JP2006050202A - Dem processing apparatus, d/a converter, and dem processing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology of suppressing production of an idle tone in the case that a DEM processing of a rotation system is applied to a digital signal for continuously representing a similar value such as a non-signal and a DC signal. <P>SOLUTION: A DEM processing apparatus that is connected to a D/A converter for generating an analog signal by receiving a first digital signal in a plurality of bits and selecting an analog value of a D/A conversion element associated with each bit of the first digital signal in response to a prescribed bit value denoted by each bit of the first digital signal and synthesizing the analog values and carries out DEM processing to match the D/A conversion element, assigns randomized selection priority to each bit of the first digital signal, sequentially selects the bits of the first digital signal in the order of higher selection priority by a value of a second digital signal when receiving the second digital signal being a D/A conversion object including the value in response to the number of analog values to be selected, generates the first digital signal wherein the values of the selected bits are prescribed bit values and transmits the first digital signal to the D/A converter. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、DEM処理装置、D/A変換装置、DEM処理方法に関する。   The present invention relates to a DEM processing apparatus, a D / A conversion apparatus, and a DEM processing method.

デジタル信号をアナログ信号へと変換するD/A変換器としては、例えば、スイッチド・キャパシタ型D/A変換器や、R−2Rラダー抵抗型D/A変換器等が提案されている。   As a D / A converter that converts a digital signal into an analog signal, for example, a switched capacitor type D / A converter, an R-2R ladder resistor type D / A converter, and the like have been proposed.

スイッチド・キャパシタ型D/A変換器は、例えば、図6に示すように、帰還容量素子Cfを設けた増幅器AMPと、Nビットのデジタル信号のビットD(1〜N)毎に対応づけられた同一容量値の容量素子C(1〜N)と、容量素子C(1〜N)の一方の端子に正の基準電圧Vref又は負の基準電圧−Vrefのいずれか一方を供給するためのスイッチSWAと、容量素子C(1〜N)の他方の端子と増幅器AMPの反転入力端子との間に接続したスイッチSWB及びSWCと、増幅器AMPの出力端子と容量素子C(1〜N)の一方の端子との間に接続したスイッチSWDと、によって構成される。   For example, as shown in FIG. 6, the switched capacitor type D / A converter is associated with an amplifier AMP provided with a feedback capacitive element Cf and each bit D (1 to N) of an N-bit digital signal. Capacitance element C (1-N) having the same capacitance value and a switch for supplying either one of positive reference voltage Vref or negative reference voltage -Vref to one terminal of capacitance element C (1-N) SWA, switches SWB and SWC connected between the other terminal of the capacitive element C (1 to N) and the inverting input terminal of the amplifier AMP, and one of the output terminal of the amplifier AMP and the capacitive element C (1 to N) And a switch SWD connected between the two terminals.

なお、スイッチSWAは、対応するデジタル信号の各ビットD(1〜N)の値とクロック信号CK1の論理積でオン/オフし、スイッチSWBはクロック信号CK1でオン/オフし、スイッチSWC及びSWDは、クロック信号CK1の位相を反転させたクロック信号CK2によってオン/オフする。   Note that the switch SWA is turned on / off by the logical product of the value of each bit D (1 to N) of the corresponding digital signal and the clock signal CK1, and the switch SWB is turned on / off by the clock signal CK1, and the switches SWC and SWD Is turned on / off by a clock signal CK2 obtained by inverting the phase of the clock signal CK1.

すなわち、スイッチド・キャパシタ型D/A変換器は、前述した構成により、クロック信号CK1及びCK2と、デジタル信号の各ビットD(1〜N)の状態に基づいて、各容量素子C(1〜N)の間で電荷の分配が発生することとなる。そして、電荷保存則によって、各容量素子C(1〜N)が保持する電荷量の総和に応じたアナログ信号が、増幅器AMPから出力されるのである。   That is, the switched-capacitor type D / A converter has the above-described configuration, based on the states of the clock signals CK1 and CK2 and the respective bits D (1 to N) of the digital signal, the capacitive elements C (1 N), charge distribution will occur. Then, according to the charge conservation law, an analog signal corresponding to the total amount of charges held by the capacitive elements C (1 to N) is output from the amplifier AMP.

R−2Rラダー抵抗型D/A変換器は、例えば、図7に示すように、帰還抵抗Rfを設けた増幅器AMPと、基準電圧Vrefと接地電圧GNDとの間に設けた抵抗素子R及び2Rを組み合わせたR−2Rラダー抵抗器と、Nビットのデジタル信号のビットD(1〜N)毎に対応づけられた抵抗素子2Rの一方の端子を接地電圧GND又は増幅器AMPの反転入力端子のいずれか一方に接続するためのスイッチSW(1〜N)と、によって構成される。なお、スイッチSW(1〜N)は、対応するデジタル信号の各ビットD(1〜N)でオン/オフする。   For example, as shown in FIG. 7, the R-2R ladder resistance type D / A converter includes an amplifier AMP provided with a feedback resistor Rf, and resistance elements R and 2R provided between the reference voltage Vref and the ground voltage GND. R-2R ladder resistor combined with each other, and one terminal of the resistance element 2R associated with each bit D (1 to N) of the N-bit digital signal is either the ground voltage GND or the inverting input terminal of the amplifier AMP. And switches SW (1 to N) for connection to either of them. Note that the switches SW (1 to N) are turned on / off by the respective bits D (1 to N) of the corresponding digital signal.

すなわち、R−2Rラダー抵抗型D/A変換器は、前述した構成により、デジタル信号の各ビットD(1〜N)の状態に基づいて選択された各抵抗素子2Rの一方の端子の電圧値の総和が増幅器AMPの反転入力端子に供給される。その結果、各抵抗素子2Rの一方の端子の電圧値の総和に応じたアナログ信号が、増幅器AMPから出力されるのである。   That is, the R-2R ladder resistance type D / A converter has the above-described configuration, and the voltage value of one terminal of each resistance element 2R selected based on the state of each bit D (1 to N) of the digital signal. Is supplied to the inverting input terminal of the amplifier AMP. As a result, an analog signal corresponding to the sum of the voltage values at one terminal of each resistance element 2R is output from the amplifier AMP.

D/A変換器は、前述したように、スイッチド・キャパシタ型D/A変換器における同一容量値の容量素子C(1〜N)や、R−2Rラダー抵抗型における同一抵抗値の抵抗素子2R等といった、デジタル信号のビット毎に対応づけられた同一特性値(容量値、抵抗値など)の『D/A変換素子』を有している。そして、それぞれのD/A変換素子に重み付けされた『アナログ値(電荷量、電圧値等)』が、デジタル信号の各ビットが示す所定ビット値(例えば、“1”)に基づいて選択・合成されることで、D/A変換が行われるのである。   As described above, the D / A converter is a capacitance element C (1 to N) having the same capacitance value in the switched capacitor type D / A converter, or a resistance element having the same resistance value in the R-2R ladder resistance type. It has “D / A conversion elements” of the same characteristic value (capacitance value, resistance value, etc.) associated with each bit of the digital signal, such as 2R. Then, the “analog value (charge amount, voltage value, etc.)” weighted to each D / A conversion element is selected and synthesized based on a predetermined bit value (eg, “1”) indicated by each bit of the digital signal. As a result, D / A conversion is performed.

しかしながら、D/A変換素子は、製造工程時での製造ばらつきや環境条件等によって、特性値(容量値や抵抗値等)がばらつくという、所謂エレメント・ミスマッチが生じてしまい、D/A変換精度の悪化を招く要因となっている。このため、D/A変換素子のエレメント・ミスマッチを解消すべく、DEM(Dynamic Element Matching)技術が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。また、最も一般的なDEMアルゴリズムとしては、ローテーション方式が提案されている。ここで、ローテーション方式のDEMアルゴリズムの概要として、例えば、特許文献1に開示された内容を、図8、図9をもとに説明する。   However, the D / A conversion element has a so-called element mismatch in which the characteristic value (capacitance value, resistance value, etc.) varies due to manufacturing variations and environmental conditions during the manufacturing process. It is a factor that causes deterioration. For this reason, a DEM (Dynamic Element Matching) technique has been proposed in order to eliminate element mismatch of the D / A conversion element (see, for example, Non-Patent Document 1). In addition, a rotation method has been proposed as the most common DEM algorithm. Here, as an outline of the rotation-type DEM algorithm, for example, the contents disclosed in Patent Document 1 will be described with reference to FIGS.

図8に示すシステムの例は、所謂D/A変換装置であり、D/A変換対象となるデジタル信号に対して、マルチビットΔΣ変調器200、DEM回路210及びD/A変換器220を介してアナログ信号へと変換するものである。ここで、DEM回路210は、ΔΣ変調出力の値をサーモメータコードに変換し、そのサーモメータコードに対してローテーション方式のDEM処理を行う。なお、サーモメータコードとは、ビット“1”の個数で値を表したコードのことである。例えば、ΔΣ変調出力の値が“3”の場合、8ビット表記の場合のサーモメータコードは、“11100000(左詰めで“1”を3個)”となり、DEM処理を施さない場合、“1”のビットに対応したD/A変換素子のアナログ値が選択されることとなる。   The example of the system shown in FIG. 8 is a so-called D / A converter, which applies a digital signal to be D / A converted via a multi-bit ΔΣ modulator 200, a DEM circuit 210 and a D / A converter 220. Are converted into analog signals. Here, the DEM circuit 210 converts the value of the ΔΣ modulation output into a thermometer code, and performs rotation type DEM processing on the thermometer code. The thermometer code is a code representing a value by the number of bits “1”. For example, when the value of the ΔΣ modulation output is “3”, the thermometer code in the 8-bit notation is “11100000 (three left-justified“ 1 ”s)”, and “1” when the DEM processing is not performed. The analog value of the D / A conversion element corresponding to the bit "" is selected.

図9は、ローテーション方式のDEM処理の具体例を説明する図である。なお、図9に示す例では、DEM回路210が、マルチビットΔΣ変調器200からΔΣ変調出力“4”、“5”、“3”をサイクル毎に順次受信した場合であり、さらに、サーモメータコードは8ビット表記の場合とする。   FIG. 9 is a diagram for explaining a specific example of the rotation-type DEM processing. In the example shown in FIG. 9, the DEM circuit 210 receives the ΔΣ modulation outputs “4”, “5”, and “3” sequentially from the multi-bit ΔΣ modulator 200 for each cycle. The code is in the case of 8-bit notation.

ここで、ローテーション方式のDEM処理とは、D/A変換対象のデジタル信号の各ビット値を、ある定められたローテーション量で右回りにローテーションするものである。なお、ローテーション量とは、先のDEM処理が施されたデジタル信号の所定ビット値“1”の総和をサーモメータコードのビット数で割り算した余りとして規定することができる。   Here, the rotation type DEM processing is to rotate each bit value of the digital signal to be D / A converted clockwise by a predetermined rotation amount. The rotation amount can be defined as a remainder obtained by dividing the total sum of the predetermined bit values “1” of the digital signal subjected to the previous DEM processing by the number of bits of the thermometer code.

まず、サイクル1で受信したΔΣ変調出力“4”は、サーモメータコード “11110000”に変換される。ここで、先(サイクル0)のDEM処理が施されたデジタル信号の所定ビット値“1”の総和を“0”とした場合、サーモメータコードは、ローテーションされずに、そのままの状態でD/A変換器220へと送信される。   First, the ΔΣ modulation output “4” received in cycle 1 is converted into a thermometer code “11110000”. Here, when the sum of the predetermined bit values “1” of the digital signal subjected to the previous (cycle 0) DEM processing is set to “0”, the thermometer code is not rotated and is D / It is transmitted to the A converter 220.

つぎに、サイクル2で受信したΔΣ変調出力“5”は、サーモメータコード“11111000”に変換される。ここで、先(サイクル0、1)のDEM処理が施されたデジタル信号のビット“1”の総和は“4”のため、サーモメータコードは、2ビット分だけ右周りにローテーションさせた“10001111”としてD/A変換器220へと送信される。   Next, the ΔΣ modulation output “5” received in cycle 2 is converted into a thermometer code “11111000”. Here, since the sum of the bits “1” of the digital signal subjected to the DEM processing (cycles 0 and 1) is “4”, the thermometer code is rotated clockwise by 2 bits “100001111”. "To the D / A converter 220.

そして、サイクル3で受信したΔΣ変調出力“3”もまた同様に、サーモメータコード“1110000”に変換されて、先(サイクル0、1、2)までのDEM処理が施されたデジタル信号のビット“1”の総和が“9”であるので、サーモメータコードは、9ビット分だけ右周りにローテーションさせた“01110000”としてD/A変換器220へと送信される。   Similarly, the ΔΣ modulation output “3” received in cycle 3 is also converted into thermometer code “1110000”, and the bit of the digital signal subjected to the DEM processing up to the previous (cycles 0, 1 and 2). Since the sum of “1” is “9”, the thermometer code is transmitted to the D / A converter 220 as “01110000” rotated clockwise by 9 bits.

このように、ローテーション方式のDEM処理によれば、D/A変換器220において、各D/A変換素子のアナログ値が選択される回数を均一化して、D/A変換素子をマッチングすることができるのである。
特開2000−78015号公報 Shreier and B Zhang "Noise Shaped Multibit D/A Converter Employing Unit Elements" Electronics Letters vol.31 no.20 pp.1712-1713 September 1995.
As described above, according to the rotation type DEM processing, the D / A converter 220 can match the D / A conversion elements by equalizing the number of times the analog value of each D / A conversion element is selected. It can be done.
JP 2000-78015 A Shreier and B Zhang "Noise Shaped Multibit D / A Converter Employing Unit Elements" Electronics Letters vol.31 no.20 pp.1712-1713 September 1995.

ところで、図9に示した例において、DEM回路210が、マルチビットΔΣ変調器200からサイクル毎にΔΣ変調出力“4”をサイクル毎に連続して受信した場合、ローテーション量はサイクル毎に“4”で一定となる。よって、サーモメータコードは、“11110000”、“00001111”、“11110000”、“00001111”、と周期性を有して変化する。
すなわち、前述した例のように、無信号や直流信号等といった連続して同様な値を示すデジタル信号に対して、図9に示したようなローテーション方式のDEM処理を施した場合には、サーモメータコードに周期性が必ず生じることとなる。
そして、サーモメータコードの周期性に応じた周波数が、可聴帯域内に含まれる場合には、図10に示すような「アイドルトーン」と呼ばれるノイズが生じることとなる。このアイドルトーンは、例えば、オーディオ用D/A変換装置の用途において、人間の耳に不自然な音として聞こえてしまい、音質を低下させる一要因となっていた。
In the example shown in FIG. 9, when the DEM circuit 210 continuously receives the ΔΣ modulation output “4” for each cycle from the multi-bit ΔΣ modulator 200, the rotation amount is “4” for each cycle. "It becomes constant. Therefore, the thermometer code changes with a periodicity of “11110000”, “000011111”, “11110000”, “000011111”.
That is, as in the example described above, when a DEM process of the rotation method as shown in FIG. 9 is performed on a digital signal that continuously shows the same value, such as no signal or DC signal, There will always be periodicity in the meter code.
When a frequency corresponding to the periodicity of the thermometer code is included in the audible band, noise called “idle tone” as shown in FIG. 10 is generated. For example, in the use of an audio D / A converter, the idle tone is heard as an unnatural sound by a human ear, and is a factor that deteriorates the sound quality.

前述した課題を解決する主たる本発明は、複数ビットの第1デジタル信号を受信し、前記第1デジタル信号のビット毎に対応づけられたD/A変換素子のアナログ値を、前記第1デジタル信号の各ビットが示す所定ビット値に応じて選択して合成することでアナログ信号を生成するD/A変換器と接続され、前記D/A変換素子をマッチングするためのDEM(Dynamic Element Matching)処理を行うDEM処理装置において、前記第1デジタル信号の各ビットにランダム性を有した選択優先度を割り当てておき、選択すべき前記アナログ値の数に応じた値を有するD/A変換対象の第2デジタル信号を受信した場合、前記第2デジタル信号の値の分、前記第1デジタル信号のビットを前記選択優先度の高いものから順に選択し、前記選択したビットの値を前記所定ビット値とした前記第1デジタル信号を生成して、前記D/A変換器へと送信すること、とする。   The main present invention for solving the above-described problem is to receive a first digital signal having a plurality of bits, and to convert an analog value of a D / A conversion element associated with each bit of the first digital signal into the first digital signal. A DEM (Dynamic Element Matching) process for matching the D / A conversion element connected to a D / A converter that generates an analog signal by selecting and synthesizing according to a predetermined bit value indicated by each bit of In the DEM processing apparatus that performs the processing, a selection priority having randomness is assigned to each bit of the first digital signal, and a D / A conversion target having a value corresponding to the number of analog values to be selected is assigned. When two digital signals are received, the bits of the first digital signal are selected in descending order of the selection priority according to the value of the second digital signal, and the selected bits are selected. To generate the first digital signal values to said predetermined bit value, transmitting to the D / A converter, and to.

本発明によれば、アイドルトーンの発生を抑制可能なDEM処理装置、D/A変換装置、DEM処理方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a DEM processing device, a D / A conversion device, and a DEM processing method capable of suppressing the occurrence of idle tones.

<D/A変換装置>
図1は、本願請求項に記載の『D/A変換装置』の一実施形態に係るマルチビット型のΔΣ変調器を用いたオーディオ機器向けのD/A変換装置100の構成を示す図である。
<D / A converter>
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a D / A conversion device 100 for audio equipment using a multi-bit ΔΣ modulator according to an embodiment of a “D / A conversion device” recited in the claims of the present application. .

D/A変換装置100は、インターポレーションフィルタ10と、マルチビットΔΣ変調部20と、DEM処理部30と、D/A変換器40と、LPF50と、によって構成される。   The D / A conversion device 100 includes an interpolation filter 10, a multi-bit ΔΣ modulation unit 20, a DEM processing unit 30, a D / A converter 40, and an LPF 50.

インターポレーションフィルタ10は、所定分解能(例えば、24ビット)で所定サンプリング周波数fs(例えば、48kHz)のデジタル信号DINを受信し、そのデジタル信号DINを所定演算(例えば、線形補完等)によって補間する。さらに、インターポレーションフィルタ10は、サンプリング周波数fsよりも高い周波数(例えば、128倍)によるオーバーサンプリングによって、デジタル信号DINを同一分解能(例えば、24ビット)のデジタル信号uへと変換する。   The interpolation filter 10 receives a digital signal DIN having a predetermined sampling frequency fs (for example, 48 kHz) with a predetermined resolution (for example, 24 bits), and interpolates the digital signal DIN by a predetermined operation (for example, linear interpolation). . Furthermore, the interpolation filter 10 converts the digital signal DIN into a digital signal u having the same resolution (for example, 24 bits) by oversampling at a frequency (for example, 128 times) higher than the sampling frequency fs.

マルチビットΔΣ変調部20は、インターポレーションフィルタ10からデジタル信号uを受信し、そのデジタル信号uに対してマルチビット出力のΔΣ変調を施してビット数(例えば、5ビット)を低減させたデジタル信号v(本願請求項に記載の『第2デジタル信号』)へと変換する。なお、図1に示すΔΣ変調では、デジタル信号uを、5ビットで表現される“0〜31”までのレベル強度のうち、一のレベル強度(スカラー量)を示すデジタル信号vへと変換する場合である。また、マルチビットΔΣ変調部20は、前述したようにデジタル信号uをデジタル信号vへと変換した結果、デジタル信号uに含まれる量子化ノイズを、必要帯域外の高周波数域へとノイズ・シェーピングすることができるのである。   The multi-bit ΔΣ modulation unit 20 receives the digital signal u from the interpolation filter 10 and performs multi-bit output ΔΣ modulation on the digital signal u to reduce the number of bits (for example, 5 bits). The signal v is converted into a “second digital signal” described in the claims of this application. In the delta-sigma modulation shown in FIG. 1, the digital signal u is converted into a digital signal v indicating one level intensity (scalar amount) out of the level intensity from “0 to 31” expressed by 5 bits. Is the case. In addition, as described above, the multi-bit ΔΣ modulation unit 20 converts the digital signal u into the digital signal v. As a result, the noise shaping of the quantization noise included in the digital signal u to a high frequency region outside the necessary band is performed. It can be done.

DEM処理部30は、最終的に生成されるデジタル信号sv(本願請求項に記載の『第1デジタル信号』)の各ビットにランダム性を有した『選択優先度』を割り当てておく。そして、DEM処理部30は、マルチビットΔΣ変調部20からスカラー量のデジタル信号vを受信した場合、デジタル信号vが示すレベル強度に応じて選択すべきD/A変換素子のアナログ値の数分、デジタル信号svのビットを選択優先度の高いものから順に選択し、その選択したビットの値を所定ビット値(例えば、“1”)としたベクトル量のデジタル信号svを生成してD/A変換器40へと送信するのである。   The DEM processing unit 30 assigns “selection priority” having randomness to each bit of the finally generated digital signal sv (“first digital signal” recited in the claims of the present application). When the DEM processing unit 30 receives the scalar amount of the digital signal v from the multi-bit ΔΣ modulation unit 20, the DEM processing unit 30 corresponds to the number of analog values of the D / A conversion element to be selected according to the level intensity indicated by the digital signal v. Then, the bits of the digital signal sv are selected in descending order of the selection priority, and a digital signal sv having a vector amount with the selected bit value set to a predetermined bit value (for example, “1”) is generated. The data is transmitted to the converter 40.

D/A変換器40は、DEM処理部30から受信したデジタル信号svのビット毎に対応づけられたD/A変換素子(例えば、容量素子、抵抗等)を有している。そして、各D/A変換素子に重み付けされたアナログ値(例えば、電荷量、電圧値等)が、デジタル信号svの各ビット値に基づいて選択して合成されることでアナログ信号wを生成する。なお、D/A変換器40は、例えば、図6に示したスイッチド・キャパシタ型D/A変換器や、図7に示したR−2Rラダー抵抗型D/A変換器等といった、各種D/A変換器を採用することができる。   The D / A converter 40 has a D / A conversion element (for example, a capacitive element, a resistor, etc.) associated with each bit of the digital signal sv received from the DEM processing unit 30. Then, an analog value (for example, charge amount, voltage value, etc.) weighted to each D / A conversion element is selected and synthesized based on each bit value of the digital signal sv to generate an analog signal w. . Note that the D / A converter 40 includes various D / A converters such as a switched capacitor type D / A converter shown in FIG. 6 and an R-2R ladder resistance type D / A converter shown in FIG. A / A converter can be employed.

LPF(Low Pass Filter)50は、D/A変換器40から入力されるアナログ信号wに対して、低域通過フィルタ処理を施して高周波成分を除去したアナログ信号AOUTを出力する。   An LPF (Low Pass Filter) 50 outputs an analog signal AOUT obtained by performing a low-pass filter process on the analog signal w input from the D / A converter 40 to remove a high frequency component.

<DEM処理部>
=== 構成 ===
本願請求項に記載の『DEM処理装置』の一実施形態に係るDEM処理部30の構成について、図2をもとに説明する。
DEM処理部30は、『乱数発生部31』と、『ベクトル演算部32』と、『ベクトル量子化部33』と、によって構成される。なお、DEM処理部30の各機能は、ハードウェア若しくはソフトウェアとして実施されるものである。
<DEM processing unit>
=== Configuration ===
The configuration of the DEM processing unit 30 according to an embodiment of the “DEM processing apparatus” recited in the claims of the present application will be described with reference to FIG.
The DEM processing unit 30 includes a “random number generation unit 31”, a “vector operation unit 32”, and a “vector quantization unit 33”. Each function of the DEM processing unit 30 is implemented as hardware or software.

乱数発生部31は、平均採中法、線形合同法、M系列乱数、指数乱数列等といった周知な乱数発生アルゴリズムに基づいて乱数R(t)を発生するものである。なお、乱数R(t)は、サイクル毎に可変とさせるランダム性を有した選択優先度を設定するための一パラメータとして用いられるものである。   The random number generation unit 31 generates a random number R (t) based on a well-known random number generation algorithm such as an average sampling method, a linear congruential method, an M-sequence random number, an exponential random number sequence, or the like. The random number R (t) is used as one parameter for setting a selection priority having randomness that can be varied for each cycle.

ベクトル演算部32は、ベクトル量子化部33から出力されるベクトル量のデジタル信号sv(t)に対して、所定のフィルタ処理(例えば、n次のノイズ・シェーピング処理)を施した結果であるベクトル量sy(t)を生成してベクトル量子化部33へと出力するものである。なお、ベクトル量sy(t)は、乱数R(t)と併せて、サイクル毎に可変とさせるランダム性を有した選択優先度を設定するための一パラメータとして用いられるものである。   The vector calculation unit 32 is a vector that is a result of performing a predetermined filtering process (for example, n-th order noise shaping process) on the digital signal sv (t) of the vector amount output from the vector quantization unit 33. A quantity sy (t) is generated and output to the vector quantization unit 33. The vector quantity sy (t) is used as one parameter for setting a selection priority having randomness that is variable for each cycle, together with the random number R (t).

なお、ベクトル演算部32は、デジタル信号sv(t)から先のベクトル演算部32出力sy(t−1)を減算して偏差se(t)を生成する加算部320と、偏差se(t)に対してベクトル関数「H(z)−1」によって定められる所定のフィルタ処理を施した結果であるベクトル量sy’(t)を生成するベクトル関数部321と、ベクトル関数部321出力sy’(t)の各要素のうちで最小値を検出するとともにその最小値の逆極性となる値を全要素としたベクトル量su(t)を生成する最小値検出部322と、ベクトル関数部321出力sy’(t)と最小値検出部322出力su(t)を加算してベクトル量sy(t)を生成する加算部323と、によって構成される。   The vector calculation unit 32 subtracts the previous vector calculation unit 32 output sy (t−1) from the digital signal sv (t) to generate a deviation se (t), and a deviation se (t). A vector function unit 321 that generates a vector quantity sy ′ (t) that is a result of performing a predetermined filtering process defined by the vector function “H (z) −1”, and a vector function unit 321 output sy ′ ( a minimum value detecting unit 322 that detects a minimum value among the elements of t) and generates a vector quantity su (t) with all the values having the opposite polarity of the minimum value as an element, and an output sy of the vector function unit 321 '(T) and the minimum value detector 322 output su (t) are added to each other to generate a vector quantity sy (t).

ベクトル量子化部33は、先のベクトル演算部32出力sy(t−1)、及び、乱数発生部31において発生させた乱数R(t)に基づいて可変とさせた選択優先度に基づいて、マルチビットΔΣ変調部20から入力された所定のレベル強度(スカラー量)を有するデジタル信号v(t)を、デジタル信号v(t)とレベル強度を同じくするベクトル量のデジタル信号sv(t)へと符号化を行いD/A変換器40へと出力するものである。   The vector quantization unit 33 is based on the selection priority that is variable based on the output sy (t−1) of the previous vector calculation unit 32 and the random number R (t) generated in the random number generation unit 31. The digital signal v (t) having a predetermined level intensity (scalar amount) input from the multi-bit ΔΣ modulation unit 20 is converted into a digital signal sv (t) having a vector amount having the same level intensity as the digital signal v (t). Are encoded and output to the D / A converter 40.

ここで、前述したDEM処理部30の処理内容は、つぎの数式1で表すことができる。
Here, the processing content of the DEM processing unit 30 described above can be expressed by the following mathematical formula 1.

また、D/A変換器40におけるD/A変換素子のミスマッチの度合いをm行×1列のベクトルedで表す場合(ただし、edの全要素の総和を“0”とする。)、D/A変換器40出力の誤差は、つぎの数式2で表すことができる。
Further, when the degree of mismatch of the D / A conversion elements in the D / A converter 40 is expressed by a vector ed of m rows × 1 column (however, the sum of all elements of ed is set to “0”), D / The error of the output of the A converter 40 can be expressed by the following formula 2.

数式2に基づいて、D/A変換素子のミスマッチに起因したD/A変換器40出力の誤差は、ベクトル関数H(z)によって任意に変調可能であることを知見できる。すなわち、適宜なベクトル関数H(z)を選択しさえすれば、D/A変換素子のミスマッチに起因したD/A変換器40出力の誤差を高帯域へと移行させる、所謂ノイズ・シェーピングの効果を得ることができるのである。   Based on Expression 2, it can be found that the error of the output of the D / A converter 40 due to the mismatch of the D / A conversion elements can be arbitrarily modulated by the vector function H (z). That is, as long as an appropriate vector function H (z) is selected, the so-called noise shaping effect that shifts the error of the output of the D / A converter 40 due to the mismatch of the D / A converter elements to a high band. Can be obtained.

=== DEM処理の流れ ===
本発明の一実施形態に係るDEM処理の流れを、図3のフローチャートをもとに説明する。なお、特に断らない限り、以下の動作の主体は、DEM処理部30とする。
まず、ベクトル量子化部33が、時刻tにおいて、マルチビットΔΣ変調部20から所定のレベル強度を有したスカラー量のデジタル信号v(t)を受信した場合とする(S300)。このとき、乱数発生部31において、所定の乱数発生アルゴリズムに基づいて乱数R(t)が発生される(S301)。
ベクトル量子化部33は、ベクトル演算部32の先の出力sy(t−1)と、乱数発生部31において発生された乱数R(t)と、に基づいて、最終的に生成されるベクトル量のデジタル信号sv(t)の各要素のうちいずれの要素を“1”とするかを設定するための選択優先度を決定する(S302)。なお、この選択優先度を決定する上で、つぎの2つの条件が加味されることとする。
(条件1) ベクトル演算部32の先の出力sy(t−1)の各要素のうちで値の低いものから選択優先度を高くする。
(条件2) ベクトル演算部32の先の出力sy(t−1)の各要素のうちで同じ値の要素群については、乱数R(t)によって指定された要素から所定の順番(例えば、右回り)に選択優先度を割り当てる。
ベクトル量子化部33は、決定された選択優先度に基づいて、選択優先度の高いものから順番に、デジタル信号v(t)のレベル強度に応じた数分だけ要素の値を“1”とし、その他の要素の値を“0”とした、デジタル信号sv(t)を生成する(S303)。
=== Flow of DEM processing ===
The flow of DEM processing according to an embodiment of the present invention will be described based on the flowchart of FIG. Unless otherwise specified, the subject of the following operations is the DEM processing unit 30.
First, it is assumed that the vector quantization unit 33 receives a scalar amount digital signal v (t) having a predetermined level intensity from the multi-bit ΔΣ modulation unit 20 at time t (S300). At this time, the random number generation unit 31 generates a random number R (t) based on a predetermined random number generation algorithm (S301).
The vector quantization unit 33 finally generates a vector quantity based on the previous output sy (t−1) of the vector calculation unit 32 and the random number R (t) generated by the random number generation unit 31. The selection priority for setting which element among the elements of the digital signal sv (t) is set to “1” is determined (S302). In determining the selection priority, the following two conditions are considered.
(Condition 1) Among the elements of the previous output sy (t−1) of the vector calculation unit 32, the selection priority is increased from the element with the lowest value.
(Condition 2) The element group having the same value among the elements of the previous output sy (t−1) of the vector calculation unit 32 is determined in a predetermined order from the element specified by the random number R (t) (for example, right Assign a selection priority.
Based on the determined selection priority, the vector quantization unit 33 sets the element value to “1” by the number corresponding to the level strength of the digital signal v (t) in order from the highest selection priority. Then, the digital signal sv (t) with the values of the other elements set to “0” is generated (S303).

つぎに、ベクトル演算部32では、時刻t+1の選択優先度を決定する際に参照されるsy(t)を生成すべく、つぎのような処理が行われる。
まず、加算部320では、ベクトル量子化部33において生成されたデジタル信号sv(t)からベクトル演算部32の先の出力sy(t−1)が減算されて、偏差se(t)が生成される(S304)。ベクトル関数部321では、加算部320で生成された偏差se(t)に対して所定のベクトル関数「H(z)−1」による演算処理が施されてsy’(t)が生成される(S305)。最小値検出部322では、ベクトル関数部321の出力sy’(t)の全要素のうち最小値min(t)が検出される。
ここで、ベクトル演算部32は、最小値検出部322において検出された最小値min(t)が負の値であるか否かを判定する(S306)。そして、最小値min(t)が負の値であった場合には(S306:YES)、ベクトル演算部32は、ベクトル関数部321の出力sy’(t)の全要素から最小値min(t)を減算してsy(t)を生成することとなる。一方、最小値min(t)が負の値でなかった場合には(S306:NO)、ベクトル演算部32は、ベクトル関数部321の出力sy’(t)をそのままsy(t)とする。
Next, the vector calculation unit 32 performs the following process to generate sy (t) that is referred to when determining the selection priority at time t + 1.
First, the adder 320 subtracts the previous output sy (t−1) of the vector calculator 32 from the digital signal sv (t) generated in the vector quantizer 33 to generate a deviation se (t). (S304). In the vector function unit 321, arithmetic processing using a predetermined vector function “H (z) −1” is performed on the deviation se (t) generated by the adding unit 320 to generate sy ′ (t) ( S305). The minimum value detection unit 322 detects the minimum value min (t) among all elements of the output sy ′ (t) of the vector function unit 321.
Here, the vector calculation unit 32 determines whether or not the minimum value min (t) detected by the minimum value detection unit 322 is a negative value (S306). If the minimum value min (t) is a negative value (S306: YES), the vector calculation unit 32 calculates the minimum value min (t from all elements of the output sy ′ (t) of the vector function unit 321. ) Is subtracted to generate sy (t). On the other hand, when the minimum value min (t) is not a negative value (S306: NO), the vector calculation unit 32 sets the output sy ′ (t) of the vector function unit 321 as it is to sy (t).

=== DEM処理の具体例 ===
図4は、本発明の一実施形態に係るDEM処理の具体例を説明する図である。なお、図4に示す例では、DEM処理部30が、マルチビットΔΣ変調部20からΔΣ変調出力“4”、“5”、“4”をサイクル毎に順次受信した場合であり、また、乱数発生部31が、乱数R“3”、“5”、“2”を、サイクル毎に順次発生した場合とする。さらに、DEM処理部30からD/A変換器40へと送信されるデジタル信号svのビット数は、8ビットの場合とする。さらに、ベクトル関数部321において設定されるベクトル関数は、「z^(−1)−1」で表される一次のノイズ・シェーピング関数(H(z)=z^(−1))とする。さらに、以下の説明では、図中に示すサイクル0、1、2、3が、時刻t−1、t、t+1、t+2へとそれぞれ対応づけられているものとする。
=== Specific Example of DEM Processing ===
FIG. 4 is a diagram for explaining a specific example of the DEM processing according to an embodiment of the present invention. In the example illustrated in FIG. 4, the DEM processing unit 30 sequentially receives ΔΣ modulation outputs “4”, “5”, and “4” from the multi-bit ΔΣ modulation unit 20 for each cycle. Assume that the generation unit 31 sequentially generates random numbers R “3”, “5”, and “2” for each cycle. Furthermore, the number of bits of the digital signal sv transmitted from the DEM processing unit 30 to the D / A converter 40 is assumed to be 8 bits. Furthermore, the vector function set in the vector function unit 321 is a primary noise shaping function (H (z) = z ^ (− 1)) represented by “z ^ (− 1) −1”. Furthermore, in the following description, it is assumed that cycles 0, 1, 2, and 3 shown in the figure are associated with times t-1, t, t + 1, and t + 2, respectively.

<<サイクル1>>
まず、サイクル1において、ΔΣ変調出力は“4”、先のサイクル0のベクトル演算部32出力であるsy(t−1)は “00000000”、乱数発生部31において発生した乱数R(t)は“3”である。
ここで、ベクトル演算部32出力sy(t−1)は“00000000”であるため、いずれの要素を選択してもノイズ・シェーピングの効果の優劣が無い状態にあるが、乱数R(t)が“3”であるため、ベクトル演算部32出力sy(t−1)の各要素に対して、 “3”ビット目のつぎの“4”ビット目の要素から所定方向(例えば、右回り)へと順番に、選択優先度“67812345”を割り当てる。なお、選択優先度は“87654321”の順番で高くなるように設定してある。
<< Cycle 1 >>
First, in cycle 1, the ΔΣ modulation output is “4”, sy (t−1), which is the output of the vector calculation unit 32 in the previous cycle 0, is “00000000”, and the random number R (t) generated in the random number generation unit 31 is “3”.
Here, since the output sy (t−1) of the vector calculation unit 32 is “00000000”, there is no superiority or inferiority of the effect of noise shaping regardless of which element is selected, but the random number R (t) is Since it is “3”, for each element of the vector operation unit 32 output sy (t−1), the element from the “4” bit next to the “3” bit goes in a predetermined direction (for example, clockwise). In order, the selection priority “67812345” is assigned. The selection priority is set to be higher in the order of “87654321”.

そこで、サイクル1においてΔΣ変調出力は“4”であるため、ベクトル量子化33出力sv(t)は、選択優先度の最も高い“4”ビット目の要素から合計“4”の要素の値を“1”とし、その他の要素の値を“0”とした“00011110”となる。すなわち、サイクル1におけるD/A変換器40では、ベクトル量子化33出力sv(t)である“00011110”によって、“4”ビット目から“7”ビット目までの要素に対応したD/A変換素子のアナログ値が選択されることとなる。   Therefore, since the ΔΣ modulation output in cycle 1 is “4”, the vector quantization 33 output sv (t) is obtained by adding the values of the elements “4” in total from the elements of the “4” bit having the highest selection priority. “0001” is set to “1”, and the values of other elements are set to “0”. That is, in the D / A converter 40 in cycle 1, the D / A conversion corresponding to the elements from the “4” bit to the “7” bit is performed by “00011110” which is the vector quantization 33 output sv (t). The analog value of the element will be selected.

また、サイクル1では、つぎのサイクル2における選択優先度を決定する上で参照されるベクトル演算部32出力sy(t)を生成すべく、偏差se(t)、ベクトル関数部321出力sy’(t)、最小値検出部322出力su(t)が、つぎのように順次生成される。   In cycle 1, deviation se (t) and vector function unit 321 output sy ′ () are generated to generate vector operation unit 32 output sy (t) that is referred to in determining the selection priority in next cycle 2. t), the minimum value detection unit 322 output su (t) is sequentially generated as follows.

まず、加算部320では、ベクトル量子化33出力sv(t)からベクトル演算部32出力sy(t−1)が減算された結果、偏差se(t)が生成される。なお、偏差se(t)は、「“00011110”=“00011110”−“00000000”」である。
つぎに、ベクトル関数部321では、偏差se(t)に対してベクトル関数「z^(−1)−1」の演算を施した結果、sy’(t)が生成される。なお、ベクトル関数部321出力sy’(t)は、偏差se(t)の極性を反転させた“000−1−1−1−10”となる。
つぎに、最小値検出部322では、ベクトル関数部321出力sy’(t)の全要素のうち最小値min(t)が検出される。なお、最小値min(t)は“−1”であるため、最小値検出部322出力su(t)は、最小値min(t)の極性を反転させた要素で構成される“11111111”となる。
そして、加算部323では、ベクトル関数部321出力sy’(t)と最小値検出部322出力su(t)が加算されて、ベクトル演算部32出力sy(t)が生成されるのである。なお、ベクトル演算部32出力sy(t)は、「“11100001”=“000−1−1−1−10”+“11111111”」となる。
First, in the addition unit 320, the deviation se (t) is generated as a result of subtracting the vector calculation unit 32 output sy (t-1) from the vector quantization 33 output sv (t). The deviation se (t) is ““ 00011110 ”=“ 00011110 ”−“ 00000000 ””.
Next, the vector function unit 321 generates sy ′ (t) as a result of performing the calculation of the vector function “z ^ (− 1) −1” on the deviation se (t). The vector function unit 321 output sy ′ (t) is “000-1-1-1-10” obtained by inverting the polarity of the deviation se (t).
Next, the minimum value detection unit 322 detects the minimum value min (t) among all the elements of the vector function unit 321 output sy ′ (t). Since the minimum value min (t) is “−1”, the output of the minimum value detection unit 322 su (t) is “11111111” configured with elements obtained by inverting the polarity of the minimum value min (t). Become.
The adder 323 adds the vector function unit 321 output sy ′ (t) and the minimum value detector 322 output su (t) to generate the vector operation unit 32 output sy (t). Note that the output sy (t) of the vector calculation unit 32 is ““ 111100001 ”=“ 000-1-1-1-10 ”+“ 11111111 ”.

<<サイクル2>>
つぎに、サイクル2において、ΔΣ変調出力は“5”、先のサイクル1のベクトル演算部32出力であるsy(t)は “11100001”、乱数発生部31において発生した乱数R(t+1)は“5”である。
<< Cycle 2 >>
Next, in cycle 2, the ΔΣ modulation output is “5”, the sy (t) output from the vector calculation unit 32 in the previous cycle 1 is “11100001”, and the random number R (t + 1) generated in the random number generation unit 31 is “ 5 ".

ここで、ベクトル演算部32出力sy(t)は“11100001”であるため、前のサイクル0、1において、“8”ビット目から“3”ビット目までの要素に対応したD/A変換素子のアナログ値が、“4”ビット目から“7”ビット目までの要素に対応したD/A変換素子のアナログ値と比較して、選択された回数が少ないことが確認できる。   Here, since the output sy (t) of the vector operation unit 32 is “11100001”, the D / A conversion element corresponding to the elements from the “8” bit to the “3” bit in the previous cycles 0 and 1. It can be confirmed that the selected number of times is smaller than the analog value of the D / A conversion element corresponding to the elements from the “4” bit to the “7” bit.

すなわち、サイクル2において、“8”ビット目から“3”ビット目までの要素に対応したD/A変換素子のアナログ値を優先的に選択すれば、ノイズ・シェーピングの効果が効率よく得られることが分かる。よって、ベクトル演算部32出力sy(t)の“8”ビット目から“3”ビット目までの同一な“1”の値を有する各要素に対して順番に、選択優先度“234****1”を割り当てる。なお、このとき、乱数Rに基づいて選択優先度を定めるようにしてもよい。   That is, if the analog value of the D / A conversion element corresponding to the elements from the “8” bit to the “3” bit is preferentially selected in cycle 2, the effect of noise shaping can be obtained efficiently. I understand. Accordingly, the selection priority “234 ***” is sequentially assigned to each element having the same “1” value from the “8” bit to the “3” bit of the output sy (t) of the vector operation unit 32. * 1 ”is assigned. At this time, the selection priority may be determined based on the random number R.

また、ベクトル演算部32出力sy(t)の“4”ビット目から“7”ビット目までの同一な“0”の値を有する各要素に対しては、乱数R(t+1)で指定された要素から所定方向(例えば、右回り)へと順番に、選択優先度を割り当てることとする。なお、乱数R(t+1)は“5”であるため、“5”ビット目のつぎの“6”ビット目から順番に、選択優先度“***7856*”が割り当てられる。すなわち、サイクル2において決定された選択優先度は、“23478561”となる。   Further, each element having the same “0” value from the “4” bit to the “7” bit of the output sy (t) of the vector operation unit 32 is designated by a random number R (t + 1). The selection priority is assigned in order from the element in a predetermined direction (for example, clockwise). Since the random number R (t + 1) is “5”, the selection priority “*** 7856 *” is assigned in order from the “6” bit next to the “5” bit. That is, the selection priority determined in cycle 2 is “2348561”.

そこで、サイクル1においてΔΣ変調出力は“5”であるため、ベクトル量子化33出力sv(t+1)は、選択優先度の最も高い要素から順番に合計“5”の要素の値を“1”とし、その他の要素の値を“0”とした“11100101”となる。すなわち、サイクル2におけるD/A変換器40では、ベクトル量子化33出力sv(t+1)である“11100101”によって、8ビット目から3ビット目まで及び6ビット目の要素に対応したD/A変換素子のアナログ値が選択されることとなる。   Therefore, since the ΔΣ modulation output is “5” in cycle 1, the vector quantization 33 output sv (t + 1) is set to “1” for the total “5” elements in order from the element having the highest selection priority. The other element values are “11100101” with “0”. That is, in the D / A converter 40 in cycle 2, the D / A conversion corresponding to the elements from the eighth bit to the third bit and the sixth bit is performed by “11100101” which is the vector quantization 33 output sv (t + 1). The analog value of the element will be selected.

また、サイクル2では、つぎのサイクル3における選択優先度を決定する上で参照されるベクトル演算部32出力sy(t+1)を生成すべく、サイクル1の場合と同様に、偏差se(t+1)、ベクトル関数部321出力sy’(t+1)、最小値検出部322出力su(t+1)が、つぎのように順次生成される。
まず、加算部320では、ベクトル量子化33出力sv(t+1)からベクトル演算部32出力sy(t)が減算された結果、偏差se(t+1)が生成される。なお、偏差se(t)は、「“00000100”=“11100101”−“11100001”」である。
つぎに、ベクトル関数部321では、偏差se(t+1)に対してベクトル関数「z^(−1)−1」の演算を施した結果、sy’(t+1)が生成される。なお、ベクトル関数部321出力sy’(t+1)は、偏差se(t+1)の極性を反転させた“00000−100”となる。
つぎに、最小値検出部322では、ベクトル関数部321出力sy’(t+1)の全要素のうち最小値min(t+1)が検出される。なお、最小値min(t+1)は“−1”であるため、最小値検出部322出力su(t+1)は、最小値min(t+1)の極性を反転させた要素で構成される“11111111”となる。
そして、加算部323では、ベクトル関数部321出力sy’(t+1)と最小値検出部322出力su(t+1)が加算されて、ベクトル演算部32出力sy(t)が生成されるのである。なお、ベクトル演算部32出力sy(t+1)は、「“11111011”=“000000−10”+“11111111”」となる。
Also, in cycle 2, in order to generate the vector operation unit 32 output sy (t + 1) referred to in determining the selection priority in the next cycle 3, the deviation se (t + 1), The vector function unit 321 output sy ′ (t + 1) and the minimum value detection unit 322 output su (t + 1) are sequentially generated as follows.
First, in the addition unit 320, a deviation se (t + 1) is generated as a result of subtracting the vector calculation unit 32 output sy (t) from the vector quantization 33 output sv (t + 1). The deviation se (t) is ““ 00000100 ”=“ 11100101 ”−“ 11100001 ””.
Next, the vector function unit 321 generates sy ′ (t + 1) as a result of performing the calculation of the vector function “z ^ (− 1) −1” on the deviation se (t + 1). The vector function unit 321 output sy ′ (t + 1) is “00000-100” obtained by inverting the polarity of the deviation se (t + 1).
Next, the minimum value detection unit 322 detects the minimum value min (t + 1) among all elements of the vector function unit 321 output sy ′ (t + 1). Since the minimum value min (t + 1) is “−1”, the minimum value detection unit 322 output su (t + 1) is “11111111” composed of elements obtained by inverting the polarity of the minimum value min (t + 1). Become.
Then, the adder 323 adds the vector function unit 321 output sy ′ (t + 1) and the minimum value detector 322 output su (t + 1) to generate the vector operation unit 32 output sy (t). The vector operation unit 32 output sy (t + 1) is ““ 11111011 ”=“ 000000−10 ”+“ 11111111 ””.

<<サイクル3>>
つぎに、サイクル3において、ΔΣ変調出力は“4”、先のサイクル2のベクトル演算部32出力であるsy(t+1)は “11111011”、乱数発生部31において発生した乱数R(t+2)は“2”である。
ここで、ベクトル演算部32出力sy(t+1)は“11111011”であるため、前のサイクル0、1、2において、“6”ビット目の要素に対応したD/A変換素子のアナログ値が、その他のビットの要素に対応したD/A変換素子のアナログ値と比較して、選択された回数が少ないことが確認できる。
<< Cycle 3 >>
Next, in cycle 3, the ΔΣ modulation output is “4”, sy (t + 1), which is the output of the vector calculation unit 32 in the previous cycle 2, is “11111011”, and the random number R (t + 2) generated in the random number generation unit 31 is “ 2 ".
Here, since the output sy (t + 1) of the vector calculation unit 32 is “11111011”, the analog value of the D / A conversion element corresponding to the element of the “6th” bit in the previous cycles 0, 1, 2 is It can be confirmed that the selected number of times is small as compared with the analog values of the D / A conversion elements corresponding to other bit elements.

すなわち、サイクル3において、“6”ビット目以外の要素に対応したD/A変換素子のアナログ値を優先的に選択すれば、ノイズ・シェーピングの効果が効率よく得られることが分かる。なお、ベクトル演算部32出力sy(t+1)の6ビット目以外の要素は同一な“1”の値を示すため、いずれの要素を選択してもノイズ・シェーピングの効果の優劣が無い状態にある。このため、乱数R(t)に基づいて、ベクトル演算部32出力sy(t+1)の6ビット目以外の要素における選択優先度を決定する。   That is, it can be seen that if the analog value of the D / A conversion element corresponding to an element other than the “6th” bit is preferentially selected in cycle 3, the effect of noise shaping can be obtained efficiently. Since the elements other than the sixth bit of the output sy (t + 1) of the vector operation unit 32 indicate the same “1” value, there is no superiority or inferiority of the noise shaping effect regardless of which element is selected. . For this reason, the selection priority in elements other than the 6th bit of the vector operation unit 32 output sy (t + 1) is determined based on the random number R (t).

すなわち、乱数R(t)が“2”であるため、ベクトル演算部32出力sy(t+1)の6ビット目以外の各要素に対して、“2”ビット目のつぎの“3”ビット目の要素から所定方向(例えば、右回り)へと順番に、選択優先度“67123*45”を割り当てる。また、ベクトル演算部32出力sy(t+1)の6ビット目に対して、最も低い選択優先度“8”を割り当てる。よって、サイクル3において決定された選択優先度は、“67123845”となる。   That is, since the random number R (t) is “2”, for each element other than the sixth bit of the output sy (t + 1) of the vector operation unit 32, the “3” bit next to the “2” bit. Selection priority “67123 * 45” is assigned in order from the element in a predetermined direction (for example, clockwise). Further, the lowest selection priority “8” is assigned to the sixth bit of the output sy (t + 1) of the vector operation unit 32. Therefore, the selection priority determined in cycle 3 is “67128345”.

ここで、サイクル3においてΔΣ変調出力は“4”であるため、ベクトル量子化33出力sv(t+2)は、選択優先度の最も高い要素から順番に合計“4”の要素の値を“1”とし、その他の要素の値を“0”とした“00111010”となる。すなわち、サイクル2におけるD/A変換器40では、ベクトル量子化33出力sv(t+2)である“00111010”によって、3ビット目から5ビット目まで及び7ビット目の要素に対応したD/A変換素子のアナログ値が選択されることとなる。   Here, since the ΔΣ modulation output is “4” in cycle 3, the vector quantization 33 output sv (t + 2) is set to the value of the total of “4” elements “1” in order from the element having the highest selection priority. And “00111010” where the values of the other elements are “0”. That is, the D / A converter 40 in cycle 2 performs D / A conversion corresponding to the elements from the third bit to the fifth bit and the seventh bit by “00111010” which is the vector quantization 33 output sv (t + 2). The analog value of the element will be selected.

<効果の実例>
前述した実施形態において、DEM処理部30は、マルチビットΔΣ変調部20から無信号や直流信号等といった連続して同様なレベル強度を示すデジタル信号vを受信した場合にあっても、デジタル信号svの各ビットに割り当てられたランダム性を有した選択優先度に基づいて、デジタル信号vのレベル強度に応じて生成されるデジタル信号svのビット内容が周期性を持つような機会を、総じて無くすことができる。すなわち、従来のローテーション方式のDEM処理において課題であったアイドルトーンの発生を抑制することができるのである。なお、本発明に係るDEM処理を実施した場合のD/A変換器40の出力は、例えば、図5に示すようなアイドルトーンを含まない周波数特性を有することとなる。
<Examples of effects>
In the above-described embodiment, even when the DEM processing unit 30 receives the digital signal v indicating the same level intensity continuously such as no signal or DC signal from the multi-bit ΔΣ modulation unit 20, the digital signal sv Based on the selection priority having randomness assigned to each bit of the digital signal v, the opportunity that the bit content of the digital signal sv generated according to the level strength of the digital signal v has periodicity is generally eliminated. Can do. That is, it is possible to suppress the occurrence of idle tones, which has been a problem in the conventional rotation type DEM processing. Note that the output of the D / A converter 40 when the DEM processing according to the present invention is performed has, for example, a frequency characteristic that does not include an idle tone as shown in FIG.

また、前述した実施形態において、デジタル信号svの全ビットに対して選択優先度を完全にランダムに割り当てるのではなく、デジタル信号svの一部のビットに対してのみ選択優先度をランダムに割り当てることで、アイドルトーンの発生は十分に抑えることができる。そこで、デジタル信号svの各ビットにおける所定ビット値(所望のD/A変換素子のアナログ値を選択するためのビット値)の過去の選択状況に応じて、所定ビット値の過去の選択回数が少ないデジタル信号svのビットから順に、高い選択優先度を割り当てていき、所定ビット値の過去の選択回数が同じデジタル信号svのビット群については、乱数Rで指定されたデジタル信号svのビットから所定順に、高い選択優先度を割り当てることとする。このことによって、DEM処理におけるノイズ・シェーピングの効果を確保しつつ、アイドルトーンの発生を抑制することができるのである。さらに、デジタル信号svの全ビットに対して選択優先度を完全にランダムに割り当てる方式と比較して、複雑且つ大規模な回路とならずに済む。   In the above-described embodiment, the selection priority is not randomly assigned to all bits of the digital signal sv, but the selection priority is randomly assigned only to some bits of the digital signal sv. Thus, the occurrence of idle tones can be sufficiently suppressed. Therefore, the number of past selections of the predetermined bit value is small according to the past selection state of the predetermined bit value (bit value for selecting an analog value of a desired D / A conversion element) in each bit of the digital signal sv. In order from the bit of the digital signal sv, a higher selection priority is assigned, and for the bit group of the digital signal sv having the same number of past selections of the predetermined bit value, the bit of the digital signal sv specified by the random number R is in the predetermined order A high selection priority is assigned. As a result, it is possible to suppress the occurrence of idle tones while ensuring the effect of noise shaping in the DEM processing. Furthermore, compared with a method in which selection priority is assigned to all bits of the digital signal sv completely at random, a complicated and large-scale circuit is not required.

また、前述した実施形態において、DEM処理部30を搭載した例えばオーディオ機器向けのD/A変換装置100は、アイドルトーンの発生が抑制された優れた音質を提供することができる。   In the above-described embodiment, the D / A converter 100 for audio equipment, for example, equipped with the DEM processing unit 30 can provide excellent sound quality in which the generation of idle tones is suppressed.

以上、本実施の形態について説明したが、前述した実施例は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更/改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。   Although the present embodiment has been described above, the above-described examples are for facilitating the understanding of the present invention, and are not intended to limit the present invention. The present invention can be changed / improved without departing from the spirit thereof, and the present invention includes equivalents thereof.

本発明の一実施形態にかかるD/A変換装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the D / A converter device concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態にかかるDEM処理部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the DEM process part concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態にかかるDEM処理部の動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining operation | movement of the DEM process part concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態にかかるDEM処理部の動作の具体例を説明する図である。It is a figure explaining the specific example of operation | movement of the DEM process part concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態にかかるDAC出力の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of DAC output concerning one Embodiment of this invention. スイッチド・キャパシタ型D/A変換器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a switched capacitor type D / A converter. R−2Rラダー抵抗型D/A変換器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a R-2R ladder resistance type | mold D / A converter. 従来のD/A変換装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional D / A converter. 従来のDEM処理の具体例を説明する図である。It is a figure explaining the specific example of the conventional DEM process. 従来のDAC出力の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of the conventional DAC output.

符号の説明Explanation of symbols

10 インターポレーションフィルタ
20 マルチビットΔΣ変調部
30 DEM処理部
31 乱数発生部
32 ベクトル演算部
33 ベクトル量子化部
40 D/A変換器
50 LPF
100 D/A変換装置
200 マルチビットΔΣ変調器
210 DEM回路
220 D/A変換器
320 加算部
321 ベクトル関数部
322 最小値検出部
323 加算部
10 Interpolation Filter 20 Multibit ΔΣ Modulation Unit 30 DEM Processing Unit 31 Random Number Generation Unit 32 Vector Operation Unit 33 Vector Quantization Unit 40 D / A Converter 50 LPF
100 D / A converter 200 Multi-bit ΔΣ modulator 210 DEM circuit 220 D / A converter 320 Adder 321 Vector function unit 322 Minimum value detector 323 Adder

Claims (7)

複数ビットの第1デジタル信号を受信し、前記第1デジタル信号のビット毎に対応づけられたD/A変換素子のアナログ値を、前記第1デジタル信号の各ビットが示す所定ビット値に応じて選択して合成することでアナログ信号を生成するD/A変換器と接続され、前記D/A変換素子をマッチングするためのDEM(Dynamic Element Matching)処理を行うDEM処理装置において、
前記第1デジタル信号の各ビットにランダム性を有した選択優先度を割り当てておき、
選択すべき前記アナログ値の数に応じた値を有するD/A変換対象の第2デジタル信号を受信した場合、
前記第2デジタル信号の値の分、前記第1デジタル信号のビットを前記選択優先度の高いものから順に選択し、
前記選択したビットの値を前記所定ビット値とした前記第1デジタル信号を生成して前記D/A変換器へと送信すること、
を特徴とするDEM処理装置。
The first digital signal of a plurality of bits is received, and the analog value of the D / A conversion element associated with each bit of the first digital signal is determined according to a predetermined bit value indicated by each bit of the first digital signal. In a DEM processing apparatus that is connected to a D / A converter that generates an analog signal by selecting and synthesizing and performs DEM (Dynamic Element Matching) processing for matching the D / A conversion elements,
A selection priority having randomness is assigned to each bit of the first digital signal,
When a second digital signal to be D / A converted having a value corresponding to the number of analog values to be selected is received,
For the value of the second digital signal, select the bits of the first digital signal in descending order of the selection priority,
Generating the first digital signal with the value of the selected bit as the predetermined bit value and transmitting the first digital signal to the D / A converter;
A DEM processing apparatus characterized by the above.
前記第1デジタル信号の各ビットにおける過去の前記所定ビット値が選択された選択回数に基づいて、前記選択回数の少ない前記第1デジタル信号のビットから順に、高い前記選択優先度を割り当てるとともに、
前記選択回数の同一となる前記第1デジタル信号のビット群においては、前記ビット群のうち乱数で指定されたビットから所定順に、高い前記選択優先度を割り当てること、
を特徴とする請求項1に記載のDEM処理装置。
Based on the number of selections in which the predetermined bit value in the past in each bit of the first digital signal is selected, the higher selection priority is assigned in order from the bit of the first digital signal with the smaller number of selections;
In the bit group of the first digital signal having the same number of selections, assigning a higher selection priority in a predetermined order from the bit specified by a random number in the bit group,
The DEM processing apparatus according to claim 1.
前記乱数を発生する乱数発生部と、
前サイクルにおける前記第1デジタル信号に基づいて、現サイクルにおける前記選択優先度を設定するための第3デジタル信号を生成するベクトル演算部と、
前サイクルで前記ベクトル演算部において生成された前記第3デジタル信号と、現サイクルで前記乱数発生部において発生された乱数と、に基づいて、現サイクルにおける前記選択優先度の割り当てを決定し、
現サイクルで受信する前記第2デジタル信号と、前記決定された現サイクルにおける選択優先度の割り当てと、に基づいて、現サイクルにおける前記第1デジタル信号を生成するベクトル量子化部と、
を有することを特徴とする請求項2に記載のDEM処理装置。
A random number generator for generating the random number;
A vector calculation unit for generating a third digital signal for setting the selection priority in the current cycle based on the first digital signal in the previous cycle;
Based on the third digital signal generated in the vector operation unit in the previous cycle and the random number generated in the random number generation unit in the current cycle, the assignment of the selection priority in the current cycle is determined,
A vector quantization unit for generating the first digital signal in the current cycle based on the second digital signal received in the current cycle and the determined assignment of the selection priority in the current cycle;
The DEM processing apparatus according to claim 2, further comprising:
複数ビットの第1デジタル信号を受信し、前記第1デジタル信号のビット毎に対応づけられたD/A変換素子のアナログ値を、前記第1デジタル信号の各ビットが示す所定ビット値に応じて選択して合成することでアナログ信号を生成するD/A変換器と、
前記第1デジタル信号の各ビットにランダム性を有した選択優先度を割り当てておき、選択すべき前記アナログ値の数に応じた値を有するD/A変換対象の第2デジタル信号を受信した場合、前記第2デジタル信号の値の分、前記第1デジタル信号のビットを前記選択優先度の高いものから順に選択し、前記選択したビットの値を前記所定ビット値とした前記第1デジタル信号を生成して前記D/A変換器へと送信するDEM(Dynamic Element Matching)処理装置と、
を有することを特徴とするD/A変換装置。
The first digital signal of a plurality of bits is received, and the analog value of the D / A conversion element associated with each bit of the first digital signal is determined according to a predetermined bit value indicated by each bit of the first digital signal. A D / A converter that generates an analog signal by selecting and synthesizing; and
When a selection priority having randomness is assigned to each bit of the first digital signal and a second digital signal to be D / A converted having a value corresponding to the number of analog values to be selected is received The first digital signal is selected in order from the one having the highest selection priority, and the first digital signal having the value of the selected bit as the predetermined bit value corresponding to the value of the second digital signal. A DEM (Dynamic Element Matching) processing device that generates and transmits to the D / A converter;
A D / A converter characterized by comprising:
前記DEM処理装置は、
前記第1デジタル信号の各ビットにおける過去の前記所定ビット値が選択された選択回数に基づいて、前記選択回数の少ない前記第1デジタル信号のビットから順に、高い前記選択優先度を割り当てるとともに、
前記選択回数の同一となる前記第1デジタル信号のビット群においては、前記ビット群のうち乱数で指定されたビットから所定順に、高い前記選択優先度を割り当てること、
を特徴とする請求項4に記載のD/A変換装置。
The DEM processing apparatus includes:
Based on the number of selections in which the predetermined bit value in the past in each bit of the first digital signal is selected, the higher selection priority is assigned in order from the bit of the first digital signal with the smaller number of selections;
In the bit group of the first digital signal having the same number of selections, assigning a higher selection priority in a predetermined order from the bit specified by a random number in the bit group,
The D / A converter according to claim 4 characterized by things.
前記DEM処理装置は、
前記乱数を発生する乱数発生部と、
前サイクルにおける前記第1デジタル信号に基づいて、現サイクルにおける前記選択優先度を設定するための第3デジタル信号を生成するベクトル演算部と、
前サイクルで前記ベクトル演算部において生成された前記第3デジタル信号と、現サイクルで前記乱数発生部において発生された乱数と、に基づいて、現サイクルにおける前記選択優先度の割り当てを決定し、
現サイクルで受信する前記第2デジタル信号と、前記決定された現サイクルにおける選択優先度の割り当てと、に基づいて、現サイクルにおける前記第1デジタル信号を生成するベクトル量子化部と、
を有することを特徴とする請求項5に記載のD/A変換装置。
The DEM processing apparatus includes:
A random number generator for generating the random number;
A vector calculation unit for generating a third digital signal for setting the selection priority in the current cycle based on the first digital signal in the previous cycle;
Based on the third digital signal generated in the vector operation unit in the previous cycle and the random number generated in the random number generation unit in the current cycle, the assignment of the selection priority in the current cycle is determined,
A vector quantization unit for generating the first digital signal in the current cycle based on the second digital signal received in the current cycle and the determined assignment of the selection priority in the current cycle;
The D / A conversion device according to claim 5, comprising:
複数ビットの第1デジタル信号を受信し、前記第1デジタル信号のビット毎に対応づけられたD/A変換素子のアナログ値を、前記第1デジタル信号の各ビットが示す所定ビット値に応じて選択して合成することでアナログ信号を生成するD/A変換器における前記D/A変換素子に対して、マッチングするためのDEM(Dynamic Element Matching)処理を行う方法であって、
前記第1デジタル信号の各ビットにランダム性を有した選択優先度を割り当てておき、
選択すべき前記アナログ値の数に応じた値を有するD/A変換対象の第2デジタル信号を受信するステップと、
前記第2デジタル信号の値の分、前記第1デジタル信号のビットを前記選択優先度の高いものから順に選択するステップと、
前記選択したビットの値を前記所定ビット値とした前記第1デジタル信号を生成するステップと、
前記生成した第1デジタル信号を前記D/A変換器へと送信するステップと、
を有することを特徴とするDEM処理方法。

The first digital signal of a plurality of bits is received, and the analog value of the D / A conversion element associated with each bit of the first digital signal is determined according to a predetermined bit value indicated by each bit of the first digital signal. A method of performing DEM (Dynamic Element Matching) processing for matching the D / A conversion element in the D / A converter that generates an analog signal by selecting and synthesizing,
A selection priority having randomness is assigned to each bit of the first digital signal,
Receiving a second digital signal to be D / A converted having a value corresponding to the number of analog values to be selected;
Selecting the bits of the first digital signal in descending order of the selection priority according to the value of the second digital signal;
Generating the first digital signal with the value of the selected bit as the predetermined bit value;
Transmitting the generated first digital signal to the D / A converter;
A DEM processing method characterized by comprising:

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