JP2011029859A - Pulse width modulation circuit and switching amplifier thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、例えばオーディオ信号を周期が一定でデューティ比がそのオーディオ信号の振幅に応じて変化するパルス幅変調信号に変換して出力するパルス幅変調回路及びそれを用いたスイッチングアンプ(例えばオーディオアンプ)に関するものである。 The present invention relates to a pulse width modulation circuit that converts an audio signal into a pulse width modulation signal having a constant period and a duty ratio that changes in accordance with the amplitude of the audio signal, and a switching amplifier (for example, an audio amplifier) using the same. ).
従来、オーディオ信号などの交流電圧信号からその振幅に応じてデューティ比が変化するパルス幅変調信号に変換するパルス幅変調回路が提案されている。例えば、下記特許文献1には、単安定マルチバイブレータを用いたパルス幅変調回路が提案されている。また、出願人は、単安定マルチバイブレータを用いないタイプのパルス幅変調回路を提案している(例えば、下記特許文献2、3)。
2. Description of the Related Art Conventionally, a pulse width modulation circuit that converts an AC voltage signal such as an audio signal into a pulse width modulation signal whose duty ratio changes according to its amplitude has been proposed. For example,
図8は、出願人が提案しているパルス幅変調回路の概略構成を示す回路図である。また、図9,図10は、図8に示すパルス幅変調回路の各信号の電圧波形を示すタイミングチャートである。なお、図9,図10は、主として第1コンデンサC11の充放電動作における波形を示している。 FIG. 8 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a pulse width modulation circuit proposed by the applicant. 9 and 10 are timing charts showing voltage waveforms of signals in the pulse width modulation circuit shown in FIG. 9 and 10 mainly show waveforms in the charge / discharge operation of the first capacitor C11.
図8に示すパルス幅変調回路51は、基準クロック生成回路54と、デッドタイム生成回路55と、立下りエッジ検出回路56と、充電電流生成回路57と、放電電流生成回路58と、電流バイパス回路59と、第1〜第4スイッチSW11〜SW14と、第1,第2コンデンサC11,C12と、第1,第2RSフリップフロップ回路60,61と、NAND回路からなる信号出力回路62とによって構成されている。
8 includes a reference
図8に示すパルス幅変調回路51では、充電電流生成回路57によってオーディオ信号eSから第1,第2コンデンサC11,C12を充電するための電流信号Ij(以下、「充電電流Ij」という。)が生成され、放電電流生成回路58によって第1,第2コンデンサC11,C12を放電するための電流Id(以下、「放電電流Id」という。)が生成され、基準クロック生成回路54によって基準クロックMCLKが生成される。
In the pulse
充電電流IjはIj=Ic±Δiで表される。−Vccと抵抗素子R11,R12とよってオペアンプ63の出力端のバイアス電圧が決定され、直流バイアス電流Ic(>0)は、当該バイアス電圧と、抵抗素子R14、トランジスタQ11及び電圧源64とによって決定される。また、±Δiはオーディオ信号eS(交流電圧信号)を電圧−電流変換した電流分である。
The charging current Ij is expressed by Ij = Ic ± Δi. The bias voltage at the output terminal of the
デッドタイム生成回路55によって基準クロックMCLKに基づき、第1コンデンサC11の充電動作を制御する第1切換信号φ1と第2コンデンサC12の充電動作を制御する第2切換信号φ2とが生成される(図9(b),(c)参照)。第1RSフリップフロップ回路60によって第1コンデンサC11の放電動作を制御する第3切換信号φ3が生成され(図9(f)参照)、第2RSフリップフロップ回路61によって第2コンデンサC12の放電動作を制御する第4切換信号φ4が生成される。
Based on the reference clock MCLK, the dead
第1コンデンサC11は、第1スイッチSW11によって第1切換信号φ1のオン期間(ハイレベルの期間)にだけ充電電流生成回路57からの充電電流Ij(=Ic±Δi)が供給されることにより充電される。この充電により、第1コンデンサC11は第1切換信号φ1のハイレベル期間に電圧Vthからオーディオ信号eSの振幅Eに応じた電圧まで上昇する(図9(b),及び(e)の実線L1参照)。 The first capacitor C11 is charged by supplying the charging current Ij (= Ic ± Δi) from the charging current generation circuit 57 only during the ON period (high level period) of the first switching signal φ1 by the first switch SW11. Is done. By this charging, the first capacitor C11 rises from the voltage Vth to a voltage corresponding to the amplitude E of the audio signal eS during the high level period of the first switching signal φ1 (see the solid line L1 in FIGS. 9B and 9E). ).
第1切換信号φ1のオフ期間(ローレベルの期間)では、立下りエッジ検出回路56による第1切換信号φ1の立下り(ローレベル反転)を検出した第1セット信号set1(一瞬ローレベルに下がる信号)が第1RSフリップフロップ回路60のセット端子に入力されると、第1RSフリップフロップ回路60の一方の出力端子から出力される第3切換信号φ3がハイレベルに反転し、第3スイッチSW13によって放電電流生成回路58からの放電電流Idが第1コンデンサC11に供給され、これにより第1コンデンサC11の放電が開始される(図9(d),(e)の実線L1,(f)参照)。
In the off period (low level period) of the first switching signal φ1, the first set signal set1 (falling to the low level for a moment) is detected when the falling
放電開始後に第1コンデンサC11の電圧が充電終了電圧から閾値電圧Vth(第1RSフリップフロップ回路60におけるハイレベルとローレベルを分ける閾値電圧)に低下すると、その電圧が第1リセット信号res1として第1RSフリップフロップ回路60に入力され、第3切換信号φ3がローレベルに反転し、第3スイッチSW13によって放電電流生成回路58が電気的に切り離される。
When the voltage of the first capacitor C11 decreases from the charge end voltage to the threshold voltage Vth (threshold voltage that divides the high level and the low level in the first RS flip-flop circuit 60) after the discharge starts, the voltage becomes the first reset signal res1 as the first RS. Input to the flip-
第1RSフリップフロップ回路60の他方の出力端子から出力される出力rsout1は、第1セット信号set1が入力されると、ローレベルに反転し、その後、第1リセット信号res1が入力されると、ハイレベルに反転する。すなわち、第1RSフリップフロップ回路60の他方の出力端子からは、放電期間毎に第1コンデンサC11の放電時間(充電終了電圧から閾値電圧Vthに低下するまでの時間)と同一のパルス幅を有するパルス信号からなる出力rsout1が出力される(図9(g)参照)。
The output rsout1 output from the other output terminal of the first RS flip-
第2コンデンサC12についても第1コンデンサC11と同様の充放電制御が行われ、第2RSフリップフロップ回路61の他方の出力端子から、放電期間毎に第2コンデンサC12の放電時間(充電終了電圧から閾値電圧Vthに低下するまでの時間)と同一のパルス幅を有するパルス信号からなる出力rsout2が出力される。
The second capacitor C12 is charged and discharged in the same manner as the first capacitor C11, and the second capacitor C12 is discharged from the other output terminal of the second RS flip-
第2コンデンサC12の充放電動作は第2切換信号φ2に基づいて制御されるので、その充放電期間は第1コンデンサC11の充放電期間に対して基準クロックMCLKの半周期分だけずれている。従って、出力rsout1のパルス信号と出力rsout2のパルス信号は基準クロックMCLKの半周期毎に交互に生成される。 Since the charging / discharging operation of the second capacitor C12 is controlled based on the second switching signal φ2, the charging / discharging period is shifted from the charging / discharging period of the first capacitor C11 by a half cycle of the reference clock MCLK. Therefore, the pulse signal of the output rsout1 and the pulse signal of the output rsout2 are alternately generated every half cycle of the reference clock MCLK.
そして、信号出力回路62から出力rsout1と出力rsout2を合成したパルス幅変調信号PWMoutが出力される(図9(h)参照)。 Then, a pulse width modulation signal PWMout obtained by synthesizing the output rsout1 and the output rsout2 is output from the signal output circuit 62 (see FIG. 9 (h)).
なお、図9(e)に示す実線L1は、第1コンデンサC11の充放電波形であってオーディオ信号eSが無信号(Δi=0)の場合の波形を示している。オーディオ信号eSが無信号(Δi=0)の場合は、第1コンデンサC11は直流バイアス電流Icによって充電されるが、この直流バイアス電流Icは、充電終了電圧が第1RSフリップフロップ回路60の電源電圧Vccと閾値電圧Vthの中点の電位Vm(≒(Vcc−Vth)/2)になるように設定されている。
A solid line L1 shown in FIG. 9 (e) shows the waveform when the audio signal eS is no signal (Δi = 0), which is the charge / discharge waveform of the first capacitor C11. When the audio signal eS is no signal (Δi = 0), the first capacitor C11 is charged with the DC bias current Ic. The DC bias current Ic is charged with the power supply voltage of the first RS flip-
オーディオ信号eSの振幅Eが正の場合(Ij=Ic+Δiの場合)には、その振幅Eの大きさに応じて実線L1よりも充電波形の傾きが急になる。一方、オーディオ信号eSの振幅Eが負の場合(Ij=Ic−Δiの場合)には、その振幅Eの大きさに応じて実線L1よりも充電波形の傾きが緩やかになる。従って、オーディオ信号に応じて、ハイレベルの期間が変化するパルス幅変調信号が出力される。 When the amplitude E of the audio signal eS is positive (in the case of Ij = Ic + Δi), the slope of the charging waveform becomes steeper than the solid line L1 according to the magnitude of the amplitude E. On the other hand, when the amplitude E of the audio signal eS is negative (Ij = Ic−Δi), the charging waveform has a gentler slope than the solid line L1 depending on the magnitude of the amplitude E. Therefore, a pulse width modulation signal whose high level period changes according to the audio signal is output.
上記の通り、パルス幅変調回路51は、第1,第2コンデンサC11,C12を充電する充電電流Ijを生成するための充電電流生成回路57、及び、第1,第2コンデンサC11,C12を放電する放電電流Idを生成するための放電電流生成回路58が独立して個別に設けられている。また、パルス幅変調回路51は、直流バイアス電流Icと放電電流Idとの電流値がIc:Id=1:2の関係である場合を、オーディオ信号eSの振幅値が0のときとし、パルス幅変調信号PWMoutの変調度が0(デューティ比50%、ハイレベルとローレベルとの期間が一致)になる。しかし、充電電流生成回路57や放電電流生成回路58が有する定電圧源64,65等が半導体素子や抵抗を含んでいるので、半導体素子や抵抗が有する温度係数によって、定電圧源64,65が出力する電圧値が温度に応じて変動する。その結果、その温度係数の影響によって、温度に応じて、直流バイアス電流Icおよび放電電流Idの電流値が変動する。各電流の電流値が変動したとしても、直流バイアス電流Icおよび放電電流Idの比率がIc:Id=1:2の関係を維持している場合には、正常なパルス幅変調信号PWMoutを出力することができる。しかし、直流バイアス電流Icおよび放電電流Idの比率がIc:Id=1:2の関係を維持していない場合には、パルス幅変調信号PWMoutにDCオフセットが生じる。
As described above, the pulse
オーディオ信号eSの振幅が0の場合を例に詳細を説明する。まず、温度に応じて、放電電流Idは変動せずに直流バイアス電流Icのみが温度係数によって増加した場合、図9(e)の破線L2に示すように、コンデンサC11の充電波形の傾きが実線L1に比べて急峻になり、第1切換信号φ1のハイレベルの期間にコンデンサC11に充電される充電終了電圧が大きくなる。放電電流Idは変動していないので、コンデンサC11の充電電圧が閾値電圧Vthに達するまでの時間が実線L1と比較して長くなり、出力されるパルス幅変調信号PWMoutはハイレベルの期間が実線L1のときよりも長くなってしまい、変調度が変化してしまう。一方、温度に応じて、放電電流Idは変動せずに直流バイアス電流Icのみが温度係数によって減少した場合、図9(e)の破線L3に示すように、コンデンサC11の充電波形の傾きが実線L1に比べて緩やかになり、第1切換信号φ1のハイレベルの期間にコンデンサC11に充電される充電終了電圧が小さくなる。放電電流Idは変動していないので、コンデンサC11の充電電圧が閾値電圧Vthに達するまでの時間が実線L1と比較して短くなり、出力されるパルス幅変調信号PWMoutのハイレベルの期間が短くなり、変調度が変化してしまう。 Details will be described by taking as an example a case where the amplitude of the audio signal eS is zero. First, when the discharge current Id does not vary depending on the temperature and only the DC bias current Ic increases due to the temperature coefficient, the slope of the charging waveform of the capacitor C11 is a solid line as shown by the broken line L2 in FIG. It becomes steeper than L1, and the charge end voltage charged in the capacitor C11 increases during the high level period of the first switching signal φ1. Since the discharge current Id does not fluctuate, the time until the charging voltage of the capacitor C11 reaches the threshold voltage Vth is longer than that of the solid line L1, and the output pulse width modulation signal PWMout has a high level period during the solid line L1. As a result, it becomes longer than that at the time, and the modulation degree changes. On the other hand, when only the DC bias current Ic is decreased by the temperature coefficient without changing the discharge current Id according to the temperature, the slope of the charging waveform of the capacitor C11 is a solid line as shown by the broken line L3 in FIG. Compared to L1, the charge end voltage charged in the capacitor C11 is reduced during the high level period of the first switching signal φ1. Since the discharge current Id has not changed, the time until the charging voltage of the capacitor C11 reaches the threshold voltage Vth is shorter than that of the solid line L1, and the high level period of the output pulse width modulation signal PWMout is shortened. The modulation degree changes.
次に、温度に応じて、直流バイアス電流Icは変動せずに放電電流Idのみが温度係数によって増加した場合、図10(e)の破線L4に示すように、第1切換信号φ1のハイレベルの期間にコンデンサC11に充電される充電終了電圧は実線L1のときと同じであるが、放電波形の傾きが急峻になるので、コンデンサC11の充電電圧が閾値電圧Vthに達するまでの時間が実線L1と比較して短くなり、出力されるパルス幅変調信号PWMoutのハイレベルの期間が短くなり、変調度が変化してしまう。一方、直流バイアス電流Icは変動せずに放電電流Idのみが温度係数によって減少した場合、図10(e)の破線L5に示すように、第1切換信号φ1のハイレベルの期間にコンデンサC11に充電される充電終了電圧は実線L1のときと同じであるが、放電波形の傾きが緩やかになるので、コンデンサC11の充電電圧が閾値電圧Vthに達するまでの時間が実線L1と比較して長くなり、出力されるパルス幅変調信号PWMoutのハイレベルの期間が長くなり、変調度が変化してしまう。 Next, when the DC bias current Ic does not vary according to the temperature and only the discharge current Id increases due to the temperature coefficient, the high level of the first switching signal φ1 is shown as indicated by the broken line L4 in FIG. The charging end voltage charged in the capacitor C11 during the period is the same as that of the solid line L1, but since the slope of the discharge waveform becomes steep, the time until the charging voltage of the capacitor C11 reaches the threshold voltage Vth is indicated by the solid line L1. , The high level period of the output pulse width modulation signal PWMout is shortened, and the modulation degree changes. On the other hand, when the DC bias current Ic does not fluctuate and only the discharge current Id decreases due to the temperature coefficient, as shown by a broken line L5 in FIG. The charging end voltage to be charged is the same as that of the solid line L1, but since the slope of the discharge waveform becomes gentle, the time until the charging voltage of the capacitor C11 reaches the threshold voltage Vth becomes longer than that of the solid line L1. The high level period of the output pulse width modulation signal PWMout becomes longer, and the modulation degree changes.
なお、直流バイアス電流Icおよび放電電流Idが共に温度係数によって変動し、直流バイアス電流Icと放電電流Idとの比が1:2の関係から外れた場合にも、上記いずれかの状態になってしまう。 Even when both the DC bias current Ic and the discharge current Id fluctuate depending on the temperature coefficient, and the ratio of the DC bias current Ic and the discharge current Id deviates from the relationship of 1: 2, either of the above states occurs. End up.
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、上記構成を有するパルス変調回路において、温度係数によって直流バイアス電流Icおよび放電電流Idの電流値が変動する場合であっても、入力信号に正確に対応するパルス幅変調信号を出力するパルス幅変調回路及びそれを適用したスイッチングアンプを提供することを目的とする。 The present invention has been conceived under the circumstances described above, and in the pulse modulation circuit having the above-described configuration, the current values of the DC bias current Ic and the discharge current Id vary depending on the temperature coefficient. Another object of the present invention is to provide a pulse width modulation circuit that outputs a pulse width modulation signal accurately corresponding to an input signal, and a switching amplifier to which the pulse width modulation circuit is applied.
本発明の好ましい実施形態によるパルス幅変調回路は、電荷を蓄積する第1電荷蓄積手段と、電荷を蓄積する第2電荷蓄積手段と、入力される交流電圧から前記交流電圧の振幅に応じて電流値が変化する第1の電流を生成し、かつ、第2の電流を生成する電流生成手段と、前記第1の電流に基づいて所定のクロック信号の半周期である第1期間において前記第1電荷蓄積手段における電圧を変化させ、前記第2の電流に基づいて前記第1期間とは半周期ずれた前記第1期間に続く第2期間において前記第1電荷蓄積手段における電圧を前記第1期間における増減方向と逆向きに変化させるとともに、前記第1の電流に基づいて前記第2電荷蓄積手段における電圧を変化させ、前記第2の電流に基づいて前記第2期間とは半周期ずれた前記第2期間に続く第3期間において前記第2電荷蓄積手段における電圧を前記第2期間における増減方向と逆向きに変化させる電圧制御手段と、前記第2期間が開始されてから前記第1電荷蓄積手段における電圧が閾値電圧に到達するまでの時間を検出する第1検出手段と、前記第3期間が開始されてから前記第2電荷蓄積手段における電圧が前記閾値電圧に到達するまでの時間を検出する第2検出手段と、前記第1検出手段及び第2検出手段から前記クロック信号の半周期ごとに交互に繰り返し出力される時間に基づいて、当該時間のパルス幅を有するパルス信号を生成するパルス信号生成手段とを備え、前記電流生成手段が、定電流である第3の電流を生成する定電流生成手段を有し、前記第3の電流および前記交流電圧から前記第1の電流を生成し、前記第3の電流から前記第2の電流を生成する。 A pulse width modulation circuit according to a preferred embodiment of the present invention includes a first charge accumulation unit that accumulates charges, a second charge accumulation unit that accumulates charges, and a current corresponding to an amplitude of the AC voltage from an input AC voltage. Current generating means for generating a first current whose value changes and generating a second current; and a first period in a first period which is a half cycle of a predetermined clock signal based on the first current. The voltage in the charge storage means is changed, and the voltage in the first charge storage means is changed in the first period in a second period following the first period that is shifted from the first period by a half cycle based on the second current. The voltage in the second charge storage means is changed based on the first current, and is shifted by a half cycle from the second period based on the second current. Second Voltage control means for changing the voltage in the second charge storage means in the opposite direction to the increase / decrease direction in the second period in a third period, and in the first charge storage means after the start of the second period. A first detecting means for detecting a time until the voltage reaches a threshold voltage; and a first detecting means for detecting a time from when the third period starts until the voltage at the second charge storage means reaches the threshold voltage. 2 detection means, and a pulse signal generation that generates a pulse signal having a pulse width of the time based on a time alternately output from the first detection means and the second detection means every half cycle of the clock signal And the current generation means includes constant current generation means for generating a third current which is a constant current, and the first current is obtained from the third current and the AC voltage. Form, to generate the second current from the third current.
第1の電流および第2の電流が、共通の定電流生成手段によって生成される定電流から生成されることにより、定電流生成手段の温度係数により定電流が変動し、第1の電流の直流バイアス電流と第2の電流とが変動する場合であっても、第1の電流の直流バイアス電流と第2の電流との比を一定にすることができる。第1の電流の直流バイアス電流の電流値が定電流の変動によって変動した場合に、第2の電流の電流値も同じ比率で変動するからである。従って、温度係数によって第1の電流の直流バイアス電流と第2の電流とが変動する場合であっても、入力信号に正確に対応するパルス幅変調信号を出力することができる。 Since the first current and the second current are generated from the constant current generated by the common constant current generating means, the constant current varies depending on the temperature coefficient of the constant current generating means, and the direct current of the first current is changed. Even when the bias current and the second current fluctuate, the ratio between the DC bias current of the first current and the second current can be made constant. This is because when the current value of the DC bias current of the first current varies due to the variation of the constant current, the current value of the second current also varies at the same ratio. Therefore, even if the DC bias current of the first current and the second current fluctuate due to the temperature coefficient, it is possible to output a pulse width modulation signal that accurately corresponds to the input signal.
好ましい実施形態においては、前記電流生成手段が、前記第3の電流の1/2の電流値である電流と、前記交流電圧を電流に変換した電流とを加算した第4の電流を生成する差動回路と、前記第3の電流を第1の電圧に変換する第1電流電圧変換手段と、前記第1電流電圧変換手段から供給された前記第1の電圧を電流に変換し、前記第2の電流を生成する第1電圧電流変換手段と、前記第4の電流を第2の電圧に変換する第2電流電圧変換手段と、前記第2電流電圧変換手段から供給された前記第2の電圧を電流に変換し、前記第1の電流を生成する第2電圧電流変換手段とをさらに有する。 In a preferred embodiment, the current generating means generates a fourth current obtained by adding a current having a current value ½ of the third current and a current obtained by converting the AC voltage into a current. A first current-voltage conversion means for converting the third current into a first voltage, the first voltage supplied from the first current-voltage conversion means into a current, and the second The first voltage-current conversion means for generating the current, the second current-voltage conversion means for converting the fourth current into the second voltage, and the second voltage supplied from the second current-voltage conversion means And a second voltage / current conversion means for generating the first current.
好ましい実施形態においては、前記第1電圧電流変換手段と前記第2電圧電流変換手段とが、それぞれトランジスタを有し、これらのトランジスタの温度係数およびベース−エミッタ間電圧(導通開始電圧)が同じである。 In a preferred embodiment, the first voltage-current conversion means and the second voltage-current conversion means each have transistors, and these transistors have the same temperature coefficient and base-emitter voltage (conduction start voltage). is there.
本発明の好ましい実施形態によるスイッチングアンプは、上記のパルス幅変調回路と、所定の基準電源電圧を出力する電圧源と、前記パルス幅変調回路から出力される変調信号に基づいて、前記電圧源から供給される前記基準電源電圧をスイッチングするスイッチング回路とを備える。 A switching amplifier according to a preferred embodiment of the present invention includes a pulse width modulation circuit, a voltage source that outputs a predetermined reference power supply voltage, and a modulation signal output from the pulse width modulation circuit. And a switching circuit for switching the supplied reference power supply voltage.
第1の電流および第2の電流が、共通の定電流によって生成されることにより、各素子の温度係数などによって第1の電流の直流バイアス電流と第2の電流とが変動する場合であっても、第1の電流の直流バイアス電流と第2の電流との比を一定にすることができる。従って、温度係数によって第1の電流の直流バイアス電流と第2の電流とが変動する場合であっても、入力信号に正確に対応するパルス幅変調信号を出力することができる。 In the case where the first current and the second current are generated by a common constant current, the direct current bias current and the second current of the first current fluctuate due to the temperature coefficient of each element. However, the ratio between the DC bias current of the first current and the second current can be made constant. Therefore, even if the DC bias current of the first current and the second current fluctuate due to the temperature coefficient, it is possible to output a pulse width modulation signal that accurately corresponds to the input signal.
以下、本願発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。図1は、本願発明に係るパルス幅変調(PWM)回路が適用されるスイッチングアンプを示す構成図である。図2は、図1に示すパルス幅変調回路を表すブロック回路図である。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a switching amplifier to which a pulse width modulation (PWM) circuit according to the present invention is applied. FIG. 2 is a block circuit diagram showing the pulse width modulation circuit shown in FIG.
[スイッチングアンプの構成]
このスイッチングアンプは、オーディオ信号発生源AUに接続されたパルス幅変調回路1と、スイッチング回路2と、ローパスフィルタ回路3と、正負の電源電圧+EB,−EBを供給する第1電源4及び第2電源5とを備えている。ローパスフィルタ回路3の出力には、負荷RLとしてのスピーカ(図略)が接続されている。
[Configuration of switching amplifier]
This switching amplifier includes a pulse
パルス幅変調回路1は、オーディオ信号発生源AUから出力された入力信号としてのオーディオ信号eSをパルス幅変調信号PWMoutに変換して出力するものである。パルス幅変調回路1から出力されたパルス幅変調信号PWMoutは、スイッチング回路2に入力される。
The pulse
スイッチング回路2は、パルス幅変調信号PWMoutによってオン、オフ動作が制御されるスイッチ素子SW−Aと、パルス幅変調回路1から出力されるパルス幅変調信号PWMoutの位相を反転させるインバータ2aと、このインバータ2aから出力される位相が反転されたパルス幅変調信号PWMout’によってオン、オフ動作が制御されるスイッチ素子SW−Bと、両スイッチ素子SW−A,SW−Bの両端にそれぞれ接続された逆電流防止用ダイオードD−A,D−Bとを備えている。
The
スイッチング回路2では、第1電源4及び第2電源5から正負の電源電圧+EB,−EBがそれぞれスイッチ素子SW−Aとスイッチ素子SW−Bとを介して負荷RLに供給されるが、スイッチ素子SW−Aとスイッチ素子SW−Bは、パルス幅変調信号PWMoutとパルス幅変調信号PWMout’とによってそれぞれ交互にオン、オフ動作が行われるので、ローパスフィルタ回路3及び負荷RLには電源電圧+EBと電源電圧−EBとが交互に供給される。すなわち、負荷RLには、ローパスフィルタ回路3を介して+EBと−EBとの間でレベルが変化し、パルス幅変調信号PWMoutと同一のデューティ比を有する矩形波電圧が供給される。
In the
ローパスフィルタ回路3は、コイルL0及びコンデンサC0によるLC回路によって構成されている。ローパスフィルタ回路3は、スイッチング回路2から入力される矩形波電圧の高周波成分を除去する回路であり、例えば60kHzのカットオフ周波数を有する。ローパスフィルタ回路3からはパルス幅変調信号PWMoutを復調した交流電圧信号(オーディオ信号eSとほぼ同一波形の交流電圧信号)が出力され、この交流電圧信号が負荷RLに供給されることによりオーディオ信号eSが音声として出力される。
The low-
[パルス幅変調回路の構成]
パルス幅変調回路1は、図2に示すように、基準クロック生成回路11と、デッドタイム生成回路12と、立下りエッジ検出回路13と、充電電流・放電電流生成回路(以下、電流生成回路という。)14と、第1〜第4スイッチSW1〜SW4と、第1,第2コンデンサC1,C2(積分器)と、電流バイパス回路16と、第1,第2RSフリップフロップ回路17,18と、信号出力回路19とによって構成されている。
[Configuration of pulse width modulation circuit]
As shown in FIG. 2, the pulse
パルス幅変調回路1は、
(1)外部から入力されるオーディオ信号eSから電流生成回路14によって第1,第2コンデンサC1,C2を充電するための充電電流Ijを生成する。
(2)基準クロックMCLKの1周期のうち、例えば、第1コンデンサC1については前半の半周期を充電期間、後半の半周期を放電期間とし、第2コンデンサC2については前半の半周期を放電期間、後半の半周期を充電期間とすると、第1,第2コンデンサC1,C2を各充電期間に充電電流Ijで充電し、各放電期間で第1,第2コンデンサC1,C2の蓄積電荷を放電電流Idで放電させる。
(3)第1,第2コンデンサC1,C2の各放電期間毎に、放電開始時(充電終了時)から第1,第2コンデンサC1,C2の電圧が所定の閾値電圧Vthに変化するまでの放電時間と同一のパルス幅を有するパルス信号をそれぞれ生成する。
(4)基準クロックMCLKの半周期毎に交互に生成されるパルス信号を合成してパルス幅変調信号PWMoutを生成する。
という動作原理によってオーディオ信号eSをパルス幅変調信号PWMoutに変換する。
The pulse
(1) A charging current Ij for charging the first and second capacitors C1 and C2 is generated by the
(2) Of the one cycle of the reference clock MCLK, for example, the first half cycle of the first capacitor C1 is a charging period, the latter half cycle is a discharging period, and the first half cycle of the second capacitor C2 is a discharging period. When the second half cycle is a charging period, the first and second capacitors C1 and C2 are charged with the charging current Ij in each charging period, and the accumulated charges of the first and second capacitors C1 and C2 are discharged in each discharging period. Discharge with current Id.
(3) Every discharge period of the first and second capacitors C1 and C2, from the start of discharge (at the end of charging) until the voltage of the first and second capacitors C1 and C2 changes to a predetermined threshold voltage Vth Pulse signals having the same pulse width as the discharge time are generated.
(4) A pulse width modulation signal PWMout is generated by synthesizing pulse signals generated alternately every half cycle of the reference clock MCLK.
The audio signal eS is converted into the pulse width modulation signal PWMout by the operation principle described above.
基準クロック生成回路11は、上記の基準クロックMCLKを生成する回路である。基準クロックMCLKは、周期が一定でデューティ比がほぼ50%のクロック信号であり、第1,第2スイッチSW1,SW2のオン、オフ動作を制御するための第1,第2切換信号φ1,φ2の基準信号となるものである。また、基準クロックMCLKはパルス幅変調信号PWMoutの周期を規定する基準信号にもなっている。基準クロック生成回路11は、基準クロックMCLKをデッドタイム生成回路12に出力する。なお、基準クロック生成回路11は、パルス幅変調回路1の外部に設けられ、外部クロック信号として基準クロックMCLKをパルス幅変調回路1に対して与えるように構成されていてもよい。
The reference
デッドタイム生成回路12は、基準クロック生成回路11からの基準クロックMCLKに基づいて、第1切換信号φ1と第2切換信号φ2とを生成する回路である。第2切換信号φ2は第1切換信号φ1に対して逆位相の関係を有するが、第2切換信号φ2の立下りタイミングと立上がりタイミングがそれぞれ第1切換信号φ1の立上がりタイミングと立下がりタイミングに一致しないように、第2切換信号φ2のレベル反転のタイミングは第1切換信号φ1のレベル反転のタイミングに対して所定時間ΔT(デッドタイム)だけずれている。
The dead
すなわち、第1切換信号φ1は、図5の(a),(b)に示すように、基準クロックMCLKがローレベルからハイレベルに反転したときから所定期間ΔTだけ遅れてローレベルからハイレベルに反転し、基準クロックMCLKがハイレベルからローレベルに反転すると同時にハイレベルからローレベルに反転する信号である。一方、第2切換信号φ2は、図5の(a),(c)に示すように、基準クロックMCLKがローレベルからハイレベルに反転すると同時にハイレベルからローレベルに反転し、基準クロックMCLKがハイレベルからローレベルに反転したときから所定期間ΔTだけ遅れてローレベルからハイレベルに反転する信号である。 That is, as shown in FIGS. 5A and 5B, the first switching signal φ1 changes from the low level to the high level after a predetermined period ΔT from the time when the reference clock MCLK is inverted from the low level to the high level. The signal is inverted, and the reference clock MCLK is inverted from the high level to the low level, and at the same time is inverted from the high level to the low level. On the other hand, as shown in FIGS. 5A and 5C, the second switching signal φ2 is inverted from the high level to the low level at the same time as the reference clock MCLK is inverted from the low level to the high level. This signal is inverted from the low level to the high level after a predetermined period ΔT from when the high level is inverted to the low level.
第1切換信号φ1と第2切換信号φ2との間にデッドタイムを設けることにより、図5の(b),(c)に示すように、第1切換信号φ1のハイレベル反転と第2切換信号φ2のローレベル反転とが同時に生じないとともに、第1切換信号φ1のローレベル反転と第2切換信号φ2のハイレベル反転とが同時に生じないので、第1切換信号φ1によって第1スイッチSW1をオフ状態からオン状態に切り換えるとき(電流生成回路14の充電電流Ijを供給するノードを第1コンデンサC1に接続するとき)には、第2スイッチSW2は既に第2切換信号φ2によってオフ状態に切り換えられており(電流生成回路14の充電電流Ijを供給するノードは既に第2コンデンサC2から切り離されており)、電流生成回路14の充電電流Ijを供給するノードが同時に第1,第2コンデンサC1,2に接続されることがない。また、第2切換信号φ2によって第2スイッチSW2をオフ状態からオン状態に切り換えるとき(電流生成回路14の充電電流Ijを供給するノードを第2コンデンサC2に接続するとき)にも、第1スイッチSW1は既に第1切換信号φ1によってオフ状態に切り換えられており(電流生成回路14の充電電流Ijを供給するノードは既に第1コンデンサC1から切り離されており)、電流生成回路14の充電電流Ijを供給するノードが同時に第1,第2コンデンサC1,C2に接続されることがない。
By providing a dead time between the first switching signal φ1 and the second switching signal φ2, as shown in FIGS. 5B and 5C, the high level inversion and the second switching of the first switching signal φ1 are performed. Since the low level inversion of the signal φ2 does not occur at the same time and the low level inversion of the first switching signal φ1 and the high level inversion of the second switching signal φ2 do not occur at the same time, the first switch SW1 is turned on by the first switching signal φ1. When switching from the off state to the on state (when the node supplying the charging current Ij of the
これにより、第1コンデンサC1の充電中に電流生成回路14から第1コンデンサC1に供給されている充電電流Ijが第2コンデンサC2にも供給されたり、逆に第2コンデンサC2の充電中に電流生成回路14から第2コンデンサC2に供給されている充電電流Ijが第1コンデンサC1にも供給されたりすることがないので、第1,第2RSフリップフロップ回路17,18からそれぞれ出力されるパルス信号のパルス幅に誤差が生じ、その結果、パルス幅変調信号PWMoutのパルス幅に誤差が生じるという不都合を防止することができる。第1,第2切換信号φ1,φ2は、第1,第2スイッチSW1,SW2にそれぞれ出力されるとともに、立下りエッジ検出回路13に出力される。
As a result, the charging current Ij supplied from the
なお、デッドタイム生成回路12で設けられるデッドタイムは極めて微小な時間で、実質的に第1スイッチSW1は基準クロックMCLKによってオン、オフが制御され、第2スイッチSW2は基準クロックMCLKの位相を反転したクロックによってオン、オフが制御されているということができる。
Note that the dead time provided in the dead
立下りエッジ検出回路13は、後述する第1,第2RSフリップフロップ回路17,18に供給される第1,第2セット信号set1,set2を出力する回路である。すなわち、立下りエッジ検出回路13は、第1切換信号φ1がハイレベルからローレベルに立下がるタイミングを検出し、図5(d)に示すように、その検出タイミングに一瞬ローレベルに立ち下がる信号を第1セット信号set1として第1RSフリップフロップ回路17に出力する。また、立下りエッジ検出回路13は、第2切換信号φ2がハイレベルからローレベルに立下がるタイミングを検出し、図5(e)に示すように、その検出タイミングに一瞬ローレベルに立ち下がる信号を第2セット信号set2として第2RSフリップフロップ回路18に出力する。
The falling
電流生成回路14は、オーディオ信号発生源AUからパルス幅変調回路1に供給されるオーディオ信号eSを電圧−電流変換し、その変換した電流Δiに直流バイアス電流Icを加えた充電電流Ijを生成する回路である。電流生成回路14の充電電流Ijを出力するノードは、第1,第2スイッチSW1,SW2を介して第1,第2コンデンサC1,C2にそれぞれ接続されており、第1スイッチSW1がオン状態では第1コンデンサC1に接続されて充電電流Ijで第1コンデンサC1を充電し、第2スイッチSW2がオン状態では第2コンデンサC2に接続されて充電電流Ijで第2コンデンサC2を充電する。
The
また、電流生成回路14は、放電電流Idを生成し、第1,第2コンデンサC1,C2の蓄積電荷を放電電流Idで放電させる。すなわち、電流生成回路14の放電電流Idが出力されるノードは、第3,第4スイッチSW3,SW4を介して第1,第2コンデンサC1,C2にそれぞれ接続されており、第3スイッチSW3がオン動作して第1コンデンサC1に接続されると、第1コンデンサC1の蓄積電荷を放電電流Idで放電させ、第4スイッチSW4がオン動作して第2コンデンサC2に接続されると、第2コンデンサC2の蓄積電荷を放電電流Idで放電させる。なお、電流生成回路14の詳細については、後述する。
The
電流バイパス回路16は、ダイオードD2と電圧源23とからなる。電流バイパス回路16は、電流生成回路14の放電電流Idを出力するノードが第3,第4スイッチSW3,SW4によって電気的に第1,第2コンデンサC1,C2に接続されていないときにも放電電流Idを流しておくためのものである。すなわち、電流生成回路14の放電電流Idを出力するノードが第3,第4スイッチSW3,SW4によって電気的に第1,第2コンデンサC1,C2に接続されていないときには、ダイオードD2がオン状態となり、電流生成回路14の放電電流Idを出力するノードに電圧源23が接続される。
The
この状態で、例えば、第3スイッチSW3がオンになり、電流生成回路14の放電電流Idを出力するノードに第1コンデンサC1が接続されると、第1コンデンサC1の電圧はダイオードD2のカソード側の電圧よりも高いので、ダイオードD2はオフ状態となり、放電電流Idの流れる経路は、電圧源23から第1コンデンサC1に切り換えられる。すなわち、第3スイッチSW3がオンになると同時に、第1コンデンサC1の蓄積電荷の放電電流Idでの放電動作が開始される。なお、第4スイッチSW4がオンになったときも同様の動作が行われ、第4スイッチSW4がオンになると同時に、第2コンデンサC2の蓄積電荷の放電電流Idでの放電動作が開始される。
In this state, for example, when the third switch SW3 is turned on and the first capacitor C1 is connected to the node that outputs the discharge current Id of the
第1,第2スイッチSW1,SW2は、第1,第2コンデンサC1,C2の電流生成回路14からの充電電流Ijによる充電動作を制御するためのスイッチである。第1スイッチSW1の一端は電流生成回路14の充電電流Ijを出力するノードに接続され、第1スイッチSW1の他端は、第1コンデンサC1の一端(図2のA点参照)に接続されている。第1スイッチSW1がオン動作をすると(閉成状態になると)、第1コンデンサC1の充電経路が形成される。また、第2スイッチSW2の一端も電流生成回路14の充電電流Ijを出力するノードに接続され、第2スイッチSW2の他端は、第2コンデンサC2の一端(図2のA’点参照)に接続されている。第2スイッチSW2がオン動作をすると(閉成状態になると)、第2コンデンサC2の充電経路が形成される。
The first and second switches SW1 and SW2 are switches for controlling the charging operation by the charging current Ij from the
第1,第2スイッチSW1,SW2は、デッドタイム生成回路12から出力される第1,第2切換信号φ1,φ2によってオン、オフ動作される。すなわち、第1スイッチSW1は、図5の(b)に示すように、第1切換信号φ1がハイレベルの状態でオン動作し、第1切換信号φ1がローレベルの状態でオフ動作する。また、第2スイッチSW2は、図5の(c)に示すように、第2切換信号φ2がハイレベルの状態でオン動作し、第2切換信号φ2がローレベルの状態でオフ動作する。
The first and second switches SW1 and SW2 are turned on and off by first and second switching signals φ1 and φ2 output from the dead
第3,第4スイッチSW3,SW4は、第1,第2コンデンサC1,C2の電流生成回路14からの放電電流Idによる放電動作を制御するためのスイッチである。第3スイッチSW3の一端は電流生成回路14の放電電流Idを出力するノードに接続され、第3スイッチSW3の他端は、第1コンデンサC1の一端(図2のA点参照)に接続されている。第3スイッチSW3がオン動作をすると(閉成状態になると)、第1コンデンサC1の放電経路が形成される。また、第4スイッチSW4の一端も電流生成回路14の放電電流Idを出力するノードに接続され、第4スイッチSW4の他端は、第2コンデンサC2の一端(図2のA’点参照)に接続されている。第4スイッチSW4がオン動作をすると(閉成状態になると)、第2コンデンサC2の放電経路が形成される。
The third and fourth switches SW3 and SW4 are switches for controlling the discharge operation by the discharge current Id from the
第3,第4スイッチSW3,SW4は、後述する第1,第2RSフリップフロップ回路17,18からの第3,第4切換信号φ3,φ4によってオン、オフ動作される。すなわち、第3スイッチSW3は、図5の(h)に示すように、第3切換信号φ3がハイレベルの状態でオン動作し、ローレベルの状態でオフ動作する。また、第4スイッチSW4は、図5の(i)に示すように、第4切換信号φ4がハイレベルの状態でオン動作し、ローレベルの状態でオフ動作する。
The third and fourth switches SW3 and SW4 are turned on and off by third and fourth switching signals φ3 and φ4 from first and second RS flip-
第1,第2コンデンサC1,C2は、オーディオ信号eSの振幅(瞬時電圧値)に応じた時間を生成するためのものである。具体的には、第1コンデンサC1は、第1切換信号φ1のオン期間(一定の期間)に第1スイッチSW1がオン動作(このとき、第3スイッチSW3はオフ動作)することにより、電流生成回路14からの充電電流Ij(=Ic±Δi、オーディオ信号eSの振幅(瞬時電圧値)に応じた電流)で充電されることにより閾値電圧Vthからオーディオ信号eSの振幅に応じた電圧(充電終了電圧)に上昇する。その充電動作の終了後に第3スイッチSW3がオン動作(このとき、第1スイッチSW1はオフ動作)することにより、蓄積された電荷が一定の放電電流Idで放電される。そして、この放電動作において、第1コンデンサC1の電圧が充電終了電圧から所定の閾値電圧Vthに低下するまでの放電時間がオーディオ信号eSの振幅(瞬時電圧値)に応じた時間として生成される。
The first and second capacitors C1 and C2 are for generating time according to the amplitude (instantaneous voltage value) of the audio signal eS. Specifically, the first capacitor C1 generates a current when the first switch SW1 is turned on (the third switch SW3 is turned off at this time) during the on period (a certain period) of the first switching signal φ1. By charging with the charging current Ij (= Ic ± Δi, current corresponding to the amplitude (instantaneous voltage value) of the audio signal eS) from the
なお、所定の閾値電圧Vthは、第1,第2RSフリップフロップ回路17,18における論理レベルの閾値電圧で、第1,第2RSフリップフロップ回路17,18に供給される電源電圧+Vccの約1/2の電圧である。例えば、第1,第2RSフリップフロップ回路17,18の駆動電圧が+5[v]であれば、閾値電圧Vthはおよそ+2.5[v]である。
The predetermined threshold voltage Vth is a logic level threshold voltage in the first and second RS flip-
第2コンデンサC2は、第3切換信号φ3のオン期間(一定の期間)に第2スイッチSW2がオン動作(このとき、第4スイッチSW4はオフ動作)することにより、電流生成回路14からの充電電流Ijで充電されることにより充電開始電圧Vthからオーディオ信号eSの振幅に応じた電圧(充電終了電圧)に上昇される。その充電動作の終了後に第4スイッチSW4がオン動作(このとき、第2スイッチSW2はオフ動作)することにより、蓄積された電荷が一定の放電電流Idで放電される。そして、この放電動作において、第2コンデンサC2の電圧が充電終了電圧から所定の閾値電圧Vthに低下するまでの放電時間がオーディオ信号eSの振幅(瞬時電圧値)に応じた時間として生成される。
The second capacitor C2 is charged from the
第1RSフリップフロップ回路17は、第1コンデンサC1の各放電期間に、当該第1コンデンサC1の放電時間と同一のパルス幅を有するパルス信号を生成するとともに、第3切換信号φ3を生成する回路である。
The first RS flip-
第1RSフリップフロップ回路17は、2つのNANDゲート(第1NAND回路NA1と第2NAND回路NA2)によって構成されたRSフリップフロップ回路である。第1コンデンサC1の電圧が第1NAND回路NA1に第1リセット信号res1として入力され、その第1NAND回路NA1から出力rsout1が出力される。また、立下りエッジ検出回路13から出力される第1セット信号set1(瞬時的に閾値電圧Vthよりも低いレベルに立ち下がる信号)が第2NAND回路NA2に入力され、その第2NAND回路NA2から第3切換信号φ3が出力される。
The first RS flip-
第1RSフリップフロップ回路17は、第1セット信号set1が入力されると、出力rsout1をローレベル、第3切換信号φ3をハイレベル反転し、第1コンデンサC1の電圧がローレベル(閾値電圧Vth以下)になる、すなわち、第1リセット信号res1が入力されると、出力rsout1をハイレベル、第3切換信号φ3をローレベルに反転する。第1セット信号set1の入力タイミングは第1コンデンサC1の放電開始タイミングに対応し、第1リセット信号res1の入力タイミングは第1コンデンサC1の電圧が閾値電圧vthに低下したタイミングであるから、出力rsout1のローレベルの期間は第1コンデンサC1の放電時間に相当する。
When the first set signal set1 is input, the first RS flip-
従って、第1RSフリップフロップ回路17の第1NAND回路NA1の出力端子からは、第1コンデンサC1の各放電期間に当該第1コンデンサC1の放電時間と同一のパルス幅を有するパルス信号が出力rsout1として出力される。
Therefore, from the output terminal of the first NAND circuit NA1 of the first RS flip-
第2RSフリップフロップ回路18は、第2コンデンサC2の各放電期間に、当該第2コンデンサC2の放電時間と同一のパルス幅を有するパルス信号を生成するとともに、第4切換信号φ4を生成する回路である。
The second RS flip-
第2RSフリップフロップ回路18も第1RSフリップフロップ回路17と同様に、2つのNANDゲート(第3NAND回路NA3と第4NAND回路NA4)によって構成されたRSフリップフロップ回路である。第2コンデンサC2の電圧が第3NAND回路NA3に第2リセット信号res2として入力され、その第3NAND回路NA3から出力rsout2が出力される。また、立下りエッジ検出回路13から出力される第2セット信号set2(瞬時的に閾値電圧Vthよりも低いレベルに立ち下がる信号)が第4NAND回路NA4に入力され、その第4NAND回路NA4から第4切換信号φ4が出力される。
Similarly to the first RS flip-
第2RSフリップフロップ回路18は、第2セット信号set2が入力されると、出力rsout2をローレベル、第4切換信号φ4をハイレベル反転し、第2コンデンサC2の電圧がローレベル(閾値電圧Vth以下)になる、すなわち、第2リセット信号res2が入力されると、出力rsout2をハイレベル、第4切換信号φ4をローレベルに反転する。第2セット信号set2の入力タイミングは第2コンデンサC2の放電開始タイミングに対応し、第2リセット信号res2の入力タイミングは第2コンデンサC2の電圧が閾値電圧vthに低下したタイミングであるから、出力rsout2のローレベルの期間は第2コンデンサC2の放電時間に相当する。
When the second set signal set2 is input, the second RS flip-
従って、第2RSフリップフロップ回路18の第3NAND回路NA3の出力端子からは、第2コンデンサC2の各放電期間に当該第2コンデンサC2の放電時間と同一のパルス幅を有するパルス信号が出力rsout2として出力される。
Accordingly, a pulse signal having the same pulse width as the discharge time of the second capacitor C2 is output as an output rsout2 during each discharge period of the second capacitor C2 from the output terminal of the third NAND circuit NA3 of the second RS flip-
信号出力回路19は、第1RSフリップフロップ回路17から出力される出力rsout1と第2RSフリップフロップ回路18から出力される出力rsout2を合成する回路である。信号出力回路19は、NANDゲート(第5NAND回路NA5)で構成されている。出力rsout1は基準クロックMCLKのローレベルの期間にだけパルス信号(第1コンデンサC1の放電時間と同一のパルス幅を有するパルス信号)が発生する信号である一方、出力rsout2は基準クロックMCLKのハイレベルの期間にだけパルス信号(第2コンデンサC2の放電時間と同一のパルス幅を有するパルス信号)が発生する信号であるから、信号出力回路19からは出力rsout1のパルス信号と出力rsout2のパルス信号とが交互に組み合されたパルス信号(基準クロックMCLKの半周期と同一の周期でオーディオ信号のeSの振幅(瞬時電圧値)に対応したパルス幅を有するパルス列の信号)がパルス幅変調PMWoutとして出力される。
The
[電流生成回路14の構成]
図3は電流生成回路14の回路図である。電流生成回路14は、定電流生成手段31と、差動回路32と、電流電圧変換手段(以下、IV変換回路という。)33,35と、電圧電流変換手段(以下、VI変換回路という。)34,36とを有している。また、電流生成回路14は、オーディオ信号eSに対応する電流Δiを直流バイアス電流Icに加算するための加算手段(オーディオ信号発生源AUがトランジスタQ1のベースに接続された構成)をさらに有している。
[Configuration of Current Generation Circuit 14]
FIG. 3 is a circuit diagram of the
電流生成回路14は、共通の定電流生成手段31が生成する定電流から、充電電流Ijの直流バイアス電流Icと、放電電流Idとを生成する。従って、定電流生成手段31の温度係数に起因して、温度変化により、直流バイアス電流Icと放電電流Idとが変動する場合であっても、直流バイアス電流Icと放電電流Idとの変動誤差が相互に打ち消され、直流バイアス電流Icと放電電流Idとの電流値の比を一定比(例えば、Ic:Id=1:2)に維持することができる。
The
定電流生成手段31は、一般的な定電流回路が採用される(以下、定電流回路31という)。例えば、定電流回路31は、JFET及び抵抗から構成された回路、又は、電圧源、抵抗及びバイポーラトランジスタから構成された回路が採用される。定電流回路31は、定電流I1を生成し、差動回路32およびIV変換回路33に供給する。
The constant current generating means 31 employs a general constant current circuit (hereinafter referred to as a constant current circuit 31). For example, the constant
差動回路32は、定電流回路31に接続されており、定電流回路31から供給される電流I1の1/2の大きさの電流I2を生成する。詳細には、差動回路32は、オーディオ信号源AUからのオーディオ信号eSを電圧電流変換した電流±Δiを、電流I2に加算した電流I2±Δiを生成する。差動回路32は、npn型トランジスタQ1,Q2と、抵抗R1,R2,R6,R7とを含む。トランジスタQ1は、エミッタが抵抗R6を介して定電流回路31に接続され、コレクタが抵抗R1を介して電源電圧VCCに接続され、ベースがオーディオ信号源AUに接続されている。トランジスタQ2は、エミッタが抵抗R7を介して定電流回路31に接続され、コレクタが抵抗R2を介して電源電圧VCCに接続され、ベースが接地電位に接続されている(但し、実回路上は、ベースは負帰還をかけることがある)。抵抗R1と抵抗R2とは抵抗値が同じ抵抗素子が採用され(R1=R2であり)、トランジスタQ1とトランジスタQ2とは特性(例えば、導通開始電圧(ベースエミッタ間電圧)、内部抵抗、温度係数等)が同じトランジスタが採用され、抵抗R6と抵抗R7とは抵抗値及び温度係数が同じ抵抗素子が採用されている。
The
差動回路32においては、トランジスタQ1のコレクタからエミッタに向かって電流I2+Δiが流れ、トランジスタQ2のコレクタからエミッタに向かって電流I2−Δiが流れる。オーディオ信号eSの振幅値が0である場合(無信号時)には、Δiが0であるので、トランジスタQ1のコレクタからエミッタに向かって電流I2が流れ、トランジスタQ2のコレクタからエミッタに向かって電流I2が流れる。
In
IV変換回路33は、定電流回路31から電流I1が供給され、当該電流I1を電流電圧変換することによって電圧Vb2を生成する。IV変換回路33は、抵抗R3を含む。抵抗R3の一端は、定電流回路31とトランジスタQ4のベースとに接続され、他端は電源電圧−VCCに接続されている。抵抗R3の両端に電圧Vb2が生成され、電圧Vb2がVI変換回路34に供給される。
The
VI変換回路34は、IV変換回路33から電圧Vb2が供給され、当該電圧Vb2を電圧電流変換することによって放電電流Idを生成する。VI変換回路34は、npn型トランジスタQ4及び抵抗R5を含む。トランジスタQ4は、ベースが定電流回路31と抵抗R3との接続点に接続され、エミッタが抵抗R5を介して電源電圧−VCCに接続され、コレクタが放電電流Idを出力するノードになっている。つまり、トランジスタQ4のコレクタは、第3スイッチSW3を介して第1コンデンサC1に接続され、かつ、第4スイッチSW4を介して第2コンデンサC2に接続されている。
The
IV変換回路35は、差動回路32によって生成される電流I2+Δiを電流電圧変換することによって電圧Vb1を生成する。IV変換回路35は、差動回路32の一部である抵抗R1を含む。抵抗R1の一端は、トランジスタQ1のコレクタと、トランジスタQ3のベースとに接続され、他端は電源電圧VCCに接続されている。抵抗R1の両端に電圧Vb1が生成され、電圧Vb1がVI変換回路36に供給される。
The
VI変換回路36は、IV変換回路35から電圧Vb1が供給され、当該電圧Vb1を電圧電流変換することによって充電電流Ic+Δiを生成する。VI変換回路36は、pnp型トランジスタQ3及び抵抗R4を含む。トランジスタQ3は、ベースがトランジスタQ1と抵抗R1との接続点に接続され、エミッタが抵抗R4を介して電源電圧VCCに接続され、コレクタが充電電流Ic+Δiを出力するノードになっている。つまり、トランジスタQ3のコレクタは、第1スイッチSW1を介して第1コンデンサC1に接続され、かつ、第2スイッチSW2を介して第2コンデンサC2に接続されている。トランジスタQ3とトランジスタQ4とは特性(例えば、導通開始電圧、内部抵抗、温度係数等)が同じトランジスタが採用されている。抵抗R4と抵抗R5との関係は、抵抗値がR4=2R5になっている。
The
以下、電流生成回路14が各素子の温度係数に影響されずに、Ic:Id=1:2の関係を維持できることを説明する。なお、以下においては、オーディオ信号が無信号(Δi=0)であるとする。
定電流回路31と差動回路32との関係により、上記の通り、電流I1、I2の関係は以下の通りである。
I1=2I2 (式1)
Hereinafter, it will be described that the
Due to the relationship between the constant
I1 = 2I2 (Formula 1)
IV変換回路35,33で生成される電圧Vb1,Vb2は以下の通りである。
Vb1=R1・I2 (式2)
Vb2=R3・I1 (式3)
The voltages Vb1 and Vb2 generated by the
Vb1 = R1 · I2 (Formula 2)
Vb2 = R3 · I1 (Formula 3)
トランジスタQ3のエミッタからコレクタに流れる電流Ic、トランジスタQ4のコレクタからエミッタに流れる電流Idは以下の通りである。但し、VbeはトランジスタQ3、Q4の導通開始電圧である。
Ic=(Vb1−Vbe)/R4 (式4)
Id=(Vb2−Vbe)/R5 (式5)
The current Ic flowing from the emitter to the collector of the transistor Q3 and the current Id flowing from the collector to the emitter of the transistor Q4 are as follows. However, Vbe is a conduction start voltage of the transistors Q3 and Q4.
Ic = (Vb1-Vbe) / R4 (Formula 4)
Id = (Vb2-Vbe) / R5 (Formula 5)
ここで、R1=2R3に設定すると、式1〜式3により、Vb2は以下の式に展開され、Vb1と等しくなる。
Vb2=R3・I1=(R1/2)・2I2=R1・I2=Vb1 (式6)
Here, when R1 = 2R3 is set, Vb2 is expanded into the following equation by
Vb2 = R3 · I1 = (R1 / 2) · 2I2 = R1 · I2 = Vb1 (Formula 6)
上記の通り、R4=2R5であるので、式4〜式6から、直流バイアス電流Ic:放電電流Id=1:2の関係が得られる。ここで、トランジスタQ3、Q4の温度係数に基づくVbeの変化分をΔVbeとすると、式1〜式5を展開し、直流バイアス電流Icおよび放電電流Idは以下の通りになる。
Ic=(R1・I2−(Vb2+ΔVbe))/R4
=(R1・I1−2(Vb2+ΔVbe))/2R4 (式7)
Id=(R3・I1−(Vbe+ΔVbe))/R5
=(R1・I1−2(Vbe+ΔVbe)/R4
=2(R1・I1−2(Vb2+ΔVbe))/2R4 (式8)
従って、トランジスタQ3、Q4の温度係数に基づくVbeの変化分ΔVbeが直流バイアス電流Icおよび放電電流Idに含まれる場合であっても、Ic:Id=1:2の関係が維持される。
Since R4 = 2R5 as described above, the relationship of DC bias current Ic: discharge current Id = 1: 2 is obtained from
Ic = (R1 · I2- (Vb2 + ΔVbe)) / R4
= (R1 · I1-2 (Vb2 + ΔVbe)) / 2R4 (Formula 7)
Id = (R3 · I1- (Vbe + ΔVbe)) / R5
= (R1 · I1-2 (Vbe + ΔVbe) / R4
= 2 (R1 · I1-2 (Vb2 + ΔVbe)) / 2R4 (Formula 8)
Therefore, even when the change ΔVbe in Vbe based on the temperature coefficients of the transistors Q3 and Q4 is included in the DC bias current Ic and the discharge current Id, the relationship of Ic: Id = 1: 2 is maintained.
以上のように、温度係数によって直流バイアス電流Icと放電電流Idとが変動したとしても、直流バイアス電流Icと放電電流Idとの電流値の比をIc:Id=1:2の関係に維持することができる。つまり、直流バイアス電流Icが増加して第1,第2コンデンサC1,C2の充電終了電圧が大きくなっても、放電電流Idも同じ割合で大きくなっているので、第1,第2コンデンサC1,C2の電圧が閾値電圧に達するまでの時間は温度によって変動しない。また、放電電流Idが増加して第1,第2コンデンサC1,C2の放電速度が増加しても、直流バイアス電流Icも同じ割合で増加するので、第1,第2コンデンサC1,C2の充電終了電圧が増加し、放電電流Idによる放電によって第1,第2コンデンサC1,C2の電圧が閾値電圧に達するまでの時間は温度によって変動しない。その結果、温度係数によって放電電流Idと直流バイアス電流Icが変動したとしても、オーディオ信号eSに正確に対応したパルス幅変調信号PWMoutを出力することができる。 As described above, even if the DC bias current Ic and the discharge current Id vary depending on the temperature coefficient, the ratio of the current values of the DC bias current Ic and the discharge current Id is maintained in the relationship of Ic: Id = 1: 2. be able to. That is, even if the DC bias current Ic increases and the charging end voltage of the first and second capacitors C1 and C2 increases, the discharge current Id also increases at the same rate. The time until the voltage of C2 reaches the threshold voltage does not vary with temperature. Even if the discharge current Id increases and the discharge speed of the first and second capacitors C1 and C2 increases, the DC bias current Ic also increases at the same rate, so that the charging of the first and second capacitors C1 and C2 is performed. The time until the end voltage increases and the voltage of the first and second capacitors C1, C2 reaches the threshold voltage due to discharge by the discharge current Id does not vary with temperature. As a result, even if the discharge current Id and the DC bias current Ic fluctuate due to the temperature coefficient, the pulse width modulation signal PWMout that accurately corresponds to the audio signal eS can be output.
図4は、別の実施形態による電流生成回路14’を示す回路図である。電流生成回路14’は、定電流生成手段31として定電流回路31の代わりに抵抗R8が採用されている。その他の構成は図3の電流生成回路14と同じである。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a
なお、図3および図4において、トランジスタQ1およびQ2、Q3およびQ4をそれぞれnpn型トランジスタとpnp型トランジスタとを接合したインバーテッド型の構成が採用されてもよい。 In FIGS. 3 and 4, an inverted configuration in which the transistors Q1 and Q2, Q3 and Q4 are joined by an npn transistor and a pnp transistor may be employed.
[パルス幅変調回路の動作]
次に、パルス幅変調回路1の動作を図5〜図6のタイムチャートを用いて説明する。
[Operation of pulse width modulation circuit]
Next, the operation of the pulse
図5は、オーディオ信号の振幅が0である(つまり、充電電流Ij=直流バイアス電流Ic)場合のタイムチャートである。なお、図5(f),(g)における実線N1は温度に応じて放電電流Id及び直流バイアス電流Icの電流値が変動していない場合のコンデンサC1,C2の電圧波形であり、破線N2は温度に応じて放電電流Id及び直流バイアス電流Icが増加する場合のコンデンサC1,C2の電圧波形であり、破線N3は温度に応じて放電電流Id及び直流バイアス電流Icが減少する場合のコンデンサC1,C2の電圧波形である。まずは、温度によって放電電流Id及び直流バイアス電流Icが変動しない場合について、パルス幅変調回路1の基本動作を説明する。
FIG. 5 is a time chart when the amplitude of the audio signal is 0 (that is, charging current Ij = DC bias current Ic). 5F and 5G, the solid line N1 is the voltage waveform of the capacitors C1 and C2 when the current values of the discharge current Id and the DC bias current Ic do not vary with temperature, and the broken line N2 The voltage waveforms of the capacitors C1 and C2 when the discharge current Id and the DC bias current Ic increase according to the temperature, and the broken line N3 indicates the capacitors C1 and C1 when the discharge current Id and the DC bias current Ic decrease according to the temperature. It is a voltage waveform of C2. First, the basic operation of the pulse
第1切換信号φ1のハイレベルの期間とローレベルの期間はそれぞれ第1コンデンサC1の充電期間と放電期間とになっている。第1切換信号φ1がハイレベルに反転すると、第1スイッチSW1が電流生成回路14の充電電流Ijの出力ノードを第1コンデンサC1に接続し、電流生成回路14からの充電電流Ijによる第1コンデンサC1の充電が開始される。その充電動作は第1切換信号φ1がローレベルに反転し、第1スイッチSW1が電流生成回路14を切り離すまで継続される(図5の(b),(f)参照)。
A high level period and a low level period of the first switching signal φ1 are a charging period and a discharging period of the first capacitor C1, respectively. When the first switching signal φ1 is inverted to the high level, the first switch SW1 connects the output node of the charging current Ij of the
第1切換信号φ1がローレベルに反転し、放電期間に移行すると、そのローレベル反転を検出した第1セット信号set1によって第1RSフリップフロップ回路17から出力される第3切換信号φ3がハイレベルに反転し、これにより第3スイッチSW3が電流生成回路14の放電電流Idの出力ノードを第1コンデンサC1に接続して電流生成回路14からの放電電流Idによる第1コンデンサC1の放電が開始される。その放電動作は第1コンデンサC1の電圧が閾値電圧Vthに低下し、これにより第3切換信号φ3がローレベルに反転し、第3スイッチSW3が電流生成回路14を切り離すまで継続される(図5の(b),(d),(f)参照)。
When the first switching signal φ1 is inverted to a low level and shifts to the discharge period, the third switching signal φ3 output from the first RS flip-
放電期間では、第1RSフリップフロップ回路17から、第1セット信号set1が入力されると同時にローレベルに反転し、第1リセット信号res1として入力される第1コンデンサC1の電圧が閾値電圧Vthに低下すると同時にハイレベルに反転するパルス信号が出力rsout1として出力される。すなわち、オーディオ信号eSの振幅に対応したパルス幅を有するパルス信号が生成される(図5の(j)参照)。
During the discharge period, the first set signal set1 is input from the first RS flip-
また、第2切換信号φ2のハイレベルの期間とローレベルの期間はそれぞれ第2コンデンサC2の充電期間と放電期間とになっている。第2切換信号φ2は、デッドタイムを無視すると、第1切換信号φ1の位相を反転した信号となっているので、第2コンデンサC2に対して上記の第1コンデンサC1における充放電動作と同様の充放電動作が、第1切換信号φ1の半周期だけずれて行われる(図5の(c),(e),(g),(i)参照)。 Further, the high-level period and the low-level period of the second switching signal φ2 are a charging period and a discharging period of the second capacitor C2, respectively. If the dead time is ignored, the second switching signal φ2 is a signal obtained by inverting the phase of the first switching signal φ1, so that the second capacitor C2 is similar to the charge / discharge operation in the first capacitor C1 described above. The charging / discharging operation is performed while being shifted by a half cycle of the first switching signal φ1 (see (c), (e), (g), (i) in FIG. 5).
従って、第2コンデンサC2の放電期間では、第2RSフリップフロップ回路18から、第2セット信号set2が入力されると同時にローレベルに反転し、第2リセット信号res2として入力される第2コンデンサC2の電圧が閾値電圧Vthに低下すると同時にハイレベルに反転するパルス信号が出力rsout2として出力される。すなわち、オーディオ信号eSの振幅に対応したパルス幅を有するパルス信号が生成される(図5の(k)参照)。
Therefore, during the discharge period of the second capacitor C2, the second set signal set2 is input from the second RS flip-
第1,第2フリップフロップ回路17,18から出力される出力rsout1及び出力rsout2は、信号出力回路19によって合成されてパルス幅変調信号PWMout(出力rsout1の波形と出力rsout2の波形を合成した信号)として出力される(図5の(l)参照)。
The output rsout1 and the output rsout2 output from the first and second flip-
なお、図6に示すように、オーディオ信号eSの振幅が正の場合には、充電電流Ij=Ic+Δiの大きさが大となり、第1,第2コンデンサC1,C2の一端における充電電圧波形の傾きもオーディオ信号eSの振幅が0の場合に比べて大となる。そのため、第1又は第2切換信号φ1,φ2のレベルがハイレベルからローレベルに反転する時点での第1,第2コンデンサC1,C2の端子電圧は、オーディオ信号eSが無信号の場合に比べて高くなり、これらが放電電流Idによって放電されるとき、オーディオ信号eSが無信号の場合に比べて、放電が開始されてから閾値電圧Vthに達する時間が長くなる。したがって、図6(l)に示すように、図5に示したオーディオ信号eSが無信号の場合に比べ、ハイレベルの時間が長いパルス幅変調信号PWMoutが出力される。このように、オーディオ信号eSの振幅に応じたパルス幅変調信号PWMoutが出力されることになる。 As shown in FIG. 6, when the amplitude of the audio signal eS is positive, the magnitude of the charging current Ij = Ic + Δi is large, and the slope of the charging voltage waveform at one end of the first and second capacitors C1 and C2 is increased. Also, the amplitude of the audio signal eS becomes larger than when the amplitude is zero. Therefore, the terminal voltage of the first and second capacitors C1 and C2 at the time when the level of the first or second switching signal φ1 or φ2 is inverted from the high level to the low level is higher than that when the audio signal eS is no signal. When these are discharged by the discharge current Id, the time to reach the threshold voltage Vth after the discharge is started is longer than when the audio signal eS is no signal. Therefore, as shown in FIG. 6 (l), the pulse width modulation signal PWMout having a long high level time is output compared to the case where the audio signal eS shown in FIG. Thus, the pulse width modulation signal PWMout corresponding to the amplitude of the audio signal eS is output.
図示しないが、同様に、オーディオ信号eSが負の場合には、充電電流Ij=Ic+Δiの大きさが小となり、第1,第2コンデンサC1,C2の一端における充電電圧波形の傾きも小となる。そのため、第1又は第2切換信号φ1,φ2のレベルがハイレベルからローレベルに反転する時点での第1,第2コンデンサC1,C2の端子電圧は、オーディオ信号eSが無信号の場合に比べて低くなり、これらが放電電流Idによって放電されるとき、オーディオ信号eSが無信号の場合に比べて、放電が開始されてから閾値電圧Vthに達する時間が短くなる。したがって、オーディオ信号eSが無信号の場合に比べ、ハイレベルの時間が短いパルス幅変調信号PWMoutが出力される。 Although not shown, similarly, when the audio signal eS is negative, the magnitude of the charging current Ij = Ic + Δi is small, and the slope of the charging voltage waveform at one end of the first and second capacitors C1, C2 is also small. . Therefore, the terminal voltage of the first and second capacitors C1 and C2 at the time when the level of the first or second switching signal φ1 or φ2 is inverted from the high level to the low level is higher than that when the audio signal eS is no signal. When these are discharged by the discharge current Id, the time to reach the threshold voltage Vth after the start of discharge is shorter than when the audio signal eS is no signal. Accordingly, the pulse width modulation signal PWMout is output with a shorter high level time than when the audio signal eS is not a signal.
次に、図5(f)の破線N2を参照して、オーディオ信号の振幅が0であり、温度に応じて放電電流Id及び直流バイアス電流Icが共に増加する場合を説明する。上記の通り、放電電流Id及び直流バイアス電流Icは温度に起因して共に増加しているが、Ic:Id=1:2の関係を維持している。従って、第1コンデンサC1が直流バイアス電流Icによって充電され、第1切換信号φ1がハイレベルからローレベルに反転する際における第1コンデンサC1の充電終了電圧は、温度によって直流バイアス電流Ic及び放電電流Idが変動していない実線N1の場合と比べて高くなっているが、直流バイアス電流Icと同じ比率で放電電流Idも増加しているので、第1コンデンサC1が放電電流Idによって放電され、閾値電圧Vthに達するまでの時間は実線N1の場合と同じになっている。なお、図5(g)の破線N2のように、第2コンデンサC2についても同様に放電電流Idによって放電され、閾値電圧Vthに到達するまでの時間は実線N1の場合と同じである。その結果、温度に応じて放電電流Id及び直流バイアス電流Icは共に増加しているが、実線N1の場合と同様に、正常なパルス幅変調信号PWMoutを出力することができる。 Next, a case where the amplitude of the audio signal is 0 and both the discharge current Id and the DC bias current Ic increase with temperature will be described with reference to the broken line N2 in FIG. As described above, the discharge current Id and the DC bias current Ic both increase due to temperature, but the relationship of Ic: Id = 1: 2 is maintained. Accordingly, when the first capacitor C1 is charged by the DC bias current Ic and the first switching signal φ1 is inverted from the high level to the low level, the charging end voltage of the first capacitor C1 depends on the temperature depending on the DC bias current Ic and the discharge current. Although Id is higher than that in the case of the solid line N1 that does not fluctuate, the discharge current Id also increases at the same ratio as the DC bias current Ic, so the first capacitor C1 is discharged by the discharge current Id, and the threshold value The time until the voltage Vth is reached is the same as in the case of the solid line N1. Note that, as indicated by a broken line N2 in FIG. 5G, the second capacitor C2 is similarly discharged by the discharge current Id, and the time until it reaches the threshold voltage Vth is the same as in the case of the solid line N1. As a result, although both the discharge current Id and the DC bias current Ic increase according to the temperature, a normal pulse width modulation signal PWMout can be output as in the case of the solid line N1.
次に、図5(f)の破線N3を参照して、オーディオ信号eSの振幅が0であり、温度に応じて放電電流Id及び直流バイアス電流Icが共に減少する場合を説明する。上記の通り、放電電流Id及び直流バイアス電流Icは温度に起因して共に減少しているが、Ic:Id=1:2の関係を維持している。従って、第1コンデンサC1が直流バイアス電流Icによって充電され、第1切換信号φ1がハイレベルからローレベルに反転する際における第1コンデンサC1の充電完了電圧は、温度に応じて直流バイアス電流Ic及び放電電流Idが変動していない実線N1の場合と比べて低くなっているが、直流バイアス電流Icと同じ割合で放電電流Idも減少しているので、第1コンデンサC1が放電電流Idによって放電され、閾値電圧Vthに達するまでの時間は実線N1の場合と同じになっている。なお、図5(g)の破線N3のように、第2コンデンサC2についても同様に放電電流Idによって放電され、閾値電圧Vthに達するまでの時間は実線N1の場合と同じである。その結果、温度に応じて放電電流Id及び直流バイアス電流Icは共に減少しているが、実線N1の場合と同様に、正常なパルス幅変調信号PWMoutを出力することができる。 Next, a case where the amplitude of the audio signal eS is 0 and both the discharge current Id and the DC bias current Ic decrease according to the temperature will be described with reference to the broken line N3 in FIG. As described above, the discharge current Id and the DC bias current Ic both decrease due to temperature, but the relationship of Ic: Id = 1: 2 is maintained. Accordingly, when the first capacitor C1 is charged by the DC bias current Ic and the first switching signal φ1 is inverted from the high level to the low level, the charging completion voltage of the first capacitor C1 is the DC bias current Ic and the voltage depending on the temperature. Although the discharge current Id is lower than that in the case of the solid line N1 that does not fluctuate, the discharge current Id also decreases at the same rate as the DC bias current Ic, so the first capacitor C1 is discharged by the discharge current Id. The time to reach the threshold voltage Vth is the same as in the case of the solid line N1. Note that, as indicated by the broken line N3 in FIG. 5G, the second capacitor C2 is similarly discharged by the discharge current Id, and the time until the threshold voltage Vth is reached is the same as in the case of the solid line N1. As a result, although the discharge current Id and the DC bias current Ic both decrease according to the temperature, a normal pulse width modulation signal PWMout can be output as in the case of the solid line N1.
[別の実施形態]
次に、本発明の別の実施形態によるパルス幅変調回路1’を説明する。図7は、パルス幅変調回路1’の要部を示すブロック回路図である。なお、図7では、図2に対して異なる部分のみを記載し、基準クロック生成回路11、デッドタイム生成回路12、立下りエッジ回路13、第1RSフリップフロップ回路17、第2RSフリップフロップ回路18および信号出力回路19は省略している。パルス幅変調回路1’は、充放電期間における第1,第2コンデンサC1,C2の電圧の変化方向を逆にしたものである。すなわち、充電電流Ij(=Ic+Δi)及び放電電流Idの向きが図2のパルス幅変調回路1と逆になっており、第1切換信号φ1がハイレベルの期間に充電電流Ijによって第1コンデンサC1を放電(すなわち、接地電位に対してマイナス方向に充電)し、第1切換信号φ1がローレベルの期間に放電電流Idによって第1コンデンサC1を充電(すなわち、接地電位に対してプラス方向に放電)する。また、パルス幅変調回路1’は、閾値電圧の代わりに第1,第2コンデンサC1,C2の充電電圧を基準電圧Vrefと比較するための比較回路27,28が設けられている。なお、このパルス幅変調回路1’の詳細については上記特許文献2に開示されている。
[Another embodiment]
Next, a pulse
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。直流バイアス電流Icと放電電流Idとの一定比は1:2に限定されず、回路構成によっては1:1や2:3とする場合もある。 As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment. The constant ratio between the DC bias current Ic and the discharge current Id is not limited to 1: 2, but may be 1: 1 or 2: 3 depending on the circuit configuration.
本発明はオーディオ用スイッチングアンプのパルス幅変調回路に好適に適用され得る。 The present invention can be suitably applied to a pulse width modulation circuit of an audio switching amplifier.
1,1’ パルス幅変調回路
2 スイッチング回路
3 ローパスフィルタ回路
4 第1電源
5 第2電源
11 基準クロック生成回路
12 デッドタイム生成回路
13 立下りエッジ検出回路
14 電流生成回路
16 電流バイパス回路
17 第1RSフリップフロップ回路
18 第2RSフリップフロップ回路
19 信号出力回路
23 電圧源
C1 第1コンデンサ
C2 第2コンデンサ
eS オーディオ信号
Ic 直流バイアス電流
Id 放電電流
res1 第1リセット信号
res2 第2リセット信号
set1 第1セット信号
set2 第2セット信号
SW1 第1スイッチ
SW2 第2スイッチ
SW3 第3スイッチ
SW4 第4スイッチ
Vth 閾値電圧
φ1 第1切換信号
φ2 第2切換信号
φ3 第3切換信号
φ4 第4切換信号
1, 1 'pulse
Claims (4)
電荷を蓄積する第2電荷蓄積手段と、
入力される交流電圧から前記交流電圧の振幅に応じて電流値が変化する第1の電流を生成し、かつ、第2の電流を生成する電流生成手段と、
前記第1の電流に基づいて所定のクロック信号の半周期である第1期間において前記第1電荷蓄積手段における電圧を変化させ、前記第2の電流に基づいて前記第1期間とは半周期ずれた前記第1期間に続く第2期間において前記第1電荷蓄積手段における電圧を前記第1期間における増減方向と逆向きに変化させるとともに、前記第1の電流に基づいて前記第2電荷蓄積手段における電圧を変化させ、前記第2の電流に基づいて前記第2期間とは半周期ずれた前記第2期間に続く第3期間において前記第2電荷蓄積手段における電圧を前記第2期間における増減方向と逆向きに変化させる電圧制御手段と、
前記第2期間が開始されてから前記第1電荷蓄積手段における電圧が閾値電圧に到達するまでの時間を検出する第1検出手段と、
前記第3期間が開始されてから前記第2電荷蓄積手段における電圧が前記閾値電圧に到達するまでの時間を検出する第2検出手段と、
前記第1検出手段及び第2検出手段から前記クロック信号の半周期ごとに交互に繰り返し出力される時間に基づいて、当該時間のパルス幅を有するパルス信号を生成するパルス信号生成手段とを備え、
前記電流生成手段が、定電流である第3の電流を生成する定電流生成手段を有し、前記第3の電流および前記交流電圧から前記第1の電流を生成し、前記第3の電流から前記第2の電流を生成する、パルス幅変調回路。 First charge storage means for storing charge;
Second charge storage means for storing charge;
Current generating means for generating a first current whose current value changes according to the amplitude of the AC voltage from the input AC voltage, and generating a second current;
The voltage in the first charge storage means is changed in a first period which is a half cycle of a predetermined clock signal based on the first current, and a half cycle shift from the first period based on the second current. In the second period following the first period, the voltage in the first charge storage means is changed in the direction opposite to the increase / decrease direction in the first period, and the second charge storage means is changed based on the first current. The voltage in the second charge storage means is changed in the second period in the third period following the second period shifted by a half cycle from the second period based on the second current. Voltage control means for changing in the opposite direction;
First detection means for detecting a time from when the second period starts until the voltage in the first charge storage means reaches a threshold voltage;
Second detection means for detecting a time from when the third period starts until the voltage in the second charge storage means reaches the threshold voltage;
A pulse signal generation unit that generates a pulse signal having a pulse width of the time based on a time alternately output from the first detection unit and the second detection unit every half cycle of the clock signal;
The current generation means includes constant current generation means for generating a third current that is a constant current, generates the first current from the third current and the AC voltage, and generates the first current from the third current. A pulse width modulation circuit for generating the second current.
前記第3の電流の1/2の電流値である電流と、前記交流電圧を電流に変換した電流とを加算した第4の電流を生成する差動回路と、
前記第3の電流を第1の電圧に変換する第1電流電圧変換手段と、
前記第1電流電圧変換手段から供給された前記第1の電圧を電流に変換し、前記第2の電流を生成する第1電圧電流変換手段と、
前記第4の電流を第2の電圧に変換する第2電流電圧変換手段と、
前記第2電流電圧変換手段から供給された前記第2の電圧を電流に変換し、前記第1の電流を生成する第2電圧電流変換手段とをさらに有する、請求項1に記載のパルス幅変調回路。 The current generating means is
A differential circuit that generates a fourth current obtained by adding a current having a current value that is ½ of the third current and a current obtained by converting the alternating voltage into a current;
First current-voltage conversion means for converting the third current into a first voltage;
First voltage-current conversion means for converting the first voltage supplied from the first current-voltage conversion means into a current and generating the second current;
Second current-voltage conversion means for converting the fourth current into a second voltage;
2. The pulse width modulation according to claim 1, further comprising: a second voltage-current conversion unit configured to convert the second voltage supplied from the second current-voltage conversion unit into a current and generate the first current. circuit.
所定の基準電源電圧を出力する電圧源と、
前記パルス幅変調回路から出力される変調信号に基づいて、前記電圧源から供給される前記基準電源電圧をスイッチングするスイッチング回路とを備える、スイッチングアンプ。 The pulse width modulation circuit according to any one of claims 1 to 3,
A voltage source that outputs a predetermined reference power supply voltage;
A switching amplifier comprising: a switching circuit that switches the reference power supply voltage supplied from the voltage source based on a modulation signal output from the pulse width modulation circuit.
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