JP4444037B2 - Digital pulse width modulation signal generator - Google Patents

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Description

本発明は、フルデジタルのオーディオアンプのように、連続時間信号に対してデジタル信号化された信号をもとにパルス幅変調を掛けるものに関するものである。   The present invention relates to a device that applies pulse width modulation to a continuous time signal based on a digital signal, such as a full digital audio amplifier.

D級増幅器と呼ばれるスイッチング増幅器は、電力効率が高いことにより、スピーカを駆動するオーディオアンプとしても用いられ始めている。このスイッチング増幅器を実現する方法として、アナログ信号を入力信号とするタイプのものと、デジタル信号(離散時間離散値信号)を入力信号とするフルデジタルアンプと呼ばれるタイプのものがある。フルデジタルアンプは、音源信号がCDやMDのようにデジタル信号である場合には、すべての信号処理をデジタルで行なうことができるので、低コストで高品質の音を発生できる可能性を持っている。   Switching amplifiers called class D amplifiers are beginning to be used as audio amplifiers for driving speakers due to their high power efficiency. As a method for realizing this switching amplifier, there are a type using an analog signal as an input signal and a type called a full digital amplifier using a digital signal (discrete time discrete value signal) as an input signal. A full digital amplifier can perform all signal processing digitally when the sound source signal is a digital signal such as a CD or MD, so that it can generate high-quality sound at low cost. Yes.

フルデジタルアンプでは、音源信号に対して電子ボリュームなどの信号処理を行った後、オーバーサンプラにより信号のサンプリング周波数を16倍や32倍などの値に上昇させる。そしてΔ−Σ変調器により5ビットとか6ビットなどの低い分解能に再量子化し、再量子化した信号でパルス幅変調を掛けパルス幅変調信号を発生させる。このパルス幅変調信号によりスイッチングアンプを駆動し、その出力に対してローパスフィルタを通してからスピーカなどを駆動する。   In a full digital amplifier, signal processing such as electronic volume is performed on a sound source signal, and then the signal sampling frequency is increased to a value such as 16 times or 32 times by an oversampler. Then, it is re-quantized to a low resolution such as 5 bits or 6 bits by a Δ-Σ modulator, and pulse width modulation is performed with the re-quantized signal to generate a pulse width modulated signal. The switching amplifier is driven by this pulse width modulation signal, and a speaker or the like is driven after passing through a low-pass filter for the output.

このフルデジタルアンプにおける一連の信号処理の中で、再量子化によってノイズが発生してしまうので、その可聴域におけるスペクトルを十分に小さくする必要がある。再量子化によって発生するノイズの全パワーの下限値は、再量子化の分解能によって決まってしまうので、ノイズシェーピングフィルタにより再量子化ノイズのスペクトルをシェーピングすることにより可聴域の成分を抑制する。その際、再量子化信号のサンプリング周波数を高くとった方が、可聴域におけるノイズ成分をよく抑制できるのであるが、再量子化信号のサンプリング周波数を高くとってしまうと、パルス幅変調信号のキャリア周波数を高くする必要が発生し、出力段の電力効率が悪化してしまうとか、電磁ノイズ輻射が大きくなってしまうなどの問題点を発生させる。一方、再量子化信号のサンプリング周波数を低くすると、電力効率などの問題は改善されるが、可聴域における再量子化ノイズの抑制が難しくなる。   In a series of signal processing in this full digital amplifier, noise is generated by re-quantization. Therefore, it is necessary to sufficiently reduce the spectrum in the audible range. Since the lower limit value of the total power of noise generated by requantization is determined by the requantization resolution, the component of the audible range is suppressed by shaping the spectrum of the requantized noise by the noise shaping filter. At that time, the higher the sampling frequency of the requantized signal, the better the noise component in the audible range can be suppressed. However, if the sampling frequency of the requantized signal is increased, the carrier of the pulse width modulation signal It is necessary to increase the frequency, which causes problems such as deterioration in power efficiency of the output stage and increase in electromagnetic noise radiation. On the other hand, if the sampling frequency of the requantized signal is lowered, problems such as power efficiency are improved, but it becomes difficult to suppress requantization noise in the audible range.

特表平6−508484号公報JP-T 6-508484 特公2000−507759号公報Japanese Patent Publication No. 2000-507759 特願2004−047113号Japanese Patent Application No. 2004-047113 特願2004−236617号Japanese Patent Application No. 2004-236617 河西宏之:フルディジタル・アンプに必要な信号処理の概要,トランジスタ技術,2003年7月号,205−222頁Hiroyuki Kawanishi: Overview of signal processing required for full digital amplifier, Transistor technology, July 2003, pages 205-222

解決しようとする課題は、フルデジタルアンプにおいて、パルス幅変調におけるキャリア周波数を低く抑えながら、再量子化ノイズの可聴域の成分をよく抑制することである。   The problem to be solved is to sufficiently suppress the audible range component of the requantization noise while keeping the carrier frequency in pulse width modulation low in a full digital amplifier.

パルス幅変調として、対称パルス幅変調を用い、そのサンプリング周期をパルス周期の半分とすることにより、1周期のパルス信号の中で2回パルス幅変調を行なう。このようにすることにより、ノイズシェーピングフィルタのサンプリング周波数をパルス幅信号の周波数の2倍とすることができ、可聴域における再量子化ノイズをよく抑えることができる。   As the pulse width modulation, symmetrical pulse width modulation is used, and the sampling period is set to half of the pulse period, whereby the pulse width modulation is performed twice in the pulse signal of one period. By doing in this way, the sampling frequency of a noise shaping filter can be made into twice the frequency of a pulse width signal, and the requantization noise in an audible range can be suppressed well.

また、パルス幅変調として、互いに位相が180度ずれた二つのパルス幅信号を発生させ、それら二つの信号の差を出力信号とする差動出力タイプのものを用い、二つのパルス幅信号の変調度の相違を許容することにより、パルス幅変調における分解能を2倍に向上させることができ、その結果、再量子化の分解能も2倍にすることができるので、再量子化ノイズを低減させることができる。   Also, as a pulse width modulation, two pulse width signals that are 180 degrees out of phase with each other are generated, and a differential output type using the difference between the two signals as an output signal is used to modulate the two pulse width signals. By allowing the difference in degree, the resolution in pulse width modulation can be improved by a factor of two, and as a result, the re-quantization resolution can also be doubled, thereby reducing the re-quantization noise. Can do.

図3はフルデジタルオーディオアンプの一般的な構成である。ただし、スイッチング増幅器の部分は省略した。入力信号s[i]はデジタルの離散時間信号であり、たとえばCDから音声データを再生した場合においては、サンプリング周期Fs=44.1kHzで分解能が16ビット程度の信号である。この入力信号s[i]はオーバーサンプラ6によりサンプリング周期が変更され、たとえばFsの16倍のサンプリング周波数Ffの信号に変換(オーバーサンプル)される。オーバーサンプルされた信号x[k]は、ノイズシェーピングフィルタ3および量子化器1により、再量子化された信号y[k]に変換される。量子化器1の量子化の分解能は、たとえば32などであり、信号y[k]は、量子化の荒いオーバーサンプルされたサンプリング周波数が高い信号である。信号y[k]おける再量子化にともなう量子化ノイズは、ノイズシェーピングフィルタ3により、そのスペクトルがシェーピングされ、可聴域における量子化ノイズ成分は少ないものとなっている。信号y[k]は、パルス幅変調器2に入力され、信号y[k]によって決められたパルス幅を持つパルス幅変調信号w(t)に変換される。その後は図3には示されていないが、パルス幅変調信号w(t)はスイッチング増幅器により電力増幅され、LCフィルタによるローパスフィルタを経た後にスピーカに信号が供給される。その結果、スピーカから再生信号である音声が再生される。   FIG. 3 shows a general configuration of a full digital audio amplifier. However, the switching amplifier portion is omitted. The input signal s [i] is a digital discrete-time signal. For example, when audio data is reproduced from a CD, the signal is a sampling period Fs = 44.1 kHz and a resolution of about 16 bits. The input signal s [i] has its sampling period changed by the oversampler 6 and is converted (oversampled) into a signal having a sampling frequency Ff that is 16 times Fs, for example. The oversampled signal x [k] is converted into a requantized signal y [k] by the noise shaping filter 3 and the quantizer 1. The quantization resolution of the quantizer 1 is, for example, 32, and the signal y [k] is a signal with a high sampling frequency that is oversampled due to rough quantization. The spectrum of the quantization noise accompanying the re-quantization in the signal y [k] is shaped by the noise shaping filter 3, and the quantization noise component in the audible range is small. The signal y [k] is input to the pulse width modulator 2 and converted into a pulse width modulation signal w (t) having a pulse width determined by the signal y [k]. After that, although not shown in FIG. 3, the pulse width modulation signal w (t) is power amplified by the switching amplifier, and the signal is supplied to the speaker after passing through the low pass filter by the LC filter. As a result, sound that is a reproduction signal is reproduced from the speaker.

以上の過程において、信号y[k]に含まれる再量子化ノイズの可聴域成分を十分に小さくするためには、信号y[k]のサンプリング周波数を十分に高く取る必要がある。しかし、従来の技術においては、信号y[k]のサンプリング周波数とパルス幅変調信号w(t)のキャリア周波数を等しくしていた。この様子を図2に示す。これは対称一様パルス幅変調の例であるが、パルスの周期とサンプリングの周期が同じとなっている。したがって、必然的にパルス幅変調信号w(t)のキャリア周波数も高くなってしまうといった問題点があった。   In the above process, in order to sufficiently reduce the audible range component of the requantization noise included in the signal y [k], the sampling frequency of the signal y [k] needs to be sufficiently high. However, in the conventional technique, the sampling frequency of the signal y [k] and the carrier frequency of the pulse width modulation signal w (t) are made equal. This is shown in FIG. This is an example of symmetric uniform pulse width modulation, but the pulse period and sampling period are the same. Therefore, there is a problem that the carrier frequency of the pulse width modulation signal w (t) inevitably increases.

また、信号y[k]に含まれる再量子化ノイズ自体を小さくする方法として、量子化器1の量子化の分解能を上げることが考えられる。しかし、パルス幅変調器2も信号y[k]に対応した分解能を持つ必要がある。パルス幅変調器2はデジタル回路で実現しているので、高い分解能を持たせるためには、そのクロック周波数を高く取らなければならないといった問題点もある。   As a method for reducing the requantization noise itself included in the signal y [k], it is conceivable to increase the quantization resolution of the quantizer 1. However, the pulse width modulator 2 also needs to have a resolution corresponding to the signal y [k]. Since the pulse width modulator 2 is realized by a digital circuit, there is a problem that the clock frequency must be set high in order to have high resolution.

これらの問題に対して、まず前者に対しては、パルス幅変調信号w(t)の1パルスの間に2回入力信号をサンプルしてパルス幅を制御するアプローチを採用する。図1は本発明におけるサンプリングのタイミングとパルス幅信号w(t)の関係を示したものである。この例においては、y[k]の値が-7から7まで変化することを前提としている。入力信号のサンプルのタイミングはパルス幅変調信号w(t)がHまたはLになっている期間の中間の時刻としている。パルス信号はその1周期に2回信号の値が変化するので、パルス1周期の中でパルスの前縁と後縁の2回の制御タイミングがあり、この事実を使っている。   In order to deal with these problems, first, an approach is adopted in which the pulse width is controlled by sampling the input signal twice during one pulse of the pulse width modulation signal w (t). FIG. 1 shows the relationship between the sampling timing and the pulse width signal w (t) in the present invention. In this example, it is assumed that the value of y [k] changes from -7 to 7. The input signal sample timing is set to an intermediate time during the period when the pulse width modulation signal w (t) is H or L. Since the signal value of the pulse signal changes twice in one period, there are two control timings of the leading edge and trailing edge of the pulse in one pulse period, and this fact is used.

デジタルアンプにおいては、相補型パルス幅変調が用いられることがよくある。図4は相補型パルス幅変調によるデジタルアンプのパルス幅変調以降の部分を示したものである。パルス幅信号であるy[k]は、一方のパルス幅変調器21にはそのまま入力されてパルス幅変調信号w1(t)が生成され、もう一方のパルス幅変調器22には、パルス幅信号の符号が反転したものが入力されてパルス幅変調信号w2(t)が生成される。二つのパルス幅変調信号W1(t)およびw2(t)はそれぞれスイッチング増幅器41,42により増幅され、それらのそれぞれの信号はLCによるローパスフィルタを経た後、スピーカ5にBTL接続される。二つのパルス幅変調信号w1(t)およびw2(t)は同相に設定されることが多い。   In digital amplifiers, complementary pulse width modulation is often used. FIG. 4 shows a portion after pulse width modulation of a digital amplifier by complementary pulse width modulation. The pulse width signal y [k] is directly input to one pulse width modulator 21 to generate a pulse width modulation signal w1 (t), and the other pulse width modulator 22 receives a pulse width signal. Are inverted and a pulse width modulation signal w2 (t) is generated. The two pulse width modulation signals W1 (t) and w2 (t) are amplified by the switching amplifiers 41 and 42, respectively, and these signals pass through a low pass filter by LC and are then BTL connected to the speaker 5. The two pulse width modulation signals w1 (t) and w2 (t) are often set in phase.

図5は、二つのパルス幅変調信号w1(t)およびw2(t)が同相に設定されている場合において、パルス周期の半周期ごとにサンプリングを行い制御したときの信号波形の様子を示したものである。二つのパルス幅変調信号w1(t)およびw2(t)自体に対しては、パルスの半周期ごとに制御が掛けられているが、実際の出力信号に対応するそれらの信号の差であるw1(t)-w2(t)の波形は、w1(t)やw2(t)のパルス周期の半分の周期を持った対称なパルス波形を持つ。すなわち、パルス幅変調のキャリア周波数の倍のサンプリング周波数でパルス幅変調を制御することは、w1(t)-w2(t)の信号波形の1周期ごとにサンプリングして制御することに相当する。したがって、本発明のようにパルス幅変調のキャリア周期の半分の周期でパルス幅変調を制御するようにしても、相補型パルス幅変調を用いている場合においては、パルス幅変調のキャリア周波数を倍にした場合とほぼ同じ結果が期待できる。   FIG. 5 shows the state of the signal waveform when sampling is performed and controlled every half of the pulse period when the two pulse width modulation signals w1 (t) and w2 (t) are set in phase. Is. The two pulse width modulation signals w1 (t) and w2 (t) themselves are controlled every half cycle of the pulse, but w1 is the difference between those signals corresponding to the actual output signal. The waveform of (t) -w2 (t) has a symmetric pulse waveform having a period half that of w1 (t) and w2 (t). That is, controlling the pulse width modulation at a sampling frequency that is twice the carrier frequency of the pulse width modulation corresponds to sampling and controlling every period of the signal waveform of w1 (t) -w2 (t). Therefore, even if the pulse width modulation is controlled at half the carrier width of the pulse width modulation as in the present invention, when the complementary pulse width modulation is used, the carrier frequency of the pulse width modulation is doubled. You can expect almost the same results.

図6は、パルス幅変調の分解能を2倍にする方法を説明するためのパルス幅変調信号の波形例である。パルス幅変調器のクロック周波数やキャリア周波数を一定にしたままパルス幅変調の分解能を2倍にするために、二つのパルス幅変調器における変調度を最小単位だけずらすことを許容する。たとえば、1.5という入力値に対するパルス幅変調を行う際、パルス幅信号w1(t)に対しては2という入力値に対するパルス幅変調を行い、パルス幅信号w2(t)に対しては-1という入力値に対するパルス幅変調を行うことにより、所望のパルス幅変調を実現する。その結果、w1(t)-w2(t)の信号波形は準対称パルス幅変調波形となる。   FIG. 6 is a waveform example of a pulse width modulation signal for explaining a method of doubling the resolution of pulse width modulation. In order to double the resolution of pulse width modulation while keeping the clock frequency and carrier frequency of the pulse width modulator constant, it is allowed to shift the modulation degree in the two pulse width modulators by the minimum unit. For example, when performing pulse width modulation for an input value of 1.5, perform pulse width modulation for an input value of 2 for the pulse width signal w1 (t) and -1 for the pulse width signal w2 (t) Desired pulse width modulation is realized by performing pulse width modulation on the input value. As a result, the signal waveform of w1 (t) -w2 (t) becomes a quasi-symmetric pulse width modulation waveform.

本発明のデジタルパルス幅変調信号発生器を用いることにより、再量子化ノイズに対するノイズシェーピングフィルタのサンプリング周波数をそのままに、パルス幅変調におけるパルス幅信号の周波数を半分にすることができるので、フルデジタルアンプの電力効率を高くすることができるとともに、電磁ノイズ放出を抑制することができる。   By using the digital pulse width modulation signal generator of the present invention, the frequency of the pulse width signal in pulse width modulation can be halved while maintaining the sampling frequency of the noise shaping filter for requantization noise as it is. The power efficiency of the amplifier can be increased and electromagnetic noise emission can be suppressed.

また、相補型パルス幅変調における非平衡動作の導入により、パルス幅変調の分解能を2倍にすることができ、再量子化ノイズを低減させることができる。   Further, by introducing non-equilibrium operation in complementary pulse width modulation, the resolution of pulse width modulation can be doubled, and re-quantization noise can be reduced.

本発明を実施するための最良の形態について実施例を通して示す。   The best mode for carrying out the present invention will be described through examples.

本発明第1の実施例は、オーディオ用のフルデジタルアンプである。その構成は、図3に示す再量子化信号y[k]生成部分と図4に示す相補型パルス幅変調部分とスピーカ駆動部分とからなる。ノイズシェーピングフィルタ3は、特願2004−047113に記載のものであり、そのブロック図を図7に示す。量子化器1の出力y[k]からは、非線形な形でフィードバックすることにより、パルス幅変調信号に含まれる高調波を抑制し、可聴域におけるノイズフロアの上昇を阻止している。   The first embodiment of the present invention is an audio full digital amplifier. The configuration includes a re-quantized signal y [k] generation part shown in FIG. 3, a complementary pulse width modulation part and a speaker driving part shown in FIG. The noise shaping filter 3 is described in Japanese Patent Application No. 2004-047113, and its block diagram is shown in FIG. The output from the quantizer 1 y [k] is fed back in a non-linear manner to suppress harmonics contained in the pulse width modulation signal and prevent the noise floor from rising in the audible range.

音源の信号であるs[i]のサンプリング周期はFs=44.1kHzであり、十分に高い分解能を持つものである。オーバーサンプラ6におけるオーバーサンプル比は16であり、再量子化信号y[k]のサンプリング周波数はFf=16Fs=705.6kHzとなる。また、量子化器1の量子化レベル数は31である。   The sampling period of s [i], which is a sound source signal, is Fs = 44.1 kHz, and has a sufficiently high resolution. The oversample ratio in the oversampler 6 is 16, and the sampling frequency of the requantized signal y [k] is Ff = 16Fs = 705.6 kHz. The number of quantization levels of the quantizer 1 is 31.

本発明の第1の実施例においては、パルス幅変調のキャリア周波数は再量子化信号y[k]のサンプリング周波数の半分とするので、パルス幅変調のキャリア周波数はFc=8Fs=352.8kHzとなる。また、本発明第1の実施例においては、パルス幅変調のレベル数は量子化器1の量子化レベル数と同じ31であるので、パルス幅変調に必要なクロック周波数はFk = 32Ff = 512Fs = 22.5792MHzとなる。   In the first embodiment of the present invention, the carrier frequency for pulse width modulation is half the sampling frequency of the requantized signal y [k], so the carrier frequency for pulse width modulation is Fc = 8Fs = 352.8 kHz. . Further, in the first embodiment of the present invention, the number of levels of pulse width modulation is 31, which is the same as the number of quantization levels of the quantizer 1, so the clock frequency required for pulse width modulation is Fk = 32Ff = 512Fs = 22.5792MHz.

図8は、本発明第1の実施例におけるパルス幅変調信号のスペクトルの例である。相補型のパルス幅変調を用いているので、二つのパルス幅変調信号の差の信号に対してスペクトルをとった。音源の信号s[i]は周波数2.7563kHzの正弦波とした。変調率は82%である。   FIG. 8 is an example of the spectrum of the pulse width modulation signal in the first embodiment of the present invention. Since complementary pulse width modulation is used, a spectrum is taken with respect to the difference signal between the two pulse width modulation signals. The sound source signal s [i] is a sine wave having a frequency of 2.7563 kHz. The modulation rate is 82%.

ノイズシェーピングフィルタとして特願2004−047113に記載のものを用いているので、パルス幅変調信号において可聴域のノイズフロアの上昇は抑えられている。パルス幅変調に相補型のものを用いているので、信号の偶数次の高調波は原理的には発生しない。また、信号の第3高調波が現れているが、これもノイズシェーピングフィルタとして特願2004−047113に記載のものを用いているので、ある程度低減されているが、特願2004−236617号に記載の技術を併用することにより、さらに低減することができる。本発明第1の実施例においては、信号の高調波成分はオーディオアンプとして実用的に問題のない大きさに抑制されているので、特願2004−236617号に記載の技術は用いていない。   Since the noise shaping filter described in Japanese Patent Application No. 2004-047113 is used, an increase in the audible noise floor is suppressed in the pulse width modulation signal. Since the complementary type is used for the pulse width modulation, even harmonics of the signal are not generated in principle. Further, the third harmonic of the signal appears. This is also reduced to some extent because the noise shaping filter described in Japanese Patent Application No. 2004-047113 is used. However, the third harmonic is described in Japanese Patent Application No. 2004-236617. Further reduction can be achieved by using this technique together. In the first embodiment of the present invention, the harmonic component of the signal is suppressed to a size that does not cause a practical problem as an audio amplifier, so the technique described in Japanese Patent Application No. 2004-236617 is not used.

図8を見てわかる通り、本発明第1の実施例においては、パルス幅変調のキャリア周波数の倍のサンプリング周波数でノイズシェーピングフィルタを動作させパルス幅変調器を制御することにより、パルス幅変調のキャリア周波数が源信号のサンプリング周波数の8倍と低く、かつ、パルス幅変調器のクロック周波数が源信号のサンプリング周波数の512倍と低いにもかかわれず、可聴域における再量子化ノイズが十分に小さいパルス幅変調信号を得ている。このパルス幅変調信号をスイッチングアンプで増幅し、スピーカを駆動するようにすることにより、忠実度の高いフルデジタルオーディオアンプを実現することができる。   As can be seen from FIG. 8, in the first embodiment of the present invention, by operating the noise shaping filter at the sampling frequency twice the carrier frequency of the pulse width modulation and controlling the pulse width modulator, Although the carrier frequency is as low as 8 times the sampling frequency of the source signal and the clock frequency of the pulse width modulator is as low as 512 times the sampling frequency of the source signal, the requantization noise in the audible range is sufficiently small A pulse width modulated signal is obtained. A high-fidelity full digital audio amplifier can be realized by amplifying the pulse width modulation signal with a switching amplifier and driving a speaker.

本発明第2の実施例は、オーディオ用のフルデジタルアンプであり、再量子化器とパルス幅変調器の分解能が本発明第1の実施例の場合と比べて倍の62であることを除いては、装置の構成やパラメータは本発明第1の実施例と同じである。すなわち、本発明第2の実施例においては、二つの相補型パルス幅変調信号の変調度を最小単位だけずれることを許容することにより、パルス幅変調の分解能を2倍にしている。パルス幅変調器のクロック周波数も本発明第1の実施例と同じFk = 32Ff = 512Fs = 22.5792MHzである。   The second embodiment of the present invention is a full digital amplifier for audio, except that the resolution of the requantizer and the pulse width modulator is 62 times that of the first embodiment of the present invention. The apparatus configuration and parameters are the same as those in the first embodiment of the present invention. That is, in the second embodiment of the present invention, the resolution of the pulse width modulation is doubled by allowing the modulation degrees of the two complementary pulse width modulation signals to be shifted by a minimum unit. The clock frequency of the pulse width modulator is also the same as Fk = 32Ff = 512Fs = 22.25792 MHz as in the first embodiment of the present invention.

図9は、本発明第2の実施例におけるパルス幅変調信号のスペルトルの例である。相補型のパルス幅変調を用いているので、二つのパルス幅変調信号の差の信号に対してスペクトルをとった。音源の信号s[i]は周波数2.7563kHzの正弦波とした。変調率は82%である。   FIG. 9 shows an example of the spelling of the pulse width modulation signal in the second embodiment of the present invention. Since complementary pulse width modulation is used, a spectrum is taken with respect to the difference signal between the two pulse width modulation signals. The sound source signal s [i] is a sine wave having a frequency of 2.7563 kHz. The modulation rate is 82%.

本発明第2の実施例においては、本発明第1の実施例に比べて、パルス幅変調の分解能が2倍高いので、再量子化ノイズの大きさは理想的には6dB小さくなるはずであるが、その差はそれほどまでには大きくない。これは、二つのパルス幅変調信号の差の信号が対称パルス幅変調信号とはならずに準対称パルス幅変調信号となっているために、ノイズシェーピングフィルタによってノイズをその分増大させてしまっていることによる。しかしそれでも、本発明第1の実施例に比べて可聴域におけるノイズは明らかに低減されている。また、準対称パルス幅信号を用いることにより、源信号の第2高調波が発生することが予測されるが、図8の例においてはノイズフロアに埋もれる程度に小さいものとなっている。   In the second embodiment of the present invention, since the resolution of the pulse width modulation is twice as high as that of the first embodiment of the present invention, the magnitude of the requantization noise should ideally be 6 dB smaller. But the difference is not so great. This is because the difference signal between the two pulse width modulation signals is not a symmetric pulse width modulation signal but a quasi-symmetric pulse width modulation signal, and noise is increased by a noise shaping filter accordingly. Because it is. Nevertheless, noise in the audible range is clearly reduced compared to the first embodiment of the present invention. Further, it is predicted that the second harmonic of the source signal is generated by using the quasi-symmetric pulse width signal. However, in the example of FIG. 8, it is small enough to be buried in the noise floor.

このパルス幅変調の分解能を向上させる方法を用いると、最大許容変調率も高くなるのではあるが、特願2004−047113に記載のノイズシェーピングフィルタを用いると、出力信号が準対称パルス幅信号であることにより、最大許容変調率は計算値よりも少し小さくなる。   When the method for improving the resolution of the pulse width modulation is used, the maximum allowable modulation rate is also increased. However, when the noise shaping filter described in Japanese Patent Application No. 2004-047113 is used, the output signal is a quasi-symmetric pulse width signal. As a result, the maximum allowable modulation rate is slightly smaller than the calculated value.

本発明第3の実施例は、本発明第2の実施例に対して、特願2004−236617号に記載の技術を用いて入力信号に対する高調波を抑制したものである。量子化信号y[k]の算出ブロック図を図10に示す。図中において、高調波を抑制するためのフィードフォワード補償要素7は入力信号の3乗に比例した値を出力している。その他は本発明第2の実施例と同じであり、パルス幅変調も本発明第2の実施例と同じく準対称相補型パルス幅変調を用いている。   In the third embodiment of the present invention, the harmonics with respect to the input signal are suppressed using the technique described in Japanese Patent Application No. 2004-236617 as compared to the second embodiment of the present invention. A block diagram for calculating the quantized signal y [k] is shown in FIG. In the figure, the feedforward compensation element 7 for suppressing harmonics outputs a value proportional to the cube of the input signal. Others are the same as in the second embodiment of the present invention, and the pulse width modulation also uses quasi-symmetric complementary pulse width modulation as in the second embodiment of the present invention.

図11は、本発明第2の実施例のパルス幅変調信号発生器に、音源の信号s[i]として周波数2.7563kHzの正弦波を入れたときのパルス幅変調信号のスペクトルである。変調率は82%である。高調波抑制手段を用いているので、本発明第2の実施例の場合(図9)と比べて、高調波が十分に抑制できていることが判る。   FIG. 11 is a spectrum of a pulse width modulation signal when a sine wave having a frequency of 2.7563 kHz is input as the sound source signal s [i] to the pulse width modulation signal generator according to the second embodiment of the present invention. The modulation rate is 82%. Since the harmonic suppression means is used, it can be seen that the harmonics can be sufficiently suppressed as compared with the case of the second embodiment of the present invention (FIG. 9).

図12は、入力信号を2.7563kHzの正弦波と4.1344kHzの正弦波の重ね合わせ(ツートーン信号)としたときのパルス幅変調信号のスペクトルである。最大変調率は82%である。入力信号に対する高調波や相互干渉が認められず、良好なスペクトルが得られていることが判る。   FIG. 12 shows a spectrum of a pulse width modulation signal when the input signal is a superposition of a 2.7563 kHz sine wave and a 4.1344 kHz sine wave (two tone signal). The maximum modulation rate is 82%. It can be seen that harmonics and mutual interference with the input signal are not recognized and a good spectrum is obtained.

本発明のデジタルパルス幅変調信号発生器を用いることにより、可聴域のノイズが少なく、電磁ノイズの発生が少なく、高いクロック周波数を必要としないフルデジタルのオーディオアンプを実現することができる。   By using the digital pulse width modulation signal generator of the present invention, it is possible to realize a full digital audio amplifier that generates less audible noise, generates less electromagnetic noise, and does not require a high clock frequency.

本発明におけるパルス幅変調信号とサンプリングのタイミングの関係を示す図。The figure which shows the relationship between the pulse width modulation signal and sampling timing in this invention. 従来の方法におけるパルス幅変調信号とサンプリングのタイミングの関係を示す図。The figure which shows the relationship between the pulse width modulation signal and sampling timing in the conventional method. フルデジタルアンプのブロック図。Block diagram of a full digital amplifier. 相補型パルス幅変調によるデジタルアンプの説明図。Explanatory drawing of the digital amplifier by complementary pulse width modulation. 本発明における相補型パルス幅変調の動作説明図。FIG. 6 is an operation explanatory diagram of complementary pulse width modulation in the present invention. 本発明における高分解能型相補型パルス幅変調の動作説明図。FIG. 4 is an operation explanatory diagram of high-resolution complementary pulse width modulation in the present invention. 本発明の第1および第2の実施例において用いたパルス幅変調信号生成部の説明図。Explanatory drawing of the pulse width modulation signal generation part used in the 1st and 2nd Example of this invention. 本発明第1の実施例におけるパルス幅変調信号のスペクトルの例。The example of the spectrum of the pulse width modulation signal in the 1st example of the present invention. 本発明第2の実施例におけるパルス幅変調信号のスペクトルの例。The example of the spectrum of the pulse width modulation signal in the 2nd example of the present invention. 本発明第3の実施例おいて用いたパルス幅変調信号生成部の説明図。Explanatory drawing of the pulse width modulation signal generation part used in the 3rd Example of this invention. 本発明第3の実施例におけるパルス幅変調信号のスペクトルの例。The example of the spectrum of the pulse width modulation signal in the 3rd example of the present invention. 本発明第3の実施例における2トーン信号に対するパルス幅変調信号のスペクトルの例。The example of the spectrum of the pulse width modulation signal with respect to the 2-tone signal in the 3rd Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・量子化器
2,21,22・・・パルス幅変調器
3・・・ノイズシェーピングフィルタ
31・・・遅延器
32・・・システム行列
33・・・出力ベクトル
34・・・入力ベクトル
35・・・非線形関数ベクトル
36・・・零次ホールド
37・・・サンプラ
38・・・積分器
41,42・・・スイッチング増幅器
5・・・スピーカ
6・・・オーバーサンプラ
7・・・フィードフォワード補償要素
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Quantizer 2, 21, 22 ... Pulse width modulator 3 ... Noise shaping filter 31 ... Delay device 32 ... System matrix 33 ... Output vector 34 ... Input vector 35 ... Nonlinear function vector 36 ... Zero order hold 37 ... Sampler 38 ... Integrator 41, 42 ... Switching amplifier 5 ... Speaker 6 ... Oversampler 7 ... Feed forward Compensation factor

Claims (1)

パルス幅変調信号を出力信号とし、前記出力信号の低周波成分を離散時間信号である入力信号の低周波成分に比例させるデジタルパルス幅変調信号発生器において、パルス幅変調器と量子化器とノイズシェーピングフィルタを持ち、前記ノイズシェーピングフィルタは前記入力信号と前記量子化器の出力を入力として前記量子化器の入力となる信号を出力する離散時間フィルタであり、前記パルス幅変調器は前記量子化器の出力である離散時間離散値信号を入力とし前記出力信号を出力するものであり、前期ノイズシェーピングフィルタおよび前期量子化器のサンプリング周期は前期パルス幅変調器が出力するパルスの周期の半分であり、前期パルス幅変調器は前期パルス幅変調器が出力するパルスの半分の周期ごとにパルス幅変調を行い、相補型パルス幅変調信号を出力するものであり、前記相補型パルス幅変調信号を構成する二つのパルス幅変調信号のうちの片方のみのパルス幅変調度を最小単位だけずらすことにより、パルス幅変調の分解能を2倍にすることを特徴とするデジタルパルス幅変調信号発生器。   In a digital pulse width modulation signal generator, wherein a pulse width modulation signal is used as an output signal, and a low frequency component of the output signal is proportional to a low frequency component of an input signal which is a discrete time signal, a pulse width modulator, a quantizer, and noise The noise shaping filter is a discrete-time filter that receives the input signal and the output of the quantizer as an input and outputs a signal that is input to the quantizer; and the pulse width modulator is the quantizer A discrete-time discrete value signal, which is the output of the detector, is input and the output signal is output. The sampling period of the previous noise shaping filter and the previous quantizer is half the period of the pulse output by the previous pulse width modulator. Yes, the previous pulse width modulator performs pulse width modulation every half of the pulse output by the previous pulse width modulator, Complementary pulse width modulation signal is output, and pulse width modulation is performed by shifting the pulse width modulation degree of only one of the two pulse width modulation signals constituting the complementary pulse width modulation signal by a minimum unit. A digital pulse width modulation signal generator characterized by doubling the resolution.
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US7576605B2 (en) * 2006-04-20 2009-08-18 Qualcomm Incorporated Low power output stage
AR060670A1 (en) 2006-04-26 2008-07-02 Qualcomm Inc DYNAMIC DISTRIBUTION OF FUNCTIONALITY AND ADMINISTRATION OF RESOURCES IN A DEVICE
US8406794B2 (en) 2006-04-26 2013-03-26 Qualcomm Incorporated Methods and apparatuses of initiating communication in wireless networks
JP4660778B2 (en) * 2006-07-27 2011-03-30 国立大学法人 名古屋工業大学 PWM signal generator, PWM signal generator, and digital amplifier
JP5141182B2 (en) 2007-10-24 2013-02-13 ヤマハ株式会社 Signal generator and class D amplifier
JP2009147552A (en) * 2007-12-12 2009-07-02 Panasonic Corp Class d amplifier
JP5099699B2 (en) * 2008-05-16 2012-12-19 国立大学法人 名古屋工業大学 Pulse width position modulation signal generator
JP5356133B2 (en) * 2008-08-28 2013-12-04 株式会社日立国際電気 PWM pulse generator

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