JP3036759B2 - A/dコンバーター - Google Patents

A/dコンバーター

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JP3036759B2
JP3036759B2 JP1249182A JP24918289A JP3036759B2 JP 3036759 B2 JP3036759 B2 JP 3036759B2 JP 1249182 A JP1249182 A JP 1249182A JP 24918289 A JP24918289 A JP 24918289A JP 3036759 B2 JP3036759 B2 JP 3036759B2
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浩一 浜下
誠 鴻巣
ウェザーバイ サンシェズ クリフトン
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株式会社エー・ケー・エム
クリスタル セミコンダクター コーポレーション
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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、いわゆるディジタル・オーディオや、計測
等の分野において常用されているアナログ電気信号を、
一定時間毎にサンプリングして、PCM(パルス・コード
・モジレーション)等のディジタル符号に変換し、出力
する、いわゆるA/Dコンバーターに関するものである。
〔従来技術〕
A/Dコンバーターによって変換出力されたディジタル
符号を、サンプリングされた順に経時的に並べたもの
は、変換前のアナログ信号に対比して、ディジタル信
号、もしくは、離散値信号と呼ばれる。
従来のA/Dコンバーターでは、個々に定められた変換
基準としての正と負のフル・スケール(最大値と最小
値)が存在し、入力されるアナログ信号をサンプリング
した時の値(電位レベル)がこの正と負のフル・スケー
ル以内であれば、それに対応したディジタル符号に変換
出力するが、該サンプリング値が正と負のフル・スケー
ルの範囲外であれば、正または負の各フル・スケール値
を出力するものであった。例えば、16ビット精度のリニ
アA/Dコンバーターにおいては、もし基準となる正・負
のフル・スケール値が、+3.0Vと−3.0Vである場合に
は、入力されるアナログ信号の振幅最大値が±3.0V以内
の場合には、出力ディジタル符号は確実に正と負のフル
・スケール以内の216種類のいずれかのデータとなり、
得られる結果は、正確なディジタル信号となる(第1−
a図参照)。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上述の従来のA/Dコンバーターにおい
ては、もし入力されるアナログ信号の振幅最大値が±3.
0Vを超えている場合には+3.0V以上もしくは、−3.0V以
下の電位を変換せねばならず、これに対応するPCM符号
が存在しないが故に、+3.0V以上の場合には、正のフル
・スケール値(例えば、+32767,すなわち1/2・216
1)に、−3.0V以下の場合には、負のフル・スケール値
(例えば、−32768)のまま(丸めて)出力されること
となり、不正確なディジタル信号、いわゆるオーバー・
スケール歪を持つ信号になってしまい、これをD/A変換
した後の波形は、第1−C図に示す如く、第1−b図の
原アナログ信号から大きくかけ離れたものとなる。
ディジタル・オーディオや、測定器の分野において、
このようなA/Dコンバーターを使用する場合には、その
有限の分解能(例えば16ビットなら約98dBが限界)を、
最大限に利用する為に、入力アナログ信号の振幅レベル
を、できる限り大きく、かつオーバー・スケール歪が発
生しないように調整することが必要である。しかるに、
従来のA/Dコンバーターでは、前述の如く、フル・スケ
ール・オーバー時に対応する情報を使用者に与えること
ができない為、使用者は、実際よりかなり低いレベルに
入力信号を押さえて、わずかの分解能しか利用しない
か、もしくは、出力されたディジタル信号から、正また
は負のフル・スケールを多くのゲート手段を用いて検知
して、調整していくしか方法がなかった。前者の場合に
は、本来のA/Dコンバーターの分解能の能力を10dB程度
低下させていることが多く、後者の手法では、多くのゲ
ート手段が必要なことだけでなく、たとえフル・スケー
ル値を検知しても、入力が真のフル・スケール値なの
か、オーバースケール値なのかを区別すること、又、そ
のオーバースケールの程度がどの程度なのか(何dBオー
バーしたのか)等の情報を得ることは不可能であり、使
用者がアナログ入力レベルを最適に調整するのに多大な
時間と労力を浪費する結果となっていた。
本発明の目的は以上のような問題を解消したA/Dコン
バーターを提供することにある。
[課題を解決するための手段] 本発明は、フル・スケール以上の予め定められた範囲
内のアナログ入力電圧を、対応する第1のディジタル信
号に変換するA/D変換部と、前記第1のディジタル信号
に基づいて、前記アナログ入力電圧が所定範囲内にある
ことを示す符号を生成する符号生成部と、前記第1のデ
ィジタル信号が前記フル・スケール未満の値であれば、
当該値を表す第2のディジタル信号を出力し、前記第1
のディジタル信号が前記フル・スケール以上であれば、
当該フル・スケール値を表す第2のディジタル信号を出
力するフル・スケール切替部と、前記符号生成部からの
符号と、前記フル・スケール切替部からの第2のディジ
タル信号とを出力する出力手段とを備えたことを特徴と
する。
[作用] 本発明によれば上記構成によって、アナログ入力電圧
が例えばフル・スケール・レベル以上であっても、この
アナログ入力電圧がどの範囲にあるかが簡単にわかるよ
うになる。
〔実施例〕
第2図において、14はA/D変換部であり、アナログ信
号をPCMディジタル符号に変換する。7は、いわゆるデ
ルタ・シグマ型のA/D変換器であり、入力されたアナロ
グ信号を、高速でサンプリング、即ちオーバーサンプリ
ングして、1ビットのデルタ・シグマ変調されたディジ
タル信号を出力する。この1ビットのディジタル信号
は、8のディジタル演算部においてディジタル・フィル
タリング処理により、低速(即ち、目的のサンブリング
スピード)の16ビットPCM信号に変換される。この際、
入力されたアナログ信号を、16ビットPCMデータの正・
負フル・スケールまで正確に変換する為に、デルタ・シ
グマA/D変換器7とディジタル演算部8はいずれも、正
・負のフル・スケール以上の入力電圧にも対応できるよ
うに十分なマージンを持って作られている。例えば、出
力されるディジタル信号の正・負のフル・スケールを、
±3Vと設定した時、デルタシグマA/D変換器7は±5.5V
までの変換が可能で、ディジタル演算部8における演算
能力を20ビットとして、本来の出力の16ビットより4ビ
ット余分にもたせているため出力は20ビット(A0〜A1
9)である。従って、第1−b図のようなスケール・オ
ーバーした入力アナログ信号に対しても、A/D変換部14
で変換、演算された結果は、16ビットのフル・スケール
以上のデータも含めて正確に変換されている。
9は追加符号生成部であり、A/D変換部14の出力デー
タの20ビットのうち上位12ビット(A8〜A19)と、後述
するフルスケール検出部10の出力T2とから、あらかじめ
定められた範囲内にあることを示す追加符号を例えばAN
Dゲート、ORゲートの構成により生成する(T1,T0)。10
はフル・スケール検出部であり、A/D変換部14の出力デ
ータが例えば16ビットの基準から見てオーバー・スケー
ルしているか否かを、上位5ビット(A19,A18〜A15(MS
B+4ビット))から例えばORゲート等を用いて検出す
る。
フル・スケール検出部10の出力は、オーバー・スケー
ルを示す追加符号(T2)となると同時にフル・スケール
切換部10aに入力され、切換信号として働く。フル・ス
ケール切換部10aは、フルスケール検出部10からの切換
信号により、A/D変換部14の出力データが16ビット範囲
以内(フル・スケール以内)ならば上位4ビット(A15
〜A18)を捨てて、下位15ビット(A0〜A14)とMSB(A1
9)をそのまま出力し(B0〜B15)、オーバー・スケール
の場合は、正負に応じた16ビットのフル・スケール値に
切換えて、出力する。
11は出力レジスタであり、従来のA/Dコンバーターで
は16ビットのみであったが、ここでは、追加符号ビット
としての3ビットを余分にもった19ビット構成をとって
いる。ディジタル演算部8の演算結果は、上記追加符号
生成部9,フル・スケール検出部10,フル・スケール切換
部10aにて必要な処理を経た後、この出力レジスタ11
に、16ビット出力データと追加符号3ビットとしてラッ
チされ、ここからシリアルアウト・クロック(12)によ
り直列出力されるか、またはパラレルアウトクロック
(13)により、並列出力される。追加符号が3ビットの
場合の直列出力の例として、そのフレーム構成を第3−
a図〜第3−c図に示す。ここで、B15〜Bφが、A/D変
換された16ビットのディジタル出力データを、T2〜Tφ
の3ビットが、追加符号を各々表す。出力データの順番
をB15が最初に出力されるとしたとき、第3−a図は、
データビットの後部に追加符号T2〜Tφを後続して出力
する場合を示し、第3−b図は、データビットの頭部に
追加符号T2〜Tφを出力する場合、第3−c図は、T2〜
TφをB15とB14の間に置いて出力する場合を各々示す。
追加符号の3ビットが示す特定範囲の一例として、下
記の如く設定する。
追加符号の値(T2),(T1),(T0)/追加符号の示
す範囲(フル・スケール値を100%または0dBとする): 1,1,1/137.5%より大、 1,1,0/125%より大,137.5%以下、 1,0,1/112.5%より大,125%以下、 1,0,0/100%より大,112.5%以下、 0,1,1/0dB以下,−1dBより大、 0,1,0/−1dB以下,−3dBより大、 0,0,1/−3dB以下,−6dBより大、 0,0,0/−6dB以下。
本A/Dコンバーターの使用者は、このT2〜Tφの3ビ
ット情報から容易にアナログ入力レベルの最適設定が可
能である。即ち、T2=1なら、入力レベルがオーバース
ケールであることを示し、さらに、T1とTφより、フル
・スケール基準値の112.5%,125%,137.5%までと、そ
れ以上のどの範囲のレベルであるかがわかり、それに応
じて、入力レベルを下げて行けば良い。逆に、T2=φな
ら、オーバースケール歪が発生していないことがわか
り、T1,Tφにより、フル・スケールから−6dB以下,−6
dBから−3dB,−3dBから−1dB,−1dBからフル・スケール
等のレベル情報が得られ、これらを基に入力レベルを大
きくしていき、A/Dコンバーターの分解能をより有効に
活用することが可能である。
尚、上記実施例では、デルタ・シグマ方式のA/D変換
器とディジタル演算部を持つA/Dコンバーターにおける
適用例について具体的に述べたが、他のA/D変換方式、
例えば、逐次比較方式やフラッシュ型、積分型等の従来
からの各種A/Dコンバーターにおいて、これらを改良し
て追加符号を出力することも可能である。
また、上記実施例では、追加符号が示す特定範囲を、
フルスケールを基準とした、±数dBの範囲としたが、使
用者の目的に応じて、その基準位置を以下のようにする
ことができる。
(1)特定範囲をフル・スケールから内側へ10dBの範
囲。
(2)特定範囲をフルスケールから外側へ10%,20%,30
%またはそれ以上の範囲。
(3)特定範囲をフルスケールの範囲内で所定の間隔に
区切られた少なくとも1つの範囲、例えば10分割したそ
の1つの範囲。
また、上記実施例における、デルタシグマ型A/Dコン
バーターの場合には追加符号生成部9,フル・スケール検
出部10,フル・スケール切換部10aは、ディジタル演算部
8における乗算器や累算器の機能の一部を本来のディジ
タル・フィルタリング処理の間に時分割利用するかたち
で、同ディジタル演算部8に含まれる場合もありうる。
[発明の効果] 本発明によれば、A/Dコンバーターにおける本来の変
換によるディジタル信号以外に、たとえ、アナログ入力
電圧がフル・スケール・レベル以上であっても、その入
力電圧がどの範囲にあるかを知らせる符号を出力するこ
とができる。したがって、たとえば、この出力された符
号を用いてアナログ入力レベルの調整を簡易にすること
ができる。また、ディジタルオーディオ等の分野におい
ては、出力された符号をそのままレベル・インジケータ
ー用のデータとして利用することも可能で、その際に
は、たとえば、従来のA/Dコンバーターでの16ビットデ
ータから読み取り得なかった、フル・スケール・オーバ
ー時の正確な情報を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1a図〜第1d図は、A/Dコンバーターにおけるアナログ
入力信号とディジタル出力信号、さらには、該ディジタ
ル出力信号をD/Aコンバーターにて再度アナログ信号に
戻したときの信号の各波形を示すものであって、 第1a図は、±3.0Vという基準電位範囲内のアナログ入力
信号と、ディジタル出力信号とを示す図、 第1b図は、±3.0Vを越えるアナログ入力信号と、ディジ
タル出力信号とを示す図、 第1c図は、第1a図のディジタル出力をD/A変換後の、オ
ーバースケール歪の発生しないアナログ波形を示す図、 第1d図は、第1b図のディジタル出力をD/A変換後の、オ
ーバースケール歪が発生しているアナログ波形を示す
図、 第2図は、本発明をデルタ・シグマ型A/D変換器とディ
ジタル・フィルター機能を有するディジタル演算部とを
持ったA/Dコンバーターにおいて適用した一実施例を示
すブロック図、 第3a図〜第3c図は、本発明における追加符号を、A/D変
換された16ビットディジタル・データと共にシリアル出
力する際のフレーム構成の例を示す図である。 図面において、 1……フルスケール以内のアナログ入力形、 2……(1)をA/D変換後のディジタル信号、 3……オーバースケールされたアナログ入力波形、 4……(3)をA/D変換後のディジタル信号、 5……(2)をD/A変換後の再生アナログ波形、 6……(4)をD/A変換後の再生アナログ波形、 7……デルタ・シグマ型A/D変換部、 8……ディジタル演算部、 9……追加符号生成部、 10……フル・スケール検出部、 10a……フル・スケール切換部、 11……出力レジスタ、 12……シリアル出力クロック、 13……パラレル出力クロック、 14……A/D変換部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鴻巣 誠 神奈川県厚木市棚沢221番地 旭化成マ イクロシステム株式会社内 (72)発明者 クリフトン ウェザーバイ サンシェズ アメリカ合衆国 78748―1939 テキサ ス州 オースチン シュート アウト コート 3005 (56)参考文献 特開 昭59−188728(JP,A) 特開 昭62−265820(JP,A) 特開 昭64−84922(JP,A) 特開 昭63−93224(JP,A) 特開 昭58−87914(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03M 1/12

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フル・スケール以上の予め定められた範囲
    内のアナログ入力電圧を、対応する第1のディジタル信
    号に変換するA/D変換部と、 前記第1のディジタル信号に基づいて、前記アナログ入
    力電圧が所定範囲内にあることを示す符号を生成する符
    号生成部と、 前記第1のディジタル信号が前記フル・スケール未満の
    値であれば、当該値を表す第2のディジタル信号を出力
    し、前記第1のディジタル信号が前記フル・スケール以
    上の値であれば、前記フル・スケール値を表す第2のデ
    ィジタル信号を出力するフル・スケール切替部と、 前記符号生成部からの符号と、前記フル・スケール切替
    部からの第2のディジタル信号とを出力する出力手段と
    を備えたことを特徴とするA/Dコンバーター。
JP1249182A 1989-09-27 1989-09-27 A/dコンバーター Expired - Lifetime JP3036759B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101840861B1 (ko) * 2016-04-07 2018-03-21 서상기 식물 지지용 클립

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101840861B1 (ko) * 2016-04-07 2018-03-21 서상기 식물 지지용 클립

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