JP3885911B2 - D / A converter - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル信号をアナログ信号に変換するD/A変換器に係わり、特に、S/N比(フルスケール信号出力と無信号時の残留雑音との比)を向上可能なデルタシグマD/A変換器に関する。
【0002】
【従来の技術】
デルタシグマD/A変換器は、高分解能と直線性が良いため、近年、オーディオ機器やビデオ機器への応用が活発に行われている。
【0003】
デルタシグマD/A変換器は、例えば、あるサンプリングレートの16ビットのPCM信号が与えられると、これをよりサンプリングレートの高いPCM信号に変換した後、デジタルシグマ変調器により1ビットのビットストリーム信号に変換し、このビットストリーム信号に対応するアナログ基準電位+V、−Vに変換され、ローパスフィルタ回路を介してアナログ信号に変換される。
【0004】
デルタシグマ変調されることにより、PCM信号変換時に発生する量子化ノイズを高域にシフトさせ、低周波数領域でのノイズを小さくする。これはノイズシエーピングと称されていて、このノイズシエーピングによって低周波数領域に存在する音声帯域のS/N比を大幅に向上することが可能となる。
【0005】
また、デルタシグマD/A変換器では、ノイズシェーピング後のPCM信号をD/A変換するが、アナログ信号には高域にシフトした量子化ノイズが有るため、例えば、スイッチト・キャパシタ・フィルタ(SCF)等の低域ろ波回路を通して音声帯域外のノイズを除去している。
【0006】
また、D/A変換器においては、S/N比を大きくしたいという要望があり、これを実現するために、無音時にはシステムクロックの漏れやノイズ等が出力されないように回路系の一部を電気的に切り離す出力パス切断や、信号をミューティングするといったことが提案されていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、出力パスの切断では、切断時や接続時にパスの電圧を保持することが難しくノイズが発生してしまうという問題がある。
【0008】
また、重み付け電流源型等の通常のD/A変換器であれば、PCMデジタル信号が一定であれば、スイッチの切換もなく、スイッチングノイズは発生しないがデルタシグマ変調器では、PCM信号が一定の場合でも、1ビット信号として、基準電圧を中心に「+1」と「−1」に相当する信号が交互に出力されており、原理的にスイッチングノイズが大きいという問題がある。
【0009】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたもので、その目的は、S/N比を向上可能なデルタシグマD/A変換器を提供する点にある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に係る発明は、多ビットのPCMデータをデータストリームに変換するデルタシグマ変調回路と、前記データストリームが入力される低域ろ波回路と、自身の反転入力端子、または、非反転入力端子の少なくとも一方には、前記低域ろ波回路によってろ波された信号が、インピーダンス可変または固定の第1のインピーダンス素子を介して入力されるようになっているとともに、自身の入力端子と出力端子との間に、ゲート端子の電圧によりインピーダンスが変化するMOSトランジスタとインピーダンス固定の第2のインピーダンス素子とが並列に接続された演算増幅器を備えるミュート回路と、を有し、前記MOSトランジスタは、非ミュート時はオフ状態であり、ミュートする時は前記ゲート端子の電圧が緩やかに変化して、オフ状態からオン状態になることを特徴とするD/A変換器である。
【0011】
なお、第1のインピーダンス素子を可変または固定とすると共に、第2のインピーダンス素子を可変として、ミュート回路の増幅率を可変とすればよい。
また、請求項2に係る発明は、請求項1において、さらに、
PCMデータが所定時間無音となる状態が継続することを検出する無音検出回路を含み、
前記無音検出回路が、PCMデータの所定時間無音となる状態を検出した時、前記ミュート回路の増幅率を小さくするように構成したことを特徴とする。
【0012】
さらに、請求項3に係る発明は、請求項1および2のいずれかにおいて、
前記ミュート回路の増幅率が、緩やかに変化するように構成したことを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
図1は本発明の実施の形態にかかるD/A変換器のブロック構成図であり、このD/A変換器は、PCM信号Dinが与えられると、サンプル点間の信号を補間するデジタルインターポレーションフィルタ10と、デジタル信号のデルタシグマ変調を行うデジタルデルタシグマ変調器20と、1ビットのデジタル信号のD/A変換を行う1bitD/A変換器30と、ローパスフィルタ40と、ローパスフィルタ50と、無音時に信号をミューティングするためのミュート回路60と、PCMデータが所定時間無音である状態が継続することを検出する無音検出回路70とを有する。そして、無音検出回路70は制御線100によってミュート回路60の所定部と接続されている。
【0014】
なお、ローパスフィルタ40は、例えば、2次スイッチトキャパシタフィルタ(SCF)で構成し、ローパスフィルタ50は、例えば、抵抗、コンデンサからなるRCフィルタ(スムージングフィルタ(SMF)とも称する)で実現可能である。また、1bitD/A変換器30は、差動アナログ信号を出力することが好ましく、この場合、ローパスフィルタ40、50も差動動作し、ミュート回路60で差動入力をシングルエンド出力に変換する。
【0015】
図2は、無音検出回路70の構成図の例であり、無音検出回路70は、PCM信号が「0」であることを検出する無音検出部71と、この無音検出部71による検出結果に基づいてPCM信号が「0」である時間を計数するカウンタ72と、このカウンタ72の計数結果が所定値以上の時、無音状態であると判断してミュート回路60に制御線100を介して制御信号を供給する制御部73とを有している。
【0016】
図3は、ミュート回路60の回路図であり、ミュート回路60は、音声信号を出力する出力端子を備える演算増幅器65を備え、演算増幅器65の反転入力端子および非反転入力端子の夫々には抵抗R1が接続されている。
【0017】
また、演算増幅器65の反転入力端子と出力端子との間には、MOSトランジスタ61および抵抗R2が並列に接続されていて、一方、演算増幅器65の非反転入力端子と出力端子との間には、MOSトランジスタ62および抵抗R2が並列に接続されている。
【0018】
さらに、MOSトランジスタ61とMOSトランジスタ62のゲート端子には制御線100が接続されていて、演算増幅器65の非反転入力端子と出力端子との間に接続された、MOSトランジスタ62および抵抗R2の一方側はアナログ基準電位であるAGNDに接続されている。
【0019】
MOSトランジスタ61、62の抵抗値はゲート端子の電圧で変動し、このMOSトランジスタによる抵抗と抵抗R2との並列による合成抵抗をRとすると、ミュート回路60の増幅率は「R/R1」となる。例えば、R1を40(kΩ)、R2を17(kΩ)とし、無音検出回路70から制御信号として0(V)が入力される場合には、合成抵抗Rは17(kΩ)であり、増幅率は0.425であるが、無音検出回路70から制御信号として5(V)が供給された場合には、MOSトランジスタ61、62はオンして、合成抵抗Rは500(Ω)となり増幅率は、0.0125となる。
【0020】
次に、図1乃至図3を参照して回路の動作について説明する。
PCM信号Dinとして「16bit,fs(サンプリング周波数)=44.1(KHz)」の信号が入力されたとすると、デジタルインターポレーションフィルタ10はサンプル点間の信号を補間して、「16bit,64fs(サンプリング周波数)=2.8224(MHz)」の信号を出力する。
【0021】
この信号が入力されたデジタルデルタシグマ変調器20はこの信号のデルタシグマ変調を行い、「1bit,64fs(サンプリング周波数)=2.8224(MHz)」の信号を出力する。1bitD/A変換器30は、この信号をD/A変換して出力する。
【0022】
さらに、この出力信号は、ローパスフィルタ40、50によって高域部分がろ波される。そして、このろ波された信号はミュート回路60に入力される。通常時は、ミュート回路60は入力された信号を前述したように、「R/R1」で定まる増幅率で差動増幅して出力端子を介してアナログ信号として出力する。
【0023】
さて、PCM信号が「0」である場合、無音検出部71がPCM信号が「0」であることを検出して、カウンタ72はこの無音検出部71による検出結果に基づいてPCM信号が「0」である時間を計数する。そして、制御部73は、カウンタ72の計数結果が所定値以上の時、無音状態であると判断してミュート回路60に制御線100を介して制御信号を供給する。
【0024】
これによって、MOSトランジスタ61、62がオン状態となり、ミュート回路60の増幅率が小さくなり、よって、ミュート回路60より前段の回路が発生するノイズが無視できるレベルまで抑圧される。このとき、MOSトランジスタ61、62に入力される制御信号が急激に変化するとノイズの原因となるため、図4に示すように、ゲート電圧を緩やかに変化させると、合成抵抗Rも10(msec)程度に緩やかに変化し、ミュート回路自体がノイズの発生源とはならない。なお、図4中、VTHはしきい値電圧である。
【0025】
以上のように構成することにより、ローパスフィルタ40、50、および、ミュート回路60の夫々でのノイズレベルをN1、N2、N3とすると、有音時(通常動作時)のノイズレベルは「N1+N2+N3」であるが、本発明の実施形態によれば、無音時のノイズレベルはミュート回路60のみのノイズレベルであるN3となり、S/N比が向上できる。
【0026】
さらに、本発明の実施形態によれば、簡素な構成で従来問題となっていた切断時のノイズ等を発生させずに、自動的にミューティングを行ってS/N比を向上させることができる。
【0027】
なお、多ビットのデルタシグマ変調器を用いることも可能であり、その場合には、1bitD/A変換器の替わりに、例えば4ビット等の多ビットD/A変換器を用いれば良い。
【0028】
(実験値)
具体的な実験値を例示すると以下のようになる。抵抗R1「40k(Ω)」、抵抗R2「17k(Ω)」とし、16ビット、44.1(KHz)のPCM信号を入力すると、従来ではS/N比が100(dB)であったものが、この発明によればS/N比が110(dB)となり、S/N比の改善が見られた。
【0029】
なお、以上の実施の形態ではR2と並列接続するMOSトランジスタを制御して、R2とMOSトランジスタとの合成抵抗を変化するようにしてミュート回路60の増幅率を変化させたが、R1とMOSトランジスタとの合成抵抗を変化するようにしてミュート回路60の増幅率を変化させるようにしても良い。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1に係る発明によれば、デルタシグマ変調回路が多ビットのPCMデータをデータストリームに変換し、ローパスフィルタがデータストリームの高域成分をろ波し、ミュート回路の増幅率を可変としたので、簡単な構成でS/N比を向上させることが可能となる。
【0031】
また、請求項2に係る発明によれば、請求項1の効果に加えて、さらに、無音検出回路がPCMデータの所定時間のゼロ状態を検出した時、ミュート回路の増幅率を小さくすることにより、不要なノイズを発生させることが無く、自動的にミューティングを行ってS/N比を向上させることができる。
【0032】
さらに、請求項3に係る発明によれば、ミュート回路の増幅率が、緩やかに変化するので、不要なノイズの発生がなくなるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態にかかるD/A変換器のブロック構成図である。
【図2】無音検出回路の構成図である。
【図3】ミュート回路の回路図である。
【図4】ミュート回路の動作の説明図である。
【符号の説明】
10 デジタルインターポレーションフィルタ
20 デジタルデルタシグマ変調器
30 1ビットD/A変換器
40 ローパスフィルタ
50 ローパスフィルタ
60 ミュート回路
61 MOSトランジスタ
62 MOSトランジスタ
65 演算増幅器
70 無音検出回路
71 無音検出部
72 カウンタ
73 制御部
100 制御線
R1 抵抗
R2 抵抗[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a D / A converter that converts a digital signal into an analog signal, and in particular, a delta-sigma D / D that can improve the S / N ratio (ratio of full-scale signal output to residual noise at no signal). It relates to the A converter.
[0002]
[Prior art]
Since the delta-sigma D / A converter has high resolution and good linearity, it has been actively applied to audio equipment and video equipment in recent years.
[0003]
For example, when a 16-bit PCM signal having a certain sampling rate is given, the delta-sigma D / A converter converts the PCM signal into a PCM signal having a higher sampling rate, and then a 1-bit bit stream signal by a digital sigma modulator. Are converted into analog reference potentials + V and −V corresponding to the bit stream signal, and converted into an analog signal through a low-pass filter circuit.
[0004]
By performing delta-sigma modulation, the quantization noise generated at the time of PCM signal conversion is shifted to a high frequency, and the noise in a low frequency region is reduced. This is called noise shaping, and it is possible to greatly improve the S / N ratio of the voice band existing in the low frequency region by this noise shaping.
[0005]
In addition, the delta-sigma D / A converter performs D / A conversion on the PCM signal after noise shaping. However, since the analog signal has quantization noise shifted to a high frequency, for example, a switched capacitor filter ( Noise outside the voice band is removed through a low-pass filter circuit such as SCF).
[0006]
In addition, in the D / A converter, there is a demand to increase the S / N ratio, and in order to realize this, a part of the circuit system is electrically connected so that no leakage of system clock or noise is output during silence. It has been proposed to disconnect the output path and to mute the signal.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the disconnection of the output path has a problem that it is difficult to maintain the voltage of the path at the time of disconnection or connection, and noise is generated.
[0008]
In the case of a normal D / A converter such as a weighted current source type, if the PCM digital signal is constant, there is no switching and no switching noise is generated, but in the delta-sigma modulator, the PCM signal is constant. In this case, as a 1-bit signal, signals corresponding to “+1” and “−1” are alternately output around the reference voltage, and there is a problem in that switching noise is large in principle.
[0009]
The present invention has been made to solve such a conventional problem, and an object thereof is to provide a delta-sigma D / A converter capable of improving the S / N ratio.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is directed to a delta-sigma modulation circuit that converts multi-bit PCM data into a data stream, a low-pass filter circuit to which the data stream is input, and its own inverting input. A signal filtered by the low-pass filtering circuit is input to at least one of the terminal and the non-inverting input terminal via a first impedance element whose impedance is variable or fixed. , Yes between its input terminal and an output terminal, and a mute circuit and a second impedance element of the MOS transistor and the impedance fixing comprises a connected operational amplifier in parallel to the impedance is changed by the voltage of the gate terminal, the The MOS transistor is in an off state when not muted, and when muted, Pressure is changed slowly, a D / A converter, characterized in that it consists of the OFF state to the ON state.
[0011]
Note that the first impedance element may be variable or fixed, and the second impedance element may be variable, so that the amplification factor of the mute circuit is variable.
The invention according to
Including a silence detection circuit for detecting that the state in which the PCM data is silent for a predetermined time continues,
The silence detection circuit is configured to reduce the amplification factor of the mute circuit when detecting a state where the PCM data is silent for a predetermined time.
[0012]
Furthermore, the invention according to claim 3 is the invention according to any one of
The amplification factor of the mute circuit is configured to change gradually.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram of a D / A converter according to an embodiment of the present invention. This D / A converter is a digital interpolator that interpolates a signal between sample points when a PCM signal Din is given. A delta-sigma modulator 20 that performs delta-sigma modulation of a digital signal, a 1-bit D /
[0014]
The low-
[0015]
FIG. 2 is an example of a configuration diagram of the
[0016]
FIG. 3 is a circuit diagram of the
[0017]
A MOS transistor 61 and a resistor R2 are connected in parallel between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier 65, while between the non-inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier 65. The MOS transistor 62 and the resistor R2 are connected in parallel.
[0018]
Further, the
[0019]
The resistance values of the MOS transistors 61 and 62 vary depending on the voltage at the gate terminal. When the combined resistance of the resistance of the MOS transistor and the resistance R2 is R, the amplification factor of the
[0020]
Next, the operation of the circuit will be described with reference to FIGS.
Assuming that a signal of “16 bits, fs (sampling frequency) = 44.1 (KHz)” is input as the PCM signal Din, the
[0021]
The digital delta sigma modulator 20 to which this signal is input performs delta sigma modulation of this signal and outputs a signal of “1 bit, 64 fs (sampling frequency) = 2.8224 (MHz)”. The 1-bit D / A converter 30 D / A converts this signal and outputs it.
[0022]
Further, the high frequency portion of this output signal is filtered by the low-
[0023]
When the PCM signal is “0”, the
[0024]
As a result, the MOS transistors 61 and 62 are turned on, and the amplification factor of the
[0025]
By configuring as described above, assuming that the noise levels in the low-
[0026]
Furthermore, according to the embodiment of the present invention, the S / N ratio can be improved by automatically performing muting without generating noise or the like at the time of cutting, which has been a problem with a simple configuration. .
[0027]
It is also possible to use a multi-bit delta sigma modulator. In this case, a multi-bit D / A converter such as 4 bits may be used instead of the 1-bit D / A converter.
[0028]
(Experimental value)
Specific experimental values are exemplified as follows. When the resistance R1 is “40k (Ω)” and the resistance R2 is “17k (Ω)” and a 16-bit, 44.1 (KHz) PCM signal is input, the S / N ratio is 100 (dB) in the past. However, according to the present invention, the S / N ratio was 110 (dB), and the S / N ratio was improved.
[0029]
In the above embodiment, the amplification factor of the
[0030]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the delta-sigma modulation circuit converts the multi-bit PCM data into the data stream, the low-pass filter filters the high frequency component of the data stream, and the mute circuit Since the amplification factor is variable, the S / N ratio can be improved with a simple configuration.
[0031]
Further, the invention according to
[0032]
Further, according to the invention of claim 3, since the amplification factor of the mute circuit changes gently, there is an effect that generation of unnecessary noise is eliminated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a D / A converter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a silence detection circuit.
FIG. 3 is a circuit diagram of a mute circuit.
FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation of the mute circuit.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記データストリームが入力される低域ろ波回路と、
自身の反転入力端子、または、非反転入力端子の少なくとも一方には、前記低域ろ波回路によってろ波された信号が、インピーダンス可変または固定の第1のインピーダンス素子を介して入力されるようになっているとともに、自身の入力端子と出力端子との間に、ゲート端子の電圧によりインピーダンスが変化するMOSトランジスタとインピーダンス固定の第2のインピーダンス素子とが並列に接続された演算増幅器を備えるミュート回路と、を有し、
前記MOSトランジスタは、非ミュート時はオフ状態であり、ミュートする時は前記ゲート端子の電圧が緩やかに変化して、オフ状態からオン状態になることを特徴とするD/A変換器。A delta-sigma modulation circuit that converts multi-bit PCM data into a data stream;
A low-pass filtering circuit to which the data stream is input;
A signal filtered by the low-pass filtering circuit is input to at least one of its own inverting input terminal and non-inverting input terminal via a first impedance element whose impedance is variable or fixed. And a mute circuit comprising an operational amplifier in which an MOS transistor whose impedance is changed by the voltage of the gate terminal and a second impedance element having a fixed impedance are connected in parallel between its own input terminal and output terminal And having
The D / A converter is characterized in that the MOS transistor is in an off state when not muted, and when muted, the voltage at the gate terminal gradually changes to change from an off state to an on state .
PCMデータが所定時間無音となる状態が継続することを検出する無音検出回路を含み、
前記無音検出回路が、PCMデータの所定時間無音となる状態を検出した時、前記ミュート回路の増幅率を小さくするように構成したことを特徴とするD/A変換器。The claim 1, further comprising:
Including a silence detection circuit for detecting that the state in which the PCM data is silent for a predetermined time continues,
The silence detection circuit, upon detecting a state in which a predetermined time silent PCM data, D / A converter, characterized by being configured so as to reduce the amplification factor of the muting circuit.
前記ミュート回路の増幅率が、緩やかに変化するように構成したことを特徴とするD/A変換器。In any of claims 1 and 2,
A D / A converter characterized in that the amplification factor of the mute circuit is configured to change gradually.
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