JP4100365B2 - AD converter - Google Patents
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Description
本発明は、アナログ信号をデジタル信号に変換するAD変換装置に係り、特にアナログ信号に含まれている高域周波数のノイズ成分を低減できるAD変換装置に関する。 The present invention relates to an AD converter that converts an analog signal into a digital signal, and more particularly, to an AD converter that can reduce a high-frequency noise component contained in an analog signal.
従来から、アナログ信号をデジタル信号に変換する手段として、図6に示す構成のAD変換装置がよく知られている。
この図で、アナログ入力信号1は、まず低域濾波器であるLPF2で、次段のサンプリングによって折り返し妨害成分が発生しないよう、あらかじめ不要な高域周波数帯域を遮断してから、AD変換部3でサンプリングおよび量子化によりデジタル変換が行われ、デジタル出力信号5が得られるようになっている。
Conventionally, as a means for converting an analog signal into a digital signal, an AD converter having the configuration shown in FIG. 6 is well known.
In this figure, an
この構成の場合、アナログ入力信号1に高域周波数のノイズ(以下、高域ノイズ)が含まれていると、そのまま高域ノイズを含んだデジタル信号に変換されてしまう問題を有している。
そこで、アナログ入力信号1に高域ノイズが多い場合には、前記LPF2の遮断周波数を下げて、この高域ノイズを除去してからAD変換を行う手段もあるが、このような方法ではアナログ入力信号1の高域周波数帯域の信号成分も同時に除去されてしまうので、周波数特性が劣化したデジタル信号となる欠点がある。
In the case of this configuration, if the
Therefore, when the
一方、アナログ信号をデジタル信号に変換する場合に、伝送できるアナログ信号の周波数帯域はサンプリング周波数で制限されることは周知のことである。例えば、いわゆるコンパクトディスク(CD)の場合は、44.1kHzのサンプリング周波数で処理されるために、アナログ信号の周波数帯域は、22.05kHzに制限されることになる。
近年、上記のサンプリング周波数でデジタル化されたCDの周波数帯域を、デジタル信号処理によって、22.05kHz以上のアナログ信号の周波数成分を生成して得るための改善技術が数多く開示されている(例えば、特許文献1参照)。
この改善技術は、上記CDのように規格で定められたサンプリング周波数でデジタル化されている信号から周波数特性を改善するものであるが、この周波数特性の改善技術を応用してアナログ信号に含まれる高域ノイズを改善する工夫はまだ行われていない。
In recent years, many improvement techniques for generating a frequency component of an analog signal of 22.05 kHz or higher by digital signal processing have been disclosed (for example, for example), such as a CD frequency band digitized at the above sampling frequency. Patent Document 1).
This improvement technique improves frequency characteristics from a signal that has been digitized at a sampling frequency determined by the standard, such as the CD, but is included in an analog signal by applying this frequency characteristic improvement technique. No attempt has been made to improve high-frequency noise.
高域ノイズが多く含まれているアナログ信号をデジタル信号に変換するとき、従来はそのままデジタル信号に変換するか、あるいは、低域濾波器によって高域ノイズを遮断してからデジタル信号に変換していた。
前者の場合、高域ノイズはそのまま伝送されてしまい、後者の場合は、アナログ信号の周波数特性が劣化する欠点があった。
When converting an analog signal containing a lot of high-frequency noise into a digital signal, the analog signal is conventionally converted into a digital signal as it is, or the high-frequency noise is blocked by a low-pass filter and then converted into a digital signal. It was.
In the former case, the high frequency noise is transmitted as it is, and in the latter case, there is a drawback that the frequency characteristics of the analog signal deteriorate.
本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、高域ノイズが多く含まれているアナログ信号をデジタル信号に変換するに際し、アナログ信号の周波数特性が良好で、且つ高域ノイズ成分を含まないデジタル信号への変換を可能とするAD変換装置を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and its purpose is that when an analog signal containing a lot of high-frequency noise is converted into a digital signal, the frequency characteristic of the analog signal is good. The present invention also provides an AD conversion device that enables conversion into a digital signal that does not contain a high frequency noise component.
本発明は、上記課題を解決する手段として以下に記載の構成より成る。
すなわち
一つの入力信号として供給された入力アナログ信号をデジタル信号に変換して出力するAD変換装置において、
前記入力アナログ信号の高域周波数帯域を遮断する低域濾波手段と、
前記低域濾波手段で高域周波数帯域を遮断された前記入力アナログ信号を第1のデジタル信号に変換するAD変換手段と、
前記第1のデジタル信号を元に、前記遮断された帯域の信号成分を生成し付加した第2のデジタル信号を作成する高域周波数成分付加手段と、
前記第2のデジタル信号を出力する出力手段と、
を備え、
前記低域濾波手段に、前記入力アナログ信号に含まれる高域ノイズのスペクトラムを検出して、このスペクトラムに応じた制御信号により前記低域濾波手段の高域周波数帯域の遮断特性を可変するようにしたことを特徴とするAD変換装置。
The present invention has the following configuration as means for solving the above-mentioned problems.
Ie
In an AD converter that converts an input analog signal supplied as one input signal into a digital signal and outputs the digital signal,
Low-pass filtering means for blocking the high-frequency band of the input analog signal;
AD conversion means for converting the input analog signal whose high frequency band is cut off by the low-pass filtering means into a first digital signal;
High frequency component adding means for generating a second digital signal generated by adding the signal component of the blocked band based on the first digital signal;
Output means for outputting the second digital signal;
With
The low-pass filtering unit detects a spectrum of high-frequency noise included in the input analog signal, and varies a cutoff characteristic of the high-frequency band of the low-pass filtering unit by a control signal corresponding to the spectrum. An AD converter characterized by that.
アナログ信号の高域周波数特性が良好で、且つ高域ノイズ成分を含まない状態のデジタル信号が得られるので、アナログ信号が音声信号であれば、不快なノイズが無く、明瞭度の良好なAD変換が可能となる。また、アナログ信号がビデオ信号であれば、画面上に細かなノイズが無く、解像度の良好な画像が得られるAD変換が行える効果がある。 A digital signal with good high-frequency characteristics and no high-frequency noise components can be obtained, so if the analog signal is an audio signal, there is no unpleasant noise and AD conversion has good clarity. Is possible. In addition, if the analog signal is a video signal, there is an effect that AD conversion can be performed in which an image with good resolution is obtained without a fine noise on the screen.
以下、本発明のAD変換装置の実施形態につき、好ましい実施例により図面を参照して説明する。
図1は本発明に係るAD変換装置の第1の実施例を示すブロック図で、図2、図3、図4は夫々、第2、第3、第4の実施例を示すブロック図である。図5は本発明のAD変換装置における信号処理の状況を説明するための周波数ペクトラムを示す図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of an AD conversion apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings using preferred examples.
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of an AD conversion apparatus according to the present invention, and FIGS. 2, 3, and 4 are block diagrams showing second, third, and fourth embodiments, respectively. . FIG. 5 is a diagram showing a frequency spectrum for explaining the state of signal processing in the AD conversion apparatus of the present invention.
図1において、高域ノイズを多く含むアナログ入力信号1は低域濾波器のLPF2に入力される。このLPF2はAD変換に一般に用いられるサンプリングの折り返し妨害防止用の前置LPFとは異なるもので、前置LPFの役目に加えて、高域ノイズの占める周波数帯域の伝送を遮断し高域ノイズを除去するものである。
高域ノイズが除去されたアナログ信号は、次のAD変換部3でデジタル信号に変換される。このとき、AD変換部3のサンプリング周波数は最終的に得ようとするアナログ信号帯域の上限周波数の2倍以上に設定する。
AD変換部3で作成されたデジタル信号は、次に高周波成分付加部4に入力され、ここで後述する手段により、前記LPF2で遮断された帯域のアナログ信号成分を生成し付加する。
こうして高周波成分付加部4からは、高域ノイズ成分が除去され、且つ良好なアナログ信号帯域を持ったデジタル出力信号5が得られる。
In FIG. 1, an
The analog signal from which the high frequency noise has been removed is converted into a digital signal by the
The digital signal created by the
In this way, the high frequency
次に、上記のAD変換装置の動作について、図5に示す周波数スペクトラムの図を用いて補足説明する。なお、図1の符号を参照する。
図5において、(1)はアナログ入力信号1の周波数スペクトラムを示したもので、点線より上の高域周波数帯域はノイズを多く含んでいるものとする。
(2)は、LPF2の通過帯域を示したものである。(1)のアナログ入力信号を(2)のLPF2に通すことにより、(3)の実線で示す信号成分が通過し、点線で示したノイズを多く含んだ部分の帯域は遮断される。
(4)は、(3)の信号成分を、AD変換部3でサンプリング周波数fsによってデジタル信号に変換した状態のスペクトラムである。点線で示した部分はデジタル信号化による折り返し成分である。
(5)は、(4)のデジタル信号を高周波成分付加部4の動作により、アナログ信号成分の高域周波数帯域が広げられた状態のデジタル信号のスペクトラムを示したものである。
このようにして、本発明のAD変換装置は、アナログ入力信号の高域ノイズを遮断しつつ、高域周波数帯域が良好に確保されたデジタル出力信号を得ることができる。
Next, the operation of the AD converter will be supplementarily described with reference to the frequency spectrum diagram shown in FIG. Reference numerals in FIG. 1 are referred to.
In FIG. 5, (1) shows the frequency spectrum of the
(2) shows the passband of LPF2. By passing the analog input signal of (1) through the
(4) is a spectrum in a state in which the signal component of (3) is converted into a digital signal by the
(5) shows the spectrum of the digital signal in the state where the high frequency band of the analog signal component is expanded by the operation of the high frequency
In this manner, the AD conversion apparatus of the present invention can obtain a digital output signal in which a high frequency band is well secured while blocking high frequency noise of an analog input signal.
次に、上記高周波成分付加部4について説明する。この部分の動作は、デジタル信号上で、LPF2で帯域制限されたアナログ信号成分の波形を整形し、高調波を強調あるいは付加して広帯域化を図るものである。
この具体的な手段はすでに研究が盛んに行われており、例えば、特開平5−127672号公報では、変換テーブルを用いて非線形な波形を得る技術が、また、特開平7−175478号公報では、さらに微分演算を加えて複雑な非線形波形を形成する技術が開示されている。
本発明者は、同様目的の技術に関して前記特許文献1で、従来の技術に対して回路規模が小さくコストのかからない新規な技術を開示している。
このように、上記高周波成分付加部4の具体的な手段としては、すでに存在するこれらのいずれかの技術を用いることができる。なお、簡略化のため、この部分の詳細な動作説明は省略する。
Next, the high frequency
This specific means has already been actively researched. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-127672 discloses a technique for obtaining a non-linear waveform using a conversion table, and Japanese Patent Laid-Open No. 7-175478 discloses. Further, a technique for forming a complex nonlinear waveform by adding a differential operation is disclosed.
The inventor of the present invention discloses a novel technique that has a smaller circuit scale and costs less than the conventional technique in
Thus, any of these existing technologies can be used as a specific means of the high-frequency
図2は、本発明の第2の実施例を示すブロック図である。本実施例では、低域濾波器をアナログ入力信号に含まれる高域ノイズの周波数成分に応じて切換えるようにしたものである。
図2において、LPF(1)2-1乃至LPF(n)2-nは、夫々カットオフ周波数の異なる低域濾波器であり、切換器6で選択される。切換器6には外部から切換え用の制御信号が供給されるようになっている。
この実施例では、例えば、アナログ入力信号1が音声信号であり、その高域ノイズとしてテープ式再生機で再生したときのいわゆるヒスノイズであって、そのヒスノイズの状況が再生機やテープ速度によって異なる場合などに用いると最適化が図れるようになる。
FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the low-pass filter is switched according to the frequency component of the high-frequency noise included in the analog input signal.
In FIG. 2, LPF (1) 2-1 to LPF (n) 2-n are low-pass filters having different cutoff frequencies, and are selected by the
In this embodiment, for example, when the
図3は、本発明の第3の実施例を示すブロック図である。本実施例では、低域濾波器をアナログ入力信号に含まれる高域ノイズの周波数成分に応じて自動的に切換えるようにしたものである。
図3において、遮断特性可変LPF7は外部から供給される制御信号により、LPFのカットオフ周波数を連続的に変化することができる。この制御信号としては、アナログ入力信号1に含まれている高域ノイズのスペクトラムを検出し、最も低い高域ノイズの周波数を遮断特性可変LPF7のカットオフ周波数とする。
FIG. 3 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the low-pass filter is automatically switched according to the frequency component of the high-frequency noise included in the analog input signal.
In FIG. 3, the cutoff characteristic
図4は、本発明の第4の実施例を示すブロック図である。本実施例では上記実施例1〜実施例3までの構成とは異なり、低域濾波器をAD変換部の前に置かず、AD変換後にデジタル信号上で低域濾波作用を行うものである。
図4で、アナログ入力信号1はオーバーサンプリングAD変換部8で通常のサンプリング周波数よりも高い周波数でサンプリングされデジタル信号となる。
次いで、このデジタル信号は、デシメーションフィルタ+LPF部9で所定のサンプリング周波数に変換されると同時に高域ノイズ成分が遮断されるようになる。その後の構成は、これまでの実施例と同一である。
この実施例では、デジタル信号上で低域濾波器の機能が構成できるので、高精度な遮断特性が得られる利点がある。
なお、実施例2、実施例3と同様に、デシメーションフィルタ+LPF部9の低域濾波器の遮断周波数を可変できるようにして種々の高域ノイズ分布に対応させるようにさせても良い。
FIG. 4 is a block diagram showing a fourth embodiment of the present invention. In the present embodiment, unlike the configurations of the first to third embodiments, the low-pass filter is not placed in front of the AD conversion unit, and a low-pass filtering operation is performed on the digital signal after AD conversion.
In FIG. 4, the
Next, this digital signal is converted to a predetermined sampling frequency by the decimation filter +
In this embodiment, since the function of the low-pass filter can be configured on the digital signal, there is an advantage that a highly accurate cutoff characteristic can be obtained.
As in the second and third embodiments, the cutoff frequency of the low-pass filter of the decimation filter +
1:アナログ入力信号
2:LPF(低域濾波器)
2-1〜2-n:LPF(1)〜LPF(n)
3:AD変換部
4:高周波成分付加部
5:デジタル出力信号
6:切換器
7:遮断特性可変LPF
8:オーバーサンプリングAD変換部
9:デシメーションフィルタ+LPF部
1: Analog input signal 2: LPF (low-pass filter)
2-1 to 2-n: LPF (1) to LPF (n)
3: AD conversion unit 4: High frequency component addition unit 5: Digital output signal 6: Switch 7: Cutoff characteristic variable LPF
8: Oversampling AD conversion unit 9: Decimation filter + LPF unit
Claims (1)
前記入力アナログ信号の高域周波数帯域を遮断する低域濾波手段と、
前記低域濾波手段で高域周波数帯域を遮断された前記入力アナログ信号を第1のデジタル信号に変換するAD変換手段と、
前記第1のデジタル信号を元に、前記遮断された帯域の信号成分を生成し付加した第2のデジタル信号を作成する高域周波数成分付加手段と、
前記第2のデジタル信号を出力する出力手段と、
を備え、
前記低域濾波手段に、前記入力アナログ信号に含まれる高域ノイズのスペクトラムを検出して、このスペクトラムに応じた制御信号により前記低域濾波手段の高域周波数帯域の遮断特性を可変するようにしたことを特徴とするAD変換装置。 In an AD converter that converts an input analog signal supplied as one input signal into a digital signal and outputs the digital signal,
Low-pass filtering means for blocking the high-frequency band of the input analog signal;
AD conversion means for converting the input analog signal whose high frequency band is cut off by the low-pass filtering means into a first digital signal;
High frequency component adding means for generating a second digital signal generated by adding the signal component of the blocked band based on the first digital signal;
Output means for outputting the second digital signal;
With
The low-pass filtering unit detects a spectrum of high-frequency noise included in the input analog signal, and varies a cutoff characteristic of the high-frequency band of the low-pass filtering unit by a control signal corresponding to the spectrum. An AD converter characterized by that.
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