit 3 is always turned on, and current continues to flow from the first power supply 21 as the output signal D. Therefore, current continues to flow through the load 5 due to the output signal D, and heat generation and destruction occur.

なお、以上の説明では単一出力のパルス変調型電力増幅器を例としたが、図3に示すように、パルス変調器出力Cとクロック検出回路出力Eを入力とする第一の出力制御回路2Aと、パルス変調器出力Cを反転した信号とクロック検出回路出力Eを入力とする第二の出力制御回路2Bと、第一の出力制御回路2Aの出力を入力とする第一の出力回路3Aと、第二の出力制御回路2Bの出力を入力とする第二の出力回路3Bを備え、第一の出力回路3Aの出力と第二の出力回路3Bの出力を差動出力とする構成としてもよい。   In the above description, a single-output pulse modulation type power amplifier is taken as an example. However, as shown in FIG. 3, a first output control circuit 2A having a pulse modulator output C and a clock detection circuit output E as inputs. A second output control circuit 2B that receives a signal obtained by inverting the pulse modulator output C and a clock detection circuit output E, and a first output circuit 3A that receives the output of the first output control circuit 2A. The second output circuit 3B may be provided with the output of the second output control circuit 2B as an input, and the output of the first output circuit 3A and the output of the second output circuit 3B may be differential outputs. .

(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態に係るクロック検出回路について、図面を参照しながら説明する。図4は、図1あるいは図3に示したパルス変調型電力増幅器を構成するクロック検出回路14の、本実施形態における構成を示す回路図である。
(Second Embodiment)
A clock detection circuit according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a circuit diagram showing the configuration of the clock detection circuit 14 constituting the pulse modulation type power amplifier shown in FIG. 1 or 3 in this embodiment.

本実施形態のクロック検出回路は、クロックAを入力とするインバータ15と、インバータ出力Fを入力とする積分器16と、積分器出力Gと基準電圧VREFHを比較する第一の比較器17と、積分器出力Gと基準電圧VREFLを比較する第二の比較器18と、第一の比較器17および第二の比較器18の出力を入力とするEX−NOR回路19から成る。積分器16は、カットオフ周波数(f=1/2πCR)がクロック周波数よりも十分に小さいローパスフィルタで構成されている。   The clock detection circuit of the present embodiment includes an inverter 15 that receives the clock A, an integrator 16 that receives the inverter output F, a first comparator 17 that compares the integrator output G and the reference voltage VREFH, It comprises a second comparator 18 that compares the integrator output G and the reference voltage VREFL, and an EX-NOR circuit 19 that receives the outputs of the first comparator 17 and the second comparator 18 as inputs. The integrator 16 is composed of a low-pass filter whose cut-off frequency (f = 1 / 2πCR) is sufficiently smaller than the clock frequency.

このクロック検出回路の動作について、図5の波形図も参照して説明する。クロックAはインバータ15に入力され、その出力信号Fは積分器16を通過することで電圧が平均化される。積分器16の出力信号Gは、VREFHを基準電圧とする比較器17と、VREFLを基準電圧とする比較器18に入力される。2つの比較器の出力はEX−NOR回路19に入力され、2つの比較器出力が異なる場合はEX−NOR回路19の出力はロー電圧に、2つの比較器出力が等しい場合はEX−NOR回路19の出力はハイ電圧となる。   The operation of this clock detection circuit will be described with reference to the waveform diagram of FIG. The clock A is input to the inverter 15, and the voltage of the output signal F is averaged by passing through the integrator 16. The output signal G of the integrator 16 is input to a comparator 17 that uses VREFH as a reference voltage and a comparator 18 that uses VREFL as a reference voltage. The outputs of the two comparators are input to the EX-NOR circuit 19, and when the two comparator outputs are different, the output of the EX-NOR circuit 19 is a low voltage, and when the two comparator outputs are equal, the EX-NOR circuit The output of 19 becomes a high voltage.

クロックAが正常動作のときは、図5のクロック停止より前に示されるように、信号GはVREFHよりも小さく、VREFLよりも大きな電圧となる。したがって、比較器17は入力Gが基準電圧よりも小さいのでロー電圧を出力し、比較器18は入力Gが基準電圧よりも大きいのでハイ電圧を出力する。このように2つの比較器出力が異なるので、EX−NOR回路19の出力はロー電圧となる。   When the clock A is operating normally, the signal G is smaller than VREFH and larger than VREFL as shown before the clock stop in FIG. Therefore, the comparator 17 outputs a low voltage because the input G is smaller than the reference voltage, and the comparator 18 outputs a high voltage because the input G is larger than the reference voltage. Thus, since the two comparator outputs are different, the output of the EX-NOR circuit 19 becomes a low voltage.

クロックが停止した場合、クロックAがハイ電圧に張り付いたときは積分器16通過後の信号電圧GがVREFHよりも大きくなり、クロックAがロー電圧に張り付いたときは積分器16通過後の信号電圧GがVREFLよりも小さくなる。つまり、比較器17、18両方で入力電圧が基準電圧よりも大きくなるか、または基準電圧よりも小さくなる。これによって2つの比較器17、18の出力が等しくなり、2つの比較器17、18の出力を入力とするEX−NOR回路19の出力がハイ電圧になる。これによりクロックAが停止したと判定され、EX−NOR回路19の出力が出力禁止信号Eとして図1の出力制御回路2に送信される。   When the clock stops, the signal voltage G after passing through the integrator 16 becomes larger than VREFH when the clock A sticks to a high voltage, and when the clock A sticks to a low voltage, the signal after the integrator 16 passes. The signal voltage G becomes smaller than VREFL. That is, in both the comparators 17 and 18, the input voltage becomes larger than the reference voltage or becomes smaller than the reference voltage. As a result, the outputs of the two comparators 17 and 18 become equal, and the output of the EX-NOR circuit 19 that receives the outputs of the two comparators 17 and 18 becomes a high voltage. As a result, it is determined that the clock A has stopped, and the output of the EX-NOR circuit 19 is transmitted to the output control circuit 2 of FIG.

(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態に係るクロック検出回路について、図面を参照しながら説明する。図6は、図1あるいは図3に示したパルス変調型電力増幅器を構成するクロック検出回路14の、本実施形態における構成を示す回路図である。
(Third embodiment)
A clock detection circuit according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a circuit diagram showing the configuration of the clock detection circuit 14 constituting the pulse modulation type power amplifier shown in FIG. 1 or 3 in this embodiment.

本実施形態のクロック検出回路は、クロックAを入力とする分周器20と、分周器出力Hを入力とする積分器16と、積分器16の出力Gと基準電圧VREFHを比較する第一の比較器17と、積分器出力Gと基準電圧VREFLを比較する第二の比較器18と、EX−NOR回路19から成る。   The clock detection circuit of the present embodiment includes a frequency divider 20 that receives clock A, an integrator 16 that receives frequency divider output H, and a first that compares output G of integrator 16 and reference voltage VREFH. Comparator 17, a second comparator 18 for comparing the integrator output G and the reference voltage VREFL, and an EX-NOR circuit 19.

このクロック検出回路の動作について、図7の波形図も参照して説明する。クロックAは分周器20に入力され、その出力信号Hは積分器16を通過することで電圧が平均化される。積分器16の信号Gは、VREFHを基準電圧とする比較器17と、VREFLを基準電圧とする比較器18に入力される。2つの比較器の出力はEX−NOR回路19に入力され、2つの比較器出力が異なる場合はEX−NOR回路の出力はロー電圧に、2つの比較器出力が等しい場合はEX−NOR回路の出力はハイ電圧となる。   The operation of this clock detection circuit will be described with reference to the waveform diagram of FIG. The clock A is input to the frequency divider 20, and the output signal H passes through the integrator 16 so that the voltage is averaged. The signal G of the integrator 16 is input to a comparator 17 using VREFH as a reference voltage and a comparator 18 using VREFL as a reference voltage. The outputs of the two comparators are input to the EX-NOR circuit 19. When the two comparator outputs are different, the output of the EX-NOR circuit is low, and when the two comparator outputs are equal, the output of the EX-NOR circuit is The output becomes a high voltage.

クロックAが正常動作のとき、分周器20を通った信号Hはデューティ比が50%となる。よって積分器16によって平均化されると、信号Gはクロック振幅の中間値になり、VREFHよりも小さく、VREFLよりも大きな電圧となる。したがって比較器17は入力Gが基準電圧よりも小さいのでロー電圧を出力し、比較器18は入力Gが基準電圧よりも大きいのでハイ電圧を出力する。このように2つの比較器出力が異なるので、EX−NOR回路19の出力はロー電圧となる。   When the clock A is operating normally, the signal H that has passed through the frequency divider 20 has a duty ratio of 50%. Therefore, when averaged by the integrator 16, the signal G becomes an intermediate value of the clock amplitude, and becomes a voltage smaller than VREFH and larger than VREFL. Therefore, the comparator 17 outputs a low voltage because the input G is smaller than the reference voltage, and the comparator 18 outputs a high voltage because the input G is larger than the reference voltage. Thus, since the two comparator outputs are different, the output of the EX-NOR circuit 19 becomes a low voltage.

クロックが停止した場合、クロックAがハイ電圧に張り付いたときは積分器16通過後の信号電圧GがVREFHよりも大きくなり、クロックAがロー電圧に張り付いたときは積分器16通過後の信号電圧GがVREFLよりも小さくなる。つまり、比較器17、18両方で入力電圧が基準電圧よりも大きくなるか、または基準電圧よりも小さくなる。これによって2つの比較器17、18の出力が等しくなり、2つの比較器17、18の出力を入力とするEX−NOR回路19の出力がハイ電圧になる。これによりクロックが停止したと判定され、EX−NOR回路19の出力が出力禁止信号Eとして図1の出力制御回路2に送信される。   When the clock stops, the signal voltage G after passing through the integrator 16 becomes larger than VREFH when the clock A sticks to a high voltage, and when the clock A sticks to a low voltage, the signal after the integrator 16 passes. The signal voltage G becomes smaller than VREFL. That is, in both the comparators 17 and 18, the input voltage becomes larger than the reference voltage or becomes smaller than the reference voltage. As a result, the outputs of the two comparators 17 and 18 become equal, and the output of the EX-NOR circuit 19 that receives the outputs of the two comparators 17 and 18 becomes a high voltage. Thereby, it is determined that the clock has stopped, and the output of the EX-NOR circuit 19 is transmitted to the output control circuit 2 of FIG.

なお、以上の説明では入力信号をパルス列に変換するブロックをパルス変調器と記載したが、これは例えばPWM変調器、PDM変調器、デルタシグマ変調器等である。   In the above description, a block for converting an input signal into a pulse train is described as a pulse modulator. For example, this is a PWM modulator, a PDM modulator, a delta sigma modulator, or the like.

また、以上のクロック検出回路において、比較器は、積分器16の出力Gが基準電圧よりも大きい場合にハイ電圧を、基準電圧よりも小さい場合にロー電圧を出力する構成としたが、一方の比較器の入出力関係を反転させ、EX−NOR回路をEX−OR回路で置き換えてもよい。   In the above clock detection circuit, the comparator outputs a high voltage when the output G of the integrator 16 is larger than the reference voltage, and outputs a low voltage when the output G is smaller than the reference voltage. The EX-NOR circuit may be replaced with an EX-OR circuit by inverting the input / output relationship of the comparator.

本発明のパルス変調型電力増幅器は、オーディオ信号を取り扱うD級オーディオアンプを始めとした、パルス変調型電力増幅器やその周辺機器の破壊防止や、破壊防止回路の集積化等に有用である。   The pulse modulation type power amplifier of the present invention is useful for preventing destruction of pulse modulation type power amplifiers and peripheral devices such as class D audio amplifiers that handle audio signals, and for integrating destruction prevention circuits.

本発明の第1の実施形態に係る単一出力のパルス変調型電力増幅器のブロック図1 is a block diagram of a single-output pulse modulation type power amplifier according to a first embodiment of the present invention. 同実施形態に係るパルス変調型電力増幅器の動作を示す信号波形図Signal waveform diagram showing operation of the pulse modulation type power amplifier according to the same embodiment 同実施形態の構成をBTL構成に適用したパルス変調型電力増幅器のブロック図Block diagram of a pulse modulation type power amplifier in which the configuration of the embodiment is applied to a BTL configuration 本発明の第2の実施形態に係るクロック検出回路の回路図Circuit diagram of a clock detection circuit according to a second embodiment of the present invention 同クロック検出回路の動作を示す信号波形図Signal waveform diagram showing operation of the same clock detection circuit 本発明の第3の実施形態に係るクロック検出回路の回路図Circuit diagram of a clock detection circuit according to a third embodiment of the present invention 同クロック検出回路の動作を示す信号波形図Signal waveform diagram showing operation of the same clock detection circuit 従来の一般的なパルス変調型電力増幅器のブロック図Block diagram of a conventional general pulse modulation power amplifier 従来のオーディオ出力保護回路のブロック図Block diagram of a conventional audio output protection circuit 従来のデジタルアンプの保護装置のブロック図Block diagram of a conventional digital amplifier protection device

符号の説明Explanation of symbols

1 パルス変調器
2 出力制御回路
2a NAND回路
2b NOR回路
2c インバータ
2A 第一の出力制御回路
2B 第二の出力制御回路
3 出力回路
3a PMOSトランジスタ
3b NMOSトランジスタ
3A 第一の出力回路
3B 第二の出力回路
4、4a ローパスフィルタ
5 負荷(スピーカ)
6 電流検出用(相互)インダクタ
7 整流器
8 フリップフロップ
9 出力リレー
10 アンプ
11 フィルタ回路
12 検波回路
13 マイコン
14 クロック検出回路
15 インバータ
16 積分器(ローパスフィルタ)
17 VREFHを基準電圧に持つ比較器
18 VREFLを基準電圧に持つ比較器
19 EX−NOR回路
20 分周器
21、22 電源
1 Pulse Modulator 2 Output Control Circuit 2a NAND Circuit 2b NOR Circuit 2c Inverter 2A First Output Control Circuit 2B Second Output Control Circuit 3 Output Circuit 3a PMOS Transistor 3b NMOS Transistor 3A First Output Circuit 3B Second Output Circuit 4, 4a Low-pass filter 5 Load (speaker)
6 Current detection (mutual) inductor 7 Rectifier 8 Flip-flop 9 Output relay 10 Amplifier 11 Filter circuit 12 Detection circuit 13 Microcomputer 14 Clock detection circuit 15 Inverter 16 Integrator (low-pass filter)
17 Comparator having VREFH as reference voltage 18 Comparator having VREFL as reference voltage 19 EX-NOR circuit 20 Frequency dividers 21 and 22 Power supply

Claims (7)

クロックと入力信号を入力として入力信号をパルス列に変換するパルス変調器と、
前記クロックの停止を検出してクロック停止時にクロック正常時と異なる信号を出力するクロック検出回路と、
前記パルス変調器が出力する前記パルス列と前記クロック検出回路の出力を入力とする出力制御回路と、
前記出力制御回路が出力する出力パルス列に応じてスイッチングする出力回路とを備え、
前記出力制御回路は、前記クロック検出回路が出力する前記クロック正常時と異なる信号に応じて、前記出力回路のスイッチングを停止させるように制御することを特徴とするパルス変調型電力増幅器。
A pulse modulator that receives the clock and the input signal as input and converts the input signal into a pulse train;
A clock detection circuit for detecting a stop of the clock and outputting a signal different from that when the clock is normal when the clock is stopped;
An output control circuit that receives the pulse train output from the pulse modulator and the output of the clock detection circuit; and
An output circuit that switches according to an output pulse train output by the output control circuit,
The output control circuit controls the output circuit to stop switching in accordance with a signal output from the clock detection circuit that is different from that when the clock is normal.
前記クロック検出回路は、
前記クロックが入力されるインバータと、
前記インバータの出力が入力される積分器と、
前記積分器の出力を所定の基準値と比較して正常な範囲内にあるか否かを検出する比較器とを備え、
前記比較器により、前記積分器の出力が正常な範囲内から外れていることが検出されたときに前記クロック正常時と異なる信号を出力する請求項1に記載のパルス変調型電力増幅器。
The clock detection circuit includes:
An inverter to which the clock is input;
An integrator to which the output of the inverter is input;
A comparator for detecting whether the output of the integrator is within a normal range by comparing with a predetermined reference value;
The pulse modulation type power amplifier according to claim 1, wherein when the comparator detects that the output of the integrator is out of a normal range, a signal different from that when the clock is normal is output.
前記クロック検出回路は、
前記クロックが入力される分周器と、
前記分周器の出力が入力される積分器と、
前記積分器の出力を所定の基準値と比較して正常な範囲内にあるか否かを検出する比較器とを備え、
前記比較器により、前記積分器の出力が正常な範囲内から外れていることが検出されたときに前記クロック正常時と異なる信号を出力する請求項1に記載のパルス変調型電力増幅器。
The clock detection circuit includes:
A frequency divider to which the clock is input;
An integrator to which the output of the divider is input;
A comparator for detecting whether the output of the integrator is within a normal range by comparing with a predetermined reference value;
The pulse modulation type power amplifier according to claim 1, wherein when the comparator detects that the output of the integrator is out of a normal range, a signal different from that when the clock is normal is output.
前記積分器がローパスフィルタで構成された請求項2または3に記載のパルス変調型電力増幅器。   4. The pulse modulation type power amplifier according to claim 2, wherein the integrator is constituted by a low pass filter. 前記出力制御回路は、前記パルス変調器の出力と前記クロック検出回路の出力を入力とする第一の出力制御回路と、前記パルス変調器の出力を反転した信号と前記クロック検出回路の出力を入力とする第二の出力制御回路とを備え、
前記出力回路は、前記第一の出力制御回路の出力を入力とする第一の出力回路と、前記第二の出力制御回路の出力を入力とする第二の出力回路とを備え、
前記第一の出力回路と前記第二の出力回路の出力が差動型である請求項1に記載のパルス変調型電力増幅器。
The output control circuit receives a first output control circuit that receives an output of the pulse modulator and an output of the clock detection circuit, an inverted signal of the output of the pulse modulator, and an output of the clock detection circuit And a second output control circuit
The output circuit includes a first output circuit that receives the output of the first output control circuit, and a second output circuit that receives the output of the second output control circuit,
2. The pulse modulation type power amplifier according to claim 1, wherein outputs of the first output circuit and the second output circuit are differential.
前記パルス変調器は、パルス幅変調(PWM)されたパルス列、パルス密度変調(PDM)されたパルス列、またはデルタシグマ変調されたパルス列のいずれかを出力する請求項1に記載のパルス変調型電力増幅器。   2. The pulse modulation type power amplifier according to claim 1, wherein the pulse modulator outputs one of a pulse train subjected to pulse width modulation (PWM), a pulse train subjected to pulse density modulation (PDM), or a pulse train subjected to delta sigma modulation. 3. . 出力される信号がオーディオ信号である請求項6に記載のパルス変調型電力増幅器。   7. The pulse modulation type power amplifier according to claim 6, wherein the output signal is an audio signal.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014225851A (en) * 2013-04-22 2014-12-04 国立大学法人 名古屋工業大学 Pulse width modulation signal generator, fully digital amplifier and digital-analog converter
JP2018170547A (en) * 2017-03-29 2018-11-01 日本無線株式会社 Δς type switching amplifier

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