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JP2009049671A - Output-limiting circuit, class d power amplifier, sound apparatus - Google Patents

Output-limiting circuit, class d power amplifier, sound apparatus Download PDF

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JP2009049671A
JP2009049671A JP2007213253A JP2007213253A JP2009049671A JP 2009049671 A JP2009049671 A JP 2009049671A JP 2007213253 A JP2007213253 A JP 2007213253A JP 2007213253 A JP2007213253 A JP 2007213253A JP 2009049671 A JP2009049671 A JP 2009049671A
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voltage
output
transistor
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operational amplifier
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JP2007213253A
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Takashige Miyashita
貴重 宮下
Hiroshi Takahata
浩史 高畑
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Rohm Co Ltd
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Rohm Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an output limiting circuit which can simply realize upper/lower symmetrical soft clips with high accuracy by resistance ratio, using operational amplifier bias voltage as the standard. <P>SOLUTION: The output limiting circuit 60 is constituted, having a standard current creation unit (Rex1, BUF1, Q0, CM1, CM2) which converts constant voltage (bias voltage BIAS in Fig.2) into a current I by using the resister Rex1; an upper-side clip voltage creation unit (Rex2, BUF2), which converts the current I to voltage VH by using Rex2 by a bias voltage standard; a lower-side clip voltage generating unit (Rex3, BUF2) which converts the current I into voltage VL by using Rex3 by the bias voltage standard; and a gain adjustment unit (Q1, Q2), which adjusts the gain of the operational amplifier 13 so that the voltage level of an output signal AOUT will not exceed the upper-side limit level according to the voltage VH, and will not exceed the lower-side limit level according to the voltage VL. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、入力信号を増幅して出力信号を生成するオペアンプの出力振幅を制限する出力制限回路に関するものであり、さらには、これを用いたD級パワーアンプ及び音響機器に関するものである。   The present invention relates to an output limiting circuit that limits an output amplitude of an operational amplifier that amplifies an input signal and generates an output signal, and further relates to a class D power amplifier and an acoustic device using the same.

従来より、アナログ信号(例えばアナログ音声信号)を入力とするD級パワーアンプには、出力電力を制限するためのリミッタ回路が設けられている。   Conventionally, a class D power amplifier that receives an analog signal (for example, an analog audio signal) is provided with a limiter circuit for limiting the output power.

上記に関連する従来技術としては、特許文献1、2などを挙げることができる。   As conventional techniques related to the above, Patent Documents 1 and 2 can be cited.

なお、特許文献1には、入力端子へ加えられる入力信号を外部から入力される制御信号によって一定電圧でクリップするリミッタ回路において、電源端子と前記入力端子との間に接続された制御素子と、前記制御素子を常時はオフとし、前記入力信号が前記一定電圧を超えた時に、前記制御素子をオン状態に制御する制御回路と、を具備することを特徴とするリミッタ回路が開示・提案されている。   In Patent Document 1, in a limiter circuit that clips an input signal applied to an input terminal with a constant voltage by a control signal input from the outside, a control element connected between a power supply terminal and the input terminal; A limiter circuit comprising: a control circuit that always turns off the control element and controls the control element to be turned on when the input signal exceeds the constant voltage. Yes.

また、特許文献2には、サブウーハ駆動用の低音域増幅装置において、入力信号を増幅するプリアンプと、前記プリアンプの出力信号を波形整形する波形整形回路と、前記波形整形回路の出力を増幅するパワーアンプと、前記パワーアンプに供給される電源電圧よりも絶対値が小さい電源電圧を前記プリアンプに供給する電源電圧供給回路と、を有することを特徴とする低音域増幅装置が開示・提案されている。
特開2006−5741号公報 特開平10−335961号公報
Patent Document 2 discloses a preamplifier that amplifies an input signal, a waveform shaping circuit that shapes the output signal of the preamplifier, and a power that amplifies the output of the waveform shaping circuit in a low-frequency amplifier for driving a subwoofer. There has been disclosed and proposed a low-frequency amplifier including an amplifier and a power supply voltage supply circuit that supplies a power supply voltage having an absolute value smaller than a power supply voltage supplied to the power amplifier to the preamplifier. .
JP 2006-5741 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-335961

確かに、上記の従来技術によれば、過大な入力信号が印加された場合であっても、出力飽和に伴う歪みの増大やスピーカの破壊などを防止することが可能となる。   Certainly, according to the above-described prior art, even when an excessive input signal is applied, it is possible to prevent an increase in distortion associated with output saturation and a breakage of the speaker.

しかしながら、特許文献1の従来技術では、クリップ時の波形がソフトクリップではなく、出力信号に高調波成分が多く含まれる結果となるため、スピーカで耳障りな異音を生じるおそれがあった。   However, in the prior art of Patent Document 1, the waveform at the time of clipping is not a soft clip, and the output signal includes a lot of harmonic components, which may cause annoying abnormal noise in the speaker.

また、特許文献1の従来技術では、制御電圧の可変制御に対して出力電力のリミットレベルが比較的過敏に反応するため、所望の出力電力を精度良く設定することが必ずしも容易ではなかった。   Further, in the prior art of Patent Document 1, since the limit level of the output power reacts relatively sensitively to the variable control of the control voltage, it is not always easy to set the desired output power with high accuracy.

また、特許文献1の従来技術では、一の制御信号を用いて、上下のリミットレベルが設定されていたため、オペアンプのバイアス電圧を基準とした上下対称クリップを実現するためには、回路定数の調整を行う必要があった。   In the prior art of Patent Document 1, since the upper and lower limit levels are set by using one control signal, adjustment of circuit constants is required in order to realize a vertically symmetric clip based on the bias voltage of the operational amplifier. Had to do.

一方、特許文献2の従来技術は、プリアンプの電源電圧を制御することで、ソフトクリップを実現するものであり、本願発明とは、その本質的構成を異にするものであった。   On the other hand, the prior art of Patent Document 2 realizes a soft clip by controlling the power supply voltage of the preamplifier, and has an essential configuration different from that of the present invention.

本発明は、上記の問題点に鑑み、オペアンプのバイアス電圧を基準とした上下対称のソフトクリップを抵抗比で簡易かつ高精度に実現することが可能な出力制限回路、D級パワーアンプ、及び、音響機器を提供することを目的とする。   In view of the above-described problems, the present invention provides an output limiting circuit, a class D power amplifier, and a class D power amplifier that can easily and accurately realize a vertically symmetrical soft clip based on a bias voltage of an operational amplifier with a resistance ratio. It aims at providing an audio equipment.

上記の目的を達成するために、本発明に係る出力制限回路は、入力信号を増幅して出力信号を生成するオペアンプの出力振幅を制限する出力制限回路であって、第1抵抗を用いて、所定の定電圧を基準電流に変換する基準電流生成部と;第2抵抗を用いて、前記オペアンプのバイアス電圧基準で、前記基準電流を上側クリップ電圧に変換する上側クリップ電圧生成部と;第3抵抗を用いて、前記オペアンプのバイアス電圧基準で、前記基準電流を下側クリップ電圧に変換する下側クリップ電圧生成部と;前記出力信号の電圧レベルが前記上側クリップ電圧に応じた上側リミットレベルを超えないように、かつ、前記出力信号の電圧レベルが前記下側クリップ電圧に応じた下側リミットレベルを超えないように、前記オペアンプのゲインを調整するゲイン調整部と;を有して成る構成(第1の構成)とされている。   In order to achieve the above object, an output limiting circuit according to the present invention is an output limiting circuit that limits an output amplitude of an operational amplifier that amplifies an input signal and generates an output signal, using a first resistor, A reference current generation unit that converts a predetermined constant voltage into a reference current; an upper clip voltage generation unit that converts the reference current into an upper clip voltage using a second resistor with a bias voltage reference of the operational amplifier; A lower clip voltage generation unit that converts the reference current into a lower clip voltage with a bias voltage reference of the operational amplifier using a resistor; and the voltage level of the output signal has an upper limit level corresponding to the upper clip voltage. The gain of the operational amplifier is adjusted so that the voltage level of the output signal does not exceed the lower limit level corresponding to the lower clip voltage. That the gain adjuster; has a configuration comprising a (first configuration).

なお、上記第1の構成から成る出力制限回路において、前記ゲイン調整部は前記オペアンプの入出力間に接続され、制御端が前記上側クリップ電圧の印加端に直接的ないしは間接的に接続された第1トランジスタと、同じく前記オペアンプの入出力端間に接続され、制御端が前記下側クリップ電圧の印加端に直接的ないしは間接的に接続された第2トランジスタと、を有して成る構成(第2の構成)にするとよい。   In the output limiting circuit having the first configuration, the gain adjusting unit is connected between the input and output of the operational amplifier, and the control terminal is connected directly or indirectly to the application terminal of the upper clip voltage. 1 transistor and a second transistor which is connected between the input and output terminals of the operational amplifier and whose control terminal is directly or indirectly connected to the application terminal of the lower clip voltage. 2).

また、上記した第2の構成から成る出力制限回路は、制御端が前記上側クリップ電圧の印加端に接続された第3トランジスタと、第3トランジスタに直列接続される第1定電流源と、制御端が前記下側クリップ電圧の印加端に接続された第4トランジスタと、第4トランジスタに直列接続される第2定電流源と、を有して成り、第1トランジスタの制御端は、第3トランジスタと第1定電流源との接続ノードに接続され、第2トランジスタの制御端は、第4トランジスタと第2定電流源との接続ノードに接続されている構成(第3の構成)にするとよい。   The output limiting circuit having the second configuration includes a third transistor having a control terminal connected to the application terminal of the upper clip voltage, a first constant current source connected in series to the third transistor, and a control circuit. A fourth transistor having an end connected to the application terminal of the lower clip voltage, and a second constant current source connected in series to the fourth transistor. A control end of the first transistor is a third transistor When connected to the connection node between the transistor and the first constant current source, and the control end of the second transistor is connected to the connection node between the fourth transistor and the second constant current source (third configuration). Good.

また、上記第1〜第3いずれかの構成から成る出力制限回路において、第1抵抗、第2抵抗及び、第3抵抗は、いずれも外付け素子である構成(第4の構成)にするとよい。   In the output limiting circuit having any one of the first to third configurations, the first resistor, the second resistor, and the third resistor may all be external elements (fourth configuration). .

また、本発明に係るD級パワーアンプは、入力信号を増幅して出力信号を生成する前置増幅回路と、前記出力信号をPWM信号に変調するPWM変調回路と、前記PWM信号を電力増幅して駆動信号を生成する駆動回路と、前記駆動信号を平滑化して平滑信号を生成する平滑回路と、前記前置増幅回路を構成するオペアンプの出力振幅を制限する上記第1〜第4いずれかの構成から成る出力制限回路と、を有して成る構成(第5の構成)とされている。   The class D power amplifier according to the present invention includes a preamplifier circuit that amplifies an input signal to generate an output signal, a PWM modulation circuit that modulates the output signal into a PWM signal, and power amplifies the PWM signal. A driving circuit for generating a driving signal, a smoothing circuit for smoothing the driving signal to generate a smoothing signal, and any one of the first to fourth limiting the output amplitude of an operational amplifier constituting the preamplifier circuit And an output limiting circuit having a configuration (a fifth configuration).

また、本発明に係る音響機器は、上記第5の構成から成るD級パワーアンプと、前記D級パワーアンプで生成される平滑信号によって駆動されるスピーカと、を有して成る構成(第6の構成)とされている。   An acoustic device according to the present invention includes a class D power amplifier having the fifth configuration described above and a speaker driven by a smooth signal generated by the class D power amplifier (sixth configuration). It is said that.

本発明によれば、オペアンプのバイアス電圧を基準とした上下対称のソフトクリップを抵抗比で簡易かつ高精度に実現することが可能となる。   According to the present invention, a vertically symmetric soft clip with reference to the bias voltage of an operational amplifier can be realized simply and with high accuracy using a resistance ratio.

以下では、D級パワーアンプを備えた音響機器の出力電力制限手段として、本発明に係る出力制限回路を適用した構成を例に挙げて、詳細な説明を行う。   In the following, a detailed description will be given by taking, as an example, a configuration to which the output limiting circuit according to the present invention is applied as an output power limiting means of an acoustic device including a class D power amplifier.

図1は、本発明に係る音響機器の一実施形態を示すブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an audio device according to the present invention.

図1に示すように、本実施形態の音響機器は、前置増幅回路10と、PWM変調回路20と、駆動回路30と、平滑回路40と、スピーカ50と、出力制限回路60と、を有して成る。なお、スピーカ50を除く回路群により、D級パワーアンプが形成されている。   As shown in FIG. 1, the acoustic device according to the present embodiment includes a preamplifier circuit 10, a PWM modulation circuit 20, a drive circuit 30, a smoothing circuit 40, a speaker 50, and an output limiting circuit 60. It consists of A class D power amplifier is formed by a circuit group excluding the speaker 50.

前置増幅回路10は、入力信号AIN(アナログ音声信号)を反転増幅して出力信号AOUTを生成する反転増幅回路であり、抵抗11及び12と、オペアンプ13と、を有して成る。オペアンプ13の非反転入力端(+)は、バイアス電圧BIASの印加端に接続されている。オペアンプ13の反転入力端(−)は、抵抗11を介して、入力信号AINの印加端に接続される一方、抵抗12を介して、自身の出力端にも接続されている。   The preamplifier circuit 10 is an inverting amplifier circuit that inverts and amplifies an input signal AIN (analog audio signal) to generate an output signal AOUT, and includes resistors 11 and 12 and an operational amplifier 13. The non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 13 is connected to the application terminal for the bias voltage BIAS. The inverting input terminal (−) of the operational amplifier 13 is connected to the application terminal of the input signal AIN through the resistor 11, and is also connected to its own output terminal through the resistor 12.

PWM変調回路20は、出力信号AOUTをPWM信号に変調する手段であり、位相反転器21と、積分器22a及び22bと、発振器23と、比較器24a及び24bと、デッドタイム生成部25a及び25bと、を有して成る。   The PWM modulation circuit 20 is a means for modulating the output signal AOUT into a PWM signal, and includes a phase inverter 21, integrators 22a and 22b, an oscillator 23, comparators 24a and 24b, and dead time generators 25a and 25b. And comprising.

位相反転器21は、出力信号AOUTを位相反転させて、反転出力信号AOUTBを生成する手段である。   The phase inverter 21 is a means for generating an inverted output signal AOUTB by inverting the phase of the output signal AOUT.

積分器22aは、出力信号AOUTと第1の帰還経路(図2では不図示)を介して入力される駆動信号DRVaとの差分積分を行い、第1積分結果信号を生成する手段である。また、積分器22bは、反転出力信号AOUTBと第2の帰還経路(図2では不図示)を介して入力される駆動信号DRVbとの差分積分を行い、第2積分結果信号を生成する手段である。   The integrator 22a is a means for performing differential integration between the output signal AOUT and a drive signal DRVa input via a first feedback path (not shown in FIG. 2) to generate a first integration result signal. The integrator 22b is a means for performing differential integration between the inverted output signal AOUTB and the drive signal DRVb input via a second feedback path (not shown in FIG. 2) to generate a second integration result signal. is there.

発振器23は、所定周波数の三角波信号ないしはランプ波信号を生成する手段である。   The oscillator 23 is a means for generating a triangular wave signal or a ramp wave signal having a predetermined frequency.

比較器24aは、第1積分結果信号と三角波信号とを比較して、第1比較信号を生成する手段である。比較器24bは、第2積分結果信号と三角波信号とを比較して、第2比較信号を生成する手段である。   The comparator 24a is means for comparing the first integration result signal and the triangular wave signal to generate a first comparison signal. The comparator 24b is means for comparing the second integration result signal and the triangular wave signal to generate a second comparison signal.

デッドタイム生成部25aは、第1比較信号に基づいて駆動回路30の上側スイッチ33a及び下側スイッチ34aをプッシュプル駆動するに際し、両スイッチが同時オフとなるデッドタイムを設けるように、各々の制御信号(PWM信号)を生成する手段である。デッドタイム生成部25bは、第2比較信号に基づいて駆動回路30の上側スイッチ33b及び下側スイッチ34bをプッシュプル駆動するに際し、両スイッチが同時オフとなるデッドタイムを設けるように、各々の制御信号(PWM信号)を生成する手段である。上記したように、デッドタイム生成部25a及び25bを用いて、デッドタイムを設けることにより、駆動回路30での貫通電流を防止することが可能となる。   The dead time generation unit 25a controls each control so as to provide a dead time in which both switches are simultaneously turned off when the upper switch 33a and the lower switch 34a of the drive circuit 30 are push-pull driven based on the first comparison signal. It is means for generating a signal (PWM signal). The dead time generator 25b controls each control so as to provide a dead time in which both switches are simultaneously turned off when the upper switch 33b and the lower switch 34b of the drive circuit 30 are push-pull driven based on the second comparison signal. It is means for generating a signal (PWM signal). As described above, by providing the dead time using the dead time generation units 25a and 25b, it is possible to prevent a through current in the drive circuit 30.

駆動回路30は、制御信号(PWM信号)を電力増幅して駆動信号DRVa及びDRVbを生成する手段であり、上側ドライバ31a及び31bと、下側ドライバ32a及び32bと、上側スイッチ(Pチャネル型電界効果トランジスタ)33a及び33bと、下側スイッチ(Nチャネル型電界効果トランジスタ)34a及び34bと、を有して成る。上記の駆動信号DRVa及びDRVbのデューティ(変調度)と電源電圧Vccに応じて、D級パワーアンプの出力電力が決定される。   The drive circuit 30 is means for amplifying the control signal (PWM signal) to generate drive signals DRVa and DRVb, and includes upper drivers 31a and 31b, lower drivers 32a and 32b, and upper switches (P-channel type electric field). Effect transistors) 33a and 33b, and lower switches (N-channel field effect transistors) 34a and 34b. The output power of the class D power amplifier is determined according to the duty (modulation degree) of the drive signals DRVa and DRVb and the power supply voltage Vcc.

平滑回路40は、駆動信号DRVa及びDRVbを各々平滑化して平滑信号BTLa及びBTLbを生成するローパスフィルタであり、コイル41a及び41bと、コンデンサ42a及び42bと、を有して成る。   The smoothing circuit 40 is a low-pass filter that smoothes the drive signals DRVa and DRVb to generate smooth signals BTLa and BTLb, and includes coils 41a and 41b and capacitors 42a and 42b.

スピーカ50は、平滑信号BTLa及びBTLbによって駆動され、音声を出力する手段である。   The speaker 50 is driven by the smooth signals BTLa and BTLb and is a means for outputting sound.

出力制限回路60は、前置増幅回路10を構成するオペアンプ13の出力振幅を制限する手段である。なお、出力制限回路60の内部構成及び動作については後ほど詳述する。   The output limiting circuit 60 is a means for limiting the output amplitude of the operational amplifier 13 constituting the preamplifier circuit 10. The internal configuration and operation of the output limiting circuit 60 will be described in detail later.

なお、上記からも分かるように、本実施形態の音響機器では、D級パワーアンプがBTL[Balanced Transformer Less]形式とされている。このように、スピーカ50の駆動手段として、BTL形式のD級パワーアンプを用いる構成であれば、音響機器の電源効率を高めることが可能となる。   As can be seen from the above, in the acoustic apparatus of the present embodiment, the class D power amplifier is in the BTL [Balanced Transformer Less] format. Thus, if the configuration using a BTL class D power amplifier as the driving means of the speaker 50, it is possible to improve the power supply efficiency of the audio equipment.

次に、出力制限回路60の内部構成について詳細な説明を行う。   Next, the internal configuration of the output limiting circuit 60 will be described in detail.

図2は、出力制限回路60の一構成例を示す回路図である。   FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example of the output limiting circuit 60.

図2に示すように、出力制限回路60は、バッファBUF1及びBUF2と、カレントミラーCM1及びCM2と、NPN型バイポーラトランジスタQ0と、PNP型バイポーラトランジスタQ1と、NPN型バイポーラトランジスタQ2と、NPN型バイポーラトランジスタQ3と、PNP型バイポーラトランジスタQ4と、定電流源I1及びI2と、抵抗Rex1、Rex2、Rex3と、を有して成る。なお、抵抗Rex1の抵抗値は、R1に設定されており、抵抗Rex2及び抵抗Rex3の抵抗値は、いずれもR2に設定されている。   As shown in FIG. 2, the output limiting circuit 60 includes buffers BUF1 and BUF2, current mirrors CM1 and CM2, an NPN bipolar transistor Q0, a PNP bipolar transistor Q1, an NPN bipolar transistor Q2, and an NPN bipolar. The transistor Q3, the PNP bipolar transistor Q4, constant current sources I1 and I2, and resistors Rex1, Rex2, and Rex3 are included. Note that the resistance value of the resistor Rex1 is set to R1, and the resistance values of the resistor Rex2 and the resistor Rex3 are both set to R2.

トランジスタQ0のエミッタは、外部端子及び抵抗Rex1を介して、接地端に接続されている。トランジスタQ0のベースは、バッファBUF1の出力端に接続されている。バッファBUF1の非反転入力端(+)は、定電圧(図2ではバイアス電圧BIAS)の印加端に接続されている。バッファBUF1の反転入力端(−)は、トランジスタQ0のエミッタに接続されている。なお、バッファBUF1の非反転入力端(+)に印加する低電圧として、内部電圧REGを用いても構わない。   The emitter of the transistor Q0 is connected to the ground terminal via the external terminal and the resistor Rex1. The base of the transistor Q0 is connected to the output terminal of the buffer BUF1. The non-inverting input terminal (+) of the buffer BUF1 is connected to an application terminal for a constant voltage (bias voltage BIAS in FIG. 2). The inverting input terminal (−) of the buffer BUF1 is connected to the emitter of the transistor Q0. Note that the internal voltage REG may be used as a low voltage applied to the non-inverting input terminal (+) of the buffer BUF1.

カレントミラーCM1の入力端は、トランジスタQ0のコレクタに接続されている。カレントミラーCM2の入力端は、カレントミラーCM1の第1出力端に接続されている。   The input end of the current mirror CM1 is connected to the collector of the transistor Q0. The input end of the current mirror CM2 is connected to the first output end of the current mirror CM1.

バッファBUF2の非反転入力端(+)は、バイアス電圧BIASの印加端に接続されている。バッファBUF2の反転入力端(−)は、自身の出力端に接続されている。バッファBUF2の出力端は、外部端子を介して、抵抗Rex2と抵抗Rex3の各一端に接続されている。抵抗Rex2の他端は、外部端子を介して、カレントミラーCM1の第2出力端(駆動電流Iの引出端)に接続されている。抵抗Rex3の他端は、外部端子を介して、カレントミラーCM2の出力端(駆動電流Iの引入端)に接続されている。   The non-inverting input terminal (+) of the buffer BUF2 is connected to the application terminal of the bias voltage BIAS. The inverting input terminal (−) of the buffer BUF2 is connected to its own output terminal. The output end of the buffer BUF2 is connected to one end of each of the resistors Rex2 and Rex3 via an external terminal. The other end of the resistor Rex2 is connected to a second output end (a drawing end of the drive current I) of the current mirror CM1 via an external terminal. The other end of the resistor Rex3 is connected to the output end of the current mirror CM2 (the drive current I draw-in end) via an external terminal.

トランジスタQ3のコレクタは、内部電圧REGの印加端に接続されている。トランジスタQ3のベースは、外部端子を介して、抵抗Rex2の他端(上側クリップ電圧VHの引出端)に接続されている。トランジスタQ3のエミッタは、定電流源I1を介して、接地端に接続されている。   The collector of the transistor Q3 is connected to the application terminal for the internal voltage REG. The base of the transistor Q3 is connected to the other end (extraction end of the upper clip voltage VH) of the resistor Rex2 via an external terminal. The emitter of the transistor Q3 is connected to the ground terminal via the constant current source I1.

トランジスタQ1のコレクタは、前置増幅回路10を構成するオペアンプ13の反転入力端(−)に接続されている。トランジスタQ1のエミッタは、オペアンプ13の出力端に接続されている。トランジスタQ1のベースは、トランジスタQ3のエミッタと定電流源I1との接続ノードに接続されている。   The collector of the transistor Q 1 is connected to the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 13 that constitutes the preamplifier circuit 10. The emitter of the transistor Q1 is connected to the output terminal of the operational amplifier 13. The base of the transistor Q1 is connected to a connection node between the emitter of the transistor Q3 and the constant current source I1.

トランジスタQ4のコレクタは、接地端に接続されている。トランジスタQ4のベースは、外部端子を介して、抵抗Rex3の他端(下側クリップ電圧VLの引出端)に接続されている。トランジスタQ4のエミッタは、定電流源I2を介して、内部電圧REGの印加端に接続されている。   The collector of the transistor Q4 is connected to the ground terminal. The base of the transistor Q4 is connected to the other end of the resistor Rex3 (extraction end of the lower clip voltage VL) via an external terminal. The emitter of the transistor Q4 is connected to the application terminal of the internal voltage REG via the constant current source I2.

トランジスタQ2のコレクタは、前置増幅回路10を構成するオペアンプ13の反転入力端(−)に接続されている。トランジスタQ2のエミッタは、オペアンプ13の出力端に接続されている。トランジスタQ2のベースは、トランジスタQ4のエミッタと定電流源I2との接続ノードに接続されている。   The collector of the transistor Q2 is connected to the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 13 constituting the preamplifier circuit 10. The emitter of the transistor Q2 is connected to the output terminal of the operational amplifier 13. The base of the transistor Q2 is connected to a connection node between the emitter of the transistor Q4 and the constant current source I2.

次に、上記構成から成る出力制限回路60の動作について詳細な説明を行う。   Next, the operation of the output limiting circuit 60 having the above configuration will be described in detail.

出力制限回路60では、抵抗Rex1を用いて、所定の定電圧(図2の例ではバイアス電圧BIAS)が電流に変換され、さらに、この電流をカレントミラーCM1及びCM2でミラーすることにより、基準電流I(=BIAS/R1)が生成される。   In the output limiting circuit 60, a predetermined constant voltage (bias voltage BIAS in the example of FIG. 2) is converted into a current by using the resistor Rex1, and further, this current is mirrored by the current mirrors CM1 and CM2, thereby generating a reference current. I (= BIAS / R1) is generated.

また、出力制限回路60では、抵抗Rex2を用いて、バイアス電圧BIASを基準とした形で、基準電流Iが上側クリップ電圧VH(=BIAS+I×R2)に変換されるとともに、抵抗Rex3を用いて、バイアス電圧BIASを基準とした形で、基準電流Iが下側クリップ電圧VL(=BIAS−I×R2)に変換される。   In the output limiting circuit 60, the reference current I is converted into the upper clip voltage VH (= BIAS + I × R2) using the resistor Rex2 and the bias voltage BIAS as a reference, and the resistor Rex3 is used. The reference current I is converted into the lower clip voltage VL (= BIAS−I × R2) in a form based on the bias voltage BIAS.

上側クリップ電圧VHは、トランジスタQ3のベースに印加され、トランジスタQ1のベースには、上側クリップ電圧VHよりもトランジスタQ3の順方向電圧Vfだけ低い電圧(VH−Vf)が印加される。従って、出力電圧AOUTの上側リミットレベルは、トランジスタQ1のベース電圧(VH−Vf)よりもトランジスタQ1の順方向電圧Vfだけ高い電圧、すなわち、上側クリップ電圧VHと同値に設定される。   The upper clip voltage VH is applied to the base of the transistor Q3, and a voltage (VH−Vf) lower than the upper clip voltage VH by the forward voltage Vf is applied to the base of the transistor Q1. Therefore, the upper limit level of the output voltage AOUT is set to a voltage that is higher than the base voltage (VH−Vf) of the transistor Q1 by the forward voltage Vf of the transistor Q1, that is, the same value as the upper clip voltage VH.

一方、下側クリップ電圧VLは、トランジスタQ4のベースに印加され、トランジスタQ2のベースには、下側クリップ電圧VLよりもトランジスタQ4の順方向電圧Vfだけ高い電圧(VL+Vf)が印加される。従って、出力電圧AOUTの下側リミットレベルは、トランジスタQ2のベース電圧(VL+Vf)よりもトランジスタQ2の順方向電圧Vfだけ低い電圧、すなわち、下側クリップ電圧VHと同値に設定される。   On the other hand, the lower clip voltage VL is applied to the base of the transistor Q4, and a voltage (VL + Vf) higher than the lower clip voltage VL by the forward voltage Vf is applied to the base of the transistor Q2. Therefore, the lower limit level of the output voltage AOUT is set to a voltage lower than the base voltage (VL + Vf) of the transistor Q2 by the forward voltage Vf of the transistor Q2, that is, the same value as the lower clip voltage VH.

図3は、出力信号AOUTがバイアス電圧BIASを基準として上下対称クリップされる様子を示した波形図である。なお、本図中の実線A1は、本発明による出力制限が施されている場合の出力信号AOUTを示しており、破線A0は、出力制限が施されていない場合の出力信号AOUTを参考までに示している。   FIG. 3 is a waveform diagram showing how the output signal AOUT is vertically clipped with respect to the bias voltage BIAS. The solid line A1 in the figure shows the output signal AOUT when the output restriction according to the present invention is applied, and the broken line A0 shows the output signal AOUT when the output restriction is not applied for reference. Show.

出力信号AOUTの電圧レベルがバイアス電圧BIASよりも高くなり、上側クリップ電圧VHによって可変設定される上側リミットレベル(本実施形態では、先述した通り、上側クリップ電圧VHと同値)に近付くにつれて、トランジスタQ1のオン抵抗が徐々に低下していき、最終的には、出力信号AOUTの電圧レベルが上側リミットレベルに達した時点で、トランジスタQ1がフルオンとなる。   As the voltage level of the output signal AOUT becomes higher than the bias voltage BIAS and approaches the upper limit level variably set by the upper clip voltage VH (in this embodiment, the same value as the upper clip voltage VH as described above), the transistor Q1 The ON resistance of the transistor Q1 gradually decreases, and finally, the transistor Q1 is fully turned on when the voltage level of the output signal AOUT reaches the upper limit level.

すなわち、出力信号AOUTが上側リミットレベルに近付くにつれて、オペアンプ13の帰還抵抗値(抵抗12の抵抗値とトランジスタQ1のオン抵抗値との合成抵抗値)が徐々に低下していき、前置増幅回路10のゲインが徐々に低下していく。その結果、出力信号AOUTは、上側リミットレベルでクランプされる形となり、出力信号AOUTの上側ソフトクリップが実現される。   That is, as the output signal AOUT approaches the upper limit level, the feedback resistance value of the operational amplifier 13 (the combined resistance value of the resistance value of the resistor 12 and the on-resistance value of the transistor Q1) gradually decreases, and the preamplifier circuit The gain of 10 gradually decreases. As a result, the output signal AOUT is clamped at the upper limit level, and the upper soft clip of the output signal AOUT is realized.

逆に、出力信号AOUTの電圧レベルがバイアス電圧BIASよりも低くなり、下側クリップ電圧VLによって可変設定される下側リミットレベル(本実施形態では、先述した通り、下側クリップ電圧VLと同値)に近付くにつれて、トランジスタQ2のオン抵抗が徐々に低下していき、最終的には、出力信号AOUTの電圧レベルが下側リミットレベルに達した時点で、トランジスタQ2がフルオンとなる。   Conversely, the voltage level of the output signal AOUT is lower than the bias voltage BIAS, and is a lower limit level variably set by the lower clip voltage VL (in this embodiment, the same value as the lower clip voltage VL as described above). As the voltage approaches, the on-resistance of the transistor Q2 gradually decreases. Finally, the transistor Q2 is fully turned on when the voltage level of the output signal AOUT reaches the lower limit level.

すなわち、出力信号AOUTが下側リミットレベルに近付くにつれて、オペアンプ13の帰還抵抗値(抵抗12の抵抗値とトランジスタQ2のオン抵抗値との合成抵抗値)が徐々に低下していき、前置増幅回路10のゲインが徐々に低下していく。その結果、出力信号AOUTは、下側リミットレベルでクランプされる形となり、出力信号AOUTの下側ソフトクリップが実現される。   That is, as the output signal AOUT approaches the lower limit level, the feedback resistance value of the operational amplifier 13 (the combined resistance value of the resistance value of the resistor 12 and the on-resistance value of the transistor Q2) gradually decreases, and the preamplification is performed. The gain of the circuit 10 gradually decreases. As a result, the output signal AOUT is clamped at the lower limit level, and the lower soft clip of the output signal AOUT is realized.

上記で説明した通り、本実施形態の音響機器において、出力制限回路60は、抵抗Rex1を用いて、所定の定電圧(図2の例ではバイアス電圧BIAS)を基準電流Iに変換する基準電流生成部(Rex1、BUF1、Q0、CM1、CM2)と;抵抗Rex2を用いて、オペアンプ13のバイアス電圧基準で、基準電流Iを上側クリップ電圧VH(=BIAS+I×R2)に変換する上側クリップ電圧生成部(Rex2、BUF2)と;抵抗Rex3を用いて、オペアンプ13のバイアス電圧基準で、基準電流Iを下側クリップ電圧VL(=BIAS−I×R2)に変換する下側クリップ電圧生成部(Rex3、BUF2)と;出力信号AOUTの電圧レベルが上側クリップ電圧VHに応じた上側リミットレベル(VH+Vf)を超えないように、かつ、出力信号AOUTの電圧レベルが下側クリップ電圧VLに応じた下側リミットレベル(VL−Vf)を超えないように、オペアンプ13のゲインを調整するゲイン調整部(Q1、Q2)と;を有する構成とされている。   As described above, in the audio apparatus of the present embodiment, the output limiting circuit 60 uses the resistor Rex1 to generate a reference current that converts a predetermined constant voltage (the bias voltage BIAS in the example of FIG. 2) into the reference current I. Unit (Rex1, BUF1, Q0, CM1, CM2); and an upper clip voltage generation unit that converts a reference current I into an upper clip voltage VH (= BIAS + I × R2) based on a bias voltage of the operational amplifier 13 using a resistor Rex2. (Rex2, BUF2) and; using the resistor Rex3, the lower clip voltage generation unit (Rex3, Rex3, Rx3) that converts the reference current I into the lower clip voltage VL (= BIAS-I × R2) with reference to the bias voltage of the operational amplifier 13 BUF2); the voltage level of the output signal AOUT does not exceed the upper limit level (VH + Vf) corresponding to the upper clip voltage VH In addition, the gain adjustment unit (Q1, Q2) for adjusting the gain of the operational amplifier 13 so that the voltage level of the output signal AOUT does not exceed the lower limit level (VL-Vf) corresponding to the lower clip voltage VL. It is set as the structure which has;

より具体的に述べると、出力制限回路60のゲイン調整部は、エミッタがオペアンプ13の出力端に接続され、コレクタがオペアンプ13の入力端に接続され、ベースが上側クリップ電圧VHの印加端に間接的に接続されたPNP型バイポーラトランジスタQ1と、同じくエミッタがオペアンプ13の出力端に接続され、コレクタがオペアンプ13の入力端に接続され、ベースが下側クリップ電圧VLの印加端に間接的に接続されたNPN型バイポーラトランジスタQ2と、を有して成り、ダイオードクリッピング方式(トランジスタQ1、Q2のベース・エミッタ間におけるダイオード特性を使ったクリッピング方式)を採用して、前置増幅回路10を構成するオペアンプ13の出力ダイナミックレンジを制限することにより、PWM信号のデューティ(変調度)に制限をかけ、延いては、D級パワーアンプの出力電力を制限する構成とされている。   More specifically, in the gain adjusting unit of the output limiting circuit 60, the emitter is connected to the output terminal of the operational amplifier 13, the collector is connected to the input terminal of the operational amplifier 13, and the base is indirectly connected to the application terminal of the upper clip voltage VH. PNP bipolar transistor Q1 connected in common, the emitter is connected to the output terminal of the operational amplifier 13, the collector is connected to the input terminal of the operational amplifier 13, and the base is indirectly connected to the application terminal of the lower clip voltage VL. The preamplifier circuit 10 is configured by adopting a diode clipping method (a clipping method using a diode characteristic between the base and emitter of the transistors Q1 and Q2). By limiting the output dynamic range of the operational amplifier 13, the PWM signal Place limits the duty (modulation), and by extension, has a configuration that limits the output power of the class D power amplifier.

このような出力電力制限機能を備えたことにより、過大な入力信号AINが印加された場合であっても、オペアンプ13の出力信号AOUTの振幅レベルが抑えられ、延いてはD級パワーアンプの出力電力が制限されるので、出力飽和に伴う歪みの増大やスピーカ50の破壊などを防止することが可能となる。   By providing such an output power limiting function, even when an excessive input signal AIN is applied, the amplitude level of the output signal AOUT of the operational amplifier 13 is suppressed, and as a result, the output of the class D power amplifier. Since the electric power is limited, it is possible to prevent an increase in distortion due to output saturation, destruction of the speaker 50, and the like.

また、本実施形態の出力制限回路60であれば、出力信号AOUTがソフトクリッピング波形となるため、ハードクリップを行う従来構成に比べて、スピーカ50での異音を軽減することが可能となる。   Further, in the output limiting circuit 60 of the present embodiment, the output signal AOUT has a soft clipping waveform, so that it is possible to reduce abnormal noise at the speaker 50 compared to the conventional configuration in which hard clipping is performed.

また、本実施形態の出力制限回路60は、ベースが上側クリップ電圧VHの印加端に接続されたトランジスタQ3と、トランジスタQ3に直列接続される定電流源I1と、ベースが下側クリップ電圧VLの印加端に接続されたトランジスタQ4と、トランジスタQ4に直列接続される定電流源I2と、を有して成り、トランジスタQ1のベースは、トランジスタQ3と定電流源I1との接続ノードに接続され、トランジスタQ2のベースは、トランジスタQ4と定電流源とI2の接続ノードに接続されている。   Further, the output limiting circuit 60 of this embodiment includes a transistor Q3 whose base is connected to the application terminal of the upper clip voltage VH, a constant current source I1 connected in series to the transistor Q3, and a base whose lower clip voltage VL is the same. A transistor Q4 connected to the application terminal; and a constant current source I2 connected in series to the transistor Q4. The base of the transistor Q1 is connected to a connection node between the transistor Q3 and the constant current source I1. The base of the transistor Q2 is connected to the connection node of the transistor Q4, the constant current source, and I2.

このような構成とすることにより、トランジスタQ1、Q2の順方向電圧Vfの温特をトランジスタQ3、Q4の温特によってキャンセルすることができるとともに、抵抗Rex2、Rex3の他端から引き出される上側クリップ電圧VH及び下側クリップ電圧VLの値がそのまま前置増幅回路10の出力電圧AOUTの上側リミットレベル及び下側リミットレベルとなるので、非常に使い勝手がよい。   With this configuration, the temperature characteristics of the forward voltage Vf of the transistors Q1 and Q2 can be canceled by the temperature characteristics of the transistors Q3 and Q4, and the upper clip voltage drawn from the other end of the resistors Rex2 and Rex3. Since the values of VH and the lower clip voltage VL become the upper limit level and the lower limit level of the output voltage AOUT of the preamplifier circuit 10 as they are, it is very easy to use.

ただし、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、トランジスタQ1、Q2のベースを上側クリップ電圧VH及び下側クリップ電圧VLの印加端に直接的に接続する構成としても構わない。   However, the configuration of the present invention is not limited to this, and the bases of the transistors Q1 and Q2 may be directly connected to the application terminals of the upper clip voltage VH and the lower clip voltage VL.

また、本実施形態の出力制限回路60であれば、煩わしい回路定数の調整を行うことなく、抵抗Rex2と抵抗Rex3の抵抗値を同一とするだけで、オペアンプ13のバイアス電圧BIASを基準とした上下対称クリップを容易に実現することが可能となる。   Further, with the output limiting circuit 60 of the present embodiment, the upper and lower sides of the operational amplifier 13 with reference to the bias voltage BIAS can be obtained simply by making the resistance values of the resistors Rex2 and Rex3 the same without performing troublesome adjustment of circuit constants. A symmetrical clip can be easily realized.

また、本実施形態の出力制限回路60であれば、上側クリップ電圧VH及び下側クリップ電圧VLを非常に広い範囲で可変制御することが可能となる。例えば、バイアス電圧を3.5[V]とし、内部電圧REGを7[V]とした場合、上側クリップ電圧VH及び下側クリップ電圧VLは、カレントミラーCM1及びCM2を形成するトランジスタの飽和電圧分(0.1[V])を考慮して、バイアス電圧BIAS±3.4[V]の範囲をダイナミックレンジとすることが可能となる。従って、上側クリップ電圧VH及び下側クリップ電圧VLの可変制御に対して出力電力のリミットレベルが過敏に反応することがないため、所望の出力電力を精度良くかつ容易に設定することが可能となる。   Further, with the output limiting circuit 60 of the present embodiment, the upper clip voltage VH and the lower clip voltage VL can be variably controlled within a very wide range. For example, when the bias voltage is 3.5 [V] and the internal voltage REG is 7 [V], the upper clip voltage VH and the lower clip voltage VL are equal to the saturation voltage of the transistors forming the current mirrors CM1 and CM2. In consideration of (0.1 [V]), the range of the bias voltage BIAS ± 3.4 [V] can be set as the dynamic range. Therefore, since the limit level of the output power does not react sensitively to the variable control of the upper clip voltage VH and the lower clip voltage VL, the desired output power can be set accurately and easily. .

なお、出力制限回路60において、抵抗Rex1、抵抗Rex2、及び、抵抗Rex3は、いずれも外付け素子を用いるとよい。このような構成とすることにより、外付け素子の抵抗値を任意に変更することで、出力電力のリミットレベルを無段階に、かつ、高精度に調整することが可能となる。   In the output limiting circuit 60, the resistors Rex1, Rex2, and Rex3 are all preferably external elements. With such a configuration, it is possible to adjust the output power limit level steplessly and with high accuracy by arbitrarily changing the resistance value of the external element.

例えば、上側クリップ電圧VH及び下側クリップ電圧VLをスピーカ50のワッテージに応じて適宜設定すれば、予期せぬ過大入力によるスピーカ破壊を防止することができ、或いは、スピーカ出力に応じた電源設計が不要となる。   For example, if the upper clip voltage VH and the lower clip voltage VL are appropriately set according to the wattage of the speaker 50, the speaker can be prevented from being destroyed due to unexpected excessive input, or the power supply design corresponding to the speaker output can be reduced. It becomes unnecessary.

なお、抵抗Rex1、Rex2、Rex3としては、出力電力のリミットレベルを高精度に設定すべく、精度の良い素子(±1%を推奨)を使用することが望ましい。   As the resistors Rex1, Rex2, Rex3, it is desirable to use highly accurate elements (± 1% recommended) in order to set the output power limit level with high accuracy.

また、基準電流Iが過大とならないように、抵抗Rex1の抵抗値R1を比較的大きい値(20[kΩ]以上)に設定することが望ましい。   Further, it is desirable to set the resistance value R1 of the resistor Rex1 to a relatively large value (20 [kΩ] or more) so that the reference current I does not become excessive.

また、出力電力制限機能を使用しない場合には、抵抗Rex1の抵抗値R1と、抵抗Rex2及びRex3の抵抗値R2とを同値に設定すればよい。   If the output power limiting function is not used, the resistance value R1 of the resistor Rex1 and the resistance value R2 of the resistors Rex2 and Rex3 may be set to the same value.

図4は、平滑信号BTLa(BTLb)がソフトクリップされる様子を示した波形図である。なお、図中の実線B0は、本発明による出力制限が施されていない場合の平滑信号BTLa(BTLb)を示しており、実線B1〜B3は、本発明による出力制限が徐々に重く施される場合の平滑信号BTLa(BTLb)を示している。   FIG. 4 is a waveform diagram showing how the smooth signal BTLa (BTLb) is soft clipped. Note that the solid line B0 in the figure indicates the smooth signal BTLa (BTLb) when the output restriction according to the present invention is not applied, and the solid lines B1 to B3 are provided with the output restriction gradually and heavily according to the present invention. The smoothing signal BTLa (BTLb) in the case is shown.

図4で示すように、抵抗Rex2及びRex3の抵抗値R2を小さく設定して、本発明による出力制限を重く施すほど、平滑信号BTLa(BTLb)の振幅が小さく抑えられることが分かる。   As shown in FIG. 4, it can be seen that the amplitude of the smoothing signal BTLa (BTLb) can be reduced as the resistance value R2 of the resistors Rex2 and Rex3 is set smaller and the output restriction according to the present invention is more heavily applied.

図5は、入力振幅(対数)と出力電圧(対数)との相関関係を示す図である。図中の実線C0は、本発明による出力制限が施されていない場合の相関関係を示しており、実線C1〜C3は本発明による出力制限が徐々に重く施される場合の相関関係を示している。   FIG. 5 is a diagram illustrating the correlation between the input amplitude (logarithm) and the output voltage (logarithm). The solid line C0 in the figure indicates the correlation when the output restriction according to the present invention is not performed, and the solid lines C1 to C3 indicate the correlation when the output restriction according to the present invention is gradually applied. Yes.

図5で示すように、抵抗Rex2及びRex3の抵抗値R2を小さく設定して、本発明による出力制限を重く施すほど、入力振幅が大きくなっても、出力電力が小さく抑えられることが分かる。   As shown in FIG. 5, it can be seen that the output power can be kept small even when the input amplitude is increased as the resistance value R2 of the resistors Rex2 and Rex3 is set smaller and the output restriction according to the present invention is more heavily applied.

なお、上記実施形態では、D級パワーアンプを備えた音響機器の出力電力制限手段として、本発明に係る出力制限回路を適用した構成を例示して説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、本発明は、入力信号を増幅して出力信号を生成するオペアンプの出力振幅を制限する出力制限回路全般に広く適用することが可能である。   In the above embodiment, the configuration in which the output limiting circuit according to the present invention is applied as the output power limiting means of the audio equipment including the class D power amplifier has been described as an example. The present invention is not limited to this, and the present invention can be widely applied to all output limiting circuits that limit the output amplitude of an operational amplifier that amplifies an input signal and generates an output signal.

また、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。   The configuration of the present invention can be variously modified within the scope of the present invention in addition to the above embodiment.

本発明は、TV機器、デスクトップPC、AVレシーバ、カーオーディオなどで使用されるパワーアンプの出力電力を制限する上で好適な技術である。   The present invention is a technique suitable for limiting the output power of a power amplifier used in a TV device, a desktop PC, an AV receiver, a car audio, and the like.

は、本発明に係る音響機器の一実施形態を示すブロック図である。These are block diagrams which show one Embodiment of the audio equipment which concerns on this invention. は、出力制限回路60の一構成例を示す回路図である。These are circuit diagrams showing a configuration example of the output limiting circuit 60. FIG. は、出力信号AOUTがバイアス電圧BIASを基準として上下対称クリップされる様子を示した波形図である。These are waveform diagrams showing how the output signal AOUT is clipped symmetrically with respect to the bias voltage BIAS. は、平滑信号BTLa(BTLb)がソフトクリップされる様子を示した波形図である。These are waveform diagrams showing how the smooth signal BTLa (BTLb) is soft clipped. は、入力振幅(対数)と出力電圧(対数)との相関関係を示す図である。These are figures which show the correlation of input amplitude (logarithm) and output voltage (logarithm).

符号の説明Explanation of symbols

10 前置増幅回路(反転増幅回路)
11、12 抵抗
13 オペアンプ
20 PWM変調回路
21 位相反転器
22a、22b 積分器
23 発振器
24a、24b 比較器
25a、25b デッドタイム生成部
30 駆動回路
31a、31b 上側ドライバ
32a、32b 下側ドライバ
33a、33b 上側スイッチ(Pチャネル型電界効果トランジスタ)
34a、34b 下側スイッチ(Nチャネル型電界効果トランジスタ)
40 平滑回路
41a、41b コイル
42a、42b コンデンサ
50 スピーカ
60 出力制限回路
BUF1、BUF2 バッファ
CM1、CM2 カレントミラー
Q0 NPN型バイポーラトランジスタ
Q1 PNP型バイポーラトランジスタ
Q2 NPN型バイポーラトランジスタ
Q3 NPN型バイポーラトランジスタ
Q4 PNP型バイポーラトランジスタ
I1、I2 定電流源
Rex1、Rex2、Rex3 抵抗(外付け素子)
10 Preamplifier circuit (inverting amplifier circuit)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11, 12 Resistance 13 Operational amplifier 20 PWM modulation circuit 21 Phase inverter 22a, 22b Integrator 23 Oscillator 24a, 24b Comparator 25a, 25b Dead time generation part 30 Drive circuit 31a, 31b Upper side driver 32a, 32b Lower side driver 33a, 33b Upper switch (P-channel field effect transistor)
34a, 34b Lower switch (N-channel field effect transistor)
40 Smoothing circuit 41a, 41b Coil 42a, 42b Capacitor 50 Speaker 60 Output limiting circuit BUF1, BUF2 Buffer CM1, CM2 Current mirror Q0 NPN type bipolar transistor Q1 PNP type bipolar transistor Q2 NPN type bipolar transistor Q3 NPN type bipolar transistor Q4 PNP type bipolar Transistors I1, I2 Constant current source Rex1, Rex2, Rex3 Resistance (external element)

Claims (6)

入力信号を増幅して出力信号を生成するオペアンプの出力振幅を制限する出力制限回路であって、
第1抵抗を用いて、所定の定電圧を基準電流に変換する基準電流生成部と;
第2抵抗を用いて、前記オペアンプのバイアス電圧基準で、前記基準電流を上側クリップ電圧に変換する上側クリップ電圧生成部と;
第3抵抗を用いて、前記オペアンプのバイアス電圧基準で、前記基準電流を下側クリップ電圧に変換する下側クリップ電圧生成部と;
前記出力信号の電圧レベルが前記上側クリップ電圧に応じた上側リミットレベルを超えないように、かつ、前記出力信号の電圧レベルが前記下側クリップ電圧に応じた下側リミットレベルを超えないように、前記オペアンプのゲインを調整するゲイン調整部と;
を有して成ることを特徴とする出力制限回路。
An output limiting circuit that limits the output amplitude of an operational amplifier that amplifies an input signal and generates an output signal,
A reference current generator that converts a predetermined constant voltage into a reference current using a first resistor;
An upper clip voltage generation unit that converts the reference current into an upper clip voltage using a second resistor based on a bias voltage reference of the operational amplifier;
A lower clip voltage generation unit that converts the reference current into a lower clip voltage using a third resistor based on a bias voltage reference of the operational amplifier;
The voltage level of the output signal does not exceed the upper limit level according to the upper clip voltage, and the voltage level of the output signal does not exceed the lower limit level according to the lower clip voltage. A gain adjusting unit for adjusting the gain of the operational amplifier;
An output limiting circuit comprising:
前記ゲイン調整部は、前記オペアンプの入出力間に接続され、制御端が前記上側クリップ電圧の印加端に直接的ないしは間接的に接続された第1トランジスタと、同じく前記オペアンプの入出力端間に接続され、制御端が前記下側クリップ電圧の印加端に直接的ないしは間接的に接続された第2トランジスタと、を有して成ることを特徴とする請求項1に記載の出力制限回路。   The gain adjusting unit is connected between the input and output terminals of the operational amplifier, and the control terminal is connected directly or indirectly to the application terminal of the upper clip voltage, and also between the input and output terminals of the operational amplifier. The output limiting circuit according to claim 1, further comprising: a second transistor that is connected and whose control terminal is directly or indirectly connected to the application terminal of the lower clip voltage. 制御端が前記上側クリップ電圧の印加端に接続された第3トランジスタと、第3トランジスタに直列接続される第1定電流源と、制御端が前記下側クリップ電圧の印加端に接続された第4トランジスタと、第4トランジスタに直列接続される第2定電流源と、を有して成り、第1トランジスタの制御端は、第3トランジスタと第1定電流源との接続ノードに接続され、第2トランジスタの制御端は、第4トランジスタと第2定電流源との接続ノードに接続されていることを特徴とする請求項2に記載の出力制限回路。   A third transistor having a control terminal connected to the upper clip voltage application terminal, a first constant current source connected in series to the third transistor, and a control terminal connected to the lower clip voltage application terminal. 4 transistors and a second constant current source connected in series to the fourth transistor, the control terminal of the first transistor is connected to a connection node between the third transistor and the first constant current source, 3. The output limiting circuit according to claim 2, wherein the control terminal of the second transistor is connected to a connection node between the fourth transistor and the second constant current source. 第1抵抗、第2抵抗、及び、第3抵抗は、いずれも外付け素子であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の出力制限回路。   4. The output limiting circuit according to claim 1, wherein each of the first resistor, the second resistor, and the third resistor is an external element. 5. 入力信号を増幅して出力信号を生成する前置増幅回路と、前記出力信号をPWM信号に変調するPWM変調回路と、前記PWM信号を電力増幅して駆動信号を生成する駆動回路と、前記駆動信号を平滑化して平滑信号を生成する平滑回路と、前記前置増幅回路を構成するオペアンプの出力振幅を制限する請求項1〜請求項4のいずれかに記載の出力制限回路と、を有して成ることを特徴とするD級パワーアンプ。   A preamplifier circuit that amplifies an input signal to generate an output signal; a PWM modulation circuit that modulates the output signal into a PWM signal; a drive circuit that amplifies the PWM signal to generate a drive signal; and the drive A smoothing circuit that smoothes a signal to generate a smooth signal, and an output limiting circuit according to any one of claims 1 to 4 that limits an output amplitude of an operational amplifier that constitutes the preamplifier circuit. Class D power amplifier characterized by comprising 請求項5に記載のD級パワーアンプと、前記D級パワーアンプで生成される平滑信号によって駆動されるスピーカと、を有して成ることを特徴とする音響機器。   6. An acoustic apparatus comprising: the class D power amplifier according to claim 5; and a speaker driven by a smooth signal generated by the class D power amplifier.
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