JP2010041680A - Class-d amplifier - 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、特に高精度の高速スイッチングを実現し、安価で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 that realizes high-accuracy high-speed switching and can be downsized at low cost.
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3]
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3を使って説明する。図3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3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. 3]
A general amplitude modulation transmitter having a class D amplifier will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a configuration diagram of a general amplitude modulation transmitter including a class D amplifier.
As shown in FIG. 3, 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4]
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4を用いて説明する。図4は、従来のD級増幅器の構成図である。
図4に示すように、従来のD級増幅器は、FETドライバーIC11a、11b、11c、11dと、トランジスタ(Q1)12、(Q2)13、(Q7)19〜(Q9)21と、パルストランス14と、ハイパワートランジスタ(Q3)15〜(Q6)18とから構成され、ハイパワートランジスタ(Q3)15〜(Q6)18には第1電源22の電圧が印加されている。トランジスタ(Q1)12〜(Q9)21はいずれもFETで構成されている。
尚、図4において、図中の(A)(B)(C)(D)は、同じ符号に接続するようになっている。
[Conventional class D amplifier: Fig. 4]
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. 4 is a configuration diagram of a conventional class D amplifier.
As shown in FIG. 4, the conventional class D amplifier includes
In FIG. 4, (A), (B), (C), and (D) in the figure are connected to the same reference numerals.
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)12を駆動する。搬送波信号のハイでオンとなり、ローでオフになる。
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)19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)19がオンとなり、増幅器出力が得られるようになっている。
The FET driver IC 11a receives the carrier signal and drives the transistor (Q1) 12. Turns on when the carrier signal is high and turns off when the carrier signal is low.
Further, the FET
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。
また、FETドライバーIC11dの前段には、反転回路が設けられ、音声信号が反転してFETドライバーIC11dに入力される。
Further, an inverting circuit is provided in front of the
Further, an inverting circuit is provided in front of the
FETドライバーIC11a、11b、11c、11dは、図3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)12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)13を駆動するものである。
The FET
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)19を駆動し、FETドライバーIC11dは、音声信号の反転信号の入力を受けてトランジスタ(Q8)20、(Q9)21を駆動するものである。
The FET
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)12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)13のオンによって矩形波を出力するものである。
The
ハイパワートランジスタ(Q3)15,(Q4)16,(Q5)17,(Q6)18は、第1電源22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 (Q3) 15, (Q4) 16, (Q5) 17, and (Q6) 18 are composed of large FETs that can withstand the high voltage (about 180 to 200 V) of the
トランジスタ(Q7)19は、増幅器出力のオン/オフを制御するためのFETである。トランジスタ(Q7)19には、第1の電源22の電圧が印加されないので、0〜10Vで動作する小電力用のFETで構成されており、小型で、高速スイッチング動作を可能とする。
The transistor (Q7) 19 is an FET for controlling on / off of the amplifier output. Since the voltage of the
また、トランジスタ(Q8)20及び(Q9)21は、トランジスタ(Q7)19と同様の小電力用のFFTであり、音声信号がオフの時にオンとなって、パルストランスの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。 Transistors (Q8) 20 and (Q9) 21 are low-power FFTs similar to those of the transistor (Q7) 19, and are turned on when the audio signal is turned off, and the GND on the secondary side of the pulse transformer is changed. By floating, charges accumulated during the on-state can be quickly dropped to GND, and the amplifier can be turned on / off at high speed.
そして、音声信号の入力があるときに、FFTドライバーIC11cを介してトランジスタ(Q7)19がオンとなり、ハイパワートランジスタ(Q3)15又は(Q5)17のゲートがオンとなって増幅器をオンとする。
尚、図3で説明したように、ハイパートランジスタ(Q3)15と(Q5)17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, the transistor (Q7) 19 is turned on via the
As described with reference to FIG. 3, the hypertransistors (Q3) 15 and (Q5) 17 are repeatedly turned on / off at opposite timings. Is output.
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)12及び(Q2)13のゲート信号として出力される。
The operation of the class D amplifier having the above configuration will be described.
A carrier wave f0 from the
トランジスタ(Q1)12及びトランジスタ(Q2)13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、パルストランス14の1次側中点を中心にプッシュプル動作を行うことで、ハイパワートランジスタ(Q3)15,(Q4)16,(Q5)17,(Q6)18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3の「出力合成部7」に相当)に出力する。
The transistor (Q1) 12 and the transistor (Q2) 13 perform on / off operations alternately according to the input gate signal. As a result, by performing a push-pull operation around the primary side midpoint of the
具体的には、トランジスタ(Q1)12のオン/オフに応じて、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)15、ハイパワートランジスタ(Q6)18のゲートに入力される。つまり、トランジスタ(Q1)12がオンの時には、ハイパワートランジスタ(Q3)15、(Q6)18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、トランジスタ(Q2)13のオン/オフに応じて、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)17、(Q4)16のゲートに入力される。つまり、トランジスタ(Q2)13がオンの時には、ハイパワートランジスタ(Q5)17、(Q4)16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
すなわち、ハイパワートランジスタ(Q3)15,(Q6)18がオンの場合には、ハイパワートランジスタ(Q5)17,(Q4)16はオフであり、ハイパワートランジスタ(Q3)15,(Q6)18がオフの場合には、ハイパワートランジスタ(Q5)17,(Q4)16はオンになる。 That is, when the high power transistors (Q3) 15, (Q6) 18 are on, the high power transistors (Q5) 17, (Q4) 16 are off, and the high power transistors (Q3) 15, (Q6) 18 are off. When is turned off, the high power transistors (Q5) 17, (Q4) 16 are turned on.
そして、音声信号がオン/オフに伴って、音声信号がオンの時にトランジスタ(Q7)19がオンとなって、ハイパワートランジスタ(Q3)15,(Q5)17のゲートはダイオードを介してGND側に接続し、電流が流れてパルストランス14a,14bに矩形波信号が印加され、更にパワートランジスタ(Q4)16,(Q6)18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。
As the audio signal is turned on / off, the transistor (Q7) 19 is turned on when the audio signal is on, and the gates of the high power transistors (Q3) 15, and (Q5) 17 are connected to the GND side via diodes. And a rectangular wave signal is applied to the
直列加算合成部へは、ハイパートランジスタ(Q3)15,(Q6)18がオンになった場合の出力と、パワートランジスタ(Q5)17,(Q4)16がオンになった場合の出力とが交互に出力される。
また、音声信号がオフの時には、トランジスタ(Q8)20,(Q9)21がオンとなって、高速に残留した電荷を抜くことができる。
The output when the hypertransistors (Q3) 15 and (Q6) 18 are turned on and the output when the power transistors (Q5) 17 and (Q4) 16 are turned on are alternately supplied to the serial addition synthesis unit. Is output.
When the audio signal is off, the transistors (Q8) 20 and (Q9) 21 are turned on, so that the remaining charge can be removed at high speed.
[スイッチング特性:図5]
ここで、D級増幅器のスイッチング特性について図5を用いて説明する。図5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. 5]
Here, the switching characteristics of the class D amplifier will be described with reference to FIG. FIG. 5 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5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. 5, when the rise and fall switching of the class D amplifier is slow, spikes (zags) and glitches (dents) are generated depending on the timing, resulting in deterioration of the S / N ratio and spurious. There is a risk of deterioration of characteristics such as deterioration.
そのため、図4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、トランジスタ(Q7)19にてパルストランス14の2次側のゲートに入力される信号をGNDに落として信号を切り離し、更に、トランジスタ(Q8)20,(Q9)21のオン/オフにてパルストランス14の2次側の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電荷を抜く速度を上げ、オフ状態を作る方式としている。
Therefore, in the class D amplifier shown in FIG. 4, in order to realize high-speed switching, the signal input to the secondary side gate of the
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4に示す構成を採用するが、電荷を抜く速度を早くするために、FETのトランジスタを加えているため、構成が若干複雑になってしまうという問題点があった。 However, in the class D amplifier constituting the conventional class D amplifier, the configuration shown in FIG. 4 is adopted in order to realize high-speed switching. However, in order to increase the speed of extracting charges, an FET transistor is added. Therefore, there is a problem that the configuration becomes slightly complicated.
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、安価で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 amplifying device that realizes high-precision high-speed switching, can be made inexpensive, and can be downsized.
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5のトランジスタ及び第6のトランジスタと、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5のトランジスタのゲートに入力される矩形波を入力し、矩形波のパルス幅を狭くする調整を行い、調整された矩形波を第6のトランジスタのゲートに出力する第1のタイミング調整回路と、音声信号の有無によってオン/オフし、第3のトランジスタのゲートに入力される矩形波を入力し、矩形波のパルス幅を狭くする調整を行い、調整された矩形波を第4のトランジスタのゲートに出力する第2のタイミング調整回路とを有することを特徴とする。 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 and a fourth transistor which are turned on / off with a rectangular wave having the same phase to a carrier wave signal output from the secondary side of the transformer, and constitute a full-bridge type; 5th and 6th transistors constituting a full bridge type by turning on / off a carrier wave signal output from the secondary side of the pulse transformer with a rectangular wave having an opposite phase, and 3rd to 6th constituting a bridge type It is turned on / off depending on the power supply that applies voltage to the transistor and the presence / absence of an audio signal, the rectangular wave input to the gate of the fifth transistor is input, and the pulse width of the rectangular wave is adjusted to be adjusted. The first timing adjustment circuit that outputs the rectangular wave to the gate of the sixth transistor, and the on / off operation according to the presence or absence of the audio signal, the rectangular wave that is input to the gate of the third transistor is input, And a second timing adjustment circuit that performs adjustment to narrow the pulse width and outputs the adjusted rectangular wave to the gate of the fourth transistor.
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、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する第5のトランジスタ及び第6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、電源が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し、第1のタイミング調整回路が音声信号の有無によってオン/オフし、第5のトランジスタのゲートに入力される矩形波を入力し、矩形波のパルス幅を狭くする調整を行い、調整された矩形波を第6のトランジスタのゲートに出力し、第2のタイミング調整回路が音声信号の有無によってオン/オフし、第3のトランジスタのゲートに入力される矩形波を入力し、矩形波のパルス幅を狭くする調整を行い、調整された矩形波を第4のトランジスタのゲートに出力するものであり、高精度の高速スイッチングを実現し、安価で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 A third transistor that forms a full-bridge type by performing push-pull operation around the primary side midpoint by turning on / off the second transistor and outputting a rectangular wave of the same phase or opposite phase to the carrier signal from the secondary side And the fourth transistor is turned on / off by a rectangular wave having the same phase to the carrier wave signal output from the secondary side of the pulse transformer, and forms a full bridge type. The transistor and the sixth transistor are turned on / off with a rectangular wave having an opposite phase to the carrier signal output from the secondary side of the pulse transformer, and the power supply applies a voltage to the third to sixth transistors constituting the bridge type, The first timing adjustment circuit is turned on / off depending on the presence / absence of an audio signal, a rectangular wave input to the gate of the fifth transistor is input, adjustment is performed to narrow the pulse width of the rectangular wave, and the adjusted rectangular wave Is output to the gate of the sixth transistor, the second timing adjustment circuit is turned on / off depending on the presence or absence of an audio signal, the rectangular wave input to the gate of the third transistor is input, and the pulse width of the rectangular wave is The narrowing adjustment is performed, and the adjusted rectangular wave is output to the gate of the fourth transistor, realizing high-accuracy high-speed switching, and reducing the size of the device at low cost. There is an effect that can be bet.
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、パルストランスからフルブリッジ回路における下部のトランジスタのゲートに入力される矩形波を、フルブリッジ回路における上部のトランジスタのゲートに入力される矩形波よりパルス幅を狭くするタイミング調整回路を設け、当該タイミング調整回路が音声信号有りの場合に動作し、音声信号無しの場合に停止するようにしたものであり、フルブリッジ回路における上部のトランジスタと対応する下部のトランジスタが同時にオンしてショートすることを防止でき、高精度の高速スイッチングを実現し、安価で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.
[Outline of the embodiment]
In the class D amplifying device according to the embodiment of the present invention, in the amplifier, a rectangular wave input from the pulse transformer to the gate of the lower transistor in the full bridge circuit is input to the gate of the upper transistor in the full bridge circuit. A timing adjustment circuit that makes the pulse width narrower than the rectangular wave is provided so that the timing adjustment circuit operates when there is an audio signal and stops when there is no audio signal. The corresponding lower transistors can be prevented from being simultaneously turned on and short-circuited, high-speed switching with high accuracy can be realized, and the device can be reduced in size at a low cost.
本実施の形態に係るD級増幅装置(本増幅装置)は、図3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3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3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 (this amplification device) according to the present embodiment is used in the general amplitude modulation transmitter shown in FIG. 3, and the configuration of the amplitude modulation transmitter itself is the same as that in FIG. . The class D amplifying apparatus according to the present embodiment includes 26 big step PAs and 8 binary step PAs as in the conventional apparatus shown in FIG. The configuration of the class D amplifier of the binary step PA4 is different from the conventional one.
[D級増幅器: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IC23a、23bと、トランジスタ(Q10)24、(Q11)25、パルストランス26と、ハイパワートランジスタ(Q12)27〜(Q15)30と、第1のタイミング調整回路32、第2のタイミング調整回路33とから構成され、ハイパワートランジスタ(Q12)27〜(Q15)30には第1電源31の電圧が印加されている。トランジスタ(Q10)24〜(Q15)30はいずれもFETで構成されている。
また、FETドライバーIC23b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IC23b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 the preceding stage of the
尚、請求項において、第1のトランジスタはトランジスタ(Q10)24に、第2のトランジスタはトランジスタ(Q11)25に、第3のトランジスタはハイパワートランジスタ(Q12)27に、第4のトランジスタはハイパワートランジスタ(Q15)30に、第5のトランジスタはハイパワートランジスタ(Q13)28に、第6のトランジスタはハイパワートランジスタ(Q14)29に相当している。 In the claims, the first transistor is the transistor (Q10) 24, the second transistor is the transistor (Q11) 25, the third transistor is the high power transistor (Q12) 27, and the fourth transistor is the high transistor. The power transistor (Q15) 30, the fifth transistor corresponds to the high power transistor (Q13) 28, and the sixth transistor corresponds to the high power transistor (Q14) 29.
概略の装置構成としては、トランジスタ(Q10)24,(Q11)25と、それを駆動するFETドライバーIC23a,23b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26と、ハイパワートランジスタ(Q12)27〜(Q15)30と、第1電源31とから構成される。
The schematic device configuration includes transistors (Q10) 24 and (Q11) 25,
FETドライバーIC23a、23bは、図3のFETドライバーIC6に含まれるものであり、FETドライバーIC23aは、搬送波信号の入力を受けてトランジスタ(Q10)24を駆動し、FETドライバーIC23b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(Q11)25を駆動するものである。
The
パルストランス26は、デジタル信号の増幅を行うものであり、26aと26bの2つの二次側部分から構成され、パルストランス26aはトランジスタ(Q10)24のオンによって矩形波を出力し、パルストランス26bはトランジスタ(Q11)25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)27,(Q13)28,(Q14)29,(Q15)30は、第1電源31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) 27, (Q13) 28, (Q14) 29, (Q15) 30 are composed of 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)27〜(Q15)30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、第1のタイミング調整回路32と第2のタイミング調整回路33により駆動させる。
That is, the
第1のタイミング調整回路32は、パワートランジスタ(Q13)28のゲートに対してパルストランス26bの逆位相の矩形波が出力される端子から分岐して、矩形波が入力端子から入力され、音声信号の入力時に増幅器オンの制御信号(PA ON)を、音声信号の未入力時に増幅器オフの制御信号(PA OFF)を出力制御端子から入力され、矩形波のパルス幅が調整された矩形波を出力端子からパワートランジスタ(Q14)29に出力するものである。
The first
第2のタイミング調整回路33は、パワートランジスタ(Q12)27のゲートに対してパルストランス26aの同相の矩形波が出力される端子から分岐して、矩形波が入力端子から入力され、音声信号の入力時に増幅器オンの制御信号(PA ON)を、音声信号の未入力時に増幅器オフの制御信号(PA OFF)を出力制御端子から入力され、矩形波のパルス幅が調整された矩形波を出力端子からパワートランジスタ(Q15)30に出力するものである。
The second
ここで、パワートランジスタ(Q12)27,(Q15)30及びパワートランジスタ(Q13)28,(Q14)29についてはオン/オフのタイミングが重要であり、矩形波が部分的に重なった場合、当該重なった部分はショートしているため、この分電流が流れ、効率が悪くなる。
そこで、第1,2のタイミング調整回路を設けることにより、矩形波が重ならないようパワートランジスタ(Q14)29,(Q15)30のゲートに入力される矩形波のパルス幅を調整している。
第1,2のタイミング調整回路32,33の具体的構成については後述する。
Here, for the power transistors (Q12) 27, (Q15) 30 and the power transistors (Q13) 28, (Q14) 29, the on / off timing is important. When the rectangular waves partially overlap, Since this portion is short-circuited, current flows by this amount, resulting in poor efficiency.
Thus, by providing the first and second timing adjustment circuits, the pulse width of the rectangular wave input to the gates of the power transistors (Q14) 29 and (Q15) 30 is adjusted so that the rectangular waves do not overlap.
Specific configurations of the first and second
そして、ハイパワートランジスタ(Q12)27とハイパワートランジスタ(Q14)29とを結ぶ線と、ハイパワートランジスタ(Q13)28とハイパワートランジスタ(Q15)30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。
The two lines derived from the line connecting the high power transistor (Q12) 27 and the high power transistor (Q14) 29 and the line connecting the high power transistor (Q13) 28 and the high power transistor (Q15) 30. The line outputs an output signal through the transformer.
Note that serial addition synthesis is performed by the transformer.
[タイミング調整回路:図2]
次ぎに、第1,2のタイミング調整回路の構成について図2を参照しながら説明する。図2は、タイミング調整回路の構成図である。
タイミング調整回路は、図2に示すように、入力端子と出力端子との間に、コンデンサCと可変抵抗Rから成るCRの遅延回路と、シュミットトリガICと、FETドライバーICとを設けた構成となっている。
[Timing adjustment circuit: Fig. 2]
Next, the configuration of the first and second timing adjustment circuits will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a configuration diagram of the timing adjustment circuit.
As shown in FIG. 2, the timing adjustment circuit has a configuration in which a CR delay circuit including a capacitor C and a variable resistor R, a Schmitt trigger IC, and an FET driver IC are provided between an input terminal and an output terminal. It has become.
遅延回路は、入力端子から入力される矩形波の立ち上がりを遅延させるものである。
シュミットトリガICは、入力電圧に対して上限値と下限値の二つのスレッショルド・レベルをもち、これらの値より高くなるか、又は低くなるかで状態が変化するフリップフロップである。シュミットトリガICは、入力波形をきれいな矩形波に形成する役割がある。図2では、上限値と下限値のそれぞれに対応する2つのICを直列接続している。
The delay circuit delays the rising edge of the rectangular wave input from the input terminal.
The Schmitt trigger IC is a flip-flop that has two threshold levels, an upper limit value and a lower limit value, with respect to an input voltage, and the state changes depending on whether the threshold voltage is higher or lower than these values. The Schmitt trigger IC has a role of forming an input waveform into a clean rectangular wave. In FIG. 2, two ICs corresponding to the upper limit value and the lower limit value are connected in series.
FETドライバーICは、パワートランジスタ(Q14)29又は(Q15)30を駆動するもので、パワートランジスタのゲートに矩形波を提供し、更にENABLE端子を備え、出力制御端子に音声信号オン(PA ON)が入力されると、ENABLE端子がオンになって動作可能となり、音声信号オフ(PA OFF)が入力されると、ENABLE端子がオフになって動作しないようになっている。 The FET driver IC drives the power transistor (Q14) 29 or (Q15) 30, provides a rectangular wave to the gate of the power transistor, further includes an ENABLE terminal, and an audio signal ON (PA ON) at the output control terminal. When EN is input, the ENABLE terminal is turned on to enable operation, and when an audio signal OFF (PA OFF) is input, the ENABLE terminal is turned off and does not operate.
そして、出力端子から出力される矩形波は、入力端子に入力される矩形波に比べて、パルスの立ち上がりが遅延した、パルス幅の狭い矩形波となっている。
これにより、パワートランジスタ(Q12)27と(Q14)29のゲートに提供される矩形波がハイ(H)の状態で重なり合うことがなく、ショートを防止できる。また、パワートランジスタ(Q13)28と(Q15)30のゲートに提供される矩形波がハイ(H)の状態で重なり合うことがなく、ショートを防止できる。
尚、パルス幅は、パルスの立ち上がりを遅延させるだけでなく、パルスの立ち下がりを早めて、狭くするようにしてもよい。
Then, the rectangular wave output from the output terminal is a rectangular wave with a narrow pulse width in which the rise of the pulse is delayed as compared with the rectangular wave input to the input terminal.
Thereby, the rectangular waves provided to the gates of the power transistors (Q12) 27 and (Q14) 29 do not overlap in a high (H) state, and a short circuit can be prevented. Further, the rectangular waves provided to the gates of the power transistors (Q13) 28 and (Q15) 30 do not overlap in a high (H) state, and a short circuit can be prevented.
The pulse width may not only delay the rise of the pulse, but also make the pulse fall earlier and narrow it.
[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IC23a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IC23bに入力される。
FETドライバーIC23aからの出力とFETドライバーIC23b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)24とトランジスタ(Q11)25のゲートに入力される。
[Operation]
The carrier signal input from the oscillator (OSC) is input to the FET driver IC 23a, and the carrier signal is input to the
The output from the FET driver IC 23a and the output from the
トランジスタ(Q10)24とトランジスタ(Q11)25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26の1次側中心を中心にプッシュプル動作を行う。
The transistor (Q10) 24 and the transistor (Q11) 25 alternately perform on and off operations in accordance with gate input signals that are sequentially input. As a result, a push-pull operation is performed around the center of the primary side of the
パルストランス26の2次側26aから増幅された矩形波がパワートランジスタ(Q12)27のゲートと第2のタイミング調整回路33の入力端子に入力される。
第2のタイミング調整回路33は、増幅器オン/オフ(PA ON/OFF)の信号を入力し、増幅器オン(音声信号入力時)で動作状態となってパルス幅が調整された矩形波を出力する。
A rectangular wave amplified from the
The second
また、音声信号未入力時には、増幅器オン/オフの信号がオフになって第1,2のタイミング調整回路32,33及びパワートランジスタ(Q14)29,(Q15)30を停止して省電力化を図っている。
When no audio signal is input, the amplifier on / off signal is turned off and the first and second
パルストランス26の2次側26bから増幅された逆位相の矩形波がパワートランジスタ(Q13)28のゲートと第1のタイミング調整回路32の入力端子に入力される。
第1のタイミング調整回路32は、増幅器オン/オフ(PA ON/OFF)の信号を入力し、増幅器オン(音声信号入力時)で動作状態となってパルス幅が調整された矩形波を出力する。
An anti-phase rectangular wave amplified from the secondary side 26 b of the
The first
トランジスタ(Q10)24とトランジスタ(Q11)25におけるオン/オフ動作の繰り返しにより、トランスの2次側にあるパワートランジスタ(Q12)27〜(Q15)30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。 A combination of ON / OFF operations by switching power transistors (Q12) 27 to (Q15) 30 on the secondary side of the transformer by repeating ON / OFF operations in the transistor (Q10) 24 and the transistor (Q11) 25. To perform class D amplification.
オン/オフ動作の組み合わせは、パワートランジスタ(Q12)27,(Q15)30がほぼ同じ動作をし、パワートランジスタ(Q13)28,(Q14)29がほぼ同じ動作をするようになっている。 The combination of the on / off operation is such that the power transistors (Q12) 27 and (Q15) 30 perform substantially the same operation, and the power transistors (Q13) 28 and (Q14) 29 perform substantially the same operation.
具体的には、パワートランジスタ(Q14)29,(Q15)30には、タイミング調整回路32,33でパルス幅が調整された矩形波が入力される。当該矩形波は、パワートランジスタ(Q12)27,(Q13)28に入力される矩形波に対してハイレベルで重なり合わない、パルス幅が狭いものとなっている。
Specifically, a rectangular wave whose pulse width is adjusted by the
これにより、パワートランジスタ(Q12)27,(Q14)29が同時にオンしてショートすることを防止でき、また、パワートランジスタ(Q13)28,(Q15)30が同時にオンしてショートすることを防止できる。 As a result, the power transistors (Q12) 27 and (Q14) 29 can be prevented from being simultaneously turned on and short-circuited, and the power transistors (Q13) 28 and (Q15) 30 can be prevented from being simultaneously turned on and short-circuited. .
そして、パワートランジスタ(Q12)27,(Q15)30がオンであれば、パワートランジスタ(Q13)28,(Q14)29がオフであり、パワートランジスタ(Q12)27,(Q15)30がオフであれば、パワートランジスタ(Q13)28,(Q14)29がオンである。 If the power transistors (Q12) 27 and (Q15) 30 are on, the power transistors (Q13) 28 and (Q14) 29 are off, and the power transistors (Q12) 27 and (Q15) 30 are off. In this case, the power transistors (Q13) 28 and (Q14) 29 are on.
また、電力増幅器(PA)出力のオン/オフ(PA ON/OFF)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、第1,2のタイミング調整回路32,33の動作を停止し、フルブリッジの下部のパワートランジスタ(Q14)29,(Q15)30への入力信号を第1,2のタイミング調整回路32,33から供給しないようにすることにより行う。
In addition, the power amplifier (PA) output on / off (PA ON / OFF), that is, the control to turn on while the audio signal is input and to turn off when the audio signal is not input is The operation of the first and second
[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)24,(Q11)25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26と、パルストランス26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パワートランジスタ(Q12)27,(Q15)30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パワートランジスタ(Q13)28、(Q14)29と、音声信号の有無によってオン/オフし、パワートランジスタ(Q13)28のゲートに入力される矩形波のパルス幅を狭くする調整を行ってパワートランジスタ(Q14)29のゲートに出力する第1のタイミング調整回路32と、音声信号の有無によってオン/オフし、パワートランジスタ(Q12)27のゲートに入力される矩形波のパルス幅を狭くする調整を行ってパワートランジスタ(Q15)30のゲートに出力する第2のタイミング調整回路33とを備えた構成としているので、高精度の高速スイッチングを実現し、安価で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) 24 and (Q11) 25 that repeat ON / OFF in opposite phases based on the carrier wave signal, and the intermediate on the primary side by the ON / OFF thereof. A
本発明は、高精度の高速スイッチングを実現し、安価で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 suitable for a class D amplifying device that realizes high-speed switching with high accuracy, can be made inexpensive, and can be downsized.
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、 12…トランジスタ、 14…パルストランス、 15〜18…パワートランジスタ、 19〜21…トランジスタ、 22…第1電源、 23…FETドライバーIC、 24…トランジスタ、 26…パルストランス、 27〜30…パワートランジスタ、 31…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、
前記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、二次側から前記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前記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5のトランジスタ及び第6のトランジスタと、
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5のトランジスタのゲートに入力される矩形波を入力し、前記矩形波のパルス幅を狭くする調整を行い、調整された矩形波を前記第6のトランジスタのゲートに出力する第1のタイミング調整回路と、
音声信号の有無によってオン/オフし、前記第3のトランジスタのゲートに入力される矩形波を入力し、前記矩形波のパルス幅を狭くする調整を行い、調整された矩形波を前記第4のトランジスタのゲートに出力する第2のタイミング調整回路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,
The amplifier is
A first transistor that turns on and 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 by turning on and off the first and second transistors, and outputs a rectangular wave of the same phase or opposite phase to the carrier signal from the secondary side;
A third transistor and a fourth transistor which are turned on / off with a rectangular wave having the same phase to the carrier wave signal output from the secondary side of the pulse transformer, and constitute a full bridge type;
A fifth transistor and a sixth transistor which are turned on / off with a rectangular wave having an opposite phase to the carrier wave signal output from the secondary side of the pulse transformer, and constitute a full-bridge type;
A power source for applying a voltage to the third to sixth transistors constituting a bridge type;
It is turned on / off depending on the presence / absence of an audio signal, a rectangular wave input to the gate of the fifth transistor is input, adjustment is performed to narrow the pulse width of the rectangular wave, and the adjusted rectangular wave is converted to the sixth wave. A first timing adjustment circuit for outputting to the gate of the transistor;
It is turned on / off depending on the presence / absence of an audio signal, a rectangular wave input to the gate of the third transistor is input, adjustment is performed to narrow the pulse width of the rectangular wave, and the adjusted rectangular wave is converted to the fourth wave And a second timing adjusting circuit for outputting to the gate of the transistor.
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