JP5735981B2 - 離散時間量子化信号の連続時間連続可変信号への変換 - Google Patents
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Description
上述した実施形態において、ノイズシェーピング/量子化回路(例えば、112及び122)の各々は、図2A、図2B及び図3に示すものとは異なるように構築されるのが好ましい。好適な実施形態において、各処理ブランチ110又は120内の回路112又は122が効果、構築の容易さ及び構成の容易さの最適な組み合わせを達成することが分かっているため、本明細書においてマルチレート・デルタ−シグマ(μΔΣ)変調器と呼ばれる変更された誤差フィードバック構造は、そのような回路の変換ノイズシェーピング部分に使用される。なお、本発明の別の実施形態において、従来のデルタ−シグマ(ΔΣ)変調器を含む他の種類のノイズシェーピング回路を使用できる。いずれの場合においても、使用されるノイズシェーピング回路に対する主な検討事項は、非常に高いサンプリングレートにおいて安定した正確な動作を得られることが好ましいということである。従って、好適な実施形態に係る各ノイズシェーピング回路は少なくとも以下の3つの特性を有する。すなわち、(1)量子化/丸め誤差、サンプリング不確実性/ジッタ及び熱雑音に関連する性能低下等のノイズシェーピング回路の主な性能低下は、ノイズシェーピング応答の影響を受ける。(2)ノイズシェーピング回路は、4次以上のノイズシェーピング次数を有する安定した応答を生成する。(3)ノイズシェーピング回路の有効オーバサンプリング比は、構成要素の最大クロック周波数により制限されない。(4)NTFのヌルがプログラム可能パラメータ(例えば、ノイズシェーパ・フィードバックループフィルタ係数)の値により判定されるように、ノイズシェーピング回路はオールパス(又は少なくともほぼオールパス)信号伝達関数(STF)と帯域消去雑音伝達関数(NTF)とを有する。以下に更に詳細に説明するように、整形される雑音は、使用されるあらゆる量子化回路(例えば、回路112の内部にあり且つ図5に示す量子化回路114)により発生される雑音を含むが、マルチビット−可変レベル信号変換器113等の他の構成要素により発生される雑音を更に(又は代わりに)含む可能性がある。これらの特性を達成することは、一般にノイズシェーピング機能に対して従来のデルタ−シグマ変調器を使用することを含まない。
本発明の好適な実施形態に係るMBO信号再構成において使用されるバンドパスフィルタ(例えば、フィルタ115及び125)に対する主な検討事項は、(1)設計計算量(フィルタ品質ファクタ及び次数に関して表されるのが好ましい)、(2)周波数応答(特に、ストップバンド減衰量)及び(3)振幅及び位相歪みである。最適な変換器の分解能性能は、一般にフィルタ次数の増加と共に増加する大きいストップバンド減衰量を示す周波数応答を有する変換雑音除去フィルタ(すなわち、バンドパス又は信号再構成フィルタ115)に対して取得される。更に、フィルタ応答は、デジタル・プリディストーション・リニアライザ(DPL)104の計算量を最小限にするために可能な限り少ない振幅及び位相歪みを発生させるのが好ましい。変換器インタリーブファクタ(M)を増加することにより実現される性能向上は、フィルタの3dBの帯域に対するフィルタ中心周波数の比(すなわち、fC/f3dB)として定義される再構成フィルタの品質ファクタの比例した増加に左右される。本発明の好適な実施形態に係るMBO変換器の場合、品質ファクタは再構成フィルタバンクにおける最大周波数フィルタに対して算出される(すなわち、fC=1/2fS)。従って、アナログフィルタ(例えば、フィルタ115及び125)に対する好適な品質ファクタは、変換器のインタリーブファクタに直接関連し、より好適にはMと等しい。現在、標準的な集中定数素子又は分布定数素子アナログフィルタに対する品質ファクタは約30に制限される。その結果、MBO変換器に対するインタリーブファクタに対する一般的な実際の制限はM?32である。しかし、32個のフィルタから成るアナログ再構成フィルタバンクと関連する計算量のために、本発明の好適な実施形態は、インタリーブファクタをM=16以下(すなわち、16個以下のアナログフィルタ115のバンク)に制限する。
本発明の好適な実施形態において、図4及び図5に示すノイズシェーピング/量子化回路112の2進重み付き出力は、変更された従来の抵抗ラダー型回路網を使用して単一の比例アナログ電圧レベルに変換される。しかし、電流源を含むマルチビット信号を単一の可変レベル出力に変換する他の従来の方法が代わりに使用されてもよく、本発明の範囲内であると考えられるべきである。本明細書において抵抗ラダー型回路網を参照するが、そのような参照は単なる例示であり、一般に他のあらゆるマルチビット−可変レベル信号変換器に対する参照と置換できることが理解されるべきである。
デジタル・プリディストーション・リニアライザ(DPL)104とノイズシェーピング/量子化回路112内のμΔΣ変調器とは、マルチレート(ポリフェーズ)構造として実現可能であるため、図4に示す(マルチレートDPL104及びマルチレートノイズシェーピング/量子化回路112を含むより具体的で詳細な実施形態を図12に示す)変換器技術の瞬時帯域幅は、抵抗ラダー型回路網113を駆動するデジタル出力バッファの最大スイッチングレート及びアナログ再構成フィルタ(例えば、フィルタ115及び125)によってのみ制限される。
一般に、明示的に示さない限り、本明細書で説明するシステム、方法、機能性及び技術の全ては、1つ以上のプログラマブル汎用コンピューティングデバイスを使用して実現される。一般にそのようなデバイスは、例えば共通バスを介して相互接続される以下の構成要素、すなわち1つ以上の中央処理装置(CPU)と、読み出し専用メモリ(ROM)と、ランダムアクセスメモリ(RAM)と、他のデバイスとインタフェースする(例えば、シリアルポート、パラレルポート、USB接続又はFirewire接続等のハードワイヤード接続を使用するか又はBluetooth(登録商標)又は802.11プロトコル等の無線プロトコルを使用して)ための入出力ソフトウェア及び回路網と、符号分割多元接続(CDMA)、汎ヨーロッパデジタル移動通信システム(GSM(登録商標))、Bluetooth、802.11プロトコル又は他のあらゆるセルラシステム又は非セルラシステム等の無線プロトコル、あるいはEthernet(登録商標)カード等のハードワイヤード接続を使用して本発明の多くの実施形態においてインターネット又は他のあらゆるネットワークに接続する1つ以上のネットワークを接続するためのソフトウェア及び回路網と、ディスプレイ(ブラウン管ディスプレイ、液晶ディスプレイ、有機発光ディスプレイ、高分子発光ディスプレイ又は他のあらゆる薄膜ディスプレイ等)と、他の出力装置(1つ以上のスピーカ、ヘッドフォンセット及びプリンタ等)と、1つ以上の入力装置(マウス、タッチパッド、タブレット、タッチセンシティブディスプレイ又は他のポインティングデバイス、キーボード、キーパッド、マイク及びスキャナ等)と、大容量記憶装置(ハードディスクドライブ等)と、リアルタイムクロックと、取外し可能ストレージリード/ライトデバイス(例えばRAM、磁気ディスク、磁気テープ、光磁気ディスク又は光ディスク等からの読出し及びそれらへの書き込みのための)と、モデム(例えば、ダイヤルアップ接続を介してインターネット又は他のあらゆるコンピュータネットワークに接続するため又はファックスを送信するための)とのうちの少なくとも一部を含む。動作中、一般にそのような汎用コンピュータにより実行される範囲で上記方法及び機能性を実現する処理ステップは、最初に大容量記憶装置(例えば、ハードディスク)に格納され、RAMにダウンロードされ、RAMの外でCPUにより実行される。しかし、処理ステップは最初にRAM又はROMに格納される場合もある。
本発明のいくつかの異なる実施形態について、各々がある特定の特徴を含むものとして上述した。しかし、当業者には理解されるように、いずれかの単一の実施形態の説明と共に説明した特徴は、その実施形態に限定されず、他の実施形態のうちのいずれかの種々の組合せに含まれてもよく且つ/あるいは配置されてもよいことを意図する。
Claims (28)
- 離散時間量子化信号を連続時間連続可変信号に変換する装置であって、
時間及び値に関して離散的な入力信号を受け入れる入力線と、
前記入力線に結合された複数の処理ブランチであって、各処理ブランチが、(a)離散時間ノイズシェーピング/量子化回路、(b)前記離散時間ノイズシェーピング/量子化回路の出力に結合されたマルチビット−可変レベル信号変換器、(c)前記マルチビット−可変レベル信号変換器の出力に結合されたアナログ・バンドパスフィルタを含む、複数の処理ブランチと、
前記複数の処理ブランチの各々における前記アナログ・バンドパスフィルタの出力に結合された加算器と、
を備え、
前記複数の処理ブランチのうちの異なる処理ブランチにおける前記離散時間ノイズシェーピング/量子化回路は、異なる周波数で変換雑音周波数応答最小値を有し、
前記離散時間ノイズシェーピング/量子化回路の各々は、同一の処理ブランチにおける前記アナログ・バンドパスフィルタにより選択された周波数帯域に対応する変換雑音周波数応答最小値を有する
ことを特徴とする装置。 - 前記複数の処理ブランチの各々における前記離散時間ノイズシェーピング/量子化回路は、
入力と、
前記離散時間ノイズシェーピング/量子化回路の前記入力に結合された第1の入力、第2の入力及び出力を有する第2の加算器と、
信号のビット幅分解能を低下し、前記第2の加算器の前記出力に結合された入力を有し、且つ前記離散時間ノイズシェーピング/量子化回路の前記出力に結合された出力を有する量子化回路と、
前記量子化回路の前記出力に結合された入力及び前記第2の加算器の前記第2の入力に結合された出力を有するフィードバックループフィルタと、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の装置。 - 前記量子化回路の前記入力は、前記量子化回路の前記入力及び前記出力の双方が前記フィードバックループフィルタを介して前記加算器の前記第2の入力に結合されるように前記フィードバックループフィルタの前記入力に結合されることを特徴とする請求項2に記載の装置。
- 前記量子化回路の前記出力は少なくとも4ビットを含むことを特徴とする請求項2記載の装置。
- 前記複数の処理ブランチのうちの少なくとも1つに対して、請求項2に記載の構成全体が複数の並列パスにわたり複製され、前記複数の並列パスにより出力されるサンプルは、共同で、前記離散時間ノイズシェーピング/量子化回路により出力される完全な信号を構成し、前記複数の並列パスにおける各パスのサンプルは、前記完全な信号の異なるサブサンプリング位相を表すことを特徴とする請求項2に記載の装置。
- 前記複数の処理ブランチの各々における前記フィードバックループフィルタは、複数の零点を含む変換雑音伝達関数を有し、前記零点のいずれも他の零点と等しくないことを特徴とする請求項2に記載の装置。
- 前記零点の各々は、6ビット以下で表される前記フィードバックループフィルタの設定可能なパラメータにより生成されることを特徴とする請求項6に記載の装置。
- 前記フィードバックループフィルタは、前記複数の処理ブランチにわたり同一の構造を有するが、少なくとも1つの設定可能なパラメータに対して異なる値を有することを特徴とする請求項2に記載の装置。
- 前記複数の処理ブランチのうちの少なくとも1つは、前記複数の処理ブランチのうちの当該少なくとも1つにおける前記マルチビット−可変レベル信号変換器の倍率パラメータの不完全性を補償するために非線形ビットマッピングを含むことを特徴とする請求項2に記載の装置。
- 前記非線形ビットマッピングは、出力変換雑音を最小限にする誤差計測値に基づいて動的に調整されることを特徴とする請求項9に記載の装置。
- 前記複数の処理ブランチの各々における前記マルチビット−可変レベル信号変換器は、重み付き抵抗器の回路網、重み付き電圧源の回路網又は重み付き電流源の回路網のうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記入力線に結合された入力と前記処理ブランチに結合された出力とを有するデジタル・プリディストーション線形フィルタを更に備え、前記デジタル・プリディストーション線形フィルタは、前記処理ブランチにおける前記アナログ・バンドパスフィルタの組み合わせ伝達関数を表す合成伝達関数と畳み込まれる場合に少なくともほぼオールパス応答を生成する伝達関数を有することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記デジタル・プリディストーション線形フィルタは、ポリフェーズ構造として実現され、サブサンプリング位相毎に、前記デジタル・プリディストーション線形フィルタ全体のクロックレートの約数であるクロックレートで動作する部分構造を含むことを特徴とする請求項12に記載の装置。
- 前記デジタル・プリディストーション線形フィルタは、フィードフォワード成分及びフィードバック成分の双方を含むことを特徴とする請求項12に記載の装置。
- 前記アナログ・バンドパスフィルタは、バターワース、ベッセル及び楕円フィルタ構造のうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記複数の処理ブランチの各々における前記離散時間ノイズシェーピング/量子化回路は、ポリフェーズ構造として実現され、別個の複数の並列な部分構造を含み、前記複数の並列な部分構造の出力が、共同で、前記離散時間ノイズシェーピング/量子化回路全体により出力される完全な信号を構成し、前記複数の並列な部分構造はそれぞれ、前記完全な信号の対応する異なるサブサンプリング位相を生成することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記部分構造の出力は、少なくとも1つのマルチプレクサを使用して単一の合成出力に組み合わされることを特徴とする請求項16に記載の装置。
- 前記部分構造の出力は、少なくとも1つの加算演算と少なくとも1つの遅延演算とを含む手段を使用して、連続時間信号として単一の合成出力に組み合わされることを特徴とする請求項16に記載の装置。
- 前記部分構造の出力は、加算演算を含む手段と共に逆移動平均フィルタを使用して単一の合成出力に組み合わされることを特徴とする請求項16に記載の装置。
- 離散時間量子化信号を連続時間連続可変信号に変換する装置であって、
時間及び値に関して離散的な入力信号を受け入れる入力線と、
前記入力線に結合された入力を有し、複数の並列パスを有する離散時間ノイズシェーピング/量子化回路であって、前記複数の並列パスの出力が、共同で、前記離散時間ノイズシェーピング/量子化回路全体により生成される完全な信号を構成し、前記複数の並列パスにおける各パスは、前記完全な信号の異なるサブサンプリング位相を生成する、離散時間ノイズシェーピング/量子化回路と、
前記離散時間ノイズシェーピング/量子化回路の出力に結合されたマルチビット−可変レベル信号変換器と、
前記マルチビット−可変レベル信号変換器の出力に結合されたアナログ・バンドパスフィルタと、
を備え、
前記複数の並列パスのうちの所与の1つの現在の出力は、前記入力線から結合された信号サンプルと、前記所与の並列パスにおいて生成された信号サンプルと、他の並列パスからの過去の出力サンプルとの関数であり、
前記離散時間ノイズシェーピング/量子化回路は、前記アナログ・バンドパスフィルタにより選択された周波数帯域に対応する変換雑音周波数応答最小値を有する
ことを特徴とする装置。 - 前記複数の並列パスの各々は、
入力と、
前記離散時間ノイズシェーピング/量子化回路の入力に結合された第1の入力、第2の入力及び出力を有する加算器と、
信号のビット幅分解能を低下し、前記加算器の前記出力に結合された入力及び出力を有する量子化回路と、
前記量子化回路の前記出力に結合された入力及び前記加算器の前記第2の入力に結合された出力を有するフィードバックループフィルタと、
を備えることを特徴とする請求項20に記載の装置。 - 前記複数の並列パスの各々における前記フィードバックループフィルタは、複数の零点を含む変換雑音伝達関数を有し、前記零点のいずれも他の零点と等しくないことを特徴とする請求項21に記載の装置。
- 前記複数の並列パスの各々は、前記マルチビット−可変レベル信号変換器の倍率パラメータの不完全性を補償するために非線形ビットマッピングを含むことを特徴とする請求項20に記載の装置。
- 前記非線形ビットマッピング機能は、出力変換雑音を最小限にする誤差計測値に基づいて動的に調整されることを特徴とする請求項23に記載の装置。
- 前記複数の並列パスの出力は、少なくとも1つのマルチプレクサを使用して単一の出力に組み合わされることを特徴とする請求項20に記載の装置。
- 前記複数の並列パスの出力は、少なくとも1つの加算演算と少なくとも1つの遅延演算とを含む手段を使用して、連続時間信号として単一の出力に組み合わされることを特徴とする請求項20に記載の装置。
- 前記複数の並列パスの出力は、加算演算を含む手段と共に逆移動平均フィルタを使用して単一の合成出力に組み合わされることを特徴とする請求項20に記載の装置。
- 前記複数の並列パスの各々の出力は、前記複数の並列パスのうちの他の並列パスにおいて生成されたいずれの現在の信号にも依存しないことを特徴とする請求項20に記載の装置。
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