JPH0226129A - A−d変換器 - Google Patents

A−d変換器

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JPH0226129A
JPH0226129A JP17663088A JP17663088A JPH0226129A JP H0226129 A JPH0226129 A JP H0226129A JP 17663088 A JP17663088 A JP 17663088A JP 17663088 A JP17663088 A JP 17663088A JP H0226129 A JPH0226129 A JP H0226129A
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Akira Yugawa
湯川 彰
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、信号帯域に比べてかなり速いサンプリングレ
ートで低ビット数のA−D変換を行ない、出力にディジ
タルフィルタを通すことにより高精度のA−D変換を実
現するいわゆるオーバーサンプル型A−D変換器に関す
る。
(従来の技術) デルタシグマ型のA−D変換器は、変換ループ内のフィ
ルタの次数が高いほど雑音スペクトルが高周波領域に多
(分布し、信号帯域内の雑音が減少するため能率がよい
ことが知られている。しかしながら、高次の理想的なフ
ィルタ特性を実現することも難しいけれど、さらに1ビ
ットの量子化器と3次以上のループフィルタを持つ変換
器は不安定であり、実現されていない。この不安定性を
解消する方法として一次ノイズシェイピングA−D変換
器を多段に縦続接続し、各々の出力コードを合成するこ
とにより等価的に多次のノイズシェイピングA−D変換
器の伝達特性を実現するいわゆるMASH変換器が知ら
れている。2段型の構成に対しては林らが1986年ア
イエスエスシーシーダイジェストオブテクニカルペーパ
ーズ(ISSCCDigest of Technic
al Papers)に、3段型に対しては松谷らが1
987年やはりアイエスエスシーシーダイジェストオブ
テクニカルペーパーズ(l5SCCDigest of
 Technical Papers)に、また特開昭
81−177819号公報に記載されているので動作の
詳細は省略する。
(発明が解決しようとする課題) 従来、MASH型のA−D変換器は3次まで実現されて
いる。解析的な伝達関数は縦続して接続される単位デル
タシグマ変調器の数を4以上にすればさらに高性能化で
きることを示唆しているが、実際には変換器は安定な動
作をしない。これは単位デルタシグマ変調器は入力電圧
が内部の1ピツ)D−A変換器出力を越えないことが前
提にある変換器だからである。3段構成の場合でも安定
に動作しない兆候はある。第7図に3段型のMASH変
換器の構成を、第8図に3つの出力を合成する回路を示
す。3段型のMASH回路は、第7図の破線で囲まれた
単位デルタシグマ変調器72を3段縦続に接続される。
後段の入力は前段の比較器入力を用いる。比較器70の
出力は、第8図に示した微分回路80を使った回路によ
り合成される。出力の伝達特性は合成出力をY (z 
) 、入力をX (z ) 、量子化雑音をQ (z)
とすると、Y (z)=X (z)+ (1−Z−’)
 3Q (z)で表わされる3次のノイズシェイピング
特性が実現されるはずである。
しかしながら、この構成の場合、例えば、−段目の入力
信号電圧が最大入力振幅の172の場合には2段目で量
子化電圧の1.5倍、3段目では約2.5倍以上に達す
る。シミュレーションによりこの様子を確認することが
できる。第9図は、入力信号が最大入力レベルに対して
0.001の正弦波である場合の1段目入力信号、2段
目入力、3段目入力波形を示しである。また、第10図
に第8図の回路により合成された出力コードにハニング
窓をかけてFFTしたスペクトルである。オーバーサン
プル型のA−D変換器では、特に小入力信号で変換出力
のスペクトルが信号帯域内に多く分布することがあるの
で、サンプリング周波数に対して1/32の周波数でス
テップサイズの1/4の振幅を持つ方形波信号を入力正
弦波信号に重畳しである。第11図に入力信号が0゜5
の場合の第9図と同様の信号波形を、第12図に第10
図と同様の出力信号スペクトルを示す。
第11図を見てわかる通り第3段のセルでの比較器入力
電圧はステップサイズの士数倍にまで増加しており、こ
の過大に累積された電圧が第3段の単位デルタシグマ変
調器のフィードバック作用により比較器入力の位置で平
衡点の近傍の電圧に戻るまでにはかなりのサンプリング
周期を要している。すなわた、長い周期にわたって出力
コードに1もしくは0が連続することになる。出力コー
ドが1もしくはOが長期間連続すると、このサンプリン
グ期間はノイズシェイピング効果が阻害されることを意
味する。実際にこの影響は第12図の出力信号のスペク
トル分布に現れており、第10図の小信号入力時に比べ
て低周波領域での雑音が多くなっている。この種のA−
D変換器は出力コードをディジタルフィルタに通して低
周波成分だけを抜き出すことにより高い信号対雑音比を
得ることが目的であるので、このようなスペクトルでは
信号対雑音比は悪くなる。
本発明の目的はかかる欠点を除去し、4段以上の構成に
対しても安定な動作をし、入力信号が大きいときにも良
好な信号対雑音比が得られるA−り変換器を提供するこ
とにある。
(課題を解決す条ための手段) 本発明は、信号入力端子と、1ビットのD−Aと、前記
信号入力端子から入力される前記1ビットのD−A変換
器から出力される信号との差を累算する手段と、前記累
算する手段の出力を予め決められた基準となる電圧と比
較して大小を1、。
のデジタル値として出力すると共に前記D−A変換器に
も出力する比較器により構成される単位デルタシグマ変
調器を複数縦続接続して用いるA−D変換器であって、
前記単位デルタシグマ変調器の累算結果を次段の入力に
半分に減衰させて伝達させること、及び、前記単位デル
タシグマ変調器の比較器出力各々を足し合わせるときn
番目の出力に対して連続するサンプリング時のデータに
対してn−1次の差分をとるとともに2n−1倍した値
を加え合わせることを特徴として構成される。
(実施例) 本発明について、nが4の場合を例に詳細に説明する。
第1図が出力コードを合成する回路も含めた4段型のノ
イズシェイピング回路である。この図では1/2の分圧
は図を見やすくするために帰還ループの外のアナログ信
号が次段゛に伝達されるところに書いであるが、1/2
の分圧は帰還ループの中の比較器10の前でも特性はま
ったくかわりがない。回路的にはかえって実現が容易で
ある。従来の多段型デルタシグマ変調器は、次段に伝達
される信号の振幅が内部のD−A変換器の電圧を越える
ことで特性の劣化が発生していた。
1次のノイズシェイピング回路の内部電圧は、入力振幅
がステップサイズを越えなければステップサイズの2倍
以内となる。そこで、伝達される信号電圧を各段共に1
72の電圧に分圧することにより伝達される信号電圧が
各々の段の量子化電圧を越えな(なり、動作は安定とな
るはずである。
1/2の分圧は例えば第2図のように積分器のフィード
バックキャパシタの容量と信号入力キャパシタの容量の
比を2:1に設定すればよい。伝達される信号電圧を分
圧すると出力パルスを合成して多次のノイズシェイピン
グ特性を等価的に実現するための伝達関数も変更する必
要がある。この信号系の場合、1段目のデジタル出力を
Yl、2段目のデジタル出力をY2.3段目のデジタル
出力をY3、デジタル4段目の出力Y4とすると、4次
のデルタシグマ変調の伝達特性を実現するには 8(1−z−’)3Y、+4z−’(1−z−’)2Y
3+2z−’(1−z−’)Y2+z−’Yl=XI+
8Q4(1−Z−’)’ となる。この左辺を実現する回路が第1図の破線で囲っ
た部分(データ合成回路12)である。
この伝達関数により得られる信号帯域内の雑音電圧の2
乗平均値は、信号帯域をfa、サンプリング周波数をf
s、1ピツ)D−A変換器の電圧をΔとすると、 N・=栓0′”゛ 71丁丁 2”” である。ここで で表される。この雑音電圧は、4次のデルタシグマ変調
器が理想的に動作した場合に比べて8倍雑音が多いけれ
ど、fsと2fB比は最低でも32倍であるので、3次
のデルタシグマ変調器より大幅に特性は改善される。
N段接続する場合には、伝達関数は、 2n−1(1−2−1)n−IYl、+z−1Σ2’(
1−Z−’ )”Yb+ 、:に:O xl+2l−1(!−2−I)TIQnであるので、4
次の場合と同様に構成することができる。
(発明の効果) 本発明を用いることにより各々の単位デルタΣ変調器に
入力されるアナログ信号はD−A変換器によりフィード
バックされる電圧を越えなくなる。第3図が微小な入力
正弦波の時の各部の波形を示した図で、第4図が合成出
力に対してFFTを行なったスペクトラムである。第4
図で、左から1番目のピークが入力信号のスペクトラム
であり、2番目が重畳された方形波によるスペクトラム
である。第5図が最大入力の1/2の振幅の正弦波を入
力したときの各部の波形を示した図で、第6図が合成出
力に対してFFTを行なったスペクトラムである。第6
図で、左から1番目のピークが入力信号のスペクトラム
であり、2番目が重畳された方形波によるスペクトラム
である。第5図から判るごと〈従来の方式で問題であっ
た内部信号が大きくなる現象はなくなり、第6図のFF
T結果にも示されているように信号の近傍での雑音スペ
クトルは非常に小さくなり、良好な信号対雑音比を得る
ことができる。この場合、入力信号が大きいときには従
来に比べ信号対雑音比は約20dB改善した。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例である4段のデルタΣ変調器の
回路構成図。第2図は本発明を実施するときの積分回路
の例を示す図。第3図は第1図の回路に微小な正弦波を
入力したときの内部電圧波形をシミュレーションした波
形図。第4図は、第3図のシミュレーションを行なった
ときの出力に対してFFTを施して調べたスペクトルの
図。第5図は第1図の回路に最大入力信号の172の正
弦波を入力したときの内部電圧波形をシミュレーション
し・た波形図。第6図は、第5図のシミュレーションを
行なったときの出力に対してFFTを施して調べたスペ
クトルの図。第7図は従来技術による多段型デルタΣ変
調器の回路構成図。第8図は第1図のデジタル出力を合
成する回路図。 第9図は第7図の回路に微小な正弦波を入力したときの
内部電圧波形をシミュレーションした波形図。第10図
は、第9図のシミュレーションを行なったときの出力に
対してFFTを施して調べたスペクトルの図。第11図
は第7図の回路に最大入力信号の1/2の正弦波を入力
したときの内部電圧波形をシミュレーションした波形図
。第12図は、第11図のシミュレーションを行なった
ときの出力に対してFFTを施して調べたスペクトルの
図。 図中の番号は以下のものを示す。 10.70・・・比較器、12・・・データ合成回路、
72・・・単位デルタシグマ変調器、80・・・微分回
路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 信号入力端子と、1ビットのD−A変換器と、前記信号
    入力端子から入力される信号と前記1ビットのD−A変
    換器から出力される信号との差を累算する手段と、前記
    累算する手段の出力を予め決められた基準となる電圧と
    比較して大小を1、0のデジタル値として出力すると共
    に前記D−A変換器にも出力する比較器により構成され
    る単位デルタシグマ変調器を複数縦続接続して用いるA
    −D変換器であって、前記単位デルタシグマ変調器の累
    算結果を次段の入力に半分に減衰させて伝達させること
    、及び、前記単位デルタシグマ変調器の比較器出力各々
    を足し合わせるときn番目の出力に対して連続するサン
    プリング時のデータに対してn−1次の差分をとるとと
    もに2^n^−^1倍した値を加え合わせることを特徴
    とするA−D変換器。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004065456A1 (en) * 2003-01-17 2004-08-05 Clariant International Ltd Polymeric etheramines, their production and use

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62169529A (ja) * 1986-01-22 1987-07-25 Oki Electric Ind Co Ltd アナログ・デイジタル変換器のデルタ・シグマ変調回路

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