DE602004009432T2

DE602004009432T2 - Verstärkungskompensation

Info

Publication number: DE602004009432T2
Application number: DE602004009432T
Authority: DE
Inventors: Volker S. Gierenz; Hendrik Ten Pierick
Original assignee: NXP BV
Current assignee: NXP BV
Priority date: 2003-04-24
Filing date: 2004-04-22
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2024-04-23
Also published as: EP1620949A2; WO2004095709A2; DE602004009432D1; JP2006524462A; ATE375627T1; KR20050114280A; EP1620949B1; CN100542039C; WO2004095709A3; US7327294B2; US20070001880A1; CN1778047A

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät, enthaltend eine Verarbeitungsschaltung mit einem vorbestimmten, begrenzten Dynamikbereich und einer automatischen Verstärkungssteuerungsschaltung, ein Verfahren zur automatischen Verstärkungssteuerung und eine Audio-Vorrichtung umfassend ein solches Gerät.
US-A-5,389,927 offenbart, dass eine automatische Verstärkungssteuerung (AGC) gewöhnlich in einem Empfänger benutzt wird, um einer Sättigung einer oder mehrerer Stufen vorzubeugen, die durch Überschreiten des Dynamikbereichs einer Stufe durch ein zu großes Eingangssignal hervorgerufen wird. Dieser Stand der Technik offenbart weiter, dass ein Anwenden von AGC-Techniken auf digitale Empfänger sowie um eine Eingangs-Verstärkung und digitale Verstärkung zu steuern, wohlbekannt ist. Die Steuerung der Eingangs-Verstärkung überwindet das Problem eines unzureichenden Dynamikbereiches des Analog-Digital-Wandlers (ADC) in digitalen Empfängern.
Weiter offenbart US-A-5,389,927 , dass der ADC in einem derartigen digitalen Empfänger mit einem Eingang, der ein analoges Signal mit einem Pegel liefert, der von der an der Antenne empfangenen Signalstärke abhängt, ein analoges, von dem Eingang geliefertes Eingangssignal in ein digitales Signal wandelt, das eine digitale Darstellung des analogen Signals ist. Ein Detektor weist die Stromsignalamplitude des digitalen Signals nach und führt einem Amplituden-Steuergerät ein Steuerungssignal zu, das die Amplitude des analogen Eingangssignals in Stufen steuert, um ein gesteuertes analoges Signal zu erhalten, das eine Amplitude innerhalb des Betriebsbereichs des ADCs aufweist.
JP 2000 349637 offenbart einen Analog-Digital-Wandler mit einer Verstärkungssteuerung, bei dem eine Verstärkungs-Einstellung an den analogen und digitalen Seiten der Schaltung durchgeführt wird, um eine konstante Ausgabe aufrechtzuerhalten, während eine Benutzung des vollen Dynamikbereichs des ADCs er möglicht wird. Die Verstärkungs-Einstellung an der digitalen Seite der Schaltung wird als eine Funktion ausgeführt, die mit der Zeit variiert.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine automatische Verstärkungssteuerung bereitzustellen, die bei einer Amplitudenänderung eines gesteuerten Eingangssignals infolge eines automatischen Verstärkungssteuerungs-Vorgangs eine Signalamplitude eines Ausgangssignals erzeugt, die der Amplitude des Eingangssignals stärker ähnelt.
Die Erfindung sieht ein Gerät mit einer automatischen Verstärkungssteuerungsschaltung wie in Anspruch 1 definiert und ein Verfahren einer automatischen Verstärkungssteuerung wie in Anspruch 16 definiert vor.
Das Gerät mit der automatischen Verstärkungssteuerungsschaltung gemäß der Erfindung steuert eine Amplitude des Eingangssignals mit einem ersten Verstärkungsfaktor, um ein verstärkungsgesteuertes Signal bereitzustellen. Die Verarbeitungsschaltung verarbeitet das verstärkungsgesteuerte Signal in ein verarbeitetes Signal. Ein zweites Verstärkungs-Steuergerät steuert eine Verstärkung des verarbeiteten Signals mit einem zweiten Verstärkungsfaktor, um ein kompensiertes Ausgangssignal zu erhalten, das im Wesentlichen um eine Amplitudenänderung des verstärkungsgesteuerten Signals infolge einer Änderung des ersten Verstärkungsfaktors kompensiert ist. Der zweite Verstärkungsfaktor basiert auf dem ersten Verstärkungsfaktor und Eingangsparametern, die eine zeitliche Variation des zweiten Verstärkungsfaktors definieren. Wenn der erste Verstärkungsfaktor zu einem besonderen Augenblick geändert wird, wird der zweite Verstärkungsfaktor somit auf eine solche Weise angepasst, dass die Amplitude des kompensierten Ausgangssignals im Wesentlichen konstant ist, natürlich nur, wenn sich das Eingangssignal während des Übergangszeitraums nicht ändert. Allgemeiner wird das kompensierte Ausgangssignal kompensiert, damit es dem Eingangssignal besser folgt und somit weniger durch die Variation des ersten Verstärkungsfaktors gestört wird. Dies ist besonders bei Audio-Anwendungen wichtig. Jegliche Störung der Amplitude des kompensierten Ausgangssignals, wenn auch nur vorübergehend, wird zu einer hörbaren Verzerrung des Signals führen. Der erste Verstärkungsfaktor wird sowohl der automatischen Verstärkungssteuerungsschaltung zum Ändern der Amplitude des Eingangssignals als auch der Kompensationsschaltung zum Anzeigen des Augenblicks und/oder eines Betrages der Änderung der Amplitude des Eingangssignals zugeführt.
Die US-A-5,389,927 aus dem Stand der Technik steuert die analoge Signalamplitude in Faktoren von zwei. Wenn das digitale Signal in Faktoren von zwei in der zu der Amplitudenänderung des gesteuerten analogen Signals entgegengesetzten Richtung gesteuert wird, ist die Abweichung zwischen dem analogen Signal und dem digitalen Signal während der Amplitudenanpassungen annehmbar gering. Die Wellenform des digitalen Signals weicht jedoch zeitweilig von der Amplitude des analogen Eingangssignals ab, wenn die Amplitude des gesteuerten analogen Signals geändert wird. Dies verursacht eine hörbare Verzerrung jedes Mal, wenn die stufenweise Änderung der Amplitude des gesteuerten analogen Signals erforderlich ist. Diese hörbare Verzerrung muss ausgefiltert werden, was die Hörqualität verringert.
In einer Ausführungsform gemäß der Erfindung umfasst die Verarbeitungsschaltung einen Analog-Digital-Wandler ADC. Das Gerät mit der automatischen Verstärkungssteuerungsschaltung gemäß der Erfindung steuert eine Amplitude des analogen Eingangssignals mit einem ersten Verstärkungsfaktor, um ein verstärkungsgesteuertes analoges Signal bereitzustellen. Der erste Verstärkungsfaktor wird derart festgelegt, dass die laufende Signalamplitude des digitalen Signals nicht den Eingangsbereich des ADCs übersteigt. Der ADC wandelt das verstärkungsgesteuerte Analogsignal in ein digitales Signal um. Ein zweites Verstärkungs-Steuergerät steuert eine Verstärkung des digitalen Signals mit einem zweiten Verstärkungsfaktor, um ein kompensiertes digitales Signal zu erhalten, das im Wesentlichen um eine Amplitudenänderung des verstärkungsgesteuerten analogen Signals infolge einer Änderung des ersten Verstärkungsfaktors kompensiert wird. Der zweite Verstärkungsfaktor basiert auf dem ersten Verstärkungsfaktor und Eingangsparametern, die eine zeitliche Variation des zweiten Verstärkungsfaktors definieren. Das kompensierte digitale Signal ist somit kompensiert, damit es dem analogen Eingangssignal besser folgt und somit weniger durch die Veränderung des ersten Verstärkungsfaktors gestört wird.
Mit der Stromsignal-Amplitude des digitalen Signals ist der maximale Wert, den das digitale Signal hat oder voraussichtlich haben wird, gemeint. Die Bits des digitalen Signalwortes können von dem Analog-Digital-Wandler direkt parallel erzeugt werden. Es ist auch möglich, dass der Analog-Digital-Wandler die Bits des Wortes seriell bereitstellt.
In einer Ausführungsform gemäß der Erfindung stellt die Verstärkungssteuerung ein Eingangssignal bereit, das in den Betriebsbereich des ADCs passt und somit verhindert, bei einer zu großen Amplitude des analogen Eingangssignals durch die Analog-Digital-Wandlung abgeschnitten zu werden oder dass ein großer Teil des Bereiches des ADCs nicht benutzt wird.
In einer Ausführungsform gemäß der Erfindung wird der erste Verstärkungsfaktor in Stufen angepasst. Dies ist einfacher, als für einen kontinuierlich variablen ersten Verstärkungsfaktor zu sorgen.
In einer Ausführungsform gemäß der Erfindung wird der erste Verstärkungsfaktor in Stufen verändert, die eine Potenz von zwei sind. Dies ermöglicht eine Änderung der digitalen Amplitude durch eine Bit-Verschiebung, die sehr einfach ist.
In einer Ausführungsform gemäß der Erfindung verzögert eine Verzögerungsschaltung einen Startaugenblick der Steuerung der Amplitude des Ausgangssignals der Verarbeitungsschaltung. Wenn der erste Verstärkungsfaktor geändert wird, wird die analoge Verstärkung sofort angepasst. Die zweite Verstärkung sollte jedoch nicht sofort angepasst werden. Es benötigt einige Zeit, bevor die Anpassung der analogen Verstärkung in dem Ausgangssignal der Verarbeitungsschaltung wahrnehmbar ist. Diese Verzögerung wird durch eine Verarbeitungszeit der Verarbeitungsschaltung zwischen dem verstärkungsgesteuerten Signal und dem kompensierten digitalen Signal verursacht. Somit sollte sich der zweite Verstärkungsfaktor nach dieser Verzögerung zu ändern beginnen. Wenn die Verarbeitungsschaltung einen ADC umfasst, wird auf den zweiten Verstärkungsfaktor auch als den digitalen Verstärkungsfaktor Bezug genommen.
In einer Ausführungsform gemäß der Erfindung umfasst die Kompensationsschaltung eine Wellenform-Erzeugungsschaltung, die eine die Zeitvariation des zweiten Verstärkungsfaktors bestimmende Wellenform erzeugt. Wenn der erste Verstärkungsfaktor in einer Stufe geändert wird, wird die Amplitude des verstär kungsgesteuerten Signals mit einer Stufe geändert werden. Die Amplitude des Ausgangssignals der Verarbeitungsschaltung wird jedoch nicht stufenweise variieren. Die Verarbeitungsschaltung (die einen ADC und optional andere digitale Schaltungen wie digitale Filter umfassen kann) ruft eine zeitliche Verbreiterung der Stufenvariation des verstärkungsgesteuerten Signals, zum Beispiel wegen Bandbreitenbegrenzungen hervor. Wenn eine Amplitude des kompensierten Signals erforderlich ist, die durch die Stufenvariation des verstärkungsgesteuerten Signals weniger gestört ist, sollte sich die zweite Verstärkung zeitlich gemäß einer wohldefinierten Wellenform ändern, um die verbreiterte Antwort zu kompensieren.
In einer Ausführungsform gemäß der Erfindung umfasst die Wellenform-Erzeugungsschaltung eine Schaltung zu Bandbreitenbegrenzung, um die dem Verbreiterungseffekt der Verarbeitungsschaltung entsprechende Verbreiterungsänderung des zweiten Verstärkungsfaktors zu erhalten. Es ist auch möglich, sich an dasselbe Verhalten anzunähern oder unter Benutzung einer linearen Interpolation oder sogar besser einer Interpolation höherer Ordnung oder durch Benutzen eines Tabellen-Nachschlage- oder Linienzeichnungs-Algorithmus zu erhalten.
In einer Ausführungsform gemäß der Erfindung wird ein statischer Fehler kompensiert. Wenn der erste Verstärkungsfaktor anzeigt, dass die Amplitude des analogen Signals um einen vorbestimmten Betrag geändert werden sollte, kann tatsächlich eine kleine Abweichung von diesem vorbestimmten Betrag auftreten. Es ist nicht ausreichend, die Amplitude des Ausgangssignals der Verarbeitungsschaltung mit exakt dem gleichen vorbestimmten Betrag zu kompensieren. Nach dem Übergangszeitraum, wenn die Verzögerung und die Wellenform des zweiten Verstärkungsfaktors nicht mehr bedeutsam sind, ist eine Abweichung zwischen der Amplitude des kompensierten Signals und des ursprünglichen Eingangssignals noch vorhanden. Diese Abweichung wird durch die Pegelanpassungsschaltung kompensiert.
In einer Ausführungsform gemäß der Erfindung wird ein wohl bekannter Einzel-Bit-Sigma-Delta Analog-Digital-Wandler benutzt. Ein derartiger Analog-Digital-Wandler ist einfach. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Verstärkungskompensation mit einem Einfachbit-Signal anstelle eines Mehrfachbit-Signals arbeitet und somit die Notwendigkeit für eine explizite Multiplikation beseitigt.
In einer Ausführungsform gemäß der Erfindung wird die digitale Verstärkung in dem ADC direkt gesteuert. Ein Beispiel eines geeigneten ADCs ist ein ADC mit einer Möglichkeit, seine Referenz zu steuern.
In einer Ausführungsform gemäß der Erfindung wird die digitale Verstärkung (der zweite Verstärkungsfaktor) von einem digitalen Verstärkungs-Steuergerät (das zweite Verstärkungs-Steuergerät) gesteuert, welches das von dem ADC gelieferte digitale Signal (das verarbeitete Signal) verarbeitet. Der ADC kann nun von irgendeiner Art sein.
In einer Ausführungsform gemäß der Erfindung kann die Verarbeitungsschaltung weiter eine digitale Verarbeitung (zum Beispiel ein digitales Filter) umfassen. Die Verstärkungskompensation wird durch Steuern der Amplitude des durch die digitale Verarbeitungsschaltung gelieferten, verarbeiteten digitalen Signals erreicht.
In einer Ausführungsform gemäß der Erfindung werden sowohl die Verstärkung des digitalen, von dem ADC gelieferten Signals als auch die Verstärkung des von der digitalen Verarbeitungsschaltung gelieferten, verarbeiteten digitalen Signals gesteuert.
In einer Ausführungsform gemäß der Erfindung führt eine automatische Kalibrierungsschaltung während eines Testzeitraums wiederholt die nächstfolgenden Operationen aus:
Erzeugen eines als das Eingangssignal zugeführten Referenzsignals,
Anpassen des ersten Verstärkungsfaktors mit einem vorbestimmten Betrag,
Bereitstellen eines ersten Satzes von Eingangsparametern,
Überprüfen, ob eine Änderung der Amplitude des kompensierten Ausgangssignals auftritt und
Anpassen wenigstens eines der Eingangsparameter bis im Wesentlichen keine Änderung der Amplitude des kompensierten Ausgangssignals auftritt und schließlich Speichern der bestimmten Eingangsparameter zur Benutzung während eines Normalbetriebs.
Diese und andere Aufgaben der Erfindung sind offensichtlich aus und werden in Bezug auf die exemplarisch in der folgenden Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen und mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen erläutert werden, in denen
1 eine einfache Verstärkungskompensationsschaltung zeigt,
2 Signale zur Erläuterung des Betriebs der in 1 gezeigten Verstärkungskompensationsschaltung zeigt,
3 ein Blockdiagramm der Verstärkungskompensationsschaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt,
4 Signale zur Erläuterung des Betriebs der in 3 gezeigten Verstärkungskompensationsschaltung,
5 ein Blockdiagramm der Verstärkungskompensationsschaltung einer Ausführungsform gemäß der Erfindung zeigt,
6 ein Blockdiagramm der Verstärkungskompensationsschaltung einer Ausführungsform gemäß der Erfindung zeigt,
7 ein Blockdiagramm der Verstärkungskompensationsschaltung einer Ausführungsform gemäß der Erfindung zeigt,
8 eine Ausführungsform eines digitalen Verstärkungs-Steuergeräts gemäß der Erfindung zeigt und
9 eine Ausführungsform einer automatischen Kalibrierungsschaltung gemäß der Erfindung zeigt.
In den Figuren weisen Elemente, die zuvor beschriebenen Elementen entsprechen, die gleichen Bezugszeichen auf.
1 zeigt eine einfache Verstärkungskompensationsschaltung. Eine Verstärkungsschaltung B3 empfängt ein Verstärkungs-Steuerungssignal, auf das Bezug als Verstärkungsfaktor g genommen wird, ein analoges Eingangssignal S1, das einen bestimmten Dynamikbereich und eine Bandbreite aufweist, und führt dem Analog-Digital-Wandler B1 ein verstärkungsgesteuertes analoges Signal S3 zu. Die Verstärkungsschaltung B3 ist gewöhnlich eine Dämpfungsschaltung. Die Dämpfungsschaltung kann eine Anzahl von Dämpfungsgliedern (indiziert durch 2⁰, 2¹, 2^–n) umfassen, die das analoge Eingangssignal S1 mit Faktoren abschwächen, die Potenzen der Zahl 2 sind. Es ist möglich, andere Faktoren zu benutzen. Ein Multiplexer M1 wählt das (die) Ausgangssignal(e) des Dämpfungsgliedes aus, die dem Verstärkungsfaktor g angepasst sind. Der ADC B1 wandelt das verstärkungsgesteuerteanaloge Eingangssignal S3 in ein digitales Signal S4 um.
Eine Nachweisschaltung B2 überprüft fortlaufend den Stromsignalpegel des digitalen Signals S4 und vergleicht diesen Pegel mit dem maximal zulässigen Eingangspegel des ADCs B1. Wenn der Pegel des digitalen Signals S4 den maximal zulässigen Pegel erreicht, passt die Nachweisschaltung B2 den Verstärkungsfaktor g an, um den gleichen Dämpfungsfaktor g der Verstärkungsschaltung B3 zu erreichen. Die von der Dämpfungsschaltung B3 eingeführte Skalierung des Ausgangssignals des ADCs B1, welches das digitale Signal S4 ist, wird später durch ein digitales Verstärkungs-Steuergerät B10 kompensiert, welches das digitale Signal S4 um den gleichen Faktor g verstärkt, um ein digitales Ausgangssignal S2 zu erhalten, das eine Amplitude aufweist, die so konstant wie möglich ist.
Für eine effiziente Ausführung des digitalen Verstärkungs-Steuergerätes B10 umfasst die Dämpfungsschaltung B3 häufig den oben erwähnten Satz von festen Dämpfungsfaktoren, die Potenzen von 2 sind, was somit eine Dämpfung in Vielfachen von 6 dB hervorruft. Das digitale Verstärkungs-Steuergerät B10 erhöht die Amplitude des digitalen Signals S4 in Stufen von 6 dB durch einfache Verschiebung der Bits des digitalen Wortes durch ein Bit. In der Tat bestimmt der Dämpfungsfaktor g mehr im Allgemeinen eine Dämpfungsfaktor-(die Potenzen von 2 angezeigt in dem digitalen Verstärkungs-Steuergerät B10)-Auswahl (durch den Multiplexer M2) in dem digitalen Verstärkungs-Steuergerät B10.
Das Schalten des Abschwächungsfaktors g der Abschwächungsschaltung B3 geschieht beinahe verzögerungsfrei, was zu einer stufenweisen Amplitudenänderung in dem verstärkungsgesteuerten analogen Signal S3 führt. Wegen der dem vorliegenden System inhärenten Bandbreitenbegrenzung zum Beispiel wegen des ADCs B1 ist diese Stufe verbreitert und die Stufe führt nach einer gewissen Verzögerung TD (siehe 2) zu einem relativ langsamen Transienten TR des digitalen Signals S4. Zusätzlich zu der Verzögerung TD und dem Transienten TR gibt es eine einstellungsabhängige Abweichung E von der idealen Dämpfung infolge der Verarbeitungsverbreiterung und Nicht-Idealitäten in dem analogen Aufbau. In dieser einfachen Verstärkungskompensationsschaltung wird die Dämpfung durch eine Stufe kompensiert und das digitale Ausgangssignal S2 wird vorübergehend verzerrt. Dies ist mit Bezug auf 2 veranschaulicht.
Abhängig von der Anwendung führen alle diese Verzerrungen zu unerwünschten und wahrnehmbaren Artefakten. Diese Verzerrungen rufen zum Beispiel im Fall eines MW-Empfangs Impulsstörungen in dem Tonausgangssignal hervor, die entweder herausgefiltert oder gedämpft werden müssen, was somit zu einer geringeren Tonqualität führt. Dieser Effekt wird schlimmer, wenn die AGC periodisch oder mit einer gewissen Periodizität schaltet.
2 zeigt Signale zur Erläuterung des Betriebs der einfachen Verstärkungskompensationsschaltung. 2A zeigt den Verstärkungsfaktor g, der nahezu stufenweise zum Zeitpunkt D1 ansteigt. Dies zeigt der Verstärkungsschaltung B3 an, dass die Amplitude des verstärkungsgesteuerten analogen Signals S3 um einen vorbestimmten Betrag verringert werden sollte und zeigt dem digitalen Verstärkungs-Steuerungsgerät B10 an, die Amplitude des digitalen Signals S4 um den gleichen vorbestimmten Betrag zu erhöhen. 2B zeigt die stufenweise Verringerung der Amplitude des verstärkungsgesteuerten analogen Signals S3. 2C zeigt die Änderung des digitalen Signals S4 in Antwort auf die Stufe der Amplitude des verstärkungsgesteuerten analogen Signals S3. Die Amplitude des digitalen Signals S4 beginnt zu einem Zeitpunkt t2, der um eine Verzögerungszeit TD später als der Zeitpunkt t1 ist, zu dem das verstärkungsgesteuerte analo ge Signal S3 abnimmt, abzunehmen. Während eines Übergangszeitraums TR (darauf auch Bezug genommen als der Übergang TR) nimmt die Amplitude des digitalen Signals S4 auf ihren endgültigen Pegel ab. Der endgültige Pegel, der zu einem Zeitpunkt T3 erreicht wird, kann einen Offset oder einen Fehler E bezüglich des erwarteten Pegels aufweisen. 2D zeigt das kompensierte digitale Signal S2. Der Verstärkungsfaktor g der 2A korrigiert das digitale Signal S4 durch Erhöhen der Verstärkung des digitalen Verstärkungs-Steuergeräts B10 zu dem Zeitpunkt t1, zu dem das digitale Signal S4 infolge der stufenweisen Änderung des verstärkungsgesteuerten analogen Signals S3 nicht geändert wird. Folglich ist die Amplitude des kompensierten digitalen Signals S2 zu groß. Die zu dem Zeitpunkt t2 zu große Amplitude des kompensierten digitalen Signals S2 beginnt infolge der Verringerung der Amplitude des digitalen Signals S4 abzunehmen. Nach einem Zeitpunkt t3 wird der gewünschte Pegel DL erreicht, lediglich der Fehler E ist weiterhin vorhanden.
Infolge der unvollständigen Kompensation tritt eine zu große Amplitude des kompensierten digitalen Signals vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t3 auf. Diese Verzerrung wird in Tonsystemen hörbar werden. Eine zu geringe Amplitude des kompensierten digitalen Signals wird auftreten, wenn die Stufe in der anderen Richtung auftritt.
3 zeigt ein Blockdiagramm der Verstärkungs-Kompensationsschaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Die Verstärkungsschaltung B3 empfängt ein Verstärkungs-Steuerungssignal, auf das als Verstärkungsfaktor g Bezug genommen wird, und ein analoges Eingangssignal S1 und führt dem Analog-Digital-Wandler B1 ein verstärkungsgesteuertes analoges Signal S3 zu. Die Verstärkungsschaltung B3 kann identisch mit der mit Bezug auf 1 beschriebenen Verstärkungsschaltung B3 sein. Der ADC B1 wandelt das spannungsgesteuerte analoge Eingangssignal S3 in ein digitales Signal S4 um.
Eine Nachweisschaltung B2 überprüft fortlaufend den Stromsignalpegel des digitalen Signals S4 und vergleicht diesen Pegel mit dem maximal zulässigen Eingangspegel des ADCs B1. Wenn der Pegel des digitalen Signals S4 den maxi mal zulässigen Pegel erreicht, passt die Nachweisschaltung B2 den Verstärkungsfaktor g an, um den gleichen Dämpfungsfaktor g der Dämpfungsschaltung B3 zu erhalten. Das Skalieren des von der Dämpfungsschaltung B3 eingeführten Ausgangssignals des ADCs B1, welches das digitale Signal S4 ist, wird später durch ein digitales Verstärkungs-Steuergerät B10 kompensiert. Eine Kompensationsschaltung B5 bestimmt einen digitalen Verstärkungsfaktor dg, der sowohl auf dem Verstärkungsfaktor g, der Information darüber umfasst, wann und um wieviel der Verstärkungsfaktor geändert wird, als auch auf Parametern DL, TR, DV, welche die zeitliche Variation des digitalen Verstärkungsfaktors dg festlegen, basiert. Das digitale Verstärkungs-Steuergerät B10 steuert die Verstärkung des digitalen Signals S4 mit einem durch den digitalen Verstärkungsfaktor dg festgelegten Faktor, um ein digitales Ausgangssignal S2 zu erhalten, das eine Amplitude aufweist, die im Wesentlichen konstant ist oder präziser definiert eine Amplitude, die im Wesentlichen ungestört ist, wenn sich das Eingangssignal ändert.
Die Grundidee der Kompensationsschaltung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es, eine Verstärkungskompensation auszuführen, welche die mit Bezug auf die einfache, mit Bezug auf 1 und 2 erläuterte Kompensation beschriebenen Nicht-Idealitäten im Wesentlichen vollkommen kompensiert. Im Prinzip wird die im Wesentlichen vollständige Kompensation mittels einer Zeitvariation der Verstärkung des digitalen Verstärkungs-Steuergerätes B10 auf eine Art erreicht, dass die Artefakte in dem kompensierten digitalen Signal S2 im Wesentlichen entfernt werden.
Die Kompensationsschaltung B5 erzeugt einen digitalen Verstärkungsfaktor dg, der zu all den an dem Punkt in der Verarbeitungskette, wo die Verstärkungskompensation durchgeführt wird, gesehenen Verzerrungen komplementär ist. Dieser digitale Verstärkungsfaktor dg wird als ein Kompensationssignal für das digitale Verstärkungs-Steuergerät B10 benutzt. Im Prinzip wird der digitale Verstärkungsfaktor dg basierend auf dem Verstärkungsfaktor g, der Verzögerung TD, den Übergangseigenschaften des Übergangs TR und dem Fehler E in einem bevorzugten optimalen Kompensationsschema bestimmt. Die Kompensationsschaltung B5 erzeugt somit eine digitale Verstärkung dg mit einer programmierbaren Verzögerung, einer Startverstärkung, Endverstärkung und Übergangseigenschaften. Die digitale Verstärkung gemäß der Erfindung ist somit nicht lediglich eine stufenweise Kompensation, die mit der Änderung des Verstärkungsfaktors koinzident erfolgt, sondern weist zumindest entweder eine Verzögerung, einen sich ändernden Wert oder eine statische Fehlerkompensationskomponente auf.
Das digitale Verstärkungs-Steuergerät B10 kann identisch mit dem einen mit Bezug auf 1 beschriebenen sein.
4 zeigt den Betrieb der in 3 gezeigten Verstärkungs-Kompensationsschaltung erläuternde Signale. 4A zeigt den Verstärkungsfaktor g, der von einem Abschwächungsfaktor gk auf gi zu einem Zeitpunkt t1 schaltet. Das verstärkungsgesteuerte analoge Signal S3, welches das ADC B1 Eingangssignal ist, reagiert beinahe sofort auf die neue Einstellung der Dämpfungsschaltung B3, wie in 4B gezeigt. Diese neue Einstellung weicht mit einer von einer Abweichung E von der idealen Dämpfung abweichenden Einstellung ab. Die Analog-Digital-Wandlung durch den ADC B1 führt eine Verarbeitungsverzögerung TD ein. Die Verstärkungskompensationsschaltung B5 erzeugt den digitalen Verstärkungsfaktor dg wie in 4D gezeigt. Der digitale Verstärkungsfaktor dg beginnt zum Zeitpunkt t2, der um die Verzögerungszeit TD später als der Zeitpunkt t1 vorliegt, anzusteigen. Der digitale Verstärkungsfaktor dg steigt bis zu dem Zeitpunkt t3 entlang einer Kurve an, die zu der entsprechenden Kurve des Amplitudenfehlers des digitalen Signals S4 komplementär ist, wenn nicht kompensiert. Nach dem Zeitpunkt t3 hat der digitale Verstärkungsfaktor dg einen zur Kompensation des Fehlers E geeigneten Wert. Die Verzerrungen sind in dem kompensierten digitalen Signal S2 wie in 4E gezeigt im Wesentlichen vollständig kompensiert. Es ist nicht erforderlich, dass alle die Aspekte kompensiert werden. Das kompensierte digitale Signal S4 hat eine weniger verzerrte Amplitude als in dem Stand der Technik, sogar wenn der Fehler E nicht oder nicht vollständig kompensiert ist. Es ist auch nicht erforderlich, während des Übergangszeitraums vollständig zu kompensieren. Eine ungefähre Abschätzung der optimalen Kurve während des Übergangszeitraums wird das Verhalten der Kompensationsschaltung gegenüber dem Stand der Technik verbessern. Eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik wird auch erhalten, wenn wenigstens einer der Effekte der Verzögerungszeit TD, des Übergangszeitraums TR oder des Fehlers E wenigstens zu einem gewissen Ausmaß kompensiert wird.
Die Form der Kurve der digitalen Verstärkung dg während des Übergangszeitraums TD kann durch eine lineare Interpolation von zwei oder mehreren Wert/Zeit-Paaren erhalten werden, die vorzugsweise aus einem Speicher (nicht gezeigt) erhalten werden. Eine höhere Genauigkeit kann unter Benutzung einer Interpolation höherer Ordnung erreicht werden. Alternativ können wohl bekannte Methoden wie Tabellennachschlage- oder Linienzeichnungs-Algorithmen in Abhängigkeit von einer Abwägung zwischen Genauigkeit und Anstrengung genutzt werden.
Vorzugsweise sind all die Parameter, welche die Variation des digitalen Verstärkungsfaktors dg während des Übergangszeitraums TR, die Dauer des Verzögerungszeitraums TD und die einstellungsabhängige Abweichung oder den Fehler E bestimmen, Benutzer-programmierbar.
5 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform gemäß der Erfindung der Verstärkungskompensationsschaltung.
Die Verstärkungsschaltung B3 empfängt ein Verstärkungs-Steuerungssignal, auf das als Verstärkungsfaktor g Bezug genommen wird, ein analoges Eingangssignal S1 und führt dem Analog-Digital-Wandler B1 ein verstärkungsgesteuertes analoges Signal S3 zu. Der ADC B1 umfasst weiter einen Eingang, um den digitalen Verstärkungsfaktor dg zu empfangen und wandelt das verstärkungsgesteuerte analoge Eingangssignal S3 in ein verstärkungskompensiertes digitales Signal S2 um. Eine Nachweisschaltung B2 überprüft fortlaufend die Stromsignalamplitude des kompensierten digitalen Signals S2 und/oder das verstärkungsgesteuerte analoge Signal S3, um den Verstärkungsfaktor g zu bestimmen. Eine Kompensationsschaltung B5 legt den digitalen Verstärkungsfaktor dg basierend auf dem Verstärkungsfaktor g und den Parametern für die Dauer des Verzögerungszeitraums TD, für die Form der Verstärkungsvariation während des Übergangszeitraums TR und den Fehler E fest.
Diese digitale Verstärkungssteuerung in dem ADC B1 ist insbesondere relevant für ADCs, deren Referenz gesteuert werden kann.
6 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der Verstärkungskompensationsschaltung gemäß der Erfindung.
Die steuerbare variable Verstärkungsschaltung B3 empfängt den Verstärkungsfaktor g, das analoge Eingangssignal S1 und führt das verstärkungsgesteuerte analoge Signal S3 dem Analog-Digital-Wandler B1 zu, der das verstärkungsgesteuerte analoge Signal S3 in ein digitales Signal S4 umwandelt. Eine Nachweisschaltung B2 überprüft die Stromsignalamplitude des digitalen Signals S4 und/oder das verstärkungsgesteuerte analoge Signal S3 fortlaufend, um den Verstärkungsfaktor g festzulegen. Eine digitale Verarbeitungsschaltung B11 empfängt das digitale Signal S4 und führt das verarbeitete digitale Signal S5 dem digitalen Verstärkungs-Steuergerät B10 zu, um das kompensierte digitale Signal S2 zu erhalten. Die Kompensationsschaltung B5 legt den digitalen Verstärkungsfaktor dg basierend auf dem Verstärkungsfaktor g und den Parametern für die Dauer des Verzögerungszeitraums TG, für die Form der Verstärkungsvariation während des Übergangszeitraums TR, den Fehler E und der Verarbeitung in der Verarbeitungsschaltung B11 fest. Der digitale Verstärkungsfaktor dg wird dem digitalen Verstärkungs-Steuergerät B10 zugeführt, um die Amplitude des verarbeiteten digitalen Signals S5 zu steuern. Die digitale Verarbeitungsschaltung B11 kann eine Dezimationsfilterung durchführen.
Die Kompensation der Verstärkungsänderung durch die Verstärkungsschaltung B3 in der analogen Sphäre wird in der digitalen Sphäre hinter der digitalen Verarbeitungsschaltung B11 kompensiert. Dies hat den Vorteil, dass, wenn die digitale Verarbeitungsschaltung B11 einen Abtastraten-Abwärtswandler oder ein Dezimationsfilter umfasst, die Kompensation auf einem Signal mit einer geringeren Abtastrate durchgeführt wird.
7 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der Verstärkungskompensationsschaltung gemäß der Erfindung.
Die steuerbare variable Verstärkungsschaltung B3 empfängt den Verstärkungsfaktor g, das analoge Eingangssignal S1 und führt das verstärkungsgesteuerte analoge Signal S3 dem Analog-Digital-Wandler B1 zu, der das verstärkungsgesteuerte analoge Eingangssignal S3 in ein digitales Signal S4 umwandelt. Eine Nachweisschaltung B2 überprüft die Stromsignalamplitude des digitalen Signals S4 und/oder das verstärkungsgesteuerte analoge Signal S3 fortlaufend, um den Verstärkungsfaktor g festzulegen. Ein digitales Verstärkungs-Steuergerät B12 empfängt das digitale Signal S4, um ein intermediäres kompensiertes digitales Signal S zu liefern. Eine digitale Verarbeitungsschaltung B11 empfängt das intermediäre kompensierte digitale Signal S6 und führt das verarbeitete digitale Signal S5 dem digitalen Verstärkungs-Steuergerät B10 zu, um das kompensierte digitale Signal S2 zu erhalten. Eine Kompensationsschaltung B14a legt den digitalen Verstärkungsfaktor dga basierend auf dem Verstärkungsfaktor g und den Parametern für die Dauer des Verzögerungszeitraums TD, für die Form der Verstärkungsvariation während des Übergangszeitraums TR und dem Fehler E fest. Der digitale Verstärkungsfaktor dga wird dem digitalen Verstärkungs-Steuergerät B12 zugeführt, um die Amplitude des digitalen Signals S4 zu steuern. Eine Kompensationsschaltung B14b legt den digitalen Verstärkungsfaktor dgb basierend auf dem Verstärkungsfaktor g und den Parametern für die Dauer des Verzögerungszeitraums TD, für die Form der Verstärkungsvariation während des Übergangszeitraumes TR, den Fehler E und der Verarbeitung der Verarbeitungsschaltung B11 fest. Der digitale Verstärkungsfaktor dgb wird dem digitalen Verstärker B10 zugeführt, um die Verstärkung des verarbeiteten digitalen Signals S5 zu steuern.
Nun wird die Kompensation der Verstärkungsvariation durch die Verstärkungsschaltung B3 in der analogen Sphäre in der digitalen Sphäre teilweise direkt hinter dem ADC B1 und teilweise hinter der digitalen Verarbeitungsschaltung B11 kompensiert. Dies hat den Vorteil, dass die Kompensation auf einem Signal mit einer geringeren Abtastrate durchgeführt wird, wenn die digitale Verarbeitungsschaltung B11 einen Abtastraten-Abwärtswandler oder ein Dezimationsfilter umfasst.
8 zeigt eine Ausführungsform gemäß der Erfindung einer Kompensationsschaltung.
Die Kompensationsschaltung B5 oder B14a, B14b umfasst eine Verzögerungsschaltung B6, eine Wellenform-Erzeugungsschaltung B7, eine Pegelanpassschaltung B8 und eine Kombinationsschaltung B9.
Die Verzögerungsschaltung B6 empfängt den Verstärkungsfaktor g und einen Verzögerungsparameter DL, um die Verzögerungszeit TD zu liefern. Die Verzögerungszeit TD zeigt einen Zeitpunkt um eine Verzögerungszeit TD später als den Zeitpunkt an, zu dem sich der Verstärkungsfaktor g ändert. Die Dauer der Verzögerungszeit TD wird durch den Verzögerungsparameter DL bestimmt. Der Verzögerungsparameter kann in einem Speicher gespeichert werden.
Die Wellenform-Erzeugungsschaltung B7 empfängt den Verstärkungsfaktor g und wenigstens einen die Wellenforminformation WF, gemäß der die digitale Verstärkung dg während des Übergangszeitraums TR verändert werden muss, definierenden Wellenformparameter WP. Die Wellenform-Erzeugungsschaltung B7 kann eine Zeitsteuerungsinformation TI von der Verzögerungsschaltung B6 erhalten, die wenigstens den Beginn des Übergangszeitraumes anzeigt. Der Wellenformparameter WP kann die Zeitsteuerungsinformation über die Dauer des Übergangszeitraumes und auch über den Beginn des Übergangszeitraumes hinsichtlich des Zeitpunkts einer Veränderung des Verstärkungsfaktors g umfassen. Der Wellenformparameter WP umfasst weiter einen oder mehrere Werte, die die gewünschte Wellenforminformation WF festlegen. Der Verstärkungsfaktor g sieht eine Information über den erforderlichen Betrag, um den die digitale Verstärkung dg verändert werden sollte, und über den Zeitpunkt vor, zu dem die Verstärkung in der analogen Sphäre geändert wird. Dieser Zeitsteuerungszeitpunkt darf jedoch nicht benutzt werden, da er in der Zeitsteuerungsinformation TI vorhanden sein kann. Die Wellenform-Erzeugungsschaltung B7 kann eine Information über eine Korrektur empfangen, die zur Kompensation des Einflusses einer Verarbeitungsschaltung B11, wenn vorhanden, erforderlich ist.
Die Pegelanpassschaltung B8 empfängt einen Delta-Verstärkungsfaktor DV und den Verstärkungsfaktor g, um den Betrag, um den die digitale Verstärkung dg geändert werden muss und über den Zeitpunkt, zu dem die Verstärkung in der analogen Sphäre geändert wird, festzulegen. Der Delta-Verstärkungsfaktor DV zeigt den Wert für den Offset oder eine zum Erreichen einer perfekten Kompensation nach dem Übergangszeitraum TR erforderliche Fehlerinformation E an. Die Zeitsteuerungsinformation (erhalten aus dem Verstärkungsfaktor g oder von der Verzögerungsschaltung B6) kann benutzt werden, um diese Kompensation während oder nach dem Übergangszeitraum TR zu aktivieren.
Die Kombinationsschaltung B9 kombiniert den Verzögerungsparameter DL, die Wellenforminformation WF und die Fehlerinformation E, um die sich mit der Zeit variierende digitale Verstärkung oder einen digitalen Verstärkungsfaktor dg zu erhalten.
9 zeigt eine Ausführungsform einer automatischen Kalibrierungsschaltung gemäß der Erfindung. Die in 9 gezeigte Schaltung basiert auf der in 3 gezeigten Schaltung. Eine automatische Kalibrierungsschaltung B13 und ein Schalter SW sind hinzugefügt. Die automatische Kalibrierungsschaltung B13 empfängt das kompensierte digitale Signal S2 und führt: dem Schalter SW ein Schaltsteuerungssignal SWS, der Kompensationsschaltung B5 die Parameter DL, TR und OV und der Verstärkungsschaltung B3 und der Kompensationsschaltung B5 ein Steuerungssignal AG zu.
Während eines Kalibrierungszeitraums stellt die automatische Kalibrierungsschaltung B13 zuerst die Parameter DL, TR und OV ein. Zweitens führt die automatische Kalibrierungsschaltung B13 der steuerbaren variablen Verstärkungsschaltung B3 ein Referenzsignal RS mit einem vorbestimmten Pegel als das analoge Signal S1 zu, weil der Schalter SW in der gezeigten Position ist. Dann stellt die automatische Kalibrierungsschaltung B13 der Verstärkungsschaltung B3 und der Kompensationsschaltung B5 die Information AG bereit, um den Zeitpunkt, an dem die Verstärkung der Verstärkungsschaltung B3 und des digitalen Verstärkungs-Steuergerätes B10 geändert werden muss, anzuzeigen. Anstelle eines Bereitstellens der Information AG der Verstärkungsschaltung B3 und der Kompensationsschaltung B5 direkt kann die Information AG auch den Verstärkungsfaktor g steuern. Nun beurteilt die automatische Kalibrierungsschaltung B13 die Amplitude des kompensierten digitalen Signals S2.
Wenn die Amplitude des kompensierten digitalen Signals S2 zeitlich ausreichend konstant ist, werden die benutzten Parameter DL, TR und OV gespeichert und ein Normalbetrieb wird wieder aufgenommen. Während des Normalbetriebs ist der Schalter SW in der nicht in 9 gezeigten Position und die automatische Kalibrierungsschaltung ist inaktiv.
Wenn die Amplitude des kompensierten digitalen Signals S2 zeitlich nicht ausreichend konstant ist, verändert die automatische Kalibrierungsschaltung B13 einen oder mehrere der Parameter DL, TR und OV und startet einen Kalibrierungszyklus erneut. Die automatische Kalibrierungsschaltung B13 wiederholt den Kalibrierungszyklus so oft wie erforderlich, um ein im Wesentlichen konstantes kompensiertes digitales Signal S2 in Reaktion auf eine Änderung des Verstärkungsfaktors g zu erhalten. An dem Ende des letzten Kalibrierungszyklus werden die gefundenen optimalen Parameter DL, TR und OV zur Benutzung während der normalen Betriebsphase gespeichert.
Viele Strategien können benutzt werden, um die optimalen Parameter DL, TR und OV zu finden. Zum Beispiel durch Bestimmen, zu welchem Zeitpunkt das kompensierte digitale Signal von dem erforderlichen Pegel abweicht. Zum Beispiel, wenn eine Abweichung nahe dem Zeitpunkt auftritt, an dem der Verstärkungsfaktor g geändert wird, sollte der Parameter DL angepasst werden, um eine längere Verzögerungszeit TD zu erhalten, wenn für eine lange Zeit nach diesem Zeitpunkt ein Fehler vorhanden ist, sollte der Parameter OV geändert werden, um den Fehler E zu verringern. Der verbleibende Fehler kann durch Abtasten der Abweichung während des Übergangszeitraums und durch Benutzen der abgetasteten Werte in dem Parameter TR minimiert werden.
Im allgemeinen Kontext dieser Erfindung wird die Technik einer automatischen Verstärkungssteuerung in Kombination mit Analog-Digital-Wandlern bei verschiedenen Arten von Anwendungen, z. B. Radioempfängern, Drahtleitungskommunikation, Datenempfängern, etc. benutzt.
Ein Beispiel einer Ausführung wird nun folgend erläutert. Die Kompensationsschaltung des beschriebenen entsprechenden Kompensationsverfahren ist in Hardware auf einem Testchip in dem Kontext eines digital ausgeführten analogen Radio-MW/UKW-Empfängers für Autoradioanwendungen ausgeführt worden. Für eine effiziente Hardwarelösung wird ein Einzel-Bit-Sigma-Delta-ADC benutzt. Der Testchip umfasst einen Satz von 4 Dämpfungsglied-Einstellungen. Die digitale Verstärkungskompensation wird so früh wie möglich in dem System durchgeführt, was unmittelbar auf dem Bitstrom des ADCs ist. Dies hat den Vorteil eines geringen Hardwareaufwands, da die Verstärkungskompensation auf einem Einzel-Signal-Bit anstelle eines Mehrfach-Bit-Busses arbeitet und somit die Notwendigkeit für eine explizite Multiplikation aufhebt. Um während des Übergangszeitraums TR zu kompensieren zeigte eine lineare Interpolation eine Bereitstellung eines guten Verhaltens, indem die verbleibenden Störungen nicht hörbar wurden. Die Benutzer-programmierbaren Parameter DL, TR und OV sind die Dauer des Verzögerungszeitraums TD, die Steigung der linear interpolierten Wellenform der digitalen Verstärkung während des Übergangszeitraums TR beziehungsweise vier von Verstärkungsabweichungen E abhängige Dämpfungsglied-Einstellungen.
Dieses Verfahren der Kompensation kann zum Beispiel in den folgenden Anwendungen benutzt werden: in allgemeinen Anwendungen, die einen ADC und abgestufte AGCs verwenden, in integrierten Schaltkreisen für z. B. Autoradios, Mobiltelefone, tragbare Radios, etc., HF- und NF- und Basisbandverarbeitung und bei Audio-(HiFi)-Ausrüstung. Das Verfahren einer Kompensation ist ebenso anwendbar in Systemen ohne einen ADC. Gewöhnlich werden Verarbeitungsschaltungen benutzt, die einen begrenzten dynamischen Bereich aufweisen. Häufig ist der dynamische Bereich durch die angelegten Versorgungsspannungen begrenzt. Insbesondere, wenn Schaltungen in einem integrierten Schaltkreis integriert sind, kann der Dynamikbereich dieser Schaltungen durch relativ geringe Versorgungsspannungen ziemlich begrenzt sein. Die Amplitude des Eingangssignals derartiger Verarbeitungsschaltungen wird durch eine der Verarbeitungsschaltung vorangehende erste Verstärkungssteuerungsschaltung gesteuert. Die Wirkung der ersten Verstärkungssteuerungsschaltung wird im Wesentlichen durch Vorsehen einer zweiten Verstärkungssteuerungsschaltung, die auf das Ausgangssignal der Verarbeitungsschaltung einwirkt, um die Amplitude des Ausgangssignals wieder herzustellen, kompensiert.
Man sollte beachten, dass die oben erwähnten Ausführungsformen die Erfindung eher veranschaulichen als begrenzen und dass Fachleute in der Lage sind, viele alternative Ausführungsformen ohne Abweichung von dem Umfang der angehängten Ansprüche zu entwerfen.
In den Ansprüchen soll jedes in Klammern gesetzte Bezugszeichen nicht als den Anspruch beschränkend ausgelegt werden. Eine Verwendung des Verbs „umfas sen" und dessen Konjugationen schließt die Gegenwart von Elementen oder anderen als in einem Anspruch angeführten Schritten nicht aus. Der einem Element vorangehenden Artikel „ein" oder „eine" schließt das Vorhandensein einer Vielzahl derartiger Elemente nicht aus. Die Erfindung kann mittels mehrere bestimmte Elemente umfassender Geräte und mittels eines geeignet programmierten Computers ausgeführt werden. In dem einige Mittel aufzählenden Vorrichtungsanspruch können mehrere dieser Mittel durch ein und denselben Gerätegegenstand ausgeführt sein. Die bloße Tatsache, dass gewisse Maßnahmen in gegenseitig unterschiedlichen abhängigen Ansprüchen angegeben sind, zeigt nicht an, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht mit Vorteil genutzt werden kann.

Claims

Gerät enthaltend eine Verarbeitungsschaltung (B1; B1, B11) mit einem vorbestimmten begrenzten Dynamikbereich und einer automatischen Verstärkungssteuerungsschaltung enthaltend: eine Verstärkungsbestimmungsschaltung (B2) zum Bestimmen eines ersten Verstärkungsfaktors (g), eine erste Verstärkungssteuerung (B3) zum Steuern einer Amplitude eines Eingangssignals (S1) mit dem ersten Verstärkungsfaktor (g), um der Verarbeitungsschaltung (B1; B1, B11) ein verstärkungsgesteuertes Signal (S3) zuzuführen, eine Kompensationsschaltung (B5) zum Bestimmen eines zweiten Verstärkungsfaktors (dg) basierend auf dem ersten Verstärkungsfaktor (g) und Eingangsparametern (DL, TR, DV), die eine zeitliche Variation des zweiten Verstärkungsfaktors (dg) definieren, wobei die zeitliche Variation des zweiten Verstärkungsfaktors (dg) im Wesentlichen komplementär zu einem Amplitudenfehler eines Ausgangssignals (S4) der Verarbeitungsschaltung (B1; B1, B11) wegen einer Änderung des ersten Verstärkungsfaktors (g) ist, und eine zweite Verstärkungssteuerung (B1; B10) zum Empfangen des Ausgangssignals der Verarbeitungsschaltung (B1; B1, B11) und des zweiten Verstärkungsfaktors (dg), um ein kompensiertes Ausgangssignal (S2) zu erhalten, welches im Wesentlichen um den Amplitudenfehler des Ausgangssignals (S4) wegen der Änderung des ersten Verstärkungsfaktors (g), die eine Amplitudenänderung des verstärkungsgesteuerten Signals (S3) hervorruft, kompensiert ist, wobei die Eingangsparameter enthalten: Übergangssignal-Charakteristiken (TR) des Ausgangssignals (S4), wenn sich das Ausgangssignal nach der Zeitverzögerung (TD) ändert; dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsparameter weiterhin enthalten: eine Zeitverzögerung (TD) zwischen einer Änderung im verstärkungsgesteuerten Signal (S3), die von einer Änderung des ersten Verstärkungsfaktors (g) herrührt, und einer resultierenden Änderung im Ausgangssignal (S4); und einen Versatz-Fehler (E) im Ausgangssignal (S4) nach dem Übergangssignal.
Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Kompensationsschaltung (B5) eine Wellenform-Erzeugungsschaltung (B7) zum Erzeugen einer Wellenform (WF) der zeitlichen Variation des zweiten Verstärkungsfaktors (dg) enthält.
Gerät nach Anspruch 2, bei dem die Wellenform-Erzeugungsschaltung (B7) eine Bandbreitenbegrenzungsschaltung oder eine lineare Interpolationsschaltung oder eine Interpolationsschaltung höherer Ordnung oder eine Tabellen-Nachschlage-Schaltung oder eine Linien-Zeichnungs-Algorithmus-Schaltung enthält.
Gerät nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Kompensationsschaltung (B5) eine Verzögerungsschaltung (B6) zum Verzögern eines Startzeitpunkts einer Änderung des zweiten Verstärkungsfaktors (dg) als Antwort auf die Änderung des ersten Verstärkungsfaktors (g) enthält, um eine Verarbeitungszeit der Verarbeitungsschaltung (B1; B1, B11) im Wesentlichen zu kompensieren, die eine Zeitverzögerung (TD) zwischen dem verstärkungsgesteuerten Signal (S3) und dem kompensierten Ausgangssignal (S2) verursacht.
Gerät nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Kompensationsschaltung (B5) eine Pegelanpassungsschaltung (B8) zum Erzeugen eines DC-Versatzes des zweiten Verstärkungsfaktors (dg) enthält, um eine statische Pegelabweichung (E) des kompensierten Ausgangssignals (S2) im Wesentlichen zu kompensieren.
Gerät nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Verarbeitungsschaltung (B1; B1, B11) einen Analog-Digital-Wandler (B1) zum Wandeln des verstärkungsgesteuerten Signals (S3) in ein digitales Signal (S4; S2) enthält, wobei das Aus gangssignal der Verarbeitungsschaltung (B1; B1, B11) ein digitales Signal (S4) ist und das kompensierte Ausgangssignal (S2) ein kompensiertes digitales Signal (S2) ist.
Gerät nach Anspruch 6, bei dem die Verstärkungsbestimmungsschaltung (B2) Eingänge zum Empfangen des verstärkungsgesteuerten Signals (S3) und/oder des digitalen Signals (S4) und einen Ausgang zum Liefern des ersten Verstärkungsfaktors (g) hat, wobei der erste Verstärkungsfaktor (g) bestimmt wird, um die Amplitude des verstärkungsgesteuerten Signals (S3) zu erhalten, die in einen Arbeitsbereich des Analog-Digital-Wandlers (B1) passt.
Gerät nach Anspruch 7, bei dem die Verstärkungsbestimmungsschaltung (B2) ausgebildet ist, den ersten Verstärkungsfaktor (g) in Stufen anzupassen.
Gerät nach Anspruch 8, bei dem die Stufen Potenzen der Zahl zwei enthalten.
Gerät nach Anspruch 6, bei dem der Analog-Digital-Wandler (B1) von einem Einzel-Bit-Sigma-Delta-Typ ist.
Gerät nach Anspruch 6, bei dem der Analog-Digital-Wandler (B1) eine zweite Verstärkungssteuerung (B1; 10) zum Steuern der Verstärkung des digitalen Signals (S4) enthält, um das kompensierte digitale Signal (S2) zu liefern.
Gerät nach Anspruch 6, bei dem die zweite Verstärkungssteuerung (B1; B10) ausgebildet ist, die Verstärkung des digitalen Signals (S4) zu steuern, dass vom Analog-Digital-Wandler (B1) geliefert wurde.
Gerät nach Anspruch 6, bei dem die Verarbeitungsschaltung (B1; B1, B11) eine digitale Verarbeitungsschaltung (B11) zum Verarbeiten des digitalen Signals (S4) enthält, das vom Analog-Digital-Wandler (B1) geliefert wird, um ein verarbeitetes digitales Signal (S5) zu erhalten, und bei dem die zweite Verstärkungssteuerung (B10) ausgebildet ist, eine Verstärkung des verarbeiteten digitalen Signals (S5) mit dem zweiten Verstärkungsfaktor (dg) zu steuern.
Gerät nach Anspruch 13, das weiterhin eine digitale Verstärkungssteuerung (B12) enthält, die zwischen dem Analog-Digital-Wandler (B1) und der digitalen Verarbeitungsschaltung (B11) angeordnet ist, wobei die digitale Verstärkungssteuerung (B12) von einem weiteren digitalen Verstärkungsfaktor (dga) gesteuert wird.
Gerät nach Anspruch 1, das weiterhin eine automatische Kalibrierungsschaltung (B13) enthält, die ausgebildet ist, während einer Testphase (TP) wiederholt: ein Referenzsignal (RS) zu erzeugen, das als Eingangssignal (S1) geliefert wird, den ersten Verstärkungsfaktor (g) mit einem vorbestimmten Betrag anzupassen, eine erste Menge Eingangsparameter (DL, TR, DV) zur Verfügung zu stellen, zu prüfen, ob eine Änderung der Amplitude des kompensierten Ausgangssignals (S2) eintritt, und mindestens einen der Eingangsparameter (DL, TR, DV) anzupassen, bis im Wesentlichen keine Änderung der Amplitude des kompensierten Ausgangssignals (S2) mehr auftritt, und schließlich die bestimmten Eingangsparameter (DL, TR, DV) zu speichern, für die Verwendung im normalen Betrieb.
Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, das eine Audio-Vorrichtung enthält.
Verfahren zur automatischen Verstärkungssteuerung in einem Gerät, das eine Verarbeitungsschaltung (B1; B1, B11) mit einem vorbestimmten begrenzten Dynamikbereich enthält, wobei das Verfahren enthält: Bestimmen (B2) eines ersten Verstärkungsfaktors (g), Steuern (B3) einer Amplitude eines Eingangssignals (S1) mit dem ersten Verstärkungsfaktor (g), um der Verarbeitungsschaltung (B1; B1, 811) ein verstärkungsgesteuertes Signal (S3) zu liefern, Bestimmen (B5) eines zweiten Verstärkungsfaktors (dg) basierend auf dem ersten Verstärkungsfaktor (g) und Eingangsparametern (DL, TR, DV), die eine zeitliche Variation des zweiten Verstärkungsfaktors (dg) definieren, wobei die zeitliche Variation des zweiten Verstärkungsfaktors (dg) im Wesentlichen kom plementär zu einem Amplitudenfehler eines Ausgangssignals (S4) der Verarbeitungsschaltung (B1; B1, B11) ist, die von einer Änderung des ersten Verstärkungsfaktors (g) herrührt, und Steuern (B1; B10) des Ausgangssignals der Verarbeitungsschaltung (B1; B1, B11) mit dem zweiten Verstärkungsfaktor (dg), um ein kompensiertes Ausgangssignal (S2) zu erhalten, das im Wesentlichen um den Amplitudenfehler des Ausgangssignals (S4) kompensiert ist, der von einer Änderung des ersten Verstärkungsfaktors (g) herrührt, der eine Amplitudenänderung des verstärkungsgesteuerten Signals (S3) verursacht, wobei die Eingangsparameter enthalten: Übergangssignalcharakteristiken (T3) des Ausgangssignals (S4), wenn sich das Ausgangssignal nach der Zeitverzögerung (TD) ändert; dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsparameter weiterhin enthalten: eine Zeitverzögerung (TD) zwischen einer Änderung im verstärkungsgesteuerten Signal (S3), die von einer Änderung des ersten Verstärkungsfaktors (g) herrührt, und einer resultierenden Änderung im Ausgangssignal (S4); und einen Versatz-Fehler (E) im Ausgangssignal (S4) nach dem Übergangssignal.
Verfahren zur automatischen Verstärkungssteuerung nach Anspruch 17, das weiterhin eine automatische Kalibrierung (B13) enthält, die während einer Testphase wiederholt enthält: Erzeugen eines Referenzsignals (RS), das als das Eingangssignal (S1) geliefert wird, den ersten Verstärkungsfaktor (g) mit einem vorbestimmten Betrag anzupassen, eine erste Menge Eingangsparameter (DL, TR, DV) zur Verfügung zu stellen, zu prüfen, ob eine Änderung der Amplitude des kompensierten Ausgangssignals (S2) eintritt, und mindestens einen Eingangsparameter (DL, TR, DV) anzupassen bis im Wesentlichen keine Änderung der Amplitude des kom pensierten Ausgangssignals (S2) mehr auftritt, und schließlich die bestimmten Eingangsparameter (DL, TR, DV) zu speichern, für die Verwendung im normalen Betrieb.