JP4906146B2 - Semiconductor integrated circuit including an A / D converter composed of a bandpass ΔΣ modulator - Google Patents
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Description
本発明は、バンドパスΔΣ変調器により構成されたA/D変換器を含む半導体集積回路に関し、特にディジタルIF受信機ためのバンドパスΔΣ変調器により構成されたA/D変換器のS/N比を改善するのに有益な技術に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit including an A / D converter composed of a bandpass ΔΣ modulator, and more particularly to an S / N of an A / D converter composed of a bandpass ΔΣ modulator for a digital IF receiver. It relates to a technology that is useful for improving the ratio.
携帯電話に代表される移動体通信では、基地局からのRF(無線周波数)信号の受信が行われる。携帯電話受信機に好適な受信方式は、RF信号ダウンコンバージョンは一段の方式と複数段の方式とに分類される。 In mobile communication represented by a mobile phone, an RF (radio frequency) signal is received from a base station. The reception system suitable for the mobile phone receiver is classified into a single-stage system and a multi-stage system for RF signal down-conversion.
≪スーパーヘテロダイン受信機≫
複数段の方式のスーパーヘテロダイン受信機は、受動素子数が多く、集積化に好適ではない。
≪Superheterodyne receiver≫
A multi-stage superheterodyne receiver has a large number of passive elements and is not suitable for integration.
≪ダイレクトダウンコンバージョン受信機≫
一段の方式であるダイレクトダウンコンバージョン受信機では、RF受信信号は直交RF変調器によりDC成分に直接コンバージョンされる。スーパーヘテロダイン受信機と比較すると、ダイレクトダウンコンバージョン受信機は集積レベルが高いと言う利点が有る。
≪Direct down conversion receiver≫
In a direct down-conversion receiver that is a one-stage system, an RF reception signal is directly converted into a DC component by a quadrature RF modulator. Compared to superheterodyne receivers, direct downconversion receivers have the advantage of high integration levels.
≪低IF受信機≫
ダイレクトダウンコンバージョンと類似の低IF受信機では、RF受信信号は直交RFダウンコンバージョンによりDC周波数ではなく数百KHzの中間周波数にダウンコンバージョンされる。イメージ除去フィルタは集積化が可能であり、ダイレクトダウンコンバージョンの利点は保たれているが、イメージ除去のために高性能のA/D変換器が必要となる。A/D変換の後、A/D変換器からのディジタル信号はディジタルフィルタリングの前にディジタル的にDC成分にダウンコンバージョンされる。
≪Low IF receiver≫
In a low IF receiver similar to direct downconversion, the RF received signal is downconverted to an intermediate frequency of several hundred KHz instead of a DC frequency by orthogonal RF downconversion. The image removal filter can be integrated and the advantages of direct down-conversion are maintained, but a high-performance A / D converter is required for image removal. After A / D conversion, the digital signal from the A / D converter is digitally down-converted to a DC component before digital filtering.
≪ディジタルIF受信機≫
下記の非特許文献1に記載されているように、ディジタルIF受信機ではRF受信信号はRF変調器により第1中間周波数にファーストダウンコンバージョンされる。第1中間周波数信号は、狭帯域高周波信号の高解像度A/D変換を行うバンドパスΔΣ変調器によりディジタル信号にA/D変換される。ディジタル信号処理によれば、異なった機能はソフトウェアによりインプリメントされるので、ディジタルIF受信機はフレキシブルである。さらに、直交ミキシングやチャネル選択用フィルタリングをディジタル領域で行うため、微細化の恩恵を受け、かつフレキシブルである。バンドパスΔΣ変調器は、狭帯域高周波信号の高解像度アナログ・ディジタル(A/D)変換を行うので、直接IFディジタイゼーションのための強力な候補である。
≪Digital IF receiver≫
As described in
≪ΔΣ変調器≫
ナイキスト周波数よりも遥かに高いサンプリング周波数が使用されるオーバーサンプリングレシオを使用するΔΣ変調器では、量子化雑音スペクトラムがフィードバックループによりシェービングされる。従って、伝統的なナイキストレシオA/D変換器と比較すると、オーバーサンプリング型ΔΣ変調器はアナログ回路の非理想特性に対して非感応となる。ループフィルタを積分器としたローパス(LP)ΔΣ変調器では、量子化雑音はDC周波数で大きく低減される。
≪ΔΣ modulator≫
In a ΔΣ modulator that uses an oversampling ratio where a sampling frequency much higher than the Nyquist frequency is used, the quantization noise spectrum is shaved by a feedback loop. Therefore, compared to the traditional Nyquist ratio A / D converter, the oversampling ΔΣ modulator is insensitive to the non-ideal characteristics of the analog circuit. In a low-pass (LP) ΔΣ modulator using a loop filter as an integrator, the quantization noise is greatly reduced at the DC frequency.
下記の非特許文献2に記載されているように、ループフィルタを積分器でなく共振器とするとバンドパス(BP)ΔΣ変調器が構成される。離散時間型の共振器は、ループ帰還を持つ直列の2つの遅延素子または積分器で構成されている。この共振器は、2相クロックで駆動されるスイッチドキャパシタ(SC)により構成される。
As described in Non-Patent
下記の非特許文献3には、バンドパスΔΣ変調器により構成されたA/D変換器を含みフレキシブルで小さなチップ面積で低消費電力の優れた信号処理性能を持つDSPベース・ディジタルIFのAM/FMカーラジオ受信機が記載されている。
下記の非特許文献4には、ループフィルタを積分器としたローパス(LP)ΔΣ変調器において、アナログ入力信号を量子化器の入力に直接供給することにより、積分器が量子化雑音のみを処理して低歪みとすることが記載されている。
Non-Patent
下記の非特許文献5には、ループフィルタを積分器としたローパス(LP)ΔΣ変調器において、アナログ入力信号を量子化器の入力に直接供給することにより、積分器の振幅を低減して積分器の非線形性を抑圧ことが記載されている。
Non-Patent
下記の非特許文献6には、クオドラチャー型バンドパス(BP)ΔΣ変調器において、アナログ入力信号を量子化器の入力に直接供給することが記載されている。尚、下記の非特許文献6に記載されたクオドラチャーバンドパス(BP)ΔΣ変調器は、下記の非特許文献7に記載されているようにリアルパートとイマジナリーパートとの複素直交アナログ入力信号とから複素直交ディジタル出力信号を生成するものである。
Non-Patent
前記非特許文献1に記載されているように、ディジタルIF受信機では、RF受信信号は、RF変調器により第1中間周波数にファーストダウンコンバージョンされる。第1中間周波数信号は、狭帯域高周波信号の高解像度A/D変換を行うバンドパスΔΣ変調器により、ディジタル信号にA/D変換される。本発明者等は本発明に先立って、AM/FMラジオを構成するディジタルIF受信機の開発に従事した。
As described in
≪本発明に先立って開発されたAM/FMラジオを構成するディジタルIF受信機≫
図1は、本発明に先立って本発明者等により開発されたAM/FMラジオを構成するディジタルIF受信機を示す回路図である。同図に示すようにディジタルIF受信機は、RFアナログフロントエンドRF_AFEとディジタル信号処理大規模集積回路LSIとにより構成されている。
<< Digital IF receiver constituting AM / FM radio developed prior to the present invention >>
FIG. 1 is a circuit diagram showing a digital IF receiver constituting an AM / FM radio developed by the present inventors prior to the present invention. As shown in the figure, the digital IF receiver includes an RF analog front end RF_AFE and a digital signal processing large-scale integrated circuit LSI.
AM/FMラジオのアンテナANTで受信されたRF受信信号は、RFアナログフロントエンドRF_AFEのRFバンドパスフィルタ1の入力に供給される。RFバンドパスフィルタ1の出力は、ローノイズアンプ2の入力に供給される。ローノイズアンプ2の出力は、イメージ除去用のバンドパスフィルタ3の入力に供給される。イメージ除去用のバンドパスフィルタ3の出力は、受信ミキサ5の一方の入力に供給される。RFローカル信号発振器としての電圧制御発振器4からのRFローカル信号は、受信ミキサ5の他方の入力に供給される。受信ミキサ5では、バンドパスフィルタ3のRF増幅出力信号と電圧制御発振器4からのRFローカル信号とのミキシングが行われ、ファーストダウンコンバージョンにより受信ミキサ5の出力から第1中間周波数信号が生成される。第1中間周波数信号は中間周波数アンプ6で増幅された後、中間周波数バンドパスフィルタ7の入力に供給される。中間周波数バンドパスフィルタ7の出力はAGCアンプ8で増幅された後、LSIのバンドパスデルタシグマ変調器BPΔΣModで構成されたA/D変換器9に供給される。狭帯域高周波信号の高解像度A/D変換を行うバンドパスΔΣ変調器により構成されたA/D変換器9では、第1中間周波数のアナログ信号からディジタル信号へA/D変換が実行される。A/D変換器9のディジタル出力信号はLSIのディジタルシグナルプロセッサ(DSP)10に供給されることにより、ソフトウェア処理復調によってAM復調信号もしくはFM復調信号が生成される。
The RF reception signal received by the AM / FM radio antenna ANT is supplied to the input of the
≪本発明に先立って開発されたバンドパスΔΣ変調器により構成されたA/D変換器≫
図2は、図1のAM/FMラジオを構成するディジタルIF受信機のバンドパスΔΣ変調器により構成されたA/D変換器9を示す図である。AGCアンプ8の出力のアナログ入力信号Vinは共振器92の一方の入力端子に供給され、共振器92の他方の入力端子にはD/A変換器99の出力信号が供給される。共振器92は、加算器921と2個の遅延回路922、923とにより構成されている。加算器921の一方の入力端子には入力信号Vinが供給され、加算器921の他方の入力端子には遅延回路923の出力信号が−1倍された後に供給される。また、加算器921の更に他方の入力端子には、D/A変換器99の出力信号が−1倍された後に供給される。遅延回路922の出力からの共振器92の出力信号は共振器94の一方の入力端子に供給され、共振器94の他方の入力端子にはD/A変換器96の出力信号が供給される。共振器94は、加算器941と2個の遅延回路942、943とにより構成されている。加算器941の一方の入力端子には共振器92の出力信号が供給され、加算器941の他方の入力端子には遅延回路943の出力信号が−1倍された後に供給される。加算器941の更に他方の入力端子には、D/A変換器96の出力信号が2倍された後に供給される。遅延回路942の出力からの共振器94の出力信号は量子化器95の入力に供給され、量子化器95の出力からディジタル出力信号Voutが生成される。ディジタル出力信号Voutは、アナログ入力信号Vinのレベルに対応するディジタル出力信号となる。量子化器95の他のディジタル出力信号は、遅延回路97を介してローカルD/A変換器96および遅延回路98に伝達される。遅延回路98の出力信号はローカルD/A変換器99によりアナログ帰還信号に逆変換される。ローカルD/A変換器96、99からのアナログ帰還信号は、共振器92,94の帰還入力に帰還される。共振器92の2個の遅延回路922、923と、共振器94の2個の遅延回路942、943と、遅延回路97、98とは、それぞれサンプリング周波数fsのサンプリング信号に応答して入力信号の遅延を行う。
<< A / D converter composed of a bandpass ΔΣ modulator developed prior to the present invention >>
FIG. 2 is a diagram showing an A /
図3は、図2のバンドパスΔΣ変調器により構成されたA/D変換器の共振器92の動作を説明する波形図である。尚、アナログ入力信号Vinの周波数は、サンプリング周波数fsの1/4の周波数と等しい共振の条件を満足している。図2の共振器92の入力の加算器921の一方の入力端子に供給されるアナログ入力信号Vinと遅延回路922、923に供給されるサンプリング信号fsとが、図3の一番上に示されている。共振器92の前段の遅延回路922ではアナログ入力信号Vinの1/4周期(サンプリング周波数fsの信号の周期)の信号遅延が生じて、共振器92の後段の遅延回路923でも更にアナログ入力信号Vinの1/4周期の信号遅延が生じる。加算器921の他方の入力端子には、遅延回路923の出力信号が−1倍された後に供給される。加算器921では、アナログ入力信号Vinと遅延回路923の出力信号との加算が行われる。従って、共振器92は、アナログ入力信号Vinの周波数(サンプリング周波数fsの1/4の周波数)の共振周波数で共振する。共振器92は2個の遅延回路922、923を含むことにより2次の遅延を発生する。前段の共振器92の動作と略同様な遅延動作が、後段の共振器94でも行われる。前段の共振器92と、後段の共振器94と、量子化器95と、ローカルD/A変換器96、99と、遅延回路97、98とからなるバンドパスΔΣ変調器により構成されたA/D変換器は、全体で4次の遅延を発生する。
FIG. 3 is a waveform diagram for explaining the operation of the
図4は、図2のバンドパスΔΣ変調器により構成されたA/D変換器の周波数特性を示す図である。図2のバンドパスΔΣ変調器により構成されたA/D変換器の共振器92、94は、それぞれ共振周波数f0(サンプリング周波数fsの1/4の周波数)に共振している。アナログ入力信号Vinは共振器92、94を経由して、量子化器95の入力に伝達される。量子化器95のディジタル出力は遅延回路97、98を経由してローカルD/A変換器96、99によりアナログ出力信号に変換され、共振器92、94に入力される。加算器921での減算による量子化誤差が、共振器92、94、量子化器95、ローカルD/A変換器99を経由して共振器92にフィードバックされる。つまり、量子化誤差の共振周波数成分は大きなフィードバックを生じる。その結果、図4に示すように共振周波数f0の近傍で量子化雑音は低減され、低周波と高周波との量子化雑音は増加するようになる。
FIG. 4 is a diagram illustrating frequency characteristics of an A / D converter configured by the bandpass ΔΣ modulator of FIG.
しかしながら、本発明者等は本発明に先立ったAM/FMラジオを構成するディジタルIF受信機の開発において、図2示すディジタルIF受信機のバンドパスΔΣ変調器により構成されたA/D変換器の入力換算雑音が高く良好なS/N比が得られないことを見い出した。 However, in the development of the digital IF receiver that constitutes the AM / FM radio prior to the present invention, the present inventors have developed an A / D converter composed of a bandpass ΔΣ modulator of the digital IF receiver shown in FIG. It was found that the input conversion noise is high and a good S / N ratio cannot be obtained.
その原因は、既に説明したようにアナログ入力信号Vinが共振器92、94を経由して、量子化器95の入力に伝達されることに起因している。量子化器95を多ビット量子化器で構成することにより、量子化器95の入力ダイナミックレンジの問題は改善できる。しかし、共振器92の内部信号が共振器92の内部ダイナミックレンジを超えると、バンドパスΔΣ変調器により構成されたA/D変換器のA/D変換精度が劣化する。従って、共振器92の内部信号が共振器92の内部ダイナミックレンジを超えないように、共振器92のゲインを低く設定する必要がある。しかし、共振器92を低ゲインとすると、共振器92の入力換算雑音が増大するので、良好なS/N比が得られないものである。
As described above, the analog input signal Vin is transmitted to the input of the
従って、本発明の目的は、バンドパスΔΣ変調器により構成されたA/D変換器のS/N比を改善することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to improve the S / N ratio of an A / D converter composed of a bandpass ΔΣ modulator.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次の通りである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
即ち、本発明の代表的な半導体集積回路は、非クオドラチャー型のバンドパスΔΣ変調器(BPΔΣMod)により構成され、アナログ入力信号(Vin)をディジタル出力信号(Vout)に変換するA/D変換器を含む。前記バンドパスΔΣ変調器は、前記アナログ入力信号に応答して所定の周波数(f0)でバンドパス特性を示して他の周波数で減衰特性を示す共振器(92、94)と、前記共振器の出力信号が供給される量子化器(95)と、前記量子化器の出力信号が供給されるローカルD/A変換器(96)とを含む。前記バンドパスΔΣ変調器は、前記アナログ入力信号と前記ローカルD/A変換器の出力のローカルアナログ信号との差の信号を生成して前記共振器に供給する。前記バンドパスΔΣ変調器は、前記量子化器の入力に前記アナログ入力信号を供給するための加算器(Add)を更に含む。 That is, a typical semiconductor integrated circuit according to the present invention is composed of a non-quadrature type bandpass ΔΣ modulator (BPΔΣMod), and converts an analog input signal (Vin) into a digital output signal (Vout). including. The bandpass ΔΣ modulator is a resonator (92, 94) that exhibits bandpass characteristics at a predetermined frequency (f0) in response to the analog input signal and exhibits attenuation characteristics at other frequencies; and A quantizer (95) to which an output signal is supplied and a local D / A converter (96) to which an output signal of the quantizer is supplied. The bandpass ΔΣ modulator generates a difference signal between the analog input signal and the local analog signal output from the local D / A converter, and supplies the difference signal to the resonator. The bandpass ΔΣ modulator further includes an adder (Add) for supplying the analog input signal to an input of the quantizer.
従って、加算器(Add)によって、アナログ入力信号(Vin)を量子化器(95)の入力に供給するフィードフォワードパス(Ffd)が形成されている。実質的にアナログ入力信号(Vin)の量子化器(95)のディジタル出力とアナログ入力信号(Vin)との差の量子化誤差のみが、共振器(92、94)の内部に供給される。共振器の内部に供給される量子化誤差のみの信号レベルは、図2に示したバンドパスΔΣ変調器の場合の信号レベルよりも大幅に低減される。従って、共振器を高ゲインとすることができ、共振器の入力換算雑音が低下するので、良好なS/N比が得られるものとなる。 Therefore, the adder (Add) forms a feed forward path (Ffd) for supplying the analog input signal (Vin) to the input of the quantizer (95). Substantially only the quantization error of the difference between the digital output of the quantizer (95) of the analog input signal (Vin) and the analog input signal (Vin) is supplied into the resonator (92, 94). The signal level of only the quantization error supplied to the inside of the resonator is significantly reduced from the signal level in the case of the bandpass ΔΣ modulator shown in FIG. Therefore, the resonator can have a high gain, and the noise equivalent to the input of the resonator is reduced, so that a good S / N ratio can be obtained.
本発明者等は、非クオドラチャー型のバンドパスΔΣ変調器により構成されたA/D変換器においてアナログ入力信号を量子化器の入力に供給するフィードフォワードパスを設け量子化誤差を共振器の入力に供給して、共振器の入力信号レベルを大幅に低減すると言う本発明の基本的な技術思想に到達したものである。尚、本発明の非クオドラチャー型のバンドパスΔΣ変調器は、クオドラチャー型のバンドパスΔΣ変調器で問題となる直交ミキサーによるオーバーヘッドおよび2系統間のばらつきの影響を受けないものである。 The present inventors have provided a feedforward path for supplying an analog input signal to the input of a quantizer in an A / D converter composed of a non-quadrature bandpass ΔΣ modulator, and the quantization error is input to the resonator. To the basic technical idea of the present invention that greatly reduces the input signal level of the resonator. The non-quadrature type bandpass ΔΣ modulator of the present invention is not affected by the overhead due to the quadrature mixer and the variation between the two systems, which are problems in the quadrature type bandpass ΔΣ modulator.
前記非特許文献4と前記非特許文献5には、ループフィルタを積分器としたローパス(LP)ΔΣ変調器において、アナログ入力信号を量子化器の入力に直接供給することが記載されているが、非クオドラチャー型のバンドパス(BP)ΔΣ変調器と言う本発明の基本的な技術思想の前半の部分が欠落している。
In
前記非特許文献6には、クオドラチャー型バンドパス(BP)ΔΣ変調器においてアナログ入力信号を量子化器の入力に直接供給することが記載されている。しかし、非クオドラチャー型のバンドパス(BP)ΔΣ変調器と言う本発明の基本的な技術思想の前半の部分が欠落している。また、共振器の入力信号レベルが大幅に低減され、共振器を高ゲインとすることができ、共振器の入力換算雑音が低下するので、良好なS/N比が得られるとの記載も、欠落している。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。 The effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
すなわち、本発明によれば、バンドパスΔΣ変調器により構成されたA/D変換器のS/N比を改善することが可能となる。 That is, according to the present invention, it is possible to improve the S / N ratio of the A / D converter configured by the bandpass ΔΣ modulator.
《代表的な実施の形態》
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。
<Typical embodiment>
First, an outline of a typical embodiment of the invention disclosed in the present application will be described. The reference numerals of the drawings referred to with parentheses in the outline description of the representative embodiments merely exemplify what are included in the concept of the components to which the reference numerals are attached.
〔1〕本発明の代表的な実施の形態に係る本発明の代表的な半導体集積回路(LSI)は、非クオドラチャー型のバンドパスΔΣ変調器(BPΔΣMod)により構成され、アナログ入力信号(Vin)をディジタル出力信号(Vout)に変換するA/D変換器(9)を含む。前記バンドパスΔΣ変調器は、前記アナログ入力信号に応答して所定の周波数(f0)でバンドパス特性を示して前記所定の周波数と異なる他の周波数で減衰特性を示す共振器(92、94)を含む。前記バンドパスΔΣ変調器は、前記共振器の出力信号が供給される量子化器(95)と、前記量子化器の出力信号が供給されるローカルD/A変換器(96)とを含む。前記バンドパスΔΣ変調器は、前記アナログ入力信号と前記ローカルD/A変換器(96)の出力のローカルアナログ信号との差の信号を生成して前記共振器に供給する。前記バンドパスΔΣ変調器は、前記量子化器の入力に前記アナログ入力信号を供給するための加算器(Add)を更に含む(図5参照)。 [1] A typical semiconductor integrated circuit (LSI) of the present invention according to a typical embodiment of the present invention includes a non-quadrature type bandpass ΔΣ modulator (BPΔΣMod), and an analog input signal (Vin). Is converted into a digital output signal (Vout). The bandpass ΔΣ modulator is a resonator (92, 94) that exhibits bandpass characteristics at a predetermined frequency (f0) in response to the analog input signal and exhibits attenuation characteristics at other frequencies different from the predetermined frequency. including. The bandpass ΔΣ modulator includes a quantizer (95) to which an output signal of the resonator is supplied, and a local D / A converter (96) to which an output signal of the quantizer is supplied. The bandpass ΔΣ modulator generates a difference signal between the analog input signal and a local analog signal output from the local D / A converter (96), and supplies the signal to the resonator. The bandpass ΔΣ modulator further includes an adder (Add) for supplying the analog input signal to the input of the quantizer (see FIG. 5).
前記実施の形態によれば、加算器(Add)によって、アナログ入力信号を量子化器の入力に供給するフィードフォワードパス(Ffd)が形成されている。アナログ入力信号の量子化器のディジタル出力とアナログ入力信号との差の量子化誤差が、共振器(92、94)の入力部で生成される。共振器内部に供給される量子化誤差のみの信号レベルは、図2に示したバンドパスΔΣ変調器の場合の信号レベルよりも大幅に低減される。従って、共振器を高ゲインとすることができ、共振器の入力換算雑音が低下するので、良好なS/N比が得られるものとなる。 According to the embodiment, the feed forward path (Ffd) for supplying the analog input signal to the input of the quantizer is formed by the adder (Add). The quantization error of the difference between the digital output of the quantizer of the analog input signal and the analog input signal is generated at the input of the resonator (92, 94). The signal level of only the quantization error supplied to the inside of the resonator is significantly reduced compared to the signal level in the case of the bandpass ΔΣ modulator shown in FIG. Therefore, the resonator can have a high gain, and the noise equivalent to the input of the resonator is reduced, so that a good S / N ratio can be obtained.
好適な実施の形態として、前記共振器と、前記量子化器と、前記ローカルD/A変換器とは所定の周波数(fs)のサンプリング信号(Φs)に応答して動作する。前記サンプリング信号の前記所定の周波数は前記アナログ入力信号の最高周波数fin(max)の4倍から誤差を持つように設定されている。 As a preferred embodiment, the resonator, the quantizer, and the local D / A converter operate in response to a sampling signal (Φs) having a predetermined frequency (fs). The predetermined frequency of the sampling signal is set so as to have an error from four times the maximum frequency fin (max) of the analog input signal.
従って、前記好適な実施の形態によれば、前記サンプリング信号の奇数次高調波の影響を低減することが可能となる。 Therefore, according to the preferred embodiment, it is possible to reduce the influence of odd harmonics of the sampling signal.
より好適な実施の形態として、前記共振器(92)は、前記共振器の入力と出力との間に直列に接続された複数の積分回路(926、927)と、前記共振器の前記出力と前記入力との間に接続された帰還回路(925)とを含む(図6参照)。 As a more preferred embodiment, the resonator (92) includes a plurality of integrating circuits (926, 927) connected in series between the input and output of the resonator, and the output of the resonator. And a feedback circuit (925) connected between the inputs (see FIG. 6).
従って、前記より好適な実施の形態によれば、前記帰還回路の係数(−2−b)により前記所定の周波数は前記アナログ入力信号の最高周波数の4倍からの前記誤差を設定することができる。 Therefore, according to the more preferred embodiment, the predetermined frequency can set the error from four times the maximum frequency of the analog input signal by the coefficient (-2-b) of the feedback circuit. .
具体的な実施の形態として、前記共振器(92)の前記複数の積分回路の少なくとも1つの積分回路(927)は、ダブルサンプリングアーキテクチャーにより構成されている。すなわち、前記積分回路(927)は、2つのサンプリング容量(CaA、CaB)と、前記サンプリング信号の前記所定の周波数の半分の逆位相のサンプリングスイッチ信号(ΦA、ΦB)で制御される2系統のスイッチとを含む(図6参照)。 As a specific embodiment, at least one integration circuit (927) of the plurality of integration circuits of the resonator (92) is configured by a double sampling architecture. That is, the integration circuit (927) is controlled by two sampling capacitors (CaA, CaB) and two sampling control signals (ΦA, ΦB) having an antiphase half the predetermined frequency of the sampling signal. Switch (see FIG. 6).
具体的な実施の形態として、前記非クオドラチャー型のバンドパスΔΣ変調器(BPΔΣMod)は、単一のアナログ入力信号(Vin)を単一のディジタル出力信号(Vout)に変換する(図5参照)。 As a specific embodiment, the non-quadrature type bandpass ΔΣ modulator (BPΔΣMod) converts a single analog input signal (Vin) into a single digital output signal (Vout) (see FIG. 5). .
〔2〕本発明の他の実施の形態に係るバンドパスΔΣ変調器(BPΔΣMod)により構成され、アナログ入力信号(Vin)をディジタル出力信号(Vout)に変換するA/D変換器を含む。前記バンドパスΔΣ変調器は、前記アナログ入力信号に応答して所定の周波数(f0)でバンドパス特性を示して前記所定の周波数と異なる他の周波数で減衰特性を示す共振器(92、94)を含む。前記バンドパスΔΣ変調器は、前記共振器の出力信号が供給される量子化器(95)と、前記量子化器の出力信号が供給されるローカルD/A変換器(96)とを含む。前記バンドパスΔΣ変調器は、前記アナログ入力信号と前記ローカルD/A変換器(96)の出力のローカルアナログ信号との差の信号を生成して前記共振器に供給する。前記バンドパスΔΣ変調器は、前記量子化器の入力に前記アナログ入力信号を供給するための加算器(Add)を更に含む(図5参照)。前記アナログ入力信号を前記加算器の入力に供給する一方、前記量子化器のスパイクノイズによる前記共振器の前記入力への影響を低減する信号伝達回路(103、104、101)を前記第2加算器の前記入力と前記共振器の前記入力との間に含む(図5、図8、図9、図11参照)。 [2] An A / D converter configured by a bandpass ΔΣ modulator (BPΔΣMod) according to another embodiment of the present invention and converting an analog input signal (Vin) into a digital output signal (Vout) is included. The bandpass ΔΣ modulator is a resonator (92, 94) that exhibits bandpass characteristics at a predetermined frequency (f0) in response to the analog input signal and exhibits attenuation characteristics at other frequencies different from the predetermined frequency. including. The bandpass ΔΣ modulator includes a quantizer (95) to which an output signal of the resonator is supplied, and a local D / A converter (96) to which an output signal of the quantizer is supplied. The bandpass ΔΣ modulator generates a difference signal between the analog input signal and a local analog signal output from the local D / A converter (96), and supplies the signal to the resonator. The bandpass ΔΣ modulator further includes an adder (Add) for supplying the analog input signal to the input of the quantizer (see FIG. 5). A signal transmission circuit (103, 104, 101) that reduces the influence of the quantizer spike noise on the input of the resonator while supplying the analog input signal to the input of the adder. Between the input of the resonator and the input of the resonator (see FIGS. 5, 8, 9, and 11).
その結果、量子化器のスパイクノイズによる共振器の入力への影響を低減することができる。 As a result, the influence of the quantizer spike noise on the resonator input can be reduced.
好適な実施の形態として、前記信号伝達回路はローパスフィルタ(103、104)とボルテージフォロワー(101)と信号遅延回路(103、104)のいずれかで構成されている。 As a preferred embodiment, the signal transmission circuit includes any of a low-pass filter (103, 104), a voltage follower (101), and a signal delay circuit (103, 104).
〔3〕本発明の他の実施の形態に係る半導体集積回路(LSI)は、RFアナログフロントエンド(RF_AFE)と、A/D変換器(9)と、ディジタル信号処理ユニット(DSP)とを半導体チップ内部に含む。前記RFアナログフロントエンドは、ローノイズアンプ(2)と、RFローカル信号発振器(4)と、受信ミキサ(5)とを含む。前記A/D変換器は、アナログ入力信号(Vin)をディジタル出力信号(Vout)に変換するバンドパスΔΣ変調器(BPΔΣMod)により構成される。 [3] A semiconductor integrated circuit (LSI) according to another embodiment of the present invention includes an RF analog front end (RF_AFE), an A / D converter (9), and a digital signal processing unit (DSP). Included inside the chip. The RF analog front end includes a low noise amplifier (2), an RF local signal oscillator (4), and a reception mixer (5). The A / D converter includes a bandpass ΔΣ modulator (BPΔΣMod) that converts an analog input signal (Vin) into a digital output signal (Vout).
前記ローノイズアンプは、アンテナ(ANT)で受信されたRF受信信号を増幅する。前記ローノイズアンプのRF増幅信号は前記受信ミキサの一方の入力に供給され、前記RFローカル信号発振器からのRFローカル信号は前記受信ミキサの他方の入力に供給される。前記受信ミキサでは前記RF増幅出力信号と前記RFローカル信号とのミキシングが行われ、前記受信ミキサの出力からファーストダウンコンバージョンにより第1中間周波数信号が生成される。 The low noise amplifier amplifies an RF reception signal received by an antenna (ANT). The RF amplified signal of the low noise amplifier is supplied to one input of the reception mixer, and the RF local signal from the RF local signal oscillator is supplied to the other input of the reception mixer. In the receiving mixer, the RF amplified output signal and the RF local signal are mixed, and a first intermediate frequency signal is generated from the output of the receiving mixer by first down conversion.
前記第1中間周波数信号が前記バンドパスΔΣ変調器により構成された前記A/D変換器に供給されることにより、前記A/D変換器では前記第1中間周波数のアナログ信号からディジタル信号へのA/D変換が実行される。非クオドラチャー型の前記バンドパスΔΣ変調器は、量子化器の入力に前記アナログ入力信号を供給するための加算器(Add)を特に含む(図5参照)。または、前記量子化器のスパイクノイズによる前記共振器の前記入力への影響を低減する信号伝達回路(103、104、101)を前記加算器の前記入力と前記共振器の前記入力との間に含む(図5、図8、図9、図11参照)。 By supplying the first intermediate frequency signal to the A / D converter configured by the bandpass ΔΣ modulator, the A / D converter converts the analog signal of the first intermediate frequency into a digital signal. A / D conversion is executed. The non-quadrature bandpass ΔΣ modulator specifically includes an adder (Add) for supplying the analog input signal to the input of a quantizer (see FIG. 5). Alternatively, a signal transmission circuit (103, 104, 101) that reduces the influence of the quantizer spike noise on the input of the resonator is provided between the input of the adder and the input of the resonator. (See FIGS. 5, 8, 9, and 11).
好適な実施の形態として、複数の周波数帯域を持つ複数のRF増幅信号は前記受信ミキサでの前記ファーストダウンコンバージョンにより共通の周波数の前記第1中間周波数信号に周波数変換される。 As a preferred embodiment, a plurality of RF amplification signals having a plurality of frequency bands are frequency-converted to the first intermediate frequency signal having a common frequency by the first down conversion in the reception mixer.
より好適な実施の形態として、前記複数のRF増幅信号はFMラジオのRF受信信号とAMラジオのRF受信信号とである。 In a more preferred embodiment, the plurality of RF amplification signals are an FM radio RF reception signal and an AM radio RF reception signal.
他のより好適な実施の形態として、前記複数のRF増幅信号は、GSM850、GSM900、DCS1800、PCS1900、WCDMAのRF受信信号の少なくともいずれか2つのRF受信信号である。 As another more preferred embodiment, the plurality of RF amplification signals are at least two RF reception signals of GSM850, GSM900, DCS1800, PCS1900, and WCDMA RF reception signals.
《実施の形態の説明》
次に、実施の形態について更に詳述する。以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、発明を実施するための最良の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
<< Description of Embodiment >>
Next, the embodiment will be described in more detail. The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that members having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the best mode for carrying out the invention, and the repetitive description thereof will be omitted.
≪本発明の1つの実施の形態によるAM/FMラジオを構成するディジタルIF受信機≫
図1は、本発明の1つの実施の形態によるAM/FMラジオを構成するディジタルIF受信機を示す回路図である。同図に示すようにディジタルIF受信機は、RFアナログフロントエンドRF_AFEとディジタル信号処理大規模集積回路LSIとにより構成されている。
<< Digital IF receiver constituting AM / FM radio according to one embodiment of the present invention >>
FIG. 1 is a circuit diagram showing a digital IF receiver constituting an AM / FM radio according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the digital IF receiver includes an RF analog front end RF_AFE and a digital signal processing large-scale integrated circuit LSI.
AM/FMラジオのアンテナANTで受信されたRF受信信号は、RFアナログフロントエンドRF_AFEのRFバンドパスフィルタ1の入力に供給される。RFバンドパスフィルタ1の出力は、ローノイズアンプ2の入力に供給される。ローノイズアンプ2の出力は、イメージ除去用のバンドパスフィルタ3の入力に供給される。イメージ除去用のバンドパスフィルタ3の出力は、受信ミキサ5の一方の入力に供給される。RFローカル信号発振器としての電圧制御発振器4からのRFローカル信号は、受信ミキサ5の他方の入力に供給される。受信ミキサ5では、バンドパスフィルタ3のRF増幅出力信号と電圧制御発振器4からのRFローカル信号とのミキシングが行われ、受信ミキサ5の出力からファーストダウンコンバージョンにより第1中間周波数信号が生成される。FMラジオのRF受信信号は65MHz〜108MHzであり、AMラジオのRF受信信号は145kHz〜10MHzである。RFアナログフロントエンドRF_AFEは、FMラジオのRF受信信号とAMラジオのRF受信信号とを共通の周波数の第1中間周波数信号(例えば、10.7MHz)に周波数変換する。その結果、AM/FMラジオを構成する際に、電圧制御発振器4、受信ミキサ5、中間周波数アンプ6、中間周波数バンドパスフィルタ7、AGCアンプ8、A/D変換器9を共通使用することが可能となる。第1中間周波数信号は中間周波数アンプ6で増幅された後、中間周波数バンドパスフィルタ7の入力に供給される。中間周波数バンドパスフィルタ7の出力はAGCアンプ8で増幅された後、LSIのバンドパスデルタシグマ変調器BPΔΣModで構成されたA/D変換器9に供給される。狭帯域高周波信号の高解像度A/D変換を行うバンドパスΔΣ変調器により構成されたA/D変換器9では、第1中間周波数のアナログ信号からディジタル信号へのA/D変換が実行される。A/D変換器9のディジタル出力信号はLSIのディジタルシグナルプロセッサ(DSP)10に供給されることにより、ソフトウェア処理復調によってAM復調信号もしくはFM復調信号が生成される。
The RF reception signal received by the AM / FM radio antenna ANT is supplied to the input of the
≪本発明の他の1つの実施の形態による携帯電話を構成するディジタルIF受信機≫
本発明の他の1つの実施の形態としてディジタルIF受信機は、マルチモード・マルチバンドの携帯電話を構成するものである。この場合には、GSM850、GSM900、DCS1800、PCS1900、WCDMAのマルチモード・マルチバンドの異なる周波数のRF受信信号は、携帯電話の図1のRFアナログフロントエンドRF_AFEは共通の周波数の第1中間周波数信号(例えば、60MHz)にファーストダウンコンバージョンにより周波数変換される。これを可能とするように、RFローカル信号発振器としての電圧制御発振器4は、複数の周波数帯域のRFローカル信号を生成する。GSM850のRF受信周波数は869〜894MHzであり、GSM900のRF受信周波数は925〜960MHzである。DCS1800のRF受信周波数は1805〜1880MHzであり、PCS1900のRF受信周波数は1930〜1990MHzであり、WCDMAのRF受信周波数は2110〜2170MHzである。尚、GSMはGlobal System for Mobile Communicationの略であり、DCSはDigital Cellular Systemの略である。また、PCSはPersonal Communication Systemの略であり、WCDAMはWideband Code Division Multiple Accessの略である。RFローカル信号発振器としての電圧制御発振器4は、電圧制御発振回路と分周回路とを含む。いずれの場合も、電圧制御発振回路は高周波数帯域で発振して、GSM850とGSM900の低RF受信周波数信号を受信する場合に、分周回路は電圧制御発振回路の発振出力信号を分周して分周ローカル信号を受信ミキサ5の他方の入力に供給する。このようにして、GSM850、GSM900、DCS1800、PCS1900、WCDMAの異なる周波数のRF受信信号は、60MHzの共通の周波数の第1中間周波数信号にファーストダウンコンバージョンにより周波数変換されることができる。この第1中間周波数信号は、バンドパスΔΣ変調器により構成されたA/D変換器9によりディジタル信号にA/D変換されることができる。A/D変換器9のディジタル出力信号はLSIのディジタルシグナルプロセッサ(DSP)10に供給されることにより、ソフトウェア処理復調によってベースバンド復調信号が生成される。
<< Digital IF receiver constituting mobile phone according to another embodiment of the present invention >>
As another embodiment of the present invention, a digital IF receiver constitutes a multimode / multiband mobile phone. In this case, RF reception signals of different frequencies of GSM850, GSM900, DCS1800, PCS1900, WCDMA multimode and multiband are the same as the first intermediate frequency signal of the RF analog front end RF_AFE in FIG. The frequency is converted to a first down conversion (for example, 60 MHz). In order to enable this, the voltage controlled
≪本発明の1つの実施の形態によるバンドパスΔΣ変調器により構成された基本的なA/D変換器≫
図5は、図1の本発明の1つの実施の形態によるAM/FMラジオを構成するディジタルIF受信機のバンドパスΔΣ変調器により構成されたA/D変換器9を示す図である。図5のA/D変換器9は、前記非特許文献6と前記非特許文献7とに記載されたクオドラチャーバンドパス(BP)ΔΣ変調器とは異なる非クオドラチャー型のバンドパスΔΣ変調器(BPΔΣMod)により構成され、単一のアナログ入力信号(Vin)を単一のディジタル出力信号(Vout)に変換する。単一のアナログ入力信号と単一のディジタル出力信号とは、前記非特許文献7に記載のような互いに独立のリアルパートとイマジナリーパートとの複素直交アナログ入力信号と複素直交ディジタル出力信号とを排除するものである。しかし、単一のアナログ入力信号と単一のディジタル出力信号とは、互いに異存関係の非反転単一入力信号と反転単一入力信号もしくは非反転単一出力信号と反転単一出力信号とを、排除するのではなく、包含するものである。
<< Basic A / D Converter Consisting of Bandpass ΔΣ Modulator According to One Embodiment of the Present Invention >>
FIG. 5 is a diagram showing an A /
図5の本発明の1つの実施の形態によるA/D変換器9が図2の本発明に先立って本発明者等により開発されたA/D変換器9と基本的に相違するのは、図5のA/D変換器9が量子化器95の入力にアナログ入力信号Vinを供給するための加算器Addを更に含むことである。図5のA/D変換器9に追加されたローパスフィルタ103、104、信号遅延回路103、104は副次的な相違であり、後に詳細に説明する。尚、量子化器95は、ADC(アナログディジタル変換器)と呼ばれることもある。
The A /
従って、図5のA/D変換器9では、基本的な相違である加算器Addによって、アナログ入力信号Vinを量子化器95の入力に直接供給するダイレクトフィードフォワードパスFfdが形成されている。ローパスフィルタ103での時間遅延が共振器92、94での時間遅延よりも無視できる程小さく設定されているので、アナログ入力信号Vinは実質的な時間遅延無しにダイレクトフィードフォワードパスFfdと加算器Addとを介して量子化器95の入力に供給される。比較的短時間の間に量子化器95のディジタル出力は、ローカルD/A変換器96によりアナログ帰還信号に逆変換される。ローカルD/A変換器96からのアナログ帰還信号は、共振器92の入力に帰還される。量子化器95のディジタル出力の逆変換のアナログ帰還信号とローパスフィルタ104を介したアナログ入力信号Vinとの差の量子化誤差が共振器92の入力部921で生成される。図5のA/D変換器9で共振器92、94の内部に供給される実質的に量子化誤差のみの信号レベルは、図2に示したバンドパスΔΣ変調器の場合の信号レベルよりも大幅に低減される。従って、共振器92、94を高ゲインとすることができ、共振器92、94の入力換算雑音が低下するので、良好なS/N比が得られるものとなる。共振器92の高ゲインは、共振器92の2個の積分回路926、927のゲイン係数k1、k2を大きな値とすることにより実現される。同様に、共振器94の高ゲインは、共振器94の2個の積分回路946、947のゲイン係数k3、k4を大きな値とすることにより実現されることができる。
Therefore, in the A /
図1のAM/FMラジオを構成するディジタルIF受信機のFM/AMの10.7MHzの共通の第1中間周波数信号であるAGCアンプ8の出力のアナログ入力信号Vinは、ローパスフィルタ103とダイレクトフィードフォワードパスFfdとを介して、量子化器95の入力に供給される。また、AGCアンプ8の出力のアナログ入力信号Vinは、前述のように大きな遅延時間に設定されたローパスフィルタ104を介して、共振器92の一方の入力端子に供給される。共振器92の他方の入力端子にはローカルD/A変換器96からのディジタル出力の逆変換のアナログ帰還信号が供給される。共振器92は、加算器921と2個の遅延回路924、929と2個の積分回路926、927により構成されている。加算器921の一方の入力端子には遅延回路929を介した入力信号Vinが供給され、加算器921の他方の入力端子には遅延回路924を介したD/A変換器96の出力信号が−1倍された後に供給される。加算器921の更に他方の入力端子には、帰還回路925を介した積分回路927の出力信号が供給される。共振器92の出力信号は、共振器94の入力に供給されると伴に増幅器991を介して加算器Addに供給される。共振器94は、加算器941と2個の積分回路946、947と、遅延回路944とにより構成されている。加算器941の一方の入力端子には遅延回路944を介した共振器92の出力信号が供給され、加算器941の他方の入力端子には積分回路947の出力信号が帰還回路945を介して供給される。加算器Addの一方の入力端子にはローパスフィルタ103およびダイレクトフィードフォワードパスFfdを介したアナログ入力信号Vinが供給され、他方の入力端子には共振器94の出力信号が供給される。加算器Addの更に他方の端子には、共振器92の出力信号が増幅器991によりGv倍に増幅された後に供給される。量子化器95の入力には加算器Addの3入力信号の加算値が供給され、量子化器95の出力からディジタル出力信号Voutが生成される。ディジタル出力信号Voutは、アナログ入力信号Vinのレベルに対応するディジタル出力信号である。量子化器95の他のディジタル出力信号は、ローカルD/A変換器96によりアナログ帰還信号に逆変換される。ローカルD/A変換器96からのアナログ帰還信号は、共振器92の入力に帰還される。共振器92の2個の積分回路926、927と、共振器94の2個の積分回路946、947と、遅延回路921、924、944とは、それぞれアナログ入力信号Vinの最高周波数fin(Max)の4倍の周波数のサンプリング周波数fsのサンプリング信号に応答して入力信号の遅延を行う。また、量子化器95とローカルD/A変換器96とにも、アナログ入力信号Vinの最高周波数fin(Max)の4倍の周波数のサンプリング周波数fsのサンプリング信号が供給される。図1のAM/FMラジオを構成するディジタルIF受信機のFM/AMの共通の第1中間周波数信号の中心周波数が10.7MHzであるので、アナログ入力信号Vinの最高周波数fin(Max)は略11MHzとなる。従って、サンプリング信号のサンプリング周波数fsは略44MHzとなる。
The analog input signal Vin of the output of the AGC amplifier 8, which is a common first intermediate frequency signal of 10.7 MHz of FM / AM of the digital IF receiver constituting the AM / FM radio of FIG. The signal is supplied to the input of the
≪サンプリング時のスパイクノイズの低減≫
一方、サンプリング周波数fsのサンプリング信号Φsによるサンプリング時に量子化器95に発生する高レベルのスパイクノイズが加算器AddとダイレクトフィードフォワードパスFfdとを介して共振器92に入力される場合がある。図10は、図5、図8、図9のバンドパスΔΣ変調器により構成されたA/D変換器9の量子化器95の構成を示す回路図である。同図に示すように、量子化器95は、入力信号Vを供給する入力スイッチIn_SW1と、基準電圧Vrefを供給する基準スイッチIn_SW2と、サンプリング容量Cinと、オペアンプopampと、フィードバックスイッチFD_SWとからなる電圧比較器を含む。入力スイッチIn_SW1を駆動するサンプリング信号Φsのスパイクノイズ信号成分は、入力スイッチIn_SW1を介して量子化器95の入力から加算器AddとダイレクトフィードフォワードパスFfdとを介して、共振器92に入力される。すると、バンドパスΔΣ変調器により構成されたA/D変換器のS/N比を劣化することが、本発明者等の検討により明らかとされた。
≪Reduction of spike noise during sampling≫
On the other hand, high-level spike noise generated in the
図5のA/D変換器9に追加されたローパスフィルタ103、104は、サンプリング周波数fsのサンプリング信号Φsによる量子化器95からのスパイクノイズ成分が共振器92に入力されるレベルを低減するものである。ローパスフィルタ103、104は、抵抗R2と容量C2とで構成される。ローパスフィルタ103、104は、中心周波数10.7MHzのアナログ入力信号Vinを実質的に減衰することなく伝達するが、略44MHzの周波数のスパイクノイズ成分は十分に減衰するものである。尚、ローパスフィルタ103は、図1のディジタルIF受信機において大規模集積回路LSIからRFアナログフロントエンドRF_AFEに伝達されるEMI妨害信号のレベルを低減する機能も有している。すなわち、LSIのA/D変換器9の入力からの略44MHzの周波数のスパイクノイズ成分が、ローパスフィルタ103により減衰されてアナログ入力信号Vinの入力端子に伝達される。
The low-
≪高調波歪による影響の低減≫
上記の実施の形態では、サンプリング信号Φsのサンプリング周波数fsは、アナログ入力信号Vinの最高周波数fin(Max)の4倍の周波数に設定されている。しかし、この場合には図5のA/D変換器9の内部回路の歪により生じるサンプリング信号Φsの高調波歪による影響により、奇数次高調波の折り返しによりS/N比が劣化する。この問題を回避するため、サンプリング信号Φsのサンプリング周波数fsをアナログ入力信号Vinの最高周波数fin(Max)の4倍から誤差を持つようにする。例えば、アナログ入力信号Vinの中心周波数10.7MHzであると、サンプリング信号Φsのサンプリング周波数fsは37MHzに設定される。
≪Reduction of influence by harmonic distortion≫
In the above embodiment, the sampling frequency fs of the sampling signal Φs is set to a frequency that is four times the highest frequency fin (Max) of the analog input signal Vin. However, in this case, the S / N ratio deteriorates due to folding of odd harmonics due to the influence of harmonic distortion of the sampling signal Φs caused by distortion of the internal circuit of the A /
図6は、上記を可能とする図5に示したバンドパスΔΣ変調器内部の前段の共振器92の構成を示す図である。後段の共振器94も、2前段の共振器92と略同様に構成されることができる。前段の共振器92は、積分器回路926、927、遅延回路924、929、係数(−2−b)を持った帰還回路925により構成されている。特に、帰還回路925の係数により、任意の値の誤差を実現することができる。図7は、図6のバンドパスΔΣ変調器により構成されたA/D変換器の周波数特性を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the
≪ダブルサンプリングアーキテクチャー≫
ループフィルタを積分器としたローパス(LP)ΔΣ変調器と比較すると、ループフィルタを積分器でなく共振器としたバンドパス(BP)ΔΣ変調器では、アナログ入力信号の周波数と共振器のサンプリング信号のサンプリング周波数とが高くなる。通常では周波数の増大により、バンドパス(BP)ΔΣ変調器で構成されるA/D変換器の消費電力も増大する。
≪Double sampling architecture≫
Compared with a low-pass (LP) ΔΣ modulator that uses a loop filter as an integrator, a band-pass (BP) ΔΣ modulator that uses a loop filter as a resonator instead of an integrator, the frequency of the analog input signal and the sampling signal of the resonator The sampling frequency becomes higher. Normally, the power consumption of an A / D converter composed of a bandpass (BP) ΔΣ modulator increases as the frequency increases.
図6の前段の共振器92の構成で、遅延回路924のサンプリング回路部と遅延回路929のサンプリング回路部と帰還回路925のサンプリング回路部と積分回路927のサンプリング回路部にダブルサンプリングアーキテクチャーが採用されることによって、低消費電力化が実現されている。これらのサンプリング回路部の並列サンプリング容量CinA、CinBには、互いに逆位相のサンプリングスイッチ信号ΦA、ΦBで駆動される2系統のスイッチが接続されている。互いに逆位相のサンプリングスイッチ信号ΦA、ΦBの周波数は、上記のサンプリング信号Φsのサンプリング周波数fsの半分の周波数fs/2に設定され、消費電力も半分に低減されている。尚、オペアンプopamp1、opamp2と積分容量Cd、Cbとサンプリング容量CinA、CinB、CcA、CcB、CaA、CaBとにより、積分器が実現される。サンプリングスイッチのタイミングおよびサンプリング容量と積分容量との容量比が、それぞれ、遅延回路924、929、積分回路927の遅延効果、および帰還回路925の信号増幅効果を実現する。
The double-sampling architecture is adopted in the sampling circuit unit of the
≪量子化器とローカルD/A変換器とのパイプライン動作≫
図8は、図1のAM/FMラジオを構成するディジタルIF受信機のための本発明の他の1つの実施の形態によるバンドパスΔΣ変調器により構成されたA/D変換器9を示す図である。
≪Pipeline operation between quantizer and local D / A converter≫
FIG. 8 is a diagram showing an A /
図8では、量子化器95のディジタル出力信号のタイミングとローカルD/A変換器96によるアナログ帰還信号への逆変換のタイミングとの差を吸収するための遅延回路100が、量子化器95の出力とローカルD/A変換器96の入力との間に挿入されている。量子化器とローカルD/A変換器とのパイプライン動作させることにより、量子化器とローカルD/A変換器との動作タイミングマージンが拡大する。また、それに伴い、ローバスフィルタ104を介したアナログ入力信号Vinから加算器921への信号供給のタイミングが遅延されている。すなわち、共振器92の入力の遅延回路929に更にもう1個の遅延回路930が接続されることにより、動作タイミングの整合が得られる。
In FIG. 8, the
≪量子化器とローカルD/A変換器との非パイプライン動作≫
図8の遅延回路930の追加によるオーバーヘッドが大きく問題となる場合もある。遅延回路をオペアンプを用いて構成すると、消費電力の著しく増大し、オペアンプを用いない構成を用いたしても、占有面積の大きなサンプリング容量を別系統必要とし、面積増大が問題となる。
≪Non-pipeline operation between quantizer and local D / A converter≫
The overhead due to the addition of the
図9は、図1のAM/FMラジオを構成するディジタルIF受信機のための本発明の更に他の1つの実施の形態によるバンドパスΔΣ変調器により構成されたA/D変換器9を示す図である。図9に示すバンドパスΔΣ変調器により構成されたA/D変換器9では、図8のA/D変換器9の遅延回路100と追加の遅延回路930とは削除されている。
FIG. 9 shows an A /
図10は、図9のバンドパスΔΣ変調器により構成されたA/D変換器9の量子化器95の構成を示す回路図である。同図に示すように、量子化器95は、入力信号Vを供給する入力スイッチIn_SW1と、基準電圧Vrefを供給する基準スイッチIn_SW2と、サンプリング容量Cinと、オペアンプopampと、フィードバックスイッチFD_SWとからなる電圧比較器を含む。入力スイッチIn_SW1は正相サンプリング信号Φsにより駆動され、基準スイッチIn_SW2とフィードバックスイッチFD_SWとは逆相サンプリング信号/Φsにより駆動される。この電圧比較器の出力には、スイッチCp_SWCを介して2段ラッチ回路FL、RL1、RL2が接続されている。2段ラッチ回路の前段ラッチFLには、逆相サンプリング信号/Φsに応答して電圧比較器の出力信号がラッチされる。2段ラッチ回路の前段ラッチFLの出力には、2個の後段ラッチRL1、RL2の入力が並列に接続される。倍周期の正相サンプリング信号Φs2と倍周期の逆相サンプリング信号/Φs2とに応答して2個の後段ラッチRL1、RL2の一方のラッチRL1と他方のラッチRL2とは、インターリーブ方式で前段ラッチFLの出力信号を交互にラッチする。更に、サンプリング信号Φs、/Φsに応答して量子化器95の2個の後段ラッチの一方のラッチRL1と他方のラッチRL2の出力信号は、交互にローカルD/A変換器96の入力に供給される。このインターリーブ動作により、量子化器95とローカルD/A変換器96との動作タイミングマージンが拡大する。
FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of the
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。 Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited thereto and can be variously modified without departing from the gist thereof.
図11は、図1のAM/FMラジオを構成するディジタルIF受信機のための本発明の更に他の1つの実施の形態によるバンドパスΔΣ変調器により構成されたA/D変換器9を示す図である。同図において、ダイレクトフィードフォワードパスFfdにはオペアンプopampにより構成されたボルテージフォロワー101が配置されている。ボルテージフォロワー101のオペアンプopampの非反転入力端子+には、アナログ入力信号Vinが供給される。ボルテージフォロワー101のオペアンプopampの出力端子は、反転入力端子−に接続されるとともに加算器Addの入力に接続されている。ボルテージフォロワー101のオペアンプopampは、アナログ入力信号Vinに応答して加算器Addの入力を高い駆動能力で駆動する。また、ボルテージフォロワー101のオペアンプopampの非反転入力端子+と反転入力端子−との間の入力寄生容量Cin_pが、小さく設定されている。ボルテージフォロワー101のオペアンプopampの出力インピーダンスが低いので、ボルテージフォロワー101のオペアンプopampは量子化器95からのスパイクノイズ成分が共振器92に入力されるレベルを低減することができる。
FIG. 11 shows an A /
また、図11で用いたボルテージフォロワー101を信号遅延器103、104で置き換えてもスパイクノイズの影響を低減できる。ただし、加算器Addの信号入力と共振器92の入力におけるサンプリングタイミングを決定するクロック信号に遅延回路を置くことによっても、加算器Addの入力と共振器92の入力との間に信号遅延回路を構成するものと同等の信号遅延効果を得ることができる。
Further, even if the
また、共振器92、94を2個直列接続することに限定されるものではなく、3個直列接続することもできる。この場合には、全体で4次ではなく6次のバンドパスΔΣ変調器によるA/D変換器が構成され、より大きな量子化雑音低減効果を得る。更に、二重遅延共振器を、1個とすることもできる。この場合には、全体で4次ではなく2次のバンドパスΔΣ変調器によるA/D変換器が構成される。
The two
また例えば、本発明はAM/FMラジオや携帯電話を構成するディジタルIF受信機以外にも、無線LANやブルートース、ウルトラワイドバンド・インパルスラジオ(UWB−IR)などを構成するディジタルIF受信機に適用でき、車載機器、家電製品、その他の無線通信を用いる機器、装置に広く適用することができる。 Further, for example, the present invention is applied to a digital IF receiver constituting a wireless LAN, Bluetooth, ultra-wideband impulse radio (UWB-IR), etc. in addition to a digital IF receiver constituting an AM / FM radio or a cellular phone. It can be widely applied to in-vehicle devices, home appliances, and other devices and devices using wireless communication.
また例えば、図1において、集積密度の向上により、RFアナログフロントエンドRF_AFEの回路部分をディジタル信号処理大規模集積回路LSIのチップ内部に集積化されることもできる。この統合チップは、AM/FMラジオ、マルチモード・マルチバンドの携帯電話、無線LAN、ブルートース、UWB−IRを構成するディジタルIF受信機の製品コストの低減に有効となるであろう。 Further, for example, in FIG. 1, the circuit portion of the RF analog front end RF_AFE can be integrated inside the chip of the digital signal processing large-scale integrated circuit LSI by improving the integration density. This integrated chip will be effective in reducing the product cost of digital IF receivers constituting AM / FM radio, multimode / multiband mobile phones, wireless LAN, Bluetooth, and UWB-IR.
ANT アンテナ
1 RFバンドパスフィルタ
2 ローノイズアンプ
3 バンドパスフィルタ
4 RFローカル信号発振器としての電圧制御発振器
5 受信ミキサ
6 中間周波数アンプ
7 中間周波数バンドパスフィルタ
8 AGCアンプ
9 A/D変換器
10 DSP
92 共振器
921 加算器
922 遅延回路
923 遅延回路
924 遅延回路
925 帰還回路
926 積分回路
927 積分回路
928 遅延回路
929 遅延回路
930 遅延回路
94 共振器
941 加算器
942 遅延回路
943 遅延回路
944 遅延回路
945 帰還回路
946 積分回路
947 積分回路
95 量子化器
96 ローカルD/A変換器
97 遅延回路
98 遅延回路
99 ローカルD/A変換器
991 増幅回路
100 遅延回路
103 ローパスフィルタ
104 ローパスフィルタ
101 ボルテージフォロワ
Add 加算器
Ffd ダイレクトフィードフォワードパス
92
Claims (15)
前記バンドパスΔΣ変調器は、
前記アナログ入力信号が供給される信号伝達回路と、
前記アナログ入力信号と帰還信号とが入力され前記アナログ入力信号に応答して所定の周波数でバンドパス特性を示して前記所定の周波数と異なる他の周波数で減衰特性を示す共振器と、
前記共振器の出力信号と前記信号伝達回路の出力信号とが供給される加算器と、
前記加算器の出力信号が供給される量子化器と、
前記量子化器の出力信号が供給されるローカルD/A変換器とを含み、
前記バンドパスΔΣ変調器は、前記ローカルD/A変換器の出力のローカルアナログ信号を前記帰還信号として前記共振器に入力し、
前記共振器は、前記アナログ入力信号と前記ローカルアナログ信号とに基づいて差の信号を生成し、前記差の信号に前記バンドパス特性と前記減衰特性を与えて出力する半導体集積回路。 An A / D converter configured by a bandpass ΔΣ modulator and converting an analog input signal into a digital output signal;
The bandpass ΔΣ modulator is
A signal transmission circuit to which the analog input signal is supplied;
A resonator that receives the analog input signal and the feedback signal , exhibits a bandpass characteristic at a predetermined frequency in response to the analog input signal, and exhibits an attenuation characteristic at another frequency different from the predetermined frequency;
An adder to which the output signal of the resonator and the output signal of the signal transmission circuit are supplied;
A quantizer supplied with the output signal of the adder ;
A local D / A converter to which the output signal of the quantizer is supplied,
The band-pass ΔΣ modulator receives the local analog signal output of the previous SL local D / A converter to said resonator as the feedback signal,
The resonator is a semiconductor integrated circuit that generates a difference signal based on the analog input signal and the local analog signal , outputs the difference signal with the bandpass characteristic and the attenuation characteristic, and outputs the difference signal .
前記アナログ入力信号と前記帰還信号と内部帰還信号とに基づいて生成された差の信号が供給され、前記共振器の出力端子に出力する、直列に接続された複数の遅延回路もしくは積分回路と、
前記共振器の前記出力端子の信号が供給され前記内部帰還信号を出力する帰還回路とを含む請求項1に記載の半導体集積回路。 The resonator is
A differential signal generated based on the analog input signal, the feedback signal, and the internal feedback signal is supplied and output to an output terminal of the resonator, and a plurality of delay circuits or integrating circuits connected in series ;
The semiconductor integrated circuit of claim 1 signal at the output terminal of the previous SL resonator and a feedback circuit for outputting the internal feedback signal is supplied.
前記RFアナログフロントエンドは、ローノイズアンプと、RFローカル信号発振器と、受信ミキサとを含み、
前記A/D変換器は、アナログ入力信号をディジタル出力信号に変換するバンドパスΔΣ変調器により構成され、
前記ローノイズアンプはアンテナで受信されたRF受信信号を増幅して、前記ローノイズアンプのRF増幅信号は前記受信ミキサの一方の入力に供給され、前記RFローカル信号発振器からのRFローカル信号は前記受信ミキサの他方の入力に供給され、前記受信ミキサでは前記RF増幅出力信号と前記RFローカル信号とのミキシングが行われ、前記受信ミキサの出力からファーストダウンコンバージョンにより第1中間周波数信号が生成され、
前記第1中間周波数信号が前記バンドパスΔΣ変調器により構成された前記A/D変換器に供給されることにより、前記A/D変換器では前記第1中間周波数のアナログ信号からディジタル信号へのA/D変換が実行され、
前記バンドパスΔΣ変調器は、
前記アナログ入力信号が供給される信号伝達回路と、
前記アナログ入力信号と帰還信号とが入力され前記アナログ入力信号に応答して所定の周波数でバンドパス特性を示して前記所定の周波数と異なる他の周波数で減衰特性を示す共振器と、
前記共振器の出力信号と前記信号伝達回路の出力信号とが供給される加算器と、
前記加算器の出力信号が供給される量子化器と、
前記量子化器の出力信号が供給されるローカルD/A変換器とを含み、
前記バンドパスΔΣ変調器は、前記ローカルD/A変換器の出力のローカルアナログ信号を前記帰還信号として前記共振器に入力し、
前記共振器は、前記アナログ入力信号と前記ローカルアナログ信号とに基づいて差の信号を生成し、前記差の信号に前記バンドパス特性と前記減衰特性を与えて出力する半導体集積回路。 An RF analog front end, an A / D converter, and a digital signal processing unit are included in the semiconductor chip,
The RF analog front end includes a low noise amplifier, an RF local signal oscillator, and a reception mixer,
The A / D converter includes a bandpass ΔΣ modulator that converts an analog input signal into a digital output signal,
The low noise amplifier amplifies the RF reception signal received by the antenna, the RF amplification signal of the low noise amplifier is supplied to one input of the reception mixer, and the RF local signal from the RF local signal oscillator is the reception mixer. The RF mixer output is mixed with the RF amplified output signal and the RF local signal, and a first intermediate frequency signal is generated by first down conversion from the output of the receiver mixer,
By supplying the first intermediate frequency signal to the A / D converter configured by the bandpass ΔΣ modulator, the A / D converter converts the analog signal of the first intermediate frequency into a digital signal. A / D conversion is performed,
The bandpass ΔΣ modulator is
A signal transmission circuit to which the analog input signal is supplied;
A resonator that receives the analog input signal and the feedback signal , exhibits a bandpass characteristic at a predetermined frequency in response to the analog input signal, and exhibits an attenuation characteristic at another frequency different from the predetermined frequency;
An adder to which the output signal of the resonator and the output signal of the signal transmission circuit are supplied;
A quantizer supplied with the output signal of the adder ;
A local D / A converter to which the output signal of the quantizer is supplied,
The band-pass ΔΣ modulator receives the local analog signal output of the previous SL local D / A converter to said resonator as the feedback signal,
The resonator is a semiconductor integrated circuit that generates a difference signal based on the analog input signal and the local analog signal , outputs the difference signal with the bandpass characteristic and the attenuation characteristic, and outputs the difference signal .
前記アナログ入力信号と前記帰還信号と内部帰還信号とに基づいて生成された前記差の信号が供給され、前記共振器の出力端子に出力する、直列に接続された複数の遅延回路もしくは積分回路と、
前記共振器の前記出力端子の信号が供給され前記内部帰還信号を出力する帰還回路とを含む請求項13に記載の半導体集積回路。 The resonator,
A plurality of delay circuits or integrating circuits connected in series, which are supplied with the difference signal generated based on the analog input signal, the feedback signal, and the internal feedback signal and output to the output terminal of the resonator ; ,
The semiconductor integrated circuit according to claim 13, further comprising: a feedback circuit that is supplied with a signal at the output terminal of the resonator and outputs the internal feedback signal .
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