JP4811148B2 - Pulse width modulation circuit and switching amplifier using the same - Google Patents
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Description
本願発明は、例えばオーディオ信号をパルス幅変調(PWM)してその変調信号を出力するパルス幅変調回路及びそれを用いたスイッチングアンプ(例えばオーディオアンプ)に関するものである。 The present invention relates to a pulse width modulation circuit that outputs, for example, a pulse width modulation (PWM) of an audio signal and a switching amplifier (for example, an audio amplifier) using the same.
従来、スイッチングアンプでは、例えば入力信号としてのオーディオ信号をパルス幅変調してその変調信号を出力するパルス幅変調回路(例えば特許文献1参照)が用いられているものが提案されている。このスイッチングアンプでは、パルス幅変調回路から出力される変調信号に基づいて所定の電源電圧がスイッチングされ、スイッチングされた出力信号が例えばローパスフィルタを通して負荷(例えばスピーカ)に出力される。 Conventionally, switching amplifiers that use a pulse width modulation circuit (see, for example, Patent Document 1) that performs pulse width modulation on an audio signal as an input signal and outputs the modulated signal have been proposed. In this switching amplifier, a predetermined power supply voltage is switched based on the modulation signal output from the pulse width modulation circuit, and the switched output signal is output to a load (for example, a speaker) through, for example, a low-pass filter.
図23は、従来のスイッチングアンプの一例を示す構成図である。このスイッチングアンプは、オーディオ信号発生源AUに接続されたパルス幅変調回路51と、スイッチング回路52と、ローパスフィルタ回路53とを備えている。このスイッチングアンプによれば、オーディオ信号発生源AUから出力されたオーディオ信号eSは、パルス幅変調回路51においてその振幅がパルス幅変調され、変調された変調信号OUT1がスイッチング回路52に出力される。また、変調信号OUT1が反転回路54によって反転された変調信号OUT2は、スイッチング回路52に出力される。スイッチング回路52では、変調信号OUT1,OUT2に基づいて正負の電源電圧+VD,−VDが交互にスイッチングされ、スイッチングされた出力は、ローパスフィルタ回路53によって高周波成分が除去されて出力信号V0として図示しない負荷に供給される。
FIG. 23 is a configuration diagram illustrating an example of a conventional switching amplifier. This switching amplifier includes a pulse
図24は、図23に示すパルス幅変調回路51の内部構成の一例を示す回路図である。図25は、パルス幅変調回路51の各点A〜Hにおける電圧波形を示すタイミングチャートである。このパルス幅変調回路51の動作について簡単に説明すると、クロック発生回路61から発生される第1及び第2クロック信号φ1,φ2に基づいて、スイッチ回路62を構成する第1,第4スイッチSW11,14及び第2,第3スイッチSW12,13が交互にオン、オフ動作され、このオン、オフ動作によって充電用バイアス電流源63からのバイアス電流Ibとオーディオ信号変換回路64からのオーディオ信号eSとが加算された和電流(Ib+G・eS)が、第1及び第2積分用コンデンサC11,C12に交互に供給されて充電される。
FIG. 24 is a circuit diagram showing an example of the internal configuration of the pulse
例えば、第1クロック信号φ1がハイレベルで第2クロック信号φ2がローレベルである第1期間T1(図25参照)では、第2及び第3スイッチSW12,SW13がオン動作し、第2積分用コンデンサC12が充電される。この充電時における電圧波形(図24のA点の電圧)の傾きは、オーディオ信号eSの正負の状態と、その振幅の大きさに依存する。例えばオーディオ信号eSが正(0<G・eS<Ib/2)の状態では、第1期間T1における電圧波形の傾きが急になり、オーディオ信号eSが負(0>G・eS>−Ib/2)の状態では、電圧波形の傾きがなだらかになる。 For example, in the first period T1 (see FIG. 25) in which the first clock signal φ1 is at the high level and the second clock signal φ2 is at the low level, the second and third switches SW12 and SW13 are turned on to perform the second integration. Capacitor C12 is charged. The slope of the voltage waveform during charging (the voltage at point A in FIG. 24) depends on the positive and negative states of the audio signal e S and the magnitude of the amplitude. For example, in a state where the audio signal e S is positive (0 <G · e S <Ib / 2), the slope of the voltage waveform in the first period T1 is steep, and the audio signal e S is negative (0> G · e S. In the state of> −Ib / 2), the slope of the voltage waveform becomes gentle.
第1期間T1に続く第2期間T2では、第1及び第4スイッチSW11,SW14がオン動作し、第2積分コンデンサC12は、第1期間T1において充電された電荷が放電用バイアス電流源65によって一定の放電量で放電される。第2積分用コンデンサC12の放電時には、B点(図24参照)における電圧が第2比較回路68によって所定の基準電圧Vrefと比較され、第2積分用コンデンサC12における電圧が基準電圧Vrefになると、第2積分用コンデンサC12は、第2リセット回路70の第6スイッチSW16によって瞬時に放電される。第2積分用コンデンサC12の放電時には、放電量が常時一定のため、第2期間T2が開始されてから第2積分用コンデンサC12における電圧が基準電圧Vrefに至るまでの時間tは、充電時における電圧波形(図25のA点の電圧)の傾き、すなわちオーディオ信号eSの正負の状態と、その振幅の大きさに依存して変化する。
In the second period T2 following the first period T1, the first and fourth switches SW11 and SW14 are turned on, and the second integration capacitor C12 is charged by the discharge bias
一方、第1積分用コンデンサC11では、第2積分用コンデンサC12における充放電動作と半周期ずれた動作が行われる。すなわち、第1積分用コンデンサC11では、第1期間T1において充電された電荷が第2期間T2において第1リセット回路69の第5スイッチSW15によって放電される。以後、半周期ごとに、第1及び第2積分用コンデンサC11,C12において充放電が繰り返される。
On the other hand, in the first integration capacitor C11, an operation shifted by a half cycle from the charge / discharge operation in the second integration capacitor C12 is performed. That is, in the first integrating capacitor C11, the charge charged in the first period T1 is discharged by the fifth switch SW15 of the
信号電圧回路71では、第1又は第2積分用コンデンサC11,C12において放電が開始されてから至るまでの時間tに基づいて、パルス幅変調信号PWM−OUTのパルス幅が生成され、周期が一定のクロック信号φ1,φ2に基づいてパルス幅を生成することができる。
In the
また、図26は、図23に示すパルス幅変調回路51の変形例の内部構成を示す回路図である。図27は、他のパルス幅変調回路80に各点A〜Jにおける電圧波形を示すタイミングチャートである。このパルス幅変調回路80では、クロック発生回路81から出力されるクロック信号φ3に基づいて、第3及び第4積分用コンデンサC13,C14に、オーディオ信号変換回路82によって電圧−電流変換されたオーディオ信号eSと、充電用バイアス電流源83,84からのバイアス電流Ibとの和電流(Ib+G・eS)が交互に供給され、第3及び第4積分用コンデンサC13,C14において充電される。
FIG. 26 is a circuit diagram showing an internal configuration of a modified example of the pulse
例えば、第1期間T1において、第3積分用コンデンサC13は、スイッチ回路85が第3積分用コンデンサC13側に切り換えられ、和電流(Ib+G・eS)によって充電される。第2期間T2においては、スイッチ回路85が第4積分用コンデンサC14側に切り換えられ、バイアス電流Ibのみによって一定の充電量で充電される。この第2期間T2において、第3比較回路86によって第3積分用コンデンサC13における電圧が基準電圧Vrefに達したことが検出されると、第1RSフリップ・フロップ回路87及び第3リセット回路88によって第7スイッチSW17がオンされて、第3積分用コンデンサC13が瞬時に放電される。
For example, in the first period T1, the
一方、第4積分用コンデンサC14では、第2期間T2において和電流(Ib+G・eS)によって充電され、第3期間T3においてバイアス電流Ibのみによって一定の充電量で充電される。この第3期間T3において、第4比較回路89によって第4積分用コンデンサC14における電圧が基準電圧Vrefに達したことが検出されると、第2RSフリップ・フロップ回路90及び第4リセット回路91によって第8スイッチSW18がオンされて、第4積分用コンデンサC14が瞬時に放電される。以後、半周期ごとに、第3及び第4積分用コンデンサC13,C14において充放電が繰り返される。
On the other hand, the fourth integrating capacitor C14 is charged with the sum current (Ib + G · e S ) in the second period T2, and charged with a constant charge amount only with the bias current Ib in the third period T3. In the third period T3, when the
信号電圧回路71では、第3又は第4積分用コンデンサC13,C14において一定のバイアス電流Ibによる充電が開始されてからリセットされるまでの時間tに基づいて、パルス幅変調信号PWM−OUTのパルス幅が生成され、周期が一定のクロック信号φ3に基づいてパルス幅を生成することができる。
In the
図24及び図26における回路では、オーディオ信号eSの正負の状態及び振幅の大きさによって、パルス幅変調信号PWM−OUTのパルス幅が設定されるのであるが、オーディオ信号eSがアナログ信号であるために、その最大値が規定されていない場合がある。そのような場合には、第3又は第4積分用コンデンサC13,C14がリセットされずに、第3又は第4積分用コンデンサC13,C14に電荷が残った状態で、次の充電期間に移行してしまい、放電時において放電が開始されてからリセットされるまでの時間tに誤差が生じ、次の期間において正確にパルス幅変調することができないといった問題点がある。 In the circuits in FIGS. 24 and 26, the pulse width of the pulse width modulation signal PWM-OUT is set according to the positive / negative state of the audio signal e S and the amplitude, but the audio signal e S is an analog signal. For this reason, the maximum value may not be specified. In such a case, the third or fourth integration capacitor C13, C14 is not reset, and the charge is left in the third or fourth integration capacitor C13, C14, and the next charging period is started. As a result, an error occurs in the time t from the start of the discharge to the reset at the time of discharge, and the pulse width cannot be accurately modulated in the next period.
例えば、図24に示したパルス幅変調回路51において、第2期間T2においては、第1積分用コンデンサC11に和電流(Ib+G・eS)による充電が行われる。ところが、オーディオ信号eSが正の過大信号である場合、図28に示すように、第1積分用コンデンサC11における充電電圧が大きくなりすぎて、第3期間T3においてバイアス電流Ibによって一定の放電量で放電されても、第1積分用コンデンサC11における電圧が基準電圧Vrefに到達しないことが生じる(A点波形参照)。このため、本来ならば第1積分用コンデンサC11における電圧が基準電圧Vrefに到達したタイミングで第5スイッチSW15によって第1積分用コンデンサC11はリセットされるが、第1積分用コンデンサC11における電圧が基準電圧Vrefに到達しないために、リセットされず第1積分用コンデンサC11に充電電荷が残留してしまう。
For example, in the pulse
したがって、続く第4期間T4においては、リセットがかからないまま(第1積分用コンデンサC11の電圧が0に戻らないまま)、和電流(Ib+G・eS)による充電が行われるので、第1積分用コンデンサC11においては、電荷を残したまま充電されることになり、余分な電荷が溜まった状態で充電が行われ、誤差が蓄積されて次の期間においても第1積分用コンデンサC11における電圧が基準電圧Vrefに到達しないことが生じる。そのため、例えば図28に示すG点の電圧波形は、第3期間T3中、ハイレベルが継続されたままになり、それがそのままパルス幅変調信号PWM−OUTとして出力されるので、次の期間において正確にパルス幅変調されないことになる。 Therefore, in the subsequent fourth period T4, charging is performed with the sum current (Ib + G · e S ) without being reset (the voltage of the first integrating capacitor C11 does not return to 0). The capacitor C11 is charged with electric charge remaining, and charging is performed in a state where excess electric charge is accumulated. The error is accumulated, and the voltage in the first integrating capacitor C11 is used as a reference in the next period. It may happen that the voltage Vref is not reached. For this reason, for example, the voltage waveform at point G shown in FIG. 28 remains high level during the third period T3 and is output as it is as the pulse width modulation signal PWM-OUT. The pulse width is not accurately modulated.
また、図29に示すように、オーディオ信号eSが負の過大信号である場合、第2期間T2において第1積分用コンデンサC11の和電流(Ib+G・eS)による充電電圧が大きく増加せず、この場合も、第2期間T2及び第3期間T3において一度も第1積分用コンデンサC11における電圧が基準電圧Vrefに到達しないことになる。そのため、図29に示すG点の電圧波形は、第2及び第3期間T2,T3中、ローレベルが継続されたままになり、それがそのままパルス幅変調信号PWM−OUTとして出力されるので、次の期間において正確にパルス幅変調されないことになる。 As shown in FIG. 29, when the audio signal e S is a negative excessive signal, the charging voltage due to the sum current (Ib + G · e S ) of the first integrating capacitor C11 does not increase greatly in the second period T2. Also in this case, the voltage in the first integrating capacitor C11 never reaches the reference voltage Vref even in the second period T2 and the third period T3. For this reason, the voltage waveform at point G shown in FIG. 29 is maintained at the low level during the second and third periods T2 and T3, and is output as it is as the pulse width modulation signal PWM-OUT. The pulse width is not accurately modulated in the next period.
また、パルス幅変調信号PWM−OUTとしてローレベル(あるいはハイレベル)の信号が連続して出力されると、実効周波数(スイッチング周波数)が低下したり、正負の信号で最大変調度が異なることにより、過大信号入力時に直流成分が生じてしまったりするといった問題点もある。 In addition, when a low level (or high level) signal is continuously output as the pulse width modulation signal PWM-OUT, the effective frequency (switching frequency) decreases or the maximum modulation degree differs between positive and negative signals. There is also a problem that a direct current component is generated when an excessive signal is input.
一方、図26に示すパルス幅変調回路80において、負の過大信号であるオーディオ信号eSが入力された場合、図30に示すように、第1期間T1の終了時には、オーディオ信号eSが小さいために充電電圧がマイナス側となり、続く第2期間T2において充電が行われても、第3積分用コンデンサC13の電圧が基準電圧Vrefに到達しないことがある。そのため、第3積分用コンデンサC13は、第5スイッチSW15によってリセットされずに第3積分用コンデンサC13に充電電荷が残留してしまう。
On the other hand, in the pulse
したがって、続く第3期間T3においては、和電流(Ib+G・eS)による充電が行われるのであるが、第3積分用コンデンサC13においては、電荷を残したまま(電圧が0に戻らないまま)充電されることになる。そのため、次の期間において正確にパルス幅変調されないことがある。 Therefore, in the subsequent third period T3, charging is performed with the sum current (Ib + G · e S ), but the third integration capacitor C13 remains charged (the voltage does not return to 0). It will be charged. Therefore, the pulse width may not be accurately modulated in the next period.
また、図31に示すように、オーディオ信号eSが正の過大信号である場合、本来、第1期間T1においては、第3積分用コンデンサC13における電圧は、基準電圧Vrefを超えないのであるが、オーディオ信号eSが正の過大信号であるために、第3積分用コンデンサC13における電圧は、基準電圧Vrefを超えてしまい、第2期間T2に移行するときにリセットがかかる。そして、続く第2期間T2においては、そのリセット状態が維持され、本来行われるべきバイアス電流Ibのみによる充電が行われなくなる。 Further, as shown in FIG. 31, when the audio signal e S is a positive excessive signal, the voltage in the third integrating capacitor C13 does not exceed the reference voltage Vref in the first period T1. Since the audio signal e S is a positive excessive signal, the voltage in the third integrating capacitor C13 exceeds the reference voltage Vref, and is reset when shifting to the second period T2. In the subsequent second period T2, the reset state is maintained, and charging using only the bias current Ib that should be performed is not performed.
したがって、図31に示すE点の電圧波形は、第2期間T2ではローレベルとなってしまい、G点の電圧波形は、ハイレベルとなって、それがそのままパルス幅変調信号PWM−OUTとして出力される。そのため、次の期間において正確にパルス幅変調されないことになる。 Therefore, the voltage waveform at point E shown in FIG. 31 becomes low level in the second period T2, and the voltage waveform at point G becomes high level, which is output as it is as the pulse width modulation signal PWM-OUT. Is done. Therefore, the pulse width is not accurately modulated in the next period.
なお、上記不具合を解消するために、オーディオ信号eSの入力回路にいわゆるリミッターを設け、オーディオ信号eSをリミッターで規制する範囲内に収めるようにするといった方法も考えられる。しかしながら、入力されるオーディオ信号eSはアナログ信号であるため、リミッターの規制値の設定によってはオーディオ信号eS自体に歪等の影響を及ぼすことがある。また、回路定数や温度変化の影響によって、リミッターの規制値も微妙にずれることがあり、リミッターの入力回路への設置には、問題点があった。 In order to solve the above problem, a so-called limiter may be provided in the input circuit for the audio signal e S so that the audio signal e S falls within a range regulated by the limiter. However, since the input audio signal e S is an analog signal, depending on the setting of the limit value of the limiter, the audio signal e S itself may be affected by distortion or the like. Further, the limit value of the limiter may be slightly shifted due to the influence of circuit constants and temperature changes, and there is a problem in installing the limiter in the input circuit.
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、入力信号(例えばオーディオ信号)の過入力時における不具合を抑制したパルス変調回路及びそれを適用したスイッチングアンプを提供することを、その課題とする。 The present invention has been conceived under the circumstances described above, and provides a pulse modulation circuit that suppresses problems caused by excessive input signals (for example, audio signals) and a switching amplifier to which the pulse modulation circuit is applied. Is the issue.
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。 In order to solve the above problems, the present invention takes the following technical means.
本願発明の第1の側面によって提供されるパルス幅変調回路は、所定のクロック信号の半周期である第1期間において、入力信号に基づく電流に基づいて第1積分回路を充電させ、前記第1期間とは半周期ずれた前記第1期間に続く第2期間において、一定のバイアス電流に基づいて前記第1積分回路で蓄積された充電電圧を変化させるとともに、前記第2期間において、入力信号に基づく電流に基づいて第1積分回路とは異なる第2積分回路を充電させ、前記第2期間に続く第3期間において、一定のバイアス電流に基づいて前記第2積分回路で蓄積された充電電圧を変化させる積分制御回路と、前記第2期間が開始されてから前記第1積分回路における電圧が所定の基準電圧に到達するまでの時間を検出する第1検出回路と、前記第3期間が開始されてから前記第2積分回路における電圧が所定の基準電圧に到達するまでの時間を検出する第2検出回路と、前記第1検出回路及び第2検出回路が前記クロック信号の半周期ごとに交互に繰り返し出力する、前記第1検出回路で検出された時間及び前記第2検出回路で検出された時間に基づいてパルス幅を生成するパルス幅生成回路と、を備え、前記各期間が切り替わる直前において出力される第1パルス信号を生成するパルス生成回路と、前記入力信号が過大な場合であって、前記第2期間において前記第1積分回路における電圧が所定の基準電圧に到達しないとき、前記パルス生成回路によって生成された前記第1パルス信号に基づいて前記第1積分回路において充電された電圧を強制的に放電させるとともに、前記入力信号が過大な場合であって、前記第3期間において前記第2積分回路における電圧が所定の基準電圧に到達しないとき、前記パルス生成回路によって生成された前記第1パルス信号に基づいて前記第2積分回路において充電された電圧を強制的に放電させる放電制御回路と、を備えることを特徴としている(請求項1)。 The pulse width modulation circuit provided by the first aspect of the present invention charges the first integration circuit based on a current based on an input signal in a first period which is a half cycle of a predetermined clock signal, and In the second period following the first period shifted by a half cycle from the period, the charging voltage accumulated in the first integration circuit is changed based on a constant bias current, and the input signal is changed in the second period. A second integrating circuit different from the first integrating circuit is charged based on the current based on the charging current, and the charging voltage accumulated in the second integrating circuit is based on a constant bias current in a third period following the second period. An integration control circuit for changing, a first detection circuit for detecting a time from when the second period starts until a voltage in the first integration circuit reaches a predetermined reference voltage, and the third period A second detection circuit for detecting a time from when the voltage is started until the voltage in the second integration circuit reaches a predetermined reference voltage, and the first detection circuit and the second detection circuit are provided every half cycle of the clock signal. And a pulse width generation circuit for generating a pulse width based on the time detected by the first detection circuit and the time detected by the second detection circuit, which are alternately and repeatedly output, and each period is switched. A pulse generation circuit for generating a first pulse signal output immediately before, and when the input signal is excessive and the voltage in the first integration circuit does not reach a predetermined reference voltage in the second period; Based on the first pulse signal generated by the pulse generation circuit, the voltage charged in the first integration circuit is forcibly discharged, and the input signal When the voltage in the second integration circuit does not reach a predetermined reference voltage in the third period, the second integration circuit is based on the first pulse signal generated by the pulse generation circuit. And a discharge control circuit that forcibly discharges the voltage charged in (1).
この構成によれば、クロック信号の半周期である第1期間においては、入力信号(例えばオーディオ信号)に基づく電流に基づいて第1積分回路(例えば第1積分用コンデンサ)が充電され、続く第2期間においては、一定のバイアス電流に基づいて第1積分回路で蓄積された充電電圧が変化(例えば放電又はさらに充電)される。一方、この第2期間においては、入力信号に基づく電流に基づいて第2積分回路(例えば第1積分用コンデンサ)が充電され、続く第3期間においては、一定のバイアス電流に基づいて第2積分回路で蓄積された充電電圧が変化(例えば放電又はさらに充電)される。第2期間においては、この第2期間が開始されてから第1積分回路における電圧が所定の基準電圧に到達するまでの時間が検出され、第3期間においては、この第3期間が開始されてから第2積分回路における電圧が所定の基準電圧に到達するまでの時間が検出される。これら検出された時間は、クロック信号の半周期ごとに交互に繰り返し出力され、これらの時間に基づいてパルス幅が生成される。 According to this configuration, in the first period which is a half cycle of the clock signal, the first integration circuit (for example, the first integration capacitor) is charged based on the current based on the input signal (for example, the audio signal), and the subsequent first period. In the second period, the charging voltage accumulated in the first integrating circuit is changed (for example, discharged or further charged) based on a constant bias current. On the other hand, in the second period, the second integration circuit (for example, the first integration capacitor) is charged based on the current based on the input signal, and in the subsequent third period, the second integration is performed based on the constant bias current. The charging voltage stored in the circuit is changed (for example, discharged or further charged). In the second period, the time from the start of the second period until the voltage in the first integration circuit reaches a predetermined reference voltage is detected. In the third period, the third period is started. Until the voltage in the second integration circuit reaches a predetermined reference voltage. These detected times are repeatedly output alternately every half cycle of the clock signal, and a pulse width is generated based on these times.
このようなパルス幅変調回路において、例えばオーディオ入力信号が過大な場合であって、第2期間において第1積分回路における電圧が所定の基準電圧に到達しないときには、パルス生成回路によって生成された第1パルス信号に基づいて第1積分回路において充電された電圧を強制的に放電させる。また、第3期間において第2積分回路における電圧が所定の基準電圧に到達しないとき、第1パルス信号に基づいて第2積分回路において充電された電圧を強制的に放電させる。すなわち、オーディオ入力信号が過大な場合に、第1積分回路における電圧が所定の基準電圧に到達せず、次の期間において正確にパルス幅変調することができないときであっても、各期間が切り替わる直前において出力される第1パルス信号によって、第1及び第2積分回路が強制的に放電されるので、第1及び第2積分回路を初期の充電状態に戻すことができ、例えばオーディオ信号の過入力時における不具合を抑制することができる。 In such a pulse width modulation circuit, for example, when the audio input signal is excessive and the voltage in the first integration circuit does not reach the predetermined reference voltage in the second period, the first generated by the pulse generation circuit. Based on the pulse signal, the voltage charged in the first integration circuit is forcibly discharged. In addition, when the voltage in the second integration circuit does not reach the predetermined reference voltage in the third period, the voltage charged in the second integration circuit is forcibly discharged based on the first pulse signal. That is, when the audio input signal is excessive, each period is switched even when the voltage in the first integration circuit does not reach the predetermined reference voltage and the pulse width modulation cannot be accurately performed in the next period. Since the first and second integration circuits are forcibly discharged by the first pulse signal output immediately before, the first and second integration circuits can be returned to the initial charging state. Problems during input can be suppressed.
本願発明のパルス幅変調回路において、前記パルス生成回路は、前記各期間が切り替わる直後において出力される第2パルス信号を生成するものであり、前記パルス幅生成回路は、前記入力信号が過大な場合であって、前記第2期間において前記第1積分回路における電圧が所定の基準電圧に到達しないとき、前記パルス生成回路によって生成された前記第2パルス信号をパルス幅変調信号として出力させるとともに、前記入力信号が過大な場合であって、前記第3期間において前記第2積分回路における電圧が所定の基準電圧に到達しないとき、前記パルス生成回路によって生成された前記第2パルス信号をパルス幅変調信号として出力させるとよい(請求項2)。 In the pulse width modulation circuit according to the present invention, the pulse generation circuit generates a second pulse signal that is output immediately after the switching of each period, and the pulse width generation circuit is configured such that the input signal is excessive. When the voltage in the first integration circuit does not reach a predetermined reference voltage in the second period, the second pulse signal generated by the pulse generation circuit is output as a pulse width modulation signal, and When the input signal is excessive and the voltage in the second integration circuit does not reach a predetermined reference voltage in the third period, the second pulse signal generated by the pulse generation circuit is converted into a pulse width modulation signal. (Claim 2).
本願発明のパルス幅変調回路において、前記第1検出回路は、前記第2期間において前記第1積分回路に蓄積された充電電圧と、所定の基準電圧とを比較する第1比較回路を備え、前記第2検出回路は、前記第3期間において前記第2積分回路に蓄積された充電電圧と、所定の基準電圧とを比較する第2比較回路を備え、前記放電制御回路は、前記第1比較回路の出力又は前記第1パルス信号に基づいて前記第1積分回路において蓄積された充電電圧を強制的に放電させる第1放電回路と、前記第2比較回路の出力又は前記第1パルス信号に基づいて前記第2積分回路において蓄積された充電電圧を強制的に放電させる第2放電回路とを、備えるとよい(請求項3)。 In the pulse width modulation circuit of the present invention, the first detection circuit includes a first comparison circuit that compares a charge voltage accumulated in the first integration circuit in the second period with a predetermined reference voltage, The second detection circuit includes a second comparison circuit that compares a charging voltage accumulated in the second integration circuit in the third period with a predetermined reference voltage, and the discharge control circuit includes the first comparison circuit. A first discharge circuit for forcibly discharging the charging voltage accumulated in the first integration circuit based on the output of the first pulse signal or the first pulse signal, and the output of the second comparison circuit or the first pulse signal A second discharge circuit for forcibly discharging the charge voltage accumulated in the second integration circuit may be provided.
本願発明のパルス幅変調回路において、前記積分制御回路は、前記第2期間において一定のバイアス電流に基づいて一定の放電量で放電させる第1放電回路と、前記第3期間において一定のバイアス電流に基づいて一定の放電量で放電させる第2放電回路と、を備えるとよい(請求項4)。 In the pulse width modulation circuit of the present invention, the integration control circuit includes a first discharge circuit that discharges with a constant discharge amount based on a constant bias current in the second period, and a constant bias current in the third period. And a second discharge circuit that discharges with a constant discharge amount.
本願発明のパルス幅変調回路において、前記積分制御回路は、前記第2期間において一定のバイアス電流に基づいて一定の割合で前記第1積分回路を充電する第1充電回路と、前記第3期間において一定のバイアス電流に基づいて一定の割合で前記第2積分回路を充電する第2充電回路と、を備えるとよい(請求項5)。 In the pulse width modulation circuit of the present invention, the integration control circuit includes: a first charging circuit that charges the first integration circuit at a constant rate based on a constant bias current in the second period; and And a second charging circuit that charges the second integration circuit at a constant rate based on a constant bias current.
本願発明の第2の側面によって提供されるスイッチングアンプは、本願発明の第1の側面によって提供されるパルス幅変調回路と、所定の電源電圧を出力する電圧源と、前記パルス幅変調回路から出力される変調信号に基づいて、前記電圧源から供給される所定の電源電圧をスイッチングするスイッチング回路と、を備えるスイッチングアンプであって、前記積分制御回路は、前記第1積分回路及び前記第2積分回路に供給する一定のバイアス電流を生成するバイアス電流生成回路を含み、前記パルス幅変調回路から出力される変調信号の振幅の平均電圧を検出し、この平均電圧を前記バイアス電流生成回路に対して出力する平均電圧検出回路をさらに備えたことを特徴としている(請求項6)。 The switching amplifier provided by the second aspect of the present invention includes a pulse width modulation circuit provided by the first aspect of the present invention, a voltage source that outputs a predetermined power supply voltage, and an output from the pulse width modulation circuit. A switching circuit that switches a predetermined power supply voltage supplied from the voltage source based on a modulated signal, wherein the integration control circuit includes the first integration circuit and the second integration circuit A bias current generating circuit for generating a constant bias current to be supplied to the circuit, detecting an average voltage of an amplitude of a modulation signal output from the pulse width modulation circuit, and detecting the average voltage with respect to the bias current generating circuit; An average voltage detection circuit for outputting is further provided (claim 6).
この構成によれば、このスイッチングアンプでは、パルス幅変調回路から出力される変調信号の振幅の平均電圧をバイアス電流生成回路に対して出力することができるので、平均電圧をバイアス電流生成回路に帰還させることができ、パルス幅変調回路におけるオフセット成分を取り除くことができる。 According to this configuration, since this switching amplifier can output the average voltage of the amplitude of the modulation signal output from the pulse width modulation circuit to the bias current generation circuit, the average voltage is fed back to the bias current generation circuit. The offset component in the pulse width modulation circuit can be removed.
本願発明のスイッチングアンプにおいて、前記バイアス電流生成回路によって生成されるバイアス電流を、前記電圧源から出力される前記電源電圧に比例させる電流比例回路をさらに備えるとよい(請求項7)。 The switching amplifier according to the present invention may further include a current proportional circuit that makes the bias current generated by the bias current generating circuit proportional to the power supply voltage output from the voltage source.
本願発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。 Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.
以下、本願発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings.
<第1実施形態>
図1は、本願発明の第1実施形態に係るパルス幅変調(PWM)回路が適用されるスイッチングアンプを示す構成図である。図2は、図1に示すパルス幅変調回路1の一実施例を表すブロック回路図である。このスイッチングアンプは、オーディオ信号発生源AUに接続されたパルス幅変調回路1と、スイッチング回路2と、ローパスフィルタ回路3と、正負の電源電圧+EB,−EBを供給する第1電源4及び第2電源5とを備えている。ローパスフィルタ回路3の出力には、負荷RLとしてのスピーカ(図略)が接続されている。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a configuration diagram showing a switching amplifier to which a pulse width modulation (PWM) circuit according to a first embodiment of the present invention is applied. FIG. 2 is a block circuit diagram showing an embodiment of the pulse
パルス幅変調回路1は、オーディオ信号発生源AUから出力された入力信号としてのオーディオ信号eSをパルス幅変調して変調信号PWM−OUTを生成、出力するものである。パルス幅変調回路1から出力された変調信号PWM−OUTは、スイッチング回路2に入力される。
The pulse
スイッチング回路2では、変調された変調信号PWM−OUTに基づいて、第1電源4及び第2電源5から供給される正負の電源電圧+EB,−EBが交互にスイッチングされる。すなわち、スイッチング回路2は、パルス幅変調回路1から出力される変調信号PWM−OUTの位相を反転させるインバータ2aと、変調信号PWM−OUTに基づいてオン、オフ動作するスイッチ素子SW−Aと、インバータ2aによって変調信号PWM−OUTが反転された変調信号PWM−OUT′に基づいてオン、オフ動作するスイッチ素子SW−Bと、両スイッチ素子SW−A,SW−Bの両端にそれぞれ接続された逆電流防止用ダイオードD−A,D−Bとを備えている。
In the
スイッチ素子SW−A,SW−Bは、変調信号PWM−OUTと、反転された変調信号PWM−OUT′とによって交互にオン、オフ動作し、ローパスフィルタ回路3及び負荷RLに対してスイッチングされた正負の電源電圧+EB,−EBを供給する。
The switch elements SW-A and SW-B are alternately turned on and off by the modulation signal PWM-OUT and the inverted modulation signal PWM-OUT ′, and are switched with respect to the low-
ローパスフィルタ回路3は、コイルL0及びコンデンサC0によるLC回路によって構成され、スイッチング回路2から出力される出力信号の高周波成分を除去して負荷RLに供給する回路であり、例えば60kHzのカットオフ周波数を有する。ローパスフィルタ回路3では、スイッチングされた正負の電源電圧+EB,−EBの高周波成分が除去され、その出力は、負荷RLに供給されることにより音声として負荷RLから出力される。
The low-
パルス幅変調回路1は、図2に示すように、オーディオ信号変換回路11と、充電用バイアス電流源12と、電流加算回路13と、スイッチ回路14と、クロック発生回路15と、放電用バイアス電流源16と、第1及び第2積分回路17,18と、第1及び第2比較回路19,20と、第1及び第2リセット回路21,22と、信号出力回路23とによって構成されている。
As shown in FIG. 2, the pulse
オーディオ信号変換回路11は、オーディオ信号発生源AU(図1参照)からパルス幅変調回路1に供給されるオーディオ信号eSを電圧−電流変換するための回路である。ここで、オーディオ信号変換回路11における変換コンダクタンスをGとすると、下流の電流加算回路13に流れ込む電流は、G・eSで表すことができる。
The audio
充電用バイアス電流源12は、所定の正の電源電圧+Vaをバイアス電流Ibに変換して下流の電流加算回路13に供給する回路である。電流加算回路13は、オーディオ信号変換回路11によって変換された電流(G・eS)と、充電用バイアス電流源12によって変換されたバイアス電流Ibとを加算した和電流(G・eS+Ib)を、下流のスイッチ回路14に供給する回路である。
The charging bias
スイッチ回路14は、第1ないし第4スイッチSW1〜SW4を備えており、電流加算回路13によって加算された和電流(G・eS+Ib)を、クロック発生回路15から出力される第1クロック信号φ1(図略)に基づいて生成される第2及び第3クロック信号φ2,φ3(後述)によって切り替えて、後段の第1及び第2積分回路17,18に供給する回路である。
The
接続構成を説明すると、電流加算回路13には、第1及び第2スイッチSW1,SW2の各一端が接続され、第1スイッチSW1の他端(図2のA点参照)は、第1積分回路17に接続されており、これにより、第1積分回路17の充電経路が形成される。第1スイッチSW1の他端は、第3スイッチSW3の一端にも接続され、第3スイッチSW3の他端は、放電用バイアス電流源16に接続されており、これにより、第1積分回路17の放電経路が形成される。一方、第2スイッチSW2の他端(図2のB点参照)は、第2積分回路18に接続されており、これにより、第2積分回路18の充電経路が形成される。第2スイッチSW2の他端は、第4スイッチSW4の一端にも接続され、第4スイッチSW4の他端は、放電用バイアス電流源16に接続されており、これにより、第2積分回路18の放電経路が形成される。
The connection configuration will be described. One end of each of the first and second switches SW1, SW2 is connected to the current adding
クロック発生回路15は、基準クロックとなる第1クロック信号φ1に基づいて、複数種類のクロック信号を生成し、それらを第1ないし第4スイッチSW1〜SW4、第1及び第2リセット回路21,22、並びに信号出力回路23にそれぞれ出力するものである。
The
クロック発生回路15は、図3に示すように、デューティ比がほぼ50%の第1クロック信号φ1を期間(例えば10〜20nsec)ΔT遅延させた第2クロック信号φ2と、第2クロック信号φ2を反転させた第3クロック信号φ3と、第1クロック信号φ1及び第2クロック信号φ2の排他的論理和を表す第5クロック信号φ5と、第2クロック信号φ2を期間ΔT遅延させた第4クロック信号φ4及び第2クロック信号φ2の排他的論理和を表す第6クロック信号φ6とを出力するものである。
As shown in FIG. 3, the
クロック発生回路15は、図2に示すように、スイッチ回路14に接続され、スイッチ回路14に対して第2及び第3クロック信号φ2,φ3を出力する。クロック発生回路15は、第1及び第2リセット回路21,22に接続され、第1リセット回路21に対して第3及び第5クロック信号φ3,φ5を、第2リセット回路22に対して第2及び第5クロック信号φ2,φ5をそれぞれ出力する。また、クロック発生回路15は、信号出力回路23に接続され、第2、第3及び第6クロック信号φ2,φ3,φ6を出力する。
As shown in FIG. 2, the
なお、クロック発生回路15は、パルス幅変調回路1の外部に設けられ、外部クロック信号として第2、第3、第5、第6クロック信号φ2,φ3,φ5,φ6をそれぞれパルス幅変調回路1に与えるように構成されていてもよい。
The
クロック発生回路15は、図4に示すように、基準クロック発生回路24と、第1遅延回路25と、第1NOT回路N1と、第2NOT回路N2と、第2遅延回路26と、第1EX−OR回路EX1と、第2EX−OR回路EX2とによって構成されている。
As shown in FIG. 4, the
基準クロック発生回路24は、基準となる第1クロック信号φ1(図3参照)を出力するものであり、複数のインバータ、抵抗及びコンデンサからなるマルチバイブレータによって構成されている。基準クロック発生回路24の出力は、第1遅延回路25及び第1EX−OR回路EX1の一方入力端子に接続されている。
The reference
第1遅延回路25は、抵抗及びコンデンサからなるRC回路によって構成され、第1クロック信号φ1を所定の期間ΔT遅延させるものである。第1遅延回路25の出力は、第1NOT回路N1に接続されている。
The
第1NOT回路N1は、第1遅延回路25の出力を反転させるものであり、第1NOT回路N1の出力は、第3クロック信号φ3とされ、第2NOT回路N2に接続されているとともに、出力端子を介して外部に出力されている。第2NOT回路N2は、第1NOT回路N1の出力を反転させるものであり、第2NOT回路N2の出力は、第2クロック信号φ2とされている。第2NOT回路N2の出力は、出力端子を介して外部に出力されており、第2遅延回路26及び第1EX−OR回路EX1の他方入力端子にそれぞれ接続されている。
The first NOT circuit N1 inverts the output of the
第2遅延回路26は、抵抗及びコンデンサからなるRC回路によって構成され、第2NOT回路N2の出力を所定の期間ΔT遅延させるものである。第2遅延回路26の出力は、第4クロック信号φ4とされ、第2EX−OR回路EX2の一方入力端子に接続されている。
The
第1EX−OR回路EX1は、一方入力端子に基準クロック発生回路24からの第1クロック信号φ1が入力されるとともに、他方入力端子に第2NOT回路N2からの第2クロック信号φ2が入力され、両者の排他的論理和を演算し、第5クロック信号φ5として出力端子を介して外部に出力するものである。
In the first EX-OR circuit EX1, the first clock signal φ1 from the reference
第2EX−OR回路EX2は、一方入力端子に第2NOT回路N2からの第2クロック信号φ2が入力されるとともに、他方入力端子に第2遅延回路26からの第4クロック信号φ4が入力され、両者の排他的論理和を演算し、第6クロック信号φ6として出力端子を介して外部に出力するものである。
In the second EX-OR circuit EX2, the second clock signal φ2 from the second NOT circuit N2 is input to one input terminal, and the fourth clock signal φ4 from the
図2に戻り、スイッチ回路14の第2及び第3スイッチSW2,SW3は、ともに第3クロック信号φ3によってオン、オフ制御され、第1及び第4スイッチSW1,SW4は、ともに第2クロック信号φ2によってオン、オフ制御される。そのため、第2及び第3スイッチSW2,SW3と、第1及び第4スイッチSW1,SW4とは、交互にオン、オフ動作される。
Returning to FIG. 2, the second and third switches SW2 and SW3 of the
例えば、図3に示すように、第2クロック信号φ2がハイレベルで第3クロック信号φ3がローレベルであるときには(以下、「第1期間T1」という)、第1及び第4スイッチSW1,SW4がオン動作し、第2及び第3スイッチSW2,SW3がオフ動作する。この場合、電流加算回路13からの和電流(G・eS+Ib)は、第1スイッチSW1を介して第1積分回路17に流れ、これにより、第1積分回路17が充電される。
For example, as shown in FIG. 3, when the second clock signal φ2 is at a high level and the third clock signal φ3 is at a low level (hereinafter referred to as “first period T1”), the first and fourth switches SW1, SW4 Is turned on, and the second and third switches SW2 and SW3 are turned off. In this case, the sum current (G · e S + Ib) from the current adding
一方、第2クロック信号φ2がローレベルで第3クロック信号φ3がハイレベルであるときには(以下、「第2期間T2」という)、第2及び第3スイッチSW2,SW3がオン動作し、第1及び第4スイッチSW1,SW4がオフ動作する(図2のスイッチ回路4の状態参照)。この場合、和電流(G・eS+Ib)は、第2スイッチSW2を介して第2積分回路18に流れ、これにより、第2積分回路18が充電される。
On the other hand, when the second clock signal φ2 is at a low level and the third clock signal φ3 is at a high level (hereinafter referred to as “second period T2”), the second and third switches SW2 and SW3 are turned on, and the first The fourth switches SW1 and SW4 are turned off (see the state of the switch circuit 4 in FIG. 2). In this case, the sum current (G · e S + Ib) flows to the
第1及び第2積分回路17,18は、第1積分用コンデンサC1及び第2積分用コンデンサC2によってそれぞれ構成されている。第1積分用コンデンサC1は、上述したように、第2期間T2において、第1スイッチSW1がオン動作するとともに、第3スイッチSW3がオフ動作することにより、電流加算回路13からの和電流(G・eS+Ib)によって充電される。第1積分用コンデンサC1は、次の半周期の期間(以下、「第3期間T3」という)において、第1スイッチSW1がオフ動作するとともに、第3スイッチSW3がオン動作することにより、充電された電荷が放電用バイアス電流源16に流れることによって一定の放電量で放電される。
The first and second integrating
一方、第2積分用コンデンサC2は、第1期間T1(図3参照)において、第2スイッチSW2がオン動作するとともに、第4スイッチSW4がオフ動作することにより、電流加算回路13から流れる和電流によって充電される。第2積分用コンデンサC2は、次の第2期間T2において、第2スイッチSW2がオフ動作するとともに、第4スイッチSW4がオン動作することにより、充電された電荷が放電用バイアス電流源16に流れることによって一定の放電量で放電される。すなわち、第1及び第2積分用コンデンサC1,C2は、第2及び第3クロック信号φ2,φ3のレベルが維持される単位期間(例えば第1期間T1)ごとにおいて、交互に充電及び放電が行われる。
On the other hand, in the second integration capacitor C2, the sum current flowing from the
放電用バイアス電流源16は、負の電源電圧−Vaに接続され、第1又は第2積分用コンデンサC1,C2が放電されるときに、充電用バイアス電流源12において流れるバイアス電流Ibと同じ大きさのバイアス電流Ibを流すためのものである。なお、放電用のバイアス電流は、充電用バイアス電流源12に流れるバイアス電流Ibと同じではなく、個別に設定されるものであってもよい。
The discharging bias
第1及び第2比較回路19,20は、第1及び第2積分回路17,18において蓄積される電圧と、所定の基準電圧Vrefとを比較することにより、その出力においてパルス幅変調信号PWM−OUTのパルス幅を規定するための回路である。また、第1及び第2比較回路19,20は、第1及び第2積分回路17,18の放電時に、第1及び第2積分回路17,18を強制的にリセットするための回路である。なお、第1及び第2比較回路19,20が例えばCMOSインバータ素子で構成される場合、基準電圧Vrefは、CMOSインバータ素子のハイレベルとローレベルとで規定される閾値に相当し、通常、この閾値はそのCMOSインバータ素子の電源電圧の約1/2に設定される。例えば、CMOSインバータ素子の電源電圧が約5Vであるとすると、基準電圧Vrefは、その半分の約2.5Vとなる。
The first and
第1及び第2比較回路19,20の正(+)側入力端子には、基準電圧Vrefがそれぞれ入力され、負(−)側入力端子には、第1及び第2積分用コンデンサC1,C2の一端がそれぞれ接続されている。第1及び第2比較回路19,20は、例えばCMOSインバータ素子(図略)で構成することが可能であり、CMOSインバータ素子で構成される場合には、CMOSインバータ素子のハイレベル及びローレベルを規定する閾値が基準電圧Vrefとして設定される。
The reference voltage Vref is input to the positive (+) side input terminals of the first and
第1及び第2比較回路19,20の出力(図2のC点及びD点参照)は、通常ハイレベルであり、各負側入力端子における電圧(第1及び第2積分用コンデンサC1,C2による充電電圧)が基準電圧Vrefより高くなると、出力端子からローレベルの信号が出力される。
The outputs of the first and
第1及び第2リセット回路21,22は、第1及び第2積分回路17,18がそれぞれ放電されている期間において、第1及び第2積分用コンデンサC1,C2における放電を強制的に終了させる(リセットする)ための回路である。第1リセット回路21は、第1及び第2AND回路A1,A2、第1OR回路O1、及び第5スイッチSW5からなり、第2リセット回路22は、第3及び第4AND回路A3,A4、第2OR回路O2、及び第6スイッチSW6からなる。
The first and
第1リセット回路21の第1AND回路A1は、その一方の入力端子が第1比較回路19の出力端子に接続され、他方の入力端子が第2AND回路A2の一方の入力端子に接続されているとともに、クロック発生回路15に接続されて第3クロック信号φ3が入力される。第2AND回路A2は、他方の入力端子がクロック発生回路15に接続されて第5クロック信号φ5が入力される。第1AND回路A1及び第2AND回路A2の出力端子同士は、第1OR回路O1の入力端子にそれぞれ接続されている。第1OR回路O1の出力端子(図2のE点参照)は、第5スイッチSW5に接続され、第1OR回路O1の出力は、第5スイッチSW5のオン、オフ動作を制御する。
The first AND circuit A1 of the
一方、第2リセット回路22の第3AND回路A3は、その一方の入力端子が第2比較回路20の出力端子に接続され、他方の入力端子が第4AND回路A4の一方の入力端子に接続されているとともに、クロック発生回路15に接続されて第2クロック信号φ2が入力される。第4AND回路A4は、他方の入力端子がクロック発生回路15に接続されて第5クロック信号φ5が入力される。第3AND回路A3及び第4AND回路A4の出力端子同士は、第2OR回路O2の入力端子にそれぞれ接続されている。第2OR回路O2の出力端子(図2のF点参照)は、第6スイッチSW6に接続され、第2OR回路O2の出力は、第6スイッチSW6のオン、オフ動作を制御する。
On the other hand, the third AND circuit A3 of the second reset circuit 22 has one input terminal connected to the output terminal of the
信号出力回路23は、第1及び第2NOR回路NR1,NR2と、第3OR回路O3とによって構成されている。第1NOR回路NR1は、その一方の入力端子が第1比較回路19の出力端子に接続され(図2のC点参照)、他方の入力端子がクロック発生回路15に接続されて第2クロック信号φ2が入力される。一方、第2NOR回路NR2は、その一方の入力端子が第2比較回路20の出力端子に接続され(図2のD点参照)、他方の入力端子がクロック発生回路15に接続されて第3クロック信号φ3が入力される。
The
第1NOR回路N1は、第2クロック信号φ2と、第1比較回路19の出力との否定論理和を演算することにより、第1積分用コンデンサC1による放電が開始されてから、第1積分用コンデンサC1の電圧が基準電圧Vrefに至るまでの時間t(後述)において、ハイレベルを出力する。第2NOR回路N2は、第1クロック信号φ1と、第2比較回路20の出力との否定論理和を演算することにより、第2積分用コンデンサC2による放電が開始されてから、第2積分用コンデンサC2の電圧が基準電圧Vrefに至るまでの時間t(後述)において、ハイレベルを出力する。
The first NOR circuit N1 calculates the negative logical sum of the second clock signal φ2 and the output of the
第3OR回路O3は、3つの入力端子を有しており、第1NOR回路NR1の出力(図2のG点参照)、第2NOR回路NR2の出力(図2のH点参照)、及びクロック発生回路15からの第6クロック信号φ6が入力される。第3OR回路O3は、第3OR回路O3の出力端子は、パルス幅変調信号PWM−OUTとして後段のスイッチング回路2(図1参照)に接続される。第3OR回路O3は、各出力の論理和を演算し、第1及び第2NOR回路N1,N2の各出力並びに第6クロック信号φ6を一つのパルス幅変調信号PWM−OUTにしてスイッチング回路2に出力するものである。
The third OR circuit O3 has three input terminals. The output of the first NOR circuit NR1 (see point G in FIG. 2), the output of the second NOR circuit NR2 (see point H in FIG. 2), and a clock generation circuit The sixth clock signal φ6 from 15 is input. In the third OR circuit O3, the output terminal of the third OR circuit O3 is connected to the subsequent switching circuit 2 (see FIG. 1) as the pulse width modulation signal PWM-OUT. The third OR circuit O3 calculates the logical sum of the outputs and outputs the outputs of the first and second NOR circuits N1 and N2 and the sixth clock signal φ6 to the
次に、上記パルス幅変調回路1における動作を以下に示すタイミングチャートを参照して説明する。まず、図5において、このパルス幅変調回路1が適正に動作する場合(オーディオ信号eSが無信号(eS=0)の場合)について説明し、次いで、図6においてオーディオ信号eSが正の過大信号である場合(G・eS≧Ib/2)、図7においてオーディオ信号eSが負の過大信号である場合(G・eS≦−Ib/2)について説明する。
Next, the operation of the pulse
図5における第1期間T1では、クロック発生回路15からの第2クロック信号φ2がハイレベル(第3クロック信号φ3がローレベル)であり、これによって第1スイッチSW1がオン動作する一方、第3スイッチ素子SW3はオフ動作する。そのため、第1積分回路17の第1積分用コンデンサC1には、電流加算回路13からの和電流(G・eS+Ib)が供給され、第1積分用コンデンサC1は充電される(A点波形参照)。
In the first period T1 in FIG. 5, the second clock signal φ2 from the
第1期間T1においては、第2スイッチSW2がオフ動作する一方、第4スイッチSW4がオン動作することにより、第2積分回路18の第2積分用コンデンサC2では、第1期間T1の半周期前の期間T0において充電された電荷が放電用バイアス電流源16に流れ、一定の放電量で放電される(B点波形参照)。
In the first period T1, the second switch SW2 is turned off, while the fourth switch SW4 is turned on, so that the second integrating capacitor C2 of the second integrating
また、第1期間T1においては、第2比較回路20において第2積分用コンデンサC2が充電されたことによる電圧が基準電圧Vrefを下回ると、第2比較回路20の出力がローレベルからハイレベルになり(D点波形参照)、第2リセット回路22の第3AND回路A3の一方の入力端子に入力される。第3AND回路A3の他方の入力端子には、第2クロック信号φ2のハイレベルが入力されているため、第3AND回路A3の出力端子もローレベルからハイレベルになり、それが第2OR回路O2に入力され、第2OR回路O2の出力端子からは(F点波形参照)、リセット信号が第6スイッチSW6に出力される。
In the first period T1, when the voltage resulting from charging of the second integration capacitor C2 in the
これにより、第6スイッチSW6がオフ状態からオン状態になり、第2積分用コンデンサC2で放電されていた電荷は、第6スイッチSW6を介してグランド端子に流れ、強制的にかつ一気に放電が行われる。 As a result, the sixth switch SW6 changes from the OFF state to the ON state, and the electric charge discharged by the second integrating capacitor C2 flows to the ground terminal via the sixth switch SW6 and is discharged forcibly and at once. Is called.
なお、第1期間T1の終了直前には、第5クロック信号φ5が期間ΔTだけオンし、そのオン信号が第4AND回路A4に入力され、また、第4AND回路A4にはハイレベルである第2クロック信号φ2も入力されているため、第4AND回路A4の出力は期間ΔTだけハイレベルとなる。第2OR回路O2には、第3AND回路A3の出力も入力されるため、結果的に第2OR回路O2の出力は、第1期間T1の後半部分においてハイレベルとなる。 Note that immediately before the end of the first period T1, the fifth clock signal φ5 is turned on for the period ΔT, the on signal is input to the fourth AND circuit A4, and the second AND circuit A4 is at the high level. Since the clock signal φ2 is also input, the output of the fourth AND circuit A4 becomes high level for the period ΔT. Since the output of the third AND circuit A3 is also input to the second OR circuit O2, as a result, the output of the second OR circuit O2 becomes high level in the second half of the first period T1.
また、第1期間T1の終了直前では、第5クロック信号φ5のオン信号は、第2AND回路A2にも入力されるが、第2AND回路A2にはローレベルである第3クロック信号φ3が入力されているため、第2AND回路A2の出力はローレベルとなり、第1OR回路O1の出力は、第1期間T1においてローレベルとなり、第5スイッチSW5のオン、オフ動作に影響を及ぼさない。 Further, immediately before the end of the first period T1, the ON signal of the fifth clock signal φ5 is also input to the second AND circuit A2, but the third clock signal φ3 that is at a low level is input to the second AND circuit A2. Therefore, the output of the second AND circuit A2 becomes low level, the output of the first OR circuit O1 becomes low level in the first period T1, and does not affect the on / off operation of the fifth switch SW5.
信号出力回路23の第2NOR回路NR2には、第3クロック信号φ3と、第2比較回路20の出力とが入力されるため、第2NOR回路NR2は、第1期間T1において第2積分回路18が放電を開始してから強制的にリセットされるまでの時間tにおいてハイレベルを出力する(H点波形参照)。また、第1NOR回路NR1には、第2クロック信号φ2と、第1比較回路19の出力とが入力されるが、第1NOR回路NR1の出力は、ローレベルを維持する(G点波形参照)。したがって、第3OR回路O3の出力は、第2NOR回路NR2の出力としてのハイレベルがそのままパルス幅変調信号PWM−OUTとして出力される。
Since the third clock signal φ3 and the output of the
なお、第1期間T1の開始直後には、第6クロック信号φ6が期間ΔTだけオンし、そのオン信号が第3OR回路O3に入力されるが、第3OR回路O3には第2NOR回路NR2からのハイレベルが入力されるため、結果的に第3OR回路O3の出力は、第1期間T1の前半部分においてハイレベルとなる。 Note that immediately after the start of the first period T1, the sixth clock signal φ6 is turned on for the period ΔT, and the on signal is input to the third OR circuit O3, but the third OR circuit O3 receives the signal from the second NOR circuit NR2. Since the high level is input, as a result, the output of the third OR circuit O3 becomes the high level in the first half of the first period T1.
次に、第2期間T2では、クロック発生回路15からの第3クロック信号φ3がローレベルからハイレベルに反転し(第2クロック信号φ2はハイレベルからローレベルに反転する。)、これによって、第2スイッチSW2がオン動作する一方、第4スイッチ素子SW4はオフ動作する。そのため、第2積分回路18の第2積分用コンデンサC2には、電流加算回路13からの和電流(G・eS+Ib)が供給され、第2積分用コンデンサC2は充電される(B点波形参照)。
Next, in the second period T2, the third clock signal φ3 from the
また、第2期間T2においては、第1スイッチSW1がオフ動作し、第3スイッチSW3がオン動作することにより、第1積分回路17の第1積分用コンデンサC1では、第1期間T1において充電された電荷が放電用バイアス電流源16に流れ、一定の放電量で放電される(A点波形参照)。
In the second period T2, the first switch SW1 is turned off and the third switch SW3 is turned on, so that the first integrating capacitor C1 of the first integrating circuit 17 is charged in the first period T1. The discharged electric charge flows into the discharge bias
その後、第1比較回路19において第1積分用コンデンサC1が充電されたことによる電圧が基準電圧Vrefを下回ると、第1比較回路19の出力がローレベルからハイレベルになり(C点波形参照)、第1リセット回路21の第1AND回路A1の一方入力端子に入力される。第1AND回路A1の他方の入力端子には、第3クロック信号φ3のハイレベルが入力されているため、第1AND回路A1の出力端子もローレベルからハイレベルになり、それが第1OR回路O1の出力(E点波形参照)となり、これがリセット信号として第5スイッチSW5に出力される。
Thereafter, when the voltage resulting from charging of the first integration capacitor C1 in the
これにより、第5スイッチSW5がオフ状態からオン状態になり、第1積分用コンデンサC1で放電されていた電荷は、第5スイッチSW5を介してグランド端子に流れ、強制的にかつ一気に放電が行われる。 As a result, the fifth switch SW5 changes from the OFF state to the ON state, and the electric charge discharged by the first integrating capacitor C1 flows to the ground terminal via the fifth switch SW5, and is discharged forcibly and at once. Is called.
なお、第2期間T2の終了直前には、第5クロック信号φ5が期間ΔTだけオンし、そのオン信号が第2AND回路A2に入力され、また、第2AND回路A2にはハイレベルである第3クロック信号φ3も入力されているため、第2AND回路A2の出力は期間ΔTだけハイレベルとなる。第1OR回路O1には、第1AND回路A1の出力も入力されるため、結果的に第1OR回路O1の出力は、第2期間T2の後半部分においてハイレベルとなる。 Note that immediately before the end of the second period T2, the fifth clock signal φ5 is turned on for the period ΔT, the on signal is input to the second AND circuit A2, and the second AND circuit A2 is at a high level. Since the clock signal φ3 is also input, the output of the second AND circuit A2 becomes high level for the period ΔT. Since the output of the first AND circuit A1 is also input to the first OR circuit O1, as a result, the output of the first OR circuit O1 becomes high level in the second half of the second period T2.
また、第2期間T2の終了直前では、第5クロック信号φ5が期間ΔTだけのオン信号は、第4AND回路A4にも入力されるが、第4AND回路A4にはローレベルである第2クロック信号φ2が入力されているため、第4AND回路A4の出力はローレベルとなり、第2OR回路O2の出力は、第2期間T2においてローレベルとなる。 Also, immediately before the end of the second period T2, the ON signal during which the fifth clock signal φ5 is only for the period ΔT is also input to the fourth AND circuit A4, but the fourth AND circuit A4 has a low-level second clock signal. Since φ2 is input, the output of the fourth AND circuit A4 becomes low level, and the output of the second OR circuit O2 becomes low level in the second period T2.
信号出力回路23の第2NOR回路NR2には、第3クロック信号φ3と、第2比較回路20の出力とが入力されるが、第2NOR回路NR2の出力は、ローレベルを維持する(H点波形参照)。一方、第1NOR回路NR1には、第2クロック信号φ2と、第1比較回路19の出力とが入力されるため、第1NOR回路NR1は、第2期間T2において第1積分回路17が放電を開始してから強制的にリセットされるまでの時間tにおいてハイレベルを出力する(G点波形参照)。したがって、第3OR回路O3の出力は、第1NOR回路NR1の出力としてのハイレベルがそのままパルス幅変調信号PWM−OUTとして出力される。
The second NOR circuit NR2 of the
なお、第2期間T2の開始直後には、第6クロック信号φ6が期間ΔTだけオンし、そのオン信号が第3OR回路O3に入力されるが、第3OR回路O3には第1NOR回路NR1からのハイレベルが入力されるため、結果的に第3OR回路O3の出力は、第2期間T2の前半部分においてハイレベルとなる。 Note that immediately after the start of the second period T2, the sixth clock signal φ6 is turned on for the period ΔT, and the on signal is input to the third OR circuit O3. The third OR circuit O3 receives the signal from the first NOR circuit NR1. Since the high level is input, as a result, the output of the third OR circuit O3 becomes the high level in the first half of the second period T2.
その後、第3期間T3では、第2及び第3クロック信号φ2,φ3がそれぞれ反転されるため、第1積分用コンデンサC1において充電が行われる一方、第2積分用コンデンサC2において放電が行われる。以降、半周期が経過するごとに、第2及び第3クロック信号φ2,φ3がそれぞれ反転され、第1及び第2積分用コンデンサC1,C2は交互に充電及び放電を繰り返す。したがって、図5に示すタイミングでパルス幅変調信号PWM−OUTが出力され、オーディオ信号eSの振幅に応じたパルス幅変調信号PWM−OUTが出力されることになる。 Thereafter, in the third period T3, since the second and third clock signals φ2 and φ3 are inverted, charging is performed in the first integrating capacitor C1, while discharging is performed in the second integrating capacitor C2. Thereafter, each time a half cycle elapses, the second and third clock signals φ2 and φ3 are inverted, and the first and second integrating capacitors C1 and C2 are alternately charged and discharged. Therefore, the pulse width modulation signal PWM-OUT is output at the timing shown in FIG. 5, and the pulse width modulation signal PWM-OUT corresponding to the amplitude of the audio signal e S is output.
次に、図6に示すように、オーディオ信号eSが正の過大信号である場合について説明する。第1期間T1において、第2積分用コンデンサC2は第1期間Tの半周期前の期間T0で充電された電荷が一定の放電量で放電される。従来の構成では、図28に示したように、オーディオ信号eSが正の過大信号である場合には、一定の放電量で放電されても、その放電電圧が基準電圧Vrefに到達する前に放電期間が終了し、すなわち第2積分用コンデンサC2では、電荷が残留した状態で次の期間に移行して充電が行われることになり、残留電荷が誤差になって結果的に次の期間において正確にパルス幅変調することができないことがある。 Next, as shown in FIG. 6, the case where the audio signal e S is a positive excessive signal will be described. In the first period T1, the second integration capacitor C2 is discharged with a constant discharge amount of the charge charged in the period T0 half a cycle before the first period T. In the conventional configuration, as shown in FIG. 28, when the audio signal e S is a positive excessive signal, even when the audio signal e S is discharged at a constant discharge amount, the discharge voltage reaches before the reference voltage Vref. The discharge period ends, that is, the second integration capacitor C2 is charged in the next period with the charge remaining, and the residual charge becomes an error, resulting in the next period. It may not be possible to accurately modulate the pulse width.
本実施形態では、各期間Tn(n=1,2,…)の終了直前に期間ΔTだけオン出力するパルス幅を有する第5クロック信号φ5によって、第1及び第2積分用コンデンサC1,C2における残留電荷を強制的にリセットするようにしている。 In the present embodiment, the first and second integrating capacitors C1, C2 use the fifth clock signal φ5 having a pulse width that is turned on for the period ΔT immediately before the end of each period Tn (n = 1, 2,...). The residual charge is forcibly reset.
クロック発生回路15は、上述したように、第2クロック信号φ2及び第3クロック信号φ3のレベルが切り替わる直前の期間ΔTにおいて第5クロック信号φ5を出力し、この第5クロック信号φ5は、第1及び第2リセット回路21,22の第2AND回路A2及び第4AND回路A4の各入力端子にそれぞれ入力されるものである。
As described above, the
図6によると、第1期間T1において、第2クロック信号φ2がハイレベルであるので、第1スイッチSW1がオン動作され、これにより、和電流(G・eS+Ib)が第1積分用コンデンサC1に供給され、第1積分用コンデンサC1が充電される(A点波形参照)。このとき、オーディオ信号eSが正の過大信号であるので、A点における電圧波形は、急な傾きを有する。第1積分用コンデンサC1における電圧が第1比較回路19の基準電圧Vrefを上回ると、第1比較回路19の出力(C点波形参照)はハイレベルからローレベルになる。
According to FIG. 6, since the second clock signal φ2 is at a high level in the first period T1, the first switch SW1 is turned on, whereby the sum current (G · e S + Ib) is changed to the first integrating capacitor. C1 is supplied and the first integrating capacitor C1 is charged (see waveform at point A). At this time, since the audio signal e S is a positive excessive signal, the voltage waveform at the point A has a steep slope. When the voltage at the first integrating capacitor C1 exceeds the reference voltage Vref of the
次いで、第2期間T2においては、第2クロック信号φ2がハイレベルからローレベルに反転し、第3クロック信号φ3がハイレベルになるので、第1スイッチSW1がオフ動作されるとともに、第3スイッチSW3がオン動作される。これにより、第1期間T1において第1積分用コンデンサC1に充電されていた電荷は、放電用バイアス電流源16に供給され、一定の放電量で放電される。
Next, in the second period T2, the second clock signal φ2 is inverted from the high level to the low level, and the third clock signal φ3 changes to the high level, so that the first switch SW1 is turned off and the third switch SW3 is turned on. As a result, the charge charged in the first integrating capacitor C1 in the first period T1 is supplied to the discharging bias
第2期間T2の終了直前では、第5クロック信号φ5のオン信号が第1リセット回路21の第2AND回路A2の一方入力端子に入力されるが、第2AND回路A2の他方入力端子には第3クロック信号φ3が入力されているので、両者の論理積の演算結果が第2AND回路A2から出力される。この出力信号は、第1OR回路O1を介して第5スイッチSW5にリセット信号として出力され(E点波形参照)、第5スイッチSW5をオン動作させる。
Immediately before the end of the second period T2, the ON signal of the fifth clock signal φ5 is input to one input terminal of the second AND circuit A2 of the
この第5スイッチSW5のオン動作により、第1積分用コンデンサC1は即座にかつ強制的に放電される(リセットされる)。したがって、第1積分用コンデンサC1における残留電荷はなくなるので、これにより、第1積分用コンデンサC1では、次の第3期間T3において電荷0から充電が行われることになる。 By the ON operation of the fifth switch SW5, the first integrating capacitor C1 is immediately and forcibly discharged (reset). Accordingly, the residual charge in the first integration capacitor C1 is eliminated, and thus the first integration capacitor C1 is charged from the charge 0 in the next third period T3.
信号出力回路23の第1NOR回路NR1には、第2クロック信号φ2と、第1比較回路19の出力とが入力されるため、第1NOR回路NR1の出力(G点波形参照)は、第1期間T1ではローレベルに維持され、第2期間T2では、第2クロック信号φ2が反転されることにともないハイレベルに反転し、第5クロック信号φ5のオン信号に基づいて第5スイッチSW5がオン動作するタイミングで、再度ローレベルに反転する。
Since the second clock signal φ2 and the output of the
すなわち、第1NOR回路NR1は、第2期間T2において第1積分用コンデンサC1が放電を開始してから強制的にリセットされるまでの時間tにおいてハイレベルを出力する。したがって、第3OR回路O3の出力は、第1NOR回路NR1の出力としてのハイレベルがそのままパルス幅変調信号PWM−OUTとして出力される。 In other words, the first NOR circuit NR1 outputs a high level at a time t from when the first integrating capacitor C1 starts discharging in the second period T2 until it is forcibly reset. Accordingly, the output of the third OR circuit O3 is directly output as the pulse width modulation signal PWM-OUT as the high level as the output of the first NOR circuit NR1.
なお、第2期間T2の開始直後には、第6クロック信号φ6が期間ΔTだけオンし、そのオン信号が第3OR回路O3に入力されるが、第3OR回路O3には第1NOR回路NR1からのハイレベルが入力されるため、結果的に第3OR回路O3の出力は、そのままハイレベルが出力される。 Note that immediately after the start of the second period T2, the sixth clock signal φ6 is turned on for the period ΔT, and the on signal is input to the third OR circuit O3. The third OR circuit O3 receives the signal from the first NOR circuit NR1. Since the high level is input, as a result, the output of the third OR circuit O3 is output as it is.
一方、第2積分用コンデンサC2についての動作を説明すると、第1期間T1においては、第3クロック信号φ3がローレベルであるので、第2スイッチSW2がオフ動作されるとともに、第4スイッチSW4がオン動作される。これにより、第1期間T1より半周期前の期間T0において充電されていた第2積分用コンデンサC2の電荷は、放電用バイアス電流源16に供給され、一定の放電量で放電される(B点波形参照)。
On the other hand, the operation of the second integrating capacitor C2 will be described. Since the third clock signal φ3 is at a low level in the first period T1, the second switch SW2 is turned off and the fourth switch SW4 is turned on. Turned on. As a result, the charge of the second integrating capacitor C2 charged in the period T0 half a cycle before the first period T1 is supplied to the discharging bias
第2期間T2の終了直前では、第5クロック信号φ5のオン信号が第2リセット回路22の第4AND回路A4の一方入力端子に入力されるが、第4AND回路A4の他方入力端子には第2クロック信号φ2が入力されているので、両者の論理積の演算結果が第4AND回路A4から出力される。この出力信号は、第2OR回路O2を介して第6スイッチSW6にリセット信号として出力され(F点波形参照)、第6スイッチSW6をオン動作させる。 Immediately before the end of the second period T2, the ON signal of the fifth clock signal φ5 is input to one input terminal of the fourth AND circuit A4 of the second reset circuit 22, but the second input terminal of the fourth AND circuit A4 receives the second signal. Since the clock signal φ2 is input, the operation result of the logical product of both is output from the fourth AND circuit A4. This output signal is output as a reset signal to the sixth switch SW6 via the second OR circuit O2 (see the F point waveform), and turns on the sixth switch SW6.
この第6スイッチSW6のオン動作により、第2積分用コンデンサC2は即座にかつ強制的に放電される(リセットされる)。したがって、第2積分用コンデンサC2における残留電荷はなくなるので、これにより、第2積分用コンデンサC2では、次の第2期間T2において電荷0から充電が行われることになる。 By the ON operation of the sixth switch SW6, the second integrating capacitor C2 is immediately and forcibly discharged (reset). Therefore, the residual charge in the second integration capacitor C2 disappears, and thus the second integration capacitor C2 is charged from the charge 0 in the next second period T2.
信号出力回路23の第2NOR回路NR2には、第3クロック信号φ3と、第2比較回路20の出力とが入力されるため、第2NOR回路NR2の出力(H点波形参照)は、期間T0ではローレベルに維持され、第1期間T1では、第3クロック信号φ3が反転されることにともないハイレベルに反転し、第5クロック信号φ5のオン信号に基づいて第6スイッチSW6がオン動作するタイミングで、再度ローレベルに反転する。
Since the third clock signal φ3 and the output of the
すなわち、第2NOR回路NR2は、第1期間T1において第2積分用コンデンサC2が放電を開始してから強制的にリセットされるまでの時間tにおいてハイレベルを出力する。したがって、第3OR回路O3の出力は、第2NOR回路NR2の出力としてのハイレベルがそのままパルス幅変調信号PWM−OUTとして出力される。 That is, the second NOR circuit NR2 outputs a high level at a time t from when the second integration capacitor C2 starts discharging in the first period T1 until it is forcibly reset. Accordingly, the output of the third OR circuit O3 is directly output as the pulse width modulation signal PWM-OUT as the high level as the output of the second NOR circuit NR2.
なお、第1期間T1の開始直後には、第6クロック信号φ6が期間ΔTだけオンし、そのオン信号が第3OR回路O3に入力されるが、第3OR回路O3には第2NOR回路NR2からのハイレベルが入力されるため、結果的に第3OR回路O3の出力は、そのままハイレベルが出力される。 Note that immediately after the start of the first period T1, the sixth clock signal φ6 is turned on for the period ΔT, and the on signal is input to the third OR circuit O3, but the third OR circuit O3 receives the signal from the second NOR circuit NR2. Since the high level is input, as a result, the output of the third OR circuit O3 is output as it is.
このように、第5クロック信号φ5の各期間Tnの終了直前にオン出力されるオン信号は、第1及び第2積分用コンデンサC1,C2を強制的にリセットさせることにより、次の期間における各コンデンサC1,C2の電荷を0にする機能を有する。したがって、従来の構成のように、第1及び第2積分用コンデンサC1,C2においては、電荷が残留した状態で次の期間において充電が行われていたことが、本実施形態において防止することができ、次の期間において正確にパルス幅変調することができる。 As described above, the ON signal output immediately before the end of each period Tn of the fifth clock signal φ5 is generated by forcibly resetting the first and second integration capacitors C1 and C2, thereby causing each of the ON signals to be output in the next period. The capacitor C1, C2 has a function of setting the electric charge to zero. Therefore, as in the conventional configuration, the first and second integrating capacitors C1 and C2 can be prevented from being charged in the next period with the charge remaining in the present embodiment. The pulse width can be accurately modulated in the next period.
次に、図7に示すように、オーディオ信号eSが負の過大信号である場合について説明する。第1期間T1において、第1積分用コンデンサC1は、和電流(G・eS+Ib)によって充電される。従来の構成では、図29に示したように、オーディオ信号eSが負の過大信号である場合には、第1積分用コンデンサC1が充電されても、オーディオ信号eSの大きさが過度に小さいために、その充電電圧が基準電圧Vrefに到達する前に第1期間T1が終了してしまう。そして、第2期間T2において一定の放電量で放電されるが、充電電圧が基準電圧Vrefに到達していないために、パルス幅変調信号PWM−OUTがローレベルを継続し、次の期間において正確にパルス幅変調することができないことがある。 Next, the case where the audio signal e S is a negative excessive signal as shown in FIG. 7 will be described. In the first period T1, the first integrating capacitor C1 is charged by the sum current (G · e S + Ib). In the conventional configuration, as shown in FIG. 29, when the audio signal e S is a negative excessive signal, the magnitude of the audio signal e S is excessive even if the first integrating capacitor C1 is charged. Since the charging voltage is small, the first period T1 ends before the charging voltage reaches the reference voltage Vref. Then, although the battery is discharged at a constant discharge amount in the second period T2, since the charging voltage has not reached the reference voltage Vref, the pulse width modulation signal PWM-OUT continues to be at a low level and is accurately detected in the next period. In some cases, pulse width modulation cannot be performed.
本実施形態では、各期間Tn(n=1,2,…)の開始直後にオン出力する、期間ΔTのパルス幅を有する第6クロック信号φ6をパルス幅変調信号PWM−OUTとして出力させることにより、次の期間において正確にパルス幅変調するようにしている。 In the present embodiment, the sixth clock signal φ6 having the pulse width of the period ΔT that is turned on immediately after the start of each period Tn (n = 1, 2,...) Is output as the pulse width modulation signal PWM-OUT. In the next period, the pulse width is accurately modulated.
すなわち、第1積分用コンデンサC1は、第1期間T1において充電され、第2期間T2において放電されるが、図7のA点波形に示すように、第1積分用コンデンサC1における充電電圧は基準電圧Vrefに到達しないために、第1比較回路19の出力(C点波形参照)はハイレベルが維持されるようになる。また、第2積分用コンデンサC2は、第2期間T2において充電され、第3期間T3において放電されるが、図7のB点波形に示すように、第2積分用コンデンサC2における充電電圧は基準電圧Vrefに到達しないために、第2比較回路20の出力(D点波形参照)はハイレベルが維持されるようになる。 That is, the first integration capacitor C1 is charged in the first period T1 and discharged in the second period T2, but as shown in the waveform at point A in FIG. Since the voltage Vref is not reached, the output of the first comparison circuit 19 (refer to the point C waveform) is maintained at a high level. The second integration capacitor C2 is charged in the second period T2 and discharged in the third period T3. As shown in the waveform B in FIG. 7, the charge voltage in the second integration capacitor C2 is the reference voltage. Since the voltage Vref is not reached, the output of the second comparison circuit 20 (refer to the point D waveform) is maintained at a high level.
そのため、第1NOR回路N1の出力(G点波形参照)及び第2NOR回路N2の出力(H点波形参照)は、ローレベルが維持される。第1及び第2NOR回路N1,N2の出力は、第3OR回路O3に入力されるが、第3OR回路O3には、第6クロック信号φ6も入力されるので、それがパルス幅変調信号PWM−OUTとして出力される。つまり、各期間Tn(n=1,2,…)の開始直後に期間ΔTだけオン出力される第6クロック信号φ6が、そのままパルス幅変調信号PWM−OUTとして出力される。 Therefore, the output of the first NOR circuit N1 (refer to the point G waveform) and the output of the second NOR circuit N2 (refer to the point H waveform) are maintained at a low level. The outputs of the first and second NOR circuits N1 and N2 are input to the third OR circuit O3. Since the sixth clock signal φ6 is also input to the third OR circuit O3, the output is the pulse width modulation signal PWM-OUT. Is output as That is, the sixth clock signal φ6 that is turned on for the period ΔT immediately after the start of each period Tn (n = 1, 2,...) Is output as it is as the pulse width modulation signal PWM-OUT.
すなわち、本第1実施形態では、オーディオ信号eSが負の過大信号である場合、オーディオ信号eSが小さすぎるために、基準電圧Vrefに達せず、パルス幅変調信号PWM−OUTを出力できないのであるが、第6クロック信号φ6をパルス幅変調信号PWM−OUTとして用いることにより、オーディオ信号eSが負の過大信号であるときのパルス幅変調信号PWM−OUTを強制的に生成するようにしている。これにより、次の期間において正確にパルス幅変調することができる。 That is, in the first embodiment, when the audio signal e S is a negative excessive signal, since the audio signal e S is too small, the reference voltage Vref is not reached and the pulse width modulation signal PWM-OUT cannot be output. However, by using the sixth clock signal φ6 as the pulse width modulation signal PWM-OUT, the pulse width modulation signal PWM-OUT when the audio signal e S is a negative excessive signal is forcibly generated. Yes. Thereby, the pulse width can be accurately modulated in the next period.
また、パルス幅変調信号PWM−OUTとしてローレベル(あるいはハイレベル)の信号が連続して出力されると、実効周波数(スイッチング周波数)が低下したり、正負の信号で最大変調度が異なることにより、過大信号入力時に直流成分が生じてしまったりすることがあったが、第6クロック信号φ6をパルス幅変調信号PWM−OUTとして用いることにより、これらの問題点を解消することができる。 In addition, when a low level (or high level) signal is continuously output as the pulse width modulation signal PWM-OUT, the effective frequency (switching frequency) decreases or the maximum modulation degree differs between positive and negative signals. In some cases, a DC component may be generated when an excessive signal is input. However, these problems can be solved by using the sixth clock signal φ6 as the pulse width modulation signal PWM-OUT.
ところで、図2に示したパルス幅変調回路1においては、それを実際に用いる場合、回路上においてオフセット成分が生じることがある。例えば、パルス幅変調回路1においては、充電用バイアス電流Ib1及び放電用バイアス電流Ib2の値(ここでは、放電用バイアス電流Ib2が充電用バイアス電流Ib1に対して個別に設定可能とする。)、第1及び第2積分用コンデンサC1,C2のコンデンサ容量の値、第1及び第2比較回路19,20の基準電圧Vrefの値、並びに各クロック信号φ1〜φ6のクロック周期等は、全ての値において多少のばらつきを有する。そのため、同一の設計でパルス幅変調回路1を作製しても、実際の回路においては、これらのばらつきによって個々に異なるオフセット成分を生じることになる。したがって、パルス幅変調回路1においては、上記いずれかのばらつきを有する値を可変するようにして、オフセットの調整機能を備えることが望ましいとされる。
Incidentally, in the pulse
ここで、パルス幅変調回路1において変調度mを求めてみると、充電用バイアス電流をIb1、放電用バイアス電流をIb2、第1積分用コンデンサC1のコンデンサ容量をC1、第2積分用コンデンサC2のコンデンサ容量をC2、第1比較回路19の基準電圧をVref1、第2比較回路20の基準電圧をVref2、第1積分用コンデンサC1による充電期間(第2積分用コンデンサC2の放電期間に相当)をT1、第2積分用コンデンサC2による充電期間(第1積分用コンデンサC1の放電期間に相当)をT2、第1積分用コンデンサC1の放電が開始されてから第1積分用コンデンサC1の電圧が基準電圧Vref1まで低下する期間をt1、第2積分用コンデンサC2の放電が開始されてから第2積分用コンデンサC2の電圧が基準電圧Vref2まで低下する期間をt2とすると、期間t1及び期間t2は、次式で表される。
Here, when we seek modulation m in the pulse
このとき、変調度mは、次式で表される。 At this time, the modulation degree m is expressed by the following equation.
上式において、T1+T2=2Tとおくと、変調度mは、次式に変形される。 In the above equation, if T1 + T2 = 2T, the degree of modulation m is transformed into the following equation.
ここで、変調度mがオーディオ信号eSのみに比例するようにするためには、すなわち、オフセット成分を生じないようにするためには、上式の右辺第1項及び第2項の値が等しくなる必要がある。右辺第1項及び第2項を、充電用バイアス電流Ib1について整理すると、次式になる。 Here, in order to make the modulation degree m proportional to only the audio signal e S , that is, in order not to generate an offset component, the values of the first term and the second term on the right side of the above equation are set. Need to be equal. When the first term and the second term on the right side are arranged for the charging bias current Ib1, the following equation is obtained.
このとき、変調度mは、次式となる。 At this time, the modulation degree m is expressed by the following equation.
数式4に示すオフセットをゼロとするための関係式において、充電用バイアス電流Ib1、放電用バイアス電流Ib2、第1積分用コンデンサC1のコンデンサ容量C1、第2積分用コンデンサC2のコンデンサ容量C2、第1比較回路19の基準電圧Vref1、第2比較回路20の基準電圧Vref2、並びに第1積分用コンデンサC1による充電期間T1及び第2積分用コンデンサC2による充電期間T2の和Tのいずれかが変化してもオフセットは変化する。そのため、これらの定数のうちのいずれか一つ、あるいは一つ以上を可変させることによってオフセットの調整を行うことができる。パルス幅変調回路1においては、回路構成上、電流を可変することが最も容易であるので、通常は、充電用バイアス電流Ib1や放電用バイアス電流Ib2を調整することによりオフセット調整を行うことが一般的である。
In relation to the offset shown in equation 4 to zero, charging bias currents Ib1, the discharging bias current Ib2, capacitance C 1 of the first integration capacitor C1, the capacitor capacitance C 2 of the second integration capacitor C2 Any one of the reference voltage Vref1 of the
例えば、図8は、オフセット調整を行うことができる充電用バイアス電流源12及び放電用バイアス電流源16の詳細回路図である。図8に示す充電用バイアス電流源12及び放電用バイアス電流源16は、2つのトランジスタQa,Qb、2つのトランジスタQa′,Qb′をそれぞれ有する第1及び第2カレントミラー回路を備え、充電用及び放電用バイアス電流Ib1,Ib2をそれぞれ独立に可変することができるものである。
For example, FIG. 8 is a detailed circuit diagram of the charging bias
第1カレントミラー回路の2つのトランジスタQa,Qbには、正の電源電圧+Vaが接続され、トランジスタQbには、トランジスタQdを介してA端子が接続され、A端子には図2に示す加算回路13が接続される。第2カレントミラー回路の2つのトランジスタQa′,Qb′には、負の電源電圧−Vaが接続され、トランジスタQb′には、トランジスタQd′を介してB端子が接続され、B端子には図2に示す第3及び第4スイッチSW3,SW4が接続される。第1カレントミラー回路のトランジスタQa、第2カレントミラー回路のトランジスタQa′は、直列接続された2つの可変抵抗(半固定抵抗)VR1,VR2を介して接続され、可変抵抗VR2には、所定の電源電圧Vcが接続されている。 A positive power supply voltage + Va is connected to the two transistors Qa and Qb of the first current mirror circuit, the A terminal is connected to the transistor Qb via the transistor Qd, and the addition circuit shown in FIG. 2 is connected to the A terminal. 13 is connected. The negative power supply voltage −Va is connected to the two transistors Qa ′ and Qb ′ of the second current mirror circuit, the B terminal is connected to the transistor Qb ′ via the transistor Qd ′, and the B terminal is shown in FIG. The third and fourth switches SW3 and SW4 shown in Fig. 2 are connected. The transistor Qa of the first current mirror circuit and the transistor Qa ′ of the second current mirror circuit are connected via two variable resistors (semi-fixed resistors) VR1 and VR2 connected in series, and the variable resistor VR2 has a predetermined resistance. A power supply voltage Vc is connected.
図8に示す充電用バイアス電流源12及び放電用バイアス電流源16では、可変抵抗VR1によって充電用バイアス電流Ib1が、可変抵抗VR2によって放電用バイアス電流Ib2がそれぞれ手動で調整されてパルス幅変調回路1のオフセット成分を取り除くことができる。しかしながら、2つの可変抵抗VR1,VR2を用いて行うオフセット調整方法は、可変抵抗VR1,VR2を交互にかつ微調整を繰り返しながら、最終的にオフセット成分を取り除くものであるので、一般に調整が困難であるといった欠点がある。また、これらのオフセット調整方法では、初期状態におけるオフセット成分を除去することができる。しかしながら、温度変化があったり、経時的に各定数が変化したりすると、微妙にオフセット成分自体も変化するので、上記オフセット調整方法では、その温度又は経時ドリフトにおけるオフセット成分の変化に対応できないといった欠点も有する。
In the charging bias
そこで、本第1実施形態においては、図9に示すように、パルス幅変調信号PWM−OUTの平均電圧を検出し、この平均電圧をパルス幅変調回路1に負帰還することによって、オフセット成分を自動的に除去するようにしている。
Therefore, in the first embodiment, as shown in FIG. 9, the average voltage of the pulse width modulation signal PWM-OUT is detected, and this average voltage is negatively fed back to the pulse
図9は、オフセット成分を除去するために構成されたスイッチングアンプを示す構成図である。このスイッチングアンプでは、図1に示したスイッチングアンプを基本にして平均電圧検出回路27が追加された構成とされている。なお、図9に示すスイッチングアンプでは、オーディオ信号変換回路11、充電用バイアス電流源12、放電用バイアス電流源16は、パルス幅変調回路1とは分離されて記載されている。
FIG. 9 is a block diagram showing a switching amplifier configured to remove the offset component. In this switching amplifier, an average
平均電圧検出回路27は、パルス幅変調信号PWM−OUTの平均電圧を検出してそれをパルス幅変調回路1の前段の充電用バイアス電流源12に負帰還して入力するものである。平均電圧検出回路27は、その入力がローパスフィルタ回路3のコイルL0及びコンデンサC0の接続点に接続され、平均電圧検出回路27には、ローパスフィルタ回路3によって、スイッチング回路2から出力される出力信号の高周波成分が除去された出力電圧(負荷RLに供給される出力電圧)が入力される。平均電圧検出回路27の出力は、充電用バイアス電流源12に接続され、ローパスフィルタ回路3の出力信号の平均電圧Vco(直流成分)が出力される。
The average
なお、平均電圧検出回路27には、図9の点線L1,L2で示すように、スイッチング回路2から出力される出力信号(ローパスフィルタ回路3によって高周波成分が除去される前の出力信号)が入力されてもよく、あるいはパルス幅変調回路1から出力されるパルス幅変調信号PWM−OUTが入力されてもよい。
The average
図10は、平均電圧検出回路27の詳細回路図であり、(a)は基本回路を示し、(b)は出力を反転させる場合の変形回路を示す。図10(a)の平均電圧検出回路27は、オペアンプOP1が用いられ、オペアンプOP1の負側入力端子には、電流制限用抵抗R1を介して入力信号(例えばローパスフィルタ回路3からの出力電圧)が入力される。オペアンプOP1の正側入力端子には、所定の基準電圧Vref3が入力される。
FIG. 10 is a detailed circuit diagram of the average
なお、基準電圧Vref3としては、平均電圧検出回路27への入力がローパスフィルタ回路3からの出力又はスイッチング回路2からの出力である場合には、グランド電位(0V)が採用されることが望ましい。また、平均電圧検出回路27の入力がパルス幅変調信号PWM−OUTである場合には、パルス幅変調信号PWM−OUTの振幅の1/2の電圧値が採用されることが望ましい。
As the reference voltage Vref3, when the input to the average
オペアンプOP1の負側入力端子及び出力端子には、抵抗R2及びコンデンサCaがそれぞれ並列に接続されている。抵抗R2は、直流成分のループ利得の制限用である。すなわち、平均電圧検出回路27の利得は、通常、信号帯域(通常は20Hz〜20kHz)に対して直流領域及び超低域において十分大きくなるように設計されることが望ましく、具体的には、オフセット電圧に対してはループ利得が大きく、信号帯域に対してはループ利得が小さくなる(例えば1以下)ようにする。これにより、オーディオ信号eSに影響を与えず、オフセット成分のみを改善することができる。
A resistor R2 and a capacitor Ca are connected in parallel to the negative input terminal and output terminal of the operational amplifier OP1, respectively. The resistor R2 is for limiting the loop gain of the DC component. That is, it is desirable that the gain of the average
ただし、超低域成分を有するオーディオ信号eSが入力される場合、結果的にオーディオ信号eSに対して利得を減少させることになるが、この負帰還によるオーディオ信号eSに対する低域カットオフ周波数は、例えば10Hz未満、通常は数Hz程度になるように、抵抗R2、コンデンサCaの値を選定することが好ましい。 However, if the audio signal e S having ultra low frequency component is input, consequently it would reduce the gain for the audio signal e S, the low frequency cut-off for the audio signal e S by this negative feedback The values of the resistor R2 and the capacitor Ca are preferably selected so that the frequency is, for example, less than 10 Hz, usually about several Hz.
平均電圧検出回路27は、これに接続される充電用バイアス電流源12の回路構成の都合により、反転したレベルの信号の入力が必要な場合には、図10(b)に示すように、オペアンプOP2で構成される反転回路が付加される構成であってもよい。
When the average
また、図11は、平均電圧検出回路27の変形例を示す詳細回路図であり、(a)は基本回路を示し、(b)は出力を反転させる場合の変形回路を示す。図11に示す平均電圧検出回路27′は、CMOSインバータI1が用いられ、平均電圧検出回路27′では、パルス幅変調回路1から出力されるパルス幅変調信号PWM−OUTが入力される場合のみに用いられる。CMOSインバータI1の閾値電圧は、通常、供給される電源電圧の1/2であるので、平均電圧検出回路27′では、パルス幅変調信号PWM−OUTを出力するCMOSゲート(図略)と同じ電源を用いることによって、パルス幅変調信号PWM−OUTの平均電圧VcoとCOMSインバータI1の閾値電圧との差に比例した出力電圧が発生される。この出力電圧によって充電用バイアス電流源12に流れる電流値を制御するようにしている。
FIG. 11 is a detailed circuit diagram showing a modified example of the average
なお、平均電圧検出回路27′に接続される充電用バイアス電流源12の回路構成の都合により、反転したレベルの信号の入力が必要な場合には、平均電圧検出回路27′は、図11(b)に示すように、CMOSインバータI2で構成される反転回路が付加される構成であってもよい。
Note that the average
図12は、図9のスイッチングアンプに適用される充電用バイアス電流源12及び放電用バイアス電流源16の詳細回路図である。充電用バイアス電流源12は、2つのトランジスタQa,Qbからなるカレントミラー回路によって構成されている。すなわち、充電用バイアス電流源12は、図8に示した第1カレントミラー回路と略同様の構成とされ、トランジスタQaに平均電圧検出回路27が接続され、平均電圧Vcoが入力される。また、放電用バイアス電流源16も、図8に示した第2カレントミラー回路と略同様の構成とされる。
12 is a detailed circuit diagram of the charging bias
上記構成によれば、可変抵抗VR1を手動によって放電用バイアス電流Ib2を所定の電流値(設計値)に設定するようにすれば、充電用バイアス電流Ib1は、自動的に放電用バイアス電流Ib2の値に応じて常にオフセットゼロになるように自動調整される。なお、回路定数の精度が高ければ、可変抵抗VR1による手動調整は不要である。 According to the above configuration, if the variable resistor VR1 is manually set to the discharge bias current Ib2 to a predetermined current value (design value), the charge bias current Ib1 is automatically set to the discharge bias current Ib2. It is automatically adjusted so that the offset is always zero according to the value. If the accuracy of the circuit constant is high, manual adjustment with the variable resistor VR1 is unnecessary.
図13は、充電用バイアス電流源12及び放電用バイアス電流源16の変形例を示す詳細回路図である。この回路では、充電用バイアス電流源12及び放電用バイアス電流源16が一体的に構成されており、第1カレントミラー回路のトランジスタQa、第2カレントミラー回路のトランジスタQa′が、可変抵抗VR1を介して接続されているとともに、可変抵抗VR1に平均電圧検出回路27が並列接続された構成とされている。
FIG. 13 is a detailed circuit diagram showing a modification of the charging bias
上記構成によれば、可変抵抗VR1によって充電用及び放電用バイアス電流Ib1,Ib2を粗調整するようにすれば、オフセットゼロとなるように充電用及び放電用バイアス電流Ib1,Ib2の配分が自動で調整されるようになっている。なお、この場合、平均電圧検出回路27に接続される抵抗Rb′の抵抗値は、可変抵抗VR1に接続される抵抗Rfの抵抗値より十分大きくなるように設計されることが望ましい。
According to the above configuration, if the charging and discharging bias currents Ib1 and Ib2 are roughly adjusted by the variable resistor VR1, the distribution of the charging and discharging bias currents Ib1 and Ib2 is automatically performed so that the offset becomes zero. It has come to be adjusted. In this case, it is desirable that the resistance value of the resistor Rb ′ connected to the average
このように、図12及び図13に示した充電用バイアス電流源12及び放電用バイアス電流源16を採用して、それらに平均電圧検出回路27からの平均電圧Vcoを入力することにより、パルス幅変調回路1におけるオフセット成分を適切に除去することができる。
As described above, the charging bias
ところで、スイッチングアンプのローパスフィルタ回路3を通過した後の出力電圧V0は、変調度をm、第1電源4及び第2電源5が出力する正負の電源電圧を+EB,−EBとすると、V0=m・EBで表すことができる。そのため、このスイッチングアンプの電圧利得Aは、A=V0/eS=m・EB/eSで表すことができる。これにより、電圧利得Aは、第1電源4及び第2電源5の電源電圧+EB,−EBに直接比例することがわかる。換言すれば、このスイッチングアンプでは、電源電圧+EB,−EBが変動すれば、電圧利得Aも変化するといった欠点を有することになる。
By the way, the output voltage V0 after passing through the low-
図14は、図9に示したスイッチングアンプの変形例を示す構成図である。このスイッチングアンプでは、図9に示した平均電圧検出回路27に加え、電源電圧+EB,−EBを電流に変換するための電圧電流変換回路28と、電圧電流変換回路28で変換された電流に基づいて充電用バイアス電流を生成するためのバイアス電流生成回路29とが採用されており、これらの回路によって電源電圧+EB,−EBの変動がスイッチングアンプの電圧利得Aに影響を及ぼすことを抑制するようにしている。
FIG. 14 is a configuration diagram showing a modification of the switching amplifier shown in FIG. In this switching amplifier, in addition to the average
電圧電流変換回路28は、電源電圧+EB,−EBに放電用バイアス電流Ib2を比例させるための回路である。すなわち、上述した数式5を参照すると、このパルス幅変調回路1における変調度mは、放電用バイアス電流Ib2に反比例していることがわかる。したがって、放電用バイアス電流Ib2を電源電圧EBに比例させるようにすれば、第1電源4及び第2電源5の電源電圧+EB,−EBが変動しても、それに応じて電圧利得Aは変化しないようになる。このことを、数式で表すと、Ib2=G′・EBであり、G′は変換コンダクタンスを示す。
The voltage /
ここで、オフセットゼロのための条件式である数式4を参照すると、数式4は充電用バイアス電流Ib1を表すものであるが、その右辺第2項には、放電用バイアス電流Ib2(=G′・EB)が含まれている。そのため、電源電圧+EB,−EBが変動すると、放電用バイアス電流Ib2も変化するが、充電用バイアス電流Ib1が変化しないままであると、数式4のオフセットをゼロとする条件を満足できなくなり、新たなオフセット成分が生じてしまうことになる。 Here, referring to Expression 4 which is a conditional expression for zero offset, Expression 4 represents the charging bias current Ib1, and in the second term on the right side, the discharging bias current Ib2 (= G ′ -E B ) is included. Therefore, when the power supply voltages + E B and −E B change, the discharging bias current Ib2 also changes. However, if the charging bias current Ib1 remains unchanged, the condition for setting the offset of Equation 4 to zero cannot be satisfied. Therefore, a new offset component is generated.
電源電圧+EB,−EBの変動は、商用交流電源自体の変動、整流後に生じるリップル、及び負荷電流による電圧降下等、種々の原因によるものであり、種々の周波数成分を有している。平均電圧検出回路27による平均電圧の負帰還によるオフセット調整では、時定数が秒単位であるために、電源電圧+EB,−EBの変動に応答しきれない。そこで、本実施形態においては、放電用バイアス電流Ib2の変化に対してオフセットのゼロを保持するために、放電用バイアス電流Ib2の変化電流の1/2に相当する電流を、充電用バイアス電流Ib1においても変化させるようにしている。
Supply voltage + E B, variation of -E B, the variation of the commercial AC power source itself, ripple occurs rectified, and the voltage drop due the load current is due to a variety of causes, has various frequency components. In the offset adjustment based on the negative feedback of the average voltage by the average
バイアス電流生成回路29は、放電用バイアス電流Ib2の1/2の電流に基づいて、充電用バイアス電流Ib1を生成するための回路である。すなわち、数式4を再び参照すると、数式4の右辺第1項は、電源電圧+EB,−EBの変動に依存しない回路定数によって定まる固定値Ib0に相当する。一方、右辺第2項は、電源電圧+EB,−EBの変動に依存する放電用バイアス電流Ib2で定まる値に相当する。そのため、右辺第1項であるオフセットを調整するための固定値Ib0に対して、右辺第2項である電源電圧+EB,−EBに比例した放電用バイアス電流Ib2の1/2の電流を加算した値を、充電用バイアス電流Ib1とすれば、電源電圧+EB,−EBの変動に応じて放電用バイアス電流Ib2が変化しても、固定値Ib0のみを変化させることができ、電圧利得Aを変化させることがなく、かつ新たなオフセット成分が生じてしまうことを抑制してそのオフセット成分によるドリフトも抑制することができる。
The bias
図15は、電圧電流変換回路28及びバイアス電流生成回路29の一例を示す詳細回路図である。電圧電流変換回路28では、複数のトランジスタQn1〜Qn4を用い、それらに2つのトランジスタQn5,Qn6によって構成されるカレントミラー回路を組み合わせることによって、放電用バイアス電流Ib2、及び放電用バイアス電流Ib2の1/2の電流(Ib2/2)を生成している。また、複数のトランジスタQn1〜Qn4に電源電圧+EB,−EBを供給することにより、電源電圧+EB,−EBに放電用バイアス電流Ib2を比例させる関係を構築している。
FIG. 15 is a detailed circuit diagram showing an example of the voltage /
また、バイアス電流生成回路29では、固定値Ib0に放電用バイアス電流Ib2の1/2の電流(Ib2/2)を加算し、充電用バイアス電流Ib1として出力するとともに、固定値Ib0は平均電圧検出回路27によって調整されるよう構成されている。
In addition, the bias
図16は、電圧電流変換回路28及びバイアス電流生成回路29の他の一例を示す詳細回路図であり、この回路でも、図15に示す回路と同様の作用を有する。すなわち、これらの回路を用いることにより、電源電圧+EB,−EBの変動によってスイッチングアンプの電圧利得Aが影響されることを防止することができるとともに、その処置を行うことによる新たなオフセット成分を除去することができる。
FIG. 16 is a detailed circuit diagram showing another example of the voltage-
<第2実施形態>
図17は、本願発明の第2実施形態に係るパルス幅変調回路の構成を示すブロック回路図である。この第2実施形態のパルス幅変調回路30は、背景技術の欄で説明した図26に示すパルス幅変調回路80に対応するものであり、第1クロック信号φ1(又は第2クロック信号φ2)の半周期ごとに第1及び第2積分用コンデンサC1,C2を充電及び放電させていた第1実施形態のパルス幅変調回路1に対して、第1及び第2積分用コンデンサC1,C2が充電のみを行う点で第1実施形態と異なり、過大なオーディオ信号eSが入力される場合の対策が施されているものである。
Second Embodiment
FIG. 17 is a block circuit diagram showing a configuration of a pulse width modulation circuit according to the second embodiment of the present invention. The pulse
すなわち、このパルス幅変調回路30は、第1及び第2充電用バイアス電流源31,32と、オーディオ信号変換回路33と、クロック発生回路34と、スイッチ回路35と、インバータ回路36と、第3及び第4積分回路37,38と、第3及び第4比較回路39,40と、第3及び第4リセット回路41,42と、第1及び第2RSフリップフロップ回路43,44と、信号出力回路45とによって構成されている。
That is, the pulse
第1及び第2充電用バイアス電流源31,32は、所定の電源電圧Vaをバイアス電流Ibに変換して下流の第3及び第4積分回路37,38にそれぞれ供給するものである。第1及び第2充電用バイアス電流源31,32は、第1実施形態の構成とは異なり、スイッチ回路を介さずに直接的に第3及び第4積分回路37,38に接続されている。具体的には、第1充電用バイアス電流源31の出力(図17のA点参照)は、第3積分回路37に接続されており、第2充電用バイアス電流源32の出力(図17のB点参照)は、第4積分回路38に接続されている。したがって、第1及び第2充電用バイアス電流源31,32において生成されるバイアス電流Ibは、常時第3及び第4積分回路37,38にそれぞれ供給される。
The first and second charging bias
オーディオ信号変換回路33は、オーディオ信号発生源AU(図1参照)からパルス幅変調回路1に供給されるオーディオ信号eSを電圧−電流変換するための回路であり、この第2実施形態に係るオーディオ信号変換回路33においても、このオーディオ信号変換回路33から出力される電流は、G・eSで表すことができる。
The audio
クロック発生回路34は、第1実施形態に係るクロック発生回路15を変形したものであり、基準クロックとなる第1クロック信号φ1に基づいて、複数種類のクロック信号φ2,φ3,φ5〜φ9を生成し、それらをスイッチ回路35、第1及び第2リセット回路21,22、並びに信号出力回路23にそれぞれ出力するものである。
The
クロック発生回路34は、図18に示すように、クロック発生回路15から出力する第2、第3、第5及び第6クロック信号φ2,φ3,φ5,φ6に加え、第5クロック信号φ5を反転させた第7クロック信号φ7、第2クロック信号φ2と第4クロック信号φ4との論理和を表す第8クロック信号φ8、及び第3クロック信号と第4クロック信号φ4を反転させた信号との論理和を表す第9クロック信号φ9をそれぞれ出力するものである。
As shown in FIG. 18, the
クロック発生回路34は、図17に示すように、スイッチ回路35に接続され、スイッチ回路35に対して第2クロック信号φ2を出力する。クロック発生回路34は、第3及び第4リセット回路41,42に接続され、第3リセット回路41に対して第3、第5及び第8クロック信号φ3,φ5,φ8を、第4リセット回路42に対して第2、第5及び第9クロック信号φ2,φ5,φ9をそれぞれ出力する。また、クロック発生回路34は、第1及び第2RSフリップフロップ回路43,44に接続され、第1RSフリップフロップ回路43に第2クロック信号φ2を、第2RSフリップフロップ回路44に第3クロック信号φ3をそれぞれ出力する。また、クロック発生回路34は、信号出力回路45に接続され、第7クロック信号φ7を出力する。
As shown in FIG. 17, the
なお、クロック発生回路34は、パルス幅変調回路30の外部に設けられ、外部クロック信号として第2、第3、第5ないし第9クロック信号φ2,φ3,φ5〜φ9をそれぞれパルス幅変調回路30に与えるように構成されていてもよい。
The
クロック発生回路34は、図19に示すように、基準クロック発生回路24と、第1遅延回路25と、第1ないし第5NOT回路N1〜N5と、第2遅延回路26と、第1及び第2EX−OR回路EX1,EX2と、第4及び第5OR回路O4,O5とによって構成されている。
As shown in FIG. 19, the
クロック発生回路15との相違点について説明すると、第1EX−OR回路EX1の出力は、第3NOT回路N3によって反転されて第7クロック信号φ7として出力端子を介して外部に出力されている。第2遅延回路26の出力は、第4及び第5NOT回路N4,N5が直列接続され、第4OR回路O4の一方入力端子に接続されている。第4OR回路O4の他方入力端子には、第2NOT回路N2の出力である第2クロック信号φ2が入力され、両者の論理和が演算されて接続され、第8クロック信号φ8として出力端子を介して外部に出力される。第4NOT回路N4の出力は、第5OR回路O5の一方入力端子に接続されている。第5OR回路O5の他方入力端子には、第1NOT回路N1の出力である第3クロック信号φ3が入力され、両者の論理和が演算されて接続され、第9クロック信号φ9として出力端子を介して外部に出力される。
The difference from the
図17に戻り、スイッチ回路35は、クロック発生回路34からの第3クロック信号φ3によって切り替えられ、オーディオ信号変換回路33からの電流(G・eS)が第3積分回路37に供給される状態と、オーディオ信号変換回路33からの電流(G・eS)が第4積分回路38に供給される状態とを切り替えるものである。
Returning to FIG. 17, the
例えば、第3クロック信号φ3がハイレベルのとき、スイッチ回路35は、第3積分回路37側に切り替わり(図17におけるスイッチ回路35の状態参照)、これにより、オーディオ信号変換回路33からの電流(G・eS)は、第1充電用バイアス電流源31からのバイアス電流Ibと合成され、第3積分回路37に供給される。このとき、第2充電用バイアス電流源32からのバイアス電流Ibは、第4積分回路38に直接的に供給される。
For example, when the third clock signal φ3 is at a high level, the
一方、第3クロック信号φ3がローレベルになると、スイッチ回路35は、第4積分回路38側に切り替わり、これにより、オーディオ信号変換回路33からの電流(G・eS)は、第2充電用バイアス電流源32からのバイアス電流Ibと合成され、第4積分回路38に供給される。このとき、第1充電用バイアス電流源31からのバイアス電流Ibは、第3積分回路37に直接的に供給される。
On the other hand, when the third clock signal φ3 becomes low level, the
第3及び第4積分回路37,38は、第1実施形態に係る第1及び第2積分回路17,18と同様に積分用コンデンサによって構成され、第3積分用コンデンサC3及び第4積分用コンデンサC4をそれぞれ有している。第1実施形態に係る第1積分用コンデンサC1及び第2積分用コンデンサC2は、第1又は第2クロック信号φ1,φ2の半周期ごとに充電期間及び放電期間がそれぞれ設けられ、この充放電動作を半周期ごとに繰り返し行っていたが、この第2実施形態に係る第3積分用コンデンサC3及び第4積分用コンデンサC4は、後述するように、1周期において充電動作が継続して行われる。
The third and fourth integrating
第3及び第4比較回路39,40は、第1実施形態に係る第1及び第2比較回路19,20と、その構成及び機能は略同様であり、第3積分用コンデンサC3及び第4積分用コンデンサC4における電圧と、所定の基準電圧Vrefとを比較することにより、その出力においてパルス幅変調信号PWM−OUTのパルス幅を規定するための回路である。第3比較回路39の出力(図20のC点参照)は、第1RSフリップフロップ回路43のセット端子(S)に接続され、第4比較回路40の出力(図17のD点参照)は、第2RSフリップフロップ回路44のセット端子(S)に接続されている。
The third and
第3及び第4リセット回路41,42は、第3及び第4積分用コンデンサC3,C4がそれぞれ充電されている期間において、第3及び第4積分用コンデンサC3,C4における充電状態を強制的に終了させる(リセットする)ための回路である。第3リセット回路41は、第3NOR回路N3、第2AND回路A2、第1OR回路O1及び第7スイッチSW7からなり、第4リセット回路42は、第4NOR回路N4、第4AND回路A4、第2OR回路O2及び第8スイッチSW8からなる。
The third and
第3リセット回路41の第3NOR回路NR3は、その一方の入力端子が第1RSフリップフロップ回路43のQ(/)端子(図17のE点参照)に接続され、他方の入力端子がクロック発生回路34に接続されて第8クロック信号φ8が入力される。第2AND回路A2は、両入力端子がクロック発生回路34に接続されて第3クロック信号φ3及び第5クロック信号φ5がそれぞれ入力される。第3NOR回路NR3及び第2AND回路A2の出力端子同士は、第1OR回路O1の入力端子にそれぞれ接続されている。第1OR回路O1の出力端子(図17のI点参照)は、第7スイッチSW7に接続され、第1OR回路O1の出力は、第7スイッチSW7のオン、オフ動作を制御する。
The third NOR circuit NR3 of the third reset circuit 41 has one input terminal connected to the Q (/) terminal (see point E in FIG. 17) of the first RS flip-
一方、第4リセット回路42の第4NOR回路N4は、その一方の入力端子が第2RSフリップフロップ回路44のQ(/)端子(図17のF点参照)に接続され、他方の入力端子がクロック発生回路34に接続されて第9クロック信号φ9が入力される。第4AND回路A4は、両入力端子がクロック発生回路34に接続されて第2クロック信号φ2及び第5クロック信号φ5がそれぞれ入力される。第4NOR回路NR4及び第4AND回路A4の出力端子同士は、第2OR回路O2の入力端子にそれぞれ接続されている。第2OR回路O2の出力端子(図17のJ点参照)は、第8スイッチSW8に接続され、第2OR回路O2の出力は、第8スイッチSW8のオン、オフ動作を制御する。
On the other hand, the fourth NOR circuit N4 of the
第1RSフリップフロップ回路43は、第1比較回路39の出力を所定の期間保持するための回路である。第1RSフリップフロップ回路43は、第5及び第6NOR回路NR5,NR6が組み合わされて構成され、第1RSフリップフロップ回路43内では、第5及び第6NOR回路NR5,NR6の各出力端子が互いの一方の入力端子に接続されている。第5及び第6NOR回路NR5,NR6の他方の入力端子は、それぞれ抵抗R5,R6を介してグランド端子に接続され、通常、ローレベルに維持されている。
The first RS flip-
第5NOR回路NR5の他方の入力端子は、RSフリップフロップとしてセット信号(S)が入力される端子であり、第6NOR回路NR6の他方の入力端子は、RSフリップフロップとしてリセット信号(R)が入力される端子である。また、第5NOR回路NR5の出力端子は、RSフリップフロップのQ(/)端子に相当し、第6NOR回路NR6の出力端子は、RSフリップフロップのQ端子に相当する。 The other input terminal of the fifth NOR circuit NR5 is a terminal to which the set signal (S) is input as an RS flip-flop, and the other input terminal of the sixth NOR circuit NR6 is an input to the reset signal (R) as an RS flip-flop. Terminal. The output terminal of the fifth NOR circuit NR5 corresponds to the Q (/) terminal of the RS flip-flop, and the output terminal of the sixth NOR circuit NR6 corresponds to the Q terminal of the RS flip-flop.
第5NOR回路NR5の他方の入力端子は、第1比較回路39の出力端子に接続されており、第6NOR回路NR6の他方の入力端子は、クロック発生回路34に接続されて、第2クロック信号φ2が入力される。
The other input terminal of the fifth NOR circuit NR5 is connected to the output terminal of the
第2RSフリップフロップ回路44は、第2比較回路40の出力を所定の期間保持するための回路である。第2RSフリップフロップ回路44は、第7及び第8NOR回路NR7,NR8が組み合わされて構成され、第1RSフリップフロップ回路43と略同様の構成を有している。第8NOR回路NR8の他方の入力端子は、クロック発生回路34に接続されて、第3クロック信号φ3が入力される。
The second RS flip-
信号出力回路45は、第3OR回路O3及び第1NAND回路NA1によって構成され、第3OR回路O3の入力端子には、第1RSフリップフロップ回路43の第6NOR回路NR6の出力端子(Q端子)及び第2RSフリップフロップ回路44の第8NOR回路NR8の出力端子(Q端子)が接続されている。第3OR回路O3の出力端子は、第1NAND回路NA1の一方入力端子に接続され、他方の入力端子は、クロック発生回路34に接続されて第5クロック信号φ5が入力される。第1NAND回路NA1の出力端子は、パルス幅変調信号PWM−OUTが出力される。
The
次いで、上記パルス幅変調回路30における動作を以下に示すタイミングチャートを参照して説明する。まず、図20において、このパルス幅変調回路30が適正に動作する場合(オーディオ信号eSが負(0<G・eS<Ib/2)の場合)について説明し、次いで、図21においてオーディオ信号eSが負の過大信号である場合(G・eS≦−Ib/2)、図22においてオーディオ信号eSが正の過大信号である場合(G・eS≧Ib/2)について説明する。
Next, the operation of the pulse
図20における第1期間T1では、クロック発生回路34からの第2クロック信号φ2がハイレベルであり、これによってスイッチ回路35が第3積分回路37側に切り替えられる。そのため、第3積分回路37の第3積分用コンデンサC3には、第1充電用バイアス電流源31からのバイアス電流Ibと、オーディオ信号変換回路33からの電流(G・eS)とが合成された和電流(Ib+G・eS)が供給され、これにより、第3積分用コンデンサC3は充電される(A点波形参照)。
In the first period T1 in FIG. 20, the second clock signal φ2 from the
第1期間T1においては、スイッチ回路35が第3積分回路37側に切り替えられているため、第4積分回路38の第4積分用コンデンサC4には、第2充電用バイアス電流源32からのバイアス電流Ibが供給され、第4積分用コンデンサC4はこのバイアス電流Ibによって一定の充電量で充電される(B点波形参照)。
In the first period T1, since the
第4比較回路40において第4積分用コンデンサC4が充電されたことによる電圧が基準電圧Vrefに達すると、第4比較回路40の出力が瞬間的にローレベルからハイレベルになる(D点波形参照)。第4比較回路40の出力は、第2RSフリップフロップ回路44のセット端子(S)に入力されているため、第2RSフリップフロップ回路44のQ(/)端子は、ハイレベルからローレベルにセットされる。
When the voltage resulting from charging of the fourth integration capacitor C4 in the
第2RSフリップフロップ回路44のQ(/)端子は、第4リセット回路42の第4NOR回路N4の一方の入力端子に接続されており、第4NOR回路N4の他方の入力端子は、インバータ回路36によってローレベル(第3クロック信号φ3はハイレベル)が入力されているので、第4NOR回路N4の出力は、ローレベルからハイレベルになり(J点波形参照)、このリセット信号が第8スイッチSW8に出力される。
The Q (/) terminal of the second RS flip-
これにより、第8スイッチSW8がオフ動作からオン動作になり、第4積分用コンデンサC4に蓄えられていた電荷は、第8スイッチSW8を介してグランド端子に流れ、強制的にかつ一気に放電が行われる。 As a result, the eighth switch SW8 changes from the OFF operation to the ON operation, and the charge stored in the fourth integrating capacitor C4 flows to the ground terminal via the eighth switch SW8, and is discharged forcibly and at once. Is called.
第2RSフリップフロップ回路44のQ端子の出力(H点波形参照)は、第9NOR回路N9に入力され、パルス幅変調信号PWM−OUTとして出力される。
The output (refer to the waveform at point H) of the Q terminal of the second RS flip-
次いで、第2期間T2の期間では、クロック発生回路34からの第3クロック信号φ3がハイレベルからローレベルとなり、これによってスイッチ回路35が第4積分回路38側に切り替えられる。そのため、第4積分回路38の第4積分用コンデンサC4には、和電流(Ib+G・eS)が供給され、これにより、第4積分用コンデンサC4は充電される(B点波形参照)。
Next, in the period of the second period T2, the third clock signal φ3 from the
第2期間T2においては、スイッチ回路35が第4積分回路38側に切り替えられているため、第3積分回路37の第3積分用コンデンサC3には、第1充電用バイアス電流源31からのバイアス電流Ibのみが供給され、第3積分用コンデンサC3はこのバイアス電流Ibによって一定の充電量で充電される(A点波形参照)。
In the second period T2, since the
第2期間T2においては、第3比較回路39において第3積分用コンデンサC3が充電されたことによる電圧が基準電圧Vrefに達すると、第3比較回路39の出力が瞬間的にローレベルからハイレベルになる(C点波形参照)。第3比較回路39の出力は、第1RSフリップフロップ回路43のセット端子(S)に入力されるため、第1RSフリップフロップ回路43のQ(/)端子は、ハイレベルからローレベルにセットされる(E点波形参照)。
In the second period T2, when the voltage resulting from charging of the third integrating capacitor C3 in the
第1RSフリップフロップ回路43のQ(/)端子は、第3リセット回路41の第3NOR回路N3の一方の入力端子に接続されており、第3NOR回路N3の他方の入力端子は、クロック発生回路34からの第3クロック信号φ3(第2期間T2ではローレベル)が入力されているので、第3NOR回路N3の出力は、ローレベルからハイレベルになり(I点波形参照)、このリセット信号が第7スイッチSW7に出力される。
The Q (/) terminal of the first RS flip-
これにより、第7スイッチSW7がオフ動作からオン動作になり、第3積分用コンデンサC3に蓄えられていた電荷は、第7スイッチSW7を介してグランド端子に流れ、強制的にかつ一気に放電が行われる。 As a result, the seventh switch SW7 changes from the OFF operation to the ON operation, and the charge stored in the third integrating capacitor C3 flows to the ground terminal via the seventh switch SW7, and is discharged forcibly and at once. Is called.
第1RSフリップフロップ回路43のQ端子の出力(G点波形参照)は、第9NOR回路N9に入力され、パルス幅変調信号PWM−OUTとして出力される。 The output of the Q terminal of the first RS flip-flop circuit 43 (see waveform at point G) is input to the ninth NOR circuit N9 and output as the pulse width modulation signal PWM-OUT.
その後、第3期間T3では、第3クロック信号φ3が反転されるため、第3積分用コンデンサC3においてオーディオ信号eSの振幅に応じた充電が行われる一方、第4積分用コンデンサC4においてはバイアス電流Ibに応じた充電が行われる。以降、半周期が経過するごとに、第3クロック信号φ3が反転され、第3及び第4積分用コンデンサC3,C4がオーディオ信号eSの振幅に応じた充電及びバイアス電流Ibに応じた充電が交互に繰り返される。 Thereafter, in the third period T3, since the third clock signal φ3 is inverted, the third integration capacitor C3 is charged according to the amplitude of the audio signal e S , while the fourth integration capacitor C4 is biased. Charging according to the current Ib is performed. Thereafter, every time a half cycle elapses, the third clock signal φ3 is inverted, and the third and fourth integration capacitors C3 and C4 are charged according to the amplitude of the audio signal e S and charged according to the bias current Ib. Repeated alternately.
ここで、図21に示すように、オーディオ信号eSが負の過大信号である場合について説明する。第1期間T1においては、第3積分用コンデンサC3が和電流(G・eS+Ib)に基づいて充電され、第2期間T2においては、バイアス電流Ibに基づいて充電される。そして、第3積分用コンデンサC3の電圧が基準電圧Vrefに達するとリセットがかかる。従来の構成では、オーディオ信号eSが負の過大信号である場合には、第3積分用コンデンサC3における充電量が基準電圧Vrefに到達せず、そのままリセットがかからないまま第2期間T2が終了してしまい、電荷が残留した状態で次の第3期間T3に移行し、次の充電が行われることになってしまうことから、パルス幅変調信号PWM−OUTのパルス幅に誤差を与えてしまうといったことがあった。 Here, a case where the audio signal e S is a negative excessive signal as shown in FIG. 21 will be described. In the first period T1, the third integrating capacitor C3 is charged based on the sum current (G · e S + Ib), and in the second period T2, it is charged based on the bias current Ib. Then, when the voltage of the third integrating capacitor C3 reaches the reference voltage Vref, a reset is applied. In the conventional configuration, when the audio signal e S is a negative excessive signal, the charge amount in the third integrating capacitor C3 does not reach the reference voltage Vref, and the second period T2 ends without being reset as it is. Then, the charge shifts to the next third period T3 with the electric charge remaining, and the next charging is performed. Therefore, an error is given to the pulse width of the pulse width modulation signal PWM-OUT. There was a thing.
本実施形態では、第1期間T1の終了直前にオン出力する期間ΔTのパルス幅を有する第5クロック信号φ5によって、第4積分用コンデンサC4の残留電荷を強制的にリセットするようにしている。 In the present embodiment, the residual charge of the fourth integrating capacitor C4 is forcibly reset by the fifth clock signal φ5 having the pulse width of the period ΔT that is turned on immediately before the end of the first period T1.
第1期間T1において、第2クロック信号φ2がハイレベルであるので、スイッチ回路35は第3積分用コンデンサC3側に切り換えられ、これにより、和電流(G・eS+Ib)が第3積分用コンデンサC3に供給され、第3積分用コンデンサC3が充電される(A点波形参照)。このとき、オーディオ信号eSが負の過大信号であるので、A点における電圧波形は、マイナス側に傾く。
In the first period T1, since the second clock signal φ2 is at the high level, the
次いで、第2期間T2においては、第2クロック信号φ2がハイレベルからローレベルになるので、スイッチ回路35は第4積分用コンデンサC4側に切り換えられる。これにより、第3積分用コンデンサC3には、第1充電用バイアス電流源31からのバイアス電流Ibのみが供給され、第3積分用コンデンサC3はこのバイアス電流Ibによって一定の充電量で充電される(A点波形参照)。このとき、第1期間T1において第3積分用コンデンサC3に充電されていた電荷は、マイナス側に充電されていたため、第2期間T2が開始されるときには、マイナスの電圧から充電が開始される。
Next, in the second period T2, since the second clock signal φ2 changes from the high level to the low level, the
ここで、第2期間T2の終了直前に、第5クロック信号φ5のオン信号が第3リセット回路41の第2AND回路A2の一方入力端子に入力される。第2AND回路A2の他方入力端子には第3クロック信号φ3が入力されているので、両者の論理積の演算結果が第2AND回路A2から出力される。この出力信号は、第1OR回路O1を介して第7スイッチSW7にリセット信号として出力され、第7スイッチSW7をオン動作させる。 Here, immediately before the end of the second period T2, the ON signal of the fifth clock signal φ5 is input to one input terminal of the second AND circuit A2 of the third reset circuit 41. Since the third clock signal φ3 is input to the other input terminal of the second AND circuit A2, the operation result of the logical product of both is output from the second AND circuit A2. This output signal is output as a reset signal to the seventh switch SW7 via the first OR circuit O1 to turn on the seventh switch SW7.
この第7スイッチSW7のオン動作により、第3積分用コンデンサC3は即座にかつ強制的に放電される(リセットされる)。これにより、第3積分用コンデンサC3における残留電荷はなくなるので、次の第3期間T3においては、電荷0から充電が行われることになる。 As the seventh switch SW7 is turned on, the third integrating capacitor C3 is immediately and forcibly discharged (reset). As a result, the residual charge in the third integrating capacitor C3 disappears, and charging is performed from the charge 0 in the next third period T3.
信号出力回路45の第3OR回路O3には、第1RSフリップフロップ回路43のQ端子と、第2RSフリップフロップ回路44のQ端子と、第6クロック信号φ6との各出力が入力される。第1RSフリップフロップ回路43のQ端子の出力は、ローレベルが維持される(G点波形参照)が、第6クロック信号φ6によって続く第3期間T3の開始直後においてオン信号が入力され、それが第1NAND回路NA1で反転されて、そのままパルス幅変調信号PWM−OUTとして出力される。
The outputs of the Q terminal of the first RS flip-
一方、第4積分用コンデンサC4について説明すると、第2期間T2において、スイッチ回路35は第4積分用コンデンサC4側に切り換えられ、これにより、和電流(G・eS+Ib)が第4積分用コンデンサC4に供給され、第4積分用コンデンサC4が充電される(B点波形参照)。そして、次の第3期間T3において、第2充電用バイアス電流源32からのバイアス電流Ibのみが供給され、一定の充電量で充電されるのであるが、第3期間T3の終了直前では、第5クロック信号φ5によって第8スイッチSW8がオン動作されるので、第4積分用コンデンサC4が強制的に放電される。
On the other hand, the fourth integration capacitor C4 will be described. In the second period T2, the
このように、第5クロック信号φ5の各期間Tnの終了直前にオン出力されるオン信号は、第3及び第4積分用コンデンサC3,C4を強制的にリセットさせることにより、次の期間における各コンデンサC3,C4の電荷を0にする機能を有する。したがって、従来の構成のように、電荷がマイナス側に残留した状態で次の期間において充電が行われることが防止することができる。 As described above, the ON signal output immediately before the end of each period Tn of the fifth clock signal φ5 is generated by forcibly resetting the third and fourth integration capacitors C3 and C4. The capacitor C3, C4 has a function of setting the electric charge to zero. Therefore, it is possible to prevent charging in the next period with the charge remaining on the minus side as in the conventional configuration.
また、オーディオ信号eSが負の過大信号である場合(G・eS≦−Ib/2)には、第6クロック信号φ6をパルス幅変調信号PWM−OUTとして用いることにより、オーディオ信号eSが負の過大信号であるときのパルス幅変調信号PWM−OUTを強制的に生成するようにしている。これにより、次の期間において正確にパルス幅変調することができる。
Further, when the audio signal e S is a negative excessive signal (G · e S ≦ −Ib / 2), the audio signal e S is used by using the sixth
次に、図22を参照して、オーディオ信号eSが正の過大信号である場合について説明する。第1期間T1においては、第3積分用コンデンサC3が充電されるが、オーディオ信号eSが正の過大信号であるため、本来、到達しない基準電圧Vrefを超えて第3積分用コンデンサC3が充電される。ここで、第8クロック信号φ8がハイレベルからローレベルに反転したとき、第7スイッチSW7はオン動作されて、第3積分用コンデンサC3にリセットがかかり、第3積分用コンデンサC3は瞬時に放電される。 Next, with reference to FIG. 22, the case where the audio signal e S is a positive excessive signal will be described. In the first period T1, the third integration capacitor C3 is charged. However, since the audio signal e S is a positive excessive signal, the third integration capacitor C3 is charged exceeding the reference voltage Vref that is not reached. Is done. Here, when the eighth clock signal φ8 is inverted from the high level to the low level, the seventh switch SW7 is turned on, the third integrating capacitor C3 is reset, and the third integrating capacitor C3 is instantaneously discharged. Is done.
第3積分用コンデンサC3は、第8クロック信号φ8がローレベルからハイローレベルに反転するまで、第7スイッチSW7がオン動作を継続するので、リセット状態が維持される。つまり、第8クロック信号φ8がローレベルのときには、第3積分用コンデンサC3は充電が禁止される。同様に、第4積分用コンデンサC4は、第9クロック信号φ9がローレベルのときには、充電が禁止され、放電が行われる。 Since the seventh switch SW7 continues the on operation until the eighth clock signal φ8 is inverted from the low level to the high-low level, the third integration capacitor C3 is maintained in the reset state. That is, when the eighth clock signal φ8 is at a low level, charging of the third integrating capacitor C3 is prohibited. Similarly, the fourth integration capacitor C4 is prohibited from being charged and discharged when the ninth clock signal φ9 is at a low level.
信号出力回路45では、第1NAND回路NA1に第5クロック信号φ5の反転信号である第7クロック信号φ7が入力されており、この第7クロック信号φ7がパルス幅変調信号PWM−OUTとして出力される。
In the
このように、第8及び第9クロック信号φ8によって、第3及び第4積分用コンデンサC3,C4を強制的にリセットさせることにより、次の期間における各コンデンサC3,C4の電荷を0にすることができる。したがって、従来の構成のように、電荷がマイナス側に残留した状態で次の期間において充電が行われることが防止することができる。 As described above, the third and fourth integration capacitors C3 and C4 are forcibly reset by the eighth and ninth clock signals φ8, thereby reducing the charges of the capacitors C3 and C4 in the next period to zero. Can do. Therefore, it is possible to prevent charging in the next period with the charge remaining on the minus side as in the conventional configuration.
また、オーディオ信号eSが正の過大信号である場合(G・eS≦−Ib/2)には、第7クロック信号φ7をパルス幅変調信号PWM−OUTとして用いることにより、オーディオ信号eSが正の過大信号であるときのパルス幅変調信号PWM−OUTを強制的に生成するようにしている。これにより、次の期間において正確にパルス幅変調することができる。 When the audio signal e S is a positive excessive signal (G · e S ≦ −Ib / 2), the audio signal e S is used by using the seventh clock signal φ7 as the pulse width modulation signal PWM-OUT. The pulse width modulation signal PWM-OUT when is a positive excessive signal is forcibly generated. Thereby, the pulse width can be accurately modulated in the next period.
なお、この第2実施形態に係るパルス幅変調回路30においても、第1実施形態に係るパルス幅変調回路1において問題点とされたオフセット成分が生じるため、第1実施形態で示した平均電圧検出回路27を適用するようにして、オフセット成分を除去するようにしてもよい。また、電源電圧+EB,−EBに放電用バイアス電流Ib2を比例させるための電圧電流変換回路28及びバイアス電流生成回路29等を適用させて、電源電圧+EB,−EBの変動に対する影響を抑制するようにしてもよい。
Note that, also in the pulse
もちろん、この発明の範囲は上述した実施の形態に限定されるものではなく、第1及び第2実施形態に示した回路構成は一例であり、同等の機能を有するものであれば、種々の回路を適用することができる。 Of course, the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the circuit configurations shown in the first and second embodiments are examples, and various circuits can be used as long as they have equivalent functions. Can be applied.
1 パルス幅変調回路
2 スイッチング回路
3 ローパスフィルタ回路
4 第1電源
5 第2電源
11 オーディオ信号変換回路
12 充電用バイアス電流源
13 電流加算回路
14 スイッチ回路
15 クロック発生回路
16 放電用バイアス電流源
17 第1積分回路
18 第2積分回路
19 第1比較回路
20 第2比較回路
21 第1リセット回路
22 第2リセット回路
23 信号出力回路
30 パルス幅変調回路
31 第1充電用バイアス電流源
32 第2充電用バイアス電流源
33 オーディオ信号変換回路
34 クロック発生回路
35 スイッチ回路
37 第3積分回路
38 第4積分回路
39 第3比較回路
40 第4比較回路
41 第3リセット回路
42 第4リセット回路
43 第1RSフリップフロップ回路
44 第2RSフリップフロップ回路
45 信号出力回路
C1 第1積分用コンデンサ
C2 第2積分用コンデンサ
AU オーディオ発生源
eS オーディオ信号
Ib バイアス電流
T1 第1期間
T2 第2期間
T3 第3期間
Vref 基準電圧
φ1 第1クロック信号
φ2 第2クロック信号
φ3 第3クロック信号
φ4 第4クロック信号
φ5 第5クロック信号
φ6 第6クロック信号
φ7 第7クロック信号
φ8 第8クロック信号
φ9 第9クロック信号
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記第2期間が開始されてから前記第1積分回路における電圧が所定の基準電圧に到達するまでの時間を検出する第1検出回路と、
前記第3期間が開始されてから前記第2積分回路における電圧が所定の基準電圧に到達するまでの時間を検出する第2検出回路と、
前記第1検出回路及び第2検出回路が前記クロック信号の半周期ごとに交互に繰り返し出力する、前記第1検出回路で検出された時間及び前記第2検出回路で検出された時間に基づいてパルス幅を生成するパルス幅生成回路と、を備えたパルス幅変調回路であって、
前記各期間が切り替わる直前において出力される第1パルス信号を生成するパルス生成回路と、
前記入力信号が過大な場合であって、前記第2期間において前記第1積分回路における電圧が所定の基準電圧に到達しないとき、前記パルス生成回路によって生成された前記第1パルス信号に基づいて前記第1積分回路において充電された電圧を強制的に放電させるとともに、前記入力信号が過大な場合であって、前記第3期間において前記第2積分回路における電圧が所定の基準電圧に到達しないとき、前記パルス生成回路によって生成された前記第1パルス信号に基づいて前記第2積分回路において充電された電圧を強制的に放電させる放電制御回路と、
を備えることを特徴とする、パルス幅変調回路。 In a first period that is a half cycle of a predetermined clock signal, the first integration circuit is charged based on a current based on an input signal, and in a second period following the first period that is shifted from the first period by a half cycle. The charging voltage accumulated in the first integrating circuit is changed based on a constant bias current, and a second integrating circuit different from the first integrating circuit is changed based on the current based on the input signal in the second period. An integration control circuit for charging and changing a charging voltage accumulated in the second integration circuit based on a constant bias current in a third period following the second period;
A first detection circuit for detecting a time from when the second period starts until the voltage in the first integration circuit reaches a predetermined reference voltage;
A second detection circuit that detects a time from when the third period starts until the voltage in the second integration circuit reaches a predetermined reference voltage;
A pulse based on the time detected by the first detection circuit and the time detected by the second detection circuit, which the first detection circuit and the second detection circuit repeatedly output alternately every half cycle of the clock signal. A pulse width modulation circuit comprising a pulse width generation circuit for generating a width,
A pulse generation circuit that generates a first pulse signal that is output immediately before each period is switched;
When the input signal is excessive and the voltage in the first integration circuit does not reach a predetermined reference voltage in the second period, the input signal is generated based on the first pulse signal generated by the pulse generation circuit. When the voltage charged in the first integration circuit is forcibly discharged and the input signal is excessive, and the voltage in the second integration circuit does not reach a predetermined reference voltage in the third period, A discharge control circuit for forcibly discharging the voltage charged in the second integration circuit based on the first pulse signal generated by the pulse generation circuit;
A pulse width modulation circuit comprising:
前記各期間が切り替わる直後において出力される第2パルス信号をさらに生成するものであり、
前記パルス幅生成回路は、
前記入力信号が過大な場合であって、前記第2期間において前記第1積分回路における電圧が所定の基準電圧に到達しないとき、前記パルス生成回路によって生成された前記第2パルス信号をパルス幅変調信号として出力させるとともに、前記入力信号が過大な場合であって、前記第3期間において前記第2積分回路における電圧が所定の基準電圧に到達しないとき、前記パルス生成回路によって生成された前記第2パルス信号をパルス幅変調信号として出力させる、請求項1に記載のパルス幅変調回路。 The pulse generation circuit includes:
A second pulse signal that is output immediately after each period is switched,
The pulse width generation circuit includes:
When the input signal is excessive and the voltage in the first integration circuit does not reach a predetermined reference voltage in the second period, the second pulse signal generated by the pulse generation circuit is subjected to pulse width modulation. The second signal generated by the pulse generation circuit when the input signal is excessive and the voltage in the second integration circuit does not reach a predetermined reference voltage in the third period. The pulse width modulation circuit according to claim 1, wherein the pulse signal is output as a pulse width modulation signal.
前記第2期間において前記第1積分回路に蓄積された充電電圧と、所定の基準電圧とを比較する第1比較回路を備え、
前記第2検出回路は、
前記第3期間において前記第2積分回路に蓄積された充電電圧と、所定の基準電圧とを比較する第2比較回路を備え、
前記放電制御回路は、
前記第1比較回路の出力又は前記第1パルス信号に基づいて前記第1積分回路において蓄積された充電電圧を強制的に放電させる第1放電回路と、
前記第2比較回路の出力又は前記第1パルス信号に基づいて前記第2積分回路において蓄積された充電電圧を強制的に放電させる第2放電回路とを、
備える、請求項1又は2に記載のパルス幅変調回路。 The first detection circuit includes:
A first comparison circuit that compares the charging voltage accumulated in the first integration circuit in the second period with a predetermined reference voltage;
The second detection circuit includes:
A second comparison circuit that compares the charging voltage accumulated in the second integration circuit in the third period with a predetermined reference voltage;
The discharge control circuit includes:
A first discharge circuit for forcibly discharging a charge voltage accumulated in the first integration circuit based on an output of the first comparison circuit or the first pulse signal;
A second discharge circuit for forcibly discharging the charge voltage accumulated in the second integration circuit based on the output of the second comparison circuit or the first pulse signal;
The pulse width modulation circuit according to claim 1, further comprising:
前記第2期間において一定のバイアス電流に基づいて一定の放電量で放電させる第1放電回路と、
前記第3期間において一定のバイアス電流に基づいて一定の放電量で放電させる第2放電回路と、
を備える、請求項1ないし3のいずれかに記載のパルス幅変調回路。 The integration control circuit includes:
A first discharge circuit for discharging with a constant discharge amount based on a constant bias current in the second period;
A second discharge circuit for discharging with a constant discharge amount based on a constant bias current in the third period;
The pulse width modulation circuit according to claim 1, comprising:
前記第2期間において一定のバイアス電流に基づいて一定の割合で前記第1積分回路を充電する第1充電回路と、
前記第3期間において一定のバイアス電流に基づいて一定の割合で前記第2積分回路を充電する第2充電回路と、
を備える、請求項1ないし3のいずれかに記載のパルス幅変調回路。 The integration control circuit includes:
A first charging circuit for charging the first integrating circuit at a constant rate based on a constant bias current in the second period;
A second charging circuit for charging the second integrating circuit at a constant rate based on a constant bias current in the third period;
The pulse width modulation circuit according to claim 1, comprising:
所定の電源電圧を出力する電圧源と、
前記パルス幅変調回路から出力される変調信号に基づいて、前記電圧源から供給される所定の電源電圧をスイッチングするスイッチング回路と、を備えるスイッチングアンプであって、
前記積分制御回路は、
前記第1積分回路及び前記第2積分回路に供給する一定のバイアス電流を生成するバイアス電流生成回路を含み、
前記パルス幅変調回路から出力される変調信号の振幅の平均電圧を検出し、この平均電圧を前記バイアス電流生成回路に対して出力する平均電圧検出回路をさらに備えたことを特徴とする、スイッチングアンプ。 A pulse width modulation circuit according to any one of claims 1 to 5,
A voltage source that outputs a predetermined power supply voltage;
A switching circuit for switching a predetermined power supply voltage supplied from the voltage source based on a modulation signal output from the pulse width modulation circuit,
The integration control circuit includes:
A bias current generating circuit for generating a constant bias current to be supplied to the first integrating circuit and the second integrating circuit;
A switching amplifier, further comprising an average voltage detection circuit that detects an average voltage of an amplitude of a modulation signal output from the pulse width modulation circuit and outputs the average voltage to the bias current generation circuit. .
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