专利名称：模/数与数/模转换设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于，例如音频再生设备的技术领域中的模/数与数/模的转换设备。
早已经有了在音乐厅或类似地方将通过微音器(话筒)拾取的乐器声音或语音转换为电信号以及将电信号经受声音效果的影响以发出受说话人声音作用的声音或语言。这样的设备将输入的电信号暂时转换为数字信号和然后对该数字信号进行数字处理，在这之后将该数字信号再次转换为模拟信号，以便输出该模拟信号。
图1、2和3是现有技术中模/数与数/模转换设备的配置图。将初步描述图1所示模/数与数/模转换设备的配置。该模/数与数/模转换设备具有一输入端101，用于模拟音频信号的输入；一A/D转换器电路103，用于将模拟音频信号转换为数字音频信号；一数字信号处理电路104，用于提供具有声音效果的数字音频信号；一D/A转换器电路105，用于将提供的具有声音作用的数字信号转换为模拟音频信号；两个可变电阻器102，106，用于相关操作使得分别调节输入音频信号和输出音频信号的信号电平；和一输出端107，它提供输出信号。
在此情况下，一可变电阻器102设置在输入端101和A/D转换器电路103之间，和另一可变电阻器106设置在D/A转换器电路105和输出端107之间。如图1点线所示，可变电阻器102，106相关操作以改变它们的阻值。在此时，如果一个可变电阻器102的电阻值被设置得较大，那么，另一可变电阻106的阻值被设置得较小，这其中取消了它们的电压划分操作。数字信号处理电路104是一操作装置，用于将数字音频信号同利用一延迟和存储器的反响声音相加或一混合器，用于数字音频信号和其它信号的混合。
这样配置的如图1所示模/数与数/模转换设备的运行将在下文描述。当该模拟音频信号通过输入端102被输入到一可变电阻器102时，该模拟音频信号通过可变电阻器102进行调节，使其具有一予定电平，然后提供给A/D转换器电路103。该A/D转换器电路103将该模拟音频信号转换为数字音频信号，并将该数字音频信号送到数字信号处理电路104。该数字信号处理电路104使该数字音频信号产生，例如混合或类似效果的声音，然后将该处理的数字音频信号送到D/A转换器电路105。该D/A转换器电路105将带有的声音效果的数字音频信号转换为模拟音频信号，然后将该模拟信号送到另一可变电阻器106。提供来的模拟音频信号通过另一可变电阻器106进行调节，使其具有如同输入模拟音频信号那样相同的电平，然后送到输出端107。
将描述图2所示模/数与数/模转换设备的配置。该模/数与数/模转换设备具有一输入端101，它用于输入模拟音频信号；一A/D转换器电路103，用将模拟音频信号转换为数字音频信号；一数字信号处理电路104 ，用于提供数字音频信号的声音的作用；一D/A转换器电路105，用于将处理过的数字音频信号转换为模拟音频；两个可变电路器102，106，用于相关操作，去调节输入音频信号和输出音频信号各自的信号电平；和一输出端107，用于提供输出音频信号。图2所示模/数与数/模转换设备不同于图1所示，其中变换抽头108，109分别提供的是可变电阻器102，106。
具有上述配置的图2中所示的模/数与数/模转换设备的操作将在下文描述。当通过输入端101将输入音频信号输入到一可变电阻器102时，该输入的模拟音频信号依据该可变电阻器102的转换抽头108的位置而加以调节，使其具有一予定电平，然后提供给A/D转换器电路103。该A/D转换器电路103将该模拟音频信号转换为数字音频信号并提供该数字音频信号给数字信号处理电路104。该数字信号处理电路104将该数字音频信号处理成，例如混合或类似处理过的声音，并将该处理的数字音频信号提供给D/A转换器电路105。该D/A转换器电路105将该处理的数字音频信号转换为模拟音频信号，并将该模拟音频信号送到另一可变电阻器106。该提供的模拟音频信号依据该另一个的可变电阻器109的变换抽头109的位置而被加以调节，使其具有如输入模拟音频信号那样的相同电平，这之后再提供给输出端107。
将描述公开在号45006/1992的日本专利的如图3所示模数/与数/模转换设备的配置。该模/数与数/模转换设备具有一输入端101，它用于模拟音频信号的输入；一A/D转换器电路103，用于将该模拟音频信号转换为数字音频信号；一数字信号处理电路104，用于提供例如经与该数字音频信号作用，混合或类似的处理过的声音；一D/A转换器电路105，用于将该声音处理过后提供的数字音频信号转换为模拟音频信号；一基准电压源110，用于为该模拟音频信号提供一予定直流(DC)电压；两个可变电阻器102，106，用于相关操作，以便调节输入模拟音频信号和基准信号的各自的信号电平；一A/D转换电路111，用于将模拟基准信号转换为数字基准信号；一微计算机112，用于在数字基准信号的基础上产生一控制信号；一D/A转换电路113，用于将数字控制信号转换为模拟控制信号；一电压控制放大器(VCA)，用于在该模拟控制信号基础上对模拟音频信号的信号电平进行放大；和一输出端107，用于提供输出信号。
图3所示模/数与数/模转换设备不同于图1所示设备，其中输入音频信号和基准信号的信号电平是由可变电阻器102，106调节的，微计算机112是在基准信号的基础上产生控制信号，和VCA114是在控制信号的基础上放大模拟音频信号的信号电平。
下文将描述图3所示的具有上述配置的模/数与数/模转换设备的运行。当模拟音频信号通过输入端101输入到一可变电阻器102时，该模拟音频信号通过可变电阻器102进行调节，使其具有一予定电平，然后送到A/D转换器电路103。该A/D转换器电路103将该模拟音频信号转换为数字音频信号，并该数字音频信号送到数字信号处理电路104。该数字信号处理电路104提供出例如同该数字音频信号进行作用，混合或类似处理过的声音，然后将该处理过的数字音频信号送到D/A转换器电路105。该D/A转换器电路105将该数字音频信号转换成具有声音效果的模拟音频信号，然后将该模拟音频信号送到VCA114。
在基于从基准电压源110来的基准电压基础上的基准信号通过另一可变电阻器106进行调节，使其具有如输入的模拟音频信号那样相同的信号电平和提供给A/D转换电路111。该A/D转换器电路111将该提供的基准信号转换成数字基准信号并将该数字基准信号送到微计算机112。该微计算机112在数字基准信号的基础上产生数字控制信号，并将该数字控制信号提供给D/A转换器电路113。该D/A转换器电路113将该数字控制信号转换为模拟控制信号，并将该模拟控制信号送到VCA114的控制端(未示出)。该VCA114对从基于模拟控制信号基础上该D/A转换器电路105提供的模拟音频信号的信号电平进行放大，使得该模拟音频信号的信号电平一定等于输入模拟音频信号的信号电平，然后，该VCA114将该放大的模拟音频信号送到输出端107。
然而，图1所示模/数与数/模转换设备有如下缺点。特别是，当两个可变电阻器102，106相关操作以便在输入和输出信号这两侧消除电压划分操作时，当两个可变电阻器102，106的特性彼此相反地设置时，则由于各自特性的相互抵消而不能获得理想特征，从而导致不能完全抵消可变电阻器102，106的特性，从而很难使信号电平恒定。
由于图2所示模/数与数/模转换设备具有分别形成两个可变电阻器102，106的可变抽头108，109，这就使得它的电路尺寸不可避免地变大。
由于图3所示模/数与数/模转换设备存在有VCA114的不充分的运行特性，这就使得要建立恒定信号电平是困难的。
本发明的第1个目的是提供一种模/数与数/模转换设备，在该设备中，强制一数字信号处理电路在饱和范围内进行信号处理的模拟信号在A/D转换器的输入侧被调节，使其具有一予定电平，和一D/A转换器调节一信号电平，从而输入和输出模拟信号的电平被设置成实质上彼此相等。
本发明的第二个目的是提供一种模/数与数/模转换设备，在该设备中，强制一数字信号处理电路在饱和范围内进行信号处理的模拟信号A/D转换器的输入侧被调节，使其具有一予定电平，和一D/A转换器调节一信号电平，从而输入和输出模拟信号的电平被设置成实质上彼此相等。
本发明第3个目的是提供一种模/数与数/模转换设备，在该设备中，强制一A/D转换器和数字信号处理电路在饱和范围内进行信号处理的模拟信号在A/D转换器的输入侧被调节，使其具有一予定电平，和一D/A转换器调节一信号电平，从而输入和输出模拟信号的电平被设置成实质上彼此相等，和也因此它的电路结构也被大为简化。
根据本发明的第1方面，一种模/数与数/模转换设备包括一模/数转换电路，用于将输入模拟信号转换为数字信号；一数/模转换电路，用于将由模/数转换电路转换成的数字信号转换为一模拟信号，以便获得输出信号；一电平控制可变电阻器，用于控制将被送到模/数转换电路的信号电平；和一调节电路，用于改变一脉冲高度值或输出信号的电流值，使得输入信号和输出信号的电平通过在电平控制可变电阻器变化的基础上而提供的一予定DC电压来使其务必相同，以及用于提供一控制信号，该控制信号用于控制将送到数/模转换电路的输出信号的电平。
根据本发明的第2方面，一种模/数与数/模转换设备包括一模/数转换电路，用于将输入模拟信号转换为数字信号；1位数/模转换电路，用于将由模/数转换电路转换成的数字信号转换为模拟信号，以获得输出信号；一电平控制可变电阻器，用于控制将被提供给模/数转换电路的信号电平；和一调节电路，用于改变脉冲高度值或输出信号的电流值，使得输入信号和输出信号的电平通过在电平控制可变电阻器变化的基础上而提供的一予定DC电压来使其务必相同，和用于提供一控制信号，该控制信号用于控制将送到1位数/模转换电路的输出信号的电平。
图1是普通模/数与数/模转换设备的配置的方框图；图2是另一普通模/数与数/模转换设备的配置的方框图；图3是还有的另一种普通模/数与数/模转换设备的配置的方框图；图4根据本发明一实施例的模/数与数/模转换设备的配置的方框图；图5是根据本发明另一实施例的1位D/A转换电路的电路配置图。
下文将参照图4描述根据本发明第1实施例的一种模/数与数/模转换设备。
现在将描述根据该实施例如图4所示的模/数与数/模转换设备的配置。根据该实施例的模/数与数/模转换设备具有一输入端1，用于输入模拟音频信号；一A/D转换电路3，用于将模拟音频信号转换为数字音频信号；一数字信号处理电路4，用于提供能产生声音效果的数字音频信号；1位D/A转换电路5，用于将处理过的数字音频信号转换为模拟音频信号；一基准电压源8，用提供一予定DC电压；两个可变电阻器2，9，用于相关操作，以便调节输入模拟音频信号和模拟基准信号的各自的信号电平；一A/D转换电路10，用于将模拟基准信号转换为数字基准信号；一微计算机11，用于在数字基准信号基础上产生一数字控制信号；一D/A转换电路12，用于将该数字控制信号转换为一模拟控制信号，并将该模拟控制信号提供给1位D/A转换电路5；一低通滤波器(LPF)14，用于将来自1位D/A转换电路5的脉冲信号转换为一模拟信号；和一输出端15，用于提供来自LPF14的输出信号。
1位D/A转换电路5具有一开关6和一可变电流源7。开关6控制输出脉冲的数量和宽度，和可变电流源7控制输出脉冲的脉冲高度值。
根据该实施例的图4所示的模/数与数/模转换设备不同于先有技术的图3所示的模/数与数/模转换设备。其中的所提供的1位转换电路5和LPE14代替了图3所示的D/A转换电路105和VCA114。如图4所示，一裕度调节电路13是由基准电压源8，另一可变电阻器9，A/D转换电路10，微计算机11和D/A转换电路12形成的。
下文将描述具有如图4所示的上述配置的模/数与数/模转换设备的运行。当模拟音频信号通过输入端1输入到一可变电阻器2时，该模拟音频信号通过一可变电阻器2加以调节，使其具有一予定电平，然后提供给A/D转换电路3。该A/D转换电路3将该模拟音频信号转换为数字音频信号并将该数字音频信号送到数字信号处理电路4。该数字信号处理电路4将该提供的数字音频信号进行例如混合或类似的声音效果和处理，并将处理的数字音频信号送到1位D/A转换电路5。该1位D/A转换电路5将该提供的具有声音效果的数字音频信号转换为模拟音频信号。
该1位D/A转换电路5通过控制开关6产生具有它的可变脉冲数或可变脉冲宽度的脉冲信号，并将该具有可变数或可变脉冲宽度的输出脉冲信号作为一转换过的输出信号送到LPF14。该LPF14对该输出脉冲信号进行平均，以获得该模拟音频信号。在此情况，从1位D/A转换电路5输出的脉冲信号的脉冲波形具有两个电平中的一个，即高电平或低电平。响应一输入数字数据为改变脉冲波形的调制，被称为脉冲数调制(PNM)，和响应该输入数字数据为改变脉冲波形的宽度的调制被称为脉冲宽度调制(PWM)。利用这样调制系统的1位D/A转换电路5的操作导致了使在D/A转换方面引起的信号失真最小。从而，就有可能将数字音频信号转换成无失真的令人满意的模拟音频信号。
基于来自基准电压源8的基准电压的基准信号通过另一可变电阻器9进行调节，使其具有如输入模拟音频信号那样相同的信号电平，然后提供给A/D转换电路10。该A/D转换电路10将该提供的模拟基准信号转换为数字基准信号，并将该数字基准信号送到微计算机11。微计算机11在该提供的数字基准信号基础上产生数字控制信号。当产生数字控制信号时，该微计算机11执行计算，使得输出音频信号的信号电平与输入模拟音频信号的信号电平相同。微计算机11将该数字控制信号送到D/A转换电路12。该D/A转换电路12将该数字控制信号转换为模拟控制信号并将该模拟控制信号送到1位D/A转换电路5的控制端。该1位D/A转换电路5的可变电流源7在模拟控制音频信号基础上改变脉冲高度值或输出音频信号的电平。
如上所述处理的模拟音频信号使其具有如被送到LPF14的输入模拟音频信号那样相同的信号电平。该LPF14对该提供的模拟音频信号进行平均，然后送到输出端15。
特别是，一可变电阻器2控制该输入模拟音频信号，使其具有由裕度调节所建立的幅度，该裕度调节用于防止信号电平降落至饱和范围。用于与可变电阻器2相关操作的另一个可变电阻器9划分该来自基准电压源8的基准电压，从而建立分压衰减量。由于具有该分压衰减量的数字信号消除了由裕度调节而产生的输入和输出模拟音频信号的幅度之间的差，从而用于确定输出脉冲信号的脉冲高度值的可变电流源7被改变，以便于通过使改变的量等于分压衰减量来增加1位D/A转换电路5的输出信号。这样，根据该实施例的模/数与数/模转换设备通过调节输入和输出模拟音频信号这两个信号电平来调节用于防止信号电平落至饱和范围之内的裕度。
根据该实施例，由于该模/数与数/模转换设备执行该计算，使得通过在方向上使可变以电阻器2，9的特征相同来使输入和输出模拟音频信号相同并因此改变输出音频信号的脉冲高度值电平，这就可能降低输入和输出模拟音频信号之间的差。由于该模/数与数/模转换设备利用1位D/A转换电路5代替多位的D/A转换电路，这就可能减少模拟电路的大小。然而，该模/数与数/模转换设备能够不使用VCA来调节用于防止信号电平落至饱和范围之内的裕度，从而能将模拟信号高效转换为数字信号，反之亦然。
当在上述实施例中，从1位D/A转换电路5输出的脉冲信号的脉冲高度值被改变时，恒流源的电流值电平或恒流源的基准电压可以被如稍后将描述的第2实施例中的那样变化。
下文将参照图5描述根据第2实施例的模/数与数/模转换设备。第2实施例示出了由同一代理人原先提出并披露在专利号5-218364的美国专利和还披露在专利公开号为070215/1992的日本专利上的D/A转换电路。
将描述根据第2实施例的1位D/A转换电路的配置。如图5所示，该1位D/A转换电路具有一基本电路20和D/A转换单元25。偏置电路20具有一输入端21，一基本FET23，一负反馈放大器22，和一可变电阻器24。该D/A转换单元25具有多个FET26，27，28，多个开关29，30，31，译码器具有数字输入端33，输出电阻器34，电源电压端36，和输出端35。
基本电路20的基本FET23的漏极D被连接到电源电压端36。基本FET23的源极S被连接到可变电阻器24的一端。可变电阻器24的另一端接地。负反馈放大器22的非反向输入端(+)被连接到输入端21。负反馈放大器22的反向输入端(-)被连接到基本FET23的源极S。负反馈放大器22的输出端被连接到基本FET23的栅极G。
在D/A转换单元25中，作为恒流源的多个基本FET26，27，28的漏极D被连接到电源电压端36。它们其中的栅极被共同连接到偏置电路20的基本FET23的栅极G。该多个FET26，27，28的源极S被分别连接到多个开关29，30，31的一个端。该多个开关29，30，31的另一端被共同连接到输出端35和还连接到输出电阻器34的一端。输出电阻器34的另一端接地。用于控制开关29，30，31的译码器32被连接到多个开关29，30，31的多个控制端(未示出)。译码器32具有能输入数字信号的数字输入端33。
根据具有如上配置的第2实施例的1位D/A转换电路的运行如下。当输入电压Vref被送到基本电路20的输入端21时，满足电流I＝Vref/R[A]的电流I通过基本FET23的源极S流动。在D/A转换单元25中，满足电流I＝Vref/R[A]的电流I并类似于通过基本电路23那样通过作为恒流源的分别的多个FET26，27，28的源极S流动。在此时，译码器32在基于提供给其中的数字输入端33的1位数字输入信号基础上的开或关的状态来控制开关29，30，31。响应于被设置成开状态的开关，一输出电流被输出到输出端35。从而，通过控制数字输入信号或输出电压Vref来改变输出信号的电流值，这就成为可能。
如果D/A转换单元25的译码器32的数字输入端33的数是n，和输出电阻器34的电阻值是R。然后将基本电路20的可变电阻器24的电阻值调节成满足R＝(2n-1)·Ro，该电阻值R＝(2n-1)·Ro允许输出电压的电平等于输入电压的电平。从而，就可能通过改变基本电路20的可变电阻器24的电阻值来改变输出信号的电压电平。
根据该第2实施例，由于该模/数与数/模转换设备执行了该计算，使得通过在同一方向上建立可变电阻器2，9的特征而使输入与输出模拟音频信号的信号电平必然相同，并从而改变了输出音频信号的电流值电平，这就可能降低输入和输出模拟音频信号之间的差。由于根据该第2实施例的模/数与数/模转换设备使用1位D/A转换电路5代替多个位的D/A转换电路，这就可能减少模拟电路的尺寸。还有，根据该第2实施例的模/数与数/模转换设备能不使用VCA的情况下调节用于防止信号电平落在饱和范围之内的裕度，并从而将模拟信号高效地转换为数字信号。反之亦然。
根据本发明第1实施例的模/数与数/模转换设备包括A/D转换电路3，用于将输入模拟音频信号转换为数字音频信号；1位D/A转换电路5，用于将通过A/A转换电路3获得的数字音频信号转换为模拟音频信号，以再次获得输出音频信号；电平控制可变电阻器2，用于控制将被送到A/D转换电路3的输入模拟音频信号的电平；和裕度调节电路13，用于执行计算，使得输入和输出音频信号的电平务必相等，以便通过在同电平控制可变电阻器2相关形式而变化的基准电压基础上提供DC电压来改变输出音频信号的脉冲高度的电平，和，还用于提供用于控制将送到1位D/A转换电路5的输出信号的电平的控制信号。在第1实施例中，通过相关调节输入和输出音频信号的信号电平来执行用于防止信号电平落至A/D转换电路3和1位D/A转换电路5的饱和范围之内的裕度调节。从而，由于根据第1实施例的模/数与数/模转换设备执行了该计算，使得输入和输出模拟信号的信号电平必定相等，从而改变了输出音频信号的脉冲高度值电平，这就可能降低输入和输出模拟音频信号之间的差别，这也可能减少模拟电路的大小。还有，根据第1实施例的模/数与数/模转换设备能调节用于防止信号电平落至饱和范围之内的裕度，从而能将模拟信号高效地转换为数字信号。反之亦然。
根据本发明第2实施例的模/数与数/模转换设备包括A/D转换电路3，用于将输入模拟音频信号转换为数字音频信号；1位D/A转换电路5，用于将通过A/D转换电路3获得的数字音频信号转换为模拟音频信号，以便再次获得输出音频信号；电平控制可变电阻器2，用于控制将被送到A/D转换电路3的输入模拟音频信号的电平；和裕度调节电路13，用于执行计算，以使得通过在与用于改变输出音频信号的电流值电平的电平控制可变电阻器2相关改变的基准电压基础上提供一予定DC电压来使输入和输出音频信号的电平务必相等，和用于提供用于控制将送到1位D/A转换电路5的输出信号的电平的控制信号。在第2实施例中，是通过相关调节输入和输出音频信号的信号电平来执行用于防止信号电平落至A/D转换电路3和1位D/A转换电路5的饱和范围之内的裕度调节。从而，由于根据第2实施例的模/数与数/模转换设备执行了该计算，使得输入和输出模拟音频信号的信号电平必定相等，从而改变了输出音频信号的电流值电平，这就可能降低输入和输出模拟音频信号之间的差。这就可能降低模拟电路的尺寸。还有，根据第2实施例的模/数与数/模转换设备能调节用于防止信号电平落至饱和范围之内的裕度，从而能将模拟信号有效地转换为数字。反之亦然。
本发明已参照附图描述了最佳实施例，可以了解，本发明不限于上述实施例，本领域的技术人员在不脱离所附权利要求的精神和范围内可以做出各种改变和修改。
权利要求
1.一种模/数与数/模转换设备包括一模/数转换电路，用于将输入模拟信号转换为数字信号；一数/模转换电路，用于将由所述模/数转换电路转换的数字信号转换为模拟信号，以获得输出信号；一电平控制可变电阻器，用于控制将被送到所述模/数转换电路的信号的电平；和一调节电路，用于改变所述输出信号的脉冲高度值或电流值，使得通过在所述电平控制可变电阻器的变化的基础上提供的一予定DC电压来使所述输入信号和所述输出信号的电平必定相等，和用于提供用于控制将送到所述数/模转换电路的所述输出信号的电平的控制信号。
2.一种模/数与数/模转换设备包括一模/数转换电路，用于将输入模拟信号转换为数字信号；一1位数/模转换电路，用于将由所述模/数转换电路转换的数字信号转换为模拟信号，以获得输出信号；一电平控制可变电阻器，用于控制将被送到所述模/数转换电路的信号电平；和一调节电路，用于改变所述输出信号的脉冲高度值，使得通过在所述电平控制可变电阻器的变化的基础上提供一予定DC电压来使所述输入信号和所述输出信号的电平必定相等，和用于提供用于控制将送到1位数/模转换电路的所述输出信号的电平的控制信号。
3.根据权利要求2的模/数与数/模转换设备，其特征在于所述电平控制可变电阻器的电平控制和来自所述1位数/模转换电路的所述输出信号的电平控制是被相关调节的。
4.根据权利要求2的模/数与数/模转换设备，其特征在于所述输入信号是音频信号。
5.一种模/数与数/模转换设备包括一模/数转换电路，用于将输入模拟信号转换为数字信号；一1位数/模转换电路，用于将由所述模/数转换电路转换的数字信号转换为模拟信号，以获得输出信号；一电平控制可变电阻器，用于控制将被送到所述模/数转换电路的信号的电平；和一调节电路，用于改变所述输出信号的电流值，使得通过在所述电平控制可变电阻器的变化的基础上提供一予定DC电压来使所述输入信号和所述输出信号的电平必定相等，和用于提供用于控制将被送到所述1位数/模转换电路的所述输出信号的电平的控制信号。
6.根据权利要求5的模/数与数/模转换设备，其特征在于所述电平控制可变电阻器的电平控制和从所述1位数/模转换电路来的所述输出信号的电平控制是被相关调节的。
7.根据权利要求5的模/数与数/模转换设备，其特征在于所述输入信号是一音频信号。
全文摘要
模/数与数/模转换设备包括模/数转换电路，将输入模拟信号转换为数字信号；数/模转换电路，将由模/数转换电路转换的数字信号转换为模拟信号，获得输出信号；一平控制可变电阻器，控制送到模/数转换电路的信号的电平；和调节电路，改变输出信号的脉冲高度值或电流值，使在电平控制可变电阻器的变化的基础上提供予定DC电压使输入和输出信号的电平必定相等，和提供用于控制送到数/模转换电路的输出信号电平的控制信号。
文档编号H03M3/02GK1159682SQ96121340
公开日1997年9月17日 申请日期1996年12月27日 优先权日1995年12月27日
发明者井上伸一 申请人:索尼公司