JPS62206926A - A/d変換器 - Google Patents

A/d変換器

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JPS62206926A
JPS62206926A JP4943886A JP4943886A JPS62206926A JP S62206926 A JPS62206926 A JP S62206926A JP 4943886 A JP4943886 A JP 4943886A JP 4943886 A JP4943886 A JP 4943886A JP S62206926 A JPS62206926 A JP S62206926A
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JP
Japan
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analog signal
signal
digital signal
integrator
converter
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JP4943886A
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English (en)
Inventor
Takeshi Yoshitome
健 吉留
Kuniharu Uchimura
内村 国治
Tadakatsu Kimura
木村 忠勝
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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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】 倉皇」」口11立I 本発明は、アナログ信号をサンプリング信号を用いてデ
ジタル信号に変換するA/D変換器の改良に関する。
1夏立盈l 従来、第4図を伴なって次に述べるA/D変換器が提案
されている。
すなわち、演算増幅器を用いて構成され、アナログ信号
源1からのサンプリング信号によってサンプリングされ
ているまたはされていないA/D変換されるべきアナロ
グ信号S1と、後述するD/A変換器から帰還されるア
ナログ信号S4との差を積分するアナログ信号積分器2
を有する。このアナログ信号積分器2は、2つの入力端
を有し、その一方が接地され、他方にアナログ信号S4
が供給されるように構成された演口増幅器と、その演算
増幅器の出力端とその演算増幅器のアナログ信号$4の
供給される入力端間に接続された積分用容量素子と、ア
ナ1」グ信号S1を他の容量素子にサンプリング信号に
よってオン・オフ制御される第1のスイッチを介して充
電させ、その充電電荷をサンプリング信号によって第1
のスイッチとは逆にオン・オフ制御される第2のスイッ
チを介して上述した積分容量素子に積分させるように構
成されたスイッチドキャパシタ回路とを用いて構成され
たスイッチドキャパシタ形積分器の構成とし得る。また
、アナログ信号積分器2は、2つの入力端を有し、その
一方が接地され、他方に第1及び第2の抵抗をそれぞれ
介してアナログ信号S1及びS4が供給されるように構
成された演算増幅器と、その演算増幅器の出力端とその
演口増幅器のアナログ信号S1及びS4が供給される入
力端との間に接続された積分容量素子とを用いて構成さ
れたRC形積分器の構成とすることもできる。
また、J二連したアナログ信号積分器2力目ら得られる
アナログ信号$2をデジタル信号S3に量子化して出力
端子5に出力させるアナログ信号量子化器3を有する。
このアナログ信号量子化器3は、アナログ信号S2を入
力として、その電圧と各別の参照電圧とを比較するm子
化レベルの数よりも1つ少ない1つまたはそれ以上の数
の電圧比較器と、それらの電圧比較器の出力をエンコー
ドして、2値以上の値をとるデジタル信号S3を出力さ
せる、それら電圧比較器に対して共通のエンコーダとを
用いて構成された並列比較形アナログ信号量子化器の構
成とし得る。この場合、アナログ信号量子化器3は、ア
ナログ信号積分器2が上述したスイッチキャパシタ形積
分器の構成を有する場合はサンプリング信号による制御
の下に動作させられていなくてもよいが、アナログ信号
積分器2が上述したRC形積分器の構成を有する場合は
、サンプリング信号による制御の下に動作させられてい
る、という並列比較形アナログ信号量子化器の構成とし
得る。
さらに、上述したアナログ信号量子化器3がら得られる
デジタル信号S3をその値に応じたレベルを有するアナ
ログ信号s4に変換し、そのアナログ信号S4を上述し
たアナログ信号積分器2に帰還させるD/A変換器4を
有する。
以上が、従来提案されているA/D変換器の構成である
このような構成を有するA/D変換器によれば、アナロ
グ信号源1からアナログ信号積分器2に供給されるアナ
ログ信号s1の電圧をV・、アナログ信号S1の周波数
をf1アナログ信号積分VS12の伝達特性をH、アナ
ログ信号積分器2に用いている演粋増幅器の利得をA、
アナログ信号量子化器3でアナログ信号s2を量子化す
るにあたりアナログ信号量子化器3において発生する量
子化雑音を■ 、アナログ信号積分器2及びアナログ信
号量子化器3のいずれが一方もしくは双方を制御するサ
ンプリング信号の周波数をfS、出力端子5に出力され
るデジタル信号S3の電圧を■。どするとき、デジタル
信号S3が、 V  =K  ・V、+K  −vA・・・・・・(1
)OX+Q 、 =HA / (1+Z−’HA )・・・・・・・
・・(2)Ko−1/(1+Z”1−IA)−−−−−
−−−−(3)HA=1/(1−(A/(A+1))Z
”・・・・・・・・・・・・・・・(4)z −1−e
 −J (1)″    ・・・・・・・・・・・・・
・・(5)ω=2πf      ・・・・・・・・・
・・・・・・(6)T−1/fs    ・・・・・・
・・・町・・(7)表わされる電圧■。を有して得られ
る。この場合、(1)式のK ・■1は、アナログ信号
S1を表している信号成分であり、また(1)式のK 
−vAは雑音成分であるが、その雑音成分K ・v、は
、(3)〜(7)式から明らかなように、サンプリング
信号の周波数f3を、アナログ信号$1の周波数fの最
高周波数f。
に対して高くすればするほど、低い値で得られる。
従って、第4図に示す従来のA/D変換器の場合、サン
プリング信号の周波数f、を、アナログ信号S1の最高
周波数fIに対して十分高くすることによって、アナロ
グ信号S1を雑音成分KQ−VAの比較的少ないデジタ
ル信号S3に変換して出力端子5に出力させることがで
きる。
発明が解決しようとする問題1、 しかしながら、第4図に示す従来のA/D変換器の場合
、アナログ信号S1を、上述したように、雑分成分K 
−VAの比較的少ないデジタル信号S3に変換して出力
させることができるとしても、その雑音成分K。−VA
を少なくするのするのに一定の限度を有していた。
その理由の1つは、サンプリング信号の周波数f、を、
アナログ信号S1の最高周波数f。
に対して高くすれば、これに応じてアナログ信号積分器
2も高速動作させる必要があり、しかしながら、アナロ
グ信号積分器2を高速動作させる場合、アナログ信号積
分器2に用いている演算増幅器の利得を大にするのに限
度を有する。
従って、上述した(3)及び(4)式から明らかなよう
に、(3)式のK。を小とするのに限度を有するからで
ある。
雑音成分K −vAを少なくするのに一定限度を有する
理由の他の1つは、アナログ信号fn子化器3において
アナログ信号S2をデジタル信号S3に量子化するとき
の量子化レベルの数NAを増すことによって、雑音成分
K。−vAを決めている1つの要素としてのアナログ信
号量子化器3における量子化雑音VAを小にすることが
できる。しかしながら、D/A変換器4がアナログ信号
量子化器3からのデジタル信号S3を直接入力としてい
るので、アナログ信号量子化器3における量子化レベル
数NAを、D/A変換器4からアナログ信号積分器2に
帰還されるアナログ信号S4がとるレベル数に応じた数
にする必要がある。一方、アナログ信号$4のレベル数
を、直線性を劣化させることなしに増すのに一定の限度
を有する。このため、アナログ信号量子化器3における
量子化レベル数N、を大にするのに一定の限度を有し、
従って、m子化雑音■。を小とするのに限度を有するか
らである。
また、第4図に示す従来のA/D変換器の場合、上述し
たようにアナログ信号積分器2に用いている演算増幅器
の利得を大にすることに一定の限度を有するため、(2
)及び(4)式から明らかなように、Kxが1未満の値
で得られる。このため、信号成分K ・■iが、アナ口
グ信号S1に対して減衰した電圧で得られる。
1題1、を解決するための手段 よって、本発明は、A/D変換されるべきアナログ信号
を、第4図で上述した従来のA/D変換器の場合に比し
格段的に少ない雑音成分しか有さず且つA/D変換され
るべきアナログ信号に対してほとんど減衰していない信
号成分を有するデジタル信号に変換することができる、
新規なA/D変換器を提案せんとするものである。
本発明によるA/D変換器は、第4図で上述した従来の
A/D変換器の場合と同様に、演算増幅器を用いて構成
され、A/D変換されるべきアナログ信号と帰還される
アナログ信号との差を積分するアナログ信号積分器と、
そのアナログ信号積分器から得られるアナログ信号をデ
ジタル信号に量子化するアナログ信号量子化器とを有し
、そして、この場合、アナログ信号積分器及びアナログ
信@足子化器の何れか一方または双方が、サンプリング
信号による制御の下に動作させられている。
しかしながら、本発明によるA/D変換器は、上述した
アナログ信号積分器及びアナログ信号量子化器の外、上
述したアナログ信号量子化器から得られるデジタル信号
を積分するデジタル信号積分器と、そのデジタル信号積
分器から得れるデジタル信号をデジタル信号に量子化し
て出力端子に出力させるデジタル信号母子化器と、その
デジタル信号量子化器から得られるデジタル信号をアナ
ログ信号に変換し、そのアナログ信号を上述したアナロ
グ信号積分器に上述した帰還されるアナログ信号として
帰還させるD/A変換器とを有する。
作用・効果 以上が、本発明によるA/D変換器の構成である。
このような構成を有する本発明によるA/D変換器によ
れば、第4図で上述した従来のA/D変換器の場合と同
様に、アナログ信号積分器に供給されるA/D変換され
るべきアナログ信号の電圧を■11そのアナログ信号の
周波数をf、アナログ信号積分器の伝達特性をH、ア^ ナログ信号世子化器でアナログ信号積分器からのアナロ
グ信号を量子化するにあたり、アナログ信号母子化器に
おいて発生する■子化雑音をVA、アナログ信号積分器
及びアナログ信号(Ji量子化器何れか一方または双方
を制御するサンプリング信号の周波数をf8とし、また
、デジタル信号量子化器の伝達特性をH8、デジタル信
号量子化器でデジタル信号積分器からのデジタル信号を
量子化するにあたり、デジタル信号量子化器において発
生する量子化雑音をV。、出力端子にデジタル信号量子
化器から出力されるデジタル信号の電圧をV。とすると
ぎ、出力端子に出力されるデジタル信号が、 V    =K    −V−+(K   /HA)V
AOX       In        X+(K 
 /H−H,)V。
×  A ・・・・・・・・・(8) K  =H−H/(1−Z  H−H)ADAD ・・・・・・・・・(9) Z−1= e −j″) j      、、、 、、
、 ・、・< 1o >ω=2πf       ・・
・・・・・・・(11)T=1/f、       ・
・・・・・・・・(12)で表わされる電圧■。を有し
て得られる。この場合(8)式のK ・v、は、A/D
変換されるべぎアナログ信号を表わしている信号成分で
あり、また、(8)式の(K /HA)vA及び(K 
 /H・l−1)V、は雑音成分であるAD が、それら雑音成分(K /1−IA)VA及び(K 
 /I−1−H,)V、ハ、(9)〜(12)VA 式から明らかなように、サンプリング信号の周波数fS
を、A/D変換されるべきアナログ信号の周波数fの最
高周波数f、に対して高くずればするほど、低い値で得
られる。
従って、本充用によるA/D変換器の場合も、第4図で
上述した従来のA/D変換器の場合と同様に、サンプリ
ング信号の周波数f3を、A/D変換されるべきアナロ
グ信号の最高周波数f に対して十分高くすることによ
って、A/D変換されるべきアナログ信号を、雑音成分
の比較的少ないデジタル信号に変換して出力端子に出力
させることができる。
しかしながら、本発明によるA/D変換品の場合、D/
A変換器がアナログ信@m子化器からのデジタル信号を
直接入力としておらず、デジタル信号量子化器からのデ
ジタル信号を直接入力としているので、アナログ信号j
子化器における量子化レベル数NAを、D/A変換器か
らアナログ信号積分器に帰還されるアナログ信号のレベ
ル数に応じた数にする必要がなく、従って、アナログ信
号母子化器における量子化レベル数NAを十分高くする
ことができる。従っで、アナログ信号母子化器における
量子化レベル数NAに応じた値をとる量子化雑音VAを
、十分小にすることができる。従って、アナログ信号積
分器に用いている演鋒増幅器の利得を大にするのに一定
の限度を有するためにサンプリング信号の周波数f、を
A/D変換されるべきアナログ信号の最高周波数fIl
に対して高くするのに一定の限度を有するとしても、雑
音成分(K /HA)vAを十分小にすることができる
また、本発明によるA/D変換器の場合、D/A変換器
がデジタル信号量子化器からのデジタル信号を直接入力
としているので、デジタル信号量子化器における量子化
レベル数N、をD/A変換器がアナログ信号積分器に帰
還するアナログ信号のレベル数に応じた数にする必要が
あり、一方、D/A変換器がアナログ信号積分器に帰還
するアナログ信号のレベル数を増すのに一定の限度を有
することから、デジタル信号量子化器におけるm子化し
ベル数N。を大にするのに一定の限度を有しているとし
ても、第4図で上述した従来のA/D変換器に関する上
述した(3)式と、本発明によるA/D変換器に関する
上述した(9)式とを対比すれば明らかなように、本発
明によるA/D変換器に関する雑音成分(K  /H−
)1o)Voは、第4図A で上述した従来のA/D変換器に関する上述した(1)
式における雑音成分K  −V  に比し、A 十分低い値でしか得られない。
従って、本発明によるA/D変換器によれば、A/D変
換されるべきアナログ信号を、第4図で上述した従来の
A/D変換器の場合に比し格段的に低い雑音成分しか有
していないデジタル信号に変換して出力端子に出力させ
ることができる。
また、本発明によるA/D変換器によれば、デジタル信
号積分器を有し、そして、その伝達特性ト1゜の値を大
とすれば、(9)式から明らかなようにKXの値をは望
1にすることができるので、出力端子に出力されるデジ
タル信号を、A/D変換されるべきアナログ信号に対し
てほとんど減衰していないものとして得ることができる
実施例 次に、第1図を伴って、本発明の実施例を述べよう。
第1図において、第4図との対応部分には同一符号を付
して詳細説明を省略する。
第1図に示す本発明によるA/D変換器は、第4図で上
述した従来のA/D変換器の場合と同様の、サンプリン
グ信号によってサンプリングされているまたはされてい
ないA/D変換されるべきアナログ信号S1と、後述す
るD/A変換器4から帰還されるアナログ信号S4との
差を積分するアナログ信号積分器2を有する。
このアナログ信号積分器2としては、それ自体公知の種
々の構成のものを用い得るが、第4図で上述した従来の
A/D変換器の場合と同様のスイッチドキャパシタ形積
分器の構成または、RC形積分器の構成とし得る。
また、第4図で上述した従来のA/D変換器の場合と同
様の、アナログ信号積分器2から得られるアナログ信号
S2をデジタル信号S3に組子化するアナログ信号量子
化器3を有する。
このアナログ信号母子化器3も、それ自体は公知の種々
の構成のものを用い得るが、第4図で上述した従来のA
/D変換器の場合と同様の、並列比較形アナログ信号量
子化器の構成とし得る。 さらに、アナログ信号量子化
器3から得られるデジタル信号S3を積分するデジタル
信号積分器6を有する。このデジタル信号積分器6は、
それ自体公知の種々の構成のものを用い得るも、第1の
デジタル加算器と、その出力を遅延する遅延回路と、第
2のデジタル加算器とを有し、第1のデジタル加算器に
よって、デジタル信号S3と遅延回路の出力とを加算し
、第2のデジタル加算器によってデジタル信号S3と第
1のデジタル加算器の出力とを加算し、第2のデジタル
加算器の出力をデジタル信号積分器6のデジタル信号$
6として出力させる構成とし得る。
また、デジタル信号積分器6から得られるデジタル信号
S6をデジタル信号S7に組子化して出力端子5に出力
させるデジタル信号量子化器7を有する。このデジタル
信号量子化器も詳細説明は省略するが、それ自体は公知
の種々の構成のものを用い得る。
さらに、上述したデジタル信号量子化器7から得られる
デジタル信号S7をその値に応じたレベルを有するアナ
ログ信号S4に変換し、そのアナログ信号S4を上述し
たアナログ信号積分器2に帰還させる、第4図で上述し
た従来のA/D変換器の場合と同様のl)/A変換器4
を有する。
以上が、本発明によるA/D変換器の実施例の構成であ
る。
このような構成を有する本発明によるA/D変換器によ
れば、問題点を解決するための手段の項で上述したとこ
ろから明らかであるので、繰返しの説明は省略するが、
出力端子5に出力されるデジタル信号S7が、前述した
(8)〜(12)式で表わされる電圧V。を有して(q
られ、そして、この場合、サンプリング信号の周波数f
、を、アナログ信号S1の最高周波数f、に対して十分
高くすることによって、アナログ信号S1を、雑音成分
(K /HA)VA及び(K  /H−H)Voの比較
的少ないデAD ジタル信号S7に変換して出力端子5に出力させること
ができる。
また、アナログ信号団子化器3における母子化レベル数
Nへを、D/A変換器4がアナログ信号積分器2に帰還
するアナログ信号$4のレベル数とは無関係に、十分高
くすることができるので、雑音成分(K /HA)VA
を十分小にすることができ、また、雑音成分(Kx/H
0・l−1,)Voを十分低い値で得ることができる。
従って、アナログ信号S1を、第4図で上述した従来の
A/D変換器においてアナログ信号$1をデジタル信号
S3に変換して出力端子5に出力させる場合に比し格段
的に低い雑音成分しか有していないデジタル信号S7に
変換して出力端子5に出力させることができる。
さらに、デジタル信号積分器6の伝達特性1」、を大と
することによって、出力端子5に出力されるデジタル信
号S7を、アナログ信号S1に対してほとんど減衰して
いないものとして(qことができる。
因みに、第1図に示す本発明によるA/D変換器におい
て、アナログ信@$1の周波数を1KHz、サンプリン
グ信号の周波数f を2048MHz、アナログ信号積
分器3に用いている演算増幅器の利得Aを100、アナ
ログ信号団子化器3におけるアナログ信号S2をデジタ
ル信号S3に団子化するときの団子化レベル数NAを9
、デジタル信号積分器6の伝達特性H0を(2−Z  
)/(1−Z”1)、デジタル信号量子化器7における
デジタル信号S6をデジタル信号S7に量子化するとき
の量子化レベル数NOを2、D/A変換器4から出力さ
れるアナログ信号S4がとるレベル数を2とした場合、
A/D変換されるべきアナログ信号S1のレベル(入力
レベル)(dB)と、出力端子5に得られるデジタル信
号S7のS/N (dB)との間で、第2図に示す関係
が得られ、また、アナログ信号S1のレベル(入力レベ
ル”)(dB)と、デジタル信号S7のアナログ信号S
1に対する損失(ゲイントラッキングエラー)(dB)
との間で、第3図に示す関係が得られた。
これに対し、第4図に示す従来のA/D変換器において
、アナログ信号積分器3を第1図に示す本発明のアナロ
グ信号積分器3と同じ伝達特性を有するものとし、そし
て、アナログ信号S1を上述の場合と同じIKHz、サ
ンプリング信号の周波数f、を上述の場合と同じ204
8 K Hz 、アナログ信号積分器3に用いている演
算増幅器の利得を上述の場合と同じ100、D/A変換
器4から出力されるアナログ信号S4がとるレベル数を
上述の場合と同じ2とし、しかしながら、アナログ信号
量子化器3における■子化しベル数NAを2とした場合
、アナログ信号S1のレベル(入力レベル)(dB)と
、出力端子5に得られるデジタル信号S3のS/N (
dB)との間で、第5図に示す関係が得られ、また、ア
ナログ信号S1のレベル(入力レベル)(dB)と、デ
ジタル信号S1のレベル(入力レベル)(dB)と、デ
ジタル信号S3のアナログ信号S1に対する損失(ゲイ
ントラッキングエラー)(dB)との間で、第6図に示
す関係が得られた。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明によるA/D変換器の実施例を示す系
統図である。 第2図は、第1図に示す本発明によるA/D変換器の説
明に供する、A/D変換されるべきアナログ信号のレベ
ル(入力レベル)(dB)と、出力端子に得られるデジ
タル信号のS/N(dB)との関係を示す図である。 第3図は、第1図に示す本発明によるA/D変換器の説
明に供する、A/D変換されるべきアナログ信号のレベ
ル(入力レベル)(dB)と、出力端子に得られるデジ
タル信号のA/D変換されるべきアナログ信号に対する
損失(ゲイントラッキングエラー)(dB)との関係を
示す図である。 第4図は、従来のA/D変換器を示す系統図である。 第5図は、第4図に示す従来のA/D変換器の説明に供
する、A/D変換されるべきアナログ信号のレベル(入
力レベル)(dB)と、出力端子に得られるデジタル信
号のS/N(dB)との関係を示す図である。 第6図は、第4図に示す従来のA/D変換器の説明に供
する、A/D変換されるべきアナログ信号のレベル(入
力レベル)(dB)と、出力端子に得られるデジタル信
号のA/D変換されるべきアナログ信号に対する損失(
ゲイントラッキングエラー’)(dB)との関係を示す
図である。 1・・・・・・アナログ信号源 2・・・・・・アナログ信号積分器 3・・・・・・アナログ信号量子化器 4・・・・・・D/A変換器 5・・・・・・出力端子 6・・・・・・デジタル信号積分器 7・・・・・・デジタル信号量子化器 出願人  日本電信電話株式会社 第1図 第2図 入りしへル(JB) 第8図 入hレベ・+t−CdB) 第4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 演算増幅器を用いて構成され、A/D変換されるべきア
    ナログ信号と帰還されるアナログ信号との差を積分する
    アナログ信号積分器と、該アナログ信号積分器から得ら
    れるアナログ信号をデジタル信号に量子化するアナログ
    信号量子化器と、 該アナログ信号量子化器から得られるデジタル信号を積
    分するデジタル信号積分器と、 該デジタル信号積分器から得れるデジタル信号をデジタ
    ル信号に量子化して出力端子に出力させるデジタル信号
    量子化器と、 該デジタル信号量子化器から得られるデジタル信号をア
    ナログ信号に変換し、そのアナログ信号を上記アナログ
    信号積分器に上記帰還されるアナログ信号として帰還さ
    せるD/A変換器とを有し、 上記アナログ信号積分器及び上記アナログ信号量子化器
    の何れか一方または双方が、サンプリング信号による制
    御の下に動作させられていることを特徴とするA/D変
    換器。
JP4943886A 1986-03-06 1986-03-06 A/d変換器 Pending JPS62206926A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108024191A (zh) * 2016-11-04 2018-05-11 西万拓私人有限公司 用于操作听力设备的方法

Cited By (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108024191A (zh) * 2016-11-04 2018-05-11 西万拓私人有限公司 用于操作听力设备的方法

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