DE102006017520A1

DE102006017520A1 - Verfahren zum Erzeugen eines Modulatoreingangssignals und Vormodulator

Info

Publication number: DE102006017520A1
Application number: DE102006017520A
Authority: DE
Inventors: Helmut Lenz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-04-13
Filing date: 2006-04-13
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2026-04-14
Also published as: DE102006017520B4; US20070262892A1; US7498963B2

Abstract

Offenbart wird ein Verfahren zum Erzeugen mindestens eines Modulatoreingangssignals (IN1, IN2) aus mindestens einem Reglersignal (HIRES) und mindestens einem dem Reglersignal (HIRES) hinzugefügten Dithersignal (DITHER1, DITHER2), wobei das Reglersignal als digitales Reglersignal (HIRES) einer Länge von m Bits vorliegt; wobei weiterhin das Modulatoreingangssignal als digitales Modulatoreingangssignal (IN1, IN2) einer Länge von n Bits ausgegeben wird, mit m > n; und wobei Dithersignal (DITHER1, DITHER2) auf der Grundlage der periodischen Ausgabe von Elementen einer diskreten Ditherfolge (DF) der Grundform DF = 0, 1, 2, ..., 2<SUP>(m-n)</SUP>-1 erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Modulatoreingangssignals, einen Vormodulator und ein Modulatorsystem
Ein Vormodulator ist beispielsweise aus DE 198 57 524 A1 bekannt: ein Leistungsverstärker, der unter Beibehaltung seines exakten Endstufen-Schalttaktes einfacher aufgebaut ist und eine geringere Baugröße aufweist, umfasst wenigstens eine Schaltendstufe, deren Leistungsbrückenschaltung eine vorgebbare Zahl von Schaltelementen aufweist und die an einer potentialfreien Zwischenkreisspannung anliegt, sowie wenigstens einen Pulsweitenmodulator, der aus Eingangssignalen pulsweitenmodulierte Steuersignale für alle Schaltelemente der Leistungsbrückenschaltung generiert, um wenigstens eine Endstufenspannung gemäß einem Endstufen-Schalttakt zu erzeugen, wobei der Pulsweitenmodulator als digitaler Pulsweitenmodulator ausgebildet ist, dem digitale Eingangssignale zuführbar sind und dessen pulsweitenmodulierte Steuersignale den Steuersignalen eines analogen Pulsweitenmodulators nachgebildet sind, so dass die erzeugten Endstufenspannungen einen zumindest nahezu analogen Verlauf aufweisen, und wobei dem digitalen Pulsweitenmodulator ein Vormodulator vorgeschaltet ist, dem zunächst eine vorgebbare Zahl von Eingangssignalen für den digitalen Pulsweitenmodulator zuführbar ist, wobei die Ausgangssignale des Vormodulators anschließend dem digitalen Pulsweitenmodulator als Eingangssignale zuführbar sind.
Ein Vormodulator ist weiterhin aus DE 198 57 525 A1 bekannt: ein Leistungsverstärker, der unter Beibehaltung seines exak ten Endstufen-Schalttaktes einfacher aufgebaut ist und eine geringere Baugröße aufweist, umfasst wenigstens eine Schaltendstufe, deren Leistungsbrückenschaltung eine vorgebbare Zahl von Schaltelementen aufweist und die an einer potentialfreien Zwischenkreisspannung anliegt, sowie wenigstens einen Pulsweitenmodulator, der aus Eingangssignalen pulsweitenmodulierte Steuersignale für alle Schaltelemente der Leistungsbrückenschaltung generiert, um wenigstens eine Endstufenspannung gemäß einem Endstufen-Schalttakt zu erzeugen, wobei der Pulsweitenmodulator als digitaler Pulsweitenmodulator ausgebildet ist, dem digitale Eingangssignale zuführbar sind und dessen pulsweitenmodulierte Steuersignale den Steuersignalen eines analogen Pulsweitenmodulators nachgebildet sind, so dass die erzeugten Endstufenspannungen einen zumindest nahezu analogen Verlauf aufweisen.
Verstärker sind weiterhin beispielsweise aus DE 103 53 965 A1 bekannt.
Während die bekannten Vormodulatoren verbesserte Modulatoreingangssignale zur Ansteuerung eines Modulators bereitstellen, insbesondere zur erhöhten Auflösung des Modulators, besteht ein grundsätzlicher Bedarf nach einer weiter Erhöhung der Auflösung, insbesondere für bildgebende Geräte in der Medizintechnik.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1, einen Vormodulator nach Anspruch 17 und ein Modulatorsystem nach den Ansprüchen 20 bis 22 gelöst.
Durch die Erfindung werden Modulatoreingangssignale bereitgestellt, die ein Betreiben eines Modulators mit gesteigerter Auflösung ermöglichen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind beispielsweise den Unteransprüchen entnehmbar.
Danach umfasst das Verfahren ein Erzeugen mindestens eines Modulatoreingangssignals aus mindestens einem Reglersignal und mindestens einem dem Reglersignal hinzugefügten Dithersignal. Dabei liegt das Reglersignal nun digital mit einer Länge von m Bits vor. Auch das Modulatoreingangssignal wird digital ausgegeben, und zwar mit einer Länge von n Bits, wobei m > n. Das Dithersignal wird nun auf der Grundlage der periodischen Ausgabe von Elementen einer diskreten Ditherfolge (DF) der Grundform DF = 0, 1, 2, ..., 2^(m-1) – 1 erzeugt. Dabei bedeutet nach der Grundform, dass Elemente dieser Grundform oder daraus abgeleitete Elemente verwendet werden. Dieses Verfahren erbringt den Vorteil, dass nun mittels der diskreten Ditherfolge ein exaktes Zeitverhalten für eine optimale Wirkung des Dithersignals angegeben werden kann. Dadurch können die Modulatoreingangssignale für eine optimale Auflösung eines Modulators eingestellt werden.
Es ist zur Vermeidung von Ausgangsspannungen an einem Modulator aufgrund der Dithersignale vorteilhaft, wenn zwei gleichgetaktete Modulatoreingangssignale ausgegeben werden.
Es wird bevorzugt, falls das Dithersignal einem ersten Reglersignal zum Erzeugen eines ersten Modulatoreingangssignals und einem dazu invertierten zweiten Reglersignal zum Erzeugen eines zweiten Modulatoreingangssignals hinzuaddiert wird.
Die Vorteile der Erfindung bleiben bei Hinzufügen einer ganzen Zahl zur Ditherfolge nach der Grundform erhalten.
Ebenso bleiben die Vorteile der Erfindung beim Multiplizieren der Ditherfolge nach der Grundform mit einer ganzen Zahl, außer 2^(m-n)/(m – n) o. ä., erhalten.
Zudem kann die Ditherfolge (DF) nach der Grundform ohne Nachteile mit anderen Ditherfolgen nach der Grundform kombiniert wird.
Damit das durch das Dithern verursachte Ausgangssignal der Endstufe bzw. des Modulators möglichst hochfrequent ist, wird vorteilhafterweise die Reihenfolge der Elemente der Ditherfolge entsprechend verändert.
Bei mehreren Kanälen kann das gleiche Dithersignal für alle Kanäle verwendet werden.
Es ist zur einfachen und genauen Umsetzung günstig, wenn die Elemente der Ditherfolge aus einer Nachschlagetabelle bzw. Umkodierungstabelle ausgelesen werden, insbesondere abhängig von einem sich schrittweise ändernden Zählerstand. Dabei wird vorteilhafterweise ein Ändern des Zählerstands (z. B. ein zyklisches Inkrement) von einem externen Auslösesignal ausgelöst, durch ein Vergleichssignal eines nachgeschalteten Modulators zum Erkennen einer Dreieckspitze eines bei einer Pulsbreitenmodulation verwendeten Dreieckssignals, wobei die Modulatoreingangssignale in diesen Modulator eingegeben werden.
Dabei wird günstigerweise, insbesondere bei einer Reihenschaltung von Modulatoren/Endstufen der Zählerstand nach Eingehen jedes externen Auslösesignals geändert. Dann ist es besonderes günstig, wenn die Elemente der Ditherfolge mit einem Phasenversatz ausgegeben werden.
Alternativ kann der Zählerstand nach Eingehen einer vorbestimmten Zahl von externen Auslösesignalen geändert werden, die insbesondere einer Zahl der in Reihe geschalteten Endstufen/Modulatoren eines Kanals entspricht.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Figuren schematisch genauer beschrieben.
1 zeigt ein Schaltdiagramm einer bekannten Schaltverstärkerendstufe.
2 zeigt eine Auftragung eines Dreieckssignals in einem Modulator und den Schaltzustand zugehöriger Schaltelemente in Abhängigkeit von Modulatoreingangssignalen in einer ersten Beziehung.
3 zeigt eine Auftragung eines Dreieckssignals in einem Modulator und den Schaltzustand zugehöriger Schaltelemente in Abhängigkeit von Modulatoreingangssignalen in einer zweiten Beziehung.
4 zeigt eine Prinzipschaltung einer Erzeugung von Modulatoreingangssignalen mittels Reglersignalen.
5 zeigt eine Prinzipschaltung einer Erzeugung von Modulatoreingangssignalen mittels Reglersignalen und Offsetsignalen.
6 zeigt eine Auftragung von Kennlinien eines Modulators.
7 zeigt eine Prinzipschaltung einer Erzeugung von Modulatoreingangssignalen mittels Reglersignalen, Offsetsignalen und Dithersignalen.
8 zeigt eine Auftragung einer Kennlinie eines Modulators mit einem Dithersignal nach der Erfindung sowie eine entsprechende Abweichung der Linearität der Auftragung von einer Idealkurve.
9 zeigt eine Umkodiertabelle.
10a zeigt den zeitlichen Verlauf der Modulatoreingangssignale in Abhängigkeit des Werts des Reglersignal für eine Ditherfolge nach der Erfindung.
10b zeigt eine Fortsetzung von 10a.
11 zeigt eine Prinzipskizze eines Zusammenspiels von Modulator und Vormodulator.
1 zeigt eine aus DE 198 57 525 A1 bekannte Schaltverstärkerendstufe E. In DE 198 57 525 A1 ist beschrieben, wie ein Signal, dessen Quelle z. B. der Ausgang eines Reglers ist, der eventuell nach DE 105365 A1 mit einem Messwert der Endstufenspannung bewertet sein kann, im Modulator in eine Pulsbreitenmodulation zur Ansteuerung einer oder mehrerer Schaltverstärkerendstufen E umgewandelt wird. Die Schaltverstärkerendstufe E besteht dabei aus 4 Schaltelementen SE1 ... SE4, hier dargestellt als NPN-Transistoren, 4 Freilaufdioden V1 ... V4, einem Energiespeicher, dargestellt als Kondensator C, und einer vorzugsweise potentialfreien Spannungsversorgung Upst. Hier wird angenommen, dass die Schaltverstärkerendstufe eine positive Spannung abgibt, wenn ihr Ausgang QA positiv gegenüber QB ist.
Vernachlässigt man Durchlassspannungen an den Schaltelementen und Dioden, so gibt die Endstufe aktiv eine positive Spannung ab, wenn SEI und SE4 gleichzeitig eingeschaltet sind, SE2 und SE3 sind dabei ausgeschaltet. Die Endstufe gibt eine negative Spannung ab wenn SE2 und SE3 gleichzeitig eingeschaltet sind, SE1 und SE4 sind dabei ausgeschaltet. Die Endstufe gibt keine Spannung ab wenn sie sich in einem Freilaufbetrieb befindet, SE1, SE3 "ein" und SE2, SE4 "aus", oder SE2, SE4 "ein" und SE1, SE3 "aus". Fließt ein Strom durch eine angeschlossene induktive Last, so kann die Stromrichtung bestimmen welche Polarität die von der Endstufe abgegebene Spannung hat. Sind z.B. alle Schaltelemente ausgeschaltet, so kann die Endstufe eine positive Spannung abgeben, wenn ein Strom von der angeschlossenen (induktiven) Last in QA hinein und von QB zurück in die Last fließt. In diesem Fall würde der Strom in der Endstufe von QA über V1 in die positive Seite des Energiespeichers C fließen, diesen dabei mit Energie aus der Last aufladen, und von der negativen Seite von C über V4 nach QB fließen.
In 2 und 3 ist dargestellt, wie der Modulator aus 2 Modulatoreingangssignalen IN1 und IN2 die Pulsbreitenmodulation erzeugt. Im Modulator wird z.B. durch Zähler ein Drei eckssignal erzeugt, das zwischen einem minimalen und einem maximalen Wert auf und ab läuft. Je ein Komparator vergleicht das Dreiecksignal mit IN1 und IN2. Ist der Eingang (IN1 oder IN2) größer als das Dreiecksignal, so wird jeweils der Ausgang eines Speicherbausteines (z.B. eines JK-Flip-Flops) beim nächsten Takt auf "hoch" bzw. "high" gesetzt. Ist der Eingang kleiner als das Dreiecksignal, so wird der Ausgang des Speicherbausteines beim nächsten Takt auf "niedrig" bzw. "low" gesetzt. IN1 wirkt somit auf einen ersten Speicherbaustein, dessen Ausgang bestimmt ob SE1 (in diesem Beispiel bei "hoch") oder SE2 (bei "niedrig") eingeschaltet wird. In gleicher Weise wirkt IN2 auf einen zweiten Speicherbaustein, dessen Ausgang bestimmt ob SE3 (bei high) oder SE4 (bei low) eingeschaltet wird. Der Modulator hat noch weitere Funktionen, z.B. ein grundsätzliches Sperren der Endstufe, eine Erzeugung von Sicherheitszeiten bei der Ansteuerung der Schaltelemente, aber für das Prinzip der Pulsbreitenmodulation brauchen diese weiteren Funktionen hier nicht berücksichtigt werden.
Sind die beiden Modulatoreingänge gleich groß, wie in 2 dargestellt, so sind die Zustände der Speicherbausteine stets gleich und somit stets SE1 und SE3 oder SE2 und SE4 gleichzeitig eingeschaltet. Das bedeutet, dass die Endstufe ständig im Freilaufbetrieb ist und keine Spannung abgibt. In 3 ist IN1 größer als in 2, IN2 dagegen kleiner als in 2. Das größere IN1 bewirkt, dass nun SE1 anteilig länger eingeschaltet ist als SE2. Das kleinere IN2 bewirkt, dass nun SE4 anteilig länger eingeschaltet ist als S3. Wie aus 3 zu sehen ist, gibt es nun an beiden Flanken des Dreiecksignals einen Bereich, in dem gleichzeitig SE1 und SE4 eingeschaltet sind, was bedeutet, dass hier die Endstufe eine positive Spannung abgibt. Pro Periode des Dreiecks werden somit 2 positive Spannungspulse in Höhe der Endstufenspannung erzeugt (V(QA – QB)). Die Schaltperiode eines Schaltelementes ist gleich der Periode des Dreiecksignals. Als wirksame Ausgangsspannung wird oft das zeitliche Integral über den Span nungspuls geteilt durch die halbe Dreieckperiodendauer bezeichnet.
Auflösung des Modulators
Die Auflösung des Modulators wird bestimmt von der Anzahl der Zustände des Zählers, von dem das Dreiecksignal gebildet wird.
Angenommen, der Zähler des Modulators habe n = 12 Bit und laufe zwischen null und dem Maximalwert 2¹² – 1 hin und her, so ergeben sich daraus 2ⁿ = 2¹² = 4096 Zählerstände (z. B. 0 bis 4095 oder –2048 bis +2047). Die beiden Eingänge des Modulators IN1 und IN2 werden aus einem Signal abgeleitet, nämlich dem sog. (bewerteten) Reglersignal, IN1 und IN2 sind somit nicht unabhängig, vielmehr gilt zunächst: IN1 = –IN2, oder IN1 + 2ⁿ/2 = –IN2 + 2ⁿ/2. Unter dieser Voraussetzung ergeben sich 2ⁿ = 4096 mögliche Pulsdauern der Endstufe, die Auflösung beträgt somit (+Upst – (–Upst))/2ⁿ = 2Upst/2ⁿ.
Die Pulsdauer, mit der die Endstufe eine Ausgangsspannung erzeugt, wird bestimmt von der Differenz der Eingänge IN1 – IN2
Als Beispiel sei das Eingangssignal IN1 = 1, dann ist die Länge der Endstufenansteuerung gleich der Länge von 2 Zählschritten des Dreiecksignals. Die beiden Dreieckseiten des Dreiecksignals bestehen aus je 2ⁿ Schritten. Angenommen, die Schaltfrequenz eines Schaltelementes betrage 25 kHz, so beträgt die Taktfrequenz des Zählers zur Erzeugung des Dreieck- signals bei n = 12 Bit Auflösung: 2·2¹²·25 kHz = 204,8 MHz. Eine Periodendauer des Taktes beträgt somit rund 4,88 ns und die zeitliche Auflösung der Endstufenansteuerung beträgt folglich 9,76 ns.
Erzeugung des Modulatoreingangs aus einem hochauflösenden Signal
Die Modulatoreingänge IN1 und IN2 werden aus einem Signal HIRES, das z. B. eine Reglerausgabe mit hoher Auslösung sein kann, abgeleitet. Üblicherweise wird das Signal HIRES vorzeichenbehaftet sein und in der Darstellung des Zweierkomplimentes vorliegen. Im Zweierkompliment ist das höchste Bit (MSB = most significant bit) das Vorzeichenbit. MSB = 1 steht für eine negative Zahl. Im Zweierkompliment ist ferner der Zahlenbereich > 0 (positiver Bereich) und < 0 (negativer Bereich) nicht identisch, der negative Bereich ist um eine Zahl größer. Beispiel: Zahl im Zweierkompliment mit 3 Bit:
Folglich ließe sich eine Abbildung Zahl_1 = –Zahl_2 nur dann durchführen, wenn die negativste Zahl (hier "–4") ausgenommen wird, da es keine entsprechende positive Zahl mit dieser Bitauflösung gibt (+4 entspräche 0100, hätte also 4 Bit). Eine Abbildung wie Zahl_1 = –Zahl_2 kann erreicht werden, indem jedes Bit von IN1 invertiert wird und zum Ergebnis "+1" addiert wird. Dies veranschaulicht folgendes Beispiel: 2 (dezimal) entspricht 010 (Zweierkompliment), dann invertiert jedes Bit, es folgt: 101 (Zweierkompliment), entsprechend –3 (dezimal). Addition von +1 (001) ergibt 101 + 001 = 110, also –2 (dezimal).
Das Signal mit hoher Auflösung, HIRES, wird typischerweise auf m Bit begrenzt, also HIRES(m) bzw. HIRES [(m – 1) .. 0]. Aus dem Signal HIRES(m) wird dann das Eingangssignal IN(n) gewonnen, wobei n < m ist. Das entspricht einer Division von HIRES durch 2^(m-n).
Beispiel: m = 16, n = 12. 2^(m-n) = 2^(16-12) = 2⁴ = 16. HIRES (m) wird also durch 16 geteilt. Die Division durch Potenzen von 2 erfolgt einfacherweise durch Bitverschiebung, d.h. die Bit HIRES [(m – 1) .. (m – n)] werden abgebildet zu IN [(n – 1) .. 0].
Als Beispiel wird HIRES[15 .. 4] zu IN[11 .. 0] abgebildet. Das ist gleichbedeutend mit einem Streichen der unteren (m – n) Bit von HIRES, beispielsweise für m = 16 folgt HIRES [15 .. 0] = 0 010 011 101 000 111.
Mathematisch entspricht das Streichen der unteren Bits einer Division von 2^(m ^-n ⁾ und einem Abrunden auf die nächste ganze Zahl, die kleiner oder gleich der ursprünglichen Zahl ist (Integer-Funktion). Als Beispiel mit (m – n) = 4, also geteilt durch 16, folgt:
In 4 ist dargestellt, dass aus dem hoch aufgelösten Signal HIRES zuerst durch Invertieren der einzelnen Bits das Signal N HIRES gewonnen wird, aus dem man durch Addition von "+1" -HIRES erhält. Alternativ könnte auch eine Recheneinheit "Subtraktion" mit "0" -"HIRES" verwendet werden. Erst jetzt werden HIRES und -HIRES auf m Bit begrenzt (LIMIT m Bit), also auf einen Zahlenbereich von –(2^m-1) bis +2^m-1-1. (Bei einer Addition nach der Begrenzung könnte es sonst zu einem Bitüberlauf kommen). "Limit" hat die Funktion, dass jeder Wert von HIRES, der größer als +2^m-1 – 1 ist, den Maximalwert von +2^m-1 – 1 bewirkt und jeder Wert von HIRES kleiner –2^m-1 auf den Minimalwert von –2^m-1 begrenzt wird.
Als Beispiel mit m = 16 begrenzt "Limit" somit auf –2¹⁵ bis +2¹⁵ – 1, also auf –32768 bis +32767. Das ist der mit 16 Bit darstellbare Zahlenbereich.
Die auf m Bit begrenzten Werte von HIRES(m) und –HIRES(m) werden nun durch Bitverschieben auf die Werte IN1s(n) und IN2s(n) geteilt.
IN1s(n) und IN2s(n) sind nun Eingangssignale für einen Modulator, dessen Dreiecksignal zwischen einem negativen und einem positiven Wert liegt (s bezeichnet vorzeichensensitiv bzw. "signed"). Soll im Modulator eine Zählerschaltung verwendet werden, die zwischen null und einem Maximalwert 2^n-1 auf und ab läuft, so müsste zu IN1s(n) und IN2s(n) noch jeweils der Wert 2^n-1 addiert werden, wofür jedoch keine aufwendige Logik nötig ist, da nur jeweils das MSB von INs(n) und – INs(n) invertiert werden muss.
Als Beispiel diene:
IN1[n – 1] = N IN1s [n – 1]; IN1 [(n – 2) .. 0] = IN1s [(n – 2) .. 0]
IN2 [n – 1] = N IN2s [n – 1]; IN2 [(n – 2) .. 0] = IN2s [(n – 2) .. 0]
Das MSB ist damit kein Vorzeichenbit mehr.
Ebenso könnte aus einem nur positiven Zählerdreieck ein vorzeichenbehaftetes Dreiecksignal durch Invertieren des Zähler-MSBs gewonnen werden.
Erhöhung der Auflösung des Modulators
Offsetverschiebung
Wie aus DE 198 57 524 A1 bekannt ist, kann man die Auflösung des Modulators durch einen (Gesamt-)Offset von vorzugsweise 0,5 LSB (least significant bit) erhöhen. Diese 0,5 LSB beziehen sich auf die Auflösung n Bit. Für HIRES bedeutet das: 0,5 @n = 0,5·2^m-n @m, wobei @n und @m andeuten, auf welche Zahlenangabe (IN oder HIRES) sich der Wert bezieht.
Beispiel: m = 16, n = 12: 0,5 LSB@n = 0,5·2⁴ @m = 8@m
Besonders vorteilhaft wirkt ein Gleichtaktoffset mit 0,25 LSB @n (genauer k·+/–0,25LSB @n, mit k = 1, 3, 5, 7 ...), der zu HIRES und –HIRES addiert wird.
In 5 ist dargestellt, dass zunächst wieder die Signale HIRES und –HIRES gebildet werden, aber nun vor der Begrenzung auf m Bit noch jeweils ein Offset addiert wird. Aus den Signalen HIRES1 und HIRES2 werden nun IN1 und IN2 wie in 4 durch Bitverschieben gewonnen.
In 6 ist oben die Kennlinie des Modulators ohne Offset (nach 4), unten mit Gleichtaktoffset –0,25LSB @n (OFFSET1 = OFFSET2 = –0,25LSB @n) dargestellt. Wie zu sehen ist, ist die Auflösung praktisch verdoppelt.
Dithering
Die Änderung in 7 gegenüber 5 besteht darin, dass nun zu HIRES und –HIRES zusätzlich zum Offset auch ein Dither signal addiert wird. Die gezeichnete Prinzipschaltung sei Inhalt des in 7 unten dargestellten Symbols.
Die allgemeine Verwendung eines Dithersignals ist aus DE 198 57 524 A1 bekannt, insbesondere sollte DITHER1 = DITHER 2 sein, d.h. das Dithersignal wird als Gleichtakt zugeführt. Würde das Dithersignal als Gegentaktsignal zugeführt, so würde das Dithering selbst zu einer Ausgangsspannung der Endstufe führen. Ein Dithersignal wirkt sich nur dann aus, wenn es zu dem Zeitpunkt anliegt, zu dem eine Ansteuerung für die Endstufe erzeugt wird. In der Darstellung nach 3 wäre das (kleine) Dithersignal wirkungslos, wenn es z.B. nur während der Dreieckspitzen vorhanden wäre.
Im Gegensatz zum bisher beschriebenen Stand der Technik, der ein analoges Dithersignal verwendet, ist bei einem digitalen Vormodulator nach einer Ausführungsform der Erfindung das Dithersignal eine Folge von Zahlen. Dabei sollte jede Zahl aus der (diskreten) Zahlenfolge des Dithersignals mindestens einer möglichen Veränderung der Ansteuerung der Endstufe zugeordnet werden. Eine Ansteuerung der Endstufe findet beim Modulator nach DE 198 57 525 A1 während einer Flanke des Dreiecksignals statt (siehe 3). Der günstigste Zeitpunkt für die Fortschaltung des Dithersignals ist somit die Dreieckspitze. Da beim beschriebenen Modulator an beiden Dreieckflanken eine Ansteuerung erfolgt, kann die schnellste wirkungsvolle Fortschaltung des Dithersignals dadurch erfolgen, dass die obere wie auch die untere Dreieckspitze die Fortschaltung auslösen. Im Gegensatz zu DE 198 57 524 A1 kann somit beim digitalen Vormodulator ein exaktes Zeitverhalten für optimale Wirkung des Dithersignals angegeben werden.
Beispielsweise sei wieder ein Signal HIRES gegeben, das auf m = 16 Bit begrenzt wird. IN1, IN2 seien wieder in der Auflösung n = 12 Bit vorhanden. Das Dithersignal sei ein um Null wechselndes Dreieck mit Werten von –11 bis +10 bis –11. Pro Periode kommen die Werte –11 und +10 nur einmal vor, alle Werte dazwischen kommen doppelt vor (je einmal beim An stieg, je einmal beim Abstieg). Die Periode dieses Signals ist 42.
Die Werte der Spalte HIRES sind vorgegeben. Die Werte von –HIRES entsprechen –1·HIRES. ΣIN1s ist für jede Zeile die Summe der IN1s über eine Periode des Dithersignals, ΣNs1 = (1·(INTEGER((HIRES + (–11))/16))) + (2·(INTEGER((HIRES + (–10))/16))) + (2·(INTEGER((HIRES + (–9))116))) + (2·(INTEGER((HIRES + (–8))/16))) + ... ... + (2·(INTEGER((HIRES + (7))/16))) + (2·(INTEGER((HIRES + (8))/16))) + (2·(INTEGER((HIRES + (9))/16))) + (1·(INTEGER((HIRES + (10))/16))).
Durch Division durch die Periodendauer P erhält man den Mittelwert der IN1s. Analog gilt diese Überlegung für ΣIN2s und den Mittelwert der IN2s. ΣIN1s/P – ΣIN2s/P ist die Differenz dieser Mittelwerte, entsprechend einer mittleren Ansteuerung an die Endstufe (V(QA – QB) gemittelt über eine Periode des Dithersignals. Die Werte der Spalte "Ideal" werden errechnet aus dem Wert von HIRES und der idealen Steigung. Angenommen HIRES ändert sich um den Wert 16@m, so würde sich Idealerweise ein Wert IN um 16/16 @n = 1 @n ändern. Da sich sowohl IN1 wie auch IN2 ändern und die Änderung gegenläufig ist, ändert sich die Differenz IN1 – IN2 um den Wert 2@n. Die ideale Steigung beträgt somit 2/2^m ^-n. Ideal = HIRES·2/2^m-n. Die Spalte Abweichung zeigt die Differenz aus Ideal und ΣIN2s/P-ΣIN2s/P.
In 8 ist oben die Linearität des Modulators mit diesem Dithersignal dargestellt. Verglichen mit den Darstellungen in 6 der bekannten Dithersignale ist die Linearität wesentlich besser. Zusätzlich eingetragen ist wiederum die Idealkurve.
Da die Linearität des Modulators bereits sehr dicht an der Idealkurve liegt, ist unten zusätzlich die Abweichung der Linearität von der Idealkurve aufgezeichnet. Ferner ist eine Abweichung angegeben, wenn zusätzlich zum Dithersignal einen Gleichtaktoffset von 0,25 LSB wirken würde.
Das ideale Dithersignal
Als Beispiel für das Beispiel ideale Dithersignal wird nun wieder m = 16, n = 12 und 2^m-n = 2⁴ = 16 angenommen.
Alle 16 Schritte Qm wird sich der Fall einstellen, dass HIRES ohne Divisionsrest in IN umgewandelt werden kann. Zwischen diesen Werten gibt es 15 Werte, die sich nicht ohne Rest in IN umwandeln lassen. Das erlaubt den Schluss, dass das ideale Dithersignal eine Folge von 2^m-n = 16 Zahlen sein wird, z.B. DF = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 ... 15 (DF = Ditherfolge).
Angenommen HIRES sei Null. Zu HIRES wird jeweils jeder Wert der DF addiert, das Ergebnis ist 0, 1, 2, ... 15. Teilt man jeden Wert durch 2^m-n = 16 und bildet den Integerwert davon, so ist das Ergebnis jedes Mal Null. Die Summe aller Werte ergibt Null. Null geteilt durch die Periode (die Anzahl der Elemente der DF = 16), also 0/16, ergibt als Mittelwert über eine Periode ebenfalls null.
Angenommen HIRES sei 1. Zu HIRES wird jeweils jeder Wert der DF addiert, das Ergebnis ist 1, 2, 3, ..., 16. Teilt man jeden Wert durch 2''(m – n) = 16 und bildet den Integerwert davon, so ist das Ergebnis 15 Mal null, aber INT(16/16) ergibt 1. Die Summe aller Werte = 0 + 0 + 0 ... 0 + 1 ergibt 1. Die Summe aller Werte geteilt durch die Periode, ergibt als Mittelwert 1/16.
Angenommen HIRES sei 2. Zu HIRES wird jeweils jeder Wert der DF addiert, das Ergebnis ist 2, 3, ..., 15, 16, 17. Teilt man jeden Wert durch 2^m-n = 16 und bildet den Integerwert davon, so ist das Ergebnis 14 Mal Null, aber INT(16/16) = 1 und INT(17/16) = 1. Die Summe aller Werte = 0 + 0 + 0 ... 0 + 1 + 1 ergibt 2. Die Summe aller Werte geteilt durch die Periode, ergibt als Mittelwert 2/16 u.s.w.
Aus dieser Überlegung folgt:
Soll die Auflösung von IN(n) auf die Auflösung m erhöht werden, so kann man das durch Dithern mit der Zahlenfolge DF = 0, 1, 2, ..., (2^m-n – 1) erreichen. Da das Modulationsprinzip nach 2 und 3 eine Differenzdarstellung der Eingänge IN1 und IN2 bewirkt, und das Dithersignal als Gleichtakt eingespeist wird, kann ein Offset der Ditherfolge entfallen. Das bedeutet: Verschiebt man jedes Element der Ditherfolge um eine ganze Zahl, so erhält man eine Ditherfolge, die ebenfalls ideal ist. So sind z.B. –8. –7, –6, ..., 0, ..., 6, 7 oder 3, 4, 5, ..., 18 ebenfalls ideale Ditherfolgen für m – n = 4.
Kombiniert man ideale Ditherfolgen, so ist das Ergebnis wieder hinsichtlich der Linearität ideal. Beispiel: m – n = 4, die Folge –8, –7, –6 ... +6, +7 werde kombiniert mit der Folge +8, +7, +6 ... –6, –7. Das Ergebnis ist wäre ein Dreieck, dessen Spitzen (+8 und –8) pro Periode einmal auftauchen. Ein solches Signal würde man in der Analogtechnik verwenden können. Eine entsprechende Darstellung für ausgewählte Werte von HIRES ist in 10a gezeigt.
Ferner kann man eine ideale Ditherfolge jeweils mit einer ganzen Zahl multiplizieren, sofern diese ganze Zahl kein Vielfaches von 2^m-n/(m – n) ist, hier also mit +/–1, +/–2, +/–3, nicht +/–4, +1 – 5 ... nicht +/–8, ... .
Zeitlicher Verlauf des idealen Dithersignals
Aus m = 16, n = 12, folgt, dass die Ditherfolge 0, 1, 2, 3, ..., 14, 15 lautet. Beim Wert HIRES = 8 hätte man als Ergebnis der Integerbildung (Methode siehe oben): 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1. Damit würde der Mittelwert zwar exakt den 8/16 entsprechen, aber das resultierende Signal bedeutet: Immer wenn eine 1 steht, wird in der Gradientenspule Strom aufgebaut, immer wenn eine Null steht, wird Strom abgebaut. Da immer 8·1 und 8·0 aufeinander folgen, würde eine niederfrequente Schwingung (Periode hier = 16·2·(Dreiecksperiode des Modulators)) mit störender Amplitude entstehen. Gerade im Hinblick auf eine MR-Bildgebung wäre es wünschenswert, wenn die Frequenz der Schwingung möglichst hoch läge und/oder das zeitliche Integral über die Amplitude der Schwingung für jeden beliebigen Zeitabschnitt möglichst klein wäre.
Erreicht wird dies als Ergebnis der Integerbildung: 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1.
Die Anzahl der "0" und "1" ist gleich geblieben, aber die Frequenz ist nun möglichst hoch (Periode hier = 2·2 (Dreiecksperiode des Modulators)) und die resultierende Stromamplitude wäre sehr gering, da immer nur kurz Strom aufgebaut und dann wieder abgebaut wird. Erreicht wird das durch Umkodieren, d.h. Änderung der Reihenfolge der Elemente der idealen Ditherfolge.
In 9 ist eine Umkodiertabelle angegeben. Die Tabelle erstreckt sich über 1,5 Perioden, damit zu sehen ist, wie die Tabelle "periodisch" gesehen weitergeht.
Wir nehmen wieder unser Beispiel, m = 16, n = 12, m – n = 4, 2^m-n = 16. Als ideale Ditherfolge sei eine zu null symmetrische Folge gewählt, z. B. –8, –7, –6, ..., +6, +7. Diese Ditherfolge wird, bedingt durch die Integerbildung, einen Offset von –0,5 LSB im Mittelwert von IN2S und IN2S verursachen und daher den Zahlenbereich des Modulators symmetrisieren (da der negative Zahlenbereich um 1 größer ist als der positive). Angenommen HIRES sei null, so wären (ohne zusätzliche Maßnahmen) IN1s und IN2s ebenfalls null. Wird HIRES größer, so wird auch IN1s größer, IN2s dagegen kleiner. Daher beginnt die Tabelle beim Ditherelement Null und wird abwechselnd nach unten und nach oben erweitern. Ist ein erster Eintrag gemacht, so folgt der zweite Eintrag um eine halbe Periode versetzt. Jeder weitere erste Eintrag soll vorhandene Lücken halbieren. Es sollte vermieden werden, dass in benachbarten Zeilen Einträge nahe beisammen liegen.
Beginnend in der Zeile Dither = 0 wird willkürlich der erste Eintrag (a) bei Zählerstand ("count") = 0 gewählt. Der Eintrag für (b) beträgt bei count = 0 plus eine halbe Periode, also 8 und in Zeile Dither = –1. Der Eintrag für (c) sei in Zeile Dither = +1, dann gilt es, den Raum 0-8 oder 8-16 zu halbieren. Dafür wird c gesetzt (count = 4). Der Eintrag für (d) erfolgt in Zeile Dither = –2 um eine halbe Periode zu c versetzt, also 4 + 8 = 12. Nun gibt es 4 gleiche Lücken, a-c, c-b, b-d und d-a (a der nächsten Periode). Der nächste erste Eintrag sollte vorteilhafterweise mittig in einer dieser Lücken sein.
Die Reihenfolge des Alphabets (a bis p) gibt an, wie diese Tabelle aufgefüllt worden ist.
Sollte die Null (oder eine Zahl k·2(m – n)) nicht in der Mitte der Tabelle liegen, so verfährt man wie beschrieben, aber wenn die Tabelle nach z.B. unten verlassen wird, läuft man dann weiter von oben in die Tabelle hinein.
Liest man nun die Tabelle von links nach rechts aus, so erhält man eine umkodierte Ditherfolge. In diesem Beispiel ist sie: 0, 4, –3, –7, 1, 5, 3, 7, –1, –5, 2, 6, –2, –6, –4, –8.
10a und 10b zeigt den zeitlichen Verlauf von IN2s-IN2s, was sinngemäß einer wirksamen Ausgangsspannung der Endstufe entspricht. Links ist der Verlauf dargestellt für die Ditherfolge –8, –7, –6, ..., 5, 6, 7. Rechts ist der Verlauf dargestellt für die mittels der Umkodiertabelle ermittelte Ditherfolge. Der Parameter ist HIRES. Oben ist HIRES = –1, und wird nach unten um je "1" größer (inkrementiert).
Wie zu sehen ist, ist die Periode links stets 16, das rechte Signal dagegen ist zu höchstens 8 periodisch. Der schlimmste dargestellte Fall ist HIRES = 4 (nicht 8, wie eingangs dargestellt, da das Zusammenspiel von IN1s und IN2s ausschlaggebend ist). Links ist das Signal wieder zu 16 periodisch, hat nun aber maximalen Integralwert und damit maximale "Schädlichkeit" für die MR-Bildgebung, rechts dagegen ist die Periodendauer nur 2, wie eingangs erwünscht.
Ein zusätzlicher Gleichtaktoffset sollte günstigerweise nicht mehr zu einer mittels Umkodierung gefundenen Ditherfolge addiert werden, da das den zeitlichen Signalverlauf wieder ändert. Ein Offset kann gleich bei Erstellung der Tabelle berücksichtigt sein. Auf die Linearität jedoch wirkt sich bei der idealen Ditherfolge ein Gleichtaktoffset vorteilhafterweise ohnehin nicht mehr aus.
Der ideale Vormodulator
Der ideale Vormodulator erzeugt eine ideale Reihenfolge der Elemente einer idealen Ditherfolge entsprechend einer Umkodiertabelle. Die Fortschaltung der Elemente der Folge wird vom Dreiecksgenerator des Modulators ausgelöst. Auslösezeitpunkt ist der Zeitpunkt, wenn das Dreiecksignal des Modulators einen Spitzenwert des Dreiecks erreicht. Damit kann man pro Dreiecksperiode 2 Fortschaltungen erreichen. Das Dithersignal wird entsprechend 7 zum Signal HIRES addiert. Ein zusätzlicher Offset sollte nicht eingespeist werden.
Im Falle des Gradientenverstärkers wird der Modulator nur einen Dreiecksgenerator haben, der für die 3 Kanäle X, Y, Z gemeinsam verwendet wird. Entsprechend wird das Dithersignal gemeinsam für alle 3 Kanäle erzeugt und zu den getrennten HIRES (X), HIRES (Y), HIRES (Z) addiert. Demnach erhält man IN1 (X), IN2 (X), IN1 (Y), IN2 (Y), IN1 (Z), IN2 (Z).
Ist der Modulator für eine Reihenschaltung von Endstufen ausgelegt, so wird er für jede Stufe der Reihenschaltung einen Dreiecksgenerator aufweisen. Bei z. B. drei in Reihe geschalteten Endstufen sind drei Dreiecksgeneratoren vorhanden, die im Phasenversatz von 120 Grad (1/3 Periode) zueinander laufen. Dann kann man aus jedem Dreieck Fortschaltsignale ableiten, diese zusammenführen und entsprechend die Fortschaltung mit 3-facher Geschwindigkeit laufen lassen. Dabei jedoch wird sich das Dithersignal DF auch während der Dreiecksflanken ändern. Alternativ kann man jeder Stufe der Reihenschaltung einen (für X, Y, Z jedoch jeweils gemeinsamen) Dithergenerator zuordnen. Die Dithergeneratoren können zur Erzielung einer höheren gesamten Ditherfrequenz ebenfalls phasenversetzt laufen. Das würde bedeuten, dass dieser Modulator nun für jede Stufe der Reihenschaltung ein Eingangssignal IN1 und IN2 erhält.
Beispiel m = 16, n = 12, 3 mit Endstufen in Reihe. Die Ditherfolge hat 16 Elemente. 16/3 (Endstufen) = 5 1/3.
Für die erste Endstufe laufe ein Zähler periodisch von 0 bis 15. Erreicht der Zähler den Wert 5, so erzeugt er ein "Enable" für den Reset des zweiten Zählers. Der Reset erfolgt wenn das Fortschaltsignal des zweiten Zählers eintrifft. Das Fortschaltsignal trifft verzögert ein, da ja das zweite Dreieck des Modulators um 120 Grad phasenversetzt zum ersten ist. Erreicht der zweite Zähler den Wert 5, so bereitet er den Reset des dritten Zählers vor. Wieder erfolgt der Reset erst dann, wenn das phasenversetzte Fortschaltsignal eintrifft. Somit erreichen wir die "5" durch die Zähler und das fehlende "1/3" durch den ohnehin vorhandenen Phasenversatz im Modulator.
Jeder Zähler liest aus der Umkodiertabelle entsprechend seines Zählerstandes die optimale Ditherfolge aus. Entsprechend des Beispiels in 9:
Count = 0 --> 0
Count = 1 --> 4
Count = 2 --> –3
Count = 3 --> –7
Bei gerader Anzahl k von in Reihe geschalteten Endstufen ist ein guter Phasenversatz gegeben durch 2^(m-n)/k, falls keine Umkodiertabelle verwendet wird, und durch 2(m-n)/(2·k) bei Verwendung der Umkodiertabelle. Bei ungerader Anzahl k von in Reihe geschalteten Endstufen ist der ideale Phasenversatz gegeben durch 2^(m-n)/k (mit und ohne Umkodiertabelle) oder auch durch 2^(m-n)/(2·k), wenn eine Umkodiertabelle verwendet wird.
Das dargestellte Prinzip gilt unter der Annahme, dass zwei gleich aufgebaute Modulatorseiten gegeben sind, d. h.: wird INI größer, so wird die Pulsbreite für das Schaltelement SE1 gröber, wird IN2 größer, so wird die Pulsbreite für das Schaltelement SE3 größer. Im Falle eines unterschiedlichen Aufbaus der Modulatorhälften (dass IN2 größer wird bewirkt eine Zunahme der Pulsbreite von Schaltelement SE4) entfällt die Multiplikation von HIRES mit "–1", dafür jedoch müssen nun Dithersignal und ggf. Offset als Gegentakt (= multipliziert mit "–1") eingespeist werden.
In 11 ist das Zusammenspiel von Modulator 5 und Vormodulator 1 dargestellt. Im Modulator 5 werden aus den Dreieckspitzen Pulse erzeugt, die zusammengeführt (hier "verodert") die Fortschaltung des Zählers COUNT in einer Zählereinheit 2 bewirken. Mit dem Zählerstand von COUNT wird aus der in einem Speicher 3 hinterlegten Umkodierungstabelle TABLE (die Kombination Zähler und Tabelle könnte auch als "state machine" bezeichnet werden) der jeweilige Wert der Ditherfolge ausgelesen und auf die Rechenwerke bzw. die Verarbeitungseinheit 4 des Vormodulators gegeben. Dort wird er gemäß 7 zu HIRES des jeweiligen Kanals (X, Y, Z) addiert. Die Offseteingänge werden nicht mehr verwendet, ein Offset ist in der Tabelle berücksichtigt.
Der Vormodulator 1 erzeugt die Eingangssignale IN(s)1 und IN(s)2 des jeweiligen Kanals für den Modulator 5. Die Ausgangssignale SE1, ..., SE4 des Modulators 5 steuern typischerweise eine jeweilige Endstufe an. Die Ausgangssignale des Modulators 5 entstehen beispielsweise durch Weiterverarbeitung der Signale SE1 on/SE2 on und SE3 on/SE4 on aus 3 im Modulator.
Zusammenfassung
In einem digitalen Vormodulator 1 kann aus einem ersten hochauflösenden Signal HIRES ein zweites hochauflösendes Signal –HIRES erzeugt werden, das –1·dem ersten entspricht. Im digitalen Vormodulator 1 werden periodisch Zahlen einer Ditherfolge DF und optional ein Offset zu beiden hochauflösenden Signalen HIRES, -HIRES addiert. Die Addition der Ditherfolge DF hat so zu erfolgen, dass dadurch am Endstufenausgang ein Gleichtakt hervorgerufen würde. Die Fortschaltung der Zahlen der Ditherfolge wird synchron zum Vergleichssignal (Dreieck) des Modulators 5 ausgelöst. Es gibt eine ideale Ditherfolge DF. Soll die Auflösung des Modulators 5 um x (x = m – n) Bit er höht werden, so besteht die kleinste ideale Ditherfolge DF aus 2^x Elementen. Eine ideale Grundfolge kann angegeben werden aus natürlichen Zahlen von 0, 1, 2 ... bis 2^x – 1. Aus dieser Grundfolge können weitere ideale Ditherfolgen durch Addition einer beliebigen ganzen Zahl zu jedem Element der Folge erzeugt werden. Ideale Ditherfolgen dürfen mit weiteren idealen Ditherfolgen kombiniert werden zu neuen Folgen, die weiterhin ideale Linearität gewähren. Ditherfolgen dürfen eingeschränkt mit ganzen Zahlen multipliziert werden, sofern bestimmte ganze Zahlen ausgenommen bleiben, z.B. Vielfache von 2^x/4.
Die Reihenfolge der Ditherelemente in einer Periode darf uneingeschränkt verändert werden. Insbesondere sinnvoll ist die Anordnung der Elemente in solcher Weise, damit das durch das Dithern verursachte Ausgangssignal der Endstufe stets möglichst hochfrequent ist.
Die Erzeugung der Dithersignale kann gemeinsam für die Kanäle X, Y, Z erfolgen.
Bei einer Reihenschaltung von Endstufen kann die Fortschaltung des Dithergenerators entsprechend der Anzahl der Vergleichssignale (=Anzahl der in Reihe geschalteten Endstufen eines Kanals) erhöht werden. Alternativ kann aus dem Vergleichssignal jeder Stufe der Reihenschaltung ein Dithergenerator fortgeschaltet werden. In diesem Falle sollten die Dithergeneratoren in einem Phasenversatz entsprechend der Anzahl k der Endstufen in Reihe betrieben werden.

Claims

Verfahren zum Erzeugen mindestens eines Modulatoreingangssignals (IN1, IN2) aus mindestens einem Reglersignal (HIRES) und mindestens einem dem Reglersignal (HIRES) hinzugefügten Dithersignal (DITHER1, DITHER2), wobei das Reglersignal als digitales Reglersignal (HIRES) einer Länge von m Bits vorliegt; wobei das Modulatoreingangssignal als digitales Modulatoreingangssignal (IN1, IN2) einer Länge von n Bits ausgegeben wird, mit m > n; dadurch gekennzeichnet, dass das Dithersignal (DITHER1, DITHER2) auf der Grundlage der periodischen Ausgabe von Elementen einer diskreten Ditherfolge (DF) der Grundform DF = 0, 1, 2, ..., 2^(m-n) – 1 erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei gleichgetaktete Modulatoreingangssignale (IN1, IN2) ausgegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei gleichgetakteten Modulatoreingangssignale (IN1, IN2) an eine Modulatorendstufe in H-Brückenschaltung ausgegeben werden, und dass durch das Dithersignal (DITHER1, DITHER2) an einem Ausgang der Modulatorendstufe eine Gleichtaktausgangsspannung erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dithersignal einem ersten Reglersignal zum Erzeugen eines ersten Modulatoreingangssignals (IN1) und einem dazu invertierten zweiten Reglersignal zum Erzeugen eines zweiten Modulatoreingangssignals (IN2) hinzuaddiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ditherfolge (DF) nach der Grundform eine ganze Zahl hinzuaddiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ditherfolge (DF) nach der Grundform mit einer ganzen Zahl außer 2^(m-n)/(m – n) multipliziert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ditherfolge (DF) nach der Grundform mit mindestens einer weiteren Ditherfolge (DF) nach der Grundform kombiniert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reihenfolge der Elemente der Ditherfolge (DF) verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenfolge der Elemente auf eine möglichst hochfrequente Gestaltung des mindestens einen Modulatoreingangssignals (IN1, IN2) hin angeordnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen mehrerer Kanäle (X, Y, Z) das gleiche Dithersignal zur Erzeugen von Modulatoreingangssignalen (IN1s_X, IN2s_X, IN1s_Y, IN2s_Y, IN1s_Z, IN2s_Z) für den jeweiligen Kanal (X, Y, Z) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente der Ditherfolge (DF) aus einer Nachschlagetabelle (TABLE) ausgelesen werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente der Ditherfolge (DF) aus der Nachschlagetabelle (TABLE) abhängig von einem schrittweise ändernden Zählerstand auslesen werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ändern des Zählerstands von einem externen Auslösesignal ausgelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das externe Auslösesignal einem Vergleichssignal eines nachgeschalteten Modulators zum Erkennen einer Dreieckspitze eines bei einer Pulsbreitenmodulation verwendeten Dreieckssignals des Modulators entspricht, wobei die Modulatoreinganssignale in diesen Modulator eingegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Zählerstand nach Eingehen jedes externen Auslösesignals geändert wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente der Ditherfolge (DF) mit einem Phasenversatz ausgegeben werden, insbesondere der Form 2^(m-n)/k oder 2^(m-n)/(2·k), mit k einer ganzen positiven Zahl.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass k die Anzahl von in Reihe geschalteten Modulatorendstufen darstellt, an welche die Modulatoreingangssignale (IN1, IN2) ausgegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Zählerstand nach Eingehen einer vorbestimmten Zahl von externen Auslösesignalen geändert wird.
Digitaler Vormodulator (1), dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens umfasst: – eine Zählereinheit (2) mit einem Auslösesignaleingang zum Eingeben eines Auslösesignals; – einen der Zählereinheit (2) nachgeschalteten Speicher (3) mit darin enthaltener Umkodierungstabelle; – eine Verarbeitungseinheit (4) mit mindestens – einem Reglersignaleingang zum Eingeben eines Reglersignals (HIRES, HIRES1, HIRES2), – zwei Dithersignaleingängen zum Eingeben eines jeweiligen Dithersignals (DITHER1; DITHER2) – mindestens zwei Vormodulatorausgängen (IN1s, IN2s) zum Ausgeben eines jeweiligen Modulatoreingangssignals (IN1, IN2); – wobei bei Eingabe des Auslösesignals die Zählereinheit (2) einen Zählerstand ausgibt, mit dem ein Wert einer Ditherfolge (DF) aus der Umkodierungstabelle ausgelesen und als jeweiliges Dithersignal (DITHER1, DITHER2) dem Reglersignal (HIRES) hinzuaddiert wird, und – wobei aus der Kombination aus Reglersignal (HIRES, HIRES1, HIRES2) und jeweiligem Dithersignal (DITHER1, DITHER2) entsprechende Modulatoreingangssignale (IN1, IN2) erzeugt werden.
Digitaler Vormodulator (1) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen mehrerer Kanäle (X, Y, Z) für jeden der Kanäle (X, Y, Z) eine eigene Verarbeitungseinheit (4) vorgesehen ist, welche mit einem gemeinsamen Speicher (2) zur Ausgabe eines gemeinsamen Dithersignals (DITHER1, DITHER2) zusammengeschaltet sind.
Digitaler Vormodulator (1) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass er mehrere zusammenarbeitende Vormodulatoreinheiten aus Zählereinheit (2), Speicher (3) und Verarbeitungseinheit (4) umfasst, welche jeweilige Modulatoreingangssignale (IN1, IN2) erzeugen.
Modulatorsystem mit dem digitalen Vormodulator (1) nach Anspruch 19 oder 20 und einem diesem nachgeschalteten Modulator (5), dadurch gekennzeichnet, dass – die Vormodulatorausgänge (IN1s, IN2s) mit Modulatoreingängen zusammengeschaltet sind, und – ein Ausgang eines Dreiecksgenerators des Modulators (5) mit dem Auslösesignaleingang des Vormodulators (1) zusammengeschaltet ist.
Modulatorsystem mit dem digitalen Vormodulator (1) nach Anspruch 19 oder 20 und einem diesem nachgeschalteten Modulator (5) mit mehreren, phasenversetzten Dreiecksgeneratoren, dadurch gekennzeichnet, dass – die Vormodulatorausgänge (IN1s, IN2s) mit Modulatoreingängen zusammengeschaltet sind, und – Ausgänge mehrerer Dreiecksgeneratoren des Modulators (5) mit dem Auslösesignaleingang des Vormodulators (1) gemeinsam zusammengeschaltet sind.
Modulatorsystem mit dem digitalen Vormodulator (1) nach Anspruch 21 und einem diesem nachgeschalteten Modulator (5) mit mehreren Dreiecksgeneratoren, dadurch gekennzeichnet, dass – die jeweilig zusammengehörigen Vormodulatorausgänge (IN1s, IN2s) mit entsprechenden Modulatoreingängen zusammengeschaltet sind, und – Ausgänge der Dreiecksgeneratoren des Modulators (5) mit einem jeweiligen Auslösesignaleingang einer zugeordneten Vormodulatoreinheit des Vormodulators (1) zusammengeschaltet sind.
Modulatorsystem nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreiecksgeneratoren des Modulators (5) phasenversetzt arbeiten.
Modulatorsystem nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein erstes Schaltelement (SE1) und ein viertes Schaltelement (SE4) des Modulators (5) gleichartig bezüglich einer gleichartigen Änderung des zugehörigen Modulatoreingangssignals (IN1, IN2) verhalten, wobei das Dithersignal zwei als Gegentaktsignale ausgeführte Dithersignale (DITHER1, DITHER2) umfasst.