JPH1155121A - D/a変換器およびデルタシグマ型d/a変換器 - Google Patents

D/a変換器およびデルタシグマ型d/a変換器

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JPH1155121A
JPH1155121A JP9205960A JP20596097A JPH1155121A JP H1155121 A JPH1155121 A JP H1155121A JP 9205960 A JP9205960 A JP 9205960A JP 20596097 A JP20596097 A JP 20596097A JP H1155121 A JPH1155121 A JP H1155121A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】低消費電力のスイッチト・キャパシタ型D/A
変換器等を提供すること。 【解決手段】与えられたデジタル信号をアナログ信号に
変換するD/A変換器であって、φ1がハイレベルであ
る期間に、デジタル信号に基づいて、所定基準電圧(V
r+r-)に対応する電荷を保持する複数の容量素子
(C1 、C2 、…、Ci )と、φ2がハイレベルである
期間に、各容量素子を演算増幅器100の入力端子と出
力端子との間に接続するスイッチ部(SUG1〜SUG
i、SB)と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、オーディオ機器等
の分野での信号処理に用いられるデジタル信号をアナロ
グ信号に変換するD/A変換器に係わり、特に、低消費
電力のスイッチト・キャパシタ型D/A変換器やこれを
用いたデルタシグマ型D/A変換器に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、半導体集積回路の製造において
は、抵抗、ダイオード等の回路素子よりキャパシタの製
造が容易であるため、デジタル信号を用いて、バイナリ
ー比等の所定の容量比である容量値を有する複数の容量
素子の電荷蓄積、電荷転送を制御し、所望のアナログ信
号を生成するスイッチト・キャパシタ型D/A変換器が
D/A変換器を使用する際には頻繁に用いられる。
【0003】図1に、従来のスイッチト・キャパシタ型
D/A変換器の回路例を示す。このスイッチト・キャパ
シタ型D/A変換器は、出力端子と反転入力端子とが接
続された電圧フォロア機能を有する演算増幅器10と、
容量素子C1 〜Ci と、各容量素子C1 〜Ci の両端に
接続されたスイッチSW1〜SWiと、2種類の基準電
圧源(Vr+、Vr-)のいずれかに接続するスイッチSW
G1〜SWGiと、2種類のクロックφ1、φ2を供給
するためのクロック供給部20とを備えている。
【0004】なお、図3に示すようにクロック供給部2
0から供給される2種類のクロックφ1、φ2は、夫
々、ローレベルとハイレベルとを所定間隔で繰り返すよ
うなクロックであって、一方がハイレベルとき他方はロ
ーレベルとなって、互いのクロックのハイレベル部は重
複しない。
【0005】スイッチSW1〜SWiはφ1がハイレベ
ルの時閉状態となって、これ以外の時には開状態とな
り、これを符号φ1で示している。また、SWG1〜S
WGiはデジタルデータSiの極性(+1または−1)
に応じて、基準電圧源(Vr+、Vr-)のいずれかに接続
し、φ2がハイレベルでSiの極性が「+1」の時には
基準電圧源(Vr+)に接続し(符号Si・φ2で示
す)、一方、φ2がローレベルでSi の極性が「−1」
の時には基準電圧源(Vr-)に接続する(符号Si b・
φ2で示す(以下添字bは論理反転を表現する))。
【0006】さて、この回路の動作を説明する。まず、
φ1がハイレベルの時、SW1〜SWiが閉状態となり
全容量素子C1 〜Ci の両側の端子が接地される。次
に、φ2がハイレベルの時、SW1〜SWiが開状態と
なるとともに、SWG1〜SWGiの動作によって、デ
ジタルデータS1 からSi の極性(+1または−1)に
応じて、容量素子C1 〜Ci の左側の端子が基準電圧源
r+またはVr-に接続される。
【0007】この結果、容量素子間で電荷の分配が起こ
り、この時、電荷保存則よりノードVa (演算増幅器1
0の非反転入力端子位置)での電荷の総和はゼロになる
ので、次式(1)が成立する。
【0008】(Va −Si ・Vr )・Ci +(Va −S
i-1 ・Vr )・Ci-1 +…+(Va−S1 ・Vr )・C
1 =0 (1)(但し、Vr はVr+の絶対値またはVr-
の絶対値を示す(以下同様))。
【0009】式(1)において、C1 からCi の容量値
がバイナリー比、即ち、「Ci =2・Ci-1 、…、C2
=2・C1 」となっていれば、次式(2)が導かれる。 (Va −Si ・Vr )・Ci ・2i-1 +(Va −Si-1 ・Vr )・C1 ・2i- 2 +…+(Va −Si ・Vr )・C1 =0 (2) D/A変換の出力(OUT)は、演算増幅器のフォロア
動作によりVa と等しくなるので、結局、電圧OUTは
次式(3)で与えられる。
【0010】 OUT=Vr ・(Si ・2i-1 +Si-1 ・2i-2 +…+S1 )/(2i −1) (3) 以上動作説明したように、式(3)によれば、図1に示
したスイッチト・キャパシタ回路はiビットのD/A変
換機能を有する。
【0011】ところで、このスイッチト・キャパシタ型
D/A変換器では、図1に点線で示すような寄生容量C
P がノードVa に存在するものとすると、式(2)の左
辺に「Va ・CP 」なる項が加わり、D/A変換誤差が
生じてしまう。実際に、演算増幅器10の入力容量等の
寄生容量CP は必ず存在するので、図1に示した従来技
術によれば、寄生容量CP の影響を受けてしまい精度の
よいD/A変換器を実現することは難しい。
【0012】なお、この種のスイッチト・キャパシタ型
D/A変換器の参考文献としては、「R. van de Pla
ssche, "Integrated Analog-to-digital and digital-t
o-analog converters," Kluwer Academic Publishers,
1994,pp.229 」、「Y.P. Tsividis, "A Segmented u-25
5 Law PCM Voice Encode Utilizing NMOS technology,"
IEEEJ. Of solid-state circuits, vol.SC-11,PP.740-
747,Dec.1976」等の文献が挙げられる。
【0013】さて、図1に示した従来技術の問題を解決
するものとして、従来から図2に示すようなスイッチト
・キャパシタ型D/A変換器が用いられていた。このス
イッチト・キャパシタ型D/A変換器は、出力端子と反
転入力端子と間に容量素子Ctot とスイッチSA2とが
接続された演算増幅器11と、容量素子C1 〜Ci と、
容量素子C1 〜Ci と演算増幅器11の反転入力端子と
の間に接続されたスイッチSA1と、各容量素子C1
i の両端に接続されたスイッチSR1〜SRiと、2
種類の基準電圧源(Vr+、Vr-)のいずれかに接続する
スイッチSRG1〜SRGiと、2種類のクロックφ
1、φ2を供給するためのクロック供給部21とを備え
ている。
【0014】なお、クロック供給部21から供給される
2種類のクロックφ1、φ2は、クロック供給部20か
ら供給されるものと変わりはない。スイッチSR1〜S
Riは、容量素子C1 〜Ci の右側に接続されφ1がハ
イレベルの時閉状態となって、これ以外の時には開状態
となるスイッチ(これを符号φ1で示す)と、容量素子
1 〜Ci の左側に接続されφ2がハイレベルの時閉状
態となって、これ以外の時には開状態となるスイッチ
(これを符号φ2で示す)とからなる。
【0015】また、SRG1〜SRGiはデジタルデー
タSiの極性(+1または−1)に応じて、基準電圧源
(Vr+、Vr-)のいずれかに接続し、φ1がハイレベル
でSiの極性が「+1」の時には基準電圧源(Vr+)に
接続し(符号Si・φ1で示す)、一方、φ1がハイレ
ベルでSi の極性が「−1」の時には基準電圧源
(V r-)に接続する(符号Si b・φ1で示す)。
【0016】さらに、スイッチSA1、SA2は夫々、
φ2、φ1がハイレベルの時に閉状態となって、これ以
外の場合には、開状態となる。さて、この回路の動作を
説明する。まず、φ1がハイレベルの時、スイッチSA
1およびスイッチSR1〜SRiの右側のスイッチが閉
状態となり全容量素子C1 〜Ci の右側の端子が接地さ
れる。また、SRG1〜SRGiの動作によって、デジ
タルデータS1 からSi の極性(+1または−1)に応
じて、容量素子C1 〜Ci の左側の端子が基準電圧源V
r+またはVr-に接続され、基準電圧に応じた電荷が蓄積
される。
【0017】この時、スイッチSA2の動作によって、
演算増幅器11の出力端子(OUT)と反転入力端子と
が短絡するので帰還容量素子Ctot の電荷はゼロとな
る。次に、φ2がハイレベルになると、容量素子C1
i の左側の端子が接地されるとともに、スイッチSA
1が閉状態になり、容量素子C1 〜Ci の右側の端子と
演算増幅器11の反転入力端子とが接続される。
【0018】ここで、反転入力端子は演算増幅器11の
負帰還動作によって仮想接地状態にあるので、先にφ1
がハイレベルになって容量素子C1 〜Ci に蓄積された
電荷は全て容量素子Ctot に転送される。このような動
作によって、次式(4)が成立する。
【0019】 Vr ・(Si ・Ci +Si-1 ・Ci-1 +…+S1 ・C1 )=OUT・Ctot ( 4) 式(4)において、C1 からCi の容量値がバイナリー
比になっていて、かつ、Ctot =Ci ・(2i −1)な
らば、次式(5)が導かれる。
【0020】 Vr ・(Si ・C1 ・2i-1 +Si-1 ・C1 ・2i-2 +…+S1 ・C1 )=O UT・C1 ・(2i −1)(5) さらに、式(5)より次式(6)が導かれる。
【0021】 OUT=Vr ・(Si ・2i-1 +Si-1 ・2i-2 +…+S1 )/(2i −1) (6) 以上説明したように、式(6)によれば、図2に示した
スイッチト・キャパシタ回路は、iビットのD/A変換
機能を有することが分かり、このスイッチト・キャパシ
タ回路では、演算増幅器11の反転入力端子は常に仮想
接地状態なので、寄生容量に蓄えられる電荷はφ1がハ
イレベルの時とφ2がハイレベルの時とで等しく、寄生
容量の影響を受けないことが分かる。
【0022】ところで、式(5)は理想の容量比の場合
に成立する式であるが、実際には容量比が理想値となる
ように容量素子を製造することは困難であるので、容量
比の相対精度(ミスマッチ)がD/A変換誤差を発生さ
せてしまう。また、一般に、半導体集積回路において
は、容量比の相対精度は容量値の平方根に反比例する、
即ち、容量値が大きな程、相対精度が小さくなりD/A
変換誤差も少なくなることが知られている。
【0023】また、図2に示すスイッチト・キャパシタ
型A/D変換器では、容量素子C1〜Ci に蓄えられた
電荷は、仮想接地点を通って容量素子Ctot に転送され
るので、演算増幅器11がその転送分の電荷の供給動作
を行うことになる。したがって、D/A変換誤差を少な
くするために容量素子Ctot の容量値を増加すると、演
算増幅器が供給動作を行う電荷も増えてしまい、一般に
演算増幅器の消費電流はこの供給電荷によって定まるた
め、図2に示すスイッチト・キャパシタ型A/D変換器
では、低消費電流で精度の良いD/A変換器を実現する
ことは難しい。
【0024】なお、この種のスイッチト・キャパシタ型
D/A変換器の参考文献としては、「USP5,162,801、US
P5,008,674、USP4,616,212、USP4,384,277」等の米国特
許や「R. Gregorian et. al., "Switched-capacito
r circuit design," Proc.IEEE, vol.71,pp.941-96
6,Aug.1983.」等が挙げられる。
【0025】次に、図4を参照して、従来の低消費電力
タイプのデルタシグマ型D/A変換器について説明す
る。このデルタシグマ型D/A変換器は、入力されるデ
ジタル信号(Din)を補間するデジタルインターポレ
ーションフイルタ400と、デジタル信号のデルタシグ
マ変調を行うデジタルデルタシグマ変調器410と、ダ
イナミックエレメントマッチング420と、電流モード
D/A変換器430と、ディザを付加可能な加算部44
0とを有している。
【0026】デジタル信号(Din)としてFsレート
(サンプリングレート:通常44.1(kHz))、1
8ビットのデータが入力されると、デジタルインターポ
レーションフィルタ400によって、折り返し(ali
as)を防止(anti−alias)しながら、Fo
sレート(オーバーサンプリングレート:通常64fs
程度)のデジタル信号が出力されるように補間が行われ
る。
【0027】次に、Fosレート、18ビットのデータ
は、デジタルデルタシグマ変調器410によってノイズ
・シェイピングされて、サンプリングレートより高周波
数で、より低分解能(4ビット程度)のデータへと量子
化される。デジタルインターポレーションフイルタ40
0およびデルタシグマ変調器410が理想的に製造され
ていれば、この量子化された信号を4ビットのD/A変
換器によってデジタル・アナログ変換を行ってアナログ
信号にすれば良いが、アナログ素子を製造する際に生じ
る製造ミスマッチによって、18ビット精度を確保する
事はできないため、D/A変換誤差によりノイズが発生
する。
【0028】このため、アナログ素子製造のミスマッチ
により発生するノイズを、元々入力されるデジタル信号
が専有する帯域の外にシフトさせ、帯域内の信号対ノイ
ズ比(S/N比)を向上するためのデジタル処理を行う
必要がある。このような処理を行う処理部は通常、ダイ
ナミック・エレメント・マッチング(DEM)と称さ
れ、DEMの出力データは最終段に設けた4ビットD/
A変換器によってアナログ信号に変換される。図4に示
す例では、デルタシグマ変調器410の出力を入力とす
るダイナミックエレメントマッチング430の出力デー
タが電流モードD/A変換器430によってD/A変換
される。なお、このDEM自体の構成は公知であり、そ
の構成や動作内容も複雑であるので、ここでは本発明の
理解容易化のため、DEM自体の詳細な説明を行わな
い。
【0029】従来のデルタシグマD/A変換器では、こ
の4ビットD/A変換器に演算増幅器を必要としない抵
抗や電流源等で構成される電流モードD/A変換器43
0を用いて低消費電力化を図っていた。そして、電流モ
ードD/A変換器430を構成する抵抗等の回路素子の
ミスマッチは、同程度のエリアを占有する容量素子のミ
スマッチの10倍程度と大きい。
【0030】また、DEMは周期的な制御シーケンス
で、後段に接続される電流モードD/A変換器430の
制御を行うので、この周期的制御により、回路素子のミ
スマツチが大きいとアナログ信号として不要なトーンを
発生させてしまう。ここで、周期的な制御シーケンスと
は、例えば、電流モードD/A変換器430を構成する
電流源と抵抗との組み合わせであるセグメントが複数設
けられている場合、全てのセグメントを満遍なく使用す
るために、予め定めた周期的な使用パターンで各セグメ
ントを使用していくこと等をいうが、ここでは詳細には
説明しない。
【0031】以上説明したように、従来のデルタシグマ
D/A変換器では消費電力が小さくても、トーンにより
S/N比が劣化していた。このトーンを軽減するため
に、デルタシグマ変調器410の出力に、加算部440
によってM系列信号等の疑似ランダム信号であるデイザ
を加えて、周期性を有する信号をランダム化することも
提案されている。
【0032】この回路によれば、デイザを付加すること
はノイズを加えるのと等価であるため、トーンはなくな
ってもS/N比が劣化してしまうという問題があり、ま
た、デイザを付加することは、製造コストを増加させ
る。結局、電流モードD/A変換器を用いた従来のデル
タシグマ型D/A変換器では低消費電力と高S/Nは同
時に実現できなかった。
【0033】なお、この種のデルタシグマ型D/A変換
器に関する文献としては、「R.T Baird et.al., "Linea
rity enhancement of multi-bit delta-sigma A/D AND
D/Aconverters using data weighted averaging,"IEEE
Tran.On Cir.And Sys.-II Vol.42,No.12,pp753-762.De
c.1995」「T.Hamasaki et.al.,"A 3V,22mW Mulit-bitcu
rrent mode delta sigma DAC with 100dB dynamic rang
e," IEEE Jou. Of solid-state circuits, Vol.31,No.1
2,pp.1888-1894,Dec.1996」等が挙げられる。
【0034】
【発明が解決しようとする課題】このように、図1に示
す従来の回路によれば、寄生容量の影響を受けてD/A
変換誤差が大きくなるという問題があり、また、図2に
示す従来の回路によれば、寄生容量の影響を受けなくす
ることはできても、消費電流が大きな回路になってしま
う。
【0035】さらに、これらの問題を解決するために図
4に示すような回路が提案されているものの、デイザを
付加することはノイズを加えるのと等価であるため、ト
ーンはなくなってもS/N比が劣化してしまうという問
題があった。また、デイザを付加することは製造コスト
を増加させてしまう。
【0036】さらに、デルタシグマD/A変換器を構成
する電流モードD/A変換器は一般に制御クロックのジ
ッターに敏感であるという問題もあった。本発明は上述
した従来の未解決の課題を解決するためになされたもの
で、その目的は、寄生容量の影響を受けず、消費電流が
少なく、高S/N比でD/A変換を行うD/A変換手段
を提供する点にある。
【0037】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に係る発明によれば、与えられたデジタル
信号をアナログ信号に変換するD/A変換器であって、
第1の期間に、前記デジタル信号に基づいて、所定基準
電圧に対応する電荷を保持する複数の容量素子と、第2
の期間に、前記各容量素子を演算増幅器の入力端子と出
力端子との間に接続するスイッチ部と、を備えたD/A
変換器が提供される。
【0038】また、請求項2に係る発明によれば、与え
られたデジタル信号をアナログ信号に変換するD/A変
換器であって、第1の期間に、前記デジタル信号に基づ
いて、所定基準電圧に対応する電荷を保侍する第1の複
数の容量素子と、第2の期間に、前記第1の複数の容量
素子の夫々を演算増幅器の反転入力端子と非反転出力端
子との間に接続する第1のスイッチ部と、第1の期間
に、前記デジタル信号に基づいて、前記所定基準電圧に
対応する電荷を保持する第2の複数の容量素子と、第2
の期間に、前記第2の複数の容量素子の夫々を前記演算
増幅器の非反転入力端子と反転出力端子との間に接続す
る第2のスイッチ部とを備えたD/A変換器が提供され
る。
【0039】また、請求項3に係る発明は、請求項1お
よび2のいずれかにおいて、前記複数の容量素子の容量
値は、小さなものから大きなものまで、順に2倍の大き
さになっていくように設定されていることを特徴とす
る。
【0040】さらに、請求項4に係る発明は、請求項1
および2のいずれかにおいて、前記複数の容量素子の容
量値が、同一の値に設定されていることを特徴とする。
なお、請求項3、4に記載した前記複数の容量素子に
は、第1および第2の複数の容量素子がともに含まれ
る。
【0041】さらにまた、請求項5に係る発明によれ
ば、請求項1、2、3および4のいずれかにおいて、前
記演算増幅器の出力端子端と入力端子との間に、ローパ
ス特性を有するように容量素子を設けたことを特徴とす
る。
【0042】また、以下のように本発明の他の態様であ
るデルタシグマ型のD/A変換器も提供される。即ち、
請求項6に係る発明によれば、所定のサンプリング周波
数でサンプリングされたデジタル信号をアナログ信号に
変換するデルタシグマ型D/A変換器であって、前記デ
ジタル信号を補間して、前記サンプリング周波数より高
い周波数の第2のデジタル信号に変換するデジタルイン
ターポレーションフィルタと、該第2のデジタル信号を
ノイズシェーピングして、より低ビット数の第3のデジ
タル信号に変換するデジタルデルタシグマ変調器と、デ
ジタル・アナログ変換を行うD/A変換器と、を備え、
該D/A変換器は、第1の期間に、前記第3のデジタル
信号に基づいて、所定基準電圧に対応する電荷を保持す
る複数の容量素子と、第2の期間に、前記各容量素子を
演算増幅器の入力端子と出力端子との間に接続するスイ
ッチ部とを有する、デルタシグマ型D/A変換器が提供
される。
【0043】また、請求項7に係る発明によれば、所定
のサンプリング周波数でサンプリングされたデジタル信
号をアナログ信号に変換するデルタシグマ型D/A変換
器であって、前記デジタル信号を補間して、前記サンプ
リング周波数より高い周波数の第2のデジタル信号に変
換するデジタルインターポレーションフィルタと、該第
2のデジタル信号をノイズシェーピングして、より低ビ
ット数の第3のデジタル信号に変換するデジタルデルタ
シグマ変調器と、デジタル・アナログ変換を行うD/A
変換器と、を備え、該D/A変換器は、第1の期間に、
第3のデジタル信号に基づいて、所定基準電圧に対応す
る電荷を保持する第1の複数の容量素子と、第2の期間
に、前記第1の複数の容量素子の夫々を演算増幅器の反
転入力端子と非反転出力端子との間に接続する第1のス
イッチ部と、第1の期間に、前記第3のデジタル信号と
逆の極性の第4のデジタル信号に基づいて、前記所定基
準電圧に対応する電荷を保持する第2の複数の容量素子
と、第2の期間に、前記第2の複数の容量素子の夫々を
前記演算増幅器の非反転入力端子と反転出力端子との間
に接続する第2のスイッチ部とを有する、デルタシグマ
型D/A変換器が提供される。
【0044】また、請求項8に係る発明によれば、請求
項6および7のいずれかにおいて、前記デジタルデルタ
シグマ変調器と前記D/A変換器との間に、ダイナミッ
クエレメントマッチングを備えたことを特徴とする。
【0045】さらに、請求項9に係る発明によれば、請
求項6、7および8のいずれかにおいて、前記複数の容
量素子の容量値が、同一の値に設定されていることを特
徴とする。
【0046】さらにまた、請求項10に係る発明によれ
ば、請求項6、7、8および9のいずれかにおいて、前
記デジタルデルタシグマ変調器のフィードバックループ
が、1より大きいゲインを有するように構成されている
ことを特徴とする。
【0047】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しつつ説明する。図5に、本発明の実施の形態にか
かるD/A変換器の回路構成図を示す。
【0048】このD/A変換器は、出力端子と反転入力
端子とが容量素子Cfbで接続されるとともに、非反転入
力端子が接地されている演算増幅器100と、容量素子
1〜Ci と、容量素子C1 〜Ci と演算増幅器100
の反転入力端子との間に接続されたスイッチSBと、各
容量素子C1 〜Ci の右側の端子に接続されたスイッチ
SU1〜SUiと、2種類の基準電圧源(Vr+、Vr-
のいずれかに接続するスイッチSUG1〜SUGiと、
各容量素子C1 〜Ci の左側の端子と演算増幅器100
の出力端子との間に接続されたスイッチSY1〜SYi
と、2種類のクロックφ1、φ2を供給するためのクロ
ック供給部200とを備えている。
【0049】なお、図3に示すようにクロック供給部2
00から供給される2種類のクロックφ1、φ2は、夫
々、ローレベルとハイレベルとを所定間隔で繰り返すよ
うなクロックであって、一方がハイレベルとき他方はロ
ーレベルとなって、互いのクロックのハイレベル部は重
複しない。
【0050】スイッチSU1〜SUiはφ1がハイレベ
ルの時閉状態となって、これ以外の時には開状態とな
り、これを符号φ1で示している。また、SUG1〜S
UGiはデジタルデータSiの極性(+1または−1)
に応じて、基準電圧源(Vr+、Vr-)のいずれかに接続
し、φ1がハイレベルでSiの極性が「+1」の時には
基準電圧源(Vr+)に接続し(符号Si・φ1で示
す)、一方、φ1がローレベルでSi の極性が「−1」
の時には基準電圧源(Vr-)に接続する(符号Si b・
φ1で示す)。
【0051】スイッチSBおよびスイッチSY1〜SY
iは、φ2がハイレベルの時閉状態となって、これ以外
の時には開状態となるスイッチ(これを符号φ2で示
す)である。
【0052】さて、この回路の動作を説明する。まず、
φ1がハイレベルの時、スイッチSU1〜SUiが閉状
態となり容量素子C1 〜Ci の右側の端子が接地され
る。さらに、スイッチSUG1〜SUGiの動作によっ
て、デジタルデータS1 からS i の極性(+1または−
1)に応じて、容量素子C1 〜Ci の左側の端子が基準
電圧源Vr+またはVr-に接続され、容量素子C1 〜Ci
は夫々の基準電圧に対応する電荷を保持する。
【0053】次に、φ2がハイレベルの時、スイッチS
U1〜SUi、および、スイッチSUG1〜SUGiが
開状態となるとともに、スイッチSBおよびスイッチS
Y1〜SYiが閉状態となって、容量素子C1 〜C
i が、演算増幅器100の出力端子(出力電圧OUT)
と反転入力端子との間に並列に接続される。
【0054】すると、容量素子の間での電荷の分配が起
こり、電荷保存則より次式(7)が成立することにな
る。 Vr ・(Si ・Ci +Si-1 ・Ci-1 +…+S1 ・C1 )=OUT・(Ci + Ci-1 +…C1 ) (7) 式(7)において、C1 からCi の容量値がバイナリー
比、即ち、「Ci =2・Ci-1 、…、C2 =2・C1
となっていれば、次式(8)が導かれる。
【0055】 Vr ・(Si ・C1 ・2i-1 +Si-1 ・C1 ・2i-2 +…+S1 ・C1 )=O UT・C1 ・(2i −1) (8) この結果、出力端子に出力される電圧OUTは次式
(9)のようになる。
【0056】 OUT=Vr ・(Si ・2i-1 +Si-1 ・2i-2 +…+S1 )/(2i −1) (9) 以上動作説明したように、式(9)によれば、図5に示
したスイッチト・キャパシタ回路はiビットのバイナリ
ー型のD/A変換器となる。
【0057】なお、式(7)において、容量素子C1
i の容量値を同一とすると、「OUT=Vr ・(Si
+Si-1 +…+S1 )/i」となるため、容量素子C1
〜C i の容量値を同一とすれば、iビットのリニアレベ
ル型のD/A変換器を実現できる。
【0058】また、演算増幅器100の出力端子と反転
入力端子との間に接続されている容量素子Cfbは、φ1
がハイレベルの時に、前回のタイミングでのD/A変換
の結果を電圧として保持するホールドすることによって
演算増幅器100が常に正常な動作レンジ内で動作する
ことを維持させ、演算増幅器100の出力が予測できな
いような電圧値となり、演算増幅器100の動作が動作
レンジ外となるのを防ぐのを防止している。また、この
ような容量素子Cfbは、後述するようなローパス特性を
スイツチト・キャパシタ回路に与える。したがって、容
量素子Cfbの容量値が小さいほど高周波数領域でフラッ
トとなるD/A変換特性が得られる。なお、容量素子C
fbを設けることは、D/A変換の精度には何ら影響を及
ぼさない。
【0059】この実施の形態によれば、以下に示すよう
な効果が得られる。まず、このスイッチト・キャパシタ
D/A変換器では、φ1がハイレベルの時、基準電圧源
の電圧をサンプリングして保持する容量素子と、φ2が
ハイレベルの時、演算増幅器の入力端子・出力端子間に
接続され負帰還ループを形成する容量素子とが兼用され
るように構成されているので、図2で示した従来の技術
のように、容量素子C 1 〜Ci から容量素子Cfbへの電
荷の転送を行う必要はなく、演算増幅器の電荷供給動作
は行われない。したがって、この回路によれば、演算増
幅器に必要な消費電流は、演算増幅器の熱雑音の仕様を
満たすための最低限の消費電流で十分であり、消費電流
の小さなD/A変換器を実現可能になる。
【0060】また、前述したように、容量素子の容量値
を大きくすればミスマッチは減ってD/A変換の精度は
向上するため、容量素子の容量値を大きくしてD/A変
換の精度を向上することが可能となる。この際、容量素
子の容量値を大きくしても、演算増幅器は電荷供給動作
を行わないので、消費電流を少なくしつつS/N比の高
くしてD/A変換を行うD/A変換器を実現できる。
【0061】さらに、この実施の形態によれば、スイツ
チト・キャパシタ回路におけるS/Nの劣化要因である
「kT/Cノイズ」も消費電流を増加させずに減少させ
ることができる。この「kT/Cノイズ」は、スイッチ
の熱雑音によって発生するノイズであって、その大きさ
は容量素子の容量値に反比例するため、容量素子の容量
値が大きいほど「kT/Cノイズ」は小さくなる。よっ
て、この実施の形態によれば、演算増幅器の消費電流を
増加させずに「kT/Cノイズ」を減らすことが可能と
なる。
【0062】さらにまた、この実施の形態によれば、演
算増幅器の反転入力端子は仮想接地状態になるため、常
に一定の電圧になっていて、寄生容量の影響も受けな
い。次に、図6を参照して、本発明の他の実施の形態に
かかるD/A変換器について説明する。
【0063】この実施の形態は、全差動型の演算増幅器
を用いている点に特徴がある。前述した図5に示す回路
は、いわゆるシングルエンド(片側)型の演算増幅器を
用いたD/A変換器であるが、実際に、デルタシグマ型
D/A変換器のようなデジタル回路とアナログ回路とが
混在したものを半導体集積回路として実現する場合に
は、デジタル・ノイズ等のコモンモードノイズを除去す
る必要があり、このコモンモードノイズを除去するため
に全差動型の回路構成にしている。
【0064】また、デルタシグマ型D/A変換器では、
図5に示す回路のように、バイナリー型のD/A変換器
ではなく、ダイナミック・エレメント・マッチングを用
いる都合により、各ビットが等しい重みを有するリニア
レベル型のD/A変換器が用いられる場合がある。そこ
で、このリニアレベル型のD/A変換器の実現例につて
説明する。
【0065】このD/A変換器は、非反転出力端子(O
UT+)と反転入力端子とが容量素子Cfb(=30・C
1 )で接続されるとともに、反転出力端子(OUT−)
と非反転入力端子とが容量素子Cfb(=30・C1 )で
接続されている演算増幅器110と、非反転出力側(図
面左側)の15個の容量素子C1 と、反転出力側(図面
右側)の15個の容量素子C1 と、非反転出力側の各容
量素子C1 と演算増幅器110の反転入力端子との間に
接続されたスイッチSC1と、反転出力側の各容量素子
1 と演算増幅器110の非反転入力端子との間に接続
されたスイッチSC2と、非反転出力側の各容量素子C
1 の右側の端子に接続されたスイッチSV1〜SV15
と、反転出力側の各容量素子C1 の左側の端子に接続さ
れたスイッチSX1〜SX15と、2種類の基準電圧源
(Vr+、Vr-)のいずれかに接続するスイッチSVG1
〜SVG15と、非反転出力側の各容量素子C1 の左側
の端子と演算増幅器100の非反転出力端子との間に接
続されたスイッチSZ1〜SZ15と、2種類の基準電
圧源(Vr+、Vr-)のいずれかに接続するスイッチSX
G1〜SXG15と、反転出力側の各容量素子C1の右
側の端子と演算増幅器110の反転出力端子との間に接
続されたスイッチSD1〜SD15と、2種類のクロッ
クφ1、φ2を供給するためのクロック供給部210と
を備えていて、全差動型で15レベルのリニアレベル型
のD/A変換器である。
【0066】なお、図3に示すようにクロック供給部2
10から供給される2種類のクロックφ1、φ2は、夫
々、ローレベルとハイレベルとを所定間隔で繰り返すよ
うなクロックであって、一方がハイレベルとき他方はロ
ーレベルとなって、互いのクロックのハイレベル部は重
複しない。
【0067】スイッチSV1〜SV15、および、スイ
ッチSX1〜SX15はφ1がハイレベルの時閉状態と
なって、これ以外の時には開状態となり、これを符号φ
1で示している。
【0068】また、SVG1〜SVG15はデジタルデ
ータSi(i=1〜15)の極性(+1または−1)に
応じて、基準電圧源(Vr+、Vr-)のいずれかに接続
し、φ1がハイレベルでSiの極性が「+1」の時には
基準電圧源(Vr+)に接続し(符号Si・φ1で示
す)、一方、φ1がローレベルでSi の極性が「−1」
の時には基準電圧源(Vr-)に接続する(符号Si b・
φ1で示す)。
【0069】同様に、SXG1〜SXG15はデジタル
データSi(i=1〜15)の極性(+1または−1)
に応じて、基準電圧源(Vr+、Vr-)のいずれかに接続
し、φ1がハイレベルでSiの極性が「+1」の時には
基準電圧源(Vr-)に接続し(符号Si・φ1で示
す)、一方、φ1がローレベルでSi の極性が「−1」
の時には基準電圧源(Vr+)に接続する(符号Si b・
φ1で示す)。
【0070】スイッチSC1、SC2、およびスイッチ
SZ1〜SZ15、SD1〜SD15は、φ2がハイレ
ベルの時閉状態となって、これ以外の時には開状態とな
るスイッチ(これを符号φ2で示す)である。
【0071】この回路の動作を説明すると、まず、φ1
がハイレベルの時、スイッチSV1〜SV15およびS
X1〜SX15が閉状態となり、非反転出力側の各容量
素子C1 の右側の端子、および、反転出力側の各容量素
子C1 の左側の端子が接地される。さらに、スイッチS
VG1〜SVG15およびスイッチSXG1〜SXG1
5の動作によって、デジタルデータS1 からS15の極性
(+1または−1)に応じて、非反転出力側の各容量素
子C1 の左側の端子および反転出力側の各容量素子C1
が基準電圧源Vr+またはVr-に接続され、各容量素子C
1 は夫々の基準電圧に対応する電荷を保持する。
【0072】次に、φ2がハイレベルの時、スイッチS
VG1〜SVG15、SXG1〜SXG15、SV1〜
SV15、SX1〜SX15が開状態となるとともに、
スイッチSC1、SC2、SZ1〜SZ15、SD1〜
SD15が閉状態となって、非反転出力側の各容量素子
1 が、演算増幅器110の非反転出力端子と反転入力
端子との間に並列に接続されとともに、反転出力側の各
容量素子C1 が、演算増幅器110の反転出力端子と非
反転入力端子との間に並列に接続される。
【0073】すると、容量素子の間での電荷の分配が起
こり、電荷保存則より式(7)より以下の式が成立する
ことになる。即ち、式(7)において、15個の容量素
子C 1 からC15がC1 なる同一の容量を有するとして、
fbを無視すると、非反転出力側のスイッチト・キャパ
シタ回路で次式(10)が成立する。
【0074】 Vr ・(S15・C1 +S14・C1 +…+S1 ・C1 )=OUT+・C1 ・15 (10) 式(10)より、非反転出力端子から出力される出力電
圧OUT+は次式(11)で与えられることになる。
【0075】 OUT+=Vr ・(S15+S14+…+S1 )/15 (11) これは15レベルのリニアレベル型のD/A変換動作を
実現していることを意味する。また、図6に示すよう
に、反転出力側の容量素子のスイッチングを制御してい
るデジタル・データが、非反転出力側と逆極性になって
いるので、式(11)と同様に、反転出力端子から出力
される出力電圧OUT−は次式(12)で求められる。
【0076】 OUT−=−Vr ・(S15+S14+…+S1 )/15 (12) 全差動回路では、非反転出力端子から出力される電圧と
反転出力端子から出力される出力電圧との差(差動出
力)が実際の出力信号となり、ここで差動出力をOUT
とすると、OUTは以下のように定まる。
【0077】 OUT=(OUT+)−(OUT−)=2Vr ・(S15+S14+…+S1 )/ 15 (13) 式(11)、式(12)のシングルエンド(片側)回路
の出力と比ベると、全差動回路では信号振幅が6dB増
加していることがわかる。これにより、演算増幅器が発
生する熱雑音のS/Nに対する影響は6dB改善され
る。言い換えれば、S/Nを維持したままで、演算増幅
器の消費電流を半分にすることができる。
【0078】なお、非反転出力側および反転出力側の各
容量素子の容量値をバイナリー比として、バイナリー型
のD/A変換器を実現することも可能である。この場
合、出力は、「OUT=2・Vr ・(Si ・2i-1 +S
i-1 ・2i-2 +…+S1 )/(2i −1)」となる。
【0079】また、前述したように、本発明によるスイ
ッチト・キャパシタD/A変換器はローパス特性を有す
る。図5の回路の帰還キャパシタCfbは図6では30・
1なる容量値としている。帰還キャパシタの影響を含
めて、式(10)を式(13)のように全差動型にして
書き直すと、次式(14)のようになる。
【0080】 OUT〔n−1〕・30C1 +2Vr ・(S15+S14+…+S1 )・C1 =O UT〔n〕・(30C1 +15C1 ) (14) ここでOUT[n−1]は、周期的に行うD/A変換の
前周期の変換結果を示す。式(14)でOUT〔n−
1]=OUT・Z-1としてZ変換表示してZ関数を解く
と、次式(15)のようになる。
【0081】 OUT=2Vr ・((S15+S14+…+S1 )/15)・( 1/(3−2・ Z-1)) (15) 式(13)のD/A変換結果にローパス特性を有する項
「1/(3−2・Z-1)」が乗算されていることが分か
り、前周期のD/A変換結果を保持するための帰還キャ
パシタCfbを設けることによって、ローパス特性を得る
ことが可能になる。
【0082】例えば、スイッチト・キャパシタD/A変
換器のサンプリング周波数を44.1(kHz)・64
=2.8224(MHz)とすると式(15)は、カッ
トオフ周波数150(kHz)の1次ローパスフィルタ
特性を有する。このカットオフ周波数は以下のようにし
て求まる。
【0083】即ち、式(15)の「1/(3−2・
-1)」なる項によるローパス特性のカットオフ周波数
Fcは、「3−2・Z-1 (16)」なる式(16)の
解を求めることにより与えられる。また、式(16)を
「Z≒1+s/Fos (17)(Fosはオーバーサ
ンプリング周波数)」のように近似し、s領域の式に変
換することによってFsは求まる。式(16)、(1
7)より、「s=Fos/3(18)」となるので、式
(18)より、「Fc=s・Fos/(2・π)=s・
Fos/(2・π・3)」となる。これにFos=2.
8244(MHz)を代入すると、Fc=149.7
(KHz)となる。
【0084】また、デルタシグマ型D/A変換器ではオ
ーバーサンプリングを行っているので、このローパス特
性は信号処理を行っている周波数帯域には影響を与えな
い。また、本発明の実施形態のように、高周波数領域で
の量子化ノイズを除去するために、帰還キャパシタCfb
の容量値を大きくして、このローパス特性を利用するこ
とも可能であり、この場合でも消費電流の増加を招かな
い。
【0085】次に、図7、8を参照して、本発明の他の
実施の形態にかかるデルタシグマ型D/A変換器につい
て説明する。図7は、本発明の実施の形態であるデルタ
シグマ型D/A変換器の回路図である。このデルタシグ
マ型D/A変換器は、所定のサンプリング周波数でサン
プリングされたデジタル信号を補間して、サンプリング
周波数より高い周波数のデジタル信号に変換するデジタ
ルインターポレーションフィルタ700と、補間処理さ
れたデジタル信号をノイズシェーピングして、より低ビ
ット数(低分解能)の15レベルのデジタル信号に変換
する15レベルデジタルデルタシグマ変調器710と、
DWA方式を採用したDWA方式ダイナミックエレメン
トマッチング720と、15レベルのデジタル信号を入
力可能な15レベルスイッチトキャパシタフィルタD/
A変換器730と、を有している。
【0086】なお、15レベルスイッチトキャパシタフ
ィルタD/A変換器730としては、図6に示したD/
A変換器や、図5に示したD/A変換器(但し、C1
iの全容量素子の容量値を同一としたもの)を用いれ
ばよい。
【0087】このデルタシグマ型D/A変換器では、ま
ず、デジタルインターポレーションフィルタ700がデ
ジタル信号を補間して、サンプリング周波数より高い周
波数の第2のデジタル信号に変換し、15レベルデジタ
ルデルタシグマ変調器710が該第2のデジタル信号を
ノイズシェーピングして、より低ビット数の第3のデジ
タル信号に変換し、さらに、DWA方式ダイナミックエ
レメントマッチング720によってDEM処理されたデ
ジタル信号を、15レベルスイッチトキャパシタD/A
変換器730がD/A変換を行う。
【0088】そして、15レベルスイッチトキャパシタ
D/A変換器730として図5に示したD/A変換器を
採用した場合(但しC1 〜Ci (i=15))の夫々の
容量値を同一とする)には、複数の容量素子(C1 〜C
i )がφ1がハイレベルの時、デジタル信号に基づい
て、所定基準電圧(Vr+、Vr-)に対応する電荷を保持
し、スイッチSY1〜SYiおよびスイッチSBが、φ
2がハイレベルの時閉状態となって、各容量素子を演算
増幅器100の入力端子と出力端子との間に接続するの
で、演算増幅器100による電荷供給動作が行われず、
消費電力の少ない高精度のD/A変換器を含んでなるデ
ルタシグマ型D/A変換器を実現することが可能にな
る。
【0089】また、15レベルスイッチトキャパシタD
/A変換器730として図6に示したD/A変換器を採
用した場合には、非反転出力側および反転出力側の複数
の容量素子の夫々がφ1がハイレベルの時、デジタル信
号に基づいて、所定基準電圧(Vr+、Vr-)に対応する
電荷を保持し、スイッチSC1、SC2、SZ1〜SZ
15、SD1〜SD15が、φ2がハイレベルの時閉状
態となって、非反転出力側の容量素子を演算増幅器11
0の反転入力端子と非反転出力端子との間に接続ととも
に、反転出力側の容量素子を演算増幅器110の非反転
入力端子と反転出力端子との間に接続するので、演算増
幅器110による電荷供給動作が行われず、消費電力の
少なく、演算増幅器の全差動動作によってS/N比を向
上することを可能とする高精度のD/A変換器を含んで
なるデルタシグマ型D/A変換器を実現することが可能
になる。
【0090】また、図8には、15レベルデジタルデル
タシグマ変調器710の構成例を示している。この15
レベルデジタルデルタシグマ変調器710は3次のSo
dini loop(ソディニループ)型と称されるも
ので、3次のループフィルタ810と、15レベルの量
子化を行う15レベル量子化器820と、ゲイン830
(増幅率G)を含むフィードバックループによるフィー
ドバック値と入力とを加算する加算器840とを有す
る。ループフィルタ810において、801、802、
803は夫々積分器、804、805、806、807
は夫々係数B1、A1、A2、A3の掛け算器、808
は加算器である。
【0091】ここで、ゲイン830は、3次の負帰還ル
ープを有するデルタシグマ変調器において、大振幅入力
時の発振を防止するためには不可欠なものであるととも
に、ゲインを設けることは、等価的に「1/G」なる増
幅率の増幅器を入力部に設けることに相当する。したが
って、「1/G」の値を調整して、例えばフィードバッ
クループが1より大きいゲインを有するようにして、最
終段の15レベルスイッチトキャパシタD/A変換器7
30の出力振幅を調整を行うとともに、大振幅入力時の
発振を防止することが可能となる。
【0092】本発明の実施の形態にかかるスイッチト・
キャパシタD/A変換器は、図5や図6で示した通り、
基準電圧源から基準電圧をサンプリングする容量素子と
帰還ループを構成する容量素子とが兼用された構成とな
っているので、スイッチトキャハシタD/A変換器自体
のゲインは1で固定となっている。したがって、D/A
変換のレベル調整を行う場合には、スイッチトキャハシ
タD/A変換器730の前段のいずれかの位置で、信号
振幅を調整する必要がある。図8でのゲイン830の値
を、例えば1以上になるようにして、15レベルデジタ
ルデルタシグマ変調器710の発振防止とデルタシグマ
型D/A変換器全体の信号ゲインの両方を考慮する事に
より、新たな回路の追加を行わないで、D/A変換時の
信号振幅を調整することが可能である。
【0093】なお、このようなデジタルデルタシグマ変
調器710自体は、例えば、「D.R.Wellard et.al"Ster
e.O 16bit Delta-Sigma A/D converter for Digital A
udio",vol.37.pp476-486,June 1989 」等の文献に記載
されている公知のものであり、詳細な動作説明等は省略
する。
【0094】また、DWA方式ダイナミックエレメント
マッチング720としては、「R.TBaird et.al., "Line
arity enhancement of multi-bit delta-sigma A/D AND
D/A converters using data weighted averaging,"IEE
E Tran.On Cir.And Sys.-IIVol.42,No.12,pp753-762.De
c.1995」等の文献に記載されている Data WeightedAver
aging(DWA)方式のDEMに採用している。
【0095】DWA方式は、等しい重みのアナログ素子
(具体的には、容量素子C1 〜C i)を順番に循環して
使用することにより、素子ミスマッチが原因で発生する
ノイズ成分を1次でノイズ・シェイピングする方式であ
るが、この方式自体について詳述することは省略する。
【0096】しかしDWA方式を採用しても、1(%)
以上の素子ミスマッチがあれば、D/A変換結果として
トーンが発生しS/N比が劣化してしまうが、本発明に
よれば、低消費電流で、容量値を大きくして素子マッチ
ングの少ないD/A変換器を用いることができるので、
トーンによるS/N比の劣化は起こらない。また、トー
ンが発生しないのでデイザを付加する必要ない。
【0097】さらに、一般に、スイッチト・キャパシタ
回路は、自身を制御する制御クロックのエッジ部のみの
短い期間で動作が安定していれば精度の良い動作を行う
ので、制御クロックがジッターを有していてもその影響
を受けない。この結果、本発明の実施の形態にかかるD
/A変換器を含んで構成されるデルタシグマ型D/A変
換器は、低消費電力、高S/N比、クロックジッターに
対する影響を受けにくいという特性を有する。
【0098】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1に係る発
明によれば、複数の容量素子が第1の期間に、デジタル
信号に基づいて、所定基準電圧に対応する電荷を保持
し、スイッチ部が、第2の期間に、各容量素子を演算増
幅器の入力端子と出力端子との間に接続するので、演算
増幅器による電荷供給動作が行われず、消費電力の少な
い高精度のD/A変換器が実現可能になる。
【0099】また、請求項2に係る発明によれば、第1
および第2の複数の容量素子が第1の期間に、デジタル
信号に基づいて、所定基準電圧に対応する電荷を保侍
し、第2の期間に、第1のスイッチ部が、第1の複数の
容量素子の夫々を演算増幅器の反転入力端子と非反転出
力端子との間に接続するとともに、第2のスイッチ部
が、第2の複数の容量素子の夫々を演算増幅器の非反転
入力端子と反転出力端子との間に接続するので、演算増
幅器による電荷供給動作が行われず、消費電力の少ない
高精度のD/A変換器が実現可能になるとともに、演算
増幅器の全差動動作によって、S/N比を向上すること
が可能になる。
【0100】また、請求項3に係る発明は、請求項1お
よび2に係る発明のいずれかの効果に加えて、複数の容
量素子の容量値を、小さなものから大きなものまで、順
に2倍の大きさになっていくように設定するので、バイ
ナリー型のD/A変換機能を実現することが可能とな
る。
【0101】さらに、請求項4に係る発明によれば、請
求項1および2に係る発明のいずれかの効果に加えて、
複数の容量素子の容量値を同一の値に設定するので、リ
ニアレベル型のD/A変換機能を実現することが可能と
なる。
【0102】さらにまた、請求項5に係る発明によれ
ば、請求項1、2、3および4に係る発明のいずれかの
効果に加えて、演算増幅器の出力端子端と入力端子との
間に、ローパス特性を有するように容量素子を設けてあ
るので、ローパス特性を有するD/A変換器を実現する
ことが可能となる。
【0103】また、請求項6に係る発明によれば、デジ
タルインターポレーションフィルタがデジタル信号を補
間して、サンプリング周波数より高い周波数の第2のデ
ジタル信号に変換し、デジタルデルタシグマ変調器が該
第2のデジタル信号をノイズシェーピングして、より低
ビット数の第3のデジタル信号に変換し、さらに、D/
A変換器がD/A変換する際に、複数の容量素子が第1
の期間に、第3のデジタル信号に基づいて、所定基準電
圧に対応する電荷を保持し、スイッチ部が、第2の期間
に、各容量素子を演算増幅器の入力端子と出力端子との
間に接続するので、演算増幅器による電荷供給動作が行
われず、消費電力の少ない高精度のD/A変換器を含ん
でなるデルタシグマ型D/A変換器を実現することが可
能になる。
【0104】また、請求項7に係る発明によれば、デジ
タルインターポレーションフィルタがデジタル信号を補
間して、サンプリング周波数より高い周波数の第2のデ
ジタル信号に変換し、デジタルデルタシグマ変調器が該
第2のデジタル信号をノイズシェーピングして、より低
ビット数の第3のデジタル信号に変換し、さらに、D/
A変換器がD/A変換する際に、第1および第2の複数
の容量素子が第1の期間に、デジタル信号に基づいて、
所定基準電圧に対応する電荷を保侍し、第2の期間に、
第1のスイッチ部が、第1の複数の容量素子の夫々を演
算増幅器の反転入力端子と非反転出力端子との間に接続
するとともに、第2のスイッチ部が、第2の複数の容量
素子の夫々を演算増幅器の非反転入力端子と反転出力端
子との間に接続するので、演算増幅器による電荷供給動
作が行われず、消費電力の少ない高精度のD/A変換器
が実現可能になるとともに、演算増幅器の全差動動作に
よってS/N比を向上することを可能とするD/A変換
器を含んでなるデルタシグマ型D/A変換器を実現する
ことが可能になる。
【0105】また、請求項8に係る発明によれば、請求
項6および7に係る発明のいずれかの効果に加えて、デ
ジタルデルタシグマ変調器とD/A変換器との間に、ダ
イナミックエレメントマッチングを備えたので、S/N
比が向上されるという効果が得られる。
【0106】さらに、請求項9に係る発明によれば、請
求項6、7および8に係る発明のいずれかの効果に加え
て、複数の容量素子の容量値を同一の値に設定している
ので、リニアレベル型のD/A変換機能を実現すること
が可能となる。
【0107】さらにまた、請求項10に係る発明によれ
ば、請求項6、7、8および9に係る発明のいずれかの
効果に加えて、デジタルデルタシグマ変調器のフィード
バックループが、1より大きいゲインを有するように構
成しているので、デジタルデルタシグマ変調器での発振
防止を行うとともに、D/A変換時のゲインの調整を可
能にするという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のスイッチト・キャパシタD/A変換器の
回路図である。
【図2】従来の他のスイッチト・キャパシタD/A変換
器の回路図である。
【図3】D/A変換器に供給するクロックのタイミング
チャートである。
【図4】従来のデルタシグマ型D/A変換器の回路図で
ある。
【図5】本発明の実施の形態にかかるD/A変換器の回
路図である。
【図6】本発明の他の実施の形態にかかるD/A変換器
の回路図である。
【図7】本発明の他の実施の形態にかかるデルタシグマ
型D/A変換器の回路図である。
【図8】デルタシグマ変調器のブロック図である。
【符号の説明】
10 演算増幅器 11 演算増幅器 100 演算増幅器 110 演算増幅器 20 クロック供給部 21 クロック供給部 200 クロック供給部 210 クロック供給部 C1 〜Ci 容量素子 SW1〜SWi スイッチ SWG1〜SWGi スイッチ Ctot 容量素子 SA1〜SA2 スイッチ SR1〜SRi スイッチ SRG1〜SRGi スイッチ 400 デジタルインターポレーションフィルタ 410 デジタルデルタシグマ変調器 420 ダイミックエレメントマッチング 430 電流モードD/A変換器 440 加算部 Cfb 容量素子 SB スイッチ SY1〜SYi スイッチ SU1〜SUi スイッチ SUG1〜SUGi スイッチ SC1〜SC2 スイッチ SV1〜SV15 SVG1〜SVG15 SX1〜SX15 スイッチ SXG1〜SXG15 スイッチ 700 デジタルインターポレーションフィルタ 710 15レベルデジタルデルタシグマ変調器 720 DWA方式ダイナミックエレメントマッチング 730 15レベルスイッチトキャパシタD/A変換器 810 ループフィルタ 801 積分器 802 積分器 803 積分器 804 掛け算器 805 掛け算器 806 掛け算器 807 掛け算器 808 加算器 820 15レベル量子化器 830 ゲイン 840 加算器

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 与えられたデジタル信号をアナログ信号
    に変換するD/A変換器であって、 第1の期間に、前記デジタル信号に基づいて、所定基準
    電圧に対応する電荷を保持する複数の容量素子と、 第2の期間に、前記各容量素子を演算増幅器の入力端子
    と出力端子との間に接続するスイッチ部と、を備えたD
    /A変換器。
  2. 【請求項2】 与えられたデジタル信号をアナログ信号
    に変換するD/A変換器であって、 第1の期間に、前記デジタル信号に基づいて、所定基準
    電圧に対応する電荷を保侍する第1の複数の容量素子
    と、 第2の期間に、前記第1の複数の容量素子の夫々を演算
    増幅器の反転入力端子と非反転出力端子との間に接続す
    る第1のスイッチ部と、 第1の期間に、前記デジタル信号に基づいて、前記所定
    基準電圧に対応する電荷を保持する第2の複数の容量素
    子と、 第2の期間に、前記第2の複数の容量素子の夫々を前記
    演算増幅器の非反転入力端子と反転出力端子との間に接
    続する第2のスイッチ部とを備えたD/A変換器。
  3. 【請求項3】 請求項1および2のいずれかにおいて、 前記複数の容量素子の容量値は、小さなものから大きな
    ものまで、順に2倍の大きさになっていくように設定さ
    れていることを特徴とするD/A変換器。
  4. 【請求項4】 請求項1および2のいずれかにおいて、 前記複数の容量素子の容量値が、同一の値に設定されて
    いることを特徴とするD/A変換器。
  5. 【請求項5】 請求項1、2、3および4のいずれかに
    おいて、 前記演算増幅器の出力端子端と入力端子との間に、ロー
    パス特性を有するように容量素子を設けたことを特徴と
    するD/A変換器。
  6. 【請求項6】 所定のサンプリング周波数でサンプリン
    グされたデジタル信号をアナログ信号に変換するデルタ
    シグマ型D/A変換器であって、 前記デジタル信号を補間して、前記サンプリング周波数
    より高い周波数の第2のデジタル信号に変換するデジタ
    ルインターポレーションフィルタと、 該第2のデジタル信号をノイズシェーピングして、より
    低ビット数の第3のデジタル信号に変換するデジタルデ
    ルタシグマ変調器と、 デジタル・アナログ変換を行うD/A変換器と、を備
    え、 該D/A変換器は、 第1の期間に、前記第3のデジタル信号に基づいて、所
    定基準電圧に対応する電荷を保持する複数の容量素子
    と、第2の期間に、前記各容量素子を演算増幅器の入力
    端子と出力端子との間に接続するスイッチ部とを有す
    る、デルタシグマ型D/A変換器。
  7. 【請求項7】 所定のサンプリング周波数でサンプリン
    グされたデジタル信号をアナログ信号に変換するデルタ
    シグマ型D/A変換器であって、 前記デジタル信号を補間して、前記サンプリング周波数
    より高い周波数の第2のデジタル信号に変換するデジタ
    ルインターポレーションフィルタと、 該第2のデジタル信号をノイズシェーピングして、より
    低ビット数の第3のデジタル信号に変換するデジタルデ
    ルタシグマ変調器と、 デジタル・アナログ変換を行うD/A変換器と、を備
    え、 該D/A変換器は、 第1の期間に、第3のデジタル信号に基づいて、所定基
    準電圧に対応する電荷を保持する第1の複数の容量素子
    と、第2の期間に、前記第1の複数の容量素子の夫々を
    演算増幅器の反転入力端子と非反転出力端子との間に接
    続する第1のスイッチ部と、第1の期間に、前記第3の
    デジタル信号と逆の極性の第4のデジタル信号に基づい
    て、前記所定基準電圧に対応する電荷を保持する第2の
    複数の容量素子と、第2の期間に、前記第2の複数の容
    量素子の夫々を前記演算増幅器の非反転入力端子と反転
    出力端子との間に接続する第2のスイッチ部とを有す
    る、デルタシグマ型D/A変換器。
  8. 【請求項8】 請求項6および7のいずれかにおいて、 前記デジタルデルタシグマ変調器と前記D/A変換器と
    の間に、ダイナミックエレメントマッチングを備えたこ
    とを特徴とするデルタシグマ型D/A変換器。
  9. 【請求項9】 請求項6、7および8のいずれかにおい
    て、 前記複数の容量素子の容量値が、同一の値に設定されて
    いることを特徴とするデルタシグマ型D/A変換器。
  10. 【請求項10】 請求項6、7、8および9のいずれか
    において、 前記デジタルデルタシグマ変調器のフィードバックルー
    プが、1より大きいゲインを有するように構成されてい
    ることを特徴とするデルタシグマ型D/A変換器。
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