DE102021107007A1

DE102021107007A1 - Pulsweitenmodulation mit reduzierter übertragungslatenz

Info

Publication number: DE102021107007A1
Application number: DE102021107007.4A
Authority: DE
Inventors: Dirk Hammerschmidt
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2020-04-03
Filing date: 2021-03-22
Publication date: 2021-10-07
Also published as: CN113497608A; US10958260B1

Abstract

Eine Pulsweitenmodulation (PWM)-Ausgangsstufe beinhaltet eine Datenquelle, die ausgelegt ist, ein Datensignal zu erzeugen; und einen Pulsweitenmodulator, der ausgelegt ist, das Datensignal bei einer Vielzahl von Abtastzeiten abzutasten und ein PWM-Signal basierend auf einer Vielzahl von Datenabtastwerten zu erzeugen, die der Vielzahl von Abtastzeiten entsprechen. Das PWM-Signal beinhaltet einen PWM-Zyklus mit einer ersten Phase bei einer ersten Dauer und einer zweiten Phase bei einer zweiten Dauer. Der Pulsweitenmodulator ist ausgelegt, einen ersten Datenabtastwert bei einer ersten Abtastzeit vor der ersten Phase abzutasten, die erste Dauer und die zweite Dauer des PWM-Zyklus basierend auf dem ersten Datenabtastwert einzustellen, einen zweiten Datenabtastwert bei einer zweiten Abtastzeit während der zweiten Phase abzutasten, und die zweite Dauer des ersten PWM-Zyklus basierend auf dem zweiten Datenabtastwert anzupassen.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Pulsweitenmodulatoren und auf Verfahren zur Pulsweitenmodulation (PWM, Pulse Width Modulation).
HINTERGRUND
Die vielen Anwendungen für die Pulsweitenmodulation (PWM) beinhalten die Spannungsregelung, die Steuerung des Leistungspegels, und die Motorsteuerung, um nur einige zu nennen. Jede PWM-Periode (d.h. Übertragungszyklus) beinhaltet eine Hoch-Zeit (High Time) für den ersten Teil der PWM-Periode, gefolgt von einer Niedrig-Zeit (Low Time) für einen zweiten Teil der PWM-Periode, oder umgekehrt. Die Dauer des ersten und zweiten Abschnitts wird durch einen Pulsweitenmodulator geregelt, der typischerweise eine PWM-Schaltung oder ein Prozessor ist.
PWM wird aufgrund seiner Einfachheit häufig zur Übertragung von Sensordaten verwendet. Es hat jedoch einen gravierenden Nachteil, welcher die lange Zeit ist, die für die Übertragung eines einzelnen Wertes benötigt wird. Dieses Latenzproblem steigt exponentiell mit der erforderlichen Auflösung der Datenübertragung. Der Empfang der Daten ist gegenüber der Abtastzeit deutlich verzögert. Diese Verzögerung stellt eine Einschränkung für die erreichbare Geschwindigkeit eines Regelkreises dar, der die Sensordaten nutzt.
Daher kann es wünschenswert sein, einen Pulsweitenmodulator und ein PWM-Verfahren zu entwickeln, das die Übertragungslatenz reduziert.
KURZDARSTELLUNG
Eine oder mehrere Ausführungsformen stellen eine Pulsweitenmodulation (PWM)-Ausgangsstufe bereit, die eine Datenquelle beinhaltet, die so ausgelegt ist, dass sie ein Datensignal erzeugt; und einen Pulsweitenmodulator, der so ausgelegt ist, dass er das Datensignal bei einer Vielzahl von Abtastzeiten abtastet und ein PWM-Signal basierend auf einer Vielzahl von Datenabtastwerten erzeugt, die der Vielzahl von Abtastzeiten entsprechen. Das PWM-Signal enthält eine Vielzahl von PWM-Zyklen, die jeweils eine erste Phase mit einer ersten Dauer und eine zweite Phase mit einer zweiten Dauer umfassen. Die erste Dauer und die zweite Dauer sind variabel. Die Vielzahl von PWM-Zyklen beinhaltet einen ersten PWM-Zyklus. Der Pulsweitenmodulator ist so ausgelegt, dass er einen ersten Datenabtastwert bei einer ersten Abtastzeit vor der ersten Phase des ersten PWM-Zyklus abtastet, die erste Dauer und die zweite Dauer des ersten PWM-Zyklus basierend auf einem ersten Datenwert des ersten Datenabtastwertes einstellt, einen zweiten Datenabtastwert bei einer zweiten Abtastzeit während der zweiten Phase des ersten PWM-Zyklus abtastet, und die zweite Dauer des ersten PWM-Zyklus basierend auf einem zweiten Datenwert des zweiten Datenabtastwertes anpasst.
Eine oder mehrere Ausführungsformen stellen ein PWM-Verfahren bereit, aufweisend: Erzeugen eines Datensignals; Abtasten des Datensignals bei einer Vielzahl von Abtastzeiten; und Erzeugen eines PWM-Signals basierend auf einer Vielzahl von Datenabtastwerten, die der Vielzahl von Abtastzeiten entsprechen, wobei das PWM-Signal eine Vielzahl von PWM-Zyklen umfasst, die jeweils eine erste Phase mit einer ersten Dauer und eine zweite Phase mit einer zweiten Dauer beinhalten, wobei die erste Dauer und die zweite Dauer variabel sind, wobei die Vielzahl von PWM-Zyklen einen ersten PWM-Zyklus beinhaltet. Das Abtasten des Datensignals bei der Vielzahl von Abtastzeiten beinhaltet: Abtasten eines ersten Datenabtastwerts bei einer ersten Abtastzeit vor der ersten Phase des ersten PWM-Zyklus, und Abtasten eines zweiten Datenabtastwerts bei einer zweiten Abtastzeit während der zweiten Phase des ersten PWM-Zyklus. Das Erzeugen des PWM-Signals beinhaltet ein Einstellen der ersten Dauer und der zweiten Dauer des ersten PWM-Zyklus basierend auf einem ersten Datenwert des ersten Datenabtastwertes, und ein Anpassen der zweiten Dauer des ersten PWM-Zyklus basierend auf einem zweiten Datenwert des zweiten Datenabtastwertes.
Figurenliste
Ausführungsformen sind hierin unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

1A ist ein schematisches Blockdiagramm eines Systems, in dem ein Pulsweitenmodulator gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen verwendet wird;
1B ist ein schematisches Blockdiagramm eines anderen Systems, in dem ein Pulsweitenmodulator gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen verwendet wird;
2 ist ein Signaldiagramm eines PWM-Signals eines PWM-Übertragungszyklus gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen;
3 ist ein Signaldiagramm von zwei möglichen PWM-Signalen eines PWM-Übertragungszyklus gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen, in denen zwei Datenabtastwerte verwendet werden; und
4 ist ein Signaldiagramm von zwei möglichen PWM-Signalen eines PWM-Übertragungszyklus gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen, in denen drei Datenabtastwerte verwendet werden.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im Folgenden werden Details dargelegt, um eine genauere Erklärung der beispielhaften Ausführungsformen bereitzustellen. Es wird jedoch für den Fachmann offensichtlich sein, dass Ausführungsformen auch ohne diese spezifischen Details ausgeführt werden können. In anderen Fällen sind bekannte Strukturen und Vorrichtungen in Form eines Blockdiagramms oder in einer schematischen Ansicht und nicht im Detail dargestellt, um die Ausführungsformen nicht undeutlich zu machen. Darüber hinaus können Merkmale der verschiedenen im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, sofern nicht ausdrücklich anders angemerkt.
Ferner werden gleichwertige oder ähnliche Elemente oder Elemente mit gleichwertiger oder ähnlicher Funktionalität in der folgenden Beschreibung mit gleichwertigen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet. Da gleiche oder funktional äquivalente Elemente in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, kann eine wiederholte Beschreibung für Elemente, die mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, entfallen. Daher sind Beschreibungen, die für Elemente mit gleichen oder gleichartigen Bezugszeichen bereitgestellt sind, gegenseitig austauschbar.
In diesem Zusammenhang kann direktionale Terminologie, wie „oben“, „unten“ „unter“ „über“ „vorne“ „hinter“ „hinten“, „führend“, „anhängend“, usw. in Bezug auf die Ausrichtung der beschriebenen Figuren verwendet werden. Da Teile von Ausführungsformen in einer Reihe von verschiedenen Ausrichtungen positioniert sein können, dient die direktionale Terminologie der Veranschaulichung und ist in keiner Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen verwendet und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne dass der durch die Ansprüche definierte Umfang verlassen wird. Die folgende detaillierte Beschreibung ist daher nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen.
Es versteht sich, dass, wenn ein Element als „verbunden“ oder „gekoppelt“ mit einem anderen Element bezeichnet wird, es direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt sein kann, oder dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Wenn ein Element dagegen als „direkt verbunden“ oder „direkt gekoppelt“ mit einem anderen Element bezeichnet wird, sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden. Andere Wörter, die zur Beschreibung der Beziehung zwischen Elementen verwendet werden, sollten in ähnlicher Weise interpretiert werden (zum Beispiel „zwischen“ im Gegensatz zu „direkt zwischen“, „angrenzend“ im Gegensatz zu „direkt angrenzend“, usw.) .
In den hierin beschriebenen oder in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen kann jede direkte elektrische Verbindung oder Kopplung, d.h. jede Verbindung oder Kopplung ohne zusätzliche Zwischenelemente, auch durch eine indirekte Verbindung oder Kopplung, d.h. eine Verbindung oder Kopplung mit einem oder mehreren zusätzlichen Zwischenelementen, oder umgekehrt, realisiert werden, solange der allgemeine Zweck der Verbindung oder Kopplung, zum Beispiel die Übertragung einer bestimmten Art von Signal oder die Übertragung einer bestimmten Art von Information, im Wesentlichen beibehalten wird. Merkmale aus verschiedenen Ausführungsformen können zu weiteren Ausführungsformen kombiniert werden. Beispielsweise können Variationen oder Modifikationen, die in Bezug auf eine der Ausführungsformen beschrieben sind, auch auf andere Ausführungsformen anwendbar sein, sofern nichts Gegenteiliges angemerkt ist.
Der Begriff „im Wesentlichen“ kann hierin verwendet werden, um kleine Fertigungstoleranzen (zum Beispiel innerhalb von 5 %) zu berücksichtigen, die in der Industrie als akzeptabel gelten, ohne von den Aspekten der hierin beschriebenen Ausführungsformen abzuweichen.
Ein Sensor kann sich auf eine Komponente beziehen, die eine zu messende physikalische Größe in ein elektrisches Signal umwandelt, zum Beispiel ein Stromsignal oder ein Spannungssignal. Die physikalische Größe kann zum Beispiel ein Strom oder eine Spannung bei einem Shunt-Widerstand in einem Single-Shunt-Widerstandssystem sein.
Eine Signalverarbeitungsschaltung und/oder eine Signalaufbereitungsschaltung kann ein oder mehrere Signale von einer oder mehreren Komponenten empfangen und darauf eine Signalkonditionierung oder -verarbeitung durchführen. Signalkonditionierung, wie hierin verwendet, bezieht sich auf die Manipulation eines Signals in einer Weise, dass das Signal die Anforderungen einer nächsten Stufe für die weitere Verarbeitung erfüllt. Die Signalkonditionierung kann ein Umwandeln von analog zu digital (z.B. über einen Analog-Digital-Wandler), Verstärkung, Filterung, Umwandlung, Vorspannen, Bereichsanpassung, Isolierung, und alle anderen Prozesse umfassen, die erforderlich sind, um ein Signal für die Verarbeitung nach der Konditionierung geeignet zu machen.
Somit kann eine Signalverarbeitungsschaltung einen Analog-Digital-Wandler (ADC) enthalten, der das analoge Signal von dem einen oder mehreren Sensorelementen in ein digitales Signal umwandelt. Die Signalverarbeitungsschaltung kann auch einen digitalen Signalprozessor (DSP) enthalten, der eine gewisse Verarbeitung des digitalen Signals durchführt.
1A ist ein schematisches Blockdiagramm eines Systems 100, in dem ein Pulsweitenmodulator gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen verwendet wird. Das System beinhaltet eine Datenquelle 10, einen Pulsweitenmodulator 12, eine RC-Schaltung 14, und einen Analogausgang Aout. Die Datenquelle 10 kann ein Sensor sein, der so ausgelegt ist, dass er ein Sensorsignal (d.h. ein Datensignal) als Antwort auf das Messen einer physikalischen Größe wie Temperatur, Druck, Magnetfeld, Spannung, Strom, usw. erzeugt. Der Pulsweitenmodulator 12 enthält einen Eingang Din, der das Sensorsignal empfängt. Der Pulsweitenmodulator 12 tastet das am Eingang Din empfangene Sensorsignal in vorgegebenen Intervallen ab, und erzeugt ein PWM-Signal basierend auf den empfangenen Daten. Insbesondere entspricht jede PWM-Periode des PWM-Signals zwei oder mehr Datenabtastwerten, wie im Folgenden näher beschrieben wird.
Die RC-Schaltung 14 ist ein Tiefpassfilter (LPF, Low Pass Filter), welches das PWM-Signal in ein analoges Signal umwandelt. Als solches wird ein analoges Signal von der RC-Schaltung 14 über den analogen Ausgang Aout ausgegeben. Das Analogsignal ist ein gemitteltes Signal, repräsentativ für einen Mittelwert mehrerer PWM-Perioden oder -Zyklen.
Der Pulsweitenmodulator 12 kann dazu verwendet werden, Daten von einem Sensor an einen Mikrocontroller (nicht gezeigt) einer elektronischen Steuereinheit (ECU, Electronic Control Unit) zu übertragen. In diesem Fall wird er auch verwendet, um ein analoges Signal zu ersetzen, die extrem empfindlich auf elektromagnetische Störungen (EMI, Electromagnetic Interference) reagieren und daher große und teure lineare Ausgangstreiber benötigen. Das PWM-Signal wird unter Verwendung des Pulsweitenmodulators 12 binär codiert übertragen und kann auf der Empfangsseite unter Verwendung des RC-Glieds 14 in ein analoges Signal umgewandelt werden. Der Pulsweitenmodulator 12 treibt das Schalten des PWM-Signals entweder zur Versorgungsspannung oder Masse und benötigt daher nur minimale Chipfläche im Vergleich zu einer linearen Ausgangsstufe für das Analogsignal. Somit kann das System 100 eine Ausgangsstufe der Kommunikationsschnittstelle sein.
1B ist ein schematisches Blockdiagramm eines Systems 200, in dem ein Pulsweitenmodulator gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen verwendet wird. Das System 200 kann eine Wechselrichter-Steuereinheit 20, einen Leistungswechselrichter 21, und einen Elektromotor 22 beinhalten. Die Wechselrichtersteuereinheit 20 verhält sich wie eine Motorsteuereinheit zum Steuern des Elektromotors 22. Der Leistungswechselrichter 21 kann eine Transistorbrücke enthalten, die so ausgelegt ist, dass sie zum Beispiel dreiphasige Leistung bereitstellt, indem sie dreiphasige Spannungen zum Treiben des Elektromotors 22 liefert. Die Wechselrichter-Steuereinheit 20 beinhaltet eine Motorsteuerungsschaltung 24, wie einen Mikrocontroller, der einen Motorsteuerungsalgorithmus implementiert, und einen Pulsweitenmodulator 26, der PWM-Steuersignale an einen Gate-Treiber überträgt, der das Schaltarray der Transistorbrücke steuert.
In diesem Fall ist die Motorsteuerungsschaltung 24 eine Datenquelle, die ein Datensignal in Übereinstimmung mit dem Motorsteuerungsalgorithmus erzeugt, und das Datensignal wird am Eingang Din des Pulsweitenmodulators 26 empfangen. Der Pulsweitenmodulator 26 tastet das am Eingang Din empfangene Datensignal in vorgegebenen Intervallen ab, und erzeugt ein PWM-Steuersignal basierend auf den empfangenen Daten. Insbesondere entspricht jede PWM-Periode des PWM-Steuersignals zwei oder mehr Datenabtastwerten, wie im Folgenden näher beschrieben wird. Somit kann das System 200 eine in Leistungsanwendungen verwendete Ausgangsstufe sein.
Es wird angemerkt, dass ein Tiefpassfilter, der das geschaltete Stromsignal glättet, nicht benötigt wird, da das Glätten durch die mechanische Trägheit des Elektromotors 22 erreicht wird.
Gemäß den Ausführungsformen wird kurz vor dem Ende jeder PWM-Periode eine zweite Abtastzeit eingeführt und ermöglicht es, die PWM-Periodenzeit zu modifizieren, um den aktuellen Wert des Messsignals bei dieser zweiten Abtastzeit darzustellen. Mit anderen Worten, während zwei oder mehr Datenabtastwerte für jede PWM-Periode oder jeden Übertragungszyklus genommen werden, ist der Dateninhalt einer PWM-Periode repräsentativ für den letzten Datenabtastwert dieser Abtastwerte, da die Dauer oder Länge jeder PWM-Periode variabel ist (d.h. aktualisiert) in Übereinstimmung mit dem letzten Datenabtastwert.
Gemäß diesem Verfahren wird ein erster Datenabtastwert durch den Pulsweitenmodulator 12, 26 bei einem Beginn einer PWM-Periode genommen oder erfasst, um die anfänglichen Hoch- und Niedrigzeiten des PWM-Pulses einzustellen. Zusätzlich wird während der PWM-Periode (d.h. vor dem Ende derselben PWM-Periode) ein zweiter Datenabtastwert genommen, um die Hoch-Zeit oder die Niedrig-Zeit, je nachdem, welche später kommt, des PWM-Impulses zu modifizieren. Somit wird die Länge der zweiten Phase eines PWM-Signals basierend auf einem neuen, zweiten Datenabtastwert aktualisiert, der kurz vor dem Ende der Dauer des ursprünglichen PWM-Signals genommen wird, das durch den ersten Datenabtastwert festgelegt wurde. Dies hat den Effekt, dass der gesamte PWM-Dateninhalt und die PWM-Periodenzeit des PWM-Pulses modifiziert werden.
2 ist ein Signaldiagramm eines PWM-Übertragungszyklus eines PWM-Signals gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen. Der PWM-Übertragungszyklus oder die PWM-Periode beinhaltet zwei Abschnitte: eine erste Phase, gefolgt von einer zweiten Phase. Die erste Phase ist entweder durch eine Hoch-Zeit oder eine Niedrig-Zeit definiert, während der die PWM ein logischer Hoch-Wert bzw. ein logischer Niedrig-Wert ist. Die zweite Phase ist entweder durch eine Niedrig-Zeit oder eine Hoch-Zeit definiert, deren Wert komplementär zur ersten Phase ist. Für 2 sind die folgenden Variablen definiert:

D1: anfänglicher Datenabtastwert;
Ts1: Abtastzeit des anfänglichen Datenabtastwertes D1;
Tp1: anfängliche PWM-Zeitperiode;
Th1: anfängliche Hoch-Zeit basierend auf D1 und Tp1;
T11: anfängliche Niedrig-Zeit basierend auf D1 und Tp1;
D2: zweiter Datenabtastwert;
Ts2: Abtastzeit des zweiten Datenabtastwertes D2;
T12: aktualisierte Niedrig-Zeit basierend auf D2; und
Tp2: aktualisierte PWM-Zeitperiode basierend auf Th1 und T12.

Es wird auch angemerkt, dass ein Signalbereich für die folgenden Beispiele auf [-1, 1] normiert ist. Es wird jedoch anerkannt, dass ein anderer Normierungsbereich verwendet werden kann oder dass die Normierung überhaupt nicht verwendet werden kann. Bei diesem Normierungsschema ist die anfängliche PWM-Zeitperiode gleich 1 (d.h. Tp1 = 1). Es wird ferner anerkannt, dass es auch möglich ist, zunächst mit einer Niedrig-Zeit zu beginnen und dann zu einer Hoch-Zeit überzugehen, und dass die Ausführungsformen nicht darauf beschränkt sind, mit einer Hoch-Zeit oder einer Niedrig-Zeit zu beginnen.
Es wird auch angemerkt, dass PWM-Signale in einem Datenübertragungssystem wie dem in 1A gezeigten nicht zulassen können, dass sich die Hoch- und Niedrig-Periode über die volle PWM-Zykluslänge erstrecken, da dies zu keinen detektierbaren Flanken für den zur Unterscheidung zwischen Datenwerten verwendeten Empfänger führen würde. Daher werden in diesem Fall die Hoch- und Niedrig-Periode zwischen kleinen Grenzen erzeugt, wie zwischen 5 % und 95 % der vollen PWM-Periode, um detektierbare Flanken zwischen PWM-Zyklen bereitzustellen. Somit können die zulässigen Werte für die anfängliche Hoch-Zeit oder die anfängliche Niedrig-Zeit auf einen festgelegten Wertebereich begrenzt werden, der kleiner als der volle Wertebereich eines PWM-Zyklus ist. Zum Beispiel kann der volle normierte Bereich des PWM-Zyklus zwischen -1 und 1 (einschließlich) liegen und der Bereich der zulässigen Werte für die anfängliche Hoch-Zeit oder die anfängliche Niedrig-Zeit kann zwischen -0,9 und 0,9 (einschließlich) liegen. Somit kann der anfängliche Datenabtastwert D1 vor dem Startpunkt des PWM-Zyklus oder nach dem Startpunkt des PWM-Zyklus, aber vor dem Startpunkt der ersten Phase abgetastet werden. Für eine Motorsteuerung (zum Beispiel PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor)) ist dies nicht der Fall, hier können sich die erste und zweite Phase auf 0 oder 100% volle PWM-Zykluslänge erstrecken.
Dementsprechend wird bei einer ersten Abtastzeit Ts1 vor der ersten Phase eines entsprechenden PWM-Übertragungszyklus ein Datenwert D1 durch den Pulsweitenmodulator 12, 26 abgetastet, und der Pulsweitenmodulator 12, 26 berechnet die anfängliche Hoch-Zeit Th1 in Bezug auf die anfängliche Periodenzeit Tp1 basierend auf dem Datenwert D1. Zum Beispiel kann der Pulsweitenmodulator 12, 26 die Gleichung 1 verwenden, um die anfängliche Hoch-Zeit Th1 in Bezug auf die anfängliche Periodenzeit Tp1 basierend auf dem Datenwert D1 zu berechnen: $Th 1 = \frac{Tp 1 * (D 1 + 1)}{2}$
Daraus folgt natürlich, dass die anfängliche Niedrig-Zeit Tl1 in Bezug auf die anfängliche Periodenzeit Tp1 ebenfalls gemäß Gleichung 2 bestimmt werden kann: $Tl 1 = Tp 1 - Th 1$
Als Ergebnis der anfänglichen Berechnung geht das PWM-Signal bei einem Start des entsprechenden PWM-Übertragungszyklus auf Hoch und bleibt für die berechnete Zeit Th1 auf Hoch. Nachdem die Hoch-Zeit Th1 vorbei ist, geht das PWM-Signal wieder auf Niedrig.
Bei einer definierten Zeit während der anfänglichen Niedrig-Zeit Tl1 und vor dem Ende der anfänglichen Periodenzeit Tp1 des aktuell laufenden PWM-Übertragungszyklus wird ein zweiter Datenabtastwerten D2 des Datensignals durch den Pulsweitenmodulator 12, 26 bei der Abtastzeit Ts2 genommen. Der Pulsweitenmodulator 12, 26 verwendet den Wert des zweiten Datenabtastwerts, um die anfängliche Niedrig-Zeit Tl1 anzupassen und damit die anfängliche Periodenzeit Tp1 des aktuellen PWM-Übertragungszyklus während seiner Übertragung anzupassen. Mit anderen Worten, der Pulsweitenmodulator 12, 26 aktualisiert die anfängliche Niedrig-Zeit Tl1 auf eine aktualisierte Niedrig-Zeit T12 und aktualisiert die anfängliche PWM-Periodenzeit Tp1 auf eine aktualisierte PWM-Periodenzeit Tp2 basierend auf dem Wert des zweiten Datenabtastwertes D2. Als Ergebnis wird der zweite Datenabtastwert D2 durch das Verhältnis der zuvor übertragenen Hoch-Zeit Th1 und der neuen angepassten Periodenzeit Tp2 repräsentiert, welche die Summe aus der abgelaufenen Hoch-Zeit Th1 und der angepassten Niedrig-Zeit T12 ist. Die aktualisierte Niedrig-Zeit Tl2 und die aktualisierte PWM-Periodenzeit Tp2 können zum Beispiel mit den Gleichungen 3 und 4 berechnet werden: $Tl 2 = \frac{2 * Th 1}{D 2 + 1} - Th 1$
$Tp 2 = Th 1 + TI 2$
Infolgedessen wird ein einzelner PWM-Übertragungszyklus verwendet, um den neuesten von zwei Datenabtastwerten D1 und D2 zu übertragen, wobei der Datenabtastwert D1 vor dem PWM-Übertragungszyklus und der Datenabtastwert D2 während des PWM-Übertragungszyklus abgetastet wird. Sobald das PWM-Signal basierend auf dem Datenabtastwert D2 aktualisiert wird, wird der erste Datenabtastwert D1 überschrieben. Somit ist der endgültige Wert, der durch den PWM-Übertragungszyklus übermittelt wird, repräsentativ für den Datenabtastwert D2.

Beispiel 1, unten bereitgestellt, zeigt ein mögliches Ergebnis, wenn der Pulsweitenmodulator 12, 26 dieses PWM-Übertragungsverfahren anwendet, wobei die anfänglichen Berechnungen für den Beginn der PWM-Übertragung auf dem anfänglichen Datenabtastwert D1 basieren.

D1 = 0,9	Tp1 = 1	Anfängliche Periodenzeit,
$Th 1 = \frac{Tp 1 * (D 1 + 1)}{2}$	Th1 = 0,95	Anfängliche Hoch-Zeit,
$Tl 1 = Tp 1 - Th 1$	Tl1 = 0,05	Anfängliche Niedrig-Zeit.

Die Berechnung mit dem neuen Abtastwert D2 vor dem Ende der PWM-Übertragung aktualisieren: D2 = 0,8. Da der Hoch-Zustand bereits übertragen ist, wird die Niedrig-Zustandszeit auf T12 aktualisiert:

$Tl 2 = \frac{2 * Th 1}{D 2 + 1} - Th 1$
Tl2 = 0,106 Aktualisierte Niedrig-Zeit,

$Tp 2 = Th 1 + Tl 2$
Tp2 = 1,056 Aktualisierte Periodenzeit.
Dies ist ein gutes Ergebnis, da sich die Periodenzeit nur um 5,6 % erhöhen darf, was mit einer zweiten Abtastzeit, die kurz vor dem Ende der PWM-Periode genommen wird, machbar ist. Ein möglicher Nachteil des angewandten Verfahrens ist jedoch, dass für sehr kurze Hoch-Zeiten die erforderliche Änderung der Periodenzeit sich massiv ändern muss mit einem erheblichen Einfluss auf die Abtastrate. Daher kann das PWM-Übertragungsverfahren ferner gemäß den folgenden Verfahren angepasst werden.
3 ist ein Signaldiagramm von zwei möglichen PWM-Signalen eines PWM-Übertragungszyklus gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen. Insbesondere enthält 3 ein oberes Diagramm, das einen Fall veranschaulicht, in dem der Datenwert des anfänglichen Datenabtastwertes D1 ein positiver Wert ist, und ein unteres Diagramm, das einen Fall veranschaulicht, in dem der Datenwert des anfänglichen Datenabtastwertes D1 ein negativer Wert ist, in Bezug auf den normierten Datenbereich von -1 bis +1.
In einem angepassten PWM-Übertragungsverfahren wird das PWM-Signal zuerst mit dem längeren Zustand übertragen. Das heißt, für positive Datenwerte von D1, bei denen der Hoch-Zustand länger ist, wird im PWM-Übertragungszyklus zuerst der Hoch-Zustand gefolgt von dem Niedrig-Zustand übertragen. Alternativ dazu, für einen negativen Datenwert von D1, der einen längeren Niedrig-Zustand erfordert, beginnt der PWM-Übertragungszyklus in dem Niedrig-Zustand gefolgt von dem Hoch-Zustand.
Somit tastet der Pulsweitenmodulator 12, 26 den ersten Datenabtastwert D1 bei der anfänglichen Abtastzeit Ts1 ab und vergleicht den Datenwert des ersten Datenabtastwertes D1 mit Null oder einem anderen vordefinierten Schwellenwert. Bei einer ersten Bedingung, dass der Datenwert des ersten Datenabtastwertes D1 größer als der vordefinierte Schwellenwert ist, wählt der Pulsweitenmodulator 12, 26 den Hoch-Zustand für die erste Phase des PWM-Übertragungszyklus. Bei einer zweiten Bedingung, dass der Datenwert des ersten Datenabtastwertes D1 kleiner als der vordefinierte Schwellenwert ist, wählt der Pulsweitenmodulator 12, 26 den Niedrig-Zustand für die erste Phase des PWM-Übertragungszyklus.
Wenn die erste Bedingung erfüllt ist, tastet der Pulsweitenmodulator 12, 26 den zweiten Datenabtastwert D2 während der zweiten Phase des PWM-Übertragungszyklus (d.h. während des Niedrig-Zustands) bei Ts2 ab und passt die Dauer des Niedrig-Zustands gemäß dem Datenwert des zweiten Datenabtastwertes D2 an. In diesem Fall können Gleichungen 1-4 wie oben beschrieben angewendet werden.
Wenn die zweite Bedingung erfüllt ist, tastet der Pulsweitenmodulator 12, 26 den zweiten Datenabtastwert D2 während der zweiten Phase des PWM-Übertragungszyklus (d.h. während des Hoch-Zustands) bei Ts2 ab und passt die Dauer des Hoch-Zustands gemäß dem Datenwert des zweiten Datenabtastwertes D2 an. In diesem Fall können Gleichungen 1 und 2 angewendet werden, um die anfänglichen Werte von Th1 und Tl1 zu berechnen. Es werden jedoch zusätzlich Gleichungen 5 und 6 verwendet, um die aktualisierten Werte von Th2 und Tp2 zu berechnen: $Th 2 = \frac{Ti 1 + D 2 * Tl 1}{D 2 - 1}$
$Tp 2 = Th 2 + Tl 1$
Folglich wird ein einzelner PWM-Übertragungszyklus verwendet, um den zweiten Datenabtastwert D2 zu übertragen, wobei der Datenabtastwert D1 verwendet wird, um Anfangswerte des PWM-Signals des PWM-Übertragungszyklus einzustellen, und der Datenabtastwert D2 während des PWM-Übertragungszyklus abgetastet wird und verwendet wird, um den Endwert des PWM-Signals einzustellen. Der Datenabtastwert D1 kann während eines vorhergehenden PWM-Zyklus genommen werden, nahe dem Beginn des nächsten PWM-Zyklus, der D2 entspricht. Alternativ kann der Datenabtastwert D1 zwischen aufeinanderfolgenden oder benachbarten PWM-Zyklen (d.h. zwischen einem vorherigen PWM-Zyklus und einem nächsten PWM-Zyklus) genommen werden. Alternativ kann der Datenabtastwert D1 während seines entsprechenden PWM-Übertragungszyklus genommen werden, aber vor der ersten Phase des PWM-Übertragungszyklus. Im letzteren Fall kann zwischen dem Beginn des entsprechenden PWM-Übertragungszyklus und der ersten Phase (d.h. vor der ersten Übergangsflanke) eine gewisse Pufferperiode vorhanden sein.
Beispiel 2, unten bereitgestellt, stellt ein mögliches Ergebnis bereit, wenn der Pulsweitenmodulator 12, 26 dieses angepasste PWM-Übertragungsverfahren anwendet mit den anfänglichen Berechnungen für den Beginn der PWM-Übertragung basierend auf dem anfänglichen Abtastwert D1.

D1 = -0,9 Tp1 = 1 Anfängliche Periodenzeit

$Th 1 = \frac{Tp 1 * (D 1 + 1)}{2}$
Th1 - 0,05 Anfängliche Hoch-Zeit

$Tl 1 = Tp 1 - Th1$
TI1 = 0,95 Anfängliche Niedrig-Zeit
Da der Datenwert von D1 kleiner als der vordefinierte Schwellenwert ist, beginnt die PWM-Übertragung mit dem Niedrig-Zustand gemäß Tl1. Der Pulsweitenmodulator 12, 26 aktualisiert dann die Berechnung mit dem neuen Datenwert D2 vor dem Ende der PWM-Übertragung: D2 = -0,8. Da der Niedrig-Zustand bereits übertragen ist, wird die Hoch-Zustandszeit auf Th2 aktualisiert

$Th 2 = \frac{Tl 1 + D 2 * Tl 1}{D 2 - 1}$
Th2 = 0,106 Aktualisierte Niedrig-Zeit

$Tp 2 = Th 2 + Tl 1$
Tp2 = 1,056 Aktualisierte Periodenzeit
Aufgrund der Änderung der Reihenfolge der Hoch-Phase und der Niedrig-Phase, benötigt die Hoch-Phase nur eine kleine Verlängerung und die endgültige Periodenzeit Tp2 wird um 5,6 % in Bezug auf die anfängliche Periodenzeit Tp1 erhöht.
Zusätzlich kann der Pulsweitenmodulator 12, 26 so ausgelegt sein, dass er einen dritten Datenabtastwert D3 zur Abtastzeit Ts3 nimmt, um die Dauer der ersten Phase des PWM-Übertragungszyklus anzupassen. 4 ist beispielsweise ein Signaldiagramm von zwei möglichen PWM-Signalen eines PWM-Übertragungszyklus gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen. Insbesondere enthält 4 ein oberes Diagramm, das einen Fall veranschaulicht, in dem der Datenwert des Anfangsdatenabtastwertes D1 ein positiver Wert ist, und ein unteres Diagramm, das einen Fall veranschaulicht, in dem der Datenwert des anfänglichen Datenabtastwertes D1 ein negativer Wert ist. Der Pulsweitenmodulator 12, 26 verwendet die Datenabtastwerte D1 und D2 in ähnlicher Weise wie oben beschrieben, aber verwendet auch einen dritten Datenabtastwert D3, um die Dauer der ersten Phase des PWM-Übertragungszyklus anzupassen.
Wenn die Dauer der ersten Phase in Übereinstimmung mit dem dritten Datenabtastwert D3 geändert wird, wird der vollständige Satz von Dauern Tl1, Th1 unter Verwendung der Gleichungen 1 und 2 durch T13, Th3 überschrieben, wobei Tl1 durch Tl3 und Th1 durch Th3 ersetzt wird. Die Summe Tp3 aus Tl3 und Th3 bleibt gleich der anfänglichen Zeitperiode Tp1. Die Berechnung der zweiten Phasendauer braucht nicht durchgeführt zu werden, da sie später ohnehin überschrieben wird. Durch die Gleichheit von Tp1 und Tp3 kann die Abtastzeit Ts2 für den letzten Abtastwert D2 gleich bleiben und muss nicht verändert werden. Da die Zeitperiode Tp1 und Tp3 gleich sind, führt die Änderung der ersten Phasendauer basierend auf D3 zu einer gleichen, aber entgegengesetzten Änderung der zweiten Phasendauer. Die nächste Änderung basierend auf dem Datenabtastwert D2 bei Ts2 ändert dann die zweite Dauer wieder gemäß den vorherigen Gleichungen, nur mit Tx1 (d.h. Tl1 und Th1) ersetzt durch Tx3 (d.h. T13 und Th3). Die zweite Anpassung ändert die Periodenlänge Tp2 zwangsläufig, da die erste Periode bereits übertragen ist und die Gesamtlänge der Periode nicht kompensieren kann.
Dementsprechend kann die Gesamtperiodenlänge des PWM-Übertragungszyklus zunächst basierend auf D1 eingestellt und dann basierend auf D2 angepasst werden. Die erste Phase wird zunächst basierend auf D1 eingestellt und dann basierend auf D3 aktualisiert. Die zweite Phase wird zunächst basierend auf D1 eingestellt, dann zuerst aufgrund der Anpassung der ersten Phase basierend auf D3 angepasst, und dann zum Zweiten basierend auf D2 angepasst. Die Gesamtperiodenlänge wird nur basierend auf D2 angepasst.
Die Abfolge der Operationen kann beinhalten: Abtasten von D1 bei Ts1; Bestimmen, ob die erste Phase des PWM-Übertragungszyklus in einem Hoch-Zustand oder einem Niedrig-Zustand zu starten ist, basierend auf einem Vergleich von Abtastwert D1 mit Null oder einem anderen vordefinierten Schwellenwert; Berechnen der anfänglichen Periodenlänge der ersten Phase und der zweiten Phase basierend auf D1; Starten des PWM-Übertragungszyklus gemäß dem bestimmten Startzustand und den bestimmten anfänglichen ersten Phasen- und zweiten Phasendauern; Abtasten von D3 bei Ts3 während der ersten Phase des PWM-Übertragungszyklus; Aktualisieren der anfänglichen Dauer der ersten Phase basierend auf D3 über Anpassung; Abtasten von D2 bei Ts2 während der zweiten Phase des PWM-Übertragungszyklus; Aktualisieren der anfänglichen Dauer der zweiten Phase basierend auf D2 über Anpassung.
Alternativ kann der Pulsweitenmodulator 12, 26 die Werte der Datenabtastwerte D1 und D3 verwenden, um einen geschätzten Datenabtastwert D2est zu berechnen, der einen vorhergesagten Wert des bei Ts2 genommenen Datenabtastwertes D2 darstellt. Der Pulsweitenmodulator 12, 26 kann den Wert des geschätzten Datenabtastwertes D2est verwenden, um die anfängliche Dauer der ersten Phase des aktuellen PWM-Zyklus einzustellen, anstatt nur basierend auf dem Datenabtastwert D3. Für ein überabgetastetes Signal, was der Fall sein muss, wenn ein analoges Signal durch Tiefpassfilterung der PWM-Sequenz rekonstruiert werden soll, wird dies die erforderlichen Aktualisierungen der Dauer des zweiten PWM-Signalzustands erheblich reduzieren.
Der Pulsweitenmodulator 12, 26 kann ein lineares Prädiktormodell unter Verwendung der Gleichungen 7 und 8 verwenden, um den geschätzten Datenabtastwert D2est zu berechnen. In Fällen, in denen die Abtastzeiten Ts1, Ts3, und Ts2 nicht äquidistant sind, kann Gleichung 7 verwendet werden. In Fällen, in denen die Abtastzeiten Ts1, Ts3, und Ts2 äquidistant sind, kann Gleichung 8 verwendet werden. $D 2 est = D 3 + \frac{D 3 - D 1}{t 3 - t 1} * (t 2 - t 3)$
$D 2 est = 2 * D 3 - D 1$
Der Datenabtastwert D2, der vom Pulsweitenmodulator 12, 26 bei der Abtastzeit Ts2 genommen wird, überschreibt dann den geschätzten Datenabtastwert D2est und der Pulsweitenmodulator 12, 26 verwendet den Datenabtastwert D2, um die anfängliche Dauer der zweiten Phase des aktuellen PWM-Zyklus einzustellen.
Dementsprechend kann die Gesamtperiodenlänge des PWM-Übertragungszyklus zunächst basierend auf D1 eingestellt und dann basierend auf D2 angepasst werden. Der geschätzte Datenabtastwert D2est wird verwendet, um die Anfangswerte von Th1 und Tl1 zu überschreiben, während Tp1 gleich bleibt - ähnlich wie der oben für D3 beschriebene Prozess. Die erste Phase wird also zunächst basierend auf D1 eingestellt und dann basierend auf D2est aktualisiert. Die zweite Phase wird zunächst basierend auf D1 eingestellt, dann aufgrund der Anpassung der ersten Phase zuerst basierend auf D2est angepasst, und zum Zweiten basierend auf D2est angepasst. Die Gesamtperiodenlänge wird nur basierend auf D2 angepasst.
Die Abfolge der Operationen kann beinhalten: Abtasten von D1 bei Ts1; Bestimmen, ob die erste Phase des PWM-Übertragungszyklus in einem Hoch-Zustand oder einem Niedrig-Zustand zu starten ist, basierend auf einem Vergleich von Abtastwert D1 mit Null oder einem anderen vordefinierten Schwellenwert; Berechnen der anfänglichen Periodenlänge der ersten Phase und der zweiten Phase basierend auf D1; Starten des PWM-Übertragungszyklus gemäß dem bestimmten Startzustand und den bestimmten anfänglichen ersten Phasen- und zweiten Phasendauern; Abtasten von D3 bei Ts3 während der ersten Phase des PWM-Übertragungszyklus; Berechnen eines geschätzten Datenabtastwertes D2est basierend auf den Abtastwerten D1 und D3; Aktualisieren der anfänglichen Dauer der ersten Phase basierend auf D2est über Anpassung; Abtasten von D2 bei Ts2 während der zweiten Phase des PWM-Übertragungszyklus; Aktualisieren der anfänglichen Dauer der zweiten Phase basierend auf D2 über Anpassung.
Das Aktualisieren der anfänglichen Dauer der ersten Phase allein basierend auf D3 oder basierend auf D2est hilft, die spätere Anpassung der zweiten Phase, die schließlich basierend auf dem gemessenen Wert für D2 erfolgt, so klein wie möglich zu halten und dadurch die Übertragungslatenz zu reduzieren. Je kleiner die maximale Änderung der zweiten Phasendauer sein kann, desto näher kann der zweite Abtastwert an das Ende des PWM-Zyklus heranrücken und somit wird die Latenz minimiert.
Ein weiterer Vorteil der offenbarten Ausführungsformen ist, dass die Periodenlänge des PWM-Zyklus nicht konstant ist und somit die Spitzen der Spektralverteilung bei 1/Tp1 durch spektrale Spreizung reduziert werden, wobei Tp die anfängliche PWM-Periodenzeit ist.
Ohne darauf beschränkt zu sein, können die offenbarten Ausführungsformen in Systemen verwendet werden, die lineare Sensoren mit einer PWM-Schnittstelle für die Emulation von Analogsignalen beinhalten und in Motorbrückentreibern für einen PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor), wie unter Bezugnahme auf 1A bzw. 1B beschrieben.
Während verschiedene Ausführungsformen beschrieben wurden, wird es für den Fachmann offensichtlich sein, dass viele weitere Ausführungsformen und Implementierungen im Rahmen der Offenbarung möglich sind. Dementsprechend ist die Erfindung nicht einzuschränken, außer im Hinblick auf die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente. Im Hinblick auf die verschiedenen Funktionen, die von den oben beschriebenen Komponenten oder Strukturen (Baugruppen, Vorrichtungen, Schaltungen, Systeme, usw.) durchgeführt werden, sollen die Begriffe (einschließlich eines Verweises auf ein „Mittel“), die verwendet werden, um solche Komponenten zu beschreiben, sofern nicht anders angegeben, jeder Komponente oder Struktur entsprechen, welche die angegebene Funktion der beschriebenen Komponente durchführt (d.h., die funktional äquivalent ist), auch wenn nicht strukturell äquivalent zu der offenbarten Struktur, welche die Funktion in den hierin veranschaulichten beispielhaften Implementierungen der Erfindung durchführt.
Darüber hinaus sind die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch für sich als separate Beispielsausführungsform stehen kann. Während jeder Anspruch für sich als separate Beispielsausführungsform stehen kann, ist zu beachten, dass - obwohl sich ein abhängiger Anspruch in den Ansprüchen auf eine spezifische Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann - andere Beispielsausführungsformen auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs beinhalten können. Solche Kombinationen sind hierin vorgeschlagen, es sei denn, es wird angegeben, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Darüber hinaus ist beabsichtigt, auch Merkmale eines Anspruchs zu jedem anderen unabhängigen Anspruch einzubeziehen, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt von dem unabhängigen Anspruch abhängig gemacht wird.
Es ist ferner anzumerken, dass die in der Beschreibung oder in den Ansprüchen offenbarten Verfahren durch eine Vorrichtung implementiert werden können, die Mittel zum Durchführen jeder der jeweiligen Handlungen dieser Verfahren aufweist.
Ferner ist zu verstehen, dass die Offenbarung mehrerer Handlungen oder Funktionen, die in der Beschreibung oder in den Ansprüchen offenbart sind, nicht so ausgelegt werden können, dass sie innerhalb der spezifischen Reihenfolge vorliegen. Daher wird die Offenbarung mehrerer Handlungen oder Funktionen diese nicht auf eine bestimmte Reihenfolge beschränken, es sei denn, solche Handlungen oder Funktionen sind aus technischen Gründen nicht austauschbar. Darüber hinaus kann in einigen Ausführungsformen eine einzelne Handlung mehrere Unterhandlungen enthalten oder in diese unterteilt sein. Solche Unterhandlungen können eingeschlossen und Teil der Offenbarung dieser einzelnen Handlung sein, sofern sie nicht ausdrücklich ausgeschlossen sind.
Abhängig von bestimmten Implementierungsanforderungen können die hierin bereitgestellten Ausführungsformen in Hardware oder in Software implementiert werden. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums erfolgen, beispielsweise einer Diskette, einer DVD, einer Blue-Ray, einer CD, eines RAM, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuersignalen, die mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken (oder zusammenwirken können), so dass das jeweilige Verfahren ausgeführt wird. Daher kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
Anweisungen können von einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt werden, wie einer oder mehreren CPUs (Central Processing Units), digitalen Signalprozessoren (DSPs), Allzweck-Mikroprozessoren, anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs), feldprogrammierbaren Logik-Arrays (FPGAs), oder anderen gleichwertigen integrierten oder diskreten Logikschaltungen. Dementsprechend bezieht sich der Begriff „Prozessor“, wie er hierin verwendet wird, auf jede der vorhergehenden Strukturen oder jede andere Struktur, die für die Implementierung der hierin beschriebenen Techniken geeignet ist. Darüber hinaus kann in einigen Aspekten die hierin beschriebene Funktionalität in dedizierten Hardware- und/oder Softwaremodulen bereitgestellt werden. Auch könnten die Techniken vollständig in einer oder mehreren Schaltungen oder Logikelementen implementiert sein.
Somit können die in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken zumindest teilweise in Hardware, Software, Firmware, oder einer beliebigen Kombination davon implementiert sein. Beispielsweise können verschiedene Aspekte der beschriebenen Techniken in einem oder mehreren Prozessoren implementiert sein, einschließlich eines oder mehrerer Mikroprozessoren, DSPs, ASICs, oder anderer gleichwertiger integrierter oder diskreter Logikschaltungen, sowie jeglicher Kombinationen solcher Komponenten.
Eine Steuereinheit mit Hardware kann auch eine oder mehrere der in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken ausführen. Solche Hardware, Software, und Firmware können in derselben Vorrichtung oder in separaten Vorrichtungen implementiert sein, um die verschiedenen in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken zu unterstützen. Software kann auf einem nicht-flüchtigen, computerlesbaren Medium gespeichert sein, so dass das nicht-flüchtige, computerlesbare Medium einen darauf gespeicherten Programmcode oder Programmalgorithmus enthält, der, wenn er ausgeführt wird, ein Computerprogramm veranlasst, die Schritte eines Verfahrens durchzuführen.
Obwohl verschiedene beispielhafte Ausführungsformen offenbart worden sind, wird es für den Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, die einige der Vorteile der hierin offenbarten Konzepte erreichen, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Es wird für den Fachmann offensichtlich sein, dass andere Komponenten, welche die gleichen Funktionen erfüllen, geeignet ersetzt werden können. Es ist zu verstehen, dass andere Ausführungsformen verwendet werden können und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es ist zu erwähnen, dass Merkmale, die unter Bezugnahme auf eine bestimmte Figur erläutert sind, mit Merkmalen anderer Figuren kombiniert werden können, auch in solchen, die nicht ausdrücklich erwähnt sind. Solche Abwandlungen des allgemeinen Erfindungskonzepts sollen durch die angefügten Ansprüche und ihre rechtlichen Äquivalente abgedeckt sein.

Claims

Pulsweitenmodulation-(PWM)-Ausgangsstufe, umfassend: eine Datenquelle (10), die ausgelegt ist, ein Datensignal zu erzeugen; und einen Pulsweitenmodulator (12), der ausgelegt ist, das Datensignal bei einer Vielzahl von Abtastzeiten abzutasten und ein PWM-Signal basierend auf einer Vielzahl von Datenabtastwerten, die der Vielzahl von Abtastzeiten entsprechen, zu erzeugen, wobei das PWM-Signal eine Vielzahl von PWM-Zyklen umfasst, die jeweils eine erste Phase mit einer ersten Dauer und eine zweite Phase mit einer zweiten Dauer umfassen, wobei die erste Dauer und die zweite Dauer variabel sind, wobei die Vielzahl von PWM-Zyklen einen ersten PWM-Zyklus umfasst, und wobei der Pulsweitenmodulator (12) ausgelegt ist, einen ersten Datenabtastwert bei einer ersten Abtastzeit vor der ersten Phase des ersten PWM-Zyklus abzutasten, die erste Dauer und die zweite Dauer des ersten PWM-Zyklus basierend auf einem ersten Datenwert des ersten Datenabtastwertes einzustellen, einen zweiten Datenabtastwert bei einer zweiten Abtastzeit während der zweiten Phase des ersten PWM-Zyklus abzutasten, und die zweite Dauer des ersten PWM-Zyklus basierend auf einem zweiten Datenwert des zweiten Datenabtastwertes anzupassen.
PWM-Ausgangsstufe nach Anspruch 1, wobei der zweite Datenwert durch ein Verhältnis der ersten Dauer des ersten PWM-Zyklus und einer Summe der ersten Dauer des ersten PWM-Zyklus und der angepassten zweiten Dauer des ersten PWM-Zyklus dargestellt wird.
PWM-Ausgangsstufe nach Anspruch 1 oder 2, wobei: eine anfängliche PWM-Zeitperiode des ersten PWM-Zyklus gleich einer Summe der ersten Dauer und der zweiten Dauer des ersten PWM-Zyklus ist, und eine angepasste PWM-Zeitperiode des ersten PWM-Zyklus gleich einer Summe der ersten Dauer und der angepassten zweiten Dauer des ersten PWM-Zyklus ist.
PWM-Ausgangsstufe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Pulsweitenmodulator (12) ferner ausgelegt ist: den ersten Datenwert mit einem vordefinierten Schwellenwert zu vergleichen, das PWM-Signal auf einen ersten Zustand während der ersten Phase des ersten PWM-Zyklus einzustellen und auf einen zweiten Zustand während der zweiten Phase des ersten PWM-Zyklus bei einer ersten Bedingung, dass der erste Datenwert größer als der vordefinierte Schwellenwert ist, wobei der erste Zustand ein Hoch-Zustand oder ein Niedrig-Zustand ist, und wobei der zweite Zustand ein dem ersten Zustand entgegengesetzter Zustand ist, und das PWM-Signal auf den zweiten Zustand während der ersten Phase des ersten PWM-Zyklus einzustellen und auf den ersten Zustand während der zweiten Phase des ersten PWM-Zyklus bei einer zweiten Bedingung, dass der erste Datenwert kleiner als der vordefinierte Schwellenwert ist.
PWM-Ausgangsstufe nach Anspruch 4, wobei der Pulsweitenmodulator (12) ferner ausgelegt ist, die Vielzahl von Datenabtastwerten zu normieren.
PWM-Ausgangsstufe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Pulsweitenmodulator (12) ferner ausgelegt ist, die zweite Abtastzeit bei einer vorbestimmte Zeit zwischen einem Ende der ersten Dauer und einem Ende der zweiten Dauer des ersten PWM-Zyklus einzustellen.
PWM-Ausgangsstufe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der Pulsweitenmodulator (12) ferner ausgelegt ist: einen dritten Datenabtastwert bei einer dritten Abtastzeit während der ersten Phase des ersten PWM-Zyklus abzutasten, und die erste Dauer des ersten PWM-Zyklus basierend auf einem dritten Datenwert des dritten Datenabtastwertes anzupassen.
PWM-Ausgangsstufe nach Anspruch 7, wobei: eine anfängliche PWM-Zeitperiode des ersten PWM-Zyklus gleich einer Summe der ersten Dauer und der zweiten Dauer des ersten PWM-Zyklus ist, und eine angepasste PWM-Zeitperiode des ersten PWM-Zyklus gleich einer Summe der angepassten ersten Dauer und der angepassten zweiten Dauer des ersten PWM-Zyklus ist.
PWM-Ausgangsstufe nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Pulsweitenmodulator (12) ferner ausgelegt ist: einen geschätzten Datenabtastwert basierend auf dem ersten Datenabtastwert und dem dritten Datenabtastwert zu berechnen, und die erste Dauer des ersten PWM-Zyklus basierend auf einem Datenwert des geschätzten Datenabtastwertes anzupassen.
PWM-Ausgangsstufe nach Anspruch 9, wobei der geschätzte Datenabtastwert ein vorhergesagter Datenwert des zweiten Datenabtastwertes ist, der bei der zweiten Abtastzeit genommen werden soll.
PWM-Ausgangsstufe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Pulsweitenmodulator (12) ferner ausgelegt ist: einen dritten Datenabtastwert bei einer dritten Abtastzeit während der ersten Phase des ersten PWM-Zyklus abzutasten, und die erste Dauer des ersten PWM-Zyklus basierend auf einem dritten Datenwert des dritten Datenabtastwertes anzupassen.
PWM-Ausgangsstufe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Gesamt-PWM-Zeitperiode jedes der Vielzahl von PWM-Zyklen variabel ist.
PWM-Ausgangsstufe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: die Vielzahl von PWM-Zyklen einen zweiten PWM-Zyklus beinhaltet, der dem ersten PWM-Zyklus benachbart vorausgeht, und der Pulsweitenmodulator (12) ausgelegt ist, den ersten Datenabtastwert während der zweiten Phase des zweiten PWM-Zyklus zu nehmen.
Pulsweitenmodulation (PWM)-Verfahren, umfassend: Erzeugen eines Datensignals; Abtasten des Datensignals bei einer Vielzahl von Abtastzeiten; und Erzeugen eines PWM-Signals basierend auf einer Vielzahl von Datenabtastwerten, welche der Vielzahl von Abtastzeiten entsprechen, wobei das PWM-Signal eine Vielzahl von PWM-Zyklen umfasst, die jeweils eine erste Phase einer ersten Dauer und eine zweite Phase einer zweiten Dauer umfassen, wobei die erste Dauer und die zweite Dauer variabel sind, wobei die Vielzahl von PWM-Zyklen einen ersten PWM-Zyklus beinhaltet, wobei das Abtasten des Datensignals bei der Vielzahl von Abtastzeiten umfasst: Abtasten eines ersten Datenabtastwerts bei einer ersten Abtastzeit vor der ersten Phase des ersten PWM-Zyklus, und Abtasten eines zweiten Datenabtastwertes bei einer zweiten Abtastzeit während der zweiten Phase des ersten PWM-Zyklus, und wobei das Erzeugen des PWM-Signals umfasst: Einstellen der ersten Dauer und der zweiten Dauer des ersten PWM-Zyklus basierend auf einem ersten Datenwert des ersten Datenabtastwertes, und Anpassen der zweiten Dauer des ersten PWM-Zyklus basierend auf einem zweiten Datenwert des zweiten Datenabtastwertes.
PWM-Verfahren nach Anspruch 14, wobei der zweite Datenwert durch ein Verhältnis der ersten Dauer des ersten PWM-Zyklus und einer Summe der ersten Dauer des ersten PWM-Zyklus und der angepassten zweiten Dauer des ersten PWM-Zyklus dargestellt wird.
PWM-Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei: eine anfängliche PWM-Zeitperiode des ersten PWM-Zyklus gleich einer Summe der ersten Dauer und der zweiten Dauer des ersten PWM-Zyklus ist, und eine angepasste PWM-Zeitperiode des ersten PWM-Zyklus gleich einer Summe der ersten Dauer und der angepassten zweiten Dauer des ersten PWM-Zyklus ist.
PWM-Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei das Erzeugen des PWM-Signals ferner umfasst: Vergleichen des ersten Datenwertes mit einem vordefinierten Schwellenwert; Einstellen des PWM-Signals auf einen ersten Zustand während der ersten Phase des ersten PWM-Zyklus und auf einen zweiten Zustand während der zweiten Phase des ersten PWM-Zyklus bei einer ersten Bedingung, dass der erste Datenwert größer als der vordefinierte Schwellenwert ist, wobei der erste Zustand ein Hoch-Zustand oder ein Niedrig-Zustand ist, und wobei der zweite Zustand ein dem ersten Zustand entgegengesetzter Zustand ist; und Einstellen des PWM-Signals auf den zweiten Zustand während der ersten Phase des ersten PWM-Zyklus und auf den ersten Zustand während der zweiten Phase des ersten PWM-Zyklus bei einer zweiten Bedingung, dass der erste Datenwert kleiner als der vordefinierte Schwellenwert ist.
PWM-Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Erzeugen des PWM-Signals ferner ein Normieren der Vielzahl von Datenabtastwerte umfasst.
PWM-Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei das Abtasten des Datensignals bei der Vielzahl von Abtastzeiten ferner ein Einstellen der zweiten Abtastzeit bei einer vorbestimmten Zeit zwischen einem Ende der ersten Dauer und einem Ende der zweiten Dauer des ersten PWM-Zyklus umfasst.
PWM-Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei: das Abtasten des Datensignals bei der Vielzahl von Abtastzeiten ferner ein Abtasten eines dritten Datenabtastwertes bei einer dritten Abtastzeit während der ersten Phase des ersten PWM-Zyklus umfasst, und das Erzeugen des PWM-Signals ferner ein Anpassen der ersten Dauer des ersten PWM-Zyklus basierend auf einem dritten Datenwert des dritten Datenabtastwertes umfasst.
PWM-Verfahren nach Anspruch 20, wobei: eine anfängliche PWM-Zeitperiode des ersten PWM-Zyklus gleich einer Summe der ersten Dauer und der zweiten Dauer des ersten PWM-Zyklus ist, und eine zweite angepasste PWM-Zeitperiode des ersten PWM-Zyklus gleich einer Summe der angepassten ersten Dauer und der angepassten zweiten Dauer des ersten PWM-Zyklus ist.
PWM-Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, wobei das Erzeugen des PWM-Signals ferner umfasst: Berechnen eines geschätzten Datenabtastwertes basierend auf dem ersten Datenabtastwert und dem dritten Datenabtastwert; und Anpassen der ersten Dauer des ersten PWM-Zyklus basierend auf einem Datenwert des geschätzten Datenabtastwertes.
PWM-Verfahren nach Anspruch 22, wobei der geschätzte Datenabtastwert ein vorhergesagter Datenwert des zweiten Datenabtastwertes ist, der bei der zweiten Abtastzeit genommen werden soll.
PWM-Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 23, wobei: das Abtasten des Datensignals bei der Vielzahl von Abtastzeiten ferner ein Abtasten eines dritten Datenabtastwertes bei einer dritten Abtastzeit während der ersten Phase des ersten PWM-Zyklus umfasst, und das Erzeugen des PWM-Signals ferner ein Anpassen der ersten Dauer des ersten PWM-Zyklus basierend auf einem dritten Datenwert des dritten Datenabtastwertes umfasst.
PWM-Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 24, ferner umfassend: Variieren einer Gesamt-PWM-Zeitperiode jedes der Vielzahl von PWM-Zyklen.
PWM-Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 25, wobei: die Vielzahl von PWM-Zyklen einen zweiten PWM-Zyklus beinhaltet, der dem ersten PWM-Zyklus benachbart vorausgeht, und die erste Abtastzeit während der zweiten Phase des zweiten PWM-Zyklus stattfindet.