JP2001251190A - デルタシグマd/a変換器 - Google Patents

デルタシグマd/a変換器

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JP2001251190A
JP2001251190A JP2000064022A JP2000064022A JP2001251190A JP 2001251190 A JP2001251190 A JP 2001251190A JP 2000064022 A JP2000064022 A JP 2000064022A JP 2000064022 A JP2000064022 A JP 2000064022A JP 2001251190 A JP2001251190 A JP 2001251190A
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converter
code
cycle
local
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JP2000064022A
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Minoru Takeda
稔 竹田
Kazuyuki Fujiwara
一之 藤原
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Nippon Precision Circuits Inc
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Nippon Precision Circuits Inc
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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
    • H03M3/324Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by means or methods for compensating or preventing more than one type of error at a time, e.g. by synchronisation or using a ratiometric arrangement
    • H03M3/346Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by means or methods for compensating or preventing more than one type of error at a time, e.g. by synchronisation or using a ratiometric arrangement by suppressing active signals at predetermined times, e.g. muting, using non-overlapping clock phases
    • 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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  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 デルタシグマ方式D/A変換器において、デ
ジタル処理により、1量子化ステップをより低いステッ
プで段階的なミュートを可能とする。 【解決手段】 サーモメータコード変換器1とローカル
DAC4との間にアナログ信号をゼロとするミュートコ
ード15とサーモメータコード14とを選択的にローカ
ルDAC4に出力するマルチプレクサ2を設け、サンプ
リング周期の1/Mの期間を1サイクルとし、m1(0
≦m1≦M)サイクルにサーモメータコード14を、他
のm2(m2=M−m1)サイクルにミュートコード1
5をマルチプレクサ2の出力とし、サンプリング周期毎
に段階的にm1サイクルを減少させてミュートし、また
は増加させてミュートを解除する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は高S/N(信号対雑
音比)のオーディオ用のデルタシグマ(変調)方式のD
/A変換器に関し、特に3次以上の次数をもち、ミュー
ト動作および解除時のクリック音を低減したデルタシグ
マD/A変換器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】オーディオ用のD/A変換器の性能は全
高調波歪率(高調波成分と信号との比)、S/N(信号
対雑音比)などを比較的容易に実現可能なデルタシグマ
(変調)方式が多く用いられている。このデルタシグマ
方式では,ノイズシェーピング技術により、たとえば1
6ビット以上のPCMデジタル信号を2レベル(1ビッ
ト)から数レベル(数ビット)の低量子化信号に変換
し、数レベルのローカルなD/A変換器(以降、ローカ
ルDACと言う。)でアナログ信号に再生することがで
きる長所がある。
【0003】このようなデルタシグマ出力をミュートす
る場合には、PCM(Pulse CodeModulation)オーデ
ィオ信号の場合のように簡単には信号処理ができない。
従来、デルタシグマ方式のD/A変換器のミュート方法
としては、図11に示す、特公平7−118647号公
報に記載される方式がある。この方式では、量子化器1
1a、加算器11b、11c、遅延回路11d、11
e、11f、乗算器11g、11h、11iからなるノ
イズシェーパ(デルタシグマ変換器)11Aとローカル
DAC11Bとの間にミュート回路11cを設けて、図
示しない外部回路によってノイズシェーパ11A内の状
態を判定し、ノイズシェーパ11Aと同じクロックで動
作するミュート回路11Cによって量子化器出力Xにミ
ュートをかける方式である。この特許でのミュートの目
的は、ノイズシェーパのオーディオ入力信号がない状態
でも量子化器から出力されるアイドリングノイズを出力
させないためである。しかし、この方式でも、ミュート
時の量子化器出力のステップは、最低でも1量子化ステ
ップである。この1量子化ステップの大きさを計算して
みると、2〜5ビットのD/A変換器のフルスイング出
力を5Vpp(peak-to-peak)とした場合、5/
(22)〜5/(25)=1.25〜0.1562Vpp
の量子化ステップとなる。図12は、24レベルの3次
ノイズシェーパ出力で最小量子化ステップ(±1レベ
ル)のアイドリング変動になった際にミュートをかけた
場合をシミュレーション的に図示したものである。ミュ
ート時に最低このステップが発生する。
【0004】このため、他の従来のデルタシグマD/A
変換器では、図13のようにローカルDACの後段で電
子ボリウムやトランジスタ等のミュート回路11Dにて
アナログミュ−トをかけることが多い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】以上のように従来のデ
ルタシグマ方式D/A変換器では、ミュート時の量子化
器出力のステップは最低でも1量子化ステップである。
この1量子化ステップの大きさは、PCMに比べてはる
かに大きく、ミュート時ノイズを低減するために、D/
A変換器の後段でアナログミュ−トをかけることがほぼ
必須であった。このため、アナログミュート回路による
信号パス増加によるD/A変換特性劣化や、その制御回
路量が増大する。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、デルタシグマ
方式D/A変換器において、1量子化ステップをローカ
ルD/A変換器でアナログに変換する段階でデジタル的
に処理を行い、実質的に1量子化ステップをより低いス
テップで段階的なミュート(通常、「ソフトミュート」
と呼ばれている。)を可能とすることで、後段のアナロ
グミュート回路を不要とする。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明では、特定のサンプリング
周期で3レベル以上を有する出力信号を発生する量子化
器を備えたノイズシェーパと、上記量子化器の出力信号
をNレベルのサーモメータコードに変換するサーモメー
タコード変換器と、それぞれサーモメータコードの1レ
ベルに対応するN個のローカルD/A変換器と、上記N
個のローカルD/A変換器の出力信号を加算し、アナロ
グ信号を発生するアナログ加算器とを有するデルタシグ
マD/A変換器において、上記サーモメータコード変換
器と上記ローカルD/A変換器との間に、上記アナログ
信号をゼロとするミュートコードと上記サーモメータコ
ードとを選択的に上記ローカルD/A変換器に出力する
マルチプレクサを設け、上記サンプリング周期の1/M
の期間を1サイクルとし、m1(0≦m1≦M)サイク
ルに上記サーモメータコードを上記マルチプレクサの出
力とし、他のm2(m2=M−m1)サイクルに上記ミ
ュートコードを上記マルチプレクサの出力とし、上記サ
ンプリング周期毎に段階的にm1サイクルを減少させて
ミュートし、または増加させてミュートを解除する。
【0008】また、それぞれに上記マルチプレクサの各
ローカルD/A変換器に対応した出力信号を受けるN個
のレジスタを有し、当該レジスタの値を上記サイクルで
サイクリックにシフトするシフトレジスタを設け、当該
シフトレジスタを介して上記マルチプレクサの出力信号
を上記ローカルD/A変換器に与えることも好ましい。
【0009】
【実施例】本発明に係わるデルタシグマ方式D/A変換
器の詳細を図1に示す第1の実施例にそって説明する。
同図は8レベルのデルタシグマ方式D/A変換器であ
り、サーモメータ(温度計)コード変換器1、マルチプ
レクサ2、データラッチ3、8個のローカルな1ビット
D/A変換器(以降、ローカルDACと言う。)4、ア
ナログ加算器5、ミュートコントロール信号発生器6及
びノイズシェーパ11Aとからなる。ノイズシェーパ1
1Aは図11に示した従来のものと同様のものである。
サーモメータコード変換器1は、ノイズシェーパ11A
の量子化器から8レベル(3ビット相当)の出力信号を
受けており、この量子化器出力10をサンプリング周波
数fsで8レベルのサーモメータ(温度計)コードに変
換する。各ローカルDAC4はサーモメータコードの各
ビットに対応しており、入力信号の論理レベルに応じた
出力信号を発生する。アナログ加算器5は8個のローカ
ルDAC4の出力信号を加算し、アナログ信号を発生す
る。
【0010】サーモメータコード変換器1とローカルD
AC4との間に、マルチプレクサ2、データラッチ3が
設けられている。マルチプレクサ2は、サンプリング周
波数の整数M倍の周波数fd(ここでは、fd=8・f
s)のクロック12で動作し、サーモメータコード変換
器1から出力されるサーモメータコード14、アナログ
信号がオーディオ的にゼロ(以降単にアナログゼロ)と
なるサーモメータコードに相当するミュートコード15
の2入力の内何れか1入力を選択的に出力する。データ
ラッチ3は、マルチプレクサ2からのマルチプレクサ2
の出力するデータ16をクロック12の周期で保持でき
る8入力のデータラッチである。1サンプリング周期を
M(ここでは、M=8)サイクルに分割し、このMサイ
クルを2つに分け、一方をm1サイクル、他方をm2サ
イクル(m1+m2=M)とすれば、マルチプレクサ2
は後述するミュートコントロール信号に応じてm1サイ
クルにサーモメータコード14を選択し、m2サイクル
にミュートコード15を選択するものである。ミュート
コントロール信号発生器6は、外部ミュート信号11に
応じてm1サイクルとm2サイクルとをサンプリング周
期毎に順次単調に増減させるミュートコントロール信号
を周波数fdのクロックに基づいて発生する。
【0011】ノイズシェーパ11Aの8レベル量子化器
では、0〜8レベルの中心レベルが4レベルであり、こ
のレベルが交流(AC)的なオーディオ信号ではアナロ
グゼロに相当する。そこで、上記のミュートコード15
は、サーモメータコードの8ビットのうち4ビットが
“1”で、他の4ビットが“0”となるコードとする。
したがって、マルチプレクサの2入力の内、サーモメー
タコードでない方の入力を4端子は“1”に、他の4端
子が“0”に接続されているのはこのためである。
【0012】次に本例の動作について図2乃至図6のタ
イミングチャートを参照しながら説明する。図2に本例
のミュートON制御時の動作を示す。また、図3には本
例のミュートOFF制御時の動作を示す。図2と図3の
Sampling Cycle、fs clock、2fs clock、8fs clock、Co
unter、Mute Signal、Mute Control Multi-Plexer Out
は、それぞれサンプリング周期(サイクル)、サンプリ
ング周波数fsクロック、2fsクロック、8fsクロ
ック、8fsクロックによる0〜7の8サイクルカウン
タの値(ミュートコントロール信号発生器6の内部カウ
ンタコード)、外部ミュート信号、ミュートコントロー
ル信号、マルチプレクサ出力データを示す。
【0013】まず、ミュートON制御時では、図2に示
すように、サンプリング周期0Tsに外部ミュート信号
がOFFからONに切換ると、ミュートコントロール信
号発生器6は8fsクロックに従ってサンプリング周期
8Tsまでサンプリング周期Ts毎に段階的にミュート
コントロール信号の“0”区間を増加させる。つまり、
サンプリング周期1Tsにおけるミュートコントロール
信号発生器6の内部カウンタコード7でミュートコント
ロール信号が0となる。同様に、サンプリング周期2T
s、3Ts、・・・6Ts、7Ts、8Tsでそれぞれ
カウンタコード6〜7、5〜8、・・・2〜7、1〜
7、0〜7でミュートコントロール信号が“0”とな
る。マルチプレクサ2はミュートコントロール信号が
“1”でサーモメータコードD(図2及び3では便宜上
Dと示す。)を選択出力し、“0”でアナログゼロに相
当するミュートコードZ(図2及び3では便宜上Zと示
す。)を選択出力するものであり、マルチプレクサ2の
出力がミュートコードZとなるm2サイクルは段階的に
増加される。
【0014】このようなミュートON制御状態から逆
に、ミュートOFF制御する時は、図3に示すように、
サンプリング周期0Tsで外部ミュート信号がONから
OFFに切換り、次のサンプリング周期1Tsのカウン
タコード0でミュートコントロール信号が“1”に切換
り、サンプリング周期8Tsまでの段階的ミュートコン
トロール信号の“1”区間が増加していく。つまり、サ
ンプリング周期1Tsのカウンタコード0でミュートコ
ントロール信号が“1”となりその結果マルチプレクサ
2の出力がサーモメータコードDとなる。同様に、サン
プリング周期2Ts、3Ts、・・・6Ts、7Ts、
8Tsでそれぞれカウンタコード0〜1、0〜2、・・
・ 0〜5、0〜6、0〜7でミュートコントロール信
号が“1”となる。
【0015】図4のタイミングチャートに本例における
ミュートON、OFF制御時以外の通常時のローカルD
AC動作を示す。同図では、サンプリング周期0Tsか
らサンプリング周期8Tsまでの9サンプリング周期間
のサーモメータコードのレベル(同図ではサンプル値と
示し、後述する図5及び図6でも同様に示す。)が6、
2、5、3、5、3、4、3、5である場合のローカル
DAC4(同図では、各ローカルDAC4をLAD1〜
LAD8と示し、後述する図5及び図6でも同様に示
す。)の出力状態を示している。通常時ではサーモメー
タコードが1サンプリング周期内、言い換えれば8fd
クロックの全期間(図4のカウンタコード0、1、2、
3、4、5、6、7に示される期間)内同一コードでロ
ーカルDACに入力される。
【0016】図5のタイミングチャートに本例における
ミュートON制御時のローカルDAC動作を示す。サン
プリング周期0Tsに外部ミュート信号がOFFからO
Nに切換り、サンプリング周期8Tsまでの段階的ミュ
ートコントロール信号によるローカルDACの制御方法
を説明している。この動作は図2で示した動作と対応し
ており、図2の各タイミングで発生されるミュートコン
トロール信号に従って動作する。1Ts周期のカウンタ
コード7でミュートコントロール信号が“0”となりマ
ルチプレクサ出力がZとなる。この結果、サンプリング
周期2Ts、3Ts、・・・6Ts、7Ts、8Tsで
それぞれカウンタコード6〜7、5〜8、・・・2〜
7、1〜7、0〜7でミュートコントロール信号が
“0”となる。このサーモメータコードがデータラッチ
3に8fsクロックでラッチされながら、8個のローカ
ルDAC4に入力される。ミュートコントロールが
“0”になったところで、ミュートコード(4ビットの
“1”と4ビットの“0”)がローカルDAC4に入力
される。図5(及び後述する図6)では網掛けにより、
ミュートコードがローカルDAC4に入力された状態を
示してある。このような制御の結果、サンプリング周期
1Tsからサンプリング周期8Tsの期間でソフトにミ
ュートをかけることが可能となる。
【0017】図6のタイミングチャートに本例における
ミュートOFF時のローカルDAC動作を示す。ここで
は、サンプリング周期0Tsに外部ミュート信号がON
からOFFに切換り、サンプリング周期8Tsまでの段
階的ミュートコントロール信号によるローカルDACの
制御方法を説明している。この動作は図3で示した動作
と対応しており、図3の各タイミングで発生されるミュ
ートコントロール信号に従って動作する。1Ts周期の
カウンタコード0でミュートコントロール信号が“1”
となりマルチプレクサ出力がDとなる。この結果、サン
プリング周期2Ts、3Ts、・・・6Ts、7Ts、
8Tsでそれぞれカウンタコード0〜1、0〜2、・・
・0〜5、0〜6、0〜7でミュートコントロール信号
が“1”となる。このサーモメータコードがデータラッ
チ3に8fsクロックでラッチされながら、8個のロー
カルDAC4に入力される。ミュートコントロール信号
が“1”になったところで、サーモメータコードがロー
カルDACに入力される。このような制御の結果、サン
プリング周期1Tsからサンプリング周期8Tsの期間
でソフトにミュートを解除することが可能となる。
【0018】以上のように本例では、サンプリング周期
の1/Mを1サイクルとすれば、m1(0≦m1≦M)
サイクルにサーモメータコードをローカルDACに入力
し、他のm2(m2=M−m1)サイクルにミュートコ
ードをローカルDACに入力してD/A変換し、ミュー
トON制御の際にはサンプリング周期毎に段階的にm1
サイクルをMサイクルから0サイクルまで減少させてミ
ュートし、ミュートOFF制御の際にはサンプリング周
期毎に段階的にm1サイクルを0サイクルからMサイク
ルまで増加させてミュートを解除する。このため、図5
及び図6のTs周期内の平均レベルに示されるように、
実質的にサンプリング周期毎に1量子化ステップより低
いステップで段階的にミュートし、または、解除するこ
とができ、クリックノイズを低減させることが可能とな
る。ひいてはクリックノイズ除去用のアナログ段でのミ
ュートが不要となる。従って、デルタシグマD/A変換
器後段のアナログ構成のミュート回路による信号パス増
加によるD/A変換特性劣化や、それに伴う制御回路量
を低減できる。
【0019】次に本発明のデルタシグマ方式D/A変換
器の第2の実施例について図7を参照しながら説明す
る。図2において図1に示したものと同じ符号は同じ構
成要素を示している。本例では、各レジスタに各マルチ
プレクサ出力16を受けるシフトレジスタ7と、このシ
フトレジスタ7の各レジスタの記憶値を周波数fdのク
ロックでシフトさせるシフトレジスタコントローラ8と
を設け、シフトレジスタ7の出力をデータラッチ3に入
力するよう構成してある。このシフトレジスタ7の動き
により本来全く同一特性でなければならないローカルD
ACのばらつきによるDAC性能の低下を防止すること
ができる。こうした方式はダイナミック・エレメント・
マッチング(DEM)方式と呼ばれている。本例は、そ
の1つの例として、比較的簡単なDEM方式を本発明と
組み合わせたものである。DEM方式には他に各種の方
式があるが、ここでは、図1に示す基本的なミュート方
法がこのDEM方式との併用が可能なことを示してい
る。
【0020】次に本例の動作について上記実施例におけ
る図4乃至図6に対応する図8乃至図10のタイミング
チャートを参照しながら簡単に述べる。図8に本例にお
ける通常時のローカルDACの動作を示す。また、図9
に本例におけるミュートON制御時のローカルDACの
動作を示す。図10に本例のミュートOFF制御時におけ
るローカルDACの動作を示す。各図において網掛けで
示したデータがミュートコードである。これらの動作
は、上記実施例の動作に加え、マルチプレクサ2の出力
16をシフトレジスタ7に取り込み、これをfdクロッ
クで順次1ローカルDAC分シフトすることで達成され
る。
【0021】本例では、上記実施例の作用効果を奏する
とともに、ローカルDACのばらつきによるDAC性能
の低下を防止することが可能となる。
【0022】また、本発明では、デルタシグマD/A変
換器での無信号時においてノイズシェーパの発生するア
イドリングノイズを、ミュートコードを用いて無くすこ
とが可能となる。例えば、デルタシグマD/A変換器に
対する入力の無信号状態を検出してミュートON制御を
開始するように構成すれば、ノイズシェーパを停止させ
ることなく以降のアイドリングノイズを阻止することが
可能である。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、デジタル処理により1
量子化ステップを段階的にミュートをかけることがで
き、クリックノイズを低減させることが可能となる。ひ
いてはクリックノイズ除去用のアナログ段でのミュート
が不要となる。これにより、従来のようなアナログ段で
のミュート対策をする必要がないため、デルタシグマD
/A変換器後段におけるミュート回路による信号パス増
加によるD/A変換特性劣化や、それに伴う制御回路量
を低減できる。
【0024】また、デルタシグマD/A変換器での無信
号時におけるノイズシェーパの発生するアイドリングノ
イズを、ミュートコードを用いて無くすことが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のデルタシグマD/A変換器の第1の実
施例の構成を示すブロック図。
【図2】図1に示すデルタシグマD/A変換器の動作説
明のためのタイミングチャート。
【図3】図1に示すデルタシグマD/A変換器の動作説
明のためのタイミングチャート。
【図4】図1に示すデルタシグマD/A変換器の動作説
明のためのタイミングチャート。
【図5】図1に示すデルタシグマD/A変換器の動作説
明のためのタイミングチャート。
【図6】図1に示すデルタシグマD/A変換器の動作説
明のためのタイミングチャート。
【図7】本発明のデルタシグマD/A変換器の第2の実
施例の構成を示すブロック図。
【図8】図7に示すデルタシグマD/A変換器の動作説
明のためのタイミングチャート。
【図9】図7に示すデルタシグマD/A変換器の動作説
明のためのタイミングチャート。
【図10】図7に示すデルタシグマD/A変換器の動作
説明のためのタイミングチャート。
【図11】従来のデルタシグマD/A変換器の構成を示
すブロック図。
【図12】図11のデルタシグマD/A変換器の量子化
器の出力を示す波形図。
【図13】従来のデルタシグマD/A変換器の構成を示
すブロック図。
【符号の説明】
11A ノイズシェーパ 1 サーモメータコード変換器 2 マルチプレクサ 4 ローカルD/A変換器
フロントページの続き Fターム(参考) 5J022 AB00 AB01 BA02 CA02 CB06 CF08 5J064 AA00 BA03 BC07 BC24 BC25 BD01

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】特定のサンプリング周期で3レベル以上を
    有する出力信号を発生する量子化器を備えたノイズシェ
    ーパと、 上記量子化器の出力信号をNレベルのサーモメータ(温
    度計)コードに変換するサーモメータコード変換器と、 それぞれ上記サーモメータコードの1レベルに対応する
    N個のローカルD/A変換器と、 上記N個のローカルD/A変換器の出力信号を加算し、
    アナログ信号を発生するアナログ加算器とを有するデル
    タシグマD/A変換器であって、 上記サーモメータコード変換器と上記ローカルD/A変
    換器との間に、上記アナログ信号をゼロとするミュート
    コードと上記サーモメータコードとを選択的に上記ロー
    カルD/A変換器に出力するマルチプレクサを設け、 上記サンプリング周期の1/Mの期間を1サイクルと
    し、m1(0≦m1≦M)サイクルに上記サーモメータ
    コードを上記マルチプレクサの出力とし、他のm2(m
    2=M−m1)サイクルに上記ミュートコードを上記マ
    ルチプレクサの出力とし、上記サンプリング周期毎に段
    階的にm1サイクルを減少させてミュートし、または増
    加させてミュートを解除することを特徴とするデルタシ
    グマD/A変換器。
  2. 【請求項2】 それぞれに上記マルチプレクサの各ロー
    カルD/A変換器に対応した出力信号を受けるN個のレ
    ジスタを有し、当該レジスタの値を上記サイクルでサイ
    クリックにシフトするシフトレジスタを設け、当該シフ
    トレジスタを介して上記マルチプレクサの出力信号を上
    記ローカルD/A変換器に与えることを特徴とする請求
    項1に記載のデルタシグマD/A変換器。
JP2000064022A 2000-03-08 2000-03-08 デルタシグマd/a変換器 Withdrawn JP2001251190A (ja)

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