DE4228833A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Abgleich von Signalverarbeitungsmitteln - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des ersten Sachanspruchs.

Es ist allgemein bekannt, daß bei hohen Anforderungen an Signalverarbeitungsstufen, wie beispielsweise Verstärker, Multiplizierer sowie anderen komplexen Schaltungen, diese zumindest hin und wieder abgeglichen werden müssen. Dabei werden beispielsweise bei einem Verstärker zwei Arten von Fehlern korrigiert. Zum einen der Offset und zum anderen der Verstärkungsfaktor.

Während eines solchen Abgleichvorganges müssen an den Eingang der betreffenden Signalverarbeitungsstufe vorgegebene Signa­ le angelegt werden. Dadurch steht sie während dieser Zeit nicht für den üblichen Betrieb zur Verfügung.

Somit besteht bei bekannten Signalverarbeitungsstufen nicht die Möglichkeit sie während eines länger andauernden Verstär­ kerbetriebs abzugleichen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Signalverarbei­ tungsmittel derart weiterzuentwickeln, daß ein Abgleich auch während eines "normalen" Signalverarbeitungsbetriebs möglich ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach dem An­ spruch 1 und durch eine Vorrichtung gemäß dem ersten Sachan­ spruch.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben.

Im folgenden wird die Erfindung hauptsächlich anhand von Verstärkermitteln erläutert. Es sei jedoch an dieser Stelle daraufhingewiesen, daß die Erfindung bei vielen anderen Si­ gnalverarbeitungsstufen, wie beispielsweise Multiplizierer, Addierer, Subtrahierer, Quadrierer und anderen komplexen Schaltungen, anwendbar ist.

Erfindungsgemäß werden beispielsweise für Verstärkungsmittel zwei oder mehrere Verstärkerstufen verwendet, die derart schaltbar sind, daß sie einzeln oder auch gemeinsam ein Ein­ gangssignal verstärken können. Ein durch die Verstärkung erzeugtes Ausgangssignal wird dabei durch die Anzahl der verwendeten Verstärkerstufen nicht wesentlich beeinflußt. Ab einem vorgegebenem Zeitpunkt, der beispielsweise bestimmt sein kann durch einen anfänglichen Abgleich der verwendeten Verstärkerstufen, arbeiten eine oder mehrere der Verstärker­ stufen im normalen Verstärkerbetrieb (Normalbetrieb). Zu vorgegebenen Zeiten wird mindestens eine der Verstärkerstufen abgeglichen.

Es wäre eine mögliche Lösung der Aufgabe, zwei Verstärkerstu­ fen zu verwenden und diese derart zu schalten, daß entweder die eine oder die andere der Verstärkerstufen für einen "nor­ malen" Verstärkerbetrieb und die jeweils andere Verstärkerstu­ fe für einen Abgleich zur Verfügung steht. Dafür ist jedoch ein schnelles Schaltelement erforderlich, damit es zu keinen Aussetzern beim Verstärkerbetrieb kommt. Insbesondere bei schnellen Schaltvorgängen treten jedoch vermehrt Schaltstörun­ gen, wie beispielsweise Knackgeräusche, auf. Sollen diese weitestgehend vermieden werden, sind aufwendige und teure Schaltelemente erforderlich.

Der erfindungsgemäßen Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei der Verstärkung von Strom-Eingangssignalen sich bei Verwendung mehrerer Verstärkerstufen mit gleichem Eingangswi­ derstand die Eingangsströme gleichmäßig aufteilen auf die einzelnen Verstärkerstufen. Das Ausgangssignal, das ebenfalls als Stromsignal ausgebildet ist, setzt sich aus den Ausgangs­ strömen der einzelnen Verstärkerstufen zusammen.

Wird nur eine Verstärkerstufe für den normalen Verstärkerbe­ trieb verwendet, so wird der gesamte Strom des Eingangssig­ nals dem Eingang dieser Verstärkerstufe eingeprägt, welche ein Ausgangssignal mit einem entsprechend hohem Stromwert erzeugt.

Soll ein Spannungssignal verstärkt werden, so liegt bei Ver­ wendung mehrerer Verstärkerstufen an deren Eingängen jeweils die gleiche Eingangsspannung an. Die an den Ausgängen der Verstärkerstufen jeweils anliegenden Signale werden über Entkoppelwiderstände zu weiterverarbeitenden Stufen geleitet.

Auch bei der Verarbeitung von Spannungssignalen behält das Ausgangssignal im wesentlichen den gleichen Wert bei, unabhän­ gig davon, ob eine oder mehrere Verstärkerstufen verwendet werden.

Der erfindungsgemäße Abgleich von Signalverarbeitungsstufen hat besonders bei Systemen, wie bei einem Compact Disc (CD) Spieler, einen besonderen Vorteil, wo eine Signalverarbei­ tungseinrichtung über einen längeren Zeitraum jederzeit be­ triebsbereit sein muß.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden in den folgenden Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel zur Verstärkung von Stromsignalen;

Fig. 2 symbolisch ein zweites Ausführungsbeispiel zur Ver­ stärkung von Spannungssignalen.

Bevor auf die Beschreibung der Ausführungsbeispiele näher eingegangen wird, sei darauf hingewiesen, daß die in den Figuren einzeln dargestellten Blöcke lediglich zum besseren Verständnis der Erfindung dienen. Üblicherweise sind einzelne oder mehrere dieser Blöcke zu Einheiten zusammengefaßt. Diese können in integrierter oder Hybridtechnik oder als programmge­ steuerter Rechner, bzw. als Teil eines zu seiner Steuerung geeigneten Programmes realisiert sein.

Die in den einzelnen Stufen enthaltenen Elemente können je­ doch auch getrennt ausgeführt werden.

Fig. 1 zeigt eine Verstärkereinrichtung mit einer ersten Verstärkerstufe 10, einer zweiten Verstärkerstufe 110 und einem Steuergerät 200.

Beide Verstärkerstufen 10, 110 sind gleich aufgebaut und enthalten einen Verstärker 11 als Teil der ersten Verstärker­ stufe 10 (bzw. 111 als Teil der zweiten Verstärkerstufe 110), der bezüglich des Offset und des Verstärkungsfaktors abgegli­ chen werden muß. Eine erste Eingangs-Referenzstufe 12 (112) ist an einen ersten Schalteingang eines Eingangsschalters 13 (113) angeschlossen, dessen zweiter Schalteingang mit einem für beide Verstärkerstufen 10, 110 gemeinsamen Eingangsan­ schluß 201 verbunden ist. Ein dritter Schalteingang des Ein­ gangsschalters 13 (113) führt zu einer zweiten Eingangsrefe­ renzstufe 14 (114). Der Ausgang des Eingangsschalters 13 (113) ist mit einem ersten Eingang einer Additionsstufe 15 (115) verbunden, deren Ausgang zu dem Eingang des Verstärkers 11 (111) führt, dessen Ausgang mit dem Schalteingang eines Ausgangsschalters 16 (116) verbunden ist. Ein erster Schalt­ ausgang dieses Schalters 16 (116) führt zu einem ersten Ein­ gang eines ersten Komparators 17 (117), dessen zweiter Ein­ gang mit einer ersten Ausgangs-Referenzstufe 18 (118) verbun­ den ist. Der Ausgang des Komparators 17 (117) ist über einen ersten Umformer 17a (117a) mit einem zweiten Eingang der Additionsstufe 15 (115) verbunden. Ein zweiter Schaltausgang des Schalters 16 (116) führt zu einem gemeinsamen Ausgangsan­ schluß 202 der beiden Verstärkerstufen 10 und 110. Ein drit­ ter Schaltausgang des Schalters 16 (116) ist mit einem ersten Eingang eines zweiten Komparators 19 (119) verbunden, dessen zweiter Eingang an den Ausgang einer zweiten Ausgangs-Refe­ renzstufe 20 (120) angeschlossen ist. Der Ausgang des zweiten Komparators 19 (119) führt über einen zweiten Umformer 19a (119a) zu einem Steuereingang des Verstärkers 11 (111), über den dessen Verstärkungsfaktor gesteuert werden kann.

Die Umformer 17a, 19a, 117a, 119a enthalten beispielsweise je einen Zähler und einen Digital/Analog-Wandler. Dadurch werden die Komparator-Ausgangssignale, die in diesem Ausführungsbei­ spiel die Zustände logisch "high" und "low" annehmen können, derart umgeformt, daß die Addierstufen 15 bzw. 115 und die Verstärker 11 bzw. 111 angesteuert werden können.

Das Steuergerät 200 ist mit den Steuereingängen der Schalter 13, 16, 113, 116 sowie der Umformer 17a, 19a, 117a, 119a verbunden und steuert folgenden Funktionsablauf der Verstär­ kereinrichtung.

• 1a. Nach dem Einschalten werden beide Verstärker 11, 111 abgeglichen. Dazu werden zunächst die Schalter derart angesteuert, daß die erste Eingangs-Referenzstufe 12 (112) mit dem Eingang des Verstärkers 11 (111), und dessen Ausgang mit dem Komparator 17 (117) verbunden ist. Der Umformer 17a (117a) leitet ein entsprechendes Signal an die Addierstufe 15 (115). Dadurch wird der Offset abgeglichen.
• 1b. Anschließend werden die Schalter derart angesteuert, daß der Eingang des Verstärkers 11 (111) mit der zweiten Eingangs-Referenzstufe 14 (114) und der Verstärkeraus­ gang mit dem Komparator 19 (119) verbunden ist. Der erste Umformer 17a (117a) leitet seinen letzten in Schritt 1a ermittelten Wert weiterhin an die Addierstufe 15 (115) und der zweite Umformer 19a (119a) wird derart angesteuert, daß er ein von dem Komparator-Ausgangssi­ gnal beeinflußtes Steuersignal an den Verstärker 11 (111) leitet. Dadurch wird der Verstärkungsfaktor abge­ glichen.
• 2. Nachdem dieser Abgleich abgeschlossen ist, geben beide Umformer 17a, 19a (117a, 119a) Signale mit den in Schritt 1 zuletzt ermittelten Werten weiter und die Schalter 13, 16, 113, 116 werden derart angesteuert, daß beide Verstärker im normalen Verstärkungsbetrieb (Normal­ betrieb) arbeiten.
• 3. Nach einer vorgegebenen Zeit wird einer der beiden Ver­ stärkerstufen, beispielsweise die erste Stufe 10, derart angesteuert, daß von dem Normalbetrieb in den Abgleichbe­ trieb umgeschaltet wird. Die andere Verstärkerstufe verbleibt im Normalbetrieb.
• 4. Nachdem der Abgleich in Schritt 3 abgeschlossen ist, arbeiten beide Verstärker 11, 111 für eine vorgegebene Zeit wieder gemeinsam im Normalbetrieb.
• 5. Anschließend wird die zweite Stufe 110 (im Gegensatz zu Schritt 3) in den Abgleichbetrieb geschaltet.
• 6. Nachdem dieser Abgleich beendet ist, wird die zweite Stufe 110 wieder in Normalbetrieb geschaltet, so daß beide Stufen im Normalbetrieb arbeiten.

Das Verfahren des Steuergerätes 200 wiederholt fortlaufend die Schritte 3 bis 6.

Wenn nur einer der Verstärker 11, 111 im Normalbetrieb arbei­ tet, so wird ein am Eingangsanschluß 201 anliegendes Eingangs­ signal, das in diesem Ausführungsbeispiel als Stromsignal ausgebildet ist, durch den entsprechenden Verstärker ver­ stärkt und am Ausgangsanschluß 202 liegt ein zugehöriges Ausgangssignal an.

Werden beide Verstärker 11, 111 im Normalbetrieb betrieben, so teilt sich das Strom-Eingangssignal gleichmäßig auf beide Verstärker 11, 111 auf, wenn diese den gleichen Eingangswider­ stand aufweisen. Dieses kann beispielsweise erreicht werden, indem paarweise geeignete Verstärker 11, 111 ausgewählt wer­ den. Bei einer Realisierung der Verstärker 11, 111 bzw. der Verstärkerstufen 10, 110 als Teil einer gemeinsamen integrier­ ten Schaltung kann durch ein geeignetes Design sichergestellt werden, daß beide Verstärker 11, 111 einen gleichgroßen Ein­ gangswiderstand haben.

Der Wert des am Ausgangsanschluß 202 anliegenden Strom-Aus­ gangssignals ergibt sich durch Addition der von den Verstär­ kern 11, 111 erzeugten Einzel-Ausgangsströme. Diese sind im wesentlichen gleich, da die Verstärkungsfaktoren der beiden Verstärker ständig abgeglichen werden und gleiche Werte anneh­ men sollen.

Fig. 2 zeigt symbolisch eine Verstärkereinrichtung, die in gleicher Weise aufgebaut sein soll, wie das Ausführungsbei­ spiel gemäß Fig. 1, jedoch zur Verarbeitung von Spannungs-Ein­ gangssignalen und zur Erzeugung von Spannungs-Ausgangssigna­ len geeignet ist. Es wurden in Fig. 2 nur Mittel dargestellt, die für das Verständnis des Unterschiedes zwischen den beiden Ausführungsformen wesentlich sind.

So wurden beispielsweise das Steuermittel 200, die Referenz­ stufen 12, 14, 18, 20 (112, 114, 118, 120) und die Additions­ stufen 15 (115) der Übersichtlichkeit wegen nicht eingezeich­ net. Der wesentliche Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 sind bei Fig. 2 die beiden Entkopplungswiderstände 21 bzw. 121, die in diesem Ausführungsbeispiel gleiche Werte aufweisen und zwischen den Ausgängen der Verstärker 11 bzw. 111 und dem Ausgangsanschluß 202 angeordnet sind.

Ist nur einer der Verstärker, beispielsweise 11, in Normalbe­ trieb geschaltet, so wird das Spannungs-Eingangssignal durch diesen verstärkt. Das an dem Ausgang des Verstärkers 11 anlie­ gende Spannungs-Ausgangssignal liegt auch an dem Anschluß 202 an, wenn der Eingangswiderstand nachgeschalteter Stufen, und damit der Spannungsabfall an dem Widerstand 21, vernachlässig­ bar ist.

Sind beide Verstärker 11, 111 in Normalbetrieb geschaltet, so wird sich an dem Anschluß 202 eine Spannung einstellen, deren Wert gleich dem Mittelwert von den beiden Verstärkerausgangs­ signalen ist. Da die Verstärkungsfaktoren laufend aufeinander abgeglichen werden und die Eingangssignale gleich sind, so sind auch die Ausgangssignale der beiden Verstärker gleich.

Ein Verfahren des Steuergerätes 200, das sowohl Normalbetrieb als auch Abgleichbetrieb ermöglicht, kann für das Ausführungs­ beispiel der Fig. 2 genauso ablaufen wie für das Ausführungs­ beispiel der Fig. 1.

Somit ist der Verlauf des Ausgangssignals am Anschluß 202 also unabhängig davon, ob nur einer der beiden Verstärker 11, 111 oder beide gemeinsam im Normalbetrieb arbeiten.

Versionen der genannten Ausführungsbeispiele können zumindest eine der folgenden Variationen aufweisen:

• - Es können mehr als zwei Verstärker vorgesehen sein, von denen mehr als einer gleichzeitig im Normalbetrieb ge­ schaltet ist. Dadurch können Toleranzen der einzelnen Verstärker besser ausgeglichen werden;
• - für jeden der verwendeten Verstärker 11, 111 können Mittel zum Abgleich, wie beispielsweise die Referenzstu­ fen und Komparatoren gemeinsam verwendet werden;
• - anstelle der Verstärker 11 bzw. 111 können andere Signal­ verarbeitungsstufen, wie Multiplizierer, Addierer oder sonstige komplexe Stufen, die abgeglichen werden sollen, eingesetzt werden;
• - es ist möglich, daß nicht beide Verstärker 11, 111 gleichzeitig arbeiten. Das heißt das Verfahren kann so ablaufen, daß ab einem vorgegebenem Zeitpunkt, das heißt von Anfang an oder ab einem späteren Zeitpunkt, immer einer der Verstärker im Normalbetrieb arbeitet und der jeweils andere abgeglichen wird.

Claims (6)

1. Verfahren zum Abgleich von Signalverarbeitungsmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als eine Signalverarbei­ tungsstufe vorgesehen ist, daß diese Signalverarbeitungs­ stufen derart geschaltet werden, daß ab einem vorgegebe­ nem Zeitpunkt zu jeder Zeit eine oder mehrere der Signal­ verarbeitungsstufen im Normalbetrieb arbeiten und daß zu vorgegebenen Zeiten mindestens eine der Signalverarbei­ tungsstufen abgeglichen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsmittel als Verstärkermittel, Multiplizierermittel oder dergleichen ausgebildet sind, die entsprechende Signalverarbeitungsstufen enthalten.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsmittel als Verstärkermittel ausge­ bildet sind und daß der Abgleich eine Korrektur bezüg­ lich des Offset und/oder des Verstärkungsfaktors der abzugleichenden Verstärkerstufe umfaßt.

4. Vorrichtung zum Abgleich von Signalverarbeitungsmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Mittel vorgesehen sind:

• - zwei oder mehr Signalverarbeitungsstufen (11, 111),
• - Referenzstufen (12, 14, 18, 20), Vergleichsmittel (17, 19, 17a, 19a) und Korrekturstufen (15) zum Abgleich,
• - Schaltmittel (13, 16) und
• - Steuermittel (200), die die Schaltmittel (13, 16) derart ansteuern, daß ab einem vorgegebenen Zeit­ punkt zu jeder Zeit einer oder mehrere der Signal­ verarbeitungsstufen (11, 111) im Normalbetrieb arbeiten und daß zu vorgegebenen Zeiten mindestens eine der Signalverarbeitungsstufen (11, 111) abge­ glichen wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsmittel als Verstärkermittel, Multiplizierermittel oder dergleichen ausgebildet sind, die entsprechende Signalverarbeitungsstufen (11, 111) enthalten.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsmittel als Verstärkermittel ausge­ bildet sind, die zwei oder mehrere Verstärkerstufen (11, 111) enthalten, daß die Referenzstufen (12, 14, 18, 20), die Vergleichsmittel (17, 19, 17a, 19a) und die Korrek­ turstufen (15) derart ausgebildet und verschaltet sind, daß der Abgleich die Korrektur des Offset und/oder des Verstärkungsfaktors der abzugleichenden Verstärkerstufen (11, 111) umfaßt.