JPH05175850A - D/a変換装置 - Google Patents

D/a変換装置

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JPH05175850A
JPH05175850A JP34265591A JP34265591A JPH05175850A JP H05175850 A JPH05175850 A JP H05175850A JP 34265591 A JP34265591 A JP 34265591A JP 34265591 A JP34265591 A JP 34265591A JP H05175850 A JPH05175850 A JP H05175850A
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JP
Japan
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clock
current
output
pulse width
signal
Prior art date
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JP34265591A
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English (en)
Inventor
Yasunori Tani
泰範 谷
Tetsuhiko Kaneaki
哲彦 金秋
Akira Sobashima
彰 傍島
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ディジタル入力に同期した基準クロックにク
ロック・ジッタが存在しても変換精度が劣化しないD/
A変換装置を提供すること。 【構成】 基準クロックとは別に、より周期の安定な第
2のクロックを用い、その第2のクロックに同期して電
流出力型パルス幅変調器11を駆動し、ディジタル入力
をパルス幅変調器11、電流電圧変換器12、サンプル
ホールド回路13および平滑用のアナログフィルタ14
に順次通すことによってディジタル入力をアナログ出力
に変換する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電子回路に関し、特にデ
ィジタル信号をアナログ信号に変換するD/A(ディジ
タル/アナログ)変換装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】D/A変換装置には多くの方式がある
が、ディジタルオーディオなどで最近広く用いられてい
る方式の一つに、比較的ローコストで高精度のD/A変
換が可能なパルス幅変調(PWM)型D/A変換方式が
ある。この方式はパルス幅変調器によってディジタル信
号の値に比例したパルス幅を持つ信号を形成した後に、
平滑用アナログフィルタを通過することによってディジ
タル信号をアナログ信号に変換するものである。パルス
幅変調の原理について、図4を用いて説明する。
【0003】図4で、(x)は基準クロックであり、他
の信号は全てこのクロックと同期している。(d)はデ
ィジタル入力であり、ここではD1=1,D2=5,D
3=3となっている。(p)はPWM信号であり、ディ
ジタル入力(d)の値に対応して“H”の区間が変化す
る。区間Tは基準クロック8周期に相当し、ディジタル
入力(d)の入力周期を示している。このように、ディ
ジタル入力(d)の値に対応してパルスの幅を変化させ
ることによって、信号を振幅方向に変調するようになっ
ている。
【0004】従来用いられていたPWM型D/A変換装
置について、図5を用いて説明する。図5で、51はパ
ルス幅変調器、52は出力バッファ、53は平滑用のア
ナログフィルタ、54は読み出し専用メモリ(RO
M)、55はパラレル/シリアル(P/S)変換器であ
る。図5のD/A変換装置の動作を説明すると、まず、
ディジタル入力はROM54に入力され、ROM54は
入力値に応じたPWMパターンを出力する。この出力を
P/S変換器55でシリアル信号に変換してPWM信号
を得るものであり、ROM54とP/S変換器55とで
パルス幅変調器51を構成している。パルス幅変調器5
1の出力はさらに出力バッファ52を介してアナログフ
ィルタ53に入力され、高周波成分を除去されてアナロ
グ出力となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら図5に示
す構成では、PWM信号をアナログ信号に変換する際の
誤差が大きくなり易く、高精度なD/A変換が困難であ
る。PWM信号の誤差について図6を用いて説明する。
図6で、(p)は図4(p)に示した理想的なPWM信
号の拡大図であり、Wはパルスの幅、Hはパルスの高さ
を表している。(r)は現実のPWM信号である。論理
“L”を基準に考えるとき、パルスのパワーPは式
(1)で表される。
【0006】 P=W・H (1) ただし、Pはパルスのパワー,Wはパルスの幅,Hはパ
ルスの高さである。
【0007】パルス幅変調はパルスの高さHを固定し、
パルスの幅Wを変化させて変調を行う方式であるから、
ディジタル入力に正確に対応した変換を行うためには、
パルスの幅Wがディジタル入力に正確に比例しているこ
とが必要である。PWM信号(p)は図4の基準クロッ
ク(x)に同期して出力されるから、基準クロック
(x)の周期が極めて安定である場合には、パルスの幅
Wも高精度が得られる。ところが実際の応用では、基準
クロック(x)にはクロック・ジッタと呼ばれる時間軸
方向の揺れが存在し、周期が不安定であることが多く、
このため現実のPWM信号(r)ではパルスの幅Wが所
定の値からずれている。このずれがパルスのパワーPの
誤差となり、変換精度を劣化させる、という課題があっ
た。
【0008】本発明は前記従来の課題を解決するもの
で、基準クロック(x)にクロック・ジッタが存在して
も変換精度が劣化しないD/A変換装置を提供すること
を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、第1のクロックに同期して入力されるディ
ジタル信号を、その信号の値に対応して第2のクロック
に同期した所定の幅のパルス幅変調信号を発生する電流
出力型パルス幅変調器と、前記パルス幅変調器の出力を
電流/電圧変換する電流電圧変換器と、前記電流電圧変
換器の出力を前記第1のクロックによりサンプルホール
ドするサンプルホールド回路と、前記サンプルホールド
回路の出力を平滑するアナログフィルタと、を備えたD
/A変換装置である。
【0010】また本発明は、前記パルス幅変調器から出
力するパルス幅変調信号を、パルスの後端が一定周期と
なる出力パターンとしたD/A変換装置である。
【0011】
【作用】前記した構成により本発明は、周期のより安定
な第2のクロックを用いることによって、図4の基準ク
ロック(x)にクロック・ジッタが存在してもその影響
を受けずパルスの幅Wが正確に得られ、高精度なD/A
変換が可能になるものである。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。
【0013】図1は本発明によるD/A変換装置の一実
施例を表すブロック図である。図1で、11は電流出力
型パルス幅変調器、12は電流電圧変換器、13はサン
プルホールド回路、14は平滑用のアナログフィルタで
あり、全体でD/A変換装置を構成しているものであ
る。15a,15bはスイッチであり、後述の図3に示
す第1のクロックに同期したタイミング信号で動作する
ものである。16はキャパシタ、17はオペアンプ、1
8は出力バッファである。
【0014】図1の動作を説明すると、まず、ディジタ
ル入力は電流出力型パルス幅変調器11でPWM信号に
変換され、電流電圧変換器12に入力される。電流電圧
変換器12はオペアンプ17とキャパシタ16による、
いわゆる積分器を構成しており、電流入力をキャパシタ
16に蓄えることによって電圧出力に変換するものであ
る。電流電圧変換器12の出力はサンプルホールド回路
13に入力され、PWM信号が一周期の出力を終わり、
電流電圧変換器12の出力電圧が一定になるごとに、そ
の電圧値をホールドする。さらに、サンプルホールド回
路13の出力はアナログフィルタ14で平滑され、高周
波成分を除去されてアナログ出力となる。
【0015】図1の電流出力型パルス幅変調器11の一
実施例を表すブロック図を図2に示す。図2で、21は
パルス幅変調器であり、図5のパルス幅変調器51と基
本的に同じもので、後述の図3に示す第2のクロックに
同期したPWM信号を出力するものである。22は定電
流源、23a,23bはインバータ、24a,24bは
NPN型のトランジスタである。
【0016】図2の動作を説明すると、まず、ディジタ
ル入力はパルス幅変調器21でPWM信号に変換され、
さらに、インバータ23a,23bを介してそれぞれト
ランジスタ24b,24aのベース端子に入力してお
り、それぞれのベース電位は互いに反対の論理レベルが
入力されるようになっている。トランジスタはともにN
PN型であるから、ベース電位が論理“H”のときベー
ス電流が流れてON(導通)となり、“L”のときはベ
ース電流が流れないのでOFF(非導通)となる。トラ
ンジスタ24a,24bのエミッタ端子は共に定電流源
22を介して接地されているから、PWM信号が“H”
のときトランジスタ24aがON、トランジスタ24b
がOFFとなって、定電流源22の電流はトランジスタ
24aのコレクタから出力へと流れることになる。PW
M信号が“L”のときには逆にトランジスタ24bがO
Nし、定電流源22の電流はトランジスタ24bのコレ
クタから接地へ流れ、また、トランジスタ24aはOF
Fするため出力には電流が流れないようになっている。
【0017】図1のD/A変換装置の動作タイミングを
表す波形図を図3に示す。図3で、(x1)は第1のクロ
ック、(d)はディジタル入力である。(a),(b)
はそれぞれ図1のスイッチ15a,15bを開閉するタ
イミング信号であって、スイッチはともに論理“H”の
ときON(導通)するようになっている。(s)は図1
のサンプルホールド回路13の制御信号であり、(s)
が論理“H”のときサンプルホールド回路13は入力信
号電位を取り込み、論理“L”のとき取り込んだ入力信
号電位を次の論理“H”まで保持するようになってい
る。(X2)は第2のクロック、(P1)〜(P12)はそれ
ぞれ添字が表す入力値に対応したPWM信号である。
(a),(b),(d),(s)は(X1)に、(P1)〜
(P12)は(X2)に、それぞれ同期している。
【0018】次に、図1のD/A変換装置の動作につい
て図3を参照しながらさらに詳しく説明する。まず、デ
ィジタル入力(d)は第1のクロック(X1)に同期して
電流出力型パルス幅変調器11に入力され、PWM信号
に変換される。この時のPWM信号は図3(P1)〜(P1
2)に示すようにスイッチ15aがONのときのみ出力
されるようになっている。従って、PWM信号が論理
“H”で示されている時間だけ流れる一定の電流がキャ
パシタ16に蓄えられる。キャパシタ16に蓄えられて
いる電荷は、信号(b)に示すように予めスイッチ15
bをONすることで零にセットされているから、キャパ
シタ16に蓄えられる電荷はPWM信号が論理“H”に
なっている時間に正比例する。PWM信号は第2のクロ
ック(X2)に同期しているから、周期の極めて安定なク
ロックを(X2)として用いれば、キャパシタ16に蓄え
られる電荷量はディジタル入力に正確に比例したものと
なる。このときオペアンプ17の出力はキャパシタ16
に蓄えられた電荷量に比例した電圧となるから、さら
に、出力バッファ18を介して出力される電圧はディジ
タル入力に正確に比例する。さて、PWM信号の出力が
終わるとスイッチ15aはOFFになり、次に信号
(s)が“H”となって、サンプルホールド回路13は
電流電圧変換器12の出力電圧を取り込み、信号(s)
が“L”となった時点で保持する。
【0019】以上のような一連の動作を繰り返し、さら
にサンプルホールド回路の出力をアナログフィルタ14
で平滑することでアナログ出力を得るものである。
【0020】以上説明したようにD/A変換装置を構成
するものである。図1の電流電圧変換器12にはキャパ
シタ16とオペアンプ17を用いた積分器の構成を示し
たが、もちろん他の構成でもよい。要は入力される電荷
量を電圧に変換できればよいものである。また、図3に
示したPWM信号は12通りの出力パターンを持ってい
るが、パターン数や出力位置に制限はなく、例えば第2
のクロック(X2)をより高周波にすればPWM信号パタ
ーンを多くできる。
【0021】さらに、PWMパターンがパルスの後端を
一定周期とするような出力パターンとなっていれば、キ
ャパシタ16に漏洩電流が存在し蓄積電荷が減衰するよ
うな場合や、回路のノイズの影響などを可能な限り小さ
くできる。
【0022】また、電流電圧変換器12の出力電圧の絶
対値は図2の定電流源22の電流値で決まるから、この
電流値を制御することで出力信号振幅を変化させること
も可能である。
【0023】
【発明の効果】以上述べたように本発明のD/A変換装
置は、ディジタル入力に同期した第1のクロック(X1)
にクロック・ジッタが存在しても変換精度が劣化しない
という優れたD/A変換装置を実現できるものである。
さらに、PWMパターンがパルスの後端を一定周期とす
るような出力パターンとなっていれば、キャパシタに漏
洩電流が存在し蓄積電荷が減衰する場合でもその影響を
可能な限り小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるD/A変換装置の一実施例を表す
ブロック図
【図2】図1の電流出力型パルス幅変調器11の一実施
例を表すブロック図
【図3】図1のD/A変換装置の動作タイミングを表す
波形図
【図4】パルス幅変調の原理を説明する波形図
【図5】従来用いられていたPWM型D/A変換装置を
表すブロック図
【図6】パルス幅変調信号の誤差を説明する波形図
【符号の説明】
11 電流出力型パルス幅変調器 12 電流電圧変換器 13 サンプルホールド回路 14 平滑用のアナログフィルタ 15a,15b スイッチ 16 キャパシタ 17 オペアンプ 18 出力バッファ 21 パルス幅変調器 22 定電流源 23a,23b インバータ 24a,24b NPN型トランジスタ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1のクロックに同期して入力されるディ
    ジタル信号を、その信号の値に対応して第2のクロック
    に同期した所定の幅のパルス幅変調信号を発生する電流
    出力型パルス幅変調器と、 前記パルス幅変調器の出力を電流/電圧変換する電流電
    圧変換器と、 前記電流電圧変換器の出力を前記第1のクロックにより
    サンプルホールドするサンプルホールド回路と、 前記サンプルホールド回路の出力を平滑するアナログフ
    ィルタと、 を備えたD/A変換装置。
  2. 【請求項2】パルス幅変調器から出力するパルス幅変調
    信号を、パルスの後端が一定周期となる出力パターンと
    した請求項1に記載のD/A変換装置。
JP34265591A 1991-12-25 1991-12-25 D/a変換装置 Pending JPH05175850A (ja)

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