DE10235682A1

DE10235682A1 - Analog/Digitalwandlung mit Offset-Kompensation und Aussteuerbereichsanpassung

Info

Publication number: DE10235682A1
Application number: DE2002135682
Authority: DE
Inventors: Ralf Detlef Schäfer
Original assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Current assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Priority date: 2002-08-03
Filing date: 2002-08-03
Publication date: 2004-02-19

Abstract

Es wird eine Schaltung zur Analog/Digitalwandlung vorgeschlagen, welche die automatische Anpassung des Aussteuerungsbereichs eines Analog/Digitalwandlers für eine optimale Ausnutzung der Auflösung des Analog/Digitalwandlers vorsieht. Durch geeignete Ansteuerung von Referenzsignalen wird der Einfluss eines Offsets des Eingangssignals auf das Ergebnis der Analog/Digitalwandlung ohne Verlust an Auflösung und ohne Verwendung von Analog/Digitalwandlern mit höherer Auflösung vor der Analog/Digitalwandlung eliminiert. Die Schaltung ermöglicht den Verzicht auf analoge Regelverstärker und Addierer zur Signalkonditionierung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Analog/Digitalwandlung bei welcher der Aussteuerbereich des Wandlers in Abhängigkeit des Eingangssignals einstellbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Signalempfänger für modulierte Signale mit einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Analog/Digitalwandlung. Schließlich betrifft die Erfindung ein Laufwerk für optische Datenträger mit einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Analog/Digitalwandlung.

In herkömmlichen Schaltungen zur Analog/Digitalwandlung, an die ein Eingangssignal mit großem Dynamikbereich angelegt wird, müssen zur Gewährleistung einer akzeptablen Auflösung auch bei kleinen Eingangssignalen Analog/Digitalwandler mit sehr hoher Auflösung verwendet werden. Alternativ dazu kann das Eingangssignal vor der Analog/Digitalwandlung in einem Vorverstärker an den Aussteuerbereich eines Analog/Digitalwandlers angepasst werden. Hierzu werden häufig analoge Multiplizierer verwendet. Wenn das Eingangssignal eine Ablage oder einen Offset aufweist, kann diese in Schaltungen mit hochauflösenden Analog/Digitalwandlern rechnerisch kompensiert werden. Dabei wird jedoch die maximale mögliche Auflösung reduziert, weil ein Teil der verfügbaren Auflösung für die Offsetkompensation reserviert ist. In Schaltungen, die das Eingangssignal analog bearbeiten bevor es an den Analog/Digitalwandler gelangt, kann die Offset-Kompensation durch Addierer realisiert werden, die ein entsprechendes Kompensationssignal zu dem Eingangssignal addieren. Durch die analoge Bearbeitung wird dem Eingangssignal jedoch stets ein unerwünschter Rauschanteil hinzugefügt.

In dem US-Patent 5,684,480 ist eine Schaltung zur Analog/Digitalwandlung vorgeschlagen, in welcher der Aussteuerbereich des Analog/Digitalwandlers dynamisch an das Eingangssignal anpassbar ist. Hierzu wird das Eingangssignal zunächst gleichgerichtet, tiefpassgefiltert und dann dem Referenzeingang des Analog/Digitalwandlers zugeführt. In einer Variante dieser Schaltung wird das tiefpassgefilterte Eingangssignal über einen zweiten Analog/Digitalwandler digitalisiert und einem Prozessor zugeführt, der ein digitales Referenzsignal erzeugt, das über einen Digital/Analogwandler dem Referenzeingang des ersten Analogwandlers zugeführt wird. Das Eingangssignal wird dann in dem ersten Analog/Digitalwandler gewandelt und an dem digitalen Ausgang bereitgestellt.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, den Schaltungsaufwand zur Analog/Digitalwandlung zu vereinfachen.

Zur Lösung der Aufgabe wird eine Schaltung vorgeschlagen, die einen Analog/Digitalwandler aufweist, dessen Aussteuerbereich mittels Referenzsignalen an das Eingangssignal anpassbar ist. Die Referenzsignale werden mittels Digital/Analogwandlern, welche von einem Prozessor gesteuert werden, an Referenzeingänge des Analog/Digitalwandlers angelegt. Dem Prozessor werden digitale Ausgangswerte des Analog/Digitalwandlers zugeführt. Eine Auswerteschaltung wertet Maxima und Minima der digitalisierten Werte aus und vergleicht diese mit vorhergehenden gespeicherten Werten. Zusammen mit Informationen über die Abtastrate sowie über den erwarteten Dynamikbereich des Eingangssignals dient das Ergebnis der Auswertung dazu, die Referenz des Analog/Digitalwandlers dergestalt einzustellen, dass das Eingangssignal immer mit der maximalen möglichen Auflösung digitalisiert wird. Dadurch ist es möglich, den Aussteuerbereich des Analog/Digitalwandlers dynamisch so zu verschieben, dass die Aussteuerung immer im optimalen Bereich liegt. Durch individuelle Anpassung eines oberen und unteren Referenzsignals des Analog/Digitalwandlers kann auch eine Ablage oder ein Offset des Eingangssignals korrigiert werden. Durch die vollständige softwaremäßige Implementierung der Auswertestufe mit den notwendigen Filterstufen kann die Geschwindigkeit der Anpassung der Referenz einfach an verschiedene Abtastraten des Analog/Digitalwandlers angepasst werden. Außerdem können die Langzeitstabilität und die Temperaturstabilität der Referenzsignale gering sein, da derartige Fehler im laufenden Betrieb ausgeregelt werden.

Weiterhin betrifft die Erfindung einen Signalempfänger für modulierte Signale mit der erfindungsgemäßen Schaltung zur Analog/Digitalwandlung.

Ein erfindungsgemäßer Signalempfänger für modulierte Signale enthält die vorstehend beschriebene Schaltung zur Analog/Digitalwandlung. Ein seiner Art nach an sich bekannter Empfänger empfängt ein Eingangssignal und führt es einem Eingang der erfindungsgemäßen Schaltung zur Analog/Digitalwandlung zu. In der Schaltung wird das Eingangssignal in digitale numerische Werte gewandelt steht an einem Ausgang an. Je nach Art der verwendeten Modulation des Eingangssignals wird das gewandelte Signal in nachfolgenden Stufen weiterverarbeitet.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Laufwerk für optische Datenträger mit einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Analog/Digitalwandlung.

In einem Laufwerk für optische Datenträger gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Lichtstrahl auf einen optischen Datenträger geleitet. An der Oberfläche des optischen Datenträgers wird der Lichtstrahl moduliert. Dies kann in an sich bekannter Weise durch auf der Oberfläche des Datenträgers befindliche Bereiche mit unterschiedlichen Reflexionseigenschaften erfolgen. Es sind aber auch andere Möglichkeiten der Modulation eines Lichtstrahls bekannt und anwendbar. Die Art und Weise in welcher der Lichtstrahl moduliert wird ist für die Erfindung ohne Belang. Der reflektierte Anteil des Lichtstrahls wird in geeigneter Weise auf einen optischen Empfänger geleitet und in elektrische Signale umgewandelt. Der Pegel des elektrischen Signals kann in vorteilhafter Weise die Intensität des modulierten Lichtstrahls repräsentieren. Das solcherart modulierte elektrische Signal wird an den Eingang einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Analog/Digitalwandlung geleitet und in der oben beschriebenen Weise in digitale numerische Werte gewandelt. Die am Ausgang der Schaltung anstehenden digitalen Signale können dann in bekannter Weise weiterverarbeitet werden. Ein besonders vorteilhafter Aspekt der erfindungsgemäßen Schaltung ist die Möglichkeit, die Eigenschaften der Auswerteeinheit und der Filterstufe in der oben beschriebenen Art und Weise an die Auslesegeschwindigkeit des optischen Laufwerks optimal anzupassen.

In der Zeichnung zeigt

1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltung,

2 die Anpassung des Aussteuerbereichs des Analog/Digitalwandlers an ein Eingangssignal, und 3 die Anpassung des Aussteuerbereichs des Analog/Digitalwandlers an ein Eingangssignal mit Offset.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente.

In der Blockdarstellung der erfindungsgemäßen Schaltung in 1 gelangt ein analoges Eingangssignal E an den Eingang eines Analog/Digitalwandlers 2. Zur Einstellung des Aussteuerbereiches des Analog/Digitalwandlers 2 sind dem Analog/Digitalwandler 2 ein Referenzsignal U_h und ein Referenzsignal U₁ zugeführt. Das Referenzsignal U_h wird von einem Digital/Analogwandler 3 erzeugt, der über ein Steuersignal H von einem Prozessor 4 kontrolliert wird. Das Referenzsignal U₁ wird von einem Digital/Analogwandler 6 erzeugt, der über ein Steuersignal L von dem Prozessor 4 kontrolliert wird. Das von dem Analog/Digitalwandler 2 gewandelte Eingangssignal E steht als digitales Ausgangssignal A zur Verfügung. Weiterhin wird das Ausgangssignal A dem Prozessor 4 zugeführt. Dem Prozessor 4 ist ein Speicher 7 zugeordnet, in welchem Programmdaten und Startwerte der Referenzsignale für den Betrieb der Schaltung abgelegt sind.

Die Funktionsweise soll nun anhand von 2 näher beschrieben werden. Zu Beginn des Betriebes stellt Prozessor 4 den Aussteuerbereich mittels der Werte U_h1 und U₁₁ ein, die im Speicher 7 als Startwerte abgespeichert sind. Das Eingangssignal E₁ gelangt auf den Eingang des Analog/Digitalwandlers 2 mit einer Amplitude, die den eingestellten Aussteuerbereich des Analog/Digitalwandlers 2 übersteigt. Die in dem Prozessor enthaltene Auswertestufe erkennt das Übersteuern des Analog/Digitalwandlers, und stellt über die Steuersignale H und L sowie die Digital/Analogwandler 3 und 6 neue Referenzwerte U_h2 und U₁₂ ein, die so groß sind, dass der Aussteuerbereich des Analog/Digitalwandlers 2 größer ist als die Signalamplitude des Eingangssignals E₁. Die Häufigkeit sowie die Geschwindigkeit der Anpassung der oberen und unteren Referenzsignale ist mittels der Auswertestufe, die softwaremäßig im Prozessor implementiert ist, einstellbar. Die Auswertestufe umfasst unter anderem ein Filter sowie einen Speicher, um bereits gewandelte Eingangssignale zu speichern. In der Auswertestufe werden unter anderem Parameter wie z.B. die Sample-Rate oder die erwarteten Dynamiksprünge berücksichtigt. Das in 2 beschriebene Eingangssignal E₁ weist keine Ablage gegenüber einem Mittelwert C₁ auf.

Das Eingangssignal E₂ in 3 weist gegenüber dem Mittelwert C₁ eine Ablage auf, so dass sich ein neuer Mittelwert C₂ für das Signal E₂ ergibt. Durch die Ablage übersteigt das Eingangssignal E₂ den voreingestellten Aussteuerbereich des Analog/Digitalwandlers 2 an der oberen Bereichsgrenze, die durch das Referenzsignal U_h1 dargestellt ist. Die softwaremäßig in den Prozessor 4 implementierte Auswertestufe steuert daraufhin den Digital/Analogwandler 3 mittels des Steuersignals H derart an, dass der neue Referenzwert U_h2 an den Analog/Digital-Wandler 2 angelegt wird. Somit kann unter Ausnutzung der vollen Auflösung des Analog/Digital-Wandlers eine Ablage oder Offset des Eingangssignals E kompensiert werden.

Claims

Schaltung zur Analog/Digitalwandlung mit einem Analog/Digitalwandler, der einen Eingang für analoge Eingangssignale und einen Ausgang für digitale Ausgangssignale aufweist, welche die Eingangssignale repräsentieren, und dem Referenzsignale zuführbar sind, welche den Aussteuerbereich des Analog/Digitalwandlers begrenzen, wobei die Schaltung weiterhin eine Auswertestufe umfasst, welche die Ausgangssignale des Analog/Digitalwandlers erfasst, mit dem Aussteuerbereich vergleicht und abhängig hiervon die Referenzsignale in der Weise anpasst, dass die Eingangssignale die Grenzen des Aussteuerbereiches nicht überschreiten.
Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertestufe die Referenzsignale in der Weise anpasst, dass der volle Dynamikbereich des Analog/Digitalwandlers ausnutzbar ist.
Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Häufigkeit, mit der die Auswertestufe das Referenzsignal anpasst einstellbar ist.
Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswertestufe ein Speicher zugeordnet ist, in welchem jeweils ein voreingestelltes unteres bzw. oberes Referenzsignal abgespeichert sind.
Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswertestufe ein Filter zugeordnet ist, mittels dessen die Geschwindigkeit mit der die Referenzsignale angepasst werden einstellbar ist.
Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter einstellbar ist.
Signalempfänger für amplitudenmodulierte Signale mit einer Schaltung zur Analog/Digitalwandlung gemäß Anspruch 1.
Signalempfänger für frequenzmodulierte Signale mit einer Schaltung zur Analog/Digitalwandlung gemäß Anspruch 1.
Signalempfänger für phasenmodulierte Signale mit einer Schaltung zur Analog/Digitalwandlung gemäß Anspruch 1.
Laufwerk für optische Datenträger, welches Daten mittels eines von dem Speichermedium modulierten Lichtstrahls ausliest mit einer Schaltung zur Analog/Digitalwandlung gemäß Anspruch 1.