JP2007208376A - アナログ−デジタル変換器及びその動作状態の検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ΣΔ方式ＡＤ変換器の不安定動作状態の誤検出を減らす。
【解決手段】ΣΔ方式のＡＤ変換を行うＡＤ変換器１０における量子化器１４は、ＡＤ変換器１０への入力信号の積分結果を量子化して２値のデジタルデータを出力する。不安定動作状態検出部２０は、量子化器１４が、２値のデジタルデータうちの一方の値を第一の所定数以上連続して出力し、且つ、当該出力に続けて当該２値のデジタルデータうちの他方の値を第二の所定数連続して出力した場合の検出を行う。ここで、当該場合の検出がされたときには、不安定動作状態検出部２０は、各積分器１１−１、１１−２、…、１１−ｎに対するリセット信号を生成して出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、アナログ信号をデジタルデータへ変換するＡＤ変換（アナログ−デジタル変換）技術に関し、特に、高次のシグマデルタＡＤ変換器を安定動作させる技術に関する。

シグマデルタ（ΣΔ）方式（デルタシグマ（ΔΣ）方式とも称されている）のＡＤ変換器が広く知られている。ΣΔ方式ＡＤ変換器は、オーバーサンプリング技術、ΣΔ変調（ΔΣ変調とも称されている）、及びデシメーションフィルタリングを利用したものであり、必要とする信号処理の多くがデジタル処理によって行われる。従って、特性の経年変化が少ない、動作環境の温度変化に対しての安定性が高い、実装時に調整が不要、等の利点を有している。

ΣΔ変調について説明する。ΣΔ変調器は、変換対象であるアナログ信号を積分器に入力し、その出力を量子化器でデジタルデータへと変換させる。このとき、量子化器で得たデジタルデータに対応するアナログ信号を、上述した積分器の入力へとフィードバックさせる。このフィードバックにより、ΣΔ変調器は、変換対象であるアナログ信号と量子化器から出力されるデジタルデータとの差を少なくするように動作する。

このように構成されるΣΔ変調器は、また、量子化器におけるアナログ信号の量子化誤差に起因する量子化雑音のスペクトルを、ナイキスト周波数近傍の高周波域へと集中させるノイズシェービング効果をもたらす。ΣΔ方式ＡＤ変換器は、このノイズシェービング効果と、変換対象のアナログ信号の存在する周波数帯域よりも非常に高い標本化周波数を用いて当該アナログ信号の標本化を行うオーバーサンプリング技術とを併用することで、当該周波数帯域において高いＳ／Ｎ比（信号対雑音比）を得るというものである。

ところで、ΣΔ変調器によるノイズシェービング効果は、積分器の次数が高いほど高くなり、変換対象のアナログ信号の存在する周波数帯域内の量子化雑音を低減させることができる。しかし、積分器の次数を高くすると、ΣΔ変調器の動作の安定性は低下し、入力するアナログ信号（例えば大振幅信号など）によっては発振といった不安定状態に陥ってしまうことがある。

このような高次のΣΔ変調器で安定動作を確保する手法の代表的なものとして、図５に示す技術が知られている。同図について説明する。
図５に示すＡＤ変換器１００は、縦続接続されている複数の積分器１０１−１、１０１−２、…、１０１−ｎを備えてｎ次のΣΔ変調器を構成している。

乗算器１０２−０は、ＡＤ変換器１００への入力信号と係数ａ０との乗算を行う。乗算器１０２−１、１０２−２、…、１０２−ｎは、積分器１０１−１、１０１−２、…、１０１−ｎの各々から出力される信号と、係数ａ１、ａ２、…、ａｎとの乗算を行う。

加算器１０３は、乗算器１０２−０、１０２−１、１０２−２、…、１０２−ｎの各々から出力される信号の加算を行う。この加算結果が最終的な積分結果となる。
加算器１０３から出力される信号（アナログ信号）は、量子化器１０４により量子化されてデジタルデータとなる。なお、ここでは、量子化器１０４は２値（１ビット）の量子化を行うものとし、加算器１０３の出力信号と所定の閾値電圧との大小比較により、データ「１」に相当するＨレベル信号（出力信号＞閾値電圧の場合）若しくはデータ「０」に相当するＬレベル信号（出力信号＜閾値電圧の場合）のどちらかの信号を変調出力として出力するものとする。

この変調出力はＡＤ変換器１００の入力側へとフィードバックされる。加算器１０５は、この変調出力をＡＤ変換器１００への入力信号から減算し、その減算結果を積分器１０１−１、１０１−２、…、１０１−ｎの縦続接続へ入力させる。

この図５に示すＡＤ変換器１００には、不安定状態検出回路１１０が設けられている。不安定状態検出回路１１０は、ＡＤ変換器１００を構成する各部の信号を監視し、ＡＤ変換器１００の動作が不安定状態（発振）に陥っているか否かを監視する。そして、不安定状態に陥っていることが検出された場合には、リセット信号を出力して積分器１０１−１、１０１−２、…、１０１−ｎの各々の出力をリセットすることで、不安定状態を解消させるというものである。図５に示すＡＤ変換器１００は、この不安定状態検出回路１１０を設けることでΣΔ変調器の安定動作を確保している。

ところで、この不安定状態検出回路１１０による不安定状態の検出手法としては、大きく分けると、ＡＤ変換器１００におけるアナログ回路ブロックの信号を監視する手法と、ＡＤ変換器１００から出力されるデジタルデータを監視する手法とがある。

不安定状態検出回路１１０の従来構成の第一の例を図６に示す。この構成は、不安定状態検出回路１１０がＡＤ変換器１００におけるアナログ回路ブロックの信号を監視する一例である。

図６においては、比較器１１１が図５における不安定状態検出回路１１０に相当する。比較器１１１は、積分器１０１−１、１０１−２、…、１０１−ｎの縦続接続の最終段から出力されるアナログ信号（ＡＤ変換器１００への入力信号がｎ回積分された信号）と、所定の閾値との大小比較を行う。ここで、当該出力信号が増大して当該閾値を上回ったことが検出された場合には、ΣΔ変調器が発振し不安定状態に陥っているとみなし、リセット信号を出力して積分器１０１−１、１０１−２、…、１０１−ｎの各々の出力をリセットする。

この図６に例示したような、ＡＤ変換器１００におけるアナログ回路ブロックの信号を監視する手法は、アナログ回路ブロックの回路構成を複雑化させるものである。これは、アナログ回路ブロックに新たな寄生素子を持ち込むものであるから、ＡＤ変換器１００全体の性能や特性の安定性の点からは余り好ましいものではない。

不安定状態検出回路１１０の従来構成の第二の例を図７に示す。この構成は、不安定状態検出回路１１０がＡＤ変換器１００から出力されるデジタルデータを監視する一例である。

図７において、デシメーションフィルタ１０６は、ΣΔ変調がもたらすノイズシェービング効果によって高周波数域に集中させた量子化雑音を除去するためのローパスフィルタ（デジタルフィルタ）の機能と、量子化器１０４から出力される変調出力（デジタルデータ）のデータ数を、ＡＤ変換器１００への入力信号の表現に十分なデータ数まで減らすデシメーション（データの間引き）の機能とを兼ね備えたものである。

図７においては、比較器１１２が図５における不安定状態検出回路１１０に相当する。比較器１１２は、デシメーションフィルタ１０６から出力されるデジタルデータと、所定の閾値データとの大小比較を行う。ここで、当該デジタルデータが増大して当該閾値データを上回ったことが検出された場合には、ΣΔ変調器が発振し不安定状態に陥っているとみなし、リセット信号を出力して積分器１０１−１、１０１−２、…、１０１−ｎの各々の出力をリセットする。

このような、ＡＤ変換器１００から出力されるデジタルデータを不安定状態検出回路１１０が監視する手法は、前述したアナログ回路ブロックの信号を監視する手法と比べると、ＡＤ変換器１００全体の性能や特性の安定性の点で有利である。

また、不安定状態検出回路１１０がＡＤ変換器１００から出力されるデジタルデータを監視する他の例として、特許文献１には、図８に示すような構成が示されている。
図８においては、カウンタ１１３が図５における不安定状態検出回路１１０に相当する。カウンタ１１３は、量子化器１０４から出力される変調出力（デジタルデータ）において、同一データ（「１」データ若しくは「０」データのどちらか）が連続している場合に、その同一データが幾つ連続しているかを計数する。ここで、この連続数が所定数を上回った場合には、ΣΔ変調器が発振し不安定状態に陥っているとみなし、リセット信号を出力して積分器１０１−１、１０１−２、…、１０１−ｎの各々の出力をリセットする。

この図８の構成は、図７に示した構成に比べてシンプルであるので、回路規模や消費電力の観点からは有利である。また、デシメーションフィルタ１０６から出力されるデジタルデータを監視する図７に示した構成に比べ、不安定状態の検出を早期に行えるという利点も有している。
米国特許第６３６２７６３号明細書

上掲した特許文献１の技術の問題点について、図９を用いて説明する。
図９において、（ａ）に示す正弦波信号をΣΔ方式ＡＤ変換器に入力すると、変調出力（量子化器の出力）は、同図（ｂ）に例示するような信号波形となる。ここで、入力信号として大きなレベルの信号がＡＤ変換器に入力された場合には、図９（ｂ）の信号波形のうち破線の丸印で囲んだ部分のような波形パターン、すなわち、同一データ（「１」データ若しくは「０」データのどちらか）が連続するパターンが出現する。

これに対し、ΣΔ方式ＡＤ変換器が不安定な動作状態に陥っている場合における変調出力は、図９（ｃ）に例示するような信号波形となる。
上掲した特許文献１の技術では、同一データが連続しているパターンのみに注目している。そのため、正常動作時の変調出力を示している図９（ｂ）のうち破線の丸印で囲んだ部分のパターンと、不安定動作時の変調出力を示している図９（ｃ）の信号波形とを区別することができず、図９（ｂ）の信号波形を不安定動作時の変調出力として誤検出してしまう虞がある。この誤検出によって積分器がリセットされてしまうと、ＡＤ変換器のデータ出力が一時的に途切れてしまうことになる。

このような問題は、ＡＤ変換器のオーバーサンプリング比を高めるほど発生の可能性は高くなる。特許文献１の技術でこの問題に対処するために、例えば、不安定動作の判定を下す基準とする同一データの連続数を大きくすることが考えられる。これは、図８の構成におけるカウンタ１１３で計数可能なカウント数を増やすこととなり、回路規模の増大を招く。

本発明は上述した問題に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、ΣΔ方式ＡＤ変換器の不安定動作状態の誤検出を減らすことである。

本発明の態様のひとつであるアナログ−デジタル変換器は、シグマデルタ方式のアナログ−デジタル変換器であって、信号を積分する積分器と、前記積分器から出力される信号を量子化して２値のデジタルデータを出力する量子化器と、前記量子化器が、２値のデジタルデータうちの一方の値を第一の所定数以上連続して出力し、且つ、当該出力に続けて当該２値のデジタルデータうちの他方の値を第二の所定数連続して出力した場合の検出を行い、当該場合の検出がされたときに前記積分器に対するリセット信号を生成して出力する不安定動作状態検出部と、を有することを特徴とするものであり、この特徴によって前述した課題を解決する。

この構成によれば、ΣΔ方式ＡＤ変調器における前述したような正常動作時の変調出力のパターンを不安定動作時のパターンとして誤検出してしまうことがなくなる一方で、前述したような不安定動作時の変調出力は適切に検出することができる。

なお、上述した本発明に係るアナログ−デジタル変換器において、前記第一の所定数と前記第二の所定数とは同一であるように構成してもよい。
また、前述した本発明に係るアナログ−デジタル変換器において、前記不安定動作状態検出部は、前記量子化器が出力する２値のデジタルデータのうちの一方の値の連続する個数を計数するカウンタと、前記カウンタが所定数以上の計数を行ったときに状態を変化させるフラグを保持しておくフラグレジスタと、前記カウンタによる計数値と前記フラグレジスタで保持されているフラグの状態とに基づいて前記リセット信号を生成するリセット信号生成部と、を有するように構成してもよい。

この構成によれば、従来の回路構成に対して小規模な回路を追加するだけでΣΔ方式ＡＤ変換器の不安定動作状態の誤検出を減らすことができる。
また、前述した本発明に係るアナログ−デジタル変換器において、前記不安定動作状態検出部は、前記量子化器が出力する２値のデジタルデータうちの一方の値の連続する個数を計数する第一のカウンタと、前記量子化器が出力する２値のデジタルデータうち前記第一のカウンタによっては計数されない方の値が連続する個数を計数する第二のカウンタと、前記第一のカウンタによる計数値と前記第二のカウンタによる計数値とに基づいて前記リセット信号を生成するリセット信号生成部と、を有するように構成してもよい。

この構成によっても、ΣΔ方式ＡＤ変調器における前述したような正常動作時の変調出力のパターンを不安定動作時のパターンとして誤検出することなく、不安定動作時の変調出力は適切に検出することができる。

また、前述した本発明に係るアナログ−デジタル変換器において、前記不安定動作状態検出部を複数有しており、前記不安定動作状態検出部が前記リセット信号を生成して出力する際の条件として用いる、前記第一の所定数と前記第二の所定数との組み合わせが、各不安定動作状態検出部間で互いに異なっている、ように構成してよい。

上述したような構成とすることにより、アナログ−デジタル変換器の動作の不安定状態とみなすことのできる量子化器の出力パターンが複数存在する場合であっても、アナログ−デジタル変換器の不安定動作状態を、より適切に検出して解消することができるようになる。

なお、上述した本発明に係るアナログ−デジタル変換器において実施されている動作状態の検出方法も、本発明に係るものであり、本発明に係るアナログ−デジタル変換器と同様の作用・効果を奏する結果、前述した課題が解決される。

本発明によれば、以上のようにすることにより、ΣΔ方式ＡＤ変換器の不安定動作状態の誤検出が減るという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明を実施するＡＤ変換器の構成の第一の例を示している。
図１に示すΣΔ方式のＡＤ変換器１０と、図６から図８に示したＡＤ変換器１００の従来例とは、不安定状態検出回路２０の構成が大きく異なっている。

図１において、縦続接続されている複数の積分器１１−１、１１−２、…、１１−ｎを備えてｎ次のΣΔ変調器を構成している。
乗算器１２−０は、ＡＤ変換器１０への入力信号と係数ａ０との乗算を行う。乗算器１２−１、１２−２、…、１２−ｎは、積分器１１−１、１１−２、…、１１−ｎの各々から出力される信号と、係数ａ１、ａ２、…、ａｎとの乗算を行う。

加算器１３は、乗算器１２−０、１２−１、１２−２、…、１２−ｎの各々から出力される信号の加算を行う。この加算結果が、積分器１１−１に入力される信号の最終的な積分結果となる。

加算器１３から出力される信号（アナログ信号）は、量子化器１４により量子化されてデジタルデータとなる。ここでは、量子化器１４は２値（１ビット）の量子化を行うものとし、加算器１３の出力信号と所定の閾値電圧との大小比較により、データ「１」に相当するＨレベル信号（出力信号＞閾値電圧の場合）若しくはデータ「０」に相当するＬレベル信号（出力信号＜閾値電圧の場合）のどちらかの信号を変調出力として出力するものとする。但し、量子化器１４が２値よりも多い多値の量子化を行うようにＡＤ変換器１０を構成することも可能である。この場合には、例えば、量子化器１４の変調出力として信号レベルが量子化値に応じて異なる信号を出力し、各信号レベルについて、各ビットが２値（データ「０」若しくはデータ「１」のどちらか）であり時間軸方向に複数のビットを並べたデジタルデータを対応付けるようにすればよい。

量子化器１４からの変調出力はＡＤ変換器１０の入力側へとフィードバックされる。加算器１５は、この変調出力をＡＤ変換器１０への入力信号から減算し、その減算結果として得られた信号を積分器１１−１、１１−２、…、１１−ｎの縦続接続へ入力して積分演算を行わせる。

図１における不安定状態検出回路２０は、量子化器１４が、２値のデジタルデータうちの一方の値を第一の所定数以上連続して出力し、且つ、当該出力に続けて当該２値のデジタルデータうちの他方の値を第二の所定数連続して出力した場合の検出を行い、当該場合の検出がされたときには、ＡＤ変換器１０の動作の不安定状態の検出がされたとみなし、各積分器１１−１、１１−２、…、１１−ｎに対するリセット信号を生成して出力する。

不安定状態検出回路２０は符号切り替え器２１、カウンタ２２、フラグレジスタ２３、及び積分器リセット判定部２４を備えて構成されている。
符号切り替え器２１は、量子化器１４が出力する２値のデジタルデータ（データ「０」若しくはデータ「１」）のうち、カウンタ２２で計数するものを選択する。

カウンタ２２は、量子化器１４が出力する２値のデジタルデータのうちの一方の値の連続する個数を計数する。
フラグレジスタ２３は、カウンタ２２が所定数以上の計数を行ったときに、その状態を変化させるフラグを保持しておくレジスタである。

積分器リセット判定部２４は、カウンタ２２による計数値とフラグレジスタ２３で保持されているフラグの状態とに基づき、ＡＤ変換器１０の前述した不安定動作状態の検出を行い、不安定動作状態が検出されたときには、各積分器１１−１、１１−２、…、１１−ｎに対するリセット信号を生成して出力する。各積分器１１−１、１１−２、…、１１−ｎは、このリセット信号を受け取ると出力をリセットする。

ここで図２について説明する。同図は、不安定状態検出回路２０の状態遷移を示している。なお、ここでは、カウンタ２２を３ビットのカウンタで構成しているものとする。
各積分器１１−１、１１−２、…、１１−ｎのリセット直後を想定する。このとき、カウンタ２２の計数値は「０」とされ、フラグレジスタ２３で保持されているフラグは「０」とされる。

ここで、量子化器１４からデータ「０」が出力された場合には、不安定状態検出回路２０の状態はＱ０００に遷移する。このとき、符号切り替え器２１は、量子化器１４が出力する２値のデジタルデータのうちカウンタ２２で計数するものの選択がデータ「０」となるように切り替えられる。一方、量子化器１４からデータ「１」が出力された場合には、不安定状態検出回路２０の状態はＱ１００に遷移する。このとき、符号切り替え器２１は、量子化器１４が出力する２値のデジタルデータのうちカウンタ２２で計数するものの選択がデータ「１」となるように切り替えられる。

不安定状態検出回路２０がＱ０００の状態にある場合に、量子化器１４からデータ「０」が出力されたときには、不安定状態検出回路２０の状態はＱ００１へと遷移し、カウンタ２２の計数値は１進められて「１」となる。一方、このＱ０００の状態にある場合に、量子化器１４からデータ「１」が出力されたときには、不安定状態検出回路２０の状態はＱ０００へと遷移し、カウンタ２２の計数値はクリアされて「０」となる。

不安定状態検出回路２０がＱ００１の状態にある場合に、量子化器１４からデータ「０」が出力されたときには、不安定状態検出回路２０の状態はＱ００２へと遷移し、カウンタ２２の計数値は１進められて「２」となる。一方、このＱ００１の状態にある場合に、量子化器１４からデータ「１」が出力されたときには、不安定状態検出回路２０の状態はＱ０００へと遷移し、カウンタ２２の計数値はクリアされて「０」となる。

以下、不安定状態検出回路２０がＱ００２〜Ｑ００６にある場合における状態の遷移は上述したＱ０００やＱ００１の状態におけるものと同様である。
不安定状態検出回路２０がＱ００７の状態にある場合に、量子化器１４からデータ「０」が出力されたときには、不安定状態検出回路２０の状態は遷移せず、Ｑ００７の状態が維持される。一方、このＱ００７の状態にある場合に、量子化器１４からデータ「１」が出力されたときには、不安定状態検出回路２０の状態はＱ０１０へと遷移し、カウンタ２２の計数値はクリアされて「０」となると共に、フラグレジスタ２３で保持されているフラグがセットされて「１」とされる。従って、不安定状態検出回路２０の状態がＱ０１０へと遷移する場合は、各積分器１１−１、１１−２、…、１１−ｎがリセットされた後、量子化器１４からデータ「０」が連続して８回以上出力され、その後に量子化器１４からデータ「１」が出力された場合である。なお、このとき、カウンタ２２から符号切り替え器２１へと制御信号が送られて、量子化器１４が出力する２値のデジタルデータのうちカウンタ２２で計数するものの選択がデータ「０」からデータ「１」へと切り替えられる。

不安定状態検出回路２０がＱ０１０の状態にある場合に、量子化器１４から今度はデータ「１」が出力されたときには、不安定状態検出回路２０の状態はＱ０１１へと遷移し、カウンタ２２の計数値は１進められて「１」となる。一方、このＱ０１０の状態にある場合に、量子化器１４からデータ「０」が出力されたときには、不安定状態検出回路２０の状態はＱ０００へと遷移し、カウンタ２２の計数値がクリアされて「０」となると共に、フラグレジスタ２３で保持されているフラグもクリアされて「０」とされ、更に、カウンタ２２から符号切り替え器２１へと制御信号が送られて、量子化器１４が出力する２値のデジタルデータのうちカウンタ２２で計数するものの選択がデータ「１」からデータ「０」へと切り替えられる。

以下、不安定状態検出回路２０がＱ０１１〜Ｑ０１５にある場合における状態の遷移は上述したＱ０１０の状態におけるものと同様である。
不安定状態検出回路２０がＱ０１６の状態にある場合に、量子化器１４からデータ「１」が出力されたときには、不安定状態検出回路２０の状態はＱ２００へと遷移する。一方、このＱ０１６の状態にある場合に、量子化器１４からデータ「０」が出力されたときには、不安定状態検出回路２０の状態はＱ０００へと遷移し、カウンタ２２の計数値がクリアされて「０」となると共に、フラグレジスタ２３で保持されているフラグもクリアされて「０」とされ、更に、カウンタ２２から符号切り替え器２１へと制御信号が送られて、量子化器１４が出力する２値のデジタルデータのうちカウンタ２２で計数するものの選択がデータ「１」からデータ「０」へと切り替えられる。

積分器リセット判定部２４は、不安定状態検出回路２０がＱ２００の状態に遷移したこと、すなわち、フラグレジスタ２３で保持されているフラグが「１」であり、且つ、カウンタ２２の計数値が「６」であるときに、量子化器１４からデータ「１」が更に出力されたことを検出すると、リセット信号を生成して出力し、各積分器１１−１、１１−２、…、１１−ｎの出力をリセットさせる。つまり、このＱ０００からＱ０１６にかけての状態遷移により、量子化器１４がデータ「０」を連続して８回以上出力し、その後に続けてデータ「１」を連続して８回出力した場合の検出を行い、積分器リセット判定部２４は、この場合の検出がされたときに、各積分器１１−１、１１−２、…、１１−ｎに対するリセット信号を生成して出力するのである。

一方、不安定状態検出回路２０がＱ１００の状態にある場合に、量子化器１４からデータ「１」が出力されたときには、不安定状態検出回路２０の状態はＱ１０１へと遷移し、カウンタ２２の計数値は１進められて「１」となる。一方、このＱ１００の状態にある場合に、量子化器１４からデータ「０」が出力されたときには、不安定状態検出回路２０の状態はＱ１００へと遷移し、カウンタ２２の計数値はクリアされて「０」となる。

不安定状態検出回路２０がＱ１０１の状態にある場合に、量子化器１４からデータ「１」が出力されたときには、不安定状態検出回路２０の状態はＱ１０２へと遷移し、カウンタ２２の計数値は１進められて「２」となる。一方、このＱ１０１の状態にある場合に、量子化器１４からデータ「０」が出力されたときには、不安定状態検出回路２０の状態はＱ０００へと遷移し、カウンタ２２の計数値はクリアされて「０」となる。

以下、不安定状態検出回路２０がＱ１０２〜Ｑ１０６にある場合における状態の遷移は上述したＱ１００やＱ１０１の状態におけるものと同様である。
不安定状態検出回路２０がＱ１０７の状態にある場合に、量子化器１４からデータ「１」が出力されたときには、不安定状態検出回路２０の状態は遷移せず、Ｑ１０７の状態が維持される。一方、このＱ１０７の状態にある場合に、量子化器１４からデータ「０」が出力されたときには、不安定状態検出回路２０の状態はＱ１１０へと遷移し、カウンタ２２の計数値はクリアされて「０」となると共に、フラグレジスタ２３で保持されているフラグがセットされて「１」とされる。従って、不安定状態検出回路２０の状態がＱ１１０へと遷移する場合は、各積分器１１−１、１１−２、…、１１−ｎがリセットされた後、量子化器１４からデータ「１」が連続して８回以上出力され、その後に量子化器１４からデータ「０」が出力された場合である。なお、このとき、カウンタ２２から符号切り替え器２１へと制御信号が送られて、量子化器１４が出力する２値のデジタルデータのうちカウンタ２２で計数するものの選択がデータ「１」からデータ「０」へと切り替えられる。

不安定状態検出回路２０がＱ１１０の状態にある場合に、量子化器１４から今度はデータ「０」が出力されたときには、不安定状態検出回路２０の状態はＱ１１１へと遷移し、カウンタ２２の計数値は１進められて「１」となる。一方、このＱ１１０の状態にある場合に、量子化器１４からデータ「１」が出力されたときには、不安定状態検出回路２０の状態はＱ１００へと遷移し、カウンタ２２の計数値がクリアされて「０」となると共に、フラグレジスタ２３で保持されているフラグもクリアされて「０」とされ、更に、カウンタ２２から符号切り替え器２１へと制御信号が送られて、量子化器１４が出力する２値のデジタルデータのうちカウンタ２２で計数するものの選択がデータ「０」からデータ「１」へと切り替えられる。

以下、不安定状態検出回路２０がＱ１１１〜Ｑ１１５にある場合における状態の遷移は上述したＱ１１０の状態におけるものと同様である。
不安定状態検出回路２０がＱ１１６の状態にある場合に、量子化器１４からデータ「０」が出力されたときには、不安定状態検出回路２０の状態はＱ２００へと遷移する。一方、このＱ１１６の状態にある場合に、量子化器１４からデータ「１」が出力されたときには、不安定状態検出回路２０の状態はＱ１００へと遷移し、カウンタ２２の計数値がクリアされて「０」となると共に、フラグレジスタ２３で保持されているフラグもクリアされて「０」とされ、更に、カウンタ２２から符号切り替え器２１へと制御信号が送られて、量子化器１４が出力する２値のデジタルデータのうちカウンタ２２で計数するものの選択がデータ「０」からデータ「１」へと切り替えられる。

積分器リセット判定部２４は、不安定状態検出回路２０がＱ２００の状態に遷移したこと、すなわち、フラグレジスタ２３で保持されているフラグが「１」であり、且つ、カウンタ２２の計数値が「６」であるときに、量子化器１４からデータ「０」が更に出力されたことを検出すると、リセット信号を生成して出力し、各積分器１１−１、１１−２、…、１１−ｎの出力をリセットさせる。つまり、このＱ１００からＱ１１６にかけての状態遷移により、量子化器１４がデータ「１」を連続して８回以上出力し、その後に続けてデータ「０」を連続して８回出力した場合の検出を行い、積分器リセット判定部２４は、この場合の検出がされたときに、各積分器１１−１、１１−２、…、１１−ｎに対するリセット信号を生成して出力するのである。

不安定状態検出回路２０がＱ２００の状態に遷移して各積分器１１−１、１１−２、…、１１−ｎがリセットされると、カウンタ２２の計数値は「０」とされ、フラグレジスタ２３で保持されているフラグは「０」とされる。この後、量子化器１４からデータ「０」が出力された場合には、不安定状態検出回路２０の状態はＱ０００に遷移する。このとき、符号切り替え器２１は、量子化器１４が出力する２値のデジタルデータのうちカウンタ２２で計数するものの選択がデータ「０」となるように切り替えられる。一方、量子化器１４からデータ「１」が出力された場合には、不安定状態検出回路２０の状態はＱ１００に遷移する。このとき、符号切り替え器２１は、量子化器１４が出力する２値のデジタルデータのうちカウンタ２２で計数するものの選択がデータ「１」となるように切り替えられる。

不安定状態検出回路２０の状態が以上のように遷移することにより、量子化器１４が、２値のデジタルデータうちの一方の値を第一の所定数（８回）以上連続して出力し、且つ、当該出力に続けて当該２値のデジタルデータうちの他方の値を第二の所定数（第一の所定数と同一である８回）連続して出力した場合の検出が行われ、更に、当該場合の検出がされたときに、各積分器１１−１、１１−２、…、１１−ｎに対するリセット信号の生成及び出力が行われる。各積分器１１−１、１１−２、…、１１−ｎがこのリセット信号を受け取って出力をリセットすることにより、ＡＤ変換器１０の動作の不安定状態が解消する。

なお、上述した実施形態においては、第一の所定数及び第二の所定数をどちらも８回としていたが、カウンタ２２の計数可能数を変更すると共に、フラグレジスタ２３で保持されているフラグが「１」にセットされる条件と積分器リセット判定部２４がリセット信号を生成して出力する条件とを変更することにより、第一の所定数及び第二の所定数をそれぞれ異なる値とすることもできる。こうすることにより、ＡＤ変換器１０の動作が不安定状態に陥った場合に量子化器１４から出力される様々な波形パターンに対応することができる。

また、不安定状態検出回路２０の構成は、図１に示したものに限定されるものではなく、例えば、図３に示すような、他の構成を採ることもできる。
図３について説明する。同図は、本発明を実施するＡＤ変換器の構成の第二の例を示している。同図に示す構成は、不安定状態検出回路２０の構成のみが、図１に示した第一の例の構成と異なっており、他は同一構成である。そこで、図３については、不安定状態検出回路２０の構成についてのみ説明する。

「０」カウンタ２５は、量子化器１４が出力する２値のデジタルデータうちのデータ「０」の連続する個数を計数する第一のカウンタである。また、「１」カウンタ２６は、量子化器１４が出力する２値のデジタルデータうちのデータ「１」（「０」カウンタ２５によっては計数されない方の値）が連続する個数を計数する第二のカウンタである。

フラグレジスタＡ２７は、予め設定されている所定数Ａ以上の計数を「０」カウンタ２５が行った場合にセットされるフラグを保持しておくレジスタである。
フラグレジスタＢ２８は、予め設定されている所定数Ｂ以上の計数を「１」カウンタ２６が行った場合にセットされるフラグを保持しておくレジスタである。

積分器リセット判定部２９は、フラグレジスタＡ２７及びフラグレジスタＢ２８で保持されているフラグの状態、すなわち、「０」カウンタ２５による計数値と「１」カウンタ２６による計数値とに基づき、ＡＤ変換器１０の前述した不安定動作状態の検出を行い、不安定動作状態が検出されたときには、各積分器１１−１、１１−２、…、１１−ｎに対するリセット信号を生成して出力する。各積分器１１−１、１１−２、…、１１−ｎは、このリセット信号を受け取ると出力をリセットする。

図３において、「０」カウンタ２５は、量子化器１４が、予め設定されている所定数Ａ回連続してデータ「０」を出力した場合に、フラグレジスタＡ２７に保持されているフラグＡを「１」にセットする。一方、データ「０」の連続出力数が当該所定数Ａ回を満たすことなくデータ「１」の出力を量子化器１４が行ったときには、「０」カウンタ２５自身の計数値をリセットすると共に、フラグレジスタＢ２８に保持されているフラグＢをクリアして「０」にセットする。

一方、「１」カウンタ２６は、量子化器１４が、予め設定されている所定数Ｂ回連続してデータ「１」を出力した場合に、フラグレジスタＢ２８に保持されているフラグＢを「１」にセットする。一方、データ「１」の連続出力数が当該所定数Ｂ回を満たすことなくデータ「０」の出力を量子化器１４が行ったときには、「１」カウンタ２６自身の計数値をリセットすると共に、フラグレジスタＡ２７に保持されているフラグＡをクリアして「０」にセットする。

積分器リセット判定部２９は、フラグレジスタＡ２７及びフラグレジスタＢ２８で各々保持されているフラグの状態を監視し、その両者が共に「１」となったことが検出された場合には、各積分器１１−１、１１−２、…、１１−ｎに対するリセット信号を生成して出力すると共に、フラグレジスタＡ２７及びフラグレジスタＢ２８で各々保持されているフラグを共にクリアして「０」とする。

図３に示す構成においては、不安定状態検出回路２０が以上のように動作することにより、量子化器１４が、２値のデジタルデータうちの一方の値を第一の所定数以上連続して出力し、且つ、当該出力に続けて当該２値のデジタルデータうちの他方の値を第二の所定数連続して出力した場合の検出が行われ、更に、当該場合の検出がされたときに、各積分器１１−１、１１−２、…、１１−ｎに対するリセット信号の生成及び出力が行われる。各積分器１１−１、１１−２、…、１１−ｎがこのリセット信号を受け取って出力をリセットすることにより、ＡＤ変換器１０の動作の不安定状態が解消する。

なお、図１や図３に示したような不安定状態検出回路２０をＡＤ変換器１０に複数設けるようにし、不安定動作状態検出部２０がリセット信号を生成して出力する際の条件として用いる、第一の所定数と第二の所定数との組み合わせを、各不安定動作状態検出部２０間で互いに異ならせるように構成してもよい。この構成例を図４に示す。

図４の構成例において、不安定状態検出回路２０−１、２０−２、…、２０−ｍは、いずれも図１若しくは図３に示した不安定状態検出回路２０と同一の構成を有している。但し、各積分器１１−１、１１−２、…、１１−ｎに対するリセット信号を生成して出力する際の条件として用いる、第一の所定数と第二の所定数との組み合わせが、各不安定状態検出回路２０−１、２０−２、…、２０−ｍの間で互いに異なるように設定されている。

ＯＲ回路３０は、各不安定状態検出回路２０−１、２０−２、…、２０−ｍから出力されるリセット信号の論理和を求めて出力する。この出力信号は、リセット信号として各積分器１１−１、１１−２、…、１１−ｎへ送られる。

この図４に示した構成によれば、量子化器１４が、２値のデジタルデータうちの一方の値を第一の所定数以上連続して出力し、且つ、当該出力に続けて当該２値のデジタルデータうちの他方の値を第二の所定数連続して出力した場合の検出が、当該第一の所定数と当該第二の所定数との組み合わせを異ならせて複数回行われることになる。ＡＤ変換器１０の動作の不安定状態とみなすことのできる量子化器１４の出力パターンは必ずしも１パターンにのみ限定されるものではない。従って、このような構成を採用することにより、ＡＤ変換器の動作の不安定状態とみなすことのできる量子化器１４の出力パターンが複数存在する場合であっても、ＡＤ変換器１０の不安定動作状態を、より適切に検出して解消することができるようになる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上述した各実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良・変更が可能である。
なお、上記した実施の形態から次のような構成の技術的思想が導かれる。

（付記１）シグマデルタ方式のアナログ−デジタル変換器であって、
信号を積分する積分器と、
前記積分器から出力される信号を量子化して２値のデジタルデータを出力する量子化器と、
前記量子化器が、２値のデジタルデータうちの一方の値を第一の所定数以上連続して出力し、且つ、当該出力に続けて当該２値のデジタルデータうちの他方の値を第二の所定数連続して出力した場合の検出を行い、当該場合の検出がされたときに前記積分器に対するリセット信号を生成して出力する不安定動作状態検出部と、
を有することを特徴とするアナログ−デジタル変換器。

（付記２）前記第一の所定数と前記第二の所定数とは同一であることを特徴とする付記１に記載のアナログ−デジタル変換器。
（付記３）前記不安定動作状態検出部は、
前記量子化器が出力する２値のデジタルデータのうちの一方の値の連続する個数を計数するカウンタと、
前記カウンタが所定数以上の計数を行ったときに状態を変化させるフラグを保持しておくフラグレジスタと、
前記カウンタによる計数値と前記フラグレジスタで保持されているフラグの状態とに基づいて前記リセット信号を生成するリセット信号生成部と、
を有することを特徴する付記１に記載のアナログ−デジタル変換器。

（付記４）前記不安定動作状態検出部は、
前記量子化器が出力する２値のデジタルデータうちの一方の値の連続する個数を計数する第一のカウンタと、
前記量子化器が出力する２値のデジタルデータうち前記第一のカウンタによっては計数されない方の値が連続する個数を計数する第二のカウンタと、
前記第一のカウンタによる計数値と前記第二のカウンタによる計数値とに基づいて前記リセット信号を生成するリセット信号生成部と、
を有することを特徴する付記１に記載のアナログ−デジタル変換器。

（付記５）前記不安定動作状態検出部を複数有しており、
前記不安定動作状態検出部が前記リセット信号を生成して出力する際の条件として用いる、前記第一の所定数と前記第二の所定数との組み合わせが、各不安定動作状態検出部間で互いに異なっている、
ことを特徴とする付記１に記載のアナログ−デジタル変換器。

（付記６）信号を積分する積分器と、当該積分器から出力される信号を量子化して２値のデジタルデータを出力する量子化器とを有しているシグマデルタ方式のアナログ−デジタル変換器の動作状態を判定する方法であって、
前記量子化器が、２値のデジタルデータうちの一方の値を第一の所定数以上連続して出力し、且つ、当該出力に続けて当該２値のデジタルデータうちの他方の値を第二の所定数連続して出力した場合の検出がされたことを以って、前記アナログ−デジタル変換器の動作状態が不安定であるとの判定を下す、
ことを特徴とするアナログ−デジタル変換器の動作状態判定方法。

（付記７）前記第一の所定数と前記第二の所定数とは同一であることを特徴とする付記６に記載のアナログ−デジタル変換器の動作状態判定方法。
（付記８）前記量子化器が出力する２値のデジタルデータのうちの一方の値の連続する個数をカウンタで計数し、
前記カウンタが所定数以上の計数を行ったときに、フラグレジスタに保持させているフラグの状態を変化させ、
前記場合の検出を、前記カウンタによる計数値と前記フラグレジスタで保持されているフラグの状態とに基づいて行う、
ことを特徴する付記６に記載のアナログ−デジタル変換器の動作状態判定方法。

（付記９）前記量子化器が出力する２値のデジタルデータうちの一方の値の連続する個数を第一のカウンタで計数し、
前記量子化器が出力する２値のデジタルデータうち前記第一のカウンタによっては計数されない方の値が連続する個数を第二のカウンタで計数し、
前記場合の検出を、前記第一のカウンタによる計数値と前記第二のカウンタによる計数値とに基づいて行う、
ことを特徴する付記６に記載のアナログ−デジタル変換器の動作状態判定方法。

（付記１０）前記第一の所定数と前記第二の所定数との組み合わせを異ならせて前記検出を複数回行うことを特徴する付記６に記載のアナログ−デジタル変換器の動作状態判定方法。

本発明を実施するＡＤ変換器の構成の第一の例を示す図である。 不安定状態検出回路の状態遷移を示した図である。 本発明を実施するＡＤ変換器の構成の第二の例を示す図である。 本発明を実施するＡＤ変換器の構成の第三の例を示す図である。 高次のΣΔ変調器で安定動作を確保する手法の例を示す図である。 不安定状態検出回路の従来構成の第一の例を示す図である。 不安定状態検出回路の従来構成の第二の例を示す図である。 不安定状態検出回路の従来構成の第三の例を示す図である。 従来技術の問題点を説明する図である。

符号の説明

１１−１、１１−２、１１−ｎ 積分器
１２−０、１２−１、１２−２、１２−ｎ 乗算器
１３、１５ 加算器
１４ 量子化器
２０、２０−１、２０−２、２０−ｍ 不安定状態検出回路
２１ 符号切り替え器
２２ カウンタ
２３ フラグレジスタ
２４、２９ 積分器リセット判定部
２５ 「０」カウンタ
２６ 「１」カウンタ
２７ フラグＡレジスタ
２８ フラグＢレジスタ
３０ ＯＲ回路

Claims (5)

1. シグマデルタ方式のアナログ−デジタル変換器であって、
   信号を積分する積分器と、
   前記積分器から出力される信号を量子化して２値のデジタルデータを出力する量子化器と、
   前記量子化器が、２値のデジタルデータうちの一方の値を第一の所定数以上連続して出力し、且つ、当該出力に続けて当該２値のデジタルデータうちの他方の値を第二の所定数連続して出力した場合の検出を行い、当該場合の検出がされたときに前記積分器に対するリセット信号を生成して出力する不安定動作状態検出部と、
   を有することを特徴とするアナログ−デジタル変換器。
2. 前記不安定動作状態検出部は、
   前記量子化器が出力する２値のデジタルデータのうちの一方の値の連続する個数を計数するカウンタと、
   前記カウンタが所定数以上の計数を行ったときに状態を変化させるフラグを保持しておくフラグレジスタと、
   前記カウンタによる計数値と前記フラグレジスタで保持されているフラグの状態とに基づいて前記リセット信号を生成するリセット信号生成部と、
   を有することを特徴する請求項１に記載のアナログ−デジタル変換器。
3. 前記不安定動作状態検出部は、
   前記量子化器が出力する２値のデジタルデータうちの一方の値の連続する個数を計数する第一のカウンタと、
   前記量子化器が出力する２値のデジタルデータうち前記第一のカウンタによっては計数されない方の値が連続する個数を計数する第二のカウンタと、
   前記第一のカウンタによる計数値と前記第二のカウンタによる計数値とに基づいて前記リセット信号を生成するリセット信号生成部と、
   を有することを特徴する請求項１に記載のアナログ−デジタル変換器。
4. 前記不安定動作状態検出部を複数有しており、
   前記不安定動作状態検出部が前記リセット信号を生成して出力する際の条件として用いる、前記第一の所定数と前記第二の所定数との組み合わせが、各不安定動作状態検出部間で互いに異なっている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のアナログ−デジタル変換器。
5. 信号を積分する積分器と、当該積分器から出力される信号を量子化して２値のデジタルデータを出力する量子化器とを有しているシグマデルタ方式のアナログ−デジタル変換器の動作状態を判定する方法であって、
   前記量子化器が、２値のデジタルデータうちの一方の値を第一の所定数以上連続して出力し、且つ、当該出力に続けて当該２値のデジタルデータうちの他方の値を第二の所定数連続して出力した場合の検出がされたことを以って、前記アナログ−デジタル変換器の動作状態が不安定であるとの判定を下す、
   ことを特徴とするアナログ−デジタル変換器の動作状態判定方法。