JP2708994B2 - デルタ・シグマ型d/a変換器 - Google Patents

デルタ・シグマ型d/a変換器

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JP2708994B2
JP2708994B2 JP1410892A JP1410892A JP2708994B2 JP 2708994 B2 JP2708994 B2 JP 2708994B2 JP 1410892 A JP1410892 A JP 1410892A JP 1410892 A JP1410892 A JP 1410892A JP 2708994 B2 JP2708994 B2 JP 2708994B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、オーバーサンプリング
により高い変換精度を実現する、オーディオ機器等への
採用に適したデルタ・シグマ型D/A変換器に関する。
【0002】
【従来の技術】コンパクトディスクプレーヤ等のデジタ
ルオーディオ機器では、アナログ音声が所定の周波数で
サンプリングされて適数ビットのデジタルデータとして
記録されている。そして再生時には、コンパクトディス
ク等の記録媒体から読み出されるデジタルデータがD/
A変換器によりアナログ信号に復元され、アンプ及びス
ピーカを通して音声信号として再生される。このデジタ
ルデータの再生時には、D/A変換の変換誤差を最小限
にして再生信号の歪みを抑圧することが望まれ、これに
対応できるような高い変換精度を得られるD/A変換方
式が各種提案されている。
【0003】例えば、特開昭63−176020号公報
には、多ビットのデジタルデータを高速でサンプリング
することによりビットを圧縮し、圧縮されたデジタルデ
ータを時間軸上に分解してアナログ信号を得るように構
成されたデルタ・シグマ型D/A変換器が開示されてい
る。図4は、デルタ・シグマ型D/A変換器の概略を示
すブロック図である。
【0004】デジタル量子化回路1は、例えば、16ビ
ットのデジタルデータDG1を受けて、このデジタルデ
ータDG1を3ビットのデジタルデータDG2に変換し
て出力する。このデジタル量子化回路1での変換におい
ては、サンプリング周波数f Sの48倍の周波数(48
S)でデジタルデータDG1をオーバーサンプリング
し、±3の7段階で再量子化して3ビットのデジタルデ
ータDG2を得るように構成される。この際、量子化ノ
イズ、即ち、デジタルデータDG1に対するデジタルデ
ータDG2の誤差は、各変換ステップで誤差を順次フィ
ードバックして入力側のデジタルデータDG1に加算す
る、所謂ノイズシェーピング動作により高周波領域側に
偏らされている。このため、低周波領域における量子化
ノイズが大幅に低減され、ローパスフィルタを通すこと
により量子化ノイズは大部分が除去される。
【0005】パルス幅変調方式のD/A変換回路2は、
1データ変換期間に8クロックを設定し、この8クロッ
ク期間のうち、デジタルデータDG2に対応するクロッ
ク期間に「1」レベルの信号を出力し、残余のクロック
期間に「0」レベルの信号を出力するように構成され
る。これにより、デジタルデータDG2に対応して
「1」及び「0」レベルの信号を繰り返すアナログ信号
AN1が得られる。そして、このアナログ信号AN1
は、RC回路等で構成されるアナログローパスフィルタ
を通すことにより高調波が除去され、平滑なアナログ信
号AN2として出力される。
【0006】図5は、D/A変換回路2の構成を示すブ
ロック図で、図6は、その出力を表す波形図である。パ
ルス幅変調方式のD/A変換回路2は、3ビットのデジ
タルデータDG2をアドレスデータとして受けて8ビッ
トのデータQ1〜Q8を出力するリードオンリーメモリ
4及び並列に出力される8ビットのデータQ1〜Q8を
第1ビットから順に時間軸上に出力するパラレル/シリ
アル変換回路5により構成される。リードオンリーメモ
リ4は、中間ビットのデータQ5を中心として上位側と
下位側とでデータが対称となるような8ビットのデータ
Q1〜Q8に、3ビットのデジタルデータDG2が1対
1で対応付けられており、各データ変換期間にそのデー
タQ1〜Q8を並列に出力する。そして、1データ変換
期間に8クロックD1〜D8を設定するパラレル/シリ
アル変換回路5は、リードオンリーメモリ4から与えら
れる8ビットのデータQ1〜Q8を各クロックD1〜D
8に対応させて出力する。これにより、図6に示すよう
に、5番目のクロックD5を中心として「1」または
「0」レベルの信号が対称に配列されたアナログ信号A
N1が出力される。このようなアナログ信号AN1は、
各データ変換期間でのパワーの中心が一定となるため、
高調波が抑圧されている。
【0007】以上のようなデルタ・シグマ型D/A変換
器では、時間軸により変換精度を得ているため、回路を
構成する素子に要求される精度が緩和され、高精度の変
換動作を期待できる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
デルタ・シグマ型D/A変換器では、所定のサンプリン
グ周波数fSに従うデジタルデータDG1を高い周波数
(例えば48fS)でオーバーサンプリングし、さらに
そのデータ変換期間に適数のクロック(例えば8クロッ
ク)を設定する必要があるため、極めて速い回路動作が
要求されることになり、これに対応するシステムクロッ
クも必要となる。即ち、最も動作速度が速くなるパルス
幅変調の際に用いられるシステムクロックの周波数によ
り回路全体の動作速度が制限されるため、オーバーサン
プリングの倍数を高くして変換精度、S/N比を高くし
ているデルタ・シグマ型D/A変換器においては、動作
速度の問題を解決することが一つの課題となっている。
例えば、一般的に採用されているサプリング周波数fS
の384倍の周波数(384fS)を有するシステムク
ロックの場合、1データ変換期間に8クロックを設定す
ると、オーバーサンプリングの倍数は、48倍となる。
【0009】そこで本発明は、回路構成の増大を伴うこ
となく動作速度の制限を緩和し、変換精度を高くできる
デルタ・シグマ型D/A変換器の提供を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するためになされたもので、その特徴とするところ
は、入力される第1のデジタル信号に対応して、第1の
デジタル信号よりビット数の小さい第2のデジタル信号
を得ると共に、第1のデジタル信号に対する第2のデジ
タル信号の誤差分を入力側に帰還して加算するデルタ・
シグマ変調回路、1データ変換期間内に上記第2のデジ
タル信号の変化ステップより1少ない数のクロックを設
定し、上記第2のデジタルデータに対応するクロック期
間に「1」レベルの信号を出力し、残余のクロック期間
に「0」レベルの信号を出力するパルス変調回路、から
なり、上記パルス変調回路は、上記第2のデジタルデー
タから、中間ビットを中心として上位側と下位側とで対
称となる上記第2のデジタル信号の変換ステップに等し
いビット数の第3のデジタル信号を得る手段と、この第
3のデジタル信号の最終ビットを1データ変換期間記憶
し、このビットのデータが「1」を示すとき、続くデー
タ変換期間の第1ビットを「1」とすると共に、この第
1ビットに「1」が重なるときには、その第3のデジタ
ル信号の中間ビットを「1」とする手段と、を備えるこ
とにある。
【0011】
【作用】本発明によれば、所定の奇数ステップのデータ
をその変化ステップより少ない数のクロック期間で出力
させることができるため、パルス幅変調の際のデータ変
換期間を2クロック分短縮でき、システムクロックの周
波数を変更することなくその短縮分だけオーバーサンプ
リングの倍数を高く設定することができる。
【0012】
【実施例】図1は、本発明のデルタ・シグマ型D/A変
換器の主要部分のブロック図で、パルス幅変調方式のD
/A変換回路部分を示している。パルス幅変調方式のD
/A変換回路10は、3ビットのデジタルデータDG2
をアドレスデータとして受けて7ビットのデータQ1〜
Q7を出力するリードオンリーメモリ11、デジタルデ
ータDG2の最終ビットのデータQ7を1データ変換期
間遅延する遅延回路12、1データ変換期間遅延された
データQ7の内容に対応して第1ビットのデータQ1と
中間ビットのデータQ4とを「1」とするロジック回路
13及び並列に出力される7ビットのデータQ1〜Q7
のうち、第6ビットまでを第1ビットから順に出力する
パラレル/シリアル変換回路14により構成される。リ
ードオンリーメモリ11に入力される3ビットのデジタ
ルデータDG2は、図5と同一のデジタル量子化回路1
から供給され、リードオンリーメモリ11は、その3ビ
ットのデジタルデータDG2に7ビットのデータQ1〜
Q7を1対1で対応付け、各データ変換期間にそのデー
タQ1〜Q7を並列に出力する。この7ビットのデータ
Q1〜Q7は、図5のリードオンリーメモリ4と同様
に、中間ビットのデータQ4を中心にして上位側と下位
側とで対称となるように設定されており、このうちデー
タQ7が遅延回路12に入力され、残る6ビットのデー
タQ1〜Q6が、遅延回路12で1データ変換期間遅延
されたデータQ7と共にロジック回路13に入力され
る。
【0013】ロジック回路13は、1データ変換期間遅
延されたデータQ7と第1ビットのデータQ1とが入力
されるORゲート13a、同じく遅延されたデータQ7
とデータQ1とが入力されるANDゲート13b及びこ
のANDゲート13bの出力と第4ビットのデータQ4
とが入力されるORゲート13cからなり、遅延された
最終ビットのデータQ7が「1」のときに第1ビットの
データを「1」とし、且つ、この第1ビットに「1」が
重なるときに中間ビットのデータQ4を「1」とするよ
うに構成される。そして、1データ変換期間に6クロッ
クD1〜D6を設定するパラレル/シリアル変換回路1
4は、図2に示すとおり、遅延回路12及び論理回路1
3を通してリードオンリーメモリ11から与えられる6
ビットのデータQ1〜Q6を各クロックD1〜D6に対
応させて出力する。ここで、リードオンリーメモリ11
から出力される最終ビットのデータQ7は、第6クロッ
クD6に続く第7クロックD7として、次のデータ変換
期間の第1クロックD1に対応して出力されることにな
る。即ち、入力されるデジタルデータDG2の第1ビッ
トのデータQ1及び最終ビットのデーターQ7は、デジ
タルデータDG2が最大値(+3)を示すときに限って
「1」となるため、デジタルデータDG2が複数のデー
タ変換期間に亘って最大値を示す場合を除けば、最終ビ
ットのデータQ7を次のデータ変換期間の第1ビットの
データQ1に重ねて出力するようにしても差し支えな
い。そして、複数のデータ変換期間に亘ってデジタルデ
ータDG2が最大値を示す場合には、それをANDゲー
ト13bにより検知し、最大値を示すときには必ず
「0」となる中間ビットのデータQ4を「1」とするこ
とで対応させる。これにより、デジタルデータDG2が
複数のデータ変換期間に連続して最大値を示すときに
は、図3に示すように、最初のデータ変換期間を除いた
データ変換期間で、各クロックD1〜D6に対応して出
力されるデータQ1〜Q6が全て「1」となる。
【0014】以上のようなパルス幅変調方式のD/A変
換回路10によると、±3の7ステップの変化を示すデ
ジタルデータDG2を6クロックD1〜D6に対応付け
てアナログ信号に変換することができるため、システム
クロックを変更することなく、データ変換期間をさらに
短く設定でき、オーバーサンプリングの倍数を高くする
ことができる。例えば、384fSの周波数を有するシ
ステムクロックを用いた場合には、従来、48倍のオー
バーサンプリングであったのを64倍とすることが可能
になる。逆に、オーバーサンプリングの周波数を変更し
ない場合には、システムクロックの周波数を低く設定す
ることができ、各回路の動作速度制限をを緩和すること
ができる。
【0015】以上の実施例においては、パルス幅変調方
式のD/A変換回路10の入力、即ち、デジタルデータ
DG2の変化を7ステップとする場合を例示したが、デ
ジタル量子化回路1の判定レベルをその他の奇数段階と
することで、必要に応じたステップ数に設定することが
できる。その場合、パルス幅変調方式のD/A変換回路
10のデータ変換期間には、ステップ数より1少ない数
のクロックが設定される。
【0016】
【発明の効果】本発明によれば、パルス幅変調の際のデ
ータ変換期間を短縮でき、システムクロックの周波数を
高くすることなくオーバーサンプリングの倍数を高く設
定することが可能になる。従って、高い変換精度を実現
でき、S/Nの向上を図れる。また、リードオンリーメ
モリやパラレル/シリアル変換回路のビット数を削減で
きることから、遅延回路やロジック回路を追加したとし
ても全体として回路規模を縮小でき、コストの低減が望
める。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のデルタ・シグマ型D/A変換器の要部
を示すブロック図である。
【図2】本発明に用いられるパルス幅変調方式のD/A
変換回路の出力波形図である。
【図3】出力データの置換の様子を説明する波形図であ
る。
【図4】デルタ・シグマ型D/A変換器の概略を示すブ
ロック図である。
【図5】従来のパルス幅変調方式のD/A変換回路を示
すブロック図である。
【図6】従来のパルス幅変調方式のD/A変換回路の出
力波形図ある。
【符号の説明】
1 デジタル量子化回路 2、10 パルス幅変調方式のD/A変換回路 3 ローパスフィルタ 4、11 リードオンリーメモリ 5、15 パラレル/シリアル変換回路 12 遅延回路 13 ロジック回路

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力される第1のデジタル信号に対応し
    て、第1のデジタル信号よりビット数の小さい第2のデ
    ジタル信号を得ると共に、第1のデジタル信号に対する
    第2のデジタル信号の誤差分を入力側に帰還して加算す
    るデルタ・シグマ変調回路、1データ変換期間内に上記
    第2のデジタル信号の変化ステップより1すくない数の
    クロックを設定し、上記第2のデジタルデータに対応す
    るクロック期間に「1」レベルの信号を出力し、残余の
    クロック期間に「0」レベルの信号を出力するパルス変
    調回路、からなり、上記パルス変調回路は、上記第2の
    デジタルデータから、中間ビットを中心として上位側と
    下位側とで対称となる上記第2のデジタル信号の変化ス
    テップに等しいビット数の第3のデジタル信号を得る手
    段と、この第3のデジタル信号の最終ビットを1データ
    変換期間記憶し、このビットのデータが「1」を示すと
    き、続くデータ変換期間の第1ビットを「1」とすると
    共に、この第1ビットに「1」が重なるときには、その
    第3のデジタル信号の中間ビットを「1」とする手段
    と、を備えることを特徴とするデルタ・シグマ型D/A
    変換器。
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