JP2002100992A - Δς型ad変換器 - Google Patents

Δς型ad変換器

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JP2002100992A JP2000290337A JP2000290337A JP2002100992A JP 2002100992 A JP2002100992 A JP 2002100992A JP 2000290337 A JP2000290337 A JP 2000290337A JP 2000290337 A JP2000290337 A JP 2000290337A JP 2002100992 A JP2002100992 A JP 2002100992A
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Masahiro Matsumoto
昌大 松本
Keiji Hanzawa
恵二 半沢
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Hitachi Ltd
Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
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Hitachi Ltd
Hitachi Car Engineering Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ΔΣ型AD変換器において、入力信号として直
流を取り扱う場合、入力信号が0付近になると特性の乱
れや不感帯が生じる。このΔΣ型AD変換器の入出力特
性の原点付近の特性の乱れ及び不感帯を無くすことで、
直流信号をΔΣ型AD変換器でデジタル化する場合に誤
差を微少にし高精度を達成すること。 【解決手段】ΔΣ型AD変換器は入力信号と局部DA変
換器11の出力とディザ1の出力の和を積分する積分器
2と、積分器2の出力を量子化する量子化器3と、この
量子化器3の出力を遅延させる遅延器4と、遅延器4の
信号により予め決められた2レベルの電圧レベルを出力
する局部DA変換器6と、遅延器4の出力の時間的な平
均を算出するデシメータ5によって構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はΔΣ(デルタ・シグ
マ)型AD変換器に係り、特に入出力特性に乱れや不感
帯が生じ無いΔΣ型AD変換器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ディザを有するΔΣ型AD変換器
については特開平5−335964号に記載されている
デルタシグマ変調器があり、また、微少信号に対するS
N比を向上させる為に直流オフセット(一種のディザ)
を付けたΔΣ型AD変換器については特開平9−307
446号に記載されているデルタシグマ型データ変換器
がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術ではΔΣ
型AD変換器の入力信号として交流信号の取り扱いを目
的としており、この交流信号の振幅が小さくなった時の
SN比の改善方法について記載されている。しかし、入
力信号として直流信号を取り扱う場合の配慮は欠けてい
た。
【0004】まず、特開平5−335964号に記載さ
れているデルタシグマ変調器はディザの振幅と周期を変
更できるようにすることで、ディザの振幅と周期を入力
信号レベルに応じて実験を繰り返し最適化する旨の内容
が記載されているが、入力信号が直流的な信号に限定し
た場合、ディザの振幅と周期を予め固定させても十分な
性能を得ることができ、余分な回路を設ける必要はな
い。
【0005】次に、特開平5−335964号に記載さ
れているデルタシグマ変調器に関しては直流オフセット
(ある種のディザ)を入力に加算することで、入力信号
が小振幅になった場合のSN比の劣化を防止する旨の内
容が記載されているが、これは、入力信号が交流信号の
場合には有効であるが、入力信号が直流の場合は効果が
ない。
【0006】従来のΔΣ型AD変換器は図2に示すよう
に、入力信号と局部DA変換器11の出力の和を積分器
7で積分し、積分器7の出力を量子化器8で量子化し、
この出力を遅延器9で遅延させ、この信号を局部DA変
換器11へ帰還することで、遅延器9の出力の時間的な
平均値が入力に比例するデジタル信号を発生させ、この
デジタル信号の平均値をデシメータ10でデジタル的に
算出することで、入力に対応するデジタル値を出力に得
る。このΔΣ型AD変換器の入出力特性(入力信号及び
出力信号ともに−1から1に正規化した)は図3に示す
ように−1から1の入力に対して直線的に変化する。し
かし、図4に示すように入力が0に近い部分では入出力
特性に乱れが生じ、真に0近傍では不感帯も生じる。先
に示した特開平5−335964号に記載されているデ
ルタシグマ変調器は直流オフセット(ある種のディザ)
を入力に加算することで、動作点をこの入出力特性の乱
れる場所からずらし、入力信号が小振幅になった場合に
この乱れの影響を受けないようにしたものである。しか
し、入力信号に直流を想定する場合、入出力特性の全領
域にこの様な乱れが生じないようにしなければならな
い。このことに関して先の従来例は配慮されていなかっ
た。また、特開平5−335964号に記載されている
デルタシグマ変調器も、この点に関する配慮はされてい
ない。
【0007】また、先の従来例で採用しているΔΣ型A
D変換器の評価方法として入力信号の信号レベルに対す
るSN比の依存性を評価する方法では、積分器2に直流
オフセットが存在し動作点が原点からずれた場合、この
入力が0に近い部分での入出力特性の乱れの影響を受け
ずに測定されてしまう。
【0008】本発明は、ΔΣ型AD変換器の入出力特性
の原点付近の特性の乱れ及び不感帯を無くし、直流信号
をΔΣ型AD変換器でデジタル化する場合の誤差を微少
にすることにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的は特許請求の範
囲の記載の構成によって達成され、特に、ディザを有す
るΔΣ変調器と、前記ΔΣ変調器の出力の平均値を周期
的に出力するデシメータとを有するΔΣ型AD変換器に
おいて、前記ディザの波形の振幅を前記ΔΣ変調器の変
換範囲の1/16以上にし、且つ、前記ディザの波形の
周期を前記デシメータの出力周期の1/8以上にするこ
とにより達成できる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。
【0011】まず、本発明による第1の実施例であるΔ
Σ型AD変換器を図1,図5,図6,図7により説明す
る。なお、図1は第1の実施例のΔΣ型AD変換器の構
成、図5は第1の実施例のディザ1の出力する方形波の
周期及び振幅と入出特性の原点付近の誤差の2条和の関
係、図6は第1の実施例のΔΣ型AD変換器の原点付近
の入出力特性、図7は第1の実施例のΔΣ型AD変換器
の回路図である。
【0012】本ΔΣ型AD変換器は入力信号と局部DA
変換器11の出力とディザ1の出力の和を積分器2で積
分し、積分器2の出力を量子化器3で量子化し、この出
力を遅延器4で遅延させ、この信号を局部DA変換器6
へ帰還することで、遅延器4の出力の時間的な平均が入
力に比例するデジタル信号を発生させ、このデジタル信
号の時間的な平均をデシメータ5でデジタル的に算出し
て一定周期毎に入力に対応するデジタル値を出力する。
なお、ディザ1の出力波形は方形波,三角波,鋸波など
の周期的な波形であれば何でも良いがここでは方形波を
使用した。また、デシメータ5には出力周波数の整数倍
の周波数に対して強い減衰特性を持つIIR(インフィ
ニット・インパルス・レスポンス)型のフィルタを使用
した。
【0013】ここで、ディザ1の出力する方形波の周期
をデシメータ5の出力周期の1/2,1/8,1/32
にした時のディザ1の出力する方形波の振幅と入出力特
性の原点付近での誤差の2条和の関係を示す。ここで、
入出力特性の原点付近での誤差の2条和は図4に示した
入出力特性の原点付近での乱れを表す指標として使用し
た。この図5に示した関係から分かるようにディザ1の
出力波形の周期がデシメータ5の出力周期の1/8の周
期ではディザ1の出力する方形波の振幅が本実施例のΔ
Σ型AD変換器の変換範囲の1/16以上で入出力特性
の原点付近での誤差の2条和が急激に小さくなる。ま
た、ディザ1の出力波形の周期がデシメータ5の出力周
期の1/2の周期ではディザ1の出力する方形波の振幅
が本実施例のΔΣ型AD変換器の変換範囲の1/32以
上で入出力特性の原点付近での誤差の2条和が急激に小
さくなる。つまり、図6に示すように入出力特性の原点
付近の乱れを非常に少なくすることができる。
【0014】次に、本ΔΣ型AD変換器の回路構成を図
7により説明する。本ΔΣ型AD変換器は第1のタイミ
ングで動作するアナログスイッチ12,14,17,1
9,26,28,32,34と第2のタイミングで動作
するアナログスイッチ15,16,20,21,29,
30,35,36とこれらアナログスイッチのオンオフ
動作によって充放電されるコンデンサ13,18,2
7,33と演算増幅器22とによって構成される積分器
2と、比較器23によって構成される量子化器3と、D
フリップフロップ25によって構成される遅延器4と、
抵抗39,40,41,42,43で発生した電圧を切
り替え器31で切り換えることで動作する1ビットの局
部DA変換器6と、抵抗39,40,41,42,43
で発生した電圧を切り換える切り替え器37と切り替え
器37を切り換える信号を発生する分周器38から構成
されるデイザ1によって構成される。
【0015】本回路は第1のタイミングと第2のタイミ
ングでアナログスイッチ12,14,15,16,1
7,19,20,21,26,28,29,30,3
2,34,35,36をオンオフさせる動作を繰り返す
ことで、入力信号に比例した電荷をコンデンサ13に充
放電させ、この充放電させた電荷をコンデンサ18へ転
送し、また、切り替え器31の出力に比例した電荷をコ
ンデンサ27に充放電させ、この充放電させた電荷をコ
ンデンサ18へ転送し、更に、切り替え器71の出力に
比例した電荷をコンデンサ33に充放電させ、この充放
電させた電荷をコンデンサ18へ転送する。つまり、入
力信号と切り替え器31の出力(局部DA変換器6の出
力)と切り替え器37の出力(ディザ1の出力)の和に
比例した電荷をコンデンサ18に積分する。なお、演算
増幅器22の出力にはコンデンサ18に充電された電荷
に比例した電圧が得られる。
【0016】本ΔΣ型AD変換器の変換範囲は抵抗3
9,40,41,42,43で発生する電圧とコンデン
サ13,27によって決まり、ディザの振幅は抵抗3
9,40,41,42,43で発生する電圧とコンデン
サ13,33によって決まるから、これらの回路定数を
適当に選ぶことで、ディザ1の振幅を本ΔΣ変調器の変
換範囲の1/16以上にすることができる。
【0017】また、デシメータ24の出力周期はアナロ
グスイッチ12,14,15,16,17,19,2
0,21,26,28,29,30,32,34,3
5,36をオンオフさせる信号の2のn条(nは整数)
にすることで、このアナログスイッチ12,14,1
5,16,17,19,20,21,26,28,2
9,30,32,34,35,36をオンオフさせる信
号を分周器38で分周し、切り替え器37へ与えること
で、ディザの周期をデシメータ24の出力周期の1/8
以上にすることができる。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、ΔΣ型AD変換器の入
出力特性の原点付近の特性の乱れ及び不感帯を無くすこ
とができるので、直流信号をΔΣ型AD変換器でデジタ
ル化する場合に誤差を微少にでき高精度を達成すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施例のΔΣ型AD変換器の構成を示す
図。
【図2】従来のΔΣ型AD変換器の構成を示す図。
【図3】従来のΔΣ型AD変換器の入出力特性を示す
図。
【図4】従来のΔΣ型AD変換器の原点付近の入出力特
性を示す図。
【図5】第1の実施例のディザ1の出力する方形波の周
期及び振幅と入出特性の原点付近の誤差の2条和の関係
を示す図。
【図6】第1の実施例のΔΣ型AD変換器の原点付近の
入出力特性を示す図。
【図7】第1の実施例のΔΣ型AD変換器の回路図。
【符号の説明】
1…ディザ、2,7…積分器、3,8…量子化器、4,
9…遅延器、5,10,24…デシメータ、6,11…
局部DA変換器、12,14,15,16,17,1
9,20,21,26,28,29,30,32,3
4,35,36…アナログスイッチ、13,18,2
7,33…コンデンサ、22…演算増幅器、23…比較
器、25…Dフリップフロップ、31,37…切り替え
器、38…分周器、39,40,41,42,43…抵
抗。
フロントページの続き (72)発明者 半沢 恵二 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内 Fターム(参考) 5J022 AA00 AB01 BA03 CA01 CA07 CB06 CD06 CE04 CF01 CF03 CF07 5J064 AA01 BA03 BA13 BB04 BC03 BC06 BC10 BC12 BC14 BC16 BC17 BC21 BC24 BD01

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ディザを有するΔΣ変調器と、前記ΔΣ変
    調器の出力の平均値を周期的に出力するデシメータとを
    有するΔΣ型AD変換器であって、 前記ディザの波形の振幅を前記ΔΣ変調器の変換範囲の
    1/16以上にし、且つ、前記ディザの波形の周期を前
    記デシメータの出力周期の1/8以上にしたことを特徴
    とするΔΣ型AD変換器。
  2. 【請求項2】少なくとも第1の出力電圧レベルと第2の
    出力電圧レベルとを有する局部DA変換器と、周期的な
    波形を発生する周期波形発生手段と、入力信号と前記局
    部DA変換器の出力と前記周期波形発生手段の出力の和
    を積分する積分器と、前記積分器の出力を比較する比較
    器と、前記比較器の出力に応じて前記局部DA変換器の
    出力を変化させる手段と、前記比較器の出力の平均値を
    周期的に出力するデシメータとを有するΔΣ型AD変換
    器であって、 前記周期的な波形の振幅を前記局部DA変換器の第1の
    出力電圧レベルと第2の出力電圧レベルの差の1/16
    以上にし、且つ、前記周期的な波形の周期を前記デシメ
    ータの出力周期の1/8以上にしたことを特徴とするΔ
    Σ型AD変換器。
  3. 【請求項3】請求項1又は2において、 前記周期波形発生手段の出力波形が方形波であることを
    特徴とするΔΣ型AD変換器。
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