信号伝送システム、信号送信機及び信号受信機
【課題】 ｆ特などの基本性能を劣化させることなく、簡易な構成で、電源に伝送信号を重畳して伝送できるようにする。
【解決手段】 信号送信機は、伝送信号をＰＰＭ信号に変換し、変換したＰＰＭ信号を直流電源に重畳して伝送路へ送出する。信号受信機は、信号送信機が送出した送出信号を受信すると、直流電源とＰＰＭ信号に分離し、分離したＰＰＭ信号を伝送信号に復調する。ここで、ＰＰＭ信号として、３値ＰＰＭ信号を適用することが好ましい。
【解決手段】 信号送信機は、伝送信号をＰＰＭ信号に変換し、変換したＰＰＭ信号を直流電源に重畳して伝送路へ送出する。信号受信機は、信号送信機が送出した送出信号を受信すると、直流電源とＰＰＭ信号に分離し、分離したＰＰＭ信号を伝送信号に復調する。ここで、ＰＰＭ信号として、３値ＰＰＭ信号を適用することが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は信号伝送システム、信号送信機及び信号受信機に関し、例えば、オーディオアンプからスピーカへのオーディオ信号の伝送に適用し得るものである。
【背景技術】
【０００２】
独立したオーディオアンプとスピーカとをケーブルを介して接続したオーディオシステムがあり、このようなシステムでは、オーディオアンプからスピーカに対して、ケーブルを介してオーディオ信号を供給するようになされている。
【０００３】
近年においては、オーディオアンプから独立したスピーカとして、電源が直接供給されて動作するパワードスピーカがある。このようなパワードスピーカに対応するため、オーディオ信号を交流電源に重畳して、オーディオアンプからスピーカに伝送することも考えられる。また、オーディオ信号ではなく、音声信号を取り扱うものであるが、音声信号を直流電源に重畳して、音声配給装置から音声出力端末に伝送するものがあり（特許文献１参照）、この技術を、オーディオアンプからスピーカの伝送に適用することも考えられる。
【特許文献１】特開２００５−７９７６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
オーディオアンプ及びスピーカ間のケーブル長は短いとは言え、ケーブルを介した伝送であるので、基本性能（ｆ特や歪み）が劣化することを避け得ない。
【０００５】
特許文献１に記載のように、デジタル変調信号（例えばＡＳＫ）を伝送信号とすることにより、上記劣化を抑えることが可能になるが、オーディオ信号の場合には帯域が広いため、デジタル変調信号の変調系及び復調系が複雑な回路となり、また、デジタル変調信号の帯域幅内のノイズ成分は当然に除去することができない。
【０００６】
パワードスピーカを考慮して交流電源にオーディオ信号を重畳して伝送する場合、スピーカ側に、ＡＣ／ＤＣコンバータを持たせなければならない。この点からは、直流電源に伝送信号を重畳させることの方が好ましい。しかし、伝送信号として、デジタル変調信号を適用した場合には上述した不都合を有している。
【０００７】
そのため、送信機から受信機に対し、基本性能を劣化させることなく、しかも、簡易な構成で、電源に伝送信号を重畳して伝送することができる信号伝送システム、信号送信機及び信号受信機が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決するため、第１の発明の信号送信機は、伝送信号をＰＰＭ信号に変換する信号／ＰＰＭ変換回路と、変換されたＰＰＭ信号に直流電源を重畳し、上記伝送路への送出信号を形成する重畳回路とを有することを特徴とする。
【０００９】
第２の発明の信号受信機は、第１の発明の信号送信機が伝送路に送出した送出信号を受信するものであって、受信した上記送出信号を、直流電源とＰＰＭ信号に分離する分離回路と、分離されたＰＰＭ信号を伝送信号に復調するＰＰＭ／信号変換回路とを有することを特徴とする。
【００１０】
第３の発明の信号伝送システムは、第１の発明の信号送信機と第２の発明の信号受信機とが伝送路を介して配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の信号伝送システム、信号送信機及び信号受信機によれば、伝送信号をＰＰＭ信号に変換して直流電源に重畳して伝送するようにしたので、ｆ特などの基本性能を劣化させることなく、簡易な構成で、電源に伝送信号を重畳して伝送することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（Ａ）実施形態
以下、本発明による信号伝送システム、信号送信機及び信号受信機の一実施形態を説明する。この実施形態における伝送信号は任意であり、オーディオ信号に限定されるものではない。なお、以下の説明においては、適宜、伝送信号がオーディオ信号である場合の具体例を挙げて説明する。
【００１３】
図１は、実施形態の信号伝送システムの全体構成を示すブロック図である。図１において、実施形態の信号伝送システム１は、信号送信機２０及び信号受信機３０が伝送路２を介して接続されて構成されている。
【００１４】
信号送信機２０は、信号発生器３と接続されているものであり、内部に、ＰＰＭ（ｐｕｌｓｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）エンコーダ２１、ＤＣ電源回路２２及び重畳回路２３を備えている。一方、信号受信機３０は、帰着機器４に接続されているものであり、分離回路３１及びＰＰＭデコーダ３２を備えている。
【００１５】
信号発生器３は、信号パルスを出力するものである。信号発生器３は、信号送信機２０と同一装置内に設けられているものであっても良く、信号発生器３は、信号送信機２０を外部装置として備えるものであっても良い。信号発生器３として、例えば、デジタルオーディオアンプにおけるＰＷＭオーディオ信号を作成する部分を適用できる。信号発生器３からの信号パルスは、信号送信機２０のＰＰＭエンコーダ２１に与えられる。
【００１６】
ＰＰＭエンコーダ２１は、入力された信号パルスの位置情報を一定幅の細いパルスで取り出したＰＰＭ信号に変換して重畳回路２３に与えるものである。この実施形態の場合、ＰＰＭエンコーダ２１は、信号パルスの立上り情報を正のパルス、立下り情報を負のパルスで取り出した３値ＰＰＭ信号に変換する。
【００１７】
図２は、ＰＰＭエンコーダ２１の詳細構成例を示すブロック図であり、図３は、その各部タイミングチャートである。なお、ＰＰＭエンコーダ２１の詳細構成として、他の構成を適用しても良いことは勿論である。
【００１８】
図２において、ＰＰＭエンコーダ２１は、遅延回路４１、インバータ４２〜４４、４８、２入力ＡＮＤゲート４５、４６、レベルシフタ４７、ＰチャネルＭＯＳトランジスタ４９及びＮチャネルＭＯＳトランジスタ５０を有する。
【００１９】
ここで、遅延回路４１は、変換後のＰＰＭ信号における細いパルスのパルス幅分だけ遅延させるものである。レベルシフタ４７は、入力された０〜５Ｖをダイナミックレンジとするパルスを、５〜１０Ｖをダイナミックレンジとするパルスに変換（レベルシフト）する。
【００２０】
遅延回路４１、インバータ４２、４８、２入力ＡＮＤゲート４５、レベルシフタ４７、ＰチャネルＭＯＳトランジスタ４９が、信号パルスの立上り情報を抽出する構成となっている。
【００２１】
また、遅延回路４１、インバータ４２〜４４、２入力ＡＮＤゲート４６、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ５０が、信号パルスの立下り情報を抽出する構成となっている。
【００２２】
入力された信号パルスＰＡは、遅延回路４１によって、所定時間ＤＬだけ遅延された後、インバータ４２によって反転され、その反転信号ＰＢが２入力ＡＮＤゲート４５の一方の入力端子に入力される。２入力ＡＮＤゲート４５の他方の入力端子には、信号パルスＰＡが入力されている。これにより、２入力ＡＮＤゲート４５からは、信号パルスの立上り情報を反映させた、図３に示すパルス信号ＰＤが出力され、これがレベルシフタ４７によってレベルシフトされ、５〜１０Ｖをダイナミックレンジとしたパルス信号ＰＨに変換された後、インバータ４８によって反転されてＰチャネルＭＯＳトランジスタ４９のゲートに印加される。
【００２３】
ＰチャネルＭＯＳトランジスタ４９にパルスが印加されているときは、信号パルスＰＡの立上り時であり、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ５０にパルスが印加されているときは、後述するように、信号パルスＰＡの立下り時である。そのため、ＰチャネルＭＯＳトランジスタ４９にパルスが印加されているときには、ＰチャネルＭＯＳトランジスタ４９及びＮチャネルＭＯＳトランジスタ５０の接続点の電位であるＰＰＭ信号ＰＩには、正のパルスが生じる。
【００２４】
インバータ４２からの出力パルス信号ＰＢは、さらにインバータ４３によって反転され、その反転パルス信号ＰＥが、２入力ＡＮＤゲート４６の一方の入力端子に入力される。２入力ＡＮＤゲート４６の他方の入力端子には、信号パルスＰＡをインバータ４４が反転した反転パルスＰＦが入力されている。これにより、２入力ＡＮＤゲート４６からは、信号パルスの立下り情報を反映させた、図３に示すパルス信号ＰＧが出力され、これがＮチャネルＭＯＳトランジスタのゲートに印加される。
【００２５】
このときには、ＰチャネルＭＯＳトランジスタ４９及びＮチャネルＭＯＳトランジスタ５０の接続点の電位であるＰＰＭ信号ＰＩには、負のパルスが生じる。
【００２６】
上述した遅延回路４１としては、遅延線構成のものを適用できる。この場合、ＬＣ共振の恐れがあるが、遅延回路４１に、ＬＣ共振のＱを下げるダンパー抵抗を入れることにより安定動作を保証する。
【００２７】
上述したレベルシフタ４７の機能により、３値ＰＰＭ信号ＰＩの振幅を大きくとることができる。図４は、レベルシフタ４７の詳細構成を示す回路図である。図４において、＋１０Ｖライン及び入力端子間には、抵抗Ｒ２（抵抗値は例えばＲ１と一致）、Ｎ形トランジスタＱ１のコレクタ−エミッタ、抵抗Ｒ１が直列に接続され、トランジスタＱ１のベースは＋５Ｖラインに接続され、トランジスタＱ１のコレクタが出力端子に接続されている。これにより、入力電圧＋５Ｖが出力電圧になるようになされている。
【００２８】
以上のように、図２に詳細構成を示したＰＰＭエンコーダ２１により、信号パルスＰＡを３値ＰＰＭ信号ＰＩに変換することができる。
【００２９】
ＤＣ電源回路２２は、例えば、商用電源などの交流電源電圧を直流電源電圧（ＤＣ電源）に変換して、ＰＰＭエンコーダ２１に動作電源として供給すると共に、重畳回路２３にも直流電源電圧を与えるものである。ＤＣ電源回路２２としては、一般的なＡＣ／ＤＣコンバータを適用できるので、詳細構成の説明は省略する。なお、ＤＣ電源回路２２として、ＤＣ／ＤＣコンバータを適用することもできる。
【００３０】
重畳回路２３は、ＤＣ電源回路２２からの直流電源電圧（ＤＣ電源）に、ＰＰＭエンコーダ２１からの３値ＰＰＭ信号を重畳して伝送路２に送出するものである。
【００３１】
図５は、重畳回路２３の詳細構成と、後述する分離回路３１の詳細構成とを示す回路図である。図６は、重畳回路２３による重畳動作と、分離回路３１による分離動作の説明図である。
【００３２】
伝送路２への出力点ＯＵＴに対し、ＰＰＭ信号の入力端子は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）を構成するコンデンサＣ１を介して接続され、ＤＣ電源の入力端子は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）を構成する、インダクタンスＬ１及び抵抗Ｒ３の並列回路を介して接続されている。これにより、出力点ＯＵＴの位置において、直流分が除去された図６（ａ）に示すＰＰＭ信号と、図６（ｂ）に示すＤＣ電源とが結線合成（重畳）され、図６（ｃ）に示す重畳信号が伝送路２に送出される。なお、抵抗Ｒ１は、ハイパスフィルタ要素のコンデンサＣ１とローパスフィルタ要素のインダクタンスＬ１とのＬＣ共振を避けるための（Ｑを下げるための）ダンパー抵抗である。インパルス信号と見なせる程度に高周波のＰＰＭ信号に対するフィルタとして、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）に代え、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を適用するようにしても良い。
【００３３】
伝送路２は、電気的ケーブルであり、その種類（例えば、同軸ケーブル）は問われないものである。
【００３４】
信号受信機３０の分離回路３１には、伝送路２から、３値ＰＰＭ信号とＤＣ電源との重畳信号が入力される。分離回路３１は、入力された重畳信号から、直流電源電圧（ＤＣ電源）と３値ＰＰＭ信号とを分離し、分離により得られた３値ＰＰＭ信号をＰＰＭデコーダ３２に与え、分離により得られた直流電源電圧（ＤＣ電源）をＰＰＭデコーダ３２及び信号受信機３０外部の帰着機器４に動作電源として供給するものである。
【００３５】
上述した図５は、分離回路３１の詳細構成も示しており、また、上述した図６は、分離回路３１の分離動作の説明図にもなっている。
【００３６】
伝送路２から図６（ｃ）に示す重畳信号が入力される、信号受信機３０の入力点ＩＮには、コンデンサＣ２及び抵抗Ｒ４でなるハイパスフィルタ（ＨＰＦ）が接続されていると共に、インダクタンスＬ２及びコンデンサＣ３でなるローパスフィルタ（ＬＰＦ）が接続されている。従って、コンデンサＣ２及び抵抗Ｒ４でなるハイパスフィルタにより、図６（ａ）に示す３値ＰＰＭ信号が抽出され、インダクタンスＬ２及びコンデンサＣ３でなるローパスフィルタにより、図６（ｂ）に示す直流電源電圧（ＤＣ電源）が抽出される。インパルス信号と見なせる程度に高周波のＰＰＭ信号に対するフィルタとして、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）に代え、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を適用するようにしても良い。
【００３７】
ＰＰＭデコーダ３２は、分離された直流電源電圧を利用して、分離された３値ＰＰＭ信号を信号パルスに変換（復調）するものであり、得られた信号パルスを信号受信機３０外部の帰着機器４に送出するものである。ＰＰＭデコーダ３２は、３値ＰＰＭ信号の上側パルス（正のパルス）で立上り、３値ＰＰＭ信号の下側パルス（負のパルス）で立下る信号パルスに形成する。
【００３８】
図７は、以上のような機能を担っているＰＰＭデコーダ３２の詳細構成例を示すブロック図である。なお、他の構成を適用しても良いことは勿論である。
【００３９】
図７において、ＰＰＭデコーダ３２は、下波整流回路６１、上波整流回路６２、インバータ６３、６４及びラッチ回路６５を有する。なお、分離回路３１のハイパスフィルタ（ＨＰＦ）に加え、ＰＰＭデコーダ３２の下波整流回路６１及び上波整流回路６２の入力段にも、コンデンサＣ４、Ｃ５などの高周波成分の抽出構成（結合コンデンサ）を設けるようにしても良い。
【００４０】
分離された３値ＰＰＭ信号は、下波整流回路６１及び上波整流回路６２に入力され、３値ＰＰＭ信号の下側パルスは、下波整流回路６１によって分離（抽出）され、３値ＰＰＭ信号の上側パルスは、上波整流回路６２によって分離（抽出）される。図８は、上波整流回路６２の詳細構成例を示している。図８において、ダイオードＤ１に電流が流れるのは、入力電圧が｛０＋（ダイオードの順方向電圧）｝以上のときであり、これにより、３値ＰＰＭ信号の上側パルスを分離できる。下波整流回路６１については、詳細構成の図示は省略するが、ダイオードの向きを図８の場合と逆向きにした上波整流回路６２と対称的な構成であり、ダイオードの機能により下側パルスを分離する。
【００４１】
下波整流回路６１によって分離された下側パルスは、インバータ６３を介して反転されてラッチ回路６５に入力され、上波整流回路６２によって分離された上側パルスは、インバータ６４を介して反転されてラッチ回路６５に入力される。ラッチ回路６５は、上側パルスで立上り、下側パルスで立下る信号パルスを形成する部分であり、ＲＳフリップフロップ回路など、種々の構成を適用可能であるが、例えば、図９に示すような詳細構成のものも適用可能である。
【００４２】
図９において、ラッチ回路６５は、２個のインバータＩＮＶ１及びＩＮＶ２を縦続接続すると共に、その縦続接続の入出力を抵抗Ｒ７を介して接続することで論理レベルを保持できるものとなっている。インバータ６３の出力端は、ダイオードＤ３のアノード−カソードを介して縦続接続の入力端に接続され、インバータ６４の出力端は、ダイオードＤ４のカソード−アノードを介して縦続接続の入力端に接続されている。
【００４３】
インバータ６３から５Ｖのパルス信号が、ダイオードＤ３を介してインバータＩＮＶ１に入力されたとき、インバータＩＮＶ２の出力は５Ｖ、インバータ６４からの入力も５Ｖであり、電位は固定される。ある一定時間が経ち、インバータ６３からのパルス信号が０Ｖになったとき、ダイオードＤ３の両端間には５Ｖの電位差が生じるが、ダイオードＤ３が逆方向を向いているため、電流が流れず、電位が変化しないので、ラッチされる。その後、インバータ６４からのパルス信号が０Ｖになったとき、ダイオードＤ４に５Ｖの電位差が生じるが、今度は順方向を向いているため、電流がながれ、ラッチが解除される。次に、インバータ６４からのパルス信号が５Ｖになるときも同様に、ダイオードＤ４に対して、電位差は逆方向なので、電流は流れず、電位が変化しないので、０Ｖにラッチされる。そして、インバータ６３からの信号パルスが５Ｖになったとき、ダイオードＤ３に対して、電位差は逆方向なので、電流が流れ、ラッチが解除される。
【００４４】
以上のような動作により、ラッチ回路６５は、上側パルスで立上り、下側パルスで立下る信号パルスを形成する。
【００４５】
帰着機器４は、信号受信機３０から与えられた信号パルスを、信号受信機３０から与えられた直流電源電圧（ＤＣ電源）を動作電源として、適宜処理するものである。帰着機器４は、信号受信機３０と同一装置内に設けられているものであっても良く、帰着機器４は、信号受信機３０を外部装置として備えるものであっても良い。帰着機器４として、例えば、ＰＷＭオーディオ信号のアナログ信号への変換機能を有するパワードスピーカを挙げることができる。
【００４６】
上記実施形態によれば、伝送信号（信号パルス）を３値ＰＰＭ信号に変換し、直流電源電圧（ＤＣ電源）に重畳して伝送するようにしたので、伝送時の情報の欠落を抑え、伝送距離を長くすることができるという効果を奏することができる。以下、このような効果を具体的に説明する。
【００４７】
３値ＰＰＭ信号において情報として意味を有するのは、立上りパルス及び立下りパルス（インパルスとみなせる程度）の超高周波成分である。そのため、伝送帯域は高周波側に制限でき、その帯域幅を狭めることができる。ノイズ成分は、帯域幅で定義されていて、狭いほど伝送路で混入されるノイズを低減することができ、また、伝送路からノイズ成分として放射される伝送信号の帯域幅も狭いものとなる。
【００４８】
また、３値ＰＰＭ信号は、パルス波形が全て均一であるため（例えば、パルス幅が一定で上側パルス数と下側パルス数とが同数など）、交流信号として、バイアスや波形を安定して伝送することができる。
【００４９】
さらに、３値ＰＰＭ信号であるため、長距離伝送で波形が鈍り、遅れても、全てのパルス波形が一様に遅れるので歪にはならない。図１０は、この効果の説明図である。上側パルスや下側パルスの中心電位からの変化エッジがなまったとしても、上側パルスや下側パルスを弁別する受信側の閾値電圧ＴＨＰ、ＴＨＮが中心電位を挟んで上下対象であるので、上側パルスや下側パルスと認識する遅れ時間は全ての上側パルスや下側パルスについて同一となり、波形の遅れが歪にはならない。
【００５０】
さらにまた、３値ＰＰＭ信号を適用しているため、信号パルスの１個のパルスについてエラーを起こしても、次のパルスではエラーから回復することができる。図１１は、この効果の説明図である。３値ＰＰＭ信号においては、上側パルスＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３と、下側パルスＰＰ１、ＰＰ２、ＰＰ３とが交互に生じるものとなっているので、ノイズによる偽の下側パルスＮＺが、下側パルスＰＰ１の前に生じた場合、復調された信号パルスにおいて、偽の下側パルスＮＺは１パルスについてのみ影響し、上側パルスＰＮ２以降は正常に復調を行うことができる。
【００５１】
また、上記実施形態によれば、３値ＰＰＭ信号を伝送信号としているため、デジタル変調信号（例えばＡＳＫ）を伝送信号にする場合と比較すると、変調系及び復調系の回路構成を簡易なものとすることができる。
【００５２】
さらに、上記実施形態によれば、直流電源に伝送信号を重畳させているので、帰着装置での電源回路構成を不要又は簡易なものとすることができる。
【００５３】
（Ｂ）他の実施形態
上記実施形態の説明においても変形実施形態に言及したが、さらに、以下に、例示するような変形実施形態を挙げることができる。
【００５４】
上記実施形態においては、当初の伝送信号が信号パルスであるものを示したが、当初の信号がアナログ信号であっても良い。アナログ信号の場合には、例えば、ＰＷＭ信号などのパルス信号に変換した後、３値ＰＰＭ信号に変換すれば良い。
【００５５】
また、上記実施形態においては、変調方式が固定のものを示したが、一部の属性に可変機能を導入するようにしても良い。例えば、３値ＰＰＭ信号におけるパルスのパルス幅を可変し得るようにしても良く、また、３値ＰＰＭ信号のダイナミックレンジを可変し得るようにしても良い。
【００５６】
さらに、上記実施形態では、３値ＰＰＭ信号を重畳する電源が完全に直流電源であるものを示したが、重畳回路や分離回路のローパスフィルタが許容する程度の低周波の電源であっても良い。
【００５７】
さらにまた、波形の歪みなどを考慮すると、３値ＰＰＭ信号が好ましいが、２値ＰＰＭ信号を本発明に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】実施形態の信号伝送システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態のＰＰＭエンコーダの詳細構成例を示すブロック図である。
【図３】図２の各部タイミングチャートである。
【図４】図２のレベルシフタの詳細構成例を示す回路図である。
【図５】実施形態の重畳回路及び分離回路の詳細構成例を示す回路図である。
【図６】実施形態の重畳動作及び分離動作の説明図である。
【図７】実施形態のＰＰＭデコーダの詳細構成例を示すブロック図である。
【図８】図７の上波整流回路の詳細構成例を示す回路図である。
【図９】図７のラッチ回路の詳細構成例を示す回路図である。
【図１０】実施形態の信号伝送システムの効果の説明図（１）である。
【図１１】実施形態の信号伝送システムの効果の説明図（２）である。
【符号の説明】
【００５９】
１…信号伝送システム、２…伝送路、３…信号発生器、４…帰着機器、２１…ＰＰＭエンコーダ、２２…ＤＣ電源回路、２３…重畳回路、３０…信号受信機、３１…分離回路、３２…ＰＰＭデコーダ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は信号伝送システム、信号送信機及び信号受信機に関し、例えば、オーディオアンプからスピーカへのオーディオ信号の伝送に適用し得るものである。
【背景技術】
【０００２】
独立したオーディオアンプとスピーカとをケーブルを介して接続したオーディオシステムがあり、このようなシステムでは、オーディオアンプからスピーカに対して、ケーブルを介してオーディオ信号を供給するようになされている。
【０００３】
近年においては、オーディオアンプから独立したスピーカとして、電源が直接供給されて動作するパワードスピーカがある。このようなパワードスピーカに対応するため、オーディオ信号を交流電源に重畳して、オーディオアンプからスピーカに伝送することも考えられる。また、オーディオ信号ではなく、音声信号を取り扱うものであるが、音声信号を直流電源に重畳して、音声配給装置から音声出力端末に伝送するものがあり（特許文献１参照）、この技術を、オーディオアンプからスピーカの伝送に適用することも考えられる。
【特許文献１】特開２００５−７９７６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
オーディオアンプ及びスピーカ間のケーブル長は短いとは言え、ケーブルを介した伝送であるので、基本性能（ｆ特や歪み）が劣化することを避け得ない。
【０００５】
特許文献１に記載のように、デジタル変調信号（例えばＡＳＫ）を伝送信号とすることにより、上記劣化を抑えることが可能になるが、オーディオ信号の場合には帯域が広いため、デジタル変調信号の変調系及び復調系が複雑な回路となり、また、デジタル変調信号の帯域幅内のノイズ成分は当然に除去することができない。
【０００６】
パワードスピーカを考慮して交流電源にオーディオ信号を重畳して伝送する場合、スピーカ側に、ＡＣ／ＤＣコンバータを持たせなければならない。この点からは、直流電源に伝送信号を重畳させることの方が好ましい。しかし、伝送信号として、デジタル変調信号を適用した場合には上述した不都合を有している。
【０００７】
そのため、送信機から受信機に対し、基本性能を劣化させることなく、しかも、簡易な構成で、電源に伝送信号を重畳して伝送することができる信号伝送システム、信号送信機及び信号受信機が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決するため、第１の発明の信号送信機は、伝送信号をＰＰＭ信号に変換する信号／ＰＰＭ変換回路と、変換されたＰＰＭ信号に直流電源を重畳し、上記伝送路への送出信号を形成する重畳回路とを有することを特徴とする。
【０００９】
第２の発明の信号受信機は、第１の発明の信号送信機が伝送路に送出した送出信号を受信するものであって、受信した上記送出信号を、直流電源とＰＰＭ信号に分離する分離回路と、分離されたＰＰＭ信号を伝送信号に復調するＰＰＭ／信号変換回路とを有することを特徴とする。
【００１０】
第３の発明の信号伝送システムは、第１の発明の信号送信機と第２の発明の信号受信機とが伝送路を介して配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の信号伝送システム、信号送信機及び信号受信機によれば、伝送信号をＰＰＭ信号に変換して直流電源に重畳して伝送するようにしたので、ｆ特などの基本性能を劣化させることなく、簡易な構成で、電源に伝送信号を重畳して伝送することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（Ａ）実施形態
以下、本発明による信号伝送システム、信号送信機及び信号受信機の一実施形態を説明する。この実施形態における伝送信号は任意であり、オーディオ信号に限定されるものではない。なお、以下の説明においては、適宜、伝送信号がオーディオ信号である場合の具体例を挙げて説明する。
【００１３】
図１は、実施形態の信号伝送システムの全体構成を示すブロック図である。図１において、実施形態の信号伝送システム１は、信号送信機２０及び信号受信機３０が伝送路２を介して接続されて構成されている。
【００１４】
信号送信機２０は、信号発生器３と接続されているものであり、内部に、ＰＰＭ（ｐｕｌｓｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）エンコーダ２１、ＤＣ電源回路２２及び重畳回路２３を備えている。一方、信号受信機３０は、帰着機器４に接続されているものであり、分離回路３１及びＰＰＭデコーダ３２を備えている。
【００１５】
信号発生器３は、信号パルスを出力するものである。信号発生器３は、信号送信機２０と同一装置内に設けられているものであっても良く、信号発生器３は、信号送信機２０を外部装置として備えるものであっても良い。信号発生器３として、例えば、デジタルオーディオアンプにおけるＰＷＭオーディオ信号を作成する部分を適用できる。信号発生器３からの信号パルスは、信号送信機２０のＰＰＭエンコーダ２１に与えられる。
【００１６】
ＰＰＭエンコーダ２１は、入力された信号パルスの位置情報を一定幅の細いパルスで取り出したＰＰＭ信号に変換して重畳回路２３に与えるものである。この実施形態の場合、ＰＰＭエンコーダ２１は、信号パルスの立上り情報を正のパルス、立下り情報を負のパルスで取り出した３値ＰＰＭ信号に変換する。
【００１７】
図２は、ＰＰＭエンコーダ２１の詳細構成例を示すブロック図であり、図３は、その各部タイミングチャートである。なお、ＰＰＭエンコーダ２１の詳細構成として、他の構成を適用しても良いことは勿論である。
【００１８】
図２において、ＰＰＭエンコーダ２１は、遅延回路４１、インバータ４２〜４４、４８、２入力ＡＮＤゲート４５、４６、レベルシフタ４７、ＰチャネルＭＯＳトランジスタ４９及びＮチャネルＭＯＳトランジスタ５０を有する。
【００１９】
ここで、遅延回路４１は、変換後のＰＰＭ信号における細いパルスのパルス幅分だけ遅延させるものである。レベルシフタ４７は、入力された０〜５Ｖをダイナミックレンジとするパルスを、５〜１０Ｖをダイナミックレンジとするパルスに変換（レベルシフト）する。
【００２０】
遅延回路４１、インバータ４２、４８、２入力ＡＮＤゲート４５、レベルシフタ４７、ＰチャネルＭＯＳトランジスタ４９が、信号パルスの立上り情報を抽出する構成となっている。
【００２１】
また、遅延回路４１、インバータ４２〜４４、２入力ＡＮＤゲート４６、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ５０が、信号パルスの立下り情報を抽出する構成となっている。
【００２２】
入力された信号パルスＰＡは、遅延回路４１によって、所定時間ＤＬだけ遅延された後、インバータ４２によって反転され、その反転信号ＰＢが２入力ＡＮＤゲート４５の一方の入力端子に入力される。２入力ＡＮＤゲート４５の他方の入力端子には、信号パルスＰＡが入力されている。これにより、２入力ＡＮＤゲート４５からは、信号パルスの立上り情報を反映させた、図３に示すパルス信号ＰＤが出力され、これがレベルシフタ４７によってレベルシフトされ、５〜１０Ｖをダイナミックレンジとしたパルス信号ＰＨに変換された後、インバータ４８によって反転されてＰチャネルＭＯＳトランジスタ４９のゲートに印加される。
【００２３】
ＰチャネルＭＯＳトランジスタ４９にパルスが印加されているときは、信号パルスＰＡの立上り時であり、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ５０にパルスが印加されているときは、後述するように、信号パルスＰＡの立下り時である。そのため、ＰチャネルＭＯＳトランジスタ４９にパルスが印加されているときには、ＰチャネルＭＯＳトランジスタ４９及びＮチャネルＭＯＳトランジスタ５０の接続点の電位であるＰＰＭ信号ＰＩには、正のパルスが生じる。
【００２４】
インバータ４２からの出力パルス信号ＰＢは、さらにインバータ４３によって反転され、その反転パルス信号ＰＥが、２入力ＡＮＤゲート４６の一方の入力端子に入力される。２入力ＡＮＤゲート４６の他方の入力端子には、信号パルスＰＡをインバータ４４が反転した反転パルスＰＦが入力されている。これにより、２入力ＡＮＤゲート４６からは、信号パルスの立下り情報を反映させた、図３に示すパルス信号ＰＧが出力され、これがＮチャネルＭＯＳトランジスタのゲートに印加される。
【００２５】
このときには、ＰチャネルＭＯＳトランジスタ４９及びＮチャネルＭＯＳトランジスタ５０の接続点の電位であるＰＰＭ信号ＰＩには、負のパルスが生じる。
【００２６】
上述した遅延回路４１としては、遅延線構成のものを適用できる。この場合、ＬＣ共振の恐れがあるが、遅延回路４１に、ＬＣ共振のＱを下げるダンパー抵抗を入れることにより安定動作を保証する。
【００２７】
上述したレベルシフタ４７の機能により、３値ＰＰＭ信号ＰＩの振幅を大きくとることができる。図４は、レベルシフタ４７の詳細構成を示す回路図である。図４において、＋１０Ｖライン及び入力端子間には、抵抗Ｒ２（抵抗値は例えばＲ１と一致）、Ｎ形トランジスタＱ１のコレクタ−エミッタ、抵抗Ｒ１が直列に接続され、トランジスタＱ１のベースは＋５Ｖラインに接続され、トランジスタＱ１のコレクタが出力端子に接続されている。これにより、入力電圧＋５Ｖが出力電圧になるようになされている。
【００２８】
以上のように、図２に詳細構成を示したＰＰＭエンコーダ２１により、信号パルスＰＡを３値ＰＰＭ信号ＰＩに変換することができる。
【００２９】
ＤＣ電源回路２２は、例えば、商用電源などの交流電源電圧を直流電源電圧（ＤＣ電源）に変換して、ＰＰＭエンコーダ２１に動作電源として供給すると共に、重畳回路２３にも直流電源電圧を与えるものである。ＤＣ電源回路２２としては、一般的なＡＣ／ＤＣコンバータを適用できるので、詳細構成の説明は省略する。なお、ＤＣ電源回路２２として、ＤＣ／ＤＣコンバータを適用することもできる。
【００３０】
重畳回路２３は、ＤＣ電源回路２２からの直流電源電圧（ＤＣ電源）に、ＰＰＭエンコーダ２１からの３値ＰＰＭ信号を重畳して伝送路２に送出するものである。
【００３１】
図５は、重畳回路２３の詳細構成と、後述する分離回路３１の詳細構成とを示す回路図である。図６は、重畳回路２３による重畳動作と、分離回路３１による分離動作の説明図である。
【００３２】
伝送路２への出力点ＯＵＴに対し、ＰＰＭ信号の入力端子は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）を構成するコンデンサＣ１を介して接続され、ＤＣ電源の入力端子は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）を構成する、インダクタンスＬ１及び抵抗Ｒ３の並列回路を介して接続されている。これにより、出力点ＯＵＴの位置において、直流分が除去された図６（ａ）に示すＰＰＭ信号と、図６（ｂ）に示すＤＣ電源とが結線合成（重畳）され、図６（ｃ）に示す重畳信号が伝送路２に送出される。なお、抵抗Ｒ１は、ハイパスフィルタ要素のコンデンサＣ１とローパスフィルタ要素のインダクタンスＬ１とのＬＣ共振を避けるための（Ｑを下げるための）ダンパー抵抗である。インパルス信号と見なせる程度に高周波のＰＰＭ信号に対するフィルタとして、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）に代え、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を適用するようにしても良い。
【００３３】
伝送路２は、電気的ケーブルであり、その種類（例えば、同軸ケーブル）は問われないものである。
【００３４】
信号受信機３０の分離回路３１には、伝送路２から、３値ＰＰＭ信号とＤＣ電源との重畳信号が入力される。分離回路３１は、入力された重畳信号から、直流電源電圧（ＤＣ電源）と３値ＰＰＭ信号とを分離し、分離により得られた３値ＰＰＭ信号をＰＰＭデコーダ３２に与え、分離により得られた直流電源電圧（ＤＣ電源）をＰＰＭデコーダ３２及び信号受信機３０外部の帰着機器４に動作電源として供給するものである。
【００３５】
上述した図５は、分離回路３１の詳細構成も示しており、また、上述した図６は、分離回路３１の分離動作の説明図にもなっている。
【００３６】
伝送路２から図６（ｃ）に示す重畳信号が入力される、信号受信機３０の入力点ＩＮには、コンデンサＣ２及び抵抗Ｒ４でなるハイパスフィルタ（ＨＰＦ）が接続されていると共に、インダクタンスＬ２及びコンデンサＣ３でなるローパスフィルタ（ＬＰＦ）が接続されている。従って、コンデンサＣ２及び抵抗Ｒ４でなるハイパスフィルタにより、図６（ａ）に示す３値ＰＰＭ信号が抽出され、インダクタンスＬ２及びコンデンサＣ３でなるローパスフィルタにより、図６（ｂ）に示す直流電源電圧（ＤＣ電源）が抽出される。インパルス信号と見なせる程度に高周波のＰＰＭ信号に対するフィルタとして、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）に代え、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を適用するようにしても良い。
【００３７】
ＰＰＭデコーダ３２は、分離された直流電源電圧を利用して、分離された３値ＰＰＭ信号を信号パルスに変換（復調）するものであり、得られた信号パルスを信号受信機３０外部の帰着機器４に送出するものである。ＰＰＭデコーダ３２は、３値ＰＰＭ信号の上側パルス（正のパルス）で立上り、３値ＰＰＭ信号の下側パルス（負のパルス）で立下る信号パルスに形成する。
【００３８】
図７は、以上のような機能を担っているＰＰＭデコーダ３２の詳細構成例を示すブロック図である。なお、他の構成を適用しても良いことは勿論である。
【００３９】
図７において、ＰＰＭデコーダ３２は、下波整流回路６１、上波整流回路６２、インバータ６３、６４及びラッチ回路６５を有する。なお、分離回路３１のハイパスフィルタ（ＨＰＦ）に加え、ＰＰＭデコーダ３２の下波整流回路６１及び上波整流回路６２の入力段にも、コンデンサＣ４、Ｃ５などの高周波成分の抽出構成（結合コンデンサ）を設けるようにしても良い。
【００４０】
分離された３値ＰＰＭ信号は、下波整流回路６１及び上波整流回路６２に入力され、３値ＰＰＭ信号の下側パルスは、下波整流回路６１によって分離（抽出）され、３値ＰＰＭ信号の上側パルスは、上波整流回路６２によって分離（抽出）される。図８は、上波整流回路６２の詳細構成例を示している。図８において、ダイオードＤ１に電流が流れるのは、入力電圧が｛０＋（ダイオードの順方向電圧）｝以上のときであり、これにより、３値ＰＰＭ信号の上側パルスを分離できる。下波整流回路６１については、詳細構成の図示は省略するが、ダイオードの向きを図８の場合と逆向きにした上波整流回路６２と対称的な構成であり、ダイオードの機能により下側パルスを分離する。
【００４１】
下波整流回路６１によって分離された下側パルスは、インバータ６３を介して反転されてラッチ回路６５に入力され、上波整流回路６２によって分離された上側パルスは、インバータ６４を介して反転されてラッチ回路６５に入力される。ラッチ回路６５は、上側パルスで立上り、下側パルスで立下る信号パルスを形成する部分であり、ＲＳフリップフロップ回路など、種々の構成を適用可能であるが、例えば、図９に示すような詳細構成のものも適用可能である。
【００４２】
図９において、ラッチ回路６５は、２個のインバータＩＮＶ１及びＩＮＶ２を縦続接続すると共に、その縦続接続の入出力を抵抗Ｒ７を介して接続することで論理レベルを保持できるものとなっている。インバータ６３の出力端は、ダイオードＤ３のアノード−カソードを介して縦続接続の入力端に接続され、インバータ６４の出力端は、ダイオードＤ４のカソード−アノードを介して縦続接続の入力端に接続されている。
【００４３】
インバータ６３から５Ｖのパルス信号が、ダイオードＤ３を介してインバータＩＮＶ１に入力されたとき、インバータＩＮＶ２の出力は５Ｖ、インバータ６４からの入力も５Ｖであり、電位は固定される。ある一定時間が経ち、インバータ６３からのパルス信号が０Ｖになったとき、ダイオードＤ３の両端間には５Ｖの電位差が生じるが、ダイオードＤ３が逆方向を向いているため、電流が流れず、電位が変化しないので、ラッチされる。その後、インバータ６４からのパルス信号が０Ｖになったとき、ダイオードＤ４に５Ｖの電位差が生じるが、今度は順方向を向いているため、電流がながれ、ラッチが解除される。次に、インバータ６４からのパルス信号が５Ｖになるときも同様に、ダイオードＤ４に対して、電位差は逆方向なので、電流は流れず、電位が変化しないので、０Ｖにラッチされる。そして、インバータ６３からの信号パルスが５Ｖになったとき、ダイオードＤ３に対して、電位差は逆方向なので、電流が流れ、ラッチが解除される。
【００４４】
以上のような動作により、ラッチ回路６５は、上側パルスで立上り、下側パルスで立下る信号パルスを形成する。
【００４５】
帰着機器４は、信号受信機３０から与えられた信号パルスを、信号受信機３０から与えられた直流電源電圧（ＤＣ電源）を動作電源として、適宜処理するものである。帰着機器４は、信号受信機３０と同一装置内に設けられているものであっても良く、帰着機器４は、信号受信機３０を外部装置として備えるものであっても良い。帰着機器４として、例えば、ＰＷＭオーディオ信号のアナログ信号への変換機能を有するパワードスピーカを挙げることができる。
【００４６】
上記実施形態によれば、伝送信号（信号パルス）を３値ＰＰＭ信号に変換し、直流電源電圧（ＤＣ電源）に重畳して伝送するようにしたので、伝送時の情報の欠落を抑え、伝送距離を長くすることができるという効果を奏することができる。以下、このような効果を具体的に説明する。
【００４７】
３値ＰＰＭ信号において情報として意味を有するのは、立上りパルス及び立下りパルス（インパルスとみなせる程度）の超高周波成分である。そのため、伝送帯域は高周波側に制限でき、その帯域幅を狭めることができる。ノイズ成分は、帯域幅で定義されていて、狭いほど伝送路で混入されるノイズを低減することができ、また、伝送路からノイズ成分として放射される伝送信号の帯域幅も狭いものとなる。
【００４８】
また、３値ＰＰＭ信号は、パルス波形が全て均一であるため（例えば、パルス幅が一定で上側パルス数と下側パルス数とが同数など）、交流信号として、バイアスや波形を安定して伝送することができる。
【００４９】
さらに、３値ＰＰＭ信号であるため、長距離伝送で波形が鈍り、遅れても、全てのパルス波形が一様に遅れるので歪にはならない。図１０は、この効果の説明図である。上側パルスや下側パルスの中心電位からの変化エッジがなまったとしても、上側パルスや下側パルスを弁別する受信側の閾値電圧ＴＨＰ、ＴＨＮが中心電位を挟んで上下対象であるので、上側パルスや下側パルスと認識する遅れ時間は全ての上側パルスや下側パルスについて同一となり、波形の遅れが歪にはならない。
【００５０】
さらにまた、３値ＰＰＭ信号を適用しているため、信号パルスの１個のパルスについてエラーを起こしても、次のパルスではエラーから回復することができる。図１１は、この効果の説明図である。３値ＰＰＭ信号においては、上側パルスＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３と、下側パルスＰＰ１、ＰＰ２、ＰＰ３とが交互に生じるものとなっているので、ノイズによる偽の下側パルスＮＺが、下側パルスＰＰ１の前に生じた場合、復調された信号パルスにおいて、偽の下側パルスＮＺは１パルスについてのみ影響し、上側パルスＰＮ２以降は正常に復調を行うことができる。
【００５１】
また、上記実施形態によれば、３値ＰＰＭ信号を伝送信号としているため、デジタル変調信号（例えばＡＳＫ）を伝送信号にする場合と比較すると、変調系及び復調系の回路構成を簡易なものとすることができる。
【００５２】
さらに、上記実施形態によれば、直流電源に伝送信号を重畳させているので、帰着装置での電源回路構成を不要又は簡易なものとすることができる。
【００５３】
（Ｂ）他の実施形態
上記実施形態の説明においても変形実施形態に言及したが、さらに、以下に、例示するような変形実施形態を挙げることができる。
【００５４】
上記実施形態においては、当初の伝送信号が信号パルスであるものを示したが、当初の信号がアナログ信号であっても良い。アナログ信号の場合には、例えば、ＰＷＭ信号などのパルス信号に変換した後、３値ＰＰＭ信号に変換すれば良い。
【００５５】
また、上記実施形態においては、変調方式が固定のものを示したが、一部の属性に可変機能を導入するようにしても良い。例えば、３値ＰＰＭ信号におけるパルスのパルス幅を可変し得るようにしても良く、また、３値ＰＰＭ信号のダイナミックレンジを可変し得るようにしても良い。
【００５６】
さらに、上記実施形態では、３値ＰＰＭ信号を重畳する電源が完全に直流電源であるものを示したが、重畳回路や分離回路のローパスフィルタが許容する程度の低周波の電源であっても良い。
【００５７】
さらにまた、波形の歪みなどを考慮すると、３値ＰＰＭ信号が好ましいが、２値ＰＰＭ信号を本発明に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】実施形態の信号伝送システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態のＰＰＭエンコーダの詳細構成例を示すブロック図である。
【図３】図２の各部タイミングチャートである。
【図４】図２のレベルシフタの詳細構成例を示す回路図である。
【図５】実施形態の重畳回路及び分離回路の詳細構成例を示す回路図である。
【図６】実施形態の重畳動作及び分離動作の説明図である。
【図７】実施形態のＰＰＭデコーダの詳細構成例を示すブロック図である。
【図８】図７の上波整流回路の詳細構成例を示す回路図である。
【図９】図７のラッチ回路の詳細構成例を示す回路図である。
【図１０】実施形態の信号伝送システムの効果の説明図（１）である。
【図１１】実施形態の信号伝送システムの効果の説明図（２）である。
【符号の説明】
【００５９】
１…信号伝送システム、２…伝送路、３…信号発生器、４…帰着機器、２１…ＰＰＭエンコーダ、２２…ＤＣ電源回路、２３…重畳回路、３０…信号受信機、３１…分離回路、３２…ＰＰＭデコーダ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送信号をＰＰＭ信号に変換する信号／ＰＰＭ変換回路と、
変換されたＰＰＭ信号に直流電源を重畳し、上記伝送路への送出信号を形成する重畳回路と
を有することを特徴とする信号送信機。
【請求項２】
上記ＰＰＭ信号は、３値ＰＰＭ信号であることを特徴とする請求項１に記載の信号送信機。
【請求項３】
請求項１の信号送信機が伝送路に送出した送出信号を受信する信号受信機であって、
受信した上記送出信号を、直流電源とＰＰＭ信号に分離する分離回路と、
分離されたＰＰＭ信号を伝送信号に復調するＰＰＭ／信号変換回路と
を有することを特徴とする信号受信機。
【請求項４】
上記ＰＰＭ信号は、３値ＰＰＭ信号であることを特徴とする請求項３に記載の信号受信機。
【請求項５】
請求項１に記載の信号送信機と請求項３に記載の信号受信機とが伝送路を介して配置されていることを特徴とする信号伝送システム。
【請求項１】
伝送信号をＰＰＭ信号に変換する信号／ＰＰＭ変換回路と、
変換されたＰＰＭ信号に直流電源を重畳し、上記伝送路への送出信号を形成する重畳回路と
を有することを特徴とする信号送信機。
【請求項２】
上記ＰＰＭ信号は、３値ＰＰＭ信号であることを特徴とする請求項１に記載の信号送信機。
【請求項３】
請求項１の信号送信機が伝送路に送出した送出信号を受信する信号受信機であって、
受信した上記送出信号を、直流電源とＰＰＭ信号に分離する分離回路と、
分離されたＰＰＭ信号を伝送信号に復調するＰＰＭ／信号変換回路と
を有することを特徴とする信号受信機。
【請求項４】
上記ＰＰＭ信号は、３値ＰＰＭ信号であることを特徴とする請求項３に記載の信号受信機。
【請求項５】
請求項１に記載の信号送信機と請求項３に記載の信号受信機とが伝送路を介して配置されていることを特徴とする信号伝送システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−１３４８０３（Ｐ２００７−１３４８０３Ａ）
【公開日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３２３７４０（Ｐ２００５−３２３７４０）
【出願日】平成１７年１１月８日（２００５．１１．８）
【出願人】（５０１０２８６９９）株式会社フライングモール (13)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月８日（２００５．１１．８）
【出願人】（５０１０２８６９９）株式会社フライングモール (13)
【Ｆターム（参考）】
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