JPH0563457A - デルタシグマ変調増幅器 - Google Patents

デルタシグマ変調増幅器

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JPH0563457A
JPH0563457A JP3298768A JP29876891A JPH0563457A JP H0563457 A JPH0563457 A JP H0563457A JP 3298768 A JP3298768 A JP 3298768A JP 29876891 A JP29876891 A JP 29876891A JP H0563457 A JPH0563457 A JP H0563457A
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delta
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Katsuyoshi Fujii
克芳 藤井
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正彦 畠中
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 アナログ信号(または、2状態変調信号)を
デルタシグマ変調することによりパルス密度変調信号を
得、キャリア信号をエネルギー拡散させることにより、
簡単な構成で他の電子、電気機器への妨害の程度を低下
させることのできるデルタシグマ変調増幅器を提供す
る。 【構成】 差分積分器2によりアナログ信号(または、
2状態変調信号)と帰還信号との差分を積分し、1ビッ
ト量子化器3で差分積分信号の極性を判定して1ビット
のデジタル信号を出力する。遅延器4で1ビット量子化
器3のデジタル出力信号を任意の周波数のクロックで遅
延させ、その出力であるデジタル信号をパルス増幅器6
で電力増幅する。パルス増幅器6のデジタル出力信号を
帰還信号として差分積分器2に送出する。パルス増幅器
6の出力は必要な周波数帯域のみを通過させるローパス
フィルタ7を通して出力する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は音響信号の高効率電力増
幅を行うデルタシグマ変調増幅器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、音響信号の高効率電力増幅器の信
号処理法として2状態変調が用いられ、特に高レベルに
ある電力を高い効率で処理できるという利点を有してい
る。
【0003】従来の高効率電力増幅を目的とした2状態
変調増幅器の信号処理法は、例えば特開平2−1776
06号公報に示されている。
【0004】以下に、従来の2状態変調電力増幅器の信
号処理法について説明する。図4はこの従来の2状態変
調増幅器であるパルス幅変調増幅器のブロック図を示す
ものである。図4において、9はアナログ信号入力端
子、10はコンパレータ、11はドライブアンプ、12
はパルス増幅器、13及び14はローパスフィルタを構
成するコイル及びコンデンサ、15は出力端子、16は
負荷、17は三角波信号発生器、18はFM変調器、1
9は基本信号発振器、20はランダム信号発振器であ
る。
【0005】以上のように構成されたパルス幅変調増幅
器について、以下その動作について説明する。
【0006】まず、コンパレータ10の(−)入力端子
にはアナログ信号入力端子9に入力された音響信号が入
力され、コンパレータ10の(+)入力端子には三角波
信号発振器9から三角波信号が入力される。この2種の
信号はコンパレータ10により振幅が比較され、1ビッ
トのデジタル信号に変換される。すなわち、コンパレー
タ10の出力Coutは、 音響信号 > 三角波信号 の時 Cout
0 音響信号 < 三角波信号 の時 Cout
1 となる。このことから、Coutは三角波信号の周波数を
キャリアとしたパルス幅変調信号に変換されることがわ
かる。
【0007】コンパレータ10の出力Coutはドライブ
アンプ11により増幅され、さらにパルス増幅器12に
より電力増幅される。電力増幅されたパルス幅変調信号
はコイル13及びコンデンサ14よりなるローパスフィ
ルタで不必要な成分が除去され、音響信号となって出力
端子15から出力される。また、増幅器としての特性向
上のためパルス増幅器12の出力からコンパレータ10
の(−)入力端子に抵抗器を介して帰還が掛けられてい
る。
【0008】一方、三角波信号の発生は、基本信号発振
器19により発生した基本信号とランダム信号発振器2
0で発生したランダム信号をFM変調器18でFM変調
し、FM変調器18の出力信号を三角波発生器17によ
り三角波信号に変換している。これにより、アナログ信
号入力端子9に入力された音響信号をパルス幅変調信号
に変換するためのキャリア信号をエネルギー拡散させ、
他の電子、電気機器への妨害の程度を低下させることが
できる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、キャリア信号をエネルギー拡散させること
ができる三角波信号を得るために、基本信号発振器,ラ
ンダム信号発振器,FM変調器及び三角波発生器を必要
とし、複雑な構成にならざるを得ないという問題点を有
していた。
【0010】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、アナログ信号(または、2状態変調信号)をデルタ
シグマ変調することによりパルス密度変調信号を得、キ
ャリア信号をエネルギー拡散させることにより、簡単な
構成で他の電子,電気機器への妨害の程度を低下させる
ことのできる高効率のデルタシグマ変調増幅器を提供す
ることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のデルタシグマ変調増幅器は、アナログ信号
(または、2状態変調信号)と帰還信号との差分を積分
した差分積分信号を出力する差分積分器と、前記差分積
分信号の極性を判定して1ビットのデジタル信号を出力
する1ビット量子化器と、前記1ビット量子化器のデジ
タル出力信号を任意の周波数のクロックで遅延させる遅
延器と、前記遅延器の出力であるデジタル信号を電力増
幅するパルス増幅器と、前記パルス増幅器のデジタル出
力信号を前記帰還信号として前記差分積分器に送出する
帰還回路と、前記パルス増幅器の出力を入力とし、必要
な周波数帯域のみを通過させるローパスフィルタと、で
構成している。
【0012】
【作用】本発明は上記した構成により、差分積分器,1
ビット量子化器,遅延器とパルス増幅器及び帰還回路で
閉ループ回路を構成する。この閉ループ回路は主に差分
積分器及び遅延器の位相遅れにより低周波数域では負帰
還状態となり、高周波数域では正帰還状態となるため、
高周波数域で発振する。この発振周波数は閉ループ回路
が、低周波数域で1ビット量子化の誤差を補正するよう
に帰還回路が構成されているため、一定の周波数ではな
くなる。これにより、前記帰還回路の発振周波数、すな
わち、キャリア信号の周波数は常に変化し、キャリア信
号のエネルギーは単一の周波数及びその高調波に集中す
ることなく拡散される。
【0013】
【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。
【0014】図1は本発明の実施例におけるデルタシグ
マ変調増幅器のブロック図を示すものである。図1にお
いて、1は入力端子、2は入力端子1に入力された音響
信号(アナログ信号、または、2状態変調信号)と帰還
信号とを入力として、これら2信号の差分値を積分した
差分積分信号を出力する差分積分器、3は差分積分信号
をデジタル信号に変換する1ビット量子化器、4は1ビ
ット量子化器3のデジタル出力信号を任意の周波数のク
ロックで遅延させる遅延器であり、Dタイプフリップフ
ロップなどで構成される、5は任意の周波数のクロック
パルスを発生するクロック発振器、6は遅延器4のデジ
タル出力信号を電力増幅するパルス増幅器、7はパルス
増幅器6の出力信号から不要な信号成分を除去するフィ
ルタ、8は出力端子である。
【0015】以上のように構成された本実施例のデルタ
シグマ変調増幅器について、以下その動作について説明
する。入力端子1に音響信号が入ると、パルス増幅器6
の出力信号とにより差分積分器2で2信号間の差分値を
積分し、差分積分信号を出力する。差分積分信号は1ビ
ット量子化器3に入力され、1ビット量子化器3により
1ビットのデジタル信号に変換される。1ビットのデジ
タル信号は遅延器4に入力され、クロック発振器5から
供給されるクロックの繰り返し周期に応じた時間分遅延
される。遅延処理されたデジタル信号はパルス増幅器6
により電力増幅される。パルス増幅器6の出力信号は、
帰還回路30を介して差分積分器2に入力される。ま
た、パルス増幅器6の出力信号は、コイル,コンデンサ
からなるフィルタ7に入力され、不要な信号成分が除去
されて出力端子8から出力される。
【0016】差分積分器2,1ビット量子化器3,遅延
器4,パルス増幅器6及び帰還回路30からなる閉回路
ループは、低周波数域では負帰還になるように構成され
ているが、高周波数域では差分積分器2と遅延器4によ
る位相遅れで正帰還となる。このため、閉回路ループは
高周波数域で発振状態になる(キャリア発振)が、その
発振周波数はクロック発振器5のクロック周波数よりも
低い。
【0017】ここで、デルタシグマ変調器の説明を図2
と共に行う。図2は2次デルタシグマ変調器のブロック
線図であり、図中のTは入力信号を1サンプルクロック
期間の時間遅延をさせる遅延器である。図2のデルタシ
グマ変調器をZ変換式で表すと次式になる。
【0018】 Vo(z)=−αVin(z)[2−Z-1]+[2Z-1−Z-2][Vo(z)−αYo(z)] (1) 図1に示したデルタシグマ変調増幅器のブロック図は、
上式に基づいて構成を変更したものである。
【0019】次に、図1に示すデルタシグマ変調増幅器
が図2に示すデルタシグマ変調器と等価である事を示
す。
【0020】差分積分器2の入出力特性は、次式に示す
特性である必要がある。
【0021】
【数1】
【0022】ただし、T=サンプリング周期,Vs=差
分積分器入力信号,Vo=差分積分器出力信号とする。
【0023】これをZ変換式で表せば次式になる。 Vo(z)=−α[2Vs(z)−Z-1Vs(z)+2Z-1Vo(z)−Z-2Vo(z)] (3) 1ビット量子化器3の出力をYoとすれば、パルス増幅
器6の出力は遅延器4でTの時間遅延がある事から、Z
-1Yo(z)となる。パルス増幅器6の出力信号Z -1Yo(z)
と入力端子1に加えられた信号VinでVs(z)を表すと次
式になる。
【0024】 Vs(z)=Vin(z)+Zー1Yo(z) (4) 式(4)を用いて式(3)を表せば次式となる。
【0025】 Vo(z)=−αVin(z)[2−Z-1]+[2Z-1−Z-2][Vo(z)−αYo(z)] (5) 式(5)は式(1)と同じであり、図1に示すデルタシ
グマ変調増幅器と図2に示すデルタシグマ変調器が同様
の動作をする事がわかる。
【0026】図3にデルタシグマ変調器の信号及び量子
化ノイズスペクトルを示す。1ビット量子化器による量
子化ノイズはホワイトノイズと考えられるが、デルタシ
グマ変調のノイズシェーピング特性によりサンプリング
周波数(遅延器のクロック周波数)fsの1/2付近に
量子化ノイズのピークが現れる。同様に、デルタシグマ
変調増幅器もノイズシェーピング特性を示す。また、サ
ンプリング周波数は遅延器4に供給されるクロックの周
波数である事もデルタシグマ変調器と同様である。
【0027】ここで、図1の閉回路ループが高周波数域
で発振(キャリア発振)する周波数は、量子化誤差を減
少するように働くため一定にはならない。
【0028】以上のように本実施例によれば、アナログ
信号(または、2状態変調信号)と帰還信号との差分を
積分した差分積分信号を出力する差分積分器(2)と、
その差分積分信号の極性を判定して1ビットのデジタル
信号を出力する1ビット量子化器(3)と、その1ビッ
ト量子化器のデジタル出力信号を任意の周波数のクロッ
クで遅延させる遅延器(4)と、その遅延器の出力であ
るデジタル信号を電力増幅するパルス増幅器(6)と、
そのパルス増幅器のデジタル出力信号を帰還信号として
前記差分積分器に送出する帰還回路(30)とを設ける
ことにより、閉回路ループがノイズシェーピング特性と
なり、キャリア発振周波数が一定にならない。このた
め、簡単な構成でキャリア信号のエネルギー拡散をする
ことができ、クロック発振器5の発振周波数と、2状態
変調信号のキャリヤ周波数あるいはサンプリング周波数
の割合を整数比にすることにより、2状態変調信号(例
えば、パルス幅変調信号,パルス密度変調信号)と、キ
ャリア信号がビートを起こすこともない。
【0029】
【発明の効果】以上のように本発明は、差分積分器,1
ビット量子化器,遅延器,パルス増幅器及び帰還回路で
閉ループ回路を構成することにより、閉回路ループがノ
イズシェーピング特性となり、キャリア発振周波数が一
定にならない。このため、簡単な構成でキャリア信号の
エネルギー拡散をすることができ、クロック発振器の発
振周波数と、2状態変調信号のキャリヤ周波数あるいは
サンプリング周波数の割合を整数比にすることにより、
2状態変調信号(例えば、パルス幅変調信号,パルス密
度変調信号)と、キャリア信号がビートを起こすことも
ない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例におけるデルタシグマ変調増幅
器の構成を示すブロック図
【図2】同実施例におけるデルタシグマ変調増幅器のブ
ロック線図
【図3】同実施例におけるデルタシグマ変調増幅器の信
号及び量子化ノイズスペクトルを表す周波数スペクトル
【図4】従来のパルス幅変調増幅器の構成を示すブロッ
ク図
【符号の説明】
1 入力端子 2 差分積分器 3 1ビット量子化器 4 遅延器 5 クロック発振器 6 パルス増幅器 7 フィルタ 8 出力端子

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アナログ信号(または、2状態変調信号)
    と帰還信号との差分を積分した差分積分信号を出力する
    差分積分器と、 前記差分積分信号の極性を判定して1ビットのデジタル
    信号を出力する1ビット量子化器と、 前記1ビット量子化器のデジタル出力信号を任意の周波
    数のクロックで遅延させる遅延器と、 前記遅延器の出力であるデジタル信号を電力増幅するパ
    ルス増幅器と、 前記パルス増幅器のデジタル出力信号を帰還信号として
    前記差分積分器に送出する帰還回路と、 前記パルス増幅器の出力を入力とし、必要な周波数帯域
    のみを通過させるローパスフィルタと、を備えたデルタ
    シグマ変調増幅器。
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