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Publication number: TW507134B
Application number: TW088110094A
Authority: TW
Inventors: Yukio Koyanagi; Kazuo Toraichi
Original assignee: Niigata Seimitsu Co Ltd
Priority date: 1998-06-17
Filing date: 1999-06-16
Publication date: 2002-10-21
Also published as: DE69921327T2; HK1037281A1; EP1096688A4; EP1096688B1; JP2000013226A; JP3992845B2; WO1999066642A1; CN1192484C; US6763407B1; CN1305663A; EP1096688A1; DE69921327D1

Description

ο 5 A7 ___ B7___ 五、發明說明（1 ) 技術領域本發明；係關於一種將離散的數位資料轉換成連續的類比信號之數位/類比轉換器。又，於本說明書，將函數值在局部性之區域具有0以外之值但在其以外之區域則成為〇之場合稱做「有限台」，據此說明本發明。技術背景於最近之數位聲訊裝置’例如CD(Compact Disk)唱機方面，為了從離散的音樂資料（數位資料）獲得連續性類比之音頻信號而使用一種適用附加取樣技術之D/A(數位/類比）轉換器。這種D/A轉換器，係為了内插於所輸入之數位資料間以便虛偽地提高抽樣頻率而通常使用數位濾波器，並藉取樣保持電路來保持各内插值以生成階梯波形之後，將之通入低通滤波器，藉此輸出平潰的音頻信號。且說，由含在D/A轉換器之數位濾波器所進行之資料内插，一般而言，乃使用稱做以以函數之抽樣函數。第16 圖’係sine函數之說明-圖。sinc函數，係將狄萊克⑼㈣) 之△函數變換成反傅利葉函數時顯現者，其將抽樣頻率設為f時，由SincUft)/；rft所定義。此sinc函數，係只在户〇之抽樣點成為1 ’其他之所有抽樣點則成為〇。以往’乃使用-種'將該sinc函數之波形資料設定於 FHKFinite Impulse Response)濾波器之分接計數的數位濾波器，藉此進行附加取樣。且說，若使用藉數位渡波器來進行離散性音頻資料間之内插運算的附加取樣技術，則可使用衰減特性平穩之低- 紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公H------------ -4 - ---VI I .1 I--— II--· I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 507134

五、發明說明（2 通濾波器，因此可藉助低通濾波器之相位特性接近直線相位特性之同時，減低抽樣褶疊噪音。這種效果雖愈提高虛偽性取樣頻率愈變為顯著，但提高取樣頻率的話，數位濾波器器和抽樣保持電路之處理速度也跟著高速度化其提高之部分，所以必需要適於高速度化之昂責零件，招來零件成本之上升。又，如圖像資料那樣，若原來之取樣頻率本身南時（例如幾MHz)，為了將之附加取樣而必需使用可在幾十MHz至數百MHz之範圍内動作之零件，來構成數位濾波器和抽樣保持電路，所以其實現並不容易。又即使使用附加取樣技術之場合，最後仍將階梯狀之號通入低通遽波器來生成平滑的類比信號，所以只要使用低通濾波器即無法使其備有嚴密的意義上之直線相位特性。又，上述之Sinc函數，為一在、&收歛於〇之函數，所以若要求出正確之内插值的話，雖必要考慮所有數位資料之值，但實際上，從電路規模等之關係上，乃界定要考慮的數位資料之範圍，·設定有數位濾波器之分接係數，其所得之内插值則含有截斷誤差。像這樣’適用附加取樣技術之習用D/a轉換器，係為了提高虛偽性取樣頻率而需要高速度之零件，為此招來成本之提高，或者不容易實現，又，因通入低通濾波器而有相位特性之劣化，而且因使用適用了 sinc函數之數位遽波 ’而含有截斷誤差，，產生了對應於此等誤差之輸出波形之畸變。登明之福霪一本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） --------------裝--- (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 訂·· --線· 507134 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（3 ) 本發明r係鑑於上述諸問題而創作者，其目的，係在於提供一種在不提高零件之動作速度下可獲得畸變小之輸出波形的數位/類比轉換器。本發明之數位/類比轉換器，係使其產生一具有對應，於所輸入之數位資料各個的電壓位準之給定階段函數波形’將此等波形合成後進行多數次之類比積分，藉此產生一將對應於依次輸入之多數數位資料的電壓平滑地連結之連績類比信號。如此，使其產生對應於依次輸入的多數數位資料之給定階梯函數波形，其後積分此合成波形，藉此可獲得連續地變化之類比信號，因此不需要為獲得最後的類比信號而使用低通濾波器，同時依處理信號之頻率而有不同之相位特性，故群延遲特性不會惡化，可獲得畸變少之輸出波形。又，較之實行附加取樣的習用手法，更不需要提高零件之動作速度，所以並不需要使用昂貴之零件，可減低零件成本。 · 尤其是，上述階梯函數波形，宜使用一種就由區分多項式所構成之給定抽樣函數，積分各區分多項式多數次，藉此獲得之波形。即，相反地積分此階梯函數波形多數次 ’藉此可獲得對應於給；函數之波形，所以合成階梯函數波形’藉此可等效地實現藉抽樣函數來進行之褶積運算，並可使處理内容單純化，所以可減低為轉換數位資料成類比信號而必要之處理量。又，上述抽樣函數，宜為整個區域只能微分一次且具有有限台者。存在於自然界之各種信號，雖因平滑地變化 ---i---^----I----裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁}

JST 線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 6 507134 A7 五、發明說明（4 ) 而被認為需要可微分性，但其可微分次數並不一定為無限 -人，毋寧說被遇為只要可微分一次即可充分近似自然現象。像這樣，由於可微分有限次且使用有限台之抽樣函數而有各種優點，但以往卻認為滿足這種條件並不存在。可是在本發明者之研究下，卻發見了滿足上述條件的函數。具體言之，上述抽樣函數為，一抽樣位置1在_2至+2 之間而且具有〇以外之值的有限台之函數。其中：關_2 $ t <-3/2，可使用由（/-4^4)/4所定義者；關於_3/2^t<-l ’可使用由（3t2+8t+5)/4所定義；關於-i$t<_1/2，可使用由（5t +12t+7)/4所定義者；關於-1/2 $ t < 1/2，可使用由（_ 7t2+4)/4所定義者；關於1/2^< 1，可使用由（5t2_12t+7)/4 所定義者；關於1 $ t < 3/2，可使用、由（3t2-8t+5)/4所定義者，關於3/2 $ t < 2，可使用（-t2+4t-4)/4所—定義者。或者，作為對應於這種抽樣函數之階梯函數波形用者，可在對應於配置成等間隔之五甸數位資料給定範圍，使用施有4、 +3、+5、·7、-7、+5、+3、-1之加權的同一寬度之八個區分領域所成者。像這樣，在整個區域使用只能微分一次之抽樣函數，藉此在合成多數個階梯函數波形之後可減少進行積分處理之次數同時，可減低處理量。又，使用具有有限台之值的抽樣函數，藉此只將對應於該有限台區間之數位資料作為處理對象即可，所以更可減低處理量，而且可防止將有限個之數位資料作為對象處理時之截斷誤差之產生。^ ， I式之簡單說明本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） II !·裝 i — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) . --線. A7 B7 五、發明說明（5) 第1圖係用於本實施形態之D/A轉換部中之内插運算的抽樣函數說明圖。圖，係顯示抽樣值與其間之内插值的關係。彳 1?^系使用第1圖所示之抽樣函數的資料内插之說明圖。第4圖係顯示將第i圖所示之抽樣函數積分一次的波形〇第5圖係顯.示將第4圖所示之折線函數更予微分的波形〇第6圖係顯示本實施形態之D/A轉換器的構成。顯示本實施形態之D/A轉換器之動作定時。 ^示產生第5圖所示之.階梯函數波形的階梯函數波形產ί芝基本構成。，第9圖’係顯示由第8圖所示之階梯函數波形產生部所產生之階段波形產與各開關之通斷轉換定時之關係。第10圖’係顯示階梯函數波形產生部之變形例的構成 i—ri-------^裝—— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· _ 線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製第11圖’係顯示由第10圖所示之階梯函數波形產生部所產生之階函數波形產與各開關之通斷轉換定時之關係。第12圖’係顯示第6圖所示之d/A轉換器的詳細構成第13圖’係顯示使用第10圖所示階梯函數波形產生部的D/A轉換器之部分構成。 ——— - 第14圖’係顯示定時控制部之詳細構成。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 8 507134 ’:，::： A7

507134 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（7 ) 來定義。在此，3階B樣條函數F(t)，係用 (4t2+12t+9)/4 -2t2+3/2 (4t2-12t+9)/4 來表示。上述抽樣函數Η⑴ -3/2$t<-l/2 -1/2$ t< 1/2 l/2^t< 3/2 (2) 為二次之區分多項式，由於使用 3階B樣條函數F(t)，而成為在整個區域保證僅一次之可微分性的有限台之函數。又，在t= ± 1，± 2之抽樣位置為0 如將述（2)式代入（1)式，以區分多項式之形式求抽樣函數Η⑴的話，可表示為： (.t2-4t-4)/4 (3t2+8t+5)/4 (5t2+12t+7)/4 (-7t2+4)/4 (5t2-12t+7)/4 (3t2-8t+5)/4 (_t2+4t-4)/4 t< -3/2 -3/2^t<-l -l^t<-l/2 -1/2$ t< 1/2 1/2^ t< 1 1 ^ t< 3/2 3/2^ t< 2 (3) 像這樣，上述函數H⑴為一抽樣函數，其係在整個區域只能微分'次’而且在抽樣位置t= 土 2收欽於0之有限台之函數者，因此使用此抽樣函數Η⑴來進行依據各抽樣值之疊加，藉此可使用只能微分抽樣值間之值一次的函數來内插。 ’… 第2圖，係顯示抽樣值與其間之内插值的關係。一般本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 10 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 痤齊郎皆慧財轰笱員!.消費合阼杜印製 507134 'κι -------- B7 五、發明說明（8 ) 而言’就所授與之各抽樣值分別求出内插位置中之抽樣函 • 數值，使用此抽樣函數值來進行褶積運算（convolution operation)，藉此可求出對應於各抽樣值間之中間位置的内插值y。由於從以往即使用之sine函數為一在t= 土〇〇之抽樣位置收歛於0之函數，所以若要正確地求出内插值y ;則需要與t=±〇〇為止之各抽樣值對應地計算在内插位置之以以函數值，使用此s，inc函數值來進行褶積運算。然而，在本實加形悲所用之抽樣函數H(t)，由於在t= ± 2之抽樣位置收歛於0，所以只考慮夾内插位置於中間之前後各二個之抽樣值就可，可大幅地削減運算量。而且，關於其以外之抽樣值者，其非本來應考慮但考慮運算量和精度等而忽視，疋在理論上不需要考慮’所以不會產生氣斷誤差。第3圖，係使用第1圖所示之抽樣函數的資料内插之說明圖。例如’就第3圖（A)所示之抽樣位置11之抽樣值Y(t 1) ，具體地說明之。内插位置t〇與位置tl之距離，係將鄰接之兩個抽樣位置間之距離規格化而設為i時，成為1+a。因此，使抽樣函數H(t)之中心位置一致於抽樣位置tl時之内插位置tO的抽樣函數值便成為H(l+a)。實際上，為了調 .合抽樣函數H(t)之中心位置的尖峰高度以便一致於抽樣值 Y(tl)，將上述H(l+a)加以Y(tl)倍之值H(l+a) · Y(tl)便成為欲求之值。同樣地進行後，一如第3圖（B)〜（D)所示，與^他三― 個抽樣值對應地，獲得内插位置t0之各運算結果H(a) · Y(t 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮） 11 — — — — — — ----- - -- ^ίι —----線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 /U4 A7 ----B7____ 五、發明說明（9 ) 、H(l-a) · Y《t3·)、H(2-a) · Y(t4)，將如此獲得之四個運算結果H(l+a) · Y(tl)、H(a) · Y(t2)、H(l-a) · Y(t3)、H(2-a) • Y(t4)相加，進行褶積運算，藉此求出内插位置t〇之内插值y。且說，如上所述，雖在原理上使其對應於各抽樣值來計算抽樣函數Η⑴之值以進行褶積運算，藉此可求對應於各抽樣值間之中間位置的内插值，但第1圖所示之抽樣函數為在整個區域只能微分一次之二次區分多項式，可利用此特徵，藉等效的其他處理順序來求出内插值。第4圖，係顯示將第1圖所示之抽樣函數微分一次之波形。由於第1圖所示之抽樣函數為一在整個區域可微分一一人之一次區分多項式’故將之微分一攻，藉此可獲得由如第4圖所示之連續折線狀波形所成之折線函—數。又’第5圖係顯示將第4圖所示之折線函數進一步微分的波形。但，在折線波形中因含有多數之角點，而在整個區域無法微分，所以規定就夾在鄰接兩個角點之直線部分進行微分，微分第4圖所示之折線波形，藉此可獲得由如第5圖所示之階梯狀波形所成的階梯函數。像這樣’用於本實施形態之D/A轉換器中的内插運算之抽樣函數，係將整個區域微分一次而獲得折線函數，並進一步微分此折線函數之各直線部分，藉此獲得階梯函數，因此，相反地產生第5圖所示之階梯函數，將之積分一次’藉此可獲得第1圖所示之抽樣函數H(t)。 - — 又，第5圖所示之階梯函數具有正區域與負區域相等 -ΙΓΙ-------Μ 裝·I — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂：線-

五、發明說明（10) 之面積，且-具有將此等區域之面積合計之值等於0之特徵。換言之，將具有這種特徵之階梯函數積分多數次，藉此可獲得保證整個區域之可微分性的有限台之抽樣函數。且說，依據第3圖所示之褶積運算的内插值，雖將抽樣值乘於抽樣函數Η⑴之值來算出，但若將第5圖所示之 Ρ白梯函數積刀一次以求出抽樣函數Η⑴時，除了將抽樣值乘於由該積分處理而得之抽樣函數值之場合以外，更等效地，使積分處琿前之階梯函數產生時，使相乘了各抽樣值之梯函數產生，且對於使用此階梯函數來進行糟積運算之結果進行二次之積分處理，藉此可求出内插值。本實施形態之D/A轉換器，係如此進行之後求出内插值者，其次 ’說明其詳細。、、_ 第6圖’係本實施形態之D/A轉換器之構成。該圖所示之D/A轉換器，包含有：D/A轉換器1〇 ;四個電壓保持部11-1、11-2、11·3、11-4;四個階梯函數產生部12-1、12-2 、12-3、12-4 ;電壓合成部14;兩個積分處理部16，18; 及定時控制部2 0。 D/A轉換器1 〇，係用以產生根據以給定之時間間隔依次輸入之離散性數位資料的類比電壓。此D/A轉換器10，由於產生與所輸入之數位資料值成比例的一定類比電壓，而獲得對應於所輸入之數位資料的離散性脈衝狀之輸出電壓。電壓保持部11-1〜11-4，係以給定之定時循環性地取1 進出現在D/A轉換器10之輸出端的脈衝狀輸出電壓，然後 13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 507134

五、發明說明（11) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製保持其電壓值直到下-取進定時到來為止。例如，由電壓保持部η_ι保持最初從D/A轉換器1〇輸出之脈衝狀輸出電壓，接著由電壓保持部U.2保持第二輸出的脈衝狀輸出電壓。又，由電壓保持部u+im保持第三、第四輸出的脈衝狀輸出電壓。當各電壓保持部1Μ〜η·4之電壓保持動作一循環時，下—輪出自D/A轉換㈣之第五脈衝狀輸出電壓’财取進料在電壓料時間最長的電壓保持部 1-1 °如此’藉電壓保持部i 等來循環性地保持對應於依次輸入之各數位資料的電壓。階梯函數波形產生部叫〜;^^，係與根據對應電壓保持部11-1〜11-4之電壓保持動作之定時同步地，產生具有與各保持電壓之大小成比例的電壓孜準之階梯函數波形。階梯函數波形其本身具有第5圖所示之形狀.；此階梯函數之電壓位準，係與由電壓保持部丨丨“〜丨丨^之各個所保持之電壓成比例，第5·圖所示之階梯函數之具體性值，可藉著微分上述（3)式之各區分多項式二次而獲得，成為如下。 -2^t<-3/2 -3/2^t<-l 1^ί<·1/2 l/2St<0 t< 1/2 1/2^ t< 1 — 〜 l^t<3/2

I F------------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 訂：線-

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X

斯134 A7 --------- R7_ 五、發明說明（12) -1 - ; 3/2^ t< 2 這些值，係對應於，在後段電壓合成部14進行電壓合成處理時之加權係數。關於其詳細則後述之。電壓合成部14，係將四個階梯函數波形產生部12-1〜 12-4之各輸出電壓類比地合成。被級聯連接之兩個積分處理部16，18，係對於出現在電壓合成部14輸出端的變化成階梯狀之輸出電壓，進行二次積分處理。從前段之積分處理部16獲得直線狀地（一次函數地）變化之輸出電壓，而後段之積分處理部18則獲得二次函數地變化之輸出電壓，當如此以一定間隔輸入多數個之數位資料時，從後段之積分處理部18獲得一由只能微分對應於各數位資料之電壓間一次的平滑曲線所連結之連續性類比信諕。且说，輸出自上述階梯函數波形產生-部丨2_丨之階梯函數，係因具有一與由電壓保持部丨丨-丨所保持的電壓（對應於所輸入之數位資料之電壓）成比例之電壓位準，而對於此階梯函數波形藉兩個積分處理部16，18來重覆積分處理二次，藉此輸出一具有對應於第丨圖所示之階梯函數與輸入數位資料之乘積的波形之信號。又，藉由電壓合成部14 ，對於輸出自各階梯函數波形產生部12_v〜12-4之階梯函數進行電壓合成事，係意味著與相加各階梯函數值之處理等效；因而從電壓合成部14可獲得對應於此相加結果之分成電壓。因此，若考慮以一定之時間間隔輸入數位資料之場合-，則與此輸入間隔相對地錯開由各階段函數波形產生部本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 15 II — — — — — — — — ---— II--^---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

— —---------Μ--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 -- ——____B7 ' 1 ........ - 五、發明說明（13) 12-1〜12.4所產生之階梯函數波形之產生初始定時，使用分別產生之階梯函數波形來進行電壓之合成，進而對於其結果進行二次之積分處理，藉此獲得一將對應於數位資料之電壓平滑地連結之類比信號。第7圖，係顯不本實施形態之D/A轉換器之動作定時。當以一定之時間間隔輸入數位資料時，如第7圖（A)所示，D/A轉換器10，則產生對應於各數位資料值之脈衝狀類比電壓V〗、V2.、V3......。各電壓保持部11-1〜ii-4，接著循裱性地取進保持著如此產生的脈衝狀電壓Vi、卩2、％ ……，具體言之，由電壓保持部1M，取進最初產生的脈衝狀電壓Vi，保持到d/a轉換器1〇之輸出電壓一循環為止 (到第五之脈衝狀電壓Vs產生為止）（第7圖（B))。又，階梯函數波形部產生部12-1，接著配合該最初脈衝狀電壓Vi之保持疋時，產生具有與此電壓V〗成比例的電壓位準之階梯函數波形（第7圖（C))·。同樣，由電壓保持部11-2取進第二產生的脈衝狀電壓 V2 ’保持D/A轉換器1〇之輸出電壓一循環為止（到第六脈衝狀電壓νδ出現為止）（第7圖（D))。又，階梯函數波形產生部12-2，接著配合此第二脈衝狀電壓％之保持定時，產生具有與此電壓％成比例的電壓位準之階梯函數波形（第7 圖（E)) 〇由電壓保持部11-3，取進第三產生的脈衝狀電壓％，保持到D/A轉換器10之輸出電壓一循環為止（到第七脈每狀電壓V?出現為止）（第7圖（F))。又，階梯函數產生部12·3 核張尺度適用準（CNS)A4規格⑽X 297公釐）-Γ-ΤΓΤ 訂· · --線· A7 B7 五、 a £ 發明說明（l4) ’接著配合此第三脈衝狀電壓V3之保持定時，產生具有 ’與該電壓V3成比例的電壓位準之階梯函數波形（第7圖（G)) --------------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 〇由電壓保持部11·4，取進第四產生之脈衝狀電壓1/4 ’保持到D/A轉換器1〇之輸出電壓一循環為止（到第八脈衝狀電壓Vs出現為止）（第7圖（Η))。又，階梯函數波形產生部12-4，接著配合此第四脈衝狀電壓％之保持定時，產生具有與此電壓V4成比例的電壓位準之階梯函數波形（第7 圖（I))。電壓合成部14，接著合成由如此四個階梯函數波形產生部12-1〜12-4之各個所產生之階段函數波形（類比電壓） ’藉此等效地進行四個階梯函數波形之相加處理（第7圖（j)) 。由於相加四個之階梯函數波形，所以此^目加結果也變成單純之階梯函數波形。且說，如第5圖所·示，由各階梯函數波形產生部12-1 〜12-4所產生之階梯函數波形，係一具有將抽樣位置卜_2 〜+2之領域（第1圖所示之抽樣函數之有限台的範圍），分割成各0 · 5之八個區分領域的有限台之函數者。例如，從抽樣位置t=-2向+2依次為第一區分領域、第二區分領域、 ......苐八區分領域。具體言之，首先由電壓合成部14，將對應於由階梯函數波形產生部12-1所產生之第七區分領域之電壓（3Vi)，對應於由階梯函數波形產生部12-2所產生之第五區。分領域的電壓（-7VO、對應於由階梯函數波產生部12·3所產生之本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 507134 A7 B7 五、發明說明（15) * I I l· Γ — — — — — — — — · I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第三區分領域的電壓（5 V3)、及對應於由階梯函數波形產生部12-4所產生之第一區分領域的電壓（_v4)，加以合成，以產生對應於相加了各電壓值之值（3Vr7V2+5V3-V4)之合成電壓。當如此從電壓合成部14輸出具有階梯狀電壓位準之波形時’前段之積分處理部16則積分此波形以輸出折線狀之波形（第7圖（K))，後段之積分處理部18便進一步積分此折線狀之波形，以產生輸出電壓（第7圖（C))。此輸出電壓係以只能微分一次之平滑曲線來連結對應於數位資料〇2及 D3之各個的電壓值間而成者。 --線· 像這樣’本實施形態之D/A轉換器，係配合一用來保持對應於所輸入之數位資料的電壓之定時，使階段函數波形產生，就四個之數位資料合成此階梯函數波形之後，進行二次之積分處理，藉此可產生一將對應於各數位資料之電壓平滑地連結的，連接著之類比信號。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製尤其是，使其對應於所輸入之各數位資料，以各異之初始定時使四個階梯函數波形產生，將此等之電壓合成後進行二次之積分處理’藉此獲得連續性之類比信號，所以不需要像習知那樣之抽辱保持電路和低通濾波器，可在不使直線相位特性惡化下，實現良好的群延遲特性。又，由於使用在抽樣位置±2收歛於〇之有限台的抽樣函數H(t)，所以進行數位資料間之内插處理時只使用四個數位資料即可，從而可減少為進行内插運算而必需之處理量。—由於未; 像習知那樣進行附加取樣處理，所以只確保按照所輸入之 18 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） Α7

4 507134 五、發明說明（I6) 數位 > 抖的時間間隔決定之給定動作即可，並不需要進行別高速度之信號處理，從而也不需要使用昂貴之零件。其次，就上述D/A轉換器之具體構成說明之。第8圖，係顯示產生第5圖所示之階梯函數波形的階梯函數波形產生部之基本構成。第8圖所示之階梯函數波形產生部U2 ’包含有：兩個電阻108，109及運算放大器11〇，其係構成一用來貫行非反相放大或反相放大之放大器；電阻1〇〇，103及開關1Q4，107，其係連接至運算放大器110之反相輸入端子侧；及電阻101，102及開關105，106，其係連接至運算放大器110之非反相輸入端子側。連接至運算放大器110之各輸入端子側的四個電阻1〇〇〜丨〇3，係將各電阻值分別設定於R、R/3、R/5、R/7。 … 第9圖，係顯示第8圖所示的由階梯函^波形產生部112 所產生的階梯函數波形與各開關之通斷轉換定時的關係。於第9圖中，S1，S2，_S3，S4，係顯示分別串聯地連接於電阻100〜103之各個的開關104〜107之通斷狀態。如第9圖所示，若要藉階梯函數波形產生部112來產生對應於階梯函數波形之第一及第八區分領域的電壓時，只將插入在運鼻放大器110之反相輸入端子與電阻值R之電阻100間的開關104，作成接通狀態即可。同樣，若要藉階梯函數波形產生部112來產生對應於階梯函數波形之第二及第七區分領域的電壓時，只將插入在運算放大器110之非反相輸入端子與電阻值R/3之電阻101間的開關Γ〇5，作成接通狀態就可。若要藉階梯函數波形產生部112來產生本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 19 • 11----- -裝-----— — 1 訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 507134 A7 B7 五、發明說明（17) 對應於階梯函數波形之第三及第六區分領域的電壓時，只將插入在運算放大器110之非反相輸入端子與電阻值R/5之電阻102間的開關106，作成接通即可。若要藉階梯函數波形產生部112來產生對應於階梯函數波形之第四及第五區分域的電壓時，只將插入在運算放大器11〇之反相輸入端子與電阻值R/7之電阻104間之開關1〇7，作成接通狀態就 "5J" 〇且說，第8·圖所示之階梯函數波形產生部112，雖需要設定連接至四個電阻100〜103各個的四個開關1〇4〜1〇7之轉換狀態（四個開關104〜107係連接於運算放大器110之輸入側），但可藉著設計電路構成而減少成為控制對象之開關數。 … 第10圖，係顯示階梯函數波形產生部之變形例的構成。第10圖所示之階梯函數波形產生部132，包含有：構成差動放大器之兩個電阻127、128及運算放大129 ;連接至運算放大器129之非反相輸入端子側的電阻no、121、122 及開關124、125、126 ;及連接至運算放大器129之反相輸入端子之電阻123。連接至運算放大器129之非反相輸入端子側之三個電阻120〜122，係將各電阻值設定於R/6、R/10 、R/12。又’連接至運鼻放大|§ 129之反相輸入端子的電阻123，係將其電阻值設定於R/7。第11圖係顯示，由階梯函數波形產生部132所產生之階梯函數波形與各開關之通斷轉換定時的關係。於第1圖一中，S5，S6，S7，係顯示分別串聯地連接於電阻120〜122 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱1 ：~^~: (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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A7 ______B7___ 五、發明說明（18) 之各個的開關124〜126之通斷狀態。 / 如第11圖所示，若要藉階梯函數波形產生部122來產生對應於階梯函數波形之第一及第八區分領域的電壓時，只將插入在運算放大器12 9之非反相輸入端子與電阻12 0間之開關124，作成接通狀態即可。在此狀態下，由於外加給定之輸入電壓時，透過具有電阻值R/6之電阻120的電壓則被外加於運算放大器129之非反相輸入端子，同時透過具有電阻值R/7之電阻123的電壓便被外加於運算放大器 129之反相輸入端子，使運算放大器129作為差動放大器動作’所以在運算放大器129之輸出端子出現與外加於此等兩個輸入端子之電壓的差分成比例的電壓。同樣，若要藉階梯函數波形產生、部122來產生對應於階梯函數波形之第二及第七區分領域之電灰時，只將插入在運算放大器129之非反相輸入端子與電阻121間的開關 125 ’作成接通狀態即·可。在此狀態下，由於外加給定之輸入電壓時，透過電阻值R/10之電阻121之電壓則被外加於運算放大器129之非反相輸入端子，同時透過電阻值R/7 之電阻123的電壓便被外加於反相輸入端子，使運算放大器129作為差動放大器動作，所以在運算放大器129之輸出端子出現與外加於此等兩個輸入端子之電壓的差分成比例的電壓。 ' 若要藉階梯函數波形產生部122來產生對應於階梯函數波形之第三及第四區分領域之電壓時，只將插入在運# 放大器129之非反相輸入端子與電阻122間的開關126作成本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 21 I---— 丨--I!--裝·！！| 訂--I-----線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) /U4 :観經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 〜^ ___ B7___ 五、發明說明（19) 接通狀態就可。在此狀態下，由於外加給定之輸入電壓時，透過電1SLR/12之電阻122之電壓則被外加於運算放大器 129之非反相輸入端子，同時透過電阻值R/7之電阻123之電壓便被外加於反相輸入端子，使運算放大129作為差動放大器動作，所以在運算放大器129之輸出端子出現與外加於此等兩個輸入端子之電壓的差分成比例的電壓。又，若要藉階梯函數波形產生部122來產生對應於階梯函數波形之第四及第五區分領域之電壓時，將分別對應於三個電阻120〜122之各個（此等三個電阻120〜122係連接至運算放大器129之非反相輸入端子）之三個開關124〜 126全部作成斷開狀態。在此狀態下，由於運算放大器ι29 之非反相輸入端子乃透過電阻127接地之同時，給定之輸入電壓則透過電阻值R/7之電阻123而外加於運算放大器 129之反相輸入端子，所以在運算放大器ι29之輸出端子出現一將此外加電壓反相放大的電壓。第12圖’係顯示·第6圖所示之D/A轉換器之詳細構成。如第12圖所示，各電壓保持部11β1〜11-4，分別包含有開關210，電容器211 ;及緩衝器212。例如，開關21 〇係在 D/A轉換器1〇之輸出電壓被外加於電壓保持部u」之定時’成為接通狀態；而、藉該外加電壓％充電電容器211。其後，使開關210成為斷開狀態，藉此保持電容器2丨〗之兩端電壓，進而取出對應於此兩端電壓之一定電壓以作為緩衝器212之輸出電壓使用。關於其他電壓保持部11-2〜11· 4也一樣，都在給定之定時，分別控制各開關21〇成接通狀先閱讀、背面之注意事

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五、發明說明（2〇經濟部智慧財產局員工消費合作社印製恶，藉此保持一對應於此時所外加之電壓的一定電壓，直到下次將開關21 〇轉換成接通狀態為止。又，如第12圖所示，各階梯函數波形產生部12_丨〜12_4 ，包含有四個電阻12〇〜123及三個開關U4〜126。此等電阻及開關，係與第10圖之階梯函數波形產生部 132所包含者相同；各開關124〜120，係以第11圖中所示的S5、S6、S7之定時，控制通斷狀態。又如第12圖所示，電塵合成部14，係將含在各階梯函數波形產生部12_1〜12_4之三個開關124〜126之一方端彼此加以結線之同時，將未連接開關123〜126之各電阻123 之一方端彼此加以結線，藉此來實現電壓合成。且說，若要合成由第1〇圖之階梯函數波形產生部132 所產生之階梯函數波形時，在原理J，如第13圖所示，在多數個階梯函數波形產生部132使階梯函數波形各別地產生，透過給定之電阻134來連接運算放大器129之諸輸出端子’藉此進行對應於·各波形之電壓的合成。然而，第12圖所不之D/A轉換器，由於如後述在積分處理部16含有運算放大器’所以可省略各階梯函數波形產生部132内之運算放大器129、及連接至各運算放大器129之輸出端子的電阻 134 ;並在各稭梯函數波形產生部12-1〜12_4省略了運算放大器129，同時在電壓合成部14省略了各電阻134。又，如第12圖所示，前段之積分處理部16包含有：兩個運算放大器140，141 ;兩個電容器142，143 ;兩個電阻 144, 145。由一方之運算放大器14〇、電容器142及電阻144 ^--------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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507134 五、發明說明（21 ) 來構成積分電路；對於分別外加於運算放大器14〇之兩個輸入端子（非反相輸入端子及反相輸入端子）的電壓差分，進行給定之積分動作。又，由另一方之運算放大器i4i、電容器143及電阻器145來構成〇位準保持電路；其係用以凋整運算放大器140之非反相輸入端子之電壓位準，以便積分電路之輸出的平均值經常成0V。特別，若將抽樣音頻信號來製作之資料，作為輸入D/v轉換器之數位資料考慮時，根據此資料產生之類比信號之平均則成為〇¥，故以使用上述0位準保持電路，藉此防止積分電路之輸出電壓之偏移為宜。又，後段之積分處理部18，係在基本上具有與前段之積分處理部16相同之構成，包含：兩個運算放大器15〇，151 ;兩個電容器152，153 ;及三個電酕154，155，156。由方之運算放大器150、電容器152及兩個電阻154，155來構成積分電路；其係對於外加於運算放大器15〇之反相輸入知子的電壓，進行給定之積分動作。又，由另一方之運算放大器151、電容器153及電阻156來構成〇位準保持電路，其係用以調整運算放大器150之非反相輸入端子之電壓位準’以便積分電路之輸出的平均值經常成為〇V。第14圖，係顯示定時控制部2〇之詳細構成。如該圖所不，定時控制部20，包含有：3位元計數器160 ;具有非反相輸出之三個互斥‘‘或，，電路161〜163 ;具有反相輸出的兩個互斥“或”電路164，165 ;具有非反相輸出之三個“與，，電路166〜170 ;及具有反相輸出之三個‘‘或，，電路pi—〗73 本紙張尺&用中關家標準（CNS)A4規格（21G χ 297公爱）「24 ：----— -----1—------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · •線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7

❿ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 507134 五、發明說明（22) 又，第15圖係顯示第14圖所示之定時控制20的動作定時。於第-15圖所示之CLK、b〇〜b2、cl〜c5、以〜⑽之各波形，係顯示出現在第14圖中附註各符號之地方的波形。如第14圖及第15圖所示，3位元計數器16〇，係用以進行與所輸入之時鐘信號CLK同步的計數動作；此時鐘信號每上升即完成計數，而更新3位元輸出b〇、bl、b2。使用上述定時控制部2〇來轉換含在各階梯函數波形產 12-1〜12-4之三個開關的通斷狀態，藉此可使第7圖（C)、（E) 、（G)、（I)所示之各階梯函數波形產生。具體言之，為了藉階梯函數波形產生部12-1使第7圖所示之階梯函數波形產生，而依第14圖所示之‘‘或，，電路ι71之輸出（d3)、“與” 電路167之輸出（d2)、“與，，電路166之輸出（dl)之邏輯狀態 ’分別轉換該階梯函數波形產生部12-1内之三個開關124 〜126之通斷狀態。同樣，為了藉階梯函數波形產生部12-2使第7圖（E)所示之階梯函數波形產生，而依第14圖所示之“或，，電路173 之輸出（d6)、“或”電路172之輸出（d5)、“與，，電路168之輸出（d4)之遇輯狀態，分別轉換該階梯函數波形產生部12-2 内之三個開關124〜126之通斷狀態。又，為了藉階梯函數波形產生部12-3使第7圖（G)所示之階梯函數波形產生，而依第14圖所示之‘‘與’’電路169之輸出（d7)、“與”電路166之輸出（dl)、“與”電路167之輸出（d2)之邏輯狀態，分別轉換該階梯函數波形產生部12-3内之三個開關124〜126_之通斷狀態。又，為了藉階梯函數波形產生部12-4使第7圖（I)所本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 25 — — — — — — — — 1 — — — — - * I I I I I I I t — — — — — — — I· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 507134 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（23) 示之階梯函-數波形產生，而依第14圖所示之“與，，電路 170(d8)、“與”電路168之輸出（d4)、‘‘或”電路172之輸出（d5) 之邏輯狀態，分別轉換該階梯函數波形產生物12-4内之三個開關124-126之通斷狀態。又，本發明並不限定於上述實施形態，在本發明要旨之範圍内可進行各種之變形實施。例如，依照上述實施形態，雖將抽樣函數作成在整個區域只能微分一次之有限台的函數，但將可微分次數設定2次以上也可。又，如第1圖所示，將本實施形態之抽樣函數作成，在t=±2收歛於〇，但在t=±3以上收歛於〇也可。例如，若在t== 土 3收歛於〇時 ’將含在第6圖所示之D/A轉換器的電壓保持部和階梯函數波形產生部之各數作成6，只要能將石個之離分散資料作為對象來進行内插處理，產生一將此等離奴資料平滑地連結之類比電壓即可。又，不一定限於使用有限台之抽樣函數來進行内插處理之場合，使用一在·〇〇〜+〇〇之範圍具有可微分有限次之抽樣函數，只將對應於有限之抽樣位置的多數個數位資料作為内插處理之對象也可。例如，假定這種抽樣函係用二次區分多項式來定義時，將各區分多項式微分二次，藉此可獲得給定之階梯函數波形，因此對於使用該階梯函數波形來進行電壓合成之結果，進行二次之積分處理，藉此可獲得一將對應於數位資料之電壓平滑地連結之類比信號。又，上述之實施形態，乃將第13圖中部分地表二示之構成簡略化以構成第12圖所示之D/A轉換器，但使用具有未 -^6 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 裝 Η^τ. 線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） 507134 A7 五、發明說明（24) 簡略化之第·13圖所示之構成的d/A轉換器也可。又，上述實施形態，雖離散性數位資料被輸入時，將各數位資料變換成一定之類比電壓之後，用各電壓保持部 11-1〜11-4來保持該類比電壓，但將所輸入之離散性數位資料預先保持在四個之資料保持部（例如D型正反器），把由各個所保持之數位資料各別地通入D/A轉換器，藉此轉換成類比電壓也可。產業之可利用性如上所述，如依本發明，由於使對應於依次輸入之多數個數位資料的給定函數波形產生後合成此等之波形，其後藉著積分此合成波形而獲得連續地變化之類比電壓，所以不需要為了獲得最後之類比信號而、使用低通濾波器，且，相位特性依所處理之信號之頻率而相異、從而不會有群延遲特性惡化之情事，可獲得畸變少之輸出波形。又，若與進行附加取樣之習知手法相較的話，由於不需要提高零件之動作速度’所以不需要使用昂貴之零件，可減低零件成本。 — — — — — — i I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂.· ;線· t 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 507134 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（25) 10…D/A轉換器 11-1…電壓保持部 11-2…電壓保持部 11-3…電壓保持部 11- 4…電壓保持部 12- 1…階梯函數波形產生部 12-2…階梯函數波形產生部 12-3…階梯函數波形產生部 12-4…階梯函數波形產生部 14…電壓合成部 16…積分處理部 16…前段積分處理部 16，18…積分處理部 · 18…後段積分處理部 20…定時控制部100〜103…電阻104，105，106，107···開關元件標號對照 108，109…電阻 110…運算放大器 112…階樣函數波形產部 120〜123···電阻 124〜126···開關 129…運算放大器 132…階梯函數波形產生部 140，141…運算放大器 142，143…電容器 144，145···電阻 150，151 —達算放大器 152，153…電容器 154〜156···電阻 160· "3位元計數器 161〜165···互斥“或”電路 166〜170···“與”電路 171-173···“或”電路 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 28

Claims

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 507134 A8 B8 C8 _______D8 專利範圍 ' ^~^ ：~— 1. 一種數位V類比轉換器，其特徵在於：使該轉換器產生具有-分別對應於以給定間隔輸入之多數個數位資料的電壓位準之給定階梯函數波形 ;對於合成此等多數個函數波形而得之波形，進行多數次之類比積分，藉此產生一將對應於前述多數個數位資料之電壓間平滑地連結的連續類比信號。 2. —種數位/類比轉換器，包含有：多數個·電壓保持部，係將分別對應於以給定間隔輸入之多數個數位資料的一定電壓位準，保持給定期間； / 多數個階梯函數波形產生部，係與多數個前述數位資料之各輸入定時同步地，產生給定之階梯函數波形，此階梯函數波形具有對應於由多數個前述電壓保持部之各個所分別保持的電壓位準；電壓合成部’ ·係用.以合成由多數個前述階梯函數波形產生部之各個所產生的前述階梯函數波形；及積分處理部，係對於由前述電壓合成部所合成的電壓，進行多數次之類比積分。 3·如申請專利範圍第2項所述之數位/類比轉換器，其特徵為：前述階梯函數波形，係將正區域與負區域之面積設定為相等。 4·如申请專利範圍第2項所述之數位/類比轉換器，其轉徵為：本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公嫠） 29 丨^-----•裝------、玎--------, (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 507134 •I 經濟部t央標準局員工消費合作社印製六、申請專利範圍 ABCD 前述-階梯函數波形，係就由區分多項式所構成之定抽樣函數，分別積分前述區分多項式之各個多數次，藉此獲得之波形者。 5·如申請專利範圍第4項所述之數位/類比轉換器徵為：、其特刖述抽樣函數，係其整個區域只能微分一次且具有有限台之值。 6·如申請專利範圍第5項所述之數位/類比轉換器，其特徵為： ^ 前述抽樣函數，為一抽樣位置1在_2至+2間，且具有0以外之值的有限台之函數，其中關於-2$t<-3/2者，由（_t2-4t4)/4所定義者；關於-3/2$t<-l者，係由（3ΐ2+8ΐ+5’)/4所定義；關於-l$t<-l/2者，係由（5t2+12t+7)/4所定義；關於-l/2^t<l/2者.，係由（_7t2+4)/4所定義；關於1/2么t<l者，係由（5t2-12t+7)/4所定義；關於l^t<3/2者，係由（3t2-8t+5)/4所定義；關於3/2$t<2者，係用（-t2+4t-4)/4所定義。 7.如申凊專利範圍第2項所述之數位/類比轉換器，其特徵為：前述階梯函數波形，係於對應於配置成等間隔的五個刖述數位資料之給定範圍，由施有_ 1、+3、+5、- 7、-7、+5、-3、-1之加權的同一寬度之八個區-分領域所成者。 ---------^------、玎------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS〉A4規格（210X297公釐） 30

申碕專利範圍如申請專-利範圍第5項所述之數位/類比轉換徵為：器，其特進行則述類比積分之次數為二次，且，使平滑地連結對應於？數個前述數位資料之電Μ的連續類比信號產生 9. 申明專利範圍苐6項所述之數位/類比轉換器，其特芦進行Μ類比錢之讀為二:欠，且使平滑地連、只對應於多數個前述數位資料t電壓的連續類比信號產生 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂線經濟部中央榡準局員工消費合作社印製