JP2011019285A - Class-d amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、D級増幅器に関する。 The present invention relates to a class D amplifier.
D級増幅器は、入力信号をパルス幅変調などして電力増幅するものであり、例えばオーディオ信号の電力増幅に用いられている。従来のD級増幅器としては、アナログ入力信号を積分する積分器と、積分器の出力と所定の三角波とを比較する比較器(コンパレータ)と、比較器の出力を増幅してパルス信号を出力するバッファ(パルス増幅器)とを備えるものがある。また、その従来のD級増幅器のバッファ出力は、積分器の入力側にフィードバックされる。そして、かかるバッファ出力は、コイル及びコンデンサなどからなるローパスフィルタを通ってスピーカなどの負荷を駆動するアナログ信号となる。 The class D amplifier amplifies power by subjecting an input signal to pulse width modulation, and is used for power amplification of an audio signal, for example. As a conventional class D amplifier, an integrator for integrating an analog input signal, a comparator (comparator) for comparing the output of the integrator with a predetermined triangular wave, and amplifying the output of the comparator to output a pulse signal Some have a buffer (pulse amplifier). The buffer output of the conventional class D amplifier is fed back to the input side of the integrator. The buffer output is an analog signal that drives a load such as a speaker through a low-pass filter including a coil and a capacitor.
また、従来のパルス幅変調増幅器としては、アナログ入力信号と所定の三角波とを比較する比較器と、その比較器の出力を増幅する増幅器と、その増幅器と負荷との間に配置されたトランスとを備えるものがある(例えば、特許文献1参照)。
また、従来のデジタル信号処理回路を用いたデジタル増幅回路としては、デジタル入力信号の量子化誤差を周波数整形するノイズシェーパと、ノイズシェーパの出力であるPCM(Pulse Code Modulation)信号をPWM(Pulse Width Modulation)信号に変換する
変換器と、変換器の出力信号の直線性を補償する論理回路と、論理回路の出力によって制御されるスイッチと、スイッチによって電源に入力側が接続されるフィルタとを備えるものがある(例えば、特許文献2参照)。
In addition, as a conventional pulse width modulation amplifier, a comparator for comparing an analog input signal and a predetermined triangular wave, an amplifier for amplifying the output of the comparator, a transformer disposed between the amplifier and a load, (For example, refer patent document 1).
In addition, as a digital amplification circuit using a conventional digital signal processing circuit, a noise shaper for frequency shaping a quantization error of a digital input signal, and a PCM (Pulse Code Modulation) signal which is an output of the noise shaper are PWM (Pulse Width). A converter that converts the signal into a modulation signal, a logic circuit that compensates for the linearity of the output signal of the converter, a switch that is controlled by the output of the logic circuit, and a filter whose input side is connected to the power source by the switch (See, for example, Patent Document 2).
しかしながら、上記従来のD級増幅器では、バッファがプラス側バッファとマイナス側バッファの2つからなり、入力信号がない場合でも2つのバッファはデューティ50%の逆極性の信号を出力している。そこで、従来のD級増幅器は、入力信号がない場合でも、ローパスフィルタに電流を流しこみ、大きな損失を発生させている。
この無信号時の損失を回避するために上記特許文献1では、無信号時に出力増幅素子をオフとする技術が記載されている。しかし、上記特許文献1に記載されている従来のパルス幅変調増幅器では、インピーダンス変換及び直流電圧カットのためにトランスが必要となり、装置の大型化及びコスト上昇を招いているという問題点がある。さらに、上記特許文献1に記載されている従来のパルス幅変調増幅器では、比較器において単純な三角波と入力信号とを比較しているので、出力信号の歪みが大きいという問題点もある。
However, in the conventional class D amplifier, the buffer is composed of two buffers, a plus side buffer and a minus side buffer, and even when there is no input signal, the two buffers output signals of opposite polarity with a duty of 50%. Therefore, the conventional class D amplifier causes a large loss by flowing current into the low-pass filter even when there is no input signal.
In order to avoid the loss at the time of no signal,
また、上記特許文献2に記載されているデジタル増幅回路は、三値又は四値の出力状態(スイッチング状態)を使用しており、デジタル入力信号について論理回路などのデジタル回路を用いて直線性を改善しながら増幅している。これにより、上記特許文献2に記載されているデジタル増幅回路では、アナログ回路を用いて構成することができず、アナログ入力信号について直線性よく増幅することができないという問題点が生じている。すなわち、かかる従来のデジタル増幅回路では、小信号パルスを入力したときに補償パルスを加えることで、論理回路における出力スイッチ歪みを補償している。しかし、その出力スイッチ歪みを補償する回路は、論理回路などのデジタル回路のみで構成されているので、アナログ入力信号について直線性よく増幅することはできない。
The digital amplifier circuit described in
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、低歪みであって電力損失の少な
いD級増幅器を提供するものである。
また、本発明は、トランスを用いることなく、低歪みであって電力損失の少ないD級増
幅器を提供するものである。
また、本発明は、出力における直流電圧成分をほぼゼロボルトにすることができるD級
増幅器を提供するものである。
The present invention has been made to solve the above problems, and provides a class D amplifier with low distortion and low power loss.
The present invention also provides a class D amplifier with low distortion and low power loss without using a transformer.
The present invention also provides a class D amplifier capable of setting the DC voltage component at the output to substantially zero volts.
上記課題を解決するため、この発明は以下の構成を有する。
即ち、請求項1に記載されたD級増幅器に係る発明は、アナログ入力信号を積分する積分器と、前記積分器の出力と三角波とを比較する第1コンパレータおよび第2コンパレータと、前記第1コンパレータおよび第2コンパレータの出力を入力とするバッファ手段と、前記バッファ手段の出力を前記積分器の入力側にフィードバックするフィードバック回路と、前記第1コンパレータの出力に対して前記第2コンパレータの出力を遅らせる遅延手段と、を有し、前記バッファ手段は、負荷に接続される2つの出力端子を有し、前記アナログ入力信号が無信号のときは、前記2つの出力端子から前記遅延手段の遅延量に依存する幅のパルスを出力し、前記アナログ入力信号が有信号のときは、前記アナログ入力信号の極性に応じて相補的に、前記2つの出力端子の一方の出力端子を所定レベルとし、他方の出力端子から前記アナログ入力信号をPWM変調したパルス信号を出力することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.
That is, the invention according to the class D amplifier described in
また、請求項2に記載されたD級増幅器に係る発明は、アナログ入力信号を積分する積分器と、前記積分器の出力と第1三角波とを比較する第1コンパレータと、前記積分器の出力と前記第1三角波の位相を180度プラス又はマイナス微小角度だけずらした波形である第2三角波とを比較する第2コンパレータと、前記第1コンパレータの出力及び前記第2コンパレータの出力を入力としてプラス側出力信号及びマイナス側出力信号を出力するバッファ手段と、前記プラス側出力信号とマイナス側出力信号との差分を前記積分器の入力側にフィードバックするフィードバック回路とを有し、前記バッファ手段は、負荷に接続される2つの出力端子を有し、前記アナログ入力信号が無信号のときは、前記2つの出力端子から前記微小角度に依存する幅のパルスを出力し、前記アナログ入力信号が有信号のときは、前記アナログ入力信号の極性に応じて相補的に、前記2つの出力端子の一方の出力端子を所定レベルとし、他方の出力端子から前記アナログ入力信号をPWM変調したパルス信号を出力することを特徴とする。
本発明によれば、アナログ入力信号の積分値と第1三角波とを第1コンパレータで比較し、アナログ入力信号の積分値と第1三角波を反転させさらに微小角度だけ遅延させた第2三角波とを第2コンパレータで比較し、それらの比較結果に基づいてバッファがプラス側出力信号とマイナス側出力信号とを出力することができる。ここで、プラス側出力信号とマイナス側出力信号とは、入力側にフィードバックされると共に本D級増幅器の出力(PWM出力)となる。これらにより、本発明によれば、例えば本D級増幅器のプラス側出力(+OUT)及びマイナス側出力(−OUT)にローパスフィルタを介して負荷(スピーカなど)を接続することにより、トランスを用いることなく、出力における直流電圧成分をほぼゼロボルトにすることができ、低歪みであって電力損失の少ないD級増幅器を提供することができる。すなわち、本発明によれば、アナログ入力信号が無い場合(無信号)においても、プラス側出力及びマイナス側出力を短い時間(ハイレベル期間のデューティ比を0〜数%)出力することができ、これにより、上記ローパスフィルタにわずかずつ電圧を出力することができる。このとき、負荷へは(ローパスフィルタのプラス側の電圧)−(ローパスフィルタのマイナス側の電圧)が印加されるため、その負荷へ加えられる電圧をゼロボルトにすることができる。したがって、本発明に係るD級増幅器は、アナログ入力端が無信号状態から小さな信号が入力された状態へと変化した場合に、その変化時においても歪みの少ない増幅信号を負荷に供給することができる。
According to a second aspect of the present invention, there is provided an integrator for integrating an analog input signal, a first comparator for comparing an output of the integrator with a first triangular wave, and an output of the integrator. And a second comparator for comparing the phase of the first triangular wave with a second triangular wave having a waveform shifted by 180 degrees plus or minus a minute angle, and using the output of the first comparator and the output of the second comparator as inputs. Buffer means for outputting a side output signal and a minus side output signal, and a feedback circuit for feeding back the difference between the plus side output signal and the minus side output signal to the input side of the integrator, the buffer means, When there are two output terminals connected to a load and the analog input signal is no signal, the two output terminals depend on the minute angle. When the analog input signal is a valid signal, one output terminal of the two output terminals is set to a predetermined level in a complementary manner according to the polarity of the analog input signal, and the other output A pulse signal obtained by PWM modulating the analog input signal is output from a terminal.
According to the present invention, the integrated value of the analog input signal and the first triangular wave are compared by the first comparator, and the integrated value of the analog input signal and the second triangular wave obtained by inverting the first triangular wave and further delaying by the minute angle are obtained. The comparison can be performed by the second comparator, and the buffer can output the plus side output signal and the minus side output signal based on the comparison result. Here, the plus side output signal and the minus side output signal are fed back to the input side and become the output (PWM output) of the class D amplifier. Thus, according to the present invention, for example, a transformer is used by connecting a load (such as a speaker) to the plus side output (+ OUT) and minus side output (−OUT) of the class D amplifier via a low-pass filter. Therefore, the DC voltage component at the output can be made substantially zero volts, and a class D amplifier with low distortion and low power loss can be provided. That is, according to the present invention, even when there is no analog input signal (no signal), the plus side output and the minus side output can be output in a short time (the duty ratio of the high level period is 0 to several percent), Thereby, a voltage can be output to the low-pass filter little by little. At this time, since (the positive voltage of the low-pass filter) − (the negative voltage of the low-pass filter) is applied to the load, the voltage applied to the load can be zero volts. Therefore, when the analog input terminal changes from a no-signal state to a state in which a small signal is input, the class D amplifier according to the present invention can supply an amplified signal with little distortion to the load even at the time of the change. it can.
また、請求項3に記載された発明は、請求項2に記載されたD級増幅器に係る発明において、前記バッファ手段は、前記第1コンパレータの出力と前記第2コンパレータの出力とのAND演算をして該演算結果を前記マイナス側出力信号として出力する第1バッファと、前記第1コンパレータの出力と前記第2コンパレータの出力とのAND演算をして該演算結果を前記プラス側出力信号として出力する第2バッファとを有することを特徴とする。
本発明によれば、AND回路(ロウアクティブ)からなる第1コンパレータにより本D級増幅器の出力(PWM出力)の一方をなすマイナス側出力(−OUT)信号を生成でき
、AND回路からなる第2コンパレータにより本D級増幅器の出力(PWM出力)の他方をなすプラス側出力(+OUT)信号を生成できる。したがって、本発明によれば、簡素な回路構成であって、容易にコンパクト化することができ、かつ低コストで実現できる回路構成としながら、アナログ入力信号について低歪みで増幅でき、出力における直流電圧成分をほぼゼロボルトにすることができ、電力損失の少ないD級増幅器を提供することができる。
According to a third aspect of the present invention, in the invention according to the class D amplifier according to the second aspect, the buffer means performs an AND operation between the output of the first comparator and the output of the second comparator. The first buffer that outputs the calculation result as the minus output signal, and the AND operation of the output of the first comparator and the output of the second comparator, and outputs the calculation result as the plus output signal And a second buffer.
According to the present invention, the first comparator composed of the AND circuit (low active) can generate the minus side output (−OUT) signal that constitutes one of the outputs (PWM outputs) of the class D amplifier, and the second circuit composed of the AND circuit. The comparator can generate a positive output (+ OUT) signal that forms the other of the outputs (PWM output) of the class D amplifier. Therefore, according to the present invention, it is possible to amplify an analog input signal with low distortion and a DC voltage at an output while having a simple circuit configuration that can be easily downsized and realized at low cost. The component can be made substantially zero volts, and a class D amplifier with low power loss can be provided.
また、請求項4に記載された発明は、請求項2又は3に記載されたD級増幅器に係る発明において、前記フィードバック回路は、前記プラス側出力信号とマイナス側出力信号との差分を増幅する差動増幅器を有することを特徴とする。
本発明によれば、フィードバック回路の差動増幅器により、前記プラス側出力信号とマイナス側出力信号とのを差分を高精度に増幅して入力側にフィードバックすることができる。したがって、本発明によれば、アナログ入力信号についてさらに低歪みに増幅でき、出力における直流電圧成分をさらに高精度にほぼゼロボルトにすることができ、さらに電力損失の少ないD級増幅器を簡便に提供することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to the class D amplifier according to the second or third aspect, the feedback circuit amplifies a difference between the positive side output signal and the negative side output signal. It has a differential amplifier.
According to the present invention, the difference between the plus side output signal and the minus side output signal can be amplified with high accuracy and fed back to the input side by the differential amplifier of the feedback circuit. Therefore, according to the present invention, it is possible to amplify an analog input signal with lower distortion, to make a DC voltage component at the output more nearly zero volts with high accuracy, and to easily provide a class D amplifier with less power loss. be able to.
また、請求項5に記載されたD級増幅器に係る発明は、アナログ入力信号をなすプラス側入力信号とマイナス側入力信号との差分を積分する積分器と、三角波の位相を所望の微小角度だけ遅らせる遅延回路と、前記積分器の出力と前記三角波と前記遅延回路の出力とを合成して複数の信号を出力する合成回路と、前記合成回路の出力同士を比較する比較手段と、前記比較手段の出力を入力とするバッファ手段と、前記バッファ手段の出力を前記積分器の入力側にフィードバックするフィードバック回路とを有し、前記バッファ手段は、負荷に接続される2つの出力端子を有し、前記アナログ入力信号が無信号のときは、前記2つの出力端子から前記微小角度に依存する幅のパルスを出力し、前記アナログ入力信号が有信号のときは、前記アナログ入力信号の極性に応じて相補的に、前記2つの出力端子の一方の出力端子を所定レベルとし、他方の出力端子から前記アナログ入力信号をPWM変調したパルス信号を出力することを特徴とする。
本発明によれば、アナログ入力信号の積分値と三角波と遅延回路の出力とを合成してその合成結果をコンパレータで比較し、それらの比較結果を入力側にフィードバックすると共に本D級増幅器の出力(PWM出力)とすることができる。これらにより、本発明によれば、例えば本D級増幅器の出力(プラス側出力及びマイナス側出力)にローパスフィルタを介して負荷(スピーカなど)を接続することにより、上記請求項2に係る発明と同様にして、トランスを用いることなく、出力における直流電圧成分をほぼゼロボルトにすることができ、低歪みであって電力損失の少ないD級増幅器を提供することができる。また
、本発明では、アナログ入力信号をなすプラス側入力信号とマイナス側入力信号との差分を積分器により積分するので、より高精度にアナログ入力信号を差動増幅することができ
る。
Further, the invention according to the class D amplifier described in claim 5 includes an integrator that integrates a difference between a plus-side input signal that forms an analog input signal and a minus-side input signal, and a phase of a triangular wave by a desired minute angle. A delay circuit for delaying; a synthesis circuit for synthesizing the output of the integrator, the triangular wave and the output of the delay circuit to output a plurality of signals; a comparison means for comparing the outputs of the synthesis circuit; and the comparison means Buffer means for receiving the output of the output, and a feedback circuit for feeding back the output of the buffer means to the input side of the integrator, the buffer means has two output terminals connected to a load, When the analog input signal is no signal, a pulse having a width depending on the minute angle is output from the two output terminals. When the analog input signal is a signal, the analog input signal is output. Complementarily according to the polarity of the input signal, one output terminal of the two output terminals is set to a predetermined level, and a pulse signal obtained by PWM-modulating the analog input signal is output from the other output terminal. .
According to the present invention, the integrated value of the analog input signal, the triangular wave, and the output of the delay circuit are combined, the combined result is compared by the comparator, the comparison result is fed back to the input side, and the output of the class D amplifier is output. (PWM output). Thus, according to the present invention, for example, by connecting a load (speaker or the like) to the outputs (plus output and minus output) of the class D amplifier via a low pass filter, Similarly, a DC voltage component at the output can be made substantially zero volts without using a transformer, and a class D amplifier with low distortion and low power loss can be provided. In the present invention, the difference between the plus side input signal and the minus side input signal forming the analog input signal is integrated by the integrator, so that the analog input signal can be differentially amplified with higher accuracy.
また、請求項6に記載されたD級増幅器に係る発明は、アナログ入力信号をなすプラス側入力信号とマイナス側入力信号との差分を積分する積分器と、前記積分器の出力と三角波とを合成すると共に、該積分器の出力と該三角波に対して位相が180度だけずれた波形である逆相三角波とを合成して、複数の信号を出力する合成回路と、前記合成回路の出力同士を比較する比較手段と、前記比較手段の出力を入力とするバッファ手段と、前記バッファ手段の出力を前記積分器の入力側にフィードバックするフィードバック回路とを有し、前記合成回路は、抵抗値が少なくとも2種類ある複数の抵抗を有してなるとともに、該抵抗と前記比較手段の入力容量とによって、該合成回路の出力である前記複数の信号相互間に位相差を持たせる構成となっており、前記バッファ手段は、負荷に接続される2つの出力端子を有し、前記アナログ入力信号が無信号のときは、前記2つの出力端子から前記位相差に依存する幅のパルスを出力し、前記アナログ入力信号が有信号のときは、前記アナログ入力信号の極性に応じて相補的に、前記2つの出力端子の一方の出力端子を所定レベルとし、他方の出力端子から前記アナログ入力信号をPWM変調したパルス信号を出力することを特徴とする。
本発明によれば、合成回路において、アナログ入力信号の積分値と三角波とを合成し、またアナログ入力信号の積分値と逆相三角波とを合成し、それらの合成結果をコンパレータで比較し、それらの比較結果を入力側にフィードバックすると共に本D級増幅器の出力(PWM出力)とすることができる。さらに、本発明における合成回路は、複数の抵抗のみで構成することができる。そして、前記合成回路の抵抗とコンパレータの入力容量とによって、そのコンパレータに入力される信号相互間に位相差を生じさせることができる。この位相差は、請求項5に係る発明の遅延回路によって生じる位相差(コンパレータに入力される信号相互間の位相差)と同様な機能を有する。これらにより、本発明によれば、例えば本D級増幅器の出力(プラス側出力及びマイナス側出力)にローパスフィルタを介して負荷(スピーカなど)を接続することにより、上記請求項2から5に係る発明と同様にして、トランスを用いることなく、出力における直流電圧成分をほぼゼロボルトにすることができ、低歪みであって電力損失の少ないD級増幅器を提供することができる。また本発明では、アナログ入力信号をなすプラス側入力信号とマイナス側入力信号との差分を積分器により積分するので、より高精度にアナログ入力信号を差動増幅することができる
。さらに本発明は、合成回路を複数の抵抗のみで構成できるので、簡便な構成であって製造し易いD級増幅器を提供することができる。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an integrator for integrating a difference between a positive side input signal and a negative side input signal forming an analog input signal, and an output of the integrator and a triangular wave. A synthesis circuit that synthesizes the output of the integrator and a reverse-phase triangular wave having a phase shifted by 180 degrees with respect to the triangular wave, and outputs a plurality of signals; Comparison means, buffer means for receiving the output of the comparison means, and a feedback circuit for feeding back the output of the buffer means to the input side of the integrator. A plurality of resistors having at least two types, and a phase difference between the plurality of signals, which are outputs of the combining circuit, by the resistors and the input capacitance of the comparison unit; The buffer means has two output terminals connected to a load, and outputs a pulse having a width depending on the phase difference from the two output terminals when the analog input signal is no signal. When the analog input signal is a signal, one output terminal of the two output terminals is set to a predetermined level in a complementary manner according to the polarity of the analog input signal, and the analog input signal is output from the other output terminal. A pulse signal obtained by PWM modulation is output.
According to the present invention, in the synthesis circuit, the integration value of the analog input signal and the triangular wave are synthesized, and the integration value of the analog input signal and the anti-phase triangular wave are synthesized, and the synthesis result is compared by the comparator. Can be fed back to the input side and used as the output (PWM output) of the class D amplifier. Furthermore, the composite circuit in the present invention can be configured with only a plurality of resistors. A phase difference can be generated between the signals input to the comparator by the resistor of the synthesis circuit and the input capacitance of the comparator. This phase difference has the same function as the phase difference (phase difference between signals input to the comparator) generated by the delay circuit according to the fifth aspect of the invention. Thus, according to the present invention, for example, by connecting a load (speaker or the like) to the output (plus side output and minus side output) of the class D amplifier via a low pass filter, Similarly to the invention, the DC voltage component at the output can be made substantially zero volts without using a transformer, and a class D amplifier with low distortion and low power loss can be provided. In the present invention, the difference between the plus side input signal and the minus side input signal forming the analog input signal is integrated by the integrator, so that the analog input signal can be differentially amplified with higher accuracy. Furthermore, the present invention can provide a class D amplifier that has a simple configuration and is easy to manufacture because the composite circuit can be configured with only a plurality of resistors.
また、請求項7に記載されたD級増幅器に係る発明は、アナログ入力信号をなすプラス側入力信号とマイナス側入力信号との差分を積分する積分器と、電流源及び容量からなる三角波発生回路と、前記積分器の出力と三角波発生回路の出力とを比較する比較手段と、前記比較手段の出力を入力とするバッファ手段と、前記バッファ手段の出力を前記積分器の入力側にフィードバックするフィードバック回路とを有し、前記バッファ手段は、負荷に接続される2つの出力端子を有し、前記アナログ入力信号が無信号のときは、前記2つの出力端子から構成素子の非同一性に依存するデューティ比のパルスを出力し、前記アナログ入力信号が有信号のときは、前記アナログ入力信号の極性に応じて相補的に、前記2つの出力端子の一方の出力端子を所定レベルとし、他方の出力端子から前記アナログ入力信号をPWM変調したパルス信号を出力することを特徴とする。
本発明によれば、アナログ入力信号の積分値と三角波とをコンパレータで比較し、その比較結果を入力側にフィードバックすると共に本D級増幅器の出力(PWM出力)とすることができる。ここで、三角波発生回路は、電流源と容量からなるので、簡素でコンパクトな構成とすることができる。これらにより、本発明によれば、トランスを用いることなく、出力における直流電圧成分をほぼゼロボルトにすることができ、効率が高く、低歪みであり、簡単な構成のD級増幅器を提供することができる。
According to another aspect of the invention, there is provided a triangular wave generating circuit comprising an integrator for integrating a difference between a positive side input signal and a negative side input signal forming an analog input signal, and a current source and a capacitor. Comparing means for comparing the output of the integrator with the output of the triangular wave generating circuit, buffer means for receiving the output of the comparing means, and feedback for feeding back the output of the buffer means to the input side of the integrator The buffer means has two output terminals connected to a load, and when the analog input signal is no signal, depends on the non-identity of the constituent elements from the two output terminals When a pulse of duty ratio is output and the analog input signal is a signal, one output terminal of the two output terminals is complementarily according to the polarity of the analog input signal And a predetermined level, and outputs a pulse signal PWM modulating the analog input signal from the other output terminal.
According to the present invention, an integrated value of an analog input signal and a triangular wave can be compared by a comparator, and the comparison result can be fed back to the input side and used as an output (PWM output) of the present class D amplifier. Here, since the triangular wave generating circuit includes a current source and a capacitor, a simple and compact configuration can be achieved. Thus, according to the present invention, a DC voltage component at the output can be made substantially zero volts without using a transformer, and a high efficiency, low distortion, class D amplifier having a simple configuration can be provided. it can.
また、請求項8に記載された発明は、請求項7に記載されたD級増幅器に係る発明において、前記三角波発生回路における前記容量の一端は、前記比較手段の一方入力端に接続されており、前記電流源は、前記容量について充放電を繰り返させるように、出力電流の向きを繰り返し切り替えるものであることを特徴とする。
本発明によれば、電流源を用いて、容量の充放電を繰り返させることにより、その容量の電位の変化を三角波とすることができる。そして、容量の一端がコンパレータの一方入力端に接続されているので、その一方入力端に三角波を印加することができる。したがって、本発明は、D級増幅器における三角波発生回路を簡単な構成にすることができる。
The invention described in claim 8 is the invention according to the class D amplifier described in claim 7, wherein one end of the capacitor in the triangular wave generation circuit is connected to one input terminal of the comparison means. The current source is one that repeatedly switches the direction of the output current so as to repeatedly charge and discharge the capacitor.
According to the present invention, by using a current source to repeatedly charge and discharge a capacitor, the change in potential of the capacitor can be made a triangular wave. Since one end of the capacitor is connected to one input end of the comparator, a triangular wave can be applied to the one input end. Therefore, according to the present invention, the triangular wave generating circuit in the class D amplifier can be simply configured.
また、請求項9に記載された発明は、請求項8に記載されたD級増幅器に係る発明において、前記電流源の一端が、前記容量の一端に接続されており、前記電流源は、前記容量の電位が第1電位よりも低くなったとき、該容量を充電する向きに電流を流し、前記容量の電位が第2電位よりも高くなったとき、該容量を放電する向きに電流を流す機能を有し、前記第2電位は、前記第1電位よりも高いことを特徴とする。
本発明によれば、容量の電位が第1電位(VL)よりも低くなったとき、その容量が充電され、その容量の電位が高くなっていく(充電期間)。そして、容量の電位が第2電位
よりも高くなったとき、容量が放電され、その容量の電位が低くなっていく(放電期間)
。そして、容量の電位が第1電位(VL)よりも低くなったとき、再度、前記充電期間となる。このように、本発明のD級増幅器における三角波発生回路は、充電期間と放電期間を繰り返して、三角波を発生する。
The invention described in claim 9 is the invention according to the class D amplifier described in claim 8, wherein one end of the current source is connected to one end of the capacitor, and the current source is When the potential of the capacitor becomes lower than the first potential, a current flows in a direction to charge the capacitor. When the potential of the capacitor becomes higher than the second potential, a current flows in a direction to discharge the capacitor. And the second potential is higher than the first potential.
According to the present invention, when the potential of the capacitor becomes lower than the first potential (VL), the capacitor is charged, and the potential of the capacitor becomes higher (charging period). Then, when the potential of the capacitor becomes higher than the second potential, the capacitor is discharged and the potential of the capacitor becomes lower (discharge period).
. When the capacitance potential becomes lower than the first potential (VL), the charging period starts again. As described above, the triangular wave generation circuit in the class D amplifier of the present invention generates a triangular wave by repeating the charging period and the discharging period.
また、請求項10に記載された発明は、請求項7から9のいずれか一項に記載されたD級増幅器に係る発明において、前記比較手段が、前記積分器のマイナス側出力と前記三角波発生回路の出力とを比較する第1コンパレータと、前記積分器のプラス側出力と前記三角波発生回路の出力とを比較する第2コンパレータとからなり、前記バッファ手段は、前記第1コンパレータの出力を反転させたものと前記第2コンパレータの出力とのAND演算をする第1バッファと、前記第1コンパレータの出力と前記第2コンパレータの出力を反転させたものとのAND演算をする第2バッファとからなり、前記フィードバック回路は、前記第1バッファの出力を前記積分器のマイナス側入力にフィードバックする第1フィードバック回路と、前記第2バッファの出力を前記積分器のプラス側入力にフィードバックする第2フィードバック回路とからなることを特徴とする。
本発明によれば、簡素な回路構成であって、容易にコンパクト化することができ、かつ低コストで実現できるD級増幅器を提供することができる。さらに、本発明によれば、アナログ入力信号について低歪みで増幅でき、出力における直流電圧成分をほぼゼロボルトにすることができ、効率の高いD級増幅器を提供することができる。
The invention described in claim 10 is the invention related to the class D amplifier according to any one of claims 7 to 9, wherein the comparing means includes the negative output of the integrator and the triangular wave generation. A first comparator for comparing the output of the circuit, and a second comparator for comparing the positive-side output of the integrator and the output of the triangular wave generating circuit, and the buffer means inverts the output of the first comparator A first buffer that performs an AND operation on the output of the second comparator and an output of the second comparator, and a second buffer that performs an AND operation on the output of the first comparator and the inverted output of the second comparator The feedback circuit includes a first feedback circuit that feeds back the output of the first buffer to a negative input of the integrator, and the second feedback circuit. The output of Ffa characterized by comprising a second feedback circuit for feeding back to the positive input of the integrator.
According to the present invention, it is possible to provide a class D amplifier that has a simple circuit configuration, can be easily made compact, and can be realized at low cost. Furthermore, according to the present invention, an analog input signal can be amplified with low distortion, the DC voltage component at the output can be made substantially zero volts, and a highly efficient class D amplifier can be provided.
また、請求項11に記載された発明は、請求項10に記載されたD級増幅器に係る発明において、前記構成素子の非同一性に依存するデューティ比のパルスは、そのパルス幅が、前記積分器のオフセット電圧、あるいは、前記第1コンパレータの入力から前記第1バッファの出力までの第1経路における構成素子と前記第2コンパレータの入力から前記第2バッファの出力までの第2経路における構成素子との非同一性による前記第1経路と前記第2経路における遅延時間差によるものであることを特徴とする。
The invention described in
また、請求項12に記載された発明は、請求項1から11のいずれか一項に記載されたD級増幅器に係る発明において、前記バッファ手段は、前記アナログ入力信号が無信号のとき、三角波に同期してパルスを出力することを特徴とする。
The invention described in
本発明によれば、低歪みであって、電力損失の少ないD級増幅器を提供することができる。
また、本発明によれば、トランスを用いることなく、出力における直流電圧成分をほぼゼロボルトにすることができるとともに、低歪みであって電力損失の少ないD級増幅器を提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a class D amplifier with low distortion and low power loss.
Further, according to the present invention, it is possible to provide a class D amplifier that can reduce the DC voltage component at the output to almost zero volts without using a transformer, and has low distortion and low power loss.
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1に係るD級増幅器の構成例を示す回路図である。本D級増幅器は、抵抗R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11,R12と、コンデンサC1,C2と、オペアンプ(演算増幅器)11と、コンパレータ12,13と、遅延回路21,22と、AND回路(ロウアクティブ)31と、AND回路32とで構成されている。また、図中の抵抗R9,R11の一方端にはそれぞれ所定の三角波信号a,bが印加されている。三角波信号aと三角波信号bとは、位相が互いに180度異なっている同一の波形信号である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of a class D amplifier according to
抵抗R1,R2の一方端は、それぞれアナログ入力信号の差動入力端となっている。そして、抵抗R1の一方端がプラス側入力端(+IN)となり、抵抗R2の一方端がマイナス側入力端(−IN)となっている。オペアンプ11とコンデンサC1,C2とは、積分器を構成している。抵抗R1,R2で差動入力されたアナログ入力信号は、その積分器によって積分され、抵抗R5,R6,R7,R8に出力される。
One ends of the resistors R1 and R2 are differential input ends of analog input signals, respectively. One end of the resistor R1 is a plus side input end (+ IN), and one end of the resistor R2 is a minus side input end (−IN). The
抵抗R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11,R12は、上記積分器の出力と三角波信号a,b又は三角波信号a,bを微小角度θ(θ≪180度)だけ遅延させた三角波信号a’,b’とを合成する合成回路を構成している。この合成回路は4種類の第1
から第4合成波形e,f,g,hを生成する。
第1合成波形eは、積分器をなすオペアンプ11のマイナス側出力と三角波信号a(第1三角波)とを合成したものである。第2合成波形fは、積分器をなすオペアンプ11のプラス側出力と三角波信号b(第2三角波)とを合成したものである。第3合成波形gは
、積分器をなすオペアンプ11のマイナス側出力と三角波信号bを遅延させた三角波信号b’とを合成したものである。第4合成波形hは、積分器をなすオペアンプ11のプラス側出力と三角波信号aを遅延させた三角波信号a’とを合成したものである。
The resistors R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, and R12 are triangular waves obtained by delaying the output of the integrator and the triangular wave signals a and b or the triangular wave signals a and b by a minute angle θ (θ << 180 degrees). A synthesis circuit for synthesizing the signals a ′ and b ′ is configured. This synthesis circuit has four types of first circuits.
To generate a fourth synthesized waveform e, f, g, h.
The first combined waveform e is a combination of the negative output of the
コンパレータ12(第1コンパレータ)は、第1合成波形eと第2合成波形fとを比較して、その比較結果を出力する。そして、コンパレータ12は、第1合成波形eが第2合成波形fよりも大きいときは所定の「ロー」レベル信号(例えば0ボルト)を出力し、第1合成波形eが第2合成波形fよりも小さいときは所定の「ハイ」レベル信号を出力する
。コンパレータ13(第2コンパレータ)は、第3合成波形gと第4合成波形hとを比較してその比較結果を出力する。そして、コンパレータ13は、第3合成波形gが第4合成波形hよりも大きいときは所定の「ロー」レベル信号(例えば0ボルト)を出力し、第3合成波形gが第4合成波形hよりも小さいときは所定の「ハイ」レベル信号を出力する。
コンパレータ12,13は、オペアンプを使って実現してもよい。
The comparator 12 (first comparator) compares the first combined waveform e and the second combined waveform f and outputs the comparison result. The
The
AND回路31は、負論理入力の論理積機能を有するバッファ回路である。そして、AND回路31は、コンパレータ12の出力とコンパレータ13の出力とが共に「ロウ」のとき「ハイ」レベル信号を出力するAND演算(ロウアクティブ)を行い、その演算結果を本D級増幅器のマイナス側出力−OUTとして出力する。抵抗R3は、バッファとしても機能するAND回路31の出力をオペアンプ11のプラス側入力にフィードバックする第1フィードバック回路をなすものである。
AND回路32は、アンド(AND)演算機能を有するバッファ回路であり、コンパレータ12の出力とコンパレータ13の出力とのAND演算を行い、その演算結果を本D級増幅器のプラス側出力+OUTとする。抵抗R4は、バッファとしても機能するAND回路32の演算結果をオペアンプ11のマイナス側入力にフィードバックする第2フィードバック回路をなすものである。
本D級増幅器のプラス側出力+OUTとマイナス側出力−OUTとの間には、ローパスフィルタを介して負荷(スピーカなど)を接続する。これらの構成により、本D級増幅器は、トランスを用いることなく、アナログ入力信号+IN,−INを低歪みに増幅し、かつ電力損失を少なくして、負荷を駆動することができる。
The AND
The AND
A load (such as a speaker) is connected between the plus side output + OUT and minus side output −OUT of the class D amplifier via a low-pass filter. With these configurations, this class D amplifier can amplify the analog input signals + IN and −IN with low distortion and drive the load with less power loss without using a transformer.
次に、上記構成の本実施例1に係るD級増幅器の動作例について図2から図4を参照して説明する。図2から図4は、図1に示すD級増幅器の各部の動作を示す波形図である。
そして、図2は、アナログ入力信号+INとアナログ入力信号−INとが同じ値のとき、すなわち差動入力が0ボルト値(無入力)のときのD級増幅器各部の波形を示している。
図3は、(アナログ入力信号+IN)>(アナログ入力信号−IN)のとき、すなわち差
動入力がプラスのときのD級増幅器各部の波形をしめしている。図4は、(アナログ入力
信号+IN)<(アナログ入力信号−IN)のとき、すなわち差動入力がマイナスのときのD級増幅器各部の波形を示している。
Next, an example of the operation of the class D amplifier according to the first embodiment having the above configuration will be described with reference to FIGS. 2 to 4 are waveform diagrams showing the operation of each part of the class D amplifier shown in FIG.
FIG. 2 shows waveforms of each part of the class D amplifier when the analog input signal + IN and the analog input signal −IN have the same value, that is, when the differential input has a 0 volt value (no input).
FIG. 3 shows waveforms of each part of the class D amplifier when (analog input signal + IN)> (analog input signal−IN), that is, when the differential input is positive. FIG. 4 shows the waveform of each part of the class D amplifier when (analog input signal + IN) <(analog input signal−IN), that is, when the differential input is negative.
まず、図2について、すなわち無入力(0ボルト値入力)の場合について説明する。三角波信号aと三角波信号bとは位相が180度異なっている。また、三角波信号a’は三角波信号aを微小角度θだけ遅延させた信号となっており、三角波信号b’は三角波信号bを微小角度θだけ遅延させた信号となっている。ここで、三角波信号a,a’,b,b
’には、それぞれディザーと呼ばれる所定のノイズを加えてもよい。このようにすることで、出力波形の歪みを補正することができる。また、三角波信号a,a’,b,b’の代
わりに、鋸歯形状波、積分波形などを使用してもよい。
First, FIG. 2, that is, the case of no input (0 volt value input) will be described. The triangular wave signal a and the triangular wave signal b have a phase difference of 180 degrees. Further, the triangular wave signal a ′ is a signal obtained by delaying the triangular wave signal a by a minute angle θ, and the triangular wave signal b ′ is a signal obtained by delaying the triangular wave signal b by a minute angle θ. Here, triangular wave signals a, a ′, b, b
A predetermined noise called dither may be added to each '. In this way, distortion of the output waveform can be corrected. Further, instead of the triangular wave signals a, a ′, b, b ′, a sawtooth wave, an integrated waveform, or the like may be used.
三角波信号a,a’と積分器のプラス側出力(オペアンプ11のプラス側出力)dとの位相関係は、ほぼ同一である。また、三角波信号b,b’と積分器のマイナス側出力(オペアンプ11のマイナス側出力)cとの位相関係は、ほぼ同一である。
コンパレータ12,13の入力、すなわち第1から第4合成波形e,f,g,hは、上記積分器の出力に同期した波形となる。そして、第1合成波形eと第2合成波fとは位相が約180度異なっており、第3合成波形gと第4合成波hとは位相が約180度異なっている。第1合成波形eと第4合成波形hとはほぼ同一の波形であって位相が微小角度θだけ異なっている。第2合成波形fと第3合成波形gとはほぼ同一の波形とあって位相が微小角度θだけ異なっている。
The phase relationship between the triangular wave signals a and a ′ and the plus side output (plus side output of the operational amplifier 11) d of the integrator is substantially the same. Further, the phase relationship between the triangular wave signals b and b ′ and the negative output of the integrator (negative output of the operational amplifier 11) c is substantially the same.
The inputs of the
コンパレータ12の出力jは、(第1合成波形e)>(第2合成波形f)のときに「ロ
ウ」、(第1合成波形e)<(第2合成波形f)のときに「ハイ」となる。コンパレータ
13の出力kは、(第3合成波形g)>(第4合成波形h)のときに「ロウ」、(第3合
成波形g)<(第4合成波形h)のときに「ハイ」となる。AND回路31の出力(−OUT)は、コンパレータ12,13の出力j,kが共に「ロウ」のときに「ハイ」になる
。AND回路32の出力(+OUT)は、コンパレータ12,13の出力j,kが共に「ハイ」のときに「ハイ」になる。
すなわち、第1合成波形eと第2合成波形fとの交点(時点t1)から第3合成波形gと第4合成波形hとの交点(時点t2)までの期間、本D級増幅器におけるプラス側出力+OUTがハイレベルとなる。また、次の第2合成波形fと第1合成波形eとの交点(時点t3)から第3合成波形gと第4合成波形hとの交点(時点t4)までの期間、本D級増幅器におけるマイナス側出力−OUTがハイレベルとなる。
The output j of the
That is, during the period from the intersection (time point t1) of the first synthesized waveform e and the second synthesized waveform f to the intersection point (time t2) of the third synthesized waveform g and the fourth synthesized waveform h, the positive side in the class D amplifier The output + OUT becomes high level. Further, in the class D amplifier during the period from the intersection (time point t3) of the next second synthesized waveform f and the first synthesized waveform e to the intersection point (time t4) of the third synthesized waveform g and the fourth synthesized waveform h. The negative output -OUT becomes high level.
ここで、上記プラス側出力+OUT又はマイナス側出力−OUTがハイレベルとなっている期間は、三角波信号a,a’及び三角波信号b,b’の位相差(微小角度θ)に依存する。そこで、遅延回路21,22における遅延時間を所望値まで充分短くして、三角波信号a,a’及び三角波信号b,b’の位相差(微小角度θ)を小さくすることにより、
プラス側出力+OUT及びマイナス側出力−OUTがハイレベルとなっている期間を所望値まで充分に短くすることができる。このとき、積分器のマイナス側出力c及びプラス側出力dは、ごく小さい電圧となっている。
Here, the period during which the positive output + OUT or the negative output −OUT is at a high level depends on the phase difference (small angle θ) between the triangular wave signals a and a ′ and the triangular wave signals b and b ′. Therefore, by making the delay time in the
The period during which the plus side output + OUT and the minus side output −OUT are at the high level can be sufficiently shortened to a desired value. At this time, the negative output c and the positive output d of the integrator are very small voltages.
すなわち、無入力(ゼロボルト値、以下同じ)の場合、プラス側出力+OUT及びマイナス側出力−OUTにおけるハイレベル期間をデューティ比0〜数%にすることができる
。このプラス側出力+OUT及びマイナス側出力−OUTの出力は、例えばローパスフィルタを介してスピーカなどの負荷に流れ込む。そこで、無入力の場合、プラス側出力+OUT及びマイナス側出力−OUTはデューティ比0〜数%なので、フィルタ,負荷に流れる電流は非常に小さな値となる。そのため、本D級増幅器を小信号用とする場合は、出力端子と負荷との間に配置する上記ローパスフィルタ(LCフィルタなど)を省略することができる。
That is, in the case of no input (zero volt value, the same applies hereinafter), the high level period in the plus side output + OUT and the minus side output −OUT can be set to a duty ratio of 0 to several percent. The outputs of the plus side output + OUT and the minus side output −OUT flow into a load such as a speaker via a low-pass filter, for example. Thus, in the case of no input, the plus side output + OUT and the minus side output −OUT have a duty ratio of 0 to several%, so that the current flowing through the filter and the load becomes a very small value. Therefore, when the class D amplifier is used for a small signal, the low-pass filter (LC filter or the like) disposed between the output terminal and the load can be omitted.
これらにより、本実施例1のD級増幅器によれば、アナログ入力信号が無い場合(0ボルト値入力の場合)、出力信号がハイレベルとなっている期間を所望の値まで充分に短く
することができるので、電力損失を従来のものより大幅に低減することができる。
Thus, according to the class D amplifier of the first embodiment, when there is no analog input signal (in the case of 0 volt value input), the period during which the output signal is at a high level is sufficiently shortened to a desired value. Therefore, the power loss can be greatly reduced as compared with the conventional one.
次に、図3に示す(アナログ入力信号+IN)>(アナログ入力信号−IN)のとき、換言すれば差動入力がプラスの場合、について説明する。三角波信号a,a’,b,b’
は図2の場合と同じである。また三角波信号a,a’,b,b’と積分器の出力(オペア
ンプ11の出力)c,dとの位相関係は、図2に示す場合と同じく、同一である。また、図3においても、第1から第4合成波形e,f,g,hは、上記積分器の出力に同期した波形となる。そして、第1合成波形eと第2合成波fとは位相が約180度異なっており
、第3合成波形gと第4合成波hとは位相が約180度異なっている。
Next, the case where (analog input signal + IN)> (analog input signal−IN) shown in FIG. 3, in other words, the case where the differential input is positive will be described. Triangular wave signals a, a ′, b, b ′
Is the same as in FIG. The phase relationship between the triangular wave signals a, a ′, b, b ′ and the outputs of the integrator (outputs of the operational amplifier 11) c, d is the same as in the case shown in FIG. Also in FIG. 3, the first to fourth synthesized waveforms e, f, g, h are waveforms synchronized with the output of the integrator. The first synthesized waveform e and the second synthesized wave f have a phase difference of about 180 degrees, and the third synthesized waveform g and the fourth synthesized wave h have a phase difference of about 180 degrees.
図3では、積分器のマイナス側出力cと積分器のプラス側出力dとの同一タイミングにおける差が図2の場合よりも大きくなっている。そして、第1合成波形eと第4合成波形hとの位相差、及び第2合成波形fと第3合成波形gとの位相差は、図2の場合よりも大きくなっている。これより、第1合成波形eと第2合成波形fとの交点(時点t1’)か
ら第3合成波形gと第4合成波形hとの交点(時点t2’)までの期間が図2の場合(時
点t1から時点t2)よりも長くなっており、プラス側出力+OUTがハイレベルとなっている期間が図2の場合よりも長くなっている。また、図3では、時点t2’以降における第3合成波gと第4合成波hとの交点(時点t3’)から第1合成波eと第2合成波f
との交点(時点t4’)までの期間も、プラス側出力+OUTがハイレベルとなり、以後
これらの動作を繰り返す。
In FIG. 3, the difference between the negative output c of the integrator and the positive output d of the integrator at the same timing is larger than in the case of FIG. The phase difference between the first synthesized waveform e and the fourth synthesized waveform h and the phase difference between the second synthesized waveform f and the third synthesized waveform g are larger than in the case of FIG. Thus, the period from the intersection (time t1 ′) of the first synthesized waveform e and the second synthesized waveform f to the intersection (time t2 ′) of the third synthesized waveform g and the fourth synthesized waveform h is as shown in FIG. It is longer than (from time t1 to time t2), and the period during which the plus side output + OUT is at the high level is longer than in the case of FIG. In FIG. 3, the first synthesized wave e and the second synthesized wave f from the intersection (time t3 ′) between the third synthesized wave g and the fourth synthesized wave h after the time t2 ′.
Also during the period up to the point of intersection (time t4 ′), the positive output + OUT remains at the high level, and thereafter these operations are repeated.
コンパレータ12の出力jは、第1合成波eと第2合成波fとの交点(時点t1’)か
ら次の第1合成波eと第2合成波fとの交点(時点t4’)まで「ハイ」となる。次いで
コンパレータ12の出力jは、時点t4’から次の第1合成波eと第2合成波fとの交点(時点t5’)までは「ロウ」となり、以降は上記動作を繰り返す。すなわち、コンパレ
ータ12の出力jは、第1合成波eと第2合成波fとの交点ごとに、「ハイ」から「ロウ
」へ、又は「ロウ」から「ハイ」へ、状態を変化させる。
コンパレータ13の出力kは、第3合成波gと第4合成波hとの交点(時点t2’)か
ら次の第3合成波gと第4合成波hとの交点(時点t3’)まで「ロウ」となる。次いで
コンパレータ13の出力kは、時点t3’から次の第3合成波gと第4合成波hとの交点(時点t6’)までは「ハイ」となり、以降は上記動作を繰り返す。すなわち、コンパレ
ータ13の出力kは、第3合成波と第4合成波との交点ごとに、「ハイ」から「ロウ」へ
、又は「ロウ」から「ハイ」へ、状態を変化させる。
The output j of the
The output k of the
そして、プラス側出力+OUT=(出力j)AND(出力k)なので、時点t1’から時点t2’までの期間、時点t3’から時点t4’までの期間、時点t5’から時点t6’までの期間、そのプラス側出力+OUTは「ハイ」レベルとなる。これらにより、プラス側出力+OUTがハイレベルとなっている期間のデューティ比は、アナログ入力信号のプラス値(差動値)の大きさにほぼ比例する。換言すれば、プラス側出力+OUTはアナログ入力信号のプラス値(差動値)をパルス幅変調した信号となる。
一方、マイナス側出力−OUTは常にローレベルとなっている。これは、図3に示す(アナログ入力信号+IN)>(アナログ入力信号−IN)のとき、コンパレータ12,13の出力j,kが共に「ロウ」となる期間はないからである。
Since the plus side output + OUT = (output j) AND (output k), the period from time t1 ′ to time t2 ′, the period from time t3 ′ to time t4 ′, and the period from time t5 ′ to time t6 ′ The plus side output + OUT becomes “high” level. Thus, the duty ratio during the period when the positive output + OUT is at the high level is substantially proportional to the magnitude of the positive value (differential value) of the analog input signal. In other words, the plus side output + OUT is a signal obtained by pulse width modulating a plus value (differential value) of the analog input signal.
On the other hand, the negative output -OUT is always at a low level. This is because when (analog input signal + IN)> (analog input signal−IN) shown in FIG. 3, there is no period during which the outputs j and k of the
次に、図4に示す(アナログ入力信号+IN)<(アナログ入力信号−IN)のとき、換言すれば差動入力がマイナスの場合、について説明する。三角波信号a,a’,b,b
’は図2の場合と同じである。また三角波信号a,a’,b,b’と積分器出力(オペア
ンプ11の出力)c,dとの位相関係は、図2に示す場合と同じく、同一である。
Next, the case where (analog input signal + IN) <(analog input signal−IN) shown in FIG. 4, in other words, the differential input is negative will be described. Triangular wave signals a, a ′, b, b
'Is the same as in FIG. The phase relationship between the triangular wave signals a, a ′, b, b ′ and the integrator outputs (outputs of the operational amplifier 11) c, d is the same as in the case shown in FIG.
ただし、図4に示す場合は、図2及び図3の場合に比べて、積分器の出力c,dはそれぞれ位相が反転(180度のずれ)されている。また、第1合成波eと第2合成波fとの交点と、第3合成波gと第4合成波hとの交点との時間関係は、図3の場合に比べて、それぞれ反対になっている。 However, in the case shown in FIG. 4, the phases of the outputs c and d of the integrator are inverted (shifted by 180 degrees) as compared with the cases of FIGS. 2 and 3. In addition, the time relationship between the intersection of the first synthesized wave e and the second synthesized wave f and the intersection of the third synthesized wave g and the fourth synthesized wave h is opposite to that in the case of FIG. ing.
コンパレータ12の出力jは、第1合成波eと第2合成波fとの交点(時点t2”)か
ら次の第1合成波eと第2合成波fとの交点(時点t3”)まで「ハイ」となる。次いで
コンパレータ12の出力jは、時点t3”から次の第1合成波eと第2合成波fとの交点(時点t6”)までは「ロウ」となり、以降は上記動作を繰り返す。すなわち、コンパレ
ータ12の出力jは、第1合成波eと第2合成波fとの交点ごとに、「ハイ」から「ロウ
」へ、又は「ロウ」から「ハイ」へ、状態を変化させる。
コンパレータ13の出力kは、第3合成波gと第4合成波hとの交点(時点t1”)か
ら次の第3合成波gと第4合成波hとの交点(時点t4”)まで「ロウ」となる。次いで
コンパレータ13の出力kは、時点t4”から次の第3合成波gと第4合成波hとの交点(時点t5”)までは「ハイ」となり、以降は上記動作を繰り返す。すなわち、コンパレ
ータ13の出力kは、第3合成波と第4合成波との交点ごとに、「ハイ」から「ロウ」へ
、又は「ロウ」から「ハイ」へ、状態を変化させる。
The output j of the
The output k of the
そして、プラス側出力+OUT=(出力j)AND(出力k)なので、そのプラス側出力+OUTは常にローレベルとなっている。また、マイナス側出力−OUTは(出力j)及び(出力k)が共に「ロー」とのとき「ハイ」となり、そのマイナス側出力−OUTがハイレベルとなっている期間のデューティ比はアナログ入力信号のマイナス値(差動値)の大きさにほぼ比例する。換言すれば、マイナス側出力−OUTはアナログ入力信号のマイナス値(差動値)をパルス幅変調した信号となる。 Since the positive output + OUT = (output j) AND (output k), the positive output + OUT is always at a low level. The negative output -OUT is “high” when both (output j) and (output k) are “low”, and the duty ratio during the period when the negative output −OUT is high is analog input. It is almost proportional to the negative value (differential value) of the signal. In other words, the negative output -OUT is a signal obtained by pulse width modulating a negative value (differential value) of the analog input signal.
これらにより、本実施例1のD級増幅器によれば、アナログ入力信号を、0ボルト値、プラス値及びマイナス値のいずれかからなる3値のPWM信号に変換して出力することができる。また、本実施例1のD級増幅器によれば、アナログ入力信号が所定値以上となった場合、図3及び図4に示すようにプラス側出力+OUT又はマイナス側出力−OUTの一方(片側)のみのスイッチング波形となる。そこで、本実施例1のD級増幅器は、プラス側及びマイナス側の両方でスイッチングする従来のD級増幅器よりも、スイッチング損失をほぼ半分にすることができる。 Thus, according to the class D amplifier of the first embodiment, the analog input signal can be converted into a ternary PWM signal composed of any one of a 0 volt value, a plus value, and a minus value and can be output. Further, according to the class D amplifier of the first embodiment, when the analog input signal becomes equal to or higher than a predetermined value, one of the plus side output + OUT and the minus side output −OUT (one side) as shown in FIGS. Only a switching waveform is obtained. Therefore, the class D amplifier according to the first embodiment can substantially reduce the switching loss by half as compared with the conventional class D amplifier that switches on both the plus side and the minus side.
また、本実施例1のD級増幅器によれば、抵抗R3,R4によりアナログフィードバックをかけているので、上記特許文献2に記載されているようなデジタル処理を行わずに、アナログ入力信号について直線性良く増幅することができる。また、本実施例1のD級増幅器によれば、上記特許文献1に記載されている増幅器とは異なり、インピーダンス変換及び直流電圧カットのためトランスを必要とせずに、直流出力成分はほぼゼロボルトとして、低歪みであって電力損失の少ないD級増幅器を提供することができる。
Further, according to the class D amplifier of the first embodiment, analog feedback is applied by the resistors R3 and R4, so that the analog input signal is linearly applied without performing digital processing as described in
次に、本発明の実施例2について図5を参照して説明する。図5は、本発明の実施例2に係るD級増幅器の構成例を示す回路図である。本D級増幅器は、抵抗R51,R52,R53,R54,R55,R56と、コンデンサC51と、オペアンプ(演算増幅器)61,64と、コンパレータ62,63と、AND回路(ロウアクティブ)71と、AND回路72とで構成されている。また、コンパレータ62のプラス側入力端には三角波信号aが印加されており、コンパレータ63のプラス側入力端には三角波信号b’が印加されている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration example of a class D amplifier according to
三角波信号b’は、三角波信号aを反転させた(位相を180度遅らせた)三角波信号bについて、さらに遅延回路81により位相を微小角度θだけ遅らせたものである。したがって、三角波信号aと三角波信号b’とは、位相が互いに(180度+微小角度θ)だけ異なっている同一の波形信号である。三角波信号a,b’にディザーと呼ばれる所定のノイズを加えてもよい。このようにすることで、出力波形の歪みを補正することができる
。また三角波信号a,b’の代わりに、鋸歯形状波、積分波形などを使用してもよい。
The triangular wave signal b ′ is obtained by further delaying the phase by the minute angle θ by the
抵抗R51の一方端は、アナログ入力信号の入力端となっている。そして、抵抗R51の他方端は、オペアンプ61のマイナス側入力端に接続されている。オペアンプ61及びコンデンサC51は、積分器を構成している。コンパレータ62は、三角波信号aと積分器の出力cとを比較してその比較結果(出力j)を出力している。コンパレータ63は、三角波信号b’と積分器の出力cとを比較してその比較結果(出力k)を出力している。
One end of the resistor R51 is an input end for an analog input signal. The other end of the resistor R51 is connected to the negative input end of the
AND回路71は、ロウアクティブのアンド演算機能を有するバッファ回路である。そして、AND回路71は、コンパレータ62の出力jとコンパレータ63の出力kとが共に「ロウ」のときに「ハイ」レベル信号を出力し、それらの信号を本D級増幅器のマイナス側出力−OUTとして出力する。AND回路72は、AND演算機能を有するバッファ回路である。そして、AND回路72は、コンパレータ62の出力とコンパレータ63の出力とが共に「ハイ」のときに「ハイ」レベル信号を出力し、それらの信号を本D級増幅器のプラス側出力+OUTとして出力する。
The AND
オペアンプ64及び抵抗R53,R54,R55,R56は、プラス側出力+OUTとマイナス側出力−OUTとの差分を増幅する差動増幅器を構成している。この差動増幅器の出力lは、抵抗R52を介してオペアンプ61の入力側(本D級増幅器の入力側)にフィードバックされる。したがって、オペアンプ64及び抵抗R52,R53,R54,R55,R56はフィードバック回路をなしている。
The
次に、上記構成の本実施例2に係るD級増幅器の動作について説明する。アナログ入力信号が0ボルト(無入力)、すなわちINが1/2VDDの場合、プラス側出力+OUT
及びマイナス側出力−OUTは、図6に示すようになり、ハイレベル期間のデューティ比がほぼ0〜数%になる。そこで、アナログ入力信号が0ボルト(無入力)の場合、本D級増幅器からフィルタ、負荷に流れる電流は非常に小さな値となる。
Next, the operation of the class D amplifier according to the second embodiment having the above configuration will be described. When the analog input signal is 0 volts (no input), that is, when IN is 1/2 VDD, positive output + OUT
The negative output -OUT is as shown in FIG. 6, and the duty ratio in the high level period is approximately 0 to several percent. Therefore, when the analog input signal is 0 volt (no input), the current flowing from the class D amplifier to the filter and the load becomes a very small value.
アナログ入力信号がプラスの場合、プラス側出力+OUT及びマイナス側出力−OUTは、図3と同様になる。したがって、プラス側出力+OUTは、アナログ入力信号のプラス値(0ボルトを基準値としてのプラス)をパルス幅変調した信号となる。一方、マイナス側出力−OUTは常にローレベルとなっている。
アナログ入力信号がマイナスの場合、プラス側出力+OUT及びマイナス側出力−OUTは、図4と同様になる。したがって、マイナス側出力−OUTは、アナログ入力信号のマイナス値(1/2VDDを基準値としてのマイナス)をパルス幅変調した信号となる。
一方、プラス側出力+OUTは常にローレベルとなっている。
When the analog input signal is positive, the positive output + OUT and the negative output −OUT are the same as those in FIG. Therefore, the plus side output + OUT is a signal obtained by pulse width modulation of a plus value of the analog input signal (plus with 0 volts as a reference value). On the other hand, the negative output -OUT is always at a low level.
When the analog input signal is negative, the positive output + OUT and the negative output −OUT are the same as in FIG. Therefore, the minus side output -OUT is a signal obtained by pulse width modulating a minus value of the analog input signal (minus with 1/2 VDD as a reference value).
On the other hand, the positive output + OUT is always at a low level.
これらにより、本実施例2に係るD級増幅器によれば、上記実施例1に係るD級増幅器と同様に、アナログ入力信号が無い場合(0ボルト値入力の場合)、出力信号がハイレベ
ルとなっている期間を所望の値まで充分に短くすることができるので、電力損失を従来のものより大幅に低減することができる。
Thus, according to the class D amplifier according to the second embodiment, similarly to the class D amplifier according to the first embodiment, when there is no analog input signal (in the case of 0 volt value input), the output signal is high level. Since the period of time can be sufficiently shortened to a desired value, the power loss can be greatly reduced as compared with the conventional one.
また、本実施例2に係るD級増幅器によれば、アナログ入力信号を、0ボルト値、プラス値及びマイナス値のいずれかからなる3値のPWM信号に変換して出力することができる。また、本実施例2のD級増幅器によれば、アナログ入力信号が所定値以上となった場合、図3及び図4と同様にプラス側出力+OUT又はマイナス側出力−OUTの一方(片側)のみのスイッチング波形となる。そこで、本実施例2のD級増幅器は、プラス側及びマイナス側の両方でスイッチングする従来のD級増幅器よりも、スイッチング損失をほぼ半分にすることができる。 In addition, according to the class D amplifier according to the second embodiment, an analog input signal can be converted into a ternary PWM signal composed of any one of a 0 volt value, a plus value, and a minus value and output. Further, according to the class D amplifier of the second embodiment, when the analog input signal becomes equal to or higher than a predetermined value, only one (one side) of the plus side output + OUT or the minus side output −OUT as in FIGS. The switching waveform is as follows. Therefore, the class D amplifier according to the second embodiment can reduce the switching loss substantially by half as compared with the conventional class D amplifier that switches on both the plus side and the minus side.
また、本実施例2のD級増幅器によれば、オペアンプ64及び抵抗R52,R53,R54,R55,R56によりアナログフィードバックをかけているので、上記特許文献2に記載されているようなデジタル処理を行わずに、アナログ入力信号について直線性良く増幅することができる。また、本実施例2のD級増幅器によれば、上記特許文献1に記載されている増幅器とは異なり、インピーダンス変換及び直流電圧カットのためトランスを必要とせずに、直流出力成分はほぼゼロボルトとして、低歪みであって電力損失の少ないD級増幅器を提供することができる。
Further, according to the class D amplifier of the second embodiment, analog feedback is applied by the
次に、上記図1又は図5に示す実施例1又は実施例2に係るD級増幅器のアナログ入力端に、正弦波を入力した場合の出力波形例を、図7に示す。実施例1と実施例2とでは、アナログ入力端に正弦波を入力した場合、出力波形は同様となる。図7(a)は、実施例1又は実施例2に係るD級増幅器のプラス側出力+OUT及びマイナス側出力−OUTに接続されるローパスフィルタと負荷(抵抗R)とを示している。図7(b)は、本D級増幅器におけるプラス側出力+OUTがローパスフィルタを通過した後の波形を出力POUTとして示している。また、図7(b)においては、本D級増幅器におけるマイナス側出力−OUTがローパスフィルタを通過した後の波形を出力NOUTとして示している。出力POUT,NOUT共に正弦波の上半分だけのような波形になっている。しかし、図7(c)に示す負荷へ加えられる信号である出力OUTは正弦波となる。これは、負荷(スピーカなど)は出力POUTと出力NOUTとの間(すなわちローパスフィルタのプラス側出力端(POUT)とマイナス側出力端(NOUT)との間)に接続されるため、その負荷へ加えられる信号である出力OUTは、図7(c)に示すように、出力POUTと出力NOUTとの差(OUT=POUT−NOUT)となり正弦波となる。 Next, FIG. 7 shows an example of an output waveform when a sine wave is inputted to the analog input terminal of the class D amplifier according to Example 1 or Example 2 shown in FIG. 1 or FIG. In Example 1 and Example 2, when a sine wave is input to the analog input terminal, the output waveform is the same. FIG. 7A shows a low-pass filter and a load (resistor R) connected to the plus side output + OUT and the minus side output −OUT of the class D amplifier according to the first embodiment or the second embodiment. FIG. 7B shows the waveform after the positive output + OUT in the class D amplifier has passed through the low-pass filter as the output POUT. In FIG. 7B, the waveform after the negative output -OUT in the class D amplifier has passed through the low-pass filter is shown as the output NOUT. Both the outputs POUT and NOUT have waveforms similar to the upper half of the sine wave. However, the output OUT that is a signal applied to the load shown in FIG. 7C is a sine wave. This is because a load (such as a speaker) is connected between the output POUT and the output NOUT (that is, between the plus-side output terminal (POUT) and the minus-side output terminal (NOUT) of the low-pass filter). As shown in FIG. 7C, the output OUT, which is a signal to be added, becomes a difference between the output POUT and the output NOUT (OUT = POUT−NOUT) and becomes a sine wave.
また、上記図1,図5に示す実施例1及び実施例2に係るD級増幅器では、三角波信号aと三角波信号aを反転させさらに遅延させた三角波信号b’とを少なくとも使用している。これにより、実施例1及び実施例2に係るD級増幅器では、アナログ入力信号が無い場合においても、図2,図6の様に、プラス側出力+OUT及びマイナス側出力−OUTを短い時間(ハイレベル期間のデューティ比を0〜数%)出力することにより、ローパスフィルタ(出力POUT,NOUT)にわずかずつ電圧を出力している。このとき、負荷へは出力POUT−出力NOUTの電圧が印加されるため、その負荷へ加えられる信号である出力OUTはゼロボルトとなる。これらにより、実施例1及び実施例2に係るD級増幅器は、アナログ入力端が無信号状態から小さな信号が入力された状態へと変化した場合に、その変化時においても歪みの少ない増幅信号を負荷に供給することができる。 The class D amplifiers according to the first and second embodiments shown in FIGS. 1 and 5 use at least a triangular wave signal a and a triangular wave signal b 'obtained by inverting and further delaying the triangular wave signal a. Thus, in the class D amplifiers according to the first and second embodiments, the plus side output + OUT and the minus side output −OUT are set to a short time (high level) as shown in FIGS. 2 and 6 even when there is no analog input signal. By outputting the duty ratio of the level period from 0 to several percent, a voltage is output little by little to the low-pass filters (outputs POUT and NOUT). At this time, since the voltage of the output POUT−the output NOUT is applied to the load, the output OUT which is a signal applied to the load becomes zero volts. As a result, when the analog input terminal changes from a no-signal state to a state in which a small signal is input, the class D amplifier according to the first and second embodiments outputs an amplified signal with less distortion even at the time of the change. Can be supplied to the load.
次に、本発明の実施例3について図8から図11を参照して説明する。図8は、本発明の実施例3に係るD級増幅器の構成例を示す回路図である。本D級増幅器は、実施例1に係るD級増幅器とは異なり、遅延回路21,22を構成要素としていない。また、本D級増幅器では、抵抗R10の一方端に三角波信号aが印加されており、抵抗R12の一方端に三角波信号bが印加されている。図8に示す本D級増幅器におけるこれら以外の構成については、図1に示す実施例1に係るD級増幅器と同様である。ただし、本D級増幅器における合成回路をなす抵抗R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11,R12の各抵抗値は、実施例1に係るD級増幅器の抵抗R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11,R12では規定しない条件で設定している。以下、本D級増幅器について具体的に説明する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration example of a class D amplifier according to
本D級増幅器は、抵抗R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11,R12と、コンデンサC1,C2と、オペアンプ(演算増幅器)11と、コンパレータ12,13と、AND回路(ロウアクティブ)31と、AND回路32とで構成されている。また、図中の抵抗R9,R10の一方端には所定の三角波信号aが印加されており、抵抗11,R12の一方端には所定の三角波信号bが印加されている。三角波信号aと三角波信号bとは、位相が互いに180度異なっている同一の波形信号である。ここで、三角波信号aを本発明における三角波とすると、三角波信号bが該発明における逆相三角波となる。
This class D amplifier includes resistors R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12, capacitors C1, C2, an operational amplifier (operational amplifier) 11, and
抵抗R1,R2の一方端は、それぞれアナログ入力信号の差動入力端となっている。そして、抵抗R1の一方端がプラス側入力端(+IN)となり、抵抗R2の一方端がマイナス側入力端(−IN)となっている。オペアンプ11とコンデンサC1,C2とは、積分器を構成している。抵抗R1,R2で差動入力されたアナログ入力信号は、その積分器によって積分され、抵抗R5,R6,R7,R8に出力される。
One ends of the resistors R1 and R2 are differential input ends of analog input signals, respectively. One end of the resistor R1 is a plus side input end (+ IN), and one end of the resistor R2 is a minus side input end (−IN). The
抵抗R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11,R12は、上記積分器の出力と三角波信号a,bとを合成する合成回路を構成している。この合成回路は4種類の第1から第4合成波形e,f,g,hを生成する。
合成回路をなす抵抗R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11,R12の各抵抗値は、これらの抵抗値とコンパレータ12(第1コンパレータ)及びコンパレータ13(第2コンパレータ)の入力容量とによって、その合成回路の出力である第1及び第2合成波形e,fと第3及び第4合成波形g,hとの間に時間差(位相差)を持たせる値となっている。
The resistors R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, and R12 constitute a synthesis circuit that synthesizes the output of the integrator and the triangular wave signals a and b. This synthesis circuit generates four types of first to fourth synthesized waveforms e, f, g, and h.
The resistance values of the resistors R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, and R12 forming the combining circuit are the resistance values and the input capacitances of the comparator 12 (first comparator) and the comparator 13 (second comparator). Thus, the first and second synthesized waveforms e and f, which are the outputs of the synthesis circuit, and the third and fourth synthesized waveforms g and h have values that give a time difference (phase difference).
ここで、抵抗R5は本発明における第1抵抗に該当する。抵抗R6は同発明における第5抵抗に該当する。抵抗R7は同発明における第3抵抗に該当する。抵抗R8は同発明における第7抵抗に該当する。抵抗R9は同発明における第2抵抗に該当する。抵抗R10は同発明における第8抵抗に該当する。抵抗R11は同発明における第4抵抗に該当する。抵抗R12は同発明における第6抵抗に該当する。 Here, the resistor R5 corresponds to the first resistor in the present invention. The resistor R6 corresponds to the fifth resistor in the present invention. The resistor R7 corresponds to the third resistor in the present invention. The resistor R8 corresponds to the seventh resistor in the present invention. The resistor R9 corresponds to the second resistor in the present invention. The resistor R10 corresponds to the eighth resistor in the present invention. The resistor R11 corresponds to the fourth resistor in the present invention. The resistor R12 corresponds to the sixth resistor in the present invention.
上記合成回路は、第1から第4合成部を有している。第1合成部は、積分器をなすオペアンプ11のマイナス側出力と三角波信号aとを合成して第1合成波形eを生成するものである。そして、第1合成部は、オペアンプ11のマイナス側出力に一方端が接続された抵抗R5(第1抵抗)と、三角波信号aが一方端に印加される抵抗R9(第2抵抗)とを有しており、抵抗R5の他方端と抵抗R9の他方端とが接続されて出力端をなしている。
第2合成部は、オペアンプ11のプラス側出力と三角波信号bとを合成して第2合成波形fを生成するものである。そして、第2合成部は、オペアンプ11のプラス側出力に一方端が接続された抵抗R7(第3抵抗)と、三角波信号bが一方端に印加される抵抗R11(第4抵抗)とを有しており、抵抗R7の他方端と抵抗R11の他方端とが接続されて出力端をなしている。
第3合成部は、オペアンプ11のマイナス側出力と三角波信号bとを合成して第3合成波形gを生成するものである。そして、第3合成部は、オペアンプ11のマイナス側出力に一方端が接続された抵抗R6(第5抵抗)と、三角波信号bが一方端に印加される抵抗R12(第6抵抗)とを有しており、抵抗R6の他方端と抵抗R12の他方端とが接続されて出力端をなしている。
第4合成部は、オペアンプ11のプラス側出力と三角波信号aとを合成して第4合成波形hを生成するものである。そして、第4合成部は、オペアンプ11のプラス側出力に一方端が接続された抵抗R8(第7抵抗)と、三角波信号aが一方端に印加される抵抗R10(第8抵抗)とを有しており、抵抗R8の他方端と抵抗R10の他方端とが接続されて出力端をなしている。
The synthesis circuit has first to fourth synthesis units. The first synthesizing unit synthesizes the negative output of the
The second synthesizer synthesizes the plus side output of the
The third synthesizer synthesizes the negative output of the
The fourth synthesizer synthesizes the plus output of the
そして、コンパレータ12に接続されている抵抗R5,R7,R9,R11(第1から第4抵抗)それぞれの抵抗値は、コンパレータ13に接続されている抵抗R6,R8,R10,R12(第5から第8抵抗)それぞれの抵抗値に対して、「1」以外の値を乗算し
てなる値に設定してあることが好ましい。
The resistance values of the resistors R5, R7, R9, and R11 (first to fourth resistors) connected to the
例えば、抵抗R5,R7,R9,R11及び抵抗R6,R8,R10,R12の抵抗値は次に示すように設定する。
R6=R8=R5×α R5=R7
R10=R12=R9×α R9=R11
ここで、α≠1とする。
For example, the resistance values of the resistors R5, R7, R9, R11 and the resistors R6, R8, R10, R12 are set as follows.
R6 = R8 = R5 × α R5 = R7
R10 = R12 = R9 × α R9 = R11
Here, α ≠ 1.
上記数式の条件から、
R5=R7=R9=R11
としてもよく、
R5=R7≠R9=R11
としてもよい。
そして、(R6=R8)、(R10=R12)の条件下で、(R6,R8,R10,R1
2)が、(R5,R7,R9,R11)のα倍{又は(1/α)倍}とする。
From the condition of the above formula,
R5 = R7 = R9 = R11
As well as
R5 = R7 ≠ R9 = R11
It is good.
And under the conditions of (R6 = R8) and (R10 = R12), (R6, R8, R10, R1
2) is α times {or (1 / α) times} of (R5, R7, R9, R11).
具体例としては、抵抗R5,R7,R9,R11それぞれの抵抗値は1[KΩ]として
、抵抗R6,R8,R10,R12それぞれの抵抗値は2[KΩ]としてもよく500[Ω]としてもよい。このときのαは、2と0.5である。
また、抵抗R5,R7,R9,R11それぞれの抵抗値は20[KΩ]として、抵抗R6,R8,R10,R12それぞれの抵抗値は30[KΩ]としてもよい。
このときのαは、1.5である。
また、抵抗R5,R7,R9,R11それぞれの抵抗値は1[KΩ]として、抵抗R6
,R8,R10,R12それぞれの抵抗値は30[KΩ]としてもよい。このときのαは
、30である。
As a specific example, the resistance values of the resistors R5, R7, R9, and R11 are 1 [KΩ], and the resistance values of the resistors R6, R8, R10, and R12 may be 2 [KΩ] or 500 [Ω]. Good. In this case, α is 2 and 0.5.
The resistance values of the resistors R5, R7, R9, and R11 may be 20 [KΩ], and the resistance values of the resistors R6, R8, R10, and R12 may be 30 [KΩ].
In this case, α is 1.5.
The resistance values of the resistors R5, R7, R9, and R11 are 1 [KΩ], and the resistor R6
, R8, R10, R12 may have a resistance value of 30 [KΩ]. In this case, α is 30.
これらにより、上記合成回路は、コンパレータ12に接続されている抵抗R5,R7,R9,R11とコンパレータ13に接続されている抵抗R6,R8,R10,R12とにおける抵抗値の相違と、コンパレータ12,13の入力容量とによって、第1及び第2合成波形e,fと第3及び第4合成波形g,hとの間に時間差(位相差)を持たせることができる。
As a result, the above-described synthesis circuit is configured so that the resistance values of the resistors R5, R7, R9, and R11 connected to the
コンパレータ12(第1コンパレータ)は、第1合成波形eと第2合成波形fとを比較して、その比較結果を出力する。そして、コンパレータ12は、第1合成波形eが第2合成波形fよりも大きいときは所定の「ロー」レベル信号(例えば0ボルト)を出力し、第1合成波形eが第2合成波形fよりも小さいときは所定の「ハイ」レベル信号を出力する
。コンパレータ13(第2コンパレータ)は、第3合成波形gと第4合成波形hとを比較してその比較結果を出力する。そして、コンパレータ13は、第3合成波形gが第4合成波形hよりも大きいときは所定の「ロー」レベル信号(例えば0ボルト)を出力し、第3合成波形gが第4合成波形hよりも小さいときは所定の「ハイ」レベル信号を出力する。
The comparator 12 (first comparator) compares the first combined waveform e and the second combined waveform f and outputs the comparison result. The
AND回路31は、負論理入力の論理積機能を有するバッファ回路である。そして、AND回路31は、コンパレータ12の出力とコンパレータ13の出力とが共に「ロウ」のとき「ハイ」レベル信号を出力するAND演算(ロウアクティブ)を行い、その演算結果を本D級増幅器のマイナス側出力−OUTとして出力する。抵抗R3は、バッファとしても機能するAND回路31の出力をオペアンプ11のプラス側入力にフィードバックする第1フィードバック回路をなすものである。
AND回路32は、アンド(AND)演算機能を有するバッファ回路であり、コンパレータ12の出力とコンパレータ13の出力とのAND演算を行い、その演算結果を本D級増幅器のプラス側出力+OUTとする。抵抗R4は、バッファとしても機能するAND回路32の演算結果をオペアンプ11のマイナス側入力にフィードバックする第2フィードバック回路をなすものである。
本D級増幅器のプラス側出力+OUTとマイナス側出力−OUTとの間には、ローパスフィルタを介して負荷(スピーカなど)を接続する。これらの構成により、本D級増幅器は、トランスを用いることなく、アナログ入力信号+IN,−INを低歪みに増幅し、かつ電力損失を少なくして、負荷を駆動することができる。
The AND
The AND
A load (such as a speaker) is connected between the plus side output + OUT and minus side output −OUT of the class D amplifier via a low-pass filter. With these configurations, this class D amplifier can amplify the analog input signals + IN and −IN with low distortion and drive the load with less power loss without using a transformer.
次に、上記構成の本実施例3に係るD級増幅器の動作例について図9から図11を参照して説明する。図9から図11は、図8に示すD級増幅器の各部の動作を示す波形図である。そして、図9は、アナログ入力信号+INとアナログ入力信号−INとが同じ値のとき、すなわち差動入力が0ボルト値(無入力)のときのD級増幅器各部の波形を示している。図10は、(アナログ入力信号+IN)>(アナログ入力信号−IN)のとき、すな
わち差動入力がプラスのときのD級増幅器各部の波形を示している。図11は、(アナロ
グ入力信号+IN)<(アナログ入力信号−IN)のとき、すなわち差動入力がマイナスのときのD級増幅器各部の波形を示している。
Next, an operation example of the class D amplifier according to the third embodiment having the above configuration will be described with reference to FIGS. 9 to 11 are waveform diagrams showing the operation of each part of the class D amplifier shown in FIG. FIG. 9 shows waveforms of each part of the class D amplifier when the analog input signal + IN and the analog input signal −IN have the same value, that is, when the differential input has a 0 volt value (no input). FIG. 10 shows the waveform of each part of the class D amplifier when (analog input signal + IN)> (analog input signal−IN), that is, when the differential input is positive. FIG. 11 shows waveforms of each part of the class D amplifier when (analog input signal + IN) <(analog input signal−IN), that is, when the differential input is negative.
図9から図11に示すように、本D級増幅器各部の動作は、図2から図4に示す実施例1に係るD級増幅器各部の動作と同一となっている部分が多い。ただし、本D級増幅器は
、三角波として三角波信号a,bの2つを用いている点などで、三角波として三角波信号a,a’,b,b’の4つを用いている実施例1に係るD級増幅器の動作と異なる。次に
本D級増幅器各部の動作を具体的に説明する。
As shown in FIGS. 9 to 11, the operation of each part of the class D amplifier is often the same as the operation of each part of the class D amplifier according to the first embodiment shown in FIGS. However, the present class D amplifier uses the four triangular wave signals a, a ′, b, and b ′ as the triangular wave, for example, in that the triangular wave signals a and b are used as the triangular wave. This is different from the operation of the class D amplifier. Next, the operation of each part of the class D amplifier will be specifically described.
まず、図9について、すなわち無入力(0ボルト値入力)の場合について説明する。三角波信号aと三角波信号bとは位相が180度異なっている。ここで、三角波信号a,bには、それぞれディザーと呼ばれる所定のノイズを加えてもよい。このようにすることで
、出力波形の歪みを補正することができる。また、三角波信号a,bの代わりに、鋸歯形状波、積分波形などを使用してもよい。
First, the case of FIG. 9, that is, the case of no input (0 volt value input) will be described. The triangular wave signal a and the triangular wave signal b have a phase difference of 180 degrees. Here, a predetermined noise called dither may be added to each of the triangular wave signals a and b. In this way, distortion of the output waveform can be corrected. Further, instead of the triangular wave signals a and b, a sawtooth wave, an integrated waveform, or the like may be used.
三角波信号aと積分器のプラス側出力(オペアンプ11のプラス側出力)dとの位相関係は、ほぼ同一である。また、三角波信号bと積分器のマイナス側出力(オペアンプ11のマイナス側出力)cとの位相関係は、ほぼ同一である。
コンパレータ12,13の入力、すなわち第1から第4合成波形e,f,g,hは、上記積分器の出力に同期した波形となる。そして第1合成波形eと第2合成波fとは位相が約180度異なっており、第3合成波形gと第4合成波hとは位相が約180度異なっている。第1合成波形eと第4合成波形hとはほぼ同一の波形であって位相が微小角度θ’だけ異なっている。第2合成波形fと第3合成波形gとはほぼ同一の波形とあって位相が微小角度θ’だけ異なっている。
The phase relationship between the triangular wave signal a and the plus side output (plus side output of the operational amplifier 11) d of the integrator is substantially the same. The phase relationship between the triangular wave signal b and the negative output of the integrator (negative output of the operational amplifier 11) c is substantially the same.
The inputs of the
このように、第1合成波形eと第4合成波形hとの間、及び第2合成波形fと第3合成波形gとの間に、微小角度θ’の位相差が生じるのは、コンパレータ12に接続されている抵抗R5,R7,R9,R11の抵抗値が、コンパレータ13に接続されている抵抗R6,R8,R10,R12の抵抗値に対して、「1」以外の値を乗算してなる値に設定し
てあるからである。すなわち、これらの抵抗値とコンパレータ12,13の入力容量とにより、上記微小角度θ’の位相差が生じる。この微小角度θ’は、図2に示す実施例1に係るD級増幅器の動作波形における微小角度θに対応するものである。そして、微小角度θ’は、抵抗R5からR12の抵抗値を調整することで、簡便に調整することができる。
As described above, the phase difference of the minute angle θ ′ is generated between the first synthesized waveform e and the fourth synthesized waveform h and between the second synthesized waveform f and the third synthesized waveform g. The resistance values of the resistors R5, R7, R9, and R11 connected to are multiplied by a value other than “1” to the resistance values of the resistors R6, R8, R10, and R12 connected to the
コンパレータ12,13の出力J,Kは、図2に示す実施例1に係るD級増幅器のコンパレータ12,13の出力J,Kと同一波形となっている。また、本D級増幅器におけるプラス側出力+OUT及びマイナス側出力−OUTは、図2に示す実施例1に係るD級増幅器のプラス側出力+OUT及びマイナス側出力−OUTと同一波形となっている。このように、本D級増幅器におけるコンパレータ12,13及びAND回路31,32の動作は、実施例1に係るD級増幅器のコンパレータ12,13及びAND回路31,32の動作と同一である。また、本D級増幅器におけるフィードバック回路(抵抗R3,R4)及び積分器(オペアンプ11、コンデンサC1,C2)の動作は、実施例1に係るD級増幅器のフィードバック回路及び積分器の動作と同一である。
The outputs J and K of the
これらにより、本D級増幅器は、実施例1に係るD級増幅器と同様に、無入力の場合、プラス側出力+OUT及びマイナス側出力−OUTにおけるハイレベル期間をデューティ比0〜数%にすることができる。そのため、本D級増幅器を小信号用とする場合は、出力端子と負荷との間に配置する上記ローパスフィルタ(LCフィルタなど)を省略することができる。 Thus, like the class D amplifier according to the first embodiment, the class D amplifier sets the high level period in the plus side output + OUT and the minus side output −OUT to a duty ratio of 0 to several% when there is no input. Can do. Therefore, when the class D amplifier is used for a small signal, the low-pass filter (LC filter or the like) disposed between the output terminal and the load can be omitted.
また、本D級増幅器は、実施例1に係るD級増幅器と同様に、アナログ入力信号が無い場合(0ボルト値入力の場合)、出力信号がハイレベルとなっている期間を所望の値まで
充分に短くすることができるので、電力損失を従来のものより大幅に低減することができる。
In addition, as in the case of the class D amplifier according to the first embodiment, this class D amplifier has a period during which the output signal is at a high level when there is no analog input signal (when a 0 volt value is input). Since it can be made sufficiently short, the power loss can be greatly reduced as compared with the conventional one.
次に、図10に示す(アナログ入力信号+IN)>(アナログ入力信号−IN)のとき換言すれば差動入力がプラスの場合、について説明する。図10と図3とを比較すると、本D級増幅器では三角波として三角波信号a,bの2つを用いている点のみが異なる。したがって、本D級増幅器は、差動入力がプラスの場合でも、合成回路の部分以外は実施例1に係るD級増幅器と同一の動作をすることができる。そこで、本D級増幅器は、差動入力がプラスの場合、プラス側出力+OUTがアナログ入力信号のプラス値(差動値)をパルス幅変調した信号となり、マイナス側出力−OUTは常にローレベルとなっている。 Next, the case where (analog input signal + IN)> (analog input signal -IN) shown in FIG. 10, in other words, the case where the differential input is positive will be described. Comparing FIG. 10 with FIG. 3, the present class D amplifier is different only in that two triangular wave signals a and b are used as triangular waves. Therefore, even when the differential input is positive, this class D amplifier can perform the same operation as the class D amplifier according to the first embodiment except for the synthesis circuit portion. Therefore, in the class D amplifier, when the differential input is positive, the plus side output + OUT is a signal obtained by pulse width modulation of the plus value (differential value) of the analog input signal, and the minus side output −OUT is always at a low level. It has become.
次に、図11に示す(アナログ入力信号+IN)<(アナログ入力信号−IN)のとき換言すれば差動入力がマイナスの場合、について説明する。図11と図4との比較すると
、本D級増幅器では三角波として三角波信号a,bの2つを用いている点のみが異なる。
したがって、本D級増幅器は、差動入力がマイナスの場合でも、合成回路の部分以外は実施例1に係るD級増幅器と同一の動作をすることができる。そこで、本D級増幅器は、差動入力がマイナスの場合、マイナス側出力−OUTはアナログ入力信号のマイナス値(差動値)をパルス幅変調した信号となり、プラス側出力+OUTは常にローレベルとなっている。
Next, the case of (analog input signal + IN) <(analog input signal −IN) shown in FIG. 11, in other words, the case where the differential input is negative will be described. Comparing FIG. 11 with FIG. 4, the present class D amplifier is different only in that two triangular wave signals a and b are used as triangular waves.
Therefore, even when the differential input is negative, this class D amplifier can perform the same operation as the class D amplifier according to the first embodiment except for the synthesis circuit. Therefore, in the class D amplifier, when the differential input is negative, the negative output -OUT is a signal obtained by pulse width modulation of the negative value (differential value) of the analog input signal, and the positive output + OUT is always at a low level. It has become.
これらにより、本実施例3のD級増幅器によれば、実施例1のD級増幅器と同様に、アナログ入力信号を、0ボルト値、プラス値及びマイナス値のいずれかからなる3値のPWM信号に変換して出力することができる。また、本実施例3のD級増幅器によれば、アナログ入力信号が所定値以上となった場合、図10及び図11に示すようにプラス側出力+OUT又はマイナス側出力−OUTの一方(片側)のみのスイッチング波形となる。そこで、本実施例3のD級増幅器は、プラス側及びマイナス側の両方でスイッチングする従来のD級増幅器よりも、スイッチング損失をほぼ半分にすることができる。 Thus, according to the class D amplifier of the third embodiment, similarly to the class D amplifier of the first embodiment, an analog input signal is converted into a ternary PWM signal consisting of one of a 0 volt value, a plus value, and a minus value. Can be converted to output. Further, according to the class D amplifier of the third embodiment, when the analog input signal becomes equal to or higher than a predetermined value, one of the plus side output + OUT and the minus side output −OUT (one side) as shown in FIGS. Only a switching waveform is obtained. Therefore, the class D amplifier according to the third embodiment can substantially reduce the switching loss by half as compared with the conventional class D amplifier that switches on both the plus side and the minus side.
また、本実施例3のD級増幅器によれば、抵抗R3,R4によりアナログフィードバックをかけているので、上記特許文献2に記載されているようなデジタル処理を行わずに、アナログ入力信号について直線性良く増幅することができる。また、本実施例3のD級増幅器によれば、上記特許文献1に記載されている増幅器とは異なり、インピーダンス変換及び直流電圧カットのためトランスを必要とせずに、直流出力成分はほぼゼロボルトとして、低歪みであって電力損失の少ないD級増幅器を提供することができる。
Further, according to the class D amplifier of the third embodiment, since analog feedback is applied by the resistors R3 and R4, the analog input signal is linearly applied without performing digital processing as described in
さらに、本実施例3のD級増幅器によれば、実施例1,2のD級増幅器と異なり、遅延回路21,22,81を構成要素とせず、抵抗R5〜R12の抵抗値を調整することで、第1及び第2合成波形e,fと第3及び第4合成波形g,hとの間に時間差(位相差)を持たせることができる。そこで、本実施例3のD級増幅器は、簡便に設計及び製造でき、且つ高性能なD級増幅器を提供することができる。
Furthermore, according to the class D amplifier of the third embodiment, unlike the class D amplifiers of the first and second embodiments, the
次に、本発明の実施例4について図12から図17を参照して説明する。図12は、本発明の実施例4に係るD級増幅器の構成例を示す回路図である。図12において、図1に示す実施例1に係るD級増幅器と同一の構成要素には、同一符号を付している。本D級増幅器は、実施例1,2に係るD級増幅器とは異なり、遅延回路21,22,81を構成要素としていない。また、本D級増幅器では、実施例3とは異なり、1つの三角波発生回路を有する。以下、本D級増幅器について具体的に説明する。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 12 is a circuit diagram showing a configuration example of a class D amplifier according to
本D級増幅器は、抵抗R1,R2,R3,R4と、コンデンサC1,C2,C100と
、オペアンプ(演算増幅器)11と、コンパレータ112,113と、インバータ121
,122と、AND回路131,132と、電流源140で構成されている。ここで、コンデンサ100及び電流源140は、三角波発生回路を構成しており、三角波をコンパレータ112,113のマイナス側入力端に出力している。
The class D amplifier includes resistors R1, R2, R3, and R4, capacitors C1, C2, and C100, an operational amplifier (operational amplifier) 11,
, 122, AND
抵抗R1,R2の一方端は、それぞれアナログ入力信号の差動入力端となっている。そして、抵抗R1の一方端がプラス側入力端(+IN)となり、抵抗R2の一方端がマイナス側入力端(−IN)となっている。オペアンプ11とコンデンサC1,C2とは、積分器を構成している。抵抗R1,R2で差動入力されたアナログ入力信号は、その積分器によって積分され、コンパレータ112,113に出力される。
One ends of the resistors R1 and R2 are differential input ends of analog input signals, respectively. One end of the resistor R1 is a plus side input end (+ IN), and one end of the resistor R2 is a minus side input end (−IN). The
オペアンプ11のマイナス側出力は、コンパレータ112(第1コンパレータ)のプラス側入力端に接続されている。オペアンプ11のプラス側出力は、コンパレータ113(第2コンパレータ)のプラス側入力端に接続されている。コンパレータ112,113のマイナス側入力端は、ともにコンデンサ(容量)100の一端に接続されている。そのコンデンサ100の一端には、電流源140の一端が接続されている。コンデンサ100の他端はアースに接続されており、電流源140の他端もアースに接続されている。これらにより、コンパレータ112は、オペアンプ11のマイナス側出力と三角波発生回路の出力とを比較して、その比較結果を出力する。コンパレータ113は、オペアンプ11のプラス側出力と三角波発生回路の出力とを比較して、その比較結果を出力する。
The negative output of the
コンパレータ112の出力は、インバータ121の入力端及びAND回路132(第2バッファ)の一方入力端に接続されている。コンパレータ113の出力は、インバータ122の入力端及びAND回路131(第1バッファ)の一方入力端に接続されている。インバータ121の出力は、AND回路131の他方入力端に接続されている。インバータ122の出力は、AND回路132の他方入力端に接続されている。これらにより、AND回路131は、コンパレータ112の出力を反転した信号とコンパレータ113の出力との論理積演算を行い、その演算結果を出力する。AND回路132は、コンパレータ113の出力を反転した信号とコンパレータ112の出力との論理積演算を行い、その演算結果を出力する。
The output of the
AND回路131の出力は、本D級増幅器のプラス側出力+OUTとなる。このプラス側出力+OUTは、抵抗R4によりオペアンプのマイナス側入力にフィードバックされる
。AND回路132の出力は、本D級増幅器のマイナス側出力−OUTとなる。このマイナス側出力−OUTは、抵抗R3によりオペアンプのプラス側入力にフィードバックされる。
The output of the AND
図13は、電流源140の具体的な構成例を示す回路図である。この電流源140とコンデンサ100とで三角波発生回路を構成する。電流源140は、トランジスタT1,T2と、スイッチS1,S2と、コンパレータ141,142と、NAND回路143,144とで構成されている。
FIG. 13 is a circuit diagram illustrating a specific configuration example of the
トランジスタT1,T2は、電界効果トランジスタ(FET)で構成されている。トランジスタT1のゲートには電圧VBPが印加されている。この電圧VBPは、コンデンサ
100の充電電流値を制御するものである。トランジスタT2のゲートには電圧VBNが
印加されている。この電圧VBNは、コンデンサ100の放電電流値を制御するものであ
る。スイッチS1,S2は、例えばアナログ・スイッチからなり、FETで構成することができる。スイッチS1,S2は、電流源140から出力される電流の向き、すなわちコンデンサ100の充電/放電を切り替えるものである。トランジスタT1の電流入出力端
、スイッチS1,S2及びトランジスタT2の電流入出力端は、図13に示すように直列に接続されている。コンパレータ141のマイナス側入力端及びコンパレータ142のプラス側入力端は、ともにスイッチS1とスイッチS2の接続点(以下、「接続点」という
)に接続されている。この接続点は、コンデンサ100も接続されており、三角波発生回
路の出力点をなす。
The transistors T1 and T2 are configured by field effect transistors (FETs). A voltage VBP is applied to the gate of the transistor T1. This voltage VBP controls the charging current value of the capacitor 100. A voltage VBN is applied to the gate of the transistor T2. This voltage V BN controls the discharge current value of the capacitor 100. The switches S1 and S2 are made of analog switches, for example, and can be constituted by FETs. The switches S1 and S2 switch the direction of the current output from the
コンパレータ142は、所望の第1電位VLと接続点の電位とを比較し、その比較結果を出力する。コンパレータ141は、所望の第2電位VHと接続点の電位とを比較し、その比較結果を出力する。ここで、第2電位VHは、第1電位VLよりも高いものとする。そして、第2電位VHと第1電位VLとの差が、三角波の振幅を規定している。NAND回路143,144は、プロップフロップ回路をなすように接続されている。このプリップフロップ回路は、コンパレータ141,142の出力を入力としている。そして、このプリップフロップ回路の出力によって、スイッチS1,S2の開閉を制御している。すなわち、プリップフロップ回路の出力が、コンデンサ100の充放電を切り替え、三角波における上昇・下降を切り替えている。
The
図14は、電流源140の動作を説明するための図である。
まず、接続点の電位である三角波Gが第1電位VLよりも低い場合、すなわち点線K1のときについて説明する。この点線K1のとき、コンパレータ142の出力が「L」となり、スイッチS1がONし、スイッチS2はOFFする。これにより、トランジスタT1及びスイッチS1を介して充電電流が流れ、その充電電流がコンデンサ100へ流れ込む
。したがって、コンデンサ100の電位である三角波Gが上昇する。
FIG. 14 is a diagram for explaining the operation of the
First, the case where the triangular wave G that is the potential of the connection point is lower than the first potential VL, that is, the case of the dotted line K1 will be described. At the dotted line K1, the output of the
三角波Gが第1電位VLを超えて、第2電位VHに達すると、コンパレータ141の出力が「L」となり、スイッチS2がONし、スイッチS1はOFFする。これにより、トランジスタT2及びスイッチS2を介して、コンデンサ100の放電電流がアースに向けて流れる。したがって、コンデンサ100の電位である三角波Gが下降する。
When the triangular wave G exceeds the first potential VL and reaches the second potential VH, the output of the
三角波Gが第1電位VLに達すると、コンパレータ142の出力が「L」となり、スイッチS1がONし、スイッチS2はOFFする。これにより、再び充電電流が流れ、三角波Gが上昇する。以後、これらの動作を繰り返すことにより、図14に示すような三角波Gが生成される。この三角波Gの上昇時の傾きは、充電電流を制御する電圧VBPとコン
デンサ100の容量とで設定できる。また。三角波Gの下降時の傾きは、放電電流を制御する電圧VBNとコンデンサ100の容量とで設定できる。
When the triangular wave G reaches the first potential VL, the output of the
次に、三角波Gが第2電位VHよりも高い場合、すなわち点線K2のときについて説明する。この点線K2のとき、コンパレータ141の出力が「L」となり、スイッチS2がONし、スイッチS1はOFFする。これにより、トランジスタT2及びスイッチS2を介して、コンデンサ100の放電電流が流れる。したがって、コンデンサ100の電位である三角波Gが下降する。その後、上記のように、コンデンサ100の充放電が繰り返され、図14に示すような三角波Gが生成される。
Next, the case where the triangular wave G is higher than the second potential VH, that is, the case of the dotted line K2 will be described. At the dotted line K2, the output of the
これらにより、本実施例のD級増幅器によれば、コンデンサ100及び電流源140により、簡単な構成の三角波発生回路を備えることができる。したがって、本実施例によれば、効率が高く、低歪率なD級増幅器を、低コストで構成することができる。
As a result, according to the class D amplifier of this embodiment, the capacitor 100 and the
次に、上記構成の本実施例4に係るD級増幅器の動作例について図15から図17を参照して説明する。図15から図17は、図12に示すD級増幅器の各部の動作を示す波形図である。
図15は、(アナログ入力信号+IN)>(アナログ入力信号−IN)のとき、すなわ
ち差動入力がプラスのときのD級増幅器各部の波形を示している。まず、三角波Gは、図14にも示すように、第1電位VLを最小値、第2電位VHを最大値とした三角波となっている。
Next, an example of the operation of the class D amplifier according to the fourth embodiment having the above configuration will be described with reference to FIGS. 15 to 17 are waveform diagrams showing the operation of each part of the class D amplifier shown in FIG.
FIG. 15 shows waveforms of each part of the class D amplifier when (analog input signal + IN)> (analog input signal−IN), that is, when the differential input is positive. First, as shown in FIG. 14, the triangular wave G is a triangular wave having the first potential VL as a minimum value and the second potential VH as a maximum value.
積分器のマイナス側出力Aは、積分器のプラス側出力Bよりも低レベルとなっている。これは積分器の差動入力がプラスだからである。また、図15では、電流源140のスイッチS1,S2の駆動波形を示している。電流源140のスイッチS1は、三角波Gの上昇区間はハイレベル信号を受けてONしている。また、スイッチS1は、三角波Gの下降区間はローレベル信号を受けてOFFしている。電流源140のスイッチS2は、三角波Gの上昇区間はローレベル信号を受けてOFFしている。また、スイッチS2は、三角波Gの下降区間はハイレベル信号を受けてONしている。
The negative output A of the integrator is lower than the positive output B of the integrator. This is because the differential input of the integrator is positive. FIG. 15 shows driving waveforms of the switches S1 and S2 of the
コンパレータ112の出力Cは、積分器のマイナス側出力Aと三角波Gを比較して、A>Gのとき「ハイ」となり、A<Gのとき「ロウ」となる。コンパレータ113の出力Dは、積分器のプラス側出力Bと三角波Gを比較して、B>Gのとき「ハイ」となり、B<Gのとき「ロウ」となる。
The output C of the
AND回路131の出力(+OUT)Eは、コンパレータ112の出力Cを反転させた値とコンパレータ113の出力Dとが共に「ハイ」のときに、「ハイ」となる。これらに
より、プラス側出力+OUTがハイレベルとなっている期間のデューティ比は、アナログ入力信号のプラス値(差動値)の大きさにほぼ比例する。換言すれば、プラス側出力+OUTはアナログ入力信号のプラス値(差動値)をパルス幅変調した信号となる。
一方、AND回路132の出力(−OUT)Fは、コンパレータ112の出力Cとコンパレータ113の出力Dを反転させた値とが共に「ハイ」のときに、「ハイ」となる。そ
こで、マイナス側出力−OUTは常にローレベルとなっている。
The output (+ OUT) E of the AND
On the other hand, the output (−OUT) F of the AND
図16は、(アナログ入力信号+IN)=(アナログ入力信号−IN)のとき、すなわ
ち差動入力が無入力(0ボルト値入力)のときのD級増幅器各部の波形を示している。三角波Gは、図15に示す三角波Gと同一である。また、三角波Gに対する電流源140のスイッチS1,S2の動作も図15の場合と同一であるので、図16ではスイッチS1,S2の駆動波形を省略している。
FIG. 16 shows waveforms of each part of the class D amplifier when (analog input signal + IN) = (analog input signal−IN), that is, when the differential input is not input (0 volt value input). The triangular wave G is the same as the triangular wave G shown in FIG. Further, since the operations of the switches S1 and S2 of the
積分器のマイナス側出力Aと積分器のプラス側出力Bとは、同一レベルとなっている。これは積分器の差動入力が(+IN)=(−IN)だからである。コンパレータ112の出力Cとコンパレータ113の出力Dとは、位相も等しい同一波形となっている。これは出力A=出力Bだからである。
The negative output A of the integrator and the positive output B of the integrator are at the same level. This is because the differential input of the integrator is (+ IN) = (− IN). The output C of the
AND回路131の出力(+OUT)Eは、(出力Cの反転値)×(出力D)であるの
で、ほぼ全期間に渡ってローレベルとなっている。AND回路132の出力(−OUT)Fは、(出力C)×(出力Dの反転値)であるので、ほぼ全期間に渡ってローレベルとな
っている。図16において、プラス側出力+OUT及びマイナス側出力−OUTに、僅かにハイレベル期間がある。これは、オペアンプ11のオフセット電圧、あるいはコンパレータ112とコンパレータ113及びインバータ121とインバータ122などにおける構成素子の非同一性による遅延時間の相違などによるものである。したがって、プラス側出力+OUT及びマイナス側出力−OUTは、簡便に、全期間に渡って厳密にローレベルとすることができる。
Since the output (+ OUT) E of the AND
これらにより、本実施例4のD級増幅器によれば、アナログ入力信号が無い場合(0ボルト値入力の場合)、出力信号がハイレベルとなっている期間を、簡便に極めて短くする
ことができるので、簡単な構成としながら、電力損失を従来のものより大幅に低減することができる。
Thus, according to the class D amplifier of the fourth embodiment, when there is no analog input signal (in the case of 0 volt value input), the period during which the output signal is at a high level can be easily and extremely shortened. Therefore, it is possible to significantly reduce the power loss as compared with the conventional one with a simple configuration.
図17は、(アナログ入力信号+IN)<(アナログ入力信号−IN)のとき、すなわ
ち差動入力がマイナスのときのD級増幅器各部の波形を示している。三角波Gは、図15に示す三角波Gと同一である。また、三角波Gに対する電流源140のスイッチS1,S2の動作も図15の場合と同一であるので、図17ではスイッチS1,S2の駆動波形を省略している。
FIG. 17 shows the waveform of each part of the class D amplifier when (analog input signal + IN) <(analog input signal−IN), that is, when the differential input is negative. The triangular wave G is the same as the triangular wave G shown in FIG. Further, since the operations of the switches S1 and S2 of the
積分器のマイナス側出力Aは、積分器のプラス側出力Bよりも高レベルとなっている。
これは積分器の差動入力がマイナスだからである。コンパレータ112の出力Cは、積分器のマイナス側出力Aと三角波Gを比較して、A>Gのとき「ハイ」となり、A<Gのとき「ロウ」となる。コンパレータ113の出力Dは、積分器のプラス側出力Bと三角波Gを比較して、B>Gのとき「ハイ」となり、B<Gのとき「ロウ」となる。
The negative output A of the integrator is higher than the positive output B of the integrator.
This is because the differential input of the integrator is negative. The output C of the
AND回路132の出力(−OUT)Fは、コンパレータ112の出力Cとコンパレータ113の出力Dを反転させた値とが共に「ハイ」のときに、「ハイ」となる。これらに
より、マイナス側出力−OUTがハイレベルとなっている期間のデューティ比は、アナログ入力信号のマイナス値(差動値)の大きさにほぼ比例する。換言すれば、マイナス側出力−OUTはアナログ入力信号のマイナス値(差動値)をパルス幅変調した信号となる。
一方、AND回路131の出力(+OUT)Eは、コンパレータ112の出力Cを反転させた値とコンパレータ113の出力Dとが共に「ハイ」のときに、「ハイ」となる。そ
こで、プラス側出力+OUTは常にローレベルとなっている。
The output (−OUT) F of the AND
On the other hand, the output (+ OUT) E of the AND
これらにより、本実施例4のD級増幅器によれば、アナログ入力信号を、0ボルト値、プラス値及びマイナス値のいずれかからなる3値のPWM信号に変換して出力することができる。また、本実施例4のD級増幅器によれば、アナログ入力信号が0ボルト値以外となった場合、図15及び図17に示すようにプラス側出力+OUT又はマイナス側出力−OUTの一方(片側)のみのスイッチング波形となる。そこで、本実施例4のD級増幅器は、プラス側及びマイナス側の両方でスイッチングする従来のD級増幅器よりも、スイッチング損失をほぼ半分にすることができる。 Thus, according to the class D amplifier of the fourth embodiment, the analog input signal can be converted into a ternary PWM signal composed of any one of 0 volt value, plus value, and minus value and output. Further, according to the class D amplifier of the fourth embodiment, when the analog input signal is other than 0 volt value, as shown in FIGS. 15 and 17, one of the plus side output + OUT and the minus side output −OUT (one side) ) Only switching waveform. Therefore, the class D amplifier according to the fourth embodiment can reduce the switching loss substantially by half as compared with the conventional class D amplifier that switches on both the plus side and the minus side.
また、本実施例4のD級増幅器によれば、抵抗R3,R4によりアナログフィードバックをかけているので、上記特許文献2に記載されているようなデジタル処理を行わずに、アナログ入力信号について直線性良く増幅することができる。また、本実施例4のD級増幅器によれば、上記特許文献1に記載されている増幅器とは異なり、インピーダンス変換及び直流電圧カットのためトランスを必要とせずに、直流出力成分はほぼゼロボルトとして、低歪みであって電力損失の少ないD級増幅器を提供することができる。
Further, according to the class D amplifier of the fourth embodiment, analog feedback is applied by the resistors R3 and R4, so that the analog input signal is linearly applied without performing digital processing as described in
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the specific structure is not restricted to this embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.
例えば、上記実施形態のD級増幅器では積分器が一次積分器で構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、かかる積分器を高次の積分器で構成してもよい。このようにすると、ループゲインを大きくすることができ、歪率をさらに低減することができる。 For example, in the class D amplifier of the above embodiment, the integrator is configured by a primary integrator. However, the present invention is not limited to this, and the integrator may be configured by a high-order integrator. . In this way, the loop gain can be increased and the distortion rate can be further reduced.
以上の説明では、本発明をD級増幅器として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、D級増幅器以外の信号処理回路、各種パルス幅変調増幅器などに本発明を適用することができる。 Although the present invention has been described as a class D amplifier in the above description, the present invention is not limited to this, and the present invention is applied to signal processing circuits other than class D amplifiers, various pulse width modulation amplifiers, and the like. Can do.
11,61,64…オペアンプ(演算増幅器)、12,13,62,63,112,1
13…コンパレータ、21,22,81…遅延回路、31,32,71,72,131,132…AND回路、121,122…インバータ、140…電流源、C1,C2,C51,C100…コンデンサ、R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11,R12,R51,R52,R53,R54,R55,R56…抵抗
11, 61, 64... Operational amplifier (operational amplifier) 12, 13, 62, 63, 112, 1
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記積分器の出力と三角波とを比較する第1コンパレータおよび第2コンパレータと、
前記第1コンパレータおよび第2コンパレータの出力を入力とするバッファ手段と、
前記バッファ手段の出力を前記積分器の入力側にフィードバックするフィードバック回路と、
前記第1コンパレータの出力に対して前記第2コンパレータの出力を遅らせる遅延手段と、を有し、
前記バッファ手段は、負荷に接続される2つの出力端子を有し、
前記アナログ入力信号が無信号のときは、前記2つの出力端子から前記遅延手段の遅延量に依存する幅のパルスを出力し、
前記アナログ入力信号が有信号のときは、前記アナログ入力信号の極性に応じて相補的に、前記2つの出力端子の一方の出力端子を所定レベルとし、他方の出力端子から前記アナログ入力信号をPWM変調したパルス信号を出力することを特徴とするD級増幅器。 An integrator for integrating the analog input signal;
A first comparator and a second comparator for comparing the output of the integrator with a triangular wave;
Buffer means for receiving outputs of the first comparator and the second comparator;
A feedback circuit for feeding back the output of the buffer means to the input side of the integrator;
Delay means for delaying the output of the second comparator with respect to the output of the first comparator;
The buffer means has two output terminals connected to a load;
When the analog input signal is no signal, a pulse having a width depending on the delay amount of the delay means is output from the two output terminals,
When the analog input signal is a signal, one of the two output terminals is set to a predetermined level in a complementary manner according to the polarity of the analog input signal, and the analog input signal is PWMed from the other output terminal. A class-D amplifier that outputs a modulated pulse signal.
前記積分器の出力と第1三角波とを比較する第1コンパレータと、
前記積分器の出力と前記第1三角波の位相を180度プラス又はマイナス微小角度だけずらした波形である第2三角波とを比較する第2コンパレータと、
前記第1コンパレータの出力及び前記第2コンパレータの出力を入力としてプラス側出力信号及びマイナス側出力信号を出力するバッファ手段と、
前記プラス側出力信号とマイナス側出力信号との差分を前記積分器の入力側にフィードバックするフィードバック回路とを有し、
前記バッファ手段は、負荷に接続される2つの出力端子を有し、
前記アナログ入力信号が無信号のときは、前記2つの出力端子から前記微小角度に依存する幅のパルスを出力し、
前記アナログ入力信号が有信号のときは、前記アナログ入力信号の極性に応じて相補的に、前記2つの出力端子の一方の出力端子を所定レベルとし、他方の出力端子から前記アナログ入力信号をPWM変調したパルス信号を出力することを特徴とするD級増幅器。 An integrator for integrating the analog input signal;
A first comparator for comparing the output of the integrator with a first triangular wave;
A second comparator that compares the output of the integrator with a second triangular wave that is a waveform obtained by shifting the phase of the first triangular wave by 180 degrees plus or minus a minute angle;
Buffer means for receiving the output of the first comparator and the output of the second comparator as inputs and outputting a positive side output signal and a negative side output signal;
A feedback circuit that feeds back the difference between the plus side output signal and the minus side output signal to the input side of the integrator;
The buffer means has two output terminals connected to a load;
When the analog input signal is no signal, a pulse having a width depending on the minute angle is output from the two output terminals,
When the analog input signal is a signal, one output terminal of the two output terminals is set to a predetermined level in a complementary manner according to the polarity of the analog input signal, and the analog input signal is PWMed from the other output terminal. A class-D amplifier that outputs a modulated pulse signal.
三角波の位相を所望の微小角度だけ遅らせる遅延回路と、
前記積分器の出力と前記三角波と前記遅延回路の出力とを合成して複数の信号を出力する合成回路と、
前記合成回路の出力同士を比較する比較手段と、
前記比較手段の出力を入力とするバッファ手段と、
前記バッファ手段の出力を前記積分器の入力側にフィードバックするフィードバック回路と
を有し、
前記バッファ手段は、負荷に接続される2つの出力端子を有し、
前記アナログ入力信号が無信号のときは、前記2つの出力端子から前記微小角度に依存する幅のパルスを出力し、
前記アナログ入力信号が有信号のときは、前記アナログ入力信号の極性に応じて相補的に、前記2つの出力端子の一方の出力端子を所定レベルとし、他方の出力端子から前記アナログ入力信号をPWM変調したパルス信号を出力することを特徴とするD級増幅器。 An integrator that integrates the difference between the plus side input signal and the minus side input signal forming the analog input signal;
A delay circuit that delays the phase of the triangular wave by a desired minute angle;
A combining circuit that combines the output of the integrator, the triangular wave, and the output of the delay circuit to output a plurality of signals;
Comparison means for comparing the outputs of the synthesis circuit;
Buffer means for receiving the output of the comparison means;
A feedback circuit for feeding back the output of the buffer means to the input side of the integrator;
The buffer means has two output terminals connected to a load;
When the analog input signal is no signal, a pulse having a width depending on the minute angle is output from the two output terminals,
When the analog input signal is a signal, one of the two output terminals is set to a predetermined level in a complementary manner according to the polarity of the analog input signal, and the analog input signal is PWMed from the other output terminal. A class-D amplifier that outputs a modulated pulse signal.
前記積分器の出力と三角波とを合成すると共に、該積分器の出力と該三角波に対して位相が180度だけずれた波形である逆相三角波とを合成して、複数の信号を出力する合成回路と、
前記合成回路の出力同士を比較する比較手段と、
前記比較手段の出力を入力とするバッファ手段と、
前記バッファ手段の出力を前記積分器の入力側にフィードバックするフィードバック回路とを有し、
前記合成回路は、抵抗値が少なくとも2種類ある複数の抵抗を有してなるとともに、該抵抗と前記比較手段の入力容量とによって、該合成回路の出力である前記複数の信号相互間に位相差を持たせる構成となっており、
前記バッファ手段は、負荷に接続される2つの出力端子を有し、
前記アナログ入力信号が無信号のときは、前記2つの出力端子から前記位相差に依存する幅のパルスを出力し、
前記アナログ入力信号が有信号のときは、前記アナログ入力信号の極性に応じて相補的に、前記2つの出力端子の一方の出力端子を所定レベルとし、他方の出力端子から前記アナログ入力信号をPWM変調したパルス信号を出力することを特徴とするD級増幅器。 An integrator that integrates the difference between the plus side input signal and the minus side input signal forming the analog input signal;
Combining the output of the integrator and a triangular wave, and combining the output of the integrator and a reverse-phase triangular wave whose phase is shifted by 180 degrees with respect to the triangular wave to output a plurality of signals Circuit,
Comparison means for comparing the outputs of the synthesis circuit;
Buffer means for receiving the output of the comparison means;
A feedback circuit for feeding back the output of the buffer means to the input side of the integrator;
The combining circuit includes a plurality of resistors having at least two types of resistance values, and a phase difference between the plurality of signals that are outputs of the combining circuit is determined by the resistors and the input capacitance of the comparing means. It has a configuration that gives
The buffer means has two output terminals connected to a load;
When the analog input signal is no signal, a pulse having a width depending on the phase difference is output from the two output terminals,
When the analog input signal is a signal, one of the two output terminals is set to a predetermined level in a complementary manner according to the polarity of the analog input signal, and the analog input signal is PWMed from the other output terminal. A class-D amplifier that outputs a modulated pulse signal.
電流源及び容量からなる三角波発生回路と、
前記積分器の出力と三角波発生回路の出力とを比較する比較手段と、
前記比較手段の出力を入力とするバッファ手段と、
前記バッファ手段の出力を前記積分器の入力側にフィードバックするフィードバック回路とを有し、
前記バッファ手段は、負荷に接続される2つの出力端子を有し、
前記アナログ入力信号が無信号のときは、前記2つの出力端子から構成素子の非同一性に依存するデューティ比のパルスを出力し、
前記アナログ入力信号が有信号のときは、前記アナログ入力信号の極性に応じて相補的に、前記2つの出力端子の一方の出力端子を所定レベルとし、他方の出力端子から前記アナログ入力信号をPWM変調したパルス信号を出力することを特徴とするD級増幅器。 An integrator that integrates the difference between the plus side input signal and the minus side input signal forming the analog input signal;
A triangular wave generation circuit comprising a current source and a capacitor;
Comparison means for comparing the output of the integrator and the output of the triangular wave generation circuit;
Buffer means for receiving the output of the comparison means;
A feedback circuit for feeding back the output of the buffer means to the input side of the integrator;
The buffer means has two output terminals connected to a load;
When the analog input signal is no signal, a pulse with a duty ratio depending on the non-identity of the component is output from the two output terminals,
When the analog input signal is a signal, one of the two output terminals is set to a predetermined level in a complementary manner according to the polarity of the analog input signal, and the analog input signal is PWMed from the other output terminal. A class-D amplifier that outputs a modulated pulse signal.
前記容量の一端は、前記比較手段の一方入力端に接続されており、
前記電流源は、前記容量について充放電を繰り返させるように、出力電流の向きを繰り返し切り替えるものであることを特徴とする請求項7に記載のD級増幅器。 In the triangular wave generation circuit,
One end of the capacitor is connected to one input end of the comparison means,
8. The class D amplifier according to claim 7, wherein the current source repeatedly switches the direction of the output current so as to repeatedly charge and discharge the capacitor.
前記電流源は、前記容量の電位が第1電位よりも低くなったとき、該容量を充電する向きに電流を流し、前記容量の電位が第2電位よりも高くなったとき、該容量を放電する向きに電流を流す機能を有し、
前記第2電位は、前記第1電位よりも高いことを特徴とする請求項8に記載のD級増幅器。 One end of the current source is connected to one end of the capacitor,
The current source causes a current to flow in a direction in which the capacitor is charged when the potential of the capacitor becomes lower than the first potential, and discharges the capacitor when the potential of the capacitor becomes higher than the second potential. Has the function of flowing current in the direction
9. The class D amplifier according to claim 8, wherein the second potential is higher than the first potential.
前記バッファ手段は、前記第1コンパレータの出力を反転させたものと前記第2コンパレータの出力とのAND演算をする第1バッファと、前記第1コンパレータの出力と前記第2コンパレータの出力を反転させたものとのAND演算をする第2バッファとからなり、
前記フィードバック回路は、前記第1バッファの出力を前記積分器のマイナス側入力にフィードバックする第1フィードバック回路と、前記第2バッファの出力を前記積分器のプラス側入力にフィードバックする第2フィードバック回路とからなることを特徴とする請求項7から9のいずれか一項に記載のD級増幅器。 The comparison means includes a first comparator that compares the negative output of the integrator and the output of the triangular wave generation circuit, and a second comparator that compares the positive output of the integrator and the output of the triangular wave generation circuit. Consists of
The buffer means includes a first buffer that performs an AND operation on an output obtained by inverting the output of the first comparator and an output of the second comparator, and inverting an output of the first comparator and an output of the second comparator. A second buffer that performs an AND operation with
The feedback circuit includes a first feedback circuit that feeds back the output of the first buffer to the minus side input of the integrator, and a second feedback circuit that feeds back the output of the second buffer to the plus side input of the integrator; The class D amplifier according to any one of claims 7 to 9, characterized by comprising:
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