DE102008052838B4

DE102008052838B4 - Abtastfehlerverringerung bei PWM-MASH-Wandlern

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Publication number: DE102008052838B4
Application number: DE102008052838A
Authority: DE
Inventors: Luis Hernandez; Daniel Mark; Dietmar Straeussnigg; Andreas Wiesbauer
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2007-10-24
Filing date: 2008-10-23
Publication date: 2013-02-21
Anticipated expiration: 2028-10-24
Also published as: US20090207058A1; US20090109075A1; DE102008052838A1; US7535393B1; US7834789B2; DE102008052838A8

Abstract

Schaltkreis umfassend: eine Signalformungskomponente (160), welche ausgestaltet ist, ein Eingangssignal (158) zu empfangen und ein geformtes Signal (162) bereitzustellen; eine Analyseeinheit (164), welche angeordnet und ausgestaltet ist, das geformte Signal (162) zu empfangen und eine Analyseausgabe (166) bereitzustellen, welche einen zugeordneten ersten Wert oder zweiten Wert aufweist, wobei die Analyseausgabe (166) den ersten Wert aufweist, wenn das geformte Signal (162) innerhalb eines ersten Bereichs ist, und die Analyseausgabe (166) den zweiten Wert aufweist, wenn das geformte Signal (162) innerhalb eines zweiten Bereichs ist; eine Abtastkomponente (168), welche angeordnet und ausgestaltet ist, die Analyseausgabe (166) und ein Taktsignal (170) zu empfangen und eine digitalisierte Ausgabe (172) auf der Grundlage des Taktsignals (170) bereitzustellen; und einen Abtastfehlerbestimmungsabschnitt (174, 178), welcher parallel zu der Abtastkomponente (168) angeordnet ist und einen Zeit/Digitalwandler (174) aufweist, welcher ausgestaltet ist, einen Abtastfehler (176) auf der Grundlage einer Zeitdifferenz zwischen der Analyseausgabe (166) und...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schaltkreis, eine elektronische Vorrichtung und ein Verfahren für eine Abtastfehlerverringerung bei PWM-MASH-Wandlern.
Hintergrund der Erfindung
Wandler zum Wandeln von Analogsignalen in Digitalsignale und umgekehrt sind in einer großen Vielzahl von Schaltkreisen und Vorrichtungen zu finden, welche Abspielgeräte für Compactdiscs (CD), Abspielgeräte für digitale Videodisks (DVD), Signalprozessoren und verschiedene weitere Systeme, welche Signale übertragen, aufweisen. Im Allgemeinen steigt die Genauigkeit und Qualität des Signalumwandlungsverfahrens mit einem Erhöhen einer Abtastrate, vorausgesetzt, dass ein durch das Digitalisierungsverfahren (d. h., ein Abtasten und Quantisieren) eingeführtes Rauschen geeignet in Betracht gezogen wird.
Die US 2007/0035426 A1 offenbart ein zeitkontinuierliches Delta-Sigma-Modulationssystem mit einer automatischen Zeitsteuerungseinstellung, welches einen Delta-Sigma-Modulator-Zeitsteuerungseinstellschaltkreis und einen Zeitsteuerungsmessschaltkreis aufweist. Der Delta-Sigma-Modulator weist ein Schleifenfilter auf, welches eine Eingabe empfängt und sie zu einem Analog/Digital-Wandler liefert, welcher eine Ausgabe bereitstellt. Die Ausgabe wird ferner durch eine Rückkopplungsschleife, welche einen Digital/Analog-Wandler aufweist, zu dem Eingang des Schleifenfilters geführt. Das Schleifenfilter weist ein zeitkontinuierliches Filter auf. Der Zeitgebermessschaltkreis bestimmt eine Differenz zwischen der Abtastzeit des Analog/Digital-Wandlers und einer Aktualisierungszeit des Digital/Analog-Wandlers. Diese Ergebnisse werden in einem Zeitsteuerungssignal von dem Zeitsteuerungsmessschaltkreis zu dem Zeitsteuerungseinstellschaltkreis gegeben. Der Zeitsteuerungseinstellschaltkreis empfängt einen Takt und stellt in Verbindung mit dem Zeitsteuerungssteuersignal den Takt des Digital/Analog-Wandlers und/oder des Analog/Digital-Wandlers ein.
Häufig werden mehrstufige Rauschformungswandler, sogenannte Multi-Stage Noise Shaping(MASH)-Wandler verwendet, um ein durch eine Digitalisierung inhärent eingebrachtes Rauschen zu trennen und zu entfernen. Typischerweise steigt die Qualität des gewünschten Signals, wenn die Anzahl der Rauschformungsstufen eines MASH-Wandlers ansteigt. MASH-Wandler sind insbesondere bei Anwendungen nützlich, bei welchen eine Überabtastung verwendet wird, wie zum Beispiel bei bestimmten Pulsweitenmodulationswandlern, sogenannten Pulse-Width-Modulation(PWM)-Wandlern. Der Begriff Überabtastung betrifft die Verwendung von Abtastfrequenzen, welche eine durch das Nyquist-Theorem vorgeschriebene Frequenz überschreiten, um ein Signal/Rauschverhältnis zu vergrößern und ein Quantisierungsrauschen zu verringern.
Unglücklicherweise steigen ein Energieverbrauch und ein Oberflächenbedarf an, wenn die Anzahl der Rauschformungsstufen, d. h. die Ordnung des MASH-Wandlers, ansteigt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Abtastfehlerverringerung bei PWM-MASH-Wandlern bereitzustellen, welche einen verringerten Energieverbrauch und geringe Flächenanforderungen aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden diese Aufgaben durch einen Schaltkreis nach Anspruch 1, eine elektronische Vorrichtung nach Anspruch 12 und ein Verfahren nach Anspruch 18 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Schaltkreis bereitgestellt, welcher eine Signalformungskomponente, eine Analyseeinheit, eine Abtastkomponente und einen Abtastfehlerbestimmungsabschnitt umfasst. Die Signalformungskomponente ist ausgestaltet, ein Eingangssignal zu empfangen und ein geformtes Signal bereitzustellen. Die Analyseeinheit ist mit der Signalformungskomponente gekoppelt und ausgestaltet, das geformte Signal zu empfangen und eine Analyseausgabe bereitzustellen. Die Analyseausgabe weist entweder einen ihr zugeordneten ersten Wert oder einen ihr zugeordneten zweiten Wert auf. Die Analyseausgabe weist den ersten Wert auf, wenn sich das geformte Signal innerhalb eines ersten Bereichs befindet, und die Analyseausgabe weist den zweiten Wert auf, wenn das geformte Signal sich innerhalb eines zweiten Bereichs befindet. Die Abtastkomponente ist mit der Analyseeinheit gekoppelt und ausgestaltet, die Analyseausgabe zu empfangen, und ist weiterhin gekoppelt und ausgestaltet, ein Taktsignal zu empfangen, und ist weiterhin ausgestaltet, eine digitalisierte Ausgabe auf der Grundlage des Taktsignals bereitzustellen. Der Abtastfehlerbestimmungsabschnitt ist parallel zu der Abtastkomponente angeschlossen und weist einen Zeit/Digitalwandler auf, welcher ausgestaltet ist, einen Abtastfehler auf der Grundlage einer Zeitdifferenz zwischen der Analyseausgabe und dem Taktsignal zu bestimmen.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Schaltkreis ferner eine Kombinationskomponente umfassen, welche gekoppelt und ausgestaltet ist, um den Abtastfehler mit der digitalisierten Ausgabe zu kombinieren, um eine endgültige Ausgabe bereitzustellen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Abtastfehlerbestimmungsabschnitt weiterhin eine Rauschübertragungsfunktionskomponente aufweisen, welche ausgestaltet ist, eine Rauschübertragungsfunktion auf den Abtastfehler anzuwenden, um einen transformierten Abtastfehler bereitzustellen. Die Kombinationskomponente ist in dieser Ausführungsform ausgestaltet und gekoppelt, den transformierten Abtastfehler mit der digitalen Ausgabe zu kombinieren, um die endgültige Ausgabe bereitzustellen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Signalformungskomponente durch eine komplexe Übertragungsfunktion gekennzeichnet. Weiterhin ist die Rauschübertragungsfunktion eine inverse Transformation der komplexen Übertragungsfunktion. Die komplexe Übertragungsfunktion kann durch H(s) gekennzeichnet sein und die Rauschübertragungsfunktion kann durch (1 + H(z))^–1 gekennzeichnet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Kombinationskomponente eine zweite Kombinationskomponente und das Eingangssignal umfasst ein Differenzsignal. Der Schaltkreis umfasst ferner eine erste Kombinationskomponente, welche gekoppelt und ausgestaltet ist, die gefilterte Analyseausgabe von einem Anfangseingangssignal zu subtrahieren, um das Differenzsignal bereitzustellen. Die gefilterte Analyseausgabe wird von der Abtastkomponente zu der ersten Kombinationskomponente zurückgeführt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Analyseeinheit einen Komparator umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Signalformungskomponente einen Pulsweitenmodulator, einen Sigma-Delta-Wandler, eine mehrstufige Rauschformungskomponente und/oder ein Schleifenfilter umfassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Zeit/Digitalwandler einen Verzögerungsabschnitt, einen Auslöseabschnitt und eine Logikkomponente. Der Verzögerungsabschnitt ist gekoppelt und ausgestaltet, die Analyseausgabe zu empfangen. Der Auslöseabschnitt ist gekoppelt und ausgestaltet, das Taktsignal zu empfangen. Die Logikkomponente ist ausgestaltet, den Abtastfehler auf der Grundlage einer oder mehrerer Eingaben von dem Verzögerungsabschnitt und/oder dem Auslöseabschnitt zu bestimmen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Schaltkreises umfasst der Zeit/Digitalwandler einen Verzögerungsabschnitt, einen Auslöseabschnitt und eine Logikkomponente. Der Verzögerungsabschnitt ist angeschlossen und ausgestaltet, die Analyseausgabe zu empfangen. Der Verzögerungsabschnitt weist mehrere Verzögerungselemente auf, welche in Reihe geschaltet sind. Der Auslöseabschnitt ist angeschlossen und ausgestaltet, das Taktsignal zu empfangen. Der Auslöseabschnitt weist mehrere Leseeinheiten auf, welche angeschlossen und ausgestaltet sind, mehrere Ausgabezustände von aufeinander folgenden Abschnitten der Verzögerungsabschnitte zu empfangen. Die Logikkomponente ist angeschlossen und ausgestaltet, mehrere Ablesungen von den mehreren Leseeinheiten bei einer Frequenz, welche dem Taktsignal entspricht, zu empfangen, und den Abtastfehler auf der Grundlage der mehreren Ablesungen zu bestimmen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin eine elektronische Vorrichtung bereitgestellt, welche einen Prozessor und eine Kommunikationskomponente umfasst. Die Kommunikationskomponente ist mit dem Prozessor gekoppelt und ausgestaltet, Kommunikationssignale zu übertragen. Die Kommunikationskomponente weist eine Modulatorkomponente auf. Die Modulatorkomponente umfasst eine Signalformungskomponente, eine Analyseeinheit, eine Abtastkomponente und einen Abtastfehlerbestimmungsabschnitt. Die Signalformungskomponente ist ausgestaltet, ein Eingangssignal zu empfangen und ein geformtes Signal bereitzustellen. Die Analyseeinheit ist ausgestaltet und angeschlossen, das geformte Signal zu empfangen und eine Analyseausgabe bereitzustellen, welche einen zugeordneten ersten Wert oder einen zugeordneten zweiten Wert aufweist. Die Analyseausgabe weist den ersten Wert auf, wenn sich das geformte Signal innerhalb eines ersten Bereichs befindet. Die Analyseausgabe weist den zweiten Wert auf, wenn sich das geformte Signal innerhalb eines zweiten Bereichs befindet. Die Abtastkomponente ist gekoppelt und ausgestaltet, die Analyseausgabe und ein Taktsignal zu empfangen. Die Abtastkomponente stellt auf der Grundlage des Taktsignals eine digitalisierte Ausgabe bereit. Der Abtastfehlerbestimmungsabschnitt ist parallel zu der Abtastkomponente gekoppelt und weist einen Zeit/Digitalwandler auf, welcher ausgestaltet ist, einen Abtastfehler auf der Grundlage einer Zeitdifferenz zwischen der Analyseausgabe und dem Taktsignal zu bestimmen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Kommunikationskomponente ferner eine Rauschübertragungsfunktionskomponente und eine Kombinationskomponente. Die Rauschübertragungsfunktionskomponente ist ausgestaltet, eine Rauschübertragungsfunktion auf den Abtastfehler anzuwenden, um einen transformierten Abtastfehler bereitzustellen. Die Kombinationskomponente ist gekoppelt und ausgestaltet, den transformierten Abtastfehler mit der digitalisierten Ausgabe zu kombinieren, um eine endgültige Ausgabe bereitzustellen. Die Signalformungskomponente kann durch eine komplexe Übertragungsfunktion gekennzeichnet sein und die Rauschübertragungsfunktion kann eine inverse Transformation der komplexen Übertragungsfunktion sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Kombinationskomponente eine zweite Kombinationskomponente und die Kommunikationskomponente umfasst eine erste Kombinationskomponente, welche gekoppelt und ausgestaltet ist, die digitalisierte Ausgabe mit einem Anfangseingangssignal zu kombinieren, um der Signalformungskomponente das Eingangssignal bereitzustellen. Die digitalisierte Ausgabe wird von der Abtastkomponente zu der ersten Kombinationskomponente zurückgeführt.
Gemäß einer Ausführungsform der elektronischen Vorrichtung umfasst der Zeit/Digitalwandler einen Verzögerungsabschnitt, einen Auslöseabschnitt und eine Logikkomponente. Der Verzögerungsabschnitt ist mit der Analyseeinheit gekoppelt, um die Analyseausgabe zu empfangen, und der Verzögerungsabschnitt weist mehrere Verzögerungselemente auf, welche in Reihe gekoppelt sind. Der Auslöseabschnitt ist zum Empfangen des Taktsignals ausgestaltet und gekoppelt und weist mehrere Leseeinheiten auf, welche mit dem Verzögerungsabschnitt gekoppelt sind, um mehrere Zustandsausgaben von aufeinander folgenden Abschnitten des Verzögerungsabschnitts zu empfangen. Die Logikkomponente ist zum Empfangen mehrerer Ablesungen von den mehreren Ableseeinheiten bei einer Frequenz, welche dem Taktsignal entspricht, gekoppelt und ausgestaltet, um den Abtastfehler auf der Grundlage der mehreren Ablesungen zu bestimmen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird weiterhin ein Verfahren bereitgestellt, welches ein Formen eines Eingangssignals, ein Analysieren des geformten Signals, ein Bereitstellen eines Ausgangssignals, ein Erzeugen eines digitalisierten Signals auf der Grundlage des Ausgangssignals und eines Taktsignals, und ein Bestimmen eines Abtastfehlers auf der Grundlage einer Zeit/Digitalwandlung einer Zeitdifferenz zwischen dem Ausgangssignal und dem Taktsignal umfasst. Das Ausgangssignal weist einen dazu gehörigen ersten Wert oder zweiten Wert auf. Das Ausgangssignal weist den ersten Wert auf, wenn sich das geformte Signal in einem ersten Bereich befindet, und das Ausgangssignal weist den zweiten Wert auf, wenn sich das geformte Signal in einem zweiten Bereich befindet.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Bestimmen des Abtastfehlers ferner ein Anwenden einer Rauschübertragungsfunktion auf den Abtastfehler auf, um einen transformierten Abtastfehler bereitzustellen. Das Verfahren kann ferner ein Kombinieren des transformierten Abtastfehlers mit dem digitalisierten Signal umfassen, um eine korrigierte Ausgabe bereitzustellen.
Weiterhin kann das Formen des Eingangssignals durch eine komplexe Übertragungsfunktion gekennzeichnet sein. Die Rauschübertragungsfunktion kann eine inverse Transformation der komplexen Übertragungsfunktion sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin ein Empfangen eines Anfangssignals und ein Kombinieren eines digitalisierten Signals mit dem Anfangssignal, um das Eingangssignal bereitzustellen. Das digitalisierte Signal kann von dem Erzeugen des digitalisierten Signals rückgekoppelt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Bestimmen eines Abtastfehlers auf der Grundlage einer Zeit/Digitalwandlung ein Aufnehmen der Analyseausgabe in einem Verzögerungsabschnitt mit mehreren in Reihe gekoppelten Verzögerungselementen, ein Aufnehmen des Taktsignals in einem Auslöseabschnitt mit mehreren Leseeinheiten, welche mit dem Verzögerungsabschnitt gekoppelt sind, um mehrere Zustandsausgaben von aufeinander folgenden Abschnitten des Verzögerungsabschnitts aufzunehmen, und ein Bestimmen des Abtastfehlers auf der Grundlage mehrerer Ablesungen von den mehreren Ableseeinheiten bei einer Frequenz, welche dem Taktsignal entspricht.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die detaillierte Beschreibung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gegeben. Die Verwendung von gleichen Bezugszeichen für unterschiedliche Instanzen in der Beschreibung und den Figuren können ähnliche oder gleiche Gegenstände anzeigen.
1 ist eine exemplarische Umgebung, in welcher Techniken gemäß der vorliegenden Erfindung realisiert werden können.
2 ist ein exemplarischer Pulsweitenmodulations-(PWM)-Mehrstufenrauschformungs-(MASH)-Wandler gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
3 ist ein exemplarischer Zeit/Digitalwandler (TDC) des PWM-MASH-Wandlers der 2 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
4 ist ein PWM-MASH-Wandler gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung.
5 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Verringern eines Abtastrauschens gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt Simulationsergebnisse, welche die Wirksamkeit von Techniken zur Verringerung eines Abtastrauschens gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen.
Detaillierte Beschreibung
Nachfolgend werden verbesserte Techniken zum Verringern eines Abtastrauschens, welches durch Digitalisierungsvorgänge in elektronischen Komponenten, welche Wandler mit einer Pulsweitenmodulation (PWM) und einer mehrstufigen Rauschformung (Multi-Stage Noise Shaping, MASH) aufweisen, herbeigeführt wird, offenbart. Im Allgemeinen können die Techniken gemäß der vorliegenden Erfindung ein Abtastrauschen verringern oder vermeiden, wodurch elektronischen Komponenten ermöglicht wird, bei verringerten Abtastraten mit entsprechenden Verringerungen in Bezug auf Leistungsverbrauch, Oberflächenanforderungen und Herstellungskosten im Vergleich mit herkömmlichen Rauschformungstechniken effektiv zu arbeiten.
Im Allgemeinen messen Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung einen durch einen Abtastabschnitt des Digitalisierungsverfahrens herbeigeführten Fehler und entfernen den Abtastfehler von dem digitalen Ausgangssignal. Bei einigen Ausführungsformen kann der Abtastfehler unter Verwendung eines Zeit/Digitalwandlers (Time-to-Digital Converter, TDC) gemessen werden. Wesentliche Vorteile in Bezug auf eine Betriebsleistung und in Bezug auf Herstellungskosten von elektronischen Komponenten können durch ein Entfernen des Abtastfehlers gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung erreicht werden.
Techniken zur Verringerung eines Abtastrauschens gemäß der vorliegenden Erfindung können auf etliche Arten und Weisen realisiert werden. Eine Beispielumgebung und ein Beispielzusammenhang werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren und der folgenden Beschreibung bereitgestellt.
Exemplarische Systeme
1 stellt eine exemplarische Umgebung 100 dar, in welcher Techniken gemäß der vorliegenden Erfindung realisiert werden können. Bei dieser Ausführungsform weist die Umgebung 100 eine Kommunikationsvorrichtung 110 mit einem oder mehreren Wandlern 150 mit einer Pulsweitenmodulation (PWM) und einer mehrstufigen Rauschformung (Multi-Stage Noise Shaping, MASH) auf, welche gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung ausgestaltet sind. Die Kommunikationsvorrichtung 110 kommuniziert im Betrieb über ein oder mehrere Netze 140 mit mehreren weiteren Vorrichtungen 142. Alternativ kann die Kommunikationsvorrichtung 110 die Netze 140 umgehen und direkt mit einer oder mehrerer der anderen Vorrichtungen 142 in Verbindung treten. Detaillierte Beschreibungen von verschiedenen Aspekten des PWM-MASH-Wandlers 150 werden in den nachfolgenden Abschnitten unter Bezugnahme auf 2–6 bereitgestellt.
In der veranschaulichenden Umgebung 100 ist die Kommunikationsvorrichtung 110 eine tragbare Vorrichtung, wie zum Beispiel ein MP3-Spieler (Moving Picture Experts Group Player-3) ein persönlicher digitaler Assistent (PDA), ein globales Positionsbestimmungssystem (GPS) oder eine weitere ähnliche tragbare Vorrichtung, und die weiteren Vorrichtungen 142 können zum Beispiel einen Computer 142A, eine weitere tragbare Vorrichtung 142B, einen Kompaktdisk-(CD) oder digitalen Videodisk-(DVD)-Spieler 142C, einen Signalprozessor 142D (zum Beispiel ein Radio, eine Navigationseinheit, ein Fernsehgerät usw.) und ein Mobilfunktelefon 142E aufweisen. Bei alternativen Ausführungsformen können die Vorrichtungen 110, 142 natürlich beliebige geeignete weitere Vorrichtungen aufweisen, und es ist klar, dass beliebige der mehreren Vorrichtungen 142 mit PWM-MASH-Wandlern 150 ausgestattet sein können, welche gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung arbeiten.
Wie weiterhin in 1 gezeigt ist, weist die Kommunikationsvorrichtung 110 einen oder mehrere Prozessoren 112 und eine oder mehrere Eingabe-/Ausgabe-(I/O)Vorrichtungen 114 (z. B. Transceiver, Sender, Empfänger, usw.) auf, welche mit einem Systemspeicher 120 über einen Bus 116 gekoppelt sind. In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist der PWM-MASH-Wandler 150 als eine Komponente innerhalb der I/O-Vorrichtungen 114 der Kommunikationsvorrichtung 110 beinhaltet. Bei alternativen Ausführungsformen kann jedoch der PWM-MASH-Wandler 150 zusammen mit einem beliebigen weiteren geeigneten Abschnitt der Vorrichtung 110 integriert ausgebildet sein, oder kann eine getrennte einzelne Komponente der Vorrichtung 110 sein.
Der Systembus 116 der Kommunikationsvorrichtung 110 stellt eine beliebige der mehreren Arten von Busstrukturen dar, welche einen Speicherbus oder eine Speichersteuerung, einen Peripheriebus, einen beschleunigten Grafikanschluss und einen Prozessorbus oder lokalen Bus, welcher eine beliebige einer Vielzahl von Busarchitekturen verwendet, beinhalten. Die I/O-Komponente 114 kann ausgestaltet sein, um im Betrieb mit einem oder mehreren externen Netzen 140, wie zum Beispiel einem Netz für Mobilfunktelefone, einem Satellitennetz, einem Informationsnetz (z. B. Internet, Intranet, zelluläres Netz, Kabelnetz, optisches Fasernetz, LAN, WLAN, usw.) einem Infrarot- oder Funkwellenkommunikationsnetz oder einem beliebigen weiteren geeigneten Netz, in Verbindung zu stehen.
Der Systemspeicher 120 kann ein computerlesbares Medium aufweisen, welches ausgestaltet ist, Daten und/oder Programmmodule zum Realisieren der hierin offenbarten Techniken zu speichern, auf welche unmittelbar von dem Prozessor 112 zugegriffen werden kann oder welche von dem Prozessor 112 bearbeitet werden können. Der Systemspeicher 120 kann z. B. ferner ein grundlegendes Eingabe/Ausgabesystem (BIOS) 122, ein Betriebssystem 124, ein oder mehrere Anwendungsprogramme 126 und Programmdaten 128 speichern, auf welche zum Durchführen verschiedener Aufgaben, welche von einem Benutzer der Kommunikationsvorrichtung 110 gewünscht werden, von dem Prozessor 112 zugegriffen werden kann.
Überdies kann das computerlesbare Medium, welches in dem Systemspeicher 120 enthalten ist, ein beliebiges Medium sein, auf welches von der Vorrichtung 110 zugegriffen werden kann, einschließlich eines Computerspeichermediums und eines Kommunikationsmediums. Das Computerspeichermedium kann sowohl flüchtige als auch nicht flüchtige, entfernbare und nicht entfernbare Medien, welche gemäß einem beliebigen Verfahren oder in einer beliebigen Technologie realisiert sind, zum Speichern von Informationen, wie zum Beispiel computerlesbarer Befehle, Datenstrukturen, Programmodule oder weiterer Daten, aufweisen. Das Computerspeichermedium weist einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (Random Access Memory, RAM), einen Nur-Lese-Speicher (Read Only Memory, ROM), ein elektrisch löschbares programmierbares ROM (electrically eraseable programmable ROM, EEPROM), einen Flash-Speicher oder eine weitere Speichertechnologie, eine Compaktdisc-ROM-(CD-ROM), einen DVD-(Digital Versatile Disk) oder einen weiteren optischen Diskettenspeicher, magnetische Kassetten, magnetische Bänder, magnetische Diskettenspeicher oder andere magnetische Speichervorrichtungen oder ein beliebiges weiteres Medium, welches Papier, Lochkarten und dergleichen einbezieht, auf, welche verwendet werden können, die gewünschten Informationen zu speichern und auf welche von der Kommunikationsvorrichtung 110 zugegriffen werden kann, ist jedoch nicht auf diese beschränkt.
Auf ähnliche Art und Weise konkretisiert oder überträgt ein Kommunikationsmedium typischerweise computerlesbare Befehle, Datenstrukturen, Programmodule oder andere Daten in einem modulierten Datensignal, wie zum Beispiel einer Trägerwelle oder einem anderen Transportmechanismus, und weist ein beliebiges Informationsübertragungsmedium auf. Der Begriff „moduliertes Datensignal” beschreibt ein Signal, bei welchem eine oder mehrere seiner Eigenschaften in einer Art und Weise eingestellt oder verändert werden, dass eine Information in dem Signal kodiert wird. Ein Kommunikationsmedium umfasst, ist aber nicht darauf beschränkt, drahtgestützte Medien, wie zum Beispiel ein drahtgestütztes Netz oder eine direkt verbundene Verbindung, und drahtlose Medien, wie zum Beispiel akustische Medien, Hochfrequenzen, Infrarotmedien und weitere drahtlose Medien. Kombinationen von beliebigen vorab erwähnten Medien sollen auch unter den Umfang des computerlesbaren Mediums fallen.
Im Allgemeinen können Programmodule, welche auf der Vorrichtung 110 (1) ausgeführt werden, Softwareroutinen, Programme, Objekte, Komponenten, Datenstrukturen usw. zum Ausführen bestimmter Aufgaben oder zum Implementieren bestimmter abstrakter Datentypen aufweisen. Diese Programmodule und dergleichen können als Maschinencode ausgeführt werden oder können zum Beispiel in eine virtuelle Maschine oder andere Umgebungen mit einer bedarfsorientierten Kompilationsausführung heruntergeladen und ausgeführt werden. Typischerweise kann die Funktionalität der Programmodule derart kombiniert oder verteilt werden, wie es für die entsprechende Implementierung vorteilhaft ist.
Obwohl die beispielhafte Umgebung 100 in 1 als ein Kommunikationsnetz dargestellt ist, soll diese Ausführungsform nur als ein nicht beschränkendes Beispiel einer geeigneten Umgebung zur Verwendung des PWM-MASH-Wandlers 150 gemäß der vorliegenden Erfindung dienen. Ebenso ist die Vorrichtung 110 ein nicht beschränkendes Beispiel einer geeigneten Vorrichtung, welche einen PWM-MASH-Wandler 150 gemäß der vorliegenden Erfindung aufweisen kann.
Mehrstufiger Rauschformungswandler (MASH-Wandler)
Strukturelle und betriebliche Aspekte von Ausführungsformen von Wandlern mit einer Pulsweitenmodulation (PWM) und mehrstufiger Rauschformung (Multi-Stage Noise Shaping, MASH) gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun beschrieben werden. Ein Beispiel eines PWM-MASH-Wandlers 150 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 2 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist der PWM-MASH-Wandler 150 ein Analog/Digitalwandler.
Genauer gesagt gelangt ein Eingangsanalogsignal 152 an eine erste Kombinationsvorrichtung (oder Kombinationskomponente) 154, welche ein Rückkopplungssignal 156 mit dem Eingangsanalogsignal 152 kombiniert. Gemäß einer Ausführungsform kann die erste Kombinationsvorrichtung 154 eine addierende (oder subtrahierende) Komponente sein, welche das Rückkopplungssignal 156 zu dem Eingangsanalogsignal 152 addiert (oder das Rückkopplungssignal 156 von dem Eingangsanalogsignal 152 subtrahiert). Bei weiteren Ausführungsformen kann die erste Kombinationsvorrichtung 154 diese Signale auf eine weitere gewünschte Art und Weise kombinieren. Ein Ergebnissignal 158 von der ersten Kombinationsvorrichtung 154 wird einer Signalformungskomponente 160 bereitgestellt, welche eine Ausgestaltung aufweist, die durch eine komplexe Übertragungsfunktion H(s) in der Laplace-Ebene beschrieben wird. Die Signalformungskomponente 160 kann ein Pulsweitenmodulator (PWM), ein Sigma-Delta-Wandler, ein Schleifenfilter oder eine beliebige weitere geeignete Signalformungskomponente sein. Bei speziellen Ausführungsformen kann die Signalformungskomponente 160 eine MASH-Komponente sein, welche eine geeignete Anzahl von Stufen (z. B. eine Ordnung M = 1, 2, ... N) aufweist.
Wie ferner in 2 gezeigt, wird das geformte Signal 162 der Signalformungskomponente 160 von einem Komparator 164 empfangen. Der Komparator 164 (oder eine andere geeignete Analyseeinheit) stellt eine Komparatorausgabe 166 auf der Grundlage des geformten Signals 162 bereit. Die Komparatorausgabe 166 kann zum Beispiel einen Wert wie nachfolgend beschrieben annehmen: Komparatorausgabe 166 = A für ein geformtes Signal 162 größer oder gleich Null; und Komparatorausgabe 166 = b für ein geformtes Signal 162 kleiner als Null. Bei einer speziellen Ausführungsform gilt A = 1 und b = –1, wenn das Analogeingangssignal 152 in einem Bereich von –1 bis 1 einschließlich ist (d. h. –1 ≤ dem Analogeingangssignal 152 ≤ 1).
Die Komparatorausgabe 166 wird von einer Abtastkomponente 168 empfangen. Die Abtastkomponente 168 führt eine Zeitdiskretisierung auf der Komparatorausgabe 166 auf der Grundlage einer Abtastfrequenz (oder f_CLK) 170 aus, um eine digitalisierte Ausgabe 172 bereitzustellen. Die digitalisierte Ausgabe 172 kann als das Rückkopplungssignal 156 zu der ersten Kombinationsvorrichtung 154 zurückgeführt werden.
Wie ferner in 2 gezeigt, wird die Komparatorausgabe 166 ferner einem Zeit/Digitalwandler (TDC) 174 bereitgestellt. Der TDC 174 empfängt ferner die Abtastfrequenz (oder f_CLK) 170 und misst einen Zeitversatz zwischen einer Wechselzeit des Komparators 164 und dem Abtasten der Komparatorausgabe 166. Mit anderen Worten stellt der TDC 174 eine TDC-Digitalausgabe 176 bereit, welche eine Messung des Fehlers ist, welcher über das Abtasten entsteht. Eine exemplarische Implementierung des TDC 174 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Eine Rauschübertragungsfunktionskomponente (Noise Transfer Function, NTF) 178 empfängt die TDC-Digitalausgabe 176 und filtert sie unter Verwendung einer NTF, welche der komplexen Übertragungsfunktion H(s) der Rauschformungskomponente 160 entspricht, so dass NTF = (1 + H(z))^–1.
Eine zweite Kombinationsvorrichtung 180 empfängt eine Fehlerkorrektur 182 von der NTF-Komponente 178 und die digitalisierte Ausgabe 172 von der Abtastkomponente 168, und kombiniert die Fehlerkorrektur 182 mit der digitalisierten Ausgabe 172, um eine korrigierte Ausgabe 184 bereitzustellen. Wie zuvor erwähnt, kann die zweite Kombinationsvorrichtung 180 die Signale durch Addieren, Subtrahieren oder eine geeignete Form einer Kombination kombinieren. Da die Fehlerkorrektur 182 der Fehler ist, welcher durch die Abtastung entsteht, kann die korrigierte Ausgabe 184 (d. h., ein PWM-Signal) virtuell frei von einem Abtastfehler sein.
3 ist ein beispielhafter Zeit/Digitalwandler (TDC) 200 des PWM-MASH-Wandlers 150 der 2. Bei dieser Ausführungsform weist der TDC 200 eine Verzögerungsstrecke 210 mit einer Reihe von Verzögerungselementen 212 und eine Auslösestrecke 220, welche eine Reihe von Ableseeinheiten 222 aufweist, auf. Ein Ausgangszustand 214, welcher jedem Verzögerungselement 212 der Verzögerungsstrecke 210 folgt, wird der Auslösestrecke 220 bereitgestellt. Jede Leseeinheit 222 weist einen ersten Eingang, welcher ein Taktsignal (oder f_LOOP) 224 bei der Abtastfrequenz (oder f_CLK) 170 (2) empfängt, und einen zweiten Eingang, welcher den Ausgabezustand 214 von der Verzögerungstrecke 210 empfängt, auf. Eine Logikkomponente 226 ist verbunden und ausgestaltet, um Ausgangssignale von den mehreren Leseeinheiten 222 zu empfangen, und um die TDC-Ausgabe 176 bereitzustellen, welche der gemessene Abtastfehler ist.
Im Betrieb wird die Komparatorausgabe 166 (oder ein Abschnitt der Komparatorausgabe 166, wie zum Beispiel ein „Flanken-”Abschnitt) in die Verzögerungsstrecke 210 eingegeben und beginnt durch die Reihe von Verzögerungselementen 212 zu laufen. Wenn die Komparatorausgabe 166 durch jedes Verzögerungselement 212 der Verzögerungsstrecke 210 verläuft, ändert sich der Ausgangszustand 214, welcher jedem Verzögerungselement 212 folgt, von einem ersten (oder nominalen) Wert zu einem zweiten Wert (z. B. von „0” nach „1”). Die Verzögerungselemente 212 der Verzögerungsstrecke 210 können ausgestaltet sein, eine geeignet hohe Auflösung bereitzustellen, um zusammenwirkend eine „thermometerartige” Messung eines Zeitversatzes der Komparatorausgabe 166 verglichen mit dem Taktsignal (oder der Abtastrate) 224 auszubilden. Die Ausgabezustände 214 der Verzögerungselemente 212 werden von den Leseeinheiten 222 empfangen, und da jedes Taktsignal 224 die Auslösestrecke 220 auslöst, verbinden die Leseeinheiten 222 die Ausgabezustände 214 mit der Logikkomponente 226. Die Logikkomponente 226 bestimmt die TDC-Ausgabe 176 dann auf der Grundlage der Ausgaben von den Leseeinheiten 222.
Es ist einzusehen, dass der zuvor beschriebene und in 3 gezeigte TDC 200 eine mögliche Realisierung ist, und dass die vorliegende Offenbarung nicht auf eine bestimmte TDC-Realisierung beschränkt ist. Eine Vielzahl von weiteren geeigneten TDCs kann verwendet werden, welche diejenigen TDCs, welche im Allgemeinen in „A High-Speed Wide Dynamic Range Time-to-Digital Converter” von Lampton und Raffanti, Rev. Sci. Instrum. 65(11), November 1994 beschrieben sind, oder weitere herkömmliche TDC-Implementierungen einschließen.
Ebenso ist es klar, dass der zuvor beschriebene PWM-MASH-Wandler 150 eine spezielle Realisierung ist, und dass eine Vielzahl alternativer Realisierungen von elektronischen Komponenten gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung konzipiert werden können. 4 zeigt z. B. einen PWM-MASH-Wandler 250 gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Viele der Komponenten des PWM-MASH-Wandlers 250 sind ähnlich zu der zuvor beschriebenen Realisierung (2) und um der Kürze willen werden nur erhebliche Unterschiede zwischen dem Wandler 250 und dem Wandler 150 im Detail beschrieben werden.
In der in 4 gezeigten Realisierung weist der Wandler 250 eine erste Kombinationsvorrichtung 154 und eine Signalformungskomponente 160 wie zuvor beschrieben auf, wobei die Signalformungskomponente 160 eine Ausführung aufweist, welche durch eine komplexe Übertragungsfunktion H(s) in der Laplace-Ebene beschrieben wird. Ein geformtes Signal 162 von der Signalformungskomponente 160 wird von einem Komparator (oder einer Analyseeinheit) 164 empfangen, welche wiederum eine Komparatorausgabe 166 bereitstellt.
Bei dieser Realisierung wird die Komparatorausgabe 166 als das Rückkopplungssignal 256 zu der ersten Kombinationsvorrichtung 154 zurückgeführt. Die Komparatorausgabe 166 wird ferner einem Zeit/Digitalwandler (TDC) 174 bereitgestellt, welcher die Abtastfrequenz (oder f_CLK) 170 empfängt und den Fehler, welcher über die Abtastung entsteht, misst. Somit wird im Gegensatz zu dem Wandler 150 (2) die Messung des Abtastfehlers bei dieser Realisierung außerhalb der PWM-Schleife auf einem asynchronen Signal von dem Komparator 164 ausgeführt.
Wie weiterhin in 4 gezeigt, führt eine Abtastkomponente 168 eine Zeitdiskretisierung der Komparatorausgabe 166 auf der Grundlage einer Abtastfrequenz (oder f_CLK) 170 aus, um eine digitalisierte Ausgabe 172 bereitzustellen. Eine zweite Kombinationsvorrichtung 180 empfängt eine Fehlerkorrektur 176 von dem TDC 174 und die digitalisierte Ausgabe von der Abtastkomponente 168, und kombiniert die Fehlerkorrektur 176 mit der digitalisierten Ausgabe 172, um eine korrigierte Ausgabe 184 bereitzustellen.
Es ist klar, dass, da die Messung des Abtastfehlers in dem Wandler 250 außerhalb der PWM-Schleife ausgeführt wird, eine Rauschübertragungsfunktionskomponente 178 (Noise Transfer Function (NTF)) nicht erforderlich ist. Alternativ kann der Wandler 250 als ein Wandler mit einer NTF-Komponente 178 mit einer NTF = 1 betrachtet werden.
Wiederum ist es klar, dass die Wandler 150, 250 nur exemplarische Realisierungen gemäß der vorliegenden Erfindung sind, und dass eine Vielzahl alternativer Realisierungen konzipiert werden können. Zum Beispiel können alternative Realisierungen für andere Arten von Wandlern, welche Nicht-PWM-Wandler und Nicht-MASH-Wandler einschließen, auf der Grundlage der Wandlerrealisierungen 150, 250 (oder Kombinationen daraus) konzipiert werden. Bei weiteren Realisierungen können elektronische Komponenten, welche eine Digitalisierung ausführen, konzipiert werden, welche Techniken zum Verringern von Abtastfehlern gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung beinhalten, z. B. Abtastkomponenten (z. B. zum Digitalisieren von Fotographien, einem Videoband, einem Text usw.), digitale Audiokomponenten oder beliebige weitere geeignete Digitalisierungsvorrichtungen.
Techniken gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung können erhebliche Vorteile bereitstellen. Da der Abtastfehler unter Verwendung des TDC (Zeit/Digitalwandler) gemessen wird, kann z. B. die Rauschübertragungsfunktion (Noise Transfer Function, NTF) berechnet werden und vom Ausgangssignal entfernt werden. Durch Kompensieren des Abtastfehlers können Techniken gemäß der vorliegenden Erfindung niedrigere Abtastraten ohne Leistungsverlust verwenden. Zusätzlich ermöglichen Techniken gemäß der vorliegenden Erfindung Analog/Digitalwandler mit sehr hoher Auflösung, welche aufgrund der sehr hohen Taktfrequenzen, welche zuvor notwendig waren, nicht praktikabel waren.
Exemplarisches Verfahren
Ein exemplarisches Verfahren zum Verringern von Abtastfehlern gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Der Einfachheit halber wird das Verfahren unter Bezugnahme auf die exemplarische Umgebung 100 und den exemplarischen PWM-MASH-Wandler 150, welche zuvor unter Bezugnahme auf 1–4 beschrieben wurden, beschrieben.
5 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zum Verringern eines Abtastrauschens gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei 302 wird ein Analogsignal empfangen und ein Rückkopplungssignal wird bei 304 empfangen. Ein kombiniertes Signal, welches eine Kombination (z. B. eine Differenz) des Analogsignals und des Rückkopplungssignals darstellt, wird bei 306 bestimmt und eine Signalformung wird auf dem kombinierten Signal bei 308 ausgeführt. Bei einer Realisierung kann das Formen unter Verwendung eines PWM-Wandlers, eines Sigma-Delta-Wandlers, einer mehrstufigen Rauschformungskomponente (Multi-Stage Noise Shaping, MASH), eines Schleifenfilters oder einer beliebigen weiteren geeigneten Signalformungskomponente durchgeführt werden.
Eine geformte Ausgabe, welche aus der Signalformung (bei 308) resultiert, wird bei 310 analysiert, und eine digitalisierte Ausgabe wird bei 312 bereitgestellt. Bei einer Ausführungsform wird die geformte Ausgabe zum Beispiel unter Verwendung eines Komparators (oder einer weiteren geeigneten Analyseeinheit) analysiert, welcher eine Komparatorausgabe 166 (2) bereitstellt. Bei einer speziellen Ausführungsform ist die Komparatorausgabe 166 = A für eine geformte Ausgabe größer oder gleich Null, und ist die Komparatorausgabe 166 = b für eine geformte Ausgabe kleiner als Null. Die Analyse kann ferner eine Abtastkomponente 168 aufweisen, welche die Komparatorausgabe 168 bei einer gewünschten Abtastrate (z. B. einer Taktfrequenz) abtastet.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 5 misst das Verfahren 300 bei 314 einen Abtastfehler, welcher durch ein Abtasten des Analogsignals herbeigeführt wurde. Bei einer Ausführungsform wird zum Beispiel die Messung des Abtastfehlers (bei 314) unter Verwendung eines Zeit/Digitalwandlers (TDC) durchgeführt. Bei einer speziellen Ausführungsform weist der TDC eine Zeitverzögerungsstrecke, welche das Analyseausgabesignal empfängt, und eine Auslösestrecke, welche ein Taktsignal bei der Abtastrate empfängt, auf und stellt einer Logikkomponente, welche den Abtastfehler bestimmt, eine Ausgabe von der Zeitverzögerungsstrecke bereit. Bei einer Ausführungsform kann die Messung des Abtastfehlers über ein synchrones Signal durchgeführt werden, zum Beispiel innerhalb einer PWM-Schleife eines Wandlers. Alternativ kann die Messung des Abtastfehlers außerhalb einer PWM-Schleife über ein asynchrones Signal ausgeführt werden.
Bei 316 kann der gemessene Abtastfehler unter Verwendung einer Rauschübertragungsfunktion verarbeitet oder transformiert werden. Bei einer Ausführungsform, zum Beispiel, wenn der Abtastfehler über ein synchrones Signal innerhalb einer PWM-Schleife gemessen wird, kann die Rauschübertragungsfunktion (Noise Transfer Function, NTF) eine Inverse einer komplexen Übertragungsfunktion H(s) eines Schleifenfilters, welches verwendet wird, die Synchronisation eines Signals auszuführen (z. B. NTF = (1 + H(z))^–1), darstellen. Alternativ, wenn der Abtastfehler unter Verwendung eines asynchronen Signals außerhalb einer PWM-Schleife gemessen wird, kann die NTF weggelassen werden oder auf eine Identitätsfunktion (z. B. NTF = 1) gesetzt werden. Der transformierte Abtastfehler wird dann mit der digitalisierten Ausgabe bei 318 kombiniert (z. B. von der digitalisierten Ausgabe abgezogen), wodurch der Abtastfehler von dem Ausgangssignal entfernt wird.
Es sollte klar sein, dass das Verfahren 300 eine mögliche Realisierung der hierin offenbarten Lehren darstellt, und dass die vorliegende Erfindung nicht auf die spezielle Verfahrensrealisierung, welche zuvor beschrieben wurde und in 5 gezeigt ist, beschränkt ist. Bei einer alternativen Realisierung müssen zum Beispiel bestimmte Vorgänge nicht in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden und können in Abhängigkeit der Umstände verändert und/oder gänzlich weggelassen werden. Weiterhin können bei verschiedenen Realisierungen die beschriebenen Vorgänge von einem Computer, einer Steuerung, einem Prozessor, einer programmierbaren Vorrichtung oder einer beliebigen weiteren geeigneten Vorrichtung ausgeführt werden, und können auf Befehlen basieren, welche auf einem oder mehreren computerlesbaren Medien gespeichert sind oder anderweitig in derartigen Vorrichtungen gespeichert oder programmiert sind. In dem Fall, dass computerlesbare Medien verwendet werden, können die computerlesbaren Medien ein beliebiges verfügbares Medium sein, auf welches von einer Vorrichtung zugegriffen werden kann, um die darauf gespeicherten Befehle auszuführen.
6 stellt einen Graph 400 von Simulationsergebnissen dar, welcher die Wirksamkeit von Techniken zur Verringerung eines Abtastrauschens gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Die in 6 gezeigten Simulationsdaten wurden unter Verwendung der Simulink^®-Computersimulationssoftware erzeugt, welche von The Mathworks, Inc. aus Natick, Massachusetts kommerziell verfügbar ist. Genauer gesagt ist das Signal/Rauschverhältnis (Signal to Noise Ratio, SNR) als eine Funktion einer Eingangsamplitude für einen PWM-MASH-Wandler, welcher einen wie zuvor unter Bezugnahme auf 2 (410) beschriebenen TDC aufweist, und für einen herkömmlichen PWM-MASH-Wandler (420) aufgetragen. Wie in 6 gezeigt, wird das SNR aufgrund des Entfernens des Abtastfehlers in den Daten 410 (bei fast allen Eingangsamplituden) für den PWM-MASH-Wandler mit dem TDC gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung erheblich verbessert.
Dementsprechend können die Techniken gemäß der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise ein Abtastrauschen aufgrund einer Digitalisierung in elektronischen Komponenten, welche PWM-MASH-Wandler aufweisen, verringern oder vermeiden. Das Vermeiden von Abtastrauschen ermöglicht derartigen elektronischen Komponenten vorteilhafterweise, wirksam bei verringerten Abtastraten mit entsprechenden Verringerungen des Leistungsverbrauchs zu arbeiten. Zusätzlich können Oberflächenbereichsanforderungen und Herstellungskosten für MASH-Filter im Vergleich mit herkömmlichen elektronischen Komponenten verringert werden.
Abschluss
Obwohl der Gegenstand in Bezugnahme auf strukturelle Merkmale und/oder methodische Vorgänge speziell beschrieben wurde, ist klar, dass der Gegenstand, welcher in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, nicht notwendigerweise auf die speziellen beschriebenen Merkmale oder Vorgänge beschränkt ist. Vielmehr sind die speziellen Merkmale und Vorgänge als bevorzugte Formen einer Realisierung der Ansprüche offenbart. Dementsprechend soll der Umfang der Erfindung nicht durch die Offenbarung der speziellen zuvor dargelegten Ausführungsformen beschränkt sein. Stattdessen soll die Erfindung insgesamt unter Bezugnahme auf die Ansprüche, welche folgen, bestimmt sein.

Claims

Schaltkreis umfassend: eine Signalformungskomponente (160), welche ausgestaltet ist, ein Eingangssignal (158) zu empfangen und ein geformtes Signal (162) bereitzustellen; eine Analyseeinheit (164), welche angeordnet und ausgestaltet ist, das geformte Signal (162) zu empfangen und eine Analyseausgabe (166) bereitzustellen, welche einen zugeordneten ersten Wert oder zweiten Wert aufweist, wobei die Analyseausgabe (166) den ersten Wert aufweist, wenn das geformte Signal (162) innerhalb eines ersten Bereichs ist, und die Analyseausgabe (166) den zweiten Wert aufweist, wenn das geformte Signal (162) innerhalb eines zweiten Bereichs ist; eine Abtastkomponente (168), welche angeordnet und ausgestaltet ist, die Analyseausgabe (166) und ein Taktsignal (170) zu empfangen und eine digitalisierte Ausgabe (172) auf der Grundlage des Taktsignals (170) bereitzustellen; und einen Abtastfehlerbestimmungsabschnitt (174, 178), welcher parallel zu der Abtastkomponente (168) angeordnet ist und einen Zeit/Digitalwandler (174) aufweist, welcher ausgestaltet ist, einen Abtastfehler (176) auf der Grundlage einer Zeitdifferenz zwischen der Analyseausgabe (166) und dem Taktsignal (170) zu bestimmen.
Schaltkreis nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Kombinationskomponente (180), welche angeordnet und ausgestaltet ist, den Abtastfehler (176) mit der digitalisierten Ausgabe (172) zu kombinieren, um eine endgültige Ausgabe (184) bereitzustellen.
Schaltkreis nach Anspruch 2, wobei der Abtastfehlerbestimmungsschaltkreis (174, 178) ferner eine Rauschübertragungsfunktionskomponente (178) aufweist, welche ausgestaltet ist, eine Rauschübertragungsfunktion auf den Abtastfehler (176) anzuwenden, um einen transformierten Abtastfehler (182) bereitzustellen, und wobei die Kombinationskomponente (180) angeordnet und ausgestaltet ist, den transformierten Abtastfehler (182) mit der digitalisierten Ausgabe (172) zu kombinieren, um die endgültige Ausgabe (184) bereitzustellen.
Schaltkreis nach Anspruch 3, wobei die Signalformungskomponente (160) durch eine komplexe Übertragungsfunktion gekennzeichnet ist, und wobei die Rauschübertragungsfunktion eine inverse Transformation der komplexen Übertragungsfunktion ist.
Schaltkreis nach Anspruch 4, wobei die komplexe Übertragungsfunktion durch H(s) gekennzeichnet ist, und wobei die Rauschübertragungsfunktion durch (1 + H(z))^–1 gekennzeichnet ist.
Schaltkreis nach einem der Ansprüche 3–5, wobei die Kombinationskomponente eine erste Kombinationskomponente umfasst und das Eingangssignal ein Differenzsignal umfasst, wobei der Schaltkreis ferner eine zweite Kombinationskomponente umfasst, welche angeordnet und ausgestaltet ist, die gefilterte Analyseausgabe von einem Anfangseingangssignal zu subtrahieren, um das Differenzsignal bereitzustellen, wobei die gefilterte Analyseausgabe von der Abtastungskomponente zu der zweiten Kombinationskomponente zurückgeführt wird.
Schaltkreis nach einem der Ansprüche 3–5, wobei die Kombinationskomponente (180) eine zweite Kombinationskomponente (180) umfasst und das Eingangssignal ein Differenzsignal umfasst, wobei der Schaltkreis ferner eine erste Kombinationskomponente (154) umfasst, welche angeordnet und ausgestaltet ist, die gefilterte Analyseausgabe (166; 172) von einem Anfangseingangssignal (152) zu subtrahieren, um das Differenzsignal (158) bereitzustellen, wobei die gefilterte Analyseausgabe (166; 172) von der Abtastkomponente (168) zu der ersten Kombinationskomponente (154) zurückgeführt wird.
Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1–7, wobei die Analyseeinheit (164) einen Komparator umfasst.
Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1–8, wobei die Signalformungskomponente (160) einen Pulsweitenmodulator, einen Sigma-Delta-Wandler, eine mehrstufige Rauschformungskomponente und/oder ein Schleifenfilter umfasst.
Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1–9, wobei der Zeit/Digitalwandler (174; 200) aufweist: einen Verzögerungsabschnitt (210), welcher angeordnet und ausgestaltet ist, die Analyseausgabe (166) zu empfangen; einen Auslöseabschnitt (220), welcher angeordnet und ausgestaltet ist, das Taktsignal (170; 224) zu empfangen; und eine Logikkomponente (226), welche ausgestaltet ist, den Abtastfehler (176) auf der Grundlage einer oder mehrerer Eingaben von dem Verzögerungsabschnitt (210) und/oder dem Auslöseabschnitt (220) zu bestimmen.
Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1–10, wobei der Zeit/Digitalwandler (174; 200) aufweist: einen Verzögerungsabschnitt (210), welcher angeordnet und ausgestaltet ist, die Analyseausgabe (166) zu empfangen, wobei der Verzögerungsabschnitt (210) mehrere Verzögerungselemente (212) aufweist, welche in Reihe gekoppelt sind; einen Auslöseabschnitt (220), welcher angeordnet und ausgestaltet ist, das Taktsignal (170; 224) zu empfangen, wobei der Auslöseabschnitt (220) mehrere Leseeinheiten (222) aufweist, welche angeordnet und ausgestaltet sind, mehrere Ausgabezustände (214) von aufeinander folgenden Abschnitten des Verzögerungsabschnitts (210) zu empfangen; und eine Logikkomponente (226), welche angeordnet und ausgestaltet ist, mehrere Ablesungen von den mehreren Leseeinheiten (222) bei einer Frequenz, welche dem Taktsignal (170; 224) entspricht, zu empfangen und den Abtastfehler (176) auf der Grundlage der mehreren Ablesungen zu bestimmen.
Elektronische Vorrichtung, umfassend: einen Prozessor (112); und eine Kommunikationskomponente (114), welche funktionsfähig mit dem Prozessor (112) gekoppelt ist, und welche ausgestaltet ist, Kommunikationssignale zu senden, wobei die Kommunikationskomponente (114) eine Modulatorkomponente (150) aufweist, welche umfasst: eine Signalformungskomponente (160), welche ausgestaltet ist, ein Eingangssignal (158) zu empfangen und ein geformtes Signal (162) bereitzustellen; eine Analyseeinheit (164), welche angeordnet und ausgestaltet ist, das geformte Signal (162) zu empfangen und eine Analyseausgabe (166) bereitzustellen, welche einen zugeordneten ersten Wert oder einen zweiten Wert aufweist, wobei die Analyseausgabe (166) den ersten Wert aufweist, wenn das geformte Signal (162) innerhalb eines ersten Bereichs ist, und wobei die Analyseausgabe (166) den zweiten Wert aufweist, wenn das geformte Signal (162) innerhalb eines zweiten Bereichs ist; eine Abtastkomponente (168), welche angeordnet und ausgestaltet ist, die Analyseausgabe (166) und ein Taktsignal (170) zu empfangen und eine digitalisierte Ausgabe (172) auf der Grundlage des Taktsignals (170) bereitzustellen; und einen Abtastfehlerbestimmungsabschnitt (174, 178), welcher parallel zu der Abtastkomponente (168) gekoppelt ist und einen Zeit/Digitalwandler (174) aufweist, welcher ausgestaltet ist, einen Abtastfehler (176) auf der Grundlage einer Zeitdifferenz zwischen der Analyseausgabe (166) und dem Taktsignal (170) zu bestimmen.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Kommunikationskomponente (114) ferner umfasst: eine Rauschübertragungsfunktionskomponente (178), welche ausgestaltet ist, eine Rauschübertragungsfunktion auf den Abtastfehler (176) anzuwenden, um einen transformierten Abtastfehler (182) bereitzustellen; und eine Kombinationskomponente (180), welche angeordnet und ausgestaltet ist, den transformierten Abtastfehler (182) mit der digitalisierten Ausgabe (172) zu kombinieren, um eine endgültige Ausgabe (184) bereitzustellen.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Signalformungskomponente (160) durch eine komplexe Übertragungsfunktion gekennzeichnet ist, und wobei die Rauschübertragungsfunktion eine inverse Transformation der komplexen Übertragungsfunktion ist.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, wobei die Kombinationskomponente eine erste Kombinationskomponente umfasst, und wobei die Kommunikationskomponente ferner eine zweite Kombinationskomponente umfasst, welche angeordnet und ausgestaltet ist, die digitalisierte Ausgabe mit einem Anfangseingangssignal zu kombinieren, um der Signalformungskomponente das Eingangssignal bereitzustellen, wobei die digitalisierte Ausgabe von der Abtastkomponente zu der ersten Kombinationskomponente zurückgeführt wird.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Kombinationskomponente (180) eine zweite Kombinationskomponente (180) umfasst, und wobei die Kommunikationskomponente (114) ferner eine erste Kombinationskomponente (154) umfasst, welche angeordnet und ausgestaltet ist, die digitalisierte Ausgabe (172) mit einem Anfangseingangssignal (152) zu kombinieren, um der Signalformungskomponente (160) das Eingangssignal (158) bereitzustellen, wobei die digitalisierte Ausgabe (172) von der Abtastkomponente (168) zu der ersten Kombinationskomponente (154) zurückgeführt wird.
Elektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12–16, wobei der Zeit/Digitalwandler (174; 200) umfasst: einen Verzögerungsabschnitt (210), welcher angeordnet und ausgestaltet ist, die Analyseausgabe (166) zu empfangen, wobei der Verzögerungsabschnitt (210) mehrere Verzögerungselemente (212) aufweist, welche in Reihe gekoppelt sind; einen Auslöseabschnitt (220), welcher angeordnet und ausgestaltet ist, das Taktsignal (170; 224) zu empfangen, wobei der Auslöseabschnitt (220) mehrere Leseeinheiten (222) aufweist, welche angeordnet und ausgestaltet sind, mehrere Zustandsausgaben (214) von aufeinander folgenden Abschnitten des Verzögerungsabschnitts (210) zu empfangen; und eine Logikkomponente (226), welche angeordnet und ausgestaltet ist, mehrere Ablesungen von den mehreren Leseeinheiten (222) bei einer Frequenz, welche dem Taktsignal (170; 224) entspricht, zu empfangen und den Abtastfehler (176) auf der Grundlage der mehreren Ablesungen zu bestimmen.
Verfahren umfassend: Formen (308) eines Eingangssignals (158); Analysieren (310) des geformten Signals (162); Bereitstellen (312) eines Ausgangssignals (166), welches einen zugeordneten ersten Wert oder zweiten Wert aufweist, wobei das Ausgangssignal (166) den ersten Wert aufweist, wenn das geformte Signal (162) innerhalb eines ersten Bereichs ist, und wobei das Ausgangssignal (166) den zweiten Wert aufweist, wenn das geformte Signal (162) innerhalb eines zweiten Bereichs ist, Erzeugen eines digitalisierten Signals (172) auf der Grundlage des Ausgangssignals (166) und eines Taktsignals (170); und Bestimmen (314) eines Abtastfehlers (176) auf der Grundlage einer Zeit/Digitalwandlung einer Zeitdifferenz zwischen dem Ausgangssignal (166) und dem Taktsignal (170).
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Bestimmen (316) eines Abtastfehlers (176) ferner ein Anwenden (316) einer Rauschübertragungsfunktion auf den Abtastfehler (176) aufweist, um einen transformierten Abtastfehler (182) bereitzustellen, und wobei das Verfahren ferner ein Kombinieren (318) des transformierten Abtastfehlers (182) mit dem digitalisierten Signal (172) umfasst, um eine korrigierte Ausgabe (184) bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Formen (108) eines Eingangssignals (158) durch eine komplexe Übertragungsfunktion gekennzeichnet ist, und wobei die Rauschübertragungsfunktion eine inverse Transformation der komplexen Übertragungsfunktion ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18–20, ferner umfassend: Empfangen (302) eines Anfangssignals (152); und Kombinieren (306) des digitalisierten Signals (172) mit dem Anfangssignal (152), um das Eingangssignal (158) bereitzustellen, wobei das digitalisierte Signal (172) von dem Erzeugen des digitalisierten Signals (172) zurückgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18–21, wobei das Bestimmen (314) eines Abtastfehlers (176) auf der Grundlage einer Zeit/Digitalwandlung umfasst: Empfangen der Analyseausgabe (166) in einem Verzögerungsabschnitt (210) mit mehreren Verzögerungselementen (212), welche in Reihe gekoppelt sind; Empfangen des Taktsignals (170; 224) in einem Auslöseabschnitt (220) mit mehreren Leseeinheiten (222), welche angeordnet und ausgestaltet sind, mehrere Zustandsausgaben (214) von aufeinander folgenden Abschnitten des Verzögerungsabschnitts (210) zu empfangen; und Bestimmen des Abtastfehlers (176) auf der Grundlage mehrerer Ablesungen von den mehreren Leseeinheiten (222) bei einer Frequenz, welche dem Taktsignal (170; 224) entspricht.