TW200402198A - Thermometer code digital to audio converter - Google Patents

Description

200402198 五、發明說明（1) 發明所屬之技術領域 本發明一般係關於數位/類比轉換領域，尤其溫度計 電碼基礎之數位/類比轉換。 先前技術 溫度計電碼數位/類比轉換器DAC，在先前技術上已 屬公知。習知溫度計電碼DAC係所謂電流指引式。為了將m 位元的數位輸入信號轉換，電流指引式的習知DAC包含η個 一致的電流源，其中n = 2m-1。各電流源通過實質上一定電 流I。 各電流源可切換，以進行數位/類比轉換。在如此習 知DAC中，電流源I的切換是利用溫度計寫碼信號加以控制 。為綜覽各先前技術，可參見美國專利第6, 1 63, 283號。 美國專利第6, 35 9, 467號表示的DAC，是將隨機化數位 電碼轉換為類比信號。隨機化係利用電流模式隨機化器進 行，根據擬似隨機數發生器提供的控制字，把數位電碼隨 機化。 美國專利第6,225,929號表示一種DAC，具有可切換電 流源，和電阻器弦。電阻器弦包含N電阻器，在接地節點 和類比電壓輸出信號之間串聯。 節點1至N - 1界定在N電阻器間之接合點，而節點N耦合 於類比電壓輸出信號。各N可切換電流源，係利用數位輸 入信號的一相對應N位元控制，當一相對應N位元在第一狀 態時，供應電流至一相對應N節點，而當其一相對應N位元 在第二狀態時，則不供應電流至一相對應N節點。

200402198 五、發明說明（2) 一般而言’各電流為不同時間量施能，而 間之誤配會提高效果。 發明 本發明之目的，在於提供數位/類比轉換 ，以及改進DAC，尤其是供聲頻應用。 本發明目的之解決，基本上是應用申請 特點，而本發明較佳具體例則列於申 附屬項内。 鏟施i ί 提供有效率之方法和裝置，以減少 轉換匕程中電流源誤配信號失真之效果。本質 所要轉換的數位信號本身，藉控制隨機化器的 按照本發明較佳具體例，隨機化器包括筒 二溫度計寫碼信號隨機化。桶形移位器最好利 數位信號衍生之信號加以控制。 按照本發明另一較佳具體例，要轉換之數 位元寬度，決定數位信號的滿η，其中。 滿η可用作桶形移位器之控制信號。 按照本發明又一較佳具體例，使用雜訊成 化訊移到更高頻率。雜訊成形器的輸出轉換 碼#號。隨機化器的操作，利用雜訊成形器的 以控制。其優點是量化雜訊不像先前技術的隨 形，會移回到可聞之頻譜。 按照本發明再一較佳具體例，雜訊成形器 ’在輸入信號保持在預定信號位準達預定期間 所實施電流 之改進方法 利範圍獨立 請專利範圍 數位/類比 上’是根據 才呆作完成。 形移位器， 用要轉換的 位信號有m 數位信號的 形器，把量 成溫度計寫 輸出信號加 機化器的情 有控制電路 ，可重置雜

200402198 五、發明說明（3) 訊成形器，以便在休止時，尤其是供聲頻應用t，可抑制 雜訊成形器之不良信號輸出。 本發明特別優點是，可實質減少電流源公差造成的 DAC信號失真。此外，本發明可以消除在休止中所產生可 聞之雜訊。如此可實質改進聲頻品質。 實施方式 茲參照附圖詳述本發明。 第1圖表示數位/類比轉換器DAC 1之方塊圖。DAC 1 有輸入1供接收數位信號。輸入2耦合至熱解碼器3的輸入 ，熱解碼器3用來把施加於輸入2的信號，轉換為溫度計寫 碼符號。熱解碼器3之輸出4耦合至隨機化器5的輸入。 隨機化器5有控制模組6，以控制隨機化器的内部操作 。控制模組6有控制輸入7，耦合至輸入2。 隨機化器5的輸出8耦合至轉換模組9，具有許多η電流 源1 0。電流源1 0可切換，以便將輸出8所施信號轉換為類 比。此相當於所謂「電流指引式」的數位/類比轉換操 作。 數位/類比轉換結果，在模組9的輸出1 1處輸出。 操作時，數位信號施於DAC 1的輸入2。信號輸入到熱 解碼器3，以便將信號轉換成溫度計寫碼信號。 數位信號的操作施於DAC 1之輸入2。控制模組6控制 隨機化器的操作，一直到基於在其控制輸入7處的信號， 有關經由輸出4提供的溫度計寫碼信號（和輸入2處之輸入 信號一致）隨機化為止。

200402198 五、發明說明（4) 因此L f度ί寫碼信號的隨機化結果，視輸入2處本 身的輸入信號而定。再用在輸出8處之隨機化溫度計寫碼 信號，以便切換數位/類比轉換用之電流源1〇。 利用輸入信號本身控制隨機化過程的效果是，電流源 的公差在數位/類比轉換過程中平均。另一優點是，不像 先刖技術的DAC ’利用雜訊成形器移到較高頻的量化雜訊 ’會因隨機化而移回到可聞之頻率。此點可參見第2至5圖 進一步說明。 第2圖表示σ 一 d多位元聲頻數位/類比轉換器DAC 20 之方塊圖。 DAC 2 0在輸出階段包括數位電路2丨和類比電路2 i。 數位電路21有介面模組（IF)23，以接收數位聲頻信號 AUD;例如數位聲頻信號為立體信號，含有輪流左、右頻 道貧=樣本。各資料樣本有16位元寬度。 介面模組23又具有控制輸入，以輸入時間臨限信號 TR利用仏號TRH ’可將介面模組23内所含定時器的初始 計值加以程式規劃。 a πη介面模組23目的之一，在於過度取樣數位聲頻信號 以便在其輸出提供SGN。典型上信號a UD的頻率為16 J ♦ if樣頻率的1 6倍。此種信號係在CD晶片内提供給聲 頻處理部份。 σ不 w，模組23產生的信號SGN，是2 561^的交插資料流。 4祉二面模組23用來產生供左頻道之重置或清除信號CL ，右頻道之重置或清除信號CR。如果左聲頻頻道靜默

f 8頁 200402198 五、發明說明（5) 預定時間週期，信號CL即利用介面模組23輸出；此預定時 間週期可利用信號TRH程式化。同理，若右聲頻頻道靜默 預定時間週期，則信號CR利用介面模組23輸出。 信號CL，CR和SGN輸入於雜訊成形器模組24。雜訊成形 器模組24包括第二階σ - 5調變器，以產生輸出信號j)AC， 包括寬度較小而位元率較高之資料樣品。如此可將量化雜 訊即移到較高頻率。 信號DAC輸入於熱解碼器模組2 5和隨機化器模組2 6。 熱解碼器模組2 5產生溫度計電碼輸出信號TH，輸入於 隨機化器模組2 6。如果類比電路2 2内有η電流源，則溫度 計電碼具有η位元寬度，詳後。因此，在此考量的實施例 内，溫度計電碼有7位元。 隨機化器模組2 6用來修飾0和1在信號的指定溫度計電 碼樣本内之分佈，以減少類比電路2 2内電流源公差造成的 誤差。 類比電路22具有左聲頻頻道的轉換模組27和右聲頻頻 道的轉換模組28。二轉換模組27和28有許多η電流源，於 此考慮的實施例中，η = 7。電流源利用隨機化器2 6的隨機 化右頻道輸出信號DACR和隨機化左頻道輸出信號DACL切換 ’以便產生類比左頻道聲頻輪出信號…儿和右頻道類比輸 出聲頻信號AUDR。 σ 一 d DAC 20又有控制模組CNT 29，以接收資料光點 DST和頻遒選擇CNS信號。σ-5 DAC 20又接收系統時鐘 SYSCLK，並具有重置輸入Rs。

200402198 五、發明說明（6) 控制模組29用來產生 多工化信號MUX ,以控制右儲存SR，以及 内存在有效頻道聲頻樣本時 平人作田輪入流aud 同理，合在名右紛士此 子仏號SL對Μ面模組2 3指示。 J 田存在有效左頻道樣本時，作棘ςι?并- 7 用來控制介面模組23内之。信號腿 AUD。 1您夕工器，以便過度取樣信號 控制模組2 9又可用來產生施能信號題，以及左 '右頻 道控，信號L和R，供隨機化器模組26之用。 第3圖更詳細表示介面模組23的結構。介面模缸23 ^暫存器30和31，以接受信號AUD。暫存器3〇和31的施能 輸入S，分別耦合於信號讥和sr。 暫存器30的左頻道輸出左資料LD，和暫存器31的右頻 道輸出信號右資料RD，輸入於多工器32，產生輸出SGN。 多工器32的操作，利用信號MUX控制。 左頻道用零檢波器（ZERDLCN)32和右頻道用零檢波器 (ZERDRCN)34，分別耦合至暫存器30和31的輸出。當左頻 道聲頻信號LD為零時，零檢波器33輸出信號資料為零dzeR ’而當右頻道信號RD為零時，左頻道聲頻信號ld為零。易 言之，零檢波器33和34用來測定左、右聲頻頻道靜默時的 時點。 ^ 介面模組23又有左頻道重置控制模組LCNRS 35和右波 道重置控制模組RCNRS 36。 控制模組35具有重置控制器模組RCNT 37和下降計數 器模組DCD 38，重置控制器模組37從零檢波器33接收信號

第10頁 200402198 五、發明說明（7) DZER 〇 當信號DZER不經零檢波器33檢定時，即左頻道聲頻資 料LD不等於零，重置控制器模組37即檢定信號負載不降計 數器LDC0，輸入於下降計數器模組38。 臨限值的響應利用信號TRH施加於下降計數器模組38 ，並儲存於下降計數器模組38之計數暫存器39内。下降計 數器模組38接收信號SL。 當信號SL受到檢定，計數暫存器39的内容遞減。當計 數暫存器39的内容到達零，定時器即逾時，而信號計數器 完成的C0F即利用下降計數器模組3 8輸出，而輸入於重置 控制器模組3 7。在響應時，重置控制器模組37輸出信號CL ’以重置雜訊成形器模組24的左頻道，參見第2圖。 右頻道用的重置模組36内部結構，與上述左頻道用的 重置模組3 5内部結構相同。如此一來，雜訊成形器模組2 4 的左、右聲頻頻道，即可單獨重置。此特點對只在一頻道 發生聲頻事故，而在另一頻道靜默，有其重要性。 第4圖表示控制模組3 5和3 6操作狀態說明圖。 起先，控制模組在狀態4 0。在狀態4 0中，永久核對資 料是否在相對應頻道上，即信號LD或信號RD分別為零。狀 態40中其餘狀態是資料非零（DNZER)。 若測得資料為零DZER，則發生從狀態40過渡到狀態41 。在狀態4 1，定時器開始，並向下計數。狀態41内其餘條 件為，計數器未逾時C0NF。狀態41其他剩餘條件為，資料 繼續為零。若資料非零DNZER，則發生從狀態41過渡回到

200402198 五、發明說明（8) -- 狀態4 0。 當定時器逾時，而資料仍為零，即從狀態41過渡到狀 態42。在狀態42，重置雜訊成形器模組之左、。重 置操作進行後，從狀態42過渡到狀態43。 待 ^ =資料一直為零麵。當資料變疋= 、戈^主a l々保^等待狀態Μ。若條件資料為非零DNZER 滿足時’即從狀態4 3過渡回到初始狀態4 〇。 24右im2圖雜訊成形器24之；路圖。雜訊成形器 if ί道用暫存器50和51，以及右頻道用暫存器52和53 r d〜Ή3有設定S和重置Rs輸入。暫存器50的施 用 1;=。謂，而重置輸入咖至信號CL。同樣適 而輸入RS接至信 利用加算器和乘法 於此減輸出信號 暫存器52之設定輸入S接至作轳μ 號CR。同樣適用於暫存器53。 雜訊成形器模組24含有許多環路， 器實施。輸入信號SGN輸入於加算器54 ^^…差^異仏號輸入於加算器，以添加暫存器52的輸出。 則得輸出輸人到暫存器50，而暫存器50的輸出 。::器52的輸出施加。於加算器56，減乘法器17之輸出 1出信號DAC乘以乘法器57中的因數2。 =算器56的輸出施加於加算器58,加算器58的另一輸 為暫存器53之輸出。加算器58之輸出施於暫存 入，而暫存器51的輸出施於暫存器53之輸入。I較高頻^

第12頁 200402198 五、發明說明（9) 添加量化雜訊，係利用提供輸出信號DAC的加算器59，把 雜訊信號E(Z)添加於暫存器53之輸出信號。 第6圖表示隨機化器26的實施方塊圖。隨機化器26具 有控制模組6 0，相當於第1圖中隨機化器5之控制模組6 了 控制器模組6 0具有模組6 1，用來把2 -互補輸入信號轉 換成整數。如此，2 -互補信號DAC即轉換成整數。 〜 模組61的輸出耦合至暫存器62的輸入，而暫存器62的 輸出耦合至暫存器63的輸入。 。 、 暫存器63的輸出耦合至加算器64。加算器64另一輸入 至暫存器65的輸出，而暫存器65的輸入耦合至 ^ b6的輪出。 ，卄

gfuti器64的輸出耦合至模組67的輸入’用來計算加算 ϊ的;rr如:以 暫存器 62,63 ββΛΑΜ 以便輪流處理左、’右頻道資彳^輸入S耦合至施能信號ΕΝ， 69，j :位器模組68 ’包括筒形移位器 位距離。筒形移入70 ’決定筒形移位器69的移 出信號S V。 、控制輸入7 〇，耦合於模組6 7的輸

筒形移位器69具有輪入7i u 至要隨機化之信銳Τ、Η。， ，利用筒形移位操作，耦合 筒形移位器的齡φ 79 , 暫存器73的輸出轉入$射二耦合至暫存器末端74之輸入。 褐合至暫存器75的輸入。

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暫存器73的施能輸入s耦合於信號L，而暫存器74和75 的施能輸入S耦合於信號R，在暫存器75的輸出，提供信號 DACL，而在暫存器74的輸出，有信號“⑶。隨機化器26又 有多工器76以接收信號MUX，並提供信號DACCLK。隨機化 器26又接收系統時鐘SYSCLK信號。 操作時，信號DAC輸入於隨機化器26，在模組61内 化為整數。 左、右頻道#號成份脫交織，並計算信號的滿7。同 時，要Ik機化的仏號TH輸入於筒形移位器6 9，並筒形移位 一段距離，由滿7計算結果決定。如此可提供隨機化輸出 信號DACL和DACR，分別用來切換轉換模組27和28之電流源 須知按照此較隹具體例 機化特別有益，因為電流源 形器24引起的量化雜訊，不 新結構除去二負面影響 前輸入樣本中的有源位元數 頻道分別測定。此等數是由 補轉換為整數格式後所得， 在一週期當中輸出樣本 今是所有位元相等。意即一 間量施能，而所實施電流間 要數位/類比轉換的信號之隨 的公差會平均，而由於雜訊成 轉換為可聞頻譜。 :各係數不再遞增1，而是先 。此暗示移位係數如今可為各 雜訊成形器輸出DAC，從二互 再儲存於二暫存器内。 各位元之有源時鐘循環數，如 ，而言，各電流源均為同樣時 誤配效應即減少。

I麵 第14頁 200402198 圖式簡單說明 第1圖為本發明DAC具體例之方塊圖； 第2圖為σ-(5數位/類比轉換器之方塊圖； 第3圖為控制第2圖σ-5數位/類比轉換器的雜訊成 形器濾波器所用電子電路之方塊圖； 第4圖為第3圖電子電路操作之狀態圖； 第5圖為第2圖數位/類比轉換器的雜訊成形器 濾波器之電路簡圖； 第6圖為隨機化器及其控制電路之方塊圖。

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Claims (1)

1. 200402198 六、申請專利範圍 1. 一種數位信號至類比信號之轉換方法，包括下列 步驟： 一把數位信號轉換成溫度計寫碼信號， 一把溫度計寫碼信號隨機化， 一利用數位信號控制溫度計寫碼信號之隨機化， 一把隨機化信號轉換成類比信號者。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中隨機化和控制 步驟，是基於數位信號，筒形移位溫度計寫碼信號並控制 筒形移位進行者。

   3. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中數位信號 有m位元寬度，於是隨機化之控制信號係利用決定數位信 號的滿η(其中η = 2π-1 )，由數位信號衍生者。 4. 一種數位/類比轉換器，包括： 一轉換機構（3 )，把數位信號轉換成溫度計寫碼信 號， —隨機化機構（5 ; 2 6 )，把溫度計寫碼信號隨機化， 一控制機構（6 ; 6 0 )，根據數位信號控制隨機化機 構， 一轉換機構（9，1 0 )，把隨機化信號轉換成類比信號 者。

   5. 如申請專利範圍第4項之數位/類比轉換器，其中 隨機化機構包括筒形移位機構（69)，具有控制輸入（70)耦 合於控制機構者。 6. 如申請專利範圍第4或5項之數位/類比轉換器，

   第16頁 200402198 六、申請專利範園^----------~----- 機構有機構（67)可決定數位信號之滿n(其中n = 2ra 7屋生隨機化機構用之控制信號者。 击金秘m •挑如申請專利範圍第6項之數位/類比轉換器，其中 轉換機8構包括許多η電流源者。 •如申請專利範圍第4項之數位/類比轉換器，又包 括： —雜訊成形機構（2 4 )， —雜訊成形機構之控制機構（2 3 )，當數位輸入信號 在預定信號位準保留預定時間週期時，適於重置 雜訊成形機構者。 9 ·如申請專利範圍第8項之數位/類比轉換器，又包 括輸入機構（TRH)，將預定時間週期程式規劃者。 1 〇· —種聲頻裝置，諸如CD系統、DVD系統、電視系巧 或其他數位聲頻記錄、接收或回放系統，包括申請專利範 圍第4項之數位/類比轉換器者。