JP2008154289A - Class-d amplification apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a class-D amplification apparatus which achieves high-precision and high-speed switching and reduces the apparatus in size while, in the prior art, in order to achieve high-speed switching, a large-sized FET having withstand voltage equal to that of a high-power FET is provided at a source side of the high-power FET, thereby preventing reduction of the apparatus in size and deteriorating precision of switching. <P>SOLUTION: The present invention relates to a class-D amplification apparatus which comprises a plurality of class-D amplifiers as a big step PA and a binary step PA, each of the class-D amplifiers comprising a small-power transistor Q14 which controls ON/OFF of amplifier output in accordance with an audio signal, at a gate side of high-power transistors Q10 and Q12 which perform switching in timing of opposite phases, and small-power transistors Q15, Q16 which are turned on/off by the audio signal and extracts charge at high speed, at a GND side of a transformer. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、振幅変調送信機に用いられるD級増幅装置に係り、特に高速且つ均一なスイッチングを実現し、装置の小型化を図ることができるD級増幅装置に関する。   The present invention relates to a class D amplifying apparatus used for an amplitude modulation transmitter, and more particularly to a class D amplifying apparatus capable of realizing high-speed and uniform switching and miniaturizing the apparatus.

従来、デジタル変調制御による振幅変調方式を用いた送信機に、D級増幅装置が用いられている。
D級増幅装置を備えた一般的な振幅変調送信機について図2を使って説明する。図2は、D級増幅装置を備えた一般的な振幅変調送信機の構成図である。
図2に示すように、一般的な振幅変調送信機は、デジタル放送等に用いられるものであり、A/D変換器1と、エンコーダ2と、複数のビッグステップPA3と、複数のバイナリーステップPA4と、搬送波発振器(OSC)5と、FETドライバーIC6と、出力合成部(合成トランス)7と、バンドパスフィルタ(BPF)8と、第1電源9とから構成されている。
Conventionally, a class D amplifying apparatus is used in a transmitter using an amplitude modulation method based on digital modulation control.
A general amplitude modulation transmitter including a class D amplifier will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a configuration diagram of a general amplitude modulation transmitter including a class D amplifier.
As shown in FIG. 2, a general amplitude modulation transmitter is used for digital broadcasting or the like, and includes an A / D converter 1, an encoder 2, a plurality of big steps PA3, and a plurality of binary steps PA4. A carrier wave oscillator (OSC) 5, an FET driver IC 6, an output synthesizer (synthetic transformer) 7, a bandpass filter (BPF) 8, and a first power supply 9.

各構成部分について説明する。
A/D変換器1は、入力される変調信号(音声)を複数ビット(例えば12ビット)のデジタル信号に変換する。
エンコーダ2は、後述するビッグステップPA3及びバイナリーステップPA4をスイッチングさせる(オン/オフ制御する)ための信号に変換する。
Each component will be described.
The A / D converter 1 converts an input modulation signal (sound) into a digital signal having a plurality of bits (for example, 12 bits).
The encoder 2 converts the signal into a signal for switching (on / off control) a big step PA3 and a binary step PA4 described later.

ビッグステップPA(等出力電力増幅器)3は、FET(Field Effect Transistor)で構成され、入力された信号を増幅する高周波増幅器である。ビッグステップPA3としては、PA1〜PANのN個(ここではN=26)の増幅器がある。
バイナリーステップPA(バイナリー電力増幅器)4はビッグステップPA3と同様の構成を備えた増幅器であり、バイナリーステップPA4としては、1/2PA〜1/2nPAのn個(ここではn=8)の増幅器がある。
そして、各ビッグステップPA3及び各バイナリーステップPA4は、それぞれD級動作を行うD級増幅器である。
The big step PA (equal output power amplifier) 3 is composed of a FET (Field Effect Transistor) and is a high frequency amplifier that amplifies an input signal. As the big step PA3, there are N amplifiers PA1 to PAN (N = 26 in this case).
The binary step PA (binary power amplifier) 4 is an amplifier having a configuration similar to that of the big step PA3. As the binary step PA4, n amplifiers (here, n = 8) of 1/2 PA to 1/2 nPA are included. is there.
Each big step PA3 and each binary step PA4 are class D amplifiers that perform class D operation.

搬送波発振器5は、周波数f0の搬送波信号(矩形波)を発生する高周波発振器である。
FETドライバーIC6は、各ビッグステップPA3及び各バイナリーステップPA4に1対1に対応して設けられ、エンコーダ2からの信号に基づいて対応するビッグステップPA3又はバイナリーステップPA4のオン/オフを制御すると共に、搬送波発振器5からの搬送波信号を使用して、ビッグステップPA3又はバイナリーステップPA4をD級動作させるものである。
The carrier wave oscillator 5 is a high frequency oscillator that generates a carrier wave signal (rectangular wave) having a frequency f0.
The FET driver IC 6 is provided in one-to-one correspondence with each big step PA 3 and each binary step PA 4, and controls on / off of the corresponding big step PA 3 or binary step PA 4 based on the signal from the encoder 2. The big step PA3 or the binary step PA4 is operated in the class D by using the carrier wave signal from the carrier wave oscillator 5.

出力合成部7は、複数のビッグステップPA3及びバイナリーステップPA4からの出力信号を合成して出力する。
そして、複数のビッグステップPA3とバイナリーステップPA4、及び出力合成部7から成る部分をD級増幅装置と称する。
BPF8は、出力合成部7で合成された信号から不要高周波成分を減衰する。
第1電源9は、D級増幅装置に電力を供給する電源である。
The output synthesizer 7 synthesizes and outputs output signals from the plurality of big steps PA3 and binary steps PA4.
A portion composed of a plurality of big steps PA3, binary steps PA4, and output synthesizer 7 is referred to as a class D amplifier.
The BPF 8 attenuates unnecessary high frequency components from the signal synthesized by the output synthesis unit 7.
The first power source 9 is a power source that supplies power to the class D amplifier.

上記構成の一般的な振幅変調送信機の動作について説明する。
上記送信機においては、送信すべき信号である音声信号は、A/D変換器1で12ビットのデジタル信号に変換され、エンコーダ2でMSB(Most Significant Bit)側の所定ビット及びLSB(Least Significant Bit)側の所定ビットが抽出される。
The operation of a general amplitude modulation transmitter having the above configuration will be described.
In the transmitter, an audio signal which is a signal to be transmitted is converted into a 12-bit digital signal by the A / D converter 1, and a predetermined bit on the MSB (Most Significant Bit) side and an LSB (Least Significant) are converted by the encoder 2. Bit) side predetermined bits are extracted.

そして、MSB側の所定ビットは26個のビッグステップPA3に対応するFETドライバーIC6にそれぞれ出力され、ビッグステップPA3は、FETドライバーIC6によってオン/オフ制御され、増幅動作を行う。   The predetermined bits on the MSB side are respectively output to the FET driver ICs 6 corresponding to the 26 big step PA3, and the big step PA3 is controlled to be turned on / off by the FET driver IC6 and performs an amplification operation.

同様に、LSB側の所定ビットは8個のバイナリーステップPA4に対応するFETドライバーIC6に出力され、バイナリーステップPA4は、FETドライバーIC6によってオン/オフ制御され、デジタル音声信号中の細かい情報部分に基づく補正を行う。   Similarly, a predetermined bit on the LSB side is output to an FET driver IC 6 corresponding to eight binary steps PA4, and the binary step PA4 is ON / OFF controlled by the FET driver IC6 and is based on a fine information portion in the digital audio signal. Make corrections.

搬送波発振器5から出力される周波数f0の搬送波(キャリア)は、各FETドライバーIC6を介して個々のビッグステップPA3及びバイナリーステップPA4に供給されて、ビッグステップPA3及びバイナリーステップPA4を駆動する。   The carrier wave (carrier) of the frequency f0 output from the carrier wave oscillator 5 is supplied to each big step PA3 and binary step PA4 via each FET driver IC6, and drives the big step PA3 and binary step PA4.

そして、各ビッグステップPA3及びバイナリーステップPA4の出力は、出力合成部7に出力されて合成され、BPF8で不要高周波成分が除去されてアンテナから出力される。尚、出力電力は、ビッグステップPA3の数量、出力合成部7の合成トランスの巻き線比、第1電源9の電圧によって決定される。
このようにして、一般的な振幅変調送信機の動作が行われるものである。
The outputs of each big step PA3 and binary step PA4 are output to the output combining unit 7 and combined, and unnecessary high frequency components are removed by the BPF 8 and output from the antenna. The output power is determined by the number of big steps PA3, the winding ratio of the synthesis transformer of the output synthesis unit 7, and the voltage of the first power supply 9.
In this way, the operation of a general amplitude modulation transmitter is performed.

次に、上記振幅変調送信機のビッグステップPA3、バイナリーステップPA4に用いられる従来のD級増幅器の構成及び動作について図3を用いて説明する。図3は、従来のD級増幅器の構成図である。
図3に示すように、従来のD級増幅器は、FETドライバーIC11a、11b、11cと、トランジスタQ1、Q2と、パルストランス14と、ハイパワートランジスタQ3〜Q7とから構成され、ハイパワートランジスタQ3〜Q7には第1電源20の電圧が印加されている。トランジスタQ1〜Q7はいずれもFETで構成されている。
また、FETドライバーIC11bの前段には、反転回路が設けられ、搬送波信号が反転してFETドライバーIC11bに入力される。
Next, the configuration and operation of a conventional class D amplifier used for the big step PA3 and binary step PA4 of the amplitude modulation transmitter will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a configuration diagram of a conventional class D amplifier.
As shown in FIG. 3, the conventional class D amplifier includes FET driver ICs 11a, 11b, and 11c, transistors Q1 and Q2, a pulse transformer 14, and high power transistors Q3 to Q7. The voltage of the first power supply 20 is applied to Q7. The transistors Q1 to Q7 are all formed of FETs.
Further, an inverting circuit is provided in front of the FET driver IC 11b, and the carrier wave signal is inverted and input to the FET driver IC 11b.

FETドライバーIC11a、11b、11cは、図2のFETドライバーIC6に含まれるものであり、FETドライバーIC11aは、搬送波信号の入力を受けてトランジスタQ1を駆動し、FETドライバーIC11bは、搬送波の反転信号の入力を受けてトランジスタQ2を駆動するものである。   The FET driver ICs 11a, 11b, and 11c are included in the FET driver IC 6 of FIG. 2. The FET driver IC 11a receives the carrier wave signal and drives the transistor Q1, and the FET driver IC 11b receives the inverted signal of the carrier wave. The transistor Q2 is driven in response to the input.

また、FETドライバーIC11cは、音声信号の入力を受けてトランジスタQ7を駆動する。音声信号の入力があるときには、トランジスタQ7がオンとなり、増幅器出力が得られるようになっている。   Further, the FET driver IC 11c drives the transistor Q7 upon receiving an audio signal. When an audio signal is input, the transistor Q7 is turned on to obtain an amplifier output.

パルストランス14は、デジタル信号の増幅を行うものであり、14aから14dの4つの二次側部分から構成され、パルストランスの14a及び14dはトランジスタQ1のオンによって矩形波を出力し、14b及び14cはトランジスタQ2のオンによって矩形波を出力するものである。
ハイパワートランジスタQ3,Q4,Q5,Q6は、第1電源20の高電圧(180〜200V程度)に耐えられる大型のFETで構成され、増幅器のスイッチングを行う。
トランジスタQ7は、上記スイッチングにおいて高速スイッチング動作を可能とするものである。
The pulse transformer 14 amplifies a digital signal, and is composed of four secondary side parts 14a to 14d. The pulse transformers 14a and 14d output a rectangular wave when the transistor Q1 is turned on, and 14b and 14c. Is to output a rectangular wave when the transistor Q2 is turned on.
The high power transistors Q3, Q4, Q5, and Q6 are composed of large FETs that can withstand the high voltage (about 180 to 200 V) of the first power supply 20, and perform switching of the amplifier.
The transistor Q7 enables high-speed switching operation in the above switching.

上記構成のD級増幅器の動作について説明する。
搬送波発振器5からの搬送波f0がFETドライバーIC11aに、搬送波f0の逆相の信号がFETドライバーIC11bに入力され、トランジスタQ1及びQ2のゲート信号として出力される。トランジスタQ1及びトランジスタQ2は、入力されるゲート信号に従ってオン/オフ動作を交互に行う。これにより、ハイパワートランジスタQ3,Q4,Q5,Q6のスイッチング動作を行い、オン/オフの組合せでD級増幅動作を行って、増幅器出力を直列加算合成部(図2の「出力合成部7」に相当)に出力する。
The operation of the class D amplifier having the above configuration will be described.
A carrier wave f0 from the carrier wave oscillator 5 is inputted to the FET driver IC 11a, and a signal having a phase opposite to that of the carrier wave f0 is inputted to the FET driver IC 11b and outputted as gate signals of the transistors Q1 and Q2. The transistors Q1 and Q2 alternately perform on / off operations according to the input gate signal. Thereby, the switching operation of the high power transistors Q3, Q4, Q5, and Q6 is performed, the class D amplification operation is performed by the combination of ON / OFF, and the amplifier output is connected to the series addition combining unit (“output combining unit 7” in FIG. Output).

具体的には、パルストランス14a、14dからは搬送波信号と同相の矩形波信号が出力されてハイパワートランジスタQ3、ハイパワートランジスタQ6のゲートに入力される。つまり、トランジスタQ1がオンの時には、ハイパワートランジスタQ3、Q6がオンとなる。   Specifically, a rectangular wave signal having the same phase as the carrier wave signal is output from the pulse transformers 14a and 14d and input to the gates of the high power transistor Q3 and the high power transistor Q6. That is, when the transistor Q1 is on, the high power transistors Q3 and Q6 are on.

同様に、パルストランス14b、14cからは搬送波信号と逆相の矩形波信号が出力されて、ハイパワートランジスタQ5、Q4のゲートに入力される。つまり、トランジスタQ2がオンの時には、ハイパワートランジスタQ5、Q4がオンとなる。   Similarly, a rectangular wave signal having a phase opposite to that of the carrier wave signal is output from the pulse transformers 14b and 14c and input to the gates of the high power transistors Q5 and Q4. That is, when the transistor Q2 is on, the high power transistors Q5 and Q4 are on.

そして、音声信号がオンの時にトランジスタQ7がオンとなって増幅器出力が直列加算合成部に出力されるようになっている。   When the audio signal is turned on, the transistor Q7 is turned on, and the amplifier output is output to the serial addition / synthesis unit.

ここで、D級増幅器のスイッチング特性について図4を用いて説明する。図4は、従来のD級増幅器のスイッチング特性を示す説明図である。
上述したデジタル振幅変調方式の送信機では、複数のD級増幅器を組み合わせたD級増幅装置で1つの波を形成するものであるから、良質の出力信号を得るためには、各々のD級増幅器の均一化と、高速スイッチングが重要な要素となる。
Here, the switching characteristics of the class D amplifier will be described with reference to FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the switching characteristics of a conventional class D amplifier.
In the digital amplitude modulation type transmitter described above, a single wave is formed by a class D amplifier that combines a plurality of class D amplifiers. Therefore, in order to obtain a high-quality output signal, each class D amplifier is used. Uniformity and high-speed switching are important factors.

例えば、図4に示すように、D級増幅器の立ち上がり、立ち下がりのスイッチングが遅いと、タイミングにより、スパイク(ザグ)、グリッジ(ヘコミ)が発生してしまい、S/N比の劣化やスプリアスの劣化といった特性劣化を招く恐れがある。   For example, as shown in FIG. 4, when the rise and fall switching of the class D amplifier is slow, spikes (zag) and glitches (dents) occur due to timing, resulting in deterioration of S / N ratio and spurious. There is a risk of deterioration of characteristics such as deterioration.

そのため、図3に示したD級増幅器では、高速スイッチングを実現するために、ハイパワートランジスタQ5,Q6のソース側にトランジスタQ7を設けて、GNDを強制的に浮かし、ゲート−ソース間を同電位にすることによってオフ状態を作る方式としている。   Therefore, in the class D amplifier shown in FIG. 3, in order to realize high-speed switching, a transistor Q7 is provided on the source side of the high power transistors Q5 and Q6, GND is forcibly floated, and the gate-source has the same potential. This is a method for creating an off-state.

尚、振幅変調送信機に関する従来技術としては、平成16年7月15日公開の特開2004−201123「振幅変調送信機」(出願人:株式会社日立国際電気、発明者:久松稔)がある。
この従来技術は、第1倍率信号に基づいて、被増幅信号の振幅を増幅する第1増幅部と、第2倍率信号に基づいて被増幅信号の振幅を増幅する第2増幅部と、第1及び第2増幅部の出力信号駆動を行う駆動部と、第1及び第2増幅部の出力を合成して出力信号として出力する合成部とを備えた振幅変調送信機であり、個々の電力増幅器のスイッチング時の立ち上がり/立ち下がり時間のずれによる歪を低減するものである。
In addition, as a prior art regarding an amplitude modulation transmitter, there is JP-A 2004-201123 “Amplitude modulation transmitter” (applicant: Hitachi Kokusai Electric Inc., inventor: Atsushi Hisamatsu) published on July 15, 2004. .
This prior art includes a first amplification unit that amplifies the amplitude of the amplified signal based on the first magnification signal, a second amplification unit that amplifies the amplitude of the amplified signal based on the second magnification signal, And an amplitude modulation transmitter comprising: a drive unit that drives an output signal of the second amplifying unit; and a combining unit that combines the outputs of the first and second amplifying units and outputs the resultant signal as an output signal. The distortion due to the rise / fall time difference at the time of switching is reduced.

特開2004−201123号公報JP 2004-201123 A

しかしながら、従来のD級増幅装置を構成するD級増幅器では、高速スイッチングを実現するために、図3のトランジスタQ5及びQ6のソース側にトランジスタQ7を設けているが、Q7は、常時高電圧が印加されているため、Q3〜Q6のハイパワートランジスタと同等の耐圧を備えた大型のハイパワートランジスタで構成する必要があり、更に各ビッグステップPA3及びバイナリーステップPA4毎に設けなければならないため、装置の小型化の妨げとなり、また、Q7からの放熱も出力信号の特性に悪影響を及ぼす恐れがあるという問題点があった。   However, in the class D amplifier constituting the conventional class D amplifier, the transistor Q7 is provided on the source side of the transistors Q5 and Q6 in FIG. 3 in order to realize high-speed switching. Since it is applied, it is necessary to configure a large high-power transistor having a breakdown voltage equivalent to that of the high-power transistors Q3 to Q6, and further, it must be provided for each big step PA3 and binary step PA4. In addition, there is a problem that the heat radiation from Q7 may adversely affect the characteristics of the output signal.

更に、FETが大型になるほどFETのオン抵抗や入力容量が大きくなり、これらのばらつきにより、スイッチングの微妙なタイミングにずれが発生しやすく、周波数が高くなるほど顕著に現れるという問題点があった。   Furthermore, there is a problem that the larger the FET is, the larger the on-resistance and input capacitance of the FET are, and due to these variations, the delicate timing of switching tends to occur, and the higher the frequency, the more prominent.

本発明は上記実状に鑑みて為されたもので、高精度の高速スイッチングを実現し、装置の小型化を図ることができるD級増幅装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a class D amplification device that realizes high-speed switching with high accuracy and can reduce the size of the device.

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、フルブリッジ形の複数の増幅器と、複数の増幅器からの出力を直列合成する合成器とを備えるD級増幅装置において、増幅器が、発振器からの搬送波信号に従ってオン/オフする第1のトランジスタと、搬送波信号の逆相の信号に従ってオン/オフする第2のトランジスタと、第1及び第2のトランジスタのオン/オフによって一次側中点を中心にプッシュプル動作を行い、二次側から搬送波信号に同相又は逆相の矩形波を出力するパルストランスと、パルストランスの二次側から出力される搬送波信号に同相の矩形波でオン/オフし、フルブリッジ形を構成する第3のトランジスタ及び第4のトランジスタと、パルストランスの二次側から出力される搬送波信号に逆相の矩形波でオン/オフし、フルブリッジ形を構成する第5のトランジスタ及び第6のトランジスタと、フルブリッジ形を構成する第3乃至6のトランジスタに電圧を印加する電源と、音声信号の有無によってオン/オフし、第3のトランジスタ及び第5のトランジスタのベースを、オン時にグランドレベルにする第7のトランジスタと、音声信号の有無の反転出力によってオン/オフし、パルストランスの二次側において第4のトランジスタのベースに接続する端子及び第5のトランジスタのベースに接続する端子に対する他方の端子を、オン時にグランドレベルにする第8のトランジスタとを有することを特徴としている。   The present invention for solving the above-described problems of the conventional example includes a class D amplifier including a plurality of full-bridge amplifiers and a synthesizer that synthesizes outputs from the plurality of amplifiers in series. A first transistor that is turned on / off in accordance with a carrier signal of the second signal, a second transistor that is turned on / off in accordance with a signal having a phase opposite to that of the carrier signal, and a center on the primary side by turning on / off of the first and second transistors And a pulse transformer that outputs an in-phase or anti-phase rectangular wave to the carrier signal from the secondary side, and a carrier wave signal that is output from the secondary side of the pulse transformer is turned on / off by the in-phase rectangular wave. The third and fourth transistors constituting the full bridge type, and the carrier wave signal output from the secondary side of the pulse transformer is turned on / off with a rectangular wave of opposite phase The fifth and sixth transistors constituting the full bridge type, the power source for applying a voltage to the third to sixth transistors constituting the full bridge type, and on / off depending on the presence or absence of an audio signal, The base of the fifth transistor and the fifth transistor are turned on / off by an inverted output of the presence / absence of an audio signal, and the base of the fourth transistor on the secondary side of the pulse transformer. An eighth transistor is characterized in that the other terminal with respect to the terminal to be connected and the terminal to be connected to the base of the fifth transistor is set to the ground level when turned on.

本発明によれば、フルブリッジ形の複数の増幅器と、複数の増幅器からの出力を直列合成する合成器とを備えるD級増幅装置において、増幅器が、発振器からの搬送波信号に従ってオン/オフする第1のトランジスタと、搬送波信号の逆相の信号に従ってオン/オフする第2のトランジスタと、第1及び第2のトランジスタのオン/オフによって一次側中点を中心にプッシュプル動作を行い、二次側から搬送波信号に同相又は逆相の矩形波を出力するパルストランスと、パルストランスの二次側から出力される搬送波信号に同相の矩形波でオン/オフし、フルブリッジ形を構成する第3のトランジスタ及び第4のトランジスタと、パルストランスの二次側から出力される搬送波信号に逆相の矩形波でオン/オフし、フルブリッジ形を構成する第5のトランジスタ及び第6のトランジスタと、フルブリッジ形を構成する第3乃至6のトランジスタに電圧を印加する電源と、音声信号の有無によってオン/オフし、第3のトランジスタ及び第5のトランジスタのベースを、オン時にグランドレベルにする第7のトランジスタと、音声信号の有無の反転出力によってオン/オフし、パルストランスの二次側において第4のトランジスタのベースに接続する端子及び第5のトランジスタのベースに接続する端子に対する他方の端子を、オン時にグランドレベルにする第8のトランジスタとを有するD級増幅装置としているので、第7及び第8のトランジスタには高電圧が印加されない構成として、小電力用のトランジスタで安定したスイッチングを行うことができると共に、装置の小型化を図ることができ、更に第8のトランジスタにより高速のスイッチングを可能とすることができる効果がある。   According to the present invention, in a class D amplifying apparatus including a plurality of full-bridge amplifiers and a synthesizer that serially combines outputs from the plurality of amplifiers, the amplifier is turned on / off according to a carrier signal from an oscillator. 1 transistor, a second transistor that is turned on / off according to a signal opposite in phase to the carrier wave signal, and a push-pull operation centered on the primary side by turning on / off the first and second transistors, A pulse transformer that outputs a rectangular wave of the same phase or opposite phase to the carrier wave signal from the side, and a carrier wave signal that is output from the secondary side of the pulse transformer is turned on / off with the rectangular wave of the same phase to form a full bridge type. And a fourth transistor, and a carrier wave signal output from the secondary side of the pulse transformer is turned on / off with a rectangular wave of opposite phase to form a full bridge type. 5 and the sixth transistor, a power source for applying a voltage to the third to sixth transistors constituting the full bridge type, and on / off according to the presence or absence of an audio signal, the third transistor and the fifth transistor A seventh transistor whose base is set to the ground level when it is turned on, a terminal connected to the base of the fourth transistor on the secondary side of the pulse transformer, and a fifth transistor which are turned on / off by the inverted output of the presence / absence of an audio signal Since the other terminal with respect to the terminal connected to the base is a class D amplifier having an eighth transistor that is set to the ground level when it is turned on, the high voltage is not applied to the seventh and eighth transistors. Stable switching can be performed with a low-power transistor, and the size of the device can be reduced. Rukoto can, there is an effect that it is possible to enable fast switching by further eighth transistor.

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。
本発明の実施の形態に係るD級増幅器は、異なるタイミングで動作する2個のハイパワーFETのゲート側と、トランスのGND側に、増幅器のオン/オフを制御するための小電力用FETを設けたものであり、大電力用のFETを用いることなく高速スイッチングを実現し、装置の小型化を図ることができるものである。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The class D amplifier according to the embodiment of the present invention includes a low power FET for controlling on / off of the amplifier on the gate side of two high power FETs operating at different timings and the GND side of the transformer. Thus, high-speed switching can be realized without using a high-power FET, and the device can be miniaturized.

本実施の形態に係るD級増幅装置(本増幅装置)は、図2に示した一般的な振幅変調送信機に用いられるものであり、振幅変調送信機の構成自体は図2と同じである。そして、本実施の形態に係るD級増幅装置は、図2に示した従来の装置と同様に26個のビッグステップPAと、8個のバイナリーステップPAを備えているが、個々のビッグステップPA、及びバイナリーステップPA4のD級増幅器の構成が従来とは異なっている。   The class D amplification device (the present amplification device) according to the present embodiment is used for the general amplitude modulation transmitter shown in FIG. 2, and the configuration of the amplitude modulation transmitter itself is the same as FIG. . The class D amplifying device according to the present embodiment includes 26 big step PAs and 8 binary step PAs as in the conventional device shown in FIG. The configuration of the class D amplifier of the binary step PA4 is different from the conventional one.

本増幅装置を構成するビッグステップPA又はバイナリーステップPAとして用いられるD級増幅器(本増幅器)の構成について図1を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態に係るD級増幅装置を構成するD級増幅器の構成図である。
図1に示すように、本実施の形態に係るD級増幅器の基本的な構成は、図3に示した従来のD級増幅器の構成と同様の部分として、FETドライバーIC21a、21bと、パルストランス24と、トランジスタQ10〜Q13と、第1電源29とを備えている。これらは、図3に示した従来のD級増幅器におけるFETドライバーIC11a、11b、トランジスタQ1、Q2、パルストランス14、ハイパワートランジスタQ3〜Q6に相当しており、動作も同様である。
A configuration of a class D amplifier (the present amplifier) used as a big step PA or a binary step PA constituting the present amplification device will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a configuration diagram of a class D amplifier constituting the class D amplifier according to the embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the basic configuration of the class D amplifier according to this embodiment is similar to that of the conventional class D amplifier shown in FIG. 24, transistors Q10 to Q13, and a first power supply 29. These correspond to the FET driver ICs 11a and 11b, the transistors Q1 and Q2, the pulse transformer 14, and the high power transistors Q3 to Q6 in the conventional class D amplifier shown in FIG. 3, and the operation is also the same.

そして、本実施の形態に係るD級増幅器の特徴部分として、従来設けられていたトランジスタQ7の代わりに、トランジスタQ14と、トランジスタQ15と、トランジスタQ16と、それらの駆動用としてのFETドライバーIC21cと、FETドライバーIC21dとが設けられている。
尚、本増幅器が振幅変調送信機に適用された場合、図1のFETドライバーIC21a、21b、21c、21dは、全て図2に示したFETドライバーIC6に含まれるものである。
As a characteristic part of the class D amplifier according to the present embodiment, instead of the transistor Q7 that has been provided conventionally, a transistor Q14, a transistor Q15, a transistor Q16, and an FET driver IC 21c for driving them, An FET driver IC 21d is provided.
When this amplifier is applied to an amplitude modulation transmitter, the FET driver ICs 21a, 21b, 21c, and 21d shown in FIG. 1 are all included in the FET driver IC 6 shown in FIG.

そして、ハイパワートランジスタのQ10及びQ12のゲート側に、トランジスタQ14及び駆動用のFETドライバーIC21cが設けられ、パルストランス24のGND側に、トランジスタQ15及びQ16と、駆動用のFETドライバーIC21dが設けられている。
尚、図1には32個あるD級増幅器の内の1つを示しているが、他のD級増幅器(PA2〜32)の構成も同様である。また、直列加算合成部も従来と同様の構成及び動作である。
The transistor Q14 and the driving FET driver IC 21c are provided on the gate side of the high power transistors Q10 and Q12, and the transistors Q15 and Q16 and the driving FET driver IC 21d are provided on the GND side of the pulse transformer 24. ing.
1 shows one of the 32 class D amplifiers, the configuration of the other class D amplifiers (PA2 to PA32) is the same. The serial addition / synthesis unit has the same configuration and operation as the conventional one.

本増幅器の特徴部分について説明する。
FETドライバーIC21cは、音声信号の入力を受けてトランジスタQ14を駆動する。
トランジスタQ14は、増幅器出力のオン/オフを制御するためのFETである。Q14には、第1電源29の電圧は印加されないので、0〜10Vで動作する小電力用のFETで構成されており、小型で、高速スイッチングが可能なものとなっている。
The characteristic part of this amplifier is demonstrated.
The FET driver IC 21c receives an audio signal and drives the transistor Q14.
The transistor Q14 is an FET for controlling on / off of the amplifier output. Since the voltage of the first power supply 29 is not applied to Q14, it is composed of a small power FET that operates at 0 to 10V, and is small and capable of high-speed switching.

そして、音声信号の入力があるときに、FETドライバーIC21cを介してQ14がオンとなり、ハイパワートランジスタQ10又はQ12のゲートがオンとなって増幅器をオンとする。尚、図2で説明したように、ハイパワートランジスタQ10とQ12は、逆のタイミングでオン/オフを繰り返すものであり、音声信号が入力されている間は直列加算合成部からの増幅器出力が出力される。   When an audio signal is input, Q14 is turned on via the FET driver IC 21c, the gate of the high power transistor Q10 or Q12 is turned on, and the amplifier is turned on. As described with reference to FIG. 2, the high power transistors Q10 and Q12 are repeatedly turned on and off at opposite timings, and the amplifier output from the serial addition synthesis unit is output while the audio signal is being input. Is done.

また、FETドライバーIC21dは、反転回路によって音声信号の反転信号の入力を受けてトランジスタQ15及びQ16を駆動する。
トランジスタQ15及びQ16は、Q14と同様の小電力用のFETであり、音声信号がオフの時にオンとなって、トランス2次側のGNDを浮かすことにより、オンの間にたまった電荷を素早くGNDに落とすことができ、増幅器の高速オン/オフを可能とするものである。
Further, the FET driver IC 21d receives an inverted signal of the audio signal by the inverting circuit and drives the transistors Q15 and Q16.
Transistors Q15 and Q16 are FETs for low power similar to Q14, and are turned on when the audio signal is off, and the GND on the secondary side of the transformer is floated, so that the charges accumulated during the on time can be quickly GND. The amplifier can be turned on and off at high speed.

次に、本増幅器の動作について簡単に説明する。
搬送波発振器から入力された搬送波信号は、FETドライバーIC21a、21bを介して互いに逆相のゲート入力信号としてトランジスタQ8、Q9のゲートに入力され、Q8及びQ9は逆相で交互にオン/オフ動作を行う。
Next, the operation of this amplifier will be briefly described.
The carrier wave signal input from the carrier wave oscillator is input to the gates of the transistors Q8 and Q9 through the FET driver ICs 21a and 21b as gate input signals having opposite phases, and Q8 and Q9 are alternately turned on / off in opposite phases. Do.

これによりパルストランス24の1次側中点を中心にプッシュプル動作を行うことになり、トランジスタQ8のオン/オフに応じて、パルストランス24a、24dからは搬送波信号と同相の矩形波信号が出力されてハイパワートランジスタQ10、ハイパワートランジスタQ13のゲートに入力される。つまり、トランジスタQ8がオンの時には、ハイパワートランジスタQ10、Q13がオンとなる。   As a result, a push-pull operation is performed with the primary side midpoint of the pulse transformer 24 as the center, and a rectangular wave signal in phase with the carrier wave signal is output from the pulse transformers 24a and 24d in response to the on / off of the transistor Q8. And input to the gates of the high power transistor Q10 and the high power transistor Q13. That is, when the transistor Q8 is on, the high power transistors Q10 and Q13 are on.

同様に、トランジスタQ9のオン/オフに応じて、パルストランス24b、24cからは搬送波と逆相の矩形波が出力されて、ハイパワートランジスタQ12、Q11のゲートに入力される。つまり、トランジスタQ9がオンの時には、ハイパワートランジスタQ12、Q11がオンとなる。   Similarly, a rectangular wave having a phase opposite to that of the carrier wave is output from the pulse transformers 24b and 24c according to the on / off state of the transistor Q9, and is input to the gates of the high power transistors Q12 and Q11. That is, when the transistor Q9 is on, the high power transistors Q12 and Q11 are on.

すなわち、ハイパワートランジスタQ10,Q13がオンの場合には、ハイパワートランジスタQ12,Q11はオフであり、ハイパワートランジスタQ10,Q13がオフの場合には、ハイパワートランジスタQ12,Q11がオンになるものである。   That is, when the high power transistors Q10 and Q13 are on, the high power transistors Q12 and Q11 are off, and when the high power transistors Q10 and Q13 are off, the high power transistors Q12 and Q11 are on. It is.

そして、これとは別に音声信号のオン/オフに伴って、音声信号がオンの時にトランジスタQ14がオンとなってハイパワートランジスタQ10及びQ12のゲートはダイオードを介してGND側に接続し、電流が流れることでパルストランス24a、24bに矩形波信号が印加され、更に、ハイパワートランジスタQ11、Q13のゲートにも矩形波信号が印加されて、出力(増幅器出力)が直列加算合成部に出力される。直列加算合成部へは、ハイパワートランジスタQ10,Q13がオンになった場合の出力と、Q12,Q11がオンになった場合の出力とが交互に出力されることになる。
また、音声信号がオフの時にはトランジスタQ15、16がオンとなって高速に残留した電荷を抜くものである。
In addition to this, along with the on / off of the audio signal, when the audio signal is on, the transistor Q14 is turned on, and the gates of the high power transistors Q10 and Q12 are connected to the GND side through the diode, and the current is By flowing, a rectangular wave signal is applied to the pulse transformers 24a and 24b, and further, a rectangular wave signal is also applied to the gates of the high power transistors Q11 and Q13, and an output (amplifier output) is output to the serial addition combining unit. . The output when the high power transistors Q10 and Q13 are turned on and the output when Q12 and Q11 are turned on are alternately output to the serial addition synthesis unit.
Also, when the audio signal is off, the transistors Q15 and 16 are turned on to remove the remaining charge at high speed.

図1では、音声信号がオンの時にトランジスタQ14がオンとなって、パルストランス24の二次側でトランジスタQ10,Q12のゲートに入力される信号をGND(グランドレベル)に落として、トランジスタQ10,Q12のゲートに対する制御信号として機能するものの、トランジスタQ10〜Q13への影響を切り離している。また、トランジスタQ15,Q16がオフの時はパルストランス24の二次側のGNDを浮かすことにより、トランジスタQ10〜Q13のスイッチングを高速に行うことができる。
そして、トランジスタQ15,Q16がオンになれば、強制的に電荷を抜いて、トランジスタQ10〜Q13のスイッチングを適正に行うものである。
このようにして本増幅器の動作が行われるものである。
In FIG. 1, the transistor Q14 is turned on when the audio signal is turned on, and the signal input to the gates of the transistors Q10 and Q12 on the secondary side of the pulse transformer 24 is dropped to GND (ground level). Although it functions as a control signal for the gate of Q12, the influence on the transistors Q10 to Q13 is separated. Further, when the transistors Q15 and Q16 are OFF, the transistors Q10 to Q13 can be switched at high speed by floating the GND on the secondary side of the pulse transformer 24.
When the transistors Q15 and Q16 are turned on, the charge is forcibly removed and the transistors Q10 to Q13 are appropriately switched.
In this way, the operation of the present amplifier is performed.

本発明の実施の形態に係るD級増幅器によれば、搬送波信号に基づいて互いに逆相でオン/オフを繰り返すトランジスタQ8、Q9と、そのオン/オフによって1次側中点を中心にプッシュプル動作を行うパルストランス24と、それによりスイッチングを行うパワートランジスタQ10〜Q13とを備えたD級増幅器であって、互いに逆相のタイミングでスイッチングを行うパワートランジスタQ10とQ12のゲート側に、音声信号によって増幅器出力のオン/オフを制御するトランジスタQ14を備え、トランスのGND側に音声信号によってオン/オフし、電荷を高速に抜くトランジスタQ15、Q16を備えた構成としているので、Q14、Q15、Q16を小電力用のトランジスタとして、小型化を図ると共に、Q15、Q16により高速のスイッチングを可能とすることができる効果がある。   According to the class D amplifier according to the embodiment of the present invention, the transistors Q8 and Q9 that repeat ON / OFF in opposite phases based on the carrier wave signal, and the push-pull centering on the primary side midpoint by the ON / OFF. A class-D amplifier including a pulse transformer 24 that performs operation and power transistors Q10 to Q13 that perform switching thereby, and an audio signal is connected to the gate side of the power transistors Q10 and Q12 that perform switching at phases opposite to each other. Is provided with transistors Q14 for controlling on / off of the amplifier output, and transistors Q15, Q16 that are turned on / off by an audio signal on the GND side of the transformer to extract charges at high speed. Therefore, Q14, Q15, Q16 As a small power transistor, the size is reduced and Q15, Q16 There is an effect that it is possible to enable faster switching.

また、本発明の実施の形態に係る振幅変調送信機によれば、D級増幅器から成る複数のビッグステップPA3及び複数のバイナリーステップPA4を備え、各増幅器からの出力を合成して出力するD級増幅装置を設け、D級増幅器が、互いに逆相のタイミングでスイッチングを行うパワートランジスタQ10とQ12のゲート側に、音声信号によって増幅器出力のオン/オフを制御するトランジスタQ14を備え、トランスのGND側に音声信号によってオン/オフし、電荷を高速に抜くトランジスタQ15、Q16を備えたD級増幅器としているので、Q14、Q15、Q16を小電力用のトランジスタとして、送信機全体の小型化を図ると共に、Q15、Q16により高速のスイッチングを可能とすることができる効果がある。   The amplitude modulation transmitter according to the embodiment of the present invention includes a plurality of big step PA3 and a plurality of binary step PA4 each including a class D amplifier, and combines and outputs the outputs from the amplifiers. An amplifier is provided, and the class D amplifier is provided with a transistor Q14 for controlling on / off of the amplifier output by an audio signal on the gate side of the power transistors Q10 and Q12 that perform switching at phases opposite to each other, and the GND side of the transformer Since it is a class D amplifier equipped with transistors Q15 and Q16 that are turned on / off by an audio signal and extracts charges at high speed, Q14, Q15, and Q16 are used as low-power transistors to reduce the size of the entire transmitter. , Q15, and Q16 have an effect of enabling high-speed switching.

本発明は、特に高速且つ均一なスイッチングを実現し、装置の小型化を図ることができるD級増幅装置に適している。   The present invention is particularly suitable for a class D amplifying device that realizes high-speed and uniform switching and can reduce the size of the device.

本発明の実施の形態に係るD級増幅装置を構成するD級増幅器の構成図である。It is a block diagram of the class D amplifier which comprises the class D amplifier which concerns on embodiment of this invention. D級増幅装置を備えた一般的な振幅変調送信機の構成図である。It is a block diagram of the general amplitude modulation transmitter provided with the class D amplifier. 従来のD級増幅器の構成図である。It is a block diagram of the conventional class D amplifier. 従来のD級増幅器のスイッチング特性を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the switching characteristic of the conventional class D amplifier.

符号の説明Explanation of symbols

1…A/D変換器、 2…エンコーダ、 3…ビッグステップPA、 4…バイナリーステップPA、 5…搬送波発振器、 6…FETドライバーIC、 7…出力合成部、 8…バンドパスフィルタ、 9…第1電源、 11…FETドライバーIC、 14…パルストランス、 20…第1電源、 21…FETドライバーIC、 24…パルストランス、 29…第1電源   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... A / D converter, 2 ... Encoder, 3 ... Big step PA, 4 ... Binary step PA, 5 ... Carrier wave oscillator, 6 ... FET driver IC, 7 ... Output composition part, 8 ... Band pass filter, 9 ... First 1 power supply, 11 ... FET driver IC, 14 ... pulse transformer, 20 ... first power supply, 21 ... FET driver IC, 24 ... pulse transformer, 29 ... first power supply

Claims (1)

フルブリッジ形の複数の増幅器と、前記複数の増幅器からの出力を直列合成する合成器とを備えるD級増幅装置において、
前記増幅器が、
発振器からの搬送波信号に従ってオン/オフする第1のトランジスタと、
前記搬送波信号の逆相の信号に従ってオン/オフする第2のトランジスタと、
前記第1及び前記第2のトランジスタのオン/オフによって一次側中点を中心にプッシュプル動作を行い、二次側から前記搬送波信号に同相又は逆相の矩形波を出力するパルストランスと、
前記パルストランスの二次側から出力される前記搬送波信号に同相の矩形波でオン/オフし、フルブリッジ形を構成する第3のトランジスタ及び第4のトランジスタと、
前記パルストランスの二次側から出力される前記搬送波信号に逆相の矩形波でオン/オフし、フルブリッジ形を構成する第5のトランジスタ及び第6のトランジスタと、
フルブリッジ形を構成する前記第3乃至6のトランジスタに電圧を印加する電源と、
音声信号の有無によってオン/オフし、前記第3のトランジスタ及び前記第5のトランジスタのベースを、オン時にグランドレベルにする第7のトランジスタと、
前記音声信号の有無の反転出力によってオン/オフし、前記パルストランスの二次側において前記第4のトランジスタのベースに接続する端子及び前記第5のトランジスタのベースに接続する端子に対する他方の端子を、オン時にグランドレベルにする第8のトランジスタとを有することを特徴とするD級増幅装置。
In a class D amplifying apparatus comprising a plurality of full-bridge amplifiers and a synthesizer that serially synthesizes outputs from the plurality of amplifiers,
The amplifier is
A first transistor that turns on and off in accordance with a carrier signal from an oscillator;
A second transistor that is turned on / off according to a signal having a phase opposite to that of the carrier signal;
A pulse transformer that performs a push-pull operation around the primary side midpoint by turning on and off the first and second transistors, and outputs an in-phase or anti-phase rectangular wave to the carrier signal from the secondary side;
A third transistor and a fourth transistor that are turned on / off with a rectangular wave in phase with the carrier wave signal output from the secondary side of the pulse transformer to form a full bridge;
A fifth transistor and a sixth transistor which are turned on / off with a rectangular wave having a reverse phase to the carrier wave signal output from the secondary side of the pulse transformer, and constitute a full bridge type;
A power supply for applying a voltage to the third to sixth transistors constituting a full-bridge type;
A seventh transistor that is turned on / off depending on the presence or absence of an audio signal, and sets the bases of the third transistor and the fifth transistor to the ground level when turned on;
The other terminal with respect to the terminal connected to the base of the fourth transistor and the terminal connected to the base of the fifth transistor on the secondary side of the pulse transformer is turned on / off by the inverted output of the presence or absence of the audio signal And an eighth transistor that is set to the ground level when turned on.
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