JP2015198371A - オーディオ出力回路およびそれを用いた電子機器 - Google Patents
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Abstract
Description
D級アンプの効率ηは、以下の式で与えられる。
η=POUT/PIN
POUTは負荷である電気音響変換素子102に供給される電力であり、PINはオーディオ出力回路100に投入される電力である。PINは、以下の式で与えられる。
PIN=PSW+PSHT+PON+POUT
PSW:スイッチング損失
PSHT:ショートスルー損失
PON:オン抵抗による損失
「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。
回路を1つのICとして集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
アンプ40は、オーディオ信号SINを増幅する。たとえばアンプ40は利得が、ユーザが設定したボリウム値に応じて可変に構成されたボリウム回路である。図2には、差動形式のオーディオ信号SINが示されるが、シングルエンド形式であってもよい。
三角波あるいはのこぎり波をオーディオ信号S1のレベルでスライスするアナログのパルス幅変調器であってもよいし、デジタルのパルス幅変調器であってもよい。またパルス幅変調に代えて、ΔΣ変調などを行ってもよい。
図3は、図2のオーディオ出力回路100の動作波形図である。
時刻t1以前は、ボリウムの設定値が大きく、オーディオ信号S1の振幅がしきい値STHより大きくなっている。このときレベル検出器50は、イネーブル信号EN1、EN2を両方ハイレベルとし、サブドライバ22_1、22_2をイネーブル状態とする。この状態ではドライバ20の実効的なトランジスタサイズが大きくなり、電流容量が大きくなる。したがって低歪みで高音質なオーディオ再生が可能となる。
図4は、第1変形例に係るオーディオ出力回路100aの回路図である。この変形例では、レベル検出器50aは、D級アンプ10の出力信号SSWにもとづいてオーディオ信号の振幅を検出する。出力信号SSWはパルス変調された信号であるから、そのデューティ比がオーディオ信号S1の振幅を表すことになる。たとえばレベル検出器50aは、パルス信号SSWを平滑化するローパスフィルタを含み、ローパスフィルタの出力にもとづいてオーディオ信号S1の振幅を検出してもよい。
図5は、第2変形例に係るオーディオ出力回路100bの回路図である。
レベル検出器50bは、電気音響変換素子102の入力信号SOUTにもとづいて、オーディオ信号S1の振幅を検出する。この変形例では、入力信号SOUTを受けるための追加の端子SENが必要となるが、電気音響変換素子102の入力信号は、再生中のオーディオ信号の振幅が最も正確に現れていることから、振幅検出の精度を高めることができる。
図6は、第3変形例に係るオーディオ出力回路100cの回路図である。オーディオ出力回路100cは、D級アンプ10およびドライバ20を2セット備える。第1のセット10p、20pと第2のセット10n、20nは、互いに逆極性で動作し、スピーカ102をBTL(Bridge Transless)駆動する。D級アンプ10p、10nはそれぞれ、実施の形態と同様に複数のセグメントSEGに分割されている。ドライバ20pは、D級アンプ10pの複数のセグメントを選択的に駆動可能であり、ドライバ20nは、D級アンプ10nの複数のセグメントを選択的に駆動可能である。レベル検出器50cは、オーディオ信号S1の振幅レベルに応じて、D級アンプ10p、20nそれぞれの有効なセグメント数を制御する。フィルタ104pのインダクタL1と、フィルタ104nのインダクタL2は、コモンモードチョークコイルであってもよい。
実施の形態では、パルス変調器30の入力信号S2がアナログ信号である場合を説明したが、パルス変調器30の入力信号はデジタルオーディオ信号であってもよい。
最後に、オーディオ出力回路100のアプリケーションを説明する。図7は、オーディオ出力回路100を備える電子機器1を示す回路図である。
Claims (10)
- 電気音響変換素子を駆動するオーディオ出力回路であって、
並列な複数のセグメントに分割されたD級アンプと、
オーディオ信号をパルス変調するパルス変調器と、
前記オーディオ信号の振幅を検出するレベル検出器と、
前記レベル検出器の出力に応じて、前記D級アンプの前記複数のセグメントを選択的に駆動するドライバと、
を備えることを特徴とするオーディオ出力回路。 - 前記レベル検出器は、前記パルス変調器の入力信号にもとづいて前記オーディオ信号の振幅を検出することを特徴とする請求項1に記載のオーディオ出力回路。
- 前記レベル検出器は、前記D級アンプの出力信号にもとづいて前記オーディオ信号の振幅を検出することを特徴とする請求項1に記載のオーディオ出力回路。
- 前記レベル検出器は、前記電気音響変換素子の入力信号にもとづいて、前記オーディオ信号の振幅を検出することを特徴とする請求項1に記載のオーディオ出力回路。
- 前記ドライバは、前記複数のセグメントに対応づけられ、それぞれが対応するセグメントを駆動するイネーブル状態と、対応するセグメントの駆動を停止するディスエーブル状態が切りかえ可能に構成された複数のサブドライバを含み、前記レベル検出器の出力に応じて、イネーブル状態のサブドライバの個数が切りかえ可能であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のオーディオ出力回路。
- 前記パルス変調器の前段に設けられ、設定されたボリウム値に応じて、前記オーディオ信号の振幅を変化させるボリウム回路をさらに備えることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のオーディオ出力回路。
- 互いに逆極性で動作する前記D級アンプおよび前記ドライバを2セット備え、前記電気音響変換素子をBTL(Bridge Transless)駆動することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のオーディオ出力回路。
- ひとつの半導体基板に一体集積化されることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載のオーディオ出力回路。
- 負極端子が接地された電気音響変換素子と、
請求項1から6のいずれかに記載のオーディオ出力回路と、
一端が前記電気音響変換素子の正極端子と接続され、他端が接地された第1キャパシタと、
一端が前記電気音響変換素子の正極端子と接続され、他端が前記オーディオ出力回路の前記ドライバの出力端子と接続された第1インダクタと、
を備えることを特徴とする電子機器。 - 電気音響変換素子と、
請求項7に記載のオーディオ出力回路と、
一端が前記電気音響変換素子の正極端子と接続され、他端が接地された第1キャパシタと、
一端が前記電気音響変換素子の負極端子と接続され、他端が接地された第2キャパシタと、
一端が前記電気音響変換素子の正極端子と接続され、他端が前記オーディオ出力回路の2つのドライバの一方の出力端子と接続された第1インダクタと、
一端が前記電気音響変換素子の負極端子と接続され、他端が前記オーディオ出力回路の2つのドライバの他方の出力端子と接続された第2インダクタと、
を備えることを特徴とする電子機器。
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