DE60316612T2

DE60316612T2 - Verfahren zur herstellung einer pwm-modulierten ausgangssignalrepräsentation

Info

Publication number: DE60316612T2
Application number: DE60316612T
Authority: DE
Inventors: Lars Arknaes Pedersen; Kim Rishoj Pedersen
Original assignee: TC Electronic AS
Current assignee: Tc Group Risskov Dk AS
Priority date: 2003-07-07
Filing date: 2003-07-07
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2023-07-08
Also published as: AU2003243935A1; US20060152264A1; DE60316612D1; WO2005004330A1; EP1642387B1; ATE374454T1; US7248089B2; EP1642387A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer pulsbreitenmodulierten Ausgabesignalrepräsentation (OS) gemäß Anspruch 1.
Hintergrund der Erfindung
Pulsbreitenmodulation, PWM, wird innerhalb des Fachgebiets von z. B. Audioverstärkern weithin verwendet. Allgemein können die verfügbaren Pulsbreitenmodulationstechniken in typischerweise drei verschiedene Arten von Modulation kategorisiert werden, nämlich natürliche Pulsbreitenmodulation, NPWM, gleichförmige Pulsbreitenmodulation, UPWM, oder linearisierte Pulsbreitenmodulation, hiernach als LPWM bezeichnet.
Allgemein beinhaltet jedwede Pulsbreitenmodulation die Technik eines Transformierens oder Konvertierens eines Eingabesignals in ein Ausgaberechteckschwingungssignal mit einer bestimmten Pulsbreite, die zumindest teilweise definiert ist durch das Eingabesignal unter Vergleich des Eingabesignals mit einem Referenzsignal.
Nachfolgend soll ein kurzer Überblick des allgemeinen Verständnisses der oben genannten Gruppen von Pulsbreitenmodulationstechniken gegeben werden.
Natürliche Pulsbreitenmodulation, NPWM, beinhaltet typischerweise den Vergleich eines kontinuierlichen Zeitsignals, typischerweise eines analogen Schwingungsformsignals, mit einem Referenzsignal, typischerweise einem Sägezahnsignal. Die Ausgabesignale werden dann zwischen typischerweise zwei Ausgabepegeln umschalten, wenn das Eingabesignal und das Referenzsignal sich schneiden.
Die natürliche Pulsbreitenmodulationstechnik, NPWM, wird allgemein als verzerrungsfrei innerhalb des Audiobandes angesehen.
Gleichförmige Pulsbreitenmodulation, UPWM, beinhaltet typischerweise den Vergleich eines diskreten Zeitsignals, typischerweise eines digitalen Schwingungsformsignals, so wie ein PCM-Signal, mit einem Referenzsignal, typischerweise einem Sägezahnsignal. Die Ausgabesignale werden dann zwischen typischerweise zwei Ausgabepegeln umschalten, wenn das Eingabesignal und das Referenzsignal sich schneiden. Ein mit gleichförmiger Pulsbreitenmodulation, UPWM, verbundenes wohlbekanntes Problem ist, dass das Eingabesignal, aufgrund seiner diskreten Natur, grundsätzlich nicht notwendigerweise zur Zeit des Schnitts repräsentiert sein mag. Dieses Problem kann auf verschiedene Weisen behandelt werden, z. B. einfach durch Akzeptieren des Fehlers und Quantisieren der Schnittzeit gemäß einem Quantisierungsalgorithmus.
In der Absicht der inhärenten Verzerrung entgegenzuwirken, sind verschiedene Pulsbreitenmodulationslinearisierungstechniken im Stande der Technik beschrieben worden.
Linearisierte Pulsbreitenmodulation, LPWM, befaßt sich typischerweise mit der Nachbildung des theoretischen Wertes des Eingabesignals, wenn ein Abtastwert des Eingabesignals zur Zeit des Schnittes zwischen dem Referenzsignal und dem Eingabesignal tatsächlich vorhanden war.
Solche Methoden werden oft als linearisierte Pulsbreitenmodulation, LPWM, bezeichnet. Der Stand der Technik zeigt eine lineare Interpolation zwischen zwei benachbarten Eingabeabtastwerten auf, um die Ausgabepulsbreite zu erhalten. In anderen Worten, die Linearisierungsalgorithmen verarbeiten typischerweise mehr als einem Abtastwert des Eingabesignals, um die linearisierte Ausgabepulsbreite zu bestimmen.
Somit stellen mehrere Linearisierungstechniken ab auf eine Interpolation erster Ordnung des Eingabesignals zwischen den diskreten Abtastwerten, um den wahren Kreuzungspunkt zwischen dem Eingabesignal und dem Referenzsignal abzuschätzen.
Andere Techniken, die eine Interpolation zweiter Ordnung beinhalten, sind zu dem Zwecke angewandt worden, dem "wahren" Kreuzungspunkt näher zu kommen, um dadurch die resultierende harmonische Verzerrung zu minimieren.
Ein Problem von vielen der relativ neuen und verbesserten LPWM-Techniken ist, dass die resultierende Verbesserung relativ kostspielig ist in Bezug auf die Rechenanforderungen. So erfordern mehrere linearisierte Pulsbreitenmodulationstechniken eine Division.
Typischerweise enthalten bekannte LPWM-Techniken entweder keinen Algorithmus, um die Pulsbreite zu bestimmen, oder sie machen nachteiligerweise Gebrauch von einer Divisionsoperation, um die Pulsbreite zu berechnen. Divisionsoperationen sind rechentechnisch gesehen relativ ineffizient bei digitaler Signalverarbeitung und erfordern sehr viel mehr Rechenschritte als zum Beispiel Additions- oder Multiplikationsoperationen. Es ist daher eine zusätzliche Halbleiterfläche erforderlich, um eine Division beinhaltende Techniken zu implementieren. Allgemein bekannte Implementierungen stellen keine rechentechnisch gesehen effizienten Methoden bereit, um harmonische Verzerrung bei pulsbreitenmodulierten Systemen zu vermindern.
Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, das bei einer Pulsbreitenmodulationstechnik angewandt werden kann, und das eine niedrige Verzerrung sowie rechentechnische Effizienz darbietet.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer pulsbreitenmodulierten Ausgabesignalrepräsentation (OS), enthaltend
Bereitstellen eines Stroms von parallel bestimmten Schnittrepräsentationen (PIR) auf der Grundlage eines Stroms von Parallelreferenzsignalrepräsentationen (PRSR) und eines Eingabesignals (IS),
Erzeugen einer seriellen pulsbreitenmodulierten Ausgabesignalrepräsentation (OS) durch Transformieren des Stroms von parallel bestimmten Schnittrepräsentationen (PIR) in einen Strom von seriellen Schnittrepräsentationen (SIR) mittels einer relativen Zeitverschiebung von mindestens einem der parallel bestimmten Schnitte (PIR).
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein vorteilhafter Weg zum Bereitstellen von Schnittschätzwerten erhalten worden, als dass jeder oder zumindest eine Anzahl von Schnittschätzwerten zwischen einem Referenzsignal teilweise erzeugt werden können, wobei nur die einzelnen Teilreferenzfunktionen in Betracht gezogen werden.
Die Teilreferenzsignale können auch innerhalb des Bereichs der Erfindung als Parallelreferenzsignalrepräsentation bezeichnet werden.
Es sei angemerkt, dass ein Strom von Parallelreferenzsignalrepräsentationen (PRSR) sich sowohl auf ein physikalisches reales Signal oder, vorzugsweise, eine Repräsentation eines gewünschten Referenzsignals beziehen kann.
Es sei angemerkt, dass sich der Ausdruck parallel bestimmte Schnittrepräsentation in erster Linie auf ein gewünschtes Referenzsignal bezieht, welches, in erster Linie durch eine Zeittransformation, in eine Anzahl von Signalrepräsentationen modifiziert worden ist, die vorteilhafte Eigenschaften in Bezug auf eine nachfolgende Signalverarbeitung aufweisen. Insbesondere mag sich eine vorteilhafte Eigenschaft beziehen auf die des Transformierens einer Referenzsignalrepräsentation in Signalrepräsentationen, welche relativ leicht gelöst werden können, wenn die Schnitte zwischen einem Eingabesignal und den Referenzsignalkomponenten bestimmt werden. Diese vorteilhafte Referenzsignalrepräsentation kann auch als ein "gepacktes" Referenzsignal verstanden werden, welches, wenn es gepackt ist, einer Verarbeitung unterliegen kann, z. B. zum Zwecke des Vergleichens der Referenzsignalrepräsentation mit einer Eingabesignalrepräsentation, und dann durch eine relativ einfache "Entpackungstechnik", welche, wenn sie angewendet wird, die während der Verarbeitung auf der Grundlage der "gepackten" Signalrepräsentation erhaltene Information beibehält oder im Wesentlichen beibehält, nachher "entpackt" werden kann.
Eine weitere Eigenschaft der Handhabung der parallel bestimmten Schnittrepräsentation ist, dass sie tatsächlich parallel behandelt werden kann, d. h. unter Durchführung der sich auf jeden Teil der Parallelrepräsentation beziehenden Berechnung in paralleler Weise. Es sollte jedoch betont werden, dass das sich auf das Auffinden und Transformieren von Schnitten beziehende Berechnen auch seriell durchgeführt werden kann, wenn gewünscht, d. h. eines um das andere.
Es sei angemerkt, dass der Strom von seriellen Schnittdarstellungen selbst in verschiedenen eine Repräsentation beinhaltenden Formaten dargestellt werden kann, seriell oder parallel. Jedoch, selbst wenn die Repräsentation in einer Art von Parallelrepräsentation gehalten werden kann, werden sich die seriellen Schnittrepräsentationen auf eine serielle Zeitbasis beziehen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das beabsichtigte Referenzsignal in einer Parallelsignalrepräsentation gehalten werden, gemäß welcher die das vollständige Referenzsignal bildenden verschiedenen Parallelsignalrepräsentationen in einer vorteilhaften Repräsentation gehalten werden können. In anderen Worten, das beabsichtigte Signal, z. B. ein doppelseitiges dreieckiges Referenzsignal, kann als zwei parallele Linearfunktionen erzeugt werden, wobei die eine Funktion den linear ansteigenden Teil der Dreiecksschwingung repräsentiert, die andere Funktion die fallende lineare Dreiecksschwingung der Referenzfunktion repräsentiert. Auf diese Weise können die verschiedenen Teile des vollständigen Signals in eine Funktion transformiert werden, welche unabhängig mit dem Eingabesignal verglichen werden kann. Ein Beispiel einer solchen vorteilhaften Repräsentation ist es, die Zeitachse von zwei "unabhängigen" Funktionen durch einfaches Addieren und Subtrahieren einer Verzögerung zu transformieren, um dadurch zu erreichen, dass die beiden parallelen symmetrischen Funktionen in Bezug auf Zeit = 0 symmetrisch sind. Auf diesem Wege kann ein Schnitt in einer relativ einfachen Weise bestimmt werden, da die erforderliche mathematische Berechnung vereinfacht werden kann, wenn die Funktion symmetrisch ist. Nachfolgend können die erzeugten Schnittschätzwerte transformiert werden durch Anwenden von mehr oder weniger komplexen Transformationsalgorithmen. Es sollte jedoch bemerkt werden, dass die Transformation typischerweise durchgeführt werden kann durch eine Transformation in der Zeit, welche substantiell ist verglichen mit der Periode des beabsichtigten Referenzsignals.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die erzeugte resultierende – globale – Zeitverschiebung im Prinzip jedwede Zeitverschiebung gleich oder größer als Null sein. Es sei jedoch bemerkt, dass die Zeitverschiebung, abhängig davon, wie die Berechnungen analysiert werden, tatsächlich als negativ angesehen werden können, wenn jeder Zeitschätzwert automatisch um eine vordefinierte Anfangsverzögerung verzögert wird, um eine stetige Berechnung zu erleichtern. Wenn dies der Fall ist, was es typischerweise ist, besteht die effektive und prinzipielle Idee des Anwendens des Zeittransformationsschemas darin, eine gewisse Verschiebung zwischen einer Anzahl von ermittelten Schnittschätzwerten anzuwenden, um es dadurch dem System anzubieten, die Hauptverarbeitung in einer anderen Zeitdomäne einzurichten und durchzuführen als die des resultierenden seriellen pulsbreitenmodulierten Echtzeitsignals.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das parallele Referenzsignal in verschiedenen Zeitdomänen berechnet und nachfolgend in eine gemeinsame Zeitdomäne transformiert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht sich der Ausdruck PWM im breiten Sinne auf verschiedene Arten und Varianten von Pulsbreitenmodulationstechniken, z. B. NPWM, LPWM, UPWM oder z. B. Pulspositionsmodulation, d. h. wo immer ein Puls gemäß einer vordefinierten Modulationstechnik verschoben werden muß.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die pulsbreitenmodulierte Ausgabesignalrepräsentation (OS) gemäß einem Zeittransformationsschema erzeugt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann ein Zeittransformationsschema vorteilhaft angewendet werden zum Umwandeln eines in einer Domäne bestimmten Zeitschätzwertes in einen korrespondierenden Schnittschätzwert in einer anderen Domäne. Das Zeittransformationsschema kann allgemein sehr direkte Zeittransformationen umfassen, z. B. durch Anwenden einfacher Addition und Subtraktion um einen festen Zeitrepräsentationswert. Jedoch können komplexere Zeittransformationsschemata angewendet werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bestimmt das Zeittransformationsschema einen seriellen Strom von Schnittschätzwerten (SIR), und wobei der serielle Strom Rahmen von einer vorgegebenen Anzahl von die Pulsbreitenmodulation bestimmenden Schätzwerten umfaßt.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der serielle Strom von Schnittschätzwerten als Rahmen von Schnitten betrachtet werden, wobei die einzelnen Rahmen die kombinierten Eigenschaften einer korrespondierenden Periode eines vorgesehenen Referenzsignals bestimmen.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird mindestens einer der vorgegebenen Anzahl von pulsbreitenmodulationsbestimmenden Schätzwerten auf der Grundlage eines entsprechenden ersten durch eine erste Zeitverschiebung modifizierten parallelen Schnittschätzwerts erzeugt, und wobei mindestens ein weiterer der vorgegebenen Anzahl von pulsbreitenmodulationsbestimmenden Schätzwerten auf der Grundlage eines weiteren entsprechenden durch eine weitere, von der ersten Zeitverschiebung verschiedene Zeitverschiebung modifizierten parallelen Schnittschätzwert erzeugt wird.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die erste Zeitverschiebung durch Hinzufügen von ΔT zu dem ersten parallelen Schnittschätzwert erhalten, die weitere Zeitverschiebung durch Subtrahieren von ΔT von dem weiteren parallelen Schnittschätzwert erhalten, und wobei die erzeugten zeitverschobenen Schnittschätzwerte ein erstes pulsbreitenmoduliertes Ausgabesignal ergeben.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein weiteres pulsbreitenmoduliertes Ausgabesignal erhalten durch Erzeugen einer ersten differentiellen Zeitverschiebung durch Subtrahieren von ΔT von dem ersten parallelen Schnittschätzwert und Erzeugen einer weiteren differentiellen Zeitverschiebung durch Hinzufügen von ΔT zu dem weiteren parallelen Schnittschätzwert, und wobei die erzeugten zeitverschobenen Schnittschätzwerte ein weiteres pulsbreitenmoduliertes Ausgabesignal ergeben.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfassen die parallelen Referenzsignalrepräsentationen (PRSR) zwei geometrisch lineare Funktionen, und wobei das Zeittransformationsschema angewendet wird, um die zwischen den zwei linearen Funktionen und der Eingabesignalrepräsentation (IS) erhaltenen Schnittschätzwerte zwei verschiedenen Zeitverschiebungen zu unterwerfen, um dadurch die Schnittschätzwerte in Schnittschätzwerte zu transformieren, die sich auf dieselbe Zeitbasis beziehen.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfassen die parallelen Referenzsignalrepräsentationen (PRSR) zwei Funktionen, vorzugsweise lineare, und wobei das Zeittransformationsschema angewendet wird, um zwischen den zwei Funktionen und einer differentiellen Eingabesignalrepräsentation (IS) erhaltene Schnittschätzwerte vier Zeitverschiebungen zu unterwerfen, wobei mindestens zwei der vier Zeitverschiebungen wechselseitig verschieden sind, um dadurch die Schnittschätzwerte in Schnittschätzwerte zu transformieren, die sich auf dieselbe Zeitbasis beziehen.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Drei-Pegel-Ausgabesignal erhalten durch Bestimmen von sich auf verschiedene Zeitbasen beziehenden vier Schnitten und nachfolgendes Transformieren dieser Schnitte in entsprechende Schnitte, die sich auf dieselbe Zeitbasis beziehen entsprechend dem Zeittransformationsschema.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Drei-Pegel-Ausgabesignal erhalten durch Bestimmen von zwei Schnitten zwischen einer parallelen Referenzsignalrepräsentation (PRSR) eines doppelseitigen dreieckigen Referenzsignals und einer Eingabesignalrepräsentation (ISR), Transformieren der zwei bestimmten Schnitte in vier Schnittrepräsentationen durch vier Zeitverschiebungen.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt die Eingabesignalrepräsentation eine Eintakteingabe.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt die Eingabesignalrepräsentation eine Differentialeingabe.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Eingabesignal (IS) digital dargestellt.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Strom von parallelen Referenzsignalrepräsentationen (PRSR) erzeugt als Funktionen, die gewünschte Eigenschaften in Bezug auf die Zeitachse aufweisen.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Strom von parallelen Referenzsignaldarstellungen auf der Grundlage einer Modellfunktion (MF) erzeugt, welche in mindestens zwei verschiedenen Domänen mit wechselseitig verschiedenen Zeitbasen repräsentiert ist, wobei ein Teil der Modellfunktion (MF) in einer ersten Domäne repräsentiert ist und mindestens ein weiterer Teil in einer weiteren Domäne repräsentiert ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Modellfunktion (MF) ein doppelseitiges dreieckiges periodisches Signal.
Figuren
Die Erfindung wird nun beschrieben unter Bezugnahme auf die Figuren, in welchen
1 die Prinzipien eines vorteilhaften Ausführungs beispiels der Erfindung darstellt,
2 die Prinzipien einer parallelen und seriellen Domäne gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt,
3 das Prinzip einer doppelseitigen Pulsbreitenmodulation darstellt,
4 ein Modellsignal eines gewünschten effektiven Referenzsignals darstellt,
5 das Prinzip des Bestimmens von Schnitten in einer Domäne und Transformieren des erhaltenen Ergebnisses in eine andere Domäne darstellt,
6 eine Anwendung der Erfindung darstellt,
7 und 8 das erhaltene Ergebnis einer doppelseitigen Pulsbreitenmodulation gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellen,
9 die Prinzipien von dreipegliger differentieller Pulsbreitenmodulation gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt,
10 und 11 das erhaltene Ergebnis einer dreipegligen doppelseitigen Pulsbreitenmodulation gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellen,
12 bis 14 verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen,
15 und 16 die einzelnen Transformationsschritte gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung herausstellen,
17 einen anwendbaren zählerbasierten Pulsbreitenmodulationspulsgenerator darstellt, und
18 eine differentielle Implementierung der Erfindung darstellt.
Detaillierte Beschreibung
Grundsätzlich kann die Erfindung in verschiedenen technischen Zusammenhängen angewendet werden, wie nachfolgend beschrieben wird.
Eine typische Anwendung kann ein PWM-Verstärker oder -Wandler sein (PWM: Pulsbreitenmodulation), wobei das Eingabesignal mit einem Referenzsignal verglichen wird, physikalisch oder digital repräsentiert, und wobei die Vergleiche in einem Strom von pulsbreitenmodulierten Ausgabesignalen resultieren. Diese Anwendung, als solche im Stande der Technik bekannt, kann daher verschiedenen Modifikationen unterworfen werden in Bezug auf z. B. Handhabung von Eingabesignalen, Erzeugung von Schnitten zwischen Eingabe- und Referenzsignal(en) und insbesondere in Bezug auf die Ausgabestufe, wo Ausgabeflanken auf der Grundlage der endgültigen ermittelten Flanken erzeugt werden. Diese Stufe kann mehreren verschiedenen Rauschformungstechniken unterzogen werden, um z. B. die relativ beschränkten Möglichkeiten qualitativ hochwertige Signale zu erhalten, durch verfügbare Groß- oder Kleinsignalelektroniken zu kompensieren.
1 illustriert die Prinzipien eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Beginnend von links, wird ein Eingabesignal IS dem Schnittbestimmungsblock 10 einer Signalverarbeitungsschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zugeführt. Der Schnittbestimmungsblock 10 empfängt auch eine Referenzsignalrepräsentation PRSR, auf die im folgenden als eine Parallelsignalrepräsentation Bezug genommen wird. Dies wird im Detail nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Es sollte jedoch angemerkt werden, dass das dargestellte Blockdiagramm nicht mit der physikalischen Topologie einer körperlichen Schaltung gemäß den Prinzipien der Erfindung verwechselt werden sollte. Als Beispiel kann die dargestellte Referenzsignalrepräsentation PRSR typischerweise intern in dem Schnittblock 10 erzeugt werden. In anderen Worten, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung können mehrere Modifikationen in Bezug auf die vorliegende und andere Darstellungen vorgenommen werden, solange die grundlegenden Ideen der Erfindung erfüllt sind.
Das Eingabesignal wird mit zwei oder mehr separaten Referenzsignalrepräsentationen verglichen, welche die vollständige Referenzsignalrepräsentation PRSR bilden, und resultiert in einer entsprechenden Anzahl von parallelen Schnittschätzwertrepräsentationen PIR. Obwohl als parallel bezeichnet, sollte betont werden, dass der Weg der Darstellung der Schnittschätzwertrepräsentationen von Anwendung zu Anwendung variieren kann, z. B. als serieller Strom von Schnittschätzwerten. Der Ausdruck parallel in diesem Zusammenhang dient grundsätzlich dazu, den Ursprung der ermittelten Schnittschätzwerte hervorzuheben, nämlich die zugrundeliegende parallele Trennung von zwei oder mehr Vergleichen.
Darüber hinaus sollte betont werden, dass die Benennung Parallelsignale oder -repräsentationen sich nicht notwendigerweise auf Prozesse oder Ströme bezieht, die strikt zur gleichen Zeit verarbeitet werden. Dies mag natürlich gemäß Varianten der Erfindung vorkommen, aber der Ausdruck "parallel" deckt vielmehr eine getrennte Handhabung und Verarbeitung der Repräsentationen ab.
Die parallel verarbeiteten Schnittschätzwerte werden dann einem Domänentransformationsblock 11 zugeführt. Der Domänentransformationsblock 11 transformiert einlaufende parallele Schnittschätzwerte PIR in Schnittschätzwerte, die sich auf eine gemeinsame Zeitbasis beziehen, d. h. einen seriellen Strom von Schnittschätzwerten SIR.
Wiederum sollte der Ausdruck serieller Strom nicht verwechselt werden mit Erfordernissen, die Schnittinformation in einem einzigen Strom zu halten, sondern vielmehr, dass die Schnittschätzwerte sich nun auf eine gemeinsame Zeitbasis beziehen und daher direkt oder in einer modifizierten Weise umgewandelt werden zu oder resultieren in der Erzeugung eines pulsbreitenmodulierten Ausgabesignals. Folglich kann der serielle Strom von Schnittschätzwerten SIR in der Tat in einem oder mehreren Signalverarbeitungsformaten gehalten werden.
In diesem Zusammenhang sei bemerkt, dass verschiedene notwendige Verarbeitung, so wie Rauschformung, auch in dem Domänentransformierungsblock 11 enthalten sein kann.
Die Funktion des Zeitdomänentransformierungsblocks 11 ist es in erster Linie, die erzeugten Schnittschätzwerte PIR in einen ein- oder mehrdimensionalen seriellen Strom SIR von sich auf die selbe Zeitbasis beziehenden Schnittschätzwerten zu bringen. Dies kann auf mehreren verschiedenen Wegen entsprechend einem Zeittransformationsschema durch Erzeugen einer relativen zeitlichen Ausrichtung zwischen den parallelen Strömen von Schnittschätzwerten PIR erfolgen. Die relative zeitliche Ausrichtung kann z. B. erzeugt werden durch eine Zeitverschiebung, positiv oder negativ, an einer oder mehreren vorgegebenen Folgen der parallelen Schnittschätzwerte, um dadurch eine effektive relative zeitliche Ausrichtung zwischen den vorher erzeugten Schnittschätzwerten zustande zu bringen. Diese relative Ausrichtung hat den Effekt eines Transformierens der parallel bestimmten Schnittschätzwerte in eine gemeinsame Zeitbasis, welche nachfolgend mehr oder weniger direkt in eine pulsbreitenmodulierte Ausgabe umgewandelt werden kann.
Die oben genannte Zeitverschiebung kann fest sein oder kann auf einer Echtzeitbasis entsprechend einer vorgegebenen Zeitverschiebungsbestimmungsfunktion erzeugt werden.
Die seriellen Schnittschätzwerte SIR werden dann einem Konverter 21 zugeführt, welcher dann die Schnittschätzwerte in serielle Ausgabesignale OS, d. h. ein einzelnes oder mehrstromige Signale, die sich auf die selbe Zeitbasis beziehen, umwandeln kann.
Aus dem obigen ist zu bemerken, dass eine Transformation der Schnittschätzwerte von einer Domäne in eine andere einfach durchgeführt werden kann durch festes oder variables Addieren oder Subtrahieren von Zeit. Gemäß einem sehr bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann diese Transformation einfach durchgeführt werden durch Addieren oder Subtrahieren einer festen Zeitverschiebung, nämlich einer Zeitverschiebung entsprechend, mit entgegengesetztem Vorzeichen, zu den zum Transformieren eines Modellreferenzsignals in die parallele Referenzsignalrepräsentation PRSR aufgewendeten Verzögerungen.
Grundsätzlich repräsentiert eine Parallelreferenzsignalrepräsentation PRSR ein Signal, welches etwas komplexer in der Natur sein kann verglichen mit z. B. herkömmlichen Sägezahnreferenzsignalen von PWM-Verstärkern. Die Parallelrepräsentation kann zwei oder mehr Teilreferenzsignalkomponenten umfassen, die zusammen eine vollständige Referenzsignaleigenschaft eines gewünschten Referenzsignalmodells repräsentieren.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung können die verschiedenen Teilkomponenten der Referenzsignalrepräsentation, die die gewünschten Referenzeigenschaften darstellen, für die beabsichtigte Berechnung individuell bereitet werden. Ein Beispiel einer bevorzugten Bereitung eines Teilsignals ist eine individuelle Transformation der Zeitachse der verschiedenen Teilmodellkomponenten für den Zweck einer Darstellung der Teilrepräsentationen des Modells in einer für die beabsichtigte Berechnung geeigneten Weise, z. B. durch Transformation der Zeitachse so, dass eine oder vorzugsweise alle die Teilreferenzsignalkomponenten in Bezug auf die Zeit t = 0 symmetrisch sind. In diesem Zusammenhang bezieht sich t = 0 auf die Mitte einer Pulsbreitenmodulationsperiode eines Teilreferenzsignals.
Es sollte hier wieder betont werden, dass der Ausdruck parallel sich auf eine Anzahl von Teilreferenzsignalrepräsentationen bezieht, die sich auf mindestens zwei verschiedene Zeitbasen beziehen, und nicht auf das spezifische Format, in welchem die Referenzsignalrepräsentation dargestellt worden ist, sondern vielmehr auf die Natur der Teilsignalrepräsentationen. Ersichtlicherweise kann ein Parallelformat oder z. B. ein Zeitmultiplexformat, d. h. sowohl in parallelen als auch in seriellen Strömen von signalrepräsentierenden Daten, für den Zweck innerhalb des Bereichs der Erfindung angewandt werden. Dieser Aspekt ist von Bedeutung für alle Bezugnahmen auf parallele oder serielle Berechnung oder Datenströme.
2 illustriert mittels eines Blockdiagramms eine Modellfunktion MF, die ein Beispiel einer gewünschten Referenzsignalfunktion repräsentiert, z. B. dreieckiges doppelseitiges Referenzsignal. Die dargestellte Modellfunktion MF kann dann in eine geeignete Anzahl von Teilmodellfunktionen, auch bezeichnet als Parallelreferenzsignalrepräsentationen, unterteilt werden, die die Charakteristiken der gewünschten Referenzfunktion repräsentieren. Dies kann in der Praxis und vorzugsweise erfolgen über eine individuelle Zeittransformation TT der beabsichtigten Teilreferenzsignalrepräsentationen. Im Falle eines doppelseitigen Signals kann eine geeignete Anzahl von Parallelreferenzsignalrepräsentationen PRSR zwei sein, z. B. PRSR1 und PRSR2. Die Zeittransformation TT1 kann vorteilhafterweise angewendet werden für den Zweck des Erhaltens einer Signalrepräsentation der individuellen Parallelreferenzsignalrepräsentationen PRSR1, PRSR2, PRSR3 und PRSRN, welche vorteilhafterweise für den gewünschten Zweck berechnet werden können, und die angewendete Zeittransformation ist daher typischerweise verschieden in Bezug auf mindestens zwei Teilreferenzsignalrepräsentationen.
Es sei bemerkt, dass die oben beschriebene Erzeugung einer Parallelreferenzsignalrepräsentation PRSR1, PRSR2, PRSR3 und PRSRN grundsätzlich eine von mehreren Methoden darstellt, die zum Zwecke der Erzeugung einer gewünschten Referenzsignalrepräsentation anwendbar sind. Sobald die Parallelreferenzsignalrepräsentationen PRSR1, PRSR2, PRSR3 und PRSRN erzeugt worden sind, brauchen keine weiteren Betrachtungen betreffend den Ursprung dieser Signale mehr vorgenommen werden außer denn ein Anpassen einer geeigneten Zeittransformation TT2 für den Zweck eines Umwandelns der erzeugten Schnittschätzwerte IE1, IE2, IE3 und IEN in ein Ausgabesignal, das sich auf die selbe Zeitbasis bezieht.
Es sollte bemerkt werden, dass die Erzeugung und Handhabung von Schnittschätzwerten und die nachfolgende Umwandlung dieser in ein Signal, das sich auf die selbe Zeitbasis bezieht, auf zahlreichen verschiedenen Wegen vorgenommen werden kann. Somit kann von einer Variation in Bezug auf die oben beschriebene Topologie Gebrauch gemacht werden, wenn ein differentielles pulsbreitenmoduliertes Ausgabesignal erzeugt wird, z. B. unter Bezugnahme auf 15 und 16.
Unterschiedliche detaillierte Beispiele solcher Ausführungsformen der Erfindung sollen nachfolgend beschrieben werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Referenzsignalrepräsentation zum Beispiel erhalten werden durch Anwenden einer komplizierteren Referenzschwingungsform, z. B. einer dreieckigen Form anstelle eines herkömmlichen Sägezahns, um dadurch eine Verbesserung der Qualität eines PWM-Signals zu erhalten. Diese Form bewirkt, dass der PWM-Puls sowohl einen Startpunkt (welcher im Falle eines Sägezahns zeitlich fixiert ist) und einen Endpunkt hat. Eine solche Schwingungsform ist in 3 dargestellt, wo eine Eingabesignalrepräsentation ISR mit einem dreieckigen Referenzsignal RS verglichen wird.
Damit man eine vorteilhafte Handhabung und Berechnung der oben erläuterten im Zusammenhang relativ komplexen Referenzsignalrepräsentation erhält, kann die X-Achse, d. h. die Zeitachse, verschoben und skaliert werden bevor der Prozeß des Bestimmens von Schnittschätzwerten zwischen der Eingabesignalrepräsentation und der Referenzsignalrepräsentation beginnt. Das Referenzsignal kann so eingestellt werden, dass es f(x) = x in der einen Strom von periodischen Referenzsignalrepräsentationen darstellenden 4 gleich ist.
Die linke Seite des Dreiecks kann als ein erster Teil der Referenzsignalrepräsentation angesehen werden und die rechte Seite des Dreiecks kann als ein zweiter Teil des Referenzsignals angesehen werden.
Ein Modell zweiter Ordnung von der Eingabesignalrepräsentation kann erzeugt werden mittels eines polynomischen Modells und kann gefunden werden als:
Es sei angemerkt, dass mehrere andere Arten von Eingabesignalrepräsentationen innerhalb des Bereichs der Erfindung angewendet werden können, z. B. Polynome erster, dritter oder höherer Ordnung. Für den Zweck einer Darstellung einiger wichtiger Merkmale und Nutzen, die gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erhalten werden, wird die weitere Erläuterung gegründet auf eine Repräsentation zweiter Ordnung eines doppelseitigen, d. h. eines dreieckigen Referenzsignals, das gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung als Parallelreferenzsignal repräsentiert ist.
Somit ist das polynomische Modell, das die linke schräge X-Achse verwendet, d. h. die erste Teilreferenzsignalrepräsentation gleich:
Und für die rechte Schräge, d. h. die zweite Teilreferenzsignalrepräsentation:
Wie im obigen zu sehen, sind die zwei Transformationsmatrizen relativ kompliziert zu berechnen.
Und weiterhin sind die zwei polynomischen Modelle nun zeitlich asymmetrisch angeordnet in Bezug auf die PCM-Abtastwerte t(k – 1), t(k) und t(k + 1), auf welchen das Modell basiert. Diese Tatsache führt einen Gleichstromfehler ein, welcher sich mit der Frequenz des Eingabesignals erhöht.
Ein Weg, sich der Probleme des asymmetrischen Ansatzes zu entledigen, ist es die linke Schräge des Dreiecks nach rechts zu verschieben und die rechte Schräge des Dreiecks nach links zu verschieben, so dass ein X erzeugt wird, gefolgt von einer Korrektur an dem berechneten Kreuzungspunkt, wie in 5 gezeigt, auch als X-Modulation bezeichnet. In Hinblick auf die unter Bezugnahme auf 1 und 2 eingeführten Ausdrücke können die zwei Teilreferenzsignale mittels zwei verschiedener Zeitverschiebungen individuell transformiert werden, um zwei Parallelreferenzsignalrepräsentationen, PRSR1 und PRSR2 zu erzeugen, die sich grundsätzlich auf zwei verschiedene Zeitbasen beziehen. Diese zwei Parallelreferenzsignalrepräsentationen, PRSR1 und PRSR2, können unabhängig berechnet werden zum Zwecke eines Bestimmens der Schnittschätzwerte, IE1 und IE2, zwischen den zwei Parallelreferenzsignalrepräsentationen, PRSR1 und PRSR2, und der Eingabesignalrepräsentation ISR. Innerhalb des Bereichs der Erfindung kann jedwede geeignete einen Schnitt liefernde Technik angewendet werden. Eine bevorzugte Schnittechnik ist beschrieben in der anhängigen Patentanmeldung PCT/DK03/00334 .
Die Schnittschätzwerte IE1 und IE2 können dann gemäß einem Zeittransformationsschema in transformierte Schnittschätzwerte, TIE1 und TIE2, transformiert werden, die sich auf eine gemeinsame Zeitbasis beziehen. Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung können die angewendeten Zeittransformationen einfach in Form von vorgenommenen Zeitverschiebungen von entgegengesetztem Vorzeichen der Zeitverschiebungen sein, die angewendet werden, um das gewünschte Referenzsignal in die zwei Parallelreferenzsignalrepräsentationen PRSR1 und PRSR2 zu bringen.
Ein anderer Weg der Interpretation von 5 ist, dass 1,0 zu dem Signal in der PCM-Domäne addiert wird und 1,0 in der PWM-Domäne subtrahiert wird.
Um die Schrägen in dem X gleich f(x) = x zu machen, ist das einzig nötige, die x-Achse mit 2 zu multiplizieren. Die Transformationsmatrix für die X-Modulation ist:
Es sei angemerkt, dass die relativ einfache dargestellte Transformation von einer der zwei Parallelsignalrepräsentationen in einer Matrix resultiert, welche nun eine Anzahl von Nullen umfaßt; in diesem Beispiel Zeile 1, Spalte 1 und 3 und Zeile 2, Spalte 2.
In dieser Weise kann die grundlegende notwendige Berechnung an dem/den Referensignal/en vereinfacht werden für den Zweck, die Wurzel zu ziehen/die Schnitte zwischen dem Referenzsignal und dem Eingabesignal zu finden.
Die Umschaltpunkte können im Prinzip nun gefunden werden gemäß bekannten Prinzipien, die schon bei z. B. LPWM angewendet werden, z. B. durch Anwenden verschiedener mehr oder weniger komplizierter Modelle des Eingabesignals, z. B. Polynome erster oder höherer Ordnung.
Wenn die auf den vereinfachten Parallelreferenzsignalen, hier zwei in zwei verschiedenen individuellen Zeitdomänen berechneten Teilreferenzsignalen, basierenden Umschaltpunkte ermittelt sind, können sie in eine gemeinsame Zeitdomäne transformiert werden zu dem Zweck ein sich auf die selbe Zeitbasis beziehendes PWM-Signal zu verwirklichen.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung können die gewünschten Umschaltpunkte einfach gefunden werden durch Modifizieren der individuellen Umschaltzeiten durch eine Zeittransformation, die die vorgenommene Zeittransformation ausgleicht, die angewendet wird, wenn die Parallelreferenzrepräsentation mit einem entgegengesetzten Vorzeichen erzeugt wird.
In anderen Worten, wenn das erste der zwei Parallelreferenzsignale erzeugt wird auf der Grundlage einer Zeittransformation von +1/2 und das zweite erzeugt wird auf der Grundlage einer Zeittransformation von –1/2 in Bezug auf das vorgesehene Referenzsignal, z. B. ein dreieckiges Referenzsignal, können die zwei resultierenden Umschaltpunkte einfach durch Subtrahieren von 1/2 von dem ersten Parallelreferenzsignal und Addieren von 1/2 zu dem zweiten in eine gemeinsame Zeitbasis transformiert werden.
Es können andere komplexere und fortgeschrittener Methoden eines Transformierens in eine gemeinsame Zeitdomäne angewendet werden.
Es sollte in diesem Zusammenhang angemerkt werden, dass gemäß der Lehre der Erfindung mehrere offensichtlich grobe Näherungen tatsächlich zu einer beeindruckenden Leistung führen können, wenn das Verfahren in Verbindung mit Pulsbreitenmodulation angewendet wird.
Bei einer typischen Anwendung können unterschiedliche Linearisierungstechniken die relativ begrenzte zeitliche Auflösung mehr oder weniger kompensieren. Es können verschiedene Schnitt-Techniken innerhalb des Bereichs der Erfindung angewendet werden. Nachfolgend vermittelt die Modulationstechnik gemäß der vorliegenden Erfindung die Lehre, dass ein in einer Domäne bestimmter Schnitt tatsächlich mehr oder weniger direkt in eine andere Zeit domäne transformiert werden kann, mit Fehlern, die noch mehr als akzeptabel sind. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die beschriebene Technik mit weniger Berechnungen sogar eine reduzierte Verzerrung ergeben verglichen mit herkömmlichen Pulsbreitenmodulationstechniken.
6 stellt ein Beispiel einer Anwendung der vorliegenden Erfindung dar. Das dargestellte System umfaßt ein PWM-Verstärker-/Audiosystem.
Das System umfaßt einen Eingabeblock 1901, der zum Empfang eines kodierten Audiosignals geeignet ist. Der Eingabeblock 1901 verzweigt das Eingabesignal in zwei verschiedene Hauptrichtungen, in eine Richtung zum Zwecke eines Umwandelns der im Eingabesignal kodierten Information in eine relevante pulsbreitenmodulierte Repräsentation und eine Richtung zu dem Zweck des Erzeugens eines Taktreferenzsignals auf der Grundlage des Eingabesignals.
Die letztere Richtung wird repräsentiert durch einen phasenverriegelten Taktsynchronisierungsblock 1902, der sich auf einen Hochfrequenzoszillatorblock 1903 bezieht.
Die erste Hauptrichtung beginnt mit dem aufwärts abtastenden Block 1904, der grundsätzlich das Eingabesignal von einer Abtastfrequenzrepräsentation in eine N-mal höhere Abtastrepräsentation transformiert.
Das aufwärts abgetastete Signal wird dann einem Schnittberechnungsblock 1905 zugeführt, der geeignet ist für eine Bestimmung von Schnitten mit einer Parallelreferenzrepräsentation gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der nachfolgende Rauschformungs- und Quantisierungsblock 1906 führt die erzeugten Schnitte einem Zeitausrichtungsblock 1907 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zu, wo die erzeugten Schnitte in eine gemeinsame Zeitdomäne transformiert werden, anderswo in der Anmeldung als serielles Signal bezeichnet. Das transformierte Signal wird dann einem PWM-Pulsgenerator zugeführt, in diesem Falle einem echten differentiellen Dreipegelgenerator 1908, der sich auf den Hochfrequenzgenerator 1903 bezieht.
Das resultierende PWM-Signal wird dann einer Leistungsstufe 1909 zugeführt und von dort über einen Demodulator 1910 zu einem Lautsprecher 1911.
Ersichtlicherweise beschreibt die oben erläuterte Anwendung nur eine von mehreren Anwendungen innerhalb des Bereichs der Erfindung. Beispiele von direkten Varianten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung können z. B. verwirklicht werden durch Ersetzen der oben dargestellten Blöcke 1905, 1906 und 1907, entsprechend 14, durch die Blöcke, die in den in 12 und 13 illustrierten Blöcken beschrieben und dargestellt sind.
7 und 8 stellen einen Vergleich zwischen idealer Dreiecksmodulation und X-Modulation unter Verwendung des vereinfachten polynomischen Modells dar.
Es sei bemerkt, dass 8 die oben beschriebene Methode darstellt, die verglichen mit einer idealen Dreiecksmodulation, obwohl in vielen Aspekten vorteilhaft, unerwünschte Harmonische hervorbringt.
Im folgenden wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, das weitere vorteilhafte Eigenschaften zeigt. Das weitere Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt einen Dreipegel-PWM-Modulator, von einigen auch als echter differentieller Pulsbreitenmodulator bezeichnet.
Die Erzeugung eines dreipegligen Pulsbreitenmodulationssignals kann z. B. erreicht werden durch Ändern des Vorzeichens am Eingabesignal oder durch Ändern des Vorzeichens am Referenzsignal. Eine schöne Eigenschaft des weiter oben beschriebenen X-Referenzsignals ist, dass es sowohl in der x- als auch in der y-Dimension symmetrisch ist. So sind tatsächlich, implizit in der ursprünglichen Berechnung des Schnittes zwischen der Eingabe und dem "ursprünglichen X", die zwei weiteren benötigten Schnitte in der Praxis schon erzeugt worden. Alles, was wir zu tun haben, ist diese Schnitte zeitlich zu verschieben.
Das oben genannte Verschieben ist in 9 dargestellt. Es sei bemerkt, dass in der Praxis das Dreipegel-PWM-Signal mehr oder weniger "gratis" erhalten wird einfach durch Anwenden einer entgegengesetzten Zeitverschiebung in dem Sinne, dass das mehr erfordernde Berechnen beim Erzeugen der Schnitte durchgeführt wird.
10 und 11 stellen einen Vergleich zwischen idealer Dreipegeldreiecksmodulation und Dreipegel-X-Modulation unter Verwendung des vereinfachten polynomischen Modells dar. Hier sei bemerkt, dass die Dreipegeldreieckesmodulation, auf die sich 11 bezieht, selbst verglichen mit der idealen Dreipegeldreiecksmodulation eine sehr niedrige Verzerrung und niedrige Hochfrequenzschaltenergie zeigt.
12 bis 14 stellen ein weiteres Merkmal der Erfindung dar, wo eine Rauschformung bei der Verwirklichung der Pulsbreitenmodulationsschaltung eingeschlossen ist.
12 stellt eine Dreipegel-PWM-Schaltung nach dem Stand der Technik dar, bei welcher ein Eingabesignal mit zwei entgegengesetztes Vorzeichen aufweisenden Referenzsignalen verglichen wird. Durch einen Schnittcomputer 120 werden in jeder Periode des Referenzsignals vier Schnitte bestimmt. Jeder der erzeugten Schnitte wird einzeln rauschgeformt durch Quantisierer- und Rauschformerschaltungen 121, die nachfolgend einen PWM-Pulsgenerator 122 speisen, der eine differentielle PWM-Ausgabe ausgibt, auch als Dreipegel-PWM-Ausgabe bezeichnet.
13 stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, wo ein Eingabesignal mit zwei entgegengesetztes Vorzeichen aufweisenden Referenzsignalen verglichen wird, die als eine Parallelreferenzsignalrepräsentation gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung repräsentiert sind. Durch einen Schnittcomputer 130 werden in jeder Periode des Referenzsignals vier Schnitte bestimmt. Jeder der erzeugten Schnitte wird individuell rauschgeformt durch Quantisierer- und Rauschformerschaltungen 121 und danach zeitlich auf die selbe Zeitdomäne verschoben und schließlich einem PWM-Pulsgenerator zugeführt, der eine differentielle PWM-Ausgabe, auch als Dreipegel-PWM-Ausgabe bezeichnet, ausgibt.
14 stellt ein weiteres und bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, wo ein Eingabesignal mit zwei entgegengesetztes Vorzeichen aufweisenden Referenzsignalen verglichen wird, die als eine Parallelreferenzsignalrepräsentation gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung repräsentiert sind. Durch einen Schnittcomputer 140 werden in jeder Periode des Referenzsignals zwei Schnitte bestimmt. Jeder der zwei erzeugten Schnitte wird individuell rauschgeformt durch Quantisierer- und Rauschformerschaltungen 141 und danach zeitlich in die selbe Zeitdomäne verschoben und schließlich einem PWM-Pulsgenerator zugeführt, der eine differentielle PWM-Ausgabe ausgibt, auch als Dreipegel-PWM-Ausgabe bezeichnet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird, entsprechend dem gemäß 8 und 9 dargestelltem Ausführungsbeispiel, die Rauschformung nur zweimal pro jedem vierten ermittelten Schnittschätzwert durchgeführt. Dieser Vorteil reduziert die Rechenaufwandskosten signifikant.
15 stellt die Eigenschaften des vorteilhaften Dreipegel-Differential-PWM-Verstärkers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung entsprechend dem von 8 und 9 oder 14 dar, wo grundsätzlich zwei ermittelte Schnittschätzwerte mit sehr wenig Rechenaufwand, z. B. einfache Zeitverschiebungen in vier Schnittschätzwerte umgewandelt werden.
Hier sei angemerkt, dass dieses Merkmal darüber hinaus zu einer vereinfachten Rauschformung führt aufgrund der Tatsache, dass zwei gefundene Schnitte vor der Transformation in eine gemeinsame Zeitbasis mit vier Schnitten rauschgeformt werden können.
Die durchgezogene Linie stellt das vorgesehene Referenzsignal dar und die unterbrochene Linie stellt die zwei Parallelreferenzsignale dar, die die angewendeten Parallelreferenzsignale repräsentieren, jeweils in 15a bzw. 15b dargestellt.
Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann ein gefundener Schnitt, markiert durch ein "o" AL und AR, in einen Schnitt, markiert durch ein "x", in einer gemeinsamen Zeitdomäne transformiert werden durch Subtrahieren von ΔT von dem gefundenen Schnitt AL, um dadurch den gewünschten Schnitt A1c zu erhalten, und Addieren von ΔT zu einem gefundenen Schnitt AR, markiert durch ein "o" in der parallelen Domäne, in einen Schnitt ARc in der gemeinsamen Domäne, markiert durch ein "x".
Für Zwecke der Darstellung werden die resultierenden Fehler beim Transformieren des Schnittes von der Paralleldomäne in eine gemeinsame Domäne dargestellt als EL und ER, wobei EL den resultierenden Fehler zwischen dem linken Teil des dreieckigen Referenzsignals und dem Eingangssignal und ER zwischen dem rechten Teil des dreieckigen Referenzsignals und dem Eingabesignal repräsentiert.
Darüber hinaus illustriert 15 ein Beispiel eines resultierenden PWM+ Ausgabesignal, wenn das Eingabesignal zwischen einer Spannung Vcc und Null moduliert wird.
Grundsätzlich korrespondiert diese Transformation mit der schon beschriebenen unter Bezugnahme auf 4 und 5 erläuterten Transformation.
In 16, 16a und 16b sind die schon und oben beschriebenen gefundenen Schnitte markiert durch ein "o" angewendet zum Erzeugen eines resultierenden PWM-Ausgabesignals. In diesem Zusammenhang beziehen sich eine PWM+ und PWM– Ausgabe auf zwei Ausgabesignale, die zusammen ein differentielles PWM-Ausgabesignal bilden.
Das hervorgehobene vorgesehene Referenzsignal ist nun das gespiegelte vorgesehene Referenzsignal von 15. Es sei bemerkt, dass dieses Spiegeln des Referenzsignals, während das Eingabesignal grundsätzlich beibehalten wird, einem Spiegeln des Eingabesignals, während das Referenzsignal beibehalten wird, entspricht.
Wie durch 16 illustriert, können die differentiellen Schnittwerte nun einfach erzeugt werden durch Transformieren des gefundenen Schnittes BR, entsprechend dem schon erzeugten Schnitt AL, in einen Schnitt markiert durch ein "x" in eine gemeinsame Zeitdomäne, nun durch Addieren von ΔT zu dem gefundenen Schnitt BR, um dadurch den gewünschten Schnitt BRc zu erhalten, und nun Subtrahieren von ΔT von dem gefundenen Schnitt BL, markiert durch ein "o" – entsprechend dem schon gefundenen AR – in der Paralleldomäne in einen Schnitt BLc in der gemeinsamen Domäne, markiert durch ein "x".
Wie oben dargestellt in 15 und 16, sind die angewendeten ΔT's gleich. Ersichtlicherweise können unterschiedliche Arten von Kompensationen in Bezug auf z. B. das oben beschriebene Fehlersignal individuell auf die spezifischen gefundenen Schnitte angewendet werden.
Darüber hinaus sei angemerkt, dass BR gleich ist mit AL und BL gleich ist mit AR, was somit demonstriert, dass die gewünschten Schnitte ALc, ARc, BLc und BRc in der Tat auf der Grundlage einer Bestimmung von nur zwei Schnitten, z. B. AR und AL, ermittelt werden können. Dies kann sowohl zu dem Vorteil eines signifikanten Verminderns des mit der Bestimmung der Schnitte verbundenen Rechenaufwandes, grundsätzlich von vier auf zwei bei diesem spezifischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, führen und kann weiterhin in verminderten Erfordernissen in Bezug auf Rauschformung der Schnitte resultieren, wenn die Schnitte vor Transformation in die gemeinsame Zeitbasis rauschgeformt werden.
17 stellt eine exemplarische Schaltung dar, die zum Zwecke einer Erzeugung eines Ausgabe-PWM-Signals verwendet wird. Wenn eine echte differentielle Dreipegelausgabe gebraucht wird, werden zwei der dargestellten Schaltungen benötigt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden zwei flankenbestimmende Worte W1 und W2 in die Zählerschaltung geladen. W1 bestimmt die erste Flanke des Signals und W2 bestimmt die zweite Flanke und das dargestellte Ausgabe-PWM A-Signal.
18 stellt ein Zeitdiagramm eines Ausführungsbeispiels der Erfindung dar, bei welchem zwei flankenbestimmende Datenworte, – z. B. auf der Basis der oben beschriebenen Methode gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugt werden. Die Worte werden dann, z. B. mittels Zählerschaltungen der oben beschriebenen Art, in der folgenden Periode erzeugt, PWM CUR.
Das korrespondierende Zeitdiagramm ist in 18 dargestellt.
Legende zu den Bezeichnungen in den Figuren
3:

Input = Eingabe

4:

Polynomial model of input signal = polynomisches Modell des Eingabesignals
Left side triangle = linke Dreiecksseite
Right side trangle = rechte Dreieckseite
Original x-axis = ursprüngliche x-Achse
Left slope x-axis = nach links geneigte x-Achse
Right slope x-axis = nach rechts geneigte x-Achse

5:

Polynomial model of input signal = polynomisches Modell des Eingabesignals
Left side of triangle = linke Seite des Dreiecks
Right side of triangle = rechte Seite des Dreiecks
Time shifted left side of triangle = zeitverschobene linke Seite des Dreiecks
Time shifted right side of triangle = zeitverschobene rechte Seite des Dreiecks
Level = Pegel
Time = Zeit

6:

Input = Eingabe
clk adjust = Taktanpassung

7:

NADD – Natural sampling, double sided PWM, two levels, q = 1/32 = NADD – natürliche Abtastung, doppelseitige Pulsbreitenmodulation, zwei Pegel, q = 1/32
input = Eingabe
Normalized time = normalisierte Zeit
PWM A Level = PWM A-Pegel
Normalized frequency = normalisierte Frequenz
PWM B Level = PWM B-Pegel
PWM DIF Level = PWM DIF-Pegel

8:

(POLYFIT, X-modulation) NADD – Natural sampling, double sided, PWM, two levels, q = 1/32 = (POLYFIT, X-Modulation) NADD – natürliche Abtastung, doppelseitige Pulsbreitenmodulation, zwei Pegel, q = 1/32
input = Eingabe
Normalized time = normalisierte Zeit
PWM A Level = PWM A-Pegel
Normalized frequency = normalisierte Frequenz
PWM B Level = PWM B-Pegel
PMW DIF Level = PWM DIF-Pegel

9:

Polynomial model of input signal = polynomisches Modell des Eingabesignals
Time shifted left side of triangle = zeitverschobene linke Seite des Dreiecks
Time shifted right side of triangle = zeitverschobene rechte Seite des Dreiecks
Level = Pegel
Time = Zeit

10:

NBDD – Natural Sampling, double sided PWM, three levels, q = 1/32 = NBDD – natürliche Abtastung, doppelseitige Puls breitenmodulation, drei Pegel, q = 1/32
input = Eingabe
Normalized time = normalisierte Zeit
PWM A Level = PWM A-Pegel
Normalized frequency = normalisierte Frequenz
PWM B Level = PWM B-Pegel
PWM DIF Level = PWM DIF-Pegel

11:

(POLYFIT, X-modulation) NBDD – Natural sampling, double sided PWM, three levels, q = 1/32 = (POLYFIT, X-Modulation) NBDD – natürliche Abtastung, doppelseitige Pulsbreitenmodulation, drei Pegel, q = 1/32
input = Eingabe
Normalized time = normalisierte Zeit
PWM A Level = PWM A-Pegel
Normalized frequency = normalisierte Frequenz
PWM B Level = PWM B-Pegel
PWM DIF Level = PWM DIF-Pegel

12 bis 14:

Input = Eingabe

17:

Down counter = Abwärtszähler
Load = Laden

18:

PWM PREV = vorherige Pulsbreitenmodulation
PWM CUR = laufende Pulsbreitenmodulation
C CLOCK = C-TAKT

Claims

Verfahren zum Erzeugen von pulsbreitenmodulierten Ausgabesignalrepräsentationen (OS), Bereitstellen eines Stroms von parallel bestimmten Schnittrepräsentationen (PIR) auf der Grundlage eines Stroms von Parallelreferenzsignalrepräsentationen (PRSR) und eines Eingabesignals (IS), Erzeugen einer seriellen pulsbreitenmodulierten Ausgabesignalrepräsentation (OS) durch Transformieren des Stroms von parallel bestimmten Schnittrepräsentationen (PIR) in einen Strom von seriellen Schnittrepräsentationen (SIR) mittels einer relativen Zeitverschiebung von mindestens einem der parallel bestimmten Schnitte (PIR).
Verfahren zum Erzeugen einer pulsbreitenmodulierten Ausgabesignalrepräsentation (OS) nach Anspruch 1, wobei die relative Zeitausrichtung entsprechend einem Zeittransformationsschema erzeugt wird.
Verfahren zum Erzeugen einer pulsbreitenmodulierten Ausgabesignalrepräsentation (OS) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Zeittransformationsschema einen seriellen Strom von Schnittschätzwerten (SIR) bestimmt und wobei der serielle Strom Rahmen von einer vorgegebenen Anzahl von pulsbreitenmodulationsbestimmenden Schätzwerten umfaßt.
Verfahren zum Erzeugen einer pulsbreitenmodulierten Ausgabesignalrepräsentation (OS) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mindestens einer von der vorgegebenen Anzahl von pulsbreitenmodulationsbestimmenden Schätzwerten auf der Grundlage eines entsprechenden ersten durch eine erste Zeitverschiebung modifizierten parallelen Schnittschätzwerts erzeugt wird, wobei mindestens ein weiterer der vorgegebenen Anzahl von pulsbreitenmodulationsbestimmenden Schätzwerten auf der Grundlage eines weiteren entsprechenden durch eine weitere von der ersten Zeitverschiebung verschiedene Zeitverschiebung modifizierten parallelen Schnittschätzwert erzeugt wird.
Verfahren zum Erzeugen einer pulsbreitenmodulierten Ausgabesignalrepräsentation (OS) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Zeitverschiebung durch Hinzufügen von ΔT zu dem ersten parallelen Schnittschätzwert erhalten wird, die weitere Zeitverschiebung durch Subtrahieren von ΔT von dem weiteren parallelen Schnittschätzwert erhalten wird, und wobei die erzeugten zeitverschobenen Schnittschätzwerte ein erstes pulsbreitenmoduliertes Ausgabesignal ergeben.
Verfahren zum Erzeugen einer pulsbreitenmodulierten Ausgabesignalrepräsentation (OS) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein weiteres pulsbreitenmoduliertes Ausgabesignal erhalten wird durch Erzeugen einer ersten differentiellen Zeitverschiebung durch Subtrahieren von ΔT von dem ersten parallelen Schnittschätzwert und Erzeugen einer weiteren differentiellen Zeitverschiebung durch Hinzufügen von ΔT zu dem weiteren parallelen Schnittschätzwert, und wobei die erzeugten zeitverschobenen Schnittschätzwerte ein weiteres pulsbreitenmoduliertes Ausgabesignal ergeben.
Verfahren zum Erzeugen einer pulsbreitenmodulierten Ausgabesignalrepräsentation (OS) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die parallelen Referenzsignalrepräsentationen (PRSR) mindestens zwei geometrisch lineare Funktionen umfassen und wobei das Zeittransformationsschema angewendet wird, um die zwischen den mindestens zwei geometrisch linearen Funktionen und der Eingabesignalrepräsentation (IS) erhaltenen Schnittschätzwerte mindestens zwei verschiedenen Zeitverschiebungen zu unterwerfen, um dadurch die Schnittschätzwerte in Schnittschätzwerte zu transformieren, die sich auf dieselbe Zeitbasis beziehen.
Verfahren zum Erzeugen einer pulsbreitenmodulierten Ausgabesignalrepräsentation (OS) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die parallelen Referenzsignalrepräsentationen (PRSR) zwei Funktionen umfassen, vorzugsweise lineare, und wobei das Zeittransformationsschema angewendet wird, um zwischen den zwei Funktionen und einer differentiellen Eingabesignalrepräsentation (IS) erhaltene Schnittschätzwerte vier Zeitverschiebungen zu unterwerfen, wobei mindestens zwei der vier Zeitverschiebungen wechselseitig verschieden sind, um dadurch die Schnittschätzwerte in Schnittschätzwerte zu transformieren, die sich auf dieselbe Zeitbasis beziehen.
Verfahren zum Erzeugen einer pulsbreitenmodulierten Ausgabesignalrepräsentation (OS) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Drei-Pegel-Ausgabesignal erhalten wird durch Bestimmen von sich auf verschiedene Zeitbasen beziehenden vier Schnitten und nachfolgendes Transformieren dieser Schnitte in entsprechende Schnitte, die sich auf dieselbe Zeitbasis beziehen entsprechend dem Zeittransformationsschema.
Verfahren zum Erzeugen einer pulsbreitenmodulierten Ausgabesignalrepräsentation (OS) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei ein Drei-Pegel-Ausgabesignal erhalten wird durch Bestimmen von zwei Schnitten zwischen einer parallelen Referenzsignalrepräsentation (PRSR) eines doppelseitigen dreieckigen Referenzsignals und einer Eingabesignalrepräsentation (ISR), Transformieren der zwei bestimmten Schnitte in vier Schnittrepräsentationen durch vier Zeitverschiebungen.
Verfahren zum Erzeugen einer pulsbreitenmodulierten Ausgabesignalrepräsentation (OS) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Eingabesignalrepräsentation eine Eintakteingabe umfaßt.
Verfahren zum Erzeugen einer pulsbreitenmodulierten Eingabesignalrepräsentation (OS) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Eingabesignalrepräsentation eine Differentialeingabe umfaßt.
Verfahren zum Erzeugen einer pulsbreitenmodulierten Ausgabesignalrepräsentation (OS) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Eingabesignal (IS) digital dargestellt ist.
Verfahren zum Erzeugen einer pulsbreitenmodulierten Ausgabesignalrepräsentation (OS) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Strom von parallelen Referenzsignalrepräsentationen (PRSR) erzeugt wird als Funktionen, die gewünschte Eigenschaften in Bezug auf die Zeitachse aufweisen, vorzugsweise symmetrisch.
Verfahren zum Erzeugen einer pulsbreitenmodulierten Ausgabesignalrepräsentation (OS) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Strom von parallelen Referenzsignaldarstellungen (PRSR) erzeugt wird auf der Grundlage einer Modellfunktion (MF), welche in mindestens zwei verschiedenen Domänen mit wechselseitig verschiedenen Zeitbasen repräsentiert ist, wobei ein Teil der Modellfunktion (MF) in einer ersten Domäne repräsentiert ist und mindestens ein weiterer Teil in einer weiteren Domäne repräsentiert ist.
Verfahren zum Erzeugen einer pulsbreitenmodulierten Ausgabesignalrepräsentation (OS) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Modellfunktion (MF) ein doppelseitiges dreieckiges periodisches Signal ist.