JPH05347563A - D/a変換装置 - Google Patents

D/a変換装置

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JPH05347563A
JPH05347563A JP4153672A JP15367292A JPH05347563A JP H05347563 A JPH05347563 A JP H05347563A JP 4153672 A JP4153672 A JP 4153672A JP 15367292 A JP15367292 A JP 15367292A JP H05347563 A JPH05347563 A JP H05347563A
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JP4153672A
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Takashi Kanai
隆 金井
Toshihiko Masuda
稔彦 増田
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Sony Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M3/00Conversion of analogue values to or from differential modulation
    • H03M3/30Delta-sigma modulation
    • H03M3/322Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters
    • H03M3/368Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters of noise other than the quantisation noise already being shaped inherently by delta-sigma modulators
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M3/00Conversion of analogue values to or from differential modulation
    • H03M3/30Delta-sigma modulation
    • H03M3/50Digital/analogue converters using delta-sigma modulation as an intermediate step
    • H03M3/502Details of the final digital/analogue conversion following the digital delta-sigma modulation

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 オーバーサンプリングフィルタ12、ノイズ
シェーパ13及びパルスコンバータ14より成る1ビッ
トD/AコンバータICからの一対の平衡出力信号P
(+)、P(-)を、ドレイン共通接続された一対のFET2
1、22の各ゲートにそれぞれ供給し、この共通ドレイ
ンに定電流源23からの定電流I0 を供給すると共に、
各ソース出力電流の少なくとも一方を出力回路で電圧に
変換して、出力端子25より1ビットD/A変換出力信
号を取り出す。 【効果】 電源変動が除去された1ビットD/A変換出
力信号を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、オーディオあるいはビ
デオ等のディジタル信号をアナログ信号に変換するため
のD/A(ディジタル/アナログ)変換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年において、ディジタルのオーディオ
あるいはビデオ信号等を元のアナログ信号に変換するD
/A変換装置の一種として、1ビットD/Aコンバータ
が知られている。この1ビットD/Aコンバータは、特
にリニアリティの面で、例えばゼロクロス歪みを発生し
ない等のようにマルチビット型にない多くの特長を有し
ている。
【0003】この1ビットD/Aコンバータからの出力
は、0Vと電源電圧(一般には5V程度)との2値をと
るパルス列となっており、このパルス密度と電源電圧と
の積により出力レベルが決定され、具体的にはD/Aコ
ンバータ出力をLPF(ローパスフィルタ)に通すこと
により、アナログ出力波形を得ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この1ビッ
トD/Aコンバータの出力パルスの波高値である電源電
圧は、外部から供給される電源そのものであり、外乱等
の影響を受け易く、この電源電圧が変動したりノイズが
乗ったりすると、それがそのままLPFを介してアナロ
グ出力に現れてしまうという問題がある。
【0005】また、上記1ビットD/AコンバータをI
C(集積回路)化する場合、上記電源電圧はICの電源
電圧でもあり、ICの動作を保証する上でこの電源電圧
値をあまり大きくとれず、標準で5V程度である。この
ため、出力信号のレベルには自ずから制限が生じ、平均
レベルとしては1V程度以下に設定するのが通常であ
り、D/Aコンバータよりも後段のアナログLPF部等
でゲインを持たせて増幅し、レベルを大きくしているの
が現状である。ところが、このやり方では、ノイズも増
幅されてしまうという問題がある。
【0006】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであり、電源変動やノイズの重畳等による悪影響
を受けることがなく、また後段のアナログフィルタでの
ゲインを上げることによるノイズの増幅を防止し得るよ
うなD/A変換装置の提供を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係るD/A変換
装置は、入力ディジタルデータに対応したパルス波形を
出力する1ビットD/A変換部と、この1ビットD/A
変換部からの互いに反転関係の(平衡な)一対の出力信
号が各ゲートに供給されるドレイン共通接続されたFE
T対と、このFET対の共通ドレインに一定の電流を供
給する定電流源と、このFET対のソースからの出力信
号を取り出す出力回路とを有して成ることにより、上述
の課題を解決する。
【0008】ここで上記出力回路は、上記FET対の少
なくとも一方のソース出力電流を電圧に変換して出力す
る電流−電圧変換手段を有することが好ましい。また、
上記定電流源の電流値を可変制御して出力信号レベルを
可変することが好ましい。
【0009】
【作用】1ビットD/A変換部からの互いに反転関係の
一対の出力信号により、一対のFETの一方が必ずオン
となり、定電流源からの一定電流を流すため、この電流
出力には電源変動が除去され、この電流出力を出力回路
を介して取り出すことにより、電源変動が除去された良
好なD/A変換出力を得ることができる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例について、図
面を参照しながら説明する。図1は、本発明に係るD/
A変換装置の基本構成の一例を概略的に示すブロック回
路図である。この図1において、入力端子11にはディ
ジタルオーディオ信号等のディジタル信号が供給されて
いる。この入力ディジタル信号のデータレートは例えば
8fs (fs はサンプリング周波数)であり、ワード長
は例えば17ビットである。この8fs 、17ビットの
ディジタル信号は、オーバーサンプリングフィルタ12
で例えば8倍にオーバーサンプルされて64fs のデー
タレートとなり、ノイズシェーパ13に送られる。ノイ
ズシェーパ13ではノイズスペクトラムを高域側に偏在
させるようなノイズシェーピング処理が施され、その出
力がパルスコンバータ14に送られて1ビットのディジ
タル信号(パルス信号)に変換され、互いに反転関係の
(平衡な)一対のパルス信号P(+)、P(-)が端子15、1
6を介してそれぞれ取り出される。
【0011】これらの8倍オーバーサンプリングフィル
タ12からパルスコンバータ14までの回路は、例え
ば、いわゆる1ビットD/AコンバータIC(集積回
路)として集積化されて供給されることが多く、上記パ
ルス信号P(+)、P(-)は、“0”あるいは“L”(ローレ
ベル)のとき略々接地電位(GND)となり、“1”あ
るいは“H”(ハイレベル)のとき該ICの略々電源電
圧VDD(通常5V程度)となる。この電源電圧VDDや接
地電位GNDについて、前述したようにノイズが乗った
り電圧変動が生じたりするわけである。
【0012】次に上記端子15、16からの互いに反転
関係の一対のパルス信号P(+)、P(-)は、各ドレインが共
通接続された一対のFET(電界効果トランジスタ)2
1、22の各ゲートにそれぞれ供給されている。これら
のFET21、22の共通接続ドレインには、定電流源
23からの定電流I0 が供給されており、この定電流源
23には定電圧V1 が供給されている。FET21、2
2の各ソースからの出力信号は、出力回路24に送られ
出力端子25から取り出されるようになっている。この
出力回路24としては、FET21、22の各ソースか
らの出力電流の少なくとも一方を電圧に変換して出力端
子25から取り出すようなものが使用できる。なお、出
力としては互いに反転関係の(平衡な)一対の出力電圧
を一対の出力端子から取り出すようにしてもよい。
【0013】このような構成とすることにより、上記パ
ルス信号P(+)、P(-)に現れていた電圧変動やノイズは、
出力回路24を介すことで除去され、電源変動やノイズ
等の悪影響を受けない良好なD/A変換出力を出力端子
25から取り出すことができる。ここで、FET21、
22を用いているのは、通常のバイポーラ型トランジス
タを用いた場合には、パルス信号P(+)、P(-)によるトラ
ンジスタのスイッチング動作時に、オーバースイングに
よりベース−エミッタ間電流が流れ、出力電流にこの電
流が加算されて出力変動の原因となることを考慮したも
のであり、FETの場合には、ゲート入力インピーダン
スが高いため、パルス信号P(+)、P(-)がオーバースイン
グしてもゲート電流が出力に現れることがない。
【0014】次に、図2は、本発明の第1の実施例とし
て、上記端子15、16以降の出力側の構成の具体例を
示す回路図である。この図2において、端子15、16
には、上述したように互いに反転関係の一対のパルス信
号P(+)、P(-)が供給される。上記共通ドレイン回路を構
成する一対のFET21、22としては、それぞれいわ
ゆるデュアルゲートFETを用いており、各FET2
1、22のいわゆるスクリーンゲートには、定電圧V2
が印加されている。各FET21、22のそれぞれもう
一つのゲートには、上記端子15、16からのパルス信
号P(+)、P(-)がそれぞれ入力されている。
【0015】デュアルゲートFET21、22の共通ド
レインに上記定電流I0 を供給する定電流源23として
は、定電圧V1 がエミッタに印加されるPNP型トラン
ジスタTr1と、このトランジスタTr1のエミッタ−ベー
ス間に接続された抵抗R1 と、トランジスタTr1のコレ
クタとベースとがそれぞれベースとエミッタとに接続さ
れたPNP型トランジスタTr2と、このトランジスタT
r2のベース(トランジスタTr1のコレクタ)と接地との
間に接続された抵抗R2 とから成っており、トランジス
タTr2のコレクタから上記定電流I0 が供給されてい
る。
【0016】FET21、22の各ソースからの出力電
流IP+、IP-を電圧に変換して出力する出力回路24
は、FET21のソースと接地との間に接続された電流
−電圧変換手段としての負荷抵抗R3 と、FET22の
ソースと接地との間に接続された電流−電圧変換手段と
しての負荷抵抗R4 とから成っている。この出力回路2
4のFET21のソースと負荷抵抗R3 との接続点から
の電圧出力が出力端子25より取り出され、FET22
のソースと負荷抵抗R4 との接続点からの電圧出力が出
力端子26より取り出される。
【0017】各FET21、22は、上記パルス信号P
(+)、P(-)の電圧が各ゲートに印加されることによりス
イッチング動作が行われるが、パルス信号P(+)、P(-)が
互いに反転の関係にあるため、FET21、22の一方
がオンのときは他方がオフ状態となる。ここで、各FE
T21、22の閾値電圧Vthは、パルス信号P(+)、P(-)
の“H”(ハイレベル)であるIC電源電圧VDD(通常
5V程度)よりも充分低く(例えば1V程度)設定され
ているから、IC電源電圧VDDが変動することにより上
記パルス信号P(+)、P(-)の波形が例えば図3のA、Bに
それぞれ示すように変動しても、“H”のときには上記
閾値電圧Vthを確実に越え、確実にオン動作が行われ
る。そして、FET21、22のオン側に上記定電流源
23からの定電流I0 が流れ、他方はオフとなって電流
が0となるから、各FET21、22の各ソース出力電
流IP+、IP-は、図3のC、Dにそれぞれ示すように、
0と上記定電流I0 とに定められ、上記電源電圧の変動
が除去される。
【0018】このようにして変動が除去されたFET2
1、22の各ソースからの出力電流IP+、IP-は、負荷
抵抗R3 、R4 により電圧に変換されて、各出力端子2
5、26から1ビットD/A変換出力電圧信号として取
り出され、これらの出力電圧には上記電源電圧VDDの影
響が現れないから、D/A変換精度を高めることができ
る。また、FET21、22のいずれか一方が必ずオン
しているため、FET21、22のスイッチングによる
接地電位GNDの変動も原理的になくすことができる。
【0019】次に、図4は、本発明の第2の実施例の要
部構成を示す回路図である。この図4において、デュア
ルゲートFET21、22、及び定電流源23の構成
は、上記図2に示す本発明の第1の実施例と同様であ
り、対応する部分に同じ指示符号を付して説明を省略す
る。この図4に示す第2の実施例に用いられる出力回路
24は、FET21のソース出力電流IP+を抵抗R3
介して演算増幅器(いわゆるオペアンプ)27に送って
電流−電圧変換し、出力端子25から取り出す場合の具
体例である。
【0020】図4の出力回路24において、上記デュア
ルゲートFET21、22の各ソース間には、高域のノ
イズを除去するためのコンデンサC1 が接続されてお
り、このコンデンサC1 は、オペアンプ27の動作の負
担を軽くすると共に、D/A変換出力をアナログ化する
アナログLPF(ローパスフィルタ)の1段目の作用も
兼ねている。FET22のソースは抵抗R4 を介して接
地されている。FET21のソースは抵抗R3 を介して
オペアンプ27の反転入力端子に接続され、この反転入
力端子はコンデンサC3 を介して接地されている。オペ
アンプ27の非反転入力端子は接地されている。また、
オペアンプ27の出力端子25と反転入力端子との間に
は、抵抗R5 とコンデンサC2 との並列回路が接続され
ている。
【0021】このような構成において、オペアンプ27
の反転入力端子は、非反転入力端子が接地されているこ
とから、いわゆる仮想接地(イマジナリショート)で電
位が略々0に固定される状態となり、抵抗R3 を介して
反転入力端子に向かって流れる電流IQ は、抵抗R5
流れることで、出力端子25には電圧R5 Q の出力が
得られることになる。なお、コンデンサC2 、C3 は、
高域の成分を除去するためのものである。また、出力と
しては、上記パルス信号P(+)に対応し、電源電圧変動の
除去された電圧出力がオペアンプ27の出力端子25か
ら得られることになるが、FET21、22のいずれか
一方が必ずオンしている形態、すなわちオン側のFET
に必ず上記定電流I0 が流れることになるので、スイッ
チングによる変動も回避できる。
【0022】次に、図5は、本発明の第3の実施例の要
部構成を示す回路図である。この図5において、上記図
3に示す本発明の第2の実施例と同じ部分には同じ指示
符号を付して説明を省略する。この図5に示す第3の実
施例に用いられる出力回路24は、FET21、22の
各ソース出力電流IP+、IP-を、抵抗R3 、R4 をそれ
ぞれ介してオペアンプ(演算増幅器)27、28に送っ
てそれぞれ電流−電圧変換し、さらにこれらのオペアン
プ27、28からの出力をオペアンプ29で合成して、
出力端子25から取り出す場合の具体例である。
【0023】この図5の出力回路24において、オペア
ンプ27の出力端子と反転入力端子との間には、抵抗R
5 とコンデンサC5 との並列回路が接続され、このオペ
アンプ27の出力端子は抵抗R7 を介してオペアンプ2
9の反転入力端子に接続されている。このオペアンプ2
9の出力端子と反転入力端子との間には、抵抗R9 とコ
ンデンサC7 との並列回路が接続されている。FET2
2のソースは抵抗R4を介してオペアンプ28の反転入
力端子に接続され、この反転入力端子はコンデンサC4
を介して接地されている。オペアンプ28の非反転入力
端子は接地されており、オペアンプ28の出力端子と反
転入力端子との間には、抵抗R6 とコンデンサC6 との
並列回路が接続されている。このオペアンプ28の出力
端子は抵抗R8 を介してオペアンプ29の非反転入力端
子に接続されている。オペアンプ29の非反転入力端子
は、抵抗R10とコンデンサC8 との並列回路を介して接
地されている。このオペアンプ29の出力端子が、出力
回路24の出力端子25となっている。なお、抵抗
3 、R4 、コンデンサC1 、C5 、C6 等を省略して
もよい。
【0024】この図5に示す第3の実施例は、上記図4
に示す第2の実施例の構成に加えて、上記パルス信号P
(-)の電圧によってスイッチングするFET22からの
出力電流IP-を、オペアンプ28により電流−電圧変換
し、さらにこのオペアンプ28の出力電圧と上記オペア
ンプ27の出力電圧とを、オペアンプ29で差動増幅し
て、出力端子25から差動出力電圧を得るような構成と
している。コンデンサC 7 と抵抗R9 、及びコンデンサ
8 と抵抗R10は、それぞれ高域の成分を除去するため
のものである。こうした差動構成をとることで、GND
ノイズ等の同相ノイズを除去することができる。
【0025】ここで図5の回路における具体的な数値の
例として、V1 =10V、V2 =5V、R1 =330
Ω、C1 =2200pF、R3 =R4 =470Ω、C3
=C4=330pF、R5 =R6 =2kΩ、C5 =C6
=1500pF、R7 =R8 =R9 =R10=5.6k
Ω、C7 =C8 =100pFとし、上記パルス信号P
(+)、P(-)には1ビットD/AコンバータICからの一
対の平衡出力を用い、この1ビットD/AコンバータI
Cへの入力信号を17ビット相当の正弦波としたとき、
歪み率(THD+N)が、0.0021%(−93.5
dB)、S/Nが106dBの各値が得られ、実用に充
分な特性を得ることができた。
【0026】次に、本発明の第5の実施例として、上記
定電流源23の電流値I0 を可変とし、この電流値I0
を変化させることで、出力回路24からの出力電圧レベ
ルを可変制御することができる。例えば、上記図5に示
すような構成の定電流源23の場合には、抵抗R1 を可
変にすることによって、電流値I0 を可変とすることが
でき、例えば、I0 =0.6/R1 のような関係が成立
する。
【0027】このように、定電流源23の電流値I0
可変にすることで、出力信号レベルを可変でき、1ビッ
トD/AコンバータICの出力レベル以上の振幅レベル
の出力を得ることができるので、ダイナミックレンジが
広くなる。また、後段のアナログLPF等でのゲインを
上げる必要はないので、ノイズの増幅を防ぐことができ
る。
【0028】なお、本発明は上記実施例のみに限定され
るものではなく、例えば、1ビットD/AコンバータI
Cの構成は図1の例に限定されず、また、各部電圧の電
圧値も上記実施例の具体的数値に限定されない。さら
に、図2、図4、図5の定電流源23や出力回路24の
構成は図示の例に限定されず、例えばコンデンサC1
2 等を省略してもよい。
【0029】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明に係るD/A変換装置によれば、入力ディジタルデー
タに対応したパルス波形を出力する1ビットD/A変換
部からの一対の平衡出力信号をドレイン共通接続された
FET対の各ゲートに供給し、このFET対の共通ドレ
インに定電流源からの電流を供給すると共に、該FET
対のソースからの出力信号を出力回路を介して取り出し
ているため、FET対の一方が必ずオンとなって定電流
源からの一定電流を流し、この電流出力には電源変動分
が除去されることになる。従って、この電流出力を出力
回路を介して取り出すことにより、電源変動が除去され
た良好な、精度の良いD/A変換出力を得ることができ
る。
【0030】また、上記定電流源の電流値を可変制御し
て出力信号レベルを可変することができ、1ビットD/
A変換部の出力のレベル以上の振幅レベルの出力を得る
ことができ、ダイナミックレンジを広くすることができ
る。また、後段のアナログLPF(ローパスフィルタ)
でのゲインを上げる必要がないので、ノイズの増幅を防
ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るD/A変換装置の基本構成を概略
的に示すブロック図である。
【図2】本発明のD/A変換装置の第1の実施例の要部
構成を示す回路図である。
【図3】上記第1の実施例の動作を説明するための信号
波形を示す波形図である。
【図4】本発明の第2の実施例の要部構成を示す回路図
である。
【図5】本発明の第3の実施例の要部構成を示す回路図
である。
【符号の説明】
12・・・・・オーバーサンプリングフィルタ 13・・・・・ノイズシェーパ 14・・・・・パルスコンバータ 15・・・・・パルス信号P(+)供給端子 16・・・・・パルス信号P(-)供給端子 21、22・・・・・FET(電界効果トランジスタ) 23・・・・・定電流源 24・・・・・出力回路 25・・・・・出力端子

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力ディジタルデータに対応したパルス
    波形を出力する1ビットD/A変換部と、 この1ビットD/A変換部からの互いに反転関係の一対
    の出力信号が各ゲートに供給されるドレイン共通接続さ
    れたFET対と、 このFET対の共通ドレインに定電流を供給する定電流
    源と、 このFET対のソースからの出力信号を取り出す出力回
    路とを有して成ることを特徴とするD/A変換装置。
  2. 【請求項2】 上記出力回路は、上記FET対の一方の
    ソース出力電流を電圧に変換して出力する電流−電圧変
    換手段を有することを特徴とする請求項1記載のD/A
    変換装置。
  3. 【請求項3】 上記出力回路は、上記FET対の両方の
    ソース出力電流をそれぞれ電圧に変換して出力する一対
    の電流−電圧変換手段を有することを特徴とする請求項
    1記載のD/A変換装置。
  4. 【請求項4】 上記定電流源の電流値を可変制御して出
    力信号レベルを可変することを特徴とする請求項1記載
    のD/A変換装置。
JP4153672A 1992-06-12 1992-06-12 D/a変換装置 Pending JPH05347563A (ja)

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