JP6970586B2 - Δς変調器 - Google Patents
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Description
ΔΣ変調器の新規な実施形態を説明するに先立ち、まず、これと対比される比較例について簡単に説明する。図1は、ΔΣ変調器の比較例を示す回路図である。本比較例のΔΣ変調器1は、N段(ただしN≧1)の積分器10と、比較器20と、を有し、1サンプリング毎に、アナログ入力信号VinをΔΣ変調したデジタル出力信号DSMを出力する。
引き続き、図1を参照しながら、積分器10の構成について説明する。積分器10は、入力回路100と、DAC200と、積分回路400と、を含む。本図では、N段の積分器10のうち、1段目(初段)の構成のみを明示しているが、2段目〜N段目の構成についても、基本的にはこれと同様なので、重複した説明は割愛する。
図2は積分器10における4相クロック駆動の一例を示すタイミングチャートであり、上から順に、クロック信号CLK2、クロック信号CLK1、クロック信号CLK2D、及び、クロック信号CLK1Dが描写されている。クロック信号CLK1及びCLK2、並びに、クロック信号CLK1D及びCLK2Dは、いずれもハイレベル(例えば電源電圧)とローレベル(例えば接地電圧)との間でパルス駆動される。
次に、本比較例におけるΔΣ変調器1の入出力特性、すなわち、アナログ入力信号Vinとデジタル出力信号DSMのHデューティ(=全サンプリング期間に占めるハイレベル期間の割合)との相関関係について考察する。なお、以下では、説明を簡単とすべく、積分器10が1段のみ(N=1)である場合について考察する。
図4は、ΔΣ変調器の第1実施形態を示す図である。本実施形態のΔΣ変調器1は、先出の比較例(図1)をベースとしつつ、初段の積分器10にオフセット回路300が追加されており、積分回路400では、入力回路100の出力値とDAC200のオフセット済み出力値との加算値が積分される点に特徴を有する。そこで、比較例と同様の構成要素については、図1と同一の符号を付すことにより重複した説明を割愛し、以下では本実施形態の特徴部分について重点的な説明を行う。
次に、第1実施形態におけるΔΣ変調器1の入出力特性、すなわち、アナログ入力信号Vinとデジタル出力信号DSMのHデューティとの相関関係について考察する。なお、以下では、説明を簡単とすべく、積分器10が1段のみ(N=1)である場合について考察する。
図6は、ΔΣ変調器の第2実施形態を示す図である。本実施形態のΔΣ変調器1は、先出の第1実施形態(図4)をベースとしつつ、DAC200及びオフセット回路300それぞれに若干の変更が加えられている。そこで、第1実施形態と同様の構成要素については、図4と同一の符号を付すことにより重複した説明を割愛し、以下では本実施形態の特徴部分について重点的な説明を行う。
図7は、センサ装置への適用例を示す図である。本構成例のセンサ装置Xは、温度センサX1と、ΔΣ変調器X2と、デジタルフィルタX3と、マイコンX4と、を有する。
なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
10 積分器
20 比較器(量子化器)
100 入力回路
200 DAC
300 オフセット回路
400 積分回路
SW11〜SW28 スイッチ
C1〜C6 キャパシタ
A40 アンプ
C41、C42 帰還キャパシタ
X センサ装置
X1 温度センサ
X2 ΔΣ変調器
X3 デジタルフィルタ
X4 マイコン
Claims (10)
- アナログ入力信号の入力端とデジタル出力信号の出力端との間に接続されたN段(ただしN≧1)の積分器と、
N段目の積分器から出力される積分信号を量子化して前記デジタル出力信号を生成する量子化器と、
を有し、
初段の積分器は、
前記アナログ入力信号の取り得る最大値と実際値との差分演算を行う入力回路と、
前記デジタル出力信号をD/A変換するDAC[digital-to-analog converter]と、
前記DACの出力値を負側にオフセットさせるオフセット回路と、
前記入力回路の出力値と前記DACのオフセット済み出力値との加算値を積分する積分回路と、
を含むことを特徴とするΔΣ変調器。 - 前記入力回路は、
第1キャパシタと、
第2キャパシタと、
第1端が正入力端に接続されて第2端が前記第1キャパシタの第1端に接続された第1スイッチと、
第1端が負入力端に接続されて第2端が前記第2キャパシタの第1端に接続された第2スイッチと、
第1端が前記正入力端に接続されて第2端が前記第2キャパシタの第1端に接続された第3スイッチと、
第1端が前記負入力端に接続されて第2端が前記第1キャパシタの第1端に接続された第4スイッチと、
第1端が前記第1キャパシタの第2端に接続されて第2端が接地端に接続された第5スイッチと、
第1端が前記第2キャパシタの第2端に接続されて第2端が接地端に接続された第6スイッチと、
第1端が前記第1キャパシタの第2端に接続されて第2端が正出力端に接続された第7スイッチと、
第1端が前記第2キャパシタの第2端に接続されて第2端が負出力端に接続された第8スイッチと、
を含むことを特徴とする請求項1に記載のΔΣ変調器。 - 前記正入力端には、前記アナログ入力信号の取り得る最大値が入力されており、前記負入力端には、前記アナログ入力信号が入力されていることを特徴とする請求項2に記載のΔΣ変調器。
- 前記DACは、
第3キャパシタと、
第4キャパシタと、
第1端が第1正入力端に接続されて第2端が前記第3キャパシタの第1端に接続された第9スイッチと、
第1端が第1負入力端に接続されて第2端が前記第4キャパシタの第1端に接続された第10スイッチと、
第1端が前記第1正入力端に接続されて第2端が前記第4キャパシタの第1端に接続された第11スイッチと、
第1端が前記第1負入力端に接続されて第2端が前記第3キャパシタの第1端に接続された第12スイッチと、
第1端が前記第3キャパシタの第2端に接続されて第2端が接地端に接続された第13スイッチと、
第1端が前記第4キャパシタの第2端に接続されて第2端が接地端に接続された第14スイッチと、
第1端が前記第3キャパシタの第2端に接続されて第2端が前記正出力端に接続された第15スイッチと、
第1端が前記第4キャパシタの第2端に接続されて第2端が前記負出力端に接続された第16スイッチと、
第1端が前記第3キャパシタの第2端に接続されて第2端が前記負出力端に接続された第17スイッチと、
第1端が前記第4キャパシタの第2端に接続されて第2端が前記正出力端に接続された第18スイッチと、
を含むことを特徴とする請求項2または請求項3に記載のΔΣ変調器。 - 前記第1正入力端には、前記アナログ入力信号の取り得る最大値が入力されており、前記第1負入力端には、前記アナログ入力信号の取り得る最小値が入力されていることを特徴とする請求項4に記載のΔΣ変調器。
- 前記オフセット回路は、
第5キャパシタと、
第6キャパシタと、
第1端が第2正入力端に接続されて第2端が前記第5キャパシタの第1端に接続された第19スイッチと、
第1端が第2負入力端に接続されて第2端が前記第6キャパシタの第1端に接続された第20スイッチと、
第1端が前記第2正入力端に接続されて第2端が前記第6キャパシタの第1端に接続された第21スイッチと、
第1端が前記第2負入力端に接続されて第2端が前記第5キャパシタの第1端に接続された第22スイッチと、
第1端が前記第5キャパシタの第2端に接続されて第2端が接地端に接続された第23スイッチと、
第1端が前記第6キャパシタの第2端に接続されて第2端が接地端に接続された第24スイッチと、
第1端が前記第5キャパシタの第2端に接続されて第2端が前記正出力端に接続された第25スイッチと、
第1端が前記第6キャパシタの第2端に接続されて第2端が前記負出力端に接続された第26スイッチと、
を含むことを特徴とする請求項4または請求項5に記載のΔΣ変調器。 - 前記第2正入力端には、前記アナログ入力信号の取り得る最小値が入力されており、前記第2負入力端には、前記アナログ入力信号の取り得る最大値が入力されていることを特徴とする請求項6に記載のΔΣ変調器。
- 前記DACは、前記第11スイッチと前記第12スイッチに代えて、第1端が前記第3キャパシタの第1端に接続されて第2端が前記第4キャパシタの第1端に接続された第27スイッチを含み、
前記オフセット回路は、前記第21スイッチと前記第22スイッチに代えて、第1端が前記第5キャパシタの第1端に接続されて第2端が前記第6キャパシタの第1端に接続された第28スイッチを含むことを特徴とする請求項6又は請求項7に記載のΔΣ変調器。 - 前記積分回路は、
非反転入力端が前記正出力端に接続されて反転入力端が前記負出力端に接続されたアンプと、
前記アンプの非反転入力端と反転出力端との間に接続された第1帰還キャパシタと、
前記アンプの反転入力端と非反転出力端との間に接続された第2帰還キャパシタと、
を含むことを特徴とする請求項2〜請求項8のいずれか一項に記載のΔΣ変調器。 - 測定対象の測定結果としてアナログ入力信号を生成するセンサと、
前記アナログ入力信号をデジタル出力信号に変換する請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載のΔΣ変換器と、
前記デジタル出力信号にフィルタリング処理を施すデジタルフィルタと、
前記フィルタリング処理を施されたデジタル出力信号の入力を受け付けるマイコンと、
を有することを特徴とするセンサ装置。
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