JPH0344115A - Ｄ／ａ変換装置 - Google Patents

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〕 この発明は、例えばディジタル信号に変換されたオーデ
ィオ信号を元のアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換装置
に関する。

〔従来の技術〕

従来のＤ／Ａ変換装置は、一般に、変換ピッ１〜数の制
約から、ダイナミックレンジやＳ／Ｎが不足する欠点が
あった。

例えば、一般に用いられている１６ビツトのＤ／Ａ変換
装置のダイナミックレンジは、理論的には９６ｄＢ程度
しかないが、現在実現可能なアナログ回路のダイナミッ
クレンジは１２０ｄＢ８度にまで達している。これから
みると、１６ビノトのＤ／Ａ変換装置の性能は遠く及ば
ないものである。

すなわち、ディジタル信号の処理段階を考えれば、２４
ビツト、３２ピツ１〜等のビット数で処理を行なうこと
は容易であるが、その出口であるＤ／Ａ変換装置におけ
る制約が多ビット化の大きなネックになっていた。

Ｄ／Ａ変換装置の変換ビット数をハード的にこれ以上増
やすことは、現在のところ、トリミング技術等の面から
、相当の困難が伴うものである。

そこで、回路構成上、フローティングというダイナミッ
クレンジの拡大等のための工夫が提案されている。

これは、変換すべきディジタル入力信号を、そのレベル
の大小に応じてディジタルレベルを適宜シフトして、Ｄ
／Ａ変換するとともに、その際のＤ／Ａ変換値とシフト
値の双方を情報として得、これらに基づき後段側で再び
逆シフトすることにより、リニアな連続的な信号として
再構成するものである。

第２図は従来のＤ／Ａ変換装置の構成を表わしている。

同図において１は入力されたディジタル信号のレベルを
ディジタル的に検出するレベル検出器、２は入力された
ディジタル信号のレベルを調整するために、そのビット
をシフトするビットシフタ、３は入力されたディジタル
信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器である。４
．５はアナログスイッチ等よりなる相互に連動して動作
するセレクタである。６．７．８は入力されたアナログ
信号に所定の係数ゲイン（−Ｇｌ）、（−０２）、（−
０３）（−Ｇｌ＜−Ｇ２＜−０３）を付与して、所定の
レベルに調整する増幅器である。

しかしてディジタル入力信号はレベル検出器１を介して
ビットシフタ２に入力される。レベル検出器１は入力信
号のレベルをディジタル的に検出し、入力信号のレベル
が所定の基準値より小さいときは大きいレベルになるよ
うに、その検出結果に対応してビットシフタ２のビット
シフト量を制御する。ビットシフタ２によりディジタル
的に所定のレベルに増大、調整された信号はＤ／Ａ変換
器３に入力され、アナログ信号に変換される。

セレクタ４．５は、ビットシフタ２によるレベル増大分
を補償する係数ゲインを有する増幅器を選択するように
、レベル検出器１の出力により制御される。例えば、ビ
ットシフタ２により１ビットシフトが行なわれたとき増
幅器６が、また、２ビツト又は３ビツトシフトのとき増
幅器７又は８が、各々選択される。従って、Ｄ／Ａ変換
器３より出力されたアナログ信号は、増幅器６．７，８
のいずれかにより元のレベルに戻された後、出力される
。

このようにすることにより、例えば、第３図に示すよう
な入出力特性のダイナミックレンジを有するＤ／Ａ変換
器３を用いて、第４図に示すように、より広い範囲の信
号をＤ／Ａ変換することができる。すなわち、ダイナミ
ックレンジが等価的に拡大されていることになる。また
、信号をより高いレベルに増幅した後、Ｄ／Ａ変換して
いるので、Ｓ／Ｎを改善することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の装置では、Ｄ／Ａ変換の前後に行なわれるディジ
タル段のレベル調整量とアナログ段のレベル調整量とを
、予め正確に対応づけておく必要がある。これが正確に
なされていないと、出力信号におけるリニアリティが確
保されず、出力信号のレベルがセレクタ４．５の切り換
え時に、不連続になってしまう欠点があった。

また、調整に際しては、アナログ素子のバラツキ等に対
処しなければむらないばかりでなく、仮りに、当初良好
に調整されていたとしても、経年変化による特性変化、
動作環境の温度変化による特性変化等が生じるため、調
整に完全を期するのは困難であった。

従って、このような構成のＤ／Ａ変換装置においてダイ
ナミックレンジの拡大範囲を変化させようとしても、出
力信号のレベルの連続性確保、すなわち、リニアリティ
の維持が極めて困難であった。

この発明は斯かる状況に鑑みなされたもので、上述した
調整の手間を一切不用にするとともに、使用者がダイナ
ミックレンジを任意の値に自由に設定、変更できるよう
にするものである。

〔課題を解決するための手段〕

請求項１に記載のＤ／Ａ変換装置は、同一のディジタル
信号を、ディジタル演算により、異なるレベルのディジ
タル信号に調整して、各経路に出力するディジタルレベ
ル調整手段と、ディジタルレベル調整手段から出力され
る異なるレベルのディジタル信号を、各経路毎にアナロ
グ信号に変換するＤ／Ａ変換手段と、Ｄ／Ａ変換手段か
ら出力される異なるレベルのアナログ信号を、各経路毎
に所定のレベルにアナログ的に調整するアナログレベル
調整手段と、アナログレベル調整手段より出力される各
経路のアナログ信号のレベル差を求め、その差が零にな
るように、ディジタルレベル調整手段によるレベルの調
整を制御する制御手段と、アナログレベル調整手段より
出力される各経路のアナログ信号の１つを選択して出力
する選択手段とを備える。

請求項２に記載のＤ／Ａ変換装置は、アナログレベル調
整手段が、設定するレベルを外部から任意の値に調整可
能に構成されている。

〔作用〕

請求項１に記載のＤ／Ａ変換装置においては、同一のデ
ィジタル入力信号が、ディジタルレベル調整手段により
異なるレベルに調整された後、各々Ｄ／Ａ変換手段によ
りＤ／Ａ変換される。Ｄ／Ａ変換手段の出力レベルはア
ナログレベル調整手段により再度調整される。ディジタ
ルレベル調整手段によるレベル調整量は、各アナログ信
号のレベル差が零となるように、制御手段により自動的
に制御される。

従って、ディジタルレベル調整手段とアナログレベル調
整手段を対応させる調整が不用になる。

また、請求項２に記載のＤ／Ａ変換装置においては、ア
ナログレベル調整手段の設定レベルが外部から調整可能
であるので、使用者がレベル調整量を自由に設定、変更
して、ダイナミックレンジを可変とすることができる。

〔実施例〕

第ｉ図はこの発明のＤ／Ａ変換装置の第１の実施例の構
成を表わしている。同図においてＩＩＡ。

１１Ｂは、ディジタル信号のレベルをディジタル演算に
より調整するディジタルレベル調整手段であり、各々入
力されるディジタル信号に所定の係数ゲインを付与して
出力する。１２Ａ、↓２ＢはＤ／Ａ変換器であり、各々
ディジタルレベル調整手段ＬＩＡ、ＩＩＢより出力され
るディジタル信号をアナログ信号に変換して出力する。

１３Ａ。

１３Ｂはアナログレベル調整手段であり、可変ゲイン構
成とされ、その係数ゲイン（−Ｇａ）、（Ｇ　ｂ　）　
（Ｇ　ａ　＜　−Ｇ　ｂ　）は、使用者が外部から任意
の値に設定、変更できるようになっている。

１４は選択手段であり、ディジタルレベル調整手段１１
Ａ、ＩＩＢの出力に対応して、アナログレベル調整手段
１３Ａ、１３Ｂの出力を選択し、出力する。１５は制御
手段であり、アナログレベル調整手段１３Ａ、１３Ｂの
出力に対応してディジタルレベル調整手段１１Ａ、ＩＩ
Ｂの調整レベルを制御する。

しかして所定ビット数のディジタル人力信すは、ディジ
タルレベル調整手段１１Ａ、ＩＩＢに入力され、ディジ
タル演算により、所定の係数ゲインが付与され、異なる
より大きいレベルに調整される。ディジタルレベル調整
手段ＬＩＡ、ＬＩＢにより、各々異なるレベルに調整さ
れたディジタル信号は、対応する経路のＤ／Ａ変換器１
２Ａ、１２Ｂによりディジタル信号からアナログ信号に
変換された後、アナログレベル調整手段１３Ａ、、１３
Ｂに入力される。

アナログレベル調整手段１３Ａ、■３Ｂは、入力された
アナログ信号に、所定の係数ゲイン（−Ｇａ）、（−Ｇ
ｂ）を付与し、そのレベルを減衰させた後、選択手段１
４に出力する。

制御手段１５は、アナログレベル調整手段１３Ａ、１３
Ｂが出力するアナログ信号のレベルの差を検出し、その
検出結果に対応して、アナログレベル調整手段１３Ａ、
１３Ｂのアナログ出力のレベル差が零になるように、デ
ィジタルレベル調整手段１１Ａ、ＩＩＢの調整レベル（
係数ゲイン）を制御する。

これにより、ディジタルレベル調整手段１１Ａ。

１１Ｂの係数ゲインは、アナログレベル調整手段１３Ａ
、１３Ｂの係数ゲイン（−Ｇａ）、（−Ｇｂ）と相補的
な値Ｇａ、Ｇｂに、各々自動的に設定される。

一方、選択手段１４は、ディジタルレベル調整手段１１
Ａ、ＩＩＢの出力をモニタし、歪が生じない範囲で、よ
り高いレベルの信号がいずれであるかを検出する。そし
て、その検出結果に対応して、アナログレベル調整手段
１３Ａ又は１３Ｂの出力のうちの一方を選択し、出力す
る。

上述したように、ディジタルレベル調整手段ＩＩＡ、Ｉ
ＩＢの係数ゲインは、アナログレベル調整手段１３Ａ、
１３１１の係数ゲインと相補的な値に設定される。従っ
て、ディジタルレベル調整手段１１Ａ、ＩＬＢにより増
大されたレベルは、アナログレベル調整手段１３Ａ、１
３Ｂによりその増大分だけ戻され、元のレベルになる。

これにより、アナログレベル調整手段１３Ａ、１３Ｂが
出力するアナログ信号のレベルは同一となる。

第５図はこの発明のＤ／Ａ変換装置の第２の実施例の構
成を示している。

この実施例においては、第１図の実施例におけるディジ
タルレベル調整手段１１Ｂとアナログレベル調整手段１
３Ｂが省略されている。換言すれば、ディジタルレベル
調整手段１１Ｂとアナログレベル調整手段１３Ｂの係数
ゲインが、各々１に設定されている。また、ディジタル
レベル調整手段１１Ａとして乗算器２１Ａが、アナログ
レベル調整手段１３Ａとして増幅器２３Ａが、各々用い
られている。

さらに、選択手段１４は、増幅器２３Ａの出力と、Ｄ／
Ａ変換器１２Ｂの出力の一方を選択するセレクタ１４Ａ
と１乗算器２１Ａのディジタル出力のオーバーフローの
有無（又はオーバーフロー状態に近づいたか否か）を検
出するオーバーフロー検出器１４Ｂとにより構成されて
いる。例えばアナログスイッチ等よりなるセレクタ１４
Ａは、オーバーフロー検出器１４Ｂの出力に対応して切
り換えられるようになっている。

その他の構成は第１図における場合と同様である。

しかして、ディジタル入力信号は１乗算器２↓Ａにより
所定の係数ゲインが付与され、そのレベルが増大された
後、Ｄ／Ａ変換器１２Ａに人力され、アナログ信号に変
換される。Ｄ／Ａ変換器１２Ａの出力は増幅器２３Ａに
入力され、所定の係数ゲイン（−０ａ）が付与され、そ
のレベルが減衰された後、セレクタ１４Ａの一方の入力
に但給される。

また、Ｄ／Ａ変換器１２Ｂには、ディジタル入力信号が
そのままのレベル（係数ゲイン１が付与されたレベル）
で入力され、アナログ信号に変換される。このアナログ
信号はセレクタ１４Ａの他方の入力に供給される。

制御手段上５は、先ず、Ｄ／Ａ変換器１２Ｂのアナログ
出力と増幅器２３Ａのアナログ出力のレベル差を求める
。次に、制御手段１５は、求めたレベル差に基づき、そ
の差が零となるように１乗算器２ＬＡの係数ゲインを制
御する。この制御手段１５は、例えば、差動増幅器と、
その出力をディジタル信珍量として乗算器２ＬＡ側へ知
らしめる構成とから成る。その結果、′増幅器２３Ａの
出力信号のレベルが、Ｄ／Ａ変換器１２Ｂの出力信号の
レベルに一致するようになる。換言すれば、増幅器２３
Ａの係数ゲインを（−Ｇａ）とするとき、乗算器２ＬＡ
の係数ゲインは相補的にＧａとなり、増幅器２３Ａの出
力は、乗算器２１Ａにより係数ゲインＧａが付与される
前の元のレベルに戻されることになる。

乗算器２１Ａにおけるディジタル演算の精度は、拡大さ
れたダイナミックレンジを上回るダイナミックレンジが
要求される。すなわち、ディジタルレベル調整等により
生ずる１／２ＬＳｒ３以下の丸め雑音が、拡大されたダ
イナミックレンジに現われてこない程度のダイナミック
レンジを有する必要がある。例えば、入力されるディジ
タル信号のビット数が１６ビツトである場合、乗算器２
ＬＡの内部における演算を、２４ビツトで行なう。

上述した動作は、Ｄ／Ａ変換滞１２Ａ、１２Ｂのいずれ
の入力にもオーバーフローが発生していないとすれば、
乗算器２１Ａと増幅器２３Ａが付与する係数ゲインの値
の如何に拘らず、正しく行むわれる。従って、ディジタ
ルレベル調″Ｎ量はアナログレベル調整量に常に自動的
に追従し、乗算器２ＬＡの前の信号レベルと、増幅器２
３Ａの出力の信号レベルは一致する。

Ｄ／Ａ変換器１２Ａの入力にオーバーフローが発生して
いるとき、オーバーフローした入力は、最！ト、Ｄ／Ａ
変換器１２Ａが本来処理しようとしている入力信号の真
のレベルを反映していない。

その結果、信号レベルの差を求め、かつこのレベル差に
対応して乗算器２１Ａの係数ゲインを調整すること自体
に何等意味が無くなるばかりでなく、むしろ回路動作の
平衡状態を乱すため悪影響が大きくなる。

従って、このような場合には、係数ゲインＧａとしてオ
ーバーフロー直前の値が保持され、その値を用いて演算
が行なわれるようになっている。

オーバーフローが回復するまでの間、オーバーフロー直
前の自動追従状態が保持されることにむるが、実用上不
都合は発生しない。

オーバーフロー検出器上４Ｂがオーバーフローを検出し
ていないとき、セレクタ１４Ａは図中上側に切り換わり
、オーバーフローが検出されたとき、図中下側に切り換
わる。その結果、オーバーフローが検出されない限り、
ディジタル入力信号のレベルを増大させてＤ／Ａ変換し
たアナログ信号が選択、出力されるので、結果としてＤ
／Ａ変換のダイナミックレンジが拡大され、また、動作
のＳ／Ｎも向上する。

増幅器２３Ａが付与する係数ゲイン（−Ｇａ）を外部か
ら強制的に変化させた場合でも、ディジタルレベル調整
量はアナログレベル調整量に自動追従するから、使用者
が係数ゲイン（−Ｇｂ）を任意。

の値に調整しても、セレクタ↓４Ａに供給される２系統
の信号レベルは；；ｔに同一となる。これにより、これ
らを選択的に切り換えて合成される出力信号は、そのレ
ベルの連続性が保証される。すなわち、使用者は、出力
のりニアリティを確保しつつ、そのダイナミックレンジ
を任意に拡大又は縮小し、所望のものとすることができ
る。

このように、第５図の構成によれば、アナログレベル調
整量にディジタルレベル調整量が内勤追従するフローテ
ィング型り／Ａ変換装置が実現できるが、この構成は、
さらに次のような効果も有している。

第２図に示した従来の構成では、ディジタル的に信号の
レベルを増大するのに、ビットシフタを用いているので
、信号レベルはｌ／２倍又は２倍というように、６ｄＢ
を単位としなければならす、それより微細に区分するこ
とができなかった。これにより、ダイナミックレンジの
調整に際して、分解能をそれ程細かくすることができな
かった。

また、アナログ段のレベル調整を正確に２倍。

ｌ／２倍というように設定することは実際には不可能で
、多少のバラツキが発生してしまうことは避けられない
ところであるにも拘らず、ディジタル段のレベル調整能
力が実質的に所定値に固定されており、結果として、出
力レベルの連続性を確保することが困難になる。

これに対して、第５図のような構成によれば、ディジタ
ル段のレベル調整をディジタル数値演算により行なって
いるので、６ｄＢ単位等の制約は一切然く、処理データ
の最下位ビット相当の微細値まで区分することができる
。このことは、上辻したレベル調ｖｉ量の内勤追従機能
とも相俟って、出力レベルの連続性を高精度で確保する
ことができろ根拠にもなっている。

第６図はこの発明のＤ／Ａ変換装置の第３の実施例の構
成を表わしている。この実施例においては、第５図の実
施例における増幅Ａ’ｒｔ　２３Ａが省略され、その代
わりに、増幅器２３ＢがＤ／Ａ変換器１２Ｂの出力に接
続されている。その他の構成は第５図における場合と同
様である。

この場合、制御手段１５は、増幅Ｒ）　２３１３の出力
とＤ／Ａ変換器１．２Ａの出力とを比較し、両省の差が
零になるように、乗算！！７２　Ｌ　Ａの係数ゲインを
制御する。すなわち、増１１ｄ器２３■３の係数ゲイン
をＧｂとするとき、乗算ｍ　２１　Ａの係数ゲインＧａ
は、Ｇｂと等しい値に設定される。

第１図及び第５図の実施例の場合、入力信シ）と出力信
号のレベル比は１対■になる。これに対して、この実施
例の場合、入力信号と出力信号のレベル比はｌ対Ｇｂと
なる。しかしながらこの場合も、セレクタ１４Ａに入力
される２経路の信号のレベルが同一となるので、出力レ
ベルが不連続になるようなことはない。

〔発明の効果〕

以上のように、請求頂上に記載の１〕／Ａ変換装置によ
れば、ディジタルレベル調整手段とアナログレベル調整
手段により、所謂フローティング形式の構成としたので
、ダイナミックレンジの拡大とＳ／Ｎの改善がなされる
とともに、ディジタルレベル調整量をアナログレベル調
整量に常に自動追従させるようにしたので、従来のよう
に、これらを予め正確に対応づけておく必要がなく、蝕
調整にすることができる。また、出力信号のリニアリテ
ィも極めて良好にすることができる。

さらに、請求項２に記載のＤ／Ａ変換装置によれば、ア
ナログレベル調整量を外部から強制的に変更することが
できるようにしたので、使用者がＤ／Ａ変換のダイナミ
ックレンジを任意に拡大。

縮小することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のＤ／Ａ変換装置の第１の実施例の構
成を示すブロック図、 第２図は従来のＤ／Ａ変換装置の一例の構成を示すブロ
ック図、 第３図は第２図のＤ／Ａ変換器の特性図、第４図は第２
図のＤ／Ａ変換装置の特性図、第５図はこの発明のＤ／
Ａ変換装置の第２の実施例の構成を示すブロック図、 第６図はこの発明のＤ／Ａ変換装置の第３の実施例の構
成を示すブロック図である。 ｌ・・・レベル検出器 ２・・・ビットシフタ ３・・・Ｄ／Ａ変換器 ４．５・・・セレクタ ６．７．８・・・増幅器 １１Ａ、ＩＩＢ・・・ディジタルレベル調整手段１２Ａ
、１２Ｂ・・・Ｄ／Ａ変換器 １３Ａ。 １４　・　・ １４Ａ　　・ １４Ｂ　　・ ｌ　５　・　・ ２ＬＡ　　・ ２３Ａ。 １３Ｂ・・・アナログレベル調整手段 ・選択手段 ・・セレクタ ・・オーバーフロー検出器 ・制御手段 ・・乗算器 ２３Ｂ・・・増幅Ｐｌ＋

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）同一のディジタル信号を、ディジタル演算により
   、異なるレベルのディジタル信号に調整して、各経路に
   出力するディジタルレベル調整手段と、前記ディジタル
   レベル調整手段から出力される異なるレベルのディジタ
   ル信号を、各経路毎にアナログ信号に変換するＤ／Ａ変
   換手段と、 前記Ｄ／Ａ変換手段から出力される異なるレベルのアナ
   ログ信号を、各経路毎に所定のレベルにアナログ的に調
   整するアナログレベル調整手段と、前記アナログレベル
   調整手段より出力される各経路のアナログ信号のレベル
   差を求め、その差が零になるように、前記ディジタルレ
   ベル調整手段によるレベルの調整を制御する制御手段と
   、前記アナログレベル調整手段より出力される各経路の
   アナログ信号の１つを選択して出力する選択手段とを備
   えるＤ／Ａ変換装置。
2. （２）前記アナログレベル調整手段は、設定するレベル
   を外部から任意の値に調整可能に構成されている請求項
   １に記載のＤ／Ａ変換装置。