JP6864487B2 - インクリメンタル型デルタシグマａｄ変換器およびａｄ変換方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器およびＡＤ変換方法に関する。

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

このようなインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器は、ＡＤ変換後のデジタルデータに、複数の積分回路の積分動作後の残渣成分を加えることで、量子化誤差を低減できることが知られている。この場合、複数の積分回路の最終段から残渣成分を取り出す信号経路と、信号経路からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器を、インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器に追加していた。即ち、雑音に敏感な積分回路の出力に回路配線を追加するので、このようなインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器は、変換誤差を招いてしまうことがあった。また、ＡＤ変換器の追加により、コストが増加していた。

本発明の第１の態様においては、入力アナログ信号をデルタシグマ変調した変調デジタル信号を出力するデルタシグマ変換部と、変調デジタル信号をフィルタリングするデジタルフィルタ部と、デジタルフィルタ部が出力するデジタル信号、およびデルタシグマ変換部が出力するデルタシグマ変調の量子化された残渣成分に基づいて、出力デジタル信号を生成する生成部と、を備えるインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器およびＡＤ変換方法を提供する。

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。

インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０のブロック図の一例を示す。 図１に示すインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０のアナログ積分部１３０の構成例を示す。 インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０の変形例を示す。 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２０のブロック図の一例を示す。 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２０のタイミングチャートの第１例を示す。 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２０の第１変形例を示す。 本実施形態に係るフィードフォワード部１４０の構成例を示す。 本実施形態に係るフィードフォワード部１４０および量子化部１５０の変形例を示す。 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２０のタイミングチャートの第２例を示す。 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２０のタイミングチャートの第３例を示す。 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２０のタイミングチャートの第４例を示す。 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２０の第２変形例を示す。 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１６０の構成例を示す。

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。

図１は、インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０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１０は、内部の回路をリセットしつつ、入力端子１２から入力するアナログ信号Ａ_ｉｎをデジタル信号Ｄ_ｏｕｔに変換して出力端子１４から出力する。インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０は、入力端子１２と、出力端子１４と、デルタシグマ変換部１００と、デジタルフィルタ部１９０と、を備える。

入力端子１２は、入力アナログ信号Ａ_ｉｎを入力する。入力端子１２は、シングルエンド入力でよく、これに代えて、差動入力であってもよい。入力端子１２が差動入力の場合、当該入力端子１２は、正側入力から正側信号Ａ_ｉｎｐが、負側入力から負側信号Ａ_ｉｎｎが入力する。入力端子１２は、入力した入力信号Ａ_ｉｎをデルタシグマ変換部１００に供給する。

出力端子１４は、入力アナログ信号Ａ_ｉｎに応じて当該インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０が変換したデジタル信号Ｄ_ＯＵＴを出力する。出力端子１４は、シングルエンド出力でよく、これに代えて、差動出力であってもよい。

デルタシグマ変換部１００は、入力アナログ信号Ａ_ｉｎをデルタシグマ変調した変調デジタル信号Ｙを出力する。デルタシグマ変換部１００は、加算部１２０と、アナログ積分部１３０と、量子化部１５０と、ＤＡ変換部１６０と、リセット部１７０と、制御部１８０と、を有する。

加算部１２０は、入力端子１２から入力する入力信号Ａ_ｉｎにＤＡ変換部からのフィードバック信号を加算する。加算部１２０は、入力端子１２が差動入力の場合、当該差動信号の正側信号Ａ_ｉｎｐおよび負側信号Ａ_ｉｎｐに、それぞれ符号の異なるフィードバック信号を加算してよい。加算部１２０は、加算結果をアナログ積分部１３０に供給する。

アナログ積分部１３０は、アナログ積分器を含み、加算部１２０の出力を積分する。アナログ積分部１３０は、縦続接続された複数のアナログ積分器を含んでよい。アナログ積分部１３０は、積分した結果を出力信号Ｖ_ｏｕｔ（ｉ）として量子化部１５０に供給する。

量子化部１５０は、アナログ積分部１３０の出力信号Ｖ_ｏｕｔ（ｉ）を量子化する。量子化部１５０は、外部から供給されるクロック信号等に応じて、アナログ積分部１３０の積分結果を量子化し、積分結果に応じたビットストリームを出力する。量子化部１５０は、１ビット量子化器またはマルチビット量子化器として機能してよい。即ち、量子化部１５０は、アナログ積分部１３０の出力信号Ｖ_ｏｕｔ（ｉ）を２値または多値のデジタル信号に量子化してよい。

例えば、量子化部１５０として１ビット量子化器を用いた場合、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Ａ_ｉｎの振幅値に比例または略一致するデジタル値となる。量子化部１５０は、クロック信号毎に、出力信号Ｖ_ｏｕｔ（ｉ）および予め定められた閾値を比較し、当該閾値を超えたか否かに応じて、当該出力信号Ｖ_ｏｕｔ（ｉ）を１または０のデジタルコードに変換してよい。

また、例えば、量子化部１５０としてＭビット量子化器を用いた場合、ビットストリームは、予め定められた数のＭ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Ａ_ｉｎの振幅値に比例または略一致するデジタル値となる。量子化部１５０は、クロック信号毎に、Ｍビット分の比較器により出力信号Ｖ_ｏｕｔ（ｉ）および予め定められたＭビットの閾値を比較し、各比較器が当該閾値を超えたか否かに応じて、当該出力信号Ｖ_ｏｕｔ（ｉ）をＭビットのデジタルコードに変換してよい。

即ち、インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０は、入力信号Ａ_ｉｎを一定の変換サイクル毎にデジタル値へ変換するが、量子化部１５０は、１変換サイクルよりも速い、外部から供給されるクロック信号等に応じて、入力信号Ａ_ｉｎ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、入力信号Ａ_ｉｎ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。

例えば、インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０のオーバーサンプリング比が６０の場合、量子化部１５０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。量子化部１５０は、量子化したデジタル信号ＹをＤＡ変換部１６０およびデジタルフィルタ部１９０に供給する。

ＤＡ変換部１６０は、量子化部１５０の出力に基づいてフィードバック信号を出力する。ＤＡ変換部１６０は、量子化部１５０が出力するデジタル信号Ｙを、対応するアナログ信号にＤＡ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。フィードバック信号は、予め定められた基準電圧でよい。フィードバック信号については後述する。ＤＡ変換部１６０は、クロック信号と同期してデジタル信号Ｙをアナログ信号に変換してよい。

リセット部１７０は、予め定められた周期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。また、リセット部１７０は、アナログ積分部１３０をリセットするタイミングで、デジタルフィルタ部１９０もリセットしてよい。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１０が入力信号Ａ_ｉｎをデジタル値へ変換する毎に、アナログ積分部１３０およびデジタルフィルタ部１９０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およびデジタルフィルタ部１９０にリセット信号を供給してそれぞれリセットする。

制御部１８０は、デルタシグマ変換部１００の動作を制御する。制御部１８０は、例えば、アナログ積分部１３０の動作を制御する。制御部１８０は、内部または外部から供給されるクロック信号等に応じて、デルタシグマ変換部１００の制御動作を実行してよい。また、制御部１８０は、クロック発振器を有して、各部の制御動作を実行してもよい。

デジタルフィルタ部１９０は、量子化部１５０が出力する変調デジタル信号をフィルタリングする。デジタルフィルタ部１９０は、量子化部１５０から受け取ったデジタル信号Ｙをフィルタリングして出力する。デジタルフィルタ部１９０は、デジタル信号Ｙのビットストリームを積算してデジタル積分する積分フィルタでよい。この場合、デジタルフィルタ部１９０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。デジタルフィルタ部１９０は、クロック信号と同期してデジタル値を演算してよい。また、デジタルフィルタ部１９０は、リセット部１７０からリセット信号を受け取ったことに応じて、積算量をリセットしてよい。

また、デジタルフィルタ部１９０は、ローパスフィルタを有し、量子化部１５０で発生する量子化ノイズを低減させてよい。また、デジタルフィルタ部１９０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。デジタルフィルタ部１９０は、演算結果のデジタル値を出力端子１４に供給する。出力端子１４は、受け取ったデジタル値を、当該インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０のデジタル出力Ｄ_ＯＵＴとして出力する。

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１０は、リセット部１７０によるアナログ積分部１３０およびデジタルフィルタ部１９０のリセットと、入力信号Ａ_ｉｎのデジタル出力への変換とを、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１０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。

図２は、図１に示すインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０のアナログ積分部１３０の構成例を示す。図２は、加算部１２０から正側信号ＳＰおよび負側信号ＳＮによる差動信号がアナログ積分部１３０に入力する例を示す。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のそれぞれが、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。

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Ｃ_ｉ１ｐ、負側帰還キャパシタＣ_ｉ１ｎ、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Ｃ_ｉ２ｐ、負側帰還キャパシタＣ_ｉ２ｎ、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Ｃ_ｉ３ｐ、負側帰還キャパシタＣ_ｉ３ｎ、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。

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それぞれ出力する。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。

帰還キャパシタのそれぞれは、入力信号に応じ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、正側信号ＳＰに応じて、第１クロックにおいて正側帰還キャパシタＣ_ｉ１ｐ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Ｃ_ｉ２ｐ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Ｃ_ｉ３ｐで蓄積される。同様に、負側信号ＳＮに応じて、第１クロックにおいて負側帰還キャパシタＣ_ｉ１ｎ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Ｃ_ｉ２ｎ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Ｃ_ｉ３ｎで蓄積される。

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それぞれリセットする。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がそれぞれ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。

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それぞれ伝達する。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。

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。

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の間に接続される例を示す。第１スイッチトキャパシタ２４０は、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Ｃ_ｉ１ｐに蓄積された電荷を、キャパシタＣ_ｓ２ｐが充電して、後段の正側帰還キャパシタＣ_ｉ２ｐへと放電して伝達する。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Ｃ_ｉ１ｎに蓄積された電荷を、キャパシタＣ_ｓ２ｎが充電して、後段の負側帰還キャパシタＣ_ｉ２ｎへと放電して伝達する。

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の間に接続される例を示す。第２スイッチトキャパシタ２４５は、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Ｃ_ｉ２ｐに蓄積された電荷を、キャパシタＣ_ｓ３ｐが充電して、後段の正側帰還キャパシタＣ_ｉ３ｐへと放電して伝達する。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Ｃ_ｉ２ｎに蓄積された電荷を、キャパシタＣ_ｓ３ｎが充電して、後段の負側帰還キャパシタＣ_ｉ３ｎへと放電して伝達する。

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、正側信号ＳＰおよび負側信号ＳＮ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、量子化部１５０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に伝達されて量子化部１５０へと出力される。また、後述するように、アナログ積分部１３０がフィードフォワード部を有する場合、最も後段のアナログ積分器は、フィードフォワード部を介して量子化部１５０へと出力する。

また、制御部１８０は、アナログ積分部１３０に制御信号を供給して、このようなアナログ積分部１３０の動作を実行させる。制御部１８０は、一例として、予め定められた周波数のクロック信号を発生するクロック発振器を有し、アナログ積分部１３０にクロック信号を供給する。また、制御部１８０は、アナログ積分部１３０へのクロック信号の供給を停止して、アナログ積分部１３０の積分動作を停止させてよい。

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。

以上の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１０は、入力するアナログ信号を積分し、積分結果の量子化結果に応じて、当該入力する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を実行する。これにより、インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０は、入力するアナログ信号に応じたシリアルデジタルコードを精度よく出力することができる。また、インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０は、このようなシリアルデジタルコードをデジタル処理して、アナログ信号に応じたデジタル信号を精度よく出力することができる。

インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０は、デルタシグマＡＤ変換器とは異なり、一定の周期でアナログ積分部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。

このようなインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０のデジタル出力電圧について説明する。ここで、リセット部１７０によるリセット信号の供給からｉ番目のクロック信号における、入力端子１２からの入力電圧をＶ_ｉｎ（ｉ）、量子化部１５０のデジタル出力をＹ（ｉ）とする。また、クロック信号は、１変換サイクルにおいてｍ回発生するものとする。ここで、アナログ積分部１３０の最終段の積分器が、１変換サイクルの最後に出力するアナログ出力をＶ_ｏｕｔ（ｍ）とすると、Ｖ_ｏｕｔ（ｍ）は次式で示すことができる。
（数１）
Ｖ_ｏｕｔ（ｍ）＝ΣΣ［Ｃ_１・Σ｛Ｖ_ｉｎ（ｉ）−Ｙ（ｉ）｝］
＝Ｃ_１・ΣΣΣ｛Ｖ_ｉｎ（ｉ）−Ｙ（ｉ）｝

ここで、インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０が、１変換サイクルにおいてデジタル信号に変換すべきアナログ信号のアナログ電圧をＶ_ａｎａとする。例えば、入力端子１２からの入力電圧が、１変換サイクルにおいてほぼ変動のない略一定の電圧の場合、または、サンプルホールド回路等による略一定のサンプリング電圧の場合、アナログ電圧Ｖ_ａｎａは、当該略一定の電圧となる。また、入力端子１２からの入力電圧が１変換サイクルにおいて変動した場合、アナログ電圧Ｖ_ａｎａは、変動した電圧の１変換サイクルにおける平均値と略同一の値でよい。即ち、アナログ電圧Ｖ_ａｎａは、ｉ番目のクロック信号における入力電圧Ｖ_ｉｎ（ｉ）を用いて、次式のように示すことができる。
（数２）
Ｖ_ａｎａ＝Ｃ_１・ΣΣΣＶ_ｉｎ（ｉ）／（Ｃ_１・ΣΣΣ）

（数１）式を変形して（数２）式に代入することにより、次式を得る。
（数３）
Ｖ_ａｎａ＝｛Ｃ_１・ΣΣΣＹ（ｉ）＋Ｖ_ｏｕｔ（ｍ）｝／（Ｃ_１・ΣΣΣ）

（数３）式の第１項は、量子化部１５０が量子化したデジタル信号Ｙ（ｉ）を、デジタルフィルタ部１９０が積算した結果に対応する。即ち、図１に示すインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０は、入力するアナログ電圧Ｖ_ａｎａに対して、（数３）式の第１項をＡＤ変換結果として出力する。したがって、インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０は、理論的には、（数３）式の第２項が不足した値を出力することになり、デジタル出力に量子化誤差を含むことがある。

なお、（数３）式の第２項は、（数１）式で示される、アナログ積分部１３０が１変換サイクルの最後に出力するアナログ出力である。したがって、アナログ積分部１３０の最終段の積分器の出力には、量子化ノイズとなりうる残渣成分が残っていることを示す。なお、インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０は、アナログ積分部１３０が当該残渣成分を出力した後に、デジタルフィルタ部１９０の動作をクロック信号に応じて継続させてもよい。これにより、デジタルフィルタ部１９０は、当該残渣成分を積算するので、量子化誤差を低減させることができる。

しかしながら、この場合、デジタルフィルタ部１９０の積算動作を継続させるので、１変換サイクルの時間間隔を延長することになる。ＡＤ変換器は、変換速度がより速い方が望ましいので、１変換サイクルの長さを変えずに、量子化誤差を低減させることが望ましい。インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０は、１変換サイクルの長さを変えずに量子化誤差を低減すべく、アナログ積分部１３０の残渣成分をデジタルフィルタ部１９０の出力値に加算する構成を有するものがある。このようなインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０について次に説明する。

図３は、インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０の変形例を示す。本変形例のインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０において、図１に示されたインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０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。本変形例のインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０は、ＡＤ変換器３１０と、残渣加算部３２０と、を更に備える。

ＡＤ変換器３１０は、アナログ積分部１３０の出力信号Ａ_ｅｒｒをデジタル信号に変換する。ＡＤ変換器３１０は、アナログ積分部１３０の最終段の積分器が１変換サイクルの最後に出力するアナログ出力Ａ_ｅｒｒ＝Ｖ_ｏｕｔ（ｍ）を、デジタル信号に変換する。即ち、ＡＤ変換器３１０は、アナログ積分部１３０が出力する残渣成分をデジタル信号に変換する。ＡＤ変換器３１０は、変換したデジタル信号を残渣加算部３２０に供給する。

残渣加算部３２０は、デジタルフィルタ部１９０が出力するデジタル信号に、ＡＤ変換器３１０が変換したデジタル信号を加算する。残渣加算部３２０は、ＡＤ変換器３１０の分解能に応じて、デジタルフィルタ部１９０が出力するデジタル信号の分解能を拡張して加算してよい。残渣加算部３２０は、加算結果を出力端子１４に供給して、当該インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０の変換結果であるデジタル信号Ｄ_ＯＵＴとして出力する。

以上の変形例に係るインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０は、２ステップ型のインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０として動作する。即ち、第１のステップにおいて、図１で説明したインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０の動作を実行し、デジタルフィルタ部１９０は、量子化部１５０が量子化したデジタル信号Ｙ（ｉ）を積算する。即ち、１変換サイクルにおいて、デジタルフィルタ部１９０は、（数３）式の第１項に対応するデジタル信号を残渣加算部３２０に供給する。

次の第２のステップにおいて、ＡＤ変換器３１０は、アナログ積分部１３０が１変換サイクルの最後に出力するアナログ出力Ｖ_ｏｕｔ（ｍ）を、デジタル信号に変換して残渣加算部３２０に供給する。そして、残渣加算部３２０は、（数３）式の第１項に対応するデジタル信号および第２項に対応するデジタル信号を加算した、アナログ電圧Ｖ_ａｎａに対応するデジタル信号を出力する。

以上のように、本変形のインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０は、デジタルフィルタ部１９０が出力するデジタル信号に、量子化ノイズとなりうるアナログ積分部１３０の残渣成分に対応するデジタル信号を加算する。これにより、インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０は、量子化誤差を低減させたデジタル変換を実行することができる。

以上の、２ステップ型のインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器は、量子化誤差を低減できるが、ＡＤ変換器を追加するので、コストが増加していた。また、アナログ積分部１３０の積分回路の最終段から残渣成分を取り出すので、雑音に敏感な積分回路のアナログ出力に回路配線を追加することになり、雑音の混入が発生してしまうことがあった。このような雑音成分は、デジタル変換における変換誤差を招いてしまうことがあった。そこで、本実施形態におけるインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器は、コストの上昇と雑音の混入とを防止しつつ、量子化誤差を低減する。このようなインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器について、次に説明する。

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２０のブロック図の一例を示す。本実施形態のインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器２０において、図１に示されたインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０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。本変形例のインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０は、アナログ積分部１３０の残渣成分を量子化部１５０が量子化し、量子化された残渣成分をデジタルフィルタ部１９０の出力に加えて、量子化誤差を低減させる。インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０は、生成部３３０を更に備える。

生成部３３０は、デジタルフィルタ部１９０が出力するデジタル信号、およびデルタシグマ変換部１００が出力するデルタシグマ変調の量子化された残渣成分に基づいて、出力デジタル信号を生成する。生成部３３０は、例えば、デジタルフィルタ部１９０が出力するデジタル信号に、デルタシグマ変換部１００が出力する量子化された残渣成分を加算して出力する。

ここで、量子化された残渣成分は、量子化部１５０が、予め定められた周期において複数のアナログ積分器の最終段のアナログ積分器が最後に出力するアナログ信号を量子化したデジタル信号である。即ち、１変換サイクルにおいて、アナログ積分部１３０が（数３）式の第２項に対応する残渣成分を出力し、当該残渣成分を量子化部１５０が量子化したタイミングで、生成部３３０は、デジタルフィルタ部１９０および量子化部１５０の出力の和を算出する。生成部３３０は、接続スイッチ３３２と、残渣加算部３３４を有する。

接続スイッチ３３２は、量子化部１５０が量子化された残渣成分を生成部３３０に供給するタイミングにおいて、量子化部１５０および残渣加算部３３４を電気的に接続する。接続スイッチ３３２は、制御部１８０の制御信号に応じて、量子化部１５０および残渣加算部３３４の間を電気的に接続してよい。この場合、制御部１８０は、量子化部１５０が量子化した残渣成分を出力する予め定められたタイミングで、接続スイッチ３３２をオンにする制御信号を接続スイッチ３３２に供給する。

残渣加算部３３４は、デジタルフィルタ部１９０が出力するデジタル信号と、量子化部１５０が出力する量子化された残渣成分とを加算する。残渣加算部３３４は、量子化部１５０の分解能に応じて、デジタルフィルタ部１９０が出力するデジタル信号の分解能を拡張して加算してよい。残渣加算部３３４は、加算結果を出力端子１４に供給して、当該インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０の変換結果であるデジタル信号Ｄ_ＯＵＴとして出力する。

以上のように、インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器２０は、アナログ積分部１３０が出力する残渣成分を、量子化部１５０が量子化してから生成部３３０に供給する。したがって、生成部３３０は、残渣成分をデジタル信号として受け取ることができ、ＡＤ変換することなしに、デジタルフィルタ部１９０の出力に加算することができる。これにより、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２０は、ＡＤ変換器を追加することなしに、量子化誤差を低減させることができる。インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器２０の変換タイミングについて次に説明する。

図５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２０のタイミングチャートの第１例を示す。図５は、時間軸方向に、各部が処理するデータまたは各部のタイミング信号を示す。

例えば、「ＣＯＮＶ ＣＬＫ」と示した信号波形は、インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器２０の変換周期を示す。一例として、「ＣＯＮＶ ＣＬＫ」がハイ電位の場合に、リセット部１７０からリセット信号が各部に供給される。また、「ＣＯＮＶ ＣＬＫ」がロー電位の場合に、デルタシグマ変換部１００およびデジタルフィルタ部１９０がクロック信号に応じて動作し、ＡＤ変換動作が実行される。なお、本実施形態において、「ＣＯＮＶ ＣＬＫ」がロー電位となる期間を、コンバージョン周期とする。

図５の「ＣＬＫ」と示した信号波形は、クロック信号を示す。例えば、アナログ積分部１３０は、リセット部１７０からリセット信号を受け取ってから、１番目のクロック信号に応じて積分動作を開始し、２番目のクロック信号以降において、積分結果Ｖ_ｏｕｔ（１）を出力し始める。

図５の「Ｙ」と示したデータ列は、量子化部１５０がクロック信号に応じてアナログ積分部１３０の積分結果Ｖ_ｏｕｔ（ｉ）を量子化したデジタル信号を示す。量子化部１５０は、２番目のクロック信号から、デジタル信号をＤ（１）、Ｄ（２）、・・・と、順次出力する。即ち、Ｙ（ｉ）＝Ｄ（ｉ）である。ここで、図５は、１変換サイクルにおいて、量子化部１５０がｊ個のデジタル信号を出力する例を示す。ここで、ｊ＝ｍである。

デジタルフィルタ部１９０は、量子化部１５０から順次受け取るｊ個のデジタル信号を積算（デジタル積分）する。図５の「ＤＩＧＩＮＴ１」、「ＤＩＧＩＮＴ２」、および「ＤＩＧＩＮＴ３」は、デジタルフィルタ部１９０が実行するデジタル積分のクロック毎の積算過程の一例を示す。なお、図５は、アナログ積分部１３０が３つの積分器を有することに対応して、「ＤＩＧＩＮＴ１」、「ＤＩＧＩＮＴ２」、および「ＤＩＧＩＮＴ３」の３つのデータ列を用いて３回のデジタル積分を実行する例を示す。

例えば、「ＤＩＧＩＮＴ１」で示すデータ列は、クロック信号に応じて、量子化部１５０が出力するデジタル信号を積算する。即ち、「ＤＩＧＩＮＴ１」のデータ列をＩ１（ｋ）とすると、Ｉ１（ｋ）は、量子化部１５０が出力するデジタル信号Ｄ（ｋ）を積算する次式で示すことができる。なお、一例として、初期値Ｉ１（１）＝Ｄ（１）である。
（数４）
Ｉ１（ｋ）＝Ｉ１（ｋ−１）＋Ｄ（ｋ）

同様に、「ＤＩＧＩＮＴ２」で示すデータ列は、「ＤＩＧＩＮＴ１」で示すデータ列を積算し、「ＤＩＧＩＮＴ３」で示すデータ列は、「ＤＩＧＩＮＴ２」で示すデータ列を積算する。即ち、「ＤＩＧＩＮＴ２」のデータ列をＩ２（ｋ）、「ＤＩＧＩＮＴ３」のデータ列をＩ３（ｋ）とすると、Ｉｎ（ｋ）は、次式で示すことができる。
（数５）
Ｉｎ（ｋ）＝Ｉｎ（ｋ−１）＋Ｉｎ−１（ｋ）

ここで、ｎ＝２、３であるが、（数５）式のｎの値は、アナログ積分部１３０が有する積分の個数Ｌと略同一の数でよい。即ち、デジタルフィルタ部１９０は、Ｌ個のデータ列を用いてデジタル積分を実行してよい。また、（数４）、（数５）式のｋの値は、デジタルフィルタ部１９０の１回のデジタル積分で実行する積算回数を示す。図５は、１変換サイクルにおいて量子化部１５０がｊ個のデジタル信号を出力することに応じて、デジタルフィルタ部１９０が１回のデジタル積分でｊ回の積算を実行する例を示す。

このように、デジタルフィルタ部１９０は、リセット部１７０からリセット信号を受け取ってから、２番目のクロック信号において積分動作を開始し、Ｌ回のデジタル積分を実行する。したがって、デジタルフィルタ部１９０は、ｊ＋Ｌ＋１番目のクロック信号において、積分結果ＩＬ（ｊ）を算出する。図５は、デジタルフィルタ部１９０が、ｊ＋４番目のクロック信号において、積分結果Ｉ３（ｊ）を算出した例を示す。

図１に示すインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０は、積分結果Ｉ３（ｊ）を、１変換サイクルの変換結果として、出力端子１４からデジタル信号Ｄ_ＯＵＴとして出力する。また、図４に示す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２０は、量子化部１５０が出力する残渣成分を積分結果Ｉ３（ｊ）に加えてから、デジタル信号Ｄ_ＯＵＴとして出力する。

なお、１変換サイクルにおける最後の入力信号（即ち、ｊ番目の入力信号）は、ｊ＋Ｌ番目のクロック信号において、アナログ積分部１３０の最終段の積分器に到達する。したがって、量子化部１５０は、ｊ＋Ｌ＋１番目のクロック信号において、量子化された残渣成分を出力する。そこで、制御部１８０は、ｊ＋Ｌ＋１番目のクロック信号において、接続スイッチ３３２をオンにする制御信号を供給する。図５の「ＣＴＲＬ」と示した信号波形は、制御部１８０が接続スイッチ３３２に供給する制御信号の一例を示す。

これにより、インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器２０は、量子化部１５０が出力する残渣成分Ｄ（ｊ＋Ｌ）に積分結果ＩＬ（ｊ）に加えた結果を、デジタル信号Ｄ_ＯＵＴとして出力することができる。図５の「ＤＯＵＴ」と示したデータ列は、デジタル信号Ｄ_ＯＵＴが出力するタイミングの一例を示す。即ち、図５は、ｊ＋５番目のクロック信号において、残渣成分Ｄ（ｊ＋３）および積分結果Ｉ３（ｊ）の和を、デジタル信号Ｄ_ＯＵＴとして出力する例を示す。

以上のように、デジタルフィルタ部１９０が積分結果を出力するタイミングは、量子化部１５０が残渣成分を量子化して出力するタイミングと略一致する。したがって、インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器２０は、従来のインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０と比較して、出力タイミングを遅延させることなく、変換結果を出力することができる。即ち、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２０は、１変換サイクルの長さを変えずに、低コストで量子化誤差を低減させることができる。

また、以上のように、インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器２０は、量子化部１５０によって量子化されたデジタル信号を、生成部３３０に供給する。即ち、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２０は、雑音に敏感な積分回路等のアナログ出力に回路配線を追加することなしに、量子化誤差を低減させることができる。このようなインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器２０は、量子化部１５０のデジタル出力を、より高速にアナログ入力信号を反映させたものにすべく、フィードフォワード回路を備えてもよい。このようなインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器２０について、次に説明する。

図６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２０の第１変形例を示す。第１変形例のインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器２０において、図４に示されたインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器２０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。インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器２０は、デルタシグマ変換部１００にフィードフォワード部１４０を更に備える。

フィードフォワード部１４０は、複数のアナログ積分器のそれぞれの積分結果のうちの一部を量子化部１５０へと伝達する。また、フィードフォワード部１４０は、入力アナログ信号を量子化部１５０へと伝達する。フィードフォワード部１４０は、複数のアナログ積分器の出力の一部と、入力アナログ信号とを、アナログ積分部１３０のアナログ出力に含めて伝達してよい。

例えば、図２に示すアナログ積分部１３０を有するデルタシグマ変換部１００が、このようなフィードフォワード部１４０を有する場合を考える。この場合、第１アナログ積分器２１０の出力信号ＩＮＴ１０ＰおよびＩＮＴ１０Ｎと、第２アナログ積分器２２０の出力信号ＩＮＴ２０ＰおよびＩＮＴ２０Ｎとが、フィードフォワード部１４０によって量子化部１５０に伝達される。このようなフィードフォワード部１４０について、次に説明する。

図７は、本実施形態に係るフィードフォワード部１４０の構成例を示す。フィードフォワード部１４０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を有する。フィードフォワード部１４０は、制御部１８０によって制御されてよい。

第１フィードフォワード部２５０は、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２０に入力するアナログ信号ＡＩＮＰおよびＡＩＮＮを、量子化部１５０へと伝達する。第１フィードフォワード部２５０は、一例として、第１ＦＦスイッチ２５２、キャパシタＣ_０ｆｆｐ、およびキャパシタＣ_０ｆｆｎを含む。

第１ＦＦスイッチ２５２は、例えば、制御部１８０の制御信号に応じて、キャパシタＣ_０ｆｆｐ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Ｃ_０ｆｆｐの他方の端子は、量子化部１５０に接続される。キャパシタＣ_０ｆｆｐは、一例として、第１クロックにおいて、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Ｃ_０ｆｆｐ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、充電したアナログ入力信号を量子化部１５０へと放電する。

第１ＦＦスイッチ２５２は、同様に、制御部１８０の制御信号に応じて、キャパシタＣ_０ｆｆｎ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Ｃ_０ｆｆｎは、第１クロックにおいて、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Ｃ_０ｆｆｎ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、充電したアナログ入力信号を量子化部１５０へと放電する。即ち、スイッチトキャパシタは、一のクロックにおいてアナログ入力信号を充電し、次のクロックにおいて、充電したアナログ入力信号を量子化部１５０へと放電する動作を繰り返す。

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、量子化部１５０へと伝達する。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Ｃ_１ｆｆｐ、およびキャパシタＣ_１ｆｆｎを含む。

第２ＦＦスイッチ２６２は、制御部１８０の制御信号に応じて、正側のキャパシタＣ_１ｆｆｐ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Ｃ_１ｆｆｐの他方の端子は、量子化部１５０に接続される。例えば、キャパシタＣ_１ｆｆｐ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Ｃ_１ｆｆｐ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、充電した信号を量子化部１５０へと放電する。

第２ＦＦスイッチ２６２は、同様に、制御部１８０の制御信号に応じて、負側のキャパシタＣ_１ｆｆｎ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Ｃ_１ｆｆｎの他方の端子は、量子化部１５０に接続される。例えば、キャパシタＣ_１ｆｆｎ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Ｃ_１ｆｆｎ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、充電した信号を量子化部１５０へと放電する。

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、量子化部１５０へと伝達する。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Ｃ_２ｆｆｐ、およびキャパシタＣ_２ｆｆｎを含む。

第３ＦＦスイッチ２７２は、制御部１８０の制御信号に応じて、正側のキャパシタＣ_２ｆｆｐ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Ｃ_２ｆｆｐの他方の端子は、量子化部１５０に接続される。例えば、キャパシタＣ_２ｆｆｐ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Ｃ_２ｆｆｐ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、充電した信号を量子化部１５０へと放電する。

第３ＦＦスイッチ２７２は、同様に、制御部１８０の制御信号に応じて、負側のキャパシタＣ_２ｆｆｎ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。また、キャパシタＣ_２ｆｆｎの他方の端子は、量子化部１５０に接続される。例えば、キャパシタＣ_２ｆｆｎ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Ｃ_２ｆｆｎ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、充電した信号を量子化部１５０へと放電する。

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、量子化部１５０へと伝達する。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Ｃ_３ｆｆｐ、およびキャパシタＣ_３ｆｆｎを含む。

第４ＦＦスイッチ２８２は、制御部１８０の制御信号に応じて、正側のキャパシタＣ_３ｆｆｐ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Ｃ_３ｆｆｐの他方の端子は、量子化部１５０に接続される。例えば、キャパシタＣ_３ｆｆｐ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Ｃ_３ｆｆｐ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、充電した信号を量子化部１５０へと放電する。

第４ＦＦスイッチ２８２は、同様に、制御部１８０の制御信号に応じて、負側のキャパシタＣ_３ｆｆｎ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。また、キャパシタＣ_３ｆｆｎの他方の端子は、量子化部１５０に接続される。例えば、キャパシタＣ_３ｆｆｎ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Ｃ_３ｆｆｎ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、充電した信号を量子化部１５０へと放電する。

制御部１８０は、一例として、以上の第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に対して、信号φｉがハイ電位のタイミングで充電動作を、信号φｓがハイ電位のタイミングで放電動作を実行させる。以上のように、フィードフォワード部１４０は、インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器２０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、量子化部１５０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、量子化部１５０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。

なお、本実施形態に係るフィードフォワード部１４０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。例えば、フィードフォワード部１４０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のうち、少なくとも一つを有する構造である。

また、フィードフォワード部１４０は、フィードフォワード信号の重み付け和を、量子化部１５０に供給してもよい。フィードフォワード部１４０は、例えば、入力アナログ信号と、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からの各出力信号との、４つの信号に対して、対応するスイッチトキャパシタの容量に応じた重みを付けて合成した重み付け和の信号を、量子化部１５０に供給する。このようなフィードフォワード部１４０を備えるインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器２０について、次に説明する。

図８は、本実施形態に係るフィードフォワード部１４０および量子化部１５０の変形例を示す。本変形例のフィードフォワード部１４０および量子化部１５０は、第１アナログ積分器２１０および第２アナログ積分器２２０の出力信号をフィードフォワード信号とする例を示す。なお、図８は、図７に示す差動信号をシングルエンド信号にして示したが、当該シングルエンド信号は、差動信号であってもよい。また、図８は、フィードフォワード信号を合成する部分を加算部１４２として示した。

また、図８は、アナログ積分部１３０を簡略して示すが、図２に示すアナログ積分部１３０と略同一の構成、または、図２に示すアナログ積分部１３０の差動信号をシングルエンド信号に変更した構成であってよい。また、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の増幅率を、それぞれ、ｂ１、ｂ２、およびｂ３として示す。ｂ１、ｂ２、およびｂ３は、一例として、略１倍でよい。

本変形例の量子化部１５０は、複数のアナログ積分器の出力の重み付け和を量子化する。例えば、第２フィードフォワード部２６０は、第１アナログ積分器２１０の出力に重みａ１を乗じる。同様に、第３フィードフォワード部２７０は、第２アナログ積分器２２０の出力に重みａ２を乗じ、第４フィードフォワード部２８０は、第３アナログ積分器２３０の出力に重みａ３を乗じる。フィードフォワード部１４０は、重みが付いた信号を加算部１４２で加算した重み付け和を、積分結果Ａ_ｅｒｒとして量子化部１５０に供給する。

フィードフォワード部１４０は、例えば、重みａ１、ａ２、およびａ３を、１：１：１の等分の重みにする。フィードフォワード部１４０は、一例として、重みａ１、ａ２、およびａ３を、全て１にする。そして、このような重み付け和の重みａ１、ａ２、およびａ３は、量子化部１５０が量子化された残渣成分を生成部３３０に供給するタイミングにおいて切り換えられる。例えば、フィードフォワード部１４０は、制御部１８０からの制御信号に応じて、重み付け和の重みを切り換えてよい。量子化部１５０が残渣成分を生成部３３０に供給するタイミングにおいて、当該残渣成分を出力する最終段のアナログ積分器の重みは、他のアナログ積分器と比較して大きく切り換えられる。

例えば、量子化部１５０が残渣成分を生成部３３０に供給するタイミングにおいて、複数のアナログ積分器のうち最終段のアナログ積分器に対する重み付け和の重みは１に、他のアナログ積分器に対する重みは０に、それぞれ切り換えられる。一例として、フィードフォワード部１４０は、図５に示すｊ＋４番目のクロック信号のタイミングにおいて、重み付け和の重みａ３を１に、ａ１およびａ２を０に切り換える。

アナログ積分部１３０は、アナログ積分の残渣成分を最終段のアナログ積分器から出力するので、当該残渣成分を取り込むタイミングにおいては、最終段以外のアナログ積分器の出力信号は不要なものとなる。したがって、当該タイミングにおいて、残渣成分の重みを大きくすることで、当該残渣成分の分解能を重みの大きさに応じて向上させ、より精度の高いデジタル変換を実行することができる。

これに代えて、量子化部１５０が残渣成分を生成部３３０に供給するタイミングにおいて、複数のアナログ積分器のうち最終段のアナログ積分器に対する重み付け和の重みは１より大きい値に、他のアナログ積分器に対する重みは０に、それぞれ切り換えられてもよい。一例として、フィードフォワード部１４０は、当該タイミングにおいて、残渣成分の重みを更に大きくすることで、当該残渣成分の分解能を重みの大きさに応じて向上させ、より精度の高いデジタル変換を実行することができる。

ここで、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は、それぞれ、スイッチおよびキャパシタを更に含み、スイッチトキャパシタの容量を切り換えることで、重みを切り換えてよい。また、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は、それぞれ、重みを切り換える増幅器を更に含んでよい。また、フィードフォワード部１４０が第１フィードフォワード部２５０を有する場合、第１フィードフォワード部２５０も重みを切り換える構成を含んでよい。

量子化部１５０は、フィードフォワード部１４０から伝達されたアナログ信号を量子化する。量子化部１５０は、入力アナログ信号と閾値となる予め定められた比較電圧とを比較する比較回路１５２を有してよい。比較回路１５２は、一例として、コンパレータである。量子化部１５０は、多値のデジタル値に変換する場合は、比較回路１５２を複数有してよい。この場合、複数の比較回路１５２のそれぞれは、対応する比較電圧と入力アナログ信号とを比較してよい。

なお、量子化部１５０は、比較電圧の電圧値を変更することにより、フィードフォワード部１４０に代えて、重み付け和の重みを変更してもよい。量子化部１５０は、スイッチおよびキャパシタ等を比較電圧に接続して、キャパシタの容量を変更することで、比較電圧の電圧値を変更してよい。このように、量子化部１５０が比較電圧値を変更することは、実質的に重み付け和の重みを変更することに相当する。また、重み付け和の重みは、フィードフォワード部１４０および量子化部１５０の組み合わせにより、変更されてもよい。

以上の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２０は、デジタルフィルタ部１９０が量子化部１５０の出力を順次積算してデジタル積分する例を説明した。ここで、デジタルフィルタ部１９０は、予め定められた演算を実行して、積分結果を出力するタイミングを早めてもよい。

図５に示すように、デジタルフィルタ部１９０は、ｊ＋Ｌ＋１番目のクロック信号において、積分結果ＩＬ（ｊ）を算出する例を説明した。ここで、デジタルフィルタ部１９０は、ｊ＋１番目以降のクロック信号において、予め定められた演算を実行して、積分結果の出力タイミングを早めてよい。デジタルフィルタ部１９０は、例えば、デルタシグマ変換部１００が出力する変調デジタル信号のデジタル重み付け和を算出する。この場合、デジタルフィルタ部１９０は、予め定められた周期において、変調デジタル信号のデジタル積分からデジタル重み付け和へと予め定められたタイミングで切り換えてよい。

デジタルフィルタ部１９０は、一例として、ｊ＋２番目のクロック信号において、デジタル重み付け和に切り換えてよい。量子化部１５０は、ｊ＋１番目のクロック信号において、Ｄ（１）からＤ（ｊ）の１変換サイクルで積算すべきｊ個のデータを出力する。即ち、デジタルフィルタ部１９０は、ｊ＋１番目のクロック信号において積分すべきデータを全て取得できるので、適切な演算を用いることにより、次のｊ＋２番目のクロック信号において積分結果を算出することができる。デジタルフィルタ部１９０がデジタル重み付け和を用いることで、当該ｊ個のデータのデジタル積分の結果を、積算の繰り返しと比較してより早く算出する例を説明する。

デジタルフィルタ部１９０は、一例として、次式に示すデジタル重み付け和を実行することで、積分結果Ｉ３（ｊ）を算出することができる。なお、次式は、アナログ積分部１３０のアナログ積分器の数Ｌが３の場合の例を示す。
（数６）
Ｉ３（ｊ）＝Ｉ３（ｊ−１）＋Ｉ２（ｊ）
＝｛Ｉ３（ｊ−２）＋Ｉ２（ｊ−１）｝＋｛Ｉ２（ｊ−１）＋Ｉ１（ｊ）｝
＝｛Ｉ３（ｊ−３）＋Ｉ２（ｊ−２）｝＋２｛Ｉ２（ｊ−２）＋Ｉ１（ｊ−１）｝
＋｛Ｉ１（ｊ−１）＋Ｄ（ｊ）｝
＝Ｉ３（ｊ−３）＋３・Ｉ２（ｊ−２）＋３・Ｉ１（ｊ−１）＋Ｄ（ｊ）

図５に示すように、Ｉ３（ｊ−３）、Ｉ２（ｊ−２）、Ｉ１（ｊ−１）、およびＤ（ｊ）は、いずれもデジタルフィルタ部１９０がｊ＋１番目のクロック信号において取得するデジタル値であるから、ｊ＋２番目のクロック信号において（数６）式を演算することができる。デジタルフィルタ部１９０が以上の演算を実行した例を図９に示す。

図９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２０のタイミングチャートの第２例を示す。図９に示すタイミングチャートの第２例において、図５に示されたタイミングチャートの第１例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。デジタルフィルタ部１９０は、ｊ＋１番目のクロック信号において、デジタル値Ｉ３（ｊ−３）、Ｉ２（ｊ−２）、Ｉ１（ｊ−１）、およびＤ（ｊ）を取得する。したがって、デジタルフィルタ部１９０は、（数６）式のデジタル重み付け和を用いることで、ｊ個のデータのデジタル積分の結果を算出できる。図９は、デジタルフィルタ部１９０がｊ＋２番目のクロック信号において、積分結果Ｉ３（ｊ）を出力する例を示す。

なお、（数６）式は、Ｌ＝３の場合に用いることができる重み付け和の例であり、Ｌの値に応じて、重み付け和の式は（数６）式とは異なる式となる。即ち、デジタル重み付け和の重みは、アナログ積分部１３０が有するアナログ積分器の個数Ｌに応じた重みとなる。また、量子化部１５０が残渣成分を生成部３３０に供給するタイミングには変化がないので、図５と同様に、ｊ＋４番目のクロック信号においてＤ（ｊ＋３）が出力される。

以上の本実施形態に係るデジタルフィルタ部１９０は、ｊ＋２番目のクロック信号において、デジタル積分からデジタル重み付け和に切り換えた例を説明したが、これに限定されることはない。例えば、デジタルフィルタ部１９０は、ｊ＋３番目のクロック信号において、次式で示す重み付け和に切り換えてもよい。
（数７）
Ｉ３（ｊ）＝Ｉ３（ｊ−１）＋Ｉ２（ｊ）
＝｛Ｉ３（ｊ−２）＋Ｉ２（ｊ−１）｝＋｛Ｉ２（ｊ−１）＋Ｉ１（ｊ）｝
＝Ｉ３（ｊ−２）＋２・Ｉ２（ｊ−１）＋Ｉ１（ｊ）

このように、デジタルフィルタ部１９０は、デジタル重み付け和を用いることで、デジタル積分の算出結果の出力タイミングを早めることができる。したがって、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２０は、図１に示すインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器１０と同程度の精度のデジタル変換結果をより早く出力させ、その後、より精度の高い変換結果を出力することができる。また、本実施形態に係るデジタルフィルタ部１９０は、積分結果を生成部３３０に供給するタイミングを調節することもできる。

このように、デジタルフィルタ部１９０がデジタル積分の出力タイミングを早めることができるので、量子化部１５０の残渣成分を生成部３３０に供給するタイミングを早めることができれば、精度の高い変換結果の出力も早めることができる。そこで、量子化された残渣成分の出力タイミングの調整について、次に説明する。

図８において、アナログ積分部１３０が積分動作を実行する場合、重み付け和の重みａ１、ａ２、およびａ３を１にする例を説明した。この場合、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の出力の加算結果が量子化部１５０に供給され、比較電圧と比較して量子化される。ここで、量子化部１５０が残渣成分を生成部３３０に供給するタイミングよりも前のタイミングにおいて、重み付け和の重みを切り換えることを考える。

例えば、デジタルフィルタ部１９０が１変換サイクルで積算すべきデータを量子化部１５０が出力したタイミングにおいて、アナログ信号の重み付け和の重みを切り換える。図８において、アナログ積分部１３０が出力する信号電圧を、Ｖ１（ｋ）、Ｖ２（ｋ）、およびＶ３（ｋ）とする。なお、Ｖ１（ｋ）は第１アナログ積分器２１０がタイミングｋにおいて出力する電圧、Ｖ２（ｋ）は第２アナログ積分器２２０がタイミングｋにおいて出力する電圧、Ｖ３（ｋ）は第３アナログ積分器２３０がタイミングｋにおいて出力する信号電圧とした。

ここで、アナログ積分部１３０が残渣成分を出力するｊ＋４番目のクロック信号のタイミングにおいて、量子化部１５０が量子化する信号電圧をＶ３（ｊ＋３）とする。信号電圧Ｖ３（ｊ＋３）は、１つ前のタイミングにおいて、次式のように算出される。
（数８）
Ｖ３（ｊ＋３）＝Ｖ３（ｊ＋２）＋ｂ３・Ｖ２（ｊ＋２）

したがって、ｊ＋３番目のクロック信号のタイミングにおいて、重み付け和の重みａ１が０に、ａ２がｂ３に、ａ３が１に切り換わることで、（数８）式のアナログ信号の重み付け和が生成されることになる。即ち、量子化部１５０は、複数のアナログ積分器のうち最終段のアナログ積分器が残渣成分を出力するより以前のタイミングで当該残渣成分に対応する信号電圧Ｖ３（ｊ＋３）を量子化して先行出力できる。フィードフォワード部１４０および／または量子化部１５０は、制御部１８０から制御信号を受け取ったことに応じて、重み付け和の重みを切り換えてよい。重み付け和の重みがこのように変更された例を図１０に示す。

図１０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２０のタイミングチャートの第３例を示す。図１０に示すタイミングチャートの第３例において、図９に示されたタイミングチャートの第２例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。図１０は、図９と同様に、デジタルフィルタ部１９０が、ｊ＋１番目のクロック信号において取得するデジタル値のデジタル重み付け和を用いることで、ｊ＋２番目のクロック信号において、積分結果Ｉ３（ｊ）を出力する例を示す。

また、ｊ＋３番目のクロック信号のタイミングにおいてアナログ信号の重み付け和の重みが切り換えられることで、量子化部１５０は、量子化された残渣成分Ｄ（ｊ＋３）を、ｊ＋３番目のクロック信号のタイミングにおいて出力することができる。したがって、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２０は、積分結果Ｉ３（ｊ）および残渣成分Ｄ（ｊ＋３）の和を、図９の例と比較して、１クロック早く出力することができる。

なお、本実施形態において、デジタルフィルタ部１９０は、（数６）式に示す演算を実行する例を示したが、これに代えて、（数７）式に示す演算を実行してもよい。また、本実施形態において、量子化部１５０が、１つ前のタイミングにおいて量子化された残渣成分を出力する例を説明したが、これに限定されることはない。量子化部１５０は、例えば、アナログ積分部１３０が３以上のアナログ積分器を有する場合、２つ前のタイミングにおいて量子化された残渣成分を出力してもよい。

この場合、次式のように、信号電圧Ｖ３（ｊ＋３）を２つ前のタイミングの信号電圧で表現した重み付け和を用いてよい。
（数９）
Ｖ３（ｊ＋３）＝Ｖ３（ｊ＋２）＋ｂ３・Ｖ２（ｊ＋２）
＝｛Ｖ３（ｊ＋１）＋ｂ３・Ｖ３（ｊ＋１）｝
＋ｂ３・｛Ｖ２（ｊ＋１）＋ｂ２・Ｖ１（ｊ＋１）｝
＝Ｖ３（ｊ＋１）＋２・ｂ３・Ｖ３（ｊ＋１）＋ｂ２・ｂ３・Ｖ１（ｊ＋１）

即ち、ｊ＋２番目のクロック信号のタイミングにおいて、重み付け和の重みａ１がｂ２・ｂ３に、ａ２が２・ｂ３に、ａ３が１に切り換わることで、（数９）式のアナログ信号の重み付け和を生成して出力することができる。フィードフォワード部１４０および／または量子化部１５０は、制御部１８０から制御信号を受け取ったことに応じて、重み付け和の重みを切り換えてよい。重み付け和の重みがこのように変更された例を図１１に示す。

図１１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２０のタイミングチャートの第４例を示す。図１１に示すタイミングチャートの第４例において、図９に示されたタイミングチャートの第２例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。図１１は、図９と同様に、デジタルフィルタ部１９０が、ｊ＋１番目のクロック信号において取得するデジタル値のデジタル重み付け和を用いることで、ｊ＋２番目のクロック信号において、積分結果Ｉ３（ｊ）を出力する例を示す。

また、ｊ＋２番目のクロック信号のタイミングにおいて重み付け和の重みが切り換えられることで、当該タイミングにおいて、量子化部１５０は、量子化された残渣成分Ｄ（ｊ＋３）を出力することができる。即ち、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２０は、デジタルフィルタ部１９０がデジタル信号を出力するタイミングと、デルタシグマ変換部１００が残渣成分を出力するタイミングとを一致させることができる。

これにより、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２０は、積分結果Ｉ３（ｊ）および残渣成分Ｄ（ｊ＋３）の和を、図９の例と比較して、２クロック早く出力することができる。なお、図９から図１１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であり、インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器２０がタイミングを調節できる範囲は２クロックに限定されることはない。即ち、アナログ積分部１３０がＬ個のアナログ積分器を有する場合、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２０は、Ｌ−１のクロック数の範囲で出力タイミングを調節することができる。

この場合、重み付け和の重みは、アナログ積分部１３０が有するアナログ積分器の個数と、調節するクロック数とに応じた重みに切り換えられる。このように、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２０は、変換結果の出力タイミングを調節できるので、１変換サイクルを短縮することができ、高精度かつ高速なＡＤ変換を実現することができる。

以上のインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器２０は、入力信号をそのままデジタル信号に変換する例を説明したが、これに限定されることはない。インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器２０は、入力信号をサンプリングするサンプルホールド部を更に備えてよい。このようなインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器２０について、次に説明する。

図１２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２０の第２変形例を示す。第２変形例のインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器２０において、図６に示されたインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器２０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。インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器２０は、サンプルホールド部１１０を更に備える。

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、１変換サイクルにおいて、１回のサンプリングとホールド、１回のサンプリングと複数回のホールド、または、複数回のサンプリングとホールドを実行してよい。サンプルホールド部１１０は、クロック信号等に同期して、サンプリングおよびホールドを繰り返してよい。ここで、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、このようなクロック信号は、当該インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器２０の内部または外部に設けられたクロック信号発生部で発生し、当該インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器２０の内部の各部に供給される。一例として、このようなクロック信号を制御部１８０が供給する。図１２は、サンプルホールド部１１０が入力するアナログ信号Ａ_ｉｎをサンプリングし、ホールドした値を出力する例を示す。サンプルホールド部１１０は、ホールドした値を加算部１２０に出力する。サンプルホールド部１１０について、次に説明する。

図１３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１６０の構成例を示す。図１３に示すサンプルホールド部１１０およびＤＡ変換部１６０は、図１２に示したサンプルホールド部１１０のより詳細な構成例を示す。なお、図１３は、サンプルホールド部１１０に差動信号が入力される例を示す。

サンプルホールド部１１０は、１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２０に入力する入力信号ＡＩＮＰおよびＡＩＮＮをサンプリングする。サンプルホールド部１１０は、オーバーサンプリング比Ｎ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Ｃ_ｓ１ｐｊと、キャパシタＣ_ｓ１ｎｊ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Ｎと略同一の値とする。

キャパシタＣ_ｓ１ｐｊの前段のスイッチは、キャパシタＣ_ｓ１ｐｊ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Ｃ_ｓ１ｐｊの後段のスイッチは、キャパシタＣ_ｓ１ｐｊ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。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。

同様に、キャパシタＣ_ｓ１ｎｊの前段のスイッチは、キャパシタＣ_ｓ１ｎｊ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Ｃ_ｓ１ｎｊの後段のスイッチは、キャパシタＣ_ｓ１ｎｊ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。

制御部１８０は、このようなサンプルホールド部１１０の複数のスイッチトキャパシタに信号φｔをそれぞれ供給して制御する。制御部１８０は、例えば、第１タイミング（一例として、信号φｔがハイ電位）において、キャパシタＣ_ｓ１ｐｊの一方の端子を入力端子ＡＩＮＰに接続させ、他方の端子を基準電位に接続させて、正側のアナログ入力信号を充電する。この場合、制御部１８０は、第１タイミングにおいて、キャパシタＣ_ｓ１ｎｊの一方の端子を入力端子ＡＩＮＮに接続させ、他方の端子を基準電位に接続させて、負側のアナログ入力信号を充電する。

本実施形態において、このような第１タイミングを、トラッキング周期とする。即ち、制御部１８０は、予め定められたトラッキング周期において複数のスイッチトキャパシタに入力信号をそれぞれ充電させる。

また、制御部１８０は、ｊ番目のキャパシタＣ_ｓ１ｎｊを、トラッキング周期からｊ番目にずれたタイミング（信号φｉｊがハイ電位）において、一方の端子を基準電位に接続させ、他方の端子を加算部１２０に接続させ、充電した正側の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。同様に、制御部１８０は、ｊ番目のキャパシタＣ_ｓ１ｐｊを、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、一方の端子を基準電位に接続させ、他方の端子を加算部１２０に接続させ、充電した負側の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。

本実施形態において、このように制御部１８０が複数のスイッチトキャパシタを放電させるタイミングを、コンバージョン周期とする。即ち、制御部１８０は、予め定められたコンバージョン周期において複数のスイッチトキャパシタに充電した電荷をアナログ積分部１３０に順次転送させる。ここで、１変換サイクル（第１周期）は、トラッキング周期およびコンバージョン周期の和である。

また、複数のスイッチトキャパシタは、第１周期において、Ｎ回のサンプリングを実行し、Ｎ回のサンプリング結果を出力してよい。また、サンプルホールド部１１０は、第１周期に対するサンプリング数の比であるオーバーサンプリング比Ｎと、同数のスイッチトキャパシタを有してよい。この場合、Ｎ個のスイッチトキャパシタは、アナログ積分部１３０への電荷の転送動作を、コンバージョン周期内で完了させるように、順次実行してよい。なお、スイッチトキャパシタの数Ｎは、１変換サイクルにおいて量子化部１５０が出力するデジタル信号の数ｊと同一であってよい。

制御部１８０は、一例として、複数のスイッチトキャパシタを、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させ、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へと順次放電させる。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それぞれ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、入力アナログ信号としてデルタシグマ変換部１００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。

ＤＡ変換部１６０は、第１基準電圧ＲＥＦＰと、第２基準電圧ＲＥＦＮと、キャパシタＣ_ｆｂｐと、キャパシタＣ_ｆｂｎと、第１スイッチ部１６２と、第２スイッチ部１６４と、第３スイッチ部１６６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。

第１スイッチ部１６２は、キャパシタＣ_ｆｂｐ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１６２は、キャパシタＣ_ｆｂｎ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。例えば、制御部１８０が供給する信号φｓがハイ電位のタイミングにおいて、キャパシタＣ_ｆｂｐの一方の端子は第１基準電圧ＲＥＦＰに接続し、キャパシタＣ_ｆｂｎの一方の端子は第２基準電圧ＲＥＦＮに接続する。この場合、制御部１８０が供給する信号φｉがハイ電位のタイミングにおいて、キャパシタＣ_ｆｂｐの一方の端子およびキャパシタＣ_ｆｂｎの一方の端子は、基準電位に接続する。

第２スイッチ部１６４は、キャパシタＣ_ｆｂｐおよびキャパシタＣ_ｆｂｎ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１６４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Ｃ_ｆｂｐおよびキャパシタＣ_ｆｂｎの他方の端子は基準電位に接続し、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。制御部１８０は、第１スイッチ部１６２および第２スイッチ部１６４を制御して、信号φｓがハイ電位のタイミングにおいて、キャパシタＣ_ｆｂｐおよびキャパシタＣ_ｆｂｎと対応する基準電圧とをそれぞれ接続し、基準電圧およびキャパシタの容量に応じた電荷を充電する。

第３スイッチ部１６６は、キャパシタＣ_ｆｂｐおよびキャパシタＣ_ｆｂｎ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１６６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Ｃ_ｆｂｐおよびキャパシタＣ_ｆｂｎ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。制御部１８０は、第３スイッチ部１６６を制御して、第１基準電圧ＲＥＦＰおよび第２基準電圧ＲＥＦＮに応じてキャパシタＣ_ｆｂｐおよびキャパシタＣ_ｆｂｎにそれぞれ充電された電荷を加算部１２０にそれぞれ供給する。

また、第３スイッチ部１６６は、量子化部１５０から供給されるデジタル信号Ｙに応じて、キャパシタＣ_ｆｂｐおよびキャパシタＣ_ｆｂｎの他方の端子の接続先を切り換える。ここで、キャパシタＣ_ｆｂｐおよびキャパシタＣ_ｆｂｎ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。

第３スイッチ部１６６は、例えば、デジタル信号Ｙのデジタルコードが「０」の場合、キャパシタＣ_ｆｂｐ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るように接続を切り換える。この場合、第３スイッチ部１６６は、キャパシタＣ_ｆｂｎ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。一例として、「０」のデジタルコードに応じて信号φｉｐがハイ電位となった場合、第３スイッチ部１６６は、当該タイミングにおいて、キャパシタＣ_ｆｂｐ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Ｃ_ｆｂｎの他方の端子を負側信号の伝送線路に接続する。

また、第３スイッチ部１６６は、例えば、デジタル信号Ｙのデジタルコードが「１」の場合、キャパシタＣ_ｆｂｐ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るように接続を切り換える。この場合、第３スイッチ部１６６は、キャパシタＣ_ｆｂｎ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。一例として、「１」のデジタルコードに応じて信号φｉｎがハイ電位となった場合、第３スイッチ部１６６は、当該タイミングにおいて、キャパシタＣ_ｆｂｐ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Ｃ_ｆｂｎの他方の端子を正側信号の伝送線路に接続する。

このように、ＤＡ変換部１６０は、量子化部１５０が出力するデジタル信号「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１６０は、量子化部１５０が出力するデジタル信号「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。

以上のように、制御部１８０は、サンプルホールド部１１０およびＤＡ変換部１６０を制御することにより、基準電圧を加算または減算するフィードバック信号を入力アナログ信号に重畳して、アナログ積分部１３０に供給する。図１３は、加算部１２０からアナログ積分部１３０に供給する正側信号をＳＰ、負側信号をＳＮとした。このように、インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器２０は、サンプルホールド部１１０を備えることにより、高速なアナログ信号等をサンプリングしてデジタル信号に変換することができる。

なお、図１３に示すように、サンプルホールド部１１０が複数のキャパシタを有する場合、第１フィードフォワード部２５０は、サンプルホールド部１１０の複数のキャパシタに対応して、複数のキャパシタを含んでよい。例えば、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Ｎと同一の数のスイッチトキャパシタを含んでよい。そして、サンプルホールド部１１０の複数のキャパシタがクロック信号に応じて順次放電することに応じて、第１フィードフォワード部２５０の対応するスイッチトキャパシタは、充電および放電を順次実行して、アナログ入力信号を量子化部１５０へと伝達してよい。

以上の本発明の様々な実施形態は、フローチャート及びブロック図を参照して記載されてよい。フローチャート及びブロック図におけるブロックは、（１）オペレーションが実行されるプロセスの段階又は（２）オペレーションを実行する役割を持つ装置の「部」として表現されてよい。特定の段階及び「部」が、専用回路、コンピュータ可読記憶媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプログラマブル回路、及び／又はコンピュータ可読記憶媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプロセッサによって実装されてよい。

特定の段階及び「部」が、専用回路、コンピュータ可読記憶媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプログラマブル回路、及び／又はコンピュータ可読記憶媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプロセッサによって実装されてよい。なお、専用回路は、デジタル及び／又はアナログハードウェア回路を含んでよく、集積回路（ＩＣ）及び／又はディスクリート回路を含んでよい。プログラマブル回路は、例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、及びプログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）等のような、論理積、論理和、排他的論理和、否定論理積、否定論理和、及び他の論理演算、フリップフロップ、レジスタ、並びにメモリエレメントを含む、再構成可能なハードウェア回路を含んでよい。

コンピュータ可読記憶媒体は、適切なデバイスによって実行される命令を格納可能な任意の有形なデバイスを含んでよい。これにより、当該有形なデバイスに格納される命令を有するコンピュータ可読記憶媒体は、フローチャート又はブロック図で指定されたオペレーションを実行するための手段を作成すべく実行され得る命令を含む、製品を備えることになる。

コンピュータ可読記憶媒体の例としては、電子記憶媒体、磁気記憶媒体、光記憶媒体、電磁記憶媒体、半導体記憶媒体等が含まれてよい。コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な例としては、フロッピー（登録商標）ディスク、ディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ）、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、コンパクトディスクリードオンリメモリ（ＣＤ-ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、ブルーレイ（登録商標）ディスク、メモリスティック、集積回路カード等が含まれてよい。

コンピュータ可読命令は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ（ＩＳＡ）命令、マシン命令、マシン依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ等を含んでよい。また、コンピュータ可読命令は、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、ＪＡＶＡ（登録商標）、Ｃ＋＋等のようなオブジェクト指向プログラミング言語、及び「Ｃ」プログラミング言語又は同様のプログラミング言語のような従来の手続型プログラミング言語を含む、１又は複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述されたソースコード又はオブジェクトコードを含んでよい。

コンピュータ可読命令は、ローカルに又はローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、インターネット等のようなワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を介して、汎用コンピュータ、特殊目的のコンピュータ、若しくは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサ、又はプログラマブル回路に提供されてよい。これにより、汎用コンピュータ、特殊目的のコンピュータ、若しくは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサ、又はプログラマブル回路は、フローチャート又はブロック図で指定されたオペレーションを実行するための手段を生成するために、当該コンピュータ可読命令を実行できる。なお、プロセッサの例としては、コンピュータプロセッサ、処理ユニット、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ等を含む。

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。

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。

１０ インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器、１２ 入力端子、１４ 出力端子、２０ インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器、１００ デルタシグマ変換部、１１０ サンプルホールド部、１２０ 加算部、１３０ アナログ積分部、１４０ フィードフォワード部、１４２ 加算部、１５０ 量子化部、１５２ 比較回路、１６０ ＤＡ変換部、１６２ 第１スイッチ部、１６４ 第２スイッチ部、１６６ 第３スイッチ部、１７０ リセット部、１８０ 制御部、１９０ デジタルフィルタ部、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 ＡＤ変換器、３２０ 残渣加算部、３３０ 生成部、３３２ 接続スイッチ、３３４ 残渣加算部

Claims (19)

1. 入力アナログ信号をデルタシグマ変調した変調デジタル信号を出力するデルタシグマ変換部と、
   前記変調デジタル信号をフィルタリングするデジタルフィルタ部と、
   前記デジタルフィルタ部が出力するデジタル信号、および前記デルタシグマ変換部が出力する前記デルタシグマ変調の量子化された残渣成分に基づいて、出力デジタル信号を生成する生成部と、
   を備え、
   前記デルタシグマ変換部は、
   縦続接続された複数のアナログ積分器を含むアナログ積分部と、
   前記アナログ積分部の出力信号を量子化する量子化部と、
   予め定められた周期毎に前記複数のアナログ積分器が保持する積分値をリセットするリセット部と
   を有し、
   前記量子化部は、前記予め定められた周期において前記複数のアナログ積分器の最終段のアナログ積分器が最後に出力するデジタル信号を量子化して、量子化された前記残渣成分とする、インクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器。
2. 前記生成部は、
   前記デジタルフィルタ部が出力するデジタル信号と、前記量子化部が出力する量子化された前記残渣成分とを加算する残渣加算部と、
   前記量子化部が量子化された前記残渣成分を前記生成部に供給するタイミングにおいて、前記量子化部および前記残渣加算部を電気的に接続する接続スイッチと、
   を有する、請求項１に記載のインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器。
3. 前記デルタシグマ変換部は、
   前記量子化部の出力に基づいてフィードバック信号を出力するＤＡ変換部と、
   前記入力アナログ信号に前記ＤＡ変換部からの前記フィードバック信号を加算する加算部と、
   を有し、
   前記アナログ積分部は、前記加算部の出力を積分する、請求項１または２に記載のインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器。
4. 前記デルタシグマ変換部は、前記複数のアナログ積分器のそれぞれの積分結果のうちの一部を前記量子化部へと伝達するフィードフォワード部を備える、請求項１から３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ＡＤ変換器。
5. 前記フィードフォワード部は、前記入力アナログ信号を前記量子化部へと伝達する、請求項４に記載のインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器。
6. 前記量子化部は、前記複数のアナログ積分器の出力の重み付け和を量子化し、
   当該重み付け和の重みは、前記量子化部が量子化された前記残渣成分を前記生成部に供給するタイミングにおいて切り換えられる、請求項４または５に記載のインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器。
7. 前記量子化部が前記残渣成分を前記生成部に供給するタイミングにおいて、前記複数のアナログ積分器のうち最終段のアナログ積分器に対する前記重み付け和の重みは１に、他のアナログ積分器に対する重みは０に、それぞれ切り換えられる、請求項６に記載のインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器。
8. 前記量子化部が前記残渣成分を前記生成部に供給するタイミングにおいて、前記複数のアナログ積分器のうち最終段のアナログ積分器に対する前記重み付け和の重みは１より大きい値に、他のアナログ積分器に対する重みは０に、それぞれ切り換えられる、請求項６に記載のインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器。
9. 前記量子化部が前記残渣成分を前記生成部に供給するタイミングよりも前のタイミングにおいて、前記重み付け和の重みが切り換えられ、前記複数のアナログ積分器のうち最終段のアナログ積分器が前記残渣成分を出力するより以前のタイミングで前記残渣成分を先行出力する、請求項６に記載のインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器。
10. 前記重み付け和の重みは、前記アナログ積分部が有する前記アナログ積分器の個数に応じた重みに切り換えられる、請求項９に記載のインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器。
11. 前記デジタルフィルタ部は、前記デルタシグマ変換部が出力する前記変調デジタル信号のデジタル重み付け和を算出する、請求項１から１０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ＡＤ変換器。
12. 前記デジタルフィルタ部は、予め定められた前記周期において、前記変調デジタル信号のデジタル積分からデジタル重み付け和へと予め定められたタイミングで切り換える、請求項１０に記載のインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器。
13. 前記デジタルフィルタ部のデジタル重み付け和の重みは、前記アナログ積分部が有する前記アナログ積分器の個数に応じた重みである、請求項１１または１２に記載のインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器。
14. 前記デジタルフィルタ部がデジタル信号を出力するタイミングは、前記デルタシグマ変換部が前記残渣成分を出力するタイミングと一致する、請求項１１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ＡＤ変換器。
15. 前記量子化部は、前記アナログ積分部の出力信号を２値または多値のデジタル信号に量子化する、請求項１から１４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ＡＤ変換器。
16. 前記リセット部は、前記アナログ積分部をリセットするタイミングで、前記デジタルフィルタ部をリセットする、請求項１から１５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ＡＤ変換器。
17. 複数のスイッチトキャパシタを有し、入力信号をサンプリングするサンプルホールド部を更に備え、
    前記サンプルホールド部は、複数のスイッチトキャパシタがそれぞれサンプリングした値を入力アナログ信号として前記デルタシグマ変換部に順次供給する、請求項１から１６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ＡＤ変換器。
18. 予め定められた前記周期毎に、
    予め定められたトラッキング周期において前記複数のスイッチトキャパシタに前記入力信号をそれぞれ充電させ、
    予め定められたコンバージョン周期において前記複数のスイッチトキャパシタに充電した電荷を前記アナログ積分部に順次転送させる
    制御部を備える、請求項１７に記載のインクリメンタル型デルタシグマＡＤ変換器。
19. 入力アナログ信号をデルタシグマ変調した変調デジタル信号を出力することと、
    前記変調デジタル信号をフィルタリングすることと、
    フィルタリングした前記変調デジタル信号、および前記変調デジタル信号の出力に伴う前記デルタシグマ変調の量子化された残渣成分に基づいて、出力デジタル信号を生成することと、
    を備え、
    前記デルタシグマ変調は、
    縦続接続された複数のアナログ積分器の出力信号を量子化することと、
    予め定められた周期毎に前記複数のアナログ積分器が保持する積分値をリセットすることと
    を有し、
    前記量子化では、前記予め定められた周期において前記複数のアナログ積分器の最終段のアナログ積分器が最後に出力するデジタル信号を量子化して、量子化された前記残渣成分とするＡＤ変換方法。

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