JP2010087939A - Digital amplifier system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、デジタルアンプの制御技術、特にPWM(Pulse Width Modulation)信号入力の帰還方式デジタルアンプを用いたシステムに電子ボリュームを実装する際に発生する小信号領域での精度劣化を低減するための技術に関する。 The present invention is to reduce accuracy degradation in a small signal region that occurs when an electronic volume is mounted in a system using a feedback amplifier digital technology for digital amplifier control technology, particularly a PWM (Pulse Width Modulation) signal input. Regarding technology.
デジタルアンプ技術の分類としては、その入出力波形から、アナログ入力を入力してデジタル信号 (PWM波)を出力するタイプ(「アナログ入力デジタルアンプ」と称する)と、デジタル信号(PWM波)を入力してデジタル信号(PWM波)を出力するタイプ(「PWM信号入力デジタルアンプ」と称する)とに大別される。 As a classification of digital amplifier technology, from the input / output waveform, input analog input and output digital signal (PWM wave) (referred to as “analog input digital amplifier”) and digital signal (PWM wave) input Then, it is roughly classified into a type that outputs a digital signal (PWM wave) (referred to as “PWM signal input digital amplifier”).
また、信号処理の形態から、アンプ内にフィードバックループを有するタイプ(「帰還方式デジタルアンプ」と称する)と、アンプ内にフィードバックループを有しないタイプ(「無帰還方式デジタルアンプ」と称する)とに大別されることもある。 In addition, the type of signal processing includes a type having a feedback loop in the amplifier (referred to as “feedback digital amplifier”) and a type having no feedback loop in the amplifier (referred to as “non-feedback digital amplifier”). Sometimes it is divided roughly.
従来のデジタルアンプは、アナログ入力の帰還方式デジタルアンプ、及びPWM信号入力の無帰還方式デジタルアンプが多くの割合を占めてきた。 As for the conventional digital amplifier, an analog input feedback type digital amplifier and a PWM signal input non-feedback type digital amplifier have occupied a large proportion.
アナログ入力の帰還方式デジタルアンプにおける長所は、アンプ内に有するフィードバックの効果によってLSI(Large Scale Integration)の性能ばらつきや外付け部品の性能ばらつきなどに依存せず、高精度な音声出力が可能であることや、アナログ入力であるため、従来のアナログ形式のアンプからの置き換えが容易であることが挙げられる。逆に短所としては、デジタル信号ソースから音声出力までに一旦アナログ信号を介する必要があり、デジタルからデジタルへのダイレクト結線と比べてシステムが複雑になることが挙げられる。 The advantage of the analog input feedback system digital amplifier is that it is possible to output sound with high accuracy without depending on the performance variation of LSI (Large Scale Integration) and the performance variation of external parts due to the feedback effect in the amplifier. In addition, since it is an analog input, it can be easily replaced from a conventional analog amplifier. On the other hand, the disadvantage is that an analog signal needs to be once passed from the digital signal source to the audio output, and the system is more complicated than the direct connection from digital to digital.
これに対して、PWM信号入力の無帰還方式デジタルアンプにおける長所は、デジタル信号ソースから音声出力までアナログ信号を介する必要がないため、音声DSP(Digital Signal Processor)などのデジタル信号処理LSIとデジタルアンプとの間でデジタル対応のダイレクト結線が可能であることが挙げられる。短所としては、フィードバックループを有しないため、LSI性能ばらつきや、外付け部品の性能ばらつきに弱く、安定して高精度な音声出力を担保することが非常に難しいことや、従来のアナログ形式のアンプからの置き換えが難しいことが挙げられる。 On the other hand, the advantage of the PWM signal input non-feedback digital amplifier is that there is no need to pass an analog signal from the digital signal source to the audio output, so a digital signal processing LSI such as an audio DSP (Digital Signal Processor) and a digital amplifier The direct connection for digital is possible. Disadvantages are that it does not have a feedback loop, so it is vulnerable to variations in LSI performance and external component performance, and it is extremely difficult to guarantee stable and highly accurate audio output. It is difficult to replace from.
現在、デジタルアンプ技術は成熟期を向かえ、従来より一歩進んだPWM信号入力の帰還方式デジタルアンプが主流となりつつある。PWM信号入力の帰還方式デジタルアンプは、アナログ入力の帰還方式デジタルアンプの長所と、PWM信号入力の無帰還方式デジタルアンプとの長所を併せ持ち、フィードバックの効果により安定で高精度な音声出力を担保し、かつ音声DSPなどのデジタル信号処理LSIとデジタルアンプとの間をデジタル対応のダイレクト結線とすることにより、システムの簡素化が実現できる。 At present, digital amplifier technology has entered a mature period, and a PWM signal input feedback digital amplifier, which is one step ahead of the conventional technology, is becoming mainstream. The PWM signal input feedback digital amplifier combines the advantages of the analog input feedback digital amplifier and the PWM signal input non-feedback digital amplifier to ensure stable and highly accurate audio output due to the feedback effect. In addition, the system can be simplified by providing a digital compatible direct connection between a digital signal processing LSI such as an audio DSP and a digital amplifier.
ところで、PWM信号入力の帰還方式デジタルアンプを用いたシステムでは、アナログ処理の電子ボリュームのような高精度な音量調整機能を実装することができず、デジタル処理の電子ボリュームを音量調整機能の代替としてシステム内に実装してきた。例えば特許文献1には、オーディオ増幅システムのボリューム制御を実現するための減衰制御技術について記載されている。 By the way, in a system using a feedback digital amplifier with PWM signal input, it is not possible to implement a high-precision volume adjustment function like an electronic volume for analog processing. Have been implemented in the system. For example, Patent Document 1 describes an attenuation control technique for realizing volume control of an audio amplification system.
上記のようにPWM信号入力の帰還方式デジタルアンプを用いたシステムでは、アナログ処理の電子ボリュームのような高精度な音量調整機能を実装することができず、デジタル処理の電子ボリュームを音量調整機能の代替としてシステム内に実装してきた。しかしながら、デジタル処理の電子ボリュームは、デジタル処理特有のきめ細かな音量調整が容易に可能である反面、デジタル信号ビット長などの制約から、小信号領域においてはアナログ処理の電子ボリュームに比べ、その信号再現性が非常に劣る(デジタル信号処理特有の量子化誤差の影響を大きく受ける)ことが一般的に知られている。 As described above, in a system using a feedback digital amplifier with PWM signal input, it is not possible to implement a high-accuracy volume adjustment function like an electronic volume for analog processing. It has been implemented in the system as an alternative. However, the digital volume of digital processing can easily adjust the fine volume peculiar to digital processing, but the signal reproduction is smaller in the small signal area than the analog volume of electronic processing due to restrictions such as the digital signal bit length. It is generally known that the performance is very inferior (it is greatly influenced by the quantization error peculiar to digital signal processing).
したがって、PWM信号入力の帰還方式デジタルアンプを用いたシステムでは、電子ボリュームを実装する際に発生する小信号領域での精度劣化への対策が大きな課題となっている。 Therefore, in a system using a feedback digital amplifier with PWM signal input, countermeasures against accuracy deterioration in a small signal region that occurs when an electronic volume is mounted is a major issue.
本発明の目的は、PWM信号入力の帰還方式デジタルアンプを用いたシステムに電子ボリュームを実装する際に発生する小信号領域での精度劣化を低減するための技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique for reducing accuracy degradation in a small signal region that occurs when an electronic volume is mounted in a system using a feedback digital amplifier with PWM signal input.
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち代表的なものについて簡単に説明すれば下記のとおりである。 A representative one of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
すなわち、デジタル信号処理ユニット、電子ボリューム装置、及び帰還方式デジタルアンプを含んでデジタルアンプシステムを構成する。上記デジタル信号処理ユニットの後段であって上記帰還方式デジタルアンプの前段に上記電子ボリューム装置を設けることで、小信号領域においても十分な信号再現性が担保できるようになる。しかも、電子ボリューム装置においてはPWM波の振幅電圧をアナログ的に直接制御することが可能であるため、アナログ処理の電子ボリュームに相当するボリューム特性を得ることができる。 That is, a digital amplifier system is configured including a digital signal processing unit, an electronic volume device, and a feedback digital amplifier. By providing the electronic volume device after the digital signal processing unit and before the feedback digital amplifier, sufficient signal reproducibility can be secured even in a small signal region. In addition, since the electronic volume device can directly control the amplitude voltage of the PWM wave in an analog manner, a volume characteristic corresponding to an electronic volume for analog processing can be obtained.
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記の通りである。 The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
すなわち、PWM信号入力の帰還方式デジタルアンプを用いたシステムに電子ボリュームを実装する際に発生する小信号領域での精度劣化を低減することができる。 That is, it is possible to reduce deterioration in accuracy in a small signal region that occurs when an electronic volume is mounted on a system using a feedback digital amplifier with PWM signal input.
1.代表的な実施の形態
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。
1. Representative Embodiment First, an outline of a typical embodiment of the invention disclosed in the present application will be described. The reference numerals of the drawings referred to with parentheses in the outline description of the representative embodiments merely exemplify what are included in the concept of the components to which the reference numerals are attached.
〔1〕本発明の代表的な実施の形態に係るデジタルアンプシステム(100)は、デジタル信号処理ユニット(10)、電子ボリューム装置(20)、及び帰還方式デジタルアンプ(30)を含む。デジタル信号処理ユニット(10)は、入力されたデジタルオーディオ信号に対して所定の信号処理を施してPWM信号を出力する。電子ボリューム装置(20)は、上記デジタル信号処理ユニットの後段であって上記帰還方式デジタルアンプの前段に配置され、上記デジタル信号処理ユニットから出力されたPWM信号の振幅制御を行う。帰還方式デジタルアンプ(30)は、上記デジタル信号処理ユニットから出力されたPWM信号に基づいて負荷を駆動する。 [1] A digital amplifier system (100) according to a typical embodiment of the present invention includes a digital signal processing unit (10), an electronic volume device (20), and a feedback system digital amplifier (30). The digital signal processing unit (10) performs predetermined signal processing on the input digital audio signal and outputs a PWM signal. The electronic volume device (20) is arranged after the digital signal processing unit and before the feedback digital amplifier, and controls the amplitude of the PWM signal output from the digital signal processing unit. The feedback digital amplifier (30) drives the load based on the PWM signal output from the digital signal processing unit.
上記構成の電子ボリューム装置によれば、小信号領域においても十分な信号再現性が担保できることになる。しかも、電子ボリューム装置20においてはPWM波の振幅電圧をアナログ的に直接制御することが可能であるため、アナログ処理の電子ボリュームに相当するボリューム特性を得ることができる。また、デジタル信号処理ユニット10の後段に上記電子ボリューム装置20が設けられたことにより、PWM信号入力の帰還方式デジタルアンプシステムを構成する際にシステム性能に大きな影響を与えるΔΣ変調器(14)で発生する再量子化誤差の影響を低減することができる。
According to the electronic volume device having the above configuration, sufficient signal reproducibility can be secured even in a small signal region. In addition, since the
〔2〕上記〔1〕において、上記デジタル信号処理ユニットは、入力されたオーディオ信号に対するデジタル処理による電子ボリューム機能(13A)を発揮するオーディオ信号処理回路(13)を含み、上記電子ボリューム装置と、上記オーディオ信号処理回路内の電子ボリューム機能とで、信号の減衰量が分担されるように構成することができる。例えばオーディオ信号処理回路における電子ボリュームによる信号減衰量は量子化誤差の影響が大きくならない範囲にとどめ、電子ボリューム装置で残りの減衰量を実現することにより小信号領域においても十分な信号再現性が担保できることになる。 [2] In the above [1], the digital signal processing unit includes an audio signal processing circuit (13) that exhibits an electronic volume function (13A) by digital processing for an input audio signal, The electronic volume function in the audio signal processing circuit can be configured to share the signal attenuation. For example, the signal attenuation due to the electronic volume in the audio signal processing circuit is kept within the range where the influence of the quantization error does not become large, and by realizing the remaining attenuation with the electronic volume device, sufficient signal reproducibility is ensured even in a small signal region. It will be possible.
〔3〕上記〔1〕において、上記電子ボリューム装置は、上記オーディオ信号処理回路から伝達された複数ビット構成のデジタル信号に基づいてボリューム制御信号を発生させるボリューム制御信号発生回路(22)と、上記オーディオ信号処理回路から伝達されたPWM信号の振幅を、上記ボリューム制御信号に基づいて制御可能なPWM振幅制御型電子ボリューム(21)とを含んで構成することができる。 [3] In the above [1], the electronic volume device includes a volume control signal generation circuit (22) for generating a volume control signal based on a digital signal having a plurality of bits transmitted from the audio signal processing circuit; A PWM amplitude control type electronic volume (21) that can control the amplitude of the PWM signal transmitted from the audio signal processing circuit based on the volume control signal can be configured.
〔4〕上記〔3〕において、上記電子ボリューム装置に、上記ボリューム制御信号に基づいて、上記PWM振幅制御型電子ボリュームの出力信号に対して、上記帰還方式デジタルアンプに応じたバイアス補正を行うためのバイアス補正回路(23)を設けることができる。 [4] To perform bias correction according to the feedback digital amplifier on the output signal of the PWM amplitude control type electronic volume based on the volume control signal in the electronic volume device in [3]. The bias correction circuit (23) can be provided.
〔5〕上記〔1〕において、上記デジタル信号処理ユニットに、複数ビット構成のデジタル信号に基づいて1ビットのPWM波を発生させる第1ボリューム制御信号発生部(22A)を設けることができる。また、上記電子ボリューム装置には、上記第1ボリューム制御信号発生部で発生された1ビットのPWM波に基づいて第2ボリューム制御信号を発生させる第2ボリューム制御信号発生部(22B)と、上記オーディオ信号処理回路から伝達されたPWM信号の振幅を、上記第2ボリューム制御信号に基づいて制御可能なPWM振幅制御型電子ボリューム(21)とを設けることができる。 [5] In the above [1], the digital signal processing unit can be provided with a first volume control signal generator (22A) that generates a 1-bit PWM wave based on a digital signal having a plurality of bits. The electronic volume device includes a second volume control signal generator (22B) that generates a second volume control signal based on a 1-bit PWM wave generated by the first volume control signal generator; A PWM amplitude control type electronic volume (21) capable of controlling the amplitude of the PWM signal transmitted from the audio signal processing circuit based on the second volume control signal can be provided.
〔6〕上記〔5〕において、上記電子ボリューム装置には、上記第2ボリューム制御信号に基づいて、上記PWM振幅制御型電子ボリュームの出力信号に対して、上記帰還方式デジタルアンプに応じたバイアス補正を行うためのバイアス補正回路(23)を設けることができる。 [6] In the above [5], the electronic volume device has a bias correction according to the feedback type digital amplifier for the output signal of the PWM amplitude control type electronic volume based on the second volume control signal. A bias correction circuit (23) can be provided.
2.実施の形態の説明
次に、実施の形態について更に詳述する。
2. Next, the embodiment will be described in more detail.
<実施の形態1>
図1には、本発明にかかるデジタルアンプシステムの構成例が示される。
<Embodiment 1>
FIG. 1 shows a configuration example of a digital amplifier system according to the present invention.
図1に示されるデジタルアンプシステム100は、特に制限されないが、ホームオーディオ、カーオーディオ、テレビ受像器、あるいは携帯電話機などの電子機器に搭載され、入力されたデジタルオーディオ信号に基づいてスピーカー又はヘッドホンなどを駆動する機能を有する。そのようなデジタルアンプシステム100は、デジタル信号処理ユニット10、電子ボリューム装置20、及び帰還方式デジタルアンプ30を含み、特に制限されないが、公知の半導体集積回路製造技術により単結晶シリコン基板などの一つの半導体基板に形成される。
A
上記デジタル信号処理ユニット10は、図示されないデジタル信号処理部から伝達されたPCM(pulse code modulation)などのデジタルオーディオ信号に対して各種信号処理を施す機能を有する。このデジタル信号処理ユニット10は、次のように構成される。
The digital
11はPCM等のデジタルオーディオ信号であり、このデジタルオーディオ信号11は、通常はデジタル信号ソースから音声DSP等の大規模なデジタル信号処理回路を経由して供給される。12はオーバーサンプリングフィルタ、13はデジタル処理による電子ボリューム13Aを含むオーディオ信号処理回路である。このオーディオ信号処理回路13は、デジタル信号処理を可能とするDSPとされ、そこでの処理結果は信号A(デジタルコード)により、後段のΔΣ(デルタ・シグマ)変調器及びPWM(Pulse Width Modulation)発生器14に伝達される。尚、オーディオ信号処理回路13は、オーバーサンプリングフィルタ12の前段に位置される場合もある。ΔΣ変調器及びPWM発生器14は、ΔΣ変調及びPWM波形成を行う。ΔΣ変調器出力が1ビットPDM(Pulse Density Modulation)波の場合、PWM発生器は省略可能であり、以降処理におけるPWM波はPDM波に読み替えることができる。15はデジタルインタフェースであり、このデジタルインタフェース15は、例えばこのデジタルアンプシステム100が搭載される電子機器におけるマイクロコンピュータ等からのレジスタ制御信号などを他ブロック、例えばオーディオ信号処理回路13や、電子ボリューム装置20に供給する機能を有する。特に制限されないが、デジタルインタフェース15から電子ボリューム装置20に供給される信号Dは、音量調整のための複数ビット構成のデジタル信号とされる。
電子ボリューム装置20は、デジタル信号処理ユニット10と帰還方式デジタルアンプ30との間、すなわち、デジタル信号処理ユニット10の後段であって帰還方式デジタルアンプ30の前段に配置される。そしてこの電子ボリューム装置20は、上記デジタル信号処理ユニット10内のΔΣ変調器及びPWM発生器14の出力信号B(PWM波)の振幅レベルを直接制御する機能を有し、デジタル信号処理ユニットからのPWM波を信号入力として受け、その振幅を制御することによりボリューム動作を実現する。尚、この電子ボリューム装置20については後に詳述する。
The
帰還方式デジタルアンプ30は、上記電子ボリューム装置20の出力信号C(PWM波)を受け、それに基づいて負荷(スピーカー又はヘッドホンなど)を駆動する機能を有する。この帰還方式デジタルアンプ30は、パルス帰還回路31とスイッチングドライバ回路32とを含む。パルス帰還回路31は、振幅制御された信号C(PWM波)を受け、デジタルアンプ出力信号を本回路に帰還することで、フィードバックループを構成している。スイッチングドライバ回路32は、負荷を駆動するためのパワードライバやスイッチング制御回路などを含んで成る。パルス帰還回路31とスイッチングドライバ回路32とを組み合わせることで、シングルエンド出力あるいはBTL出力に対応したPWM信号入力の帰還方式デジタルアンプ30が構成される。この帰還方式デジタルアンプ30の出力信号は、後段のLCフィルタ、スピーカー又はヘッドホン40に伝達される。ここでは、LCフィルタで高周波成分が急激に減衰され、そのフィルタリング出力によってスピーカー(又はヘッドホン)が駆動される。
The feedback
図2には、上記電子ボリューム装置20の構成例が示される。
FIG. 2 shows a configuration example of the
図2に示されるように、電子ボリューム装置20は、PWM振幅制御型電子ボリューム21、ボリューム制御信号発生回路22、自動バイアス補正回路23、及び加算回路24を含んで成る。
As shown in FIG. 2, the
上記ボリューム制御信号発生回路22は、上記デジタル信号処理ユニット10内のデジタルインタフェース15から伝達された複数ビット構成のデジタル信号Dに応じて音量調整のためのボリューム制御信号Fを形成する。このボリューム制御信号Fは、デジタルインタフェース15から伝達された複数ビット構成のデジタル信号Dに応じた直流電圧とされ、それが、PWM振幅制御型電子ボリューム21及び自動バイアス補正回路23に供給される。PWM振幅制御型電子ボリューム21は、ボリューム制御信号Fを電源電圧として動作することでPWM信号の振幅を増幅可能な増幅器とされる。かかる構成によりPWM振幅制御型電子ボリューム21では、そのときのボリューム制御信号Fに応じてPWM信号の振幅制御が行われる。つまり、PWM振幅制御型電子ボリューム21によれば、PWM波の振幅電圧をアナログ的に直接制御することが可能となる。このPWM振幅制御型電子ボリューム21の出力信号(振幅調整されたPWM信号)は、後段の加算器24に伝達される。自動バイアス補正回路23は、上記PWM振幅制御型電子ボリューム21によって振幅制御されたPWM信号が、後段の帰還方式デジタルアンプ30で正しく認識されるように、帰還方式デジタルアンプ30の仕様に応じたバイアス補正を行う。このバイアス補正は、上記PWM振幅制御型電子ボリューム21の出力信号に対して加算器24で加算される信号レベルを、そのときのボリューム制御信号Fに応じて調整することで可能とされる。具体的には次のように行うことができる。
The volume control
振幅制御型ボリューム21によって振幅制御されたPWM信号は制御信号FをH(ハイ)レベルとして制御されるが、その結果、L(ロー)レベル近傍で動作する、図6(A)に示される波形のような信号となる。従って、例えば、後段の帰還方式デジタルアンプ30の仕様が電源とグランド(GND)と間の中点電位に相当する動作点(バイアス点)を要求する場合は、図6(A)に示されるような信号では入力条件を満足しない(H/Lの認識が正しくできない)。そのため、自動バイアス補正回路23により制御信号Fに応じてその動作点(バイアス点)を調整することで、図6(B)に示されるように振幅レベル波形を生成し、後段の帰還方式デジタルアンプ30への入力信号とすることで、入力条件を満足させる。このようなバイアス補正は中点電位に限らず、後段の帰還方式デジタルアンプ30の仕様に応じて調整が可能である。
The PWM signal whose amplitude is controlled by the amplitude
このようにPWM振幅制御型電子ボリューム21でのPWM振幅制御に連動してバイアス補正が行われることで、帰還方式デジタルアンプ30では、上記PWM振幅制御型電子ボリューム21による振幅制御にかかわらず、信号C(PWM波)を的確に認識することができるようになる。
(1)上記電子ボリューム装置20が設けられたことにより、デジタル処理の電子ボリュームを用いた際に課題であった小信号領域での量子化誤差の影響を低減する効果を得ることができる。例えば、図5に示されるように、デジタル信号処理ユニット10と帰還方式デジタルアンプ30との間に、電子ボリューム装置20(図1参照)が介在されない場合には、例えばボリューム減衰量が0dB〜−90dBの範囲で必要なとき、その制御を全てデジタル処理の電子ボリュームにて実現する必要があったため、−80dBあるいは−90dBと設定した際には、信号はデジタル信号処理特有の量子化誤差の影響を大きく受けることになる。
As described above, the bias correction is performed in conjunction with the PWM amplitude control in the PWM amplitude control type
(1) Since the
これに対して、図1に示されるように、デジタル信号処理ユニット10と帰還方式デジタルアンプ30との間に、電子ボリューム装置20が介在される場合には、システムにおけるボリューム設定を0dB〜−90dBとする場合においても、デジタル処理の電子ボリュームでの信号減衰量を−90dBまで設定する必要がない。例えばデジタル処理の電子ボリューム13Aで−50dB、PWM振幅制御型の電子ボリューム装置20で−40dBと信号減衰量を分担させることが可能となる。言い換えると、オーディオ信号処理回路13における電子ボリューム13Aによる信号減衰量は量子化誤差の影響が大きくならない範囲にとどめ、電子ボリューム装置20で残りの減衰量を実現することにより小信号領域においても十分な信号再現性が担保できることになる。しかも、PWM振幅制御型の電子ボリューム装置20においてはPWM波の振幅電圧をアナログ的に直接制御することが可能であるため、アナログ処理の電子ボリュームに相当するボリューム特性を得ることができる。尚、電子ボリューム13Aでの減衰量と電子ボリューム装置20での減衰量とは、アプリケーションによって任意に設定することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 1, when the
(2)デジタル信号処理ユニット10の後段に上記電子ボリューム装置20が設けられたことにより、PWM信号入力の帰還方式デジタルアンプシステムを構成する際にシステム性能に大きな影響を与えるΔΣ変調器(14)で発生する再量子化誤差の影響を低減することができる。
(2) A ΔΣ modulator (14) that greatly affects system performance when a feedback type digital amplifier system with PWM signal input is configured by providing the
例えば図5に示されるシステム構成では、帰還方式デジタルアンプと同等かそれ以上のレベルの再量子化誤差に起因する雑音がΔΣ変調器及びPWM発生器14で発生しており、それによって、システムの性能が制約されてしまう。
For example, in the system configuration shown in FIG. 5, noise caused by a requantization error at a level equal to or higher than that of the feedback digital amplifier is generated in the ΔΣ modulator and the
これに対して、図1に示されるシステム構成によれば、ΔΣ変調器及びPWM発生器14の後段にPWM振幅制御型の電子ボリューム装置20が設けられるため、本電子ボリュームの減衰量を大きく設定した際には再量子化誤差に起因する雑音も信号と同様に減衰されるため、結果として小信号領域におけるシステム性能(信号再現性)が改善される。
On the other hand, according to the system configuration shown in FIG. 1, the PWM amplitude control type
(3)帰還方式デジタルアンプは、フィードバックループを有するためPWM波振幅レベルの変動除去特性を持つ。通常、デジタルアンプ内のPWMパルスはH(ハイ)レベルを電源電圧、L(ロー)レベルをグランドレベルとして内部処理されているが、上記と同様の考え方で、この振幅レベルを直接制御する方法として、電源電圧レベルを可変した場合、フィードバックループによる変動除去特性により、意図したボリューム特性を得ることができない。例えば、PWMのHレベルの電圧を半分(減衰量−6dB)に変更したとしても、出力PWM波の減衰量はフィードバックループにより、時間軸方向のパルス幅が2倍(+6dB)になる方向で補正され、−6dB設定としたにも関わらずトータル減衰量は0dBとなり、意図した減衰量にはならない。 (3) Since the feedback digital amplifier has a feedback loop, it has a fluctuation elimination characteristic of the PWM wave amplitude level. Normally, the PWM pulse in the digital amplifier is internally processed with the H (high) level as the power supply voltage and the L (low) level as the ground level, but as a method of directly controlling the amplitude level in the same way as described above. When the power supply voltage level is varied, the intended volume characteristic cannot be obtained due to the fluctuation removal characteristic by the feedback loop. For example, even if the H level voltage of PWM is changed to half (attenuation amount -6 dB), the attenuation amount of the output PWM wave is corrected in the direction that the pulse width in the time axis direction is doubled (+6 dB) by the feedback loop. In spite of the -6 dB setting, the total attenuation is 0 dB, which is not the intended attenuation.
これに対して、図1に示されるシステム構成では、帰還方式デジタルアンプの前段、言い換えるとフィードバックループの外側にPWM振幅制御型の電子ボリューム装置20を配置しているため、フィードバックループによる変動除去特性の影響を受けることはない。これにより、音量調整を円滑に行うことができる。
On the other hand, in the system configuration shown in FIG. 1, the PWM amplitude control type
(4)このように本システム構成は、PWM信号入力の帰還方式デジタルアンプを用いたシステムにおいて従来発生していた種々の不都合を解決することができ、量子化誤差の影響を低減した音量調整機能を実装可能であるため、信号再現性に優れた帰還方式デジタルアンプシステムを実現することができる。 (4) As described above, this system configuration can solve various disadvantages that have conventionally occurred in a system using a feedback type digital amplifier with PWM signal input, and can reduce the influence of quantization error. Therefore, a feedback digital amplifier system with excellent signal reproducibility can be realized.
<実施の形態2>
図3には、上記デジタルアンプシステム100の別の構成例が示される。図3に示されるデジタルアンプシステム100が、図1に示されるのと大きく相違するのは、デジタル信号処理ユニット10内に第1ボリューム制御信号発生器22Aが設けられている点である。この第1ボリューム制御信号発生器22Aは、デジタルインタフェース15から供給された、音量調整のための複数ビット構成のデジタル信号に応じた第1ボリューム制御信号としてPWM信号Eを形成する。このPWM信号Eは、電子ボリューム装置20に伝達される。
<Embodiment 2>
FIG. 3 shows another configuration example of the
図4には、上記電子ボリューム装置20の別の構成例が示される。図4に示される電子ボリューム装置20が図2に示されるのと大きく相違するのは、複数ビット構成のデジタル信号Dに応じて音量調整のためのボリューム制御信号Fを形成するボリューム制御信号発生回路22に代えて、1ビットのPWM信号Eに応じて音量調整のための第2ボリューム制御信号Gを形成する第2ボリューム制御信号発生器22Bが設けられている点である。つまり、第2ボリューム制御信号発生器22Bでは、上記第1ボリューム制御信号発生器22Aによって形成された第1ボリューム制御信号(PWM信号E)に応じて、アナログ的に第2ボリューム制御信号Gを形成する。この第2ボリューム制御信号Gは、第1ボリューム制御信号発生器22Aから伝達された第1ボリューム制御信号E(PWM波)に応じた直流電圧とされ、図2に示される場合と同様に、PWM振幅制御型電子ボリューム21及び自動バイアス補正回路23に供給される。従って、図3及び図4に示されるシステム構成においても、図1及び図2に示されるシステム構成の場合と同様の作用効果を得ることができる。特に、図3及び図4に示されるシステム構成においては、第1ボリューム制御信号発生器22Aから第2ボリューム制御信号発生器22Bに至る信号配線が1ビットのPWM信号を伝達するのに必要な1本のみで足りるため、図1及び図2に示されるシステム構成に比べると、デジタル信号処理ユニット10と電子ボリューム装置20との間の配線数を大幅に減少させることができる。
FIG. 4 shows another configuration example of the
以上本発明者によってなされた発明を具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 Although the invention made by the present inventor has been specifically described above, the present invention is not limited thereto, and it goes without saying that various changes can be made without departing from the scope of the invention.
10 デジタル信号処理ユニット
12 オーバーサンプリングフィルタ
13 オーディオ信号処理回路
14 ΔΣ変調器及びPWM発生器
15 デジタルインタフェース
20 電子ボリューム装置
21 PWM振幅制御型電子ボリューム
22 ボリューム制御信号発生回路
22A 第1ボリューム制御信号発生器
22B 第2ボリューム制御信号発生器
23 自動バイアス補正回路
24 加算器
30 帰還方式デジタルアンプ
31 パルス帰還回路
32 スイッチングドライバ回路
40 LCフィルタ、スピーカー又はヘッドホン
100 デジタルアンプシステム
10 Digital
Claims (6)
上記デジタル信号処理ユニットから出力されたPWM信号に基づいて負荷を駆動するための帰還方式デジタルアンプと、
上記デジタル信号処理ユニットの後段であって上記帰還方式デジタルアンプの前段に配置され、上記デジタル信号処理ユニットから出力されたPWM信号の振幅制御を行う電子ボリューム装置と、を含むことを特徴とするデジタルアンプシステム。 A digital signal processing unit that performs signal processing for outputting a PWM signal to an input digital audio signal and outputs a PWM signal;
A feedback digital amplifier for driving a load based on the PWM signal output from the digital signal processing unit;
And an electronic volume device that is arranged after the digital signal processing unit and before the feedback digital amplifier, and controls the amplitude of the PWM signal output from the digital signal processing unit. Amplifier system.
上記電子ボリューム装置と、上記オーディオ信号処理回路内のデジタル電子ボリューム機能とで、信号の減衰量が分担されて成る請求項1記載のデジタルアンプシステム。 The digital signal processing unit includes an audio signal processing circuit that exhibits an electronic volume function by digital processing for an input audio signal,
2. The digital amplifier system according to claim 1, wherein an attenuation amount of the signal is shared by the electronic volume device and a digital electronic volume function in the audio signal processing circuit.
上記オーディオ信号処理回路から伝達されたPWM信号の振幅を、上記ボリューム制御信号に基づいて制御可能なPWM振幅制御型電子ボリュームと、を含む請求項1記載のデジタルアンプシステム。 The electronic volume device includes a volume control signal generation circuit for generating a volume control signal for varying the amplitude of the PWM signal based on a digital signal having a plurality of bits transmitted from the audio signal processing circuit;
2. The digital amplifier system according to claim 1, further comprising: a PWM amplitude control type electronic volume capable of controlling the amplitude of the PWM signal transmitted from the audio signal processing circuit based on the volume control signal.
上記電子ボリューム装置は、上記第1ボリューム制御信号発生部で発生された1ビットのPWM波に基づいてオーディオ信号処理回路から伝達された上記PWM信号の振幅を可変させるための第2ボリューム制御信号を発生させる第2ボリューム制御信号発生部と、
上記オーディオ信号処理回路から伝達されたPWM信号の振幅を、上記第2ボリューム制御信号に基づいて制御可能なPWM振幅制御型電子ボリュームと、を含む請求項1記載のデジタルアンプシステム。 The digital signal processing unit includes a first volume control signal generating unit that generates a 1-bit PWM wave based on a digital signal having a plurality of bits.
The electronic volume device has a second volume control signal for varying the amplitude of the PWM signal transmitted from the audio signal processing circuit based on the 1-bit PWM wave generated by the first volume control signal generator. A second volume control signal generator for generating;
The digital amplifier system according to claim 1, further comprising: a PWM amplitude control type electronic volume capable of controlling the amplitude of the PWM signal transmitted from the audio signal processing circuit based on the second volume control signal.
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