JP2001345700A - A/d変換回路 - Google Patents
A/d変換回路Info
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Abstract
供すること 【解決手段】 複数ビットのディジタル信号をアナログ
信号に変換するD/A変換回路10と、入力アナログ信
号と、ディジタル積分回路14の出力信号を入力信号と
しD/A変換回路10のアナログ出力信号とを比較し、
比較結果に応じた1ビットデータを出力するコンパレー
タ12と、コンパレータ12から出力される1ビットデ
ータを取り込み、ディジタル積分し、複数ビットのディ
ジタル信号を出力するディジタル積分回路14とを有す
る。
Description
係り、特にオーディオ信号の信号処理に使用するに好適
な高性能のA/D変換回路に関する。
としては、逐次比較方式A/D変換回路、オーバーサン
プリング方式のものとしてΔ変調方式A/D変換回路、
ΔΣ変調方式A/D変換回路がある。図4に逐次比較方
式A/D変換回路の構成を示す。同図において、逐次比
較方式A/D変換回路は、サンプリングホールド回路
(S/H)40と、D/A変換回路(DAC)42と、
逐次比較レジスタ44と、サンプリングホールド回路
(S/H)40の出力信号とD/A変換回路(DAC)
42のアナログ出力を比較するコンパレータ46とを有
している。
100から入力されたアナログ信号がサンプルホールド
回路40により保持され、一方、逐次比較レジスタ44
によりD/A変換回路42のMSBをMSB=1とし、
このD/A変換回路42の出力とサンプルホールド回路
40の出力とがコンパレータ46により比較される。D
/A変換回路42の出力がサンプルホールド回路40の
出力より大きい場合には、MSB=1、小さい場合には
MSB=0に固定し、D/A変換回路42の1ビット目
の出力が決定される。コンパレータ46におけるこの比
較動作はD/A変換回路42の出力におけるMSBから
LSBまで、繰り返し行われ、サンプルホールド回路4
0の出力とD/A変換回路42の出力とが一致した時点
におけるD/A変換回路42と連動する逐次比較レジス
タ44のディジタル出力が、この逐次比較方式A/D変
換回路の出力となる。
換回路として、従来のΔ変調方式A/D変換回路の構成
を図5に示す。同図において、Δ変調方式A/D変換回
路は、基準電圧(図5では接地電圧)と加算回路52の
出力電圧とを比較し、比較結果に基づいて1ビットのデ
ィジタルデータを出力するコンパレータ50と、コンパ
レータ50の出力である1ビットのディジタルデータを
入力とするD/A変換回路54と、D/A変換回路54
のアナログ出力を積分するアナログ積分回路56と、ア
ナログ積分回路56の積分出力を反転する反転回路57
と、入力端子101から入力されるアナログ入力電圧と
前記反転回路57の反転出力とを加算する加算回路52
とを有している。
レータ50において、基準電圧と加算回路52の出力信
号との大小比較に応じて、「1」または「0」の1ビッ
トのディジタルデータが出力され、この1ビットのディ
ジタルデータがD/A変換回路54によりアナログ信号
に変換され、さらにこのアナログ信号がアナログ積分回
路56により積分され、反転回路57に出力される。反
転回路57ではアナログ積分回路56の積分出力を反転
し、この反転出力が加算回路52で入力端子101より
入力されるアナログ入力電圧に加算され、この加算出力
がコンパレータ50により基準電圧と比較される。この
ように、入力端子101から入力されるアナログ入力電
圧とアナログ積分回路56の出力信号との信号レベルが
一致するまで上記コンパレータ50より比較動作が行わ
れ、コンパレータ50より連続的に出力される1ビット
のディジタルデータがΔ変調方式A/D変換回路の変換
出力となる。
換回路として、従来のΔΣ変調方式A/D変換回路の構
成を図6に示す。同図において、ΔΣ変調方式A/D変
換回路は、基準電圧(図6では接地電圧)とアナログ積
分回路66の出力とを大小比較し、その比較結果に応じ
て1ビットのディジタルデータを出力するコンパレータ
60と、コンパレータ60より出力される1ビットのデ
ィジタルデータをD/A変換するD/A変換回路62
と、D/A変換回路62のアナログ出力を反転する反転
回路63と、入力端子103から入力されるアナログ入
力電圧と反転回路63の反転出力とを加算する加算回路
64と、加算回路64の出力信号を積分するアナログ積
分回路66とを有している。
端子103から入力されるアナログ入力電圧と反転回路
63の反転出力とが加算回路64で加算され、この加算
出力がアナログ積分回路66で積分される。そしてコン
パレータ60でアナログ積分回路66の積分出力と基準
電圧とが比較され、比較結果に応じて1ビットのディジ
タルデータが出力端子104及びD/A変換回路62に
出力される。D/A変換回路62では、入力された1ビ
ットのディジタルデータがアナログ電圧に変換され、こ
のアナログ電圧は反転回路63で反転される。この反転
回路63の反転出力は加算回路64で、入力端子103
から入力されるアナログ入力電圧と加算され、この加算
出力がアナログ積分回路66に入力される。
分回路66の出力信号との信号レベルが一致するまで上
記コンパレータ50より比較動作が行われ、コンパレー
タ50より連続的に出力される1ビットのディジタルデ
ータがΔΣ変調方式A/D変換回路の変換出力となる。
A/D変換回路では、サンプルホールド回路が必要であ
り、また、例えば、サンプリング周波数が192KHz
で、24ビットのディジタル信号を出力するA/D変換
回路を構成するには、1/192×103=5.2μsec
内でサンプルホールドと24回の逐次比較動作を行う必
要があり、セトリング時間が100ns程度の24ビッ
ト出力のA/D変換回路が必要となるが、これは実現が
非常に困難である。さらに、逐次比較方式A/D変換回
路では、コンパレータで入力アナログ電圧と、D/A変
換回路のフルスケール電圧の1/2の電圧(D/A変換
回路のMSBに相当するビットが示す電圧値)MSB
と、から比較していくので、分解能を上げていくと、フ
ルスケール電圧/2付近の単調性を失ったり、コード欠
けを発生し易くなり、高性能の逐次比較方式A/D変換
回路を得ることは困難であるという問題が有った。
変調方式A/D変換回路やΔΣ変調方式A/D変換回路
では、アナログ積分回路を有するために高いS/Nを得
るには、LSI内に大きな容量を有する必要があるが、
LSI内に大きな容量を作ると、チップサイズが大きく
なり、また高性能化を図るには高い周波数のオーバサン
プリングクロックが必要となるという問題が有った。
変調方式A/D変換回路では、1ビットのディジタルデ
ータをアナログ処理することにより120dB以上のダ
イナミックレンジ、S/Nを得るのは困難であり、ま
た、A/D変換回路を構成する積分回路としてアナログ
積分回路を使用しているために、時分割による多チャン
ネルA/D変換を行うことは困難である。最近の高性能
オーディオ機器では、24ビットのA/D変換を要求さ
れるようになったが、上述した従来の各種A/D変換回
路では、24ビット精度のA/D変換を行うことは困難
であった。本発明は、このような事情に鑑みてなされた
ものであり、オーディオ用の高性能のA/D変換回路を
提供することを目的とする。
に、請求項1に記載の発明は、複数ビットのディジタル
信号をアナログ信号に変換するD/A変換回路と、入力
アナログ信号と、前記D/A変換回路のアナログ出力信
号とを比較し、比較結果に応じた1ビットデータを出力
するコンパレータと、前記コンパレータから出力される
1ビットデータを取り込み、ディジタル積分し、複数ビ
ットのディジタル信号を出力するディジタル積分回路と
を有し、前記D/A変換回路は、前記ディジタル積分回
路の出力信号を入力信号とし、ディジタル出力信号を、
少なくとも、前記コンパレータの出力、もしくは、前記
ディジタル積分回路の出力、のいずれか1つから得るこ
とを特徴とする。
に記載のA/D変換回路において、前記ディジタル積分
回路は、前記コンパレータから出力される符号を示す1
ビットデータに応じてカウントアップまたはカウントダ
ウンを行い、複数ビットの計数出力を行うアップダウン
カウンタと、前記アップダウンカウンタの計数出力とこ
れまでの計数結果とを加算し、前記D/A変換回路の入
力信号となる複数ビットのディジタル信号を出力する加
算器とを有することを特徴とする。
に記載のA/D変換回路において、前記ディジタル積分
回路は、前記コンパレータから出力される符号を示す1
ビットデータに応じてカウントアップまたはカウントダ
ウンを行い、複数ビットの計数出力を行うアップダウン
カウンタと、前記アップダウンカウンタの計数出力とこ
れまでの計数結果とを加算し出力する第1の加算器と、
前記第1の加算器の加算出力をこれまでの加算結果と加
算し出力する第2の加算器と、前記アップダウンカウン
タ、第1の加算器および第2の加算器の各出力を所定の
比率で加算し、前記D/A変換回路の入力信号となる複
数ビットのディジタル信号を出力する第3の加算手段と
を有することを特徴とする。
数ビットのディジタル信号をアナログ信号に変換するD
/A変換回路と、入力アナログ信号と、前記D/A変換
回路のアナログ出力信号とを比較し、比較結果に応じた
1ビットデータを出力するコンパレータと、前記コンパ
レータから出力される1ビットデータを取り込み、ディ
ジタル積分し、複数ビットのディジタル信号を出力する
ディジタル積分回路とを有し、前記D/A変換回路は、
前記ディジタル積分回路の出力信号を入力信号とし、デ
ィジタル出力信号を、少なくとも、前記コンパレータの
出力、もしくは、前記ディジタル積分回路の出力、のい
ずれか1つから得るようにしたので、低いオーバサンプ
リングレートで高性能のA/D変換回路を構成すること
ができる。すなわち、従来のΔ変調方式A/D変換回
路、ΔΣ変調方式A/D変換回路は16ビット分解能、
もしくは20ビット分解能しかなく、これらの従来のA
/D変換回路を用いてA/D変換における24ビットの
分解能を得ようとすると、オーバサンプリングレートを
従来(従来のオーバサンプリングレートは128fs乃
至512fs、但し、fsはサンプリング周波数)のもの
よりもさらに高くする必要がある。例えば、44.1k
Hzサンプリングフォーマットのデータをさらに高い1
024fs、あるいは2048fsにするということは、
45MHz、あるいは90MHzのクロックが必要にな
る。また、DVDオーディオフォーマットでは、192
KHz、96KHz等のより高いサンプリング周波数が使
用されるが、これらのサンプリング周波数を1024f
sあるいは2048fsにオーバサンプリングすると、最
大で約400MHzのクロックが必要になり、実用的で
はない。これらの高いオーバーサンプリングレートと比
較すると、本発明に係るA/D変換回路では、より低い
オーバーサンプリングレート(従来と同程度のオーバー
サンプリングレート)で、24ビットという高分解能で
A/D変換を行うことができる。
ードバックタイプであるので、逐次比較方式のA/D変
換回路のように単調性の劣化がない。また、本発明で
は、A/D変換回路の構成要素である積分回路として、
ディジタル積分回路を使用しており、アナログ積分回路
が不要であるので、容量を必要とせず、LSI化に適し
たA/D変換回路が得られる。さらに、ディジタル積分
回路を使用してA/D変換を行なっているので、時分割
による多チャンネルA/D変換が可能となる。
て図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施の形態
に係るA/D変換回路の構成を図1に示す。ディジタル
積分回路14の出力信号を入力信号とし、複数ビット
(本実施の形態では24ビット)のディジタル信号をア
ナログ信号に変換するD/A変換回路(DAC)10
と、入力される信号源16から入力端子200を介して
入力されるアナログ信号とD/A変換回路10のアナロ
グ出力信号とを比較し、比較結果に応じた1ビットのデ
ィジタルデータを出力するコンパレータ12と、コンパ
レータ12から出力される1ビットデータを取り込み、
ディジタル積分し、複数ビットのディジタル信号を出力
するディジタル積分回路14とを有している。
力される信号源16からのアナログ信号とD/A変換回
路10から出力されるアナログ信号とがコンパレータ1
2で比較され、入力アナログ信号のレベルがD/A変換
回路10の出力信号のレベルより大きい場合には
「1」、入力アナログ信号のレベルがD/A変換回路1
0の出力信号のレベルより小さい場合には、「0」の1
ビットのディジタルデータをディジタル積分回路14に
出力する。ディジタル積分回路14では、入力される1
ビットのディジタルデータをディジタル積分、すなわ
ち、加算し、その加算結果である24ビットのディジタ
ルデータを入力されるクロックCLKに同期してD/A
変換回路10に出力する。
端子200より入力されるアナログ電圧とD/A変換回
路10のアナログ出力とが一致するまで比較動作が行な
われ、一致した時点におけるディジタル積分回路14か
らの24ビットのディジタル出力が入力アナログ電圧の
A/D変換結果となる。
4の具体的構成の一例を図2に示す。同図において、デ
ィジタル積分回路14は、コンパレータ12の出力信号
である1ビットのディジタルデータ(アップダウン信号
(UD))が入力端子201を介して入力されるアップ
ダウンカウンタ(U/D)20と、アップダウンカウン
タ20の計数出力をこれまでの計数値に加算する加算器
22とを有している。上記構成において、入力端子20
1を介して、図1におけるコンパレータ12からの入力
アナログ電圧とD/A変換回路10のアナログ出力との
比較結果を示す1ビットのディジタルデータが、アップ
ダウンカウンタ20に入力される。ここでディジタルデ
ータの「1」はカウントアップを、「0」はカウントダ
ウンを指示する信号となる。
CLKに同期して入力された1ビットのディジタルデー
タに応じてカウントアップ、またはカウントダウンを行
ない、その計数結果(24ビット)を加算器22に出力
する。加算器22は、加算器22においてこれまでに加
算した結果と入力されたアップダウンカウンタ20の計
数出力とをクロックCLKに同期して加算し、その加算
結果(24ビット)を、出力端子202を介してD/A
変換回路10に出力する。このようにしてディジタル積
分が行われる。
4の具体的構成の他の例を図3に示す。図3に示すディ
ジタル積分回路が図2に示すそれと構成上、異なるの
は、加算器22の出力をさらに、加算する加算器30
と、アップダウンカウンタ20、加算器22及び加算器
30の各出力を所定の比率で加算する加算器32とを有
する点であり、他の構成は同一である。図2に示すディ
ジタル積分回路が1段積分回路であるのに対し、この構
成例では多段積分回路としして構成され、加算器22、
30で2段階のディジタル積分を行っている。このた
め、図3に示す構成例では、図2に示す構成例に比して
コンパレータの12の収束時間が早くなる、という効果
が得られる。上記構成において、ディジタル積分回路1
4は、入力端子203を介して図1におけるコンパレー
タ12より、入力アナログ電圧とD/A変換回路10の
アナログ出力との比較結果、すなわちカウントアップ、
またはカウントダウンを示す1ビットのディジタルデー
タがアップダウンカウンタ20に入力される。
CLKに同期して入力された1ビットのディジタルデー
タに応じてカウントアップ、またはカウントダウンを行
ない、その計数結果(24ビット)を加算器22及び加
算器32に出力する。加算器22は、加算器22におい
てこれまでに加算した結果と入力されたアップダウンカ
ウンタ20の計数出力とをクロックCLKに同期して加
算し、その加算結果(24ビット)を加算器30及び加
算器32に出力する。
と入力された加算器22の加算出力とをクロックCLK
に同期して加算し、その出力を加算器32に出力する。
加算器32では、クロックCLKに同期してアップダウ
ンカウンタ20、加算器22及び加算器30の各出力を
所定の比率で加算し、出力端子204を介してD/A変
換回路10に出力する。
によれば、複数ビットのディジタル信号をアナログ信号
に変換するD/A変換回路と、入力アナログ信号と、前
記D/A変換回路のアナログ出力信号とを比較し、比較
結果に応じた1ビットデータを出力するコンパレータ
と、前記コンパレータから出力される1ビットデータを
取り込み、ディジタル積分し、複数ビットのディジタル
信号を出力するディジタル積分回路とを有し、前記D/
A変換回路は、前記ディジタル積分回路の出力信号を入
力信号とし、ディジタル出力信号を、少なくとも、前記
コンパレータの出力、もしくは、前記ディジタル積分回
路の出力、のいずれか1つから得るようにしたので、低
いオーバサンプリングレートで高性能のA/D変換回路
を構成することができる。すなわち、従来のΔ変調方式
A/D変換回路、ΔΣ変調方式A/D変換回路は16ビ
ット分解能、もしくは20ビット分解能しかなく、これ
らの従来のA/D変換回路を用いてA/D変換における
24ビットの分解能を得ようとすると、オーバサンプリ
ングレートを従来(従来のオーバサンプリングレートは
128fsまたは512fs、但し、fsはサンプリング
周波数)のものよりもさらに高くする必要がある。例え
ば、44.1kHzサンプリングフォーマットのデータ
をさらに高い1024fs、あるいは2048fsにする
ということは、45MHz、あるいは90MHzのクロッ
クが必要になる。また、DVDオーディオフォーマット
では、192KHz、96KHz等のより高いサンプリン
グ周波数が使用されるが、これらのサンプリング周波数
を1024fsあるいは2048fsにオーバサンプリン
グすると、最大で約400MHzのクロックが必要にな
り、実用的ではない。これらの高いオーバーサンプリン
グレートと比較すると、本発明に係るA/D変換回路で
は、より低いオーバーサンプリングレート(従来と同程
度のオーバーサンプリングレート)で、24ビットとい
う高分解能でA/D変換を行うことができる。
換回路はフィードバックタイプであるので、逐次比較方
式のA/D変換回路のように単調性の劣化がない。ま
た、本発明の実施の形態に係るA/D変換回路では、A
/D変換回路の構成要素である積分回路として、ディジ
タル積分回路を使用しており、アナログ積分回路が不要
であるので、容量を必要とせず、LSI化に適したA/
D変換回路が得られる。さらに、ディジタル積分回路を
使用してA/D変換を行なっているので、時分割による
多チャンネルA/D変換が可能となる。本実施の形態に
係るA/D変換回路では、図2、図3で示したように、
ディジタル積分回路に1段構成のものと、多段(2段)
構成のものとについて開示しているが、本願発明の内容
は、これに限定されず、3段以上の多段積分回路を用い
ても本発明の目的を達成できることは明らかである。
に記載の発明によれば、複数ビットのディジタル信号を
アナログ信号に変換するD/A変換回路と、入力アナロ
グ信号と、前記D/A変換回路のアナログ出力信号とを
比較し、比較結果に応じた1ビットデータを出力するコ
ンパレータと、前記コンパレータから出力される1ビッ
トデータを取り込み、ディジタル積分し、複数ビットの
ディジタル信号を出力するディジタル積分回路とを有
し、前記D/A変換回路は、前記ディジタル積分回路の
出力信号を入力信号とし、ディジタル出力信号を、少な
くとも、前記コンパレータの出力、もしくは、前記ディ
ジタル積分回路の出力、のいずれか1つから得るように
したので、低いオーバサンプリングレートで高性能のA
/D変換回路を構成することができる。
換回路はフィードバックタイプであるので、逐次比較方
式のA/D変換回路のように単調性の劣化がない。ま
た、本発明の実施の形態では、A/D変換回路の構成要
素である積分回路として、ディジタル積分回路を使用し
ており、アナログ積分回路が不要であるので、容量を必
要とせず、LSI化に適したA/D変換回路が得られ
る。さらに、本実施の形態に係るA/D変換回路ではデ
ィジタル積分回路を使用してA/D変換を行なっている
ので、時分割による多チャンネルA/D変換が可能とな
る。
構成を示すブロック図。
ル積分回路の具体的構成の一例を示すブロック図。
ル積分回路の具体的構成の他の例を示すブロック図。
示すブロック図。
すブロック図。
示すブロック図。
Claims (3)
- 【請求項1】 複数ビットのディジタル信号をアナログ
信号に変換するD/A変換回路と、入力アナログ信号
と、前記D/A変換回路のアナログ出力信号とを比較
し、比較結果に応じた1ビットデータを出力するコンパ
レータと、前記コンパレータから出力される1ビットデ
ータを取り込み、ディジタル積分し、複数ビットのディ
ジタル信号を出力するディジタル積分回路とを有し、前
記D/A変換回路は、前記ディジタル積分回路の出力信
号を入力信号とし、ディジタル出力信号を、少なくと
も、前記コンパレータの出力、もしくは、前記ディジタ
ル積分回路の出力、のいずれか1つから得ることを特徴
とするA/D変換回路。 - 【請求項2】 前記ディジタル積分回路は、前記コンパ
レータから出力される符号を示す1ビットデータに応じ
てカウントアップまたはカウントダウンを行い、複数ビ
ットの計数出力を行うアップダウンカウンタと、前記ア
ップダウンカウンタの計数出力とこれまでの計数結果と
を加算し、前記D/A変換回路の入力信号となる複数ビ
ットのディジタル信号を出力する加算器と、を有するこ
とを特徴とする請求項1に記載のA/D変換回路。 - 【請求項3】 前記ディジタル積分回路は、前記コンパ
レータから出力される符号を示す1ビットデータに応じ
てカウントアップまたはカウントダウンを行い、複数ビ
ットの計数出力を行うアップダウンカウンタと、前記ア
ップダウンカウンタの計数出力とこれまでの計数結果と
を加算し出力する第1の加算器と、前記第1の加算器の
加算出力をこれまでの加算結果と加算し出力する第2の
加算器と、前記アップダウンカウンタ、第1の加算器お
よび第2の加算器の各出力を所定の比率で加算し、前記
D/A変換回路の入力信号となる複数ビットのディジタ
ル信号を出力する第3の加算手段と、を有することを特
徴とする請求項1に記載のA/D変換回路。
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