JPH09307447A - 高次δς変調器とδς変調型コンバータ - Google Patents
高次δς変調器とδς変調型コンバータInfo
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- JPH09307447A JPH09307447A JP14092796A JP14092796A JPH09307447A JP H09307447 A JPH09307447 A JP H09307447A JP 14092796 A JP14092796 A JP 14092796A JP 14092796 A JP14092796 A JP 14092796A JP H09307447 A JPH09307447 A JP H09307447A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 3次以上の高次のΔΣ変調器を用いてD/A
又はA/Dコンバータを構成する際にS/N比の向上を
図る。 【解決手段】 例えば3次ΔΣ変調器において、量子化
器26では2ビット量子化を行なうと共に乗算器14,
20ではそれぞれ1/2なる減衰係数の乗算を行なう。
多ビット量子化と減衰量の低減とを併用することで量子
化ノイズの低減が可能となる。
又はA/Dコンバータを構成する際にS/N比の向上を
図る。 【解決手段】 例えば3次ΔΣ変調器において、量子化
器26では2ビット量子化を行なうと共に乗算器14,
20ではそれぞれ1/2なる減衰係数の乗算を行なう。
多ビット量子化と減衰量の低減とを併用することで量子
化ノイズの低減が可能となる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、3次以上の高次
のΔΣ変調器とΔΣ変調型のD/A又はA/Dコンバー
タとに関し、特に量子化のビット数を複数にすると共に
積分器の出力側の減衰段での減衰量を小さくしたことに
よりS/N比の向上を図ったものである。
のΔΣ変調器とΔΣ変調型のD/A又はA/Dコンバー
タとに関し、特に量子化のビット数を複数にすると共に
積分器の出力側の減衰段での減衰量を小さくしたことに
よりS/N比の向上を図ったものである。
【0002】
【従来の技術】従来、ΔΣ変調器にあっては、量子化の
ビット数を1ビット増すごとにS/N比を約6dB改善
できることが知られている(例えば、「オーバーサンプ
リング方式のA−D/D−A変換技術(第2回)」NIKK
EI ELECTRONICS 1988年8月8日号 第211〜2
21頁[特に第219頁]参照)。
ビット数を1ビット増すごとにS/N比を約6dB改善
できることが知られている(例えば、「オーバーサンプ
リング方式のA−D/D−A変換技術(第2回)」NIKK
EI ELECTRONICS 1988年8月8日号 第211〜2
21頁[特に第219頁]参照)。
【0003】また、3次以上の高次のΔΣ変調器にあっ
ては、発振防止のために積分器の出力側に減衰段を設け
ることが知られている。
ては、発振防止のために積分器の出力側に減衰段を設け
ることが知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記した高次ΔΣ変調
器によると、減衰段を設けたことによりS/N比が低下
する。また、減衰段での減衰量を小さくすると、動作が
不安定になるので、動作の不安定性を招かない範囲で所
望のS/N比をもたらす減衰量を探し出す必要がある。
器によると、減衰段を設けたことによりS/N比が低下
する。また、減衰段での減衰量を小さくすると、動作が
不安定になるので、動作の不安定性を招かない範囲で所
望のS/N比をもたらす減衰量を探し出す必要がある。
【0005】図12は、従来提案されている3次ΔΣ変
調器を示すものである。入力INを受取る加算器10の
出力は、積分器12に供給され、積分器12の出力は、
1/2を乗ずる乗算器14に供給される。乗算器14の
出力は、加算器16に供給され、加算器16の出力は、
積分器18に供給される。積分器18の出力は、1/4
を乗ずる乗算器20に供給され、乗算器20の出力は、
加算器22に供給される。加算器22の出力は、積分器
24に供給され、積分器24の出力は、1ビット量子化
器26に供給される。量子化器26の出力は、サンプリ
ングクロック信号の1周期に相当する遅延を与える遅延
器28を介して加算器10,16,22に負符号で供給
される。量子化器26からは、出力OUTとして1ビッ
ト量子化出力(ビットストリーム出力又はパルス密度変
調出力)が送出される。
調器を示すものである。入力INを受取る加算器10の
出力は、積分器12に供給され、積分器12の出力は、
1/2を乗ずる乗算器14に供給される。乗算器14の
出力は、加算器16に供給され、加算器16の出力は、
積分器18に供給される。積分器18の出力は、1/4
を乗ずる乗算器20に供給され、乗算器20の出力は、
加算器22に供給される。加算器22の出力は、積分器
24に供給され、積分器24の出力は、1ビット量子化
器26に供給される。量子化器26の出力は、サンプリ
ングクロック信号の1周期に相当する遅延を与える遅延
器28を介して加算器10,16,22に負符号で供給
される。量子化器26からは、出力OUTとして1ビッ
ト量子化出力(ビットストリーム出力又はパルス密度変
調出力)が送出される。
【0006】図12の回路において、乗算器14,20
がそれぞれ第1及び第2の減衰段を構成し、それぞれ1
/2,1/4の減衰係数が設定されている。
がそれぞれ第1及び第2の減衰段を構成し、それぞれ1
/2,1/4の減衰係数が設定されている。
【0007】図13は、図12の変調器に関して量子化
ノイズ分布を発明者の理論計算に基づいて示すものであ
る。図13の音声帯域付近を拡大して示したのが図14
である。
ノイズ分布を発明者の理論計算に基づいて示すものであ
る。図13の音声帯域付近を拡大して示したのが図14
である。
【0008】図13,14において、曲線Q1は、乗算
器14,20を設けなかった(又は減衰係数を1として
減衰量を0とした)場合の量子化ノイズ分布を示し、曲
線Q3は、乗算器14,20の減衰係数をそれぞれ1/
2,1/4に設定した場合の量子化ノイズ分布を示す。
なお、fs は、サンプリング周波数を示す。
器14,20を設けなかった(又は減衰係数を1として
減衰量を0とした)場合の量子化ノイズ分布を示し、曲
線Q3は、乗算器14,20の減衰係数をそれぞれ1/
2,1/4に設定した場合の量子化ノイズ分布を示す。
なお、fs は、サンプリング周波数を示す。
【0009】図14によれば、音声帯域付近では、減衰
段を設けたQ3の場合、減衰段を設けないQ1の場合に
比べて量子化ノイズが大きいことがわかる。また、発明
者の理論計算によれば、量子化器26のビット数を1と
したときは、Q3の場合(減衰係数1/2,1/4の場
合)にS/N比が83.9dBで最良となる。
段を設けたQ3の場合、減衰段を設けないQ1の場合に
比べて量子化ノイズが大きいことがわかる。また、発明
者の理論計算によれば、量子化器26のビット数を1と
したときは、Q3の場合(減衰係数1/2,1/4の場
合)にS/N比が83.9dBで最良となる。
【0010】図15は、1ビット量子化を採用するΔΣ
変調器におけるS/N比のオーバーサンプリング比依存
性を次数毎に示すものである。図15によれば、S/N
比を向上させるためには、オーバーサンプリング比を大
きくしたり、次数を大きくしたりすればよいことがわか
る。
変調器におけるS/N比のオーバーサンプリング比依存
性を次数毎に示すものである。図15によれば、S/N
比を向上させるためには、オーバーサンプリング比を大
きくしたり、次数を大きくしたりすればよいことがわか
る。
【0011】オーバーサンプリング比を大きくすること
は、サンプリング周波数fs を高くすることであり、後
段のスイッチト・キャパシタ・フィルタ(以下、SCF
と略記する)等の回路もそれに見合った速い速度で動作
させる必要があるため、プロセス技術上も回路技術上も
困難な問題がある。また、次数を大きくすると、前述の
ように発振防止のために積分器の出力側に減衰段を設け
たり、リミッタを設けたりする対策が必要であり、それ
に伴うS/N比の低下があるため、飛躍的なS/N比の
向上は見込めない。
は、サンプリング周波数fs を高くすることであり、後
段のスイッチト・キャパシタ・フィルタ(以下、SCF
と略記する)等の回路もそれに見合った速い速度で動作
させる必要があるため、プロセス技術上も回路技術上も
困難な問題がある。また、次数を大きくすると、前述の
ように発振防止のために積分器の出力側に減衰段を設け
たり、リミッタを設けたりする対策が必要であり、それ
に伴うS/N比の低下があるため、飛躍的なS/N比の
向上は見込めない。
【0012】この発明の目的は、オーバーサンプリング
比や次数を上げることなく飛躍的にS/N比を向上させ
ることができる新規な高次ΔΣ変調器及びΔΣ変調型コ
ンバータを提供することにある。
比や次数を上げることなく飛躍的にS/N比を向上させ
ることができる新規な高次ΔΣ変調器及びΔΣ変調型コ
ンバータを提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】この発明に係る高次ΔΣ
変調器は、量子化のビット数を複数にした3次以上の高
次のΔΣ変調器であって、量子化のビット数を1とした
ときに最良のS/N比をもたらす減衰量を所定の減衰量
とすると、所定の積分器の出力側に設けた減衰段におい
て減衰量を前記所定の減衰量より小さく設定したことを
特徴とするものである。
変調器は、量子化のビット数を複数にした3次以上の高
次のΔΣ変調器であって、量子化のビット数を1とした
ときに最良のS/N比をもたらす減衰量を所定の減衰量
とすると、所定の積分器の出力側に設けた減衰段におい
て減衰量を前記所定の減衰量より小さく設定したことを
特徴とするものである。
【0014】この発明の構成によれば、量子化のビット
数を複数にしたので、安定領域が広がる。安定領域と
は、発振せずに安定に動作できる条件(システムの伝達
関数の極がすべてz平面の単位円内に存在する条件)の
ことであり、かかる条件は、減衰係数により減衰量を調
整して満足させるのが通例である。安定領域が広がる
と、減衰係数を選択する(減衰量を調整する)自由度が
大きくなる。高次ΔΣ変調器にあっては、減衰量を大き
くすると、動作は安定するが、前述したようにS/N比
が低下し、減衰量を小さくすると、図14のQ1に示し
たように量子化ノイズが減ってS/N比が向上するもの
の、動作は不安定になる。
数を複数にしたので、安定領域が広がる。安定領域と
は、発振せずに安定に動作できる条件(システムの伝達
関数の極がすべてz平面の単位円内に存在する条件)の
ことであり、かかる条件は、減衰係数により減衰量を調
整して満足させるのが通例である。安定領域が広がる
と、減衰係数を選択する(減衰量を調整する)自由度が
大きくなる。高次ΔΣ変調器にあっては、減衰量を大き
くすると、動作は安定するが、前述したようにS/N比
が低下し、減衰量を小さくすると、図14のQ1に示し
たように量子化ノイズが減ってS/N比が向上するもの
の、動作は不安定になる。
【0015】この発明では、量子化のビット数を複数に
して安定領域を広げた上で減衰量を小さくするので、動
作の安定性を確保しつつ1ビット量子化の場合よりも減
衰量を小さくすることができる。そして、S/N比は、
量子化のビット数を増やしたことにより向上すると共に
減衰量を小さくしたことにより向上するので、飛躍的な
向上が可能である。
して安定領域を広げた上で減衰量を小さくするので、動
作の安定性を確保しつつ1ビット量子化の場合よりも減
衰量を小さくすることができる。そして、S/N比は、
量子化のビット数を増やしたことにより向上すると共に
減衰量を小さくしたことにより向上するので、飛躍的な
向上が可能である。
【0016】この発明を3次ΔΣ変調器に適用する場
合、次数を3次に固定したまま量子化のビット数を2と
し、しかも減衰量を図12の回路より小さく設定する。
すなわち、発明者の理論計算によれば、変調器の入力側
から数えて第1及び第2の減衰段において減衰係数をい
ずれも1/2に設定すると、量子化ノイズは、図14の
Q2に示すように従来のQ3の場合より減少し、S/N
比は、図12の回路より12〜15dB向上する。
合、次数を3次に固定したまま量子化のビット数を2と
し、しかも減衰量を図12の回路より小さく設定する。
すなわち、発明者の理論計算によれば、変調器の入力側
から数えて第1及び第2の減衰段において減衰係数をい
ずれも1/2に設定すると、量子化ノイズは、図14の
Q2に示すように従来のQ3の場合より減少し、S/N
比は、図12の回路より12〜15dB向上する。
【0017】この発明に係る高次ΔΣ変調器を用いてΔ
Σ変調型のD/A又はA/Dコンバータを構成すると、
S/N比の大幅な向上が可能となる。
Σ変調型のD/A又はA/Dコンバータを構成すると、
S/N比の大幅な向上が可能となる。
【0018】
【発明の実施の形態】図1は、この発明に係る3次ΔΣ
変調器の回路構成を示すもので、図12と同様の部分に
は同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
変調器の回路構成を示すもので、図12と同様の部分に
は同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【0019】図1の変調器の特徴とするところは、該変
調器の入力側から数えて第1及び第2の積分器12及び
18の出力側にそれぞれ設けた第1及び第2の減衰段と
しての乗算器14及び20において減衰係数をいずれも
1/2に設定すると共に、量子化器26において2ビッ
トの量子化を行ない、出力OUTとして2ビット量子化
出力を送出するようにしたことである。
調器の入力側から数えて第1及び第2の積分器12及び
18の出力側にそれぞれ設けた第1及び第2の減衰段と
しての乗算器14及び20において減衰係数をいずれも
1/2に設定すると共に、量子化器26において2ビッ
トの量子化を行ない、出力OUTとして2ビット量子化
出力を送出するようにしたことである。
【0020】図1の回路によると、乗算器14,20の
減衰係数をいずれも1/2としたので、図12の回路に
比べて減衰量が小さくなり、S/N比が向上する。ま
た、量子化のビット数を2としたことにより図12の回
路に比べてS/N比が向上する。
減衰係数をいずれも1/2としたので、図12の回路に
比べて減衰量が小さくなり、S/N比が向上する。ま
た、量子化のビット数を2としたことにより図12の回
路に比べてS/N比が向上する。
【0021】発明者の理論計算によれば、図12の回路
において減衰係数を1/2,1/4としたまま量子化の
ビット数を2とすると、S/N比は、89.9dBとな
り、図12の回路のS/N比(83.9dB)に比べて
6dB向上する。このS/N比向上分は、量子化のビッ
ト数を2としたことによる向上分である。また、図1の
回路のように量子化のビット数を2とし且つ減衰係数を
1/2,1/2とすると、量子化ノイズ分布は、図1
3,14の曲線Q2で示すようになると共に、S/N比
は、96.0dBとなる。
において減衰係数を1/2,1/4としたまま量子化の
ビット数を2とすると、S/N比は、89.9dBとな
り、図12の回路のS/N比(83.9dB)に比べて
6dB向上する。このS/N比向上分は、量子化のビッ
ト数を2としたことによる向上分である。また、図1の
回路のように量子化のビット数を2とし且つ減衰係数を
1/2,1/2とすると、量子化ノイズ分布は、図1
3,14の曲線Q2で示すようになると共に、S/N比
は、96.0dBとなる。
【0022】図14によれば、音声帯域付近では、従来
例としてのQ3の場合に比べてこの発明に係るQ2の場
合の方が量子化ノイズが小さいことがわかる。また、図
1の回路のS/N比(96.0dB)は、図12の回路
のS/N比(83.9dB)に比べて約12dB向上
(ゼロ点シフトの場合は15dB向上)する。このS/
N比向上分は、前述したように量子化のビット数を2ビ
ットにしたことによる向上分に対し、減衰係数を1/4
から1/2にして減衰量を小さくしたことによる向上分
が加わったものである。
例としてのQ3の場合に比べてこの発明に係るQ2の場
合の方が量子化ノイズが小さいことがわかる。また、図
1の回路のS/N比(96.0dB)は、図12の回路
のS/N比(83.9dB)に比べて約12dB向上
(ゼロ点シフトの場合は15dB向上)する。このS/
N比向上分は、前述したように量子化のビット数を2ビ
ットにしたことによる向上分に対し、減衰係数を1/4
から1/2にして減衰量を小さくしたことによる向上分
が加わったものである。
【0023】図2は、この発明の他の実施形態に係るΔ
Σ変調型D/Aコンバータを示すもので、このコンバー
タは、3次ΔΣ変調器50と、SCF制御回路52と、
SCF54とを含んでいる。なお、図2〜4において、
信号線に斜線を付して示す数字は、ビット数を表わす。
Σ変調型D/Aコンバータを示すもので、このコンバー
タは、3次ΔΣ変調器50と、SCF制御回路52と、
SCF54とを含んでいる。なお、図2〜4において、
信号線に斜線を付して示す数字は、ビット数を表わす。
【0024】変調器50は、サンプル毎に16ビットの
ディジタル信号をディジタル入力DINとしてディジタ
ル的な微積分処理を行なうと共に2ビットの量子化処理
を行なうもので、出力DSとして2ビット量子化出力を
送出する。変調器50については、図3,4を参照して
後述する。
ディジタル信号をディジタル入力DINとしてディジタ
ル的な微積分処理を行なうと共に2ビットの量子化処理
を行なうもので、出力DSとして2ビット量子化出力を
送出する。変調器50については、図3,4を参照して
後述する。
【0025】SCF制御回路52は、変調器50からの
出力DSと図6に示すようなサンプリングクロック信号
Sp とに基づいて図6に示すような制御信号a1〜d
1,a2〜d2を発生するものである。制御信号a1〜
d1,a2〜d2は、SCF54の積分処理を制御する
ために使用される。
出力DSと図6に示すようなサンプリングクロック信号
Sp とに基づいて図6に示すような制御信号a1〜d
1,a2〜d2を発生するものである。制御信号a1〜
d1,a2〜d2は、SCF54の積分処理を制御する
ために使用される。
【0026】SCF54は、2ビットで表現可能な4つ
の数値にそれぞれ対応した4通りの積分処理をなしうる
もので、これらの積分処理を制御信号a1〜d1、a2
〜d2に基づいて制御することにより入力DINとして
のディジタル信号に対応したアナログ信号をアナログ出
力AOUTとして送出するようになっている。SCF5
4については、図5を参照して後述する。
の数値にそれぞれ対応した4通りの積分処理をなしうる
もので、これらの積分処理を制御信号a1〜d1、a2
〜d2に基づいて制御することにより入力DINとして
のディジタル信号に対応したアナログ信号をアナログ出
力AOUTとして送出するようになっている。SCF5
4については、図5を参照して後述する。
【0027】図3は、変調器50を図1の回路を用いて
構成した一例を示すもので、加算器110,116,1
22、積分器112,118,124、乗算器114,
120、遅延器128は、図1の回路における加算器1
0,16,22、積分器12,18,24、乗算器1
4,20、遅延器28をそれぞれディジタル回路構成と
したものである。
構成した一例を示すもので、加算器110,116,1
22、積分器112,118,124、乗算器114,
120、遅延器128は、図1の回路における加算器1
0,16,22、積分器12,18,24、乗算器1
4,20、遅延器28をそれぞれディジタル回路構成と
したものである。
【0028】加算器110に供給される16ビットのデ
ィジタル入力DINは、積分器112等のオーバーフロ
ーを防ぐため、最大値MAX,最小値MIN等を除き0
011…1〜1100…0の範囲内に制限する。積分器
112は、図4に示すように17ビットの入力Ii を受
取る全加算器FAと、この全加算器FAの32ビットの
出力をサンプリングクロック信号の1周期に相当する時
間だけ遅延させて全加算器FAに入力する遅延器Dとを
備え、全加算器FAからの32ビットの出力を積分出力
Io として送出する構成になっている。積分器118,
124は、入力Ii を32ビットとする点を除いて積分
器112と同様の構成にすることができる。
ィジタル入力DINは、積分器112等のオーバーフロ
ーを防ぐため、最大値MAX,最小値MIN等を除き0
011…1〜1100…0の範囲内に制限する。積分器
112は、図4に示すように17ビットの入力Ii を受
取る全加算器FAと、この全加算器FAの32ビットの
出力をサンプリングクロック信号の1周期に相当する時
間だけ遅延させて全加算器FAに入力する遅延器Dとを
備え、全加算器FAからの32ビットの出力を積分出力
Io として送出する構成になっている。積分器118,
124は、入力Ii を32ビットとする点を除いて積分
器112と同様の構成にすることができる。
【0029】乗算器114及び120は、それぞれ第1
及び第2の減衰段として用いられるもので、各々の減衰
係数はいずれも1/2に設定されている。乗算器11
4,120は、いずれもビットシフト回路により簡単に
構成することができる。
及び第2の減衰段として用いられるもので、各々の減衰
係数はいずれも1/2に設定されている。乗算器11
4,120は、いずれもビットシフト回路により簡単に
構成することができる。
【0030】2ビット量子化器126としては、積分器
124の32ビットの出力を入力として上位2ビット
(MSB及び第2MSB)を抽出する2ビット抽出回路
を用いればよく、特別の構成にする必要はない。すなわ
ち、2ビット量子化の場合、±1と±1/2を判別すれ
ばよいので、(MSB,第2MSB)として表わすと、
2の補数表現に基づいて+1=(0,1)、+1/2=
(0,0)、−1/2=(1,1)、−1=(1,0)
となる。
124の32ビットの出力を入力として上位2ビット
(MSB及び第2MSB)を抽出する2ビット抽出回路
を用いればよく、特別の構成にする必要はない。すなわ
ち、2ビット量子化の場合、±1と±1/2を判別すれ
ばよいので、(MSB,第2MSB)として表わすと、
2の補数表現に基づいて+1=(0,1)、+1/2=
(0,0)、−1/2=(1,1)、−1=(1,0)
となる。
【0031】量子化器126からの2ビット量子化出力
は、遅延器128でサンプリングクロック信号の1周期
分の遅延を与えられて32ビットデータ発生器130に
供給される。データ発生器130は、2ビット入力が0
1ならば0111…1、00ならば0011…1、11
ならば1100…0、10ならば1000…0のような
32ビット出力を発生するもので、この32ビット出力
は、加算器116,122に負符号で供給される。ま
た、加算器110には、データ発生器130の32ビッ
ト出力のうち上位16ビットの信号が負符号で供給され
る。
は、遅延器128でサンプリングクロック信号の1周期
分の遅延を与えられて32ビットデータ発生器130に
供給される。データ発生器130は、2ビット入力が0
1ならば0111…1、00ならば0011…1、11
ならば1100…0、10ならば1000…0のような
32ビット出力を発生するもので、この32ビット出力
は、加算器116,122に負符号で供給される。ま
た、加算器110には、データ発生器130の32ビッ
ト出力のうち上位16ビットの信号が負符号で供給され
る。
【0032】変調器50の出力DSとしては、量子化器
126からの2ビット量子化出力が送出され、図2のS
CF制御回路52に供給される。
126からの2ビット量子化出力が送出され、図2のS
CF制御回路52に供給される。
【0033】図5は、SCF54の一構成例を示すもの
で、このSCFは、基準電位+Vrを有する電位源と、
アナログスイッチS11〜S14,S21〜S24と、入力コン
デンサCi,Ci/2と、オペアンプOPと、積分コン
デンサCIとを含んでいる。
で、このSCFは、基準電位+Vrを有する電位源と、
アナログスイッチS11〜S14,S21〜S24と、入力コン
デンサCi,Ci/2と、オペアンプOPと、積分コン
デンサCIとを含んでいる。
【0034】オペアンプOPの非反転入力端は接地さ
れ、オペアンプOPの出力端及び反転入力端の間には、
コンデンサCIが接続される。オペアンプOPの反転入
力端と+Vrの電位源との間には、第1及び第2のスイ
ッチト・キャパシタ回路が並列接続される。第1のスイ
ッチト・キャパシタ回路は、スイッチS11〜S14及びコ
ンデンサCiを含むものであり、第2のスイッチト・キ
ャパシタ回路は、スイッチS21〜S24及びコンデンサC
i/2を含むものである。
れ、オペアンプOPの出力端及び反転入力端の間には、
コンデンサCIが接続される。オペアンプOPの反転入
力端と+Vrの電位源との間には、第1及び第2のスイ
ッチト・キャパシタ回路が並列接続される。第1のスイ
ッチト・キャパシタ回路は、スイッチS11〜S14及びコ
ンデンサCiを含むものであり、第2のスイッチト・キ
ャパシタ回路は、スイッチS21〜S24及びコンデンサC
i/2を含むものである。
【0035】第1のスイッチト・キャパシタ回路とオペ
アンプOPとコンデンサCIとを含む回路部では、SC
F制御回路52からの制御信号a1〜d1に応じてスイ
ッチS11〜S14を制御することによりコンデンサCiを
用いた2通りの積分処理が行なわれる。また、第2のス
イッチト・キャパシタ回路とオペアンプOPとコンデン
サCIとを含む回路部では、SCF制御回路52からの
制御信号a2〜d2に応じてスイッチS21〜S24を制御
することによりコンデンサCi/2を用いた2通りの積
分処理が行なわれる。
アンプOPとコンデンサCIとを含む回路部では、SC
F制御回路52からの制御信号a1〜d1に応じてスイ
ッチS11〜S14を制御することによりコンデンサCiを
用いた2通りの積分処理が行なわれる。また、第2のス
イッチト・キャパシタ回路とオペアンプOPとコンデン
サCIとを含む回路部では、SCF制御回路52からの
制御信号a2〜d2に応じてスイッチS21〜S24を制御
することによりコンデンサCi/2を用いた2通りの積
分処理が行なわれる。
【0036】図7,8は、コンデンサCiを用いた2通
りの積分処理のためのサンプリング動作を説明するため
のもので、図7が逆相積分処理に関し、図8が正相積分
処理に関する。
りの積分処理のためのサンプリング動作を説明するため
のもので、図7が逆相積分処理に関し、図8が正相積分
処理に関する。
【0037】図7に示すサンプリング動作は、図6にお
いて「01」の入力に応じてコンデンサCiからの入力
電荷が+Qになる場合に対応する。サンプリングクロッ
ク信号Sp の1周期Tの前半において、制御信号b1,
d1が共に“H”レベルになると、図7(A)に示すよ
うにスイッチS12,S14が共にオン状態となる。このと
き、制御信号a1,c1は“L”レベルであり、スイッ
チS11,S13はオフ状態である。従って、コンデンサC
iの電荷は0となる。
いて「01」の入力に応じてコンデンサCiからの入力
電荷が+Qになる場合に対応する。サンプリングクロッ
ク信号Sp の1周期Tの前半において、制御信号b1,
d1が共に“H”レベルになると、図7(A)に示すよ
うにスイッチS12,S14が共にオン状態となる。このと
き、制御信号a1,c1は“L”レベルであり、スイッ
チS11,S13はオフ状態である。従って、コンデンサC
iの電荷は0となる。
【0038】次に、クロック信号Sp の1周期Tの後半
になると、制御信号b1,d1が“L”になると共に制
御信号a1,c1が“H”になり、これに応じてスイッ
チS12,S14がオフ状態になると共にスイッチS11,S
13がオン状態となる。このとき、+Qの電荷がスイッチ
S13を介してオペアンプOP側に供給されることにより
逆相積分処理が行なわれる。
になると、制御信号b1,d1が“L”になると共に制
御信号a1,c1が“H”になり、これに応じてスイッ
チS12,S14がオフ状態になると共にスイッチS11,S
13がオン状態となる。このとき、+Qの電荷がスイッチ
S13を介してオペアンプOP側に供給されることにより
逆相積分処理が行なわれる。
【0039】図8に示すサンプリング動作は、図6にお
いて「10」の入力に応じてコンデンサCiからの入力
電荷が−Qになる場合に対応する。クロック信号Sp の
1周期の前半において、制御信号a1,d1が“H”に
なると、スイッチS11,S14がオン状態となる。このと
き、制御信号b1,c1は“L”であり、スイッチ
S12,S13はオフ状態である。従って、コンデンサCi
においてスイッチS11側が+Q、スイッチS13側が0と
なる。
いて「10」の入力に応じてコンデンサCiからの入力
電荷が−Qになる場合に対応する。クロック信号Sp の
1周期の前半において、制御信号a1,d1が“H”に
なると、スイッチS11,S14がオン状態となる。このと
き、制御信号b1,c1は“L”であり、スイッチ
S12,S13はオフ状態である。従って、コンデンサCi
においてスイッチS11側が+Q、スイッチS13側が0と
なる。
【0040】次に、クロック信号Sp の1周期の後半に
なると、制御信号b1,d1が“H”になると共に制御
信号a1,d1が“L”になり、これに応じてスイッチ
S12,S13がオン状態になると共にスイッチS11,S14
がオフ状態となる。従って、コンデンサCiにおいて、
スイッチS11側が0、スイッチS13側が−Qとなる。−
Qの電荷がスイッチS13を介してオペアンプOP側に供
給されることにより正相積分処理が行なわれる。
なると、制御信号b1,d1が“H”になると共に制御
信号a1,d1が“L”になり、これに応じてスイッチ
S12,S13がオン状態になると共にスイッチS11,S14
がオフ状態となる。従って、コンデンサCiにおいて、
スイッチS11側が0、スイッチS13側が−Qとなる。−
Qの電荷がスイッチS13を介してオペアンプOP側に供
給されることにより正相積分処理が行なわれる。
【0041】コンデンサCi/2を用いた2通りの積分
処理としては、逆相積分処理と正相積分処理とがある。
逆相積分処理は、図6において「00」の入力に応じて
コンデンサCi/2からの入力電荷が+Q/2になる場
合に対応するものである。この場合のサンプリング動作
は、図7に関する前述の説明においてS11〜S14をS21
〜S24とし、a1〜d1をa2〜d2とし、CiをCi
/2とし、+Qを+Q/2とすれば、「01」の入力時
と「00」の入力時とでa1〜d1とa2〜d2の信号
内容が同様であるので、図7に関する前述の説明と同様
になる。
処理としては、逆相積分処理と正相積分処理とがある。
逆相積分処理は、図6において「00」の入力に応じて
コンデンサCi/2からの入力電荷が+Q/2になる場
合に対応するものである。この場合のサンプリング動作
は、図7に関する前述の説明においてS11〜S14をS21
〜S24とし、a1〜d1をa2〜d2とし、CiをCi
/2とし、+Qを+Q/2とすれば、「01」の入力時
と「00」の入力時とでa1〜d1とa2〜d2の信号
内容が同様であるので、図7に関する前述の説明と同様
になる。
【0042】また、正相積分処理は、図6において「1
1」の入力に応じてコンデンサCi/2からの入力電荷
が−Q/2になる場合に対応するものである。この場合
のサンプリング動作は、図8に関する前述の説明におい
てS11〜S14をS21〜S24とし、a1〜d1をa2〜d
2とし、CiをCi/2とし、−Qを−Q/2とすれ
ば、「10」の入力時と「11」の入力時とでa1〜d
1とa2〜d2の信号内容が同様であるので、図8に関
する前述の説明と同様になる。
1」の入力に応じてコンデンサCi/2からの入力電荷
が−Q/2になる場合に対応するものである。この場合
のサンプリング動作は、図8に関する前述の説明におい
てS11〜S14をS21〜S24とし、a1〜d1をa2〜d
2とし、CiをCi/2とし、−Qを−Q/2とすれ
ば、「10」の入力時と「11」の入力時とでa1〜d
1とa2〜d2の信号内容が同様であるので、図8に関
する前述の説明と同様になる。
【0043】図2〜8に示した実施形態によれば、図1
の3次ΔΣ変調器を利用したので、簡単な構成でS/N
比の高いD/Aコンバータを実現することができる。
の3次ΔΣ変調器を利用したので、簡単な構成でS/N
比の高いD/Aコンバータを実現することができる。
【0044】図9は、この発明の更に他の実施形態に係
るΔΣ変調型A/Dコンバータを示すもので、このコン
バータは、3次ΔΣ変調器200と、デシメーションフ
ィルタ232とを含んでいる。なお、図9において、信
号線に斜線を付して示す数字は、ビット数を表わす。
るΔΣ変調型A/Dコンバータを示すもので、このコン
バータは、3次ΔΣ変調器200と、デシメーションフ
ィルタ232とを含んでいる。なお、図9において、信
号線に斜線を付して示す数字は、ビット数を表わす。
【0045】変調器200は、アナログ信号AINを入
力としてアナログ的な微積分処理を行なうと共に2ビッ
トの量子化処理を行なうもので、出力MOとして2ビッ
ト量子化出力EOを送出する。
力としてアナログ的な微積分処理を行なうと共に2ビッ
トの量子化処理を行なうもので、出力MOとして2ビッ
ト量子化出力EOを送出する。
【0046】変調器200は、図1の回路を用いて構成
されたもので、加算器210,216,222、積分器
212,218,224、乗算器214,220、遅延
器228は、図1の回路における加算器10,16,2
2、積分器12,18,24、乗算器14,20、遅延
器28をそれぞれアナログ回路構成としたものである。
されたもので、加算器210,216,222、積分器
212,218,224、乗算器214,220、遅延
器228は、図1の回路における加算器10,16,2
2、積分器12,18,24、乗算器14,20、遅延
器28をそれぞれアナログ回路構成としたものである。
【0047】積分器212,218,224としては、
周知のミラー積分器を用いることができる。また、2ビ
ット量子化器226は、一例として図10に示す構成に
することができる。
周知のミラー積分器を用いることができる。また、2ビ
ット量子化器226は、一例として図10に示す構成に
することができる。
【0048】図10において、積分器224の出力AS
は、コンパレータCM1 〜CM3 の反転入力端に供給さ
れ、コンパレータCM1 ,CM2 ,CM3 の非反転入力
端には、それぞれ基準電圧V1 ,V2 ,V3 が供給され
る。基準電圧V2 及びV3 は、基準電圧V1 を抵抗R1
〜R3 で分圧することにより抵抗R1 ,R2 の接続点及
び抵抗R2 ,R3 の接続点からそれぞれ取出される。
は、コンパレータCM1 〜CM3 の反転入力端に供給さ
れ、コンパレータCM1 ,CM2 ,CM3 の非反転入力
端には、それぞれ基準電圧V1 ,V2 ,V3 が供給され
る。基準電圧V2 及びV3 は、基準電圧V1 を抵抗R1
〜R3 で分圧することにより抵抗R1 ,R2 の接続点及
び抵抗R2 ,R3 の接続点からそれぞれ取出される。
【0049】積分器224の出力ASの値がV3 未満の
ときは、コンパレータCM1 〜CM3 の出力A〜Cがい
ずれも“L”である。出力ASの値がV3 以上V2 未満
のときは、出力Cが“H”、出力A,Bが“L”とな
る。出力ASの値がV2 以上V1 未満のときは、出力
B,Cが“H”、出力Aが“L”となる。出力ASの値
がV1 以上のときは、出力A〜Cがいずれも“H”とな
る。
ときは、コンパレータCM1 〜CM3 の出力A〜Cがい
ずれも“L”である。出力ASの値がV3 以上V2 未満
のときは、出力Cが“H”、出力A,Bが“L”とな
る。出力ASの値がV2 以上V1 未満のときは、出力
B,Cが“H”、出力Aが“L”となる。出力ASの値
がV1 以上のときは、出力A〜Cがいずれも“H”とな
る。
【0050】エンコーダENCは、コンパレータCM1
〜CM3 の出力A〜Cを図11に示す入出力関係におい
て2ビットの出力EOに変換するものである。出力EO
は、01が+1に、00が+1/2に、11が−1/2
に、10が−1にそれぞれ対応する。
〜CM3 の出力A〜Cを図11に示す入出力関係におい
て2ビットの出力EOに変換するものである。出力EO
は、01が+1に、00が+1/2に、11が−1/2
に、10が−1にそれぞれ対応する。
【0051】量子化器226からの2ビット量子化出力
EOは、遅延器228でサンプリングクロック信号の1
周期分の遅延を与えられて2ビットD/Aコンバータ2
30に供給される。コンバータ230からのアナログ出
力は、加算器210,216,222に負符号で供給さ
れる。
EOは、遅延器228でサンプリングクロック信号の1
周期分の遅延を与えられて2ビットD/Aコンバータ2
30に供給される。コンバータ230からのアナログ出
力は、加算器210,216,222に負符号で供給さ
れる。
【0052】変調器200の出力MOとしては、量子化
器226からの2ビット量子化出力EOが送出され、デ
シメーションフィルタ232に供給される。デシメーシ
ョンフィルタ232は、ディジタルフィルタからなるも
ので、2ビットの出力MOをサンプリングレートを下げ
て例えば16ビットのディジタル信号に変換する。この
ディジタル信号は、アナログ信号AINに対応したもの
で、ディジタル出力DOUTとして送出される。
器226からの2ビット量子化出力EOが送出され、デ
シメーションフィルタ232に供給される。デシメーシ
ョンフィルタ232は、ディジタルフィルタからなるも
ので、2ビットの出力MOをサンプリングレートを下げ
て例えば16ビットのディジタル信号に変換する。この
ディジタル信号は、アナログ信号AINに対応したもの
で、ディジタル出力DOUTとして送出される。
【0053】図9〜11に示した実施形態によれば、図
1の3次ΔΣ変調器を利用したので、簡単な構成でS/
N比の高いA/Dコンバータを実現することができる。
1の3次ΔΣ変調器を利用したので、簡単な構成でS/
N比の高いA/Dコンバータを実現することができる。
【0054】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、3次
以上の高次のΔΣ変調器において量子化のビット数を複
数にすると共に減衰段での減衰量を小さくしたので、簡
単な構成でS/N比の大幅な向上が可能になると共にS
/N比の高いD/A又はA/Dコンバータを実現できる
効果が得られるものである。
以上の高次のΔΣ変調器において量子化のビット数を複
数にすると共に減衰段での減衰量を小さくしたので、簡
単な構成でS/N比の大幅な向上が可能になると共にS
/N比の高いD/A又はA/Dコンバータを実現できる
効果が得られるものである。
【図1】 この発明に係る3次ΔΣ変調器を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図2】 この発明の他の実施形態に係るΔΣ変調型D
/Aコンバータを示すブロック図である。
/Aコンバータを示すブロック図である。
【図3】 図2のコンバータに用いられる3次ΔΣ変調
器を示すブロック図である。
器を示すブロック図である。
【図4】 図3のΔΣ変調器に用いられる積分器を示す
回路図である。
回路図である。
【図5】 図2のコンバータに用いられるSCFを示す
回路図である。
回路図である。
【図6】 図2のコンバータに用いられるSCF制御回
路の入力信号及び出力信号を示すタイムチャートであ
る。
路の入力信号及び出力信号を示すタイムチャートであ
る。
【図7】 図5のSCFにおける逆相積分処理のための
サンプリング動作を説明するための回路図である。
サンプリング動作を説明するための回路図である。
【図8】 図5のSCFにおける正相積分処理のための
サンプリング動作を説明するための回路図である。
サンプリング動作を説明するための回路図である。
【図9】 この発明の更に他の実施形態に係るΔΣ変調
型A/Dコンバータを示すブロック図である。
型A/Dコンバータを示すブロック図である。
【図10】 図9のコンバータに用いられる2ビット量
子化器を示す回路図である。
子化器を示す回路図である。
【図11】 図10のエンコーダの動作を説明するため
の入出力図である。
の入出力図である。
【図12】 従来の3次ΔΣ変調器を示すブロック図で
ある。
ある。
【図13】 図12の変調器における量子化ノイズの周
波数依存性を減衰量毎に示すグラフである。
波数依存性を減衰量毎に示すグラフである。
【図14】 図13のグラフの音声帯域付近を拡大して
示すグラフである。
示すグラフである。
【図15】 1ビット量子化を採用するΔΣ変調器にお
けるS/N比のオーバーサンプリング比依存性を次数毎
に示すグラフである。
けるS/N比のオーバーサンプリング比依存性を次数毎
に示すグラフである。
10,16,22,110,116,122,210,
216,222:加算器、12,18,24,112,
118,124,212,218,224:積分器、1
4,20,114,120,214,220:乗算器、
26,126,226:2ビット量子化器、28,12
8,228:遅延器、50,200:3次ΔΣ変調器、
52:SCF制御回路、54:SCF、130:32ビ
ットデータ発生器、230:2ビットD/Aコンバー
タ、232:デシメーションフィルタ。
216,222:加算器、12,18,24,112,
118,124,212,218,224:積分器、1
4,20,114,120,214,220:乗算器、
26,126,226:2ビット量子化器、28,12
8,228:遅延器、50,200:3次ΔΣ変調器、
52:SCF制御回路、54:SCF、130:32ビ
ットデータ発生器、230:2ビットD/Aコンバー
タ、232:デシメーションフィルタ。
Claims (4)
- 【請求項1】 量子化のビット数を複数にした3次以上
の高次のΔΣ変調器であって、 量子化のビット数を1としたときに最良のS/N比をも
たらす減衰量を所定の減衰量とすると、所定の積分器の
出力側に設けた減衰段において減衰量を前記所定の減衰
量より小さく設定したことを特徴とする高次ΔΣ変調
器。 - 【請求項2】 量子化のビット数を2とした3次ΔΣ変
調器であって、 該変調器の入力側から数えて第1及び第2の積分器の出
力側にそれぞれ設けた第1及び第2の減衰段において減
衰係数をいずれも1/2に設定したことを特徴とする3
次ΔΣ変調器。 - 【請求項3】サンプル毎のビット数がm(mは2以上の
整数)より多いディジタル信号を入力としてディジタル
的な微積分処理を行なうと共にmビットの量子化処理を
行なうことによりmビット量子化出力を送出する3次以
上の高次のΔΣ変調器であって、量子化のビット数を1
としたときに最良のS/N比をもたらす減衰量を所定の
減衰量とすると、所定の積分器の出力側に設けた減衰段
において減衰量を前記所定の減衰量より小さく設定した
ものと、 mビットで表現可能なn=2m 個の数値にそれぞれ対応
したn通りの積分処理をなしうるスイッチト・キャパシ
タ・フィルタと、 前記変調器からのmビット量子化出力に基づいて前記ス
イッチト・キャパシタ・フィルタのn通りの積分処理を
制御することにより前記スイッチト・キャパシタ・フィ
ルタから前記ディジタル信号に対応したアナログ信号を
送出させる制御回路とを備えたΔΣ変調型コンバータ。 - 【請求項4】アナログ信号を入力としてアナログ的な微
積分処理を行なうと共にm(mは2以上の整数)ビット
の量子化処理を行なうことによりmビット量子化出力を
送出する3次以上の高次のΔΣ変調器であって、量子化
のビット数を1としたときに最良のS/N比をもたらす
減衰量を所定の減衰量とすると、所定の積分器の出力側
に設けた減衰段において減衰量を前記所定の減衰量より
小さく設定したものと、 前記変調器からのmビット量子化出力に基づいてサンプ
ル毎のビット数がmより多く且つ前記アナログ信号に対
応したディジタル信号を送出するデシメーションフィル
タとを備えたΔΣ変調型コンバータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14092796A JPH09307447A (ja) | 1996-05-10 | 1996-05-10 | 高次δς変調器とδς変調型コンバータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14092796A JPH09307447A (ja) | 1996-05-10 | 1996-05-10 | 高次δς変調器とδς変調型コンバータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09307447A true JPH09307447A (ja) | 1997-11-28 |
Family
ID=15280058
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14092796A Pending JPH09307447A (ja) | 1996-05-10 | 1996-05-10 | 高次δς変調器とδς変調型コンバータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09307447A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6404368B1 (en) | 1999-09-17 | 2002-06-11 | Nec Corporation | Analog and digital ΔΣ modulator |
| JP2006186750A (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-13 | Nec Electronics Corp | D/a変換器及びδσa/d変換器 |
| JP2012023540A (ja) * | 2010-07-14 | 2012-02-02 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | マルチビットデルタシグマ変調器及びadコンバータ |
| US8725280B2 (en) | 2010-08-26 | 2014-05-13 | Rohm Co., Ltd. | Audio output device |
| JP2015027087A (ja) * | 2013-07-26 | 2015-02-05 | アトランティック・イナーシャル・システムズ・リミテッドAtlantic Inertial Systems Limited | 振幅変調されたアナログ信号を処理する方法、およびピックオフ信号処理システム |
-
1996
- 1996-05-10 JP JP14092796A patent/JPH09307447A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2006186750A (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-13 | Nec Electronics Corp | D/a変換器及びδσa/d変換器 |
| US7227486B2 (en) | 2004-12-28 | 2007-06-05 | Nec Electronics Corporation | Switched capacitor circuit type digital/analog converter capable of suppressing change of setting error |
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| US8725280B2 (en) | 2010-08-26 | 2014-05-13 | Rohm Co., Ltd. | Audio output device |
| US9485577B2 (en) | 2010-08-26 | 2016-11-01 | Rohm Co., Ltd. | Audio output device |
| JP2015027087A (ja) * | 2013-07-26 | 2015-02-05 | アトランティック・イナーシャル・システムズ・リミテッドAtlantic Inertial Systems Limited | 振幅変調されたアナログ信号を処理する方法、およびピックオフ信号処理システム |
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