JP2004104228A - 信号処理装置および信号処理方法、デルタ・シグマ変調型分数分周pll周波数シンセサイザ、無線通信機器、デルタ・シグマ変調型d/a変換器 - Google Patents
信号処理装置および信号処理方法、デルタ・シグマ変調型分数分周pll周波数シンセサイザ、無線通信機器、デルタ・シグマ変調型d/a変換器 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】デルタ・シグマ(ΔΣ)変調における入力に依存したスプリアス不具合を解消する。
【解決手段】分数分周器28は、分周データを保持するためのラッチ31と、ΔΣ変調器33と、分周データのうちの分数部分を表すデジタル入力Fをラッチ31から受け取り、ある整数値をkとするとき、F+kとF−kとに交互に変化するデジタル出力、もしくはF値そのものをΔΣ変器33へ供給するためのデジタルディザ回路32と、分周データのうちの整数部分(M値)とΔΣ変調器33の出力とに基づいて分数分周動作を実行するための回路手段34〜38とを備える。デジタルディザ回路32は、ある特定のF値(例えばF=2n−1)をΔΣ変調器33が受け取った際に量子化雑音が特定の周波数に集中する結果として生じるスプリアス信号の抑止に役立つ。
【選択図】 図2
【解決手段】分数分周器28は、分周データを保持するためのラッチ31と、ΔΣ変調器33と、分周データのうちの分数部分を表すデジタル入力Fをラッチ31から受け取り、ある整数値をkとするとき、F+kとF−kとに交互に変化するデジタル出力、もしくはF値そのものをΔΣ変器33へ供給するためのデジタルディザ回路32と、分周データのうちの整数部分(M値)とΔΣ変調器33の出力とに基づいて分数分周動作を実行するための回路手段34〜38とを備える。デジタルディザ回路32は、ある特定のF値(例えばF=2n−1)をΔΣ変調器33が受け取った際に量子化雑音が特定の周波数に集中する結果として生じるスプリアス信号の抑止に役立つ。
【選択図】 図2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は信号処理装置および信号処理方法、デルタ・シグマ変調型分数分周PLL周波数シンセサイザ、無線通信機器、デルタ・シグマ変調型D/A変換器に関する。
【0002】
【従来の技術】
デルタ・シグマ(ΔΣ)変調器は、出力に現れる量子化雑音を遅延器経由で入力に帰還する回路構成を有し、シグマ・デルタ(ΣΔ)変調器と呼ばれたり、量子化雑音を高周波域に偏らせる作用からノイズシェーパと呼ばれたりする。
【0003】
位相同期ループ(PLL)で構成された周波数シンセサイザを携帯電話等の無線通信機器に利用する場合、多くの使用可能バンドを確保するため、出力周波数を基準信号の周波数より小さいステップサイズで切り換えることが要求される。この要求を満たすものとしてΔΣ変調型分数分周PLL周波数シンセサイザが知られており、その一例が米国特許第5,070,310号に示されている。このPLL周波数シンセサイザでは、電圧制御発振器の出力を分周して位相比較器へ帰還するための分数分周器がΔΣ変調器を備えており、このΔΣ変調器に分周データのうちの分数部分(非整数部分)を表すデジタル値Fが与えられるようになっている。
【0004】
また、ΔΣ変調器を備えた高精度のデジタル・アナログ(D/A)変換器、すなわちΔΣ変調型D/A変換器がオーディオ機器等で利用されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来のΔΣ変調型分数分周PLL周波数シンセサイザによれば、位相比較器に与えられる基準信号の周波数をFrefとし、分周データのうちの分数部分を表すデジタル値Fがn(nは整数)ビットのバイナリデータであるものとすると、Fref×(F/2n)に等しい出力周波数ステップサイズを実現することができる。ところが、ある特定のF値(例えばF=2n−1)をΔΣ変調器が受け取ったときに量子化雑音が特定の周波数に集中する結果、スプリアス信号が発生してしまうという問題点が以前から指摘されていた。そこで、従来はn値を大きくとり(上記米国特許の例ではFref=26MHz、n=24)、その上で問題となるF値に代えてF+1又はF−1のいずれか一方の値をとるようにしていた。したがって、(1)回路規模が増大する、(2)出力周波数が希望周波数より若干ずれるという課題があった。
【0006】
従来のΔΣ変調型D/A変換器でも、ΔΣ変調器のデジタル入力に依存した上記と同様のスプリアス不具合があった。
【0007】
本発明の目的は、特定周波数への量子化雑音の集中を抑止することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、デルタ・シグマ変調器に加えて、デジタル入力とデルタ・シグマ変調器との間に介在し、当該デジタル入力から離散的に変化しかつ時間平均が当該デジタル入力と一致するデジタル出力を選択的にデルタ・シグマ変調器へ供給するためのデジタルディザ回路を備えた信号処理装置の構成を採用することとしたものである。これにより、当該デジタル入力のビット幅を大きくしなくとも、特定周波数への量子化雑音の集中を抑止することができる。
【0009】
この信号処理装置は、分数分周PLL周波数シンセサイザ、D/A変換器、無線通信機器などへの応用が可能である。
【0010】
【発明の実施の形態】
<携帯電話機の構成>
図1は、本発明に係るΔΣ変調型分数分周PLL周波数シンセサイザを応用した携帯電話機(無線通信機器)の構成を示すブロック図である。図1に示す携帯電話機は、ΔΣ変調型分数分周PLL周波数シンセサイザ2と、分周器(DIV)3と、変調・復調器(ミキサ)4と、ゲインコントロールアンプ(GCA)5と、ローパスフィルタ(LPF)6と、アナログ・デジタル(A/D)変換器7と、デジタル・アナログ(D/A)変換器8と、ベースバンドLSI9と、スピーカ10と、マイクロフォン11と、切り換えスイッチ12と、アンテナ13と、ローノイズアンプ(LNA)14と、ドライバアンプ15とを備える。Foは、ΔΣ変調型分数分周PLL周波数シンセサイザ2の出力信号を表している。
【0011】
<PLL周波数シンセサイザ2の構成>
図2は、図1に示したΔΣ変調型分数分周PLL周波数シンセサイザ2の内部構成を示すブロック図である。図2を参照して、PLL周波数シンセサイザ2は、基準周波数源21と、カップリングコンデンサ22と、リファレンス分周器(R)23と、位相比較器(PD)24と、チャージポンプ(CP)25と、ローパスフィルタ(LPF)26と、電圧制御発振器(VCO)27と、分数分周器28とを備える。位相比較器24、チャージポンプ25、ローパスフィルタ26、電圧制御発振器27および分数分周器28によって位相同期ループ(PLL)が構成される。分数分周器28はパルススワロー方式の分周器であって、ラッチ31と、デジタルディザ回路32と、ΔΣ変調器33と、加算器34と、プリスケーラ35と、Aカウンタ36と、Nカウンタ37と、モジュラス・コントローラ38とを備える。
【0012】
<PLL周波数シンセサイザ2の動作>
図2に示したΔΣ変調型分数分周PLL周波数シンセサイザ2では、分数分周器28が電圧制御発振器27の出力信号Foを分周する。この分周により得られた比較信号Fdivは位相比較器24へ帰還される。位相比較器24は基準信号Frefと比較信号Fdivとの位相差を検出し、その位相差に応じたパルス幅の電圧パルスをチャージポンプ25に与える。チャージポンプ25は、位相比較器24の出力に応じて、電流の吐き出し、吸い込み、ハイインピーダンスのいずれかの状態となり、チャージポンプ出力電流をローパスフィルタ26に与える。チャージポンプ出力電流はローパスフィルタ26で平滑化・電圧変換されて電圧制御発振器27の制御電圧となる。
【0013】
<分数分周器28の動作>
次に、図2に示した分数分周器28の動作を説明する。電圧制御発振器27の出力信号Foがプリスケーラ35によって(P+1)分周された後、Aカウンタ36およびNカウンタ37に入力される。Aカウンタ36は、(P+1)分周された電圧制御発振器27の出力信号FoをAカウントした後にパルスを出力する。これに応答してモジュラス・コントローラ38はプリスケーラ35の分周数を(P+1)からPに切り換える。次にNカウンタ37は、P分周された電圧制御発振器27の出力信号Foを(N−A)カウントした後、位相比較器24およびモジュラス・コントローラ38にパルスを出力する。これに応答してプリスケーラ35の分周数が(P+1)に切り換わる。
【0014】
電圧制御発振器27の出力信号Foの分周数は、Aカウンタ36がパルスを出力するまでは(P+1)×Aであり、Nカウンタ37がパルスを出力するまではP×(N−A)である。したがって、出力信号および基準信号の周波数をそれぞれFo,Frefとすれば、
Fo=((P+1)×A+P×(N−A))×Fref
=(P×N+A)×Fref …(1)
が成り立つ。P=2n(nは整数)であっても、式(1)中のAを変化させることによって使用可能バンド数を多くできる。
【0015】
使用可能バンド数をさらに多くするためにΔΣ変調器33が設けられている。また、スプリアス不具合の解消のためにラッチ31とΔΣ変調器33との間にデジタルディザ回路32が介在している。ラッチ31は、与えられた分周データDATAを保持する。なお、図2中のCLOCKはクロック信号、STROBEはストローブ信号である。分周データDATAは、整数部分を表すデジタル値Mと、分数部分(非整数部分)を表すデジタル値Fとを含んでいる。F値はnビットのバイナリデータである。デジタルディザ回路32は、ラッチ31からF値を受け取り、当該F値から離散的に変化しかつ時間平均が当該F値と一致するデジタル出力またはF値そのままをSELECT信号に応じてΔΣ変調器33へ供給する。具体的には、SELECT信号がロー(Low)のときにはF値そのままをΔΣ変調器33へ供給し、SELECT信号がハイ(High)のときには、ΔΣ変調器33へ供給するデジタル出力をF+kとF−kとに周期的に変化させる(kは整数、たとえば1)。そして、ラッチ31から与えられたM値とΔΣ変調器33の出力とに基づいて、プリスケーラ35・Aカウンタ36・Nカウンタ37による分数分周動作が実行される。その結果、SELECT信号の如何に関わらず
Fo=((P×N+A)+F/2n)×Fref …(2)
が成り立ち、Fref×(F/2n)に等しい出力周波数ステップサイズが実現される。つまり、通常動作時においては出力信号の平均の周波数Foを基準信号の周波数Frefよりも小さいステップサイズで切り換えることができ、基準周波数Frefを大きく設定できる。これにより、良好なロックアップ特性を有するPLL周波数シンセサイザが得られる。
【0016】
<デジタルディザ回路32の内部構成および動作>
図3は、図2に示したデジタルディザ回路32の内部構成を示すブロック図である。図3を参照して、デジタルディザ回路32は、1/2分周器41と、セレクタ42,45と、加算器43と、選択回路44とを含む。
【0017】
選択回路44は、SELECT信号がハイ(High)である場合にはFdivをEFdivとして出力し、SELECT信号がロー(Low)である場合にはある固定値をEFdivとして出力する。
【0018】
1/2分周器41は、選択回路44からの比較信号EFdivが有する周波数の半分の周波数を有するクロック信号DFdivを生成する。
【0019】
セレクタ42は、1/2分周器41からのクロック信号DFdivをS入力として受け取り、当該S入力の論理レベルがロー(Low)である場合には正の定数値「+k(A入力)」を、当該S入力の論理レベルがハイ(High)である場合には負の定数値「−k(B入力)」をという具合に、正・負の定数値を交互にY出力として選択する。
【0020】
加算器43は、A入力としてラッチ31からF値を、B入力としてセレクタ42から定数値「±k」をそれぞれ受け取り、比較信号EFdivの立ち上がりパルスがCK入力として与えられた時に加算A+Bを実行することによりY出力をF+kとF−kとに周期的に変化させる。
【0021】
セレクタ45は、ラッチ31からのF値をA入力に、加算器43のY出力をB入力に、SELECT信号をS入力に受ける。セレクタ45は、S入力すなわちSELECT信号の論理レベルがロー(Low)である場合にはF値(A入力)を、SELECT信号の論理レベルがハイ(High)である場合には加算器43のY出力(B入力)をY出力として選択する。
【0022】
以上のように、最終的にはSELECT信号によって、セレクタ45のY出力、すなわちF±kもしくはFがΔΣ変調器33へ供給されるようになっている。SELECT信号の切替については後ほど述べる。図4(a)および(b)は、以上のデジタルディザ回路32の動作を示している。
【0023】
<量子化雑音のシュミレーション結果>
図5は、図2に示したΔΣ変調型分数分周PLL周波数シンセサイザ2における量子化雑音のシュミレーション結果を示している。ここでは、Fref=6.5MHz,M=778,F=128,n=8,k=1とし、ΔΣ変調器33として2次かつ2段の変調器を採用した。
【0024】
図5によれば、量子化雑音の周波数特性が傾きを持ち、ΔΣ変調をかけない場合に比べて低周波域の量子化雑音が減っていることが分かる。分数分周器28における分周数の時間平均は778.5であって、所望の分周数と完全に一致している。しかも、特定周波数への量子化雑音の集中も生じていない。デジタルディザ回路32を設けずにF値(=128=27)をそのままΔΣ変調器33に与えたとき、800kHz付近に大きなスペクトルが現れることを考えると、当該デジタルディザ回路32の効果は絶大である。
【0025】
<変形例>
なお、デジタルディザ回路32は図3の構成に限られない。与えられたF値に応じて、(1)F値そのまま、または、(2)不特定の周期間隔でF+kとF−kとをランダムにとり時間平均では当該F値と一致するような値、がΔΣ変調器33へ伝達される回路構成を採用してもよい。
【0026】
<SELECT信号の切替について>
SELECT信号の切替は、量子化雑音が特定の周波数に集中する結果として生じるスプリアスを抑制するために、特定のF値(例えばF=2n−1、2n−2など)に限り、不特定の周期間隔でF+kとF−kとをランダムにとり時間平均では当該F値と一致するようなデジタル出力FをΔΣ変調器33へ出力し、それ以外ではF値そのものを出力するために行われる。すなわち、与えられたF値が特定のF値であるときSELECT信号をハイ(High)にし、それ以外のときSELECT信号をロー(Low)にする。この結果、デジタルディザ回路32は、与えられたF値が特定の値(例えばF=2n−1、2n−2など)のときには、当該F値から離散的に変化しかつ時間平均が当該F値と一致するデジタル値をΔΣ変調器33へ出力し、与えられたF値が特定の値以外のときにはF値そのままをΔΣ変調器33へ出力する。これにより、特定分周比における電圧制御発振器27の出力へのスプリアスの発生が抑制され、特定分周比以外では従来と同等の特性が得られる。
【0027】
<ΔΣ変調型D/A変換器の構成>
図6は、本発明に係るΔΣ変調型D/A変換器の構成例を示している。図6のΔΣ変調型D/A変換器50は、ΔΣ変調器51と積分器52とで構成された従来のD/A変換器の前段に、例えば図3と同様の構成を有するデジタルディザ回路32を付加したものである。ΔΣ変調器51は、加算器61と、1ビットD/A変換器62と、減算器63と、遅延器64とを備えている。積分器52は、ΔΣ変調器51の出力に含まれる量子化雑音を除去することにより所望のアナログ出力を得るためのフィルタ手段であって、ポストフィルタとも呼ばれるものである。デジタルディザ回路32は、デジタル入力とΔΣ変調器51との間に介在し、デジタル入力Fから離散的に変化しかつ時間平均が当該デジタル入力と一致するデジタル値または当該デジタル入力FそのままをSELECT信号に応じて選択的にΔΣ変調器51へ供給する。なお、各部へ供給されるクロック信号は図示を省略している。
【0028】
図6のΔΣ変調型D/A変換器50によれば、ΔΣ変調器51のデジタル入力Fビット幅を大きくしなくとも、当該ΔΣ変調器51のデジタル入力Fに依存したスプリアス不具合を解消することができる。
【0029】
【発明の効果】
以上説明してきたとおり、本発明によれば、デジタル入力とデルタ・シグマ変調器との間に介在し、当該デジタル入力から離散的に変化しかつ時間平均が当該デジタル入力と一致するデジタル出力または当該デジタル入力そのままの値を選択的にデルタ・シグマ変調器へ供給するデジタルディザ回路を採用したので、当該デジタル入力のビット幅を大きくしなくとも特定周波数への量子化雑音の集中を抑止できる。これにより、従来のスプリアス不具合を解消することができかつ希望出力周波数を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態による携帯電話機の構成を示すブロック図である。
【図2】図1に示したΔΣ変調型分数分周PLL周波数シンセサイザの内部構成を示すブロック図である。
【図3】図2に示したデジタルディザ回路の内部構成を示すブロック図である。
【図4】(a)および(b)は、図3に示したデジタルディザ回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図5】図2に示したΔΣ変調型分数分周PLL周波数シンセサイザにおける量子化雑音のシュミレーション結果を示す図である。
【図6】この発明の実施の形態によるΔΣ変調型D/A変換器の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 携帯電話機(無線通信機器)、2 ΔΣ変調型分数分周PLL周波数シンセサイザ、31 ラッチ、32 デジタルディザ回路、33 ΔΣ変調器、50 ΔΣ変調型D/A変換器、51 ΔΣ変調器、52 積分器(フィルタ手段)。
【発明の属する技術分野】
この発明は信号処理装置および信号処理方法、デルタ・シグマ変調型分数分周PLL周波数シンセサイザ、無線通信機器、デルタ・シグマ変調型D/A変換器に関する。
【0002】
【従来の技術】
デルタ・シグマ(ΔΣ)変調器は、出力に現れる量子化雑音を遅延器経由で入力に帰還する回路構成を有し、シグマ・デルタ(ΣΔ)変調器と呼ばれたり、量子化雑音を高周波域に偏らせる作用からノイズシェーパと呼ばれたりする。
【0003】
位相同期ループ(PLL)で構成された周波数シンセサイザを携帯電話等の無線通信機器に利用する場合、多くの使用可能バンドを確保するため、出力周波数を基準信号の周波数より小さいステップサイズで切り換えることが要求される。この要求を満たすものとしてΔΣ変調型分数分周PLL周波数シンセサイザが知られており、その一例が米国特許第5,070,310号に示されている。このPLL周波数シンセサイザでは、電圧制御発振器の出力を分周して位相比較器へ帰還するための分数分周器がΔΣ変調器を備えており、このΔΣ変調器に分周データのうちの分数部分(非整数部分)を表すデジタル値Fが与えられるようになっている。
【0004】
また、ΔΣ変調器を備えた高精度のデジタル・アナログ(D/A)変換器、すなわちΔΣ変調型D/A変換器がオーディオ機器等で利用されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来のΔΣ変調型分数分周PLL周波数シンセサイザによれば、位相比較器に与えられる基準信号の周波数をFrefとし、分周データのうちの分数部分を表すデジタル値Fがn(nは整数)ビットのバイナリデータであるものとすると、Fref×(F/2n)に等しい出力周波数ステップサイズを実現することができる。ところが、ある特定のF値(例えばF=2n−1)をΔΣ変調器が受け取ったときに量子化雑音が特定の周波数に集中する結果、スプリアス信号が発生してしまうという問題点が以前から指摘されていた。そこで、従来はn値を大きくとり(上記米国特許の例ではFref=26MHz、n=24)、その上で問題となるF値に代えてF+1又はF−1のいずれか一方の値をとるようにしていた。したがって、(1)回路規模が増大する、(2)出力周波数が希望周波数より若干ずれるという課題があった。
【0006】
従来のΔΣ変調型D/A変換器でも、ΔΣ変調器のデジタル入力に依存した上記と同様のスプリアス不具合があった。
【0007】
本発明の目的は、特定周波数への量子化雑音の集中を抑止することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、デルタ・シグマ変調器に加えて、デジタル入力とデルタ・シグマ変調器との間に介在し、当該デジタル入力から離散的に変化しかつ時間平均が当該デジタル入力と一致するデジタル出力を選択的にデルタ・シグマ変調器へ供給するためのデジタルディザ回路を備えた信号処理装置の構成を採用することとしたものである。これにより、当該デジタル入力のビット幅を大きくしなくとも、特定周波数への量子化雑音の集中を抑止することができる。
【0009】
この信号処理装置は、分数分周PLL周波数シンセサイザ、D/A変換器、無線通信機器などへの応用が可能である。
【0010】
【発明の実施の形態】
<携帯電話機の構成>
図1は、本発明に係るΔΣ変調型分数分周PLL周波数シンセサイザを応用した携帯電話機(無線通信機器)の構成を示すブロック図である。図1に示す携帯電話機は、ΔΣ変調型分数分周PLL周波数シンセサイザ2と、分周器(DIV)3と、変調・復調器(ミキサ)4と、ゲインコントロールアンプ(GCA)5と、ローパスフィルタ(LPF)6と、アナログ・デジタル(A/D)変換器7と、デジタル・アナログ(D/A)変換器8と、ベースバンドLSI9と、スピーカ10と、マイクロフォン11と、切り換えスイッチ12と、アンテナ13と、ローノイズアンプ(LNA)14と、ドライバアンプ15とを備える。Foは、ΔΣ変調型分数分周PLL周波数シンセサイザ2の出力信号を表している。
【0011】
<PLL周波数シンセサイザ2の構成>
図2は、図1に示したΔΣ変調型分数分周PLL周波数シンセサイザ2の内部構成を示すブロック図である。図2を参照して、PLL周波数シンセサイザ2は、基準周波数源21と、カップリングコンデンサ22と、リファレンス分周器(R)23と、位相比較器(PD)24と、チャージポンプ(CP)25と、ローパスフィルタ(LPF)26と、電圧制御発振器(VCO)27と、分数分周器28とを備える。位相比較器24、チャージポンプ25、ローパスフィルタ26、電圧制御発振器27および分数分周器28によって位相同期ループ(PLL)が構成される。分数分周器28はパルススワロー方式の分周器であって、ラッチ31と、デジタルディザ回路32と、ΔΣ変調器33と、加算器34と、プリスケーラ35と、Aカウンタ36と、Nカウンタ37と、モジュラス・コントローラ38とを備える。
【0012】
<PLL周波数シンセサイザ2の動作>
図2に示したΔΣ変調型分数分周PLL周波数シンセサイザ2では、分数分周器28が電圧制御発振器27の出力信号Foを分周する。この分周により得られた比較信号Fdivは位相比較器24へ帰還される。位相比較器24は基準信号Frefと比較信号Fdivとの位相差を検出し、その位相差に応じたパルス幅の電圧パルスをチャージポンプ25に与える。チャージポンプ25は、位相比較器24の出力に応じて、電流の吐き出し、吸い込み、ハイインピーダンスのいずれかの状態となり、チャージポンプ出力電流をローパスフィルタ26に与える。チャージポンプ出力電流はローパスフィルタ26で平滑化・電圧変換されて電圧制御発振器27の制御電圧となる。
【0013】
<分数分周器28の動作>
次に、図2に示した分数分周器28の動作を説明する。電圧制御発振器27の出力信号Foがプリスケーラ35によって(P+1)分周された後、Aカウンタ36およびNカウンタ37に入力される。Aカウンタ36は、(P+1)分周された電圧制御発振器27の出力信号FoをAカウントした後にパルスを出力する。これに応答してモジュラス・コントローラ38はプリスケーラ35の分周数を(P+1)からPに切り換える。次にNカウンタ37は、P分周された電圧制御発振器27の出力信号Foを(N−A)カウントした後、位相比較器24およびモジュラス・コントローラ38にパルスを出力する。これに応答してプリスケーラ35の分周数が(P+1)に切り換わる。
【0014】
電圧制御発振器27の出力信号Foの分周数は、Aカウンタ36がパルスを出力するまでは(P+1)×Aであり、Nカウンタ37がパルスを出力するまではP×(N−A)である。したがって、出力信号および基準信号の周波数をそれぞれFo,Frefとすれば、
Fo=((P+1)×A+P×(N−A))×Fref
=(P×N+A)×Fref …(1)
が成り立つ。P=2n(nは整数)であっても、式(1)中のAを変化させることによって使用可能バンド数を多くできる。
【0015】
使用可能バンド数をさらに多くするためにΔΣ変調器33が設けられている。また、スプリアス不具合の解消のためにラッチ31とΔΣ変調器33との間にデジタルディザ回路32が介在している。ラッチ31は、与えられた分周データDATAを保持する。なお、図2中のCLOCKはクロック信号、STROBEはストローブ信号である。分周データDATAは、整数部分を表すデジタル値Mと、分数部分(非整数部分)を表すデジタル値Fとを含んでいる。F値はnビットのバイナリデータである。デジタルディザ回路32は、ラッチ31からF値を受け取り、当該F値から離散的に変化しかつ時間平均が当該F値と一致するデジタル出力またはF値そのままをSELECT信号に応じてΔΣ変調器33へ供給する。具体的には、SELECT信号がロー(Low)のときにはF値そのままをΔΣ変調器33へ供給し、SELECT信号がハイ(High)のときには、ΔΣ変調器33へ供給するデジタル出力をF+kとF−kとに周期的に変化させる(kは整数、たとえば1)。そして、ラッチ31から与えられたM値とΔΣ変調器33の出力とに基づいて、プリスケーラ35・Aカウンタ36・Nカウンタ37による分数分周動作が実行される。その結果、SELECT信号の如何に関わらず
Fo=((P×N+A)+F/2n)×Fref …(2)
が成り立ち、Fref×(F/2n)に等しい出力周波数ステップサイズが実現される。つまり、通常動作時においては出力信号の平均の周波数Foを基準信号の周波数Frefよりも小さいステップサイズで切り換えることができ、基準周波数Frefを大きく設定できる。これにより、良好なロックアップ特性を有するPLL周波数シンセサイザが得られる。
【0016】
<デジタルディザ回路32の内部構成および動作>
図3は、図2に示したデジタルディザ回路32の内部構成を示すブロック図である。図3を参照して、デジタルディザ回路32は、1/2分周器41と、セレクタ42,45と、加算器43と、選択回路44とを含む。
【0017】
選択回路44は、SELECT信号がハイ(High)である場合にはFdivをEFdivとして出力し、SELECT信号がロー(Low)である場合にはある固定値をEFdivとして出力する。
【0018】
1/2分周器41は、選択回路44からの比較信号EFdivが有する周波数の半分の周波数を有するクロック信号DFdivを生成する。
【0019】
セレクタ42は、1/2分周器41からのクロック信号DFdivをS入力として受け取り、当該S入力の論理レベルがロー(Low)である場合には正の定数値「+k(A入力)」を、当該S入力の論理レベルがハイ(High)である場合には負の定数値「−k(B入力)」をという具合に、正・負の定数値を交互にY出力として選択する。
【0020】
加算器43は、A入力としてラッチ31からF値を、B入力としてセレクタ42から定数値「±k」をそれぞれ受け取り、比較信号EFdivの立ち上がりパルスがCK入力として与えられた時に加算A+Bを実行することによりY出力をF+kとF−kとに周期的に変化させる。
【0021】
セレクタ45は、ラッチ31からのF値をA入力に、加算器43のY出力をB入力に、SELECT信号をS入力に受ける。セレクタ45は、S入力すなわちSELECT信号の論理レベルがロー(Low)である場合にはF値(A入力)を、SELECT信号の論理レベルがハイ(High)である場合には加算器43のY出力(B入力)をY出力として選択する。
【0022】
以上のように、最終的にはSELECT信号によって、セレクタ45のY出力、すなわちF±kもしくはFがΔΣ変調器33へ供給されるようになっている。SELECT信号の切替については後ほど述べる。図4(a)および(b)は、以上のデジタルディザ回路32の動作を示している。
【0023】
<量子化雑音のシュミレーション結果>
図5は、図2に示したΔΣ変調型分数分周PLL周波数シンセサイザ2における量子化雑音のシュミレーション結果を示している。ここでは、Fref=6.5MHz,M=778,F=128,n=8,k=1とし、ΔΣ変調器33として2次かつ2段の変調器を採用した。
【0024】
図5によれば、量子化雑音の周波数特性が傾きを持ち、ΔΣ変調をかけない場合に比べて低周波域の量子化雑音が減っていることが分かる。分数分周器28における分周数の時間平均は778.5であって、所望の分周数と完全に一致している。しかも、特定周波数への量子化雑音の集中も生じていない。デジタルディザ回路32を設けずにF値(=128=27)をそのままΔΣ変調器33に与えたとき、800kHz付近に大きなスペクトルが現れることを考えると、当該デジタルディザ回路32の効果は絶大である。
【0025】
<変形例>
なお、デジタルディザ回路32は図3の構成に限られない。与えられたF値に応じて、(1)F値そのまま、または、(2)不特定の周期間隔でF+kとF−kとをランダムにとり時間平均では当該F値と一致するような値、がΔΣ変調器33へ伝達される回路構成を採用してもよい。
【0026】
<SELECT信号の切替について>
SELECT信号の切替は、量子化雑音が特定の周波数に集中する結果として生じるスプリアスを抑制するために、特定のF値(例えばF=2n−1、2n−2など)に限り、不特定の周期間隔でF+kとF−kとをランダムにとり時間平均では当該F値と一致するようなデジタル出力FをΔΣ変調器33へ出力し、それ以外ではF値そのものを出力するために行われる。すなわち、与えられたF値が特定のF値であるときSELECT信号をハイ(High)にし、それ以外のときSELECT信号をロー(Low)にする。この結果、デジタルディザ回路32は、与えられたF値が特定の値(例えばF=2n−1、2n−2など)のときには、当該F値から離散的に変化しかつ時間平均が当該F値と一致するデジタル値をΔΣ変調器33へ出力し、与えられたF値が特定の値以外のときにはF値そのままをΔΣ変調器33へ出力する。これにより、特定分周比における電圧制御発振器27の出力へのスプリアスの発生が抑制され、特定分周比以外では従来と同等の特性が得られる。
【0027】
<ΔΣ変調型D/A変換器の構成>
図6は、本発明に係るΔΣ変調型D/A変換器の構成例を示している。図6のΔΣ変調型D/A変換器50は、ΔΣ変調器51と積分器52とで構成された従来のD/A変換器の前段に、例えば図3と同様の構成を有するデジタルディザ回路32を付加したものである。ΔΣ変調器51は、加算器61と、1ビットD/A変換器62と、減算器63と、遅延器64とを備えている。積分器52は、ΔΣ変調器51の出力に含まれる量子化雑音を除去することにより所望のアナログ出力を得るためのフィルタ手段であって、ポストフィルタとも呼ばれるものである。デジタルディザ回路32は、デジタル入力とΔΣ変調器51との間に介在し、デジタル入力Fから離散的に変化しかつ時間平均が当該デジタル入力と一致するデジタル値または当該デジタル入力FそのままをSELECT信号に応じて選択的にΔΣ変調器51へ供給する。なお、各部へ供給されるクロック信号は図示を省略している。
【0028】
図6のΔΣ変調型D/A変換器50によれば、ΔΣ変調器51のデジタル入力Fビット幅を大きくしなくとも、当該ΔΣ変調器51のデジタル入力Fに依存したスプリアス不具合を解消することができる。
【0029】
【発明の効果】
以上説明してきたとおり、本発明によれば、デジタル入力とデルタ・シグマ変調器との間に介在し、当該デジタル入力から離散的に変化しかつ時間平均が当該デジタル入力と一致するデジタル出力または当該デジタル入力そのままの値を選択的にデルタ・シグマ変調器へ供給するデジタルディザ回路を採用したので、当該デジタル入力のビット幅を大きくしなくとも特定周波数への量子化雑音の集中を抑止できる。これにより、従来のスプリアス不具合を解消することができかつ希望出力周波数を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態による携帯電話機の構成を示すブロック図である。
【図2】図1に示したΔΣ変調型分数分周PLL周波数シンセサイザの内部構成を示すブロック図である。
【図3】図2に示したデジタルディザ回路の内部構成を示すブロック図である。
【図4】(a)および(b)は、図3に示したデジタルディザ回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図5】図2に示したΔΣ変調型分数分周PLL周波数シンセサイザにおける量子化雑音のシュミレーション結果を示す図である。
【図6】この発明の実施の形態によるΔΣ変調型D/A変換器の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 携帯電話機(無線通信機器)、2 ΔΣ変調型分数分周PLL周波数シンセサイザ、31 ラッチ、32 デジタルディザ回路、33 ΔΣ変調器、50 ΔΣ変調型D/A変換器、51 ΔΣ変調器、52 積分器(フィルタ手段)。
Claims (9)
- デルタ・シグマ変調器と、
デジタル入力と前記デルタ・シグマ変調器との間に介在し、前記デジタル入力から離散的に変化しかつ時間平均が前記デジタル入力と一致するデジタル出力または前記デジタル入力を前記デジタル入力の値に応じて選択的に前記デルタ・シグマ変調器へ供給するデジタルディザ回路とを備える
ことを特徴とする信号処理装置。 - 請求項1において、
前記デジタルディザ回路は、
前記デジタル入力が特定の値のときは、前記デジタル入力から離散的に変化しかつ時間平均が前記デジタル入力と一致するデジタル出力を前記デルタ・シグマ変調器へ供給し、
前記デジタル入力が前記特定の値以外のときは、前記デジタル入力を前記デルタ・シグマ変調器へ供給する
ことを特徴とする信号処理装置。 - 請求項1において、
前記デジタルディザ回路は、
前記デジタル入力から離散的に変化しかつ時間平均が前記デジタル入力と一致するデジタル出力として、F+kとF−kとに周期的に変化する信号(Fは前記デジタル入力の値、kは整数)を前記デルタ・シグマ変調器へ供給する
ことを特徴とする信号処理装置。 - 請求項3において、
前記kは1である
ことを特徴とする信号処理装置。 - 与えられたデジタル入力が特定の値のときは、当該デジタル入力から離散的に変化しかつ時間平均が当該デジタル入力と一致するデジタル出力をデルタ・シグマ変調器へ供給し、
前記デジタル入力が前記特定の値以外のときは、前記デジタル入力を前記デルタ・シグマ変調器へ供給する
ことを特徴とする信号処理方法。 - 分数分周器を含んだ位相同期ループ(PLL)で構成された周波数シンセサイザであって、
前記分数分周器は、
与えられた分周データを保持するラッチと、
デルタ・シグマ変調器と、
前記ラッチと前記デルタ・シグマ変調器との間に介在し、前記分周データのうちの分数部分を表すデジタル入力を前記ラッチから受け取り、前記デジタル入力から離散的に変化しかつ時間平均が前記デジタル入力と一致するデジタル出力または前記デジタル入力を前記デジタル入力の値に応じて選択的に前記デルタ・シグマ変調器へ供給するデジタルディザ回路と、
前記分周データのうちの整数部分と前記デルタ・シグマ変調器の出力とに基づいて分数分周動作を実行するための回路手段とを備える
ことを特徴とするデルタ・シグマ変調型分数分周PLL周波数シンセサイザ。 - 請求項6において、
前記デジタルディザ回路は、
前記分数分周器の出力信号が有する周波数の半分の周波数を有するクロック信号を生成する1/2分周器と、
ある整数値をkとするとき、前記1/2分周器からのクロック信号の論理レベル変化に応答して正の定数値「+k」と負の定数値「−k」とを交互に選択する第1のセレクタと、
前記ラッチ回路からのデジタル入力の値と前記セレクタによって選択された定数値とを加算する加算器と、
前記ラッチ回路からのデジタル入力の値が特定の値のときは前記加算器による加算結果を出力し、前記ラッチ回路からのデジタル入力の値が前記特定の値以外のときは前記ラッチ回路からのデジタル入力を出力する第2のセレクタとを備える
ことを特徴とするデルタ・シグマ変調型分数分周PLL周波数シンセサイザ。 - 請求項6に記載のデルタ・シグマ変調型分数分周PLL周波数シンセサイザを備える
ことを特徴とする無線通信機器。 - デルタ・シグマ変調器と、
デジタル入力と前記デルタ・シグマ変調器との間に介在し、前記デジタル入力から離散的に変化しかつ時間平均が前記デジタル入力と一致するデジタル出力または前記デジタル入力を前記デジタル入力の値に応じて選択的に前記デルタ・シグマ変調器へ供給するデジタルディザ回路と、
前記デルタ・シグマ変調器の出力に含まれる量子化雑音を除去することにより所望のアナログ出力を得るフィルタ手段とを備える
ことを特徴とするデルタ・シグマ変調型D/A変換器。
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