DE2555825A1

DE2555825A1 - Pulsbreitenmodulations-signalverstaerker

Info

Publication number: DE2555825A1
Application number: DE19752555825
Authority: DE
Inventors: Tadao Suzuki; Tadao Yoshida
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1974-12-18
Filing date: 1975-12-11
Publication date: 1976-06-24
Also published as: DE2555825C3; NL7514678A; AU504018B2; BR7508370A; GB1514580A; DE2555825B2; US4021745A; FR2295626B1; JPS5171661A; FR2295626A1; NL189329C; JPS5818804B2; NL189329B; CA1036228A; AU8738275A

Description

It 3494

SONY CORPORATION Tokyo / Japan

Pulsbreitenmodulations-Signalverstärker

Die Erfindung betrifft allgemein einen Pulsbreitenmodulations- bzw. PDM-Signalverstärker und insbesondere einen PDM-Signalverstärker mit einem stabilen Gegenkopplungskreis zur Verringerung der Verzerrung.

Es ist bekannt, einen PDM-Verstärker in Audioverstärkern wie einem D-Verstärker zu verwenden. Dies bedeutet, daß anstelle der Verwendung von Transistoren als veränderbaren Widerständen die Transistoren als Schalter in dem PDM-Verstärker verwendet werden. Ein bekanntes Verfahren zur Erzeugung eines pulsbreitenmodulierten Signals besteht darin, eine dreieckige Wellenform als Träger zusammen mit dem Momentanpegel eines Eingangssignals als Modulationssignal zu erzeugen. Bei einem weiteren bekannten Verfahren ist es nicht notwendig, daß ein zusätzlicher Träger moduliert wird. Z.B. wird in diesem Falle ein Verstärker mit einem Rückkopplungskreis und höherer Verstärkung für den Modulationsträger verwendet und das an den Verstärker anzulegende Eingangssignal wird dem Rückkopplungssignal überlagert, um das Ein-Aus-Verhältnis des Ausgangssignals zu ändern.

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Nach dem zweiten Verfahren ist es leicht, den Verstärker zu konstruieren, jedoch hat dieser eine ziemlich große Verzerrung. Beim Stand der Technik wird die Größe der Gegenkopplung so groß wie möglich gewählt, um diese Verzerrung zu verringern. Jedoch wird der Verstärker infolge Schwingungsneigung unstabil.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen PDM-Signalverstärker zu schaffen, der von den oben beschriebenen Nachteilen des Standes der Technik frei ist, der eine niedrige Verzerrung vor allem in einem ziemlich niedrigen Frequenzbereich des verstärkten Signals hat und der einfach im Aufbau ist.

Durch die Erfindung wird ein PDM-Signalverstärker geschaffen, der einen ersten Eingangsanschluß hat, dem ein Rechtecksignal als Trägersignal zugeführt wird, einen zweiten Eingangsanschluß, dem ein Modulationssignal zur Impulsbreitenmodulation des Rechtecksignals zugeführt wird, einen Integrator, dem das Ausgangsrechtecksignal und das Modulationssignal zugeführt wird, einen Verstärker mit hoher Verstärkung (bzw. einen Sättigungsverstärker), der mit dem Ausgangsanschluß des Integrators verbunden ist, ein Tiefpaßfilter, das mit dem Ausgangsanschluß des Verstärkers hoher Verstärkung verbunden ist und ein demoduliertes Signal in Abhängigkeit von dem Eingangssignal erzeugt, einen Ausgangsanschluß, der mit dem Tiefpaßfilter verbunden ist, und einen Gegenkopplungskreis, der zwischen den Eingangsanschluß des Integrators und den Ausgangsanschluß des Verstärkers hoher Verstärkung geschaltet ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Figur 1 ein Blockschaltbild des grundsätzlichen PDM-Signalverstärkers,

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Figur 2 einen PDM-Signalverstärker, der durch Anordnung eines Gegenkopplungskreises in dem Verstärker der Fig. 1 gebildet ist,

Figur 3 ein Blockschaltbild einer Ausführunqsform des PDM-Signalverstärkers gemäß der Erfindung, und

Figur '4A bis 4C und 5A bis 5C den Verlauf von Signalen zur Erläuterung der Arbeitsweise der Ausführungsform der Erfindung in Fig. 3.

Anhand der Fig. 1 wird zunächst ein Beispiel eines PDM-Signalverstärkers beschrieben. In Fig. 1 bezeichnet 4 und 5 Eingangsanschlüsse, denen ein Rechtecksignal als Trägersignal und ein Modulationssignal (z.B. ein Tonsignal) zugeführt werden. Das Rechtecksignal, das dem Eingangsanschluß 4 zugeführt wird, wird zu einem Integrator 9 geleitet, der das zugeführte Rechtecksignal in ein Dreiecksignal (bzw. ein Sägezahnsignal) umwandelt. Dieses Dreiecksignal des Integrators 9 wird über einen Widerstand 1 zu einem Verstärker 6 hoher Verstärkung geleitet, der auch das Modulationssignal von dem Eingangsanschluß 5 über einen Widerstand 2 erhält. Somit erzeugt der Verstärker 6 hoher Verstärkung ein impulsbreitenmoduliertes Signal, das dann auf ein Tiefpaßfilter 7 gegeben wird. Dieses Tiefpaßfilter 7 dient dazu, das Trägersignal zu unterdrücken, das in dem impulsbreitenmodulierten Signal des Verstärkers 6 hoher Verstärkung enthalten ist, und gibt somit das ursprüngliche Modulationssignal bzw. Tonsignal an einem Ausgangsanschluß 8 ab, der aus dem Tiefpaßfilter 7 herausgeführt ist. Dies bedeutet, daß das Tiefpaßfilter 7 als Demodulator wirkt.

Um die Modulationsverzerrung des PDM-Signalverstärkers in Fig. 1 zu verringern, ist ein Gegenkopplungskreis 10, der z.B. aus einem Widerstand 3 gebildet ist, zwischen die Ausgangsseite bzw. den Ausgangsanschluß des Tiefpaß-

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filters 7 und die Eingangsseite bzw. den Eingangsanschluß des Verstärkers 6 hoher Verstärkung geschaltet, wie Fig. 2 zeigt, in der die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 die gleichen Elemente bezeichnen. Da bei dem PDM-Signalverstärker in Fig. 2 das Ausgangssignal bzw. das ursprüngliche Modulationssignal des Tiefpaßfilters zu dem Verstärker 6 hoher Verstärkung als Gegenkopplungssignal rückgekoppelt wird, das entgegengesetzte Eigenschaften zu den Frequenzeigenschaften des Tiefpaßfilters 7 hat, hat das ursprüngliche Modulationssignal des Tiefpaßfilters 7 hohe Frequenzeigenschaften. Da das Tiefpaßfilter 7 dem angelegten Signal eine große Phasenverschiebung verleiht, darf das stark negative Rückkopplungssignal bzw. das stark gegenkoppelnde Rückkopplungssignal von dem Gegenkopplungskreis 10 nicht auf den Verstärker 6 hoher Verstärkung gegeben werden, um das Schwingen des Verstärkers 6 zu vermeiden. Es ist daher bei dem PDM-Signalverstärker in Fig. 2 nicht möglich, ein ausreichend negatives Rückkopplungssignal auf den Verstärker 6 zu geben, so daß das Modulationsverzerrungsverhältnis nicht ausreichend verringert werden kann.

Eine Ausführungsform des PDM-Signalverstärkers gemäß der Erfindung, der frei von dem Nachteil des PDM-Signalverstärkers in Fig. 2 ist, der das Modulationsverzerrung sverh al tn is durch Anlegen eines ausreichenden Gegenkopplungssignals verringern kann und der ein impulsbreitenmoduliertes Signal erzeugen kann, das eine konstante Folgefrequenz hat, wird nun anhand der Fig. 3 beschrieben, in der die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 und 2 die gleichen Elemente darstellen.

Bei der Ausführungsform der Fig. 3 werden das Rechtecksignal, das auf den Eingangsanschluß 4 gegeben wird, und das Modulationssignal (Tonsignal), das auf den Eingangsanschluß 5 gegeben wird, über die Widerstände

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1 und 2 addiert und dann dem Integrator 9 zugeführt, dessen Ausgangssignal dem Verstärker 6 hoher Verstärkung zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Verstärkers 6 wird dem Tiefpaßfilter 7 zugeführt, dessen Ausgangssignal zu dem Ausgangsanschluß 8 geleitet wird. Bei diesem Beispiel besteht der Gegenkopplungskreis 10 aus dem Widerstand 3, der zwischen die Ausgangsseite des Verstärkers 6 und die Eingangsseite des Integrators 9 geschaltet ist.

Die Arbeitsweise des PDM-Signalverstärkers in Fig. 3 wird nun anhand der Fig. 4A bis 4C und 5A bis 5C beschrieben.

Zunächst wird der Fall beschrieben, daß der Gegenkopplungskreis 10 bei dem Verstärker der Fig. 3 weggelassen wird. Wenn dem Eingangsanschluß 5 kein Modulationssignal zugeführt wird, wird nur das Rechtecksignal der Fig. 4A von dem Eingangsanschluß 4 über den Widerstand 1 zu dem Integrator 9 geleitet. Somit erzeugt der Integrator das Dreiecksignal in Fig. 4B, das gegenüber dem Rechtecksignal in Fig. 4A in der Phase um 90° verschoben ist. Das Dreiecksignal in Fig. 4B wird dann dem Verstärker 6 zugeführt und der Verstärker 6 erzeugt somit ein Rechtecksignal, das nicht moduliert ist, wie Fig. 4C zeigt. Das Rechtecksignal in Fig. 4C ist gegenüber dem in Fig. 4A in der Phase um 90° verschoben.

Wenn das Modulationssignal, das zu dem Eingangsanschluß 5 und dann über den Widerstand 2 zu dem Integrator 9 zusammen mit dem Rechtecksignal in Fig. 5A geleitet wird, erzeugt der Integrator 9 ein Summensignal aus dem Dreiecksignal, das durch Integration des Rechtecksignals in Fig. 5A erhalten wird, und dem Modulationssignal , das in Fig. 5C gezeigt ist. Das Summensignal in Fig. 5B wirä dann auf den Verstärker 6 gegeben, so daß der

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Verstärker 6 ein impulsbreitenmoduliertes Signal erzeugt, das ein Tastverhältnis entsprechend dem Pegel des Modulationssignals hat_f wie Fig. 5C zeigt.

Da bei dem PDM-Signalverstärker der Fig. 3 das Modulationssignal so, wie es ist, dem Integrator 9 zugeführt wird, hat das Modulationssignal die Frequenzeigenschaften, wenn der Gegenkopplungskreis 10 weggelassen wird. Jedoch ist die Phase des Signals um 90° verschoben, so daß, selbst wenn das impulsbreitenmodulierte Signal, das der Verstärker 6 abgibt, zu dem Eingang des Integrators 9 gegengekoppelt wird, der Gegenkopplungsvorgang stabil ist und nicht die Gefahr besteht, daß der Verstärker 6 schwingt. Daher wird die Frequenzkennlinie des Modulationssignals flach und es kann eine ausreichende Gegenkopplung/ auf den Integrator 9 angewandt werden. Somit kann ein impulsbreitenmoduliertes Signal erhalten werden, das ein ausreichend niedriges Modulationsverzerrungsverhältnis hat. Die Verstärkung des Integrators 9 im niederfrequenten Bereich höher gemacht werden, da das Modulationssignal einem Gleichspannungssignal bzw. einem niederfrequenten Signal näherkommt, so daß die Größe der Gegenkopplung im niederfrequenten Bereich stark erhöht werden kann, um das Verzerrungsverhältnis eines niederfrequenten Signals zu verringern.

Wenn in diesem Falle die Größe des Gegenkopplungsstromes kleiner als die Stromgröße des Dreiecksignals gewählt wird, kann das Rechtecksignal bis zu einem Modulationsverhältnis von 100 % moduliert werden.

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Claims

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Ansprüche

hy PDM-Signalverstärker mit einem ersten Eingangsanschluß, dem ein Rechtecksignal als Trägersignal zugeführt wird, und einem zweiten Eingangsanschluß, dem ein Modulationssignal zugeführt wird, gekennzeichnet durch einen Integrator, dem das Rechtecksignal und das Modulationssignal zugeführt werden, einen Verstärker hoher Verstärkung, der mit dem Ausgangsanschluß des Integrators verbunden ist, einem Tiefpaßfilter, das mit dem Ausgangsanschluß des Verstärkers hoher Verstärkung verbunden ist und das ein demoduliertes Signal erzeugt, einen Ausganqsanschluß, der mit dem Tiefpaßfilter verbunden ist, und einen Gegenkopplungskreis, der zwischen den Eingangsanschluß des Integrators und den Ausgangsanschluß des Verstärkers hoher Verstärkung geschaltet ist.
2. PDM-Signalverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rechtecksignal und das Modulationssignal addiert auf den Integrator gegeben werden.
3. PDM-Signalverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rechtecksignal und das Modulations-• signal über einen ersten und zweiten Widerstand addiert werden.
4. PDM-Signalverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenkopplungskreis aus einem dritten Widerstand besteht, ,der zwischen den Eingangsanschluß des Integrators und den Ausgangsanschluß des Verstärkers hoher Verstärkung geschaltet ist.
5. PDM-Signalverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenkopplungsstrom des Gegenkopplungskreises kleiner als der Dreiecksignalstrom gewählt wird, der an dem Ausgangsanschluß des Integrators erzeugt wird, so daß ein Modulationsverhältnis von bis zu 100 % gewählt werden kann.

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