WO2003005570A1 - Dispositif et procede de reproduction audio, amplificateur audio et circuit integre d'amplificateur audio - Google Patents

Description

明 細 書 音声再生装置および方法、 オーディ オアンプ、 オーディ オアンプ用集積 回路 技術分野

本発明は音声再生装置および方法、 オーディ オアンプ、 オーディ オア ンプ用集積回路に関し、 特に、 C D (コ ンパク トディ スク） や MD (ミ 二ディ スク） 、 D V D (デジタルビデオディ スク） 、 S A C D (スーパ —オーディ オ C D ) 等のデジタル信号記録メディ アに記録されたデジ夕 ルのオーディ オデータを再生してアナログ出力するデジタル入力タイ プ のデジタルアンプ、 あるいは、 入力されたアナログのオーディ オ信号を 増幅してアナログ出力するアナログ入力タイ プのデジタルアンプに用い て好適なものである。 背景技術

従来の A級 ZA B級アンプをアナログアンプと呼ぶのに対して、 D級 アンプは、 パワー MO S F E Tをスィ ツチング動作させてス ピーカを駆 動する特徴を有することから、 デジタルアンプとも呼ばれる。 デジタル アンプは、 従来のアナログアンプに比べ、 電力効率が良い。 そのため、 近年におけるオーディ オ機器の小型化 · 低消費電力化の要求を背景に、 デジタルアンプを採用するオーディ オ機器が増えている。

デジタルアンプの方式と しては、 主に P WM (Pulse Width Modulat io n： パルス幅変調） 方式と、 Δ∑ (デルタシグマ） 方式とがある。 P W Μ 方式は、 アナログオーディ オ信号と三角波の振幅とを比較して、 パルス 幅変調された P WM信号を生成し、 当該 PWM信号によってパワー ΜΟ S F E Tをスイ ッチングする方式である。 また、 Δ Σ方式は、 A/D変 換方式の 1つである∑変調を発展させた方式であり、 入力オーディオ信 号を積分してその結果を量子化し、 これによつて得た△∑変調信号によ つてパワー MO S F E Tをスイ ッチングする方式である。 Δ Σ方式は、 そのほとんどがアナログ回路で構成される P WM方式と比べて、 雑音や 歪みなどの音質劣化の要因が少ないという特徴を持つ。

従来、 もともとアナログ信号であるオーディオ情報をデジタル信号で 表現する手段としては、 P C Mマルチビッ ト方式 （以下、 P C M方式と 略す） が採用されてきた。 現在広範に用いられている C Dも、 この P C M方式を採用している。 P C M方式では、 サンプリ ング周波数 （ 4 4. 1 k H z ) のタイミング毎に量子化特性に応じた演算を行ってアナログ 信号をデジタル信号に置き換え、 全てのサンプル点についてデータの絶 対量を C Dに記録する。

これに対して、 最近になって、 Δ Σ変調を用いて量子化ノイズの分布 を制御することにより、 P C M方式に比べてデジタル信号から元のアナ ログ信号への復元性を向上させた 1 ビッ ト方式が注目を集めている。 1 ビッ ト方式では、 直前のデータに対する変化量を 2値信号として記録す るだけで、 P C M方式のような情報量の間引きや補間がないため、 量子 化によって得られる 1 ビッ ト信号は極めてアナログに近い特性を示して いる。

したがって、 1 ビッ ト方式に基づく音声再生装置 （デジタルパワーァ ンプ） 、 所謂 1 ビッ トアンプでは、 P C M方式と異なり DZA変換器を 必要とせず、 最終段に設けた口一パスフィルタにより高周波成分のデジ タル信号を除去するだけの単純なプロセスで元のアナログ信号を再現す ることができるというメ リ ツ トを有している。

図 1 は、 Δ ∑方式を採用した従来の 1 ビッ トアンプの構成を概略的に 示すブロ ック図である。 図 1 において、 Δ Σ変調処理部 1 1 2 は、 C D 1 1 1 から再生されたマルチビッ トのデジタルオーディ オ信号に対して Δ ∑変調に基づく変換処理を行い、 Δ ∑変調信号 （ 1 ビッ ト信号） を得 る。 そして、 得られた Δ ∑変調信号をパワースィ ッチ （パワーアンプ） 1 1 3 を駆動するための制御信号として出力する。

パワースィ ッチ 1 1 3 は、 例えばフルブリ ッジのスイ ッチング回路か ら成り、 各スィ ツチング素子の O N状態の時間を制御する ことによ り 、 パワースィ ッチ 1 1 3 に供給される一定の電源電圧に基づきオーディ オ 信号を増幅して出力する。 このパワースィ ッチ 1 1 3 によ り増幅された オーディ オ信号は、 口一パスフィ ルタ （ L P F ) 1 1 4 を通してアナ口 グオーディ オ信号とな り、 ス ピーカ 1 1 5 よ り出力される。

この図 1 に示すデジタルアンプはデジタル入力タイ プであるが、 アナ ログ入力タイ プも、 概略的にはこれと同様に構成される。

上述したよう に、 このような構成の 1 ビッ トアンプを用いれば、 再生 時に D Z A変換動作を行う こ となく 、 ローパスフィ ルタ 1 1 4 によって 高周波信号を除去するだけの単純なプロセスで元のアナログ信号を再現 することができる。

しかし、 このような構成では、 本来は一定レベルであるべきパワース イ ッチ 1 1 3 の電源電圧が、 様々な要因に基づき変動する ことによ り 、 増幅されるオーディ オ信号に誤差や歪みが生じ、 再生音声の音質に悪影 響を与える こ とがある。

例えば、 大きな音を出力する際には、 電源が持つ出力イ ンピーダンス に非常に多く の電流が流れるため、 電源電圧は低下する。 電源電圧が下 がると、 オーディ オ信号の出力 レベルが頭打ちになってク リ ップしてし まい、 波形に歪みが生じてしまう。 また、 比較的小さい音を出力する場 合でも、 立ち上がりや立ち下りの急峻なオーディ オ信号を出力する場合 には、 電源電圧は低下あるいは上昇してしまい、 出力波形に歪みを生じ る原因となる。

また、 パワースィ ッチ 1 1 3 に用いられる M O S F E Tは、 比較的低 いイ ンピーダンスで駆動する。 そのため、 図 2 に示すよう に、 スィ ッチ ング特性は比較的低速で鈍りが生じ （点線） 、 理想的なスイ ッチング特 性 （実線） とは異なる。 しかし、 Δ ∑変調処理部 1 1 2 の演算部は、 パ ワースイ ッチ 1 1 3 のスイ ッチング特性が理想的であるこ とを前提と し た量子化を行っている。 そのため、 スイ ッチング特性に鈍りがあると正 確なレベルの電圧を生成する ことができず、 出力波形に歪みが生じてし まう。 特に、 大きな出力電力を得る場合には、 その歪みはかなり大きく なってしまう。

そこで、 このような問題点を解決するために、 電源電圧の変動ゃスィ ツチング特性の鈍り が生じるパワースィ ッチ 1 1 3 の出力信号を Δ Σ変 調処理部 1 1 2 にフィ ー ドバック し、 このフィ ー ドバック信号を用いて 、 電源電圧の変動分や理想スィ ツチング特性からのずれ等を リ アルタイ ムに補正するよう に したデジタルアンプが提供されている。

Δ ∑方式のデジタルアンプだけでなく 、 P W M方式のデジタルアンプ でも同様のフィ 一 ドバッ ク制御をかけることによ り、 P W M信号のパル ス幅をフィ ー ドバッ ク信号によ り補正することが行われている。

しかしながら、 ゾ、。ワースイ ッチ 1 1 3 の出力段からフィ ー ドバック を かけると、 スィ ツチングを行う M〇 S F E Tの過渡的な状態変化の影響 を受けて補正がう ま く行えず、 出力波形に歪みが生じてしまう こ とがあ るという問題があった。

本発明は、 このような問題を解決するために成されたものであ り、 電 源電圧の変動やパワースィ ツチの理想スィ ツチング特性からのずれに伴 う再生音声の音質劣化を抑制できるよう にするだけでなく 、 パワースィ ツチのスイ ッチング動作自体に伴う再生音声の音質劣化を抑制できるよ うにするこ とを目的とする。 発明の開示

本発明の音声再生装置は、 入力されたオーディ オ信号に対して変調に 基づく 変換処理を行い、 変調信号を生成する変調処理手段と、 上記変調 処理手段によ り 生成された変調信号に基づいてオーディ オ信号の増幅を 行う増幅手段と、 上記増幅手段よ り 出力された信号に対してフィ ルタ リ ング処理を行う ことによってアナログオーディ オ信号を生成するフィ ル 夕手段と、 上記変調処理手段の出力信号を上記変調処理手段にフィー ド バック し、 フィ ー ドバック した信号を用いて上記変調信号を補正する補 正手段とを備えたものである。

本発明の他の態様では、 上記増幅手段の電源電圧の検出信号を上記変 調処理手段にフィ ー ドバック し、 フィ 一 ドバック した信号を用いて上記 変調信号を補正する第 2 の補正手段を更に備える。

本発明のその他の態様では、 上記フィ ル夕手段の出力信号を上記変調 処理手段にフィ ー ドバック し、 フィ ー ドバック した信号を用いて上記変 調信号を補正する第 3 の補正手段を更に備える。

こ こで、 上記変調処理手段は、 Δ Σ変調に基づく変換処理を行う Δ Σ 変調処理手段、 あるいは、 パルス幅変調に基づく変換処理を行うパルス 幅変調処理手段の少なく とも一方を備える。

また、 本発明の音声再生方法は、 入力オーディ オ信号に対して変調に 基づく変換処理を行う ことによって生成された変調信号に従ってオーデ ィ ォ信号の増幅を行い、 更にフィ ルタ リ ング処理を行う こ とによってァ ナログオーディ ォ信号を出力する音声再生方法であって、 上記変調に基 づく変換処理によって生成された変調信号を上記変調信号の生成部にフ イ ー ドバック し、 フィ ー ドバック した信号を用いて上記変調信号を補正 するよう にしたものである。

本発明の他の態様は、 上記変調に基づく 変換処理によって生成された 変調信号の他に、 上記オーディ オ信号の増幅に使用する電源電圧の検出 信号も上記変調信号の生成部にフィー ドバッ ク し、 フィ 一 ドバッ ク した 信号を用いて上記変調信号を補正するよう にしたものである。

本発明のその他の態様は、 上記変調に基づく 変換処理によって生成さ れた変調信号の他に、 上記フィ ルタ リ ング処理によって生成されたアナ ログオーディ オ信号も上記変調信号の生成部にフィー ドバック し、 フィ — ドバック した信号を用いて上記変調信号を補正するよう にしたもので ある。

また、 本発明のオーディ オアンプは、 入力されたオーディ オ信号に対 して変調に基づく 変換処理を行い、 変調信号を生成する変調処理手段と 、 上記変調処理手段によ り生成された変調信号に基づいてオーディ オ信 号の増幅を行う増幅手段と、 上記増幅手段よ り 出力された信号に対して フィ ルタ リ ング処理を行う ことによってアナログオーディ オ信号を生成 するフィ ル夕手段と、 上記変調処理手段によ り生成された変調信号を上 記変調処理手段にフィ 一 ドバック し、 フィ ー ドバック した信号を用いて 上記変調信号を補正する補正手段を備える。

また、 本発明のオーディ オアンプ用集積回路は、 入力されたオーディ ォ信号に対して変調に基づく変換処理を行い、 変調信号を生成する変調 処理回路と、 上記変調処理回路によ り生成された変調信号に基づいてス ィ ツチング動作し、 オーディ オ信号の増幅を行うスィ ツチング回路と、 上記スイ ッチング回路よ り出力された信号に対してフィ ルタ リ ング処理 を行う ことによってアナログオーディ オ信号を生成するフィルタ回路と 、 上記変調処理回路によ り生成された変調信号を上記変調処理回路にフ ィ ー ドバックするフィ 一 ドバックパスとを備える。

本発明の他の態様では、 上記スィ ツチング回路に供給される電源電圧 の検出信号を上記変調処理回路にフィ 一 ドバックする第 2 のフィ 一 ドバ ックパスを備える。

本発明のその他の態様では、 上記フィ ルタ回路の出力信号を上記変調 処理回路にフィ ー ドバッ クする第 3 のフィ ー ドバックパスを備える。 上記のよう に構成した本発明によれば、 増幅手段の入力段からフィ ー ドバックをかけることによ り、 増幅手段がフィ ー ドバックループ中から 外れる。 これによ り、 増幅手段自体のスイ ッチング歪みがフィ ー ドバッ クループ中に導入されるのを防ぎ、 当該スィ ツチング歪みの影響を抑止 する ことができる。 したがって、 増幅手段のスイ ッチング動作自体に伴 う再生音声の音質劣化を簡易かつ確実に抑制することができる。

また、 本発明の他の特徴によれば、 増幅手段の電源電圧の検出信号を 変調処理手段にフィ ー ドバックする ことによ り、 増幅手段の電源電圧の 変動や理想スイ ッチング特性からのずれ等によって生じた誤差を含むフ ィ ー ドバック信号を用いて、 その誤差分を補正した上で変調信号が生成 されることとな り、 変調信号を リ アルタイムに補正することができる。 また、 本発明の他の特徴によれば、 フィ ルタ手段の出力信号を変調処 理手段にフィ 一 ドバックする ことによ り、 増幅手段の電源電圧の変動や 理想スイ ッチング特性からのずれ等によって生じた誤差を含むオーディ ォ信号がフィ 一 ドバック され、 このフィ ー ドバック信号を用いてその誤 差分を補正した上で変調信号が生成される こ ととなり 、 変調信号を リ ア ルタイムに補正する こ とができる。 図面の簡単な説明

図 1 は、 従来の 1 ビッ トアンプの構成例を示す図である。 図 2 は、 パワースィ ツチのスィ ツチング特性を示す図である。

図 3 は、 Δ∑変調方式を採用した第 1 の実施形態によるデジタルアン プの構成例を示す図である。

図 4は、 図 3 に示した差分器および A変換器のより詳細な構成例 を示す図である。

図 5 は、 PWM方式を採用した第 2の実施形態によるデジタルアンプ の構成例を示す図である。

図 6 は、 Δ Σ変調と PWMの複合方式を採用した第 3の実施形態によ るデジタルアンプの構成例を示す図である。

図 7 は、 Δ Σ変調方式を採用した第 4の実施形態によるデジタルアン プの構成例を示す図である。 発明を実施するための最良の形態

(第 1 の実施形態）

以下、 本発明の第 1 の実施形態を図面に基づいて説明する。

図 3は、 Δ Σ変調方式を採用した第 1 の実施形態によるデジタルアン プの構成例を示す図である。 図 3 に示すデジタルアンプは、 アナログォ 一ディォ信号を入力とする場合の例を示している。

図 3 に示すデジタルアンプ 1 0は、 Δ ∑変調処理部 1 、 パワースイ ツ チ 2および L P F 3 を備えている。 また、 上記 Δ Σ変調処理部 1 は、 差 分器 l a、 積分器 l b、 量子化器 l cおよび DZ A変換器 I dを備えて いる。

Δ Σ変調処理部 1 内の差分器 1 aは、 入力されたアナログオーディオ 信号から、 量子化器 l cの出力段 （パワースィ ッチ 2の入力段） から D /A変換器 I dを介してフィードバックされたアナログ信号を減算して 差分信号を生成する。 ここで生成された差分信号は、 積分器 1 bに供給 される。

積分器 l b は、 差分器 l a の出力信号を積分する。 なお、 こ こでは積 分器 1 b を 1 つのみ接続しているが、 n個の積分器をカスケー ド接続す る ことによ り 、 n次の△ ∑変調を行う ことが可能である。

量子化器 1 c は、 サンプリ ング周波数 f s に従って、 積分器 1 bの出力 信号を量子化する ことによ り、 Δ Σ変調信号を生成する。 そして、 生成 した Δ ∑変調信号を、 パワースィ ツチ 2 をスィ ツチング駆動するための 制御信号と して出力する。

パワースィ ッチ 2 は、 例えばパワー M〇 S F E Tを用いたフルブリ ッ ジのスィ ツチング回路から成り、 各 M O S F E Tの O N状態の時間を制 御する ことによって、 パワースィ ツチ 2 に供給される一定の電源電圧 V P に基づきオーディ オ信号を増幅して出力する。

パヮ一スィ ッチ 2 で増幅されたオーディ オ信号は、 L P F 3 を通して アナログオーディ オ信号となり 、 ス ピーカ 4よ り 出力される。

図 3 に示すよう に、 本実施形態では、 Δ Σ変調処理部 1 内の量子化器 1 c によ り 生成されたデジタルの Δ ∑変調信号を、 パワースィ ッチ 2 に 入力する前にフィ ー ドバックループに乗せ、 D A変換器 1 d によ り ァ ナログ信号に変換した上で Δ Σ変調処理部 1 の入力段 （差分器 l a ) に フィ ー ドバックするよう にしている。

このよう に、 ゾ、。ヮ一スィ ッチ 2 の入力段から フィ ー ドバック をかける こ とによ り 、 ノ \°ヮ一スィ ッチ 2 自体のスイ ッチング歪みがフィ ー ドバッ クループ中に導入されるのを防ぎ、 当該スイ ッチング歪みの影響を抑止 する こ とができる。

近年では、 パワー M O S F E Tのスィ ツチング性能が向上してきてお り 、 完全な理想型 （図 2 の実線） ではないが、 それに近い特性を持つも のも提供されている。 したがって、 このようなスイ ッチング素子を用い れば、 必ずしもパワースィ ッチ 2の出力段から フィ ー ドバックをかける 必要はない。

また、 理想に近いスイ ッチング特性を持つ素子でなく ても、 出力電力 と してあま り大きな電力を必要と しない用途 （例えば、 ミニ ， コ ンポ、 ミ ニディ スクプレーヤ、 パーソナルコ ンピュータ、 携帯電話、 P D A (P ersonal Digital Assistants) などの数ワッ ト〜十数ワ ッ ト程度の出力 電力） では、 図 2の点線のよう に多少の鈍りがあっても、 出力音声にそ れほど大きな歪みは生じない。 したがって、 このような低出力電力用途 の場合も、 パワースィ ッチ 2の出力段からフィ ー ドバッ ク をかける必要 は必ずしもなく 、 図 3のよう にパワースィ ッチ 2の入力段からフィ ー ド バックループを形成する ことが可能である。

ただし、 この場合は、 パワースィ ッチ 2 における電源電圧 V pの変動 分を補正することができない。 そこで、 図 3 に示すよう に、 パワースィ ツチ 2の電源電圧 V pから直接 D/A変換器 1 dを介して差分器 1 aに 至るフィ ー ドバックループを別に形成し、 これによつて電源電圧 V pの 変動分を補正できるよう にしている。

図 4は、 上記差分器 1 aおよび D/A変換器 I dのよ り詳細な構成例 を示す図である。 図 4に示すよう に、 DZA変換器 I dは、 ト ランジス 夕 T r l , T r 2から成るイ ンバ一夕 と、 抵抗 R 1およびコンデンサ C 1から成る平滑化回路とによ り構成されている。

上記イ ンバ一タを構成する P M O S ト ランジスタ T r 1 のソースは、 パワースィ ッチ 2の電源電圧 V pに直接接続されており、 当該電源電圧 V pの変動量を検出できる仕組みになっている。 また、 量子化器 1 c力、 ら D A変換器 1 dにフィ ー ドバックされる信号は 1 ビッ 卜信号なので 、 単純に平滑化すれば平均電圧を得るこ とができる。 これによ り、 電源 電圧 V pの変動を平均電圧と して表現する ことが可能である。 一方、 差分器 l aは、 A/D変換器 I dとのイ ンタフェース部に設け られた抵抗 R 2 と、 アナログオーディ ォ信号の入カイ ン夕フェース部に 設けられた抵抗 R 3 と、 コ ンパレータ 5 と、 当該コ ンパレ一夕 5 に対し て負帰還を形成する抵抗 R 4とによ り構成されている。

抵抗 R 3 を介して入力されるアナログオーディ オ信号と、 抵抗 R 2 を 介してフィ ー ドバッ ク入力される信号とをコ ンパレータ 5のマイナス端 子に入力 し、 当該コ ンパレータ 5の出力を同じマイナス端子に負帰還す る ことによ り、 電源電圧 V pの変動成分を抑圧する ことができる。 上記デジタルアンプ 1 0を構成する Δ ∑変調処理部 1、 パワースイ ツ チ 2、 L P F 3の全部または一部は、 同一の半導体チップ上に集積する ことが可能である。 一部を集積化する場合の例と しては、 Δ∑変調処理 部 1 とパワースィ ッチ 2 とフィ ー ドバッ クパスとを集積化する例、 Δ ∑ 変調処理部 1 とフィ ー ドバックパスの一部とを集積化する例などが考え られる。

なお、 以上では図 3のよう.なアナログ入力タイ プのデジタルアンプに ついて説明したが、 デジタル入力タイ プのデジタルアンプに第 1 の実施 形態を適用する こと も可能である。

(第 2の実施形態）

図 5は、 PWM方式を採用 した第 2の実施形態によるデジタルアンプ の構成例を示す図である。 この図 5 に示すデジタルアンプも、 アナログ オーディ オ信号を入力とする場合の例を示している。

図 5に示すよう に、 第 2の実施形態によるデジタルアンプ 2 0は、 差 分器 2 1、 PWM信号生成部 2 2、 パワースィ ッチ 2 3および L P F 2 4を備えている。 上記 PWM信号生成部 2 2 は、 比較器 2 2 a、 三角波 発生器 2 2 bおよび D/A変換器 2 2 c を備えている。 差分器 2 1 は、 入力されたアナログオーディ オ信号から、 PWM信号 生成部 2 2内の比較器 2 2 aの出力段 （パワースィ ッチ 2 3の入力段） からフィ ー ドバックされたアナログ信号を減算して差分信号を生成する 。 こ こで生成された差分信号は、 PWM信号生成部 2 2 に供給される。 この P W M信号生成部 2 2 に供給された信号は、 上記パワースィ ッチ 2 3の入力段からのフィ ー ドバッ ク信号に基づき補正が施されたオーディ ォ信号となっている。

PWM信号生成部 2 2内の比較器 2 2 aは、 差分器 2 1 から出力され た補正済のアナログオーディ オ信号と、 三角波発生器 2 2 bから与えら れる三角波の振幅とを比較して、 パルス幅変調された PWM信号を生成 する。 そして、 生成した PWM信号を、 パワースィ ッチ 2 3をスィ ッチ ング駆動するための制御信号と して出力する。

パワースィ ッチ 2 3は、 例えばパワー M〇 S F E Tを用いたフルブリ ッジのスィ ツチング回路から成り、 各 M〇 S F E Tの O N状態の時間を 制御する ことによって、 パワースィ ッチ 2 3 に供給される一定の電源電 圧 V pに基づきオーディ オ信号を増幅して出力する。 パワースィ ッチ 2 3 によ り増幅されたオーディ オ信号は、 L P F 2 4を通してアナログォ 一ディ ォ信号とな り、 ス ピーカ 2 5よ り 出力される。

図 5 に示す第 2の実施形態では、 PWM信号生成部 2 2 内の比較器 2 2 aによ り生成されたデジタルの PWM信号を、 パワースィ ッチ 2 3 に 入力する前にフィ ー ドバックループに乗せ、 DZA変換器 2 2 c によ り アナログ信号に変換した上で P WM信号生成部 2 2の入力段 （差分器 2 1 ) にフィ ー ドバッ クするよう にしている。 これによ り、 パワースイ ツ チ 2 3 自体のスィ ツチング歪みがフィ ー ドバックループ中に導入される のを防ぎ、 当該スィ ツチング歪みの影響を抑止することができる。

また、 パワースィ ッチ 2 3の電源電圧 V pから DZ A変換器 2 2 c を 介して差分器 2 1 に至るフィ ー ドバックループも形成している。 これに よ り、 電源電圧 V pの変動分を補正し、 当該電源電圧 V pの変動に伴う 再生音声の音質劣化を簡易的かつ確実に抑制することができる。 この場 合の DZA変換器 2 2 c は、 図 4と同様に構成される。

上記デジタルアンプ 2 0 を構成する差分器 2 1 、 P WM信号生成部 2 2、 パワースィ ッチ 2 3、 L P F 2 4の全部または一部は、 同一の半導 体チップ上に集積する ことが可能である。 一部を集積化する場合の例と しては、 差分器 2 1 と PWM信号生成部 2 2 とパワースィ ッチ 2 3 とフ イー ドバックパスとを集積化する例、 差分器 2 1 と P W M信号生成部 2 2 とフィ ー ドバッ クパスの一部とを集積化する例などが考えられる。 なお、 以上では図 5のようなアナログ入力タイ プのデジタルアンプに ついて説明したが、 デジタル入力タイ プのデジタルアンプに第 2 の実施 形態を適用する こ とも可能である。

(第 3の実施形態）

図 6 は、 Δ Σ変調と PWMの複合方式を採用 した第 3の実施形態によ るデジタルアンプの構成例を示す図である。 この図 6 に示すデジタルァ ンプも、 アナログオーディ オ信号を入力とする例を示している。

図 6 に示すデジタルアンプ 3 0は、 Δ Σ変調処理部 3 1 、 差分器 3 2 、 PWM信号生成部 3 3、 ノ、。ワースイ ッチ 3 4および L P F 3 5 を備え ている。 上記 Δ ∑変調処理部 3 1 は、 差分器 3 1 a、 積分器 3 1 b、 量 子化器 3 1 c、 遅延器 3 1 dおよび L P F 3 1 e を備えている。 また、 上記上記 PWM信号生成部 3 3は、 比較器 3 3 a、 三角波発生器 3 3 b および DZA変換器 3 3 c を備えている。

Δ Σ変調処理部 3 1 内の差分器 3 1 aは、 入力されたアナログオーデ ィ ォ信号から、 量子化器 3 1 cの出力段から遅延器 3 1 dを介してフィ ー ドバックされる信号を減算して差分信号を生成する。 生成された差分 信号は、 積分器 3 1 bに供給される。

積分器 3 l bは、 差分器 3 l aの出力信号を積分する。 なお、 ここで は積分器 3 1 bを 1 つのみ接続しているが、 n個の積分器をカスケ一ド 接続することにより、 n次の Δ Σ変調を行うことが可能である。

量子化器 3 1 c は、 サンプリ ング周波数 f s に従って、 積分器 3 1 bの 出力信号を量子化することにより、 Δ Σ変調信号を生成する。 L P F 3 1 e は、 量子化器 3 1 c より出力された Δ∑変調信号に対して口一パス フィルタ処理を施すことにより、 アナログ信号を生成する。 ここで生成 されたアナログ信号は、 差分器 3 2に供給される。

差分器 3 2 は、 Δ Σ変調処理部 3 1 より入力されたアナログ信号から 、 P WM信号生成部 3 3内の比較器 3 3 aの出力段 （パワースィ ッチ 3 4の入力段） からフィー ドバックされたアナログ信号を減算して差分信 号を生成する。 こ こで生成された差分信号は、 ？ 1^信号生成部 3 3 に 供給される。 この P W M信号生成部 3 3に供給された信号は、 上記パヮ ースィ ツチ 3 4の入力段からのフィードバック信号に基づき補正が施さ れたオーディオ信号となっている。

PWM信号生成部 3 3内の比較器 3 3 aは、 差分器 3 2から出力され た補正済のアナログオーディオ信号と、 三角波発生器 3 3 bから与えら れる三角波の振幅とを比較して、 パルス幅変調された PWM信号を生成 する。 そして、 生成した PWM信号を、 ゾ、 °ワースイ ッチ 3 4をスィ ッチ ング駆動するための制御信号として出力する。

パヮ一スィ ツチ 3 4は、 例えばパワー M O S F E Tを用いたフルブリ ッジのスィ ツチング回路から成り、 各 MO S F E Tの ON状態の時間を 制御することによって、 パワースィ ッチ 3 4に供給される一定の電源電 圧 V pに基づきオーディオ信号を増幅して出力する。 パワースィ ッチ 3 4により増幅されたオーディオ信号は、 L P F 3 5 を通してアナログォ 一ディ ォ信号となり、 スピーカ 3 6より出力される。

図 6 に示す第 3の実施形態でも、 PWM信号生成部 3 3内の比較器 3 3 aにより生成されたデジタルの P WM信号を、 パワースィッチ 3 4に 入力する前にフィー ドバックループに乗せ、 DZA変換器 3 3 c により アナログ信号に変換した上で PWM信号生成部 3 3の入力段 （差分器 3 2 ) にフィー ドバックするようにしている。 これにより、 パワースイ ツ チ 3 4 自体のスィ ツチング歪みがフィ一 ドバックループ中に導入される のを防ぎ、 当該スィ ツチング歪みの影響を抑止することができる。

また、 パワースィ ッチ 3 4の電源電圧 V pから DZ A変換器 3 3 c を 介して差分器 3 2 に至るフィー ドバックループも形成している。 これに より、 電源電圧 V pの変動分を補正し、 当該電源電圧 V pの変動に伴う 再生音声の音質劣化を簡易的かつ確実に抑制することができる。 この場 合の DZ A変換器 3 3 c も、 図 4 と同様に構成される。

上記デジタルアンプ 3 0 を構成する Δ Σ変調処理部 3 1 、 差分器 3 2 、 PWM信号生成部 3 3、 パワースィ ッチ 3 4、 L P F 3 5の全部また は一部は、 同一の半導体チップ上に集積することが可能である。 一部を 集積化する場合の例としては、 L P F 3 5以外の部分を集積化する例、 L P F 3 5 とパワースィ ッチ 3 4以外の部分 （フィー ドバックパスの一 部を含む） を集積化する例などが考えられる。 また、 Δ ∑変調処理部 3 1 と P W M信号生成部 3 3 とを別チップとしても良い。

(第 4の実施形態）

図 7 は、 Δ Σ変調方式を採用した第 4の実施形態によるデジタルアン プの構成例を示す図である。 図 7 に示すデジタルアンプにおいて、 図 3 に示した符号と同一の符号を付したものは同一の機能を有するものであ るので、 ここでは重複する説明を省略する。

図 7 に示すデジタルアンプ 4 0は、 図 3 に示した Δ ∑変調処理部 1、 パワースィ ッチ 2および L P F 3の他に、 Δ Σ変調処理部 1の前に差分 器 4 1 を備えている。

差分器 4 1 は、 入力されたアナログオーディ オ信号から、 L P F 3の 出力段からフィー ドバックされたアナログオーディオ信号を減算して差 分信号を生成する。 生成された差分信号は、 Δ ∑変調処理部 1 に供給さ れる。 この Δ Σ変調処理部 1 に供給された信号は、 L P F 3の出力信号 に基づき補正が施されたオーディオ信号となっている。

Δ Σ変調処理部 1 内の差分器 1 aは、 差分器 4 1 より入力された補正 済みのアナログオーディオ信号から、 量子化器 l c の出力段 （パワース イ ッチ 2の入力段） から DZA変換器 1 dを介してフィー ドバックされ たアナログ信号を減算して差分信号を生成する。

他の積分器 l b、 量子化器 l c、 DZA変換器 l d、 パワースィ ッチ 2および L P F 3の動作は、 第 1 の実施形態で述べた通りである。 以上のように、 第 4の実施形態では、 上記第 1 の実施形態で説明した フィ一ドバックル一プに加えて、 L P F 3の出力段から Δ ∑変調処理部 1 の入力段 （差分器 4 1 ) に至るフィー ドバックループを形成したので 、 パワースィ ツチ 2の電源電圧 V pの変動や理想スィ ツチング特性から のずれ等をリアルタイムに補正することができるとともに、 パワースィ ツチ 2 自体のスィ ツチング歪みもリ アルタイムに補正することができる 。 したがって、 再生音声の音質劣化を簡易かつ確実に抑制することがで さる。

また、 パワースィ ツチ 2の出力段からフィ一 ドバックループを形成す る従来と異なり、 L P F 3 を通過した最終的なアナログオーディオ信号 を用いてフィー ドバック制御しているので、 L P F 3で生じる誤差分も 補正することが可能となる。

上記デジタルアンプ 4 0 を構成する差分器 4 1 、 Δ Σ変調処理部 1 、 パワースィ ッチ 2 、 L P F 3 の全部または一部は、 同一の半導体チップ 上に集積する こ とが可能である。 一部を集積化する場合の例と しては、 差分器 4 1 と Δ ∑変調処理部 1 とパワースィ ッチ 2 とフィ ー ドバックパ スとを集積化する例、 差分器 4 1 と Δ Σ変調処理部 1 とフィ ー ドバック パスの一部とを集積化する例などが考え られる。

なお、 以上では図 7 のようなアナログ入力タイ プのデジタルアンプに ついて説明したが、 デジタル入力タイ プのデジタルアンプに第 4 の実施 形態を適用する ことも可能である。

また、 図 5 に示した P W M方式のデジタルアンプ、 あるいは、 図 6 に 示した Δ Σ と P W Mの複合方式のデジタルアンプに第 4の実施形態を適 用することも可能である。

その他、 以上に説明した各実施形態は、 本発明を実施するにあたって の具体化の一例を示したものに過ぎず、 これらによって本発明の技術的 範囲が限定的に解釈されてはならないものである。 すなわち、 本発明は その精神、 またはその主要な特徴から逸脱する ことなく 、 様々な形で実 施することができる。 産業上の利用可能性

本発明は、 電源電圧の変動やパワースィ ツチの理想スィ ツチング特性 からのずれ等に伴う再生音声の音質劣化を簡易かつ確実に抑制できるよ う にするのに有用である。

また、 本発明は、 パワースィ ッチのスイ ッチング動作自体に伴う再生 音声の音質劣化を抑制できるよう にするのにも有用である。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 入力されたオーディ オ信号に対して変調に基づく変換処理を行い、 変調信号を生成する変調処理手段と、

上記変調処理手段によ り生成された変調信号に基づいてオーディ オ信 号の増幅を行う増幅手段と、

上記増幅手段よ り出力された信号に対してフィルタ リ ング処理を行う ことによってアナログオーディ オ信号を生成するフィ ルタ手段と、 上記変調処理手段の出力信号を上記変調処理手段にフィ ー ドバッ ク し 、 フィ ー ドバック した信号を用いて上記変調信号を補正する補正手段と を備えたことを特徴とする音声再生装置。

2 . 上記変調処理手段は、 Δ Σ変調に基づく 変換処理を行う Δ Σ変調処 理手段を備える ことを特徴とする請求の範囲第 1 項に記載の音声再生装 置。

3 . 上記変調処理手段は、 パルス幅変調に基づく変換処理を行うパルス 幅変調処理手段を備える ことを特徴とする請求の範囲第 1 項に記載の音 声再生装置。

4 . 上記増幅手段の電源電圧の検出信号を上記変調処理手段にフィ ー ド バック し、 フィ ー ドバック した信号を用いて上記変調信号を補正する第 2 の補正手段を備えたことを特徴とする請求の範囲第 1 項に記載の音声 再生装置。

5 . 上記フィ ルタ手段の出力信号を上記変調処理手段にフィー ドバック し、 フィ ー ドバック した信号を用いて上記変調信号を補正する第 3 の補 正手段を備えたことを特徴とする請求の範囲第 1 項に記載の音声再生装 置。

6 . 上記フィ ルタ手段の出力信号を上記変調処理手段にフィー ドバック し、 フィ一 ドバック した信号を用いて上記変調信号を補正する第 3 の補 正手段を備えたこ とを特徴とする請求の範囲第 4項に記載の音声再生装 置。

7 . 入力オーディ オ信号に対して変調に基づく変換処理を行う ことによ つて生成された変調信号に従ってオーディ オ信号の増幅を行い、 更にフ ィ ルタ リ ング処理を行う こ とによってアナログオーディ オ信号を出力す る音声再生方法であって、

上記変調に基づく 変換処理によって生成された変調信号を上記変調信 号の生成部にフィ ー ドバック し、 フィ ー ドバッ ク した信号を用いて上記 変調信号を補正するよう にしたことを特徴とする音声再生方法。

8 . 上記変調に基づく変換処理によって生成された変調信号の他に、 上 記オーディ オ信号の増幅に使用する電源電圧の検出信号も上記変調信号 の生成部にフィ ー ドバック し、 フィ ー ドバック した信号を用いて上記変 調信号を補正するよう に したことを特徴とする請求の範囲第 7項に記載 の音声再生方法。

9 . 入力オーディ オ信号に対して変調に基づく変換処理を行う ことによ つて生成された変調信号に従ってオーディ オ信号の増幅を行い、 更にフ ィ ルタ リ ング処理を行う こ とによってアナログオーディ オ信号を出力す る音声再生方法であって、

上記変調に基づく変換処理によって生成された変調信号と、 上記フ ィ ルタ リ ング処理によって生成されたアナログオーディ オ信号とを上記変 調信号の生成部にフィ 一 ドバック し、 フィ ー ドバック した信号を用いて 上記変調信号を補正するよ う にしたことを特徴とする音声再生方法。

1 0 . 上記変調に基づく変換処理によって生成された変調信号と、 上記 フィルタ リ ング処理によって生成されたアナログオーディ オ信号との他 に、 上記オーディ オ信号の増幅に使用する電源電圧の検出信号も上記変 調信号の生成部にフィ ー ドバック し、 フィ ー ドバッ ク した信号を用いて 上記変調信号を補正するよう にしたこ とを特徴とする請求の範囲第 9項 に記載の音声再生方法。

1 1 . 入力されたオーディ オ信号に対して変調に基づく変換処理を行い 、 変調信号を生成する変調処理手段と、

上記変調処理手段によ り生成された変調信号に基づいてオーディ オ信 号の増幅を行う増幅手段と、

上記増幅手段よ り 出力された信号に対してフィ ルタ リ ング処理を行う ことによってアナログオーディ オ信号を生成するフィ ルタ手段と、 上記変調処理手段によ り生成された変調信号を上記変調処理手段にフ イー ドバック し、 フィ ー ドバック した信号を用いて上記変調信号を補正 する補正手段とを備えたこ とを特徴とするオーディ オアンプ。

1 2 . 入力されたオーディ オ信号に対して変調に基づく変換処理を行い 、 変調信号を生成する変調処理回路と、

上記変調処理回路によ り生成された変調信号に基づいてスイ ッチング 動作し、 オーディ オ信号の増幅を行うスイ ッチング回路と、

上記スィ ツチング回路よ り 出力された信号に対してフィ ル夕 リ ング処 理を行う ことによってアナログオーディ オ信号を生成するフィ ルタ回路 と、

上記変調処理回路によ り生成された変調信号を上記変調処理回路にフ ィ 一 ドバックするフィ ー ドバックパスとを備えたこ とを特徴とするォ一 ディ ォアンプ用集積回路。

1 3 . 上記スイ ッチング回路に供給される電源電圧の検出信号を上記変 調処理回路にフィ ー ドバックする第 2 のフィ ー ドバックパスを備えたこ とを特徴とする請求の範囲第 1 2項に記載のオーディ オアンプ用集積回 路。

1 4 . 上記フィ ルタ回路の出力信号を上記変調処理回路にフィ ー ドバッ クする第 3 のフィ ー ドバックパスを備えたこ とを特徴とする請求の範囲 第 1 2項に記載のオーディ オアンプ用集積回路。

1 5 . 上記フィ ルタ回路の出力信号を上記変調処理回路にフィ ー ドバッ クする第 3 のフィ ー ドバッ クパスを備えたことを特徴とする請求の範囲 第 1 3項に記載のオーディ オアンプ用集積回路。

1 6 . 入力されたオーディ オ信号に対して変調に基づく変換処理を行い 、 変調信号を生成する変調処理回路と、

上記変調処理回路によ り生成された変調信号に基づいてスイ ッチング 動作し、 オーディ オ信号の増幅を行うスイ ッチング回路と、

上記スイ ッチング回路よ り出力された信号に対してフィ ルタ リ ング処 理を行う ことによってアナログオーディ オ信号を生成するフィ ルタ回路 と、

上記変調処理回路によ り 生成された変調信号を上記変調処理回路にフ イ ー ドバックするフィ ー ドバックパスとを備えたオーディ オアンプに用 いられ、

上記変調処理回路と上記スイ ッチング回路と上記フィ ー ドバックパス とを少なく とも集積したこ とを特徴とするオーディ オアンプ用集積回路

1 7 . 上記スイ ッチング回路に供給される電源電圧の検出信号を上記変 調処理回路にフィ ー ドバックする第 2 のフィ ー ドバックパスを更に集積 したことを特徴とする請求の範囲第 1 6項に記載のオーディ ォアンプ用 集積回路。

1 8 . 入力されたオーディ オ信号に対して変調に基づく 変換処理を行い 、 変調信号を生成する変調処理回路と、

上記変調処理回路によ り生成された変調信号に基づいてスイ ッチング 動作し、 オーディ ォ信号の増幅を行うスィ ツチング回路と、

上記スィ ツチング回路よ り出力された信号に対してフィ ルタ リ ング処 理を行う ことによってアナログオーディ オ信号を生成するフィ ルタ回路 と、

上記変調処理回路によ り生成された変調信号を上記変調処理回路にフ ィ 一 ドバックするフィ ー ドバックパスとを備えたオーディ ォアンプに用 い られ、

上記変調処理回路と上記フィ ー ドバッ クパスとを少なく とも集積した こ とを特徴とするオーディ オアンプ用集積回路。