JPS61239723A - オ−バサンプル形d/a変換器 - Google Patents

オ−バサンプル形d/a変換器

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JPS61239723A
JPS61239723A JP60080131A JP8013185A JPS61239723A JP S61239723 A JPS61239723 A JP S61239723A JP 60080131 A JP60080131 A JP 60080131A JP 8013185 A JP8013185 A JP 8013185A JP S61239723 A JPS61239723 A JP S61239723A
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    • H03M7/3004Digital delta-sigma modulation
    • H03M7/3015Structural details of digital delta-sigma modulators
    • H03M7/3031Structural details of digital delta-sigma modulators characterised by the order of the loop filter, e.g. having a first order loop filter in the feedforward path
    • HELECTRICITY
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    • H03M7/3024Structural details of digital delta-sigma modulators characterised by the number of quantisers and their type and resolution having one quantiser only
    • H03M7/3026Structural details of digital delta-sigma modulators characterised by the number of quantisers and their type and resolution having one quantiser only the quantiser being a multiple bit one

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】 〔発明の利用分野〕 本発明はオーバーサンプル形ディジタルアナログ(D/
A )変換器更に詳しく言えば信号のナイキストレート
の数倍の標本化周波数で本化された信号のディジタル信
号をアナログ信号に変換するD/A変換器に係り、特に
半導体集積回路で実現するのに好適な音声帯域信号等の
D/A変換器に関する。
〔発明の背景〕
音声信号を取扱う精度の高いD/A変換器の一方式とし
て、原理上アナログ回路素子の削減と構成素子に要求さ
れる精度の緩和が可能でしかも半導体集積回路で実現す
るに好適なオーバサンプル形D/A変換器が知られてい
る。しかし、従来のこのD/A変換器は信学会研究会報
告(C883−198)、昭59年度信学会通信部門全
国大会講演1659等に記載のように所望の8/N比特
性(例えば、評価帯域4 K Hzにおいて90dB)
を得るためには数MHz以上のサンプリング周波数が必
要とされ、演算増幅器やアナログスイッチ等に高速動作
が要求され、又、D/A変換器の入力であるディジタル
信号は差分PCM信号が使用されるため、そのD/A変
換器の出力側にアナログ積分器を必要とし、そのアナロ
グ積分器がスパイクノイズやオフセットの原因とな98
/Nを悪1      化させるため本来08/Nを改
善するとり目的と矛盾した結果を生じていた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、オーバサンプル形り/A変換回路にお
いて、その本来の特長、すなわちアナログ回路素子に必
要な性能を緩和するという特徴を生かし、しかも音声帯
域等で十分な8/N比特性を有するD/A変換器を提供
することに6る。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するため、本発明ではオーバサンプル形
A/D変換器において用いられているノイズシェービン
グ(量子化ノイズの周波数成分を高周波領域に分布させ
る方法)手法を利用してビット精度緩和による量子化雑
音の低減とともに、帰還信号の変化幅が前回サンプルの
入力信号と帰還信号との差分と、その差分の積分結果と
の和をもとく変化するようにして、勾配過負荷を生じな
いようにした。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
第1図は本発明によるオーバサンプル形D/A変換器の
一実施例の構成を示す図であって、同図において、オー
バサンプルされた多数のビットからなるディジタル入力
信号X、とディジタル帰還信その差分δは演算回路1−
2によって積分される。
その出力である積分信号eと前述した差分δとは演算回
路“1−3で加算される。その加−出力信号g 十aは
比較回路3で量子化され、演算回路1−4に加えられ、
上記帰還信号q1はD/A変換器4によって積分され上
記ディジタル帰還信号’qaK変換される。上記D/A
変換器出力のアナログ信号はフィルタ回路5に加えられ
、サンプリングによる高調波信号成分を除去される。な
お、2−1および2−2はレジスタである。
説明を簡単にするため入力信号X、を標本化周波数51
2KHz 、1サンプルのビット数16ビツトのディジ
タル信号とし、帰還信号q’aを9ビツトのディジタル
信号として上記実施例の動作を説明する。
第2因は、第1図のオーバサンプル形DA変換器の具体
的構成を示し、第1図の演算回路1−1〜1−4゛を構
成する加算器を1個の加算器を時分割使用するようにし
たものである。第一2゛図の実施例に使用されるタイミ
ングチャートを第3図に示す。φl〜φ4は512KH
zのクロックを4分割したものであり、’lとvlは互
いにノンオーバーラツプとな″る512KHzのり四ツ
クである。
第2図において、セレクタ6−1〜6−3は16ビツト
で構成され、S端子に加えられる信号が論理レベル11
”のときS端子゛の入力が選択されYに出力され、論理
レベルが10”のときA端子の入力が選択されY端子に
出力される。またレジメ      。
り2−1.2−3は16ビツト構成、レジスタ2−2は
9ビツト構成である。これらのレジスタはすべてクロッ
クφ1〜φ4の立下がりで出力が遷移し、保持される。
レジスタ2−1.2−2は第      。
1図のレジスタ2−1.2−2に対応したものであるが
、レジスタ2−3は加算器1を時分割使用      
 □゛゛□ 可能とするためのものである。           
    ′0・9パ 以下に本実施例の動作を説明する。ここで内部    
  □、6′・□)゛、f、’:に 演算の信号形式は2の補数である。         
    ・。
ダj まず、タイミングφ1で、入力サンプル信号X、と前サ
ンプル信号X a−1までの演算で得られた帰還信号q
、との差分をとる。この場合、差分は帰還信号がレジス
タ2−2に後述する方法でまえもって負の形(−qa)
で蓄えられているから巣に入力信号X、へ加算すること
で実現できる。
この差分信号δはタイミングφ亀の立下がりエツジでレ
ジスタ2−3へ蓄えられる。次に、タイミングφ3でレ
ジスタ2−3と前入力サンプルX B+1までの差分の
積分値εを蓄えているレジスタ2−1との加算を行い、
その結果を再びレジスタ2−1へ蓄える。この結果、入
力サンプルX、までの差分の積分が行われたことになる
。次にタイミングφ3でレジスタ2−3とレジスタ2−
1との加算を行いその結果を再びレジスタ2−3へ蓄え
る。
この結果、レジスタ2−3には積分信号εと差分信号δ
との和6+δが蓄えられる。帰還信号q。
の更新を行うために8+δの値を用いるのは、内(入力
サンプル信号X、やIK対する帰還信号q molの予
測効果を得るためであり、帰還信号q1の入力信号X、
に対する追従性を向上させることができ、勾配過負荷を
効果的に抑えることができる。
次に、レジスタ2−3の値を比較回路3によって判定し
、帰還信号q、を更新するための係数を出力する。
第4図に比較回路3の構成例を示す。まず入力e+δは
16ビツトの信号であるが比較操作は換言すると量子化
操作であるから%DI〜DINまでは切りすてる。この
結果、9ビツトのところに小数点を仮定し10進数で考
えたとき、正の値で0以上1未満はOK、1以上2未満
は1となる。また負の値については、それぞれ絶対値が
大きくなる方向にまるめられる。次に、前述したように
差分δ演算を簡単にするためにDo=Dsの全ビットを
反転させ、8+δが負のときキャリーC+をlとする。
キャリーCIは全加算器の9ビツトめのキャリー信号と
して用いる。この操作により、0.1,2,3.・・・
は、−1,−2,−3,・・・に、−1,−2,−3,
・・・は1. 2. 3. 4.・・・となる。
以上の操作をまとめると、比較回路3の出力はe+δの
絶対値をとり、切り上げを行い、極性を反転したものと
なる。入力信号が低周波で帰還信号が良好に追従してい
る状態の第1因における積分演算回路1−4の出力は、
たかだかL8Bのみが変化するだけであるから、ε+δ
の絶対値は1以下であるが、この操作を行えば入力信号
が比較的高周波となり帰還信号の追従性が悪化してε+
δがN倍となったときでも比較回路3の出力が−N倍と
なり、速やかな追従応答が可能となる。
第5図は、上記した比較回路の動作を示す真理値表であ
る。
次に、タイミングφ4で上記した比較回路3の出力とレ
ジスタ2−2の加算を行い再びレジスタ2−2に蓄える
。この操作により第19の1−4の積分演算が実行され
たことになる。
第6図は第1図および第2因に示したD/A変換器4の
構成例を示したものである。まず、2の補数形式の信号
から極性と絶対値の形の信号に変換する。変換方法は極
性ピッ1lQoを除く全ピッ)Q+−Qsと極性との排
他的論理和をと9、負のときは1を加えることが一般的
であるが、ここでは回路構成を簡単化するために負のと
きの1を加える操作の代りに後述するように、D/A変
換変換圧電圧負のと′きは一!−LSBに相当する負の
第フセットを与えておくことで対応している。
本例のD/A変換器は、容量素子の組合せ(Cアレイ1
1−1〜11−6 )と(R,ストリング12−1・・
・12−9)を用いた電荷再配分形で構成されている。
このうちCアレイの各容量は、入力信号Q、(n=−t
〜8)の上位5ビツトQ+〜Qsに対応し、2のべき乗
(1,2,4,8゜16)の重みづけがなされている。
几ストリングは下位3ピツ)Qs〜Q8に対応して8分
割され、タップ電圧をアナログスイッチ13−1・・・
13−9で選択し別途設けた単位容量を介して、上記C
アレイに接続されている。几ストリングの分割力するこ
とで前述したオフセット電圧を重畳することができる。
以下に、D/A変換器の動作を極性信号が正の場合につ
いて述べる。第3因のFtのタイミングで同時にセレク
タ14−1.14−2によってスイッチ15−1.15
−3.15−5.・・・15−13を介して全てのCア
レイの上部および下部電極をアースへ接続しすべてのC
の電荷を放電する。
次に、第1図および第2図の積分演算1−4が終了した
後、タイミングv4でキャパシタ上部電極を自由電位に
するとともにQs〜Qsで1となるピッ)K対応するキ
ャパシタの下部電極をセレクタ14−2.ゲート10−
1. ・・・10−6% 16−1・・・16−5.1
7−1・・・17−5を介して基準電位V−sKする。
またQ6〜Qs K相当する電位については、その3ビ
ツトをゲー)1G−6・・・108.18−1・・・1
8−8を含むロジック回路によってデコードしそれに対
応するアナログスイッチ13−1・・・13−9を導通
状態くし、基準電j      位V、−zOF?−ス
トリングによる分割比の電位を単位容量キャパシタの下
部電極に接続する。このときのD/A変換器の出力V、
は各ビットをQs〜q口で表わすと、 となる。
一方、極性が負の場合はvlのタイミングでキャパシタ
上部電極をアースに接続し% ql〜qsでlとなるビ
ットに対応するキャパシタの下部電極を基準電位V y
 @ fに接続し、@0”となるビットに対応するキャ
パシタの下部電極をアースへ接続することによってq1
〜qs K対応した電荷をCアレイに充電する。次KF
sのタイミングで、キャパシタ上部電極を自由電位に開
放すると同時に基準電位vt、fK接続されているキャ
パシタの下部電極をすべてアースへ切換え接続する。
以上の操作で正負のD/A変換がひとつの基準電位だけ
で行える。
上記D/A変換出力信号は、第7図に示す一例のサンプ
ルホールド回路とフィルタ回路を通してオーバサンプル
形D/A変換器の信号(IKHz)      +、。
スムージングされたD/A変換波形と出力される。
以上の本発明による方式構成によって得られた対雑音(
0−4KHz)電力比特性を第8図に示す。
〔発明の効果〕
以上詳細に説明した如く、本発明によれば従来に比して
1/4以下の低周波サンプリングを用いても良好なり/
A変換特性が得られるからアナログ回路素子の特性を大
幅に緩和することができ、特にディジタル信号処理を行
う論理LSIなどと同・−チップに集積可能なり/A変
換回路が容易に実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のブロック購成因、第2図は加算器を多
重使用するときの本発明によるD/A変換器の一実施例
の構成図、第3図は!2図の動作説明のためのタイムチ
ャート、第4図は第2図の比較回路3の一実施例の構成
図、第5図は比較回路3の中の信号の真理値表図、第6
図は第1図のD/A変換器4の一実施例の構成図、第7
図は本発明の実施例に使用されるサンプルホールド回路
とフィルタ回路図、第8図は本発明によるD/A変換器
[F)−1E*1ffK J:、6°′ゞ02°パ−′
−1,1、ジョン結果を示す特性図である。 l・・・加算器、1−1.1−3・・・加算回路、1−
2゜1−4・・・積分回路、2−1〜2−3・・・レジ
スタ、3・・・比較回路、4・・・D/A変換器、5・
・・フィルタ回路。 第 1 回 $2日 冶 第4区 躬S図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ディジタル信号をアナログ信号に変換するD/A変
    換器において、ディジタル入力信号とそれよりもビット
    精度が粗い帰還信号との差分をとる第一の演算回路と、
    その差分を積分する第二の演算回路と、第一の演算回路
    と第二の演算回路の出力の和をとる第三の演算回路と、
    第三の演算回路の出力を量子化する比較回路と、その比
    較回路の出力を積分し上記帰還信号を発生する第四の演
    算回路と上記帰還信号をアナログ信号に変換するD/A
    変換器とその出力から高調波信号成分を除去するための
    低域フィルタとから構成されたことを特徴とするオーバ
    サンプル形D/A変換器。 2、第1項のD/A変換器において、比較回路の出力が
    第三の演算回路の出力よりも絶対値が常に大なるよう構
    成されたことを特徴とするオーバサンプル形D/A変換
    器。 3、第1項または第2項のD/A変換器において、帰還
    信号をアナログ信号に変換するD/A変換器に1/2L
    SBに相当するオフセット電圧を与えることを特徴とす
    るオーバサンプル形D/A変換器。 4、第1項、第2項または第3項のD/A変換器におい
    て、第一、第二、第三、第四の演算回路を構成する加算
    器が1つの加算器を時分割使用によつて共用された構成
    であることを特徴とするオーバサンプル形D/A変換器
JP60080131A 1985-04-17 1985-04-17 オ−バサンプル形d/a変換器 Expired - Lifetime JPH0697743B2 (ja)

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