JP2734731B2 - デルタシグマ変調器 - Google Patents

デルタシグマ変調器

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ディジタルオーディオ機器等に使用される
アナログ・ディジタル変換器に応用されるデルタシグマ
変調器に関するものである。
従来の技術 近年、コンパクト・ディスク・プレーヤやディジタル
・オーディオ・テープレコーダにみられるようなディジ
タルオーディオ機器の開発が活発化しており、これに応
じたディジタル技術も発展著しいものがある。このよう
なディジタルオーディオ機器にとってアナログ・ディジ
タル変換器は非常に重要であり、高精度のアナログ・デ
ィジタル変換器の開発が活発に行われている。
デルタシグマ変調はアナログ・ディジタル変換の一種
であり、一定時間ごとに標本化する際の各標本間の差分
に着目し、この情報を符号化すると共にこの符号化のた
めに生じた量子化誤差を後続の標本により修正していく
ものである。
以下、上述したような従来のデルタシグマ変調器につ
いて、図面を参照して説明する。
第5図は従来のデルタシグマ変調器の構成を示すブロ
ック図、第6図は従来のデルタシグマ変調器の一例を示
す回路図である。
第5図において、アナログ信号入力端子3より入力さ
れたアナログ信号は第1の積分器4に入力され、積分信
号を出力している。第1の積分器4の出力信号は減算器
5に入力される。減算器5では第1の積分器4の出力と
1標本化周期前に標本化したレベルである第2の積分器
8の出力との差をとり、量子化器6に出力している。量
子化器6では標本化クロック信号入力端子1より入力さ
れた標本化クロック信号の周期で、減算器5の出力信号
レベルと所定のスレッシュホールドとを比較し、その結
果をデルタシグマ変調信号としてデルタシグマ変調信号
出力端子7に出力している。一方、第2の積分器8では
量子化器6の出力であるデルタシグマ変調信号を積分す
ることによって局部復調し、1標本化周期前に標本化し
たレベルを出力している。
第6図の回路図においては、抵抗107とコンデンサ108
が第1の積分器4を構成しており、抵抗109とコンデン
サ108が第2の積分器8を構成している。アナログ信号
入力端子104から入力されたアナログ信号は第1の積分
器4によって積分される。一方、Dフリップフロップ10
5のNQ端子より出力された信号は第2の積分器8によっ
て積分され、第1の積分器4の出力と加算される。ただ
し、Dフリップフロップ105のNQ端子からはデルタシグ
マ変調の反転信号が出力されているため、第1の積分器
4の出力と第2の積分器8の出力の加算は第5図のブロ
ック図での減算器5の処理を行っていることになる。D
フリップフロップ105ではD入力の電位がスレッシュホ
ールドレベルに比べ高電位か、低電位かを識別し、標本
化クロック信号入力端子101から入力されるクロックの
立ち上がりエッジで標本化しており、1ビットの量子化
を行っている。この1ビットの信号がデルタシグマ変調
信号であり、Qよりデルタシグマ変調信号を、NQよりデ
ルタシグマ変調の反転信号を出力している。
発明が解決しようとする課題 しかしながら上記従来の構成では、クロック信号の高
周波成分のためにDフリップフロップのD入力信号や電
源線に雑音が加わって誤識別を起こす。また、第2の積
分器がフィードバック系を構成しているため、1回の誤
識別が半永久的に影響が残り、結果として大きな雑音を
発生し、デルタシグマ変調器としての性能を劣化させる
という問題点を持っていた。
一般に、デルタシグマ変調器に供給されるクロック信
号はディジタル動作のデバイスから出力されていること
が多く、クロック信号波形は矩形波になっている。ま
た、実際の回路では理想的な矩形波ではなくオーバーシ
ュートやアンダーシュートが存在していることがほとん
どである。
矩形波クロックについて解析してみると、周期T,デュ
ーティd,振幅1(ピーク・トゥ・ピーク)の方形波は関
数f(x)で表される。
f(x)=d(1+2A1cosω+2A2cos2ω+…) …(1) ただし、 ω=2π/T …(2) Ak=sinkπ d/kπ d (k=1,2,…) …(3) である。
(1)式に示すように矩形波クロックは整数倍高調波
を持っている。特にデューティが50%(d=0.5)のと
きは奇数倍高調波になる。いずれにしても矩形波クロッ
クには基本周波数、すなわちクロック周波数より高い周
波数成分が存在している。
また、クロック波形にオーバーシュートやアンダーシ
ュートがある場合もクロック周波数より高い周波数成分
が存在している。
以上のような高周波成分が存在すると、プリント基板
上の配線パターン間、ICのリード線間・ホンディングワ
イヤ間の相互インダクタンスによる誘導電流が発生し、
他の信号線に雑音を与えてしまう。
また、相互インダクタンスによって発生する誘導電流
の大きさは、周波数が高くなれば大きくなる。矩形波ク
ロックでは立ち上がり・立ち下がりエッジでステップ関
数的に電位変動しているため最も高周波成分が大きく、
誘導電流も大きくなっている。
すなわち、Dフリップフロップが標本化を行うクロッ
ク信号の立ち上がりにおいて、D入力信号に誘導電流性
雑音が発生するため、誤識別を起こしやすくなってい
る。そして、第2の積分器のフィードバックにより、1
回誤識別すれば本来のデルタシグマ変調信号に対して異
なった標本が複数個出現してしまう。
さらに従来のデルタシグマ変調器では、Dフリップフ
ロップのD入力信号は減算処理後の信号であるので、電
気的論理レベルの振幅(例えばCMOSデバイスを5V電源で
使用する場合は5Vppの振幅)ではなく、スレッシュホー
ルド付近で微小変動しているために、外来雑音の影響を
受けやすくなっており、クロック信号の高周波成分が性
能を劣化させている。
本発明は上記従来の問題点を解決するものであり、誘
導電流性雑音による誤識別を小さくした高性能デルタシ
グマ変調器を提供することを目的とする。また、誘導電
流性雑音による誤識別を小さくするとともに、高速標本
化を可能とした高性能デルタシグマ変調器を提供するこ
とを目的とする。
課題を解決するための手段 この目的を達成するために、本発明のデルタシグマ変
調器は、標本化クロック信号のクロック周波数より高い
周波数成分を除去する低域通過フィルタをクロック入力
部に設ける構成としている。また、本発明のデルタシグ
マ変調器は、前記低域通過フィルタの代わりに標本化ク
ロック信号のクロック周波数より高い周波数成分とクロ
ック周波数より低い周波数成分を除去する帯域通過フィ
ルタと、帯域通過フィルタの出力信号の直流成分を量子
化器のクロック入力のスレッシュホールドレベルに制御
するバイアス回路とを設ける構成としている。
作用 本発明は上記した構成により、標本化クロック信号の
高周波成分を低域通過フィルタによって除去し、プリン
ト基板上の配線パターン間、ICのリード線間・ボンディ
ングワイヤ間の相互インダクタンスによる誘導電流の発
生を小さくし、量子化器入力信号に与える雑音を小さく
し、量子化器の誤識別を低減するものである。
また、標本化クロック信号の高周波成分を帯域通過フ
ィルタによって除去し、プリント基板上の配線パターン
間、ICのリード線間・ボンディングワイヤ間の相互イン
ダクタンスによる誘導電流の発生を小さくし、量子化器
入力信号に与える雑音を小さくし、量子化器の誤識別を
低減するとともに、量子化器に入力する標本化クロック
信号のディーティを50%にし、高速標本化を可能とする
ものである。
実施例 以下、本発明の一実施例におけるデルタシグマ変調器
について、図面を参照して説明する。
第1図は本発明の第1の実施例におけるデルタシグマ
変調器の構成を示すブロック図、第2図は同実施例の具
体例を示す回路図である。なお、第1図,第2図に示す
第1の実施例のデルタシグマ変調器は、部分的には第5
図,第6図に示す従来のデルタシグマ変調器と同じ構成
であるので、同一構成部分には同一符号を付して詳細な
説明を省略する。第1図,第2図において、2は低域通
過フィルタであり、抵抗102およびコンデンサ103で構成
されている。
以上のように構成されたデルタシグマ変調器につい
て、以下その動作について説明する。
第2図において、標本化クロック信号入力端子101よ
り入力されたクロック信号は低域通過フィルタ2でクロ
ック周波数より高い周波数成分が除去される。アナログ
信号入力端子104から入力されたアナログ信号は第1の
積分器4によって積分される。一方、Dフリップフロッ
プ105のNQより出力された信号は第2の積分器8によっ
て積分され、第1の積分器4の出力と加算される。ただ
し、Dフリップフロップ105のNQ端子からはデルタシグ
マ変調の反転信号が出力されているため、第1の積分器
4の出力と第2の積分器8の出力の加算は第1図のブロ
ック図での減算器5の処理を行っていることになる。D
フリップフロップ105ではD入力の電位がスレッシュホ
ールドレベルに比べ高電位か、低電位かを識別し、低域
通過フィルタ2から出力される信号の立ち上がりで標本
化しており、1ビットの量子化を行っている。Dフリッ
プフロップ105のQよりデルタシグマ変調信号を、NQよ
りデルタシグマ変調の反転信号を出力している。
以上のように本実施例によれば、低域通過フィルタ2
を設けることにより、Dフリップフロップ105に入力す
るクロック信号の高周波成分を除去することができ、プ
リント基板上の配線パターン間、ICのリード線間・ボン
ディングワイヤ間の相互インダクタンスによって発生す
る誘導電流を小さくし、DフリップフロップのD入力信
号に与える誘導電流性雑音を低減することができ、量子
化器6としての誤識別を低減できる。これにより、デル
タシグマ変調器の性能が向上する。
次に、本発明の第2の実施例におけるデルタシグマ変
調器について、図面を参照して説明する。
第3図は本発明の第2の実施例におけるデルタシグマ
変調器の構成を示すブロック図、第4図は同実施例の具
体例を示す回路図である。なお、第3図,第4図に示す
第2の実施例のデルタシグマ変調器は、部分的には第5
図,第6図に示す従来のデルタシグマ変調器と同じ構成
であるので、同一構成部分には同一符号を付して詳細な
説明を省略する。第3図,第4図において、9は帯域通
過フィルタ、10はバイアス回路であり、帯域通過フィル
タ9は抵抗111およびコンデンサ110および112で構成さ
れており、バイアス回路10は抵抗113および114で構成さ
れている。
以上のように構成されたデルタシグマ変調器につい
て、以下その動作について説明する。
第4図において、標本化クロック信号入力端子101よ
り入力されたクロック信号は帯域通過フィルタ9でクロ
ック周波数より高い周波数成分およびクロック成分より
低い周波数が除去される。帯域通過フィルタ9の出力信
号はバイアス回路10によってDフリップフロップ105の
クロック入力のスレッシュホールドレベルの直流バイア
スが与えられている。アナログ信号入力端子104から入
力されたアナログ信号は第1の積分器4によって積分さ
れる。一方、Dフリップフロップ105のNQより出力され
た信号は第2の積分器8によって積分され、第1の積分
器4の出力と加算される。ただし、Dフリップフロップ
105のNQ端子からはデルタシグマ変調の反転信号が出力
されているため、第1の積分器4の出力と第2の積分器
8の出力の加算は第3図のブロック図での減算器5の処
理を行っていることになる。Dフリップフロップ105で
はD入力の電位がスレッシュホールドレベルに比べ高電
位か、低電位かを識別し、バイアス回路10から出力され
る信号の立ち上がりで標本化しており、1ビットの量子
化を行っている。Dフリップフロップ105のQよりデル
タシグマ変調信号を、NQよりデルタシグマ変調の反転信
号を出力している。
以上のように本実施例によれば、帯域通過フィルタ9
を設けることにより、Dフリップフロップ105に入力す
るクロック信号の高周波成分を除去することができ、プ
リント基板上の配線パターン間、ICのリード線間・ボン
ディングワイヤ間の相互インダクタンスによって発生す
る誘導電流を小さくし、DフリップフロップのD入力信
号に与える誘導電流性雑音を低減することができ、量子
化器6としての誤識別を減らすことができる。また、バ
イアス回路10を設けることによりDフリップフロップ10
5内部に取り込まれるクロック信号のディーティを50%
にすることができ、高速動作に対して安定させることが
できる。これにより、デルタシグマ変調器の性能が向上
する。
発明の効果 以上のように、本発明のデルタシグマ変調器は、低域
または帯域通過フィルタを設けることにより、クロック
信号の高周波成分を除去し、プリント基板上の配線パタ
ーン間、ICのリード線間・ボンディングワイヤ間の相互
インダクタンスによる誘導電流の発生を小さくし、量子
化器の入力信号に与える雑音を低減し、量子化器での誤
識別を低減することができ、高性能なデルタシグマ変調
器とすることができる。また、従来は誘導電流性雑音の
ために誤識別する毎に複数回誤ったデルタシグマ変調信
号を出力していたが、本発明では誤識別の回数が激減
し、その効果は非常に大きい。
さらに、帯域通過フィルタを用いる場合はバイアス回
路を設けることにより、量子化器内部に取り込まれるク
ロック信号のデューティを50%にすることができ、高速
動作に対する安定度が増し、高速標本化を可能とするこ
とができ、その実用的効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例におけるデルタシグマ変
調器の構成を示すブロック図、第2図は同実施例の具体
例を示す回路図、第3図は本発明の第2の実施例におけ
るデルタシグマ変調器の構成を示すブロック図、第4図
は同実施例の具体例を示す回路図、第5図は従来のデル
タシグマ変調器の構成を示すブロック図、第6図は同従
来の具体例を示す回路図である。 1,101……標本化クロック信号入力端子、2……低域通
過フィルタ、3,104……アナログ信号入力端子、4……
第1の積分器、5……減算器、6……量子化器、7,106
……デルタシグマ変調信号入力端子、8……第2の積分
器、9……帯域通過フィルタ、10……バイアス回路。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アナログ信号を積分する第1の積分器と、
    標本化クロック信号を入力とし、前記標本化クロック信
    号のクロック周波数より高い周波数成分を除去する低域
    通過フィルタと、デルタシグマ変調信号を出力する量子
    化器としてのDフリップフロップと、前記Dフリップフ
    ロップ出力のデルタシグマ変調信号を積分する第2の積
    分器と、前記第1の積分器出力と第2の積分器出力との
    差をとり前記DフリップフロップのD端子に出力する減
    算器とからなり、前記低域通過フィルタ出力を前記Dフ
    リップフロップのクロック端子に入力するデルタシグマ
    変調器。
  2. 【請求項2】低域通過フィルタの代わりに、標本化クロ
    ック信号のクロック周波数より高い周波数成分とクロッ
    ク周波数より低い周波数成分を除去する帯域通過フィル
    タと、前記帯域通過フィルタ出力の直流成分を制御する
    バイアス回路とを設け、前記バイアス回路の出力をDフ
    リップフロップのクロック端子に入力する請求項1記載
    のデルタシグマ変調器。
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