JP5031705B2 - DC offset removal circuit and receiver - Google Patents
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Description
本発明は、zero−IFやlow−IF無線受信機等でよく用いられるDCオフセット除去回路に関するものである。 The present invention relates to a DC offset removal circuit often used in a zero-IF or low-IF radio receiver.
無線受信機の集積化、特に、低コスト化が期待されるCMOSプロセスでの集積化には、外付け部品が不要となるzero−IFやlow−IFアーキテクチュアが有効である。 Zero-IF or low-IF architecture that eliminates the need for external components is effective for integration of wireless receivers, particularly integration in a CMOS process that is expected to reduce costs.
図15は、一般的なzero−IFアーキテクチュアの無線受信機の構成例を示すブロック図である。無線受信機200は、アンテナ210、可変利得増幅回路(RF−VGA、Radio Frequency−Variable Gain Amplifier)220、周波数シンセサイザ(Frequency Synthesizer)230、Iチャンネル信号パス240、Qチャンネル信号パス250およびDSP復調回路(デジタル信号処理ブロック)260を備えている。
FIG. 15 is a block diagram illustrating a configuration example of a radio receiver of a general zero-IF architecture. The
アンテナ210から出力される無線信号は、RF−VGA220によって増幅され、Iチャンネル信号パス240およびQチャンネル信号パス250に出力される。また、周波数シンセサイザ230は、受信したい無線信号周波数に対応したローカル信号を生成してIチャンネル信号パス240およびQチャンネル信号パス250に出力する。Iチャンネル信号パス240およびQチャンネル信号パス250は、RF−VGA220の出力をゼロ周波数付近へ変換し、増幅とフィルタリングを行い、デジタル信号をDSP復調回路260に出力する。DSP復調回路260は、当該デジタル信号を処理して復調を行う。
A radio signal output from the
Iチャンネル信号パス240は、ミキサ241、信号処理回路242、AD変換回路243およびDCオフセット除去回路(DCOC)244を備えており、信号処理回路242は、LPF(Low Pass Filter)242aと可変利得増幅回路(IF−VGA、Intermediate Frequency−Variable Gain Amplifier)242bとを備えている。同様に、Qチャンネル信号パス250は、ミキサ251、信号処理回路252、AD変換回路253およびDCオフセット除去回路254を備えており、信号処理回路252は、LPF252aとIF−VGA252bとを備えている。
The I
ミキサ241・251は、RF−VGA220からの出力に周波数シンセサイザ230からのローカル信号をミキシングする。LPF242a・252aは、ミキサ241・251からの出力信号をフィルタリングして、IF−VGA242b・252bは、LPF242a・252aの出力を増幅する。各IF−VGA242b・252bからの出力は、AD変換回路243・253によってデジタル値に変換される。
The
LPF242a・252aにおいて受信チャネル以外の信号を減衰させるフィルタリング処理を低周波で行うことができるため、急峻なフィルタを集積化でき、外付け部品の削減ができる。一方、ミキサ241・251、LPF242a・252a、IF−VGA242b・252bはアナログ回路で構成されるため、これら回路のDCオフセット、2次歪みに起因した不要信号がゼロ周波数付近に発生し、Iチャンネル信号パス240およびQチャンネル信号パス250の回路を飽和させてしまう可能性がある。DCオフセット除去回路244・254は、これらのDC付近の不要信号およびDCオフセットを除去するために必須となる回路である。
Since the
図16は、非特許文献1に記載のDCオフセット除去回路300およびアナログ信号処理回路(ASPC、Analog Signal Processing Circuit)310の構成を示す回路図である。DCオフセット除去回路300は、LSIとして集積化されており、トランスコンダクタンス段301、キャパシタ302、バッファ回路303および減算回路304を備えている。
FIG. 16 is a circuit diagram showing a configuration of a DC
トランスコンダクタンス段301は、ASPC310の出力電圧を電流に変換する。トランスコンダクタンス段301の出力電流は、キャパシタ302によって積分され、バッファ回路303は、キャパシタ302の出力電圧を出力信号X_DCに変換して減算回路304にフィードバックする。減算回路304は、入力信号Xからバッファ回路303の出力信号X_DCを減算して、DCオフセットを除去した信号Yを出力する。信号Yは、ASPC310によって処理されて信号Zとして出力される。
以上のように、DCオフセット除去回路300全体をアナログ回路で構成することができる。
As described above, the entire DC
図17は、特許文献1に記載のDCオフセット除去回路400および信号処理回路(Signal Processing Circuit)410の構成を示す回路図である。DCオフセット除去回路400は、デジタル積分回路401、ゲイン段402、ノイズシェーピング回路403および減算器404を備えている。信号処理回路410は、ローパスフィルタやマルチプライヤで構成され、入力信号Yを処理してデジタル出力信号Zを出力する。
FIG. 17 is a circuit diagram showing a configuration of a DC
出力信号Zは、デジタル積分回路401によって積分され、デジタル積分回路401の出力信号は、ゲイン段402によって増幅または減衰される。ノイズシェーピング回路403は、ゲイン段の出力をノイズシェーピングしてオフセット信号X_DCを減算器404にフィードバックする。減算器404は、デジタル入力信号Xからオフセット信号X_DCを除去して、信号Yを信号処理回路410に出力する。
The output signal Z is integrated by the
この構成により、デジタル入力信号Xに含まれるDCオフセットが除去され、信号処理回路410において所望の信号処理を施された後、出力信号Zとして出力される。特許文献1では、フィードバック系にノイズシェーピング回路を用いることで、回路規模を削減できることが示されている。
図16に示す非特許文献1の構成では、信号Xから信号Zへの入出力特性は、ゼロ周波数付近において1次のハイパスフィルタ(HPF)の特性を示す。通常、このHPFのカットオフ周波数は100Hz〜1kHzと、低く設定する。ASPC310がゲインGを有する増幅回路であり、キャパシタ302の容量をCextとし、トランスコンダクタンス段301のトランスコンダクタンスをGmとすると、カットオフ周波数fcおよび入出力特性Z/Xは、それぞれ以下の式(1)および式(2)で表される。
In the configuration of
通常、ゲインGの最大値は30dB程度と大きいため、カットオフ周波数fcを500Hz程度と低くするためには、トランスコンダクタンスGm値を小さくする必要がある。トランスコンダクタンスGm値を1mSにする場合、容量Cextの値は10uFと非常に大きくなり、DCオフセット除去回路300を集積化できない。このとき、外付けキャパシタをLSI内部回路と接続するために多くの端子が必要となる。さらに、外付けキャパシタを用いる場合でも、容量が大きいため、大きいサイズのキャパシタが必要となり、該LSIを搭載するモジュールのサイズ、高さを小さくできない。
Usually, since the maximum value of the gain G is as large as about 30 dB, it is necessary to reduce the transconductance Gm value in order to reduce the cut-off frequency fc to about 500 Hz. When the transconductance Gm value is 1 mS, the value of the capacitance Cext is as large as 10 uF, and the DC
さらに、小さいトランスコンダクタンスを実現するとき、トランスコンダクタンス段301を構成するトランジスタサイズを小さくする必要がある。そのため、トランスコンダクタンス段301の入力換算オフセット電圧が大きくなり、また、そのオフセット電圧が出力Zに現れてしまい、DCオフセット除去性能が劣化する。さらに、図16に示すDCオフセット除去回路300を図15に示すDCオフセット除去回路244および254に適用した構成では、ADCから発生するオフセットを除去できず、ADC出力に大きな残留DCオフセットが残ってしまう。
Furthermore, when realizing a small transconductance, it is necessary to reduce the size of the transistors constituting the
以上のように、図16に示す非特許文献1の構成では、低いカットオフ周波数を有するハイパスフィルタを実現するために、大きな容量を有するキャパシタが必要になり、DCオフセット除去回路を実現するアナログ回路の性能に依存して、DCオフセット除去性能も劣化してしまうという問題を生じる。
As described above, in the configuration of Non-Patent
また、図17に示す特許文献1の構成では、信号処理回路410の出力信号Zはデジタル信号である。しかしながら、図15に示す無線受信機200では、信号処理回路242がアナログ信号処理回路であるため、DCオフセットを除去するべき信号は、ミキサ241・251の出力からAD変換器243・253の出力信号までであり、AD変換器243・253を除くと、全てアナログ信号の処理が必要となる。したがって、図17に示す特許文献1のDCオフセット除去回路400は、図15に示す無線受信機200にそのまま適用できないという問題を生じる。
In the configuration of
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、アナログ信号の処理回路に適用でき、回路規模が小さく高精度にDCオフセット成分を除去できるDCオフセット除去回路を実現することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to realize a DC offset removal circuit that can be applied to an analog signal processing circuit and that can remove a DC offset component with a small circuit scale and high accuracy. There is.
本発明に係るDCオフセット除去回路は、上記課題を解決するために、アナログ入力信号に対して信号処理を行なう信号処理回路のデジタル出力信号に混入するDCオフセット成分を除去するDCオフセット除去回路であって、上記デジタル出力信号を量子化するための第1量子化回路と、上記第1量子化回路の出力信号を積分するデジタル積分回路と、上記デジタル積分回路の出力信号をシェーピングする第1ノイズシェーピング回路と、上記第1ノイズシェーピング回路の出力信号をアナログ信号に変換するDA変換回路と、上記DA変換回路の出力信号を上記アナログ入力信号にフィードバックするフィードバック回路とを備え、上記第1量子化回路は、ノイズシェーピングを行う第2ノイズシェーピング回路であることを特徴としている。 In order to solve the above problems, a DC offset removal circuit according to the present invention is a DC offset removal circuit that removes a DC offset component mixed in a digital output signal of a signal processing circuit that performs signal processing on an analog input signal. A first quantization circuit for quantizing the digital output signal, a digital integration circuit for integrating the output signal of the first quantization circuit, and a first noise shaping for shaping the output signal of the digital integration circuit circuit and, above the DA converter circuit for the output signal of the first noise shaping circuit for converting an analog signal, the output signal of the DA converter circuit and a feedback circuit for feeding back to said analog input signal, said first quantizing circuit as characterized by a second noise shaping circuit to perform noise shaping That.
上記の構成によれば、従来のアナログ回路を用いたDCオフセット除去回路と異なり、デジタル回路にて積分回路を構成できるため、積分回路のために容量の大きなキャパシタは不要となる。また、アナログ積分器に比べて、デジタル積分器では、ビット数を増やすことで、高精度な積分器を容易に実現できるため、DCオフセット除去性能を高くしやすいので、回路規模を小さくでき、高精度にDCオフセットを除去できる。また、アナログ信号の処理回路に適用でき、回路規模が小さく高精度にDCオフセット成分を除去できるDCオフセット除去回路を実現できるという効果を奏する。さらに、DC付近での解像度を劣化させることなく第1ノイズシェーピング回路の出力ビット数を低く設定できるため、DA変換回路の解像度を低く抑えることが可能であり、DA変換回路の回路面積を削減できると共に、DA変換回路の設計が容易になる。 According to the above-described configuration, unlike the conventional DC offset removal circuit using an analog circuit, the integration circuit can be configured by a digital circuit, so that a capacitor having a large capacity is not required for the integration circuit. Compared to analog integrators, digital integrators can easily realize high-precision integrators by increasing the number of bits, so that it is easy to improve DC offset removal performance, so that the circuit scale can be reduced and high DC offset can be removed with high accuracy. Further, the present invention can be applied to an analog signal processing circuit, and has an effect of realizing a DC offset removal circuit that can remove a DC offset component with a small circuit scale and high accuracy. Furthermore, since the number of output bits of the first noise shaping circuit can be set low without degrading the resolution near DC, the resolution of the DA converter circuit can be kept low, and the circuit area of the DA converter circuit can be reduced. At the same time, the design of the DA converter circuit becomes easy.
本発明に係るDCオフセット除去回路では、上記第1量子化回路の出力信号のビット数は、上記デジタル出力信号のビット数よりも小さいことが好ましい。 In the DC offset removal circuit according to the present invention, it is preferable that the number of bits of the output signal of the first quantization circuit is smaller than the number of bits of the digital output signal.
上記の構成によれば、第1量子化回路において信号のビット数が減少するので、第1量子化回路以降に設けられるデジタル積分回路等の回路規模および消費電力を削減できる。 According to the above configuration, the number of bits of the signal is reduced in the first quantization circuit, so that the circuit scale and power consumption of the digital integration circuit and the like provided after the first quantization circuit can be reduced.
本発明に係るDCオフセット除去回路では、上記DA変換回路と上記フィードバック回路との間に、ローパスフィルタを備えることが好ましい。 In the DC offset removal circuit according to the present invention, it is preferable that a low-pass filter is provided between the DA conversion circuit and the feedback circuit.
上記の構成によれば、第1ノイズシェーピング回路によりシェーピングされた量子化ノイズをフィルタリングして入力アナログ信号にフィードバックできるため、シェーピング動作に起因したノイズおよびスプリアスを低減できる。 According to the above configuration, since the quantization noise shaped by the first noise shaping circuit can be filtered and fed back to the input analog signal, noise and spurious due to the shaping operation can be reduced.
本発明に係るDCオフセット除去回路では、上記フィードバック回路は、上記DA変換回路の出力信号を上記アナログ入力信号から減算する減算回路であることが好ましい。 In the DC offset removal circuit according to the present invention, the feedback circuit is preferably a subtraction circuit that subtracts the output signal of the DA converter circuit from the analog input signal.
本発明に係るDCオフセット除去回路は、アナログ入力信号に対して信号処理を行なう信号処理回路のデジタル出力信号に混入するDCオフセット成分を除去するDCオフセット除去回路であって、上記デジタル出力信号を量子化するための第1量子化回路と、上記第1量子化回路の出力信号を積分するデジタル積分回路と、上記デジタル積分回路の出力信号を量子化する第2量子化回路と、上記第2量子化回路の入力信号と出力信号との差分をシェーピングする第1ノイズシェーピング回路と、上記第2量子化回路の出力信号をアナログ信号に変換する第1DA変換回路と、上記第1ノイズシェーピング回路の出力信号をアナログ信号に変換する第2DA変換回路と、上記第1DA変換回路の出力信号と上記第2DA変換回路の出力信号とを上記アナログ入力信号にフィードバックするフィードバック回路とを備えることを特徴としている。 A DC offset removal circuit according to the present invention is a DC offset removal circuit that removes a DC offset component mixed in a digital output signal of a signal processing circuit that performs signal processing on an analog input signal, and the digital output signal is quantized. A first quantization circuit for integrating the output signal, a digital integration circuit for integrating the output signal of the first quantization circuit, a second quantization circuit for quantizing the output signal of the digital integration circuit, and the second quantum circuit A first noise shaping circuit that shapes a difference between an input signal and an output signal of the quantization circuit, a first DA conversion circuit that converts an output signal of the second quantization circuit into an analog signal, and an output of the first noise shaping circuit A second DA converter circuit for converting a signal into an analog signal, an output signal of the first DA converter circuit, and an output signal of the second DA converter circuit; It is characterized in that it comprises a feedback circuit for feeding back to the analog input signal.
上記の構成によれば、回路規模が小さく高精度にDCオフセット成分を除去できるだけでなく、さらなる低ノイズ化と回路面積削減を図ることのできるDCオフセット除去回路を実現できる。 According to the above configuration, it is possible to realize a DC offset removing circuit that can not only remove a DC offset component with a small circuit scale and high accuracy, but can further reduce noise and reduce a circuit area.
本発明に係るDCオフセット除去回路では、上記第2DA変換回路と上記フィードバック回路との間に、ローパスフィルタを備えることが好ましい。 In the DC offset removal circuit according to the present invention, it is preferable that a low-pass filter is provided between the second DA conversion circuit and the feedback circuit.
上記の構成によれば、第1ノイズシェーピング回路によりシェーピングされた量子化ノイズをフィルタリングして入力アナログ信号にフィードバックできるため、シェーピング動作に起因したノイズおよびスプリアスを低減できる。 According to the above configuration, since the quantization noise shaped by the first noise shaping circuit can be filtered and fed back to the input analog signal, noise and spurious due to the shaping operation can be reduced.
本発明に係るDCオフセット除去回路では、上記フィードバック回路は、上記第1DA変換回路の出力信号と上記第2DA変換回路の出力信号とを加算する加算回路と、上記加算回路の出力信号を上記アナログ入力信号から減算する減算器とから構成されることが好ましい。 In the DC offset removal circuit according to the present invention, the feedback circuit adds an output signal of the first DA converter circuit and an output signal of the second DA converter circuit, and outputs the output signal of the adder circuit to the analog input. And a subtracter for subtracting from the signal.
本発明に係るDCオフセット除去回路では、上記第2DA変換回路は、出力レベル数が2〜5値であることが好ましい。 In the DC offset removal circuit according to the present invention, the second DA converter circuit preferably has 2 to 5 output levels.
上記の構成によれば、DA変換回路は、ビット数が小さい方が、回路が簡単となるので、第2DA変換回路の回路規模を削減できる。 According to the above configuration, the DA converter circuit is simpler when the number of bits is smaller, so the circuit scale of the second DA converter circuit can be reduced.
本発明に係るDCオフセット除去回路では、上記第2DA変換回路は、同一サイズの1ビットDA変換回路を複数備え、上記1ビットDA変換回路は、互いに並列に接続されていることが好ましい。 In the DC offset removal circuit according to the present invention, the second DA conversion circuit preferably includes a plurality of 1-bit DA conversion circuits having the same size, and the 1-bit DA conversion circuits are preferably connected in parallel to each other.
上記の構成によれば、高速動作する第2DA変換回路のスイッチング動作に起因するグリッチ、スプリアス等を低減することができる。 According to said structure, the glitch, spurious, etc. resulting from the switching operation | movement of the 2nd DA converter circuit which operate | moves at high speed can be reduced.
本発明に係るDCオフセット除去回路では、上記第2DA変換回路は、入力されるデジタル信号を電流に変換するカレントステアリング型DA変換回路と、上記電流を電圧に変換する第1MOSトランジスタと、上記第1MOSトランジスタと共にカレントミラー回路を構成し、上記電圧を上記第2DA変換回路の出力電流に変換する第2MOSトランジスタとを備え、上記ローパスフィルタは、上記第1MOSトランジスタのゲートと上記第2MOSトランジスタのゲートとの間に設けられることが好ましい。 In the DC offset removal circuit according to the present invention, the second DA conversion circuit includes a current steering type DA conversion circuit that converts an input digital signal into a current, a first MOS transistor that converts the current into a voltage, and the first MOS. And a second MOS transistor that forms a current mirror circuit together with the transistor and converts the voltage into an output current of the second DA converter circuit, and the low-pass filter includes a gate of the first MOS transistor and a gate of the second MOS transistor. It is preferable to be provided in between.
上記の構成によれば、第2DA変換回路とローパスフィルタとを、簡単でコンパクトに実装することができる。 According to said structure, a 2nd DA converter circuit and a low-pass filter can be mounted easily and compactly.
本発明に係るDCオフセット除去回路では、上記第1ノイズシェーピング回路の次数が1次であることが好ましい。 In the DC offset removal circuit according to the present invention, it is preferable that the order of the first noise shaping circuit is the first order.
上記の構成によれば、第1ノイズシェーピング回路の回路規模を小さくすることができる。また、1次のシェーピングで十分なDCオフセット除去性能が得られる。 According to said structure, the circuit scale of a 1st noise shaping circuit can be made small. Further, sufficient DC offset removal performance can be obtained by the primary shaping.
本発明に係るDCオフセット除去回路では、上記第1ノイズシェーピング回路は第1擬似ランダム雑音発生回路を有することが好ましい。 In the DC offset removal circuit according to the present invention, it is preferable that the first noise shaping circuit includes a first pseudo random noise generation circuit.
上記の構成によれば、第1ノイズシェーピング回路内の周期性を低減することができ、第1ノイズシェーピング回路が発生するスプリアスを低減でき、DCオフセット除去回路の高精度化を図ることができる。 According to said structure, the periodicity in a 1st noise shaping circuit can be reduced, the spurious which a 1st noise shaping circuit generate | occur | produces can be reduced, and the high precision of a DC offset removal circuit can be achieved.
本発明に係るDCオフセット除去回路では、上記第2量子化回路はヒステリシス特性を有することが好ましい。 In the DC offset removal circuit according to the present invention, it is preferable that the second quantization circuit has a hysteresis characteristic.
上記の構成によれば、第2量子化回路の出力信号レベルが第2量子化回路の隣接する2つの出力閾値の中間値となる場合に、第2量子化回路の出力レベルが該2つの出力閾値レベル間へ高速に変動する現象を回避することができ、該現象によるDCオフセット除去回路の性能劣化を回避することができる。 According to the above configuration, when the output signal level of the second quantization circuit is an intermediate value between two adjacent output thresholds of the second quantization circuit, the output level of the second quantization circuit is the two outputs. A phenomenon that fluctuates at high speed between threshold levels can be avoided, and performance degradation of the DC offset removal circuit due to the phenomenon can be avoided.
本発明に係るDCオフセット除去回路では、上記第2量子化回路は、ミッドライズ型量子化器とミッドトレッド型量子化器とを備え、1ビットの状態に応じて、上記ミッドライズ型量子化器の出力と上記ミッドトレッド型量子化器の出力とを切り替えることにより、上記ヒステリシス特性を有することが好ましい。 In the DC offset removal circuit according to the present invention, the second quantization circuit includes a mid-rise quantizer and a mid-tread quantizer, and the mid-rise quantizer according to a 1-bit state. It is preferable to have the hysteresis characteristic by switching between the output of the above and the output of the mid-tread type quantizer.
上記の構成によれば、ヒステリシス特性を簡単に実現することができる。 According to said structure, a hysteresis characteristic is easily realizable.
本発明に係るDCオフセット除去回路では、上記第1量子化回路は、ノイズシェーピングを行う第2ノイズシェーピング回路であることが好ましい。 In the DC offset removal circuit according to the present invention, the first quantization circuit is preferably a second noise shaping circuit that performs noise shaping.
上記の構成によれば、DCオフセット除去回路の出力信号に含まれるDCオフセット成分を高いダイナミックレンジで量子化することができ、DCオフセット除去性能を高めることができる。また、シェーピング動作により、第1量子化回路の出力ビット数を減らすことができ、第1量子化回路以降の回路やデジタル積分回路の回路規模、消費電力を削減することができる。 According to said structure, the DC offset component contained in the output signal of a DC offset removal circuit can be quantized with a high dynamic range, and DC offset removal performance can be improved. Further, the number of output bits of the first quantization circuit can be reduced by the shaping operation, and the circuit scale and power consumption of the circuits after the first quantization circuit and the digital integration circuit can be reduced.
本発明に係るDCオフセット除去回路では、上記第2ノイズシェーピング回路は、ビット数が1ビットであり、次数が1次であることが好ましい。 In the DC offset removal circuit according to the present invention, it is preferable that the second noise shaping circuit has a bit number of 1 bit and an order of 1st order.
上記の構成によれば、第1量子化回路の構成を簡単化することができると同時に、第1量子化回路の出力ビット数を1ビットにすることができるため、第1量子化回路以降の回路やデジタル積分回路の回路規模、消費電力を削減することができる。 According to the above configuration, the configuration of the first quantization circuit can be simplified, and at the same time, the number of output bits of the first quantization circuit can be reduced to 1 bit. The circuit scale and power consumption of the circuit and digital integration circuit can be reduced.
本発明に係るDCオフセット除去回路では、上記第2ノイズシェーピング回路は第2擬似ランダム雑音発生回路を有することが好ましい。 In the DC offset removal circuit according to the present invention, the second noise shaping circuit preferably includes a second pseudo random noise generation circuit.
上記の構成によれば、DCオフセット除去回路のハイパス特性のカットオフ周波数を入力アナログ信号の信号レベルに依存せず、所望の値に設定することができる。 According to the above configuration, the cutoff frequency of the high-pass characteristic of the DC offset removal circuit can be set to a desired value without depending on the signal level of the input analog signal.
本発明に係るDCオフセット除去回路では、上記第1量子化回路と上記デジタル積分回路との間、または、上記デジタル積分回路と上記第1ノイズシェーピング回路との間に配置される可変ゲイン段と、上記信号処理回路内のいずれかの回路の出力が飽和したことを検出する飽和状態検出回路とを備え、上記可変ゲイン段は、飽和状態検出回路の検出結果に応じてゲインが制御されることが好ましい。 In the DC offset removal circuit according to the present invention, a variable gain stage disposed between the first quantization circuit and the digital integration circuit or between the digital integration circuit and the first noise shaping circuit; A saturation state detection circuit for detecting that the output of any circuit in the signal processing circuit is saturated, and the gain of the variable gain stage is controlled according to the detection result of the saturation state detection circuit. preferable.
上記の構成によれば、DCオフセット除去回路内の回路が飽和した場合に、DCオフセット変動に対する追従速度が劣化するのを回避できるので、短時間で飽和状態から回復可能である。 According to the above configuration, when the circuit in the DC offset removal circuit is saturated, it is possible to avoid deterioration of the tracking speed with respect to the DC offset fluctuation, and thus it is possible to recover from the saturated state in a short time.
本発明に係るDCオフセット除去回路では、上記飽和状態検出回路は、上記出力の飽和頻度を検出する飽和頻度検出回路をさらに備え、上記可変ゲイン段は、上記飽和頻度に応じて上記ゲインが制御されることが好ましい。 In the DC offset removal circuit according to the present invention, the saturation state detection circuit further includes a saturation frequency detection circuit for detecting the saturation frequency of the output, and the gain of the variable gain stage is controlled according to the saturation frequency. It is preferable.
上記の構成によれば、飽和状態検出回路の構成を簡単にできる。また、飽和時の時定数が飽和していない通常動作のときの時定数と近似的に等しくできる。 According to the above configuration, the configuration of the saturation state detection circuit can be simplified. Further, the time constant at the time of saturation can be made approximately equal to the time constant at the time of normal operation where it is not saturated.
本発明に係るDCオフセット除去回路では、上記第1量子化回路は、第1のLSIに配置され、上記DCオフセット除去回路の上記第1量子化回路以外の回路は、第2のLSIに配置されることが好ましい。 In the DC offset removal circuit according to the present invention, the first quantization circuit is arranged in a first LSI, and circuits other than the first quantization circuit of the DC offset removal circuit are arranged in a second LSI. It is preferable.
上記の構成によれば、第1量子化回路のビット数が小さいので、DCオフセット除去回路が2つのLSIに分割されて搭載される場合においても、LSI間のインターフェスを簡単化することができ、LSIのピン数、I/Oの消費電力、PCBの面積を削減することができる。 According to the above configuration, since the number of bits of the first quantization circuit is small, the interface between LSIs can be simplified even when the DC offset removal circuit is divided and mounted on two LSIs. In addition, the number of LSI pins, I / O power consumption, and PCB area can be reduced.
本発明に係るDCオフセット除去回路では、上記第1量子化回路のビット数が1ビットであることが好ましい。 In the DC offset removal circuit according to the present invention, the number of bits of the first quantization circuit is preferably 1 bit.
上記の構成によれば、LSIのピン数、I/Oの消費電力、PCBの面積をさらに削減することができる。 According to the above configuration, the number of LSI pins, I / O power consumption, and PCB area can be further reduced.
本発明に係るDCオフセット除去回路は、アナログ入力信号に対して信号処理を行なう信号処理回路のデジタル出力信号に混入するDCオフセット成分を除去するDCオフセット除去回路であって、上記デジタル出力信号を積分するデジタル積分回路と、上記デジタル積分回路の出力信号を量子化する第2量子化回路と、上記第2量子化回路の入力信号と出力信号との差である量子化ノイズをシェーピングする第1ノイズシェーピング回路と、上記第2量子化回路の出力信号をアナログ信号に変換する第1DA変換回路と、上記第1ノイズシェーピング回路の出力信号をアナログ信号に変換する第2DA変換回路と、上記第1DA変換回路の出力信号と上記第2DA変換回路の出力信号とを上記アナログ入力信号にフィードバックするフィードバック回路とを備えることを特徴としている。 A DC offset removal circuit according to the present invention is a DC offset removal circuit that removes a DC offset component mixed in a digital output signal of a signal processing circuit that performs signal processing on an analog input signal, and integrates the digital output signal. A digital integration circuit that performs quantization, a second quantization circuit that quantizes an output signal of the digital integration circuit, and a first noise that shapes quantization noise that is a difference between an input signal and an output signal of the second quantization circuit A shaping circuit; a first DA conversion circuit that converts an output signal of the second quantization circuit into an analog signal; a second DA conversion circuit that converts an output signal of the first noise shaping circuit into an analog signal; and the first DA conversion. A feedback circuit that feeds back the output signal of the circuit and the output signal of the second DA converter circuit to the analog input signal. It is characterized in that it comprises a back circuit.
上記の構成によれば、積分回路に入力される信号のビット数が大きくなるが、積分回路をデジタル積分回路で構成でき、量子化回路を不要とすることができるので、回路規模を小さくできる。 According to the above configuration, the number of bits of the signal input to the integration circuit increases, but the integration circuit can be configured with a digital integration circuit, and the quantization circuit can be eliminated, so that the circuit scale can be reduced.
本発明に係る受信機は、ミキサの出力信号を処理するベースバンドアナログ回路と、該ベースバンドアナログ回路の出力信号をデジタル信号に変換するAD変換回路とを備える信号パスを少なくとも1つ有する受信機において、上記のDCオフセット除去回路を、上記信号パスの出力信号に混入するDCオフセット成分を除去するDCオフセット除去回路として備えることを特徴としている。 A receiver according to the present invention has at least one signal path including a baseband analog circuit that processes an output signal of a mixer and an AD conversion circuit that converts the output signal of the baseband analog circuit into a digital signal. The above-mentioned DC offset removing circuit is provided as a DC offset removing circuit for removing a DC offset component mixed in the output signal of the signal path.
上記の構成によれば、信号パスのDCオフセット成分を簡単な構成で高精度に除去できる受信機を実現できる。 According to said structure, the receiver which can remove the DC offset component of a signal path with high precision with a simple structure is realizable.
本発明に係るDCオフセット除去回路は、以上のように、アナログ入力信号に対して信号処理を行なう信号処理回路のデジタル出力信号に混入するDCオフセット成分を除去するDCオフセット除去回路であって、上記デジタル出力信号を量子化するための第1量子化回路と、上記第1量子化回路の出力信号を積分するデジタル積分回路と、上記デジタル積分回路の出力信号をシェーピングする第1ノイズシェーピング回路と、上記第1ノイズシェーピング回路の出力信号をアナログ信号に変換するDA変換回路と、上記DA変換回路の出力信号を上記アナログ入力信号にフィードバックするフィードバック回路とを備え、上記第1量子化回路は、ノイズシェーピングを行う第2ノイズシェーピング回路であるので、アナログ信号の処理回路に適用でき、回路規模が小さく高精度にDCオフセット成分を除去できるDCオフセット除去回路を実現できるという効果を奏する。
The DC offset removal circuit according to the present invention is a DC offset removal circuit for removing a DC offset component mixed in a digital output signal of a signal processing circuit that performs signal processing on an analog input signal, as described above. A first quantization circuit for quantizing the digital output signal; a digital integration circuit for integrating the output signal of the first quantization circuit; a first noise shaping circuit for shaping the output signal of the digital integration circuit; said the DA converter circuit for the output signal of the first noise shaping circuit for converting an analog signal, the output signal of the DA converter circuit and a feedback circuit for feeding back to said analog input signal, said first quantizing circuit, noise since the second noise shaping circuit for performing shaping of the analog signal processing circuit Application can, an effect that can realize a DC offset removal circuit capable of removing DC offset components with high precision small circuit scale.
〔実施形態1〕
本発明の第1の実施形態について図1に基づいて説明すると以下の通りである。本実施形態では、アナログ入力信号を処理してデジタル信号を出力する信号処理回路に、DCオフセット除去回路を適用する場合について説明する。
The first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. In this embodiment, a case where a DC offset removing circuit is applied to a signal processing circuit that processes an analog input signal and outputs a digital signal will be described.
図1は、本実施形態に係るDCオフセット除去回路100の構成を示すブロック図である。DCオフセット除去回路100は、信号処理回路110の出力信号Zに混入するDCオフセット成分を除去する回路であり、量子化器1、ゲイン段2、デジタル積分器3、ノイズシェーピング回路4、DA変換器5、ローパスフィルタ6および減算器7を備えている。信号処理回路110は、アナログ信号処理回路111、AD変換器112およびデジタルフィルタ113を備えている。アナログ信号処理回路111は、減算器7からの出力信号Y0に対しフィルタリングや増幅処理等を行い、信号Y1を出力する。AD変換器112は、アナログ信号処理回路111からの出力信号Y1をデジタル信号Y2に変換する。デジタルフィルタ113は、デジタル信号Y2にフィルタリング処理を行い、Mビットのデジタル信号Zを信号処理回路110の出力信号として出力する。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a DC offset
量子化器1は、信号Zを量子化してNビット(N<M)の信号ZQを出力する。ゲイン段2は、信号ZQを増幅または減衰させて信号ZIを出力する。なお、ゲイン段2を設けなくても、DCオフセット除去の機能を果たすことは可能であるが、ゲイン段2は、DCオフセット除去のカットオフ周波数を調整するため、通常のオフセット除去回路では設けられる。また、ゲイン段2をデジタル積分器3とノイズシェーピング回路4との間に配置してもよい。
デジタル積分器3は、図17に示すデジタル積分回路401と略同一であり、ゲイン段2の出力信号ZIを積分して、信号ZOを出力する。信号ZOは、ノイズシェーピング回路4によってノイズシェーピングされる。DA変換器5は、ノイズシェーピング回路4からのデジタル出力信号をアナログ信号に変換し、ローパスフィルタ6は、DA変換器5からの出力信号に含まれるDC成分以外の不要信号を減衰させて、DCオフセット信号X_DCを減算器7にフィードバックする。減算器7は、以上のように出力信号Zから算出したDCオフセット信号X_DCをアナログ入力信号Xから減算して、信号Y0をアナログ信号処理回路111に出力する。
ここで、ノイズシェーピング回路4は、一般的によく知られた回路であり、加算器4A、量子化器4B、減算器4Cおよび1クロック遅延器4Dを備えている。加算器4Aは、デジタル積分器3からの信号ZOと1クロック遅延器4Dからのフィードバック信号とを加算する。量子化器4Bは、加算器4Aの出力を量子化する。減算器4Cは、量子化器4Bの入力信号と出力信号との差を計算する。減算器4Cからの差分は、1クロック遅延器4Dを介して加算器4Aにフィードバック信号として出力される。また、ローパスフィルタ6は、抵抗6Aとキャパシタ6Bとを備えている。なお、ローパスフィルタ6は、抵抗6Aとキャパシタ6Bとに接続されるバッファを備えていてもよい。
Here, the
DCオフセット除去回路100は、従来のアナログ回路を用いたDCオフセット除去回路と異なり、デジタル回路にて積分器を構成できるため、積分器用に容量の大きなキャパシタは不要となる。また、アナログ積分器に比べて、デジタル積分器では、ビット数を増やすことで、高精度な積分器を容易に実現できるため、DCオフセット除去性能を高くしやすい。
Unlike the conventional DC offset removal circuit using an analog circuit, the DC offset
信号処理回路110の出力信号Zは通常10〜16ビットと、解像度の高いデジタル信号である。しかしながら、出力信号ZのDC成分のみ抽出できればよいため、DCオフセット除去回路100のフィードバック信号として、高い解像度は不要な場合が多い。その場合には、量子化器1において、ビット数をMビットからNビット(N<M)に減らすことで、ゲイン段2やデジタル積分器3の回路規模および消費電力を削減できる。
The output signal Z of the
但し、DCオフセット除去回路100は、出力信号Zに含まれるDCオフセット成分を除去(すなわち、ゼロに)する回路であるため、量子化器1において、ビット切捨て等の処理により、出力信号ZにDC成分が混入しないように注意する必要がある。また、ビット切捨てではなく、丸め処理を行ったとしても、DCオフセット除去回路100の出力信号の特性によっては、出力信号ZにDCオフセット成分が混入してしまう可能性がある。すなわち、量子化器1は非線形素子であるため、例えば、2次歪み等により、出力信号ZのDC以外の周波数成分からZQに不要なDC成分を発生してしまう可能性がある。従って、量子化器1に入力される信号Zに十分な擬似ノイズを入力し量子化を行う方法や、後述の実施形態2にて説明する1ビットノイズシェーピング回路を用いることが好ましい。
However, since the DC offset
また、量子化器1より混入する量子化ノイズは、ゲインがほぼ1倍であり、DCオフセット除去回路100のカットオフ周波数と同じカットオフ周波数を有するローパスフィルタによりフィルタリングされたノイズが出力信号Zに現れる。量子化ビット数等の選定時にこの出力信号Zに現れる量子化器1の量子化ノイズ成分を考慮する必要がある。
Further, the quantization noise mixed from the
ここで、量子化器1の出力信号を量子化ノイズQと入力信号との和で表し、デジタル積分器3をZ−1/(1−Z−1)〜1/(s・Ts)とし、ゲイン段2のゲインをkとし、ノイズシェーピング回路4、DAC5およびローパスフィルタ6を低周波においてゲイン1の周波数特性のない回路とし、アナログ信号処理回路111をゲインがGIFVGAで周波数特性がないとし、AD変換器112およびデジタルフィルタ113もゲイン1の周波数特性のない回路と仮定すると、DCオフセット除去回路の入力信号Xおよび量子化ノイズQに対するフィルタ特性は、周波数がゼロ付近であることを用いて、各ブロックを簡単化した場合、
Here, the output signal of the
と表される。ここでTsはDCオフセット除去回路の動作周期である。この式(3)から、低周波において、入力信号Xから出力信号Zへの周波数特性はハイパス特性を有し、また、そのカットオフ周波数fcはゲイン段2とアナログ信号処理回路111のゲインに依存することが分かる(fc=k・GIFVGA/(2πTs))。また、量子化器1に混入する量子化ノイズQから出力信号Zへの周波数特性は、ローパス特性を有することが分かる。
It is expressed. Here, Ts is an operation cycle of the DC offset removal circuit. From this equation (3), the frequency characteristic from the input signal X to the output signal Z has a high-pass characteristic at a low frequency, and the cut-off frequency fc depends on the gain of the
図1に示すDCオフセット除去回路100をダイレクトコンバージョン無線受信器用ベースバンド回路に適用する場合、アナログ信号処理回路111の最大ゲインは40〜50dBと大きいため、DCオフセット信号X_DCに含まれるスプリアスがアナログ信号処理回路111により増幅され出力信号Zに現れる。このとき、ノイズシェーピング回路4やローパスフィルタ6を使わず、デジタル積分器3の出力をそのままDA変換器5にてアナログ信号に変換し、減算器7へフィードバックする場合、該スプリアス成分を十分小さくする必要があるため、DA変換器5に12〜14ビット程度の高い分解能が必要とされる。しかしながら、このような高性能DA変換器の設計には多くの時間が必要であり、また、回路面積も増大する。
When the DC offset
一方、図1のように、デジタル積分器3の出力をノイズシェーピング回路4により、低ビットに変換することで、DA変換器5に必要なビット数を大幅に減らすことができる(7ビット程度)。DA変換器5の出力には、デジタル積分器3の出力成分に加えて、ノイズシェーピング回路4のノイズシェーピング動作により、量子化器4Bで発生した量子化ノイズがH(z)=1−Z−1の特性でシェーピングされたノイズ成分が含まれる。このノイズ成分はDC付近では小さいが、高周波(ノイズシェーピング回路4の動作周波数fs)になるにつれて、大きくなる特性を有する。
On the other hand, as shown in FIG. 1, the number of bits required for the DA converter 5 can be greatly reduced by converting the output of the
このノイズ成分を除去するためにローパスフィルタ6が配置される。このローパスフィルタ6は、抵抗6AとキャパシタBを備える1次フィルタであり、そのカットオフ周波数は、該シェーピングされたノイズ成分を十分に減衰できるように低周波に設定すればよい。該カットオフ周波数は、図16に示す従来のDCオフセット除去回路300のハイパス特性のカットオフ周波数fcに比べ大きく設定できるため、ローパスフィルタ6を構成するキャパシタ6Bの大きさを小さくできる。従って、図1に示すDCオフセット除去回路100の構成を用いることで、必要とされるキャパシタサイズが小さく、DA変換器5の構成も簡単であるので、回路面積が小さく高精度なDCオフセット除去回路を実現できる。
A low-
なお、図1では、説明の簡略化のために、ノイズシェーピング回路4の次数およびローパスフィルタ6の次数として1次を選んだが、高次でもよい。
In FIG. 1, for simplification of explanation, the first order is selected as the order of the
また、図1では、ノイズシェーピング回路4によりシェーピングされた高周波の量子化ノイズを除去するために、ローパスフィルタ6を配置したが、該量子化ノイズが入力されても入力信号Xに含まれる所望の信号を劣化させない場合や、アナログ信号処理回路111においてローパスフィルタ6の役割を兼用できる場合には、ローパスフィルタ6を配置する必要はない。
In FIG. 1, the low-
また、本実施形態では、減算器7がDCオフセット信号X_DCを入力信号Xから減算することでフィードバックしていたが、これに限定されない。例えば、DCオフセット除去回路内に、ゲインが−1のゲイン段を設け、減算器7の代わりに加算器を設けることにより、DCオフセット信号X_DCを入力信号Xにフィードバックしてもよい。
In the present embodiment, the
〔実施形態2〕
本発明の第2の実施形態について図2ないし図11を用いて説明すれば以下の通りである。
[Embodiment 2]
A second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
図2は、本実施の形態に係るDCオフセット除去回路120の構成を示すブロック図である。DCオフセット除去回路120は、量子化器11、ゲイン段12、デジタル積分器3、ノイズシェーピング回路14、DA変換器15、ローパスフィルタ16および減算器7を備えている。すなわち、図1に示すDCオフセット除去回路100において、量子化器1、ゲイン段2、ノイズシェーピング回路4、DA変換器5およびローパスフィルタ6の代わりに、量子化器11、ゲイン段12、ノイズシェーピング回路14、DA変換器15およびローパスフィルタ16を設けた構成である。量子化器11は、後述するように、1ビット1次のノイズシェーピング回路で構成されることが好ましい。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the DC offset
信号処理回路110は、図1に示す信号処理回路110と略同一の構成であり、アナログ信号処理回路111、AD変換器112およびデジタルフィルタ113を備えている。アナログ信号処理回路111は、例えば、アナログ入力信号Y0から所望の周波数成分のみを抽出するためのアナログフィルタ111Aと、フィルタ出力を増幅するための可変ゲイン段111Bを備えており、減算器7からの出力信号Y0にフィルタリングや増幅処理等を行う。
The
図2のDCオフセット除去回路120をダイレクトコンバージョン無線受信器用ベースバンド回路に適用する場合、可変ゲイン段111Bの最大ゲインは30〜40dB、ゲインレンジは30dBと広いレンジが必要となる。また、ゲイン段12のゲインは入力信号Xの振幅に応じて制御されるため、DCオフセット除去回路120のフィードバックループとは独立に制御される。従って、可変ゲイン段111Bのゲイン変化がDCオフセット除去回路120のフィルタ特性に影響を与えてしまう。
When the DC offset
この影響を小さくするため、ゲイン段12はループの時定数を決定するためのゲイン段12Aと、可変ゲイン段111Bのゲイン変化を補正するゲイン段12Bとを有する。ゲイン段111BのゲインをGIFVGAとすると、ゲイン段12Bのゲインは1/GIFVGAになるように制御される。なお、図2では図示していないが、ゲイン段12Aには、ゲイン段12Aのゲインを制御するための飽和状態検出回路が接続されている。飽和状態検出回路については、図8において詳述する。
In order to reduce this effect, the
ノイズシェーピング回路14、DA変換器15およびローパスフィルタ16の構成は、実施形態1のDCオフセット除去回路100におけるノイズシェーピング回路4、DA変換器5およびローパスフィルタ6のように簡単な構成を用いてもよい。しかしながら、実施形態1の構成では、減算器7に出力される抵抗6Aの熱ノイズが問題となる。抵抗6Aの抵抗値を下げずに熱ノイズを低減するためには、ローパスフィルタ6の出力を減衰させて減算器にフィードバックする方法がある。しかし、この方法では入力信号Xに含まれるDCオフセット成分の除去可能な範囲を決めるDCオフセット信号X_DCの振幅レンジが小さくなる。このX_DCの振幅レンジを犠牲にせずに抵抗6Aの熱ノイズの影響を小さくするためには、抵抗6Aの抵抗値を小さく設定しなければならない。このとき、ローパスフィルタ6のキャパシタを大きくする必要があり、キャパシタ面積が増大する。
The
これに対し、本実施形態では、DA変換器を2つのDA変換器に分割することで、この問題を回避している。 On the other hand, in this embodiment, this problem is avoided by dividing the DA converter into two DA converters.
図3は、図2に示すDA変換器15およびローパスフィルタ16の詳細な構成を示すブロック図である。DA変換器15は、MSB側DA変換器15AとLSB側DA変換器15Bとに分割されている。ノイズシェーピング回路14の出力Pビットを、MSB側LビットとLSB側P−Lビットとに分割し、MSB側LビットをMSB側DA変換器15Aに入力し、LSB側P−LビットをLSB側DA変換器15Bに入力する。ローパスフィルタ16は、抵抗16、キャパシタ16Bおよびゲインが1/2Lであるゲイン段16Cを備えている。ローパスフィルタ16と減算器7との間には、加算器17が設けられており、加算器17は、MSB側DA変換器15Aの出力とローパスフィルタ16の出力とを加算する。
FIG. 3 is a block diagram showing detailed configurations of the
MSB側DA変換器15Aの出力は、ローパスフィルタ16を経由せずに、ローパスフィルタ16と減算器7との間に設けられる加算器17に出力される。これにより、MSB側DA変換器15Aの出力は、入力信号Xへ直接フィードバックされる。一方、LSB側DA変換器15Bの出力は、ローパスフィルタ16を経由して加算器17に出力される。すなわち、LSB側DA変換器15Bの出力は、ローパスフィルタ16を経由して入力信号へフィードバックされる。
The output of the MSB
DCオフセット信号X_DCの振幅レンジは、MSB側DA変換器15Aの出力レンジにより設定される。一方、ローパスフィルタ16の出力レンジは、DCオフセット信号X_DCの振幅レンジに比べて1/2Lに小さくすることができる。この構成を用いることで、ローパスフィルタ16を構成する抵抗16Aの熱ノイズはゲイン段16Cにより1/2Lに減衰されるため、該熱ノイズの影響を小さくすることができる。従って、ローパスフィルタ16の抵抗16Aの抵抗値を大きい値に設定することができ、キャパシタ16Bのサイズを小さくすることができる。
The amplitude range of the DC offset signal X_DC is set by the output range of the MSB
なお、図3の構成は、熱ノイズの問題(ローパスフィルタ16のキャパシタサイズの問題)が回避できるということを簡単に説明するための概念図であるので、より現実的な回路構成を、ノイズシェーピング回路14も含めて、図4に基づいて以下に説明する。
3 is a conceptual diagram for simply explaining that the problem of thermal noise (capacitor size problem of the low-pass filter 16) can be avoided. Therefore, a more realistic circuit configuration can be represented by noise shaping. The
図4は、図2に示すノイズシェーピング回路14およびDA変換器15の詳細な構成を示すブロック図である。ノイズシェーピング回路14は、量子化器14A、MSB側量子化器14B、減算器14C、ゲイン段14D、加算器14E、LSB側量子化器14F、減算器14Gおよび1クロック遅延素子14Hを備えている。
FIG. 4 is a block diagram showing detailed configurations of the
量子化器14Aは、図2に示す積分器3の出力24ビットを15ビットに量子化する。MSB側量子化器14Bは、量子化器14Aの15ビット量子化出力を7ビット(dac_msb[6:0])に量子化してMSB側DA変換器15Aに出力する。減算器14Cは、量子化器14Aの出力とMSB側量子化器14Bによる量子化後の出力との差を出力する。ゲイン段14Dは、減算器14Cの出力を増幅する。加算器14E・LSB側量子化器14F・減算器14G・1クロック遅延素子14Hは、1ビットノイズシェーピング回路を構成しており、ゲイン段14Dの出力を4値出力(3ビット幅、dac_lsb[2:0])にてノイズシェーピングする。
The
なお、量子化器14Aを設けず、積分器3の出力をMSB側量子化器14Bに入力してもよい。ただし、この場合、減算器14Cの出力ビット数が大きくなるので、ゲイン段14D以降の回路規模を大きくする必要がある。
The output of the
LSB側DA変換器15Bは、ノイズシェーピングされた4値出力(dac_lsb[2:0])をDA変換し、MSB側DA変換器15Aは、MSB側量子化器14Bの出力(dac_msb[6:0])をDA変換する。ローパスフィルタ16は、LSB側DA変換器15Bの出力をローパスフィルタリングし、MSB側DA変換器15Aの出力とローパスフィルタ16の出力とが、加算器17によって加算される。
The LSB
MSB側DA変換器15Aの入力信号は、ノイズシェーピングされた信号ではなく、積分器3の出力の上位ビットによって決まる値である。一方、LSB側DA変換器15Bの入力信号は、MSB側量子化器14Bの残差がノイズシェーピングされた信号である。LSB側量子化器14Fの出力は、4値をとりうるサーモメータコードに変換され、LSB側DA変換器15Bに入力される(dac_lsb[2:0]=”000” or “001” or “011” or “111”)。なお、該サーモメータコードは、2、4または5値であってもよい。MSB側DA変換器15Aの出力は、DCオフセット除去回路120のフィードバックループが安定になるまではゆっくりと変化するが、安定後は変化しないため、MSB側DA変換器15Aの出力にローパスフィルタは不要である。
The input signal of the MSB
なお、フィードバックループが安定後、MSB側量子化器14Bの量子化閾値を超えて入力信号が変化しないと仮定すると、MSB側量子化器14Bの出力および、MSB側DA変換器15Aの出力が変化しない。したがって、フィードバックループが安定後、MSB側量子化器14Bの出力が変化しない程度に、MSB側量子化器14Bの量子化ビット数を低く設定するのが好ましい。
Assuming that after the feedback loop is stabilized, the input signal does not change beyond the quantization threshold of the
一方、LSB側DA変換器15Bは、フィードバックループが安定になる前でも後でも常時高速に動作し、LSB側DA変換器15Bの出力にはシェーピングされたLSB側量子化器14Fの量子化ノイズが含まれる。該量子化ノイズを低減するためにローパスフィルタ16が必要となる。また、LSB側DA変換器15Bとしては、LSB側DA変換器15Bのスプリアス成分を減らしやすいサーモメータコードを入力とするDA変換器を用いる方がよい。この場合、バイナリウェイト型DA変換器よりもサーモメータコード型DA変換器の方が高速動作時のスプリアス特性がよい。
On the other hand, the LSB
図4の構成を用いる場合、DCオフセット信号X_DCに含まれるDC成分がMSB側DA変換器15Aの隣接する2出力レベルの中間値になると、MSB側DA変換器15Aの出力、つまり、MSB側量子化器14Bの出力が該2出力レベルに相当するデジタル値間で高速に変動し、DCオフセット信号X_DCに多くのスプリアスが発生してしまう。これを回避するために、MSB側量子化器14Bにヒステリシス特性をもたせると該変動を回避できる。以下、図5に基づいて、MSB側量子化器14Bにヒステリシス特性をもたせるための実現方法を簡単に説明する。なお、図4のMSB側量子化器14Bの出力ビット数は7ビットであり、出力値のとりうる値は27=128レベルであるが、ここでは説明を簡単化するためにMSB側量子化器14Bの出力値のとりうる値を7レベルとする。
When the configuration of FIG. 4 is used, when the DC component included in the DC offset signal X_DC becomes an intermediate value between two adjacent output levels of the MSB
MSB側量子化器14Bは、図5(a)および(b)に示すように、出力の変化する閾値が異なる2つの量子化特性、ミッドライズ(Mid−rise)型とミッドトレッド(Mid−tread)型の量子化器が並列に組み合わさって構成される。図5(a)は、ミッドライズ型量子化器の入力INPUTと出力OUTPUTとの関係を示すグラフであり、図5(b)は、ミッドトレッド型量子化器の入力INPUTと出力OUTPUTとの関係を示すグラフである。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the
ミッドライズ型量子化器のとりうる出力値は−3、−1、1、3の4レベルである。一方、ミッドトレッド型量子化器のとりうる出力値は、−2、0、2の3レベルである。2つの量子化器を合わせると合計で7レベルを有する。ミッドライズ型量子化器とミッドトレッド型量子化器との一方の量子化器のみが有効であり、そのとき他方の量子化器の出力はゼロである。ミッドライズ型量子化器を使うか、ミッドトレッド型量子化器を使うかは、以下のようにして決める。 The output values that the mid-rise quantizer can take are four levels, -3, -1, 1, and 3. On the other hand, the output values that the mid-tread quantizer can take are three levels, -2, 0, and 2. The two quantizers together have a total of 7 levels. Only one of the mid-rise quantizer and the mid-tread quantizer is effective, and the output of the other quantizer is zero at that time. Whether to use a mid-rise quantizer or a mid-tread quantizer is determined as follows.
MSB側量子化器14Bは1ビットの状態(state)を有する。MSB側量子化器14Bは、以下の(1)〜(3)の処理を行う。
(1)state=0のときミッドライズ型量子化器を使い、state=1のときミッドトレッド型量子化器を使い、入力信号を量子化し、出力する。
(2)MSB側量子化器14Bの出力値が変化したときは、図5(c)の量子化器14Bの入力値INPUTとstate値との対応関係を示すグラフに応じて、次のstateに更新する。量子化器14Bの出力が変化しない場合は現在のstate値を維持する。
(3)次のクロックでは上記(1)に戻って同じ処理を繰り返す。
The
(1) When a state = 0, a mid-rise quantizer is used, and when a state = 1, a mid-tread quantizer is used to quantize and output an input signal.
(2) When the output value of the
(3) At the next clock, the process returns to (1) and the same processing is repeated.
この動作により、ヒステリシス特性を実現することができ、上述のようなデジタル値間で高速変動することがなくなり、スプリアス発生も起こらない。なお、上述のヒステリシス特性の実現方法は一例であり、この方法に限定されるものではない。 By this operation, hysteresis characteristics can be realized, high-speed fluctuations between the digital values as described above are eliminated, and spurious generation does not occur. Note that the above-described method for realizing the hysteresis characteristic is an example, and the present invention is not limited to this method.
ここで図4において、加算器14E・LSB側量子化器14F・減算器14G・1クロック遅延素子14Hで構成される1ビットノイズシェーピング回路は、1次のノイズシェーピングを仮定したが、高次のノイズシェーピング回路を用いてもよい。また、擬似ランダム雑音を発生する擬似ランダム雑音発生器を設け、量子化器14Fの入力部等に擬似ランダム雑音を加算し、該1ビットノイズシェーピング回路の周期性に起因するスプリアスを低減ことがより好ましい。このスプリアス成分は図4のLSB側DA変換器15B・ローパスフィルタ16、図2のアナログ信号処理回路111、AD変換器112およびデジタルフィルタ113を通して、DCオフセット除去回路120の出力Zに現れる。なお、上記の擬似ランダム雑音発生器は、特許請求の範囲に記載の第1擬似ランダム雑音発生器に相当する。
In FIG. 4, the 1-bit noise shaping circuit composed of the
また、図4に示す加算器14E・LSB側量子化器14F・減算器14G・1クロック遅延素子14Hで構成されるノイズシェーピング回路および量子化器14BをDCオフセット除去回路120に用いる構成は、入力信号Xがアナログ信号ではなくデジタル信号であって、図2に示すDCオフセット除去回路120が全てデジタル信号を用いて構成される場合にも有効である。ただし、この場合には、DA変換器15は不要であり、また、ローパスフィルタ16はデジタル回路で実現される。
Further, the configuration using the noise shaping circuit and the
続いて、MSB側DA変換器15Aの具体的な構成について説明する。
Next, a specific configuration of the MSB
図6は、フル差動型のMSB側DA変換器15Aの具体的構成例を示す回路図である。図6の構成は、一般的によく知られたカレントステアリング型DA変換器であり、電流源M1・M4・M5および、差動対M2・M3を備えている。電流源M1は、Nチャネル型MOSトランジスタで実現されており、2のI乗で重み付けされている。差動対M2及びM3は、電流源M1の電流を差動出力端子voutpまたは差動出力端子voutmのどちらに流すかを決定する。電流源M4及びM5はそれぞれ、電源VDD側から一定の電流を差動出力端子voutp及び差動出力端子voutmに流す。また、電流源M1及び電流源M4・M5のゲートには、電流源電流値を所望の値に設定するためのバイアス電圧vb1_msb及びバイアス電圧vb2_msbがそれぞれ印加される。なお、MSB側DA変換器15Aの構成はこの方法に限定されるものではない。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a specific configuration example of the fully differential MSB
続いて、図4に示すLSB側DA変換器15Bおよびローパスフィルタ16の具体的な構成について説明する。
Next, specific configurations of the
図7は、フル差動型のLSB側DA変換器15Bおよびローパスフィルタ16の具体的構成例を示す回路図である。図7に示すLSB側DA変換器15Bは、図6のMSB側DA変換器15Aと同様に、カレントステアリング型DA変換器である。また、LSB側DA変換器15Bは、左右対称なフル差動構成である。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a specific configuration example of the fully differential
LSB側DA変換器15Bは、同一サイズの1ビットDA変換回路が複数並列に接続された構成であり、電流源M11、差動対M12・M13、2つのPチャネルMOSトランジスタM16、2つのPチャネルMOSトランジスタM17および2つの電流源M18を備えている。ローパスフィルタ16は、抵抗16Aおよびキャパシタ16Bを備えている。
The LSB
電流源M11は、3個のNチャネルMOSトランジスタから構成されており、各電流源M11は同じサイズである。差動対M12・M13は、電流源M11の電流を切り換えて、2つのPチャネルMOSトランジスタM16の一方側に流す。PチャネルMOSトランジスタM16は、ゲートとドレインとが接続されており(ダイオード接続)、各差動対M2・M3の出力電流を加算し、電圧に変換する。 The current source M11 is composed of three N-channel MOS transistors, and each current source M11 has the same size. The differential pair M12 and M13 switches the current of the current source M11 to flow to one side of the two P-channel MOS transistors M16. The P-channel MOS transistor M16 has a gate and a drain connected (diode connection), adds the output currents of the differential pairs M2 and M3, and converts them into a voltage.
抵抗16Aおよびキャパシタ16Bは、PチャネルMOSトランジスタM16の出力電圧をローパスフィルタリングして出力する。PチャネルMOSトランジスタM17は、該ローパスフィルタリングされた電圧を電流として取り出し、電流源M18は、差動出力端子voutp及び差動出力端子voutmからGND側へ一定の電流を引き抜く。
LSB側DA変換器15Bの電流出力範囲は、MSB側DA変換器15Aに比べて小さくできるため(LSB側DA変換器が7ビットの場合、1/25程度)、抵抗16Aの熱ノイズの影響を無視できる程度に小さくすることができる。
Current output range of LSB
以上のように、MSB側DA変換器15AおよびLSB側DA変換器15Bを共にカレントステアリング型DA変換器として構成し、図6に示す差動出力端子voutpおよび図7に示す差動出力端子voutp並びに図6に示す差動出力端子voutmおよび図7に示す差動出力端子voutmを、それぞれ互いに接続することで、図4に示す加算器17を実現できる。但し、出力信号が電流信号であるため、差動出力端子voutp・voutmに接続される減算器7またはアナログ信号処理回路111の入力インピーダンスを低くする必要がある。
As described above, the MSB
なお、MSB側DA変換器15AおよびLSB側DA変換器15Bの一例としてカレントステアリング型DA変換器の構成例を示したが、複数の抵抗ラダーおよびバッファから構成されるような電圧出力のDA変換器でもよい。この場合には、差動出力端子voutp・voutmに接続される減算器7またはアナログ信号処理回路111の入力インピーダンスを高く設定する方が好ましい。
The configuration example of the current steering type DA converter is shown as an example of the MSB
次に、図2のゲイン段12Aの構成例について説明する。DCオフセット除去回路120において信号飽和がなく、ループの時定数を一定に保ちたい場合には、ゲイン段12Aは常に一定のゲインに設定すればよい。また、出力信号Zに含まれるDCオフセット成分が大きい場合には、ゲイン段12Aのゲインを大きく設定し、DCオフセット成分が小さい場合には、ゲイン段12Aのゲインを小さく設定する、というように、出力信号ZのDCオフセット量に応じてゲイン段12Aのゲインを変更してもよい。このような設定を行うことで、大きなDCオフセットが発生しても、短時間でDCオフセットを低減することができ、出力信号ZへのDCオフセット起因の歪みを低減することができる。なお、このようなゲイン設定は容易に発想できるため、ここではこれ以上の詳細な説明は省略する。
Next, a configuration example of the
次に、信号処理回路110において信号飽和(クリッピング)が発生する場合について説明する。AD変換器112の入力レンジは有限であり、入力信号Xに突然大きなDCオフセットが発生したり、可変ゲイン段111Bのゲインが大きく変化し、大きなDCオフセットが発生すると、AD変換器112は飽和する。特に可変ゲイン段111Bのゲインが大きく設定されるとき、この信号飽和が発生しやすい。AD変換器112が飽和している間、出力信号Zには大きな歪みが発生する。このとき、AD変換器112の飽和により、AD変換器112の出力値は信号飽和がないと仮定した場合に得られる出力値に比べ小さくなり、DCオフセット除去ループの1部である信号処理回路110のゲインが著しく小さくなる。このような状態は、電源投入時にも発生すると考えられる。これは、電源投入時の各回路の内部状態は不定であり、AD変換器112等は飽和状態にある可能性が高いためである。このとき、DCオフセット除去に対するセトリングが極端に遅くなり、出力信号Zが歪んだ状態が長く続く可能性がある。
Next, a case where signal saturation (clipping) occurs in the
この課題を解決するため、本実施形態では、例えば、デジタル信号Y2や出力信号Zが飽和する頻度に応じて、ゲイン段12Aのゲインを変更する。つまり、フィードバックループに配置された回路、例えば、AD変換器112が飽和しているときには、ゲイン段12Aのゲインを高く設定し、飽和していないときは、所望のループ時定数になるゲインに設定することで、フィードバックループに配置されたAD変換器112が飽和した場合にでも、すぐに飽和状態から復帰でき、出力信号Zの飽和状態を減らすことができる。このような制御を行うためのゲイン段12Aおよび飽和状態検出回路8の構成例を、図8に基づいて説明する。
To solve this problem, in the present embodiment, for example, a digital signal Y 2 and the output signal Z is according to the frequency to be saturated, to change the gain of the
図8は、ゲイン段12Aおよび飽和状態検出回路8の具体的な構成例を示すブロック図である。ゲイン段12Aは、飽和状態検出回路8からの出力に基づいてゲインが制御される可変ゲイン段である。飽和状態検出回路8は、ルックアップテーブル8A、カウンター8B、比較器8Cおよび絶対値回路8Dを備えている。絶対値回路8Dは、飽和しているかどうかを確認したい信号の絶対値をとる回路であり、ここでは飽和検知する信号を信号処理回路110の出力信号Zとする。比較器8Cは、絶対値回路8Dの出力をある閾値THRESHOLDと比較する。カウンター8Bは、比較器8Cの出力をカウントし、出力信号Zが飽和している頻度をカウントする。ルックアップテーブル8Aは、カウンター8Bの出力値に対応するゲイン設定を保持しており、ゲイン段12Aは、ルックアップテーブル8Aに応じてゲインが変更される。
FIG. 8 is a block diagram illustrating a specific configuration example of the
ここで、カウンター8Bは、ある一定期間毎にリセットされ、リセット直前のカウント値をルックアップテーブル8Aに出力することで、出力信号Zの飽和頻度を得ることができる。
Here, the
図9(a)は、ルックアップテーブル8Aに保持されるデータの一例を示すグラフである。横軸は信号Zの飽和頻度であり、縦軸は飽和しないと仮定したときの信号Zの振幅と、ある飽和頻度で飽和させたときの信号Zの振幅との振幅比の平均値である。 FIG. 9A is a graph showing an example of data held in the lookup table 8A. The horizontal axis is the saturation frequency of the signal Z, and the vertical axis is the average value of the amplitude ratio between the amplitude of the signal Z when it is assumed that it is not saturated and the amplitude of the signal Z when it is saturated at a certain saturation frequency.
ここで、三角波の場合を例に、該飽和頻度と振幅比の平均値との関係について、図9(b)を用いて説明する。 Here, the relationship between the saturation frequency and the average value of the amplitude ratio will be described with reference to FIG.
図9(b)は、三角波がクリッピングされている状態における回路の出力波形を示すグラフである。このように、三角波が連続して出力されている場合、回路によって、ある飽和レベルで三角波がクリッピングされる。破線は、本来出力されるべき波形を示しており、破線で示されている信号がクリッピングされて飽和レベルになる。飽和頻度とは、三角波がクリッピングされる時間的割合であり、D/Cで表される。一方、振幅比の平均値は、(領域Aの面積+領域Bの面積)/領域Aの面積で表される。ここで、領域Aは飽和レベルより下側に形成される台形を指し、領域Bは飽和レベルより上側の三角形を指す。 FIG. 9B is a graph showing the output waveform of the circuit in a state where the triangular wave is clipped. Thus, when the triangular wave is output continuously, the triangular wave is clipped at a certain saturation level by the circuit. A broken line indicates a waveform that should be output originally, and the signal indicated by the broken line is clipped to a saturation level. The saturation frequency is a time ratio at which the triangular wave is clipped, and is expressed by D / C. On the other hand, the average value of the amplitude ratio is represented by (area of area A + area of area B) / area of area A. Here, the region A indicates a trapezoid formed below the saturation level, and the region B indicates a triangle above the saturation level.
図9(a)において、一点鎖線は、ある信号Zが正弦波である場合のルックアップテーブル特性を示しており、破線は、ある信号Zがランダム信号である場合のルックアップテーブル特性を示している。この正弦波やランダム信号の特性に近い特性を有するルックアップテーブルを用意することで、フィードバックループに配置された回路が飽和している場合でも、飽和しない場合と同様のセトリング特性を近似的に実現することができる。 In FIG. 9A, the alternate long and short dash line indicates the look-up table characteristic when a certain signal Z is a sine wave, and the broken line indicates the look-up table characteristic when a certain signal Z is a random signal. Yes. By preparing a look-up table that has characteristics close to those of sine waves and random signals, even when the circuit placed in the feedback loop is saturated, the settling characteristics similar to those when it is not saturated are approximately realized. can do.
また、図9(a)において実線で示すルックアップテーブル特性は、上述の正弦波やランダム信号の場合の特性に近い特性になるように近似したものである。この特性は、飽和頻度の閾値が0.5、0.5*(1+1/2)、0.5*(1+1/2+1/4)、…となっており、ルックアップテーブルをプライオリティエンコーダを用いてコンパクトに実現できる。 In addition, the look-up table characteristic indicated by the solid line in FIG. 9A is approximated so as to be close to the characteristic in the case of the sine wave or the random signal. This characteristic has saturation frequency threshold values of 0.5, 0.5 * (1 + 1/2), 0.5 * (1 + 1/2 + 1/4), and so on. It can be realized compactly.
次に、図2に示す量子化器11の好適な例について、図10および図11を用いて説明する。量子化器11はDCオフセットのみを高い分解能で量子化できればよいため、1ビット1次のノイズシェーピング回路が好ましい。
Next, a preferred example of the
図10は、1ビット1次のノイズシェーピング回路で構成される量子化器11を示す回路図である。量子化器11は、加算器11A、遅延器11B、LFSR(Linear Feedback Shift Register)11C、ゲイン段11D、加算器11E、量子化器11Fおよび減算器11Gを備えている。加算器11Aは、信号Zと減算器11Gからのフィードバック信号とを加算する。遅延器11Bは、加算器11Aの出力を1クロック遅延する。LFSR11Cは、擬似ランダム雑音を発生する回路である。ゲイン段11Dは、LFSR11Cの出力を増幅または減衰する。加算器11Eは、遅延器11Bとゲイン段11Dの出力とを加算する。量子化器11Fは、加算器11Eの出力を1ビット量子化し、減算器11Gは、遅延器11Bの出力と量子化器11Fの出力との差を計算する。なお、LFSR11Cは、特許請求の範囲に記載の第2擬似ランダム雑音発生回路に相当する。
FIG. 10 is a circuit diagram showing a
ここで、擬似ランダム雑音をノイズシェーピング回路で用いることの重要性を、図11を用いて説明する。 Here, the importance of using pseudo-random noise in the noise shaping circuit will be described with reference to FIG.
図11は、図2に示す信号処理回路110にDCオフセット除去回路120を適用した場合の出力信号ZのFFTスペクトルを示すグラフであり、(a)は、量子化器11において、ゲイン段11Dのゲインをゼロにした場合、つまり擬似ランダム雑音を入力しない場合を示しており、(b)は、ゲイン段11Dのゲインを所望の値にした場合を示している。ここで、入力信号Xに、1MHzの正弦波と回路ノイズに対応する適当なレベルの雑音とを入力した。また、AD変換器112以降のデジタル回路の動作周波数は20MHzに設定した。さらに、DCオフセット除去回路120のハイパスフィルタ特性のカットオフ周波数が2.8kHz付近になるようにゲイン段12Aのゲインを設定した。
FIG. 11 is a graph showing the FFT spectrum of the output signal Z when the DC offset
これにより、図11(a)および(b)のグラフで、入力信号Xに入力された1MHzの正弦波出力が観測された。また、8MHz付近からノイズフロアが上昇しているのは、図2のAD変換器112としてΔΣ型AD変換器を用いたため、AD変換器112の量子化ノイズが高周波へシェーピングされるためである。10kHz以下の周波数では、入力された擬似ランダム雑音がDCオフセット除去回路120のハイパス特性に従って減衰される。
As a result, a 1 MHz sine wave output input to the input signal X was observed in the graphs of FIGS. The reason why the noise floor rises from around 8 MHz is that the quantization noise of the
図11(a)に示すように、擬似ランダム雑音を入力しない場合、ハイパス特性のカットオフ周波数が8kHz程度になる。一方、図11(b)に示すように、擬似ランダム雑音を入力する場合、ハイパス特性のカットオフ周波数は、2.5kHz付近であり、当初の設定値2.8kHzに近い値となる。擬似ランダム雑音を入力しない場合のハイパス特性のカットオフ周波数のズレは、出力ZQにおける信号成分が小さい場合に顕著に現れる。これは、図10に示す1ビット量子化器である量子化器11の特性に起因している。具体的には、量子化器11が、擬似ランダム雑音を入力せず、かつ、信号Zのレベルが小さい場合、信号Zから出力ZQへのゲインが所望の値である1よりも大きくなるために、上記のカットオフ周波数のズレが発生すると考えられる。
As shown in FIG. 11A, when no pseudo-random noise is input, the cut-off frequency of the high-pass characteristic is about 8 kHz. On the other hand, as shown in FIG. 11B, when pseudo-random noise is input, the cutoff frequency of the high-pass characteristic is around 2.5 kHz, which is close to the initial set value of 2.8 kHz. Deviation of the cut-off frequency of the high-pass characteristic when you do not enter a pseudorandom noise, conspicuous when the signal component in the output Z Q is small. This is due to the characteristics of the
また、ノイズシェーピング回路である図10の量子化器11において、擬似ランダム雑音を入力せず、かつ、信号Zのレベルが小さい場合、量子化器11の内部状態に周期性が表れ、その周期性に応じて、信号Zから出力ZQへのゲインが時間的に変動する。このゲイン変動により、該周期性に応じてハイパスフィルタのカットオフ周波数が時間的に変動する。このようなカットオフ周波数の変動が生じないように、図10に示す1ビット量子化器において、擬似ランダム雑音を入力することが好ましい。
In addition, in the
また、量子化器11は、ノイズシェーピング機能を持たない1ビット量子化器である場合、大きな量子化ノイズが帯域内に混入し、出力信号Zに現れる。しかしながら、この量子化ノイズが問題とならないのであれば、量子化器11がノイズシェーピング機能を持たない1ビット量子化器であってもよい。
Further, when the
〔実施形態3〕
本発明の第3の実施形態について図12を用いて説明すれば以下の通りである。実施形態2に係るDCオフセット除去回路120では、信号処理回路の入力信号はアナログ信号、出力信号はデジタル信号を仮定したが、信号処理回路の出力信号がアナログ信号でもよい。本実施形態では、信号処理回路の出力信号がアナログ信号である場合について説明する。
[Embodiment 3]
The following describes the third embodiment of the present invention with reference to FIG. In the DC offset
図12は、本実施形態に係るDCオフセット除去回路130の構成を示すブロック図である。DCオフセット除去回路130は、量子化器21、ゲイン段12、デジタル積分器3、ノイズシェーピング回路14、DA変換器15、ローパスフィルタ16および減算器7を備えており、アナログ信号処理回路111の出力信号に混入するDCオフセット成分を除去する回路である。すなわち、DCオフセット除去回路130は、図2に示すDCオフセット除去回路120において、量子化器11の代わりに量子化器21を設ける構成である。
FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of the DC offset
AD変換器112およびデジタルフィルタ113を設けていないため、出力信号Zはアナログ信号である。量子化器21としては、出力ビット数が1ビットであるΔΣ型AD変換器が好適に用いられ、量子化器21は、出力信号Zをデジタル信号ZQに変換する。量子化器21の出力ビット数が1ビットであることから、量子化器21以降のゲイン段12、デジタル積分器3の回路規模を小さくできる。また、ΔΣAD変換器は設計が容易である。
Since the
なお、量子化器21として、ΔΣ型ではなくナイキスト型AD変換器を用いてもよい。この場合、該AD変換器の出力ビット数は、1〜12ビットであることが望ましい。
The
ここで、量子化器21が発生したDCオフセット成分は除去できないため、高精度にDCオフセット成分を除去したい場合には、量子化器21にDCオフセット成分を除去するための何らかの機能を加えることが好ましい。例えば、当該機能を実現する技術として、オートゼロ技術、チョッピング技術等が挙げられる。これらの技術は一般に知られた技術であるため、ここでは説明を省略する。
Here, since the DC offset component generated by the
なお、実施形態2に係るDCオフセット除去回路120および本実施形態に係るDCオフセット除去回路130において、ローパスフィルタ16は、ノイズシェーピング回路14が発生する不要な高周波信号を除去すると同時に、DA変換器15の波形を滑らかにするために設けている。一方、そのような処理がなくても問題がない場合や、ローパスフィルタ16の機能をアナログ信号処理回路111内のアナログフィルタ111Aで代用することができる場合には、ローパスフィルタ16を設けなくてもよい。
In the DC offset
〔実施形態4〕
本発明の第4の実施形態について図13を用いて説明すれば以下の通りである。本実施形態では、実施形態3に係るDCオフセット除去回路130をさらにできるだけアナログ回路で構成した場合について説明する。
[Embodiment 4]
The following describes the fourth embodiment of the present invention with reference to FIG. In the present embodiment, a case will be described in which the DC offset
図13は、本実施形態に係るDCオフセット除去回路140の構成を示すブロック図である。DCオフセット除去回路140は、アナログゲイン段22、アナログ積分器13、ノイズシェーピング型AD変換回路24、DA変換器15、ローパスフィルタ16および減算器7を備えている。すなわち、DCオフセット除去回路140は、図12に示すDCオフセット除去回路130において、量子化器21を設けず、ゲイン段12、デジタル積分器3およびノイズシェーピング回路14の代わりに、アナログゲイン段22、アナログ積分器13およびノイズシェーピング型AD変換回路24を設けた構成である。量子化器21を設けていないため、アナログゲイン段22からノイズシェーピング型AD変換回路24までの各回路は、アナログ信号を処理可能に構成されている。これにより、量子化器21を不要とすることができる。
FIG. 13 is a block diagram showing the configuration of the DC offset
また、図1および図2に示す信号処理回路110のように、出力信号Zがデジタル信号である場合も、量子化器を設けずに、信号Zをゲイン段2またはゲイン段12に出力してもよい。この場合でも、積分器をデジタル積分器で構成できるので、回路規模を小さくできる。
Further, even when the output signal Z is a digital signal as in the
〔実施形態5〕
本発明の第5の実施形態について図14を用いて説明すれば以下の通りである。特に信号処理回路が無線機のミキサからの出力信号を処理するために用いられる場合、入力信号Xは、外乱ノイズの影響を非常に受けやすい。このため、信号処理回路のうち、アナログ信号処理を処理する部分とデジタル信号を処理する部分とを別のチップに搭載することが好ましい。そこで、本実施形態では、DCオフセット除去回路が集積化される場合に、DCオフセット除去回路および信号処理回路を2つの集積回路に分割して搭載する構成について説明する。
[Embodiment 5]
The following describes the fifth embodiment of the present invention with reference to FIG. In particular, when the signal processing circuit is used to process the output signal from the mixer of the wireless device, the input signal X is very susceptible to disturbance noise. For this reason, in the signal processing circuit, it is preferable that the portion for processing the analog signal processing and the portion for processing the digital signal are mounted on different chips. Therefore, in the present embodiment, a configuration will be described in which the DC offset removal circuit and the signal processing circuit are divided and mounted on two integrated circuits when the DC offset removal circuit is integrated.
図14は、本実施形態に係るDCオフセット除去回路150、信号処理回路110およびDSP復調回路260の構成を示すブロック図である。信号処理回路110およびDSP復調回路260は、図2に示す信号処理回路110および図15に示すDSP復調回路260とそれぞれ略同一である。
FIG. 14 is a block diagram showing the configurations of the DC offset
信号処理回路110を構成する回路のうち、アナログ信号処理回路111が集積回路LSI1に搭載され、AD変換器112およびデジタルフィルタ113が集積回路LSI2に搭載されている。なお、AD変換器112は、集積回路LSI1に搭載してもよい。
Among the circuits constituting the
DCオフセット除去回路150は、図2に示すDCオフセット除去回路120において、量子化器11の代わりに図12に示す量子化器21を設けた構成である。DCオフセット除去回路150を構成する回路のうち、量子化器21のみ集積回路LSI1に搭載され、ゲイン段12、デジタル積分器3、ノイズシェーピング回路14、DA変換器15、ローパスフィルタ16および減算器7は、集積回路LSI2に搭載されている。これにより、DCオフセット除去回路150では、量子化器21の出力信号ZQが、集積回路LSI1と集積回路LSI2と間のインターフェスとして用いられる。このように、量子化器として1ビットノイズシェーピング回路を用いることにより、出力信号ZQが1ビット信号となるため、LSI間のインターフェス数、すなわちLSIのピン数、PCB(プリント回路基板)の配線数を大幅に減らすことができる。これにより、LSIのコンパクト化、PCBの面積節約が可能となる。
The DC offset
〔実施形態の総括〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
[Summary of Embodiment]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.
本発明に係るDCオフセット除去回路は、無線受信機だけでなく、有線受信機にも適用できる。 The DC offset removal circuit according to the present invention can be applied not only to a wireless receiver but also to a wired receiver.
1 量子化器(第1量子化回路)
2 ゲイン段(可変ゲイン段)
3 デジタル積分器(デジタル積分回路)
4 ノイズシェーピング回路(第1ノイズシェーピング回路)
5 DA変換器(DA変換回路)
6 ローパスフィルタ
7 減算器(フィードバック回路、減算回路)
8 飽和状態検出回路
8B カウンター(飽和頻度検出回路)
11 量子化器(第1量子化回路)
11C LFSR(第2擬似ランダム雑音発生回路)
12A ゲイン段(可変ゲイン段)
13 アナログ積分器(アナログ積分回路)
14B MSB側量子化器(第2量子化回路)
14E 加算器(第1ノイズシェーピング回路)
14F LSB側量子化器(第1ノイズシェーピング回路)
14G 減算器(第1ノイズシェーピング回路)
14H 1クロック遅延素子(第1ノイズシェーピング回路)
15A MSB側DA変換器(第1DA変換回路)
15B LSB側DA変換器(第2DA変換回路)
16 ローパスフィルタ
17 加算器(加算回路)
21 量子化器(第1量子化回路、AD変換回路、ΔΣ型AD変換回路)
24 ノイズシェーピング型AD変換回路(第1ノイズシェーピング回路)
100、120、130、140、150 DCオフセット除去回路
110 信号処理回路
111 アナログ信号処理回路
200 無線受信機(受信機)
241、251 ミキサ
242、252 信号処理回路(ベースバンドアナログ回路)
1 Quantizer (first quantization circuit)
2 Gain stage (variable gain stage)
3 Digital integrator (digital integration circuit)
4 Noise shaping circuit (first noise shaping circuit)
5 DA converter (DA conversion circuit)
6 Low-
8 Saturation
11 Quantizer (first quantization circuit)
11C LFSR (second pseudo random noise generator)
12A gain stage (variable gain stage)
13 Analog integrator (analog integration circuit)
14B MSB side quantizer (second quantization circuit)
14E Adder (first noise shaping circuit)
14F LSB side quantizer (first noise shaping circuit)
14G subtractor (first noise shaping circuit)
14H 1-clock delay element (first noise shaping circuit)
15A MSB DA converter (first DA converter)
15B LSB DA converter (second DA converter)
16 Low-
21 Quantizer (first quantizer, AD converter, ΔΣ AD converter)
24 Noise shaping type AD converter circuit (first noise shaping circuit)
100, 120, 130, 140, 150 DC offset
241,251 Mixer 242,252 Signal processing circuit (baseband analog circuit)
Claims (23)
上記デジタル出力信号を量子化するための第1量子化回路と、
上記第1量子化回路の出力信号を積分するデジタル積分回路と、
上記デジタル積分回路の出力信号をシェーピングする第1ノイズシェーピング回路と、
上記第1ノイズシェーピング回路の出力信号をアナログ信号に変換するDA変換回路と、
上記DA変換回路の出力信号を上記アナログ入力信号にフィードバックするフィードバック回路とを備え、
上記第1量子化回路は、ノイズシェーピングを行う第2ノイズシェーピング回路であることを特徴とするDCオフセット除去回路。 A DC offset removal circuit for removing a DC offset component mixed in a digital output signal of a signal processing circuit that performs signal processing on an analog input signal,
A first quantization circuit for quantizing the digital output signal;
A digital integration circuit for integrating the output signal of the first quantization circuit;
A first noise shaping circuit for shaping the output signal of the digital integration circuit;
A DA conversion circuit for converting an output signal of the first noise shaping circuit into an analog signal;
A feedback circuit for feeding back the output signal of the DA converter circuit to the analog input signal ,
The DC offset removal circuit according to claim 1, wherein the first quantization circuit is a second noise shaping circuit that performs noise shaping .
上記デジタル出力信号を量子化するための第1量子化回路と、
上記第1量子化回路の出力信号を積分するデジタル積分回路と、
上記デジタル積分回路の出力信号を量子化する第2量子化回路と、
上記第2量子化回路の入力信号と出力信号との差分をシェーピングする第1ノイズシェーピング回路と、
上記第2量子化回路の出力信号をアナログ信号に変換する第1DA変換回路と、
上記第1ノイズシェーピング回路の出力信号をアナログ信号に変換する第2DA変換回路と、
上記第1DA変換回路の出力信号と上記第2DA変換回路の出力信号とを上記アナログ入力信号にフィードバックするフィードバック回路とを備えることを特徴とするDCオフセット除去回路。 A DC offset removal circuit for removing a DC offset component mixed in a digital output signal of a signal processing circuit that performs signal processing on an analog input signal,
A first quantization circuit for quantizing the digital output signal;
A digital integration circuit for integrating the output signal of the first quantization circuit;
A second quantization circuit for quantizing the output signal of the digital integration circuit;
A first noise shaping circuit for shaping a difference between an input signal and an output signal of the second quantization circuit;
A first DA conversion circuit for converting an output signal of the second quantization circuit into an analog signal;
A second DA conversion circuit for converting an output signal of the first noise shaping circuit into an analog signal;
A DC offset elimination circuit comprising: a feedback circuit that feeds back an output signal of the first DA conversion circuit and an output signal of the second DA conversion circuit to the analog input signal.
上記加算回路の出力信号を上記アナログ入力信号から減算する減算器とから構成されることを特徴とする請求項5または6に記載のDCオフセット除去回路。 The feedback circuit includes an adder circuit that adds the output signal of the first DA converter circuit and the output signal of the second DA converter circuit;
7. The DC offset removal circuit according to claim 5, further comprising: a subtracter that subtracts the output signal of the adder circuit from the analog input signal.
上記1ビットDA変換回路は、互いに並列に接続されていることを特徴とする請求項5〜8のいずれか1項に記載のDCオフセット除去回路。 The second DA converter circuit includes a plurality of 1-bit DA converter circuits of the same size,
9. The DC offset removal circuit according to claim 5, wherein the 1-bit DA conversion circuits are connected in parallel to each other.
上記電流を電圧に変換する第1MOSトランジスタと、
上記第1MOSトランジスタと共にカレントミラー回路を構成し、上記電圧を上記第2DA変換回路の出力電流に変換する第2MOSトランジスタとを備え、
上記ローパスフィルタは、上記第1MOSトランジスタのゲートと上記第2MOSトランジスタのゲートとの間に設けられることを特徴とする請求項6に記載のDCオフセット除去回路。 The second DA conversion circuit includes a current steering type DA conversion circuit that converts an input digital signal into a current;
A first MOS transistor for converting the current into a voltage;
A current mirror circuit together with the first MOS transistor, and a second MOS transistor for converting the voltage into an output current of the second DA converter circuit;
7. The DC offset removal circuit according to claim 6, wherein the low-pass filter is provided between the gate of the first MOS transistor and the gate of the second MOS transistor.
上記信号処理回路内のいずれかの回路の出力が飽和したことを検出する飽和状態検出回路とを備え、
上記可変ゲイン段は、飽和状態検出回路の検出結果に応じてゲインが制御されることを特徴とする請求項1〜17のいずれか1項に記載のDCオフセット除去回路。 A variable gain stage disposed between the first quantization circuit and the digital integration circuit, or between the digital integration circuit and the first noise shaping circuit;
A saturation state detection circuit for detecting that the output of any circuit in the signal processing circuit is saturated,
18. The DC offset removal circuit according to claim 1, wherein a gain of the variable gain stage is controlled according to a detection result of a saturation state detection circuit.
上記可変ゲイン段は、上記飽和頻度に応じて上記ゲインが制御されることを特徴とする請求項18に記載のDCオフセット除去回路。 The saturation state detection circuit further includes a saturation frequency detection circuit for detecting the saturation frequency of the output,
The DC offset removal circuit according to claim 18, wherein the gain of the variable gain stage is controlled according to the saturation frequency.
上記DCオフセット除去回路の上記第1量子化回路以外の回路は、第2のLSIに配置されることを特徴とする請求項1〜19のいずれか1項に記載のDCオフセット除去回路。 The first quantization circuit is disposed in a first LSI,
The DC offset removal circuit according to any one of claims 1 to 19 , wherein circuits other than the first quantization circuit of the DC offset removal circuit are arranged in a second LSI.
上記デジタル出力信号を積分するデジタル積分回路と、
上記デジタル積分回路の出力信号を量子化する第2量子化回路と、
上記第2量子化回路の入力信号と出力信号との差である量子化ノイズをシェーピングする第1ノイズシェーピング回路と、
上記第2量子化回路の出力信号をアナログ信号に変換する第1DA変換回路と、
上記第1ノイズシェーピング回路の出力信号をアナログ信号に変換する第2DA変換回路と、
上記第1DA変換回路の出力信号と上記第2DA変換回路の出力信号とを上記アナログ入力信号にフィードバックするフィードバック回路とを備えることを特徴とするDCオフセット除去回路。 A DC offset removal circuit for removing a DC offset component mixed in a digital output signal of a signal processing circuit that performs signal processing on an analog input signal,
A digital integration circuit for integrating the digital output signal;
A second quantization circuit for quantizing the output signal of the digital integration circuit;
A first noise shaping circuit that shapes quantization noise that is a difference between an input signal and an output signal of the second quantization circuit;
A first DA conversion circuit for converting an output signal of the second quantization circuit into an analog signal;
A second DA conversion circuit for converting an output signal of the first noise shaping circuit into an analog signal;
A DC offset elimination circuit comprising: a feedback circuit that feeds back an output signal of the first DA conversion circuit and an output signal of the second DA conversion circuit to the analog input signal.
請求項1〜22のいずれか1項に記載のDCオフセット除去回路を、上記信号パスの出力信号に混入するDCオフセット成分を除去するDCオフセット除去回路として備えることを特徴とする受信機。 In a receiver having at least one signal path including a baseband analog circuit that processes an output signal of a mixer and an AD conversion circuit that converts the output signal of the baseband analog circuit into a digital signal,
23. A receiver comprising the DC offset removal circuit according to any one of claims 1 to 22 as a DC offset removal circuit for removing a DC offset component mixed in an output signal of the signal path.
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