WO2011161911A1 - 増幅装置 - Google Patents
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Abstract
Description
前記入力音声信号の振幅レベルを検出し、検出した入力信号振幅レベルに応じた目標設定電圧を前記電源電圧として前記電力増幅手段に印加する電源電圧制御手段と、
前記電力増幅手段の出力をモニタリングする手段と、
前記入力音声信号をそのレベルに応じたパルス幅のパルス幅変調信号に変換するパルス幅変換手段と、
前記目標設定電圧と前記モニタリングした電力増幅手段の出力に基づいて、前記電力増幅手段の増幅ゲインの変化分を相殺するように、前記パルス幅変換手段により生成されたパルス幅変調信号のパルス幅を補正して前記電力増幅手段に印加するパルス幅補正手段とを、
有する構成とした。
前記入力音声信号の振幅レベルを検出し、検出した入力信号振幅レベルに応じた目標設定電圧を前記電源電圧として前記電力増幅手段に印加する電源電圧制御手段と、
前記電力増幅手段に印加される電源電圧を検出する検出手段と、
前記入力音声信号をそのレベルに応じたパルス幅のパルス幅変調信号に変換するパルス幅変換手段と、
前記入力音声信号を前記パルス幅変調信号に変換する際の基本的なタイミング信号である基本クロックを生成する基本クロック生成部と、
前記基本クロック生成部が生成した基本クロックから、前記検出された電源電圧に応じて傾きが異なるランプ波を生成するランプ波傾き制御部と、
前記電力増幅手段の出力をモニタリングする手段と、
前記ランプ波傾き制御部により生成されたランプ波と、前記モニタリングした電力増幅手段の出力に基づいて、前記電力増幅手段の増幅ゲインの変化分を相殺するように、前記パルス幅変換手段により生成されたパルス幅変調信号のパルス幅を補正して前記電力増幅手段に印加する補正部とを
有する構成とした。
以下、本発明の実施の形態1における増幅装置1について、図1のブロック図を参照しながら説明する。
ここで、PWM変換器23は、主にデジタルで行う演算回路によってPWM信号を求める処理部であり、PWM変調部2は、変換器23に加え補正部あるいは「コンパレータなどを含む、変調回路としてのブロックである。
1/m×T(2<m)
とするランプ波S8を作成する(図2に示される太い実線)。この場合のランプ波の傾きをα1とし、
α1=2|Vcc|/τ1
とする。
±2/n1×Vdd(V)(ただし2<n1)、
目標設定電圧値情報VsをVsminとし、ランプ波の傾きの時間幅τをτ2とし、ランプ波S8の傾きαをα2として定義する。最小振幅レベル(S1min)とは、電力増幅部4に最小電源電力の電圧値±2/n1×Vdd(V)を供給する場合の入力音声信号S1の振幅レベルである。
α2=2|Vcc|/τ2
とする。
τ=K0×(1/|Vt|) ・・・式1
K0=(1/m×T) ×|Vdd| ・・・式2
式2を式1に代入すると、ランプ波S8の時間幅τは式3で表される。
τ=(|Vdd|/|Vt|)×(1/m×T) ・・・式3
ここで、τは時間幅 τ1≦τ≦τ2であり、Tは周期、|Vt|は目標電圧|Vdd|≧|Vt|≧|2/n1×Vdd|である。
α=(2×|Vcc|)/τ (α1≧α≧α2) ・・・式4
ただし、2×|Vcc|は、ランプ波S8の電源電圧振幅である。
tB1-tA1=K1×τ1=K1×(|Vdd|/|Vdd|)×(1/m×T)・・・式5
ここで、K1を差分積分信号S7の振幅(Line1-Line2)とランプ波の振幅(2×|Vcc|)の比とする。
SA1=(tB1-tA1)×2×|Vdd| ・・・式6
式5を式6に代入して整理すると、傾きα1のランプ波Ramp1における電力スイッチング面積SA1は式7で表される。
SA1=K1×((|Vdd|/|Vdd|)×(1/m×T))×2×|Vdd|
=K1×(1/m×T)×2×|Vdd| ・・・式7
ここで、立上がりと立下がりの時間幅τが同一の時間幅であることから、SA1=SA2となることは、明らかである。
SB1=K1×((|Vdd|/|2/n1×Vdd|)×(1/m×T))×2×|2/n1×Vdd|
=K1×(n1/2×(1/m×T))×2×|2/n1×Vdd| ・・・式8
ここで、ケースAと同様に、SB1=SB2となることは、明らかである。式7と式8とを比較することで、電力スイッチング面積SA1と電力スイッチング面積SB1とが同じであることが分かる。
SA1/(2×|Vcc|)=K1× (1/m×T)× (|Vdd|/|Vcc|)
=Gτ1×Gain1 ・・・式9
SB1/(2×|Vcc|)=K1×(n1/2×(1/m×T))×|2/n1×Vdd/Vcc|
=Gτ2×Gain2 ・・・式10
電力スイッチング面積SA1は電力スイッチング面積SB1と同じであることから、Gain2がGain1より下がることによる増幅ゲインの変化分(2/n1倍)は、Gτ2がGτ1より上がることによるオン時間幅ゲインの変化分(n1/2倍)で相殺される。
±Vdd>±2/n×Vdd>±2/n1×Vdd(2<n<n1)
となる。ランプ波の傾きαの時間幅をτとすると、時間幅τは、
τ1<τ<τ2
となる。この場合の電力増幅部4の増幅ゲインGは、
|2/n×Vdd|/|Vcc|
となる。時間幅τで制御された傾きαのランプ波S8におけるオン時間幅ゲインK1×n/2×(1/m×T)をGτとする。
SA/(2×Vcc)=K1×τ×(2×|2/n×Vdd|)/(2×|Vcc|)
=K1×(n/2×(1/m×T))×|2/n×Vdd|/|Vcc|
=Gτ×G ・・・式11
式11によれば、GがGain1(最大振幅レベルの入力音声信号S1maxにおける増幅ゲイン)より下がることによる増幅ゲインの変化分(2/n倍)は、GτがGτ1より上がることによるオン時間幅ゲインの変化分(n/2倍)で相殺される。
G(s)=G0(s)/(1+G0(s)β(s)) ・・・式12
だだし、β(s)は負帰還部6の伝達関数であり、G0(s)は増幅装置1のオープンループの伝達関数であり、|G0(s)β(s)|はループゲインである。
G0(s)=G1(s)×G2(s)×G3(s)×G4(s) ・・・式13
また、ランプ波傾き制御部22は、電力増幅部4に供給される電源電力の電圧値|Vt|と傾きαにおけるランプ波S8の時間幅τとを比例的に変化させる、つまりゲインのみが制御されることとなるため、電力増幅部4の伝達関数G4(s)とコンパレータ25における伝達関数G3(s)との位相の周波数特性に変化が生じない。
以下、本発明の実施の形態2における増幅装置1aについて、図4のブロック図を参照しながら説明する。ただし、以下の説明においては、本発明の実施の形態1に示す図1の増幅装置1と異なる点についてのみ説明するものとし、同様の構成とされた部分については、その説明を省略する。
|Vdet|=Kb×|Vt| ・・・式14
ここで、KbをRb/(Ra+Rb)とする。
τ=((Kb×|Vdd|)/|Vdet|)×(1/m×T) (2<m)・・・式15
ここで、時間幅τの範囲は増幅装置1における時間幅範囲と同じである(すなわち、τ1≦τ≦τ2)。また、|Vdet|とKbとの関係は式14で表される。
τ=((|Vdd|/(|Vdet|/Kb))×(1/m×T) ・・・式16
式16に式14を代入して整理すると、時間幅τと正側電圧値+Vt(V)との関係は式17で表される。
τ=(|Vdd|/|Vt|)×(1/m×T) ・・・式17
ここで、|Vt|は増幅装置1における目標設定電圧値情報Vsに対応する目標電圧値と等しいため、式17と式3とを比較すると、増幅装置1における時間幅τと増幅装置1aにおける時間幅τとは同じであることが分かる。この時間幅τでランプ波S8の傾きαを制御することで、増幅装置1と同様に、増幅装置1aにおいても、電力増幅部4に供給する電源電力の電圧値|+Vdd|,|-Vdd|を下げることによる増幅ゲインの変化分が、時間幅τで制御された傾きαのランプ波S8におけるオン時間幅ゲインの変化分によって相殺される。
本発明の実施の形態3における増幅装置1bについて、図6のブロック図を参照しながら説明する。図6において、実施の形態3の増幅装置1bは、ラインレベル程度のレベルのデジタルの音声信号が出力されるオーディオ装置8に接続される。オーディオ装置8から出力された音声信号は、増幅装置1bの入力音声信号S1として増幅装置1bに入力され、増幅装置1bで電力増幅されてスピーカ9へ出力される。スピーカ9は、増幅装置1bから出力された電力増幅後の音声信号を音声に変換して放音する。
すなわち、モニタリングする手段とは、負帰還部とPWM変調部が目標電圧情報(Vs)と帰還信号をモニタして負帰還部の出力先でその信号を処理する構成をさす。
(V2-V1)×(T4-T3)
=V2((T1-T3)+(T4-T2))
と表される。
T1-T3=T4-T2、及び
T-T4=T3、及び
T1=α1×β1、及び
T3=α1
で表される。
β1=((V2-V1)×T+2V1・α1)/2V2・α1
よって、β1は、所定のサンプリング時間幅Tと、電源電力の電圧値V2、V1と、電源電力の電圧値がV1の時の差分値α1とから求められる。なお、直角二等辺三角形以外でも、直角三角形の定理から縦軸と横軸の関係は容易に求まる。
G(s)=G0(s)/(1+G0(s)B(s)) ・・・式18
ただし、B(s)は負帰還部60の伝達関数であり、G0(s)は増幅装置1bのオープンループの伝達関数であり、|G0(s)B(s)|はループゲインである。
G0(s)=G1(s)×G2(s)×G3(s) ・・・式19
Claims (6)
- 入力音声信号のレベルに応じたパルス幅変調信号で電源電圧をスイッチングすることにより前記入力音声信号を電力増幅する電力増幅部と、
前記入力音声信号の振幅レベルを検出し、検出した入力信号振幅レベルに応じた目標設定電圧を前記電源電圧として前記電力増幅手段に印加する電源電圧制御部と、
前記電力増幅手段の出力をモニタリングする手段と、
前記入力音声信号をそのレベルに応じたパルス幅のパルス幅変調信号に変換するパルス幅変換部と、
前記目標設定電圧と前記モニタリングした電力増幅部の出力に基づいて、前記電力増幅部の増幅ゲインの変化分を相殺するように、前記パルス幅変換部により生成されたパルス幅変調信号のパルス幅を補正して前記電力増幅手段に印加するパルス幅補正部とを、
有する増幅装置。 - 前記パルス幅補正部は、
前記入力音声信号を前記パルス幅変調信号に変換する際の基本的なタイミング信号である基本クロックを生成する基本クロック生成部と、
前記基本クロック生成部が生成した基本クロックから、前記目標設定電圧に応じて傾きが異なるランプ波を生成するランプ波傾き制御部と、
前記ランプ波傾き制御部により生成されたランプ波と、前記モニタリングした電力増幅部の出力に基づいて、前記パルス幅変換部により生成されたパルス幅変調信号のパルス幅を補正する補正部とを
有することを特徴とする請求項1記載の増幅装置。 - 入力音声信号のレベルに応じたパルス幅変調信号で電源電圧をスイッチングすることにより前記入力音声信号を電力増幅する電力増幅部と、
前記入力音声信号の振幅レベルを検出し、検出した入力信号振幅レベルに応じた目標設定電圧を前記電源電圧として前記電力増幅部に印加する電源電圧制御部と、
前記電力増幅部に印加される電源電圧を検出する検出部と、
前記入力音声信号をそのレベルに応じたパルス幅のパルス幅変調信号に変換するパルス幅変換部と、
前記入力音声信号を前記パルス幅変調信号に変換する際の基本的なタイミング信号である基本クロックを生成する基本クロック生成部と、
前記基本クロック生成部が生成した基本クロックから、前記検出された電源電圧に応じて傾きが異なるランプ波を生成するランプ波傾き制御部と、
前記電力増幅手段の出力をモニタリングする手段と、
前記ランプ波傾き制御部により生成されたランプ波と、前記モニタリングした電力増幅部の出力に基づいて、前記電力増幅部の増幅ゲインの変化分を相殺するように、前記パルス幅変換部により生成されたパルス幅変調信号のパルス幅を補正して前記電力増幅手段に印加する補正部とを
有する増幅装置。 - 入力音声信号のレベルに応じたパルス幅変調信号で電源電圧をスイッチングすることにより前記入力音声信号を電力増幅する電力増幅部と、
前記入力音声信号の振幅レベルを検出し、検出した入力信号振幅レベルに応じた目標設定電圧を前記電源電圧として前記電力増幅部に印加する電源電圧制御部と、
前記電力増幅部の増幅ゲインの変化分をモニタリングする手段と、
前記目標設定電圧に応じて、前記モニタリングした電力増幅部の増幅ゲインの変化分を相殺するようにパルス幅変調対象の入力音声信号のレベルを補正することにより、前記パルス幅変調信号のパルス幅を補正して前記電力増幅部に印加するパルス幅変換部とを、
有する増幅装置。 - 前記パルス幅変換部は、前記入力音声信号の振幅レベルと、前記電力増幅部の出力を減衰してモニタリングしたレベルとの差分値を算出し、前記算出した差分値と、前記目標設定電圧に応じた補正係数を乗算することにより、前記パルス幅変調対象の入力音声信号のレベルを補正することを特徴とする請求項4に記載の増幅装置。
- 前記パルス幅変換部はさらに、前記補正されたパルス幅変調対象の入力音声信号のレベルを所定の基準波と比較することにより、前記パルス幅変調信号を生成することを特徴とする請求項5に記載の増幅装置。
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