JPH1168570A - デルタ・シグマ型d/a変換器 - Google Patents

デルタ・シグマ型d/a変換器

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JPH1168570A
JPH1168570A JP22642897A JP22642897A JPH1168570A JP H1168570 A JPH1168570 A JP H1168570A JP 22642897 A JP22642897 A JP 22642897A JP 22642897 A JP22642897 A JP 22642897A JP H1168570 A JPH1168570 A JP H1168570A
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Tsutomu Murata
勉 村田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】アナログ信号の出力振幅を電源電圧までかせぐ
ことができ、アナログ信号の歪みの発生を低減する。 【解決手段】デルタ・シグマ型D/A変換器を構成する
ビット圧縮回路3の量子化回路11は、例えば18ビッ
トのデジタルデータを3ビットのデジタルデータDG2
に変換する。加算回路12は量子化回路11の入力側の
信号及び出力側の信号に基づいて量子化ノイズを表すデ
ータを算出する。量子化ノイズを表すデータは、ラッチ
回路13に供給されて1サンプリング期間だけ遅延され
た後、加算回路14に入力されてデジタルデータDG1
に加算される。クリップ回路15は加算回路14から出
力されたデジタルデータを量子化回路11のデジタルデ
ータの変換範囲内にクリップする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、オーバーサンプリング
により高い変換精度を実現する、オーディオ機器等への
採用に適したデルタ・シグマ型D/A変換器に関する。
【0002】
【従来の技術】コンパクトディスクプレーヤ等のデジタ
ルオーディオ機器では、アナログ音声が所定の周波数で
サンプリングされて適数ビットのデジタルデータとして
記録されている。そして再生時には、コンパクトディス
ク等の記録媒体から読み出されるデジタルデータがD/
A変換器によりアナログ信号に復元され、アンプ及びス
ピーカを通して音声信号として再生される。このデジタ
ルデータの再生時には、D/A変換の変換誤差を最小限
にして再生信号の歪みを抑圧することが望まれ、これに
対応できるような高い変換精度を得られるD/A変換方
式が各種考えられている。
【0003】図4は、従来のオーディオ機器等に使用さ
れる信号処理装置の構成を示すブロック図である。信号
処理装置は、デジタルフィルタ1、クリップ回路21及
びD/A変換器22より構成される。
【0004】デジタルフィルタ1は一定の周期で入力さ
れるデジタルデータDinに対して所定の演算を行うこ
とにより特定の帯域の周波数を強調したり、位相をずら
したりした複数ビットよりなるデジタルデータDG1を
出力する。通常、デジタルフィルタ1は演算処理でのデ
ータのオーバーフローを防止するため、出力のビット数
が増設される。
【0005】クリップ回路21はデジタルフィルタ1か
ら入力されるデジタルデータDG1をD/A変換器22
の変換可能範囲に制限し、デジタルデータDG5を出力
する。すなわち、デジタルフィルタ1から入力されるデ
ジタルデータDG1がデジタルフィルタ1による演算処
理の結果、D/A変換器22の変換可能なビット数を越
える上位ビットに「1」が含まれる場合、そのデータを
変換可能範囲の最大値に置き換えてデジタルデータDG
5を出力する。
【0006】D/A変換器22は複数ビット(例えば1
6ビット)よりなるデジタルデータDG5をアナログ信
号ANに変換して出力する。D/A変換器22には例え
ば、図3に示すように、グランド電圧として0V、電源
電圧として5Vが供給されているが、D/A変換器22
が全ビット「1」または全ビット「0」のデジタルデー
タDG5に対して出力できる最大振幅は一点鎖線で示す
ようにグランド電圧0V及び電源電圧5Vに対してマー
ジンを持つように設定されている。このように、D/A
変換器22が出力できる最大振幅を0dB(デシベル)
という。この0dBの範囲に対応するようにクリップ回
路21のクリップレベルが設定される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】D/A変換器22にお
いて、量子化ノイズを高周波数帯域に偏らせるノイズシ
ェーピングループが採用される場合、デジタルデータD
G5の取り得る範囲が、D/A変換器22の変換可能な
範囲に対して狭くなるようにしてクリップ回路21のク
リップレベルが設定される。このようなデジタルデータ
DG5の取り得る範囲とD/A変換器22の変換可能な
範囲との差については、大きく設定することで動作の安
定性が向上し、小さく設定することで入力のダイナミッ
クレンジが広くなる。換言すれば、確実な動作を得るた
めにクリップ回路21のクリップレベルを低めに設定す
ると、D/A変換器22の入力のダイナミックレンジが
狭くなり、出力できる最大振幅が小さくなる。一方、最
大振幅を大きくするためにクリップ回路21のクリップ
レベルを高めに設定すると、ノイズシェーピングループ
の作用でデータのオーバーフローが生じ易くなり、結果
的にアナログ信号ANの波形の歪みを招くことになる。
【0008】そこで本発明は、アナログ信号の出力振幅
を最大限に広くするとともに、アナログ信号の歪みの発
生を低減することができるデルタ・シグマ型D/A変換
器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】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載の発明は、多数ビットの第1のデジ
タルデータをビット数が削減された第2のデジタルデー
タに変換する量子化回路と、上記第1のデジタルデータ
に対する上記第2のデジタルデータの差から得られる量
子化時の量子化誤差を示す誤差データを上記量子化回路
の入力側に帰還し、一定の周期で入力されるデジタルデ
ータに加算して上記第1のデジタルデータを得るノイズ
シェーピングループと、上記量子化回路の入力段階で上
記第1のデジタルデータを所定のビット数に制限するク
リップ回路とを備え、上記量子化回路は、デジタルデー
タの入力周期よりも短い周期で動作し、上記ノイズシェ
ーピングループは、上記量子化回路の動作周期に従って
上記誤差データを遅らせて帰還するデルタ・シグマ型D
/A変換器をその要旨とする。
【0010】請求項2に記載の発明は、ビット数が削減
された上記第2のデジタルデータをデータ内容に応じて
立ち上がりの期間が変更される1ビットの第3のデジタ
ルデータに変換するパルス幅変調回路と、上記第3のデ
ジタルデータを平滑化してアナログ信号を出力するロー
パスフィルタとをさらに備えることをその要旨とする。
【0011】
【発明の実施の形態】図1は、本発明のデルタ・シグマ
型D/A変換器の概略を示すブロック図である。
【0012】デジタルフィルタ1はデジタルデータDi
nを入力し所定の演算を行うことにより特定の帯域の周
波数を強調したり、位相をずらしたりした複数ビット
(例えば20ビット)よりなるデジタルデータDG1を
デルタ・シグマ型D/A変換器2に出力する。デルタ・
シグマ型D/A変換器2は、ビット圧縮回路3、パルス
幅変調回路4、ローパスフィルタ5より構成される。
【0013】ビット圧縮回路3は、デジタルフィルタ1
から出力されるデジタルデータDG1を受けて、このデ
ジタルデータDG1を例えば3ビットのデジタルデータ
DG2に変換して出力する。このビット圧縮回路3での
データの変換では、サンプリング周波数fsの例えば4
8倍の周波数(48fs)でデジタルデータDG1をオ
ーバーサンプリングし、±3の7段階で再度量子化して
3ビットのデジタルデータDG2を得るように構成され
る。この際、量子化ノイズ、即ち、デジタルデータDG
1に対するデジタルデータDG2の誤差は、各変換ステ
ップで順次フィードバックされて入力側のデジタルデー
タDG1に加算される。さらに、この誤差が加算された
デジタルデータDG1に対して、最大値及び最小値を制
限するクリップ処理が施される。量子化誤差をフィード
バックして加算するノイズシェーピングループによれ
ば、量子化ノイズが高周波領域側に偏らされる。このた
め、低周波領域における量子化ノイズが大幅に低減さ
れ、ローパスフィルタを通すことにより量子化ノイズは
大部分が除去される。
【0014】パルス幅変調回路4には図3に示すよう
に、グランド電圧として0V、電源電圧として5Vが供
給されている。パルス幅変調回路4は、入力が3ビット
の場合、1データ変換期間に8クロックを設定し、この
8クロック期間のうち、デジタルデータDG2に対応す
るクロック期問に「1」レベル(5V)の信号を出力
し、残余のクロック期間に「0」レベル(0V)の信号
を出力するように構成される。これにより、デジタルデ
ータDG2に対応して各データ変換期間に「1」及び
「0」レベルの信号を繰り返す1ビットのデジタルデー
タDG3が得られる。
【0015】そして、このデジタルデータDG3は、R
C回路等で構成されるアナログローパスフィルタ5を通
すことにより、高周波成分が除去された平滑なアナログ
信号ANとして次段の回路へ出力される。
【0016】図2は、1次のノイズシェーピングループ
を採用したビット圧縮回路3の構成を示すブロック図で
ある。ビット圧縮回路3は、量子化回路11、減算回路
12、ラッチ回路13、加算回路14及びクリップ回路
15より構成される。
【0017】量子化回路11は、例えば18ビットのデ
ジタルデータが示す信号レベルを±3の7段階で評価
し、それらに対応する3ビットのデジタルデータDG2
を出力する。この量子化回路11の入力側の信号及び出
力側の信号は、それぞれ減算回路12に入力され、量子
化回路11に入力されるデータが量子化回路11から出
力されるデータから差し引かれて量子化ノイズを表す誤
差データが算出される。この誤差データは、遅延回路と
して働くラッチ回路13に供給されて1サンプリング期
間だけ保持された後、加算回路14に入力されて次のデ
ジタルデータDG1に加算される。
【0018】そして、加算回路14の出力はクリップ回
路15を介して量子化回路11に供給される。クリップ
回路15は加算回路14から出力されたデジタルデータ
(デジタルデータDG1とラッチ回路13の出力との
和)を量子化回路11のデジタルデータの変換範囲内に
クリップするものである。すなわち、加算回路14から
出力されたデジタルデータの示す値が量子化回路11の
入力範囲を越える値を示す場合、その値を量子化回路1
1のデジタルデータの入力範囲の最大値に置き換える。
これにより、量子化回路11の誤変換を防止するように
している。
【0019】次に、上記のように構成されたデルタ・シ
グマ型D/A変換器2の作用について説明する。今、デ
ジタルフィルタ1によってデジタルデータDinの特定
周波数帯域の強調処理が行われたとき、デジタルデータ
DG1はクリップされることなくビット圧縮回路3の加
算回路14に入力される。量子化回路11の入力側の信
号及び出力側の信号に基づいて減算回路12によって量
子化ノイズを表す誤差データが算出される。この誤差デ
ータは、ラッチ回路13に保持されて1サンプリング期
間だけ遅延された後、加算回路14に入力されてデジタ
ルデータDG1に加算される。
【0020】そして、加算回路14から出力されるデジ
タルデータが量子化回路11の入力範囲を越える場合に
のみ、加算回路14から出力されるデジタルデータはク
リップ回路15によってクリップされて量子化回路11
の入力範囲の最大値に設定される。入力されるデジタル
データDG1が量子化回路11の入力範囲を越える値を
示すときでも、量子化回路11は常に適正な量子化処理
を達成する。クリップ回路15によるクリップ処理は、
デジタルデータDG1にノイズシェーピングループから
得られる誤差データを加算した後に施されるため、クリ
ップレベルをグランド電圧0Vと電源電圧5Vとの間で
広く設定することができる。即ち、クリップ回路15の
出力に対して誤差データが加算されることがないため、
量子化回路11の入力範囲にクリップレベルを一致させ
た場合でも、量子化回路11の入力範囲を越えるデータ
が入力されるのを防止できる。その結果、図3に実線で
示すように、ローパスフィルタ5から出力されるアナロ
グ信号ANの出力振幅をグランド電圧0Vから電源電圧
5Vまでの間に最大限にとることができる。
【0021】尚、実施の形態は上記に限定されるもので
はなく、次のように変更してもよく、その場合でも同様
の作用および効果を得ることができる。 (1)上記実施形態では、1次のノイズシェーピングル
ープを採用したビット圧縮回路3としたが、2次以上の
ノイズシェーピングループを採用したビット圧縮回路を
用いてもよい。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、アナログ信号の出力振
幅を電源電圧までかせぐことができ、アナログ信号の歪
みの発生を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施形態のデルタ・シグマ型D/A変換器の
ブロック図
【図2】ビット圧縮回路の回路図
【図3】実施形態と従来例の出力特性を示す線図
【図4】従来のD/A変換器を示すブロック図
【符号の説明】
3…ビット圧縮回路、4…パルス幅変調回路、5…ロー
パスフィルタ、11…量子化回路、12…減算回路、1
3…ラッチ回路、14…加算回路、15…クリップ回
路。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多数ビットの第1のデジタルデータをビ
    ット数が削減された第2のデジタルデータに変換する量
    子化回路と、 上記第1のデジタルデータに対する上記第2のデジタル
    データの差から得られる量子化時の量子化誤差を示す誤
    差データを上記量子化回路の入力側に帰還し、一定の周
    期で入力されるデジタルデータに加算して上記第1のデ
    ジタルデータを得るノイズシェーピングループと、 上記量子化回路の入力段階で上記第1のデジタルデータ
    を所定のビット数に制限するクリップ回路とを備え、 上記量子化回路は、デジタルデータの入力周期よりも短
    い周期で動作し、上記ノイズシェーピングループは、上
    記量子化回路の動作周期に従って上記誤差データを遅ら
    せて帰還するデルタ・シグマ型D/A変換器。
  2. 【請求項2】 ビット数が削減された上記第2のデジタ
    ルデータをデータ内容に応じて立ち上がりの期間が変更
    される1ビットの第3のデジタルデータに変換するパル
    ス幅変調回路と、上記第3のデジタルデータを平滑化し
    てアナログ信号を出力するローパスフィルタと、をさら
    に備えた請求項1に記載のデルタ・シグマ型D/A変換
    器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2021501359A (ja) * 2017-10-31 2021-01-14 シナプティクス インコーポレイテッド 低遅延デシメータ及びインターポレータフィルタ

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