JP4025303B2 - デジタルアンプ - Google Patents

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本発明は、アナログ信号をパルス密度変調(PDN変調:Pulse Density Modulation)した後、MOSFET(電界効果トランジスタ)等の高速スイッチング素子で構成したスイッチングで電力増幅してアナログ信号として再生するデジタルアンプに関する。
図2は、従来のデジタルアンプの構成を示す回路図である。
従来のデジタルアンプは、図2を参照すると、入力されたアナログ信号をパルス密度変調信号に変換するPDM処理部1と、PDM処理部1からのパルス密度変調信号を振り分けるロジック部2と、ロジック部2からのパルス密度変調信号をそれぞれ増幅するゲートドライバ3、7と、ゲートドライバ3、7からの出力をそれぞれスイッチング制御信号として電力増幅するスイッチング回路部4、8と、負荷6を駆動するアナログ信号にスイッチング回路部4、8からの出力をそれぞれ変換するローパスフィルタ(LPF)5、9と、スイッチング回路部4、8からの出力をそれぞれ減衰させる減衰器10、11とからなり、スピーカ等の負荷6がスイッチング回路部4とスイッチング回路部8とによってバランス駆動される。
また、スイッチング回路部4およびスイッチング回路部8からの出力がそれぞれ減衰器10および減衰器11を経てPDM処理部1の非反転入力側NF+および反転入力側NF−にそれぞれ負帰還されるように構成されており、スイッチング回路部4に供給される出力用電源に含まれる変動ノイズや、スイッチング時の誤差成分を実時間で補正し、入力信号に忠実な電力増幅を実現している(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、PDM処理部1は、多段の積分器で構成されるが、アナログ信号をパルス密度変調信号に変換する変換動作を開始する際において、PDM処理部1を構成する多段の積分器がそれぞれ不定の状態で変換動作が開始されることになるため、スイッチング回路部4およびスイッチング回路部8からのスイッチング信号の負帰還によって収束するまでの間、瞬間的に発振状態になり、スピーカ等の負荷6からPOP音が出力されてしまうという問題点があった。
特開2000−295049号公報
本発明は斯かる問題点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、アナログ信号をパルス密度変調信号に変換する変換動作を開始する際に、スピーカ等の負荷から出力されるPOP音を軽減させることができるデジタルアンプを提供する点にある。
本発明は上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明のデジタルアンプは、アナログ信号を2値のオーディオ信号に変換する変換動作を行う変換手段と、該変換手段によって変換された前記オーディオ信号に基づいて定電圧印加を複数のスイッチング素子によりスイッチング増幅したスイッチング信号を出力するスイッチング手段とを有し、該スイッチング手段によって増幅された前記スイッチング信号を供給して負荷を駆動するデジタルアンプであって、前記スイッチング信号を前記変換手段に負帰還する第1の帰還ループと、前記オーディオ信号を前記変換手段に負帰還する第2の帰還ループと、該第2の帰還ループ上に設けられ、前記第2の帰還ループをON/OFFする切り替え手段と、前記変換手段に電源電圧が供給されて前記変換動作が開始された時から、予め定められた所定時間後に前記スイッチング手段の起動を指示する起動信号出力手段と、前記第2の帰還ループ上に設けられ、前記オーディオ信号を前記スイッチング手段のスイッチング動作に要する時間分遅延させる遅延回路とを具備し、前記切り替え手段は、前記変換手段に電源電圧が供給されて前記変換動作が開始された時には、前記第2の帰還ループをONにしており、前記スイッチング手段の起動のタイミングで前記第2の帰還ループをOFFすることを特徴とする。
さらに、本発明のデジタルアンプは、アナログ信号を2値のオーディオ信号に変換する変換動作を行う変換手段と、該変換手段によって変換された前記オーディオ信号に基づいて定電圧印加を複数のスイッチング素子によりスイッチング増幅したスイッチング信号を出力するスイッチング手段とを有し、該スイッチング手段によって増幅された前記スイッチング信号を供給して負荷を駆動するデジタルアンプであって、前記スイッチング信号を前記変換手段に負帰還する第1の帰還ループと、前記オーディオ信号を前記変換手段に負帰還する第2の帰還ループと、該第2の帰還ループ上に設けられ、前記第2の帰還ループをON/OFFする切り替え手段と、前記変換手段に電源電圧が供給されて前記変換動作が開始された時から、予め定められた所定時間後に前記スイッチング手段の起動を指示する起動信号出力手段と、前記第2の帰還ループ上に設けられ、前記オーディオ信号をロジック的に同期させる同期回路とを具備し、前記切り替え手段は、前記変換手段に電源電圧が供給されて前記変換動作が開始された時には、前記第2の帰還ループをONにしており、前記スイッチング手段の起動のタイミングで前記第2の帰還ループをOFFすることを特徴とする
さらに、本発明のデジタルアンプは、アナログ信号を2値のオーディオ信号に変換する変換動作を行う変換手段と、該変換手段によって変換された前記オーディオ信号に基づいて定電圧印加を複数のスイッチング素子によりスイッチング増幅したスイッチング信号を出力するスイッチング手段とを有し、該スイッチング手段によって増幅された前記スイッチング信号を供給して負荷を駆動するデジタルアンプであって、前記スイッチング信号を前記変換手段に負帰還する第1の帰還ループと、前記オーディオ信号を前記変換手段に負帰還する第2の帰還ループと、該第2の帰還ループ上に設けられ、前記第2の帰還ループをON/OFFする切り替え手段と、前記変換手段に電源電圧が供給されて前記変換動作が開始された時から、予め定められた所定時間後に前記スイッチング手段の起動を指示する起動信号出力手段と、前記第2の帰還ループ上に設けられ、前記オーディオ信号を前記スイッチング手段のスイッチング動作に要する時間分遅延させる遅延回路と、前記第2の帰還ループ上に設けられ、前記オーディオ信号をロジック的に同期させる同期回路とを具備し、前記切り替え手段は、前記変換手段に電源電圧が供給されて前記変換動作が開始された時には、前記第2の帰還ループをONにしており、前記スイッチング手段の起動のタイミングで前記第2の帰還ループをOFFすることを特徴とする
本発明のデジタルアンプは、スイッチング回路部から出力されるスイッチング信号をPDM処理部に負帰還する第1の帰還ループと、ロジック部から出力されるパルス密度変調信号をPDM処理部に負帰還する第2の帰還ループと、第2の帰還ループ上に設けられ、第2の帰還ループをON/OFFする切り替え回路と、PDM処理部に電源電圧が供給されて変換動作が開始された時から、予め定められた所定時間後にスイッチング回路部の起動を指示する起動信号出力部とを設け、PDM処理部に電源電圧が供給されて変換動作が開始された時には、第2の帰還ループをONにしており、スイッチング回路部の起動のタイミングで第2の帰還ループをOFFするように構成することにより、PDM処理部による変換動作が不安定である時に、スイッチング回路部を起動することなく、パルス密度変調信号の負帰還によって変換動作を安定させることができ、アナログ信号をパルス密度変調信号に変換する変換動作を開始する際の、スピーカ等の負荷から出力されるPOP音を軽減させることができるという効果を奏する。
さらに、本発明のデジタルアンプは、第2の帰還ループ上に、パルス密度変調信号をスイッチング回路部のスイッチング動作に要する時間分遅延させる遅延回路と、パルス密度変調信号をロジック的に同期させる同期回路とを設けることにより、第2の帰還ループから第1の帰還ループに切り替えがスムーズに行われ、スピーカ等の負荷から出力されるPOP音を軽減させることができるという効果を奏する。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明に係るデジタルアンプの実施の形態の構成を示す回路図である。
本実施の形態は、図1を参照すると、PDM処理部1と、ロジック部2と、ゲートドライバ3と、スイッチング回路部4と、ローパスフィルタ(LPF)5と、ゲートドライバ7と、スイッチング回路部8と、ローパスフィルタ(LPF)9と、減衰器10、11と、起動信号出力部12と、遅延回路13と、同期回路14と、切り替え回路15とからなり、スピーカ等の負荷6がスイッチング回路部4とスイッチング回路部8とによってバランス駆動される。
PDM処理部1は、入力されたPCM信号を、HIGH/LOWの2値に高速に変化する信号で表現するデジタルオーディオ信号であるパルス密度変調信号A1に変換してロジック部2に出力すると共に、パルス密度変調信号S1を位相反転したパルス密度変調信号B1をロジック部2に出力する。ロジック部2は、PDM処理部1からのパルス密度変調信号A1、B1をゲートドライバ3、7に振り分け、ゲートドライバ3およびゲートドライバ7は、ロジック部2からのパルス密度変調信号A1、B1をスイッチング回路部4およびスイッチング回路部8を駆動できる程度にそれぞれ増幅したスイッチング制御信号A2、B2を出力する。
スイッチング回路部4は、NチャンネルのMOSFET素子41およびNチャンネルのMOSFET素子42を有し、MOSFET素子41のソースとMOSFET素子42のドレインの間が直列に接続され、MOSFET素子41のドレイン側が出力用電源に接続され、MOSFET素子42のソース側が接地されている。ゲートドライバ3からのスイッチング制御信号A2がMOSFET素子41のゲートに入力されると共に、ゲートドライバ3からのスイッチング制御信号B2がMOSFET素子42のゲートに入力され、これにより、スイッチング制御信号A2、B2によってMOSFET素子41およびMOSFET素子42がスイッチングされ、パルス密度変調信号A1が電力増幅されたスイッチング信号S1が出力される。
同様に、スイッチング回路部8は、NチャンネルのMOSFET素子81およびNチャンネルのMOSFET素子82を有し、MOSFET素子81のソースとMOSFET素子82のドレインの間が直列に接続され、MOSFET素子81のドレイン側が出力用電源に接続され、MOSFET素子82のソース側が接地されている。ゲートドライバ7からのスイッチング制御信号B2がMOSFET素子81のゲートに入力されると共に、ゲートドライバ7からのスイッチング制御信号A2がMOSFET素子82のゲートに入力され、これにより、スイッチング制御信号B2、A2によってMOSFET素子81およびMOSFET素子82がスイッチングされ、パルス密度変調信号B1が電力増幅されたスイッチング信号S2が出力される。
LPF5は、スイッチング回路部4から出力されたスイッチング信号S1から不要な信号成分を除去し、負荷6を駆動するアナログ信号に変換するフィルタであり、チョークコイル51とコンデンサ52とを有し、チョークコイル51の一方側が、MOSFET素子41のソースとMOSFET素子42のドレインとの間の直列接続点に接続されている。また、チョークコイル51の他方側およびコンデンサ52の一方側の夫々が出力側に接続され、コンデンサ52の他方側が接地されている。
同様に、LPF9は、スイッチング回路部8から出力されたスイッチング信号S2から不要な信号成分を除去し、負荷6を駆動するアナログ信号に変換するフィルタであり、チョークコイル91とコンデンサ92とを有し、チョークコイル91の一方側が、MOSFET素子81のソースとMOSFET素子82のドレインとの間の直列接続点に接続されている。また、チョークコイル91の他方側およびコンデンサ92の一方側の夫々が出力側に接続され、コンデンサ92の他方側が接地されている。
減衰器10は、スイッチング回路部4からの出力信号、すなわちスイッチング信号S1をPDM処理部1に負帰還させる第1の帰還ループ上に設けられ、抵抗101と抵抗102とで構成される。抵抗101の一方側がスイッチング回路部4の出力端に接続され、他方側が抵抗102の一方側に接続され、抵抗102の他方側が接地されている。また、抵抗101および抵抗102の接続点がPDM処理部1の非反転入力側NF+に接続されており、これにより、減衰器10は、スイッチング回路部4からのスイッチング信号S1を減衰させてPDM処理部1に負帰還させる。
減衰器11は、スイッチング回路部8からの出力信号、すなわちスイッチング信号S2をPDM処理部1に負帰還させる第1の帰還ループ上に設けられ、抵抗111と抵抗112とで構成される。抵抗111の一方側がスイッチング回路部8の出力端に接続され、他方側が抵抗112の一方側に接続され、抵抗112の他方側が接地されている。また、抵抗111および抵抗112の接続点がPDM処理部1の反転入力側NF−に接続されており、これにより、減衰器11は、スイッチング回路部8からのスイッチング信号S2を減衰させてPDM処理部1に負帰還させる。
起動信号出力部12は、PDM処理部1がPCM信号をパルス密度変調信号A1およびパルス密度変調信号B1に変換する変換動作を開始した時から、予め定められた所定時間後にゲートドライバ3およびゲートドライバ7の動作開始、すなわちスイッチング回路部4およびスイッチング回路部8のスイッチング動作の開始を指示する起動信号を出力する。なお、起動信号出力部12からの起動信号は、ゲートドライバ3およびゲートドライバ7に入力されると共に、同期回路14にも入力される。
遅延回路13および同期回路14は、ロジック部2からの出力信号、すなわちパルス密度変調信号A1およびパルス密度変調信号B1をPDM処理部1に負帰還させる第2の帰還ループ上に設けられ、パルス密度変調信号A1およびパルス密度変調信号B1を、スイッチング回路部4およびスイッチング回路部8のスイッチング動作に要する時間分遅延させると共に、ロジック的に同期をとってPDM処理部1に負帰還させる。また、同期回路14は、起動信号出力部12から起動信号が入力されると、スイッチング回路部4およびスイッチング回路部8が立ち上がるタイミングに合わせて切り替え回路15をOFFする。
切り替え回路15は、ロジック部2からの出力信号、すなわちパルス密度変調信号A1およびパルス密度変調信号B1をPDM処理部1に負帰還させる第2の帰還ループ上に設けられ、当該第2の帰還ループをON/OFFする。
切り替え回路15は、PDM処理部1に電源電圧が供給され、変換動作が開始される時には、第2の帰還ループをONにしており、PDM処理部1による変換動作は、ロジック部2からの出力信号、すなわちパルス密度変調信号A1およびパルス密度変調信号B1の負帰還によって収束され、安定する。なお、PDM処理部1による変換動作開始時には、ゲートドライバ3およびゲートドライバ7は、起動されておらず、スピーカ等の負荷6からPOP音が出力されることがない。
PDM処理部1が変換動作を開始した時から、予め定められた所定時間後に、起動信号出力部12は、ゲートドライバ3およびゲートドライバ7と、同期回路14とに起動信号を出力し、起動信号出力部12からの起動信号によって、ゲートドライバ3およびゲートドライバ7が起動されてスイッチング回路部4およびスイッチング回路部8のスイッチング動作がそれぞれ開始され、第1の帰還ループによってスイッチング回路部4およびスイッチング回路部8からの出力信号であるスイッチング信号S1、S2がPDM処理部1に負帰還されると共に、同期回路14が切り替え回路15をOFFしてロジック部2からの出力信号、すなわちパルス密度変調信号A1およびパルス密度変調信号B1をPDM処理部1に負帰還させる第2の帰還ループをOFFする。
なお、本実施の形態では、アナログ信号をPDM処理部1によってパルス密度変調する例について説明したが、本発明は、アナログ信号をパルス幅変調(Pulse Width Modulation)する方式にも適用することが可能である。また、負荷6としては、スピーカ以外に誘導電動機等の誘導回転機器であっても良い。
以上説明したように、本実施の形態によれば、スイッチング回路部4およびスイッチング回路部8からそれぞれ出力されるスイッチング信号S1、S2をPDM処理部1に負帰還する第1の帰還ループと、ロジック部2から出力されるパルス密度変調信号A1およびパルス密度変調信号B1をPDM処理部1に負帰還する第2の帰還ループと、第2の帰還ループ上に設けられ、第2の帰還ループをON/OFFする切り替え回路15と、PDM処理部1に電源電圧が供給されて変換動作が開始された時から、予め定められた所定時間後にスイッチング回路部4およびスイッチング回路部8の起動を指示する起動信号出力部12とを設け、PDM処理部1に電源電圧が供給されて変換動作が開始された時には、第2の帰還ループをONにしており、スイッチング回路部4およびスイッチング回路部8の起動のタイミングで第2の帰還ループをOFFするように構成することにより、PDM処理部1による変換動作が不安定である時に、スイッチング回路部4およびスイッチング回路部8を起動することなく、パルス密度変調信号A1およびパルス密度変調信号B1の負帰還によって変換動作を安定させることができ、アナログ信号をパルス密度変調信号に変換する変換動作を開始する際の、スピーカ等の負荷から出力されるPOP音を軽減させることができるという効果を奏する。
さらに、本実施の形態によれば、第2の帰還ループ上に、パルス密度変調信号A1およびパルス密度変調信号B1をスイッチング回路部4およびスイッチング回路部8のスイッチング動作に要する時間分遅延させる遅延回路13と、パルス密度変調信号A1およびパルス密度変調信号B1をロジック的に同期させる同期回路14とを設けることにより、第2の帰還ループから第1の帰還ループに切り替えがスムーズに行われ、スピーカ等の負荷から出力されるPOP音を軽減させることができるという効果を奏する。
なお、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。
本発明に係るデジタルアンプの実施の形態の構成を示す回路図である。 従来のデジタルアンプの構成を示す回路図である。
符号の説明
1 PDM処理部
2 ロジック部
3 ゲートドライバ
4 スイッチング回路部
5 ローパスフィルタ(LPF)
6 負荷
7 ゲートドライバ
8 スイッチング回路部
9 ローパスフィルタ(LPF)
10 減衰器
11 減衰器
12 起動信号出力部
13 遅延回路
14 同期回路
15 切り替え回路
41、42 MOSFET素子
51 チョークコイル
52 コンデンサ
81、82 MOSFET素子
91 チョークコイル
92 コンデンサ
101、102、111、112 抵抗

Claims (3)

  1. アナログ信号を2値のオーディオ信号に変換する変換動作を行う変換手段と、該変換手段によって変換された前記オーディオ信号に基づいて定電圧印加を複数のスイッチング素子によりスイッチング増幅したスイッチング信号を出力するスイッチング手段とを有し、該スイッチング手段によって増幅された前記スイッチング信号を供給して負荷を駆動するデジタルアンプであって、
    前記スイッチング信号を前記変換手段に負帰還する第1の帰還ループと、
    前記オーディオ信号を前記変換手段に負帰還する第2の帰還ループと、
    該第2の帰還ループ上に設けられ、前記第2の帰還ループをON/OFFする切り替え手段と、
    前記変換手段に電源電圧が供給されて前記変換動作が開始された時から、予め定められた所定時間後に前記スイッチング手段の起動を指示する起動信号出力手段と
    前記第2の帰還ループ上に設けられ、前記オーディオ信号を前記スイッチング手段のスイッチング動作に要する時間分遅延させる遅延回路とを具備し、
    前記切り替え手段は、前記変換手段に電源電圧が供給されて前記変換動作が開始された時には、前記第2の帰還ループをONにしており、前記スイッチング手段の起動のタイミングで前記第2の帰還ループをOFFすることを特徴とするデジタルアンプ。
  2. アナログ信号を2値のオーディオ信号に変換する変換動作を行う変換手段と、該変換手段によって変換された前記オーディオ信号に基づいて定電圧印加を複数のスイッチング素子によりスイッチング増幅したスイッチング信号を出力するスイッチング手段とを有し、該スイッチング手段によって増幅された前記スイッチング信号を供給して負荷を駆動するデジタルアンプであって、
    前記スイッチング信号を前記変換手段に負帰還する第1の帰還ループと、
    前記オーディオ信号を前記変換手段に負帰還する第2の帰還ループと、
    該第2の帰還ループ上に設けられ、前記第2の帰還ループをON/OFFする切り替え手段と、
    前記変換手段に電源電圧が供給されて前記変換動作が開始された時から、予め定められた所定時間後に前記スイッチング手段の起動を指示する起動信号出力手段と、
    前記第2の帰還ループ上に設けられ、前記オーディオ信号をロジック的に同期させる同期回路とを具備し、
    前記切り替え手段は、前記変換手段に電源電圧が供給されて前記変換動作が開始された時には、前記第2の帰還ループをONにしており、前記スイッチング手段の起動のタイミングで前記第2の帰還ループをOFFすることを特徴とするデジタルアンプ。
  3. アナログ信号を2値のオーディオ信号に変換する変換動作を行う変換手段と、該変換手段によって変換された前記オーディオ信号に基づいて定電圧印加を複数のスイッチング素子によりスイッチング増幅したスイッチング信号を出力するスイッチング手段とを有し、該スイッチング手段によって増幅された前記スイッチング信号を供給して負荷を駆動するデジタルアンプであって、
    前記スイッチング信号を前記変換手段に負帰還する第1の帰還ループと、
    前記オーディオ信号を前記変換手段に負帰還する第2の帰還ループと、
    該第2の帰還ループ上に設けられ、前記第2の帰還ループをON/OFFする切り替え手段と、
    前記変換手段に電源電圧が供給されて前記変換動作が開始された時から、予め定められた所定時間後に前記スイッチング手段の起動を指示する起動信号出力手段と、
    前記第2の帰還ループ上に設けられ、前記オーディオ信号を前記スイッチング手段のスイッチング動作に要する時間分遅延させる遅延回路と、
    前記第2の帰還ループ上に設けられ、前記オーディオ信号をロジック的に同期させる同期回路とを具備し、
    前記切り替え手段は、前記変換手段に電源電圧が供給されて前記変換動作が開始された時には、前記第2の帰還ループをONにしており、前記スイッチング手段の起動のタイミングで前記第2の帰還ループをOFFすることを特徴とするデジタルアンプ。
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