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JP7525484B2 - Analog-digital conversion device, control method for analog-digital conversion device, and audio device - Google Patents

Analog-digital conversion device, control method for analog-digital conversion device, and audio device Download PDF

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JP7525484B2
JP7525484B2 JP2021522694A JP2021522694A JP7525484B2 JP 7525484 B2 JP7525484 B2 JP 7525484B2 JP 2021522694 A JP2021522694 A JP 2021522694A JP 2021522694 A JP2021522694 A JP 2021522694A JP 7525484 B2 JP7525484 B2 JP 7525484B2
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Description

本開示は、アナログ-デジタル変換装置、アナログ-デジタル変換装置の制御方法、及び、オーディオ装置に関する。 The present disclosure relates to an analog-to-digital conversion device, a control method for an analog-to-digital conversion device, and an audio device.

種々のオーディオ装置において、マイクロホン等から入力されるアナログのオーディオ信号をデジタル信号に変換するために、アナログ-デジタル変換装置が用いられている。S/Nやダイナミックレンジを最大限に確保するために、オーディオ装置に用いられる、従来のアナログ-デジタル変換装置は、マイク出力特性に応じて静的利得でアナログ-デジタル変換器の入力前段にてレベル調整し、アナログ-デジタル変換器の後段に配されたデシメーションフィルタの出力レベルを調整するようにしていた(例えば、特許文献1参照)。特許文献1には、アナログ-デジタル変換装置のデルタ-シグマ変調器のフィードバックを改良することで、純粋に特性を改善する技術も開示されている。
また、オーディオ装置に用いられる、従来のアナログ-デジタル変換装置では、アナログ-デジタル変換器の後段に配されたデシメーションフィルタの出力レベルを検出し、その検出レベルを、アナログ-デジタル変換器の前段に配された可変利得アンプにフィードバックし、当該可変利得アンプの利得を制御するようにしていた(例えば、特許文献2参照)。
In various audio devices, an analog-digital conversion device is used to convert an analog audio signal input from a microphone or the like into a digital signal. In order to maximize the S/N ratio and dynamic range, a conventional analog-digital conversion device used in an audio device adjusts the level at a stage before the input of the analog-digital converter with a static gain according to the microphone output characteristics, and adjusts the output level of a decimation filter arranged at a stage after the analog-digital converter (see, for example, Patent Document 1). Patent Document 1 also discloses a technology for purely improving characteristics by improving the feedback of a delta-sigma modulator in the analog-digital conversion device.
Furthermore, in a conventional analog-to-digital conversion device used in an audio device, the output level of a decimation filter arranged downstream of the analog-to-digital converter is detected, and the detected level is fed back to a variable gain amplifier arranged upstream of the analog-to-digital converter to control the gain of the variable gain amplifier (see, for example, Patent Document 2).

特開2009-303157号公報JP 2009-303157 A 特開平8-18457号公報Japanese Patent Application Publication No. 8-18457

特許文献1に記載の従来技術に係るアナログ-デジタル変換装置は、デルタ-シグマ変調器のフィードバック部を改良することで歪み特性を改善して許容入力レベルを引き上げているが、デルタ-シグマ変調器の特性変更が困難である、という問題がある。
特許文献2に記載の従来技術に係るアナログ-デジタル変換装置は、フィードバック制御であるために、信号レベルに応じて可変利得アンプの利得を制御する制御ループの応答性が遅い。具体的には、アナログ-デジタル変換器の処理遅延、デシメーションフィルタの処理遅延、及び、レベル検出回路の処理遅延が存在する分だけ制御ループの応答性が遅い。このように、特許文献2に記載の従来技術では、制御ループの応答性が遅く、ノイズキャンセルに必要な応答性を保証できない、という問題がある。
The analog-to-digital conversion device according to the conventional technology described in Patent Document 1 improves the feedback section of the delta-sigma modulator to improve distortion characteristics and raise the allowable input level, but there is a problem in that it is difficult to change the characteristics of the delta-sigma modulator.
The analog-to-digital conversion device according to the conventional technology described in Patent Document 2 uses feedback control, and therefore the response of the control loop that controls the gain of the variable gain amplifier according to the signal level is slow. Specifically, the response of the control loop is slow due to the processing delay of the analog-to-digital converter, the processing delay of the decimation filter, and the processing delay of the level detection circuit. Thus, the conventional technology described in Patent Document 2 has a problem in that the response of the control loop is slow and the response required for noise cancellation cannot be guaranteed.

本開示は、信号レベルに応じて可変利得アンプの利得を制御する制御ループの応答性に優れたアナログ-デジタル変換装置、アナログ-デジタル変換装置の制御方法、及び、オーディオ装置を提供することを目的とする。The present disclosure aims to provide an analog-to-digital conversion device with excellent responsiveness of a control loop that controls the gain of a variable gain amplifier in accordance with a signal level, a control method for an analog-to-digital conversion device, and an audio device.

上記の目的を達成するための本開示のアナログ-デジタル変換装置は、
入力されるアナログ信号を増幅する可変利得アンプ、
可変利得アンプを経たアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ-デジタル変換器、
アナログ-デジタル変換器から出力されるデジタル信号を減衰させる減衰器、
入力されるアナログ信号のレベルを検出するレベル検出部、及び、
レベル検出部の検出レベルに基づいて、可変利得アンプの利得、及び、減衰器の減衰量を制御する制御部を備える。
In order to achieve the above object, the analog-to-digital conversion device of the present disclosure comprises:
A variable gain amplifier that amplifies the input analog signal;
an analog-to-digital converter that converts the analog signal passed through the variable gain amplifier into a digital signal;
an attenuator for attenuating the digital signal output from the analog-to-digital converter;
a level detection unit for detecting a level of an input analog signal; and
The control unit controls the gain of the variable gain amplifier and the attenuation of the attenuator based on the detection level of the level detection unit.

上記の目的を達成するための本開示のアナログ-デジタル変換装置の制御方法は、
入力されるアナログ信号を増幅する可変利得アンプ、
可変利得アンプを経たアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ-デジタル変換器、及び、
アナログ-デジタル変換器から出力されるデジタル信号を減衰させる減衰器を備えるアナログ-デジタル変換装置において、
入力されるアナログ信号のレベルを検出し、
その検出レベルに基づいて、可変利得アンプの利得、及び、減衰器の減衰量の制御を行う。
In order to achieve the above object, a control method for an analog-to-digital conversion device according to the present disclosure includes:
A variable gain amplifier that amplifies the input analog signal;
an analog-to-digital converter that converts the analog signal passed through the variable gain amplifier into a digital signal; and
1. An analog-to-digital conversion device including an attenuator for attenuating a digital signal output from an analog-to-digital converter,
Detects the level of the input analog signal,
Based on the detected level, the gain of the variable gain amplifier and the attenuation of the attenuator are controlled.

また、上記の目的を達成するための本開示のオーディオ装置は、上記の構成のアナログ-デジタル変換装置を有する。 In addition, to achieve the above objective, the audio device of the present disclosure has an analog-to-digital conversion device of the above configuration.

図1は、本開示の実施形態に係るアナログ-デジタル変換装置のシステム構成の概略を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a system configuration of an analog-to-digital conversion device according to an embodiment of the present disclosure. 図2は、本開示の実施形態に係るアナログ-デジタル変換装置の具体的な回路例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a specific example circuit of an analog-to-digital conversion device according to an embodiment of the present disclosure. 図3は、本開示の実施形態に係るアナログ-デジタル変換装置のシステム内の各ポイントにおける入出力信号や制御信号の変化を示す概略模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing changes in input/output signals and control signals at each point in the system of an analog-to-digital conversion device according to an embodiment of the present disclosure. 図4は、可変利得アンプの利得0dBが、アナログ-デジタル変換器の許容最大入力に適切な場合のレベル・ダイアグラムである。FIG. 4 is a level diagram in which a gain of 0 dB of the variable gain amplifier is appropriate for the maximum allowable input of the analog-to-digital converter. 図5は、可変利得アンプの利得>0dBが、アナログ-デジタル変換器の許容最大入力に適切な場合のレベル・ダイアグラムである。FIG. 5 is a level diagram where a gain of the variable gain amplifier >0 dB is appropriate for the maximum allowable input of the analog-to-digital converter. 図6は、ARC回路のタイミング生成部、及び、制御値生成部のクロック周波数を選択している理由についての説明に供するタイミング・ダイアグラムである。FIG. 6 is a timing diagram for explaining the reasons for selecting the clock frequencies of the timing generation section and the control value generation section of the ARC circuit. 図7は、プリアンプの出力信号に対するエネルギー比較器の出力信号を示すタイミング・ダイアグラムである。FIG. 7 is a timing diagram showing the output signal of the energy comparator relative to the output signal of the preamplifier. 図8は、可変利得アンプからデジタル減衰器までの経路を示すブロック図である。FIG. 8 is a block diagram showing the path from the variable gain amplifier to the digital attenuator. 図9A及び図9Bは、可変利得アンプの利得設定の動作例を示すタイミング・ダイグラムである。9A and 9B are timing diagrams showing an example of the operation of the gain setting of a variable gain amplifier. 図10A及び図10Bは、可変利得アンプの利得設定及びデジタル減衰器の減衰量設定の処理間隔を管理する3つのタイマーカウンタの動作例を示すタイミング・ダイグラムである。10A and 10B are timing diagrams showing an example of the operation of three timer counters that manage the processing intervals for setting the gain of the variable gain amplifier and the attenuation amount setting of the digital attenuator. 図11は、プリアンプからのオーディオ信号の出力から、可変利得アンプの利得設定までの遅延時間についての説明図である。FIG. 11 is a diagram for explaining the delay time from the output of the audio signal from the preamplifier to the gain setting of the variable gain amplifier. 図12は、512fs動作ブロックの実装例についての説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram of an implementation example of a 512f s operation block. 図13A及び図13Bは、128fs動作ブロックの実装例1についての説明に供するタイミング・ダイグラムである。13A and 13B are timing diagrams illustrating an implementation example 1 of a 128fs operation block. 図14は、128fs動作ブロックの実装例2についての説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram of implementation example 2 of a 128fs operation block. 図15Aは、128fs動作ブロックの実装例3についての説明図であり、図15Bは、実装例3についての説明に供するタイミング・ダイグラムである。FIG. 15A is an explanatory diagram of implementation example 3 of a 128fs operation block, and FIG. 15B is a timing diagram for explaining implementation example 3. 図16は、128fs動作ブロックの実装例4における遅延タイマーの動作の一例を示すタイミング・ダイアグラムである。FIG. 16 is a timing diagram showing an example of the operation of the delay timer in implementation example 4 of the 128f s operation block. 図17は、本開示の実施形態に係るオーディオ装置のシステム構成の概略を示すブロック図である。FIG. 17 is a block diagram showing an outline of the system configuration of an audio device according to an embodiment of the present disclosure.

以下、本開示の技術を実施するための形態(以下、「実施形態」と記述する)について図面を用いて詳細に説明する。本開示の技術は実施形態に限定されるものではなく、実施形態における種々の数値などは例示である。以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。尚、説明は以下の順序で行う。
1.本開示のアナログ-デジタル変換装置、アナログ-デジタル変換装置の制御方法、及び、オーディオ装置、全般に関する説明
2.本開示の実施形態に係るアナログ-デジタル変換装置
2-1.システム構成の概略
2-2.具体的な回路例
2-2-1.デジタル減衰器について
2-2-2.エネルギー比較器について
2-2-3.制御部について
2-2-4.システム内の各ポイントにおける入出力信号や制御信号について
2-2-5.動作クロックについて
2-2-6.アナログ-デジタル変換器による遅延時間について
2-2-7.可変利得アンプの利得設定動作の遅延について
2-2-8.利得と減衰量の制御タイミング差の設定について
2-2-9.設定反映の遅延の実装について
2-2-10.レベル割り込みと可変利得アンプの利得設定について
2-2-11.減衰量の設定について
2-3.実施形態に係る制御方法、及び、作用、効果
2-4.実装例
2-4-1.512fs動作ブロックの実装例
2-4-2.128fs動作ブロックの実装例1
2-4-3.128fs動作ブロックの実装例2
2-4-4.128fs動作ブロックの実装例3
2-4-5.128fs動作ブロックの実装例4
3.本開示の実施形態に係るオーディオ装置
4.変形例
5.本開示がとることができる構成
Hereinafter, a form for carrying out the technology of the present disclosure (hereinafter, referred to as "embodiment") will be described in detail with reference to the drawings. The technology of the present disclosure is not limited to the embodiment, and various numerical values in the embodiment are merely examples. In the following description, the same reference numerals will be used for the same elements or elements having the same functions, and duplicated descriptions will be omitted. The description will be given in the following order.
1. Description of the analog-digital conversion device, control method for the analog-digital conversion device, and audio device according to the present disclosure 2. Analog-digital conversion device according to an embodiment of the present disclosure 2-1. Overview of system configuration 2-2. Specific circuit examples 2-2-1. Regarding the digital attenuator 2-2-2. Regarding the energy comparator 2-2-3. Regarding the control unit 2-2-4. Regarding input/output signals and control signals at each point in the system 2-2-5. Regarding the operation clock 2-2-6. Regarding the delay time caused by the analog-digital converter 2-2-7. Regarding delay in gain setting operation of the variable gain amplifier 2-2-8. Regarding setting the control timing difference between gain and attenuation 2-2-9. Regarding implementation of delay in reflecting settings 2-2-10. Regarding level interrupt and gain setting of the variable gain amplifier 2-2-11. Regarding attenuation setting 2-3. Control method, action, and effect according to the embodiment 2-4. Implementation example 2-4-1. Implementation example of 512fs operation block 2-4-2. Implementation example 1 of 128fs operation block
2-4-3. 128fs operation block implementation example 2
2-4-4. Implementation example 3 of 128f s operation block
2-4-5. Implementation example 4 of 128f s operation block
3. Audio device according to an embodiment of the present disclosure 4. Modifications 5. Configurations that the present disclosure can adopt

<本開示のアナログ-デジタル変換装置、アナログ-デジタル変換装置の制御方法、及び、オーディオ装置、全般に関する説明>
本開示のアナログ-デジタル変換装置、その制御方法、及び、オーディオ装置にあっては、入力されるアナログ信号を取り込んで可変利得アンプに供給するプリアンプを有する構成とすることができる。そして、レベル検出部について、プリアンプを経た後のアナログ信号のレベルを検出する構成とすることができる。また、レベル検出部について、互いに異なる閾値を有する複数の比較器を有する構成とすることができる。
<General Description of Analog-Digital Conversion Device, Control Method for Analog-Digital Conversion Device, and Audio Device of the Present Disclosure>
The analog-digital conversion device, the control method thereof, and the audio device of the present disclosure may be configured to have a preamplifier that takes in an input analog signal and supplies it to a variable gain amplifier. The level detection unit may be configured to detect the level of the analog signal after passing through the preamplifier. The level detection unit may also be configured to have a plurality of comparators having mutually different thresholds.

上述した好ましい構成を含む本開示のアナログ-デジタル変換装置、その制御方法、及び、オーディオ装置にあっては、レベル検出部について、プリアンプの出力信号のバイアスよりも高い第1の閾値を有する第1の比較器、及び、プリアンプの出力信号のバイアスよりも低い第2の閾値を有する第2の比較器を有する構成とすることができる。そして、第1の比較器については、アナログ信号のレベルが第1の閾値よりも高いときに真の論理を出力し、第2の比較器については、アナログ信号のレベルが第2の閾値よりも低いときに真の論理を出力する構成とすることができる。また、レベル検出部について、第1の比較器の出力、及び、第2の比較器の出力の論理和を、アナログ信号の検出レベルとして出力する構成とすることができる。In the analog-digital conversion device, control method thereof, and audio device of the present disclosure including the preferred configuration described above, the level detection section may be configured to have a first comparator having a first threshold higher than the bias of the output signal of the preamplifier, and a second comparator having a second threshold lower than the bias of the output signal of the preamplifier. The first comparator may be configured to output a true logic when the level of the analog signal is higher than the first threshold, and the second comparator may be configured to output a true logic when the level of the analog signal is lower than the second threshold. The level detection section may be configured to output the logical sum of the output of the first comparator and the output of the second comparator as the detection level of the analog signal.

また、上述した好ましい構成を含む本開示のアナログ-デジタル変換装置、その制御方法、及び、オーディオ装置にあっては、プリアンプについて、可変利得アンプ及びレベル検出器の動作変化に対して、出力インピーダンスを一定にする役割を持つ構成とすることができる。 Furthermore, in the analog-to-digital conversion device, control method thereof, and audio device of the present disclosure, which include the preferred configuration described above, the preamplifier can be configured to have the role of keeping the output impedance constant in response to changes in the operation of the variable gain amplifier and the level detector.

また、上述した好ましい構成を含む本開示のアナログ-デジタル変換装置、その制御方法、及び、オーディオ装置にあっては、制御部について、減衰器の減衰量を、可変利得アンプの利得を相殺する値に制御する構成とすることができる。また、制御部について、減衰器の減衰量を、可変利得アンプの制御タイミングに対して一定のタイミング差を維持しながら制御する構成とすることができる。 In the analog-to-digital conversion device, control method thereof, and audio device of the present disclosure including the above-mentioned preferred configuration, the control unit can be configured to control the attenuation amount of the attenuator to a value that offsets the gain of the variable gain amplifier. Also, the control unit can be configured to control the attenuation amount of the attenuator while maintaining a constant timing difference with respect to the control timing of the variable gain amplifier.

また、上述した好ましい構成を含む本開示のアナログ-デジタル変換装置、その制御方法、及び、オーディオ装置にあっては、アナログ-デジタル変換器について、可変利得アンプを経たアナログ信号をオーバーサンプリングし、アナログ信号の振幅に応じたパルス列の信号に変換するデルタ-シグマ変調器から成る構成とすることができる。 Furthermore, in the analog-to-digital conversion device, control method thereof, and audio device of the present disclosure, which include the preferred configuration described above, the analog-to-digital converter can be configured to include a delta-sigma modulator that oversamples the analog signal that has passed through the variable gain amplifier and converts it into a pulse train signal that corresponds to the amplitude of the analog signal.

また、上述した好ましい構成を含む本開示のアナログ-デジタル変換装置、その制御方法、及び、オーディオ装置にあっては、デルタ-シグマ変調器から出力され、減衰器を経たパルス列の信号を、折り返し雑音の影響を受けずに必要な信号情報を取得できるサンプリング周波数のデジタル信号に変換するデシメーションフィルタを有する構成とすることができる。 Furthermore, the analog-to-digital conversion device, control method thereof, and audio device disclosed herein, which include the preferred configuration described above, can be configured to have a decimation filter that converts the pulse train signal output from the delta-sigma modulator and passed through an attenuator into a digital signal with a sampling frequency that can obtain the required signal information without being affected by aliasing noise.

<本開示の実施形態に係るアナログ-デジタル変換装置>
図1は、本開示の実施形態に係るアナログ-デジタル変換装置のシステム構成の概略を示すブロック図である。本実施形態に係るアナログ-デジタル変換装置10には、外部の図示せぬマイクロホン(以下、単に「マイク」と記述する場合がある)から、n系統(図1では、n=1)のアナログのオーディオ信号が入力される(マイク入力)。
Analog-to-Digital Conversion Device According to an Embodiment of the Present Disclosure
1 is a block diagram showing an outline of a system configuration of an analog-digital conversion device according to an embodiment of the present disclosure. To an analog-digital conversion device 10 according to this embodiment, n systems (n=1 in FIG. 1) of analog audio signals are input from an external microphone (not shown in the drawings) (hereinafter, may be simply referred to as a "microphone") (microphone input).

[システム構成の概略]
本実施形態に係るアナログ-デジタル変換装置10は、プリアンプ11、可変利得アンプ12、アナログ-デジタル変換器(ADC)13、デジタル減衰器14、デジタルフィルタの一例であるデシメーションフィルタ15、レベル検出部16、及び、制御部17を有する構成となっている。
[System configuration overview]
The analog-to-digital conversion device 10 according to this embodiment has a configuration including a preamplifier 11, a variable gain amplifier 12, an analog-to-digital converter (ADC) 13, a digital attenuator 14, a decimation filter 15 which is an example of a digital filter, a level detection unit 16, and a control unit 17.

アナログ-デジタル変換装置10は、制御部17による制御の下に、プリアンプ11を通して入力されるアナログのオーディオ信号を、可変利得アンプ12、アナログ-デジタル変換器13、デジタル減衰器14、及び、デシメーションフィルタ15を経由して、オーディオPCM(Pulse Code Modulation)信号として出力する。Under the control of the control unit 17, the analog-to-digital conversion device 10 outputs an analog audio signal input through the preamplifier 11 as an audio PCM (Pulse Code Modulation) signal via the variable gain amplifier 12, analog-to-digital converter 13, digital attenuator 14, and decimation filter 15.

上記の構成のアナログ-デジタル変換装置10において、プリアンプ11は、利得が可変であり、前段のマイクロホンや、後段の可変利得アンプ12及びレベル検出部16の動作変化に対して、出力インピーダンスを一定にする役割を持っている。プリアンプ11は更に、入力側に接続されるマイクロホン(図示せず)に応じて適切な利得を設定する。In the analog-to-digital conversion device 10 configured as described above, the preamplifier 11 has a variable gain and serves to keep the output impedance constant in response to operational changes in the microphone in the preceding stage and the variable gain amplifier 12 and level detection section 16 in the succeeding stage. The preamplifier 11 further sets an appropriate gain depending on the microphone (not shown) connected to the input side.

可変利得アンプ12は、例えば、プログラマブル利得アンプ(Programmable Gain Amp:PGA)から成り、プリアンプ11を通して入力されるアナログのオーディオ信号を、制御部17による制御の下に、レベル検出部16の検出レベルに応じて決定される利得(増幅量)で増幅する。そして、可変利得アンプ12は、増幅したアナログのオーディオ信号を、オーバーサンプリングで動作している次段のアナログ-デジタル変換器13に供給する。The variable gain amplifier 12 is, for example, a programmable gain amplifier (PGA), and amplifies the analog audio signal input through the preamplifier 11 with a gain (amount of amplification) determined according to the detection level of the level detection unit 16 under the control of the control unit 17. The variable gain amplifier 12 then supplies the amplified analog audio signal to the next-stage analog-to-digital converter 13, which operates in oversampling mode.

可変利得アンプ12は、制御部17による制御の下に、マイク入力レベルが小さいときに利得がとなり大、マイク入力レベルが大きいときに利得が小となるような動作になる。マイク入力レベルが大→小の変化時には、緩やかなスロープでゆっくり(例えば、0.2dBステップ)利得がアップする。そして、可聴帯域外の低い周波数になる周期でステップが変化する。マイク入力レベルが小→大 の変化時には、急峻なスロープで瞬時に利得がダウンする。これにより、アナログ-デジタル変換器13の許容入力や、可変利得アンプ12の許容出力を瞬間的に超えるだけでも発生する全周波数帯域の付帯音を防ぐことができる。 Under the control of the control unit 17, the variable gain amplifier 12 operates so that when the microphone input level is low, the gain is high, and when the microphone input level is high, the gain is low. When the microphone input level changes from high to low, the gain increases slowly (for example, in 0.2 dB steps) with a gentle slope. Then, the steps change in a cycle that results in a low frequency outside the audible range. When the microphone input level changes from low to high, the gain decreases instantly with a steep slope. This makes it possible to prevent incidental noise across the entire frequency range that would occur even if the allowable input of the analog-to-digital converter 13 or the allowable output of the variable gain amplifier 12 were to be exceeded only momentarily.

アナログ-デジタル変換器13は、例えば、可変利得アンプ12で増幅されて入力されるアナログ信号(オーディオ信号)をオーバーサンプリングし、アナログ信号の振幅に応じたパルス列の信号(即ち、デジタル信号)に変換する1bitのデルタ-シグマ変調器(以下、「ΔΣ変調器」と記述する)から成る。The analog-to-digital converter 13 is, for example, composed of a 1-bit delta-sigma modulator (hereinafter referred to as a "ΔΣ modulator") that oversamples the analog signal (audio signal) amplified and input by the variable gain amplifier 12 and converts it into a pulse train signal (i.e., a digital signal) corresponding to the amplitude of the analog signal.

デジタル減衰器14は、オーバーサンプリングで動作しているアナログ-デジタル変換器13の出力を、次段のデジタルフィルタでデシメーションする前に、減衰させる処理を行う。具体的には、デジタル減衰器14は、制御部17による制御の下に、アナログ-デジタル変換器13から出力されるデジタルのオーディオ信号を、可変利得アンプ12での増幅量を相殺する減衰量を加味した値に変換する。アナログ-デジタル変換器13の出力のビット数が1bitの場合は、単純な値のマッピングとなる。 Digital attenuator 14 performs a process of attenuating the output of analog-digital converter 13, which is operating in oversampling mode, before it is decimated by the next-stage digital filter. Specifically, under the control of control unit 17, digital attenuator 14 converts the digital audio signal output from analog-digital converter 13 into a value that takes into account an attenuation amount that offsets the amount of amplification by variable gain amplifier 12. When the number of bits of the output of analog-digital converter 13 is 1 bit, a simple value mapping is performed.

デジタルフィルタの一例であるデシメーションフィルタ15は、例えば、CIC(Cascaded Integrator Comb:カスケード積分櫛形)フィルタから成る。このデシメーションフィルタ15は、アナログ-デジタル変換器13から出力され、デジタル減衰器14を経たパルス列の信号を、折り返し雑音の影響を受けずに必要な信号情報を取得できるサンプリング周波数のデジタル信号に変換し、オーディオPCM信号として出力する。Decimation filter 15, which is an example of a digital filter, is composed of, for example, a Cascaded Integrator Comb (CIC) filter. This decimation filter 15 converts the pulse train signal output from analog-to-digital converter 13 and passed through digital attenuator 14 into a digital signal with a sampling frequency that can obtain the necessary signal information without being affected by aliasing noise, and outputs it as an audio PCM signal.

デシメーションフィルタ15は、後段の回路が要求するサンプリング周波数に合わせてデシメーションを行ってオーディオPCM信号として出力する。代表的なサンプリング周波数は、4fs(fs:fundamental sampling frequency),8fs,16fsである。 The decimation filter 15 performs decimation in accordance with the sampling frequency required by the downstream circuit and outputs an audio PCM signal.Typical sampling frequencies are 4fs ( fs : fundamental sampling frequency), 8fs , and 16fs .

レベル検出部16は、インピーダンスやプリアンプ11に設定される利得による影響を受けないように、その入力端がプリアンプ11の出力端に接続される。レベル検出部16は、n系統のアナログ入力に対して、x系統(本例では、2系統)のエネルギー比較器16_1、16_2を有している。2系統のエネルギー比較器16_1、16_2は、互いに異なる閾値を有しており、プリアンプ11を経た後のアナログのオーディオ信号のレベルを検出する。以下、便宜上、エネルギー比較器16_1をCMP_1と記述し、エネルギー比較器16_2をCMP_2と記述する場合がある。 The input terminal of the level detection unit 16 is connected to the output terminal of the preamplifier 11 so as not to be affected by impedance or the gain set in the preamplifier 11. The level detection unit 16 has x systems (two systems in this example) of energy comparators 16_1 , 16_2 for n systems of analog input. The two systems of energy comparators 16_1 , 16_2 have different thresholds and detect the level of the analog audio signal after passing through the preamplifier 11. Hereinafter, for convenience, the energy comparator 16_1 may be described as CMP_1 , and the energy comparator 16_2 may be described as CMP_2 .

制御部17は、例えば、ARC(Adaptive Range Control)回路から成り、レベル検出部16の検出レベルに基づいて、可変利得アンプ12の利得、及び、デジタル減衰器14の減衰量を制御する。そして、制御部17は、可変利得アンプ12の制御タイミングとデジタル減衰器14の制御タイミングとを正確に設定する。この正確な制御タイミングについては、アナログ-デジタル変換器13のトポロジーで決定できる固定遅延量、及び、バラツキを加味しても変動幅が小さい可変利得アンプ12の入出力遅延の特性から設定することができる。 The control unit 17 is composed of, for example, an ARC (Adaptive Range Control) circuit, and controls the gain of the variable gain amplifier 12 and the attenuation of the digital attenuator 14 based on the detection level of the level detection unit 16. The control unit 17 then accurately sets the control timing of the variable gain amplifier 12 and the control timing of the digital attenuator 14. This accurate control timing can be set from a fixed delay amount that can be determined by the topology of the analog-digital converter 13, and the input/output delay characteristics of the variable gain amplifier 12, which have a small fluctuation range even when variations are taken into account.

上述したように、本実施形態に係るアナログ-デジタル変換装置10は、入力されるアナログ信号のレベルをレベル検出部16で検出し、その検出レベルに基づいて、可変利得アンプ12の利得、及び、デジタル減衰器14の減衰量を制御するフィードフォワード制御の構成となっている。As described above, the analog-to-digital conversion device 10 of this embodiment is configured as a feedforward control in which the level of the input analog signal is detected by the level detection unit 16, and the gain of the variable gain amplifier 12 and the attenuation amount of the digital attenuator 14 are controlled based on the detected level.

[具体的な回路例]
図2は、本開示の実施形態に係るアナログ-デジタル変換装置の具体的な回路例を示すブロック図である。ここでは、例えば2チャンネルのアナログオーディオ信号が、MIC1及びMIC2としてアナログ-デジタル変換装置10に入力される場合の回路構成を例示している。
[Specific circuit example]
2 is a block diagram showing a specific example of a circuit of an analog-to-digital conversion device according to an embodiment of the present disclosure. Here, a circuit configuration is illustrated in which, for example, two-channel analog audio signals are input to the analog-to-digital conversion device 10 as MIC1 and MIC2.

従って、本回路例に係るアナログ-デジタル変換装置10は、プリアンプ11_1、11_2、可変利得アンプ12_1、12_2、アナログ-デジタル変換器13_1、13_2、デジタル減衰器14_1、14_2、デシメーションフィルタ15、エネルギー比較器16_11、16_12、エネルギー比較器16_21、16_22、及び、制御部17を有する構成となっている。 Therefore, the analog-to-digital conversion device 10 of this circuit example is configured to have preamplifiers 11_1 , 11_2 , variable gain amplifiers 12_1 , 12_2 , analog-to-digital converters 13_1 , 13_2 , digital attenuators 14_1 , 14_2 , decimation filter 15, energy comparators 16_11 , 16_12 , energy comparators 16_21 , 16_22 , and a control unit 17.

上記の回路例に係るアナログ-デジタル変換装置10において、PGAから成る可変利得アンプ12は、制御部17による制御の下に、デジタル値に応じて利得が設定される。本回路例では、0dBから6dBまで、例えば0.2dBステップで利得の制御が行われる。設定できる利得の可変幅が大きければ、その分だけ、ダイナミックレンジの拡大が期待できるが、ポップノイズの発生が顕著になるため、実用可変幅は3dB~6dB程度が好ましい。 In the analog-to-digital conversion device 10 according to the above circuit example, the gain of the variable gain amplifier 12 consisting of a PGA is set according to a digital value under the control of the control unit 17. In this circuit example, the gain is controlled from 0 dB to 6 dB, for example in 0.2 dB steps. The larger the variable range of the gain that can be set, the greater the dynamic range can be expected to be, but since the occurrence of pop noise becomes noticeable, a practical variable range of around 3 dB to 6 dB is preferable.

接続されるマイクロホン、プリアンプ11_1,11_2の利得、及び、アナログ-デジタル変換器13_1、13_2の許容最大入力に応じて、可変利得アンプ12_1、12_2の最適利得が求められる。これは、プリアンプ11_1,11_2の出力を、アナログ-デジタル変換器13_1、13_2の許容最大入力に近づける目的である。制御部17は、マイク入力レベルが小さいときに、可変利得アンプ12_1、12_2の利得が大きくなり、マイク入力レベルが大きいときに、可変利得アンプ12_1、12_2の利得が小さくなるように制御される。 The optimum gains of the variable gain amplifiers 12_1 and 12_2 are obtained according to the connected microphones, the gains of the preamplifiers 11_1 and 11_2 , and the maximum allowable inputs of the analog-digital converters 13_1 and 13_2 . This is for the purpose of bringing the outputs of the preamplifiers 11_1 and 11_2 closer to the maximum allowable inputs of the analog-digital converters 13_1 and 13_2 . The control unit 17 controls the gains of the variable gain amplifiers 12_1 and 12_2 so that when the microphone input level is small, the gains of the variable gain amplifiers 12_1 and 12_2 are large, and when the microphone input level is large, the gains of the variable gain amplifiers 12_1 and 12_2 are small.

本実施形態に係るアナログ-デジタル変換装置10では、プリアンプ11_1,11_2の利得を、ダイナミックレンジの可変幅よりも広い範囲が設定できるように構成する。ステップ幅については、実現可能な範囲内で小さい値がよい。その代表例は0.2dBである。 In the analog-digital conversion device 10 according to this embodiment, the gain of the preamplifiers 11_1 and 11_2 is configured so that it can be set to a range wider than the variable width of the dynamic range. The step width should be as small as possible. A typical example is 0.2 dB.

制御部17には、2チャンネルに対応して2つのARC回路171_1、171_2が設けられている。2つのARC回路171_1、171_2はそれぞれ、タイミング生成部171_11、171_21及び制御値生成部171_12、171_22を有している。ARC回路171_1のタイミング生成部171_11は、可変利得アンプ12_1の利得を制御するタイミングを決めるタイミング信号T_1を生成する。ARC回路171_2のタイミング生成部171_21は、可変利得アンプ12_2の利得を制御するタイミングを決めるタイミング信号T_2を生成する。 The control unit 17 is provided with two ARC circuits 171_1 and 171_2 corresponding to the two channels. The two ARC circuits 171_1 and 171_2 have timing generation units 171_11 and 171_21 and control value generation units 171_12 and 171_22 , respectively. The timing generation unit 171_11 of the ARC circuit 171_1 generates a timing signal T_1 that determines the timing for controlling the gain of the variable gain amplifier 12_1 . The timing generation unit 171_21 of the ARC circuit 171_2 generates a timing signal T_2 that determines the timing for controlling the gain of the variable gain amplifier 12_2 .

ARC回路171_1の制御値生成部171_12は、可変利得アンプ12_1の利得を制御する制御値N_p1、及び、デジタル減衰器14_1の減衰量を制御する制御値N_a1を生成する。ARC回路171_2の制御値生成部171_22は、可変利得アンプ12_2の利得を制御する制御値N_p2、及び、デジタル減衰器14_2の減衰量を制御する制御値N_a2を生成する。 A control value generating unit 171_12 of the ARC circuit 171_1 generates a control value N_p1 that controls the gain of the variable gain amplifier 12_1 and a control value N_a1 that controls the attenuation amount of the digital attenuator 14_1 . A control value generating unit 171_22 of the ARC circuit 171_2 generates a control value N_p2 that controls the gain of the variable gain amplifier 12_2 and a control value N_a2 that controls the attenuation amount of the digital attenuator 14_2 .

可変利得アンプ12_1、12_2の各利得の設定は、上記の構成の制御部17による制御の下に、2つのARC回路171_1、171_2の各制御値生成部171_12、171_22で生成される制御値(設定値)N_p1,N_p2によって行われる。更に、遷移期間中の利得については、設定前後の中間利得になるように設定される。また、デジタル減衰器14_1,14_2の各減衰量の設定は、上記の構成の制御部17による制御の下に、2つのARC回路171_1、171_2の各制御値生成部171_12、171_22で生成された制御値N_a1,N_a2によって行われる。 The gains of the variable gain amplifiers 12_1 and 12_2 are set by the control values (setting values) N_p1 and N_p2 generated by the control value generating units 171_12 and 171_22 of the two ARC circuits 171_1 and 171_2 under the control of the control unit 17 configured as above. Furthermore, the gain during the transition period is set to an intermediate gain before and after the setting. Furthermore, the attenuation amounts of the digital attenuators 14_1 and 14_2 are set by the control values N_a1 and N_a2 generated by the control value generating units 171_12 and 171_22 of the two ARC circuits 171_1 and 171_2 under the control of the control unit 17 configured as above .

ここで、アナログ-デジタル変換器13_1、13_2の代表的な動作速度及びビット幅について説明する。アナログ-デジタル変換器13_1、13_2は、128fs(fs:fundamental sampling frequency.44.1kHz/48kHz)で1bitである。制御部17に設けられるディザ回路172_1、172_2についても1bitである。 Here, a typical operating speed and bit width of the analog-digital converters 13_1 and 13_2 will be described. The analog-digital converters 13_1 and 13_2 are 1 bit at 128fs ( fs : fundamental sampling frequency, 44.1kHz/48kHz). The dither circuits 172_1 and 172_2 provided in the control unit 17 are also 1 bit.

上記の構成のアナログ-デジタル変換装置10において、プリアンプ11_1、11_2、可変利得アンプ12_1、12_2、エネルギー比較器16_11、16_12、及び、エネルギー比較器16_21、16_22は、アナログ・ブロックを構成し、アナログ-デジタル変換器13_1、13_2、デジタル減衰器14_1、14_2、デシメーションフィルタ15、及び、制御部17は、デジタル・ブロックを構成している。 In the analog-to-digital conversion device 10 having the above configuration, the preamplifiers 11_1 , 11_2 , the variable gain amplifiers 12_1 , 12_2 , the energy comparators 16_11 , 16_12 , and the energy comparators 16_21 , 16_22 constitute an analog block, and the analog-to-digital converters 13_1 , 13_2 , the digital attenuators 14_1 , 14_2 , the decimation filter 15, and the control unit 17 constitute a digital block.

尚、半導体プロセスとして、アナログ・ブロック側とデジタル・ブロック側とで異なるプロセスを利用する際には、デジタル構成のアナログ-デジタル変換器13_1、13_2及びディザ回路172_1、172_2についてはアナログ・ブロック側のプロセスとする。 When different semiconductor processes are used for the analog block side and the digital block side, the analog-digital converters 13_1 , 13_2 and the dither circuits 172_1 , 172_2 having a digital configuration are made to use the process for the analog block side.

尚、ここでは、アナログ-デジタル変換器13_1、13_2の動作速度及びビット幅について、128fsで1bitを例示したが、これに限られるものではない。例えば、64fsや128fsで3bit、ディザ回路172_1、172_2について2bitなどであってもよく、アナログ-デジタル変換器13_1、13_2について、特に制約はない。 Here, the operation speed and bit width of the analog-digital converters 13_1 and 13_2 are exemplified as 1 bit at 128 fs , but are not limited to this. For example, 3 bits at 64 fs or 128 fs , 2 bits for the dither circuits 172_1 and 172_2 , etc. may be used, and there are no particular restrictions on the analog-digital converters 13_1 and 13_2 .

(デジタル減衰器について)
次に、デジタル減衰器14(14_1、14_2)の回路構成について説明する。1bitのアナログ-デジタル変換器の場合は、減衰量に応じた固定値へのマッピングで実現できる。本回路例では、16bitにマッピングしている。3bitのアナログ-デジタル変換器など多ビットのアナログ-デジタル変換器の場合は、減衰処理を乗算器による乗算や、マッピングした値のビット数分の加算のような筆算式の乗算などの方法で実現できる。
(About digital attenuators)
Next, the circuit configuration of the digital attenuator 14 ( 14_1 , 14_2 ) will be described. In the case of a 1-bit analog-digital converter, this can be realized by mapping to a fixed value according to the amount of attenuation. In this circuit example, mapping is performed to 16 bits. In the case of a multi-bit analog-digital converter such as a 3-bit analog-digital converter, the attenuation process can be realized by multiplication using a multiplier, or by long division multiplication such as adding the number of bits of the mapped value.

減衰ステップについては、可変利得アンプ12の利得ステップと同じステップ量を実現する。可変利得アンプ12の利得ステップが0.2dBの場合は、減衰ステップの許容される最大値は0.2dBである。実装を簡易にするため、デジタル減衰器14のステップ量は可変利得アンプ12のステップ量と同じ、もしくは、2の階乗分の1、0.1dB,0.05dB,0.025dB,・・・で定義する。 The attenuation step achieves the same step amount as the gain step of the variable gain amplifier 12. When the gain step of the variable gain amplifier 12 is 0.2 dB, the maximum allowable attenuation step is 0.2 dB. To simplify implementation, the step amount of the digital attenuator 14 is defined as the same as the step amount of the variable gain amplifier 12, or as 1/2 factorial, 0.1 dB, 0.05 dB, 0.025 dB, ...

より細かいステップ設定については、デシメーションフィルタ15の出力の0dBFSを正確に定義できるメリットがある。大抵、デシメーションフィルタ15の出力を24bitや32bitなど、より広いダイナミックレンジの広いPCM信号のビット幅で運用するが、複数チャンネルのマイク入力の基準と、アナログ-デジタル変換器13の出力の0dBFS(FS:Full Scale)とを合わせる際に有効である。複数チャンネル間のレベル合わせの乗算処理を、複数箇所で実施する必要がなくなる。但し、回路規模との兼ね合いで決定する。 Finer step settings have the advantage of being able to accurately define the 0 dBFS output of the decimation filter 15. Usually, the output of the decimation filter 15 is operated at a wider dynamic range, such as 24-bit or 32-bit, which is a wider bit width of the PCM signal, but this is effective when matching the reference of the microphone input of multiple channels with the 0 dBFS (FS: Full Scale) output of the analog-to-digital converter 13. This eliminates the need to perform multiplication processing at multiple locations to match the levels between multiple channels. However, this is determined in consideration of the circuit size.

(エネルギー比較器について)
次に、レベル比較部16を構成するエネルギー比較器16_1(16_11、16_12)及びエネルギー比較器16_2(16_21、16_22)について説明する。
(About the energy comparator)
Next, the energy comparators 16_1 ( 16_11 , 16_12 ) and the energy comparators 16_2 ( 16_21 , 16_22 ) constituting the level comparison unit 16 will be described.

エネルギー比較器16_1,16_2は、エネルギーによって比較値との比較結果の真偽を出力する。1つのエネルギーに対して、プリアンプ11(11_1,11_2)の出力信号のバイアスと比較して、高い閾値(第1の閾値)を有するエネルギー比較器16_1、及び、低い閾値(第2の閾値)を有するエネルギー比較器16_2で入力信号を検出する。 The energy comparators 16_1 and 16_2 output the true or false result of the comparison with the comparison value depending on the energy. For one energy, the input signal is detected by the energy comparator 16_1 having a high threshold (first threshold ) and the energy comparator 16_2 having a low threshold (second threshold) in comparison with the bias of the output signal of the preamplifier 11 ( 11_1 , 11_2).

閾値がバイアスよりも高い側のエネルギー比較器16_1は、閾値よりも高い入力のときに真の論理を出力する。閾値がバイアスよりも低い側のエネルギー比較器16_2は、閾値よりも低い入力のときに真の論理を出力する。そして、それら2つのエネルギー比較器16_1,16_2の出力の論理和がエネルギーの比較結果となる。エネルギーの閾値が、最低でも2つ設定できるように構成する。 The energy comparator 16_1 , whose threshold is higher than the bias, outputs true logic when the input is higher than the threshold. The energy comparator 16_2 , whose threshold is lower than the bias, outputs true logic when the input is lower than the threshold. The logical sum of the outputs of these two energy comparators 16_1 and 16_2 becomes the energy comparison result. The system is configured so that at least two energy thresholds can be set.

エネルギーの閾値の設定例については、次の通りである。すなわち、アナログ-デジタル変換器13が無歪みで出力できるアナログ-デジタル変換器13への入力レベルを0dBとして、可変利得アンプ12の利得を制御可変幅の下限値を設定したときに、アナログ-デジタル変換器13の入力レベルが-6dBと-9dBとなるプリアンプ11の出力レベルに設定する。閾値の大きい方については、可変利得アンプ12に設定する最大利得の逆数に等しく、次の閾値についてはその3dB小さい値に設定する。An example of setting the energy thresholds is as follows. That is, the input level to the analog-digital converter 13 at which the analog-digital converter 13 can output without distortion is set to 0 dB, and the gain of the variable gain amplifier 12 is set to the lower limit of the control variable width, and the preamplifier 11 output levels are set to provide input levels to the analog-digital converter 13 of -6 dB and -9 dB. The larger threshold is set to be equal to the reciprocal of the maximum gain set in the variable gain amplifier 12, and the next threshold is set to a value 3 dB smaller than that.

(制御部について)
次に、ARC回路から成る制御部17について説明する。制御部17は、2レベルのエネルギー比較器16_1,16_2の出力信号を優先付非同期のレベル割り込み信号として扱い、当該レベル割り込み信号に応じて、可変利得アンプ12の利得を制御する。制御部17は更に、レベル割り込み信号に応じて、デジタル減衰器14の減衰量を設定する。
(Regarding the control unit)
Next, the control unit 17 consisting of an ARC circuit will be described. The control unit 17 handles the output signals of the two-level energy comparators 16_1 and 16_2 as prioritized asynchronous level interrupt signals, and controls the gain of the variable gain amplifier 12 in response to the level interrupt signal. The control unit 17 further sets the attenuation amount of the digital attenuator 14 in response to the level interrupt signal.

制御部17は、デジタル減衰器14の減衰量について、可変利得アンプ12の制御タイミングに対して常に一定のタイミング差を維持しながら、可変利得アンプ12の利得を相殺する値に制御する。デジタル減衰器14の制御タイミングについては、可変利得アンプ12の制御タイミングに、アナログ-デジタル変換器13の構成による理論遅延クロック・サイクル、及び、エネルギー比較器16_1,16_2と可変利得アンプ12の入出力間遅延の差を考慮した時間分のクロック・サイクルを追加して生成する。 The control unit 17 controls the attenuation amount of the digital attenuator 14 to a value that offsets the gain of the variable gain amplifier 12 while always maintaining a constant timing difference with respect to the control timing of the variable gain amplifier 12. The control timing of the digital attenuator 14 is generated by adding a theoretical delay clock cycle due to the configuration of the analog-digital converter 13 and a clock cycle for a time period that takes into account the difference in delay between the input and output of the energy comparators 16_1 , 16_2 and the variable gain amplifier 12 to the control timing of the variable gain amplifier 12.

制御部17は、上記のレベル割り込み信号に応じて決定される目標の可変利得アンプ12の利得設定値よりも、現在の可変利得アンプ12の利得設定値が高い場合には、即座に、可変利得アンプ12を低い目標利得に制御する。制御部17は、目標の可変利得アンプ12の利得設定値よりも、現在の可変利得アンプ12の利得設定値が低い場合には、割り込みタイミングによって一時的にスロープが変化しないように制御する。When the current gain setting value of the variable gain amplifier 12 is higher than the target gain setting value of the variable gain amplifier 12 determined in response to the level interrupt signal, the control unit 17 immediately controls the variable gain amplifier 12 to a lower target gain. When the current gain setting value of the variable gain amplifier 12 is lower than the target gain setting value of the variable gain amplifier 12, the control unit 17 controls the slope so that it does not change temporarily depending on the interrupt timing.

制御部17は、一定の利得変化のスロープを維持しながら、ステップ的に可変利得アンプ12の利得を制御する。ステップ的に制御するタイミングについては、可聴帯域よりも低い周波数の周期よりも長くする。但し、ステップ周期を1秒間隔など長く設定すると、アナログ-デジタル変換器13のビット数やディザ回路の構成によっては回避不可能な、アナログ-デジタル変換器13の量子化によるスプリアス成分で発生する雑音に音色が付く現象に気づくことがある。その場合、ステップ周期について、300msなど可聴帯域外の高めの周波数の周期に設定する。 The control unit 17 controls the gain of the variable gain amplifier 12 in steps while maintaining a constant slope of the gain change. The timing of the step control is set to be longer than the period of frequencies lower than the audible band. However, if the step period is set to a long interval such as one second, you may notice a phenomenon in which noise generated by spurious components due to quantization of the analog-digital converter 13 becomes colored, which is unavoidable depending on the number of bits of the analog-digital converter 13 and the configuration of the dither circuit. In that case, the step period is set to a period of a higher frequency outside the audible band, such as 300 ms.

(システム内の各ポイントにおける入出力信号や制御信号について)
続いて、図1に示すアナログ-デジタル変換装置10のシステム内の各ポイント(A)~(E)における入出力信号や制御信号について説明する。
(Input/output signals and control signals at each point in the system)
Next, input/output signals and control signals at each point (A) to (E) in the system of the analog-digital conversion device 10 shown in FIG. 1 will be described.

図3は、システム内の各ポイントにおける入出力信号や制御信号の変化を示す概略模式図である。図3の横軸は時間である。マイク入力はアナログ信号であるが、図3では、理解を容易にするために、ステップ信号を与えて図示している。尚、図3の(A)~(E)は、図1の各ポイント(A)~(E)の各波形を表している。 Figure 3 is a schematic diagram showing the changes in input/output signals and control signals at each point in the system. The horizontal axis in Figure 3 is time. The microphone input is an analog signal, but in Figure 3, a step signal is given to make it easier to understand. (A) to (E) in Figure 3 represent the waveforms at each of points (A) to (E) in Figure 1.

図3において、1段目は、プリアンプ11の出力信号であり、可変利得アンプ12の入力信号PGAinの波形を表している。2段目は、エネルギー比較器16_1及びエネルギー比較器16_2によって設定される可変利得アンプ12の目標利得である。3段目は、ARC回路から成る制御部17が可変利得アンプ12に設定する利得である。4段目は、制御部17がデジタル減衰器14に設定する減衰量である。 3, the first row is the output signal of the preamplifier 11, and represents the waveform of the input signal PGAin of the variable gain amplifier 12. The second row is the target gain of the variable gain amplifier 12 set by the energy comparators 16_1 and 16_2 . The third row is the gain set in the variable gain amplifier 12 by the control unit 17 consisting of an ARC circuit. The fourth row is the attenuation amount set in the digital attenuator 14 by the control unit 17.

5段目は、1段目の可変利得アンプ12の入力信号PGAinに3段目の可変利得アンプ12の利得が反映された可変利得アンプ12の出力信号PGAoutであり、アナログ-デジタル変換器13の入力信号ADCinの波形を表している。6段目は、1bitのアナログ-デジタル変換器13によってPDM(Pulse Density Modulation)信号に変換された後の信号ADCoutの波形を表している。 The fifth row shows the output signal PGA out of the variable gain amplifier 12 in which the gain of the third-stage variable gain amplifier 12 is reflected in the input signal PGA in of the first-stage variable gain amplifier 12, and also shows the waveform of the input signal ADC in of the analog-digital converter 13. The sixth row shows the waveform of the signal ADC out after being converted into a PDM (Pulse Density Modulation) signal by the 1-bit analog-digital converter 13.

7段目は、アナログ-デジタル変換器13の出力信号ADCoutが4段目の減衰量で減衰処理された後の信号であり、デシメーションフィルタ15の入力信号CICinの波形を表している。8段目は、最後に、デシメーションフィルタ15でPCM化された後の信号MIC(CIC)outの波形を表している。 The seventh row shows the waveform of the input signal CIC in to the decimation filter 15, which is the signal after the output signal ADC out of the analog-digital converter 13 has been attenuated by the attenuation amount in the fourth row. The eighth row shows the waveform of the signal MIC (CIC) out after it has been PCM-converted by the decimation filter 15.

定常状態における各ステージのレベル・ダイアグラムを図4及び図5に示す。図4は、可変利得アンプ12の利得0dBが、アナログ-デジタル変換器13の許容最大入力に適切な場合のレベル・ダイアグラムである。尚、図4及び図5において、ポイント(A)~(D)は、図1のポイント(A)~(D)に対応している。通常、図4及び図5におけるエネルギー比較器16_1(CMP_1)の閾値は、最大許容入力レベルの-6dB、エネルギー比較器16_2(CMP_2)の閾値は、最大許容入力レベルの-9dBのレベルに設定する。 Level diagrams of each stage in the steady state are shown in Figures 4 and 5. Figure 4 is a level diagram in the case where the gain of the variable gain amplifier 12 is 0 dB, which is appropriate for the maximum allowable input of the analog-to-digital converter 13. In Figures 4 and 5, points (A) to (D) correspond to points (A) to (D) in Figure 1. Typically, the threshold of the energy comparator 16_1 ( CMP_1 ) in Figures 4 and 5 is set to a level of -6 dB, which is the maximum allowable input level, and the threshold of the energy comparator 16_2 ( CMP_2 ) is set to a level of -9 dB, which is the maximum allowable input level.

図5は、可変利得アンプ12の利得>0dBが、アナログ-デジタル変換器13の許容最大入力に適切な場合、換言すれば、可変利得アンプ12の利得が0dBでは、外部入力が最大でもアナログ-デジタル変換器13の入力レンジを有効に使えない場合のレベル・ダイアグラムである。可変利得アンプ12の利得を0dBではなく、最小利得pminに設定している。0dBFSは、外部入力の最大値に設定される。デシメーションフィルタ15でPCM化された後のオーディオPCM信号のビット幅を24bit程度確保できずに切り詰めないときの対応である。 5 is a level diagram for the case where a gain of the variable gain amplifier 12 > 0 dB is appropriate for the maximum allowable input of the analog-digital converter 13, in other words, when the gain of the variable gain amplifier 12 is 0 dB, the input range of the analog-digital converter 13 cannot be effectively used even if the external input is at its maximum. The gain of the variable gain amplifier 12 is set to the minimum gain p min , not 0 dB. 0 dBFS is set to the maximum value of the external input. This is a response when the bit width of the audio PCM signal after PCM conversion by the decimation filter 15 cannot be secured to about 24 bits and is not truncated.

(動作クロックについて)
図2のブロック図において、プリアンプ11_1,11_2、可変利得アンプ12_1、12_2、エネルギー比較器16_11、16_12、及び、エネルギー比較器16_21、16_22は、アナログ回路で構成されている。その他の構成要素は、動作時にクロック供給を必要とするデジタル回路で構成されており、遅延のないリアルタイム性が要求される。従って、動作クロックの源振は全ての構成要素で共通である。割り込み検出以外、制御に非同期乗り換えが不要なインターフェースで構成される。
(Regarding the operating clock)
In the block diagram of Figure 2, the preamplifiers 11_1 , 11_2 , the variable gain amplifiers 12_1 , 12_2 , the energy comparators 16_11 , 16_12 , and the energy comparators 16_21 , 16_22 are configured with analog circuits. The other components are configured with digital circuits that require a clock supply during operation, and require real-time performance without delay. Therefore, the source oscillation of the operating clock is common to all components. The components are configured with an interface that does not require asynchronous transfer for control other than interrupt detection.

基本的なサンプリング周波数fsを定義する。オーディオのため、サンプリング周波数fsは、44.1kHzもしくは48kHzで代表する。この場合、源振のクリスタル発振器の発信周波数は、512fs、即ち、22.5792MHzもしくは24.576MHzである。デジタル-アナログ変換器やデジタル・アンプが接続される出力側は、クロックのジッタが影響を与えるため、クリスタル発振器を必要とする。 Define the basic sampling frequency fs . For audio, the sampling frequency fs is typically 44.1 kHz or 48 kHz. In this case, the oscillation frequency of the crystal oscillator of the source is 512 fs , that is, 22.5792 MHz or 24.576 MHz. The output side to which the digital-to-analog converter or digital amplifier is connected requires a crystal oscillator because it is affected by clock jitter.

本システムがクリスタル発振器を直接要求する訳ではないが、アナログ-デジタル変換器とデジタル-アナログ変換器とを同時に扱う際には、デジタル-アナログ変換器側で利用するクリスタル発振器に周波数は依存する。そのため、無線システムなど位相雑音が気になるシステム内に組み込まれる場合は、デジタル-アナログ変換器と無線部とでXクリスタル発振器を共有することがBOM(Bill Of Materials)の観点では望ましく、サンプリング周波数fsは若干高い周波数となる。無線システムなどでは26MHzや32MHzがよく利用される。これらを512fsとして、サンプリング周波数fsは、50.78125kHzや62.5kHzとして扱う。 Although this system does not directly require a crystal oscillator, when an analog-digital converter and a digital-analog converter are used simultaneously, the frequency depends on the crystal oscillator used on the digital-analog converter side. Therefore, when incorporated into a system where phase noise is a concern, such as a wireless system, it is desirable from the viewpoint of BOM (Bill of Materials) to share the X crystal oscillator between the digital-analog converter and the wireless section, and the sampling frequency f s is a slightly higher frequency. 26 MHz and 32 MHz are often used in wireless systems. These are treated as 512 f s , and the sampling frequency f s is treated as 50.78125 kHz or 62.5 kHz.

アナログ-デジタル変換器13を128fsで動作させる場合、図2のデジタル・ブロックの動作周波数は以下になる。
1.制御部17のブロック
ARC回路171_1、171_2のタイミング生成部171_11、171_21:128fs×4=512fs
2.制御部17のブロック
ARC回路171_1、171_2の制御値生成部171_12、171_22:128fs
3.制御部17のブロック
ディザ回路:256fs RZ 信号生成、128fs NRZ 信号生成
4.デジタル減衰器14及びデシメーションフィルタ15:128fs×N(N:演算器共有時2以上)
When the analog-to-digital converter 13 is operated at 128 fs , the operating frequency of the digital block in FIG.
1. Blocks of the control unit 17 ARC circuits 171_1 , 171_2 timing generation units 171_11 , 171_21 : 128fs x 4 = 512fs
2. Blocks of the control unit 17 ARC circuits 171_1 , 171_2 control value generation units 171_12 , 171_22 : 128fs
3. Blocks of the control unit 17 Dither circuit: 256fs RZ signal generation, 128fs NRZ signal generation 4. Digital attenuator 14 and decimation filter 15: 128fs x N (N: 2 or more when computing unit is shared)

ここで、ARC回路171_1、171_2のタイミング生成部171_11、171_21、及び、制御値生成部171_12、171_22のクロック周波数を選択している理由について、図6のタイミング・ダイアグラムを用いて説明する。 Here, the reason for selecting the clock frequencies of the timing generation units 171_11 and 171_21 of the ARC circuits 171_1 and 171_2 and the control value generation units 171_12 and 171_22 will be described with reference to the timing diagram of FIG.

・アナログ-デジタル変換器13_1、13_2の動作クロックと同じ周波数で可変利得アンプ12_1、12_2の制御値の設定を実現する際に、制御値が変化したときにのみ、可変利得アンプ12に制御値を設定するためのタイミング信号CHGを発行する。タイミング信号CHGは、図2のタイミング信号T_1,T_2に相当し、タイミング生成部171_11、171_21で生成される。
・タイミング信号CHGは、制御値の変化を検出したら高レベルに遷移し、次のサイクルでは必ず低レベルとなる。
・可変利得アンプ12に制御値の最小変化幅の半分のパルス幅で、かつ、タイミング信号CHGの変化点が、可変利得アンプ12に制御値の変化点と重ならないように生成する。アナログ-デジタル変換器13_1、13_2のサンプリング周波数の4倍が適切である。
・エネルギー比較器16_1、16_2はレベル信号として取り込む。非同期入力信号であるため、同期化クロックの最長で2サイクル遅延が発生する。同期化クロックについては、アナログ-デジタル変換器13_1、13_2のサンプリング周波数の4倍が適切である。
When setting the control values of the variable gain amplifiers 12_1 and 12_2 at the same frequency as the operating clock of the analog-digital converters 13_1 and 13_2 , only when the control value changes, a timing signal CHG for setting the control value in the variable gain amplifier 12 is issued. The timing signal CHG corresponds to the timing signals T_1 and T_2 in FIG. 2, and is generated by the timing generation units 171_11 and 171_21 .
When a change in the control value is detected, the timing signal CHG transitions to a high level and always goes to a low level in the next cycle.
The pulse width of the control value of the variable gain amplifier 12 is half the minimum change width, and the change points of the timing signal CHG are generated so as not to overlap with the change points of the control value of the variable gain amplifier 12. A frequency four times the sampling frequency of the analog-digital converters 13_1 and 13_2 is appropriate.
The energy comparators 16_1 and 16_2 take in the signal as a level signal. Because the input signal is asynchronous, a maximum delay of two cycles of the synchronous clock occurs. For the synchronous clock, a frequency four times the sampling frequency of the analog-digital converters 13_1 and 13_2 is appropriate.

図7に、可変利得アンプ12_1、12_2の入力信号PGAinであるプリアンプ11_1,11_2の出力信号に対する、エネルギー比較器16_1、16_2の出力信号AINx_CMP_1,AINx_CMP_2のタイミング・ダイアグラムを示す。 FIG. 7 shows a timing diagram of the output signals AIN x _CMP — 1 and AIN x _CMP — 2 of the energy comparators 16 — 1 and 16 — 2 with respect to the output signals of the preamplifiers 11 — 1 and 11 — 2 , which are the input signals PGA in of the variable gain amplifiers 12 — 1 and 12 2 .

プリアンプ11_1,11_2の出力信号の電力が、指定した値CMPx_1_VTH,CMPx_1_VTH/CMPx_2_VTH,CMPx_2_VTHを越えたときにハイ(Hi)アクティブでアサートする、割り込みソースとする。1系統の割り込みは、バイアス(bias)の+側と-側2つ1組の比較出力AINx_CMP_1,AINx_CMP_2で生成する。割り込みについては、2系統もしくは2系統以上準備し、同時に割り込みがアサートするときには、電力閾値がより大きい方を優先的に扱う。エネルギー比較器16_1をCMP_1の方に大きい値を設定する前提で動作させる場合、エネルギー比較器16_1の方が優先割り込みとなる。 When the power of the output signal of the preamplifiers 11_1 and 11_2 exceeds the specified values CMPxH_1_VTH, CMPxL_1_VTH / CMPxH_2_VTH , CMPxL_2_VTH , this is an interrupt source that asserts high (Hi) active. One interrupt is generated by a pair of comparison outputs AINx_CMP_1 and AINx_CMP_2 , one for the positive and negative sides of the bias. Two or more interrupts are prepared, and when the interrupts assert simultaneously, the one with the larger power threshold is given priority. When the energy comparator 16_1 is operated under the assumption that a larger value is set for CMP_1 , the energy comparator 16_1 has priority as an interrupt.

ここで、制御部17のARC回路171_1、171_2によるデジタル減衰器14_1、14_2の減衰量の制御について説明する。 Here, the control of the attenuation amounts of the digital attenuators 14_1 and 14_2 by the ARC circuits 171_1 and 171_2 of the control unit 17 will be described.

可変利得アンプ12_1,12_2の利得設定後、可変利得アンプ12_1,12_2及びアナログ-デジタル変換器13_1、13_2の固有遅延にタイミングを合わせて、ARC回路171_1、171_2内の制御値生成部171_12,171_22が補正用の減衰量を制御値MICx_VOLとして出力する。制御値MICx_VOLは、図2の制御値N_a1,N_a2に相当する。 After the gains of the variable gain amplifiers 12_1 , 12_2 are set, the control value generators 171_12 , 171_22 in the ARC circuits 171_1 , 171_2 output the attenuation amount for correction as the control value MICx_VOL in accordance with the inherent delays of the variable gain amplifiers 12_1 , 12_2 and the analog-to-digital converters 13_1 , 13_2 . The control value MICx_VOL corresponds to the control values N_a1 , N_a2 in FIG. 2.

デジタル減衰器14_1,14_2は、CMP_1_VOLの設定値を最小利得pminと解釈して、可変利得アンプ12_1,12_2の利得を最小利得pminに設定した際に制御値MICx_VOLが0dBになるように制御する。ARC回路171_1、171_2とデジタル減衰器14_1、14_2との間のインターフェースは、減衰量ではなく、負の利得を0.05dBステップでマッピングしたボリューム値である。
MICx_VOL+PGA_VOL=CMP_1_VOL
の関係である。
The digital attenuators 14_1 , 14_2 interpret the set value of CMP_1_VOL as the minimum gain p min and control the control value MIC_VOL to 0 dB when the gains of the variable gain amplifiers 12_1 , 12_2 are set to the minimum gain p min . The interface between the ARC circuits 171_1 , 171_2 and the digital attenuators 14_1 , 14_2 is not an attenuation amount but a volume value in which a negative gain is mapped in 0.05 dB steps.
MIC x _VOL+PGA_VOL=CMP _1 _VOL
This is the relationship.

(アナログ-デジタル変換器による遅延時間について)
制御部17は、可変利得アンプ12_1,12_2の利得の制御と、デジタル減衰器14_1,14_2の減衰量の制御とを、適切な時間間隔で実施する。図8に、可変利得アンプ12(12_1,12_2)からデジタル減衰器14(14_1,14_2)までの経路を示す。
(Delay time caused by analog-to-digital converter)
The control unit 17 controls the gains of the variable gain amplifiers 12_1 and 12_2 and the attenuation amounts of the digital attenuators 14_1 and 14_2 at appropriate time intervals. Fig. 8 shows a path from the variable gain amplifiers 12 ( 12_1 and 12_2 ) to the digital attenuators 14 ( 14_1 and 14_2 ).

アナログ-デジタル変換器13(13_1,13_2)による遅延時間は、トポロジーで一意に決まる。回路からSTF(f)(STF:Signal Transfer Function)を求め、arg(STF(f))/2πfで遅延時間Δtを求めることができる。fは20kHzとして計算する。fs=48kHz,44.1kHzと、利用するクリスタル発振器や基準クロックによって様々であるが、サイクル数は、サンプリングfsや動作クロックに依らずトポロジーによって一定である。 The delay time caused by the analog-digital converters 13 ( 13_1 , 13_2 ) is uniquely determined by the topology. The STF(f) (STF: Signal Transfer Function) is found from the circuit, and the delay time Δt can be calculated by arg(STF(f))/2πf. f is calculated as 20 kHz. fs = 48 kHz, 44.1 kHz, and varies depending on the crystal oscillator and reference clock used, but the number of cycles is constant depending on the topology, regardless of the sampling fs or operating clock.

小数点以下の端数は可変利得アンプ12_1,12_2の遅延と合わせて判断する。制御部17の動作クロックは、512fsであるため、512fsクロックによるサイクル数で換算しても良いが、アナログ部でバラつくため精度は512fsまでは追い込まず、タイミング調整を含めた制御部17本体はアナログ-デジタル変換器13と同じ周波数である128fsで動作させる。
一例として、ある3次のΔΣ変調器の場合、128fsで8.4サイクルである。
The fraction after the decimal point is determined together with the delay of the variable gain amplifiers 12_1 and 12_2 . The operating clock of the control unit 17 is 512fs , so it may be converted into the number of cycles of the 512fs clock, but since there is variation in the analog part, the precision is not pursued to 512fs , and the main body of the control unit 17 including the timing adjustment is operated at 128fs , which is the same frequency as the analog-digital converter 13.
As an example, for a third order ΔΣ modulator, it is 8.4 cycles at 128 fs .

(可変利得アンプの利得設定動作の遅延について)
可変利得アンプ12(12_1,12_2)は、アナログ・ブロックのため、遅延バラツキがあるが、実設計では、128fsクロックの1サイクル程度に遅延を収めることが可能である。また、可変利得アンプ12の利得によっても異なるが、可変利得アンプ12の利得範囲が0~6dB程度では、128fsクロックの2サイクルから4サイクルの範囲内に遅延を収めることが可能なため、遅延バラツキに対しては固定サイクル数で補正する。
(Regarding delay in gain setting operation of variable gain amplifier)
The variable gain amplifiers 12 ( 12_1 , 12_2 ) are analog blocks and therefore have delay variations, but in an actual design, it is possible to keep the delay within about one cycle of the 128fs clock. Although it depends on the gain of the variable gain amplifier 12, when the gain range of the variable gain amplifier 12 is about 0 to 6 dB, it is possible to keep the delay within a range of two to four cycles of the 128fs clock, so the delay variations are corrected by a fixed number of cycles.

設定利得に応じても遅延時間が変化するため、遅延設定サイクルは可変とする。利得が大→小への変化はステップが大きく即座に行うため、利得が小の方の遅延値で補正する。利得が小→大への変化は0.2dBのように小さなステップで非常にゆっくり行うため、現在の可変利得アンプ12の制御値に対して適切な遅延値で補正する。 The delay setting cycle is variable because the delay time changes depending on the set gain. A change from large to small gain occurs immediately in large steps, so correction is made with the delay value for the small gain. A change from small to large gain occurs very slowly in small steps such as 0.2 dB, so correction is made with an appropriate delay value for the current control value of the variable gain amplifier 12.

実例では、0dB時と6dB時の補正ステップ数の差が1.5程度のため、利得が小→大の変化時の補正ステップ値と、利得が大→小の変化時の補正ステップ値との2つだけでの運用も可能である。 In an actual example, the difference in the number of correction steps between 0 dB and 6 dB is approximately 1.5, so it is possible to operate with only two correction step values: one when the gain changes from small to large, and one when the gain changes from large to small.

アナログ遅延のため、基準クロックによるfsの周波数に応じてサイクル数は変化する。可変利得アンプ12の利得(PGA gain)に対する最小遅延時間(Min.ns)、通常遅延時間(Typ.ns)、最大遅延時間(Max.ns)の関係(ΔΣ変調器同等の入力容量(5pF)による可変利得アンプ12の遅延)を表1に示す。また、可変利得アンプ12の利得(PGA gain)に対するfs周波数、最小サイクル(Min.cycle)、通常サイクル(Typ.cycle)、最大サイクル(Typ.cycle)の関係(可変利得アンプ12の遅延用の128fsサイクル)を表2に示す。動作クロック周波数による変化があるので、システム全体でfsを定義しているレジスタ値を参照して補正値サイクル数が変化できるようにする。 Because of the analog delay, the number of cycles changes depending on the frequency of fs by the reference clock. Table 1 shows the relationship between the gain (PGA gain) of the variable gain amplifier 12 and the minimum delay time (Min.ns), normal delay time (Typ.ns), and maximum delay time (Max.ns) (delay of the variable gain amplifier 12 with an input capacitance (5 pF) equivalent to that of the ΔΣ modulator). Table 2 shows the relationship between the gain (PGA gain) of the variable gain amplifier 12 and the fs frequency, minimum cycle (Min.cycle), normal cycle (Typ.cycle), and maximum cycle (Typ.cycle) (128 fs cycle for the delay of the variable gain amplifier 12). Since there is a change depending on the operating clock frequency, the number of cycles of the correction value can be changed by referring to the register value that defines fs for the entire system.

Figure 0007525484000001
Figure 0007525484000001

Figure 0007525484000002
Figure 0007525484000002

(利得と減衰量の制御タイミング差の設定について)
次に、可変利得アンプ12の利得制御のタイミングと、デジタル減衰器14の減衰量制御のタイミングとのタイミング差の設定について説明する。
(Regarding setting the control timing difference between gain and attenuation)
Next, setting of the timing difference between the timing of the gain control of the variable gain amplifier 12 and the timing of the attenuation amount control of the digital attenuator 14 will be described.

一例では、アナログ-デジタル変換器13を構成するΔΣ変調器の遅延、及び、可変利得アンプ12の遅延を合算すると、アナログ-デジタル変換器13の動作クロック周波数が128sの場合、約11サイクル又は12サイクルになる。 以下のように、ΔΣ変調器の遅延共通サイクル8を引き、別々に設定可能にしておく。
減衰量の設定が小→大のときに、ΔΣ変調器の遅延以外で3サイクル
減衰量の設定が大→小のときに、ΔΣ変調器の遅延以外で4サイクル
In one example, the sum of the delay of the ΔΣ modulator constituting the analog-to-digital converter 13 and the delay of the variable gain amplifier 12 is about 11 or 12 cycles when the operating clock frequency of the analog-to-digital converter 13 is 128 s . As shown below, a common delay cycle of 8 of the ΔΣ modulator is subtracted and made separately configurable.
When the attenuation setting is changed from small to large, 3 cycles occur due to factors other than the delay of the ΔΣ modulator. When the attenuation setting is changed from large to small, 4 cycles occur due to factors other than the delay of the ΔΣ modulator.

可変利得アンプ12の利得を設定してから、ΔΣ変調器の遅延8サイクルと、上記の可変利得アンプ12の遅延を合算したサイクルだけ遅延させた後、デジタル減衰器14の減衰量を設定する。実装の都合で、パイプラインを挿入する場合、パイプラインのサイクル数だけレジスタの設定推奨値を減らす。 After setting the gain of the variable gain amplifier 12, a delay is applied for the sum of 8 cycles of the delay of the ΔΣ modulator and the delay of the variable gain amplifier 12 described above, and then the attenuation amount of the digital attenuator 14 is set. If a pipeline is inserted for implementation reasons, the recommended register setting value is reduced by the number of cycles of the pipeline.

(設定反映の遅延の実装について)
シフト・レジスタで遅延させる構成をとるものとすると、フリップフロップの数が100個と1kゲート規模になってしまう。ローパスフィルタの時定数で実現するものとすると、ゲートクロックが推論されず、HALT機能とHALT clock構成にしないと乗算・加算回路が常時動作し消費電力が無駄である。
(About the implementation of delay in reflecting settings)
If a shift register is used for delay, the number of flip-flops will be 100, which is 1k gates in scale. If a low-pass filter time constant is used, the gate clock cannot be inferred, and unless a HALT function and HALT clock configuration are used, the multiplication and addition circuit will operate constantly, wasting power.

図8の外部入力が小→大の変化時には、即時に、可変利得アンプ12の利得及びデジタル減衰器14の減衰量を設定する必要があるため、仮に、エネルギー比較器16_1,16_2からの割り込みが2つ連続して入力される場合、利得設定及び減衰量設定の処理間隔を、それぞれの割り込みに対して別々に計測して各設定を実施する必要がある。 When the external input in Figure 8 changes from small to large, it is necessary to immediately set the gain of the variable gain amplifier 12 and the attenuation of the digital attenuator 14. Therefore, if two interrupts are input consecutively from the energy comparators 16_1 and 16_2 , the processing intervals for the gain setting and the attenuation setting must be measured separately for each interrupt and each setting must be performed.

一方、外部入力が大→小の変化時には、0.025秒程度の差で可変利得アンプ12の利得及びデジタル減衰器14の減衰量を設定するため、動作クロック周波数が128fsであってもサイクル数に余裕がある。FSM(Finite State Machine:有限状態機械)の遷移間隔を、可変利得アンプ12の利得設定及びデジタル減衰器14の減衰量設定の処理間隔よりも遅くできる。 On the other hand, when the external input changes from large to small, the gain of the variable gain amplifier 12 and the attenuation of the digital attenuator 14 are set with a difference of about 0.025 seconds, so there is a margin in the number of cycles even if the operating clock frequency is 128 fs . The transition interval of the FSM (Finite State Machine) can be made slower than the processing interval for setting the gain of the variable gain amplifier 12 and the attenuation of the digital attenuator 14.

よって、実装・検証のしやすさと、消費電力の観点から、可変利得アンプ12の利得設定及びデジタル減衰器14の減衰量設定の処理間隔を管理するタイマーカウンタを3つ準備し、FSMで実装する。Therefore, from the standpoint of ease of implementation and verification, and power consumption, three timer counters are prepared to manage the processing intervals for the gain setting of the variable gain amplifier 12 and the attenuation setting of the digital attenuator 14, and are implemented using an FSM.

可変利得アンプ12の利得設定の動作例のタイミング・ダイグラムを図9A及び図9Bに示す。図9A及び図9Bには、エネルギー比較器16_1(CMP_1)の出力信号、エネルギー比較器16_2(CMP_2)の出力信号、可変利得アンプ12の目標利得、及び、可変利得アンプ12の利得PVOLを示している。 9A and 9B show timing diagrams of an example of the operation of setting the gain of the variable gain amplifier 12. In FIG. 9A and 9B, the output signal of the energy comparator 16_1 ( CMP_1 ), the output signal of the energy comparator 16_2 ( CMP_2 ), the target gain of the variable gain amplifier 12, and the gain PVOL of the variable gain amplifier 12 are shown.

可変利得アンプ12の利得設定及びデジタル減衰器14の減衰量設定の処理間隔を管理する3つのタイマーカウンタの動作例のタイミング・ダイグラムを図10A及び図10Bに示す。図10A及び図10Bには、CMP_1の出力信号、CMP_2の出力信号、可変利得アンプ12の目標利得、可変利得アンプ12の利得PVOL、及び、デジタル減衰器14の減衰量MVOLを示している。 10A and 10B show timing diagrams of an example of the operation of three timer counters that manage the processing intervals for setting the gain of the variable gain amplifier 12 and the attenuation amount setting of the digital attenuator 14. In Fig. 10A and 10B, the output signal of CMP_1 , the output signal of CMP_2 , the target gain of the variable gain amplifier 12, the gain PVOL of the variable gain amplifier 12, and the attenuation amount MVOL of the digital attenuator 14 are shown.

可変利得アンプ12の利得PVOLを下げるタイミングは即時である。可変利得アンプ12の利得PVOLを上げていくタイミング間隔は常に一定になるように制御する。可変利得アンプ12の利得PVOLの設定、及び、デジタル減衰器14の減衰量MVOLの設定の遅延も、設定以外のタイミングにならないように、換言すれば、時間差が一定になるように制御する。 The timing for lowering the gain PVOL of the variable gain amplifier 12 is instantaneous. The timing interval for increasing the gain PVOL of the variable gain amplifier 12 is controlled to always be constant. The delay in setting the gain PVOL of the variable gain amplifier 12 and the setting of the attenuation amount MVOL of the digital attenuator 14 is also controlled so that it does not occur at a timing other than the settings, in other words, so that the time difference is constant.

(レベル割り込みと可変利得アンプの利得設定について)
エネルギー比較器16_1(CMP_1)の出力信号、及び、エネルギー比較器16_2(CMP_2)の出力信号については、レベル割り込みとして扱う。2系統の割り込みは、512fsのクロックで非同期乗り換えした後、それぞれイネーブルレジスタによって割り込みを利用するか否かを決定する。両方有効の際には、優先付き割り込みとして、CMP_1を優先的に処理する。
(Level interrupt and variable gain amplifier gain settings)
The output signal of the energy comparator 16_1 ( CMP_1 ) and the output signal of the energy comparator 16_2 ( CMP_2 ) are treated as level interrupts. After the two interrupts are asynchronously switched at the 512fs clock, it is determined whether or not to use the interrupt by the enable register. When both are enabled, CMP_1 is processed preferentially as a prioritized interrupt.

よって、CMP_1の閾値設定レジスタCMPnx_VTHに電力を大きく設定し、割り込み要求を処理する際に設定する可変利得アンプ12の利得設定レジスタCMPx_VOLについては、CMP_1の方に小さな利得を設定する。アナログ入力系統nとエネルギー比較器の系統x毎に設定値のレジスタを準備する。 Therefore, a large power is set in the threshold setting register CMP n H x _VTH of CMP_1 , and a small gain is set in the gain setting register CMP x _VOL of the variable gain amplifier 12, which is set when processing an interrupt request. Registers of setting values are prepared for each analog input system n and energy comparator system x.

より優先度の高い割り込みが存在しない場合、割り込みの系統に対応した目標利得設定値に、可変利得アンプ12の利得PVOLを設定するように動作する。現在設定している可変利得アンプ12の利得PVOLと、割り込みに対応した目標利得設定値との大小関係で動作が異なる。 If there is no interrupt with a higher priority, the gain PVOL of the variable gain amplifier 12 is set to the target gain setting value corresponding to the interrupt system. The operation differs depending on the magnitude relationship between the currently set gain PVOL of the variable gain amplifier 12 and the target gain setting value corresponding to the interrupt.

1.割り込みに対応した目標利得設定値よりも、現在の利得設定値が高い場合
即座に設定レジスタの値に可変利得アンプ12の利得を設定する。
2.割り込みに対応した目標利得設定値よりも、現在の利得設定値が低い場合
所定のレジスタに設定したインターバルで可変利得アンプ12の利得を目標値に漸近させていく。一度に遷移する可変利得アンプ12の利得ステップは通常0.2dBである。設定値は可変とする。
1. When the current gain setting value is higher than the target gain setting value corresponding to the interrupt, the gain of the variable gain amplifier 12 is immediately set to the value in the setting register.
2. When the current gain setting is lower than the target gain setting corresponding to the interrupt, the gain of the variable gain amplifier 12 is gradually made to approach the target value at intervals set in a specified register. The gain step of the variable gain amplifier 12 that transitions at one time is usually 0.2 dB. The setting value is variable.

可変利得アンプ12の利得は、レジスタ値を整数表現して0.2倍にした値を実際の値とする。可変利得アンプ12の利得設定の上限、下限を設定できるようにする。The actual gain of the variable gain amplifier 12 is the integer value of the register value multiplied by 0.2. The upper and lower limits of the gain setting of the variable gain amplifier 12 can be set.

利得設定の下限値は、外部マイクの最大入力がプリアンプ11を経由しても、アナログ-デジタル変換器13の入力レンジを使い切れない場合を想定して設定する。最大入力でも、+6dB利得ではなく、+3dB利得で使うことを可能とする。この値を最小利得pminとする。 The lower limit of the gain setting is set assuming that the input range of the analog-to-digital converter 13 cannot be fully used even when the maximum input of the external microphone passes through the preamplifier 11. It is possible to use a gain of +3 dB even with the maximum input, instead of a gain of +6 dB. This value is set as the minimum gain p min .

利得設定の上限値は、利得が高いときの可変利得アンプ12の雑音指数が悪く、システム全体で、通常動作時のS/Nをかえって悪化させてしまう場合があることを想定している。+6dBで使うよりも+4dBで使う方がよいときに対応する。この値を最大利得pmaxとする。 The upper limit of the gain setting is set on the assumption that the noise figure of the variable gain amplifier 12 is poor when the gain is high, and this may actually worsen the S/N ratio during normal operation of the entire system. This corresponds to a case where it is better to use +4 dB rather than +6 dB. This value is set as the maximum gain p max .

プリアンプ11からのオーディオ信号の出力から、可変利得アンプ12の利得設定までの遅延時間の説明図を図11に示す。Figure 11 shows an explanatory diagram of the delay time from the output of the audio signal from the preamplifier 11 to the gain setting of the variable gain amplifier 12.

エネルギー比較器16_1,16_2の遅延量の一例は0.4μsである。レベル割り込みは、システムで最速、かつ、制御部17の動作クロックと同期関係にある最速のクロックで非同期乗り換えする。最速が512fsの周波数で、fs=44.1kHzの場合0.089μsである。この割り込み信号を利用してFSMを動作し、制御レジスタ値を操作するので、最速でも制御部17の動作クロックの1サイクルの遅延が発生する。 An example of the delay amount of the energy comparators 16_1 and 16_2 is 0.4 μs. The level interrupt is asynchronously switched with the fastest clock in the system that is synchronous with the operation clock of the control unit 17. The fastest frequency is 512 fs , and when fs = 44.1 kHz, the delay is 0.089 μs. This interrupt signal is used to operate the FSM and manipulate the control register value, so even at the fastest, a delay of one cycle of the operation clock of the control unit 17 occurs.

非同期乗り換えと制御部17の動作による遅延により、制御部17のARC回路171_1、171_2の入力レベルの比較判定から、可変利得アンプ12の利得設定までの遅延は、これらの合算になる。制御部17の動作クロック128fsと源振の1/4の速度とすると、16_1,16_2の出力から512fsクロックの6サイクルから10サイクルの遅延が発生する。時間にすると、0.666μsから0.834μsのため、この部分の遅延は無視するシステムとする。 Due to the delay caused by the asynchronous transfer and the operation of the control unit 17, the delay from the comparison and judgment of the input levels of the ARC circuits 171_1 and 171_2 of the control unit 17 to the gain setting of the variable gain amplifier 12 is the sum of these. If the operating clock 128fs of the control unit 17 is set to 1/4 the speed of the source oscillation, a delay of 6 to 10 cycles of the 512fs clock occurs from the output of 16_1 and 16_2 . In terms of time, this is 0.666μs to 0.834μs, so the system will ignore the delay of this part.

(減衰量の設定について)
デジタル減衰器14_1,14_2の減衰量の設定については、最小利得pmin、及び、可変利得アンプ12_1,12_2の利得設定値pvolの2つで決定する。利得設定値pvolは、図2の制御値N_p1,N_p2に相当する。ここで、減衰量をmattとし、負数のボリューム表現をmvolとすると、負数のボリューム表現mvolは、
vol=pmin-pvol
となり、減衰量mattは、
att=pvol-pmin
となる。最小利得pmin、利得設定値pvol、及び、最大利得pmaxの大小関係は、
min≦pvol≦pmax
である。
(About attenuation setting)
The attenuation amount of the digital attenuators 14_1 and 14_2 is determined by two factors: the minimum gain p min and the gain setting value p vol of the variable gain amplifiers 12_1 and 12_2 . The gain setting value p vol corresponds to the control values N_p1 and N_p2 in Fig. 2. Here, if the attenuation amount is m att and the volume expression of a negative number is m vol , the volume expression of a negative number m vol is expressed as follows:
mvol = pmin - pvol
The attenuation amount m att is
m att = p vol - p min
The magnitude relationship between the minimum gain p min , the gain setting value p vol , and the maximum gain p max is as follows:
p min ≦p vol ≦p max
It is.

表3は、デジタル減衰器14_1,14_2を制御するレジスタMIC_VOLの設定仕様の一例である。レジスタMIC_VOLは、図2の制御値生成部171_12,171_22内に設けられている。ミュート(Mute)及び0dB設定が変則である。可変利得アンプ12_1,12_2の利得設定値pvolを使った規則的な演算で、負数のボリューム表現mvolをデジタル減衰器14_1,14_2に出力する。8ビット目に見えない符号ビットを考え、それを削除してインターフェースしている、と考えると、2の補数で表現できる。ミュートを指定すると問題になるため、負数側は、0×82でオーバーフロー処理をする。正数側は、0×00で処理をする。 Table 3 shows an example of the setting specifications of the register MIC_VOL that controls the digital attenuators 14_1 and 14_2 . The register MIC_VOL is provided in the control value generating units 171_12 and 171_22 in FIG. 2. The mute and 0 dB settings are irregular. A regular calculation using the gain setting value pvol of the variable gain amplifiers 12_1 and 12_2 outputs a negative volume expression mvol to the digital attenuators 14_1 and 14_2 . If we consider an 8-bit invisible sign bit and consider that it is deleted and interfaced, it can be expressed in two's complement. Since specifying mute causes problems, the negative side is processed for overflow with 0x82. The positive side is processed with 0x00.

Figure 0007525484000003
Figure 0007525484000003

0.2や0.05をそのまま2進数の固定小数で表現すると無理数になるため、整数に変換して扱う。利得設定値pvolのステップの最小単位は0.2dBであり、負数のボリューム表現mvolのステップの4倍である。よって、pvol,pmin,pmaxをそれぞれ5倍した整数値PVOL,PMIN,PMAXを使って演算した結果を、更に4倍した値MVOLがデジタル減衰器14_1,14_2に供給される信号レベルになる。MVOLの最上位ビットである符号ビットを除いてインターフェースする。整数値PVOL,PMIN,PMAXは出力信号及びレジスタ設定値と同じある。 If 0.2 or 0.05 is expressed as a binary fixed-point number, it becomes an irrational number, so it is converted to an integer before handling. The minimum unit of the step of the gain setting value p vol is 0.2 dB, which is four times the step of the negative volume expression m vol . Therefore, the result of the calculation using integer values P VOL , P MIN , and P MAX , which are p vol , p min , and p max multiplied by 5, is further multiplied by 4 to obtain M VOL , which becomes the signal level supplied to the digital attenuators 14_1 and 14_2 . The most significant bit of M VOL is excluded from the sign bit. The integer values P VOL , P MIN , and P MAX are the same as the output signal and the register setting value.

デジタル減衰器14_1,14_2は、チャンネル単位で 調整を取るために、減衰量を0.2dBよりも細かく設定可能である。デジタル減衰器14_1,14_2の減衰量は、固定量のため、独立してオフセットを与えることができる。 The digital attenuators 14_1 and 14_2 can set the attenuation amount finer than 0.2 dB in order to adjust the amount on a channel-by-channel basis. Since the attenuation amounts of the digital attenuators 14_1 and 14_2 are fixed amounts, offsets can be applied independently.

[実施形態に係る制御方法、及び、作用、効果]
上記の構成の本実施形態に係るアナログ-デジタル変換装置10は、入力されるアナログ信号のレベルを検出し、その検出レベルに基づいて、可変利得アンプ12の利得、及び、デジタル減衰器14の減衰量を制御するフィードフォワード制御の構成となっている。そして、フィードフォワード制御であることで、フィードバック制御に比べて、制御ループの応答性に優れたアナログ-デジタル変換装置を提供できる。
[Control method, operation, and effect according to the embodiment]
The analog-to-digital conversion device 10 according to this embodiment configured as described above is configured for feedforward control, which detects the level of an input analog signal and controls the gain of the variable gain amplifier 12 and the attenuation of the digital attenuator 14 based on the detected level. Furthermore, the feedforward control makes it possible to provide an analog-to-digital conversion device with superior control loop responsiveness compared to feedback control.

更に、本実施形態に係るアナログ-デジタル変換装置10によれば、次のような作用、効果を得ることができる。
・オーディオ用途において、アナログ-デジタル変換器13(13_1,13_2)の入力ダイナミックレンジよりも広い動作時のダイナミックレンジを得ることができる。
・突発的な強入力変化に対して、オーディオで問題になるポップノイズの発生を十分に抑制することができる。
・信号強度が一定の可聴帯域信号の入力時は、入力信号にシステムからの影響を与えず一定の静特性を得ることができる。
・強入力から弱入力に変化したときに違和感なく、ダイナミックレンジの拡大を行うことができる。
・アナログ・ブロックは、比較器と論理和で構成するエネルギー比較器を追加し、細かい利得設定を可能にする必要があるが、回路規模が小規模な構成で実現できる。
・デジタル・ブロックは、DSP(Digital Signal Processor)等による演算が不要で、FSMを主体とした小規模な構成で実現することができる。
Furthermore, the analog-to-digital conversion device 10 according to this embodiment can provide the following actions and effects.
In audio applications, it is possible to obtain a dynamic range during operation that is wider than the input dynamic range of the analog-to-digital converters 13 ( 13_1 , 13_2 ).
The occurrence of pop noise, which is a problem in audio, can be sufficiently suppressed when a sudden strong input change occurs.
When an audible band signal with a constant signal strength is input, the input signal is not affected by the system and constant static characteristics can be obtained.
- The dynamic range can be expanded without any discomfort when changing from strong input to weak input.
The analog block requires the addition of an energy comparator consisting of a comparator and a logical OR to enable fine gain setting, but this can be achieved with a small-scale circuit configuration.
The digital block does not require calculations using a DSP (Digital Signal Processor) or the like, and can be realized with a small-scale configuration mainly consisting of an FSM.

[実装例]
続いて、図2に示す本実施形態に係るアナログ-デジタル変換装置10の実装例について説明する。
[Implementation example]
Next, an implementation example of the analog-to-digital conversion device 10 according to the present embodiment shown in FIG. 2 will be described.

(512fs動作ブロックの実装例)
図12は、512fs動作ブロックの実装例について説明する図である。エネルギー比較器16_1,16_2の入力A_W_AINn_CMPxを単純な同期回路で同期してレベル割り込み信号AINn_CMPxとして出力する。割リ込みのアサートとネゲートに対応した応答処理に要求する時間に大きな差がある。アサート時は即座ですが、ネゲート時は最低でも、128fsのクロックで動作するFSMで32サイクル以上のインターバルでデータ遷移を促す。よって、レベル割り込み信号のチャタリング除去はFSMで制御すればよく、入力段は対応不要なため実施しない。これにより、割り込みアサート時も同期化した信号が最速でアサートする。
(Example of implementation of 512fs operation block)
FIG. 12 is a diagram for explaining an implementation example of a 512fs operation block. The inputs A_W_AINn_CMPx of the energy comparators 16_1 and 16_2 are synchronized by a simple synchronous circuit and output as a level interrupt signal AINn_CMPx . There is a large difference in the time required for response processing corresponding to assertion and negation of an interrupt. When asserting, it is immediate, but when negating, data transition is promoted at an interval of at least 32 cycles by an FSM operating on a 128fs clock. Therefore, chattering removal of the level interrupt signal can be controlled by the FSM, and is not performed because it is not necessary for the input stage to respond. As a result, a synchronized signal is asserted at the fastest speed even when an interrupt is asserted.

可変利得アンプ12_1,12_2の利得設定については、利得設定値A_W_PGAx_VOLを与えた後に設定信号A_W_PGAx_CHGをアサートして実現する。512fs動作ブロックでは、設定信号A_W_PGAx_CHGの生成に専用のFSMを構成する。128fsのクロックで動作しているFSMから生成される可変利得アンプ12_1,12_2の利得設定値を観測する。変化の検出を待機しているIDLE(1)ステート、変化を検出したら遷移するCHG(2)ステート、CHGステートから無条件に512fs1サイクルで遷移するHOLD(3)ステート、非同期リセット時に遷移するRESET(0)ステートで構成する。RESETステートからは非同期リセットが解除された後、無条件にIDLEステートに遷移する。このように構成し、ステート値を保持した2bitレジスタの最上位ビット側を、可変利得アンプ12_1,12_2の利得値を設定する信号として出力する。 The gain setting of the variable gain amplifiers 12_1 and 12_2 is realized by asserting the setting signal A_W_PGAx_CHG after giving the gain setting value A_W_PGAx_VOL . In the 512fs operation block, an FSM dedicated to generating the setting signal A_W_PGAx_CHG is configured. The gain setting value of the variable gain amplifiers 12_1 and 12_2 generated by the FSM operating at a clock of 128fs is observed. The state is configured with an IDLE(1) state waiting for detection of a change, a CHG(2) state to which a transition occurs when a change is detected, a HOLD(3) state to which a transition occurs unconditionally in one cycle of 512fs from the CHG state, and a RESET(0) state to which a transition occurs upon an asynchronous reset. After the asynchronous reset is released from the RESET state, the state transitions unconditionally to the IDLE state. With this configuration, the most significant bit of the 2-bit register that holds the state value is output as a signal for setting the gain values of the variable gain amplifiers 12_1 and 12_2 .

(128fs動作ブロックの実装例1)
図13A及び図13Bは、128fs動作ブロックの実装例1について説明するタイミング・ダイグラムである。実装例1では、128fsクロックで動作するFSM、FSMで生成される制御信号で動作するブロックから利得設定値PVOL(A_W_PGAx_VOL)と減衰量設定信号MVOL(A_M_MICx_VOL)を生成する概要について説明する。
( 128fs operation block implementation example 1)
13A and 13B are timing diagrams for explaining implementation example 1 of a 128 fs operating block. In implementation example 1, an overview will be given of generating a gain setting value PVOL (A_W_PGA x _VOL) and an attenuation setting signal MVOL (A_M_MIC x _VOL) from an FSM that operates on a 128 fs clock and a block that operates on a control signal generated by the FSM.

目標利得設定値がFSMの入力で利用する優先割り込み信号と割り込みに応じて設定されることも示している。目標利得設定値は、可変利得アンプ12_1,12_2の利得PVOLの生成に利用される。利得PVOLは、FSM内部で管理されて設定すべき値を出力する。 It is also shown that the target gain setting value is set according to the priority interrupt signal and interrupts used at the input of the FSM. The target gain setting value is used to generate the gain PVOL of the variable gain amplifiers 12_1 and 12_2 . The gain PVOL is managed within the FSM and outputs the value to be set.

回路規模を小さく実現するために、利得設定タイミングと減衰量設定タイミングの遅延制御は3つの遅延タイマーによって構成する。いずれの遅延タイマーも、スタート信号で動作を開始し、あらかじめ決められた設定閾値に到達したら、減衰量設定信号を利得設定値から生成する。3つの遅延タイマーは、エネルギー比較器CMP1がアサートしたら動作を開始する遅延タイマー1、エネルギー比較器CMP2のみがアサートしたら動作を開始する遅延タイマー2、エネルギー比較器CMP1,CMP2のアサート状態で決定される目標利得設定値が現在の利得設定値よりも低く設定されるタイミングで動作を開始する遅延タイマー3で構成される。 In order to realize a small circuit scale, the delay control of the gain setting timing and the attenuation setting timing is configured by three delay timers. Each delay timer starts operation with a start signal, and generates an attenuation setting signal from the gain setting value when a predetermined setting threshold is reached. The three delay timers are delay timer 1, which starts operation when the energy comparator CMP 1 asserts, delay timer 2, which starts operation when only the energy comparator CMP 2 asserts, and delay timer 3, which starts operation at the timing when the target gain setting value, which is determined by the assertion state of the energy comparators CMP 1 and CMP 2, is set lower than the current gain setting value.

エネルギー比較器CMP1,CMP2がアサートしたときに設定される利得設定値は一定である。レジスタによって可変とする。図中では、遅延タイマー1で参照されるエネルギー比較器CMP1がアサートしたときに設定される目標利得設定値PVOL1は、最小利得pminである。AINx_CMP1_VOLレジスタに設定値を格納し、信号名CSYN_AINxCMP1_VOLとして供給される。 The gain setting value that is set when the energy comparators CMP1 and CMP2 assert is constant. It is made variable by a register. In the figure, the target gain setting value PVOL1 that is set when the energy comparator CMP1 referenced by the delay timer 1 asserts is the minimum gain p min . The setting value is stored in the AIN x CMP1 VOL register and supplied as a signal named CSYN_AIN x CMP1 VOL.

遅延タイマー2で参照されるエネルギー比較器CMP2がアサートしたときに設定される目標利得設定値PVOL2は、中間利得であり、AINx_CMP2_VOLレジスタに設定値を格納し、CSYN_AINxCMP2_VOLとして供給される。遅延タイマー3で参照される目標利得設定値は現在設定している利得値PVOLとなる。 The target gain setting value PVOL2 , which is set when the energy comparator CMP2 referenced by the delay timer 2 is asserted, is an intermediate gain, and the setting value is stored in the AINx_CMP2_VOL register and supplied as CSYN_AINxCMP2_VOL . The target gain setting value referenced by the delay timer 3 becomes the currently set gain value PVOL.

3つの遅延タイマーの終了タイミング、及び、供給される利得設定値から、減衰量設定値MVOLが、信号名A_M_MICx_VOLとして生成される。減衰量設定値MVOLが、デジタルメーションフィルタ15の入力信号の振幅を決定する。 An attenuation setting value MVOL is generated as a signal named A_M_MIC x _VOL from the end timings of the three delay timers and the supplied gain setting value. The attenuation setting value MVOL determines the amplitude of the input signal to the digitalization filter 15.

(128fs動作ブロックの実装例2)
図14は、128fs動作ブロックの実装例2について説明する図である。実装例2は、利得設定値PVOL(A_W_PGAx_VOL)を固定値に強制設定する実装例である。通常は、FSMにより設定値が制御されるが、固定設定レジスタPGAx_VOL、信号名CSYN_PGAx_VOLの値をイネーブルがアサートしたときに反映される。
( 128fs operation block implementation example 2)
14 is a diagram for explaining implementation example 2 of the 128fs operation block. Implementation example 2 is an implementation example in which the gain setting value PVOL (A_W_PGA x _VOL) is forcibly set to a fixed value. Normally, the setting value is controlled by the FSM, but the value of the fixed setting register PGA x _VOL and signal name CSYN_PGA x _VOL is reflected when enable is asserted.

(128fs動作ブロックの実装例3)
図15Aは、128fs動作ブロックの実装例3についての説明図であり、図15Bは、実装例3についての説明に供するタイミング・ダイグラムである。実装例3は、FSMの実装例である。
( 128fs operation block implementation example 3)
Fig. 15A is an explanatory diagram of implementation example 3 of a 128fs operation block, and Fig. 15B is a timing diagram for explaining implementation example 3. Implementation example 3 is an implementation example of an FSM.

FSMを制御するカウンタが1つある。0以外の値のときにインクリメントする実装である。このカウンタは、目標利得設定値が現在の利得設定値PVOLよりも大きいときに一定間隔で可変利得アンプ12_1,12_2の利得を変化させるFSM動作を制御するものである。 There is one counter that controls the FSM. It is implemented to increment when the value is other than 0. This counter controls the FSM operation that changes the gain of the variable gain amplifiers 12_1 and 12_2 at regular intervals when the target gain setting value is greater than the current gain setting value PVOL.

FSMは、CSYN_ARCx_EN信号がアサートしているときに動作する。ネゲートしているときはRESET(0)ステートにいる。CSYN_ARCx_EN信号がアサートすると、RESET(0)ステートからEQUAL(1)ステートに遷移する。 The FSM operates when the CSYN_ARC x _EN signal is asserted. When it is negated, it is in the RESET (0) state. When the CSYN_ARC x _EN signal is asserted, it transitions from the RESET (0) state to the EQUAL (1) state.

EQUAL(1)ステートでは、利得設定値PVOLが目標利得設定値と等しいときにEQUAL(1)ステートに留まる。割り込みにより 目標利得設定値が更新され、その値が現在の利得設定値より高いとき、一定タイミング毎に可変利得アンプ12_1,12_2の利得を設定値レジスタARCxPGA_STEP、信号名CSYN_ARCxPGA_STEP、通常時、0.2dBステップ相当上昇するためのステートに遷移する。 In the EQUAL(1) state, the state remains in the EQUAL(1) state when the gain setting value PVOL is equal to the target gain setting value. The target gain setting value is updated by an interrupt, and when the target gain setting value is higher than the current gain setting value, the state transitions to a state for increasing the gain of the variable gain amplifiers 12_1 and 12_2 by 0.2 dB steps at regular intervals, using the setting value register ARC x PGA_STEP and signal name CSYN_ARC x PGA_STEP.

LESS_THAN(2)ステートに遷移し、同時に、FSM制御カウンタを1にセットしてインクリメントを開始する。FSM制御カウンタが32に到達したらINTERVAL(3)ステートに遷移する。INTERVAL(3)ステートでは、利得設定値をARCxPGA_STEPレジスタに設定された単位、通常0.2dB相当でステップアップしていく時間間隔を、FSM制御カウンタを観測して作り出す。 The state transitions to the LESS_THAN(2) state, and at the same time, the FSM control counter is set to 1 and begins incrementing. When the FSM control counter reaches 32, the state transitions to the INTERVAL(3) state. In the INTERVAL(3) state, the time interval for stepping up the gain setting value in units set in the ARC x PGA_STEP register, usually equivalent to 0.2 dB, is created by observing the FSM control counter.

可聴帯域外の低い周波数の1周期に相当するため、FSMの動作クロック128fsで動作するカウンタの下位ビットは無視して上位ビットだけの比較でタイミングを作り出せる。カウンタの上位ビットと比較するための閾値はARCnTIMER_THレジスタ、信号名CSYN_ARCnTIMER_THで行う。カウンタが閾値に逹したら、LESS_THAN(2)ステートに遷移し、FSM制御カウンタを1に設定し直して次のインターバルを作り出す。 Since this corresponds to one period of a low frequency outside the audible range, the lower bits of the counter, which operates on the FSM operating clock of 128fs , can be ignored and timing can be created by comparing only the upper bits. The threshold for comparison with the upper bits of the counter is set by the ARC n TIMER_TH register, signal name CSYN_ARC n TIMER_TH. When the counter reaches the threshold, it transitions to the LESS_THAN (2) state and resets the FSM control counter to 1 to create the next interval.

INTERVAL(3)ステートからLESS_THAN(2)ステートへの遷移時に利得設定値PVOLをステップアップした値に更新する。同時に、減衰量設定値MVOLを、遅延差を持って動作させるための遅延タイマー3のインクリメント動作を開始し、更新値を、減衰量設定値MVOLを生成する回路に通達するためのPVOL3レジスタを利得設定値PVOLと同じ値に設定する。遷移時に遅延タイマー3を動作開始させるため、遷移判定したサイクルでのみアサートするスタート3信号を生成する。 When transitioning from the INTERVAL (3) state to the LESS_THAN (2) state, the gain setting value PVOL is updated to a stepped-up value. At the same time, the increment operation of delay timer 3, which operates the attenuation setting value MVOL with a delay difference, is started, and the PVOL3 register, which notifies the circuit that generates the attenuation setting value MVOL of the updated value, is set to the same value as the gain setting value PVOL. In order to start operation of delay timer 3 at the transition, a start 3 signal is generated that is asserted only in the cycle in which the transition is determined.

割り込みによって更新される目標利得設定値が、現在の利得設定値よりも低いとき、どのステートであっても、次のサイクルで可変利得アンプ12_1,12_2の利得を目標値に設定してEQUAL(1)ステートに遷移する。同時に発生した割り込みに応じてデジタル減衰器14_1,14_2の制御用の遅延タイマー1もしくは遅延タイマー2のインクリメント動作を開始する。遅延タイマー1/遅延タイマー2のインクリメント動作開始にはスタート信号を生成する。 When the target gain setting value updated by the interrupt is lower than the current gain setting value, regardless of the state, the gains of the variable gain amplifiers 12_1 and 12_2 are set to the target value in the next cycle and the state transitions to the EQUAL(1) state. At the same time, in response to the interrupt that occurs, the increment operation of the delay timer 1 or delay timer 2 for controlling the digital attenuators 14_1 and 14_2 is started. A start signal is generated to start the increment operation of the delay timer 1/delay timer 2.

この論理は、現在の利得設定値が目標利得設定値よりも大きい、で実現できる。次のサイクルでは必ず現在の利得設定値は目標利得設定値と等しくなるためである。FSM制御用のカウンタも0に設定して動作を停止させる。 This logic can be realized by saying that the current gain setting is greater than the target gain setting. This is because in the next cycle the current gain setting will always be equal to the target gain setting. The counter for FSM control is also set to 0 to stop operation.

いずれの遅延タイマーも、0以外の値でインクリメント、スタート信号がアサートしたら次のサイクルに1に設定、閾値に到達したら0に設定される論理で構成する。 Each delay timer is configured with logic that increments by a non-zero value, sets it to 1 the next cycle when the start signal is asserted, and sets it to 0 when the threshold is reached.

(128fs動作ブロックの実装例4)
実装例4は、遅延タイマーの動作例である。遅延タイマーの動作のタイミング・ダイアグラムの一例を図16に示す。ここでは、遅延タイマーの閾値が、31を越えることはない前提で規定している。
( 128fs operation block implementation example 4)
Implementation example 4 is an example of the operation of the delay timer. An example of a timing diagram of the operation of the delay timer is shown in Fig. 16. Here, it is specified on the assumption that the threshold value of the delay timer will not exceed 31.

図16のタイミング・ダイアグラムは、遅延タイマーの閾値が最大設定値31のときを表している。遅延タイマーの閾値は、先述した(利得と減衰量の制御タイミング差の設定について)の項で規定した通りに準備する128fsΔΣ変調器で最大12サイクル、同じトポロジーのΔΣ変調器を64fsで動作させた場合でもΔΣ変調器による遅延サイクルが16のため、最大でも20サイクルである。従って、遅延タイマーの閾値については、31の設定で十分である。 The timing diagram in Fig. 16 shows the case when the delay timer threshold is at its maximum setting of 31. The delay timer threshold is a maximum of 12 cycles for a 128 fs ΔΣ modulator prepared as specified in the section above (Setting the control timing difference between gain and attenuation), and even if a ΔΣ modulator of the same topology is operated at 64 fs , the delay cycles due to the ΔΣ modulator is 16, so the maximum is 20 cycles. Therefore, a setting of 31 is sufficient for the delay timer threshold.

遅延タイマーは、2つの利得設定値を低い方へ遷移させるために発生するFSMとは異なるタイミングのイベントと利得設定値を高い方へ遷移させる1つのFSMによるイベントによる、異なる3つの利得設定の変化点から、小規模な回路動作でデジタル減衰器14_1,14_2の変化点を作るための回路である。 The delay timer is a circuit for creating change points of the digital attenuators 14_1 and 14_2 with a small-scale circuit operation from three different gain setting change points due to an event with a different timing from the FSM that occurs to transition the two gain setting values to lower values and an event due to one FSM that transitions the gain setting value to higher values .

それぞれ独立してタイミングが発生するため、いずれかの遅延タイマーが閾値に到達したときのタイミングで、それぞれのイベントに適した減衰量設定値を生成する。減衰量設定値は、利得設定値から計算されるもののため、現在の利得設定値とは別に、タイミング毎に適切な利得設定値PVOL1,PVOL2,PVOL3を参照する。それぞれ独立したタイミングで発生し、先述した(可変利得アンプの利得設定動作の遅延について)の項にて、遅延時間の定義を利得別ではなく、利得設定の変化方向で遅延サイクルを定義することを規定している。これは遅延タイマー1と 遅延タイマー2との遅延サイクル数を同じにして、閾値到達までの時間が絶対に前後しないことを保証する。 Since the timing occurs independently, an appropriate attenuation setting value is generated when any of the delay timers reaches the threshold. Since the attenuation setting value is calculated from the gain setting value, the appropriate gain setting value PVOL1 , PVOL2 , PVOL3 is referenced for each timing, in addition to the current gain setting value. Each occurs independently, and the definition of the delay time is not defined by gain, but by the delay cycle defined by the change direction of the gain setting, as described above (Regarding the delay of the gain setting operation of the variable gain amplifier). This makes the number of delay cycles for delay timer 1 and delay timer 2 the same, and guarantees that the time to reach the threshold will never be different.

設定遅延が128fs単位のため誤差の知覚は無視でき、実装を軽くする前提のためにかけた制限である。遅延タイマー3が動作中に、エネルギー比較器16_1,16_2からの割り込みで発生する利得設定値変更は発生し得るため、遅延タイマー3の停止のための条件は、遅延タイマー1もしくは遅延タイマー2が閾値に到達したタイミングを含む。よって、遅延タイマー3の閾値到達が遅延タイマー1もしくは遅延タイマー2の閾値到達と同時の場合は、遅延タイマー1もしくは遅延タイマー2の閾値到達が優先されるため、可変利得アンプ12_1,12_2の利得変更の即時有効の動作を、デジタル減衰器14_1,14_2の制御でも優先的に実行できる。 Since the setting delay is in units of 128 fs , the perception of error can be ignored, and this is a restriction imposed on the premise of making the implementation easier. Since a gain setting value change caused by an interrupt from the energy comparators 16_1 and 16_2 may occur while the delay timer 3 is operating, the condition for stopping the delay timer 3 includes the timing when the delay timer 1 or delay timer 2 reaches the threshold. Therefore, if the delay timer 3 reaches the threshold at the same time as the delay timer 1 or delay timer 2 reaches the threshold, the delay timer 1 or delay timer 2 has priority, so that the immediately effective operation of changing the gain of the variable gain amplifiers 12_1 and 12_2 can also be preferentially executed by the control of the digital attenuators 14_1 and 14_2 .

このように、遅延タイマーの動作によって、デジタル減衰器14_1,14_2に設定する減衰量設定値の設定タイミングの優先順位も確定するので、減衰量設定値を保持するレジスタは、それぞれの遅延タイマーの到達タイミング時に遅延タイマーに応じた利得設定値PVOL1,PVOL2,PVOL3の値を参照して値を確定する回路を、優先順位を考慮せずに構成できる。 In this way, the operation of the delay timer also determines the priority of the setting timing of the attenuation setting values to be set in the digital attenuators 14_1 and 14_2 , so the register that holds the attenuation setting values can be configured as a circuit that determines the values by referring to the gain setting values PVOL1 , PVOL2 , and PVOL3 corresponding to the delay timers when the respective delay timers reach their respective timings, without taking the priority into consideration.

減衰量設定値MVOLの生成については、先述した(減衰量の設定について)の項で定義した算出式で決定し、オーバーフロー処理も施す。遅延タイマーの閾値到達タイミングを1サイクル早く通達して減衰量設定値MVOLの生成のための利得設定値PVOL1,PVOL2,PVOL3の値の選択を1サイクル早く確定し、パイプラインで保持す。そのため、先述した(利得と減衰量の制御タイミング差の設定について)の項で定義したように、遅延タイマーの閾値を制御する設定レジスタには1サイクル小さい値を与える。 The generation of the attenuation setting value MVOL is determined by the formula defined in the above section (Regarding attenuation setting), and overflow processing is also performed. The timing at which the delay timer reaches the threshold is notified one cycle earlier, and the selection of the gain setting values PVOL1 , PVOL2 , and PVOL3 for generating the attenuation setting value MVOL is determined one cycle earlier and held in the pipeline. Therefore, as defined in the above section (Regarding setting the control timing difference between gain and attenuation), a value one cycle smaller is given to the setting register that controls the delay timer threshold.

<本開示の実施形態に係るオーディオ装置>
以上説明した本開示の実施形態に係るアナログ-デジタル変換装置10は、アナログ-デジタル変換装置を備える各種のオーディオ装置において、当該アナログ-デジタル変換装置として用いることができる。
<Audio device according to an embodiment of the present disclosure>
The analog-to-digital conversion device 10 according to the embodiment of the present disclosure described above can be used as the analog-to-digital conversion device in various audio devices equipped with the analog-to-digital conversion device.

図17は、本開示の実施形態に係るアナログ-デジタル変換装置10を用いる、本開示の実施形態に係るオーディオ装置のシステム構成の概略を示すブロック図である。本実施形態に係るオーディオ装置100は、例えば、マイクロホン110、アナログ-デジタル変換装置120、信号処理部130、デジタル-アナログ変換装置140、及び、スピーカ150を備える構成となっている。 Figure 17 is a block diagram showing an outline of the system configuration of an audio device according to an embodiment of the present disclosure, using an analog-to-digital conversion device 10 according to an embodiment of the present disclosure. The audio device 100 according to this embodiment is configured to include, for example, a microphone 110, an analog-to-digital conversion device 120, a signal processing unit 130, a digital-to-analog conversion device 140, and a speaker 150.

上記の構成のオーディオ装置100において、マイクロホン110から入力されるアナログのオーディオ信号をオーディオPCM信号に変換するアナログ-デジタル変換装置120として、先述した実施形態に係るアナログ-デジタル変換装置10を用いることができる。このアナログ-デジタル変換装置10は、入力されるアナログのオーディオ信号のレベルを検出し、その検出レベルに基づいて利得制御を行うフィードフォワード制御であることから、アナログ-デジタル変換装置120として、制御ループの応答性に優れたアナログ-デジタル変換装置を実現できる。In the audio device 100 configured as above, the analog-to-digital conversion device 10 according to the embodiment described above can be used as the analog-to-digital conversion device 120 that converts the analog audio signal input from the microphone 110 into an audio PCM signal. This analog-to-digital conversion device 10 is a feedforward control that detects the level of the input analog audio signal and performs gain control based on the detected level, so that the analog-to-digital conversion device 120 can be an analog-to-digital conversion device with excellent control loop responsiveness.

<変形例>
以上、本開示の技術について、好ましい実施形態に基づき説明したが、本開示の技術は当該実施形態に限定されるものではない。上記の実施形態において説明したアナログ-デジタル変換装置及びオーディオ装置の構成、構造は例示であり、適宜、変更することができる。
<Modification>
Although the technology of the present disclosure has been described above based on preferred embodiments, the technology of the present disclosure is not limited to these embodiments. The configurations and structures of the analog-to-digital conversion device and audio device described in the above embodiments are merely examples and can be modified as appropriate.

例えば、上記の実施形態では、アナログ-デジタル変換装置10をオーディオ装置100に適用する場合を例に挙げて説明したが、オーディオ装置への適用に限られるものではない。また、上記の実施形態では、アナログ-デジタル変換装置10におけるアナログ-デジタル変換器13として、ΔΣ変調器から成るアナログ-デジタル変換器(デルタ-シグマ変調型アナログ-デジタル変換器)を用いるものとしたが、これに限られるものではなく、逐次比較型アナログ-デジタル変換器など、他の形態のアナログ-デジタル変換器を用いることができる。For example, in the above embodiment, the analog-digital conversion device 10 is applied to an audio device 100, but the application is not limited to audio devices. Also, in the above embodiment, an analog-digital converter consisting of a ΔΣ modulator (a delta-sigma modulation type analog-digital converter) is used as the analog-digital converter 13 in the analog-digital conversion device 10, but this is not limited to this, and other types of analog-digital converters, such as a successive approximation type analog-digital converter, can be used.

<本開示がとることができる構成>
尚、本開示は、以下のような構成をとることもできる。
<Configurations that the present disclosure can take>
The present disclosure may also be configured as follows.

≪A.アナログ-デジタル変換装置≫
[A-1]入力されるアナログ信号を増幅する可変利得アンプ、
可変利得アンプを経たアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ-デジタル変換器、
アナログ-デジタル変換器から出力されるデジタル信号を減衰させる減衰器、
アナログ信号のレベルを検出するレベル検出部、及び、
レベル検出部の検出レベルに基づいて、可変利得アンプの利得、及び、減衰器の減衰量を制御する制御部を備える、
アナログ-デジタル変換装置。
[A-2]入力されるアナログ信号を取り込んで可変利得アンプに供給するプリアンプを有し、
レベル検出部は、プリアンプを経た後のアナログ信号のレベルを検出する、
上記[A-1]に記載のアナログ-デジタル変換装置。
[A-3]レベル検出部は、互いに異なる閾値を有する複数の比較器を有する、
上記[A-2]に記載のアナログ-デジタル変換装置。
[A-4]レベル検出部は、プリアンプの出力信号のバイアスよりも高い第1の閾値を有する第1の比較器、及び、プリアンプの出力信号のバイアスよりも低い第2の閾値を有する第2の比較器を有する、
上記[A-3]に記載のアナログ-デジタル変換装置。
[A-5]第1の比較器は、アナログ信号のレベルが第1の閾値よりも高いときに真の論理を出力し、
第2の比較器は、アナログ信号のレベルが第2の閾値よりも低いときに真の論理を出力する、
上記[A-4]に記載のアナログ-デジタル変換装置。
[A-6]レベル検出部は、第1の比較器の出力、及び、第2の比較器の出力の論理和を、アナログ信号の検出レベルとして出力する、
上記[A-5]に記載のアナログ-デジタル変換装置。
[A-7]プリアンプは、可変利得アンプ及びレベル検出器の動作変化に対して、出力インピーダンスを一定にする役割を持っている、
上記[A-1]乃至上記[A-6]のいずれかに記載のアナログ-デジタル変換装置。
[A-8]制御部は、減衰器の減衰量を、可変利得アンプの利得を相殺する値に制御する、
上記[A-1]乃至上記[A-7]のいずれかに記載のアナログ-デジタル変換装置。
[A-9]制御部は、減衰器の減衰量を、可変利得アンプの制御タイミングに対して一定のタイミング差を維持しながら制御する、
[A-8]に記載のアナログ-デジタル変換装置。
[A-10]アナログ-デジタル変換器は、可変利得アンプを経たアナログ信号をオーバーサンプリングし、アナログ信号の振幅に応じたパルス列の信号に変換するデルタ-シグマ変調器から成る、
上記[A-1]乃至上記[A-9]のいずれかに記載のアナログ-デジタル変換装置。
[A-11]デルタ-シグマ変調器から出力され、減衰器を経たパルス列の信号を、折り返し雑音の影響を受けずに必要な信号情報を取得できるサンプリング周波数のデジタル信号に変換するデシメーションフィルタを有する、
上記[A-10]に記載のアナログ-デジタル変換装置。
<A. Analog-to-digital conversion device>
[A-1] A variable gain amplifier that amplifies an input analog signal;
an analog-to-digital converter that converts the analog signal passed through the variable gain amplifier into a digital signal;
an attenuator for attenuating the digital signal output from the analog-to-digital converter;
a level detection unit for detecting a level of an analog signal; and
a control unit that controls a gain of the variable gain amplifier and an attenuation amount of the attenuator based on a detection level of the level detection unit;
Analog-to-digital conversion device.
[A-2] A preamplifier that takes in an input analog signal and supplies it to a variable gain amplifier,
The level detection unit detects the level of the analog signal after passing through the preamplifier.
The analog-to-digital conversion device described in [A-1] above.
[A-3] The level detection unit has a plurality of comparators having different thresholds;
The analog-to-digital conversion device according to [A-2] above.
[A-4] The level detection unit has a first comparator having a first threshold higher than the bias of the output signal of the preamplifier, and a second comparator having a second threshold lower than the bias of the output signal of the preamplifier;
The analog-to-digital conversion device described in [A-3] above.
[A-5] The first comparator outputs a true logic when the level of the analog signal is higher than a first threshold value;
The second comparator outputs a true logic when the level of the analog signal is lower than a second threshold.
The analog-to-digital conversion device described in [A-4] above.
[A-6] The level detection unit outputs the logical sum of the output of the first comparator and the output of the second comparator as the detection level of the analog signal.
The analog-to-digital conversion device described in [A-5] above.
[A-7] The preamplifier has the role of keeping the output impedance constant against operational changes of the variable gain amplifier and the level detector.
An analog-to-digital conversion device according to any one of [A-1] to [A-6] above.
[A-8] The control unit controls the attenuation amount of the attenuator to a value that offsets the gain of the variable gain amplifier.
An analog-to-digital conversion device according to any one of [A-1] to [A-7] above.
[A-9] The control unit controls the attenuation amount of the attenuator while maintaining a constant timing difference with respect to the control timing of the variable gain amplifier.
The analog-to-digital conversion device according to [A-8].
[A-10] The analog-to-digital converter is composed of a delta-sigma modulator that oversamples the analog signal that has passed through the variable gain amplifier and converts it into a pulse train signal according to the amplitude of the analog signal.
An analog-to-digital conversion device according to any one of [A-1] to [A-9] above.
[A-11] A decimation filter is provided for converting the pulse train signal output from the delta-sigma modulator and passed through the attenuator into a digital signal having a sampling frequency that can obtain the necessary signal information without being affected by aliasing noise.
The analog-to-digital conversion device according to [A-10] above.

≪B.アナログ-デジタル変換装置の制御方法≫
[B-1]入力されるアナログ信号を増幅する可変利得アンプ、
可変利得アンプを経たアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ-デジタル変換器、及び、
アナログ-デジタル変換器から出力されるデジタル信号を減衰させる減衰器を備えるアナログ-デジタル変換装置の制御に当たって、
アナログ信号のレベルを検出し、
その検出レベルに基づいて、可変利得アンプの利得、及び、減衰器の減衰量の制御を行う、
アナログ-デジタル変換装置の制御方法。
[B-2]デルタ-シグマ変調器から出力され、減衰器を経たパルス列の信号を、折り返し雑音の影響を受けずに必要な信号情報を取得できるサンプリング周波数のデジタル信号に変換する、
上記[B-1]に記載のアナログ-デジタル変換装置の制御方法。
B. Control method of analog-digital conversion device
[B-1] A variable gain amplifier that amplifies an input analog signal;
an analog-to-digital converter that converts the analog signal passed through the variable gain amplifier into a digital signal; and
In controlling an analog-to-digital conversion device having an attenuator that attenuates a digital signal output from an analog-to-digital converter,
Detects the level of the analog signal,
Based on the detection level, the gain of the variable gain amplifier and the attenuation of the attenuator are controlled.
A method for controlling an analog-to-digital conversion device.
[B-2] The pulse train signal output from the delta-sigma modulator and passed through the attenuator is converted into a digital signal with a sampling frequency that can obtain the necessary signal information without being affected by aliasing noise.
A method for controlling the analog-to-digital conversion device described in [B-1] above.

≪C.オーディオ装置≫
[C-1]入力されるアナログ信号を増幅する可変利得アンプ、
可変利得アンプを経たアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ-デジタル変換器、
アナログ-デジタル変換器から出力されるデジタル信号を減衰させる減衰器、
アナログ信号のレベルを検出するレベル検出部、及び、
レベル検出部の検出レベルに基づいて、可変利得アンプの利得、及び、減衰器の減衰量を制御する制御部を備える、
アナログ-デジタル変換装置を有するオーディオ装置。
[C-2]入力されるアナログ信号を取り込んで可変利得アンプに供給するプリアンプを有し、
レベル検出部は、プリアンプを経た後のアナログ信号のレベルを検出する、
上記[C-1]に記載のオーディオ装置。
[C-3]レベル検出部は、互いに異なる閾値を有する複数の比較器を有する、
上記[C-2]に記載のオーディオ装置。
[C-4]レベル検出部は、プリアンプの出力信号のバイアスよりも高い第1の閾値を有する第1の比較器、及び、プリアンプの出力信号のバイアスよりも低い第2の閾値を有する第2の比較器を有する、
上記[C-3]に記載のオーディオ装置。
[C-5]第1の比較器は、アナログ信号のレベルが第1の閾値よりも高いときに真の論理を出力し、
第2の比較器は、アナログ信号のレベルが第2の閾値よりも低いときに真の論理を出力する、
上記[C-4]に記載のオーディオ装置。
[C-6]レベル検出部は、第1の比較器の出力、及び、第2の比較器の出力の論理和を、アナログ信号の検出レベルとして出力する、
上記[C-5]に記載のオーディオ装置。
[C-7]プリアンプは、可変利得アンプ及びレベル検出器の動作変化に対して、出力インピーダンスを一定にする役割を持っている、
上記[C-1]乃至上記[C-6]のいずれかに記載のオーディオ装置。
[C-8]制御部は、減衰器の減衰量を、可変利得アンプの利得を相殺する値に制御する、
上記[C-1]乃至上記[C-7]のいずれかに記載のオーディオ装置。
[C-9]制御部は、減衰器の減衰量を、可変利得アンプの制御タイミングに対して一定のタイミング差を維持しながら制御する、
[C-8]に記載のオーディオ装置。
[C-10]アナログ-デジタル変換器は、可変利得アンプを経たアナログ信号をオーバーサンプリングし、アナログ信号の振幅に応じたパルス列の信号に変換するデルタ-シグマ変調器から成る、
上記[C-1]乃至上記[C-9]のいずれかに記載のオーディオ装置。
[C-11]デルタ-シグマ変調器から出力され、減衰器を経たパルス列の信号を、折り返し雑音の影響を受けずに必要な信号情報を取得できるサンプリング周波数のデジタル信号に変換するデシメーションフィルタを有する、
上記[C-10]に記載のオーディオ装置。
C. Audio Equipment
[C-1] A variable gain amplifier that amplifies an input analog signal;
an analog-to-digital converter that converts the analog signal passed through the variable gain amplifier into a digital signal;
an attenuator for attenuating the digital signal output from the analog-to-digital converter;
a level detection unit for detecting a level of an analog signal; and
a control unit that controls a gain of the variable gain amplifier and an attenuation amount of the attenuator based on a detection level of the level detection unit;
An audio device having an analog-to-digital conversion device.
[C-2] A preamplifier that takes in an input analog signal and supplies it to a variable gain amplifier,
The level detection unit detects the level of the analog signal after passing through the preamplifier.
The audio device described in [C-1] above.
[C-3] The level detection unit has a plurality of comparators having different thresholds;
The audio device described in [C-2] above.
[C-4] The level detection unit has a first comparator having a first threshold higher than the bias of the output signal of the preamplifier, and a second comparator having a second threshold lower than the bias of the output signal of the preamplifier;
The audio device described in [C-3] above.
[C-5] The first comparator outputs a true logic when the level of the analog signal is higher than a first threshold;
The second comparator outputs a true logic when the level of the analog signal is lower than a second threshold.
The audio device described in [C-4] above.
[C-6] The level detection unit outputs the logical sum of the output of the first comparator and the output of the second comparator as a detection level of the analog signal.
The audio device described in [C-5] above.
[C-7] The preamplifier has the role of keeping the output impedance constant against operational changes of the variable gain amplifier and the level detector.
An audio device according to any one of [C-1] to [C-6] above.
[C-8] The control unit controls the attenuation amount of the attenuator to a value that offsets the gain of the variable gain amplifier.
An audio device according to any one of [C-1] to [C-7] above.
[C-9] The control unit controls the attenuation amount of the attenuator while maintaining a constant timing difference with respect to the control timing of the variable gain amplifier.
The audio device described in [C-8].
[C-10] The analog-to-digital converter is composed of a delta-sigma modulator that oversamples the analog signal that has passed through the variable gain amplifier and converts it into a pulse train signal according to the amplitude of the analog signal.
An audio device according to any one of [C-1] to [C-9] above.
[C-11] A decimation filter is provided to convert the pulse train signal output from the delta-sigma modulator and passed through the attenuator into a digital signal having a sampling frequency that can obtain the necessary signal information without being affected by aliasing noise.
The audio device described in [C-10] above.

10・・・アナログ-デジタル変換装置、11(11_1、11_2)・・・プリアンプ、12(12_1、12_2)・・・可変利得アンプ、13(13_1、13_2)・・・アナログ-デジタル変換器(ADC)、14(14_1、14_2)・・・デジタル減衰器、15・・・デシメーションフィルタ、16・・・レベル検出部、16_1(16_11、16_12)、16_2(16_21、16_22)・・・エネルギー比較器、17・・・制御部 REFERENCE SIGNS LIST 10...Analog-to-digital conversion device, 11 ( 11_1 , 11_2 )...Preamplifier, 12 ( 12_1 , 12_2 )...Variable gain amplifier, 13 ( 13_1 , 13_2 )...Analog-to-digital converter (ADC), 14 ( 14_1 , 14_2 )...Digital attenuator, 15...Decimation filter, 16...Level detection unit, 16_1 ( 16_11 , 16_12 ), 16_2 ( 16_21 , 16_22 )...Energy comparator, 17...Control unit

Claims (10)

入力された第1のアナログ信号を増幅する可変利得アンプ、
前記可変利得アンプから出力された第2のアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ-デジタル変換器、
前記アナログ-デジタル変換器から出力される前記デジタル信号を減衰させる減衰器、
前記第1のアナログ信号のレベルを検出するレベル検出部、及び、
前記レベル検出部の検出レベルに基づいて、前記可変利得アンプの利得、及び、前記減衰器の減衰量を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記減衰器の減衰量を、前記可変利得アンプの利得を相殺する値にするように、前記可変利得アンプの制御タイミングに対して、前記アナログ-デジタル変換器のトポロジーによる遅延時間と、前記レベル検出部と前記可変利得アンプとの入出力間遅延差に基づく時間とを追加したタイミングで、制御する、
アナログ-デジタル変換装置。
a variable gain amplifier that amplifies the input first analog signal ;
an analog-to-digital converter that converts the second analog signal output from the variable gain amplifier into a digital signal;
an attenuator for attenuating the digital signal output from the analog-to-digital converter;
a level detection unit that detects a level of the first analog signal; and
a control unit that controls a gain of the variable gain amplifier and an attenuation amount of the attenuator based on the detection level of the level detection unit,
the control unit controls the attenuation amount of the attenuator to a value that offsets the gain of the variable gain amplifier, at a timing obtained by adding a delay time due to the topology of the analog-to-digital converter and a time based on a delay difference between input and output between the level detection unit and the variable gain amplifier to a control timing of the variable gain amplifier.
Analog-to-digital conversion device.
第3のアナログ信号を取り込んで、前記第1のアナログ信号を前記可変利得アンプに供給するプリアンプをさらに備え、
前記レベル検出部は、前記プリアンプを経た後の前記第1のアナログ信号のレベルを検出する、
請求項1に記載のアナログ-デジタル変換装置。
a preamplifier that receives a third analog signal and supplies the first analog signal to the variable gain amplifier;
the level detection unit detects the level of the first analog signal after passing through the preamplifier.
2. The analog-to-digital conversion device according to claim 1.
前記レベル検出部は、互いに異なる閾値を有する複数の比較器を有する、
請求項2に記載のアナログ-デジタル変換装置。
The level detection unit has a plurality of comparators having different threshold values.
3. An analog-to-digital conversion device according to claim 2.
前記レベル検出部は、前記プリアンプの出力信号のバイアスよりも高い第1の閾値を有する第1の比較器、及び、前記プリアンプの出力信号のバイアスよりも低い第2の閾値を有する第2の比較器を有する、
請求項3に記載のアナログ-デジタル変換装置。
the level detection unit includes a first comparator having a first threshold higher than a bias of the output signal of the preamplifier, and a second comparator having a second threshold lower than the bias of the output signal of the preamplifier;
4. An analog-to-digital conversion device according to claim 3.
前記第1の比較器は、前記第1のアナログ信号のレベルが前記第1の閾値よりも高いときに真の論理を出力し、
前記第2の比較器は、前記第1のアナログ信号のレベルが前記第2の閾値よりも低いときに真の論理を出力する、
請求項4に記載のアナログ-デジタル変換装置。
the first comparator outputs a true logic when a level of the first analog signal is higher than the first threshold;
the second comparator outputs a true logic when the level of the first analog signal is lower than the second threshold.
5. An analog-to-digital conversion device according to claim 4.
前記レベル検出部は、前記第1の比較器の出力、及び、前記第2の比較器の出力の論理和を、前記第1のアナログ信号の検出レベルとして出力する、
請求項5に記載のアナログ-デジタル変換装置。
the level detection unit outputs a logical sum of the output of the first comparator and the output of the second comparator as a detection level of the first analog signal.
6. An analog-to-digital conversion device according to claim 5.
前記アナログ-デジタル変換器は、前記可変利得アンプを経た前記第2のアナログ信号をオーバーサンプリングし、前記第2のアナログ信号の振幅に応じたパルス列の信号に変換するデルタ-シグマ変調器から成る、
請求項1~6のいずれか1項に記載のアナログ-デジタル変換装置。
the analog-to-digital converter comprises a delta-sigma modulator that oversamples the second analog signal that has passed through the variable gain amplifier and converts it into a pulse train signal corresponding to the amplitude of the second analog signal;
7. An analog-to-digital conversion device according to claim 1.
前記デルタ-シグマ変調器から出力され、前記減衰器を経たパルス列の信号を、折り返し雑音の影響を受けずに必要な信号情報を取得できるサンプリング周波数のデジタル信号に変換するデシメーションフィルタをさらに備える、
請求項7に記載のアナログ-デジタル変換装置。
a decimation filter that converts the pulse train signal output from the delta-sigma modulator and passed through the attenuator into a digital signal having a sampling frequency that allows necessary signal information to be obtained without being affected by aliasing noise;
8. An analog-to-digital conversion device according to claim 7.
入力信号である第1のアナログ信号を増幅する可変利得アンプ、
前記可変利得アンプから出力された第2のアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ-デジタル変換器、及び、
前記アナログ-デジタル変換器から出力される前記デジタル信号を減衰させる減衰器を備えるアナログ-デジタル変換装置の制御に当たって、
レベル検出部を用いて、前記第1のアナログ信号のレベルを検出し、
制御部は、
当該検出レベルに基づいて、前記可変利得アンプの利得、及び、前記減衰器の減衰量の制御を行い、
前記減衰器の減衰量を、前記可変利得アンプの利得を相殺する値にするように、前記可変利得アンプの制御タイミングに対して、前記アナログ-デジタル変換器のトポロジーによる遅延時間と、前記レベル検出部と前記可変利得アンプとの入出力間遅延差に基づく時間とを追加したタイミングで、制御する、
アナログ-デジタル変換装置の制御方法。
a variable gain amplifier that amplifies a first analog signal that is an input signal;
an analog-to-digital converter that converts the second analog signal output from the variable gain amplifier into a digital signal; and
In controlling an analog-to-digital conversion device including an attenuator that attenuates the digital signal output from the analog-to-digital converter,
Detecting the level of the first analog signal using a level detection unit;
The control unit
based on the detection level, controlling the gain of the variable gain amplifier and the attenuation of the attenuator;
controlling the attenuation amount of the attenuator to a value that offsets the gain of the variable gain amplifier, at a timing obtained by adding a delay time due to the topology of the analog-digital converter and a time based on a delay difference between input and output between the level detection unit and the variable gain amplifier to a control timing of the variable gain amplifier;
A method for controlling an analog-to-digital conversion device.
入力信号である第1のアナログ信号を増幅する可変利得アンプ、
前記可変利得アンプから出力された第2のアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ-デジタル変換器、
前記アナログ-デジタル変換器から出力される前記デジタル信号を減衰させる減衰器、
前記第1のアナログ信号のレベルを検出するレベル検出部、及び、
前記レベル検出部の検出レベルに基づいて、前記可変利得アンプの利得、及び、前記減衰器の減衰量を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記減衰器の減衰量を、前記可変利得アンプの利得を相殺する値にするように、前記可変利得アンプの制御タイミングに対して、前記アナログ-デジタル変換器のトポロジーによる遅延時間と、前記レベル検出部と前記可変利得アンプとの入出力間遅延差に基づく時間とを追加したタイミングで、制御する、
アナログ-デジタル変換装置を有するオーディオ装置。
a variable gain amplifier that amplifies a first analog signal that is an input signal;
an analog-to-digital converter that converts the second analog signal output from the variable gain amplifier into a digital signal;
an attenuator for attenuating the digital signal output from the analog-to-digital converter;
a level detection unit that detects a level of the first analog signal; and
a control unit that controls a gain of the variable gain amplifier and an attenuation amount of the attenuator based on the detection level of the level detection unit,
the control unit controls the attenuation amount of the attenuator to a value that offsets the gain of the variable gain amplifier, at a timing obtained by adding a delay time due to the topology of the analog-to-digital converter and a time based on a delay difference between input and output between the level detection unit and the variable gain amplifier to a control timing of the variable gain amplifier.
An audio device having an analog-to-digital conversion device.
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