JP2010021716A - Class d amplifier device - Google Patents
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Abstract
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。
[振幅変調送信機:図2]
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PA(電力増幅器)3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.
[Amplitude modulation transmitter: Fig. 2]
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 /
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 /
The
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).
Binary step PA (binary power amplifier) 4 is an amplifier having the same structure as the big step PA3, as the binary step PA4, 1 / 2PA~1 / 2 n n pieces (n = 8 in this example) of PA There are amplifiers.
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
The FET
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
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 /
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
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
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
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
In this way, the operation of a general amplitude modulation transmitter is performed.
[従来のD級増幅器:図3]
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。
[Conventional class D amplifier: Fig. 3]
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
Further, an inverting circuit is provided in front of the
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
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
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
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の逆位相の信号が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
具体的には、パルストランス14a、14dからは搬送波信号と同位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
同様に、パルストランス14b、14cからは搬送波信号と逆位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
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.
[スイッチング特性:図4]
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。
[Switching characteristics: Fig. 4]
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.
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、搬送波信号の逆位相の信号を生成する反転回路と、反転回路で生成された搬送波信号の逆位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位相又は逆位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位相の矩形波でオン/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位相の矩形波でオン/オフし、フルブリッジ形を構成する第4のトランジスタと、発振器からの搬送波信号についてパルストランスにおけるプッシュプル動作の時間分、出力タイミングを調整するタイミング調整手段と、音声信号が入力されている場合に、タイミング調整手段からの搬送波信号について逆位相の信号を生成する論理回路と、論理回路で生成された、タイミング調整手段からの搬送波信号に逆位相の矩形波でオン/オフする第5のトランジスタと、タイミング調整手段からの搬送波信号に同位相の矩形波でオン/オフする第6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. First transistor that is turned on / off according to the carrier signal of the carrier, an inverting circuit that generates a signal having an opposite phase to the carrier signal, and a second transistor that is turned on / off according to the signal having the opposite phase of the carrier signal generated by the inverting circuit 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 a rectangular wave of the same phase or antiphase to the carrier signal from the secondary side, and a pulse A third transistor that forms a full bridge by turning on / off the carrier wave signal output from the secondary side of the transformer with a rectangular wave having the same phase, and the secondary of the pulse transformer The output signal is adjusted by the time of the push-pull operation in the pulse transformer for the carrier signal from the oscillator, which is turned on / off with a square wave of opposite phase to the carrier signal output from A timing adjustment unit, a logic circuit that generates a signal having an opposite phase to the carrier signal from the timing adjustment unit when an audio signal is input, and a carrier signal from the timing adjustment unit that is generated by the logic circuit. It is characterized by having a fifth transistor that is turned on / off by a rectangular wave having an antiphase and a sixth transistor that is turned on / off by a rectangular wave having the same phase as the carrier wave signal from the timing adjusting means.
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、増幅器における、第1のトランジスタが発振器からの搬送波信号に従ってオン/オフし、反転回路が搬送波信号の逆位相の信号を生成し、第2のトランジスタが反転回路で生成された搬送波信号の逆位相の信号に従ってオン/オフし、パルストランスが第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位相又は逆位相の矩形波を出力し、第3のトランジスタが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位相の矩形波でオン/オフし、フルブリッジ形を構成し、第4のトランジスタが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位相の矩形波でオン/オフし、フルブリッジ形を構成し、タイミング調整手段が発振器からの搬送波信号についてパルストランスにおけるプッシュプル動作の時間分、出力タイミングを調整し、論理回路が音声信号が入力されている場合に、タイミング調整手段からの搬送波信号について逆位相の信号を生成し、第5のトランジスタが論理回路で生成された、タイミング調整手段からの搬送波信号に逆位相の矩形波でオン/オフし、第6のトランジスタがタイミング調整手段からの搬送波信号に同位相の矩形波でオン/オフするものであり、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効果がある。 According to the present invention, in a class D amplification device including a plurality of full-bridge amplifiers and a combiner that serially combines outputs from the plurality of amplifiers, the first transistor in the amplifier is in accordance with a carrier signal from an oscillator. ON / OFF, the inverting circuit generates a signal having the opposite phase of the carrier signal, the second transistor is turned ON / OFF according to the signal having the opposite phase of the carrier signal generated by the inverting circuit, and the pulse transformer is connected to the first and first pulse transformers. Push-pull operation is performed around the primary side midpoint by turning on and off the second transistor, a rectangular wave with the same phase or opposite phase is output from the secondary side to the carrier wave signal, and the third transistor is the secondary of the pulse transformer The carrier wave signal output from the side is turned on / off with a rectangular wave of the same phase to form a full bridge type, and the fourth transistor is output from the secondary side of the pulse transformer. The carrier wave signal is turned on / off with an antiphase rectangular wave to form a full bridge type, and the timing adjustment means adjusts the output timing of the carrier wave signal from the oscillator by the time of the push-pull operation in the pulse transformer, and the logic circuit When the audio signal is input, an antiphase signal is generated for the carrier signal from the timing adjustment means, and the fifth transistor is generated by the logic circuit. It is turned on / off by a rectangular wave, and the sixth transistor is turned on / off by a rectangular wave having the same phase as the carrier wave signal from the timing adjustment means, realizing high-precision high-speed switching and miniaturizing the device. There is an effect that can.
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。
[実施の形態の概要]
本発明の実施の形態に係るD級増幅装置において、増幅器では、入力のパルストランスをフルブリッジ回路の上部のみのトランジスタを使用し、下部のトランジスタについては、直接汎用FETドライバーICにて駆動させることにより、従来の方式と同等以上のスイッチング特性を可能とし、安価で安全性を得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.
[Outline of the embodiment]
In the class D amplifier according to the embodiment of the present invention, the amplifier uses only the upper pulse transistor of the full bridge circuit and the lower transistor is directly driven by a general-purpose FET driver IC. Thus, switching characteristics equivalent to or higher than those of the conventional method can be realized, and safety can be obtained at low cost.
特に、本発明の実施の形態に係るD級増幅装置において、タイミング調整手段によってフルブリッジ回路の上部のトランジスタと下部のトランジスタとで対応するスイッチングタイミングの調整を図っており、更に、下部のトランジスタでは、音声信号の未入力時に増幅器をオフに制御するものとなっている。 In particular, in the class D amplification device according to the embodiment of the present invention, the timing adjustment means adjusts the switching timing corresponding to the upper and lower transistors of the full bridge circuit. The amplifier is controlled to be turned off when no audio signal is input.
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.
[D級増幅装置:図1]
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、FETドライバーIC21a、21b、21c、21dと、トランジスタQ10(22)、Q11(23)、パルストランス24と、ハイパワートランジスタQ12(25)〜Q15(28)とから構成され、ハイパワートランジスタQ12〜Q15には第1電源29の電圧が印加されている。トランジスタQ10〜Q15はいずれもFETで構成されている。
また、FETドライバーIC21bの前段には、反転回路(NOT回路)が設けられ、搬送波信号を反転して逆位相の信号がFETドライバーIC21bに入力される。
[Class D amplifier: Fig. 1]
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 the present embodiment includes
Further, an inverting circuit (NOT circuit) is provided in front of the
概略の装置構成としては、トランジスタQ10,Q11と、それを駆動するFETドライバーIC21a,21bと、フルブリッジ型SEPP(Single Ended Push-Pull)方式のD級増幅器用のパルストランス24と、ハイパワートランジスタQ12〜Q15と、第1電源29とから構成される。
The schematic device configuration includes transistors Q10 and Q11,
FETドライバーIC21a、21b、21c、21d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IC21aは、搬送波信号の入力を受けてトランジスタQ10を駆動し、FETドライバーIC21bは、搬送波信号を反転した逆位相の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
また、FFTドライバーIC21c、21dの前段にタイミング調整手段30が設けられている。
タイミング調整手段30は、抵抗31と、コンデンサ32と、反転回路33,34を有している。
In addition, a timing adjustment unit 30 is provided in front of the
The timing adjustment unit 30 includes a
抵抗31は、反転回路33の前段で搬送波入力に対して直列に接続される可変抵抗である。
また、コンデンサ32は、抵抗31と反転回路33の入力段の間で一端が接続し、他端が接地されている。
この抵抗31とコンデンサ32によって入力される搬送波信号を遅延させてタイミングを調整している。
The
The
The carrier wave signal input by the
反転回路33,34は、入力される搬送波信号を反転させる動作を行う。反転回路が二段であるため、反転回路33に入力された信号は反転回路34から出力される際に、同じ位相となる。 The inverting circuits 33 and 34 perform an operation of inverting the input carrier wave signal. Since the inverter circuit has two stages, the signal input to the inverter circuit 33 has the same phase when output from the inverter circuit 34.
反転回路34からの出力が分岐され、一方が論理和(OR)回路36に入力され、その出力がFETドライバーIC21cに入力される。
また、反転回路34からの出力の他方は、反転回路35を介して論理積(AND)回路37の一方の入力端子に入力され、その出力がFETドライバーIC21dに入力される。
The output from the inverting circuit 34 is branched, and one of the outputs is input to a logical sum (OR)
The other output from the inverting circuit 34 is input to one input terminal of a logical product (AND)
そして、AND回路37の他方の入力端子には、増幅器オン/オフ(PA ON/OFF)の信号が入力される。増幅器オン/オフ信号は、音声信号の入力を受けるとオンになり、音声信号が未入力となるとオフになるものである。
An amplifier ON / OFF (PA ON / OFF) signal is input to the other input terminal of the AND
OR回路36は、一入力の論理和回路であるので、入力信号に対して同位相の信号をFETドライバーIC21cに出力する。
AND回路37は、反転回路35からの信号と増幅器オン/オフの信号を入力し、増幅器オンのときに、反転回路35からの入力信号に対して同位相の信号をFETドライバーIC21dに出力する。
従って、OR回路36からの出力信号に対して、AND回路37からの出力信号は、逆位相の信号となる。
Since the
The AND
Therefore, the output signal from the AND
FETドライバーIC21cの出力が、トランジスタQ15のゲートに入力され、FETドライバーIC21dの出力が、トランジスタQ14のゲートに入力される。
The output of the FET driver IC 21c is input to the gate of the transistor Q15, and the output of the
パルストランス24は、デジタル信号の増幅を行うものであり、24aと24bの2つの二次側部分から構成され、パルストランス24aはトランジスタQ10のオンによって矩形波を出力し、パルストランス24bはトランジスタQ11のオンによって矩形波を出力する。
The
ハイパワートランジスタQ12,Q13,Q14,Q15は、第1電源29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。
The high power transistors Q12, Q13, Q14, and Q15 are configured by large FETs that can withstand the high voltage (about 180 to 200 V) of the
つまり、パルストランス24をトランジスタQ12〜Q15で構成されるフルブリッジ回路の上部のみで動作させ、フルブリッジ回路の下部については、直接汎用FETドライバーIC21c,C22にて駆動させる。
That is, the
そして、トランジスタQ12とトランジスタQ14とを結ぶ線と、トランジスタQ13とトランジスタQ15とを結ぶ線とから導き出された2本の線が、トランスを介して出力信号を出力する。
尚、当該トランスで直列加算合成が為される。
Then, two lines derived from the line connecting the transistor Q12 and the transistor Q14 and the line connecting the transistor Q13 and the transistor Q15 output an output signal via the transformer.
Note that serial addition synthesis is performed by the transformer.
[動作]
発振器(OSC)より入力された搬送波信号は、FETドライバーIC21aに入力されると共に、当該搬送波信号は反転回路を介してFETドライバーIC21bに入力される。
FETドライバーIC21aからの出力とFETドライバーIC21bからの出力は、互いに逆位相のゲート入力信号としてトランジスタQ10とトランジスタQ11のゲートに入力される。
[Operation]
The carrier wave signal input from the oscillator (OSC) is input to the FET driver IC 21a, and the carrier wave signal is input to the
The output from the FET driver IC 21a and the output from the
トランジスタQ10とトランジスタQ11は、順次入力されるゲート入力信号に従ってオンとオフの動作を交互に行う。これにより、パルストランス24の1次側中心を中心にプッシュプル動作を行う。
Transistors Q10 and Q11 alternately perform on and off operations in accordance with sequentially input gate input signals. As a result, a push-pull operation is performed around the center of the primary side of the
また、搬送波信号は、タイミング調整手段30でタイミング調整が為され、OR回路36と反転回路35に入力され、OR回路36では入力された搬送波信号をそのままFETドライバーIC21cに出力し、反転回路35では搬送波信号の逆位相の信号をAND回路37に出力する。
The carrier wave signal is adjusted in timing by the timing adjusting means 30 and inputted to the
AND回路37には、反転回路35からの信号(搬送波信号の逆位相の信号)と増幅器オン/オフ信号が入力され、増幅器オン信号が入力されている間(音声信号が入力されている間)、搬送波信号の逆位相の信号がFETドライバーIC21dに出力される。
The AND
そして、FETドライバーIC21cからの出力とFETドライバーIC21dからの出力は、互いに逆位相のゲート入力信号としてトランジスタQ15とトランジスタQ14のゲートに入力される。
The output from the FET driver IC 21c and the output from the
ここで、タイミング調整手段30、OR回路36の機能は、パルストランス24aからトランジスタQ12のゲートに入力される矩形波と同位相の矩形波信号をFETドライバーIC21cに出力させるよう調整することである。
Here, the functions of the timing adjustment unit 30 and the
また、タイミング調整手段30、反転回路35、AND回路37の機能は、パルストランス24bからトランジスタQ13のゲートに入力される矩形波と同位相の矩形波信号(トランジスタQ12のゲートに入力される矩形波と逆位相の矩形波信号)をFETドライバーIC21dに出力させるよう調整することである。
The function of the timing adjustment means 30, the inverting
トランジスタQ10とトランジスタQ11におけるオン/オフ動作の繰り返しにより、トランスの2次側にあるトランジスタQ12〜Q15にてスイッチングを行い、オン/オフ動作の組み合わせによってD級増幅動作を行う。 By repeating the on / off operations in the transistors Q10 and Q11, switching is performed in the transistors Q12 to Q15 on the secondary side of the transformer, and a class D amplification operation is performed by a combination of the on / off operations.
オン/オフ動作の組み合わせは、トランジスタQ12,Q15が同じ動作をし、トランジスタQ13,Q14が同じ動作をするようになっている。
トランジスタQ12,Q15がオンであれば、トランジスタQ13,Q14がオフであり、トランジスタQ12,Q15がオフであれば、トランジスタQ13,Q14がオンである。
The combination of the on / off operation is such that the transistors Q12 and Q15 perform the same operation, and the transistors Q13 and Q14 perform the same operation.
If the transistors Q12 and Q15 are on, the transistors Q13 and Q14 are off. If the transistors Q12 and Q15 are off, the transistors Q13 and Q14 are on.
電力増幅器(PA)出力のオン/オフは、つまり、音声信号が入力されている間はオンとし、音声信号が入力されていない間はオフとする制御は、フルブリッジの下部のトランジスタQ14,Q15の入力信号を止めることにより行う。 The power amplifier (PA) output is turned on / off, that is, turned on while an audio signal is input, and turned off while an audio signal is not input. The transistors Q14 and Q15 below the full bridge are controlled. This is done by stopping the input signal.
具体的には、増幅器オン/オフ信号が入力されるAND回路37の制御により、増幅器オフ信号が入力されている間は、トランジスタQ14が動作しないことで、フルブリッジの動作を停止している。
Specifically, under the control of the AND
元々、D級増幅器は理論上フルブリッジのトランジスタのオン/オフの組み合わせで行っているため、パルストランスは必要ない。全てのトランジスタをFETドライバーICで直接駆動させるのが理想的である。 Originally, the class D amplifier is theoretically performed by a combination of on / off of full-bridge transistors, so that a pulse transformer is not necessary. Ideally, all transistors are directly driven by an FET driver IC.
パルストランスは、電源から入ってきた雷のサージなどからドライバー部分を切り離すことによって防ぐことが有効であるが、高速スイッチングという観点から考えると弊害になってしまう。 Although it is effective to prevent the pulse transformer by separating the driver portion from a lightning surge or the like that has entered from the power supply, it is harmful from the viewpoint of high-speed switching.
現状アース側については、従来の回路を参照すれば分かるように、オン/オフ用のトランジスタ(トランジスタQ14,Q15)は、トランスで切り離さなくても問題なく動作していることは確認済みである。 Regarding the current ground side, as can be seen by referring to a conventional circuit, it has been confirmed that the on / off transistors (transistors Q14 and Q15) are operating without being separated by a transformer.
また、トランスが入っている側と入っていない側のタイミングのズレは、抵抗RとコンデンサCによる簡易なタイミング調整回路等のタイミング調整手段30で行うようにしている。 Also, the timing shift between the side where the transformer is inserted and the side where the transformer is not included is performed by the timing adjustment means 30 such as a simple timing adjustment circuit using the resistor R and the capacitor C.
[実施の形態の効果]
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位相でオン/オフを繰り返すトランジスタQ10,Q11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Q12,Q13と、搬送波信号についてパルストランス24におけるプッシュプル動作の時間分、出力タイミングを調整するタイミング調整手段30と、音声信号が入力されている場合に、タイミング調整手段30からの搬送波信号について逆位相の信号を生成する反転回路35及びAND回路37と、AND回路37から出力された、タイミング調整手段30からの搬送波信号に逆位相の矩形波でオン/オフするトランジスタQ14と、タイミング調整手段30からの搬送波信号に同位相の矩形波でオン/オフするトランジスタQ15とを備えた構成としているので、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効果がある。
[Effect of the embodiment]
According to the class D amplifier according to the embodiment of the present invention, the transistors Q10 and Q11 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. The
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.
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
Claims (1)
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、
搬送波信号の逆位相の信号を生成する反転回路と、
前記反転回路で生成された搬送波信号の逆位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、二次側から搬送波信号に同位相又は逆位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搬送波信号に同位相の矩形波でオン/オフし、フルブリッジ形を構成する第3のトランジスタと、
前記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位相の矩形波でオン/オフし、フルブリッジ形を構成する第4のトランジスタと、
前記発振器からの搬送波信号について前記パルストランスにおけるプッシュプル動作の時間分、出力タイミングを調整するタイミング調整手段と、
音声信号が入力されている場合に、前記タイミング調整手段からの搬送波信号について逆位相の信号を生成する論理回路と、
前記論理回路で生成された、前記タイミング調整手段からの搬送波信号に逆位相の矩形波でオン/オフする第5のトランジスタと、
前記タイミング調整手段からの搬送波信号に同位相の矩形波でオン/オフする第6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 amplification device comprising a plurality of full-bridge amplifiers and a synthesizer that synthesizes outputs from the plurality of amplifiers in series,
A first transistor that turns on / off in accordance with a carrier signal from an oscillator;
An inverting circuit for generating a signal having a phase opposite to that of the carrier wave signal;
A second transistor that is turned on / off in accordance with a signal having an opposite phase to the carrier signal generated by the inverting circuit;
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 a rectangular wave of the same phase or antiphase to the carrier signal from the secondary side;
A third transistor that forms a full-bridge type by turning on / off a rectangular wave of the same phase to the carrier wave signal output from the secondary side of the pulse transformer;
A fourth transistor that forms a full-bridge type by turning on / off the carrier wave signal output from the secondary side of the pulse transformer with a rectangular wave of opposite phase;
Timing adjustment means for adjusting the output timing of the carrier wave signal from the oscillator for the time of the push-pull operation in the pulse transformer;
A logic circuit that generates a signal in reverse phase with respect to the carrier signal from the timing adjustment means when an audio signal is input;
A fifth transistor which is generated by the logic circuit and is turned on / off with a rectangular wave having an opposite phase to the carrier wave signal from the timing adjustment unit;
A class-D amplifying device comprising: a sixth transistor that is turned on / off by a rectangular wave having the same phase as the carrier wave signal from the timing adjusting means.
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