WO2011083758A1

WO2011083758A1 - 増幅装置

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Publication number: WO2011083758A1
Application number: PCT/JP2011/000013
Authority: WO
Inventors: 林太郎助川; 誠吾尾崎
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2010-01-07
Filing date: 2011-01-05
Publication date: 2011-07-14
Also published as: JP5635507B2; EP2432120A4; US20120262232A1; EP2432120B1; CN102598504B; EP2432120A1; JPWO2011083758A1; US8686792B2; CN102598504A

Abstract

　電源電圧制御部１１は、外部機器からの入力音声信号から入力音声信号の包絡線を算出する簡易包絡線作成部１１１を備え、可変電圧電源１２を制御する電源電圧制御信号が成す波形を前記包絡線に沿った波形となるように電源電圧制御信号を作成し、電源電圧制御信号を入力音声信号がアンプ部１４で増幅される一定時間前に可変電圧電源１２へ出力する。したがって、電圧可変電源１２のスルーレートの変化によらずに出力信号のひずみを低減可能、かつ、電力効率の低下を抑制可能な増幅装置を提供できる。

Description

増幅装置

　本発明は、入力された信号の電力を増幅する増幅装置に関するものであり、特に信号の電力増幅段における供給電源の電源電圧制御を行う増幅装置に関するものである。

　従来、増幅装置への入力信号に追従して電力増幅段へ供給される電源電圧値を増減させ、出力信号に重畳するノイズの低減と電源の電力効率の改善とを図るために、電圧可変電源を増幅装置の電源として用いる技術があった。

　当該技術では、電力増幅段へ供給される電源電圧が入力信号に追従することで、入力信号が小信号の場合にはその信号振幅に見合った電圧値まで電力増幅段の電源電圧が低下する。このため、増幅装置の出力信号に重畳するノイズを低減させ、電源の電力効率を改善することができる。

　車載用の増幅装置を考慮した場合、車室内空間や車のバッテリーには限りがあるため、車載装置としては小型軽量化、低消費電力化が望まれる。装置の電力効率が高くなれば、その熱対策のためのヒートシンクなどの部品を小型化したり、削減したりすることができる。また、電力効率が高くなることによって装置の消費電力を抑えることができる。それ故、車載装置としては、電力効率が高いことには大きなメリットがある。

　従来の電圧可変電源としては、入力基準の増幅された絶対値に追従する第１駆動電圧成分を電圧源が供給するよう構成されているものが開示されている（例えば特許文献１参照）。

　また、デジタルバッファが、事前に決定された時間インターバルを示す入力信号のコピーを格納し、エンベローブプロファイラが、入力信号のバッファされたインターバルを分析し、事前に決定された時間インターバルにわたって、増幅器に適切な供給信号プロファイルを決定するよう構成されている電力増幅器が開示されている（例えば特許文献２参照）。

日本国特表２００７－５０８７３１号公報日本国特表２００７－５１１１８７号公報

　しかしながら、従来の増幅装置には、以下の問題点がある。

　特許文献１に記載のものは、入力信号の絶対値を定数倍した値に固定ヘッドルームを加算した値に従って電源電圧を制御している。しかし、固定ヘッドルームが低く見積もられて設定された場合、入力信号が急激に変化したときに、電力増幅段の電源電圧が入力信号の変化に追従できず、電力増幅段の出力信号にひずみが発生してしまう。また、入力信号の急激な変化を想定して固定ヘッドルームが高く見積もられて設定された場合、電源の電力効率が悪化してしまう。

　特許文献２に記載のものは、電圧可変電源のスルーレートをもとに可変供給電圧信号を生成し、電力増幅段の電源電圧を制御する。しかし、負荷変動によって電圧可変電源のスルーレートが低くなると、可変供給電圧信号に対して電圧可変電源が応答しきれず、電力増幅段の出力信号にひずみが発生してしまう。

　本発明の目的は、入力信号に追従して電源電圧を制御できる電源装置において、上述の固定ヘッドルームを考慮する必要がなく、電圧可変電源のスルーレートの変化によらずに出力信号のひずみを低減可能、かつ、電力効率の低下を抑制可能な増幅装置を提供することである。

　本発明の増幅装置は、自装置に入力された入力音声信号を増幅して音声出力する増幅装置であって、前記入力音声信号を所定時間遅延させて出力する信号遅延処理部と、前記信号遅延処理部から出力された信号を増幅するアンプ部と、前記アンプ部に電源を供給する電圧可変電源と、前記電圧可変電源に電源電圧制御信号を出力して前記電圧可変電源の出力電圧を制御する電源電圧制御部と、を備え、前記電源電圧制御部は、前記入力音声信号から前記入力音声信号の包絡線を算出して前記電源電圧制御信号が成す波形を前記包絡線に沿った波形となるように前記電源電圧制御信号を作成し、前記電源電圧制御信号を前記所定時間よりも一定時間前に前記電圧可変電源へ出力するという構成を有する。

　本発明によれば、電圧可変電源から増幅段へ供給する電源電圧に設ける固定ヘッドルームを考慮する必要がなく、また、負荷変動などによって電圧可変電源のスルーレートが変動した場合でも入力信号に対して確実に電源電圧を追従させる電源電圧制御ができる。このため、従来よりも増幅装置の出力信号に重畳するノイズを低減できる。また、電圧可変電源の電力効率が向上した増幅装置を提供できる。

本発明の実施の形態１における増幅装置の各機能を示すブロック図本発明の実施の形態１における簡易包絡線作成部が行う処理のフローチャート本発明の実施の形態１における簡易包絡線の一例を示す図本発明の実施の形態１における電源電圧制御信号作成部が行う処理のフローチャート本発明の実施の形態１における電源電圧制御信号の一例を示す図本発明の実施の形態１における先読み幅更新部が行う処理のフローチャート本発明の実施の形態１における先読み幅更新部への入力信号の一例を示す図本発明の実施の形態１における先読み幅更新部への入力信号の他の例を示す図

（実施の形態１）
　以下、本発明の実施の形態１における増幅装置について図面を参照しながら説明する。

　図１は、本発明の実施の形態１における増幅装置の各機能を示すブロック図である。

　図１に示すように、増幅装置１は、ラインレベル程度のレベルの音声信号を出力するオーディオ装置２に接続される。

　オーディオ装置２から出力された音声信号は、増幅装置１の入力音声信号として入力され、増幅装置１の内部に設けられた電力増幅段であるアンプ部１４にて電力増幅されてスピーカー３へ出力される。

　また、増幅装置１とオーディオ装置２は、それらを動作させるのに必要な電源を供給する直流電源４に電気的に接続されている。ただし、各装置を動作させるのに必要な電源が直流電源に限定される必要は無く、各装置の特性に合わせて適宜交流電源を用いてもよい。

　増幅装置１は、電源電圧制御部１１と、電圧可変電源１２と、信号遅延処理部１３と、電力増幅段であるアンプ部１４と、アッテネータ部１５と、Ａ／Ｄ変換部１６とを含む。オーディオ装置２から増幅装置１へ入力された入力音声信号は、信号遅延処理部１３と電源電圧制御部１１とに入力される。

　信号遅延処理部１３は、入力音声信号を所定時間の間バッファする。信号遅延処理部１３への入力音声信号の入力と同じタイミングで電源電圧制御部１１に入力された信号は、電源電圧制御部１１によって処理がされた上で、電源電圧制御信号として電圧可変電源１２へ入力される。電源電圧制御部１１の処理については詳細を後述する。

　電圧可変電源１２は、電源電圧制御部１１から入力された電源電圧制御信号に応じた出力電圧値の電力をアンプ部１４へ供給する。

　アンプ部１４は、信号遅延処理部１３から入力された音声信号を電圧可変電源１２から供給される電力を用いて増幅し、増幅装置１に接続されたスピーカー３へ出力する。スピーカー３は、供給された電力を音声に変換して放音する。

　アッテネータ部１５は、電圧可変電源１２の出力電圧を減衰して電源電圧制御部１１にフィードバックする。アッテネータ部１５の構成要素には、抵抗器を組み合わせた一般的なものが用いられる。

　Ａ／Ｄ変換部１６は、アッテネータ部１５で減衰されたアナログ信号として得られる電圧可変電源１２の出力電圧値をデジタル信号に変換するコンバータである。

　電源電圧制御部１１は、簡易包絡線作成部１１１と、包絡線信号遅延処理部１１２と、先読み幅更新部１１３と、電源電圧制御信号作成部１１４とから構成され、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）やマイクロコントローラなどによって実現される。また、信号遅延処理部１３も、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）やマイクロコントローラなどによって実現される。

　電圧可変電源１２は、スイッチング電源であり、電源電圧制御部１１から入力された電源電圧制御信号に応じた電圧値の電力を出力する電源である。

　アンプ部１４は、Ｄ級アンプであり、ＰＷＭ生成部１４１と、ゲートドライバ１４２と、ハーフブリッジ回路１４３と、ローパスフィルタ１４４とから構成される。アンプ部１４は、信号遅延処理部１３から入力された音声信号を増幅度Ａで増幅する。

　以上のように構成された増幅装置１の動作を説明する。

　オーディオ装置２から増幅装置１へ音声信号が入力されると、当該入力音声信号は、信号遅延処理部１３と電源電圧制御部１１の簡易包絡線作成部１１１とに入力される。

　簡易包絡線作成部１１１は、オーディオ装置２から入力された入力音声信号の信号処理を行って、入力音声信号の簡易包絡線信号を作成する。

　ここで、便宜的にデジタル信号をその信号値を結んだアナログ信号として考えると、簡易包絡線信号を以下のように定義する。簡易包絡線信号の振幅は、入力音声信号の振幅を下回ることが無い。また、簡易包絡線信号の立上り及び立下りに関し、最初の立上りは入力音声信号に沿って立ち上がり、立下りは入力音声信号に沿うか、入力音声信号よりも緩やかに立ち下がっていき、入力音声信号と重なった箇所から再び入力音声信号に沿って立ち上がる。

　簡易包絡線作成部１１１で作成された簡易包絡線信号は、包絡線信号遅延処理部１１２と電源電圧制御信号作成部１１４とに出力される。

　包絡線信号遅延処理部１１２は、簡易包絡線信号を一時的に保存するため、以下に説明する期間、簡易包絡線信号に対するバッファとなる。

　上記期間とは、簡易包絡線信号が電源電圧制御信号作成部１１４に入力されてから、電源電圧制御信号作成部１１４がこの簡易包絡線信号を処理して電源電圧制御信号を出力し、電圧可変電源１２がこの電源電圧制御信号に応じた電圧値の電力を出力し、アッテネータ部１５がその出力電圧を１／Ａにアッテネート（減衰）し、Ａ／Ｄ変換部１６がそのアッテネートされたアナログ信号をデジタル信号に変換し、このデジタル信号が先読み幅更新部１１３に入力されるまでの時間である。

　このように、包絡線信号遅延処理部１１２が当該期間の間、簡易包絡線信号を保存することにより、簡易包絡線作成部１１１から包絡線信号遅延処理部１１２および電源電圧制御信号作成部１１４へ同時に入力された簡易包絡線信号に対し、Ａ／Ｄ変換部１６から出力されるデジタル信号が先読み幅更新部１１３に入力されるタイミングと、簡易包絡線信号が包絡線信号遅延処理部１１２でバッファされて先読み幅更新部１１３へ入力されるタイミングとの同期を取ることができる。

　上述されているように、先読み幅更新部１１３には、包絡線信号遅延処理部１１２から簡易包絡線信号が入力されると同時に、電圧可変電源１２の出力電圧がアッテネータ部１５で１／Ａにアッテネートされ、その信号がＡ／Ｄ変換部１６でＡ／Ｄ変換されたデジタル信号が入力される。ここで、Ａはアンプ部１４の増幅度である。

　先読み幅更新部１１３は、入力された簡易包絡線信号と、電圧可変電源１２からの出力電圧を１／Ａにアッテネートした電圧値を示すＡ／Ｄ変換部１６から入力されたデジタル信号とを比較して、その比較結果に基づいて先読み幅を後述するように更新し、電源電圧制御信号作成部１１４に当該更新した先読み幅を出力する。

　ここで、先読み幅について説明する。便宜的にデジタル信号をその信号値を結んだアナログ信号として考えると、電源電圧制御部１１は、アンプ部１４が増幅する音声信号に対して、電源電圧制御信号作成部１１４が電圧可変電源１２に出力する電源電圧制御信号が前もって立ち上がるよう制御を行う。先読み幅とは、音声信号の立ち上がり時と電源電圧制御信号の立ち上がり時との間の時間幅である。なお、本実施の形態では、電源電圧制御信号の立ち下がりに関する先読み幅は設けられない。

　このように、本実施の形態では、外部から入力された音声信号である入力音声信号は、信号遅延処理部１３によって所定時間遅延されたた後にアンプ部１４にて増幅される。アンプ部１４には、この所定時間よりも一定時間前に出力される制御信号に基づいた電圧値の電力が供給される。この「一定時間」とは、先読み幅が表す時間幅である。

　先読み幅更新部１１３は、簡易包絡線信号と電圧可変電源１２からの出力電圧を１／Ａにアッテネートされた電圧値を示すＡ／Ｄ変換部１６から入力されたデジタル信号とを比較して、先読み幅を上述したように更新する。このため、電圧可変電源１２のスルーレートの変化に対応できる。その結果、アンプ部１４において音声信号が歪まず、かつ、電圧可変電源１２の電力効率を高く保つことができる。

　電源電圧制御信号作成部１１４は、先読み幅更新部１１３から入力された先読み幅と簡易包絡線作成部１１１から入力された簡易包絡線信号とに基づいて電源電圧制御信号を後述するように作成し、電圧可変電源１２へ出力する。

　電圧可変電源１２は、電源電圧制御信号作成部１１４から入力された電源電圧制御信号が示す値を電圧目標値として、正側電源電圧（＋Ｖ）及び負側電源電圧（－Ｖ）を出力する。

　正側電源電圧は、アンプ部１４内にあるハーフブリッジ回路１４３の高電位電源側に配されるハイサイド高速スイッチング素子１４３ａへ供給される。同時に、正側電源電圧は、アッテネータ部１５によって１／Ａにアッテネートされ、さらにＡ／Ｄ変換部１６でデジタル信号に変換された上で先読み幅更新部１１３にて処理される。

　負側電源電圧は、アンプ部１４内にあるハーフブリッジ回路１４３の低電位電源側に配されるローサイド高速スイッチング素子１４３ｂへ供給される。

　上述の電源電圧制御部１１で入力音声信号の処理が行われている間、信号遅延処理部１３は、電源電圧制御部１１と電圧可変電源１２における処理に要する時間と、ＰＷＭ生成部１４１及びゲートドライバ１４２での処理に要する時間との差分の時間だけ入力音声信号を遅延させる。

　すなわち、信号遅延処理部１３は、入力音声信号がアンプ部１４内で処理されてハーフブリッジ回路１４３へ到達するまでの時間と、入力音声信号が電源電圧制御部１１で処理されて電圧可変電源１２からハーフブリッジ回路１４３へ電力が供給されるまでの時間との差分を吸収するバッファとして作用する。

　信号遅延処理部１３で遅延された入力音声信号はＰＷＭ生成部１４１へ出力される。ＰＷＭ信号生成部１４１は、入力された入力音声信号をＰＷＭ信号に変換して出力する。ＰＷＭ変換の方式としては、ΔΣ変換方式又は三角波比較によるＰＷＭ生成方式などが知られており、本実施の形態においてもこれらの方式のうちいずれかの方式が適用される。

　ＰＷＭ生成部１４１から出力されたＰＷＭ信号はゲートドライバ１４２に入力される。ゲートドライバ１４２は、ハーフブリッジ回路１４３をドライブするドライブ信号をハーフブリッジ回路１４３に入力する。

　ゲートドライバ１４２は、ハーフブリッジ回路１４３のハイサイド高速スイッチング素子１４３ａ及びローサイド高速スイッチング素子１４３ｂを駆動できる程度の電力にＰＷＭ信号を増幅する。

　ハーフブリッジ回路１４３は、ハーフブリッジ回路１４３の高電位電源側に配されるハイサイド高速スイッチング素子１４３ａ及び低電位電源（またはグラウンド）側に配されるローサイド高速スイッチング素子１４３ｂを有する。ハイサイド高速スイッチング素子１４３ａには電圧可変電源１２から正側電源が供給され、ローサイド高速スイッチング素子１４３ｂには電圧可変電源１２から負側電源が供給される。ハイサイド高速スイッチング素子１４３ａ及びローサイド高速スイッチング素子１４３ｂは、ゲートドライバ１４２から入力されたドライブ信号によって正側電源電圧（＋Ｖ）値と負側電源電圧（－Ｖ）値との間でスイッチング動作する。

　ハーフブリッジ回路１４３の出力信号は、ＰＷＭ生成部１４１から出力されたＰＷＭ信号の振幅をアンプ部１４の増幅度であるＡ倍に増幅した信号である。ハイサイド高速スイッチング素子１４３ａ及びローサイド高速スイッチング素子１４３ｂとしては、例えばＭＯＳ電界効果トランジスタ等が用いられる。

　ＰＷＭ信号であるハーフブリッジ回路１４３の出力信号は、ローパスフィルタ１４４がフィルタリングすることでアナログ音声信号に変換される。当該アナログ音声信号はスピーカー３へ出力される。
　以下、上述した電源電圧制御信号作成部１１４の詳細な処理内容について説明する。以下の説明において、入力音声信号としてデジタル信号を想定し、ｘ、Ｎ、ｎを整数として扱い、ｘを時刻として扱う。また、入力されたデジタル信号が示す値を入力順に時刻ｘのデータｆ（ｘ）とし、さらに、連続するＮ点のデータ長を１フレームとして、各フレームを入力順にｎ番目のフレームとして処理していくこととして説明する。また、以下の説明に対応したデジタル信号の波形図である図３、図５、図７及び図８については、便宜的にデジタル信号の信号値を結んだアナログ波形として図示する。

＜簡易包絡線信号と先読み幅とに基づいて電源電圧制御信号を作成する処理動作の説明＞
　先ず、簡易包絡線作成部１１１が簡易包絡線を作成する処理動作について説明する。簡易包絡線作成部１１１は、以下の手順で入力音声信号ｆ（ｘ）から簡易包絡線ｇ（ｘ）を得る。ここで、ｇ（ｘ）は、時刻ｘにおける簡易包絡線の信号値である。

　図２は、実施の形態１における簡易包絡線作成部１１１が行う処理のフローチャートである。図２に示すように、簡易包絡線作成部１１１は、ｎフレーム目の処理において、（ｎ－１）Ｎ＜ｘ≦ｎＮであるか否かを判断し（ステップＳ２０１）、（ｎ－１）Ｎ＜ｘ≦ｎＮである場合は、入力信号ｆ（ｘ）の絶対値｜ｆ（ｘ）｜を算出する（ステップＳ２０２）。なお、（ｎ－１）Ｎ＜ｘ≦ｎＮでない場合、簡易包絡線作成部１１１は本処理を終了する。

　次に、簡易包絡線作成部１１１は、｜ｆ（ｘ）｜と、その直前の値｜ｆ（ｘ－１）｜に係数ａを掛け合わせた値（｜ｆ（ｘ－１）｜×ａ）とを比較し（ステップＳ２０３）、大きいほうの値をｇ（ｘ）とする（ステップＳ２０４、Ｓ２０５）。次に、簡易包絡線作成部１１１はｘを更新する（ステップＳ２０６）。ここで、係数ａは、簡易包絡線ｇ（ｘ）の立下りの傾斜を決定するための値であり、電圧可変電源１２の立下りの最大スルーレートから決定される。

　ここで、簡易包絡線ｇ（ｘ）の立下りの傾斜を決定するために電圧可変電源１２の立下りの最大スルーレートを用いる理由について説明する。負荷変動によって電圧可変電源１２のスルーレートが低くなった場合、電源電圧制御信号の立下がりに対して、電圧可変電源１２の出力電圧は、電源電圧制御信号によらず電圧可変電源１２のスルーレートによって立ち下がり、その電圧値は音声信号の振幅値を下回ることは無いので、音声信号が歪むことはない。したがって、簡易包絡線ｇ（ｘ）の立下りの傾斜を決定するために、電圧可変電源１２の立下りの最大スルーレートが用いられる。

　図３は、実施の形態１における簡易包絡線の一例を示す図である。

　簡易包絡線作成部１１１は、上述のように入力音声信号を処理することで、図３に示すように、立上りが｜ｆ（ｘ）｜に沿って立ち上がり、立下りが係数ａに従って立ち下がる簡易包絡線ｇ（ｘ）の簡易包絡線信号を作成する。

　次に、電源電圧制御信号作成部１１４の処理動作について説明する。電源電圧制御信号作成部１１４は、簡易包絡線作成部１１１から入力される簡易包絡線ｇ（ｘ）及び先読み幅更新部１１３から入力される先読み幅ｂ（ｎ）に応じた電源電圧制御信号ｈ（ｘ）を、以下の手順で作成する。

　図４は、実施の形態１における電源電圧制御信号作成部１１４が行う処理のフローチャートである。図５は、実施の形態１における電源電圧制御信号の一例を示す図である。図４に示すように、ｎフレーム目の処理において、電源電圧制御信号作成部１１４は、（ｎ－１）Ｎ＜ｘ≦ｎＮであるか否かを判断し（ステップＳ４０１）、（ｎ－１）Ｎ＜ｘ≦ｎＮである場合は、簡易包絡線ｇ（ｘ）～ｇ（ｘ＋ｂ（ｎ））の最大値をｈ（ｘ）とする（ステップＳ４０２）。なお、（ｎ－１）Ｎ＜ｘ≦ｎＮでない場合、電源電圧制御信号作成部１１４は本処理を終了する。ステップＳ４０２の後、電源電圧制御信号作成部１１４はｘを更新する（ステップＳ４０３）。

　電源電圧制御信号作成部１１４による処理の結果、図５に示すように、ｈ（ｘ）は、簡易包絡線ｇ（ｘ）よりも先読み幅ｂ（ｎ）だけ前もって立ち上がり、簡易包絡線ｇ（ｘ）～ｇ（ｘ＋ｂ（ｎ））の最大値ｈ（ｘ）の極大点は簡易包絡線ｇ（ｘ）の極大点まで保持され、立下りは簡易包絡線ｇ（ｘ）に沿った曲線となる。このｈ（ｘ）が電源電圧制御信号作成部１１４から電源電圧制御信号として電圧可変電源１２へ出力される。

　電圧可変電源１２は、電源電圧制御信号作成部１１４から入力された電源電圧制御信号ｈ（ｘ）の値にアンプ部１４の増幅度Ａを乗算した値を電圧目標値として正側電源電圧ｖ（ｘ）を出力し、同時に、正側電源電圧ｖ（ｘ）と振幅が等しく符号が逆転した負側電源電圧－ｖ（ｘ）を出力する。

　本実施の形態においては、以上のように、電源電圧制御信号作成部１１４が、簡易包絡線ｇ（ｘ）と先読み幅ｂ（ｎ）に応じた電源電圧制御信号ｈ（ｘ）を作成する。

＜先読み幅を更新する処理動作の説明＞
　図６は、実施の形態１における先読み幅更新部１１３が行う処理のフローチャートである。また、図７は、実施の形態１における先読み幅更新部１１３への入力信号の一例を示す図である。図８は、実施の形態１における先読み幅更新部１１３への入力信号の他の例を示す図である。

　先読み幅更新部１１３は、電圧可変電源１２から出力された正側電源電圧ｖ（ｘ）を１／Ａにアッテネートした電圧値と、簡易包絡線作成部１１１が作成した簡易包絡線ｇ（ｘ）の値とに基づいて、先読み幅ｂ（ｎ）を更新する。ここで、先読み幅ｂ（ｎ）は、ｎ番目のフレームで用いる先読み幅である。

　図６に示すように、先読み幅更新部１１３は、正側電源電圧ｖ（ｘ）を１／Ａにアッテネートした電圧値と簡易包絡線ｇ（ｘ）の値との比較結果に応じて、以下の２種類の場合に分けて処理を行う。すなわち、先読み幅更新部１１３は、フレーム内の簡易包絡線ｇ（ｘ）が立ち上がっている全ての時刻ｘにおいて｛ｖ（ｘ）／Ａ｝がｇ（ｘ）より大きいか否かを判定する（ステップＳ６０１）。

　図７に示すように、フレーム内の簡易包絡線ｇ（ｘ）が立ち上がっている時間領域の全てにおいて｛ｖ（ｘ）／Ａ｝＞ｇ（ｘ）の場合（すなわち、ステップＳ６０１における判定がＹｅｓの場合）、電圧可変電源１２の出力電圧はアンプ部１４で増幅された音声信号よりも早く立ち上がっている。このときは、先読み幅ｂ（ｎ）を小さくして電圧可変電源１２の出力電圧の立ち上がりを遅くすることができる。

　そこで、先読み幅更新部１１３は、簡易包絡線ｇ（ｘ）が立ち上がっている時間領域の｛ｖ（ｘ）／Ａ｝とｇ（ｘ）との差分の面積Ｓを算出する（ステップＳ６０２）。次に、先読み幅更新部１１３は、先読み幅ｂ（ｎ）に対する面積Ｓの重み係数ｐを正の定数として、「ｂ（ｎ）＝ｂ（ｎ－１）－Ｓ×ｐ」を適用することによって先読み幅ｂ（ｎ）を小さくする（ステップＳ６０４）。

　一方、図８に示すように、フレーム内の簡易包絡線ｇ（ｘ）が立ち上がっている時間領域において、例えば図８のＰ点のように｛ｖ（ｘ）／Ａ｝＜ｇ（ｘ）となる箇所がある場合（すなわち、ステップＳ６０１における判定がＮｏの場合）、電圧可変電源１２の出力電圧の立ち上がりがアンプ部１４で増幅された音声信号に間に合っていない。このときは、先読み幅ｂ（ｎ）を大きくして電圧可変電源１２の出力電圧の立ち上がりを早める。

　そのために、先読み幅更新部１１３は、｛ｖ（ｘ）／Ａ｝＜ｇ（ｘ）となる時間領域での｛ｖ（ｘ）／Ａ｝とｇ（ｘ）との差分の面積Ｒを算出する（ステップＳ６０３）。次に、先読み幅更新部１１３は、先読み幅ｂ（ｎ）に対する面積Ｒの重み係数ｑを正の定数として、「ｂ（ｎ）＝ｂ（ｎ－１）＋Ｒ×ｑ」を適用することによって先読み幅ｂ（ｎ）を大きくする（ステップＳ６０５）。

　以上の処理によって、先読み幅更新部１１３は、先読み幅ｂ（ｎ）を更新する。

　前述したように、電圧可変電源１２の出力電圧と簡易包絡線信号とを比較して先読み幅を更新することで、電圧可変電源１２のスルーレートが変化しても、その変化したスルーレートに対応できる。その結果、アンプ部１４において音声信号が歪まず、かつ、電圧可変電源１２の電力効率を高く保つことができる。

　以上のようにして、先読み幅ｂ（ｎ）を更新しながら電源電圧制御信号ｈ（ｘ）を作成し、電源電圧制御信号ｈ（ｘ）によって電圧可変電源１２の出力電圧が入力音声信号に追従するよう制御することで、増幅装置１の出力信号を歪ませることなく、以下のような電源電圧制御ができる。電圧可変電源１２からアンプ部４のハーフブリッジ回路１４３へ供給される電源電圧に設ける固定ヘッドルームを考慮する必要がなく、また、負荷変動などによって電圧可変電源１２のスルーレートが変動した場合でも入力音声信号に対して確実に電源電圧を追従させる電源電圧制御ができる。このため、従来よりも増幅装置１の出力信号に重畳するノイズを低減できる。また、電圧可変電源１２の電力効率が向上した増幅装置１を提供できる。

　以上述べたとおり、本発明は、自装置に入力された入力音声信号を増幅して音声出力する増幅装置であって、前記入力音声信号を所定時間遅延させて出力する信号遅延処理部と、前記信号遅延処理部から出力された信号を増幅するアンプ部と、前記アンプ部に電源を供給する電圧可変電源と、前記電圧可変電源に電源電圧制御信号を出力して前記電圧可変電源の出力電圧を制御する電源電圧制御部と、を備え、前記電源電圧制御部は、前記入力音声信号から前記入力音声信号の包絡線を算出して前記電源電圧制御信号が成す波形を前記包絡線に沿った波形となるように前記電源電圧制御信号を作成し、前記電源電圧制御信号を前記所定時間よりも一定時間前に前記電圧可変電源へ出力するという構成を有する。

　ここで、電圧可変電源へ入力する電源電圧制御信号と電圧可変電源の出力電圧とを比較すると、出力電圧は電源電圧制御信号よりも遅れることはあっても早まることは無い。よって、信号の立上りでは電源電圧制御信号の方が出力電圧よりも大きく、信号の立下りでは電源電圧制御信号の方が出力電圧よりも小さくなる。よって、増幅装置の出力信号よりも電圧可変電源の出力電圧を大きく保つためには、信号の立上りについてのみ早めてやればよい。このため、上記説明した制御に基づく電源電圧制御信号を作成する。

　本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。

　本出願は、2010年1月7日出願の日本特許出願（特願2010－001695）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

　本発明にかかる増幅装置は、当該増幅装置の出力信号が歪まないように増幅段の電源電圧に設けるヘッドルームを低減し、負荷変動などによって電圧可変電源の能力が変動した場合でも入力信号に対して確実に電源電圧を追従させる電源電圧制御ができる。このため、従来よりも増幅装置の出力信号に重畳するノイズを低減できる。また、電圧可変電源の電力効率が向上した増幅装置を提供できる。このように、本発明は、入力された信号の電力を増幅する増幅装置に関するものであり、特に信号の電力増幅段における供給電源の電源電圧制御を行う増幅装置等として有用である。

１　増幅装置
２　オーディオ装置
３　スピーカー
４　直流電源
１１　電源電圧制御部
１２　電圧可変電源
１３　信号遅延処理部
１４　アンプ部
１５　アッテネータ部
１６　Ａ／Ｄ変換部
１１１　簡易包絡線作成部
１１２　包絡線信号遅延処理部
１１３　先読み幅更新部
１１４　電源電圧制御信号作成部
１４１　ＰＷＭ生成部
１４２　ゲートドライバ
１４３　ハーフブリッジ回路
１４３ａ　ハイサイド高速スイッチング素子
１４３ｂ　ローサイド高速スイッチング素子
１４４　ローパスフィルタ

Claims

　自装置に入力された入力音声信号を増幅して音声出力する増幅装置であって、
　前記入力音声信号を所定時間遅延させて出力する信号遅延処理部と、
　前記信号遅延処理部から出力された信号を増幅するアンプ部と、
　前記アンプ部に電源を供給する電圧可変電源と、
　前記電圧可変電源に電源電圧制御信号を出力して前記電圧可変電源の出力電圧を制御する電源電圧制御部と、を備え、
　前記電源電圧制御部は、前記入力音声信号から前記入力音声信号の包絡線を算出して、前記電源電圧制御信号が成す波形を前記包絡線に沿った波形となるように前記電源電圧制御信号を作成し、前記電源電圧制御信号を前記所定時間よりも一定時間前に前記電圧可変電源へ出力する増幅装置。
　前記電源電圧制御部は、前記アンプ部で増幅すべき音声信号に対して前記電源電圧制御信号が前もって立ち上がるように制御を行う請求項１に記載の増幅装置。
　前記電源電圧制御部は、前記電源電圧制御信号の立下り時に、前記一定時間をゼロに設定する請求項２に記載の増幅装置。