JP2008154117A - Class-d amplifier - Google Patents

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Mamoru Nishimura
守 西村
Koichi Mori
宏一 森
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a class-D amplifier which performs sufficiently wide gain control while maintaining a required S/N. <P>SOLUTION: The class-D amplifier comprises: a digital signal processing circuit 1, a class-D output stage 2 connected to output of the digital signal processing circuit 1; an output filter 4 for smoothing a signal outputted from the class-D output stage 2; and an analog gain control circuit 3 connected to the class-D output stage 2, wherein the amount of current to be supplied from the analog gain control circuit 3 to the class-D output stage 2 is adjusted so as to control a class-D amplification gain of the class-D output stage 2. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、スイッチング技術により入力信号を高効率に増幅して出力するD級アンプに関するものである。   The present invention relates to a class D amplifier that amplifies and outputs an input signal with high efficiency by a switching technique.

従来から、高効率増幅器としてD級増幅器が知られている。このD級増幅器によれば、アナログ入力信号の振幅情報がパルス幅に反映されたパルス信号により電力増幅を行い、このパルス信号がローパスフィルタを通過することにより、電力増幅されたアナログ量の信号が得られる。   Conventionally, a class D amplifier is known as a high efficiency amplifier. According to this class D amplifier, power amplification is performed by a pulse signal in which amplitude information of an analog input signal is reflected in a pulse width, and the pulse signal passes through a low-pass filter, so that a signal of an amplified analog amount is obtained. can get.

入力されるアナログ信号の振幅情報をパルス信号に変換する方式としては、パルスのON時間の幅で制御するPWM(Pulse Width Modulation)や、パルスの密度で制御するPDM(Pulse Density Modulation)などがある。これらのパルス信号を入力として、D級出力段のトランジスタがスイッチング動作により電力増幅を行うことで、高効率な電力増幅を行うことができる。   As a method of converting amplitude information of an input analog signal into a pulse signal, there are a PWM (Pulse Width Modulation) that is controlled by the width of the pulse ON time, a PDM (Pulse Density Modulation) that is controlled by the pulse density, and the like. . With these pulse signals as inputs, the transistors in the class D output stage perform power amplification by switching operation, whereby highly efficient power amplification can be performed.

このようなD級増幅器は、シリコンチップ上に形成することができるため、小型かつ安価に実現することができ、低消費電力が要求される携帯端末やパソコンなどに多用されている。   Since such a class D amplifier can be formed on a silicon chip, it can be realized in a small size and at a low cost, and is widely used in portable terminals and personal computers that require low power consumption.

図5は従来のD級アンプの構成例を示すブロック図である。図5において、19はデジタル信号処理回路、20はデジタルゲイン調整回路、21はD級出力段、22は出力フィルタを示している。   FIG. 5 is a block diagram showing a configuration example of a conventional class D amplifier. In FIG. 5, 19 is a digital signal processing circuit, 20 is a digital gain adjustment circuit, 21 is a class D output stage, and 22 is an output filter.

図6は従来のD級アンプにおけるデジタル信号処理回路19に入力される入力信号の一例としてPWM信号を示したものである。図6に示すように、D級アンプによる増幅対象であるアナログ信号とそれより十分に周波数の高い三角波信号を電圧比較し、アナログ信号のほうが三角波よりも電圧が高い期間を‘H(ハイ)’レベル、その逆を‘L(ロー)’レベルとすることで、アナログ信号の電圧値(振幅)が、基準値レベル(例えば、0V)に対して高くなるに従ってパルス信号のH期間が長くなり、基準値レベル(例えば、0V)に対して低くなるに従ってパルス信号のL期間が長くなり、デジタル信号処理回路19への入力信号として、アナログ信号の振幅情報がパルス幅(H期間あるいはL期間の長さ)に変換されたことになる。   FIG. 6 shows a PWM signal as an example of an input signal input to the digital signal processing circuit 19 in the conventional class D amplifier. As shown in FIG. 6, the voltage of an analog signal to be amplified by the class D amplifier is compared with a triangular wave signal having a sufficiently higher frequency, and the period during which the analog signal is higher in voltage than the triangular wave is “H (high)”. By setting the level and vice versa to the “L (low)” level, the H period of the pulse signal becomes longer as the voltage value (amplitude) of the analog signal becomes higher than the reference value level (for example, 0 V), The L period of the pulse signal becomes longer as it becomes lower than the reference value level (for example, 0 V). It is converted into ()).

このようにアナログ信号の振幅情報をパルス幅(H期間あるいはL期間の長さ)に変換した入力信号(PWM信号)は、デジタル信号処理回路19に入力され、サンプリングレート変換、オーバーサンプリング、ノイズシェーパといったデジタル信号処理が行われる。デジタルゲイン調整回路20は、デジタル信号処理回路19の一部として構成され、入力信号に対するデジタル信号処理の過程でゲイン調整を行う。デジタル信号処理回路19の出力はD級出力段21に入力され、さらにD級出力段21の出力は出力フィルタ22へ入力される。   The input signal (PWM signal) obtained by converting the amplitude information of the analog signal into the pulse width (the length of the H period or the L period) in this way is input to the digital signal processing circuit 19 to convert the sampling rate, oversampling, and noise shaper. Such digital signal processing is performed. The digital gain adjustment circuit 20 is configured as a part of the digital signal processing circuit 19 and performs gain adjustment in the process of digital signal processing for an input signal. The output of the digital signal processing circuit 19 is input to the class D output stage 21, and the output of the class D output stage 21 is input to the output filter 22.

図7は従来のD級アンプにおけるD級出力段21の構成例を示す回路図である。D級出力段21は‘H’レベルまたは‘L’レベルを出力するスイッチング回路で、この例では、NMOSトランジスタ23とPMOSトランジスタ24のゲートを入力端子、ドレインを共通接続して出力端子とし、NMOSトランジスタ23、PMOSトランジスタ24のソースをそれぞれGND、VCCに接続したドレイン出力型の構成をとっている。   FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration example of the class D output stage 21 in the conventional class D amplifier. The class D output stage 21 is a switching circuit that outputs an “H” level or an “L” level. In this example, the gates of the NMOS transistor 23 and the PMOS transistor 24 are used as an input terminal, and the drains are connected in common as an output terminal. A drain output type configuration in which the sources of the transistor 23 and the PMOS transistor 24 are connected to GND and VCC, respectively.

ここで、例えばPWM信号が‘H’レベルの期間において、NMOSトランジスタ23をオン、PMOSトランジスタ24をオフとして、出力電圧がほぼGND電位となるように出力し、PWM信号が‘L’レベルの期間においては、NMOSトランジスタ23をオフ、PMOSトランジスタ24をオンとして、出力電圧がほぼVCC電位となるように出力する。このようにD級出力段はVCC電位、GND電位を出力するスイッチング回路として動作し、負荷抵抗をRLとした場合、出力電流は0Aから最大値Imax=VCC/RLまで増減する。   Here, for example, during a period in which the PWM signal is at the “H” level, the NMOS transistor 23 is turned on and the PMOS transistor 24 is turned off, so that the output voltage is approximately the GND potential, and the PWM signal is in the “L” level. In FIG. 5, the NMOS transistor 23 is turned off and the PMOS transistor 24 is turned on, and the output voltage is outputted so as to be approximately the VCC potential. In this way, the class D output stage operates as a switching circuit that outputs the VCC potential and the GND potential, and when the load resistance is RL, the output current increases or decreases from 0 A to the maximum value Imax = VCC / RL.

トランジスタON時は最大電流Imaxがトランジスタを通過するが、このときドレイン−ソース間の抵抗値は非常に小さく、損失はほぼゼロとなる。トランジスタOFF時は電流が流れないため、やはり損失はゼロとなる。このように、D級出力段は損失が非常に小さいという特徴があり、このD級出力段を使用したD級アンプは高効率に増幅を行うことができる。   When the transistor is ON, the maximum current Imax passes through the transistor. At this time, the resistance value between the drain and the source is very small, and the loss is almost zero. Since no current flows when the transistor is OFF, the loss is zero. Thus, the class D output stage is characterized by a very small loss, and the class D amplifier using the class D output stage can perform amplification with high efficiency.

D級出力段21から出力される信号は、出力フィルタ22で不要な高調波成分が除去され、アナログ信号として出力される。図8は従来のD級アンプにおける出力フィルタ22の構成例を示す回路図であり、図9は図8で示した出力フィルタ22の入出力波形を示している。   The signal output from the class D output stage 21 is output as an analog signal after unnecessary harmonic components are removed by the output filter 22. FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration example of the output filter 22 in the conventional class D amplifier, and FIG. 9 shows input / output waveforms of the output filter 22 shown in FIG.

出力フィルタ22はインダクタ25とコンデンサ26によりローパスフィルタとして構成されており、これにより不要な高周波成分を除去する。D級出力段21はスイッチング動作をしているので、VCCかGNDのどちらかの電圧しか出力されない。再生したいアナログ信号の振幅情報はパルス幅に含まれている。このパルス信号を出力フィルタ22に通すことでアナログ信号が再生される。   The output filter 22 is configured as a low-pass filter by an inductor 25 and a capacitor 26, thereby removing unnecessary high-frequency components. Since the class D output stage 21 performs a switching operation, only the voltage of VCC or GND is output. The amplitude information of the analog signal to be reproduced is included in the pulse width. An analog signal is regenerated by passing the pulse signal through the output filter 22.

図9(a)のように、パルス波形の‘H’の期間が長ければその時間に比例して高い電圧のアナログ信号が再生される。逆に図9(b)のように‘L’の期間が長ければその時間に比例して低い電圧のアナログ信号が再生される。図9(c)のように‘H’と‘L’の比率が同じときは出力電圧は基準値になる。このように入力されるパルス信号のパルス幅に比例して動作することで、PWM信号からアナログ信号を再生することが可能となる。   As shown in FIG. 9A, if the “H” period of the pulse waveform is long, an analog signal having a high voltage is reproduced in proportion to the period. On the contrary, as shown in FIG. 9B, if the period of “L” is long, an analog signal having a low voltage is reproduced in proportion to the period. As shown in FIG. 9C, when the ratio of 'H' and 'L' is the same, the output voltage becomes the reference value. By operating in proportion to the pulse width of the input pulse signal in this way, an analog signal can be reproduced from the PWM signal.

以上のように、D級アンプはアナログ信号の振幅情報をパルス幅に反映されたパルス信号としてデジタル信号処理回路19でデジタル処理し、D級出力段21でスイッチング動作により高効率に電力増幅を行い、このパルス信号が出力フィルタ22を通過することにより、電力増幅されたアナログ量の信号が得られる。   As described above, the class D amplifier digitally processes the amplitude information of the analog signal as a pulse signal reflected in the pulse width by the digital signal processing circuit 19, and performs power amplification with high efficiency by the switching operation in the class D output stage 21. The pulse signal passes through the output filter 22 to obtain a power-amplified analog signal.

このように構成された従来のD級アンプでは、デジタル信号処理回路19で処理されるデジタル信号に対して、デジタルゲイン調整回路20により任意の値を乗算、もしくは除算することで、ゲインの調整が行われている。そのため、ゲイン調整では信号成分のみを調整することになり、デジタル信号処理回路19で発生する量子化雑音レベルは変わらない。例えば、ゲインを−6dBと設定した場合、信号成分が−6dBされたデジタル信号が出力されるが、出力される量子化雑音レベルは変わらない。その結果、S/Nは−6dB劣化することになる。このように、出力レベルを下げるためゲインをダウンさせると、ゲインをダウンさせた分だけS/Nの劣化を生じさせる。   In the conventional class D amplifier configured as described above, the digital signal processed by the digital signal processing circuit 19 is multiplied or divided by an arbitrary value by the digital gain adjustment circuit 20, thereby adjusting the gain. Has been done. Therefore, only the signal component is adjusted in the gain adjustment, and the quantization noise level generated in the digital signal processing circuit 19 does not change. For example, when the gain is set to -6 dB, a digital signal with a signal component of -6 dB is output, but the output quantization noise level does not change. As a result, S / N deteriorates by -6 dB. As described above, when the gain is lowered to lower the output level, the S / N is deteriorated by the amount that the gain is lowered.

この問題に対し、デジタル信号処理回路19でデジタル的に増幅ゲインの調整を行うのではなく、D級出力段21でアナログ的に増幅ゲインの調整を行うことで、S/Nの劣化を防ぐことができるが、このようにD級出力段21でゲイン調整を行う方法(例えば、特許文献1を参照)では、コントロール回路により、D級出力段21で動作させるトランジスタの数を制御して出力インピーダンスを変化させることにより、D級出力段21での増幅ゲインを調整している。
特開2001−223537号公報
To avoid this problem, the digital signal processing circuit 19 does not adjust the amplification gain digitally, but the class D output stage 21 adjusts the amplification gain in an analog manner to prevent S / N degradation. However, in the method of performing gain adjustment in the class D output stage 21 in this way (see, for example, Patent Document 1), the control circuit controls the number of transistors operated in the class D output stage 21 to output impedance. Is adjusted, the amplification gain in the class D output stage 21 is adjusted.
JP 2001-223537 A

しかしながら、上記のような従来のD級アンプでは、D級出力段で動作させるトランジスタの出力インピーダンスは非常に小さく、動作させるトランジスタの数で出力インピーダンスを変化させるには、多くのトランジスタが必要となり、回路規模の増大につながるという問題がある。   However, in the conventional class D amplifier as described above, the output impedance of the transistor operated in the class D output stage is very small, and many transistors are required to change the output impedance depending on the number of transistors operated. There is a problem of increasing the circuit scale.

また、動作させるトランジスタの数をゲインの調整が可能なほど大きな規模で変化させると、ドレイン‐ソース間の抵抗が変化して出力信号の振幅に変動が発生し、ゲイン調整の誤差が生じてしまうという問題もある。   In addition, if the number of transistors to be operated is changed on a large scale such that the gain can be adjusted, the resistance between the drain and the source changes, causing fluctuations in the amplitude of the output signal, resulting in an error in gain adjustment. There is also a problem.

本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、回路規模を増大させることなく、出力レベルを下げるために増幅ゲインをダウンさせるときにでも、必要なS/Nを保持したままゲイン調整を幅広くかつ正確に行うことができるD級アンプを提供する。   The present invention solves the above-mentioned conventional problems. Even when the amplification gain is lowered to lower the output level without increasing the circuit scale, the gain adjustment is performed while maintaining the necessary S / N. Provided is a class D amplifier that can be widely and accurately performed.

上記の課題を解決するために、本発明の請求項1に記載のD級アンプは、デジタル信号処理回路と、前記デジタル信号処理回路からの出力信号をD級増幅するD級出力段と、前記D級出力段からの出力信号を平滑する出力フィルタとを備え、前記D級出力段は、電流出力により前記デジタル信号処理回路からの出力信号をD級増幅することを特徴とする。   In order to solve the above problem, a class D amplifier according to claim 1 of the present invention is a digital signal processing circuit, a class D output stage for class D amplification of an output signal from the digital signal processing circuit, and An output filter for smoothing the output signal from the class D output stage, and the class D output stage amplifies the output signal from the digital signal processing circuit by class D by current output.

また、本発明の請求項2に記載のD級アンプは、請求項1記載のD級アンプであって、前記D級出力段の出力電流を調整して前記D級増幅のゲインを調整するアナログゲイン調整回路を備えたことを特徴とする。   A class D amplifier according to claim 2 of the present invention is the class D amplifier according to claim 1, wherein the analog for adjusting the gain of the class D amplification by adjusting the output current of the class D output stage. A gain adjustment circuit is provided.

また、本発明の請求項3に記載のD級アンプは、請求項1または請求項2記載のD級アンプであって、前記D級出力段は、電源の高圧側に接続されるハイサイドスイッチングトランジスタと、前記電源の低圧側に接続されるローサイドスイッチングトランジスタとの直列構成を有し、前記アナログゲイン調整回路は、前記ハイサイドスイッチングトランジスタと前記ローサイドスイッチングトランジスタを含むカレントミラー構成で、前記D級出力段の出力電流を調整する電流源回路をなしていることを特徴とする。   The class D amplifier according to claim 3 of the present invention is the class D amplifier according to claim 1 or 2, wherein the class D output stage is connected to a high voltage side of a power source. A series configuration of a transistor and a low-side switching transistor connected to the low-voltage side of the power supply, and the analog gain adjustment circuit has a current mirror configuration including the high-side switching transistor and the low-side switching transistor, and the class D A current source circuit for adjusting the output current of the output stage is provided.

また、本発明の請求項4に記載のD級アンプは、請求項1〜請求項3のいずれかに記載のD級アンプであって、前記デジタル信号処理回路は、デジタル信号に対するゲイン調整機能を有していることを特徴とする。   A class D amplifier according to a fourth aspect of the present invention is the class D amplifier according to any one of the first to third aspects, wherein the digital signal processing circuit has a gain adjustment function for a digital signal. It is characterized by having.

また、本発明の請求項5に記載のD級アンプは、請求項1〜請求項4のいずれかに記載のD級アンプであって、前記アナログゲイン調整回路と前記D級出力段とを切り離す切替回路を備えたことを特徴とする。   A class D amplifier according to claim 5 of the present invention is the class D amplifier according to any one of claims 1 to 4, wherein the analog gain adjustment circuit and the class D output stage are separated from each other. A switching circuit is provided.

以上のように本発明によれば、D級出力段に接続されるカレントミラー構成のアナログゲイン調整回路により、D級出力段に供給する電流値をアナログ的に調整することができる。   As described above, according to the present invention, the current value supplied to the class D output stage can be adjusted in an analog manner by the analog gain adjustment circuit having the current mirror configuration connected to the class D output stage.

そのため、回路規模を増大させることなく、出力レベルを下げるために増幅ゲインをダウンさせるときにでも、必要なS/Nを保持したままゲイン調整を幅広くかつ正確に行うことができる。   Therefore, even when the amplification gain is lowered to reduce the output level without increasing the circuit scale, the gain adjustment can be performed widely and accurately while maintaining the necessary S / N.

以下、本発明の実施の形態を示すD級アンプについて、図面を参照しながら具体的に説明する。
(実施の形態1)
図1は本実施の形態1のD級アンプの構成を示すブロック図である。図1において、1はデジタル信号処理回路、2はD級出力段、3はアナログゲイン調整回路、4は出力フィルタを示している。
Hereinafter, a class D amplifier showing an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the class D amplifier according to the first embodiment. In FIG. 1, 1 is a digital signal processing circuit, 2 is a class D output stage, 3 is an analog gain adjustment circuit, and 4 is an output filter.

入力された信号は、デジタル信号処理回路1によりサンプリングレート変換、オーバーサンプリング、ノイズシェーパといったデジタル信号処理が行われ、D級出力段2に出力される。D級出力段2は、完全にオンオフする厳密なスイッチング動作ではなく、アナログゲイン調整回路3から供給される電流量に従った負荷電流を、‘H’レベルを出力する場合は出力フィルタ4へ排出し、‘L’レベルを出力する場合は出力フィルタ4から流入する。この動作によりデジタル信号処理回路1から入力されるデジタル信号を増幅する。
出力フィルタ4は、不要な高調波成分を除去し、出力信号をアナログ信号として取り出す。
The input signal is subjected to digital signal processing such as sampling rate conversion, oversampling, and noise shaper by the digital signal processing circuit 1, and is output to the class D output stage 2. The class D output stage 2 is not a strict switching operation that completely turns on and off, but discharges the load current according to the current amount supplied from the analog gain adjustment circuit 3 to the output filter 4 when outputting the “H” level. When the 'L' level is output, it flows from the output filter 4. By this operation, the digital signal input from the digital signal processing circuit 1 is amplified.
The output filter 4 removes unnecessary harmonic components and takes out the output signal as an analog signal.

かかる構成によれば、ゲイン調整を行う場合、入力信号とデジタル信号処理回路1で発生する量子化雑音とが一緒にゲイン調整されるため、出力される信号のS/Nが劣化しない。   According to such a configuration, when gain adjustment is performed, the gain of the input signal and the quantization noise generated in the digital signal processing circuit 1 is adjusted together, so that the S / N of the output signal does not deteriorate.

図2は図1におけるアナログゲイン調整回路3とD級出力段2の詳細な構成例を示す回路図である。図2において、5はPchMOSトランジスタ、6はNchMOSトランジスタ、2はD級出力段、8は可変電流源、9はNchMOSトランジスタ、10はNchMOSトランジスタ、11はPchMOSトランジスタ、3はアナログゲイン調整回路を示している。   FIG. 2 is a circuit diagram showing a detailed configuration example of the analog gain adjustment circuit 3 and the class D output stage 2 in FIG. 2, 5 is a PchMOS transistor, 6 is an NchMOS transistor, 2 is a class D output stage, 8 is a variable current source, 9 is an NchMOS transistor, 10 is an NchMOS transistor, 11 is a PchMOS transistor, and 3 is an analog gain adjustment circuit. ing.

D級出力段2はPchMOSトランジスタ5とNchMOSトランジスタ6とで構成される。入力信号はPchMOSトランジスタ5とNchMOSトランジスタ6のゲートにそれぞれ入力され、共通接続されたドレインが出力端子となる。アナログゲイン調整回路3は、可変電流源8、NchMOSトランジスタ9、NchMOSトランジスタ10、PchMOSトランジスタ11で構成される。   The class D output stage 2 includes a Pch MOS transistor 5 and an Nch MOS transistor 6. Input signals are respectively input to the gates of the Pch MOS transistor 5 and the Nch MOS transistor 6, and the commonly connected drains serve as output terminals. The analog gain adjustment circuit 3 includes a variable current source 8, an Nch MOS transistor 9, an Nch MOS transistor 10, and a Pch MOS transistor 11.

NchMOSトランジスタ9のゲートは、可変電流源8、NchMOSトランジスタ9のドレイン、NchMOSトランジスタ10のゲート、NchMOSトランジスタ6のゲートに接続され、NchMOSトランジスタ9、10、6はNchMOSトランジスタ9を親としたカレントミラー回路を構成する。   The gate of the NchMOS transistor 9 is connected to the variable current source 8, the drain of the NchMOS transistor 9, the gate of the NchMOS transistor 10, and the gate of the NchMOS transistor 6. The NchMOS transistors 9, 10 and 6 are current mirrors having the NchMOS transistor 9 as a parent. Configure the circuit.

NchMOSトランジスタ10のドレインは、PchMOSトランジスタ11のドレインと接続され、PchMOSトランジスタ11のゲートはNchMOSトランジスタ11のドレイン、PchMOSトランジスタ5のゲートと接続され、PchMOSトランジスタ11、5はPchMOSトランジスタ11を親としたカレントミラー回路を構成する。   The drain of the NchMOS transistor 10 is connected to the drain of the PchMOS transistor 11, the gate of the PchMOS transistor 11 is connected to the drain of the NchMOS transistor 11 and the gate of the PchMOS transistor 5, and the PchMOS transistors 11 and 5 are parented to the PchMOS transistor 11. Configure a current mirror circuit.

以上のように構成されたアナログゲイン調整回路3とD級出力段2について、その動作を以下に説明する。
D級出力段2は、入力信号によりON/OFFするスイッチング動作を行い、出力から負荷電流を供給する。このとき、NchMOSトランジスタ6はNchMOSトランジスタ9を親としたカレントミラー回路を構成しているため、NchMOSトランジスタ6がONしたときに供給される負荷電流は、可変電流源8の電流にNchMOSトランジスタ6、9で構成されたカレントミラーのミラー比を掛けたものとなる。
The operation of the analog gain adjustment circuit 3 and the class D output stage 2 configured as described above will be described below.
The class D output stage 2 performs a switching operation that is turned ON / OFF by an input signal, and supplies a load current from the output. At this time, since the Nch MOS transistor 6 forms a current mirror circuit having the Nch MOS transistor 9 as a parent, the load current supplied when the Nch MOS transistor 6 is turned on is connected to the current of the variable current source 8 by the Nch MOS transistor 6, 9 multiplied by the mirror ratio of the current mirror.

同様に、PchMOSトランジスタ5はPchMOSトランジスタ11を親としたカレントミラー回路を構成しているため、PchMOSトランジスタ5がONしたときに供給される負荷電流は、可変電流源8の電流にNchMOSトランジスタ9、10で構成されたカレントミラーのミラー比を掛け、さらにPchMOSトランジスタ11、5で構成されたカレントミラーのミラー比を掛けたものになる。   Similarly, since the PchMOS transistor 5 forms a current mirror circuit with the PchMOS transistor 11 as a parent, the load current supplied when the PchMOS transistor 5 is turned on is connected to the current of the variable current source 8 by the NchMOS transistor 9, 10 multiplied by the mirror ratio of the current mirror composed of 10 and further multiplied by the mirror ratio of the current mirror composed of PchMOS transistors 11 and 5.

したがって、アナログゲイン調整回路3は、可変電流源8の電流を変化させることにより、D級出力段2から出力される負荷電流をコントロールすることができ、D級アンプのゲインが調整可能となる。   Therefore, the analog gain adjustment circuit 3 can control the load current output from the class D output stage 2 by changing the current of the variable current source 8, and the gain of the class D amplifier can be adjusted.

本実施の形態では、D級出力段2をPchMOSトランジスタとNchMOSトランジスタで構成し、アナログゲイン調整回路3をPchMOSトランジスタとNchMOSトランジスタによるカレントミラー回路で構成した場合を例に示したが、D級出力段2をNchMOSトランジスタのみで構成する場合やバイポーラトランジスタで構成する場合も、カレントミラー回路構成におけるトランジスタ極性の整合性をとることで、同様の効果が得られる。   In this embodiment, the class D output stage 2 is composed of a PchMOS transistor and an NchMOS transistor, and the analog gain adjustment circuit 3 is composed of a current mirror circuit composed of a PchMOS transistor and an NchMOS transistor. Even when the stage 2 is composed of only an Nch MOS transistor or a bipolar transistor, the same effect can be obtained by matching the transistor polarity in the current mirror circuit configuration.

また、本実施の形態では、D級出力段2に供給する電流の切り替えを、可変電流源8の電流量を可変することにより行ったが、カレントミラー構成のミラー比を切り替えることでも行うことができ、同様の効果が得られる。
(実施の形態2)
図3は本実施の形態2のD級アンプの構成を示すブロック図である。図3において、13はデジタル信号処理回路、14はデジタルゲイン調整回路、15はD級出力段、16はアナログゲイン調整回路、17は出力フィルタを示している。
In the present embodiment, the current supplied to the class D output stage 2 is switched by changing the current amount of the variable current source 8, but can also be switched by switching the mirror ratio of the current mirror configuration. And the same effect can be obtained.
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the class D amplifier according to the second embodiment. In FIG. 3, 13 is a digital signal processing circuit, 14 is a digital gain adjustment circuit, 15 is a class D output stage, 16 is an analog gain adjustment circuit, and 17 is an output filter.

入力された信号は、デジタル信号処理回路13によりサンプリングレート変換、オーバーサンプリング、ノイズシェーパといったデジタル信号処理が行われ、同時にデジタル信号処理回路13の一部として構成されるデジタルゲイン調整回路14によりゲイン調整が行われる。D級出力段15は、アナログゲイン調整回路16から供給される電流量に従い、デジタル信号処理回路13から入力される信号を増幅し、出力フィルタ17へ出力する。出力フィルタ17は、不要な高調波成分を除去し、出力信号をアナログ信号として取り出す。   The input signal is subjected to digital signal processing such as sampling rate conversion, oversampling, and noise shaper by the digital signal processing circuit 13, and at the same time, gain adjustment is performed by the digital gain adjustment circuit 14 configured as a part of the digital signal processing circuit 13. Is done. The class D output stage 15 amplifies the signal input from the digital signal processing circuit 13 in accordance with the amount of current supplied from the analog gain adjustment circuit 16 and outputs the amplified signal to the output filter 17. The output filter 17 removes unnecessary harmonic components and takes out the output signal as an analog signal.

かかる構成によれば、S/Nの劣化は伴うが回路規模が小さく消費電流も少ないデジタルゲイン調整回路14と、S/Nの劣化を伴わないアナログゲイン調整回路16を組み合わせて使用することができる。   According to such a configuration, the digital gain adjustment circuit 14 that is accompanied by S / N degradation but has a small circuit scale and low current consumption can be used in combination with the analog gain adjustment circuit 16 that does not involve S / N degradation. .

例えば、0dBから−10dBまで1dBステップでゲイン調整を行いたい場合、デジタルゲイン調整回路14のゲイン設定を0dBから−5dBまで1dBステップで調整できるものとし、アナログゲイン調整回路16のゲイン設定を0dBと−5dBに切り替えられるものとする。   For example, when it is desired to perform gain adjustment from 0 dB to −10 dB in 1 dB steps, the gain setting of the digital gain adjustment circuit 14 can be adjusted from 0 dB to −5 dB in 1 dB steps, and the gain setting of the analog gain adjustment circuit 16 is set to 0 dB. It shall be switched to -5 dB.

0dBから−4dBまではアナログゲイン調整回路16を0dBに設定し、−5dBから−10dBまではアナログゲイン調整回路を−5dBに設定して残りをデジタルゲイン調整回路で調整することで、S/Nの劣化は最大5dBに抑えつつ、ゲインの調整を−10dBまで行うことが可能となり、最大5dBのS/Nの劣化が許容できるシステムにおいては、回路規模や消費電流を必要以上に大きくすることなくD級アンプを実現できる。
(実施の形態3)
図4は本実施の形態3のD級アンプの構成を示すブロック図である。図3と同じ構成要素については同じ符号を用いているので説明を省略する。図4において、18は切替回路を示している。
The analog gain adjustment circuit 16 is set to 0 dB from 0 dB to -4 dB, the analog gain adjustment circuit is set to -5 dB from -5 dB to -10 dB, and the rest is adjusted by the digital gain adjustment circuit. It is possible to adjust the gain up to -10 dB while suppressing the degradation of 5 dB at maximum, and in a system that can tolerate S / N degradation of 5 dB at maximum, without increasing the circuit scale and current consumption more than necessary. A class D amplifier can be realized.
(Embodiment 3)
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the class D amplifier according to the third embodiment. The same reference numerals are used for the same components as those in FIG. In FIG. 4, reference numeral 18 denotes a switching circuit.

切替回路18は、D級出力段15とアナログゲイン調整回路16の間に接続され、アナログゲイン調整回路16によるD級出力段15のゲイン調整の有無を切替える機能を有している。   The switching circuit 18 is connected between the class D output stage 15 and the analog gain adjustment circuit 16, and has a function of switching whether or not the analog gain adjustment circuit 16 adjusts the gain of the class D output stage 15.

かかる構成によれば、大振幅の出力信号を必要とする場合や、アナログゲイン調整回路16を機能させることによる消費電流の増大を避けたい場合に、切替回路18によりアナログゲイン調整回路16を無効にすることができ、消費電流を抑える必要がある場合や大振幅の出力信号が必要となる場合に、幅広く対応が可能となる。   According to such a configuration, the analog gain adjustment circuit 16 is disabled by the switching circuit 18 when a large amplitude output signal is required or when it is desired to avoid an increase in current consumption due to the function of the analog gain adjustment circuit 16. Therefore, when it is necessary to suppress current consumption or when an output signal having a large amplitude is required, a wide range of correspondence can be realized.

本発明のD級アンプは、回路規模を増大させることなく、出力レベルを下げるために増幅ゲインをダウンさせるときにでも、必要なS/Nを保持したままゲイン調整を幅広くかつ正確に行うことができるもので、音声出力のほかゲイン調整を要する各種電力増幅器として有用である。   The class D amplifier of the present invention can perform gain adjustment widely and accurately while maintaining the necessary S / N even when the amplification gain is reduced to reduce the output level without increasing the circuit scale. It is useful as various power amplifiers that require gain adjustment in addition to audio output.

本発明の実施の形態1のD級アンプの構成を示すブロック図1 is a block diagram showing the configuration of a class D amplifier according to Embodiment 1 of the present invention. 同実施の形態1のD級アンプにおけるアナログゲイン調整回路とD級出力段の詳細な構成例を示す回路図Circuit diagram showing a detailed configuration example of an analog gain adjustment circuit and a class D output stage in the class D amplifier of the first embodiment 本発明の実施の形態2のD級アンプの構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the class D amplifier of Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3のD級アンプの構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the class D amplifier of Embodiment 3 of this invention. 従来のD級アンプの構成を示すブロック図Block diagram showing the configuration of a conventional class D amplifier 同従来例のD級アンプにおけるデジタル信号処理回路に入力される信号例としてPWM信号を示す波形図Waveform diagram showing a PWM signal as an example of a signal input to a digital signal processing circuit in the conventional class D amplifier 同従来例のD級アンプにおけるD級出力段の構成例を示す回路図Circuit diagram showing a configuration example of a class D output stage in the conventional class D amplifier 同従来例のD級アンプにおける出力フィルタの構成例を示す回路図Circuit diagram showing a configuration example of an output filter in the conventional class D amplifier 同従来例のD級アンプにおける出力フィルタの入出力信号を示す波形図Waveform diagram showing the input / output signals of the output filter in the conventional class D amplifier

符号の説明Explanation of symbols

1 デジタル信号処理回路
2 D級出力段
3 アナログゲイン調整回路
4 出力フィルタ
5 PchMOSトランジスタ
6 NchMOSトランジスタ
8 可変電流源
9 NchMOSトランジスタ
10 NchMOSトランジスタ
11 PchMOSトランジスタ
13 デジタル信号処理回路
14 デジタルゲイン調整回路
15 D級出力段
16 アナログゲイン調整回路
17 出力フィルタ
18 切替回路
19 デジタル信号処理回路
20 デジタルゲイン調整回路
21 D級出力段
22 出力フィルタ
23 NMOSトランジスタ
24 PMOSトランジスタ
25 インダクタ
26 コンデンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Digital signal processing circuit 2 Class D output stage 3 Analog gain adjustment circuit 4 Output filter 5 PchMOS transistor 6 NchMOS transistor 8 Variable current source 9 NchMOS transistor 10 NchMOS transistor 11 PchMOS transistor 13 Digital signal processing circuit 14 Digital gain adjustment circuit 15 Class D Output stage 16 Analog gain adjustment circuit 17 Output filter 18 Switching circuit 19 Digital signal processing circuit 20 Digital gain adjustment circuit 21 Class D output stage 22 Output filter 23 NMOS transistor 24 PMOS transistor 25 Inductor 26 Capacitor

Claims (5)

デジタル信号処理回路と、
前記デジタル信号処理回路からの出力信号をD級増幅するD級出力段と、
前記D級出力段からの出力信号を平滑する出力フィルタとを備え、
前記D級出力段は、
電流出力により前記デジタル信号処理回路からの出力信号をD級増幅する
ことを特徴とするD級アンプ。
A digital signal processing circuit;
A class D output stage for class D amplification of the output signal from the digital signal processing circuit;
An output filter for smoothing the output signal from the class D output stage,
The class D output stage is:
A class D amplifier characterized by a class D amplification of an output signal from the digital signal processing circuit by a current output.
前記D級出力段の出力電流を調整して前記D級増幅のゲインを調整するアナログゲイン調整回路を備えた
ことを特徴とする請求項1記載のD級アンプ。
2. The class D amplifier according to claim 1, further comprising an analog gain adjustment circuit that adjusts an output current of the class D output stage to adjust a gain of the class D amplification.
前記D級出力段は、
電源の高圧側に接続されるハイサイドスイッチングトランジスタと、前記電源の低圧側に接続されるローサイドスイッチングトランジスタとの直列構成を有し、
前記アナログゲイン調整回路は、
前記ハイサイドスイッチングトランジスタと前記ローサイドスイッチングトランジスタを含むカレントミラー構成で、前記D級出力段の出力電流を調整する電流源回路をなしている
ことを特徴とする請求項1または請求項2記載のD級アンプ。
The class D output stage is:
Having a series configuration of a high-side switching transistor connected to the high-voltage side of the power source and a low-side switching transistor connected to the low-voltage side of the power source;
The analog gain adjustment circuit is
3. The D according to claim 1, wherein a current source circuit that adjusts an output current of the class D output stage is configured by a current mirror configuration including the high-side switching transistor and the low-side switching transistor. Class amplifier.
前記デジタル信号処理回路は、デジタル信号に対するゲイン調整機能を有している
ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載のD級アンプ。
The class D amplifier according to any one of claims 1 to 3, wherein the digital signal processing circuit has a gain adjustment function for a digital signal.
前記アナログゲイン調整回路と前記D級出力段とを切り離す切替回路を備えた
ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載のD級アンプ。
5. The class D amplifier according to claim 1, further comprising a switching circuit that separates the analog gain adjustment circuit from the class D output stage. 6.
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