JP2014112775A - Cascade δς modulator and digital-analog converter with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カスケードΔΣ変調器及びそのデジタル−アナログ変換器に関し、より詳細には、デジタル入力信号をアナログ出力信号に変換するカスケードΔΣ変調器及びΔΣ変調を行った後にデジタル−アナログ変換を行うデジタル−アナログ変換器に関し、特に、スイッチドキャパシタ型のΔΣ変調器及びそのデジタル−アナログ変換器に関する。 The present invention relates to a cascade ΔΣ modulator and a digital-analog converter thereof, and more specifically, a cascade ΔΣ modulator that converts a digital input signal into an analog output signal and a digital that performs digital-analog conversion after performing ΔΣ modulation. The present invention relates to an analog converter, and more particularly to a switched capacitor type ΔΣ modulator and its digital-analog converter.
従来から、オーバーサンプリングとノイズシェーピングによって折り返し雑音及び量子化雑音を低減できる高分解能なD/A(デジタル−アナログ)変換器として、ΔΣ(デルタシグマ)型D/A変換器が提案されている。このΔΣ型D/A変換器は、一般的に、多ビットのデジタル入力信号を1ビットのデジタル信号に変換するΔΣ変調器と、このΔΣ変調器の出力信号の高周波成分を除去して、アナログ出力信号を出力するアナログフィルタ(LPF)とを有しており、オーバーサンプリングやノイズシェーピングによって、PWM変調器よりも低いクロック周波数で高いリニアリティを実現することができる。つまり、この種のΔΣ型D/A変換器には、PWM型D/A変換器に比べて、消費電力を低減し、かつ精度を向上させることができるというメリットがある。 Conventionally, a ΔΣ (delta-sigma) type D / A converter has been proposed as a high-resolution D / A (digital-analog) converter that can reduce aliasing noise and quantization noise by oversampling and noise shaping. This ΔΣ-type D / A converter generally has a ΔΣ modulator that converts a multi-bit digital input signal into a 1-bit digital signal, and removes a high-frequency component of the output signal of the ΔΣ modulator, thereby providing an analog signal. It has an analog filter (LPF) that outputs an output signal, and high linearity can be realized at a clock frequency lower than that of the PWM modulator by oversampling or noise shaping. In other words, this type of ΔΣ D / A converter has the advantages of reducing power consumption and improving accuracy compared to a PWM D / A converter.
デルタシグマ型D/A変換器は、デジタル入力を時間方向に補完してサンプリング周波数を数十倍にする(オーバーサンプリング)。この出力をΔΣモジュレータに通すことで、低ビットのオーバーサンプリングデータにする。ΔΣモジュレータの目的は、高ビットのデジタル入力を、デジタル処理によって低ビットの「ディザ化」されたデジタル出力にする。1bit出力であればパルス幅変調と似た出力になるが、ΔΣモジュレータにより、より良いパルス波形になる。この低ビット出力をD/A変換し、パルス幅変調型と同様にローパスフィルタに通すことで折り返し雑音成分や量子化誤差成分を除去してアナログ出力とする。 The delta-sigma type D / A converter complements the digital input in the time direction to increase the sampling frequency by several tens of times (oversampling). By passing this output through a ΔΣ modulator, low-bit oversampling data is obtained. The purpose of the ΔΣ modulator is to turn a high bit digital input into a low bit “dithered” digital output by digital processing. If the output is 1 bit, the output is similar to the pulse width modulation, but a better pulse waveform is obtained by the ΔΣ modulator. This low-bit output is D / A converted and passed through a low-pass filter in the same manner as in the pulse width modulation type, thereby removing aliasing noise components and quantization error components to obtain an analog output.
ところで、ハイエンド用途向けのオーディオ用ΔΣ型D/A変換器(DAC)は、高SN比が求められる。このΔΣ型DACのデジタル部のSN比をあげる方法として、ΔΣ変調器の出力ビット数をあげることが考えられる。出力ビットを1ビット上げるごとに、SN比を6dB向上させることができる。
しかしながら、スイッチドキャパシタフィルタ(SCF)タイプのΔΣ型DACにおいて、ΔΣ変調器の出力ビット数を増やすことは後段のSCF部のアナログセグメント数を増大させてしまう。
Incidentally, an audio ΔΣ D / A converter (DAC) for high-end applications requires a high S / N ratio. As a method for increasing the SN ratio of the digital part of the ΔΣ DAC, it is conceivable to increase the number of output bits of the ΔΣ modulator. Each time the output bit is increased by one bit, the SN ratio can be improved by 6 dB.
However, in a switched capacitor filter (SCF) type ΔΣ DAC, increasing the number of output bits of the ΔΣ modulator increases the number of analog segments in the subsequent SCF section.
図1は、従来のスイッチドキャパシタフィルタの回路構成図である。このスイッチドキャパシタフィルタ(SCF;Switched Capacitor Filter)は、サンプリングスイッチ群SW1及びSW4並びにサンプリングキャップ群Csを含むアナログセグメント部と、積分キャップCiと、演算増幅器などを備えている。DACにおいては、デジタル入力信号の信号レベルに応じて容量素子が充電され、この容量素子の充電電圧に応じて演算増幅器がアナログ出力信号を出力する。ΔΣ変調器の出力ビット数がNの場合、アナログセグメント数は、2のN乗に比例するためアナログ面積は増大する。 FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a conventional switched capacitor filter. The switched capacitor filter (SCF) includes an analog segment unit including sampling switch groups SW1 and SW4 and a sampling cap group Cs, an integration cap Ci, an operational amplifier, and the like. In the DAC, the capacitive element is charged according to the signal level of the digital input signal, and the operational amplifier outputs an analog output signal according to the charging voltage of the capacitive element. When the number of output bits of the ΔΣ modulator is N, the analog area increases because the number of analog segments is proportional to 2 to the Nth power.
それに対して、例えば、特許文献1によれば、ΔΣ変調器をカスケード構成にすることで、同等精度のSN比を達成するのに少ない出力ビット数で済むため、アナログセグメント数を減らすことができるとされている。
図2は、従来のデジタル−アナログ変換器を説明するための回路構成図である。図中符号1はデジタル−アナログ(D/A)変換器、10はカスケードΔΣ変調器、11は1段目の第1のモジュレータMOD1、12は第1の乗算器、13は2段目の第2のモジュレータMOD2、20はスイッチドキャパシタ回路、21は第2の乗算器、22は加算器を示している。
On the other hand, according to
FIG. 2 is a circuit configuration diagram for explaining a conventional digital-analog converter. In the figure,
図2に示したD/A変換器1は、カスケードΔΣ変調器10とスイッチドキャパシタ回路20とから構成されている。カスケードΔΣ変調器10は、1段目のモジュレータ(MOD1)11と、このモジュレータ11に接続されてゲインをK倍するための第1の乗算器12と、この第1の乗算器12に接続された2段目のモジュレータ(MOD2)13とから構成されている。また、スイッチドキャパシタ回路20は、モジュレータ13に接続されてゲインを1/K倍するための第2の乗算器21と、この第2の乗算器21に接続されている加算器22とから構成されている。
The D /
つまり、カスケードΔΣ変調器10の後段にはスイッチドキャパシタ回路20が設けられている。このスイッチドキャパシタ回路20は、上述したように、サンプリングスイッチ群及びサンプリングキャップ群を含むアナログセグメント部と、積分キャップCiと演算増幅器などを備えているが、図2では、便宜上、ゲインを1/K倍するための第2の乗算器21と、アナログ加算するための加算器22とで表現している。
That is, the switched
モジュレータ11の量子化ノイズQ1がシェーピングされた−(1−z−1)Q1を乗算器12でK倍したものを次段のモジュレータ13に出力する。モジュレータ11の入力と出力の差分がそのまま−(1−z−1)Q1となる。モジュレータ11の出力と、モジュレータ13の出力をスイッチドキャパシタ回路20のサンプリングキャップによりアナログ加算する。モジュレータ11の出力に対してモジュレータ13の出力は、1/K倍する必要があるが、スイッチドキャパシタ回路20のサンプリングキャップの比をK:1にすることで、1/K倍することができる。
A signal obtained by multiplying-(1-z -1 ) Q1 obtained by shaping the quantization noise Q1 of the
図2に示すように、モジュレータ(MOD1)11の出力をP1、モジュレータ(MOD2)13の出力を1/K倍したものをP2とするとそれぞれの信号は以下の式(1),(2)で表される。 As shown in FIG. 2, when the output of the modulator (MOD1) 11 is P1, and the output of the modulator (MOD2) 13 is 1 / K times P2, the respective signals are expressed by the following equations (1) and (2). expressed.
最終的な信号Yは、P1とP2を足し合わせたものであるから、上述した特許文献1によるカスケードΔΣ変調器の伝達関数は、以下の式(3)で表される。
Since the final signal Y is the sum of P1 and P2, the transfer function of the cascade ΔΣ modulator described in
式(1),式(2)より、上段のパスP1と下段のパスP2でMOD1の量子化ノイズQ1がキャンセルされる。よって、式(3)の伝達関数には、MOD1の量子化ノイズQ1は出力に現れない。L次のノイズシェーピングされた量子化ノイズQ2に対して1/K倍されたものが、カスケードΔΣ変調器の量子化ノイズ特性となる。 From Expressions (1) and (2), the quantization noise Q1 of MOD1 is canceled in the upper path P1 and the lower path P2. Therefore, the quantization noise Q1 of MOD1 does not appear in the output in the transfer function of Equation (3). The quantization noise characteristic of the cascade ΔΣ modulator is 1 / K times the Lth-order noise-shaped quantization noise Q2.
上述した伝達関数の式(3)より、入力ゲインKを大きくすることでQ2の係数が小さくなるため、高SN比が実現できる。また、K=2倍にすることはMOD2の出力ビット数が1ビット上げることと等価であり、共にSN比を約6dB向上させることができる。言い換えれば、同等のSN比を得たい場合、Kを大きくすることで、その分MOD2の出力ビット数を減らすことができるので、MOD2のアナログセグメント数を減らすことができる。 From the transfer function equation (3) described above, increasing the input gain K reduces the coefficient of Q2, so a high S / N ratio can be realized. Further, increasing K = 2 times is equivalent to increasing the number of output bits of MOD2 by 1 and both can improve the SN ratio by about 6 dB. In other words, when it is desired to obtain an equivalent S / N ratio, by increasing K, the number of output bits of MOD2 can be reduced correspondingly, so that the number of analog segments of MOD2 can be reduced.
また、図2に示すように、MOD1の出力とMOD2の出力を最終加算する際にK:1の比で加算する必要がある。デジタル加算することを考えると、MOD2の出力を1/K倍するため下位ビット拡張する必要がありビット数が増えるため、アナログセグメント数を減らすことはできない。
そこで、サンプリングキャップ比を1:K倍にし、MOD1の出力とMOD2の出力パスをアナログ加算することで、最終出力のアナログセグメント数を抑えることができる。MOD1の出力ビット数をB1,MOD2の出力ビット数をB2とすると、最終出力Yのビット数は、√(B12+B22)となる。
Further, as shown in FIG. 2, when the final addition of the output of MOD1 and the output of MOD2 is performed, it is necessary to add at a ratio of K: 1. Considering digital addition, the number of analog segments cannot be reduced because the number of bits needs to be expanded to increase the output of MOD2 by 1 / K times and the number of bits increases.
Therefore, the number of analog segments of the final output can be suppressed by multiplying the sampling cap ratio by 1: K and adding the MOD1 output and the MOD2 output path in an analog manner. When the number of output bits of MOD1 is B1 and the number of output bits of MOD2 is B2, the number of bits of the final output Y is √ (B1 2 + B2 2 ).
図3は、従来のカスケードΔΣ変調器を用いた2次8ビット精度のSN比を実現するためのデジタル−アナログ変換器の最適化の回路構成図で、上述した特許文献1に開示されているカスケード構成である。
2次8ビット精度のSN比を実現するために、1次5ビットのMOD1、2次5ビットのMOD2及びゲイン8倍の乗算器12を備えている。この時、K=8まで入力ゲインをあげることを考える。伝達関数の式(3)より、Kを2倍にすることは出力ビットを1ビットあげることと等価になり、どちらもSN比を6dB向上させることができる。つまり、K=8は、MOD2の出力ビットを3ビット上昇させる効果がある。よって、伝達関数の式(3)よりMOD2の2次5ビットから、2次8ビット精度のSN比を得ることができる。なお、Kを8以上あげると、ΔΣシステムの安定性がとれないことがある。ΔΣの安定性は、入力ゲインをあげすぎると安定しなくなるが、定量的にはシステムシミュレーションなどを用いて確認することができる。
FIG. 3 is a circuit configuration diagram of optimization of a digital-analog converter for realizing a secondary 8-bit precision S / N ratio using a conventional cascade ΔΣ modulator, which is disclosed in
In order to realize an S / N ratio with a secondary 8-bit accuracy, a primary 5-bit MOD1, a secondary 5-bit MOD2, and a
この時のアナログセグメント数は、MOD1が5ビット、MOD2が5ビットであるため、アナログセグメント数は合わせて√(52+52)=6ビット分で済む。よって、2次8ビットΔΣ変調器を単体で構成するよりも2ビット分減らすことができる。
なお、例えば、特許文献2には、カスケード構成のΔΣ変調器が開示されている。また、特許文献3には、スイッチドキャパシタ回路を備えたΔΣ変調器が開示されている。また、特許文献4には、ΔΣ変調器を備えたΔΣ型D/A変換器が開示されている。
Since the number of analog segments at this time is 5 bits for MOD1 and 5 bits for MOD2, the total number of analog segments may be √ (5 2 +5 2 ) = 6 bits. Therefore, it can be reduced by 2 bits as compared with the case where the secondary 8-bit ΔΣ modulator is configured as a single unit.
For example,
しかしながら、上述したカスケード構成の形態をとることで、ΔΣ変調器が2段必要となり、デジタル面積の増大が避けられないという問題がある。本発明は、このような問題点を解消させるために、カスケードΔΣ変調器を構成する第1のモジュレータと、第2のモジュレータの後段に、従属接続された複数の微分器を設け、第1のモジュレータの次数と複数の微分器の次数とは同じ値にすることにより、第2のモジュレータの次数と出力ビット数を下げることができるため、従来のものよりもデジタル面積を削減できるようにしたものである。しかしながら、上述した特許文献1乃至2には、そのような問題点を解決するための構成は何ら開示されていない。また、上述した特許文献3及び4には、スイッチドキャパシタ回路を備えたΔΣ変調器及びΔΣ変調器を備えたΔΣ型D/A変換器が開示されているだけであって、本発明のようなカスケードΔΣ変調器及びそのデジタル−アナログ変換器の構成については何ら開示されていない。 However, taking the form of the cascade configuration described above requires two ΔΣ modulators, and there is a problem that an increase in digital area is inevitable. In order to solve such a problem, the present invention provides a first modulator constituting a cascade ΔΣ modulator and a plurality of differentiators connected in cascade after the second modulator, By making the order of the modulator and the orders of the differentiators different from each other, the order of the second modulator and the number of output bits can be lowered, so that the digital area can be reduced compared to the conventional one. It is. However, Patent Documents 1 and 2 described above do not disclose any configuration for solving such a problem. Patent Documents 3 and 4 described above only disclose a ΔΣ modulator having a switched capacitor circuit and a ΔΣ type D / A converter having a ΔΣ modulator, as in the present invention. There is no disclosure about the configuration of such a cascade ΔΣ modulator and its digital-analog converter.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、デジタル面積を従来のΔΣ変調器の構成より小さくすることができるようにしたカスケードΔΣ変調器及びそのデジタル−アナログ変換器を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a cascaded ΔΣ modulator and a digital circuit thereof capable of making the digital area smaller than that of a conventional ΔΣ modulator. It is to provide an analog converter.
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、カスケード構成を有し、出力ビット数を低減させるように構成されたカスケードΔΣ変調器(30)において、入力信号(X)が供給される第1のモジュレータ(31)と、該第1のモジュレータ(31)に接続され、該第1のモジュレータ(31)の量子化ノイズをK倍(Kは2以上の整数)する第1の乗算器(32)と、該第1の乗算器(32)に接続される第2のモジュレータ(33)と、該第2のモジュレータ(33)に接続され、次数に応じて従属接続される複数の微分器(34)とを備え、前記第1のモジュレータ(31)の次数と前記複数の微分器(34)との次数とが同じ値であることを特徴とする。(図4)
The present invention has been made to achieve such an object, and the invention according to
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記第1のモジュレータ(31)が、前記入力信号を加算する第1の演算器(311)と、該第1の演算器(311)に接続された比較器(312)と、該比較器(312)に接続され、該比較器(312)の出力信号を減算する第2の演算器(313)と、該第2の演算器(313)に接続された遅延回路(314)とを備え、前記第2の演算器(313)から量子化ノイズ(−Q1)を取り出すことを特徴とする。(図5) According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the first modulator (31) includes a first arithmetic unit (311) that adds the input signals, and the first modulator (311). A comparator (312) connected to the computing unit (311); a second computing unit (313) connected to the comparator (312) for subtracting an output signal of the comparator (312); And a delay circuit (314) connected to the second computing unit (313), and extracting quantization noise (-Q1) from the second computing unit (313). (Fig. 5)
また、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載のカスケードΔΣ変調器(30)と、該カスケードΔΣ変調器(30)に接続されるスイッチトキャパシタ回路(40)とを備えていることを特徴とするデジタル−アナログ変換器である。(図4) According to a third aspect of the present invention, there is provided the cascade ΔΣ modulator (30) according to the first or second aspect and a switched capacitor circuit (40) connected to the cascade ΔΣ modulator (30). It is a digital-analog converter characterized by having. (Fig. 4)
また、請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、前記スイッチトキャパシタ回路(40)が、前記微分器(34)に接続され、該微分器(34)の出力を1/K倍する第2の乗算器(41)と、前記第1のモジュレータ(31)及び前記第2の乗算器(41)に接続され、それらの出力を加算する加算器(42)とを備えていることを特徴とする。(図4) According to a fourth aspect of the present invention, in the invention of the third aspect, the switched capacitor circuit (40) is connected to the differentiator (34), and the output of the differentiator (34) is 1 / A second multiplier (41) for multiplying by K; and an adder (42) connected to the first modulator (31) and the second multiplier (41) and adding their outputs. It is characterized by being. (Fig. 4)
本発明によれば、カスケードΔΣ変調器を構成する第1のモジュレータと、第2のモジュレータの後段に、従属接続された複数の微分器を設け、第1のモジュレータの次数と前記複数の微分器の次数とは同じ値にすることにより、第2のモジュレータの次数と出力ビット数を下げることができるため、従来のものよりもデジタル面積を削減することができる。 According to the present invention, a first modulator constituting a cascaded ΔΣ modulator and a plurality of cascaded differentiators are provided after the second modulator, and the order of the first modulator and the plurality of differentiators are provided. Since the order of the second modulator and the number of output bits can be reduced by setting the same value to the order of the digital signal, the digital area can be reduced as compared with the conventional one.
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
図4は、本発明によるカスケードΔΣ変調器を備えたデジタル−アナログ変換器を説明するための回路構成図である。図中符号2はデジタル−アナログ(D/A)変換器、30はカスケードΔΣ変調器、31は1段目の第1のモジュレータMOD1、32は第1の乗算器、33は2段目の第2のモジュレータMOD2、34は微分器、40はスイッチドキャパシタ回路、41は第2の乗算器、42は加算器を示している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 4 is a circuit configuration diagram for explaining a digital-analog converter including a cascade ΔΣ modulator according to the present invention. In the figure,
本発明のデジタル−アナログ変換器2は、カスケードΔΣ変調器30と、このカスケードΔΣ変調器30に接続されるスイッチトキャパシタ回路40とを備えている。
本発明のカスケードΔΣ変調器30は、カスケード構成を有し、出力ビット数を低減させるように構成されたカスケードΔΣ変調器である。入力信号Xが供給される第1のモジュレータ31と、この第1のモジュレータ31に接続され、この第1のモジュレータ31の量子化ノイズをK倍(Kは2以上の整数)する第1の乗算器32と、この第1の乗算器32に接続される第2のモジュレータ33と、この第2のモジュレータ33に接続され、次数に応じて従属接続される複数の微分器34とを備えている。そして、第1のモジュレータ31の次数と複数の微分器34との次数とが同じ値であるように構成されている。
The digital-
The
また、スイッチトキャパシタ回路40は、微分器34に接続され、この微分器34の出力を1/K倍する第2の乗算器41と、第1のモジュレータ31及び第2の乗算器41に接続され、それらの出力を加算する加算器42とを備えている。
つまり、図4に示したカスケードΔΣ変調器30は、1段目のモジュレータ(MOD1)31と2段目のモジュレータ(MOD2)33と、微分器(1−z−1)N個を縦続に接続したN次の微分器((1−z−1)N)34と、ゲインをK’倍するための乗算器41とを備えている。ここでNはMOD1の次数でもある。
The switched
That is, the
MOD1の量子化ノイズ−Q1を乗算器32でK’倍したものを次段のモジュレータMOD2に入力する。MOD2に入力された−K’Q1は、MOD2を通ることで−K’Q1+(1−z−1)LQ2となる。ここでLはMOD2の次数である。さらに、後段の微分器(1−z−1)Nと、ゲインを1/K’倍するための乗算器41を通ることで、−(1−z−1)NQ1+1/K’(1−z−1)L+NQ2に変換される。
図4に示したMOD1の出力をP3、微分器の出力を1/K倍したものをP4とするとそれぞれの信号は、以下の式(4),(5)で表される。
MOD1 quantization noise -Q1 multiplied by K 'by the
When the output of MOD1 shown in FIG. 4 is P3 and the output of the differentiator is 1 / K times P4, the respective signals are expressed by the following equations (4) and (5).
最終的な信号Yは、P3とP4を足し合わせたものであるから、本発明によるカスケードΔΣ変調器の伝達関数は、以下の式(6)で表される。 Since the final signal Y is the sum of P3 and P4, the transfer function of the cascade ΔΣ modulator according to the present invention is expressed by the following equation (6).
式(4)、式(5)より、上段のパスP3と下段のパスP4で量子化ノイズQ1がキャンセルされる。MOD2の後段には、MOD1の次数Nと同じ次数であるN次の微分器(1−z−1)Nをもたせることで、P3とP4のパスを足し合わせにより量子化ノイズQ1をキャンセルできる。よって、式(6)の伝達関数には、MOD1の量子化ノイズQ1出力には現れない。 From Expressions (4) and (5), the quantization noise Q1 is canceled in the upper path P3 and the lower path P4. By providing an Nth-order differentiator (1-z −1 ) N having the same order as the order N of MOD1 in the subsequent stage of MOD2, the quantization noise Q1 can be canceled by adding the paths of P3 and P4. Therefore, the transfer function of Equation (6) does not appear at the output of the quantization noise Q1 of MOD1.
図5は、図4に示した第1のモジュレータの回路構成図である。図中符号311は第1の演算器、312は比較器(量子化器)、313は第2の演算器、314は遅延回路を示している。
図5に示した第1のモジュレータ(MOD1)31は、入力信号Xを加算する第1の演算器311と、この第1の演算器311に接続された比較器312と、この比較器312に接続され、この比較器312の出力信号を減算する第2の演算器313と、この第2の演算器313に接続された遅延回路314とを備え、第2の演算器313から量子化ノイズ−Q1を取り出すように構成されている。
FIG. 5 is a circuit configuration diagram of the first modulator shown in FIG. In the figure,
The first modulator (MOD1) 31 illustrated in FIG. 5 includes a first
つまり、比較器312と遅延回路H(z)314と第1の演算器311と第2の演算器313とを備えている。比較器312の前後の信号を差し引くことで量子化ノイズ−Q1を取り出すことができる。
MOD1は、取り出した−Q1をH(z)通過後、入力信号にフィードバックかけたノイズフィードバック型構成となる。MOD1の入力をX、出力をYとしたときの伝達関数を以下の式(7)に示す。
That is, the
MOD1 has a noise feedback type configuration in which the extracted -Q1 is fed back to the input signal after passing through H (z). The transfer function when the input of MOD1 is X and the output is Y is shown in the following equation (7).
図5に示した比較器312の前後の信号を差し引くことで得られた−Q1を取り出し、次段のMOD2に入力している。
上述した特許文献1のカスケードΔΣ変調器は、量子化ノイズQ1をシェーピングした−(1−z−1)Q1を次段のMOD2に入力するのに対して、本発明によるカスケードΔΣ変調器は、量子化ノイズ−Q1を次段のMOD2に入力する点で異なる。
-Q1 obtained by subtracting the signals before and after the
The cascade ΔΣ modulator of
本発明によるカスケードΔΣ変調器の伝達関数の式(6)より、上述した特許文献1の伝達関数の式(3)と比較して、式(6)のノイズシェーピングの次数は、(L+N)次であり、式(3)のL次よりもN次分高い。そのため、同等のSN比を得たい場合、MOD2の次数Lを−N次下げることができ、MOD2の面積を小さくする、すなわち、デジタル面積を小さくすることができる。
上述した式(6)の伝達関数より、新規カスケード構成もできるだけ入力ゲインK’を大きくすることで、Q2の係数が小さくなるため、高SN比を実現できる。
From the equation (6) of the transfer function of the cascade ΔΣ modulator according to the present invention, the noise shaping order of the equation (6) is (L + N) compared to the equation (3) of the transfer function of
From the above-described transfer function of Equation (6), the coefficient of Q2 is reduced by increasing the input gain K ′ as much as possible in the new cascade configuration, so that a high SN ratio can be realized.
また、入力ゲインK’をできるだけ大きくとるためには、MOD1からMOD2に入力される信号のパワーが小さい方が良い。あるいは、MOD2の次数を下げ、システムの安定性あげることで入力ゲインを大きくすることもできる。
また、上述した特許文献1では、量子化ノイズがシェーピングしたものを、次段のモジュレータへ入力しているのに対して、本発明によるカスケード構成では、量子化ノイズのみを次段へ入力しているため、信号のトータルパワーが小さい。よって、入力ゲインK’を従来のものよりもあげることができる。
また、本発明によるカスケードΔΣ変調器では、MOD2の後段に微分器が接続されているため、同等のSN比を実現したい場合、その分だけMOD2の次数を下げることができる。よって、入力ゲインK’を従来のものよりもあげることができる。
In order to make the input gain K ′ as large as possible, it is preferable that the power of the signal input from MOD1 to MOD2 is small. Alternatively, the input gain can be increased by lowering the order of MOD2 and increasing the stability of the system.
In
In the cascade ΔΣ modulator according to the present invention, since a differentiator is connected to the subsequent stage of MOD2, when it is desired to realize an equivalent S / N ratio, the order of MOD2 can be lowered accordingly. Therefore, the input gain K ′ can be increased as compared with the conventional one.
なお、MOD2の後段に微分器が接続されているため、微分器の出力後のビット数がMOD2のビット数よりも大きい。しかし、K’を従来のものよりも大きくとれるので、同等のSN比を得ようとした場合、その分だけMOD2の出力ビットを下げることができ、アナログセグメント数を従来のものと同等にすることができる。MOD1の出力ビット数をB1,MOD2直後の微分器の出力ビット数をB2とすると、最終出力Yのビット数は、√(B12+B22)となる。 Since the differentiator is connected to the subsequent stage of MOD2, the number of bits after the output of the differentiator is larger than the number of bits of MOD2. However, since K ′ can be made larger than the conventional one, when trying to obtain an equivalent S / N ratio, the output bit of MOD2 can be lowered by that amount, and the number of analog segments should be made equivalent to the conventional one. Can do. If the number of output bits of MOD1 is B1, and the number of output bits of the differentiator immediately after MOD2 is B2, the number of bits of the final output Y is √ (B1 2 + B2 2 ).
このように、本発明によるカスケードΔΣ変調器は、従来のものよりも同等のSN比、アナログセグメント数でデジタル面積を小さくすることができる。
次に、2次8ビット精度ΔΣ変調器単体を、図3に示した従来例と本発明によるカスケード技術で構成した場合のアナログセグメント数(アナログ面積)、デジタル面積を比較する。
As described above, the cascade ΔΣ modulator according to the present invention can reduce the digital area with the same S / N ratio and the number of analog segments as the conventional one.
Next, the number of analog segments (analog area) and the digital area when a single secondary 8-bit precision ΔΣ modulator is configured by the conventional technique shown in FIG. 3 and the cascade technique according to the present invention will be compared.
図6は、本発明によるカスケードΔΣ変調器を用いた2次8ビット精度のSN比を実現するためのデジタル−アナログ変換器の最適化の回路構成図である。2次8ビット精度のSN比を実現するために、1次5ビットのMOD1と1次4ビットのMOD2と1次の微分器及びゲイン16倍の乗算器とを備えている。
つまり、第1のモジュレータ31が1次5ビットで、第1の乗算器32がゲイン16倍で、第2のモジュレータ33が1次4ビットで、微分器34が1次で、第2の乗算器(41)がゲイン1/16倍である。
FIG. 6 is a circuit configuration diagram of optimization of a digital-analog converter for realizing a secondary 8-bit precision S / N ratio using the cascade ΔΣ modulator according to the present invention. In order to realize an S / N ratio with a secondary 8-bit accuracy, a primary 5-bit MOD1, a primary 4-bit MOD2, a primary differentiator, and a multiplier with a gain of 16 are provided.
That is, the
この時、システムシミュレーションより、K’=16まで入力ゲインをあげることができることがわかった。伝達関数の式(6)より、K’を2倍にすることは出力ビットを1ビットあげることと等価になり、どちらもSN比を6dB向上させることができる。つまり、K’=16は、MOD2の出力ビットを4ビット上昇させる効果がある。
また、MOD2は、1次であるため量子化ノイズQ2には1次のシェーピングしかかからないが、後段の1次の微分器を通過させることで、合わせて2次のシェーピング効果となる。よって、伝達関数の式(6)よりMOD2の1次4ビットから、2次8ビット精度のSN比を得ることができる。
At this time, it was found from the system simulation that the input gain can be increased up to K ′ = 16. From equation (6) of the transfer function, doubling K ′ is equivalent to increasing the output bit by one, and both can improve the SN ratio by 6 dB. That is, K ′ = 16 has the effect of raising the output bit of MOD2 by 4 bits.
Further, since MOD2 is first-order, quantization noise Q2 only requires first-order shaping. However, by passing the first-order differentiator in the subsequent stage, a combined second-order shaping effect is obtained. Therefore, the SN ratio of the secondary 8-bit accuracy can be obtained from the primary 4 bits of MOD2 from Expression (6) of the transfer function.
この時のアナログセグメント数は、MOD1が5ビット、MOD2が4ビット、MOD2直後の1次の微分器は5ビットであるため、アナログセグメント数は、合わせて√(52+52)=6ビット分で済む。よって、従来のものと同等のアナログセグメント数になる。
デジタル面積を比較すると、従来のもののMOD2が2次5ビットに対して、本発明によるカスケードΔΣ変調器のMOD2は、1次4ビットであるため、次数、出力ビット共に小さくすることができる。よって、デジタル面積を小さくすることができる。つまり、本発明のカスケードΔΣ変調器は、同等精度のSN比、アナログセグメント数でデジタル面積を従来のものよりも小さくできる効果がある。
The number of analog segments at this time is 5 bits for MOD1, 4 bits for MOD2, and 5 bits for the first-order differentiator immediately after MOD2, so the total number of analog segments is √ (5 2 +5 2 ) = 6 Just a bit. Therefore, the number of analog segments is the same as the conventional one.
Comparing the digital areas, the MOD2 of the cascade delta-sigma modulator according to the present invention is the primary 4 bits while the conventional MOD2 is the secondary 5 bits, so that both the order and the output bit can be reduced. Therefore, the digital area can be reduced. That is, the cascade ΔΣ modulator of the present invention has an effect that the digital area can be made smaller than that of the conventional one with the same precision SN ratio and the number of analog segments.
MOD1の量子化ノイズQ1は、理想的にはキャンセルされるため、出力に現れない。そのため、MOD1の次数は、できるだけ小さい方がMOD1の面積を小さくできるので良い。
MOD1の出力ビットは小さい場合、MOD1のアナログセグメント数は減るので良いが、大きくすることでMOD2に入力する−Q1のパワーを小さくすることができるので、入力ゲインK’を大きくすることもできる。
Since the quantization noise Q1 of MOD1 is ideally canceled, it does not appear in the output. Therefore, the order of MOD1 should be as small as possible because the area of MOD1 can be reduced.
When the output bit of MOD1 is small, the number of analog segments of MOD1 may be reduced. However, by increasing the power, the power of −Q1 input to MOD2 can be reduced, so that the input gain K ′ can be increased.
1,2 デジタル−アナログ(D/A)変換器
10、30 カスケードΔΣ変調器
11,31 1段目の第1のモジュレータ(MOD1)
12,32 第1の乗算器
13,33 2段目の第2のモジュレータ(MOD2)
20,40 スイッチドキャパシタ回路
21,41 第2の乗算器
22,42 加算器
34 微分器
311 第1の演算器
312 比較器(量子化器)
313 第2の演算器
314 遅延回路
1, 2 Digital-analog (D / A)
12, 32
20, 40 Switched
313 Second
Claims (4)
入力信号が供給される第1のモジュレータと、
該第1のモジュレータに接続され、該第1のモジュレータの量子化ノイズをK倍(Kは2以上の整数)する第1の乗算器と、
該第1の乗算器に接続される第2のモジュレータと、
該第2のモジュレータに接続され、次数に応じて従属接続される複数の微分器とを備え、
前記第1のモジュレータの次数と前記複数の微分器との次数とが同じ値であることを特徴とするカスケードΔΣ変調器。 In a cascaded ΔΣ modulator having a cascade configuration and configured to reduce the number of output bits,
A first modulator to which an input signal is supplied;
A first multiplier connected to the first modulator and multiplying the quantization noise of the first modulator by K (K is an integer of 2 or more);
A second modulator connected to the first multiplier;
A plurality of differentiators connected to the second modulator and connected in cascade according to the order;
The cascade ΔΣ modulator, wherein the order of the first modulator and the order of the plurality of differentiators are the same value.
前記入力信号を加算する第1の演算器と、該第1の演算器に接続された比較器と、該比較器に接続され、該比較器の出力信号を減算する第2の演算器と、該第2の演算器に接続された遅延回路とを備え、前記第2の演算器から量子化ノイズを取り出すことを特徴とする請求項1に記載のカスケードΔΣ変調器。 The first modulator comprises:
A first computing unit for adding the input signals; a comparator connected to the first computing unit; a second computing unit connected to the comparator for subtracting an output signal of the comparator; 2. The cascade ΔΣ modulator according to claim 1, further comprising: a delay circuit connected to the second arithmetic unit, wherein quantization noise is extracted from the second arithmetic unit.
前記微分器に接続され、該微分器の出力を1/K倍する第2の乗算器と、前記第1のモジュレータ及び前記第2の乗算器に接続され、それらの出力を加算する加算器とを備えていることを特徴とする請求項3に記載のデジタル−アナログ変換器。 The switched capacitor circuit is
A second multiplier connected to the differentiator and multiplying the output of the differentiator by 1 / K; an adder connected to the first modulator and the second multiplier and adding their outputs; The digital-analog converter according to claim 3, comprising:
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Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06204880A (en) * | 1993-01-08 | 1994-07-22 | Asahi Kasei Micro Syst Kk | Deltasigma modulator |
JPH06216777A (en) * | 1992-12-07 | 1994-08-05 | Asahi Kasei Micro Syst Kk | Oscillation detector |
JPH0786951A (en) * | 1993-08-26 | 1995-03-31 | Advanced Micro Devices Inc | Method and system of cascade-connecting three sigma-delta modulator |
JPH07202707A (en) * | 1993-12-21 | 1995-08-04 | Advanced Micro Devices Inc | Method and sigma-delta modulator system that make cascade connection for two sigma-delta modulators |
JPH0828666B2 (en) * | 1988-11-05 | 1996-03-21 | 日本電信電話株式会社 | AD conversion circuit |
JPH08107362A (en) * | 1994-10-06 | 1996-04-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Noise shaping re-quantizer |
JPH09167966A (en) * | 1995-12-18 | 1997-06-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | D/a converter |
JP2003198374A (en) * | 2001-12-25 | 2003-07-11 | Mitsubishi Electric Corp | DeltaSigma MODULATOR, A/D CONVERTER AND D/A CONVERTER |
JP2005027170A (en) * | 2003-07-04 | 2005-01-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Cascade delta sigma modulator |
JP2005136450A (en) * | 2003-10-28 | 2005-05-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Delta-sigma modulating device |
-
2012
- 2012-12-05 JP JP2012266204A patent/JP2014112775A/en active Pending
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0828666B2 (en) * | 1988-11-05 | 1996-03-21 | 日本電信電話株式会社 | AD conversion circuit |
JPH06216777A (en) * | 1992-12-07 | 1994-08-05 | Asahi Kasei Micro Syst Kk | Oscillation detector |
JPH06204880A (en) * | 1993-01-08 | 1994-07-22 | Asahi Kasei Micro Syst Kk | Deltasigma modulator |
JPH0786951A (en) * | 1993-08-26 | 1995-03-31 | Advanced Micro Devices Inc | Method and system of cascade-connecting three sigma-delta modulator |
JPH07202707A (en) * | 1993-12-21 | 1995-08-04 | Advanced Micro Devices Inc | Method and sigma-delta modulator system that make cascade connection for two sigma-delta modulators |
JPH08107362A (en) * | 1994-10-06 | 1996-04-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Noise shaping re-quantizer |
JPH09167966A (en) * | 1995-12-18 | 1997-06-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | D/a converter |
JP2003198374A (en) * | 2001-12-25 | 2003-07-11 | Mitsubishi Electric Corp | DeltaSigma MODULATOR, A/D CONVERTER AND D/A CONVERTER |
JP2005027170A (en) * | 2003-07-04 | 2005-01-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Cascade delta sigma modulator |
JP2005136450A (en) * | 2003-10-28 | 2005-05-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Delta-sigma modulating device |
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