JP2010245765A - Dem (dynamic element matching) - Google Patents

Dem (dynamic element matching) Download PDF

Info

Publication number
JP2010245765A
JP2010245765A JP2009091240A JP2009091240A JP2010245765A JP 2010245765 A JP2010245765 A JP 2010245765A JP 2009091240 A JP2009091240 A JP 2009091240A JP 2009091240 A JP2009091240 A JP 2009091240A JP 2010245765 A JP2010245765 A JP 2010245765A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
converter
dem
modulator
output
algorithm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009091240A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsuru Kaido
充 開藤
Akira Matsuzawa
昭 松澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Tokyo Institute of Technology NUC
Original Assignee
Panasonic Corp
Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp, Tokyo Institute of Technology NUC filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2009091240A priority Critical patent/JP2010245765A/en
Publication of JP2010245765A publication Critical patent/JP2010245765A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Analogue/Digital Conversion (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide DEM which can implement an accurate ΔΣ type AD type converter. <P>SOLUTION: Algorithm of the DEM used for a ΔΣ modulator shifts, by a predetermined number A, an element that comes into use in a DA converter regardless of the output values of a quantizer constituting the ΔΣ modulator and the DA converter. A is 1 or a positive integer satisfying äA<2<SP>N</SP>/4} with respect to the number N of bits of the DA converter (N is an integer ≥3). <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、DA変換器に用いるDEMに係り、特にΔΣ型AD変換器に使用するΔΣ変調器に関する。   The present invention relates to a DEM used for a DA converter, and more particularly to a ΔΣ modulator used for a ΔΣ AD converter.

AD変換器には、逐次比較型やオーバーサンプル型など種々の形式のものが開発されている。一般に、AD変換器でアナログ入力信号をデジタル信号に変換する場合、サンプリング周波数を高くすれば、信号周波数近傍のS/N(Signal to Noise Ratio)特性を向上させることができる。オーバーサンプル型AD変換器は、オーバーサンプル比(信号帯域の周波数に対するナイキスト(サンプリング周波数の1/2)周波数の比)を高くすることによりS/N特性を向上させた方式である。   Various types of AD converters such as a successive approximation type and an oversample type have been developed. In general, when an analog input signal is converted into a digital signal by an AD converter, the S / N (Signal to Noise Ratio) characteristics near the signal frequency can be improved by increasing the sampling frequency. The oversampling AD converter is a method in which the S / N characteristic is improved by increasing the oversampling ratio (ratio of the Nyquist frequency (1/2 of the sampling frequency) to the frequency of the signal band).

オーバーサンプル型AD変換器の一つにΔΣ型AD変換器がある。このΔΣ型AD変換器はΔΣ変調器とデシメーションフィルタで構成され、ΔΣ変調器の性能がそのままΔΣ型AD変換器の性能に影響する。   One of the oversampled AD converters is a ΔΣ AD converter. This ΔΣ AD converter is composed of a ΔΣ modulator and a decimation filter, and the performance of the ΔΣ modulator directly affects the performance of the ΔΣ AD converter.

ΔΣ変調器は、出力信号と入力信号との差を積分器で積分し、この積分器の出力が最小となるようにフィードバック制御するものである。ΔΣ変調器の特徴はノイズシェイピング特性であり、積分器の次数を増やすことにより、所望帯域のS/N特性をさらに改善でき、ΔΣ型AD変換器の精度を向上することができる。   The ΔΣ modulator integrates the difference between the output signal and the input signal with an integrator, and performs feedback control so that the output of the integrator is minimized. The characteristic of the ΔΣ modulator is a noise shaping characteristic. By increasing the order of the integrator, the S / N characteristic of the desired band can be further improved, and the accuracy of the ΔΣ AD converter can be improved.

また近年では広帯域かつ高精度であるΔΣ変調器の実現のため、量子化器のビット数を多くしているが、量子化器のビット数を上げると帰還経路上に設けられるDA変換器のビット数も多くしなければならない。DA変換器のビット数が多くなると、DA変換器を構成する電流源や容量素子、抵抗素子などの単位要素の製造ばらつきにより変換誤差が生じ、それがそのまま入力に帰還されてΔΣ変調器の精度を低下させるという問題がある。   In recent years, the number of bits of the quantizer has been increased in order to realize a broadband and high-accuracy ΔΣ modulator, but if the number of bits of the quantizer is increased, the bit of the DA converter provided on the feedback path is increased. You must also increase the number. When the number of bits of the DA converter increases, a conversion error occurs due to manufacturing variations of unit elements such as a current source, a capacitive element, and a resistance element that constitute the DA converter, which is fed back to the input as it is and the accuracy of the ΔΣ modulator is increased. There is a problem of lowering.

このDA変換器を構成する電流源や容量素子、抵抗素子などの単位要素の製造ばらつきによる変換誤差を補正する技術として、DEM(ダイナミック・エレメント・マッチング)が知られている。DEMとは、量子化器の出力信号をシフトさせることでDA変換器の単位要素を平均化して使用し、DA変換器の精度を確保する技術である。   DEM (Dynamic Element Matching) is known as a technique for correcting a conversion error due to manufacturing variations of unit elements such as a current source, a capacitive element, and a resistance element constituting the DA converter. DEM is a technique that averages and uses the unit elements of the DA converter by shifting the output signal of the quantizer to ensure the accuracy of the DA converter.

尚、本出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。   As prior art document information related to the invention of the present application, for example, Patent Document 1 is known.

特開2005−26998JP 2005-26998

しかしながら、本研究者等が検討したところによると、一般的なDWA(データ・ウェイティッド・アベレージング)アルゴリズムのDEMを使用したΔΣ変調器において、NRZ(Non Return Zero)方式のDA変換器を用いると、グリッチと呼ばれるノイズが発生し、製造ばらつきによるDA変換器の精度を改善するどころか逆に精度が劣化するという問題点があることが新たに分かってきた。DWAアルゴリズムとグリッチについては後に詳しく説明する。
本発明の目的は、帰還経路にあるDA変換器においてNRZ方式かつDEMを使用した場合においても、精度の高いΔΣ変調器を実現することにある。
However, according to a study by the present researchers, in a ΔΣ modulator using a DEM of a general DWA (Data Weighted Averaging) algorithm, a DA converter of an NRZ (Non Return Zero) method is used. As a result, it has been found that there is a problem that noise called glitch occurs and the accuracy deteriorates on the contrary to improving the accuracy of the DA converter due to manufacturing variations. The DWA algorithm and glitch will be described in detail later.
An object of the present invention is to realize a highly accurate ΔΣ modulator even when an NRZ method and a DEM are used in a DA converter in a feedback path.

この目的を達成するために本発明のΔΣ変調器では、DEMのアルゴリズムを量子化器、DA変換器の出力値に関係なく、使用開始するエレメントを所定の個数A個シフトさせるものとした。Aとは1、又は、DA変換器のビット数N(Nは3以上の正の整数)に対して{A<2/4}となる正の整数である。 In order to achieve this object, in the ΔΣ modulator of the present invention, the DEM algorithm is shifted by a predetermined number A, regardless of the output values of the quantizer and DA converter. A is 1 or a positive integer satisfying {A <2 N / 4} with respect to the number of bits N of the DA converter (N is a positive integer of 3 or more).

上記Aエレメントシフトアルゴリズムを用いることによって、グリッチを抑えつつDA変換器の精度を確保することができ、結果としてΔΣ変調器として高い精度を実現する事ができる。   By using the A element shift algorithm, it is possible to secure the accuracy of the DA converter while suppressing glitches, and as a result, it is possible to realize high accuracy as a ΔΣ modulator.

ΔΣ変調器のブロック図ΔΣ modulator block diagram ΔΣ変調器のブロック図ΔΣ modulator block diagram DEMを用いない場合のDA変換器の状態変化を表す回路図Circuit diagram showing change in state of DA converter when DEM is not used DWAアルゴリズムを用いたDEMを使用した場合のDA変換器の状態変化を表す回路図Circuit diagram showing state change of DA converter when DEM using DWA algorithm is used 本願発明の1エレメントシフトアルゴリズムを用いたDEMを使用した場合のDA変換器の状態変化を表す回路図The circuit diagram showing the state change of a DA converter at the time of using DEM using the 1 element shift algorithm of this invention DEMを設けないΔΣ変調器が理想的な特性を有していると仮定した場合のΔΣ変調器出力をFFT解析した結果Result of FFT analysis of ΔΣ modulator output when assuming that ΔΣ modulator without DEM has ideal characteristics DEMを設けないΔΣ変調器において、DA変換器を構成する単位要素(電流源、容量素子、抵抗素子等)が製造ばらつきをもっている場合にΔΣ変調器出力をFFT解析した結果In a delta-sigma modulator without a DEM, the result of FFT analysis of the delta-sigma modulator output when the unit elements (current source, capacitive element, resistance element, etc.) that make up the DA converter have manufacturing variations DWAアルゴリズム制御のDEMを設けたΔΣ変調器において、DA変換器を構成する単位要素(電流源、容量素子、抵抗素子等)が製造ばらつきをもっており、さらにグリッチが発生しないと仮定した場合のΔΣ変調器出力をFFT解析した結果In a ΔΣ modulator with DWA algorithm controlled DEM, the ΔΣ modulation is based on the assumption that unit elements (current sources, capacitive elements, resistance elements, etc.) that make up the DA converter have manufacturing variations and no glitches occur. Of the FFT analysis of the instrument output DWAアルゴリズム制御のDEMを設けたΔΣ変調器において、DA変換器を構成する単位要素(電流源、容量素子、抵抗素子等)が製造ばらつきをもっており、さらにグリッチが発生する場合のΔΣ変調器出力をFFT解析した結果In a delta-sigma modulator provided with a DWA controlled by a DWA algorithm, the output of the delta-sigma modulator when the unit elements (current source, capacitive element, resistive element, etc.) constituting the DA converter have manufacturing variability and further glitches occur Results of FFT analysis 本願発明の1エレメントシフトアルゴリズム制御のDEMを設けたΔΣ変調器において、DA変換器を構成する単位要素(電流源、容量素子、抵抗素子等)が製造ばらつきをもっており、さらにグリッチが発生する場合のΔΣ変調器出力をFFT解析した結果In a ΔΣ modulator provided with a DEM controlled by a one-element shift algorithm according to the present invention, the unit elements (current source, capacitive element, resistance element, etc.) constituting the DA converter have manufacturing variations, and further a glitch occurs. Results of FFT analysis of ΔΣ modulator output 本願発明の2エレメントシフトアルゴリズム制御のDEMを設けたΔΣ変調器において、DA変換器を構成する単位要素(電流源、容量素子、抵抗素子等)が製造ばらつきをもっており、さらにグリッチが発生する場合のΔΣ変調器出力をFFT解析した結果In the delta-sigma modulator provided with the DEM controlled by the two-element shift algorithm according to the present invention, the unit elements (current source, capacitive element, resistance element, etc.) constituting the DA converter have manufacturing variations, and further a glitch occurs. Results of FFT analysis of ΔΣ modulator output 本願発明の3エレメントシフトアルゴリズム制御のDEMを設けたΔΣ変調器において、DA変換器を構成する単位要素(電流源、容量素子、抵抗素子等)が製造ばらつきをもっており、さらにグリッチが発生する場合のΔΣ変調器出力をFFT解析した結果In the delta-sigma modulator provided with the DEM controlled by the three-element shift algorithm of the present invention, the unit elements (current source, capacitive element, resistive element, etc.) constituting the DA converter have manufacturing variations, and further a glitch occurs. Results of FFT analysis of ΔΣ modulator output 本願発明の4エレメントシフトアルゴリズム制御のDEMを設けたΔΣ変調器において、DA変換器を構成する単位要素(電流源、容量素子、抵抗素子等)が製造ばらつきをもっており、さらにグリッチが発生する場合のΔΣ変調器出力をFFT解析した結果In the delta-sigma modulator provided with the DEM controlled by the 4-element shift algorithm of the present invention, the unit elements (current source, capacitive element, resistive element, etc.) constituting the DA converter have manufacturing variations, and further when glitch occurs Results of FFT analysis of ΔΣ modulator output

(実施の形態1)
以下、実施の形態1に係るΔΣ型変調器について説明する。
図1に示すΔΣ型変調器100は、アナログ入力信号Vaと帰還信号Vbとの差分をとる加算回路101と、加算回路の出力の積分を行なう積分器102と、積分器102の出力を量子化( デジタル信号化)する量子化器103と、量子化器103の出力をDA 変換して加算回路101へ供給するDA変換器104により構成されている。
量子化器103は積分器102の出力電圧を2 のN 乗個(Nは量子化器103の分解能であり2 以上の整数)の参照電圧と比較する電圧比較回路(図示せず)と、この電圧比較回路から得られる2のN 乗個の信号をラッチするラッチ回路(図示せず)とにより構成されている。そして、ラッチ回路にラッチされた電圧比較回路の出力信号がΔΣ変調器100の出力信号となる。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the ΔΣ modulator according to the first embodiment will be described.
A delta-sigma modulator 100 shown in FIG. 1 includes an adder circuit 101 that takes a difference between an analog input signal Va and a feedback signal Vb, an integrator 102 that integrates the output of the adder circuit, and an output of the integrator 102 that is quantized. It comprises a quantizer 103 that performs (digital signal conversion) and a DA converter 104 that DA-converts the output of the quantizer 103 and supplies it to the adder circuit 101.
The quantizer 103 compares the output voltage of the integrator 102 with a reference voltage of 2 N (N is a resolution of the quantizer 103 and an integer of 2 or more), and a voltage comparison circuit (not shown). And a latch circuit (not shown) for latching 2 N signals obtained from the voltage comparison circuit. Then, the output signal of the voltage comparison circuit latched in the latch circuit becomes the output signal of the ΔΣ modulator 100.

図2に示すΔΣ型変調器200は、図1で示されるΔΣ変調器100の量子化器103とDA 変換器104の間にDEM回路205を追加したものである。
図2のDEM回路205は、DA変換器204において構成する単位要素(電流源、容量素子、抵抗素子等)の製造ばらつきを、各エレメント(例えば、図3aのR0、R1、R2・・・・、R7が、各エレメントに該当する)を平均して使用することによって補正するための回路である。
The ΔΣ modulator 200 shown in FIG. 2 is obtained by adding a DEM circuit 205 between the quantizer 103 and the DA converter 104 of the ΔΣ modulator 100 shown in FIG.
The DEM circuit 205 shown in FIG. 2 shows the manufacturing variation of unit elements (current source, capacitive element, resistance element, etc.) included in the DA converter 204 as elements (for example, R0, R1, R2,... , R7 corresponds to each element), and is used by averaging.

次に、DEMを使用しない場合と、もっとも一般的なアルゴリズムであるDWAを使用したDEMを用いた場合と、本願発明であるAエレメントシフトアルゴリズムを使用したDEMを用いた場合の3つの動作比較を、例として抵抗素子を使用した3ビットDA変換器を使い説明する。ここではAエレメントシフトアルゴリズムの例として1エレメントシフトアルゴリズム(A=1)を使って説明する。   Next, three operation comparisons are made when the DEM is not used, when the DEM using the most common algorithm DWA is used, and when the DEM using the A element shift algorithm of the present invention is used. As an example, a 3-bit DA converter using a resistance element will be described. Here, a description will be given using a one-element shift algorithm (A = 1) as an example of the A-element shift algorithm.

量子化器の出力が(00000011)→(00001111)→(00011111)と変化した場合を例に説明する。
DEMを使用しない場合(図1参照)のDA変換器104への入力信号は、量子化器103の出力と同じく(00000011)→(00001111)→(00011111)と変化する。このため、DA変換器104の各エレメント(図3aのR0、R1、R2・・・・、R7が該当)の内、使用されるエレメントは、図3aに示すように変化する。図3aからも推測できるが、R0については使用される頻度が最も高くなり、R7については、使用される頻度が最も低くなるため、R0の抵抗値の製造バラツキが大きい場合、DA変換器104の精度が大きく劣化してしまう。半導体プロセスにおいては、抵抗値の製造バラツキが20%程度あるため、精度の高いDA変換器104を実現する事は困難である。
The case where the output of the quantizer changes from (00000011) → (000011111) → (00011111) will be described as an example.
When the DEM is not used (see FIG. 1), the input signal to the DA converter 104 changes from (00000011) → (000011111) → (00011111) as the output of the quantizer 103. Therefore, among the elements of the DA converter 104 (corresponding to R0, R1, R2,..., R7 in FIG. 3a), the elements to be used change as shown in FIG. 3a. As can be inferred from FIG. 3a, the frequency of use of R0 is the highest, and the frequency of use of R7 is the lowest. Therefore, when the manufacturing variation of the resistance value of R0 is large, the DA converter 104 The accuracy is greatly degraded. In a semiconductor process, since there is about 20% variation in the resistance value, it is difficult to realize a DA converter 104 with high accuracy.

これに対し、従来のDWAアルゴリズムを使用したDEMを用いた場合、DA変換器204への入力信号は(00000011)→(00111100)→(11000111)と変化する。このため、DA変換器204の使用エレメントは図3bに示すよう変化する。   On the other hand, when the DEM using the conventional DWA algorithm is used, the input signal to the DA converter 204 changes from (00000011) → (00111100) → (11000111). For this reason, the used elements of the DA converter 204 change as shown in FIG. 3b.

図3bに示すように、DWAアルゴリズムを使用する事で、DA変換器204の各エレメントは、同確率で平均して使用されることとなる。これにより、図3aに示したDEMのないΔΣ変調器100の場合のように、DA変換器104の使用されるエレメントが、R0に偏るといった課題を克服できる。   As shown in FIG. 3b, by using the DWA algorithm, each element of the DA converter 204 is averaged and used with the same probability. As a result, as in the case of the ΔΣ modulator 100 without DEM shown in FIG. 3A, the problem that the element used in the DA converter 104 is biased to R0 can be overcome.

しかし、今回新たに、DWAアルゴリズムを用いたNRZ方式のDA変換器204を使用した場合、DA変換器204出力に現れるグリッチが大きくなることが分かった。グリッチとはDA変換器204の出力が切り替わる際に発生するノイズのことである。   However, it has been found that when the NRZ DA converter 204 using the DWA algorithm is newly used, a glitch appearing at the output of the DA converter 204 becomes large. The glitch is noise generated when the output of the DA converter 204 is switched.

その発生原因について、図3bを用いて説明する。図3bにおいて、DA変換器204への入力信号が(00000011)から(00111100)へ変化する際、DA変換器204の使用されるエレメントは、R0、R1が選択された状態から、R2、R3、R4、R5が選択された状態へ変化する事となる。この選択エレメントが切り替えられる期間において、R0、R1がグランドへ接続される前に、R2、R3、R4、R5が選択される状態が発生する場合が考えられる。この場合、一時的にR0、R1、R2、R3、R4、R5が選択される状態が発生し、DA変換器204の出力値に大きなグリッチが発生する。   The cause of the occurrence will be described with reference to FIG. In FIG. 3b, when the input signal to the DA converter 204 changes from (00000011) to (00111100), the elements used by the DA converter 204 are changed from R0, R1 to R2, R3, R4 and R5 will change to the selected state. In a period in which the selection elements are switched, there may be a case where a state in which R2, R3, R4, and R5 are selected occurs before R0 and R1 are connected to the ground. In this case, a state in which R0, R1, R2, R3, R4, and R5 are temporarily selected occurs, and a large glitch occurs in the output value of the DA converter 204.

更に、DA変換器204のエレメントの切り替わり数(図3b中の各エレメントのスイッチの切り替わり数)が多いほど、発生するグリッチも大きくなる。その対策として今回発明した1エレメントシフトアルゴリズムではDWAアルゴリズムと比較し、図3b中のスイッチの切り替わり数を少なくでき、大きなグリッチの発生を抑圧できるため、DA変換器204の出力値の誤差を抑圧することができる。   Furthermore, the greater the number of switching elements of the DA converter 204 (the number of switching elements in FIG. 3b), the greater the generated glitch. As a countermeasure against this, the one-element shift algorithm invented this time can reduce the number of switches in FIG. 3b and suppress the occurrence of a large glitch compared to the DWA algorithm, thereby suppressing an error in the output value of the DA converter 204. be able to.

次に、本願発明の実施の形態1における1エレメントシフトアルゴリズムを使用したDEM205を用いた場合について、図3cを用いて説明する。   Next, a case where the DEM 205 using the one-element shift algorithm in Embodiment 1 of the present invention is used will be described with reference to FIG.

図2の量子化器203の出力(1エレメントシフトアルゴリズムを使用したDEM205への入力)が、(00000011)→(00001111)→(00011111)と変化した場合、DEM205の出力(DA変換器204への入力)は、(00000011)→(00011110)→(01111100)と変化する事となる。そして、この場合、DA変換器204の使用エレメントは図3cのように変化する。つまり、図3cからも分かるように、量子化器203の出力が(00000011)の時は、最小ビットをR0が担い、量子化器203の出力が(00011110)の時は、最小ビットをR1が担い、量子化器203の出力が(01111100)の時は、最小ビットをR2が担っており、量子化器203の出力値が変化する毎に、最小ビットを担うDA変換器204のエレメントが1つずつシフトする。特許請求の範囲における「DA変換器において使用開始するエレメントを所定の個数A個シフトさせる」とは、上記のような状態を指している。   When the output of the quantizer 203 in FIG. 2 (input to the DEM 205 using the one-element shift algorithm) changes from (00000011) → (000011111) → (00011111), the output of the DEM 205 (to the DA converter 204) (Input) changes from (00000011) → (00011110) → (01111100). In this case, the used elements of the DA converter 204 change as shown in FIG. In other words, as can be seen from FIG. 3c, when the output of the quantizer 203 is (00000011), the minimum bit is R0, and when the output of the quantizer 203 is (00011110), the minimum bit is R1. In other words, when the output of the quantizer 203 is (01111100), R2 is responsible for the minimum bit, and every time the output value of the quantizer 203 changes, the element of the DA converter 204 that bears the minimum bit is 1. Shift one by one. “Shifting a predetermined number A of elements to be used in the DA converter” in the claims refers to the state as described above.

このような1エレメントシフトアルゴリズムを用いれば、従来のDWAアルゴリズムを用いたΔΣ変調器200よりも、発生するグリッチを抑圧できる。   If such a one-element shift algorithm is used, it is possible to suppress the generated glitch more than the ΔΣ modulator 200 using the conventional DWA algorithm.

例えば、図3cのように、DA変換器204への入力信号が(00000011)から(00011110)へ変化する場合、DA変換器204で使用されるエレメントは、R0、R1が選択された状態から、R1、R2、R3、R4が選択された状態へ変化する事となる。この選択エレメントが切り替えられる期間において、R0、R1がグランドへ接続される前に、R2、R3、R4、R5が選択される状態が発生すると、一時的にR0、R1、R2、R3、R4が選択される状態が発生する。しかし、DWAアルゴリズムを用いた場合には、一時的にR0、R1、R2、R3、R4、R5が選択された状態が発生していた事から、それよりも1エレメント分、グリッチを抑圧できる。   For example, as shown in FIG. 3c, when the input signal to the DA converter 204 changes from (00000011) to (00011110), the elements used in the DA converter 204 are from the state in which R0 and R1 are selected. R1, R2, R3, and R4 will change to the selected state. If a state in which R2, R3, R4, and R5 are selected before R0 and R1 are connected to the ground in the period during which the selection element is switched, R0, R1, R2, R3, and R4 are temporarily changed. The state that is selected occurs. However, when the DWA algorithm is used, a state in which R0, R1, R2, R3, R4, and R5 are temporarily selected has occurred, so that the glitch can be suppressed by one element.

更に、例えば、DEM205への入力が(00001111)→(11110000)と変化する場合には、グリッチの抑圧効果が更に大きくなる。   Further, for example, when the input to the DEM 205 changes from (00001111) to (11110000), the glitch suppression effect is further increased.

DWAアルゴリズムを用いた場合には、DA変換器204への入力信号が(00001111)→(11110000)と変化するため、DA変換器204で使用されるエレメントは、R0、R1、R2、R3が選択された状態から、R4、R5、R6、R7が選択された状態へ変化する事となる。この選択エレメントが切り替えられる期間において、R0、R1、R2、R3がグランドへ接続される前に、R4、R5、R6、R7が選択される状態が発生すると、一時的にR0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7が選択される状態が発生し、大きなグリッチが発生する事となる。   When the DWA algorithm is used, the input signal to the DA converter 204 changes from (000011111) to (11110000), so the elements used in the DA converter 204 are selected by R0, R1, R2, and R3. From this state, R4, R5, R6, and R7 are changed to a selected state. If a state occurs in which R4, R5, R6, and R7 are selected before R0, R1, R2, and R3 are connected to the ground during the period in which the selection element is switched, R0, R1, R2, A state in which R3, R4, R5, R6, and R7 are selected occurs, and a large glitch occurs.

これに対し、本願発明の1エレメントシフトアルゴリズムを用いれば、DA変換器204への入力信号が(00001111)→(00011110)と変化するため、DA変換器204で使用されるエレメントは、R0、R1、R2、R3が選択された状態から、R1、R2、R3、R4が選択された状態へ変化する事となる。この選択エレメントが切り替えられる期間において、R0、R1、R2、R3がグランドへ接続される前に、R1、R2、R3、R4が選択される状態が発生すると、一時的にR0、R1、R2、R3、R4が選択される状態が発生する。しかし、この時に発生するグリッチは、DWAアルゴリズムを用いた場合と比較して3エレメント分も小さく、結果、精度の高いΔΣ変調器200を実現する事が可能となる。   On the other hand, if the one-element shift algorithm of the present invention is used, the input signal to the DA converter 204 changes from (000011111) to (00011110), so the elements used in the DA converter 204 are R0, R1. , R2 and R3 are changed to a state where R1, R2, R3 and R4 are selected. If a state in which R1, R2, R3, and R4 are selected before R0, R1, R2, and R3 are connected to the ground in a period during which the selection element is switched, R0, R1, R2, A state occurs in which R3 and R4 are selected. However, the glitch generated at this time is as small as three elements as compared with the case where the DWA algorithm is used, and as a result, a highly accurate ΔΣ modulator 200 can be realized.

尚、前記説明においてはDEM205への入力が(00000011)→(00001111)→(00011111)とした場合において、1エレメントシフトアルゴリズムを用いると(00000011)→(00011110)→(01111100)のように変化する例を示したが、(10000001)→(11000011)→(11000111)というように使用エレメントの順序と使用開始エレメントをシフトさせる方向を逆としても良い。   In the above description, when the input to the DEM 205 is (00000011) → (000011111) → (00011111), if the one element shift algorithm is used, it changes as (00000011) → (00011110) → (01111100). Although an example is shown, the order of the used elements and the direction in which the use start element is shifted may be reversed such as (10000001) → (11000011) → (11000111).

図4は、DEMを設けないΔΣ変調器が理想的な特性を有していると仮定した場合に、ΔΣ変調器出力をFFT(高速フーリエ変換)解析した結果であり、横軸は周波数、縦軸は振幅を表している。また図4は、ΔΣ変調器の帯域を10MHzとして設計し、約1MHzの信号を入力した場合の例であり、10MHz以下のノイズは小さくなっていることがわかる。   FIG. 4 shows the result of FFT (Fast Fourier Transform) analysis of the ΔΣ modulator output, assuming that the ΔΣ modulator without a DEM has ideal characteristics. The axis represents the amplitude. FIG. 4 shows an example in which the bandwidth of the ΔΣ modulator is designed to be 10 MHz and a signal of about 1 MHz is input, and it can be seen that noise of 10 MHz or less is reduced.

図5は、DEMを設けないΔΣ変調器において、DA変換器を構成する単位要素(電流源、容量素子、抵抗素子等)が製造ばらつきをもっている場合にΔΣ変調器出力をFFT解析した結果である。10MHzの帯域内で入力信号の高調波がみられ、ΔΣ変調器の精度が劣化していることが分かる。   FIG. 5 shows the result of FFT analysis of the output of the ΔΣ modulator when the unit elements (current source, capacitive element, resistance element, etc.) constituting the DA converter have manufacturing variations in the ΔΣ modulator without a DEM. . It can be seen that the harmonics of the input signal are observed within the 10 MHz band, and the accuracy of the ΔΣ modulator is degraded.

図6は、DWAアルゴリズム制御のDEMを設けたΔΣ変調器において、DA変換器を構成する単位要素(電流源、容量素子、抵抗素子等)が製造ばらつきをもっており、さらにグリッチが発生しないと仮定した場合のΔΣ変調器出力をFFT解析した結果である。DWAアルゴリズム制御のDEMによってΔΣ変調器の精度が改善されることが分かる。   FIG. 6 assumes that in a delta-sigma modulator provided with a DWA algorithm-controlled DEM, the unit elements (current source, capacitive element, resistive element, etc.) constituting the D / A converter have manufacturing variations, and further no glitch is generated. This is a result of FFT analysis of the output of the ΔΣ modulator in the case. It can be seen that the DWA algorithm controlled DEM improves the accuracy of the ΔΣ modulator.

図7は、DWAアルゴリズム制御のDEMを設けたΔΣ変調器において、DA変換器を構成する単位要素(電流源、容量素子、抵抗素子等)が製造ばらつきをもっており、さらにグリッチが発生する場合のΔΣ変調器出力をFFT解析した結果である。図5のDEMを設けない場合よりもΔΣ変調器の精度が劣化していることが分かる。   FIG. 7 shows a ΔΣ modulator provided with a DWA algorithm-controlled DEM, in which ΔΔ when a unit element (current source, capacitive element, resistance element, etc.) constituting the DA converter has manufacturing variations and a glitch occurs It is the result of carrying out FFT analysis of the modulator output. It can be seen that the accuracy of the ΔΣ modulator is deteriorated as compared with the case where the DEM of FIG. 5 is not provided.

図8は、本願発明の1エレメントシフトアルゴリズム制御のDEMを設けたΔΣ変調器において、DA変換器を構成する単位要素(電流源、容量素子、抵抗素子等)が製造ばらつきをもっており、さらにグリッチが発生する場合のΔΣ変調器出力をFFT解析した結果である。図4の理想状態と比較すると10MHzの帯域のノイズは大きくなっているものの図5,図7と比較すると大きく改善されていることが分かる。   FIG. 8 shows that in a delta-sigma modulator provided with a DEM controlled by a one-element shift algorithm according to the present invention, the unit elements (current source, capacitive element, resistive element, etc.) constituting the DA converter have manufacturing variations and further glitches are generated. It is the result of FFT analysis of the ΔΣ modulator output when it occurs. Although the noise in the 10 MHz band is larger than that in the ideal state in FIG. 4, it can be seen that the noise is greatly improved in comparison with FIGS. 5 and 7.

以上より、従来のDWAアルゴリズム制御のDEMを設けたΔΣ変調器と比較して、本願発明のΔΣ変調器が、良好な特性を有している事が分かる。   From the above, it can be seen that the ΔΣ modulator of the present invention has better characteristics than the conventional ΔΣ modulator provided with the DEM controlled by the DWA algorithm.

尚、図4、図5、図6、図7、図8、図9、図10では4ビットのDA変換器を使用した場合の例を示したが、本願発明はDA変換器のビット数に制限はない。
図4、図5、図6、図7、図8は1エレメントシフトアルゴリズム制御のDEMを設けたΔΣ変調器のシミュレーション結果である。
4, 5, 6, 7, 8, 9, and 10, an example in which a 4-bit DA converter is used is shown. There is no limit.
4, FIG. 5, FIG. 6, FIG. 7, and FIG. 8 are simulation results of a ΔΣ modulator provided with a DEM controlled by a one-element shift algorithm.

一方、図9はDA変換器を4ビットとし、2エレメントシフトアルゴリズム制御のDEMを設けたΔΣ変調器のシミュレーション結果(DA変換器を構成する単位要素(電流源、容量素子、抵抗素子等)が製造ばらつきをもっており、さらにグリッチが発生する場合のΔΣ変調器出力をFFT解析した結果)、また図10はDA変換器を4ビットとし、3エレメントシフトアルゴリズム制御のDEMを設けたΔΣ変調器のシミュレーション結果(DA変換器を構成する単位要素(電流源、容量素子、抵抗素子等)が製造ばらつきをもっており、さらにグリッチが発生する場合のΔΣ変調器出力をFFT解析した結果)である。図9、図10から分かる通り2エレメントシフトおよび3エレメントシフトアルゴリズムを使用してもグリッチの影響が少なく使用可能である。   On the other hand, FIG. 9 shows a simulation result of a ΔΣ modulator having a D / A converter of 4 bits and a DEM controlled by a 2-element shift algorithm. The result of FFT analysis of the ΔΣ modulator output when there is a manufacturing variation and further glitch occurs), and FIG. 10 is a simulation of a ΔΣ modulator provided with a 4-element DA converter and a DEM controlled by a three-element shift algorithm. The result is the result of FFT analysis of the ΔΣ modulator output when the unit elements (current source, capacitive element, resistance element, etc.) constituting the DA converter have manufacturing variations and further glitches occur. As can be seen from FIG. 9 and FIG. 10, even if the 2-element shift and 3-element shift algorithms are used, the influence of glitches can be reduced.

更に、図11には、DA変換器を4ビットとし、4エレメントシフトアルゴリズム制御のDEMを設けたΔΣ変調器のシミュレーション結果(DA変換器を構成する単位要素(電流源、容量素子、抵抗素子等)が製造ばらつきをもっており、さらにグリッチが発生する場合のΔΣ変調器出力をFFT解析した結果)を示す。図11から分かる様に、4エレメントシフトアルゴリズムを使用した場合には、急激にグリッチの影響が顕在化し、S/N特性が急激に悪化する。   Further, FIG. 11 shows a simulation result of a ΔΣ modulator having a 4-bit DA converter and a DEM controlled by a 4-element shift algorithm (unit elements constituting the DA converter (current source, capacitive element, resistive element, etc.). ) Shows the results of FFT analysis of the output of the ΔΣ modulator when there is manufacturing variation and further glitches occur. As can be seen from FIG. 11, when the four-element shift algorithm is used, the effect of glitches suddenly becomes apparent, and the S / N characteristics deteriorate rapidly.

以上より、4ビットDA変換器を用いた場合では、ΔΣ変調器が良好な特性を確保するためには、1エレメント、2エレメント、3エレメントシフトアルゴリズムが有効であるが、エレメントシフト量が4エレメント以上(DA変換器の全エレメントの1/4以上)をシフトさせるエレメントシフトアルゴリズムを用いた場合は、S/N特性が劣化することが判明した。   From the above, when a 4-bit DA converter is used, in order to ensure good characteristics of the ΔΣ modulator, the 1-element, 2-element, 3-element shift algorithm is effective, but the element shift amount is 4 elements. It was found that the S / N characteristic deteriorates when the element shift algorithm for shifting the above (1/4 or more of all elements of the DA converter) is used.

つまり、NビットDA変換器を用いた場合は、Aエレメントシフトアルゴリズム(Aとは1、又は、DA変換器のビット数N(Nは3以上の正の整数)に対して{A<2/4}となる正の整数である)が有効である。{A<2/4}となる理由はDA変換器の出力電圧範囲が同じである場合にDA変換器ビット数によって1エレメントの重みが異なるため、切り替えエレメント数が同じでもDA変換器のビット数によって発生するグリッチが異なるためである。 That is, when an N-bit DA converter is used, {A <2 N with respect to the A element shift algorithm (A is 1 or the number of bits N of the DA converter (N is a positive integer of 3 or more)). Is a positive integer such that / 4}. The reason for {A <2 N / 4} is that when the output voltage range of the DA converter is the same, the weight of one element differs depending on the number of bits of the DA converter, so even if the number of switching elements is the same, the bit of the DA converter This is because the generated glitch varies depending on the number.

尚、N=1、N=2の場合には、A<1となり、エレメントシフト量が1より小さい数字となってしまうため、最もグリッチの影響の少ないエレメントシフト量=1が選択されることとした。
尚、実施例においてはΔΣ変調器に本願発明のDEMを使用したが、DA変換器とDEMのみでも実施可能である。
When N = 1 and N = 2, A <1 and the element shift amount is smaller than 1. Therefore, the element shift amount = 1 having the least influence of glitch is selected. did.
In the embodiment, the DEM of the present invention is used for the ΔΣ modulator, but the present invention can also be implemented using only a DA converter and a DEM.

本願発明のDEMを用いれば、ΔΣ型AD変換器の精度を向上させる事ができるため、デジタルテレビ受信機等の数々のデジタル機器に用いる事ができる。   If the DEM of the present invention is used, the accuracy of the ΔΣ AD converter can be improved, so that it can be used for various digital devices such as a digital television receiver.

100 従来のΔΣ変調器
101 加算回路
102 積分回路
103 量子化回路
104 DA変換回路
200 本願のΔΣ変調器
201 加算回路
202 積分器
203 量子化器
204 DA変換器
205 DEM
100 conventional ΔΣ modulator 101 adder circuit 102 integrator circuit 103 quantizer circuit 104 DA converter circuit 200 ΔΣ modulator 201 adder circuit 202 integrator 203 quantizer 204 DA converter 205 DEM of the present application

Claims (2)

DA変換器に使用されるDEMにおいて、
前記DEMはDA変換器に入力されるデジタル信号およびDA変換器の出力値に関係なく、前記DA変換器において使用開始するエレメントを所定の個数A(Aとは1、又は、DA変換器のビット数N(Nは3以上の正の整数)に対して{A<2/4}となる正の整数である)個シフトさせることを特徴とするDEM。
In DEM used for DA converter,
Regardless of the digital signal input to the D / A converter and the output value of the D / A converter, the DEM has a predetermined number of elements A (A is 1 or a bit of the D / A converter). the number N (N is a positive integer of 3 or more) DEM, characterized in that to positive integer) number shift to be {a <2 N / 4} respect.
請求項1に記載のDEMを備えたΔΣ変調器。   A ΔΣ modulator comprising the DEM according to claim 1.
JP2009091240A 2009-04-03 2009-04-03 Dem (dynamic element matching) Pending JP2010245765A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009091240A JP2010245765A (en) 2009-04-03 2009-04-03 Dem (dynamic element matching)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009091240A JP2010245765A (en) 2009-04-03 2009-04-03 Dem (dynamic element matching)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010245765A true JP2010245765A (en) 2010-10-28

Family

ID=43098317

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009091240A Pending JP2010245765A (en) 2009-04-03 2009-04-03 Dem (dynamic element matching)

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010245765A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016003924A (en) * 2014-06-16 2016-01-12 旭化成エレクトロニクス株式会社 Hall sensor and hall electromotive force detecting method
JP2016025552A (en) * 2014-07-23 2016-02-08 旭化成エレクトロニクス株式会社 Successive approximation AD converter and successive approximation AD conversion method
JP2017005716A (en) * 2015-06-11 2017-01-05 アナログ・デバイシズ・インコーポレーテッド Ultra low power dual quantizer architecture for oversampling delta-sigma modulator
WO2017149902A1 (en) * 2016-03-03 2017-09-08 ミツミ電機株式会社 D/a converter and a/d converter
CN113691261A (en) * 2020-05-19 2021-11-23 瑞昱半导体股份有限公司 Delta-sigma modulator device and delta-sigma modulation method

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016003924A (en) * 2014-06-16 2016-01-12 旭化成エレクトロニクス株式会社 Hall sensor and hall electromotive force detecting method
JP2016025552A (en) * 2014-07-23 2016-02-08 旭化成エレクトロニクス株式会社 Successive approximation AD converter and successive approximation AD conversion method
JP2017005716A (en) * 2015-06-11 2017-01-05 アナログ・デバイシズ・インコーポレーテッド Ultra low power dual quantizer architecture for oversampling delta-sigma modulator
WO2017149902A1 (en) * 2016-03-03 2017-09-08 ミツミ電機株式会社 D/a converter and a/d converter
CN108604901A (en) * 2016-03-03 2018-09-28 三美电机株式会社 D/a converter and a/d converter
US10432208B2 (en) 2016-03-03 2019-10-01 Mitsumi Electric Co., Ltd. D/A converter, and A/D converter
CN108604901B (en) * 2016-03-03 2022-04-12 三美电机株式会社 D/A converter and A/D converter
CN113691261A (en) * 2020-05-19 2021-11-23 瑞昱半导体股份有限公司 Delta-sigma modulator device and delta-sigma modulation method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6535155B2 (en) Method and apparatus for suppressing tones induced by cyclic dynamic element matching (DEM) algorithms
US7576671B2 (en) Mismatch-shaping dynamic element matching systems and methods for multi-bit sigma-delta data converters
Hamoui et al. High-order multibit modulators and pseudo data-weighted-averaging in low-oversampling/spl Delta//spl Sigma/ADCs for broad-band applications
KR100716737B1 (en) Delta-sigma modulator with dither noise added to quantization level, and delta-sigma modulating method using the same
US7176822B2 (en) Analogue-to-digital converter
US7719455B2 (en) Dynamic element-matching method, multi-bit DAC using the method, and delta-sigma modulator and delta-sigma DAC including the multi-bit DAC
US7324032B2 (en) Method of matching dynamic elements and multi-bit data converter
KR101933575B1 (en) Modified dynamic element matching for reduced latency in a pipeline analog to digital converter
JP4543209B2 (en) Multistage converter using digital dither
US9859914B1 (en) Delta-sigma modulator with delta-sigma truncator and associated method for reducing leakage errors of delta-sigma modulator
KR101933569B1 (en) Modified dynamic element matching for reduced latency in a pipeline analog to digital converter
US6965339B2 (en) Method and system for analog to digital conversion using digital pulse width modulation (PWM)
JP2010245765A (en) Dem (dynamic element matching)
JP4639262B2 (en) Random number generator
US8487792B2 (en) Method of gain calibration of an ADC stage and an ADC stage
JP4887875B2 (en) Dynamic element matching method and apparatus
Hamoui et al. Linearity enhancement of multibit/spl Delta//spl Sigma/modulators using pseudo data-weighted averaging
Torreño et al. A noise coupled ΣΔ architecture using a non uniform quantizer
EP3641136A1 (en) Analog-to-digital multi-bit delta-sigma modulator, method for converting an analog input signal into a digital multi-bit output signal, and analog-to-digital converter
Wei et al. Limit Cycle Suppression Technique Using Random Signal In Delta-Sigma DA Modulator
Li et al. Dynamic element matching in low oversampling delta sigma ADCs
TWI799133B (en) Sigma delta analog-to-digital converter and method for eliminating idle tones of sigma delta analog-to-digital converter
US20230344436A1 (en) Noise-Shaping of Additive Dither in Analog-to-Digital Converters
Sanyal et al. An enhanced ISI shaping technique for multi-bit ΔΣ DACs
US20240063812A1 (en) Excess Loop Delay Compensation for a Delta-Sigma Modulator