JP3344546B2 - デルタシグマ変調回路 - Google Patents

デルタシグマ変調回路

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JP3344546B2 JP00959397A JP959397A JP3344546B2 JP 3344546 B2 JP3344546 B2 JP 3344546B2 JP 00959397 A JP00959397 A JP 00959397A JP 959397 A JP959397 A JP 959397A JP 3344546 B2 JP3344546 B2 JP 3344546B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、オーディオや通信
等の分野において、デジタル信号処理を行うために必要
となるデルタシグマ変調回路に関し、特にアナログ素子
構成の該デルタシグマ変調回路の動作を安定させるため
の手法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、デジタル信号処理を行うにあたっ
て、標本化周波数をあまり高くすることなく、変換精度
を向上することができるデルタシグマ変調によって入力
信号のデジタル信号への変換が行われるようになってき
ている。
【0003】図5は、典型的な従来技術のデルタシグマ
変調回路1の電気的構成を示すブロック図である。この
デルタシグマ変調回路1は、縦続接続された7次の積分
器m1,m2,…,m7と、帰還抵抗r0と、加算器3
と、量子化器4と、デジタル/アナログ変換器5とを備
え、アナログ素子によって構成されている。
【0004】第1次の積分器m1は、入力抵抗r1と、
差動増幅器a1と、時定数素子であるコンデンサc1と
を備えて構成されている。入力端子6からのアナログ音
響信号は、入力抵抗r1を介して、差動増幅器a1の反
転入力端子に入力される。この差動増幅器a1の非反転
入力端子は接地されている。この差動増幅器a1からの
出力は、前記加算器3および次段の積分器m2へ出力さ
れるとともに、コンデンサc1を介して反転入力端子に
入力されて負帰還される。
【0005】残余の積分器m2〜m7も、前記積分器m
1と同様に構成されており、対応する部分の参照符号
は、同一の英字に各積分器m2〜m7の次数に対応した
添数字を付して示している。したがって、たとえば第2
次の積分器m2では、積分器m1からの出力が入力抵抗
r2を介して入力され、出力は加算器3に入力されると
ともに、次段の積分器m3に入力される。
【0006】各積分器m1〜m7からの出力は、前述の
ように加算器3に入力されて相互に加算された後、量子
化器4に入力される。量子化器4では、加算器3からの
出力が0以上であるときには出力端子7に「1」の出力
を導出し、0未満であるときには「0」の出力を導出
し、こうして各積分器m1〜m7からの出力加算値が1
ビット量子化される。また、この量子化器4による量子
化結果の出力は、デジタル/アナログ変換器5において
アナログ値に変換された後、帰還抵抗r0を介して入力
側に負帰還されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述のようなデルタシ
グマ変調回路1において、一般に、前記積分器の段数、
すなわち帰還次数を大きくすることによって、量子化ノ
イズを高域の周波数側に移動するノイズシェーピング効
果が得られ、S/Nの改善が可能であることが知られて
いる。
【0008】しかしながら、前記積分器を高次に構成す
る程、回路が発振し易いという問題がある。特に、アナ
ログ回路構成の該デルタシグマ変調回路1では、入力ア
ナログ音響信号にオフセット成分が含まれていると、後
段側の積分器ではオフセット成分の影響が重畳されて発
振してしまう、またはノイズが増加するという問題があ
る。
【0009】この点、たとえば特開平7−143006
号公報では、入力アナログ音響信号に、大きなオフセッ
ト電圧を外部から加え、前記オフセット成分の周波数を
デジタルフィルタのバンドパス外に移動させ、前記デジ
タルフィルタによって除去している。しかしながらこの
ような構成では、構成が煩雑になるという問題がある。
【0010】本発明の目的は、アナログ素子構成の高次
のデルタシグマ変調回路において、オフセット成分の影
響を簡易に除去することができるデルタシグマ変調回路
を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係るデ
ルタシグマ変調回路は、複数段の積分器が縦続接続さ
れ、アナログ素子で構成される高次のデルタシグマ変調
回路において、少なくともいずれか1箇所の積分器間
に、オフセット成分を除去するオフセット除去手段を介
在することを特徴とする。
【0012】上記の構成によれば、AC結合コンデンサ
やハイパスフィルタなどから成るオフセット除去手段に
よって、該オフセット除去手段よりも後段側では、中心
値が補正された、すなわち+側と−側とに均衡が取れた
積分波形が得られるので、積分器の動作を安定に保ち、
オフセット成分の影響を除去することができる。また、
前記オフセット除去手段は前記AC結合コンデンサやハ
イパスフィルタなどの簡易な構成で実現でき、作成した
1ビット信号に対して、前記デジタルフィルタ等の処理
を行う必要もない。
【0013】また、請求項2の発明に係るデルタシグマ
変調回路では、前記オフセット除去手段は、第2次の積
分器と第3次の積分器との間に介在されることを特徴と
する。
【0014】上記の構成によれば、オフセット成分の影
響が大きい後段側の積分器に対して、1個のオフセット
除去手段を介在するだけで、効果的にオフセット成分の
影響を除去することができる。
【0015】さらにまた、請求項3の発明に係るデルタ
シグマ変調回路では、前記オフセット除去手段は、結合
コンデンサであることを特徴とする。
【0016】上記の構成によれば、コンデンサ1個の極
めて簡易な構成で、オフセット成分の影響を除去するこ
とができる。
【0017】また、請求項4の発明に係るデルタシグマ
変調回路では、前記オフセット除去手段は、ハイパスフ
ィルタであることを特徴とする。
【0018】上記の構成によっても、コンデンサ1個と
抵抗1個とから成る簡易な構成で、オフセット成分の影
響を除去することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について、
図1〜図4に基づいて説明すれば以下のとおりである。
【0020】図1は、本発明の実施の一形態のデルタシ
グマ変調回路11の電気的構成を示すブロック図であ
る。このデルタシグマ変調回路11は、縦続接続された
7次の積分器M1,M2,…,M7と、帰還抵抗R0
と、オフセット除去回路12と、加算器13と、量子化
器14と、デジタル/アナログ変換器15とを備え、ア
ナログ素子によって構成されている。
【0021】第1次の積分器M1は、入力抵抗R1と、
差動増幅器A1と、時定数素子であるコンデンサC1と
を備えて構成されている。入力端子16からのアナログ
音響信号は、入力抵抗R1を介して、差動増幅器A1の
反転入力端子に入力される。この差動増幅器A1の非反
転入力端子は接地されている。この差動増幅器A1から
の出力は、前記加算器13および次段の積分器M2へ出
力されるとともに、コンデンサC1を介して反転入力端
子に入力されて負帰還される。
【0022】残余の積分器M2〜M7も、前記積分器M
1と同様に構成されており、対応する部分の参照符号
は、同一の英字に各積分器M2〜M7の次数に対応した
添数字を付して示している。したがって、たとえば第4
次の積分器M4では、積分器M3からの出力が入力抵抗
R4を介して入力され、出力は加算器13に入力される
とともに、次段の積分器M5に入力される。
【0023】各積分器M1〜M7からの出力は、前述の
ように加算器13に入力されて相互に加算された後、量
子化器14に入力される。量子化器14では、加算器1
3からの出力が0以上であるときには出力端子17に
「1」の出力を導出し、0未満であるときには「0」の
出力を導出し、こうして各積分器M1〜M7からの出力
加算値が1ビット量子化される。また、この量子化器1
4による量子化結果の出力は、デジタル/アナログ変換
器15においてアナログ値に変換された後、帰還抵抗R
0を介して入力側に負帰還されている。
【0024】注目すべきは、このデルタシグマ変調回路
11では、第2次の積分器M2と第3次の積分器M3と
の間に、前記オフセット除去回路12が介在されている
ことである。このオフセット除去回路12は、信号中に
重畳されてしまっているDCオフセット成分を除去する
ものであり、たとえば図2で示すような、結合コンデン
サC11によるACカップリングや、図3で示すよう
な、コンデンサC12と抵抗R11とによるカットオフ
周波数が5Hz以下のハイパスフィルタなどで実現する
ことができる。
【0025】図4に、上述のように構成されたデルタシ
グマ変調回路11と、前述の図5で示す従来技術のデル
タシグマ変調回路1との動作特性を示す。図4(a)は
デルタシグマ変調回路1の動作特性であり、図4(b)
はデルタシグマ変調回路11の動作特性であり、それぞ
れ、振幅±250mV、1kHzの正弦波信号に、+5
0mVのオフセット成分を重畳した信号を入力したとき
の1ビット量子化データのS/N比を表す。
【0026】両者を比較すると、図4(a)の従来技術
では、前記オフセット成分による発振によって、4〜1
4kHzあたりのノイズレベルが高くなっているのに対
して、図4(b)の本発明では、前記ノイズの発生が抑
制されていることが理解される。なお、図4(b)の特
性を実現するにあたって、前記オフセット除去回路12
が、前記図2で示す結合コンデンサC11で構成されて
いる場合、該結合コンデンサC11はたとえば1μFに
選ばれ、図3で示すコンデンサC12と抵抗R11とに
よるハイパスフィルタで構成されている場合、該コンデ
ンサC12はたとえば0.33μFに選ばれ、抵抗R1
1はたとえば100kΩに選ばれる。
【0027】以上のようにして、差動増幅器A2からの
出力は、該オフセット除去回路12において、中心値が
補正、すなわち+側と−側とに均衡が取れた積分波形と
された後、入力抵抗R3を介して差動増幅器A3の反転
入力端子に与えられる。これによって、後段側の積分器
の動作を安定に保ち、オフセット成分の影響による発振
を防止することができ、またノイズを抑制することがで
きる。さらにまた、前記結合コンデンサC11やハイパ
スフィルタなどの簡易な構成で実現でき、作成した1ビ
ット信号に対して、前記デジタルフィルタ等の処理を行
う必要もない。
【0028】なお、上述のデルタシグマ変調回路11
は、オフセットの影響を除去するための基本的な回路例
を示すものであり、オフセット除去回路12は、1つだ
け、積分器M2と積分器M3との間に挿入され、オフセ
ットの影響を受け易い後段側の積分器に対するオフセッ
トを効果的に除去するようにしたけれども、デルタシグ
マ変調回路にはアルゴリズムによる安定度の差があり、
前記アルゴリズムに対応して、複数のオフセット除去回
路が他の積分器間に挿入されてもよい。
【0029】
【発明の効果】請求項1の発明に係るデルタシグマ変調
回路は、以上のように、アナログ素子構成の高次のデル
タシグマ変調回路において、少なくともいずれか1箇所
の積分器間に、オフセット成分を除去するオフセット除
去手段を介在する。
【0030】それゆえ、該オフセット除去手段よりも後
段側では、中心値が補正された、すなわち+側と−側と
に均衡が取れた積分波形が得られるので、積分器の動作
を安定に保ち、発振やノイズの発生などのオフセット成
分の影響を除去することができる。また、前記オフセッ
ト除去手段はAC結合コンデンサやハイパスフィルタな
どの簡易な構成で実現でき、作成した1ビット信号に対
して、前記デジタルフィルタ等の処理を行う必要もな
い。
【0031】また、請求項2の発明に係るデルタシグマ
変調回路は、以上のように、前記オフセット除去手段
を、第2次の積分器と第3次の積分器との間に介在す
る。
【0032】それゆえ、オフセット成分の影響が大きい
後段側の積分器に対して、1個のオフセット除去手段を
介在するだけで、効果的にオフセット成分の影響を除去
することができる。
【0033】さらにまた、請求項3の発明に係るデルタ
シグマ変調回路は、以上のように、前記オフセット除去
手段を、結合コンデンサとする。
【0034】それゆえ、コンデンサ1個の極めて簡易な
構成で、オフセット成分の影響を除去することができ
る。
【0035】また、請求項4の発明に係るデルタシグマ
変調回路は、以上のように、前記オフセット除去手段
を、ハイパスフィルタとする。
【0036】それゆえ、コンデンサ1個と抵抗1個とか
ら成る簡易な構成で、オフセット成分の影響を除去する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態の高次デルタシグマ変調
回路の電気的構成を示すブロック図である。
【図2】図1で示すデルタシグマ変調回路におけるオフ
セット除去回路の一構成例を示す電気回路図である。
【図3】図1で示すデルタシグマ変調回路におけるオフ
セット除去回路の他の構成例を示す電気回路図である。
【図4】図5で示す従来技術のデルタシグマ変調回路
と、図1で示す本発明のデルタシグマ変調回路との動作
特性を示すグラフである。
【図5】典型的な従来技術のデルタシグマ変調回路の電
気的構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
11 デルタシグマ変調回路 12 オフセット除去回路 13 加算器 14 量子化器 15 デジタル/アナログ変換器 A1〜A7 差動増幅器 C1〜C7 コンデンサ C11 結合コンデンサ C12 コンデンサ M1〜M7 積分器 R0 帰還抵抗 R1〜R7 入力抵抗 R11 抵抗

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数段の積分器が縦続接続され、アナログ
    素子で構成される高次のデルタシグマ変調回路におい
    て、 少なくともいずれか1箇所の積分器間に、オフセット成
    分を除去するオフセット除去手段を介在することを特徴
    とするデルタシグマ変調回路。
  2. 【請求項2】前記オフセット除去手段は、第2次の積分
    器と第3次の積分器との間に介在されることを特徴とす
    る請求項1記載のデルタシグマ変調回路。
  3. 【請求項3】前記オフセット除去手段は、結合コンデン
    サであることを特徴とする請求項1または2記載のデル
    タシグマ変調回路。
  4. 【請求項4】前記オフセット除去手段は、ハイパスフィ
    ルタであることを特徴とする請求項1または2記載のデ
    ルタシグマ変調回路。
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