JP5496001B2 - Class D amplifier circuit - Google Patents

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Description

本発明は、PWM変調回路の電源電圧の値と出力回路の電源電圧の値が異なるD級増幅回路にに関する。   The present invention relates to a class D amplifier circuit in which a power supply voltage value of a PWM modulation circuit and a power supply voltage value of an output circuit are different.

図2に、従来のD級増幅回路およびその周辺回路の構成を示す。この回路全体は、D級増幅回路10、スピーカ50、リチウムイオン電池等のバッテリB1、そのバッテリB1の電圧VDD1を降圧して電圧VDD2を出力するレギュレータ60、バッテリB1の電圧VDD1を安定化させるキャパシタC1、レギュレータ60の出力電圧VDD2を安定化させるキャパシタC2などを備える。D級増幅回路10は、アナログの音声信号を入力してPWM信号に変換するPWM変換回路20、そのPWM信号を増幅する出力回路30、その出力回路30から出力するPWM信号をフィルタリングしてアナログ信号に平滑するフィルタ回路40からなり、PWM変換回路20と出力回路30は、レギュレータ60の出力電圧VDD2を電源電圧として動作する。   FIG. 2 shows the configuration of a conventional class D amplifier circuit and its peripheral circuits. The entire circuit includes a class D amplifier circuit 10, a speaker 50, a battery B1 such as a lithium ion battery, a regulator 60 that steps down the voltage VDD1 of the battery B1 and outputs a voltage VDD2, and a capacitor that stabilizes the voltage VDD1 of the battery B1. C1, a capacitor C2 for stabilizing the output voltage VDD2 of the regulator 60, and the like. A class D amplifier circuit 10 receives an analog audio signal and converts it into a PWM signal, a PWM conversion circuit 20 that outputs the PWM signal, an output circuit 30 that amplifies the PWM signal, and a PWM signal that is output from the output circuit 30 by filtering the analog signal. The PWM conversion circuit 20 and the output circuit 30 operate using the output voltage VDD2 of the regulator 60 as a power supply voltage.

ところで、携帯機器の普及に伴い、D級増幅回路10には、高出力を維持しつつ低消費電力を実現することが求められている。これを実現する方法として、図3のように、D級増幅回路10のPWM変調回路20と出力回路30への供給電源電圧を異ならせる方法がある。具体的には、PWM変調回路10の電源電圧として、レギュレータ60の出力電圧VDD2(例えば1.8V)を供給する一方、出力回路30にバッテリB1の電圧VDD1(例えば3.7V)を供給する方法がある。このような方法をとることによって、出力電圧の振幅を3.7Vの電源から生成することで高出力を維持しつつ、PWM変調回路20の電源電圧を1.8Vと低く設定することでPWM変調回路20の消費電力を最低限に抑制することが出来る。   By the way, with the spread of portable devices, the class D amplifier circuit 10 is required to realize low power consumption while maintaining high output. As a method for realizing this, as shown in FIG. 3, there is a method in which supply power supply voltages to the PWM modulation circuit 20 and the output circuit 30 of the class D amplifier circuit 10 are made different. Specifically, a method of supplying the output voltage VDD2 (eg, 1.8V) of the regulator 60 as the power supply voltage of the PWM modulation circuit 10 and supplying the voltage VDD1 (eg, 3.7V) of the battery B1 to the output circuit 30. There is. By adopting such a method, PWM modulation is performed by setting the power supply voltage of the PWM modulation circuit 20 as low as 1.8 V while maintaining the high output by generating the amplitude of the output voltage from the power supply of 3.7 V. The power consumption of the circuit 20 can be minimized.

図4に、D級増幅回路10の一般的な回路構成を示す。PWM変調回路20は、OPアンプ211と抵抗RINとキャパシタCFBからなる積分回路21、コンパレータ22、発振回路23、および基準電圧発生回路24で構成される。また、出力回路30は、レベルシフタ31、プリドライバ32、およびパワートランジスタ段33で構成される。RFBは帰還抵抗である。 FIG. 4 shows a general circuit configuration of the class D amplifier circuit 10. The PWM modulation circuit 20 includes an integration circuit 21 composed of an OP amplifier 211, a resistor RIN, and a capacitor CFB , a comparator 22, an oscillation circuit 23, and a reference voltage generation circuit 24. The output circuit 30 includes a level shifter 31, a pre-driver 32, and a power transistor stage 33. R FB is a feedback resistor.

アナログ音声信号電圧VINは、積分回路21で積分され積分電圧V1となる。積分電圧V1は発振回路23から出力された三角波電圧とコンパレータ22で比較され、VDD2とVSSの2値からなる矩形波であるPWM変調信号電圧V2となる。電圧V2はレベルシフタ31でVDD1とVSSの2値からなる矩形波にレベル変換された電圧V3となる。電圧V3はプリドライバ32でバッファリングされ、パワートランジスタ段33から出力電圧Voutとして出力する。そして、この出力電圧Voutは、フィルタ回路40によって高域成分がカットされ、復調されたアナログ信号電圧Vspkとなり、スピーカ50を駆動する。D級増幅回路10の各部の波形を図5に示した。この種の回路構成は、特許文献1に開示されている。さらに、2電源で使用する回路構成は、特許文献2に記載されている。 The analog audio signal voltage VIN is integrated by the integrating circuit 21 to become an integrated voltage V1. The integrated voltage V1 is compared with the triangular wave voltage output from the oscillation circuit 23 by the comparator 22, and becomes a PWM modulation signal voltage V2 which is a rectangular wave having two values of VDD2 and VSS. The voltage V2 becomes the voltage V3 level-converted by the level shifter 31 into a rectangular wave composed of two values of VDD1 and VSS. The voltage V3 is buffered by the pre-driver 32 and is output from the power transistor stage 33 as the output voltage Vout. Then, the high-frequency component is cut from the output voltage Vout by the filter circuit 40 to become a demodulated analog signal voltage Vspk, and the speaker 50 is driven. The waveforms of the respective parts of the class D amplifier circuit 10 are shown in FIG. This type of circuit configuration is disclosed in Patent Document 1. Further, a circuit configuration used with two power supplies is described in Patent Document 2.

次に、発振回路23と基準電圧発生回路24の動作について、図6〜図8を用いて説明する。図6は発振回路23のブロック図である。発振回路23は、コンパレータ231,232、RSフリップフロップ233、PMOSトランジスタMP7、NMOSトランジスタMN7、キャパシタC3で構成されている。発振回路23の動作は、キャパシタC3の充電期間と放電期間に分けられる。また、トランジスタMP7のソースには電流Iosc1を吐き出す電流源が接続され、トランジスタMN7のソースには電流Iosc2を吸い込む電流源が接続される。   Next, operations of the oscillation circuit 23 and the reference voltage generation circuit 24 will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a block diagram of the oscillation circuit 23. The oscillation circuit 23 includes comparators 231 and 232, an RS flip-flop 233, a PMOS transistor MP7, an NMOS transistor MN7, and a capacitor C3. The operation of the oscillation circuit 23 is divided into a charging period and a discharging period of the capacitor C3. Further, a current source that discharges the current Iosc1 is connected to the source of the transistor MP7, and a current source that sucks the current Iosc2 is connected to the source of the transistor MN7.

充電期間では、RSフリップフロップ233のQ出力はローレベルである。このとき、トランジスタMP7はオン状態であるため、電流Iosc1によりキャパシタC3が充電され、発振電圧Voscが上昇する。この発振電圧Voscがコンパレータ232の基準電圧Vref2に到達すると、そのコンパレータ232の出力はローレベルからハイレベルに変化する。このハイレベルの電圧はRSフリップフロップ233のS入力に入力される。その結果、RSフリップフロップ233のQ出力はローレベルからハイレベルに変化する。よって、トランジスタMP7はオフ状態、MN7はオン状態となり、発振回路23は放電期間に移行する。   During the charging period, the Q output of the RS flip-flop 233 is at a low level. At this time, since the transistor MP7 is in the ON state, the capacitor C3 is charged by the current Iosc1, and the oscillation voltage Vosc rises. When the oscillation voltage Vosc reaches the reference voltage Vref2 of the comparator 232, the output of the comparator 232 changes from low level to high level. This high level voltage is input to the S input of the RS flip-flop 233. As a result, the Q output of the RS flip-flop 233 changes from the low level to the high level. Therefore, the transistor MP7 is turned off, the MN7 is turned on, and the oscillation circuit 23 shifts to the discharge period.

放電期間では、トランジスタMN7がオン状態であるため、電流Iosc2によりキャパシタC3の電荷が放電され、発振電圧Voscが下降する。この発振電圧Voscがコンパレータ231の基準電圧Vref1に到達すると、そのコンパレータ232の出力はローレベルからハイレベルに変化する。このハイレベルの電圧はRSフリップフロップ233のR入力に入力される。その結果、RSフリップフロップ233のQ出力はハイレベルからローレベルに変化する。よって、トランジスタMP7はオン状態、MN7はオフ状態となり、発振回路23は充電期間に移行する。   In the discharge period, since the transistor MN7 is in the on state, the charge of the capacitor C3 is discharged by the current Iosc2, and the oscillation voltage Vosc drops. When the oscillation voltage Vosc reaches the reference voltage Vref1 of the comparator 231, the output of the comparator 232 changes from low level to high level. This high level voltage is input to the R input of the RS flip-flop 233. As a result, the Q output of the RS flip-flop 233 changes from the high level to the low level. Therefore, the transistor MP7 is turned on, the MN7 is turned off, and the oscillation circuit 23 shifts to the charging period.

発振回路23は、以上の充電期間と放電期間の繰り返しにより、図7に示すような三角波の発振電圧Voscを出力する。この三角波発振電圧Voscの発振周波数foscは、式(1)で表される。

Figure 0005496001
ここで、Iosc1=Iosc2=Ioscであれば、式(1)は式(2)となり、発振周波数foscは電流源電流Ioscに比例する。
Figure 0005496001
The oscillation circuit 23 outputs a triangular wave oscillation voltage Vosc as shown in FIG. 7 by repeating the above charging period and discharging period. The oscillation frequency fosc of this triangular wave oscillation voltage Vosc is expressed by equation (1).
Figure 0005496001
Here, if Iosc1 = Iosc2 = Iosc, Equation (1) becomes Equation (2), and the oscillation frequency fosc is proportional to the current source current Iosc.
Figure 0005496001

図8は発振回路23のコンパレータ231,232に入力される基準電圧Vref1,Vref2を発生する基準電圧発生回路24の従来の構成である。抵抗R11〜R13で構成され、電源電圧VDD1と接地電圧VSSの電位差を上記抵抗によって分圧することで、基準電圧Vref1,Vref2を発生する。   FIG. 8 shows a conventional configuration of the reference voltage generation circuit 24 that generates the reference voltages Vref1 and Vref2 input to the comparators 231 and 232 of the oscillation circuit 23. Reference resistors Vref1 and Vref2 are generated by dividing the potential difference between the power supply voltage VDD1 and the ground voltage VSS by the resistors.

米国特許第6262632号明細書US Pat. No. 6,262,632 米国特許第7262658号明細書US Pat. No. 7,262,658

ところで、電源電圧VDD1はバッテリB1から供給される電圧であるため、図9に示すように、時間経過に従いその値が低下する。一方、電源電圧VDD2はレギュレータ60から供給されるため、VDD1=VDD2になるまで、その値を維持する。電源電圧VDD1が低下するとPWM変調回路20のカットオフ周波数fcが低下する。fcは式(3)のように表される。Aはコンパレータ22の変調利得、ALSはレベルシフタ31の電圧利得である。

Figure 0005496001
By the way, since the power supply voltage VDD1 is a voltage supplied from the battery B1, as shown in FIG. 9, its value decreases as time passes. On the other hand, since the power supply voltage VDD2 is supplied from the regulator 60, the value is maintained until VDD1 = VDD2. When the power supply voltage VDD1 decreases, the cut-off frequency fc of the PWM modulation circuit 20 decreases. fc is expressed as in Equation (3). A M is the modulation gain of the comparator 22, and A LS is the voltage gain of the level shifter 31.
Figure 0005496001

このとき、変調利得Aは一定値を維持するが、電圧VDD1の低下に伴い電圧利得ALSが小さくなるため、上式(3)よりカットオフ周波数fcが低下し、D級増幅回路10の高域の再生能力が低下していく。そのため、バッテリB1の電圧低下に伴い音質の低下をもたらす問題があった。 At this time, the modulation gain A M maintains a constant value, but the voltage gain A LS decreases with a decrease in the voltage VDD1, so that the cut-off frequency fc decreases from the above equation (3), and the class D amplifier circuit 10 High-frequency playback ability declines. For this reason, there is a problem that the sound quality is deteriorated as the voltage of the battery B1 is lowered.

図10にD級増幅回路10の利得の周波数特性を示す。周波数軸上にカットオフ周波数fc、人間の可聴域周波数(20kHz)、発振回路の発振周波数foscを示した。同図に示すように、カットオフ周波数fcは20kHz以上かつfosc/2以下である必要がある。バッテリB1の電圧VDD1が低下するとカットオフ周波数fcが低下する関係にあり、それが20kHz以下になると、入力信号の可聴域における高域成分が減衰する。   FIG. 10 shows the frequency characteristics of the gain of the class D amplifier circuit 10. The cut-off frequency fc, human audible frequency (20 kHz), and oscillation frequency fosc of the oscillation circuit are shown on the frequency axis. As shown in the figure, the cut-off frequency fc needs to be 20 kHz or more and fosc / 2 or less. When the voltage VDD1 of the battery B1 decreases, the cut-off frequency fc decreases, and when it becomes 20 kHz or less, the high frequency component in the audible range of the input signal is attenuated.

本発明の目的は、高出力と低消費電力を両立するために出力回路をバッテリに直結し、PWM変調回路の電源電圧をレギュレータから出力された低電圧に接続した場合において、バッテリの電圧が低下したときでも、カットオフ周波数が一定値を維持されるようにして、上記した問題を解決したD級増幅回路を提供することである。   The object of the present invention is to directly connect the output circuit to the battery in order to achieve both high output and low power consumption, and when the power supply voltage of the PWM modulation circuit is connected to the low voltage output from the regulator, the battery voltage decreases. Even in such a case, it is to provide a class D amplifier circuit that solves the above-described problems by maintaining a constant cutoff frequency.

上記目的を達成するために、請求項1にかかる発明は、第2の電源電圧で動作し、入力するアナログ信号電圧に対応した電圧と発振回路で生成した三角波電圧とを比較してPWM信号電圧を生成するPWM変調回路と、前記第2の電源電圧より高い第1の電源電圧で動作し、前記PWM変調回路から出力する前記PWM信号電圧のレベルを前記第2の電源電圧から前記第1の電源電圧のレベルに変換してから増幅する出力回路とを備え、前記発振回路で生成する前記三角波電圧の振幅を、前記第1の電源電圧の値に比例して変化させるようにしたD級増幅回路において、前記発振回路は、前記三角波電圧が第2の基準電圧より低いときはキャパシタを第1の電流で充電し、前記三角波電圧が第2の基準電圧に上昇すると前記キャパシタを第2の電流で放電し、前記三角波電圧が第2の基準電圧より低い第1の基準電圧にまで低下すると前記キャパシタを前記第1の電流で充電し、以後これを繰り返す動作を行って、前記キャパシタの電圧を前記三角波電圧とし、前記第1および第2の電流は、前記第1の電源電圧の値に比例して生成され、中間電圧が前記第2の電源電圧に比例して生成され、前記第1の基準電圧は、前記第1の電流に対応した値の電流が第1の抵抗に流れることにより、前記中間電圧から所定量だけ低い電圧となるように生成され、前記第2の基準電圧は、前記第2の電流に対応した値の電流が前記第1の抵抗と同値の第2の抵抗に流れることにより、前記中間電圧から前記所定量だけ高い電圧となるように生成される、ことを特徴とする。

To achieve the above object, the invention according to claim 1 operates at the second power supply voltage, compares the voltage corresponding to the input analog signal voltage with the triangular wave voltage generated by the oscillation circuit, and compares the PWM signal voltage. A PWM modulation circuit that generates a first power supply voltage higher than the second power supply voltage, and the level of the PWM signal voltage output from the PWM modulation circuit is changed from the second power supply voltage to the first power supply voltage. e Bei and an output circuit for amplifying the converted level of the supply voltage, the amplitude of the triangular wave voltage generated by the oscillation circuit, D grade was set to vary in proportion to the value of the first power supply voltage in the amplifier circuit, the oscillator circuit when said triangular wave voltage is lower than the second reference voltage to charge the capacitor with the first current, the said capacitor and the triangular wave voltage is increased to a second reference voltage second When the triangular wave voltage is lowered to a first reference voltage lower than a second reference voltage, the capacitor is charged with the first current, and the operation is repeated thereafter to discharge the voltage with the current. Is the triangular wave voltage, the first and second currents are generated in proportion to the value of the first power supply voltage, an intermediate voltage is generated in proportion to the second power supply voltage, and the first The reference voltage is generated so that a current corresponding to the first current flows through the first resistor to be a voltage lower than the intermediate voltage by a predetermined amount, and the second reference voltage is A current having a value corresponding to the second current flows through a second resistor having the same value as the first resistor, thereby generating a voltage that is higher than the intermediate voltage by the predetermined amount. And

本発明によれば、第1の電源電圧の値に比例して発振回路で生成される三角波電圧の振幅が変化するので、第1の電源電圧が変動しても、D級増幅回路のカットオフ周波数が一定値を維持するように自動制御される。このため、バッテリ駆動のD級増幅回路において、高出力と低消費電力を両立するために出力回路をバッテリに直結し、PWM変調回路の電源電圧としてレギュレータから出力する低電圧に接続した場合でも、バッテリの出力電圧の時間変化に関わらず、高域の再生能力を保つことができる。また、第1の電源電圧が変動しても、発振回路の発振周波数が一定値を維持するように自動制御される。   According to the present invention, since the amplitude of the triangular wave voltage generated by the oscillation circuit changes in proportion to the value of the first power supply voltage, even if the first power supply voltage fluctuates, the cutoff of the class D amplifier circuit The frequency is automatically controlled so as to maintain a constant value. Therefore, in a battery-driven class D amplifier circuit, even when the output circuit is directly connected to the battery in order to achieve both high output and low power consumption, and connected to the low voltage output from the regulator as the power supply voltage of the PWM modulation circuit, Regardless of changes in the output voltage of the battery over time, it is possible to maintain a high frequency reproduction capability. Further, even if the first power supply voltage fluctuates, the oscillation frequency of the oscillation circuit is automatically controlled so as to maintain a constant value.

本発明の実施例の基準電圧発生回路の回路図である。It is a circuit diagram of the reference voltage generation circuit of the Example of this invention. 従来のD級増幅回路およびその周辺回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the conventional class D amplifier circuit and its peripheral circuit. 低電圧・高出力化を図った従来のD級増幅回路およびその周辺回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the conventional class D amplifier circuit aiming at low voltage and high output, and its peripheral circuit. 従来のD級増幅回路の回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit structure of the conventional class D amplifier circuit. 図4のD級増幅回路の各部の動作波形を示す波形図である。FIG. 5 is a waveform diagram showing operation waveforms of each part of the class D amplifier circuit of FIG. 4. 図4のD級増幅回路の発振回路の構成を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of an oscillation circuit of the class D amplifier circuit of FIG. 4. 図6の発振回路の出力波形を示す波形図である。FIG. 7 is a waveform diagram showing an output waveform of the oscillation circuit of FIG. 6. 図4のD級増幅回路の基準電圧発生回路の構成を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a reference voltage generation circuit of the class D amplifier circuit of FIG. 4. 図6のD級増幅回路に供給される電源電圧の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the power supply voltage supplied to the class D amplifier circuit of FIG. D級増幅回路の安定動作条件を示す周波数特性図である。It is a frequency characteristic figure which shows the stable operation conditions of a class D amplifier circuit.

図1に本発明の1つの実施例の基準電圧発生回路24を示す。この基準電圧発生回路24には、電源電圧VDD1と、その電圧VDD1をレギュレータ60で降圧した電圧VDD2が入力する。241,242,243はオペアンプ、MP1,MP2,MP3,MP4,MP5はPMOSトランジスタ、MN1,MN2,MN3,MN4,MN5はNMOSトランジスタ、R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7は抵抗である。   FIG. 1 shows a reference voltage generation circuit 24 according to one embodiment of the present invention. The reference voltage generation circuit 24 receives a power supply voltage VDD1 and a voltage VDD2 obtained by stepping down the voltage VDD1 with the regulator 60. 241, 242, 243 are operational amplifiers, MP1, MP2, MP3, MP4, MP5 are PMOS transistors, MN1, MN2, MN3, MN4, MN5 are NMOS transistors, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7 are resistors is there.

以下に、図1の基準電圧回発生路24の動作を説明する。まず、抵抗R1,R2により電圧VDD1が分圧され、オペアンプ241の非反転入力端子に入力する。R1=R2とすると、オペアンプ241の非反転入力端子にはVDD1/2の電圧が入力する。この電圧VDD1/2がオペアンプを241とトランジスタMN1で負帰還され、そのトランジスタMN1のソースに表れる。この電圧をVref0とすると、

Figure 0005496001
となる。この電圧Vref0と抵抗R3によって流れる電流Iref0は、
Figure 0005496001
となり、電圧VDD1に比例した電流となる。 Hereinafter, the operation of the reference voltage generation path 24 of FIG. 1 will be described. First, the voltage VDD 1 is divided by the resistors R 1 and R 2 and input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 241. When R1 = R2, a voltage of VDD1 / 2 is input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 241. This voltage VDD1 / 2 is negatively fed back by the operational amplifier 241 and the transistor MN1, and appears at the source of the transistor MN1. If this voltage is Vref0,
Figure 0005496001
It becomes. The current Iref0 flowing through the voltage Vref0 and the resistor R3 is
Figure 0005496001
Thus, the current is proportional to the voltage VDD1.

この電流Iref0は、トランジスタMP1,MP2,MN2,MN3からなるカレントミラーでコピーされて、電流Iref1が発生し、また、トランジスタMP1,MP2,MP3からなるカレントミラーでコピーされて、電流Iref2が発生する。このとき、Iref1=Iref2に設定される。このうち電流Iref1は抵抗R6を流れ、また、電流Iref2は抵抗R7を流れる。   This current Iref0 is copied by a current mirror made up of transistors MP1, MP2, MN2, and MN3 to generate a current Iref1, and is copied by a current mirror made up of transistors MP1, MP2, and MP3 to generate a current Iref2. . At this time, Iref1 = Iref2 is set. Of these, the current Iref1 flows through the resistor R6, and the current Iref2 flows through the resistor R7.

一方、抵抗R4,R5により電圧VDD2が分圧され、中間電圧Vcomが発生する。R4=R5とすると、

Figure 0005496001
となる。この中間電圧Vcomは、オペアンプ242とトランジスタMN4によって負帰還をかけられ、トランジスタMN4のソースに表れる。同じように、中間電圧Vcomは、オペアンプ243とトランジスタMP4によって負帰還をかけられ、トランジスタMP4のソースに表れる。そして、電流Iref1と抵抗R6によって、中間電圧Vcomから「Iref1×R6」だけ電圧降下シフトされた基準電圧Vref1が、トランジスタMN3のドレインから出力される。また、電流Iref2と抵抗R7によって、中間電圧Vcomから「Iref2×R7」だけ電圧上昇シフトされた基準電圧Vref2が、トランジスタMP3のドレインから出力される。これらの基準電圧Vref1、Vref2は、図6に示した発振回路23に入力する。 On the other hand, the voltage VDD2 is divided by the resistors R4 and R5, and the intermediate voltage Vcom is generated. If R4 = R5,
Figure 0005496001
It becomes. This intermediate voltage Vcom is negatively fed back by the operational amplifier 242 and the transistor MN4, and appears at the source of the transistor MN4. Similarly, the intermediate voltage Vcom is negatively fed back by the operational amplifier 243 and the transistor MP4, and appears at the source of the transistor MP4. Then, the reference voltage Vref1 that is shifted by “Iref1 × R6” from the intermediate voltage Vcom by the current Iref1 and the resistor R6 is output from the drain of the transistor MN3. In addition, the reference voltage Vref2 that is voltage-shifted by “Iref2 × R7” from the intermediate voltage Vcom by the current Iref2 and the resistor R7 is output from the drain of the transistor MP3. These reference voltages Vref1 and Vref2 are input to the oscillation circuit 23 shown in FIG.

また、前記電流Iref0がトランジスタMP1,MP2,MP5からなるカレントミラーでコピーされることで、電流Iosc1が出力する。同様に、前記電流Iref0がトランジスタMP1,MP2,MN2,MN5からなるカレントミラーでコピーされることで、電流Iosc2が出力する。このとき、Iref0=Iosc1=Iosc2になるように設定される。これらの電流Iosc1,Iosc2は、図6に示した発振回路23に入力する。   The current Iref0 is copied by a current mirror composed of transistors MP1, MP2 and MP5, so that a current Iosc1 is output. Likewise, the current Iref0 is copied by a current mirror composed of transistors MP1, MP2, MN2, and MN5, so that a current Iosc2 is output. At this time, Iref0 = Iosc1 = Iosc2 is set. These currents Iosc1 and Iosc2 are input to the oscillation circuit 23 shown in FIG.

電流Iref1、Iref2は電圧VDD1の値に比例するので、基準電圧Vref1,Vref2の中間電圧Vcomからのそれぞれのシフト量は同一であり、電圧VDD1の値に比例する。このため、この基準電圧Vref1,Vref2を発振回路23に入力することで、三角波の電圧振幅を電圧VDD1の値に比例させることができる。このとき、PWM変調回路20の変調利得Aは式(7)の関係で表される。式(7)の「Vref−Vcom」はシフト量である。なお、Vrefは、Vref1あるいはVref2である。

Figure 0005496001
Since the currents Iref1 and Iref2 are proportional to the value of the voltage VDD1, the shift amounts of the reference voltages Vref1 and Vref2 from the intermediate voltage Vcom are the same, and are proportional to the value of the voltage VDD1. Therefore, by inputting the reference voltages Vref1 and Vref2 to the oscillation circuit 23, the voltage amplitude of the triangular wave can be made proportional to the value of the voltage VDD1. At this time, the modulation gain A M of the PWM modulation circuit 20 is expressed by the relationship of formula (7). “Vref−Vcom” in Expression (7) is a shift amount. Vref is Vref1 or Vref2.
Figure 0005496001

例えば、電圧VDD1が2倍になるときは、レベルシフタ31の電圧利得ALSが2倍になるが、シフト量(=Vref−Vcom)が2倍になるので、PWM変調回路20の変調利得Aは上式(7)より1/2になるように自動制御される。その結果、式(3)で示したカットオフ周波数fcを、電圧VDD1の変動にかかわらず一定に保つことができる。 For example, when the voltage VDD1 is doubled, the voltage gain A LS of the level shifter 31 is doubled, the shift amount (= Vref-Vcom) is doubled, modulation gain of the PWM modulation circuit 20 A M Is automatically controlled to be ½ from the above equation (7). As a result, the cut-off frequency fc shown in Expression (3) can be kept constant regardless of the fluctuation of the voltage VDD1.

また、Iref0=Iosc1=Iosc2であるため、その電流Iosc1とIosc2はVDD1に比例する。よって、電圧VDD1が2倍になることによって、シフト量(=Vref−Vcom)が2倍になっても、Iosc1=Iosc2が2倍になるように自動制御されるため、式(2)に示すfoscの関係式から、発振周波数foscを一定に保つことができる。   Since Iref0 = Iosc1 = Iosc2, the currents Iosc1 and Iosc2 are proportional to VDD1. Therefore, even if the shift amount (= Vref−Vcom) is doubled by doubling the voltage VDD1, automatic control is performed so that Iosc1 = Iosc2 is doubled. From the relational expression of fosc, the oscillation frequency fosc can be kept constant.

以上の結果、バッテリ駆動のD級増幅回路において、高出力と低消費電力を両立するために出力回路30をバッテリに直結し、PWM変調回路20の電源電圧をレギュレータ60から出力された低電圧VDD2に接続した場合でも、バッテリの出力電圧VDD1の時間変化に拘わらず、カットオフ周波数fcを一定にすることができ、高域の再生能力を保つことができるとともに、発振回路の発振周波数を一定に保つことができる。また、VDD1=VDD2に到達すると、VDD2が減衰し始めるため、本発明の自動制御が機能しなくなるが、VDD1=VDD2に到達する直前でバッテリ残量の減少を検知し、D級増幅回路10の動作が停止するような機構を別に設ければ、支障は生じない。   As a result, in the battery-driven class D amplifier circuit, in order to achieve both high output and low power consumption, the output circuit 30 is directly connected to the battery, and the power supply voltage of the PWM modulation circuit 20 is output from the regulator 60 as the low voltage VDD2. Even when connected to, the cut-off frequency fc can be made constant regardless of the time change of the output voltage VDD1 of the battery, the high frequency reproduction capability can be maintained, and the oscillation frequency of the oscillation circuit can be made constant. Can keep. Also, when VDD1 = VDD2, VDD2 begins to attenuate, so the automatic control of the present invention does not function. However, a decrease in the remaining battery level is detected immediately before reaching VDD1 = VDD2, and the class D amplifier circuit 10 If a mechanism that stops the operation is provided separately, no trouble occurs.

10:D級増幅回路
20:PWM変調回路、21:積分回路、211:オペアンプ、22:コンパレータ、23:発振回路、231,232:コンパレータ、233:RSフリップフロップ、24:基準電圧発生回路、214〜243:オペアンプ
30:出力回路、31:レベルシフタ、32:プリドライバ、33:パワートランジスタ段
40:フィルタ回路
50:スピーカ
60:レギュレータ
10: Class D amplification circuit 20: PWM modulation circuit, 21: integration circuit, 211: operational amplifier, 22: comparator, 23: oscillation circuit, 231, 232: comparator, 233: RS flip-flop, 24: reference voltage generation circuit, 214 243: operational amplifier 30: output circuit, 31: level shifter, 32: pre-driver, 33: power transistor stage 40: filter circuit 50: speaker 60: regulator

Claims (1)

第2の電源電圧で動作し、入力するアナログ信号電圧に対応した電圧と発振回路で生成した三角波電圧とを比較してPWM信号電圧を生成するPWM変調回路と、前記第2の電源電圧より高い第1の電源電圧で動作し、前記PWM変調回路から出力する前記PWM信号電圧のレベルを前記第2の電源電圧から前記第1の電源電圧のレベルに変換してから増幅する出力回路とを備え、前記発振回路で生成する前記三角波電圧の振幅を、前記第1の電源電圧の値に比例して変化させるようにしたD級増幅回路において、
前記発振回路は、前記三角波電圧が第2の基準電圧より低いときはキャパシタを第1の電流で充電し、前記三角波電圧が第2の基準電圧に上昇すると前記キャパシタを第2の電流で放電し、前記三角波電圧が第2の基準電圧より低い第1の基準電圧にまで低下すると前記キャパシタを前記第1の電流で充電し、以後これを繰り返す動作を行って、前記キャパシタの電圧を前記三角波電圧とし、
前記第1および第2の電流は、前記第1の電源電圧の値に比例して生成され、
中間電圧が前記第2の電源電圧に比例して生成され、
前記第1の基準電圧は、前記第1の電流に対応した値の電流が第1の抵抗に流れることにより、前記中間電圧から所定量だけ低い電圧となるように生成され、
前記第2の基準電圧は、前記第2の電流に対応した値の電流が前記第1の抵抗と同値の第2の抵抗に流れることにより、前記中間電圧から前記所定量だけ高い電圧となるように生成される、
ことを特徴とするD級増幅回路。
A PWM modulation circuit that operates at a second power supply voltage and generates a PWM signal voltage by comparing a voltage corresponding to an input analog signal voltage with a triangular wave voltage generated by an oscillation circuit; and higher than the second power supply voltage An output circuit which operates with a first power supply voltage and amplifies the PWM signal voltage output from the PWM modulation circuit after converting the level of the PWM power supply voltage from the second power supply voltage to the level of the first power supply voltage. In the class D amplifier circuit, the amplitude of the triangular wave voltage generated by the oscillation circuit is changed in proportion to the value of the first power supply voltage.
The oscillation circuit charges the capacitor with the first current when the triangular wave voltage is lower than the second reference voltage, and discharges the capacitor with the second current when the triangular wave voltage rises to the second reference voltage. When the triangular wave voltage drops to a first reference voltage lower than a second reference voltage, the capacitor is charged with the first current, and thereafter, this operation is repeated, and the voltage of the capacitor is changed to the triangular wave voltage. age,
The first and second currents are generated in proportion to the value of the first power supply voltage,
An intermediate voltage is generated in proportion to the second power supply voltage;
The first reference voltage is generated so that a current corresponding to the first current flows through the first resistor to be a voltage lower than the intermediate voltage by a predetermined amount,
The second reference voltage is set to a voltage that is higher than the intermediate voltage by the predetermined amount when a current having a value corresponding to the second current flows through a second resistor having the same value as the first resistor. Generated in the
A class D amplifier circuit.
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