JP2006054545A - Digital gain control device, audio signal power amplification device using the same, and methods thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】従来例に比較して簡単な構成を有し品質劣化の少ないゲイン制御が可能である。
【解決手段】ディジタルゲイン制御装置は、オーバーサンプリング回路102から入力されるディジタル信号から、ディジタルフィルタ111,112,113からの出力信号を減算器108により減算し減算結果のディジタル信号を再量子化器109により再量子化して出力し、再量子化されたディジタル信号から減算結果のディジタル信号を減算器110により減算してディジタルフィルタ11,112,113を介して減算器108に出力するデルタシグマ変調器103を備える。ここで、音量制御信号の減衰係数が大きくなるにつれて、再量子化器109の量子化ステップ幅を大きくしかつディジタルフィルタ111,112,113の次数を大きくするようにそのうちの1つを選択するようにスイッチSW1,SW2を切り換え制御する。
【選択図】図1
A gain control with a simpler configuration and less quality degradation than in the prior art is possible.
A digital gain control device subtracts output signals from digital filters 111, 112, and 113 from a digital signal input from an oversampling circuit 102 by a subtractor 108, and requantizes the digital signal resulting from the subtraction. A delta-sigma modulator that outputs the signal after requantization by 109 and subtracts the digital signal resulting from the subtraction from the requantized digital signal by the subtractor 110 and outputs the result to the subtractor 108 via the digital filters 11, 112, and 113. 103. Here, as the attenuation coefficient of the volume control signal increases, one of them is selected so that the quantization step width of the requantizer 109 is increased and the order of the digital filters 111, 112, 113 is increased. The switches SW1 and SW2 are switched and controlled.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、例えばディジタルオーディオ信号などのディジタル信号のゲインを制御するためのディジタルゲイン制御装置と、それを用いてオーディオ信号を電力増幅するためのオーディオ信号電力増幅装置、並びにそれらの方法に関する。 The present invention relates to a digital gain control apparatus for controlling the gain of a digital signal such as a digital audio signal, an audio signal power amplifying apparatus for power amplifying an audio signal using the same, and a method thereof.
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である。このような電力増幅器において、入力信号を二値信号に変換してその信号を電力増幅(スイッチング)することで、電力損失を極力小さくし電力変換効率を向上させたものが開発されており、D級電力増幅器(D級アンプ、又はディジタル・アンプ)と呼ばれている。その中で、入力オーディオ信号(被電力増幅入力信号)をCD(Compact Disc)のようなディジタルオーディオ信号が記録されたメディアから読み出したディジタルオーディオ信号をアナログ信号に変換せずに直接入力してディジタル信号のままで処理するものをフルディジタル・アンプと呼ばれている(例えば、非特許文献1及び2参照)。
A power amplifier in an acoustic device modulates a DC voltage supplied from a DC power source based on an input signal and supplies a waveform similar to the input signal to a speaker as a load. In such a power amplifier, an input signal is converted into a binary signal and the signal is power amplified (switched) to reduce power loss as much as possible and improve power conversion efficiency. It is called a class power amplifier (class D amplifier or digital amplifier). Among them, an input audio signal (power-amplified input signal) is directly input without converting the digital audio signal read from a medium on which a digital audio signal such as a CD (Compact Disc) is recorded into an analog signal. What is processed as a signal is called a full digital amplifier (for example, see Non-Patent
以下に、第1の従来例に係るフルディジタル・アンプについて図6を参照して説明する。 The full digital amplifier according to the first conventional example will be described below with reference to FIG.
図6において、ディジタルボリューム502は、入力端子501から入力された信号に対して、音量制御信号の減衰指示に応じて減衰係数を乗算して、信号振幅を減衰させた後、ノイズシェーパ505内のオーバーサンプリング回路503に出力する。ノイズシェーパ505はオーバーサンプリング回路503とデルタシグマ変調器504とを備えて構成される。オーバーサンプリング回路503は、ディジタルボリューム502からの出力信号を所定のオーバーサンプリングレートでオーバーサンプリングした後、デルタシグマ変調器504に出力する。次いで、デルタシグマ変調器504は、オーバーサンプリングされた信号をデルタシグマ変調により再量子化してパルス幅変調器(PWM)506に出力する。パルス幅変調器506は、入力される信号をパルス幅変調することにより、入力される信号に従ってパルス幅が変化する2値信号に変換して電力増幅部パワースイッチ回路507に出力する。さらに、出力電圧可変直流電源510は、音量制御信号に従って、その減衰量に応じてその出力電圧を変化させて電力増幅部パワースイッチ回路507に出力する。電力増幅部パワースイッチ回路507は、パルス幅変調器506から出力される信号を、出力電圧可変直流電源510からの出力電圧を用いて電力増幅して、可聴オーディオ信号を低域通過ろ波する低域通過フィルタ(LPF)508を介して出力端子509に出力する。
In FIG. 6, the
以上のように構成されたフルディジタル・アンプにおける音量減衰のメカニズムは、音量制御信号の指示により、まずは、出力電圧可変直流電源510の出力電圧が変化する。すなわち、音量を上げれば、電源電圧値も大きくなり、音量を下げれば、電源電圧値も小さくなる。そのため、電力増幅部パワースイッチ回路507からの出力信号の振幅が音量制御に応じて変化することになる。すなわち、音量を上げると振幅が大きくなり、音量を絞ると振幅は小さくなる。その結果、低域通過フィルタ508からの出力信号の振幅は、音量制御ができることになる。
The mechanism of volume attenuation in the full digital amplifier configured as described above is such that the output voltage of the output voltage variable DC power supply 510 is changed according to the instruction of the volume control signal. That is, when the volume is increased, the power supply voltage value is increased, and when the volume is decreased, the power supply voltage value is decreased. Therefore, the amplitude of the output signal from the power amplification unit
しかしながら、電源電圧を音量制御に応じて変化させる場合、音量を最大限に絞ると電源電圧がゼロになり、電源の供給されていない電力増幅部パワースイッチ回路507に、パルス幅変調器506からの信号が供給されることとなり、電力増幅部パワースイッチ回路507を構成する素子を破壊する可能性が存在する。そこで、電源電圧を変化させることでの音量制御(特に、減衰制御)には下限を設け、それ以上の音量減衰は、ディジタルアッテネータ502にて入力信号を減衰させることで、音量ゼロまでの音量制御を実施できる構成としている。
However, when the power supply voltage is changed according to the volume control, the power supply voltage becomes zero when the volume is reduced to the maximum, and the power amplification unit
また、ディジタル信号をディジタル信号のまま減衰させた後に、電力増幅する構成が考えられる。それには、プリアンプやミキシング装置のマスタボリュームにディジタル減衰器を利用すると、常に安定した音量調整特性が得られ、また、抵抗対減衰器を用いた場合のように経時的な音質変化や劣化が生じないという利点が存在することが知られている。このようなディジタル減衰器としては、例えば、特許文献1において開示されたディジタルアッテネータが提案されている。
Further, a configuration in which power is amplified after attenuating the digital signal as it is can be considered. For this purpose, if a digital attenuator is used for the master volume of a preamplifier or mixing device, a stable volume adjustment characteristic can always be obtained, and sound quality changes and deterioration over time occur as in the case of using a resistance-attenuator. It is known that there are no advantages. As such a digital attenuator, for example, a digital attenuator disclosed in
図7は、第2の従来例に係るディジタルアッテネータの構成を示すブロック図である。図7において、必要に応じて適宜の倍率でオーバーサンプリングされたnビット長の入力端子601を介して入力された入力ディジタルオーディオデータがディジタル減衰器602に入力される。ディジタル減衰器602は、入力されるディジタルオーディオデータに対して、コントローラ(図示せず。)から出力され、ユーザの音量の減少操作又は増大操作に従って大小変化する減衰量データを乗算し、その乗算結果を(n+m)ビット長のディジタルデータとして出力する。ここで、この減衰量データは1〜0の範囲の値をとり、音量最大時、減衰量データは0dB=1となり、音量最小時、減衰量は0となる。このような音量調整後のディジタルオーディオデータをkビットのD/A変換器603によりD/A変換して低域通過フィルタ(LPF)604を介して出力端子605に出力する。ここで、具体的には、ディジタル減衰器602からのディジタル信号の上位kビットをディジタルオーディオデータとしてD/A変換器603に出力し、D/A変換器603は入力されるディジタルオーディオデータをD/A変換し、そのアナログ信号出力を低域通過フィルタ604に通過させることにより、スムージングや折り返し雑音除去などの信号処理を実行して、出力端子605に出力する。
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a digital attenuator according to the second conventional example. In FIG. 7, input digital audio data input via an n-
このディジタルアッテネータをD級電力増幅器に適応する場合は、D/A変換器603の代わりに、多値のディジタル信号を二値信号に変換する二値信号生成手段606とその二値信号を電力増幅する電力増幅器607からなる回路610を用いる。なお、図5のディジタルボリューム502は、ディジタル減衰器602と同様の作用を実行する。
When this digital attenuator is applied to a class D power amplifier, instead of the D /
しかしながら、上述の第1の従来例に係るフルディジタル・アンプの音量制御は、電源電圧を変化させるため、安定した電源を供給しかつその出力電圧を可変とする電源部の構成が複雑となり、家庭電灯電源(日本の場合50Hz又は60HzのAC100V)を変圧器で降圧して整流回路にて直流に変換するような電源部に対して非常に高価になるという問題点があった。 However, since the volume control of the full digital amplifier according to the first conventional example changes the power supply voltage, the configuration of the power supply section that supplies a stable power supply and makes the output voltage variable becomes complicated, and the There has been a problem that the power supply unit is very expensive for a power source that converts a lamp power supply (AC100V of 50 Hz or 60 Hz in the case of Japan) to a direct current by a rectifier circuit after stepping down with a transformer.
また、上述の第2の従来例に係るディジタルアッテネータにおいては、ディジタル減衰器602に入力される音声データの値が同じであってもディジタル減衰器602での減衰量が大きい場合、ディジタル減衰器602の出力信号は下位ビット側にシフトする。そのため、音量を絞ったときでも高分解能でD/A変換するためには、D/A変換器603の語長を(n+m)ビットとすればよいが、D/A変換器603の内部構成の複雑化、データ語長に見合った性能を持つことが非常に困難で、性能達成できても非常に高価になり現実的でない。そのため、一般的には、D/A変換器の語長は音量減衰処理を行う前の語長が使用される。例えば、図7では、n=20,m=10としている。
In the digital attenuator according to the second conventional example described above, if the amount of attenuation at the
実際の音声受聴時では、音量は絞られており、ディジタル減衰器602での減衰量が大きくなるほどディジタル減衰器602の出力信号のダイナミックレンジは狭くなり、品質が劣化してしまうという問題点があった。
When listening to actual audio, the volume is reduced, and as the amount of attenuation in the
本発明の目的は以上の問題点を解決し、従来例に比較して簡単な構成を有し、かつ品質劣化の少ないゲイン制御が可能であるディジタルゲイン制御装置と、それを用いたオーディオ信号電力増幅装置、並びにそれらの方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a digital gain control device that has a simpler configuration than that of the conventional example and can perform gain control with little quality deterioration, and audio signal power using the same. An object of the present invention is to provide an amplification device and a method thereof.
第1の発明に係るディジタルゲイン制御装置は、入力されるディジタル信号から、ディジタルフィルタからの出力信号を第1の減算器により減算し、上記減算結果のディジタル信号を再量子化器により再量子化して出力し、上記再量子化されたディジタル信号から上記減算結果のディジタル信号を第2の減算器により減算して上記ディジタルフィルタを介して上記第1の減算器に出力するデルタシグマ変調器を備えたディジタルゲイン制御装置において、
入力されるゲイン制御信号に基づいて、上記ゲイン制御信号の減衰係数が大きくなるにつれて、上記再量子化器の量子化ステップ幅を大きくしかつ上記ディジタルフィルタの次数を大きくするように制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, a digital gain control apparatus subtracts an output signal from a digital filter from an input digital signal by a first subtracter, and requantizes the digital signal resulting from the subtraction by a requantizer. And a delta-sigma modulator that subtracts the subtraction result digital signal from the requantized digital signal by a second subtracter and outputs the subtracted digital signal to the first subtractor via the digital filter. In the digital gain control device,
Control means for controlling to increase the quantization step width of the requantizer and to increase the order of the digital filter as the attenuation coefficient of the gain control signal increases based on the input gain control signal It is provided with.
第2の発明に係るオーディオ信号電力増幅装置は、入力されるディジタルオーディオ信号をオーバーサンプリングして出力するオーバーサンプリング手段と、
上記オーバーサンプリング手段からの出力信号のゲインを制御して出力する上記ディジタルゲイン制御装置と、
上記ディジタルゲイン制御装置からの出力信号を電力増幅して出力する電力増幅手段と、
上記電力増幅手段からの出力信号から所定の帯域のオーディオ信号をろ波するろ波手段とを備えたことを特徴とする。
An audio signal power amplifying device according to a second aspect of the invention comprises oversampling means for oversampling and outputting an input digital audio signal;
The digital gain control device for controlling and outputting the gain of the output signal from the oversampling means;
Power amplifying means for amplifying and outputting an output signal from the digital gain control device;
And filtering means for filtering an audio signal of a predetermined band from the output signal from the power amplifying means.
第3の発明に係るオーディオ信号電力増幅装置は、入力されるディジタルオーディオ信号をオーバーサンプリングして出力するオーバーサンプリング手段と、
上記オーバーサンプリング手段からの出力信号のゲインを制御して出力する上記ディジタルゲイン制御装置と、
上記ディジタルゲイン制御装置からの出力信号に従って所定のパルス信号をパルス幅変調して出力するパルス幅変調手段と、
上記パルス幅変調手段からの出力信号を電力増幅して出力する電力増幅手段と、
上記電力増幅手段からの出力信号から所定の帯域のオーディオ信号をろ波するろ波手段とを備えたことを特徴とする。
An audio signal power amplifying device according to a third aspect of the invention comprises oversampling means for oversampling and outputting an input digital audio signal;
The digital gain control device for controlling and outputting the gain of the output signal from the oversampling means;
Pulse width modulation means for pulse-modulating and outputting a predetermined pulse signal in accordance with an output signal from the digital gain control device;
A power amplifying means for amplifying and outputting an output signal from the pulse width modulation means;
And filtering means for filtering an audio signal of a predetermined band from the output signal from the power amplifying means.
第4の発明に係るディジタルゲイン制御方法は、入力されるディジタル信号から、ディジタルフィルタからの出力信号を第1の減算器により減算し、上記減算結果のディジタル信号を再量子化器により再量子化して出力し、上記再量子化されたディジタル信号から上記減算結果のディジタル信号を第2の減算器により減算して上記ディジタルフィルタを介して上記第1の減算器に出力するデルタシグマ変調器を備えたディジタルゲイン制御装置のためのディジタルゲイン制御方法において、
入力されるゲイン制御信号に基づいて、上記ゲイン制御信号の減衰係数が大きくなるにつれて、上記再量子化器の量子化ステップ幅を大きくしかつ上記ディジタルフィルタの次数を大きくするように制御するステップを含むことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a digital gain control method, wherein an output signal from a digital filter is subtracted from an input digital signal by a first subtracter, and the digital signal resulting from the subtraction is requantized by a requantizer. And a delta-sigma modulator that subtracts the subtraction result digital signal from the requantized digital signal by a second subtracter and outputs the subtracted digital signal to the first subtractor via the digital filter. In a digital gain control method for a digital gain controller,
The step of controlling to increase the quantization step width of the requantizer and increase the order of the digital filter as the attenuation coefficient of the gain control signal increases based on the input gain control signal. It is characterized by including.
第5の発明に係るオーディオ信号電力増幅方法は、入力されるディジタルオーディオ信号をオーバーサンプリングして出力するステップと、
上記ディジタルゲイン制御方法を用いて、上記オーバーサンプリングされた信号のゲインを制御して出力するステップと、
上記ゲインが制御された信号を電力増幅して出力するステップと、
上記電力増幅された信号から所定の帯域のオーディオ信号をろ波するステップとを含むことを特徴とする。
An audio signal power amplification method according to a fifth aspect of the present invention includes a step of oversampling and outputting an input digital audio signal;
Using the digital gain control method to control and output the gain of the oversampled signal; and
Amplifying and outputting the signal whose gain is controlled; and
Filtering the audio signal of a predetermined band from the power amplified signal.
第6の発明に係るオーディオ信号電力増幅方法は、入力されるディジタルオーディオ信号をオーバーサンプリングして出力するステップと、
上記ディジタルゲイン制御方法を用いて、上記オーバーサンプリングされた信号のゲインを制御して出力するステップと、
上記ゲインが制御された信号に従って所定のパルス信号をパルス幅変調して出力するステップと、
上記パルス幅変調された信号を電力増幅して出力するステップと、
上記電力増幅された信号から所定の帯域のオーディオ信号をろ波するステップとを含むことを特徴とする。
An audio signal power amplification method according to a sixth aspect of the present invention includes a step of oversampling and outputting an input digital audio signal;
Using the digital gain control method to control and output the gain of the oversampled signal; and
A step of performing pulse width modulation of a predetermined pulse signal according to the signal in which the gain is controlled, and outputting,
Power amplifying and outputting the pulse width modulated signal;
Filtering the audio signal of a predetermined band from the power amplified signal.
従って、本発明に係るディジタルゲイン制御装置及び方法によれば、入力されるゲイン制御信号に基づいて、上記ゲイン制御信号の減衰係数が大きくなるにつれて、再量子化器の量子化ステップ幅を大きくしかつディジタルフィルタの次数を大きくするように制御するので、デルタシグマ変調器の次数を高くして量子化雑音電力を減少させて、再量子化器のノイズの増大を抑圧することができるとともに、ダイナミックレンジの狭小化を防止し、装置全体のSN比を増大できる。 Therefore, according to the digital gain control apparatus and method of the present invention, the quantization step width of the requantizer is increased as the attenuation coefficient of the gain control signal increases based on the input gain control signal. In addition, since the order of the digital filter is increased, the order of the delta-sigma modulator can be increased to reduce the quantization noise power, thereby suppressing the increase in noise of the requantizer as well as dynamic. The narrowing of the range can be prevented, and the SN ratio of the entire apparatus can be increased.
また、ディジタルゲイン制御装置及び方法を用いてオーディオ信号電力増幅装置を構成することにより、従来例に比較して簡単な構成を有して、改善されたSN比を実現できるオーディオ信号電力増幅装置を提供できる。 Also, an audio signal power amplifying apparatus having a simple configuration compared to the conventional example and capable of realizing an improved S / N ratio by configuring the audio signal power amplifying apparatus using the digital gain control apparatus and method is provided. Can be provided.
さらに、パルス幅変調器又はパルス幅変調ステップを備えることにより、デルタシグマ変調器のダイナミックレンジを高くすることができ、また、再量子化器で発生される量子化雑音を、パルス幅変調を用いない2値信号の従来例に比較して白色性を高く、入力信号との相関を小さくすることでき安定に動作でき、これにより、従来例に比較して高性能なオーディオ信号電力増幅装置を提供できる。 Further, by providing a pulse width modulator or a pulse width modulation step, the dynamic range of the delta sigma modulator can be increased, and the quantization noise generated by the requantizer is used for the pulse width modulation. Compared to the conventional binary signal example, the whiteness is high, the correlation with the input signal can be reduced, and the operation can be stably performed. As a result, a high-performance audio signal power amplifier is provided compared to the conventional example. it can.
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、同様の構成要素については同一の符号を付している。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same component.
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態に係るオーディオ信号電力増幅装置の構成を示すブロック図である。第1の実施形態に係るオーディオ信号電力増幅装置は、オーバーサンプリング回路102から入力されるディジタル信号から、ディジタルフィルタ111,112,113からの出力信号を減算器108により減算し、上記減算結果のディジタル信号を再量子化器109により再量子化して出力し、上記再量子化されたディジタル信号から上記減算結果のディジタル信号を減算器110により減算して上記ディジタルフィルタ11,112,113を介して減算器108に出力するデルタシグマ変調器103を備えてディジタルゲイン制御装置を構成し、減算器108と減算器110との間に、ディジタルフィルタ111,112,113を選択的に切り換える2つのスイッチSW1,SW2を設け、入力されるゲイン制御信号である音量制御信号に基づいて、上記音量制御信号の減衰係数が大きくなるにつれて、再量子化器109の量子化ステップ幅を大きくしかつ上記ディジタルフィルタ111,112,113の次数を大きくするようにディジタルフィルタ111,112,113のうちの1つを選択するようにスイッチSW1,SW2を切り換え制御することを特徴としている。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an audio signal power amplifying apparatus according to the first embodiment of the present invention. The audio signal power amplifying apparatus according to the first embodiment subtracts the output signals from the
図1において、オーバーサンプリング回路102は、入力端子101を介して入力されるディジタルオーディオ信号を所定のオーバーサンプリングレートでオーバーサンプリングした後、デルタシグマ変調器103の減算器108に出力する。
In FIG. 1, the
デルタシグマ変調器103は、2つの減算器108,110と、再量子化器109と、3個のディジタルフィルタ111,112,113と、2つのスイッチSW1,SW2とを備えて構成される(例えば、非特許文献3参照。)。ここで、ディジタルフィルタ111は例えば伝達関数z−1を有する1次のディジタルフィルタであり、ディジタルフィルタ112は例えば伝達関数2z−1−z−2を有する2次のディジタルフィルタであり、ディジタルフィルタ113は例えば伝達関数3z−1−3z−2−z−3を有する3次のディジタルフィルタである。デルタシグマ変調器103において、減算器108は、オーバーサンプリング回路102から入力されるディジタル信号から、ディジタルフィルタ111,112,113からスイッチSW2を介して出力される出力信号を減算器108により減算し、上記減算結果のディジタル信号を再量子化器109により再量子化してパルス幅変調器104に出力するとともに、上記再量子化されたディジタル信号から上記減算結果のディジタル信号を減算器110により減算して、スイッチSW1、ディジタルフィルタ11,112,113の1つ、及びスイッチSW2を介して減算器108に出力する。なお、減算器110は、減算時に再量子化後の信号を再量子化前の量子化ステップに変換した後、減算を実行する。ここで、音量制御信号に応じて、例えば以下のごとく、再量子化器109及びスイッチSW1,SW2を制御する。
The delta-sigma modulator 103 includes two
(1)音量が比較的大きく、音量制御信号が0.67以上で1以下であるとき(その減衰係数は音量制御信号の逆数である。):スイッチSW1,SW2をそれぞれ接点aに切り換えて1次のディジタルフィルタ111を選択し、かつ再量子化器109の量子化ステップ幅を1とする。
(2)音量が比較的中間であって、音量制御信号が0.33以上で0.67未満以下であるとき(その減衰係数は音量制御信号の逆数である。):スイッチSW1,SW2をそれぞれ接点bに切り換えて2次のディジタルフィルタ112を選択し、かつ再量子化器109の量子化ステップ幅を2とする。
(3)音量が比較的大きく、音量制御信号が0以上で0.33未満であるとき(その減衰係数は音量制御信号の逆数である。):スイッチSW1,SW2をそれぞれ接点cに切り換えて3次のディジタルフィルタ113を選択し、かつ再量子化器109の量子化ステップ幅を3とする。
(1) When the volume is relatively large and the volume control signal is 0.67 or more and 1 or less (its attenuation coefficient is the reciprocal of the volume control signal): Switch SW1 and SW2 to contact a and switch to 1 The next
(2) When the volume is relatively intermediate and the volume control signal is not less than 0.33 and less than 0.67 (the attenuation coefficient is the reciprocal of the volume control signal): the switches SW1 and SW2 are respectively set. Switch to the contact point b to select the secondary
(3) When the sound volume is relatively large and the sound volume control signal is 0 or more and less than 0.33 (the attenuation coefficient is the reciprocal of the sound volume control signal): Switch SW1 and SW2 to contact c respectively. The next
すなわち、デルタシグマ変調器103においては、入力されるゲイン制御信号である音量制御信号に基づいて、上記音量制御信号の減衰係数が大きくなるにつれて、再量子化器109の量子化ステップ幅を大きくしかつ上記ディジタルフィルタ111,112,113の次数を大きくするようにディジタルフィルタ111,112,113のうちの1つを選択するようにスイッチSW1,SW2を切り換え制御している。
That is, in the delta-sigma modulator 103, the quantization step width of the
従って、デルタシグマ変調器103は、オーバーサンプリングされた信号をデルタシグマ変調により再量子化してパルス幅変調器(PWM)104に出力する。パルス幅変調器104は、入力される信号をパルス幅変調することにより、入力される信号に従ってパルス幅が変化する2値信号に変換して電力増幅部パワースイッチ回路105に出力する。電力増幅部パワースイッチ回路105は、パルス幅変調器104から出力される信号を電力増幅して、可聴オーディオ信号を低域通過ろ波する低域通過フィルタ(LPF)106を介して出力端子107に出力する。
Therefore, the delta sigma modulator 103 requantizes the oversampled signal by delta sigma modulation and outputs the resampled signal to the pulse width modulator (PWM) 104. The
図2は、図1の電力増幅部パワースイッチ回路105の構成を示すブロック図である。図2において、電力増幅部パワースイッチ回路105は、ドライバ回路121と、CMOS構成の2つのパワーMOS電界効果トランジスタ(以下、MOSFETという。)122,123とを備えて構成される。ドライバ回路121は、図2に示すように、入力端子T1を介して入力されるディジタル信号に従って、MOSFET122を同相で駆動する一方、MOSFET123を逆相で駆動することにより入力ディジタル信号を電力増幅する。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the power amplification unit
ここで、2個のMOSFET122,123は、オン/オフの動作しかできないため、上述のように、2個のMOSFET122,123とそれを駆動するドライバ回路121とにより構成される。電力増幅部パワースイッチ回路105への入力信号は、1ビットの二値信号が好ましい。その理由は、複数のパワースイッチを組み合わせれば、電力増幅部パワースイッチ回路105への入力信号を多値にすることは可能だが部品点数が増えるため高価となり、現実的でないためである。
Here, since the two
図3は、図1のオーディオ信号電力増幅装置の動作を示す図であって、図3(a)は入力信号を示す波形図であり、図3(b1)乃至図3(d1)は音量制御しないとき(再量子化器109の量子化ステップ幅が1であるとき)の各信号の波形図であり、図3(b1)はデルタシグマ変調器103の出力信号の波形図であり、図3(c1)は電力増幅部パワースイッチ回路105の出力信号の波形図であり、図3(d1)は低域通過フィルタ106の出力信号の波形図であり、図3(b2)乃至図3(d2)は音量制御信号が1/2であるとき(再量子化器109の量子化ステップ幅が2であるとき)の各信号の波形図であり、(b2)はデルタシグマ変調器103の出力信号の波形図であり、図3(c2)は電力増幅部パワースイッチ回路105の出力信号の波形図であり、図3(d2)は低域通過フィルタ106の出力信号の波形図である。
3 is a diagram showing the operation of the audio signal power amplifying apparatus of FIG. 1, in which FIG. 3 (a) is a waveform diagram showing an input signal, and FIGS. 3 (b1) to 3 (d1) are volume control. 3 is a waveform diagram of each signal when not performing (when the quantization step width of the
本実施形態では、再量子化器109の出力ビット数(階調)はそのままで、その量子化レベルを、音量制御信号の音量減衰係数の逆数に比例するように設定している。この動作を図3を参照して以下に説明する。ここで、説明を簡単にするために、図3(a)に示すように、入力端子101に入力される信号をその振幅がフルスケール(+1)である直流信号とする。この信号は、オーバーサンプリングされても振幅値はフルスケールのままである。
In the present embodiment, the number of output bits (gradation) of the
まず、音量減衰しない場合について説明する。入力信号はデルタシグマ変調器103で再量子化される。再量子化器109を量子化数を3値(量子化レベルは0,0.5,1)とする。ここで、信号の振幅値がフルスケールであるため、再量子化後のデータも図3(b1)に示すようにフルスケールの直流信号となる。そして、PWM波形も同じである。当該信号を電力増幅部パワースイッチ回路105により増幅すると、出力信号は、電源電圧値+Vddを振幅とする直流信号となる(図3(c1))。そして、当該信号を低域通過フィルタ106を用いて帯域制限されても直流分には影響がないため、+Vddの振幅値を有する信号が出力端子107に現れる(図3(d1))。
First, the case where the volume is not attenuated will be described. The input signal is requantized by the delta sigma modulator 103. The
次いで、半分(1/2)に音量減衰した場合について説明する。まず、音量減衰係数が1/2であるため、再量子化器109の量子化レベルを音量減衰係数の逆数に設定する(図3(b2))。すなわち、再量子化器109の出力信号の符号は0,1,2となる。ここで、信号が再量子化器109により量子化されると、+1の直流信号は図3(b2)に示すような波形の信号に変換される。この信号をパルス幅変調器104に入力すると、デューティ比50%の二値信号に変換される(図3(c2))。この場合、PWM信号は、再量子化器109の量子化数が3値であるため、少なくともデルタシグマ変調器103のサンプリング周期の二分の一の周期の信号となる。そして、パルス幅変調器104からの出力信号を電力増幅部パワースイッチ回路105により増幅すると、振幅+Vddでデューティ比50%の信号が出力される(図3(d2))。さらに、当該信号を低域通過フィルタ106に通過させるとその平均値(+Vdd/2)を有する信号が出力端子107から出力される(図3(d2))。これにより、入力信号が半分に減衰されていることがわかる。
Next, a case where the volume is attenuated by half (1/2) will be described. First, since the volume attenuation coefficient is ½, the quantization level of the
従って、図3から明らかなように、音量制御信号の信号レベルを小さくするにつれて、再量子化器109の量子化ステップ幅を大きくすることにより、入力されたオーディオ信号を減衰させることができる。
Therefore, as apparent from FIG. 3, the input audio signal can be attenuated by increasing the quantization step width of the
以上説明したように、本実施形態によれば、入力されるゲイン制御信号である音量制御信号に基づいて、上記音量制御信号の減衰係数が大きくなるにつれて、再量子化器109の量子化ステップ幅を大きくしかつ上記ディジタルフィルタ111,112,113の次数を大きくするようにディジタルフィルタ111,112,113のうちの1つを選択するようにスイッチSW1,SW2を切り換え制御する。これにより、上記音量制御信号の減衰係数が大きくなるにつれて、デルタシグマ変調器103の次数を高くして量子化雑音電力を減少させて、再量子化器のノイズの増大を抑圧することができるとともに、ダイナミックレンジの狭小化を防止し、装置全体のSN比を増大できる。
As described above, according to the present embodiment, the quantization step width of the
また、本実施形態のごとくオーディオ信号電力増幅装置を構成することにより、従来例に比較して簡単な構成を有して、改善されたSN比を実現できるオーディオ信号電力増幅装置を提供できる。 Further, by configuring the audio signal power amplifying apparatus as in the present embodiment, it is possible to provide an audio signal power amplifying apparatus that has a simple configuration compared to the conventional example and can realize an improved SN ratio.
<第2の実施形態>
図4は、本発明の第2の実施形態に係るオーディオ信号電力増幅装置の構成を示すブロック図である。第2の実施形態に係るオーディオ信号電力増幅装置は、第1の実施形態に係るオーディオ信号電力増幅装置に比較して、再量子化器109の量子化数を2値とすることで、パルス幅変調器104を削除したことであり、このように構成してもよい。
<Second Embodiment>
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of an audio signal power amplifying apparatus according to the second embodiment of the present invention. The audio signal power amplifying apparatus according to the second embodiment has a pulse width that is obtained by setting the quantization number of the
図5は、図4のオーディオ信号電力増幅装置の動作を示す図であって、(a)は入力信号を示す波形図であり、図5(b1)乃至図5(d1)は音量制御しないとき(再量子化器109の量子化ステップ幅が1であるとき)の各信号の波形図であり、図5(b1)はデルタシグマ変調器103の出力信号の波形図であり、図5(c1)は電力増幅部パワースイッチ回路105の出力信号の波形図であり、図5(d1)は低域通過フィルタ106の出力信号の波形図であり、図5(b2)乃至図5(d2)は音量制御信号が1/2であるとき(再量子化器109の量子化ステップ幅が2であるとき)の各信号の波形図であり、図5(b2)はデルタシグマ変調器103の出力信号の波形図であり、図5(c2)は電力増幅部パワースイッチ回路105の出力信号の波形図であり、図5(d2)は低域通過フィルタ106の出力信号の波形図である。
FIG. 5 is a diagram showing the operation of the audio signal power amplifying apparatus of FIG. 4, wherein (a) is a waveform diagram showing an input signal, and FIGS. 5 (b1) to 5 (d1) are when volume control is not performed. FIG. 5B is a waveform diagram of each signal when the quantization step width of the
図5から明らかなように、音量制御信号の信号レベルを小さくするにつれて、再量子化器109の量子化ステップ幅を大きくすることにより、入力されたオーディオ信号を減衰させることができる。
As is apparent from FIG. 5, the input audio signal can be attenuated by increasing the quantization step width of the
図4のオーディオ信号電力増幅装置では、パルス幅変調器104を削除しているが、図1のオーディオ信号電力増幅装置においては、パルス幅変調器104を挿入している。これは以下の理由による。再量子化器を多値にした場合は、二値の信号に変換する必要があるため、その変換手段としてパルス幅変調器104を用いている。パルス幅変調器104を有する構成の方が、再量子化器109の量子化ステップ幅が大きいため、ディジタルフィルタ111,112,113の構成が同じであれば、デルタシグマ変調器103のダイナミックレンジが大きくなり、より性能の高いオーディオ信号電力増幅装置を構成できる。また、再量子化器109で発生する量子化ノイズが二値のものに比べて、白色性が高く、すなわち、入力信号と相関が小さい。そのため、ディジタルフィルタ111,112,113の次数を高次にしてもデルタシグマ変調器103が安定にできる。その結果、より高性能なオーディオ信号電力増幅装置を容易に実現できる。
In the audio signal power amplifying apparatus of FIG. 4, the
以上説明したように、本発明に係るディジタルゲイン制御装置及び方法によれば、入力されるゲイン制御信号に基づいて、上記ゲイン制御信号の減衰係数が大きくなるにつれて、再量子化器の量子化ステップ幅を大きくしかつディジタルフィルタの次数を大きくするように制御するので、デルタシグマ変調器の次数を高くして量子化雑音電力を減少させて、再量子化器のノイズの増大を抑圧することができるとともに、ダイナミックレンジの狭小化を防止し、装置全体のSN比を増大できる。 As described above, according to the digital gain control apparatus and method of the present invention, as the attenuation coefficient of the gain control signal increases based on the input gain control signal, the quantization step of the requantizer Since the control is performed so that the width is increased and the order of the digital filter is increased, it is possible to increase the order of the delta-sigma modulator to reduce the quantization noise power and suppress the increase in noise of the requantizer. In addition, the dynamic range can be prevented from being narrowed, and the SN ratio of the entire apparatus can be increased.
また、ディジタルゲイン制御装置及び方法を用いてオーディオ信号電力増幅装置を構成することにより、従来例に比較して簡単な構成を有して、改善されたSN比を実現できるオーディオ信号電力増幅装置を提供できる。 Also, an audio signal power amplifying apparatus having a simple configuration compared to the conventional example and capable of realizing an improved S / N ratio by configuring the audio signal power amplifying apparatus using the digital gain control apparatus and method is provided. Can be provided.
さらに、パルス幅変調器又はパルス幅変調ステップを備えることにより、デルタシグマ変調器のダイナミックレンジを高くすることができ、また、再量子化器で発生される量子化雑音を、パルス幅変調を用いない2値信号の従来例に比較して白色性を高く、入力信号との相関を小さくすることでき安定に動作でき、これにより、従来例に比較して高性能なオーディオ信号電力増幅装置を提供できる。 Further, by providing a pulse width modulator or a pulse width modulation step, the dynamic range of the delta sigma modulator can be increased, and the quantization noise generated by the requantizer is used for the pulse width modulation. Compared to the conventional binary signal example, the whiteness is high, the correlation with the input signal can be reduced, and the operation can be stably performed. As a result, a high-performance audio signal power amplifier is provided compared to the conventional example. it can.
101…入力端子、
102…オーバーサンプリング回路、
103…デルタシグマ変調器、
104…パルス幅変調器(PWM)、
105…電力増幅部パワースイッチ回路、
106…低域通過フィルタ(LPF)、
107…出力端子、
108…減算器、
109…再量子化器、
110…減算器、
111…1次ディジタルフィルタ、
112…2次ディジタルフィルタ、
113…3次ディジタルフィルタ、
SW1,SW2…スイッチ。
101: Input terminal,
102: Oversampling circuit,
103 Delta sigma modulator,
104: Pulse width modulator (PWM),
105: Power amplifier power switch circuit,
106 ... Low-pass filter (LPF),
107 ... output terminal,
108 ... subtractor,
109 ... requantizer,
110 ... subtractor,
111... Primary digital filter,
112 ... secondary digital filter,
113: Third-order digital filter,
SW1, SW2 ... switch.
Claims (6)
入力されるゲイン制御信号に基づいて、上記ゲイン制御信号の減衰係数が大きくなるにつれて、上記再量子化器の量子化ステップ幅を大きくしかつ上記ディジタルフィルタの次数を大きくするように制御する制御手段を備えたことを特徴とするディジタルゲイン制御装置。 From the input digital signal, the output signal from the digital filter is subtracted by the first subtracter, the digital signal resulting from the subtraction is requantized and output by the requantizer, and the requantized digital signal is output. A digital gain control device comprising a delta-sigma modulator that subtracts a digital signal of the subtraction result from the second subtractor and outputs the subtracted digital signal to the first subtractor via the digital filter;
Control means for controlling to increase the quantization step width of the requantizer and to increase the order of the digital filter as the attenuation coefficient of the gain control signal increases based on the input gain control signal A digital gain control device comprising:
上記オーバーサンプリング手段からの出力信号のゲインを制御して出力する請求項1記載のディジタルゲイン制御装置と、
上記ディジタルゲイン制御装置からの出力信号を電力増幅して出力する電力増幅手段と、
上記電力増幅手段からの出力信号から所定の帯域のオーディオ信号をろ波するろ波手段とを備えたことを特徴とするオーディオ電力増幅装置。 Oversampling means for oversampling and outputting an input digital audio signal;
The digital gain control apparatus according to claim 1, wherein the gain of the output signal from the oversampling means is controlled and output.
Power amplifying means for amplifying and outputting an output signal from the digital gain control device;
An audio power amplifying apparatus comprising: filtering means for filtering an audio signal in a predetermined band from an output signal from the power amplifying means.
上記オーバーサンプリング手段からの出力信号のゲインを制御して出力する請求項1記載のディジタルゲイン制御装置と、
上記ディジタルゲイン制御装置からの出力信号に従って所定のパルス信号をパルス幅変調して出力するパルス幅変調手段と、
上記パルス幅変調手段からの出力信号を電力増幅して出力する電力増幅手段と、
上記電力増幅手段からの出力信号から所定の帯域のオーディオ信号をろ波するろ波手段とを備えたことを特徴とするオーディオ電力増幅装置。 Oversampling means for oversampling and outputting an input digital audio signal;
The digital gain control apparatus according to claim 1, wherein the gain of the output signal from the oversampling means is controlled and output.
Pulse width modulation means for pulse-modulating and outputting a predetermined pulse signal in accordance with an output signal from the digital gain control device;
A power amplifying means for amplifying and outputting an output signal from the pulse width modulation means;
An audio power amplifying apparatus comprising: filtering means for filtering an audio signal in a predetermined band from an output signal from the power amplifying means.
入力されるゲイン制御信号に基づいて、上記ゲイン制御信号の減衰係数が大きくなるにつれて、上記再量子化器の量子化ステップ幅を大きくしかつ上記ディジタルフィルタの次数を大きくするように制御するステップを含むことを特徴とするディジタルゲイン制御方法。 From the input digital signal, the output signal from the digital filter is subtracted by the first subtracter, the digital signal resulting from the subtraction is requantized and output by the requantizer, and the requantized digital signal is output. A digital gain control method for a digital gain control apparatus comprising a delta-sigma modulator that subtracts a digital signal resulting from the subtraction from a second subtracter and outputs the result to the first subtractor via the digital filter In
The step of controlling to increase the quantization step width of the requantizer and increase the order of the digital filter as the attenuation coefficient of the gain control signal increases based on the input gain control signal. A digital gain control method comprising:
請求項4記載のディジタルゲイン制御方法を用いて、上記オーバーサンプリングされた信号のゲインを制御して出力するステップと、
上記ゲインが制御された信号を電力増幅して出力するステップと、
上記電力増幅された信号から所定の帯域のオーディオ信号をろ波するステップとを含むことを特徴とするオーディオ電力増幅方法。 Oversampling and outputting the input digital audio signal;
Using the digital gain control method according to claim 4 to control and output the gain of the oversampled signal;
Amplifying and outputting the signal whose gain is controlled; and
Filtering the audio signal of a predetermined band from the power amplified signal.
請求項4記載のディジタルゲイン制御方法を用いて、上記オーバーサンプリングされた信号のゲインを制御して出力するステップと、
上記ゲインが制御された信号に従って所定のパルス信号をパルス幅変調して出力するステップと、
上記パルス幅変調された信号を電力増幅して出力するステップと、
上記電力増幅された信号から所定の帯域のオーディオ信号をろ波するステップとを含むことを特徴とするオーディオ電力増幅方法。
Oversampling and outputting the input digital audio signal;
Using the digital gain control method according to claim 4 to control and output the gain of the oversampled signal;
A step of performing pulse width modulation of a predetermined pulse signal according to the signal in which the gain is controlled, and outputting,
Power amplifying and outputting the pulse width modulated signal;
Filtering the audio signal of a predetermined band from the power amplified signal.
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0514084A (en) * | 1991-07-02 | 1993-01-22 | Sony Corp | Digital gain controller |
| JPH05158495A (en) * | 1991-05-07 | 1993-06-25 | Fujitsu Ltd | Voice encoding transmitter |
| JP2001168722A (en) * | 1999-12-09 | 2001-06-22 | Nippon Precision Circuits Inc | Delta sigma d/a converter |
| JP2002158543A (en) * | 2000-11-17 | 2002-05-31 | Sony Corp | Digital power amplifier |
| JP2004179739A (en) * | 2002-11-25 | 2004-06-24 | Pioneer Electronic Corp | Delta-sigma modulator, method for switching delta-sigma modulator, and digital amplifier |
| JP2004201185A (en) * | 2002-12-20 | 2004-07-15 | Sony Corp | Audio amplifier |
-
2004
- 2004-08-10 JP JP2004233098A patent/JP2006054545A/en active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05158495A (en) * | 1991-05-07 | 1993-06-25 | Fujitsu Ltd | Voice encoding transmitter |
| JPH0514084A (en) * | 1991-07-02 | 1993-01-22 | Sony Corp | Digital gain controller |
| JP2001168722A (en) * | 1999-12-09 | 2001-06-22 | Nippon Precision Circuits Inc | Delta sigma d/a converter |
| JP2002158543A (en) * | 2000-11-17 | 2002-05-31 | Sony Corp | Digital power amplifier |
| JP2004179739A (en) * | 2002-11-25 | 2004-06-24 | Pioneer Electronic Corp | Delta-sigma modulator, method for switching delta-sigma modulator, and digital amplifier |
| JP2004201185A (en) * | 2002-12-20 | 2004-07-15 | Sony Corp | Audio amplifier |
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