JP2016058998A - Feedback type pulse width modulation a/d converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、帰還型パルス幅変調A/D変換装置に関し、詳しくは、その分解能の改善に関するものである。 The present invention relates to a feedback type pulse width modulation A / D converter, and more particularly to improvement of the resolution.
帰還型パルス幅変調A/D変換装置は、高精度のA/D変換器として、各種の測定器で広く用いられている。 Feedback type pulse width modulation A / D converters are widely used in various measuring instruments as high-precision A / D converters.
図4は従来の帰還型パルス幅変調装置の一例を示すブロック図であり、(A)は詳細構成図、(B)は(A)の概略構成図である。図4において、帰還型パルス幅変調装置は、大きくは、帰還型パルス幅変調器(以下PWMともいう)10と、カウンタ20と、デジタルフィルタ30と、所定周波数のクロックパルスfCLKを出力するクロック発生器40と、所定の矩形波を出力する搬送波発生器50とで構成されている。 4A and 4B are block diagrams showing an example of a conventional feedback type pulse width modulation device. FIG. 4A is a detailed configuration diagram, and FIG. 4B is a schematic configuration diagram of FIG. In FIG. 4, the feedback type pulse width modulation apparatus generally includes a clock generation that outputs a feedback type pulse width modulator (hereinafter also referred to as PWM) 10, a counter 20, a digital filter 30, and a clock pulse fCLK having a predetermined frequency. And a carrier wave generator 50 for outputting a predetermined rectangular wave.
PWM10は、積分器として機能する演算増幅器11と、比較器12と、フリップフロップ13と、ゲート14などで構成されている。 The PWM 10 includes an operational amplifier 11 that functions as an integrator, a comparator 12, a flip-flop 13, a gate 14, and the like.
演算増幅器11の反転入力端子にはインバータINVと抵抗R1とコンデンサC1の直列回路を介して搬送波発生器50が接続され、抵抗R2を介して入力信号Vinが入力される入力端子Tinが接続され、抵抗R3を介して切換スイッチSWが接続されている。なお、これら抵抗R2とR3の抵抗値は等しくRに設定されている。 A carrier wave generator 50 is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 11 via a series circuit of an inverter INV, a resistor R1, and a capacitor C1, and an input terminal Tin to which an input signal Vin is input via a resistor R2. A changeover switch SW is connected via a resistor R3. Note that the resistance values of the resistors R2 and R3 are set equal to R.
切換スイッチSWの一方の固定接点には基準電圧+Vsが入力され、他方の固定接点には基準電圧-Vsが入力されている。 The reference voltage + Vs is input to one fixed contact of the changeover switch SW, and the reference voltage -Vs is input to the other fixed contact.
演算増幅器11の反転入力端子と出力端子間には積分用のコンデンサC2が接続され、非反転入力端子は共通電位点に接続されている。 An integrating capacitor C2 is connected between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier 11, and the non-inverting input terminal is connected to a common potential point.
比較器12の非反転入力端子には演算増幅器11の出力端子が接続され、反転入力端子は共通電位点に接続され、出力端子はD型として構成されたフリップフロップ13のD端子に接続されている。 The output terminal of the operational amplifier 11 is connected to the non-inverting input terminal of the comparator 12, the inverting input terminal is connected to the common potential point, and the output terminal is connected to the D terminal of the flip-flop 13 configured as a D type. Yes.
フリップフロップ13のクロック端子にはクロック発生器40から出力されるクロック信号fCLKが入力され、出力端子Qは切換スイッチSWの切換制御端子に接続されるとともに、ゲート14およびデジタルフィルタ30を構成するエッジオーバーフロー検出器34の入力端子に接続されている。 The clock signal fCLK output from the clock generator 40 is input to the clock terminal of the flip-flop 13, the output terminal Q is connected to the switching control terminal of the changeover switch SW, and the edges constituting the gate 14 and the digital filter 30. It is connected to the input terminal of the overflow detector 34.
ゲート14は3つの入力端子と1つの出力端子を有するものであり、それぞれの入力端子にはクロック信号fCLKとフリップフロップ13の出力信号とゲート信号GATEが入力され、出力端子はカウンタ20のクロック入力端子に接続されている。 The gate 14 has three input terminals and one output terminal. The clock signal fCLK, the output signal of the flip-flop 13 and the gate signal GATE are input to each input terminal, and the output terminal is the clock input of the counter 20. Connected to the terminal.
デジタルフィルタ30は、乗算器31と、加算器32と、レジスタ33と、エッジオーバーフロー検出器34と、係数発生器35と、タイミング制御回路36などで構成されている。 The digital filter 30 includes a multiplier 31, an adder 32, a register 33, an edge overflow detector 34, a coefficient generator 35, a timing control circuit 36, and the like.
乗算器31の一方の入力端子にはカウンタ20の出力端子が接続され、他方の入力端子には係数発生器35の出力端子が接続されている。乗算器31の出力端子は加算器32の一方の入力端子に接続されている。 The output terminal of the counter 20 is connected to one input terminal of the multiplier 31, and the output terminal of the coefficient generator 35 is connected to the other input terminal. The output terminal of the multiplier 31 is connected to one input terminal of the adder 32.
加算器32の他方の入力端子にはレジスタ33の出力端子が接続され、加算器32の出力端子はレジスタ33の入力端子に接続されるとともに外部に接続されている。 The other input terminal of the adder 32 is connected to the output terminal of the register 33. The output terminal of the adder 32 is connected to the input terminal of the register 33 and to the outside.
エッジオーバーフロー検出器34の出力端子は、カウンタ20と、係数発生器35と、タイミング制御回路36に接続されている。 The output terminal of the edge overflow detector 34 is connected to the counter 20, the coefficient generator 35, and the timing control circuit 36.
係数発生器35の出力端子は、乗算器31の他方の入力端子に接続されている。 The output terminal of the coefficient generator 35 is connected to the other input terminal of the multiplier 31.
タイミング制御回路36の出力端子は、レジスタ33の制御端子および係数発生器35の制御端子に接続されている。 The output terminal of the timing control circuit 36 is connected to the control terminal of the register 33 and the control terminal of the coefficient generator 35.
このような構成において、入力信号VinはPWM10によりパルス幅信号に変換された後、パルス幅信号は搬送波発生器50から出力されるPWMの搬送波周期毎にカウンタ20でデジタル値に変換される。デジタルフィルタ30は、デジタル値に変換されたパルス幅信号から雑音成分を除くとともに、分解能を向上させる。 In such a configuration, the input signal Vin is converted into a pulse width signal by the PWM 10, and then the pulse width signal is converted into a digital value by the counter 20 for each PWM carrier period output from the carrier generator 50. The digital filter 30 removes noise components from the pulse width signal converted into a digital value and improves the resolution.
具体的には、PWM変調器の出力パルス幅は、変調器の帰還ループを構成するD型のフリップフロップ13により、カウンタクロックfCLKの周期の整数倍に量子化される。このとき、入力換算された量子化雑音は、フリップフロップ13の前段に設けられた積分器11により「積分器11のゲイン」で除算されるため、1次のノイズシェーピング特性(6dB/oct)となっている。 Specifically, the output pulse width of the PWM modulator is quantized to an integral multiple of the period of the counter clock fCLK by the D-type flip-flop 13 that forms the feedback loop of the modulator. At this time, the input converted quantization noise is divided by the “gain of the integrator 11” by the integrator 11 provided in the previous stage of the flip-flop 13, so that the primary noise shaping characteristic (6 dB / oct) and It has become.
一方、カウンタ20でPWM搬送波の周期毎にパルス幅を求めることは、PWM信号の区間平均値に比例した値を求めることであり、これは単純移動平均型のFIRローパス・フィルタ(平均化時間はPWM搬送波の周期)によって搬送波成分を除いた後に、PWM搬送波の周波数で再サンプリング(間引き)を行った場合と等価な操作である。 On the other hand, obtaining the pulse width for each period of the PWM carrier by the counter 20 is obtaining a value proportional to the section average value of the PWM signal, which is a simple moving average type FIR low-pass filter (the averaging time is This operation is equivalent to the case where re-sampling (decimation) is performed at the frequency of the PWM carrier wave after removing the carrier wave component by the PWM carrier wave period).
特許文献1には、帰還型パルス幅変調A/D変換装置に関する発明が開示されている。 Patent Document 1 discloses an invention related to a feedback type pulse width modulation A / D converter.
しかし、このような従来の帰還型パルス幅変調A/D変換装置は、パルス幅変調器が1次のノイズシェーピング特性であることから、後段のデジタルフィルタを急峻な特性にしてもその通過帯域内の量子化雑音が比較的大きく、分解能を向上させることは困難であった。 However, in such a conventional feedback type pulse width modulation A / D converter, since the pulse width modulator has a first-order noise shaping characteristic, even if the subsequent digital filter has a steep characteristic, it is within the passband. The quantization noise is relatively large, and it is difficult to improve the resolution.
また、パルス幅変調器に高次のノイズシェーピング特性を与えた場合であっても、カウンタを用いて搬送波周期毎にパルス幅を求めた値をデジタルフィルタの入力としているために、搬送波近傍やその高調波近傍の雑音がデジタルフィルタの通過帯域内に折り返されて高次のノイズシェーピング特性が失われてしまい、分解能の向上が図れなかった。 Even when high-order noise shaping characteristics are given to the pulse width modulator, the value obtained by using the counter for the pulse width for each carrier period is used as the input of the digital filter. Noise in the vicinity of harmonics is folded back into the pass band of the digital filter, and higher-order noise shaping characteristics are lost, so that the resolution cannot be improved.
ここで、カウンタを用いて搬送波周期毎にパルス幅を求めることは、単純移動平均型のフィルタ操作と搬送波周期毎の間引き操作を同時に行っていることと同等であるが、この単純移動平均型のフィルタの周波数特性はsin(f)/fの形をしており、概ね6dB/octのローパス特性に加えて、間引き周波数とその高調波に1位(1st order の伝送ゼロ(減衰極)が存在する特性である。 Here, obtaining a pulse width for each carrier period using a counter is equivalent to performing a simple moving average type filter operation and a thinning operation for each carrier period simultaneously. The frequency characteristic of the filter is sin (f) / f. In addition to the low-pass characteristic of approximately 6 dB / oct, there is a first-order transmission zero (attenuation pole) in the decimation frequency and its harmonics. It is a characteristic to do.
このように間引き周波数とその高調波の周波数に伝送ゼロがあることで、その周波数に一致した雑音成分は除去され、間引き操作を行っても直流に折り返されることはない。 As described above, since there is transmission zero at the thinning frequency and the harmonic frequency thereof, the noise component matching the frequency is removed, and even if the thinning operation is performed, it is not folded back to DC.
一方、間引き周波数からわずかに離れた周波数にある雑音は、間引き周波数との周波数差Δfに比例した振幅で残留することになる。そして、間引き操作を行うことで直流近傍に周波数変換(折り返し)されて現れ、後段のデジタルフィルタの通過帯域に混入する。 On the other hand, noise at a frequency slightly away from the thinning frequency remains with an amplitude proportional to the frequency difference Δf from the thinning frequency. Then, by performing a thinning operation, the frequency is converted (turned back) in the vicinity of the direct current and appears in the pass band of the subsequent digital filter.
この現象は、PWM変調器のノイズシェーピング特性が従来例のような1次(6dB/oct)の特性の場合には、元々の雑音と同程度の振幅であるためA/D変換器の分解能に大きな影響を与えることはない。 This phenomenon is caused by the resolution of the A / D converter when the noise shaping characteristic of the PWM modulator is the first order (6 dB / oct) characteristic as in the conventional example, and the amplitude is about the same as the original noise. There is no big impact.
ところが、PWM変調器の伝達関数を2次以上にして量子化雑音に2次(12dB/oct)以上のノイズシェーピング特性を与えた場合には、間引きにより直流近傍に折り返された雑音が変調器の有する直流近傍の雑音よりも圧倒的に大きくなり、総合的なS/N比が変調器のノイズシェーピング特性に因らずに折り返しによる雑音によって決まってしまう。 However, if the PWM modulator transfer function is second order or higher and the noise shaping characteristic of second order (12 dB / oct) or higher is given to the quantization noise, the noise that is folded back to the vicinity of the direct current by decimation It is overwhelmingly larger than the noise in the vicinity of the direct current, and the overall S / N ratio is determined by the noise caused by the aliasing regardless of the noise shaping characteristics of the modulator.
その結果、変調器に2次以上のノイズシェーピング特性を与えた効果が失われてしまうことになる。 As a result, the effect of giving the second or higher order noise shaping characteristics to the modulator is lost.
本発明は、このような課題を解決するもので、その目的は、間引き処理により直流近傍に折り返される量子化雑音を減少させることにより、高分解能の帰還型パルス幅変調A/D変換装置器を提供することにある。 The present invention solves such a problem, and an object of the present invention is to provide a high-resolution feedback pulse width modulation A / D converter by reducing quantization noise that is turned back to the vicinity of DC by thinning processing. It is to provide.
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項1記載の発明は、
アナログ信号をパルス幅信号に変換する帰還型パルス幅変調器を含む帰還型パルス幅変調A/D変換装置において、
前記帰還型パルス幅変調器の後段に接続され間引きに伴い直流側に折り返される雑音を除去する折り返し防止フィルタと、
前記折り返し防止フィルタの出力データを所定の間引き周波数で間引く間引き回路と、 前記間引き回路に接続され間引き回路の出力データから不要帯域の雑音を除くデジタルフィルタを設けたことを特徴とする。
In order to achieve such a problem, the invention according to claim 1 of the present invention is:
In a feedback type pulse width modulation A / D converter including a feedback type pulse width modulator that converts an analog signal into a pulse width signal,
An anti-aliasing filter that is connected to the subsequent stage of the feedback type pulse width modulator and removes noise that is aliased to the DC side as a result of decimation;
A decimation circuit that decimates output data of the anti-aliasing filter at a predetermined decimation frequency, and a digital filter that is connected to the decimation circuit and removes unnecessary band noise from the output data of the decimation circuit.
請求項2記載の発明は、
請求項1記載の帰還型パルス幅変調A/D変換装置において、
前記帰還型パルス幅変調器は少なくとも2次のノイズシェーピング特性を有することを特徴とする。
The invention according to claim 2
In the feedback type pulse width modulation A / D conversion device according to claim 1,
The feedback pulse width modulator has at least a second-order noise shaping characteristic.
請求項3記載の発明は、
請求項1記載の帰還型パルス幅変調A/D変換装置において、
前記折り返し防止フィルタのフィルタ処理と前記間引き回路の間引き処理を組み合わせて行うことを特徴とする。
The invention described in claim 3
In the feedback type pulse width modulation A / D conversion device according to claim 1,
A filter process of the anti-folding filter and a thinning process of the thinning circuit are performed in combination.
本発明によれば、間引き処理で直流近傍に折り返される量子化雑音を減少させることにより、高分解能の帰還型パルス幅変調A/D変換装置器が実現できる。 According to the present invention, it is possible to realize a high-resolution feedback pulse width modulation A / D converter by reducing quantization noise that is turned back to the vicinity of a direct current in thinning processing.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図1は本発明の一実施例を示すブロック図であり、図4と共通する部分には同一の符号を付けている。図1において、PWM10の出力端子には折り返し防止フィルタ60が接続され、折り返し防止フィルタ60の出力端子には間引き回路70が接続され、間引き回路70の出力端子にはデジタルフィルタ80が接続されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, and the same reference numerals are given to portions common to FIG. In FIG. 1, the anti-aliasing filter 60 is connected to the output terminal of the PWM 10, the thinning circuit 70 is connected to the output terminal of the anti-aliasing filter 60, and the digital filter 80 is connected to the output terminal of the thinning circuit 70. .
PWM搬送波発生器50はPWM信号の周波数を定める所定の周波数を有するPWM搬送波信号ECを生成出力するものであり、その出力信号ECはPWM10に入力されている。 The PWM carrier generator 50 generates and outputs a PWM carrier signal EC having a predetermined frequency that determines the frequency of the PWM signal, and the output signal EC is input to the PWM 10.
帰還パルス同期信号発生器90は従来のカウントクロックに相当する帰還パルス同期信号fCLKを生成出力するものであり、その出力信号fCLKはPWM10および折り返し防止フィルタ60に入力されている。 The feedback pulse synchronization signal generator 90 generates and outputs a feedback pulse synchronization signal fCLK corresponding to a conventional count clock, and the output signal fCLK is input to the PWM 10 and the anti-aliasing filter 60.
間引きクロック発生器100は、折り返し防止フィルタ60からデジタルフィルタ80に出力されるデータを間引くための間引きクロック信号fDECを生成出力するものであり、そのクロック信号fDECは間引き回路70およびデジタルフィルタ80に入力されている。 The decimation clock generator 100 generates and outputs a decimation clock signal fDEC for decimation of data output from the anti-aliasing filter 60 to the digital filter 80, and the clock signal fDEC is input to the decimation circuit 70 and the digital filter 80. Has been.
図1のように構成される装置は、次の4ステップS1〜S4で動作する。
S1)アナログ入力信号をPWM10に入力してPWM信号に変換する。
S2)PWM信号を折り返し防止フィルタ60に入力する。
S3)折り返し防止フィルタ60の出力を間引き回路70に入力して間引く。
S4)間引き回路70の出力をデジタルフィルタ100に入力して不要な帯域の雑音を除去し、PWM10のノイズシェーピング特性の効果により高域側に偏った量子化雑音も除去する。
The apparatus configured as shown in FIG. 1 operates in the following four steps S1 to S4.
S1) An analog input signal is input to the PWM 10 and converted into a PWM signal.
S2) The PWM signal is input to the anti-aliasing filter 60.
S3) The output of the anti-folding filter 60 is input to the thinning circuit 70 and thinned.
S4) The output of the thinning circuit 70 is input to the digital filter 100 to remove unnecessary band noise, and the quantization noise biased to the high band side due to the effect of the noise shaping characteristics of the PWM 10 is also removed.
これら各ステップS1〜S4の動作を詳しく説明する。
S1)アナログ入力信号をPWM10に入力してPWM信号に変換する。
PWM10には、図4と同様に、PWM搬送波発生器50からPWM信号の周波数を定める所定の周波数を有するPWM搬送波信号ECが入力されている。
The operations of these steps S1 to S4 will be described in detail.
S1) An analog input signal is input to the PWM 10 and converted into a PWM signal.
As in FIG. 4, a PWM carrier signal EC having a predetermined frequency that determines the frequency of the PWM signal is input to the PWM 10 from the PWM carrier generator 50.
また、PWM10には帰還パルス同期信号発生器90から従来のカウントクロックに相当する帰還パルス同期信号fCLKが与えられていて、パルス幅が帰還パルス同期信号fCLKの整数倍に量子化される。 The PWM 10 is supplied with a feedback pulse synchronization signal fCLK corresponding to a conventional count clock from the feedback pulse synchronization signal generator 90, and the pulse width is quantized to an integral multiple of the feedback pulse synchronization signal fCLK.
この量子化により量子化雑音が生じるが、PWM10内の積分器をたとえば2段以上縦続することにより2次以上のノイズ シェーピング特性を与えることができ、従来に比べて低周波域の量子化雑音を減衰させることができる。 Although quantization noise is generated by this quantization, it is possible to give a noise shaping characteristic of the second or higher order by cascading two or more integrators in the PWM 10, for example. Can be attenuated.
S2)PWM信号を折り返し防止フィルタ60に入力する。
折り返し防止フィルタ60への入力は1ビットのPWM信号であるが、出力は多ビットの信号になる。
S2) The PWM signal is input to the anti-aliasing filter 60.
The input to the anti-aliasing filter 60 is a 1-bit PWM signal, but the output is a multi-bit signal.
この折り返し防止フィルタ60は、直流を通過させながら、後段の間引き回路70の周波数およびその高調波またはそれらの周波数近傍の雑音を除去することで、間引き処理に伴う折り返しによる雑音を防止する。 The anti-folding filter 60 removes the frequency of the subsequent thinning circuit 70 and its harmonics or noises in the vicinity of those frequencies while passing a direct current, thereby preventing noise caused by the folding caused by the thinning process.
移動平均形のFIRフィルタの周波数特性はsin(f)/fの形をしており、直流成分を通過させるとともに、平均化時間の整数分の1の周期を有する周波数成分を阻止するいわゆる櫛形フィルタ特性とローパス特性を合わせ持つため、望ましい特性に近いが1段では十分な減衰特性を得られない。 The frequency characteristic of the moving average type FIR filter is sin (f) / f, which is a so-called comb filter that allows a DC component to pass and blocks a frequency component having a period of 1 / integer of the averaging time. Since it has both characteristics and low-pass characteristics, it is close to the desired characteristics, but sufficient attenuation characteristics cannot be obtained with one stage.
この「折り返し防止フィルタ」ブロックに必要な特性は、たとえば移動平均形のFIRフィルタを2段以上縦続することで得られる。FIRフィルタの縦続段数は、PWM10のノイズシェーピングの次数と一致するかやや多い程度が望ましい。 The characteristic necessary for the “anti-folding filter” block can be obtained, for example, by cascading two or more moving average FIR filters. It is desirable that the number of cascaded stages of the FIR filter is equal to or slightly larger than the noise shaping order of the PWM 10.
図2は、幅がnの移動平均形FIRフィルタの構成説明図であり、移動平均1段分の例である。ここで、nは間引き率と一致させるか、その整数倍とする。 FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of a moving average FIR filter having a width of n, and is an example of one stage of moving average. Here, n is equal to the thinning rate or is an integer multiple thereof.
これにより、後段の間引き回路70で間引き操作を行ったときに直流側に折り返される雑音が除去されて、PWM10のノイズシェーピング特性が有効となる。 As a result, noise that is turned back to the direct current side when a thinning operation is performed by the thinning circuit 70 in the subsequent stage is removed, and the noise shaping characteristics of the PWM 10 become effective.
S3)折り返し防止フィルタ60の出力を間引き回路70に入力して間引く。
間引き回路70には間引きクロック発生器100から間引きクロックfDECが入力され、それに従ってデータが間引かれる。間引き回路70でデータの間引きを行うことにより、間引き回路70の後段のデジタルフィルタ80の計算量を抑えることができる。
S3) The output of the anti-folding filter 60 is input to the thinning circuit 70 and thinned.
The decimation circuit 70 receives the decimation clock fDEC from the decimation clock generator 100 and decimates data accordingly. By performing data thinning by the thinning circuit 70, the calculation amount of the digital filter 80 at the subsequent stage of the thinning circuit 70 can be suppressed.
図4に示す従来の構成では、PWM搬送波発生器50から入力されるPWM搬送波信号ECの変化タイミング毎にカウンタ20の値をデジタルフィルタ30に入力していたが、これはPWM搬送波信号ECが間引きクロックを兼ねていたとも考えられる。 In the conventional configuration shown in FIG. 4, the value of the counter 20 is input to the digital filter 30 at every change timing of the PWM carrier signal EC input from the PWM carrier generator 50. This is because the PWM carrier signal EC is thinned out. It is thought that he also served as a clock.
図1に示す本発明においても図4と同様に、PWM搬送波信号ECと間引きクロックfDECを一致させることができるが、これらが一致しない場合であっても後段のデジタルフィルタ80にPWM搬送波信号ECやその折り返し成分を十分に減衰させる特性を与えることができるので、PWM搬送波信号ECと間引きクロックfDECは同一の周波数である必要はない。 In the present invention shown in FIG. 1, the PWM carrier signal EC and the thinned-out clock fDEC can be matched as in FIG. 4, but even if they do not match, the PWM carrier signal EC or Since a characteristic that sufficiently attenuates the aliasing component can be provided, the PWM carrier signal EC and the thinning-out clock fDEC do not need to have the same frequency.
S4)間引き回路70の出力をデジタルフィルタ100に入力して不要な帯域の雑音を除去し、PWM10のノイズシェーピング特性の効果により高域側に偏った量子化雑音も除去する。 S4) The output of the thinning circuit 70 is input to the digital filter 100 to remove unnecessary band noise, and the quantization noise biased to the high band side due to the effect of the noise shaping characteristics of the PWM 10 is also removed.
量子化雑音を効果的に除去するためには、デジタルフィルタ100の遮断特性は、PWM10のノイズシェーピングの次数と一致させるか、やや多い程度の次数を持つローパス特性にすることが望ましい。 In order to effectively remove the quantization noise, it is desirable that the cutoff characteristic of the digital filter 100 matches the order of noise shaping of the PWM 10 or is a low-pass characteristic having a slightly higher order.
本発明を測定器に適用する場合には、図4と同様の構成として従来と同様な動作、すなわち、出力データの周期毎に積和の値を求めるように動作させることで所望の特性を有するフィルタを実現できる。 When the present invention is applied to a measuring instrument, it has a desired characteristic by operating in the same manner as in the prior art with the same configuration as in FIG. 4, that is, by operating to obtain the sum of products for each period of output data. A filter can be realized.
一般に、PWMを使用した帰還型パルス幅A/D変換装置は、ΔΣ変調器を使用したΔΣ型A/D変換装置に比べてスイッチング頻度が低いことから、高精度化しやすい。 In general, a feedback type pulse width A / D converter using PWM has a lower switching frequency than a ΔΣ A / D converter using a ΔΣ modulator, and thus is likely to be highly accurate.
この帰還型パルス幅A/D変換装置の構成要素である帰還型PWMに2次(以上)のノイズシェーピング特性を与えたものを使用し、帰還型PWMから得られるPWM信号から折り返し防止フィルタにより間引き周波数とその高調波およびそれらの近傍の雑音成分を十分に減衰させてその信号に対して間引き操作を行うことで、間引きに伴う折り返し雑音の混入を防止しながらデータ量を削減でき、帰還型PWMに与えた2次(以上)のノイズシェーピング特性を維持した信号をデジタルフィルタに入力できる。 A feedback type PWM that is a component of this feedback type pulse width A / D converter is used with a secondary (or higher) noise shaping characteristic, and the PWM signal obtained from the feedback type PWM is thinned out by an anti-aliasing filter. By sufficiently attenuating the frequency, its harmonics, and nearby noise components, and performing the thinning operation on the signal, the amount of data can be reduced while preventing the introduction of aliasing noise due to thinning, and the feedback type PWM Can be input to the digital filter while maintaining the secondary (or higher) noise shaping characteristics.
これにより、ノイズシェーピングにより高域に偏った量子化雑音を後段のデジタルフィルタで効果的に除去することができ、高いS/N比、すなわち高い分解能を有するA/D変換装置を得ることができる。 As a result, the quantization noise biased to a high frequency by noise shaping can be effectively removed by the subsequent digital filter, and an A / D converter having a high S / N ratio, that is, a high resolution can be obtained. .
また、間引きによりデータ量を削減できることから、デジタルフィルタを構成したときに望ましいフィルタ特性を得るために必要な計算量を抑えることができる。 Further, since the amount of data can be reduced by thinning, it is possible to reduce the amount of calculation required to obtain a desired filter characteristic when a digital filter is configured.
なお、折り返し防止フィルタ60としては、その周波数特性からインパルス応答を求め、それとPWM信号の畳み込み演算を行うFIRフィルタを用いることもできる。この場合、後段の間引きをフィルタ演算と同時に行い、間引き後に残されるデータについてのみ畳み込みのための積和演算を行えばよい。ここで、PWM信号が1,0の2値であることを利用すれば、乗算器を使用せずに実現できる。 As the anti-aliasing filter 60, an FIR filter that obtains an impulse response from its frequency characteristics and performs a convolution operation of the impulse response can be used. In this case, it is only necessary to perform decimation at the same time as the filter operation and to perform a product-sum operation for convolution only on data remaining after decimation. Here, if the fact that the PWM signal is binary of 1.0 is used, it can be realized without using a multiplier.
また、後段の間引き処理とフィルタ演算を組み合わせて行うことで、ΔΣ型A/D変換装置において同様の目的で広く使用されているフィルタ演算を簡略化したCICフィルタ(cascaded integrator comb)として知られるフィルタを使用することもできるが、本発明で用いる折り返し防止フィルタ60はこれらの構成に限るものではない。 Also, a filter known as a CIC filter (cascaded integrator comb) that simplifies the filter operation widely used for the same purpose in the ΔΣ A / D converter by combining the subsequent thinning process and the filter operation. However, the anti-folding filter 60 used in the present invention is not limited to these configurations.
A/D変換装置をデジタル電圧計などの直流測定器に適用したときには、特に商用電源周波数の雑音を除く必要がある。この商用電源周波数は50Hz地域と60Hz地域があり、従来は以下に示すア)〜ウ)の少なくともいずれかの方法で対応していた。
ア)50Hz,60Hzともに高い減衰率を得られる100msの区間平均を使用する
イ)除去する周波数をユーザが選択できるようにする
ウ)電源周波数を測定してフィルタ特性を切り替える
When the A / D converter is applied to a DC measuring instrument such as a digital voltmeter, it is particularly necessary to remove the noise of the commercial power supply frequency. This commercial power supply frequency has a 50 Hz region and a 60 Hz region. Conventionally, it has been supported by at least one of the following methods a) to c).
A) Use a 100 ms interval average that can obtain a high attenuation rate for both 50 Hz and 60 Hz. B) Enable the user to select the frequency to be removed. C) Switch the filter characteristics by measuring the power supply frequency.
ここで、デジタルフィルタ100の係数を20ms,16.67ms,12.91msの移動平均を縦続した場合のインパルス応答に基づいた値とすることで、図3の特性例図に示すように、測定時間が約50msと比較的高速でありながら、50Hz,60Hz,77.5Hzとその高調波において高い減衰率を得られることから電源周波数による切替が不要となり、直流測定器に好ましい特性が得られる。 Here, by setting the coefficient of the digital filter 100 to a value based on the impulse response when a moving average of 20 ms, 16.67 ms, and 12.91 ms is cascaded, as shown in the characteristic example diagram of FIG. Although it is relatively fast at 50 ms, a high attenuation rate can be obtained at 50 Hz, 60 Hz, 77.5 Hz and its harmonics, so switching by the power supply frequency is not required, and favorable characteristics can be obtained for a DC measuring instrument.
以上説明したように、本発明によれば、間引き処理により直流近傍に折り返される量子化雑音を減少させることにより、高分解能の帰還型パルス幅変調A/D変換装置を実現でき、直流測定器や直流信号発生器などに好適である。 As described above, according to the present invention, it is possible to realize a high-resolution feedback pulse width modulation A / D converter by reducing the quantization noise that is turned back to the vicinity of the direct current by the thinning process. Suitable for a DC signal generator or the like.
10 帰還型パルス幅変調器
60 折り返し防止フィルタ
70 間引き回路
80 デジタルフィルタ
90 帰還パルス同期信号発生器
100 間引きクロック発生器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Feedback type pulse width modulator 60 Anti-folding filter 70 Decimation circuit 80 Digital filter 90 Feedback pulse synchronous signal generator 100 Decimation clock generator
Claims (3)
前記帰還型パルス幅変調器の後段に接続され間引きに伴い直流側に折り返される雑音を除去する折り返し防止フィルタと、
前記折り返し防止フィルタの出力データを所定の間引き周波数で間引く間引き回路と、
前記間引き回路に接続され間引き回路の出力データから不要帯域の雑音を除くデジタルフィルタを設けたことを特徴とする帰還型パルス幅変調A/D変換装置。 In a feedback type pulse width modulation A / D converter including a feedback type pulse width modulator that converts an analog signal into a pulse width signal,
An anti-aliasing filter that is connected to the subsequent stage of the feedback type pulse width modulator and removes noise that is aliased to the DC side as a result of decimation;
A thinning circuit for thinning out the output data of the anti-aliasing filter at a predetermined thinning frequency;
A feedback-type pulse width modulation A / D converter characterized by comprising a digital filter connected to the thinning circuit and removing unwanted band noise from the output data of the thinning circuit.
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Citations (5)
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---|---|---|---|---|
JPH06311038A (en) * | 1993-04-26 | 1994-11-04 | Yokogawa Electric Corp | Feedback pulse width modulation a/d converter |
JPH07162307A (en) * | 1993-09-24 | 1995-06-23 | Advanced Micro Devices Inc | Analog-digital converter |
JPH09205368A (en) * | 1996-01-26 | 1997-08-05 | Yokogawa Electric Corp | Feedback pulse width modulation a/d converter |
JP2008160596A (en) * | 2006-12-25 | 2008-07-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Ad system |
JP2008219324A (en) * | 2007-03-02 | 2008-09-18 | Yamaha Corp | DeltaSigma AD CONVERTER, CLASS-D AMPLIFIER, AND DC-DC CONVERTER |
-
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06311038A (en) * | 1993-04-26 | 1994-11-04 | Yokogawa Electric Corp | Feedback pulse width modulation a/d converter |
JPH07162307A (en) * | 1993-09-24 | 1995-06-23 | Advanced Micro Devices Inc | Analog-digital converter |
JPH09205368A (en) * | 1996-01-26 | 1997-08-05 | Yokogawa Electric Corp | Feedback pulse width modulation a/d converter |
JP2008160596A (en) * | 2006-12-25 | 2008-07-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Ad system |
JP2008219324A (en) * | 2007-03-02 | 2008-09-18 | Yamaha Corp | DeltaSigma AD CONVERTER, CLASS-D AMPLIFIER, AND DC-DC CONVERTER |
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