JP5281018B2 - オーディオ帯域のノイズ成分が小さい三角波を生成するための方法および装置 - Google Patents

Description

<<関連出願>>
本出願は、２００７年１月２５日出願の米国特許仮出願第６０／８８６，６４３号の利益を主張するものであり、この開示の全体を参照により本明細書に組み込む。
<<技術分野>>

本発明はＤ級増幅回路に関する。より詳細には、本発明は、オーディオ帯域のノイズ成分が小さい三角波を生成するための装置および方法に関する。

Ｄ級オーディオ増幅器は、出力段の能動デバイスがオン／オフ・モードで（すなわちスイッチとして）動作する電子増幅器である。オーディオ入力信号は、その平均値が信号の振幅に正比例する一連のパルスに変換される。これらのタイプの増幅器は、ＰＷＭ（パルス幅変調）、パルス周波数変調またはシグマ・デルタ変調を用いてよい。パルスの周波数は、好ましくは、入力信号の対象となる最高周波数より十分に高いものである。スイッチング出力はパルス列を含み、その幅は、増幅される信号の振幅および周波数の関数である。しかし、通常、その出力は望ましくないスペクトル成分（パルス周波数およびその高調波）を含み、歪みをもたらすことがある。

一般的なＤ級オーディオ増幅器は、コンパレータ１０（図１）に、アナログのオーディオ入力１２（図１）および三角波発生器（図示せず）からの発振器のランプ入力１４を供給することによりＰＷＭ出力信号を発生する。三角形波中に存在するオーディオ帯域のノイズは、矩形波のＰＷＭ出力信号１６（図１）中に再生される。従来の負帰還技法は、この段に導入されたノイズを低減しようとするものである。しかし、Ｄ級増幅器のループ利得は、オーディオ帯域幅のハイ・エンドで通常低く、そのためにこれらの技法の有効性は限定される。本発明は、代わりに発振器のランプ入力１４（図１）上に存在するオーディオ・ノイズを低減することにより、従来技術の短所を克服する。

本明細書に開示されるいくつかの実施形態は、一般に、Ｄ級増幅回路および他の用途向けの、オーディオ帯域のノイズ成分が小さい三角波を発生するための装置および方法を対象とする。

本発明の１つまたは複数の実施形態では、三角波を発生する装置は、矩形波のクロック回路および能動積分器を含む。能動積分器は、矩形波のクロック回路から入力を受け取って三角波出力を発生する。能動積分器には能動フィードバック回路網が動作可能に付加されて、三角波出力中のオーディオ帯域のノイズ成分を低減する。フィードバック回路網は、三角波出力の線形性を著しく犠牲にすることなく直流バランスとして働く。

１つまたは複数の実施形態では、本発明の三角波発生方法は、
（ａ）矩形波のクロック回路を利用するステップと、
（ｂ）矩形波のクロック回路から入力を受け取る能動積分器を設けるステップと、
（ｃ）三角波出力を発生するように能動積分器を構成するステップと、
（ｄ）能動積分器に対して能動フィードバック回路網を動作可能に結合するステップと、
（ｅ）動作可能に結合された能動フィードバック回路網を、三角波出力中のオーディオ帯域のノイズ成分を低減するのを助長するように適合させるステップとを含む。

本発明のこれらおよび他の態様は、添付図面の検討および本発明の以下の詳細な説明から明らかになるはずである。

従来技術の一般的Ｄ級増幅器の設計の概略図である。 従来技術の通常の三角波発生器の概略図である。 図２の三角波発生器によって生成された出力信号のグラフ表示である。 図２の三角波発生器の能動積分器の利得の大きさのボード線図である。 本発明の一実施形態によって構成された三角波発生器の概略図である。 本発明の代替実施形態によって構成された三角波発生器の概略図である。 図５の三角波発生器の能動積分器の利得の大きさのボード線図である。

添付図に関して以下に示される詳細な説明は、示された例示的実施形態の説明として意図されており、これらの実施形態が、構築されかつ／または利用され得るただ１つの形態を表すようには意図されていない。説明は、本発明を構築し動作させるためのステップの機能およびシーケンスを、図示された実施形態に関連して示す。しかし、本発明の趣旨および範囲内に包含されるように意図された様々な実施形態によって、同一かまたは同等な機能および／またはシーケンスが達成され得ることを理解されたい。

図５〜図７に関して全体的に示されるように、オーディオ帯域のノイズ成分が小さい三角波を生成するための装置および方法を参照しながら、本発明のいくつかの実施形態が詳細に説明される。本発明のその他の実施形態、特徴および／または利点は、次の説明から明らかになるか、あるいは本発明を実施することにより知ることができるはずである。添付図では、様々な図は原寸に比例せず、図および説明の両方にわたって、同じ数字は同じ機構を指す。

図２は、矩形波クロック２０から入力を受け取って三角波２２を出力する、直流利得が制限された従来の三角波発生器１８を示す。当業者なら、三角波発生器１８には、許容できる三角波出力２２の直流オフセットをもたらすには直流利得制限が十分に低くなければならないという短所が１つあることを容易に理解するであろう。しかし、このことは、図３に関して一般的に示されるように、三角波発生器１８によって生成される三角形波の線形性を損なう。このタイプの設計を用いることのもう１つの短所に、図４のボード線図に示されるようなオーディオ帯域幅における高利得があり、これが矩形波クロック２０上に存在するあらゆるノイズを増幅することになる。

図５は、本発明の一実施形態によって構築された三角波発生器２４を概略的に示す。詳細には、三角波発生器２４は能動フィードバック回路網２６（図５）を内蔵し、オーディオ帯域のノイズが小さい三角波出力２８（図５）を有利に生成する。三角波発生器２４は、システムにノイズを導入する矩形波クロック２５（図５）から入力を受け取る。三角波発生器２４は、フィードバック回路網２６に動作可能に結合された能動積分器２７も含む。

能動フィードバック回路網２６（図５）は、オーディオ周波数で高利得を有しかつスイッチング周波数で低利得を有するように構成され、図３の出力の非線形性を回避する。システム安定の必要性を満たすために、フィードバック信号は、ほぼ平坦な利得の領域を含んでいる。フォワード利得およびフィードバック利得を示すボード線図が、それぞれ図７に示されている。

図６は、本発明の代替実施形態によって構築された三角波発生器３０を概略的に示す。詳細には、三角波発生器３０は、三角波出力３４（図６）中のオーディオ帯域のノイズを低減するのを助長する能動フィードバック回路網３２（図６）を内蔵する。三角波発生器３０は、システムにノイズを導入する矩形波クロック３６（図６）から入力を受け取る。三角波発生器３０は、フィードバック回路網３２に動作可能に結合された能動積分器３１も含む。

能動フィードバック回路網３２は、オーディオ周波数で高利得を有しかつスイッチング周波数で低利得を有するように構成され、図３の出力の非線形性を回避する。システム安定の必要性を満たすために、フィードバック信号は、ほぼ平坦な利得の領域を有する。

三角波発生器に対して、クロスオーバ周波数より下に１つまたは複数のポールを有しかつクロスオーバ周波数より上に１つまたは複数のポールを有する能動フィードバック回路網（図５または図６に関して示されたものなど）を付加すると、出力信号のオーディオ帯域のノイズの大幅な低減をもたらすことを当業者なら理解するであろう。その結果として、このことが、パルス幅変調器のオーディオ帯域のノイズを低減し、したがってすべてのＤ級増幅器のオーディオ帯域のノイズを低減する。

当業者なら、本発明の一般的原理に従って能動フィードバック回路網を内蔵すると、三角波出力の線形性における顕著な犠牲なしでＤＣ（直流）バランスとして働く付加利益を伴うことも理解するであろう。

本発明の、オーディオの小さい三角波発生器は、Ｄ級増幅器のコンパレータ入力としての用途ならびにオーディオ・ノイズの小さい三角波が望まれる他の用途に適する。

上記に説明された例示的実施形態は、本発明の一般的原理の単なる説明である。本発明の範囲内にある様々な設計の変更形態が採用され得る。例えば、当業者なら、既製の部品を有する様々な他の構成によって本発明の三角波発生器が実施され得ることを理解するであろう。したがって、一例として、しかし限定することなく、本明細書の教示によって様々な代替構成が利用され得る。したがって、図および説明は例示であり、それについて限定することを意味するものではない。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物の範囲に入る限りのすべての実施形態および変形形態を対象として含むことが意図されている。

２４，３０ 三角波発生器； ２８，３４ 三角波出力；
２５，３６ 矩形波クロック； ２６， ３２ フィードバック回路網；
２７，３１ 能動積分器。

Claims (6)

1. オーディオ帯域ノイズ成分が小さい三角波を発生する電子回路であって、
   オーディオ周波数より十分に高いパルス周波数を有する矩形波発生器と、
   前記矩形波発生器からの入力を受け取り、三角波出力を発生するように構成された能動積分器と、
   前記能動積分器に動作可能に結合され、オーディオ周波数で高利得を示しかつ前記パルス周波数で低利得を示し、前記三角波出力中のオーディオ帯域のノイズを低減する能動フィードバック回路網と
   を備え、
   前記能動フィードバック回路網が、クロスオーバ周波数より下に少なくとも１つのポールを有し、かつ、前記クロスオーバ周波数より上に少なくとも１つのポールを有する、三角波発生の電子回路。
2. 前記三角波出力およびオーディオ入力信号を受け取るコンパレータをさらに備える請求項１に記載の電子回路。
3. 前記コンパレータが、前記オーディオ入力信号の振幅および周波数に基づくパルスを含む出力信号を供給する請求項２に記載の電子回路。
4. オーディオ帯域ノイズ成分が小さい三角波を発生する方法であって、
   オーディオ周波数より十分に高いパルス周波数を有する矩形波を発生するステップと、
   前記矩形波を積分して三角波を生成するステップと、
   前記三角波からフィードバック信号を発生するステップと、
   オーディオ周波数で高利得を有しかつ前記パルス周波数で低利得を有する伝達関数を適用することにより、前記フィードバック信号を変更するステップと、
   前記変更されたフィードバック信号を前記矩形波と組み合わせて前記三角波中のオーディオ帯域のノイズを低減するステップとを含み、
   前記伝達関数が、クロスオーバ周波数より下に少なくとも１つのポールを有し、かつ、クロスオーバ周波数より上に少なくとも１つのポールを有する、三角波を発生する方法。
5. 前記三角波をオーディオ入力信号と比較するステップをさらに含む請求項４記載の方法。
6. 前記オーディオ入力信号の振幅および周波数に基づくパルスを含む出力信号を発生するステップをさらに含む請求項５に記載の方法。

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