KR910009070B1 - 델타(delta)-시그마(sigma) 변조기 - Google Patents

델타(delta)-시그마(sigma) 변조기 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

델타(delta)-시그마(sigma) 변조기
제1도는 종래의 A/D 변환기 실시예의 블록도.
제2도는 제1도의 A/D 변환기에 사용된 델타-시그마 변조기 DSQ1의 회로도.
제3도는 본 발명의 실시예의 회로도.
제4도는 제3도 실시예의 상세한 회로도.
제5도는 제4도에 지시된 실시예에 사용된 타이밍 신호의 파형 설명도.
제6도는 제4도에 제시된 미분회로의 회로도.
제7도는 제4도의 회로에 있어서 여러가지 노드들에 대해 관찰된 전압 신호의 파형 설명도.
제8도는 종래의 제2의 델타-시그마 변조기 및 본 발명에 관한 심플링 주파수와 S/N 비사이의 관계를 나타내는 그래프.
본 발명은 일반적으로 델타-시그마 변조기, 특히 델타-시그마 변조기를 사용하는 아날로그/디지탈 변환기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 제3차 전달 특성을 갖고 삼중적분형 아날로그/디지탈 변환기로서 동등하게 작용하는 아날로그/디지탈 변환기에 관한 것이다.
최근에, 디지탈 통신망과 고품위 디지탈 오디오시스템이 개발되었고, 아날로그 신호를 대응하는 디지탈 신호로 변환시키는 아날로그/디지탈 변환기(이하에서는 간단히 A/D 변환기라 칭함)의 적용영역을 확대하고자 하는 경향이 있다. 한편, 통신기기와 오디오장치가 향상되고 개선된 기능을 가지고 있긴 하지만, 소규모, 저소비전력, 광주파수대역, 그리고 고정밀도를 갖는 A/D 변환기의 제공을 필요로 한다. 상술된 요구에 응하기 위해 델타-시그마 변조기를 사용하는 A/D 변환기가 유도된다.
델타-시그마 변조기는 신호 적분형의 기본구조를 가지며, 잡음 형성 처리부와 1-비트 양자화부로 이루어진다. 단일-적분형 델타-시그마 변조기는 다음 공식(1)에 의해 정의된 전달특성을 갖는다.
Figure kpo00001
여기서 Dout는 디지탈 출력신호를 나타내고, Aln은 아날로그 입력신호, 그리고 Q는 양자화 잡음을 나타낸다. 공식(2)에 의해 표시된 제2차 전달특성을 갖는 이중적분형 델타-시그마 변조기가 두개의 단일-적분형 델타-시그마 변조기를 직렬 연결하므로써 얻어질 수 있다는 것이 공지되었다. 비슷하게, 공식(3)에 의해 표시된 제3차 전달특성을 갖는 삼중적분형 델타-시그마 변조기가 세개의 단일-적분형 델타-시그마 변조기를 직렬 연결하므로써 구성될 수 있다. 또한 직렬 연결된 스테이지의 증가된 수로서, 변조기의 다이나믹 레인지가 개선되고, 그러므로 보다 높은 정밀도의 A/D 변환기가 얻어질 수 있다는 것이 공지되었다.
Figure kpo00002
Figure kpo00003
한편, 단일-적분형 델타-시그마 변조기의 수가 아주 증가하면, 그안의 회로동작이 불안정하게 되고, 소기의 특성은 안정성을 얻지 못한다. 이 관점으로 부터, 현재, 제3차 전달특성을 가지며, 안정동작을 나타내는 삼중적분형 A/D 변환기의 개발에 있어서의 활동이 고려되어 오고 있다.
그러나, 다음에 상세히 서술된 것으로서, 종래의 삼중적분형 A/D 변환기는 그것을 구성하기 위해 많은 구성소자들이 필요하다는 단점을 갖는다. 이것은 A/D 변환기의 적분을 방해한다. 더구나, 많은 구성소자들의 사용이 신호/잡음(S/N)비와 다이나믹 레인지의 악화를 유도한다. 상술된 관점으로부터, 감소된 수의 구성부를 사용하므로써 제3차 전달특성을 갖는 A/D 변환기(변조기)를 제공하고자 하는 것이 요구된다.
본 발명의 일반적인 목적은 본 발명의 전술된 단점이 제거된 새롭고 유용한 델타-시그마 변조기를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 더욱 특별한 목적은 감소된 수의 부분들로 구성된 제3차 전달특성을 갖는 A/D 변환기를 제공하는 것이 가능한 델타-시그마 변조기를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 개선된 다이나믹 래인지를 갖고 A/D 변환기의 적분을 촉진할 수 있는 델타-시그마 변조기를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기 목적은 다음의 소자들을 포함하는 델타-시그마 변조기에 의해 성취될 수 있다. 제2의 델타-시그마 변조기는 아날로그 입력신호에 대하여 제2의 델타-시그마 변조를 수행하고, 그것에 의하여 제1의 양자화 신호를 발생시킨다. 양자화 잡음 추출기는 제2의 델타-시그마 변조기에서 발생하는 양자화 잡음을 추출한다. 제1의 델타-시그마 변조기는 양자화 잡음에 대하여 제1의 델타-시그마 변조를 수행하고, 그것에 의하여 제2의 양자화 신호를 발생시킨다. 미분회로는 제1의 델타-시그마 변조기로부터 공급된 제2의 양자화 신호를 미분한다. 가산기는 제1의 양자화 신호와 미분회로의 출력신호를 가산하고, 그것에 의하여 아날로그 입력신호에 대응하는 디지탈 출력신호를 발생시킨다.
다른 목적, 본 발명의 특징과 장점은 수반된 도면과 함께 이하에 상세히 서술하므로써 분명해질 것이다.
본 발명의 이해를 쉽게 하기 위해, 제1도와 제2도에 의거하여, 종래의 삼중적분형 A/D 변환기가 서술된다.
제1도를 언급하면, A/D 변환기 1은 동일한 구조의 네개의 델타-시그마 변조기 DSQ1 내지 DSQ4를 포함하고, 세개의 직렬 연결된 스테이지를 갖는다. 이후, 델타-시그마 변조기들 DSQ1 내지 DSQ4는 변조기들 DSQ1 내지 DSQ4로서 간단히 언급된다. 제1-스테이지는 미분회로를 제공하기 위해 배열된 변조기 DSQ1과 DSQ2에 의해 구성된다. 제2-스테이지는 변조기 DSQ3에 의해 구성되고, 변조기 DSQ4에 의해 구성된 제3-스테이지에 의해 계속된다.
제2도는 변조기 DSQ1의 구조를 나타낸다. 다른 변조기 DSQ2 내지 DSQ4는 제2도에 제시된 것과 동일한 구조를 갖는다. 변조기 DSQ1은 스위치들 7a, 7b, 7c, 7d 그리고 캐패시터 Cs를 포함하는 스위치된 캐패시터 회로의 제1의 전하주입 회로 7을 갖는다. 스위치들 7a와 7b는 입력단자 AI에 적용된 아날로그 입력신호 Aln의 순시 진폭치가 캐패시터 CS에 저장될 수 있기 때문에, 소정의 샘플링 기간 동안에 단락된다. 그후, 스위치들 7a와 7b가 개방됨과 동시에 스위치들 7c와 7d는 단락된다. 이 시간에, 캐패시터 CS에 저장된 전하는 그것으로 부터 방전된다. 스위치된 캐패시터형의 제2의 전하주입 회로 8은 제1의 전하주입 회로 7에 연결된다. 제2의 전하주입 회로 8의 설명된 스위치들은 캐패시터 cd1과 cd2가 기준전압 VREF′로 충전되도록 나중에 서술된 2진 신호에 따라 개방되고 단락되며, 제1도에 제시된 감산기를 전달하기 위해 방전된다.
적분기 9는 적분 캐패시터 CQ와 연산 증폭기 op를 포함하고, 전하주입 회로 7로부터 공급된 순시 진폭치와 제2의 전하주입 회로 8로부터 공급된 전위를 적분한다. 적분기 9의 출력은 출력단자 B1을 통과하여 다음 스테이지에 공급되고, 비교기 CMP의 양의 입력단자 9(비반전 입력단자)에 적용된다. 비교기 CMP는 그것의 음의 입력단자(반전 입력단자)에 적용된 0볼트의 전압치를 갖는 적분기 9의 출력을 비교한다. 비교결과는 2진수 ″1″ 또는 ″0″으로 표시되는 2진 신호의 형태로 표시되고, 출력단자 C1을 통과하여 출력된다. 비교 결과는 또한 스위치 제어기 10에 공급되고, 2진 신호의 값에 따라 제2의 전하주입 회로 8에서 스위치 되는 것을 제어한다. 즉, 연산 증폭기 op의 양이 입력단자의 전위는 2진 신호에 따라 제2의 전하주입 회로 8에 피드백된다.
제1도로 돌아가서, 변조기 DSQ1 내지 DSQ4로 부터 공급된 2진 신호들은 다음의 전달 특성들을 제공한다.
Figure kpo00004
Figure kpo00005
Figure kpo00006
Figure kpo00007
2진 신호 C1내지 C4는 합산회로 SUM에 의해 합산되고, 그의 출력은 디지탈 출력신호 Dout로서 외부회로에 공급된다.
합산회로 SUM의 합산논리는 다음의 공식으로 주어진다.
Figure kpo00008
공식(8)이 삼중적분형 델타-시그마 변조기의 그것과 동일한 제3차 전달특성을 나타낸다는 것을 알 수 있다. 결과적으로, 제2도의 구조에 의하여, 삼중적분형과 동등한 다이나믹 레인지를 얻을 수 있다. 더구나, 델타-시그마 변조기 DSQ1 내지 DSQ4의 가가에서 2진 신호에 대한 피드백 루프가 완성된다. 이러한 이유때문에, 회로 동작의 안정성이 상당히 높아진다.
그러나, 상술된 종래의 A/D 변환기는 다음의 단점을 갖는다. 양자화에서 사용되는 비교기 CMP는 델타-시그마 변조기 DSQ1 내지 DSQ4 각각에 제공되어야 한다. 즉 제1도의 실시예는 네개의 비교기 CMP를 필요로 한다. 이것은 회로 규모를 증가시키고, 적분을 방해한다. 게다가 증가된 수의 소자들은 S/N비의 악화를 초래한다. 상술된 관점 이외에 다이나믹 레인지의 관점으로 부터 CMP의 수를 가능한한 감소시키는 것이 요구된다.
제3도에 의거하여, 본 발명의 바람직한 실시예가 서술된다. 본 실시예의 변환기 20은 제2의 델타-시그마 변조기 100, 양자화 잡음 추출기 200, 제1의 델타-시그마 변조기 300, 미분회로 28, 그리고 가산회로 29를 포함한다. 제2의 델타-시그마 변조기 100은 제1, 그리고 제2-스테이지 적분회로 21과 22, 그리고 제1의 비교기 24를 포함한다. 제1의 델타-시그마 변조기 300은 제3-스테이지 적분회로 23과 제2의 비교기 25를 포함한다.
제2의 델타-시그마 변조기 100에 관하여, 샘플링회로 ′a′는 아날로그 입력신호 Aln의 가장 높은 주파수 보다 더 높은 주파수에서 아날로그 입력신호 Aln을 샘플링한 제1-스테이지 적분회로 21에 포함된다. 또한 제1-스테이지 적분회로 21은 제1의 감산기 ′b′와 제1의 적분기 ′c′를 포함한다. 제1의 감산기 ′b′는 제1의 비교기 24로 부터 공급된 제1의 피드백 신호를 입력신호 Aln으로 부터 감산한다. 제1의 적분기 ′c′는 제1의 감산기 ′b′의 출력신호를 적분한다. 제2-스테이지 적분회로 22는 제2의 감산기 ′d′와 제2의 적분기 ′e′를 포함한다. 제2의 감산기 ′d′는 제1의 적분기 ′c′의 출력신호로 부터 제1의 피드백 신호를 감산한다. 제2의 적분기 ′e′는 제2의 감산기 ′d′의 출력신호를 적분한다. 제1의 비교기 24는 제1의 양자화기 ′f′와 같은 기능을 한다. 제1의 양자화기 ′f′는 소정의 샘플링 주파수에서 제2의 적분기 ′e′의 출력신호를 양자화 하므로써 제1의 양자화 신호를 발생시키고, 단위 지연 소자를 통과한 제1의 피드백 신호로서 제1, 제2-스테이지 적분회로 21과 22에 발생된 제1의 양자화 신호를 다시 공급한다.
양자화 잡음 추출기 200은 제3의 감산기 ′g′를 포함하고, 제2-스테이지 적분기 22의 출력신호와 제1의 양자화기 ′f′로부터 얻은 제1의 양자화 신호를 공급받는다. 제3의 감산기 ′g′의 출력신호는 제1의 양자화기에 도입된 양자화 에러를 나타낸다.
제1의 델타-시그마 변조기는 제3-스테이지 적분회로 23과 제2의 비교기 25를 포함한다. 제3-스테이지 적분회로 23은 제4의 감산기 ′h′는 제3의 적분기 ′i′를 포함한다. 제4의 감산기 ′h′는 제3의 감산기 ′g′의 양자화 잡음 신호로 부터 제2의 피드백 신호를 감산한다. 제2의 피드백 신호는 제2의 양자화기 ′j′로부터 공급된다. 제3의 적분기 ′i′는 제4의 감산기 ′h′의 출력신호를 적분한다. 제2의 비교기 25는 제2의 양자화기 ′j′와 같은 기능을 하고, 소정의 샘플링 주파수에서 제3의 적분기 ′i′의 출력신호를 샘플링 하므로써 제2의 양자화 신호를 발생시키며, 단위 지연 소자를 통과한 제2의 피드백 신호로서 제4의 감산기 ′h′에 제2의 양자화 신호를 다시 공급한다.
미분회로 28은 제1, 제2의 미분회로 ′k′와 ′l′로 이루어진다. 제1의 미분회로 ′k′는 제2의 양자화기 ′j′로 부터 공급된 제2의 양자화 신호를 미분한다. 제2의 미분회로 ′l′은 제1의 미분회로 ′k′의 출력신호를 미분한다. 가산회로 29는 직렬로 연결된 두개의 지연 소자들을 포함하는 지연회로 70에 의해 지연된 제1의 양자화 신호에 미분회로 ′l′의 출력신호를 가산한다. 지연 회로는 제1의 양자화 신호가 2회 미분된 제2의 양자화 신호로 맞추어지도록 시간축 상에서 사용된다. 가산회로 29의 가산결과는 디지탈 출력신호 Dout이고, 종래의 디지탈 필터 80에 공급되며, 완성된 디지탈 출력신호 Dout를 발생시킨다.
제3도의 실시예는 제3차 전달특성을 갖는 삼중적분형 A/D 변환기와 같은 기능을 하는 두개의 양자화기 ′f′와 ′j′에 의해 구성된다. 제1의 양자화기 ′f′의 출력 F는 다음의 공식(9)에 의해 표시될 수 있다.
Figure kpo00009
여기서 Q1은 제1의 양자화기 ′f′에서 발생하는 양자화 잡음을 나타내고, 2-1은 단위 지연 연산자를 나타낸다. 제1의 양자화기 ′f′는 비교기와 같은 기능을 하며, 이의 동작은 다음과 같이 표시된다.
Figure kpo00010
제3의 감산기 ′g′는 제1의 양자화기 ′f′의 입력과 출력신호의 차를 계산하며, 제3의 양자화기 ′g′의 출력신호는 (Aln-F)에 대응한 -Q가 된다. 그러므로 제2의 양자화기 ′J′의 출력신호 J는 다음과 같이 표시된다.
Figure kpo00011
여기서 Q2는 제2의 양자화기 ′j′에서 발생하는 양자화 잡음을 나타낸다. 제2의 양자화기 ′j′의 출력신호 J는 미분회로 28에 의해 2회 미분된 것이다. 다음의 공식(12)는 미분회로 28의 출력신호 J′를 나타낸다.
Figure kpo00012
가산회로 29는 신호 J′과 F를 가산하고, 다음 공식에 의해 표시된 디지탈 출력신호 Dnut를 발생시킨다.
Figure kpo00013
제3차 전달특성을 갖는 삼중적분형 델타-시그마 변조기가 등가적으로 얻어진다는 것을 공식(13)으로부터 볼 수 있다.
본 실시예가 오직 두개의 양자화 스테이지(비교기)에 의해 구성된다는 것을 인정하여야 한다. 다시 말하면, 삼중적분형 델타-시그마 변조기가 제1도와 제2도에 의거하여 이미 서술된 종래의 델타-시그마 변조기에 대한 절반 만큼의 비교기의 수에 의해 구성될 수 있다. 그러므로, 회로 규모를 감소시킬 수 있다. 게다가 피드백 루프는 각각의 양자화 스테이지내에 완성된다. 결과적으로, 본 발명에 따라서, 안정된 회로동작과 넓은 다이나믹 레인지가 얻어질 수 있다.
제4도에 의거하여, 제3도의 A/D 변환기의 상세한 회로 모형이 서술된다. 제3도에 나타난 부분들 이외에, 실시예는 제1과 제2의 스위칭 제어기 26과 27, 그리고 타이밍 신호 발생기 30을 포함한다. 타이밍신호 발생기 30은 A/D 변환기 20에 필요한 다수의 타이밍 신호들을 발생시킨다. 타이밍 신호들의 예는 제5도에 나타나 있고, 제5도에는 타이밍 신호들 ø1,
Figure kpo00014
, ø2, 그리고 ø3가 설명된다.
제1-스테이지 적분회로 21은 샘플링 회로 ″a″, 제1의 감산기 ″b″, 그리고 제1의 적분기 ″c″와 같은 기능을 한다. 제1-스테이지 적분회로 21은 두개의 전하주입 회로 41과 42, 그리고 적분기 43으로 이루어진다. 전하주입 회로 41은 스위치된 캐패시터 회로에 의해 구성되고, 캐패시터 CS, 캐패시터 CS주위에 연결된 네개의 스위치들 S1내지 S4를 포함한다. 숫자 ① 내지 ④는 스위치들 S1내지 S4각각에 부착된다. 제4도에서, 스위치들은 동일한 상태에서 유지되는 동일한 숫자들을 갖는다. 스위치 S2와 S4는 쌍을 이루고 스위치 S2와 S4는 쌍을 이룬다. 스위치들의 쌍은 항상 동일한 ON/OFF상태를 갖는다. 두 쌍들 중의 하나의 스위치가 ON(단락)이면, 다른 쌍은 OFF(개방)이다. 각 스위치의 ON/OFF동작은 교대로 수행된다. 그것에 의하여, 아날로그 입력신호 Aln은 고정된 샘플링 기간에 샘플링된다. 샘플링된 순시 진폭치는 캐패시터 CS에 저장되고, 소정의 시간에 거기로 부터 읽어낸다.
전하주입 회로 42는 제3도에 나타낸 제1의 양자화기 f로 부터 공급된 제1의 피드백 신호를 발생시킨다. 제1-스테이지 적분회로 21은 제3도에 제시된 액튜얼 라인(actuai line)을 사용하므로써 제1의 양자화기와 직접 결합하지 않는다는 것이 알려졌다. 그러나, 전하주입 회로 42가 선을 통과한 제1의 양자화기 ″f″로 부터 거기에 실질적으로 공급된다 할지라도 제1의 피드백 신호를 발생시킨다. 이것은 전하주입 회로 42가 다음에 서술된 것으로서, 제1의 양자화 신호에 근거하여 발생된 타이밍 신호들에 의해 제어되기 때문이다. 전하주입 회로 42는 숫자 ②, ③ 그리고 ④에 부착된 스위치들과 스위치
Figure kpo00015
를 포함한다. 나중에 서술된 스위치 제어신호 P1과 P2는 스위치
Figure kpo00016
과
Figure kpo00017
에 공급되고 스위치
Figure kpo00018
과
Figure kpo00019
를 제어한다. 게다가, 전하주입 회로 42는 캐패시터 cd1과 cd2를 포함한다. 제4도에 제시된 접지 부호는 약 2.5볼트의 전위를 갖는다. 접지 전위가 기준전위로서 고려되면, 전위 VSS는 음의 전위로서 고려된다. 신호 Aln은 신호선상에 전달되고, 최대 전위 Vcc는 약 5볼트와 같다. 그러므로, 신호선은 약 0에서 5볼트의 범위내에서 변화한다. 캐패시터 cd1과 cd2는 예를 들어, 스위치 제어신호 P1과 P2의 조합에 의해 정의된 지시에 의하여 전위 VSS로 세트된다. 그 다음, 캐패시터 cd1과 cd2에 저장된 전하는 거기로부터 방전되고 소정의 시간에 연산 증폭기 OP의 반전입력에 적용되며 적분기 43의 일부분이다.
결과적으로, 연산 증폭기 OP의 반전단자에는 전하주입 회로 41로부터 공급된 샘플링 데이타 신호와 전하주입 회로 42에 의해 세트된 전위 혹은 충전전위가 공급된다. 반전단자에서, 충전전위는 샘플링된 데이타 신호로부터 감산된다. 스위치 제어신호 P1과 P2의 조합을 변화시킴으로써, 충전전위를 증가시키거나 감소시킬 수 있다. 스위치 제어신호 P1과 P2가 제1의 비교기 24의 출력신호로부터 발생되기 때문에, 충전전위가 제1의 양자화 신호의 크기(2진수 ″1″ 또는 ″0″)를 나타낸다는 것이 알려졌다. 캐패시터 cd1과 cd2에 의해 제공된 충전전위는 제1의 양자화 신호에 관한 제1의 피드백 신호와 같은 기능을 한다.
적분회로 43은 캐패시터 CQ와 연산 증폭기 op로 이루어진 회로로 공지되었고, 그것의 반전단자에 대응한 샘플링 데이타 신호를 적분한다.
제2-스테이지 적분회로 22는 제1-스테이지 적분회로 21와 동등한 구조를 가지며, 제2의 감산기 ″d″와 제2의 적분기 ″e″와 같은 기능을 한다.
제3-스테이지 적분회로 23은 제3과 제4의 감산기 ″g″와 ″h″, 그리고 제3의 적분기 ″i″와 같은 기능을 하며, 전하주입 회로 44외에 전하주입 회로 41과 42를 포함한다. 본 발명의 원리에서, 제3의 감산기 ″g″가 제3도에 도시된 바와 같이, 제3-스테이지 적분회로 23으로부터 분리된다는 것이 고려될 수 있다. 그러나, 제4도의 실질적인 회로 모형에서, 제3과 제4의 감산기 ″g″와 ″h″는 적분기 43의 입력단자와 직접적으로 연결된다. 이러한 이유때문에, 제4도에서, 제3의 감산기 ″g″가 제3-스테이지 적분기 23의 구성 성분 중의 하나로서 도시된다. 전하주입 회로 44는 스위치 부호 1, 3 그리고 4 이외에 나중에 서술된 스위치 제어신호 P3와 P4에 의해 제어된 스위치
Figure kpo00020
와
Figure kpo00021
를 포함한다. 전하주입 회로 41과 제2의 전하주입 회로 42에 의해 제공된 공동기능은 제3의 감산기 ″g″의 기능에 대응한다. 전하주입 회로 44는 제2의 양자화 신호가 그것에 위에서 전송되는 피드백 루프에 대응한다.
제1의 비교기 24는 제1의 양자화기 ″f″와 같은 기능을 하며, 타이밍 신호
Figure kpo00022
의 입상(立上)과 동기화되어 그것의 단자들 IP와 IM의 전위들을 비교한다. 비교기 24의 단자 IM은 접지전위를 공급받고, 단자 IP는 제2-스테이지 적분회로 22의 출력신호를 공급받는다. 다음, 제1의 비교기 24는 그것의 Q단자를 통과한 제1의 양자화 신호를 발생시킨다. 제1의 비교기 24가 클럭신호
Figure kpo00023
에 응답하여 작동하기 때문에, 제3도에 도시된 단위 지연 소자가 비교기 14에 포함된다는 것이 고려된다.
제2의 비교기 25는 제2의 양자화기 ″j″와 같은 기능을 하며, 타이밍 신호
Figure kpo00024
의 입상과 동기화되어 그것의 단자들 IP와 IM의 전위들을 비교한다. 단자 IP는 제3-스테이지 적분회로 23의 출력신호를 공급받고, 단자 IM은 접지전위를 공급받는다. 다음, 제2의 비교기 25는 그것의 Q단자를 통과한 제2의 양자화 신호를 발생시킨다.
제1의 비교기 24로 부터 얻은 제1의 양자화 신호는 인버터 45와 46을 통과한다. 제1의 스위치제어기 26은 인버터 45와 46의 출력신호를 받으며, 스위치 제어신호 P1과 P2를 발생시킨다. 제4도에 설명된 것으로서 스위치 제어기 26은 네개의 NAND 게이트로 이루어진다. 타이밍신호 ø2가 하이(″H″)레벨로 유지되는 시간동안, 스위치 제어신호 p1과 p2중의 하나는 인버터 45와 46의 출력신호의 조합에 따라서 하이(″H″)레벨로 세트된다. 앞서 서술된 것으로서, 스위치 제어신호 P1과 P2는 언급한
Figure kpo00025
과
Figure kpo00026
각각에 부착된 스위치들을 제어하기 위한 신호로서 이용된다. 예를 들어, 스위치 제어신호 P1이 ″H″이면, 대응하는 스위치는 단락된다.
제2의 비교기 25의 Q단자로부터 공급된 제2의 양자화 신호는 인버터 47과 48을 통과한다. 제2의 스위치 제어기 27은 인버터 47과 48의 출력신호를 받는다. 제4도에 도시된 바와 같이, 제2의 스위치 제어기 27은 네개의 NAND 게이트를 포함한다. 제2의 스위치 제어기 27은 타이밍 신호 ø3와 동기화되어 스위치 제어신호 P3과 P4를 발생시킨다. 타이밍 신호가 ″ ″ 레벨로 유지되면, 제어신호 P3와 P4들 중의 하나는 인버터 47과 48의 출력신호의 조합에 따라 ″H″로 유지된다. 앞서 서술된 것으로서 스위치 제어신호 P3와 P4는 언급한 P3와 P4에 부착된 스위치들을 제어하기 위한 신호들로서 이용된다. 예를 들어, 스위치 제어신호 P3가 ″H″이면 대응하는 스위치는 단락된다.
미분회로 28은 직렬 연결된 제1과 제2의 미분부 49와 50을 포함한다. 제1과 제2의 미분부 49와 50의 각각은 D-형 플립-플롭부 51과 52를 포함하고 타이밍 신호 ø1과 동기화되어 작동한다.
제6도는 미분회로 28과 가산기 29를 포함한 회로모형을 나타낸다. DIL0는 제1의 비교기 24로부터 얻은 제1의 양자화 신호이고, DIL1은 제2의 비교기 25로부터 얻은 제2의 양자화 신호이다. 제1과 제2의 양자화 신호 DIL0와 DIL1의 각각은 원-비트 디지탈 신호이다. FS는 타이밍 신호 ø1이다. 제1의 양자화 신호 DIL0는 D-형 플립-플롭 53, 54, 그리고 55를 통과한 가산기 29에 공급된다. 도시된 바와 같이, 가산기 29는 NAND 게이트와 인버터 등과 같은 논리소자들에 의해 구성된다. 제2의 양자화 신호 DIL1은 D-형 플립-플롭 및 NAND 게이트와 인버터 등과 같은 논리소자들에 의해 구성된다. 제2의 양자화 신호 DIL1은 D-플립-플롭 및 NAND 게이트와 인버터 등과 같은 논리소자들에 의해 구성된 미분회로 28에 공급된다. 가산기 29는 세개의 디지트 DOLO 내지 DOL2로 이루어진 디지탈 출력신호 Dout를 발생시킨다.
제7도는 제4도에 있어서 여러가지 노드들에서 얻어진 전압신호 파형을 나타낸다. 수평축은 시간을 나타내고, 수직축은 신호파형을 나타낸다. 제7a도는 주파수가 1KHz인 사인파의 아날로그 입력신호 Aln의 파형을 나타낸다. 제7b도와 제7c도는 제1과 제2-스테이지 적분회로 21과 22 각각의 출력신호의 파형을 나타낸다. 제7d도는 제1의 비교기 24의 출력신호의 파형을 나타내며, 디지탈 신호이다. 제7e도는 제3-스테이지 적분회로 23의 출력신호의 파형을 나타낸다. 제7f도는 제2의 비교기 25의 출력신호의 파형을 나타내며, 디지탈 신호이다. 제7g도는 디지탈 출력신호 Dout를 나타낸다.
가산회로 29는 가산기 ″m″와 같은 기능을 하며, D-형 플립-플롭 53, 54 그리고 55를 통과한 2.5D만큼 지연된 제1의 양자화 신호와 미분회로 28을 통과하여 2회 미분된 제2의 양자화 신호를 가산한다. 다음, 가산된 결과 또는 디지탈 출력신호 Dout는 제3도에 도시된 디지탈 필터 80에 공급된다.
제2-스테이지 적분회로 22의 출력신호 F는 전술된 공식(9)에 의해 주어지고, 제2차 전달특성을 나타낸다. 디지탈 출력신호 Dout는 전술된 공식(13)에 의해 주어진다. A/D 변환기 20의 전달특성은 삼중적분형 델타-시그마 변조기에 근거한 A/D 변환기의 그것에 대응하고 그러므로, 동등한 다이나믹 레인지를 제공한다. 게다가 양자화가 제1과 제2의 비교기 24와 25의 두개의 스테이지에 의해 수행되기 때문에, 회로 규모를 감소시키는 것이 가능하다. 더구나, 피드백 루프가 제1과 제2의 양자화 신호 각각에 관하여 제공되기 때문에 안정된 회로 동작이 얻어질 수 있다.
상술된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 삼중적분형의 그것과 동등한 제3차 전달특성을 얻을 수 있다. 그러므로, 개선된 다이나믹 레인지가 얻어질 수 있다. 제8도는 본 발명자에 의해 얻어진 모의 실험의 결과를 나타내는 그래프이며 수평축은 샘플링 주파수(Hz)를 나타내고, 수직축은 S/N비 (dB)을 나타낸다. 모의 실험에서, 주파수 영역은 20kHz로 세트되고, 입력신호 주파수는 1KHz로 세트된다. 그래프에서, 0dB은 2.8볼트의 피크-투-피크 볼트와 같다. 도시된 실선 L2는 본 발명의 A/D 변환기에 의해 제공된 S/N비를 나타내며, 점선 L1은 종래의 제2의 델타-시그마 변조기와 관련된다. S/N비에 있어서, 본 발명에 의해 25dB 정도의 개선이 얻어질 수 있다는 것을 그래프로부터 알 수 있다.
본 발명은 상술된 실시예들만으로 제한되지 않으며, 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않고, 수정과 변화를 가할 수 있다.

Claims (11)

  1. 아날로그 입력신호에 대하여 제2의 델타-시그마 변조를 수행하고, 그것에 의하여 제1의 양자화 신호를 발생시키는 제2의 델타-시그마 변조수단과, 상기 제2의 델타-시그마 변조수단에서 발생하는 양자와 잡음을 추출하기 위한 양자화 잡음 추출 수단과, 상기 양자와 잡음에 대하여 제1의 델타-시그마 변조를 수행하고, 그것에 의하여 제2의 양자화 신호를 발생시키는 제1의 델타-시그마 변조수단과, 상기 제1의 델타-시그마 변조수단으로부터 공급된 제2의 양자화 신호를 미분하기 위한 미분 수단과, 상기 제1의 양자화 신호와 상기 미분 수단의 출력신호를 가산하고, 그것에 의하여 상기 아날로그 입력 신호에 대응하는 디지탈 출력신호를 발생시키는 가산수단들을 포함하는 델타-시그마 변조기.
  2. 제1항에 있어서, 제2의 델타-시그마 변조수단이 직렬 연결된 제1과 제2-스테이지 적분회로와, 상기 제2-스테이지 적분회로와 상기 양자화 잡음 추출수단에 연결된 입력단자와, 상기 양자화 잡음 추출수단에 연결된 출력단자를 갖는 제1의 양자화기를 포함하는 델타-시그마 변조기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 양자화 잡음 추출 수단이, 상기 제1의 양자화기의 입력단자에 연결된 제1의 입력단자와 상기 제1의 양자화기의 출력단자에 연결된 제2의 입력단자를 갖는 감산기를 포함하는 델타-시그마 변조기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 미분수단이 직렬 연결된 제1과 제2의 미분부를 포함하는 델타-시그마 변조기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1의 양자화 신호가 상기 미분수단의 출력신호로 맞추어 지도록, 시간축상에서, 소정의 시간만큼 상기 제1의 양자화 잡음을 지연시키기 위한 지연수단을 더 포함하는 델타-시그마 변조기.
  6. 제2항에 있어서, 상기 제2의 델타-시그마 변조수단이 대응하는 스위치도 캐패시터 수단을 포함하고, 상기 델타-시그마 변조기가, 상기 제1의 양자화 신호를 사용하므로써 상기 스위치된 캐패시터 수단에 공급되는 스위치 제어신호를 발생하기 위한 제1의 스위치 제어 수단을 더 포함하는 델타-시그마 변조기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1의 델타-시그마 변조수단이 스위치된 캐패시터 수단을 포함하고, 상기 델타-시그마 변조기가, 상기 제2의 양자화 신호를 사용하므로써 상기 스위치된 캐패시터 수단에 공급되는 스위치 제어신호를 발생하기 위한 제2의 스위치 제어수단을 더 포함하는 델타-시그마 변조기.
  8. 제1항에 있어서, F가 상기 제1의 양자화 신호, Aln이 상기 아날로그 입력신호, Q1이 상기 양자화 잡음, Z-1이 단위 지연을 나타낼때, 상기 제1의 양자화 신호가 다음의 전달특성:
    Figure kpo00027
    을 갖는 상기 제2의 델타-시그마 변조수단으로 부터 얻어지는 델타-시그마 변조기.
  9. 제8항에 있어서, J가 제2의 양자화 신호, Q2가 상기 제1의 델타-시그마 변조기에서 발생하는 양자화 잡음을 나타낼때, 상기 제2의 양자화 신호가 다음의 전달특성:
    Figure kpo00028
    를 갖는 제1의 델타-시그마 변조기로 부터 얻어지는 디지탈기.
  10. 제9항에 있어서, 상기 미분 수단의 출력신호가 다음의 전달특성:
    Figure kpo00029
    를 갖는 델타-시그마 변조기.
  11. 제10항에 있어서, 디지탈 출력신호가 다음의 전달특성:
    Figure kpo00030
    를 갖는 상기 가산 수단으로 부터 얻어지는 델타-시그마 변조기.
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