(57)【要約】デジタルアナログ変換器（「ＤＡＣ」）システムが、１／ｆおよび他のベースバンド雑音を目的の信号のベースバンドから取り除くために、ノッチフィルタとチョッピング変調技術とを利用する。ＤＡＣのチョッピング変復調回路機構は、デジタル入力信号のサンプリング周波数の二分の一にほぼ等しいチョッピング周波数およびすべての高調波で動作する。ノッチフィルタは、寄生変調に起因するベースバンドへの雑音の折り返しを低減するために、チョッピングに先立って、チョッピング周波数付近の周波数を持つ信号を減衰する。チョッピング周波数の二倍付近の周波数を持つ信号を減衰する別のノッチフィルタは、ベースバンドへの雑音の折り返しをさらに低減する。
2006518133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタルアナログ変換器システムであって、
マルチビットデジタルアナログ（「ＤＡＣ」）であって、（ｉ）周波数ｆｃｈｏｐ付近に周波数減衰帯域を持つデジタル入力信号を受け取り、（ｉｉ）前記ＤＡＣ入力信号をアナログ表現信号に変換するＤＡＣであり、
前記ＤＡＣ入力信号をｆｃｈｏｐで変調するために、ｆｃｈｏｐの変調周波数を持つ変調回路と、
前記変調回路に接続されており、前記変調回路によって変調された信号を受け取り、前記ＤＡＣに利得を提供する利得段であって、動作中、前記ベースバンド内に周波数を持つ雑音に関連している前記利得段と、
前記利得段に接続されている復調回路であって、ｆｃｈｏｐにほぼ等しいかｆｃｈｏｐに等しい周波数で信号を復調するために、ｆｃｈｏｐにほぼ等しいかｆｃｈｏｐに等しい復調周波数を持つ復調回路と、
を含むＤＡＣと、
前記デジタル入力信号の周波数ベースバンドへの雑音の取り込みを低減するために、前記周波数ｆｃｈｏｐ付近に前記周波数減衰帯域を得ているノッチフィルタと、
を含むデジタルアナログ変換器システム。
【請求項２】
前記デジタル入力信号が周波数２ｆｃｈｏｐ付近に周波数減衰帯域をさらに含み、前記システムが、
前記デジタル入力信号の前記周波数ベースバンドへの雑音の取り込みをさらに低減するために、前記周波数２ｆｃｈｏｐ付近に前記周波数減衰帯域を得ているノッチフィルタを
さらに含む、請求項１に記載のデジタルアナログ変換器システム。
【請求項３】
前記ノッチフィルタは、前記ベースバンドに等しいか前記ベースバンドよりも大きく、ｆｃｈｏｐにほぼ等しいかｆｃｈｏｐに等しい周波数を中心とする周波数減衰帯域を含む、請求項１に記載のデジタルアナログ変換器システム。
【請求項４】
前記ノッチフィルタは、前記ＤＡＣの入力に接続されハードウェア素子を用いて実装されているデジタル有限インパルス応答フィルタである、請求項１に記載のデジタルアナログ変換器システム。
【請求項５】
前記ＤＡＣは、スイッチトキャパシタデジタルアナログ変換器を含む、請求項１に記載のデジタルアナログ変換器システム。
【請求項６】
前記スイッチトキャパシタデジタルアナログ変換器は、前記ＤＡＣ入力信号に対応する電荷を受け取るサンプリングキャパシタと、帰還キャパシタと、前記サンプリングキャパシタと前記帰還キャパシタとの間で電荷を共有するスイッチとを含む、請求項５に記載のデジタルアナログ変換器システム。
【請求項７】
前記変調回路は前記利得段の入力信号をチョップするために直列およびクロスオーバのスイッチを含むチョッピング変調器であり、前記復調回路は前記利得段の出力信号をチョップするために直列およびクロスオーバのスイッチを含むチョッピング回路であり、前記利得段は全差動増幅器の構成要素である、請求項１に記載のデジタルアナログ変換器システム。
【請求項８】
前記ＤＡＣに接続されており、周波数ｆＳでサンプリングされた第一デジタル入力信号を受け取り、前記デジタル入力信号を変調する変調器であって、前記第一デジタル入力信号は周波数ｆ１とｆ２とで囲まれる前記ベースバンド内に存在する周波数成分を含み、前記第一デジタル入力信号の変調の副産物は前記ベースバンド外部に存在する周波数成分を持つ量子化雑音を含み、前記ＤＡＣの前記入力信号は前記変調済みの第一デジタル入力信号に由来している、前記変調器を
さらに含む、請求項１に記載のデジタルアナログ変換器システム。
【請求項９】
前記ノッチフィルタが前記変調器内に実装されている、請求項８に記載のデジタルアナログ変換器システム。
【請求項１０】
前記変調器はデルタシグマ変調器であり、前記ノッチフィルタは前記デルタシグマ変調器の内部帰還経路内に実装されている、請求項８に記載のデジタルアナログ変換器システム。
【請求項１１】
ｆ１およびｆ２は、オーディオ信号ベースバンドの高い方の周波数と低い方の周波数をそれぞれ指定する、請求項８に記載のデジタルアナログ変換器システム。
【請求項１２】
ｆ１＝０Ｈｚであり、ｆ２＝２５ｋＨｚである、請求項１０に記載のデジタルアナログ変換器システム。
【請求項１３】
入力信号の周波数ベースバンド内に含まれるデジタルアナログ変換器のチョッピング雑音を減衰する方法であって、前記チョッピング雑音はｆｃｈｏｐのチョッピング周波数を持つチョッピング回路に関連しており、前記方法は
チョッピングに先立ち、前記入力信号の前記ベースバンドの最高周波数よりも高いｆｃｈｏｐを中心とし、かつ前記入力信号の前記ベースバンドに少なくとも等しい減衰帯域を用いて、マルチビットデジタルアナログ変換器によって変調される前記入力信号の雑音信号成分を減衰するステップを、
含む方法。
【請求項１４】
チョッピングに先立ち、前記入力信号の前記ベースバンドに少なくとも等しく、２ｆｃｈｏｐを中心とする減衰帯域を用いて、前記入力信号の雑音信号成分を減衰するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
信号成分を減衰するステップは、デジタル有限入力応答ノッチフィルタを用いて前記デジタル入力信号をフィルタリングするステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記方法は、デルタシグマ変調器を用いて前記デジタル入力信号を変調するステップを含む前記デジタル入力信号を変調するステップをさらに含み、
信号成分を減衰するステップは、前記変調済みデジタル入力信号を前記デルタシグマ変調器の帰還ループ内でフィルタリングするステップをさらに含む前記変調済みのデジタル信号をフィルタリングするステップを含んでいる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記デジタル入力信号はオーディオ信号である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
入力信号の周波数ベースバンド内に含まれるデジタルアナログ変換器のチョッピング雑音を減衰する方法であって、前記チョッピング雑音はｆｃｈｏｐのチョッピング周波数を持つチョッピング回路に関連しており、前記方法は、
デジタル入力信号の周波数ベースバンドへの雑音の取り込みを低減するために、チョッピングに先立ち、前記入力信号の前記ベースバンドの最高周波数よりも高いｆｃｈｏｐを中心とし、かつ前記入力信号の前記ベースバンドに少なくとも等しい減衰帯域を用いて、デルタシグマ変調器のループ内で前記デジタル入力信号の雑音信号成分を減衰するステップ
を含む方法。
【請求項１９】
デジタル入力信号の周波数ベースバンドへの雑音の取り込みをさらに低減するために、チョッピングに先立ち、前記入力信号の前記ベースバンドに少なくとも等しく、２ｆｃｈｏｐを中心とする減衰帯域を用いて、前記デルタシグマ変調器のループ内で前記デジタル入力信号の雑音信号成分を減衰するステップを
さらに含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
オーディオシステムであって、
デジタルオーディオ信号源と、
デジタルアナログ変換器（「ＤＡＣ」）であって、（ｉ）前記デジタルオーディオ信号源から周波数ｆｃｈｏｐ付近に周波数減衰帯域を持つデジタル入力信号を受け取り、（ｉｉ）前記ＤＡＣ入力信号をアナログ表現信号に変換するＤＡＣであり、
前記デジタル入力信号の周波数ベースバンドへの雑音の取り込みを低減するために、周波数ｆｃｈｏｐ付近に前記周波数減衰帯域を得ているノッチフィルタをデルタシグマ変調器内に持つデルタシグマ変調器と、
前記ＤＡＣ入力信号をｆｃｈｏｐで変調するために、ｆｃｈｏｐの変調周波数を持つ変調回路と、
前記第１変調回路に接続されており、前記変調回路によって変調された信号を受け取り、前記ＤＡＣに利得を提供する利得段であって、動作中、前記ベースバンド内の周波数を持つ雑音に関連している前記利得段と、
前記利得段に接続されている復調回路であって、ｆｃｈｏｐにほぼ等しいかｆｃｈｏｐに等しい周波数で信号を復調するために、ｆｃｈｏｐにほぼ等しいかｆｃｈｏｐに等しい復調周波数を持つ復調回路と、
を含むＤＡＣと、
前記ＤＡＣに接続されている増幅器と、
前記ＤＡＣに接続されているオーディオ出力デバイスと、
を含む、オーディオシステム。
【請求項２１】
前記デジタル入力信号が周波数２ｆｃｈｏｐ付近に周波数減衰帯域をさらに含み、前記システムは、
前記デジタル入力信号の前記周波数ベースバンドへの雑音の取り込みをさらに低減するために、前記周波数２ｆｃｈｏｐ付近に前記周波数減衰帯域を得ている第２ノッチフィルタを前記デルタシグマ変調器内にさらに含む、請求項２０に記載のオーディオシステム。
【請求項２２】
前記変調回路は前記利得段の入力信号をチョップするために直列およびクロスオーバのスイッチを含むチョッピングモジュレートであり、前記復調回路は前記利得段の出力信号をチョップするために直列およびクロスオーバのスイッチを含むチョッピング回路であり、前記利得段は全差動増幅器の構成要素である、請求項２０に記載のオーディオシステム。
【請求項２３】
前記ノッチフィルタは、前記ベースバンドに等しいか前記ベースバンドよりも大きく、ｆｃｈｏｐにほぼ等しいかｆｃｈｏｐに等しい周波数を中心とする周波数減衰帯域を含む、請求項２０に記載のオーディオシステム。
【請求項２４】
前記ノッチフィルタはデジタル有限インパルス応答フィルタである、請求項２０に記載のオーディオシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、「Ｓｅｇｍｅｎｔｅｄ  Ｃｈｏｐｐｉｎｇ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ」と題する、２００３年１月２１日提出の米国仮特許出願第６０／４４１２９６号の米国特許法第１１９条（ｅ）に基づく利益を主張するものである。
【０００２】
（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は全般に信号処理の分野に関し、特に、折り返しのメカニズムによって雑音がベースバンドに混じってしまう非理想システムの特性が一因となって起こるベースバンドの雑音を低減するために、ベースバンド雑音を変調し、フィルタを用いるシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
（関連技術の記載）
多くの電子システムが信号処理技術を使用して、アナログ信号、デジタル信号、またはアナログ信号とデジタル信号の混合信号を処理する。信号処理技術を実装するために利用している素子によって、所望しない雑音が発生することがよくある。例えば、デジタルアナログ変換器（以降、「ＤＡＣ」とする）は、デジタル信号をアナログ信号に変換するために広く利用されている。変換の過程において、ＤＡＣによって量子化誤差に由来する雑音（「量子化雑音」）と低周波数の１／ｆ雑音とが発生することがよくある。
【０００４】
オーディオ用途において、デジタルアナログ変換過程には多くの場合、デジタル信号をオーバーサンプリングしたり、デルタシグマ変調器を用いて信号を変調して、デジタル信号の量子化に関連する雑音をシェーピングしたり、また、ローパスフィルタを用いてデジタルアナログ変換を行ったりするステップが伴う。フィルタリングされた出力信号は通常増幅され、負荷を駆動するのに適したアナログ信号が作られる。デルタシグマ変調器は入力信号を受け取り、該信号を時間に対する平均振幅が入力信号に比例する一連の二値パルスに変換する。変調済みの出力信号を作る過程において、デルタシグマ変調器は量子化雑音を被変調入力信号に取り込む。しかし、都合のよいことに、量子化雑音は目的の周波数成分が存在するオーディオベースバンド、すなわちおよそ０Ｈｚからおよそ２０−２５ｋＨｚを超えるまでの範囲の外に存在する。それでもやはり、変調後のデジタルアナログ変換およびローパスフィルタリングなど、変調よりも後段にあるいくつかの処理によって雑音がオーディオベースバンドへ取り込まれてしまう。
【０００５】
金属酸化物半導体の利得段など、変調後の処理回路においてよく発生するタイプの雑音が、１／ｆ雑音である。１／ｆ雑音はその名の通り低周波数で比較的高いエネルギーを持ち、そのエネルギーは高周波数で急峻に減少する。多くの場合、アナログフィルタが１／ｆ雑音を取り込む利得段を１つ以上含んでいる。１／ｆ雑音をオーディオベースバンド外に変調するために、先行技術では「チョッピング」という変調技術を実装している。
【０００６】
図１は、チョッピング回路機構および増幅器１００を図示しており、これはスイッチトキャパシタデジタルアナログ変換器などの周知の回路の多くで、素子として利用されている。チョッパ回路１０２が、入力信号ｘ１（ｔ）をチョッパ制御信号ｃ（ｔ）の周波数ｆｃｈｏｐで変調する。図２Ａは、ｆｃｈｏｐおよびｆｃｈｏｐの高調波を中心とする変調済みの入力信号Ｘ１（ｆ）を周波数領域において図示する。変調済み入力信号Ｘ１（ｆ）の振幅は１／ｎの割合で減少する。このとき、ｎは高調波の次数とする。Ｘ１（ｆ）のベースバンドは周波数ｆＢまで広がっており、オーディオ用途においてｆＢはおよそ２０−２５ｋＨｚである。１／ｆ雑音はチョッピング後に変調済み入力信号ｘ１（ｔ）に付加される。
【０００７】
図２Ｂは、１／ｆ雑音を周波数領域において図示する。上述のように、１／ｆ雑音のエネルギーは主に、オーディオ信号のベースバンドが含まれる低周波数に位置する。利得段１０４が変調済み入力信号ｘ１（ｔ）および１／ｆ１雑音を増幅する。なお、該利得段はローパスフィルタなどの規模の大きな回路の一部であってもよい。
【０００８】
チョッパ回路１０６が、利得段１０４の出力信号をチョッパ信号ｃ（ｔ）の周波数で復調し、出力信号ｘ２（ｔ）を作る。図２Ｃは、信号ｘ２（ｔ）および１／ｆ雑音信号を周波数領域において図示する。
【０００９】
信号ｘ１（ｔ）の復調によって、周波数領域の目的の出力信号ｘ２（ｔ）はベースバンドへ戻り、１／ｆ雑音はｆｃｈｏｐおよびその高調波、すなわちベースバンド外に集まる。オーディオ用途においては、ローパスフィルタ（図示せず）が、ｆＢの外部にｘ２（ｔ）の周波数成分を持つ信号を減衰する。
【００１０】
発明者がＥａｒｌｙ他（以降、「Ｅａｒｌｙ」とする）である、「Ｃｈｏｐｐｅｒ  Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  Ｄｅｌｔａ−Ｓｉｇｍａ  Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ」と題する、１９９０年６月３日発行の米国特許第４９３９５１６号、および発明者がＷｅｌｌａｎｄ他（以降、「Ｗｅｌｌａｎｄ」とする）である、「Ｄｅｌｔａ−Ｓｉｇｍａ  Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ  ｗｉｔｈ  Ｃｈｏｐｐｅｒ  Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ  ａｔ  ｔｈｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ」と題する、１９９１年８月１３日発行の米国特許第５０３９９８９号では、アナログデジタル変換器（以降、「ＡＤＣ」とする）におけるチョッピングの従来の応用例を説明している。ＥａｒｌｙおよびＷｅｌｌａｎｄは、ＡＤＣに特に固有の１／ｆおよび他の雑音問題に対処するために、チョッピング回路機構を用いる解決策を提案した。
【００１１】
Ｅａｒｌｙは、チョッピング周波数をアナログ入力信号のサンプリング周波数に同期させることと、デジタルフィルタとを提案した。Ｅａｒｌｙは、アナログ入力信号のサンプリング周波数の二分の一に等しいチョッピング周波数を選択し、チョッピング周波数がデジタルフィルタの周波数応答の阻止帯部分に入るようにした。デジタルフィルタはチョッピング周波数に変調された１／ｆ雑音を阻止することができるため、Ｅａｒｌｙはこのような同期が重要であると考えたのである。例えば、Ｅａｒｌｙのコラム８の行３７−６４を参照のこと。
【００１２】
Ｗｅｌｌａｎｄは、ＡＤＣではアナログ入力信号のサンプリング周波数の二分の一に等しいチョッピング周波数を選択すると、入力信号のベースバンドへの雑音の変調が実際には増加し得ることに気付いた。したがって、Ｗｅｌｌａｎｄはアナログ入力信号のサンプリング周波数に等しいチョッピング周波数を選んだ。Ｗｅｌｌａｎｄは、自身の設計に、アナログ変調器のサンプリング周波数において相当量の減衰を提供する周波数応答を持つ増幅段を少なくとも１つ、アナログ変調器を含めた。このように、増幅段は１／ｆ雑音の周波数をチョッピングによってサンプリング周波数まで上方にシフトして、１／ｆ雑音を減衰する。
【００１３】
ＤＡＣは多くの点でＡＤＣとは非常に異なっている。したがって、ＤＡＣのチョッピング周波数は、ＡＤＣとは異なる理由で選ばれる。先行技術では、デジタルサンプリング周波数に対してできる限り低いチョッピング周波数でのチョッピングをＤＡＣに実装している。チョッピング回路機構に関連する寄生効果を最小限にするために、ＤＡＣのチョッピング周波数として、１／ｆ雑音を入力信号のベースバンド外にシフトさせるのに十分な高さのものを従来選んできた。
【００１４】
デルタシグマ変調器を含むＤＡＣ、およびスイッチトキャパシタＤＡＣなどのいくつかのＤＡＣによって、量子化雑音が発生する。スイッチトキャパシタＤＡＣが１ビットを受け取り、これをアナログ信号へ変換する場合、各ビットに関連する量子化雑音は、非線形性の問題を引き起こし得るくらい重大なものとなる。この問題に対処するために、有限インパルス応答（ＦＩＲ：Ｆｉｎｉｔｅ  Ｉｎｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタがデルタシグマ変調器の出力ビットを受け取り、減衰帯域を作る。この減衰帯域は、別名「ノッチ」ともいい、周波数領域において入力信号のサンプリング周波数ｆＳを種々に割った周波数値に作られる。例えば、ｆＳ／ｎに位置するノッチは量子化雑音を低減し、ひいてはスイッチトキャパシタＤＡＣにおける利得回路機構の非線形スルーイングを最小化したり、あるいは除去したりする。なお、「ｎ」は１６、８、および４と等しい。また、デルタシグマ変調器からの１ビットを一度に処理するスイッチトキャパシタＤＡＣの実施形態では、周波数ｆｃｈｏｐがｆＳ／ｎに等しいチョッピング回路機構を含んでいる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
（発明の概要）
チョッピングは信号のベースバンド内に含まれるいくつかの雑音を除去するが、ベースバンドへ雑音を付加する原因ともなり得る。雑音はチョッピング回路機構によって減衰しない限りベースバンドに変調されてしまうが、本発明の実施形態においては、ノッチフィルタが、このような雑音を減衰するために選択された減衰帯域を含む。本発明の一実施形態において、マルチビットデジタルアナログ変換器（「ＤＡＣ」）であって、（ｉ）周波数ｆｃｈｏｐ付近に周波数減衰帯域を持つデジタル入力信号を受け取り、（ｉｉ）ＤＡＣ入力信号をアナログ表現信号に変換するＤＡＣは、ＤＡＣ入力信号をｆｃｈｏｐで変調するために、ｆｃｈｏｐの変調周波数を持つ変調回路を含む。該ＤＡＣは、変調回路に接続されており、変調回路によって変調された信号を受け取り、ＤＡＣに利得を提供する利得段であって、動作中、ベースバンド内に周波数を持つ雑音と関連している利得段と、利得段に接続されている復調回路であって、ｆｃｈｏｐにほぼ等しいかｆｃｈｏｐに等しい周波数で信号を復調するために、ｆｃｈｏｐとほぼ等しいかｆｃｈｏｐに等しい復調周波数を持つ復調回路とをさらに含む。システムは、デジタル入力信号の周波数ベースバンドへの雑音の取り込みを低減するために、周波数ｆｃｈｏｐ付近に周波数減衰帯域を得ているノッチフィルタをさらに含む。別の実施形態において、システムは、デジタル入力信号の周波数ベースバンドへの雑音の取り込みをさらに低減するために、周波数２ｆｃｈｏｐ付近に周波数減衰帯域を得ているノッチフィルタをさらに含む。
【００１６】
本発明の別の実施形態は、入力信号の周波数ベースバンド内に含まれるデジタルアナログ変換器のチョッピング雑音を減衰する方法であって、チョッピング雑音は、ｆｃｈｏｐのチョッピング周波数を持つチョッピング回路に関連しており、該方法はチョッピングに先立ち、入力信号のベースバンドの最高周波数よりも高いｆｃｈｏｐを中心とし、かつ入力信号のベースバンドに少なくとも等しい減衰帯域を用いて、マルチビットデジタルアナログ変換器によって変調される入力信号の雑音信号成分を減衰するステップを含む。
【００１７】
本発明の別の実施形態は、入力信号の周波数ベースバンド内に含まれるデジタルアナログ変換器のチョッピング雑音を減衰する方法であって、チョッピング雑音がｆｃｈｏｐのチョッピング周波数を持つチョッピング回路に関連しており、該方法はデジタル入力信号の周波数ベースバンドへの雑音の取り込みを低減するために、チョッピングに先立ち、入力信号のベースバンドの最高周波数よりも高いｆｃｈｏｐを中心とし、かつ入力信号のベースバンドに少なくとも等しい、減衰帯域を用いて、デルタシグマ変調器のループ内でデジタル入力信号の雑音信号成分を減衰するステップを含む。
【００１８】
本発明の別の実施形態において、オーディオシステムは、デジタルオーディオ信号源と、デジタルアナログ変換器（「ＤＡＣ」）であって、（ｉ）デジタルオーディオ信号源から周波数ｆｃｈｏｐ付近に周波数減衰帯域を持つデジタル入力信号を受け取り、（ｉｉ）ＤＡＣ入力信号をアナログ表現信号に変換するＤＡＣとを含む。該ＤＡＣは、デジタル入力信号の周波数ベースバンドへの雑音の取り込みを低減するために、周波数ｆｃｈｏｐ付近に周波数減衰帯域を得ているノッチフィルタをデルタシグマ変調器内に持つデルタシグマ変調器と、ＤＡＣ入力信号をｆｃｈｏｐで変調するために、ｆｃｈｏｐの変調周波数を持つ変調回路とを含む。該ＤＡＣは、第１変調回路に接続されており、変調回路によって変調された信号を受け取り、ＤＡＣに利得を提供する利得段であって、動作中、ベースバンド内の周波数を持つ雑音と関連してしている利得段と、利得段に接続されている復調回路であって、ｆｃｈｏｐにほぼ等しいかｆｃｈｏｐに等しい周波数で信号を復調するために、ｆｃｈｏｐとほぼ等しいかｆｃｈｏｐに等しい復調周波数を持つ復調回路とをさらに含む。また、オーディオシステムはＤＡＣに接続されている増幅器と、ＤＡＣに接続されているオーディオ出力デバイスとを含む。
【００１９】
添付の図面を参照することによって、本発明はさらに理解され、また、本発明の多数の目的、特徴および利点は当業者に明らかになるであろう。複数の図にわたり使用されている同一の参照番号は、類似の要素あるいは同様の要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
詳細な説明
信号処理技術は、アナログ信号、デジタル信号、および混合信号（アナログとデジタル）を操作する。例えば、目的の信号を表し、ベースバンド内に存在する周波数成分を持っているオーディオ信号の最初はアナログ信号であり、多くの場合サンプリングによってデジタル化され、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）を用いてアナログ出力信号に変換し直される。オーディオ周波数のアナログ出力信号は、スピーカ、ヘッドホン、あるいは他の出力デバイスを介して音を発生する。
【００２１】
以下に詳述する高性能デジタル信号処理システムは、特に雑音に敏感であり、低レベルの雑音にさえも敏感である。一実施形態において、このような雑音の問題に対処するために、デジタルアナログ変換器（「ＤＡＣ」）はチョッピング回路機構を含んでいる。非理想回路特性が、目的の信号のベースバンドへ雑音を寄生変調させることがある。例えば、チョッピング回路機構によって寄生信号が発生することがよくあり、結果としてこのような雑音がデジタル入力信号のベースバンドに折り返す。この折り返しは、非理想特性を持つデジタル信号処理システムによって行われた変調に起因するものである。デルタシグマ変調器などのシステムでは、量子化雑音と呼ばれる高レベルの雑音がベースバンドの外部に発生する。寄生変調に起因するこの雑音のベースバンドへの折り返しは、ベースバンド信号、すなわち目的の信号の質に極めて有害なものとなり得る。この雑音の折り返しは、従来のアナログ変換器技術では対応策のない問題である。
【００２２】
チョッピング回路機構を備えるＤＡＣを含んでいるデジタル信号処理システムはまた、ベースバンドへの雑音の寄生変調を防止するために減衰帯域を含む。ノッチフィルタが、ＤＡＣの入力信号に含まれる雑音を減衰し、雑音がベースバンドへ寄生変調するのを防止する。以下に詳述するように、チョッピング周波数ｆｃｈｏｐ、２ｆｃｈｏｐおよび双方の高調波など、様々な周波数で寄生変調が起こり得る。一実施形態において、デジタル信号処理システムはデルタシグマ変調器とノッチフィルタとを含む。該ノッチフィルタは、周波数ｆｃｈｏｐ、２ｆｃｈｏｐおよび双方の高調波に減衰帯域を備えており、デルタシグマ変調器のメインループフィルタに並列に挿入されている。別の実施形態において、ノッチフィルタは、周波数ｆｃｈｏｐと２ｆｃｈｏｐおよび双方の高調波にある減衰帯域を用いてデルタシグマ変調器の出力信号をフィルタリングし、フィルタリングされたデルタシグマ方式で変調済みの出力信号を入力信号としてマルチビットＤＡＣに提供する。マルチビットＤＡＣは、過剰な量子化雑音によって起こる非線形性の問題に悩まされることはない。ノッチフィルタは、周波数ｆｃｈｏｐと２ｆｃｈｏｐおよび双方の高調波で、ＤＡＣの周波数応答にゼロを挿入する。各減衰帯域は、目的の入力信号のベースバンドと少なくとも等しい減衰帯域を持つように設計されることが好ましいが、目的の信号に所望されている雑音のレベルおよび／または質などの設計要素によって大きくしたり、あるいは小さくしたりすることもできる。
【００２３】
図３は、デジタル信号処理システム３００を図示する。デジタル信号処理システム３００は、寄生変調によるベースバンドへの折り返しが起こりやすい周波数で雑音を減衰するために、デルタシグマ変調器のメインループフィルタに並列なノッチフィルタを含むシステムの一実施形態を表している。デジタル信号処理システム３００は、オーディオ出力信号を受け取り、処理し、提供するオーディオシステムである。入力信号源３０２が、コンパクトディスクプレイヤ、ＭＰ３プレーヤ、オーディオ／ビデオシステム、または他のオーディオ録音および／または再生デバイスなどの様々な信号源からのデジタル入力信号を提供する。補間フィルタ３０４が、入力信号源３０２から受け取ったデジタル入力信号に対して周知の方法でオーバーサンプリング動作を行う。補間フィルタ３０４は、クロック３０８によって提供される出力サンプリング周波数ｆＳを持つ。変調器−ＤＡＣ３０６が、補間されたデジタル入力信号を処理し、デジタル入力信号をアナログ信号に変換する。変調器−ＤＡＣ３０６はノッチフィルタ３１８を備えるデルタシグマ変調器３１６を含み、該ノッチフィルタはデルタシグマ変調器３１６のメインループフィルタに並列に挿入されている。ノッチフィルタ３１８は、ベースバンド周波数外にあり、かつベースバンドへ寄生変調しやすい周波数付近にある減衰帯域を含んでいる。ベースバンドとは、目的の信号の周波数を含んでいる周波数範囲である。例えば、オーディオシステムでは、ベースバンドはおよそ０から２５ｋＨｚであり、これは人間の耳で聞くことのできる周波数を表す。寄生変調が周波数ｆｃｈｏｐ、２ｆｃｈｏｐおよび双方の高調波で起こる。したがって、ノッチフィルタ３１８は周波数ｆｃｈｏｐ、２ｆｃｈｏｐおよび双方の高調波付近の周波数を持つ信号を減衰する。ノッチフィルタ３１８の減衰帯域はそれぞれ、周波数ｆｃｈｏｐ、２ｆｃｈｏｐおよび双方の高調波を中心とするものであり、各減衰帯域は＋／−ベースバンド周波数ｆＢの減衰帯域幅を持つ。以下に詳述するように、＋／−ｆＢの減衰帯域幅によってベースバンドへの雑音の寄生変調を低減したり、あるいは防止したりする。
【００２４】
デルタシグマ変調器３１６が、一連のマルチビット出力信号をスイッチトキャパシタＤＡＣ３２０に提供する。別の実施形態において、並列なループノッチフィルタを備えるデルタシグマ変調器３１６は１ビットのデルタシグマ変調器である。所定の時間に対するデルタシグマ変調器３１６の出力信号の平均値は、デジタル入力信号と量子化誤差との和に等しい。「デルタシグマ変調器」および「シグマデルタ変調器」は、本明細書中では同一のものであり、相互に交換可能な用語である。デルタシグマ変調器は、周波数ｆＳでタイミングをとっている。周波数ｆＳはデジタル信号処理システム３００の特定の用途に基づいて選ばれる。例えば、オーディオ用途においては、周波数ｆＳは６．１４４ＭＨｚであり、これは元々４８ｋＨｚでサンプリングされたオーディオ信号の１２８ビットのワード表現を反映している。デルタシグマ変調器３１６によって発生する量子化雑音の周波数スペクトルは主に、オーディオ周波数ベースバンドの外部に存在する。量子化雑音は、従来の技術を用いた場合に、折り返してベースバンド内の目的の信号に混入し得る周波数成分を持つ雑音の一例を表している。
【００２５】
また、変調器−ＤＡＣ３０６は１／ｆ雑音などの雑音を入力信号のベースバンド外に変調するチョッピング回路機構を含む。以下に説明するように、クロック３０８が種々の制御信号を変調器−ＤＡＣ３０６に提供する。通常、クロック３０８は、変調器−ＤＡＣ３０６にｆＳの周波数を持つクロック信号を提供し、周波数ｆｃｈｏｐを持つ種々のチョッピング信号を提供する。ｆｃｈｏｐの値の例は、発明者がＭａｒｊｏｒｉｅ  Ｒ．Ｐｌｉｓｃｈ、Ｊｏｈｎ  Ｌ．Ｍｅｌａｎｓｏｎ、  Ｓｔｅｐｈｅｎ  Ｔ．Ｈｏｄａｐｐ、およびＧｉｒｉ  Ｎ．Ｋ．Ｒａｎｇａｎであり、代理人ドケット番号が１４１１−ＣＡである、「Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｃｅｓｓｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｗｉｔｈ  Ｂａｓｅｂａｎｄ  Ｎｏｉｓｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｎｏｉｓｅ  Ｆｏｌｄ  Ｂａｃｋ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ」と題する、本出願と同一の譲渡人、出願日を持つ係属中特許出願（以降、「Ｐｌｉｓｃｈ出願」とする）に詳しく詳述されている。これにより、Ｐｌｉｓｃｈ出願の内容全体を参照によって本明細書に引用したものとする。
【００２６】
ローパスフィルタ３１０は通常、入力信号のベースバンドのベースバンド周波数ｆＢまたはその付近にコーナー周波数を持っており、ベースバンド外にある出力信号の周波数成分を減衰する。フィルタリングされたローパスフィルタ３１０からの出力信号は、低インピーダンスの負荷を駆動する場合は特段であるが、負荷３１４に提供される前に通常増幅される。したがって、増幅器３１２がフィルタリングされた出力信号を増幅し、該信号を負荷３１４に提供する。負荷３１４はいかなる負荷であってもよいが、オーディオ用途においては、負荷３１４は例えば、スピーカ、ヘッドホン、および他の音響発生デバイスを表す。
【００２７】
図３および４を参照する。ノッチフィルタ４００はノッチフィルタ３１８の一実施形態を表す。デルタシグマ変調器３１６が、受け取った入力信号と量子化器４０６からの負帰還入力とを加算する従来の加算ノード４０２を含む。また、デルタシグマ変調器３１６は、雑音シェーピング用の一次メインループフィルタＨ（ｚ）４０４を含む。メインループフィルタＨ（ｚ）４０４はパラレルノッチループフィルタ４００を付加することによって変更される。ノッチループフィルタ４００は、安定のための利得ａ１を伴う伝達関数ｚ−１／（１＋ｚ−１）と安定のための利得ａ２を伴う伝達関数１／（１＋ｚ−１）を持つ。ノッチフィルタ４００の係数は、デジタル信号処理システム３００の具体的な用途に依存する。２ｆｃｈｏｐ＝ｆＳ／２の場合、該係数は周波数２ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢおよび高調波に含まれる周波数成分の減衰を提供するように周知の方法で決定される。ノッチループフィルタ４１０は、利得ａ３を伴う伝達関数ｚ−１／（１＋ｚ−２）と利得ａ４を伴う伝達関数１／（１＋ｚ−２）を持つ。ノッチフィルタ４００の係数および利得は、デジタル信号処理システム３００の具体的な用途に依存する。ｆｃｈｏｐ＝ｆＳ／４の場合、該係数および利得はｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢと高調波の周波数帯域、および２ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢと高調波の周波数帯域内に含まれる周波数成分の減衰を提供するように周知の方法で決定される。以下に詳述するように、チョッピング中に、例えば、スイッチトキャパシタＤＡＣ３２０の非理想特性の結果として、周波数ｆｃｈｏｐ、２ｆｃｈｏｐおよび高調波付近で寄生雑音が発生する。したがって、ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢと高調波の周波数帯域および２ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢと高調波の周波数帯域に含まれる周波数はベースバンドに寄生変調することがある。これらの帯域に含まれる周波数を減衰することによって、その減衰の程度に応じて量子化雑音などの雑音のベースバンドへの寄生変調を低減したり、あるいは防止したりする。
【００２８】
図５は、変調器−ＤＡＣ５０２とデルタシグマ変調器５０４を含むデジタル信号処理システム５００を図示する。一実施形態において、デルタシグマ変調器５０４は、ノッチフィルタ３１８を備えないデルタシグマ変調器３１６と同一のものである。代わりに、独立したノッチフィルタ５０６がデルタシグマ変調器５０４の出力信号の周波数帯域を減衰し、フィルタリングされた出力信号をマルチビットＤＡＣ５０８に提供する。ノッチフィルタ３１８と同様に、ノッチフィルタ５０６は、ベースバンド周波数外にあり、かつベースバンドに寄生変調しやすい周波数の減衰帯域を含む。ノッチフィルタ５０６はデルタシグマ変調器５０４の出力信号をフィルタリングし、出力信号をマルチビットＤＡＣ５０８に提供する。寄生変調は周波数ｆｃｈｏｐ、２ｆｃｈｏｐおよび双方の高調波で起こる。したがって、ノッチフィルタ５０６はｆｃｈｏｐ、２ｆｃｈｏｐおよび双方の高調波付近の周波数を持つ信号を減衰する。一実施形態において、ノッチフィルタ５０６の減衰帯域はそれぞれ、周波数ｆｃｈｏｐ、２ｆｃｈｏｐおよび双方の高調波を中心とし、各減衰帯域は、＋／−ベースバンド周波数ｆＢの減衰帯域幅を持つ。以下に詳述するように、＋／−ｆＢの減衰帯域幅によってベースバンドへの雑音の寄生変調を低減したり、あるいは防止したりする。
【００２９】
図６は、４タップ有限インパルス応答（ＦＩＲ：Ｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）ボックスカーフィルタ６００として実装されたノッチフィルタ５０６を備える変調器−ＤＡＣ５０２を図示する。ＦＩＲフィルタ６００は、（１＋ｚ−１＋ｚ−２＋ｚ−３）／４の伝達関数を持つ。該ＦＩＲフィルタは２つのノッチを提供し、その一方がｆＳ／４を中心とするものであり、他方がｆＳ／２を中心とするものである。チョッピング周波数をｆＳ／４に設定する場合、ＦＩＲフィルタ６００の２つのノッチはｆｃｈｏｐおよび２ｆｃｈｏｐ付近の周波数を持つ信号を減衰する。また、ノッチＦＩＲフィルタ６００の係数は、デジタル信号処理システム３００の特定の用途に依存し、例えば、ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢとその高調波の減衰帯域および２ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢとその高調波の減衰帯域内に含まれる信号周波数成分の減衰を提供するように周知の方法で決定される。当業者には認識されるであろうが、ベースバンドへ寄生変調する周波数を持つ信号の減衰を実現するために、連続時間ノッチフィルタを含む他のノッチフィルタの実施形態を用いることができる。このように、周波数ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢとその高調波および周波数２ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢとその高調波にある信号は、減衰しなければｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢとその高調波での寄生変調のためにベースバンドに折り返して目的の信号に混入してしまうが、ノッチフィルタ３１８および５０６はこれらの信号を減衰する。
【００３０】
図７は、オーディオ用途におけるノッチフィルタ３１８およびノッチフィルタ５０６の一実施形態の実際の周波数スベクトルをプロットしたものを図示する。このとき、ｆＳ＝６．１４４ＭＨｚ、ｆＢ＝２５ｋＨｚ、およびｆｃｈｏｐ＝ｆＳ／２である。
【００３１】
図８は、スイッチトキャパシタＤＡＣ８００を図示しており、これはスイッチトキャパシタＤＡＣ３２０と５０８の一実施形態である。スイッチトキャパシタＤＡＣ８００は、デルタシグマ変調器３１６によって、別の実施形態においてはノッチフィルタ５０６によって提供される入力信号を変調する変調チョッピング回路機構８０２を含む。スイッチトキャパシタＤＡＣ８００は、利得段Ｇ１の出力信号を復調する復調チョッピング回路機構８０８を含む。記号「ｄ＊」が、デルタシグマ変調器３１６およびノッチフィルタ５０６の「０」または「１」の論理出力を表す。記号
【００３２】
【数１】
2006518133.tif 000003
は「ｄ＊」の補数を表す。一実施形態において、スイッチトキャパシタＤＡＣ８００はマルチビットＤＡＣであり、各クロックサイクル中にＮ個の入力ビットを処理する。各クロックサイクルは、図９に図示するようにΦ１、Φ２などで表される複数の非重複位相に分割される。「＊」は、ｉ番目のビットを表し、０≦ｉ≦Ｎ−１とする。
【００３３】
「ｄ＊」および
【００３４】
【数２】
2006518133.tif 000004
に対応する入力信号をスイッチトキャパシタＤＡＣ８００に提供するために、周知である多くのハードウェア、ソフトウェア、およびハードウェアとソフトウェアの組み合わせを用いることができる。キャパシタバンク８０４および８０６がそれぞれ、並列接続された対応するサンプリングキャパシタを同じ数、Ｎ個含み、これらをまとめてＣＳ＋（８０４）およびＣＳ−（８０６）とする。「ｄ＊」および
【００３５】
【数３】
2006518133.tif 000005
はデルタシグマ変調器３１６またはノッチフィルタ５０６の出力に含まれる各Ｎビットワードの１ビットであるが、キャパシタバンク８０４の各サンプリングキャパシタをこの「ｄ＊」および
【００３６】
【数４】
2006518133.tif 000006
に従って充電する。同様の充電スキームをキャパシタバンク８０６に適用する。キャパシタバンク８０４および８０６に含まれる同一ビットに関連するキャパシタを本明細書では、「対応キャパシタ」という。
【００３７】
スイッチトキャパシタＤＡＣ８００は、図９に図示する制御信号に従って動作する。この実施形態において、制御信号はすべてアナログクロック信号を基準として発生する。チョッピング回路機構の制御信号を含む制御信号は、素子を安定化させ、被処理信号へのスイッチング雑音の混入を最小限にするために、アナログクロック信号に対して、また制御信号相互に対して移相していることが好ましい。安定化時間は、具体的な構成要素の値および当業者には周知である他の設計要件に依存する。以下に詳述するように、チョッピング回路機構８０２および８０８を含めることによって、ベースバンド内に含まれるいくつかの低周波数雑音の問題（例えば、１／ｆ雑音）に対処することができるが、量子化雑音などの雑音がベースバンド折り返すことがあるためにある種の問題が生じることが明らかになっている。この結果、周波数ｆｃｈｏｐとその高調波および周波数２ｆｃｈｏｐとその高調波での寄生変調に起因して目的の信号の破損が起こる。
【００３８】
ここで、スイッチトキャパシタＤＡＣ８００の動作を図９に図示する制御信号と関連して説明する。時間ｔ０から始まり、アナログクロックが立ち上がり、回路が安定するための十分な時間がたった後に、制御信号Φ１が立ち上がる。この信号は、スイッチ８１０と８１２を導通させて、ＣＳ＋８０４およびＣＳ−８０６のサンプリングキャパシタの一方のプレートを同相モード電圧Ｖｃｍまで短絡させるのに十分な時間立ち上げておく。サンプリングキャパシタＣＳ＋８０４およびＣＳ−８０６は、制御信号Φ１がハイの間、それぞれのサンプリングキャパシタに関連付けられたｄ＊および
【００３９】
【数５】
2006518133.tif 000007
の値に従って、各スイッチ８１８および８２２を介してＶｄｄまで充電したり、あるいは、各スイッチ８２０および８２４を介してグランドＧＮＤへ放電したりする。スイッチ８１８、８２０、８２２および８２４はそれぞれ、Ｎ個の個別のスイッチを表し、デルタシグマ変調器４０４のＮビット出力ワードに含まれるＮ個のビットそれぞれに１つのスイッチが対応する。ここでは、Ｎは例えば４、８、１６などである。
【００４０】
デルタシグマ変調器５０４の変調済み出力信号に従ってサンプリングキャパシタＣＳ＋８０４とＣＳ−８０６を充電した後に、制御信号Φ２がスイッチ８２６、８２８、８３０および８３２を導通させ、電荷を積分キャパシタＣＩ＋８１４およびＣＩ−８１６に転送する。
【００４１】
スイッチトキャパシタＤＡＣ８００の動作フェーズを表１に要約する：
【００４２】
【表１】
2006518133.tif 000008
＊「ハイ」は、導通制御状態であることを表し、「ロー」は非導通制御状態であることを表す。他の実施形態では、極性を反転することができる。
【００４３】
チョッピング回路機構８０２は入力端子８３４および８３６のＤＡＣ入力信号を変調し、チョッピング回路機構８０８は利得段Ｇ１の出力信号を復調する。チョッピング変復調動作を表２に要約する：
【００４４】
【表２】
2006518133.tif 000009
図８および９を参照する。チョッピング回路機構８０２の制御信号ΦｃｈＡおよびΦｃｈＢは、信号の破損を防止するために非重複となっており、方形波（あるいは、それに近いもの）であることが好ましく、また、スイッチ８３８と８４０の導通をそれぞれが制御する。また、チョッピング回路機構８０８の制御信号ΦｃｈＣおよびΦｃｈＤは、信号の破損を防止するために非重複となっており、方形波（あるいは、それに近いもの）であることが好ましく、スイッチ８４２および８４４の導通をそれぞれが制御する。時間ｔ３で制御信号ΦｃｈＡが立ち上がり、ダイレクトスイッチ８３８を導通させ、ｔ４からｔ５まで生じる図示されている第１ダンプフェーズの間、入力端子８３４および８３６のデルタシグマ方式で変調済みの入力信号を利得段Ｇ１にストレートに通す。また、ｔ３でダイレクトスイッチ８４２が導通し、第１ダンプフェーズの間、利得段Ｇ１は増幅済みの出力信号を利得段Ｇ２の入力端子にストレートに通す。ｔ６で制御信号ΦｃｈＣは立ち下がり、その後ｔ７でΦｃｈＡが立ち下がる。ダイレクトスイッチ８４２を「オフ」（非導通）にしてから利得段Ｇ１の入力のダイレクトスイッチ８３８をオフにするまでの遅延を制御信号ΦｃｈＣおよびΦｃｈＡによって設定し、スイッチ８３８に関連するスイッチング雑音が出力ＶＯ＋とＶＯ−へ通るのを防止するために十分な遅延を提供するようにする。遅延時間は、ＤＡＣおよびチョッピング回路機構の具体的な実装に依存する。一実施形態において、遅延は８ナノ秒のオーダとなる。スイッチ８３８、８４０、８４２および８４４の導通および非導通は、制御信号のエッジによって制御されたり、あるいは、制御信号の他の特性によって周知の方法で制御されたりする。
【００４５】
図示されている第２ダンプフェーズ（ｔ９からｔ１０）の開始に先立って、ΦｃｈＡの立ち下がりに続いて、時間ｔ８でクロスオーバ制御信号ΦｃｈＢが立ち上がり、クロスオーバスイッチ８４０を導通させる。入力端子８３４および８３６のデルタシグマ方式で変調済みの入力信号を第２ダンプフェーズの間、利得段Ｇ１の反対側の入力にクロスオーバする。ｔ１１で制御信号ΦｃｈＤは立ち下がり、その後、ｔ１２でΦｃｈＢも立ち下がる。なお、この立ち下りには、スイッチ８４０に関連するスイッチング雑音が出力ＶＯ＋およびＶＯ−へ通るのを防止するのために十分な遅延が伴う。ｔ８を開始点としてクロスオーバスイッチ８４４が導通すると、利得段Ｇ１は増幅済みの出力信号を利得段Ｇ２の入力端子にクロスオーバして提供する。時間ｔ１２でチョッピング回路８０８の復調フェーズは終了する。時間ｔ１３で、制御信号ΦｃｈＡが再び立ち上がり、スイッチトキャパシタＤＡＣ８００が動作している間は、ｔ３からｔ１２までの間に行われた上述の処理を繰り返す。所望のタイミングを実現するために、チョップクロック基準信号を基準として用いたり、また、遅延素子を用いたりすることによって制御信号ΦｃｈＡ、ΦｃｈＢ、ΦｃｈＣおよびΦｃｈＤのタイミングを実現する。
【００４６】
「ＶＯ＋」および「ＶＯ−」は、スイッチトキャパシタＤＡＣ８００の各差動出力信号を示す。利得段Ｇ１およびＧ２は、２出力の全差動演算増幅器である。該増幅器は適用される用途に適するものであれば、いかなる設計のものであってもよい。他の利得段の実装を用いてもよい。スイッチトキャパシタＤＡＣ８００の他の実施形態では、単一の利得段あるいは３つ以上の利得段を用いる。
【００４７】
ＤＡＣは、寄生容量またはタイミングエラーなどの非理想特性含むことがよくある。このような非理想特性によって寄生変調が起こることがあり、寄生変調が目的の信号を破損することがある。目的の信号の破損は、例えば、雑音がベースバンドへ折り返して目的の信号に付加することによって起こる。この種のベースバンドへの雑音の折り返しによって、目的の信号の質、すなわち信号雑音比（ＳＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）が低下することがある。例えば、チョッピング回路機構８０２および８０８は、種々の寄生容量ならびに他の非理想特性に関連して、周波数ｆｃｈｏｐとｆｃｈｏｐの高調波および２ｆｃｈｏｐと２ｆｃｈｏｐの高調波で雑音を引き起こすことがある。例えば、図１０を参照すると、寄生キャパシタＣ２ｐ＋とＣ２ｐ−が、２ｆｃｈｏｐの周波数でスイッチトキャパシタＤＡＣ８００の出力に連続時間グリッチ１００２−１０１６を引き起こしている。グリッチ１００２−１０１６によって生じた寄生変調は、結果として、２ｆｃｈｏｐおよびその高調波における信号をベースバンドへ折り返す。さらに、周波数ｆｃｈｏｐおよびその高調波における寄生変調によって、ｆｃｈｏｐでの信号の折り返しが起こることが観察されており、目的の信号は目的の信号に折り返される。また、利得段Ｇ２は１／ｆ雑音を取り込む。しかし、利得段Ｇ１の利得が比較的高ければ、利得段Ｇ２の１／ｆ雑音のエネルギーレベルは比較的低くなる。
【００４８】
図１１は、スイッチトキャパシタＤＡＣ８００およびローパスフィルタ３１０の周波数応答を種々の参照点で図示する。図１１は、目的とする特定の項目を詳細に図示するために正確な比率で示されているわけではない。周波数軸および振幅は正確な比率ではなく、スイッチトキャパシタＤＡＣ８００の図示は、周波数領域の参照点を強調するために簡略化されている。また、明瞭化のために、図１１には、正の周波数のみを図示しており、高調波を示していない。しかし、基本周波数と同様に高調波も影響を受けるものとする。図１１および１２では、負の周波数に周波数スペクトルの鏡像が存在するものと理解されたい。オーディオ用途の実施形態では、入力信号源３０２からの目的の入力信号のベースバンドの帯域幅は、０ＨｚからｆＢまでを範囲とする。このとき、ｆＢはおよそ２８ｋＨｚである。参照点Ａでは、入力信号源３０２からの入力信号１１０２の周波数成分はベースバンド内に存在する。入力端子８３４および８３６で受け取られるＤＡＣ入力信号１１０６は、入力信号１１０２と量子化雑音１１０４とを含む。減衰帯域１１１０および１１１２は、デルタシグマ変調器３１６とノッチフィルタ３１８、あるいはデルタシグマ変調器５０４とノッチフィルタ５０６とのどちらかを用いて量子化雑音１１０４をフィルタリングすることによって生じ、それぞれが、周波数ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢとｆｃｈｏｐの高調波および２ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢおよび２ｆｃｈｏｐの高調波に存在する。図１１の実施形態においては、周波数ｆｃｈｏｐ＝ｆＳ／４である。デルタシグマ変調器３１６またはデルタシグマ変調器５０４によって発生する量子化雑音１１０４の周波数成分は減衰帯域１１１０および１１１２内を除き周波数ｆＢからｆＳ−ｆＢまでの範囲に存在する。デジタルサンプリング理論によると、スペクトルはｆＳおよびｆＳの整数倍で繰り返す。
【００４９】
参照点Ｂを参照すると、チョッピング回路８０２は、参照点ＡのＤＡＣ入力信号１１０６を周波数ｆｃｈｏｐで変調し、それによって、参照点Ａでの周波数スペクトルが周波数ｆｃｈｏｐの分上方に移る。したがって、デルタシグマ方式で変調済みの入力信号１１０２はこのとき、ｆｃｈｏｐ−ｆＢからｆｃｈｏｐの範囲に鏡像を伴って周波数ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢ内に存在し、いくつかの量子化雑音１１０４はベースバンド内に存在する。ベースバンドに高いエネルギーレベルを持つ１／ｆ雑音１１０８が取り込まれ、参照点Ｃに示されている。チョッピング回路８０８は参照点Ｃで信号を復調し、それによって、周波数スペクトルは参照点Ｄに図示するようにｆｃｈｏｐの分下方に移る。したがって、変調済みの入力信号１１０２（目的の信号）は、ベースバンドへ戻る。チョッピング復調段のとき、１／ｆ雑音はｆｃｈｏｐで変調され、それによって１／ｆ雑音の周波数成分は参照点Ｄに図示するようにｆｃｈｏｐ分上方に移る。
【００５０】
減衰帯域１１１０および１１１２での量子化雑音１１０４の減衰によって、ｆｃｈｏｐおよび２ｆｃｈｏｐでの寄生変調に起因する量子化雑音１１０４のベースバンドへの折り返しを低減したり、あるいは防止したりする。したがって、減衰帯域１１１０および１１１２は、量子化雑音による目的の信号、すなわち入力信号１１０６の破損を低減したり、あるいは防止したりする。ローパスフィルタ３１０は、参照点Ｅに図示するように利得段Ｇ２の出力に含まれる周波数成分を減衰する。
【００５１】
図１２は、ノッチフィルタ３１８またはノッチフィルタ５０６など、周波数ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢと高調波、２ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢと高調波に含まれるＤＡＣ入力信号１１０６の周波数成分を減衰するノッチフィルタと関連させてスイッチトキャパシタＤＡＣ８００の周波数応答を種々の参照点で図示する。このとき、周波数ｆｃｈｏｐ＝ｆＳ／４でのチョッピングする。周波数および振幅軸は正確な比率ではなく、スイッチトキャパシタＤＡＣ８００の図示は周波数領域における参照点を強調するために簡略化されている。また、明瞭化のために、図１２は正の周波数のみを図示しており、高調波を示していない。しかし、基本周波数と同様に高調波も影響を受けるものとする。オーディオ用途の実施形態において、入力信号源３０２からの目的の入力信号のベースバンドの帯域幅は、０ＨｚからｆＢまでの範囲となる。このとき、ｆＢはおよそ２８ｋＨｚである。
【００５２】
図１２は、周波数ｆｃｈｏｐおよび２ｆｃｈｏｐでの雑音の寄生折り返しの影響をｆｃｈｏｐおよび２ｆｃｈｏｐを中心とする減衰帯域がある場合とない場合について図示する。図１１に関連して既に示したように参照点Ａ、Ｂ、ＣおよびＥでチョッピングイベントが起こる。上述のように、スイッチトキャパシタＤＡＣ８００などのＤＡＣに伴う非理想特性によって、チョッピング周波数ｆｃｈｏｐとその高調波、および２ｆｃｈｏｐとその高調波で結果的に寄生変調が起こり得る。周波数ｆｃｈｏｐおよび２ｆｃｈｏｐでの寄生変調は、周波数ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢおよび２ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢを持つ信号がベースバンドへ折り返して、目的の信号１１０２に混入する原因となり得る。周波数スペクトル１２０２は、周波数ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢおよび２ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢでの信号の減衰がない場合の量子化雑音１１０４のベースバンドへの折り返しを図示している。折り返された量子化雑音は目的の信号１１０２に混入し、したがって、目的の信号を破損する。
【００５３】
周波数スペクトル１２０４は、ノッチフィルタ３１８あるいはノッチフィルタ５０６などのノッチフィルタが存在することによって周波数ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢと２ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢ間の量子化雑音１１０４が減衰している様子を図示する。ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢと２ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢ間での量子化雑音１１０４の減衰は、減衰の程度および減衰帯域幅に応じて、周波数ｆｃｈｏｐおよび２ｆｃｈｏｐでの寄生変調に起因する量子化雑音１１０４の折り返しを低減したり、あるいは防止したりする。さらに、チョッピング中に起こる他の様々な１つまたは複数の寄生変調周波数でのベースバンドへの雑音の折り返しを防止するために、チョッピングに先立って、雑音を減衰する目的でノッチフィルタを用いることができる。
【００５４】
このように、本明細書に記載の信号処理システムは、念入りに選ばれたチョッピング周波数および／または寄生変調周波数付近に減衰帯域を持つノッチフィルタを用いて目的のベースバンド内にある雑音の大幅な減衰を提供する。
【００５５】
周知の集積部品、個別部品、あるいは集積部品と個別部品の組み合わせを用いて、本明細書で開示している信号処理システムを製造することができる。また、ソフトウェアをプロセッサと組み合わせて使用し、ノッチフィルタなどの本信号処理システムの特徴を実装することができる。当業者には認識されるであろうが、本明細書で開示している信号処理システムは、本明細書で開示している構成要素以外の広範囲にわたる構成要素を用いて実装することができる。例えば、デジタル信号変調器を混合信号（アナログとデジタル）技術を用いて実装することができる。また、例えば、ベースバンドへ折り返される雑音の許容量に応じて、ノッチフィルタの減衰帯域をｆＢよりも大きく設定したり、ｆＢよりも小さく設定したり、あるいはｆＢと等しくなるようにに設定することができる。さらに、デジタル信号処理システムの非理想特性によって、周波数ｆｃｈｏｐとｆｃｈｏｐの高調波および周波数２ｆｃｈｏｐと２ｆｃｈｏｐの高調波以外の周波数で寄生変調が起こることがある。他の寄生変調周波数のノッチを含めることによって、これらの寄生変調周波数でも同様にベースバンドへの雑音の折り返しを低減することができたり、あるいは防止することができる。
【００５６】
本発明を詳細に説明してきたが、添付の特許請求の範囲に画定する本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明に種々の変更、置換、修正をなすことができることを理解されたい。例えば、本明細書で説明している信号処理システムの用途は、オーディオ用途に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１（先行技術）は、増幅器およびチョッピング回路機構を図示する。
【図２】図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃは、図１の増幅器およびチョッピング回路機構に関連する信号を周波数領域において図示する。
【図３】図３は、チョッピング周波数ｆｃｈｏｐで動作するチョッピング回路機構を備えるデジタルアナログ変換器とデルタシグマ変調器に内蔵されたループノッチフィルタとを含むデジタル信号処理システムを図示する。
【図４】図４は、図３のデルタシグマ変調器とノッチフィルタとの一実施形態を図示する。
【図５】図５は、デルタシグマ変調器、デルタシグマ変調器の出力をフィルタリングするノッチフィルタ、およびチョッピング周波数ｆｃｈｏｐで動作するチョッピング回路機構を備えるマルチビットデジタルアナログ変換器を含むデジタル信号処理システムを図示する。
【図６】図６は、変調の後段にあり、かつＤＡＣの前段にあるデジタルノッチフィルタを備える図５のデジタル処理システムを図示する。
【図７】図７は、図４および６のノッチフィルタの周波数応答を図示する。
【図８】図８は、図３および５のスイッチトキャパシタデジタルアナログ変換器の一実施形態を図示する。
【図９】図９は、図３および５のスイッチトキャパシタデジタルアナログ変換器に関連するクロックおよび制御信号を図示する。
【図１０】図１０は、図９のスイッチトキャパシタデジタルアナログ変換器に関連するグリッチを２ｆｃｈｏｐで図示する。
【図１１】図１１は、図３および５のシステムのスイッチトキャパシタデジタルアナログ変換器の周波数応答を種々の参照点において図示する。
【図１２】図１２は、ノッチフィルタリングを備える場合と備えない場合の図３および５のシステムのスイッチトキャパシタデジタルアナログ変換器の出力での周波数応答を図示する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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