JP4651300B2 - 2つの物理的レイヤによるマルチレベルd級増幅器 - Google Patents
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Description
さらに、この基本的な考え方は、明瞭なパルス面積値をもつ前記パルスを、その出力ドライバ段の2つの物理レベルに適した形状になるように整形することである。この場合1回のサンプリング期間内におけるパルスの正の部分と負の部分の面積を加えることによって所望の時間−電圧面積が得られるようにパルスを発生させることになる(図4aおよび4b参照)。ここで、1サンプリング期間内における絶対面積はA1マイナスA2となる。得られた前記のパルス面積値は3つ以上のディジタルレベルに対応している(図5aおよび5b参照)。
本発明の目的に従って、D級増幅器用の仮想マルチレベル出力パルスを発生させるための方法が達成され、ここでパルス面積は複数のディジタルレベルに対応する。先ず、本方法は、前記入力信号を等しい幅の高周波数パルス密度変調パルスに変換し、次にこれらのパルスを、明瞭なパルス面積の複数の離散値をもつより低い周波数に変換する。別の方法では、複数のパルス面積値のひとつそれぞれ対応する1組の出力パルス面積値を規定する。さらに方法は、前記1組の規定されたパルス面積値から指定パルス面積値に対応する1つの値を選択することによって、要求されるパルス幅を決定する。それから、要求されるパルス比、すなわち1サンプリング期間内における正のパルス部分と負のパルス部分の比を計算する。パルス幅積分器は第1のパルス部分の終わりを規定しかつ第2のパルス部分の開始を規定する出力位相を変更する時点を決定する。前記「パルス幅積分器」はパルス発生器に提供するためのパルススタート/ストップ情報を作成している。この「パルス発生器」は、前記パルススタート信号とパルスストップ信号を用いて前記マルチレベル出力パルスを発生させ、前記電力ドライバ制御パルスを前記D級電力ドライバに与える。最終的に、前記電力ドライバは出力電圧を何らかの低域通過フィルタを含む前記出力負荷に供給している。
本発明の目的は、その出力が唯2つの物理レベル(+V、−V)を有するD級増幅器用の仮想マルチレベル出力パルスを発生することである。ある実施形態では、相補対ドライバまたはプッシュプルドライバのような2レベルドライバだけが実現され得る。開示された発明では、パルス密度変調器からの出力を明瞭な時間−電圧面積(換言すれば、明瞭に規定されたパルス面積)をもつパルスに変換するための回路および方法を追加する。開示された発明ではさらに、正のパルス部分と負のパルス部分にわたる合計は、複数の離散ディジタルレベルの1つに対応するパルス面積になる出力パルスパターンを生成するパルス幅制御メカニズム用回路および方法を追加する。この方法では、出力ドライバが2つの離散電圧レベルを出力することだけ可能である場合であっても、D級増幅器からマルチレベル出力は可能である。マルチレベルのパルス幅はより高品質の出力信号を許容する。さらに、マルチレベルのパルス幅を使用すると、ただ単一のパルス幅の場合と対比して、同じファクタによりパルスサンプリングレートの低下を許容する。
単一のサンプル期間内における典型的なパルスを図4aに表している。図4bに示すように、負のパルスの面積A2を正のパルスの面積A1から差し引くと、面積A1−A2を有する信号が生じる。一例として、図5aの実2レベルパルスと図5bにおいてこれらから得られるマルチレベルパルスである、1つの5レベル方式を表している。この図では、前記5レベルに対する実2レベルパルスとこれらに対応する仮想マルチレベルパルス、「+2」に対し(50)(51)、「+1」に対し(52)(53)、「0」に対し(54)(55)、「−1」に対し(56)(57)、および「−2」に対し(58)(59)を可視化している。
本発明の概念によると、各種の機能ユニット、即ち前記のパルス密度変調器、パルス変換部、パルス幅積分器、およびパルス発生器は、集積ディジタル論理機能またはディジタル信号プロセッサにおけるソフトウエアアルゴリズムとして実現できる。同様に、前記パルス幅積分器は、集積ディジタル論理機能またはディジタル信号プロセッサにおけるソフトウエアアルゴリズムとして実現できる。または前記パルス幅積分器は、アナログ集積機能として実現できる。さらに、前記パルス密度変調器の出力を変換するためのパルス変換部は、パルス密度変調器と共に集積部分としてディジタル信号プロセッサにおいて実現できる。
12 Hブリッジ
13 負荷
61 入力信号変換器向けの処理ユニット
63 「パルス幅積分器」機能
64 「パルス発生器ユニット」
65 相補対ドライバ、プッシュプルドライバ
Claims (33)
- 唯2つの物理レベルをもつD級増幅器用の仮想マルチレベル出力パルスを発生し、その結果として生成されたパルス面積が複数のディジタルレベルに対応している、回路であって、
入力信号をパルス密度変調信号に変換するパルス密度変調器と、
前記パルス密度変調器の出力を、所望の複数のパルス面積値を表す信号のひとつを表す信号に最初に変換し、次に負パルス部分対正パルス部分の要求されるパルス幅比を決定するパルス変換部と、1サンプリング期間内で前記正パルス部分と負パルス部分の合計は前記前記複数のパルス面積値のひとつに対応し、
前記複数のパルス面積値ごとに1つの値である1組の出力パルス面積値を規定する手段と、
1サンプリング期間内においてパルス位相を変化する時点を決定して変更位相信号を発生するパルス幅積分器と、
前記変更位相信号を受け取り前記仮想マルチレベル出力パルスを電力ドライバに与えるパルス発生器と、
前記パルス発生器により制御され、電圧を出力負荷に駆動する2つの入力レベルをもつD級電力ドライバと、
増幅器の出力ターゲットとしての出力負荷用の手段と、
を備える回路。 - 前記入力信号はアナログ信号である、請求項1に記載の回路。
- 前記入力信号はパルス符号変調である、請求項1に記載の回路。
- 入力信号をパルス密度変調信号に変換する前記パルス密度変調器用の手段はシグマデルタ変調器を備えている、請求項1に記載の回路。
- 前記パルス密度変調器の出力を変換する前記パルス変換部は、前記パルス密度変調器と共に集積部分としてディジタル信号プロセッサにおいて実現される、請求項1に記載の回路。
- 前記要求されたパルス幅比を決定するための前記手段は少なくとも3つの値を与えることができる、請求項1に記載の回路。
- 1組の出力パルス面積値を規定する前記手段は1組の固定且つ所定の大きさを仮定する、請求項1に記載の回路。
- D級電力ドライバ用の前記手段は相補対型ドライバである、請求項1に記載の回路。
- 前記入力信号を前記パルス密度変調信号に変換するための前記パルス密度変調器は集積ディジタル論理関数として実現される、請求項1に記載の回路。
- 前記入力信号を前記パルス密度変調信号に変換するための前記パルス密度変調器はディジタル信号プロセッサにおけるソフトウエアアルゴリズムとして実現される、請求項1に記載の回路。
- 前記複数のパルス面積値を表している前記要求されたパルス幅比を決定する前記パルス変換部は集積ディジタル論理関数として実現される、請求項1に記載の回路。
- 前記複数のパルス面積値を表している前記要求されたパルス幅比を決定する前記パルス変換部は、ディジタル信号プロセッサにおけるソフトウエアアルゴリズムとして実現される、請求項1に記載の回路。
- 仮想マルチレベル出力を発生するためにパルス位相を変化する時点を決定して変更位相信号を発生する前記パルス長積分器はアナログ積分関数として実現される、請求項7に記載の回路。
- 仮想マルチレベル出力を発生するためにパルス位相を変化する時点を決定して変更位相信号を発生する前記パルス長積分器は集積ディジタル論理関数として実現される、請求項7に記載の回路。
- 仮想マルチレベル出力を発生するためにパルス位相を変化する時点を決定して変更位相信号を発生する前記パルス長積分器はディジタル信号プロセッサにおけるソフトウエアアルゴリズムとして実現されている、請求項7に記載の回路。
- 前記仮想マルチレベル出力パルスを前記電力ドライバに与える前記パルス発生器は集積ディジタル論理関数として実現される、請求項1に記載の回路。
- 前記仮想マルチレベル出力パルスを前記電力ドライバに与える前記パルス発生器はディジタル信号プロセッサにおけるソフトウエアアルゴリズムとして実現される、請求項1に記載の回路。
- 唯2つの物理レベルをもつD級増幅器用の仮想マルチレベル出力パルスを発生し、その結果として生成されたパルス面積が複数のディジタルレベルに対応している、回路であって、
前記パルス密度変調器の出力を、所望の複数のパルス面積値を表す信号のひとつを表す信号に最初に変換し、次に負パルス部分対正パルス部分の要求されるパルス幅比を決定するパルス変換部と、1サンプリング期間内で前記正パルス部分と負パルス部分の合計は前記前記複数のパルス面積値のひとつに対応し、1組の出力パルス面積値を規定する手段と、パルス位相を変化する時点を決定する手段と、前記変更位相信号を受け取り前記仮想マルチレベル出力パルスを電力ドライバに与えるパルス発生器と、電圧を出力負荷に駆動する2つの入力レベルをもつD級電力ドライバと、そして出力負荷のための手段を設けるステップと、
前記入力信号をパルス密度変調パルスに変換するステップと、
前記パルス密度変調器の出力を所望の複数パルス面積値のひとつを表している信号に変換するステップと、
1サンプリング期間内における前記正パルス部分対負パルス部分のパルス幅比を決定するステップと、1サンプリング期間内で前記正パルス部分と負パルス部分の合計は前記前記複数のパルス面積値のひとつに対応し、
前記複数のパルス面積値ごとに1つの値である1組の出力パルス面積値を規定するステップと、
所望のパルス幅比に基づき、適切な時間制御機構を用いて1サンプリング期間内におけるパルス位相を変化する時点を決定して変更位相信号を生成するステップと、
前記変更位相信号の制御下で前記仮想マルチレベル電力ドライバ制御パルスを発生するステップと、
前記仮想マルチレベル出力パルスを前記D級電力ドライバに与えるステップと、
前記電力ドライバの出力電圧を出力負荷に駆動するステップと、
を含む方法。 - 前記入力信号を理想パルス密度変調器に変換する前記ステップがシグマデルタ変調器を含むディジタル信号プロセッサによって実行される、請求項18に記載の方法。
- 前記パルス幅比を制御する前記ステップは3つ以上の値を使用する、請求項18に記載の方法。
- 前記パルス位相を変化する時点を決定するステップは、時間を積分し該結果を、1サンプル期間内の正のパルス部分対負のパルス部分の前記パルス幅比から決定される値と比較することによって実行される、請求項18に記載の方法。
- 時間を積分し該結果を前記パルス幅比による値と比較する前記ステップは、「パルス幅積分器」において実行される、請求項21に記載の方法。
- 1組の出力パルス面積の基準を規定する前記ステップは1組の固定且つ所定の大きさを仮定している、請求項18に記載の方法。
- 相補対型ドライバが電圧を前記出力負荷に駆動させるために用いられる、請求項18に記載の方法。
- 前記入力信号を理想パルス密度変調パルスに変換する前記ステップは集積ディジタル論理関数によって実現される、請求項18に記載の方法。
- 前記入力信号を理想パルス密度変調パルスに変換する前記ステップはディジタル信号プロセッサにおけるソフトウエアアルゴリズムによって実現される、請求項18に記載の方法。
- 前記複数のパルス面積値を表す前記パルス幅比を決定する前記ステップは集積ディジタル論理関数によって実現される、請求項18に記載の方法。
- 1サンプリング期間内で前記正パルス部分と負パルス部分の合計は前記前記複数のパルス面積値のひとつに対応している、パルス幅比を決定するステップは、ディジタル信号プロセッサにおけるソフトウエアアルゴリズムによって実現される、請求項18に記載の方法。
- 1サンプリング期間内においてパルス位相を変化する時間を決定する前記パルス幅積分器は、積分アナログ関数によって部分的に実現される、請求項18に記載の方法。
- 所望のパルス幅比に基づいて1サンプリング期間においてパルス位相を変化する時点を制御する前記ステップは集積ディジタル論理関数によって実現される、請求項18に記載の方法。
- 所望のパルス幅比に基づいて1サンプリング期間内においてパルス位相を変化する時点を制御する前記ステップはディジタル信号プロセッサにおけるソフトウエアアルゴリズムによって実現される、請求項18に記載の方法。
- 前記マルチレベル電力ドライバ制御パルスを発生する前記ステップはパルス幅積分器によって実行される、請求項18に記載の方法。
- 前記マルチレベル電力ドライバ制御パルスを発生する前記ステップはディジタル信号プロセッサにおけるソフトウエアアルゴリズムによって実行される、請求項18に記載の方法。
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