(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源としてスイッチング電源を用いるＡ／Ｄ変換回路であって、
Ａ／Ｄ変換器と、
制御部と、
前記制御部が設定するサンプリング周波数に基づき、サンプリングクロックを生成して前記Ａ／Ｄ変換器に出力するサンプリングクロック生成部とを備え、
前記制御部は、前記Ａ／Ｄ変換器へのキャリブレーション信号の設定後、サンプリング周波数の設定を順次切り替えて前記Ａ／Ｄ変換器の出力のノイズレベルを測定し、測定したノイズレベルの中でノイズレベルが最小のサンプリング周波数を記憶し、
前記制御部は、再起動時、記憶しているサンプリング周波数を読み出し、サンプリング周波数として設定することを特徴とするＡ／Ｄ変換回路。
【請求項２】
電源としてスイッチング電源を用いるＡ／Ｄ変換回路であって、
Ａ／Ｄ変換器と、
制御部と、
前記制御部が設定するサンプリング周波数に基づき、サンプリングクロックを生成して前記Ａ／Ｄ変換器に出力するサンプリングクロック生成部とを備え、
前記制御部は、前記Ａ／Ｄ変換器へのキャリブレーション信号の設定後、前記キャリブレーション信号の設定を維持した状態で、サンプリング周波数の設定を順次切り替えて前記Ａ／Ｄ変換器の出力のノイズレベルを測定し、測定したノイズレベルの中でノイズレベルが最小のサンプリング周波数を記憶し、
前記制御部は、再起動時、記憶しているサンプリング周波数を読み出し、サンプリング周波数として設定することを特徴とするＡ／Ｄ変換回路。
【請求項３】
請求項１または２に記載のＡ／Ｄ変換回路において、
前記Ａ／Ｄ変換器に入力する信号を音声信号とするか前記キャリブレーション信号とするかの選択を行う信号選択部が前記Ａ／Ｄ変換器の前段に設けられ、
前記信号選択部は前記制御部からの選択信号により前記選択を行うことを特徴とするＡ／Ｄ変換回路。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のＡ／Ｄ変換回路において、
前記サンプリング周波数の設定の順次切り替えは、初期設定されているサンプリング周波数から所定の周波数幅でサンプリング周波数を順次下げることによって行われることを特徴とするＡ／Ｄ変換回路。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のＡ／Ｄ変換回路において、
前記キャリブレーション信号は消音信号もしくは所定の周波数の正弦波信号のいずれかであることを特徴とするＡ／Ｄ変換回路。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載のＡ／Ｄ変換回路を具備することを特徴とするエフェクタ。
【請求項７】
電源としてスイッチング電源を用いるＡ／Ｄ変換回路の制御部が実行するＡ／Ｄ変換器のサンプリング周波数の決定方法であって、
前記Ａ／Ｄ変換器へのキャリブレーション信号を設定し、サンプリング周波数を順次切り替えて前記Ａ／Ｄ変換器の出力のノイズレベルを測定し、測定したノイズレベルの中でノイズレベルが最小のサンプリング周波数を選択してサンプリング周波数とすることを特徴とするＡ／Ｄ変換器のサンプリング周波数の決定方法。
【請求項８】
電源としてスイッチング電源を用いるＡ／Ｄ変換回路の制御部が実行するＡ／Ｄ変換器のサンプリング周波数の決定方法であって、
前記Ａ／Ｄ変換器へのキャリブレーション信号を設定し、前記キャリブレーション信号の設定を維持した状態でサンプリング周波数を順次切り替えて前記Ａ／Ｄ変換器の出力のノイズレベルを測定し、測定したノイズレベルの中でノイズレベルが最小のサンプリング周波数を選択してサンプリング周波数とすることを特徴とするＡ／Ｄ変換器のサンプリング周波数の決定方法。
【請求項９】
請求項７または８に記載のＡ／Ｄ変換器のサンプリング周波数の決定方法において、
前記サンプリング周波数の設定の順次切り替えは、初期設定されているサンプリング周波数から所定の周波数幅でサンプリング周波数を順次下げることによって行うことを特徴とするＡ／Ｄ変換器のサンプリング周波数の決定方法。
【請求項１０】
請求項７から９のいずれかに記載のＡ／Ｄ変換器のサンプリング周波数の決定方法において、
前記キャリブレーション信号は消音信号もしくは所定の周波数の正弦波信号のいずれかであることを特徴とするＡ／Ｄ変換器のサンプリング周波数の決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は電源としてスイッチング電源を用いるＡ／Ｄ変換回路、そのＡ／Ｄ変換回路を具備するエフェクタ及びＡ／Ｄ変換器のサンプリング周波数の決定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ａ／Ｄ変換器を含む装置の電源としてスイッチング電源を用いる場合には、電源ラインにコイルやコンデンサを用いたローパスフィルタを挿入したり、スイッチング電源自体のノイズを低減するためにスイッチング波形の工夫をしたりして、スイッチング電源から生じる高周波ノイズ（スイッチングノイズ）のレベルを下げることが行われている。特許文献１には電流波形、電圧波形共に正弦波状とすることにより、スイッチング電源のスイッチングノイズを低減し、かつ効率を向上させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３０４７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スイッチング電源は小型、軽量であって、電力変換効率も良く、装置の小型化には好適な電源であるものの、装置の小型化や低価格化、高性能化（例えば高ＳＮ比化）の要請に対応しつつ、十分にスイッチングノイズのレベルを下げることは、要求水準が高まるにつれ、困難となってきており、スイッチングノイズの影響が問題となってきている。
【０００５】
例えば、Ａ／Ｄ変換器を含む装置において、装置の小型化の結果、Ａ／Ｄ変換器の前段に設けたエイリアシングノイズ（折り返し雑音）防止用のローパスフィルタ回路にスイッチングノイズが飛びつき（電磁的、静電的に結合し）、回り込みを起こし、これにより所定の高域周波数の遮断性能が得られなくなるといった問題が生じる。また、エイリアシングノイズ防止用のローパスフィルタをシールドケースに入れるか、あるいは装置の筺体外部に配置したとしても、Ａ／Ｄ変換器の入力に接続される配線やＡ／Ｄ変換器を構成する回路のアナログ信号入力部へもスイッチングノイズが飛びつきを起こすことがある。
【０００６】
この発明の目的はこのような状況に鑑み、スイッチング電源のスイッチングノイズの影響を軽減し、Ａ／Ｄ変換出力の低ノイズ化を図ることができるようにしたＡ／Ｄ変換回路、エフェクタ及びＡ／Ｄ変換器のサンプリング周波数の決定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明によれば、電源としてスイッチング電源を用いるＡ／Ｄ変換回路は、Ａ／Ｄ変換器と、制御部と、制御部が設定するサンプリング周波数に基づき、サンプリングクロックを生成してＡ／Ｄ変換器に出力するサンプリングクロック生成部とを備え、制御部はＡ／Ｄ変換器へのキャリブレーション信号の設定後、サンプリング周波数の設定を順次切り替えてＡ／Ｄ変換器の出力のノイズレベルを測定し、測定したノイズレベルの中でノイズレベルが最小のサンプリング周波数を記憶し、制御部は再起動時、記憶しているサンプリング周波数を読み出し、サンプリング周波数として設定する。請求項２の発明によれば、さらに、ノイズレベルの測定は、キャリブレーション信号の設定を維持した状態で行われることを明記している。
【０００８】
請求項３の発明では請求項１または２の発明において、Ａ／Ｄ変換器に入力する信号を音声信号とするかキャリブレーション信号とするかの選択を行う信号選択部がＡ／Ｄ変換器の前段に設けられ、信号選択部は制御部からの選択信号により前記選択を行う。
【０００９】
請求項４の発明では請求項１から３のいずれかの発明において、サンプリング周波数の設定の順次切り替えは、初期設定されているサンプリング周波数から所定の周波数幅でサンプリング周波数を順次下げることによって行われる。
【００１０】
請求項５の発明では請求項１から４のいずれかの発明において、キャリブレーション信号は消音信号もしくは所定の周波数の正弦波信号のいずれかとされる。
【００１１】
請求項６の発明によれば、エフェクタは請求項１から５のいずれかのＡ／Ｄ変換回路を具備する。
【００１２】
請求項７の発明によれば、電源としてスイッチング電源を用いるＡ／Ｄ変換回路の制御部が実行するＡ／Ｄ変換器のサンプリング周波数の決定方法は、Ａ／Ｄ変換器へのキャリブレーション信号を設定し、サンプリング周波数を順次切り替えてＡ／Ｄ変換器の出力のノイズレベルを測定し、測定したノイズレベルの中でノイズレベルが最小のサンプリング周波数を選択してサンプリング周波数とすることとされる。請求項８の発明によれば、さらに、ノイズレベルの測定は、キャリブレーション信号の設定を維持した状態で行われることを明記している。
【００１３】
請求項９の発明では請求項７または８の発明において、サンプリング周波数の設定の順次切り替えは、初期設定されているサンプリング周波数から所定の周波数幅でサンプリング周波数を順次下げることによって行う。
【００１４】
請求項１０の発明では請求項７から９のいずれかにの発明において、キャリブレーション信号は消音信号もしくは所定の周波数の正弦波信号のいずれかとされる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によるＡ／Ｄ変換回路及びＡ／Ｄ変換器のサンプリング周波数の決定方法によれば、スイッチング電源のスイッチングノイズに起因するＡ／Ｄ変換出力のノイズレベルを下げることができる。
【００１６】
また、この発明によるエフェクタによれば、可聴範囲内のノイズレベルを下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明によるＡ／Ｄ変換回路の一実施例を具備するエフェクタの機能構成を示すブロック図。
【図２】Ａはサンプリング周波数とエイリアシングノイズの最低周波数の関係を示す表、ＢはＡの表をグラフ化したグラフ。
【図３】この発明によるＡ／Ｄ変換回路の他の実施例を具備するエフェクタの機能構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。
【００１９】
図１はこの発明によるＡ／Ｄ変換回路の一実施例を具備するエフェクタの機能構成の一例を示したものであり、このエフェクタは音声信号（音声帯域の信号、楽音信号を含む）に各種エフェクト（効果）を付加することができるものとなっている。
【００２０】
エフェクタはマイクロコントローラ１０とスイッチング電源２０とローパスフィルタ３０と操作手段４０とによって構成されており、マイクロコントローラ１０はスイッチング電源２０を電源に用いるものとなっている。マイクロコントローラ１０はこの例ではＡ／Ｄ変換器１１と信号処理部１２とＤ／Ａ変換器１３と制御部１４とサンプリングクロック生成部１５とを備えている。
【００２１】
上記の構成において、この発明で定義するＡ／Ｄ変換回路はＡ／Ｄ変換器１１と、制御部１４と、サンプリングクロック生成部１５とよりなるものとされる。
【００２２】
音声信号はＡ／Ｄ変換器１１の前段に設けられたエイリアシングノイズ防止用のローパスフィルタ３０に入力されて高域成分が除去され、帯域制限された音声信号がＡ／Ｄ変換器１１に入力されてＡ／Ｄ変換される。Ａ／Ｄ変換されてデジタル化された音声信号は信号処理部１２に入力され、所望のエフェクトが付加される。
【００２３】
信号処理部１２は例えばコーラス、ディレイ、リバーブといったエフェクトを付加することができるものとなっている。音声信号に付加するエフェクトの種類の選択と、各エフェクトのパラメータの調整は、操作手段４０を操作することによって行われ、制御部１４は操作手段４０の操作に応じて信号処理部１２を制御する。
【００２４】
信号処理部１２によってエフェクトが付加されたデジタル信号はＤ／Ａ変換器１３に入力されてＤ／Ａ変換され、出力される。
【００２５】
サンプリングクロック生成部１５は制御部１４が設定するサンプリング周波数に基づき、サンプリングクロックを生成してＡ／Ｄ変換器１１、信号処理部１２及びＤ／Ａ変換器１３に出力する。
【００２６】
スイッチング電源２０のスイッチングノイズはサンプリング周波数以上の周波数成分をもち、エイリアシングノイズの発生原因となる周期性ノイズであり、上記のような構成において、例えばスイッチングノイズがローパスフィルタ３０等に飛びつき、Ａ／Ｄ変換器１１の入力信号にスイッチングノイズが混入した場合、エイリアシングノイズが発生することになる。スイッチング電源２０のスイッチング周波数をｆＳＷ[Ｈｚ]とし、サンプリング周波数をｆＳ[Ｈｚ]とすると、エイリアシングノイズは、
ｆｉｍａｇｅ（Ｎ）＝｜ｆＳＷ−Ｎ×ｆＳ｜[Ｈｚ]
但し、Ｎは正の整数または０
の周波数成分をもつことになる。このエイリアシングノイズの周波数が可聴範囲に入ると、音程感のあるノイズとなる。
【００２７】
一方、スイッチング電源２０は自励発振回路を用いた構成をとることが多く、スイッチング周波数（発振周波数）ｆＳＷは個体間で±３０％以上ばらつくことがある。
【００２８】
この例ではこのようなスイッチング電源２０の使用を前提としており、サンプリング周波数ｆＳを変えることで、エイリアシングノイズの周波数成分ｆｉｍａｇｅ（Ｎ）のうち、許容する周波数の下限以下のものを極力なくし、音程感のあるノイズの発生を抑制するものとなっている。
【００２９】
ここで、スイッチング電源２０のスイッチング周波数ｆＳＷを６４０ｋＨｚとし、このスイッチング電源２０のスイッチングノイズがＡ／Ｄ変換器１１の入力信号に混入する場合について説明する。なお、エイリアシングノイズの周波数成分ｆｉｍａｇｅ（Ｎ）のうち、許容する周波数の下限、即ちローパスフィルタ３０のカットオフ周波数は１４ｋＨｚとする。
【００３０】
６４０ｋＨｚのスイッチングノイズが入力信号に混入した場合、サンプリング周波数ｆＳが例えば３１．２５ｋＨｚであるとすると、エイリアシングノイズの最低周波数は、Ｎ＝２０の時であり、
ｆｉｍａｇｅ（２０）＝６４００００−２０×３１２５０
＝１５０００[Ｈｚ]
となるので、１４ｋＨｚ以下の周波数成分は生じない。
【００３１】
これに対し、スイッチング電源２０のスイッチング周波数ｆＳＷが６４０ｋＨｚに対して、−３０％ばらついたとすると、ｆＳＷは４４８ｋＨｚとなり、Ｎ＝１４の時、
ｆｉｍａｇｅ（１４）＝４４８０００−１４×３１２５０
＝１０５００[Ｈｚ]
となり、１４ｋＨｚ以下の周波数成分が生じる。この場合、サンプリング周波数ｆＳを変える（下げる）ことで、１４ｋＨｚ以下の周波数成分が生じないようにすることができる。
【００３２】
図２はｆＳＷ＝４４８ｋＨｚとし、サンプリング周波数ｆＳを３１．２５ｋＨｚから１００Ｈｚステップで下げていった場合のエイリアシングノイズの最低周波数をＮ＝１４及び１５の時について表及びグラフに示したものである。図２に示した表、グラフより、サンプリング周波数ｆＳを３０．９５ｋＨｚもしくは３０．８５ｋＨｚとすれば、エイリアシングノイズの最低周波数を１４ｋＨｚ以上とすることができ、許容範囲内の周波数（＝可聴範囲外の周波数）とすることができることがわかる。
【００３３】
なお、実際のエイリアシングノイズは、ｆｉｍａｇｅ（Ｎ）＝｜ｆＳＷ−Ｎ×ｆＳ｜のＮによる周波数毎にレベル差があるため、周波数が許容範囲に入らなくてもノイズレベルが小さく、問題とならない場合もある。加えて、図２Ａの表におけるステップ４、ステップ５について言えば、エイリアシングノイズの最低周波数だけを見ると、ｆｉｍａｇｅ（１５）＞ｆｉｍａｇｅ（１４）であり、ステップ５のサンプリング周波数ｆＳ＝３０８５０Ｈｚの方が望ましいが、Ａ／Ｄ変換出力のノイズレベルの比較でサンプリング周波数ｆＳを選択すれば、ｆＳ＝３０９５０Ｈｚを選択することになる。これはステップ４のｆｉｍａｇｅ（１４）のノイズレベルがステップ５のｆｉｍａｇｅ（１５）のノイズレベルより小さいことによる。
【００３４】
上述したように、サンプリング周波数ｆＳを順次切り替えてＡ／Ｄ変換器１１の出力ノイズレベルを測定し、ノイズレベルの比較結果からサンプリング周波数ｆＳを選択すれば、Ａ／Ｄ変換出力のノイズレベルを下げることができる。
【００３５】
上記のようなサンプリング周波数ｆＳの選択は制御部１４によって実行される。以下、制御部１４が実行するサンプリング周波数ｆＳの選択及び設定について説明する。
【００３６】
サンプリング周波数ｆＳの選択には、キャリブレーション信号を用い、キャリブレーション信号をローパスフィルタ３０に入力する。キャリブレーション信号は消音信号もしくは所定の周波数の正弦波信号のいずれかとする。
【００３７】
制御部１４はローパスフィルタ３０へのキャリブレーション信号入力時、サンプリング周波数ｆＳの設定を順次切り替えてＡ／Ｄ変換器１１の出力のノイズレベルを測定する。サンプリング周波数ｆＳの設定の切り替えは、初期設定されているサンプリング周波数ｆＳから所定の周波数幅でサンプリング周波数ｆＳを順次下げることによって行う。周波数幅は例えば１００Ｈｚとする。
【００３８】
制御部１４は測定したノイズレベルの中でノイズレベルが最小のサンプリング周波数ｆＳを制御部１４内のメモリ（不揮発性メモリ）に記憶し、再起動時、記憶しているサンプリング周波数ｆＳを読み出し、サンプリング周波数ｆＳとして設定する。
【００３９】
このようにしてサンプリング周波数ｆＳを設定すれば、Ａ／Ｄ変換器１１の出力の低ノイズ化を図ることができ、即ち可聴範囲内のノイズレベルを下げることができる。
【００４０】
サンプリング周波数ｆＳを下げていくステップ数は適宜、選定することができる。例えば、前述の図２に示した表、グラフではステップ数は２１となっているが、適宜、ステップ数を増減してもよい。また、各ステップの周波数幅も１００Ｈｚに限らず、適宜、変えてもよい。
【００４１】
さらに言えば、例えば２値や３値のサンプリング周波数ｆＳに対するＡ／Ｄ変換出力のノイズレベルを比較することでも、比較した範囲で最もノイズレベルの小さいサンプリング周波数ｆＳを選ぶことで、初期設定状態よりもノイズレベルを小さくすることができ、あるいは初期設定状態でノイズレベルが小さかったことを確認することができる。
【００４２】
なお、サンプリング周波数ｆＳを下げていくのではなく、サンプリング周波数ｆＳを上げていくことでも、低ノイズ化を図ることは可能であるが、信号処理部１２（ＤＳＰ）の演算処理時間が短かくなり、信号処理のプログラム量を減らさなければならないといった状況も生じうるので、サンプリング周波数ｆＳを上げるのは好ましくない。
【００４３】
図３はこの発明によるＡ／Ｄ変換回路の他の実施例を具備するエフェクタの機能構成例を示したものであり、図３ではローパスフィルタ３０の前段に信号選択部５０が設けられたものとなっている。
【００４４】
信号選択部５０はローパスフィルタ３０に入力する信号を音声信号とするか、サンプリング周波数ｆＳ設定のためのキャリブレーション信号とするかの選択を行うものであり、キャリブレーションモードと音声信号入力モードとの切り替えは、操作手段４０を操作することによって行われる。制御部１４は操作手段４０の操作に応じて選択信号を信号選択部５０に出力し、信号選択部５０は制御部１４からの選択信号によりローパスフィルタ３０に入力する信号を選択する（切り替える）。
【００４５】
キャリブレーションモードでは、制御部１４は前述の図１における場合と同様、サンプリング周波数ｆＳの設定を順次切り替えてＡ／Ｄ変換器１１の出力のノイズレベルを測定し、測定したノイズレベルの中でノイズレベルが最小のサンプリング周波数ｆＳを制御部１４内のメモリに記憶する。
【００４６】
音声信号入力モードでは、制御部１４はメモリからサンプリング周波数ｆＳを読み出し、サンプリング周波数ｆＳとして設定する。
【００４７】
図１に示したエフェクタではサンプリング周波数ｆＳの選択は例えば工場で行われるが、図３に示したエフェクタではキャリブレーションモードを備えることにより、サンプリング周波数ｆＳの選択、設定を随時行うことができる。
【００４８】
サンプリング周波数ｆＳの選択、設定を工場で行えば、スイッチング電源２０のスイッチング周波数ｆＳＷの個体間のばらつきに起因してノイズレベルが異なるといった問題を解消することができるが、例えば電源電圧の降下等によりスイッチング周波数ｆＳＷが一個体でも変動することがあり、サンプリング周波数ｆＳの選択、設定を随時行うことができれば、このような場合でも対処でき、つまりノイズレベルを下げることができる。
【００４９】
以上、この発明の実施例について説明したが、この発明によるＡ／Ｄ変換器のサンプリング周波数の決定方法は、オーバサンプリングＡ／Ｄ変換器にも適用することができる。
【００５０】
なお、Ａ／Ｄ変換器１１の出力のノイズレベルを測定、比較してサンプリング周波数ｆＳを決定するものとなっているが、例えばＤ／Ａ変換器１３の出力をＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ変換出力のノイズレベルを測定、比較してサンプリング周波数ｆＳを決定するといった方法を採用してもよい。
【００５１】
上述した例では、マイクロコントローラに内蔵されたＡ／Ｄ変換器を用いた構成の例について説明したが、Ａ／Ｄ変換器として、エイリアシングノイズ防止用のローパスフィルタを内部に含むＡ／Ｄ変換回路モジュールを用いてもよい。なお、この発明によれば、エイリアシングノイズ防止用のローパスフィルタが無い場合（直結された場合）でも、スイッチング電源のスイッチングノイズの影響を軽減する効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００５２】
１０    マイクロコントローラ                  １１    Ａ／Ｄ変換器
１２    信号処理部                            １３    Ｄ／Ａ変換器
１４    制御部                                １５    サンプリングクロック生成部
２０    スイッチング電源                      ３０    ローパスフィルタ
４０    操作手段                              ５０    信号選択部
【図１】
0006404644.tif 000002
【図２】
0006404644.tif 000003
【図３】
0006404644.tif 000004