JP2001069009A - ノイズシェーピング方法および回路 - Google Patents

ノイズシェーピング方法および回路

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Abstract

(57)【要約】 【課題】フィードフォワードパスを有するノイズシェー
ピング回路において2次のループフィルタ構成を用いて
高次のフィルタ特性を得るため多段直列接続すると発振
等の動作不安定になる問題があった。このため、より鋭
い遮断特性を有するノイズシェーピング回路の実現が課
題となっていた。 【解決手段】2次ループフィルタブロックを多段直列接
続とし、各積分器出力に係数値を乗算することにより重
み付けを行い、その結果を後続の多段直列接続のブロッ
ク出力と共に加算し、この加算結果を量子化器に入力
し、量子化器出力を信号出力として取り出すと同時に、
1サンプル遅延した信号を多段直列接続した各2次ルー
プフィルタブロックに係数器を介してそれぞれフィード
バックする構成としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はD/A・A/D変換
時に発生する量子化雑音を信号帯域外に強く分布させ、
信号帯域内の量子化雑音を小さくすることにより高精度
A/D・D/A変換器を得るノイズシェーピング回路の
高次数化に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、入力から信号のフィードフォワー
ドパスを有するノイズシェーピング回路は「ノイズシェ
ーピング方法および回路:特許2621721」に示す
ように2次のループフィルタを1段で用いるのが基本で
あった。図4に「特許2621721」に示す従来回路
例を示す。入力を10、出力を11とし、入力10に係
数k0を乗じたものから遅延回路19の出力を減算器1
4で減算し、その出力を積分器12で積分する。積分器
12の出力に係数k4を乗じた結果から入力10に係数
k0を乗じたものにさらに係数k3を乗じたものを減算
器15で減算し、その出力を積分器13で積分する。積
分器13の出力に係数k6を乗じた信号と積分器12の
出力に係数k5を乗じた信号とを加算器16で加算しそ
の出力を量子化器18に入力する。量子化器18の出力
を出力11とするとともに、遅延回路19の入力とする
構成となっている。
【0003】この回路でk0=K3=k4=k5=k6
=1.0、Y:出力、X:入力、Q:量子化雑音とし、
zを遅延量とすると2次△−Σ回路と全く同一の(数
1)式で示されるノイズシェーピング特性が得られ、か
つループ安定度は係数k3を有するパスにより位相遅れ
が改善されるため2次△−Σ回路より向上する。
【0004】 Y=X+(1−z-1)2Q (数1) 図5は図4の従来例を3次以上の高次ノイズシェーピン
グ特性にする従来回路構成であり「CMOSアナログ回
路設計技術、pp113:(株)トリケプス」に記載さ
れている例である。図4において積分器を直列にN段接
続し、各積分器出力に各々a1からak-1の係数を乗算し
たものを全て加算器17で加算する構成となっている。
図6は3次ノイズシェーピング特性を得る例である。本
回路の特性は(数2)式となり量子化雑音Qに3次のノ
イズシェーピング特性がかかることが判る。
【0005】 Y = a0X+(1-z-1)3Q/[(1-z-1)2+a2(1-z-1)z-1+a3z-1] (数2) しかし、このような積分器を直接に直列接続する方式で
は、積分器での90°位相遅れの積み重なりによりルー
プが不安定になるため、ループを安定化させるための係
数の設計が難しいという欠点があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来のノイズシェーピング回路では安定性を考慮すると
ノイズシェーピング特性に限界があり、高次のノイズシ
ェーピング回路の実現が困難であった。本発明において
は上記の従来回路の欠点に鑑み、安定性が高く、係数設
計の簡易な高次ノイズシェーピング回路の実現を目的と
するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては以下の手段を規定した。
【0008】すなわち、請求項1においては、入力信号
に第1の係数を乗じた第1の信号から、量子化器出力信
号に1サンプリング時間の遅延を与えさらに第2の係数
を乗じた遅延信号を減算して得られる第2の信号を、第
1の積分器に入力することにより該第2の信号を積分
し、該第1の積分器の出力である第3の信号に第3の係
数を乗じた第4の信号から、該第1の信号にさらに第4
の係数を乗じた第6の信号を減算して第7の信号とし、
該第7の信号を第2の積分器に入力して積分し第8の信
号を得、該第1の積分器に第5の係数を乗じた第9の信
号と第2の積分器の出力に第6の係数を乗じて得られた
第10の信号とを加算した第11の信号を出力とする2
次のループフィルタブロックを第1の2次ループフィル
タブロックとし、この第1の2次ループフィルタブロッ
クと同一構成で、係数値が全て同一または異なるさらに
は一部同一または異なるN個の2次ループフィルタブロ
ックを直列に接続し、最終段のブロックを除く各2次ル
ープフィルタブロックの全ての積分器の出力に所定の係
数値をそれぞれ乗じた後に加算し量子化器に入力し、こ
の量子化器の出力信号を必要とする最終出力信号とする
方法を規定したものである。なお、上記の各係数値は0
以上1以下で、同じ値かまたは異なる値を取るものとす
る。但し、これら係数値全てが同じ値を採ることもある
が、場合によっては必ずしも同じ値を採るとは限らず、
また同時に全てが0となることもない。
【0009】請求項2においては、入力端子に第1の係
数器が接続され、該第1の係数器出力は第1の減算器の
一方の入力に接続され、該第1の減算器の他の一方の入
力端子には遅延回路の出力が第2の係数器を介して接続
され、該第1の減算器の出力は第1の積分器の入力に接
続され、該第1の積分器の出力は第3の係数器を介して
第2の減算器の一方の入力に接続され、該第2の減算器
の他の一方の入力には該第1の係数器出力が第4の係数
器を介して接続され、該第2の減算器の出力は第2の積
分器の入力に接続され、該第2の積分器の出力は第5の
係数器を介して第1の加算器の一方の入力に接続され、
該第1の加算器の他の一方の入力には該第1の積分器出
力が第6の係数器を介して接続されることにより第1の
2次ループフィルタブロックを形成し、該第1の加算器
の出力を第7の係数器を介して該2次ループフィルタブ
ロックと同一構成で、係数値が全て同一または異なるさ
らには一部同一または異なる2次ループフィルタブロッ
クの入力に接続し、これら2次ループフィルタブロック
をN個直列に接続し、最終段のブロックを除く各2次ル
ープフィルタブロックに含まれる全ての積分器の出力は
第80乃至第8Nの係数器を介して全ての出力が第2の
加算器の入力に接続され、該第2の加算器の出力は量子
化器の入力に接続され、該量子化器の出力は該遅延回路
の入力に接続され、該遅延回路の出力は該第1の2次ル
ープフィルタブロックにおける該第1の減算器と同様に
各2次ループフィルタブロックの入力側に配置された減
算器の信号入力とは異なる他の一方の入力に第90乃至
第9Nの係数器を介してそれぞれ接続され、同時に該量
子化器の出力を出力信号として送出する構成である回路
について規定している。
【0010】請求項3においては、上記の請求項2に記
載のノイズシェーピング回路において、2段目以降の2
次ループフイルタブロックにおける二つの積分器の間に
配置された減算器の一方の入力として上記前段の第2の
積分器出力に第10の係数を乗じた信号を使用する構成
としている。
【0011】請求項4においては、請求項2および請求
項3に記載のノイズシェーピング回路において、2段目
以降の2次ループフイルタブロックにおける二つの積分
器の間に配置された減算器の一方の入力として、前段の
上記第2の積分器出力に上記第5の係数器とさらに上記
第10の係数器とが直列に接続された回路としている。
【0012】
【発明の実施の形態】図1に本発明による第1の実施の
形態を示す。すなわち、その構成は2次のループフィル
タ回路を多段に直列接続するものである。
【0013】1段当たりの2次ループフィルタ回路の構
成は図1の破線で囲まれた部分Aに示すように、入力を
10、出力を11、量子化器を18、遅延回路を19と
したとき、以下のように構成される。入力10に係数k
0を乗じたものから遅延回路19の出力に係数k12を
乗じたものを減算器14で減算し、その出力を積分器1
2で積分する。積分器12の出力に係数k4を乗じて入
力10に係数k0を乗じたものにさらに係数k3を乗じ
たものを減算器15で減算し、その出力を積分器13で
積分する。積分器13の出力に係数k6を乗じた信号と
積分器12の出力に係数k5を乗じた信号を加算器16
で加算しその出力に係数k11を乗じたものを次段の入
力とすることにより1ブロックを構成しているものであ
る。
【0014】この2次ループフィルタブロックをZ段直
列し、最終段ブロックの出力に最終段ブロック以外の2
次ループフィルタブロック回路の積分器出力に各々係数
を乗じて加算器17で加算したものを量子化器18の入
力とし、量子化器18の出力を出力11とするととも
に、遅延回路19の入力とする回路構成となっている。
本実施の形態の具体的な例としてループフィルタを2段
直列接続した4次のノイズシェーピング次数を得る回路
構成の例を図2に示す。
【0015】図2の回路において、ブロックBは上記の
ブロックAと同じ回路構成で、ブロックAにおける係数
器k0はブロックBにおいては係数器k11、減算器1
4は減算器24、積分器12は積分器22、係数器k3
は係数器k7、係数器k4は係数器k8、係数器k5は
係数器k9、減算器15は減算器25、積分器13は積
分器23、係数器k6は係数器k10、係数器k12は
係数器k13、加算器16は加算器26にそれぞれ対応
している。ここで、係数器に関しては1以下で0以上の
値を目的に応じた条件を満たすように係数器k0からk
13に対して設定することにより、安定な4次ノイズシ
ェーピング特性を得ることが可能となる。この場合、係
数値全てが同時に0の値となることがないことはもち論
である。なお、図2において、加算器17としては図1
に示すように2入力以上の多入力加算器の使用も可能で
あるが、図2に示すように2入力加算器を複数個直列接
続することによっても同様の結果が得られることは勿論
である。
【0016】図3は本発明における第2の実施の形態を
示すもので、4次ノイズシェーピング特性を得る場合の
回路構成を示したものである。基本構成に関しては図2
に示した回路と同一であるが、図2では加算器16の出
力に係数k11を乗じたものを次段ブロックの入力側の
係数、すなわち初段ブロックにおける係数k0に相当す
る次段ブロックの係数器入力としていたが、本第2の実
施の形態では初段ブロックの積分器13の出力を係数k
7の入力とし、この係数k7を乗じた結果を次段の2次
ループフィルタブロックの第2の減算器25の一方の端
子に入力するものであり、その動作等は図2の回路と全
く同一である。また、図3の回路において、係数k7を
乗算する信号を積分器13の出力から直接ではなく、積
分器13の出力に係数k6を乗算した結果にさらに係数
k7を乗算する構成としても同様の結果を得ることが出
来る。
【0017】なお、図1および図3の回路において量子
化器18をA/D変換器、遅延回路19をD/A変換器
とするとノイズシェーピングA/D変換器とすることが
できる。
【0018】
【発明の効果】本回路は積分器2個毎に出力の負帰還パ
スが入るため図5に示す従来回路と比べ安定に高次のノ
イズシェーピング特性が得られ、かつ同一構成の2次ル
ープフィルタ回路を繰り返し直列接続することからLS
I化する場合にレイアウトを簡易化することが可能とな
る特徴を有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における第1の実施の形態を示す回路構
成図。
【図2】上記第1の実施の形態の変形を2次の場合につ
いて示した回路構成図。
【図3】本発明における第2の実施の形態を示す回路構
成図。
【図4】従来公知のノイズシェーピング基本回路の構成
図。
【図5】従来公知の高次の接続によるノイズシェーピン
グ回路の構成図。
【図6】図5の回路を3次のフィルタに適用した場合の
等価回路図。
【符号の説明】
10:入力 11:出力 12:積分器 13:積分器 14:減算器 15:減算器 16:加算器 17:加算器 18:量子化器 19:遅延回路 22:積分器 23:減算器 24:減算器 25:減算器 26:加算器 27:加算器 27:加算器 28:加算器 51:減算器 52:積分器 53:減算器 5n:積分器 ai(i=0〜k):系数器 ki(i=0〜z):系数器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力信号に第1の係数を乗じた第1の信号
    から、量子化器出力信号に1サンプリング時間の遅延を
    与えさらに第2の係数を乗じた遅延信号を減算して得ら
    れる第2の信号を、第1の積分器に入力することにより
    該第2の信号を積分し、該第1の積分器の出力である第
    3の信号に第3の係数を乗じた第4の信号から該第1の
    信号にさらに第4の係数を乗じた第6の信号を減算して
    第7の信号とし、該第7の信号を第2の積分器に入力し
    て積分し第8の信号を得、該第1の積分器に第5の係数
    を乗じた第9の信号と第2の積分器の出力に第6の係数
    を乗じて得られた第10の信号とを加算した第11の信
    号を出力とする2次のループフィルタブロックを第1の
    2次ループフィルタブロックとし、該第1の2次ループ
    フィルタブロックと同一構成で、係数値が同一または異
    なるN個の2次ループフィルタブロックを直列に接続
    し、最終段のブロックを除く各2次ループフィルタブロ
    ックの全ての積分器の出力に所定の係数をそれぞれ乗じ
    た後に加算し量子化器に入力し、該量子化器の出力を最
    終の出力信号とすることを特徴とするノイズシェーピン
    グ方法。
  2. 【請求項2】入力端子に第1の係数器が接続され、該第
    1の係数器出力は第1の減算器の一方の入力に接続さ
    れ、該第1の減算器の他の一方の入力端子には遅延回路
    の出力が第2の係数器を介して接続され、該第1の減算
    器の出力は第1の積分器の入力に接続され、該第1の積
    分器の出力は第3の係数器を介して第2の減算器の一方
    の入力に接続され、該第2の減算器の他の一方の入力に
    は該第1の係数器出力が第4の係数器を介して接続さ
    れ、該第2の減算器の出力は第2の積分器の入力に接続
    され、該第2の積分器の出力は第5の係数器を介して第
    1の加算器の一方の入力に接続され、該第1の加算器の
    他の一方の入力には該第1の積分器出力が第6の係数器
    を介して接続されることにより第1の2次ループフィル
    タブロックを形成し、該第1の加算器の出力を第7の係
    数器を介して該2次ループフィルタブロックと同一構成
    で、係数値が同一または異なるN個の2次ループフィル
    タブロックの入力に接続し、これら2次ループフィルタ
    ブロックをN個直列に接続し、最終段のブロックを除く
    各2次ループフィルタブロックに含まれる全ての積分器
    の出力は第80乃至第8Nの係数器を介して全ての出力
    が第2の加算器の入力に接続され、該第2の加算器の出
    力は量子化器の入力に接続され、該量子化器の出力は該
    遅延回路の入力に接続され、該遅延回路の出力は該第1
    の2次ループフィルタブロックにおける該第1の減算器
    と同様に各2次ループフィルタブロックの入力側に配置
    された減算器の信号入力とは異なる他の一方の入力に第
    90乃至第9Nの係数器を介してそれぞれ接続され、同
    時に該量子化器の出力を出力信号として送出する構成で
    あることを特徴とするノイズシェーピング回路。
  3. 【請求項3】請求項2に記載のノイズシェーピング回路
    において、2段目以降の2次ループフイルタブロックに
    おける二つの積分器の間に配置された減算器の一方の入
    力として上記前段の第2の積分器出力に第10の係数を
    乗じた信号を使用することを特徴とするノイズシェーピ
    ング回路。
  4. 【請求項4】請求項2および請求項3に記載のノイズシ
    ェーピング回路において、2段目以降の2次ループフイ
    ルタブロックにおける二つの積分器の間に配置された減
    算器の一方の入力として、前段の上記第2の積分器出力
    に上記第5の係数器とさらに上記第10の係数器とが直
    列に接続されていることを特徴とするノイズシェーピン
    グ回路。
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