デジタルパワーAmplifierにアナログ信号処理技術を加えることによる高音質デジタルAmplifier技術
デジタルAmplifierと言えどもspeakerへの出力はアナログであり、さまざまな信号処理過程を経た最終のアナログ出力の精度が音質を左右します。アナログAmplifierにおいて、この高精度な制御を実現する最も有効な手段として用いられてきたのが負帰還(ネガティブ・フィードバック)技術ですが、デジタルAmplifierにおいても、高音質を実現する最も 有効な技術です。「 DEUS 」とは、負帰還技術の応用によって高音質を実現する回路構成とコア技術の集大成した高音質デジタルAmplifier技術です。
PWM変調信号生成回路では、デジタルのフィードバックがおこなわれ高精度な PWM信号を生成します(マスタークロック周波数 : 400 kHz)。これにより、スイッチングパワー段で増幅され、ローパスフィルタ( LPF )で復調されて出力される信号は、ほぼ実用的な音質になりますが、さらにアナログのフィードバックをおこなうことにより、より高音質なaudio特性に仕上がります。フィードバックのループ特性は2ポール補償型で、LPF のカットオフ周波数はループの帯域内に設定しています。このように、「小型」「軽量」「高効率」は「デジタル」で、高音質audio特性は「アナログ」で実現させる基本回路構成と、デジタルとアナログのフィードバック協調動作(ハイブリッド)によって高音質化を図る「ハイブリッド・フィードバック・デジタルAmplifier」となっています。
「ハイブリッド・フィードバック」技術により、高精度 PWM変調※信号生成には「デジタルのフィードバック」、speaker出力端子からは「アナログのフィードバック」という 2 種類のフィードバックを協調動作させることで、「小型」「軽量」「高効率」というデジタルのメリットと、speakerへのアナログ出力を高音質化するアナログのメリットを同時に得ること ができ、デジタルAmplifierの高音質化を実現しました。
※ Pulse Width Modulation 変調 : 信号によってパルスの幅を変化させる変調方法。
PWM 変調回路にはいろいろな方式がありますが、多チャンネルにしても相互干渉がなく、同期動作が可能でシンプルかつ高性能という特長を備え、デジタルAmplifierに最適な「 Floating Triangle PWM ( FLT-PWM )変調回路」を開発しました。 400 kHz のマスタークロックを積分して得られた三角波は、audio入力信号のエンベロープに乗ってその 電圧が変化し、基準電圧( Vref )を切る時間幅が超高速CMOS コンパレータによってパルス幅に変換され、 PWM 出力が得られるのが PWM 変調回路の基本的な動作原理になります。さらに、この出力 をデジタルフィードバックすることにより、高精度・低歪みの PWM 出力が得られます。
デジタルAmplifierでは、上下のパワー素子が交互に高速でON/OFFを繰り返して出力します。この結果得られる出力信号は、L1,C1によるLPF(ローパスフィルタ)を通すことによってaudio信号として復調され、スピーカへの出力となります。しかし、パワー素子は単なるスイッチとして動作するため、信号レベルは電源電圧とパルス幅で決まりますので、どちらが変動しても誤差となり歪みやノイズとなります。これは、従来のアナログAmplifierの出力特性との大きな相違点であり、特に、電源電圧変動や電源ノイズがそのまま出力されるという基本特性から電源電圧変動除去比(PSRR=0dB)を40〜60dB改善する必要があります。また、LPFでも信号が通過するインダクタを小型化するために磁性材料によるコアを入れると、許容範囲を越えるレベルの磁気歪みが発生します。さらに、ダンピングファクタについては、LPFのインピーダンス、パワー素子のON抵抗に加え電源の出力インピーダンスまでが関係してきます。これも注意を要する基本特性です。
ノイズも電圧変動もゼロの「理想電源」やON抵抗ゼロの「理想パワー素子」を得るのは、現実的に無理があることから、実用になるaudio特性を得る手段として、フィードバックシステムを効果的に用いることになります。一般的に、LPFの後からフィードバックをおこなうことは、困難とされていますが、従来のハイエンド・高性能NFBAmplifierで応用されてきた2ポール補償型NFBのループ特性にすることで、極めて効果的で安定なNFB回路とすることができます。この結果、電源電圧変動除去比はもちろん、歪率やS/N比など基本的なaudio特性を40〜60dB改善することができ、ハイエンド・audioAmplifierとして十分に通用する高音質audio特性に仕上げることができます。