JP2002124880A - Δς変調型d/a変換器 - Google Patents

Δς変調型d/a変換器

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JP2002124880A
JP2002124880A JP2000314855A JP2000314855A JP2002124880A JP 2002124880 A JP2002124880 A JP 2002124880A JP 2000314855 A JP2000314855 A JP 2000314855A JP 2000314855 A JP2000314855 A JP 2000314855A JP 2002124880 A JP2002124880 A JP 2002124880A
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JP
Japan
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sampling frequency
digital filter
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Application number
JP2000314855A
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English (en)
Inventor
Tetsuhiko Kaneaki
哲彦 金秋
Shuji Morita
周司 森田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ΔΣ変調を用いたD/A変換器においてハー
フサンプリングによる入力信号をD/A変換する場合で
あってもシェーピングノイズを確実に除去できるように
する。 【解決手段】 デジタルフィルタ1出力を、入力信号の
サンプリング周波数fsに応じて変化する制御信号Cによ
りホールド回数を変えるサンプルホールド回路(S/
H)2によってホールドすることにより、サンプルホー
ルド回路2出力のサンプリング周波数が入力信号のfsに
依らず一定となるようにする。サンプルホールド回路2
出力をΔΣ変調器3によってΔΣ変調することでD/A
変換を行うことにより、入力信号のfsの変化によるシェ
ーピングノイズのスペクトルがほぼ一定となるようにす
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、ΔΣ変調により入
力信号のD/A変換を行うΔΣ変調型D/A変換器に関
し、特に、入力される信号のサンプリング周波数が変化
するものに関する。
【0002】
【従来の技術】従来のΔΣ(デルタ・シグマ)変調型D
/A(デジタル/アナログ)変換器は、図3に示すとお
り、サンプリング周波数fs(=44.1kHz)の入力信
号をデジタルフィルタ30によりオーバーサンプリング
を行い(ここでは4倍オーバーサンプリングを行ってい
る)、オーバーサンプリングされた入力信号(4fs)を
32倍のオーバーサンプリングによってΔΣ変調を行う
ΔΣ変調器31に入力する。ΔΣ変調器31によって信
号の階調が減らされ、この出力をパルス幅変調器(PW
M)4によりパルス幅変調し、これをアナログ信号とし
て出力することによりD/A変換を行う。これらデジタ
ルフィルタ30、ΔΣ変調器31、パルス幅変調器4は
外部より与えられるマスタクロック(図示せず)によっ
て上記の動作をしている。パルス幅変調器4によってア
ナログ信号に変換された信号は、ΔΣ変調器31によっ
て生じたシェーピングノイズと呼ばれる不要なノイズ成
分をアンチエリアジングフィルタ5によって除去された
後出力される。
【0003】ここで、入力信号のサンプリング周波数が
半分、即ち22.05kHzになると、デジタルフィルタ3
0、ΔΣ変調器31、パルス幅変調器4は共にマスタク
ロックの周波数を半分に下げることによってD/A変換
を行うようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では、入力信号のサンプリング周波数fsを例え
ば2分の1とした場合、不要なノイズ成分を除去しきれ
なくなる。即ち、図4(A)はΔΣ変調によって生じる
シェーピングノイズのスペクトル分布(以下、ホルマン
トと称す)を示すものである。このシェーピングノイズ
は、例えば入力信号のサンプリング周波数が1/2とな
ると図4(B)のようにその極大値が半分の周波数にま
で下がってくる。アンチエリアジングフィルタ5の特性
は変わらないので、図中、点線で示したサンプリング周
波数=44.1kHz時のシェーピングノイズとの差分(図
4(B)のハッチングを施した箇所)がアンチエリアジ
ングフィルタ5で除去されずに残ってしまうという課題
があった。
【0005】本発明は上記の問題点に鑑み、入力信号の
サンプリング周波数が変化した場合であってもシェーピ
ングノイズを確実に除去できるΔΣ変調型D/A変換器
を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、サンプリング周波数がfsである入力信号の
オーバーサンプリングを行うデジタルフィルタと、サン
プリング周波数fsの変化を検出する検出手段と、デジタ
ルフィルタ出力をHサンプル(Hは自然数)の間サンプ
ルホールドを行うサンプルホールド回路と、サンプルホ
ールド回路出力にΔΣ変調を行うΔΣ変調器とを備え、
サンプリング周波数fsが基準となるべき値の整数倍、或
いは、整数分の1倍となるように変化するものであり、
検出手段出力に基づきサンプルホールド回路がH・fsの
値が常に同じ値となるようHの値を変化させるようにす
る、或いは、サンプリング周波数がfsである入力信号を
オーバーサンプリング比N(Nは自然数)としてオーバ
ーサンプリングを行うデジタルフィルタと、fsの変化を
検出する検出手段と、デジタルフィルタ出力を所定の間
サンプルホールドを行うサンプルホールド回路と、サン
プルホールド回路出力にΔΣ変調を行うΔΣ変調器とを
備え、fsが基準となるべき値の整数倍、或いは、整数分
の1倍となるように変化するものであり、デジタルフィ
ルタが検出手段出力に基づきN・fsの値が常に同じ値と
なるようオーバーサンプリング比Nの値を変化させるよ
うにしたものである。
【0007】これにより、サンプリング周波数fsが変化
しても、確実にシェーピングノイズを除去することがで
きる。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の第1の発明は、サンプリ
ング周波数がfsである入力信号のオーバーサンプリング
を行うデジタルフィルタと、前記fsの変化を検出する検
出手段と、デジタルフィルタ出力をHサンプル(Hは自
然数)の間サンプルホールドを行うサンプルホールド回
路と、前記サンプルホールド回路出力にΔΣ変調を行う
ΔΣ変調器とを備え、前記fsが基準となるべき値の整数
倍、或いは、整数分の1倍となるように変化するもので
あり、前記検出手段出力に基づき前記サンプルホールド
回路がH・fsの値が常に同じ値となるよう前記Hの値を
変化させるようにしたものであり、これにより入力信号
のサンプリング周波数が変わってもΔΣ変調器の動作周
波数を同じに保ち、シェーピングノイズのホルマントが
入力信号の周波数によっても変化しないという作用を有
する。
【0009】また、本発明の第2の発明は、サンプリン
グ周波数がfsである入力信号をオーバーサンプリング比
N(Nは自然数)としてオーバーサンプリングを行うデ
ジタルフィルタと、前記fsの変化を検出する検出手段
と、デジタルフィルタ出力を所定の間サンプルホールド
を行うサンプルホールド回路と、該サンプルホールド回
路出力にΔΣ変調を行うΔΣ変調器とを備え、前記fsが
基準となるべき値の整数倍、或いは、整数分の1倍とな
るように変化するものであり、前記デジタルフィルタが
前記検出手段出力に基づきN・fsの値が常に同じ値とな
るようオーバーサンプリング比Nの値を変化させること
によりN・fsの値が常に同じ値となるようにしたもので
あり、これにより入力信号のサンプリング周波数が変わ
ってもΔΣ変調器の動作周波数を同じに保ち、シェーピ
ングノイズのホルマントが入力信号の周波数によっても
変化しないという作用を有する。
【0010】以下、本発明の実施の形態について図面を
用いて説明する。
【0011】(実施の形態1)図1は本発明の実施の形
態1によるΔΣ変調型D/A変換器の構成を示すブロッ
ク図である。この図を説明すると、デジタルフィルタ1
は、サンプリング周波数fsである入力信号のオーバーサ
ンプリングを行う。ここでは基準となるべきサンプリン
グ周波数fsを44.1kHzとしており、現在与えられてい
る入力信号のサンプリング周波数fsは44.1kHz、デジ
タルフィルタ1によるオーバーサンプリング比を4倍と
している。つまり、デジタルフィルタ1では4倍オーバ
ーサンプリングを行っている。デジタルフィルタ1出力
のサンプリング周波数はこの時点で4fs(=176.4k
Hz)となる。
【0012】サンプルホールド回路(S/H)2は、デ
ジタルフィルタ1出力のサンプルホールドを行う。fs検
出手段6は、現在は基準となるべき44.1kHzがfsと
して与えられているので、これに基づき、サンプルホー
ルド回路2が入力1サンプルに対して、出力8サンプル
分ホールドする(図1におけるH=8となる)べく制御
信号Cを出力する。当然のことながら、サンプルホール
ド回路2の出力における各サンプル間の周期は入力のそ
れの8倍となる。これにより4fsのデジタルフィルタ1
出力が32fsの信号となる。
【0013】サンプルホールド回路2の出力は、ΔΣ変
調器3によってΔΣ変調される。ΔΣ変調器3は例え
ば、特開平1−72621号公報に示されるようなもの
でよい。これにより、階調が圧縮される。以下は従来例
同様、パルス幅変調器(PWM)4、アンチエリアジン
グフィルタ5を介して出力される。
【0014】ここで、入力信号のサンプリング周波数fs
が44.1kHzの2分の1である22.05kHzになったと
すると、デジタルフィルタ1は入力信号の4倍オーバー
サンプリングを行う。今回はサンプリング周波数fs=2
2.05kHzであるので、その出力は88.2kHzとなる。
fs検出手段6は、基準となるべき44.1kHzの2分の
1の周波数を有するfsが与えられているので、これに基
づき、サンプルホールド回路2に対し、入力1サンプル
に対して、出力16サンプル分ホールドする(図1にお
けるH=16となる)べく制御信号Cを発生する。サン
プルホールド回路2では、制御信号Cにより、そのホー
ルド回数が16に変更される(H=16となる)。
【0015】これによりサンプルホールド回路2出力に
おける各サンプル間の周期は入力のそれの16倍とな
る。つまり、4fsのデジタルフィルタ1出力が64fsの
信号となる。このようにホールド回数を変えることによ
り、サンプルホールド回路2出力のサンプリング周波数
が入力信号のサンプリング周波数fsによらず常に一定と
なるようにしている。この信号がΔΣ変調器3によって
ΔΣ変調され、パルス幅変調器4、アンチエリアジング
フィルタ5を介して出力される。
【0016】なお、fs検出手段6は入力信号のサンプリ
ング周期を計測して求めても良いし、予め入力信号のサ
ンプリング周波数fsがいかほどの値であるかを示すフラ
グが入力信号と共に与えられている場合であれば、この
フラグを取り込んでそのまま制御信号Cとして出力して
もよい。
【0017】ここで、ΔΣ変調器3が発生するシェーピ
ングノイズについて考えると、ΔΣ変調器3の動作周波
数は64fsとなっているが、fsの値が44.1kHzから2
2.05kHzと半分となっているので、動作周波数は入力
信号が44.1kHzの場合と変わっていない。故にそのシ
ェーピングノイズのホルマントも図4(A)に示される
ものと変化しないことがわかる。
【0018】これにより、アンチエリアジングフィルタ
5の特性を入力信号のサンプリング周波数fsによって変
えなくともΔΣ変調器3によって発生するシェーピング
ノイズを確実に除去することが可能となる。
【0019】なお、以上実施の実施の形態においては、
入力信号のサンプリング周波数fsが半分となった場合に
ついて示したが、無論これに限定したものではない。1
/4、或いは、1/3であっても良く、この場合にはサ
ンプルホールド回路2におけるホールド回数(H)を3
2、或いは24とすればよい。また、入力信号のサンプ
リング周波数fsが下がる場合だけでなく、上昇する場合
でも有効である。つまり、サンプリング周波数fsが2倍
となった場合は、ホールド回数を半分にすれば良いもの
である。
【0020】(実施の形態2)図2は本発明の実施の形
態2によるΔΣ変調型D/A変換器の構成を示すブロッ
ク図である。この図において、図1、図3と同一の機能
を有するものには同一の符号を付し、細かな説明は省略
する。この実施の形態は、デジタルフィルタ20が入力
信号のサンプリング周波数fsに応じてオーバーサンプリ
ング比を変えることによってシェーピングノイズのホル
マントを一定に保とうとするものである。
【0021】オーバーサンプリングフィルタ(OSフィ
ルタ)21が入力信号の4倍オーバーサンプリングを行
う。図1におけるデジタルフィルタ1と同等のものでよ
い。この出力が線形補間回路22とセレクタ23に与え
られている。線形補間回路22では、デジタルフィルタ
1によって与えられる連続する2個のサンプルに対し
て、その間に1個のサンプルを挿入するものである。挿
入されるサンプルの値は、そのサンプルの前後のサンプ
ルの平均を取ったものである。セレクタ23は制御信号
Cに基づいて端子A、Bの何れかを選択し端子Yより出
力する。入力信号のサンプリング周波数fsが44.1kHz
の時は端子Bを、22.05kHzの時は端子Aを選択する
ようにしている。この出力をデジタルフィルタ20の出
力としている。これにより、入力信号のサンプリング周
波数fsが44.1kHzの時はデジタルフィルタ20出力は
4fsの信号となり、同22.05kHzの時は8fsの信号と
なる。このようにして、入力信号のサンプリング周波数
fsに応じてデジタルフィルタ20のオーバーサンプリン
グ比を変化させるようになっている。
【0022】デジタルフィルタ20の出力はサンプルホ
ールド回路24によってホールドされる。ここでは、入
力1サンプルに対して、出力8サンプル分ホールドする
(H=8)。これにより、出力における各サンプル間の
周期は入力のそれの8倍となり、入力信号のサンプリン
グ周波数fsが44.1kHzの時はデジタルフィルタ20出
力は32fs、同22.05kHzの時は64fsの信号とな
る。
【0023】サンプルホールド回路24出力はΔΣ変調
器3に与えられる。以下は図1と同様にしてΔΣ変調、
パルス幅変調され、アンチエリアジングフィルタ5を介
して出力される。
【0024】この図においても、ΔΣ変調器3の動作
は、入力信号のサンプリング周波数fsが44.1kHzの時
は32fs、同22.05kHzの時は64fsでの動作となる
ので、シェーピングノイズのホルマントは入力信号のサ
ンプリング周波数fsによって変化せず、アンチエリアジ
ングフィルタ5の特性を入力信号のサンプリング周波数
fsによって変えなくともΔΣ変調器3によって発生する
シェーピングノイズを確実に除去することが可能とな
る。
【0025】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、サンプル
ホールド回路におけるホールド回数やデジタルフィルタ
におけるオーバーサンプリング比を調節して、入力信号
のサンプリング周波数fsに関係なくΔΣ変調器の動作周
波数を一定に保つことにより、入力信号のサンプリング
周波数が変化した場合であってもアンチエリアジングフ
ィルタの特性を変えることなく、シェーピングノイズを
確実に除去できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1によるΔΣ変調型D/A
変換器の構成を示したブロック図
【図2】同実施の形態2によるΔΣ変調型D/A変換器
の構成を示したブロック図
【図3】従来のΔΣ変調型D/A変換器を構成を示した
ブロック図
【図4】ΔΣ変調型D/A変換器出力のホルマントを示
したスペクトル図
【符号の説明】
1,20 デジタルフィルタ 2,24 サンプルホールド回路 3 ΔΣ変調器 4 パルス幅変調器 5 アンチエリアジングフィルタ 6 fs検出手段

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 サンプリング周波数がfsである入力信号
    のオーバーサンプリングを行うデジタルフィルタと、前
    記fsの変化を検出する検出手段と、前記デジタルフィル
    タ出力をHサンプル(Hは自然数)の間サンプルホール
    ドを行うサンプルホールド回路と、前記サンプルホール
    ド回路出力にΔΣ変調を行うΔΣ変調器とを備え、前記
    fsが基準となるべき値の整数倍、或いは、整数分の1倍
    となるように変化するものであり、前記検出手段出力に
    基づき前記サンプルホールド回路がH・fsの値が常に同
    じ値となるよう前記Hの値を変化させるようにしたこと
    を特徴とするΔΣ変調型D/A変換器。
  2. 【請求項2】 サンプリング周波数がfsである入力信号
    をオーバーサンプリング比N(Nは自然数)としてオー
    バーサンプリングを行うデジタルフィルタと、前記fsの
    変化を検出する検出手段と、前記デジタルフィルタ出力
    を所定の間サンプルホールドを行うサンプルホールド回
    路と、前記サンプルホールド回路出力にΔΣ変調を行う
    ΔΣ変調器とを備え、前記fsが基準となるべき値の整数
    倍、或いは、整数分の1倍となるように変化するもので
    あり、前記デジタルフィルタが前記検出手段出力に基づ
    きN・fsの値が常に同じ値となるようオーバーサンプリ
    ング比Nの値を変化させるようにしたことを特徴とする
    ΔΣ変調型D/A変換器。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006129366A (ja) * 2004-11-01 2006-05-18 Texas Instr Japan Ltd Pwmドライバおよびこれを用いたd級増幅器
JP2006303663A (ja) * 2005-04-18 2006-11-02 Nec Electronics Corp 光結合型絶縁回路
JP2009545899A (ja) * 2006-08-01 2009-12-24 ヴェリジー(シンガポール) プライベート リミテッド 非同期型シグマデルタデジタルアナログコンバータ
JP2011193233A (ja) * 2010-03-15 2011-09-29 Asahi Kasei Electronics Co Ltd D/aコンバータ
JP2012044545A (ja) * 2010-08-20 2012-03-01 Fujitsu Ltd Pllシンセサイザ

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