JP4736630B2 - D class amplifier - Google Patents

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Description

本発明は、オーディオ・ビジュアル機器で用いられているDクラスアンプ(D級増幅器)の技術分野に属する。   The present invention belongs to the technical field of class D amplifiers (class D amplifiers) used in audio-visual equipment.

デジタルオーディオ機器のオーディオアンプやモータードライバなどに用いられているパルス幅変調(PWM)のDクラスアンプとして、図7の回路図に示されるような歪率の向上を図った所謂フィードバック方式のDクラスアンプ50がある。   As a D-class amplifier for pulse width modulation (PWM) used in audio amplifiers, motor drivers, etc. of digital audio equipment, a so-called feedback type D-class that improves the distortion as shown in the circuit diagram of FIG. There is an amplifier 50.

上記Dクラスアンプ50は、+入力端子に入力されたオーディオ信号Vinを増幅する演算増幅器1と、前記演算増幅器1の出力信号Voとマスタークロック(PWM生成クロック)2から三角波生成回路3で生成された三角波とを比較器4に入力してパルス幅変調するパルス幅変調回路5と、プシュプル型の一対のMOSFETを要素とする出力段スイッチングトランジスタ(電力増幅器)9と、前記パルス幅変調回路5のパルス幅変調出力信号VPWMをスイッチング制御信号として入力して前記出力段スイッチングトランジスタ9をスイッチングするドライバ回路7と、前記出力段スイッチングトランジスタ9の出力端Aに接続されたインダクタ34とコンデンサ36とからなる出力ローパスフィルタ41と、前記出力ローパスフィルタ41の出力信号Voutを前記演算増幅器1の−入力端子にフィードバックするフィードバックループ8と、を備える構成になっている。なお、図中の複数の小さな四角枠は適宜設定される受動素子である。   The D class amplifier 50 is generated by the triangular wave generation circuit 3 from the operational amplifier 1 that amplifies the audio signal Vin input to the + input terminal, the output signal Vo of the operational amplifier 1 and the master clock (PWM generation clock) 2. A pulse width modulation circuit 5 for inputting a triangular wave to the comparator 4 for pulse width modulation, an output stage switching transistor (power amplifier) 9 having a pair of push-pull MOSFETs, and the pulse width modulation circuit 5 A driver circuit 7 for switching the output stage switching transistor 9 by inputting the pulse width modulation output signal VPWM as a switching control signal, and an inductor 34 and a capacitor 36 connected to the output terminal A of the output stage switching transistor 9. An output low-pass filter 41 and the output low-pass filter 41 the output signal Vout of the operational amplifier 1 of the - has a structure comprising a feedback loop 8 for feeding back to the input terminal. A plurality of small square frames in the figure are passive elements set as appropriate.

なお、上記フィードバック方式のDクラスアンプに関する公知文献として、例えば下記[特許文献1]には、図8に示されるような回路構成のフィードバック方式のDクラスアンプ60が記載されている。   As a publicly known document relating to the feedback type D class amplifier, for example, the following [Patent Document 1] describes a feedback type D class amplifier 60 having a circuit configuration as shown in FIG.

このDクラスアンプ60は、スイッチング時のショートスルー電流に起因する無線周波干渉(RFI)の問題を解決すべく創出されたものであり、オーディオ信号Vinが演算増幅器10の−入力端子に入力され、且つ、差動増幅器44,46及び乗算器48からなるヒステリシス電圧供給源42側にも入力されていて、ヒステリシス電圧は、パルス幅変調器の動作周波数がオーディオ信号Vinの範囲にわたって一定に保持されるようにVinに対して補償するように変化するという点に特徴を有する回路である。図8において、符合40は差動増幅器16,18からなるウィンドウ比較器22と、その出力信号24,26を入力するSRフリップフロップ回路28と、からなるパルス幅変調器である。符号32は一対のプシュプル型スイッチングトランジスタ(MOSFET)を有する電力増幅器であり、符号41は負荷のスピーカSPKに対して直列接続されたインダクタ34と並列接続されたコンデンサ36とからなる出力ローパスフィルタである。   The D-class amplifier 60 was created to solve the problem of radio frequency interference (RFI) caused by short-through current during switching. The audio signal Vin is input to the negative input terminal of the operational amplifier 10, The hysteresis voltage is also input to the hysteresis voltage supply source 42 side including the differential amplifiers 44 and 46 and the multiplier 48. The hysteresis voltage is held constant over the range of the audio signal Vin in the operating frequency of the pulse width modulator. Thus, the circuit is characterized in that it changes so as to compensate for Vin. In FIG. 8, reference numeral 40 is a pulse width modulator comprising a window comparator 22 comprising differential amplifiers 16 and 18 and an SR flip-flop circuit 28 for receiving output signals 24 and 26 thereof. Reference numeral 32 denotes a power amplifier having a pair of push-pull type switching transistors (MOSFETs), and reference numeral 41 denotes an output low-pass filter including an inductor 34 connected in series to a speaker SPK of a load and a capacitor 36 connected in parallel. .

特開2003−78363号公報JP 2003-78363 A

図7の回路図に示されるようなフィードバック方式のDクラスアンプ50において、出力ローパスフィルタ41の出力信号Voutには、除去しきれなかったマスタークロック(例えばクロック周波数f=400kHz)の変調波(キャリア)の残留キャリアノイズ(出力信号Voutに現れるギザギザのノイズ波形)が存在し、フィードバックループ8を介して前記残留キャリアノイズもフィードバックされている。   In the feedback class D-class amplifier 50 as shown in the circuit diagram of FIG. 7, the output signal Vout of the output low-pass filter 41 includes a modulated wave (carrier, for example, clock frequency f = 400 kHz) that cannot be completely removed. ) Residual carrier noise (a jagged noise waveform appearing in the output signal Vout), and the residual carrier noise is also fed back via the feedback loop 8.

而して、図9の前記演算増幅器1の出力信号Voと、前記パルス幅変調出力信号VPWMと、前記出力信号Voutの同一時間軸の波形図に示されるように、上記残留キャリアノイズが入力側にフィードバックされることによって、前記演算増幅器1の出力Voには相当の残留キャリアノイズが重畳した波形が出力されることとなる。   Thus, as shown in the waveform diagram of the same time axis of the output signal Vo of the operational amplifier 1, the pulse width modulation output signal VPWM, and the output signal Vout in FIG. As a result, a waveform in which a considerable residual carrier noise is superimposed on the output Vo of the operational amplifier 1 is output.

この残留キャリアノイズが重畳した前記演算増幅器1の出力Voがパルス幅変調器5の比較器4に入力されることによって以下の(1)、(2)、(3)の状況に至る可能性が出てくる。
(1)前記出力ローパスフィルタ41通過後のフィードバック信号S1に残留キャリアノイズが重畳するため、初段の演算増幅器1に瞬時混変調歪みが生じ、Dクラスアンプ50の歪率を悪化させる(図9のVout電圧波形参照)。
(2)後段のパルス幅変調器5で入力されたオーディオ信号Voは三角波と比較されるが、その際に前記演算増幅器(オペアンプ)1を通過した残留キャリアノイズにより、誤比較してしまう場合があり得る。
(3)前記パルス幅変調器5での最大変調時に残留キャリアノイズが重畳していることで、過変調状態になりやすく(図9のVPWM電圧波形参照、所謂歯抜けの状態である。)、最大出力振幅が制限されてしまう場合があり得る。
When the output Vo of the operational amplifier 1 on which the residual carrier noise is superimposed is input to the comparator 4 of the pulse width modulator 5, the following situations (1), (2), and (3) may be reached. Come out.
(1) Since residual carrier noise is superimposed on the feedback signal S1 after passing through the output low-pass filter 41, instantaneous intermodulation distortion occurs in the first-stage operational amplifier 1 and deteriorates the distortion factor of the D-class amplifier 50 (FIG. 9). (See Vout voltage waveform).
(2) The audio signal Vo input by the subsequent pulse width modulator 5 is compared with a triangular wave, but there may be a case where an erroneous comparison is caused by residual carrier noise that has passed through the operational amplifier (operational amplifier) 1 at that time. possible.
(3) Since the residual carrier noise is superimposed at the time of maximum modulation by the pulse width modulator 5, an overmodulation state is likely to occur (refer to the VPWM voltage waveform in FIG. 9, so-called tooth-missing state). The maximum output amplitude may be limited.

この点、上記[特許文献1]に記載された図8に記載のDクラスアンプ60は、主に無線周波干渉の問題を解決すべくなされたものであり、残留キャリアノイズがフィードバックループを介してパルス幅変調器40の比較器の入力にまで重畳して歪率を悪化させてしまうことに対する対策について有効な示唆を与えるものではない。   In this regard, the D-class amplifier 60 shown in FIG. 8 described in [Patent Document 1] is mainly intended to solve the problem of radio frequency interference, and residual carrier noise is transmitted via a feedback loop. It does not give an effective suggestion about the countermeasure against the deterioration of the distortion rate by superimposing the input to the comparator of the pulse width modulator 40.

一般に、上記のような残留キャリアノイズを取り除くためには、マスタークロック2と同程度の出力ローパスフィルタ41を接続しないと効果が得られないが、一方で、フィードバック系(ゲイン交点での位相マージン特性)に影響を及ぼし、Dクラスアンプの安定度が損なわれる問題が発生してしまうことから、フィードバック方式のDクラスアンプの回路設計を困難なものとしていた。   Generally, in order to remove the residual carrier noise as described above, an effect cannot be obtained unless an output low-pass filter 41 of the same level as that of the master clock 2 is connected. However, on the other hand, a feedback system (phase margin characteristic at the gain intersection) ) And the stability of the D-class amplifier is deteriorated, which makes it difficult to design the circuit of the feedback-type D-class amplifier.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、図7に記載されるようなフィードバック方式のDクラスアンプにおける出力信号に存在する残留キャリアノイズのフィードバックに起因する悪影響を低減するための残留キャリア低減回路を搭載した高性能のDクラスアンプを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and a residual carrier for reducing adverse effects caused by feedback of residual carrier noise present in an output signal in a feedback class D-class amplifier as shown in FIG. An object is to provide a high-performance D-class amplifier equipped with a reduction circuit.

本発明は、
(1)オーディオ信号Vinを増幅する演算増幅器1と、
前記演算増幅器1の出力信号Voと、マスタークロック2から生成された三角波とを比較器4によって比較することでパルス幅変調し、パルス幅変調出力信号VPWMを出力するパルス幅変調回路5と、
出力段スイッチングトランジスタ9と、
前記パルス幅変調出力信号VPWMに基づいて前記出力段スイッチングトランジスタ9をスイッチングするドライバ回路7と、
前記出力段スイッチングトランジスタ9の出力端Aに接続された出力ローパスフィルタ41と、
前記出力ローパスフィルタ41の出力信号Voutを前記演算増幅器1の入力側にフィードバックするフィードバックループ8と、
前記フィードバックループ8に挿入され、前記パルス幅変調回路5のマスタークロック2と同一のクロック周波数fで、前記マスタークロック2と同期して前記出力ローパスフィルタ41の出力信号Voutをサンプリングするとともに高域成分を除去することで、前記出力ローパスフィルタ41の出力信号Voutに含まれる残留キャリアノイズを低減して、前記演算増幅器1の入力段側へ出力する残留キャリア低減回路15と
を有することを特徴とするDクラスアンプ20を提供することにより、上記課題を解決する。
(2)オーディオ信号Vinを増幅する演算増幅器1と、
前記演算増幅器1の出力信号Voに含まれる残留キャリアノイズを低減する残留キャリア低減回路15と、
前記残留キャリア低減回路15の出力信号Vo’と、マスタークロック2から生成された三角波とを比較器4によって比較することでパルス幅変調し、パルス幅変調出力信号VPWMを出力するパルス幅変調回路5と、
出力段スイッチングトランジスタ9と、
前記パルス幅変調出力信号VPWMに基づいて前記出力段スイッチングトランジスタ9をスイッチングするドライバ回路7と、
前記出力段スイッチングトランジスタ9の出力端Aに接続された出力ローパスフィルタ41と、
前記出力ローパスフィルタ41の出力信号Voutを前記演算増幅器1の入力側にフィードバックするフィードバックループ8とを有し、
前記残留キャリア低減回路15は、前記パルス幅変調回路5のマスタークロック2と同一のクロック周波数fで、前記マスタークロック2と同期して前記演算増幅器1の出力信号Voをサンプリングするとともに高域成分を除去することで、前記演算増幅器1の出力信号Voに含まれる残留キャリアノイズを低減することを特徴とするDクラスアンプ30を提供することにより、上記課題を解決する。
The present invention
(1) an operational amplifier 1 for amplifying the audio signal Vin;
A pulse width modulation circuit 5 that performs pulse width modulation by comparing the output signal Vo of the operational amplifier 1 with a triangular wave generated from the master clock 2 by a comparator 4 and outputs a pulse width modulation output signal VPWM;
An output stage switching transistor 9;
A driver circuit 7 for switching the output stage switching transistor 9 based on the pulse width modulation output signal VPWM;
An output low-pass filter 41 connected to the output terminal A of the output stage switching transistor 9;
A feedback loop 8 for feeding back the output signal Vout of the output low-pass filter 41 to the input side of the operational amplifier 1;
The output signal Vout of the output low-pass filter 41 is sampled in synchronism with the master clock 2 at the same clock frequency f as that of the master clock 2 of the pulse width modulation circuit 5 and is inserted into the feedback loop 8 and a high frequency component. And a residual carrier reduction circuit 15 for reducing residual carrier noise included in the output signal Vout of the output low-pass filter 41 and outputting the reduced signal to the input stage side of the operational amplifier 1. By providing the D class amplifier 20, the above-mentioned problems are solved.
(2) an operational amplifier 1 for amplifying the audio signal Vin;
A residual carrier reduction circuit 15 for reducing residual carrier noise included in the output signal Vo of the operational amplifier 1;
A pulse width modulation circuit 5 that outputs a pulse width modulation output signal VPWM by performing pulse width modulation by comparing the output signal Vo ′ of the residual carrier reduction circuit 15 with a triangular wave generated from the master clock 2 by a comparator 4. When,
An output stage switching transistor 9;
A driver circuit 7 for switching the output stage switching transistor 9 based on the pulse width modulation output signal VPWM;
An output low-pass filter 41 connected to the output terminal A of the output stage switching transistor 9;
A feedback loop 8 that feeds back the output signal Vout of the output low-pass filter 41 to the input side of the operational amplifier 1;
The residual carrier reduction circuit 15 samples the output signal Vo of the operational amplifier 1 in synchronization with the master clock 2 at the same clock frequency f as that of the master clock 2 of the pulse width modulation circuit 5 and generates a high frequency component. By removing the residual carrier noise contained in the output signal Vo of the operational amplifier 1 by removing the D-class amplifier 30, the above-mentioned problem is solved.

本発明に係るDクラスアンプは、上記のような構成のため、
(1)簡単な構成で、フィードバック方式のDクラスアンプのフィードバックする出力信号に含まれる残留キャリアノイズをパルス幅変調の前に低減できるため、パルス幅変調の過変調が防止されてアンプ性能(歪率など)が向上する。
(2)フィードバックする出力信号に含まれている残留キャリアノイズの影響がパルス幅変調の段階で低減されることで、最大出力パワーを取り易くなり、電源利用率が向上する。
The D class amplifier according to the present invention is configured as described above.
(1) Since the residual carrier noise contained in the output signal fed back by the feedback D-class amplifier can be reduced with a simple configuration before the pulse width modulation, the overmodulation of the pulse width modulation is prevented, and the amplifier performance (distortion) Rate).
(2) Since the influence of residual carrier noise included in the output signal to be fed back is reduced at the stage of pulse width modulation, it becomes easier to obtain the maximum output power and the power supply utilization rate is improved.

本発明に係るDクラスアンプの実施の形態について図面に基づいて説明する。   An embodiment of a D class amplifier according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明に係る第1の実施の形態のDクラスアンプを示すブロック回路図である。図2は本発明に係る第2の実施の形態のDクラスアンプを示すブロック回路図である。図3は本発明に係る残留キャリア低減回路のブロック回路図である。図4は残留キャリア低減回路の具体例の回路図である。図5は本発明に係る第2の実施の形態のDクラスアンプにおけるPWM変調回路の比較器に入力される残留キャリア低減回路の出力電圧Vo´の電圧波形とPWM変調回路の出力VPWMの電圧波形(400kHz)と出力電圧Voutの電圧波形を同一時間軸で対照する電圧波形図である。図6は本発明に係る第2の実施の形態のDクラスアンプの残留キャリア低減回路のサンプリング信号(1shot信号)と出力電圧Vo´の電圧波形(拡大)を従来の残留キャリア低減回路がない場合の信号Voと比較する電圧軸と時間軸の拡大波形図である。   FIG. 1 is a block circuit diagram showing a D-class amplifier according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block circuit diagram showing a D-class amplifier according to the second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a block circuit diagram of a residual carrier reduction circuit according to the present invention. FIG. 4 is a circuit diagram of a specific example of the residual carrier reduction circuit. FIG. 5 shows the voltage waveform of the output voltage Vo ′ of the residual carrier reduction circuit and the voltage waveform of the output VPWM of the PWM modulation circuit input to the comparator of the PWM modulation circuit in the D class amplifier according to the second embodiment of the present invention. It is a voltage waveform diagram which contrasts the voltage waveform of (400 kHz) and the output voltage Vout on the same time axis. FIG. 6 shows the voltage waveform (enlarged) of the sampling signal (1shot signal) and output voltage Vo ′ of the residual carrier reduction circuit of the D-class amplifier according to the second embodiment of the present invention when there is no conventional residual carrier reduction circuit. FIG. 6 is an enlarged waveform diagram of a voltage axis and a time axis to be compared with the signal Vo.

先ず、図1に示される第1の実施形態のDクラスアンプ20は、オーディオ信号Vinを増幅する演算増幅器1と、前記演算増幅器1の出力信号Voとマスタークロック2(クロック周波数f=400kHz程度)から生成された三角波とを比較器4に入力してパルス幅変調(PWM)するパルス幅変調回路5と、プシュプル型の一対のCMOSFETを備える出力段スイッチングトランジスタ9(電力増幅器)と、前記パルス幅変調回路5のパルス幅変調出力信号VPWMをスイッチング制御信号として入力して前記出力段スイッチングトランジスタ9をスイッチングするドライバ回路7と、前記出力段スイッチングトランジスタ9の出力端Aに接続されたインダクタ34とコンデンサ36からなる出力ローパスフィルタ41と、前記出力ローパスフィルタ41の出力信号Voutを前記演算増幅器1の入力側にフィードバックするフィードバックループ8と、を備えるDクラスアンプであって、特に、図3のブロック回路図に示されるような前記パルス幅変調回路5のマスタークロック2と同一クロック周波数fで同期して前記出力ローパスフィルタ41の出力信号Voutをサンプリングするアナログスイッチ13と1ショット回路12からなるサンプリング回路11と、前記サンプリング回路11の出力信号Vsの高域成分を除去するフィードバック系に影響を与えないローパスフィルタ14と、からなる点線枠で囲まれた簡単な回路構成の残留キャリア低減回路15(図1では斜線入り小枠で表示)が、前記フィードバックループ8に挿入されている構成を特徴とする。   First, the D class amplifier 20 of the first embodiment shown in FIG. 1 includes an operational amplifier 1 that amplifies an audio signal Vin, an output signal Vo of the operational amplifier 1 and a master clock 2 (clock frequency f = about 400 kHz). A pulse width modulation circuit 5 that inputs a triangular wave generated from the signal to the comparator 4 and performs pulse width modulation (PWM), an output stage switching transistor 9 (power amplifier) including a pair of push-pull CMOSFETs, and the pulse width A driver circuit 7 for switching the output stage switching transistor 9 by inputting the pulse width modulation output signal VPWM of the modulation circuit 5 as a switching control signal, an inductor 34 and a capacitor connected to the output terminal A of the output stage switching transistor 9 An output low-pass filter 41 comprising 36 and the output A D-class amplifier comprising a feedback loop 8 that feeds back the output signal Vout of the pass filter 41 to the input side of the operational amplifier 1, and in particular, the pulse width modulation circuit 5 as shown in the block circuit diagram of FIG. A sampling circuit 11 composed of an analog switch 13 and a one-shot circuit 12 for sampling the output signal Vout of the output low-pass filter 41 in synchronization with the same clock frequency f as the master clock 2 and a high level of the output signal Vs of the sampling circuit 11. A residual carrier reduction circuit 15 (indicated by a hatched small frame in FIG. 1) having a simple circuit configuration surrounded by a dotted line frame and a low-pass filter 14 that does not affect the feedback system for removing the band component, The structure inserted in the loop 8 is characterized.

上記残留キャリア低減回路15の具体例を図4に示す。前記ローパスフィルタ14は1kΩの抵抗R7と47pFのコンデンサからなり、前記サンプリング回路11のアナログスイッチ13はトランジスタ或いはダイオードの電子スイッチ回路であり、1ショット回路12はCMOSロジックIC(HC74DのD型フリップフロップ回路とHC04Dのインバータ回路)で構成されている。   A specific example of the residual carrier reducing circuit 15 is shown in FIG. The low-pass filter 14 is composed of a 1 kΩ resistor R7 and a 47 pF capacitor, the analog switch 13 of the sampling circuit 11 is an electronic switch circuit of a transistor or a diode, and the one-shot circuit 12 is a CMOS logic IC (HC-type D flip-flop of HC74D). Circuit and inverter circuit of HC04D).

前記サンプリング回路11のサンプリングタイミングとサンプリング時間を調整することにより、オーディオ信号成分のみをサンプリングすることができ、残りのサンプリング時の高域ノイズ成分のみをローパスフィルタ14で除去すれば残留キャリアを低減できることになる。前記ローパスフィルタ14は、サンプリング時の高域ノイズ成分のみを除去する目的のため、フィードバック系には影響を及ぼさないので回路設計は簡単である。   By adjusting the sampling timing and sampling time of the sampling circuit 11, only the audio signal component can be sampled, and if only the high frequency noise component at the time of remaining sampling is removed by the low pass filter 14, the residual carrier can be reduced. become. Since the low-pass filter 14 has the purpose of removing only high-frequency noise components at the time of sampling, the circuit design is simple because it does not affect the feedback system.

而して、上記回路構成のDクラスアンプ20においては、フィードバックされる出力信号Voutに重畳されている残留キャリアノイズ(マスタークロック周波数fでスイッチングしているキャリアの残存成分)が前記残留キャリア低減回路15によって大幅に低減された後、初段の演算増幅器(OPアンプ)1の−入力端子に入力されるので、演算増幅器1の出力信号Voはノイズの少ない良好な電圧波形となってパルス幅変調回路5の比較器4に入力されることになり、誤比較が防止され、過変調状態が防止されるのである。   Thus, in the D-class amplifier 20 having the above circuit configuration, residual carrier noise (residual component of the carrier switched at the master clock frequency f) superimposed on the output signal Vout fed back is the residual carrier reduction circuit. After being greatly reduced by 15, the signal is inputted to the negative input terminal of the first stage operational amplifier (OP amplifier) 1, so that the output signal Vo of the operational amplifier 1 becomes a good voltage waveform with less noise and a pulse width modulation circuit 5 is input to the comparator 4 of FIG. 5, so that erroneous comparison is prevented and an overmodulation state is prevented.

以上から判るように、本発明の主旨は、初段の演算増幅器1の入力側にフィードバックされるDクラスアンプの出力信号Voutに重畳している残留キャリアノイズを、パルス幅変調回路5の比較器4に入力されるオーディオ信号において低減しておくことにより、パルス幅変調時に誤比較をしないようにして、過変調状態を防止する点に存する。したがって、上記残留キャリア低減回路15はフィードバックループ8に挿入された上記Dクラスアンプ20の構成に限らず、図2に示される第2の実施の形態のDクラスアンプ30のように、前記パルス幅変調回路5のマスタークロック2と同一クロック周波数fで前記演算増幅器1の出力信号Voをサンプリングするサンプリング回路11と、前記サンプリング回路11の出力信号Vsの高域成分を除去するローパスフィルタ14と、からなる前記残留キャリア低減回路15が、前記演算増幅器1の出力側と前記パルス幅変調回路5の入力側との間に挿入されている構成でもほぼ同様の作用・効果が得られる。   As can be seen from the above, the gist of the present invention is that the residual carrier noise superimposed on the output signal Vout of the D class amplifier fed back to the input side of the operational amplifier 1 in the first stage is converted into the comparator 4 of the pulse width modulation circuit 5. By reducing the audio signal input to, an over-modulation state is prevented by preventing erroneous comparison during pulse width modulation. Therefore, the residual carrier reduction circuit 15 is not limited to the configuration of the D class amplifier 20 inserted in the feedback loop 8, but the pulse width as in the D class amplifier 30 of the second embodiment shown in FIG. A sampling circuit 11 that samples the output signal Vo of the operational amplifier 1 at the same clock frequency f as the master clock 2 of the modulation circuit 5, and a low-pass filter 14 that removes a high-frequency component of the output signal Vs of the sampling circuit 11. Even if the residual carrier reducing circuit 15 is inserted between the output side of the operational amplifier 1 and the input side of the pulse width modulation circuit 5, substantially the same operation and effect can be obtained.

図5は上記Dクラスアンプ30におけるPWM変調回路5の比較器4に入力される残留キャリア低減回路15の出力電圧Vo´の電圧波形とPWM変調回路5の出力信号VPWMの電圧波形(400kHzパルスなので図では線が稠密に重なって黒ベタに表示されている。)とDクラスアンプの出力電圧Voutの電圧波形を同一時間軸で対照する電圧波形図であるが、図9と比較すると明らかなように、Vo´には残留キャリアノイズの重畳が非常に低減されており(図6のVo´と1ショット信号の電圧軸と時間軸の拡大波形図も参照)、VPWMは過変調状態(歯抜けの状態)になっていないことが判る。また、出力信号Voutの歪率は悪化せず、最大出力振幅は制限されていないことが判る。   5 shows the voltage waveform of the output voltage Vo ′ of the residual carrier reduction circuit 15 input to the comparator 4 of the PWM modulation circuit 5 in the D class amplifier 30 and the voltage waveform of the output signal VPWM of the PWM modulation circuit 5 (because it is a 400 kHz pulse). In the figure, the lines are densely overlapped and displayed in black solid form.) Is a voltage waveform diagram in which the voltage waveform of the output voltage Vout of the D class amplifier is compared on the same time axis, but it is clear when compared with FIG. In addition, the superposition of residual carrier noise is greatly reduced in Vo ′ (see also Vo ′ in FIG. 6 and the enlarged waveform diagram of the voltage axis and the time axis of the one-shot signal), and VPWM is in an overmodulated state (missing tooth). It can be seen that this is not the case. It can also be seen that the distortion rate of the output signal Vout does not deteriorate and the maximum output amplitude is not limited.

本発明に係る第1の実施の形態のDクラスアンプを示すブロック回路図である。1 is a block circuit diagram showing a D-class amplifier according to a first embodiment of the present invention. 本発明に係る第2の実施の形態のDクラスアンプを示すブロック回路図である。It is a block circuit diagram which shows D class amplifier of 2nd Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る残留キャリア低減回路のブロック回路図である。It is a block circuit diagram of a residual carrier reduction circuit according to the present invention. 残留キャリア低減回路の具体例の回路図である。It is a circuit diagram of the specific example of a residual carrier reduction circuit. 本発明に係る第2の実施の形態のDクラスアンプにおけるPWM変調回路の比較器に入力される残留キャリア低減回路の出力電圧Vo´の電圧波形とPWM変調回路の出力VPWMの電圧波形(400kHz)と出力電圧Voutの電圧波形を同一時間軸で対照する電圧波形図である。The voltage waveform of the output voltage Vo ′ of the residual carrier reduction circuit and the voltage waveform of the output VPWM of the PWM modulation circuit (400 kHz) input to the comparator of the PWM modulation circuit in the D-class amplifier according to the second embodiment of the present invention FIG. 6 is a voltage waveform diagram comparing the voltage waveform of the output voltage Vout on the same time axis. 本発明に係る第2の実施の形態のDクラスアンプの残留キャリア低減回路のサンプリング信号(1shot信号)と出力電圧Vo´の電圧波形(拡大)を従来の残留キャリア低減回路がない場合の出力信号Voと比較する電圧軸と時間軸の拡大波形図である。The sampling signal (1shot signal) of the residual carrier reduction circuit of the D-class amplifier according to the second embodiment of the present invention and the voltage waveform (enlarged) of the output voltage Vo ′ are output signals when there is no conventional residual carrier reduction circuit. It is an enlarged waveform figure of the voltage axis and time axis compared with Vo. 従来のフィードバック方式のDクラスアンプのブロック回路図である。FIG. 6 is a block circuit diagram of a conventional feedback class D-class amplifier. [特許文献1]に記載のフィードバック方式のDクラスアンプの回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of a feedback-type D-class amplifier described in [Patent Document 1]. 従来のフィードバック方式のDクラスアンプの初段の演算増幅器の出力信号Voの電圧波形とPWM変調回路の出力VPWMの電圧波形(400kHz)と出力電圧Voutの電圧波形を同一時間軸で対照する電圧波形図である。A voltage waveform diagram in which the voltage waveform of the output signal Vo of the first stage operational amplifier of the conventional D-class amplifier of the feedback system, the voltage waveform (400 kHz) of the output VPWM of the PWM modulation circuit, and the voltage waveform of the output voltage Vout are compared on the same time axis. It is.

符号の説明Explanation of symbols

1 演算増幅器
2 マスタークロック
3 三角波生成回路
4 比較器
5 パルス幅変調回路
7 ドライバ回路
8 フィードバックループ
9 出力段スイッチングトランジスタ
11 サンプリング回路
12 1ショット回路
13 アナログスイッチ
14 ローパスフィルタ
15 残留キャリア低減回路
20、30、50、60 Dクラスアンプ
34 インダクタ
36 コンデンサ
41 出力ローパスフィルタ
SPK 負荷のスピーカ
Vin オーディオ信号
Vo 演算増幅器1の出力信号
VPWM パルス幅変調出力信号
Vout 出力ローパスフィルタの出力信号
Vs サンプリング回路の出力信号
f クロック周波数
1 operational amplifier
2 Master clock
3 Triangular wave generation circuit
4 comparator
5 Pulse width modulation circuit
7 Driver circuit
8 Feedback loop
9 Output stage switching transistor
11 Sampling circuit
12 1-shot circuit
13 Analog switch
14 Low-pass filter
15 Residual carrier reduction circuit 20, 30, 50, 60 D class amplifier
34 Inductor
36 capacitors
41 Output low-pass filter SPK Load speaker Vin Audio signal
Vo Output signal of operational amplifier 1 VPWM Pulse width modulation output signal Vout Output low-pass filter output signal
Output signal of Vs sampling circuit
f Clock frequency

Claims (2)

オーディオ信号を増幅する演算増幅器と、
前記演算増幅器の出力信号と、マスタークロックから生成された三角波とを比較器によって比較することでパルス幅変調し、パルス幅変調出力信号を出力するパルス幅変調回路と、
出力段スイッチングトランジスタと、
前記パルス幅変調出力信号に基づいて前記出力段スイッチングトランジスタをスイッチングするドライバ回路と、
前記出力段スイッチングトランジスタの出力端に接続された出力ローパスフィルタと、
前記出力ローパスフィルタの出力信号を前記演算増幅器の入力側にフィードバックするフィードバックループと、
前記フィードバックループに挿入され、前記パルス幅変調回路のマスタークロックと同一のクロック周波数で、前記マスタークロックと同期して前記出力ローパスフィルタの出力信号をサンプリングするとともに高域成分を除去することで、前記出力ローパスフィルタの出力信号に含まれる残留キャリアノイズを低減して、前記演算増幅器の入力段側へ出力する残留キャリア低減回路と
を有することを特徴とするDクラスアンプ。
An operational amplifier for amplifying the audio signal;
A pulse width modulation circuit that outputs a pulse width modulation output signal by performing pulse width modulation by comparing an output signal of the operational amplifier and a triangular wave generated from a master clock by a comparator;
An output stage switching transistor;
A driver circuit for switching the output stage switching transistor based on the pulse width modulation output signal;
An output low-pass filter connected to an output terminal of the output stage switching transistor;
A feedback loop for feeding back the output signal of the output low-pass filter to the input side of the operational amplifier;
By inserting the feedback loop, sampling the output signal of the output low-pass filter in synchronization with the master clock at the same clock frequency as the master clock of the pulse width modulation circuit, and removing the high frequency component, A D-class amplifier, comprising: a residual carrier reduction circuit that reduces residual carrier noise contained in an output signal of an output low-pass filter and outputs the residual carrier noise to an input stage side of the operational amplifier.
オーディオ信号を増幅する演算増幅器と、
前記演算増幅器の出力信号に含まれる残留キャリアノイズを低減する残留キャリア低減回路と、
前記残留キャリア低減回路の出力信号と、マスタークロックから生成された三角波とを比較器によって比較することでパルス幅変調し、パルス幅変調出力信号を出力するパルス幅変調回路と、
出力段スイッチングトランジスタと、
前記パルス幅変調出力信号に基づいて前記出力段スイッチングトランジスタをスイッチングするドライバ回路と、
前記出力段スイッチングトランジスタの出力端に接続された出力ローパスフィルタと、
前記出力ローパスフィルタの出力信号を前記演算増幅器の入力側にフィードバックするフィードバックループと
を有し、
前記残留キャリア低減回路は、前記パルス幅変調回路のマスタークロックと同一のクロック周波数で、前記マスタークロックと同期して前記演算増幅器の出力信号をサンプリングするとともに高域成分を除去することで、前記演算増幅器の出力信号に含まれる残留キャリアノイズを低減することを特徴とするDクラスアンプ。
An operational amplifier for amplifying the audio signal;
A residual carrier reduction circuit for reducing residual carrier noise included in an output signal of the operational amplifier;
A pulse width modulation circuit that performs pulse width modulation by comparing the output signal of the residual carrier reduction circuit with a triangular wave generated from a master clock by a comparator, and outputs a pulse width modulation output signal;
An output stage switching transistor;
A driver circuit for switching the output stage switching transistor based on the pulse width modulation output signal;
An output low-pass filter connected to an output terminal of the output stage switching transistor;
A feedback loop that feeds back the output signal of the output low-pass filter to the input side of the operational amplifier;
The residual carrier reduction circuit samples the output signal of the operational amplifier in synchronization with the master clock at the same clock frequency as the master clock of the pulse width modulation circuit and removes the high frequency component, thereby A D class amplifier characterized by reducing residual carrier noise contained in an output signal of the amplifier.
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JP5511594B2 (en) 2010-08-31 2014-06-04 スパンション エルエルシー Output switching circuit
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52136503A (en) * 1976-05-11 1977-11-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd Noise suppession circuit
JPS56164608A (en) * 1980-05-21 1981-12-17 Yokogawa Hokushin Electric Corp Differential amplifying circuit
JPH0468808A (en) * 1990-07-06 1992-03-04 Sumitomo Electric Ind Ltd Low-pass filter device
US5949282A (en) * 1998-02-25 1999-09-07 National Semiconductor Corporation Class D amplifier no low pass filter feedback with zero phase delay
JP2001127562A (en) * 1999-10-25 2001-05-11 Susumu Kimura Pwm power amplifier
JP2003152463A (en) * 2001-11-19 2003-05-23 Victor Co Of Japan Ltd Separately-excited pulse width modulation d class power amplifier
JP2005109590A (en) * 2003-09-26 2005-04-21 Thine Electronics Inc Switching amplifier circuit and class d amplifier for audio apparatus

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