JP4222492B2 - オーディオパワーアンプｉｃ及びそれを備えたオーディオシステム - Google Patents

Description

本発明は、入力されるオーディオ信号を、パルス幅変調（ＰＷＭ）やパルス密度変調（ＰＤＭ）などのパルス変調を行って出力するデジタルパワーアンプ回路を備えたオーディオパワーアンプＩＣ及びそれを備えたオーディオシステムに関する。

近年、２ウェイステレオシステムやホームシアタシステムなどのように、音響効果を増すために、左右のステレオ音声を出力するスピーカの他に、例えば低音のみを強調した音声を出力するスピーカなどを付加したものが普及している。それら複数のスピーカにオーディオ（音声）信号を出力するために、それぞれのパワーアンプ回路が必要である。このオーディオ用のパワーアンプ回路として、ＰＷＭやＰＤＭなどのパルス変調を行って出力する、いわゆるデジタルパワーアンプ（Ｄ級アンプ）回路が、高効率であることから広く用いられている（例えば特許文献１）。

図２は、デジタルパワーアンプ回路を用いた従来のオーディオシステムの一例を示すブロック図である。このオーディオシステムは、入力されるステレオオーディオ信号Ｌｉｎ及びＲｉｎを、オーディオパワーアンプＩＣ１０１を介してステレオ音声を左右のスピーカ１４１及び１４２から出力し、低音のみを強調したステレオ音声を低音用のオーディオパワーアンプＩＣ１０１ａ又は１０１ｂを介して左右の低音用のスピーカ１４１ａ及び１４１ｂから出力する、いわゆる２ウェイステレオシステムと呼ばれるものである。また、低音用のスピーカ１４１ａ及び１４１ｂは、その出力を高めるために、駆動入力の両端が互いに逆の位相で駆動される、いわゆるＢＴＬ（Balanced
Transformerless）の構成になっている。

ここで、オーディオパワーアンプＩＣ１０１と低音用のオーディオパワーアンプＩＣ１０１ａ、１０１ｂとは同じＩＣであり、２個のデジタルパワーアンプ回路１５１、１５２や基準クロックＢＣＬＫを生成するクロック生成回路１１０などを備えている。デジタルパワーアンプ回路１５１、１５２は、それぞれに入力されるオーディオ信号に基準クロックＢＣＬＫに基づくパルス変調を行って基準クロックＢＣＬＫに同期したパルスを出力する。また、オーディオパワーアンプＩＣ１０１は、制御端子ＣＮＴが接地電位に接続されることで、ステレオの(２個の)スピーカを駆動するものとなり、低音用のオーディオパワーアンプＩＣ１０１ａ、１０１ｂのそれぞれは、制御端子ＣＮＴが電源電圧Ｖ_ＣＣに接続されることで、１個のＢＴＬ構成のスピーカを駆動するものとなる。

特開２００２−２９９９６８号公報

ところで、デジタルパワーアンプ回路を有するオーディオパワーアンプＩＣは、基準クロックに同期したパルス出力によるスイッチングが高調波の電源ノイズ及び輻射ノイズを発生させる。

本願発明者らは、上述のようにオーディオパワーアンプＩＣを複数用いたオーディオシステムでは、それぞれのオーディオパワーアンプＩＣの基準クロックの周波数がＩＣ間の特性バラツキなどの要因により多少異なり、それらから発生する電源ノイズ及び輻射ノイズの周波数の差が可聴帯域の音、すなわちビート音を生じさせることで、オーディオシステムにおける音質を低下させていることに着目した。

本発明は、上記事由に鑑みてなしたもので、その目的とするところは、オーディオパワーアンプＩＣを複数用いたオーディオシステムにおいて基準クロックの周波数に起因する音質の低下を抑制することができるオーディオパワーアンプＩＣ及びそれを備えたオーディオシステムを提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に係るオーディオパワーアンプＩＣは、内部生成クロックを生成するクロック生成回路と、内部生成クロックの出力又は外部クロックの入力が行われるクロック端子と、内部生成クロックと外部クロックの一方を基準クロックとして選択するクロック選択回路と、オーディオ信号が入力される少なくとも１個のオーディオ信号入力端子と、入力されるオーディオ信号の電圧に応じ、基準クロックに基づいて生成されるパルスを出力するパルス変調回路と、パルス変調回路のパルスを低い出力インピーダンスで出力する出力回路と、を有する少なくとも１個のデジタルパワーアンプ回路と、を備え、前記オーディオ信号入力端子は、第１及び第２のオーディオ信号が入力される第１及び第２のオーディオ信号入力端子よりなり、第１のオーディオ信号を反転して出力する反転回路と、この反転回路が出力するオーディオ信号と第２のオーディオ信号のどちらかを選択して出力するオーディオ信号選択回路とが付加され、前記デジタルパワーアンプ回路は、第１のオーディオ信号が入力される第１のデジタルパワーアンプ回路及びオーディオ信号選択回路が出力するオーディオ信号が入力される第２のデジタルパワーアンプ回路よりなり、オーディオ信号選択回路で反転回路が出力するオーディオ信号が選択されたとき、クロック選択回路で外部クロックが基準クロックとして選択されることを特徴とする。

請求項２に係るオーディオシステムは、内部生成クロックを生成するクロック生成回路と、内部生成クロックの出力又は外部クロックの入力が行われるクロック端子と、内部生成クロックと外部クロックの一方を基準クロックとして選択するクロック選択回路と、オーディオ信号が入力される少なくとも１個のオーディオ信号入力端子と、入力されるオーディオ信号の電圧に応じ、基準クロックに基づいて生成されるパルスを出力するパルス変調回路と、パルス変調回路のパルスを低い出力インピーダンスで出力する出力回路と、を有する少なくとも１個のデジタルパワーアンプ回路と、
を備えてなるオーディオパワーアンプＩＣを第１及び第２のオーディオパワーアンプＩＣとして備え、第１及び第２のオーディオパワーアンプＩＣのクロック端子は互いに接続され、第１のオーディオパワーアンプＩＣはクロック選択回路で内部生成クロックが基準クロックとして選択されてクロック端子から内部生成クロックを出力し、第２のオーディオパワーアンプＩＣはクロック端子に外部クロックが入力されてクロック選択回路で外部クロックが基準クロックとして選択されることを特徴とする。

請求項３に係るオーディオシステムは、請求項２に記載のオーディオシステムにおいて、前記オーディオパワーアンプＩＣは、前記オーディオ信号入力端子が、第１及び第２のオーディオ信号が入力される第１及び第２のオーディオ信号入力端子よりなり、第１のオーディオ信号を反転して出力する反転回路と、この反転回路が出力するオーディオ信号と第２のオーディオ信号のどちらかを選択して出力するオーディオ信号選択回路とが付加され、前記デジタルパワーアンプ回路が、第１のオーディオ信号が入力される第１のデジタルパワーアンプ回路及びオーディオ信号選択回路が出力するオーディオ信号が入力される第２のデジタルパワーアンプ回路よりなり、オーディオ信号選択回路で反転回路が出力するオーディオ信号が選択されたとき、クロック選択回路で外部クロックが基準クロックとして選択されることを特徴とする。

本発明に係るオーディオパワーアンプＩＣは、クロック選択回路により内部生成クロックと外部クロックの一方を基準クロックとして選択するので、それを複数用いたオーディオシステムにおいて、全てのオーディオパワーアンプＩＣの基準クロックの周波数を同一にすることができ、その結果、ビート音を生じさせず、音質の低下を抑制することができる。また、本発明に係るオーディオシステムはこのオーディオパワーアンプＩＣを用いているので、高品質なシステムを実現することができる。

以下、本発明の最良の実施形態を説明する。図１は本発明の実施形態である複数のオーディオパワーアンプＩＣを備えたオーディオシステムの構成を示すブロック図である。先ず、オーディオパワーアンプＩＣ１について説明し、その後にオーディオシステムの構成を説明する。このオーディオパワーアンプＩＣ１は、第１及び第２のオーディオ信号が入力される第１及び第２のオーディオ信号入力端子ＩＮ１、ＩＮ２と、パルスを出力する第１及び第２のパルス出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２と、内部生成クロックの出力又は外部クロックの入力が行われるクロック端子ＣＬＫと、後述するクロック選択回路１１及びオーディオ信号選択回路１２の選択指令のレベルを入力する制御端子ＣＮＴと、を有する。

第１のオーディオ信号入力端子ＩＮ１には第１のデジタルパワーアンプ回路５１と反転回路１４が接続される。第１のデジタルパワーアンプ回路５１は、第１のオーディオ信号の電圧に応じ、基準クロックＢＣＬＫに基づいて生成されるパルスを出力するパルス変調回路６１と、パルス変調回路６１が出力するパルスが入力されて低い出力インピーダンスで出力する出力回路７１と、を有して成る。出力回路７１の出力は第１のデジタルパワーアンプ回路５１の出力となり、第１のパルス出力端子ＯＵＴ１に接続される。

パルス変調回路６１は、ＰＷＭやＰＤＭなどの変調方式によって出力するパルスが異なる。ＰＷＭの場合、基準クロックＢＣＬＫに基づいて生成される出力パルスは基準クロックＢＣＬＫと等しい周期であり、そのパルス幅が第１のオーディオ信号の電圧に応じて変化する。すなわち、第１のオーディオ信号の電圧が上がればパルス幅が広くなり、下がれば狭くなる。ＰＤＭの場合、基準クロックＢＣＬＫに基づいて生成される出力パルスは基準クロックＢＣＬＫと等しい周期かつ一定パルス幅であり、そのパルスの密度が第１のオーディオ信号の電圧に応じて変化する。すなわち、第１のオーディオ信号の電圧が上がればパルス密度は高くなり、下がれば低くなる。

反転回路１４は、第１のオーディオ信号を反転して出力する。反転回路１４と第２のオーディオ信号入力端子ＩＮ１にはオーディオ信号選択回路１２が接続される。このオーディオ信号選択回路１２は、後述する選択制御回路１３により制御され、反転回路１４が出力するオーディオ信号と第２のオーディオ信号のいずれかを選択して出力する。オーディオ信号選択回路１２には第２のデジタルパワーアンプ回路５２が接続される。この第２のデジタルパワーアンプ回路５２の構成は第１のデジタルパワーアンプ回路５１と実質的に同じである。すなわち、第２のデジタルパワーアンプ回路５２は、オーディオ信号選択回路１２が出力するオーディオ信号の電圧に応じ、基準クロックＢＣＬＫに基づいて生成されるパルスを出力するパルス変調回路６２と、パルス変調回路６２が出力するパルスが入力されて低い出力インピーダンスで出力する出力回路７２と、を有して成る。そして、出力回路７２の出力は第２のデジタルパワーアンプ回路５２の出力となり、第２のパルス出力端子ＯＵＴ２に接続される。

クロック端子ＣＬＫにはクロック選択回路１１が接続され、このクロック選択回路１１は内部生成クロックと外部クロックの一方を基準クロックＢＣＬＫとして選択する。ここで、内部生成クロックはクロック生成回路１０により生成されるものであり、外部クロックは外部のＩＣなどで生成され、クロック端子ＣＬＫを介して入力されるものである。このクロック選択回路１１は、基準クロックＢＣＬＫとして内部生成クロックが選択されたときはクロック端子ＣＬＫから内部生成クロックが出力され、基準クロックＢＣＬＫとして外部クロックが選択されたときはクロック端子ＣＬＫから外部クロックが入力されるとともに、クロック生成回路１０とクロック端子ＣＬＫを電気的に切断するように機能する。この機能は、後述する選択制御回路１３により制御される。

制御端子ＣＮＴには選択制御回路１３が接続され、この選択制御回路１３がクロック選択回路１１とオーディオ信号選択回路１２を制御する。すなわち、選択制御回路１３は、制御端子ＣＮＴが接地電位レベルならば、クロック選択回路１１は内部生成クロックを基準クロックＢＣＬＫとして選択し、かつオーディオ信号選択回路１２は第２のオーディオ信号を選択する。一方、制御端子ＣＮＴが電源電圧Ｖ_ＣＣレベルならば、クロック選択回路１１は外部クロックを基準クロックＢＣＬＫとして選択し、かつオーディオ信号選択回路１２は反転回路１４が出力するオーディオ信号を選択する。

なお、基準クロックＢＣＬＫとして外部クロックが選択される場合は、クロック生成回路１０が生成する内部生成クロックは使用しないので、クロック生成回路１０の動作を止めることも可能である。

次に、図１に示すオーディオシステムの構成を説明する。このオーディオシステムは、２ウェイステレオシステムであって、ステレオのオーディオ信号Ｌｉｎ及びＲｉｎを入力し、ステレオ音声を左右のスピーカ４１及び４２から出力し、低音のみを強調したステレオ音声を左右の低音用のスピーカ４１ａ及び４１ｂから出力する。また、低音用のスピーカ４１ａ及び４１ｂは、その出力を高めるために、駆動入力の両端が互いに逆の位相で駆動される、いわゆるＢＴＬの構成になっている。

すなわち、このオーディオシステムは、オーディオ信号Ｌｉｎ、Ｒｉｎが第１及び第２のオーディオ信号入力端子ＩＮ１、ＩＮ２に入力されるオーディオパワーアンプＩＣ（第１のオーディオパワーアンプＩＣ）１と、その２個のパルス出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２に接続されるローパスフィルタ３１、３２と、ローパスフィルタ３１、３２の出力に駆動入力の一端がそれぞれ接続され、他端が接地されたスピーカ４１及び４２と、オーディオ信号Ｌｉｎが入力されるローパスフィルタ２ａと、ローパスフィルタ２ａの出力が第１のオーディオ信号入力端子ＩＮ１に入力される左側低音用のオーディオパワーアンプＩＣ（第２のオーディオパワーアンプＩＣ）１ａと、その２個のパルス出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２に接続されるローパスフィルタ３１ａ、３２ａと、ローパスフィルタ３１ａ、３２ａの出力に駆動入力の両端が接続される左側低音用のスピーカ４１ａと、オーディオ信号Ｒｉｎが入力されるローパスフィルタ２ｂと、ローパスフィルタ２ｂの出力が第１のオーディオ信号入力端子ＩＮ１に入力される右側低音用のオーディオパワーアンプＩＣ１ｂと、その２個のパルス出力端子ＯＵＴ１及びＯＵＴ２に接続されるローパスフィルタ３１ｂ及び３２ｂと、ローパスフィルタ３１ｂ及び３２ｂの出力に駆動入力の両端が接続される右側低音用のスピーカ４１ｂと、を有して成る。また、オーディオパワーアンプＩＣ１と低音用のオーディオパワーアンプＩＣ１ａ、１ｂのクロック端子ＣＬＫは互いに接続されている。

ここで、オーディオパワーアンプＩＣ１と低音用のオーディオパワーアンプＩＣ１ａ、１ｂとは同じＩＣであり、２個のデジタルパワーアンプ回路５１、５２、クロック生成回路１０、クロック選択回路１１、オーディオ信号選択回路１２、選択制御回路１３、反転回路１４などを備えている。オーディオパワーアンプＩＣ１は、制御端子ＣＮＴが接地電位に接続されることで、ステレオの(２個の)スピーカを駆動するものとなる。具体的には、クロック選択回路１１において基準クロックＢＣＬＫとして内部生成クロックが選択され、クロック端子ＣＬＫから内部生成クロックが出力される。また、オーディオ信号選択回路１２において第２のオーディオ信号、すなわちオーディオ信号Ｒｉｎが選択され、第２のデジタルパワーアンプ回路５２に出力される。一方、低音用のオーディオパワーアンプＩＣ１ａ及び１ｂは、制御端子ＣＮＴが電源電圧Ｖ_ＣＣに接続されることで、１個のＢＴＬ構成のスピーカを駆動するものとなる。具体的には、クロック選択回路１１において基準クロックＢＣＬＫとして外部クロックが選択される。また、オーディオ信号選択回路１２において反転回路１４が出力するオーディオ信号が選択され、第２のデジタルパワーアンプ回路５２に出力される。

従って、このオーディオシステムにおいて３個のオーディオパワーアンプＩＣの基準クロックＢＣＬＫの周波数が同一になっているので、ビート音が発生せず、音質の低下を抑制することができる。

また、このオーディオパワーアンプＩＣでは、ＢＴＬ構成のスピーカを駆動するものであると、自動的に基準クロックＢＣＬＫとして外部クロックが選択される。従って、制御端子ＣＮＴのみでこれらの選択を制御できるので、端子数を少なくすることができる。ただし、制御端子ＣＮＴを別々に設けることも可能である。

なお、ローパスフィルタ３１、３２、３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂは、基準クロックＢＣＬＫによる高調波成分を除去して音声帯域の信号を取り出す。また、ローパスフィルタ２ａ、２ｂは、低音に相当する周波数のみを通過させる。

以上、３個のオーディオパワーアンプＩＣ１、１ａ、１ｂを用いた２ウェイステレオシステムについて説明したが、例えばホームシアタシステムなどの他のオーディオシステムにおいても、全てのオーディオパワーアンプＩＣの基準クロックＢＣＬＫの周波数を同一にすることで、ビート音を生じさせず、音質の低下を抑制することができる。その結果、そのオーディオシステムは高品質なシステムとなることができる。

なお、このオーディオパワーアンプＩＣは、オーディオ信号入力端子を２個有し、かつデジタルパワーアンプ回路を２個有しているので、２ウェイステレオシステムを３個のオーディオパワーアンプＩＣで実現することができるが、オーディオパワーアンプＩＣのオーディオ信号入力端子を１個のみ有し、かつデジタルパワーアンプ回路を１個のみ有するようにすることも可能である。この場合、コストの上昇が考えられるが、様々なオーディオシステム（例えば、ＢＴＬの構成ではないスピーカを奇数個備えるシステム）に更に柔軟に対応することが可能になる。

また、本願発明は、上述した実施形態に限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内でのさまざまな設計変更が可能である。例えば、ローパスフィルタ２ａ又は２ｂをオーディオパワーアンプＩＣに内蔵して選択制御回路１３によってそのローパスフィルタを用いるか否かを選択させることも可能である。

本発明の実施形態に係るオーディオシステムのブロック図。 背景技術のオーディオシステムのブロック図。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ オーディオパワーアンプＩＣ
１０ クロック生成回路
１１ クロック選択回路
１２ オーディオ信号選択回路
１３ 選択制御回路
１４ 反転回路
５１ 第１のデジタルパワーアンプ回路
５２ 第２のデジタルパワーアンプ回路
６１、６２ パルス変調回路
７１、７２ 出力回路
ＣＬＫ クロック端子
ＣＮＴ 制御端子
ＩＮ１ 第１のオーディオ信号入力端子
ＩＮ２ 第２のオーディオ信号入力端子
ＯＵＴ１、ＯＵＴ２ パルス出力端子

Claims (3)

1. 内部生成クロックを生成するクロック生成回路と、
   内部生成クロックの出力又は外部クロックの入力が行われるクロック端子と、
   内部生成クロックと外部クロックの一方を基準クロックとして選択するクロック選択回路と、
   オーディオ信号が入力される少なくとも１個のオーディオ信号入力端子と、
   入力されるオーディオ信号の電圧に応じ、基準クロックに基づいて生成されるパルスを出力するパルス変調回路と、パルス変調回路のパルスを低い出力インピーダンスで出力する出力回路と、を有する少なくとも１個のデジタルパワーアンプ回路と、を備え、
   前記オーディオ信号入力端子は、第１及び第２のオーディオ信号が入力される第１及び第２のオーディオ信号入力端子よりなり、
   第１のオーディオ信号を反転して出力する反転回路と、この反転回路が出力するオーディオ信号と第２のオーディオ信号のどちらかを選択して出力するオーディオ信号選択回路とが付加され、
   前記デジタルパワーアンプ回路は、第１のオーディオ信号が入力される第１のデジタルパワーアンプ回路及びオーディオ信号選択回路が出力するオーディオ信号が入力される第２のデジタルパワーアンプ回路よりなり、
   オーディオ信号選択回路で反転回路が出力するオーディオ信号が選択されたとき、クロック選択回路で外部クロックが基準クロックとして選択されることを特徴とするオーディオパワーアンプＩＣ。
2. 内部生成クロックを生成するクロック生成回路と、
   内部生成クロックの出力又は外部クロックの入力が行われるクロック端子と、
   内部生成クロックと外部クロックの一方を基準クロックとして選択するクロック選択回路と、
   オーディオ信号が入力される少なくとも１個のオーディオ信号入力端子と、
   入力されるオーディオ信号の電圧に応じ、基準クロックに基づいて生成されるパルスを出力するパルス変調回路と、パルス変調回路のパルスを低い出力インピーダンスで出力する出力回路と、を有する少なくとも１個のデジタルパワーアンプ回路と、
   を備えてなるオーディオパワーアンプＩＣを第１及び第２のオーディオパワーアンプＩＣとして備え、
   第１及び第２のオーディオパワーアンプＩＣのクロック端子は互いに接続され、
   第１のオーディオパワーアンプＩＣはクロック選択回路で内部生成クロックが基準クロックとして選択されてクロック端子から内部生成クロックを出力し、
   第２のオーディオパワーアンプＩＣはクロック端子に外部クロックが入力されてクロック選択回路で外部クロックが基準クロックとして選択されることを特徴とするオーディオシステム。
3. 請求項２に記載のオーディオシステムにおいて、
   前記オーディオパワーアンプＩＣは、
   前記オーディオ信号入力端子が、第１及び第２のオーディオ信号が入力される第１及び第２のオーディオ信号入力端子よりなり、
   第１のオーディオ信号を反転して出力する反転回路と、この反転回路が出力するオーディオ信号と第２のオーディオ信号のどちらかを選択して出力するオーディオ信号選択回路とが付加され、
   前記デジタルパワーアンプ回路が、第１のオーディオ信号が入力される第１のデジタルパワーアンプ回路及びオーディオ信号選択回路が出力するオーディオ信号が入力される第２のデジタルパワーアンプ回路よりなり、
   オーディオ信号選択回路で反転回路が出力するオーディオ信号が選択されたとき、クロック選択回路で外部クロックが基準クロックとして選択されることを特徴とするオーディオシステム。

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