JP2019169746A - Ｄａ変換装置、ｄａ変換方法、調整装置、および調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】２次の高調波歪みを簡便な構成でより精密に低減させるＤＡ変換装置。【解決手段】基準電圧およびデジタル値を入力し、基準電圧に基づいてデジタル値に応じたアナログ信号を出力するＤＡ変換部と、ＤＡ変換部が出力したアナログ信号に基づく重畳信号を基準電圧に重畳する重畳部とを備えるＤＡ変換装置およびＤＡ変換方法を提供する。ＤＡ変換装置は、重畳信号に含めるアナログ信号の重畳量および符号の少なくとも一方に対する設定を入力する設定入力部を更に備えてよい。また、当該ＤＡ変換装置を調整する調整装置および調整方法を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、ＤＡ変換装置、ＤＡ変換方法、調整装置、および調整方法に関する。

従来、デジタル信号をアナログ信号に変換するＤＡ変換装置において、奇数次の高調波歪みを低減させる回路が知られていた（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１ 国際公開第２０１５／０２５５０４号

ＤＡ変換装置は、理想的には偶数次の高調波歪みは発生しないが、レイアウトのミスマッチ等、設計および／または製造によって偶数次（特に２次の）の高調波歪みが発生する場合がある。このような２次の高調波歪みは、奇数次の高調波歪みと比較して小さい場合が多かったが、上記のように、奇数次の高調波歪みを精密に低減させる回路を用いることにより、奇数次の高調波歪みと同程度かまたは大きくなることがあった。したがって、このような２次の高調波歪みを、簡便な構成でより精密に低減させることが望まれていた。

本発明の第１の態様においては、基準電圧およびデジタル値を入力し、基準電圧に基づいてデジタル値に応じたアナログ信号を出力するＤＡ変換部と、ＤＡ変換部が出力したアナログ信号に基づく重畳信号を基準電圧に重畳する重畳部とを備えるＤＡ変換装置およびＤＡ変換方法を提供する。

本発明の第２の態様においては、第１の態様のＤＡ変換装置を調整する調整装置であって、ＤＡ変換装置に対してデジタル波形を供給する供給部と、デジタル波形に応じてＤＡ変換装置が出力するアナログ波形を測定する測定部と、測定したアナログ波形に含まれる高調波歪を検出する検出部と、検出された高調波歪を低減させる設定をＤＡ変換装置の設定入力部に供給する設定処理部と、を備える調整装置および調整方法を提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本実施形態に係るＤＡ変換システム１０００の構成例を示す。 本実施形態に係るＤＡ変換部１１０の出力信号の周波数特性の一例を示す。 本実施形態に係るＤＡ変換システム１０００の変形例を示す。 本実施形態に係る調整装置３００の構成例を、ＤＡ変換システム１０００と共に示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係るＤＡ変換システム１０００の構成例を示す。ＤＡ変換システム１０００は、第１基準電圧１０と、第２基準電圧２０と、ＤＡ変換装置１００とを備える。第１基準電圧１０および第２基準電圧２０は、基準電圧をＤＡ変換装置１００にそれぞれ供給する。第１基準電圧１０および第２基準電圧２０は、一例として、基準電圧を出力する電源装置である。また、第１基準電圧１０および第２基準電圧２０は、一体の電源装置または電源回路でよい。ここで、第１基準電圧１０および第２基準電圧２０の一方は、デジタル信号のハイ電圧を出力し、他方はデジタル信号のロー電圧を出力する。本実施形態において、第１基準電圧がハイ電圧を出力し、第２基準電圧がロー電圧を出力する例を説明する。

ＤＡ変換装置１００は、入力するデジタル値を対応するアナログ信号に変換して出力する。ＤＡ変換装置１００は、変換したアナログ信号の一部を基準電圧に重畳して２次高調波歪みを低減させる。ＤＡ変換装置１００は、第１入力端子１０１、第２入力端子１０２、デジタル入力端子１０４、第１出力端子１０６、第２出力端子１０８、ＤＡ変換部１１０、重畳部１２０、および設定入力部１３０を備える。

第１入力端子１０１は、第１基準電圧１０から供給される基準電圧（本例ではハイ電圧）を入力する。第２入力端子１０２は、第２基準電圧２０から供給される基準電圧（本例ではロー電圧）を入力する。デジタル入力端子１０４は、デジタル信号のデジタル値を入力する。第１出力端子１０６および第２出力端子１０８は、基準電圧およびデジタル値に応じてＤＡ変換装置１００が変換するアナログ信号を、それぞれ出力する。第１出力端子１０６および第２出力端子１０８は、それぞれ異なる極性のアナログ信号を出力してよい。本実施形態において、第１出力端子１０６が正側のアナログ信号を出力し、第２出力端子１０８が負側のアナログ信号を出力する例を説明する。

ＤＡ変換部１１０は、基準電圧およびデジタル値を入力し、基準電圧に基づいてデジタル値に応じたアナログ信号を出力する。ＤＡ変換部１１０は、半相毎にサンプリング（サンプルフェーズ）と電荷転送（インテグラルフェーズ）の２つの動作を切り換えて実行する。ＤＡ変換部１１０は、入力部１１２と、差動ＤＡ変換器１１４とを有する。

入力部１１２は、入力した基準電圧をデジタル値に応じてサンプリングする。入力部１１２は、ＤＡ変換部１１０に１または複数設けられてよい。入力部１１２は、それぞれ、第１切換部２１０と、第２切換部２２０と、第１キャパシタ２３０と、第２キャパシタ２４０と、を含む。

第１切換部２１０は、サンプルフェーズにおいて、第１キャパシタ２３０を、デジタル値に応じて、第１基準電圧１０および第２基準電圧２０のいずれか一方に接続する。また、第１切換部２１０は、サンプルフェーズにおいて、第２キャパシタ２４０を、デジタル値に応じて、第１基準電圧１０および第２基準電圧２０のうち第１キャパシタ２３０に接続されていない他方に接続する。また、第１切換部２１０は、インテグラルフェーズにおいて、第１基準電圧１０および第２基準電圧２０と、第１キャパシタ２３０および第２キャパシタ２４０との電気的接続をそれぞれ切断する。第１切換部２１０は、第１スイッチ２１２、第２スイッチ２１４、第３スイッチ２１６、および第４スイッチ２１８を含む。

第１スイッチ２１２から第４スイッチ２１８は、インテグラルフェーズにおいて、電気的接続を切断するオフ状態となる。また、第１スイッチ２１２から第４スイッチ２１８は、サンプルフェーズにおいて、次のように電気的接続を切り換える。

第１スイッチ２１２は、デジタル値に応じて、第１基準電圧１０からの基準電圧を第１キャパシタ２３０に供給する。また、第２スイッチ２１４は、デジタル値に応じて、第２基準電圧２０からの基準電圧を第１キャパシタ２３０に供給する。第１スイッチ２１２が第１基準電圧１０からの基準電圧を第１キャパシタ２３０に供給する場合、第２スイッチ２１４は、第２基準電圧２０および第１キャパシタ２３０の電気的接続を切断する。また、第２スイッチ２１４が第２基準電圧２０からの基準電圧を第１キャパシタ２３０に供給する場合、第１スイッチ２１２は、第１基準電圧１０および第１キャパシタ２３０の電気的接続を切断する。

第３スイッチ２１６は、デジタル値に応じて、第１基準電圧１０からの基準電圧を第２キャパシタ２４０に供給する。また、第４スイッチ２１８は、デジタル値に応じて、第２基準電圧２０からの基準電圧を第２キャパシタ２４０に供給する。

第３スイッチ２１６が第１基準電圧１０からの基準電圧を第２キャパシタ２４０に供給する場合、第４スイッチ２１８は、第２基準電圧２０および第２キャパシタ２４０の電気的接続を切断し、また、第２スイッチ２１４は、第２基準電圧２０からの基準電圧を第１キャパシタ２３０に供給する。また、第４スイッチ２１８が第２基準電圧２０からの基準電圧を第２キャパシタ２４０に供給する場合、第３スイッチ２１６は、第１基準電圧１０および第２キャパシタ２４０の電気的接続を切断し、また、第１スイッチ２１２は、第１基準電圧１０からの基準電圧を第１キャパシタ２３０に供給する。

第２切換部２２０は、インテグラルフェーズにおいて、第１キャパシタ２３０および第２キャパシタ２４０を第１出力端子１０６および第２出力端子１０８のそれぞれに接続する。また、第２切換部２２０は、サンプルフェーズにおいて、第１キャパシタ２３０および第２キャパシタ２４０と、第１出力端子１０６および第２出力端子１０８との電気的接続をそれぞれ切断する。第２切換部２２０は、第５スイッチ２２２および第６スイッチ２２４を含む。

第５スイッチ２２２は、インテグラルフェーズにおいて第１キャパシタ２３０の一端を第１出力端子１０６に接続し、サンプルフェーズにおいて第１キャパシタ２３０の一端と第１出力端子１０６との電気的接続を切断する。また、第６スイッチ２２４は、インテグラルフェーズにおいて第２キャパシタ２４０の一端を第２出力端子１０８に接続し、サンプルフェーズにおいて第２キャパシタ２４０の一端と第２出力端子１０８との電気的接続を切断する。

第１キャパシタ２３０および第２キャパシタ２４０は、サンプルフェーズにおいて、第１基準電圧または第２基準電圧をサンプリングする。また、第１キャパシタ２３０および第２キャパシタ２４０は、サンプリングフェーズに続くインテグラルフェーズにおいて、サンプルフェーズでチャージした電荷を差動ＤＡ変換器１１４に転送する。

なお、入力部１１２がＤＡ変換部１１０に複数設けられる場合、複数の入力部１１２のそれぞれに含まれる複数の第５スイッチ２２２の他端は、電気的に接続される。また、複数の入力部１１２のそれぞれに含まれる複数の第６スイッチ２２４の他端は、電気的に接続される。同様に、複数の第１キャパシタ２３０の他端も電気的に接続される。複数の第２キャパシタ２４０の他端も電気的に接続される。電気的にそれぞれ接続された、複数の第５スイッチ２２２の他端、複数の第６スイッチ２２４の他端、複数の第１キャパシタ２３０の他端、および複数の第２キャパシタ２４０の他端は、差動ＤＡ変換器１１４にそれぞれ接続される。

差動ＤＡ変換器１１４は、入力部１１２からの入力に基づき、正側アナログ信号および負側アナログ信号を出力する。差動ＤＡ変換器１１４は、第３切換部２５０と、増幅器２６０と、第３キャパシタ２６２と、第４キャパシタ２６４と、を含む。

第３切換部２５０は、第１キャパシタ２３０および第２キャパシタ２４０を第３基準電圧および増幅器２６０の帰還キャパシタのいずれに接続するかを切り換える。ここで、第３基準電圧は、予め定められた電圧でよく、例えば、コモン電圧および／または０Ｖ（グランド電圧：ＧＮＤ）である。第３切換部２５０は、第７スイッチ２５２および第８スイッチ２５４を含む。

第７スイッチ２５２は、サンプルフェーズにおいて第１キャパシタ２３０の他端を第３基準電圧に接続し、インテグラルフェーズにおいて第１キャパシタ２３０の他端を第３キャパシタ２６２に接続する。また、第８スイッチ２５４は、サンプルフェーズにおいて第２キャパシタ２４０の他端を第３基準電圧に接続し、インテグラルフェーズにおいて第２キャパシタ２４０の他端を第４キャパシタ２６４に接続する。

増幅器２６０は、入力信号を増幅して出力する。図１は、増幅器２６０が差動増幅器の例を示す。増幅器２６０は、一方の入力からの正側入力信号を増幅して正側アナログ信号として一方の出力から出力し、他方の入力からの負側入力信号を増幅して負側アナログ信号として他方の出力から出力する。図１は、第１キャパシタ２３０および増幅器２６０の一方の入力が接続され、第２キャパシタ２４０および増幅器２６０の他方の入力が接続された例を示す。

第３キャパシタ２６２は、増幅器２６０の一方の入力と一方の出力との間に設けられる。第４キャパシタ２６４は、増幅器２６０の他方の入力と他方の出力との間に設けられる。第３キャパシタ２６２および第４キャパシタ２６４は、増幅器２６０の帰還キャパシタとして動作する。

以上のＤＡ変換部１１０は、サンプルフェーズにおいて、第１スイッチ２１２または第２スイッチ２１４がオン状態に切り換わり、第７スイッチ２５２が第１キャパシタ２３０および第３基準電圧を接続することで、第１基準電圧または第２基準電圧に応じた電荷を第１キャパシタ２３０にチャージする。また、ＤＡ変換部１１０は、インテグラルフェーズにおいて、第１スイッチ２１２および第２スイッチ２１４がオフ状態に切り換わり、第７スイッチ２５２が第１キャパシタ２３０と第３キャパシタ２６２を接続することで、サンプルフェーズで第１キャパシタ２３０にチャージした電荷を第３キャパシタ２６２に転送する。

また、ＤＡ変換部１１０は、サンプルフェーズにおいて、第３スイッチ２１６または第４スイッチ２１８がオン状態に切り換わり、第８スイッチ２５４が第２キャパシタ２４０および第３基準電圧を接続することで、第１基準電圧または第２基準電圧に応じた電荷を第２キャパシタ２４０にチャージする。また、ＤＡ変換部１１０は、インテグラルフェーズにおいて、第３スイッチ２１６および第４スイッチ２１８がオフ状態に切り換わり、第８スイッチ２５４が第２キャパシタ２４０と第４キャパシタ２６４を接続することで、サンプルフェーズで第２キャパシタ２４０にチャージした電荷を第４キャパシタ２６４に転送する。

以上のように、ＤＡ変換部１１０は、サンプリングフェーズでは、デジタル値に応じた第１基準電圧または第２基準電圧を、第１キャパシタ２３０と第２キャパシタ２４０にサンプリングすることでデジタル信号をＤＡ変換する。続いてインテグラルフェーズでは、サンプルフェーズで第１キャパシタ２３０および第２キャパシタ２４０にチャージした電荷を第３キャパシタ２６２および第４キャパシタ２６４に転送することで、デジタル値に応じたアナログ信号を出力する。

このようなＤＡ変換部１１０は、理想的には、偶数次の高調波歪みが発生しないので、奇数次の高調波歪みを低減させることで、デジタル−アナログ変換を精度よく実行することができる。しかしながら、実際にＤＡ変換部１１０を形成すると、回路レイアウトのミスマッチ等により、偶数次の高調波歪みも発生し、奇数次の高調波歪みの低減だけでは変換精度が不十分となることがあった。そこで、本実施形態のＤＡ変換装置１００は、重畳部１２０および設定入力部１３０を備え、ＤＡ変換部１１０の２次の高調波歪みを低減させる。

重畳部１２０は、ＤＡ変換部１１０が出力したアナログ信号に基づく重畳信号を基準電圧に重畳する。重畳部１２０は、ＤＡ変換部１１０の高調波歪を低減させるための重畳信号を基準電圧に重畳する。重畳部１２０は、デジタル値の変化に応じて変化する重畳信号を基準電圧に重畳する。重畳部１２０は、第１基準電圧１０および第２基準電圧２０が出力する基準電圧の一方に重畳信号を重畳してよい。図１は、第１基準電圧１０が出力する基準電圧に、重畳部１２０が重畳信号を重畳する例を示す。また、重畳部１２０は、正側アナログ信号および負側アナログ信号のいずれか一方に基づいて、重畳信号を生成してよい。重畳部１２０は、スイッチ１２２、抵抗１２４、およびキャパシタ１２６を有する。

スイッチ１２２は、正側アナログ信号に基づく重畳信号および負側アナログ信号に基づく重畳信号のいずれを基準電圧に重畳するかを切り換える。スイッチ１２２は、切換を制御する設定入力に応じて、第１出力端子１０６および第２出力端子１０８のいずれか一方を、抵抗１２４を介して第１基準電圧１０と接続する。

例えば、スイッチ１２２は、一の設定入力に応じて、増幅器２６０の一方の出力を抵抗１２４の一端に接続させ、当該一の設定入力に応じて、増幅器２６０の他方の出力と抵抗１２４の一端とを切断する。この場合、スイッチ１２２は、他の設定入力に応じて、増幅器２６０の一の出力と抵抗１２４の一端とを切断し、当該他の設定入力に応じて、増幅器２６０の他方の出力を抵抗１２４の一端に接続する。

抵抗１２４は、ＤＡ変換部１１０の出力および第１基準電圧１０の間に接続される。抵抗１２４は、可変抵抗でよい。抵抗１２４は、一例として、設定入力に応じて抵抗値を変更する可変抵抗である。抵抗１２４は、ＤＡ変換部１１０の出力インピーダンスよりも大きい抵抗値を有してよい。抵抗１２４は、当該出力インピーダンスの１０倍以上、好ましくは１００倍以上の抵抗値を有してよい。例えば、ＤＡ変換部１１０の出力インピーダンスが１００Ω程度の場合、抵抗１２４は、数十ｋΩ程度の抵抗値を有することが好ましい。

即ち、抵抗１２４は、第１基準電圧１０および第１出力端子１０６を接続するが、第１出力端子１０６からの出力電圧に基準電圧の影響が無視できる程度の抵抗値を有する。これにより、重畳部１２０は、ＤＡ変換部１１０の出力に雑音成分等が重畳することを防止しつつ、基準電圧に重畳信号を重畳することができる。

キャパシタ１２６は、抵抗１２４の他端と第３基準電圧との間に設けられる。キャパシタ１２６は、抵抗１２４との組み合わせにより、ＲＣのローパスフィルタとして機能する。即ち、重畳部１２０は、抵抗１２４およびキャパシタ１２６によってアナログ信号をフィルタリングした信号を、重畳信号として基準電圧に重畳させる。

設定入力部１３０は、重畳信号の大きさおよび符号の少なくとも一方に対する設定を入力する。設定入力部１３０は、重畳信号に含めるアナログ信号の重畳量および符号の少なくとも一方に対する設定を入力する。設定入力部１３０は、外部入力端子１３２を有し、当該外部入力端子１３２から入力する外部入力に応じて、重畳量および符号の少なくとも一方を設定する設定信号を重畳部１２０に供給する。設定入力部１３０は、スイッチ１２２の接続を設定する設定信号を重畳部１２０に供給してよい。これにより、スイッチ１２２は、正側アナログ信号に基づく重畳信号および負側アナログ信号に基づく重畳信号のいずれを基準電圧に重畳するかを設定入力部１３０が入力した設定に応じて切り換える。

また、設定入力部１３０は、抵抗１２４の接続を設定する設定信号を重畳部１２０に供給する。これにより、抵抗１２４は、設定入力部１３０が入力した設定に応じて抵抗値が設定される。したがって、重畳部１２０は、設定入力部１３０が入力した設定に応じて、アナログ信号を調整して重畳信号に含めることになる。重畳部１２０が基準電圧に重畳する重畳信号について、次に説明する。

図２は、本実施形態に係るＤＡ変換部１１０の出力信号の周波数特性の一例を示す。図２は、重畳部１２０による重畳信号の重畳がない場合における、ＤＡ変換部１１０の出力例を示す。また、図２は、周波数ｆ_１で周期的に変化するデジタル値がＤＡ変換部１１０に入力した場合の出力例を示す。

したがって、理想的には、ＤＡ変換部１１０は、周波数ｆ_１のアナログ周期信号を出力することになる。しかしながら、ＤＡ変換部１１０は、周波数ｆ_１の２倍の周波数の２次高調波成分ｆ_２、３倍の周波数の３次高調波成分ｆ_３、４倍の周波数の４次高調波成分ｆ_４等の高調波成分を発生させて出力する。

ここで、偶数次の高調波成分ｆ_２、ｆ_４、・・・は、回路レイアウトのミスマッチ等に起因して、ＤＡ変換部１１０が周波数ｆ_１のデジタル入力に応じて出力する成分である。即ち、周波数ｆ_１と略同一の周波数で、かつ、位相が異なる信号をＤＡ変換部１１０に入力させると、ＤＡ変換部１１０は、位相が異なる偶数次の高調波成分を発生させることがわかる。また、ＤＡ変換部１１０に入力する基準電圧に、当該周波数ｆ_１の成分を重畳させても、同様に、偶数次の高調波成分を発生させることがわかる。

したがって、基本波の信号成分をデジタル入力または基準電圧に重畳させて高調波成分を発生させることで、回路レイアウトのミスマッチ等に起因して発生する偶数次の高調波成分を相殺して低減できる。なお、偶数次の高調波成分のうち２次の高調波成分ｆ_２が主たる成分となるので、本実施形態のＤＡ変換装置１００は、当該２次高調波成分ｆ_２を低減させて、アナログ信号を精度よく出力させる例を示す。即ち、本実施形態に係るＤＡ変換装置１００は、ＤＡ変換部１１０のアナログ出力のうち、基本周波数ｆ_１の成分を基準電圧に重畳して、２次の高調波成分ｆ_２を低減させる。これにより、ＤＡ変換装置１００は、デジタル信号の入力に追加の回路等を設けることなしに、偶数次の高調波成分を低減させることができる。

この場合、重畳部１２０は、ＤＡ変換部１１０のアナログ出力の高調波成分ｆ_２、ｆ_３、ｆ_４、・・・を、キャパシタ１２６および抵抗１２４の組み合わせによるフィルタにより除去し、基本波成分ｆ_１を重畳信号として抽出する。なお、ＤＡ変換部１１０が出力する高調波成分は、基本波成分と比較して数十ｄＢから百ｄＢ以上低い信号強度レベルなので、当該フィルタの特性は一次の減衰特性でよい。また、重畳部１２０は、当該フィルタの特性を更に高次の特性を有するように、抵抗およびキャパシタを設けてもよい。

重畳部１２０が基本波成分ｆ_１を重畳信号として、第１基準電圧１０の基準電圧（ハイ電圧）に重畳させた場合、ＤＡ変換部１１０の正側アナログ信号Ｎ_ＯＵＴは、次式で示すことができる。ここで、入力するデジタル値をＤａｔａ（ｄｉｇ）、ハイ電圧の基準電圧をＶ_ＲＥＦＨ、ロー電圧の基準電圧をＶ_ＲＥＦＬ、フィルタリングによる減衰量をｋ、ω＝２πｆ_１とした。なお、デジタル値Ｄａｔａ（ｄｉｇ）は、ｓｉｎ（ωｔ）であり、正側アナログ信号Ｎ_ＯＵＴは入力と同相成分が出力されると仮定した。
（数１）
Ｎ_ＯＵＴ＝Ｄａｔａ（ｄｉｇ）・（Ｖ_ＲＥＦＨ＋ｋ・ｓｉｎ（ωｔ）−Ｖ_ＲＥＦＬ）
＝ｓｉｎ（ωｔ）・（Ｖ_ＲＥＦＨ−Ｖ_ＲＥＦＬ＋ｋ・ｓｉｎ（ωｔ））

この場合、負側アナログ信号Ｐ_ＯＵＴは、位相が反転するので、次式で示すことができる。
（数２）
Ｐ_ＯＵＴ＝−ｓｉｎ（ωｔ）・（Ｖ_ＲＥＦＨ−Ｖ_ＲＥＦＬ＋ｋ・ｓｉｎ（ωｔ））

したがって、ＤＡ変換部１１０の差動信号出力は、次式のように示すことができる。
（数３）
Ｎ_ＯＵＴ−Ｐ_ＯＵＴ＝ｓｉｎ（ωｔ）・（Ｖ_ＲＥＦＨ−Ｖ_ＲＥＦＬ＋ｋ・ｓｉｎ（ωｔ））
−｛−ｓｉｎ（ωｔ）・（Ｖ_ＲＥＦＨ−Ｖ_ＲＥＦＬ＋ｋ・ｓｉｎ（ωｔ））｝
＝２ｓｉｎ（ωｔ）・（Ｖ_ＲＥＦＨ−Ｖ_ＲＥＦＬ）＋２ｋ・｛ｓｉｎ（ωｔ）｝^２
＝２ｓｉｎ（ωｔ）・（Ｖ_ＲＥＦＨ−Ｖ_ＲＥＦＬ）＋ｋ・ｃｏｓ（２ωｔ）

ここで、重畳部１２０を用いない場合のＤＡ変換部１１０の理想的な差動信号出力は、２ｓｉｎ（ωｔ）・（Ｖ_ＲＥＦＨ−Ｖ_ＲＥＦＬ）であるから、重畳部１２０は、差動信号出力にｋ・ｃｏｓ（２ωｔ）の成分を重畳させることになる。即ち、重畳部１２０は、基準電圧に１次の基本波成分を重畳させることにより、ＤＡ変換部１１０の出力に２次の高調波成分を重畳できることがわかる。

なお、重畳部１２０が、ＤＡ変換部１１０の正側アナログ信号Ｎ_ＯＵＴを用いて重畳信号を生成する例を説明したが、スイッチ１２２を切り換えて、負側アナログ信号Ｐ_ＯＵＴを用いて重畳信号を生成してもよい。この場合、正側アナログ信号Ｎ_ＯＵＴの位相が反転するので、ＤＡ変換部１１０の出力に重畳される２次の高調波成分は、極性が反転して、−ｋ・ｃｏｓ（２ωｔ）となる。したがって、重畳部１２０は、低減すべき２次高調波の絶対値の大きさに応じて抵抗１２４の値が設定され、低減すべき２次高調波の極性に応じてスイッチ１２２の切り換えが設定されることで、ＤＡ変換部１１０の出力の２次高調波成分を低減できる。

以上のように、本実施形態に係るＤＡ変換装置１００は、簡便な構成を用いてＤＡ変換部１１０の出力の２次高調波成分を低減できる。なお、図１は、ＤＡ変換部１１０が差動ＤＡ変換器１１４を有し、差動のアナログ信号を出力する例を示したが、これに限定されるものではない。ＤＡ変換部１１０は、これに代えて、シングルエンドのＤＡ変換装置を有し、シングルエンドのアナログ信号を出力してもよい。この場合、重畳部１２０は、シングルエンドのアナログ信号出力を重畳させることで、２次高調波成分を低減できる。また、図１は、重畳部１２０がハイ電圧の基準信号に重畳信号を重畳させる例を示したが、これに限定されるものではなく、これに代えて、重畳部１２０は、ロー電圧の基準信号に重畳信号を重畳させてもよい。

図３は、本実施形態に係るＤＡ変換システム１０００の変形例を示す。本変形例のＤＡ変換システム１０００において、図１に示された本実施形態に係るＤＡ変換システム１０００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。本変形例のＤＡ変換システム１０００は、ＤＡ変換装置１００が調整部２７０と、デカップリング部２８０と、を更に備える。

調整部２７０は、正側アナログ信号および負側アナログ信号のいずれか一方の信号線のインピーダンスを調整する。調整部２７０は、信号線スイッチ２７２と、抵抗２７４とを有する。

信号線スイッチ２７２は、増幅器２６０の一方および他方の出力いずれかを抵抗２７４の一端に接続させる。信号線スイッチ２７２は、スイッチ１２２が抵抗１２４の一端と接続する側の増幅器２６０の出力とは異なる側の出力を、抵抗２７４の一端に接続させる。例えば、信号線スイッチ２７２は、一の設定入力に応じて、増幅器２６０の他方の出力を抵抗２７４の一端に接続させ、他の設定入力に応じて、増幅器２６０の一方の出力を抵抗２７４の一端に接続させる。

抵抗２７４は、ＤＡ変換部１１０の出力および第３基準電圧の間に接続される。抵抗２７４は、可変抵抗でよい。抵抗２７４は、一例として、設定入力に応じて抵抗値を変更する可変抵抗である。抵抗２７４は、抵抗１２４の抵抗値と略同一の抵抗値を有してよい。また、抵抗２７４は、抵抗１２４の抵抗値と略同一の抵抗値となるように設定されてよい。

以上の調整部２７０は、信号線スイッチ２７２が接続した増幅器２６０の出力を、抵抗２７４を介して第３基準電圧の間に接続してインピーダンスを調整する。なお、調整部２７０は、重畳部１２０に設けられてよい。即ち、重畳部１２０は、スイッチ１２２の切り換えに応じて、調整部２７０がインピーダンスを調整する増幅器２６０の出力を選択する。重畳部１２０は、例えば、スイッチ１２２が接続する増幅器２６０の出力とは異なる出力のインピーダンスを調整する。

このように、重畳部１２０は、正側アナログ信号および負側アナログ信号の一方に基づく重畳信号を基準電圧に重畳する場合に、正側アナログ信号および負側アナログ信号の他方を出力する信号線のインピーダンスを調整する。これにより、重畳部１２０は、正側アナログ信号および負側アナログ信号を伝送する２つの信号線のインピーダンスを略同一にするように調整でき、信号伝送のバランスを調整して波形の乱れ等を防止することができる。

デカップリング部２８０は、ＤＡ変換装置１００に入力される基準電圧と、当該ＤＡ変換装置１００と電源を共有する他の少なくとも１つの回路に入力される基準電圧との間をデカップリングする。デカップリング部２８０は、重畳部１２０の抵抗１２４と同程度または同程度以上の抵抗値を有する抵抗を含んでよい。デカップリング部２８０は、重畳部１２０が重畳信号を重畳する基準電圧と、当該基準電圧に接続される他の回路等との間に接続される。これにより、ＤＡ変換装置１００は、重畳信号を基準電圧に重畳させつつ、第１基準電圧１０に接続される他の外部回路等に、当該重畳信号が伝搬することを防止できる。

以上のように、本実施形態に係るＤＡ変換装置１００は、設定に応じて、２次高調波を低減させるとともに、出力信号ラインのアンバランスを調節することができる。また、ＤＡ変換装置１００は、外部に重畳信号が漏洩することを防止することができる。このようなＤＡ変換装置１００の設定を容易に実行し、適切に２次高調波を低減させる調整装置について次に説明する。

図４は、本実施形態に係る調整装置３００の構成例を、ＤＡ変換システム１０００と共に示す。調整装置３００は、ＤＡ変換装置１００を調整する。調整装置３００は、ＤＡ変換装置１００を調整して、ＤＡ変換装置１００の適切な設定値を定めてよい。調整装置３００は、供給部３１０と、測定部３２０と、検出部３３０と、設定処理部３４０と、を備える。

供給部３１０は、ＤＡ変換装置１００に対してデジタル波形を供給する。供給部３１０は、例えば、予め定められた周波数の正弦波信号に対応するデジタル値を供給する。供給部３１０は、一例として、（数１）式のデジタル値Ｄａｔａ（ｄｉｇ）に対応するデジタル値をデジタル入力端子１０４に供給する。

測定部３２０は、デジタル波形に応じてＤＡ変換装置１００が出力するアナログ波形を測定する。測定部３２０は、第１出力端子１０６および第２出力端子１０８から、アナログ出力信号を取得する。測定部３２０は、供給部３１０がデジタル値をＤＡ変換装置１００に供給したタイミングに対応して、アナログ出力信号を取得してよい。測定部３２０は、取得したアナログ出力信号を検出部３３０に供給する。

検出部３３０は、測定したアナログ波形に含まれる高調波歪を検出する。検出部３３０は、取得したアナログ信号を周波数変換して、高調波歪みを検出してよい。検出部３３０は、一例として、図２に示すような出力信号の周波数特性を用いて、高調波歪みを検出してよい。これに代えて、検出部３３０は、取得したアナログ信号から予め定められた周波数成分を抽出して、高調波歪みを検出してもよい。検出部３３０は、一例として、供給部３１０が供給する正弦波信号の周波数の２倍の周波数成分をフィルタ等で抽出して、２次高調波歪みを検出する。検出部３３０は、検出結果を設定処理部３４０に供給する。

設定処理部３４０は、検出された高調波歪を低減させる設定をＤＡ変換装置１００の設定入力部１３０に供給する。設定処理部３４０は、スイッチ１２２の接続を切り換えて、高調波歪みが低減する方の接続を採用して、スイッチ１２２を設定してよい。スイッチ１２２は、重畳信号の極性を切り換えるので、ＤＡ変換装置１００の２次高調波と重畳信号によって発生させる２次高調波とが同一極性となった場合に高調波歪みは増加し、逆極性となった場合に高調波歪みは減少する。したがって、設定処理部３４０は、高調波歪みの大きさの増減に基づき、スイッチ１２２の接続を容易に設定できる。

また、設定処理部３４０は、高調波歪みの大きさが低減するように、抵抗１２４の大きさを調節してよい。抵抗１２４の抵抗値は、重畳信号の絶対値を増減させるので、設定処理部３４０は、高調波歪みの大きさに基づき、抵抗１２４の抵抗値を容易に設定できる。設定処理部３４０は、一例として、高調波歪みが最も低くなるように抵抗１２４の抵抗値を設定する。以上のように、本実施形態に係る調整装置３００は、デジタルの周期信号をＤＡ変換装置１００に供給し、当該ＤＡ変換装置１００が変換したアナログ周期信号を検出することで、ＤＡ変換装置１００を調節して適切に設定することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ 第１基準電圧、２０ 第２基準電圧、１００ ＤＡ変換装置、１０１ 第１入力端子、１０２ 第２入力端子、１０４ デジタル入力端子、１０６ 第１出力端子、１０８ 第２出力端子、１１０ ＤＡ変換部、１１２ 入力部、１１４ 差動ＤＡ変換器、１２０ 重畳部、１２２ スイッチ、１２４ 抵抗、１２６ キャパシタ、１３０ 設定入力部、１３２ 外部入力端子、２１０ 第１切換部、２１２ 第１スイッチ、２１４ 第２スイッチ、２１６ 第３スイッチ、２１８ 第４スイッチ、２２０ 第２切換部、２２２ 第５スイッチ、２２４ 第６スイッチ、２３０ 第１キャパシタ、２４０ 第２キャパシタ、２５０ 第３切換部、２５２ 第７スイッチ、２５４ 第８スイッチ、２６０ 増幅器、２６２ 第３キャパシタ、２６４ 第４キャパシタ、２７０ 調整部、２７２ 信号線スイッチ、２７４ 抵抗、２８０ デカップリング部、３００ 調整装置、３１０ 供給部、３２０ 測定部、３３０ 検出部、３４０ 設定処理部、１０００ ＤＡ変換システム

Claims (16)

1. 基準電圧およびデジタル値を入力し、前記基準電圧に基づいて前記デジタル値に応じたアナログ信号を出力するＤＡ変換部と、
   前記ＤＡ変換部が出力した前記アナログ信号に基づく重畳信号を前記基準電圧に重畳する重畳部と
   を備えるＤＡ変換装置。
2. 前記重畳信号に含める前記アナログ信号の重畳量および符号の少なくとも一方に対する設定を入力する設定入力部を更に備え、
   前記重畳部は、前記設定入力部が入力した設定に応じて前記アナログ信号を調整して前記重畳信号に含める請求項１に記載のＤＡ変換装置。
3. 前記重畳部は、前記ＤＡ変換部の出力および前記基準電圧の間に接続された抵抗を有する請求項２に記載のＤＡ変換装置。
4. 前記抵抗は、前記ＤＡ変換部の出力インピーダンスよりも大きい抵抗値を有する請求項３に記載のＤＡ変換装置。
5. 前記抵抗は、前記設定入力部が入力した設定に応じて抵抗値が設定される可変抵抗である請求項３または４に記載のＤＡ変換装置。
6. 前記ＤＡ変換部は、正側アナログ信号および負側アナログ信号を出力する差動ＤＡ変換器を有し、
   前記重畳部は、前記正側アナログ信号に基づく前記重畳信号および前記負側アナログ信号に基づく前記重畳信号のいずれを前記基準電圧に重畳するかを前記設定入力部が入力した設定に応じて切り換えるスイッチを有する請求項３から５の何れか一項に記載のＤＡ変換装置。
7. 前記重畳部は、前記正側アナログ信号および前記負側アナログ信号の一方に基づく前記重畳信号を前記基準電圧に重畳する場合に、前記正側アナログ信号および前記負側アナログ信号の他方を出力する信号線のインピーダンスを調整する請求項６に記載のＤＡ変換装置。
8. 当該ＤＡ変換装置に入力される前記基準電圧と、当該ＤＡ変換装置と電源を共有する他の少なくとも１つの回路に入力される基準電圧との間をデカップリングするデカップリング部を更に備える請求項２から７のいずれか一項に記載のＤＡ変換装置。
9. 基準電圧およびデジタル値を入力し、前記基準電圧に基づいて前記デジタル値に応じたアナログ信号を出力するＤＡ変換部と、
   前記ＤＡ変換部の高調波歪を低減させるための重畳信号を前記基準電圧に重畳する重畳部と
   を備えるＤＡ変換装置。
10. 前記重畳部は、前記デジタル値の変化に応じて変化する前記重畳信号を前記基準電圧に重畳する請求項９に記載のＤＡ変換装置。
11. 前記重畳部は、前記ＤＡ変換部が出力した前記アナログ信号に基づく重畳信号を前記基準電圧に重畳する請求項９または１０に記載のＤＡ変換装置。
12. 前記重畳信号の大きさおよび符号の少なくとも一方に対する設定を入力する設定入力部を更に備え、
    前記重畳部は、前記設定入力部が入力した設定に応じた前記重畳信号を前記基準電圧に重畳する請求項９から１１のいずれか一項に記載のＤＡ変換装置。
13. 基準電圧およびデジタル値を入力し、前記基準電圧に基づいて前記デジタル値に応じたアナログ信号を出力することと、
    前記アナログ信号に基づく重畳信号を前記基準電圧に重畳することと
    を備えるＤＡ変換方法。
14. 基準電圧およびデジタル値を入力し、前記基準電圧に基づいて前記デジタル値に応じたアナログ信号をＤＡ変換部から出力することと、
    前記ＤＡ変換部の高調波歪を低減させるための重畳信号を前記基準電圧に重畳することと
    を備えるＤＡ変換方法。
15. 請求項２から８および請求項１２のいずれか一項に記載のＤＡ変換装置を調整する調整装置であって、
    前記ＤＡ変換装置に対してデジタル波形を供給する供給部と、
    前記デジタル波形に応じて前記ＤＡ変換装置が出力するアナログ波形を測定する測定部と、
    測定した前記アナログ波形に含まれる高調波歪を検出する検出部と、
    検出された前記高調波歪を低減させる設定を前記ＤＡ変換装置の前記設定入力部に供給する設定処理部と、
    を備える調整装置。
16. 請求項２から８および請求項１２のいずれか一項に記載のＤＡ変換装置を調整する調整方法であって、
    前記ＤＡ変換装置に対してデジタル波形を供給することと、
    前記デジタル波形に応じて前記ＤＡ変換装置が出力するアナログ波形を測定することと、
    測定した前記アナログ波形に含まれる高調波歪を検出することと、
    検出された前記高調波歪を低減させる設定を前記ＤＡ変換装置の前記設定入力部に供給することと、
    を備える調整方法。

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