JP2744006B2 - Nonlinear A / D conversion circuit and non-linear A / D conversion method - Google Patents
Nonlinear A / D conversion circuit and non-linear A / D conversion methodInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は対数圧縮を行いノイズリダクションを図っ
てアナログ信号をデジタル信号に変換する非線形A/D変
換回路及び非線形A/D変換方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial application field) The present invention relates to a non-linear A / D conversion circuit and a non-linear A / D for converting an analog signal into a digital signal by performing logarithmic compression and noise reduction. Regarding the conversion method.
(従来の技術) 一般に、アナログ信号をデジタル信号に変換してデジ
タル処理を行い、再びアナログ信号に変換するシステム
では、アナログ信号のダイナミックレンジを失わないよ
うにするため、圧伸則が利用される。これにより、例え
ば伝送システムの場合、系固有のダイナミックレンジを
越える振幅情報を伝送することもできる。例えば1:2の
対数圧縮によれば、ダイナミックレンジ50[dB]の伝送
系を用いて、100[dB](=2×50)のダイナミックレ
ンジによる伝送を可能とするものである。(Prior Art) Generally, in a system that converts an analog signal into a digital signal, performs digital processing, and converts the analog signal back into an analog signal, a companding rule is used in order not to lose the dynamic range of the analog signal. . Thereby, for example, in the case of a transmission system, amplitude information exceeding the dynamic range inherent to the system can be transmitted. For example, according to the logarithmic compression of 1: 2, transmission with a dynamic range of 100 [dB] (= 2 × 50) is possible using a transmission system with a dynamic range of 50 [dB].
また、音響機等の音声信号をデジタル処理するシステ
ムでは、上記圧伸によりA/D変換後のデジタル信号にノ
イズ成分が混入しないようにすることができる。Further, in a system for digitally processing an audio signal of an audio device or the like, noise components can be prevented from being mixed into the digital signal after A / D conversion by the companding.
アナログ信号をノイズリダクションしてデジタル信号
に変換する方式としては、次の2方式が考えられる。即
ち、第3図に示すように、A/Dコンバータ32の前段にノ
イズリダクション回路31を設ける方式と、第4図に示す
ように、A/Dコンバータ41の後断にノイズリダクション
回路42を設ける方式とである。前者の場合におけるノイ
ズリダクション回路31はアナログ回路にて構成され、後
者の場合におけるノイズリダクション回路42はデジタル
回路にて構成される。As a method of converting an analog signal into a digital signal by noise reduction, the following two methods can be considered. That is, as shown in FIG. 3, a method in which a noise reduction circuit 31 is provided before the A / D converter 32, and as shown in FIG. 4, a noise reduction circuit 42 is provided after the A / D converter 41. Method. The noise reduction circuit 31 in the former case is configured by an analog circuit, and the noise reduction circuit 42 in the latter case is configured by a digital circuit.
しかして、第3図の方式におけるアナログノイズリダ
クション回路は、例えば第5図に示すように構成する。
第5図において、51はメインオペアンプと称される演算
アンプ、52は入力信号のレベルに応じて利得が制御され
る利得制御アンプ(GCA)であり、利得制御アンプ52
は、帰還回路部53を構成し、その出力を演算アンプ51の
反転入力端に供給することによって、演算アンプ51の非
反転入力端に入るアナログ入力信号が対数圧縮された出
力を得るようにしている。帰還回路部53は、エンファシ
ス回路54,ウエイティング回路55,レベルセンサ56及び前
記利得制御アンプ52にて構成する。エンファシス回路54
はローパス特性を有するフィルター回路であり、出力を
利得制御アンプ52を介して演算アンプ51の反転入力端に
導出している。ウエイティング回路55は、上記エンファ
シス回路54と略逆の特性を有し、演算アンプ51における
出力の高域の占める割合いに応じて利得制御アンプ52の
利得を可変するレベル信号を発生する。レベルセンサ56
は、ウエイティング回路55からのレベル信号を対数変換
し、コンデンサ57を通して出力している。これより、利
得制御アンプ52は、エンファシス回路63からの信号を対
数伸長して演算アンプ51に帰還することになる。The analog noise reduction circuit in the system shown in FIG. 3 is configured as shown in FIG. 5, for example.
In FIG. 5, reference numeral 51 denotes an operational amplifier called a main operational amplifier; 52, a gain control amplifier (GCA) whose gain is controlled in accordance with the level of an input signal;
Constitutes a feedback circuit 53 and supplies its output to the inverting input terminal of the operational amplifier 51 so that an analog input signal entering the non-inverting input terminal of the operational amplifier 51 obtains an output in which the analog input signal is logarithmically compressed. I have. The feedback circuit 53 includes an emphasis circuit 54, a weighting circuit 55, a level sensor 56, and the gain control amplifier 52. Emphasis circuit 54
Is a filter circuit having a low-pass characteristic, and outputs an output to an inverting input terminal of the operational amplifier 51 via a gain control amplifier 52. The weighting circuit 55 has a characteristic substantially opposite to that of the emphasis circuit 54, and generates a level signal that varies the gain of the gain control amplifier 52 in accordance with the proportion of the output of the operational amplifier 51 occupying the high frequency range. Level sensor 56
Converts the level signal from the weighting circuit 55 to logarithmic conversion and outputs the result through the capacitor 57. As a result, the gain control amplifier 52 performs logarithmic expansion of the signal from the emphasis circuit 63 and feeds back the signal to the operational amplifier 51.
上記の回路構成は、入出力間の伝達関数をH(s),
ノイズリダクション信号形成部53の伝達関数をF
(s),演算アンプ51の利得をAとすれば、 にて表わされる。Aが1より十分大きければ、H(s)
はF(s)の逆数の関係で表わされ、 となる。F(s)は、対数伸長特性を有するので、例え
ば10[dB]の大きさの信号を利得制御アンプ52で10[d
B]増大したとすれば、出力レベルは20[dB]増大する
ことになり1:2の対数伸長をしたことになる。式より
H(s)はF(s)の逆数であるので、出力特性として
は対数圧縮特性を呈し、例えば80[dB]のダイナミック
レンジを得るために、伝送系には40[dB]のダイナミッ
クレンジがあれば良いことになる。このような特性のア
ナログ信号をA/Dコンバータ32でデジタル信号に変換す
れば、ノイズリダクションされたデジタル信号が得られ
る。この場合のA/Dコンバータ32としては、アナログ信
号がノイズリダクション処理されているので、精度の高
いものである必要はなく、逐次比較形,フラッシュ形,
積分形等の通常のものを使用することができる。例えば
80[dB](14ビット精度相当)のダイナミックレンジを
得るのに必要なA/D変換精度は、40[dB](7ビット相
当)あれば良いことになる。また、第8図,第9図にて
示すように、Δ−Σ変調器を用いた帰還形のものを用い
ても良い。In the above circuit configuration, the transfer function between input and output is H (s),
The transfer function of the noise reduction signal forming unit 53 is represented by F
(S), assuming that the gain of the operational amplifier 51 is A, Is represented by If A is sufficiently larger than 1, H (s)
Is represented by the reciprocal of F (s), Becomes Since F (s) has a logarithmic expansion characteristic, a signal having a magnitude of, for example, 10 [dB] is supplied to the gain control amplifier 52 for 10 [d].
B] If it did, the output level would have increased by 20 [dB] and would have been a logarithmic extension of 1: 2. From the formula, H (s) is the reciprocal of F (s), so that it exhibits logarithmic compression characteristics as output characteristics. It would be nice if there was a range. If an analog signal having such characteristics is converted into a digital signal by the A / D converter 32, a noise-reduced digital signal can be obtained. In this case, the A / D converter 32 does not need to be highly accurate because the analog signal is subjected to noise reduction processing.
A normal one such as an integral type can be used. For example
The A / D conversion accuracy required to obtain a dynamic range of 80 [dB] (corresponding to 14-bit accuracy) is only required to be 40 [dB] (corresponding to 7 bits). Also, as shown in FIGS. 8 and 9, a feedback type using a Δ-Σ modulator may be used.
しかし、第5図の回路は、アナログ回路特有の欠点,
特に、エンファシス回路54やウエイティング回路55の時
定数がCRで作られているため、特性のばらつきや、経時
変化によって性能が悪化することが考えられる。However, the circuit shown in FIG.
In particular, since the time constants of the emphasis circuit 54 and the weighting circuit 55 are made of CR, it is conceivable that the performance may be deteriorated due to variations in characteristics or changes over time.
一方、第6図は、第4図に基づいて構成されるA/D変
換回路である。第6図において、A/Dコンバータ41は、
アナログ入力信号を直接デジタル信号に変換しており、
変換出力はデジタル回路構成のノイズリダクション回路
65で第5図と同様なノイズリダクション処理がなされ
る。即ち,デジタルノイズリダクション回路65は、割り
算器61,レベルセンサ62,エンファシス回路63,ウエイテ
ィング回路64にて構成する。A/Dコンバータ41の出力は
割り算器61に供給し、ノイズリダクション出力をウエイ
ティング回路64,レベルセンサ62による帰還経路を通し
た信号と割り算処理する。割り算処理された出力は、エ
ンファシス回路63を介してノイズリダクションされた出
力となる。FIG. 6 shows an A / D conversion circuit configured based on FIG. In FIG. 6, the A / D converter 41
Analog input signals are directly converted to digital signals,
The conversion output is a digital circuit noise reduction circuit.
At 65, the same noise reduction processing as in FIG. 5 is performed. That is, the digital noise reduction circuit 65 includes a divider 61, a level sensor 62, an emphasis circuit 63, and a weighting circuit 64. The output of the A / D converter 41 is supplied to a divider 61, and the noise reduction output is divided by a signal passed through a feedback path by a weighting circuit 64 and a level sensor 62. The output that has been subjected to the division processing is an output that has undergone noise reduction via the emphasis circuit 63.
エンファシス回路63,ウエイティング回路64は、第7
図に示すようなIIR(Infinite Impulse Response)形の
デジタルフィルターにて構成することができる。第7図
は、直列接続した加算器71,72と、遅延回路73及び係数
器74,75にて構成し、遅延回路73は、加算器71の出力を
係数器74を介して加算器71に帰還し、かつ係数器75を介
して加算器72に供給している。このようなデジタルフィ
ルターは、係数器74,75の係数を所定値に設定すること
で、エンファシス特性とウエイティング特性を容易に実
現することができ、アナログ回路と比べて、最適に設計
しておきさえすれば、特性の経時劣化がなく、初期特性
のばらつきのない優れた特徴を持たせることができる。
しかし、ノイズリダクションエンコード処理を行う前に
AD変換をしているので、AD変換に要求される精度が厳し
くなる。例えば80[dB]のダイナミックレンジを得るた
めに当然14ビットの精度が要求される。更に、ノイズリ
ダクション回路65(デジタル信号処理部)でも同じだけ
の演算精度が要求され、割り算器が必要なこととあわせ
て、デジタル信号処理部の回路規模が大きくなってしま
う。The emphasis circuit 63 and the weighting circuit 64
It can be configured by an IIR (Infinite Impulse Response) type digital filter as shown in the figure. FIG. 7 is composed of adders 71 and 72 connected in series, a delay circuit 73 and coefficient units 74 and 75. The delay circuit 73 outputs the output of the adder 71 to the adder 71 via the coefficient unit 74. The signal is fed back to the adder 72 via a coefficient unit 75. By setting the coefficients of the coefficient units 74 and 75 to predetermined values, such digital filters can easily realize emphasis characteristics and weighting characteristics, and are optimally designed compared to analog circuits. As long as the characteristics are not deteriorated over time, excellent characteristics can be obtained without variation in initial characteristics.
However, before performing the noise reduction encoding process
Since AD conversion is performed, the accuracy required for AD conversion becomes severe. For example, in order to obtain a dynamic range of 80 [dB], naturally 14-bit accuracy is required. Further, the same calculation accuracy is required for the noise reduction circuit 65 (digital signal processing unit), and the circuit scale of the digital signal processing unit is increased in addition to the necessity of the divider.
なお、第5図及び第6図において、A/D変換器32,41と
しては、逐次比較形,フラッシュ形,積分形,或はΔ−
Σ変調器を用いたA/D変換器を利用することができる。In FIGS. 5 and 6, the A / D converters 32 and 41 are of successive approximation type, flash type, integral type, or Δ−
AA / D converter using a modulator can be used.
第8図及び第9図は、それぞれ上記Δ−Σ変調器を用
いたオーバーサンプリング形と称される帰還形のA/D変
換器である。詳述すれば、まず、第8図は積分器が2個
の二重積分形であり、81はアナログ入力信号と帰還信号
である出力信号との差分を算出する減算器、82は減算器
81からの信号を積分する積分器、83は積分器82からの信
号と出力信号との差分を算出する減算器、84は減算器83
からの信号を積分する積分器、85はサンプリング信号fs
にてコンパレート動作するコンパレータであり、コンパ
レータ85は出力を各減算器81,83に帰還している。コン
パレータ85の出力は間引きフィルター86によってデータ
の間引きを行い折返し雑音を排除する。また、第9図は
積分器を1個で構成したもので、入力信号と出力信号と
の減算を行う減算器91、積分器92、コンパレータ93及び
間引きフィルター94にて構成してある。これらの回路
は、サンプリング信号fsで符号化されたコンパレータ85
(93)の出力と入力信号との差分を積分しているので、
得られるデジタル信号は、入力信号の振幅に応じてパル
ス頻度が変化し、積分器が帰還経路ではなく入出力経路
にあるために、Δ変調方式のように、雑音による量子化
雑音を蓄積することがないという利点がある。FIGS. 8 and 9 show feedback type A / D converters called oversampling types using the above-mentioned Δ-Σ modulator. More specifically, FIG. 8 shows a double integral type having two integrators, 81 is a subtractor for calculating a difference between an analog input signal and an output signal which is a feedback signal, and 82 is a subtractor.
An integrator that integrates the signal from 81, 83 is a subtractor that calculates the difference between the signal from the integrator 82 and the output signal, and 84 is a subtractor 83
Integrator that integrates the signal from, 85 is the sampling signal fs
Is a comparator that performs a comparison operation, and the comparator 85 feeds back the output to the subtracters 81 and 83. The output of the comparator 85 is thinned out by a thinning filter 86 to eliminate aliasing noise. FIG. 9 shows a single integrator composed of a subtractor 91 for subtracting an input signal and an output signal, an integrator 92, a comparator 93 and a thinning filter 94. These circuits use a comparator 85 encoded with the sampling signal fs.
Since the difference between the output of (93) and the input signal is integrated,
The pulse frequency of the obtained digital signal changes according to the amplitude of the input signal, and since the integrator is not in the feedback path but in the input / output path, it must accumulate quantization noise due to noise as in the Δ modulation method. There is an advantage that there is no.
なお、このようなΔ−Σ変調器は、例えば文献“A Us
e of Double Integration in Sigma Delta Modulation"
J.C.Candy,IEEE Trans.COM−33,No.3P.P.249−258 Mar.
1985に示されている。Note that such a Δ-Δ modulator is described in, for example, the document “A Us
e of Double Integration in Sigma Delta Modulation "
JCCandy, IEEE Trans.COM-33, No.3P.P.249-258 Mar.
Shown in 1985.
(発明が解決しようとする課題) 従来の非線形A/D変換回路は、A/D変換の前にノイズリ
ダクション処理を行うか、A/D変換後にノイズリダクシ
ョン処理を行うかの2方式が有るが、前者では、アナロ
グ回路によってノイズリダクション処理を行うので、エ
ンファシス回路54及びウエイティング回路55でアナログ
回路特有の特性ばらつきを生じ、後者では、A/D変換の
ビット数が増大し、デジタル信号処理部の回路規模が大
きくなるという欠点があった。(Problems to be Solved by the Invention) The conventional nonlinear A / D conversion circuit has two methods of performing noise reduction processing before A / D conversion or performing noise reduction processing after A / D conversion. In the former, noise reduction processing is performed by an analog circuit, so characteristic variations unique to the analog circuit occur in the emphasis circuit 54 and the weighting circuit 55. In the latter, the number of A / D conversion bits increases, and the digital signal processing unit However, there is a disadvantage that the circuit scale becomes large.
この発明は上記問題点を除去し、A/D変換のビット数
を小さくでき、かつ特性のばらつきが少なくなるように
した非線形A/D変換回路及び非線形A/D変換方法の提供を
目的とする。An object of the present invention is to provide a non-linear A / D conversion circuit and a non-linear A / D conversion method capable of eliminating the above problems, reducing the number of bits of A / D conversion, and reducing variations in characteristics. .
[発明の構成] (課題を解決するための手段) この発明に係る非線形A/D変換回路は、演算器,積分
器,コンパレータより構成しアナログ信号をΔ−Σ変調
し前記アナログ信号の振幅に比例してパルス頻度が変化
するデジタル信号を得る帰還形のA/D変換手段と、このA
/D変換手段の帰還ループに接続した利得制御アンプと、
前記A/D変換手段からのデジタル信号をデジタル処理し
て出力すると共に、その出力特性を演算した結果より前
記帰還ループで帰還される帰還信号を対数変換するため
のアナログ電圧を生成しこの電圧で前記利得制御アンプ
を対数伸長動作させるデジタル信号処理手段とを具備し
たものであり、 この発明に係る非線形A/D変換方法は、入力されたア
ナログ信号と帰還信号との差分を積分し積分結果を比較
することにより前記アナログ信号の振幅に比例してパル
ス頻度が変化するデジタル信号を得ると共に、得られた
デジタル信号に所定の利得を与えて前記帰還信号として
帰還させる変換手順と、この変換手順によって得られた
前記デジタル信号をディジタル処理して出力すると共
に、出力特性を演算する出力手順と、この出力手順の演
算結果に基づいて前記変換手順の帰還信号を対数変換す
るためのアナログ電圧を生成する手順と、この手順によ
って生成されたアナログ電圧によって前記帰還信号の利
得を対数伸長させる手順とを具備したものである。[Constitution of the Invention] (Means for Solving the Problems) A non-linear A / D conversion circuit according to the present invention comprises an arithmetic unit, an integrator, and a comparator, and Δ- ア ナ ロ グ modulates an analog signal to obtain an amplitude of the analog signal. A / D conversion means of a feedback type for obtaining a digital signal whose pulse frequency changes proportionally,
A gain control amplifier connected to the feedback loop of the / D conversion means,
The digital signal from the A / D converter is digitally processed and output, and an analog voltage for logarithmically converting the feedback signal fed back in the feedback loop is generated from the result of calculating the output characteristic, and this voltage is used to generate the analog voltage. Digital signal processing means for performing a logarithmic expansion operation on the gain control amplifier.The nonlinear A / D conversion method according to the present invention integrates a difference between an input analog signal and a feedback signal, and calculates an integration result. By performing a comparison, a digital signal whose pulse frequency changes in proportion to the amplitude of the analog signal is obtained, a predetermined gain is given to the obtained digital signal, and the digital signal is fed back as the feedback signal. An output procedure for digitally processing the obtained digital signal and outputting the digital signal, and calculating an output characteristic, based on a calculation result of the output procedure. Then, a step of generating an analog voltage for logarithmically converting the feedback signal in the conversion procedure, and a step of logarithmically extending the gain of the feedback signal by the analog voltage generated by this procedure are provided.
(作用) この発明は、Δ−Σ変調器の帰還経路に、利得が対数
伸長特性で利得制御される利得制御アンプを設ける構成
となるので、対数圧縮したアナログ信号をΔ−Σ変調す
ることになり、ノイズリダクション特性のばらつきが少
なく、かつA/D変換ビット数も少なくて済む。(Operation) Since the present invention has a configuration in which a gain control amplifier whose gain is controlled by a logarithmic expansion characteristic is provided in the feedback path of the Δ-Σ modulator, the logarithmically compressed analog signal is Δ-Σ modulated. That is, variation in noise reduction characteristics is small, and the number of A / D conversion bits is small.
(実施例) 以下、この発明を図示の実施例によって説明する。Hereinafter, the present invention will be described with reference to the illustrated embodiments.
第1図はこの発明に係る非線形A/D変換回路の一実施
例を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing one embodiment of a nonlinear A / D conversion circuit according to the present invention.
第1において、端子1はアナログ信号1aの導入端子で
あり、この端子1からの信号1aは減算器2に入力してい
る。減算器2,積分器3,減算器4,積分器5及びコンパレー
タ6は、第8図で説明した二重積分形Δ−Σ変調器を構
成している。本実施例は、この変調器の帰還経路に利得
制御アンプ7を設けたことを特徴としている。First, a terminal 1 is a terminal for introducing an analog signal 1a, and a signal 1a from this terminal 1 is input to a subtractor 2. The subtractor 2, the integrator 3, the subtractor 4, the integrator 5, and the comparator 6 constitute the double integral type Δ-Σ modulator described with reference to FIG. The present embodiment is characterized in that a gain control amplifier 7 is provided in the feedback path of this modulator.
即ち,減算器2は、信号1aと利得制御アンプ7からの
帰還信号7aとの減算信号を次段積分器3に供給し、減算
器4は、積分器3からの信号と利得制御アンプ7からの
帰還信号7aとの減算信号を次段積分器5に供給してい
る。そして、サンプリング信号fsによって比較動作を行
うコンパレータ6は、変調出力6aを前記利得制御アンプ
7に帰還すると共に、データの間引きを行う間引きフィ
ルター8に供給している。間引きフィルター8は、サン
プリング周波数fsを整数分の1に低下した信号で変調出
力6aをサンプリングすることによって、変調出力6aより
データの間引きを行う。間引きフィルター8の出力は、
デジタルフィルターにて構成するエンファシス回路9を
介して端子13にローパス特性で帯域制限したデジタル出
力信号9aを導出している。That is, the subtracter 2 supplies a subtraction signal of the signal 1a and the feedback signal 7a from the gain control amplifier 7 to the next-stage integrator 3, and the subtractor 4 outputs the signal from the integrator 3 and the gain control amplifier 7 Is supplied to the next-stage integrator 5. The comparator 6 that performs a comparison operation based on the sampling signal fs feeds the modulation output 6a back to the gain control amplifier 7 and supplies the data to a thinning filter 8 that thins out data. The thinning-out filter 8 thins out data from the modulation output 6a by sampling the modulation output 6a with a signal whose sampling frequency fs has been reduced to an integral number. The output of the decimation filter 8 is
A digital output signal 9a whose band is limited by a low-pass characteristic is derived from a terminal 13 via an emphasis circuit 9 composed of a digital filter.
上記デジタル出力信号9aは、アナログ入力信号の振幅
に応じてパルス密度が変化するパルス列信号である。し
かして、このデジタル出力信号9aは、デジタルフィルタ
ー構成のウエイティング回路10にも供給してハイパス特
性による帯域制限を受ける。ウエイティング回路10は、
入力するデジタル出力信号9aが高域成分を多く含むとき
に、その高域成分のレベルを示す信号であって、利得制
御アンプ7の利得を抑制するデジタル信号を出力する。
次段レベルセンサ11は、ウエイティング回路10からのデ
ジタル信号の示すレベルを検知し、それを対数変換して
出力する。この対数変換出力もウエイティングレベルに
応じてパルス列の密度が変化するパルス列信号であり、
レベルセンサ11は、出力側に平滑コンデンサ12を設ける
ことで、上記パルス列信号を平滑出力する。平滑コンデ
ンサ12からの電圧は、利得制御信号11aとして利得制御
アンプ7に供給し、利得制御アンプ7が対数伸長動作す
るように利得制御している。The digital output signal 9a is a pulse train signal whose pulse density changes according to the amplitude of the analog input signal. Thus, the digital output signal 9a is also supplied to a weighting circuit 10 having a digital filter configuration, and is subjected to band limitation by high-pass characteristics. The weighting circuit 10
When the input digital output signal 9a contains many high-frequency components, it outputs a digital signal that indicates the level of the high-frequency components and suppresses the gain of the gain control amplifier 7.
The next-stage level sensor 11 detects the level indicated by the digital signal from the weighting circuit 10, logarithmically converts it, and outputs the result. This logarithmic conversion output is also a pulse train signal in which the pulse train density changes according to the weighting level.
The level sensor 11 smoothes out the pulse train signal by providing a smoothing capacitor 12 on the output side. The voltage from the smoothing capacitor 12 is supplied to the gain control amplifier 7 as a gain control signal 11a, and the gain is controlled so that the gain control amplifier 7 performs logarithmic expansion.
上記の構成において、Δ−Σ変調器の入出力特性は、
入力(1a)をx,出力(変調出力6a)をyとして、 y=x+(1+Z-1)2E … の式で関係付けられる。但し、Eは量子化雑音である。
この式は、一般にノイズシェープ特性といわれ、右辺第
2項が十分に小さければ、y=xとなり、入力と出力が
等しくなる。換言すれば、入力と出力が等しくなるよう
に帰還が掛っていることになる。In the above configuration, the input / output characteristics of the Δ-Σ modulator
Assuming that the input (1a) is x and the output (modulation output 6a) is y, they are related by the following equation: y = x + (1 + Z −1 ) 2 E. Here, E is quantization noise.
This equation is generally called a noise shape characteristic. If the second term on the right side is sufficiently small, y = x, and the input and the output are equal. In other words, the feedback is applied so that the input and the output are equal.
このような性質を利用すると、本実施例のように帰還
経路中に利得制御アンプ7を設けることによって、利得
制御アンプ7の特性とは逆の特性,つまり対数圧縮特性
のΔ−Σ変調器が構成される。When such a property is utilized, by providing the gain control amplifier 7 in the feedback path as in the present embodiment, a characteristic opposite to the characteristic of the gain control amplifier 7, that is, a Δ-Σ modulator having a logarithmic compression characteristic can be obtained. Be composed.
こうして、コンパレータ6より得られる変調出力6aが
対数圧縮された信号であれば、間引きフィルター8,エン
ファシス回路9等によって構成するデジタル信号処理回
路は、第4図のような構成のデジタル方式に比し、半分
のビット数の処理を行えばことになる。例えば、80[d
B](14ビット)のダイナミックレンジを得るのに、従
来では14ビットの割り算処理が必要であったが、本実施
例によれば、40[dB](7ビット)の精度で良い。しか
も、割り算回路が不要なので、大幅に回路を削減するこ
とができる。また、ウエティング回路10やエンファシス
回路9は、デジタルフィルターによって構成できるの
で、フィルター特性の経時変化や初期ばらつきが原理的
に除去される。If the modulation output 6a obtained from the comparator 6 is a logarithmically compressed signal, the digital signal processing circuit constituted by the thinning filter 8, the emphasis circuit 9 and the like is different from the digital system having the configuration as shown in FIG. , Half the number of bits. For example, 80 [d
Conventionally, a 14-bit division process was required to obtain a dynamic range of [B] (14 bits), but according to the present embodiment, an accuracy of 40 [dB] (7 bits) is sufficient. In addition, since a division circuit is unnecessary, the number of circuits can be greatly reduced. In addition, since the wetting circuit 10 and the emphasis circuit 9 can be constituted by digital filters, a temporal change and initial variation in filter characteristics are removed in principle.
次に、他の実施例を説明する。 Next, another embodiment will be described.
第2図はこの発明の他の実施例を示す構成図である。
本実施例は、二重積分方式の代わりに、一重積分方式を
採用したものである。第2図において、第1図と同じ回
路要素に同一の符号を付して説明すると、減算器12,積
分器13及びコンパレータ14にて一重積分Δ−Σ変調器を
構成してある。そして、コンパレータ14の出力端と減算
器12との帰還経路に利得制御アンプ7を接続してある。
この利得制御アンプ7は、第1図と同様の構成のデジタ
ル信号処理回路即ち,ウエイティング回路10からのレベ
ル信号に基づく利得制御信号11aで利得制御を受けてい
る。この利得制御信号11aもレベルセンサ11によって対
数変換を受けた信号である。FIG. 2 is a block diagram showing another embodiment of the present invention.
In the present embodiment, a single integration method is adopted instead of the double integration method. In FIG. 2, the same circuit elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and described. A subtracter 12, an integrator 13, and a comparator 14 constitute a single integral Δ-Σ modulator. The gain control amplifier 7 is connected to the feedback path between the output terminal of the comparator 14 and the subtractor 12.
The gain control amplifier 7 is controlled by a gain control signal 11a based on a level signal from a digital signal processing circuit having the same configuration as that of FIG. This gain control signal 11a is also a signal that has undergone logarithmic conversion by the level sensor 11.
上記一重積分形Δ−Σ変調器の、入出力関係式は、 y=x+(1−Z-1)E … となる。右辺第2項が2次ではなく1次となる点が式
と異なるが、第1図の実施例と同様に、入出力特性は対
数圧縮特性を呈し、デジタル信号処理回路の演算ビット
数を削減することができる。但し、式の右辺第2項が
1次であることから、第1図の実施例と同程度のS/Nを
得るためには、より高い動作周波数でサンプリングする
必要がある。例えば、帯域が15[KHz]で、S/Nが80[d
B]の信号を得るためには、二重積分形では2[MHz]の
サンプリング周波数で済むが、一重積分形では12[MH
z]が必要となる。しかし、この実施例によれば、A/D変
換の精度が、7ビットの精度で良いことから、S/Nは40
[dB]あれば良い。一重積分形で40[dB]のS/Nを得に
は、1[MHz]のサンプリング周波数があれば良く、第
2図の回路を使用すれば、二重積分形を用いた場合より
さらに回路規模を縮小することができる。The input / output relational expression of the single integral type Δ-Σ modulator is as follows: y = x + (1−Z −1 ) E. Although the second term on the right-hand side is different from the equation in that the second term is primary rather than quadratic, the input / output characteristics exhibit logarithmic compression characteristics and reduce the number of operation bits of the digital signal processing circuit, as in the embodiment of FIG. can do. However, since the second term on the right side of the equation is linear, it is necessary to perform sampling at a higher operating frequency to obtain the same S / N as in the embodiment of FIG. For example, if the band is 15 [KHz] and the S / N is 80 [d
In order to obtain the signal of [B], the sampling frequency of 2 [MHz] is sufficient in the double integral type, but 12 [MH] in the single integral type.
z] is required. However, according to this embodiment, since the accuracy of A / D conversion can be 7-bit accuracy, S / N is 40
[DB] is fine. In order to obtain an S / N of 40 [dB] in the single integration type, a sampling frequency of 1 [MHz] is sufficient, and the circuit of FIG. The scale can be reduced.
[発明の効果] 以上説明したようにこの発明によれば、信号処理の回
路規模を大きくすることなくノイズリダクション特性の
良好なA/D変換を行うことができる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, A / D conversion with good noise reduction characteristics can be performed without increasing the circuit scale of signal processing.
第1図はこの発明に係る非線形A/D変換回路の一実施例
を説明する構成図、第2図はこの発明の他の実施例を示
す構成図、第3図及び第4図は従来のA/D変換の方式を
説明する説明図、第5図は従来のA/D変換回路を示す構
成図、第6図及び第7図は別の従来構成を説明する構成
図、第8図及び第9図はΔ−Σ変調器を説明する構成図
である。 2,4……減算器、3,5……積分器、6……コンパレータ、
7……利得制御アンプ、8……間引きフィルター、9…
…エンファシス回路、10……ウエイティング回路、11…
…レベルセンサ。FIG. 1 is a block diagram illustrating an embodiment of a nonlinear A / D conversion circuit according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram illustrating another embodiment of the present invention, and FIG. 3 and FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating an A / D conversion method, FIG. 5 is a configuration diagram illustrating a conventional A / D conversion circuit, FIG. 6 and FIG. 7 are configuration diagrams illustrating another conventional configuration, FIG. FIG. 9 is a configuration diagram illustrating a Δ-Σ modulator. 2,4 ... Subtractor, 3,5 ... Integrator, 6 ... Comparator,
7: gain control amplifier, 8: thinning filter, 9:
... Emphasis circuit, 10 ... Weighting circuit, 11 ...
... level sensor.
Claims (2)
アナログ信号をΔ−Σ変調し前記アナログ信号の振幅に
比例してパルス頻度が変化するデジタル信号を得る帰還
形のA/D変換手段と、 このA/D変換手段の帰還ループに接続した利得制御アン
プと、 前記A/D変換手段からのデジタル信号をデジタル処理し
て出力すると共に、その出力特性を演算した結果より前
記帰還ループで帰還される帰還信号を対数変換するため
のアナログ電圧を生成しこの電圧で前記利得制御アンプ
を対数伸長動作させるデジタル信号処理手段とを具備し
たことを特徴とする非線形A/D変換回路。A feedback A / D converter comprising an arithmetic unit, an integrator, and a comparator for Δ-Σ modulating an analog signal to obtain a digital signal whose pulse frequency changes in proportion to the amplitude of the analog signal. A gain control amplifier connected to a feedback loop of the A / D converter, digitally processing and outputting a digital signal from the A / D converter, and performing feedback in the feedback loop based on a result of calculating the output characteristic. A digital signal processing means for generating an analog voltage for logarithmically converting the feedback signal to be applied and performing logarithmic expansion of the gain control amplifier with the voltage.
分を積分し積分結果を比較することにより前記アナログ
信号の振幅に比例してパルス頻度が変化するデジタル信
号を得ると共に、得られたデジタル信号に所定の利得を
与えて前記帰還信号として帰還させる変換手順と、 この変換手順によって得られた前記デジタル信号をデジ
タル処理して出力すると共に、出力特性を演算する出力
手順と、 この出力手順の演算結果に基づいて前記変換手順の帰還
信号を対数変換するためのアナログ電圧を生成する手順
と、 この手順によって生成されたアナログ電圧によって前記
帰還信号の利得を対数伸長させる手順とを具備したこと
を特徴とする非線形A/D変換方法。2. A digital signal whose pulse frequency changes in proportion to the amplitude of the analog signal by integrating the difference between the input analog signal and the feedback signal and comparing the integration results. A conversion procedure for giving a predetermined gain to the signal and feeding it back as the feedback signal; an output procedure for digitally processing and outputting the digital signal obtained by the conversion procedure and calculating an output characteristic; A step of generating an analog voltage for logarithmically converting the feedback signal of the conversion procedure based on the calculation result; anda step of logarithmically extending the gain of the feedback signal by the analog voltage generated by the procedure. Characteristic nonlinear A / D conversion method.
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