JPH09214259A - Ｄ級電力増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パワースイッチで発生する、電源リップルに
よる波形歪やスイッチング動作に伴うオーバーシュート
やリンギング等による波形歪を抑えて、低歪率で電力効
率の高いＤ級電力増幅器を提供することを目的とする。 【解決手段】 量子化器１０３、加算器１０４、１０
６、ループフィルタ１０５で構成されるΔΣ変調器１０
２は、入力端子１０１からの入力信号を２値信号に変換
する。この２値信号はパワースイッチ１０７で電力増幅
され、ローパスフィルタ１０８で平滑され、出力端子１
０９を介して負荷に電力を供給する。一方、パワースイ
ッチ１０７で発生した波形歪は減衰器１１０、ディレイ
１１１、加算器１１２、ローパスフィルタ１１３で検出
され、選択回路１１４は検出した波形歪のレベルに応じ
て量子化器１０３の基準レベルを選択する。そして、Δ
Σ変調器１０２は波形歪をキャンセルするように入力信
号を２値信号に変換する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、音響機器において
スピーカ等の負荷を駆動するＤ級電力増幅器に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】音響機器における電力増幅器は、直流電
源から与えられる直流電圧を入力信号に基づき変調し、
入力信号に相似な波形を負荷であるスピーカに供給する
ものが通常である。

【０００３】この様な電力増幅器において、電力損失を
極力小さくし電力変換効率を向上したものとして、例え
ば、１９９４年７月６〜８日のＩＥＥコンファレンス・
パブリケーション・No.393 「リニアライゼイション・
オブ・クラス・Ｄ・アウトプット・ステイジ・フォー・
ハイパフォーマンス・オーディオ・パワー・アンプリフ
ァイアーズ」（IEE 6-8 July 1994 Conference Publica
tion No.393 "LINEARIZATION OF CLASS D OUTPUT STAGE
S FOR HIGH-PERFORMANCE AUDIO POWER AMPLIFIERS"）に
記載されている様なＤ級電力増幅器があった。

【０００４】以下に、従来のＤ級電力増幅器について説
明する。図１０は従来のＤ級電力増幅器の構成を示すも
のである。１００１は２値信号を入力する入力端子、１
００２は入力された２値信号を遅延させる複数の遅延タ
ップを持つディレイライン、１００３はディレイライン
１００２の出力を電力増幅するパワースイッチ、１００
４はパワースイッチ１００３の出力を平滑するローパス
フィルタ、１００５はローパスフィルタ１００４の出力
を負荷に供給する出力端子、１００６はパワースイッチ
１００３の出力振幅を減衰する減衰器、１００７は減衰
器１００６とディレイライン１００２の中間遅延タップ
の出力との差を算出する加算器、１００８は加算器１０
０７の出力を平滑するローパスフィルタ、１００９はロ
ーパスフィルタ１００８の出力に基づきディレイライン
１００２の遅延タップを選択する選択回路、１０１０は
選択回路１００９の出力に基づきディレイライン１００
２の遅延タップを切り換えるスイッチである。

【０００５】以上のように構成された従来のＤ級電力増
幅器の動作を説明する。入力端子１００１から入力され
た２値信号(例えば、オーディオ信号をＰＷＭ信号に変
換したもの)は、ディレイライン１００２で遅延され
る。この信号をパワースイッチ１００３は電力増幅し、
ローパスフィルタ１００４は平滑(もとのオーディオ信
号に復調する)し、出力端子１００５を介して負荷に電
力を供給する。ところで、パワースイッチ１００３の出
力は供給される電源のリップルやスイッチングによるオ
ーバーシュートやリンギング等の要因により波形歪が発
生し、その結果出力端子１００５に波形歪が発生する。
そこで、減衰器１００６はパワースイッチ１００３の出
力を所定レベル（加算器１００７で演算が行えるレベ
ル、すなわちディレイライン１００２の出力と同等のレ
ベル）に減衰し、加算器１００７は減衰器１００６の出
力とディレイライン１００２の中間遅延タップからの出
力との差を算出する。

【０００６】ここで、ディレイライン１００２の最小遅
延タップの遅延時間がゼロ、中間遅延タップの遅延時間
とパワースイッチ１００３の伝播遅延時間とが等しく、
パワースイッチ１００３の入力がディレイライン１００
２の最小遅延タップに今接続されているとすると、パワ
ースイッチ１００３で波形歪が発生しない場合、加算器
１００７の出力はゼロとなる。また、パワースイッチ１
００３で波形歪が発生した場合、加算器１００７には、
減衰器１００６で減衰されたパワースイッチ１００３の
波形歪が出力される。すなわち加算器１００７には、パ
ワースイッチ１００３で発生した波形歪に比例した信号
が出力される。そして、ローパスフィルタ１００８はこ
の信号を平滑し、選択回路１００９はローパスフィルタ
１００８の出力に基づき、ローパスフィルタ１００８の
出力がゼロになるようにパワースイッチ１００３に入力
する信号の遅延時間を決定する。そして、スイッチ１０
１０は選択回路１００９の出力に基づきディレイライン
１００２の遅延タップを切り換える。

【０００７】すなわち、パワースイッチ１００３で発生
する波形歪を検出し、この波形歪の量に応じてパワース
イッチ１００３に入力する２値信号のタイミングをディ
レイライン１００２で制御することで、従来のＤ級電力
増幅器は、パワースイッチ１００３で発生した波形歪を
キャンセルするような構成となっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、以下に示す問題点を有していた。

【０００９】即ち、上記従来の構成は、パワースイッチ
で発生する波形歪をその量に応じて２値信号のパワース
イッチへの入力タイミングを制御することで、キャンセ
ルしている。しかし、波形歪を充分キャンセルするに
は、ディレイラインの分解能を良くする必要があるため
回路規模が大きくなるという問題点と、系全体では、デ
ィレイが増加する構成であるため、遅延した時間の間は
前の信号がホールドされるため本来入力された２値信号
とは異なる信号をパワースイッチが増幅することにな
る。そのため、動作シミュレーションにより出力端子か
ら負荷に供給される出力信号のＦＦＴ解析を行うと、波
形歪の対策を行う前に比べてノイズフロアーが上昇する
という問題点と、パワーアンプの音量を制御できないと
いう問題点を有していた。

【００１０】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、入力信号を２値信号に変換する際に、検出した波形
歪がゼロになるようにΔΣ変調器内の量子化器の基準レ
ベルを変化させる構成をとること、また、基準信号と本
電力増幅器に出力信号との振幅レベル差がゼロとなるよ
うに量子化器の基準レベルを変化させる構成をとること
で、回路規模の増加がなく、ノイズフロアーの上昇がな
く、波形歪のキャンセルや音量の制御を可能にするＤ級
電力増幅器を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のＤ級電力増幅器は、入力信号を２値信号に変
換する量子化器を持つΔΣ変調器と、ΔΣ変調器の出力
を電力増幅するパワースイッチと、パワースイッチの出
力を平滑する第１のローパスフィルタと、ΔΣ変調器の
出力を遅延するディレイと、パワースイッチの出力振幅
を減衰する減衰器と、ディレイの出力と減衰器の出力と
の差を算出する加算器と、加算器の出力を平滑する第２
のローパスフィルタと、第２のローパスフィルタの出力
に基づき量子化器の基準レベルを選択する選択回路とを
備える。

【００１２】これにより、パワースイッチで発生する波
形歪みをキャンセル可能なＤ級電力増幅器が得られる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明は、入力信号を２値信号に
変換する量子化器を持つΔΣ変調器と、前記ΔΣ変調器
の出力を電力増幅するパワースイッチと、前記パワース
イッチの出力を平滑する第１のローパスフィルタと、前
記ΔΣ変調器の出力を遅延するディレイと、前記パワー
スイッチの出力振幅を減衰する減衰器と、前記ディレイ
の出力と前記減衰器の出力との差を算出する加算器と、
前記加算器の出力を平滑する第２のローパスフィルタ
と、前記第２のローパスフィルタの出力に基づき前記量
子化器の基準レベルを選択する選択回路とを備えたＤ級
電力増幅器としたもので、これにより、以下の様な作用
を有する。即ち、入力信号は量子化器を持つΔΣ変調器
で２値信号に変換される。この２値信号はパワースイッ
チで電力増幅され、第１のローパスフィルタで平滑され
負荷に供給される。一方、ディレイはΔΣ変調器の出力
を遅延し、減衰器はパワースイッチの出力振幅をディレ
イの出力振幅と同等に減衰する。そして、加算器はディ
レイの出力と減衰器の出力との差を算出し、第２のロー
パスフィルタでこれを平滑することでパワースイッチで
発生した波形歪を検出する。選択回路はこの波形歪量に
応じて１ビット量子化器の基準レベルを選択する。その
結果、ΔΣ変調器は波形歪をキャンセルするように入力
信号を２値信号に変換する。この様にして、波形歪をキ
ャンセルしている。

【００１４】また本発明は、入力信号を２値信号に変換
する量子化器を持つΔΣ変調器と、前記ΔΣ変調器の出
力を電力増幅するパワースイッチと、前記パワースイッ
チの出力を平滑する第１のローパスフィルタと、前記Δ
Σ変調器の出力を遅延するディレイと、前記パワースイ
ッチの出力振幅を減衰する減衰器と、前記ディレイの出
力と前記減衰器の出力との差を算出する加算器と、前記
加算器の出力を平滑する第２のローパスフィルタと、前
記入力信号の振幅と前記第２のローパスフィルタの出力
とに基づき前記量子化器の基準レベルを選択する選択回
路とを備えたＤ級電力増幅器としたもので、これによ
り、以下の様な作用を有する。即ち、入力信号は量子化
器を持つΔΣ変調器で２値信号に変換される。この２値
信号はパワースイッチで電力増幅され、第１のローパス
フィルタで平滑され負荷に供給される。一方、ディレイ
はΔΣ変調器の出力を遅延し、減衰器はパワースイッチ
の出力振幅をディレイの出力振幅と同等レベルに減衰す
る。そして、加算器はディレイの出力と減衰器の出力と
の差を算出し、第２のローパスフィルタでこれを平滑す
ることでパワースイッチで発生した波形歪を検出する。
そして、選択回路は入力信号の振幅と波形歪量に応じて
１ビット量子化器の基準レベルを選択する。その結果、
ΔΣ変調器は波形歪をキャンセルするように入力信号を
２値信号に変換する。この様にして、波形歪をキャンセ
ルしている。

【００１５】また本発明は、入力信号を２値信号に変換
する量子化器を持つΔΣ変調器と、前記ΔΣ変調器の出
力を電力増幅するパワースイッチと、前記パワースイッ
チの出力を平滑する第１のローパスフィルタと、前記Δ
Σ変調器の出力を遅延するディレイと、外部からの制御
信号により減衰量を可変できる前記パワースイッチの出
力振幅を減衰する減衰器と、前記ディレイの出力と前記
減衰器の出力との差を算出する加算器と、前記加算器の
出力を平滑する第２のローパスフィルタと、前記第２の
ローパスフィルタの出力に基づき前記量子化器の基準レ
ベルを選択する選択回路とを備えたＤ級電力増幅器とし
たもので、これにより、以下の様な作用を有する。即
ち、入力信号は量子化器を持つΔΣ変調器で２値信号に
変換される。この２値信号はパワースイッチで電力増幅
され、第１のローパスフィルタで平滑され負荷に供給さ
れる。一方、ディレイはΔΣ変調器の出力を遅延し、減
衰器の減衰量可変であるため、与えられた減衰量に応じ
てパワースイッチの出力振幅を減衰する。そして、加算
器はディレイの出力と減衰器の出力との差を算出し、第
２のローパスフィルタでこれを平滑することでパワース
イッチで発生した波形歪及びディレイの出力と減衰器の
出力の振幅レベル差を検出する。選択回路はこの波形歪
量及び振幅レベル差に応じて１ビット量子化器の基準レ
ベルを選択する。その結果、ΔΣ変調器は検出した波形
歪がゼロになるように入力信号を２値信号に変換するこ
とで、波形歪をキャンセルしている。また、基準信号と
本電力増幅器に出力信号との振幅レベル差をゼロにする
ように入力信号を２値信号に変換することで電力増幅器
の音量制御をしている。

【００１６】以下、本発明の実施の形態について、図面
を参照しながら説明する。 （実施の形態１）図１は本発明の実施の形態１における
Ｄ級電力増幅器のブロック図を示す。図１において、１
０１は入力端子、１０２は入力端子１０１からの入力信
号を２値信号に変換するΔΣ変調器であり、１０３は量
子化器、１０４は量子化器１０３で発生した量子化誤差
を算出する加算器、１０５は量子化誤差の周波数特性を
制御するループフィルタ、１０６は入力信号とループフ
ィルタ１０５の出力の差を算出する加算器で、ΔΣ変調
器１０２を構成する。１０７はΔΣ変調器１０２の出力
信号を電力増幅するパワースイッチ、１０８はパワース
イッチ１０７の出力信号を平滑するローパスフィルタ、
１０９はローパスフィルタ１０８の出力をスピーカ等の
負荷に供給する出力端子、１１０はパワースイッチ１０
７の出力振幅を所定レベルに減衰する減衰器、１１１は
ΔΣ変調器１０２の出力をパワースイッチ１０７の伝播
遅延時間だけ遅延させるディレイ、１１２は減衰器１１
０とディレイ１１１の差を算出する加算器、１１３は加
算器１１２の出力を平滑するローパスフィルタ、１１４
はローパスフィルタ１１３の出力に基づき量子化器１０
３の基準レベルを選択する選択回路である。

【００１７】図２は、本実施の形態のＤ級電力増幅器の
動作の説明図であり、パワースイッチ１０７で発生する
波形歪に関する説明図である。図２において、破線は理
想波形、実線は実際の波形であり、同図（ａ）は電源リ
ップルによる波形歪の場合、（ｂ）はスイッチングに伴
うオーバーシュートやリンギング等による波形歪の場合
を示す。

【００１８】図３は、本実施の形態のＤ級電力増幅器の
動作の説明図であり、量子化器１０３の基準レベルを変
化させた時の出力波形を示す。図３において、（ａ）は
量子化器の基準レベルがゼロの場合、（ｂ）は量子化器
の基準レベルが正の場合、（ｃ）は量子化器の基準レベ
ルが負の場合を示す。

【００１９】図４は、本実施の形態のＤ級電力増幅器の
動作の説明図であり、パワースイッチ１０７の波形歪と
量子化器１０３の基準レベルの対応を示す。図４におい
て、（ａ）はパワースイッチ１０７の波形歪(破線は理
想波形、実線は実際の波形)、（ｂ）は検出した波形歪
（ローパスフィルタ１１３の出力）、（ｃ）は量子化器
１０３の基準レベル（選択回路１１４の出力）である。

【００２０】図５は、本実施の形態のＤ級電力増幅器で
の選択回路１１４と量子化器１０３の実際の構成例を示
すブロック図である。図５において、（ａ）は入力端子
１０１からの入力信号がアナログ信号の場合、（ｂ）は
入力信号がディジタル信号の場合を示す。

【００２１】この様に構成された本実施の形態のＤ級電
力増幅器について、以下その動作について説明する。

【００２２】入力端子１０１から入力信号が入力され
る。ここでは、オーディオ用のＤ級電力増幅器を想定す
れば、この入力信号は、オーディオ信号であり、その信
号はアナログ信号であってもディジタル信号(ＰＣＭ信
号)であっても基本的な処理は変わらなく、ΔΣ変調器
１０２を構成する１０３〜１０６の各ブロックがアナロ
グ構成かディジタル構成であるかの違いである。以下、
量子化器１０３の出力が１ビット(２値)の場合を例に取
り説明するが、量子化器が多値の場合も量子化器の後に
パルス幅変調（ＰＷＭ）器を設け、多値信号を２値信号
に変換すれば同様の結果になる。

【００２３】ΔΣ変調器１０２は、加算器１０４が量子
化器１０３の入出力信号の差を算出することで量子化器
１０３に発生する量子化誤差を検出し、ループフィルタ
１０５で量子化誤差の周波数特性を処理し、加算器１０
６で入力信号に加算し、量子化器１０３で２値信号に変
化する。この処理で、入力信号を２値信号に変換する際
に量子化器１０３で発生する量子化誤差の周波数特性を
制御し可聴域でのＳＮ比を大きくしている。

【００２４】次に、パワースイッチ１０７はΔΣ変調器
１０２の出力信号を電力増幅する。そして、ローパスフ
ィルタ１０８は電力増幅された２値信号を平滑してアナ
ログ信号に変換し、出力端子１０９を介して負荷に電力
を供給する。この様にして、Ｄ級電力増幅器は、入力信
号を一度２値信号に変換して電力増幅するため、電力増
幅するパワーデバイスは飽和動作となり損失が発生しな
い。そのため電力効率の高い電力増幅器が構成できる。

【００２５】一方、パワースイッチ１０７が２値信号を
電力増幅する際、図２に示す様に電源リップルによる波
形歪やスイッチングに伴い発生するオーバーシュート、
リンギング等の波形歪が発生する。そこで、この波形歪
を検出するために、減衰器１１０はパワースイッチ１０
７の出力信号をディレイ１１１の出力信号の振幅レベル
と同等レベルまで減衰させる。ディレイ１１１はパワー
スイッチ１０７の伝播遅延時間だけ、ΔΣ変調器１０２
の出力信号を遅延させる。そして、加算器１１２で減衰
器１１０とディレイ１１１の出力信号の差を算出する。
そして、ローパスフィルタ１１３は加算器１１２の出力
信号を平滑し、波形歪を検出する。選択回路１１４は、
ローパスフィルタ１１３の出力であるパワースイッチ１
０７で発生した波形歪の大きさに応じて、量子化器１０
３の基準レベルを選択する。

【００２６】ところで、量子化器１０３は１ビットの量
子化器であれば、入力信号を量子化する際の基準レベル
は通常ゼロであり、入力信号レベルがゼロ以上の場合は
＋１を、負の場合は−１を出力し、入力信号を振幅±１
のパルス列に変換する。これをパワースイッチ１０７で
増幅し、ローパスフィルタ１０８で平滑することでパル
ス列の平均値が出力され、所望する電力増幅されたアナ
ログのオーディオ信号が得られる。即ちパルス列の平均
値が出力のオーディオ信号波形になる。そのため、図３
に示す様に量子化器１０３の基準レベルをゼロから正に
するとパルス列の平均値は負の方向に、基準レベルをゼ
ロから負にするとパルス列の平均値は正の方向に大きく
なる。そこで、図４に示す様に、検出した波形歪の大き
さに応じて、波形歪をキャンセルする方向に（波形歪の
振幅が正ならば、基準レベルをゼロから正方向に、負な
らばゼロから負方向に）変化させることで量子化器１０
３の基準レベルを変化させ、ローパスフィルタ１０８の
出力から波形歪を除去する。すなわち、検出した波形歪
をキャンセルするように入力信号を２値信号に変換して
いる。

【００２７】さらに、選択回路１１４と量子化器１０３
の具体的なブロックを図５を用いて説明する。入力信号
がアナログの場合、量子化器１０３はコンパレータで実
現できる。従って、図５（ａ）に示す様に選択回路１１
４はローパスフィルタ１１３の出力に応じてコンパレー
タの基準レベルを制御すれば良い。

【００２８】また、入力信号がディジタルの場合、図５
（ｂ）に示す様に選択回路１１４は、ローパスフィルタ
１１３の出力をＡ／Ｄ変換器でディジタル信号に変換
し、このディジタル信号に基づきデコーダでデコードし
て、量子化器１０３の基準レベルを決定する。ここで、
波形歪のレベルは、パワースイッチ１０３の出力レベル
に比べて小さいためＡ／Ｄ変換器の分解能は数ビットで
よい。

【００２９】以上の様に、本実施の形態では、パワース
イッチ１０７で発生する波形歪を検出し、波形歪のレベ
ルに応じて量子化器１０３の基準レベルを制御し、ΔΣ
変調器１０２で波形歪をキャンセルするように入力信号
を２値化する簡単な構成で、波形歪を除去している。そ
の結果、低歪率で電力損失が少ないＤ級電力増幅器を構
成している。

【００３０】（実施の形態２）次に図６に、本発明の実
施の形態２によるＤ級電力増幅器のブロック図を示す。
図６において、６０１は入力端子、６０２は入力端子６
０１からの入力信号を２値信号に変換するΔΣ変調器で
あり、６０３は量子化器、６０４は量子化器６０３で発
生した量子化誤差を算出する加算器、６０５は量子化誤
差の周波数特性を制御するループフィルタ、６０６は入
力信号とループフィルタ６０５の出力の差を算出する加
算器で、ΔΣ変調器６０２を構成する。６０７はΔΣ変
調器６０２の出力信号を電力増幅するパワースイッチ、
６０８はパワースイッチ６０７の出力信号を平滑するロ
ーパスフィルタ、６０９はローパスフィルタ６０８の出
力を負荷に供給する出力端子、６１０はパワースイッチ
６０７の出力振幅を所定レベルに減衰する減衰器、６１
１はΔΣ変調器６０２の出力をパワースイッチ６０７の
伝播遅延時間だけ遅延させるディレイ、６１２は減衰器
６１０とディレイ６１１の差を算出する加算器、６１３
は加算器６１２の出力を平滑するローパスフィルタ、６
１４は入力信号とローパスフィルタ６１３の出力とに基
づき量子化器６０３の基準レベルを選択する選択回路で
ある。

【００３１】図７は、本実施の形態のＤ級電力増幅器で
の選択回路６１４の構成例を示すブロック図である。図
７において、（ａ）は入力信号がアナログの場合、
（ｂ）は入力信号がディジタルの場合である。図７
（ａ）において、７０１はΔΣ変調器６０２とパワース
イッチ６０７の伝播遅延時間だけ入力端子６０１からの
入力信号を遅延させるディレイ、７０２は入力信号のレ
ベルが所定のレベル以上か否かを判定するレベル判定
器、７０３はレベル判定器７０２の出力によりゲインが
決定され、ローパスフィルタ６１３の出力を増幅する可
変ゲインアンプである。

【００３２】また、図７（ｂ）において、７０４はΔΣ
変調器６０２とパワースイッチ６０７の伝播遅延時間だ
け入力端子６０１からの入力信号を遅延させるディレ
イ、７０５は入力信号のレベルが所定のレベル以上か否
かを判定するレベル判定器、７０６はローパスフィルタ
６１３の出力をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器
（図では単にＡ／Ｄと記す）、７０７はＡ／Ｄ変換器７
０６とレベル判定器７０５の出力に基づいて量子化器６
０３の基準レベルを決定するデコーダである。

【００３３】この様に構成された本実施の形態のＤ級電
力増幅器について、以下その動作について説明する。

【００３４】図６において、選択回路６１４以外の構成
要件は、図１に示した実施の形態１と同一の動作を行う
ものとする。よって、図１と異なる動作についてのみ、
説明を行う。選択回路６１４は、ローパスフィルタ６１
３の出力と入力端子６０１からの入力信号に基づき量子
化器６０３の基準レベルを選択する。具体的には選択回
路６１４は、図７に示すような構成ブロックで構成でき
る。

【００３５】まず入力信号が、アナログ信号の場合につ
いて説明する。図７（ａ）に示す様に、入力信号はディ
レイ７０１でΔΣ変調器６０２及びパワースイッチ６０
７の伝播遅延時間の和に相当する時間遅延される。そし
て、レベル判定器７０２は入力信号のレベルが所定のレ
ベル以上か否かを判定する。一方、可変ゲインアンプ７
０３は外部からのゲイン制御信号によりゲインを変化で
きる。ここでは、レベル判定器７０２の出力で可変ゲイ
ンアンプ７０３のゲインを制御する。そして、ローパス
フィルタ６１３の出力を増幅し、図４（ａ）に示した様
に、量子化器６０３の基準レベルを決定する。ここで、
可変ゲインアンプ７０３は、入力信号のレベルが所定レ
ベル以上の場合、ゲインを小さくし、所定レベル未満の
場合はゲインを大きくする様な構成を持つ。

【００３６】ところで、パワースイッチ６０７に発生し
た波形歪を要因とする出力端子６０９に出力される歪
は、入力信号レベルが小さい場合、この歪がＳＮ比に及
ぼす影響は大きい。逆に入力信号レベルが大きい場合、
この歪がＳＮ比に及ぼす影響は小さい。そこで、入力信
号レベルが小さい場合、可変ゲインアンプ７０３のゲイ
ンを大きくしてエラー信号（波形歪）を増幅し、パワー
スイッチ６０７に発生した波形歪をキャンセルする構成
をとっている。

【００３７】次に入力信号が、ディジタル信号の場合に
ついて説明する。図７（ｂ）に示す様に、入力信号はデ
ィレイ７０４でΔΣ変調器６０２及びパワースイッチ６
０７の伝播遅延時間の和に相当する時間遅延される。そ
して、レベル判定器７０５は入力信号のレベルが所定の
レベル以上か否かを判定する。また、Ａ／Ｄ変換器７０
６はローパスフィルタ６１３の出力をディジタル信号に
変換する。Ａ／Ｄ変換器７０６の出力とレベル判定器７
０５の出力に基づきデコーダ７０７は量子化器６０３の
基準レベルをデコードする。ここで、図７（ａ）と同様
に入力信号レベルが小さい場合は、パワースイッチで発
生した波形歪を強く打ち消す方向に量子化器６０３の基
準レベルをデコードする構成をとっている。

【００３８】以上の様に、本実施の形態では、パワース
イッチ６０７で発生する波形歪を検出し、波形歪のレベ
ル及び入力信号レベルに応じて量子化器６０３の基準レ
ベルを制御し、ΔΣ変調器６０２でこの波形歪をキャン
セルするように入力信号を２値信号に変換する簡単な構
成で、波形歪を除去している。その結果、小信号時でも
低歪率で、電力損失が少ないＤ級電力増幅器を構成して
いる。

【００３９】（実施の形態３）次に図８に、本発明の実
施の形態３のＤ級電力増幅器のブロック図を示す。

【００４０】図８において、８０１は入力端子、８０２
は入力端子８０１からの入力信号を２値信号に変換する
ΔΣ変調器であり、８０３は量子化器、８０４は量子化
器８０３で発生した量子化誤差を算出する加算器、８０
５は量子化誤差の周波数特性を制御するループフィル
タ、８０６は入力信号とループフィルタ８０５の出力の
差を算出する加算器で、ΔΣ変調器８０２を構成する。
８０７はΔΣ変調器８０２の出力信号を電力増幅するパ
ワースイッチ、８０８はパワースイッチ８０７の出力信
号を平滑するローパスフィルタ、８０９はローパスフィ
ルタ８０８の出力を負荷に供給する出力端子、８１０は
パワースイッチ８０７の出力振幅を所定レベルに減衰す
る減衰器、８１１はΔΣ変調器８０２の出力をパワース
イッチ８０７の伝播遅延時間だけ遅延させるディレイ、
８１２は減衰器８１０とディレイ８１１の差を算出する
加算器、８１３は加算器８１２の出力を平滑するローパ
スフィルタ、８１４はローパスフィルタ８１３の出力に
基づき量子化器８０３の基準レベルを選択する選択回
路、８１５は減衰器８１０の減衰量を制御する制御信号
を入力する入力端子である。

【００４１】図９は、本実施の形態のＤ級電力増幅器の
動作説明図であり、同図（ａ）は減衰器８１０の出力と
ディレイ８１１の出力の信号振幅レベルが等しい場合、
（ｂ）は減衰器８１０の出力がディレイ８１１の出力よ
り信号振幅レベルが大きい場合について示している。

【００４２】この様に構成された本実施の形態のＤ級電
力増幅器について、以下その動作について説明する。

【００４３】図８において、減衰器８１０以外の構成要
件は、図１に示した実施の形態１と同一の動作を行うも
のとする。そこで、図１と異なる動作についてのみ説明
を行う。減衰器８１０は入力端子８１５からの信号によ
り減衰量が決定され、パワースイッチ８０７の出力信号
を減衰する。加算器８１２は減衰器８１０の出力とディ
レイ８１１の出力の差を算出し、その出力はローパスフ
ィルタ８１３で平滑される。この平滑された信号は、デ
ィレイ８１１と減衰器８１０の出力振幅レベルの違いに
より振幅値が決定され、出力端子８０９から出力される
信号と相似な信号にパワースイッチ８０７で発生した波
形歪みが加算されたものである。この信号レベルに応じ
て選択回路８１４は量子化器８０３の基準レベルを決定
する。従って、ΔΣ変調器８０２はローパスフィルタ８
１３の出力がゼロとなるように入力信号を２値信号に変
換する。

【００４４】すなわち、減衰器８１０の出力振幅レベル
とディレイ８１１の出力振幅レベルが等しくなるように
減衰器８１０の減衰量を設定すると、図９（ａ）に示す
ようにローパスフィルタ８１３の出力はパワースイッチ
８０７で発生した波形歪みとなり、この波形歪みをキャ
ンセルするようにΔΣ変調器８０２は入力信号を２値信
号に変換する。従って、出力端子８０９には波形歪みが
発生しない。

【００４５】また、減衰器８１０の出力振幅レベルがデ
ィレイ８１１の出力振幅レベルよりも大きくなるように
減衰器８１０の減衰量を設定すると、図９（ｂ）に示す
ようにローパスフィルタ８１３の出力は、減衰器８１０
の出力とディレイ８１１の出力のレベル差に対応した振
幅を持ち、出力端子８０９から出力される信号に相似な
信号とパワースイッチ８０７で発生した波形歪みとが加
算された信号となり、この信号をキャンセルするように
ΔΣ変調器８０２は入力信号を２値信号に変換する。従
って、パワースイッチ８０７で発生した波形歪みがキャ
ンセルされ出力端子８０９には波形歪みが発生しない。
また、本実施の形態のＤ級電力増幅器の出力信号に相似
な信号が帰還されこの信号をキャンセルするように動作
するため、本実施の形態のＤ級電力増幅器の出力信号レ
ベルを減衰させる動作を行う。従って、減衰器８１０の
減衰量を制御することにより本第３の実施の形態のＤ級
電力増幅器の出力振幅レベルを制御できる。

【００４６】また、減衰器８１０の出力レベルがディレ
イ８１１の出力レベルよりも小さくなるような減衰器８
１０の減衰量はここでは存在しない構成をとる。

【００４７】以上の様に、実施の形態３では、パワース
イッチ８０７で発生する波形歪を検出し、量子化器８０
３の基準レベルを制御し、ΔΣ変調器８０２でこの波形
歪をキャンセルするように入力信号を２値信号に変換す
る簡単な構成で、波形歪を除去している。また、Ｄ級電
力増幅器の出力信号に相似な信号で量子化器８０３の基
準レベルを制御することで、Ｄ級電力増幅器の出力信号
の振幅レベルを制御するすなわち、音量制御を行ってい
る。その結果、低歪率で、音量制御可能で、電力損失が
少ないＤ級電力増幅器を構成している。

【００４８】

【発明の効果】以上の様に本発明は、パワースイッチで
発生した波形歪を検出し、波形歪のレベルに応じて、Δ
Σ変調器内の量子化器の基準レベルを制御し、波形歪を
キャンセルするようにΔΣ変調器で入力信号を２値信号
に変換することで、簡単な構成で波形歪をキャンセルす
ることができる。そのため、Ｄ級電力増幅器の低歪率化
を可能とする効果が得られる。

【００４９】また、検出した波形歪レベル及び入力信号
レベルに応じてΔΣ変調器内の量子化器の基準レベルを
制御することで、小信号時でも波形歪をキャンセルする
ことができる。そのため、Ｄ級電力増幅器の小信号時の
低歪率化を可能とする効果が得られる。

【００５０】また、量子化器の基準レベルを制御して、
波形歪をキャンセルするような構成を持つが、量子化器
はΔΣ変調器のループ内にあるため、量子化器の基準レ
ベルを制御してもΔΣ変調器の持つＳＮ比は変化しな
い。そのため、Ｄ級電力増幅器の高ＳＮ比化を可能とす
る効果が得られる。

【００５１】さらに、Ｄ級電力増幅器の出力信号に相似
な信号で量子化器の基準レベルを制御することで、Ｄ級
電力増幅器の出力信号の振幅レベルを制御するすなわ
ち、音量制御を可能とする効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１によるＤ級電力増幅器の
構成を示すブロック図

【図２】同Ｄ級電力増幅器の動作を説明する動作説明図

【図３】同Ｄ級電力増幅器の動作を説明する動作説明図

【図４】同Ｄ級電力増幅器の動作を説明する動作説明図

【図５】同Ｄ級電力増幅器の選択回路と量子化器の構成
例を示すブロック図

【図６】本発明の実施の形態２によるＤ級電力増幅器の
構成を示すブロック図

【図７】同Ｄ級電力増幅器の選択回路の構成例を示すブ
ロック図

【図８】本発明の実施の形態３によるＤ級電力増幅器の
構成を示すブロック図

【図９】同Ｄ級電力増幅器の動作を説明する動作説明図

【図１０】従来のＤ級電力増幅器の構成を示すブロック
図

【符号の説明】

１０１ 入力端子 １０２ ΔΣ変調器 １０３ 量子化器 １０４、１０６、１１２ 加算器 １０５ ループフィルタ １０７ パワースイッチ １０８、１１３ ローパスフィルタ １０９ 出力端子 １１０ 減衰器 １１１ ディレイ １１４ 選択回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力信号を２値信号に変換する量子化器
   を持つΔΣ変調器と、 前記ΔΣ変調器の出力を電力増幅するパワースイッチ
   と、 前記パワースイッチの出力を平滑する第１のローパスフ
   ィルタと、 前記ΔΣ変調器の出力を遅延するディレイと、 前記パワースイッチの出力振幅を減衰する減衰器と、 前記ディレイの出力と前記減衰器の出力との差を算出す
   る加算器と、 前記加算器の出力を平滑する第２のローパスフィルタ
   と、 前記第２のローパスフィルタの出力に基づき前記量子化
   器の基準レベルを選択する選択回路とを備えたＤ級電力
   増幅器。
2. 【請求項２】 入力信号を２値信号に変換する量子化器
   を持つΔΣ変調器と、 前記ΔΣ変調器の出力を電力増幅するパワースイッチ
   と、 前記パワースイッチの出力を平滑する第１のローパスフ
   ィルタと、 前記ΔΣ変調器の出力を遅延するディレイと、 前記パワースイッチの出力振幅を減衰する減衰器と、 前記ディレイの出力と前記減衰器の出力との差を算出す
   る加算器と、 前記加算器の出力を平滑する第２のローパスフィルタ
   と、 前記入力信号の振幅と前記第２のローパスフィルタの出
   力とに基づき前記量子化器の基準レベルを選択する選択
   回路とを備えたＤ級電力増幅器。
3. 【請求項３】 入力信号を２値信号に変換する量子化器
   を持つΔΣ変調器と、 前記ΔΣ変調器の出力を電力増幅するパワースイッチ
   と、 前記パワースイッチの出力を平滑する第１のローパスフ
   ィルタと、 前記ΔΣ変調器の出力を遅延するディレイと、 外部からの制御信号により減衰量を可変できる前記パワ
   ースイッチの出力振幅を減衰する減衰器と、 前記ディレイの出力と前記減衰器の出力との差を算出す
   る加算器と、 前記加算器の出力を平滑する第２のローパスフィルタ
   と、 前記第２のローパスフィルタの出力に基づき前記量子化
   器の基準レベルを選択する選択回路とを備えたＤ級電力
   増幅器。