特開 2025-8088 デルタシグマ型変調器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025008088

(43)【公開日】2025-01-20

(54)【発明の名称】デルタシグマ型変調器

(51)【国際特許分類】

   H03M 3/02 20060101AFI20250109BHJP

   H03M 1/12 20060101ALI20250109BHJP

   H03M 1/10 20060101ALN20250109BHJP

【ＦＩ】

H03M3/02

H03M1/12

H03M1/10 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023109955

(22)【出願日】2023-07-04

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】520124752

【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ

(74)【代理人】

【識別番号】110000567

【氏名又は名称】弁理士法人サトー

(72)【発明者】

【氏名】谷口 壮耶

(72)【発明者】

【氏名】和田 祥太郎

(72)【発明者】

【氏名】古田 善一

(72)【発明者】

【氏名】根塚 智裕

【テーマコード（参考）】

5J022

5J064

【Ｆターム（参考）】

5J022BA03

5J022CA03

5J064BA03

5J064BB01

5J064BB14

5J064BC06

5J064BC10

5J064BC11

5J064BC13

5J064BC15

5J064BC16

5J064BC24

(57)【要約】      （修正有）

【課題】入力の前段に抵抗素子を接続した際の検出誤差を、より低減できるデルタシグマ型変調器を提供する。
【解決手段】デルタシグマ型変調器１において、量子化器チョッピング用スイッチ２９を量子化器５の出力側に接続し、第１、第３アンプチョッピング用スイッチ１０、１３を、容量結合アンプ２の入力側及び出力側に接続する。第１、第３アンプチョッピング用スイッチのチョッピング動作により変調された信号を、量子化器チョッピング用スイッチ２９によるチョッピング動作により復調する。第１、第３アンプチョッピング用スイッチのチョッピング動作を、量子化器チョッピング用スイッチの動作周波数の１／２の周波数で、且つ、互いの位相が９０度異なるタイミングで行う。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

容量結合アンプ（２）と、
この容量結合アンプの出力側に接続される相関２重サンプリング型の積分器（３）と、
この積分器の出力側に接続される量子化器（５）と、
この量子化器の出力側に接続される量子化器チョッピング用スイッチ（２９）と、
前記容量結合アンプの入力側、又は入力側及び出力側に接続される少なくとも２つのアンプチョッピング用スイッチ（１０、１１，１２、３６～３８）と、を備え、
前記アンプチョッピング用スイッチのチョッピング動作により変調された信号を、前記量子化器チョッピング用スイッチによるチョッピング動作により復調し、
前記アンプチョッピング用スイッチのチョッピング動作は、前記量子化器チョッピング用スイッチの動作周波数の１／２の周波数で、且つ互い位相が９０度異なるタイミングで行われるデルタシグマ型変調器。

【請求項2】

前記アンプチョッピング用スイッチ（１０，１３）は、前記容量結合アンプの入力側及び出力側にそれぞれ配置されている請求項１記載のデルタシグマ型変調器。

【請求項3】

前記アンプチョッピング用スイッチ（１０，１１）は、何れも前記容量結合アンプの入力側に配置され、それらの一方は、前記容量結合アンプを動作させる信号と、前記チョッピング動作用の信号とを論理合成した信号によりチョッピングされる請求項１記載のデルタシグマ型変調器。

【請求項4】

前記アンプチョッピング用スイッチのそれぞれと、前記容量結合アンプの入力端子、出力端子との間に、入力側動作用スイッチ及び出力側動作用スイッチを配置し、
前記入力側動作用スイッチ、及び前記出力側動作用スイッチは、基本動作周波数をＦｓとすると、それぞれ周波数Ｆｓ／２で、且つ互い位相が９０度異なるタイミングで動作する請求項２記載のデルタシグマ型変調器。

【請求項5】

入力容量（１２）と、
この入力容量に接続される相関２重サンプリング型の積分器（３）と、
この積分器出力側に接続される量子化器（５）と、
この量子化器の出力側に接続される量子化器チョッピング用スイッチ（２９）と、
前記入力容量の入力側に配置される、少なくとも２つのアンプチョッピング用スイッチ（１０，１１）と、を備え、
前記アンプチョッピング用スイッチのチョッピング動作により変調された信号を、前記量子化器チョッピング用スイッチによるチョッピング動作により復調し、
前記アンプチョッピング用スイッチのチョッピング動作は、前記量子化器チョッピング用スイッチの動作周波数の１／２の周波数で、且つ互い位相が９０度異なるタイミングで行われるデルタシグマ型変調器。

【請求項6】

前記アンプチョッピング用スイッチ（１１，３６～３８）を、３つ以上備え、
前記アンプチョッピング用スイッチの２つ以上は、前記動作周波数の１／２よりも低い周波数で、且つそれぞれ異なる位相でチョッピング動作され、
前記アンプチョッピング用スイッチのチョッピング動作により変調された信号を、前記量子化器チョッピング用スイッチによるチョッピング動作により復調する請求項１又は５記載のデルタシグマ型変調器。

【請求項7】

前記アンプチョッピング用スイッチの１つ（１１）は、前記容量結合アンプを動作させる信号と、前記チョッピング動作用の信号とを論理合成した信号によりチョッピングされる請求項６記載のデルタシグマ型変調器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、デルタシグマ型の変調器に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば特許文献１には、デルタシグマ型の変調器において、Ａ／Ｄ変換動作を行なう部分の入出力と、積分器における積分容量の入出力とにおいて、同じ周波数でチョッピングを行う構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許公開２０２２／０２６３５２０明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の構成において、入力の前段に、アンチエイリアスフィルタ等を構成する抵抗素子を接続することを想定する。この場合、スイッチドキャパシタ動作による電荷の吸い込みが発生し、抵抗素子にて電圧降下が生じるため、その電圧降下分が検出誤差となってしまう。

【0005】

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、入力の前段に抵抗素子を接続した際の検出誤差を、より低減できるデルタシグマ型変調器を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

請求項１記載のデルタシグマ型変調器によれば、容量結合アンプ（２）、相関２重サンプリング型の積分器（３）、及び量子化器（５）を備える。量子化器チョッピング用スイッチ（２９）を量子化器の出力側に接続し、少なくとも２つのアンプチョッピング用スイッチ（１０、１１，１２、３６～３８）を、容量結合アンプの入力側、又は入力側及び出力側に接続する。そして、アンプチョッピング用スイッチのチョッピング動作により変調された信号を、量子化器チョッピング用スイッチによるチョッピング動作により復調する。アンプチョッピング用スイッチのチョッピング動作は、量子化器チョッピング用スイッチの動作周波数の１／２の周波数で、且つ互い位相が９０度異なるタイミングで行われる。

【0007】

容量結合アンプの入力側において、アンプチョッピング用スイッチの前段に抵抗素子が接続される構成においても、容量結合アンプの入力側で行われるチョッピング動作の周波数を、量子化器の出力側で行われるチョッピングの１／２にすることで、スイッチドキャパシタ動作による電荷の吸い込み量を低減できる。また、少なくとも２つのアンプチョッピング用スイッチによるチョッピングの位相を、互いに９０度異なるタイミングとすることで、チョッピングの切り替わりによって生じるオフセットも低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態であり、デルタシグマ型変調器の構成を示す図

【図2】チョッピング用スイッチの詳細構成を示す図

【図3】主要なチョッピング用スイッチの制御信号を示すタイミングチャート

【図4】第２実施形態であり、デルタシグマ型変調器の構成を示す図

【図5】第３実施形態であり、デルタシグマ型変調器の構成を示す図

【図6】第４実施形態であり、デルタシグマ型変調器の構成を示す図

【図7】第５実施形態であり、デルタシグマ型変調器の構成を示す図

【図8】主要なチョッピング用スイッチの制御信号を示すタイミングチャート

【発明を実施するための形態】

【0009】

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態のデルタシグマ型変調器１は差動型であり、容量結合アンプ２、第１積分器３、第２積分器４及び量子化器５を備えている。尚、図中で差動構成の各側の符号には「ａ，ｂ」を付しているが、構成が対称であるため特段区別する必要がない限りは、符号に「ａ，ｂ」を付さない。容量結合アンプ２を構成するオペアンプ６の入力端子と出力端子との間には、コンデンサ７と、スイッチ８及び９の直列回路とが並列に接続されている。スイッチ８及び９の共通接続点は、グランドに接続されている。オペアンプ６の入力端子には、電圧Ｖｉｎｐ，Ｖｉｎｍが第１及び第２アンプチョッピング用スイッチ１０及び１１、並びにコンデンサ１２を介して入力される。

【0010】

図１ではシンボル的に示しているチョッピング用スイッチ１０，１１は、図２に示すように、４つの単位スイッチＳＷを備えている。反転側、非反転側にそれぞれ直列に接続されるスイッチＳＷ（＋），ＳＷ（－）と、反転側、非反転側間にたすき掛け状態で接続される２つのスイッチＳＷ（＋），ＳＷ（－）とからなる。尚、各スイッチは、例えばＮチャネルＭＯＳＦＥＴ等で構成される。

【0011】

オペアンプ６の出力端子は、第３アンプチョッピング用スイッチ１３、コンデンサ１４を介して、第１積分器３を構成するオペアンプ１５の入力端子に接続されている。オペアンプ１５の入力端子と出力端子との間には、スイッチ１６と、スイッチ１７、チョッピング用スイッチ１８、コンデンサ１９、及びチョッピング用スイッチ２０の直列回路とが並列に接続されている。第１積分器３は、相関２重サンプリング型である。

【0012】

オペアンプ１５の出力端子は、スイッチ２１、コンデンサ２２及びスイッチ２３を介して、第２積分器４を構成するオペアンプ２４の入力端子に接続されている。スイッチ２１及びコンデンサ２２の共通接続点と、コンデンサ２２及びスイッチ２３の共通接続点とはグランドに接続されている。オペアンプ２４の入力端子は、スイッチ２５を介してグランドに接続されている。オペアンプ２４の入力端子と出力端子との間には、チョッピング用スイッチ２６、コンデンサ２７、及びチョッピング用スイッチ２８の直列回路が接続されている。コンデンサ２７及びチョッピング用スイッチ２８の共通接続点は、グランドに接続されている。

【0013】

オペアンプ２４の出力端子は、量子化器５の入力端子に接続されている。量子化器５の出力端子には、量子化器用チョッピングスイッチ２９が接続されている。オペアンプ１５の入力端子には、量子化器５の出力をフィードバックするＤ／Ａコンバータ３０の出力端子が、コンデンサ３１を介して接続されている。尚、Ｄ／Ａコンバータ３０は、簡略的に３連スイッチのシンボルで示している。また、コンデンサ２２及びスイッチ２３の共通接続点には、同様に量子化器５の出力をフィードバックするＤ／Ａコンバータ３２の出力端子が、コンデンサ３３を介して接続されている。

【0014】

次に、本実施形態の作用について説明する。尚、図１及び図３では、本実施形態の要部に係るチョッピング動作についてのタイミングのみを示している。容量結合アンプ２において、第２アンプチョッピング用スイッチ１１の動作周波数をＦｓとすると、第２，第３アンプチョッピング用スイッチ１０、１３の動作周波数をＦｓ／５１２とする。但し、両者の位相は９０度異なり、例えば前者の位相をｓｉｎωｔとすると、後者の位相はｃｏｓωｔとなる。
第１積分器３におけるチョッピング用スイッチ１８及び２０、第２積分器４におけるチョッピング用スイッチ２６及び２８、量子化器５の出力側にある量子化器用チョッピングスイッチ２９の動作周波数は、何れもＦｓ／２５６（ｓｉｎωｔ）である。

【0015】

以上のように本実施形態によれば、デルタシグマ型変調器１において、容量結合アンプ２、第１及び第２積分器３及び４、並びに量子化器５を備える。量子化器チョッピング用スイッチ２９を量子化器５の出力側に接続し、第１及び第３アンプチョッピング用スイッチ１０及び１３を、容量結合アンプ２の入力側及び出力側に接続する。そして、アンプチョッピング用スイッチ１０及び１３のチョッピング動作により変調された信号を、量子化器チョッピング用スイッチ２９によるチョッピング動作により復調する。アンプチョッピング用スイッチのチョッピング動作を、量子化器チョッピング用スイッチ１０及び１３の動作周波数の１／２の周波数で、且つ互い位相が９０度異なるタイミングで行う。

【0016】

第１アンプチョッピング用スイッチ１０の前段に抵抗素子が接続される構成においても、容量結合アンプ２の入力側で行われるチョッピング動作の周波数を、量子化器５の出力側で行われるチョッピングの１／２にすることで、スイッチドキャパシタ動作による電荷の吸い込み量を低減できる。また、２つのアンプチョッピング用スイッチ１０，１３によるチョッピングの位相を、互いに９０度異なるタイミングとすることで、チョッピングの切り替わりによって生じるオフセットも低減できる。

【0017】

（第２実施形態）
以下、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。図４に示すように、第２実施形態のデルタシグマ型変調器３１は、デルタシグマ型変調器１より第３アンプチョッピング用スイッチ１３を削除した構成である。そして、第１アンプチョッピング用スイッチ１０を、周波数Ｆｓのチョッピング信号と、周波数Ｆｓ／２５６（ｃｏｓωｔ）のチョッピング信号とを、排他的論理和により合成した信号によってチョッピング動作させる。これにより、回路規模をより小さくすることができる。

【0018】

（第３実施形態）
図５に示すように、第３実施形態のデルタシグマ型変調器３２は、デルタシグマ型変調器１において、容量結合アンプ２を構成するオペアンプ６の出力端子と、第３アンプチョッピング用スイッチ１３との間に、第４アンプチョッピング用スイッチ３３を挿入したものである。そして、第２アンプチョッピング用スイッチ１１を周波数Ｆｓ／２（ｓｉｎωｔ）でチョッピング動作させ、第４アンプチョッピング用スイッチ３３を、周波数Ｆｓ／２（ｃｏｓωｔ）でチョッピング動作させる。これにより、容量結合アンプ２の動作周波数が１／２になるので、誤差をより低減できる。

【0019】

（第４実施形態）
図６に示すように、第４実施形態のデルタシグマ型変調器３４は、第２実施形態のデルタシグマ型変調３１より、容量結合アンプ２を削除した構成である。

【0020】

（第５実施形態）
図７に示すように、第５実施形態のデルタシグマ型変調器３５は、第２実施形態のデルタシグマ型変調３１において、第１アンプチョッピング用スイッチ１１の前段に、第５～第７アンプチョッピング用スイッチ３６～３８を追加した構成である。第１アンプチョッピング用スイッチ１１は、周波数Ｆｓのチョッピング信号と、周波数Ｆｓ／１０２４（ｓｉｎωｔ）のチョッピング信号とを、排他的論理和により合成した信号によってチョッピング動作させる。

【0021】

第５～第７アンプチョッピング用スイッチ３６～３８の動作周波数は何れも、周波数Ｆｓ／１０２４であるが、図８に示すように、以下のように位相差を付与する。
・第１アンプチョッピング用スイッチ１１：Ｆｓ／１０２４（ｓｉｎωｔ）
・第５アンプチョッピング用スイッチ３５：Ｆｓ／１０２４（ｓｉｎωｔ＋π／４）
・第６アンプチョッピング用スイッチ３６：Ｆｓ／１０２４（ｓｉｎωｔ＋π／２）
・第７アンプチョッピング用スイッチ３７：Ｆｓ／１０２４（ｓｉｎωｔ＋３π／４）

【0022】

すなわち、容量結合アンプ２の入力側で、４つのチョッピング用スイッチ１１及び３５～３７により、互いに９０度の位相差を付与してチョッピング動作させる。これにより、周波数Ｆｓ／２５６の１／４となる周波数Ｆｓ／１０２４で、より低い周波数でチョッピング動作させることができる。

【0023】

（その他の実施形態）
第４実施形態において、容量結合アンプ２の入力側に配置するチョッピング用スイッチを、２，３又は５以上としても良い。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

【符号の説明】

【0024】

図面中、１はデルタシグマ型変調器、２は容量結合アンプ、３は第１積分器、４は第２積分器、５は量子化器、１０は第１アンプチョッピング用スイッチ、１１は第２アンプチョッピング用スイッチ、１３は第３アンプチョッピング用スイッチ、２９は量子化器チョッピング用スイッチを示す。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】