JPH06120836A - Multibit sigmadelta a/d converter - Google Patents

Multibit sigmadelta a/d converter

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JPH06120836A
JPH06120836A JP26731592A JP26731592A JPH06120836A JP H06120836 A JPH06120836 A JP H06120836A JP 26731592 A JP26731592 A JP 26731592A JP 26731592 A JP26731592 A JP 26731592A JP H06120836 A JPH06120836 A JP H06120836A
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JP
Japan
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converter
bit
output
order
converters
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Pending
Application number
JP26731592A
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Japanese (ja)
Inventor
Haruo Kobayashi
春夫 小林
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
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Publication of JPH06120836A publication Critical patent/JPH06120836A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a higher order multibit SIGMADELTA A/D converter which has the high accuracy and a wide band and can reduce the influence of the nonlinear error of a multibit A/D converter. CONSTITUTION:A multibit SIGMADELTA A/D converter consists of the primary SIGMADELTA A/D converters 50a and 50b which are cascaded together and a digital circuit 5a which calculates the digital output signals based on the outputs of both vonverters 50a and 50b. Then (N-1) pieces of primary SIGMADELTA A/D converters which are cascaded to (N-1) pieces of stages with an analog input signal inputted to the first stage are added together with a primary multibit SIGMADELTA A/D converter which is cascaded to the (N-1)-th stage. Then the circuit 5a calculates the digital output signals based on the outputs of the primary SIGMADELTA A/D converter and (N-1) pieces of primary SIGMADELTA A/D converters.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ΣΔA/D変換器に関
し、特に高精度、広帯域のマルチビットΣΔA/D変換
器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a .SIGMA..DELTA.A / D converter, and more particularly to a high precision, wide band multi-bit .SIGMA..DELTA.A / D converter.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年のVLSI技術の発展により、ΣΔ
方式によるA/D変換が注目されている。1次ΣΔA/
D変換器ではOSR(Over Sampling Ratio) を2倍にす
る毎に1次ΣΔA/D変換器の精度が1.5ビット向上
する。また、2次ΣΔA/D変換器及び3次ΣΔA/D
変換器ではOSRを2倍にする毎に精度が2.5ビット
及び3.5ビット向上する。即ち、一般にN次ΣΔA/
D変換器ではOSRを2倍にする毎に精度が(N+0.
5)ビット向上することになる。
2. Description of the Related Art Due to the recent development of VLSI technology, ΣΔ
A / D conversion based on the method is drawing attention. First-order ΣΔA /
In the D converter, every time the OSR (Over Sampling Ratio) is doubled, the accuracy of the primary ΣΔA / D converter is improved by 1.5 bits. Also, a second-order ΣΔA / D converter and a third-order ΣΔA / D
In the converter, the accuracy increases by 2.5 bits and 3.5 bits each time the OSR is doubled. That is, in general, Nth-order ΣΔA /
In the D converter, the accuracy is (N + 0.
5) Bits will be improved.

【0003】ここで、OSRを大きくすることは帯域を
狭めることに相当するので、高次のΣΔA/D変換器を
用いることにより、OSRを大きくすることなく、即ち
広帯域、高精度が得られる。
Since increasing the OSR corresponds to narrowing the band, it is possible to obtain a wide band and high accuracy without increasing the OSR by using a high-order ΣΔ A / D converter.

【0004】但し、3次以上のΣΔA/D変換器では3
次のループの安定性が悪くなってしまい実現が難しい。
そこで、1次のΣΔA/D変換器を3段カスケードに接
続し等価的に3次のΣΔA/D変換器を実現する方法が
”Y.Matsuya,et.al:A 16-bit Oversampling A-to-D Co
nversion Technology Using Triple-Integration Noise
Shaping,IEEE JOUNAL OF SOLID-STATE CIRCUIT,Vol.2
2,No.6 Dec.1987”に記載されている。
However, in the third-order or higher ΣΔ A / D converter, it is 3
The stability of the next loop becomes poor and it is difficult to realize.
Therefore, a method of equivalently realizing a third-order ΣΔA / D converter by connecting a first-order ΣΔA / D converter in a three-stage cascade is "Y. Matsuya, et.al:A 16-bit Oversampling A-to. -D Co
nversion Technology Using Triple-Integration Noise
Shaping, IEEE JOUNAL OF SOLID-STATE CIRCUIT, Vol.2
2, No. 6 Dec. 1987 ”.

【0005】図5はこのような1次のΣΔA/D変換器
を3段カスケードに接続した3次のΣΔA/D変換器の
一例を示す構成ブロック図である。図5において1a,
1bおよび1cは減算器、2a,2b及び2cは積分
器、3a,3b及び3cは1ビットA/D変換器、4
a,4b及び4cは1ビットD/A変換器、5は1ビッ
トA/D変換器3a〜3cの出力に基づいてディジタル
演算を行うディジタル回路、100はアナログ入力信
号、101はディジタル出力信号である。
FIG. 5 is a block diagram showing an example of a third-order ΣΔ A / D converter in which such a first-order ΣΔ A / D converter is connected in a three-stage cascade. In FIG. 5, 1a,
1b and 1c are subtractors, 2a, 2b and 2c are integrators, 3a, 3b and 3c are 1-bit A / D converters, 4
a, 4b, and 4c are 1-bit D / A converters, 5 is a digital circuit that performs digital operation based on the outputs of the 1-bit A / D converters 3a to 3c, 100 is an analog input signal, and 101 is a digital output signal. is there.

【0006】アナログ入力信号100は減算器1aの一
方の入力に入力され、減算器1aの出力は積分器2aを
介して1ビットA/D変換器3a及び減算器1bの一方
の入力に接続される。1ビットA/D変換器3aの出力
は1ビットD/A変換器4a及びディジタル回路5に接
続され、1ビットD/A変換器4aの出力は減算器1a
の他方の入力に接続される。
The analog input signal 100 is input to one input of the subtractor 1a, and the output of the subtractor 1a is connected to one input of the 1-bit A / D converter 3a and the subtractor 1b via the integrator 2a. It The output of the 1-bit A / D converter 3a is connected to the 1-bit D / A converter 4a and the digital circuit 5, and the output of the 1-bit D / A converter 4a is the subtractor 1a.
Connected to the other input of.

【0007】減算器1bの出力は積分器2bを介して1
ビットA/D変換器3b及び減算器1cの一方の入力に
接続される。1ビットA/D変換器3bの出力は1ビッ
トD/A変換器4b及びディジタル回路5に接続され、
1ビットD/A変換器4bの出力は減算器1bの他方の
入力に接続される。
The output of the subtractor 1b is 1 through the integrator 2b.
It is connected to one input of the bit A / D converter 3b and the subtractor 1c. The output of the 1-bit A / D converter 3b is connected to the 1-bit D / A converter 4b and the digital circuit 5,
The output of the 1-bit D / A converter 4b is connected to the other input of the subtractor 1b.

【0008】減算器1cの出力は積分器2cを介して1
ビットA/D変換器3cに接続される。1ビットA/D
変換器3cの出力は1ビットD/A変換器4c及びディ
ジタル回路5に接続され、1ビットD/A変換器4cの
出力は減算器1cの他方の入力に接続される。また、デ
ィジタル回路5の出力はディジタル出力信号101とし
て出力される。
The output of the subtractor 1c is 1 through the integrator 2c.
It is connected to the bit A / D converter 3c. 1-bit A / D
The output of the converter 3c is connected to the 1-bit D / A converter 4c and the digital circuit 5, and the output of the 1-bit D / A converter 4c is connected to the other input of the subtractor 1c. The output of the digital circuit 5 is output as the digital output signal 101.

【0009】図5から分かるように図5のΣΔA/D変
換器では各ループは1次であるので安定性は常に確保で
きることになる。
As can be seen from FIG. 5, in the ΣΔ A / D converter of FIG. 5, since each loop is first-order, stability can always be ensured.

【0010】また、一方、1次のマルチビットΣΔA/
D変換器は1次の1ビットΣΔA/D変換器と比較して
小さなOSRで高精度が得られるので、図5に示した高
次のΣΔA/D変換器をマルチビットにすることによ
り、極めて小さなOSRで高精度を得ることができる。
On the other hand, the primary multi-bit ΣΔA /
Since the D converter can obtain high accuracy with a small OSR as compared with the first-order 1-bit ΣΔA / D converter, by using the high-order ΣΔA / D converter shown in FIG. High accuracy can be obtained with a small OSR.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかし、1次のマルチ
ビットΣΔA/D変換器ではD/A変換器としてマルチ
ビットのD/A変換器を用いており、1ビットのD/A
変換器の非線形性誤差がゼロであるに対して、マルチビ
ットのD/A変換器の非線形性誤差は一般にゼロにする
のは困難である。この結果、1次のマルチビットΣΔA
/D変換器で用いているマルチビットのD/A変換器の
非線形性誤差によりマルチビットΣΔA/D変換器の精
度が悪化してしまう。
However, in the first-order multi-bit ΣΔ A / D converter, the multi-bit D / A converter is used as the D / A converter, and the 1-bit D / A converter is used.
The non-linearity error of a converter is zero, whereas the non-linearity error of a multi-bit D / A converter is generally difficult to zero. As a result, the primary multi-bit ΣΔA
The accuracy of the multi-bit ΣΔA / D converter deteriorates due to the non-linearity error of the multi-bit D / A converter used in the / D converter.

【0012】また、図5に示した高次のΣΔA/D変換
器をマルチビットにした場合でもマルチビットのD/A
変換器の非線形性誤差によりマルチビットΣΔA/D変
換器の精度が悪化してしまう。従って本発明の目的は、
マルチビットD/A変換器の非線形性誤差の影響を低減
した高精度、広帯域の高次のマルチビットΣΔA/D変
換器を実現することにある。
Further, even when the high-order ΣΔ A / D converter shown in FIG. 5 is multi-bit, it is a multi-bit D / A.
The accuracy of the multi-bit ΣΔ A / D converter deteriorates due to the non-linearity error of the converter. Therefore, the object of the present invention is to
It is to realize a high-precision, wide-band, high-order multi-bit ΣΔ A / D converter in which the influence of the non-linearity error of the multi-bit D / A converter is reduced.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明では、1次ΣΔA/D変換器を複数個
カスケードに接続し、前記複数の1次ΣΔA/D変換器
の各出力に基づいてディジタル出力信号を演算するディ
ジタル回路から構成されたΣΔA/D変換器において、
1段目にアナログ入力信号が入力され、(N−1)段に
カスケード接続された(N−1)個の1次ΣΔA/D変
換器と、前記1次ΣΔA/D変換器の(N−1)段目に
カスケード接続された1次マルチビットΣΔA/D変換
器と、この1次マルチビットΣΔA/D変換器の出力及
び前記(N−1)個の1次ΣΔA/D変換器の出力の基
づいてディジタル出力信号を演算するディジタル回路と
を備えたことを特徴とするものである。
In order to achieve such an object, according to the present invention, a plurality of first-order ΣΔA / D converters are connected in cascade, and each of the plurality of first-order ΣΔA / D converters is connected. In a ΣΔ A / D converter composed of a digital circuit that calculates a digital output signal based on the output,
An analog input signal is input to the first stage, and (N-1) first-order ΣΔA / D converters cascade-connected to the (N-1) th stage and (N- 1) A first-order multi-bit ΣΔ A / D converter cascade-connected to the stage, an output of the first-order multi-bit ΣΔ A / D converter, and outputs of the (N-1) first-order ΣΔ A / D converters. And a digital circuit that calculates a digital output signal based on

【0014】[0014]

【作用】1次のΣΔA/D変換器を複数段にカスケード
接続し、さらにその最終段に1次のマルチビットΣΔA
/D変換器をカスケードに接続することにより、マルチ
ビットD/A変換器の非線形性誤差の影響が低減され
る。
The first-order ΣΔ A / D converters are cascade-connected in a plurality of stages, and the final multi-stage ΣΔA is further provided in the final stage.
By connecting the / D converters in cascade, the effects of non-linearity errors in the multi-bit D / A converter are reduced.

【0015】[0015]

【実施例】以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図1は本発明に係るマルチビットΣΔA/D変換器の第
1の実施例である3次のNビットΣΔA/D変換器を示
す構成ブロック図である。ここで、1a,1b,1c,
2a,2b,2c,3a,3b,4a及び4bは図5と
同一符号を付してある。図1において5aはディジタル
回路、6はNビットA/D変換器、7はNビットD/A
変換器、100aはアナログ入力信号、101aはディ
ジタル出力信号である。
The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a third-order N-bit ΣΔ A / D converter which is a first embodiment of a multi-bit ΣΔ A / D converter according to the present invention. Here, 1a, 1b, 1c,
Reference numerals 2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a and 4b are the same as those in FIG. In FIG. 1, 5a is a digital circuit, 6 is an N-bit A / D converter, and 7 is an N-bit D / A.
A converter, 100a is an analog input signal, and 101a is a digital output signal.

【0016】また、1a,2a,3a,4a及び1b,
2b,3b,4bは1次のΣΔA/D変換器50a及び
50bを、1c,2c,6及び7は1次のNビットΣΔ
A/D変換器51をそれぞれ構成している。
Further, 1a, 2a, 3a, 4a and 1b,
2b, 3b and 4b are primary ΣΔ A / D converters 50a and 50b, and 1c, 2c, 6 and 7 are primary N-bit ΣΔ.
Each of the A / D converters 51 is configured.

【0017】アナログ入力信号100aは減算器1aの
一方の入力に入力され、減算器1aの出力は積分器2a
を介して1ビットA/D変換器3a及び減算器1bの一
方の入力に接続される。1ビットA/D変換器3aの出
力は1ビットD/A変換器4a及びディジタル回路5a
に接続され、1ビットD/A変換器4aの出力は減算器
1aの他方の入力に接続される。
The analog input signal 100a is input to one input of the subtractor 1a, and the output of the subtractor 1a is an integrator 2a.
Is connected to one input of the 1-bit A / D converter 3a and the subtractor 1b. The output of the 1-bit A / D converter 3a is the 1-bit D / A converter 4a and the digital circuit 5a.
The output of the 1-bit D / A converter 4a is connected to the other input of the subtractor 1a.

【0018】減算器1bの出力は積分器2bを介して1
ビットA/D変換器3b及び減算器1cの一方の入力に
接続される。1ビットA/D変換器3bの出力は1ビッ
トD/A変換器4b及びディジタル回路5aに接続さ
れ、1ビットD/A変換器4bの出力は減算器1bの他
方の入力に接続される。
The output of the subtractor 1b is 1 via the integrator 2b.
It is connected to one input of the bit A / D converter 3b and the subtractor 1c. The output of the 1-bit A / D converter 3b is connected to the 1-bit D / A converter 4b and the digital circuit 5a, and the output of the 1-bit D / A converter 4b is connected to the other input of the subtractor 1b.

【0019】減算器1cの出力は積分器2cを介してN
ビットA/D変換器6に接続される。NビットA/D変
換器6の出力はディジタル回路5a及びNビットD/A
変換器7に接続され、NビットD/A変換器7の出力は
減算器1cの他方の入力に接続される。また、ディジタ
ル回路5aの出力はディジタル出力信号101aとして
出力される。
The output of the subtractor 1c is passed through the integrator 2c to N
It is connected to the bit A / D converter 6. The output of the N-bit A / D converter 6 is the digital circuit 5a and the N-bit D / A.
It is connected to the converter 7 and the output of the N-bit D / A converter 7 is connected to the other input of the subtractor 1c. The output of the digital circuit 5a is output as the digital output signal 101a.

【0020】また、図1に示す第1の実施例の各構成要
素としては、例えば、1ビットA/D変換器3a及び3
bは比較器等で、1ビットD/A変換器4a及び4bは
マルチプレクサ等で、減算器1a〜1c及び積分器2a
〜2cはスイッチド・キャパシタ回路等でそれぞれ実現
でき、一方、NビットA/D変換器6には通常のフラッ
シュ型A/D変換器等を、NビットD/A変換器7には
通常のR−2Rラダー型D/A変換器等をそれぞれ用い
ることができる。
The components of the first embodiment shown in FIG. 1 are, for example, 1-bit A / D converters 3a and 3
b is a comparator or the like, 1-bit D / A converters 4a and 4b are multiplexers or the like, and the subtractors 1a to 1c and the integrator 2a.
2c can be respectively realized by a switched capacitor circuit or the like, while a normal flash type A / D converter or the like is used for the N-bit A / D converter 6 and a normal flash-type A / D converter 7 or the like. An R-2R ladder type D / A converter or the like can be used.

【0021】図1に示す実施例の動作を図2を用いて説
明する。ここで、図2は図1に示す第1の実施例の等価
回路を示すブロック図である。図2において1a,1
b,1c,2a,2b,2c,100a,101aは図
1と同一符号であり、8a,8b,8c,8d,13a
及び13bは加算器、9,10,11及び12は遅延素
子、102,103,104及び105は出力信号、1
06,107及び108は図1に示す1ビットA/D変
換器3a及び3bとNビットA/D変換器6のそれぞれ
の量子化ノイズ信号、109はNビットD/A変換器7
の非線形性誤差信号である。但し、図1に示す1ビット
D/A変換器4a及び4bの非線形性誤差信号は”0”
としている。また、積分器2a〜2cは”Z-1/(1−
-1)”で表され、9〜13bは前記ディジタル回路5
aを構成している。
The operation of the embodiment shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. Here, FIG. 2 is a block diagram showing an equivalent circuit of the first embodiment shown in FIG. In FIG. 2, 1a, 1
b, 1c, 2a, 2b, 2c, 100a, 101a are the same as those in FIG. 1, and 8a, 8b, 8c, 8d, 13a
And 13b are adders, 9, 10, 11 and 12 are delay elements, 102, 103, 104 and 105 are output signals, 1
Reference numerals 06, 107 and 108 denote the respective quantization noise signals of the 1-bit A / D converters 3a and 3b and the N-bit A / D converter 6 shown in FIG. 1, and 109 denotes the N-bit D / A converter 7.
Is a non-linearity error signal of. However, the non-linearity error signal of the 1-bit D / A converters 4a and 4b shown in FIG. 1 is "0".
I am trying. In addition, the integrators 2a to 2c are "Z- 1 / (1-
Z -1 ) "and 9 to 13b are the digital circuits 5
a is configured.

【0022】アナログ入力信号100aを”X”、ディ
ジタル出力信号101aを”Y”、出力信号102〜1
05をそれぞれ”Y1”、”Y2”、”Y3”及び”Y
4”、量子化ノイズ信号106〜108を”E1”、”
E2”及び”E3”、非線形性誤差信号109を”δ
3”とした場合、各1次のループの出力”Y1”〜”Y
3”は以下の式で表される。 Y1=Z-1・X+(1−Z-1)・E1 (1) Y2=Z-1・(Y2−E1)+(1−Z-1)・E2 (2) Y3=Z-1・(Y2−E2)+(1−Z-1)・E3−Z-1・δ3 (3)
The analog input signal 100a is "X", the digital output signal 101a is "Y", and the output signals 102 to 1
05 is "Y1", "Y2", "Y3", and "Y", respectively.
4 ", the quantization noise signals 106 to 108 are" E1 ","
E2 ”and“ E3 ”, the non-linearity error signal 109 is set to“ δ
When set to 3 ", outputs" Y1 "to" Y "of each primary loop
3 ″ is represented by the following formula: Y1 = Z −1 · X + (1-Z −1 ) · E1 (1) Y2 = Z −1 · (Y2-E1) + (1-Z −1 ) · E2 (2) Y3 = Z -1 · (Y2-E2) + (1-Z -1 ) · E3-Z -1 · δ3 (3)

【0023】また、加算器13bの出力である”Y4”
は遅延素子10及び11の出力の加算結果であるから式
(2)及び(3)を用いて、 Y4=Z-2・Y2+(1−Z-1)・Y3 =Z-1・Y2−Z-1・(1−Z-1)・E2+(1−Z-1)2・E3 −Z-1・(1−Z-1)・δ3 =Z-2・(Y1−E1)+(1−Z-1)2・E3 −Z-1・(1−Z-1)・δ3 (4) となる。
The output of the adder 13b is "Y4".
Is the addition result of the outputs of the delay elements 10 and 11, and therefore, using equations (2) and (3), Y4 = Z −2 · Y2 + (1−Z −1 ) · Y3 = Z −1 · Y2-Z -1 * (1-Z- 1 ) * E2 + (1-Z- 1 ) 2 * E3-Z- 1 * (1-Z- 1 ) * δ3 = Z- 2 * (Y1-E1) + (1- Z −1 ) 2 · E3 −Z −1 · (1-Z −1 ) · δ3 (4).

【0024】さらに、ディジタル出力信号101aであ
る”Y”は遅延素子9及び12の出力の加算結果である
から式(1)及び(4)を用いて、 Y=Z-3・Y1+(1−Z-1)・Y4 =(Z-3+Z-2−Z-3)・Y1−Z-2・(1−Z-1)・E1 +(1−Z-1)3・E3−Z-1・(1−Z-1)2・δ3 =Z-3・X+Z-2・(1−Z-1)・E1−Z-2・(1−Z-1)・E1 +(1−Z-1)3・E3−Z-1・(1−Z-1)2・δ3 =Z-3・X+(1−Z-1)3・E3−Z-1・(1−Z-1)2・δ3 (5) となる。
Furthermore, since a is "Y" is the digital output signal 101a is a sum of the output of the delay element 9 and 12 using equation (1) and (4), Y = Z -3 · Y1 + (1- Z -1) · Y4 = (Z -3 + Z -2 -Z -3) · Y1-Z -2 · (1-Z -1) · E1 + (1-Z -1) 3 · E3-Z -1 · (1-Z -1) 2 · δ3 = Z -3 · X + Z -2 · (1-Z -1) · E1-Z -2 · (1-Z -1) · E1 + (1-Z -1 ) 3 · E3-Z -1 · (1-Z -1) 2 · δ3 = Z -3 · X + (1-Z -1) 3 · E3-Z -1 · (1-Z -1) 2 · δ3 (5)

【0025】この結果、式(5)から分かるようにNビ
ットD/A変換器の非線形性誤差信号”δ3”の項に
は”(1−Z-1)2 ”なる係数がかかっており、即ち、非
線形性誤差信号”δ3”は2次のノイズ・シェーピング
を受けていることになり、非線形性誤差信号”δ3”の
影響が少なくなることになる。
As a result, as can be seen from the equation (5), the term "(1-Z -1 ) 2 " is applied to the term of the nonlinearity error signal "δ3" of the N-bit D / A converter, That is, the non-linearity error signal “δ3” is subjected to second-order noise shaping, and the influence of the non-linearity error signal “δ3” is reduced.

【0026】なお、図3は本発明に係るマルチビットΣ
ΔA/D変換器の第2の実施例である3次のNビットΣ
ΔA/D変換器を示す構成ブロック図である。ここで、
1a,1b,1c,2a,2b,2c,3a,3b,4
a,4b,6,7,50a,50b及び51は図1と同
一符号を付してある。図1において5bはディジタル回
路、100bはアナログ入力信号、101bはディジタ
ル出力信号である。
FIG. 3 shows a multi-bit Σ according to the present invention.
A third embodiment of the ΔA / D converter, which is a third-order N-bit Σ
FIG. 3 is a configuration block diagram showing a ΔA / D converter. here,
1a, 1b, 1c, 2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4
Reference numerals a, 4b, 6, 7, 50a, 50b and 51 are the same as those in FIG. In FIG. 1, 5b is a digital circuit, 100b is an analog input signal, and 101b is a digital output signal.

【0027】アナログ入力信号100bは減算器1aの
一方の入力に入力され、減算器1aの出力は積分器2a
を介して1ビットA/D変換器3aに接続される。1ビ
ットA/D変換器3aの出力は減算器1bの一方の入
力、1ビットD/A変換器4a及びディジタル回路5b
に接続され、1ビットD/A変換器4aの出力は減算器
1aの他方の入力に接続される。
The analog input signal 100b is input to one input of the subtractor 1a, and the output of the subtractor 1a is the integrator 2a.
Is connected to the 1-bit A / D converter 3a via. The output of the 1-bit A / D converter 3a is one input of the subtractor 1b, the 1-bit D / A converter 4a and the digital circuit 5b.
The output of the 1-bit D / A converter 4a is connected to the other input of the subtractor 1a.

【0028】減算器1bの出力は積分器2bを介して1
ビットA/D変換器3bに接続される。1ビットA/D
変換器3bの出力は減算器1cの一方の入力、1ビット
D/A変換器4b及びディジタル回路5bに接続され、
1ビットD/A変換器4bの出力は減算器1bの他方の
入力に接続される。
The output of the subtractor 1b is 1 via the integrator 2b.
It is connected to the bit A / D converter 3b. 1-bit A / D
The output of the converter 3b is connected to one input of the subtractor 1c, the 1-bit D / A converter 4b and the digital circuit 5b,
The output of the 1-bit D / A converter 4b is connected to the other input of the subtractor 1b.

【0029】減算器1cの出力は積分器2cを介してN
ビットA/D変換器6に接続される。NビットA/D変
換器6の出力はディジタル回路5b及びNビットD/A
変換器7に接続され、NビットD/A変換器7の出力は
減算器1cの他方の入力に接続される。また、ディジタ
ル回路5bの出力はディジタル出力信号101bとして
出力される。
The output of the subtractor 1c is passed through the integrator 2c to N
It is connected to the bit A / D converter 6. The output of the N-bit A / D converter 6 is the digital circuit 5b and the N-bit D / A.
It is connected to the converter 7 and the output of the N-bit D / A converter 7 is connected to the other input of the subtractor 1c. The output of the digital circuit 5b is output as a digital output signal 101b.

【0030】図3に示す実施例の動作を図4を用いて説
明する。ここで、図4は図3に示す第2の実施例の等価
回路を示すブロック図である。図4において1a〜1
c,2a〜2c,100b,101bは図3と同一符号
であり、8a〜8d,11,12,106〜109は図
2と同一符号である。また、14及び15は遅延素子、
16a及び16bは減算器、102a,103a,10
4a及び105aは出力信号である。但し、図3に示す
1ビットD/A変換器4a及び4bの非線形性誤差信号
は”0”としている。また、11〜15は前記ディジタ
ル回路5bを構成している。
The operation of the embodiment shown in FIG. 3 will be described with reference to FIG. Here, FIG. 4 is a block diagram showing an equivalent circuit of the second embodiment shown in FIG. In FIG. 4, 1a to 1
c, 2a to 2c, 100b and 101b have the same reference numerals as those in FIG. 3, and 8a to 8d, 11, 12, 106 to 109 have the same reference numerals as those in FIG. Also, 14 and 15 are delay elements,
16a and 16b are subtractors, and 102a, 103a, 10
4a and 105a are output signals. However, the non-linearity error signals of the 1-bit D / A converters 4a and 4b shown in FIG. 3 are "0". Further, 11 to 15 form the digital circuit 5b.

【0031】アナログ入力信号100bを”x”、ディ
ジタル出力信号101bを”y’”、出力信号102a
〜105aをそれぞれ”y1”、”y2”、”y3”及
び”y4”、量子化ノイズ信号106〜108を”E
1”、”E2”及び”E3”、非線形性誤差信号109
を”δ3”とした場合、各1次のループの出力”y1”
〜”y3”は以下の式で表される。 y1=Z-1・x+(1−Z-1)・E1 (6) y2=Z-1・E1+(1−Z-1)・E2 (7) y3=Z-1・E2+(1−Z-1)・E3−Z-1・δ3 (8)
The analog input signal 100b is "x", the digital output signal 101b is "y '", and the output signal 102a.
To 105a are "y1", "y2", "y3" and "y4", respectively, and the quantization noise signals 106 to 108 are "E".
1 ”,“ E2 ”and“ E3 ”, the non-linearity error signal 109
Is “δ3”, the output of each primary loop is “y1”
~ "Y3" is represented by the following formula. y1 = Z −1 · x + (1-Z −1 ) · E1 (6) y2 = Z −1 · E1 + (1-Z −1 ) · E2 (7) y3 = Z −1 · E2 + (1-Z − 1 ) ・ E3-Z -1・ δ3 (8)

【0032】また、減算器16bの出力である”y4”
は遅延素子15の出力から遅延素子11の出力を減算し
た結果であるから式(7)及び(8)を用いて、 y4=Z-1・y2−(1−Z-1)・y3 =Z-1・E1+Z-1・(1−Z-1)・E2−Z-1・(1−Z-1)・E2 −(1−Z-1)2・E3+Z-1・(1−Z-1)・δ3 =Z-1・E1−(1−Z-1)2・E3 +Z-1・(1−Z-1)・δ3 (9) となる。
The output of the subtractor 16b is "y4".
Is the result of subtracting the output of the delay element 11 from the output of the delay element 15, and therefore using equations (7) and (8), y4 = Z −1 · y2- (1-Z −1 ) · y3 = Z -1・ E1 + Z -1・ (1-Z -1 ) ・ E2-Z -1・ (1-Z -1 ) ・ E2-(1-Z -1 ) 2・ E3 + Z -1・ (1-Z -1 ) · δ3 = Z -1 · E1- (1-Z -1) 2 · E3 + Z -1 · (1-Z -1) · δ3 become (9).

【0033】さらに、ディジタル出力信号101bであ
る”y”は遅延素子14の出力から遅延素子12の出力
を減算した結果であるから式(6)及び(9)を用い
て、 y=Z-2・y1+(1−Z-1)・y4 =Z-3・x+Z-2・(1−Z-1)・E1−Z-2・(1−Z-1)・E1 +(1−Z-1)3・E3−Z-1・(1−Z-1)2・δ3 =Z-3・X+(1−Z-1)3・E3−Z-1・(1−Z-1)2・δ3 (10) となる。
Further, since the digital output signal 101b, "y", is the result of subtracting the output of the delay element 12 from the output of the delay element 14, y = Z -2 using the equations (6) and (9). * Y1 + (1-Z- 1 ) * y4 = Z- 3 * x + Z- 2 * (1-Z- 1 ) * E1-Z- 2 * (1-Z- 1 ) * E1 + (1-Z- 1) ) 3 · E3-Z -1 · (1-Z -1) 2 · δ3 = Z -3 · X + (1-Z -1) 3 · E3-Z -1 · (1-Z -1) 2 · δ3 (10)

【0034】この結果、式(10)は式(5)と同一と
なり、同様に非線形性誤差信号”δ3”は2次のノイズ
・シェーピングを受けることになり、非線形性誤差信
号”δ3”の影響が少なくなる。
As a result, the equation (10) becomes the same as the equation (5), and similarly the non-linearity error signal "δ3" is subject to the second-order noise shaping, and the influence of the non-linearity error signal "δ3". Is less.

【0035】即ち、2つの1次のΣΔA/D変換器50
a及び50bを互いにカスケードに接続し、さらに1次
のNビットΣΔA/D変換器51をカスケードに接続す
ることにより、1次のNビットΣΔA/D変換器51で
用いているNビットD/A変換器7の非線形性誤差の影
響を減少させることが可能となる。
That is, the two first-order ΣΔ A / D converters 50
a and 50b are connected to each other in a cascade, and further the primary N-bit ΣΔA / D converter 51 is connected to the cascade so that the N-bit D / A used in the primary N-bit ΣΔA / D converter 51. It is possible to reduce the influence of the non-linearity error of the converter 7.

【0036】また、1次のΣΔA/D変換器は2つに限
らず複数個をカスケードに接続することも可能である。
Further, the first-order ΣΔ A / D converter is not limited to two, but it is possible to connect a plurality of them in cascade.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上説明したことら明らかなように、本
発明によれば次のような効果がある。1次のΣΔA/D
変換器を複数段にカスケード接続し、さらにその最終段
に1次のマルチビットΣΔA/D変換器をカスケードに
接続することにより、マルチビットD/A変換器の非線
形性誤差の影響を低減した高精度、広帯域の高次のマル
チビットΣΔA/D変換器を実現できる。
As is apparent from the above description, the present invention has the following effects. First-order ΣΔA / D
By connecting the converters in multiple stages in cascade and further connecting the first-order multi-bit ΣΔ A / D converter in the final stage, the effect of the non-linearity error of the multi-bit D / A converter is reduced. A high-order multi-bit ΣΔ A / D converter with high accuracy and wide band can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係るマルチビットΣΔA/D変換器の
第1の実施例である3次のNビットΣΔA/D変換器を
示す構成ブロック図である。
FIG. 1 is a configuration block diagram showing a third-order N-bit ΣΔA / D converter that is a first embodiment of a multi-bit ΣΔA / D converter according to the present invention.

【図2】図1に示す第1の実施例の等価回路を示すブロ
ック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing an equivalent circuit of the first embodiment shown in FIG.

【図3】本発明に係るマルチビットΣΔA/D変換器の
第2の実施例である3次のNビットΣΔA/D変換器を
示す構成ブロック図である。
FIG. 3 is a configuration block diagram showing a third-order N-bit ΣΔA / D converter that is a second embodiment of a multi-bit ΣΔA / D converter according to the present invention.

【図4】図3に示す第2の実施例の等価回路を示すブロ
ック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing an equivalent circuit of the second embodiment shown in FIG.

【図5】従来の1次のΣΔA/D変換器を3段カスケー
ドに接続した3次のΣΔA/D変換器の一例を示す構成
ブロック図である。
FIG. 5 is a configuration block diagram showing an example of a third-order ΣΔA / D converter in which conventional first-order ΣΔA / D converters are connected in a three-stage cascade.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1a,1b,1c,16a,16b 減算器 2a,2b,2c 積分器 3a,3b,3c 1ビットA/D変換器 4a,4b,4c 1ビットD/A変換器 5,5a,5b ディジタル回路 6 NビットA/D変換器 7 NビットD/A変換器 8a,8b,8c,8d,13a,13b 加算器 9,10,11,12,14,15 遅延 50a,50b 1次のΣΔA/D変換器 51 1次のNビットΣΔA/D変換器 100,100a,100b アナログ入力信号 101,101a,101b ディジタル出力信号 102,102a,103,103a,104,104
a,105,105a出力信号 106,107,108 量子化ノイズ信号 109 非線形性誤差信号
1a, 1b, 1c, 16a, 16b Subtractor 2a, 2b, 2c Integrator 3a, 3b, 3c 1-bit A / D converter 4a, 4b, 4c 1-bit D / A converter 5, 5a, 5b Digital circuit 6 N-bit A / D converter 7 N-bit D / A converter 8a, 8b, 8c, 8d, 13a, 13b Adder 9, 10, 11, 12, 12, 14, 15 Delay 50a, 50b First-order ΣΔ A / D conversion Unit 51 Primary N-bit ΣΔ A / D converter 100, 100a, 100b Analog input signal 101, 101a, 101b Digital output signal 102, 102a, 103, 103a, 104, 104
a, 105, 105a Output signal 106, 107, 108 Quantization noise signal 109 Non-linearity error signal

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】1次ΣΔA/D変換器を複数個カスケード
に接続し、前記複数の1次ΣΔA/D変換器の各出力に
基づいてディジタル出力信号を演算するディジタル回路
から構成されたΣΔA/D変換器において、 1段目にアナログ入力信号が入力され、(N−1)段に
カスケード接続された(N−1)個の1次ΣΔA/D変
換器と、 前記1次ΣΔA/D変換器の(N−1)段目にカスケー
ド接続された1次マルチビットΣΔA/D変換器と、 この1次マルチビットΣΔA/D変換器の出力及び前記
(N−1)個の1次ΣΔA/D変換器の出力の基づいて
ディジタル出力信号を演算するディジタル回路とを備え
たことを特徴とするN次のマルチビットΣΔA/D変換
器。
1. A ΣΔA / comprising a plurality of first-order ΣΔ A / D converters connected in cascade, and a digital circuit for calculating a digital output signal based on each output of the plurality of first-order ΣΔA / D converters. In the D converter, an analog input signal is input to the first stage, and (N-1) first-order ΣΔA / D converters are cascade-connected to the (N-1) th stage, and the first-order ΣΔA / D conversion is performed. Multi-bit ΣΔ A / D converter cascade-connected to the (N-1) th stage of the converter, the output of the first multi-bit ΣΔ A / D converter and the (N-1) first-order ΣΔA / D converters. An Nth-order multi-bit ΣΔ A / D converter, comprising: a digital circuit that calculates a digital output signal based on the output of the D converter.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11308110A (en) * 1998-04-20 1999-11-05 Asahi Kasei Micro Syst Co Ltd Delta sigma type analog/digital converter
JP2007336377A (en) * 2006-06-16 2007-12-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd A/d converter
JP2013201542A (en) * 2012-03-23 2013-10-03 Asahi Kasei Electronics Co Ltd Digital delta-sigma modulator

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