JPH03928B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH03928B2 JPH03928B2 JP1850785A JP1850785A JPH03928B2 JP H03928 B2 JPH03928 B2 JP H03928B2 JP 1850785 A JP1850785 A JP 1850785A JP 1850785 A JP1850785 A JP 1850785A JP H03928 B2 JPH03928 B2 JP H03928B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- output
- circuit
- quantizer
- quantization
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 238000013139 quantization Methods 0.000 claims description 63
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 55
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 18
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 15
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 15
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 15
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 12
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 2
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N (2s)-2-[[4-[2-(2,4-diaminoquinazolin-6-yl)ethyl]benzoyl]amino]-4-methylidenepentanedioic acid Chemical compound C1=CC2=NC(N)=NC(N)=C2C=C1CCC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CC(=C)C(O)=O)C(O)=O)C=C1 NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、信号周波数と比較して非常に高い周
波数で変換動作を行なうことによつて、高い変換
速度を実現するオーバーサンプリング形デイジタ
ル・アナログ変換器(以下、D/A変換器と略称
する)に係り、特に集積化に適しかつ小形で経済
的に高精度D/A変換を行うことができるオーバ
ーサンプリング形D/A変換器に関するものであ
る。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention is an oversampling type digital-analog converter that achieves a high conversion speed by performing a conversion operation at a very high frequency compared to the signal frequency. This invention relates to converters (hereinafter referred to as D/A converters), and in particular to oversampling D/A converters that are suitable for integration, are compact, and can economically perform high-precision D/A conversion. be.
アナログ信号をサンプル値のデイジタル信号か
ら復号化する場合、ナイキストの定理により信号
周波数帯域(BW)に対して2倍のサンプリング
周波数(S)を設定すれば原信号が再生できるこ
とが知られている。したがつて、一般的なD/A
変換器のサンプリング周波数(S)は信号周波数
帯域(BW)の2倍程度に選ばれている。
When decoding an analog signal from a sampled digital signal, it is known that the original signal can be reproduced by setting the sampling frequency ( S ) twice the signal frequency band ( BW ) according to Nyquist's theorem. Therefore, the general D/A
The sampling frequency ( S ) of the converter is selected to be approximately twice the signal frequency band ( BW ).
これに対してオーバーサンプリング形D/A変
換器はサンプリング周波数(S)を信号周波数帯
域(BW)の2倍より高い周波数に設定すること
によつて変換精度の向上を図るものである。 On the other hand, an oversampling type D/A converter aims to improve conversion accuracy by setting the sampling frequency ( S ) to a frequency higher than twice the signal frequency band ( BW ).
そして、デイジタル値に応じたアナログ電圧を
出力するデイジタル・アナログ変換回路(以下、
D/A変換回路と略称する)の変換精度は分解能
と直線性によつて決まる。一般的には基準電圧を
基に抵抗素子や容量素子を使つて分割することで
出力電圧を発生しているので、分解能は素子の数
を増やすことによつて高めることは可能である。
しかし、個々の出力電圧が正確に直線上になけれ
ば復号化されるアナログ電圧は歪んでしまう。ま
た、直線性は使用する素子の精度度に依存してい
るので、高精度のD/A変換回路を実現するには
数多く高精度素子が必要である。 Then, a digital-to-analog conversion circuit (hereinafter referred to as
The conversion accuracy of the D/A conversion circuit (abbreviated as D/A conversion circuit) is determined by resolution and linearity. Generally, the output voltage is generated by dividing the reference voltage using a resistive element or a capacitive element, so it is possible to increase the resolution by increasing the number of elements.
However, if the individual output voltages are not exactly on a straight line, the decoded analog voltage will be distorted. Furthermore, since linearity depends on the accuracy of the elements used, a large number of high-precision elements are required to realize a high-precision D/A conversion circuit.
ところが、2値出力(1ビツト分解能)と3値
出力(2ビツト分解能)の低分解能では複数の素
子を使用せずに出力電圧が得られるので、素子の
比精度とは無関係に高い直線性が実現できる。例
えば、2値出力の場合はどのような2点も直線上
に乗るので基本的に直線性は問題とならない。そ
して、3値出力の場合には、1個の容量素子に基
準電圧を正あるいは負方向に充電するか、放電し
て3通りの直線性の高い電圧を得ることができ
る。つまり、1〜2ビツトの低分解能のD/A変
換回路では直線性は確保できるので、分解能が低
いために生じる誤差を低減すれば高い変換精度が
実現できることになる。高分解能のデイジタル信
号、例えば、16ビツト程度を低分解能のデイジタ
ル信号、例えば、1〜2ビツトに変換するには下
位ビツトを切り捨てるか、切り上げる処理を行な
うが、この処理を量子化と呼ぶ。つまり、量子化
によつて生じる量子化誤差を低減すれば、低分解
能のD/A変換回路でも高い変換精度を実現でき
ることになる。 However, with the low resolution of binary output (1-bit resolution) and ternary output (2-bit resolution), the output voltage can be obtained without using multiple elements, so high linearity is achieved regardless of the relative accuracy of the elements. realizable. For example, in the case of binary output, any two points lie on a straight line, so linearity is basically not a problem. In the case of three-value output, three highly linear voltages can be obtained by charging or discharging one capacitive element with a reference voltage in the positive or negative direction. In other words, since linearity can be ensured in a D/A conversion circuit with a low resolution of 1 to 2 bits, high conversion accuracy can be achieved by reducing errors caused by low resolution. To convert a high-resolution digital signal, for example, about 16 bits, to a low-resolution digital signal, for example, 1 to 2 bits, the lower bits are rounded down or rounded up, and this process is called quantization. In other words, by reducing the quantization error caused by quantization, high conversion accuracy can be achieved even with a low resolution D/A conversion circuit.
そして、この量子化誤差は入力値と量子化され
た値との差であり、量小量子化ステツプサイズ
(Vq)に対して±1/2Vqの振幅範囲内のランダム
値である。このため、量子化誤差によつて発生す
る量子化雑音の周波数スペクトルは1/2Sの帯域
内に一様に分布するものとなる。 This quantization error is the difference between the input value and the quantized value, and is a random value within the amplitude range of ±1/2V q with respect to the small quantization step size (V q ). Therefore, the frequency spectrum of quantization noise caused by quantization errors is uniformly distributed within the 1/2 S band.
第8図に±1の範囲内で量子化誤差が発生する
場合の量子化雑音の周波数スペクトル分布を示
す。この第8図は横軸にFREQ(KHz)、縦軸に
LEVEL(dB)をとつて表わした量子化雑音の周
波数スペクトル分布特性を示す特性図である。た
だし、S=2048KHz、0dB=ピーク値1の正弦
波、スペクトル幅500Hz。 FIG. 8 shows the frequency spectrum distribution of quantization noise when a quantization error occurs within the range of ±1. In this figure 8, the horizontal axis is FREQ (KHz), and the vertical axis is
FIG. 3 is a characteristic diagram showing frequency spectrum distribution characteristics of quantization noise expressed in LEVEL (dB). However, S = 2048KHz, 0dB = sine wave with peak value 1, spectrum width 500Hz.
そして、量子化雑音電力の総和は雑音振幅で決
まるので、サンプリング周波数Sが高いほど広い
帯域に雑音は分散して各スペクトルのレベルは低
下する。ここで、信号周波数帯域(BW)=
16KHz、サンプリング周波数S=2048KHzとし
て16KHz以上に量子化雑音をフイルタで除去す
れば、信号帯域内に残る量子化雑音電力は2・
BW/S=1/64に低減される。 Since the total sum of quantization noise power is determined by the noise amplitude, the higher the sampling frequency S is, the more the noise is dispersed over a wider band and the level of each spectrum is lowered. Here, signal frequency band ( BW ) =
If 16KHz and sampling frequency S = 2048KHz are used to remove quantization noise above 16KHz using a filter, the quantization noise power remaining within the signal band will be 2.
BW / S is reduced to 1/64.
つまり、ナイキストの定理から決まるサンプリ
ング周波数Sに対して64倍にオーバーサンプリン
グ化することによつて量子化雑音電力は1/64倍
に低減されS/N比として約18dB改善される効
果がある。このS/N比改善効果はD/A変換回
路の分解能を8倍(3ビツト分)だけ高めたこと
と等価である。 That is, by oversampling the sampling frequency S determined by Nyquist's theorem by 64 times, the quantization noise power is reduced to 1/64 times, and the S/N ratio is improved by about 18 dB. This S/N ratio improvement effect is equivalent to increasing the resolution of the D/A conversion circuit by 8 times (3 bits).
つぎに、Δ−Σ形オーバーサンプリングD/A
変換器と呼ばれる構成のものを第10図に示す。
そして、このΔ−Σ形オーバーサンプリングD/
A変換器としては、例えば、下記文献記載のもの
がある。アイイーイーイージヤーナルオブソリツ
ドステイトサーキツト(IEEE JOURNAL OF
SOLID−STATE CIRCUITS AUGUST 1981
VOL−SC−16No.4、T.Misawa,J.E.Iwersen,
“Single−Chip per Channel Codec with
Filters Utilizing Δ−Σ Modulation”PP333
〜341)。 Next, Δ-Σ type oversampling D/A
A configuration called a converter is shown in FIG.
Then, this Δ-Σ type oversampling D/
Examples of the A converter include those described in the following literature. IEEE JOURNAL OF SOLID STATE CIRCUIT
SOLID-STATE CIRCUITS AUGUST 1981
VOL-SC-16No.4, T.Misawa, JEIwersen,
“Single−Chip per Channel Codec with
Filters Utilizing Δ−Σ Modulation”PP333
~341).
この第10図において、1は信号入力端子、2
は信号出力端子、3は量子化器、4はD/A変換
回路、5は積分回路、5−1はこの積分回路5を
構成する積分器、6は加算器、7は量子化器3と
D/A変換回路4の接続点と加算器6との間に挿
入された遅延回路である。そして、この第10図
は積分回路5によつて量子化雑音が高周波域によ
り多く分布するように工夫されたもので、信号出
力端子2に現れるアナログ出力信号の周波数スペ
クトル分布特性を第9図に示す。この第9図は第
10図における量子化器3が第8図に示す特性の
場合と同様に±1の範囲で量子化誤差を発生する
ときの特性で、S=2048KHz、0dB=ピーク値1
の正弦波、スペクトル幅=500Hzの条件で算出し
たものである。 In this FIG. 10, 1 is a signal input terminal, 2
is a signal output terminal, 3 is a quantizer, 4 is a D/A conversion circuit, 5 is an integration circuit, 5-1 is an integrator constituting this integration circuit 5, 6 is an adder, and 7 is a quantizer 3. This is a delay circuit inserted between the connection point of the D/A conversion circuit 4 and the adder 6. This figure 10 is designed so that the quantization noise is distributed more in the high frequency range by the integrating circuit 5, and the frequency spectrum distribution characteristics of the analog output signal appearing at the signal output terminal 2 are shown in figure 9. show. This figure 9 shows the characteristics when the quantizer 3 in figure 10 generates a quantization error in the range of ±1, similar to the characteristic shown in figure 8, S = 2048KHz, 0dB = peak value 1
This is a sine wave with a spectrum width of 500Hz.
この第8図と第9図を比較すると明らかなよう
に、第9図の方が低周波域で雑音レベルが低く、
高周波域で雑音レベルが高くなつている。したが
つて、単にサンプリング周波数(S)を高める方
法よりS/N比の改善効果は大きい。 As is clear from comparing Figures 8 and 9, Figure 9 has a lower noise level in the low frequency range.
The noise level is increasing in the high frequency range. Therefore, the effect of improving the S/N ratio is greater than the method of simply increasing the sampling frequency ( S ).
そして、第10図の積分回路5は1個の積分器
5−1で構成(1重積分形)されているが、2重
積分形の構成を示す第11図における積分回路5
は2個の積分器5−2,5−4と加算器5−3で
構成されている。この第11図に示す構成は第1
0図に示す構成のものより、量子化雑音が低周波
域で低域される。なお、この第11図において、
第10図と同一符号のものは相当部分を示す。 The integrating circuit 5 in FIG. 10 is configured with one integrator 5-1 (single integral type), but the integrating circuit 5 in FIG. 11 showing a double integral type configuration
is composed of two integrators 5-2, 5-4 and an adder 5-3. The configuration shown in FIG.
Quantization noise is lower in the low frequency range than in the configuration shown in FIG. In addition, in this Figure 11,
The same reference numerals as in FIG. 10 indicate corresponding parts.
この第10図および第11図において、7は量
子化器3の出力端と加算器6との間に挿入された
遅延回路であり、T=1/Sの遅延時間をもつて
いる。また、太線部分はデイジタル信号であるこ
とを示しており、量子化器3の出力をD/A変換
回路4によつてアナログ値に復元している。そし
て、量子化器3の発生する量子化雑音電圧を
VqN、積分回路5の伝達特性をH(Z)とした場合の
信号出力端子2に現われる雑音電圧VTNは(1)式の
z関数で表現される。 In FIGS. 10 and 11, 7 is a delay circuit inserted between the output terminal of the quantizer 3 and the adder 6, and has a delay time of T=1/ S . Further, the bold line portion indicates a digital signal, and the output of the quantizer 3 is restored to an analog value by the D/A converter circuit 4. Then, the quantization noise voltage generated by the quantizer 3 is
The noise voltage V TN appearing at the signal output terminal 2 when V qN and the transfer characteristic of the integrating circuit 5 are H (Z) is expressed by the z function of equation (1).
VTN=VqN/(1+Z-1・H(Z)) …(1)
ただし、Z-1=e-jwT,W=2π,T=1/Sで
ある。 V TN =V qN /(1+Z -1 ·H (Z) )...(1) However, Z -1 = e -jwT , W = 2π, T = 1/ S .
ここで、雑音成分VTNが、第10図および第1
1図に示すD/A変換器の変換誤差によつて生じ
る雑音電圧である。そして第10図の積分回路5
の伝達特性H(Z)はH(Z)=1/(1−Z-1)、第11
図の積分回路5の伝達特性H(Z)はH(Z)=(2−
Z-1)/(1−Z-1)2であるから、(1)式に代入する
と第10図、第11図における雑音成分VTNはそ
れぞれ(2),(3)式で求められる。 Here, the noise component V TN is
This is a noise voltage caused by a conversion error of the D/A converter shown in FIG. And the integrating circuit 5 in Fig. 10
The transfer characteristic H (Z) is H (Z) = 1/(1-Z -1 ), the 11th
The transfer characteristic H (Z) of the integrating circuit 5 shown in the figure is H (Z) = (2-
Since Z -1 )/(1-Z -1 ) 2 is substituted into equation (1), the noise component V TN in FIGS. 10 and 11 can be obtained from equations (2) and (3), respectively.
VTN=VqN・(1−Z-1) …(2) VTN=VqN・(1−Z-1)2 …(3) (1−Z-1)の周波数特性は(4)式で求められる。 V TN = V qN・(1−Z −1 ) …(2) V TN = V qN・(1−Z −1 ) 2 …(3) The frequency characteristic of (1−Z −1 ) is expressed by equation (4) is required.
(1−Z-1)=1−e-jWT=2sin(1π/S) …(4)
そして、量子化雑音電圧VqNは、S/2の帯域
内に一様のレベルで分布する白色雑音であるか
ら、(4)式の周波数特性から明らかなように雑音成
分VTNの低い周波数成分ほどレベルが低いことが
わかる。また、第8図、第9図に示す雑音スペク
トル分布特性の関係から、サンプリング周波数S
を高めたことによつて量子化雑音VqNが広帯域に
分散して雑音レベルが低下するのに加えて、(2),
(3)式の示す周波数特性で低周波の雑音レベルは低
下することがわかる。(1-Z -1 )=1-e -jWT =2sin( 1π / S )...(4) Then, the quantization noise voltage VqN is a white noise distributed at a uniform level within the band of S /2. Since it is noise, it is clear from the frequency characteristic of equation (4) that the lower the frequency component of the noise component V TN , the lower the level. Also, from the relationship of the noise spectral distribution characteristics shown in Figures 8 and 9, the sampling frequency S
In addition to the fact that the quantization noise V qN is distributed over a wide band and the noise level is reduced by increasing the
It can be seen that the low frequency noise level decreases according to the frequency characteristic shown by equation (3).
このように、雑音の周波数分布特性を変えて
S/N比を改善するD/A変換器をノイズ・シエ
イピング形と呼んでいる。具体的に第10図に示
す構成では、BW=16KHz,S=2048KHzとする
と、(2)式より帯域内雑音レベルは約31dB減衰す
る。前記したように、量子化雑音が広帯域に分散
することによるS/N比改善効果18dBと合わせ
ると、第10図に示す構成によるS/N比改善効
果は約49dBである。 A D/A converter that improves the S/N ratio by changing the frequency distribution characteristics of noise in this way is called a noise shaping type. Specifically, in the configuration shown in FIG. 10, if BW = 16 KHz and S = 2048 KHz, the in-band noise level is attenuated by about 31 dB from equation (2). As mentioned above, when combined with the S/N ratio improvement effect of 18 dB due to the wide band dispersion of quantization noise, the S/N ratio improvement effect of the configuration shown in FIG. 10 is about 49 dB.
一方、第10図および第11図に示す構成にお
いて、積分器5−1,5−2,5−4はデイジタ
ル加算器とレジスタで構成されるのが一般的であ
り、入力信号の語長(bit数)が長い場合には加
算器の遅延時間はレジスタや量子化器に比べて大
きい。そのため、積分器の動作速度が支配的にサ
ンプリング周波数Sの上限を決定することにな
る。第11図では積分回路を2個直列に使用して
おり、第10図に示す構成のものに対して2倍の
処理時間を要するので、サンプリング周波数Sの
上限は約1/2に制限される。そのため、積分回路
を2個直列に接続してS/N比を改善してもその
効果は半減してしまう。具体的に、BW=
16KHz、S=1024KHzとして第11図のS/N
比改善効果を求めると、量子化雑音が広帯域に分
散することによる改善効果が約15dB、ノイズ・
シエイビングによる改善効果が(3)式より約47dB
で合計62dBである。そして、第10図の構成で
は、S/N比改善効果が49dBであつたから、回
路規模が大きくなつたにもかかわらず、S/N比
の改善量は13dBだけであることがわかる。 On the other hand, in the configurations shown in FIGS. 10 and 11, integrators 5-1, 5-2, and 5-4 are generally composed of digital adders and registers, and the word length of the input signal ( When the number of bits is long, the delay time of the adder is longer than that of the register or quantizer. Therefore, the operating speed of the integrator predominantly determines the upper limit of the sampling frequency S. In Figure 11, two integrating circuits are used in series, which requires twice the processing time compared to the configuration shown in Figure 10, so the upper limit of the sampling frequency S is limited to approximately 1/2. . Therefore, even if two integrating circuits are connected in series to improve the S/N ratio, the effect will be halved. Specifically, BW =
S/N in Figure 11 assuming 16KHz, S = 1024KHz
When calculating the ratio improvement effect, the improvement effect due to quantization noise dispersing over a wide band is about 15 dB, and the noise
The improvement effect of shaving is approximately 47 dB from equation (3).
The total is 62dB. In the configuration shown in FIG. 10, the S/N ratio improvement effect was 49 dB, so it can be seen that the S/N ratio was improved by only 13 dB even though the circuit scale was increased.
そして、量子化器の分解能がNqビツト、信号
電圧範囲を±1、とした場合の量子化誤差の2乗
平均値qN 2は1/12(22-Nq)2で、ピークレベルの正
弦波の平均電圧は1/√2であるから、そのS/
N比は10log(6/(22-Nq2)〔dB〕となる。 When the resolution of the quantizer is Nq bits and the signal voltage range is ±1, the root mean square value of the quantization error qN 2 is 1/12 (2 2 - Nq ) 2 , which is a sine wave at the peak level. Since the average voltage of is 1/√2, its S/
The N ratio is 10log(6/(2 2 -Nq2 ) [dB].
つまり、量子化器のみのS/N比は6×(Nq−
1)+1.8〔dB〕の式で求められる。第11図に示
す構成ではS/N比の改善量は前記したように
62dB(BW=16KHz,S=1024KHz)であつたか
ら、量子化器の分解能を2ビツトとした場合
(D/A変換回路は3値出力)のS/N比は量子
化器のみの値7.8dBに改善量62dBを加えた69.8dB
である。 In other words, the S/N ratio of only the quantizer is 6×(Nq−
1) Calculated using the formula +1.8 [dB]. In the configuration shown in Figure 11, the amount of improvement in the S/N ratio is as described above.
62dB ( BW = 16KHz, S = 1024KHz), so when the resolution of the quantizer is 2 bits (the D/A conversion circuit outputs 3 values), the S/N ratio of the quantizer alone is 7.8dB. 69.8dB with an improvement of 62dB added to
It is.
第12図は第10図に示す構成において、量子
化器3で発生する誤差電圧が±0.5の場合にD/
A変換回路出力のスペクトル分布を求めたもので
ある。(S=2048KHz、0bB=ピーク値1の正弦
数、スペクトル幅=62.5Hz)。 FIG. 12 shows the configuration shown in FIG. 10 when the error voltage generated in the quantizer 3 is ±0.5.
The spectrum distribution of the A conversion circuit output is obtained. ( S = 2048KHz, 0bB = sine number of peak value 1, spectral width = 62.5Hz).
この第12図は横軸にFREQ.(KHz)、縦軸に
LEVEL(dB)をもつて表わしたD/A変換回路
の非線形誤差と出力雑音周波数スペクトル分布特
性の関係を示す特性図で、aはD/A変換回路4
の非線形誤差がない(0%)ときを示したもので
あり、bはD/A変換回路4の非線形誤差が0.5
%のときを示したものである。 In this Figure 12, the horizontal axis is FREQ. (KHz), and the vertical axis is
This is a characteristic diagram showing the relationship between the nonlinear error of the D/A conversion circuit expressed in LEVEL (dB) and the output noise frequency spectrum distribution characteristic, where a is the D/A conversion circuit 4.
b shows the case where there is no nonlinear error (0%), and b indicates that the nonlinear error of the D/A conversion circuit 4 is 0.5
% is shown.
そして、この第12図において、HDは高調波
歪成分を示し、このbでは入力信号(=
1062.5Hz)の高調波歪を発生していることがわ
かる。ここで、BW=16KHzと高調波歪成分の大
部分は信号周波数帯域BW以下に含まれており、
高調波歪成分によつてS/N比が制限されてしま
う。そして、この第12図bの場合には、S/N
比は約46dBに制限されている。集積回路上に形
成される抵抗や容量素子の比精度は製造後の微調
整をやらない場合には約0.5〜0.05%程度である
から、S/N比の上限値は46〜66dBである。 In Fig. 12, HD indicates the harmonic distortion component, and b indicates the input signal (=
It can be seen that harmonic distortion of 1062.5Hz) is generated. Here, BW = 16KHz and most of the harmonic distortion components are included below the signal frequency band BW .
The S/N ratio is limited by harmonic distortion components. In the case of this FIG. 12b, the S/N
The ratio is limited to approximately 46dB. Since the relative accuracy of resistors and capacitive elements formed on an integrated circuit is about 0.5 to 0.05% if no fine adjustment is made after manufacturing, the upper limit value of the S/N ratio is 46 to 66 dB.
したがつて、D/A変換回路の分解能を2ビツ
トより高めても、非線形誤差が問題となつてS/
N比改善上は意味がないことがわかる。 Therefore, even if the resolution of the D/A conversion circuit is increased beyond 2 bits, nonlinear errors become a problem and the S/A
It can be seen that this is meaningless in terms of improving the N ratio.
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記のように従来のD/A変換器では、S/N
比改善効果の大きい第11図に示す構成でも、
BW=16KHz、S=1024KHzでのS/N比は
69.8dBと低い。また、入力信号として音声信号
を対称とする場合に、高品質でD/A変換を行う
にはD/A変換器として、信号帯域幅15KHz以
上、S/N比80〜90dB以上の性能が望まれる。[Problems to be solved by the invention] As mentioned above, in the conventional D/A converter, the S/N
Even with the configuration shown in FIG. 11, which has a large ratio improvement effect,
The S/N ratio at BW = 16KHz, S = 1024KHz is
Low at 69.8dB. In addition, in order to perform high-quality D/A conversion when an audio signal is used as the input signal, it is desirable that the D/A converter has a signal bandwidth of 15 KHz or more and an S/N ratio of 80 to 90 dB or more. It will be done.
したがつて、従来回路では、高品質音声信号に
適用できないという欠点があつた。 Therefore, the conventional circuit has the disadvantage that it cannot be applied to high quality audio signals.
本発明のオーバーサンプリング形デイジタル・
アナログ変換器は、入力端子デイジタル信号と帰
還信号の差を入力とする積分回路と、この積分回
路のデイジタル出力の分解能を低減する量子化器
と、この量子化器によつて得られた低分解能デイ
ジタル信号である該量子化器の出力を上記帰還信
号とする手段と、デイジタル・アナログ変換回路
と上記量子化器出力から上記帰還信号までと同様
に処理する回路に量子化器出力を通して得られる
アナログ信号をループ出力信号とする手段とを有
し、入力信号周波数より十分に高いサンプリング
周波数ごとに上記入力端子デイジタル信号からル
ープ出力信号を得る第1の量子化ループと、この
第1の量子化ループと同様な構成の量子化ループ
を合計N個(N:2以上の整数)有し、上記第1
の量子化ループの入力端子にデイジタル入力信号
を入力しかつ第(n−1)の量子化ループの出力
を入力端子に入力とする第nの量子化ループ
(n:2からNまでの整数)とを備え、上記第1
から第(n−1)までのそれぞれの量子化ループ
に含まれる積分回路の伝達特性の積と逆数の関係
にある伝達特性を持つ微分回路を上記第nの量子
化ループの量子化器出力からループ出力信号を得
る経路に挿入し、上記第1から第Nのループ出力
信号を全て加算して得られる信号をアナログ出力
信号とするよううにしたものである。
The oversampling type digital
An analog converter consists of an integrating circuit that receives the difference between an input terminal digital signal and a feedback signal, a quantizer that reduces the resolution of the digital output of this integrating circuit, and a low resolution obtained by this quantizer. Means for converting the output of the quantizer, which is a digital signal, into the feedback signal, and an analog signal obtained by passing the quantizer output through a digital-to-analog conversion circuit and a circuit that processes the quantizer output in the same way as the feedback signal. a first quantization loop for obtaining a loop output signal from the input terminal digital signal at each sampling frequency sufficiently higher than the input signal frequency; It has a total of N quantization loops (N: an integer of 2 or more) having the same configuration as the above first
An n-th quantization loop (n: an integer from 2 to N) which inputs a digital input signal to the input terminal of the quantization loop and inputs the output of the (n-1)th quantization loop to the input terminal. and the above first
From the quantizer output of the n-th quantization loop, a differentiating circuit having a transfer characteristic that is inversely related to the product of the transfer characteristics of the integrating circuit included in each of the (n-1)th quantization loops from The analog output signal is inserted into a path for obtaining a loop output signal, and the signal obtained by adding all the first to Nth loop output signals is used as an analog output signal.
ノイズ・シエイビング形D/A変換器を多段に
接続し、前段の発生する量子化誤差を次段によつ
て再量子化する。
Noise-shaving type D/A converters are connected in multiple stages, and quantization errors generated in the previous stage are requantized by the next stage.
以下、図面に基づき本発明の実施例を詳細に説
明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings.
第1図は本発明によるオーバーサンプリング形
D/A変換器の一実施例を示すブロツク図で、量
子化器を含むループを2個で構成した場合を示す
ものである。 FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an oversampling type D/A converter according to the present invention, and shows a case where two loops each include a quantizer.
図において、11は信入力端子、12は信号出
力端子、13は入力デイジタル信号と帰還信号の
差を入力とする積分回路、14はこの積分回路の
デイジタル出力の分解能を低減する量子化器、1
5はこの量子化器14の出力を入力とする遅延回
路、16はこの遅延回路15の出力であるデイジ
タル信号をアナログ信号に変換するD/A変換回
路、17は量子化器14の出力を入力とする遅延
回路、18は信号入力端子11からのデイジタル
信号と遅延回路17よりの帰還信号を入力とする
加算器で、この加算器18の出力は積分回路13
に供給されるように構成されている。19は積分
回路13の出力を入力とする遅延回路、20はこ
の遅延回路19の出力と遅延回路17の出力を入
力とする加算器、21はこの加算器20の出力と
遅延回路24の出力を入力とする加算器、22は
この加算器22の出力である入力デイジタル信号
と帰還信号の差を入力とする積分回路、23はこ
の積分回路22のデイジタル出力の分解能を低減
する量子化器、24はこの量子化器23の出力を
入力とし出力を帰還信号として上記加算器21に
供給する遅延回路、25は量子化器23の出力を
微分する微分回路、26はこの微分回路25の出
力であるデイジタル信号をアナログ信号に変換す
るD/A変換回路、27はこのD/A変換回路2
6の出力とD/A変換回路16の出力を加算する
加算器で、この加算器27の出力が信号出力端子
2に得られるように構成されている。なお細線部
はデイジタル信号であることを示し、太線部はア
ナログ信号であることを示す。 In the figure, 11 is a signal input terminal, 12 is a signal output terminal, 13 is an integration circuit that receives the difference between the input digital signal and the feedback signal, 14 is a quantizer that reduces the resolution of the digital output of this integration circuit, and 1
5 is a delay circuit which inputs the output of this quantizer 14, 16 is a D/A converter circuit which converts the digital signal output from this delay circuit 15 into an analog signal, and 17 is inputs the output of quantizer 14. 18 is an adder which receives the digital signal from the signal input terminal 11 and the feedback signal from the delay circuit 17, and the output of this adder 18 is sent to the integrating circuit 13.
is configured to be supplied to 19 is a delay circuit that receives the output of the integrating circuit 13; 20 is an adder that receives the output of the delay circuit 19 and the output of the delay circuit 17; 21 is a delay circuit that receives the output of the adder 20 and the output of the delay circuit 24; 22 is an integrator that takes as input the difference between the input digital signal output from this adder 22 and the feedback signal; 23 is a quantizer that reduces the resolution of the digital output of this integrator circuit 22; 24 is a delay circuit which receives the output of this quantizer 23 as an input and supplies the output to the adder 21 as a feedback signal; 25 is a differentiation circuit that differentiates the output of the quantizer 23; and 26 is the output of this differentiation circuit 25. A D/A conversion circuit 27 converts a digital signal into an analog signal.
6 and the output of the D/A conversion circuit 16, and is configured so that the output of the adder 27 can be obtained at the signal output terminal 2. Note that the thin line portion indicates a digital signal, and the thick line portion indicates an analog signal.
そして、積分回路13,22は入力信号の周波
数が低いほど大きな利得を有するもので、その伝
達特性をH1,H2とする。また、微分回路25は
積分回路と逆特性のもので、その伝達特性を1/
H3とする。 The integration circuits 13 and 22 have a larger gain as the frequency of the input signal is lower, and their transfer characteristics are assumed to be H 1 and H 2 . Further, the differentiating circuit 25 has a characteristic opposite to that of the integrating circuit, and its transfer characteristic is reduced to 1/1.
Let it be H3 .
この第1図に示す実施例では、積分回路13、
量子化器14、遅延回路17、および加算器18
によつて第1のループを構成し、また、積分回路
22、量子化器23、遅延回路24および加算器
21によつて第2のループを構成している。 In the embodiment shown in FIG. 1, the integrating circuit 13,
Quantizer 14, delay circuit 17, and adder 18
The integration circuit 22, the quantizer 23, the delay circuit 24, and the adder 21 constitute the second loop.
つぎにこの第1図に示す実施例の動作を説明す
る。 Next, the operation of the embodiment shown in FIG. 1 will be explained.
まず、第1のルーブの積分回路13と量子化器
14の出力差を加算器20によつて求め、第2の
ループの入力信号としている。そして、第1のル
ープの量子化器14の出力と、第2のループの量
子化器23の出力を微分回路25で処理した信号
とをそれぞれD/A変換回路16,26でアナロ
グ値に変換した後、加算器27で加算してアナロ
グ出力信号を得ている。ここで、量子化器14,
23の量子化誤差をそれぞれVqN1,VqN2として、
アナログ出力信号に含まれる誤差成分を求める。 First, the difference between the outputs of the first loop integration circuit 13 and the quantizer 14 is determined by the adder 20, and is used as an input signal to the second loop. Then, the output of the quantizer 14 in the first loop and the signal obtained by processing the output of the quantizer 23 in the second loop by the differentiating circuit 25 are converted into analog values by D/A conversion circuits 16 and 26, respectively. After that, an adder 27 adds the signals to obtain an analog output signal. Here, the quantizer 14,
Assuming the 23 quantization errors as V qN1 and V qN2 , respectively,
Find the error component included in the analog output signal.
第1のループの量子化器14の出力をVO1,積
分回路13の出力をVH1とすると、VO1,VH1はそ
れぞれ(5),(6)式で求められる。 Assuming that the output of the quantizer 14 of the first loop is V O1 and the output of the integrating circuit 13 is V H1 , V O1 and V H1 are obtained by equations (5) and (6), respectively.
VO1=VFN・H1/1+Z-1・H1+VqN1/1+Z-1・H1…(5
)
VH1=VIN・H1/1+Z-1・H1−VqN1・Z-1・H1/1×Z-
1・H1…(6)
第2のループの入力信号をVIN2とすると、上記
(5),(6)式より(7)式が導かれる。 V O1 =V FN・H 1 /1+Z -1・H 1 +Vq N1 /1+Z -1・H 1 …(5
) V H1 =V IN・H 1 /1+Z -1・H 1 −V qN1・Z -1・H 1 /1×Z -
1・H 1 …(6) If the input signal of the second loop is V IN2 , the above
Equation (7) is derived from Equations (5) and (6).
VIN2=(VH1−VO1)=−VqN1 …(7)
そして、上記(5)式は、VO1の誤差成分は前述の
(1)式で求められる従来回路の誤差と等価であるこ
とを示している。また、VO1とVH1の差を求める
ことによつて、量子化器14の量子化誤差電圧
VqN1のみが検出できることを上記(7)式は示して
いる。 V IN2 = (V H1 − V O1 ) = −V qN1 …(7) Then, in equation (5) above, the error component of V O1 is
This shows that the error is equivalent to the error of the conventional circuit determined by equation (1). Also, by finding the difference between V O1 and V H1 , the quantization error voltage of the quantizer 14 can be determined.
Equation (7) above shows that only V qN1 can be detected.
つぎに、信号出力端子2に得られるアナログ出
力信号VAOは(8)式で求められる。 Next, the analog output signal V AO obtained at the signal output terminal 2 is obtained by equation (8).
VAO=VIN・H1/1+Z-1・H1+VqN1(H1−H2+Z-1H2H3−
Z-1H1H2/(1+Z-1・H1)(1+Z-1・H2)H3)+VqN2
(1/(1+Z-1・H2)H3)…(8)
そして、この(8)式より、VqN1の項はH1=H2=
H3であれば完全に消去されて、(9)式のようにな
ることがわかる。V AO =V IN・H 1 /1+Z -1・H 1 +V qN1 (H 1 −H 2 +Z -1 H 2 H 3 −
Z -1 H 1 H 2 / (1+Z -1・H 1 ) (1+Z -1・H 2 )H 3 )+V qN2
(1/(1+Z -1・H 2 )H 3 )...(8) And from this equation (8), the term V qN1 is H 1 = H 2 =
It can be seen that if H 3 , it is completely eliminated and becomes as shown in equation (9).
VAO=VIN・H1/(1+Z-1・H1)+VqN2/(1+Z-1・
H2)H3
…(9)
この(9)式の雑音成分をVTN,H1〜H3の伝達特
性を積分器1段の特性であるH1=H2=H3=1/
(1−Z-1)とすると、(10)式が(9)式より導かれる。 V AO =V IN・H 1 /(1+Z -1・H 1 )+V qN2 /(1+Z -1・
H 2 ) H 3 …(9) The noise component of this equation (9) is V TN , and the transfer characteristics of H 1 to H 3 are the characteristics of the first stage of integrator H 1 = H 2 = H 3 = 1/
(1−Z −1 ), equation (10) is derived from equation (9).
VTN=VqN2・(1−Z-1)2 …(10)
そして、この(10)式は、従来回路の前述の(3)式と
同様な周波数特性は雑音電圧が分布することを示
している。ここで、量子化誤差電圧VqN2の大き
さは、量子化器23の分解能が一定の場合、第2
のループの最大入力振幅に比例する。また、第2
のループの入力は上記(7)式より第1のループの量
子化誤差電圧であるから、第1のループの量子化
器14の分解能によつて決定される。 V TN = V qN2・(1−Z -1 ) 2 ...(10) And this equation (10) shows that the frequency characteristic similar to the above equation (3) of the conventional circuit shows that the noise voltage is distributed. ing. Here, when the resolution of the quantizer 23 is constant, the magnitude of the quantization error voltage Vq N2 is
is proportional to the maximum input amplitude of the loop. Also, the second
Since the input of the loop is the quantization error voltage of the first loop according to the above equation (7), it is determined by the resolution of the quantizer 14 of the first loop.
つぎに、信号入力端子1に加わる信号の範囲を
±1とし、量子化器14,23はそれぞれNq1,
Nq2ビツトの分解能をもつているとすると、量子
化誤差VqN1,VqN2の振幅範囲は、(11),(12)式でそ
れぞれ表わされる。 Next, the range of the signal applied to the signal input terminal 1 is set to ±1, and the quantizers 14 and 23 have N q1 and N q1 , respectively.
Assuming that the resolution is Nq 2 bits, the amplitude ranges of the quantization errors V qN1 and V qN2 are expressed by equations (11) and (12), respectively.
−2-(Nq1-1)≦VqN12-(Nq1-1) …(11)
−〔2-(Nq 1 -1)・2-(Nq2-1)〕VqN2
〔2-(Nq1-1)・2(Nq2-1)〕 …(12)
一方、D/A変換回路16,25の直線性につ
いては前述したように、直線性が素子精度に依存
せずに確保されるのは1〜2ビツトの分解能の場
合だけである。ここで、D/A変換回路と量子化
器の分解能は同じであるから、量子化器について
も1〜2ビツトであるのが一般的なので、上記
(11),(12)式より1ビツトの場合にはVqN1,VqN2と
も±1の振幅範囲で、2ビツトの場合にはVqN1
は±0.5V、VqN2は±0.25Vの振幅範囲になる。従
来回路の(3)式におけるVqNと量子化器分解能の関
係もVqN1と同じ(11)式のようになるので、(3)式に
おけるVqNと同じ(10)式におけるVqN2の振幅範囲を
比較すると、量子化器分解能が1ビツトでは同じ
だが、2ビツトではVqN2はVqNの1/2に小さくな
ることがわかる。そして、量子化器分解能がさら
に大きくなればVqN2はさらに小さくなる。 −2 -(Nq1-1) ≦V qN1 2 -(Nq1-1) …(11) −[2 -(Nq 1 -1)・2 -(Nq2-1) ]V qN2 [2 -(Nq1-1 )・2 (Nq2-1) ] ...(12) On the other hand, as mentioned above, regarding the linearity of the D/A conversion circuits 16 and 25, the linearity is ensured without depending on the element precision in the range of 1 to 2. Only for 2-bit resolution. Here, since the resolution of the D/A conversion circuit and the quantizer is the same, the quantizer is also generally 1 to 2 bits, so the above
From equations (11) and (12), in the case of 1 bit, both V qN1 and V qN2 have an amplitude range of ±1, and in the case of 2 bits, V qN1
is ±0.5V, and V qN2 has an amplitude range of ±0.25V. The relationship between V qN and quantizer resolution in equation (3) of the conventional circuit is also as shown in equation (11), which is the same as V qN1 , so the amplitude of V qN2 in equation (10) is the same as V qN in equation (3). Comparing the ranges, it can be seen that when the quantizer resolution is 1 bit, the quantizer resolution is the same, but when the quantizer resolution is 2 bits, V qN2 becomes 1/2 of V qN . If the quantizer resolution becomes even larger, V qN2 becomes even smaller.
第2のループの入力信号VIN2として、(7)式を使
用した場合について説明した。ところが、(6)式は
低周波域でVH1=VqN1と近似できる。量子化雑音
の成分については(7)式と全く同じであり、入力信
号成分は雑音とはならないので、VqN2に積分器
出力VH1のみを入力しても同様に動作する。 The case where equation (7) is used as the input signal V IN2 of the second loop has been described. However, equation (6) can be approximated as V H1 =V qN1 in the low frequency range. The quantization noise component is exactly the same as equation (7), and the input signal component does not constitute noise, so the same operation will occur even if only the integrator output V H1 is input to V qN2 .
つぎにS/N比の改善について、この第1図に
示す実施例と従来回路を対比して説明する。 Next, improvement of the S/N ratio will be explained by comparing the embodiment shown in FIG. 1 with the conventional circuit.
ここで、前述の第10図、第11図に示す従来
回路とS/N特性を比較するため、第10,11
図のS/Nを求めた場合と同様にしてこの第1図
に示す実施例のS/N比を求める。 Here, in order to compare the S/N characteristics with the conventional circuit shown in FIG. 10 and FIG.
The S/N ratio of the embodiment shown in FIG. 1 is determined in the same manner as in the case of determining the S/N ratio in the figure.
そして、第1図に示す実施例における積分回路
13の伝達特性H1,積分回路22の伝達特性H2
および微分回目25の伝達特性H3が積分器1段
の特性{H1〜3=1/(1−Z-1)}である場合、
ループの動作速度は前述したように、積分器が支
配的に決定するので、第10図の構成と同じサン
プリング周波数Sで第1図の各ループは並列に動
作することができる。この点が、第11図のサン
プリング周波数Sが第10図のサンプリング周波
数Sの1/2に低下するのと異なつている。 The transfer characteristic H 1 of the integrating circuit 13 and the transfer characteristic H 2 of the integrating circuit 22 in the embodiment shown in FIG.
And if the transfer characteristic H 3 of the differentiation 25th stage is the characteristic of one stage of integrator {H 1 to 3 = 1/(1−Z −1 )},
As described above, since the operating speed of the loops is predominantly determined by the integrator, each loop in FIG. 1 can operate in parallel at the same sampling frequency S as in the configuration in FIG. 10. This point is different from that in which the sampling frequency S in FIG. 11 is lowered to 1/2 of the sampling frequency S in FIG. 10.
したがつて、BW=16KHz、S=2048KHz、量
子化器分解能を2ビツトとした場合、量子化雑音
が広帯域に分散することによる改善量18dB、ノ
イズ・シエイピングによる改善量が(10)式より
59dB、VqN2が1/2になる((11),(12)式より)ことに
よる改善量6dBであり、善量の総和は83dBにな
る。S/N比として6dB×(2ビツト−1)+
1.8dB+83dB=90.8dBが得られる。前述の第11
図に示す従来回路のS/N比が69.8dBBであつた
から、21dBも高いS/Nを本発明による回路で
は実現することができる。 Therefore, when BW = 16KHz, S = 2048KHz, and the quantizer resolution is 2 bits, the amount of improvement due to quantization noise dispersing over a wide band is 18 dB, and the amount of improvement due to noise shaping is given by equation (10).
The improvement amount is 6 dB due to 59 dB and V qN2 is reduced to 1/2 (from equations (11) and (12)), and the total amount of improvement is 83 dB. 6dB x (2 bits - 1) + S/N ratio
1.8dB+83dB=90.8dB is obtained. 11th above
Since the S/N ratio of the conventional circuit shown in the figure was 69.8 dBB, an S/N ratio as high as 21 dB can be achieved with the circuit according to the present invention.
上記のS/N比計算は第1図のD/A変換回路
16,26が正しい値を出力すると仮定して求め
た。ところが、この第1図のD/A変換回路1
6,26はアナログ回路であるから、素子精度な
どで出力電圧の精度は劣化する。 The above S/N ratio calculation was performed on the assumption that the D/A conversion circuits 16 and 26 shown in FIG. 1 output correct values. However, this D/A conversion circuit 1 in FIG.
Since 6 and 26 are analog circuits, the accuracy of the output voltage deteriorates due to element accuracy.
この第1図に示す実施例は、量子化器を含むル
ープを2個で構成した例であるが、本発明では2
個以上で構成することもできる。 The embodiment shown in FIG. 1 is an example in which two loops each include a quantizer, but in the present invention, two loops each include a quantizer.
It can also be composed of more than one.
第2図は本発明の他の実施例を示すブロツク図
で、3個のループで構成した場合を示すものであ
る。 FIG. 2 is a block diagram showing another embodiment of the present invention, in which it is constructed with three loops.
この第2図において第1図と同一符号のものは
相当部分を示し、28は積分回路22の出力を入
力とする遅延回路、29はこの遅延回路28の出
力と遅延回路24の出力を加算する加算器、30
はこの加算器29の出力と遅延回路33の出力を
加算する加算器、31はこの加算器31の出力を
入力とする積分回路、32はこの積分回路31か
らのデイジタル出力の分解能を低減する量子化
器、33はこの量子化器32の出力を入力とし出
力を帰還信号として上記加算器30に供給する遅
延回路、34は量子化器32の出力を微分する微
分回路、35はこの微分回路34からのデイジタ
ル信号をアナログ信号に変換するD/A変換回
路、36,37はそれぞれ遅延回路15とD/A
変換回路16の間および微分回路25とD/A変
換回路26の間に挿入された遅延回路、38は
D/A変換回路26の出力とD/A変換回路35
の出力を加算する加算器、39はこの加算器38
の出力とD/A変換回路16の出力を加算して得
られる信号を信号出力端子2に送出する加算器で
ある。 In FIG. 2, the same symbols as in FIG. 1 indicate corresponding parts, 28 is a delay circuit that receives the output of the integrating circuit 22, and 29 is a circuit that adds the output of this delay circuit 28 and the output of the delay circuit 24. Adder, 30
is an adder that adds the output of this adder 29 and the output of the delay circuit 33; 31 is an integrating circuit that receives the output of this adder 31; and 32 is a quantum circuit that reduces the resolution of the digital output from this integrating circuit 31. 33 is a delay circuit which receives the output of this quantizer 32 as an input and supplies the output as a feedback signal to the adder 30; 34 is a differentiation circuit that differentiates the output of the quantizer 32; 35 is this differentiation circuit 34; 36 and 37 are a delay circuit 15 and a D/A conversion circuit, respectively, for converting a digital signal from a digital signal into an analog signal.
A delay circuit 38 is inserted between the conversion circuit 16 and between the differentiating circuit 25 and the D/A conversion circuit 26.
An adder 39 adds the outputs of the adder 38.
This is an adder that adds the output of the D/A conversion circuit 16 and the output of the D/A conversion circuit 16 and sends the resulting signal to the signal output terminal 2.
そして、この第2図に示す実施例は、加算器3
0と積分回路31および量子化器32ならびに遅
延回路33によつて構成される第3のループが第
1図に示す実施例の構成に追加されている。 In the embodiment shown in FIG. 2, the adder 3
A third loop constituted by 0, an integrating circuit 31, a quantizer 32, and a delay circuit 33 is added to the configuration of the embodiment shown in FIG.
つぎに、この第2図に示す実施例の動作を説明
する。 Next, the operation of the embodiment shown in FIG. 2 will be explained.
まず、第3のループの入力VIN3は量子化器23
の発生する量子化誤差の逆相波形である。つま
り、第2のループと第3のループの接続関係は第
1図の第1のループと第2のループの関係と全く
同じである。 First, the input V IN3 of the third loop is input to the quantizer 23
This is the anti-phase waveform of the quantization error that occurs. That is, the connection relationship between the second loop and the third loop is exactly the same as the relationship between the first loop and the second loop in FIG.
したがつて、加算器38の出力VO2は(9)式と同
様に(13)式で求められる。 Therefore, the output V O2 of the adder 38 is obtained by equation (13) in the same way as equation (9).
VO2={−VqN2・H2/1+Z-1・H2+VqN3/(1+Z-1・H
4)H5}
1/H3 …(13)
ただし、微分回路34の伝達特性は1/H5・H3
である。V O2 = {−V qN2・H 2 /1+Z -1・H 2 +V qN3 /(1+Z -1・H
4 ) H5 } 1/ H3 ...(13) However, the transfer characteristic of the differentiating circuit 34 is 1/ H5 · H3 .
そして、信号出力端子2に得られるアナログ出
力信号VAOは前述の(5)式と上記(13)式のVO2の
和で求められる。ここで、各伝達特性をH1=H2
=H3=H4=H5とすると、このアナログ出力信号
VAOは(14)式で求められる。 The analog output signal V AO obtained at the signal output terminal 2 is determined by the sum of the above equation (5) and the above equation (13) V O2 . Here, each transfer characteristic is H 1 = H 2
= H 3 = H 4 = H 5 , this analog output signal
V AO is calculated using equation (14).
VAO=VIN・H1/1+Z-1・H1+VqN3/(1+Z-1・H4)・
H5・H3
…(14)
この(14)式の雑音成分をVTN,H1〜H5の伝
達特性を積分器1段の特性である1/(1−Z-1)
とすると、(15)式で上記雑音成分VTNが求めら
れる。V AO =V IN・H 1 /1+Z -1・H 1 +V qN3 /(1+Z -1・H 4 )・
H 5 · H 3 ... (14) The noise component of this equation (14) is V TN , and the transfer characteristics of H 1 to H 5 are the characteristics of the first stage of integrator 1/(1-Z -1 )
Then, the above noise component V TN can be found using equation (15).
VTN=VqN3・(1−Z-1)3 …(15)
このようにして、量子化器を含むループを2段
から3段に増加したことによつて雑音成分VTNは
(10)式から(15)式のように、2次式から3次式に
変わつている。そして、この2段から3段にルー
プ数を増やしたのと同様の手法によつて4段以上
へ増やすこともできる。 V TN = V qN3・(1−Z −1 ) 3 …(15) In this way, by increasing the loop including the quantizer from two stages to three stages, the noise component V TN is reduced.
As shown in equations (10) to (15), the quadratic equation has changed to a cubic equation. The number of loops can also be increased to four or more stages using the same technique used to increase the number of loops from two stages to three stages.
第3図はD/A変換回路の具体的構成例を示す
回路図で、スイツチト・キヤパシタ回路で1〜2
ビツト分解能のD/A回路を構成したものであ
る。 Figure 3 is a circuit diagram showing a specific example of the configuration of a D/A conversion circuit.
This is a D/A circuit with bit resolution.
この第3図において、VRECは基準電圧が印加さ
れる入力端子、OUTは出力端子である。そして、
40−1,40−2……40−8はそれぞれスイ
ツチ回路(アナログスイツチ)、41−1,41
−2,41−3は容量素子、42は演算増幅器で
ある。 In FIG. 3, V REC is an input terminal to which a reference voltage is applied, and OUT is an output terminal. and,
40-1, 40-2...40-8 are switch circuits (analog switches), 41-1, 41
-2 and 41-3 are capacitive elements, and 42 is an operational amplifier.
いま、容量素子41−1をCS、容量素子41−
2をCI、容量素子41−3をCBとすると、入力端
子VREFから出力端子OUTまでの伝達特性HDAは
(16)の式のようになる。 Now, capacitive element 41-1 is C S , capacitive element 41-
2 is C I and the capacitive element 41-3 is C B , the transfer characteristic H DA from the input terminal V REF to the output terminal OUT is expressed by equation (16).
HDA=CS/{CI−Z-1・(CI−CB)} …(16)
この(16)式において、サンプリング周波数S
に対して十分に低い信号周波数帯ではZ-1はほぼ
1であるから、利得はCS/CBになることがわか
る。そして、スイツチ回路40−1〜40−4の
接続順序を制御して、容量素子41−1のCSに
VREF電圧を充電してアナログ電圧を出力する。こ
のとき、充電方向の切換えと無充電によつて3通
りの充電ができるので、1〜2ビツトのD/A変
換回路として動作する。 H DA = C S / {C I − Z -1・(C I − C B )} … (16) In this equation (16), the sampling frequency S
Since Z -1 is approximately 1 in a sufficiently low signal frequency band, it can be seen that the gain is C S / CB . Then, by controlling the connection order of the switch circuits 40-1 to 40-4, the C S of the capacitive element 41-1
Charges the V REF voltage and outputs an analog voltage. At this time, charging can be performed in three ways by switching the charging direction and not charging, so it operates as a 1- to 2-bit D/A conversion circuit.
このように、1個の容量素子を使つたD/A変
換回路では前述したように直線性は問題にならな
いが、利得、すなわち、出力電圧の絶対値はCS/
CBの容量比で変動する。したがつて、第1図の
D/A変換回路16,26の利得の精度が問題に
なる。ここで、D/A変換回路26のD/A変換
回路16に対する利得比をαとする。(α1)。
そして、前述の(10)式を導いたときと同様に雑音成
分VTNを求めると、(17)式が得られる。 In this way, in a D/A conversion circuit using one capacitive element, linearity is not a problem as mentioned above, but the gain, that is, the absolute value of the output voltage is C S /
C Varies depending on the capacity ratio of B. Therefore, the accuracy of the gains of the D/A conversion circuits 16 and 26 shown in FIG. 1 becomes a problem. Here, the gain ratio of the D/A conversion circuit 26 to the D/A conversion circuit 16 is assumed to be α. (α1).
Then, when the noise component V TN is determined in the same way as when formula (10) was derived, formula (17) is obtained.
VTN=VqN1・(1−α)・(1−Z-1))
+VqN2・α・(1−Z-1)2 …(17)
そして、容量比精度が前述したように、0.5〜
0.05%とすると、α=0.995〜0.9995になるので
(1−α)の項は0.005〜0.0005(−46〜−66dB)
の大きさになる。S=2048KHz、BW=16KHzの
ときに(1−Z-1)の利得が−26dBであるから、
VqN1の項はVqN2に対して20dB以上低いレベルで
あることがわかる。VqN1の項がS/N比に与え
る劣化量は約0.05dB以下と非常に小さい。この
ことから、本発明に用いるD/A変換器は高い比
精度の素子を使用せずに、高いS/N比を得るこ
とができる。 V TN = V qN1・(1−α)・(1−Z −1 )) +V qN2・α・(1−Z −1 ) 2 …(17) As mentioned above, the capacitance ratio accuracy is 0.5~
If it is 0.05%, α = 0.995 to 0.9995, so the term (1-α) is 0.005 to 0.0005 (-46 to -66 dB)
becomes the size of Since the gain of (1-Z -1 ) is -26dB when S = 2048KHz and BW = 16KHz,
It can be seen that the term V qN1 is at a level lower than V qN2 by more than 20 dB. The amount of deterioration that the term V qN1 gives to the S/N ratio is very small, about 0.05 dB or less. From this, the D/A converter used in the present invention can obtain a high S/N ratio without using elements with high ratio accuracy.
一方、積分回路の伝達特性は完全に積分器と等
しい特性である必要はない。そして、この積分回
路の設計条件は、
低周波域、すなわち、信号周波数帯域での利
得が高周波域の利得より大きい周波数伝達特性
であること。 On the other hand, the transfer characteristics of the integrating circuit need not be completely equal to those of the integrator. The design condition for this integrating circuit is that the gain in the low frequency range, that is, the signal frequency band, is greater than the gain in the high frequency range.
量子化器、積分回路を含むループが発振せず
に安定に入力信号に追従動作すること。 The loop including the quantizer and integration circuit should stably follow the input signal without oscillating.
微分回路で逆特性が実現できること。 The inverse characteristic can be achieved using a differentiating circuit.
の3点である。There are three points.
また、各ループの積分回路の伝達特性(H1,
H2……)は等しくなければならないことは前述
したが、信号帯域以上の高い周波数帯域について
は雑音レベルが増加しても信号帯域内のS/N比
を劣化させず問題とならないので、信号帯域内だ
けの伝達特性が正確に等しければよい。ただし、
信号帯域外の高周波雑音レベルも低減したい場合
には、全帯域で伝達特性が等しいことが望まし
い。 In addition, the transfer characteristics (H 1 ,
H 2 ...) must be equal, but even if the noise level increases in a high frequency band that is higher than the signal band, it will not deteriorate the S/N ratio within the signal band and will not be a problem. It is only necessary that the transfer characteristics within the band be exactly the same. however,
If it is desired to reduce the high frequency noise level outside the signal band, it is desirable that the transfer characteristics be equal across the entire band.
第4図は本発明の更に他の実施例を示す構成図
で、第1図と異なる点は第1図に示す構成に積分
回路42,43を追加したことである。 FIG. 4 is a block diagram showing still another embodiment of the present invention, which differs from FIG. 1 in that integrating circuits 42 and 43 are added to the structure shown in FIG. 1.
このように構成することにより、積分回路42
の出力と入力信号を比較することになるので、入
力信号に含まれる高周波成分のレベルが低ければ
積分回路42の低周波利得によつて量子化器14
の出力値は小さくても入力信号に追従することが
可能である。すなわち、量子化器14で発生する
量子化誤差が小さくなり、高いS/N比を実現で
きる。 With this configuration, the integration circuit 42
Since the output of the quantizer 14 is compared with the input signal, if the level of the high frequency component contained in the input signal is low, the low frequency gain of the integrating circuit 42 is used to compare the output of the quantizer 14.
Even if the output value of is small, it is possible to follow the input signal. That is, the quantization error generated in the quantizer 14 is reduced, and a high S/N ratio can be achieved.
そして、この第4図に示す実施例の信号出力端
子2に得られるアナログ出力信号VAOは(18)式
のようになる。ただし、積分回路42,43の伝
達特性をH6,H7とし、他は第1図に示す実施例
と同様である。 The analog output signal VAO obtained at the signal output terminal 2 of the embodiment shown in FIG. 4 is expressed by equation (18). However, the transfer characteristics of the integrating circuits 42 and 43 are set to H 6 and H 7 , and the rest is the same as the embodiment shown in FIG. 1.
VAO=VIN(H1H7/1+Z-1H1H6)+VqN1(H7/1+Z-1H1
H6−H2/(1+Z-1H2)H3)+VqN2(1/(1+Z-1H2)
H3)
…(18)
この(18)式の項が消去されると、第1図の説
明における(9)式と同様に雑音成分はVqN2の項だ
けで、周波数分布特性も同様になることがわか
る。また、VqN1の項が低周波帯域で消去される
条件は、低周波帯域でH1=H2=H3かつH6=H7
の条件が成立すればよい。そして、このVqN1の
項を完全に消去するためには、H1〜H7の伝達特
性を(19)式のように選べばよい。V AO = V IN (H 1 H 7 /1 + Z -1 H 1 H 6 ) + V qN1 (H 7 /1 + Z -1 H 1
H 6 −H 2 / (1 + Z -1 H 2 ) H 3 ) + V qN2 (1 / (1 + Z -1 H 2 )
H3 )
...(18) When the term in equation (18) is eliminated, it can be seen that the noise component is only the term V qN2 and the frequency distribution characteristics become the same, similar to equation (9) in the explanation of Figure 1. . Also, the conditions for the V qN1 term to disappear in the low frequency band are H 1 = H 2 = H 3 and H 6 = H 7 in the low frequency band.
It is sufficient if the following conditions are satisfied. In order to completely eliminate this V qN1 term, the transfer characteristics of H 1 to H 7 may be selected as shown in equation (19).
この(19)式を上記(18)式に代入すると
(20)式が導かれる。 Substituting this equation (19) into the above equation (18) leads to equation (20).
VDO=VIN+VqN2・(1−Z-1)2 …(20)
この(20)式より雑音成分は前述の第1図の説
明における(10)式と同じであることがわかる。 V DO =V IN +V qN2 ·(1−Z −1 ) 2 (20) From equation (20), it can be seen that the noise component is the same as equation (10) in the explanation of FIG. 1 above.
ただし、前述したように、VqN2は第4図に示
す実施例の方が小さくなる。例えば、BW=
16KHz、S=2048KHzのときH6の16KHzの利得
は約26dBであるから、この第4図に示す実施例
におけるVqN2は第1図に示す実施例の場合より
26dB低く設定することができる。 However, as described above, V qN2 is smaller in the embodiment shown in FIG. For example, BW =
When 16KHz and S = 2048KHz, the gain of H6 at 16KHz is about 26dB, so V qN2 in the embodiment shown in Fig. 4 is smaller than that in the embodiment shown in Fig. 1.
Can be set 26dB lower.
第5図は第1図に示した構成で、積分回路を1
段の積分器とした場合(H1=H2=H3=1/(1
−Z-1))の具体的構成例を示す回路図で、第1図
と同一部分には同一符号を付して説明を省略す
る。 Figure 5 shows the configuration shown in Figure 1, with one integrating circuit.
In the case of a stage integrator (H 1 = H 2 = H 3 = 1/(1
-Z -1 ))), in which the same parts as in FIG.
そして、この第5図におけるD/A変換回路は
第3図に示した回路例を応用しており、演算増幅
器42、容量素子41−2,41−3およびスイ
ツチ回路40−5〜40−8は第3図における
D/A変換回路16,26の2つのD/A変換回
路で共通に使用している。そして、D/A変換回
路16の充電回路は容量素子41−1およびスイ
ツチ回路40−1〜40−4で、D/A変換回路
26の充電回路は容量素子41−4,41−5お
よびスイツチ回路40−9,40−10………4
0−14だ個別に構成している。 The D/A conversion circuit in FIG. 5 is an application of the circuit example shown in FIG. is commonly used by the two D/A conversion circuits 16 and 26 in FIG. The charging circuit of the D/A conversion circuit 16 includes a capacitive element 41-1 and switch circuits 40-1 to 40-4, and the charging circuit of the D/A converting circuit 26 includes capacitive elements 41-4, 41-5 and switch circuits. Circuit 40-9, 40-10...4
0-14 are configured individually.
また、量子化器14,23はそれぞれ2ビツト
の分解能のもので、量子化器14の量子化電圧は
0,±VREFの3値で、量子化器23の量子化電圧
は0,±1/2VREFの3値である。 Further, the quantizers 14 and 23 each have a resolution of 2 bits, and the quantization voltage of the quantizer 14 is 0, ±V REF , and the quantization voltage of the quantizer 23 is 0, ±1. /2V REF .
また、微分回路25は遅延回路(レジスタ)2
5−2と加算器25−1で構成され、1/H3=(1
−Z-1)の特性を実現している。そして、この微
分回路25の出力では量子化電圧は0,±1/2
VREF,±VREF,の5値になるので、容量素子41
−4,41−5の容量値を120の1/2として2個の
容量素子への充電をスイツチ制御回路51で制御
している。また、容量素子41−1への充電はス
イツチ制御回路50で制御される。そして、第1
図における積分回路13,24はレジスタと加算
器で構成されるので、H1=H2=1/(1−Z-1)
の特性の場合には、第1図の加算器18,20,
21と遅延回路(レジスタ)15,17,19,
24と合わせて整理すると、この第5図に示すよ
うに簡単化できる。 The differentiating circuit 25 also includes a delay circuit (register) 2.
5-2 and an adder 25-1, and realizes the characteristic of 1/H 3 =(1 −Z −1 ). Then, in the output of this differentiating circuit 25, the quantized voltage has five values of 0, ±1/2 V REF , ±V REF , so the capacitive element 41
The capacitance values of -4 and 41-5 are set to 1/2 of 120, and the switch control circuit 51 controls charging of the two capacitive elements. Further, charging of the capacitive element 41-1 is controlled by a switch control circuit 50. And the first
Integrating circuits 13 and 24 in the figure are composed of registers and adders, so H 1 = H 2 = 1/(1-Z -1 )
In the case of the characteristic, the adders 18, 20,
21 and delay circuits (registers) 15, 17, 19,
24, it can be simplified as shown in FIG.
第6図に第5図のアナログ信号出力の周波数ス
ペクトル分布特性を示す。ただし、S=
2048KHz、0dB=ピーク値がVREFの正弦波、スペ
クトル幅=500Hzであり、前述の第8図および第
9図と同じ条件である。この第6図と第9図と比
較して、低周波領域の雑音レベルが大幅に低下し
ていることがよくわかる。 FIG. 6 shows the frequency spectrum distribution characteristics of the analog signal output of FIG. 5. However, S =
2048 KHz, 0 dB=sine wave with peak value of V REF , spectrum width=500 Hz, and the same conditions as in FIGS. 8 and 9 described above. When compared with FIG. 6 and FIG. 9, it is clearly seen that the noise level in the low frequency region has decreased significantly.
第7図は第5図に示す実施例のS/N特性であ
る。そして、この第7図は、S=2048KHz、BW
=16KHzの場合で、横軸は入力信号の振幅レベ
ルLEVEL(−DB)、縦軸はS/N比S/N(DB)
である。 FIG. 7 shows the S/N characteristics of the embodiment shown in FIG. And this figure 7 shows that S = 2048KHz, BW
= 16KHz, the horizontal axis is the input signal amplitude level LEVEL (-DB), and the vertical axis is the S/N ratio S/N (DB).
It is.
この第7図に示すS/N特性から明らかなよう
に、入力信号振幅レベルに対して直線的にS/N
比が変化することがわかる。この特性は一般のリ
ニア15bitA/D変換器とほぼ同じものである。
また、前述した計算式より求めたS/N比は
90.8dBであつたが、この第7図の0dB入力レベル
のS/N比とほぼ一致していることがわかる。 As is clear from the S/N characteristics shown in Fig. 7, the S/N is linear with respect to the input signal amplitude level.
It can be seen that the ratio changes. This characteristic is almost the same as that of a general linear 15-bit A/D converter.
Also, the S/N ratio obtained from the above calculation formula is
It can be seen that the S/N ratio was 90.8 dB, which is almost the same as the S/N ratio of the 0 dB input level shown in FIG.
以上説明したように、本発明によれば、複数の
量子化ループによつて多段の量子化処理を行なう
ことによつて、低周波帯域の雑音レベルを大幅に
低減できるからサンプリング周波数Sに比較して
十分に低い信号周波数帯域で非常に高いS/N特
性を得られる利点がある。また、複数の量子化ル
ープは並列処理可能であるから、高速処理が可能
で高いサンプリング周波数Sが実現でき、このサ
ンプリング周波数Sが高いことによつて、S/N
改善効果がさらに大きいという利点がある。ま
た、量子化器、D/A回路の分解能は素子精度に
依存せずに高い直線性の実現できる1〜2bitの低
分解能であつても高いS/N特性が実現できると
共に、複数のD/A回路の比精度も集積回路上に
容易に実現できる程度で十分なことから、高い精
度の素子は不要なため製造後に微調整などの後処
理が不要であるため経済的に製造できる利点もあ
るので、実用上の効果は極めて大である。
As explained above, according to the present invention, by performing multi-stage quantization processing using multiple quantization loops, the noise level in the low frequency band can be significantly reduced, compared to the sampling frequency S. This has the advantage that very high S/N characteristics can be obtained in a sufficiently low signal frequency band. In addition, since multiple quantization loops can be processed in parallel, high-speed processing is possible and a high sampling frequency S can be achieved.
This has the advantage that the improvement effect is even greater. In addition, the resolution of the quantizer and D/A circuit can achieve high linearity regardless of element precision, and high S/N characteristics can be achieved even with a low resolution of 1 to 2 bits. Since the relative accuracy of circuit A is sufficient to be easily realized on an integrated circuit, there is no need for high-precision elements, so there is no need for post-processing such as fine adjustment after manufacturing, so it has the advantage of being economical to manufacture. Therefore, the practical effect is extremely large.
さらに、第5図に示す実施例からも明らかなよ
うに、アナログ回路規模は非常に小さいが、量子
化ループの部分にデイジタル回路が比較的多く必
要である。しかし、集積回路の微細化が進むにつ
れて、アナログ回路よりデイジタル回路の方が集
積度が高くなつてきたので、チツプ面積としては
小さくすることが可能で、集積回路化に適した方
式であり、小形で経済的に高精度D/A変換器を
実現できるという点において極めて有効である。 Furthermore, as is clear from the embodiment shown in FIG. 5, although the scale of the analog circuit is very small, a relatively large number of digital circuits are required in the quantization loop. However, as the miniaturization of integrated circuits progresses, digital circuits have become more highly integrated than analog circuits, so the chip area can be reduced, making it a method suitable for integrated circuits. This is extremely effective in that a high-precision D/A converter can be realized economically.
このように、本発明によれば、従来のD/A変
換装置に比して多大の効果があり、信号周波数と
比較して非常に高い周波数で変換動作を行なうこ
とによつて、高い変換精度を実現するオーバーサ
ンプリング形D/A変換器としては独自のもので
ある。 As described above, the present invention has significant effects compared to conventional D/A converters, and achieves high conversion accuracy by performing conversion operations at a frequency that is much higher than the signal frequency. This is a unique oversampling D/A converter that achieves this.
第1図は本発明によるオーバーサンプリング形
デイジタル・アナログ変換器の一実施例を示すブ
ロツク図、第2図は本発明の他の実施例を示すブ
ロツク図、第3図は第1図および第2図の実施例
におけるD/A変換回路の具体的構成例を示す回
路図、第4図は本発明のさらに他の実施例を示す
ブロツク図、第5図は第4図に示す実施例の具体
的構成例を示すブロツク図、第6図および第7図
は本発明の説明に供する出力雑音周波数スペクト
ル分布特性およびS/N特性を示す特性図、第8
図は本発明の説明に供する量子化雑音の周波数ス
ペクトル分布特性を示す特性図、第9図は従来の
オーバーサンプリングD/A変換器の出力雑音周
波数スペクトル分布特性を示す特性図、第10図
は従来のΔ−Σ形オーバーサンプリングD/A変
換器の一例を示すブロツク図、第11図は従来の
Δ−Σ形オーバーサンプリングD/A変換器の他
の例を示すブロツク図、第12図は第10図およ
び第11図の動作説明に供する非線形誤差と出力
雑音周波数スペクトル分布特性の関係を示す説明
図である。
13……積分回路、14……量子化器、15…
…遅延回路、16……D/A変換回路、17,1
9……遅延回路、20,21……加算器、22…
…積分回路、23……量子化器、24……遅延回
路、25……微分回路、26……D/A変換回
路、27……加算器、28,33……遅延回路、
30,38,39……加算器、31……積分回
路、32……量子化器、34……微分回路、35
……D/A変換回路、42,43……積分回路。
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of an oversampling type digital-to-analog converter according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing another embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a block diagram showing still another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a specific example of the embodiment shown in FIG. 4. FIGS. 6 and 7 are characteristic diagrams showing output noise frequency spectrum distribution characteristics and S/N characteristics for explaining the present invention, and FIGS.
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the frequency spectrum distribution characteristics of quantization noise used to explain the present invention. FIG. 9 is a characteristic diagram showing the output noise frequency spectrum distribution characteristics of a conventional oversampling D/A converter. FIG. FIG. 11 is a block diagram showing an example of a conventional Δ-Σ type oversampling D/A converter. FIG. 12 is a block diagram showing another example of a conventional Δ-Σ type oversampling D/A converter. FIG. 12 is an explanatory diagram showing the relationship between a nonlinear error and an output noise frequency spectrum distribution characteristic for explaining the operation of FIGS. 10 and 11. FIG. 13...Integrator circuit, 14...Quantizer, 15...
...Delay circuit, 16...D/A conversion circuit, 17, 1
9...Delay circuit, 20, 21...Adder, 22...
... Integration circuit, 23 ... Quantizer, 24 ... Delay circuit, 25 ... Differentiation circuit, 26 ... D/A conversion circuit, 27 ... Adder, 28, 33 ... Delay circuit,
30, 38, 39... Adder, 31... Integrating circuit, 32... Quantizer, 34... Differentiating circuit, 35
...D/A conversion circuit, 42, 43... Integration circuit.
Claims (1)
力とする積分回路と、この積分回路のデイジタル
出力の分解能を低減する量子化器と、この量子化
器によつて得られた低分解能デイジタル信号であ
る該量子化器の出力を前記帰還信号として構成さ
れる量子化ループにおいて、前記量子化器出力を
直接に帰還信号として量子化器出力を量子化ルー
プの出力信号とするか、あるいは前記量子化器出
力をフイルタ、積分器などの周波数特性変換回路
を介して帰還信号として量子化器出力から周波数
特性変換回路と同じ伝達特性を持つ回路を介して
得られる信号を量子化ループの出力信号とし、入
力信号周波数より十分に高いサンプリング周波数
ごとに入力端子デイジタル信号を量子化ループは
低分解能デイジタル出力信号に変換し、上記の量
子化ループと同様な構成の量子化ループを合計N
(2以上の整数)個有し、第1の量子化ループの
入力端子にデイジタル入力信号を入力し、かつ第
(n−1)(nは2からNまでの整数)の量子化ル
ープの積分回路出力と量子化器出力の差信号を第
nの量子化ループの入力端子に入力し、前記第1
から第(n−1)までのそれぞれの量子化ループ
に含まれる積分回路の伝達特性の積と逆数の関係
にある伝達特性を持つ微分回路に前記第nの量子
化ループの出力信号を入力し、第2から第Nの量
子化ループのそれぞれの微分回路の出力と第1の
量子化ループの出力を全て加算してから1個のデ
イジタル・アナログ変換回路でアナログ出力信号
を得るか、あるいはN個のデイジタル・アナログ
変換回路で第2から第Nの量子化ループのそれぞ
れの微分回路の出力と第1の量子化ループの出力
を別々にアナログ電圧に変換した後に全てを加算
してアナログ出力信号を得るようにしたことを特
徴とするオーバーサンプリング形デイジタル・ア
ナログ変換器。1 An integrating circuit that receives the difference between the input terminal digital signal and the feedback signal, a quantizer that reduces the resolution of the digital output of this integrating circuit, and a low-resolution digital signal obtained by this quantizer. In a quantization loop configured with the output of the quantizer as the feedback signal, the quantizer output is directly used as the feedback signal and the quantizer output is used as the output signal of the quantization loop, or the quantizer output is used as the output signal of the quantization loop. The output is passed through a frequency characteristic conversion circuit such as a filter or an integrator as a feedback signal, and the signal obtained from the quantizer output through a circuit with the same transfer characteristic as the frequency characteristic conversion circuit is used as the output signal of the quantization loop, and the input signal is The quantization loop converts the input terminal digital signal into a low-resolution digital output signal at each sampling frequency sufficiently higher than the signal frequency, and the quantization loop with the same configuration as the above quantization loop is used to convert the input terminal digital signal into a low resolution digital output signal.
(an integer of 2 or more), inputs a digital input signal to the input terminal of the first quantization loop, and integrates the (n-1)th (n is an integer from 2 to N) quantization loop. A difference signal between the circuit output and the quantizer output is input to the input terminal of the n-th quantization loop, and the first
The output signal of the nth quantization loop is input to a differentiating circuit having a transfer characteristic that is inversely related to the product of the transfer characteristics of the integrating circuits included in each of the (n-1)th quantization loops. , the outputs of the differentiating circuits of the second to Nth quantization loops and the outputs of the first quantization loop are all added together, and then one digital-to-analog conversion circuit obtains an analog output signal, or The outputs of the differentiating circuits of the second to Nth quantization loops and the outputs of the first quantization loop are separately converted into analog voltages by digital-to-analog conversion circuits, and then all are added to generate an analog output signal. An oversampling type digital-to-analog converter characterized in that it obtains the following.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1850785A JPS61177819A (en) | 1985-02-04 | 1985-02-04 | Oversampling type digital/analog converter |
EP19860101353 EP0190694B1 (en) | 1985-02-04 | 1986-02-03 | Oversampling converter |
DE8686101353T DE3679680D1 (en) | 1985-02-04 | 1986-02-03 | CONVERTER WITH OVER SCAN. |
CA000501016A CA1239704A (en) | 1985-02-04 | 1986-02-04 | Oversampling converter |
US06/826,128 US4704600A (en) | 1985-02-04 | 1986-02-04 | Oversampling converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1850785A JPS61177819A (en) | 1985-02-04 | 1985-02-04 | Oversampling type digital/analog converter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61177819A JPS61177819A (en) | 1986-08-09 |
JPH03928B2 true JPH03928B2 (en) | 1991-01-09 |
Family
ID=11973535
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1850785A Granted JPS61177819A (en) | 1985-02-04 | 1985-02-04 | Oversampling type digital/analog converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61177819A (en) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2576120B2 (en) * | 1987-05-20 | 1997-01-29 | ソニー株式会社 | D / A converter |
JPS63300631A (en) * | 1987-05-29 | 1988-12-07 | Nec Corp | Method and apparatus for quantization |
JP2543095B2 (en) * | 1987-09-14 | 1996-10-16 | 松下電器産業株式会社 | Oversampling type D / A converter |
JPH0828666B2 (en) * | 1988-11-05 | 1996-03-21 | 日本電信電話株式会社 | AD conversion circuit |
JP2701646B2 (en) * | 1992-03-05 | 1998-01-21 | 松下電器産業株式会社 | Digital controller |
JP2005328370A (en) | 2004-05-14 | 2005-11-24 | Fujitsu Ltd | Superconductive multiple-stage sigma-delta modulator |
US9306588B2 (en) * | 2014-04-14 | 2016-04-05 | Cirrus Logic, Inc. | Switchable secondary playback path |
-
1985
- 1985-02-04 JP JP1850785A patent/JPS61177819A/en active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS61177819A (en) | 1986-08-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5068661A (en) | Multi-stage noise shaping over-sampling d/a converter | |
US8581764B2 (en) | Delta-sigma modulator and signal processing system | |
US6346898B1 (en) | Multilevel analog to digital data converter having dynamic element matching in a reference data path | |
US6975682B2 (en) | Multi-bit delta-sigma analog-to-digital converter with error shaping | |
US6002352A (en) | Method of sampling, downconverting, and digitizing a bandpass signal using a digital predictive coder | |
KR100367339B1 (en) | Sigma-Delta Converters with Digital Logic Cores | |
US6795002B2 (en) | Gain scaling for higher signal-to-noise ratios in multistage, multi-bit delta sigma modulators | |
KR100923481B1 (en) | Multi-level quantizer delta sigma modulator with current mode DEM and DEM decision logic | |
US6255974B1 (en) | Programmable dynamic range sigma delta A/D converter | |
US5736950A (en) | Sigma-delta modulator with tunable signal passband | |
US6496128B2 (en) | Sigma-delta analog-to-digital converter array | |
JP4660444B2 (en) | Control method of delta-sigma modulator and delta-sigma modulator | |
US5896101A (en) | Wide dynamic range delta sigma A/D converter | |
US20080100486A1 (en) | Method and apparatus to reduce internal circuit errors in a multi-bit delta-sigma modualtor | |
US6424279B1 (en) | Sigma-delta analog-to-digital converter using mixed-mode integrator | |
US5561660A (en) | Offset and phase correction for delta-sigma modulators | |
US10833697B2 (en) | Methods and circuits for suppressing quantization noise in digital-to-analog converters | |
JPH03928B2 (en) | ||
Ledzius et al. | The basis and architecture for the reduction of tones in a sigma-delta DAC | |
US6741197B1 (en) | Digital-to-analog converter (DAC) output stage | |
JPH03927B2 (en) | ||
US6570512B1 (en) | Circuit configuration for quantization of digital signals and for filtering quantization noise | |
US6628217B1 (en) | Signal scaling scheme for a delta sigma modulator | |
KR100766073B1 (en) | Multi-bit Sigma Delta Modulator with One DAC Capacitor and Digital-Analog Convertor for Multi-bit Sigma Delta Modulator | |
US10425096B1 (en) | Method and apparatus for improving resolutions of analog-to-digital converters |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
EXPY | Cancellation because of completion of term |