JP2001177414A - オーバーサンプリング処理回路およびデジタル−アナログ変換器 - Google Patents

オーバーサンプリング処理回路およびデジタル−アナログ変換器

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JP2001177414A JP36005399A JP36005399A JP2001177414A JP 2001177414 A JP2001177414 A JP 2001177414A JP 36005399 A JP36005399 A JP 36005399A JP 36005399 A JP36005399 A JP 36005399A JP 2001177414 A JP2001177414 A JP 2001177414A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 回路規模を小さくすることができ、部品コス
トを低減することができるオーバーサンプリング処理回
路およびデジタル−アナログ変換器を提供すること。 【解決手段】 オーバーサンプリング処理回路は、乗算
部1、4つのデータ保持部2−1〜2−4、4つのデー
タセレクタ3−1〜3−4、加算部4、2つの積分回路
5−1、5−2を含んで構成されている。入力データに
対して乗算部1によって4つの乗数が乗算され、この4
つの乗算結果が1組となって各データ保持部に保持され
る。データセレクタは、対応するデータ保持部に保持さ
れた4つのデータを所定の順番に読み出して階段関数の
データを生成する。加算部は、それぞれのデータセレク
タから出力される4つの階段関数の値を加算し、この加
算値に対応した2回のデジタル積分処理を2つの積分回
路によって行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、離散的に入力され
るデータの間を補間処理するオーバーサンプリング処理
回路およびこれを用いたデジタル−アナログ変換器に関
する。なお、本明細書においては、関数の値が局所的な
領域で0以外の有限の値を有し、それ以外の領域で0と
なる場合を「有限台」と称して説明を行うものとする。
【0002】
【従来の技術】最近のデジタルオーディオ装置、例えば
CD(コンパクトディスク)プレーヤ等においては、離
散的な音楽データ(デジタルデータ)から連続的なアナ
ログの音声信号を得るためにオーバーサンプリング技術
を適用したD/A(デジタル−アナログ)変換器が用い
られている。このようなD/A変換器は、入力されるデ
ジタルデータの間を補間して擬似的にサンプリング周波
数を上げるために一般にはデジタルフィルタが用いられ
ており、各補間値をサンプルホールド回路によって保持
して階段状の信号波形を生成した後にこれをローパスフ
ィルタに通すことによって滑らかなアナログの音声信号
を出力している。
【0003】ところで、離散的なデジタルデータの間を
補間する方法としては、WO99/38090に開示さ
れたデータ補間方式が知られている。このデータ補間方
式では、全域で1回だけ微分可能であって、補間位置を
挟んで前後2個ずつ、合計4個の標本点のみを考慮すれ
ばよい標本化関数が用いられている。この標本化関数
は、標本化周波数をfとしたときにsin(πft)/
(πft)で定義されるsinc関数と異なり、有限台
の値を有しているため、4個という少ないデジタルデー
タを用いて補間演算を行っても打ち切り誤差が生じない
という利点がある。
【0004】一般には、上述した標本化関数の波形デー
タをFIR(finite impulse response )フィルタのタ
ップ係数に設定したデジタルフィルタを用いることによ
り、オーバーサンプリングを行っている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したデ
ジタルフィルタによって離散的なデジタルデータ間の補
間演算を行うオーバーサンプリング技術を用いると、減
衰特性がなだらかなローパスフィルタを用いることがで
きるため、ローパスフィルタによる位相特性を直線位相
特性に近づけることができるとともに標本化折返し雑音
を低減することが可能になる。このような効果はオーバ
ーサンプリングの周波数を上げれば上げるほど顕著にな
るが、サンプリング周波数を上げるとそれだけデジタル
フィルタのタップ数が多くなるため、回路規模が大きく
なるという問題があった。また、デジタルフィルタを構
成する遅延回路や乗算器の処理速度も高速化されるた
め、高速化に適した高価な部品を使用する必要があり、
部品コストの上昇を招くという問題があった。特に、デ
ジタルフィルタを用いてオーバーサンプリング処理を行
う場合には、標本化関数の具体的な値をタップ係数とし
て用いることになるため、乗算器の構成が複雑になり、
さらに部品コストの上昇を招くことになる。
【0006】また、一般にはオーバーサンプリング処理
回路の後段にローパスフィルタを接続することにより、
デジタル−アナログ変換器を構成することができるが、
上述した従来のオーバーサンプリング処理回路で生じて
いた各種の問題は、これを用いて構成したデジタル−ア
ナログ変換器についても同様に生じていた。
【0007】本発明は、このような点にs鑑みて創作さ
れたものであり、その目的は、回路規模を小さくするこ
とができ、部品コストを低減することができるオーバー
サンプリング処理回路およびデジタル−アナログ変換器
を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明のオーバーサンプリング処理回路は、所
定間隔で入力される複数のデジタルデータのそれぞれに
対応して、複数の乗数を用いた複数の乗算処理を乗算手
段によって行い、これら複数の乗算結果を用いて、入力
された各デジタルデータに対応する階段関数を発生させ
ている。そして、それぞれのデジタルデータに対応する
階段関数の値を加算手段によって加算し、この加算結果
に対して複数回のデジタル積分を行うことにより、滑ら
かな曲線に沿って階段状に値が変化するデジタルデータ
を出力する。このように、順に入力される複数のデジタ
ルデータのそれぞれに対応する各階段関数の値を加算
し、その後この加算結果をデジタル積分することによ
り、値が滑らかに変化する出力データが得られるため、
オーバーサンプリングの周波数を高くする場合にデジタ
ル積分の演算速度を速くするだけでよく、従来のように
構成の複雑化を招くことがなく、構成の簡略化と部品コ
ストの低減が可能になる。
【0009】また、上述した乗算手段による乗算処理に
用いられる各乗数は、区分多項式によって構成された所
定の標本化関数について、これらの区分多項式のそれぞ
れを複数回微分することにより得られる階段関数の各値
に対応していることが望ましい。すなわち、反対にこの
ような階段関数を複数回積分することにより、所定の標
本化関数に対応した波形を得ることができるため、標本
化関数による畳み込み演算を、階段関数を合成すること
によって等価的に実現することが可能になる。したがっ
て、処理内容を単純化することができ、オーバーサンプ
リング処理に必要な処理量の低減が可能になる。
【0010】また、上述した階段関数は、正領域と負領
域の面積が等しく設定されていることが望ましい。これ
により、積分処理手段による積分結果が発散することを
防止することができる。
【0011】また、上述した標本化関数は、全域が1回
だけ微分可能であって有限台の値を有することが望まし
い。全域が1回だけ微分可能であれば充分に自然現象を
近似できると考えられ、しかも微分回数を少なく設定す
ることにより、積分処理手段によりデジタル積分を行う
回数を少なくすることができるため、構成の簡略化が可
能になる。
【0012】また、上述した階段関数は、等間隔に配置
された5つのデジタルデータに対応した所定範囲におい
て、−1、+3、+5、−7、−7、+5、+3、−1
の重み付けがなされた同じ幅の8つの区分領域からなっ
ており、この8つの重み付け係数を乗算手段のそれぞれ
の乗数として設定することが望ましい。単純な重み付け
係数を乗算手段の乗数として用いることができるため、
乗算処理の簡略化が可能になる。
【0013】特に、乗算手段において行われる乗算処理
は、ビットシフトによる2のべき乗倍の演算結果にデジ
タルデータ自身を加算することによって実現することが
望ましい。乗算処理をビットシフト処理と加算処理に置
き換えることができるため、処理内容を簡素化すること
による構成の簡略化、処理の高速化が可能になる。
【0014】また、デジタル積分が行われる回数は2回
であり、積分処理手段から二次関数的に値が変化するデ
ータを出力することが望ましい。複数の離散的なデータ
の間を滑らかに補間するためには、少なくとも二次関数
的に値を変化させる必要があるが、これはデジタル積分
の回数を2回に設定するだけで実現することができるた
め、積分処理手段の構成を簡略化することができる。
【0015】また、積分処理手段によって行われるデジ
タル積分は、入力データを累積する演算処理であり、こ
の演算処理をデジタルデータが入力される1周期内でn
回繰り返し行うことが望ましい。このようにデータを累
積する動作は、入力データを加算するだけで実現するこ
とができるため、積分処理手段の構成の簡略化が可能で
あり、しかもこの演算処理の繰り返し速度を高速化する
ことは容易であるため、構成の複雑化、部品コストの上
昇をほとんど伴わずに、オーバーサンプリングの倍数n
の値を大きく設定することができる。
【0016】また、上述したオーバーサンプリング処理
回路の後段に、電圧発生手段と平滑手段を備えるだけで
デジタル−アナログ変換器を構成することができる。し
たがって、本発明のデジタル−アナログ変換器は、構成
の簡略化と部品コストの低減が可能となる。また、上述
したオーバーサンプリング処理回路は、構成の複雑化、
部品コストの上昇をほとんど伴わずに容易にオーバーサ
ンプリング周波数を高く設定することができることか
ら、これを用いたデジタル−アナログ変換器の出力波形
の歪みを低減することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した一実施形
態のオーバーサンプリング処理回路について、図面を参
照しながら詳細に説明する。図1は、本実施形態のオー
バーサンプリング処理回路における補間演算に用いられ
る標本化関数の説明図である。この標本化関数H(t)
は、WO99/38090に開示されたものであり、以
下の式で表される。
【0018】 (−t2 −4t−4)/4 ;−2≦t<−3/2 (3t2 +8t+5)/4 ;−3/2≦t<−1 (5t2 +12t+7)/4 ;−1≦t<−1/2 (−7t2 +4)/4 ;−1/2≦t<0 (−7t2 +4)/4 ;0≦t<1/2 (5t2 −12t+7)/4 ;1/2≦t<1 (3t2 −8t+5)/4 ;1≦t<3/2 (−t2 +4t−4)/4 ;3/2≦t≦2 …(1) ここで、t=0、±1、±2が標本位置を示している。
図1に示される標本化関数H(t)は、全域において1
回だけ微分可能であって、しかも標本位置t=±2にお
いて0に収束する有限台の関数であり、この標本化関数
H(t)を用いて各標本値に基づく重ね合わせを行うこ
とにより、標本値の間を1回だけ微分可能な関数を用い
て補間することができる。
【0019】図2は、標本値とその間の補間値との関係
を示す図である。図2に示すように、4つの標本位置を
t1、t2、t3、t4とし、それぞれの間隔を1とす
る。標本位置t2とt3の間の補間位置t0に対応する
補間値yは、 y=Y(t1)・H(1+a)+Y(t2)・H(a) +Y(t3)・H(1−a)+Y(t4)・H(2−a) …(2) となる。ここで、Y(t)は標本位置tにおける各標本
値を示している。また、1+a、a、1−a、2−aの
それぞれは、補間位置t0と各標本位置t1〜t4間で
の距離である。
【0020】ところで、上述したように、原理的には各
標本値に対応させて標本化関数H(t)の値を計算して
畳み込み演算を行うことにより、各標本値の間の補間値
を求めることができるが、図1に示した標本化関数は全
域で1回だけ微分可能な二次の区分多項式であり、この
特徴を利用して、等価的な他の処理手順によって補間値
を求めることができる。
【0021】図3は、図1に示した標本化関数を1回微
分した波形を示す図である。図1に示した標本化関数H
(t)は、全域で1回微分可能な二次の区分多項式であ
るため、これを1回微分することにより、図3に示すよ
うな連続的な折れ線状の波形からなる折れ線関数を得る
ことができる。
【0022】また、図4は図3に示した折れ線関数をさ
らに微分した波形を示す図である。但し、折れ線波形に
は複数の角点が含まれており、全域で微分することはで
きないため、隣接する2つの角点に挟まれた直線部分に
ついて微分を行うものとする。図3に示す折れ線波形を
微分することにより、図4に示すような階段状の波形か
らなる階段関数を得ることができる。
【0023】このように、上述した標本化関数H(t)
は、全域を1回微分して折れ線関数が得られ、この折れ
線関数の各直線部分をさらに微分することにより階段関
数が得られる。したがって、反対に図4に示した階段関
数を発生させ、これを2回積分することにより、図1に
示した標本化関数H(t)を得ることができる。
【0024】なお、図4に示した階段関数は正領域と負
領域とが等しい面積を有しており、これらを合計した値
が0となる特徴を有している。換言すれば、このような
特徴を有する階段関数を複数回積分することにより、図
1に示したような全域における微分可能性が保証された
有限台の標本化関数を得ることができる。
【0025】ところで、(2)式に示した畳み込み演算
による補間値の算出では、標本化関数H(t)の値に各
標本値を乗算したが、図4に示した階段関数を2回積分
して標本化関数H(t)を求める場合には、この積分処
理によって得られた標本化関数の値に各標本値を乗算す
る場合の他に、等価的には、積分処理前の階段関数を発
生させる際に、各標本値が乗算された階段関数を発生さ
せ、この階段関数を用いて畳み込み演算を行った結果に
対して2回の積分処理を行って補間値を求めることがで
きる。本実施形態のオーバーサンプリング処理回路は、
このようにして補間値を求めており、次にその詳細を説
明する。
【0026】図5は、本実施形態のオーバーサンプリン
グ処理回路の構成を示す図である。同図に示すオーバー
サンプリング処理回路は、乗算部1、4つのデータ保持
部2−1、2−2、2−3、2−4、4つのデータセレ
クタ3−1、3−2、3−3、3−4、加算部4、2つ
の積分回路5−1、5−2を含んで構成されている。
【0027】乗算部1は、所定の時間間隔で順次入力さ
れる離散的なデジタルデータに対して、図4に示した階
段関数の各値に対応した乗数を乗算した結果を出力す
る。図4に示した階段関数の各値は、上述した(1)式
の各区分多項式を2回微分することにより得ることがで
き、以下のようになる。
【0028】−1 ;−2≦t<−3/2 +3 ;−3/2≦t<−1 +5 ;−1≦t<−1/2 −7 ;−1/2≦0 −7 ;0≦t<1/2 +5 ;1/2≦t<1 +3 ;1≦t<3/2 −1 ;3/2≦t≦2 したがって、乗算部1は、例えば、データDが入力され
た場合に、この入力データDに対して上述した階段関数
に対応した4種類の値(−1、+3、+5、−7)を乗
数としてそれぞれ乗算して、−D、+3D、+5D、−
7Dの4つで1組のデータを並行して出力する。
【0029】データ保持部2−1〜2−4は、乗算部1
から出力される4つのデータを1組として巡回的に取り
込み、次の取り込みタイミングまでそのデータを保持す
る。例えば、最初の入力データに対応して乗算部1から
出力される4つのデータがデータ保持部2−1に取り込
まれて保持され、2番目の入力データに対応して乗算部
1から出力される4つのデータがデータ保持部2−1に
取り込まれて保持される。同様に、3番目、4番目の入
力データに対応して乗算部1から出力される4つのデー
タがデータ保持部2−3、2−4に順番に取り込まれて
保持される。各データ保持部2−1〜2−4におけるデ
ータの保持動作を一巡すると、次に5番目の入力データ
に対応して乗算部1から出力される4つのデータが、一
番早くデータを保持したデータ保持部2−1に取り込ま
れて保持される。このようにして、入力データに対応し
て乗算部1から出力される4つのデータがデータ保持部
2−1等によって巡回的に保持される。
【0030】データセレクタ3−1〜3−4は、1対1
に対応するデータ保持部2−1〜2−4のそれぞれに保
持された4つのデータを所定の順番で読み出すことによ
り、階段関数に対応して階段状に値が変化するデータを
出力する。具体的には、例えば、データDに上述した4
種類の乗数を乗算して得られた4つのデータ(−D、+
3D、+5D、−7D)がデータ保持部2−1に保持さ
れている場合に、データセレクタ3−1は、この保持さ
れたデジタルデータを所定の時間間隔で−D、+3D、
+5D、−7D、−7D、+5D、+3D、−Dという
順番で巡回的に読み出すことにより、入力データDに比
例した値を有する階段関数のデータを出力する。
【0031】加算部4は、4つのデータセレクタ3−1
〜3−4から出力されるそれぞれの階段関数の値をデジ
タル的に加算する。縦続接続された2つの積分回路5−
1、5−2は、加算部4から出力されるデータに対して
2回の積分演算を行う。前段の積分回路5−1からは直
線状(一次関数的)に変化するデータが出力され、後段
の積分回路5−2からは二次関数的に変化するデータが
出力される。
【0032】図6は、積分回路5−1、5−2の詳細な
構成を示す図である。前段の積分回路5−1は、2つの
D型フリップフロップ(D−FF)51a、51cと加
算器(ADD)51bを含んで構成されている。加算器
51bは、2つの入力端子を有しており、一方の入力端
子には加算部4から出力されて一旦D型フリップフロッ
プ51aに保持されたデータが入力され、他方の入力端
子には加算器51b自身から出力されたデータを一旦D
型フリップフロップ51cに保持したデータが入力され
る。また、各フリップフロップ51a、51cは、積分
演算用のクロック信号CLK2に同期したデータの保持
動作を行っている。このクロック信号CLK2がオーバ
ーサンプリング周波数に対応しており、入力データの入
力タイミングに同期したクロック信号CLKのn倍の周
波数に設定されている。したがって、このような構成を
有する積分回路5−1に加算部4から出力されるデータ
が入力されると、クロック信号CLK2に同期してこの
入力データを累積するデジタル積分演算が行われる。
【0033】後段の積分回路5−2は、上述した前段の
積分回路5−1と基本的に同じ構成を有しており、2つ
のD型フリップフロップ(D−FF)52a、52cと
加算器(ADD)52bを含んで構成されている。した
がって、このような構成を有する積分回路5−2に前段
の積分回路5−1から出力されるデータが入力される
と、クロック信号CLK2に同期してこの入力データを
累積するデジタル積分演算が行われる。
【0034】ところで、上述したデータセレクタ3−1
から出力される階段関数の値は、所定のタイミングで乗
算部1に入力されたデジタルデータの値に比例している
ため、この階段関数の値に対して2つの積分回路5−
1、5−2によって2回のデジタル積分演算を繰り返す
ことにより、後段の積分回路5−1から出力されるデー
タには、図1に示した標本化関数と入力データとを乗算
した結果に対応するデータが含まれることになる。ま
た、加算部4によって、各データセレクタ3−1〜3−
4から出力される階段関数の値を加算するということ
は、後段の積分回路5−2から出力されるデータに着目
すると、図1に示した標本化関数を用いて畳み込み演算
を行うことに他ならない。
【0035】したがって、本実施形態のオーバーサンプ
リング処理回路にデジタルデータが一定の時間間隔で入
力される場合を考えると、この入力間隔に対応させて各
データセレクタ3−1〜3−4による階段関数データの
出力タイミングをずらし、それぞれにおいて発生した階
段関数の加算を行い、その結果に対して2回の積分処理
を行うことにより、一定間隔で入力されるデジタルデー
タの間を結ぶ滑らかな曲線に沿って階段状に値が変化す
るデジタルデータが得られる。
【0036】上述した乗算部1が乗算手段に、データ保
持部2−1等とデータセレクタ3−1等との組み合わせ
が階段関数発生手段に、加算部4が加算手段に、積分回
路5−1、5−2が積分処理手段にそれぞれ対応する。
【0037】図7は、本実施形態のオーバーサンプリン
グ処理回路の動作タイミングを示す図である。図7
(A)に示すように一定の時間間隔でデジタルデータD
1 、D2、D3 、…が入力されると、各データ保持部2
−1〜2−4は、これらのデジタルデータD1 、D2
3 、…に対応した4つのデータを巡回的に保持する。
具体的には、データ保持部2−1は、1番目の入力デー
タD1 に対応して乗算部1から出力される4つのデータ
−D1 、+3D1 、+5D1 、−7D1 を取り込んで、
入力されるデジタルデータが一巡するまで(5番目の入
力データD5 に対応する4つのデータ(−D5 、+3D
5 、+5D5 、−7D5 )が入力されるまで)保持する
(図7(B))。また、データセレクタ3−1は、この
1番目の入力データD1 に対応する4つのデータを所定
の順番で読み出して、入力データD1に比例した値を有
する階段関数を発生する(図7(C))。
【0038】同様に、データ保持部2−2は、2番目の
入力データD2 に対応して乗算部1から出力される4つ
のデータ−D2 、+3D2 、+5D2 、−7D2 を取り
込んで、入力されるデジタルデータが一巡するまで(6
番目の入力データD6 に対応する4つのデータが入力さ
れるまで)保持する(図7(D))。また、データセレ
クタ3−2は、この2番目の入力データD2 に対応する
4つのデータを所定の順番で読み出して、入力データD
2 に比例した値を有する階段関数を発生する(図7
(E))。
【0039】データ保持部2−3は、3番目の入力デー
タD3 に対応して乗算部1から出力される4つのデータ
−D3 、+3D3 、+5D3 、−7D3 を取り込んで、
入力されるデジタルデータが一巡するまで(7番目の入
力データD7 に対応する4つのデータが入力されるま
で)保持する(図7(F))。また、データセレクタ3
−3は、この3番目の入力データD3 に対応する4つの
データを所定の順番で読み出して、入力データD3 に比
例した値を有する階段関数を発生する(図7(G))。
【0040】データ保持部2−4は、4番目の入力デー
タD4 に対応して乗算部1から出力される4つのデータ
−D4 、+3D4 、+5D4 、−7D4 を取り込んで、
入力されるデジタルデータが一巡するまで(7番目の入
力データD7 に対応する4つのデータが入力されるま
で)保持する(図7(H))。また、データセレクタ3
−4は、この4番目の入力データD4 に対応する4つの
データを所定の順番で読み出して、入力データD4 に比
例した値を有する階段関数を発生する(図7(I))。
【0041】加算部4は、このようにして4つのデータ
セレクタ3−1〜3−4のそれぞれから出力される各階
段関数の値を加算する。ところで、図4に示したよう
に、各データセレクタ3−1〜3−4によって発生する
階段関数は、図1に示した標本化関数の有限台の範囲で
ある標本位置t=−2〜+2の領域を0.5毎に分割し
た8つの区分領域を有する有限台の関数である。例え
ば、標本位置t=−2から+2に向かって順に第1区分
領域、第2区分領域、…第8区分領域とする。
【0042】まず、加算部4は、データセレクタ3−1
から出力される第7区分領域に対応する値(+3D1
と、データセレクタ3−2から出力される第5区分領域
に対応する値(−7D2 )と、データセレクタ3−3か
ら出力される第3区分領域に対応する値(+5D3
と、データセレクタ3−4から出力される第1区分領域
に対応する値(−D4 )とを加算して、加算結果(+3
1 −7D2 +5D3 −D4 )を出力する。
【0043】次に、加算部4は、データセレクタ3−1
から出力される第8区分領域に対応する値(−D1
と、データセレクタ3−2から出力される第6区分領域
に対応する値(+5D2 )と、データセレクタ3−3か
ら出力される第4区分領域に対応する値(−7D3
と、データセレクタ3−4から出力される第2区分領域
に対応する値(+3D4 )とを加算して、加算結果(−
1 +5D2 −7D3 +3D4 )を出力する。
【0044】このようにして加算部4から順に階段状の
加算結果が出力されると(図7(J))、前段の積分回
路5−1は、このデータを積分して折れ線状に値が変化
する複数のデータを出力する(図7(K))。また、後
段の積分回路5−2は、この折れ線状に値が変化するデ
ータをさらに積分して、入力データD2 とD3 の間で、
1回だけ微分可能な滑らかな曲線に沿って値が変化する
複数のデータを出力する(図7(L))。
【0045】図8は、2つの積分回路5−1、5−2か
ら出力されるデータの詳細を示す図である。例えば、各
積分回路5−1、5−2に入力される積分演算用のクロ
ック信号CLK2の周波数が、入力データのサンプリン
グ周波数(クロック信号CLKの周波数)の20倍に設
定されている。図8(A)に示すように、前段の積分回
路5−1から出力される複数のデータは、一次関数的に
値が変化する。また、図8(B)に示すように、後段の
積分回路5−2から出力される複数のデータは、二次関
数的に値が変化する。
【0046】なお、図6に構成を示した各積分回路5−
1、5−2においては、それぞれに入力されるデータを
単に累積することによりデジタル積分を行っているた
め、それぞれから出力されるデータの値がオーバーサン
プリングの倍数に応じて大きくなってしまうため、入出
力データの値を一致させるためには、各積分回路5−
1、5−2のそれぞれの出力段に除算回路を設けるよう
にすればよい。例えば、図8に示した例では、入力デー
タに対して出力データの値が20倍になるため、除数が
「20」の除算回路を各積分回路5−1、5−2内の最
後部に設ければよい。但し、オーバーサンプリングの倍
数を2のべき乗倍(例えば2、4、8、16、…)に設
定した場合には、各積分回路5−1、5−2の出力デー
タを下位ビット側にビットシフトすることにより、出力
データに対する除算処理が可能になるため、上述した除
算回路を省略することができる。例えば、オーバーサン
プリングの倍数を「16」とした場合には、各積分回路
5−1、5−2の出力データを下位ビット側に5ビット
分シフトすればよいため、それぞれの回路の出力端側の
結線をあらかじめ5ビット分ずらしておけばよい。
【0047】このように、本実施形態のオーバーサンプ
リング処理回路は、入力されるデジタルデータのそれぞ
れに対応する4つの乗算結果を一組として4つのデータ
保持部2−1〜2−4に巡回的に保持し、この保持した
4つのデータをデータセレクタ3−1〜3−4によって
所定の順番で読み出すことにより階段関数を発生させた
後、この階段関数の値を4つの入力データに対応させて
加算部4によって加算している。そして、加算部4の出
力データに対して2つの積分回路5−1、5−2によっ
て2回のデジタル積分処理を行うことにより、入力され
た各デジタルデータに対して擬似的にn倍にサンプリン
グ周波数を上げるオーバーサンプリング処理を行うこと
ができる。
【0048】特に、本実施形態のオーバーサンプリング
処理回路では、オーバーサンプリングの周波数を入力デ
ータのサンプリング周波数の何倍に設定するかは、2つ
の積分回路5−1、5−2に入力するクロック信号CL
K2の周波数のみに依存する。すなわち、これら2つの
積分回路5−1、5−2のみを高速の部品を用いて構成
するだけで、オーバーサンプリングの倍数を大きく設定
することができる。したがって、デジタルフィルタを用
いてオーバーサンプリング処理を行う従来方法と異な
り、オーバーサンプリングの周波数を上げた場合であっ
ても回路規模が大きくなるということはなく、部品コス
トの上昇も最小限に抑えることができる。また、乗算部
1の4つの乗数を整数値とすることにより、演算内容が
簡素化されるため、これらの乗算部の構成も単純にな
り、さらに部品コストを下げることができる。
【0049】また、例えば、サンプリング周波数のn倍
(例えば1024倍)の擬似的な周波数を得るためにオ
ーバーサンプリング処理を行う場合を考えると、従来で
は、各部品の動作速度もこの擬似的な周波数と同じにす
る必要があったが、本実施形態のオーバーサンプリング
処理回路では、2つの積分回路を除くとサンプリング周
波数あるいはその2倍の周波数で各データ保持部や各デ
ータセレクタを動作させる必要があるだけであり、各部
品の動作速度を大幅に下げることができる。
【0050】図9は、図5に示した乗算部1の詳細構成
を示す図である。図9に示すように、乗算部1は、入力
データの各ビットの論理を反転して出力する2つのイン
バータ10、11と、乗数「2」の乗算を行う乗算器1
2と、乗数「4」の乗算を行う乗算器13と、乗数
「8」の乗算を行う乗算器14と、4つの加算器15、
16、17、18とを含んで構成されている。
【0051】例えば、このような構成を有する乗算部1
にデータD1 が入力された場合に、インバータ10から
入力データD1 の各ビットの論理を反転したデータが出
力され、加算器15によってこの出力データに対して最
下位ビットに“1”を加算することにより、入力データ
1 の補数が得られる。これは、入力データD1 を−1
倍した値(−D1 )を等価的に表している。また、乗算
器12から入力データD1 を2倍した値(+2D1 )が
出力され、加算器16によってこのデータに対して元の
入力データD1 が加算されることにより、入力データD
1 を3倍した値(+3D1 )が得られる。同様に、乗算
器13から入力データD1 を4倍した値(+4D1 )が
出力され、これと元の入力データD1 とが加算器17に
よって加算されて、入力データD1 を5倍した値(+5
1 )が得られる。また、乗算器14から入力データD
1 を8倍した値(+8D1 )が出力され、この出力デー
タの各ビットの論理をインバータ11によって反転した
データに対して、加算器18によって元の入力データD
1 が加算される。この加算器18はキャリー端子Cが有
効になっており、インバータ11の出力データに対して
最下位ビットに“1”を加算することにより、インバー
タ11の出力データの補数が得られる。したがって、加
算器18によって、入力データD1 を−8倍した値(−
8D1 )に対して元の入力データD1 が加算されること
により、入力データD1 を−7倍した値(−7D1 )が
得られる。
【0052】上述した3つの乗算器12、13、14
は、乗数が2のべき乗であることから単純にビットシフ
トを行うだけで乗算処理を行うことができる。このよう
に、ビットシフトによる2のべき乗の乗算処理と加算処
理とを組み合わせることにより、4つの乗数の乗算処理
を行うことにより、構成の簡略化が可能となる。
【0053】ところで、上述したオーバーサンプリング
処理回路の後段にローパスフィルタ等を追加することに
より、少ない部品でD/A変換器を構成することができ
る。図10は、D/A変換器の構成を示す図である。こ
のD/A変換器は、図5に示したオーバーサンプリング
処理回路の後段に、D/A変換器6とローパスフィルタ
(LPF)7を追加した構成を有している。D/A変換
器6が電圧発生手段に、ローパスフィルタ7が平滑手段
にそれぞれ対応する。
【0054】D/A変換器6は、後段の積分回路5−2
から出力される階段状のデジタルデータに対応するアナ
ログ電圧を発生する。このD/A変換器6は、入力され
るデジタルデータの値に比例した一定のアナログ電圧を
発生するため、D/A変換器6の出力端に現れる電圧値
も階段状に変化する。ローパスフィルタ7は、D/A変
換器6の出力電圧を平滑化して、滑らかに変化するアナ
ログ信号を出力する。
【0055】図10に示したD/A変換器は、図5に示
したオーバーサンプリング処理回路を用いていることか
ら、構成の簡略化、部品コストの低減が可能となる。特
に、オーバーサンプリングの周波数を高くして歪みの少
ない出力波形を得るようにした場合であっても、構成の
複雑化を伴うことなく、コストの低減を実現することが
できる。
【0056】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施
が可能である。例えば、上述した実施形態では、標本化
関数を全域で1回だけ微分可能な有限台の関数とした
が、微分可能回数を2回以上に設定してもよい。この場
合には、微分可能回数に一致させた数の積分回路を備え
るようにすればよい。
【0057】また、図1に示すように、本実施形態の標
本化関数は、t=±2で0に収束するようにしたが、t
=±3以上で0に収束するようにしてもよい。例えば、
t=±3で0に収束するようにした場合には、図5に示
したオーバーサンプリング処理回路に含まれるデータ保
持部やデータセレクタのそれぞれの数を6とし、6組の
デジタルデータを対象に補間処理を行うようにすればよ
い。
【0058】また、必ずしも有限台の標本化関数を用い
て補間処理を行う場合に限らず、−∞〜+∞の範囲にお
いて所定の値を有する有限回微分可能な標本化関数を用
い、有限の標本位置に対応する複数個のデジタルデータ
のみを補間処理の対象とするようにしてもよい。例え
ば、このような標本化関数が二次の区分多項式で定義さ
れているものとすると、各区分多項式を2回微分するこ
とにより所定の階段関数を得ることができるため、この
階段関数を用いて畳み込み演算を行った結果に対して2
回の積分処理を行うことにより、オーバーサンプリング
処理を行うことができる。
【0059】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば、順に
入力される複数のデジタルデータのそれぞれに対応する
所定の階段関数を発生させてこれらを加算し、その後こ
の加算結果をアナログ電圧に変換して積分することによ
り連続的に変化するアナログ電圧が得られるため、最終
的なアナログ信号を得るためにローパスフィルタを用い
る必要がなく、扱う信号の周波数によって位相特性が異
なるために群遅延特性が悪化するといったことがなく、
歪みの少ない出力波形を得ることができる。また、オー
バーサンプリングを行っていた従来の手法に比べると、
部品の動作速度を上げる必要がないため、高価な部品を
使用する必要がなく、部品コストの低減が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態のオーバーサンプリング処理回路に
おける補間演算に用いられる標本化関数の説明図であ
る。
【図2】標本値とその間の補間値との関係を示す図であ
る。
【図3】図1に示した標本化関数を1回微分した波形を
示す図である。
【図4】図3に示した折れ線関数をさらに微分した波形
を示す図である。
【図5】本実施形態のオーバーサンプリング処理回路の
構成を示す図である。
【図6】図5に示したオーバーサンプリング処理回路に
含まれる積分回路の詳細な構成を示す図である。
【図7】本実施形態のオーバーサンプリング処理回路の
動作タイミングを示す図である。
【図8】積分回路から出力されるデータの詳細を示す図
である。
【図9】乗算部の詳細な構成を示す図である。
【図10】図5に示したオーバーサンプリング処理回路
を用いたD/A変換器の構成を示す図である。
【符号の説明】
1 乗算部 2−1、2−2、2−3、2−4 データ保持部 3−1、3−2、3−3、3−4 データセレクタ 4 加算部 5−1、5−2 積分回路

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定間隔で入力される複数のデジタルデ
    ータのそれぞれに対して、複数の乗数を用いた複数の乗
    算処理を行う乗算手段と、 前記乗算手段によって得られた複数の乗算結果を用い
    て、前記複数のデジタルデータのそれぞれに対応する階
    段関数を、前記複数のデジタルデータのそれぞれの入力
    タイミングに同期させて発生する複数の階段関数発生手
    段と、 前記複数の階段関数発生手段によって発生した前記階段
    関数の値を加算する加算手段と、 前記加算手段の出力データに対して複数回のデジタル積
    分を行う積分処理手段と、 を備えることを特徴とするオーバーサンプリング処理回
    路。
  2. 【請求項2】 請求項1において、 前記乗算手段による乗算処理に用いられる各乗数は、区
    分多項式によって構成された所定の標本化関数につい
    て、前記区分多項式のそれぞれを複数回微分することに
    より得られる階段関数の各値に対応していることを特徴
    とするオーバーサンプリング処理回路。
  3. 【請求項3】 請求項2において、 前記階段関数は、正領域と負領域の面積が等しく設定さ
    れていることを特徴とするオーバーサンプリング処理回
    路。
  4. 【請求項4】 請求項3において、 前記標本化関数は、全域が1回だけ微分可能であって有
    限台の値を有することを特徴とするオーバーサンプリン
    グ処理回路。
  5. 【請求項5】 請求項2または3において、 前記階段関数は、等間隔に配置された5つの前記デジタ
    ルデータに対応した所定範囲において、−1、+3、+
    5、−7、−7、+5、+3、−1の重み付けがなされ
    た同じ幅の8つの区分領域からなっており、この8つの
    重み付け係数を前記乗算手段の乗数として設定すること
    を特徴とするオーバーサンプリング処理回路。
  6. 【請求項6】 請求項5において、 前記乗算手段において行われる乗算処理は、ビットシフ
    トによる2のべき乗倍の演算結果に前記デジタルデータ
    自身を加算することによって実現されることを特徴とす
    るオーバーサンプリング処理回路。
  7. 【請求項7】 請求項1〜6のいずれかにおいて、 前記デジタル積分が行われる回数は2回であり、前記積
    分処理手段から二次関数的に値が変化するデータを出力
    することを特徴とするオーバーサンプリング処理回路。
  8. 【請求項8】 請求項1〜7のいずれかにおいて、 前記積分処理手段によって行われる前記デジタル積分
    は、入力データを累積する演算処理であり、この演算処
    理を前記デジタルデータが入力される1周期内でn回繰
    り返し行うことにより、n倍のオーバーサンプリング処
    理を行うことを特徴とするオーバーサンプリング処理回
    路。
  9. 【請求項9】 請求項1〜8のいずれかのオーバーサン
    プリング処理回路の後段に、 前記積分処理手段から出力されるデータの値に対応する
    アナログ電圧を生成する電圧発生手段と、 前記電圧発生手段によって生成される前記アナログ電圧
    を平滑化する平滑手段と、 を備えることを特徴とするデジタル−アナログ変換器。
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