JPS58500684A - フイルタインタフエ−ス回路に対する容量性d/a変換器 - Google Patents
フイルタインタフエ−ス回路に対する容量性d/a変換器Info
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- JPS58500684A JPS58500684A JP57501725A JP50172582A JPS58500684A JP S58500684 A JPS58500684 A JP S58500684A JP 57501725 A JP57501725 A JP 57501725A JP 50172582 A JP50172582 A JP 50172582A JP S58500684 A JPS58500684 A JP S58500684A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
フィルタインタフェース回路に対スる
容量性Z)/、4変換器
関連出願に対するクロスリファレンス
関連課題はその各々が本発明−と同一の譲受人に譲渡されている下記の係属中の
出願に見出すことができる。
1、 ロバート・ノープル・オールグツド、ステイーブン・バーロウ・ケリー、
リチャード・ウオルター・ウルマーおよびヘンリー・ウルツバーブによシ本発明
と同時に出願した1複数板能演算増幅器回路”と題する米国出&第5C−811
53号。
2 ロバート・ノープル・オールグツドおよびステイーブン・バーロウ・ケリー
によシ本発明と同時に出願した”D/A変換器”と題する米国出願第5C−81
154号。
発明の背景
1、発明の分野
本発明は、一般的に云ってインタフェース回路に関するものであシ、更に具体的
に云うとフィルタインタフェース回路に対する容量性D−A変換器(DAC)に
関する。
2先行技術の説明
容量性D−A変換器(DAC)は、音声信号を復号するためパルス符号器p (
pcy)に一般に用いられる。一般的に云つて、そのような復号された音声信号
は、IEEE Joμrnalaf 5olid 5tate C1rcuit
z 1979年2月号第65−第73頁に1オンチツプフイルタを具えたPCM
音声符号器復号器(cotigc) ’と題してJ、T、ケープス、 C,H−
チャン、 S−D。
ローゼンバウム、 L、P、セラーズおよびJ、B、テリーによシ発表された論
文の第10図に示されているように、出力緩衝増幅器を介して補間又は受信フィ
ルタに結合される。
出力緩衝増幅器はDACの出力に生じた電荷をフィルタの入力段の電圧に変換す
るために必要であると考えられている。代表的な場合には、緩衝増幅器の入力り
結合コンデンサを介、してDACの出力に結合される。そのような回路の欠点は
、DACおよび結合コンデンサのノード接続に関連した不可避の漂遊(ストレイ
)キャパシタンスが緩衝増幅器に誤シの出力!圧を生じさせることである。上記
に引用したケープスの論文において、DACは理論的には直接に出力緩衝増幅器
に結合させることができ、それによってノード接続とそれに伴う誤シをなくすこ
とができると一指摘している。しかし、大部分の容量性DACは大きな量の出力
キャパシタンスを有するので、演算増幅器の過負荷を防ぐのに必要な帰還コンデ
ンサが大きくなシすき′て実際的ではなくなる。電力および集積回路空間を資す
ことに加えて、緩衝増幅器の存在社、DACの用途をD−A変換だけに限定する
。
発明の要約
本発明の目的は、容量性DACをフィルタに結合させるためのインタフェース回
路を提供することである。
本発明のもう1つの目的は、DACの電荷を直接にフィルタに選択的に結合させ
、それによって中間の緩衝増幅器の必要をなくすフィルタインタフェース回路に
対する新規かつ改良されたDACを提供することである。
本発明の更にもう1つの目的は、先行技術の同様な回路よシも使用する部品数が
少なく、集積回路ダイ面積も小さいフィルタインタフェース回路に対する容量性
DACを提供することである。
本発明の好ましい形においては、電荷をスイッチング手段を介してフィルタの入
力増幅器に選択的に結合させるための出力を有する容量性DACが備えられてい
る。この容量性DACはフィルタ増幅器の入力コンデンサとして利用され、それ
によって緩衝増幅器の必要をなくす。
DACの電荷の量はデジタル信号を表わす電圧に比例して変化する。好ましい実
施例では、 DACの電荷は一列に配置されたコンデンサによって与えられ、そ
れらのコンデンサの一部は第1基準に切換えられ、その他のコンデンサは切換え
られないままになっている。本発明の上述のおよびその他の目的、特徴および利
点は、添付した図面ならびに下記の詳細な説明から更によく理解される。
図面の簡単な説明
第1図社、本発明の好ましい一実施例を示す概略図である。
第2−は、D−A変換器の好ましい一実施例を示す概略図である。
第3図は、第1図および第2図に示す概略的実施例に対する図式タイミング図で
ある。
好ましい実施例の説明
本発明の好ましい実施例に従って組み立てたフィルタと符号器/復号器(コーデ
ックg eadac)の組合せ回路10デツク)回路10社一般的には切換えコ
ンデンサ(5w1tchedcapacitor)複数機能演算増幅器部分12
.はしご形切換え容量性デジタル−アナログ変換器(nic)部分14.および
DAC部分との間のインタフェースする受信フィルタ部分16とからなる。この
回路10ti、アナログ信号V工、を受信し記憶する一方で同時にその信号をろ
波することができる。信号V、、 u演算増幅器部分12を比較器として利用す
ることによって、DAC部分14へ転送されデジタル出力に変換される。アナロ
グ−デジタル(A/D)変換は何時でも中断され、DAC@914は放電されデ
ジタル−アナログCD/A”)変換を行うのに利用される。Z)/、4変換が行
われた後に、4’D変換を再開してもよい。従って回路10はPCM音声符号化
および復号化に特に有用である。という訳は、これら2つの機能が非同期“であ
ってもよいからである。
この好ましい形においては、演算増幅器部分18は、その非反転および反転入力
を有する演算増幅器18をそれぞれスイッチ20および22を介して基準電圧、
例えばアナ反転入力に接続され、コンデンサ24の第2プレート(plate)
は、スイッチ28を介して演算増幅器18の出力に接続されている。入力コンデ
ンサ32U、スイッチ26を介して演算増幅器18の反転入力に対して入力信号
V□、のAC結合を与え、演算増幅器部分12の通過帯域利得にはコンデンサ3
2および24の比(ratio)にほぼ等しい。
好ま;い実施例においては、すべてのスイッチL従来のCMO5伝送ゲートであ
シ、これらのゲートはクロック発生番30によシその制御入力に印加されるクロ
ック信号が高の状態にある場合にはイネーブル(enable)され又は閉じら
れ、クロック信号が低の状態にある場合にはディスエーブル(disable
) され又は開かれる。従って、例えばスイッチ20が信号Aによってイネーブ
ルされ、スイッチ26および28が信号Bによってイネーブルされ、スイッチ2
2が信号Cによってディスエーブルされると、演算増幅器部分12II′i入力
色号Vxx t−標本化(eg+mPh)するためスイッチ34は、帰還コンデ
ンサ24の第1プレート(plate)を切換えコンデンサ(switched
capacitor) 36の第1プレートに接続させ、スイッチ38は、帰
還コンデンサ24の第2プレートを切換えコンデンサ36の第1プレートに接続
させる。切換えコンデンサ66の第2プレートは、基準FAGに接続されている
。スイッチ34および38L信号EおよびDによってそれぞれ制御され、交互に
コンデンサ56を演算増幅器18の反転入力から出力へ切換える。コンデンサ3
6は回路10の演算増幅器部分12の高域ボール(high page !11
)の場所を部分的に決定し、入力信号VxMのろ波を可能にする一方でその人力
信号は帰還コンデンサ24によシ標本化(zamPl−)される。
好ましい実施例においては、DAC部分14は、スイッチ40を介して第1基準
電圧±V□f に選択的に結合されている第1入力端子、スイッチ42および4
3を介して演算増幅器部分12の出力又は第2基準電圧FAGにそれぞれ選択的
に結合されている第2入力端子、およびスイッチ44゜45および46を介して
第2基準電圧’AGy演算増幅器18の非反転入力又は受信フィルタ部分16の
入力にそれぞれ選択的に結合されている出方端子を有する。一般的に云って、D
AC部分14し切換不能コンデンサ(unzwitchadCαpaciter
) 47および切換えコンデンサ48として表わすことができる。図示した形
においては、コンデンサ47および48の第1プレートをDACスイッチ49を
介して選択的に結合してDAC部分14の有効な第1プレートを形成し、一方そ
の第2プレートを結合してDAC部分14の第2プレートを形成してもよい。
動作すると、スイッチ40,42,43,44,45.46および49はそれぞ
れ信号H,F、F、G、C,IおよびHによって制御される。例えは、第5図に
示すように信号FおよびGが同時に高の状態にありi号Hが低の状態にあると、
入力標本fF工)、hそれが帰還コンデンサ24によシ標本化されるのにつれて
DAC部分14に転送することができる。従って、演算増幅器部分12のもう1
つの機能は、アナログ入力信号をデジタル信号に変換する前にDAC部分14を
入力標本KVxMに充電することである。もしDAC部分14がそこに標本(z
a准p1g )が置かれてから比較的長い時間がたってから帰還コンデンサ24
から充電される必要があると、スイッチ26および28は、充電されたコンデン
サ24を分離し、寄生的漏洩パスが帰還コンデンサ24の標本化電荷(samp
led chart’g> の一部を漏らすのを防ぐために補償スイッチ(co
mpensated twitches)とすべきである。更に、演算増幅器1
8のオフセット電圧は入力信号標本(サンプル)とともにDAC部分14に充電
されることを認識すべきである。
スイッチ22が信号Cによってイネーブル(#ルable)されると、演算増幅
器18はA/D変換に使用するための比45がそれぞれ信号FおよびCを介して
イネーブルされ・一方スイッチ42および44がそれぞれ信号FおよびGを介し
てディス千−プル(eLizablg)されると、演算増幅器部分12によって
DAC部分14に転送された電圧は第2基準電圧’AGに関連して翻訳(変換)
される。勿論記憶されたオフセット電圧もまた切換え動作によって翻訳(変換)
されるが、それは今度は反対の極性の誤シとして現われる。帰還コンデンサ24
からの演算増幅器18の反転入力を第2基準電圧VA、に切換え、第2基準FA
Gからの非反転入力をDAC部分14の出力端子に切換えることによって、演算
増幅器18は比較器として接続され、その入力上の電圧間の差を示す出力を与え
る。DAC部分14に記憶されたオフセットを圧り今度は演算増幅器の非反転入
力におけるバイアスとして存在するので、演算増幅器18のオフセット電圧は自
動的に相殺される点に注目されたい。
ル争変換が完了する前に7)/A変換を行うことを所望する場合には、DAC部
分14を放電してD/A変換を行うのに用いることができる。例えは、スイッチ
42および44Lそれぞれ信号FおよびGによってイネーブルされDAC14を
放電させる。その後スイッチ40および49は、そ準土V□fの−にまでDAC
部分14を充電させる。D/A変換の完了後、入力標本(サンプル) KVりl
は上述したように再びDAC部分14に充電され、ル争変換はそれが割込まれ
た場合再び開始される。
図示した実施例においては、1個の演算増幅器18が種々の回路機能のために用
いられている。好ましい実施例では、演算増幅器部分12は、説明した回路機能
の6各を行うために外部部品を必要としないモノリシック集積回路として便利に
組み立てられよう。
第2図には第1図のDAC部分14の好ましい形式が示されている。図示した形
式においては、DAC部分14は2つのDAC部分、即ち容量性又はCDAC部
分と、抵抗又はRDAC部分52とからなる。この形式のDACi;i、一般に
はスタックしたDAC5と呼ばれ、8ピット2進符号が他の場合に可能なダイナ
ミックレンジよシ広いダイナミックレンジをカバーすることができるようにする
圧伸(圧縮/伸長)を利用するパルス符号変調(PCM)においてしはしば応用
されている。2つの国際的に知られている圧伸符号Ccawxpa*dad e
mdgz) #′1Mg−255圧縮近似則(eatnp−razzim* l
aw)および折れHA−近位側(#symgst−d A−1aw)である。い
ずれの近位側においても、アナログ音声信号の標本(サンプル)a、8ピツ)
PCM符号を用いて16コード(cAordI)に変換(may)され、その各
コード(cAard)は16の轡間隔(ステップ、 ptep)からなる。M纒
−255近似則においては、各コード(chord)のステップ間隔祉そのサイ
ズが入力−出力曲線の起点(−rすis)から正確に2倍はなれている。同じこ
とはA近位側についても云えるが、但しこの場合には起点の各々の側の最初の2
つのコード(chordz)は同じステップサイズを有する。両方の近位側は2
55の決定レベルによシ制限されている256の量子化レベルを含む。8ビット
圧伸PCM語の様式祉、第1ビツトが音声信号の符号(#i!in)を示すもの
であシ、第2〜第4ビツトは16のコード(chords )のうちのどの1つ
に信号が入るのかを符号(サイン)ビットとともに示すコート(chord)ビ
ットであシ、第5〜第8ビツトは16のステップのうちのどの1つが信号に対応
するのかを示すステップ(step)ビットである。
図示された実施例においては、CDAC部分5oは1つのユニットコンデンサ5
4および比Cratia) 2” (但しnはコンデンサ56−70に対し0−
7に等しい)にょシそれぞれ効果的に2進法で重みが付けられている8ランクに
順序付けられた(eight ra%k ordered)コンデンサ56〜7
oを含む。コンデンサ54−70はその各々がMlおよび第2プレー ) (p
late)を有し、第2プレートれDAC部分14の出力端子に結合されている
。
図示した実施例においては、コンデンサ54−62に比べてコンデンサJ4−7
oの物理的大きさを小さくし、不正確になる傾向のある大きな比(ratio)
に伴う諸問題をなくすために、分割コンデンサ(dividing capac
itor) 72が、コンデンサ54−62の第2プレートとコンデンサ64−
70の第2プレートとの間に置かれている。別の云い方をすれに、分割コンデン
サ72は、コンデンサ64−70によってみられるようにコンデンサ54−62
の有効値を分割するのに用いられる。従って各コンデンサの重みを付けられた値
は、第2囚に示すようなものであるが、コンデンサ50−74の実際のユニット
値は好ましい形ではそれぞれ1,1,2゜4.8,1,2,4および8である。
しかし、コンデンサ54−62は分割コンデンサ72のために僅か1ユニツトだ
けの総ユニット値を与える(co%tribute )にすぎないが、コンデン
サ64−70は、出力において15ユニツトの総ユニット値を与える。ここに示
す実施例は1例として示しであるだけであシ、他の値にかえてもよい点に注目す
べきである。
コンデンサ72と゛直列のコンデンサ54−62のインピーダンスをDAC部分
14の出力端子において1ユニツトに等しくし、コンデンサ54−62が合計で
16のユニット重み(unitweighty’)を有することができるように
するために、コンデンサ72の重み付き値は下記の式を解いてXをめることによ
って見出される。重み付き値祉、’/1.6 + 1/X = 1
又は、X = 16/15 = 1.067ユニツト容量性DAC部分50tj
:、またコンデンサ54−70の第1プレートを第1基準電圧土’raf−第2
基準電圧’AG又は共通レール76上にRDAC9分52によって発生するステ
ップを圧へ選択的に結合させるため、cFiLご形スイッチング回路網74 (
larder switching network) を含む。好ましい形で
は、Cはしご形スイッチング回路網74はCレールスイッチ78〜94を含み、
スイッチ78は第1基準電圧土’rgfとコンデンサ54の第1プレートとの間
に!&続され、スイッチ94は第2基準電圧’AGとコンデンサ68の第1プレ
ートとの間に接続されている。スイッチ80〜92は、それぞれ連続的に順位何
秒られた対のコンデンサ56−70の第1プレート間に接続されている。cBし
ご形(ladder>スイッチング回路網74は、更にそれぞれコンデンサ56
−70の第1プレートと共通レール76との間に結合されたCラング(ralv
Lj)スイッチ96−110を含む。Cレールスイッチ78−94およびCラン
グ(r#Lsy ) スイッチ96−110の各々絋、関連したコンデンサ56
−70のランク(ras&)に対応スるランク順序を有する。
C線しご形スイッチング回路網74はC論理回路によって制御され、この回路は
、PCM語の対応するコード(chord)入力符号ビットを受信するデジタル
入力61,62およびb3と、その各々がCラングイネーブル信号をランクされ
たCラングスイッチ9.6−110のそれぞれの1つに与える8ランクに順序づ
けられ九〇ラング出方とを有する1/B (o+5aof aすht)c復号器
111を含む。例えは、oooのコード(cA。rd)入力符号に対応するCラ
ング出方はCラングスイッチ96に接続される。従って、どれか1つの特定のコ
ード(chord)入力符号にとっては、Cラングイネーブル信号のそれぞれの
1つが与えられてCラングスイッチ96−110のうちの関連した1つのスイッ
チをイネーブルさせ、その他のすべてのCラングスイッチ96−110はディス
エーブルされる。
C論理回路は、またランクを順序付けられたゲート112〜128を含み、これ
らのゲートはそれぞれのCレールスイッチ78−94を選択的にディスエーブル
させるCレールディスエーブル信号を与える。図示した形においては、ゲー)
114−126は2人カッアゲートであシ、これらのゲートの入力は最低ランク
(コード(chord)入力符号000および001)から始まって最高ランク
(コード入力符号110および111)までのそれぞれの隣接する対のCラング
出力に結合される。ゲート112は3人カッアゲートであシ、その第1人力は最
低ランクのCラング出力(コード入力符号000)に結合され、その第2人力は
コンデンサ54−70の第1プレートを第1および第2基準電圧から選択的に減
結合させるため充% DAC又はCDディスエーブル信号に結合され、その第6
人力はI)−A変換に備えてDACコンテンサ54−70を選択的に放電させる
ためD/A放亀又はD#ディスエーブル信号に結合される。ゲー) 12Bは、
その第1人力なりADディスエーブル信号の反転信号に結合させ、その第2人力
をゲート150の出力に結合させた2人力ナンド回路である。ゲート130はそ
の第1人力が最高順位のCラング出力(コード入力符号111)に結合され、そ
の第2人力がCDディスエーブル信号に結合される2人力オアゲートであること
が好ましい。
この集成においては、ゲー) 112−118からのCレールディスエーブル出
力は、コンデンサ56−70の第1プレートのうちのどれが互に接続され基準電
圧出’rgfおよびVAGに接続されるかを決定する。CDディスエーブル信号
が高の状−にあるとすると、ゲート112は、Cレールスイッチ78をディスエ
ーブルさせてコンデンサ56−70の第1プレートを第1基準電圧土V□fから
減結合させ、ゲート128および160は協同してCレールスイッチ94をディ
スエーブルさせてコンデンサ56−70の第1プレート番第2基準電圧”A8か
ら減結合させる。第3図に示すようにCDディスエーブル信号もまた信号Fとし
てスィッチ420制御信号に結合されると、スイッチ42は入力信号標本(サン
プル)をコンデンサ56−70の第1プレートに結合させる。他方DADディス
エーブル信号が高の状態にあると、ゲート112はCレールスイッチ78ヲデイ
スエープルさせてコンデンサ56−70の第1プレートを第1基準電圧土’re
fから減結合1させ、ゲート128はCレールスイッチ94をイネーブルさせて
コンデンサ56−70の第1プレートを第2基準亀圧Vmに結合させる。
図示した実施例において社、C復号器111がコンデンサ54−70を充電又は
放電させることが必要な場合には、M#Lsディスエーブル信号を介して選択的
にディスエーブルされる。好ましい実施例では、C復号器111は、最低のCラ
ング出力のみについてイネーブル信号を与えることによって、高状態のMusデ
ィスエーブル信号に応答スる。同時に、インバータ132は、ゲート112およ
び114゜およびスイッチ96とC復号器との間の最低Cラング出力中に置かれ
たゲート164をディスエーブルさせ、イネーブル信号がCラングスイッチ96
をイネーブルさせるのを防止する。ゲート134は、その第1人力を最低ランク
のC′:)ング出力に結合させ、第2人力をインバータ162の出力に接続させ
た2人力アンドゲートであシ、後者の入力は、Mgxディスエーブル信号を受信
するように結合されることが好ましい。
図示した実施例においては、RDAC部分52は、第1基準亀圧土’rgfと第
2基準亀圧へ。との間のステップ電圧を、ランク付けした複数のステップノード
の各々の上に発生させる分圧器を具える。好ましい形式においては、分圧器は、
第1基準電圧土r□fと第2基準電圧FAGとの間に直列に接続された複数の抵
抗166〜170を含め、抵抗136,168および170は、それぞれ1ユニ
ツトの相対値を有し、抵抗138〜166は、それぞれ2ユニツトの相対値を有
する。この構成において杜、VrafとFAGとの間で間隔をおいて絶苅値を有
する所定のステップ電圧L、抵抗156〜170の6対の間のステップノードに
発生する。
RDAC部分52は、またステップノードのうちの選択された1つを共通レール
76に結合させるためRはしご形スイッチング回路網を含む。特に複数のランク
付けされたRラングスイッチ172〜202はそれぞれのステップノードを共通
レール76に結合させる。好ましい形においては、スイッチ204および206
は、それぞれ抵抗136および170と並列に結合され、下記に明らかになされ
る理由のため符号化/復号化又はEn/Dec 信号に応答して抵抗136およ
び170のうちの1つを選択的に短絡させる。
Rはしご形スイッチング回路網は、PCM語のステップ入力符号ビットに対応す
るデジタル人力b4.bll、b6および”I、およびそれぞれのRラングスイ
ッチ172〜202に対してイネーブル信号を与える16のRラング出力とを有
する’/16 (ass af zijtags) R復号器210によって制
御される。例えば、ステップ入力符号に対応するRラング出力は、Rラングスイ
ッチ172に接続され、ステップ入力符号1111に対応するRラング出力id
Rラングスイッチ202に接続される。従っていずれか1つの特定のステップ人
の1つが与えられてRラングスイッチ172〜202のうちの関連した1つをイ
ネーブルさせる。Rラングイネーブル信号に応答して特定のRラング信号172
〜202はそれぞれのステップノードを共通のレール76に結合させる。従って
、RDAC部分の両端に発生する各ステップ電圧は、共通レール76を介して選
択的にCDAC部分5oに接続されてもよい。
プログラマブルA近似則およびMu−255近似則能力をうれた第1プレートを
有する符号化コンデンサ54ヲ利用する。第1符号スイッチ214は符号化コン
デンサ54の第1プレートを最低ランクコンデンサ56の第1プレートに結合さ
せる。符号化コンデンサ54の第2プレートはコンデンサ56の第2プレートに
接続されている。第2符号スイッチ215ill:第2基準亀圧VAOと符号化
コンデンサ84の第1プレートとの間に接続されている。A近似側PCM変換信
号又はCDイネーブル信号が高状態にてその制御入力端子に印加されると、第1
符号スイッチ214絋イネーブルされる。khb近似則PCM変換信号およびC
Dイネーブル信号の補数の両方が高状態にてその制御入力端子に印加されると、
第2符号スイッチ215はイネーブルされる。
第1符号スイッチ214がイネーブルされると、第2符号スイッチ215はナイ
スエーブルされてDJIc部分48はA近似側PCM変換を行う。従ってCDA
C部分5oの充電中は符号化コンデンサ54社常にコンデンサ56と並列に接続
されている。A近似側変換が所望される場合には、コンデンサ54Fiコンデン
サ56と並列のtまになっていることができるので、コンデンサ54と56の組
合せ社2ユニットのキャパシタンスを与える。しかじNm−255近似則変換が
所望される場合に絋、符号化コンデンサ54の第1プレートは第2基準電圧’A
Dに接続されコンデンサ56の第1プレートから切離される。これi CDAC
部分5゜から1ユニツトのキャパシタンスを取り除いてコード(chord)
000においてA近似側コードサイズの172を与える。従って、起点(ari
li%)におけるステップサイズはMu近似則においてはA近位側の起点におけ
るステップサイズの72となる。
入力標本(サンプル)yよ、の極性は第2基準電圧VA6よル高いか、又は低い
ので、DAC部分14はCI)AC50上の標本と、第1基準電圧土Vrgfの
正負両方の形式とを比較することが可能でなければならない。好ましい実施例で
は、基準電圧発生器(図示されていない)は必要とされる第1基*を圧+’ra
fおよび−Vr1fを発生させる。第2図に示すように、正および負の第1基準
電圧のうちの適当な1つれ、後述するようにスイッチ216および217を介し
てそれぞれCDAC50およびRDAC52に選択的に結合されてもよい。
再び第1図を参照すると、受信フィルタ部分16の第1段は、演算増幅@220
. 帰還コンデンサ218およヒ切換えコンデンサ222を含み、この切換えコ
ンデンサ222の第1プレート社基準’AGに接続され、第2プレートは制御色
号Jおよびその反転J(i%ml#rJF#)に応答して交互にスイッチ224
を介して演算増幅器220の非反転入力とスイッチ226を介して演算増幅器2
20の出力に接続されて帰還抵抗をシミュレートする。好ましい実施例では、受
信フィルタ部分16は、所望するフィルタ板能を行うため適当な帰還パス(図示
されていない)を備えた追加のフィルタ段を含む。DAC部分14の電荷をスイ
ッチ46を介して直接に受信フィルタ16の入力に選択的に結合させることによ
シ、中間緩衝増幅器の必要性は全く除去される。この構成においては、DAC部
分14の出力を受信フィルタ部分16に結合させるため緩衝増幅器を使用するこ
とに通常伴う寄生キャパシタンス誤差はなく表る。という訳は、DAC部分14
の出力端子線、常に第2基準電圧VAQに固定するからである。緩衝増幅器を除
去すると電力および回路面積を保全することにもなる。
PCM音声符号化に対する国際基準サンプリング速度(rate)は、8ffz
又は125μI−cごとに1フレームである。
好ましい実施例においては、各フレームは16の尋しい変換セグメントに分割さ
れ、Ta: Sy%C信号に同期されている。演算増幅器12とDJC部分14
との協力を明らかにするためには、2つのn/i変換が1つの4’l)変換の過
程において非同期で行われる1フレームを図示しである第3園を参照されたい。
勿論第3図に示しである例は回路10が行いうる多くの方法のうちの1つだ轄を
表わすにすき゛ない。
一般的に云って、47D変換は、アナログ入力信号r□を標本化し入力標本−K
VXMを帰還コンデンサ24に記憶することによって行われる。次に入力標本は
、DAC部分14のコンデンサ54−70の第1プレートに転送され、標本を再
反転させるためその第2プレートに移される。次に、移動された標本の極性が第
2基準電圧’AIに比較して決定される。次に、デジタル符号に収束するため従
来の連続近似レジスタ又はEAR(図示されていない)を用いて2分探索(bi
%ary zgareh)が行われ、このデジタル符号はDAC部分14を用い
て変換されるとコンデンサ54−70の第2プレートの標本電荷を効果的に取消
し、DAC部分14の出力端子の電圧を強制的に第2基準電圧FAGにする。
DAC部分14が入力標本電圧にまで充電されつつある時に、スイッチ214が
イネーブルされスイッチ215がディスエーブルされ、;ンデンサ54の1ユニ
ツトのキャパシタンスをコンデンサ56−70の255ユニツトのキャパシタン
スに加算し、全CDAC50を256ユニツトのキャパシタンスとする。RDA
C52社、 16のステップ電圧のうちの任意の1つをステップノード76を介
してコンデンサ54−70のうちの任意の1つに印加することができるので、D
AC部分14は、第1基準電圧土’rgfと第2基準電圧”AGとの電圧差を2
56(キャパシタンスのユニツ) )t 16(ステップ電圧)又d4096セ
グメントに効果的に分割する。しかし、実1にはDAC部分は圧伸(eampa
*di’f&l)に固有の増加するステップおよびコード(ehard)サイズ
によシこれらのセグメントのうちの8 (chord)*、 16 (ステップ
)又は128だけを発生させることができるにすぎない。
符号化の過程において、アナログ入力標本(サンプル)は、第1基準翫圧1’、
、1/16の倍数であるステップ電圧を与えるために構成されたR DAC52
を用いてDAC部分14が発生可能であるセグメントに対応する1組の決定レベ
ルと比較される。好ましい実施例においては、x DAC52はEn/I)ac
信号によってそのように構成されておシ、この信号はスイッチ204をイネー
ブルさせ、スイッチ206をディスエーブルさせる。しかし、この符号化技術は
、0〜−1の範囲において量子化誤差を結果として生じさせることは拘知である
。
第3図に示す例においては、DAC部分14はM番−255圧伸近似則に従って
動作するものと仮定される。このモードにおいては、コンデンサ54の第1プレ
ートは変換中にスイッチ215を介して第2基準翫圧VAGに結合されもので、
キャパシタンスの255ユニツトだけが16ステツプ電圧の各々に切換えること
ができ、合計で4080セグメントにすぎない。従ってDACft1分14の有
効範囲は(4080/第1セグメントの態量中に、アナログ入力信号VXMが標
本化され、瞬時値は−KVx)Iとして帰還コンデンサ24に記憶される。但し
、−Xは演算増幅器18の利得である。
この説明のために、帰還コンデンサ24の入力標本−KV□、が第1基準亀圧+
’rafの−54074096の値を有すると仮定する。同時に、入力標本は信
号CDによってイネーブルされるゲート42を介してCDAC回路50のコンデ
ンサ54−70の第1プレートへ転送される。入力標本がCDAC50に記憶さ
れた後に、その標本Lコンデンサ54−70の第2プレートを演算増幅器18の
非反転入力に結合しコンデンサ54−70の第1プレートを第2基準翫圧”AG
に結合することによって、第2基準電圧FAGと比較して翻訳される。
標本の極性は今度は演算増幅器18を翻訳された標本(サンプル)と第2基準電
圧とを比較するための比較器として構成することによって決定することができる
。ここに示した例の場合には、演算増幅器IEl)出力は正であシ、入力標本K
V工、はそれが標本化された時には正であったことを示す。次に、比較の結果が
5IIBに正符号ビットとして記憶され、スイッチ216をディスエーブルさせ
、スイッチ217をイネーブルさせることによって第1基準翫圧土’rafの負
電圧を選択するのに用いられる。
ト又はblを強制的に1にし、C復号器111に対して中央範[1(wid −
ra%ys )のコード(C轟−rd)入力符号100を作シ、R復号器210
に対して低範囲(law−rgsy*)のスゲツブ入力符号0000を作る。コ
ード(cAord)入力符号100に応答してC復号器111およびグー) 1
12−130はスイッチ86および88をディスエーブルさせ、スイッチ7B−
84および □90−94をイネーブルさせ、コンデンサ56−62の第1プレ
ートを第1基準覧圧−’rafに結合させて、コンデンサ66−70の第1プレ
ートを第2基準亀圧FAGに結合させる。
C復号器111およびグー) 112−130妹、またスイッチ96−102お
よび106−110をディスエーブルさせスイッチ104をイネーブルさせて、
コンデンサ64の第1プレートをステップノード76に結合させる。ステップ入
力符号0000に応答してR復号器210は、スイッチ174−202をディス
エーブルさせ、スイッチ172をイネーブルさせて、ステップノード76を第2
基準翫圧V□。に結合させる。この結果、記憶された標本(サンプル)を表わす
電荷がコンデンサ54−70の第2プレートに共有され(zktxr蓼nj/)
+それはコンデンサ54−70の第2プレートに電圧を発生させ、その電圧は
まだ比較器撫成のままになっている演算増幅器18の非反転入力に印加される。
コンデンサ56−62の第1プレートの第1基準電圧−’rafへの切換えによ
る電荷は、コンデンサ54−70の全部の第2プレート上の標本電荷のすべてを
取シ消すのに十分てはないので、第2プレート上の電圧はまだ第2基準亀圧VA
0よ、シ高い。従って演算増幅器18の出力は正となシ、その結果1の符号がS
ARf) blの位置に記憶される。
示された仮定の例では、I’s 5ync悟号が第3セグメントの期間中に受信
され、ル争変換順序(シーケンス)が割込まれてD/A変換を行わねけならない
ことを示す。従って第4セグメントの期間中にFiDACコンデンサ54−70
か先ず放電される。その理由鉱、入力標本−KVよ、はまだ帰還コンデンサ24
に保持されているからである。例えに、デジタル入力符号00101100を受
信したとしよう。
正負符号ピッ)60tiOであるので、所望するアナログ出力信号は負でなけれ
ばならない。好ましい実施例におけるように、受信フィルタ部分16がそこに奇
数の反転段を有する場合には、スイッチ216をイネーブルさせスイッチ217
をディスエーブルさせることによって、第1基準電圧土V□fのうちの正の電圧
を選択しなけれにならない。
放電後に、C復号器111はスイッチ70−80.86−94 および100を
イネーブルさせスイッチ82および84をディスエーブルさせることによってコ
ード(chord)入力符号010に応答する。同様に、R復号器210はスイ
ッチ196をイネーブルさせスイッチ172−194および198−202をデ
ィスエーブルさせることによってステップ入力符号1100に応答する。従って
コンデンサ56および58の第1プレート祉第1基準翫庄士’rgfに結合され
、コンデンサ6oの第1プレートはステップノード76に結合され、コンデンサ
62−70および54の第1プレートは第2基準翫圧FAGに 。
結合される。示された例について云うと、RDAC52によシステップノード7
6に発生されたステップ電圧は*
(25732) V□f となる。コンデンサ56−60の第1プレートの選択
的切換えの結果生じるDAC部分14の出力端子上の電荷は、制御信号Iの制御
をうけてスイッチ46を介して受信フィルタ部分16に結合される。この電荷L
[(98/4096)*(+Vrgl) :lに比例し、DAC部分14の出力
端子から判るようにその比例定数はコンデンサ54−70配列(アレイ)のテプ
ナン等価総キャパシタンスに関連することを電荷再分配原理を用いて証明できる
。
好ましい夫尻例においては、コンデンサ54−70は、受信フィルタ部分16の
第1段の入力キャパシタンスとして樵能し、この段の利得の一部を決定する。受
信フィルタ部分16の第1段か必要とするオリ得を減少させる一方でフィルタ部
分16のダイナミックレンジを増大するために、D/A変換は、十分な量の電荷
を受信フィルタ部分16に結合させるように連続するセグメントにおいて2回実
行される。この方法によってDAC部分14と受信フィルタ部分16との間のイ
ンタフェースをとることから得られる予ルjしなかった利点は、アナログ信号の
7ラツトトツプ又は零位保持サンプリング(zgra order hold
saWLpling)に通常関連した( tin x)/X歪みが自動的に補正
されることである。この問題の更に詐しい説明については、ステファンU、ケリ
ーおよびヘンリー・ウルツブルグが1980年4月10日に出願し本発明の譲受
人に譲渡された係楓中の米国出願第138,969号を診照される。
Z)/A変換中にハーフピット補正を行うことによって、もとのAl1)変換か
ら生じる量子化誤差を最小にすることができる。この補正を行うため、RDAC
52は第2基準電圧VAa152の奇数倍数としてステップ−圧を与えるように
栴成されるべきである。好ましい実施例においては、RDAC52はスイッチ2
06をイネーブルさせ、スイッチ204をディスエーブルさせるEn/7)a
e 信号によってそのように栴成される。補正は、D/A変換において’/2
LSEだけRはしご(ladder)を効果的に高くし又は上昇させて、4/D
変換における1/2LSBのRはしごの相対的低下又は下降を補償し、その結果
量子化誤差を±172 の範囲に変化させる。
第5セグメントの終シまでに、変換されたアナログ信号は受信フィルタに結合さ
れ、フィルタ帰還コンデンサ218にチャージ(cAgr!Im)されてしまっ
ている。第6セグメントの開始時に、入力標本−KVx、を帰還コンデンサ24
から戻してDACコンテンサ54−70にチャージ(chargm)することに
よってVD変換はそれが割込まれたところで再開される。第6セグメントの終ジ
には、上述したように入力信号標本(゛サンプル)は再びコンデンサ54−70
の第2プレートに移行される。
第7セグメントの期間中に、第2セグメントの終シまでに確立された値にとどま
っているSARは、次の最上位のデジタルビット、即ち第2コード(cAord
)入力ビツトを強制的に1にする。その絽来生じるコード(chord )入
力符号110に応答してC後号ム111およびスイッチ112−130&1;L
スイッチ90および92をディスエーブルさせ、スイッチ78−88および94
をイネーブルさせて、コンデンサ56−66の第1プレートを第1基準亀圧に結
合させ、コンデンサ70の第1プレートを第2基準電圧FAI)に結合させる。
C−復号器111およびグー) 112−130はまたスイッチ96−106お
よび110をディスエーブルさせ、スイッチ108をイネーブルさせて、コンデ
ンサ68の第1プレートをステップノード76に結合させる。ステップ入力符号
0000に応答してR復号器210はスイッチ174−202をディスエーブル
させ、スイッチ172および204をイネーブルさせ、ステップノード76を第
2基準を圧I’Aoに結合させる。この結果、記憶された標本を表わす電荷がコ
ンデンサ54−70の第2プレートに共有され(JAαri%!i)、それはコ
ンデンサ54−70の第2プレートに電圧を発生させ、その電圧はまだ比較器本
成のままになっている演算増幅器18の非反転入力に印加される。
コンデンサ56−66の第1プレートの第1基準覧圧−’rafへの切換えによ
る電荷は今やコンデンサ54−70のすべての第2プレート上の標本電荷の全部
を取シ消すのに十分、な量以上になっているので、第2プレート上の電圧は第2
基準亀圧FAG以下となる。従って演算増幅器18の出力は負となシ、その結果
符号0がSARのb2の位置に記憶される。
第8セグメントの期間中に、SARは次の最上位のデジタル人力ビット63.即
ち第3コード(cAsrd)入力ビツトを強制的に1にする。その結果生じるコ
ード(cAord)入力符号101に応答してC復号器111およびグー)11
2−130はスイッチ88および90をディスエーブルさせ、スイッチ7B−8
6および92−94をイネーブルさせて、コンデンサ56−64の第1プレート
を第1基準覧圧−Vrmfに結合させ、コンデンサ68−70の第1プレートを
第2基準亀圧P’Aeに結合させる。C復号器111およびグー) 112−1
30はまたスイッチ96−104および108−110をディスエーブルさせ、
スイッチ106をイネーブルさせて、コンデンサ66の第1プレートをステップ
ノード76に結合される。
ステップノード符号0000に応答してR復号器210はスイッチ174−20
2をディスエーブルさせ、スイッチ172および204をイネーブルさせて、ス
テップノード76を第2基準電圧FAIに結合させる。この結果、記憶されて標
本を表わす電荷がコンデンサ54−70の第2プレートに共有(#Aariyy
)され、それはコンデンサ54−70の第2プレートに電圧を発生させ、その電
圧に′i、まだ比較器桐成のままになっている演算増幅器18の非反転入力に印
加される。
コンデンサ56−64の第1プレートの第1基準亀圧−’rafへの切換えによ
る電荷は、まだコンデンサ54−70のすべての第2プレート上の標本電荷の全
部を取シ消すのに十分な量以上であるので、第2プレート上の電圧は再び第2基
準覧圧rA、以下になる。従って演算増幅器18の出力は負となシ、その結果符
号0がEARのb3の位置に記憶される。このようにして、第8セグメントの終
シまでに社、SARのコード(chord)入力部分は100を含み、入力信号
標本の振幅がコード(chord) 4以内にあることを示す。
第9セグメントの期間中に、SARは次の最上位のデジタル人力ビット、即ち第
1ステツプ入カビツトを強制的に1にする。コード(churl )入力符号1
00に応答してC復号器111およびグー) 112−130はスイッチ86−
88をディスエーブルさせ、スイッチ78−84および90−94をイネーブル
させて、コンデンサ56−62の第1プレートを第1基準亀圧−’rafに結合
させ、コンデンサ66−70の第1プレートを第2基準亀圧FAGに結合させる
。C復号器111およびゲート112−1!10はまたスイッチ96−102お
よび106−110 tディスエーブルさせ、スイッチ104をイネーブルさせ
て、コンデンサ64の第1プレートを不テップ76に結合させる。ステップ入力
符号100口に応答してR復号器210はスイッチ172−186および190
−202をディスエーブルさせ、スイッチ18Bをイネーブルさせて、(1”/
!12)*’rafをステップノード76を介してコンデンサ64の第1プレー
トに結合させる。この結果、記憶された標本を表わす電荷がコンデンサ54−7
0の第2プレートに共有され(zhari%!I)、それはコンデンサ54−7
0の第2プレートに電圧を生じさせ、その電圧はまだ比較器框成のままになって
いる演算増幅器18の非反転入力に印加される。
コンデンサ56−62の第1プレートの第1基準亀圧−’rgfへの切換えおよ
びコンデンサ64の第1プレートの(16/32)*’rafへの切換えによる
電荷atだコンデンサ54−70のすべての第2プレート上の標本電荷の全部を
取り消すのに十分な量以上なので、第2プレート上の電圧は再び第2基準翫圧F
AG以下になる。従って演算増幅器18の出力は負となシ、その結果符号0がS
ARのb4の位置に記憶される。同様な方法で、残シのステップ入力ビツトに対
応する残シのデジタル入力ビラ) b5.b6およびb7の各各はそれぞれ第1
0.第11および第12セグメントにおいて決定される。従って第12セグメン
トの終シまでには、SARのコード(chord) 入力部分は100を含み、
SARのステップ入力部分ti 0110 を含んで、標本化された場合入力信
号FfNの振幅社コード(cAard) 4のステップ6内にあったことを示す
。
4’D変換の完了後はいっでもSARの内容はその後の使用又は伝送のため適当
な保持レジスタ(図示されていない)に転送することができる。好ましい実施例
では、転送は、デジタル符号ビットb7の決定後のセグメントの期間中に行われ
る。次にSARは次の47D変換サイクルの準備のためすべて零にクリアされる
。
第13セグメントの期間中に、第2 Rz 5ync信号か受信される。それに
応答して回路10は上述したように動作し、必要とされるD/A変換を第14お
よび第15セグメントの期間中に行う。ル争変換、 D/A変換のいずれもが起
きていないと、回路は第13および第16セグメントにおけるようにアイドルモ
ードに入る。TieおよびR,5,%C信号の相対的タイミングに応じて、各フ
レームは0〜4のアイドルモードセグメントを有しうる。
第3図の代表的なタイミング図を用いて回路1oの動作を示したが、1つのフレ
ームの期間中に2回のD/A変換と1回のVD変換を行う回路1Dの能力は音声
応用における非同期動作を保証することは明らかである。事実、前の々φ変更が
完了していれはたとえTag Sy%C信号がセグメント前に起きたとしても、
回路10は満足に動作することを証明することができる。
本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は多くの方法で変形させる
ことができ、上記に具体的に示し説明した例以外の多数の実&例の形をとシうる
ことは画業技術者には明らかであろう。従って、添付した請求範囲によって、本
発明の真の精神および範囲内にある本発明のすべての変形を含むことが意図され
ている。
補正書の翻訳文提出%(特許法第184条7の第1項)1.特許出願の表示
国際出願番号 pc r/lts 8210051、発明の名称
フィルタインタフェース回路に対する容量性Z)/、4変換器&特許出願人
住 所 アメリカ合衆国イリノイ州60196 、シャンバーブ。
イースト・アルゴンフィン・ロード、 1303番名 称 モトローラ・インコ
ーホレーテッド代表者 ラウナー、ピンセント ジエづ国 籍 アメリカ合衆国
4、代理人
住 所 東京都豊島区南長崎2丁目5番2号請 求 の 範 囲
1、 その入力部分に結合された電圧に比例してその出力部分に電荷を容量的に
結合させるだめの容量性DAC手段と。
第1イネーブル伯号に応答して容量性DAC手段の入力部分をル1基準電圧に結
合させるための入力切換え手段と。
その入力部分に結合したt荷に関連した電圧でその出力部分上に出力信号を与え
るだめのフィルタ手段と。
第2イネーブル信号に応答してフィルタ手段の出力部分を結合させ第3イネーブ
ル信号に応答して第2基準電圧に結合させるための出力切換え手段と。
放%期間中には第3イネーブル信号を、固定期間中に社第2イネーブル信号を、
標本期間中には第1および第2イネーブル信号を、保持期間中には第1イネーブ
ル信号を順次与えるためのクロック発生器手段との組合せから敗るフィルタイン
タフェース回路ニ対スる容量性D/A変換詣。
2 (補正)容量性DAC手段は。
入力部分をtJpJ2基$’&圧に結合させ、出力部分を容量性DAC手段の出
力部分に結合させた切換不能キャパシタンス手段と。
入力部分を入力切換え手段に結合させ、出力部分を容量性DAC手段の出力部分
に結合させた切換えキャパシタンス手段と。
第3イネーブル色号に応答して切換えキャパシタンス手段の入力部分を第2基準
電圧に結合させるDAC切換え手段と。
を具えることを特徴とする請求の範囲第1項の組合せから成る容量性D/A変換
器。
五 (補正)フィルタ手段は。
反転および非反転入力と1出力とを有する演算増幅器と。
演算増幅器の反転入力と出力との間に結合された帰還キャパシタンス手段と。
演算増幅器の反転入力と出力との間に結合された帰還抵抗手段と。
を具えることを特徴とする請求の範囲第1項又は第2項の組合せから成る容量性
n/i変換益。
4、(新規)前記符号化された信号をD/A変換器のキャパシタンス手段に充電
させ、前記符号化信号に関連した電荷を与える段階と。
前記キャパシタンス手段を入力コンデンサとして用いるフィルタにmJ記電荷を
直接に結合させ、それによシ前記符号化信号かろ波される前に前記を荷を電圧に
変換する必要を除去する段階と。
を具えることを特徴とする符号、化信号を復号する方法。
国際調査報告
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 部分に電荷を容量的に結合させるための容量性DAC手力部分を第1基準電圧に 結合させるための入力切換え手段と。 その入力部分に結合した電荷に関連した電圧でその出力部分上に出力信号を与え るためのフィルタ手段と。 第2イネーブル信号に応答してフィルタ手段の出力部分を結合させ第6イネープ ル信竺1.に応答して第2基準亀圧に結合させるための出力切換え手段と。 放%期間中には第5イネーブル信号を、固定期間中には第2イネーブル信号を、 標本期間中には第1および第2イネーブル信号を、保持期間中には第1イネーブ ル色号を順次与えるだめのクロック発生器手段と。 の組合せから成るフィルタインタフェース回路に対する容量性7)/A変換器。 2 容量性DAC手段は。 入力部分を第2基準亀圧に結合させ、出力部分を容量性DAC手段の出力部分に 結合させた切換不能キャパシタンス手段と。 入力部分を入力切換え手段に結合させ、出力部分を容量性DAC手段の出力部分 に結合させた切換えキャパシタンス手段と。 第3イネーブル信号に応答して切換えキャパシタンス手段の入力部分を第2基準 を圧に結合させるためのDAC切換え手段と。 を具える請求の範囲第1項の組合せから成る容量性D/A変換器。 五 フィルタ手段は。 反転および非反転入力および1出力を有する演算増幅器手段と。 演算増幅器の反転入力と出力との間に結合された帰還キャパシタンス手段ト。 演算増幅器の反転入力と出力との間に結合された帰還抵抗手段と。 を具える請求の範@:l第1項又は第2項の組合せから成る容量性ルク変換器。
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