JPS63252017A - Ｄａ変換器 - Google Patents

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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、デジタル直で表わされた信号を、対応する
アナログの電圧値又は電流値に変換する半導体集積回路
侠ｒｔでいわゆるＬＩＡ変換器に関する。

（従来の技術） Ｌ）Ａ変羨ｌ！ｌｉｌ路には、従来から抵抗分圧形、電
流ｎａ算形などの各種の回路が１更用されている。これ
らの回路の動作原＠は１本発明の内容に重安な関連がな
いので、詳、洲説明は省略する。しかし、その特性は各
種の方式で共通した＃徴があり１本伯明に関連するので
以下に説明する。すなわち、従来のＬ）Ａ変換回路だけ
では、どのような回路方式のＤＡ変換回路であろうとも
アパーチャー効果によるｌｉ！！彼数時性の劣化が共ａ
して与られる。今。

４３図（ａ）に示すような、サンプリング周期Ｔのデジ
タル信号列がＤＡ変換回路に入力されるとアパーチャー
効果のない理想的なりＡ変換回路であれば第３図ｔｂ＞
に示すようなアナログ鎮圧が出力として得られるべきで
ある。これに対して、実際のＤＡ変換回路では、第３図
ｉｃ）に示すような階段状の波形が得られる。このよう
な階段状の波形は・特徴的な周波数特性を示し１周波数
０では、憑幅の［員失はＯｄ８であり、信号の周波数が
高くなるにしたがりて１．脹幅の損失が太き（なる。サ
ンプリング周波数ｆｓｆ７）１／２０点（ｆｓ／２）Ｃ
”は約−４ｄＢまで損幅がダウンする。これをＤＡ変換
器Ｄアパーチャー効果と呼び、評しい計算によればこの
効果による理想良形からの誤差Ｅ（−は ま ただしＴ：サンプリング周期’ｌ’　＝＝　１　／　ｔ
　。

ω＝８πｆ：信号周波数 で表わすことができる。ただし第１１）式が成立するの
は ■出力信号の変化は十分急峻であり標本化パルスの変化
点で、十分速（階段状のステップ値に到達すること。

■出力信号がいうたん階段状のステップ値に到達してか
らは減衰の時定数が十分大きいこと。

の２つの条件が必要であり、これらの条件が鷹たされな
い場合は、少しづつこの特性からずれて米る。実際の便
用状態では、多（の場合上記■。

■の条件は、出力回路の構造を適当に選ぶことにより、
容易に満たすことができる。したがりて以下では、上記
■、■の条件が満足され、第１１）式が成立している場
合だけを考える。

第４図ＶＣ第（１）式で示されるアパーチャー効果の振
Ｉ１１！特性（第４図（ａ））及び泣相角の変化（第４
図（ｂ））を示した。もともと標本化定理より、サンプ
リング周波数ｆｓＫ対するナイキスト周波数ｆａ／２以
上の周波数頭載では１周波数特性の意味をなさないから
、第４図ではｆｓ／２以上の領域は富んでいない。第４
図のような特性では、振ｏｉＡ特性の周波数特性から、
制減のレベルが下がるための波形の歪み（なまり）はあ
るが、位相特性が直線形で周波数に比例した位相差が現
われるので１位相特性から来る波形の歪みはない。つま
り位相特性からは出力信号の群遅延はあるものの歪みは
ない。

ＤＡ変換回路がもつ上記のようなアパーチャー効果は、
以下の理由から原理的に普通の特性でちる。すなわち、
サンプリング定＠によれば、サンプリング周波数１　／
Ｔでサンプリングされた信号列Ｖｎ（ｎ＝（Ｌｌ、２ｅ
・・・）から元の信号υ（ｔ）を再現するには で示されるように　□　の波形を時間をずらして重ね合
せる必要がある。ところがＬ）Ａ変換回路で実現される
のは、高さｌ１時間幅Ｔの単位パルスを時間をずらして
東ね合せるまで、出力υ（１１は。

ただし口（ｔ）　：　口（ｔ）＝　１　　ｆｏｒ　０（
ｔ（Ｔｕ（ｔ）＝　　Ｏｆｏｒｔ（０＋　ｔ〉Ｔで表わ
されている。こＤため、サンプリング周期ＴごとにＶｒ
＋ＶＣ等しいサンプル１直を出力してそれを時間１０間
ホールドあるＯＡ変換回路は、必ずアパーチャ効果のた
めの誤差が発生する。

このような効果は、従来サンプリング周波数に対して十
分低い信号成分をあつかう応用分野では無視され、また
無視できないほどの特性変動のある周波数頭域では、Ｄ
Ａ変喚識の麦にアナログフィルタを投１ｔすることによ
って補正することが行なわれて米だ。ところが、アナロ
グフィルタでは一投に位相特性が直線形とはならず、し
たがりて群遅延の分布による新たな信号の歪みが発生す
る。

また損［圏痔注と位相特性の両方を調たすフィルタの設
計が非常にむずかしく、高価なものになつてしまう。さ
らに、同じＤＡ変換器を便りても、用途が異なればサン
プリング１４ｔＨＬ数も異なり、その際補正中のアナロ
グフィルタは全く別の特性が安水されることになる。す
なわぢ、１つのＬ）Ａ変換回路に付加して、すべての用
途で使えるアナログフィルタ回路は原理的に存在しない
。このため。

上記の高価なアパーチャー効果補正用アナログフィルタ
は１ｇ！われるＤＡ変換器とは別に、それぞれの使用用
途ごとに設計、製作される必要がある。

（発明が解決しよりとした間惺点） 上述したＤＡ変換回路だけを内蔵した従来のＤＡ＊換器
のもつ欠点及び該ＤＡ変換器にアパーチャ効果補正用ア
ナログフィルタを付加して使用した場会の欠点をまとめ
ると以下のものがある。

（ａ）アパーチャー効果による高域成分の層幅減衰から
米る出力波形の歪み。

（ｂ）アパーチャ効果補正用のアナログフィルタの位相
特性から米る出力波形の歪み。

ｌｃ）アパーチャ効果補正用フィルタが・、用途ごとに
必要と久る。

（ｄ）アパーチャ効果補正用フィルタの設計は専門家に
よらないでは不可能とされる程複雑で、高価なものとな
る。

（Ｃ）シたがりて、システム全体に対して、補正用イル
４・Ｄ価格が上づみされるばかりでなく、設計製作ＶＣ
要する時間を長くシ、シいては、システム価格を大きく
上げてしまう結果となる。

この発明は上記ｆａ）〜（ｅ）の従来技術のもつ欠点を
解決するものである。

〔発明のＩ！成〕

（問題点を解決するための手段） この発明では、ＤＡ変換回路のもつアパーチャ効果をＤ
Ａｆ換回路と同じ半導体基板内に内蔵した　デジタルフ
ィルタ、あるいはＤＡ変換回路と同じパッケージ内に実
装したディジタルフィルタによりて補正し、もりてアパ
ーチャ効果補正回路付のＤＡ変換器を提供するものであ
る。デジタルフィルタのクロックはＤＡ変換回路のサン
プリングクロックと同じものを匣い、その時性Ｆ（６４
は。

恨幅特性ＩＦｆ→ｌが第（３）弐Ｅ（−の逆数で与えら
れ１位相特性としては、直、餞位相であることが望まし
い。

直線位相のデジタルフィルタとしては、中心タイプに対
して１前後のタップ係数が対称のトランスバーサルフィ
ルタが好適である。

また、同じ（ＤＡ変換回路のアパーチャ効果を打ち消す
フィルタとして、ＤＡ変換回路と同じ半導体基板内に内
蔵したスイッチドキャパシフィルタ、あるいはＤＡ変換
回路と同じパッケージ内に実装シたスイッチドギャバシ
タフィルタでも実現することができる。

（作用） 上♂己のようなデジタルフィルタ、あるいはスイッチド
キャパシタフィルタの特性り、クロック周波数によりて
正規比されており、したがりて、該クロック信号として
、ＤＡ変換器のサンプリングクロックを便用すれば使用
の用途によってサンプリング周波数ｆｓが変わりても、
それによるアパーチャ効果の周波数特性の変動と全く同
じ変動を示すフィルタが実現でき′る。したがりて１便
用用途ごとに別々の補正フィルタを必要とせず、一つの
ＤＡ変換回路に１つの補正フィルタがあれば。

どのような用途の中でもアパーチャ効果を打ち消すこと
ができる。また、この補正回路は、ＤＡｉ換回路とほと
んど同じ半導体要義プロセスで作ることができるのでＤ
Ａ変換回路と、補正用フィルタを同一半導体基板に作る
ことは、さほど大きなコスト高をまね（こともない。逆
に高価なアナログフィルタを使う必要がないので、シス
テム全体として、大きなコストダウンをはかることがで
きる。また専門家の手をわずられせる必要もないので、
システムの短期開発を期すことができシステム全体のと
りあつかいも容易にすることができる。

さらにフィルタとして中心タップに対して前後のタップ
系数が対称のトランスバーサルフィルタを閲えば補正用
フィルタの位相は直線位相となるので、アパーチャ効果
第１式の直線に相と会わせて出力信号も直線位相となり
、群遅延の分布による出力信号の歪みを完全になくする
ことができる。

このようにして１本発明によれば前記１ａ）〜（ｅ）の
従来方法の欠点はすべて解決することが可能である。

（実施例） 第１図に対称係数の７タツプトランスバーサルフイルタ
をアパーチャ効果補正用高域通過型デジタルフィルタと
して使用し、その出力をＤＡ変換器を構成した実施例を
示す。図中の係数α。、α。

α１．α、はフィルタの振幅特性を（１）式のＥ（ω）
′７）振幅特性すなわち第４図（ａ）に示した特性の逆
特性を示すように選べばよい。第２図の波線は第４図ｉ
）の逆特性を示し、アパーチャ効果藺止用フィルタとし
ては理想の特性である。第２図中の実線は係を用いて理
想フィルタに近似させた場合の特性である。

周波数がｆ８／２に近い領域では理想特性から少しずれ
た特性となるが、実更用上は、ナイギスト周波数（ｆｓ
／２）ぎり゛ぎりまでの信号成分をとりあつかうことは
事実上不可能であり、とりあつかわない。したがうて、
この近（で誤差が太き（ても特性２太き（劣化させるこ
とはない。これに対し。

残り９０悌の周波数頭載では、理想特性に非常に近い良
好な特性が得られている。

サンプリング周波数ｆｓが変化して、第（１）式のアパ
ーチャ効果の周波数特性が変化しても、ｆｓで正規化し
たアパーチャ効果の特性第４１１（ａ）はそのままであ
り、全（同様ｖｃ第２図の近似特性２−１もｆａで正規
比した特性としては変化しない。

もちろん１周波数の絶対値に対する特性としては変化し
ているものの、その変化はアパーチャ効果自身の変化と
完全に同じであり、アパーチャ効果補正フィルタとして
の効果は維持されている。

第１図に示した実施例では位相特性は周波数に比例した
直線位相である。そのｆ直はアパーチャ効果特性と一致
するわけではないが１元々アパーチャ効果の位相特性自
身が直線位相であるゆえ１本トランスバーサルフィルタ
を＾りた漫の位相特性も直線位相が保たれている。した
がって、群遅延はあるが１位相特性から来る新たな出力
信号の歪みは発生しない。

上記実施例では７タツプデジタルフイルタによる実施例
を使って説明した。直線位相フィルタはスイッチドキャ
パシタフィルタによりて全（同じように実現することが
できる。特にＤＡ変換回路がキャパシタンスの比による
チャージシェア効果を使りた回路の場合、これと同一チ
ップに内蔵するフィルタとしてスイッチドキャパシタフ
ィルタは好適である。

〔発明の効果〕

上述のように本発明によれば、従来技術による欠点１ａ
）〜（ｅ）をすべて解消することができる。すなわち。

（ａ５アパーチャ効果を打ち消し、高域成分の振幅の減
衰を防ぐことができる。

（ＩｌＩＱアパーチャ効果補正フィルタもｌ［＠位相特
性を示し、出力波形に歪みを生じない。

（ψアパーチャ効果補正フィルタはＤＡ変換器に内蔵す
ることができ、すべての用途に対して汎用的ＶＣ使える
。

（ψ、（的内蔵されているのであえてＤＡ変換器便用者
がアパーチャ効果補正フィルタを設計・付υ口する必要
がな（、システム設計を容易に行なうことができ、シス
テム価格も上げることはほとんどない。

本発明の特徴は、ＤＡ変換回烙の構造自身に特別な変更
を７１１］えることなく、ＤＡ変換回路の製造工程とほ
とんど同じ製造工程でデジタルフィルタあるいはスイッ
チドキャパシタフィルタを実現すきることＩ／ｃ着目し
て、これらを１チツプあるいは１パツケージに納め、か
つデジタルフィルタの動作クロックをＤＡ変換回路のサ
ンプリングクロックと同じクロックによりて動作させる
ことにより。

外付けのアナログフィルタは実現できなかりた汎用性の
あるアパーチャ効果補正フィルタをＤＡ変換器内に内蔵
させることにある。これによりて非常に使い易いＤＡ変
換器を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実ｍ列を示す図、第２図は実施′ｆ′
ｌ］のフィルタ０周疫数特性を示す図、第３図は従来の
欠点であるアパーチャ効果を示す図、第４図はアパーチ
ャ効果の特性を示す図である。 図に２いて、１−１・・・ＤＡ変換回路、１−２・・・
デジタル信号遅延回路（Ｄ型７リツプフロツゾなど）、
１−３・・・加減１Ｌ回路、１−４・・・係数乗算回路
、１−５・・・デジタル高＃、ｉｉ！ｌ過フィルタ、１
−６・・・入力デジタル信号、１−７・・・出力アナロ
グ信号。 １−８・・・ＤＡ変換回＋塔へ人力されるデジタル信号
。 ２−１・・・実施例のｌｉ！ｉ１波数−振幅特性、２−
２・・・理想的アパーチャ効果補正フィルタの特性、（
ａ）・・・入力デジタル信号列（第３図）　、　ｆｂ）
・・・理想Ｌ）Ａ変換器のアナログ出力波形（第３図）
　、　ＦＣ）・・・実際のＤＡ変換器の階段状のアナロ
グ出力波形（第３１図）。 ３Ｃ−ｓ・・・出力アナログ波形（ミに３１う）、３Ｃ
−２・・・サンプリングパルス（Ｍ３図）　、　ｌａ）
・・・ＤＡｉ換器の出力の振幅−周波数特性（第４図）
　、　（ｂ）・・・代理人　弁理士　　則　近　［右 ｉ桐−・

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）デジタル信号をそのサンプリング周期Ｔだけ遅延
   する複数の遅延回路、デジタル信号に係数を乗算する少
   なくとも１つのデジタル乗算器、複数のデジタル信号を
   加算する少なくとも１つのデジタル加算器からなるデジ
   タル高域通過フィルタと、上記デジタル高域通過フィル
   タの出力を入力し、デジタル値に応じたアナログ電圧値
   又はアナログ電流値を出力するＤＡ変換回路を備えてな
   る半導体集積回路装置において、前記デジタル高域通過
   フィルタの周波数特性Ｆ（ω）は、前記サンプリング周
   波数ｆｓ＝１／Ｔの少なくとも半分（ｆｓ／２）以Ｔの
   周波数領域において、その振幅特性｜Ｆ（ω）｜が、 ｜Ｆ（ω）｜＝（ω／２）／（Ｓｉｎ（Ｔ・ω／２）で
   近似することができ、もって前記ＤＡ変換器のアパーチ
   ャー効果を補正することを特徴としたＤＡ変換器。
2. （２）上記デジタル高域通過フィルタが直線移相形トラ
   ンスバーサルフィルタであることを特徴とした特許請求
   の範囲第１項記載のＤＡ変換器。
3. （３）デジタル入力信号をアナログ電圧又は電流値に変
   換するＤＡ変換器と、該ＤＡ変換器の出力電圧をサンプ
   リング周期Ｔだけ保持、遅延するキャパシタ、容量比が
   一定係数値の複数のキャパシタ間で電荷を分配、合成す
   ることによってアナログ信号の積和演算回路、差動増幅
   回路からなるスイッチドキャパシタフィルタを備えてな
   る半導体集積回路装置において、 前記スイッチドキャパシタフィルタの周波数特性Ｆ（ω
   ）は、前記サンプリング周波数ｆｓ＝１／Ｔの少なくと
   も半分（ｆｓ／２）以下の周波数領域において、その振
   幅特性｜Ｆ（ω）｜が、 ｜Ｆ（ω）｜＝（ω／２）／（Ｓｉｎ（Ｔ・ω／２）で
   近似することができ、前記ＤＡ変換器のアパーチャー効
   果を補正することを特徴としたＤＡ変換器。