DE102011116217A1

DE102011116217A1 - Verwendung eines multilevel-pulsweitenmodulierten Signals zur Realzeit-Rauschauslöschung

Info

Publication number: DE102011116217A1
Application number: DE102011116217A
Authority: DE
Inventors: Walter Y. Chen
Original assignee: Maxim Integrated Products Inc
Current assignee: Maxim Integrated Products Inc
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2011-10-17
Publication date: 2012-05-10
Also published as: US8217820B2; CN102468831A; CN102468831B; US20120114033A1

Abstract

Eine Mischsignal-Verarbeitungsschaltung enthält eine Analog-zu-PWM-Wandlerschaltung und ein Finite-Impuls-Response-(FIR)Filter mit einer Verzögerungsstrecke mit mehreren Ausgangsabgriffen und einer Summier- und Integrationsschaltung. Die Mischsignal-Verarbeitungsschaltung wandelt ein analoges Eingangssignal in ein PWM-Signal um, bildet ein Multilevel-PWM-Signal aus dem PWM-Signal und eine oder mehrere verzögerte Versionen des PWM-Signals, und wandelt das Multilevel-PWM-Signal in ein analoges Ausgangssignal um. Die Analog-zu-PWM-Wandlerschaltung ist unter Verwendung eines Dreieckwellenformgenerators und eines Komparators implementiert. Der FIR-Filter ist unter Verwendung eines Widerstandsnetzes implementiert, um Skalierungskoeffizienten des FIR-Filters anzuwenden. Die Mischsignal-Verarbeitungsschaltung kann innerhalb eines Rauschauslöschungs-Kopfhörers implementiert sein, um ein Rauschauslöschungssignal zu erzeugen, oder allgemein in Anwendungen, die aufgrund der Kombination eines analogen Eingangs/Ausgangs und digitaler Filtertechniken vorteilhaft sind.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Mischsignalverarbeitung. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf das Gebiet der Verwendung eines multilevel-pulsweitenmodulierten Signals zur Realzeit-Rauschausläschung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Signalverarbeitung richtet sich auf die Ausführung von Operationen an oder Analyse von Signalen. Signale sind analoge oder digitale elektrische Darstellungen von zeitlich veränderlichen oder räumlich veränderlichen physikalischen Größen. Digitale Signalverarbeitung und analoge Signalverarbeitung sind Unterbereiche der Signalverarbeitung. Digitale Signalverarbeitung bezieht sich auf Signale, die digitalisiert worden sind. Analoge Signalverarbeitung bezieht sich Signale, die nicht digitalisiert worden sind. Insbesondere repräsentiert die digitale Signalverarbeitung Signale durch eine Folge von Zahlen oder Symbolen und die Verarbeitung dieser Signale. Analoge Signalverarbeitung ist jede Signalverarbeitung, die bei analogen Signalen durch analoge Mittel vorgenommen wird. „Analog” bezeichnet etwas, das mathematisch als ein Satz kontinuierlicher Werte repräsentiert ist. Dies unterscheidet sich von „digital”, wobei eine Reihe von diskreten Größen verwendet wird, um ein Signal darzustellen. Gemischte Signalverarbeitung oder Mischsignalverarbeitung umfasst Elemente sowohl der analogen Signalverarbeitung als auch der digitalen Signalverarbeitung. Beispiele für Mischsignalverarbeitung sind, ohne darauf beschränkt zu sein, Komparatoren, Zeitgeber, phasenverriegelte Schleifen, Analog-Digital-Wandler und Digital-Analog-Wandler.
Eine fundamentale Unterscheidung zwischen unterschiedlichen Signalarten ist die zwischen kontinuierlichen Zeitsignalen und diskreten Zeitsignalen. In der mathematischen Abstraktion ist das Gebiet eines kontinuierlichen Zeitsignals der Satz von realen Zahlen oder eines Intervalls davon, während das Gebiet eines diskreten Zeitsignals der Satz von ganzen Zahlen oder eines Intervalls davon ist. Diskrete Zeitsignale entstehen häufig beim Abtasten von kontinuierlichen Zeitsignalen. Ein kontinuierliches Zeitsignal ist ein veränderliches Signal über einem kontinuierlichen Zeitgebiet. Ein diskretes Zeitsignal hat ein abzählbares Zeitgebiet, wie etwa die natürlichen Zahlen.
Signalverarbeitungssysteme können entweder diskret oder kontinuierlich in Amplitude oder Zeit sein. Quantisierer werden verwendet, um Signale von einer kontinuierlichen in eine diskrete Amplitude umzuwandeln, und Sampler werden verwendet, um Signale von kontinuierlicher in diskrete Zeit umzuwandeln. Herkömmliche digitale Signalverarbeitungssysteme sind diskret in der Zeit und diskret in der Amplitude, wobei derartige Systeme allerdings mit Aliasing- und Quantisierungsrauschen oder -Störsignalen behaftet sind. Herkömmliche analoge Systeme, die Signale kontinuierlich in Zeit und Amplitude verarbeiten, weisen zwar kein Aliasing- und Quantisierungsrauschen auf, haben aber stattdessen eine hohe Empfindlichkeit gegenüber Toleranzen und Anpassungen von Komponenten, vergleichsweise niedrige dynamische Bereiche und eine begrenzte und schwierige Rekonfigurierbarkeit. Herkömmliche Systeme, die diskret in der Zeit, aber kontinuierlich in der Amplitude sind, wie etwa Schaltkondensator-Schaltungen, sind ebenfalls mit Aliasing behaftet. Systeme, die diskret in der Amplitude, aber kontinuierlich in der Zeit sind, sind noch weitgehend unerforscht.
Signalverarbeitung hat viele Anwendungen. Eine solche Anwendung sind Stör- oder Rauschauslöschungs-Kopfhörer, die dazu verwendet werden können, um die hohe Qualität eines Audiogeräts in lauten Umgebungen zu verbessern. Bei zahlreichen herkömmlichen Rausch- oder Störauslöschungs-Kopfhörern im High-End-Bereich werden analoge Komponenten eingesetzt. Wenn ein analoges Signal ausgelöscht wird, wird ein rauschauslöschendes analoges Signal angewendet, wobei das rauschauslöschende analoge Signal das Gegenteil oder die Umkehrung des analogen Signals ist. Der Rest ist der Fehler (verbleibendes Signal), nachdem das umgekehrte Signal angewendet worden ist. Die Größe des Rests ist eine Funktion der Phasenverzögerung zwischen dem ursprünglichen analogen Signal, das ausgelöscht werden sollte, und des rauschauslöschenden analogen Signals. Damit eine effektive Rauschauslöschung erreicht werden kann, ist eine Realzeit-Auslöschung notwendig. Wenn das rauschauslöschende analoge Signal nicht innerhalb einer relativ kleinen Phasenverzögerung, wie etwa 10 Grad, angewendet wird, geht ein großer Teil der Rauschauslöschung verloren. Wenn die Phasenverzögerung geringer als diese Schwelle ist, wird ein guter Grad an Auslöschung erzielt. Je höher die Frequenz des auszulöschenden Signals ist, desto schwieriger ist es, das Signal auszulöschen.
Bei aktuellen Angeboten werden hunderte von analogen Komponenten zu relativ hohen Preisen verwendet, ungefähr $ 300. Eine digitale Vorgehensweise ist möglich, allerdings häufig mit schlechten Ergebnissen oder zu hohen Kosten aufgrund des Erfordernisses der sehr geringen Verzögerung für die Realzeit-Rauschauslöschung. Digitale Filter, die in Schaltkreisen zur Rauschauslöschung verwendet werden, können eine größere Auslegungsflexibilität als analoge Filter ergeben, wobei allerdings digitale Filter Verzögerungen mit sich bringen und mehr Strom verbrauchen. Insbesondere benötigen die Analog-Digital-Wandlung und die Digital-Analog-Wandlung, die bei der digitalen Verarbeitung von analogen Signalen erforderlich ist, Zeit und bringen daher zeitliche Verzögerungen mit sich. In Anwendungen, die realzeitabhängig sind, wie etwa die Rauschauslöschung, sind derartige Verzögerungen untragbar.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG:
Ausführungsformen einer Mischsignal-Verarbeitungsschaltung umfassen eine Analog-zu-PWM-Umwandlungsschaltung und einen Finite-Impuls-Response-(FIR)Filter. Der FIR-Filter umfasst eine Verzögerrungsstrecke mit mehreren Ausgangsabgriffen und eine Summier- und Integrationsschaltung. Die Mischsignal-Verarbeitungsschaltung ist konfiguriert zum Umwandeln eines analogen Eingangssignals in ein PWM-Signal, zum Bilden eines Multilevel-PWM-Signals aus dem PWM-Signal und eine oder mehrere verzögerte Versionen des PWM-Signals, und zum Umwandeln des Multilevel-PWM-Signals in ein analoges Ausgangssignal. In manchen Ausführungsformen ist die Analog-zu-PWM-Umwandlungsschaltung unter Verwendung eines Dreieckswellenformgenerators und eines Komparators implementiert. In manchen Ausführungsformen ist der FIR-Filter unter Verwendung einer PWM-Verzögerungsstrecke und eines Widerstandsnetzes implementiert, um Skalierungskoeffizienten auf den FIR-Filter anzuwenden. Die Mischsignal-Verarbeitungsschaltung kann in einem Rauschauslöschungs-Kopfhörer implementiert sein, um ein Rauschauslöschungssignal zu erzeugen. Im Allgemeinen kann die Mischsignal-Verarbeitungsschaltung in Anwendungen eingesetzt werden, die einen Vorteil aus der Kombination von analogem Eingang bzw. Ausgang und digitalen Filtertechniken ziehen.
Unter einem Aspekt wird eine Signalverarbeitungsschaltung offenbart. Die Signalverarbeitungsschaltung umfasst eine Wandlerschaltung, die konfiguriert ist, um ein analoges Eingangssignal zu erhalten und ein pulsweitenmoduliertes Signal entsprechend dem analogen Signal auszugeben; eine Verzögerungsstrecke, die mit der Wandlerschaltung gekoppelt ist, um das pulsweitenmodulierte Signal zu erhalten, wobei die Verzögerungsstrecke einen oder mehrere Verzögerungsstreckenabgriffe umfasst, wobei jeder Verzögerungsstreckenabgriff konfiguriert ist, um eine verzögerte Version des pulsweitenmodulierten Signals auszugeben; eine Skalierschaltung, die mit der Wandlerschaltung und mit dem einen oder den mehreren Verzögerungsstreckenabgriffen gekoppelt ist, wobei die Skalierschaltung konfiguriert ist, um das pulsweitenmodulierte Signal und jede der einen oder mehreren verzögerten Versionen des pulsweitenmodulierten Signals zu skalieren, wodurch mehrere skalierte pulsweitenmodulierte Signale gebildet sind; und eine Summier- und Integrationsschaltung, die mit der Skalierschaltung gekoppelt ist, wobei die Summier- und Integrationsschaltung konfiguriert ist, um die mehreren skalierten pulsweitenmodulierten Signale zu erhalten, um die mehreren skalierten pulsweitenmodulierten Signale zu einem mehrfachlevel-pulsweitenmodulierten Signal aufzusummieren, und um das mehrfachlevel-pulsweitenmodulierte Signal in ein analoges Ausgangssignal umzuwandeln.
In manchen Ausführungsformen umfasst die Wandlerschaltung einen Komparator und einen Dreieckswellenformgenerator, wobei der Komparator konfiguriert ist, um das analoge Eingangssignal und eine Dreieckswellenform, die von dem Dreieckswellenformgenerator erhalten ist, zu vergleichen, und um das pulsweitemodulierte Signal als Antwort auf den Vergleich auszugeben. In manchen Ausführungsformen entspricht eine Periode des pulsweitenmodulierten Signals einer Periode der Dreieckswellenform, und ein Arbeitszyklus einer speziellen Periode des pulsweitenmodulierten Signals entspricht einer Amplitude des analogen Eingangssignals während einer gleichen Periode der Dreieckswellenform. In manchen Ausführungsformen wird eine erste verzögerte Version des pulsweitenmodulierten Signals, das von einem ersten Verzögerungsstreckenabgriff ausgegeben wird, relativ zu dem pulsweitenmodulierten Signal um die Periode des pulsweitenmodulierten Signals verzögert, und jede aufeinanderfolgende verzögerte Version des pulsweitenmoduliertcn Signals, die von jedem aufeinanderfolgenden Verzögerungsstreckenabgriff ausgegeben wird, wird schrittweise um die Periode des pulsweitenmodulierten Signals verzögert. In manchen Ausführungsformen umfasst die Skalierschaltung ein Widerstandsnetz. In manchen Ausführungsformen umfasst die Summier- und Integrationsschaltung einen Operationsverstärker. In manchen Ausführungsformen umfasst die Summier- und Integrationsschaltung eine oder mehrere Summierschaltungen. In manchen Ausführungsformen bilden die Verzögerungsstrecke, die Skalierschaltung und die Summier- und Integrationsschaltung einen Finite-Impuls-Response-Filter. In manchen Ausführungsformen ist der Finite-Impuls-Response-Filter programmierbar. In manchen Ausführungsformen ist die Signalverarbeitungsschaltung eine Mischsignal-Verarbeitungsschaltung. In manchen Ausführungsformen ist die Mischsignal-Verarbeitungsschaltung eine Multilevel-Pulsweitenmodulationssignal-Verarbeitungsschaltung.
Unter einem anderen Aspekt wird ein Rauschauslöschungs-Kopfhörer offenbart. Der Rauschauslöschungs-Kopfhörer umfasst ein Mikrofon, das konfiguriert ist, um Umgebungsgeräusche zu erfassen und um ein analoges Eingangssignal zu erzeugen, das den Umgebungsgeräuschen entspricht; eine Signalverarbeitungsschaltung, die mit dem Mikrofon gekoppelt ist; und einen Lautsprecher, der mit der Signalverarbeitungseinheit gekoppelt ist, wobei der Lautsprecher konfiguriert ist, um ein Hörsignal ansprechend auf das analoge Ausgangssignal zu erzeugen. Die Signalverarbeitungsschaltung umfasst eine Wandlerschaltung, die konfiguriert ist, um das analoge Eingangssignal zu erhalten und ein pulsweitenmoduliertes Signal auszugeben, das dem analogen Signal entspricht; eine Verzögerungsstrecke, die mit der Wandlerschaltung gekoppelt ist, um das pulsweitenmodulierte Signal zu erhalten, wobei die Verzögerungsstrecke einen oder mehrere Verzögerungsstreckenabgriffe aufweist, wobei jeder Verzögerungsstreckenabgriff konfiguriert ist, um eine verzögerte Version des pulsweitenmodulierten Signals auszugeben; eine Skalierungsschaltung, die mit der Wandlerschaltung und mit dem einen oder den mehreren Verzögerungsstreckenabgriffen gekoppelt ist, wobei die Skalierungsschaltung konfiguriert ist, um das pulsweitenmodulierte Signal und jede der einen oder mehreren verzögerten Versionen des pulsweitenmodulierten Signals zu skalieren, wodurch mehrere skalierte pulsweitenmodulierte Signale erzeugt werden; und eine Summier- und Integrationsschaltung, die mit der Skalierschaltung gekoppelt ist, wobei die Summier- und Integrationsschaltung konfiguriert ist, um die mehreren skalierten pulsweitenmodulierten Signale zu erhalten, um die mehreren skalierten pulsweitenmodulierten Signale zu einem mehrfachlevel-pulsweitenmodulierten Signal zu summieren, und um das mehrfachlevel-pulsweitenmodulierte Signal in ein analoges Ausgangssignal umzuwandeln, wobei das analoge Ausgangssignal im wesentlichen einen Teil des analogen Eingangssignals auslöscht.
Unter einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zur Signalverarbeitung offenbart. Das Verfahren umfasst das Erhalten eines analogen Eingangssignals; das Umwandeln des analogen Signals in ein pulsweitenmoduliertes Signal; das Erzeugen einer oder mehrerer zeitverzögerter Versionen des pulsweitenmodulierten Signals; das Skalieren des pulsweitenmodulierten Signals und jeder der einen oder mehreren verzögerten Versionen des pulsweitenmodulierten Signals, wodurch mehrere skalierte pulsweitenmodulierte Signale erzeugt werden; das Summieren der mehreren skalierten pulsweitenmodulierten Signale zur Bildung eines mehrfachlevel-pulsweitenmodulierten Signals; und das Umwandeln des mehrfachlevel-pulsweitenmodulierten Signals in ein analoges Ausgangssignal.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN:
1 erläutert ein vereinfachtes Blockdiagramm einer beispielhaften Anwendung der Mischsignal-Verarbeitungsschaltung innerhalb eines Rauschauslöschungs-Kopfhörers.
2 erläutert ein schematisches Diagramm einer Mischsignal-Verarbeitungsschaltung entsprechend einer Ausführungsform.
3 erläutert ein Zeitablaufdiagramm eines beispielhaften PWM-Signals und von zwei verzögerten Versionen des PWM-Signals, die über die ersten drei Ausgangsleitungen in 2 ausgegeben werden.
4 erläutert die Mischsignal-Verarbeitungsschaltung nach 2, wobei Summierschaltungen zwischen dem Widerstandnetz und dem Operationsverstärker angeschlossen sind.
5 erläutert das Zeitablaufdiagramm nach 3 und ein beispielhaftes Mehrfachlevel-PWM-Signal.
Ausführungsformen der Mischsignal-Verarbeitungsschaltung werden in Bezug auf die unterschiedlichen Darstellungen in den Zeichnungen beschrieben. Soweit zutreffend, werden die gleichen Bezugszeichen verwendet, um das oder die gleichen Elemente zu bezeichnen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN:
Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung sind auf eine Mischsignal-Verarbeitungsschaltung gerichtet. Ein Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet wird erkennen, dass die nachfolgende detaillierte Beschreibung der Mischsignal-Verarbeitungsschaltung lediglich Erläuterungszwecken dient und in keiner Weise beschränkend sein soll. Andere Ausführungsformen der Mischsignal-Verarbeitungsschaltung werden für einen Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet ohne weiteres deutlich werden, nach Kenntnisnahme der vorliegenden Beschreibung.
Nachfolgend wird im Detail Bezug genommen auf Ausführungsform der Mischsignal-Verarbeitungsschaltung, wie sie in den beigefügten Zeichnung erläutert ist. Gleiche Bezugszeichen werden in den Zeichnungen und in der folgenden detaillierten Beschreibung verwendet, um gleiche oder ähnliche Teile zu bezeichnen. Im Sinne der Klarheit werden nicht alle routinemäßigen Maßnahmen der hier beschriebenen Implementierungen dargestellt und beschrieben. Es versteht sich allerdings, dass in der Entwicklung einer solchen tatsächlichen Implementierung zahlreiche implementierungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um die speziellen Ziele des Entwicklers zu erreichen, wie etwa die Erfüllung von anwendungs- und geschäftsbezogenen Vorschriften, wobei diese speziellen Ziele von einer Implementierung zur nächsten und von einem Entwickler zum nächsten unterschiedlich sein können. Darüber hinaus sei darauf verwiesen, dass eine solche Entwicklungsbemühung komplex und zeitaufwendig sein kann, aber dennoch eine Routinemaßnahme in der Entwicklung für einen Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet ist, der Kenntnis dieser Beschreibung hat.
Bei der Mischsignal-Verarbeitungsschaltung und den diesbezüglichen Grundlagen wird eine Mischsignal-Vorgehensweise verwendet, die die Flexibilität von digitalen Filtern mit einer minimalen Verzögerung aufweist. Die Mischsignal-Verarbeitungsschaltung und die damit in Bezug stehenden Grundlagen können die Leistungsfähigkeit von Mischsignal-Chips verbessern und deren Chipgrößen verkleinern, soweit analoge Filter notwendig sind. Im Allgemeinen können zahlreiche Vorteile der digitalen Signalverarbeitung bei der Verwendung einer Mischsignal-Verarbeitungsschaltung realisiert werden. Die Mischsignal-Verarbeitungsschaltung und damit in Bezug stehende Prinzipien ermöglichen eine analog-ähnliche Präzision und Funktionalität bei Prozessen niedriger Geometrie, die für dichte digitale Schaltungen optimiert sind.
In manchen Ausführungsformen wird die Mischsignal-Verarbeitungsschaltung zur Implementierung eines Rauschauslöschungs-Kopfhörer/Ohrhöhrerchips mit hoher Leistung und niedrigen Kosten verwendet. Bei Verwendung der Mischsignal-Verarbeitungstechnik kann eine Rauschauslöschungstechnik mit einem einzigen Chip ohne externe Komponenten zu einem sehr vernünftigen Preis bereitgestellt werden. Diese Herangehensweise macht kostengünstige Rauschauslöschungs-Kopfhörerprodukte verfügbar, wobei die Leistungsfähigkeit von High-End-Rauschauslöschungs-Kopfhörerprodukten weiter verbessert wird.
Obwohl die Beschreibung im Hinblick auf eine Störungs- oder Rauschauslöschungs-Anwendung erfolgt, können die Grundlagen der Mischsignal-Verarbeitungsschaltung auf andere Bereiche angewendet werden, in denen die Kombination eines analogen Eingangs bzw. Ausgangs und digitaler Filtertechniken vorteilhaft wäre. Solche Anwendungen umfassen, ohne allerdings darauf begrenzt zu sein, die Verwendung der Mischsignal-Verarbeitungsschaltung zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit und zur Verringerung der Chipgröße von DC-DC-Wandlern, die Verwendung der Prinzipien der Mischsignal-Verarbeitungsschaltung bei Steuerungen mit Phasenverriegelungsschleife (PLL), und die Verwendung der Prinzipien der Mischsignal-Verarbeitungsschaltung bei Realzeit-Servosteuersystemen, um die Verwendung von schnellen Analog-Digital-Wandlern, schnellen Digital-Analog-Wandlern und schnellen Mikroprozessoren zu vermeiden.
Im Allgemeinen werden Filter als Signalkonditionierer eingesetzt. Ein Filter funktioniert durch Annehmen eines Eingangssignals, Blockieren spezieller Frequenzkomponenten, und Durchlassen des Originalsignals minus dieser blockierten Komponenten an den Ausgang. Filter werden typischerweise durch ihre Antwort auf individuelle Frequenzkomponenten definiert, die das Eingangssignal darstellen. Dies wird als Frequenzantwort oder Frequenzgang bezeichnet. Ein analoger Filter wirkt direkt auf die analogen Eingangssignale und ist vollständig mit analogen Komponenten aufgebaut, wie etwa Widerständen, Kondensatoren und Spulen. Ein Beispiel eines analogen Filters ist ein Bessel-Tiefpassfilter der zweiten Ordnung. Ein digitaler Filter nimmt einen digitalen Eingang an, gibt einen digitalen Ausgang aus und besteht aus digitalen Komponenten. In einer beispielhaften digitalen Filteranwendung liest eine auf einem digitalen Signalprozessor (DSP) laufende Software Eingangs-Abtastsignale von einem Analog-Digital-Wandler ein, führt mathematische Verarbeitungsschritte aus, die durch das speziell konzipierte Filter vorgegeben werden, und gibt das Ergebnis über einen Digital-Analog-Wandler aus. Nach Vorgabe der individuellen Filterparameter definiert die Filtersoftware die benötigten Signalverarbeitungsgleichungen und -Koeffizienten für die Implementierung auf dem DSP.
Ein FIR-Filter ist eine Filterstruktur, die zur digitalen Implementierung eines gewünschten Frequenzgangs eingesetzt wird. Ein FIR-Filter ist typischerweise implementiert unter Verwendung einer Reihe von Verzögerungen, Multiplizierern und Addierern, um den Filterausgang zu erzeugen. Die Anzahl von Verzögerungen und die Werte der Koeffizienten, die von den Multiplizierern verwendet werden, hängt von der Filterauslegung ab, die dem gewünschten Frequenzgang entspricht.
Bei der Mischsignal-Verarbeitungsschaltung werden die Pulsweitenmodulation (PWM) und Multilevel-PWM-Signale verwendet. Die Umwandlung eines Realzeit-Analogsignals in ein PWM-Signal führt zu einer sehr kleinen Verzögerung. Dadurch, dass zugelassen wird, dass die PWM-Signale Mehrfach-Level-Signale anstatt binäre Signale werden, ist es möglich, das PWM-Signal und verzögerte Versionen des PWM-Signals ohne irgendeinen Verlust an Information zu addieren und zu skalieren. Unter Verwendung von verzögerten Versionen des PWM-Signals wird ein FIR-Filter für eine gewünschte Übertragungsfunktion aufgebaut.
In manchen Ausführungsformen umfasst das FIR-Filter einen Operationsverstärker mit relativ großer Bandbreite, der als Summierer und Integrator wirkt. Der FIR-Filter umfasst auch eine Verzögerungsstrecke mit mehreren Verzögerungsstreckenabgriffen. Jede Einheitsverzögerung der Verzögerungsstrecke kann synchron unter Verwendung von zwei Zählern oder asynchron unter Verwendung von mehreren Transistoren aufgebaut sein. Ein Realzeit-Analogsignal wird zuerst unter Verwendung eines Komparators und eines Dreieckswellenformgenerators in ein PWM-Format umgewandelt. Die Frequenz der Dreieckswellenform-Welle entspricht einer Abtastrate in einem vergleichbaren Analog-Digital-Wandler. Das PWM-Signal wird durch eine Abgriff-Verzögerungsstrecke geschickt, um eine oder mehrere verzögerte Versionen des PWM-Signals zu bilden, die zum Aufbau des FIR-Filters benötigt werden. Das PWM-Signal und die verzögerten Versionen des PWM-Signals werden entsprechend den Koeffizienten des FIR-Filters skaliert und dann summiert, um ein Multilevel-PWM-Signal zu bilden. Um die Hochfrequenzkomponenten des resultierenden Multilevel-PWM-Signals zu entfernen, ist auch eine Integrationsfunktion in dem Summierer enthalten, die auf einem Operationsverstärker mit großer Bandbreite basiert. Die Summier- und Integrationsschaltung wandelt das Multilevel-PWM-Signal in ein analoges Ausgangssignal um.
Die Erzeugung des PWM-Signals ist praktisch augenblicklich und bringt daher wenig, wenn überhaupt irgendeine Verzögerung mit sich, wenn das analoge Einganssignal in das PWM-Signal umgewandelt wird. Eine gewisse Verzögerung kann eingebracht werden, wenn das Multilevel-PWM-Signal in das analoge Ausgangssignal umgewandelt wird, wobei das Ausmaß der Verzögerung von der Zeitkonstanten der Integrationsschaltung abhängt.
Die Mischsignal-Verarbeitungsschaltung verwendet den Arbeitszyklus und auch die Amplitude der PWM-Signale für die Addition und Skalierung, um Filterrealisierungen mit Mischsignal-Schaltungskomponenten zu erzielen. Jedes PWM-Signal umfasst Binärlevel-Informationen, wobei das PWM-Signal entweder hoch oder niedrig ist, wobei der Anteil der Zeit, während der das PWM-Signal während jeder Periode hoch ist, der Arbeitszyklus ist. Die gesamte Information in den Binärlevel-PWM-Signalen ist noch vorhanden, wenn sie als ein Multilevel-PWM-Signal aufaddiert sind. Das resultierende Multilevel-PWM-Signal enthält die Arbeitszyklus-Information und auch die Amplitudeninformation, die den Wert des analogen Eingangssignals darstellt.
In manchen Ausführungsformen ist die Summier- und Integrationsfunktionalität unter Verwendung eines Operationsverstärkers implementiert. Bei Verwendung in einer Rauschauslöschungs-Anwendung ist der Operationsverstärker ein invertierender Operationsverstärker, der ein umgekehrtes Analogsignal erzeugt, basiert auf dem Multilevel-PWM-Signal, das in den inversen Operationsverstärker eingegeben wird.
1 erläutert ein vereinfachtes Blockschaltbild einer beispielhaften Anwendung der Mischsignal-Verarbeitungsschaltung innerhalb eines Rauschauslöschungs-Kopfhörers. Der Rauschauslöschungs-Kopfhörer 20 umfasst ein Mikrofon 22, eine Mischsignal-Verarbeitungseinheit 24, einen Lautsprecher 26, einen Audiogerät-Eingangsanschluss 28, eine Audioverarbeitungsschaltung 30 und eine Stromquelle 32. Das Mikrofon 22 nimmt umgebende Geräusche bzw. Umgebungsrauschen auf und überträgt das Umgebungsrauschen als ein analoges Eingangssignal an die Mischsignal-Verarbeitungsschaltung 24. Die Mischsignal-Verarbeitungsschaltung 24 verarbeitet das analoge Eingangssignal, um ein inverses analoges Signal zu erzeugen, das an den Lautsprecher 26 ausgegeben wird. Das inverse analoge Signal ist so konfiguriert, dass es im wesentlichen das analoge Eingangssignal auslöscht. Der Audiogeräte-Eingangsanschluss 28 ist konfiguriert, um ein Interface mit einem externen Audiogerät zu bilden, das ein Audiosignal zur Wiedergabe bereitstellt. Das Audiosignal wird an dem Audiogerät-Eingangsanschluss 28 empfangen und an die Audioverarbeitungsschaltung 30 ausgegeben, wo das Audiosignal verarbeitet und zur Wiedergabe an den Lautsprecher 26 gesendet wird. Die Stromquelle 32 stellt Strom für die Komponenten des Rauschauslöschungs-Kopfhörers 20 zur Verfügung.
2 erläutert ein schematisches Diagramm einer Mischsignal-Verarbeitungsschaltung nach einer Ausführungsform. Ein analoges Signal wird in einen ersten Eingang eines Komparators 2 eingegeben. Eine Dreieckswellenform wird von einem Dreieckswellenformgenerator 2 erzeugt, und die Dreieckswellenform wird in einen zweiten Eingang des Komparators 2 eingegeben. Das analoge Eingangssignal wird abgetastet, wobei die Dreieckswellenform verwendet wird, wodurch das analoge Eingangssignal in einen Pulsweiten-Modulierungsbereich umgewandelt wird, worauf als PWM-Signal Bezug genommen wird. Jede Periode des PWM-Signals entspricht einer Periode der modulierenden Dreieckswellenform. Die Periode der Dreieckswellenform, über die das analoge Eingangssignal abgetastet wird, wird als Abtastperiode bezeichnet. Die Signalstärke oder Magnitude des analogen Eingangssignals über der Abtastperiode entspricht dem Arbeitszyklus des PWM-Signals.
Der Komparator 2 ist mit einem FIR-Filter gekoppelt. In der beispielhaften Ausführungsform nach 2 ist der FIR-Filter unter Verwendung einer Abgriffsverzögerungsstrecke 6 und N Verzögerungsstreckenabgriffen implementiert, wobei N eine positive ganze Zahl von 1 oder mehr ist, eines Widerstandsnetzes mit Widerständen R1 bis Rn + 1 und einer Summier- und Integrationsschaltung, die einen Operationsverstärker 8, einen Kondensator CI und einen Widerstand RI umfasst. Jeder Verzögerungsstreckenabgriff verzögert das PWM-Signal um eine Periode. Zu einem gegebenen Zeitpunkt gibt jeder Verzögerungsstreckenabgriff eine unterschiedliche Periode des PWM-Signals, das von dem Komparator 2 ausgegeben wird, aus. Der FIR-Filter umfasst auch mehrere Ausgangsleitungen. Eine erste Ausgangsleitung ist mit dem Komparator 2 gekoppelt, so dass das PWM-Signal über die erste Ausgangsleitung ohne Verzögerung übertragen wird. Jeder Verzögerungsstreckenabgriff ist mit einer der anderen Ausgangsleitungen gekoppelt. Auf diese Weise sind N + 1 Ausgangsleitungen vorhanden, einschließlich der ersten Ausgangsleitung, die keiner Verzögerung unterworfen ist, und N Ausgangsleitungen, die mit den N Verzögerungsstreckenabgriffen gekoppelt sind. Der erste Verzögerungsstreckenabgriff gibt ein erstes verzögertes PWM-Signal aus, das um eine Periode relativ zu dem PWM-Signal auf der ersten Ausgangsleitung verzögert ist. Die Periode, um die das PWM-Signal verzögert ist, entspricht der Abtastperiode, so dass jede Verzögerungsperiode die Abtastperiode ist. Der Ausgang eines jeden aufeinanderfolgenden Verzögerungsstreckenabgriffs ist um eine zusätzliche Periode verzögert. Wenn beispielsweise 7 Verzögerungsstreckenabgriffe vorhanden sind, sind insgesamt 8 Ausgangsleitungen vorhanden, einschließlich der ersten Ausgangsleitung, die nicht verzögert ist. Die erste Ausgangsleitung gibt das PWM-Signal aus. Die zweite Ausgangsleitung gibt das PWM-Signal, verzögert um eine Periode, aus. Die dritte Ausgangsleitung gibt das PWM-Signal, verzögert um zwei Perioden, aus. Die vierte Ausgangsleitung gibt das PWM-Signal, verzögert um drei Perioden, aus, und so weiter, so dass die achte Ausgangsleitung das PWM-Signal, verzögert um sieben Perioden, ausgibt.
3 erläutert ein Zeitablaufdiagramm eines beispielhaften PWM-Signals und von zwei verzögerten Versionen des PWM-Signals, die über die ersten drei Ausgangsleitungen in 2 ausgegeben werden. Das beispielhafte PWM-Signal ist über 5 Perioden dargestellt, P1 bis P5, wobei die Periode P1 der am kürzesten zurückliegenden Zeitperiode entspricht. Das PWM-Signal, das über die erste Ausgangsleitung ausgegeben wird, ist nicht verzögert und entspricht daher zeitlich dem PWM-Signal, das von dem Komparator 2 ausgegeben wird und in den Widerstand R1 in 2 eingegeben wird Das Signal, das über die zweite Ausgangsleitung ausgegeben wird, entspricht einem ersten verzögerten PWM-Signal, das von dem ersten Verzögerungsstreckenabgriff ausgegeben wird und in den Widerstand R2 in 2 eingegeben wird. Das erste verzögerte PWM-Signal ist um eine Periode relativ zu dem PWM-Signal verzögert, das über die erste Ausgangsleitung ausgegeben wird. Das Signal, das über die dritte Ausgangsleitung ausgegeben wird, entspricht einem zweiten verzögerten PWM-Signal, das von dem zweiten Verzägerungsstreckenabgriff ausgegeben wird und in den Widerstand R3 in 2 eingegeben wird. Das zweite verzögerte PWM-Signal ist um eine Periode relativ zu dem ersten verzögerten PWM-Signal, das über die zweite Ausgangsleitung ausgegeben wird, verzögert, und um zwei Perioden relativ zu dem PWM-Signal verzögert, das über die erste Ausgangsleitung ausgegeben wird. Die Signale, die über die verbleibenden Ausgangsleitungen in 2 ausgegeben werden, sind in ähnlicher Weise verzögert.
Die PWM-Signale, die auf den N Ausgangsleitungen abgegeben werden, sind unter Verwendung eines Widerstandsnetzes skaliert. In der beispielhaften Konfiguration nach 2 ist die erste Ausgangsleitung mit einem veränderlichen Widerstand R1 gekoppelt, die zweite Ausgangsleitung ist mit einem veränderlichen Widerstand R2 gekoppelt, die dritte Ausgangsleitung ist mit einem veränderlichen Widerstand R3 gekoppelt, und die N + 1 Ausgangsleitung ist mit einem veränderlichen Widerstand Rn + 1 gekoppelt. Obwohl jeder der veränderlichen Widerstände R1 bis Rn + 1 in 2 als ein einzelner Widerstand dargestellt ist, versteht es sich, dass jeder der veränderlichen Widerstände R1 bis Rn + 1 einen oder mehrere Widerstände darstellt. Jede Ausgangsleitung ist mit einem Widerstand zur Amplitudenskalierung gekoppelt.
Die Mischsignal-Verarbeitungsschaltung umfasst auch eine Summier- und Integrationsschaltung. Jeder der veränderlichen Widerstände R1 bis Rn + 1 ist mit der Summier- und Integrationsschaltung gekoppelt. In der beispielhaften Konfiguration, die in 2 dargestellt ist, umfasst die Summier- und Integrationsschaltung den Kondensator CI, den Widerstand RI und den Operationsverstärker 8. Ein erster Eingang des Operationsverstärkers 8 ist mit den veränderlichen Widerständen R bis Rn + 1 gekoppelt. Ein zweiter Eingang des Operationsverstärkers 8 ist mit Erde gekoppelt. Der Kondensator CI und der Widerstand RI sind parallel zum ersten Eingang und zum Ausgang des Operationsverstärkers 8 geschaltet. Ein Ausgangswiderstand Rout ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 8 gekoppelt. Der Ausgang des Operationsverstärkers 8 ist ein analoges Ausgangssignal, welches der Ausgang der Mischsignal-Verarbeitungsschaltung ist.
Eine skalierte Version des PWM-Signals und skalierte Versionen der verzögerten PWM-Signale werden verwendet, um ein Multilevel-PWM-Signal zu erzeugen, wie etwa das Multilevel-PWM-Signal in 5. Jede Periode des Multilevel-PWM-Signals ist eine Summierung der skalierten Versionen der entsprechenden Abtastperiode für jedes des PWM-Signals und der verzögerten Versionen des PWM-Signals. Beispielsweise ist die Periode P1 des Multilevel-PWM-Signals eine Summierung des skalierten PWM-Signals auf der ersten Ausgangsleitung für die Periode P1, des skalierten verzögerten PWM-Signals auf der zweiten Ausgangsleitung für die Periode P1, des skalierten verzögerten PWM-Signals auf der dritten Ausgangsleitung für die Periode P1 und so weiter für jede zusätzliche Ausgangsleitung. Die „hohen” und „niedrigen” Werte des PWM-Signals sind in 5 so dargestellt, dass sie die Größen ”+1” und „–1” haben. Das Multilevel-PWM-Signal ist die Summierung der drei skalierten PWM-Signale, die auf der ersten, zweiten und dritten Ausgangsleitung ausgegeben werden. In einer beispielhaften Anwendung wird das erste PWM-Signal mit einem Faktor „1” skaliert, das zweite PWM-Signal wird mit einem Faktor „0,5” skaliert, und das dritte PWM-Signal wird mit einem Faktor „0,25” skaliert. Die drei skalierten PWM-Signale werden aufsummiert, um das Multilevel-PWM-Signal, das in 5 dargestellt ist, zu bilden.
Die PWM-Abgriffsverzögerungsleitung, die Ausgangsleitungen, das Widerstandsnetz und die Summier- und Integrationsschaltung bilden eine FIR-Filterstruktur. Der Wert eines jeden Widerstands wird so gewählt, das er zu einen gewünschten Frequenzgang für das FIR-Filter passt. Der Skalierungsfaktor, der auf jede Ausgangsleitung angewendet wird, entspricht einem der Koeffizienten in der FIR-Filterauslegung. Die Verwendung von veränderbaren Widerständen bietet eine Flexibilität in der Auslegung, um beliebige Magnituden- und Phasenanforderungen zu erfüllen und dadurch eine Programmierbarkeit des FIR-Filters zu ermöglichen.
In manchen Ausführungsformen umfasst der Operationsverstärker Summierschaltungen zum Addieren jedes der skalierten PWM-Signale, die von den veränderbaren Widerständen R1 bis Rn + 1 ausgegeben werden, wodurch das Multilevel-PWM-Signal gebildet wird. Die Amplituden- und Arbeitszyklus-Informationen, die in dem Multilevel-PWM-Signal enthalten sind, werden dazu verwendet, das analoge Signal zu erzeugen, das von dem Operationsverstärker ausgegeben wird.
Die Summierung der skalierten PWM-Signale zur Bildung des Multilevel-PWM-Signals ist ein linearere Vorgang. Bei manchen Ausführungsformen ist die Summier- und Integrationsschaltung als ein Tiefpassfilter konfiguriert. Da die Summierung in dem Operationsverstärker ein linearer Vorgang ist, ist das Tiefpassfilter nach der Summierung enthalten. Allerdings kann das Tiefpassfilter in alternativen Konfigurationen vor der Summierung angeordnet sein.
In anderen Ausführungsformen sind die Summierschaltungen nicht in dem Operationsverstärker enthalten, und sind stattdessen zwischen dem Widerstandsnetz und dem Operationsverstärker angeschlossen. 4 erläutert die Mischsignal-Verarbeitungsschaltung nach 2, wobei Summierschaltungen 10, 12 und 14 zwischen dem Widerstandsnetz und dem Operationsverstärker geschaltet sind.
In der beispielhaften Anwendung, in der die Mischsignal-Verarbeitungsschaltung als Teil eines Rauschauslöschungs-Kopfhörers verwendet wird, ist das analoge Eingangssignal umgebendes Rauschen oder Umgebungsgeräusche, und der Operationsverstärker ist ein invertierender Operationsverstärker. Zusätzlich zur Umwandlung des Multilevel-PWM-Signals in ein analoges Signal invertiert der invertierende Operationsverstärker auch das Multilevel-PWM-Signal, so dass der Ausgang des invertierenden Operationsverstärkers ein invertiertes analoges Signal ist, das im Wesentlichen das analoge Eingangssignal auslöscht. Alternativ kann die invertierende Funktionalität innerhalb der Skalierungsfaktoren enthalten sein, die durch das Widerstandsnetz angewendet werden.
Die multiplizierende Funktion des FIR-Filters ist in 2 durch Verwendung der veränderbaren Widerstände R1 bis Rn + 1 implementiert. Im Allgemeinen kann die multiplizierende Funktion durch Verwendung eines beliebigen Typs einer herkömmlichen multiplizierenden Schaltung implementiert werden, die das Signal, das von dem Komparator ausgegebenen wird, multipliziert, oder eine verzögerte Version des Signals, das von einer der Verzögerungsstreckenabgriffe ausgegeben wird, und ein Signal, das für den entsprechenden Filterungskoeffizienten, der für die Skalierung verwendet wird, repräsentativ ist.
Die vorstehend beschriebene Mischsignal-Verarbeitungsschaltung ist unter Verwendung eines FIR-Filters implementiert. Alternativ können ähnliche Prinzipien unter Verwendung eines Infinite-Impuls-Response(IIR)-Filters angewendet werden.
Die Mischsignal-Verarbeitungsschaltung ist im Hinblick auf spezielle Ausführungsformen beschrieben worden, bei denen Details enthalten sind, um das Verständnis der Grundlagen des Aufbaus und der Wirkungsweise der Mischsignal-Verarbeitungsschaltung zu erleichtern. Solche Bezugnahmen auf spezielle Ausführungsformen und deren Details sind hierbei allerdings nicht zur Beschränkung des Umfangs der angefügten Ansprüche gedacht. Für einen Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet ist klar, dass Modifikationen in den Ausführungsformen, die lediglich zur Erläuterung gewählt worden sind, vorgenommen werden können, ohne den Gehalt und Umfang der Mischsignal-Verarbeitungsschaltung zu verlassen.

Claims

Signalverarbeitungsschaltung, umfassend: a. eine Wandlerschaltung, die konfiguriert ist, um ein analoges Eingangssignal zu erhalten und ein pulsweitenmoduliertes Signal entsprechend dem analogen Signal auszugeben; b. eine Verzögerungsstrecke, die mit der Wandlerschaltung gekoppelt ist, um das pulsweitenmodulierte Signal zu erhalten, wobei die Verzögerungsstrecke einen oder mehrere Verzägerungsstreckenabgriffe aufweist, wobei jeder Verzögerungsstreckenabgriff konfiguriert ist, um eine verzögerte Version des pulsweitenmodulierten Signals auszugeben; c. eine Skalierschaltung, die mit der Wandlerschaltung und mit dem einen oder den mehreren Verzögerungsstreckenabgriffen gekoppelt ist, wobei die Skalierschaltung konfiguriert ist, um das pulsweitenmodulierte Signal und jede der einen oder mehreren verzögerten Versionen des pulsweitenmodulierten Signals zu skalieren und dadurch mehrere skalierte pulsweitenmodulierte Signale zu bilden; d. eine Summier- und Integrationsschaltung, die mit der Skalierschaltung gekoppelt ist, wobei die Summier- und Integrationsschaltung konfiguriert ist, um die mehreren skalierten pulsweitenmodulierten Signale zu erhalten, die mehreren skalierten pulsweitenmodulierten Signale zu einem mehrfachlevel-pulsweitenmodulierten Signal aufzusummieren, und um das mehrfachlevel-pulsweitenmodulierte Signal in ein analoges Ausgangssignal umzuwandeln.
Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlerschaltung einen Komparator und einen Dreieckswellenformgenerator umfasst, wobei der Komparator konfiguriert ist, um das analoge Eingangssignal und eine Dreieckswellenform, die von dem Dreieckswellenformgenerator erhalten ist, zu vergleichen, und um das pulsweitenmodulierte Signal als Antwort auf den Vergleich auszugeben.
Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Periode des pulsweitenmodulierten Signals einer Periode der Dreieckswellenform entspricht, und ein Arbeitszyklus einer speziellen Periode des pulsweitenmodulierten Signals einer Amplitude des analogen Eingangssignals während einer gleichen Periode der Dreieckswellenform entspricht.
Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste verzögerte Version des pulsweitenmodulierten Signals, die von einem ersten Verzögerungsstreckenabgriff ausgegeben ist, relativ zu dem pulsweitenmodulierten Signal um die Periode des pulsweitenmodulierten Signals verzögert ist, und jede aufeinanderfolgende verzögerte Version des pulsweitenmodulierten Signals, die von jedem aufeinanderfolgenden Verzögerungsstreckenabgriff ausgegeben ist, schrittweise um die Periode des pulsweitenmodulierten Signals verzögert ist.
Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Skalierschaltung ein Widerstandsnetz umfasst.
Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Summier- und Integrationsschaltung einen Operationsverstärker umfasst.
Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Summier- und Integrationsschaltung eine oder mehrere Summierschaltungen umfasst.
Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungsstrecke, die Skalierschaltung und die Summier- und Integrationsschaltung einen Finite-Impuls-Response-Filter bilden.
Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Finite-Impuls-Response-Filter programmierbar ist.
Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungsschaltung eine Mischsignal-Verarbeitungsschaltung umfasst.
Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischsignal-Verarbeitungsschaltung eine Multilevel-Pulsweitenmodulationssignal-Verarbeitungsschaltung umfasst.
Rauschauslöschungs-Kopfhörer, umfassend: a. ein Mikrofon, das konfiguriert ist, um ein Umgebungsgeräusch zu erfassen und ein analoges Eingangssignal zu erzeugen, das dem Umgebungsgeräusch entspricht; b. eine Signalverarbeitungsschaltung, die mit dem Mikrofon gekoppelt ist, wobei die Signalverarbeitungsschaltung umfasst: i. eine Wandlerschaltung, die konfiguriert ist, um das analoge Eingangssignal zu erhalten und ein pulsweitenmoduliertes Signal auszugeben, das dem analogen Signal entspricht; ii. eine Verzögerungsstrecke, die mit der Wandlerschaltung gekoppelt ist, um das pulsweitenmodulierte Signal zu erhalten, wobei die Verzögerungsstrecke einen oder mehrere Verzögerungsstreckenabgriffe umfasst, wobei jeder Verzögerungsstreckenabgriff konfiguriert ist, um eine verzögerte Version des pulsweitenmodulierten Signals auszugeben; iii. eine Skalierschaltung, die mit der Wandlerschaltung und mit dem einen oder den mehreren Verzögerungsstreckenabgriffen gekoppelt ist, wobei die Skalierschaltung konfiguriert ist, um das pulsweitenmodulierte Signal und jede der einen oder mehreren verzögerten Versionen des pulsweitenmodulierten Signals zu skalieren und dadurch mehrere skalierte pulsweitenmodulierte Signale zu bilden; iv. eine Summier- und Integrationsschaltung, die mit der Skalierschaltung gekoppelt ist, wobei die Summier- und Integrationsschaltung konfiguriert ist, um die mehreren skalierten pulsweitenmodulierten Signale zu erhalten, die mehreren skalierten pulsweitenmodulierten Signal zu einem mehrfachlevel-pulsweitenmodulierten Signal zu summieren, und um das mehrfachlevel-pulsweitenmodulierte Signal in ein analoges Ausgangssignal umzuwandeln, wobei das analoge Ausgangssignal im Wesentlichen einen Teil des analogen Eingangssignals auslöscht; c. einen Lautsprecher, der mit der Signalverarbeitungsschaltung gekoppelt ist, wobei der Lautsprecher konfiguriert ist, um ein Audiosignal ansprechend auf das analoge Ausgangssignal zu erzeugen.
Verfahren zur Signalverarbeitung, umfassend: a. Erhalten eines analogen Eingangssignals; b. Umwandeln des analogen Signals in ein pulsweitenmoduliertes Signal; c. Erzeugen einer oder mehrerer zeitverzögerter Versionen des pulsweitenmodulierten Signals; d. Skalieren des pulsweitenmodulierten Signals und jeder der einen oder mehreren verzögerten Versionen des pulsweitenmodulierten Signals, wodurch mehrere skalierte pulsweitenmodulierte Signale erzeugt werden; e. Summieren der mehreren skalierten pulsweitenmodulierten Signale zur Bildung eines mehrfachlevel-pulsweitenmodulierten Signals; f. Umwandeln des mehrfachlevel-pulsweitenmodulierten Signals in ein analoges Ausgangssignal.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Umwandeln des analogen Signals in das pulsweitenmodulierte Signal ein Vergleichen des analogen Eingangssignals mit einer Dreieckswellenform umfasst, und ein Erzeugen des pulsweitenmodulierten Signals als Antwort auf den Vergleich.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Periode des pulsweitenmodulierten Signals einer Periode der Dreieckswellenform entspricht, und ein Arbeitszyklus einer speziellen Periode des pulsweitenmodulierten Signals einer Amplitude des analogen Eingangssignals während einer gleichen Periode der Dreieckswellenform entspricht.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste verzögerte Version des pulsweitenmodulierten Signals relativ zu dem pulsweitenmodulierten Signal um die Periode des pulsweitenmodulierten Signals verzögert wird, und jede aufeinanderfolgende verzögerte Version des pulsweitenmodulierten Signals schrittweise um die Periode des pulsweitenmodulierten Signals verzögert wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Skalierschaltung ein Widerstandsnetz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Skalierfaktor, der zum Skalieren des pulsweitenmodulierten Signals und jeder der einen oder mehreren verzögerten Versionen des pulsweitenmodulierten Signals angewendet wird, programmierbar ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitung eine Mischsignalverarbeitung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischsignalverarbeitung eine Multilevel-Pulsweitenmodulationsverarbeitung umfasst.