JPH09121160A - A/dコンバータ - Google Patents

A/dコンバータ

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JPH09121160A
JPH09121160A JP29888895A JP29888895A JPH09121160A JP H09121160 A JPH09121160 A JP H09121160A JP 29888895 A JP29888895 A JP 29888895A JP 29888895 A JP29888895 A JP 29888895A JP H09121160 A JPH09121160 A JP H09121160A
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Shigeo Tagami
繁男 田上
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英次 川井
Masaharu Yanari
正晴 矢成
Azuma Kawabe
東 川辺
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 A/D変換に伴うS/Nの悪化を防止すると
共に、良好なフルスケールのデジタル信号を出力するこ
と。 【解決手段】 デジタルデシメーションフィルタ(3)
から出力されるデジタル信号に重畳されているオフセッ
ト電圧をDCカットフィルタ(4)によって除去した
後、レベルアップ回路(5)で出力レベルを増幅するよ
うにして、オフセット電圧による波形の歪み等を防止す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、A/Dコンバータ
に関わり、特にデジタルオーディオテープレコーダ、ミ
ニディスクプレーヤ等のデジタルオーディオ機器に用い
て好適なものである。
【0002】
【従来の技術】近年、デジタルオーディオテープレコー
ダ(DAT)、ミニディスクプレーヤ(MD)等のデジ
タルオーディオ機器においては、アナログ信号をデジタ
ル信号に変換するA/Dコンバータとして、例えばΔΣ
変調器、及びデジタルデシメーションフィルタによって
構成されるオーバーサンプリング型のアナログA/Dコ
ンバータが用いられている。このようなオーバーサンプ
リング型のA/Dコンバータは、オーバーサンプリング
を行うことによって、量子化雑音を高域側に押しやり、
オーディオ帯域のノイズを低減するものである。
【0003】図3は従来の例えばデジタルオーディオ機
器等に設けられているA/Dコンバータのブロック図の
一例を示したものである。この図に破線で示した従来の
A/Dコンバータ21は、ΔΣ変調器22、デジタルデ
シメーションフィルタ23、DCカットフィルタ24、
データインターフェイス25によって構成されており、
入力端子26から入力されるアナログ信号をデジタル信
号に変換して出力端子27から出力するようになされて
いる。
【0004】ΔΣ変調器22は入力端子26から入力さ
れるアナログ信号に応じて1ビットのパルス列データを
生成し、デジタルデシメーションフィルタ23は、例え
ばFIRフィルタによって構成されており、ΔΣ変調器
22で生成された1ビットのパルス列データに含まれる
高調波成分である量子化ノイズ等を除去すると共に、間
引き演算を行って、多ビットのデジタル信号を出力する
ようになされている。また、このようなデジタルデシメ
ーションフィルタ23のインパルスレスポンス係数のゲ
インは1とされている。
【0005】DCカットフィルタ24は、例えば1次の
IIRデジタルフィルタや、キャリブレーション方式で
カットオフ周波数が1Hzとなるハイパスフィルタ等で
構成されており、アナログ/デジタル変換(以下「A/
D変換」という)に伴うオフセット電圧(DC)を除去
するようになされている。データインタフェース25
は、DCカットフィルタ24から出力されるデジタル信
号を出力端子27を介して図示しない後段の回路部に出
力するようになされている。
【0006】ところで、上記したようなA/Dコンバー
タ21の理想的なノイズフロアのレベルは一定であるた
め、通常は入力端子26から入力されるアナログ信号の
レベルが大きくなると、図4に示すようにΔΣ変調器2
2におけるS/Nが改善され、鎖線で示すようにアナロ
グ信号の入力レベルがA1 に達するまでS/N比が改善
され、入力レベルがA1 に達すると波形がクリップして
S/Nが悪化することになる。
【0007】しかしながら、A/Dコンバータ21を構
成するΔΣ変調器22は、高次ΔΣ変調特有の性質によ
り、入力端子26から入力されるアナログ信号のレベル
が大きくなり変調率が1に近付くと、歪み及びノイズ等
が増加するという雑音歪み特性を有している。このた
め、実際にはアナログ信号が最大入力レベルA1 近辺に
達すると歪み及びノイズ等が増加して実線で示すように
S/Nが急激に悪化することになる。
【0008】そこで、ΔΣ変調器22に最大入力レベル
1 近辺のアナログ信号が入力された時にS/N比の悪
化を防止するため、例えば米国特許4851841号に
デジタルデシメーションフィルタ23のゲインを1以上
にする方法が開示されている。この場合、ΔΣ変調器2
2に入力されるアナログ信号の入力レベルがA2 (図4
に示すS/Nが最も良くなる入力レベル)に達した時、
デジタルデシメーションフィルタ23から出力されるデ
ジタル信号の出力レベルがフルスケールとなるようにし
て、S/N比が悪化するのを防止している。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記したよ
うにデジタルデシメーションフィルタ23のゲインを1
以上にして、ΔΣ変調器21に入力されるアナログ信号
の入力レベルがA2 の時に、A/Dコンバータ21から
出力されるデジタル信号の出力レベルがフルスケールと
なるようにすると、A/D変換に伴うオフセット電圧
(DC電圧)によって、デジタルデシメーションフィル
タ23から出力されるデジタル信号の波形が歪んでしま
うという問題点がある。
【0010】すなわち、A/Dコンバータ21に入力さ
れるアナログ信号のレベルが大きくなると、デジタルデ
シメーションフィルタ23で増幅されれるデジタル信号
の波形が、図5(a)に示すようにA/D変換に伴うオ
フセット電圧Voによって、この電圧Voと同一極性側
がクリップした波形となってしまう。
【0011】このため、DCカットフィルタ24におい
て、デジタルデシメーションフィルタ23から出力され
るデジタル信号のオフセット電圧Voを除去した場合、
同図(b)に示すように出力レベルがフルスケール以下
であっても波形の歪んだデジタル信号が出力されるとい
う問題点があった。
【0012】また、このようなA/Dコンバータ21に
おいて、オフセット電圧Voを発生させることなくA/
D変換を行うようにすることは、種々のアナログ的な要
因により非常に困難であった。
【0013】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたもので、A/D変換に伴うS/Nの悪化を
防止すると共に、良好なフルスケールのデジタル信号を
出力することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
入力されるアナログ信号から1ビットのパルスデータ列
を生成する変調手段と、1ビットのパルスデータに含ま
れる高調波ノイズを除去すると共に、多ビットのデジタ
ル信号を生成するデジタルフィルタ手段と、オフセット
電圧を除去するフィルタ手段と、このフィルタ手段を介
して出力されるデジタル信号の振幅レベルを増幅する増
幅手段とを備えて構成することとした。
【0015】本発明によれば、フィルタ手段によってデ
ジタル信号からオフセット電圧を除去した後、出力レベ
ルを増幅するようにしているため、デジタル信号の出力
レベルをフルスケールまで増幅した場合でもオフセット
電圧による影響がなく、歪みの無い良好なデジタル信号
を出力することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施の形態であ
るA/Dコンバータのブロック図を示したものである。
この図に破線で示したA/Dコンバータ1は、ΔΣ変調
器2、デジタルデシメーションフィルタ3、DCカット
フィルタ4、レベルアップ回路5、リミッタ回路6、デ
ータインターフェース7によって構成されており、入力
端子8から入力されるアナログ信号をデジタル信号に変
換して出力端子9から出力するようになされている。
【0017】ΔΣ変調器2は、入力端子8から入力され
るアナログ信号に応じて1ビットのパルスデータ列を生
成して出力するようになされている。デジタルデシメー
ションフィルタ3は、例えばFIRローパスフィルタ等
で構成されており、ΔΣ変調器2で生成された1ビット
のパルスデータ列信号から、この信号に含まれる高調波
成分のノイズを除去すると共に、間引き演算を行ってΔ
Σ変調器2のサンプリング周波数より低いサンプリング
周波数に変換し、所望の多ビットのデジタル信号を出力
するようになされている。また、本実施の形態において
はデジタルデシメーションフィルタ3のインパレスレス
ポンス係数のゲインの値は1、又は1以下とする。
【0018】DCカットフィルタ4は、例えば1次のI
IRデジタルフィルタでカットオフ周波数が1Hzのハ
イパスフィルタ特性となるように構成されており、極め
て低い周波数帯域の信号を除去することができるように
なされている。レベルアップ回路5は、例えば乗算器、
加算器、又はシフトレジスタ等によって構成されてお
り、DCカットフィルタ4から出力されるデジタル信号
の出力レベルを所定のレベルに増幅することができるよ
うになされている。
【0019】リミッタ回路6は、レベルアップ回路5か
ら出力されるデジタル信号のレベルが何らかの原因によ
って所定のレベル以上であった場合に、レベルを制限す
るようになされているが、このリミッタ回路は省略する
ことも可能である。データインタフェース7は、リミッ
タ回路6から出力されるデジタル信号を、出力端子9を
介して図示しない後段の回路部に出力するようになされ
ている。
【0020】ところで、このようなΔΣ変調器2は、高
次ΔΣ変調特有の性質により、入力端子8から入力され
るアナログ信号のレベルが大きくなり、変調率が1に近
付くと、歪み及びノイズ等が増加するという雑音歪み特
性を有している。このため、本実施の形態であるA/D
コンバータ1においては、ΔΣ変調器2に入力されるア
ナログ信号の入力レベルを、図4に示したS/Nが最も
良くなる入力レベルA2 以下となるように設定する。
【0021】以下、上記したA/Dコンバータ1の動作
を図2に示す波形図を参照して説明する。入力端子8に
アナログ信号が入力されると、ΔΣ変調器2では1ビッ
トのパルスデータ信号が生成され、このデータ信号はデ
ジタルデシメーションフィルタ3に供給されることにな
る。よって、デジタルデシメーションフィルタ3からは
所定のビット数のデジタル信号が出力されることにな
る。
【0022】この時、デジタルデシメーションフィルタ
3から出力されるデジタル信号は、図2(a)に示すよ
うにA/D変換に伴うオフセット電圧Voによってオフ
セットされた波形信号となるが、デジタルデシメーショ
ンフィルタ3のゲインは1、又は1以下とされているた
め、フルスケール以下の歪みの無い波形信号となる。
【0023】このオフセット電圧Voを含んだデジタル
信号は、DCカットフィルタ4においてオフセット電圧
Voが除去され、同図(b)に示すような波形のデジタ
ル信号として出力されることになる。そして、このデジ
タル信号はレベルアップ回路5において、例えばΔΣ変
調器2に入力されるアナログ信号のレベルがA2 の時
に、図2(c)に示すようなフルスケールのデジタル信
号となるように出力レベルが調整され、リミッタ回路6
及びデータインターフェース7を介して、出力端子9か
ら図示されていない後段の回路部に供給されることにな
る。
【0024】つまり、本実施の形態であるA/Dコンバ
ータ1においては、例えばデジタルデシメーションフィ
ルタ3のゲインを1として、ΔΣ変調器2に入力される
アナログ信号のレベルが最大(図4に示す入力レベルA
2 )の時にも、デジタルデシメーションフィルタ3から
出力されるデジタル信号がオフセット電圧Voによって
クリップした波形とならないようにしている。
【0025】そして、DCカットフィルタ4でオフセッ
ト電圧が除去されたデジタル信号のレベルをレベルアッ
プ回路6によって増幅するようにしている。つまり、レ
ベルアップ回路6において、ΔΣ変調器2に入力される
アナログ信号の最大の時に、フルスケールのデジタル信
号がA/Dコンバータ1の出力となるように、出力レベ
ルのゲインを調整している。
【0026】このように構成すれば、従来のようにデジ
タルデシメーションフィルタ3においてデジタル信号の
出力レベルをフルスケールまで上げることなく、A/D
コンバータ1の出力レベルをフルスケールとすることが
できるため、A/D変換に伴うオフセット電圧Voによ
って出力されるデジタル信号の波形が歪むことを防止す
ることができる。
【0027】また、ΔΣ変調器2に入力されるアナログ
信号のレベルは、ΔΣ変調特有の性質によってS/N比
が悪化しない範囲とすることができるため、ΔΣ変調器
2におけるS/N比の悪化を防止することができる。
【0028】なお、本実施の形態ではデジタルデシメー
ションフィルタ3のインパルスレスポンス係数のゲイン
を1とした場合について説明したが、これに限定される
ことなく、レベルアップ回路5との関係によって決定す
れば良い。
【0029】
【発明の効果】以上、説明したように本発明のA/Dコ
ンバータによれば、フィルタ手段によってオフセット電
圧が除去した後、増幅手段によってデジタル信号のレベ
ルを増幅するようにしているため、歪みのないフルスケ
ールのデジタル信号を出力することができる。また、リ
ミッタ手段を設けるようにすると、何らかの原因によっ
て出力されるデジタル信号のレベルが異常に大きくなっ
た場合でも、後段に接続される回路部に影響を与える事
がないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態であるA/Dコンバータの
ブロック図を示した図である。
【図2】本実施の形態におけるA/Dコンバータのデジ
タル信号の出力波形を示した図である。
【図3】従来のA/Dコンバータのブロック図の一例を
示した図である。
【図4】ΔΣ変調器の歪み特性の一例を示した図であ
る。
【図5】従来のA/Dコンバータにおけるデジタル信号
の出力波形を示した図である。
【符号の説明】
1、21 A/Dコンバータ 2、22 ΔΣ変調器 3、23 デジタルデシメーションフィルタ 4、24 DCカットフィルタ 5 レベルアップ回路 6 リミッタ回路 7 25 データインタフェース 8、26 入力端子 9、27 出力端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H03M 1/08 H03M 1/08 A 1/10 1/10 A (72)発明者 川辺 東 神奈川県横浜市保土ケ谷区神戸町134 ソ ニーLSIデザイン株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力されるアナログ信号から1ビットの
    パルスデータ列を生成する変調手段と、 上記1ビットのパルスデータに含まれる高調波成分のノ
    イズを除去すると共に、多ビットデジタル信号を生成す
    ることができるデジタルフィルタ手段と、 オフセット電圧を除去するフィルタ手段と、 該フィルタ手段を介して出力されるデジタル信号の出力
    レベルを増幅する増幅手段と、 を備えて構成したことを特徴とするA/Dコンバータ。
  2. 【請求項2】 上記変調手段、上記デジタルフィルタ手
    段、上記増幅手段は、デジタル信号処理回路によって構
    成されていることを特徴とする請求項1に記載のA/D
    コンバータ。
  3. 【請求項3】 上記増幅手段から出力されるデジタル信
    号の出力レベルを制限するリミッタ手段を設けるように
    したことを特徴とする請求項1に記載のA/Dコンバー
    タ。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006113153A (ja) * 2004-10-12 2006-04-27 Sharp Corp 1ビット信号のダウンサンプリング装置、ダウンサンプリング方法、マルチチャンネルオーディオ装置、及びマルチチャンネルオーディオ装置の音声再生方法
CN111903059A (zh) * 2017-12-25 2020-11-06 俄罗斯国家自动化研究所 脉冲噪声的自适应数字滤波方法和实施该方法的滤波器

Cited By (2)

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JP2006113153A (ja) * 2004-10-12 2006-04-27 Sharp Corp 1ビット信号のダウンサンプリング装置、ダウンサンプリング方法、マルチチャンネルオーディオ装置、及びマルチチャンネルオーディオ装置の音声再生方法
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