DE19936039A1

DE19936039A1 - Automatische Offset-Korrektur für einen AD-Wandler entsprechend der Patentschrift

Info

Publication number: DE19936039A1
Application number: DE1999136039
Authority: DE
Inventors: Christoph Braun
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 1999-07-30
Publication date: 2001-02-01
Also published as: DE10082248D2; AU6425900A; WO2001010032A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein automatisches Offset-Korrekturverfahren für AD-Wandler entsprechend der Patentschrift DE 4333908. AD-Wandler entsprechend der Patentschrift DE 4333908 können für verschiedene Eingangssignalgrößen ausgelegt werden. Dazu muß der Offset des Referenzsignals (Sinussignal) konstant gehalten werden. Dies bereitet besonders bei kleinen Amplitudenwerten des Referenzsignals Probleme. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, durch eine automatische Regelung den Offset des Referenzsignals konstant zu halten. Die erfindungsgemäße Offset-Regelung benötigt keinen Abgleich und kommt ohne Präzisionselemente aus.

Description

Die Erfindung betrifft ein automatisches Offset-Korrekturverfahren für einen AD-Wandler nach dem Prinzip aus der Patentschrift DE 43 33 908.

AD-Wandler entsprechend der Patentschrift DE 43 33 908 können für verschiedene Eingangs signalgrößen ausgelegt werden. Dazu muß der Offset des Referenzsignals (Sinussignal) konstant gehalten werden. Dies bereitet besonders bei kleinen Amplitudenwerten des Referenzsignals Probleme. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es durch eine automatische Regelung den Offset des Referenzsignals konstant zu halten. Die erfindungsgemäße Offset-Regelung benötigt keinen Abgleich und kommt ohne Präzisionselemente aus.

Ein AD-Wandler nach dem Verfahren aus DE 43 33 908 geht aus einer linearen Pulsmodulation hervor. Diese Pulsmodulation basiert auf dem Vergleich eines sinusförmigen Trägersignals (S(t)) mit dem analogen Eingangssignal (Sm(t)) (Fig. 1). Bei Übereinstimmung beider Signale wird jeweils ein gleichförmiger Impuls (Diracimpuls) erzeugt. Das Frequenzspektrum dieser Pulsfolge P(t) (Fig. 1) ist in Fig. 2 dargestellt. Diese spezielle Art der Pulsmodulation setzt das ursprüngliche Tiefpaßsignal (Eingangssignal) in ein Bandpaßsignal mit der Trägersignalfrequenz (S(t)) als Mittenfrequenz um.

Zur AD-Wandlung wird die zeitliche Lage der Impulse der Folge P(t) mit zwei Hochfrequenzzählern quantisiert (siehe Patentschrift DE 43 33 908). Ein nachgeschaltetes FIR-Filter erzeugt dann aus den Zählergebnissen das digitale PAM-Signal.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild des AD-Wandlers. Der Wandler besteht im Wesentlichen aus dem Sinusgenerator, dem Komparator (CMOS-Gatter) und den HF-Zählern mit nachgeschaltetem FIR- Filter. Das Referenzsignal (Sinussignal) wird hier dem Eingangssignal überlagert. Für eine hohe Eingangsempfindlichkeit des AD-Wandlers muß die Amplitude des Trägersignals (Referenzsignals) entsprechend verkleinert werden, wobei der Gleichanteil (Offset) des Trägersignals sich nicht verändern darf. Allgemein können aber Widerstände und Kondensatoren nur mit begrenzter Genauigkeit in Integrierter Technik realisiert werden. Bei sehr kleinen Amplitudenwerten des Trägersignals kann daher die Verschiebung (Offset-Änderung) des Trägersignals den Aussteue rungsbereich des Wandlers erheblich einschränken oder sogar zur Übersteuerung führen. Die erfindungsgemäße Offset-Regelung sorgt für eine konstante Lage (konstanter Offset) des Trägersignals, wodurch der volle Aussteuerungsbereich des Wandlers erhalten bleibt.

Die Erfindung geht davon aus, daß der Offset des Trägersignals über die Lage der Diracimpulse (Zählergebnisse) bestimmt werden kann. Durch eine Regelung wird dem sinusförmigen Trägersignal ein Gleichanteil überlagert, so daß die Abstände der Diracimpulse, wenn kein Eingangssignal anliegt, gleich groß sind. Sind die Abstände der Diracimpulse (Zählergebnisse) gleich groß, so entspricht der Gleichanteil des Trägersignals (Offset) genau der Schaltschwelle des Komparators (CMOS-Gatters), und der Wandler kann bis zur Höhe des Sinussignals ausgesteuert werden (max. Aussteuerungs bereich). Wenn kein Eingangssignal anliegt, kann an Hand der kleinsten Differenz zweier Zählergebnisse der Offset ermittelt werden. Zuvor sollte allerdings die Phasenlage (Phasen-Offset) des Trägersignals in Bezug zum Systemtakt bestimmt werden, so daß eine Offset-Bestimmung mit Vorzeichen (+/-) möglich wird. Phasenlage des Trägersignals kann ebenfalls mittels der Zählergebnisse errechnet werden. Dazu muß z. B. das Startsignal für die beiden Zähler (Fig. 5) so verschoben werden, daß der erste Zähler (Zähler a, Fig. 5) durch z. B. eine abfallende Flanke des Komparators (CMOS-Gatters) gestoppt wird. Anschließend kann dann aus den gemittelten Werten zweier benachbarter Zählergebnisse mit kleinstem Abstand die Phasenlage ermittelt werden. Eine Phasengenauigkeit von 10° reicht im Allgemeinen aus.

Der gesamte Kalibriervorgang, sowohl für den Gleichanteil-Offset als auch für den Phasen-Offset des Trägersignals läßt sich mit einem einfachen Controller oder durch Logik realisieren. Die zu überlagernde Gleichspannung für die Offset-Regelung kann dabei mit einem einfachen DA-Wandler, z. B. einem Sigma-Delta-DA-Wandler (Pulsdauermodulator) erzeugt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 4 dargestellt. Sie zeigt ein Blockschaltbild des AD- Wandlers mit den wesentlichen Komponenten für die Offset-Regelung. Der Offset-Controller erhält zunächst seine Eingangsdaten von den HF-Zählern. Als erstes verschiebt dann der Offset-Controller die Phase des Sinussignals solange, bis z. B. nach dem Startsignal für die Zähler (Fig. 5) der Zähler a durch eine abfallende Flanke des Gatters gestoppt wird und die zwei folgenden gemittelten Zählerwerte der korrekten Phasenlage entsprechen. Anschließend wird dann an Hand der Zählergebnisse eine geeignete Korrekturspannung mit dem DA-Wandler erzeugt, so daß die "Low" und "High" Zeiten des Gatters gleich lang sind. Dies bedeutet dann, daß der Gleichanteil des Sinussignals dem Schwellwert des Gatters entspricht. Im Normalfall läuft dieser gesamte Kalibriervorgang ohne Eingangssignal ab. Soll dieser Kalibriervorgang während des normalen Betriebes mit einem Eingangssignal gestartet werden, so müssen dann die Korrekturen mit statistischen Methoden ermittelt werden.

Claims

1. AD-Wandler nach dem Verfahren aus der Patentschrift DE 43 33 908, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichanteil des Referenzsignals (Sinussignals, Trägersignals) an Hand der Zählergebnisse der beiden Zähler ermittelt wird und durch Überlagerung einer Gleichspannung mit dem Trägersignal der Gleichanteil des Trägersignals so verschoben wird, das die Differenz zweier beliebiger, benachbarter Zählergebnisse immer gleich groß ist.

2. Offset Korrekturverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Offset- Korrektur des Gleichanteils eine Phasenkorrektur des Trägersignals erfolgt, und die Phasenlage des Trägersignals gegenüber dem Systemtakt aus den Zählergebnissen ermittelt wird.