DE102008017774A1

DE102008017774A1 - Modulationsanordnung und Verfahren zum Bereitstellen eines modulierten Steuersignals

Info

Publication number: DE102008017774A1
Application number: DE102008017774A
Authority: DE
Inventors: Peter Trattler; Franz Stelzl
Original assignee: Austriamicrosystems AG
Current assignee: Ams Osram AG
Priority date: 2008-04-08
Filing date: 2008-04-08
Publication date: 2009-10-22
Anticipated expiration: 2028-04-09
Also published as: US8350636B2; DE102008017774B4; US20090251230A1

Abstract

Eine Modulationsanordnung weist einen Eingang (E) zum Zuführen eines Datensignals (DS), einen Vormodulator (VMod), der mit dem Eingang (E) gekoppelt ist und einen Takteingang (TEV) zum Zuführen eines Vortaktes (VT) aufweist, einen Hauptmodulator (HMod), der eingangsseitig mit dem Vormodulator (VMod) gekoppelt ist und einen Takteingang (TEH) zum Zuführen eines Haupttaktes (HT) sowie einen Ausgang zum Bereitstellen eines modulierten Steuersignals (ST) aufweist, und eine schaltbare Stromquelle (Q, S) zum Bereitstellen eines von dem modulierten Steuersignal (ST) gesteuerten Stromes (IS) an einem Ausgang (A) der Modulationsanordnung auf. Des Weiteren ist ein Verfahren zum Bereitstellen eines modulierten Steuersignals vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Modulationsanordnung, eine Steueranordnung zum Einsatz in einem tragbaren Gerät und ein Verfahren zum Bereitstellen eines modulierten Steuersignals.
Bei der Ansteuerung von elektrischen Verbrauchern, beispielsweise Leuchtdioden, LEDs, werden häufig DC/DC-Wandler in Verbindung mit pulsweitenmodulierten Signalen eingesetzt, um beispielsweise die Helligkeit der LEDs zu steuern. Ist die Frequenz dieses pulsweitenmodulierten Signals kleiner als 20 KHz, so kann eine Kapazität, beispielsweise eine Ausgangskapazität des DC/DC-Wandlers, aufgrund eines Piezoeffekts ein hörbares Rauschen erzeugen. Dieses Rauschen wird in Geräten, die sich nahe am Ohr eines Benutzers befinden, also beispielsweise in Mobil- oder Schnurlostelefonen, als störend empfunden. Zur Vermeidung des Rauschens müsste die Frequenz des eingesetzten pulsweitenmodulierten Signals oberhalb 20 KHz liegen. Demzufolge müsste die Taktfrequenz eines Pulsweitenmodulators, der das pulsweitenmodulierte Signal erzeugt, bei Verwendung von n Bit für die Pulsweitenmodulation 2ⁿ × 20 KHz betragen. Dies führt selbst bei einer niedrig auflösenden Pulsweitenmodulation mit n = 5 Bit zu sehr hohen Frequenzen von 5,1 MHz. Bei höheren Auflösungen von n = 12 Bit ist sogar eine Taktfrequenz von 81 MHz erforderlich. Diese hohen Taktfrequenzen führen zu einem insbesondere bei mobilen Anwendungen unerwünschten hohen Stromverbrauch.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung und ein Verfahren für eine geräuscharme Pulsweitenmodulation anzugeben.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Modulationsanordnung des Patentanspruchs 1, die Steueranordnung des Patentanspruchs 14, sowie durch das Verfahren des Patentanspruchs 15. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
In einer Ausführungsform weist eine Modulationsanordnung einen Eingang zum Zuführen eines Datensignals, einen Vormodulator, einen Hauptmodulator, sowie eine schaltbare Stromquelle auf. Der Vormodulator ist mit dem Eingang der Modulationsanordnung gekoppelt und weist einen Takteingang zum Zuführen eines Vortaktes auf. Der Hauptmodulator ist eingangsseitig mit dem Vormodulator gekoppelt und weist einen Takteingang zum Zuführen eines Haupttaktes, sowie einen Ausgang zum Bereitstellen eines modulierten Steuersignals auf. Die schaltbare Stromquelle stellt einen von dem modulierten Steuersignal gesteuerten Strom an einem Ausgang der Modulationsanordnung bereit.
Das dem Eingang der Modulationsanordnung zugeführte Datensignal wird mit dem Vormodulator ein erstes Mal moduliert. Mittels des Hauptmodulators wird eine zweite Modulation durchgeführt und das modulierte Steuersignal bereitgestellt. Das modulierte Steuersignal steuert die schaltbare Stromquelle. Am Ausgang der Modulationsanordnung wird der Strom zur Ansteuerung eines mit diesem Ausgang verbindbaren elektrischen Verbrauchers bereitgestellt.
Aufgrund der Gewinnung des modulierten Steuersignals durch die vorgeschlagene, zweistufige Modulation aus dem Datensignal wird das modulierte Steuersignal mit Vorteil geräuscharm bereitgestellt. Die Frequenzen für Vortakt und Haupttakt können vorteilhafterweise so gewählt werden, dass der Stromverbrauch optimiert wird und trotzdem eine hoch auflösende Pulsweitenmodulation gewährleistet ist.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Datensignal ein n Bit breites, binäres Digitalsignal.
In einer Weiterbildung ist der Vormodulator zum Bereitstellen eines ein Bit breiten ersten Zwischensignals durch Modulation eines ersten Teils des Datensignals mit dem Eingang der Modulationsanordnung gekoppelt. Der erste Teil des Datensignals umfasst eine erste Untermenge u von niederwertigen Bits des Datensignals.
Die Untermenge u der niederwertigen Bits des Datensignals wird mittels des Vormodulators mit dem Vortakt in das 1 Bit breite erste Zwischensignal moduliert.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Hauptmodulator über eine Kombinationseinrichtung mit dem Vormodulator gekoppelt.
In einer Weiterbildung weist die Kombinationseinrichtung einen Eingang zum Zuführen des ersten Zwischensignals, einen weiteren Eingang zum Zuführen eines zweiten Teils des Datensignals und einen Ausgang zum Bereitstellen eines m Bit breiten zweiten Zwischensignals auf. Der zweite Teil des Datensignals umfasst eine zweite Untermenge v von höherwertigen Bits des Datensignals. Der Ausgang der Kombinationseinrichtung ist mit einem Eingang des Hauptmodulators gekoppelt.
Die Kombinationseinrichtung verbindet das Bit des ersten Zwischensignals mit den Bits des zweiten Teils des Datensignals und stellt in deren Anhängigkeit das m Bit breite zweite Zwischensignal am Eingang des Hauptmodulators bereit.
In einer weiteren Ausführungsform entspricht eine Summe aus der ersten Untermenge u und der zweiten Untermenge v der Anzahl n der Bits des Datensignals. Die zweite Untermenge v ist um 1 kleiner als die Anzahl m der Bits des zweiten Zwischensignals.
In einer Weiterbildung umfasst die Kombinationseinrichtung eine Einheit zum Verschieben aller Bits des zweiten Teils des Datensignals um eine Stelle nach links, sowie eine Einheit zur Addition des ersten Zwischensignals.
Das zweite Zwischensignal wird durch Linksschieben der Bits des zweiten Teils des Datensignals und Addition des einen Bits des ersten Zwischensignals erzeugt.
In einer alternativen Ausführungsform umfasst die Kombinationseinrichtung eine Einheit zur Addition des ersten Zwischensignals und des zweiten Teils des Datensignals, sowie eine Einheit zum Anhängen eines Übertrags der Addition an eine niederwertigste Stelle des zweiten Zwischensignals.
Das zweite Zwischensignal wird durch Addition des einen Bits des ersten Zwischensignals mit den v Bit des zweiten Teils des Datensignals und Anhängen des Übertrags der Addition an die m-te Stelle des zweiten Zwischensignals erzeugt.
In einer Weiterbildung ist der Eingang der Modulationsanordnung mit dem Vormodulator über eine Multiplikationseinrichtung zur Multiplikation des Datensignals mit einem einstellbaren Faktor gekoppelt. Der einstellbare Faktor kann vorzugsweise in Abhängigkeit des Datensignals gewählt werden. Der schaltbaren Stromquelle ist eine Divisionseinrichtung zur Division des Stromes durch den einstellbaren Faktor vorgeschaltet.
In einer weiteren Ausführungsform ist der einstellbare Faktor als ein Vielfaches von 2 derart gewählt, dass ein höchstwertiges Bit des Datensignals nach der Multiplikation den Wert 1 annimmt.
Durch die Multiplikation wird vorteilhafterweise erreicht, dass ein größerer Anteil der n Bits des Datensignals im höherfrequenten Bereich liegt. Zudem wird die Amplitude der niederwertigen Bit weiter reduziert. Ein Rauschen wird mit Vorteil weiter verringert.
In einer weiteren Ausführungsform ist das modulierte Steuersignal mit einer Frequenz größer 20 KHz und 1 Bit breit bereitgestellt. Entsprechend der Benutzer eines Geräts mit der Modulationsanordnung kann die Frequenz des modulierten Steuersignals so gewählt werden, dass sie oberhalb des hörbaren Bereichs dieser Benutzer liegt.
Vorteilhafterweise liegt die Frequenz des modulierten Steuersignals außerhalb des hörbaren Bereichs und erzeugt somit kein hörbares Geräusch.
In einer Weiterbildung ist der Haupttakt ein Produkt aus Vortakt und einem Exponentialausdruck aus einem Exponenten und der Basis 2. Der Exponent ist durch die Anzahl m der Bits des zweiten Zwischensignals gebildet.
Aufgrund der Durchführung der Modulation in zwei Stufen und der zugehörigen Aufteilung des Datensignals in zwei Teile wird vorteilhafterweise erreicht, dass die Frequenzen des Haupttaktes und des Vortaktes so gewählt werden können, dass die Frequenz des modulierten Steuersignals außerhalb des hörbaren Bereichs liegt und trotzdem der Stromverbrauch minimiert wird. Die Anforderung an die schaltbare Stromquelle bezüglich ihrer Linearität ist geringer.
In einer weiteren Ausführungsform weisen der Vormodulator und/oder der Hauptmodulator einen Pulsweitenmodulator oder einen Sigma-Delta-Modulator auf.
Hieraus ergeben sich sechs verschiedene Kombinationsmöglichkeiten für die zweistufige Modulation.
In einer Ausführungsform weist eine Steueranordnung zum Einsatz in einem tragbaren Gerät eine oben beschriebene Modulationsanordnung sowie einen DC/DC-Wandler auf. An den Ausgang der Modulationsanordnung ist ein erster Anschluss eines elektrischen Verbrauchers zu dessen Ansteuerung anschließbar. Der DC/DC-Wandler ist zum Bereitstellen einer Ausgangsspannung mit einem zweiten Anschluss des elektrischen Verbrauchers verbindbar. Der DC/DC-Wandler kann beispielsweise als induktiver Boost-, Buck- oder Buck/Boost-Konverter ausgeführt sein. Des Weiteren kann der DC/DC-Wandler als Ladungspumpe implementiert sein.
Der DC/DC-Wandler stellt die Ausgangsspannung zum Betrieb des elektrischen Verbrauchers bereit. Das der Modulationsanord nung zugeführte Datensignal wird mittels der zweistufigen Modulation in das modulierte Steuersignal umgewandelt, welches mit Hilfe der schaltbaren Stromquelle den Stromfluss durch den anschließbaren elektrischen Verbraucher steuert.
Die Steueranordnung kann beispielsweise als integrierte Schaltung auf einem Halbleiterchip mit zwei Pins zum Anschließen des elektrischen Verbrauchers, der beispielsweise Leuchtdioden umfasst, realisiert sein.
Vorteilhafterweise kann der elektrische Verbraucher durch das hochauflösende pulsweitenmodulierte Steuersignal angesteuert werden, ohne dass ein hörbares Geräusch entsteht. Dies trifft auch in Verbindung mit einer Ausgangskapazität des DC/DC-Wandlers zu. Aufgrund der eingesetzten mittleren Frequenzen für die zwei Modulationsstufen ist der Stromverbrauch der Steueranordnung mit Vorteil niedrig und die Anforderungen an die schaltbare Stromquelle bezüglich ihrer Linearität sind gering.
In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Bereitstellen eines modulierten Steuersignals das Zuführen eines n Bit breiten Datensignals, das Modulieren eines ersten Teils des Datensignals und Bereitstellen eines ersten Zwischensignals, das Kombinieren des ersten Zwischensignals mit einem zweiten Teil des Datensignals und Bereitstellen eines zweiten Zwischensignals, und die Modulation des zweiten Zwischensignals und Bereitstellen des modulierten Steuersignals. Das Datensignal umfasst n Bit. Der erste Teil des Datensignals umfasst eine erste Untermenge u der n Bit. Das erste Zwischensignal ist ein Bit breit. Der zweite Teil des Datensignals umfasst eine zweite Untermenge v der n Bit. Das zweite Zwi schensignal ist m Bit breit. Das modulierte Steuersignal ist ein Bit breit.
Die Modulation des Datensignals erfolgt in zwei Stufen, wobei im ersten Schritt die niederwertigen Bit des Datensignals vormoduliert werden und im zweiten Schritt eine Kombination aus den vormodulierten niederwertigen Bit und den höherwertigen Bit des Datensignals moduliert wird.
Dadurch ist mit Vorteil eine Frequenz des bereitgestellten modulierten Steuersignals so wählbar, dass diese außerhalb des hörbaren Bereichs liegt, und die erforderlichen Taktfrequenzen für die Vor- und die Hauptmodulation trotzdem im mittleren Bereich liegen.
In einer Weiterbildung umfasst das Kombinieren des ersten Zwischensignals mit dem zweiten Teil des Datensignals ein Verschieben aller Bits des zweiten Teils des Datensignals um eine Stelle nach links und ein Anhängen des Bits des ersten Zwischensignals an eine niederwertigste Stelle des zweiten Zwischensignals.
In einer alternativen Ausführungsform umfasst das Kombinieren des ersten Zwischensignals mit dem zweiten Teil des Datensignals eine Addition des zweiten Teils des Datensignals und des ersten Zwischensignals und ein Anhängen eines Übertrags der Addition an eine niederwertigste Stelle des zweiten Zwischensignals.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Zuführen des Datensignals eine Multiplikation des Datensignals mit einem Vielfachen des Faktors Zwei.
Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Figuren näher erläutert. Funktions- beziehungsweise wirkungsgleiche Elemente tragen gleiche Bezugszeichen. Insoweit sich Bauelemente in ihrer Funktion entsprechen, wird deren Beschreibung nicht in jeder der folgenden Figuren wiederholt. Es zeigen:
1 eine beispielhafte Ausführungsform einer Steueranordnung mit einer Modulationsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
2 eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Steueranordnung mit einer Modulationsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip und
3 eine dritte beispielhafte Ausführungsform einer Steueranordnung mit einer Modulationsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip.
1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Steueranordnung mit einer Modulationsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Steueranordnung umfasst einen DC/DC-Wandler W und eine Modulationsanordnung. Der DC/DC-Wandler W weist einen Wandlerausgang AW auf. Eine Ausgangskapazität C1, die einerseits mit dem Wandlerausgang AW und andererseits mit einem Bezugspotentialanschluss VB verbunden ist, ist zum besseren Verständnis außerhalb des DC/DC-Wandlers W dargestellt, ist jedoch von diesem umfasst. Die Modulationsanordnung weist einen Eingang E zum Zuführen eines Datensignals DS, einen Ausgang A zum Bereitstellen eines Stromes IS, einen Vormodulator VMod, eine Kombinationseinrichtung KE, einen Hauptmodulator HMod, sowie eine schaltbare Stromquelle Q, S auf. Das Datensignal DS ist ein n Bit breites, binäres Datensignal. Es umfasst einen ersten Teil DS1, der eine Untermenge u von niederwertigen Bits des Datensignals DS aufweist, sowie einen zweiten Teil DS2, der eine Untermenge v von höherwertigen Bits des Digitalsignals DS umfasst.
Der Vormodulator VMod umfasst einen Pulsweitenmodulator oder einen Sigma-Delta-Modulator. Der Vormodulator VMod ist mit dem Eingang E der Modulationsanordnung gekoppelt und weist einen Ausgang zum Bereitstellen eines ersten Zwischensignals ZS1 auf. Des Weiteren weist der Vormodulator VMod einen Vortakteingang TEV zum Zuführen eines Vortaktes VT auf.
Die Kombinationseinrichtung KE weist einen Eingang zum Zuführen des ersten Zwischensignals ZS1, einen weiteren Eingang zum Zuführen des zweiten Teils DS2 des Datensignals DS, sowie einen Ausgang zum Bereitstellen eines zweiten Zwischensignals ZS2 auf. Das erste Zwischensignal ZS1 ist ein Bit breit. Das zweite Zwischensignal ZS2 ist m Bit breit. Die Kombinationseinrichtung KE umfasst eine Einheit zum Verschieben der Bits des zweiten Teils DS2 des Datensignals DS um eine Stelle nach links, sowie eine Einheit zur Addition des Bits des ersten Zwischensignals ZS1 zu den verschobenen Bits des zweiten Teils DS2 des Datensignals DS.
Der Hauptmodulator HMod weist einen Eingang zum Zuführen des zweiten Zwischensignals ZS2, einen Haupttakteingang TEH zum Zuführen eines Haupttaktes HT, sowie einen Ausgang zum Bereitstellen eines modulierten Steuersignals ST auf. Der Hauptmodulator HMod umfasst einen Rampengenerator R und einen Komparator K. Ein Takteingang des Rampengenerators R bildet den Haupttakteingang TEH des Hauptmodulators HMod. Ein Ausgang des Rampengenerators R ist mit einem Eingang des Komparators K gekoppelt. Ein weiterer Eingang des Komparators K bildet den zweiten Eingang des Hauptmodulators HMod, zum Zuführen des zweiten Zwischensignals ZS2. Die schaltbare Stromquelle Q, S umfasst eine Stromquelle Q und einen Schalter S. Die Stromquelle Q ist einerseits mit dem Schalter S und andererseits mit dem Bezugspotentialanschluss VB verbunden. Ein zwischen dem Ausgang A der Modulationsanordnung und dem Wandlerausgang AW angeschlossener elektrischer Verbraucher V weist beispielsweise eine oder mehrere Leuchtdioden auf.
Die Untermenge u der niederwertigen Bits des ersten Teils DS1 des Datensignals DS wird mit dem Vormodulator VMod mittels einer Pulsweiten- oder einer Sigma-Delta-Modulation in das 1 Bit breite erste Zwischensignal ZS1 umgewandelt. Die Kombinationseinrichtung KE addiert das Bit des ersten Zwischensignals ZS1 zu den nach links verschobenen v Bits des zweiten Teils DS2 des Datensignals DS und stellt das m Bit breite zweite Zwischensignal ZS2 bereit. Dabei werden die Größen der Untermengen u und v so festgelegt, dass sie in Summe die Anzahl n der Bits des Datensignals DS ergeben, und dass die Untermenge v um 1 kleiner als die Anzahl m der Bits des zweiten Zwischensignals ZS2 ist. Das zweite Zwischensignal ZS2 wird dem Komparator K zugeführt und dort mit dem m Bit breiten, vom Rampengenerator R erzeugten Signal verglichen. Am Ausgang des Komparators K wird das 1 Bit breite modulierte Steuersignal ST bereitgestellt. Der Schalter S wird von dem modulierten Steuersignal ST angesteuert und stellt am Ausgang A der Modulationsanordnung den Strom IS bereit.
Das modulierte Steuersignal ST weist zwei Frequenzkomponenten auf. Eine Hauptkomponente wird bestimmt durch die Modulation der höherwertigen Bits des zweiten Teils DS2 des Datensignals DS im Hauptmodulator HMod. Eine zweite Komponente wird bestimmt durch die Modulation der niederwertigen Bits des ers ten Teils DS1 des Datensignals DS im Vormodulator VMod. Die Anzahl m der Bits des zweiten Zwischensignals ZS2 sowie die Frequenz des Haupttaktes HT werden so gewählt, dass die Frequenz des erzeugten modulierten Steuersignals ST außerhalb des hörbaren Bereichs, also oberhalb von 20 KHz liegt. Beispielsweise wird für den Haupttakt HT eine Frequenz von 2 MHz eingesetzt. Das Datensignal DS umfasst beispielsweise n = 12 Bit. Im Hauptmodulator HMod werden beispielsweise m = 7 Bit moduliert. Somit hat das modulierte Steuersignal ST eine Frequenz von 4 MHz : 2⁷ = 31 KHz. Der dem Vormodulator VMod zugeführte Vortakt VT entspricht dem Quotienten aus der Frequenz des Haupttaktes HT und 2^m. In diesem Beispiel beträgt die Frequenz des Vortaktes VT 31 KHz, entsprechend dem Quotienten aus 4 MHz und 2⁷. Das erste Zwischensignal ZS1 wird somit mit einer Frequenz, die dem Quotienten aus der Frequenz des Vortaktes VT und 2^u entspricht, bereitgestellt. In dem Beispiel beträgt die Frequenz des ersten Zwischensignals ZS1 488 Hz. Da die Amplitude des ersten Zwischensignals ZS1 aufgrund der Verwendung der niederwertigen Bits des Datensignals DS gering ist, in diesem Beispiel beträgt die maximale Amplitude des ersten Zwischensignals ZS1 ein 64-stel der vollen Amplitude, kann die Frequenz des ersten Zwischensignals ZS1 im hörbaren Bereich unterhalb 20 KHz liegen.
Mit Vorteil kann die Anzahl n der Bits des Datensignals DS so gewählt werden, dass eine hoch auflösende Pulsweitenmodulation möglich ist, ohne dass die Ausgangskapazität C1 und/oder eine andere Kapazität in der Schaltung ein hörbares Geräusch erzeugen. Die Stromaufnahme ist aufgrund der eingesetzten niedrigen Frequenzen für den Vortakt VT und den Haupttakt HT vorteilhafterweise niedrig. Aufgrund der eingesetzten niedrigen Frequenzen für Vortakt VT und Haupttakt HT bestehen vor teilhafterweise geringere Anforderungen an den Schalter S in Bezug auf seine exakte Ein-/Ausschalteigenschaften.
Alternativ kann der Hauptmodulator HMod anstatt des dargestellten Pulsweitenmodulators auch einen Sigma-Delta-Modulator umfassen.
2 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Steueranordnung mit Modulationsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Anordnung umfasst die Steueranordnung von 1 und zusätzlich eine Multiplikationseinheit ME, einen Kalkulator C, sowie eine Divisionseinheit DE. Ein Eingang des Kalkulators C ist mit dem Eingang E der Modulationsanordnung verbunden. Ein Ausgang des Kalkulators C ist zum Bereitstellen eines Faktors F mit einem Eingang der Multiplikationseinrichtung ME und mit einem Eingang der Divisionseinrichtung DE verbunden. Ein weiterer Eingang der Multiplikationseinrichtung ME ist zum Zuführen des Datensignals DS mit dem Eingang E der Modulationsanordnung verbunden. Ein Ausgang der Divisionseinheit DE ist mit der Stromquelle Q zu deren Ansteuerung gekoppelt.
Das Datensignal DS wird am Eingang E der Modulationsanordnung sowohl dem Kalkulator C, als auch der Multiplikationseinrichtung ME zugeführt. Der Kalkulator C ermittelt mit Hilfe der Bits des Datensignals DS den Faktor F so, dass das höchstwertige Bit des Datensignals DS nach einer Multiplikation in der Multiplikationseinheit ME mit dem Faktor F gesetzt ist. Beispielsweise wird der Faktor F auf 2 gesetzt, wenn das höchstwertige Bit des Datensignals DS0 ist. Sind das höchstwertige Bit und dessen benachbartes Bit des Datensignals DS0, wird der Faktor F auf 4 gesetzt. In der Multiplikationseinrichtung ME werden die Bits des Datensignals DS mit dem Faktor F multipliziert und es wird ein multipliziertes Datensignal DSM bereitgestellt. Das multiplizierte Datensignal DSM wird, aufgeteilt in den ersten Teil DS1 und den zweiten Teil DS2, dem Vormodulator VMod und dem Hauptmodulator HMod zugeführt. Wie unter 1 beschrieben, wird das modulierte Steuersignal ST bereitgestellt. Der von der Stromquelle Q abgegebene Strom wird mit Hilfe der Divisionseinheit DE durch den Faktor F dividiert. Somit wird am Ausgang A der Modulationsanordnung ein dividierter, von dem modulierten Steuersignal ST gesteuerter Strom ISD bereitgestellt. Dabei bleibt der durchschnittlich bereitgestellte dividierte Strom ISD so groß, wie der in 1 am Ausgang A der Modulationsanordnung bereitgestellte Strom IS. Für den Strom, der dem elektrischen Verbraucher V bereitgestellt wird, gilt: ISD·ST = ISF ·DS·F = IS·DS.
Dabei repräsentiert ISD den Wert des dividierten Stromes ISD, ST den Wert des modulierten Steuersignals ST, IS den Wert des Stromes IS, F den Wert des Faktors F, sowie DS den Wert des Datensignals DS.
Beispielsweise hat das Datensignal DS den Wert 01001010. Der Faktor F wird in dem Kalkulator C auf 2 gesetzt. Damit erhält das multiplizierte Datensignal DSM nach der Multiplikation in der Multiplikationseinheit ME den Wert 10010100. Mit dieser Multiplikation wird erreicht, dass mehr Energie bei den höherwertigen Bits des Datensignals DS liegt, da diese kein hörbares Geräusch erzeugen, wie in 1 bereits gezeigt. Die Energie der niederwertigen Bits wird durch die Multiplikation reduziert. Anschließend wird der von der Stromquelle Q bereitgestellte Strom aufgrund des Faktors F, der hier 2 be trägt, halbiert. Damit wird vorteilhafterweise die Amplitude der Spannungsänderungen am Wandlerausgang AW reduziert, was mit Vorteil zu einer Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit der gesamten Schaltung beiträgt.
3 zeigt eine dritte beispielhafte Ausführungsform einer Steueranordnung mit Modulationsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Steueranordnung entspricht der in 1 gezeigten Steueranordnung mit dem Unterschied, dass die Kombinationseinheit KE in dieser Ausführungsform eine Einheit zur Addition des ersten Zwischensignals ZS1 und des zweiten Teils DS2 des Datensignals DS, sowie eine Einheit zum zusätzlichen Anhängen eines Übertrags der Addition an die höchstwertige Stelle des zweiten Zwischensignals ZS2 umfasst. Das auf diese Weise entstandene zweite Zwischensignal ZS2, das wieder m Bit breit ist, wird in bekannter Weise dem Hauptmodulator HMod zugeführt.
Vorteilhafterweise wird auch mit dieser Anordnung erreicht, dass die Frequenz des erzeugten modulierten Steuersignals ST oberhalb des hörbaren Bereichs liegt. Damit wird mit Vorteil verhindert, dass in Verbindung mit Kapazitäten der Schaltung ein hörbares Geräusch erzeugt wird.

A: Ausgang
AW: Wandlerausgang
C: Kalkulator
C1: Ausgangskapazität
DE: Divisionseinrichtung
DS: Datensignal
DSM: multipliziertes Datensignal
DS1: erster Teil des Datensignals
DS2: zweiter Teil des Datensignals
E: Eingang
F: Faktor
HMod: Hauptmodulator
HT: Haupttakt
IS: Strom
ISD: dividierter Strom
K: Komparator
KE: Kombinationseinrichtung
ME: Multiplikationseinrichtung
Q: Stromquelle
R: Rampengenerator
S: Schalter
ST: moduliertes Steuersignal
TEV: Vortakteingang
TEH: Haupttakteingang
VB: elektrischer Verbraucher
VB: Bezugspotentialanschluss
VMod: Vormodulator
VT: Vortakt
W: DC/DC-Wandler
ZS1: erstes Zwischensignal
ZS2: zweites Zwischensignal

Claims

Modulationsanordnung aufweisend – einen Eingang (E) zum Zuführen eines Datensignals (DS), – einen Vormodulator (VMod), der mit dem Eingang (E) gekoppelt ist und einen Takteingang (TEV) zum Zuführen eines Vortaktes (VT) aufweist, – einen Hauptmodulator (HMod), der eingangsseitig mit dem Vormodulator (VMod) gekoppelt ist, und einen Takteingang (TEH) zum Zuführen eines Haupttaktes (HT), sowie einen Ausgang zum Bereitstellen eines modulierten Steuersignals (ST) aufweist, und – eine schaltbare Stromquelle (Q, S) zum Bereitstellen eines von dem modulierten Steuersignal (ST) gesteuerten Stromes (IS) an einem Ausgang (A) der Modulationsanordnung.
Modulationsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Datensignal (DS) ein n Bit breites, binäres Digitalsignal umfasst.
Modulationsanordnung nach Anspruch 2, wobei der Vormodulator (VMod) zum Bereitstellen eines ein Bit breiten ersten Zwischensignals (ZS1) durch Modulation eines ersten Teils (DS1) des Datensignals (DS), umfassend eine erste Untermenge u von niederwertigen Bits des Datensignals (DS), mit dem Eingang (E) gekoppelt ist.
Modulationsanordnung nach Anspruch 3, wobei der Hauptmodulator (HMod) über eine Kombinationseinrichtung (KE) mit dem Vormodulator (VMod) gekoppelt ist.
Modulationsanordnung nach Anspruch 4, wobei die Kombinationseinrichtung (KE) einen Eingang zum Zuführen des ersten Zwischensignals (ZS1), einen weiteren Eingang zum Zuführen eines zweiten Teils (DS2) des Datensignals (DS) umfassend eine zweite Untermenge v von höherwertigen Bits des Datensignals (DS) und einen Ausgang zum Bereitstellen eines m Bit breiten zweiten Zwischensignals (ZS2), der mit einem Eingang des Hauptmodulators (HMod) gekoppelt ist, aufweist.
Modulationsanordnung nach Anspruch 5, wobei eine Summe aus der ersten Untermenge u und der zweiten Untermenge v die Anzahl n der Bits des Datensignals (DS) ist und die zweite Untermenge v um 1 kleiner als die Anzahl m der Bits des zweiten Zwischensignals (ZS2) ist.
Modulationsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Kombinationseinrichtung (KE) eine Einheit zum Verschieben aller Bits des zweiten Teils (DS2) des Datensignals (DS) um eine Stelle nach links, sowie eine Einheit zur Addition des ersten Zwischensignals (ZS1) umfasst.
Modulationsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Kombinationseinrichtung (KE) eine Einheit zur Addition des ersten Zwischensignals (ZS1) und des zweiten Teils (DS2) des Datensignals (DS), sowie eine Einheit zum Anhängen eines Übertrags der Addition an eine niederwertigste Stelle des zweiten Zwischensignals (ZS2) umfasst.
Modulationsanordnung nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Eingang (E) mit dem Vormodulator (VMod) über eine Multiplikationseinrichtung (ME) zur Multiplikation des Datensignals (DS) mit einem einstellbaren Faktor gekoppelt ist und der schaltbaren Stromquelle (Q, S) eine Divisionseinrichtung (DE) zur Division des Stromes (IS) durch den einstellbaren Faktor vorgeschaltet ist.
Modulationsanordnung nach Anspruch 9, wobei der einstellbare Faktor als ein Vielfaches von 2 derart gewählt ist, dass ein höchstwertiges Bit des Datensignals (DS) nach der Multiplikation 1 ist.
Modulationsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das modulierte Steuersignal (ST) mit einer Frequenz größer 20 kHz und ein Bit breit bereitgestellt ist.
Modulationsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Haupttakt (HT) ein Produkt aus Vortakt (VT) und einem Exponentialausdruck aus einem Exponenten, der durch die Anzahl m der Bits des zweiten Zwischensignals (ZS2) gebildet ist, und der Basis 2 ist.
Modulationsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Vormodulator (VMod) und/oder der Hauptmodulator (HMod) einen Pulsweitenmodulator oder einen Sigma-Delta-Modulator aufweisen.
Steueranordnung zum Einsatz in einem tragbaren Gerät aufweisend – eine Modulationsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, an deren Ausgang (A) ein erster Anschluss eines elektrischen Verbrauchers (V) zu dessen Ansteuerung anschließbar ist, sowie – einen DC/DC-Wandler (W), der zum Bereitstellen einer Ausgangsspannung mit einem zweiten Anschluss des elektrischen Verbrauchers (V) verbindbar ist.
Verfahren zum Bereitstellen eines modulierten Steuersignals aufweisend folgende Schritte: – Zuführen eines n Bit breiten Datensignals (DS), – Modulieren eines ersten Teils (DS1) des Datensignals (DS) umfassend eine erste Untermenge u der n Bit und Bereitstellen eines ein Bit breiten ersten Zwischensignals (ZS1), – Kombinieren des ersten Zwischensignals (ZS1) mit einem zweiten Teil (DS2) des Datensignals (DS) umfassend eine zweite Untermenge v der n Bit und Bereitstellen eines m Bit breiten zweiten Zwischensignals (ZS2), – Modulation des zweiten Zwischensignals (ZS2) und Bereitstellen des modulierten Steuersignals (ST).
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Kombinieren des ersten Zwischensignals (ZS1) mit dem zweiten Teil (DS2) des Datensignals (DS) ein Verschieben aller Bits des zweiten Teils (DS2) des Datensignals (DS) um eine Stelle nach links und ein Anhängen des Bits des ersten Zwischensignals (ZS1) an eine niederwertigste Stelle des zweiten Zwischensignals (ZS2) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Kombinieren des ersten Zwischensignals (ZS1) mit dem zweiten Teil (DS2) des Datensignals (DS) eine Addition des zweiten Teils (DS2) des Datensignals (DS) und des ersten Zwischensignals (ZS1) und ein Anhängen eines Übertrags der Addition an eine niederwertigste Stelle des zweiten Zwischensignals (ZS2) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei das Zuführen des Datensignals (DS) eine Multiplikation des Datensignals (DS) mit einem Vielfachen des Faktors 2 umfasst.