ΔΣ型アナログ/デジタル変換器入門 第2版

ΔΣ型アナログ/デジタル変換器入門 第2版

原書名 Understanding Delta-Sigma Data Converters Second Edition
著者名 和保 孝夫 監訳
安田 彰 監訳
発行元 丸善出版
発行年月日 2019年12月
判型 A5 210×148
ページ数 590ページ
ISBN 978-4-621-30472-3
Cコード 3055
ジャンル 電気・電子・情報工学 >  電子・通信

内容紹介

CMOS微細化の進展は目覚ましく,多くの高性能プロセッサ,大容量メモリなどのデジタルLSIが開発されてきた.一方,半導体ロードマップの技術動向ともマッチした高性能変換方式として注目を集め,デジタル信号処理の比重が高いΔΣ型A/D変換器(ADC)もその例外ではなく,微細化素子を駆使することで性能が飛躍的に向上するとともに,各種の誤差補正手法が開発されるなど,回路設計技術自体も大きく進化した.第2版では,ここ十年間における最新技術の内容を網羅するために240頁分の加筆をしたうえで全面大改訂を行った. 基本概念から説き始め,広い分野へ応用できる実際の回路設計手法までを懇切丁寧に解説した本書は,原理を理解し,自由に使いこなしたいと願っているアナログ回路・アナログデジタル混載回路設計技術者および電子通信情報工学科の学部・大学院生にとっての必読書といえるだろう.

目次

第1章 ΔΣ変調器の魅力
第2章 サンプリング、オーバーサンプリング、ノイズシェイピング
第3章 2次ΔΣ変調器
第4章 高次のΔΣ変調器
第5章 多段/多量子化器ΔΣ変調器
第6章 ミスマッチシェイピング
第7章 離散時間ΔΣ型ADCの回路設計
第8章 連続時間ΔΣ変調器
第9章 連続時間ΔΣ変調器における非理想要因
第10章 連続時間ΔΣ変調器の回路設計
第11章 バンドパス/直交ΔΣ変調器
第12章 インクリメンタルADC
第13章 ΔΣ型DAC
第14章 内挿と間引き
付録A スペクトル評価
付録B 線形周期時変システム
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【以下、詳細目次】
1 ΔΣ変調器の魅力 1
1.1 オーバーサンプリング変換器の必要性 1
1.2 ナイキスト型変換とオーバーサンプリング型変換の例 3
1.3 1段高次ノイズシェイピングΔΣ変調器 12
1.4 多段/多量子化器をもつΔΣ変調器 13
1.5 多ビットΔΣ変調器におけるミスマッチシェイピング 15
1.6 連続時間ΔΣ変調器 16
1.7 バンドパスΔΣ変調器 19
1.8 インクリメンタルΔΣ型変換器 20
1.9 ΔΣ型DAC 20
1.10 間引きと内挿 21
1.11 仕様と性能指標 22
1.12 簡単な歴史,技術動向 24

2 サンプリング,オーバーサンプリング,ノイズシェイピング 31
2.1 サンプリングの復習 32
2.2 量子化 34
2.3 オーバーサンプリングによる量子化雑音の低減 44
2.4 ノイズシェイピング 47
2.5 1次ΔΣ変調器の非線形性 59
2.6 直流入力時の1次ΔΣ変調器 61
2.7 別の構成方法:エラーフィードバック変調器 68
2.8 これからの展開 69

3 2次ΔΣ変調器 70
3.1 MOD2のシミュレーション 74
3.2 MOD2における非線形効果 78
3.3 MOD2の安定性 80
3.4 その他の2次ΔΣ変調器の構成 85
3.5 一般化した2次変調器 88
3.6 まとめ 90

4 高次のΔΣ変調器 92
4.1 信号に依存したΔΣ変調器の不安定性 94
4.2 高次ΔΣ変調器のMSA改善 102
4.3 NTFのシステマチックな設計 106
4.4 最適な零点配置を有する雑音伝達関数 108
4.5 雑音伝達関数の基本的な様相 110
4.6 高次の1ビットΔΣ変換器 113
4.7 離散時間ΔΣ変換器のためのループフィルタのトポロジ 116
4.8 ΔΣループの状態空間による記述 128
4.9 まとめ 130

5 多段/多量子化器ΔΣ変調器 131
5.1 多段変調器 131
5.2 縦続接続型(MASH)変調器 134
5.3 縦続接続変調器における雑音リーク 138
5.4 スターディMASH構成 142
5.5 ノイズカップリング構成 144
5.6 クロスカップル型構成 147
5.7 まとめ 147

6 ミスマッチシェイピング
6.1 ミスマッチ問題 151
6.2 ランダム選択と循環選択法 152
6.3 循環法の実装 158
6.4 ミスマッチシェイピングの別のトポロジー 162
6.5 高次ミスマッチシェイピング 167
6.6 一般化 173
6.7 遷移誤差シェイピング 175
6.8 まとめ 180

7 離散時間ΔΣ型ADCの回路設計 183
7.1 SCMOD2:2次スイッチトキャパシタADC 183
7.2 ハイレベル設計 184
7.3 スイッチトキャパシタ積分器 186
7.4 容量のサイジング 193
7.5 初期検証 194
7.6 増幅器の設計 197
7.7 中間検証 205
7.8 スイッチの設計 210
7.9 比較器の設計 211
7.10 クロック動作 215
7.11 全システムの検証 217
7.12 高次変調器 220
7.13 マルチビット量子化 224
7.14 スイッチ設計の再考 227
7.15 ダブルサンプリング 229
7.16 ゲインブーストと利得二乗化 231
7.17 スプリットステアリング型と増幅器スタッキング 232
7.18 スイッチトキャパシタ回路での雑音 236
7.19 まとめ 242

8 連続時間ΔΣ変調器 244
8.1 1次連続時間ΔΣ変調器(CT-MOD1) 244
8.2 CT-MOD1の信号伝達関数 250
8.3 2次連続時間ΔΣ変調器 254
8.4 高次連続時間ΔΣ変調器 260
8.5 ループフィルタのトポロジー 268
8.6 NTFが複素零点を持つ連続時間ΔΣ変調器 271
8.7 シミュレーションのための連続時間ΔΣ変調器のモデル化 272
8.8 ダイナミックレンジのスケーリング 275
8.9 設計事例 278
8.10 まとめ 281

9 連続時間ΔΣ変調器における非理想要因 283
9.1 過剰ループ遅延 283
9.2 ループフィルタ内の時定数変動 296
9.3 クロックジッタ 298
9.4 連続時間ΔΣ変調器におけるクロックジッタへの対応方法 311
9.5 FIRフィードバックによるクロックジッタ効果抑止 313
9.6 コンパレータのメタスタビリティ 319
9.7 まとめ 325

10 連続時間ΔΣ変調器の回路設計 327
10.1 積分器 327
10.2 ミラー補償されたOTA-RC積分器 331
10.3 フィードフォワード補償されたOTA-RC積分器 333
10.4 フィードフォワード増幅器における安定性 336
10.5 素子からの熱雑音 339
10.6 量子化器の設計 343
10.7 フィードバックDACの設計 348
10.8 基本ブロックの統合化 360
10.9 ループフィルタの非線形性 368
10.10 16ビットオーディオ用ΔΣ変調器の設計事例 376
10.11 測定結果 389
10.12 まとめ 391

11 バンドパス/直交ΔΣ変調器 393
11.1 バンドパス型変換器の必要性 393
11.2 バンドパス型ADCの構成 395
11.3 バンドパス雑音伝達関数 398
11.4 バンドパス変調器の構成 402
11.5 バンドパス変調器の設計事例 411
11.6 直交信号 421
11.7 直交ΔΣ変調 428
11.8 ポリフェーズ信号処理 434
11.9 まとめ 436

12    インクリメンタルADC
12.1 目的と得失 439
12.2 1段IADCの解析と設計 441
12.3 1段IADCのためのデジタルフィルタ設計 443
12.4 多段IADCと拡張計数型ADC 447
12.5 IADC設計事例 449
12.6 まとめ 445

13 ΔΣ型DAC 457
13.1 ΔΣ型DACのシステムアーキテクチャ 457
13.2 ΔΣ型DACのループ構成 460
13.3 マルチビット内蔵DACを用いたΔΣ型DAC 465
13.4 ΔΣ型DACにおけるインタポレーション(補間)フィルタリング 473
13.5 ΔΣ型DAC用のアナログ後置フィルタ 476
13.6 まとめ 484

14 内挿と間引き 487
14.1 内挿フィルタ 488
14.2 内挿フィルタの例 492
14.3 間引きフィルタ 498
14.4 間引きフィルタの例 501
14.5 ハーフバンドフィルタ 505
14.6 バンドパス型ADCの間引きフィルタ 509
14.7 分数レート変換 510
14.8 まとめ 519

付録A スペクトル評価 521
A.1 窓掛け 522
A.2 スケーリングと雑音バンド幅 526
A.3 平均化 529
A.4 事例紹介 531
A.5 数学的背景 534

付録B 線形周期時変システム 538
B.1 線形性および時変性(時不変性) 538
B.2 線形時変システム 540
B.3 線形周期時変(LPTV)システム 542 
B.4 サンプルされた出力を有するLPTVシステム 547

初版への「推薦のことば」 ●

監訳者あとがき ●

監訳者・訳者一覧 ●

索   引 ●

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