JP2002135120A - Δς modulator - Google Patents

Δς modulator

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JP2002135120A JP2000326772A JP2000326772A JP2002135120A JP 2002135120 A JP2002135120 A JP 2002135120A JP 2000326772 A JP2000326772 A JP 2000326772A JP 2000326772 A JP2000326772 A JP 2000326772A JP 2002135120 A JP2002135120 A JP 2002135120A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a means for eliminating spurious noise, generated when a DC signal is input to a ΔΣmodulator and to attempt improvement of S/N in a signal zone by noise-shaping effect. SOLUTION: An initial setting circuit 25 is controlled by a circuit 24 detecting a start trigger 23, which instructs the initiation of DC of an input signal 21 or of modulation movement. Initial value is given to an accumulator at the initiation of ΔΣ modulation. It is so constructed of that the ΔΣ modulator 20 will not be influenced in normal operation. Quantization noise is randomized and tone of spectrum is removed, by giving the initial value to the accumulator.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、オーディオ、通信
等の分野において幅広く利用されているΔΣ変調器に関
し、特に、信号帯域内S/Nの改善を図る技術に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a .DELTA..SIGMA. Modulator widely used in the fields of audio and communications, and more particularly to a technique for improving the S / N in a signal band.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の1次ΔΣ変調器は、図4にその一
例を示すように、入力信号X(Z)とフィードバック信
号の減算を行う減算器2と、減算器2の出力を1サンプ
リングクロック毎に累積加算(積分)する累積加算器
(積分器)3と、累積加算器3の出力が、≧スレッショ
ールドレベルであれば+Δ、<スレッショールドレベル
であれば−Δの2値量子化された出力信号Y(Z)を生
成するコンパレータ5と、出力信号Y(Z)を1サンプ
リングクロック遅らせた信号を前記フィードバック信号
として減算器2にフィードバックする遅延器8により構
成されている。
2. Description of the Related Art As shown in FIG. 4, a conventional first-order ΔΣ modulator has a subtractor 2 for subtracting an input signal X (Z) and a feedback signal, and an output of the subtracter 2 for one sampling. A cumulative adder (integrator) 3 that performs cumulative addition (integration) for each clock; and a binary value of + Δ if the output of the cumulative adder 3 is ≧ the threshold level, and −Δ if <the threshold level The comparator 5 includes a comparator 5 that generates a quantized output signal Y (Z), and a delay unit 8 that feeds back a signal obtained by delaying the output signal Y (Z) by one sampling clock to the subtractor 2 as the feedback signal.

【0003】図1では、1次ΔΣ変調器の各要素をZ変
換して得られるZ関数で記述しており、Z−1は入力を
1サンプリングクロック遅らせる遅延要素を表現してい
る。
In FIG. 1, each element of the primary ΔΣ modulator is described by a Z function obtained by performing Z conversion, and Z −1 represents a delay element for delaying an input by one sampling clock.

【0004】1次ΔΣ変調器は、上記の要素で構成され
たフィードバックシステムであり、2つの遅延器4、8
へのサンプリングクロック9に同期して、ダイナミック
レンジ−Δ〜+Δの入力信号1を、2値量子化出力信号
(+Δ、−Δ)7へと変換する変調器である。
The first-order ΔΣ modulator is a feedback system composed of the above-described elements, and has two delay units 4 and 8.
Is a modulator that converts an input signal 1 having a dynamic range of -Δ to + Δ into a binary quantized output signal (+ Δ, −Δ) 7 in synchronization with a sampling clock 9 for the input signal.

【0005】図5は、図4記載の1次ΔΣ変調器の動作
原理説明図である。1次ΔΣ変調器における出力信号Y
(Z)は、 Y(Z)=X(Z)+(1−Z−1)Q(Z)・・・式1 となり、入力信号X(Z)とノイズ成分(1−Z−1
Q(Z)の和となる。また、出力信号のスペクトルY
(f)は、 Y(f)=X(f)+(1−e−2πfTs)Q(f)・・・式2 となり、同様に、入力信号スペクトルX(f)とノイズ
成分(1−e−jωTs)Q(f)の和となる。
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation principle of the primary Δ 次 modulator shown in FIG. Output signal Y in first-order ΔΣ modulator
(Z) is expressed as follows: Y (Z) = X (Z) + (1−Z −1 ) Q (Z) Expression 1 where input signal X (Z) and noise component (1−Z −1 )
Q (Z). Also, the spectrum Y of the output signal
(F) is Y (f) = X (f) + (1−e− 2πfTs ) Q (f) Equation 2. Similarly, the input signal spectrum X (f) and the noise component (1−e −jωTs ) The sum of Q (f).

【0006】式2の右辺第2項のノイズ成分16は、−
Δ〜+Δの範囲内で変化する入力信号10を、+Δ、−
Δの2値量子化信号13に変調する際に発生する量子化
ノイズQ(Z)6のスペクトルQ(f)に、ハイパス特
性(1−e−jωTs)を乗じたものになっている。
[0006] The noise component 16 of the second term on the right side of Equation 2 is
The input signal 10 that changes within the range of Δ to + Δ is represented by + Δ, −
The spectrum is obtained by multiplying the spectrum Q (f) of the quantization noise Q (Z) 6 generated when modulating the binary quantization signal 13 of Δ by the high-pass characteristic (1−e− jωTs ).

【0007】量子化ノイズQ(Z)6のスペクトルQ
(f)は、入力信号10の振幅が十分に大きければ、D
Cからナイキスト周波数17まで均一に分布するホワイ
トノイズとみなすことができるため、出力信号スペクト
ルY(f)14中に含まれるノイズ成分16は、ナイキ
スト周波数17をピークに高域に分散する。この効果
は、ノイズシェイピング効果と呼ばれΔΣ変調器の大き
な特徴の一つである。
The spectrum Q of the quantization noise Q (Z) 6
(F) indicates that if the amplitude of the input signal 10 is sufficiently large, D
Since it can be regarded as white noise uniformly distributed from C to the Nyquist frequency 17, the noise component 16 included in the output signal spectrum Y (f) 14 is dispersed in a high band with the Nyquist frequency 17 as a peak. This effect is called a noise shaping effect and is one of the major features of the ΔΣ modulator.

【0008】入力信号10の復調には、信号帯域18の
上限をカットオフ周波数としたローパスフィルタ19を
用いて、高域に分散したノイズ成分16と分離すればよ
い。復調後、信号帯域18内に残るノイズ成分16は、
ノイズシェイピング効果により低減されているため、信
号帯域18においては高いS/Nが確保でき、入力信号
を忠実に復調できる。
To demodulate the input signal 10, a low-pass filter 19 having a cutoff frequency at the upper limit of the signal band 18 may be used to separate it from the noise component 16 dispersed in a high frequency band. After demodulation, the noise component 16 remaining in the signal band 18 is
Since the noise is reduced by the noise shaping effect, a high S / N ratio can be secured in the signal band 18, and the input signal can be faithfully demodulated.

【0009】しかしながら、入力信号10をDCとした
場合、入力信号10の振幅が十分に大きければホワイト
ノイズとみなせる量子化ノイズQ(Z)6のスペクトル
Q(f)が、トーン成分を持つようになる。このトーン
成分は、ΔΣ変調器のハイパス特性(1−
−jωTs)によっても抑圧しきれず、出力信号Y
(f)14中にスプリアスとして現れることになり、信
号帯域18におけるS/Nを劣化させる要因となる。
However, when the input signal 10 is DC, the spectrum Q (f) of the quantization noise Q (Z) 6, which can be regarded as white noise if the amplitude of the input signal 10 is sufficiently large, has a tone component. Become. This tone component is based on the high-pass characteristic (1-
e −jωTs ), the output signal Y
(F) Appears as spurs in 14 and becomes a factor of deteriorating the S / N in the signal band 18.

【0010】図1の1次ΔΣ変調器を用いて、入力信号
X(Z)1にDCを加えた場合に、出力信号Y(Z)7
にスプリアスが発生するメカニズムを、図6により説明
する。
When DC is applied to the input signal X (Z) 1 using the primary ΔΣ modulator of FIG. 1, the output signal Y (Z) 7
The mechanism by which spurs are generated in FIG.

【0011】図6(a)に示すように、入力信号1にD
C入力x(n)=+Δ/2を加えると、累積加算器3の
出力は、図6(b)のように周期性のランプ波形とな
り、コンパレータ5はスレッショールドレベル0を判定
点として、図6(c)のように+Δ、−Δの2値量子化
された出力信号y(n)7を生成する。
[0011] As shown in FIG.
When the C input x (n) = + Δ / 2 is added, the output of the accumulator 3 becomes a periodic ramp waveform as shown in FIG. 6B, and the comparator 5 uses the threshold level 0 as a determination point. As shown in FIG. 6C, a binary quantized output signal y (n) 7 of + Δ and −Δ is generated.

【0012】図6(c)のように、出力信号7の時間応
答y(n)は、量子化ステップとDC入力の比に応じた
デューティー比で、+Δ、−Δを繰り返す周期信号とな
る。
As shown in FIG. 6C, the time response y (n) of the output signal 7 is a periodic signal that repeats + Δ and −Δ with a duty ratio corresponding to the ratio between the quantization step and the DC input.

【0013】本例では、量子化ステップは(+Δ)−
(−Δ)=2Δ、DC入力は(+Δ/2)であるから、 (+Δ/2)/(2Δ)=1/4 となり、出力信号7の時間応答y(n)は、(−Δ、+
Δ、+Δ、+Δ)のデューティー比1:4の繰り返し周
期信号となり、図6(e)に示すように、出力信号7の
スペクトルY(f)には、{(サンプリング周波数/
2)/4}の整数倍の周波数ポイントにスプリアスが発
生することになる。
In this example, the quantization step is (+ Δ) −
Since (−Δ) = 2Δ and the DC input is (+ Δ / 2), (+ Δ / 2) / (2Δ) = 1/4, and the time response y (n) of the output signal 7 is (−Δ, +
A repetition period signal having a duty ratio of 1: 4 (Δ, + Δ, + Δ) is obtained. As shown in FIG. 6E, the spectrum Y (f) of the output signal 7 includes {(sampling frequency /
2) Spurious will occur at a frequency point that is an integral multiple of /.

【0014】スプリアスの発生原因は、出力信号7を2
値量子化する際に生ずる量子化ノイズ6にある。DC入
力時の量子化ノイズ6の時間応答q(n)は、図6
(d)に示すような周期信号となり、そのスペクトルQ
(f)は、図6(f)に示すようなトーン性を持つ。こ
のトーン成分は、ΔΣ変調器のハイパス特性でも抑圧し
きれないため、出力信号7にスプリアスが発生すること
になる。
The cause of the spurious is that the output signal 7
This is in the quantization noise 6 generated when the value is quantized. The time response q (n) of the quantization noise 6 at the time of DC input is shown in FIG.
A periodic signal as shown in FIG.
(F) has a tone characteristic as shown in FIG. 6 (f). Since this tone component cannot be completely suppressed even by the high-pass characteristic of the Δ 、 modulator, spurious is generated in the output signal 7.

【0015】図7は、図4に示す1次ΔΣ変調器を3段
カスケードに接続し、それぞれの1次ΔΣ変調器の出力
信号を加算することで、最終的な出力信号を得る従来の
3次MASH方式ΔΣ変調器の例を示すブロック図であ
る。
FIG. 7 shows a conventional 3rd-order delta-sigma modulator shown in FIG. 4 connected in a three-stage cascade and adding the output signals of the respective 1st-order delta-sigma modulators to obtain a final output signal. FIG. 10 is a block diagram illustrating an example of a next MASH scheme ΔΣ modulator.

【0016】図7において、3次MASH方式ΔΣ変調
器27は、1次ΔΣ変調器30〜32を3段カスケード
に接続し、それぞれの1次ΔΣ変調器30〜32の出力
信号Y1(Z)、Y2(Z)、Y3(Z)を加算するこ
とで、最終的な出力信号Y(Z)29を得る。この方式
を採用すると高次かつ安定なΔΣ変調器が構成できる
が、出力信号Y(Z)29は多値化する。3次MASH
方式ΔΣ変調器27の出力信号Y(Z)29は、 Y(Z)=X(Z)+(1−Z−1Q3(Z)・・・式3 で与えられる。ここで、Q3(Z)は3段目のΔΣ変調
器32で発生する量子化ノイズである。
In FIG. 7, a third-order MASH type ΔΣ modulator 27 connects the first-order ΔΣ modulators 30 to 32 in a three-stage cascade, and outputs signals Y1 (Z) of the respective first-order ΔΣ modulators 30 to 32. , Y2 (Z) and Y3 (Z) are added to obtain a final output signal Y (Z) 29. If this method is adopted, a high-order and stable ΔΣ modulator can be formed, but the output signal Y (Z) 29 is multi-valued. Tertiary MASH
The output signal Y (Z) 29 of the system ΔΣ modulator 27 is given by Y (Z) = X (Z) + (1−Z −1 ) 3 Q3 (Z)... Here, Q3 (Z) is quantization noise generated in the third-stage ΔΣ modulator 32.

【0017】また、出力信号29のスペクトルY(f)
は、 Y(f)=X(f)+(1−e−2πfTsQ3(f)・・・式4 で与えられる。
The spectrum Y (f) of the output signal 29
Is given by Y (f) = X (f) + (1−e− 2πfTs ) 3 Q3 (f) Equation 4

【0018】式3、式4より明らかなように、3次MA
SH方式ΔΣ変調器27にて、DC入力時に発生するス
プリアスを除去するためには、3段目の1次ΔΣ変調器
32にて発生する量子化ノイズQ3(Z)をランダム化
し、スペクトルのトーン性を除去することがポイントに
なる。
As is clear from equations 3 and 4, the third-order MA
In order to remove the spurious generated at the time of DC input in the SH system ΔΣ modulator 27, the quantization noise Q3 (Z) generated in the third-order primary ΔΣ modulator 32 is randomized, and the tone of the spectrum is reduced. The point is to eliminate sex.

【0019】図8に、従来の3次MASH方式ΔΣ変調
器27の入力信号X(Z)28に100Hzの正弦波を
与えた時のシミュレーション結果を示す。量子化ステッ
プΔ=1、サンプリング周波数fs=1kHz、サンプ
ル総数90の条件にてシミュレーションを行った。
FIG. 8 shows a simulation result when a sine wave of 100 Hz is applied to the input signal X (Z) 28 of the conventional third-order MASH type ΔΣ modulator 27. The simulation was performed under the conditions of a quantization step Δ = 1, a sampling frequency fs = 1 kHz, and a total number of samples of 90.

【0020】図8(a)は3段目の1次ΔΣ変調器32
にて発生する量子化ノイズの時間応答q3(n)、図8
(b)は出力信号29の時間応答y(n)、図8(c)
は3段目の1次ΔΣ変調器32にて発生する量子化ノイ
ズのスペクトルQ3(f)、図8(d)は出力信号29
のスペクトルY(f)である。
FIG. 8A shows a first-order ΔΣ modulator 32 of the third stage.
8, the time response q3 (n) of the quantization noise generated in FIG.
(B) is the time response y (n) of the output signal 29, FIG.
Is the spectrum Q3 (f) of the quantization noise generated by the first-order ΔΣ modulator 32 at the third stage, and FIG.
Is the spectrum Y (f).

【0021】正弦波入力の場合、量子化ノイズq3
(n)は十分にランダム化されており(図8(a))、
そのスペクトルQ3(f)はほぼホワイトとみなせる
(図8(c))。式4より、出力信号29のスペクトル
Y(f)は、入力信号28のスペクトルX(f)と変調
器の3次ハイパス特性によりノイズシェイピングされた
量子化ノイズのスペクトル(1−e−2πfTs
3(f)の和であるから、このケースのように、量子化
ノイズQ3(f)がホワイト化されていれば、出力信号
29に含まれるノイズ成分は高域にノイズシェイピング
し、信号付近でのS/N比は改善される(図8
(d))。
In the case of a sine wave input, the quantization noise q3
(N) is fully randomized (FIG. 8 (a)),
The spectrum Q3 (f) can be regarded as almost white (FIG. 8 (c)). According to Equation 4, the spectrum Y (f) of the output signal 29 is equal to the spectrum X (f) of the input signal 28 and the spectrum of the quantization noise (1-e- 2πfTs ) 3 that is noise- shaped by the third-order high-pass characteristic of the modulator. Q
3 (f), if the quantization noise Q3 (f) is whitened, as in this case, the noise component included in the output signal 29 is noise-shaped to a high frequency band, and the noise component is generated near the signal. S / N ratio is improved (FIG. 8)
(D)).

【0022】図9に、従来の3次MASH方式ΔΣ変調
器27の入力信号X(Z)28にDC(x(n)=0)
を与えた時のシミュレーション結果を示す。シミュレー
ションの条件は、正弦波入力の場合と同様である。
FIG. 9 shows that the input signal X (Z) 28 of the conventional third-order MASH type ΔΣ modulator 27 has DC (x (n) = 0).
Shows the simulation results when. The simulation conditions are the same as in the case of a sine wave input.

【0023】図9(a)は3段目の1次ΔΣ変調器32
にて発生する量子化ノイズの時間応答q3(n)、図9
(b)は出力信号29の時間応答y(n)、図9(c)
は3段目の1次ΔΣ変調器32にて発生する量子化ノイ
ズのスペクトルQ3(f)、図9(d)は出力信号29
のスペクトルY(f)である。
FIG. 9A shows a third-order primary ΔΣ modulator 32.
9, the time response q3 (n) of the quantization noise generated in FIG.
(B) is the time response y (n) of the output signal 29, FIG.
Is the spectrum Q3 (f) of the quantization noise generated in the first-order ΔΣ modulator 32 in the third stage, and FIG.
Is the spectrum Y (f).

【0024】出力信号29の時間応答y(n)は、
(3、−3、1、−1)の4サンプル周期、その平均は
DC入力と同じ0となっており、ローパスフィルタを通
すことにより、入力信号X(Z)28を再生できる(図
9(b))。量子化ノイズq3(n)は、(0、1、
1、1)の繰り返しとなり、4サンプルの周期信号とな
る(図9(a))。
The time response y (n) of the output signal 29 is
The four sample periods of (3, -3, 1, -1), the average of which is 0, which is the same as the DC input, and the input signal X (Z) 28 can be reproduced by passing through a low-pass filter (FIG. 9 ( b)). The quantization noise q3 (n) is (0, 1,
The repetition of 1, 1) results in a 4-sample periodic signal (FIG. 9A).

【0025】従って、この周期性により、サンプリング
周波数/4周期=1kHz/4=250Hzの整数倍の
周波数にトーン性の量子化ノイズQ3(f)が発生する
(図9(c))。このトーン性の量子化ノイズは、変調
器の3次ハイパス特性を通しても抑圧しきれず、出力信
号29のスペクトルY(f)にスプリアスとして現れ、
帯域内S/Nを劣化させる要因となる(図9(d))。
Therefore, due to this periodicity, tone-like quantization noise Q3 (f) is generated at a frequency that is an integral multiple of the sampling frequency / 4 cycle = 1 kHz / 4 = 250 Hz (FIG. 9C). This tonal quantization noise cannot be suppressed even through the third-order high-pass characteristic of the modulator, and appears as spurious in the spectrum Y (f) of the output signal 29.
This is a factor of deteriorating the in-band S / N (FIG. 9D).

【0026】従って、DC入力時のスプリアス除去のた
めには、何らかの方法を用いて量子化ノイズ6のランダ
ム化を図り、そのスペクトルをホワイト化する必要があ
る。従来、このDC入力時の出力信号のスプリアスを除
去するために、以下の3つの方法が提案されている。
Therefore, in order to remove spurious noise at the time of DC input, it is necessary to randomize the quantization noise 6 by using some method and whiten its spectrum. Conventionally, the following three methods have been proposed to remove the spurious of the output signal at the time of DC input.

【0027】(従来の方法)入力信号1に疑似ランダ
ム波形のディザを加算することにより、DC入力時でも
量子化ノイズ6をランダム化し、出力信号7のスプリア
スを除去する方法。
(Conventional method) A method of adding a pseudo-random waveform dither to the input signal 1 to randomize the quantization noise 6 even at the time of DC input and to remove spurious components of the output signal 7.

【0028】(従来の方法)コンパレータ5を多値化
することで、量子化ステップを小さくし、量子化ノイズ
6を減少させ、出力信号7のスプリアスを除去する方
法。
(Conventional method) A method of reducing the quantization step, reducing the quantization noise 6 and removing the spurious of the output signal 7 by making the comparator 5 multi-valued.

【0029】(従来の方法)入力信号1にDCオフセ
ットを加え、量子化ノイズ6のランダム化を図り、出力
信号7のスプリアスを除去する方法(特開平7−143
006号公報、特開2000−174627号公報
等)。
(Conventional method) A method of adding a DC offset to the input signal 1, randomizing the quantization noise 6, and removing spurious components of the output signal 7 (Japanese Patent Laid-Open No. 7-143).
006, JP-A-2000-174627, etc.).

【0030】[0030]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法にはそれぞれ以下のような欠点がある。
However, each of the above conventional methods has the following disadvantages.

【0031】の方法のように、入力信号1に疑似ラン
ダム波形を加算するということは、ノイズを加算するの
と同じことであるので、S/Nが劣化するという欠点が
ある。
Since adding a pseudo-random waveform to the input signal 1 as in the method described above is the same as adding noise, there is a disadvantage in that the S / N deteriorates.

【0032】の方法の場合、2つ以上のスレッショー
ルドレベルを持つ多値コンパレータが必要となる。多値
コンパレータのスレッショールドレベルを等間隔に保つ
のは、素子のばらつきなどの観点から、非常に困難であ
るため、完全に線形な多値量子化を行うのは難しい。こ
の多値コンパレータの非線形性は、出力信号7の歪みを
招くという欠点がある。
In the case of the above method, a multi-value comparator having two or more threshold levels is required. It is very difficult to keep the threshold levels of the multi-level comparator at equal intervals from the viewpoint of device variation and the like, so that it is difficult to perform completely linear multi-level quantization. The non-linearity of the multi-value comparator has a disadvantage that the output signal 7 is distorted.

【0033】の方法は、比較的容易に出力信号7のス
プリアス除去を図れる方法ではあるが、出力信号7に生
ずるDCオフセットの影響を、キャリブレーション等で
あらかじめ除去しなければならないという欠点がある。
また、入力信号1がディジタルの場合、DCオフセット
入力用に最低1ビット必要となり、ダイナミックレンジ
が劣化するという欠点もある。
The method described above is a method which can relatively easily remove spurious components of the output signal 7, but has a drawback that the influence of the DC offset generated in the output signal 7 must be removed in advance by calibration or the like.
Further, when the input signal 1 is digital, at least one bit is required for DC offset input, and there is a disadvantage that the dynamic range is deteriorated.

【0034】本発明の目的は、S/Nや歪率あるいはダ
イナミックレンジ等の特性劣化を生ずることなく、ΔΣ
変調器にDC信号を入力した場合に発生するスプリアス
を除去し、かつノイズシェイピング効果による信号帯域
内のS/N向上を図る手段を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a method for reducing ΔΣ without deteriorating characteristics such as S / N, distortion, and dynamic range.
It is an object of the present invention to provide a means for removing spurious generated when a DC signal is input to a modulator and improving S / N in a signal band by a noise shaping effect.

【0035】[0035]

【課題を解決するための手段】本発明は、ΔΣ変調開始
時に、ΔΣ変調器内の累積加算器に初期値を与えること
により、出力信号を量子化する際に発生する量子化ノイ
ズのランダム化を図り、量子化ノイズのトーン性を除去
(ホワイト化を図る)し、DC入力時に出力信号に現れ
るスプリアスを抑制することを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method for randomizing quantization noise generated when an output signal is quantized by giving an initial value to a cumulative adder in a .DELTA..SIGMA. , The tone characteristic of the quantization noise is removed (whitened), and the spurious appearing in the output signal at the time of DC input is suppressed.

【0036】この結果、DCを入力した場合でも、出力
信号のスプリアスを除去でき、ノイズシェイピングによ
るS/N向上を実現するΔΣ変調器が実現できる。
As a result, even when DC is input, a .DELTA..SIGMA. Modulator that can eliminate spurious output signals and improve S / N by noise shaping can be realized.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】図1は、本発明によるΔΣ変調器
の実施の形態を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a ΔΣ modulator according to the present invention.

【0038】本発明では、従来のΔΣ変調器20に加
え、ΔΣ変調器20内の累積加算器に初期値を与える初
期値設定回路25が追加されている。初期値設定回路2
5は、入力信号21のDC検出回路24、もしくは、変
調動作の開始を指示するスタートトリガ23を検出する
回路24によってコントロールされており、入力信号に
直流成分が検出されたとき、もしくはΔΣ変調開始時に
累積加算器に初期値を与え、定常動作時には、ΔΣ変調
器20に何ら影響を与えない構成となっている。
In the present invention, in addition to the conventional Δ 与 え る modulator 20, an initial value setting circuit 25 for giving an initial value to the accumulator in the ΔΣ modulator 20 is added. Initial value setting circuit 2
5 is controlled by a DC detection circuit 24 for the input signal 21 or a circuit 24 for detecting a start trigger 23 for instructing the start of a modulation operation, when a DC component is detected in the input signal, or when ΔΣ modulation is started. At the time, an initial value is given to the accumulator, and during the steady operation, the ΔΣ modulator 20 is not affected at all.

【0039】本発明によるΔΣ変調器を用いて、累積加
算器に初期値を与えることにより、量子化ノイズのラン
ダム化が図れ、スペクトルのトーン性が除去できる。初
期値の選定は、シミュレーション等により検討する必要
があるが、経験的には次のことが言える。 初期値としては、量子化ステップの1/2の整数倍
よりも1/4の整数倍、1/4の整数倍よりも1/8の
整数倍を選択する。すなわち、 累積加算器の初期値={量子化ステップ(2Δ)/
}×整数 (n→大) の指標により、初期値を選定する。ディジタルで初期値
を設定する場合には、LSB=1として初期値を与える
のが効果的である。 本手法は、高次のΔΣ変調器ほど効果がある。
By giving the initial value to the accumulator using the ΔΣ modulator according to the present invention, the quantization noise can be randomized and the tone characteristics of the spectrum can be removed. The selection of the initial value must be examined by simulation or the like, but the following can be said from experience. As the initial value, an integer multiple of 4 of an integer multiple of 量子 of the quantization step, and an integer multiple of 8 of an integer multiple of 4 of the quantization step are selected. That is, the initial value of the accumulator = {quantization step (2Δ) /
An initial value is selected according to an index of 2 n } × integer (n → large). When digitally setting an initial value, it is effective to set the initial value with LSB = 1. This technique is more effective for higher order ΔΣ modulators.

【0040】次に、3次MASH方式ΔΣ変調器を例に
挙げ、本発明の実施例を説明する。
Next, an embodiment of the present invention will be described using a third-order MASH system ΔΣ modulator as an example.

【0041】図2は本発明による3次MASH方式ΔΣ
変調器のブロック図であり、従来の3次MASH方式Δ
Σ変調器に加え、1段目の1次ΔΣ変調器37内の累積
加算器に初期値kを与える回路41を追加してある。
FIG. 2 shows a third-order MASH method ΔΣ according to the present invention.
FIG. 4 is a block diagram of a modulator, showing a conventional third-order MASH method Δ
In addition to the Σ modulator, a circuit 41 for providing an initial value k to the accumulator in the first-order primary ΔΣ modulator 37 is added.

【0042】累積加算器に初期値kを与える回路41
は、変調動作の開始を指示するスタートトリガ42を検
知したときのみ初期値保持回路43に接続されて初期値
kを1段目の1次ΔΣ変調器37内の累積加算器に加
え、変調動作が開始された後は出力値0を与える定常値
保持回路44に接続されるようにコントロールされ、定
常動作時には1次ΔΣ変調器37に影響を及ぼさないよ
うに制御される。
Circuit 41 for providing initial value k to accumulator
Is connected to the initial value holding circuit 43 only when the start trigger 42 instructing the start of the modulation operation is detected, and the initial value k is added to the accumulator in the first-order primary ΔΣ modulator 37 to perform the modulation operation. Is controlled to be connected to the steady-state holding circuit 44 that gives an output value of 0 after the start, and is controlled so as not to affect the first-order ΔΣ modulator 37 during steady-state operation.

【0043】図3に本発明による3次MASH方式ΔΣ
変調器34の入力信号X(Z)35に、DC(x(n)
=0)を与えた時のシミュレーション結果を示す。累積
加算器の初期値kとして、量子化ステップ/27を与
え、シミュレーションを行った。
FIG. 3 shows a third-order MASH method ΔΣ according to the present invention.
DC (x (n) is applied to the input signal X (Z) 35 of the modulator 34.
= 0) is shown. A simulation was performed by giving a quantization step / 2 7 as the initial value k of the accumulator.

【0044】図3(a)は3段目の1次ΔΣ変調器39
にて発生する量子化ノイズの時間応答q3(n)、図3
(b)は出力信号36の時間応答y(n)、図3(c)
は3段目の1次ΔΣ変調器39にて発生する量子化ノイ
ズのスペクトルQ3(f)、図3(d)は出力信号36
のスペクトルY(f)をそれぞれ示している。
FIG. 3A shows the first-order ΔΣ modulator 39 of the third stage.
Time response q3 (n) of the quantization noise generated at
(B) is the time response y (n) of the output signal 36, FIG.
Is the spectrum Q3 (f) of the quantization noise generated by the first-order ΔΣ modulator 39 in the third stage, and FIG.
Respectively show the spectrum Y (f).

【0045】累積加算器に初期値kを与えることによ
り、出力信号36の時間応答y(n)は、(6、−3、
1、1、… )の128サンプル周期となり、従来の方
法を用いた場合と比べランダム化されているが、その平
均はDC入力と同じ0である(図3(b))。量子化ノ
イズq3(n)も、128サンプル周期とランダム化さ
れており(図3(a))、そのスペクトルQ3(f)か
らトーン性は除去され、ホワイトノイズとみなせる(図
3(c))。
By giving the initial value k to the accumulator, the time response y (n) of the output signal 36 becomes (6, -3,
1, 1,...), Which is 128 sample periods, which is randomized as compared with the case where the conventional method is used, but whose average is 0 which is the same as that of the DC input (FIG. 3B). The quantization noise q3 (n) is also randomized to a period of 128 samples (FIG. 3 (a)), and its tone is removed from its spectrum Q3 (f) and can be regarded as white noise (FIG. 3 (c)). .

【0046】その結果、DC入力にも関わらず、出力信
号36のスペクトルY(f)に含まれるノイズ成分は、
ΔΣ変調器のハイパス特性により、ノイズシェイピング
し、帯域内のS/Nは改善されている(図3(d))。
As a result, the noise component included in the spectrum Y (f) of the output signal 36 despite the DC input is
Due to the high-pass characteristic of the ΔΣ modulator, noise shaping is performed, and the S / N in the band is improved (FIG. 3D).

【0047】[0047]

【発明の効果】本発明によれば、ΔΣ変調器にDC入力
を加えた場合に発生するスプリアスを除去できるため、
DC入力を加えた場合でもノイズシェイピング効果によ
る信号帯域内のS/N向上が図れる。
According to the present invention, the spurious generated when a DC input is applied to the ΔΣ modulator can be removed.
Even when a DC input is applied, the S / N in the signal band can be improved by the noise shaping effect.

【0048】また、本発明によれば、従来の方法のよう
に入力信号に疑似ランダム雑音を混入しなくてもよいた
め、信号帯域内のS/N劣化を招くこともない。また、
多値コンパレータを用いる必要もないので、歪率の劣化
を招くこともない。さらに、入力にDCオフセットを加
える必要もないので、キャリブレーションを行う必要も
なく、ダイナミックレンジの劣化を招くこともない。
Further, according to the present invention, unlike the conventional method, it is not necessary to mix pseudo random noise into the input signal, so that S / N degradation in the signal band does not occur. Also,
Since it is not necessary to use a multi-value comparator, the deterioration of the distortion factor does not occur. Furthermore, since there is no need to add a DC offset to the input, there is no need to perform calibration, and the dynamic range does not deteriorate.

【0049】また、今日、フラクショナルN PLLの
周波数カウンタ切り替えにΔΣ変調器を用いて、カウン
タ切り替え時に発生するスプリアスを除去し、高域にノ
イズシェイピングさせるΔΣ PLLが注目されている
が、本発明を利用すれば、入力にDCオフセットを加え
る必要もないので、PLLの周波数設定ダイナミックレ
ンジ(入力信号のダイナミックレンジ)を劣化させるこ
ともなく、広範な周波数設定ダイナミックレンジを確保
することができる。
Also, a ΔΣ PLL that uses a ΔΣ modulator to switch the frequency counter of a fractional-N PLL to remove spurious signals generated when the counter is switched and performs noise shaping in a high frequency band has attracted attention. If used, there is no need to add a DC offset to the input, so that a wide frequency setting dynamic range can be secured without deteriorating the frequency setting dynamic range (dynamic range of the input signal) of the PLL.

【0050】その理由は、ΔΣ変調器内の累積加算器に
初期値を与えることにより、DC入力時に周期的となる
量子化ノイズをランダム化させ、スペクトルのトーン性
を除去するためである。
The reason is that, by giving an initial value to the accumulator in the ΔΣ modulator, quantization noise that is periodic at the time of DC input is randomized, and the tone property of the spectrum is removed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明によるΔΣ変調器の実施の形態を示すブ
ロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a ΔΣ modulator according to the present invention.

【図2】本発明による3次MASH方式ΔΣ変調器のブ
ロック図である。
FIG. 2 is a block diagram of a third-order MASH type ΔΣ modulator according to the present invention.

【図3】本発明の3次MASH方式ΔΣ変調器にDCを
入力した場合のシミュレーション結果である。
FIG. 3 is a simulation result when DC is input to the third-order MASH type ΔΣ modulator of the present invention.

【図4】従来の1次ΔΣ変調器のブロック図である。FIG. 4 is a block diagram of a conventional first-order ΔΣ modulator.

【図5】従来の1次ΔΣ変調器の動作原理を説明する図
である。
FIG. 5 is a diagram illustrating the operation principle of a conventional first-order ΔΣ modulator.

【図6】従来の1次ΔΣ変調器にDCを入力した場合の
各部動作を説明する図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating the operation of each unit when DC is input to a conventional primary ΔΣ modulator.

【図7】従来の3次MASH方式ΔΣ変調器のブロック
図である。
FIG. 7 is a block diagram of a conventional third-order MASH type ΔΣ modulator.

【図8】従来の3次MASH方式ΔΣ変調器に正弦波を
入力した場合のシミュレーション結果である。
FIG. 8 is a simulation result when a sine wave is input to a conventional third-order MASH type ΔΣ modulator.

【図9】従来の3次MASH方式ΔΣ変調器にDCを入
力した場合のシミュレーション結果である。
FIG. 9 is a simulation result when DC is input to a conventional third-order MASH type ΔΣ modulator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,21,28,35 入力信号:X(Z) 2 減算器 3 累積加算器(積分器) 4,8 遅延器 5 コンパレータ 6 量子化ノイズ 7,26,29,36 出力信号:Y(Z) 9,22 サンプリングクロック 10 入力信号の時間応答:x(n) 11 入力信号のスペクトル:X(f) 12,18 信号帯域 13 出力信号の時間応答:y(n) 14 出力信号のスペクトル:Y(n) 15 信号成分 16 ノイズ成分 17 ナイキスト周波数(サンプリング周波数fs/
2) 19 ローパスフィルタ 20 ΔΣ変調器 23,42 スタートトリガ 24 DC検出回路/スタートトリガ検出回路 25 累積加算器(積分器)初期値設定回路 27,34 3次MASH方式ΔΣ変調器 30、31,32,37,38,39 1次ΔΣ変調器 33,40 出力信号加算器 41 累積加算器に初期値kを与える回路 43 初期値保持回路 44 0値保持回路
1, 21, 28, 35 Input signal: X (Z) 2 Subtractor 3 Cumulative adder (integrator) 4, 8 Delay unit 5 Comparator 6 Quantization noise 7, 26, 29, 36 Output signal: Y (Z) 9, 22 Sampling clock 10 Time response of input signal: x (n) 11 Spectrum of input signal: X (f) 12, 18 Signal band 13 Time response of output signal: y (n) 14 Spectrum of output signal: Y ( n) 15 signal component 16 noise component 17 Nyquist frequency (sampling frequency fs /
2) 19 Low-pass filter 20 ΔΣ modulator 23, 42 Start trigger 24 DC detection circuit / Start trigger detection circuit 25 Cumulative adder (integrator) initial value setting circuit 27, 34 Third-order MASH method ΔΣ modulator 30, 31, 32 , 37, 38, 39 Primary ΔΣ modulator 33, 40 Output signal adder 41 Circuit for giving initial value k to cumulative adder 43 Initial value holding circuit 44 0 value holding circuit

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入力信号とフィードバック信号の減算を
行う減算器と、該減算器の出力を1サンプリングクロッ
ク毎に累積加算する累積加算器と、該累積加算器の出力
を2値量子化して出力信号を生成するコンパレータと、
該出力信号を1サンプリングクロック遅らせた信号を生
成し、前記減算器に前記フィードバック信号として出力
する遅延器により構成されるΔΣ変調器おいて、 入力信号にDC成分を検出したときまたはΔΣ変調開始
時にのみ前記累積加算器に初期値を与える初期値設定手
段を設けたことを特徴とするΔΣ変調器。
1. A subtracter for subtracting an input signal and a feedback signal, a cumulative adder for cumulatively adding the output of the subtracter for each sampling clock, and binary-quantizing the output of the cumulative adder to output A comparator for generating a signal;
A ΔΣ modulator including a delay unit that generates a signal obtained by delaying the output signal by one sampling clock and outputs the signal as the feedback signal to the subtractor, when a DC component is detected in an input signal or when ΔΣ modulation starts. A ΔΣ modulator characterized in that initial value setting means for giving an initial value to the accumulator is provided.
【請求項2】 前記初期値設定手段は、DC検出回路/
スタートトリガ検出回路及び累積加算器初期値設定回路
を備えており、前記DC検出回路/スタートトリガ検出
回路により、入力信号のDC成分が検出されたとき、ま
たはΔΣ変調動作の開始を指示するスタートトリガが検
出されたときのみ、前記累積加算器初期値設定回路から
前記累積加算器に対して初期値を与えることを特徴とす
る請求項1記載のΔΣ変調器。
2. The method according to claim 1, wherein the initial value setting means includes a DC detection circuit /
A start trigger detecting circuit and a cumulative adder initial value setting circuit, wherein the DC detecting circuit / start trigger detecting circuit detects a DC component of the input signal or instructs start of ΔΣ modulation operation 2. The ΔΣ modulator according to claim 1, wherein an initial value is given to the cumulative adder from the cumulative adder initial value setting circuit only when is detected.
【請求項3】 前記初期値は、「(量子化ステップ/2
)×整数」(nは整数)に選定されることを特徴とす
る請求項1または2記載のΔΣ変調器。
3. The method according to claim 1, wherein the initial value is "(quantization step / 2
3. The ΔΣ modulator according to claim 1, wherein n ) is an integer, where n is an integer.
【請求項4】 前記ΔΣ変調器は、入力信号とフィード
バック信号の減算を行う減算器と、該減算器の出力を1
サンプリングクロック毎に累積加算する累積加算器と、
該累積加算器の出力を2値量子化して出力信号を生成す
るコンパレータと、該出力信号を1サンプリングクロッ
ク遅らせた信号を生成し、前記減算器に前記フィードバ
ック信号として出力する遅延器により構成される1次Δ
Σ変調器がN段(Nは複数)カスケードに接続されたN
次MASH方式ΔΣ変調器によって構成され、前記初期
値設定手段は、1段目の1次ΔΣ変調器内の累積加算器
に対して初期値を与えるように構成されていることを特
徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のΔΣ変調器。
4. A ΔΣ modulator, comprising: a subtracter for subtracting an input signal and a feedback signal;
A cumulative adder for performing cumulative addition for each sampling clock;
A comparator for generating an output signal by binary-quantizing the output of the accumulator and a delay unit for generating a signal obtained by delaying the output signal by one sampling clock and outputting the signal as the feedback signal to the subtractor. 1st order Δ
N N modulators connected in N stages (N is plural) cascade
A first MASH type ΔΣ modulator, wherein the initial value setting means is configured to give an initial value to a cumulative adder in the first stage primary ΔΣ modulator. Item 4. The ΔΣ modulator according to any one of Items 1 to 3.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116094527A (en) * 2023-04-07 2023-05-09 核芯互联科技(青岛)有限公司 Integral differential modulator for eliminating walk-around spurious

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