(57)【要約】デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）システムでは、対象信号のベースバンドから１／ｆ雑音とその他のベースバンド雑音とを除去するのにチョッピング変調技術が利用されていた。ＤＡＣのチョッピング変調復調回路機構が、デジタル入力信号のサンプリング周波数のおよそ２分の１のチョッピング周波数で動作する。サンプリング周波数の２分の１におけるチョッピングによって、ベースバンドへの入力信号周波数成分の折り返しが可能となり、またベースバンド外にある量子化雑音などの雑音の折り返しが低減する。別の実施形態においては、ノッチフィルタが、寄生変調によるベースバンドへの雑音の折り返しを低減するために、チョッピングの前にチョッピング周波数前後の周波数を有する信号を減衰する。チョッピングのタイミングの調整によっても、ＤＡＣシステムの出力における雑音が低減する。
2006516377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）周波数ｆｓでサンプリングされ、主に周波数ベースバンド内に周波数成分を、ベースバンド外に雑音を有するデジタル入力信号を受け取り（ｉｉ）前記デジタル入力信号をアナログ表現信号に変換する、デジタルアナログ変換器（「ＤＡＣ」）を含むデジタルアナログ変換器システムであって、前記ＤＡＣは、
およそｆｓ／２またはｆｓ／２で前記デジタル入力信号を変調し、およそｆｓ／２またはｆｓ／２に等しい変調周波数を有する変調回路と、
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に利得を提供し、前記変調回路に接続されている利得段であって、動作中前記利得段は、前記ベースバンド内に周波数を有する雑音と関連している前記利得段と、
信号を復調し、前記ベースバンドへの前記入力信号の周波数成分の折り返しを可能にし、前記ベースバンドへの前記量子化雑音周波数成分の折り返しを低減し、実質的に前記ベースバンド外に前記利得段と関連している前記雑音を変調し、およそｆｓ／２またはｆｓ／２に等しい復調周波数を有し、前記利得段に接続されている復調回路とを含む、デジタルアナログ変換器システム。
【請求項２】
周波数ｆｓでサンプリングされた第一の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し、前記ＤＡＣに接続されている変調器であって、前記第一のデジタル入力信号が、周波数ｆ１およびｆ２によって境界を画された前記ベースバンド内にある周波数成分を含み、前記第一のデジタル入力信号の変調の副産物が、前記ベースバンド外にある周波数成分を有する量子化雑音を含み、前記ＤＡＣの前記入力信号が、前記変調された第一のデジタル入力信号から生じる、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３】
ｆ１およびｆ２が、それぞれオーディオ信号ベースバンドの高周波および低周波を定義する、請求項２に記載のデジタルアナログ変換器システム。
【請求項４】
ｆ１がおよそ０Ｈｚまたは０Ｈｚに等しく、ｆ２がおよそ２５ｋＨｚまたは２５ｋＨｚに等しい、請求項３に記載のデジタルアナログ変換器システム。
【請求項５】
前記変調器が、デルタシグマ型変調器であり、前記システムが、
前記変調器の帰還ループに実装され、寄生変調によって前記ベースバンドに折り返される帯域内に周波数を有する信号を減衰する周波数減衰帯域を有するノッチフィルタ
をさらに含む、請求項２に記載のデジタルアナログ変換器システム。
【請求項６】
前記周波数減衰帯域が、前記周波数ベースバンドの帯域幅の＋／−と等しい、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】
前記周波数減衰帯域はｆｓ／２を中心とする、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８】
前記変調回路が、前記利得段の入力信号をチョップし直列およびクロスオーバスイッチを含むチョッピング変調器であり、前記復調回路が、前記利得段の出力信号をチョップし直列およびクロスオーバスイッチを含むチョッピング回路であり、前記利得段が、完全差動増幅器の部品である、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９】
前記ＤＡＣが、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１０】
前記スイッチトキャパシタデジタルアナログ変換器が、前記入力信号を表す電荷を受け取るサンプリングキャパシタ、帰還キャパシタ、および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分配するスイッチを含む、請求項９に記載のデジタルアナログ変換器システム。
【請求項１１】
前記デジタル入力信号が、オーディオ周波数成分を含む、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１２】
前記変調されたデジタル入力信号を受け取り、フィルタされた出力信号を前記ＤＡＣに提供するノッチフィルタであって、寄生変調によって前記ベースバンドに折り返される帯域内に周波数を有する信号を減衰する周波数減衰帯域を有する前記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１３】
前記周波数減衰帯域が、前記周波数ベースバンドの帯域幅の＋／−と等しく、ｆＳ／２を中心とする、請求項１２に記載のデジタルアナログ変換器システム。
【請求項１４】
前記フィルタが、ハードウェア部品を使用して実装されるデジタル有限インパルス応答フィルタである、請求項１２に記載のデジタルアナログ変換器システム。
【請求項１５】
前記変調回路が、
前記デジタル入力信号を受け取る入力端子と、
通過制御信号ΦｃｈＡおよびクロスオーバ制御信号ΦｃｈＢに従って、差動入力信号を交互に通過させたり交差させたりするように接続されるダイレクトスイッチおよびクロスオーバスイッチとをさらに含み、制御信号ΦｃｈＡは、制御信号ΦｃｈＢと位相が異なり、
前記復調回路が、
前記利得段の出力信号を受け取り、通過制御信号ΦｃｈＣおよびクロスオーバ制御信号ΦｃｈＤに従って前記変調回路によって変調された前記差動入力信号を交互に通過させたり交差させたりする入力端子をさらに含み、制御信号ΦｃｈＤは、ΦｃｈＢと位相が異なり、制御信号ΦｃｈＢおよびΦｃｈＤに対して制御信号ΦｃｈＡおよびΦｃｈＣは非重複である、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１６】
制御信号ΦｃｈＣが、ΦｃｈＡによって制御される前記ダイレクトスイッチが非導通になる前に、ΦｃｈＣによって制御される前記ダイレクトスイッチを非導通にさせるように構成され、ΦｃｈＤが、ΦｃｈＢによって制御される前記ダイレクトスイッチが非導通になる前に、ΦｃｈＤによって制御される前記ダイレクトスイッチを非導通にさせるように構成される、請求項１５に記載のデジタルアナログ変換器システム。
【請求項１７】
制御信号ΦｃｈＡ、ΦｃｈＢ、ΦｃｈＣ、およびΦｃｈＤが方形波である、請求項１５に記載のデジタルアナログ変換器システム。
【請求項１８】
周波数ｆｓでサンプリングされ、ベースバンド内に周波数を有するデジタル入力信号をアナログ表現信号に変換し、前記ベースバンド外にデジタルアナログ変換器（「ＤＡＣ」）の利得段と関連している低周波雑音成分を変調し、前記ベースバンド外にある量子化雑音周波数成分の折り返しを低減する方法であって、
およそｆｓ／２またはｆｓ／２に等しい変調周波数で前記デジタル入力信号由来のＤＡＣの入力信号および前記量子化雑音を変調するステップと、
前記変調されたＤＡＣの入力信号を前記ＤＡＣの利得段へ提供するステップと、
前記ベースバンドへの前記入力信号の周波数成分の折り返しを可能にし、前記ベースバンドへの前記量子化雑音周波数成分の折り返しを低減し、実質的に前記ベースバンド外に前記利得段と関連している前記雑音を変調するために、およそｆｓ／２またはｆｓ／２に等しい復調周波数で前記ＤＡＣの利得段の出力信号を復調するステップとを含む方法。
【請求項１９】
前記ＤＡＣの入力信号の変調によって、ｆｓ／２を中心とする周波数成分を有する雑音信号が生成され、前記方法が、
前記ベースバンドの帯域幅のコーナ周波数をｆＢとすると、ｆｓ／２＋／−ｆＢの周波数を有する雑音信号成分を減衰するために、前記変調されたデジタル入力信号をフィルタ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】
前記変調されたデジタル信号をフィルタするステップが、
デジタル有限入力応答ノッチフィルタを使用して前記デジタル入力信号をフィルタするステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記入力信号の変調の副産物として前記量子化雑音を生成する前記デジタル入力信号を変調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２２】
前記ＤＡＣの入力信号を変調するステップによって、ｆｓ／２を中心とする周波数成分を有する雑音信号が生成され、前記方法が、
デルタシグマ変調器を使用して、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と、
前記ベースバンドの帯域幅のコーナ周波数をｆＢとすると、およそｆｓ／２＋／−ｆＢの周波数を有する信号成分を減衰するために前記変調されたデジタル入力信号をフィルタするステップであって、前記デルタシグマ変調器の帰還ループ内で前記変調されたデジタル入力信号をフィルタするステップをさらに含む、前記変調されたデジタル信号をフィルタするステップと、
をさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記デジタル入力信号がオーディオ信号である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
前記ＤＡＣの入力信号を変調するステップが、通過制御信号ΦｃｈＡおよびクロスオーバ制御信号ΦｃｈＢに従って、前記ＤＡＣの入力信号を交互に通過させたり交差させたりするステップをさらに含み、制御信号ΦｃｈＡは制御信号ΦｃｈＢと位相が異なり、
前記ＤＡＣの利得段の出力信号を復調するステップが、通過制御信号ΦｃｈＣおよびクロスオーバ制御信号ΦｃｈＤに従って、前記変調回路によって変調された前記ＤＡＣの入力信号を交互に通過させたり交差させたりするステップをさらに含み、制御信号ΦｃｈＤはΦｃｈＢと位相が異なり、制御信号ΦｃｈＢおよびΦｃｈＤに対して制御信号ΦｃｈＡおよびΦｃｈＣは非重複である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
制御信号ΦｃｈＡに従って前記ＤＡＣの入力信号の前記通過を停止させる前に、制御信号ΦｃｈＣに従って前記ＤＡＣの入力信号の前記通過を停止させるステップと、
制御信号ΦｃｈＢに従って前記ＤＡＣの入力信号の前記交差を停止させる前に、制御信号ΦｃｈＤに従って前記ＤＡＣの入力信号の前記交差を停止させるステップとをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
デジタルオーディオ信号源と、
（ｉ）周波数ｆｓでサンプリングされ、主に周波数ベースバンド内に周波数成分を、ベースバンド外に雑音を有するデジタル入力信号を前記デジタルオーディオ信号源から受け取り、（ｉｉ）前記デジタル入力信号をアナログ表現信号に変換する、デジタルアナログ変換器（「ＤＡＣ」）であって、
およそｆｓ／２またはｆｓ／２に等しい前記デジタル入力信号を変調し、およそｆｓ／２またはｆｓ／２の変調周波数を有する変調回路と、
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に利得を提供し、前記変調回路に接続されている利得段であって、動作中前記利得段は、前記ベースバンド内に周波数を有する雑音と関連している前記利得段と、
信号を復調し、前記ベースバンドへの前記入力信号の周波数成分の折り返しを可能にし、前記ベースバンドへの前記量子化雑音周波数成分の折り返しを低減し、実質的に前記ベースバンド外に前記利得段と関連している前記雑音を変調し、およそｆｓ／２またはｆｓ／２に等しい復調周波数を有し、前記利得段に接続されている復調回路とを含む、前記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２７】
前記変調回路が、前記利得段の入力信号をチョップする直列およびクロスオーバスイッチを含むチョッピング変調器であり、前記復調回路が、前記利得段の出力信号をチョップする直列およびクロスオーバスイッチを含むチョッピング回路であり、前記利得段が、完全差動増幅器の部品である、請求項２６に記載のオーディオシステム。
【請求項２８】
前記変調されたデジタル入力信号を受け取り、フィルタされた出力信号を前記ＤＡＣに提供するノッチフィルタであって、寄生変調によって前記ベースバンドに折り返される帯域内に周波数を有する信号を減衰する周波数減衰帯域を有する前記ノッチフィルタを
さらに含む、請求項２６に記載のオーディオシステム。
【請求項２９】
前記周波数減衰帯域が、前記周波数ベースバンドの帯域幅の＋／−と等しく、ｆｓ／２を中心とする、請求項２８に記載のデジタルアナログ変換器システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２００３年１月２１日提出の、発明の名称「Ｓｅｇｍｅｎｔｅｄ  Ｃｈｏｐｐｉｎｇ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ」の米国仮特許出願第６０／４４１，２９６号の米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づく利益を主張するものである。
【０００２】
発明の分野
本発明は、全般的には信号処理の分野に関し、特にベースバンド雑音を変調し、折り返しメカニズムによってベースバンドに雑音が混じってしまう非理想システム特性が一因となって発生する雑音を低減するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
関連技術の説明
多くの電子装置が、アナログ信号、デジタル信号、またはアナログデジタル混合信号を処理するのに信号処理技術を採用している。信号処理技術を実装するのに使用される部品が、不要な雑音を発生することが多い。例えばデジタルアナログ変換器（以下、「ＤＡＣ」と記載する）が、デジタル信号をアナログ信号に変換するのに広く使用されているが、変換過程においてＤＡＣは、例えば量子化誤差に由来する雑音（「量子化雑音」）および低周波１／ｆ雑音を生成することが多い。
【０００４】
オーディオ用途においては、デジタルアナログ変換処理は、デジタル信号をオーバサンプリングすること、デジタル信号に関連する雑音をシェイピングするためにデルタシグマ変調器を使用して信号を変調すること、およびローパスフィルタを使用してデジタルアナログ変換を実行することを伴うことが多い。フィルタされた出力信号は一般に、負荷を駆動するのに適したアナログ信号を生成するために増幅される。デルタシグマ変調器は入力信号を受け取り、該入力信号に比例する時間平均振幅を有する一連の２値パルスに該信号を変換する。変調出力信号を生成する過程において、デルタシグマ変調器は変調入力信号に量子化雑音を取り込むが、都合の良いことに、該量子化雑音は対象周波数成分が存在するオーディオベースバンド外、例えば約０Ｈｚから約２０―２５ｋＨｚを超えるまでの範囲にある。それにもかかわらず、変調後のデジタルアナログ変換、ローパスフィルタリングなどの、変調後のいくつかの処理では、雑音がオーディオベースバンドに取り込まれてしまう。
【０００５】
金属酸化物半導体の利得段などの変調後の処理回路で生成される一般的な雑音の一つとして１／ｆ雑音があり、該雑音はその名称が示すように、低周波では比較的高エネルギーを有し、そのエネルギーは高周波では急減する。アナログフィルタは、１／ｆ雑音を取り込む１つ以上の利得段を含むことが多い。「チョッピング」といわれる変調技術は、オーディオベースバンド外に１／ｆ雑音を変調するために従来技術に実装されている。
【０００６】
図１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多くの周知の回路において部品として利用される、チョッピング回路機構および増幅器１００を図示する。入力信号ｘ１（ｔ）が、チョッパ回路１０２によってチョッパ制御信号ｃ（ｔ）のｆｃｈｏｐの周波数で変調される。図２Ａは、ｆｃｈｏｐおよびｆｃｈｏｐの高調波を中心とする変調済み入力信号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、高調波次数をｎとすると１／ｎずつ減少する。Ｘ１（ｆ）のベースバンドは、周波数ｆＢまで及び、オーディオ用では約２０―２５ｋＨｚである。１／ｆ雑音は、チョッピング後に変調入力信号Ｘ１（ｔ）に付加される。
【０００７】
図２Ｂは、周波数領域における１／ｆ雑音を図示する。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を含む低周波内にある。ローパスフィルタなどの大規模回路（図示せず）の一部とすることもできる利得段１０４が、変調入力信号ｘ１（ｔ）と１／ｆ雑音とを増幅する。
【０００８】
チョッパ回路１０６が、出力信号ｘ２（ｔ）を生成するためにチョッパ信号ｃ（ｔ）の周波数で利得段１０２の出力信号を復調する。図２Ｃは、周波数領域における信号ｘ２（ｔ）と１／ｆ雑音信号とを図示する。
【０００９】
信号ｘ１（ｔ）の復調により、周波数領域の対象出力信号ｘ２（ｔ）はベースバンドに戻り、ｆｃｈｏｐおよびその高調波に１／ｆ雑音が集まり、よってこの雑音は、ベースバンド外に存在する。オーディオ用では、ローパスフィルタ（図示せず）は、ｆＢ外のｘ２（ｔ）の周波数成分を有する信号を減衰する。
【００１０】
１９９０年６月３日発行の、発明の名称「Ｃｈｏｐｐｅｒ  Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  Ｄｅｌｔａ−Ｓｉｇｍａ  Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ」、発明者Ｅａｒｌｙ（以下、「Ｅａｒｌｙ」と記載する）らの米国特許第４，９３９，５１６号および１９９１年８月１３日発行の、発明の名称「Ｄｅｌｔａ−Ｓｉｇｍａ  Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ  ｗｉｔｈ  Ｃｈｏｐｐｅｒ  Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ  ａｔ  ｔｈｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ」、発明者Ｗｅｌｌａｎｄ（以下、「Ｗｅｌｌａｎｄ」と記載する）らの米国特許第５，０３９，９８９号では、アナログデジタル変換器（以下、「ＡＤＣ」と記載する）におけるチョッピングの従来用途について述べられている。ＥａｒｌｙおよびＷｅｌｌａｎｄは、特にＡＤＣに特有の１／ｆ雑音およびその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使用するソリューションを提案した。
【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と同期させること、およびデジタルフィルタを提案した。Ｅａｒｌｙは、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部に存在するように、アナログ入力信号のサンプリング周波数の１／２のチョッピング周波数を選択した。Ｅａｒｌｙは、デジタルフィルタが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ことから、このような同期が重要だと考えた。例えば、Ｅａｒｌｙの第８欄３７―６４行を参照のこと。
【００１２】
Ｗｅｌｌａｎｄは、ＡＤＣにおいてアナログ入力信号のサンプリング周波数の１／２の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を実際に増加させ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と等しいチョッピング周波数を選択した。Ｗｅｌｌａｎｄは、Ｗｅｌｌａｎｄの設計に、アナログ変換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有する少なくとも１つの増幅段を備えるアナログ変調器を含ませた。したがって、この増幅段は、チョッピングによって周波数がサンプリング周波数へシフトアップされる１／ｆ雑音を減衰する。
【００１３】
ＤＡＣは、ＡＤＣとは多くの点で非常に異なるものである。したがって、ＤＡＣのチョッピング周波数は、ＡＤＣとは別の理由で選択される。従来技術では、デジタルサンプリング周波数と比較しできるだけ低いチョッピング周波数でのチョッピングがＤＡＣに実装されている。ＤＡＣのチョッピング周波数として、チョッピング回路機構に関連する寄生の影響を最小限にするために、入力信号のベースバンド外に１／ｆ雑音を移動させるのに十分な高さのものを従来選択してきた。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
発明の概要
本発明の一実施形態においては、デジタルアナログ変換器システムは、（ｉ）周波数ｆｓでサンプリングされ、主に周波数ベースバンド内に周波数成分を、ベースバンド外に雑音を有するデジタル入力信号を受け取り（ｉｉ）該デジタル入力信号をアナログ表現信号に変換する、デジタルアナログ変換器（「ＤＡＣ」）を含む。ＤＡＣは、およそｆｓ／２またはｆｓ／２でデジタル入力信号を変調し、およそｆｓ／２またはｆｓ／２に等しい変調周波数を有する変調回路を含む。またＤＡＣは、この変調回路によって変調された信号を受け取り、ＤＡＣに利得を提供し、この変調回路に接続されている利得段を含み、動作中この利得段は、ベースバンド内に周波数を有する雑音と関連している。さらにＤＡＣは、信号を復調しベースバンドへの入力信号の周波数成分の折り返しを可能にし、ベースバンドへの量子化雑音周波数成分の折り返しを低減し、実質的にベースバンド外に利得段と関連している雑音を変調し、およそｆｓ／２またはｆｓ／２の復調周波数を有し、この利得段に接続されている復調回路を含む。
【００１５】
本発明の別の実施形態においては、周波数ｆｓでサンプリングされ、ベースバンド内に周波数を有するデジタル入力信号をアナログ表現信号に変換し、ベースバンド外にデジタルアナログ変換器（「ＤＡＣ」）の利得段と関連している低周波数雑音成分を変調し、ベースバンド外にある量子化雑音周波数成分の折り返しを低減する方法がある。この方法には、およそｆｓ／２またはｆｓ／２に等しい変調周波数でデジタル入力信号由来のＤＡＣの入力信号および量子化雑音を変調するステップが含まれる。さらにこの方法には、変調されたＤＡＣの入力信号をＤＡＣの利得段へ提供するステップが含まれる。またこの方法には、ベースバンドへの入力信号周波数成分の折り返しを可能にし、ベースバンドへの量子化雑音周波数成分の折り返しを防ぎ、実質的にベースバンド外に利得段と関連している雑音を変調するために、およそｆｓ／２またはｆｓ／２に等しい復調周波数でＤＡＣの利得段の出力信号を復調するステップが含まれる。
【００１６】
本発明の別の実施形態においては、オーディオシステムがデジタルオーディオ信号源を含む。さらにオーディオシステムは、（ｉ）周波数ｆｓでサンプリングされ、主に周波数ベースバンド内に周波数成分を、ベースバンド外に雑音を有するデジタル入力信号をこのデジタルオーディオ信号源から受け取り、（ｉｉ）該デジタル入力信号をアナログ表現信号に変換する、デジタルアナログ変換器（「ＤＡＣ」）を含む。ＤＡＣは、およそｆｓ／２またはｆｓ／２に等しいデジタル入力信号を変調し、およそｆｓ／２またはｆｓ／２の変調周波数を有する変調回路を含む。またＤＡＣは、この変調回路によって変調された信号を受け取り、ＤＡＣに利得を提供し、この変調回路に接続されている利得段を含み、動作中、該利得段はベースバンド内に周波数を有する雑音と関連している。またＤＡＣは、信号を復調し、ベースバンドへの入力信号の周波数成分の折り返しを可能にし、ベースバンドへの量子化雑音周波数成分の折り返しを低減し、実質的にベースバンド外に利得段と関連している雑音を変調し、およそｆｓ／２またはｆｓ／２に等しい復調周波数を有し、この利得段に接続されている復調回路を含む。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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
好適な実施形態の説明
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、対象信号に相当し、ベースバンド内にある周波数成分を有するオーディオ信号が、アナログ信号として始まり、多くはサンプリングを経てデジタル化され、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）を使用し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、またはその他の出力デバイスを通して音を生成する。本明細書で説明されるＤＡＣシステムの実施形態おいては、対象信号のベースバンドから１／ｆ雑音およびその他のベースバンド雑音を除去するのにチョッピング変調技術が利用される。いくつかの実施形態においては、ベースバンドへの雑音の折り返しを低減するために、チョッピング周波数が慎重に選択される。さらに、１つ以上のノッチフィルタが、寄生インピーダンスなどの非理想システム特性に関連する寄生変調および付随的に生じる雑音の折り返しとに対処するために実装される。例えば、ノッチフィルタは、チョッピング周波数およびそれらの高調波周波数での変調によるベースバンドへの雑音の折り返しを低減する。
【００１８】
以下に詳細に説明する高性能デジタル信号処理は、特に雑音に敏感であり、低レベルの雑音でも敏感である。一実施形態においては、このような雑音問題に対処するため、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む。チョッピング回路機構には一般に、非理想（すなわち、実在の）回路部品に接続されたときの副産物として、ベースバンドへの雑音周波数成分の折り返しが含まれる。対象信号のベースバンドにおける雑音周波数成分は、一般に望ましくないものである。チョッピングの結果、デジタル信号処理システムの非理想特性による変調が原因となり、このようなデジタル入力信号のベースバンドへの雑音の折り返しが生じることが多い。量子化雑音などのベースバンド外の雑音を生成するシステムにおいては、寄生変調によるベースバンドへの雑音の折り返しは、対象信号の品質に非常に有害なものになり得る。従来のアナログデジタル変換器の技術にはこの雑音の折り返しに対処するものがなく、問題である。
【００１９】
デジタル入力信号のサンプリング周波数の１／２またはおよそ１／２のチョッピング周波数で動作するチョッピング回路機構を備えるＤＡＣを含むデジタル信号処理システムが、チョッピング周波数の２倍、２ｆｃｈｏｐでの寄生変調による雑音の折り返し問題に対処している。サンプリング周波数の１／２でのチョッピングによって、雑音成分ではなく、入力信号そのものの周波数成分がベースバンドへ折り返す。別の実施形態においては、ノッチフィルタが、チョッピング周波数および高調波においてＤＡＣの周波数応答にゼロを挿入する。ノッチフィルタは、対象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有するように設計されることが好ましい。またノッチフィルタは、ｆｃｈｏｐで変調された雑音の入力信号のベースバンドへの雑音の折り返しの防止に役立つ。また様々なチョッピング信号が、システム内における新たな雑音の生成を低減するように調整されるのが好ましい。
【００２０】
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、チョッピング周波数ｆｃｈｏｐを信号のサンプリング周波数ｆｓの１／２に等しく設定することで利益を得るシステムの一実施形態を表す。一実施形態においては、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ー、ＭＰ３プレイヤー、オーディオ／ビデオシステム、またはその他のオーディオ記録および／または再生デバイスなどのあらゆる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、周知の方法で入力信号源３０２から受け取ったデジタル入力信号に対してオーバサンプリング機能を実行する。補間フィルタ３０４は、クロック３０８によって提供されるサンプリング周波数ｆｓを有する。変調器ＤＡＣ３０６が、補間されたデジタル入力信号をアナログ信号に変換するために該デジタル入力信号を処理する。また変調器ＤＡＣ３０６は、デジタル入力信号のベースバンド外に１／ｆ雑音などの雑音を変調するチョッピング回路機構を含む。クロック３０８は、以下に説明するように変調器ＤＡＣ３０６に様々な制御信号を提供する。一般に、クロック３０８は、変調器ＤＡＣ３０６にｆｓの周波数を有するクロック信号を提供し、またｆｓ／２に等しいまたはおよそｆｓ／２である周波数ｆｃｈｏｐを有する様々なチョッピング信号を提供する。後に明らかになるように、ｆｃｈｏｐはｆｓ／２と正確に等しいことが好ましい。しかし、タイミングのばらつきは一般に、非理想的成分および寄生インピーダンスなどの要因から実際のシステムにおいては避けられないものである。本明細書中で「およそ」を繰り返すことを避けるため、とくにことわらない限り、ｆｃｈｏｐはｆｓ／２と等しいという文脈中の「等しい」は、「およそ等しいまたは等しい」を意味する。
【００２１】
入力信号のベースバンドのコーナ周波数ｆＢまたはその付近にコーナ周波数を一般に有するローパスフィルタ３１０が、ベースバンド外の出力信号の周波数成分を減衰する。ローパスフィルタ３１０によってフィルタされた出力信号は一般に、特に低インピーダンス負荷を駆動するとき、負荷３１４に提供される前に増幅される。したがって、増幅器３１２が、フィルタ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、オーディオ用では負荷３１４は、例えば、スピーカ、ヘッドホン、およびその他の音響発生デバイスを表す。
【００２２】
図４は、デジタル信号処理システム３００の一実施形態であるデジタル信号処理システム４００を図示する。変調器ＤＡＣ４０２が、デルタシグマ変調器４０４とスイッチトキャパシタＤＡＣ４０６とを備える変調器ＤＡＣ３０６を実装する。一実施形態においては、デルタシグマ変調器４０４は、スイッチトキャパシタＤＡＣ４０６に一連のマルチビット出力信号を提供する。デルタシグマ変調器４０４の出力信号は、デジタル入力信号に量子化誤差を加算した値と等しい所定時間に対する平均値を有する。一般的に使用される用語「デルタシグマ変調器」および「シグマデルタ変調器」は、本明細書の目的では置き換え可能な用語である。デルタシグマ変調器は、ｆｓでクロックされる。周波数ｆｓは、デジタル信号処理システム４００の特定用途に基づき選択される。オーディオ用では、周波数ｆｓは例えば６．１４４ＭＨｚであり、これはもともと４８ｋＨｚでサンプリングされたオーディオ信号の１２８ビットワード表記を反映している。デルタシグマ変調器４０４によって発生した量子化雑音の周波数スペクトルは主に、およそ０から２５ｋＨｚのオーディオ周波数ベースバンド外にある。量子化雑音は、従来技術を用いるとベースバンド内に折り返し対象信号と混合し得る周波数成分を有する雑音の一例である。
【００２３】
図５は、スイッチトキャパシタＤＡＣ４０６の一実施形態であるマルチビッド型スイッチトキャパシタＤＡＣ５００を図示する。あらゆるＤＡＣを、スイッチトキャパシタＤＡＣ４０６と置き換えることができよう。スイッチトキャパシタＤＡＣ５００は、デルタシグマ変調器４０４によって提供された入力信号を変調する変調チョッピング回路機構５０２を含む。スイッチトキャパシタＤＡＣ５００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５０８を含む。
【００２４】
多くの周知のハードウェア、ソフトウェア、およびハードウェアとソフトウェアとの組み合わせを、デルタシグマ変調器４０４の出力信号に対応する入力信号をスイッチトキャパシタＤＡＣ５００に提供するのに使用することができる。一実施形態においては、キャパシタバンク５０４および５０６がそれぞれ、同一「Ｎ」個の並列接続された対応するサンプリングキャパシタを含み、これらを集合的にＣｓ＋（５０４）およびＣｓ−（５０６）と呼ぶ。キャパシタバンク５０４の各サンプリングキャパシタは、デルタシグマ変調器４０４の出力信号における各Ｎビットワードの１ビットに応じて充電される。同一の充電の仕組みが、キャパシタバンク５０６に適用されている。キャパシタバンク５０４および５０６内の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。
【００２５】
スイッチトキャパシタＤＡＣ５００は、図６に図示する制御信号に従って動作する。本実施形態では、すべての制御信号は、アナログクロック信号に関連して生成される。チョッピング回路機構制御信号を含む制御信号は、部品の安定化を可能にし、処理信号へのスイッチング雑音の混入を最小源にするために、アナログクロック信号に関連させておよび制御信号を相互に関連させて移相されていることが好ましい。安定化時間は、特定の部品の数値と当業者に周知のその他の設計要件とによって決まる。以下に詳細に説明するように、チョッピング回路機構５０２および５０８を含ませることでいくつかのベースバンド内低周波雑音問題（例えば、１／ｆ雑音）に対処する一方で、例えば、ベースバンドへの量子化雑音などの雑音の折り返しが起こり得ることから問題が生じ、その結果、周波数ｆｃｈｏｐとその高調波および２ｆｃｈｏｐとその高調波での寄生変調が原因の対象信号の破損が起こっていることが確認されている。
【００２６】
スイッチトキャパシタＤＡＣ５００の動作を、図６に図示する制御信号と関連させて以下説明する。時間ｔ０を起点とし、アナログクロックが立ち上がり、回路を安定させるのに十分な時間がたった後、制御信号Φ１が立ち上がり、スイッチ５１０および５１２を導通させ、同相モード電圧ＶｃｍにＣｓ＋５０４およびＣｓ−５０６サンプリングキャパシタの１プレートを短絡させるのに十分な時間立ち上げておく。制御信号Φ１がＨＩＧＨの間、各サンプリングキャパシタに関連するｄ＊および
【００２７】
【数１】
2006516377.tif 000003
の値に従って、サンプリングキャパシタＣｓ＋５０４およびＣｓ−５０６は、スイッチ５１８および５２２をそれぞれ介してＶｄｄに充電されるか、スイッチ５２０および５２４をそれぞれ介してグランドＧＮＤに放電される。各ｄの値は、Ｎビットの出力ワードのｉ番目のビットを表し、各
【００２８】
【数２】
2006516377.tif 000004
の値は、ｄの補数を表す。ここでＮは、デルタシグマ変調器４０４の出力ワードにおけるビット数であり、０≦ｉ≦Ｎ−１である。各スイッチ５１８、５２０、５２２、および５２４は、それぞれのＮ個のスイッチを表し、デルタシグマ変調器４０４のＮビットの出力ワードのＮビットのビット毎にスイッチが１個対応しており、例えばＮは１６である。
【００２９】
デルタシグマ変調器４０４の変調出力信号に従って、サンプリングキャパシタＣＳ＋５０４およびＣＳ−５０６が充電された後、制御信号Φ２が、スイッチ５２６、５２８、５３０、および５３２を導通させ、積分キャパシタＣＩ＋５１４およびＣＩ−５１６に電荷を移動させる。
【００３０】
スイッチトキャパシタＤＡＣ５００の動作フェーズを、表１にまとめる。
【００３１】
【表１】
2006516377.tif 000005
＊「ＨＩＧＨ」は、導通制御状態を表し、「ＬＯＷ」は、非導通制御状態を表す。他の実施形態においては、この極性を逆にすることができる。
【００３２】
チョッピング回路機構５０２は、入力端子５３４および５３６でＤＡＣの入力信号を変調し、チョッピング回路機構５０８は、利得段Ｇ１の出力信号を復調する。チョッピング変調復調動作を、表２にまとめる。
【００３３】
【表２】
2006516377.tif 000006
チョッピング変調復調回路機構は、信号ベースバンド外に１／ｆ雑音などの低周波雑音を変調するのにダイレクトスイッチおよびクロスオーバスイッチを使用する。チョッピング回路は、特にオーディオ用途などの低周波ベースバンド用途に有用である。一実施形態においては、差動増幅器の入力端子および出力端子にそれぞれ接続されたダイレクトスイッチが、該差動増幅器の該端子に接続されたクロスーバースイッチとは非重複の導通位相を有する。さらにシステムの出力への雑音移動を低減するため、この入力端子および出力端子にそれぞれ接続されたダイレクトスイッチは、各々異なるデューティーサイクルを有し、差動増幅器のこの入力端子および出力端子にそれぞれ接続されたクロスオーバスイッチは、各々異なるデューティーサイクルを有する。
【００３４】
図５および６を参照すると、チョッピング回路機構５０２の制御信号ΦｃｈＡおよびΦｃｈＢは、信号の破損を防ぐため非重複である。またこれらの信号は、方形波（またはそれに近似のもの）であることが好ましく、スイッチ５３８および５４０の導通をそれぞれ制御する。チョッピング回路機構５０８の制御信号ΦｃｈＣおよびΦｃｈＤも、信号の破損を防ぐため非重複である。またこれらの信号も、方形波（またはそれに近似のもの）であることが好ましく、スイッチ５４２および５４４の導通をそれぞれ制御する。制御信号ΦｃｈＡは、時間ｔ３で立ち上がると、ダイレクトスイッチ５３８を導通させ、ｔ４からｔ５に発生する図示されている第１のダンプフェーズの間に、入力端子５３４および５３６のデルタシグマ変調入力信号を利得段Ｇ１に真っ直ぐ通過させる。ダイレクトスイッチ５４２も時間ｔ３で導通し、利得段Ｇ１の第１のダンプフェーズ中に、増幅出力信号を利得段Ｇ２の入力端子に真っ直ぐ通過させる。制御信号ΦｃｈＣは、ｔ６において立ち下がり、続いてｔ７においてΦｃｈＡが立ち下がる。ダイレクトスイッチ５４２を「オフ」（非導通）にする時間と利得段Ｇ１の入力においてダイレクトスイッチ５３８をオフにする時間との間の遅延は、スイッチ５３８に関連するスイッチング雑音が出力Ｖｏ＋およびＶｏ−に通過するのを防ぐのに十分な遅延が提供されるように、制御信号ΦｃｈＣおよびΦｃｈＡによって設定される。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よって決まる。一実施形態においては、この遅延はおよそ５ナノセカンドである。スイッチ５３８、５４０、５４２、および５４４の導通および非導通は、制御信号のエッジまたは制御信号のその他の特性によって周知の方法で制御される。
【００３５】
図示されている第２のダンプフェーズ（ｔ９からｔ１０）が始まる前に、ΦｃｈＡの立ち下がりに引き続き、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５４０を導通させる。入力端子５３４および５３６のデルタシグマ変調入力信号は、第２のダンプフェーズ中に、利得段Ｇ１の反対側の入力に交差する。制御信号ΦｃｈＤはｔ１１において立ち下がり、続いてｔｌ２で、ΦｃｈＢも立ち下がる。このとき、スイッチ５４０に関連するスイッチング雑音が、出力Ｖｏ＋およびＶｏ−に通過するのを防ぐように十分遅延されている。クロスオーバスイッチ５４４がｔ８で導通を開始するとき、利得段Ｇ１は、利得段Ｇ２の入力端子に増幅出力信号を交差させて提供する。チョッピング回路５０８の復調フェーズは、時間ｔｌ２において終了する。ｔｌ３において、制御信号ΦｃｈＡは再び立ち上がり、ｔ３およびｔｌ２間で行われた上述の処理が、スイッチトキャパシタ５００の動作中繰り返される。一実施形態においては、制御信号ΦｃｈＡ、ΦｃｈＢ、ΦｃｈＣ、およびΦｃｈＤのタイミングは、所望のタイミングを得るために、基準としてチョップクロック基準信号を使用したり遅延素子を使用したりすることによって実現される。
【００３６】
「Ｖｏ＋」および「Ｖｏ−」は、スイッチトキャパシタＤＡＣ５００の各差動出力信号を表す。利得段Ｇ１およびＧ２は、デュアル出力の全差動オペアンプであり、これらが適用される用途に適しているのであればいかなる設計にもすることができる。その他の利得段を実装することもできる。スイッチトキャパシタＤＡＣ５００の別の実施形態においては、１つの利得段または３つ以上の利得段が使用される。
【００３７】
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を含むことが多い。このような非理想特性は、例えば雑音がベースバンドに折り返し、対象信号と混合することによって寄生変調を発生させ、その結果対象信号を破損させ得る。例えば、様々な寄生容量ならびにその他の非理想特性と関連し、チョッピング回路機構５０２および５０８は、ｆｃｈｏｐ、２ｆｃｈｏｐ、および奇数調波、ならびにｆｃｈｏｐおよび２ｆｃｈｏｐの高調波で雑音を発生させ得る。例えば、寄生キャパシタＣ２ｐ＋およびＣ２ｐ−は、２ｆｃｈｏｐの周波数でスイッチトキャパシタＤＡＣ５００の出力において時間的に連続してグリッチを発生させる。このグリッチによって生じる寄生変調によって、２ｆｃｈｏｐおよび高調波におけるベースバンドへの信号の折り返しが起こる。さらに、周波数ｆｃｈｏｐおよびその高調波における寄生変調が、ｆｃｈｏｐ＝ｆｓ／２で信号の折り返しを生じさせることが観察されている。一実施形態においては、ｆｃｈｏｐにおける寄生変調によってベースバンドへ折り返される信号を減衰するために、寄生変調周波数においてノッチフィルタが付加される。
【００３８】
利得段Ｇ２はまた、１／ｆ雑音を取り込むが、利得段Ｇ１の利得が比較的高い場合には、利得段Ｇ２の１／ｆ雑音のエネルギーレベルは比較的低い。
【００３９】
図７は、様々な参照点におけるスイッチトキャパシタＤＡＣ５００およびローパスフィルタ３１０の周波数応答を図示する。周波数軸および振幅は一定の比率では縮尺されておらず、またスイッチトキャパシタＤＡＣ５００の図示は、周波数領域の参照点を強調するため簡略化されている。また簡潔にするため、図７は、正の周波数のみを図示し、高調波は示されていない。しかし、高調波もこれらの基本周波数と同様に影響を受ける。図７および１３の周波数スペクトルの鏡像が、負の周波数において存在することは理解されよう。オーディオ用途の実施形態においては、入力信号源３０２からの対象入力信号のベースバンドは、０ＨｚからｆＢの帯域幅を有し、ｆＢは約２５ｋＨｚである。参照点Ａにおいて、入力信号源３０２からの入力信号７０２の周波数成分は、ベースバンド内にあり、またデルタシグマ変調器４０４からの量子化雑音７０４の周波数成分は、周波数ｆＢとｆｓ−ｆＢとの間にある。入力端子５３４および５３６で受け取るＤＡＣの入力信号７０６は、入力信号７０２と量子化雑音７０４とを含む。このスペクトルは、デジタルサンプリング理論に従って、ｆｓおよびｆｓの整数倍で繰り返される。
【００４０】
参照点Ｂを参照すると、チョッピング回路５０２は、参照点Ａにおいて周波数ｆｃｈｏｐでＤＡＣの入力信号７０６を変調し、それにより参照点Ａにおける周波数スペクトルを周波数ｆｃｈｏｐ分上方に移動させている。したがって、デルタシグマ変調入力信号７０２は、ここで周波数ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢ内にあり、ｆｃｈｏｐ−ｆＢとｆｃｈｏｐとの間に鏡像を伴う。また、一部の量子化雑音７０４は、ベースバンド内にある。ベースバンド内に高エネルギーレベルを有する１／ｆ雑音７０８が、取り込まれる。これを参照点Ｃに示す。チョッピング回路５０８は、参照点Ｃにおいて信号を復調し、それにより参照点Ｄに図示されているように周波数スペクトルをｆｃｈｏｐ分下方に移動させる。したがって、変調入力信号７０２（対象信号）は、もとのベースバンドへ移される。チョッピング復調段のとき、１／ｆ雑音はｆｃｈｏｐで変調され、それにより参照点Ｄに図示されているように１／ｆ雑音周波数成分はｆｃｈｏｐ分上方に移動する。
【００４１】
上述のように、寄生変調によって、周波数２ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢ内に周波数を有する信号のベースバンドへの折り返しが生じる。ｆｃｈｏｐ＝ｆｓ／２と選択すると、周波数ｆｓ＋／−ｆＢ内の信号が、ベースバンドへ折り返されることになる。しかし、対象信号がｆｓ＋／−ｆＢにあるため、この対象信号７０２が折り返されると、対象信号同士で混ざり合う。したがって、入力信号において一部の利得が変化する場合もあるが、ｆｃｈｏｐ＝ｆｓ／２である場合２ｆｃｈｏｐの変調によってベースバンドへ取り込まれる雑音はほとんどまたは全くない。ローパスフィルタ３１０は、参照点Ｅに図示されているように利得段Ｇ２の出力における周波数成分を減衰する。既に示したが、非理想特性によって、ｆｃｈｏｐおよび高調波において寄生変調が生じ得る。図７を参照すると、量子化雑音７０４が、ｆｃｈｏｐにある。そのため、ｆｃｈｏｐおよび高調波において何らかの寄生変調が生じると、ベースバンドへの量子化雑音の折り返しが生じるおそれがある。
【００４２】
図８を参照する。変調器ノッチフィルタＤＡＣ８００が、変調器ＤＡＣ３０６の一実施形態を表し、チョッピングの前にｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢ内の周波数成分を減衰するノッチフィルタを有する。したがって、周波数ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢ内の雑音が減衰されると、これに直接影響を受けて、ベースバンドへの周波数ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢ内の雑音信号の折り返しが低減される。
【００４３】
図１０および１１を参照すると、変調器ノッチフィルタＤＡＣ８００のノッチフィルタは、デジタル信号処理システム４００内に実装される。デルタシグマ変調器９００には、受け取った入力信号と量子化器の負の帰還出力信号１０１２とを加算する従来の加算ノード９０２が含まれる。また、デルタシグマ変調器１０００には、雑音をシェイピングする１次メインループフィルタＨ（ｚ）９０４が含まれる。メインループフィルタＨ（ｚ）１００４は、並列ノッチループフィルタ１００８を加えることで変更される。ノッチループフィルタ１００８は、利得ａ１とノッチの特質とを伴う伝達関数ｚ−１／（１＋ｚ−１）および利得ａ２を伴う１／（１＋ｚ−１）を有する。ノッチフィルタ１００８および利得の係数は、デジタル信号処理システム３００の具体的な用途によって決まり、周波数ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢおよび高調波内の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。
【００４４】
図１１は、２タップＦＩＲボックスカーフィルタとして実装されるノッチＦＩＲフィルタ１１０２を含む変調器ノッチフィルタＤＡＣ８００の別の実施形態を図示する。ノッチＦＩＲフィルタ１１０２の係数はまた、デジタル信号処理システム３００の具体的な用途によって決まり、周波数ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢおよび高調波内の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。その他のノッチフィルタの実施形態を使用しても、周波数ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢおよびそれらの高調波における減衰を達成することができ、ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢおよびそれらの高調波の雑音のベースバンドへの折り返し、およびこれらの対象信号への混入を防ぐことができることは、当業者によって認識されよう。
【００４５】
図１２は、オーディオ用途におけるノッチループフィルタ９０８およびノッチＦＩＲフィルタ１１０２の一実施形態の実際の周波数スペクトルのプロットを図示し、ここでは、ｆｓ＝６．１４４ＭＨｚ、ｆＢ＝２５ｋＨｚ、およびｆｃｈｏｐ＝ｆｓ／２である。
【００４６】
図１３は、周波数ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢとその高調波内の周波数成分を減衰し、周波数ｆｃｈｏｐ＝ｆｓ／２でチョッピングする変調器ノッチフィルタＤＡＣ８００のノッチフィルタと伴わせてスイッチトキャパシタＤＡＣ５００の様々な参照点における周波数応答を図示する。周波数軸および振幅は一定の比率では縮尺されておらず、またスイッチトキャパシタＤＡＣ５００の図示は、周波数領域の参照点を強調するため簡略化されている。また簡潔化するため、図１３は正の周波数のみを図示し、高調波は示されていない。しかし、高調波もそれらの基本周波数と同じように影響を受ける。オーディオ用途の実施形態においては、入力信号源３０２からの対象入力信号のベースバンドは、０ＨｚからｆＢの帯域幅を有し、ｆＢは約２５ｋＨｚである。
【００４７】
図１３は、ｆｃｈｏｐを中心とする減衰帯域がある場合とない場合の、周波数ｆｃｈｏｐにおける雑音の寄生折り返しの影響を図示する。参照点Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＥにおけるチョッピングの発生は、図７に関連する上記説明と同じように発生する。上述のように、スイッチトキャパシタＤＡＣ５００などのＤＡＣに付随する非理想特性によって、チョッピング周波数ｆｃｈｏｐと高調波および２ｆｃｈｏｐと高調波において寄生変調が起こり得る。周波数ｆｃｈｏｐおよび２ｆｃｈｏｐにおける寄生変調によって、ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢおよび２ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢ内に周波数を有する信号のベースバンドへの折り返しと対象信号７０２への混入が生じる。周波数スペクトル１３０２は、ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢ内の周波数における信号の減衰がない場合の、ベースバンドへの量子化雑音７０４の折り返しを図示している。この折り返された量子化雑音は、対象信号７０２と混ざり、その結果対象信号７０２を破損させる。
【００４８】
周波数スペクトル１３０４は、ノッチループフィルタ１００８またはノッチＦＩＲフィルタ１１０２などのノッチフィルタがある場合の周波数ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢ内の量子化雑音７０４の減衰を図示している。この周波数ｆｃｈｏｐ＋／−ｆＢ内の雑音の減衰は、減衰の程度および減衰帯域に応じて、周波数ｆｃｈｏｐにおける寄生変調による雑音の折り返しを低減したり防いだりする。上述のように、２ｆｃｈｏｐの折り返しによる対象信号７０２の破損は、ｆｃｈｏｐ＝ｆｓ／２に設定して対象信号７０２が対象信号自体の上に折り返されるようにすることによって避けられる。ノッチは、ベースバンドへの雑音の折り返しを防ぐためにｆｃｈｏｐの高調波に設定することもできる。さらに、チョッピングの前に、あらゆるその他の寄生変調周波数またはチョッピング中のベースバンドへの雑音の折り返しを防ぐ周波数で雑音を減衰するためノッチフィルタを使用することができる。
【００４９】
したがって、本明細書中の信号処理システムは、慎重に選択さ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の減衰帯域を備えるノッチフィルタを使用して対象ベースバンド内雑音の大幅な減衰を提供する。
【００５０】
本明細書に開示の信号処理システムは、周知の集積部品、個別部品、または集積部品と個別部品との組み合わせを使用して製造することができる。さらに、ノッチフィルタなどの信号処理システムの特徴を実装するのに、ソフトウェアをプロセッサと組み合わせて使用することができる。当業者は、本明細書に記述の部品以外の幅広い部品を本明細書に記述の信号処理システムに実装できることを理解するであろう。例えばデジタル信号変調器は、混合信号（アナログとデジタル）技術を使用して実装できよう。さらに、ノッチフィルタの減衰帯域は、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、ｆＢ超、ｆＢ未満、またはｆＢに設定することができる。さらに、マルチビットのデルタシグマ変調器の代わりに１ビットデルタシグマ変調器を使用することを含む多くのＤＡＣの実装が可能である。マルチビットのスイッチトキャパシタ回路は、１ビットデルタシグマ変調器からのビットの集積を備えるマルチビット回路のままとするか、１ビット回路とすることができよう。
【００５１】
本発明を詳細に説明してきたが、添付の請求項に定義される本発明の精神および範囲から逸脱することなく様々な変更、置換、および修正を本発明に対して行なうことができることを理解すべきである。例えば、本明細書で述べられている信号処理システムの用途は、オーディオ用途には限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
添付の図面を参照することによって、本発明をさらに理解することもできるし、その多くの目的、特徴、および利点を当業者に明らかにすることもできる。複数の図面を通して、同じ参照番号を使用しているものは、同様のまたは類似の構成要素を表す。
【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、周波数領域における図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図示する。
【図３】図３は、デジタル入力信号のサンプリング周波数のおよそ１／２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、チョッピング回路機構を有するスイッチトキャパシタデジタルアナログ変換器を備える図３のデジタル信号処理システムを図示する。
【図５】図５は、図４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６】図６は、図６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信号および制御信号を図示する。
【図７】図７は、図６のスイッチトキャパシタデジタルアナログ変換器の様々な参照点における周波数応答を図示する。
【図８】図８は、チョッピング周波数にノッチフィルタを有する図３のデジタル信号処理システムを図示する。
【図９】図９は、変調器の伝達関数に含まれるチョッピング周波数にノッチフィルタを有する図８のデジタル処理システムの変調器を図示する。
【図１０】図１０は、図９のノッチフィルタを備える変調器の一実施形態を図示する。
【図１１】図１１は、変調の後段、ＤＡＣの前段にデジタルノッチフィルタを備える図８のデジタル処理システムを図示する。
【図１２】図１２は、図１０および１１のノッチフィルタの周波数応答を図示する。
【図１３】図１３は、ノッチフィルタリングがある場合とない場合の図８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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【図１３】
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【国際調査報告】
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