JP2012217118A - Pulse-width modulation circuit and switching amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パルス幅変調回路およびスイッチングアンプに関する。 The present invention relates to a pulse width modulation circuit and a switching amplifier.
オーディオ信号を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。図14はパルス幅変調回路を示す回路図であり、図15,図16は、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。 There has been proposed a pulse width modulation circuit that converts an audio signal into a pulse width modulation signal whose duty ratio changes according to its amplitude. FIG. 14 is a circuit diagram showing a pulse width modulation circuit, and FIGS. 15 and 16 are timing charts showing voltage waveforms of signals of the pulse width modulation circuit.
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、放電用の定電流源58と、電流バイパス回路59と、スイッチSW11〜SW14と、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。
The pulse
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、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R11,R12とによってオペアンプ63の出力端のバイアス電圧が決定され、Ic(>0)は、当該バイアス電圧と、抵抗R14、トランジスタQ11及び電圧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 of 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、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15(b),(c)参照)。第1RSフリップフロップ回路60によってコンデンサC11の放電動作を制御する第3切換信号φ3が生成され(図15(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
コンデンサC11は、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、コンデンサC11は第1切換信号φ1のオン期間に電圧Vaからオーディオ信号eSの振幅Eに応じた電圧Vc(以下、「充電終了電圧Vc」という。)まで上昇する(図15(b),(e)参照)。なお、図15(e)では、電圧波形L1では、充電終了電圧VcはVmとなっており、電圧波形L2,L3では、充電終了電圧VcはVccとなっている。
The capacitor C11 is charged by supplying the charging current Ij (= Ic ± Δi) from the charging
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、スイッチSW13によって定電流源58からの一定の電流Id(以下、「放電電流Id」という。)がコンデンサC11に供給され、これによりコンデンサC11の放電が開始される(図15(d),(e),(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
放電開始後にコンデンサC11の電圧が充電終了電圧Vcから所定の閾値電圧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、スイッチSW13によって定電流源58が電気的に切り離される。第3切換信号φ3がローレベルに反転してもスイッチSW13が実際にオフ動作するまでに僅かのタイムラグがあるので、このタイムラグの間にコンデンサC11の電圧は閾値電圧Vthより僅かに低い電圧Vaに低下する。この電圧Vaは第1切換信号φ1のオフ期間(放電期間)が終了するまで保持され(図15(e),(f)参照)、次の充電期間における充電開始時の電圧となる。
When the voltage of the capacitor C11 drops from the charging end voltage Vc to a predetermined 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. The 1RS flip-
従って、電圧Vaは、第1切換信号φ1の各オン期間(充電期間)における充電開始時の電圧(以下、「充電開始電圧Va」という。)となり、コンデンサC11をオーディオ信号eSの振幅Eに応じた充電終了電圧Vcに上昇させる際の基準電圧となっている。 Therefore, the voltage Va becomes a voltage at the start of charging in each ON period (charging period) of the first switching signal φ1 (hereinafter, referred to as “charging start voltage Va”), and the capacitor C11 is set in accordance with the amplitude E of the audio signal eS. This is the reference voltage for increasing the charging end voltage Vc.
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、放電期間毎にコンデンサC11の放電時間(充電終了電圧Vc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15(g)参照)。
The output rsout1 output from the other output terminal of the first RS flip-
コンデンサC12についてもコンデンサ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、放電期間毎にコンデンサC12の放電時間(充電終了電圧Vc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 capacitor C12 is charged and discharged in the same manner as the capacitor C11, and from the other output terminal of the second RS flip-
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 capacitor C12 is controlled based on the second switching signal φ2, the charging / discharging period is shifted by a half cycle of the reference clock MCLK with respect to the charging / discharging period of the capacitor C11. 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.
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15(h)参照)。 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. 15 (h)).
図15(e)に示す実線L1は、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、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Vc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、以下、「中点電圧Vm」という。)になるように設定されている。
A solid line L1 shown in FIG. 15 (e) shows a waveform when the audio signal eS is a no-signal (Δi = 0), which is a charge / discharge waveform of the capacitor C11. When the audio signal eS is no signal (Δi = 0), the capacitor C11 is charged by the DC bias current Ic. The DC bias current Ic has the charge end voltage Vc of the power supply voltage Vcc 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となり、オーディオ信号eSの振幅Eが所定のレベル(このレベルを「+Es」とする。)以上に過大になると、一点鎖線L2や二点鎖線L3に示すように、充電終了電圧Vcはほぼ第1RSフリップフロップ回路60の電源電圧+Vcc(正確には電源電圧+Vcc+NAND回路の入力端に組み込まれている保護ダイオードの順方向電圧)にクリップされ続けるので、固定される。従って、オーディオ信号eSの正側の振幅Eが過大になっているときには、その振幅Eの大きさに関係なく、パルス幅変調信号PWMoutのパルス幅は固定される。 When the amplitude E of the audio signal eS is positive (Ij = Ic + Δi), the slope of the charging waveform becomes steeper than the solid line L1 depending on the magnitude of the amplitude E, and the amplitude E of the audio signal eS is a predetermined value. If the level becomes excessively higher than this level (this level is assumed to be “+ Es”), the charging end voltage Vc is substantially equal to the power supply voltage + Vcc (exactly Is continuously clipped to the power supply voltage + Vcc + the forward voltage of the protection diode incorporated in the input terminal of the NAND circuit, and is thus fixed. Therefore, when the positive amplitude E of the audio signal eS is excessive, the pulse width of the pulse width modulation signal PWMout is fixed regardless of the magnitude of the amplitude E.
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となり、オーディオ信号eSの振幅Eが所定のレベル(このレベルを「−Es」とする。)以上に過大になると、充電電流Ijは「0」にクリップされるので、その充放電波形は、図16の(e)に示すようになる。 On the other hand, when the amplitude E of the audio signal eS is negative (Ij = Ic−Δi), the slope of the charging waveform becomes gentler than the solid line L1 depending on the magnitude of the amplitude E, and the amplitude of the audio signal eS. When E becomes larger than a predetermined level (this level is set to “−Es”), the charging current Ij is clipped to “0”, and the charge / discharge waveform thereof is shown in FIG. It becomes like this.
この場合は、コンデンサC11及び第2コンデンサC12の電圧が各充電期間に閾値電圧Vth以上に上昇しないので、各放電期間に放電時間に相当するパルス幅のパルス信号を有する出力rsout1及び出力rsout2が生成されず、パルス幅変調信号PWMoutはパルス信号にはならず、図16の(h)に示すように、ローレベルに固定されることになる。 In this case, since the voltage of the capacitor C11 and the second capacitor C12 does not rise above the threshold voltage Vth in each charging period, an output rsout1 and an output rsout2 having a pulse signal having a pulse width corresponding to the discharging time are generated in each discharging period. Instead, the pulse width modulation signal PWMout is not a pulse signal, but is fixed at a low level as shown in FIG.
パルス幅変調回路51におけるパルス幅変調信号PWMoutの生成方法では、各放電期間におけるコンデンサC11,C12の放電時間をオーディオ信号eSの振幅Eに対応させることを基本としているが、その放電時間は、コンデンサC11,C12の充電開始電圧Vaを基準とした充電終了電圧Vcによって決定されるので、各充電期間における充電開始電圧Vaは、振幅Eがクリップされる場合も含めてオーディオ信号eSの振幅Eがどのように変化しても安定していることが重要である。
In the method of generating the pulse width modulation signal PWMout in the pulse
しかし、オーディオ信号eSの振幅EがE<−Esの範囲まで負側に過大になると、充電電流Ijがほぼ0にまで低下するので、このような状態が続いているときには、図16の(e)に示されるように、コンデンサC11及びコンデンサC12は、各充電期間で充電開始電圧Vaから閾値電圧Vth以上に充電されなくなる。このため、上記したように、各充電期間に続く放電期間で放電時間が生じないことになり、パルス幅変調信号PWMoutのレベルはローレベルのままで変化しないことになる(図16の(h)の波形参照)。 However, when the amplitude E of the audio signal eS becomes excessively negative in the range of E <−Es, the charging current Ij decreases to almost 0. Therefore, when such a state continues, (e ), The capacitor C11 and the capacitor C12 are not charged from the charging start voltage Va to the threshold voltage Vth or higher in each charging period. For this reason, as described above, the discharge time does not occur in the discharge period following each charge period, and the level of the pulse width modulation signal PWMout remains low and does not change ((h) in FIG. 16). (Refer to the waveform of).
パルス幅変調信号PWMoutのレベルがローレベルに固定されている状態ではそのパルス幅変調信号PWMoutを再生した音に歪が生じることになるが、パルス幅変調信号PWMoutの波形自体は振幅Eが−Esにクリップされたオーディオ信号eSを反映したものであるので、その現象は上記のパルス幅変調信号PWMoutの生成方法に特有の問題ではないが、各充電期間にコンデンサC11,C12の電圧が閾値電圧Vth以上に上昇しなくなることは充電開始電圧Vaを不安定にさせるので、上記のパルス幅変調信号PWMoutの生成方法では重要な問題である。 In a state where the level of the pulse width modulation signal PWMout is fixed at a low level, distortion occurs in the sound reproduced from the pulse width modulation signal PWMout, but the waveform E of the pulse width modulation signal PWMout itself has an amplitude E of −Es. This phenomenon is not a problem peculiar to the method of generating the pulse width modulation signal PWMout, but the voltage of the capacitors C11 and C12 is changed to the threshold voltage Vth during each charging period. Since the charging start voltage Va becomes unstable when it does not increase more than this, it is an important problem in the method of generating the pulse width modulation signal PWMout.
すなわち、図16の期間T1において、オーディオ信号eSが負側に過大な状態(eS<−Esの状態)で、充電電流Ijがほぼ0であると、コンデンサC11は充電されず、充電終了時まで充電開始電圧Vaに保持されることになる。そして、第1切換信号φ1の立下がりタイミングで第1セット信号set1により第3切換信号φ3が瞬時的にオンになるので、そのオン期間だけスイッチSW3がオンになり、コンデンサC11の蓄積電荷が放電されてコンデンサC11の電圧は充電開始電圧Vaより僅かに低下することになる。 That is, in the period T1 in FIG. 16, when the audio signal eS is excessively negative (the state where eS <−Es) and the charging current Ij is almost 0, the capacitor C11 is not charged, and until the end of charging. The charging start voltage Va is held. Then, since the third switching signal φ3 is instantaneously turned on by the first set signal set1 at the falling timing of the first switching signal φ1, the switch SW3 is turned on only during the ON period, and the accumulated charge in the capacitor C11 is discharged. As a result, the voltage of the capacitor C11 is slightly lower than the charging start voltage Va.
期間T1に続く期間T2と期間T3では、実質的に放電動作も充電動作も行われないので、コンデンサC11の電圧は充電開始電圧Vaより僅かに低下した電圧Va’に保持され、この電圧Va’が期間T3に続く期間T4における充電開始電圧となる。そして、期間T4においては、期間T1と同様の動作が再現されることによりコンデンサC11の電圧が電圧Va’より僅かに低い電圧に低下され、以下、同様の現象が繰り返されてコンデンサC11の充電開始電圧は最初の充電開始電圧Vaから段階的に低下していくことになる。上記の現象は、コンデンサC12についても同様で、コンデンサC12の充電開始電圧も最初の充電開始電圧Vaから段階的に低下していくことになる。 In the period T2 and the period T3 following the period T1, the discharging operation and the charging operation are substantially not performed, so the voltage of the capacitor C11 is held at the voltage Va ′ slightly lower than the charging start voltage Va, and this voltage Va ′. Becomes the charging start voltage in the period T4 following the period T3. In the period T4, the operation similar to that in the period T1 is reproduced, so that the voltage of the capacitor C11 is lowered to a voltage slightly lower than the voltage Va ′. Thereafter, the same phenomenon is repeated and charging of the capacitor C11 is started. The voltage gradually decreases from the initial charging start voltage Va. The above phenomenon is the same for the capacitor C12, and the charging start voltage of the capacitor C12 also decreases stepwise from the initial charging start voltage Va.
コンデンサC11,C12の充電開始電圧Vaはそれぞれ第1切換信号φ1と第2切換信号φ2の1周期毎に段階的に低下するので、オーディオ信号eSの振幅Eが負側に過大な状態(E<−Esの状態)が数周期乃至数十周期に亘って続くと、コンデンサC11,C12の充電開始電圧Vaからの低下量が大きくなり、オーディオ信号eSの振幅Eが負側に過大な状態(E<−Esの状態)から正常な状態(−Es<E<0の状態)に復帰しても、そのときの充電電流Ij(=Ic−Δi)によっては、充電期間にコンデンサC11及びコンデンサC12の電圧が充電開始電圧(<Va)から閾値電圧Vth以上に上昇しないことがある。 Since the charging start voltage Va of the capacitors C11 and C12 decreases step by step for each cycle of the first switching signal φ1 and the second switching signal φ2, the amplitude E of the audio signal eS is excessively negative (E < -Es state) continues for several cycles to several tens of cycles, the amount of decrease from the charging start voltage Va of the capacitors C11 and C12 increases, and the amplitude E of the audio signal eS is excessively negative (E Even if the state returns to the normal state (the state of −Es <E <0) from the state of <−Es), depending on the charging current Ij (= Ic−Δi) at that time, the capacitors C11 and C12 may The voltage may not rise above the threshold voltage Vth from the charging start voltage (<Va).
例えば、図17に示すように、オーディオ信号eSが負側に過大な状態の振幅E(E<−Esの状態)から正常な状態(−Es<E<0の状態)に復帰したときのコンデンサC11の充電開始電圧がVa1(<Va)に低下していたとき、充電期間TAでコンデンサC11が充電開始電圧Vaから充電電流Ijで充電されれば、一点鎖線の波形で示されるように、充電終了電圧Vcが閾値電圧Vthよりも高くなるのに、実線で示されるように、充電開始が電圧Va1から充電されるので、充電終了電圧Vcは閾値電圧Vthに達しない場合、放電期間TBで放電時間tが得られず、パルス幅変調信号PWMoutはローレベルに保持されたままとなる。 For example, as shown in FIG. 17, the capacitor when the audio signal eS is returned to the normal state (the state of −Es <E <0) from the amplitude E (the state of E <−Es) that is excessively negative on the negative side. When the charging start voltage of C11 is reduced to Va1 (<Va), if the capacitor C11 is charged with the charging current Ij from the charging start voltage Va in the charging period TA, the charging is performed as shown by the dashed line waveform. Although the end voltage Vc is higher than the threshold voltage Vth, as shown by the solid line, the charge start is charged from the voltage Va1, and therefore, when the charge end voltage Vc does not reach the threshold voltage Vth, it is discharged in the discharge period TB. The time t cannot be obtained, and the pulse width modulation signal PWMout remains held at the low level.
また、コンデンサC11の充電開始電圧Vaは、放電期間TBにVa1からVa2(Va1<Va2<Vth)に変化し、次の充電期間TCでコンデンサC11が電圧Va2から充電電流Ijで充電され、充電終了電圧Vcが閾値電圧Vthを超えたとしても、放電期間TDに検出される放電時間t’は正しい放電時間t”より短くなり、その放電時間t’に基づいて生成されたパルス幅変調信号PWMoutのパルスはオーディオ信号eSの振幅Eに対応したものにはならない。 The charging start voltage Va of the capacitor C11 changes from Va1 to Va2 (Va1 <Va2 <Vth) during the discharging period TB, and the capacitor C11 is charged with the charging current Ij from the voltage Va2 during the next charging period TC, and the charging ends. Even if the voltage Vc exceeds the threshold voltage Vth, the discharge time t ′ detected in the discharge period TD is shorter than the correct discharge time t ″, and the pulse width modulation signal PWMout generated based on the discharge time t ′ The pulse does not correspond to the amplitude E of the audio signal eS.
すなわち、充電開始電圧Vaが段階的に低下することにより、オーディオ信号eSの振幅Eが負側に過大な状態(E<−Esの状態)から正常な状態(−Es<E<0の状態)に復帰したタイミングにおけるパルス幅変調信号PWMoutの応答性が、少なくともTA〜TDの期間(基準クロックMCLKの2周期分)は遅れ、再生音の歪んだ状態がそのタイムラグの期間まで継続するという不都合が生じる。 That is, as the charging start voltage Va decreases stepwise, the amplitude E of the audio signal eS is excessive from the negative side (state of E <−Es) to the normal state (state of −Es <E <0). The responsiveness of the pulse width modulation signal PWMout at the timing of returning to is delayed at least during the period TA to TD (two periods of the reference clock MCLK), and the distorted state of the reproduced sound continues until the time lag period. Arise.
この問題を解決するために本出願人は、特開2009−141408号で、充電電流生成回路において、オーディオ信号eSを電圧−電流変換した電流(Ic±Δi)に補助電流Iminを加算した電流Ijを生成し、オーディオ信号の振幅が負側に過大になると、その電流IjはImin以下にならないように制限するパルス幅変調回路を提案した。しかし、このパルス幅変調回路によると、常に、ダイオードD1等の非線形素子を経由して信号電流が流れることになり、高精度なパルス幅変調ができない(その結果オーディオ信号の音質が劣化する)という問題がある。 In order to solve this problem, the present applicant disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-141408 a current Ij obtained by adding an auxiliary current Imin to a current (Ic ± Δi) obtained by voltage-to-current conversion of an audio signal eS in a charging current generation circuit. When the amplitude of the audio signal becomes excessive on the negative side, a pulse width modulation circuit is proposed that limits the current Ij so that it does not fall below Imin. However, according to this pulse width modulation circuit, a signal current always flows through a non-linear element such as the diode D1, and high-precision pulse width modulation cannot be performed (as a result, sound quality of the audio signal is deteriorated). There's a problem.
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、入力信号が負側に過大になった場合でも、正常な状態に復帰したときに直ちに正常なパルス幅変調信号を出力することができ、かつ、信号経路に直列に非線形素子を挿入する必要がないパルス幅変調回路を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and its purpose is to immediately perform normal pulse width modulation when the input signal returns to a normal state even when the input signal becomes excessively negative. To provide a pulse width modulation circuit that can output a signal and does not need to insert a non-linear element in series in the signal path.
本発明の好ましい実施形態によるパルス幅変調回路は、基準クロックの一方レベルの期間に充電動作を実行させるための第1の制御信号と、前記基準クロックの他方レベルの期間に充電動作を実行させるための第2の制御信号とを生成する充電制御信号生成部と、前記第1の制御信号により充電動作が実行された一方レベルの期間に続く他方レベルの期間に、前記充電動作で蓄積された電荷の放電動作を実行させるための第3の制御信号と、前記第2の制御信号により充電動作が実行された他方レベルの期間に続く一方レベルの期間に前記充電動作で蓄積された電荷の放電動作を実行させるための第4の制御信号とを生成する放電制御信号生成部と、前記第1の制御信号に応じて入力信号のレベルに基づいて生成される充電電流により第1コンデンサを充電する充電動作と、前記第3の制御信号に応じて前記第1コンデンサの蓄積電荷を一定の放電電流で放電する放電動作とを実行し、前記放電動作を実行している各期間に前記第1コンデンサが放電開始時のレベルから基準レベルに変化するまでの放電時間をパルス幅とする第1のパルス信号を生成する第1のパルス信号生成部と、前記第2の制御信号に応じて前記充電電流により第2コンデンサを充電する充電動作と、前記第4の制御信号に応じて前記第2コンデンサの蓄積電荷を前記放電電流で放電する放電動作とを実行し、前記放電動作を実行している各期間に前記第2コンデンサが放電開始時のレベルから前記基準レベルに変化するまでの放電時間をパルス幅とする第2のパルス信号を生成する第2のパルス信号生成部と、前記第1のパルス信号生成部で生成される第1のパルス信号と前記第2のパルス信号生成部で生成される第2のパルス信号とを合成し、各パルスのパルス幅が前記入力信号のレベルに応じて変化するパルス幅変調信号を出力するパルス信号合成部と、前記入力信号の負側の振幅が所定のレベルを超えるときに、前記第1コンデンサおよび前記第2コンデンサに電圧を供給することにより、前記第1コンデンサおよび前記第2コンデンサの電圧を所定電圧に維持させる電圧維持部とを備える。 A pulse width modulation circuit according to a preferred embodiment of the present invention is configured to execute a charging operation during a period of one level of the reference clock and a period of the other level of the reference clock. A charge control signal generating unit for generating the second control signal, and the charge accumulated in the charging operation during the other level period following the one level period during which the charging operation is performed by the first control signal. A discharge operation of the charge accumulated in the charging operation in a period of one level following a third control signal for executing the discharging operation of the second level and a period of the other level in which the charging operation is executed by the second control signal A discharge control signal generation unit that generates a fourth control signal for executing the first control signal, and a charging current generated based on the level of the input signal in accordance with the first control signal. In each period during which the discharge operation is performed, a charge operation for charging the capacitor and a discharge operation for discharging the accumulated charge of the first capacitor with a constant discharge current according to the third control signal. A first pulse signal generation unit for generating a first pulse signal having a pulse width as a discharge time until the first capacitor changes from a level at the start of discharge to a reference level; and according to the second control signal A charging operation for charging the second capacitor with the charging current, and a discharging operation for discharging the accumulated charge of the second capacitor with the discharging current according to the fourth control signal, and executing the discharging operation. A second pulse signal generator for generating a second pulse signal having a pulse width that is a discharge time until the second capacitor changes from the level at the start of discharge to the reference level during each period The first pulse signal generated by the first pulse signal generation unit and the second pulse signal generated by the second pulse signal generation unit are synthesized, and the pulse width of each pulse is equal to the input signal. A pulse signal synthesizer that outputs a pulse width modulation signal that changes according to the level, and supplies a voltage to the first capacitor and the second capacitor when the negative amplitude of the input signal exceeds a predetermined level Thus, a voltage maintaining unit that maintains the voltages of the first capacitor and the second capacitor at a predetermined voltage is provided.
好ましい実施形態においては、前記電圧維持部が、前記電圧を供給する電圧源と、カソードが前記第1コンデンサに接続され、アノードが前記電圧源に接続された第1ダイオードと、カソードが前記第2コンデンサに接続され、アノードが前記電圧源に接続された第2ダイオードとを含む。 In a preferred embodiment, the voltage maintaining unit includes a voltage source that supplies the voltage, a cathode connected to the first capacitor, an anode connected to the voltage source, and a cathode connected to the second capacitor. A second diode connected to the capacitor and having an anode connected to the voltage source.
好ましい実施形態においては、前記電圧源が、一端が第1電源に接続され、他端が前記第1ダイオードのアノードと、前記第2ダイオードのアノードとに接続された第1抵抗と、一端が第2電源に接続され、他端が前記第1ダイオードのアノードと、前記第2ダイオードのアノードとに接続された第2抵抗と、一端が前記第1抵抗と前記第2抵抗との接続点に接続され、他端が前記第2電源に接続された第3コンデンサとを含む。 In a preferred embodiment, the voltage source has one end connected to the first power source, the other end connected to the anode of the first diode and the anode of the second diode, and one end connected to the first power source. Connected to two power sources, the other end connected to the anode of the first diode and the anode of the second diode, and one end connected to the connection point of the first resistor and the second resistor And a third capacitor having the other end connected to the second power source.
好ましい実施形態においては、前記電圧源の電圧から前記第1ダイオードの両端電圧を減算した電圧が、前記所定電圧に設定され、前記電圧源の電圧から前記第2ダイオードの両端電圧を減算した電圧が、前記所定電圧に設定されている。 In a preferred embodiment, the voltage obtained by subtracting the voltage across the first diode from the voltage of the voltage source is set to the predetermined voltage, and the voltage obtained by subtracting the voltage across the second diode from the voltage of the voltage source is The predetermined voltage is set.
好ましい実施形態においては、前記電圧維持部が、前記電圧を供給する電圧源と、第1端子が前記第1コンデンサに接続され、第2端子と制御端子とが前記電圧源に接続された第1トランジスタと、第1端子が前記第2コンデンサに接続され、第2端子と制御端子とが前記電圧源に接続された第2トランジスタとを含む。 In a preferred embodiment, the voltage maintaining unit includes a voltage source that supplies the voltage, a first terminal connected to the first capacitor, and a second terminal and a control terminal connected to the voltage source. A transistor; and a second transistor having a first terminal connected to the second capacitor and a second terminal and a control terminal connected to the voltage source.
好ましい実施形態においては、前記電圧源が、一端が第1電源に接続され、他端が前記第1トランジスタの制御端子と、前記第2トランジスタの制御端子とに接続された第1抵抗と、一端が第2電源に接続され、他端が前記第1トランジスタの制御端子と、前記第2トランジスタの制御端子とに接続された第2抵抗と、一端が前記第1抵抗と前記第2抵抗との接続点に接続され、他端が前記第2電源に接続された第3コンデンサとを含む。 In a preferred embodiment, the voltage source includes a first resistor having one end connected to the first power supply and the other end connected to the control terminal of the first transistor and the control terminal of the second transistor, and one end Is connected to the second power source, the other end is connected to the control terminal of the first transistor and the control terminal of the second transistor, and one end of the first resistor and the second resistor. A third capacitor connected to the connection point and having the other end connected to the second power source.
好ましい実施形態においては、前記電圧源の電圧から、前記第1トランジスタの制御端子−第1端子間電圧を減算した電圧が、前記所定電圧に設定され、前記電圧源の電圧から、前記第2トランジスタの制御端子−第1端子間電圧を減算した電圧が、前記所定電圧に設定されている。 In a preferred embodiment, a voltage obtained by subtracting a voltage between the control terminal and the first terminal of the first transistor from the voltage of the voltage source is set to the predetermined voltage, and the second transistor is determined from the voltage of the voltage source. A voltage obtained by subtracting the voltage between the control terminal and the first terminal is set to the predetermined voltage.
好ましい実施形態においては、前記電圧維持部が、前記入力信号の負側の振幅が所定のレベルを超えるときに、前記第1コンデンサおよび前記第2コンデンサに電圧を供給し、前記入力信号の負側の振幅が所定のレベルを超えないときに、前記第1コンデンサおよび前記第2コンデンサに電圧を供給しないように、前記電圧源の電圧値を変化させる。 In a preferred embodiment, the voltage maintaining unit supplies a voltage to the first capacitor and the second capacitor when the amplitude of the negative side of the input signal exceeds a predetermined level, and the negative side of the input signal When the amplitude of the voltage source does not exceed a predetermined level, the voltage value of the voltage source is changed so that the voltage is not supplied to the first capacitor and the second capacitor.
好ましい実施形態においては、前記電圧源が、前記第1のパルス信号生成部によって生成される前記第1のパルス信号が供給され、前記第1のパルス信号がハイレベルのときに前記第1のパルス信号の電圧によって充電され、前記第1のパルス信号がローレベルのときに前記第1のパルス信号の電圧によって充電された電圧が放電される第3コンデンサを含み、前記電圧源の電圧値には前記第1のパルス信号の電圧によって充電された前記第3コンデンサの充電電圧が加算されることにより前記電圧源の電圧値を変化させる。 In a preferred embodiment, the voltage source is supplied with the first pulse signal generated by the first pulse signal generation unit, and the first pulse signal when the first pulse signal is at a high level. A third capacitor that is charged by the voltage of the signal and that discharges the voltage charged by the voltage of the first pulse signal when the first pulse signal is at a low level; The voltage value of the voltage source is changed by adding the charging voltage of the third capacitor charged by the voltage of the first pulse signal.
好ましい実施形態においては、前記電圧源が、一端が所定電位に接続され、他端が前記第1ダイオードのアノードと、前記第2ダイオードのアノードとに接続された第1抵抗と、一端が前記第1抵抗の他端に接続され、他端が前記所定電位に接続された第3コンデンサと、一端が前記第1コンデンサの一端に接続された第2抵抗と、カソードが前記第2抵抗の他端に接続され、アノードには前記第1のパルス信号が供給される第3ダイオードとを含む。 In a preferred embodiment, the voltage source has one end connected to a predetermined potential, the other end connected to the anode of the first diode and the anode of the second diode, and one end connected to the first resistor. A third capacitor connected to the other end of one resistor, the other end connected to the predetermined potential, a second resistor connected to one end of the first capacitor, and a cathode connected to the other end of the second resistor The anode includes a third diode to which the first pulse signal is supplied.
好ましい実施形態においては、前記電圧源が、一端が所定電位に接続され、他端が前記第1トランジスタの制御端子と、前記第2トランジスタの制御端子とに接続された第1抵抗と、一端が前記第1抵抗の他端に接続され、他端が前記所定電位に接続された第3コンデンサと、一端が前記第1コンデンサの一端に接続された第2抵抗と、カソードが前記第2抵抗の他端に接続され、アノードには前記第1のパルス信号が供給される第3ダイオードとを含む。 In a preferred embodiment, the voltage source includes a first resistor having one end connected to a predetermined potential and the other end connected to the control terminal of the first transistor and the control terminal of the second transistor, and one end A third capacitor connected to the other end of the first resistor, the other end connected to the predetermined potential, a second resistor connected to one end of the first capacitor, and a cathode connected to the second resistor. A third diode connected to the other end and supplied with the first pulse signal is included in the anode.
本発明は上記構成を有することによって、入力信号が負側に過大になった場合でも、正常な状態に復帰したときに直ちに正常なパルス幅変調信号を出力することができ、かつ、信号経路に非線形素子を挿入する必要がないパルス幅変調回路を提供することができる。 By having the above configuration, the present invention can output a normal pulse width modulation signal immediately after returning to a normal state even when the input signal becomes excessive on the negative side, and in the signal path. A pulse width modulation circuit that does not require insertion of a nonlinear element can be provided.
図1は、本発明のパルス幅変調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。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3の出力には、負荷RLとしてのスピーカーが接続されている。
FIG. 1 is a block diagram showing a switching amplifier to which a pulse width modulation circuit of the present invention is applied. The 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。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、パルス幅変調信号PWMoutの位相を反転させるインバータ2aと、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、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。ローパスフィルタ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-
図2は、パルス幅変調回路10のブロック構成図である。図3は、パルス幅変調回路10に含まれる充放電動作に関する回路(図2の一点鎖線で囲まれた回路参照)の回路図である。
FIG. 2 is a block diagram of the pulse
パルス幅変調回路10は、図2に示すように、クロック生成回路11と、差動増幅回路12と、第1充電電流生成回路13と、第2充電電流生成回路14と、スイッチSW1〜SW4と、コンデンサC1,C2と、第1放電用定電流回路15と、第2放電用定電流回路16と、第1パルス生成回路17と、第2パルス生成回路18と、パルス合成回路19と、充電開始電圧維持回路20とを備える。なお、パルス幅変調回路10の動作を示す図4のタイミングチャートを随時参照する。
As shown in FIG. 2, the pulse
クロック生成回路11は、基準クロック信号MCLK(図4(a)参照)を生成し、その基準クロック信号MCLKから第1制御信号φ1と第2制御信号φ2とを生成する。基準クロック信号MCLKは、デューティ比がほぼ50%のクロック信号であり、第1及び第2制御信号φ1,φ2の基準信号となるものである。第1及び第2制御信号φ1,φ2は、コンデンサC1,C2に充電動作を行なわせるためにスイッチSW1,SW2のオン、オフ動作を制御する信号である。第2制御信号φ2は、第1制御信号φ1に対して逆位相の関係を有する。クロック生成回路11は、第1制御信号φ1をスイッチSW1に出力し、第2制御信号φ2をスイッチSW2に出力する。
The
クロック生成回路11は、第1及び第2制御信号φ1,φ2から第1及び第2セット信号set1,set2を生成する。第1セット信号set1は、図4(d)に示すように、第1制御信号φ1のローレベルからハイレベルに反転する際の立上りエッジを検出した信号であり、第2セット信号set2は、図4(e)に示すように、第2制御信号φ2のローレベルからハイレベルに反転する際の立上りエッジを検出した信号である。第1セット信号set1は、R−Sラッチ回路によって構成される第1パルス生成回路17にセット信号として入力され、第2セット信号set2は、R−Sラッチ回路によって構成される第2パルス生成回路18にセット信号として入力される。
The
差動増幅回路12は、オーディオ信号発生源AUからパルス幅変調回路10に供給されるオーディオ信号eSの接地電位を基準とした振幅を増幅して出力する回路である。差動増幅回路12は、2つのトランジスタのエミッタを相互に接続し、両トランジスタのコレクタをそれぞれ抵抗を介して正の電源(電源電圧+V)に接続し、両トランジスタのエミッタを定電流回路を介して負の電源(電源電圧−V)に接続した回路である。差動増幅回路12では、一方のトランジスタのベースにオーディオ信号eSを入力し、他方のトランジスタのベースを接地電位に接続することによって両トランジスタのコレクタの間にオーディオ信号eSの接地電位を基準とした差電圧(オーディオ信号eSの振幅)を増幅した電圧が出力される。この差電圧は、第1及び第2充電電流生成回路13,14に出力される。
The
第1及び第2充電電流生成回路13,14は、差動増幅回路12から出力される電圧をその電圧の変化に比例して変化する電流に変換する回路である。第1充電電流生成回路13と第2充電電流生成回路14とは同一の回路構成である。第1充電電流生成回路13は、コンデンサC1に接続されており、電圧−電流変換した電流をコンデンサC1に供給することでコンデンサC1を充電する。従って、第1充電電流生成回路13は、コンデンサC1を充電するための充電電流を生成する。第2充電電流生成回路14は、コンデンサC2に接続されており、電圧−電流変換した電流をコンデンサC2に供給することでコンデンサC2を充電する。従って、第2充電電流生成回路14は、コンデンサC2を充電するための充電電流を生成する。
The first and second charging
第1及び第2充電電流生成回路13,14における変換コンダクタンスをGmとすると、オーディオ信号eSが第1及び第2充電電流生成回路13,14で変換される電流Δiは、Δi=Gm・eSで表すことができる。また、第1及び第2充電電流生成回路13,14におけるバイアス電流をIcとすると、2コンデンサC1,C2の充電電流は、Ic+Gm・eS=Ic+Δiで表すことができる。
When the conversion conductance in the first and second charging
スイッチSW1は、第1充電電流生成回路13に電源電圧+Vを供給するか否か、すなわち、第1充電電流生成回路13を動作させてコンデンサC1を充電するか否かを制御する回路であり、スイッチSW2は、第2充電電流生成回路14に電源電圧+Vを供給するか否か、すなわち、第2充電電流生成回路14を動作させてコンデンサC2を充電するか否かを制御する回路である。スイッチSW1とスイッチW2とは同一の回路構成である。スイッチSW1,SW2は、クロック生成回路11から出力される第1及び第2制御信号φ1,φ2に基づいてオン、オフ動作される。スイッチSW1は、第1制御信号φ1がローレベルの状態でオン動作し、ハイレベルの状態でオフ動作する。また、スイッチSW2は、第2制御信号φ2がローレベルの状態でオン動作し、ハイレベルの状態でオフ動作する。
The switch SW1 is a circuit that controls whether to supply the power supply voltage + V to the first charging
第1放電用定電流回路15は、充電電流(Ic+Δi)で充電されたコンデンサC1の蓄積電荷を放電させるための回路であり、第2放電用定電流回路15は、充電電流(Ic+Δi)で充電されたコンデンサC2の蓄積電荷を放電させるための回路である。第1放電用定電流回路15は、コンデンサC1に接続されており、一定の放電電流IdでコンデンサC1に蓄積された電荷を引き込むことにより、コンデンサC1の蓄積電荷を放電させる。一方、第2放電用定電流回路16は、コンデンサC2に接続されており、一定の放電電流IdによってコンデンサC2に蓄積された電荷を引き込むことにより、コンデンサC2の蓄積電荷を放電させる。
The first discharging constant
スイッチSW3は、第1放電用定電流回路15に電源電圧−Vを供給するか否か、すなわち、第1放電用定電流回路15を動作させてコンデンサC1を放電するか否かを制御する回路であり、スイッチSW4は、第2放電用定電流回路16に電源電圧−Vを供給するか否か、すなわち、第2放電用定電流回路16を動作させてコンデンサC2を放電するか否かを制御する回路である。スイッチSW3とスイッチW4とは同一の回路構成である。スイッチSW3,SW4は、第1及び第2パルス生成回路17,18からそれぞれ出力される第3及び第4制御信号φ3,φ4に基づいてオン、オフ動作される。スイッチSW3は、第3制御信号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、スイッチSW4は、第4制御信号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 switch SW3 is a circuit that controls whether or not the power supply voltage −V is supplied to the first discharging constant
コンデンサC1,C2は、オーディオ信号eSの振幅を時間に変換するための素子である。オーディオ信号eSの振幅は、コンデンサC1,C2をオーディオ信号eSの振幅に比例した充電電流(Ic+Δi)で一定時間(基準クロック信号MCLKの周期Tの1/2の時間)だけ充電した後その蓄積電荷を一定の放電電流Idで放電し、その放電時間をパルス幅とするパルスを生成することによって時間に変換される。 The capacitors C1 and C2 are elements for converting the amplitude of the audio signal eS into time. The amplitude of the audio signal eS is obtained by charging the capacitors C1 and C2 with a charging current (Ic + Δi) proportional to the amplitude of the audio signal eS for a certain period of time (half the period T of the reference clock signal MCLK). Is discharged with a constant discharge current Id, and converted into time by generating a pulse having the discharge time as a pulse width.
第1パルス生成回路17は、コンデンサC1の両端電圧が放電開始時の電圧レベルから所定の閾値電圧(基準レベル)Vthに変化するまでの放電時間をパルス幅とする第1パルス信号rsout1(図4(j)参照)と、スイッチSW3のオン・オフ動作を制御する第3制御信号φ3(図4(h)参照)を生成する回路である。なお、本実施形態では、後述するように第1パルス生成回路17及び第2パルス生成回路18はNAND回路を用いたR−Sラッチ回路で構成されるので、閾値電圧VthはNAND回路の閾値電圧となる。
The first
第1パルス信号rsout1は、パルス合成回路19に出力され、第3制御信号φ3はスイッチSW3に出力される。第2パルス生成回路18は、コンデンサC2の両端電圧が放電開始時の電圧レベルから上記の閾値電圧Vthに変化するまでの放電時間をパルス幅とする第2パルス信号rsout2(図4(k)参照)と、スイッチSW4のオン・オフ動作を制御する第4制御信号φ4(図4(i)参照)を生成する回路である。第2パルス信号rsout2は、パルス合成回路19に出力され、第4制御信号φ4はスイッチSW4に出力される。
The first pulse signal rsout1 is output to the
パルス合成回路19は、第1及び第2パルス生成回路17,18から出力される第1及び第2パルス信号rsout1,rsout2を合成し、PWM変調信号PWMout(図4(l)参照)として出力する回路である。
The
充電開始電圧維持回路20は、オーディオ信号eSの振幅が負側の過大な範囲(−Es以下の範囲)で変動している場合に、コンデンサC1、C2の充電開始電圧が定電流Idによる放電動作によってVaよりも低下することを防止し、コンデンサC1、C2の充電開始電圧をVaに維持する。充電開始電圧維持回路20を設ける理由を説明する。図5は、入力されるオーディオ信号eSと充電電流生成回路からの出力電流IS(充電電流)との関係を示す図である。
When the amplitude of the audio signal eS fluctuates in an excessive range on the negative side (a range of −Es or less), the charging start
図5(b)に示すように、充電電流生成回路から出力される電流ISは、0以上の範囲でオーディオ信号eSの振幅±Eに応じて変化する。オーディオ信号eSの正側の振幅+Eが過大(図5(a)の+E≧+Esの部分参照)であっても電流ISは、図5(b)に示すように、オーディオ信号eSの振幅+Eに応じて変化する電流Ic+Δi=Ic+Gm・Eとなるが、オーディオ信号eSの負側の振幅−Eが過大(図5(a)の−E≦−Esの部分参照)では、電流ISは、「0」にクリップされる((イ)の部分参照)。 As shown in FIG. 5B, the current Is output from the charging current generation circuit varies in the range of 0 or more according to the amplitude ± E of the audio signal eS. Even if the positive amplitude + E of the audio signal eS is excessive (refer to the portion of + E ≧ + Es in FIG. 5A), the current IS is changed to the amplitude + E of the audio signal eS as shown in FIG. 5B. The current Ic + Δi = Ic + Gm · E changes accordingly. However, when the amplitude −E on the negative side of the audio signal eS is excessive (see the portion −E ≦ −Es in FIG. 5A), the current IS is “0. (See the part (a)).
従って、オーディオ信号eSの振幅±Eが図5(a)の電圧範囲A(−Es以上の範囲)で変動している場合は、オーディオ信号eSの振幅±Eに応じて変化する電流IS(=Ic±Δi=Ic±Gm・E)が出力される。一方、オーディオ信号eSの振幅−Eが図5(a)の電圧範囲B(−Es以下の範囲)で変動している場合は、その変動に関係なく電流は出力されない。 Therefore, when the amplitude ± E of the audio signal eS fluctuates in the voltage range A (range of −Es or more) in FIG. 5A, the current IS (= Ic ± Δi = Ic ± Gm · E) is output. On the other hand, when the amplitude -E of the audio signal eS varies within the voltage range B (a range equal to or less than -Es) in FIG. 5A, no current is output regardless of the variation.
オーディオ信号eSの正側の振幅+Eが過大で、コンデンサC1,C2の充電電流IjがIP以上になってもコンデンサC1,C2の充電波形は、コンデンサC1の充電終了電圧Vcは、ほぼ第1,第2RSフリップフロップ回路17,18の電源電圧+Vccにクリップされる。
Even if the positive amplitude + E of the audio signal eS is excessive and the charging current Ij of the capacitors C1 and C2 becomes equal to or higher than IP, the charging waveform of the capacitors C1 and C2 is almost equal to the charging end voltage Vc of the capacitor C1. Clipped to the power supply voltage + Vcc of the second RS flip-
オーディオ信号eSの負側の振幅−Eが−E<−Esの範囲で変動している場合には、充電電流Ijは「0」になるので、例えば、充電期間に充電電流生成回路13がコンデンサC1に接続されても実質的に充電は行われず、コンデンサC1の電圧は充電開始電圧Vaから上昇しない。そして、この状態が基準クロックMCLKの数周期乃至数十周期に亘って続くと、コンデンサC1の充電開始電圧が段階的に低下するという問題が生じる。コンデンサC2についても同様である。 When the amplitude −E on the negative side of the audio signal eS varies in the range of −E <−Es, the charging current Ij becomes “0”. Even if connected to C1, charging is not substantially performed, and the voltage of the capacitor C1 does not rise from the charging start voltage Va. When this state continues for several cycles to several tens of cycles of the reference clock MCLK, there arises a problem that the charging start voltage of the capacitor C1 decreases stepwise. The same applies to the capacitor C2.
充電開始電圧Vaが段階的に低下する理由は、例えば、コンデンサC1の場合、以下の動作が行われるからである。すなわち、コンデンサC1は、各充電期間における充電電流Ijが「0」となることにより各充電期間に実質的に電荷が蓄積されず(コンデンサC1の電圧が上昇せず)、その充電終了電圧Vcは、充電開始電圧Vaと同一となる。充電開始電圧は閾値電圧Vthよりも小さいから、後述する第1RSフリップフロップ回路17の第1リセット信号res1が入力される入力端子はローレベルとなっている。この状態で充電期間の終了時(放電開始時)に第1RSフリップフロップ回路17に第1セット信号set1が入力されると、第1RSフリップフロップ回路17の両入力端子は同時に一瞬ローレベル(不定状態)となり、第1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が瞬時的にハイレベルとなる。これによりコンデンサC1の蓄積電荷が放電電流Idで瞬時的に放電され、コンデンサC1の電圧が微小ながら低下するからである。コンデンサC2についても同様である。
The reason why the charging start voltage Va decreases stepwise is, for example, that the following operation is performed in the case of the capacitor C1. That is, since the charge current Ij in each charging period becomes “0”, the capacitor C1 does not substantially accumulate charges in each charging period (the voltage of the capacitor C1 does not increase), and the charging end voltage Vc is The charging start voltage Va is the same. Since the charging start voltage is smaller than the threshold voltage Vth, the input terminal to which a first reset signal res1 of the first RS flip-
この問題を解決するために、充電開始電圧維持回路20は、コンデンサC1、C2の電圧が定電流Idによる放電動作によって電圧Vaよりも低下しようとするときに、電源電圧をコンデンサC1、C2に供給することによって、コンデンサC1、C2の充電開始電圧がVaよりも低下することを防止する。図2,図3に示すように、充電開始電圧維持回路20は、ダイオードD51、D52と、電圧源Vxとを有する。
In order to solve this problem, the charging start
充電開始電圧維持回路20の詳細回路を図6Aに示す。充電開始電圧維持回路20は、ダイオードD51、D52と、抵抗R51、R52と、コンデンサC51と、電源+Vcc、−Vccとを有する。抵抗R51、R52と、コンデンサC51と、電源+Vcc、−Vccとは、電圧源Vxを構成する。ダイオードD51のカソードは、コンデンサC1に接続され、そのアノードは、抵抗R51とR52とコンデンサC51との接続点に接続されている。ダイオードD52のカソードは、コンデンサC2に接続され、そのアノードは、抵抗R51とR52とコンデンサC51との接続点に接続されている。抵抗R51は電源+Vccに接続され、抵抗R52およびコンデンサC51は電源−Vccに接続されている。
A detailed circuit of the charging start
上記構成によって、コンデンサC1の電圧が定電流Idによって、抵抗R51と抵抗R52とコンデンサC51との接続点における電圧V1からダイオードD51の両端電圧Vd51を減算した電圧値よりも低下しようとすると、電圧源VxからコンデンサC1に電圧が供給される(電流が流れる)ことによって、コンデンサC1の電圧の低下が防止される。同様に、コンデンサC2の電圧が定電流Idによって、抵抗R51と抵抗R52とコンデンサC51との接続点における電圧V1からダイオードD52の両端電圧Vd52を減算した電圧値よりも低下しようとすると、電圧源VxからコンデンサC2に電圧が供給される(電流が流れる)ことによって、コンデンサC2の電圧の低下が防止される。つまり、電圧V1からダイオードD51の両端電圧Vd51(またはダイオードD52の両端電圧Vd52)を減算した電圧値がVaになるように、充電開始電圧維持回路20の各素子(抵抗、コンデンサ、ダイオード等)の値が設定されている。
With the above configuration, when the voltage of the capacitor C1 is reduced by the constant current Id to be lower than the voltage value obtained by subtracting the voltage Vd51 across the diode D51 from the voltage V1 at the connection point of the resistor R51, the resistor R52, and the capacitor C51, the voltage source A voltage is supplied from Vx to the capacitor C1 (current flows), thereby preventing a decrease in the voltage of the capacitor C1. Similarly, if the voltage of the capacitor C2 is reduced by a constant current Id to lower than the voltage value obtained by subtracting the voltage Vd52 across the diode D52 from the voltage V1 at the connection point of the resistor R51, the resistor R52 and the capacitor C51, the voltage source Vx Is supplied to the capacitor C2 (current flows), thereby preventing the voltage of the capacitor C2 from decreasing. That is, each element (resistor, capacitor, diode, etc.) of the charging start
図6Bは他の実施形態による充電開始電圧維持回路20の詳細回路を示す。図6Bでは、ダイオードD51、D52の代わりに、トランジスタQ51、Q52が設けられている。トランジスタQ51は、エミッタがコンデンサC1に接続され、ベースが抵抗R51と抵抗R52とコンデンサC51との接続点に接続され、コレクタが抵抗R51と電源+Vccとの間に接続されている。トランジスタQ52は、エミッタがコンデンサC2に接続され、ベースが抵抗R51と抵抗R52とコンデンサC51との接続点に接続され、コレクタが抵抗R51と電源+Vccとの間に接続されている。
FIG. 6B shows a detailed circuit of the charging start
上記構成によって、コンデンサC1の電圧が定電流Idによって、抵抗R51と抵抗R52とコンデンサC51との接続点における電圧V1からトランジスタQ51のベース−エミッタ間電圧Vbe51を減算した電圧値よりも低下しようとすると、電圧源VxからコンデンサC1に電圧が供給される(電流が流れる)ことによって、コンデンサC1の電圧の低下が防止される。同様に、コンデンサC2の電圧が定電流Idによって、抵抗R51と抵抗R52とコンデンサC51との接続点における電圧V1からトランジスタQ52のベース−エミッタ間電圧Vbe52を減算した電圧値よりも低下しようとすると、電圧源VxからコンデンサC2に電圧が供給される(電流が流れる)ことによって、コンデンサC2の電圧の低下が防止される。つまり、電圧V1からトランジスタQ51のベース−エミッタ間電圧Vbe51(またはトランジスタQ52のベース−エミッタ間電圧Vbe52)を減算した電圧値がVaになるように、充電開始電圧維持回路20の各素子(抵抗、コンデンサ、トランジスタ等)の値が設定されている。
With the above configuration, when the voltage of the capacitor C1 is to be lowered by the constant current Id than the voltage value obtained by subtracting the base-emitter voltage Vbe51 of the transistor Q51 from the voltage V1 at the connection point of the resistor R51, the resistor R52 and the capacitor C51. By supplying a voltage from the voltage source Vx to the capacitor C1 (current flows), a decrease in the voltage of the capacitor C1 is prevented. Similarly, when the voltage of the capacitor C2 is to be lowered by a constant current Id from a voltage value obtained by subtracting the base-emitter voltage Vbe52 of the transistor Q52 from the voltage V1 at the connection point of the resistors R51, R52 and the capacitor C51. By supplying a voltage from the voltage source Vx to the capacitor C2 (current flows), a decrease in the voltage of the capacitor C2 is prevented. That is, each element (resistor, resistance, and voltage) of the charging start
次に、図3を参照して充放電動作に関する回路(図2の一点鎖線で囲まれた回路参照)の詳細について説明する。なお、図2と同一機能を果たす回路には同一の符号を付している。 Next, the details of the circuit related to the charge / discharge operation (refer to the circuit surrounded by the one-dot chain line in FIG. 2) will be described with reference to FIG. The circuits having the same functions as those in FIG.
差動増幅回路12は、npn型トランジスタQ1とnpn型トランジスタQ2とを有する。トランジスタQ1のエミッタとトランジスタQ2のエミッタとは、それぞれ抵抗R3と抵抗R4を介して定電流回路に接続され、トランジスタQ1のコレクタとトランジスタQ2のコレクタとは、それぞれ抵抗R1と抵抗R2を介して正の電源(電源電圧+V)に接続されている。
The
トランジスタQ1のベースには、カップリングコンデンサCaを介してオーディオ信号eSが入力され、トランジスタQ2のベースは、接地電位に接続されている。 The audio signal eS is input to the base of the transistor Q1 via the coupling capacitor Ca, and the base of the transistor Q2 is connected to the ground potential.
定電流回路は、npn型トランジスタQ3と、抵抗R6と、ツェナーダイオード(定電圧ダイオード)D1とを有する。トランジスタQ3は、エミッタが抵抗R6を介して負の電源(電源電圧−V)に接続され、ベースが抵抗R11を介して正の電源(電源電圧+V)に接続され、コレクタが抵抗R3とR4とに接続されている。ツェナーダイオードD1は、トランジスタQ3のベースと負の電源との間に接続されている。トランジスタQ3のベース電圧がツェナーダイオードD1のツェナ電圧Vzになるので、トランジスタQ3のコレクタには(Vz−Vbe)/R6(VbeはトランジスタQ3のベース−エミッタ間の電圧)の定電流Idが流れる。 The constant current circuit includes an npn transistor Q3, a resistor R6, and a Zener diode (constant voltage diode) D1. The transistor Q3 has an emitter connected to a negative power supply (power supply voltage −V) via a resistor R6, a base connected to a positive power supply (power supply voltage + V) via a resistor R11, and a collector connected to the resistors R3 and R4. It is connected to the. Zener diode D1 is connected between the base of transistor Q3 and a negative power supply. Since the base voltage of the transistor Q3 becomes the Zener voltage Vz of the Zener diode D1, a constant current Id of (Vz−Vbe) / R6 (Vbe is a voltage between the base and emitter of the transistor Q3) flows through the collector of the transistor Q3.
第1充電電流生成回路13は、pnp型トランジスタQ4と、トランジスタQ4のエミッタに接続された電流制限用の抵抗R7とを含む。第2充電電流生成回路14は、pnp型トランジスタQ5と、トランジスタQ5のエミッタに接続された電流制限用の抵抗R8とを含む。スイッチSW1、SW2は、それぞれ、pnp型トランジスタを含む。スイッチSW1と第1充電電流生成回路13とは直列に接続され、スイッチSW2と第2充電電流生成回路14とは直列に接続されている。また、スイッチSW1のエミッタとスイッチSW2のエミッタとは共に正の電源(電源電圧+V)に接続されている。トランジスタQ4のコレクタはコンデンサC1に接続され、トランジスタQ5のコレクタはコンデンサC2に接続されている。
The first charging
トランジスタQ4、Q5のベースにはトランジスタQ1のコレクタが接続され、差動増幅回路12からオーディオ信号esの接地電位を基準とした振幅が入力される。また、スイッチSW1のベースにはクロック生成回路11から第1制御信号φ1が入力され、スイッチSW2のベースにはクロック生成回路11から第2制御信号φ2が入力される。
The collector of the transistor Q1 is connected to the bases of the transistors Q4 and Q5, and the amplitude based on the ground potential of the audio signal es is input from the
第1放電用定電流回路15と第2放電用定電流回路16は、差動増幅回路12内の定電流回路と同一の回路で構成されている。スイッチSW3とスイッチSW4とは、npn型トランジスタを含む。第1放電用定電流回路15と第3スイッチSW3とは直列に接続され、第2放電用定電流回路16と第4スイッチSW4とは直列に接続されている。第1放電用定電流回路15と第2放電用定電流回路16とは、npn型トランジスタ、エミッタ抵抗及びツェナーダイオードを用いた定電流回路であるが、第1及び第2放電用定電流回路15,16のnpn型トランジスタのベース電圧を与えるツェナーダイオードは、差動増幅回路12内の定電流回路のツェナーダイオードD1が共用されている。
The first discharging constant
従って、第1放電用定電流回路15を構成するトランジスタQ6のコレクタはコンデンサC1に接続され、トランジスタQ6のエミッタは抵抗R9を介してスイッチSW3のコレクタに接続されている。また、第2放電用定電流回路16を構成するトランジスタQ7のコレクタはコンデンサC2に接続され、トランジスタQ7のエミッタは抵抗R10を介してスイッチSW4のコレクタに接続されている。トランジスタQ6及びトランジスタQ7のベースは、ツェナーダイオードD1のカソードに接続されている。
Accordingly, the collector of the transistor Q6 constituting the first discharging constant
また、スイッチSW3及びスイッチSW4のエミッタは負の電源(電源電圧−V)に接続され、スイッチSW3のベースには第1パルス生成回路17から出力される第3制御信号φ3が入力され、第4スイッチSW4のベースには第2パルス生成回路18から出力される第4制御信号φ4が入力される。
The emitters of the switch SW3 and the switch SW4 are connected to a negative power supply (power supply voltage −V), and the third control signal φ3 output from the first
図3の回路では、第1制御信号φ1がローレベルになると、スイッチSW1がオンになり、第1充電電流生成回路13に正の電源(+V)が接続され、第1充電電流生成回路13内のトランジスタQ4が動作する。トランジスタQ4のベースには差動増幅回路12から接地電位に対するオーディオ信号eSの差電圧、すなわち、オーディオ信号eSの振幅値が入力されるので、トランジスタQ4のコレクタにはオーディオ信号eの振幅値に比例した充電電流(Ic+Δi)が流れ、コンデンサC1が第1制御信号φ1のローレベルの期間にこの充電電流(Ic+Δi)によって充電される(図4(b),(f)のT1,T3期間の波形参照)。
In the circuit of FIG. 3, when the first control signal φ <b> 1 becomes low level, the switch SW <b> 1 is turned on, the positive power supply (+ V) is connected to the first charging
同様に、第2制御信号φ2がローレベルになると、スイッチSW2がオンになり、第2充電電流生成回路14に正の電源(+V)が接続され、第2充電電流生成回路14内のトランジスタQ5が動作する。トランジスタQ5のベースにも差動増幅回路12から接地電位に対するオーディオ信号eSの差電圧が入力されるので、トランジスタQ5のコレクタにはオーディオ信号eの振幅値に比例した充電電流(Ic+Δi)が流れ、コンデンサC2が第2制御信号φ2のローレベルの期間にこの充電電流(Ic+Δi)によって充電される(図4(c),(g)のT2,T4期間の波形参照)。
Similarly, when the second control signal φ2 becomes low level, the switch SW2 is turned on, the positive power supply (+ V) is connected to the second charging
また、第3制御信号φ3がハイレベルになると、スイッチSW3がオンになり、第1放電用定電流回路15に負の電源(−V)が接続され、第1放電用定電流回路15内のトランジスタQ6が一定の電流Idを引き込む動作を行なう。これにより、コンデンサC1の蓄積電荷が定電流Idで放電される(図4(f),(h)のT2,T4期間の波形参照)。
Further, when the third control signal φ3 becomes high level, the switch SW3 is turned on, a negative power source (−V) is connected to the first discharge constant
同様に、第4制御信号φ4がハイレベルになると、スイッチSW4がオンになり、第2放電用定電流回路16に負の電源(−V)が接続され、第2放電用定電流回路16内のトランジスタQ7が一定の電流Idを引き込む動作を行なう。これにより、コンデンサC2の蓄積電荷が定電流Idで放電される(図4(g),(i)のT1,T3期間の波形参照)。
Similarly, when the fourth control signal φ4 becomes high level, the switch SW4 is turned on, the negative power source (−V) is connected to the second discharge constant
第1パルス生成回路17は、図7に示すように、2個のNAND回路を用いた周知のR−Sラッチ回路で構成されている。第1パルス生成回路17の第2NAND回路N2の入力端子はS(set)信号の入力端子であり、第1NAND回路N1の入力端子はR(reset)信号の入力端子である。また、第1NAND回路N1の出力端子は/Q信号の出力端子であり、第2NAND回路N2の出力端子はQ信号の出力端子である。
As shown in FIG. 7, the first
第1パルス生成回路17の第1NAND回路N1の入力端子にはコンデンサC1の両端電圧が第1リセット信号res1として入力され、第2NAND回路N2の入力端子にはクロック生成回路11から出力される第1セット信号set1が入力される。また、第1NAND回路N1の出力端子から出力されるパルス信号はPWM変調信号PWMoutを生成するための第1パルス信号rsout1としてパルス合成回路19に入力され、第2NAND回路N2の出力端子から出力されるパルス信号は第3制御信号φ3としてスイッチSW3のベースに入力される。
The voltage across the capacitor C1 is input as the first reset signal res1 to the input terminal of the first NAND circuit N1 of the first
図7に示すR−Sラッチ回路では、(S,R)=(ハイ,ロー)で(Q,/Q)=(ハイ,ロー)の論理となり、(S,R)=(ロー,ハイ)で(Q,/Q)=(ロー,ハイ)の論理となる。図4(d),(h)に示されるように、第1制御信号φ1が立ち上がるタイミングで第1セット信号set1は一瞬ローレベルになり、コンデンサC1の両端電圧(第1リセット信号res1)はハイレベルとなるので、第1パルス信号rsout1はローレベルとなり、第3制御信号φ3はハイレベルとなる(図4(f)(j)参照)。第3制御信号φ3がハイレベルになると、コンデンサC1の放電が開始されるが、コンデンサC1の両端電圧が第1NAND回路N1の閾値電圧Vthより高い間は第1パルス信号rsout1がローレベルに保持され、閾値電圧Vthに達すると、第1セット信号set1はハイレベルになり、第1リセット信号res1はローレベルとなるので、そのタイミングで第1パルス信号rsout1はハイレベルとなり、第3制御信号φ3はローレベルとなる(図4(f)(j)参照)。 In the RS latch circuit shown in FIG. 7, (S, R) = (high, low) and (Q, / Q) = (high, low) logic, and (S, R) = (low, high). Thus, the logic of (Q, / Q) = (low, high) is obtained. As shown in FIGS. 4D and 4H, at the timing when the first control signal φ1 rises, the first set signal set1 becomes a low level momentarily, and the voltage across the capacitor C1 (the first reset signal res1) is high. Therefore, the first pulse signal rsout1 becomes a low level, and the third control signal φ3 becomes a high level (see FIGS. 4F and 4J). When the third control signal φ3 becomes high level, discharging of the capacitor C1 is started, but the first pulse signal rsout1 is held at low level while the voltage across the capacitor C1 is higher than the threshold voltage Vth of the first NAND circuit N1. When the threshold voltage Vth is reached, the first set signal set1 becomes high level, and the first reset signal res1 becomes low level. Therefore, at this timing, the first pulse signal rsout1 becomes high level, and the third control signal φ3 is It becomes a low level (see FIGS. 4F and 4J).
第2パルス生成回路18も第1パルス生成回路17と同様に、2個のNAND回路を用いた周知のR−Sラッチ回路で構成されている。図7に示すように、第2パルス生成回路18の第3NAND回路N3の入力端子にはコンデンサC2の両端電圧が第2リセット信号res2として入力され、第4NAND回路N4の入力端子にはクロック生成回路11から出力される第2セット信号set2が入力される。また、第3NAND回路N3の出力端子から出力されるパルス信号はPWM変調信号PWMoutを生成するための第2パルス信号rsout2としてパルス合成回路19に入力され、第4NAND回路N4の出力端子から出力されるパルス信号は第4制御信号φ4としてスイッチSW3のベースに入力される。
Similarly to the first
図4(e),(i)に示されるように、第2制御信号φ2が立ち上がるタイミングで第2セット信号set2は一瞬ローレベルになり、コンデンサC2の両端電圧(第2リセット信号res2)はハイレベルとなるので、第2パルス信号rsout2はローレベルとなり、第4制御信号φ4はハイレベルとなる(図4(g)(k)参照)。第4制御信号φ4がハイレベルになると、コンデンサC2の放電が開始されるが、コンデンサC2の両端電圧が第3NAND回路N3の閾値電圧Vthより高い間は第2パルス信号rsout2がローレベルに保持され、閾値電圧Vthに達すると、第2セット信号set2はハイレベルになり、第2リセット信号res2はローレベルとなるので、そのタイミングで第2パルス信号rsout2はハイレベルとなり、第4制御信号φ4はローレベルとなる(図4(g)(k)参照)。 As shown in FIGS. 4E and 4I, at the timing when the second control signal φ2 rises, the second set signal set2 instantaneously becomes a low level, and the voltage across the capacitor C2 (second reset signal res2) is high. Therefore, the second pulse signal rsout2 becomes low level, and the fourth control signal φ4 becomes high level (see FIGS. 4G and 4K). When the fourth control signal φ4 becomes high level, discharging of the capacitor C2 is started, but the second pulse signal rsout2 is held at low level while the voltage across the capacitor C2 is higher than the threshold voltage Vth of the third NAND circuit N3. When the threshold voltage Vth is reached, the second set signal set2 becomes high level, and the second reset signal res2 becomes low level, so that the second pulse signal rsout2 becomes high level at that timing, and the fourth control signal φ4 is It becomes a low level (see FIGS. 4G and 4K).
パルス合成回路19は、図7に示すように、第5NAND回路N5によって構成され、第1パルス生成回路17から出力される第1パルス信号rsout1と、第2パルス生成回路18から出力される第2パルス信号rsout2との否定論理積を演算することによりパルス幅変調信号PWMoutを生成する(図4(l)参照)。
As shown in FIG. 7, the
次に、パルス幅変調回路10におけるパルス幅変調動作について、図8を参照して説明する。なお、コンデンサC1とコンデンサC2で同様のパルス幅変調動作が行なわれるので、ここではコンデンサC1におけるパルス幅変調動作について説明する。
Next, the pulse width modulation operation in the pulse
第1制御信号φ1がローレベルになると、スイッチSW1がオンになり、第1充電電流生成回路13が充電電流(Ic+Δi)の生成動作を行なう。第1制御信号φ1がローレベルの期間では第3制御信号φ3がローレベルであるので、スイッチSW3がオフ状態となっており(図4(b)(h)参照)、第1放電用定電流回路15は動作していない。従って、コンデンサC1には第1充電電流生成回路13で生成された充電電流(Ic+Δi)のみが流れ込み、これによりコンデンサC1が充電される。この充電動作は、第1制御信号φ1がローになっている期間(図8ではT1の期間)に行なわれる。
When the first control signal φ1 becomes low level, the switch SW1 is turned on, and the first charging
期間T1におけるコンデンサC1の両端電圧(図3のA点の電圧)は、充電開始電圧Vaから充電電流(Ic+G・eS)の大きさに比例した傾きで上昇する。充電電流(Ic+G・eS)はオーディオ信号eSの正負の方向及び振幅の大きさに依存し、eS>0で振幅|eS|が大きいほど、期間T1の終了時の充電電圧は高くなり、eS<0で振幅|eS|が大きいほど、期間T1の終了時の充電電圧は低くなる。なお、図8では、期間T1はオーディオ信号eSの振幅変動に対して非常に短く、期間T1ではオーディオ信号eSの振幅変動は殆どなく一定であるとしてコンデンサC1の充電電圧をほぼ直線的に上昇させている。 The voltage across the capacitor C1 during the period T1 (the voltage at point A in FIG. 3) rises from the charging start voltage Va with a slope proportional to the magnitude of the charging current (Ic + G · eS). The charging current (Ic + G · eS) depends on the positive and negative directions and the amplitude of the audio signal eS. The larger the amplitude | eS | at eS> 0, the higher the charging voltage at the end of the period T1, and eS < The larger the amplitude | eS | at 0, the lower the charging voltage at the end of the period T1. In FIG. 8, the period T1 is very short with respect to the amplitude fluctuation of the audio signal eS, and in the period T1, the amplitude fluctuation of the audio signal eS is almost constant and the charging voltage of the capacitor C1 is increased almost linearly. ing.
図8の電圧波形S0は、eS=0のとき(オーディオ信号eSが無信号のとき)の波形を示し、電圧波形S1は、eS>0のときの波形を示し、電圧波形S2は、eS<0のときの波形を示している。 The voltage waveform S0 of FIG. 8 shows a waveform when eS = 0 (when the audio signal eS is no signal), the voltage waveform S1 shows a waveform when eS> 0, and the voltage waveform S2 shows eS < The waveform at 0 is shown.
第1制御信号φ1がハイレベルになると同時に第3制御信号φ3がハイレベルになると、スイッチSW1がオフなると同時にスイッチSW3がオンになり、第1充電電流生成回路13が動作を停止し、第1放電用定電流回路15が定電流Idの引き込み動作を行なう。従って、コンデンサC1に蓄積された電荷が定電流Idで第1放電用定電流回路15に引き込まれ、これによりコンデンサC1の蓄積電荷が放電される。この放電動作は、コンデンサC1の電圧が充電開始電圧Vaに低下するまで行なわれる。
When the first control signal φ1 becomes high level and the third control signal φ3 becomes high level, the switch SW1 is turned off and the switch SW3 is turned on at the same time, and the first charging
コンデンサC1の電圧が閾値電圧Vthに低下すると、第3制御信号φ3がローレベルに反転し、スイッチSW3がオフになるので、第1放電用定電流回路15の定電流Idによる引き込み動作が停止する。しかし、第3制御信号φ3がローレベルに反転してもスイッチSW3が実際にオフするまで僅かのタイムラグがあるので、このタイムラグの間にコンデンサC1の電圧はVaまで低下する。コンデンサC1の電圧がVaに低下してから次に第1制御信号φ1がローレベルになるまでの期間は、コンデンサC1に充電電流も放電電流も流れない状態となる。従って、コンデンサC1の電圧は第1制御信号φ1がローレベルになるまでVaに保持される(図8の時間t1k,t0k,t2k参照)。
When the voltage of the capacitor C1 drops to the threshold voltage Vth, the third control signal φ3 is inverted to a low level and the switch SW3 is turned off, so that the pulling operation by the constant current Id of the first discharging constant
放電時間Thは、充電電圧Vjに比例する。すなわち、充電電圧Vjが高いほど、放電時間Thは長くなる。図8において、時間t1は、オーディオ信号eS>0のときの放電時間を示し、時間t0は、オーディオ信号eS=0のときの放電時間を示し、時間t2は、オーディオ信号eS<0のときの放電時間を示し、t2<t0<t1の関係になっている。 The discharge time Th is proportional to the charging voltage Vj. That is, the higher the charging voltage Vj, the longer the discharge time Th. In FIG. 8, time t1 indicates the discharge time when the audio signal eS> 0, time t0 indicates the discharge time when the audio signal eS = 0, and time t2 indicates the time when the audio signal eS <0. It shows the discharge time, and has a relationship of t2 <t0 <t1.
充電電圧Vjの高さは、オーディオ信号eSの振幅|eS|に比例するから、放電時間Thもオーディオ信号eSの振幅|eS|に比例することになる。すなわち、コンデンサC1の放電時間Thは、オーディオ信号eSの振幅|eS|により変調された時間を示す。上記のパルス幅変調動作は、コンデンサC2についても同様である。 Since the height of the charging voltage Vj is proportional to the amplitude | eS | of the audio signal eS, the discharge time Th is also proportional to the amplitude | eS | of the audio signal eS. That is, the discharge time Th of the capacitor C1 indicates a time modulated by the amplitude | eS | of the audio signal eS. The above pulse width modulation operation is the same for the capacitor C2.
本実施形態のパルス幅変調回路10では、図4に示すように、基準クロック信号MCLKの周期Tのハイレベル期間でコンデンサC2によりオーディオ信号eSをパルス幅変調したパルスを生成し、それに続くローレベル期間でコンデンサC1によりオーディオ信号eSをパルス幅変調したパルスを生成するので、両パルスをパルス合成回路19で合成することにより基準クロック信号MCLKの周期Tを有するパルス幅変調信号PWMoutを生成している。
In the pulse
次に、パルス幅変調回路10の動作を、図4を参照して説明する。図4は、オーディオ信号eSが正常な範囲(−Es〜+Es)で変動している場合のタイムチャートである。基準クロック信号MCLKが最初にハイレベルになる期間から2周期分のハイレベルとローレベルの期間に対してそれぞれ第1期間T1、第2期間T2、第3期間T3、第4期間T4と言うことにする。
Next, the operation of the pulse
第1期間T1では、クロック生成回路11からの第1制御信号φ1がローレベル(第2制御信号φ2がハイレベル)であるので(図4(b)参照)、スイッチSW1がオン状態(スイッチSW2はオフ状態)となり、コンデンサC1に第1充電電流生成回路13が接続される。従って、第1期間T1では第1充電電流生成回路13からコンデンサC1に充電電流(Ic+Δi)が流れ込み、これによりコンデンサC1が充電される(図4(f)参照)。この充電動作は、第1期間T1が終了するまで行なわれる。
In the first period T1, since the first control signal φ1 from the
第1期間T1が終了し、第1制御信号φ1がローレベルからハイレベルに反転すると、スイッチSW1がオフ状態になる。スイッチSW1のオフ状態は第2期間T2の間、継続する。クロック生成回路11では、第1制御信号φ1の反転時の立上りを検出し、第1パルス生成回路17に瞬間的にローレベルに変化する第1セット信号set1を出力する(図4(d)の最初のローレベル変化参照)。
When the first period T1 ends and the first control signal φ1 is inverted from the low level to the high level, the switch SW1 is turned off. The OFF state of the switch SW1 continues during the second period T2. The
第1パルス生成回路17では、第2期間T2の開始時に第1セット信号set1(ローレベル)が入力されると、第2NAND回路N2の出力がローレベルからハイレベルに反転する(図4(h)参照)。第2NAND回路N2の出力は、第3制御信号φ3としてスイッチSW3に入力されるので、スイッチSW3がオン状態となり、コンデンサC1に第1放電用定電流回路15が接続され、これにより、コンデンサC1は定電流Idで放電される(図4(f)参照)。
In the first
また、第1パルス生成回路17では、第2期間T2の開始時に第1セット信号set1(ローレベル)が入力されると、第1NAND回路N1の出力をハイレベルからローレベルに反転する(図4(j)参照)。第1NAND回路N1の出力は、第1パルス信号rsout1としてパルス合成回路19に入力される。
Further, in the first
パルス合成回路19に第1NAND回路N1のローレベル出力が入力された時にはパルス合成回路19の第5NAND回路N5に第2パルス生成回路18から入力される第2パルス信号rsout2はハイレベルのため、パルス合成回路19からは第1パルス信号rsout1のレベルを反転したパルス(ハイレベルのパルス)が出力される(図4(l)の2つ目のパルス参照)。
When the low level output of the first NAND circuit N1 is input to the
第2期間T2においては、コンデンサC1が定電流Idで放電されるので、コンデンサC1の両端電圧が低下する。第1パルス生成回路17ではコンデンサC1の両端電圧が第1NAND回路N1に入力されているが、コンデンサC1の両端電圧が閾値電圧Vthに低下すると、その時の電圧がローレベルの第1リセット信号res1として第1パルス生成回路17に入力されることになる。第1パルス生成回路17に第1リセット信号res1が入力されると、第1パルス信号rsout1は、ローレベルからハイレベルに反転する(図4(j)参照)。
In the second period T2, since the capacitor C1 is discharged with the constant current Id, the voltage across the capacitor C1 decreases. In the first
一方、第2期間T2では、クロック生成回路11からの第2制御信号φ2がローレベル(第1制御信号φ1がハイレベル)であるので(図4(c)参照)、スイッチSW2がオン状態(スイッチSW1はオフ状態)となり、コンデンサC2に第2充電電流生成回路14が接続される。従って、第2期間T2では第2充電電流生成回路14からコンデンサC2に充電電流(Ic+Δi)が流れ込み、これによりコンデンサC2が充電される(図4(g)参照)。この充電動作は、第2期間T2が終了するまで行なわれる。
On the other hand, in the second period T2, since the second control signal φ2 from the
第2期間T2が終了し、第2制御信号φ2がローレベルからハイレベルに反転すると、スイッチSW2がオフ状態になる。スイッチSW2のオフ状態は第3期間T3の間、継続する。クロック生成回路11では、第2制御信号φ2の反転時の立上りを検出し、第2パルス生成回路18に瞬間的にローレベルに変化する第2セット信号set2を出力する(図4(e)参照)。
When the second period T2 ends and the second control signal φ2 is inverted from the low level to the high level, the switch SW2 is turned off. The OFF state of the switch SW2 continues during the third period T3. The
第2パルス生成回路18では、第3期間T3の開始時に第2セット信号set2(ローレベル)が入力されると、第4NAND回路N4の出力がローレベルからハイレベルに反転する(図4(i)参照)。第4NAND回路N4の出力は、第4制御信号φ4としてスイッチSW4に入力されるので、スイッチSW4がオン状態となり、コンデンサC2に第2放電用定電流回路16が接続され、これにより、コンデンサC2は定電流Idで放電される(図4(g)参照)。
In the second
また、第2パルス生成回路18では、第3期間T3の開始時に第2セット信号set2(ローレベル)が入力されると、第3NAND回路N3の出力をハイレベルからローレベルに反転する(図4(k)参照)。第3NAND回路N3の出力は、第2パルス信号rsout2としてパルス合成回路19に入力される。
In the second
パルス合成回路19に第3NAND回路N3のローレベル出力が入力された時にはパルス合成回路19の第5NAND回路N5に第1パルス生成回路17から入力される第1パルス信号rsout1はハイレベルのため、パルス合成回路19からは第2パルス信号rsout2のレベルを反転したパルス(ハイレベルのパルス)が出力される(図4(l)の3つ目のパルス参照)。
When the low level output of the third NAND circuit N3 is inputted to the
以下、第3期間以降では第1期間T1及び第2期間T2と同様の動作が繰返される。従って、パルス合成回路19からは基準クロック信号MCLKの半周期毎に第1パルス信号rsout1と第2パルス信号rout2のレベルを反転したパルスが交互に出力される。
Thereafter, after the third period, operations similar to those in the first period T1 and the second period T2 are repeated. Accordingly, the
オーディオ信号eSの振幅が正常範囲(−Es〜+Esの範囲)で変動している場合は、コンデンサC1,C2は、充電期間に必ず閾値電圧Vthよりも高い充電終了電圧Vcに上昇する。従って、放電期間に移行しても、コンデンサC1,C2の電圧は正常に充電開始電圧Vaとなり、放電停止後のコンデンサC1,C2の電圧は必ず充電開始電圧Vaに保持されるので、充電期間におけるコンデンサC1,C2の充電開始電圧はVaに安定する(図4の(f),(g)参照)。 When the amplitude of the audio signal eS fluctuates in the normal range (a range of -Es to + Es), the capacitors C1 and C2 always rise to the charging end voltage Vc higher than the threshold voltage Vth during the charging period. Therefore, even after the transition to the discharge period, the voltages of the capacitors C1 and C2 normally become the charging start voltage Va, and the voltages of the capacitors C1 and C2 after the discharge stop are always held at the charging start voltage Va. The charging start voltage of the capacitors C1 and C2 is stabilized at Va (see (f) and (g) in FIG. 4).
図9は、オーディオ信号eSの振幅が正側の過大な範囲(+Es以上の範囲)で変動している場合のタイムチャートを示している。オーディオ信号eSの振幅が正側の過大な範囲(+Es以上の範囲)で変動している場合のパルス幅変調信号PWMoutの生成プロセスは、基本的に上記のオーディオ信号eSの振幅が正常範囲(−Es〜+Esの範囲)で変動している場合と変わらないので、詳細な説明は省略し、相違点のみを説明する。 FIG. 9 shows a time chart when the amplitude of the audio signal eS fluctuates in an excessive range on the positive side (range of + Es or more). The generation process of the pulse width modulation signal PWMout when the amplitude of the audio signal eS fluctuates in an excessive range on the positive side (range of + Es or more) is basically that the amplitude of the audio signal eS is in the normal range (− Therefore, the detailed description is omitted and only the differences are described.
オーディオ信号eSの振幅が正常範囲(−Es〜+Esの範囲)で変動している場合は、充電電流Ijがオーディオ信号eSの振幅に応じて変化するので、図4の(f),(g)に示すコンデンサC1,C2の電圧波形は、オーディオ信号eSの振幅に応じて変化する。具体的には、充電期間にコンデンサC1,C2が上昇する充電終了電圧Vcは、オーディオ信号eSの振幅に応じてVth(>0)〜Vccの範囲で変化するので、例えば、コンデンサC1の電圧波形は、一点鎖線N1で示す電圧波形と点線N2で示す波形で挟まれた範囲内で変化する。コンデンサC2の電圧波形についても同様である。 When the amplitude of the audio signal eS fluctuates in the normal range (in the range of -Es to + Es), the charging current Ij changes according to the amplitude of the audio signal eS. Therefore, (f) and (g) in FIG. The voltage waveforms of the capacitors C1 and C2 shown in FIG. 4 change according to the amplitude of the audio signal eS. Specifically, the charging end voltage Vc at which the capacitors C1 and C2 rise during the charging period changes in the range of Vth (> 0) to Vcc according to the amplitude of the audio signal eS. For example, the voltage waveform of the capacitor C1 Changes within a range between the voltage waveform indicated by the alternate long and short dash line N1 and the waveform indicated by the dotted line N2. The same applies to the voltage waveform of the capacitor C2.
一方、オーディオ信号eSの振幅が正側の過大な範囲(+Es以上の範囲)で変動している場合は、コンデンサC1,C2の充電終了電圧Vcが第1,第2RSフリップフロップ回路17,18の電源電圧+Vccにクリップされるので、コンデンサC1,C2の放電時の波形は、図9の(f),(g)に示すように、図4の(f),(g)の一点鎖線N1で示す電圧波形の放電時の波形と同一の波形となる。
On the other hand, when the amplitude of the audio signal eS fluctuates in an excessive range on the positive side (a range of + Es or more), the charging end voltage Vc of the capacitors C1 and C2 is changed between the first and second RS flip-
オーディオ信号eSの振幅が正側の過大な範囲(+Es以上の範囲)で変動している場合も、オーディオ信号eSの振幅が正常範囲(−Es〜+Esの範囲)で変動している場合と同様に、コンデンサC1,C2は、充電期間に必ず閾値電圧Vthよりも高い充電終了電圧Vcに上昇し、放電期間に移行しても、コンデンサC1,C2の電圧は正常に充電開始電圧Vaとなる。従って、放電停止後のコンデンサC1,C2の電圧は必ず充電開始電圧Vaに保持されるので、充電期間におけるコンデンサC1,C2の充電開始電圧はVaに安定する(図9の(f),(g)参照)。 The case where the amplitude of the audio signal eS fluctuates in an excessive range on the positive side (range of + Es or more) is the same as the case where the amplitude of the audio signal eS fluctuates in a normal range (range of −Es to + Es). In addition, the capacitors C1 and C2 always rise to the charging end voltage Vc higher than the threshold voltage Vth during the charging period, and the voltage of the capacitors C1 and C2 normally becomes the charging start voltage Va even after the transition to the discharging period. Accordingly, since the voltage of the capacitors C1 and C2 after the discharge is stopped is always held at the charging start voltage Va, the charging start voltage of the capacitors C1 and C2 during the charging period is stabilized at Va ((f), (g )reference).
図10は、オーディオ信号eSの振幅が負側の過大な範囲(−Es以下の範囲)で変動している場合のタイムチャートを示している。オーディオ信号eSの振幅が負側の過大な範囲(−Es以下の範囲)で変動している場合のパルス幅変調信号PWMoutの生成プロセスも、基本的に上記のオーディオ信号eSの振幅が正常範囲(−Es〜+Esの範囲)で変動している場合と変わらないので、詳細な説明は省略し、相違点のみを説明する。 FIG. 10 shows a time chart in the case where the amplitude of the audio signal eS fluctuates in an excessive range on the negative side (range of −Es or less). The generation process of the pulse width modulation signal PWMout when the amplitude of the audio signal eS fluctuates in an excessive range on the negative side (a range of −Es or less) is basically basically the same as that of the audio signal eS described above. (The range of -Es to + Es) is the same as the case of fluctuation, and detailed description is omitted, and only the difference will be described.
オーディオ信号eSの振幅が負側の過大な範囲(−Es以下の範囲)で変動している場合は、充電電流が0にクリップされるので、充電期間においてもコンデンサC1の電圧は増加しない。その後の放電期間において、コンデンサC1に第1放電用定電流回路15が接続されるので、コンデンサC1は定電流Idで放電されようとする。しかし、放電動作によってコンデンサC1の電圧がVaよりも低下しようとすると、充電開始電圧維持回路20の電圧源Vxからの電圧がコンデンサ1に直ぐに供給されるので、コンデンサC1に第1放電用定電流回路15が接続されているにもかかわらず、コンデンサC1の電圧はVaよりも低下しない。すなわち、オーディオ信号eSの振幅が負側の過大な範囲(−Es以下の範囲)で変動している場合、コンデンサC1の電圧は、充電開始電圧Vaを維持した状態が継続する。なお、コンデンサC2についても同様である。(図10の(f)、(g)参照)。
When the amplitude of the audio signal eS fluctuates in an excessive range on the negative side (a range of −Es or less), the charging current is clipped to 0, so that the voltage of the capacitor C1 does not increase even during the charging period. In the subsequent discharge period, the first discharging constant
従って、図14の回路のようなオーディオ信号eSの振幅が負側の過大な範囲(−Es以下の範囲)で変動している場合にコンデンサの電圧がVaよりも低い電圧に段階的に低下していき、その結果オーディオ信号eSの振幅が正常範囲に戻ったときに、正常なパルス幅変調信号を出力するまでに時間がかかるという問題が解決される。つまり、充電開始電圧がVaに維持されることによって、オーディオ信号eSの振幅が正常範囲に戻ったときに、直ぐに正常なパルス幅変調信号を出力することができる。 Accordingly, when the amplitude of the audio signal eS as in the circuit of FIG. 14 fluctuates in an excessive range on the negative side (a range of −Es or less), the voltage of the capacitor gradually decreases to a voltage lower than Va. As a result, when the amplitude of the audio signal eS returns to the normal range, the problem that it takes time to output a normal pulse width modulation signal is solved. That is, by maintaining the charging start voltage at Va, a normal pulse width modulation signal can be output immediately when the amplitude of the audio signal eS returns to the normal range.
以上のように、本実施形態によると、入力信号が負側に過大になった場合でも、正常な状態に復帰したときに直ちに正常なパルス幅変調信号を出力することができる。さらに、本実施形態によると、ダイオードD51,D52等の非線形素子を信号経路に直列に接続していないので、音声信号が常に非線形動作することがなくなり、信号品質(例えば音質)が劣化することを防止できる。なお、各トランジスタ、電源電圧、基準クロック、制御信号およびパルス幅変調信号などの極性は設計の都合により、適宜変更することができ、上記の構成のみに限定されるものではない。 As described above, according to the present embodiment, even when the input signal becomes excessive on the negative side, a normal pulse width modulation signal can be output immediately when the normal state is restored. Furthermore, according to the present embodiment, since non-linear elements such as the diodes D51 and D52 are not connected in series with the signal path, the audio signal does not always perform a non-linear operation, and the signal quality (for example, sound quality) is deteriorated. Can be prevented. Note that the polarity of each transistor, power supply voltage, reference clock, control signal, pulse width modulation signal, and the like can be changed as appropriate for the convenience of design, and is not limited to the above configuration.
次に本発明の別の好ましい実施形態を説明する。図6A、図6Bに示す充電開始電圧維持回路20には以下の問題が存在する。コンデンサC1の電圧が、抵抗R51と抵抗R52とコンデンサC51との接続点における電圧V1からダイオードD51の両端電圧Vd51(図6BではトランジスタQ51のベース−エミッタ間に存在するダイオード成分の両端電圧)を減算した電圧(すなわち電圧Va)よりも低下しようとすると、電圧源VxからコンデンサC1に電圧が供給される(電流が流れる)。しかし、ダイオード(またはトランジスタのベース−エミッタ間に存在するダイオード)は、その特性上、カソード電位に対するアノード電位が所定電圧(例えば0.6V)になるまで全く電流が流れずに所定電圧になってはじめて電流が流れるのではなく、カソード電位に対するアノード電位が所定電圧(例えば0.6V)になるまでの間も多少の電流がアノードからカソードに向かって流れる。
Next, another preferred embodiment of the present invention will be described. The charging start
従って、本来であればコンデンサC1(C2も同様)の電圧が電圧Vaよりも低下しようとしたときに初めて電圧源VxからコンデンサC1に電流が流れるべきところ、コンデンサC1の電圧が電圧Vaよりも若干大きいときにも、電圧源VxからコンデンサC1に電流が流れてしまい、コンデンサC1を充電してしまう。つまり、入力信号が負側に過大ではなく正常な状態のときにも、電圧源VxによってコンデンサC1を充電してしまい、その結果、出力されるPWM信号がオーディオ信号を正確にパルス幅変調したものではなくなり、出力される信号に歪みが発生してしまう。これは、オーディオ信号とは無関係な電流をコンデンサC1に供給してしまうことで、コンデンC1の充電終了電圧が通常よりも増加してしまう、放電時にコンデンサC1の電圧が閾値電圧Vthに達するまでの時間が通常よりも長くなってしまうことに起因する。 Therefore, when the voltage of the capacitor C1 (same for C2) is supposed to be lower than the voltage Va, the current should flow from the voltage source Vx to the capacitor C1 for the first time. Even when it is large, a current flows from the voltage source Vx to the capacitor C1, and the capacitor C1 is charged. In other words, the capacitor C1 is charged by the voltage source Vx even when the input signal is not excessively negative but in a normal state, and as a result, the output PWM signal is obtained by accurately pulse-width modulating the audio signal. Therefore, the output signal is distorted. This is because a current irrelevant to the audio signal is supplied to the capacitor C1, so that the charging end voltage of the capacitor C1 increases more than usual. The voltage until the voltage of the capacitor C1 reaches the threshold voltage Vth during discharging. This is because the time is longer than usual.
この問題を解決するために、本実施形態の充電開始電圧維持回路は、入力信号が負側に過大である(つまり、負側の振幅が所定のレベルを超える)ときには電圧源VxからコンデンサC1、C2に電圧を供給すると共に、入力信号が負側に過大でない(つまり、負側の振幅が所定のレベルを超えない)ときには電圧源VxからコンデンサC1、C2に電圧を供給しないように、電圧源Vxの電圧値を適宜切り換える。詳細には、第1パルス信号rsout1が、入力信号が負側に過大である場合にはハイレベルの期間が非常に長くローレベルの期間が非常に短くなり、入力信号が負側に過大でない場合にはハイレベルの期間がそれほど長くなくローレベルの期間がそれほど短くないので、この第1パルス信号rsout1を利用する。実際には、第1パルス信号rsout1が電圧源VxのコンデンサC51に供給され、第1パルス信号rsout1がハイレベルのときに第1パルス信号rsout1の電圧によってコンデンサC51を充電し、第1パルス信号rsout1がローレベルのときにコンデンサC51が放電され、電圧源Vxの電圧値には第1パルス信号rsout1の電圧によって充電されたコンデンサC51の充電電圧が加算される。つまり、第1パルス信号rsout1によるコンデンサC51の充放電によって、電圧源Vxの電圧が切り換えられる(増減する)。 In order to solve this problem, the charge start voltage maintaining circuit of the present embodiment is configured such that when the input signal is excessive on the negative side (that is, when the negative side amplitude exceeds a predetermined level), the capacitor C1, A voltage source is provided so that a voltage is supplied to C2 and no voltage is supplied from the voltage source Vx to the capacitors C1 and C2 when the input signal is not excessively negative (ie, the amplitude of the negative side does not exceed a predetermined level). The voltage value of Vx is switched as appropriate. Specifically, when the first pulse signal rsout1 is excessively large on the negative side, the high level period is very long and the low level period is very short, and the input signal is not excessively negative. Since the high level period is not so long and the low level period is not so short, the first pulse signal rsout1 is used. Actually, the first pulse signal rsout1 is supplied to the capacitor C51 of the voltage source Vx, and when the first pulse signal rsout1 is at a high level, the capacitor C51 is charged by the voltage of the first pulse signal rsout1, and the first pulse signal rsout1 Is low level, the capacitor C51 is discharged, and the charging voltage of the capacitor C51 charged by the voltage of the first pulse signal rsout1 is added to the voltage value of the voltage source Vx. That is, the voltage of the voltage source Vx is switched (increase / decrease) by charging / discharging of the capacitor C51 by the first pulse signal rsout1.
図11A、図11Bは、本例の充電開始電圧維持回路20’を示す。図11Aの充電開始電圧維持回路20’は、図6Aの充電開始電圧維持回路20と比較し、抵抗R53とダイオードD53とをさらに有する。図11Bの充電開始電圧維持回路20’は、図6Bの充電開始電圧維持回路20と比較し、抵抗R53とダイオードD53とをさらに有する。以下、図11Aを例に説明するが、図11Bの場合も同様である。
11A and 11B show the charge start voltage maintaining circuit 20 'of this example. Compared with the charging start
抵抗R53とダイオードD53とは、電圧源Vxの一部を構成する。抵抗R53は、一端が抵抗R51、R52、コンデンサC51の接続点に接続され、他端がダイオードD53のカソードに接続されている。ダイオードD53は、アノードが図7の第1NAND回路N1の出力に接続され、第1パルス信号rsout1が供給されている。 The resistor R53 and the diode D53 constitute a part of the voltage source Vx. One end of the resistor R53 is connected to the connection point of the resistors R51 and R52 and the capacitor C51, and the other end is connected to the cathode of the diode D53. The anode of the diode D53 is connected to the output of the first NAND circuit N1 of FIG. 7, and the first pulse signal rsout1 is supplied.
抵抗R51と抵抗R52とコンデンサC51との接続点における電圧V1は、第1パルス信号rsout1の電圧が電圧V1に加算されない場合に、コンデンサC1に電圧を供給しないような電圧に設定されており、すなわち、電圧Vaよりも小さな電圧値に設定されている。なお、抵抗R51と抵抗R52とコンデンサC51との接続点における電圧V1は、第1パルス信号rsout1の電圧が電圧V1に加算されない場合に−Vcc(例えば0V)に設定されていてもよく、その場合、抵抗R51が削除(開放)される。 The voltage V1 at the connection point of the resistor R51, the resistor R52, and the capacitor C51 is set to a voltage that does not supply a voltage to the capacitor C1 when the voltage of the first pulse signal rsout1 is not added to the voltage V1, that is, The voltage value is smaller than the voltage Va. Note that the voltage V1 at the connection point of the resistor R51, the resistor R52, and the capacitor C51 may be set to −Vcc (for example, 0 V) when the voltage of the first pulse signal rsout1 is not added to the voltage V1, and in that case The resistor R51 is deleted (opened).
以下、本例の動作を説明する。図13はコンデンサC51の電圧変化を示す波形図である。図13に示すように、第1パルス信号rsout1がハイレベルであるとき、第1パルス信号rsout1の電圧はダイオードD53、抵抗R53を介してコンデンサC51に供給され、コンデンサC51を充電する。第1パルス信号rsout1がローレベルであるとき、第1パルス信号rsout1の電圧はダイオードD53によって遮断されるので、コンデンサC51には供給されない。従って、第1パルス信号rsout1がローレベルであるとき、第1パルス信号rsout1の電圧によって充電されたコンデンサC51の電圧は、抵抗R52を介して電源−Vccに放電される。 The operation of this example will be described below. FIG. 13 is a waveform diagram showing the voltage change of the capacitor C51. As shown in FIG. 13, when the first pulse signal rsout1 is at a high level, the voltage of the first pulse signal rsout1 is supplied to the capacitor C51 via the diode D53 and the resistor R53, and charges the capacitor C51. When the first pulse signal rsout1 is at a low level, the voltage of the first pulse signal rsout1 is interrupted by the diode D53 and is not supplied to the capacitor C51. Accordingly, when the first pulse signal rsout1 is at the low level, the voltage of the capacitor C51 charged by the voltage of the first pulse signal rsout1 is discharged to the power source −Vcc through the resistor R52.
例えば、図4(f)の実線に示すように、入力信号が負側に過大(およびそれに近い状態)ではない場合、図4(j)に示すように、第1パルス信号rsout1はハイレベルの期間がそれほど長くなく、ローレベルの期間が十分に存在する。従って、第1パルス信号rsout1がハイレベルのときに第1パルス信号rsout1の電圧によってコンデンサC51を充電するが、その充電電圧を加えた電源Vxの電圧V1がコンデンサC1、C2に電圧を供給する電圧に達する迄に、第1パルス信号rsout1がローレベルに反転してしまい、コンデンサC51の電圧が放電される。その結果、抵抗R51と抵抗R52とコンデンサC51との接続点における電圧V1には、第1パルス信号rsout1の電圧が加算されたとしても、電圧源Vxの電圧はコンデンサC1、C2に電圧を供給しない。従って、電圧源VxからコンデンサC1、C2に電圧が供給されないので、コンデンサC1、C2に入力信号以外の余計な電流が流れ込むことがなく、出力信号に歪みが生じることが防止される。 For example, when the input signal is not excessively negative (and close to it) as shown by the solid line in FIG. 4 (f), the first pulse signal rsout1 is at the high level as shown in FIG. 4 (j). The period is not so long and there are enough low level periods. Therefore, when the first pulse signal rsout1 is at a high level, the capacitor C51 is charged by the voltage of the first pulse signal rsout1, and the voltage V1 of the power source Vx to which the charging voltage is added supplies the voltages to the capacitors C1 and C2. Until the first pulse signal rsout1 is inverted to a low level, the voltage of the capacitor C51 is discharged. As a result, even if the voltage of the first pulse signal rsout1 is added to the voltage V1 at the connection point of the resistor R51, the resistor R52, and the capacitor C51, the voltage of the voltage source Vx does not supply the voltage to the capacitors C1 and C2. . Accordingly, since no voltage is supplied from the voltage source Vx to the capacitors C1 and C2, no extra current other than the input signal flows into the capacitors C1 and C2, and distortion of the output signal is prevented.
一方、図12(e)に示すように入力信号が負側に過大(およびそれに近い状態)である場合、図12(g)に示すように、第1パルス信号rsout1は、ハイレベルの期間が非常に長くなり、ローレベルの期間が非常に短くなる(あるいはローレベルの期間が無くなる)。従って、第1パルス信号rsout1がハイレベルであるときに第1パルス信号rsout1の電圧によってコンデンサC51を長い期間充電し、その充電電圧を加えた電源Vxの電圧V1がコンデンサC1、C2に電圧を供給する電圧に達する。従って、入力信号が負側に過大(およびそれに近い状態)である場合には、電圧源VxからコンデンサC1に電圧が供給され、コンデンサC1の電圧が電圧Vaより低下しようとする際に、電圧源Vxからの電圧によってコンデンサC1を充電することができ、コンデンサC1の電圧がVaよりも低下することを防止でき、電圧Vaに維持できる。 On the other hand, when the input signal is excessively negative (and close to it) as shown in FIG. 12 (e), the first pulse signal rsout1 has a high level period as shown in FIG. 12 (g). It becomes very long and the low level period becomes very short (or the low level period disappears). Accordingly, when the first pulse signal rsout1 is at a high level, the capacitor C51 is charged for a long period by the voltage of the first pulse signal rsout1, and the voltage V1 of the power source Vx to which the charging voltage is added supplies the voltage to the capacitors C1 and C2. To reach the voltage. Therefore, when the input signal is excessively negative (and close to it), a voltage is supplied from the voltage source Vx to the capacitor C1, and the voltage source is reduced when the voltage of the capacitor C1 is lowered from the voltage Va. The capacitor C1 can be charged by the voltage from Vx, and the voltage of the capacitor C1 can be prevented from dropping below Va, and can be maintained at the voltage Va.
なお、第1パルス信号rsout1の変調度(ハイレベルの期間/(ハイレベルの期間+ローレベルの期間))をm(例えば0.9)に決定し、変調度がm以上の場合に電圧源VxからコンデンサC1、C2に電圧が供給され、変調度がm未満の場合に電圧源VxからコンデンサC1、C2に電圧が供給されないように、抵抗R52、R53、コンデンサC51の各値を設定するとよい。 Note that the modulation factor (high level period / (high level period + low level period)) of the first pulse signal rsout1 is determined to be m (for example, 0.9), and the voltage source when the modulation factor is equal to or greater than m. The values of the resistors R52, R53, and the capacitor C51 may be set so that the voltage is supplied from the Vx to the capacitors C1 and C2 and the voltage is not supplied from the voltage source Vx to the capacitors C1 and C2 when the modulation degree is less than m. .
本発明は、例えばオーディオアンプに好適に採用され得る。 The present invention can be suitably employed for an audio amplifier, for example.
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 クロック生成回路
12 差動増幅回路
13 第1充電電流生成回路
14 第2充電電流生成回路
15 第1放電用定電流回路
16 第2放電用定電流回路
17 第1パルス生成回路
18 第2パルス生成回路
19 パルス合成回路
20 充電開始電圧維持回路
AU オーディオ発生源
C1 コンデンサ
C2 コンデンサ
eS オーディオ信号
SW1 スイッチ
SW2 スイッチ
SW3 スイッチ
SW4 スイッチ
T1 第1期間
T2 第2期間
T3 第3期間
T4 第3期間
φ1 第1制御信号
φ2 第2制御信号
φ3 第3制御信号
φ4 第4制御信号
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記第1の制御信号により充電動作が実行された一方レベルの期間に続く他方レベルの期間に、前記充電動作で蓄積された電荷の放電動作を実行させるための第3の制御信号と、前記第2の制御信号により充電動作が実行された他方レベルの期間に続く一方レベルの期間に前記充電動作で蓄積された電荷の放電動作を実行させるための第4の制御信号とを生成する放電制御信号生成部と、
前記第1の制御信号に応じて入力信号のレベルに基づいて生成される充電電流により第1コンデンサを充電する充電動作と、前記第3の制御信号に応じて前記第1コンデンサの蓄積電荷を一定の放電電流で放電する放電動作とを実行し、前記放電動作を実行している各期間に前記第1コンデンサが放電開始時のレベルから基準レベルに変化するまでの放電時間をパルス幅とする第1のパルス信号を生成する第1のパルス信号生成部と、
前記第2の制御信号に応じて前記充電電流により第2コンデンサを充電する充電動作と、前記第4の制御信号に応じて前記第2コンデンサの蓄積電荷を前記放電電流で放電する放電動作とを実行し、前記放電動作を実行している各期間に前記第2コンデンサが放電開始時のレベルから前記基準レベルに変化するまでの放電時間をパルス幅とする第2のパルス信号を生成する第2のパルス信号生成部と、
前記第1のパルス信号生成部で生成される第1のパルス信号と前記第2のパルス信号生成部で生成される第2のパルス信号とを合成し、各パルスのパルス幅が前記入力信号のレベルに応じて変化するパルス幅変調信号を出力するパルス信号合成部と、
前記入力信号の負側の振幅が所定のレベルを超えるときに、前記第1コンデンサおよび前記第2コンデンサに電圧を供給することにより、前記第1コンデンサおよび前記第2コンデンサの電圧を所定電圧に維持させる電圧維持部とを備える、パルス幅変調回路。 A charging control signal for generating a first control signal for executing a charging operation during a period of one level of the reference clock and a second control signal for executing a charging operation during a period of the other level of the reference clock A generator,
A third control signal for causing the charge accumulated in the charging operation to be discharged in a period of the other level following the period of the one level in which the charging operation is performed by the first control signal; A discharge control signal for generating a fourth control signal for executing a discharging operation of the charge accumulated in the charging operation in a period of one level following a period of the other level in which the charging operation is performed by the control signal of 2. A generator,
A charging operation for charging the first capacitor with a charging current generated based on the level of the input signal in accordance with the first control signal, and a charge accumulated in the first capacitor in accordance with the third control signal is constant. The discharge operation is performed with a discharge current of a first current, and the discharge time until the first capacitor changes from the level at the start of discharge to the reference level in each period during which the discharge operation is performed is a pulse width. A first pulse signal generation unit that generates one pulse signal;
A charging operation for charging the second capacitor with the charging current according to the second control signal, and a discharging operation for discharging the accumulated charge of the second capacitor with the discharge current according to the fourth control signal. And generating a second pulse signal having a pulse width as a discharge time until the second capacitor changes from the level at the start of discharge to the reference level in each period during which the discharge operation is performed. A pulse signal generator of
The first pulse signal generated by the first pulse signal generation unit and the second pulse signal generated by the second pulse signal generation unit are synthesized, and the pulse width of each pulse is equal to the input signal. A pulse signal synthesizer that outputs a pulse width modulation signal that changes according to the level;
When the negative amplitude of the input signal exceeds a predetermined level, the voltages of the first capacitor and the second capacitor are maintained at a predetermined voltage by supplying a voltage to the first capacitor and the second capacitor. A pulse width modulation circuit comprising a voltage maintaining unit.
前記電圧を供給する電圧源と、
カソードが前記第1コンデンサに接続され、アノードが前記電圧源に接続された第1ダイオードと、
カソードが前記第2コンデンサに接続され、アノードが前記電圧源に接続された第2ダイオードとを含む、請求項1に記載のパルス幅変調回路。 The voltage maintaining unit is
A voltage source for supplying the voltage;
A first diode having a cathode connected to the first capacitor and an anode connected to the voltage source;
The pulse width modulation circuit according to claim 1, further comprising: a second diode having a cathode connected to the second capacitor and an anode connected to the voltage source.
一端が第1電源に接続され、他端が前記第1ダイオードのアノードと、前記第2ダイオードのアノードとに接続された第1抵抗と、
一端が第2電源に接続され、他端が前記第1ダイオードのアノードと、前記第2ダイオードのアノードとに接続された第2抵抗と、
一端が前記第1抵抗と前記第2抵抗との接続点に接続され、他端が前記第2電源に接続された第3コンデンサとを含む、請求項2に記載のパルス幅変調回路。 The voltage source is
A first resistor having one end connected to the first power source and the other end connected to the anode of the first diode and the anode of the second diode;
A second resistor having one end connected to the second power source and the other end connected to the anode of the first diode and the anode of the second diode;
The pulse width modulation circuit according to claim 2, further comprising: a third capacitor having one end connected to a connection point between the first resistor and the second resistor and the other end connected to the second power source.
前記電圧源の電圧から前記第2ダイオードの両端電圧を減算した電圧が、前記所定電圧に設定されている、請求項2または3に記載のパルス幅変調回路。 A voltage obtained by subtracting the voltage across the first diode from the voltage of the voltage source is set to the predetermined voltage,
4. The pulse width modulation circuit according to claim 2, wherein a voltage obtained by subtracting a voltage across the second diode from a voltage of the voltage source is set to the predetermined voltage. 5.
前記電圧を供給する電圧源と、
第1端子が前記第1コンデンサに接続され、第2端子と制御端子とが前記電圧源に接続された第1トランジスタと、
第1端子が前記第2コンデンサに接続され、第2端子と制御端子とが前記電圧源に接続された第2トランジスタとを含む、請求項1に記載のパルス幅変調回路。 The voltage maintaining unit is
A voltage source for supplying the voltage;
A first transistor having a first terminal connected to the first capacitor and a second terminal and a control terminal connected to the voltage source;
2. The pulse width modulation circuit according to claim 1, further comprising: a second transistor having a first terminal connected to the second capacitor and a second terminal and a control terminal connected to the voltage source.
一端が第1電源に接続され、他端が前記第1トランジスタの制御端子と、前記第2トランジスタの制御端子とに接続された第1抵抗と、
一端が第2電源に接続され、他端が前記第1トランジスタの制御端子と、前記第2トランジスタの制御端子とに接続された第2抵抗と、
一端が前記第1抵抗と前記第2抵抗との接続点に接続され、他端が前記第2電源に接続された第3コンデンサとを含む、請求項5に記載のパルス幅変調回路。 The voltage source is
A first resistor having one end connected to a first power supply and the other end connected to a control terminal of the first transistor and a control terminal of the second transistor;
A second resistor having one end connected to the second power supply and the other end connected to the control terminal of the first transistor and the control terminal of the second transistor;
The pulse width modulation circuit according to claim 5, further comprising: a third capacitor having one end connected to a connection point between the first resistor and the second resistor and the other end connected to the second power source.
前記電圧源の電圧から、前記第2トランジスタの制御端子−第1端子間電圧を減算した電圧が、前記所定電圧に設定されている、請求項5または6に記載のパルス幅変調回路。 A voltage obtained by subtracting the voltage between the control terminal and the first terminal of the first transistor from the voltage of the voltage source is set to the predetermined voltage,
The pulse width modulation circuit according to claim 5 or 6, wherein a voltage obtained by subtracting a voltage between the control terminal and the first terminal of the second transistor from the voltage of the voltage source is set to the predetermined voltage.
一端が所定電位に接続され、他端が前記第1ダイオードのアノードと、前記第2ダイオードのアノードとに接続された第1抵抗と、
一端が前記第1抵抗の他端に接続され、他端が前記所定電位に接続された第3コンデンサと、
一端が前記第1コンデンサの一端に接続された第2抵抗と、
カソードが前記第2抵抗の他端に接続され、アノードには前記第1のパルス信号が供給される第3ダイオードとを含む、請求項2に記載のパルス幅変調回路。 The voltage source is
A first resistor having one end connected to a predetermined potential and the other end connected to an anode of the first diode and an anode of the second diode;
A third capacitor having one end connected to the other end of the first resistor and the other end connected to the predetermined potential;
A second resistor having one end connected to one end of the first capacitor;
3. The pulse width modulation circuit according to claim 2, wherein a cathode is connected to the other end of the second resistor, and an anode includes a third diode to which the first pulse signal is supplied.
一端が所定電位に接続され、他端が前記第1トランジスタの制御端子と、前記第2トランジスタの制御端子とに接続された第1抵抗と、
一端が前記第1抵抗の他端に接続され、他端が前記所定電位に接続された第3コンデンサと、
一端が前記第1コンデンサの一端に接続された第2抵抗と、
カソードが前記第2抵抗の他端に接続され、アノードには前記第1のパルス信号が供給される第3ダイオードとを含む、請求項5に記載のパルス幅変調回路。 The voltage source is
A first resistor having one end connected to a predetermined potential and the other end connected to a control terminal of the first transistor and a control terminal of the second transistor;
A third capacitor having one end connected to the other end of the first resistor and the other end connected to the predetermined potential;
A second resistor having one end connected to one end of the first capacitor;
The pulse width modulation circuit according to claim 5, further comprising a third diode to which a cathode is connected to the other end of the second resistor and an anode is supplied with the first pulse signal.
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