JP3355977B2 - A/dコンバータ回路 - Google Patents

A/dコンバータ回路

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JP3355977B2
JP3355977B2 JP02292697A JP2292697A JP3355977B2 JP 3355977 B2 JP3355977 B2 JP 3355977B2 JP 02292697 A JP02292697 A JP 02292697A JP 2292697 A JP2292697 A JP 2292697A JP 3355977 B2 JP3355977 B2 JP 3355977B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、ΔΣ変調器を用
いたA/Dコンバータ回路に係り、特に2次以上のΔΣ
変調器を用いた場合の入力フルスケール近傍で生じる歪
みを防止してディジタルフルスケール出力を得るように
したA/Dコンバータ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、アナログ入力信号をオーバー
サンプリングすると共にΔΣ変調して1ビットのビット
ストリームに変換し、更にフィルタリング処理を施して
多ビットのディジタルデータを得るようにしたA/Dコ
ンバータが知られている。その基本構成は、アナログ入
力信号をビットストリームに変換するΔΣ変調器と、こ
のΔΣ変調器から得られるビットストリームを多ビット
のディジタルデータに変換するデシメーション回路とか
らなる。
【0003】この種のA/Dコンバータにおいて、ΔΣ
変調器が2次以上である場合、アナログ入力信号レベル
がΔΣ変調器に与えられる帰還電圧±VREF に近づくと
急激にS/Nが低下することが知られている。そこで、
ΔΣ変調器の最大許容入力レベルが帰還電圧±VREF の
80%程度になるように利得を制限し(ゲインスケーリ
ング)、後段のデシメーション回路の利得を1.25に
設定すること(スケーリング補正)により、最大S/N
が得られる点でフルスケールのディジタルデータが得ら
れるようにしたA/Dコンバータが提案されている(米
国特許第4,851,841号参照)。
【0004】一方、ΔΣ変調器の出力は、オーバーサン
プリングにより高いクロックレートとなっており、これ
を1段のデシメーション回路により処理してアナログ入
力信号の周波数成分を抽出すると折り返し歪み等の不要
成分が発生する。この様な折り返し歪みを効果的に除去
するために通常、2段のデシメーション回路が用いられ
る。例えば、ΔΣ変調器の出力が数MHz〜数10MH
zの場合、第1段目のデシメーション回路で数10KH
z〜数100KHのディジタルデータにするとともに、
この低速の多ビットデータに変換する際に発生する折り
返し歪みを除去するための窓関数を用い、第2段目のデ
シメーション回路で更に周波数を数KHz〜数10KH
zに低減すると共に、その際の折り返し歪みを除去する
低域フィルタの係数を与える(実公平4−54069号
参照)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のA/D
コンバータでは、デシメーション回路の全てをハードロ
ジックで構成しているため、回路が大規模になってまう
という問題がある。一般的なディジタル信号処理におい
ては、DSP(Digital Signal Processer)を使用する
ことにより、回路規模を縮小可能であることが知られて
いるが、デシメーション処理のように、64fs(fs
は最終ディジタル出力のサンプリング周波数)や128
fsといった高速ビットストリームを処理可能なDSP
は入手困難である。また、DSPの場合、取り扱うデー
タのビット数も決まっているため、DSP内部でのデシ
メーション処理と同時にスケーリング補償を行うと、例
えば2倍補償で1ビット、4倍補償で2ビットというよ
うに、無効なビットが発生してA/D変換精度が低下す
るという問題もある。
【0006】この発明は、このような問題点に鑑みなさ
れたもので、回路規模を縮小することができ、高いA/
D変換精度が得られるA/Dコンバータ回路を提供する
ことを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明は、入力信号を
ΔΣ変調して1ビットのビットストリームを出力すると
共に、前記入力信号の最大値より帰還電圧を大きく設定
することにより利得が制限されたΔΣ変調手段と、この
ΔΣ変調手段から出力されるビットストリームを入力し
て前記入力信号に対応する低周波成分を抽出して多ビッ
トのディジタルデータを出力するデシメーション手段
と、前記ΔΣ変調手段において制限された利得を補償す
るスケール補償手段とを有するA/Dコンバータ回路に
おいて、前記デシメーション手段は、前記ビットストリ
ームが入力されて前記ビットストリームより低速で多ビ
ットの第1のディジタルデータを出力するハードロジッ
クにより構成された第1のデシメーション回路と、この
第1のデシメーション回路の出力が入力されて前記第1
のディジタルデータより低速で多ビットの第2のディジ
タルデータを出力するDSPにより構成された第2のデ
シメーション回路とを備え、かつ前記スケール補償手段
は、前記第2のデシメーション手段より前段に配置され
ていることを特徴としている。
【0008】この発明において好ましくは、前記スケー
ル補償手段は、前記第1のデシメーション手段の出力と
前記第2のデシメーション手段の入力との間に設けられ
て前記第1のデシメーション手段の出力に前記ΔΣ変調
手段において制限された利得を補償する係数を乗算する
乗算手段である。この発明において更に好ましくは、前
記スケール補償手段は、最大値が任意の入力信号につい
て前記第2のデシメーション手段に対してディジタルフ
ルスケールの信号が供給されるように、倍率可変の乗算
手段により構成される。
【0009】この発明によれば、デシメーション手段が
ハードロジックからなる第1のデシメーション手段とD
SPからなる第2のデシメーション手段とによって構成
されているので、第1のデシメーション手段の役割は、
後段のDSPに入力可能なレート(最終レートよりも高
いレート)までサンプリングレートを落とすことと、後
段のDSPに入力可能なビット数にすることに限定さ
れ、デシメーション手段の全てをハードロジックで構成
するよりも遥かに小さな回路規模で実現可能である。第
2のデシメーション手段はDSPにより構成しているの
で、回路規模が小さくなるのは勿論のこと、任意のフィ
ルタ特性を付加するといった柔軟な対応が可能になる。
更に、この発明で重要な点は、第2のデシメーション手
段よりも前段でスケール補償がなされる点である。第2
のデシメーション手段より前段でスケール補償がなされ
ると、第2のデシメーション手段に入力されるディジタ
ルデータの全てのビットが有効なビットとして処理され
るので、DSPで処理可能なビット数に対応した高精度
のA/D変換が可能になる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施例を説明する。図1は、この発明の一実施例に係
るA/Dコンバータ回路を示す図である。このA/Dコ
ンバータ回路は、アナログの入力信号SiをΔΣ変調し
て1ビットのビットストリームを出力すると共にスケー
リングを行うΔΣ変調器1と、このΔΣ変調器1から出
力されるビットストリームから入力信号Siの低周波成
分を抽出して多ビットのディジタルデータを得るため
の、ハードロジックにより構成された第1のデシメーシ
ョン回路2、及びDSPにより構成された第2のデシメ
ーション回路4と、これら第1及び第2のデシメーショ
ン回路2,4の間に設けられたスケール補償手段として
の乗算器3とから構成されている。
【0011】ΔΣ変調器1は、例えば図2に示すような
周知の2次ΔΣ変調器であり、オーバーサンプリングさ
れたアナログ入力信号Siと帰還電圧+VREF または−
VREF との差分値を減算器11で得て、この差分値を第
1の積分器12で積分すると共に、積分器12の出力と
帰還電圧+VREF または−VREF の差分値を減算器13
で得て、これを第2の積分器14で積分する。そして第
2の積分器14の出力を1ビット量子化器15で1ビッ
ト量子化して1ビットのビットストリームBSを得ると
共に、ビットストリームBSの1,0の値に応じて帰還
電圧+VREF または−VREF を帰還電圧選択部16で選
択して、減算器11,13に帰還するようになってい
る。ここで帰還電圧±VREF は、入力信号Siの最大値
より大きく、例えば入力信号Siの最大レベルが帰還電
圧±VREF の1/2倍になるように設定されて、利得が
制限されるようになっている。
【0012】ΔΣ変調器1から得られる高速のビットス
トリームBSを低周波の多ビットデータに変換するため
に、この実施例では2段のデシメーション回路を用いて
いる。即ちビットストリームBSは先ず、ハードロジッ
ク構成の第1のデシメーション回路2により、ビットス
トリームBSより低速の第1の多ビットデータDB1に
変換される。そして、この第1の多ビットデータDB1
に対して乗算器3により2を乗じることによってスケー
リング補償した第2の多ビットデータDB2を得たの
ち、DSP構成の第2のデシメーション回路4によって
更に低速にした多ビットデータDoを得る。
【0013】この実施例において、第1のデシメーショ
ン回路2は、例えばビットストリームBSをそのサンプ
リング周波数で何段か遅延させ、各遅延段に所定の係数
を掛けて加算することにより所定のフィルタ特性を得る
ようにしたものであるが、この第1のデシメーション回
路2は、後段のDSPに入力可能なレートまでサンプリ
ングレートを落とすこと、及び後段のDSPに入力可能
なビット数にすることに限定され、しかも入力段の遅延
回路は1ビットを保持する遅延回路を用いればよいか
ら、デシメーション手段の全てをハードロジックで構成
するよりも小さな回路規模で実現できる。また第2のデ
シメーション回路4はDSPにより構成しているので、
任意のフィルタ特性を付加することが容易であり、例え
ばビットレートを低くしたことにより生じる折り返し歪
除去のための狭帯域の低域通過フィルタ特性を持たせる
ことも容易である。
【0014】ΔΣ変調器1におけるスケーリングを補償
するための乗算器3は、原理的には第2のデシメーショ
ン回路4の出力段に設けることができるが、この実施例
では第2のデシメーション回路4よりも前段に配置して
いることが重要である。その作用効果を具体的に図3に
おいて比較例を参照しながら説明する。
【0015】図3(a),(b)の比較例1,2は、最
終出力段にスケール補償の乗算器3を配置した場合を示
している。いま、図3(a)のように、第2のデシメー
ション回路4を構成するDSPの入力データ語長がサイ
ンビット(S)も含めて16ビットに制限され、処理可
能なデータレートが最終ディジタルデータDoのサンプ
リングレートfsの4倍のレート(4fs)であるとす
ると、第1のデシメーション回路2では、ΔΣ変調器1
から出力される、データレートが例えば64fsのビッ
トストリームをデータレート4fs、データ語長16ビ
ットのディジタルデータに変換して第2のデシメーショ
ン回路4に供給することになる。しかしながら、第2の
デシメーション回路4に入力されるディジタルデータ
は、ΔΣ変調器1においてその振幅値が1/2に制限さ
れたデータであるので、サインビットに続く数値の部分
のMSBが不使用ビットとなる。従って、第2のデシメ
ーション回路4で16ビットデータの処理が可能であり
ながら、実質的に15ビット精度の処理しか行われず、
スケーリング補償された最終出力データDoのLSBは
0に固定された無効ビットとなってしまう。つまり、こ
の回路では15ビット精度に抑えられてしまうことにな
る。
【0016】上述のような無効ビットによる精度低下を
防止するためには、図3(b)の比較例2に示すよう
に、128fsのビットストリームを生成するΔΣ変調
器1を用い、第2のデシメーション回路4のDSPに入
力データ語長17ビットのものを用いる方法が考えられ
る。この方法によれば、図3(a)と同様に無効ビット
が生じても、16ビット精度を得ることができるが、こ
の場合には、第2のデシメーション回路として17ビッ
トデータの処理が可能な高価なDSPを用いなければな
らない。
【0017】これらの比較例1,2に対してこの実施例
の場合、図3(c)に示すように、128fs出力のΔ
Σ変調器1を用いて得られたビットストリームを第1の
デシメーション回路2で17ビットデータ(4fs)に
変換した後、1ビットシフトによるスケール補償を行っ
て上位16ビットのディジタルデータを生成し、このデ
ータを第2のデシメーション回路4に与えるようにして
いるので、第2のデシメーション回路4に与えられる1
6ビットのデータは、全てのビットが有効なデータとな
る。このため、16ビット処理が可能なDSPで16ビ
ット精度の最終出力データDoが得られることになる。
以上のように、DSP構成の第2のデシメーション回路
の前にスケール補償手段を設けることにより、入力デー
タ語長が限られたDSPを用いてしかも高いデータ精度
を得ることが可能になる。また、以上から明らかなよう
に、スケール補償手段は、第1のデシメーション回路2
の内部に設けられていても良い。
【0018】なお、入力信号Siのスケーリングを1/
n(n=2,4,8,…,2m)に限定した場合には、
スケーリング補償手段として乗算器に代えて、図4に示
すようなシフタ5を用いることができ、この場合には、
入力信号Siの最大入力レベルに応じてnの値を変化さ
せ、これに対応するようにシフタ5におけるシフト量m
を変化させることができる。これにより、任意のレベル
の入力信号Siに対して常にディジタルフルスケールの
最終出力データDoを得ることができるという効果があ
る。
【0019】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、デ
シメーション手段がハードロジックからなる第1のデシ
メーション手段とDSPからなる第2のデシメーション
手段とによって構成され、スケール補償手段を第2のデ
シメーション手段の前段に配置しているので、回路規模
が小さく、高精度のA/Dコンバータ回路を提供するこ
とができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施例に係るA/Dコンバータ
回路のブロック図である。
【図2】 同回路におけるΔΣ変調器のフロック図であ
る。
【図3】 この実施例の作用効果を比較例と比較して説
明するための図である。
【図4】 この発明の他の実施例を示すブロック図であ
る。
【符号の説明】
1…ΔΣ変調器、2…第1のデシメーション回路、3…
乗算器、4…第2のデシメーション回路、5…シフタ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03M 3/02

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力信号をΔΣ変調して1ビットのビッ
    トストリームを出力すると共に、前記入力信号の最大値
    より帰還電圧を大きく設定することにより利得が制限さ
    れたΔΣ変調手段と、このΔΣ変調手段から出力される
    ビットストリームを入力して前記入力信号に対応する低
    周波成分を抽出して多ビットのディジタルデータを出力
    するデシメーション手段と、前記ΔΣ変調手段において
    制限された利得を補償するスケール補償手段とを有する
    A/Dコンバータ回路において、 前記デシメーション手段は、前記ビットストリームが入
    力されて前記ビットストリームより低速で多ビットの第
    1のディジタルデータを出力するハードロジックにより
    構成された第1のデシメーション回路と、この第1のデ
    シメーション回路の出力が入力されて前記第1のディジ
    タルデータより低速で多ビットの第2のディジタルデー
    タを出力するDSPにより構成された第2のデシメーシ
    ョン回路とを備え、かつ前記スケール補償手段は、前記
    第2のデシメーション手段より前段に配置されているこ
    とを特徴とするA/Dコンバータ回路。
  2. 【請求項2】 前記スケール補償手段は、前記第1のデ
    シメーション手段の出力と前記第2のデシメーション手
    段の入力との間に設けられて前記第1のデシメーション
    手段の出力に前記ΔΣ変調手段において制限された利得
    を補償する係数を乗算する乗算手段であることを特徴と
    する請求項1記載のA/Dコンバータ回路。
  3. 【請求項3】 前記スケール補償手段は、最大値が任意
    の入力信号について前記第2のデシメーション手段に対
    してディジタルフルスケールの信号が供給されるよう
    に、倍率可変の乗算手段により構成されていることを特
    徴とする請求項2記載のA/Dコンバータ回路。
JP02292697A 1997-02-05 1997-02-05 A/dコンバータ回路 Expired - Lifetime JP3355977B2 (ja)

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