JPS63176020A - D/a変換方式 - Google Patents

D/a変換方式

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JPS63176020A
JPS63176020A JP618687A JP618687A JPS63176020A JP S63176020 A JPS63176020 A JP S63176020A JP 618687 A JP618687 A JP 618687A JP 618687 A JP618687 A JP 618687A JP S63176020 A JPS63176020 A JP S63176020A
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、オーディオ機器等に使用するに適した高精度
、高S/NのD/A変換方式に関する。
〔従来の技術〕
1データ変換時間の間の出力が2値以上をとるD/A変
換器の代表的な例として、PWM方式やPNM方式のD
/A変換器がある。
周知のようにPWM方式のD/A変換器では、1データ
変換時間の間に入力のディジタル値に対応した長さだけ
1レベルまたはOレベルの値を連続して出力し、PNM
方式のD/A変換器では、1データ変換時間の間に1レ
ベルとOレベルの値を入力のディジタル値に対応した回
数だけ交互に出力して、ディジタル値をアナログ値に変
換する。
第7図(a)に2ビツト入力のときの従来のPWM方式
のD/A変換器の出力波形を、第7図(b)に2ビツト
入力のときの従来のPNM方式のD/A変換器の出力波
形を示す。
第8図はPWMまたはPNM方式のD/A変換器の使用
形態例を示したものであり、11はディジタル入力、1
2は多ビット(たとえば12〜16ビツト)の入力ディ
ジタル値を2ビツトのディジタル値に変換するため必要
に応じて設けられるディジタル量子化器、13は2ビツ
トのディジタル値を時間軸上に分解し、第7図(a)ま
たは(b)のように1レベルと0レベルの2値の波形を
持つアナログ信号として出力するPWMまたはPNM方
式のD/A変換器、14は出力アナログ信号を平滑化す
るフィルタである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
第9図は、12に三重積分ノイズシェービング特性を持
つディジタル量子化器を、13に理想D/A変換器を用
いた場合に平滑化フィルタ14を通して出力される波形
のスペクトラムをシミュレーションで求めたものであり
、第9図の中に示した帯域を使用帯域とすると、そのS
/Nは102d B程度である。ここで理想D/A変換
器とは、1データ変換時間の間の出力が入力のディジタ
ル値に対応してただ一つの値を持つ平坦波形であるもの
を言う。
第10図は、第7図(a)に出力波形を示す従来のPW
M方式のD/A変換器を使用した場合の平滑化フィルタ
14の出力のスペクトラムを第9図と同一条件のシミュ
レーションで求めたものであり、第9図と同一帯域で評
価すると、そのS/Nは55dBであり、第9図の理想
D/A変換器を用いた場合に比べて、S/Nは47d 
B劣化している。
図示は省略するが、第7図(b)に出力波形を示す従来
のPNM方式のD/A変換器を用いた場合にも同様に低
いS/Nを示す。
このS/N劣化の原因は、第7図(a)、(b)の波形
では各データ出力期間の初めの時刻からそれぞれの出力
アナログ信号のパワー中心位置までの時間が一定でない
ためにジッタ雑音が発生することにある。このため、従
来のPWM、PNM方式のD/A変換器は要求されるS
/Nが50dB(8ビット精度)程度までなら使用可能
であるが、それ以上のS/Nを必要とするオーディオ機
器等には使用できないという重大な欠点を有していた。
本発明の目的は、上記従来技術におけるS/N劣化原因
を除去し、高精度、高S/NのD/A変換方式を提供す
ることにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的を達成するため本発明は、PWM、PNM方式
等のように1データ変換時間の間の出力が2値以上をと
るD/A変換器を用いてディジタル値をアナログ値に変
換するにあたり、出力アナログ信号のパワー中心位置を
、各データ出力期間の初めの時刻から一定時間離れたと
ころに置き、そのパワー中心位置を常に一定とすること
を主要な特徴としている。
〔作  用〕
1データ変換時間の間の出力アナログ信号が2値以上を
とる場合でも、上記のように出力のパワー中心位置を、
入力のディジタル値に関係なく常に一定とすることで、
ジッタ雑音の発生がなくなり、理想D/A変換器を用い
た場合と同等の高S/Nが得られる。
〔実施例〕
第1図はPWM方式のD/A変換器を用いた本発明の第
1実施例の説明図であり、2ビツト入力のときの出力波
形を例として示したものである。
第1図(a)は正確な50%デユーティのクロックを用
いた場合の例であり、従来技術の第7図(a)に相当す
る本発明の実施例である。第1図(b)はクロックのデ
ユーティとは無関係に出力のパワー中心位置を一定にで
きる例であり、クロック周波数は第1図(a)の2倍と
する。
第1図(a)、(b)のように、入力コードの最小値0
に対しては、1データ出力期間の半分程度のところに、
第1図(a)では半クロツク周期分、第1図(b)では
1クロック周期分の長さだけ1レベルの値を出力する。
さらに、入力コードが1.2.3と増加するに従い、1
レベルを出力した位置の両側に、第1図(a)では半ク
ロツク周期分。
第1図(b)では1クロック周期分ずつ1レベルを出力
する時間を増加していく、このようにすると、第1図(
a)、(b)に示すように、1レベルとOレベルの2値
を持つ出力アナログ信号のパワー中心位置は、入力のデ
ィジタル値とは無関係に常に各データ出力期間の中の一
定位置となる。
第2図はPWM方式のD/A変換器として第1図(b)
の波形を出力するものを使用し、そのパワースペクトル
を第9図と同一条件のシミュレーションで求めたもので
、第9図と同一のパワースペクトルが得られ、そのS/
Nも102dBとPWM方式のD/A変換器を用いたた
めのS/N劣化は全くない。
この結果から明らかなように、従来技術では、ディジタ
ル量子化器に高精度のものを使用しても、前述したよう
にPWM方式のD/A変換器でS/Nが大幅に劣化して
しまい、オーディオ用等の高S/Nを必要とするD/A
変換器としては使用できなかったが、本実施例によれば
、D/A変換器でのS/N劣化は全くないため、ディジ
タル量子化器に高精度のものを使用すると、 100d
B以上のS/Nを得ることが可能となり、高S/Nを必
要とするオーディオ機器等にも十分使用可能となる。
第3図は本実施例に用いるPWM方式のD/A変換器1
3の構成例を示す。16はROM (リードオンリメモ
リ)であり、2ビツトのディジタル入力をデコードして
得た信号をアドレスとしてあらかじめメモリに書き込ま
れた出力データを検索し、入力のディジタル値に対応し
たパターンの8ビット信号を出力する。17はROM1
6から出力される8ビツトの並列信号を時間軸上の直列
信号に変換するパラレル−シリアルコンバータであり、
その直列信号はバッファ18を通してアナログ信号とし
て出力される。ここで、ROM16に書き込む出力デー
タを第1図(a)または(b)の出力波形に対応させて
おくことにより、第1図(a)、(b)のようにパワー
中心が常に一定の位置にある出力アナログ信号が得られ
、本発明を容易に実現することができる。
第4図はPNM方式のD/A変換器を用いた本発明の第
2実施例の説明図であり、第1図と同様に2ビツト入力
のときの出力波形を例として示したものである。本実施
例では、入力コードが最小値0のとき、データ出力期間
の半分程度のところに1つパルスを立てる。入力コード
が1のときは。
0のときに立てたパルス位置の両側に1個ずつ計2個の
パルスを立てる。さらに入力コードが2゜3と増加する
に従い、0のとき立てたパルス位置を中心に1レベルお
よび0レベルの出力波形が対称となるようパルス数を増
加していく。このように順次パルスを立てていくことに
より、第4図に示すように出力アナログ信号のパワー中
心位置は常に一定となる。
本実施例によるPNM方式のD/A変換器を用いた場合
のパワースペクトルをシミュレーションで求めると、第
2図と全く同一のパワースペクトルを示し、PNM方式
のD/A変換器を用いたためのS/Nの劣化は全くない
本実施例に用いるP N M方式のD/A変換器も、第
3図中のROM16に第4図の出力波形に対応した出力
データを書き込んでおくだけで、容易に実現できる。
上記第1および第2実施例は、PWM、PNM方式のD
/A変換器の出力アナログ信号のパワー中心を各データ
出力期間の中の一定位置とした例であるが、入力のディ
ジタル値とクロック波形によっては個々のD/A変換器
から出力されるアナログ信号のパワー中心位置が一定と
ならない場合がある。これに対しては、以下述べるよう
にPWM、PNMのいずれかの方式のD/A変換器を2
個用い、第1のD/A変換器出力と第2のD/A変換器
出力を加算または減算して出力することにより、その出
力アナログ信号のパワー中心位置を常に一定にできる方
法がある。
第5図はPWM方式のD/A変換器を2個用い、差動P
WM方式とした本発明の第3実施例の説明図であり、入
力が2ビツトのときの第1のD/A変換器出力波形、第
2のD/A変換器出力波形および第1のD/A変換器出
力から第2のD/A変換器出力を減算した出力波形を例
として示したものである。
第6図は本実施例の回路構成を示す、20.21はPW
M方式のD/A変換器で、第1のD/A変換器20には
正規のディジタル信号(2ビツト)をそのまま入力し、
第2のD/A変換器21にはインバータ19で符号反転
したディジタル信号を入力する。
第5図に示すように、第2のD/A変換器21の出力は
第1のD/A変換器20の出力に対して逆相であり、か
つ第1のD/A変換器出力のパワー中心位置が各データ
出力期間の定められた位置から入力のディジタル値に対
応してt秒だけずれる場合に、第2のD/A変換器出力
は各データ出力期間の定められた位置から入力のディジ
タル値に対応して−を秒だけ反対方向にずれるようにす
る。
このようにすると、第1のD/A変換器出力と第2のD
/A変換器出力とをアナログ減算器22に入れ減算した
出力アナログ信号のパワー中心位置は、第5図に示すよ
うに入力のディジタル値に関係なく常に一定の位置とな
る。
第5図に示す波形を出力する差動PWM方式のD/A変
換回路を用いた場合のパワースペクトルをシミュレーシ
ョンで求めると第2図と同一の結果が得られ、PWM方
式のD/A変換器を用いたためのS/Nの劣化は全くな
い。
本実施例中のPWM方式のD/A変換器20.21をP
NM方式のD/A変換器で置き換え差動PNM方式とし
ても同様の結果が得られることは上記説明から容易に理
解されよう。
また、PWM、PNMのいずれかの方式のD/A変換器
を2個用い、第1のD/A変換器と第2のD/A変換器
に同相のディジタル信号を入力して、第1のD/A変換
器出力のパワー中心位置が各データ出力期間の定められ
た位置から入力のディジタル値に対応してt秒だけずれ
る場合に、第2のD/A変換器からは各データ出力期間
の定められた位置から入力のディジタル値に対応して−
を秒だけ反対方向にずれた同相のアナログ信号を出力さ
せ、第1のD/A変換器出力と第2のD/Am換器出力
を加算して出力することにより、その出力アナログ信号
のパワー中心位置が入力のディジタル値に関係なく常に
一定となることも上記説明から自明である。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、PWM、PNM方
式等のように1データ変換時間の間の出力が2値以上を
とるD/A変換器を用いてディジタル値をアナログ値に
変換するにあたり、従来技術の問題点であったD/A変
換器でのS/N劣化をなくすことができる。この結果、
従来のPWMまたはPNM方式のD/A変換器を用いた
場合にはS/N=50dB (8ビット精度)程度を実
現するのが限界であったが、本発明のD/A変換方式で
は、ディジタル量子化器に高精度のものを用いれば、S
/N=lOOdB (16ビツト精度)以上のものが得
られ、このような高S/N、高精度を必要とするオーデ
ィオ機器等にも十分使用可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例の出力波形図で。 (、)はデユーティ50%のクロックを用いた例、(b
)はクロックのデユーティに無関係に出力のパワー中心
位置を一定にできる例を示す。第2図は第1実施例のア
ナログ出力のパワースペクトラム、第3@は第1実施例
に用いるD/A変換器の回路ブロック図、第4図は本発
明の第2実施例の出力波形図、第5図は本発明の第3実
施例の出力波形図、第6図は第3実施例のD/A変換回
路のブロック図、第7図(a)は従来のPWM方式のD
/A変換器出力波形図、第7図(b)は従来のPNM方
式のD/A変換器出力波形図、第8図はP W M 、
 P N M方式のD/A変換器の使用形態例を示す回
路ブロック図、第9図は第8図中のD/A変換器に理想
D/A変換器を用いたときのアナログ出力のパワースペ
クトラム、第1O図は従来のPWM方式のD/A変換器
を用いたときのアナログ出力のパワースペクトラムであ
る。 符号の説明 11・・・ディジタル入力(12〜16ビツト)12・
・・ディジタル量子化器 13・・・PWMまたはPNM方式のD/A変換器14
・・・平滑化フィルタ  15・・・アナログ出力16
・・・ROM (リードオンメモリ)17・・・パラレ
ル−シリアルコンバータ18・・・バッファ     
19・・・インバータ20・・・第1のD/A変換器 21・・・第2のD/A変換器 22・・・アナログ減算器

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、1データ変換時間の間の出力が2値以上をとるD/
    A変換器を用いてディジタル値をアナログ値に変換する
    にあたり、出力アナログ信号のパワー中心位置を、各デ
    ータ出力期間の初めの時刻から一定時間離れたところに
    置き、そのパワー中心位置を常に一定とすることを特徴
    とするD/A変換方式。 2、1データ変換時間の間に入力のディジタル値に対応
    した長さだけ1レベルまたは0レベルの値を連続的に出
    力してディジタル値をアナログ値に変換するパルス幅変
    調(PWM)方式のD/A変換器を用い、該D/A変換
    器の各データ出力期間の初めの時刻から一定時間離れた
    ところに前記1レベルまたは0レベルの出力時間の中心
    を置くことにより、出力アナログ信号のパワー中心位置
    を常に一定とする特許請求の範囲第1項記載のD/A変
    換方式。 3、1データ変換時間の間に1レベルと0レベルの値を
    入力のディジタル値に対応した回数だけ交互に出力して
    ディジタル値をアナログ値に変換するパルス数変調(P
    NM)方式のD/A変換器を用い、該D/A変換器の各
    データ出力期間の初めの時刻から一定時間離れたところ
    を中心として前記1レベルおよび0レベルの出力波形を
    対称とすることにより、その中心に出力アナログ信号の
    パワー中心を置き、パワー中心位置を常に一定とする特
    許請求の範囲第1項記載のD/A変換方式。 4、PWMとPNMのいずれかの方式のD/A変換器を
    2個用い、第1のD/A変換器には正規のディジタル信
    号を、第2のD/A変換器には符号を反転したディジタ
    ル信号をそれぞれ入力し、第1のD/A変換器の出力ア
    ナログ信号のパワー中心位置が各データ出力期間の定め
    られた位置から入力のディジタル値に対応してt秒だけ
    ずれる場合に、第2のD/A変換器からは各データ出力
    期間の定められた位置から入力のディジタル値に対応し
    て−t秒だけ反対方向にずれたところにパワー中心位置
    がある逆相のアナログ信号を出力させ、第1のD/A変
    換器出力から第2のD/A変換器出力を減算して出力す
    ることにより、その出力アナログ信号のパワー中心位置
    が入力のディジタル値に関係なく常に一定となるように
    する特許請求の範囲第1項記載のD/A変換方式。 5、PWMとPNMのいずれかの方式のD/A変換器を
    2個用い、第1のD/A変換器と第2のD/A変換器に
    同相のディジタル信号をそれぞれ入力し、第1のD/A
    変換器の出力アナログ信号のパワー中心位置が各データ
    出力期間の定められた位置から入力のディジタル値に対
    応してt秒だけずれる場合に、第2のD/A変換器から
    は各データ出力期間の定められた位置から入力のディジ
    タル値に対応して−t秒だけ反対方向にずれたところに
    パワー中心位置がある同相のアナログ信号を出力させ、
    第1のD/A変換器出力に第2のD/A変換器出力を加
    算して出力することにより、その出力アナログ信号のパ
    ワー中心位置が入力のディジタル値に関係なく常に一定
    となるようにする特許請求の範囲第1項記載のD/A変
    換方式。
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