JP3874101B2 - Power amplifier device - Google Patents

Power amplifier device Download PDF

Info

Publication number
JP3874101B2
JP3874101B2 JP2002075784A JP2002075784A JP3874101B2 JP 3874101 B2 JP3874101 B2 JP 3874101B2 JP 2002075784 A JP2002075784 A JP 2002075784A JP 2002075784 A JP2002075784 A JP 2002075784A JP 3874101 B2 JP3874101 B2 JP 3874101B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
power amplifier
circuit
supplied
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2002075784A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2003273656A (en
Inventor
聡彦 澤志
正弘 奥納
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2002075784A priority Critical patent/JP3874101B2/en
Publication of JP2003273656A publication Critical patent/JP2003273656A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3874101B2 publication Critical patent/JP3874101B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明はパワーアンプ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
アンプに負帰還をかけると、負帰還をかけていないときに比べ、周波数特性、歪み特性、S/Nなどの特性が改善される。このため、オーディオ用のパワーアンプには、一般に負帰還がかけられている。図6は、パワーアンプにおける負帰還を簡略的に示すもので、アナログオーディオ信号が、パワーアンプ1の非反転入力端に供給されて増幅され、その増幅出力がスピーカ2に供給されるとともに、その増幅出力の一部が帰還回路3を通じてパワーアンプ1の反転入力端に帰還される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、車載用のオーディオ機器、いわゆるカーオーディオのパワーアンプに負帰還をかけると、車両の走行時、音質が劣化してしまう。すなわち、図6において、車両の走行中は、スピーカ2は常に振動にさらされているが、この振動によりスピーカ2の振動板が振動し、スピーカ2には、その振動に起因する逆起電圧Vvを生じる。
【0004】
そして、この逆起電圧Vvは帰還回路3を通じてパワーアンプ1の反転入力端に供給されてしまうが、これは、逆起電圧Vvと逆相の電圧がパワーアンプ1の非反転入力端に供給されたことと等価である。つまり、逆起電圧Vvが帰還回路3を通じて入力オーディオ信号に重畳されたことになる。したがって、カーオーディオのパワーアンプに負帰還をかけると、車両の走行時、音質が劣化してしまう。
【0005】
図7は、スピーカ2として口径が一般的な16cmのものを使用した場合に、振動によりスピーカ2に生じる逆起電圧Vvの観測波形の例を示すもので、この逆起電圧Vvの大きさは1.35Vp-p、すなわち、およそ500mVrmsに達している。しかも、この程度の大きさの逆起電圧Vvは、車両の走行中、かなり頻繁に発生する。
【0006】
そして、スピーカ2のインピーダンスを4Ωとすれば、パワーアンプ1のダンピングファクタは一般に100程度であり、このとき、パワーアンプ1の出力インピーダンスは0.04Ω程度である。したがって、帰還回路3の帰還率βを1/16とすれば、スピーカ2に生じた逆起電圧Vvがパワーアンプ1の反転入力端に供給されるときの電圧値は、
500mVrms×0.04Ω/(0.04Ω+4Ω)×(1/16)=0.31mV
となる。
【0007】
そして、パワーアンプ1の利得を40dB(=100倍)とすれば、パワーアンプ1の反転入力端に供給された逆起電圧Vvが増幅されてアンプ1の出力端に現れるときの電圧値は、
0.31mV×100倍=31mV
となる。したがって、通常の車両内におけるアンプ出力を0.1W〜5Wとすれば、そのときの出力電圧は、
(0.1W×4Ω)^0.5=0.63V
・・・
(5W×4Ω)^0.5=4.47V
であるから、パワーアンプ1の出力信号のS/Nは、
20log(0.63V/31mV)=26dB
・・・
20log(4.47V/31mV)=43dB
となり、音質にかなりの影響を与えていることがわかる。
【0008】
したがって、車載用のパワーアンプに負帰還をかけることは音質の上から好ましいことではない。
【0009】
しかし、パワーアンプに負帰還をかけない場合には、電源電圧の変動が出力の変動として現れてしまう。特に、いわゆるD級のパワーアンプは、オーディオ信号をPWM信号に変換し、図8に示すように(この図では、簡単のため、PWM信号は無変調としている)、そのPWM信号により電源電圧をスイッチングし、そのスイッチング出力(斜線部分)を積分してオーディオ出力としているので、電源電圧に変動があると、その影響が顕著に現れてしまう。
【0010】
そして、カーオーディオでは、車両のすべての電源を1つのバッテリから共通に得ているので、バッテリの電圧には、
▲1▼ エンジン停止時と、エンジンスタート直後とにおける電圧の変動
▲2▼ オルタネータや各種のモータなどが作動したときに発生するオーディオ帯域のノイズ
を生じている。したがって、車両に無帰還のD級パワーアンプを搭載すると、その出力は▲1▼項および▲2▼項により大きく影響されてしまい、音質が大きく劣化してしまう。
【0011】
図9は、▲1▼項により生じるバッテリ電圧の変化の観測波形を示すもので、エンジンのスタートの前後で、バッテリ電圧は12Vから13.6Vに上昇し、エンジンを停止すると、再び12Vに戻っている。また、この電圧変動は、数Hz(エンジンスタート時では、およそ2.5Hz)のゆっくりとした変動となっている。そして、このような電圧変動があると、無帰還のD級パワーアンプでは、出力が2dB程度変化してしまい、聴感上、問題となってしまう。
【0012】
また、図10および図11は、▲2▼項によりバッテリの電圧に生じるノイズの観測波形を示すもので、図10は停車時の波形、図11は走行時の波形である。そして、この観測結果によれば、バッテリ電圧に数kHzのノイズの乗っているが、このノイズは、無帰還のD級パワーアンプでは、出力の可聴帯域にノイズとして現れてしまう。
【0013】
このため、無帰還のD級パワーアンプを車両に搭載する場合には、バッテリ電圧をDC/DCコンバータなどにより安定化してからD級アンプに供給するようにしている。しかし、その場合には、パワーアンプの出力に対応してかなりの容量のDC/DCコンバータが必要となり、装置全体の大型化や価格の上昇などを生じてしまうとともに、発熱対策も必要になってしまう。
【0014】
この発明は、以上のような点にかんがみ、無帰還のパワーアンプにおいて、DC/DCコンバータなどを使用しなくても、電源電圧の変動や電源電圧に乗っているノイズが音質に与える影響を抑止しようとするものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
この発明においては、
車両に搭載されてD級増幅を行う無帰還のパワーアンプと、
このパワーアンプに供給されるオーディオ信号のレベルを制御する可変アッテネータ回路と、
この可変アッテネータ回路を制御して音量を制御する制御回路と、
上記車両に搭載されたバッテリーの出力電圧が供給される直流ラインフィルタと、
この直流ラインフィルタの出力電圧の大きさを基準値と比較する電圧比較回路と
を有し、
上記直流ラインフィルタの出力電圧を上記パワーアンプにその電源電圧として供給するとともに、
上記バッテリの出力電圧の変動により生じる上記パワーアンプの出力信号のレベル変動を相殺するように、上記電圧比較回路の比較出力を上記可変アッテネータ回路にその制御信号として供給する
ようにしたパワーアンプ装置
とするものである。
したがって、バッテリの電圧変動の影響がオーディオ信号のレベル変化により相殺されるとともに、バッテリの電圧に乗っているノイズが直流ラインフィルタにより除去される。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1は、この発明によるパワーアンプの一例を示すもので、この例においては、パワーアンプ10が無帰還のD級アンプに構成されている場合である。このため、デジタルオーディオ信号Dinが、入力端子11から音量調整用(レベル制御用)の可変アッテネータ回路12を通じてPWM変調回路13に供給され、オーディオ信号Dinは1対のPWM信号DA、DBに変換される。
【0017】
この場合、図2に示すように、PWM信号DA、DBのパルス幅は、デジタルオーディオ信号Dinの示すレベル(信号DinをD/A変換したときの瞬時レベル。以下同様)に対応して変化するものであるが、一方のPWM信号DAのパルス幅は、デジタルオーディオ信号Dinの示すレベルの大きさとされ、他方のPWM信号DBのパルス幅は、デジタルオーディオ信号Dinの示すレベルの2の補数の大きさとされる。また、PWM信号DA、DBは、その立ち上がり時点がPWM信号DA、DBの1サイクル期間Tcの開始時点に固定され、その立ち下がり時点がオーディオ信号Dinの示すレベルに対応して変化するものとされる。
【0018】
さらに、PWM信号DA、DBのキャリア周波数fc(=1/Tc)は、デジタルオーディオ信号Dinのサンプリング周波数fsの例えば16倍とされ、fs=48kHzとすれば、
fc=16fs=16×48kHz=768kHz
とされる。
【0019】
そして、このPWM変調回路12から出力される一方のPWM信号DAがドライブ回路14Aに供給されて図3Aに示すように、信号DAと同レベルおよびレベル反転した1対のドライブ用のパルス電圧+DA、−DAが形成され、これらパルス電圧+DA、−DAが、1対のスイッチング素子、例えばnチャンネルのMOS−FET(Q11、Q12)のゲートにそれぞれ供給される。このFET(Q11、Q12)はプッシュプル回路15Aを構成するものであり、FET(Q11)のドレインが電源ライン24に接続され、そのソースがFET(Q12)のドレインに接続され、このFET(Q12)のソースが接地に接続される。なお、電源ライン24には、後述するように、カーバッテリからの電圧+VDDが供給される。
【0020】
そして、FET(Q11)のソースおよびFET(Q12)のドレインが、コイルおよびコンデンサを有する積分用のローパスフィルタ16Aを通じてスピーカ17の一端に接続される。
【0021】
また、PWM変調回路11から出力される他方のPWM信号DBに対しても、PWM信号DAに対してと同様に構成される。すなわち、PWM信号DBがドライブ回路14Bに供給されて図3Bに示すように、信号DBと同レベルおよびレベル反転した1対のドライブ用のパルス電圧+DB、−DBが形成され、これらパルス電圧+DB、−DBが、プッシュプル回路15Bを構成する1対のnチャンネルのMOS−FET(Q13、Q14)のゲートにそれぞれ供給される。そして、FET(Q13)のソースおよびFET(Q14)のドレインが、コイルおよびコンデンサを有する積分用のローパスフィルタ16Bを通じてスピーカ17の他端に接続される。
【0022】
したがって、+DA=“H”のときには、−DA=“L”であり、FET(Q11)がオンになるとともに、FET(Q12)がオフになるので、FET(Q11、Q12)の接続点の電圧VAは、図3Cに示すように、電圧+VDDとなる。また、逆に、+DA=“L”のときには、−DA=“H”であり、FET(Q11)がオフになるとともに、FET(Q12)がオンになるので、VA=0となる。
【0023】
同様に、+DB=“H”のときには、−DB=“L”であり、FET(Q13)がオンになるとともに、FET(Q14)がオフになるので、FET(Q13、Q14)の接続点の電圧VBは、図3Dに示すように、電圧+VDDとなる。また、逆に、+DB=“L”のときには、−DB=“H”であり、FET(Q13)がオフになるとともに、FET(Q14)がオンになるので、VB=0となる。
【0024】
そして、VA=+VDD、かつ、VB=0の期間には、図1および図3Eに示すように、FET(Q11、Q12)の接続点から、ローパスフィルタ16A→スピーカ17→ローパスフィルタ16Bのラインを通じて、FET(Q13、Q14)の接続点に、電流iが流れる。
【0025】
また、VA=0、かつ、VB=+VDDの期間には、FET(Q13、Q14)の接続点から、ローパスフィルタ16B→スピーカ17→ローパスフィルタ16Aのラインを通じて、FET(Q11、Q12)の接続点に、逆向きに電流iが流れる。さらに、VA=VB=+VDDの期間、およびVA=VB=0の期間には、電流iは流れない。つまり、プッシュプル回路15A、15BがBTL回路を構成していることになる。
【0026】
そして、電流iの流れる期間は、もとのPWM信号DA、DBが立ち上がっている期間に対応して変化するとともに、電流iがスピーカ17を流れるとき、電流iはローパスフィルタ16A、16Bにより積分されるので、結果として、スピーカ17を流れる電流iは、デジタルオーディオ信号Dinの示すレベルに対応したアナログ電流であり、電力増幅された電流となる。つまり、電力増幅された出力がスピーカ17に供給されることになる。
【0027】
こうして、端子11からスピーカ17までの信号ラインは、無帰還のD級パワーアンプとして動作する。
【0028】
また、このとき、マイクロコンピュータにより制御回路30が構成されるとともに、この制御回路30には各種の操作キー33が接続され、これら操作キー33のうちの音量のアップキーあるいはダウンキーを操作すると、制御回路30において、所定の音量データが形成され、この音量データが可変アッテネータ回路12にその制御信号D30として供給されて可変アッテネータ回路12を通じるデジタルオーディオ信号Dinのレベル(D/A変換したときのレベル)が制御される。したがって、操作キー30のうちのアップキーあるいはダウンキーを操作することにより音量を変更することができる。
【0029】
ただし、以上の構成だけでは、電源ライン24の電圧+VDDに変動があったり、ノイズが乗っていると、上述のようにスピーカ17に供給されるオーディオ出力の音質が劣化してしまう。
【0030】
このため、この発明においては、さらに次のように構成される。すなわち、カーバッテリ21が、イグニションキーに連動してオンオフされるスイッチ22→コイルL23およびコンデンサC23を有する直流ラインフィルタ23の電流ラインを通じて電源ライン24に接続され、バッテリ21の出力電圧が電源ライン24に電源電圧+VDDとして供給される。
【0031】
また、電源ライン24の電源電圧+VDDの大きさが検出され、その検出結果にしたがって可変アッテネータ回路12の減衰量が制御される。図1においては、電源電圧+VDDの大きさの検出を制御回路30により行う場合である。すなわち、電源ライン24の電源電圧+VDDが、制御回路30に内蔵されているA/Dコンバータ回路31に供給されてデジタルデータD31にA/D変換され、このデータD31が電圧比較回路32に供給される。この電圧比較回路32は、制御回路30を構成するマイクロコンピュータが所定のルーチンを実行することにより等価的に実現されるものである。
【0032】
そして、電圧比較回路32において、電源電圧+VDDのデータD31が基準電圧に対応する所定の基準値DREFと比較され、その比較出力が制御信号D30の一部として可変アッテネータ回路12に供給され、可変アッテネータ回路12の減衰量が、電源電圧+VDDが高くなるときに大きくなる極性で制御される。
【0033】
このような構成によれば、バッテリ21の出力電圧に、▲2▼項に起因するノイズが乗っていても、このノイズは直流ラインフィルタ23により除去されてからプッシュプル回路15A、15Bに供給される。例えば、直流ラインフィルタ23が、カットオフ周波数が100Hzで、カットオフ特性が−40dB/decであるとすると、バッテリ21の出力電圧に周波数が例えば1kHzのノイズが乗っているとき、そのレベルを−43dB減衰させることができる。
【0034】
図4および図5は、プッシュプル回路15A、15Bに供給される電源電圧+VDDの観測波形を示すもので、図4は停車時の波形、図5は走行時の波形である。これら波形は、図10および図11の波形に対応するが、▲2▼項に起因するノイズは観測されない。
【0035】
したがって、▲2▼項に起因するノイズがスピーカ17に供給される増幅出力に含まれることがないので、▲2▼項に起因する音質の劣化を抑えることができる。
【0036】
また、プッシュプル回路15A、15Bに供給される電源電圧+VDDが高くなると、図8からも明らかなように、スピーカ17に供給される信号電圧が大きくなるはずであるが、図1のパワーアンプ10においては、電源電圧+VDDが基準値DREFに対応する電圧値よりも高くなると、電圧比較回路32の比較出力が大きくなって可変アッテネータ回路12の減衰量が大きくなるので、スピーカ17に供給される信号電圧は小さくなり、これにより電源電圧+VDDの上昇による信号電圧の上昇が相殺される。
【0037】
逆に、電源電圧+VDDが低くなると、スピーカ17に供給される信号電圧が小さくなるはずであるが、このとき、電圧比較回路32の比較出力が小さくなって可変アッテネータ回路12の減衰量が小さくなるので、スピーカ17に供給される信号電圧は大きくなり、これにより電源電圧+VDDの上昇による信号電圧の低下が相殺される。
【0038】
したがって、▲1▼項によりプッシュプル回路15A、15Bに供給される電源電圧+VDDが変動しても、これは可変アッテネータ回路12の減衰量の変化により相殺され、スピーカ17に供給される信号電圧の大きさは一定に保持される。このとき、電源電圧+VDDの変動は、上述のように数Hzと非常に遅いので、可変アッテネータ回路12における信号レベルの制御は、遅延なく行うことができる。
したがって、▲1▼項により電源電圧+VDDが変動しても、スピーカ17の出力が変動することがない。
【0039】
こうして、上述のパワーアンプ10によれば、無帰還であるが、バッテリ21の出力電圧に、▲1▼項および▲2▼項に起因する電圧変動やノイズなどを生じても、スピーカ17に供給される信号電圧が変動したり、ノイズが乗ったりすることがなく、したがって、優れた音質の音響出力を得ることができる。また、パワーアンプ10は無帰還であるから、車両の走行によりスピーカ17が振動しても、音質の劣化がない。
【0040】
しかも、そのために特殊なハードウェアを必要とすることがなく、また、プッシュプル回路15A、15Bに供給される電源電圧+VDDを安定化するためにDC/DCコンバータ回路などの安定化電源回路を必要とすることもないので、コストの上昇を最小に抑えることができる。
【0041】
なお、上述において、PWM信号DinはPNM信号などとすることもできる。
【0042】
〔この明細書で使用している略語の一覧〕
A/D :Analog to Digital
BTL :Balanced TransformerLess
D/A :Digital to Analog
DC/DC :Direct Current to Direct Current
FET :Field Effect Transistor
MOS−FET:Metal Oxide Semiconductor type FET
PNM :Pulse Number Modulation
PWM :Pulse Width Modulation
S/N :Signal to Noise ratio
【0043】
【発明の効果】
この発明によれば、無帰還パワーアンプの音質を損なうことがなく、また、無帰還のパワーアンプであっても、車の振動などでスピーカーに発生する逆起電圧の影響を受けることがなく、音質の劣化を防ぐことができる。
【0044】
しかも、そのために特殊なハードウェアを必要とすることがなく、また、電源電圧を安定化するためにDC/DCコンバータ回路などの安定化電源回路を必要とすることもないので、コストの上昇を最小に抑えることができるとともに、省スペース化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一形態を示す系統図である。
【図2】この発明を説明するための波形図である。
【図3】この発明を説明するための波形図である。
【図4】この発明の適用結果を説明するための観測波形の図である。
【図5】この発明の適用結果を説明するための観測波形の図である。
【図6】この発明を説明するための接続図である。
【図7】この発明を説明するための観測波形の図である。
【図8】この発明を説明するための波形図である。
【図9】この発明を説明するための観測波形の図である。
【図10】この発明を説明するための観測波形の図である。
【図11】この発明を説明するための観測波形の図である。
【符号の説明】
10…パワーアンプ、11…入力端子、12…可変アッテネータ回路、13…PWM変調回路、14Aおよび14B…ドライブ回路、15Aおよび15B…プッシュプル回路、16Aおよび16B…ローパスフィルタ、17…スピーカ、21…カーバッテリ、23…DCラインフィルタ、30…制御回路、31…A/Dコンバータ回路、32…比較回路、33…操作キー
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power amplifier device.
[0002]
[Prior art]
When negative feedback is applied to the amplifier, characteristics such as frequency characteristics, distortion characteristics, and S / N are improved compared to when negative feedback is not applied. For this reason, negative feedback is generally applied to audio power amplifiers. FIG. 6 schematically shows negative feedback in the power amplifier. An analog audio signal is supplied to the non-inverting input terminal of the power amplifier 1 and amplified, and the amplified output is supplied to the speaker 2. A part of the amplified output is fed back to the inverting input terminal of the power amplifier 1 through the feedback circuit 3.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, if negative feedback is applied to an in-vehicle audio device, that is, a so-called car audio power amplifier, the sound quality deteriorates when the vehicle travels. That is, in FIG. 6, while the vehicle is running, the speaker 2 is always exposed to vibration, but the vibration of the speaker 2 is vibrated by this vibration, and the back electromotive voltage Vv resulting from the vibration is applied to the speaker 2. Produce.
[0004]
The counter electromotive voltage Vv is supplied to the inverting input terminal of the power amplifier 1 through the feedback circuit 3. This is because a voltage having a phase opposite to that of the counter electromotive voltage Vv is supplied to the non-inverting input terminal of the power amplifier 1. Is equivalent to That is, the back electromotive voltage Vv is superimposed on the input audio signal through the feedback circuit 3. Therefore, if negative feedback is applied to the power amplifier of the car audio, the sound quality deteriorates when the vehicle travels.
[0005]
FIG. 7 shows an example of an observed waveform of the counter electromotive voltage Vv generated in the speaker 2 due to vibration when the speaker 2 having a general diameter of 16 cm is used. The magnitude of the counter electromotive voltage Vv is as follows. 1.35 Vp-p, that is, about 500 mVrms. In addition, the back electromotive voltage Vv of this magnitude is generated quite frequently while the vehicle is running.
[0006]
If the impedance of the speaker 2 is 4Ω, the damping factor of the power amplifier 1 is generally about 100. At this time, the output impedance of the power amplifier 1 is about 0.04Ω. Therefore, if the feedback factor β of the feedback circuit 3 is 1/16, the voltage value when the back electromotive voltage Vv generated in the speaker 2 is supplied to the inverting input terminal of the power amplifier 1 is
500mVrms × 0.04Ω / (0.04Ω + 4Ω) × (1/16) = 0.31mV
It becomes.
[0007]
If the gain of the power amplifier 1 is 40 dB (= 100 times), the voltage value when the counter electromotive voltage Vv supplied to the inverting input terminal of the power amplifier 1 is amplified and appears at the output terminal of the amplifier 1 is
0.31 mV x 100 times = 31 mV
It becomes. Therefore, if the amplifier output in a normal vehicle is 0.1 W to 5 W, the output voltage at that time is
(0.1W × 4Ω) ^ 0.5 = 0.63V
...
(5W × 4Ω) ^ 0.5 = 4.47V
Therefore, the S / N of the output signal of the power amplifier 1 is
20log (0.63V / 31mV) = 26dB
...
20log (4.47V / 31mV) = 43dB
It can be seen that the sound quality is significantly affected.
[0008]
Therefore, it is not preferable from the viewpoint of sound quality to apply negative feedback to the on-vehicle power amplifier.
[0009]
However, when negative feedback is not applied to the power amplifier, fluctuations in the power supply voltage appear as output fluctuations. In particular, a so-called class D power amplifier converts an audio signal into a PWM signal, and as shown in FIG. 8 (in this figure, the PWM signal is not modulated for simplicity), the power supply voltage is adjusted by the PWM signal. Since switching is performed and the switching output (shaded portion) is integrated to obtain an audio output, if the power supply voltage fluctuates, the influence appears remarkably.
[0010]
And in car audio, all the power of the vehicle is obtained in common from one battery, so the battery voltage is
(1) Voltage fluctuations when the engine is stopped and immediately after the engine is started (2) Audio band noise is generated when an alternator, various motors, etc. are activated. Therefore, when a non-feedback class D power amplifier is mounted on the vehicle, the output is greatly influenced by the items (1) and (2), and the sound quality is greatly deteriorated.
[0011]
FIG. 9 shows the observed waveform of the change in the battery voltage caused by the item (1). The battery voltage increases from 12V to 13.6V before and after the start of the engine. When the engine is stopped, it returns to 12V again. Yes. This voltage fluctuation is a slow fluctuation of several Hz (approximately 2.5 Hz when the engine is started). If there is such a voltage fluctuation, the non-feedback class D power amplifier changes the output by about 2 dB, which causes a problem in hearing.
[0012]
10 and 11 show observed waveforms of noise generated in the battery voltage according to item (2). FIG. 10 shows a waveform when the vehicle is stopped, and FIG. 11 shows a waveform when the vehicle is running. According to this observation result, noise of several kHz is added to the battery voltage, but this noise appears as noise in the audible band of the output in the non-feedback class D power amplifier.
[0013]
For this reason, when a non-feedback class D power amplifier is mounted on a vehicle, the battery voltage is stabilized by a DC / DC converter or the like and then supplied to the class D amplifier. However, in that case, a DC / DC converter having a considerable capacity corresponding to the output of the power amplifier is required, resulting in an increase in the size of the entire device and an increase in price, and a countermeasure for heat generation is also required. End up.
[0014]
In view of the above points, the present invention suppresses the influence of fluctuations in power supply voltage and noise on the power supply voltage on the sound quality without using a DC / DC converter in a non-feedback power amplifier. It is something to try.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In this invention,
A non-feedback power amplifier that is installed in the vehicle and performs class D amplification,
A variable attenuator circuit for controlling the level of the audio signal supplied to the power amplifier ;
A control circuit that controls the volume by controlling the variable attenuator circuit;
A DC line filter to which an output voltage of a battery mounted on the vehicle is supplied;
And a voltage comparison circuit for comparing a reference value the magnitude of the output voltage of the DC line filter,
While supplying the output voltage of the DC line filter to the power amplifier as its power supply voltage,
A power amplifier device configured to supply a comparison output of the voltage comparison circuit as a control signal to the variable attenuator circuit so as to cancel out a level variation of the output signal of the power amplifier caused by a variation in the output voltage of the battery; To do.
Therefore, the influence of the battery voltage fluctuation is canceled out by the level change of the audio signal, and the noise riding on the battery voltage is removed by the DC line filter.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows an example of a power amplifier according to the present invention. In this example, the power amplifier 10 is a non-feedback class D amplifier. For this reason, the digital audio signal Din is supplied from the input terminal 11 to the PWM modulation circuit 13 through the variable attenuator circuit 12 for volume adjustment (for level control), and the audio signal Din is converted into a pair of PWM signals DA and DB. The
[0017]
In this case, as shown in FIG. 2, the pulse widths of the PWM signals DA and DB change corresponding to the level indicated by the digital audio signal Din (the instantaneous level when the signal Din is D / A converted; the same applies hereinafter). However, the pulse width of one PWM signal DA is set to the level indicated by the digital audio signal Din, and the pulse width of the other PWM signal DB is set to the two's complement of the level indicated by the digital audio signal Din. It is assumed. Further, the rise time of the PWM signals DA and DB is fixed at the start time of one cycle period Tc of the PWM signals DA and DB, and the fall time changes in accordance with the level indicated by the audio signal Din. The
[0018]
Further, the carrier frequency fc (= 1 / Tc) of the PWM signals DA and DB is, for example, 16 times the sampling frequency fs of the digital audio signal Din, and fs = 48 kHz.
fc = 16fs = 16 × 48kHz = 768kHz
It is said.
[0019]
Then, one PWM signal DA output from the PWM modulation circuit 12 is supplied to the drive circuit 14A, and as shown in FIG. 3A, a pair of drive pulse voltages + DA, which have the same level and level inversion as the signal DA, -DA is formed, and these pulse voltages + DA and -DA are respectively supplied to the gates of a pair of switching elements, for example, n-channel MOS-FETs (Q11, Q12). The FETs (Q11, Q12) constitute a push-pull circuit 15A. The drain of the FET (Q11) is connected to the power supply line 24, the source is connected to the drain of the FET (Q12), and the FET (Q12). ) Source connected to ground. The power line 24 is supplied with a voltage + VDD from the car battery, as will be described later.
[0020]
The source of the FET (Q11) and the drain of the FET (Q12) are connected to one end of the speaker 17 through an integration low-pass filter 16A having a coil and a capacitor.
[0021]
Further, the other PWM signal DB output from the PWM modulation circuit 11 is configured in the same manner as the PWM signal DA. That is, the PWM signal DB is supplied to the drive circuit 14B, and as shown in FIG. 3B, a pair of drive pulse voltages + DB and -DB which are the same level and level inverted as the signal DB are formed, and these pulse voltages + DB, -DB is supplied to the gates of a pair of n-channel MOS-FETs (Q13, Q14) constituting the push-pull circuit 15B. The source of the FET (Q13) and the drain of the FET (Q14) are connected to the other end of the speaker 17 through an integration low-pass filter 16B having a coil and a capacitor.
[0022]
Therefore, when + DA = “H”, −DA = “L”, the FET (Q11) is turned on, and the FET (Q12) is turned off. Therefore, the voltage at the connection point of the FETs (Q11, Q12) As shown in FIG. 3C, VA becomes a voltage + VDD. Conversely, when + DA = “L”, −DA = “H”, FET (Q11) is turned off, and FET (Q12) is turned on, so VA = 0.
[0023]
Similarly, when + DB = “H”, −DB = “L”, the FET (Q13) is turned on, and the FET (Q14) is turned off, so that the connection point of the FET (Q13, Q14) is The voltage VB becomes a voltage + VDD as shown in FIG. 3D. Conversely, when + DB = “L”, −DB = “H”, the FET (Q13) is turned off, and the FET (Q14) is turned on, so that VB = 0.
[0024]
Then, during the period of VA = + VDD and VB = 0, as shown in FIGS. 1 and 3E, from the connection point of the FETs (Q11, Q12), through the line of the low pass filter 16A → the speaker 17 → the low pass filter 16B. The current i flows through the connection point of the FETs (Q13, Q14).
[0025]
Further, during the period of VA = 0 and VB = + VDD, the connection point of the FET (Q11, Q12) from the connection point of the FET (Q13, Q14) through the line of the low pass filter 16B → the speaker 17 → the low pass filter 16A. In addition, the current i flows in the opposite direction. Further, the current i does not flow during the period of VA = VB = + VDD and the period of VA = VB = 0. That is, the push-pull circuits 15A and 15B constitute a BTL circuit.
[0026]
The period during which the current i flows changes corresponding to the period during which the original PWM signals DA and DB rise, and when the current i flows through the speaker 17, the current i is integrated by the low-pass filters 16A and 16B. Therefore, as a result, the current i flowing through the speaker 17 is an analog current corresponding to the level indicated by the digital audio signal Din, and becomes a power-amplified current. That is, the power-amplified output is supplied to the speaker 17.
[0027]
Thus, the signal line from the terminal 11 to the speaker 17 operates as a non-feedback class D power amplifier.
[0028]
At this time, a control circuit 30 is configured by the microcomputer, and various operation keys 33 are connected to the control circuit 30. When the volume up key or the down key among these operation keys 33 is operated, In the control circuit 30, predetermined volume data is formed, and this volume data is supplied to the variable attenuator circuit 12 as its control signal D30, and the level of the digital audio signal Din passing through the variable attenuator circuit 12 (when D / A conversion is performed). Level) is controlled. Therefore, the volume can be changed by operating the up key or the down key of the operation keys 30.
[0029]
However, with the above configuration alone, if the voltage + VDD of the power supply line 24 varies or noise is present, the sound quality of the audio output supplied to the speaker 17 will deteriorate as described above.
[0030]
Therefore, the present invention is further configured as follows. That is, the car battery 21 is connected to the power supply line 24 through the current line of the DC line filter 23 having the switch 22 that is turned on and off in conjunction with the ignition key and the coil L23 and the capacitor C23. Is supplied as a power supply voltage + VDD.
[0031]
Further, the magnitude of the power supply voltage + VDD of the power supply line 24 is detected, and the attenuation amount of the variable attenuator circuit 12 is controlled according to the detection result. In FIG. 1, the control circuit 30 detects the magnitude of the power supply voltage + VDD. That is, the power supply voltage + VDD of the power supply line 24 is supplied to the A / D converter circuit 31 built in the control circuit 30 and A / D converted into the digital data D31, and this data D31 is supplied to the voltage comparison circuit 32. The The voltage comparison circuit 32 is equivalently realized by a microcomputer constituting the control circuit 30 executing a predetermined routine.
[0032]
In the voltage comparison circuit 32, the data D31 of the power supply voltage + VDD is compared with a predetermined reference value DREF corresponding to the reference voltage, and the comparison output is supplied to the variable attenuator circuit 12 as a part of the control signal D30. The attenuation of the circuit 12 is controlled with a polarity that increases as the power supply voltage + VDD increases.
[0033]
According to such a configuration, even if noise due to the item (2) is added to the output voltage of the battery 21, the noise is removed by the DC line filter 23 and then supplied to the push-pull circuits 15A and 15B. The For example, if the DC line filter 23 has a cut-off frequency of 100 Hz and a cut-off characteristic of −40 dB / dec, when the output voltage of the battery 21 has noise with a frequency of, for example, 1 kHz, the level is − It can be attenuated by 43dB.
[0034]
4 and 5 show observed waveforms of the power supply voltage + VDD supplied to the push-pull circuits 15A and 15B. FIG. 4 shows a waveform when the vehicle is stopped and FIG. 5 shows a waveform when the vehicle is running. These waveforms correspond to the waveforms of FIGS. 10 and 11, but no noise due to the item (2) is observed.
[0035]
Therefore, noise caused by the item {circle around (2)} is not included in the amplified output supplied to the speaker 17, so that deterioration of sound quality caused by the item {circle around (2)} can be suppressed.
[0036]
Further, as the power supply voltage + VDD supplied to the push-pull circuits 15A and 15B increases, as is apparent from FIG. 8, the signal voltage supplied to the speaker 17 should increase, but the power amplifier 10 of FIG. When the power supply voltage + VDD becomes higher than the voltage value corresponding to the reference value DREF, the comparison output of the voltage comparison circuit 32 increases and the attenuation of the variable attenuator circuit 12 increases, so that the signal supplied to the speaker 17 is increased. The voltage becomes smaller, thereby canceling the increase in signal voltage due to the increase in power supply voltage + VDD.
[0037]
Conversely, when the power supply voltage + VDD is lowered, the signal voltage supplied to the speaker 17 should be reduced. At this time, the comparison output of the voltage comparison circuit 32 is reduced and the attenuation of the variable attenuator circuit 12 is reduced. As a result, the signal voltage supplied to the speaker 17 increases, thereby canceling the decrease in the signal voltage due to the increase in the power supply voltage + VDD.
[0038]
Therefore, even if the power supply voltage + VDD supplied to the push-pull circuits 15A and 15B fluctuates due to the item (1), this is offset by the change in the attenuation of the variable attenuator circuit 12, and the signal voltage supplied to the speaker 17 The size is kept constant. At this time, since the fluctuation of the power supply voltage + VDD is very slow as several Hz as described above, the signal level in the variable attenuator circuit 12 can be controlled without delay.
Therefore, even if the power supply voltage + VDD varies according to the item (1), the output of the speaker 17 does not vary.
[0039]
Thus, according to the power amplifier 10 described above, although there is no feedback, even if voltage fluctuation or noise caused by the items (1) and (2) occurs in the output voltage of the battery 21, it is supplied to the speaker 17. Therefore, the output signal voltage does not fluctuate and noise does not get on, so that it is possible to obtain a sound output with excellent sound quality. Further, since the power amplifier 10 is non-feedback, even if the speaker 17 vibrates due to running of the vehicle, there is no deterioration in sound quality.
[0040]
In addition, no special hardware is required for this purpose, and a stabilized power supply circuit such as a DC / DC converter circuit is required to stabilize the power supply voltage + VDD supplied to the push-pull circuits 15A and 15B. Therefore, an increase in cost can be minimized.
[0041]
Incidentally, Te above smell, PWM signal Din may also be, eg, PNM signal.
[0042]
[List of abbreviations used in this specification]
A / D: Analog to Digital
BTL: Balanced TransformerLess
D / A: Digital to Analog
DC / DC: Direct Current to Direct Current
FET: Field Effect Transistor
MOS-FET: Metal Oxide Semiconductor type FET
PNM: Pulse Number Modulation
PWM: Pulse Width Modulation
S / N: Signal to Noise ratio
[0043]
【The invention's effect】
According to the present invention, the sound quality of the non-feedback power amplifier is not impaired, and even the non-feedback power amplifier is not affected by the back electromotive voltage generated in the speaker due to car vibration, Deterioration of sound quality can be prevented.
[0044]
In addition, no special hardware is required for this purpose, and a stabilized power supply circuit such as a DC / DC converter circuit is not required to stabilize the power supply voltage. It can be minimized, and space can be saved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a waveform diagram for explaining the present invention.
FIG. 3 is a waveform diagram for explaining the present invention.
FIG. 4 is a diagram of observed waveforms for explaining an application result of the present invention.
FIG. 5 is a diagram of observed waveforms for explaining the application result of the present invention.
FIG. 6 is a connection diagram for explaining the present invention.
FIG. 7 is a diagram of observed waveforms for explaining the present invention.
FIG. 8 is a waveform diagram for explaining the present invention.
FIG. 9 is a diagram of observed waveforms for explaining the present invention.
FIG. 10 is a diagram of observed waveforms for explaining the present invention.
FIG. 11 is a diagram of observed waveforms for explaining the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Power amplifier, 11 ... Input terminal, 12 ... Variable attenuator circuit, 13 ... PWM modulation circuit, 14A and 14B ... Drive circuit, 15A and 15B ... Push-pull circuit, 16A and 16B ... Low pass filter, 17 ... Speaker, 21 ... Car battery, 23 ... DC line filter, 30 ... control circuit, 31 ... A / D converter circuit, 32 ... comparison circuit, 33 ... operation key

Claims (1)

車両に搭載されてD級増幅を行う無帰還のパワーアンプと、
このパワーアンプに供給されるオーディオ信号のレベルを制御する可変アッテネータ回路と、
この可変アッテネータ回路を制御して音量を制御する制御回路と、
上記車両に搭載されたバッテリーの出力電圧が供給される直流ラインフィルタと、
この直流ラインフィルタの出力電圧の大きさを基準値と比較する電圧比較回路と
を有し、
上記直流ラインフィルタの出力電圧を上記パワーアンプにその電源電圧として供給するとともに、
上記バッテリの出力電圧の変動により生じる上記パワーアンプの出力信号のレベル変動を相殺するように、上記電圧比較回路の比較出力を上記可変アッテネータ回路にその制御信号として供給する
ようにしたパワーアンプ装置。
A non-feedback power amplifier that is installed in the vehicle and performs class D amplification,
A variable attenuator circuit for controlling the level of the audio signal supplied to the power amplifier ;
A control circuit that controls the volume by controlling the variable attenuator circuit;
A DC line filter to which an output voltage of a battery mounted on the vehicle is supplied;
And a voltage comparison circuit for comparing a reference value the magnitude of the output voltage of the DC line filter,
While supplying the output voltage of the DC line filter to the power amplifier as its power supply voltage,
A power amplifier device in which a comparison output of the voltage comparison circuit is supplied as a control signal to the variable attenuator circuit so as to cancel out a level fluctuation of an output signal of the power amplifier caused by a fluctuation of an output voltage of the battery.
JP2002075784A 2002-03-19 2002-03-19 Power amplifier device Expired - Fee Related JP3874101B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002075784A JP3874101B2 (en) 2002-03-19 2002-03-19 Power amplifier device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002075784A JP3874101B2 (en) 2002-03-19 2002-03-19 Power amplifier device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003273656A JP2003273656A (en) 2003-09-26
JP3874101B2 true JP3874101B2 (en) 2007-01-31

Family

ID=29204772

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002075784A Expired - Fee Related JP3874101B2 (en) 2002-03-19 2002-03-19 Power amplifier device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3874101B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012015650A (en) * 2010-06-29 2012-01-19 Renesas Electronics Corp Class-d amplifier

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003273656A (en) 2003-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11962275B2 (en) Amplification systems and methods with distortion reductions
US7068103B2 (en) Operational transconductance amplifier input driver for class D audio amplifiers
US7312654B2 (en) Quiet power up and power down of a digital audio amplifier
US8514025B2 (en) Amplifier circuit and method of amplifying a signal in an amplifier circuit
US5834977A (en) Amplifying circuit with power supply switching circuit
EP2245735B1 (en) System and method of reducing click and pop noise in audio playback devices
US8299853B2 (en) Class D amplifier
US7142050B2 (en) Recovery from clipping events in a class D amplifier
US6707337B2 (en) Self-operating PWM amplifier
US7279964B2 (en) Drive circuit, device, and method for suppressing noise, and use
US20050151589A1 (en) Amplifier circuit for capacitive transducers
WO1997015170A1 (en) Class d hearing aid amplifier with feedback
JPS61212905A (en) Apparatus and method for controlling and preventing noise
US7183818B2 (en) Triangular wave generating circuit adapted to class-D amplifier
JP4765316B2 (en) Power amplifier device
JP3874101B2 (en) Power amplifier device
JP3068642B2 (en) Circuit for detecting output distortion
JP2017175572A (en) Self-excited Class D amplifier
JP3896894B2 (en) Power amplifier
KR100190255B1 (en) Power width modulation circuit
JP3124179B2 (en) Pulse width modulation circuit
JP3396767B2 (en) Speaker device, amplifying device, and load driving device
JP2002208823A (en) Amplifier circuit
JP3495360B2 (en) A configuration comprising a first amplifier and a second amplifier, and in each case, only one of the two amplifiers is amplified to the maximum
JP3322485B2 (en) Class B push-pull amplifier circuit

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20041104

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060728

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060908

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20061004

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20061017

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091102

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101102

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111102

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121102

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131102

Year of fee payment: 7

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees