DE102006005079A1 - Digitaler Verstärker mit Referenzschaltstufe - Google Patents

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Abstract

Digitaler Verstärker zum Verstärken eines digitalen Eingangssignals mit einem digitalen Modulator (9) zur Umwandlung des digitalen Eingangssignals in ein amplitudendiskretes Signal, einer mit einer Versorgungsspannung (V<SUB>DD</SUB>) versorgten Leistungsschaltstufe (12) zum Verstärken des amplitudendiskreten Signals, einer mit einer geglätteten Versorgungsspannung (V<SUB>DD</SUB>') versorgten Referenzschaltstufe (19) zum Erzeugen eines Referenzsignals in Abhängigkeit von dem amplitudendiskreten Signal und mit einem Analog-Digital-Wandler (6), der eine Abweichung zwischen dem durch die Leistungsstufe (12) verstärkten Signal und dem durch die Referenzschaltstufe (19) erzeugten Referenzsignal in ein digitales Rückkoppelsignal wandelt, das von dem digitalen Eingangssignal des digitalen Verstärkers (1) subtrahiert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen digitalen Verstärker mit einer Referenzschaltstufe und ein Verfahren zum Verstärken eines digitalen Eingangssignals.
  • Nach der Lage des Arbeitspunktes auf der Kennlinie werden bei Verstärkern verschiedene Betriebsarten unterschieden, nämlich Verstärker im A-Betrieb, im B-Betrieb, im AB-Betrieb und im C-Betrieb. Bei A-Verstärkern liegt der Arbeitspunkt etwa in der Mitte des geraden Teils einer Transistorkennlinie, wobei dauernd ein Strom fließt, dessen momentane Stromstärke linear von dem Momentanwert einer Eingangsspannung abhängt. Bei einem Verstärker, der im B-Betrieb arbeitet, handelt es sich um einen Gegentaktverstärker, bei dem im Ruhezustand nur ein geringer Strom fließt. Dabei steuert eine Halbwelle der Eingangswechselspannung jeweils eines der aktiven Bauelemente des Gegenverstärkers aus. Beim AB-Betrieb liegt der Arbeitspunkt zwischen dem des A-Verstärkers und dem des B-Verstärkers. Beim C-Betrieb eines Verstärkers liegt der Arbeitspunkt im Sperrbereich der Kennlinie. Zwar sind die Verlustleistungen im C-Betrieb geringer als im A- oder B-Betrieb, jedoch weisen Verstärker, die im C-Betrieb arbeiten, hohe Verzerrungen auf. A-Verstärker, deren Arbeitspunkte in der Mitte des linearen Teils der Transistorkennlinie liegen, weisen einen hohen Ruhestrom auf, der nicht von der Aussteuerung abhängig ist, und haben somit einen geringen Wirkungsgrad. Der Ruhestrom von Gegentakt-B-Verstärkern ist geringer als der von Eintakt-A-Verstärkern und man kann eine Wirkungsgrad von 78% erreichen.
  • Bei einem D-Verstärker werden zwei im Gegentakt betriebene Transistoren aufgrund eines Signalimpulses mit hoher Pulsfrequenz zwischen zwei Punkten einer die Belastungshyperbeln schneidenden Kennlinie hin- und hergeschaltet. Die Transisto ren arbeiten als Schalttransistoren. Die Impulsdauer ist während des Signalimpulses proportional zu der Amplitude des zu verstärkenden Signals, dessen Frequenz kleiner als die Pulsfrequenz ist. Am Signalausgang des D-Verstärkers ist ein Tiefpassfilter vorgesehen, das die durch die Signalimpulse erzeugten höherfrequenten Anteile wieder heraussiebt. Die Verlustleistung eines Klasse-D-Verstärkers ist noch geringer als die eines C-Verstärkers. Anstelle von Transistoren können unter gewissen Bedingungen bezüglich der oberen Grenzfrequenz auch Thyristoren eingesetzt werden. Klasse-D-Verstärker weisen einen sehr hohen Wirkungsgrad auf.
  • 1 zeigt den grundsätzlichen schaltungstechnischen Aufbau eines Klasse-D-Verstärkers nach dem Stand der Technik. Ein von einer Signalquelle stammendes Eingangssignal wird durch einen Modulator in ein Zwischensignal verwandelt, das zeitabschnittsweise konstante Amplituden aufweist und beispielsweise durch ein Pulsweiten-moduliertes PWM-Signal oder in ein Pulsdichte-moduliertes PDM-Signal gebildet wird. Zur Erhöhung des Wirkungsgrads und zur Minimierung elektromagnetischer Unverträglichkeiten besitzt das Zwischensignal eine Schaltrate, die möglichst niedrig ist. Die dem Modulator nachgeschaltete Schaltstufe verstärkt die Signalimpulse des empfangenen Zwischensignals und gibt die verstärkten Signalimpulse an ein nachgeschaltetes Filter ab. Bei dem Filter handelt es sich um ein verlustfreies Tiefpassfilter, welches die durch die Impulse hervorgerufenen höherfrequenten Anteile heraussiebt. Das Ausgangssignal wird an eine beliebige Last, beispielsweise an einen Lautsprecher abgegeben.
  • 2 zeigt ein Beispiel für einen Klasse-D-Verstärker nach dem Stand der Technik zum Betreiben eines Lautsprechers. Ein Komparator dient als Modulator und vergleicht ein analoges Eingangssignal mit einem dreieckförmigen Referenzsignal zur Erzeugung eines Pulsweiten-modulierten Zwischensignals. Das Pulsweiten-modulierte Zwischensignal wird einer Schaltstufe zugeführt, die zwei komplementär aufgebaute MOSFET-Transis toren M1, M2 enthält. Die Gate-Abschlüsse der beiden MOSFETs M1, M2 sind mit dem Ausgang des Komparators verbunden. Darüber hinaus weisen die beiden MOSFET-Transistoren einen gemeinsamen Drain-Anschluss auf, an dem das Ausgangstiefpassfilter angeschlossen ist. Die beiden MOSFET-Transistoren werden als Schalter betrieben. Das Tiefpassfilter wird durch die Induktivität L1 und den Kondensator C1 gebildet, und das Schaltnetzwerk, welches aus dem Widerstand R1 und dem Kondensator C2 besteht, kompensiert die induktive Impedanz der Lautsprecherspule, so dass das Tiefpassfilter bei hohen Frequenzen eine reale Widerstandslast sieht.
  • 3 zeigt die Generierung des Pulsweiten-modulierten Zwischensignals in Abhängigkeit von dem analogen Eingangssignal VS mittels des dreieckförmigen Referenzsignals VT. In dem dargestellten Beispiel handelt sich bei dem Eingangssignal VS um ein sinusförmiges Eingangssignal.
  • Digitale Verstärker weisen neben einem höheren Wirkungsgrad eine einfachere Integrierbarkeit bzw. eine einfache Miniaturisierbarkeit bei neuen Technologien auf.
  • Die Eingangssignale für Klasse-D-Verstärker können in analoger und digitaler Form vorliegen. Da die in der Schaltstufe von Klasse-D-Verstärkern vorgesehenen Transistoren gänzlich durchgeschaltet werden, steht die Versorgungsspannung für die Last voll zur Verfügung, d.h. es kann theoretisch ein Wirkungsgrad von n = 100 erreicht werden.
  • 4A zeigt die Schaltkennlinie für einen Klasse-D-Verstärker mit einem zweipegeligen binären Ausgangssignal, und
  • 4B zeigt die Schaltkennlinie eines differenziell aufgebauten Klasse-D-Verstärkers für ein ternäres dreipegeliges Ausgangssignal. Wie man aus der Kennlinie 4A erkennen kann, arbeitet ein zweipegeliger Klasse-D-Verstärker inhärent linear.
  • Eine reale Schaltendstufe, wie sie beispielsweise in 2 dargestellt ist, erzeugt jedoch Signalstörungen, die dem Ausgangssignal überlagert sind. Diese Signalstörungen werden hauptsächlich durch das nicht ideale Schaltverhalten der Transistoren hervorgerufen. Die beiden Transistoren können unterschiedliche Ein- und Ausschaltzeiten und unterschiedliche Anstiegs- und Abfallzeiten aufweisen, die zur Verzerrung im analogen Ausgangssignal führen. Weitere Störungsursachen sind beispielsweise ein nicht ideales Matching zwischen den Transistoren und Temperaturabweichungen zwischen den Transistoren.
  • Eine weitere Ursache für die Verzerrung des Ausgangssignals stellen Versorgungsspannungsschwankungen an der Schaltstufe dar. Insbesondere bei mobilen Geräten, die durch Batterien oder Akkumulatoren mit Spannung versorgt werden, kann es zu erheblichen Versorgungsspannungsschwankungen kommen. Beispielsweise weisen Mobiltelefone eine Versorgungsspannung von 3 bis 5 Volt auf, wobei es zu Versorgungsspannungseinbrüchen von bis zu 1/2 Volt kommen kann.
  • In vielen Anwendungen liegt allerdings kein zu verstärkendes analoges Eingangssignal vor, sondern ein digitales Eingangssignal in Form digitaler Daten. Insbesondere im Bereich des Mobilfunks sind Datenwörter, die beispielsweise 2 Byte umfassen, zu verstärken.
  • Eine Möglichkeit für eine Fehlerkorrektur bei einem digitalen Verstärker, der ein digitales Eingangssignal empfängt, besteht darin, das Ausgangssignal des D-Verstärkers durch einen Analog/Digital-Wandler an den Eingang zurückzukoppeln, wie dies exemplarisch in 5 dargestellt ist. Die Auflösung des Analog/Digital-Wandlers muss dabei mindestens der geforderten Auflösung des digitalen Verstärkers entsprechen. Das rückgekoppelte Signal wird durch einen Subtrahierer von einem digitalen Eingangssignal subtrahiert. Allerdings ist die in 5 dargestellte Anordnung ebenfalls schaltungstechnisch nur sehr aufwändig implementierbar, da man einen Analog/Digital-Wandler mit hoher Auflösung und einen digitalen Modulator benötigt.
  • 6 zeigt einen digitalen Verstärker nach dem Stand der Technik, der in der DE 196 19 208 A1 beschrieben ist. Der dort beschriebene Digitalverstärker führt eine Fehlerkorrektur nach dem Sigma-Delta-Prinzip durch. Das empfangene digitale Eingangssignal wird durch einen digitalen Sigma-Delta-D/A-Modulator in ein binäres 1-Bit-Sigma-Delta-moduliertes Signal umgewandelt und anschließend einem Subtrahierer zugeführt, der ein rückgeführtes Signal von dem anliegenden Sigma-Delta-modulierten Signal subtrahiert. Das Differenzsignal wird über einem Vorwärtssignalpfad zugeführt, der ein Schleifenfilter, einen Komparator und eine Schaltendstufe umfasst. Bei dem Schleifenfilter handelt es sich um ein SC-(Switched Capacitor-)Schleifenfilter, das mit einem Taktsignal getaktet wird. Die Taktfrequenz des SC-Schleifenfilters ist typischerweise so hoch wie die Taktfrequenz des nachgeschalteten Komparators. Das durch die Schaltendstufe verstärkte Signal wird durch ein Anti-Aliasing-Filter gefiltert und als Rückkoppelsignal an den Subtrahierer zurückgeführt. Ein Nachteil der in 6 dargestellten Schaltungsanordnung nach dem Stand der Technik besteht darin, dass das Schleifenfilter ein mit einer sehr hohen Schaltfrequenz getaktetes Switched-Capacitor-Filter ist und somit Störungen hervorrufen kann.
  • Ein weiterer Nachteil der in 6 dargestellten Schaltungsanordnung besteht darin, dass Schwankungen der Versorgungsspannung VDD für die Schaltendstufe nicht kompensiert werden. Gerade bei mobilen Geräten, wie mobilen Funktelefonen, die durch Batterien bzw. Akkumulatoren mit Spannung versorgt werden, kann es im Betrieb zu erheblichen Versorgungsspannungsschwankungen kommen, die zu Störungen bzw. Verzerrungen des Ausgangssignals des D-Verstärkers führen. Die in 6 dargestellte Schaltung nach dem Stand der Technik kann Störungen aufgrund Versorgungsspannungsschwankungen nicht korrigieren, da das von dem digitalen Sigma-Delta-Modulator abgegebene Signal, welches als Referenzsignal dient, bei Versorgungsspannungsschwankungen Amplitudenstörungen aufweist, die durch die Gegenkopplung nicht mehr ausgeglichen werden.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen digitalen Verstärker zum Verstärken eines digitalen Eingangssignals zu schaffen, der in der Lage ist Versorgungsspannungsschwankungen zu korrigieren und der mit minimalem Aufwand implementierbar ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen digitalen Verstärker mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen und durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 13 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Die Erfindung schafft einen digitalen Verstärker zum Verstärken eines digitalen Eingangssignals mit:
    • – einem digitalen Modulator zur Umwandlung des digitalen Eingangssignals in ein amplitudendiskretes und zeitlich analoges Signal;
    • – einer mit einer Versorgungsspannung (VDD) versorgten Leistungsschaltstufe zum Verstärken des amplitudendiskreten Signales;
    • – einer mit einer geglätteten Versorgungsspannung (VDD') versorgten Referenzschaltstufe zum Erzeugen eines Referenzsignals in Abhängigkeit von dem amplitudendiskreten Signal; und mit
    • – einem Analog-Digital-Wandler, der eine Abweichung zwischen dem durch die Leistungsstufe verstärkten Signal und dem durch die Referenzschaltstufe erzeugten Referenzsignal in ein digitales Rückkoppelsignal wandelt, das von dem digitalen Eingangssignal des digitalen Verstärkers subtrahiert wird.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen digitalen Verstärkers wird die Versorgungsspannung für die Referenzschaltstufe durch eine in dem digitalen Verstärker vorgesehene Glättungsschaltung geglättet.
  • Bei der Glättungsschaltung handelt es sich bei einer Ausführungsform um ein analoges Filter.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform wird die Glättungsschaltung durch eine Regelungsschaltung gebildet.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen digitalen Verstärkers wird die Referenzschaltstufe durch mindestens eine seriell verschaltete Inverterstufe gebildet.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen digitalen Verstärkers ist ein Subtrahierer vorgesehen, der das von der Referenzschaltstufe abgegebene Referenzsignal von dem durch die Leistungsschaltstufe abgegebene verstärkten Signal zur Erzeugung eines Differenzsignals subtrahiert.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen digitalen Verstärkers wird das Referenzsignal durch ein erstes analoges Tiefpassfilter zur Bandbegrenzung gefiltert.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen digitalen Verstärkers wird das von der Leistungsschaltstufe erzeugte verstärkte Signal, welches an den Analog-Digital-Wandler rückgekoppelt wird, durch ein zweites analoges Tiefpassfilter zur Bandbegrenzung gefiltert.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen digitalen Verstärkers wird das digitale Rückkoppelsignal, welches durch den Analog-Digital-Wandler erzeugt wird, mittels eines digitalen Subtrahierers von dem digitalen Eingangssignal subtrahiert.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen digitalen Verstärkers weist dieser ein analoges Ausgangstiefpassfilter auf, welches das von der Leistungsschaltstufe abgegebene verstärkte Signal zur Erzeugung eines analogen Ausgangssignals filtert.
  • Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen digitalen Verstärkers unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren zur Erläuterung erfindungswesentlicher Merkmale beschrieben.
  • Es zeigen:
  • 1: einen Klasse-D-Verstärker nach dem Stand der Technik;
  • 2: eine spezielle Ausführungsform eines Klasse-D-Verstärkers nach dem Stand der Technik;
  • 3: ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise eines Klasse-D-Verstärkers nach dem Stand der Technik;
  • 4: Schaltkennlinien eines Klasse-D-Verstärkers nach dem Stand der Technik;
  • 5: einen Klasse-D-Verstärker nach dem Stand der Technik zur Verstärkung eines digitalen Signals mit einer digitalen Rückkopplung zur Fehlerkorrektur;
  • 6: einen digitalen Verstärker nach dem Stand der Technik ohne Versorgungsspannungsschwankungskompensation;
  • 7: eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen digitalen Verstärkers;
  • 8: eine bevorzugte Ausführungsform der in dem erfindungsgemäßen digitalen Verstärker vorgesehenen Referenzschaltstufe; und
  • 9: ein Ausführungsbeispiel für eine in dem erfindungsgemäßen digitalen Verstärker vorgesehene Glättungsschaltung.
  • Wie man aus 7 erkennen kann, weist der erfindungsgemäße digitale Verstärker 1 einen Signaleingang 2 und einen Signalausgang 3 auf. Der digitale Verstärker 1 empfängt an seinem Signaleingang 2 ein digitales Eingangssignal, welches beispielsweise durch ein 16 Bit breites PCM-Signal gebildet wird. An dem Signalausgang 3 des digitalen Verstärkers 1 wird ein analoges Ausgangssignal an eine beliebige Last 4 abgegeben. Das digitale Eingangssignal wird zunächst einem digitalen Subtrahierer 5 zugeführt, der von dem N-Bit breiten digitalen Eingangssignal ein K bit breites Rückkoppelsignal subtrahiert. Das K bit breite Rückkoppelsignal wird durch einen Analog-Digital-Wandler 6 erzeugt, der das digitale Rückkoppelsignal über Leitungen 7 an den digitalen Subtrahierer 5 abgibt. Die Bitbreite K des digitalen Rückkoppelsignals beträgt beispielsweise 12 Bit. Das durch den Subtrahierer 5 gebildete digitale Referenzsignal wird über Leitungen 8 an einen digitalen Modulator 9 angelegt, der das digitale Referenzsignal in ein amplitudendiskretes Signal umwandelt, das beispielsweise binär oder ternär codiert ist. Das amplitudendiskrete Signal, welches durch den digitalen Modulator 9 generiert wird, wird über eine Leitung 10 an einen Signaleingang 11 einer Leistungsschaltstufe 12 angelegt. Die Leistungsschaltstufe 12 wird mit einer Versorgungsspannung VDD mit Spannung versorgt und verstärkt das angelegte digitale 1-Bit-Signal zu einem verstärkten Ausgangssignal, das an einem Signalausgang 13 der Leistungsschaltstufe 12 über eine Signalleitung 14 an ein Ausgangstiefpassfilter 15 des digitalen Verstärkers 1 abgegeben wird. Das Ausgangstiefpassfilter 15 wandelt das verstärkte Signal in ein analoges Ausgangssignal um, welches an dem Signalausgang 3 des digitalen Verstärkers 1 an die nachgeschaltete Last 4 abgegeben wird. Bei dem durch die Leistungsschaltstufe 12 verstärkten Signal handelt es sich beispielsweise um ein pulsweiten-moduliertes oder ein pulsdichte-moduliertes binär oder ternär codiertes Signal, welches von dem digitalen Modulator 9 abgegeben wird. Das von dem digitalen Modulator 9 erzeugte amplitudendiskrete Signal wird an einem Verzweigungsknoten 16 über eine Signalleitung 17 an einen Signaleingang 18 einer Referenzschaltstufe 19 angelegt. Die Referenzschaltstufe 19 wird durch eine geglättete störungsfreie Versorgungsspannung versorgt, welche durch eine Glättungsschaltung 20 aus der Versorgungsspannung VDD des digitalen Verstärkers 1 generiert wird. Bei der Referenzschaltstufe 19 handelt es sich vorzugsweise um mindestens eine seriell verschaltete Inverterstufe, welche beispielsweise aus zwei komplementär aufgebauten Transistoren besteht. Die Referenzschaltstufe 19, welche mit einer geglätteten Versorgungsspannung versorgt wird, erzeugt aus dem angelegten amplitudendiskreten Signal ein von Versorgungsspannungsschwankungen befreites Referenzsignal, welches an einem Signalausgang 20 der Referenzschaltstufe 19 abgegeben wird. Das derart generierte Referenzsignal wird über eine Rückkoppelleitung 21 an ein analoges Tiefpassfilter 22, welches zur Bandbegrenzung vorgesehen ist, abgegeben. Das von der Leistungsschaltstufe 12 an dem Signalausgang 13 abgegebene verstärkte Signal wird an einem Verzweigungsknoten 23 abgegriffen und über eine weitere Rückkoppelleitung 24 an ein weiteres Tiefpassfilter 25 abgegeben, welches das rückgekoppelte verstärkte Signal bandbegrenzt. Ausgangsseitig sind die beiden Tiefpassfilter 22, 25 an einen Subtrahierer 26 angeschlossen, der von dem durch die Leistungsschaltstufe 12 verstärkten Nutzsignal das von der Referenzschaltstufe 19 erzeugte Referenzsignal zur Erzeugung eines Differenzsignals subtrahiert. Das gebildete Differenzsignal wird über eine Leitung 27 an den Analog-Digital-Wandler 6 angelegt, der das analoge Differenzsignal in das digitale Rückkoppelsignal wandelt.
  • Bei dem erfindungsgemäßen digitalen Verstärker 1, wie er in 7 dargestellt ist, wird ein Fehlersignal, d. h. die Abweichung zwischen dem verstärkten realen Ausgangssignal und einem idealen Referenzausgangssignal rückgekoppelt, sodass die Auflösung des Analog-Digital-Wandlers 6 wesentlich geringer sein kann, als die von dem digitalen Verstärker 1 geforderte Signalauflösung. Der Analog-Digital-Wandler 6 muss nicht das gesamte Nutzsignal quantisieren, sondern lediglich die Abweichung des Nutzsignals von dem durch die Referenzschaltstufe 19 erzeugten Referenzsignals. Der Analog-Digital-Wandler 6, der eine relativ geringe Auflösung von beispielsweise K = 12 Bit aufweist, benötigt eine sehr geringe Fläche bei der Integration auf einem Chip. Für jedes Bit an Auflösungsersparnis wird die benötigte Chipfläche wenigstens halbiert.
  • 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Referenzschaltstufe 19. Bei dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Referenzschaltstufe 19 durch eine Inverterstufe gebildet, die aus zwei komplementär aufgebauten Feldeffekttransistoren besteht.
  • 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Glättungsschaltung 20 zur Glättung der Versorgungsspannung für die Referenzschaltstufe 19. Bei der in 9 dargestellten Glättungsschaltung 20 handelt es sich um eine Längsregelungsschaltung mit einem Operationsverstärker dessen Signalausgang einen NMOS-Feldeffekttransistor ansteuert. An dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers liegt die Versorgungsspannung VDD des digitalen Verstärkers 1 an und an dem nicht-invertierenden Signaleingang liegt eine durch eine Referenzspannungsquelle erzeugte Referenzspannung UREF an. Die von dem NMOS-Transistor abgegebene geglättete Versorgungsspannung VDD' wird der Referenzschaltstufe 19 zugeführt.
  • Der digitale Verstärker 1 gemäß der Erfindung ermöglicht mit einem sehr geringen schaltungstechnischen Aufwand, nämlich durch eine einfach aufgebaute Referenzschaltstufe 19 mit zugehöriger Glättungsschaltung 20 die Kompensation aller in der Leistungsschaltstufe 12 auftretenden Signalverzerrungen, insbesondere auch die durch Versorgungsspannungsschwankungen hervorgerufenen Fehler. Der in der Rückkoppelschleife vorgesehene Analog-Digital-Wandler 6 weist im Vergleich zu dem Analog-Digital-Wandler, wie er in dem herkömmlichen Verstärker gemäß 5 dargestellt ist, eine wesentlich geringere Auflösung auf, sodass der schaltungstechnische Aufwand für den Analog-Digital-Wandler 6 ebenfalls sehr gering ist.
  • 1
    digitaler Verstärker
    2
    Signaleingang
    3
    Signalausgang
    4
    Last
    5
    digitaler Subtrahierer
    6
    Analog-Digital-Wandler
    7
    Leitung
    8
    Leitung
    9
    digitaler Sigma-Delta-Modulator
    10
    Leitung
    11
    Signaleingang
    12
    Leistungsschaltstufe
    13
    Signalausgang
    14
    Leitung
    15
    Tiefpassfilter
    16
    Verzweigungsknoten
    17
    Leitung
    18
    Signaleingang
    19
    Referenzschaltstufe
    20
    Glättungsschaltung
    21
    Rückkoppelleitung
    22
    Tiefpassfilter
    23
    Verzweigungsknoten
    24
    Rückkoppelleitung
    25
    Tiefpassfilter
    26
    Subtrahierer
    27
    Leitung

Claims (14)

  1. Digitaler Verstärker zum Verstärken eines digitalen Eingangssignals mit: (a) einem digitalen Modulator (9) zur Umwandlung des digitalen Eingangssignals in ein amplitudendiskretes Signal; (b) einer mit einer Versorgungsspannung (VDD) versorgten Leistungsschaltstufe (12) zum Verstärken des amplitudendiskreten Signals; (c) einer mit einer geglätteten Versorgungsspannung (VDD') versorgten Referenzschaltstufe (19) zum Erzeugen eines Referenzsignals in Abhängigkeit von dem amplitudendiskreten Signal; und mit (d) einem Analog-Digital-Wandler (6), der eine Abweichung zwischen dem durch die Leistungsstufe (12) verstärkten Signal und dem durch die Referenzschaltstufe (19) erzeugten Referenzsignal in ein digitales Rückkoppelsignal wandelt, das von dem digitalen Eingangssignal des digitalen Verstärkers (1) subtrahiert wird.
  2. Digitaler Verstärker nach Anspruch 1, wobei die Versorgungsspannung für die Referenzschaltstufe (19) durch eine in dem digitalen Verstärker vorgesehene Glättungsschaltung (20) geglättet wird.
  3. Digitaler Verstärker nach Anspruch 2, wobei die Glättungsschaltung (20) ein analoges Filter ist.
  4. Digitaler Verstärker nach Anspruch 2, wobei die Glättungsschaltung (20) eine Regelungsschaltung ist.
  5. Digitaler Verstärker nach Anspruch 1, wobei die Referenzschaltstufe (19) durch mindestens eine seriell verschaltete Inverterstufe gebildet ist.
  6. Digitaler Verstärker nach Anspruch 1, wobei ein Subtrahierer (26) vorgesehen ist, der das von der Referenzschaltstufe (19) erzeugte Referenzsignal von dem durch die Leistungsschaltstufe (12) abgegebenen verstärkten Signal zur Erzeugung eines Differenzsignals subtrahiert.
  7. Digitaler Verstärker nach Anspruch 1, wobei das Referenzsignal durch ein erstes analoges Tiefpassfilter (22) zur Bandbegrenzung gefiltert wird.
  8. Digitaler Verstärker nach Anspruch 1, wobei das von der Leistungsschaltstufe (12) abgegebene Signal, welches an den Analog-Digital-Wandler (6) rückgekoppelt wird, durch ein zweites analoges Tiefpassfilter (25) zur Bandbegrenzung gefiltert wird.
  9. Digitaler Verstärker nach Anspruch 1, wobei das digitale Rückkoppelsignal, welches von dem Analog-Digital-Wandler (6) erzeugt wird, mittels eines digitalen Subtrahierers (5) von dem digitalen Eingangssignal subtrahiert wird.
  10. Digitaler Verstärker nach Anspruch 1, wobei das digitale Eingangssignal ein N Bit breites PCM-Signal ist.
  11. Digitaler Verstärker nach Anspruch 1, wobei der digitale Verstärker (1) ein Ausgangstiefpassfilter (15) zur Umwandlung des durch die Leistungsschaltungsstufe (12) abgegebenen verstärkten Signals in ein analoges Ausgangssignal für eine Last (4) aufweist.
  12. Digitaler Verstärker nach Anspruch 1, wobei der Modulator (9) ein Sigma-Delta-Modulator ist.
  13. Verfahren zum Verstärken eines digitalen Eingangssignals mit den folgenden Schritten: (a) Umwandeln eines digitalen Eingangssignals in ein amplitudendiskretes und zeitlich analoges Signal; (b) Verstärken des amplitudendiskreten Signals; (c) Erzeugen eines Referenzsignals in Abhängigkeit von dem amplitudendiskreten Signal; und (d) Erzeugen eines Differenzsignals zwischen dem verstärkten Signal und dem Referenzsignal; (e) Wandeln des Referenzsignals in ein digitales Rückkoppelsignal; (f) Subtrahieren des digitalen Rückkoppelsignals von dem digitalen Eingangssignal.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das amplitudendiskrete Signal binär oder ternär ist.
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