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Die
Erfindung betrifft eine Modulationsanordnung, eine Steueranordnung
zum Einsatz in einem tragbaren Gerät und ein Verfahren zum Bereitstellen eines
modulierten Steuersignals.
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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.
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Das
Dokument
US 2007/0176810
A1 beschreibt eine Pulsweitenmodulation für einen
digitalen Verstärker.
Zur Erzielung eines hohen Signalrauschabstandes (signal to noise
ratio, SNR) und eines symmetrischen, pulsweitenmodulierten Signals,
wird ein zugeführtes
Datensignal in zwei Stufen moduliert.
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Das
in Dokument
DE 203
80 325 U1 gezeigte Gebrauchsmuster betrifft eine Übertragungsanordnung
zur Übertragung
von Signalen und eine Digital/Analog-Umsetzerschaltung hierfür.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung und ein Verfahren
für eine
geräuscharme
Pulsweitenmodulation anzugeben.
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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.
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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 modulierte Steuersignal ist mit einer Frequenz größer 20 kHz
und ein Bit breit bereitgestellt.
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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.
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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.
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In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst das Datensignal ein n Bit breites, binäres Digitalsignal.
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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.
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Die
Untermenge u der niederwertigen Bits des Datensignals wird mittels
des Vormodulators mit dem Vortakt in das 1 Bit breite erste Zwischensignal moduliert.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist der Hauptmodulator über
eine Kombinationseinrichtung mit dem Vormodulator gekoppelt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das
zweite Zwischensignal wird durch Linksschieben der Bits des zweiten
Teils des Datensignals und Addition des einen Bits des ersten Zwischensignals
erzeugt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Vorteilhafterweise
liegt die Frequenz des modulierten Steuersignals außerhalb
des hörbaren Bereichs
und erzeugt somit kein hörbares
Geräusch.
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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.
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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.
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In
einer weiteren Ausführungsform
weisen der Vormodulator und/oder der Hauptmodulator einen Pulsweitenmodulator
oder einen Sigma-Delta-Modulator auf.
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Hieraus
ergeben sich sechs verschiedene Kombinationsmöglichkeiten für die zweistufige
Modulation.
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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.
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Der
DC/DC-Wandler stellt die Ausgangsspannung zum Betrieb des elektrischen
Verbrauchers bereit. Das der Modulationsanordnung 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.
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Die
Steueranordnung kann beispielsweise als integrierte Schaltung auf
einem Halbleiterchip mit zwei Pins zum Anschließen des elektrischen Verbrauchers,
der beispielsweise Leuchtdioden umfasst, realisiert sein.
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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.
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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 Zwischensignal ist m Bit breit. Das modulierte Steuersignal
weist eine Frequenz größer 20 kHz
auf und ist ein Bit breit.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst das Zuführen
des Datensignals eine Multiplikation des Datensignals mit einem
Vielfachen des Faktors Zwei.
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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:
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1 eine
beispielhafte Ausführungsform einer
Steueranordnung mit einer Modulationsanordnung nach dem vorgeschlagenen
Prinzip,
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2 eine
weitere beispielhafte Ausführungsform
einer Steueranordnung mit einer Modulationsanordnung nach dem vorgeschlagenen
Prinzip und
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3 eine
dritte beispielhafte Ausführungsform
einer Steueranordnung mit einer Modulationsanordnung nach dem vorgeschlagenen
Prinzip.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 An zahl
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.
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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 ersten 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 2m. 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 2u 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.
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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 vorteilhafterweise geringere Anforderungen an den Schalter
S in Bezug auf seine exakte Ein-/Ausschalteigenschaften.
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Alternativ
kann der Hauptmodulator HMod anstatt des dargestellten Pulsweitenmodulators
auch einen Sigma-Delta-Modulator
umfassen.
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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.
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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 DS 0 ist. Sind das höchstwertige Bit und dessen
benachbartes Bit des Datensignals DS 0, 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
= IS / F
·DS·F = IS·DS.
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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.
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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 beträgt,
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.
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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.
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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.
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- 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
- SDI
- dividierter Strom
- K
- Komparator
- KE
- Kombinationseinrichtung
- ME
- Multiplikationseinrichtung
- Q
- Stromquelle
- R
- Rampengenerator
- S
- Schalter
- ST
- moduliertes Steuersignal
- TEV
- Vortakteingang
- TEH
- Haupttakteingang
- V
- elektrischer Verbraucher
- VB
- Bezugspotentialanschluss
- VMod
- Vormodulator
- VT
- Vortakt
- W
- DC/DC-Wandler
- ZS1
- erstes Zwischensignal
- ZS2
- zweites Zwischensignal