JP6632425B2 - Incremental delta-sigma modulator, modulation method, and incremental delta-sigma AD converter - Google Patents
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Description
本発明は、インクリメンタル型デルタシグマ変調器、変調方法、およびインクリメンタル型デルタシグマAD変換器に関する。 The present invention relates to an incremental delta-sigma modulator, a modulation method, and an incremental delta-sigma AD converter.
従来、複数の積分回路を有し、アナログ信号をデジタル信号に変換するAD変換器において、予め定められた時間間隔で積分回路に蓄積された電荷をリセットするインクリメンタル型デルタシグマ変調器およびインクリメンタル型デルタシグマAD変換器が知られていた(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1 国際公開第2013/136676号
2. Description of the Related Art Conventionally, in an AD converter that has a plurality of integrating circuits and converts an analog signal into a digital signal, an incremental delta-sigma modulator and an incremental delta that reset charges stored in the integrating circuit at predetermined time intervals A sigma AD converter has been known (for example, see Patent Document 1).
このようなインクリメンタル型デルタシグマ変調器およびAD変換器に設けられる複数の積分回路をオペアンプ等の増幅器で構成すると、当該増幅器のオフセット誤差が出力信号に重畳されてしまうことがあった。 When a plurality of integrating circuits provided in such an incremental type delta-sigma modulator and an AD converter are configured by an amplifier such as an operational amplifier, an offset error of the amplifier may be superimposed on an output signal.
本発明の第1の態様においては、アナログ積分器を有し、アナログ入力信号を積分するアナログ積分部と、アナログ積分部の積分結果に応じた変調信号を出力する変調処理部と、チョッパパターン発生部とを備え、アナログ積分器は、正側入力端子および負側入力端子に入力される信号を増幅して出力するアナログ増幅器と、アナログ積分器の第1入力端子を正側入力端子に接続しアナログ積分器の第2入力端子を負側入力端子に接続する第1接続状態とするか、第1入力端子を負側入力端子に接続し第2入力端子を正側入力端子に接続する第2接続状態とするかを、チョッパパターン発生部が発生させるチョッパパターンに応じて切り換える入力切換スイッチとを有し、リセット部がリセットする周期内には複数のサイクルを含み、チョッパパターン発生部は、第1接続状態が連続するチョッパパターン又は第2接続状態が連続するチョッパパターンを発生させ、周期内の第1接続状態の各サイクルにおいてアナログ積分器への入力が変調信号に与える重みの合計と、周期内の第2接続状態の各サイクルにおいてアナログ積分器への入力が変調信号に与える重みの合計との差を、第1接続状態および第2接続状態を交互に切り換えた場合と比較して小さくする第1チョッパパターンを発生する、インクリメンタル型デルタシグマ変調器、変調方法、およびインクリメンタル型デルタシグマAD変換器を提供する。 According to a first aspect of the present invention, there is provided an analog integrator for integrating an analog input signal, a modulation processing unit for outputting a modulation signal according to an integration result of the analog integrator, and a chopper pattern generation unit. An analog integrator for amplifying and outputting signals input to the positive side input terminal and the negative side input terminal; and a first input terminal of the analog integrator connected to the positive side input terminal. A second connection state in which the second input terminal of the analog integrator is connected to the negative input terminal or a second connection state in which the first input terminal is connected to the negative input terminal and the second input terminal is connected to the positive input terminal; or to a connected state, have a input changeover switch for switching in response to chopper pattern chopper pattern generating section generates, includes a plurality of cycles in the period in which the reset unit resets, chopper The pattern generator generates a chopper pattern in which the first connection state is continuous or a chopper pattern in which the second connection state is continuous, and an input to the analog integrator gives a modulation signal in each cycle of the first connection state in the cycle. When the difference between the total weight and the total weight given to the modulation signal by the input to the analog integrator in each cycle of the second connection state in the cycle is alternately switched between the first connection state and the second connection state Provided is an incremental delta-sigma modulator, a modulation method, and an incremental delta-sigma A / D converter that generate a first chopper pattern that is smaller than that of the first embodiment.
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 The above summary of the present invention does not list all of the necessary features of the present invention. Further, a sub-combination of these feature groups can also be an invention.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all combinations of the features described in the embodiments are necessarily essential to the solution of the invention.
図1は、本実施形態に係るインクリメンタル型デルタシグマAD変換器100のブロック図の一例を示す。インクリメンタル型デルタシグマAD変換器100は、デジタル信号を出力する前に内部をリセットしつつ、入力するアナログ信号をデジタル信号に変換する。インクリメンタル型デルタシグマAD変換器100は、サンプルホールド部110と、加算部120と、アナログ積分部130と、変調処理部140と、DA変換部150と、デジタル演算部160と、リセット部170と、を備える。
FIG. 1 shows an example of a block diagram of an incremental type delta-
サンプルホールド部110は、入力するアナログ信号の振幅値をサンプリングして、サンプリングした値を保持(ホールド)する。サンプルホールド部110は、クロック信号等に同期したサンプリングクロック信号を用いて、サンプリングおよびホールドを繰り返す。ここで、サンプリングクロック信号の周波数は、入力信号の周波数と比較して数倍から数十倍程度以上の周波数であることが望ましく、この場合、サンプルホールド部110は、入力するアナログ信号をオーバーサンプリングすることになる。なお、サンプリングクロック信号は、クロック信号の分周信号でよく、この場合、分周比が数分の1から数百分の1程度でよい。なお、このようなクロック信号およびサンプリングクロック信号は、当該インクリメンタル型デルタシグマAD変換器100の内部または外部に設けられたクロック信号発生部等で発生し、当該インクリメンタル型デルタシグマAD変換器100の内部の各部に供給される。
The sample and hold
図1は、サンプルホールド部110が入力するアナログ信号AINをサンプリングし、ホールドした値AIN'を出力する例を示す。サンプルホールド部110は、ホールドした値AIN'を加算部120に出力する。
FIG. 1 shows an example in which the analog signal AIN input to the sample-and-
加算部120は、サンプルホールド部110の出力に、インクリメンタル型デルタシグマAD変換器100のフィードバック信号を加算する。加算部120は、例えば、サンプルホールド部110から差動信号を受け取り、当該差動信号の正側の信号および負側の信号に、それぞれ符号の異なるフィードバック信号を加算する。加算部120は、加算結果をアナログ積分部130に供給する。
The adding
アナログ積分部130は、アナログ積分器を有し、アナログ入力信号を積分する。アナログ積分部130は、複数のアナログ積分器を有してよい。アナログ積分部130は、積分した結果を変調処理部140に供給する。
変調処理部140は、アナログ積分部130の積分結果に応じた変調信号を出力する。変調処理部140は、アナログ積分部の積分結果を量子化する量子化器を有し、積分結果に応じたビットストリームを変調信号MOD0として出力する。なお、ビットストリームは、予め定められた数の1ビットデータ(デジタルコード)の列(シリアルデジタルコード)であり、当該デジタルコードを積算した値が入力信号の振幅値に比例または略一致するデジタル値となる。
即ち、インクリメンタル型デルタシグマAD変換器100は、アナログ入力信号を一定の変換サイクル毎にデジタル値へ変換し、変調処理部140は、1変換サイクル毎にアナログ入力信号に対応するシリアルデジタルコードを出力する。このように、クロック信号に同期した複数のサンプル毎に、アナログ信号はデジタル値へ変換され、1変換サイクルに対するサンプリング数をオーバーサンプリング比とする。即ち、シリアルデジタルコードに含まれるデジタルコードの数は、オーバーサンプリング比に等しくなる。
That is, the incremental-type delta-
例えば、インクリメンタル型デルタシグマAD変換器100のオーバーサンプリング比が60の場合、変調処理部140は、1変換サイクル毎に60個のデジタルコードを含むシリアルデジタルコードを出力する。変調処理部140は、クロック信号と同期して変調信号MOD0を出力してよい。変調処理部140は、変調信号MOD0をDA変換部150およびデジタル演算部160に供給する。
For example, when the oversampling ratio of the incremental type delta-
DA変換部150は、変調処理部140が有する量子化器の出力をDA変換し、アナログ積分部130にフィードバックする。DA変換部150は、変調処理部140が出力するデジタル信号であるビットストリームを、対応するアナログ信号に変換し、変換したアナログ信号をフィードバック信号として加算部120へと供給する。DA変換部150は、クロック信号と同期してアナログ信号に変換してよい。DA変換部150は、一例として、加算部120において基準電圧がサンプルホールド部110の出力に加算または減算されるように、デジタルコードに応じて正または負の基準電圧に対応するアナログ信号に変換する。
The
デジタル演算部160は、変調処理部140から変調信号を受け取り、変調信号を積算してデジタル値を出力する。デジタル演算部160は、一例として、デジタル積分部を有し、当該デジタル積分部がデジタルコードを積算して対応するデジタル値を演算してよい。また、デジタル演算部160は、積算した値に予め定められた係数を乗じてデジタル値を演算してもよい。デジタル演算部160は、クロック信号と同期してデジタル値を演算してよい。
デジタル演算部160は、一例として、ローパスフィルタを有し、変調処理部140で発生する量子化ノイズを低減させる。また、デジタル演算部160は、デシメーションフィルタを有し、サンプリング周波数を低減させてもよい。デジタル演算部160は、演算結果のデジタル値を当該インクリメンタル型デルタシグマAD変換器100の変換結果DOUTとして出力する。
The
リセット部170は、アナログ積分部130が保持する積分値をリセットする。リセット部170は、デジタル演算部160のデジタル積分部を更にリセットしてもよい。リセット部170は、当該インクリメンタル型デルタシグマAD変換器100がデジタル値へ変換する毎に、アナログ積分部130およびデジタル演算部160をリセットしてよい。リセット部170は、一例として、デジタル値への1変換サイクル毎に、アナログ積分部130およびデジタル演算部160にリセット信号を供給してそれぞれリセットする。
The
以上のように、本実施形態に係るインクリメンタル型デルタシグマAD変換器100は、リセット部170によるアナログ積分部130およびデジタル演算部160のリセットと、入力するアナログ信号のデジタル値への変換とを、クロック信号に同期して繰り返す。なお、インクリメンタル型デルタシグマAD変換器100は、リセット部170によるリセット動作が無ければ、デルタシグマAD変換器として動作してよい。
As described above, the incremental type delta-
また、図1のインクリメンタル型デルタシグマAD変換器100において、デジタル演算部160を除く部分は、インクリメンタル型デルタシグマ変調器10の一例である。なお、インクリメンタル型デルタシグマ変調器10は、サンプルホールド部110およびデジタル演算部160を除く部分であってもよい。本実施形態において、インクリメンタル型デルタシグマ変調器10は、サンプルホールド部110、加算部120、アナログ積分部130、変調処理部140、DA変換部150、およびリセット部170を備えるものとする。
In addition, in the incremental type delta-
以上のインクリメンタル型デルタシグマAD変換器100について、より詳細な構成例について次に説明する。図2は、本実施形態に係るインクリメンタル型デルタシグマAD変換器100の構成例を示す。図2は、インクリメンタル型デルタシグマAD変換器100が、入力するアナログ信号AINをデジタル値DOUTに変換する例を示す。なお、アナログ信号AINは、正側信号AINPおよび負側信号AINNによる差動信号で入力する例を示す。
Next, a more detailed configuration example of the above-described incremental type delta-
図2に示すインクリメンタル型デルタシグマAD変換器100は、図1に示されたアナログ積分部130のより詳細な構成例を示す。また、図2に示すインクリメンタル型デルタシグマAD変換器100は、第1フィードフォワード部250、第2フィードフォワード部260、第3フィードフォワード部270、および第4フィードフォワード部280を更に備える。なお、サンプルホールド部110およびDA変換部150については、後に述べるのでここでは省略する。
The incremental type delta-
アナログ積分部130は、複数のアナログ積分器と、複数のスイッチトキャパシタとを有する。図2に示すアナログ積分部130は、第1アナログ積分器210、第2アナログ積分器220、および第3アナログ積分器230の3つのアナログ積分器を有する例を示す。また、アナログ積分部130は、第1スイッチトキャパシタ240および第2スイッチトキャパシタ245の2つのスイッチトキャパシタを有する例を示す。
また、図2は、3つのアナログ積分器が、2つの入力端子と2つの出力端子をそれぞれ有し、差動信号を入力して差動信号を出力する例を示す。なお、アナログ積分器の2つの入力端子のうちの一方を第1入力端子とし、他方を第2入力端子とする。また、アナログ積分器の2つの出力端子のうちの一方を第1出力端子とし、他方を第2出力端子とする。 FIG. 2 shows an example in which three analog integrators each have two input terminals and two output terminals, input a differential signal, and output a differential signal. Note that one of the two input terminals of the analog integrator is a first input terminal, and the other is a second input terminal. One of the two output terminals of the analog integrator is a first output terminal, and the other is a second output terminal.
アナログ積分器は、アナログ増幅器、帰還キャパシタ、およびリセットスイッチをそれぞれ含む。図2は、第1アナログ積分器210が、第1アナログ増幅器212、正側帰還キャパシタCi1p、負側帰還キャパシタCi1n、正側リセットスイッチ214、および負側リセットスイッチ216を含む例を示す。また、第2アナログ積分器220が、第2アナログ増幅器222、正側帰還キャパシタCi2p、負側帰還キャパシタCi2n、正側リセットスイッチ224、および負側リセットスイッチ226を含み、また、第3アナログ積分器230が、第3アナログ増幅器232、正側帰還キャパシタCi3p、負側帰還キャパシタCi3n、正側リセットスイッチ234、および負側リセットスイッチ236を含む例を示す。
The analog integrator includes an analog amplifier, a feedback capacitor, and a reset switch, respectively. FIG. 2 shows an example in which the
アナログ増幅器は、正側入力端子および負側入力端子に入力される信号を増幅して出力する。アナログ増幅器は、例えば、差動入力型の増幅回路である。また、アナログ増幅器は、シングルエンド出力でよく、これに代えて、差動出力もよい。アナログ増幅器は、一例として、OPアンプである。図2は、第1アナログ増幅器212、第2アナログ増幅器222、および第3アナログ増幅器232、の3つのアナログ積分器が、差動入力および差動出力のアナログ増幅器をそれぞれ含む例を示す。なお、図2において、アナログ増幅器の正側入力端子は、アナログ積分器の第1入力端子に、負側入力端子は、第2入力端子に接続されるものとする。
The analog amplifier amplifies and outputs signals input to the positive input terminal and the negative input terminal. The analog amplifier is, for example, a differential input type amplifier circuit. The analog amplifier may have a single-ended output, and may have a differential output instead. The analog amplifier is, for example, an OP amplifier. FIG. 2 shows an example in which three analog integrators of a
帰還キャパシタは、サンプルホールド部110がホールドした電荷を順次蓄積する。帰還キャパシタは、例えば、1サンプリング毎に、前段から後段へと電荷を順次蓄積する。一例として、第1クロックにおいて正側帰還キャパシタCi1pに蓄積された電荷は、次の第2クロックにおいて正側帰還キャパシタCi2pで蓄積され、次の第3クロックにおいて正側帰還キャパシタCi3pで蓄積される。同様に、第1クロックにおいて負側帰還キャパシタCi1nに蓄積された電荷は、次の第2クロックにおいて負側帰還キャパシタCi2nで蓄積され、次の第3クロックにおいて負側帰還キャパシタCi3nで蓄積される。
The feedback capacitor sequentially accumulates the charge held by the sample and hold
リセットスイッチは、リセット部170からの指示に応じて、帰還キャパシタに蓄積された電荷を放電させてアナログ積分器をリセットする。リセットスイッチは、例えば、リセット部170から供給されるリセット信号に応じて、帰還キャパシタの端子間を接続し、蓄積された電荷を放電させる。図2の例は、リセット部170からの指示に応じて、正側リセットスイッチ214、負側リセットスイッチ216、正側リセットスイッチ224、負側リセットスイッチ226、正側リセットスイッチ234、および負側リセットスイッチ236がオン状態に切り換わり、第1アナログ増幅器212、第2アナログ増幅器222、および第3アナログ増幅器232をリセットする。
The reset switch discharges the charge stored in the feedback capacitor and resets the analog integrator according to an instruction from the
スイッチトキャパシタは、アナログ積分器の間に設けられ、前段に接続されたアナログ積分器に蓄積された電荷を後段に接続されたアナログ積分器へと伝達する。スイッチトキャパシタは、充放電用のキャパシタと、当該キャパシタの前段および後段に設けられるスイッチを含む。前段のスイッチは、キャパシタの一方の端子の接続先を、スイッチトキャパシタの前段回路および基準電位のいずれかに切り換える。後段のスイッチは、キャパシタの他方の端子の接続先を、スイッチトキャパシタの後段回路および基準電位のいずれかに切り換える。ここで、基準電位は、予め定められた電位でよく、一例として0Vである。 The switched capacitor is provided between the analog integrators and transmits the electric charge accumulated in the analog integrator connected in the preceding stage to the analog integrator connected in the subsequent stage. The switched capacitor includes a charge / discharge capacitor and a switch provided at a stage preceding and succeeding the capacitor. The preceding switch switches the connection destination of one terminal of the capacitor to one of the preceding circuit of the switched capacitor and the reference potential. The latter switch switches the connection destination of the other terminal of the capacitor to one of the latter circuit of the switched capacitor and the reference potential. Here, the reference potential may be a predetermined potential, for example, 0V.
スイッチトキャパシタは、例えば、一のクロックにおいて、キャパシタの一方の端子が前段のアナログ積分器に接続され、キャパシタの他方の端子が基準電位と接続されることで、前段に接続されるアナログ積分器の出力電荷を当該キャパシタが充電する。この場合、スイッチトキャパシタは、次のクロックにおいて、キャパシタの一方の端子が基準電位に接続され、キャパシタの他方の端子が後段のアナログ積分器と接続されることで、当該キャパシタが充電した電荷を後段のアナログ積分器へと放電する。 For example, in one clock, the switched capacitor has one terminal of the capacitor connected to the analog integrator in the previous stage, and the other terminal of the capacitor connected to the reference potential, so that the analog integrator connected in the previous stage is connected. The output charge is charged by the capacitor. In this case, at the next clock, the switched capacitor connects the one terminal of the capacitor to the reference potential and connects the other terminal of the capacitor to the analog integrator at the subsequent stage, so that the charge charged by the capacitor is connected to the subsequent stage. Discharges to the analog integrator.
図2は、第1スイッチトキャパシタ240が、第1アナログ積分器210および第2アナログ積分器220の間に接続され、前段スイッチ242および後段スイッチ244を用いて、前段の正側帰還キャパシタCi1pに蓄積された電荷を、キャパシタCs2pが充電して、後段の正側帰還キャパシタCi2pへと放電して伝達する例を示す。この場合、同様に、第1スイッチトキャパシタ240は、前段の負側帰還キャパシタCi1nに蓄積された電荷を、キャパシタCs2nが充電して、後段の負側帰還キャパシタCi2nへと放電して伝達する。
FIG. 2 shows that a first switched
また、図2は、第2スイッチトキャパシタ245が、第2アナログ積分器220および第3アナログ積分器230の間に接続され、前段スイッチ246および後段スイッチ248を用いて、前段の正側帰還キャパシタCi2pに蓄積された電荷を、キャパシタCs3pが充電して、後段の正側帰還キャパシタCi3pへと放電して伝達する例を示す。この場合、同様に、第2スイッチトキャパシタ245は、前段の負側帰還キャパシタCi2nに蓄積された電荷を、キャパシタCs3nが充電して、後段の負側帰還キャパシタCi3nへと放電して伝達する。
FIG. 2 shows that a second switched capacitor 245 is connected between a
以上のように、アナログ積分部130は、複数のアナログ積分器が直列に接続され、サンプルホールド部110がホールドした電荷を、クロック毎に前段のアナログ積分器から後段のアナログ積分器へと電荷を順次蓄積して伝達する。アナログ積分部130は、最も後段のアナログ積分器の帰還キャパシタに蓄積された電荷を、変調処理部140へと出力する。例えば、図2に示すアナログ積分部130は、3段のアナログ積分器を有するので、第1クロックで第1アナログ積分器210に蓄積された電荷は、第3クロックで第3アナログ積分器230に伝達されて変調処理部140へと出力される。
As described above, the
なお、図2は、アナログ積分部130が3つのアナログ積分器を有する例を説明したが、これに代えて、アナログ積分部130は、2つ、または4以上のアナログ積分器を有してもよい。この場合、スイッチトキャパシタは、アナログ積分器の数に応じて、アナログ積分部130に1または3以上設けられてよい。
Although FIG. 2 illustrates an example in which the
第1フィードフォワード部250は、一または複数のスイッチトキャパシタを含み、インクリメンタル型デルタシグマAD変換器100に入力するアナログ信号AINPおよびAINNを、変調処理部140へと伝達する。図2は、第1フィードフォワード部250が、複数のスイッチトキャパシタを含む例を示す。第1フィードフォワード部250は、オーバーサンプリング比と同一の数のスイッチトキャパシタを含んでよい。第1フィードフォワード部250が含む一のスイッチトキャパシタは、一例として、第1FFスイッチ252、キャパシタC0ffpj、およびキャパシタC0ffnjを含む。なお、jは、1からオーバーサンプリング比の数(一例として、60)までの自然数とした。
The
第1FFスイッチ252は、キャパシタC0ffpjの一方の端子を、アナログ信号AINPが入力する入力端子および基準電位のいずれかに切り換える。また、キャパシタC0ffpjの他方の端子は、変調処理部140に接続される。キャパシタC0ffpjは、第1タイミングにおいて、一方の端子が入力端子に接続され、アナログ入力信号を充電する。そして、キャパシタC0ffpjは、第1タイミングからj番目にずれたタイミングにおいて、一方の端子が基準電位に接続され、充電したアナログ入力信号を変調処理部140へと放電する。
The
第1FFスイッチ252は、同様に、キャパシタC0ffnjの一方の端子を、アナログ信号AINNが入力する入力端子および基準電位のいずれかに切り換える。キャパシタC0ffnjは、第1タイミングにおいて、一方の端子が入力端子に接続され、アナログ入力信号を充電する。そして、キャパシタC0ffnjは、第1タイミングからj番目にずれたタイミングにおいて、一方の端子が基準電位に接続され、充電したアナログ入力信号を変調処理部140へと放電する。即ち、複数のスイッチトキャパシタは、第1クロックにおいてそれぞれアナログ入力信号を充電し、第1クロック以降の対応するクロック信号に応じて、充電したアナログ入力信号を変調処理部140へと順次放電する。
Similarly, the
第2フィードフォワード部260は、スイッチトキャパシタを含み、第1アナログ積分器210が出力する信号(一例として、INT10PおよびINT10N)を、変調処理部140へと伝達する。第2フィードフォワード部260は、スイッチトキャパシタを含んでよい。第2フィードフォワード部260は、一例として、第2FFスイッチ262、キャパシタC1ffp、およびキャパシタC1ffnを含む。
Second feedforward section 260 includes a switched capacitor, and transmits signals (for example, INT10P and INT10N) output from
第2FFスイッチ262は、正側のキャパシタC1ffpの一方の端子を、第1アナログ積分器210が信号INT10Pを出力する第1出力端子および基準電位のいずれかに切り換える。また、キャパシタC1ffpの他方の端子は、変調処理部140に接続される。例えば、キャパシタC1ffpは、第1クロックにおいて、一方の端子が出力端子に接続され、信号INT10Pを充電する。そして、キャパシタC1ffpは、第2クロックにおいて、一方の端子が基準電位に接続され、充電した信号を変調処理部140へと放電する。
The second FF switch 262 switches one terminal of the positive-side capacitor C 1ffp to one of a first output terminal from which the
第2FFスイッチ262は、同様に、負側のキャパシタC1ffnの一方の端子を、第1アナログ積分器210が信号INT10Nを出力する第2出力端子および基準電位のいずれかに切り換える。また、キャパシタC1ffnの他方の端子は、変調処理部140に接続される。例えば、キャパシタC1ffnは、第1クロックにおいて、一方の端子が出力端子に接続され、信号INT10Nを充電する。そして、キャパシタC1ffnは、第2クロックにおいて、一方の端子が基準電位に接続され、充電した信号を変調処理部140へと放電する。
Similarly, the second FF switch 262 switches one terminal of the negative-side capacitor C 1ffn to one of the second output terminal from which the
第3フィードフォワード部270は、スイッチトキャパシタを含み、第2アナログ積分器220が出力する信号(一例として、INT20PおよびINT20N)を、変調処理部140へと伝達する。第3フィードフォワード部270は、スイッチトキャパシタを含んでよい。第3フィードフォワード部270は、一例として、第3FFスイッチ272、キャパシタC2ffp、およびキャパシタC2ffnを含む。
The
第3FFスイッチ272は、キャパシタC2ffpの一方の端子を、第2アナログ積分器220が信号INT20Pを出力する第1出力端子および基準電位のいずれかに切り換える。また、キャパシタC2ffpの他方の端子は、変調処理部140に接続される。例えば、キャパシタC2ffpは、第1クロックにおいて、一方の端子が出力端子に接続され、信号INT20Pを充電する。そして、キャパシタC2ffpは、第2クロックにおいて、一方の端子が基準電位に接続され、充電した信号を変調処理部140へと放電する。
The third FF switch 272 switches one terminal of the capacitor C 2ffp to one of a first output terminal from which the
第3FFスイッチ272は、同様に、キャパシタC2ffnの一方の端子を、第2アナログ積分器220が信号INT20Nを出力する第2出力端子および基準電位のいずれかに切り換える。例えば、キャパシタC2ffnは、第1クロックにおいて、一方の端子が出力端子に接続され、信号INT20Nを充電する。そして、キャパシタC2ffnは、第2クロックにおいて、一方の端子が基準電位に接続され、充電した信号を変調処理部140へと放電する。
Similarly, the third FF
第4フィードフォワード部280は、スイッチトキャパシタを含み、第3アナログ積分器230が出力する信号(一例として、INT30PおよびINT30N)を、変調処理部140へと伝達する。第4フィードフォワード部280は、スイッチトキャパシタを含んでよい。第4フィードフォワード部280は、一例として、第4FFスイッチ282、キャパシタC3ffp、およびキャパシタC3ffnを含む。
The
第4FFスイッチ282は、キャパシタC3ffpの一方の端子を、第3アナログ積分器230が信号INT30Pを出力する第1出力端子および基準電位のいずれかに切り換える。また、キャパシタC3ffpの他方の端子は、変調処理部140に接続される。例えば、キャパシタC3ffpは、第1クロックにおいて、一方の端子が出力端子に接続され、信号INT30Pを充電する。そして、キャパシタC3ffpは、第2クロックにおいて、一方の端子が基準電位に接続され、充電した信号を変調処理部140へと放電する。
The fourth FF switch 282 switches one terminal of the capacitor C 3ffp to one of the first output terminal from which the
第4FFスイッチ282は、同様に、キャパシタC3ffnの一方の端子を、第3アナログ積分器230が信号INT30Nを出力する第2出力端子および基準電位のいずれかに切り換える。例えば、キャパシタC3ffnは、第1クロックにおいて、一方の端子が出力端子に接続され、信号INT30Nを充電する。そして、キャパシタC3ffnは、第2クロックにおいて、一方の端子が基準電位に接続され、充電した信号を変調処理部140へと放電する。
Similarly, the fourth FF
このように、第4フィードフォワード部280は、アナログ積分部130の出力を変調処理部140へと伝達する。また、第1フィードフォワード部250、第2フィードフォワード部260、および第3フィードフォワード部270は、アナログ積分部130に入力する信号と、アナログ積分部130が有するアナログ積分器がそれぞれ出力する信号とを、フィードフォワード信号として、変調処理部140へと伝達する。このようなフィードフォワード信号により、変調処理部140がクロック毎に出力するデジタルコードは、より高速にアナログ入力信号を反映させたものにすることができる。
Thus,
なお、本実施形態に係るインクリメンタル型デルタシグマAD変換器100は、このようなフィードフォワード動作に限定されることはない。即ち、第1フィードフォワード部250、第2フィードフォワード部260、および第3フィードフォワード部270は、無くてもよい。次に、サンプルホールド部110およびDA変換部150について説明する。
The incremental delta-
図3は、本実施形態に係るサンプルホールド部110およびDA変換部150の構成例を示す。図2に示すサンプルホールド部110およびDA変換部150は、図1および図2に示されたサンプルホールド部110およびDA変換部150のより詳細な構成例を示す。
FIG. 3 shows a configuration example of the
サンプルホールド部110は、一または複数のスイッチトキャパシタを含み、インクリメンタル型デルタシグマAD変換器100に入力するアナログ信号AINPおよびAINNを、アナログ積分部130へと伝達する。図3は、サンプルホールド部110が、複数のスイッチトキャパシタを含む例を示す。サンプルホールド部110は、オーバーサンプリング比と略同一の数のスイッチトキャパシタを含んでよい。複数のスイッチトキャパシタは、キャパシタCs1pjと、キャパシタCs1njと、各キャパシタの前段および後段に切換スイッチをそれぞれ有する。なお、jは、1からmまでの自然数とし、mは、オーバーサンプリング比の数(一例として、60)とする。
The sample and hold
キャパシタCs1pjの前段のスイッチは、キャパシタCs1pjの一方の端子を、アナログ信号AINPが入力する入力端子および基準電位のいずれかに切り換える。また、キャパシタCs1pjの後段のスイッチは、キャパシタCs1pjの他方の端子を、基準電位および加算部120のいずれかに切り換える。
The switch preceding the capacitor C s1pj switches one terminal of the capacitor C s1pj to one of an input terminal to which the analog signal AINP is input and a reference potential. The switch at the subsequent stage of the capacitor C s1pj switches the other terminal of the capacitor C s1pj to one of the reference potential and the adding
キャパシタCs1pjのそれぞれは、第1タイミング(一例として、信号φtがハイ電位)において、一方の端子が入力端子AINPに接続され、他方の端子が基準電位に接続されて、アナログ入力信号を充電する。そして、j番目のキャパシタCs1pjは、第1タイミングからj番目にずれたタイミング(一例として、信号φijがハイ電位)において、一方の端子が基準電位に接続され、他方の端子が加算部120に接続され、充電したアナログ入力信号をアナログ積分部130へと順次放電する。
Each of the capacitors C s1pj, (as an example, the signal phi t is high potential) the first timing in, is connected to one terminal input AINP, and the other terminal is connected to a reference potential, charges the analog input signal I do. The j-th capacitor C s1pj has one terminal connected to the reference potential and the other terminal connected to the
同様に、キャパシタCs1njの前段のスイッチは、キャパシタCs1njの一方の端子を、アナログ信号AINNが入力する入力端子および基準電位のいずれかに切り換える。また、キャパシタCs1njの後段のスイッチは、キャパシタCs1njの他方の端子を、基準電位および加算部120のいずれかに切り換える。
Similarly, a switch preceding the capacitor Cs1nj switches one terminal of the capacitor Cs1nj to one of an input terminal to which the analog signal AINN is input and a reference potential. The switch at the subsequent stage of the capacitor C s1nj switches the other terminal of the capacitor C s1nj to one of the reference potential and the adding
キャパシタCs1njのそれぞれは、第1タイミング(信号φtがハイ電位)において、一方の端子が入力端子AINNに接続され、他方の端子が基準電位に接続されて、アナログ入力信号を充電する。そして、j番目のキャパシタCs1njは、第1タイミングからj番目にずれたタイミング(信号φijがハイ電位)において、一方の端子が基準電位に接続され、他方の端子が加算部120に接続され、充電したアナログ入力信号をアナログ積分部130へと順次放電する。
Each of the capacitors C S1nj, first timing (signal phi t is high potential) in, is connected to one terminal input terminal AINN, the other terminal is connected to a reference potential, to charge the analog input signal. The j-th capacitor C s1nj has one terminal connected to the reference potential and the other terminal connected to the
即ち、複数のスイッチトキャパシタは、第1クロックにおいてそれぞれアナログ入力信号を充電し、第1クロック以降の対応するクロック信号に応じて、充電したアナログ入力信号をアナログ積分部130へと順次放電する。これにより、サンプルホールド部110は、第1クロックにおいて複数のスイッチトキャパシタがサンプリングした略同一のアナログ値を、第1クロック以降においてアナログ積分部130へと順次供給することができる。即ち、サンプルホールド部110は、アナログ信号が高速に変化しても、一のタイミングの値を保持してデジタル値へと変換することができる。
That is, the plurality of switched capacitors respectively charge the analog input signal in the first clock, and sequentially discharge the charged analog input signal to the
これに代えて、サンプルホールド部110は、一のスイッチトキャパシタを有し、クロック毎にアナログ信号をサンプリングしてもよい。この場合、アナログ信号に雑音等の変動が重畳する場合、クロック信号に同期したタイミング毎にサンプリングすることで、当該雑音による変動を平均化して低減させることができる。なお、サンプルホールド部110が有するスイッチトキャパシタの数は、第1フィードフォワード部250が有するスイッチトキャパシタの数と略同一であってよい。
Alternatively, the sample and hold
DA変換部150は、第1基準電圧REFPと、第2基準電圧REFNと、キャパシタCfbpと、キャパシタCfbnと、第1スイッチ部152と、第2スイッチ部154と、第3スイッチ部156と、を有する。第1基準電圧REFPおよび第2基準電圧REFNは、絶対値が略同一の電圧値を有し、極性が互いに逆となる電圧をそれぞれ出力する。一例として、第1基準電圧REFPは、正極性の電圧を出力し、第2基準電圧REFNは、負極性の電圧を出力する。
The
第1スイッチ部152は、キャパシタCfbpの一方の端子を、第1基準電圧REFPおよび基準電位のいずれかに切り換える。また、第1スイッチ部152は、キャパシタCfbnの一方の端子を、第2基準電圧REFNおよび基準電位のいずれかに切り換える。第1スイッチ部152は、例えば、信号φsがハイ電位のタイミングにおいて、キャパシタCfbpの一方の端子を第1基準電圧REFPに接続し、キャパシタCfbnの一方の端子を第2基準電圧REFNに接続する。また、第1スイッチ部152は、信号φiがハイ電位のタイミングにおいて、キャパシタCfbpの一方の端子をおよびキャパシタCfbnの一方の端子を基準電位に接続する。
The
第2スイッチ部154は、キャパシタCfbpおよびキャパシタCfbnの他方の端子を、基準電位に接続するか否かを切り換える。第2スイッチ部154は、例えば、信号φsがハイ電位のタイミングにおいて、キャパシタCfbpおよびキャパシタCfbnの他方の端子を基準電位に接続し、信号φiがハイ電位のタイミングにおいて、当該他方の端子および基準電位の電気的接続を切断する。第1スイッチ部152および第2スイッチ部154により、キャパシタCfbpおよびキャパシタCfbnは、信号φsがハイ電位のタイミングにおいて、対応する基準電圧とそれぞれ接続されて、基準電圧およびキャパシタの容量に応じた電荷が充電される。
The
第3スイッチ部156は、キャパシタCfbpおよびキャパシタCfbnの他方の端子を、加算部120に接続するか否かを切り換える。第3スイッチ部156は、例えば、信号φiがハイ電位のタイミングにおいて、キャパシタCfbpおよびキャパシタCfbnの他方の端子を加算部120に接続し、信号φsがハイ電位のタイミングにおいて、当該他方の端子および加算部120の電気的接続を切断する。これにより、第3スイッチ部156は、キャパシタCfbpおよびキャパシタCfbnに充電された電荷を加算部120に供給することができる。
The
また、第3スイッチ部156は、変調処理部140から供給される変調信号MOD0に応じて、キャパシタCfbpおよびキャパシタCfbnの他方の端子の接続先を切り換える。ここで、キャパシタCfbpおよびキャパシタCfbnの接続先である加算部120は、サンプルホールド部110から受け取る差動信号に対応して、当該差動信号の正側信号および負側信号にそれぞれフィードバック信号を伝送する経路を有する。
The
第3スイッチ部156は、例えば、変調信号MOD0のデジタルコードが「0」の場合、キャパシタCfbpに充電された第1基準電圧REFPに応じた電荷を、差動信号の正側信号に加算させ、キャパシタCfbnに充電された第2基準電圧REFNに応じた電荷を、差動信号の負側信号に加算させるように接続を切り換える。第3スイッチ部156は、一例として、デジタルコードが「0」に応じて信号φipがハイ電位とし、当該タイミングにおいて、キャパシタCfbpの他方の端子を正側信号の伝送線路に接続し、キャパシタCfbnの他方の端子を負側信号の伝送線路に接続する。
For example, when the digital code of the modulation signal MOD0 is “0”, the
また、第3スイッチ部156は、例えば、変調信号MOD0のデジタルコードが「1」の場合、キャパシタCfbpに充電された第1基準電圧REFPに応じた電荷を、差動信号の負側信号に加算させ、キャパシタCfbnに充電された第2基準電圧REFNに応じた電荷を、差動信号の正側信号に加算させるように接続を切り換える。第3スイッチ部156は、一例として、デジタルコードが「1」に応じて信号φinがハイ電位とし、当該タイミングにおいて、キャパシタCfbpの他方の端子を負側信号の伝送線路に接続し、キャパシタCfbnの他方の端子を正側信号の伝送線路に接続する。
Further, for example, when the digital code of the modulation signal MOD0 is “1”, the third switch unit 156 converts a charge corresponding to the first reference voltage REFP charged in the capacitor C fbp into a negative signal of the differential signal. The connection is switched so that the charge corresponding to the second reference voltage REFN charged in the capacitor C fbn is added to the positive signal of the differential signal. As an example, the
このように、DA変換部150は、変調処理部140がアナログ積分部130の積分結果を量子化したデジタル信号「0」に応じて、正の基準電圧に応じたアナログ信号をフィードバック信号として加算部120に出力し、当該フィードバック信号を差動信号に加算させる。また、DA変換部150は、変調処理部140がアナログ積分部130の積分結果を量子化したデジタル信号「1」に応じて、負の基準電圧に応じたアナログ信号をフィードバック信号として加算部120に出力し、当該フィードバック信号を差動信号に加算させる。
As described above, the
即ち、インクリメンタル型デルタシグマAD変換器100は、入力するアナログ信号の積分結果の量子化結果に応じて、当該アナログ信号に基準電圧を加算または減算するフィードバック制御しつつ、シリアルデジタルコードを出力する。このようなインクリメンタル型デルタシグマAD変換器100のクロック信号に応じた各部の動作について、次に説明する。
That is, the incremental type delta-
図4は、本実施形態に係るインクリメンタル型デルタシグマAD変換器100の各部における信号波形の一例を示す。図4の横軸は時間を示し、縦軸は波高値(一例として、電圧値)を示す。図4は、入力するアナログ信号をサンプリングして保持する時間領域をトラッキングフェーズとして、「tracking」と示す。また、保持したアナログ信号をデジタル信号に変換する時間領域をコンバージョンフェーズとして、「conversion」と示す。なお、入力するアナログ信号の一例を、信号AIN(=AINP−AINN)として示す。
FIG. 4 shows an example of a signal waveform in each section of the incremental type delta-
リセット部170は、トラッキングフェーズにおいて、アナログ積分部130およびデジタル演算部160をリセットする。リセット部170が出力するリセット信号の一例を、図4の信号φrに示す。信号φrは、トラッキングフェーズにおいて、ハイ電位となる。
The
また、サンプルホールド部110は、トラッキングフェーズにおいて、アナログ信号AINPおよびAINNをサンプリングする。即ち、サンプルホールド部110の複数のスイッチトキャパシタは、図4のトラッキングフェーズにおいてハイ電位となる信号φtに応じて、アナログ入力信号を充電する。なお、第1フィードフォワード部250が含む複数のスイッチトキャパシタも、信号φtに応じて、アナログ入力信号を充電してよい。
In the tracking phase, the
また、サンプルホールド部110は、コンバージョンフェーズにおいて、充電したアナログ入力信号をアナログ積分部130へと順次放電する。即ち、サンプルホールド部110に含まれるキャパシタCs1pjおよびキャパシタCs1njは、コンバージョンフェーズにおいて、互いに異なるタイミングで順次ハイ電位となる信号φij(jは1からmの自然数とし、mはオーバーサンプリング比の数)に応じて、充電したアナログ入力信号を順次放電する。なお、第1フィードフォワード部250が含む複数のスイッチトキャパシタも、信号φtに応じて、アナログ入力信号を順次放電してよい。
In the conversion phase, the sample-and-
これにより、アナログ積分部130は、サンプルホールド部110から順次放電されるアナログ入力信号を積分し、変調処理部140は、積分結果を量子化して変調信号MOD0として出力する。なお、図4は、変調処理部140が出力する変調信号の一例を、信号MOD0として示す。
Accordingly,
また、図4は、DA変換部150の第1スイッチ部152および第2スイッチ部154を制御する信号φsおよび信号φiの一例を示す。信号φsおよび信号φiによって第1スイッチ部152および第2スイッチ部154が制御されることにより、キャパシタCfbpおよびキャパシタCfbnは、対応する基準電圧に応じた電荷が充電される。なお、図4は、第1基準電圧REFPおよび第2基準電圧REFNの一例を示す。
FIG. 4 shows an example of the signals φs and φi that control the
また、図4は、信号MOD0に応じて、DA変換部150の第3スイッチ部156を制御する信号φipおよび信号φinの一例を示す。信号φipは、信号MOD0のビット値が0であることに応じて、ハイ電位となる信号であり、信号φinは、信号MOD0のビット値が1であることに応じて、ロー電位となる信号である。信号φipおよび信号φinによって第3スイッチ部156が制御されることにより、加算部120は、フィードバック信号を差動信号に加算できる。
FIG. 4 shows an example of a signal φip and a signal φin that control the
なお、アナログ積分部130のアナログ積分器の段数をLとすると、コンバージョンフェーズの最初の(L−1)回の出力は、データ伝送遅延のため、アナログ積分部130は、積分結果を0とする。なお、アナログ積分部130へのアナログ入力信号は、1からm番目のクロック信号に応じてm個のスイッチトキャパシタから順次入力され、(m+1)から(m+L−1)番目のクロックに対しては出力に影響を与えないので不定または0でよい。
When the number of stages of the analog integrator of the
コンバージョンフェーズにおいて、サンプルホールド部110の全ての(即ち、m個の)スイッチトキャパシタが放電を完了し、変調処理部140がm個のデジタルコードを順次出力した場合、インクリメンタル型デルタシグマAD変換器100は、1つの変換サイクルを終了させてよい。即ち、インクリメンタル型デルタシグマAD変換器100は、コンバージョンフェーズからトラッキングフェーズへと移行し、リセット部170は、アナログ積分部130およびデジタル演算部160をリセットする。
In the conversion phase, when all (that is, m) switched capacitors of the sample and hold
このように、インクリメンタル型デルタシグマAD変換器100は、トラッキングフェーズおよびコンバージョンフェーズを含む変換サイクルを繰り返して、アナログ入力信号をデジタル信号に変換する。インクリメンタル型デルタシグマAD変換器100は、デルタシグマAD変換器とは異なり、トラッキングフェーズにおいてアナログ積分部130に蓄積された電荷を放電してリセットする。これにより、一の変換サイクルにおいて変換されたデジタル値は、一の変換サイクルとは異なるサイクルで蓄積された電荷の影響を受けることなく、アナログ入力信号の値をより正確に変換した値にすることができる。
As described above, the incremental delta-
なお、インクリメンタル型デルタシグマAD変換器100は、変換サイクル毎にアナログ積分部130をリセットすることから、コンバージョンフェーズにおいて、先に蓄積された電荷は、後に蓄積された電荷と比較して、変換後のデジタル信号に対してより大きな影響を与えることになる。
In addition, since the incremental type delta-
例えば、図2に示すような、L=3のアナログ積分部130は、コンバージョンフェーズとなってから1番目に入力されるアナログ入力信号を、3つの積分器に順次蓄積して、3番目のクロックに同期して積分結果として出力する。そして、1番目のアナログ入力信号は、第3アナログ積分器230に蓄積されるので、アナログ積分部130が3番目のクロックから(m+2)番目のクロックに同期して出力する積分結果の全てに含まれて影響を及ぼすことになる。一方、m番目に入力されるアナログ入力信号は、アナログ積分部130が(m+2)番目のクロックに同期して出力する積分結果に含まれるだけである。
For example, as shown in FIG. 2, the
したがって、アナログ積分部130に入力するアナログ入力信号は、入力する順番に応じて、変調処理部140が出力するシリアルデジタルコードに対する重み(Weight値または寄与度)が異なることになる。ここで、アナログ入力信号の値を規格化して1とすると、i番目に入力するアナログ入力信号の重みは、残りの(m−i+1)回、(L−1)次積分されることになるので、次式のように算出できる。
なお、アナログ入力信号は、コンバージョンフェーズとなってから1からm番目のクロック信号に同期して順次入力され、それぞれ(L−1)次積分されるので、全体の重みは次式のように算出できる。
したがって、アナログ入力信号の伝達関数のゲインが1となるように、i番目に入力するアナログ入力信号の重みを規格化すると、次式が得られる。
なお、(数3)式を整理することで、i番目に入力するアナログ入力信号の重みとして、次式を得る。
以上のインクリメンタル型デルタシグマAD変換器100は、アナログ入力信号を差動信号として受け取り、アナログ積分部130が当該差動信号を積分するので、差動信号の正側信号および負側信号にオフセット誤差が含まれると、当該オフセット誤差が蓄積され、シリアルデジタルコードに誤差が生じてしまう。このような場合、差動信号の伝送ラインにチョッパ回路を設け、差動信号をチョッピングしてオフセット誤差を低減させてよい。
The above-described incremental delta-
例えば、差動信号の正側信号に+Vのオフセット信号が含まれても、チョッピングによって正側伝送ラインを負側伝送ラインに切り換えることで、負側信号に+Vのオフセット信号を含めることができる。これにより、正側信号および負側信号の差分信号は、+Vのオフセット信号を相殺して、理想的にはオフセット誤差がゼロとなる。このようなチョッピングによるオフセット誤差の低減は、デルタシグマAD変換器のように、アナログ入力信号の入力する順番に関わらず、変換結果のシリアルデジタルコードに対する当該アナログ入力信号の重みが略同一の場合に有効である。 For example, even if the positive signal of the differential signal includes a + V offset signal, the negative signal can include the + V offset signal by switching the positive transmission line to the negative transmission line by chopping. Thereby, the difference signal between the positive side signal and the negative side signal cancels out the + V offset signal, and ideally the offset error becomes zero. The reduction of the offset error due to such chopping can be achieved when the weight of the analog input signal with respect to the serial digital code of the conversion result is substantially the same, irrespective of the input order of the analog input signal, as in a delta-sigma AD converter. It is valid.
しかしながら、インクリメンタル型デルタシグマAD変換器100は、前述したように、変換結果のシリアルデジタルコードに対するアナログ入力信号の重みが、当該アナログ入力信号の入力する順番に応じて異なってしまう。したがって、例えば、チョッピング前の正側信号と、チョッピング後の負側信号では、アナログ入力信号の重みが異なるので、これらの差分信号は、オフセット誤差を相殺することができない場合がある。
However, in the incremental type delta-
例えば、(数4)式より、重みの奇数番目の合計から、重みの偶数番目の合計を差し引いた値は次式のように算出される。なお、(数5)式のWeightΔsum_evenは、L>2、mが偶数の場合の算出結果であり、(数6)式のWeightΔsum_oddは、L>2、mが奇数の場合の算出結果である。
また、L=2、mが偶数の場合の算出結果を、(数7)式に、L=2、mが奇数の場合の算出結果を(数8)式に示す。
(数7)式および(数8)式より、例えば、L=2、m=60の場合、チョッピングを実行しても、インクリメンタル型デルタシグマAD変換器100は、差動信号の正側信号および負側信号に含まれるチョッピング動作をさせない場合のオフセット誤差の1/60程度のオフセット誤差が少なくとも発生することがわかる。そこで、本実施形態に係るインクリメンタル型デルタシグマAD変換器100は、チョッパパターンに応じたチョッピングを実行して、このようなオフセット誤差を低減させる。このようなチョッパパターンによる制御を実行するアナログ積分部130について、次に説明する。
From the equations (7) and (8), for example, when L = 2 and m = 60, even if chopping is performed, the incremental-type delta-
図5は、本実施形態に係るチョッパパターンによる制御を実行するアナログ積分部130の構成例を示す。図5に示すアナログ積分部130において、図2に示された本実施形態に係るアナログ積分部130の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。本実施形態に係るアナログ積分部130は、第1アナログ積分器210がV01、第2アナログ積分器220がV02、第3アナログ積分器230がV03のオフセット誤差を有する例を説明する。
FIG. 5 shows a configuration example of the
本実施形態に係るアナログ積分部130は、入力切換スイッチと、出力切換スイッチと、チョッパパターン発生部370を更に備える。図5は、第1アナログ積分器210が第1入力切換スイッチ310および第1出力切換スイッチ320を有し、第2アナログ積分器220が第2入力切換スイッチ330および第2出力切換スイッチ340を有し、第3アナログ積分器230が第3入力切換スイッチ350および第3出力切換スイッチ360を有する例を示す。
The
ここで、差動信号の正側信号が入力する第1アナログ積分器210の第1入力端子が、第1アナログ増幅器212の正側入力端子に接続され、差動信号の負側信号が入力する第1アナログ積分器210の第2入力端子が、第1アナログ増幅器212の負側入力端子に接続された状態を第1接続状態とする。また、第1アナログ積分器210の第1入力端子が、第1アナログ増幅器212の負側入力端子に接続され、第1アナログ積分器210の第2入力端子が、第1アナログ増幅器212の正側入力端子に接続された状態を第2接続状態とする。第1入力切換スイッチ310は、第1接続状態とするか、第2接続状態とするかを、チョッパパターンに応じて切り換える。
Here, the first input terminal of the
同様に、第2アナログ積分器220の第1入力端子が、第2アナログ増幅器222の正側入力端子に接続され、第2アナログ積分器220の第2入力端子が、第2アナログ増幅器222の負側入力端子に接続された状態を第1接続状態とする。また、第2アナログ積分器220の第1入力端子が、第2アナログ増幅器222の負側入力端子に接続され、第2アナログ積分器220の第2入力端子が、第2アナログ増幅器222の正側入力端子に接続された状態を第2接続状態とする。第2入力切換スイッチ330は、第1接続状態とするか、第2接続状態とするかを、チョッパパターンに応じて切り換える。
Similarly, the first input terminal of the
同様に、第3入力切換スイッチ350は、第3アナログ積分器230を第1接続状態とするか、第2接続状態とするかを、チョッパパターンに応じて切り換える。なお、図5は、第1アナログ積分器210、第2アナログ積分器220、および第3アナログ積分器230が、第1接続状態の場合の例を示す。第1アナログ増幅器212、第2アナログ増幅器222、および第3アナログ増幅器232は、正側入力端子および負側入力端子に入力される信号を増幅して、増幅した信号を正側出力端子および負側出力端子からそれぞれ出力する。
Similarly, the
出力切換スイッチのそれぞれは、第1接続状態と第2接続状態でアナログ増幅器の出力の接続先を切り換える。第1出力切換スイッチ320は、第1接続状態において第1アナログ増幅器212の正側出力端子を当該第1アナログ積分器210の第1出力端子に接続し第1アナログ増幅器212の負側出力端子を当該第1アナログ積分器210の第2出力端子に接続する。また、第1出力切換スイッチ320は、第2接続状態において正側出力端子を第2出力端子に接続し負側出力端子を第1出力端子に接続する。
Each of the output changeover switches switches the connection destination of the output of the analog amplifier between the first connection state and the second connection state. The
第1入力切換スイッチ310および第1出力切換スイッチ320は、複数のスイッチを有し、当該複数のスイッチの切り換えを指示する信号を含むチョッパパターンに応じて、接続状態を切り換える。図5は、第1入力切換スイッチ310が、スイッチ312、スイッチ314、スイッチ316、およびスイッチ318を有し、第1出力切換スイッチ320が、スイッチ322、スイッチ324、スイッチ326、およびスイッチ328を有する例を示す。第1入力切換スイッチ310および第1出力切換スイッチ320は、一例として、信号φp1および信号φn1の2つの信号を含むチョッパパターンに応じて、接続状態を切り換える。
The first
図6は、本実施形態に係るチョッパパターン発生部370が発生するチョッパパターンの一例を示す。図6は、第1接続状態および第2接続状態を交互に切り換えるチョッパパターンの例を示す。即ち、スイッチ312、スイッチ314、スイッチ326、およびスイッチ328は、信号φp1がハイ電位のタイミングに応じてオン状態となり、ロー電位のタイミングに応じてオフ状態となる。また、スイッチ316、スイッチ318、スイッチ322、およびスイッチ324は、信号φn1がハイ電位のタイミングに応じてオン状態となり、ロー電位のタイミングに応じてオフ状態となる。
FIG. 6 shows an example of a chopper pattern generated by the
同様に、第2出力切換スイッチ340は、第1接続状態において第2アナログ増幅器222の正側出力端子を第2アナログ積分器220の第1出力端子に接続し第2アナログ増幅器222の負側出力端子を第2アナログ積分器220の第2出力端子に接続する。また、第2出力切換スイッチ340は、第2接続状態において正側出力端子を第2出力端子に接続し負側出力端子を第1出力端子に接続する。
Similarly, the second
同様に、第3出力切換スイッチ360は、第1接続状態において第3アナログ増幅器232の正側出力端子を第3アナログ積分器230の第1出力端子に接続し第3アナログ増幅器232の負側出力端子を第3アナログ積分器230の第2出力端子に接続する。また、第3出力切換スイッチ360は、第2接続状態において正側出力端子を第2出力端子に接続し負側出力端子を第1出力端子に接続する。
Similarly, the third
チョッパパターン発生部370は、連続する一部のサイクルにおいて、第1接続状態および第2接続状態の間の切換を含まないチョッパパターンを発生する。チョッパパターン発生部370は、第1接続状態および第2接続状態を交互に切り換えるチョッピング動作とは異なる切り換え動作のチョッパパターンを発生させる。即ち、チョッパパターン発生部370は、第1接続状態および第2接続状態を交互に切り換えた場合と比較して、アナログ増幅器のオフセット誤差により生じる変調信号の誤差を低減させるチョッパパターンを発生する。
Chopper
チョッパパターン発生部370は、予め定められたチョッパパターンを記憶する記憶部を有してよい。これに代えて、チョッパパターン発生部370は、予め定められたチョッパパターンを演算等によって出力する演算回路を有してもよい。チョッパパターン発生部370は、当該チョッパパターンを第1入力切換スイッチ310、第1出力切換スイッチ320、第2入力切換スイッチ330、第2出力切換スイッチ340、第3入力切換スイッチ350、および第3出力切換スイッチ360に供給してよい。
Chopper
なお、リセット部170は、予め定められた周期(即ち、コンバージョンフェーズ)毎にアナログ積分部130が保持する積分値をリセットする。ここで、リセット部170がリセットする周期内には、複数のサイクルを含む。そして、チョッパパターン発生部370は、周期内の第1接続状態の各サイクルにおいて、アナログ積分器への入力が変調信号MOD0に与える重みの合計と、周期内の第2接続状態の各サイクルにおいてアナログ積分器への入力が変調信号MOD0に与える重みの合計との差を、第1接続状態および第2接続状態を交互に切り換えた場合と比較して小さくするチョッパパターンを発生する。
Note that the
即ち、チョッパパターン発生部370は、(数5)から(数8)式によって算出される、第1接続状態および第2接続状態を交互に切り換えた場合の重みの合計と比較して、重みの合計が小さくなるチョッパパターンを発生する。ここで、一例として、アナログ積分器の段数L=3、オーバーサンプリング比m=8とし、アナログ増幅器のオフセットをV0として、第1接続状態および第2接続状態を交互に切り換えた場合の重みの合計を算出する。
That is, the chopper
アナログ積分部130がリセットされ、j=1、3、5、7番目のアナログ入力信号に対して、第1アナログ積分器210は、第1接続状態で当該アナログ入力信号を積分することとする。そして、j=2、4、6、8番目のアナログ入力信号に対して、第1アナログ積分器210は、第2接続状態で当該アナログ入力信号を積分することとする。なお、ここでは、第1アナログ積分器210がチョッピング動作を実行し、第2アナログ積分器220および第3アナログ積分器230にはオフセット誤差が無く、チョッピング動作をしない例を考える。このようなアナログ積分部130によって、アナログ入力信号が積分された場合の変調信号MOD0に与える重みの合計を、図7に示す。
The
図7は、本実施形態に係るアナログ積分部130が、第1接続状態および第2接続状態を交互に繰り返した場合の重みの合計値の一例を示す。図7において、第1接続状態をチョッパ極性「+」とし、第2接続状態をチョッパ極性「−」とした。インクリメンタル型デルタシグマAD変換器100は、前述したように、変換結果のシリアルデジタルコードに対するアナログ入力信号の重みが、当該アナログ入力信号の入力する順番が遅いほど、小さくなる。したがって、当該重みの合計が、0.167V0となり、差動信号のオフセット誤差V0の1/8程度の値が、変換後のデジタル信号の誤差として残ってしまうことがわかる。
FIG. 7 shows an example of the total value of weights when the
そこで、チョッパパターン発生部370は、第1接続状態および第2接続状態を交互に繰り返さないチョッパパターンを発生させる。チョッパパターン発生部370は、例えば、第1接続状態および第2接続状態のうち少なくとも一方の接続状態を、少なくとも1回、反転させずに連続させたチョッパパターンを生成させる。チョッパパターン発生部370は、一例として、第1番目と第2番目のチョッパ極性を反転させた後、第3番目のチョッパ極性を反転させない。また、チョッパパターン発生部370は、チョッパ極性を反転させない組を、交互に繰り返してよい。チョッパパターン発生部370は、一例として、第4番目のチョッパ極性を反転させ、第5番目のチョッパ極性を反転させない。また、チョッパパターン発生部370は、例えば、第6番目のチョッパ極性を反転させ、第7番目のチョッパ極性を反転させない。このようなチョッパパターンの例を、図8に示す。
Therefore, chopper
図8は、本実施形態に係るチョッパパターン発生部370が発生するチョッパパターンの第1例を示す。チョッパパターン発生部370は、アナログ入力信号の入力する順番が早い段階(一例として、j=1および2)で、第1接続状態および第2接続状態を交互に切り換えてから、第1接続状態または第2接続状態を連続させる。これによって、図8に示すチョッパパターンの第1例は、図7に示す第1接続状態および第2接続状態を交互に繰り返すチョッピング動作と比較して、重みの合計を小さくすることができる。図8の例は、当該重みの合計を0.033V0とすることができ、変換後のデジタル信号の誤差を低減できることがわかる。
FIG. 8 shows a first example of a chopper pattern generated by the
また、チョッパパターン発生部370は、周期内の第1接続状態の各サイクルにおいてアナログ積分器への入力が変調信号に与える重みの合計と、周期内の第2接続状態の各サイクルにおいてアナログ積分器への入力が変調信号に与える重みの合計との差を最小とするチョッパパターンを発生してよい。チョッパパターン発生部370は、例えば、第1番目と第2番目のチョッパ極性を反転させた後、第3番目のチョッパ極性を反転させない。そして、チョッパパターン発生部370は、例えば、第4番目および第5番目のチョッパ極性を反転させ、第6番目のチョッパ極性を反転させない。また、チョッパパターン発生部370は、例えば、第7番目のチョッパ極性を反転させる。このようなチョッパパターンの例を、図9に示す。
Further, the chopper
図9は、本実施形態に係るチョッパパターン発生部370が発生するチョッパパターンの第2例を示す。チョッパパターンの第2例は、段数L=3、オーバーサンプリング比m=7とした例を示す。図9に示すチョッパパターンの第2例は、図8に示す第1接続状態および第2接続状態を交互に繰り返すチョッピング動作と比較して、重みの合計をより小さくすることができる。図9の例は、当該重みの合計を略0V0とすることができ、変換後のデジタル信号の誤差を最小にさせることがわかる。
FIG. 9 shows a second example of the chopper pattern generated by the
チョッパパターン発生部370は、図8および図9の例で説明したチョッパパターン等を、第1アナログ積分器210に供給してよい。また、チョッパパターン発生部370は、チョッパパターンを第2アナログ積分器220および/または第3アナログ積分器230に供給してもよい。即ち、アナログ積分部130は、複数のアナログ積分器を有してよく、複数のアナログ積分器のうちの少なくとも1つのアナログ積分器は、第1接続状態および第2接続状態をチョッパパターンに応じて切り換えてよい。
The
この場合、チョッパパターン発生部370は、略同一のチョッパパターンを、複数のアナログ積分器に供給してよく、これに代えて、少なくとも一つのチョッパパターンを異なるチョッパパターンにして複数のアナログ積分器に供給してもよい。例えば、複数のアナログ積分器のうちの2以上のアナログ積分器のそれぞれが、互いに異なるチョッパパターンに応じて第1接続状態および第2接続状態を切り換える。これにより、より多くのチョッパパターンと、異なるチョッパパターンの組み合わせとを用いることができるので、チョッパパターンの設計自由度を向上させることができる。また、これにより、例えば図5に示すアナログ積分部130は、オフセット誤差V01、オフセット誤差V02、およびオフセット誤差V03を低減させることができる。
In this case, the chopper
また、チョッパパターン発生部370は、互いに異なる複数のチョッパパターンのうち選択されたチョッパパターンを出力可能でよい。例えば、チョッパパターン発生部370は、図7で説明した、第1接続状態および第2接続状態を交互に切り換える交互切換チョッパパターンを出力可能でよい。また、チョッパパターン発生部370は、図9で説明したような、アナログ増幅器のオフセット誤差により生じる変調信号の誤差を最小化する最小誤差チョッパパターンを出力可能でよい。
The chopper
また、チョッパパターン発生部370は、図8で説明したような、最小誤差チョッパパターンと比較し接続状態の切換回数が少なく交互切換チョッパパターンよりも変調信号の誤差が小さい切換低減チョッパパターンを出力可能でよい。また、チョッパパターン発生部370は、第1接続状態または第2接続状態のまま固定する無切換チョッパパターンを出力可能でよい。
Also, the chopper
また、チョッパパターン発生部370は、交互切換チョッパパターン、最小誤差チョッパパターン、切換低減チョッパパターン、および、無切換チョッパパターンのうちの少なくとも1つを含む複数のチョッパパターンのうち選択されたチョッパパターンを出力可能でよい。チョッパパターン発生部370は、インクリメンタル型デルタシグマAD変換器の使用環境、要求仕様、および経時変化等に応じて、チョッパパターンを選択して出力してよい。
Also, the chopper
以上の本実施形態に係るアナログ積分部130は、差動信号を入力して、差動信号を出力するアナログ積分器を複数有する例を説明した。これに代えて、アナログ積分部130は、差動信号を入力して、シングルエンド信号を出力するアナログ積分器を有してもよい。この場合、アナログ積分器は、第1接続状態において正側入力端子および負側入力端子の入力に応じたアナログ増幅器の出力値を出力し、第2接続状態において正側入力端子および負側入力端子の入力に応じたアナログ増幅器の出力値の反転値を出力することになる。
The example in which the
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 As described above, the present invention has been described using the embodiments, but the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments. It is apparent to those skilled in the art that various changes or improvements can be made to the above embodiment. It is apparent from the description of the appended claims that embodiments with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
また、本願によれば以下の各項目もまた開示される。
[項目1]
アナログ積分器を有し、アナログ入力信号を積分するアナログ積分部と、
上記アナログ積分部の積分結果に応じた変調信号を出力する変調処理部と、
予め定められた周期毎に上記アナログ積分部が保持する積分値をリセットするリセット部と、
を備え、
上記アナログ積分器は、
正側入力端子および負側入力端子に入力される信号を増幅して出力するアナログ増幅器と、
上記アナログ積分器の第1入力端子を上記正側入力端子に接続し上記アナログ積分器の第2入力端子を上記負側入力端子に接続する第1接続状態とするか、上記第1入力端子を上記負側入力端子に接続し上記第2入力端子を上記正側入力端子に接続する第2接続状態とするかを、チョッパパターンに応じて切り換える入力切換スイッチと、
を有する、
インクリメンタル型デルタシグマ変調器。
[項目2]
上記第1接続状態が連続するチョッパパターン又は上記第2接続状態が連続するチョッパパターンを発生させるチョッパパターン発生部を更に備える項目1に記載のインクリメンタル型デルタシグマ変調器。
[項目3]
上記チョッパパターン発生部は、上記第1接続状態および上記第2接続状態を交互に切り換えた場合と比較して、上記アナログ増幅器のオフセット誤差により生じる上記変調信号の誤差を低減させる上記チョッパパターンを発生する項目2に記載のインクリメンタル型デルタシグマ変調器。
[項目4]
上記リセット部がリセットする上記周期内には複数のサイクルを含み、
上記チョッパパターン発生部は、上記周期内の上記第1接続状態の各サイクルにおいて上記アナログ積分器への入力が上記変調信号に与える重みの合計と、上記周期内の上記第2接続状態の各サイクルにおいて上記アナログ積分器への入力が上記変調信号に与える重みの合計との差を、上記第1接続状態および上記第2接続状態を交互に切り換えた場合と比較して小さくする上記チョッパパターンを発生する、
項目3に記載のインクリメンタル型デルタシグマ変調器。
[項目5]
上記チョッパパターン発生部は、上記周期内の上記第1接続状態の各サイクルにおいて上記アナログ積分器への入力が上記変調信号に与える重みの合計と、上記周期内の上記第2接続状態の各サイクルにおいて上記アナログ積分器への入力が上記変調信号に与える重みの合計との差を最小とする上記チョッパパターンを発生する項目4に記載のインクリメンタル型デルタシグマ変調器。
[項目6]
上記アナログ積分器は、上記第1接続状態と上記第2接続状態で上記アナログ増幅器の出力の接続先を切り換える出力切換スイッチを有する項目1から5のいずれか一項に記載のインクリメンタル型デルタシグマ変調器。
[項目7]
上記アナログ積分器は、上記出力切換スイッチの後段に接続され、上記出力切換スイッチの出力が入力される増幅手段を更に備える項目6に記載のインクリメンタル型デルタシグマ変調器。
[項目8]
上記アナログ増幅器は、上記正側入力端子および上記負側入力端子に入力される信号を増幅して正側出力端子および負側出力端子から出力し、
上記出力切換スイッチは、上記第1接続状態において上記アナログ増幅器の正側出力端子を当該アナログ積分器の第1出力端子に接続し上記アナログ増幅器の負側出力端子を当該アナログ積分器の第2出力端子に接続し、上記第2接続状態において上記正側出力端子を上記第2出力端子に接続し上記負側出力端子を上記第1出力端子に接続する、
項目6または7に記載のインクリメンタル型デルタシグマ変調器。
[項目9]
上記アナログ積分部は、複数の上記アナログ積分器を有し、
上記複数のアナログ積分器のうちの少なくとも1つのアナログ積分器は、上記第1接続状態および上記第2接続状態を上記チョッパパターンに応じて切り換える項目1から8のいずれか一項に記載のインクリメンタル型デルタシグマ変調器。
[項目10]
上記複数のアナログ積分器のうちの2以上のアナログ積分器のそれぞれが、互いに異なる上記チョッパパターンに応じて上記第1接続状態および上記第2接続状態を切り換える項目9に記載のインクリメンタル型デルタシグマ変調器。
[項目11]
上記チョッパパターン発生部は、互いに異なる複数の上記チョッパパターンのうち選択されたチョッパパターンを出力可能である、項目2から5のいずれか一項に記載のインクリメンタル型デルタシグマ変調器。
[項目12]
上記チョッパパターン発生部は、上記第1接続状態および上記第2接続状態を交互に切り換える交互切換チョッパパターン、上記アナログ増幅器のオフセット誤差により生じる上記変調信号の誤差を最小化する最小誤差チョッパパターン、上記最小誤差チョッパパターンと比較し接続状態の切換回数が少なく上記交互切換チョッパパターンよりも上記変調信号の誤差が小さい切換低減チョッパパターン、および、上記第1接続状態または上記第2接続状態のまま固定する無切換チョッパパターンのうちの少なくとも1つを含む上記複数のチョッパパターンのうち選択されたチョッパパターンを出力可能である項目11に記載のインクリメンタル型デルタシグマ変調器。
[項目13]
上記変調処理部は、上記アナログ積分部の積分結果を量子化する量子化器を有し、
当該インクリメンタル型デルタシグマ変調器は、上記量子化器の出力をDA変換して上記アナログ積分部にフィードバックするDA変換部を更に備える、
項目1から12のいずれか一項に記載のインクリメンタル型デルタシグマ変調器。
[項目14]
項目1から13のいずれか一項に記載のインクリメンタル型デルタシグマ変調器と、
上記変調信号を積算してデジタル値を出力するデジタル演算部と、
を備える、
インクリメンタル型デルタシグマAD変換器。
[項目15]
アナログ積分器を有し、アナログ入力信号を積分する段階と、
上記アナログ入力信号の積分結果に応じた変調信号を出力する段階と、
予め定められた周期毎に上記アナログ積分器が保持する積分値をリセットする段階と、
を備え、
上記アナログ積分器は、
正側入力端子および負側入力端子に入力される信号を増幅して出力するアナログ増幅器と、
上記アナログ積分器の第1入力端子を上記正側入力端子に接続し上記アナログ積分器の第2入力端子を上記負側入力端子に接続する第1接続状態とするか、上記第1入力端子を上記負側入力端子に接続し上記第2入力端子を上記正側入力端子に接続する第2接続状態とするかを、チョッパパターンに応じて切り換える入力切換スイッチと、
を有する、
変調方法。
The execution order of each processing such as operation, procedure, step, and stage in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, the description, and the drawings is particularly “before”, “before”. It should be noted that they can be realized in any order as long as the output of the previous process is not used in the subsequent process. Even if the operation flow in the claims, the specification, and the drawings is described using “first,” “second,” or the like for convenience, it means that it is essential to perform the operation in this order. Not something.
According to the present application, the following items are also disclosed.
[Item 1]
An analog integrator having an analog integrator and integrating an analog input signal;
A modulation processing unit that outputs a modulation signal according to the integration result of the analog integration unit;
A reset unit that resets an integral value held by the analog integrator at every predetermined cycle;
With
The analog integrator is
An analog amplifier that amplifies and outputs a signal input to a positive input terminal and a negative input terminal;
The first input terminal of the analog integrator is connected to the positive input terminal and the second input terminal of the analog integrator is connected to the negative input terminal in a first connection state, or the first input terminal is connected An input changeover switch for switching according to a chopper pattern whether to be in a second connection state in which the second input terminal is connected to the negative input terminal and the second input terminal is connected to the positive input terminal,
Having,
Incremental delta-sigma modulator.
[Item 2]
2. The incremental delta-sigma modulator according to
[Item 3]
The chopper pattern generation unit generates the chopper pattern for reducing an error of the modulation signal caused by an offset error of the analog amplifier as compared with a case where the first connection state and the second connection state are alternately switched. 3. The incremental delta-sigma modulator according to
[Item 4]
The cycle in which the reset unit resets includes a plurality of cycles,
The chopper pattern generation unit is configured to calculate a sum of weights given to the modulation signal by the input to the analog integrator in each cycle of the first connection state in the cycle, and to calculate each cycle of the second connection state in the cycle. Generating the chopper pattern for reducing the difference between the input to the analog integrator and the sum of the weights given to the modulation signal as compared with the case where the first connection state and the second connection state are alternately switched. Do
[Item 5]
The chopper pattern generation unit is configured to calculate a sum of weights given to the modulation signal by the input to the analog integrator in each cycle of the first connection state in the cycle, and to calculate each cycle of the second connection state in the cycle. 5. The incremental delta-sigma modulator according to
[Item 6]
6. The incremental delta-sigma modulation according to any one of
[Item 7]
7. The incremental delta-sigma modulator according to
[Item 8]
The analog amplifier amplifies signals input to the positive input terminal and the negative input terminal and outputs the amplified signals from a positive output terminal and a negative output terminal,
In the first connection state, the output switch connects the positive output terminal of the analog amplifier to the first output terminal of the analog integrator, and connects the negative output terminal of the analog amplifier to the second output terminal of the analog integrator. Connecting the positive output terminal to the second output terminal and the negative output terminal to the first output terminal in the second connection state;
[Item 9]
The analog integrator has a plurality of the analog integrators,
9. The incremental type according to any one of
[Item 10]
[Item 11]
6. The incremental delta-sigma modulator according to any one of
[Item 12]
The chopper pattern generator includes an alternate switching chopper pattern for alternately switching the first connection state and the second connection state, a minimum error chopper pattern for minimizing an error of the modulation signal caused by an offset error of the analog amplifier, A switching reduction chopper pattern in which the number of times of connection state switching is smaller than the minimum error chopper pattern and in which the error of the modulation signal is smaller than the alternating switching chopper pattern, and the first connection state or the second connection state is fixed.
[Item 13]
The modulation processing unit has a quantizer that quantizes the integration result of the analog integration unit,
The incremental type delta-sigma modulator further includes a DA converter for DA-converting the output of the quantizer and feeding it back to the analog integrator.
Item 13. The incremental delta-sigma modulator according to any one of
[Item 14]
14. An incremental delta-sigma modulator according to any one of
A digital operation unit that integrates the modulation signal and outputs a digital value,
Comprising,
Incremental delta-sigma AD converter.
[Item 15]
Having an analog integrator and integrating an analog input signal;
Outputting a modulation signal according to the integration result of the analog input signal;
Resetting the integrated value held by the analog integrator every predetermined period;
With
The analog integrator is
An analog amplifier that amplifies and outputs a signal input to a positive input terminal and a negative input terminal;
The first input terminal of the analog integrator is connected to the positive input terminal and the second input terminal of the analog integrator is connected to the negative input terminal in a first connection state, or the first input terminal is connected An input changeover switch for switching according to a chopper pattern whether to be in a second connection state in which the second input terminal is connected to the negative input terminal and the second input terminal is connected to the positive input terminal,
Having,
Modulation method.
10 インクリメンタル型デルタシグマ変調器、100 インクリメンタル型デルタシグマAD変換器、110 サンプルホールド部、120 加算部、130 アナログ積分部、140 変調処理部、150 DA変換部、152 第1スイッチ部、154 第2スイッチ部、156 第3スイッチ部、160 デジタル演算部、170 リセット部、210 第1アナログ積分器、212 第1アナログ増幅器、214 正側リセットスイッチ、216 負側リセットスイッチ、220 第2アナログ積分器、222 第2アナログ増幅器、224 正側リセットスイッチ、226 負側リセットスイッチ、230 第3アナログ積分器、232 第3アナログ増幅器、234 正側リセットスイッチ、236 負側リセットスイッチ、240 第1スイッチトキャパシタ、242 前段スイッチ、244 後段スイッチ、245 第2スイッチトキャパシタ、246 前段スイッチ、248 後段スイッチ、250 第1フィードフォワード部、252 第1FFスイッチ、260 第2フィードフォワード部、262 第2FFスイッチ、270 第3フィードフォワード部、272 第3FFスイッチ、280 第4フィードフォワード部、282 第4FFスイッチ、310 第1入力切換スイッチ、312 スイッチ、314 スイッチ、316 スイッチ、318 スイッチ、320 第1出力切換スイッチ、322 スイッチ、324 スイッチ、326 スイッチ、328 スイッチ、330 第2入力切換スイッチ、340 第2出力切換スイッチ、350 第3入力切換スイッチ、360 第3出力切換スイッチ、370 チョッパパターン発生部
Claims (12)
前記アナログ積分部の積分結果に応じた変調信号を出力する変調処理部と、
予め定められた周期毎に前記アナログ積分部が保持する積分値をリセットするリセット部と、
チョッパパターン発生部と、
を備え、
前記アナログ積分器は、
正側入力端子および負側入力端子に入力される信号を増幅して出力するアナログ増幅器と、
前記アナログ積分器の第1入力端子を前記正側入力端子に接続し前記アナログ積分器の第2入力端子を前記負側入力端子に接続する第1接続状態とするか、前記第1入力端子を前記負側入力端子に接続し前記第2入力端子を前記正側入力端子に接続する第2接続状態とするかを、前記チョッパパターン発生部が発生させるチョッパパターンに応じて切り換える入力切換スイッチと
を有し、
前記リセット部がリセットする前記周期内には複数のサイクルを含み、
前記チョッパパターン発生部は、前記第1接続状態が連続するチョッパパターン又は前記第2接続状態が連続するチョッパパターンを発生させ、前記周期内の前記第1接続状態の各サイクルにおいて前記アナログ積分器への入力が前記変調信号に与える重みの合計と、前記周期内の前記第2接続状態の各サイクルにおいて前記アナログ積分器への入力が前記変調信号に与える重みの合計との差を、前記第1接続状態および前記第2接続状態を交互に切り換えた場合と比較して小さくする第1チョッパパターンを発生する、
インクリメンタル型デルタシグマ変調器。 An analog integrator having an analog integrator and integrating an analog input signal;
A modulation processing unit that outputs a modulation signal according to the integration result of the analog integration unit;
A reset unit that resets an integral value held by the analog integrator at every predetermined cycle;
A chopper pattern generating section,
With
The analog integrator comprises:
An analog amplifier that amplifies and outputs a signal input to a positive input terminal and a negative input terminal;
A first connection state in which a first input terminal of the analog integrator is connected to the positive input terminal and a second input terminal of the analog integrator is connected to the negative input terminal, or the first input terminal is An input changeover switch that switches whether the second input terminal is connected to the negative input terminal and the second input terminal is connected to the positive input terminal in a second connection state according to a chopper pattern generated by the chopper pattern generation unit. Yes, and
The cycle in which the reset unit resets includes a plurality of cycles,
The chopper pattern generation unit generates a chopper pattern in which the first connection state is continuous or a chopper pattern in which the second connection state is continuous, and outputs the chopper pattern to the analog integrator in each cycle of the first connection state in the cycle. The difference between the sum of the weights given by the input of the analog integrator to the modulation signal and the sum of the weights given by the input to the analog integrator to the modulation signal in each cycle of the second connection state in the cycle is represented by the first Generating a first chopper pattern that is smaller than a case where the connection state and the second connection state are alternately switched;
Incremental delta-sigma modulator.
前記出力切換スイッチは、前記第1接続状態において前記アナログ増幅器の正側出力端子を当該アナログ積分器の第1出力端子に接続し前記アナログ増幅器の負側出力端子を当該アナログ積分器の第2出力端子に接続し、前記第2接続状態において前記正側出力端子を前記第2出力端子に接続し前記負側出力端子を前記第1出力端子に接続する
請求項3または4に記載のインクリメンタル型デルタシグマ変調器。 The analog amplifier amplifies a signal input to the positive input terminal and the negative input terminal and outputs the amplified signal from a positive output terminal and a negative output terminal.
In the first connection state, the output switch connects the positive output terminal of the analog amplifier to the first output terminal of the analog integrator, and connects the negative output terminal of the analog amplifier to the second output terminal of the analog integrator. 5. The incremental delta according to claim 3 , wherein the positive-side output terminal is connected to the second output terminal and the negative-side output terminal is connected to the first output terminal in the second connection state. 6. Sigma modulator.
前記複数のアナログ積分器のうちの少なくとも1つのアナログ積分器は、前記第1接続状態および前記第2接続状態を前記チョッパパターンに応じて切り換える請求項1から5のいずれか一項に記載のインクリメンタル型デルタシグマ変調器。 The analog integrator has a plurality of the analog integrators,
The incremental according to any one of claims 1 to 5 , wherein at least one analog integrator among the plurality of analog integrators switches the first connection state and the second connection state according to the chopper pattern. Type delta-sigma modulator.
当該インクリメンタル型デルタシグマ変調器は、前記量子化器の出力をDA変換して前記アナログ積分部にフィードバックするDA変換部を更に備える
請求項1から9のいずれか一項に記載のインクリメンタル型デルタシグマ変調器。 The modulation processing unit includes a quantizer that quantizes an integration result of the analog integration unit,
The incremental delta-sigma modulator according to any one of claims 1 to 9 , wherein the incremental delta-sigma modulator further includes a DA conversion unit that performs DA conversion of an output of the quantizer and feeds the output back to the analog integrator. Modulator.
前記変調信号を積算してデジタル値を出力するデジタル演算部と、
を備える
インクリメンタル型デルタシグマAD変換器。 An incremental delta-sigma modulator according to any one of claims 1 to 10 ,
A digital operation unit that integrates the modulation signal and outputs a digital value,
An incremental type delta-sigma A / D converter.
前記アナログ入力信号の積分結果に応じた変調信号を出力する段階と
リセット部が予め定められた周期毎に前記アナログ積分器が保持する積分値をリセットする段階と、
チョッパパターン発生部がチョッパパターンを発生させる段階と、
を備え、
前記アナログ積分器は、
正側入力端子および負側入力端子に入力される信号を増幅して出力するアナログ増幅器と、
前記アナログ積分器の第1入力端子を前記正側入力端子に接続し前記アナログ積分器の第2入力端子を前記負側入力端子に接続する第1接続状態とするか、前記第1入力端子を前記負側入力端子に接続し前記第2入力端子を前記正側入力端子に接続する第2接続状態とするかを、前記チョッパパターン発生部が発生させるチョッパパターンに応じて切り換える入力切換スイッチと
を有し、
前記リセット部がリセットする前記周期内には複数のサイクルを含み、
前記チョッパパターン発生部は、前記第1接続状態が連続するチョッパパターン又は前記第2接続状態が連続するチョッパパターンを発生させ、前記周期内の前記第1接続状態の各サイクルにおいて前記アナログ積分器への入力が前記変調信号に与える重みの合計と、前記周期内の前記第2接続状態の各サイクルにおいて前記アナログ積分器への入力が前記変調信号に与える重みの合計との差を、前記第1接続状態および前記第2接続状態を交互に切り換えた場合と比較して小さくする第1チョッパパターンを発生する、
変調方法。 Having an analog integrator and integrating an analog input signal;
Outputting a modulation signal according to the integration result of the analog input signal;
A step of resetting an integrated value held by the analog integrator every predetermined period by a reset unit ;
A step in which the chopper pattern generating section generates a chopper pattern;
With
The analog integrator comprises:
An analog amplifier that amplifies and outputs a signal input to a positive input terminal and a negative input terminal;
A first connection state in which a first input terminal of the analog integrator is connected to the positive input terminal and a second input terminal of the analog integrator is connected to the negative input terminal, or the first input terminal is An input changeover switch that switches whether the second input terminal is connected to the negative input terminal and the second input terminal is connected to the positive input terminal in a second connection state according to a chopper pattern generated by the chopper pattern generation unit. Yes, and
The cycle in which the reset unit resets includes a plurality of cycles,
The chopper pattern generation unit generates a chopper pattern in which the first connection state is continuous or a chopper pattern in which the second connection state is continuous, and outputs the chopper pattern to the analog integrator in each cycle of the first connection state in the cycle. The difference between the sum of the weights given by the input of the analog integrator to the modulation signal and the sum of the weights given by the input to the analog integrator to the modulation signal in each cycle of the second connection state in the cycle is represented by the first Generating a first chopper pattern that is smaller than a case where the connection state and the second connection state are alternately switched;
Modulation method.
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