JP5234032B2 - Pulse width modulation circuit and switching amplifier using the same - Google Patents
Pulse width modulation circuit and switching amplifier using the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP5234032B2 JP5234032B2 JP2010060434A JP2010060434A JP5234032B2 JP 5234032 B2 JP5234032 B2 JP 5234032B2 JP 2010060434 A JP2010060434 A JP 2010060434A JP 2010060434 A JP2010060434 A JP 2010060434A JP 5234032 B2 JP5234032 B2 JP 5234032B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit
- capacitor
- pulse
- control signal
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
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 using the pulse width modulation circuit.
従来、オーディオアンプに用いられる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、その変調信号を出力するパルス幅変調回路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。 2. Description of the Related Art Conventionally, switching amplifiers used for audio amplifiers have been proposed that use a pulse width modulation circuit that modulates an audio signal as an input signal, for example, and outputs the modulated signal. 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8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には、負荷RLとしてのスピーカが接続されている。
FIG. 8 is a block diagram showing an example of a conventional switching amplifier. The switching amplifier includes a pulse
パルス幅変調回路1では、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をパルス幅変調することにより変調信号PWMoutが生成される。スイッチング回路2では、変調信号PWMoutと逆位相の変調信号PWMout’が生成される。
In the pulse
スイッチング回路2では正の電源電圧+EBを供給する第1電源4と負の電源電圧−EBを供給する第2電源5との間にスイッチ素子SW−Aとスイッチ素子SW−Bの直列回路が接続されている。スイッチング回路2では、変調信号PWMout及び変調信号PWMout'に基づいて、スイッチ素子SW−A,SW−Bのオン・オフ動作を制御することにより電源電圧+EB,−EBが交互にローパスフィルタ回路3に出力される。この出力は、コイルL0及びコンデンサC0のL型回路からなる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、ローパスフィルタ回路3の出力(増幅されたオーディオ信号)は、負荷RL(スピーカ)に供給されることにより音声として出力される。
Switching elements SW-A and the switching element series circuit of SW-B between the second power source 5 for supplying a
例えば、特許文献1には、オーディオ信号eSに基づいてPWM変調信号を生成するパルス幅変調回路が提案されている。このパルス幅変調回路では、以下の原理に基づいてPWM変調信号が生成される。
(1)オーディオ信号eS(電圧信号)のレベルを所定の周期Tでサンプリングする。
(2)サンプリングした電圧値を電流値に変換し、その電流値でT/2の期間(充電期間)だけコンデンサを充電する。
(3)T/2の充電期間の充電動作後に、一定の電流値でT/2の時間だけコンデンサの蓄積電荷を放電する。
(4)このコンデンサの放電時間をハイレベル期間とするパルス信号を生成する。この場合、コンデンサの充電電圧が高いときには、放電動作を行なう期間(T/2の放電期間)内における放電時間(蓄積電荷を放出する時間)は長くなり、パルス幅が長くなる。一方、コンデンサの充電電圧が低いときには、放電期間内における放電時間は短くなり、パルス幅が短くなる。
(5)上記の充放電動作は、2つのコンデンサについて行なうようにし、これらの充放電動作をT/2の時間だけずらすことによりそれぞれのパルス信号を生成し、両者を合成してPWM変調信号を生成する。
For example,
(1) The level of the audio signal e S (voltage signal) is sampled at a predetermined period T.
(2) The sampled voltage value is converted into a current value, and the capacitor is charged with the current value for a period of T / 2 (charging period).
(3) After the charging operation in the charging period of T / 2, the accumulated charge of the capacitor is discharged for a time of T / 2 with a constant current value.
(4) A pulse signal is generated with the discharge time of the capacitor as a high level period. In this case, when the charging voltage of the capacitor is high, the discharge time (time for discharging the accumulated charge) within the period for performing the discharge operation (T / 2 discharge period) becomes longer, and the pulse width becomes longer. On the other hand, when the charging voltage of the capacitor is low, the discharge time within the discharge period is shortened and the pulse width is shortened.
(5) The above charging / discharging operation is performed for two capacitors, and the respective pulse signals are generated by shifting these charging / discharging operations by a time of T / 2, and the PWM modulation signal is generated by synthesizing both. Generate.
図9は、特許文献1に提案されているパルス幅変調回路を機能ブロックで示した図である。
FIG. 9 is a functional block diagram of the pulse width modulation circuit proposed in
パルス幅変調回路1は、同図に示すように、クロック生成回路100と、電圧−電流変換回路101と、第1及び第2コンデンサC1,C2と、スイッチ回路102と、放電用定電流回路103と、第1及び第2パルス生成回路104,105と、パルス合成回路106とによって構成されている。スイッチ回路102は、それぞれ2つずつのスイッチを有する第1及び第2スイッチ部102a,102bによって構成されている。
As shown in FIG. 1, the pulse
電圧−電流変換回路101は、オーディオ信号発生源AU(図8参照)から供給されるオーディオ信号eS(電圧信号)を当該オーディオ信号eSの振幅に電流値が比例する電流信号に変換する。クロック生成回路100は、周期Tでデューティ比50%のパルス信号からなる第1制御信号φ1と、第1制御信号φ1とはハイレベルとローレベルが逆になっている第2制御信号φ2を生成する。第1スイッチ部102a内の一方のスイッチ(電圧−電流変換回路101に接続されたスイッチ)のオン・オフ動作は第1制御信号φ1によって制御され、第2スイッチ部102b内の一方のスイッチ(電圧−電流変換回路101に接続されたスイッチ)のオン・オフ動作は第2制御信号φ2によって制御される。
The voltage-
第1スイッチ部102a内の一方のスイッチがオンになると、第1コンデンサC1が電圧−電流変換回路101から出力される電流信号によって充電され、第2スイッチ部102b内の一方のスイッチがオンになると、第2コンデンサC2が電圧−電流変換回路101から出力される電流信号によって充電される。
When one switch in the
第1パルス生成回路104は、第1コンデンサC1が放電開始時のレベルから所定の基準レベルに変化するまでの放電時間をパルス幅とするパルス信号rsout1と、第1スイッチ部102a内の他方のスイッチ(放電用定電流回路103に接続されたスイッチ)のオン・オフ動作を制御する第3制御信号φ3とを生成する。第2パルス生成回路105は、第2コンデンサC2が放電開始時のレベルから上記の基準レベルに変化するまでの放電時間をパルス幅とするパルス信号rsout2と、第2スイッチ部102b内の他方のスイッチ(放電用定電流回路103に接続されたスイッチ)のオン・オフ動作を制御する第4制御信号φ4とを生成する。
The first
第3制御信号φ3は、第1制御信号φ1のローレベル期間内にハイレベル期間が生じるパルス信号である。第1スイッチ部102a内の他方のスイッチがオンになると、第1コンデンサC1に蓄積された電荷が放電用定電流回路103によって一定の電流で放電される。第4制御信号φ4は、第2制御信号φ2のローレベル期間内にハイレベル期間が生じるパルス信号である。第2スイッチ部102b内の他方のスイッチがオンになると、第2コンデンサC2に蓄積された電荷が放電用定電流回路103によって一定の電流で放電される。
The third control signal φ3 is a pulse signal in which a high level period occurs within the low level period of the first control signal φ1. When the other switch in the
従って、第1コンデンサC1は、第1制御信号φ1のローレベル期間(T/2)に充電され、それに続くハイレベル期間(T/2)内で第3制御信号φ3がローレベルとなる期間に蓄積電荷が放電される。同様に、第2コンデンサC2は、第2制御信号φ2のローレベル期間(T/2)に充電され、それに続くハイレベル期間(T/2)内で第4制御信号φ4がハイレベルとなる期間に蓄積電荷が放電される。 Therefore, the first capacitor C1 is charged during the low level period (T / 2) of the first control signal φ1, and during the subsequent high level period (T / 2), the third control signal φ3 becomes the low level. The accumulated charge is discharged. Similarly, the second capacitor C2 is charged during the low level period (T / 2) of the second control signal φ2, and the period during which the fourth control signal φ4 becomes high level during the subsequent high level period (T / 2). The accumulated charge is discharged.
第1制御信号φ1と第2制御信号φ2は互いにハイレベル期間とローレベル期間が逆になっており、第1コンデンサC1の充電期間が第2コンデンサC2の放電期間となり、第1コンデンサC1の放電期間が第2コンデンサC2の充電期間となるので、第1コンデンサC1と第2コンデンサC2は交互に充電動作と放電動作とが行なわれる。 The first control signal φ1 and the second control signal φ2 have the high level period and the low level period opposite to each other, the charging period of the first capacitor C1 becomes the discharging period of the second capacitor C2, and the discharging of the first capacitor C1 Since the period is the charging period of the second capacitor C2, the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are alternately charged and discharged.
第1パルス生成回路104から出力されるパルス信号rsout1と第2パルス生成回路105から出力されるパルス信号rsout2はパルス合成回路106で合成される。第1パルス生成回路104から出力されるパルス信号rsout1は、周期Tで第1コンデンサC1が蓄積電荷を放電する時間だけハイレベルとなる信号であり、第2パルス生成回路105から出力されるパルス信号rsout2は、第1パルス生成回路104から出力されるパルス信号rsout1に対してT/2だけずれた、周期Tで第2コンデンサC2が蓄積電荷を放電する時間だけハイレベルとなる信号である。従って、パルス合成回路106では、T/2で第1パルス生成回路104から出力されるパルス信号rsout1と第2パルス生成回路105から出力されるパルス信号rsout2を交互に合成した信号(変調信号PWMoutに相当)が出力される。
The
上記構成において、第1コンデンサC1及び第2コンデンサC2の充放電動作を制御する第1及び第2スイッチ部102a,102bは、各コンデンサC1,C2に対してそれぞれ必要となる。その一方、電圧−電流変換回路101及び放電用定電流回路103は、第1及び第2コンデンサC1,C2がT/2だけずれて充放電されるので、電圧−電流変換回路101及び放電用定電流回路103は共用される。
In the above configuration, the first and
図9に示すブロック構成図は、PWM変調信号の生成原理上、必要かつ十分なブロックの構成を可及的に簡素化して示しているが、図9に示すブロック構成に基づいてPWM変調回路を実現するための具体回路を表すと、例えば図10に示すような回路になる。 The block configuration diagram shown in FIG. 9 shows the necessary and sufficient block configuration as simplified as possible on the principle of generation of the PWM modulation signal, but the PWM modulation circuit is based on the block configuration shown in FIG. A specific circuit for realizing the circuit is as shown in FIG. 10, for example.
なお、図10においては、オーディオ信号eSが入力されるオペアンプ101aと、その出力に接続されたpnp型のトランジスタ101bと、そのベース端子に接続された定電圧ダイオード101c等の部分が電圧−電流変換回路101に対応する。また、2つのアナログスイッチICで構成される部分がスイッチ回路102に対応し、アナログスイッチのスイッチSW3,SW4に接続されたnpn型のトランジスタ103a、及びそのベース端子に接続された定電圧ダイオード103b等の部分が放電用定電流回路103に対応している。
In FIG. 10, the
図10に示す具体回路では、回路構成が複雑になり、回路スペースや製造コスト等の点で種々の問題が生じ易いという不都合がある。例えば、図10に示す具体回路では、以下の点で問題が生じる。 The specific circuit shown in FIG. 10 has a disadvantage that the circuit configuration is complicated and various problems are likely to occur in terms of circuit space and manufacturing cost. For example, the specific circuit shown in FIG. 10 has the following problems.
(1)電圧−電流変換回路101を共通化するために、オペアンプを用いた回路構成とすることで、電圧−電流変換回路101を構成する部品点数が多くなる。
(2)アナログスイッチICを用いることにより、スイッチ回路102の回路スペースの効率化は可能になるが、製造コストが増加する。
(3)電圧−電流変換回路101、スイッチ回路102、及び放電用定電流回路103をそれぞれブロック単位で構成し、それらを接続する構成であるので、各回路の電源電圧が異なり、複数種類の電源(図10では、+14.6v,−14.6v,+3v,−3vの4種類)が必要になる分、回路が複雑になる。
(1) In order to make the voltage-
(2) By using the analog switch IC, the circuit space of the
(3) Since the voltage-
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、2つのパルス信号を生成するための同一構成のパルス生成回路をそれぞれ設け、各パルス生成回路を構成する電圧−電流変換回路、スイッチ回路及び放電用の定電流回路を簡素化することにより、上記した回路スペースや製造コスト等の低減することのできるパルス幅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 is provided with a pulse generation circuit having the same configuration for generating two pulse signals, and voltage-current conversion constituting each pulse generation circuit. The present invention provides a pulse width modulation circuit capable of reducing the circuit space and manufacturing cost described above by simplifying a circuit, a switch circuit, and a constant current circuit for discharging, and a switching amplifier to which the pulse width modulation circuit is applied. Let it be an issue.
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、基準クロックの一方レベルの期間に充電動作を実行させるための第1の制御信号と、前記基準クロックの他方レベルの期間に充電動作を実行させるための第2の制御信号とを生成する充電制御信号生成部と、前記第1の制御信号により充電動作が実行された一方レベルの期間に続く他方レベルの期間に、前記充電動作で蓄積された電荷の放電動作を実行させるための第3の制御信号と、前記第2の制御信号により充電動作が実行された他方レベルの期間に続く一方レベルの期間に、前記充電動作で蓄積された電荷の放電動作を実行させるための第4の制御信号とを生成する放電制御信号生成部と、前記第1の制御信号に応じて入力信号のレベルに基づいて生成される充電電流により第1のコンデンサを充電する充電動作と、前記第3の制御信号に応じて前記第1のコンデンサの蓄積電荷を一定の放電電流で放電する放電動作とを実行し、前記放電動作を実行している各期間に前記第1のコンデンサが放電開始時のレベルから基準レベルに変化するまでの放電時間をパルス幅とする第1のパルス信号を生成する第1のパルス信号生成部と、前記第2の制御信号に応じて前記充電電流により第2のコンデンサを充電する充電動作と、前記第4の制御信号に応じて前記第2のコンデンサの蓄積電荷を前記放電電流で放電する放電動作とを実行し、前記放電動作を実行している各期間に前記第2のコンデンサが放電開始時のレベルから前記基準レベルに変化するまでの放電時間をパルス幅とする第2のパルス信号を生成する第2のパルス信号生成部と、前記第1のパルス信号生成部で生成される第1のパルス信号と前記第2のパルス信号生成部で生成される第2のパルス信号とを合成し、各パルスのパルス幅が前記入力信号のレベルに応じて変化するパルス幅変調信号を出力するパルス信号合成部と、を備えたパルス幅変調回路であって、前記第1のパルス信号生成部は、前記入力信号の電圧を増幅する差動増幅回路と、前記差動増幅回路の一対の電源端子間に接続され、前記第1のコンデンサの充放電動作を制御する第1の制御回路と、前記第1のコンデンサの両端電圧に基づいて前記第1のパルス信号を生成する第1のパルス信号生成回路と、を備え、前記第1の制御回路は、前記差動増幅回路から出力される電圧に応じた電流を前記充電電流として生成する第1の充電電流生成回路とこの第1の充電電流生成回路で生成される充電電流による前記第1のコンデンサの充電動作を前記第1の制御信号により制御する第1のスイッチ回路との第1の直列回路と、前記放電電流として一定の電流を生成する第1の定電流回路とこの第1の定電流回路で生成される放電電流による前記第1のコンデンサの放電動作を前記第3の制御信号により制御する第2のスイッチ回路との第2の直列回路とを直列に接続し、その接続点に前記第1のコンデンサを接続した回路で構成され、前記第2のパルス信号生成部は、前記差動増幅回路を前記第1のパルス信号生成部と共有し、前記差動増幅回路の一対の電源端子間に接続され、前記第2のコンデンサの充放電動作を制御する第2の制御回路と、前記第2のコンデンサの両端電圧に基づいて前記第2のパルス信号を生成する第2のパルス信号生成回路と、を備え、前記第2の制御回路は、前記差動増幅回路から出力される電圧に応じた電流を前記充電電流として生成する第2の充電電流生成回路とこの第2の充電電流生成回路で生成される充電電流による前記第2のコンデンサの充電動作を前記第2の制御信号により制御する第3のスイッチ回路との第3の直列回路と、前記放電電流として一定の電流を生成する第2の定電流回路とこの第2の定電流回路で生成される放電電流による前記第2のコンデンサの放電動作を前記第4の制御信号により制御する第4のスイッチ回路との第4の直列回路とを直列に接続し、その接続点に前記第2のコンデンサを接続した回路で構成されている、ことを特徴としている(請求項1)。 First pulse width modulation circuit that is provided by the aspect of the present invention includes a first control signal of order to execute the charging operation on one level period of the reference clock, on the other level period of the reference clock the second control signal and the charge control signal generator for generating a first time period of the other level following the period of one level the charging operation is executed by the control signals of the order to execute the charging operation, the the third control signal and said second control signal by one level period subsequent to the period of the other levels of the charging operation is executed in order to execute the discharging operation of the charge accumulated in the charging operation, the charging It is generated based on the level of the input signal in response to the discharge control signal generator for generating a fourth control signal in order to execute the discharging operation of the charge accumulated in the operation, the first control signal Charge current Ri and charging operation for charging the first capacitor, the charge accumulated in the first capacitor performs a discharge operation of discharging at a constant discharge current in response to said third control signal, it executes the discharge operation A first pulse signal generator for generating a first pulse signal having a pulse width as a discharge time until the first capacitor changes from a level at the start of discharge to a reference level during each period of time, A charging operation for charging the second capacitor with the charging current according to the control signal of 2, and a discharging operation for discharging the accumulated charge of the second capacitor with the discharge current according to the fourth control signal. run, the said second capacitor in each period running the discharging operation to generate a second pulse signal having a pulse width discharge time from the level at the start of the discharge until the changes to the reference level Of the pulse signal generating unit, combines the second pulse signal generated by said first pulse signal and the second pulse signal generator which is generated by the first pulse signal generator, of each pulse A pulse width modulation circuit comprising: a pulse signal synthesizer that outputs a pulse width modulation signal whose pulse width varies according to the level of the input signal, wherein the first pulse signal generation unit includes the input signal A differential amplifier circuit that amplifies the voltage of the first capacitor, a first control circuit that is connected between a pair of power supply terminals of the differential amplifier circuit, and controls a charge / discharge operation of the first capacitor; and the first capacitor A first pulse signal generation circuit that generates the first pulse signal based on a voltage between both ends of the first voltage signal, and the first control circuit generates a current corresponding to the voltage output from the differential amplifier circuit. First generated as the charging current And a first switch circuit for controlling the charging operation of the first capacitor by the charging current generated by the first charging current generating circuit by the first control signal. Circuit, a first constant current circuit for generating a constant current as the discharge current, and a discharge operation of the first capacitor by a discharge current generated by the first constant current circuit according to the third control signal The second switch circuit to be controlled is connected in series with a second series circuit, and the connection point is connected to the first capacitor, and the second pulse signal generator is configured to connect the difference between the second switch circuit and the second switch circuit. A second control circuit that shares a dynamic amplifier circuit with the first pulse signal generation unit, is connected between a pair of power supply terminals of the differential amplifier circuit, and controls a charge / discharge operation of the second capacitor; Of the second capacitor A second pulse signal generation circuit that generates the second pulse signal based on an end voltage, and the second control circuit supplies a current corresponding to a voltage output from the differential amplifier circuit. A second charging current generation circuit that generates a charging current, and a third switch that controls the charging operation of the second capacitor by the charging current generated by the second charging current generation circuit by the second control signal A third series circuit with the circuit, a second constant current circuit for generating a constant current as the discharge current, and a discharging operation of the second capacitor by the discharge current generated by the second constant current circuit. A fourth switch circuit controlled by the fourth control signal is connected in series with a fourth series circuit, and the second capacitor is connected to the connection point. ( Motomeko 1).
本願発明のパルス幅変調回路において、前記差動増幅回路は、2つのトランジスタのエミッタを相互に接続し、その接続点にベース・エミッタ間に定電圧源が接続されたトランジスタ回路からなる定電流回路が接続された回路で構成され、前記第1の定電流回路と前記第2の定電流回路は、前記定電流回路と同一の回路構成を有し、前記定電圧源を当該定電流回路と共用しているとよい(請求項2)。 In the pulse width modulation circuit of the present invention, the differential amplifier circuit comprises a transistor circuit in which the emitters of two transistors are connected to each other, and a constant voltage source is connected between the base and emitter at the connection point. The first constant current circuit and the second constant current circuit have the same circuit configuration as the constant current circuit, and the constant voltage source is shared with the constant current circuit. (Claim 2).
本願発明のパルス幅変調回路において、前記第1ないし第4のスイッチ回路は、半導体スイッチング素子からなり、前記第1及び第2の充電電流生成回路は、1個のトランジスタを用いた電圧−電流変換回路で構成されているとよい(請求項3)。 In the pulse width modulation circuit of the present invention, the first to fourth switch circuits are composed of semiconductor switching elements, and the first and second charge current generation circuits are voltage-current conversions using one transistor. It is good to be comprised with a circuit (Claim 3).
この構成によれば、第1のパルス信号生成部に含まれる第1のコンデンサの充放電動作を制御する第1の制御回路と第2のパルス信号生成部に含まれる第2のコンデンサの充放電動作を制御する第2の制御回路を、充電電流生成回路とこの充電電流生成回路で生成される充電電流によるコンデンサの充電動作を充電用の制御信号によって制御するスイッチ回路との直列回路と、放電電流として一定の電流を生成する定電流回路とこの定電流回路で生成される放電電流によるコンデンサの放電動作を放電用の制御信号により制御するスイッチ回路との直列回路と直列に接続し、その接続点にコンデンサを接続するという同一の回路構成で構成し、両制御回路を共通化した差動増幅回路の一対の電源端子間に並列に接続する構成としたので、第1及び第2の制御回路に含まれる第1,第2の充電電流生成回路、充電制御用の第1,第2のスイッチ回路、放電用の第1,第2の定電流回路及び放電制御用の第3,第4のスイッチ回路をそれぞれトランジスタ等の半導体素子を用いた簡単な回路によって実現することができ、パルス幅変調回路の具体回路の簡単化を図ることができる。 According to this configuration, the first control circuit that controls the charging / discharging operation of the first capacitor included in the first pulse signal generation unit and the charging / discharging of the second capacitor included in the second pulse signal generation unit. A second control circuit for controlling the operation, a series circuit of a charging current generation circuit and a switch circuit for controlling the charging operation of the capacitor by the charging current generated by the charging current generation circuit by a control signal for charging; Connected in series with a series circuit of a constant current circuit that generates a constant current as a current and a switch circuit that controls the discharge operation of the capacitor by the discharge current generated by this constant current circuit using a control signal for discharge. Since the same circuit configuration in which a capacitor is connected to the point and the control circuit is connected in parallel between a pair of power supply terminals of a differential amplifier circuit in which both control circuits are shared, the first First and second charging current generation circuits included in the second control circuit, first and second switch circuits for charge control, first and second constant current circuits for discharge, and discharge control The third and fourth switch circuits can be realized by simple circuits each using a semiconductor element such as a transistor, and the specific circuit of the pulse width modulation circuit can be simplified.
例えば、差動増幅回路を、2つのトランジスタのエミッタを相互に接続し、その接続点にベース・エミッタ間に定電圧源が接続されたトランジスタ回路からなる定電流回路を接続した回路とし、第1ないし第4のスイッチ回路を半導体スイッチ素子で構成し、第1及び第2の充電電流生成回路を1個のトランジスタを用いた電圧−電流変換回路で構成し、第1の定電流回路と第2の定電流回路を差動増幅回路に含まれる定電流回路と同一の回路構成にするとともに、当該定電流回路の定電圧源を共用する構成とすることにより、第1及び第2の制御回路を少ない部品点数で構成できるとともに、低価格の部品を使用することができる。これにより、パルス幅変調回路の具体回路の簡単化と製造コストの低減を図ることができる。 For example, the differential amplifier circuit is a circuit in which the emitters of two transistors are connected to each other, and a constant current circuit composed of a transistor circuit in which a constant voltage source is connected between the base and emitter is connected to the connection point. The fourth switch circuit is constituted by a semiconductor switch element, the first and second charging current generation circuits are constituted by a voltage-current conversion circuit using one transistor, and the first constant current circuit and the second constant current circuit The constant current circuit is configured to have the same circuit configuration as that of the constant current circuit included in the differential amplifier circuit, and the constant voltage source of the constant current circuit is shared. It can be configured with a small number of parts, and low-priced parts can be used. As a result, it is possible to simplify the specific circuit of the pulse width modulation circuit and reduce the manufacturing cost.
また、第1及び第2の制御回路の駆動電源を差動増幅回路の駆動電源と共通化するとともに、第1の定電流回路と第2の定電流回路の定電圧源を差動増幅回路に含まれる定電流回路の定電圧源と共用することにより電源電圧の種類を少なくすることができ、パルス幅変調回路の電源も簡素化することができる。 Further, the drive power supply for the first and second control circuits is shared with the drive power supply for the differential amplifier circuit, and the constant voltage sources of the first constant current circuit and the second constant current circuit are used as the differential amplifier circuit. By sharing the constant voltage source of the included constant current circuit, the types of power supply voltages can be reduced, and the power supply of the pulse width modulation circuit can be simplified.
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、を備えたことを特徴としている(請求項4)。 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. And a switching circuit for switching a predetermined power supply voltage supplied from the voltage source based on the modulated signal.
この構成によれば、この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を備えているので、第1の側面によって提供されるパルス幅変調回路と同様の作用効果を奏する。 According to this configuration, since this switching amplifier includes the pulse width modulation circuit provided by the first aspect of the present invention, the same effect as the pulse width modulation circuit provided by the first aspect can be obtained. Play.
本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な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、本発明の実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
本願発明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は、背景技術の欄で説明した図8に示すスイッチングアンプと同様である。よって、ここでは、その説明を省略する。 The switching amplifier to which the pulse width modulation (PWM) circuit according to the present invention is applied is the same as the switching amplifier shown in FIG. 8 described in the background art. Therefore, the description thereof is omitted here.
図1は、パルス幅変調回路10のブロック構成図である。図2は、パルス幅変調回路10に含まれる充放電動作に関する回路(図1の一点鎖線で囲まれた回路参照)の詳細回路図である。パルス幅変調回路10は、図1に示すように、クロック生成回路11と、差動増幅回路12と、第1及び第2充電電流生成回路13,14と、第1ないし第4スイッチSW1〜SW4と、第1及び第2コンデンサC1,C2と、第1及び第2放電用定電流回路15,16と、第1及び第2パルス生成回路17,18と、パルス合成回路19とによって構成されている。
FIG. 1 is a block diagram of the pulse
なお、以下の説明では、このパルス幅変調回路10の動作を示す図3のタイミングチャートを随時参照する。
In the following description, the timing chart of FIG. 3 showing the operation of the pulse
クロック生成回路11は、基準クロック信号MCLK(図3(a)参照)を生成し、その基準クロック信号MCLKから第1制御信号φ1と第2制御信号φ2を生成する。基準クロック信号MCLKは、デューティ比がほぼ50%のクロック信号であり、第1及び第2制御信号φ1,φ2の基準信号となるものである。第1及び第2制御信号φ1,φ2は、第1及び第2コンデンサC1,C2に充電動作を行なわせるために第1及び第2スイッチSW1,SW2のオン、オフ動作を制御する信号である。第2制御信号φ2は、第1制御信号φ1に対して逆位相の関係を有する。クロック生成回路11は、第1制御信号φ1を第1スイッチSW1に出力し、第2制御信号φ2を第2スイッチSW2に出力する。
The
また、クロック生成回路11は、第1及び第2制御信号φ1,φ2から第1及び第2セット信号set1,set2を生成する。第1セット信号set1は、図3(d)に示すように、第1制御信号φのローレベルからハイレベルに反転する際の立上りエッジを検出した信号であり、第2セット信号set2は、図3(e)に示すように、第2制御信号φのローレベルからハイレベルに反転する際の立上りエッジを検出した信号である。第1セット信号set1は、R−Sラッチ回路によって構成される第1パルス生成回路17にセット信号として入力され、第2セット信号set2は、R−Sラッチ回路によって構成される第2パルス生成回路18にセット信号として入力される。
The
差動増幅回路12は、オーディオ信号発生源AU(図8参照)からパルス幅変調回路10に供給されるオーディオ信号eSの接地レベル(0ボルト)を基準とした振幅を増幅して出力する回路である。差動増幅回路12は、2つのトランジスタのエミッタを相互に接続し、両トランジスタのコレクタをそれぞれ抵抗を介して正の電源(電源電圧+V)に接続する一方、両トランジスタのエミッタを定電流回路を介して負の電源(電源電圧−V)に接続した周知の差動増幅回路である。差動増幅回路12では、一方のトランジスタのベースにオーディオ信号eSを入力し、他方のトランジスタのベースを接地することによって両トランジスタのコレクタの間にオーディオ信号eSの0ボルト(接地レベル)を基準とした差電圧(オーディオ信号eSの振幅)を増幅した電圧が出力される。この差電圧は、第1及び第2充電電流生成回路13,14に出力される。
The
第1及び第2充電電流生成回路13,14は、差動増幅回路12から出力される電圧をその電圧の変化に比例して変化する電流に変換する回路である。第1充電電流生成回路13と第2充電電流生成回路14は同一の回路構成である。第1充電電流生成回路13は、第1コンデンサC1に接続されており、電圧−電流変換した電流を第1コンデンサC1に供給することで第1コンデンサC1を充電する。従って、第1充電電流生成回路13は、第1コンデンサC1を充電するための充電電流を生成する。一方、第2充電電流生成回路14は、第2コンデンサC2に接続されており、電圧−電流変換した電流を第2コンデンサC2に供給することで第2コンデンサC2を充電する。従って、第2充電電流生成回路14は、第2コンデンサC2を充電するための充電電流を生成する。
The first and second charging
第1及び第2充電電流生成回路13,14における変換コンダクタンスをGmとすると、オーディオ信号eSが第1及び第2充電電流生成回路13,14で変換される電流Δiは、Δi=Gm・eSで表すことができる。また、第1及び第2充電電流生成回路13,14におけるバイアス電流をIcとすると、第1及び第2コンデンサC1,C2の充電電流は、Ic+Gm・eS=Ic+Δiで表すことができる。
When the conversion conductance in the first and second charging
第1スイッチSW1は、第1充電電流生成回路13に電源電圧+Vを供給するか否か、すなわち、第1充電電流生成回路13を動作させて第1コンデンサC1を充電するか否かを制御する回路であり、第2スイッチSW2は、第2充電電流生成回路14に電源電圧+Vを供給するか否か、すなわち、第2充電電流生成回路14を動作させて第2コンデンサC2を充電するか否かを制御する回路である。第1スイッチSW1と第2スイッチW2は同一の回路構成である。第1及び第2スイッチSW1,SW2は、クロック生成回路11から出力される第1及び第2制御信号φ1,φ2に基づいてオン、オフ動作される。第1スイッチSW1は、第1制御信号φ1がローレベルの状態でオン動作し、ハイレベルの状態でオフ動作する。また、第2スイッチSW2は、第2制御信号φ2がローレベルの状態でオン動作し、ハイレベルの状態でオフ動作する。
The first switch SW1 controls whether to supply the power supply voltage + V to the first charging
第1放電用定電流回路15は、充電電流(Ic+Δi)で充電された第1コンデンサC1の蓄積電荷を放電させるための回路であり、第2放電用定電流回路16は、充電電流(Ic+Δi)で充電された第2コンデンサC2の蓄積電荷を放電させるための回路である。第1放電用定電流回路15は、第1コンデンサC1に接続されており、一定の放電電流Idで第1コンデンサC1に蓄積された電荷を引き込むことにより、第1コンデンサC1の蓄積電荷を放電させる。一方、第2放電用定電流回路16は、第2コンデンサC2に接続されており、一定の放電電流Idによって第2コンデンサC2に蓄積された電荷を引き込むことにより、第2コンデンサC2の蓄積電荷を放電させる。
The first discharging constant
第3スイッチSW3は、第1放電用定電流回路15に電源電圧−Vを供給するか否か、すなわち、第1放電用定電流回路15を動作させて第1コンデンサC1を放電するか否かを制御する回路であり、第4スイッチSW4は、第2放電用定電流回路16に電源電圧−Vを供給するか否か、すなわち、第2放電用定電流回路16を動作させて第2コンデンサC2を放電するか否かを制御する回路である。第3スイッチSW3と第4スイッチW4は同一の回路構成である。第3及び第4スイッチSW3,SW4は、第1及び第2パルス生成回路17,18からそれぞれ出力される第3及び第4制御信号φ3,φ4に基づいてオン、オフ動作される。第3スイッチSW3は、第3制御信号φ3がハイレベルの状態でオン動作し、ローレベルの状態でオフ動作する。また、第4スイッチSW4は、第4制御信号φ4がハイレベルの状態でオン動作し、ローレベルの状態でオフ動作する。
The third switch SW3 determines whether or not to supply the power supply voltage −V to the first discharging constant
第1及び第2コンデンサC1,C2は、オーディオ信号eSの振幅を時間に変換するための素子である。オーディオ信号eSの振幅は、第1及び第2コンデンサC1,C2をオーディオ信号eSの振幅に比例した充電電流(Ic+Δi)で一定時間(基準クロック信号MCLKの周期Tの1/2の時間)だけ充電した後その蓄積電荷を一定の放電電流Idで放電し、その放電時間をパルス幅とするパルス信号を生成することによって時間に変換される。 The first and second capacitors C1 and C2 are elements for converting the amplitude of the audio signal e S into time. The amplitude of the audio signal e S is the charging current that is proportional to the first and second capacitors C1, C2 to the amplitude of the audio signal e S (Ic + .DELTA.i) at a certain time (half the time of the period T of the reference clock signal MCLK) Then, the accumulated charge is discharged with a constant discharge current Id and converted into time by generating a pulse signal having the discharge time as a pulse width.
第1パルス生成回路17は、第1コンデンサC1の両端電圧が放電開始時の電圧レベルから所定の基準レベルVthに変化するまでの放電時間をパルス幅とする第1パルス信号rsout1(図3(j)参照)と、第3スイッチSW3のオン・オフ動作を制御する第3制御信号φ3(図3(f)参照)を生成する回路である。なお、本実施形態では、後述するように第1パルス生成回路17及び第2パルス生成回路18はNAND回路を用いたR−Sラッチ回路で構成されるので、基準レベルVthはNAND回路のスレシホールドレベルとなる。
The first
第1パルス信号rsout1は、パルス合成回路19に出力され、第3制御信号φ3は第3スイッチSW3に出力される。第2パルス生成回路18は、第2コンデンサC2の両端電圧が放電開始時の電圧レベルから上記の基準レベルVthに変化するまでの放電時間をパルス幅とする第2パルス信号rsout2(図3(k)参照)と、第4スイッチSW4のオン・オフ動作を制御する第4制御信号φ4(図3(g)参照)を生成する回路である。第2パルス信号rsout2は、パルス合成回路19に出力され、第4制御信号φ4は第4スイッチSW4に出力される。
The first pulse signal rsout1 is output to the
パルス合成回路19は、第1及び第2パルス生成回路17,18から出力される第1及び第2パルス信号rsout1,rsout2を合成し、PWM変調信号PWMout(図3(l)参照)として出力する回路である。
The
次に、図2を参照して充放電動作に関する回路(図1の一点鎖線で囲まれた回路参照)の詳細について説明する。なお、図1と同一機能を果たす回路には同一の符号を付している。 Next, the details of the circuit related to the charge / discharge operation (refer to the circuit surrounded by the one-dot chain line in FIG. 1) will be described with reference to FIG. The circuits having the same functions as those in FIG.
差動増幅回路12は、npn型の第1トランジスタQ1のエミッタとnpn型の第2トランジスタQ2のエミッタをそれぞれ抵抗R3と抵抗R4を介して定電流回路に接続し、第1トランジスタQ1のコレクタと第2トランジスタQ2のコレクタをそれぞれ抵抗R1と抵抗R2を介して正の電源(電源電圧+V)に接続した周知の差動増幅回路である。
The
第1トランジスタQ1のベースには、カップリングコンデンサCaを介してオーディオ信号eSが入力され、第2トランジスタQ2のベースは、接地(0ボルトレベル)されている。 The audio signal e S is input to the base of the first transistor Q1 via the coupling capacitor Ca, and the base of the second transistor Q2 is grounded (0 volt level).
定電流回路は、npn型の第3トランジスタQ3のエミッタを抵抗R6を介して負の電源(電源電圧−V)に接続し、ベースを抵抗R11を介して正の電源(電源電圧+V)に接続するとともにベースと負の電源の間にツェナーダイオード(定電圧ダイオード)D1を接続した周知の定電流回路である。第3トランジスタQ3のコレクタは、抵抗R3と抵抗R4に接続されている。この回路では、第3トランジスタQ3のベース電圧がツェナーダイオードD1のツェナ電圧Vzになるので、第3トランジスタQ3のコレクタには(Vz−Vbe)/R6(Vbeは第3トランジスタQ3のベース−エミッタ間の電圧)の定電流Idが流れる。 In the constant current circuit, the emitter of the npn-type third transistor Q3 is connected to a negative power supply (power supply voltage -V) via a resistor R6, and the base is connected to a positive power supply (power supply voltage + V) via a resistor R11. In addition, this is a known constant current circuit in which a Zener diode (constant voltage diode) D1 is connected between the base and the negative power supply. The collector of the third transistor Q3 is connected to the resistors R3 and R4. In this circuit, since the base voltage of the third transistor Q3 becomes the Zener voltage Vz of the Zener diode D1, the collector of the third transistor Q3 is (Vz−Vbe) / R6 (Vbe is between the base and emitter of the third transistor Q3). Constant current Id flows.
第1充電電流生成回路13と第2充電電流生成回路14は、pnp型トランジスタのエミッタに電流制限用の抵抗を接続した回路で構成され、第1スイッチSW1と第2スイッチSW2は、pnp型トランジスタで構成されている。第1スイッチSW1と第1充電電流生成回路13は直列に接続され、第2スイッチSW2と第2充電電流生成回路14は直列に接続されている。また、第1スイッチSW1と第2スイッチSW2のエミッタは共に正の電源(電源電圧+V)に接続され、第1充電電流生成回路13を構成する第4トランジスタQ4と第2充電電流生成回路14を構成する第5トランジスタQ5のコレクタはそれぞれ第1コンデンサC1と第2コンデンサC2に接続されている。
The first charging
第4トランジスタQ4と第5トランジスタQ5のベースには差動増幅回路12内の第1トランジスタQ1のコレクタが接続され、差動増幅回路12からオーディオ信号esの接地レベルを基準とした振幅が入力される。また、第1スイッチSW1と第2スイッチSW2のベースにはクロック生成回路11からそれぞれ第1制御信号φ1と第2制御信号φ2が入力される。
A fourth transistor Q4 to the base of the 5 Track transistor Q5 is connected to the collector of the first transistor Q1 of the
第1放電用定電流回路15と第2放電用定電流回路16は、差動増幅回路12内の定電流回路と同一の回路で構成され、第3スイッチSW3と第4スイッチSW4は、npn型トランジスタで構成されている。第1放電用定電流回路15と第3スイッチSW3は直列に接続され、第2放電用定電流回路16と第4スイッチSW4は直列に接続されている。第1放電用定電流回路15と第2放電用定電流回路16は、npn型トランジスタ、エミッタ抵抗及びツェナーダイオードを用いた定電流回路であるが、第1及び第2放電用定電流回路15,16のnpn型トランジスタのベース電圧を与えるツェナーダイオードは、差動増幅回路12内の定電流回路のツェナーダイオードD1が共用されている。
The first discharging constant
従って、第1放電用定電流回路15を構成する第6トランジスタQ6のコレクタは第1コンデンサC1に接続され、第6トランジスタQ6のエミッタは抵抗R9を介して第3スイッチSW3のコレクタに接続されている。また、第2放電用定電流回路16を構成する第7トランジスタQ7のコレクタは第2コンデンサC2に接続され、第7トランジスタQ7のエミッタは抵抗R10を介して第4スイッチSW4のコレクタに接続されている。そして、第6トランジスタQ6及び第7トランジスタQ7のベースは、ツェナーダイオードD1のカソードに接続されている。
Accordingly, the collector of the sixth transistor Q6 constituting the first discharging constant
また、第3スイッチSW3及び第4スイッチSW4のエミッタは負の電源(電源電圧−V)に接続され、第3スイッチSW3のベースには第1パルス生成回路17から出力される第3制御信号φ3が入力され、第4スイッチSW4のベースには第2パルス生成回路18から出力される第4制御信号φ4が入力される。
The emitters of the third switch SW3 and the fourth switch SW4 are connected to a negative power supply (power supply voltage −V), and the third control signal φ3 output from the first
図2の回路では、第1制御信号φ1がローレベルになると、第1スイッチSW1がオンになり、第1充電電流生成回路13に正の電源(+V)が接続され、第1充電電流生成回路13内の第4トランジスタQ4が動作する。第4トランジスタQ4のベースには差動増幅回路12から接地レベルに対するオーディオ信号eSの差電圧、すなわち、オーディオ信号eSの振幅値が入力されるので、第4トランジスタQ4のコレクタにはオーディオ信号eの振幅値に比例した充電電流(Ic+Δi)が流れ、第1コンデンサC1が第1制御信号φ1のローレベルの期間にこの充電電流(Ic+Δi)によって充電される(図3(b),(h)のT1,T3期間の波形参照)。
In the circuit of FIG. 2, when the first control signal φ1 becomes low level, the first switch SW1 is turned on, the positive power supply (+ V) is connected to the first charging
同様に、第2制御信号φ2がローレベルになると、第2スイッチSW2がオンになり、第2充電電流生成回路14に正の電源(+V)が接続され、第2充電電流生成回路14内の第5トランジスタQ5が動作する。第5トランジスタQ5のベースにも差動増幅回路12から接地レベルに対するオーディオ信号eSの差電圧が入力されるので、第5トランジスタQ5のコレクタにはオーディオ信号eの振幅値に比例した充電電流(Ic+Δi)が流れ、第2コンデンサC2が第2制御信号φ2のローレベルの期間にこの充電電流(Ic+Δi)によって充電される(図3(c),(i)のT2,T4期間の波形参照)。
Similarly, when the second control signal φ2 becomes low level, the second switch SW2 is turned on, the positive power source (+ V) is connected to the second charging
また、第3制御信号φ3がハイレベルになると、第3スイッチSW3がオンになり、第1放電用定電流回路15に負の電源(−V)が接続され、第1放電用定電流回路15内の第6トランジスタQ6が一定の電流Idを引き込む動作を行なう。これにより、第1コンデンサC1の蓄積電荷が定電流Idで放電される(図3(f),(h)のT2,T4期間の波形参照)。
Further, when the third control signal φ3 becomes high level, the third switch SW3 is turned on, a negative power source (−V) is connected to the first discharging constant
同様に、第4制御信号φ4がハイレベルになると、第4スイッチSW4がオンになり、第2放電用定電流回路16に負の電源(−V)が接続され、第2放電用定電流回路16内の第7トランジスタQ7が一定の電流Idを引き込む動作を行なう。これにより、第2コンデンサC2の蓄積電荷が定電流Idで放電される(図3(g),(i)のT1,T3期間の波形参照)。
Similarly, when the fourth control signal φ4 becomes high level, the fourth switch SW4 is turned on, a negative power source (−V) is connected to the second discharge constant
第1パルス生成回路17は、図4に示すように、2個のNAND回路を用いた周知のR−Sラッチ回路で構成されている。第1パルス生成回路17の第2NAND回路N2の入力端子はS(set)信号の入力端子であり、第1NAND回路N1の入力端子はR(reset)信号の入力端子である。また、第1NAND回路N1の出力端子は/Q信号の出力端子であり、第2NAND回路N2の出力端子はQ信号の出力端子である。
As shown in FIG. 4, the first
そして、第1パルス生成回路17の第1NAND回路N1の入力端子には第1コンデンサC1の両端電圧が第1リセット信号res1として入力され、第2NAND回路N2の入力端子にはクロック生成回路11から出力される第1セット信号set1が入力される。また、第1NAND回路N1の出力端子から出力されるパルス信号はPWM変調信号PWMoutを生成するための第1パルス信号rsout1としてパルス合成回路19に入力され、第2NAND回路N2の出力端子から出力されるパルス信号は第3制御信号φ3として第3スイッチSW3のベースに入力される。
The voltage across the first capacitor C1 is input as the first reset signal res1 to the input terminal of the first NAND circuit N1 of the first
図4に示すR−Sラッチ回路では、(S,R)=(ハイ,ロー)で(Q,/Q)=(ハイ,ロー)の論理となり、(S,R)=(ロー,ハイ)で(Q,/Q)=(ロー,ハイ)の論理となる。図3(d),(h)に示されるように、第1制御信号φ1が立ち上がるタイミングで第1セット信号set1は一瞬ローレベルになり、第1コンデンサC1の両端電圧(第1リセット信号res1)はハイレベルとなるので、第1パルス信号rsout1はローレベルとなり、第3制御信号φ3はハイレベルとなる(図3(f)(j)参照)。第3制御信号φ3がハイレベルになると、第1コンデンサC1の放電が開始されるが、第1コンデンサC1の両端電圧が第1NAND回路N1のスレシホールドレベルVthより高い間は第1パルス信号rsout1がローレベルに保持され、スレシホールドレベルVthに達すると、第1セット信号set1はハイレベルになり、第1リセット信号res1はローレベルとなるので、そのタイミングで第1パルス信号rsout1はハイレベルとなり、第3制御信号φ3はローレベルとなる(図3(f)(j)参照)。 In the RS latch circuit shown in FIG. 4, the logic of (Q, / Q) = (high, low) is obtained when (S, R) = (high, low), and (S, R) = (low, high). Thus, the logic of (Q, / Q) = (low, high) is obtained. FIG. 3 (d), the as shown in (h), the first set of signals falling on wants timing first control signal φ1 is set1 goes momentarily to the low level, the voltage across the first capacitor C1 (first reset Since the signal res1) is at the high level, the first pulse signal rsout1 is at the low level, and the third control signal φ3 is at the high level (see FIGS. 3F and 3J). When the third control signal φ3 is at a high level, the first capacitor C1 starts to be discharged. However, the first pulse signal rsout1 is maintained while the voltage across the first capacitor C1 is higher than the threshold level Vth of the first NAND circuit N1. Is held at the low level and reaches the threshold level Vth, the first set signal set1 goes to the high level and the first reset signal res1 goes to the low level, so at this timing, the first pulse signal rsout1 goes to the high level. Thus, the third control signal φ3 becomes a low level (see FIGS. 3F and 3J).
第2パルス生成回路18も第1パルス生成回路17と同様に、2個のNAND回路を用いた周知のR−Sラッチ回路で構成されている。図4に示すように、第2パルス生成回路18の第3NAND回路N3の入力端子には第2コンデンサC2の両端電圧が第2リセット信号res2として入力され、第4NAND回路N4の入力端子にはクロック生成回路11から出力される第2セット信号set2が入力される。また、第3NAND回路N3の出力端子から出力されるパルス信号はPWM変調信号PWMoutを生成するための第2パルス信号rsout2としてパルス合成回路19に入力され、第4NAND回路N4の出力端子から出力されるパルス信号は第4制御信号φ4として第4スイッチSW4のベースに入力される。
Similarly to the first
図3(e),(i)に示されるように、第2制御信号φ2が立ち上がるタイミングで第2セット信号set2は一瞬ローレベルになり、第2コンデンサC2の両端電圧(第2リセット信号res2)はハイレベルとなるので、第2パルス信号rsout2はローレベルとなり、第4制御信号φ4はハイレベルとなる(図3(g)(k)参照)。第4制御信号φ4がハイレベルになると、第2コンデンサC2の放電が開始されるが、第2コンデンサC2の両端電圧が第3NAND回路N3のスレシホールドレベルVthより高い間は第2パルス信号rsout2がローレベルに保持され、スレシホールドレベルVthに達すると、第2セット信号set2はハイレベルになり、第2リセット信号res2はローレベルとなるので、そのタイミングで第2パルス信号rsout2はハイレベルとなり、第4制御信号φ4はローレベルとなる(図3(g)(k)参照)。 FIG. 3 (e), the as shown in (i), the second control signal φ2 is the second set signal at a falling on wants timing set2 goes momentarily to the low level, the voltage across the second capacitor C2 (second reset Since the signal res 2 ) is at a high level, the second pulse signal rsout2 is at a low level, and the fourth control signal φ4 is at a high level (see FIGS. 3G and 3K). When the fourth control signal φ4 becomes high level, discharging of the second capacitor C2 is started. However, as long as the voltage across the second capacitor C2 is higher than the threshold level Vth of the third NAND circuit N3, the second pulse signal rsout2 Is held at the low level and reaches the threshold level Vth, the second set signal set2 goes to the high level and the second reset signal res2 goes to the low level, so the second pulse signal rsout2 goes to the high level at that timing. Thus, the fourth control signal φ4 becomes low level (see FIGS. 3G and 3K).
パルス合成回路19は、図4に示すように、第5NAND回路N5によって構成され、第1パルス生成回路17から出力される第1パルス信号rsout1と、第2パルス生成回路18から出力される第2パルス信号rsout2との否定論理積を演算することによりパルス幅変調信号PWMoutを生成する(図3(l)参照)。
As shown in FIG. 4, the
次に、パルス幅変調回路10におけるパルス幅変調動作について、図5を用いて簡単に説明する。なお、第1コンデンサC1と第2コンデンサC2で同様のパルス幅変調動作が行なわれるので、ここでは第1コンデンサC1におけるパルス幅変調動作について説明する。
Next, the pulse width modulation operation in the pulse
第1制御信号φ1がローレベルになると、第1スイッチSW1がオンになり、第1充電電流生成回路13が充電電流(Ic+Δi)の生成動作を行なう。第1制御信号φ1がローレベルの期間では第3制御信号φ3がローレベルであるので、第3スイッチSW3がオフ状態となっており(図3(b)(f)参照)、第1放電用定電流回路15は動作していない。従って、第1コンデンサC1には第1充電電流生成回路13で生成された充電電流(Ic+Δi)のみが流れ込み、これにより第1コンデンサC1が充電される。この充電動作は、第1制御信号φ1がローレベルになっている期間(図5ではT1の期間)に行なわれる。
When the first control signal φ1 becomes low level, the first switch SW1 is turned on, and the first charging
期間T1における第1コンデンサC1の両端電圧(図2のA点の電圧)は、基準レベルVthから充電電流(Ic+G・eS)の大きさに比例した傾きで上昇する。充電電流(Ic+G・eS)はオーディオ信号eSの正負の方向及び振幅の大きさに依存し、eS>0で振幅|eS|が大きいほど、期間T1の終了時の充電電圧は高くなり、eS<0で振幅|eS|が大きいほど、期間T1の終了時の充電電圧は低くなる。なお、図5では、期間T1はオーディオ信号eSの振幅変動に対して非常に短く、期間T1ではオーディオ信号eSの振幅変動は殆どなく一定であるとして第1コンデンサC1の充電電圧をほぼ直線的に上昇させている。 The voltage across the first capacitor C1 during the period T1 (the voltage at the point A in FIG. 2) rises from the reference level Vth with a slope proportional to the magnitude of the charging current (Ic + G · e S ). The charging current (Ic + G · e S ) depends on the positive and negative directions and the amplitude of the audio signal e S. The larger the amplitude | e S | at e S > 0, the higher the charging voltage at the end of the period T1. Thus, the larger the amplitude | e S | at e S <0, the lower the charging voltage at the end of the period T1. In FIG. 5, the period T1 is the audio signal e very short relative to the amplitude variation of S, substantially linear charging voltage of the first capacitor C1 as the amplitude variation of the period an audio signal in T1 e S is almost no constant Is rising.
図5の電圧波形S0は、eS=0のとき(オーディオ信号eSが無信号のとき)の波形を示し、電圧波形S1は、eS>0のときの波形を示し、電圧波形S2は、eS<0のときの波形を示している。 The voltage waveform S0 in FIG. 5 shows a waveform when e S = 0 (when the audio signal e S is no signal), the voltage waveform S1 shows a waveform when e S > 0, and the voltage waveform S2 is , E S <0.
第1コンデンサC1の容量を「C」、期間T1の終了時の第1コンデンサC1の充電電圧を「Vj」とすると、期間T1における第1コンデンサC1の充電動作においては、(Ic+G・eS)×T1=C×(Vj−Vth)の関係が成立する。この関係式より、Vj=G・eS×T1/C+Ic×T1/C+Vthとなるので、A=G×T1/C、B=Ic×T1/C+Vthとして整理すると、Vj=A×eS+Bとなる。図5によれば、eS=0ではVj=V0であるから、B=V0となるので、第1コンデンサC1の充電電圧VjはVj=A×eS+V0を表される。すなわち、第1コンデンサC1の充電電圧VjはV0を中心にeS>0ではオーディオ信号eSの振幅|eS|に比例して増大し、eS<0ではオーディオ信号eSの振幅|eS|に比例して減少する。 When the capacitance of the first capacitor C1 is “C” and the charging voltage of the first capacitor C1 at the end of the period T1 is “Vj”, in the charging operation of the first capacitor C1 in the period T1, (Ic + G · e S ) The relationship of × T1 = C × (Vj−Vth) is established. From this relational expression, Vj = G · e S × T1 / C + Ic × T1 / C + Vth. Therefore, when A = G × T1 / C and B = Ic × T1 / C + Vth are arranged, Vj = A × e S + B Become. According to FIG. 5, since Vj = V0 at e S = 0, B = V0, so that the charging voltage Vj of the first capacitor C1 is expressed as Vj = A × e S + V0. That is, the charging voltage Vj of the first capacitor C1 is the amplitude of e S> 0 In the audio signal e S around the V0 | increases in proportion to, e S <0 the amplitude of the audio signal e S | | e S e Decreases in proportion to S |.
第1制御信号φ1がハイレベルになると同時に第3制御信号φ3がハイレベルになると、第1スイッチSW1がオフなると同時に第3スイッチSW3がオンになり、第1充電電流生成回路13が動作を停止し、第1放電用定電流回路15が定電流Idの引き込み動作を行なう。従って、第1コンデンサC1に蓄積された電荷が定電流Idで第1放電用定電流回路15に引き込まれ、これにより第1コンデンサC1の蓄積電荷が放電される。この放電動作は、第1コンデンサC1の電圧が基準レベルVthに低下するまで行なわれる。
When the first control signal φ1 becomes high level and the third control signal φ3 becomes high level, the first switch SW1 is turned off and the third switch SW3 is turned on at the same time, and the first charging
第1コンデンサC1の電圧が基準レベルVthに低下すると、第3制御信号φ3がローレベルに反転し、第3スイッチSW3がオフになるので、第1放電用定電流回路15の定電流Idによる引き込み動作が停止する。すなわち、第1コンデンサC1の電圧が基準レベルVthに低下してから次に第1制御信号φ1がローレベルになるまでの期間は、第1コンデンサC1に充電電流も放電電流も流れない状態となる。従って、第1コンデンサC1の電圧は第1制御信号φ1がローレベルになるまで基準レベルVthに保持される(図5の時間t1k,t0k,t2k参照)。
When the voltage of the first capacitor C1 drops to the reference level Vth, the third control signal φ3 is inverted to the low level and the third switch SW3 is turned off, so that the first discharge constant
第1コンデンサC1の充電電圧を「Vj」、放電時間を「Th」とすると、Id×Th=C×(Vj−Vth)の関係が成立するから、Th=C×Vj/id−Vth/Idより、放電時間Thは、充電電圧Vjに比例する。すなわち、充電電圧Vjが高いほど、放電時間Thは長くなる。図5において、時間t1は、オーディオ信号eS>0のときの放電時間を示し、時間t0は、オーディオ信号eS=0のときの放電時間を示し、時間t2は、オーディオ信号eS<0のときの放電時間を示し、t2<t0<t1の関係になっている。 Assuming that the charging voltage of the first capacitor C1 is “Vj” and the discharging time is “Th”, the relationship of Id × Th = C × (Vj−Vth) is established, so Th = C × Vj / id−Vth / Id. Thus, the discharge time Th is proportional to the charging voltage Vj. That is, the higher the charging voltage Vj, the longer the discharge time Th. In FIG. 5, time t1 indicates the discharge time when the audio signal e S > 0, time t0 indicates the discharge time when the audio signal e S = 0, and time t2 indicates the audio signal e S <0. The discharge time at this time is shown, and the relationship is t2 <t0 <t1.
そして、充電電圧Vjの高さは、オーディオ信号eSの振幅|eS|に比例するから、放電時間Thもオーディオ信号eSの振幅|eS|に比例することになる。すなわち、第1コンデンサC1の放電時間Thは、オーディオ信号eSの振幅|eS|により変調された時間を示す。上記のパルス幅変調動作は、第2コンデンサC2についても同様である。 The height of the charging voltage Vj, the amplitude of the audio signal e S | proportional to, the discharge time Th the amplitude of the audio signal e S | | e S will be proportional to | e S. That is, the discharge time Th of the first capacitor C1 indicates a time modulated by the amplitude | e S | of the audio signal e S. The above-described pulse width modulation operation is the same for the second capacitor C2.
本実施形態に係るパルス幅変調回路10では、図3に示すように、基準クロック信号MCLKの周期Tのハイレベル期間で第2コンデンサC2によりオーディオ信号eSをパルス幅変調したパルスを生成し、それに続くローレベル期間で第1コンデンサC1によりオーディオ信号eSをパルス幅変調したパルスを生成するので、両パルスをパルス合成回路19で合成することにより基準クロック信号MCLKの周期Tを有するパルス幅変調信号PWMoutを生成している。
In the pulse
次に、パルス幅変調回路10の動作を図3に示すタイミングチャートを参照して説明する。図3は、オーディオ信号eSが無信号の場合(Gm・eS=0)を示している。図3では、基準クロック信号MCLKが最初にハイレベルになる期間から2周期分のハイレベルとローレベルの期間に対してそれぞれ第1期間T1、第2期間T2、第3期間T3、第4期間T4と言うことにする。
Next, the operation of the pulse
第1期間T1では、クロック生成回路11からの第1制御信号φ1がローレベル(第2制御信号φ2がハイレベル)であるので(図3(b)参照)、第1スイッチSW1がオン状態(第2スイッチSW2はオフ状態)となり、第1コンデンサC1に第1充電電流生成回路13が接続される。従って、第1期間T1では第1充電電流生成回路13から第1コンデンサC1に充電電流(Ic+Δi)が流れ込み、これにより第1コンデンサC1が充電される(図3(h)参照)。この充電動作は、第1期間T1が終了するまで行なわれる。
In the first period T1, since the first control signal φ1 from the
第1期間T1が終了し、第1制御信号φ1がローレベルからハイレベルに反転すると、第1スイッチSW1がオフ状態になる。第1スイッチSW1のオフ状態は第2期間T2の間、継続する。クロック生成回路11では、第1制御信号φ1の反転時の立上りを検出し、第1パルス生成回路17に瞬間的にローレベルに変化する第1セット信号set1を出力する(図3(d)の最初のローレベル変化参照)。
When the first period T1 ends and the first control signal φ1 is inverted from the low level to the high level, the first switch SW1 is turned off. The OFF state of the first switch SW1 continues during the second period T2. The
第1パルス生成回路17では、第2期間T2の開始時に第1セット信号set1(ローレベル)が入力されると、第2NAND回路N2の出力がローレベルからハイレベルに反転する(図3(f)参照)。第2NAND回路N2の出力は、第3制御信号φ3として第3スイッチSW3に入力されるので、第3スイッチSW3がオン状態となり、第1コンデンサC1に第1放電用定電流回路15が接続され、これにより、第1コンデンサC1は定電流Idで放電される(図3(h)参照)。
In the first
また、第1パルス生成回路17では、第2期間T2の開始時に第1セット信号set1(ローレベル)が入力されると、第1NAND回路N1の出力をハイレベルからローレベルに反転する(図3(j)参照)。第1NAND回路N1の出力は、第1パルス信号rsout1としてパルス合成回路19に入力される。
Further, in the first
パルス合成回路19に第1NAND回路N1のローレベル出力が入力された時にはパルス合成回路19の第5NAND回路N5に第2パルス生成回路18から入力される第2パルス信号rsout2はハイレベルのため、パルス合成回路19からは第1パルス信号rsout1のレベルを反転したパルス(ハイレベルのパルス)が出力される(図3(l)の2つ目のパルス参照)。
When the low level output of the first NAND circuit N1 is input to the
第2期間T2においては、第1コンデンサC1が定電流Idで放電されるので、第1コンデンサC1の両端電圧が低下する。第1パルス生成回路17では第1コンデンサC1の両端電圧が第1NAND回路N1に入力されているが、第1コンデンサC1の両端電圧が基準レベルVthに低下すると、その時の電圧がローレベルの第1リセット信号res1として第1パルス生成回路17に入力されることになる。第1パルス生成回路17に第1リセット信号res1が入力されると、第1パルス信号rsout1は、ローレベルからハイレベルに反転する(図3(j)参照)。
In the second period T2, since the first capacitor C1 is discharged with the constant current Id, the voltage across the first capacitor C1 decreases. In the first
一方、第2期間T2では、クロック生成回路11からの第2制御信号φ2がローレベル(第1制御信号φ1がハイレベル)であるので(図3(c)参照)、第2スイッチSW2がオン状態(第1スイッチSW1はオフ状態)となり、第2コンデンサC2に第2充電電流生成回路14が接続される。従って、第2期間T2では第2充電電流生成回路14から第2コンデンサC2に充電電流(Ic+Δi)が流れ込み、これにより第2コンデンサC2が充電される(図3(i)参照)。この充電動作は、第2期間T2が終了するまで行なわれる。
On the other hand, in the second period T2, since the second control signal φ2 from the
第2期間T2が終了し、第2制御信号φ2がローレベルからハイレベルに反転すると、第2スイッチSW2がオフ状態になる。第2スイッチSW2のオフ状態は第3期間T3の間、継続する。クロック生成回路11では、第2制御信号φ2の反転時の立上りを検出し、第2パルス生成回路18に瞬間的にローレベルに変化する第2セット信号set2を出力する(図3(e)参照)。
When the second period T2 ends and the second control signal φ2 is inverted from the low level to the high level, the second switch SW2 is turned off. The OFF state of the second switch SW2 continues during the third period T3. The
第2パルス生成回路18では、第3期間T3の開始時に第2セット信号set2(ローレベル)が入力されると、第4NAND回路N4の出力がローレベルからハイレベルに反転する(図3(g)参照)。第4NAND回路N4の出力は、第4制御信号φ4として第4スイッチSW4に入力されるので、第4スイッチSW4がオン状態となり、第2コンデンサC2に第2放電用定電流回路16が接続され、これにより、第2コンデンサC2は定電流Idで放電される(図3(i)参照)。
In the second
また、第2パルス生成回路18では、第3期間T3の開始時に第2セット信号set2(ローレベル)が入力されると、第3NAND回路N3の出力をハイレベルからローレベルに反転する(図3(k)参照)。第3NAND回路N3の出力は、第2パルス信号rsout2としてパルス合成回路19に入力される。
In the second
パルス合成回路19に第3NAND回路N3のローレベル出力が入力された時にはパルス合成回路19の第5NAND回路N5に第1パルス生成回路17から入力される第1パルス信号rsout1はハイレベルのため、パルス合成回路19からは第2パルス信号rsout2のレベルを反転したパルス(ハイレベルのパルス)が出力される(図3(l)の3つ目のパルス参照)。
When the low level output of the third NAND circuit N3 is inputted to the
以下、第3期間以降では第1期間T1及び第2期間T2と同様の動作が繰返される。従って、パルス合成回路19からは基準クロック信号MCLKの半周期毎に第1パルス信号rsout1と第2パルス信号rout2のレベルを反転したパルスが交互に出力される。
Thereafter, after the third period, operations similar to those in the first period T1 and the second period T2 are repeated. Accordingly, the
上記のように、パルス幅変調回路10では、図1に示すように、第1コンデンサC1の充電動作を制御する回路と第2コンデンサC2の充電動作を制御する回路を同一の回路構成(スイッチ回路と充電電流生成回路の直列回路)にするとともに、第1コンデンサC1の放電動作を制御する回路と第2コンデンサC2の放電動作を制御する回路を同一の回路構成(スイッチ回路と放電用定電流回路の直列回路)としているので、図2に示すように、充電動作を制御する第1スイッチSW1及び第2スイッチSW2を同一のトランジスタで実現することができるとともに、放電動作を制御する第3スイッチSW3及び第4スイッチSW4を同一のトランジスタで実現することができる。
As described above, in the pulse
また、第1充電電流生成回路13及び第2充電電流生成回路14を、差動増幅回路12を共通化し、その差動増幅回路12にトランジスタを用いた同一回路構成の電圧−電流変換回路を接続することよって実現することができる。更に、第1放電用定電流回路15及び第2放電用定電流回路16をトランジスタとツェナーダイオードを用いた同一回路構成の定電流回路で実現することができる。
Further, the first charging
しかも、この定電流回路は差動増幅回路12内の定電流回路と同一の回路構成とすることができるので、差動増幅回路12内のツェナーダイオードD1を第1放電用定電流回路15及び第2放電用定電流回路16のツェナーダイオードに共用することができる。更に、パルス幅変調回路10の駆動電源は正の電源(+V)と負の電源(−V)の2種類で良いので、電源回路も簡単にすることができる。
In addition, since this constant current circuit can have the same circuit configuration as the constant current circuit in the
従って、パルス幅変調回路10を少ない部品点数で実現でき、回路の簡素化、小型化を図ることができる。また、低価格のトランジスタやツェナーダイオード等の半導体素子を用いてパルス幅変調回路10を実現できるので、製造コストの低減を図ることができる。
Therefore, the pulse
また、従来のパルス幅変調回路1では、図9に示すように、第1スイッチ部102a内の第1制御信号φ1で制御されるスイッチと第2スイッチ部102b内の第2制御信号φ2で制御されるスイッチが第1コンデンサC1と第2コンデンサC2の間で直列に接続される構成であるので、両スイッチが同時にオン状態になると、電圧−電流変換回路101に第1コンデンサC1と第2コンデンサC2が並列に接続され、第1コンデンサC1の充電動作と第2の充電動作が適正に行なわれないという不都合が生じる。
Further, in the conventional pulse
特に、図10に示す具体回路では、第1スイッチ部102a及び第2スイッチ部102b内の4つのスイッチを、双方向特性を有するアナログスイッチICで構成しているので、第1制御信号φ1の立上りタイミングと第2制御信号φ2の立下りタイミングの間にデッドタイムがなければ、第1スイッチ部102a内の第1制御信号φ1で制御されるアナログスイッチと第2スイッチ部102b内の第2制御信号φ2で制御されるアナログスイッチが同時にオン状態になる虞があり、そのような状態が生じた場合はパルス幅変調回路1からは異常なPWM変調信号PWMoutが出力されることになるが、本実施形態に係るパルス幅変調回路10では、このような不都合が生じることはない。以下、この効果について説明する。
In particular, in the specific circuit shown in FIG. 10, the four switches in the
図6は、従来のパルス幅変調回路1において、第1制御信号φ1のローレベルと第2制御信号φ2のローレベルが重複したときのパルス幅変調動作を示すタイムチャートである。
6, in the conventional pulse
図6の「φ1」と「φ2」の波形は、図9の第1スイッチ部102aと第2スイッチ部102bに入力される第1制御信号φ1と第2制御信号φ2の波形である。また、「C1」と「C2」の波形は、図9の第1パルス生成回路104と第2パルス生成回路105に入力される電圧波形であり、「rsout1」、「rsout2」、「PWMout」の波形は、それぞれ図9の第1パルス生成回路104、第2パルス生成回路105、パルス合成回路106から出力される電圧波形である。
The waveforms of “φ1” and “φ2” in FIG. 6 are the waveforms of the first control signal φ1 and the second control signal φ2 input to the
同図に示すように、第2制御信号φ2は、第2制御信号φ2の立下りタイミングが第1制御信号φ1の立上りタイミング対して微小時間tdだけ早くなるように設定されており、第1制御信号φ1の立上りタイミングより微小時間tdだけ前の期間で第1制御信号φ1と第2制御信号φ2が共にローレベルになっている(図6(a),(b)参照)。 As shown in the figure, the second control signal φ2 is set to the timing Ri falling of the second control signal φ2 is advanced by a minute time td for standing on Ri timing of the first control signal .phi.1, standing on Ri minute time from the timing td just before the period the first control signal φ1 second control signal φ2 of the first control signal φ1 becomes both the low level (FIG. 6 (a), (b) see) .
第1期間T1において、第1制御信号φ1がローレベルに立ち下ってから第2制御信号φ1がローレベルに立ち下る直前までの期間は、電圧−電流変換回路101に第1コンデンサC1のみが接続され、第1コンデンサC1は電圧−電流変換回路101からの充電電流(Ic+Δi)によって充電されるので、第1コンデンサC1の両端電圧はほぼ直線的に上昇する。しかし、第2制御信号φ2がローレベルに立ち下ると、第1コンデンサC1に第2コンデンサC2が並列に接続されるので、第1コンデンサC1の両端電圧は不連続に急減することになる。
In the first period T1, a period of from I under stood first control signal φ1 is low until just before the second control signal φ1 is Ru under standing to a low level, a voltage -
第2制御信号φ2の立下りタイミングにおける第1コンデンサC1の充電電圧を「Vj」とすると、その時点では第2コンデンサC2の蓄積電荷はゼロで、両端電圧は「Vth」であるから、第1コンデンサC1に第2コンデンサC2が並列に接続されると、合成容量が2倍になるので、第1コンデンサC1及び第2コンデンサC2の両端電圧は、(Vj+Vth)/2となる。図6に示すように、第1コンデンサC1の充電電圧Vjと第1コンデンサC1の基準レベルVthの差電圧を「Cv」とすると、Vj=Vth+Cvより(Vj+Vth)/2=Vth+Cv/2となる。すなわち、第2制御信号φ2の立下りタイミングで、第1コンデンサC1の両端電圧は充電電圧Vjから第2コンデンサC2との差電圧Cvの1/2だけ急減し、第2コンデンサC2の両端電圧は基準レベルVthから第1コンデンサC1との差電圧Cvの1/2だけ急増する(図6(c)(d)参照)。 When the charging voltage of the first capacitor C1 in the falling Ri timing of the second control signal φ2 is "Vj", in at that time accumulated charge of the second capacitor C2 is zero, because the voltage across is "Vth", the When the second capacitor C2 is connected in parallel to the one capacitor C1, the combined capacitance is doubled, so that the voltage across the first capacitor C1 and the second capacitor C2 is (Vj + Vth) / 2. As shown in FIG. 6, when the difference voltage between the charging voltage Vj of the first capacitor C1 and the reference level Vth of the first capacitor C1 is “Cv”, (Vj + Vth) / 2 = Vth + Cv / 2 from Vj = Vth + Cv. That is, in the falling Ri timing of the second control signal .phi.2, the voltage across the first capacitor C1 is rapidly decreased by half the difference voltage Cv of the second capacitor C2 from the charging voltage Vj, the voltage across the second capacitor C2 Increases rapidly from the reference level Vth by ½ of the difference voltage Cv from the first capacitor C1 (see FIGS. 6C and 6D).
そして、第1制御信号φ1の立上りタイミングでは、電圧−電流変換回路101に第1コンデンサC1と第2コンデンサC2が並列接続されている状態が第2コンデンサC2のみの接続状態になるので、第2コンデンサC2は電圧(Vth+Cv/2)から充電されることになる。一方、第1コンデンサC1は、第1制御信号φ1の立上りタイミングで第3制御信号φ3がハイレベルとなり、放電用定電流回路103が接続されるので、電圧(Vth+Cv/2)から放電されることになる。
Then, in the standing upper Ri timing of the first control signal .phi.1, voltage -
この結果、第1コンデンサC1は、正常時は充電電圧(Vth+Cv)から放電が行なわれるところ、充電電圧(Vth+Cv/2)から基準レベルVthまで放電が行なわれるので、その放電時間は正常時の放電時間よりも短くなる(図6(c),(e)参照)。一方、第2コンデンサC2は、正常時は基準レベルVthから充電が行なわれるところ、電圧(Vth+Cv/2)から基準クロック信号MCLKの周期Tの1/2だけ充電されるので、その充電電圧は正常時の充電電圧よりも高くなる。従って、充電期間の放電期間では放電時間が正常時の放電時間よりも長くなる(図6(d),(f)参照)。この結果、第1コンデンサC1を用いて変調されるパルス幅と第2コンデンサC2を用いて変調されるパルス幅とに著しいアンバランスが生じ、図6(g)に示すように、PWM変調信号PWMoutの波形は異常な波形となる。
As a result, when the first capacitor C1 is discharged from the charging voltage (Vth + Cv) in the normal state, the first capacitor C1 is discharged from the charging voltage (Vth + Cv / 2) to the reference level Vth. It becomes shorter than the time (see FIGS. 6C and 6E). On the other hand, the
従来のパルス幅変調回路1では、上記の不都合を解消するために、図9に示したクロック生成回路100の後段に必ずデッドタイム生成回路を設け、第1制御信号φ1がローレベルからハイレベルに立ち上がるタイミングから所定時間だけ遅れて第2制御信号φ2がハイレベルからローレベルに立ち下がるようにデッドタイムを設ける必要がある。
In the conventional pulse
これ対し、本実施形態に係るパルス幅変調回路10は、図2に示したように、第1スイッチSW1と第1コンデンサC1との間に第1充電電流生成回路13が介在し、第2スイッチSW2と第2コンデンサC2との間に第2充電電流生成回路14が介在するので、第1スイッチSW1と第2スイッチSW2が同時にオン状態になったとしても、従来のパルス幅変調回路1のように第1コンデンサC1と第2コンデンサC2が同一の充電電流生成回路に並列に接続されることはない。
On the other hand, in the pulse
すなわち、本実施形態に係るパルス幅変調回路10では、第1コンデンサC1は、第2スイッチSW2のオン・オフ動作に関係なく、第1スイッチSW1がオンになると、第1充電電流生成回路13に接続されて当該第1充電電流生成回路13からの充電電流によって充電され、第2コンデンサC2は、第1スイッチSW1のオン・オフ動作に関係なく、第2スイッチSW2がオンになると、第2充電電流生成回路14に接続されて当該第2充電電流生成回路14からの充電電流によって充電される。
That is, in the pulse
図7は、本実施形態に係るパルス幅変調回路10において、第1制御信号φ1のローレベルと第2制御信号φ2のローレベルが重複したときのパルス幅変調動作を示すタイムチャートである。
FIG. 7 is a time chart showing a pulse width modulation operation when the low level of the first control signal φ1 and the low level of the second control signal φ2 overlap in the pulse
図7の第1制御信号φ1と第2制御信号φ2の波形は図6の第1制御信号φ1と第2制御信号φ2の波形と同一である。 The waveforms of the first control signal φ1 and the second control signal φ2 in FIG. 7 are the same as the waveforms of the first control signal φ1 and the second control signal φ2 in FIG.
第1期間T1において、第1制御信号φ1がローレベルに立ち下ってから第2制御信号φ1がローレベルに立ち下る直前までの期間は、第1コンデンサC1に第1充電電流生成回路13が接続され、第1コンデンサC1は当該第1充電電流生成回路13から出力される充電電流(Ic+Δi)によって充電されるので、第1コンデンサC1の両端電圧はほぼ直線的に上昇する。また、第2制御信号φ2がローレベルに立ち下っても、第1コンデンサC1には第2コンデンサC2が並列に接続されることはないので、第1コンデンサC1の両端電圧は第1制御信号φ1の立上がりタイミング、すわなち、第1期間T1の終了まで上昇することになる。
In the first period T1, a period of from I under stood first control signal φ1 is low until just before the second control signal φ1 is Ru under standing to a low level, the first charging
従って、第2期間T2においては、第1コンデンサC1に第1放電用定電流回路15が接続され、第1コンデンサC1は当該第1放電用定電流回路15から出力される定電流Idによって放電される。
Therefore, in the second period T2, the first discharging constant
一方、第2コンデンサC2は、第1期間T1の終了間際の第2制御信号φ2がローレベルに立ち下るタイミングから次の立上りタイミングまでの期間、第2充電電流生成回路14が接続され、当該第2充電電流生成回路14から出力される充電電流(Ic+Δi)によって充電されるので、第2コンデンサC2の両端電圧もほぼ直線的に上昇する。また、その期間中には第1制御信号φ1がローレベルに立ち下ることはないので、第2コンデンサC2の両端電圧は第2制御信号φ2が立ち上がるタイミングまで上昇し、その電圧が第2期間T2の終了まで保持される。そして、第3期間T3の開始間際に第2コンデンサC2に第2放電用定電流回路16が接続され、第2コンデンサC2は当該第2放電用定電流回路16から出力される定電流Idによって放電される。
On the other hand, the second capacitor C2, the second control signal φ2 just before the end of the first period T1 is a period from the timing Ru under stood low until the next falling on Ri timing, the second charging
上記のように、第1コンデンサC1の充放電動作と第2コンデンサC2の充放電動作は互いに独立した動作となるので、両コンデンサC1,C2の充電動作と放電動作とにアンバランスが生じることはなく、図7(e)〜(g)に示すように、PWM変調信号PWMoutの波形は正常な波形となる。 As described above, since the charging / discharging operation of the first capacitor C1 and the charging / discharging operation of the second capacitor C2 are independent from each other, there is no imbalance between the charging operation and the discharging operation of both the capacitors C1 and C2. Instead, as shown in FIGS. 7E to 7G, the waveform of the PWM modulation signal PWMout is a normal waveform.
従って、本実施形態に係るパルス幅変調回路10では、従来のパルス幅変調回路1のようにデッドタイム生成回路を設ける必要はないので、その分、回路の簡素化、回路スペースを削減化及び部品コストの低減化を図ることができる。
Therefore, 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、上記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。例えば、上記した実施形態では、第1及び第2コンデンサC1,C2を一旦プラス方向に充電し、その後マイナス方向に放電するようにしたが、これに代えて、第1及び第2コンデンサC1,C2を一旦マイナス方向に充電し、その後プラス方向に放電するようにして、パルス幅変調信号PWMoutを生成するようにしてもよい。 Of course, the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the circuit configuration shown in the above embodiment is an example, and various circuits can be applied as long as they have equivalent functions. Can do. For example, in the above-described embodiment, the first and second capacitors C1 and C2 are once charged in the positive direction and then discharged in the negative direction. Instead, the first and second capacitors C1 and C2 are replaced. May be once charged in the minus direction and then discharged in the plus direction to generate the pulse width modulation signal PWMout.
また、第1ないし第4スイッチSW1〜SW4は、バイポーラトランジスタに限られず、FETなどの他の種類の半導体スイッチング素子を使用することができる。 The first to fourth switches SW1 to SW4 are not limited to bipolar transistors, and other types of semiconductor switching elements such as FETs can be used.
また、第1コンデンサC1と第1パルス生成回路17との間、または第2コンデンサC2と第2パルス生成回路18との間には、例えばオペアンプからなる比較回路が設けられてもよい。この比較回路により、第1コンデンサC1の一端における電圧が基準電圧に達することを正確に検出することができる。
Further, a comparison circuit made of, for example, an operational amplifier may be provided between the first capacitor C1 and the first
1,10 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 クロック生成回路
12 差動増幅回路
13 第1充電電流生成回路
14 第2充電電流生成回路
15 第1放電用定電流回路
16 第2放電用定電流回路
17 第1パルス生成回路
18 第2パルス生成回路
19 パルス合成回路
AU オーディオ発生源
C1 第1コンデンサ
C2 第2コンデンサ
eS オーディオ信号
SW1 第1スイッチ
SW2 第2スイッチ
SW3 第3スイッチ
SW4 第4スイッチ
T1 第1期間
T2 第2期間
T3 第3期間
T4 第3期間
φ1 第1制御信号
φ2 第2制御信号
φ3 第3制御信号
φ4 第4制御信号
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記第1の制御信号により充電動作が実行された一方レベルの期間に続く他方レベルの期間に、前記充電動作で蓄積された電荷の放電動作を実行させるための第3の制御信号と、前記第2の制御信号により充電動作が実行された他方レベルの期間に続く一方レベルの期間に、前記充電動作で蓄積された電荷の放電動作を実行させるための第4の制御信号とを生成する放電制御信号生成部と、
前記第1の制御信号に応じて入力信号のレベルに基づいて生成される充電電流により第1のコンデンサを充電する充電動作と、前記第3の制御信号に応じて前記第1のコンデンサの蓄積電荷を一定の放電電流で放電する放電動作とを実行し、前記放電動作を実行している各期間に前記第1のコンデンサが放電開始時のレベルから基準レベルに変化するまでの放電時間をパルス幅とする第1のパルス信号を生成する第1のパルス信号生成部と、
前記第2の制御信号に応じて前記充電電流により第2のコンデンサを充電する充電動作と、前記第4の制御信号に応じて前記第2のコンデンサの蓄積電荷を前記放電電流で放電する放電動作とを実行し、前記放電動作を実行している各期間に前記第2のコンデンサが放電開始時のレベルから前記基準レベルに変化するまでの放電時間をパルス幅とする第2のパルス信号を生成する第2のパルス信号生成部と、
前記第1のパルス信号生成部で生成される第1のパルス信号と前記第2のパルス信号生成部で生成される第2のパルス信号とを合成し、各パルスのパルス幅が前記入力信号のレベルに応じて変化するパルス幅変調信号を出力するパルス信号合成部と、
を備えたパルス幅変調回路であって、
前記第1のパルス信号生成部は、
前記入力信号の電圧を増幅する差動増幅回路と、
前記差動増幅回路の一対の電源端子間に接続され、前記第1のコンデンサの充放電動作を制御する第1の制御回路と、
前記第1のコンデンサの両端電圧に基づいて前記第1のパルス信号を生成する第1のパルス信号生成回路と、を備え、
前記第1の制御回路は、前記差動増幅回路から出力される電圧に応じた電流を前記充電電流として生成する第1の充電電流生成回路とこの第1の充電電流生成回路で生成される充電電流による前記第1のコンデンサの充電動作を前記第1の制御信号により制御する第1のスイッチ回路との第1の直列回路と、前記放電電流として一定の電流を生成する第1の定電流回路とこの第1の定電流回路で生成される放電電流による前記第1のコンデンサの放電動作を前記第3の制御信号により制御する第2のスイッチ回路との第2の直列回路とを直列に接続し、その接続点に前記第1のコンデンサを接続した回路で構成され、
前記第2のパルス信号生成部は、
前記差動増幅回路を前記第1のパルス信号生成部と共有し、
前記差動増幅回路の一対の電源端子間に接続され、前記第2のコンデンサの充放電動作を制御する第2の制御回路と、
前記第2のコンデンサの両端電圧に基づいて前記第2のパルス信号を生成する第2のパルス信号生成回路と、を備え、
前記第2の制御回路は、前記差動増幅回路から出力される電圧に応じた電流を前記充電電流として生成する第2の充電電流生成回路とこの第2の充電電流生成回路で生成される充電電流による前記第2のコンデンサの充電動作を前記第2の制御信号により制御する第3のスイッチ回路との第3の直列回路と、前記放電電流として一定の電流を生成する第2の定電流回路とこの第2の定電流回路で生成される放電電流による前記第2のコンデンサの放電動作を前記第4の制御信号により制御する第4のスイッチ回路との第4の直列回路とを直列に接続し、その接続点に前記第2のコンデンサを接続した回路で構成されている、ことを特徴とする、パルス幅変調回路。 Generating a second control signal. Used to perform a first control signal. Used to perform one level charging operation in the period of reference clock, the charging operation to the other level period of the reference clock A charge control signal generator;
Said first control signal by a period of the other levels following a period of one level the charging operation is performed, the third control signal order to execute the discharging operation of the charging operation by accumulated charge and the the second control signal by the period of the charging operation while levels following the period of the other level is performed to generate a fourth control signal in order to execute the discharging operation of the charging operation by accumulated charge A discharge control signal generator;
A charging operation for charging the first capacitor with a charging current generated based on the level of the input signal in accordance with the first control signal, and an accumulated charge in the first capacitor in accordance with the third control signal the running and discharge operations for discharging at a constant discharge current, the discharge the operation each time running first capacitor discharge time the pulse width to change from the level at the start of discharging to the reference level A first pulse signal generator for generating a first pulse signal,
A charging operation for charging the second capacitor with the charging current according to the second control signal, and a discharging operation for discharging the accumulated charge of the second capacitor with the discharge current according to the fourth control signal. run the door, generates the second pulse signal the second capacitor each time running the discharge operation is the pulse width discharge time from the level at the start of the discharge until the changes to the reference level A second pulse signal generator that
The first pulse signal generated by the first pulse signal generation unit and the second pulse signal generated by the second pulse signal generation unit are synthesized, and the pulse width of each pulse is equal to the input signal. A pulse signal synthesizer that outputs a pulse width modulation signal that changes according to the level;
A pulse width modulation circuit comprising:
The first pulse signal generation unit includes:
A differential amplifier for amplifying the voltage of the input signal;
A first control circuit that is connected between a pair of power supply terminals of the differential amplifier circuit and controls a charge / discharge operation of the first capacitor;
A first pulse signal generation circuit that generates the first pulse signal based on a voltage across the first capacitor;
The first control circuit generates a current corresponding to a voltage output from the differential amplifier circuit as the charging current, and a charge generated by the first charging current generation circuit. A first series circuit with a first switch circuit that controls the charging operation of the first capacitor by a current using the first control signal, and a first constant current circuit that generates a constant current as the discharge current And a second series circuit connected in series with the second switch circuit for controlling the discharge operation of the first capacitor by the discharge current generated by the first constant current circuit by the third control signal. And a circuit in which the first capacitor is connected to the connection point.
The second pulse signal generator is
Sharing the differential amplifier circuit with the first pulse signal generator;
A second control circuit that is connected between a pair of power supply terminals of the differential amplifier circuit and controls a charge / discharge operation of the second capacitor;
A second pulse signal generation circuit that generates the second pulse signal based on a voltage across the second capacitor,
The second control circuit includes a second charging current generation circuit that generates a current corresponding to a voltage output from the differential amplifier circuit as the charging current, and a charge generated by the second charging current generation circuit. A third series circuit with a third switch circuit for controlling the charging operation of the second capacitor by the current by the second control signal, and a second constant current circuit for generating a constant current as the discharge current And a fourth series circuit with a fourth switch circuit for controlling the discharge operation of the second capacitor by the discharge current generated by the second constant current circuit by the fourth control signal. The pulse width modulation circuit is constituted by a circuit in which the second capacitor is connected to the connection point.
前記第1の定電流回路と前記第2の定電流回路は、前記定電流回路と同一の回路構成を有し、前記定電圧源を当該定電流回路と共用している、
ことを特徴とする、請求項1に記載のパルス幅変調回路。 The differential amplifier circuit includes a circuit in which emitters of two transistors are connected to each other, and a constant current circuit including a transistor circuit in which a constant voltage source is connected between a base and an emitter is connected to the connection point.
The first constant current circuit and the second constant current circuit have the same circuit configuration as the constant current circuit, and share the constant voltage source with the constant current circuit.
The pulse width modulation circuit according to claim 1, wherein:
前記第1及び第2の充電電流生成回路は、1個のトランジスタを用いた電圧−電流変換回路で構成されている、
ことを特徴とする、請求項2に記載のパルス幅変調回路。 The first to fourth switch circuits are composed of semiconductor switching elements,
The first and second charging current generation circuits are configured by a voltage-current conversion circuit using one transistor,
The pulse width modulation circuit according to claim 2, wherein:
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パルス幅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 claim 1;
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 pulse width modulation signal output from the pulse width modulation circuit;
A switching amplifier characterized by comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010060434A JP5234032B2 (en) | 2009-04-24 | 2010-03-17 | Pulse width modulation circuit and switching amplifier using the same |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009106014 | 2009-04-24 | ||
JP2009106014 | 2009-04-24 | ||
JP2010060434A JP5234032B2 (en) | 2009-04-24 | 2010-03-17 | Pulse width modulation circuit and switching amplifier using the same |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010273326A JP2010273326A (en) | 2010-12-02 |
JP2010273326A5 JP2010273326A5 (en) | 2011-05-26 |
JP5234032B2 true JP5234032B2 (en) | 2013-07-10 |
Family
ID=43420945
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010060434A Expired - Fee Related JP5234032B2 (en) | 2009-04-24 | 2010-03-17 | Pulse width modulation circuit and switching amplifier using the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5234032B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5482885B1 (en) | 2012-12-28 | 2014-05-07 | オンキヨー株式会社 | Pulse width modulation circuit and switching amplifier |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0767066B2 (en) * | 1990-06-06 | 1995-07-19 | ローム株式会社 | Voltage controlled oscillator |
JP4583323B2 (en) * | 2006-03-23 | 2010-11-17 | 中国電力株式会社 | Operation support system |
JP4811148B2 (en) * | 2006-06-16 | 2011-11-09 | オンキヨー株式会社 | Pulse width modulation circuit and switching amplifier using the same |
JP4100455B1 (en) * | 2007-01-22 | 2008-06-11 | オンキヨー株式会社 | Pulse width modulation circuit and switching amplifier using the same |
-
2010
- 2010-03-17 JP JP2010060434A patent/JP5234032B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2010273326A (en) | 2010-12-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4366540B2 (en) | Pulse width modulation circuit and switching amplifier using the same | |
JP4785801B2 (en) | Class D amplifier | |
JP2020510340A5 (en) | ||
US7545207B2 (en) | Control circuit and method for a switching amplifier | |
JP5234032B2 (en) | Pulse width modulation circuit and switching amplifier using the same | |
JP4211465B2 (en) | Pulse width modulation circuit | |
JP2010273326A5 (en) | ||
JP3697678B2 (en) | V / F conversion circuit | |
JP4407743B2 (en) | Pulse width modulation circuit and switching amplifier using the same | |
JP3871551B2 (en) | Voltage supply circuit | |
JP5713543B2 (en) | Pulse width modulation circuit and switching amplifier using the same | |
JP2012217118A (en) | Pulse-width modulation circuit and switching amplifier | |
JP4310982B2 (en) | Non-isolated step-down converter and electronic device using the same | |
JP5482885B1 (en) | Pulse width modulation circuit and switching amplifier | |
JP4947307B2 (en) | Switching amplifier | |
JP5978988B2 (en) | Pulse width modulation circuit and switching amplifier | |
JP4582351B2 (en) | Pulse width modulation circuit | |
JP4586836B2 (en) | Pulse width modulation circuit and switching amplifier using the same | |
US6879199B2 (en) | PWM control signal generation method and apparatus | |
JP2013162438A (en) | Switching amplifier | |
JP5692038B2 (en) | Pulse width modulation circuit | |
JP2010263474A (en) | Switching amplifier, and level shift circuit for the same | |
JP2723650B2 (en) | Signal switching circuit | |
JPH0773215B2 (en) | Digital analog conversion method | |
JPH0322705A (en) | Pulse generating circuit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20101227 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20110401 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110407 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110804 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130123 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130226 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130311 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 5234032 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160405 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |