正弦波基準信号を用いた低歪 D 級アンプの検討 A-1

平成 25 年度電子情報通信学会東京支部学生会研究発表会
講演番号： 23
正弦波基準信号を用いた低歪 D 級アンプの検討
A-1
A study of low distortion Class D amplifier using a sine wave
荒村祐志 松谷康之
s+1
2
) + Ns (
s
s+1
)
2
… (1)
と表される。信号帯域にはローパス特性、高調波歪に
対してはハイパス特性がかかっているので、低周波帯
域の歪はハイパス特性により抑圧される。これにより、
正弦波を用いても低歪化が実現できる。
3.ブレッドボード実験 本検討では市販のコンパレ
ータ TL3016 (80dB) , 積分器に用いるオペアンプ
OPA847 (98dB , 3.9GHz) , 帰還バッファに CMOS イン
バータである SN74AC04 を用いた。
3.1 従来型変調比較 図 2 の従来回路において三角波
と正弦波それぞれを用いた変調出力のスペクトラム
を図 4、図 5 に示す。入力信号を振幅 1Vpp , 1[kHz] と
し、比較信号はどちらも 5Vpp , 200[kHz] とした。三
角波について 2 次歪が-65dB と小さく、SNR の高い信
号が得られていることからスプリアスが出ていない。
これに対し正弦波について 2 次歪は-60dB と大きく、
3 次歪および大きなスプリアスが生じている。
3.1 本検討変調比較 図 6 に製作した本検討回路図、
図 7 にスペクトラム解析の結果を示す。増幅器の非線
形性で発生する高調波折り返し歪が信号帯域に現れ
ないよう、帰還部の増幅器入力にローパスフィルタを
付加した。従来型 PWM に正弦波を用いた場合に比べ、
実測では約-20dB の歪抑制を確認した。
4. まとめ 先行研究において提案された正弦波基準
信号の有用性を示すためブレッドボード実験を行っ
た。実験の結果、三角波を用いた従来の変調方式に比
べ、正弦波を用いた提案回路の場合、約-20dB の高調
波歪の抑制がおこなわれていることを確認した。
参考文献
[1] Behzad Razavi 著 , 黒田 忠広 監訳 『アナログ
CMOS 集積回路の設計 応用編』丸善出版社 2011 p.p
352-458
[2] 本田 潤 著 , 『D 級/デジタル・アンプの設計と
制作』 CQ 出版社
-23-
-60
-80
-100
1
10
f[kHz]
10
f[kHz]
図 4 三角波変調
0
-20
-40
P[dB]
1
-60
-80
-100
1
図 5 正弦波変調
図 6 本検討回路
0
-20
-40
P[dB]
Y = X(
P[dB]
Yuushi ARAMURA Yasuyuki MATSUYA
青山学院大学 理工学部
College of science engineering, Aoyama Gakuin University
1. はじめに PWM 変調(Pulse Width Modulation)を用
いた D 級アンプ(図 1)は電力効率が良く、回路規模が
小さいことから携帯オーディオ等に用いられている。
図 1 D 級アンプ構成概要
しかし、三角波生成にはオペアンプが用いられている
ため、積分用増幅器がもつ歪やユニティゲイン周波数
の影響を受け、歪が生じてしまう。それにより、線形
性劣化を補正するための回路が必要となり、回路が複
雑化する問題を有する。このため、純度が高く小型な
生成回路から成る正弦波を用いた低歪回路が先行研
究において検討されている。本検討では先行研究にお
図 2 従来回路
図 3 先行検討提案回路構成
ける回路動作をブレッドボード実験により検証した。
2. 先行研究概要
従来回路を図 2, 先行検討での理
論を実現する提案回路構成を図 3 に示す。入力信号を
0
X、出力信号を Y、コンパレータで発生する歪をNs と
-20
すると、提案回路の伝達関数は
-40
-60
-80
-100
1
10
f[kHz]
図 7 提案型変調スペクトラム結果
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