DE4427388C2 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Signalsynthese - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Signalsynthese, bei dem mittels eines digitalen Signalprozessors ein digitales Signal erzeugt wird, aus dem mittels einer Digital-Analog- Umsetzung ein Ausgangssignal erzeugt wird, wobei ein Signal­ fluß auf zwei getrennt steuerbaren, unterschiedlich bewichte­ ten Signalwegen stattfindet und die Signale der beiden Signal­ wege zu einem Ausgangssignal addiert werden.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Schaltungsanordnung zur Signalsynthese mit einem digitalen Signalprozessor und zwei Digital-Analog-Wandlern, die über zwei getrennte Signalwege mit dem Signalprozessor verbunden sind. Dabei ist der eine Digital-Analog-Wandler über ein erstes Wichtungsglied und der andere Digital-Analog-Wandler über ein zweites Wichtungsglied oder direkt mit einem Summationspunkt verbunden.

In der Meßtechnik ist es erforderlich, Signale zu erzeugen, die hinsichtlich ihrer Parameter über einen großen Amplituden­ bereich genau reproduzierbar sind.

Hierzu ist es bekannt, über einen digitalen Signalprozessor ein digitales Signal zu erzeugen, welches nach einer Digital- Analog-Umsetzung ein Ausgangssignal erzeugt, welches als ein derartiges Meßsignal Verwendung finden kann. Zur Gewährlei­ stung der genauen Reproduzierbarkeit in einem großen Pegelbe­ reich findet dabei ein hochauflösender Digital-Analog-Umsetzer Verwendung. Dabei ist es üblich, mit einer Auflösung von 20 bis 24 bit zu arbeiten.

Nachteilig ist dabei, daß derartige Digital-Analog-Umsetzer sehr kostenaufwendig sind und trotz dieses hohen Fertigungs­ aufwandes eine Restungenauigkeit bei der Signalerzeugung ver­ bleibt.

Außerdem können kleine Signalpegel nicht ohne einen relativ großen Klirrfaktor erzielt werden.

Insbesondere zur Vermeidung dieser Nachteile ist es bekannt, hinter einen Digital-Analog-Umsetzer einen Verstärker mit einer veränderbaren Verstärkung nachzuschalten. Bei derartigen Verstärkern wird die Verstärkungsänderung dadurch realisiert, daß verschiedene Rückkopplungswiderstände wahlweise zuschalt­ bar sind.

Nachteilig bei dieser Lösung ist es, daß diese Verstärker einer naturgemäßen Drift unterliegen, die exemplarabhängig unterschiedlich ist. Diese Drift bedingt eine relativ geringe Genauigkeit. Ein Ausschalten der Drift ist zwar möglich, aber wiederum mit einem sehr hohen Herstellungsaufwand und einem hohen Abgleichaufwand verbunden.

Außerdem werden durch das Umschalten der Verstärkungen Stör­ signale durch ein sogenanntes Schaltknacken, d. h. einem Pegel­ sprung am Ausgang, hervorgerufen.

Aus der US-Patentschrift 49 75 699 ist ein Verfahren zur Si­ gnalsynthese bekannt, bei dem mittels eines digitalen Signal­ prozessors ein digitales Signal erzeugt wird, aus dem mittels einer digitalen Analogumsetzung ein Ausgangssignal erzeugt wird. Bei diesem Verfahren sind zwei getrennt steuerbare un­ terschiedlich bewichtete Signalwege vorgesehen, wobei die Signale, die diese Signalwege passiert haben, zu einem Aus­ gangssignal addiert werden.

Die Zielsetzung dieser entgegengehaltenen Lösung besteht dar­ in, die Genauigkeit des Ausgangssignales zu erhöhen. Dies soll dadurch erreicht werden, daß mittels des digitalen Signal­ prozessors ein Korrektursignal erzeugt wird. Dabei wird einer­ seits das Signal selbst und andererseits das Korrektursignal auf die beiden Signalwege gegeben. Dort erfahren sie eine Digital-Analogumsetzung. Nach einer Bewichtung des Korrektur­ signales werden beide Signale an einem Summationspunkt zu­ sammengeführt. Damit kann mittels des Korrektursignales das Ausgabesignal in der Genauigkeit erhöht werden. Insbesondere werden durch die Korrektur die sogenannten Treppenstufen, die bei einer Digital- Analogumsetzung bestehen, durch eine Inter­ polation geglättet.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist es, daß einerseits die Bereitstellung des Korrektursignales einen hohen schaltungs­ technischen und/oder verfahrenstechnischen Aufwand bedeutet. Andererseits wird diese Lösung im wesentlichen stets nur für eine Größenordnung einer Amplitude vorgesehen sein. Bei der Anwendung von Ausgangssignalen, die in ihrer Amplitude sehr stark schwanken, kann eine derartige Korrektur, insbesondere bei sehr geringen Amplituden, nur einen geringen Erfolg her­ beiführen.

Ausgehend von dem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer Signalsynthese unter Beibehaltung einer sehr hohen Genauigkeit mit einem geringen schaltungs­ technischen Aufwand einen großen Dynamikbereich zu erreichen.

Gemäß der Erfindung wird verfahrensseitig die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Signal des digitalen Signalprozessors auf die zwei Signalwege in ein erstes und ein zweites Signal aufge­ teilt wird, wobei jeder Signalweg für verschiedene Werteberei­ che des Ausgangssignales vorgesehen ist. Dabei weisen das erste und das zweite Signal vor ihrer Bewichtung eine annä­ hernd gleiche Amplitude auf. Bei einem festgelegten Umschalt­ amplitudenwert des beabsichtigten Ausgangssignales wird die Amplitude des ersten Signales in dem Maße verringert, wie die Amplitude des zweiten Signales, unter der Bedingung, daß die Addition nach Passieren der Signalwege des ersten und des zweiten Signales das beabsichtigte Ausgangssignal ergibt, vergrößert wird.

Das erste und das zweite Ausgangssignal haben vor ihrer Be­ wichtung annähernd die gleiche Amplitude, die nach der Bewich­ tung vergrößert oder verringert wird. Somit wird ein Signalweg für ein amplitudenhöheres Ausgangssignal und der andere Sig­ nalweg für das Ausgangssignal mit einer geringeren Amplitude genutzt. Es erfolgt somit eine Aufteilung der Signalwege in verschiedene Wertebereiche der Amplituden, wodurch die hohe Pegelgenauigkeit des Digital-Analog-Wandlers bei großen Am­ plituden genutzt werden kann.

In einer günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens ist vorgesehen, daß ein Signalweg als amplitudenhöhe­ rer Signalweg dadurch ausgebildet ist, daß er im Verhältnis zu dem anderen Signalweg eine Verstärkung oder der andere Signal­ weg eine Dämpfung aufweist.

In einer weiteren günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemä­ ßen Verfahrens ist vorgesehen, daß der amplitudenhöhere Si­ gnalweg nach Verringerung der Amplitude des auf diesem Signal­ weg befindlichen ersten oder zweiten Signales unterbrochen wird. Somit kann durch den digitalen Signalprozessor der Am­ plitudenwert des amplitudenhöheren Signales bis zu einem ver­ tretbaren Schwellenwert verringert werden. Ist dieser Schwel­ lenwert erreicht, wird dieser Signalweg unterbrochen und somit ein Störeinfluß auf das Ausgangssignal vermieden. Bei einer weiteren Absenkung des Signales wird der andere Signalweg wirksam und erzeugt somit ein sauberes und genau reproduzier­ bares Ausgangssignal.

In einer besonders günstigen Ausgestaltung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß der Umschaltamplituden­ wert bei Ansteigen des Ausgangssignales auf einen höheren Wert festgelegt wird, als beim Absinken.

Durch diesen verfahrenstechnischen Schritt wird eine sogenann­ te Schalthysterese erreicht, die ein ständiges Hin- und Her­ schalten vermeidet, wenn innerhalb des Übergangsbereiches zwischen dem amplitudenhöheren und dem amplitudenniederen Bereich gearbeitet wird.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin anordnungsseitig dadurch gelöst, daß dem Digital-Analog-Wandler, dem die Erzeu­ gung der größeren Signalamplitude dadurch zugeordnet ist, daß sein Ausgang die größere Verstärkung oder die geringere Dämp­ fung erfährt, ein Schalter nachgeschaltet ist.

Durch die zwei getrennten Signalwege wird eine getrennte Steu­ erung des Ausgangssignales des digitalen Signalprozessors auf beiden Signalwegen möglich, wodurch der Signalprozessor den als amplitudenhöher definierten Signalweg für die Nutzung eines Ausgangssignales mit hoher Amplitude und den anderen Signalweg für ein Ausgangssignal mit geringerer Amplitude vorsieht. Die Verstärkungs- bzw. Dämpfungsfaktoren des oder der Wichtungsglieder bestimmen hierbei den Wertebereich, für den die Signalwege zuständig sind.

Selbstverständlich ist es möglich, noch mehr als zwei Signal­ wege vorzusehen, entsprechend differenzierter zu wichten und an einen Summationspunkt zu bringen. Dadurch wird eine noch weitere Auffächerung der Amplitudenbereiche und damit eine weitere Erhöhung der Genauigkeit erreicht.

Der Schalter vermeidet es, daß durch den amplitudenhöheren Signalweg Störsignale auf das amplitudengeringere Signal ein­ gestreut werden, wenn mit geringeren Ausgangsamplituden ge­ arbeitet werden soll.

Dabei erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn der Schalter bewußt nicht als ein idealer Schalter ausgeführt ist, sondern einen gewissen Schaltübergang realisiert. Dadurch wird ein Beitrag dazu geleistet, daß Störsignale durch Umschalten vermieden werden.

Eine weitere Möglichkeit zur Vermeidung von Störsignalen in­ folge des Schaltens ist, daß das Schalten im weitgehend sig­ nallosen Zustand erfolgt.

In einer günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schal­ tungsanordnung ist vorgesehen, daß das Wichtungsglied aus einem Spannungsteiler besteht.

Hierbei besteht die Möglichkeit, mit dem Spannungsteiler den amplitudenniederen Signalweg zu realisieren und den amplitu­ denhöheren Signalweg direkt an den Summationspunkt zu führen.

Eine weitere günstige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Wichtungsglied aus einem Verstärker besteht. Ein der­ artiges Wichtungsglied wird sodann vorzugsweise in den ampli­ tudenhöheren Signalweg eingesetzt werden.

Es ist logischerweise auch möglich, sowohl ein Dämpfungsglied in einem Signalweg, als auch einen Verstärker in dem anderen Signalweg einzusetzen.

In einer besonders günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemä­ ßen Schaltungsanordnung ist vorgesehen, daß der Summations­ punkt durch den Eingang eines Summierverstärkers ausgebildet ist.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spieles näher erläutert werden.

Die zugehörige Zeichnung zeigt ein schematisiertes Block­ schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

Ein digitaler Signalprozessor 1 erhält von einer nicht näher dargestellten Eingabeschaltung eingangsseitig die Information, mit welcher Frequenz und welcher Amplitude ein Ausgangssignal erzeugt werden soll. Ausgangsseitig ist der digitale Signal­ prozessor 1 über zwei getrennte Signalwege mit einem ersten Digital-Analog-Wandler 2 und einem zweiten Digital-Analog- Wandler 3 verbunden. Der Signalweg, in dem der erste Digital- Analog-Umwandler 2 eingebunden ist, ist der amplitudenhöhere Signalweg, in dessen Verlaufe ein Schalter 4 eingebunden ist, über den dieser Signalweg bei niedrigeren Ausgangsamplituden­ werten abgeschaltet werden kann.

Über einen Vorwiderstand 5 ist dieser Signalweg an den Sum­ miereingang eines Summierverstärkers 6 angeschlossen.

Ausgangsseitig ist der Digital-Analog-Wandler 3 mit einem Spannungsteiler 7 verbunden. Der Mittelabgriff des Spannungs­ teilers 7 ist wiederum mit einem Vorwiderstand 8 auf den Sum­ miereingang des Summierverstärkers 6 geschaltet.

Entsprechend des Teilungsverhältnisses des Spannungsteilers 7 wird der Signalweg, der das Signal B führt, für den amplitu­ denniederen Teil des Ausgangssignales an dem Summierverstärker 6 verantwortlich sein.

Bezugszeichenliste

1 digitaler Signalprozessor
2 Digital-Analog-Wandler
3 Digital-Analog-Wandler
4 Schalter
5 Vorwiderstand
6 Summierverstärker
7 Spannungsteiler
8 Vorwiderstand

Claims (8)

1. Verfahren zur Signalsynthese, bei dem mittels eines digi­ talen Signalprozessors ein digitales Signal erzeugt wird, aus dem mittels einer Digital-Analog-Umsetzung ein Aus­ gangssignal erzeugt wird, wobei ein Signalfluß auf zwei getrennt steuerbaren, unterschiedlich bewichteten Signal­ wegen stattfindet und die Signale der beiden Signalwege zu einem Ausgangssignal addiert werden, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Signal des digitalen Signalprozessors auf die zwei Signalwege in ein erstes und ein zweites Signal aufgeteilt wird, wobei jeder Signalweg für verschiedene Wertebereiche des Ausgangssignales vorgesehen ist,
daß das erste und das zweite Signal vor ihrer Bewichtung eine annähernd gleiche Amplitude aufweisen und
daß bei einem festgelegten Umschaltamplitudenwert des beabsichtigten Ausgangssignales die Amplitude des ersten Signales in dem Maße verringert wird, wie die Amplitude des zweiten Signales, unter der Bedingung, daß die Addi­ tion nach Passieren der Signalwege des ersten und des zweiten Signales das beabsichtigte Ausgangssignal ergibt, vergrößert wird.

2. Verfahren zur Signalsynthese nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Signalweg als amplitudenhöherer Signalweg dadurch ausgebildet ist, daß er im Verhältnis zu dem anderen Signalweg eine Ver­ stärkung oder der andere Signalweg eine Dämpfung aufweist.

3. Verfahren zur Signalsynthese nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der amplitu­ denhöhere Signalweg nach Verringerung der Amplitude des auf diesen Signalweg befindlichen ersten oder zweiten Signales unterbrochen wird.

4. Verfahren zur Signalsynthese nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschaltamplitudenwert bei Ansteigen des Ausgangs­ signales auf einen höheren Wert festgelegt wird als beim Absinken.

5. Schaltungsanordnung zur Signalsynthese mit einem digitalen Signalprozessor und zwei Digital-Analog-Wandlern, die über zwei getrennte Signalwege mit dem Signalprozessor verbun­ den sind und der eine Digital-Analog-Wandler über ein erstes Wichtungsglied und der andere Digital-Analog-Wand­ ler über ein zweites Wichtungsglied oder direkt mit einem Summationspunkt verbunden ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dem Digital-Analog-Wandler (2), dem die Erzeugung der größeren Signalamplitude da­ durch zugeordnet ist, daß sein Ausgang die größere Ver­ stärkung oder die geringere Dämpfung erfährt, ein Schalter (4) nachgeschaltet ist.

6. Schaltungsanordnung zur Signalsynthese nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Wich­ tungsglied aus einem Spannungsteiler (7) besteht.

7. Schaltungsanordnung zur Signalsynthese nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Wich­ tungsglied aus einem Verstärker besteht.

8. Schaltungsanordnung zur Signalsynthese nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Summationspunkt durch den Eingang eines Summierverstärkers (6) ausgebildet ist.