JP3975111B2 - Mixed modulator, oversampling D / A converter and A / D converter - Google Patents

Mixed modulator, oversampling D / A converter and A / D converter Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Δ変調とΔΣ変調を混合した方式の変調器(混合型変調器)、オーバーサンプリング型D/A変換器、およびA/D変換器に関する。
【0002】
【従来の技術】
オーバーサンプリング型のD/A変換器、A/D変換器は、入力信号の周波数帯域の数10〜数100倍のサンプリングレートで変換し、信号処理によって量子化雑音を高周波側に追いやり、低ビットのアナログインターフェース回路を用いて高分解能な変換を行うことができるものであり、大規模化が進むアナログデジタル混載システムLSIに最適な方式として注目されている。
【0003】
オーバーサンプリング型のD/A、A/D変換器の信号処理部に用いられている変調手法としては、Δ変調(デルタ変調)、ΔΣ変調(デルタ−シグマ変調)、それらを混合した方式の変調が知られている。
【0004】
Δ変調は、連続するサンプル信号の差分を1ビットの符号とする、差分パルス符号変調である。具体的には、入力信号に対する予測値を求め、入力信号と予測値との差信号を量子化(変調)するフィードバック型の変調方式であり、入力段が差動構成となっていることにより量子化ノイズを低減することができる。
【0005】
また、ΔΣ変調は、入力信号と、出力信号(量子化後の信号)との差(量子化雑音)を量子化(変調)するフィードバック型の変調方式である。この方式では、オーバーサンプリングすることによって、量子化雑音を高い周波数帯域にまで分布させることで、必要とされる信号帯域における雑音成分を低減することができる。
【0006】
本発明で採用する混合型変調は、前記Δ変調とΔΣ変調を組み合わせたものであり、補間型変調とも呼ばれ、入力信号と予測値との差分信号に対し、ΔΣ変調を行うものである。
【0007】
従って混合型変調は両方の長所を合わせ持つ。つまり、ΔΣ変調により量子化雑音を高周波域に追いやるため、量子化雑音電力は小さく、かつ、Δ変調の長所である量子化雑音電力そのものが小さい。
【0008】
従って、混合型変調を用いた場合には、A/D変換器においては後段のデジタルフィルタ、また、D/A変換器においては、アナログ信号出力段のポストフィルタに、高次で急峻なフィルタ特性を必要とせず、回路規模と消費電力の増大を押えることが可能である。
【0009】
以下、混合型変調器および混合型変調器を用いたオーバーサンプリング型A/D、D/A変換器の一例について述べる。
【0010】
図21(a),(b)に、混合型変調器の基本的な構成を示す。(a)に記載の変調器と(b)に記載の変調器との相違点は、ΔΣ変調用の加算器8bの位置のみであり、どちらの構成であっても、処理内容は実質的に同じである。
【0011】
ここでは、(a)に記載の構成を例にとって説明する。
【0012】
図21(a)において、参照符号5、6、7は遅延器、参照符号8a、8b、8c、9は加算器、参照符号2は量子化器である。量子化器2の内部は、±のしきい値を持ち、+のしきい値を超える信号が入力されると“+Δ”を出力し、+と−のしきい値の間は“0”を出力し、−のしきい値以下の信号が入力されると“−Δ”を出力する。この時の“Δ”は量子化ステップ(あるいは量子化ステップ幅)と呼ばれる。
【0013】
図21(a)で示すブロック構成におけるシステム関数は、以下の(1)式のように表わされる。
【0014】
Y=(1−Z-1)((X+(1−Z-1)Q))……(1)
ここで、Xは入力信号を表し、Yは出力信号を表す。Qは量子化器2の入力信号と出力信号の誤差、つまり量子化雑音を表す。
【0015】
本説明では1次の混合型変調方式を例としており、図21(a)では、1次のΔΣ変調と1次のΔ変調が混合されている。
【0016】
図21(a)における加算器9の出力がΔ変調するための予測値の出力であり、従って11は予測積分器である。各遅延器は、遅延用クロックにより入力信号を一定時間遅らせる。
【0017】
予測積分器11は、“+Δ”、“0”、“−Δ”のいずれかの値を足しこみ、一方、遅延器5及び加算器8cで構成される積分器10は、「入力信号−予測値−量子化器出力の1遅延後の値」、すなわち図21(a)で示す加算器8bの出力を足し込む。
【0018】
混合型変調器は、量子化器2の出力を予測積分器11で積分することで予測信号を生成し「入力信号−予測値−量子化器出力の1遅延後の値」、すなわち図21(a)で示す加算器8bの出力が最小となるように、加算器8a、8b、9にフィードバックする。これによる効果は、入力信号と予測値との差分信号に対しΔΣ変調を行うことに等しい。
【0019】
上述の(1)式のシステム関数から明らかなように、混合型変調器の出力は、Δ変調同様、差分符号である。本差分符号とΔ変調の差分符号との違いは、Δ変調の差分符号が単に入力信号と予測値との差を表しているのに対し、混合型変調の差分符号はΔ変調により生成された差分符号を更にΔΣ変調した符号である点である。
【0020】
前述したように、オーバーサンプリング型A/D、D/A変換器は入力信号周波数帯域の数10〜数100倍のサンプリングレートで変換する。このオーバーサンプリングの効果により量子化雑音は高周波域まで拡散され、従って、入力信号周波数帯域だけに着目すると量子化雑音電力が小さくなったことに等しい。
【0021】
混合型変調器を用いた場合、このオーバーサンプリングの効果に、Δ変調とΔΣ変調の長所が加わり、より効果的に量子化雑音を極めて小さくすることが可能である。
【0022】
なお、A/D変換器においても、同様に量子化雑音電力を極めて低減することができ、これにより、構成要素の回路に要求されるアナログ特性等のレベルを落とすことも可能となる。
【0023】
上述したように、混合型変調器は、オーバーサンプリング型A/D、D/A変換器で用いる変調器として容易に実現でき、低ビットのアナログインターフェース回路を用いて高分解能な変換を行うことが可能である。
【0024】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の混合型変調器は、Δ変調とΔΣ変調の長所を合わせ持つと同時に、その構成要素であるΔ変調部の「傾斜過負荷」を起こさせない条件、すなわち「入力信号のステップ幅は、量子化器が出力する量子化ステップ(量子化ステップ幅)Δ以下である」という条件を満たさなくなると、Δ変調部の予測積分器とΔΣ変調部の積分器の間でお互いの積分結果を打ち消しあうべく繰り返し演算が行われ、この演算過程が再生用積分器を介して出力へ現れるため、ノイズや歪みを発生し、加えてこの演算期間中は出力が安定せずセトリング時間を増長させるという欠点を有している。
【0025】
つまり、混合型変調器は、Δ変調の帰還ループとΔΣ変調の帰還ループの2つのループ(大部分の構成要素が共用されている)を有しており、入力の変化が大きすぎると、Δ変調における予測値が追従できず、入力信号と予測値との差分が量子化ステップ幅(帰還ループの追従能力を決定する)を大きく超えてしまう。このような事態が生じた場合、一方の帰還ループが強引に収束しようとし、すると、他方の帰還ループについては収束条件から外れてしまい、逆に他方が収束しようとすると、一方の収束条件から外れるといった現象を繰り返すため、セトリングが遅れることになる。
【0026】
この現象を図21(a)及び図22を用いて説明する。
【0027】
図21(a)において、予測積分器11の出力をA点とし、入力信号と予測値の差が現れる点、すなわち加算器8aの出力をB点とする。また、量子化器2の出力の1遅延後の値をB点から差し引いた点、すなわち、加算器8bの出力をC点とし、積分器10の出力をD点、量子化器の出力、すなわち混合型変調器の出力をE点とする。
【0028】
すなわち、1つ前のE点を積分した結果がA点であり、入力信号からA点を引いた結果がB点であり、B点から、1つ前のE点を引いた結果がC点であり、C点を積分した結果がD点である。
【0029】
量子化器2は、D点が“Δ/2”以上であれば“Δ”を出力し、“±Δ/2”の範囲内であれば0を出力し、“−Δ/2”以下であれば“−Δ”を出力する。仮に入力信号の量子化ステップ“Δ”の5倍の信号が入力された場合の各点の変化の様子を図22のタイミング図に示す。初期状態において各点は全てゼロを示している。
【0030】
図22では、便宜上、Δを省略して数値を描いている。つまり、図22において、例えば“5”という数値は“5Δ”を意味する。図22において、時刻T1で“5Δ”の入力信号が入力されると、まず、1つ前のE点が“0”のため、A点も“0”であり、従ってB点、C点、D点は“5Δ”を示す。
【0031】
D点はしきい値Δ/2に比べ10倍大きいため、E点は“Δ”を示す。次のクロックで、A点はΔとなり、従ってB点は“4Δ”、C点は“3Δ”、D点は前のD点の値である“5Δ”を足しこみ“8Δ”となる。時刻T6において、最初にA点が“5Δ”となり、入力信号と等しくなりB点は“0”になるが、同時刻のD点は入力信号“5Δ”を大きく上回り“10Δ”まで増加している。従ってE点は以前“Δ”を出力する。
【0032】
この例における収束条件はA点が“5Δ”、B、C、D、E点が“0”である。時刻T9において、D点が1回目の最もこの収束点に近いΔを示すが、同時刻のA点は“8Δ”、B点は“−3Δ”、C点は“−4Δ”である。この例では、T27でようやく収束する。
【0033】
一般的に言われるΔ変調の「傾斜過負荷」現象は、本説明中のA点の動きのみであり、最初にA点が5Δに達した時点で収束であるが、混合型変調の場合、そのもう一方の構成要素であるΔΣ変調部の積分器10があるために、Δ変調のみと比べても収束までの演算時間が非常に長い。
【0034】
この演算過程の出力信号は、再生用積分器通過後、収束点を何度も通り過ぎリンギング波形となって現れる。図22の下側に、A点の信号レベルの変化を示している。大きなリンギングが発生していることがわかる。ここで、リンギングの発生の原因となるのは、図中、点線で囲んで示されるP部分(時刻T6までに積分器10に蓄積された過大な信号を減らした部分)である。
【0035】
本説明では入力信号としてΔの整数倍の5Δを用いたが、実際にはΔとは無関係な信号が入力され、そのため演算時間は更に長くなる。また、入力信号ステップが大きくなる程、収束に要する演算時間は長くなり、リンギング波形も大きく激しくなっていく。以上説明したリンギングが、セトリング時間増長の原因であり、従来の混合型変調器の問題点である。
【0036】
すなわち、図23(a)に示すようなステップ波形がD/A変換器に入力されると、図23(b)に示すように、時刻t0〜t1(これがセトリング時間STとなる)においてリンギングが存在する。したがって、時刻t1以降でないと、D/A変換器の出力を実際に使用できない。セトリング時間(ST)が長いと、余分な待ち時間が増え、信号処理が遅れることになる。
【0037】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたものであり、混合型変調器を用いたオーバーサンプリング型A/D、D/A変換器において、Δ変調部の傾斜過負荷を起こさせる大きなステップが入力信号として入力された場合にも、リンギングの発生を抑え、セトリング時間を短くすることを目的とする。
【0038】
【課題を解決するための手段】
本発明の混合型変調器は、ΔΣ変調を実行する部分を切り離すためのスイッチ手段と、スイッチ手段の切り替えを制御する制御手段をもつ。これにより、混合型変調器を、瞬時的にΔ変調器に変化させることができる。
【0039】
例えば、入力信号の変化量が所定の許容範囲を超えると、制御手段が、スイッチ手段を制御してΔΣ変調を実行する部分を切り離してリンギングの発生を抑制し、リンギングが生じない(少なくともリンギングが発生する可能性が低くなった)時点で、前述の切り離しを解除して混合型変調器の構成に戻す。
【0040】
本発明の混合型変調器の一態様では、入力信号の1クロック当たりの変化量の大小を監視し、変化量が大きい場合には、入力信号が入力された直後の短い期間において、ΔΣ変調部の積分器の機能を停止し、さらに量子化器の1クロック前の出力信号のフィードバックを停止することで、Δ変調動作のみを行い、入力信号と予測値との差が量子化器のステップ幅に収まると、Δ変調とΔΣ変調を混合した混合型変調動作を行う。
【0041】
つまり、初段Δ変調における、入力信号と予測値との差分が量子化ステップ幅Δを超えている場合には、Δ変調回路を構成し、予測値が入力信号に対し、量子化ステップ幅Δずつ近づいていく。入力信号と予測値との差が量子化ステップ幅Δを下回った時、元の回路(Δ変調とΔΣ変調の混合型変調回路)が形成される。よって、量子化ステップ幅Δを超える入力変化が与えられた場合でも、ΔΣ変調部の積分器と、予測積分器の間で足し引きが発生せず、リンギングが長期間継続するような事態が発生しない。
【0042】
【発明の実施の形態】
図1(a)はΔ変調器の構成を示し、図1(b)はΔΣ変調器の構成を示す。各変調器は共に、加算器90と、量子化器100と、1クロック分の遅延器200と、をもつ。だたし、Δ変調器は、積分器としての予測フィルタ300を持つのに対して、ΔΣ変調器は、ノイズシェイプフィルタ400をもつ。
【0043】
図1(c)は、混合型変調器の構成を示している。図中、参照符号91は加算器である。そして、図1(d)が、本発明にかかる混合型変調器の基本的な構成である。
【0044】
図1(d)に示されるように、本発明の混合型変調器は、差分判定器(制御手段)500と、2つのスイッチSW1(ノイズシェイプフィルタ400を、実質的に回路から切り離すためのスイッチ)およびSW2(ΔΣ変調器の帰還パスを切断するためのスイッチ)をもつ。
【0045】
差分判定器500にて、差分がしきい値(所定の許容範囲)を超えたことが検出されると、スイッチSW1はa端子側に切り替えられ、また、スイッチSW2は開状態となる。これにより、図1(d)に示される混合型変調器が、図1(a)に示されるΔ変調器に変化する。
【0046】
したがって、従来の混合型変調器の欠点であるΔ変調部の傾斜過負荷を起こさせる大きなステップが入力信号として入力された場合でも、例えば、オーバーサンプリングクロックの1クロック後にΔ変調回路に切り替わるため、リンギングが生じない。よって、セトリング時間を短くすることができる。
【0047】
なお、混合型変調器の出力は差分出力であるため、実際の使用にあたっては、図19に示すように、再生用積分器13を後段に設ける必要がある。図20は、D/A変換器の構成例である。図示されるように、混合型変調器12、再生用積分器13,DA変換器23,ポストフィルタ24により構成される。
【0048】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【0049】
(実施の形態1)
図2は、本発明の混合型変調器の構成を示すブロック図である。
【0050】
同図において参照符号2は量子化器、参照符号3a、3bはセレクタ、参照符号1は入力信号と予測値の差を判定する差分判定器、参照符号4、5、6、7は遅延器、参照符号8a、8b、8c、9は加算器である。また、参照符号10はΔΣ変調部の積分器であり、参照符号11はΔ変調部の予測積分器である。
【0051】
加算器8aは入力信号と予測積分器11の出力との差を出力する。加算器8aの出力が差分判定器1に入力され、差分判定器1は、入力された差分量が量子化器2のしきい値Δを超えているか否かを判定し、セレクタ3aおよびセレクタ3bを制御する機能を有する。
【0052】
差分判定器1は、過大入力を検出する判定器であると同時に、セレクタを制御する制御器としても機能する。つまり、差分判定器1の判定出力は直接にセレクタ3a,3bに入力され、その信号によってセレクタ3a,3bの切り替えが制御される。
【0053】
図3は図2の変調器に、傾斜過負荷をおこさせる大きなステップ(図の例では初期値ゼロ、5Δ入力の後、続けて−14Δを入力)が入力信号として入力された場合の動作を表している。なお、図中、便宜上、Δを省略して数値を描いてある。例えば、“5”という数値は“5Δ”を意味する。このΔの省略は、図6,図9でも同様である。
【0054】
図22(従来例の動作)と比較して、極めて短期間に収束しているのは明らかである(5Δ入力時の挙動を参照)。すなわち、時刻T1に5Δの入力があると、その時刻(T1)に即座にΔ変調回路に切り替わり、以後A点の値がΔずつ増分していく。そして、時刻(T7)には、早くも収束する。
【0055】
5Δの入力の後、−14Δが入力された場合、入力信号の変化量−19Δを差分判定器が読み取り、Δ変調回路に切り替え、予測積分器の値をΔずつ減らしていく。
【0056】
入力変化量が−19Δと大きいにもかかわらず、図22に示す従来の混合型変調器の動作(5Δ入力時)と比べると格段に収束時間が早く、リンギング防止の効果が発揮されている。
【0057】
図3に示す例は、量子化器のステップ幅Δの整数倍を入力として与えている、いわば特殊なケースである。これに対して、実使用に近いタイミング図を図4に示す。
【0058】
図4は、図2の回路に5Δ+αを入力信号として与えた場合のタイミング図を示している。図4ではα<Δ/2を想定しているが、量子化器の出力が異なるだけで、α>=Δ/2としても問題が無いことは容易に確認でき、したがって、本発明の混合型変調器に、nΔ+α(nは整数。α<Δ)の入力変化を与えた場合でも、正常に動作することが確認できる。
【0059】
(実施の形態2)
図5に本発明の混合型変調器の別の構成例を示してある。図1と図5の違いは、差分判定器の出力を1クロック遅延させるか否かである。すなわち、本実施の形態では、前掲の実施の形態と異なり、差分判定器の出力を1クロック分遅延させない。
【0060】
図5の混合型変調器の動作を示すタイミング図を図6に示す。図中、便宜上、Δを省略して数値を描いている。
【0061】
図5に示す混合型変調器は、差分判定器の出力の1クロックの遅延を排除したものである。
【0062】
但し、図6(図3)に示す例では量子化器のステップ幅Δの整数倍を入力として与えている特殊なケースであり、これに対して、実使用に近いタイミング図を図7に示す。以下、図4と図7を比較する。
【0063】
前述のとおり、図4は、図2の回路に5Δ+αを入力信号として与えた場合のタイミング図を示しており、図7は、図5の回路に5Δ+αを入力信号として与えた場合のタイミング図を示している。
【0064】
図4、図7では、α<Δ/2を想定しているが、量子化器の出力が異なるだけで、α>=Δ/2としても問題が無いことは容易に確認でき、したがって図4、図7から本発明の変調器に、nΔ+α(nは整数。α<Δ)の入力変化を与えた場合でも、正常に動作することが確認できる。
【0065】
図4、図7を見比べると、図2、図5の回路構成による違いが変調動作に与える影響を確認することができる。
【0066】
時刻T5まではどちらもΔ変調動作を行っているが、時刻T6におけるD点の値に差があることがみてとれる。
【0067】
具体的には、図2に示す回路では、時刻T6においてD点はαであり、一方の図5に示す回路では、時刻T6においてD点は2αとなっている。
【0068】
時刻T6以降のD点の挙動は、どちらの回路においてもαずつ増分されていることに変わりはなく、図5に示す回路が1クロック分だけ早く、量子化器のしきい値に達する。つまり、図5に示す回路が、図2に示す回路に対して、1クロックだけ早く立ち上がることになる。
【0069】
上述した回路構成による違いは、Δ変調動作をどの時点まで続けるかによる。図2の回路ではT6までΔ変調動作を続けており、一方の図5の回路においては、時刻T5でΔ変調動作が終了している。
【0070】
本発明においては、リンギング防止が最大の目的であり、その手段としてΔ変調動作を採用している。その観点から考えると、図5の回路構成のほうが1クロック分早くΔ変調動作を終了するため、本来の目的に、より合致しているということができる。
【0071】
図5の回路の図2の回路に対する利点は、上述した、1クロック分早くΔ変調動作を完了できる点、さらに遅延器を1つ減らすことができ、回路規模の縮小を図ることができる点である。
【0072】
差分判定器1は非常に簡単な回路構成であり、ここで発生する遅延量はごくわずかであると考えられる。さらに差分判定器1の出力は、直接セレクタ3a、3bを制御しているため、差分判定器1からセレクタ3a、3bまでの遅延量も殆どない。
【0073】
したがって、遅延器4はとくに必要でないと考え、その考えの元に構成された回路が図5である。これらの理由から、図5の回路構成は、非常に有用である。
【0074】
但し、図2の回路構成が有利な場合もある。例えば、動作クロックが非常に早い場合には、図2に示す同期設計を採用しなければ、ミスラッチを起こす可能性がある。加えて1クロック分の収束時間の短縮も大した効果が得られないことからも、図2の回路を採用すべきである。
【0075】
一方で、動作クロックが比較的遅い場合については、上述したとおり非同期回路設計による問題は生じない。加えて、1クロック分の収束時間の短縮による効果がおおきいため、図5の回路を採用する利点がある。
【0076】
以上のように、使用条件により図2、図5の回路構成を使い分けることで、本発明の混合型変調器の利点を最大限に発揮することが可能となる。
【0077】
(実施の形態3)
次に、本発明の混合型変調器に更なる変形を施した構成例を図8を用いて説明する。
【0078】
図8は、前述した本発明の混合型変調器の構成例とは、大きく異なるものである。図2、図5に示す回路構成との相違点は、差分判定器12の位置と動作、および加算器8cの位置である。
【0079】
加算器8cは予測積分器11の値に量子化器2の1クロック前の値を加算する。加算器8aは入力信号と加算器8cの出力との差分を計算し、その結果が積分器10に入力される。
【0080】
差分判定器12は、加算器8aの出力を受け、量子化器2のステップ幅Δの2倍を超えているか否かを判定し、セレクタ3aおよびセレクタ3bを制御する機能を有する。
【0081】
図9は図8の変調器に、傾斜過負荷を起こさせる大きなステップ(図の例では初期値ゼロ、5Δ入力の後、続けて−14Δを入力)が入力信号として入力された場合の動作を表している。図9において、便宜上、Δを省略して数値を描いている。
【0082】
図9では、図3と同様に、時刻T7、T28でそれぞれ収束しており、この回路構成においてもリンギング防止の効果が確認できる。
【0083】
この回路構成において、差分判定器12のしきい値が2Δに設定されている点が、図2、図5に示す回路との大きな違いである。
【0084】
このしきい値をΔとすると、図8の回路構成では正常に動作しない。このことを説明する前に、まず、図5の回路に5Δ+αの入力信号(初期値ゼロ)が与えられた場合のタイミングを図10に示し、nΔ+αの入力に対しても動作することを説明する。
【0085】
図10では、5Δ+αの入力に対する立ち上がりの部分についてのみ示してある。C点での判定を2Δのしきい値で行っているため、時刻T6で混合型変調動作に切り替わっている。Δ変調から混合型変調への切り替わりのタイミングが、差分判定器12の出力を1クロック遅らせているため、図2の回路構成と同じ1クロック分後ろにずれる。
【0086】
すなわち、図2に示す回路構成と同じ効果が得られ、リンギングの防止を実現できていることが確認できる。
【0087】
この立ち上がりの時点だけに着目すると、差分判定器12のしきい値はΔでも正常に動作するように思える。しかし、しきい値をΔに設定すると、混合型変調動作が正常に行われない。このことを次に示す。
【0088】
図11は図10に示したタイミング図の続きである。ここでαの値をΔ/8として説明を行う。
【0089】
量子化器2のしきい値はΔ/2であり、時刻T8におけるD点はΔ/2であるため、量子化器2はΔを出力する。これによりA点、B点ともにΔずつ増分され、C点の時刻T9における値は、−2Δ+αとなる。
【0090】
差分判定器12のしきい値は、2Δとしているので、Δ変調動作に切り替わることはなく混合型変調動作は継続される。
【0091】
差分判定器12のしきい値をΔとした場合のタイミング図を図12に示す。図10に相当する、時刻T0〜T9の部分は変化がないため省略し、時刻T6〜T15までを図に示してある。
【0092】
時刻T9のC点の値−2Δ+αを受けて、差分判定器12は1を出力し、時刻T10においてΔ変調回路に切り替わる。これにより積分器10の値がクリアされ、改めてαずつ加算されていき、時刻T13において、D点がΔ/2に達し、時刻T15においてΔ変調回路に切り替わる。
【0093】
その後も、この一連の動作を継続していくため、出力信号には5クロック毎にパルスが生じる。入力信号はΔ/8を端数としてもっているため、本来なら8クロック毎にパルスが生じることから、差分判定器12のしきい値をΔとする場合、正常に動作しないことがわかる。
【0094】
以上のことから、図8の回路構成においては、差分判定器12のしきい値の設定が重要であり、設定を適切に行えば、図2、図5に示す混合型変調器と同様の効果を得ることが可能である。
【0095】
この回路構成による利点は次である。差分判定器12のしきい値を2Δとしているため、差分判定器12への入力信号のビット幅を減らすことが可能となる。
具体的には、しきい値をΔとしている図2、図5に示す差分判定器1に対し、1ビット入力信号を減らすことができ、回路規模の縮小を図れるという点で、非常に有用な回路構成である。
【0096】
(実施の形態4)
次に、本発明の混合型変調器をオーバーサンプリング型D/A変換器に適用した場合について説明する。
【0097】
図13は、本発明の混合型変調器を用いたオーバーサンプリング型D/A変換器の構成を示す一実施例である。
【0098】
本発明の混合型変調器としては、例えば、図2の変調器が適用される。図13における参照符号18の回路が、図2に示す混合型変調器を示しており、13は再生用積分器、16は、D/A変換器、17は、帯域制限用のポストフィルタである。
【0099】
混合型変調器の出力は、従来技術の欄の(1)式に示すとおり、差分符号であるため、信号を再生するための再生用積分器13が必要である。
【0100】
再生用積分器13により再生された信号は、混合型変調により量子化ノイズレベルが低く、かつノイズシェーピング効果により高帯域側に量子化ノイズが分布している。
【0101】
したがってアナログポストフィルタ17に急峻な特性を必要とせず、量子化ノイズを容易に取り除くことが可能であり、高精度なオーバーサンプリング型D/A変換器を実現できる。
【0102】
図2に示す混合型変調器を用いることで、上述した高精度なオーバーサンプリング型D/A変換器を小回路規模で実現でき、かつリンギング防止によりセトリング時間の問題が解決できる点から、実用上非常に有用な回路である。
【0103】
(実施の形態5)
次に、本発明の混合型変調器をオーバーサンプリング型A/D変換器に適用した場合について説明する。
【0104】
図14は、本発明の混合型変調器を用いたオーバーサンプリング型A/D変換器の構成を示す一実施例である。
【0105】
本発明の混合型変調器としては、例えば、図2の変調器が適用される。図2における差分判定器1に相当する回路は、図14における比較器23、比較信号をラッチするラッチ回路24、およびデジタル論理回路で構成する判定回路25である。
【0106】
図14におけるアナログ加算器21は、図2における加算器8aと同じ機能を有す。
【0107】
図14におけるアナログ加算器22は、図2における加算器8cと同じ機能を有す。図14における量子化器29およびラッチ回路30の構成は、図2における量子化器2と同じ機能を有す。
【0108】
図14におけるアナログセレクタ28は、図2におけるセレクタ3aと同じ機能を有す。図14におけるアナログ積分器27は、図2における積分器10と同じ機能を有す。
【0109】
また、図2および図14において、同じ参照符号が付されている遅延器6、7、加算器9、およびセレクタ3bは、同じ機能を有し、かつ同じ動作を行う。
【0110】
図14におけるD/A変換器20、26、31は、デジタルからアナログへ伸びる3つの経路において必要である。
【0111】
D/A変換器20は、図2における予測積分器11から加算器8aへの経路、D/A変換器26は、図2における差分判定器1からセレクタ3a、3bへの経路、D/A変換器31は、図2におけるセレクタ3bから加算器8cへの経路においてそれぞれ使われている。したがって、図14の混合型変調器は、図2の変調器と等しい。
【0112】
従って、傾斜過負荷を起こさせる大きなステップが入力信号として入力された場合でも、リンギングの発生を抑え、セトリング時間が短縮される。
【0113】
図14のA/D変換器は、以下のように動作する。
【0114】
図示されるように、ラッチ回路30から加算器9の出力までの経路、遅延器7からセレクタ3bの出力までの経路、再生用積分器13、およびデジタルフィルタ33は全てデジタル回路で構成される。
【0115】
一方、入力段はすべてアナログ回路で構成される。
【0116】
アナログ加算器21に入力されたアナログ信号は、アナログ加算器22、セレクタ28を通り、アナログ積分器27で積分(混合型変調動作時)され、同時に量子化器29によりデジタル信号に量子化され、ラッチ回路30でデジタル信号をラッチする。
【0117】
加算器9の出力は、D/A変換器20によりアナログ信号に戻され、アナログ加算器21へ入力され、ここでアナログ信号から減算される。また遅延器7からの出力はD/A変換器31でアナログ信号に変換され、アナログ加算器22においてアナログ信号から減算される。
【0118】
混合型変調器32の出力は前記したとおり差分符号であるため、再生用積分器13で再生され、デジタルフィルタ33により帯域制限され、ΔΣ変調により高周波域に追いやられた量子化雑音を取り除き、A/D変換器の出力としてデジタル信号を得る。
【0119】
オーバーサンプリング及びΔ変調及びΔΣ変調の効果により量子化雑音電力を極めて小さくする事が可能である。よって、量子化雑音の発生源としてのアナログ加算器21、22、アナログ積分器27、量子化器29、及びD/A変換器20、26、31に要求される分解能及びアナログ特性を軽減することができる。そして、上述のとおり、本発明の混合型変調器を用いていることから、さらに、傾斜過負荷を起こさせる入力が入った場合でも、リンギングを抑制できる効果も有する。
【0120】
(実施の形態6)
次に、本発明の混合型変調器をオーバーサンプリング型A/D変換器に適用する場合の図14とは異なる構成例を説明する。
【0121】
図15は、本発明の混合型変調器を用いたオーバーサンプリング型A/D変換器の構成を示す一実施例である。
【0122】
本発明の混合型変調器としては、図8の変調器が適用される。図8における差分判定器12に相当する回路は、図15における比較器23、比較信号をラッチするラッチ回路24、およびデジタル論理回路で構成する判定回路25である。図8における遅延器4に相当する回路は、図15におけるラッチ回路24がその機能を持つ。
【0123】
図8と図15において、同じ参照符号が付されている回路は同じ機能を有し、かつ同じ動作をする。
【0124】
図14と図15の大きな違いは、図14におけるアナログ加算器22の代わりに図15では加算器8cが使用されている点、ならびに、図14におけるD/A変換器31が図15では不要である点である。
【0125】
ここに、図15に示す混合型変調器の構成の利点がある。具体的には、デジタルからアナログへの経路が図14と比較して1本少なくなるため、D/A変換器の数を1つ減らすことができ、さらにアナログ加算器をデジタル加算器に替えることができる。
【0126】
よって、アナログ回路による誤差の低減が図14に示す回路に比べ、実現しやすい。これにより、より高精度かつ面積の小さいA/D変換器を実現することが可能となる。
【0127】
(実施の形態7)
次に、本発明の混合型変調器をオーバーサンプリング型A/D変換器に適用する場合の図14とは異なる構成例を説明する。
【0128】
図16は、本発明の混合型変調器を用いたオーバーサンプリング型A/D変換器の構成を示す一実施例である。
【0129】
本実施例では、混合型変調器として、例えば、図8に示される構成の変調器を使用する。図8における差分判定器12に相当する回路は、図16における比較器23および遅延回路39である。
【0130】
図8における量子化器2に相当する回路は、図16における量子化器29および遅延回路40である。
【0131】
図8における加算器8a、8c、9に相当する回路は、図15においてそれぞれアナログ加算器21、34、36である。図8における遅延器4に相当する回路は、図16の遅延回路39である。また、図8における遅延器6、7に相当する回路は、図16におけるラッチ回路35および遅延回路37である。
【0132】
図8における積分器10に相当する回路は、図16におけるアナログ積分器27である。図8におけるセレクタ3a、3bに相当する回路は、それぞれ図16においてセレクタ28、38である。
【0133】
図8に示す混合型変調回路が、図16におけるアナログ回路で構成した混合型変調器42に相当する。
【0134】
図16における混合型変調器42の動作は、図8に示す混合型変調器と同じ動作をし、その出力をデジタル回路で構成されたラッチ回路43でラッチし、再生用積分器13を通して差分符号を再生し、デジタルフィルタ33により量子化雑音、およびアナログ回路上で発生するノイズをカットし、精度のよいA/D変換器を構成することが可能である。
【0135】
この回路構成による利点は、回路素子が全てアナログで実現されているため、C−MOSプロセスを使う必要がなく、バイポーラ等でも実現できる点にあり、加えてリンギングを抑制する効果も併せ持つ、混合型変調器を実現できる。
【0136】
以上、本発明の混合型変調器並びに前記本発明の混合型変調器を用いたオーバーサンプリング型D/A、A/D変換器が、前述の目的を達成すべく容易に実現可能であり、かつ、有効に作用することを示した。
【0137】
本発明の混合型変調器は、例えば、図17に示すような、移動体通信用の携帯端末におけるAFC回路において使用することができる。
【0138】
先に説明したように、本発明が入力信号として想定しているのは、図23(a)のような一定時間、変化しない信号である。つまり、リアルタイムで変化する信号ではない。
【0139】
例えば、CDMA方式のAFC回路(受信側の局部発振器の発振クロックを送信されてくる搬送波に同期させるための自動周波数制御回路)では、AFCの帰還制御は所定の周期で行われるものであり、一度、入力された信号は、所定時間ホールドされることになる。また、アンテナで受信された信号は、フェージングの影響を受けてその振幅が大きく変化するため、A/D変換やD/A変換に際し、入力が過大となる恐れは常に存在する。
【0140】
したがって、AFC回路は、本発明の混合型変調器を用いたA/D変換器やD/A変換器を適用するのにふさわしい回路である、といえる。
【0141】
図17において、移動体端末600において、アンテナ601で受信されたCDMA方式の信号は、アンプ602で増幅され、バンドパスフィルタ603を経由してミキサ604に入力される。
【0142】
このミキサ604では、局部発振回路(VCO)615から出力される局部発振信号(LO)が乗算され、受信信号の周波数変換がなされる。そして、周波数が変換された信号は、バンドパスフィルタ605を経由してベースバンド変換回路606に入力され、ベースバンド信号となる。
【0143】
同期クロック検出回路607は、ベースバンド信号に含まれる同期クロックを抽出する。抽出された同期クロックは分周器608で分周され、分周後のクロック信号がAFC(自動周波数制御回路)609に入力される。このAFC回路609に、本発明のD/A変換器610やA/D変換器611が搭載されている。
【0144】
AFC回路609では、分周器608で分周されたクロック信号と、温度補償型水晶発振器(TCXO)612の発振クロックを分周器613で分周したクロック信号とを比較し、分周器613の出力信号を、分周器608の出力信号に同期させる。分周器613の出力は、PLL回路614に入力される。PLL回路614は、局部発振器(VCO)615の発振出力(局部発振信号LO)を分周器613の出力クロックに同期させる働きをする。
【0145】
CDMA受信機では、局部発振器の発振出力を、極めて高精度に送信されてきた搬送波に同期させる必要がある。本発明をAFC回路に適用すると、低ビット数の比較的安価なA/D変換器,D/A変換器を用いて、きわめて高精度な変換出力を得ることができ、かつ、過大入力があった場合でも、セトリング時間が増大することはなく、使い勝手が良くなる。
【0146】
図18に、本発明を変形した例を示す。この例では、混合型変調器において、スイッチSW1,SW2の他に、スイッチSW3を設け、これらのスイッチを制御部700で制御するものである。
【0147】
図1で説明したように、スイッチSW1,SW2が切り替えられるとΔ変調器に変化し、スイッチSW3が切り替えられると、ΔΣ変調器に変化する。
【0148】
このように、内蔵スイッチを各々独立に制御することで、混合型変調器から、Δ変調器やΔΣ変調器を個別に切り離すことができる。したがって、用途や使用条件等に応じて、どの変調器を使用するかを決めることができる。
【0149】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、混合型変調器を用いたオーバーサンプリング型D/A、A/D変換器において、Δ変調部の「傾斜過負荷」を起こさせる大きなステップが入力信号として入力された場合にも、リンギングの発生を抑え、セトリング時間を短くすることができる。
【0150】
また、本発明の混合型変調器を構成するにあたっては、非常に少ない回路素子の追加のみで実現可能であり、大規模化が進むアナログデジタル混載システムLSIにおいて非常に有効であると言える。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)Δ変調器の構成を示す図
(b)ΔΣ変調器の構成を示す図
(c)混合型変調器の構成を示す図
(d)本発明の混合型変調器の特徴を説明するための図
【図2】本発明の混合型変調器の一例の構成を示すブロック図
【図3】図2の混合型変調器に過大かつ、Δの整数倍の入力を与えた場合の動作を示すタイミング図
【図4】図2の混合型変調器に過大かつ、Δの整数倍でない入力を与えた場合の動作を示すタイミング図
【図5】本発明の混合型変調器の他の例の構成(差分判定器の出力を遅延器を介さずにセレクタに供給する構成)を示すブロック図
【図6】図5の混合型変調器に過大かつ、Δの整数倍の入力を与えた場合の動作を示すタイミング図
【図7】図5の混合型変調器に過大かつ、Δの整数倍でない入力を与えた場合の動作を示すタイミング図
【図8】本発明の混合型変調器の他の例の構成(差分判定器の規模を縮小した構成)を示すブロック図
【図9】図8の混合型変調器に過大かつ、Δの整数倍の入力を与えた場合の動作を示すタイミング図
【図10】図8の混合型変調器に過大かつ、Δの整数倍でない入力を与えた場合の動作を示すタイミング図(時刻T0〜T9)
【図11】図8の混合型変調器に過大かつ、Δの整数倍でない入力を与えた場合の動作を示すタイミング図(時刻T6〜T15)
【図12】図8の混合型変調器の差分判定器の出力をΔに設定し、過大かつ、Δの整数倍でない入力を与えた場合の動作を示すタイミング図(時刻T6〜T15)
【図13】本発明の混合型変調器を用いたオーバーサンプリング型D/A変換器の全体構成の一例を示すブロック図
【図14】本発明の混合型変調器を用いたオーバーサンプリング型A/D変換器の全体構成の一例を示すブロック図
【図15】本発明の混合型変調器を用いたオーバーサンプリング型A/D変換器の他の例の構成を示すブロック図
【図16】本発明の混合型変調器を全てアナログ回路を用いて実現した、オーバーサンプリング型A/D変換器の構成を示すブロック図
【図17】本発明の混合型変調器を用いたA/D変換器やD/A変換器が搭載されているCDMA受信機の構成を示すブロック図
【図18】本発明の混合型変調器の変形例の構成を示すブロック図
【図19】混合型変調器と再生用積分器とを組み合わせた回路を示すブロック図
【図20】混合型変調器を用いたオーバーサンプリング型D/A変換器の構成を示すブロック図
【図21】(a)従来の混合型変調器の一例の構成を示すブロック図
(b)従来の混合型変調器の他の例の構成を示すブロック図
【図22】従来の混合型変調器に過大な入力があった場合に、出力信号が収束するまでの各部の状態の変化を示すタイミング図
【図23】(a)混合型変調器の入力信号の例を示す図
(b)過大な信号が入力された場合に、混合型変調器の出力にリンギングが発生する様子を示す図
【符号の説明】
1 差分判定器
2 量子化器
3a、3b ΔΣ変調部の積分器の機能を停止するためのセレクタ
4 差分判定器の出力を遅延させるための遅延器
5、6、7 遅延器
8a、8b、8c、9 加算器(減算器;演算器)
10 ΔΣ変調部の積分器
11 予測積分器
13 再生用積分器
90,91 加算器
100 量子化器
200 遅延器
300 予測フィルタ
400 ノイズシェイプフィルタ
500 差分判定器
SW1,SW2 ΔΣ変調を実行する部分を切り離すためのスイッチ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a modulator (mixed modulator), an oversampling D / A converter, and an A / D converter of a system in which Δ modulation and ΔΣ modulation are mixed.
[0002]
[Prior art]
Oversampling D / A converters and A / D converters convert at a sampling rate several tens to several hundreds times the frequency band of the input signal, drive the quantization noise to the high frequency side by signal processing, The analog interface circuit can perform high-resolution conversion, and is attracting attention as an optimum method for an analog-digital mixed system LSI whose scale is increasing.
[0003]
Modulation methods used in the signal processing section of oversampling D / A and A / D converters are Δ modulation (delta modulation), ΔΣ modulation (delta-sigma modulation), and a combination of these modulation methods. It has been known.
[0004]
Δ modulation is differential pulse code modulation in which the difference between successive sample signals is a 1-bit code. Specifically, this is a feedback type modulation method that obtains a predicted value for an input signal and quantizes (modulates) the difference signal between the input signal and the predicted value. Noise can be reduced.
[0005]
In addition, ΔΣ modulation is a feedback modulation scheme that quantizes (modulates) a difference (quantization noise) between an input signal and an output signal (quantized signal). In this method, the noise component in the required signal band can be reduced by distributing the quantization noise to a high frequency band by oversampling.
[0006]
The mixed modulation employed in the present invention is a combination of the Δ modulation and the ΔΣ modulation, and is also referred to as interpolation modulation, and performs ΔΣ modulation on a difference signal between an input signal and a predicted value.
[0007]
Thus, mixed modulation has the best of both worlds. That is, since the quantization noise is driven to a high frequency range by ΔΣ modulation, the quantization noise power is small and the quantization noise power itself, which is an advantage of Δ modulation, is small.
[0008]
Therefore, when mixed modulation is used, a high-order and steep filter characteristic is added to the post-stage digital filter in the A / D converter and the post-filter in the analog signal output stage in the D / A converter. Therefore, it is possible to suppress the increase in circuit scale and power consumption.
[0009]
Hereinafter, an example of a mixed modulator and an oversampling A / D and D / A converter using the mixed modulator will be described.
[0010]
21A and 21B show the basic configuration of the mixed modulator. The difference between the modulator described in (a) and the modulator described in (b) is only the position of the adder 8b for ΔΣ modulation, and the processing content is substantially the same in either configuration. The same.
[0011]
Here, the configuration described in (a) will be described as an example.
[0012]
In FIG. 21A, reference numerals 5, 6, and 7 are delay units, reference numerals 8a, 8b, 8c, and 9 are adders, and reference numeral 2 is a quantizer. The inside of the quantizer 2 has a threshold value of ±. When a signal exceeding the threshold value of + is input, “+ Δ” is output, and “0” is input between the threshold values of + and −. When a signal less than the -threshold value is input, "-Δ" is output. “Δ” at this time is called a quantization step (or quantization step width).
[0013]
The system function in the block configuration shown in FIG. 21A is expressed as the following equation (1).
[0014]
Y = (1-Z -1 ) ((X + (1-Z -1 ) Q)) ...... (1)
Here, X represents an input signal, and Y represents an output signal. Q represents an error between the input signal and the output signal of the quantizer 2, that is, quantization noise.
[0015]
In this description, a first-order mixed modulation method is taken as an example. In FIG. 21A, first-order ΔΣ modulation and first-order Δ modulation are mixed.
[0016]
The output of the adder 9 in FIG. 21A is an output of a prediction value for Δ modulation, and therefore 11 is a prediction integrator. Each delay unit delays the input signal by a delay clock for a predetermined time.
[0017]
The predictive integrator 11 adds one of the values “+ Δ”, “0”, and “−Δ”, while the integrator 10 including the delay unit 5 and the adder 8c is “input signal-predicted”. Value minus the value after one delay of the quantizer output, that is, the output of the adder 8b shown in FIG.
[0018]
The mixed modulator integrates the output of the quantizer 2 with the prediction integrator 11 to generate a prediction signal, and "input signal-predicted value-quantized value after one delay", that is, FIG. Feedback is made to the adders 8a, 8b and 9 so that the output of the adder 8b shown in a) is minimized. The effect of this is equivalent to performing ΔΣ modulation on the difference signal between the input signal and the predicted value.
[0019]
As is clear from the system function of the above equation (1), the output of the mixed modulator is a differential code as in the case of Δ modulation. The difference between this difference code and the difference code of Δ modulation is that the difference code of Δ modulation simply represents the difference between the input signal and the predicted value, whereas the difference code of mixed modulation was generated by Δ modulation. The difference code is a code obtained by further ΔΣ modulation.
[0020]
As described above, the oversampling A / D and D / A converters convert at a sampling rate several tens to several hundreds times the input signal frequency band. Due to the effect of this oversampling, the quantization noise is diffused up to a high frequency range. Therefore, if attention is paid only to the input signal frequency band, it is equivalent to a reduction in quantization noise power.
[0021]
When a mixed modulator is used, the advantage of Δ modulation and ΔΣ modulation is added to the effect of oversampling, and the quantization noise can be made extremely small more effectively.
[0022]
Also in the A / D converter, similarly, the quantization noise power can be extremely reduced, and this makes it possible to reduce the level of analog characteristics or the like required for the constituent circuits.
[0023]
As described above, the mixed modulator can be easily realized as a modulator used in an oversampling A / D or D / A converter, and can perform high-resolution conversion using a low-bit analog interface circuit. Is possible.
[0024]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional mixed-type modulator has the advantages of Δ modulation and ΔΣ modulation, and at the same time, does not cause “slope overload” of the Δ modulation unit that is a component thereof, that is, “input signal step width” Is not equal to or smaller than the quantization step (quantization step width) Δ output by the quantizer ”, the mutual integration results between the predictive integrator of the Δ modulator and the integrator of the ΔΣ modulator Since this calculation process appears at the output via the regenerative integrator, noise and distortion are generated, and in addition, the output is not stable during this calculation period and the settling time is increased. Has the disadvantages.
[0025]
In other words, the mixed modulator has two loops (a majority of the components are shared) of a feedback loop of Δ modulation and a feedback loop of ΔΣ modulation, and if the input change is too large, Δ The predicted value in the modulation cannot follow, and the difference between the input signal and the predicted value greatly exceeds the quantization step width (determines the tracking capability of the feedback loop). When such a situation occurs, one feedback loop tries to converge forcibly, and the other feedback loop is out of the convergence condition, and conversely, the other is out of the convergence condition when trying to converge. Since the phenomenon is repeated, settling is delayed.
[0026]
This phenomenon will be described with reference to FIGS.
[0027]
In FIG. 21A, the output of the predictive integrator 11 is point A, and the point where the difference between the input signal and the predicted value appears, that is, the output of the adder 8a is point B. Also, the point after the delay of the output of the quantizer 2 is subtracted from the point B, that is, the output of the adder 8b is the point C, the output of the integrator 10 is the point D, and the output of the quantizer, The output of the mixed modulator is point E.
[0028]
That is, the result of integrating the previous E point is the A point, the result of subtracting the A point from the input signal is the B point, and the result of subtracting the previous E point from the B point is the C point. The result of integrating the C point is the D point.
[0029]
The quantizer 2 outputs “Δ” if the D point is “Δ / 2” or more, outputs 0 if it is within the range of “± Δ / 2”, and is less than “−Δ / 2”. If there is, “−Δ” is output. The timing diagram of FIG. 22 shows how each point changes when a signal five times the quantization step “Δ” of the input signal is input. In the initial state, each point shows zero.
[0030]
In FIG. 22, for convenience, Δ is omitted and the numerical values are drawn. That is, in FIG. 22, for example, a numerical value “5” means “5Δ”. In FIG. 22, when an input signal of “5Δ” is input at time T1, first, since the previous E point is “0”, the A point is also “0”, so the B point, the C point, Point D indicates “5Δ”.
[0031]
Since the point D is 10 times larger than the threshold value Δ / 2, the point E indicates “Δ”. At the next clock, point A becomes Δ, therefore point B becomes “4Δ”, point C becomes “3Δ”, and point D adds “5Δ” which is the value of the previous point D to become “8Δ”. At time T6, point A first becomes “5Δ”, which is equal to the input signal and point B becomes “0”, but point D at the same time greatly increases to “10Δ”, which greatly exceeds the input signal “5Δ”. Yes. Therefore, the point E previously outputs “Δ”.
[0032]
The convergence conditions in this example are “5Δ” at point A and “0” at points B, C, D, and E. At time T9, point D shows Δ closest to the convergence point of the first time, but point A at that time is “8Δ”, point B is “−3Δ”, and point C is “−4Δ”. In this example, it finally converges at T27.
[0033]
The “tilt overload” phenomenon of Δ modulation generally referred to is only the movement of the point A in the present description, and converges when the point A reaches 5Δ for the first time. Since there is the integrator 10 of the ΔΣ modulation section which is the other component, the calculation time until convergence is very long compared to only Δ modulation.
[0034]
The output signal of this calculation process appears as a ringing waveform after passing through the regeneration integrator, passing through the convergence point many times. The change in the signal level at point A is shown on the lower side of FIG. It can be seen that large ringing occurs. Here, ringing is caused by a P portion surrounded by a dotted line (a portion in which an excessive signal accumulated in the integrator 10 is reduced by time T6).
[0035]
In this description, 5Δ, which is an integer multiple of Δ, is used as an input signal. However, in practice, a signal unrelated to Δ is input, and the calculation time is further increased. In addition, as the input signal step increases, the calculation time required for convergence increases and the ringing waveform increases greatly. The ringing described above is the cause of the increase in the settling time and is a problem of the conventional mixed modulator.
[0036]
That is, when a step waveform as shown in FIG. 23A is input to the D / A converter, as shown in FIG. 23B, ringing occurs at times t0 to t1 (this is settling time ST). Exists. Therefore, the output of the D / A converter cannot actually be used unless it is after time t1. If the settling time (ST) is long, an extra waiting time is increased and signal processing is delayed.
[0037]
The present invention has been made to solve such problems. In an oversampling A / D and D / A converter using a mixed modulator, a slope overload of the Δ modulator is caused. Even when a large step is input as an input signal, the object is to suppress the occurrence of ringing and shorten the settling time.
[0038]
[Means for Solving the Problems]
The mixed modulator according to the present invention has switch means for separating a portion for executing ΔΣ modulation and control means for controlling switching of the switch means. As a result, the mixed modulator can be instantaneously changed to a Δ modulator.
[0039]
For example, when the amount of change in the input signal exceeds a predetermined allowable range, the control unit controls the switch unit to cut off the portion that performs ΔΣ modulation and suppresses the occurrence of ringing, so that ringing does not occur (at least ringing does not occur). When the possibility of occurrence is low), the above-mentioned disconnection is released and the mixed modulator is restored.
[0040]
According to one aspect of the mixed modulator of the present invention, the amount of change per clock of the input signal is monitored, and when the amount of change is large, the ΔΣ modulator is used in a short period immediately after the input signal is input. By stopping the integrator function and stopping the feedback of the output signal one clock before the quantizer, only the Δ modulation operation is performed, and the difference between the input signal and the predicted value is the step width of the quantizer. If it falls within the range, a mixed modulation operation in which Δ modulation and ΔΣ modulation are mixed is performed.
[0041]
That is, in the first stage Δ modulation, when the difference between the input signal and the predicted value exceeds the quantization step width Δ, a Δ modulation circuit is configured, and the predicted value is the quantization step width Δ for each input signal. Approaching. When the difference between the input signal and the predicted value falls below the quantization step width Δ, the original circuit (mixed modulation circuit of Δ modulation and ΔΣ modulation) is formed. Therefore, even when an input change exceeding the quantization step width Δ is given, there will be no additional subtraction between the integrator of the ΔΣ modulator and the prediction integrator, and ringing will continue for a long time. do not do.
[0042]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1A shows the configuration of the Δ modulator, and FIG. 1B shows the configuration of the ΔΣ modulator. Each modulator has an adder 90, a quantizer 100, and a delay device 200 for one clock. However, the Δ modulator has a prediction filter 300 as an integrator, whereas the ΔΣ modulator has a noise shape filter 400.
[0043]
FIG. 1C shows the configuration of the mixed modulator. In the figure, reference numeral 91 is an adder. FIG. 1D shows the basic configuration of the mixed modulator according to the present invention.
[0044]
As shown in FIG. 1 (d), the mixed modulator of the present invention includes a difference determiner (control means) 500 and two switches SW1 (switches for substantially disconnecting the noise shape filter 400 from the circuit). ) And SW2 (switches for cutting the feedback path of the ΔΣ modulator).
[0045]
When the difference determination unit 500 detects that the difference exceeds a threshold value (predetermined allowable range), the switch SW1 is switched to the a terminal side, and the switch SW2 is opened. Thereby, the mixed modulator shown in FIG. 1D is changed to a Δ modulator shown in FIG.
[0046]
Therefore, even when a large step that causes a gradient overload of the Δ modulation unit, which is a drawback of the conventional mixed modulator, is input as an input signal, for example, since it switches to the Δ modulation circuit after one clock of the oversampling clock, No ringing occurs. Therefore, the settling time can be shortened.
[0047]
Since the output of the mixed modulator is a differential output, in actual use, it is necessary to provide the regeneration integrator 13 in the subsequent stage as shown in FIG. FIG. 20 is a configuration example of a D / A converter. As shown in the figure, it comprises a mixed modulator 12, a regenerative integrator 13, a DA converter 23, and a post filter 24.
[0048]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
[0049]
(Embodiment 1)
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the mixed modulator of the present invention.
[0050]
In the figure, reference numeral 2 is a quantizer, reference numerals 3a and 3b are selectors, reference numeral 1 is a difference determination unit for determining a difference between an input signal and a predicted value, reference numerals 4, 5, 6, and 7 are delay units, Reference numerals 8a, 8b, 8c, and 9 are adders. Reference numeral 10 is an integrator of the ΔΣ modulation unit, and reference numeral 11 is a prediction integrator of the Δ modulation unit.
[0051]
The adder 8a outputs the difference between the input signal and the output of the prediction integrator 11. The output of the adder 8a is input to the difference determiner 1, and the difference determiner 1 determines whether or not the input difference amount exceeds the threshold value Δ of the quantizer 2, and the selector 3a and the selector 3b. It has a function to control.
[0052]
The difference determiner 1 is a determiner that detects an excessive input, and also functions as a controller that controls the selector. That is, the determination output of the difference determiner 1 is directly input to the selectors 3a and 3b, and switching of the selectors 3a and 3b is controlled by the signal.
[0053]
FIG. 3 shows the operation when a large step (in the example shown in FIG. 2, the initial value is zero, 5Δ is input, and −14Δ is subsequently input) is input as an input signal. Represents. In the figure, for convenience, Δ is omitted and a numerical value is drawn. For example, the numerical value “5” means “5Δ”. The omission of Δ is the same in FIGS. 6 and 9.
[0054]
As compared with FIG. 22 (operation of the conventional example), it is clear that the convergence is made in a very short time (see the behavior at the time of 5Δ input). That is, if there is an input of 5Δ at time T1, it immediately switches to the Δ modulation circuit at that time (T1), and thereafter the value at point A is incremented by Δ. And it converges at the time (T7) as early as possible.
[0055]
When −14Δ is input after 5Δ is input, the difference determination unit reads the change amount −19Δ of the input signal, switches to the Δ modulation circuit, and decreases the value of the prediction integrator by Δ.
[0056]
Despite the large input change amount of −19Δ, the convergence time is much faster than the operation of the conventional mixed modulator shown in FIG. 22 (at the time of 5Δ input), and the effect of preventing ringing is exhibited.
[0057]
The example shown in FIG. 3 is a special case where an integer multiple of the step width Δ of the quantizer is given as an input. In contrast, FIG. 4 shows a timing diagram close to actual use.
[0058]
FIG. 4 shows a timing chart when 5Δ + α is given to the circuit of FIG. 2 as an input signal. In FIG. 4, α <Δ / 2 is assumed, but it can be easily confirmed that there is no problem even if α> = Δ / 2 only by the difference in the output of the quantizer. Even when an input change of nΔ + α (n is an integer, α <Δ) is given to the modulator, it can be confirmed that the modulator operates normally.
[0059]
(Embodiment 2)
FIG. 5 shows another configuration example of the mixed modulator of the present invention. The difference between FIG. 1 and FIG. 5 is whether or not the output of the difference determiner is delayed by one clock. That is, in the present embodiment, unlike the previous embodiment, the output of the difference determiner is not delayed by one clock.
[0060]
A timing diagram showing the operation of the mixed modulator of FIG. 5 is shown in FIG. In the figure, for convenience, Δ is omitted and the numerical values are drawn.
[0061]
The mixed modulator shown in FIG. 5 excludes the delay of one clock of the output of the difference determiner.
[0062]
However, the example shown in FIG. 6 (FIG. 3) is a special case in which an integer multiple of the step width Δ of the quantizer is given as an input. On the other hand, a timing diagram close to actual use is shown in FIG. . Hereinafter, FIG. 4 and FIG. 7 are compared.
[0063]
As described above, FIG. 4 shows a timing chart when 5Δ + α is given as an input signal to the circuit of FIG. 2, and FIG. 7 shows a timing chart when 5Δ + α is given as an input signal to the circuit of FIG. Show.
[0064]
In FIGS. 4 and 7, α <Δ / 2 is assumed. However, it is easy to confirm that there is no problem even if α> = Δ / 2 only by the difference in the output of the quantizer. 7, it can be confirmed that the modulator of the present invention operates normally even when an input change of nΔ + α (n is an integer, α <Δ) is given.
[0065]
Comparing FIG. 4 and FIG. 7, it is possible to confirm the influence of the difference in the circuit configuration of FIG. 2 and FIG. 5 on the modulation operation.
[0066]
In both cases, Δ modulation operation is performed until time T5, but it can be seen that there is a difference in the value of point D at time T6.
[0067]
Specifically, in the circuit shown in FIG. 2, the point D is α at time T6, and in the circuit shown in FIG. 5, the point D is 2α at time T6.
[0068]
The behavior of point D after time T6 is still incremented by α in both circuits, and the circuit shown in FIG. 5 reaches the quantizer threshold earlier by one clock. That is, the circuit shown in FIG. 5 rises earlier by one clock than the circuit shown in FIG.
[0069]
The difference depending on the circuit configuration described above depends on how long the Δ modulation operation is continued. In the circuit of FIG. 2, the Δ modulation operation is continued until T6, and in the circuit of FIG. 5, the Δ modulation operation is completed at time T5.
[0070]
In the present invention, the greatest object is to prevent ringing, and Δ modulation operation is adopted as the means. From this point of view, it can be said that the circuit configuration of FIG. 5 is more suitable for the original purpose because the Δ modulation operation is completed one clock earlier.
[0071]
The advantages of the circuit of FIG. 5 over the circuit of FIG. 2 are that the above-described Δ modulation operation can be completed one clock earlier, that one delay device can be reduced, and the circuit scale can be reduced. is there.
[0072]
The difference determiner 1 has a very simple circuit configuration, and the amount of delay generated here is considered to be very small. Furthermore, since the output of the difference determiner 1 directly controls the selectors 3a and 3b, there is almost no delay amount from the difference determiner 1 to the selectors 3a and 3b.
[0073]
Therefore, it is considered that the delay device 4 is not particularly necessary, and FIG. 5 shows a circuit configured based on this idea. For these reasons, the circuit configuration of FIG. 5 is very useful.
[0074]
However, the circuit configuration of FIG. 2 may be advantageous. For example, when the operation clock is very fast, mis-latching may occur unless the synchronous design shown in FIG. 2 is adopted. In addition, since the shortening of the convergence time for one clock cannot provide a great effect, the circuit of FIG. 2 should be adopted.
[0075]
On the other hand, when the operation clock is relatively slow, the problem caused by the asynchronous circuit design does not occur as described above. In addition, since the effect of shortening the convergence time for one clock is large, there is an advantage of employing the circuit of FIG.
[0076]
As described above, the advantages of the mixed modulator of the present invention can be maximized by properly using the circuit configurations of FIGS.
[0077]
(Embodiment 3)
Next, a configuration example in which the mixed modulator of the present invention is further modified will be described with reference to FIG.
[0078]
FIG. 8 is greatly different from the above-described configuration example of the mixed modulator of the present invention. The differences from the circuit configurations shown in FIGS. 2 and 5 are the position and operation of the difference determiner 12 and the position of the adder 8c.
[0079]
The adder 8 c adds the value one clock before the quantizer 2 to the value of the prediction integrator 11. The adder 8a calculates the difference between the input signal and the output of the adder 8c, and the result is input to the integrator 10.
[0080]
The difference determiner 12 has a function of receiving the output of the adder 8a, determining whether or not it exceeds twice the step width Δ of the quantizer 2, and controlling the selector 3a and the selector 3b.
[0081]
FIG. 9 shows the operation when a large step (in the example shown in FIG. 8, initial value zero, 5Δ input, and subsequently −14Δ is input) is input as an input signal to the modulator of FIG. Represents. In FIG. 9, for convenience, Δ is omitted and a numerical value is drawn.
[0082]
In FIG. 9, as in FIG. 3, the convergence is made at times T7 and T28, and the effect of preventing ringing can be confirmed even in this circuit configuration.
[0083]
In this circuit configuration, the difference between the circuits shown in FIGS. 2 and 5 is that the threshold value of the difference determiner 12 is set to 2Δ.
[0084]
If this threshold is Δ, the circuit configuration of FIG. 8 does not operate normally. Before explaining this, the timing when a 5Δ + α input signal (initial value zero) is given to the circuit of FIG. 5 is shown in FIG. 10, and it will be explained that it operates also for nΔ + α input. .
[0085]
In FIG. 10, only the rising portion with respect to the input of 5Δ + α is shown. Since the determination at point C is performed with a threshold value of 2Δ, the mode is switched to the mixed modulation operation at time T6. The timing of switching from Δ modulation to mixed modulation is shifted backward by the same one clock as in the circuit configuration of FIG. 2 because the output of the difference determiner 12 is delayed by one clock.
[0086]
That is, it can be confirmed that the same effect as the circuit configuration shown in FIG. 2 is obtained and that prevention of ringing can be realized.
[0087]
If attention is paid only to the rising point, it seems that the threshold value of the difference determiner 12 operates normally even when the threshold value is Δ. However, when the threshold value is set to Δ, the mixed modulation operation is not normally performed. This is shown below.
[0088]
FIG. 11 is a continuation of the timing diagram shown in FIG. Here, description will be made assuming that the value of α is Δ / 8.
[0089]
Since the threshold value of the quantizer 2 is Δ / 2 and the point D at time T8 is Δ / 2, the quantizer 2 outputs Δ. As a result, both the points A and B are incremented by Δ, and the value of the point C at time T9 is −2Δ + α.
[0090]
Since the threshold value of the difference determiner 12 is 2Δ, the mixed modulation operation is continued without switching to the Δ modulation operation.
[0091]
FIG. 12 shows a timing chart when the threshold value of the difference determiner 12 is Δ. The portion corresponding to FIG. 10 at time T0 to T9 is omitted because there is no change, and the time from T6 to T15 is shown in the figure.
[0092]
Upon reception of the value C of point C at time T9, −2Δ + α, the difference determiner 12 outputs 1 and switches to the Δ modulation circuit at time T10. As a result, the value of the integrator 10 is cleared, and α is added again. At time T13, the point D reaches Δ / 2, and at time T15, the Δ modulation circuit is switched.
[0093]
Thereafter, since this series of operations is continued, a pulse occurs in the output signal every 5 clocks. Since the input signal has Δ / 8 as a fraction, a pulse is generated every 8 clocks. Therefore, when the threshold value of the difference determiner 12 is Δ, it is understood that the input signal does not operate normally.
[0094]
From the above, in the circuit configuration of FIG. 8, it is important to set the threshold value of the difference determiner 12. If the setting is appropriately performed, the same effects as those of the mixed modulator shown in FIGS. It is possible to obtain
[0095]
The advantages of this circuit configuration are as follows. Since the threshold value of the difference determiner 12 is 2Δ, the bit width of the input signal to the difference determiner 12 can be reduced.
Specifically, it is very useful in that the 1-bit input signal can be reduced and the circuit scale can be reduced with respect to the difference determiner 1 shown in FIGS. Circuit configuration.
[0096]
(Embodiment 4)
Next, a case where the mixed modulator of the present invention is applied to an oversampling D / A converter will be described.
[0097]
FIG. 13 is an example showing the configuration of an oversampling D / A converter using the mixed modulator of the present invention.
[0098]
As the mixed modulator of the present invention, for example, the modulator of FIG. 2 is applied. The circuit denoted by reference numeral 18 in FIG. 13 represents the mixed modulator shown in FIG. 2, wherein 13 is a reproduction integrator, 16 is a D / A converter, and 17 is a post filter for band limitation. .
[0099]
Since the output of the mixed modulator is a differential code as shown in equation (1) in the column of the prior art, a reproduction integrator 13 for reproducing a signal is necessary.
[0100]
The signal reproduced by the reproduction integrator 13 has a low quantization noise level due to the mixed modulation, and the quantization noise is distributed on the high band side due to the noise shaping effect.
[0101]
Therefore, the analog post filter 17 does not require a steep characteristic, quantization noise can be easily removed, and a highly accurate oversampling D / A converter can be realized.
[0102]
By using the mixed modulator shown in FIG. 2, the above-described highly accurate oversampling D / A converter can be realized on a small circuit scale, and the problem of settling time can be solved by preventing ringing. It is a very useful circuit.
[0103]
(Embodiment 5)
Next, the case where the mixed modulator of the present invention is applied to an oversampling A / D converter will be described.
[0104]
FIG. 14 shows an example of the configuration of an oversampling A / D converter using the mixed modulator of the present invention.
[0105]
As the mixed modulator of the present invention, for example, the modulator of FIG. 2 is applied. A circuit corresponding to the difference determiner 1 in FIG. 2 is the comparator 23 in FIG. 14, a latch circuit 24 that latches the comparison signal, and a determination circuit 25 configured by a digital logic circuit.
[0106]
The analog adder 21 in FIG. 14 has the same function as the adder 8a in FIG.
[0107]
The analog adder 22 in FIG. 14 has the same function as the adder 8c in FIG. The configurations of the quantizer 29 and the latch circuit 30 in FIG. 14 have the same functions as the quantizer 2 in FIG.
[0108]
The analog selector 28 in FIG. 14 has the same function as the selector 3a in FIG. The analog integrator 27 in FIG. 14 has the same function as the integrator 10 in FIG.
[0109]
2 and 14, the delay units 6 and 7, the adder 9, and the selector 3 b that are assigned the same reference numerals have the same function and perform the same operation.
[0110]
The D / A converters 20, 26, and 31 in FIG. 14 are necessary in three paths extending from digital to analog.
[0111]
The D / A converter 20 is a path from the prediction integrator 11 to the adder 8a in FIG. 2, and the D / A converter 26 is a path from the difference determiner 1 to the selectors 3a and 3b in FIG. The converter 31 is used in each path from the selector 3b to the adder 8c in FIG. Therefore, the mixed modulator of FIG. 14 is equivalent to the modulator of FIG.
[0112]
Therefore, even when a large step causing a gradient overload is input as an input signal, the occurrence of ringing is suppressed and the settling time is shortened.
[0113]
The A / D converter in FIG. 14 operates as follows.
[0114]
As shown in the figure, the path from the latch circuit 30 to the output of the adder 9, the path from the delay unit 7 to the output of the selector 3b, the reproducing integrator 13, and the digital filter 33 are all configured by digital circuits.
[0115]
On the other hand, all the input stages are composed of analog circuits.
[0116]
The analog signal input to the analog adder 21 passes through the analog adder 22 and the selector 28, is integrated by the analog integrator 27 (during the mixed modulation operation), and is simultaneously quantized to a digital signal by the quantizer 29. The latch circuit 30 latches the digital signal.
[0117]
The output of the adder 9 is returned to an analog signal by the D / A converter 20 and input to the analog adder 21 where it is subtracted from the analog signal. The output from the delay unit 7 is converted into an analog signal by the D / A converter 31 and subtracted from the analog signal by the analog adder 22.
[0118]
Since the output of the mixed modulator 32 is a differential code as described above, the quantization noise reproduced by the reproducing integrator 13, band-limited by the digital filter 33, and driven to the high frequency range by ΔΣ modulation is removed, and A A digital signal is obtained as an output of the / D converter.
[0119]
The quantization noise power can be extremely reduced by the effects of oversampling, Δ modulation, and ΔΣ modulation. Therefore, the resolution and analog characteristics required for the analog adders 21 and 22, the analog integrator 27, the quantizer 29, and the D / A converters 20, 26, and 31 as the sources of quantization noise are reduced. Can do. As described above, since the mixed modulator according to the present invention is used, there is an effect that ringing can be suppressed even when an input that causes a gradient overload is input.
[0120]
(Embodiment 6)
Next, a configuration example different from that in FIG. 14 when the mixed modulator of the present invention is applied to an oversampling A / D converter will be described.
[0121]
FIG. 15 shows an example of the configuration of an oversampling A / D converter using the mixed modulator of the present invention.
[0122]
As the mixed modulator of the present invention, the modulator of FIG. 8 is applied. A circuit corresponding to the difference determiner 12 in FIG. 8 is the comparator 23 in FIG. 15, a latch circuit 24 for latching the comparison signal, and a determination circuit 25 configured by a digital logic circuit. The circuit corresponding to the delay device 4 in FIG. 8 has the function of the latch circuit 24 in FIG.
[0123]
8 and 15, circuits having the same reference numerals have the same functions and perform the same operations.
[0124]
14 differs from FIG. 15 in that an adder 8c is used in FIG. 15 instead of the analog adder 22 in FIG. 14, and that the D / A converter 31 in FIG. 14 is not required in FIG. There is a point.
[0125]
This has the advantage of the configuration of the mixed modulator shown in FIG. Specifically, since the path from digital to analog is one less than in FIG. 14, the number of D / A converters can be reduced by one, and the analog adder is replaced with a digital adder. Can do.
[0126]
Therefore, the error reduction by the analog circuit is easier to realize than the circuit shown in FIG. This makes it possible to realize an A / D converter with higher accuracy and a smaller area.
[0127]
(Embodiment 7)
Next, a configuration example different from that in FIG. 14 when the mixed modulator of the present invention is applied to an oversampling A / D converter will be described.
[0128]
FIG. 16 is an example showing the configuration of an oversampling A / D converter using the mixed modulator of the present invention.
[0129]
In the present embodiment, for example, a modulator having the configuration shown in FIG. 8 is used as the mixed modulator. A circuit corresponding to the difference determiner 12 in FIG. 8 is the comparator 23 and the delay circuit 39 in FIG.
[0130]
The circuit corresponding to the quantizer 2 in FIG. 8 is the quantizer 29 and the delay circuit 40 in FIG.
[0131]
Circuits corresponding to the adders 8a, 8c, and 9 in FIG. 8 are the analog adders 21, 34, and 36 in FIG. A circuit corresponding to the delay device 4 in FIG. 8 is the delay circuit 39 in FIG. Further, the circuits corresponding to the delay devices 6 and 7 in FIG. 8 are the latch circuit 35 and the delay circuit 37 in FIG.
[0132]
A circuit corresponding to the integrator 10 in FIG. 8 is the analog integrator 27 in FIG. 16. Circuits corresponding to the selectors 3a and 3b in FIG. 8 are the selectors 28 and 38 in FIG. 16, respectively.
[0133]
The mixed modulation circuit shown in FIG. 8 corresponds to the mixed modulator 42 constituted by the analog circuit in FIG.
[0134]
The operation of the mixed modulator 42 in FIG. 16 is the same as that of the mixed modulator shown in FIG. 8. The output is latched by the latch circuit 43 constituted by a digital circuit, and the differential code is passed through the reproduction integrator 13. , And the digital filter 33 cuts quantization noise and noise generated on the analog circuit, so that an accurate A / D converter can be configured.
[0135]
The advantage of this circuit configuration is that all circuit elements are realized in analog, so there is no need to use a C-MOS process, and it can be realized with bipolar, etc. In addition, the mixed type has the effect of suppressing ringing. A modulator can be realized.
[0136]
As described above, the mixed-type modulator of the present invention and the oversampling D / A and A / D converters using the mixed-type modulator of the present invention can be easily realized to achieve the above-described object, and It has been shown to work effectively.
[0137]
The mixed modulator of the present invention can be used, for example, in an AFC circuit in a mobile terminal for mobile communication as shown in FIG.
[0138]
As described above, what the present invention assumes as an input signal is a signal that does not change for a certain period of time as shown in FIG. That is, it is not a signal that changes in real time.
[0139]
For example, in a CDMA AFC circuit (an automatic frequency control circuit for synchronizing the oscillation clock of a local oscillator on the receiving side with a transmitted carrier wave), feedback control of AFC is performed at a predetermined cycle. The input signal is held for a predetermined time. Further, since the amplitude of the signal received by the antenna changes greatly due to the influence of fading, there is always a possibility that the input will be excessive during A / D conversion and D / A conversion.
[0140]
Therefore, it can be said that the AFC circuit is a circuit suitable for applying an A / D converter or a D / A converter using the mixed modulator of the present invention.
[0141]
In FIG. 17, in mobile terminal 600, a CDMA signal received by antenna 601 is amplified by amplifier 602 and input to mixer 604 via bandpass filter 603.
[0142]
The mixer 604 multiplies the local oscillation signal (LO) output from the local oscillation circuit (VCO) 615, and converts the frequency of the received signal. Then, the frequency-converted signal is input to the baseband conversion circuit 606 via the bandpass filter 605 and becomes a baseband signal.
[0143]
The synchronous clock detection circuit 607 extracts a synchronous clock included in the baseband signal. The extracted synchronous clock is frequency-divided by a frequency divider 608, and the frequency-divided clock signal is input to an AFC (automatic frequency control circuit) 609. The AFC circuit 609 includes the D / A converter 610 and the A / D converter 611 of the present invention.
[0144]
The AFC circuit 609 compares the clock signal divided by the frequency divider 608 with the clock signal obtained by dividing the oscillation clock of the temperature compensated crystal oscillator (TCXO) 612 by the frequency divider 613, and the frequency divider 613. Are synchronized with the output signal of the frequency divider 608. The output of the frequency divider 613 is input to the PLL circuit 614. The PLL circuit 614 functions to synchronize the oscillation output (local oscillation signal LO) of the local oscillator (VCO) 615 with the output clock of the frequency divider 613.
[0145]
In the CDMA receiver, it is necessary to synchronize the oscillation output of the local oscillator with the carrier wave transmitted with extremely high accuracy. When the present invention is applied to an AFC circuit, an extremely high precision conversion output can be obtained using a relatively inexpensive A / D converter and D / A converter with a low number of bits, and there is an excessive input. Even in the case of settling, the settling time does not increase and the usability is improved.
[0146]
FIG. 18 shows a modified example of the present invention. In this example, in the mixed modulator, a switch SW3 is provided in addition to the switches SW1 and SW2, and these switches are controlled by the control unit 700.
[0147]
As described with reference to FIG. 1, when the switches SW1 and SW2 are switched, the state changes to a Δ modulator, and when the switch SW3 is switched, the state changes to a ΔΣ modulator.
[0148]
In this way, by independently controlling the built-in switches, the Δ modulator and the ΔΣ modulator can be individually separated from the mixed modulator. Therefore, it is possible to determine which modulator is used in accordance with the application and use conditions.
[0149]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in an oversampling D / A and A / D converter using a mixed modulator, a large step for causing the “tilt overload” of the Δ modulator is an input signal. Even when it is input, the occurrence of ringing can be suppressed and the settling time can be shortened.
[0150]
The configuration of the mixed modulator of the present invention can be realized only by adding very few circuit elements, and can be said to be very effective in an analog / digital mixed system LSI whose scale is increasing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a diagram showing a configuration of a Δ modulator.
(B) Diagram showing the configuration of the ΔΣ modulator
(C) Diagram showing the configuration of a mixed modulator
(D) The figure for demonstrating the characteristic of the mixed modulator of this invention
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an example of a mixed modulator according to the present invention.
FIG. 3 is a timing diagram showing an operation when an excessive input and an integer multiple of Δ are applied to the mixed modulator of FIG. 2;
4 is a timing chart showing an operation when an input that is excessive and is not an integral multiple of Δ is applied to the mixed modulator of FIG. 2;
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of another example of the mixed modulator according to the present invention (a configuration in which the output of the difference determiner is supplied to the selector without passing through the delay device);
6 is a timing diagram showing an operation when an input that is excessive and an integer multiple of Δ is applied to the mixed modulator of FIG. 5;
7 is a timing chart showing an operation when an input that is excessive and is not an integral multiple of Δ is applied to the mixed modulator of FIG. 5;
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of another example of the mixed modulator of the present invention (a configuration in which the scale of the difference determiner is reduced);
FIG. 9 is a timing chart showing an operation when an input that is excessive and an integer multiple of Δ is applied to the mixed modulator of FIG. 8;
FIG. 10 is a timing chart (time T0 to T9) showing an operation when an input that is excessive and is not an integral multiple of Δ is given to the mixed modulator of FIG.
11 is a timing chart showing the operation when an input that is excessive and is not an integral multiple of Δ is given to the mixed modulator of FIG. 8 (time T6 to T15).
12 is a timing chart (time T6 to T15) showing an operation when the output of the difference determiner of the mixed modulator in FIG. 8 is set to Δ and an input that is excessive and is not an integral multiple of Δ is given.
FIG. 13 is a block diagram showing an example of the overall configuration of an oversampling D / A converter using the mixed modulator of the present invention.
FIG. 14 is a block diagram showing an example of the overall configuration of an oversampling A / D converter using the mixed modulator of the present invention.
FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of another example of an oversampling A / D converter using the mixed modulator of the present invention.
FIG. 16 is a block diagram showing the configuration of an oversampling A / D converter in which all the mixed modulators of the present invention are realized using analog circuits.
FIG. 17 is a block diagram showing the configuration of an A / D converter using a mixed modulator of the present invention and a CDMA receiver equipped with the D / A converter.
FIG. 18 is a block diagram showing a configuration of a modification of the mixed modulator of the present invention.
FIG. 19 is a block diagram showing a circuit in which a mixed modulator and a reproduction integrator are combined.
FIG. 20 is a block diagram showing a configuration of an oversampling D / A converter using a mixed modulator.
FIG. 21A is a block diagram showing a configuration of an example of a conventional mixed modulator.
(B) The block diagram which shows the structure of the other example of the conventional mixed modulator.
FIG. 22 is a timing diagram showing changes in the state of each part until the output signal converges when there is an excessive input to the conventional mixed modulator;
FIG. 23A is a diagram illustrating an example of an input signal of a mixed modulator;
(B) A diagram showing how ringing occurs in the output of the mixed modulator when an excessive signal is input.
[Explanation of symbols]
1 Difference discriminator
2 Quantizer
3a, 3b Selector for stopping the function of the integrator of the ΔΣ modulator
4 Delay unit for delaying the output of the difference judgment unit
5, 6, 7 delay device
8a, 8b, 8c, 9 Adder (subtracter; computing unit)
10 Integrator of ΔΣ modulator
11 Predictive integrator
13 Regenerative integrator
90,91 adder
100 Quantizer
200 delay device
300 Prediction filter
400 Noise shape filter
500 Difference judger
SW1, SW2 Switch for separating the part that executes ΔΣ modulation

Claims (9)

Δ変調とΔΣ変調を混合した方式の混合型変調器であって、
前記ΔΣ変調を実行する部分を切り離すためのスイッチ手段と、
このスイッチ手段の切り替えを制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、入力信号の変化量が所定の許容範囲を超えると、前記スイッチ手段を制御して混合型変調器の前記ΔΣ変調を実行する部分を切り離し、Δ変調とへと切替えることを特徴とする混合型変調器。
It is a mixed type modulator that mixes Δ modulation and ΔΣ modulation,
Switch means for separating the portion that performs the ΔΣ modulation;
Control means for controlling the switching of the switch means ,
When the change amount of the input signal exceeds a predetermined allowable range, the control means controls the switch means to cut off a portion of the mixed modulator that performs the ΔΣ modulation, and switches to Δ modulation. A mixed modulator.
請求項1において、
前記制御手段は、入力信号の変化量が所定の許容範囲を超えると、前記スイッチ手段を制御して前記ΔΣ変調を実行する部分を切り離し、その後、前記切り離しを解除することを特徴とする混合型変調器。
In claim 1,
When the amount of change in the input signal exceeds a predetermined allowable range, the control means controls the switch means to disconnect the part that executes the ΔΣ modulation, and then releases the disconnection. Modulator.
入力信号と予測信号との差分信号についてΔΣ変調を施す処理、あるいは、これと実質的に等価な処理を行う、Δ変調とΔΣ変調を混合した方式の変調器であって、
前記入力信号と予測信号との差分信号についてのΔΣ変調の結果を積分して前記予測信号を生成する予測信号生成器と、
1クロックにつき量子化ステップ幅だけ、正方向または負方向に出力値を変化させることができる量子化器と、
前記入力信号と予測信号との差分信号と、前記量子化器の出力信号との差分を求めるための、少なくとも一つの演算器と、
前記入力信号と予測信号との差分信号と、前記量子化器の出力信号との前記差分を積分する積分器と、
この積分器の機能を停止させるための第1のセレクタと、
前記量子化器の1クロック前の出力信号のフィードバックを禁止するための第2のセレクタと、
前記第1および第2のセレクタを制御するセレクタ制御手段と、を有し、
前記セレクタ制御手段は、
前記入力信号の1クロック当たりの変化量が所定の許容量を超えた場合には、前記第1のセレクタを切り替えて前記積分器の機能を停止させると共に、前記第2のセレクタを切り替えて前記量子化器の1クロック前の出力信号のフィードバックを停止させ、また、前記入力信号と前記予測信号の差分が前記量子化器のステップ幅以内に収まると、前記第1および第2のセレクタを元の状態に戻すことを特徴とする混合型変調器。
A modulator that mixes Δ modulation and ΔΣ modulation, performs a process of performing ΔΣ modulation on a differential signal between an input signal and a prediction signal, or a process substantially equivalent to this,
A prediction signal generator that integrates a result of ΔΣ modulation of a difference signal between the input signal and the prediction signal to generate the prediction signal;
A quantizer capable of changing an output value in a positive direction or a negative direction by a quantization step width per clock;
At least one computing unit for obtaining a difference between the difference signal between the input signal and the prediction signal and the output signal of the quantizer;
An integrator for integrating the difference between the difference signal between the input signal and the prediction signal and the output signal of the quantizer;
A first selector for stopping the function of the integrator;
A second selector for prohibiting feedback of the output signal one clock before the quantizer;
Selector control means for controlling the first and second selectors,
The selector control means includes
When the amount of change per clock of the input signal exceeds a predetermined allowable amount, the first selector is switched to stop the function of the integrator, and the second selector is switched to switch the quantum When the feedback of the output signal one clock before the quantizer is stopped and the difference between the input signal and the prediction signal falls within the step width of the quantizer, the first and second selectors are returned to the original A mixed modulator characterized by returning to a state.
請求項3において、
前記セレクタ制御手段は、前記入力信号の1クロック当たりの変化量が、前記量子化器のステップ幅を超えているか否か、または前記量子化器のステップ幅の整数倍を超えているか否か、を判定することを特徴とする混合型変調器。
In claim 3,
The selector control means whether or not the amount of change per clock of the input signal exceeds the step width of the quantizer, or exceeds an integer multiple of the step width of the quantizer; A mixed type modulator characterized by:
請求項1〜請求項4のいずれかに記載の混合型変調器を用いたオーバーサンプリング型D/A変換器。An oversampling D / A converter using the mixed modulator according to any one of claims 1 to 4. 請求項1〜請求項4のいずれかに記載の混合型変調器と、この変調器の出力信号を積分して信号を再生する再生用積分器と、この積分器の後段に設けられたD/A変換器と、このD/A変換器の出力信号の帯域を制限するためのアナログフィルタと、を有することを特徴とするオーバーサンプリング型D/A変換器。The mixed modulator according to any one of claims 1 to 4, a reproducing integrator for regenerating a signal by integrating an output signal of the modulator, and a D / D provided at a subsequent stage of the integrator An oversampling D / A converter comprising: an A converter; and an analog filter for limiting a band of an output signal of the D / A converter. 請求項1〜請求項4のいずれかに記載の混合型変調器にアナログ信号が入力されることを想定して、前記混合型変調器の入力インターフェースをアナログ回路で構成したことを特徴とする混合型変調器。5. A mixing device comprising an analog circuit as an input interface of the mixed modulator on the assumption that an analog signal is input to the mixed modulator according to claim 1. Type modulator. 請求項7記載の混合型変調器を用いたオーバーサンプリング型A/D変換器。An oversampling A / D converter using the mixed modulator according to claim 7. 請求項7記載の混合型変調器と、この変調器の出力信号を積分する積分器と、この積分器の後段に設けられた、信号帯域制限用ディジタルフィルタと、を有することを特徴とするオーバーサンプリング型A/D変換器。8. An overmodulator comprising: the mixed modulator according to claim 7; an integrator for integrating an output signal of the modulator; and a signal band limiting digital filter provided at a subsequent stage of the integrator. Sampling type A / D converter.
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