JP2005531972A - アイドルトーン低減シグマデルタ変換用回路配置および方法 - Google Patents

Abstract

この回路配置は、アナログ入力信号をディジタル出力信号に変換するシグマデルタ変換器（２）を有する。前記シグマデルタ変換器（２）は、ループフィルタ（２２）と、前記後者の下流側に接続された比較器と、前記出力信号を前記入力信号へと帰還させるフィードバックループとを備える。アイドル音を低減させるために、ディザ信号がディザ信号線（２７．１）の手段により前記比較器へ供給される。しかしながら、このディザ信号は、複雑なディザ信号生成器によって生成されるものではない。その代わりに、ディザ信号として用いられるものは、回路内で有用ではあるが、この目的例えば第２のシグマデルタ変換器（２’）の出力信号のために特別に生成されたものでない信号である。したがって、この回路配置は、アイドル音の被害を低減させることなしに、従来の回路配置よりも、より簡単であり、安上がりにさせたものである。

Description

この発明は、アナログ−ディジタル（ＡＤ）変換器の技術分野に関し、特に、アイドル音［idle tone―無駄な音―］が低減されたシグマデルタ変換器およびシグマデルタ変換方法に関する。

（シグマデルタ変調器またはオーバサンプリング変調器としても引用される）シグマデルタ変換器は、何れか所望の帯域制限されたアナログ入力信号を、ディジタル１ビット出力信号に変換するＡＤ変換器である。この変換が行なわれるとき、出力信号のパルス密度は入力信号により変調されている。シグマデルタ変換器は、マルチビット変換器よりも、より正確に動作する。現時点では、これらシグマデルタ変換器は、例えば、携帯電話や、ＣＤプレーヤ等のような音響装置に最も用いられている。

図１に示された回路図は、音響技術からは周知のシグマデルタ変換器２により構成された具体例の回路図である。基本的に、シグマデルタ変換器２は、変換されるべきアナログ入力信号（有用な信号）用の入力線であってループフィルタ２２で集結する線２１と、前記ループフィルタ２２の下流側に接続された量子化器２３と、この量子化器２３から導かれるディジタル出力信号用の出力線２４と、ディジタル−アナログ（ＤＡ）変換器２６を備えるフィードバックループ２５と、を有している。最も簡単な場合、ループフィルタ２２は積分器であるが、ここで示されている例においては、これは、より高い分解能を与える４次フィルタである。複数のループフィルタが提供されても良く；このようなフィルタの数はシグマデルタ変換器２に序列を与えている。シグマデルタ変換器２は、例えば、４つのトランスコンダクタンス段［transconductance stage］を有し、その入力電圧は各段で電流へと変換され、これらの電流は量子化器２３の入力で合計される。この量子化器２３は例えば比較器の形態であり、有用な信号の最大周波数よりもはるかに高いものでなければならないキャリア周波数によりクロック［clock―刻時―］されている。この出力信号は１ビットＤＡ変換器２６内でアナログ信号へと変換され、フィードバックループ２５による負の符号と共にループフィルタ２２へとフィードバックされる。

この入力信号が低くて一定または低く変化しているだけであるときには、シグマデルタ変換器２は、それらの非常に原理的なものに基づいて、アイドルトーンまたはアイドルノイズ［idle noise―無駄な雑音―］として引用される混乱［disruption―崩壊状態―］を引き起こすかもしれない。これらの混乱を起こさせる音やノイズは、人間の聴覚にとっては完全に可聴のものであり、それ故に好ましくないものである。

アイドル音を低減させるため、入力信号に現れる周期性が存在しないことを確実にすることにより、入力信号に重畳されるべき確率のあるディザ［dither―迷動―］信号の、比較器２３の出力の簡単な周期の発生から周期的な動作のどれでも防止することは、先行技術から周知である。このことは、例えば米国特許（ＵＳＰ）第５，１４４，３０８号に開示されている。この理論に基づいたディザ信号用の信号線２７もまた、図１に示されている。この信号線は、比較器２３で端末処理（terminate）され、およびこの信号線が搬送する信号は、ループフィルタ２２から入来する信号と合計することが可能である。ランダムなディザ信号（図中には示されず）を生成する生成器は、ディザ信号を生成するための回路内に、設けられていなければならない。ランダムディザ信号を生成するためのこの生成器は、この回路の複雑な付加的部分を構成し；これは、スペースを取ると共にこの回路をより複雑にし、さらに最後にはそのコストをより高額にさせる。

発明の概要

したがって、この発明の目的は、アイドル音は低減されるが、同時に上述した欠点からの損害を受けることがなく、特に、先行技術からの周知の解決方法よりも複雑さを低減すると共にコスト的にも高額ではないシグマデルタ変換器を有する回路配置およびシグマデルタ変換方法を提供することにある。

これらおよびその他の回路配置および方法は非従属の請求項に定義された回路配置および方法により実現される。有利な実施形態は従属請求項において特定される。

この発明の基礎とされる技術思想は、複合ディザ信号生成器を設けること、およびこれに代えてこのディザ信号として信号を用いることであり、この信号は回路内において有用ではあるが、この目的のために特に生成されるものではない。この種の最適な信号は回路配置内に存在している。ディザ信号として用いられるのに好ましいものは、第２のシグマデルタ変換器からの出力信号、または、有限インパルス応答（Finite Impulse Response―ＦＩＲ）ディジタル−アナログ変換器の入力信号である。しかしながら、更に最適なものは、広帯域ノイズおよび高周波でない音または繰り返しを含む他の信号であり；用いられるのに好ましいものは、ノイズ波形信号である。したがって、この発明による回路配置はアイドル音の被害の低減を用いることなしに、従来の回路配置よりも、より簡単で、安上がりにするものである。

それ故に、アナログ入力信号をディジタル出力信号に変換するシグマデルタ変換器を有するこの発明による回路配置において、前記シグマデルタ変換器は、前記入力信号用の入力線が接続されたフィルタ入力を有すると共にフィルタ出力を有するループフィルタと、前記フィルタ出力に接続された量子化器入力を有すると共に出力信号用の出力線が接続された量子化器出力を有する量子化器と、前記出力信号を前記入力信号へと帰還させるフィードバックループとを備える。前記回路配置は、回路内で有用ではあるがこの目的のために特別に生成されたものではない信号をディザ信号として前記量子化器入力に付加的に供給するのに適したディザ信号線を有する。

アナログ入力信号をディジタル出力信号にシグマデルタ変換する、この発明による方法は：
（ａ）前記入力信号をフィルタして、これにより、濾波信号を生成する；
（ｂ）前記濾波信号をディザ信号と互いに加え合って、これにより、前記ディザ信号として用いられるものは回路内で有用ではあるがこの目的のために特別に生成された信号ではない合計信号を生成する；
（ｃ）前記合計信号を量子化して、これにより出力信号を生成する；
（ｄ）前記出力信号を前記入力信号に帰還させる；
ステップを備えている。

この発明のこれらおよび他の特徴［aspect―アスペクト―］は、以下に説明される実施形態にしたがって明らかとなり、明瞭とされるであろう。

図２および図３に示された回路は、音響技術の適用例に関連しており、例えば、携帯電話に用いられることもできる。これらに含まれるものは、２つの経路１０，１０’を有する音声帯域用のエンコーダ／デコーダ（コーデック）構造である。各経路１０，１０’はＡＤ変換器２，２’を有する入力チャネル１１，１１’と、ＤＡ変換器５，５’を有する出力チャネル１２，１２’とを有している。チャネル１１，１１’および１２，１２’はそれぞれ、正の線および負の線を有しており、これらは別々に動作させられて、それぞれの経路の入力および出力チャネルを形成する。第１の経路１０の入力チャネル１１は（図示されない）マイクロホンに接続され、第１の経路１０の出力チャネル１２は（図示されない）ラウドスピーカに接続される。第２の経路１０’は（図示されない）電話線に接続される。

図２および図３において、参照文字および数字の意味は以下の通りである：
−ＡＩＰ１は第１の経路１０の正のアナログ入力線である；
−ＡＩＮ１は第１の経路１０の負のアナログ入力線である；
−ＡＯＰ１は第１の経路１０の正のアナログ出力線である；
−ＡＯＮ１は第１の経路１０の負のアナログ出力線である；
−ＡＩＰ２は第２の経路１０’の正のアナログ入力線である；
−ＡＩＮ２は第２の経路１０’の負のアナログ入力線である；
−ＡＯＰ２は第２の経路１０’の正のアナログ出力線である；
−ＡＯＮ２は第２の経路１０’の負のアナログ出力線である；
−ＡＭＰは増幅器１，１’である；
−ＡＴＣはシグマデルタ変換器（アナログ送信変換器）２，２’である；
−ＤＤＦはディジタル十進数フィルタ３，３’であり、すなわち、サンプリング周波数が低減されて、ビットにおける分解能（例えば、１ＭＨｚ当たり１ビットないし３２ｋＨｚ当たり１６ビット）が増加されるローパスフィルタである；
−ＤＮＳはディジタルノイズ成形器４，４’である；
−ＡＲＤはアナログ受信ＤＡ変換器５，５’であり、好ましくは有限インパルス応答（ＦＩＲ―Finite Impulse Response―）ディジタル−アナログ変換器である；
−ＡＳＢはＡＲＭシステムバス、すなわち、ディジタル通信バス７である；
−ＡＲＭはプロセッサ（アドバンスト―進化した―ＲＩＳＣマシン）８である。

プロセッサ８は、バス７を介して、ＡＤ変換器２，２’およびＤＡ変換器５，５’を制御する。このプロセッサは種々の信号を濾波（フィルタ）して、これらを互いに結合させる。バス７と変換器２，３’および５，５’の間には、バッファおよびインターフェースユニット６が介挿されている。

図２に示されたこの発明の第１の実施形態においては、第１のシグマデルタ変換器２のために必要とされるディザ信号として用いられているものは、第２のシグマデルタ変換器２’からの出力信号である。このディザ信号は、第２のシグマデルタ変換器２’の出力で転じられ、第１のディザ信号線２７．１を介して第１のシグマデルタ変換器２の比較器へと供給される。所望ならば、この信号の周波数は、比較器の上流側で低減、例えば２つまたは４つに分割されることができる。それとは逆に、第２のシグマデルタ変換器２’のために必要とされるディザ信号として用いられるかもしれないものは、第２のディザ信号線２７．２が提供される目的のために、第１のシグマデルタ変換器２からの出力信号であってももちろん良い。回路配置が少なくとも２つのシグマデルタ変換器２，２’を含むことは、もちろんこの実施形態の実施の必要前提条件［prerequisite］である。

図３に示されたこの発明の第２の実施形態においては、経路１０の入力チャネル１１内に配置されたシグマデルタ変換器２のために必要とされるディザ信号として用いられるものは、同一の経路１０の出力チャネル１２内の有限インパルス応答（ＦＩＲ）ディジタル−アナログ変換器５に対する入力信号である。この信号は好ましくは、例えばディジタルノイズ成形フィルタ４の手段により、予めノイズ成形されている。高周波成分のみまたは完全な信号がディザ信号として用いることができる。このディザ信号は、ＦＩＲディジタル−アナログ変換器５の入力で転じられ、第３のディザ信号線２７．３を介してシグマデルタ変換器２の比較器へ供給される。シグマデルタ変換器２の比較器入力がハイパスフィルタとして動作してディザ信号ではないこの種の成分をフィルタしているので、ディザ信号内に現れるかもしれない何れかの低周波数成分は妨害［nuisance―擾乱―］とはならない。さらに回路構成におけるシグマデルタ変換器２’は、更なるディザ信号線２７．４を介して同様の方法によりディザ信号を供給されても良い。第１の実施形態とは対照的に、この第２の実施形態においては、複数のシグマデルタ変換器については回路配置に現れているべきであることは必要ではない。

この発明の結果、回路配置のため、特に音響技術のために、アイドル音は低くなっているが、複雑さやコストを低減させたシグマデルタ変換器を有して、改善されるべきことを可能とする。

先行技術から周知のシグマデルタ変換器を示すブロック構成図である。 この発明の第１実施形態による回路の構成を示すブロック図である。 この発明の第２実施形態による回路の構成を示すブロック図である。

Claims (10)

1. アナログ入力信号をディジタル出力信号に変換するシグマデルタ変換器を有する回路配置であって、前記シグマデルタ変換器は、前記入力信号用の入力線が接続されたフィルタ入力を有すると共にフィルタ出力を有するループフィルタと、前記フィルタ出力に接続された量子化器入力を有すると共に出力信号用の出力線が接続された量子化器出力を有する量子化器と、前記出力信号を前記入力信号へと帰還させるフィードバックループと、を備え、前記回路配置は、回路内で有用ではあるがこの目的のために特別に生成されたものではない信号をディザ信号として前記量子化器の入力に付加的に供給するのに適したディザ信号線を有することを特徴とする回路配置。
2. 前記回路は、第２の出力線を有する第２のシグマデルタ変換器を備え、前記ディザ信号線は前記第１のシグマデルタ変換器の前記量子化器入力に前記第２の出力線を接続している請求項１に記載の回路配置。
3. 前記回路配置は、好ましくはＦＩＲディジタル−アナログ変換器であるディジタル−アナログ変換器を備えると共に、前記ディザ信号線は、前記ディジタル−アナログ変換器の入力線を前記第１のシグマデルタ変換器の量子化器入力に接続している請求項１に記載の回路配置。
4. 前記回路配置は、前記ディザ信号線の上流側に接続されたノイズ成形手段を有している請求項１ないし３の何れかに記載の回路配置。
5. 前記量子化器は、比較器を備えている請求項１ないし４の何れかに記載の回路配置。
6. 前記フィードバックループは、ディジタル−アナログ変換器を備えている請求項１ないし５の何れかに記載の回路配置。
7. アナログ入力信号をディジタル出力信号にシグマデルタ変換する方法であって：
   （ａ）前記入力信号をフィルタして、これにより、濾波信号を生成する；
   （ｂ）前記濾波信号をディザ信号と互いに加え合って、これにより、前記ディザ信号として用いられるものは回路内で有用ではあるがこの目的のために特別に生成された信号ではない合計信号を生成する；
   （ｃ）前記合計信号を量子化して、これにより出力信号を生成する；
   （ｄ）前記出力信号を前記入力信号に帰還させる；
   ステップを備える方法。
8. 異なる入力信号のシグマデルタ変換により得られた出力信号が、前記ディザ信号として用いられる請求項７に記載の方法。
9. ディジタル−アナログ変換器、好ましくはＦＩＲディジタル−アナログ変換器への入力信号が、前記ディザ信号として用いられる請求項７に記載の方法。
10. 広帯域ノイズ好ましくはノイズ成形信号を含む信号が、前記ディザ信号として用いられる請求項７ないし９の何れかに記載の方法。

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