EP2235835A1 - Multibit modulator with digital adjustable pulse duration - Google Patents

Multibit modulator with digital adjustable pulse duration

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Publication number
EP2235835A1
EP2235835A1 EP09704656A EP09704656A EP2235835A1 EP 2235835 A1 EP2235835 A1 EP 2235835A1 EP 09704656 A EP09704656 A EP 09704656A EP 09704656 A EP09704656 A EP 09704656A EP 2235835 A1 EP2235835 A1 EP 2235835A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
digital
input
pulse length
sigma
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP09704656A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hans Gustat
Johann Christoph Scheytt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHP GmbH
Original Assignee
IHP GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IHP GmbH filed Critical IHP GmbH
Publication of EP2235835A1 publication Critical patent/EP2235835A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M3/00Conversion of analogue values to or from differential modulation
    • H03M3/30Delta-sigma modulation
    • H03M3/39Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators
    • H03M3/412Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators characterised by the number of quantisers and their type and resolution
    • H03M3/422Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators characterised by the number of quantisers and their type and resolution having one quantiser only
    • H03M3/43Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators characterised by the number of quantisers and their type and resolution having one quantiser only the quantiser being a single bit one
    • H03M3/432Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators characterised by the number of quantisers and their type and resolution having one quantiser only the quantiser being a single bit one the quantiser being a pulse width modulation type analogue/digital converter, i.e. differential pulse width modulation
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/21Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/217Class D power amplifiers; Switching amplifiers
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F2200/00Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/351Pulse width modulation being used in an amplifying circuit

Definitions

  • Multibit modulator with digitally adjustable pulse duration
  • the invention relates to a multi-bit modulator with digitally adjustable pulse duration, in particular for use in a switched amplifier.
  • Switched power amplifiers driven by sigma-delta modulators are used as high-efficiency amplifiers, for example, in audio amplifiers or telecommunications transmitters or modulators of a broadcast stage.
  • the SDM (103-106) operates as a converter of an analog signal x (t) into a binary signal y1 (t), which serves to drive a switched amplifier (PA, 107) whose output signal y2 ( t) after filtering (108) as y (t) should form an amplified as linear as possible mapping of x (t). Since the PA as a switching amplifier normally has only one input with 1-bit data width, the digital signal of the A / D converter (105) of the modulator (103-106) will usually be a 1-bit signal from a comparator connected via a D / A converter (106) is converted into an analog value and fed as a correction value in the control loop.
  • This transmission errors in the forward path can be compensated, z. B. quantization error of the ADC, so that here also an ADC with low resolution can be used. Further Compensation is achieved by the feedback from the analog signal to the power amplifier or the subsequent reconstruction filter or from a replica of PA and filter. This can compensate for transmission errors in a larger part of the signal path. This feedback can lead to very high linearity of the entire system, since non-linearities in the forward branch can be compensated for until the feedback is taken up by the error correction in the feedback. For this, the bandwidth of the control loop must be large enough to readjust the errors of the signal.
  • the SDM must contain very high-frequency components, which makes its manufacture difficult and leads to high power consumption of the SDM itself, which reduces the efficiency of the system, especially when the transmission power of the PA is only in the range below 1 -10 watts, as in mobile Equipment usual.
  • the ADC (105) does not need to be very linear because the SDM can correct its errors
  • the DAC (106) must be higher linear than the desired linearity of the overall system. This requires a very fast and linear DAC, which is technologically demanding and requires a lot of power dissipation if the data width is to be more than 1 bit.
  • the object of the present invention is to provide an improved sigma-delta pulse length modulator and amplifier circuit with such a sigma-delta pulse length modulator.
  • the present invention overcomes the disadvantages described by employing an Mbit width multibit modulator in which the digital value range of a maximum of 2 M stages, rather than in amplitude stages, is converted into time stages that determine the duration of an output pulse. Since the behavior of the multibit modulator according to the invention has both properties of an SDM and of a pulse length modulator (PLM), the term sigma-delta-pulse length modulator (SDPLM) is used hereafter. Instead of the term pulse length modulator, the term pulse width modulator with identical meaning is used in this application. - A -
  • the sigma-delta pulse length modulator comprises a signal input with a differential stage whose first input is supplied with an analog input signal and which is designed to generate and output a differential signal corresponding to the difference of the signals present at its inputs
  • a forward loop filter for converting the difference signal into an analog filter output signal having a signal value
  • an analog-to-digital converter connected downstream of the forward loop filter configured to convert the analog filter output signal to a digital converter output signal containing two or more parallel bit component signals. which in their entirety represent a digital value corresponding to the signal value assumed by the analog filter output.
  • the sigma-delta pulse length modulator comprises a digital pulse length modulator to which the transducer output signal is supplied on the input side and which is designed to convert the applied transducer output signal into a digital modulator output signal, which consists of a single bit component signal and has a signal duration representing the digital value , which corresponds to the signal value assumed by the analog filter output signal, and a feedback loop which returns an analogue feedback signal dependent on the modulator output signal to a second input of the differential stage.
  • the feedback loop returns the modulator output signal to the second input of the differential stage via a digital-to-analog converter.
  • the analog-to-digital converter is designed to carry out the conversion of the filter output signal with a predeterminable by an applied first clock signal first clock frequency.
  • the sigma-delta pulse length modulator via a first clock input, a first clock signal at a first clock frequency and a second clock input, a second clock signal supplied to a second, compared to the first clock frequency increased clock frequency, wherein the pulse length modulator with the first and The pulse length modulator is configured to set at each clock event at the first clock input the count of the counter from a predetermined output value to the digital value corresponding to the signal value assumed by the analog filter output signal, the digital value for the digital one Value corresponding number of clock periods to keep the second clock frequency and then reset to an initial value.
  • sigma-delta pulse length modulator is configured to generate and output the modulator output signal with a signal duration that is in a non-linear relationship to the digital value of the filter output signal.
  • the analog-to-digital converter is followed by an encoder which is designed to convert the converter output signal into a coded converter output signal which can be written by a non-linear mapping rule.
  • the coder is an integral part of the sigma-delta pulse length modulator.
  • the sigma-delta pulse length modulator is preferably further configured to generate and output, based on the coded converter output signal, a modulator output signal having a respective signal duration that is in a nonlinear relationship to the digital value of the filter output signal and which is above a predetermined minimum amplifier duration dependent on the switched amplifier, and with a time signal interval between successive opposite signal edges of two temporally directly adjacent modulator output signals, which is above a predetermined, dependent on the switched amplifier temporal minimum signal spacing.
  • the coder of the sigma-delta pulse length modulator preferably includes a look-up table (LUT) which associates the possible values of the transducer output signal with each coded transducer output signal.
  • LUT look-up table
  • the bit width of the coded converter output signal comprises a larger bit width than the bit width of the converter output signal.
  • the encoder is further preferably designed to change the mapping rule for generating the coded transducer output signal during operation.
  • the sigma-delta pulse length modulator further preferably comprises a digitally adjustable delay element which generates a second signal with an adjustable delay with respect to the first signal from an applied first signal, and a digital circuit which links the first and the second signal to that their exit a third signal is applied whose pulse duration depends on the delay between the first and second signals.
  • the digital circuit includes an RS flip-flop, which is set by the first signal and reset by the second signal, and at the output of the third signal can be tapped.
  • the digitally adjustable delay element of the sigma-delta pulse length modulator comprises a number of parallel delay elements having different fixed delays to which the first signal is applied and a multiplexer connected downstream of the delay elements and formed at its output depending on the value of the coded converter output signal output one of the delayed first signals as the second signal.
  • the digitally adjustable delay element of the sigma-delta pulse length modulator preferably comprises a delay-locked loop (DLL) which is designed to impart the number of different fixed delays in parallel to the first signal supplied to it on the input side and the differently delayed first signals to a corresponding number provide parallel signal outputs, and a delay element downstream of the multiplexer, which is designed to output at its output depending on the value of the coded transducer output signal each one of the delayed first signals as the second signal.
  • DLL delay-locked loop
  • the encoder of the sigma-delta pulse length modulator is further preferably designed to change both the time of the rising edge and the falling edge of the modulator output signal in dependence on the input signal of the encoder.
  • the coder is preferably designed to change the pulse duration of the modulator output signal in dependence on the input signal of the coder and at the same time modulate the phase of the modulator output signal with respect to the clock effective for the feedback loop of the sigma-delta pulse length modulator, e.g. B. to the clock of the analog-to-digital converter, to keep constant to a remaining residual error of the phase.
  • the first input of the differential stage of the sigma-delta pulse length modulator is preceded by an input digital-to-analog converter which is designed to convert a digital input signal present at its input into the analog input signal.
  • the digital input signal vector determining the digital input signal is provided with a digital input amplitude signal and either a digital input signal vector Input phase signal or a digital input frequency signal, the digital input amplitude signal of the differential stage and the other of the two digital signals of the input signal vector supplied to a clock generator which is adapted to derive from this other of the two digital signals of the input signal vector, a clock signal which the sigma Delta pulse length modulator is supplied.
  • the digital input amplitude signal from the differential stage and the digital input frequency signal from a digital input signal vector determining the digital input signal having a digital input amplitude signal and a digital input frequency signal are applied to a clock generator which forms is to derive from the input frequency signal a clock signal which is supplied to the analog-to-digital converter and the sigma-delta pulse length modulator.
  • the frequency of the clock signal effective for the feedback loop of the sigma-delta pulse length modulator e.g. B. the clock of the analog-to-digital converter, according to the alternative embodiment of the invention is temporally variable and is from the instantaneous characteristics of the input signal of the sigma-delta pulse length modulator, z. B. from the time interval between two adjacent same-direction zero crossings, formed by a time-varying clock generator.
  • the frequency of the clock signal is preferably formed by a frequency multiplier.
  • the sigma-delta pulse length modulator comprises a signal input with a digital differential stage whose first input is supplied with a digital input signal and which is designed to generate a digital difference signal corresponding to the difference of the digital signals present at their inputs a forward feedforward digital filter for converting the input signal to a digital filter output signal containing two or more parallel bit component signals representing in their entirety a digital value corresponding to the signal value accepted by the digital filter output signal and a digital pulse length modulator input to the digital filter output signal and is configured to convert the applied filter output signal into a digital modulator output signal, which consists of a single bit component signal and the one Signal duration, which is dependent on the signal value of the digital filter output signal.
  • the sigma-delta pulse length modulator comprises a feedback loop which returns a digital feedback signal dependent on the digital filter output signal to a second input of the differential stage, comprising a digital input signal vector determining the digital input signal with a digital input amplitude signal and either a digital input signal.
  • Phase signal or a digital input frequency signal, the digital input amplitude signal of the differential stage and the other of the two digital signals of the input signal vector is supplied to a clock generator which is adapted to derive from this other of the two digital signals of the input signal vector, a clock signal, the pulse length modulator is supplied.
  • the digital forward loop filter of the sigma-delta pulse length modulator is a D flip-flop whose D input is supplied with the digital difference signal and whose enable input is supplied with the clock signal of the clock generator.
  • the sigma-delta pulse length modulator is preferably configured to generate and output the modulator output signal with a signal duration that is in a non-linear relationship to the digital value of the filter output signal.
  • the forward loop filter of the sigma-delta pulse length modulator is preferably followed by an encoder which is configured to convert the filter output signal into a converter output signal encoder output signal which can be written by a nonlinear mapping rule.
  • the encoder is an integral part of the sigma-delta pulse length modulator.
  • the encoder output signal is preferably fed back to the second input of the digital differential stage.
  • the encoder output signal is fed to the input of a digital simulation of a sigma-delta pulse length modulator downstream switching amplifier and / or reconstruction filter and fed back from the output of this digital simulation to the second input of the digital differential stage.
  • the amplifier circuit comprises a signal input, which is followed by a sigma-delta pulse length modulator as described above, a digitally switched amplifier, which is driven by the output signal of the sigma-delta pulse length modulator and which is designed, the output signal of the sigma-delta pulse length modulator and output as an amplifier output signal.
  • the amplifier circuit comprises a reconstruction filter to which the amplifier output signal is supplied and the is designed to filter the amplifier output signal such that at the output of the reconstruction filter an analog output signal is applied, which is amplified relative to the input signal applied to the signal input.
  • the feedback loop of the amplifier circuit preferably returns a feedback signal derived from the amplifier output signal via a digital-to-analog converter to the second input of the differential stage.
  • the feedback loop of the amplifier circuit directly feeds back a feedback signal derived from the analog output signal of the reconstruction filter to the second input of the difference stage.
  • the feedback signal is preferably derived by means of a capacitive or inductive coupling from a terminal in the digitally connected amplifier or reconstruction filter.
  • the switched amplifier and the reconstruction filter are not monolithically integrated with the sigma-delta pulse length modulator, but instead form separate circuit modules.
  • the feedback loop is monolithically integrated with the sigma-delta pulse length modulator and includes a first replica circuit of the switched amplifier configured to down-scale the behavior of the switched amplifier during operation of the amplifier circuit, and a second replica circuit formed in FIG Operation of the amplifier circuit to replicate the behavior of the reconstruction filter downscaled.
  • first and the second replica circuits can be combined in a common replica circuit.
  • the first and second replica circuits and the common replica circuit are preferably digital circuits.
  • the sigma-delta pulse length modulator is configured to generate the modulator output signal with a signal duration gradation between adjacent signal values, wherein a signal duration step is less than a minimum delay time of an active amplifier stage.
  • FIG. 1 block diagram of an amplifier circuit with a sigma-delta modulator
  • FIG. 2 a block diagram of an amplifier circuit having a first exemplary embodiment of a sigma-delta pulse length modulator according to the invention and an analog input interface
  • FIG. 2 b shows a block diagram of an amplifier circuit according to FIG. 2 a with a second embodiment variant of the inventive sigma-delta pulse length modulator with modified feedback, FIG.
  • FIG. 2c block diagram of a third embodiment of an amplifier circuit according to FIG. 2a with a third embodiment variant of the inventive sigma-delta pulse length modulator with modified feedback, FIG.
  • FIG. 2d shows a block diagram of a fourth embodiment of an amplifier circuit according to FIG. 2a with a fourth embodiment variant of the inventive sigma-delta pulse length modulator with modified feedback, FIG.
  • FIG. 3 shows a block diagram of an amplifier circuit according to FIG. 2a additionally with an encoder in the signal path of the sigma-delta pulse length modulator according to the invention
  • DPWM digitally controllable pulse width modulator
  • FIG. 4b shows a circuit example of a DPWM according to FIG. 4a, FIG.
  • FIG. 5b block diagram of a second variant of a DPWM according to FIG. 5a
  • FIG. 5c block diagram of a third variant of a DPWM according to FIG. 5a
  • FIG. 6a shows an example of a chain of non-linear amplifier stages of a conventional delay-locked loop (DLL)
  • FIG. 6b shows a chain of non-linear amplifier stages according to FIG. 6a, in which a plurality of series-connected passive delay elements are connected in parallel with each amplifier stage
  • FIG. 6a shows an example of a chain of non-linear amplifier stages of a conventional delay-locked loop (DLL)
  • FIG. 6b shows a chain of non-linear amplifier stages according to FIG. 6a, in which a plurality of series-connected passive delay elements are connected in parallel with each amplifier stage
  • FIG. DLL delay-locked loop
  • FIG. 6c shows a chain of non-linear amplifier stages according to FIG. 6b, in which the parallel circuit of the passive delay elements connected in series to each amplifier stage is separated, FIG.
  • FIG. 6d shows a chain of non-linear amplifier stages according to FIG. 6c, in which the chains of the passive delay elements are extended, FIG.
  • FIG. 7 shows a block diagram of an amplifier circuit according to FIG. 3, wherein the sigma-delta pulse length modulator according to the invention is additionally provided with a time-variable clock generator,
  • FIG. 9 shows a diagram of output signal curves of a DPWM according to FIG. 7
  • FIG. 10 shows a circuit with a multiplexer of a DPWM and an edge-triggered RS flip-flop
  • FIG. 11 shows a block diagram of an amplifier circuit according to FIG. 7, wherein the sigma-delta pulse length modulator according to the invention is additionally provided with a frequency divider,
  • FIG. 13 is a graph showing output waveforms of a DPWM shown in FIGS. 11 and 12 when using a DLL having 16 outputs.
  • FIG. 14 shows a block diagram of an amplifier circuit with a first alternative embodiment of a sigma-delta pulse length modulator according to the invention and a digital input interface
  • 15 shows a circuit with a frequency synthesizer, a multiplexer of a DPWM and an edge-triggered flip-flop
  • 16 shows a block diagram of an amplifier circuit with a second alternative embodiment of a sigma-delta pulse length modulator according to the invention and a digital input interface
  • FIG. 17 shows a block diagram of an amplifier circuit with a third alternative embodiment of a sigma-delta pulse length modulator according to the invention and a digital input interface
  • FIG. 18 shows a block diagram of an amplifier circuit with a fourth alternative embodiment of a sigma-delta pulse length modulator according to the invention and a digital input interface.
  • a first exemplary embodiment of an amplifier circuit with a sigma-delta pulse length modulator according to the invention is shown schematically in FIG. 2 a with reference to a block diagram.
  • the pulse interval (the duration of the pause between the pulses) changes in the opposite direction to the pulse duration: a shorter pulse duration leads to a greater pulse interval.
  • a counter which accepts the input value yd (t) for each clock CIk of the frequency f_clk and sets the output value to '1' for yd (t) clocks of the frequency Clk2, and then sets it to '0' until the next clock CIk.
  • Fig. 2a The operation of the system in Fig. 2a is similar to that of the system in Fig. 1 with a 1-bit ADC in Fig. 1, but results in higher linearity.
  • the ADC has M1> 1 bit width (eg 5 bits instead of 1 bit in Fig. 1)
  • y1 (t) is also a 1 bit wide signal
  • the DAC can be a 1-bit DAC and the PA a 1-bit PA, making it much easier to satisfy its linearity requirement than a multi-bit DAC or multi-bit PA.
  • the instantaneous pulse width y1 (t) is variable and is directly determined by the integer number with Z1 possible values formed by the M1 bits of the multi-bit signal yd (t) at the output of the ADC.
  • this is a linear representation of yd (t) by the pulse duration of y1 (t) and thus a better simulation of the signal than a 1-bit quantization, which corresponds to a low distortion.
  • the SDPLM in Fig. 2a is a multi-bit SDM in which the multi-bit value yd (t) is represented linearly by the pulse duration.
  • the multi-bit value yd (t) is represented linearly by the pulse duration.
  • PLM pulse length modulator
  • FIG. 2b A further advantageous variant of this is shown in FIG. 2b:
  • the error feedback and thus linearization concerns not only the ADC but also the PA by tapping the feedback to the PA, e.g. via a loose coupling (210), which draws very little power from the PA.
  • the DAC (106) can then be omitted.
  • the reconstruction filter (108) can be included in the error feedback and linearized, as indicated in Fig. 2c.
  • the variants in Figures 2c and 2d have a feedback loop that extends from loop filter (104), ADC (105) and DPWM (201) through PA (107) and reconstruction filters (108) back to summation point (103) and loop filter (104) , While summation point (103), loop filter (104), ADC (105), and DPWM (201) are all relatively easy to integrate, PA (107) is rarely (at low power) and reconstruction filter (108) after the current state of the art almost never.
  • the feedback loop in Figures 2c and 2d includes multiple components outside of an integrated one Circuit, which together with their connection technology have considerably larger dimensions than an integrated circuit with summation point (103), loop filter (104), ADC (105) and DPWM (201) and therefore require geometrically and electrically relatively long signal paths. This can lead to problems in the feedback loop, especially affecting its stability, especially when used for high signal frequencies, where signal propagation times can be very significant.
  • FIG. 2 d another variant according to the invention is proposed in FIG. 2 d, in which the entire feedback loop runs within a monolithically integrated circuit (220). Additional components are introduced for this purpose: A replica PA (207) simulates the PA (107) in its behavior as linearly scaling as possible, and a replica reconstruction filter (208) simulates the reconstruction filter (108) as linearly as possible in its behavior , If the PA (107) is, for example, a large switched MOS transistor with 40 V operating voltage as an external component with a wire-wound output transformer at the drain, then the replica PA (207) can be a much smaller switched MOS transistor with 2.5 V operating voltage be as a monolithic integrated device with a monolithically integrated output transformer at the drain.
  • the PA (107) is, for example, a large switched MOS transistor with 40 V operating voltage as an external component with a wire-wound output transformer at the drain
  • the replica PA (207) can be a much smaller switched MOS transistor with 2.5 V operating voltage be as a monolithic integrated device with a monolithically integrated output
  • the replica PA (207) can also have a completely different structure than the PA (107), which only when viewed from the outside (as a black box) behaves in a linear scaling approximately like the PA (107), but in scale reduction, so that a monolithic integration is possible, so z. B. with 10 mA drain current instead of 10 amps.
  • replica reconstruction filter (208) may have a very different structure than the reconstruction filter (108), which is only externally (in black box) approximated to the reconstruction filter (108) in linear scaling, but scaled down, such that a monolithic integration is possible. In this way delays are avoided by long signal paths in the entire feedback loop, and a higher stability of an SDPLM or a higher maximum signal frequency can be achieved.
  • This disadvantage overcomes a further improvement according to the invention in that the output signal of the ADC is used in a non-linear manner for controlling the pulse duration such that pulse durations of '0' or '1' do not occur below a minimum duration t_min_0 or t_min_1.
  • the ADC output values yd (t) are mapped to the input values of the DPWM ye (t) so that the DPWM receives no input values which would result in too short pulse durations or pulse pauses for the PA.
  • FIG. 3 represents an exemplary exemplary embodiment for this purpose, representative of numerous possible forms of implementation.
  • the return of the DPLM in front of the PA is assumed as in FIG. 2a.
  • the other return variants symbolically indicated in FIGS. 2b to 2d can also be used, but have not been shown here for the sake of simplicity.
  • an encoder (302) for example a look-up table (LUT) converts the M1 bit wide output of the A / D converter (ADC) into a now M2 bit wide input signal of the DPWM, the new bit width M2 may be equal to or different from M1.
  • ADC A / D converter
  • the integer value range of the output values ye (t) of the encoder (302) of Z2 possible values may be equal to or different from the integer value range of the input values yd (t) of the encoder (302) of Z1 possible values.
  • the advantage of this additional component is that now any mapping of the input values yd (t) of the encoder (302) into output values ye (t) of the encoder (302) allows.
  • this coder (302) can have the following function:
  • the DPWM contains a counter that resets to 0 after each new clock at CIk the count incremented to Clk2 with each clock and holds the output of the DPWM at '1' as long as the count is less than the input value of the DPWM, and ye_max is greater than the maximum count achievable in one clock period of CIk.
  • FIG. 4a An example of such a DPWM is shown in FIG. 4a: A Clk2 clocked down counter (401) is tested for output 0 with logic (402), and when 0 is reached, an edge triggered RS flip flop (403) is reset at the next clock at CIk receives a short set pulse, which also causes the counter (401) to reload the current value ye (t).
  • the clock frequency f_clk2 is chosen to be f_clk such that at the maximum value of ye (t) (a value of 15 for the 4-bit backward counter in FIG. 4) during a period 1 / f_clk, the count can not reach 0 (e.g.
  • the edge-triggered RS flip-flop (403) is set by a 0-1 edge at input S (i.e., the positive output Q_P is 1, the inverted output Q_N is 0) and is reset by a 0-1 edge at input R.
  • Fig. 4b shows a circuit example in this regard:
  • the set pulse stops its effect when it has passed through the chain of 3 inverters, so that from then on the circuit is free for a reset pulse, which also terminates its effect when the chain of 3 inverters until it becomes inactive again the set and reset signal.
  • the short pulse shortened set signal SetPulse is coupled out and is available for loading the backward counter (401).
  • Further circuit examples of such a pulse-controlled R-S flip-flop are known, for example with a clocked circuit instead of the inverter chain.
  • the SDPLM in Fig. 3 works like the SDM in Fig. 2a.
  • the function in (1) has two stages at both ends yd0 and yd1 of this range, which are formed by jumps of 0 and the maximum value, respectively.
  • the signal is greatly distorted at values yd (t) of the ADC outside the linear range. This distortion generates errors, but these are returned by the feedback of the SDPLM and result in a correction in the next following value yd (t).
  • the nonlinear distortion in (1) is still significantly more linear than a purely binary distinction of a conventional SDM that can only set whole pulses of durations 1 / f_clk at the output to '1' or '0'.
  • a conventional SDM can be seen as a special case of an extended SDPLM according to the invention according to FIG. 3 with a special variant of the function in (1), which results when yd ⁇ > yd1 is selected, and thus the middle range disappears, and thus only pulses the maximum duration 1 / f_clk or no pulses can be output by the DPWM.
  • the general function in (1) degenerates into a comparator function which generates a 1-bit value from the multi-bit value of the ADC to give an SDM behavior that is 1-bit -SDM corresponds.
  • the maximum number of possible pulse lengths Z2 at the input of the PA (107) in a multi-bit SDPLM according to the invention according to FIG. 3 when using (1) is slightly less than the maximum value of the number of stages Z1 in a multi-bit SDPLM according to the invention 2a, because the encoder (302) has excluded those of the Z1 step numbers which can not be transmitted "well enough” by the PA (107) (ie with insufficient efficiency or linearity) PA now only needs to transmit pulse lengths that are "good enough” for the PA.
  • the nonlinearity in (1) thus leads to Z2 ⁇ Z1 by choosing yd0> 0 and yd1 ⁇ ye_max.
  • a requirement for a sufficiently linear conversion of an input pulse length of the PA into an (ideally equally large) output pulse length of the PA can lead to a minimum pulse duration at the input must not fall below, as well little like a minimum duration of a pulse break.
  • the permissible values for this minimum pulse duration or pulse pause duration are thus determined by both PA criteria, efficiency (efficiency) and linearity on the basis of the switching characteristics of the PA, z. B. his slew rate, given.
  • the maximum clock period of a conventional SDM is severely limited by the PA.
  • a property of the PA is not used: Even a very small extension of the pulse duration at the input leads to a defined (almost linear) small extension of the pulse duration at the output, and that with a temporal step size, which is limited only by noise down and not by the bandwidth of the PA.
  • the total width of the pulse at the PA input must not be less than a relatively large minimum value (eg, 300 ps), this pulse duration may be varied in very fine steps whose step size may be much smaller than this minimum pulse duration.
  • a conventional PLM uses the variable-pulse-width property, but it has no feedback that could compensate for a nonlinear characteristic as defined in (1), and therefore requires a linear characteristic of the conversion. Amplitude in pulse duration without the possibility to exclude certain pulse durations, and as a result a PA with very high bandwidth to process even very short pulses.
  • the requirement for the bandwidth of the PA is relaxed compared to Fig.
  • the ADC can in another variant also be embodied as an ADC with a lower resolution M1 ⁇ M2, which does not even dissolve the edge regions suppressed by the encoder (302).
  • the value for M2 can be increased even with a constant resolution M1, if a counter with a resolution M2> M1 is easier to implement than an ADC with a higher resolution than M1, which is usually the case.
  • M2 is technically usually less limited than M1. Thus, the number of stages and thus the signal quality of the system can be further increased.
  • a more general formulation of the function of the encoder (302) in Fig. 3 according to the invention is that yd (t) is mapped to ye (t) with the encoder (302) such that pulse durations '0' and '1' below, respectively a minimum duration t_min_0 or t_min_1 not occur, where t_min_0 and t_min_1 are defined by the desired linearity of the system and efficiency of PA based on the PA speed.
  • a fixed image with a real look-up table is not absolutely necessary; a time-varying image in the encoder (302) is also possible, e.g. switching between several functions as a function of the input signal as long as pulse durations or pulse pauses below a minimum duration t_min_1 or t_min_0 do not occur.
  • This algorithm could, for. B. be designed so that the middle range in (1) is dynamically extended as long as the average efficiency (or the mean linearity or the error vector magnitude EVM) does not fall below a predetermined value. This gives the middle At times even more stages and even lower errors in the signal reconstruction, ie an even higher signal quality.
  • a simple embodiment of this more complex algorithm for the LUT component (302) could be e.g. For example, measure the instantaneous temperature of a power transistor of the PA (which can serve as a negative measure of PA efficiency) and, at higher temperature, decrease the midrange (ydO and yd1 approach each other) and increase that range at lower temperature (Remove ydO and yd1 from each other by decreasing ydO or increasing yd1). This optimizes the signal quality and ensures a desired average efficiency, a desired signal quality and safe operation of the PA.
  • 1 ps for a PA can be a realistic value in today's semiconductor technologies, because the time step can be reduced to the noise limit, below which no deterministic effect of a changed pulse duration is more detectable.
  • Such a clock frequency f_clk2 of e.g. 1 THz for the DPWM is hardly achievable in today's technologies, since the upper clock frequency by the minimum transit time of a signal by a logical unit (logic and memory, in the minimal case of a ring counter a single flip-flop) is determined, usually clear is greater than the time uncertainty due to noise.
  • An optimal utilization of the possible time resolution of the PA therefore requires a different DPWM than a DPWM based on clocking with f_clk2 as in FIG. 4.
  • Fig. 5a shows another embodiment of the DPWM.
  • the duration of the output pulse y1 (t) is not determined by a counter, but by a digitally adjustable delay (501), which resets an RS flip-flop (503) delayed here, after it has been derived by a clock derived from the clock CIk Pulse was set.
  • a digitally adjustable delay a number of implementations are known, for example as indicated in Fig. 5a by a DAC (501 b) followed by an analog adjustable delay (501a) are formed.
  • the input signal of the DAC (501b) is the input signal of the DPWM ye (t).
  • N 2 M of delay-connected delay units of different delay, of which exactly one is selected by a downstream multiplexer.
  • ye (t) is the input signal of the multiplexer that determines the selection of the delay unit.
  • DLL delay-locked loop
  • ye (t) is the input to the multiplexer, which determines the selection of the delay level.
  • the number of delay stages and thus the temporal resolution of a DLL which is usually based on chains of (often differential) non-linear amplifier stages, can be greatly increased.
  • a chain of such amplifier stages of a conventional DLL is shown by way of example. If the amplifier stages (602) consist of differential amplifiers, they have real differential inputs and outputs, of which only one is shown here.
  • the temporal resolution of the DLL is formed by the delay of the signal between two adjacent taps (603). The delay is dictated by the speed of the amplifier stages used.
  • Fig. 6a a chain of such amplifier stages of a conventional DLL is shown by way of example. If the amplifier stages (602) consist of differential amplifiers, they have real differential inputs and outputs, of which only one is shown here.
  • the temporal resolution of the DLL is formed by the delay of the signal between two adjacent taps (603). The delay is dictated by the speed of the amplifier stages used.
  • the temporal resolution is improved by a factor of 4 by connecting in parallel to each active amplifier stage (602) a number (here 4) of series-connected passive delay elements (604).
  • passive delay elements can have an almost arbitrarily small delay and thus allow an almost arbitrarily fine temporal resolution of the DLL.
  • the series-connected passive delay elements (604) both input and output side are connected in parallel to the associated active amplifier stage (602).
  • the delay from the input to the output of the active amplifier stage (602) is changed and determined in part by the passive elements. This can be an advantage if a high reproducibility and close tolerance of the delay are desired because the delay of passive elements can usually be made tighter tolerated than that of active elements.
  • the connection can be separated on the output side, as shown in Fig. 6c.
  • the delay from input to output of the active amplifier stage (602) is determined solely by the active amplifier stage (602). If a wide range of delay adjustment of active amplifier stage (602) is to be made greater than the delay of a single passive delay element (604), the chain of passive delay elements (604) may be extended as shown in Figure 6d to cover the entire range of necessary intermediate steps on delays.
  • the delay and thus the duration of the pulse can be changed in considerably finer time steps with a DPWM according to FIG. 5c, so that the possible time resolution of the PA for whose pulse duration at the input y1 (t) it can be used even finer, and the signal y2 (t) can represent the signal x (t) with even higher quality.
  • the operation of an SDM with time-variable frequency of the clock is not common practice.
  • the usual mathematical foundations of an SDM are based on the z-transformation, which requires a constant clock frequency. Nevertheless, they can be used approximately in this variant according to the invention, if the bandwidth of the signal x (t) is much smaller than its carrier or center frequency, which is usually the case in telecommunications.
  • the signal (702) for timing the ADC and the DPWM is generated by a time-varying clock generator (701) from the current frequency or current period of the input signal x (t), as shown in Fig. 7 symbolically.
  • the instantaneous period is a time-varying form of the constant period defined for purely periodic signals.
  • the time interval between two adjacent equidirectional zero crossings (eg both from x (t) ⁇ 0 to x (t)> 0) of the input signal x (t) can be regarded as the instantaneous period.
  • the clock generator (701) may include, for example, a clock multiplier with a downstream phase shifter.
  • the timing of sampling the input signal x (t) is phase locked to x (t) itself, and the phase shifter can adjust this phase difference deltaPhi.
  • This is especially useful for small values of oversampling factor OVR, that is, if only a few samples are executed per period of x (t). If the sampling times lie near the zero crossing of x (t), then the signal is reconstructed very poorly with a small OVR.
  • deltaPhi 90 °, x (t) becomes z. B.
  • the clock multiplier can be constructed, for example, from one or more clock doublers connected in series.
  • clock multipliers in particular clock doublers
  • a number of basic circuits also known as frequency multipliers or frequency doubling are known.
  • PLL phase-locked loop
  • the DLL is constructed so that its total delay in the center of the delay control without delay-locking is approximately K clock periods of the center frequency of x (t), where K is an integer by which the clock is to be multiplied. In the case of the DLL, this delay is exactly K clock periods of the center frequency of x (t).
  • This DLL is controlled with x (t) and is synchronized in the locked state phase locked with x (t).
  • FIG. 9 shows five examples of possible output signals:
  • ye (t) ye_max and thus y1 (t) should be constant at '1'.
  • ye (t) is in a definable intermediate range, for example between 5 and 11. Which limits are chosen for this range, According to the invention, as described above, depends on which minimum and maximum pulse duration are allowed for the given PA and its efficiency and linearity.
  • the pulse duration at y1 (t) thus varies from 5/16 (4th signal from below in FIG. 9) over 1/2 (3rd signal from below in FIG. 9) and 1 1/16 (2nd signal from below in Fig. 9) of the entire instantaneous clock period of CIk.
  • the pulse duration is thus varied depending on the amplitude of x (t), which is determined according to FIG. 7 phase-locked to x (t) in the permissible limits for the PA.
  • the nonlinearities at the end regions as well as the further errors resulting from quantization and other errors in the forward branch are fed back via the DAC (106) and compensated in the following periods.
  • the width M1 of yd (t) becomes larger, allowing a larger width M2 of ye (t).
  • the DPWM then receives constant values over several clock cycles of CIk at the input and generates - furthermore clocked with the undivided CIk - a duty cycle constant over K periods at y1 (t) for the PA. But with K> 1, the feedback loop slows down, so that the errors are no longer fed back to every clock on CIk, so that the ability of the SDPLM to linearize is partially lost.
  • K an optimal compromise for the particular implementation of the system, e.g. Between the increased accuracy by larger M1 and M2 and the reduced accuracy through less frequent feedback.
  • the pulse width modulation as shown, for example, in Fig. 9 still has a shortcoming, which comes into play especially at very low value for KOVR:
  • the beginning of the pulse of the signal y1 (t) is phase locked to x1, and thus necessarily varies the time center of the Pulse with the current amplitude. This gives y1 (t) an ampli- tudenplie phase modulation, which is the stronger, the smaller KOVR is, ie the fewer Clk cycles per period of x (t) are generated.
  • FIG. 12 An example of this is shown in FIG. 12 as a structure and in FIG. 13 in the signal profile.
  • the LUT (previously 302, now 1202) receives a modification: it has 2 outputs ye_start and ye_stop for the previous output ye.
  • the signals ye_start and ye_stop can be formed according to the following rule:
  • this output ye is not necessary at the LUT, since ye results from the control of the edge-controlled RS flip-flop (503) with the other signals.
  • the resulting signal curves are shown by way of example in FIG. 13.
  • yd (t) in the range from 5 to 11
  • y1 (t) a proportional pulse duration is generated at y1 (t), which, unlike FIG. 9, is now centered about the center of the pulse.
  • this centering is not exact, but can differ by a maximum of a half time unit, which results from the integer rounding in (2).
  • Such a system according to the invention can convert an analog high-frequency signal x (t) with a high-efficiency switched PA into an amplified analog output signal Generate y (t) with good linearity. It is well suited to replace existing analog PA with lower efficiency. Because of the inventive feature of setting limits for the minimum pulse duration and the minimum pulse pause, switched PA can be used up to much higher carrier frequencies than, for example, in a conventional PLM.
  • the solution described here has the main advantages that, firstly, the pulse duration is variable in virtually arbitrarily fine steps, the time unit can be far smaller than a clock period, and secondly, the pulse can be synchronized in phase with the input signal, with the described Centering the pulse center even when changing the pulse duration is almost no change in the phase.
  • xd (k) can be a summary (a vector) of several individual digital signals, for example comprising the digital signals of amplitude xda (k) and phase xdp (k), or comprising the digital signals of amplitude xda (k) and current frequency xdf (k).
  • x (t) which contains a signal in the range of the carrier frequency
  • the indication of amplitude and phase or amplitude and instantaneous frequency despite a relatively slow clock for k, namely based on the frequency range of the baseband, a any high-frequency signal x (t) in the frequency range of the carrier will be described.
  • Such a digital interface thus provides a very suitable description of x (t).
  • the system according to the invention can be advantageously adapted.
  • the clock is generated from the phase signal xdp (k) by a frequency synthesizer (1411) while the analog signal xa (t) for the SDPLM is generated by a D / A converter (1412) becomes.
  • a digital frequency signal xdf (k) can also be applied at the input of the frequency synthesizer (1411), which indicates the frequency currently to be synthesized (ie the integral of the phase). Whether phase or frequency is chosen depends on the definition of the digital interface, which in turn can be chosen so that the frequency synthesis requires a simple frequency synthesizer (1411).
  • the SDPLM loop should also be clocked in the order of magnitude of the carrier frequency for a digital interface operating in the time units of the baseband (or at least in fractions thereof, if the principle of FIG. 11 applies to the system in FIG. 14 is applied), so that the feedback of the nonlinearities takes place in small time periods and the errors are corrected promptly, so that on average a linear function results.
  • An advantageous solution for the required frequency synthesis is to tap off the taps of a constant clock (the carrier frequency) clocked DLL with a multiplexer so that each clock is incremented by a number of Z taps and thus delay units, such as the phase of the signal xs (t) to be synthesized has changed with respect to the signal xc (t) with the constant carrier frequency in this clock.
  • the carrier frequency is 1 GHz and the frequency to be synthesized is 1.01 GHz
  • the phase difference in each 1 GHz cycle is 1/100 period, ie 10 ps.
  • Such a frequency synthesis with DLL has the advantage that the same taps of the DLL can also be tapped to drive the inputs of the multiplexer or multiplexer, such as in Fig. 10 or 12. Since they are phase-locked to xc (t) and are thus no longer phase-locked to x (t), but in the frequency synthesizer (1411) incremented by Z (t) levels in each step must be added exactly that number to the value at the input of the multiplexer of the DPWM (501), as shown in Fig. 15 is outlined.
  • the structure in Fig. 14 includes a plurality of A / D and D / A conversions. These can be summarized very advantageously to a structure as shown in Fig. 16.
  • the feedback loop now only contains digital elements.
  • the summation function (1403) is now also executed digitally. Instead of the signal y1 (t) at the output of the DPWM, the signal ye (t) is now fed back, which is also a digital signal.
  • the essential nonlinearity of the system namely that of the encoder (302), is thus detected and corrected by the feedback.
  • the nonlinearities of the PA (107) and the reconstruction filter (108) are to be linearized in the feedback, they can advantageously be converted into a monolithic circuit (analogous to FIG. 2d) by a simulation of the PA (207) and the reconstruction filter (208). 1701) are integrated with the SDPLM and clock generation (1411) as shown in FIG. Again, a D / A converter (106) is required in the feedback loop since the replicas, as well as PA (107) and reconstruction filters (108), themselves produce analog signals.
  • this structure can advantageously be converted so that the SDPLM contains only digital elements and thus allows high accuracy and resolution at low cost and high clock rate.
  • FIG. 16 the integer signal ye (t) is used, and unlike in FIG. 17, the replicas of the PA (1707) and the reconstruction filter (1708) are digital elements.
  • the replicas of the PA (1707) and the reconstruction filter (1708) can also be combined into a single digital element that generates a sequence of digital output values yd * (t) for a sequence of input values ye (t) that reflect the real behavior of the PA (107) and the reconstruction filter (108) with sufficient accuracy and scaled for the SDPLM.
  • one already suffices here simple LUT which indicates the integral of the value resulting at yd over a clock period in suitably scaled form as output value yd * for each possible value ye and thus pulse duration value y1 which is present at the input of the PA.
  • the individual clock periods are relatively independent of each other, so that even such a LUT as a common replica of the PA (107) and the reconstruction filter (108) can provide very good results.
  • Further effects of the temporal dependence of yd (t) on previous history in previous clock periods resulting, for example, from the heating of the PA can also be digitally modeled, eg by means of FIR filters, and thus included together with LUT in the common replica.
  • a structure according to the invention offers a monolithic circuit (1701) which is improved but still cost-effective to implement, with a digital interface at the input providing a high-quality largely error-free analog signal yd (t) at the output of the system.

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Abstract

Sigma delta pulse length modulator, comprising a signal input with a difference stage, the first input of which receives an analog input signal, said stage being configured to produce and output a difference signal corresponding to the difference of the signals at the inputs thereof, a forward loop filter for converting the difference signal to an analog filter output signal having a signal value, an analog-digital converter downstream of the forward loop filter, said converter being configured for the conversion of the analog filter output signal to a digital converter output signal containing two or more parallel bit component signals representing an overall digital value corresponding to the signal value assumed by the filter output signal, a digital pulse length modulator to which the converter output signal is sent at the input side thereof, the modulator being designed for converting the incoming converter output signal to a digital modulator output signal comprising an individual bit component signal and having a signal duration that represents the digital value corresponding to the signal value assumed by the analog filter output signal, and a reverse coupling loop that feeds an analog reverse coupling signal, which depends on the modulator output signal, to a second input of the difference stage.

Description

Multibit-Modulator mit digital stellbarer Pulsdauer Multibit modulator with digitally adjustable pulse duration
Die Erfindung betrifft einen Multibit-Modulator mit digital stellbarer Pulsdauer, insbesondere zur Anwendung in einem geschalteten Verstärker.The invention relates to a multi-bit modulator with digitally adjustable pulse duration, in particular for use in a switched amplifier.
Geschaltete Leistungsverstärker, die mit Sigma-Delta-Modulatoren (SDM) angesteuert werden, werden als hocheffiziente Verstärker eingesetzt, beispielsweise bei Audioverstärkern oder bei Sendestationen für die Telekommunikation oder als Modulator einer Sendestufe.Switched power amplifiers driven by sigma-delta modulators (SDMs) are used as high-efficiency amplifiers, for example, in audio amplifiers or telecommunications transmitters or modulators of a broadcast stage.
Hierbei arbeitet wie in Fig. 1 gezeigt der SDM (103-106) als Umsetzer eines analogen Signals x(t) in eine binäres Signal y1(t), das zur Ansteuerung eines geschalteten Verstärkers (PA, 107) dient, dessen Ausgangssignal y2(t) nach einer Filterung (108) als y(t) eine verstärkte möglichst lineare Abbildung von x(t) bilden soll. Da der PA als Schaltverstärker normalerweise nur einen Eingang mit 1 Bit Datenbreite hat, wird das Digitalsignal des A/D-Wandlers (105) des Modulators (103-106) üblicherweise ein 1-Bit-Signal aus einem Komparator sein, das über einen D/A-Wandler (106) in einen Analogwert umgeformt und als Korrekturwert in die Regelschleife eingespeist wird. Damit können Übertragungsfehler im Vorwärtspfad (104, 105) kompensiert werden, z. B. Quantisierungsfehler des ADC, so dass hier auch ein ADC mit geringer Auflösung eingesetzt werden kann. Weitergehende Kompensation erreicht man, indem die Rückführung aus dem Analogsignal nach dem Leistungsverstärker oder dem nachfolgenden Rekonstruktionsfilter oder aus einer Nachbildung von PA und Filter erfolgt. Damit können Übertragungsfehler in einem größeren Teil des Signalpfads kompensiert werden. Diese Rückkopplung kann zu sehr hoher Linearität des gesamten Systems führen, da Nichtlinearitäten im Vorwärtszweig bis zum Abgriff der Rückkopplung durch die Fehlerkorrektur in der Rückführung ausgeglichen werden können. Hierzu muss die Bandbreite der Regelschleife groß genug zur Nachregelung der Fehler des Signals sein. Wird ein solches System für ein hochfrequentes Signal x(t) verwendet, so muss die Taktfrequenz des Systems, die die Abtastrate des ADC und die Zeitbasis für das (hier wie üblich in Z-Transformation beschriebene) SDM- Filter H(z) (104) bestimmt, wesentlich höher sein als die höchste in x(t) vorkommende Signalfrequenz f_x_max. Damit f_x_max überhaupt in y1 (t) enthalten ist, muss die Taktrate f_clk des Taktsignals CIk mindestens 2* f_x_max sein (Nyquist-Kriterium). Erwünscht ist aber eine wesentlich höhere Abtastrate, damit x(t) zeitlich besser aufgelöst wird und der Fehler in y1 (t) und damit in y(t) geringer ist. Eine sehr hohe Taktfrequenz f_clk bringt jedoch mehrere Probleme mit sich:Here, as shown in Fig. 1, the SDM (103-106) operates as a converter of an analog signal x (t) into a binary signal y1 (t), which serves to drive a switched amplifier (PA, 107) whose output signal y2 ( t) after filtering (108) as y (t) should form an amplified as linear as possible mapping of x (t). Since the PA as a switching amplifier normally has only one input with 1-bit data width, the digital signal of the A / D converter (105) of the modulator (103-106) will usually be a 1-bit signal from a comparator connected via a D / A converter (106) is converted into an analog value and fed as a correction value in the control loop. This transmission errors in the forward path (104, 105) can be compensated, z. B. quantization error of the ADC, so that here also an ADC with low resolution can be used. further Compensation is achieved by the feedback from the analog signal to the power amplifier or the subsequent reconstruction filter or from a replica of PA and filter. This can compensate for transmission errors in a larger part of the signal path. This feedback can lead to very high linearity of the entire system, since non-linearities in the forward branch can be compensated for until the feedback is taken up by the error correction in the feedback. For this, the bandwidth of the control loop must be large enough to readjust the errors of the signal. If such a system is used for a high-frequency signal x (t), then the clock frequency of the system, the sampling rate of the ADC and the time base for the here (as usual in Z-transform) SDM filter H (z) (104 ), be much higher than the highest signal frequency f_x_max occurring in x (t). So that f_x_max is contained in y1 (t) at all, the clock rate f_clk of the clock signal CIk must be at least 2 * f_x_max (Nyquist criterion). However, a much higher sampling rate is desired, so that x (t) is resolved better in time and the error in y1 (t) and thus in y (t) is lower. However, a very high clock frequency f_clk has several problems:
Der SDM muss sehr hochfrequent arbeitende Komponenten enthalten, was seine Herstellung schwierig macht und zu hohem Stromverbrauch des SDM selbst führt, was den Wirkungsgrad des Systems verringert, besonders wenn die Sendeleistung des PA nur im Bereich unterhalb von 1 -10 Watt liegt, wie bei mobilen Geräten üblich.The SDM must contain very high-frequency components, which makes its manufacture difficult and leads to high power consumption of the SDM itself, which reduces the efficiency of the system, especially when the transmission power of the PA is only in the range below 1 -10 watts, as in mobile Equipment usual.
Der PA muss Impulse der Breite 1/f_clk an y1(t) noch zu annähernd rechteckförmi- gem Ausgangssignal verarbeiten, das heißt, seine Bandbreite sollte wesentlich höher als f_clk sein (wünschenswert für gute Rechteckform und damit gute Effizienz wäre mindestens die 7. Oberwelle der Grundwelle f_clk noch zu verstärken, also >= 7*f_clk als Band- breite). Das ist eine Forderung, die oft über die Möglichkeiten der Halbleitertechnologie hinausgeht, beispielsweise wäre für f_x_max=2GHz ein Wert von f_clk=16*f_x_max technologisch derzeit gerade noch machbar, aber bereits eine Bandbreite von 1*f_clk = 32GHz wäre sehr schwer für einen PA zu realisieren, geschweige denn eine Bandbreite von 7*f_clk für eine gute Effizienz.The PA has to process pulses of width 1 / f_clk at y1 (t) to an approximately rectangular output signal, ie its bandwidth should be much higher than f_clk (desirable for good rectangular shape and thus good efficiency would be at least the 7th harmonic of the Fundamental wave f_clk still to be amplified, ie> = 7 * f_clk as band width). This is a requirement that often goes beyond the possibilities of semiconductor technology, for example, for f_x_max = 2GHz a value of f_clk = 16 * f_x_max would be technologically feasible, but already a bandwidth of 1 * f_clk = 32GHz would be very difficult for a PA realize, let alone a bandwidth of 7 * f_clk for a good efficiency.
Daher erscheint es nach dem Stand der Technik problematisch, einen SDM für hohe Signalfrequenzen zu verwenden, trotz seiner attraktiven Eigenschaften wie sehr hoher Linearität und einer Effizienz von theoretisch bis zu 100%. Abhilfe böte der Einsatz eines Multibit-SDM, bei dem das Signal y1(t) mehr als nur 1 Bit Breite aufwiese. Hier kann in einem Takt der Fehler genauer als mit 1 Bit Auflösung quantisiert und korrigiert werden, so dass eine geringere Überabtastung nötig ist. Auch das ist aber problematisch:Therefore, it appears problematic in the prior art to use an SDM for high signal frequencies, despite its attractive characteristics such as very high linearity and an efficiency of theoretically up to 100%. A remedy would be the use of a multi-bit SDM, in which the signal y1 (t) more than just 1 bit wide. Here, the error can be quantized and corrected more accurately than with 1-bit resolution in one cycle, so that less oversampling is necessary. But that is also problematic:
- Zwar braucht der ADC (105) nicht sehr linear zu sein, weil der SDM dessen Fehler korrigieren kann, jedoch muss dazu der DAC (106) höher linear sein als die gewünschte Linearität des Gesamtsystems. Das erfordert einen sehr schnellen und linearen DAC, was technologisch aufwendig ist und viel Verlustleistung erfordert, wenn die Datenbreite mehr als 1 Bit sein soll.Although the ADC (105) does not need to be very linear because the SDM can correct its errors, the DAC (106) must be higher linear than the desired linearity of the overall system. This requires a very fast and linear DAC, which is technologically demanding and requires a lot of power dissipation if the data width is to be more than 1 bit.
- Das schwerwiegendste Problem dieses Ansatzes ist, dass dann ein geschalteter PA mit einem Eingang von mehr als 1 Bit Breite nötig ist. Zwar könnte man einen solchen PA bauen, jedoch ist dieser dann selbst ein schneller DAC, allerdings ein DAC mit hoher Ausgangsleistung und dadurch viel schwieriger mit hinreichender Linearität zu realisieren als der DAC (106) im SDM, weil er hohe Leistungen mit hoher Effizienz schalten soll, während beim DAC (106) im SDM der Wirkungsgrad weniger wichtig ist. Auch würden damit im PA mehrere Leistungstransistoren als Schalter sowie ein Zusammenführungs- glied (power combiner) benötigt, die die Kosten des PA erhöhen und dessen Wirkungsgrad herabsetzen.The most serious problem with this approach is that it requires a switched PA with an input of more than 1 bit wide. Although one could build such a PA, it is itself a fast DAC, but a high output DAC, and thus much more difficult to achieve with sufficient linearity than the DAC (106) in the SDM because it is designed to switch high power with high efficiency while the DAC (106) in the SDM, the efficiency is less important. This would also require several power transistors as switches and a power combiner in the PA, which increase the cost of the PA and reduce its efficiency.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Sigma-Delta- Pulslängenmodulator und Verstärkerschaltung mit solch einem Sigma-Delta-Puls- längenmodulator zur Verfügung zu stellen.The object of the present invention is to provide an improved sigma-delta pulse length modulator and amplifier circuit with such a sigma-delta pulse length modulator.
Die vorliegende Erfindung überwindet die beschriebenen Nachteile, indem sie einen Multibit-Modulator mit M Bit Breite verwendet, bei dem der digitale Wertebereich von maximal 2M Stufen statt in Amplitudenstufen in Zeitstufen umgesetzt wird, die die Dauer eines Ausgangsimpulses bestimmen. Da das Verhalten des erfindungsgemäßen Multibit- Modulators sowohl Eigenschaften eines SDM als auch eines Pulslängenmodulators (PLM) aufweist, wird hierfür im folgenden die Bezeichnung Sigma-Delta- Pulslängenmodulator (SDPLM) verwendet. Anstelle des Begriffs Pulslängenmodulator wird in dieser Anmeldung auch der Begriff Pulsweitenmodulator mit identischer Bedeutung verwendet. - A -The present invention overcomes the disadvantages described by employing an Mbit width multibit modulator in which the digital value range of a maximum of 2 M stages, rather than in amplitude stages, is converted into time stages that determine the duration of an output pulse. Since the behavior of the multibit modulator according to the invention has both properties of an SDM and of a pulse length modulator (PLM), the term sigma-delta-pulse length modulator (SDPLM) is used hereafter. Instead of the term pulse length modulator, the term pulse width modulator with identical meaning is used in this application. - A -
Die Aufgabe wird also durch einen Sigma-Delta-Pulslängenmodulator nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 40 sowie eine Verstärkerschaltung nach Anspruch 47 gelöst. Die übrigen Ansprüche enthalten weitere Ausgestaltungen der Erfindung.The object is thus achieved by a sigma-delta pulse length modulator according to claim 1 or according to claim 40 and an amplifier circuit according to claim 47. The remaining claims contain further embodiments of the invention.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst der erfindungsgemäße Sigma-Delta- Pulslängenmodulator einen Signaleingang mit einer Differenzstufe, deren erstem Eingang ein analoges Eingangsignal zugeführt ist und der ausgebildet ist, ein der Differenz der an ihren Eingängen anliegenden Signale entsprechendes Differenzsignal zu erzeugen und auszugeben, einen Vorwärtsschleifenfilter zum Umsetzen des Differenzsignals in ein analoges Filterausgangssignal, das einen Signalwert hat, einen dem Vorwärts- schleifenfilter nachgeschalteten Analog-Digital-Wandler, der ausgebildet ist, das analoge Filterausgangssignal in ein digitales Wandler-Ausgangssignal umzusetzen, das zwei oder mehr parallele Bitkomponentensignale enthält, die in ihrer Gesamtheit einen digitalen Wert repräsentieren, der dem vom analogen Filterausgangssignal angenommenen Signalwert entspricht.According to a first aspect of the invention, the sigma-delta pulse length modulator according to the invention comprises a signal input with a differential stage whose first input is supplied with an analog input signal and which is designed to generate and output a differential signal corresponding to the difference of the signals present at its inputs A forward loop filter for converting the difference signal into an analog filter output signal having a signal value, an analog-to-digital converter connected downstream of the forward loop filter configured to convert the analog filter output signal to a digital converter output signal containing two or more parallel bit component signals. which in their entirety represent a digital value corresponding to the signal value assumed by the analog filter output.
Weiterhin umfasst der erfindungsgemäße Sigma-Delta-Pulslängenmodulator einen digitalen Pulslängenmodulator, dem eingangsseitig das Wandlerausgangssignal zugeführt ist und der ausgebildet ist, das anliegende Wandlerausgangssignal in ein digitales Modulatorausgangssignal umzusetzen, das aus einem einzelnen Bitkomponentensignal besteht und das eine Signaldauer aufweist, die den digitalen Wert repräsentiert, der dem vom analogen Filterausgangssignal angenommenen Signalwert entspricht, und eine Rückkopplungsschleife, die ein vom Modulatorausgangssignal abhängiges analoges Rückkopplungssignal einem zweiten Eingang der Differenzstufe zurückführt.Furthermore, the sigma-delta pulse length modulator according to the invention comprises a digital pulse length modulator to which the transducer output signal is supplied on the input side and which is designed to convert the applied transducer output signal into a digital modulator output signal, which consists of a single bit component signal and has a signal duration representing the digital value , which corresponds to the signal value assumed by the analog filter output signal, and a feedback loop which returns an analogue feedback signal dependent on the modulator output signal to a second input of the differential stage.
Die Umsetzung in Zeitstufen erfolgt in bevorzugten Ausführungsbeispielen nichtlinear, um den Eigenschaften des PA besser gerecht zu werden.The implementation in time stages is carried out in preferred embodiments nonlinear to better meet the properties of PA.
Bevorzugt ist bei dem Sigma-Delta-Pulslängenmodulator die Rückkopplungsschleife das Modulatorausgangssignal über einen Digital-Analog-Wandler dem zweiten Eingang der Differenzstufe zurückführt. Dabei ist der Analog-Digital-Wandler ausgebildet, die Umsetzung des Filterausgangssignals mit einer von einem anliegenden ersten Taktsignal vorgebbaren ersten Taktfrequenz durchzuführen.Preferably, in the sigma-delta pulse length modulator, the feedback loop returns the modulator output signal to the second input of the differential stage via a digital-to-analog converter. In this case, the analog-to-digital converter is designed to carry out the conversion of the filter output signal with a predeterminable by an applied first clock signal first clock frequency.
Weiter bevorzugt ist dem Sigma-Delta-Pulslängenmodulator über einen ersten Takteingang ein erstes Taktsignal mit einer ersten Taktfrequenz und über einen zweiten Takteingang ein zweites Taktsignal mit einer zweiten, gegenüber der ersten Taktfrequenz erhöhten Taktfrequenz zugeführt, wobei der Pulslängenmodulator einen mit dem ersten und dem zweiten Takteingang verbundenen Zähler enthält, und der Pulslängenmodulator ausgebildet ist, bei jedem Taktereignis am ersten Takteingang den Zählerstand des Zählers von einem vorgegebenen Ausgangswert auf den digitalen Wert zu setzen, der dem vom analogen Filterausgangssignal angenommenen Signalwert entspricht, den digitalen Wert für eine dem digitalen Wert entsprechende Anzahl Taktperioden der zweiten Taktfrequenz zu halten und anschließend auf einen Ausgangswert zurückzusetzen.More preferably, the sigma-delta pulse length modulator via a first clock input, a first clock signal at a first clock frequency and a second clock input, a second clock signal supplied to a second, compared to the first clock frequency increased clock frequency, wherein the pulse length modulator with the first and The pulse length modulator is configured to set at each clock event at the first clock input the count of the counter from a predetermined output value to the digital value corresponding to the signal value assumed by the analog filter output signal, the digital value for the digital one Value corresponding number of clock periods to keep the second clock frequency and then reset to an initial value.
In einer weiteren Ausgestaltung ist Sigma-Delta-Pulslängenmodulator ausgebildet, das Modulatorausgangssignal mit einer Signaldauer zu erzeugen und auszugeben, die in einem nichtlinearen Verhältnis zum digitalen Wert des Filterausgangssignals steht.In another embodiment, sigma-delta pulse length modulator is configured to generate and output the modulator output signal with a signal duration that is in a non-linear relationship to the digital value of the filter output signal.
Weiterhin ist in dem Sigma-Delta-Pulslängenmodulator dem Analog-Digital-Wandler ein Kodierer nachgeschaltet, der ausgebildet ist, das Wandlerausgangssignal in ein durch eine nicht-lineare Abbildungsvorschrift beschreibbares kodiertes Wandlerausgangssignal umzusetzen. Dabei ist der Kodierer integrierter Bestandteil des Sigma-Delta-Pulslängen- modulators.Furthermore, in the sigma-delta pulse length modulator, the analog-to-digital converter is followed by an encoder which is designed to convert the converter output signal into a coded converter output signal which can be written by a non-linear mapping rule. The coder is an integral part of the sigma-delta pulse length modulator.
Der Sigma-Delta-Pulslängenmodulator ist bevorzugt weiterhin ausgebildet, anhand des kodierten Wandlerausgangssignals ein Modulatorausgangssignal zu erzeugen und auszugeben mit einer jeweiligen Signaldauer, die in einem nichtlinearen Verhältnis zum digitalen Wert des Filterausgangssignals steht und die oberhalb einer vorbestimmten, vom geschalteten Verstärker abhängigen Mindestsignaldauer liegt, und mit einem zeitli- chen Signalabstand zwischen aufeinanderfolgenden entgegengesetzten Signalflanken zweier zeitlich direkt benachbarter Modulatorausgangssignale, der oberhalb eines vorbestimmten, vom geschalteten Verstärker abhängigen zeitlichen Mindestsignalabstandes liegt.The sigma-delta pulse length modulator is preferably further configured to generate and output, based on the coded converter output signal, a modulator output signal having a respective signal duration that is in a nonlinear relationship to the digital value of the filter output signal and which is above a predetermined minimum amplifier duration dependent on the switched amplifier, and with a time signal interval between successive opposite signal edges of two temporally directly adjacent modulator output signals, which is above a predetermined, dependent on the switched amplifier temporal minimum signal spacing.
Der Kodierer des Sigma-Delta-Pulslängenmodulators enthält bevorzugt eine Look-up- Tabelle (LUT), die den möglichen Werten des Wandlerausgangssignals je ein kodiertes Wandlerausgangsignal zuordnet. Dabei umfasst die Bitbreite des kodierten Wandlerausgangssignals eine größere Bitbreite als die Bitbreite des Wandlerausgangssignals. Der Kodierer ist weiter bevorzugt ausgebildet, die Abbildungsvorschrift zur Erzeugung des kodierten Wandlerausgangssignals im Betrieb zu ändern.The coder of the sigma-delta pulse length modulator preferably includes a look-up table (LUT) which associates the possible values of the transducer output signal with each coded transducer output signal. In this case, the bit width of the coded converter output signal comprises a larger bit width than the bit width of the converter output signal. The encoder is further preferably designed to change the mapping rule for generating the coded transducer output signal during operation.
Der Sigma-Delta-Pulslängenmodulator umfasst weiterhin bevorzugt ein digital stellbares Verzögerungselement, welches aus einem anliegenden ersten Signal ein zweites Signal mit einer stellbaren Verzögerung gegenüber dem ersten Signal erzeugt, und eine digitalen Schaltung, die das erste und das zweite Signal so verknüpft, dass an ihrem Ausgang ein drittes Signal anliegt, dessen Pulsdauer von der Verzögerung zwischen dem ersten und zweiten Signal abhängt. Dabei enthält die digitale Schaltung ein RS-Flipflop, das durch das erste Signal gesetzt und durch das zweite Signal rückgesetzt wird, und an dessen Ausgang das dritte Signal abgreifbar ist.The sigma-delta pulse length modulator further preferably comprises a digitally adjustable delay element which generates a second signal with an adjustable delay with respect to the first signal from an applied first signal, and a digital circuit which links the first and the second signal to that their exit a third signal is applied whose pulse duration depends on the delay between the first and second signals. In this case, the digital circuit includes an RS flip-flop, which is set by the first signal and reset by the second signal, and at the output of the third signal can be tapped.
Das digital stellbare Verzögern ngselement des Sigma-Delta-Pulslängenmodulators enthält eine Anzahl parallelgeschalteter Verzögerungselemente mit unterschiedlichen festen Verzögerungen, denen das erste Signal zugeführt ist, und einen den Verzögerungselementen nachgeschalteten Multiplexer, der ausgebildet ist, an seinem Ausgang in Abhängigkeit vom Wert des kodierten Wandlerausgangssignals jeweils eines der verzö- gerten ersten Signale als das zweite Signal auszugeben.The digitally adjustable delay element of the sigma-delta pulse length modulator comprises a number of parallel delay elements having different fixed delays to which the first signal is applied and a multiplexer connected downstream of the delay elements and formed at its output depending on the value of the coded converter output signal output one of the delayed first signals as the second signal.
Weiterhin umfasst das digital stellbare Verzögerungselement des Sigma-Delta- Pulslängenmodulators vorzugsweise eine Delay-Locked-Loop (DLL), die ausgebildet ist, dem ihr eingangsseitig zugeführten ersten Signal parallel die Anzahl unterschiedlicher fester Verzögerungen aufzuprägen und die unterschiedlich verzögerten ersten Signale an einer entsprechenden Anzahl paralleler Signalausgänge bereitzustellen, und einen den Verzögerungselementen nachgeschalteten Multiplexer, der ausgebildet ist, an seinem Ausgang in Abhängigkeit vom Wert des kodierten Wandlerausgangssignals jeweils eines der verzögerten ersten Signale als das zweite Signal auszugeben.Furthermore, the digitally adjustable delay element of the sigma-delta pulse length modulator preferably comprises a delay-locked loop (DLL) which is designed to impart the number of different fixed delays in parallel to the first signal supplied to it on the input side and the differently delayed first signals to a corresponding number provide parallel signal outputs, and a delay element downstream of the multiplexer, which is designed to output at its output depending on the value of the coded transducer output signal each one of the delayed first signals as the second signal.
Der Kodierer des Sigma-Delta-Pulslängenmodulators ist weiter bevorzugt ausgebildet, sowohl den Zeitpunkt der steigenden Flanke als auch der fallenden Flanke des Modulatorausgangssignals in Abhängigkeit vom Eingangssignal des Kodierers zu verändern. Dabei ist der Kodierer vorzugsweise ausgebildet, die Pulsdauer des Modulatorausgangssignals in Abhängigkeit vom Eingangssignal des Kodierers zu verändern und gleichzeitig die Phase des Modulatorausgangssignals in Bezug auf den für die Rückkopplungsschlei- fe des Sigma-Delta-Pulslängenmodulators wirksamen Takt, z. B. auf den Takt des Ana- log-Digital-Wandlers, bis auf einen verbleibenden Restfehler der Phase konstant zu halten.The encoder of the sigma-delta pulse length modulator is further preferably designed to change both the time of the rising edge and the falling edge of the modulator output signal in dependence on the input signal of the encoder. In this case, the coder is preferably designed to change the pulse duration of the modulator output signal in dependence on the input signal of the coder and at the same time modulate the phase of the modulator output signal with respect to the clock effective for the feedback loop of the sigma-delta pulse length modulator, e.g. B. to the clock of the analog-to-digital converter, to keep constant to a remaining residual error of the phase.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist dem ersten Eingang der Differenzstufe des Sigma-Delta-Pulslängenmodulators ein Eingangs-Digital-Analog-Wandler vorgeschaltet, der ausgebildet ist, ein an seinem Eingang anliegendes digitales Eingangssignal in das analoge Eingangssignal umzusetzen.In an alternative embodiment of the invention, the first input of the differential stage of the sigma-delta pulse length modulator is preceded by an input digital-to-analog converter which is designed to convert a digital input signal present at its input into the analog input signal.
Dabei ist dem von einem das digitale Eingangssignal bestimmenden digitalen Eingangssignalvektor mit einem digitalen Eingangs-Amplitudensignal und entweder einem digitalen Eingangs-Phasensignal oder einem digitalen Eingangs-Frequenzsignal das digitale Eingangs-Amplitudensignal der Differenzstufe und das andere der beiden digitalen Signale des Eingangssignalvektors einem Taktgenerator zugeführt, der ausgebildet ist, aus diesem anderen der beiden digitalen Signale des Eingangssignalvektors ein Taktsignal abzuleiten, das dem Sigma-Delta-Pulslängenmodulator zugeführt ist.In this case, the digital input signal vector determining the digital input signal is provided with a digital input amplitude signal and either a digital input signal vector Input phase signal or a digital input frequency signal, the digital input amplitude signal of the differential stage and the other of the two digital signals of the input signal vector supplied to a clock generator which is adapted to derive from this other of the two digital signals of the input signal vector, a clock signal which the sigma Delta pulse length modulator is supplied.
In einer anderen Ausgestaltung der alternativen Ausführungsform der Erfindung ist dem von einem das digitale Eingangssignal bestimmenden digitalen Eingangssignalvektor mit einem digitalen Eingangs-Amplitudensignal und einem digitalen Eingangs-Frequenzsignal das digitale Eingangs-Amplitudensignal der Differenzstufe und das digitale Eingangs- Frequenzsignal einem Taktgenerator zugeführt, der ausgebildet ist, aus dem Eingangs- Frequenzsignal ein Taktsignal abzuleiten, das dem Analog-Digital-Wandler und dem Sigma-Delta-Pulslängenmodulator zugeführt ist.In another embodiment of the alternative embodiment of the invention, the digital input amplitude signal from the differential stage and the digital input frequency signal from a digital input signal vector determining the digital input signal having a digital input amplitude signal and a digital input frequency signal are applied to a clock generator which forms is to derive from the input frequency signal a clock signal which is supplied to the analog-to-digital converter and the sigma-delta pulse length modulator.
Die Frequenz des für die Rückkopplungsschleife des Sigma-Delta-Pulslängenmodulators wirksamen Taktsignals, z. B. des Takts des Analog-Digital-Wandlers, ist gemäß der alternativen Ausführungsform der Erfindung dabei zeitlich veränderlich und wird aus den momentanen Eigenschaften des Eingangssignals des Sigma-Delta- Pulslängenmodulators, z. B. aus dem zeitlichen Abstand zweier benachbarter gleichsinniger Nulldurchgänge, durch einen zeitlich veränderlichen Taktgenerator gebildet. Dabei wird die Frequenz des Taktsignals vorzugsweise durch einen Frequenzvervielfacher gebildet.The frequency of the clock signal effective for the feedback loop of the sigma-delta pulse length modulator, e.g. B. the clock of the analog-to-digital converter, according to the alternative embodiment of the invention is temporally variable and is from the instantaneous characteristics of the input signal of the sigma-delta pulse length modulator, z. B. from the time interval between two adjacent same-direction zero crossings, formed by a time-varying clock generator. In this case, the frequency of the clock signal is preferably formed by a frequency multiplier.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung umfasst der Sigma- Delta-Pulslängenmodulator einen Signaleingang mit einer digitalen Differenzstufe, deren erstem Eingang ein digitales Eingangsignal zugeführt ist und die ausgebildet ist, ein der Differenz der an ihren Eingängen anliegenden digitalen Signale entsprechendes digitales Differenzsignal zu erzeugen und auszugeben, ein digitales Vorwärtsschleifenfilter zum Umsetzen des Eingangssignals in ein digitales Filterausgangssignal, das zwei oder mehr parallele Bitkomponentensignale enthält, die in ihrer Gesamtheit einen digitalen Wert repräsentieren, der dem vom digitalen Filterausgangssignal angenommenen Signalwert entspricht und einen digitalen Pulslängenmodulator, dem eingangsseitig das digitale Filterausgangssignal zugeführt ist und der ausgebildet ist, das anliegende Filterausgangssignal in ein digitales Modulatorausgangssignal umzusetzen, das aus einem einzelnen Bitkomponentensignal besteht und das eine Signaldauer aufweist, die von dem Signalwert des digitalen Filterausgangssignals abhängig ist. Weiterhin umfasst der Sigma-Delta-Pulslängenmodulator eine Rückkopplungsschleife, die ein vom digitalen Filterausgangssignal abhängiges digitales Rückkopplungssignal einem zweiten Eingang der Differenzstufe zurückführt, bei dem von einem das digitale Eingangssignal bestimmenden digitalen Eingangssignalvektor mit einem digitalen Ein- gangs-Amplitudensignal und entweder einem digitalen Eingangs-Phasensignal oder einem digitalen Eingangs-Frequenzsignal das digitale Eingangs-Amplitudensignal der Differenzstufe und das andere der beiden digitalen Signale des Eingangssignalvektors einem Taktgenerator zugeführt ist, der ausgebildet ist, aus diesem anderen der beiden digitalen Signale des Eingangssignalvektors ein Taktsignal abzuleiten, das dem Pulslän- genmodulator zugeführt ist.According to a further alternative embodiment of the invention, the sigma-delta pulse length modulator comprises a signal input with a digital differential stage whose first input is supplied with a digital input signal and which is designed to generate a digital difference signal corresponding to the difference of the digital signals present at their inputs a forward feedforward digital filter for converting the input signal to a digital filter output signal containing two or more parallel bit component signals representing in their entirety a digital value corresponding to the signal value accepted by the digital filter output signal and a digital pulse length modulator input to the digital filter output signal and is configured to convert the applied filter output signal into a digital modulator output signal, which consists of a single bit component signal and the one Signal duration, which is dependent on the signal value of the digital filter output signal. Furthermore, the sigma-delta pulse length modulator comprises a feedback loop which returns a digital feedback signal dependent on the digital filter output signal to a second input of the differential stage, comprising a digital input signal vector determining the digital input signal with a digital input amplitude signal and either a digital input signal. Phase signal or a digital input frequency signal, the digital input amplitude signal of the differential stage and the other of the two digital signals of the input signal vector is supplied to a clock generator which is adapted to derive from this other of the two digital signals of the input signal vector, a clock signal, the pulse length modulator is supplied.
Dabei ist das digitale Vorwärtsschleifenfilter des Sigma-Delta-Pulslängenmodulators ein D-Flipflop, dessen D-Eingang das digitale Differenzsignal zugeführt ist, und dessen Enable-Eingang das Taktsignal des Taktgenerators zugeführt ist.In this case, the digital forward loop filter of the sigma-delta pulse length modulator is a D flip-flop whose D input is supplied with the digital difference signal and whose enable input is supplied with the clock signal of the clock generator.
Der Sigma-Delta-Pulslängenmodulator ist vorzugsweise ausgebildet, das Modulatoraus- gangssignal mit einer Signaldauer zu erzeugen und auszugeben, die in einem nichtlinearen Verhältnis zum digitalen Wert des Filterausgangssignals steht.The sigma-delta pulse length modulator is preferably configured to generate and output the modulator output signal with a signal duration that is in a non-linear relationship to the digital value of the filter output signal.
Dem Vorwärtsschleifenfilter des Sigma-Delta-Pulslängenmodulators ist vorzugsweise ein Kodierer nachgeschaltet, der ausgebildet ist, das Filterausgangssignal in ein durch eine nicht-lineare Abbildungsvorschrift beschreibbares Wandlerausgangssignal-Kodiereraus- gangssignal umzusetzen. Dabei ist der Kodierer integrierter Bestandteil des Sigma-Delta- Pulslängenmodulators. Das Kodiererausgangssignal ist dabei vorzugsweise auf den zweiten Eingang der digitalen Differenzstufe zurückgeführt.The forward loop filter of the sigma-delta pulse length modulator is preferably followed by an encoder which is configured to convert the filter output signal into a converter output signal encoder output signal which can be written by a nonlinear mapping rule. The encoder is an integral part of the sigma-delta pulse length modulator. The encoder output signal is preferably fed back to the second input of the digital differential stage.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Kodiererausgangssignal auf den Eingang einer digitalen Nachbildung eines dem Sigma-Delta-Pulslängenmodulator nachgeschalteten Schaltverstärkers und/oder Rekonstruktionsfilters geführt und vom Ausgang dieser digitalen Nachbildung auf den zweiten Eingang der digitalen Differenzstufe zurückgeführt.In a further embodiment, the encoder output signal is fed to the input of a digital simulation of a sigma-delta pulse length modulator downstream switching amplifier and / or reconstruction filter and fed back from the output of this digital simulation to the second input of the digital differential stage.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Verstärkerschaltung einen Signaleingang, dem ein Sigma-Delta-Pulslängenmodulator gemäß der vorstehenden Beschreibung nachgeschaltet ist, einen digital geschalteten Verstärker, der mit dem Ausgangssignal des Sigma-Delta-Pulslängenmodulators angesteuert wird und der ausgebildet ist, das Ausgangssignal des Sigma-Delta-Pulslängenmodulators zu verstärken und als Verstärkerausgangssignal auszugeben. Weiterhin umfasst die Verstärkerschaltung ein Rekonstruktionsfilter, dem das Verstärkerausgangssignal zugeführt ist und das ausgebildet ist, das Verstärkerausgangssignal derart zu filtern, das am Ausgang des Rekonstruktionsfilters ein analoges Ausgangssignal anliegt, das gegenüber dem am Signaleingang anliegenden Eingangsignal verstärkt ist.According to a further aspect of the invention, the amplifier circuit comprises a signal input, which is followed by a sigma-delta pulse length modulator as described above, a digitally switched amplifier, which is driven by the output signal of the sigma-delta pulse length modulator and which is designed, the output signal of the sigma-delta pulse length modulator and output as an amplifier output signal. Furthermore, the amplifier circuit comprises a reconstruction filter to which the amplifier output signal is supplied and the is designed to filter the amplifier output signal such that at the output of the reconstruction filter an analog output signal is applied, which is amplified relative to the input signal applied to the signal input.
Dabei führt die Rückkopplungsschleife der Verstärkerschaltung bevorzugt ein vom Ver- stärkerausgangssignal abgeleitetes Rückkopplungssignal über einen Digital-Analog- Wandler dem zweiten Eingang der Differenzstufe zurück.In this case, the feedback loop of the amplifier circuit preferably returns a feedback signal derived from the amplifier output signal via a digital-to-analog converter to the second input of the differential stage.
In einer Ausführungsform der Erfindung führt die Rückkopplungsschleife der Verstärkerschaltung ein vom analogen Ausgangssignal des Rekonstruktionsfilters abgeleitetes Rückkopplungssignal dem zweiten Eingang der Differenzstufe direkt zurück.In one embodiment of the invention, the feedback loop of the amplifier circuit directly feeds back a feedback signal derived from the analog output signal of the reconstruction filter to the second input of the difference stage.
Das Rückkopplungssignal wird dabei vorzugsweise mittels einer kapazitiven oder induktiven Kopplung von einem Anschluss im digital geschalteten Verstärker oder Rekonstruktionsfilter abgeleitet.The feedback signal is preferably derived by means of a capacitive or inductive coupling from a terminal in the digitally connected amplifier or reconstruction filter.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind in der Verstärkerschaltung der geschaltete Verstärker und das Rekonstruktionsfilter nicht monolithisch mit dem Sigma- Delta-Pulslängenmodulator integriert, sondern bilden davon getrennte Schaltungsbausteine. Weiterhin ist die Rückkopplungsschleife mit dem Sigma-Delta-Pulslängenmodulator monolithisch integriert und enthält eine erste Nachbildungsschaltung des geschalteten Verstärkers, die ausgebildet ist, im Betrieb der Verstärkerschaltung das Verhalten des geschalteten Verstärkers herunterskaliert nachzubilden, sowie eine zweite Nachbildungs- Schaltung, die ausgebildet ist, im Betrieb der Verstärkerschaltung das Verhalten des Rekonstruktionsfilters herunterskaliert nachzubilden.In a further embodiment of the invention, in the amplifier circuit the switched amplifier and the reconstruction filter are not monolithically integrated with the sigma-delta pulse length modulator, but instead form separate circuit modules. Furthermore, the feedback loop is monolithically integrated with the sigma-delta pulse length modulator and includes a first replica circuit of the switched amplifier configured to down-scale the behavior of the switched amplifier during operation of the amplifier circuit, and a second replica circuit formed in FIG Operation of the amplifier circuit to replicate the behavior of the reconstruction filter downscaled.
Dabei können die erste und die zweite Nachbildungsschaltungen in einer gemeinsamen Nachbildungsschaltung zusammengefasst sein. Die erste und die zweite Nachbildungsschaltungen bzw. die gemeinsame Nachbildungsschaltung sind vorzugsweise digitale Schaltungen.In this case, the first and the second replica circuits can be combined in a common replica circuit. The first and second replica circuits and the common replica circuit are preferably digital circuits.
Weiter bevorzugt ist in der Verstärkerschaltung der Sigma-Delta-Pulslängenmodulator ausgebildet, das Modulatorausgangssignal mit einer Signaldauerabstufung zwischen benachbarten Signalwerten zu erzeugen, wobei eine Stufe der Signaldauerabstufung kleiner ist als eine minimale Verzögerungszeit einer aktiven Verstärkerstufe.More preferably, in the amplifier circuit, the sigma-delta pulse length modulator is configured to generate the modulator output signal with a signal duration gradation between adjacent signal values, wherein a signal duration step is less than a minimum delay time of an active amplifier stage.
Nachfolgend werden weitere Ausführungsbeispiele anhand der Figuren erläutert. Soweit die Figuren Verstärkerschaltungen mit einem Sigma-Delta-Pulslängenmodulator zeigen, versteht es sich, dass die jeweilige Ausführungsform des Sigma-Delta- Pulslängenmodulators auch in Verbindung mit anderen Schaltungskomponenten zur Realisierung einer anderen Funktion als der eines Verstärkers kombiniert werden kann.Hereinafter, further embodiments will be explained with reference to the figures. As far as the figures show amplifier circuits with a sigma-delta pulse length modulator, it is understood that the particular embodiment of the sigma-delta pulse length modulator can also be combined in conjunction with other circuit components to implement a function other than that of an amplifier.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 Blockschaltbild einer Verstärkerschaltung mit einem Sigma-Delta-ModulatorFig. 1 block diagram of an amplifier circuit with a sigma-delta modulator
(SDM) und einer analogen Eingangsschnittstelle (Stand der Technik),(SDM) and an analog input interface (prior art),
Fig. 2a Blockschaltbild einer Verstärkerschaltung mit einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sigma-Delta-Pulslängenmodulators und einer analogen Eingangsschnittstelle,2 a block diagram of an amplifier circuit having a first exemplary embodiment of a sigma-delta pulse length modulator according to the invention and an analog input interface,
Fig. 2b Blockschaltbild einer Verstärkerschaltung nach Fig. 2a mit einer zweiten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Sigma-Delta-Pulslängenmodulators mit veränderter Rückkopplung,2 b shows a block diagram of an amplifier circuit according to FIG. 2 a with a second embodiment variant of the inventive sigma-delta pulse length modulator with modified feedback, FIG.
Fig. 2c Blockschaltbild einer dritten Ausführungsvariante einer Verstärkerschaltung nach Fig. 2a mit einer dritten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Sigma-Delta- Pulslängenmodulators mit veränderter Rückkopplung,2c block diagram of a third embodiment of an amplifier circuit according to FIG. 2a with a third embodiment variant of the inventive sigma-delta pulse length modulator with modified feedback, FIG.
Fig. 2d Blockschaltbild einer vierten Ausführungsvariante einer Verstärkerschaltung nach Fig. 2a mit einer vierten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Sigma-Delta- Pulslängenmodulators mit veränderter Rückkopplung,2d shows a block diagram of a fourth embodiment of an amplifier circuit according to FIG. 2a with a fourth embodiment variant of the inventive sigma-delta pulse length modulator with modified feedback, FIG.
Fig. 3 Blockschaltbild einer Verstärkerschaltung nach Fig. 2a zusätzlich mit einem Kodierer im Signalpfad des erfindungsgemäßen Sigma-Delta-Pulslängenmodulators,FIG. 3 shows a block diagram of an amplifier circuit according to FIG. 2a additionally with an encoder in the signal path of the sigma-delta pulse length modulator according to the invention, FIG.
Fig. 4a Blockschaltbild eines digital steuerbaren Pulsweitenmodulators (DPWM),4 a block diagram of a digitally controllable pulse width modulator (DPWM),
Fig. 4b Schaltungsbeispiel eines DPWM nach Fig. 4a,4b shows a circuit example of a DPWM according to FIG. 4a, FIG.
Fig. 5a Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform eines DPWM,5 a block diagram of a further embodiment of a DPWM,
Fig. 5b Blockschaltbild einer zweiten Variante eines DPWM gemäß Fig. 5a,5b block diagram of a second variant of a DPWM according to FIG. 5a,
Fig. 5c Blockschaltbild einer dritten Variante eines DPWM gemäß Fig. 5a,5c block diagram of a third variant of a DPWM according to FIG. 5a,
Fig. 6a Beispiel einer Kette von nichtlinearen Verstärkerstufen einer herkömmlichen Delay-Locked Loop (DLL), Fig. 6b eine Kette von nichtlinearen Verstärkerstufen nach Fig. 6a, in der parallel zu jeder Verstärkerstufe mehrere in Reihe geschaltete passive Verzögerungselemente geschaltet sind,6a shows an example of a chain of non-linear amplifier stages of a conventional delay-locked loop (DLL), FIG. 6b shows a chain of non-linear amplifier stages according to FIG. 6a, in which a plurality of series-connected passive delay elements are connected in parallel with each amplifier stage, FIG.
Fig. 6c eine Kette von nichtlinearen Verstärkerstufen nach Fig. 6b, in der die Paral- lelschaltung der zu jeder Verstärkerstufe in Reihe geschalteten passiven Verzögerungselemente aufgetrennt ist,6c shows a chain of non-linear amplifier stages according to FIG. 6b, in which the parallel circuit of the passive delay elements connected in series to each amplifier stage is separated, FIG.
Fig. 6d eine Kette von nichtlinearen Verstärkerstufen nach Fig. 6c, in der die Ketten der passiven Verzögerungselemente verlängert sind,FIG. 6d shows a chain of non-linear amplifier stages according to FIG. 6c, in which the chains of the passive delay elements are extended, FIG.
Fig. 7 Blockschaltbild einer Verstärkerschaltung nach Fig. 3, wobei der erfindungs- gemäße Sigma-Delta-Pulslängenmodulator zusätzlich mit einem zeitlich veränderlichen Taktgenerator versehen ist,7 shows a block diagram of an amplifier circuit according to FIG. 3, wherein the sigma-delta pulse length modulator according to the invention is additionally provided with a time-variable clock generator,
Fig. 8 Diagramm von Ausgangssignalverläufen einer DLL mit 16 Ausgängen,8 is a diagram of output waveforms of a 16-output DLL;
Fig. 9 Diagramm von Ausgangssignalverläufen eines DPWM gemäß Fig. 7 bei9 shows a diagram of output signal curves of a DPWM according to FIG. 7
Verwendung einer DLL mit 16 Ausgängen,Using a DLL with 16 outputs,
Fig. 10 Schaltung mit einem Multiplexer eines DPWM und einem flankengesteuerten RS-Flipflop,10 shows a circuit with a multiplexer of a DPWM and an edge-triggered RS flip-flop,
Fig. 11 Blockschaltbild einer Verstärkerschaltung nach Fig. 7, wobei der erfindungsgemäße Sigma-Delta-Pulslängenmodulator zusätzlich mit einem Frequenzteiler versehen ist,11 shows a block diagram of an amplifier circuit according to FIG. 7, wherein the sigma-delta pulse length modulator according to the invention is additionally provided with a frequency divider,
Fig. 12 Schaltung mit einem Multiplexer eines DPWM, einem flankengesteuerten RS-Flipflop und einer modifizierten Look-up-Tabelle (LUT),12 shows a circuit with a multiplexer of a DPWM, an edge-controlled RS flip-flop and a modified look-up table (LUT),
Fig. 13 Diagramm von Ausgangssignalverläufen eines DPWM gemäß den Fig. 11 und 12 bei Verwendung einer DLL mit 16 Ausgängen,FIG. 13 is a graph showing output waveforms of a DPWM shown in FIGS. 11 and 12 when using a DLL having 16 outputs. FIG.
Fig. 14 Blockschaltbild einer Verstärkerschaltung mit einer ersten alternativen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sigma-Delta-Pulslängenmodulators und einer digitalen Eingangsschnittstelle,14 shows a block diagram of an amplifier circuit with a first alternative embodiment of a sigma-delta pulse length modulator according to the invention and a digital input interface,
Fig. 15 Schaltung mit einem Frequenz-Synthesizers, einem Multiplexer eines DPWM und einem flankengesteuerten Flipflop, Fig. 16 Blockschaltbild einer Verstärkerschaltung mit einer zweiten alternativen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sigma-Delta-Pulslängenmodulators und einer digitalen Eingangsschnittstelle,15 shows a circuit with a frequency synthesizer, a multiplexer of a DPWM and an edge-triggered flip-flop, 16 shows a block diagram of an amplifier circuit with a second alternative embodiment of a sigma-delta pulse length modulator according to the invention and a digital input interface,
Fig. 17 Blockschaltbild einer Verstärkerschaltung mit einer dritten alternativen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sigma-Delta-Pulslängenmodulators und einer digitalen Eingangsschnittstelle,17 shows a block diagram of an amplifier circuit with a third alternative embodiment of a sigma-delta pulse length modulator according to the invention and a digital input interface,
Fig. 18 Blockschaltbild einer Verstärkerschaltung mit einer vierten alternativen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sigma-Delta-Pulslängenmodulators und einer digitalen Eingangsschnittstelle.18 shows a block diagram of an amplifier circuit with a fourth alternative embodiment of a sigma-delta pulse length modulator according to the invention and a digital input interface.
Ein erstes Ausführungsbeispiel einer Verstärkerschaltung mit einem erfindungsgemäßen Sigma-Delta-Pulslängenmodulator ist in Fig. 2a schematisch anhand eines Blockdiagramms dargestellt. Gegenüber Fig. 1 ist hier eine Komponente hinzu gekommen: Ein digital steuerbarer Pulsweitenmodulator (DPWM, 201 ) erzeugt aus einem Binärsignal yd(t) mit M1 Bit Breite, also mit M1 parallelen Bitkomponentensignalen, die eine Ganz- zahl mit einem Wertebereich von Z1 Werten repräsentieren mit Z1 < 2M1 , ein Ausgangssignal y1 (t) mit 1 Bit Breite, wobei die Pulsweite (die Dauer der aktiven Phase des Signals, also die Zeitspanne einer Taktperiode, in der zusammenhängend y1(t)='1 ' ist, auch als Pulsdauer, Signaldauer bezeichnet) von y1(t) anders als bei Fig. 1 nicht konstant ist, sondern durch den Zahlenwert von yd(t) zeitlich veränderlich bestimmt wird. Wird der Beginn der Pulsdauer durch einen Takt definiert, so ändert sich der Pulsabstand (die Dauer der Pause zwischen den Pulsen) entgegengesetzt zur Pulsdauer: kleinere Pulsdauer führt zu größerem Pulsabstand.A first exemplary embodiment of an amplifier circuit with a sigma-delta pulse length modulator according to the invention is shown schematically in FIG. 2 a with reference to a block diagram. Compared with FIG. 1, a component has been added here: A digitally controllable pulse width modulator (DPWM, 201) generates from a binary signal yd (t) with M1 bit width, ie with M1 parallel bit component signals, an integer with a value range of Z1 values represent with Z1 <2 M1 , an output signal y1 (t) with 1-bit width, where the pulse width (the duration of the active phase of the signal, so the period of a clock period in which contiguous y1 (t) = '1', also pulse duration, signal duration) of y1 (t) is not constant, unlike in FIG. 1, but is determined to be variable in time by the numerical value of yd (t). If the beginning of the pulse duration is defined by a clock, the pulse interval (the duration of the pause between the pulses) changes in the opposite direction to the pulse duration: a shorter pulse duration leads to a greater pulse interval.
Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines Zählers geschehen, der bei jedem Takt CIk der Frequenz f_clk den Eingangswert yd(t) übernimmt und für yd(t) Takte der Frequenz Clk2 den Ausgangswert auf ,1 ' setzt, und ihn dann auf ,0' setzt bis zum nächsten Takt CIk. Damit wird der binäre Vektor an yd(t) als positive Ganzzahl mit Z1 möglichen Werten interpretiert, die die Pulsdauer vorgibt. Sollen alle 2M1 maximal möglichen binären Werte von yd(t) jeweils genau einer Pulsdauer entsprechen (eineindeutige Abbildung), so muss im genannten Fall der Realisierung durch einen Zähler die Frequenz f_clk2 mindestens um den Faktor 2M1 höher sein als f_clk.This can be done, for example, with the aid of a counter which accepts the input value yd (t) for each clock CIk of the frequency f_clk and sets the output value to '1' for yd (t) clocks of the frequency Clk2, and then sets it to '0' until the next clock CIk. This interprets the binary vector at yd (t) as a positive integer with Z1 possible values, which specifies the pulse duration. If all 2 M1 maximum possible binary values of yd (t) are to correspond exactly to one pulse duration (one-to-one mapping), then the frequency f_clk2 must be at least a factor 2 M1 higher than f_clk in the case of realization by a counter.
Die Funktionsweise des Systems in Fig. 2a ähnelt der des Systems in Fig. 1 mit einem 1- Bit-ADC in Fig. 1 , führt jedoch zu höherer Linearität. In Fig. 2 hat der ADC zwar M1>1 Bit Breite (z.B. 5 Bit statt 1 Bit in Fig. 1 ), aber y1(t) ist ebenfalls ein 1 Bit breites Signal, und der DAC kann ein 1-Bit-DAC sein und der PA ein 1 -Bit-PA, was deren Linearitätsforde- rung wesentlich leichter erfüllbar macht als bei einem Multi-Bit-DAC bzw. Multi-Bit-PA.The operation of the system in Fig. 2a is similar to that of the system in Fig. 1 with a 1-bit ADC in Fig. 1, but results in higher linearity. Although in Fig. 2 the ADC has M1> 1 bit width (eg 5 bits instead of 1 bit in Fig. 1), y1 (t) is also a 1 bit wide signal, and the DAC can be a 1-bit DAC and the PA a 1-bit PA, making it much easier to satisfy its linearity requirement than a multi-bit DAC or multi-bit PA.
Im Unterschied zu Fig. 1 ist die momentane Pulsweite y1(t) veränderlich und wird von der durch die M1 Bit des Multi-Bit-Signals yd(t) am Ausgang des ADC gebildeten Ganzzahl mit Z1 möglichen Werten direkt bestimmt. Das ist im Fall eines linearen Zählers im DPWM eine lineare Repräsentation von yd(t) durch die Pulsdauer von y1(t) und damit eine bessere Nachbildung des Signals als eine 1 -Bit-Quantisierung, was einer geringen Verzerrung entspricht.In contrast to FIG. 1, the instantaneous pulse width y1 (t) is variable and is directly determined by the integer number with Z1 possible values formed by the M1 bits of the multi-bit signal yd (t) at the output of the ADC. In the case of a linear counter in the DPWM, this is a linear representation of yd (t) by the pulse duration of y1 (t) and thus a better simulation of the signal than a 1-bit quantization, which corresponds to a low distortion.
Somit ist der SDPLM in Fig. 2a ein Multibit-SDM, bei dem der Multibit-Wert yd(t) linear durch die Pulsdauer repräsentiert wird. Bereits das ist eine erfindungsgemäße Erweiterung eines SDM. Sie erlaubt eine höhere Auflösung in der SDM-Schleife ohne einen höheren Takt für den ADC zu benötigen. Sie erlaubt weiterhin die Verwendung eines 1- Bit-DAC, der damit sehr linear sein kann. Sie erlaubt ferner in einer Verstärkerschaltung die Verwendung eines herkömmlichen PA mit 1 Bit Eingangsbreite und relativ niedriger Schaltfrequenz f_clk « f_clk2. Von der Wirkung her ist dieses System ein SDM mit zusätzlichen Eigenschaften eines bekannten Pulslängenmodulators (PLM), also ein hybrides System mit Kennzeichen von SDM und PLM. Es verbindet die Vorteile eines SDM (Fehlerrückkopplung und damit Linearisierung der Komponenten im Vorwärtszweig) mit denen eines PLM (feinere zeitliche Quantisierung als 1/f_clk, geringere Verlustleis- tung als ein mit f_clk2 betriebener SDM).Thus, the SDPLM in Fig. 2a is a multi-bit SDM in which the multi-bit value yd (t) is represented linearly by the pulse duration. Already that is an extension of an SDM according to the invention. It allows a higher resolution in the SDM loop without the need for a higher clock for the ADC. It also allows the use of a 1-bit DAC, which can be very linear. It also allows in an amplifier circuit the use of a conventional PA with 1 bit input width and relatively low switching frequency f_clk_f_clk2. In effect, this system is an SDM with additional features of a known pulse length modulator (PLM), ie a hybrid system with features of SDM and PLM. It combines the advantages of an SDM (error feedback and thus linearization of the components in the forward branch) with those of a PLM (finer time quantization than 1 / f_clk, lower power loss than an SDM operated with f_clk2).
Eine weitere vorteilhafte Variante davon zeigt Fig. 2b: Hier betrifft die Fehlerrückkopplung und damit Linearisierung nicht nur den ADC, sondern auch den PA, indem die Rückkopplung nach dem PA abgegriffen wird, z.B. über eine lose Kopplung (210), die dem PA nur sehr wenig Ausgangsleistung entnimmt. Der DAC (106) kann dann entfallen.A further advantageous variant of this is shown in FIG. 2b: Here, the error feedback and thus linearization concerns not only the ADC but also the PA by tapping the feedback to the PA, e.g. via a loose coupling (210), which draws very little power from the PA. The DAC (106) can then be omitted.
Auch das Rekonstruktionsfilter (108) kann mit in die Fehlerrückkopplung einbezogen und linearisiert werden, wie in Fig. 2c angedeutet.Also, the reconstruction filter (108) can be included in the error feedback and linearized, as indicated in Fig. 2c.
Die Varianten in Fig. 2c und 2d haben eine Rückkopplungsschleife, die von Schleifenfilter (104), ADC (105) und DPWM (201 ) über PA (107) und Rekonstruktionsfilter (108) zurück zum Summationspunkt (103) und Schleifenfilter (104) verläuft. Während Summations- punkt (103), Schleifenfilter (104), ADC (105) und DPWM (201 ) alle noch relativ leicht integrierbar sind, ist es der PA (107) nur selten (bei kleinen Leistungen) und das Rekonstruktionsfilter (108) nach derzeitigem Stand der Technik fast nie. So umfasst die Rückkopplungsschleife in Fig. 2c und 2d mehrere Komponenten außerhalb einer integrierten Schaltung, die mitsamt ihrer Verbindungstechnik erheblich größere Abmessungen haben als eine integrierte Schaltung mit Summationspunkt (103), Schleifenfilter (104), ADC (105) und DPWM (201 ) und daher geometrisch und elektrisch relativ lange Signalwege benötigen. Das kann zu Problemen im der Rückkopplungsschleife führen, vor allem deren Stabilität beeinträchtigen, gerade beim Einsatz für hohe Signalfrequenzen, wo Signallaufzeiten stark ins Gewicht fallen können.The variants in Figures 2c and 2d have a feedback loop that extends from loop filter (104), ADC (105) and DPWM (201) through PA (107) and reconstruction filters (108) back to summation point (103) and loop filter (104) , While summation point (103), loop filter (104), ADC (105), and DPWM (201) are all relatively easy to integrate, PA (107) is rarely (at low power) and reconstruction filter (108) after the current state of the art almost never. Thus, the feedback loop in Figures 2c and 2d includes multiple components outside of an integrated one Circuit, which together with their connection technology have considerably larger dimensions than an integrated circuit with summation point (103), loop filter (104), ADC (105) and DPWM (201) and therefore require geometrically and electrically relatively long signal paths. This can lead to problems in the feedback loop, especially affecting its stability, especially when used for high signal frequencies, where signal propagation times can be very significant.
Daher wird in Fig. 2d eine weitere erfindungsgemäße Variante vorgeschlagen, bei der die gesamte Rückkopplungsschleife innerhalb einer monolithisch integrierten Schaltung (220) verläuft. Hierfür werden zusätzliche Komponenten eingeführt: Ein Nachbildungs-PA (207) bildet den PA (107) in seinem Verhalten in möglichst linearer Skalierung nach, und ein Nachbildungs-Rekonstruktionsfilter (208) bildet das Rekonstruktionsfilter (108) in seinem Verhalten in möglichst linearer Skalierung nach. Ist der PA (107) beispielsweise ein großer geschalteter MOS-Transistor mit 40 V Betriebsspannung als externes Bauelement mit einem aus Draht gewickelten Ausgangsübertrager am Drain, so kann der Nachbildungs-PA (207) beispielsweise ein wesentlich kleinerer geschalteter MOS- Transistor mit 2.5 V Betriebsspannung als monolithisch integriertes Bauelement mit einem monolithisch integrierten Ausgangsübertrager am Drain sein.Therefore, another variant according to the invention is proposed in FIG. 2 d, in which the entire feedback loop runs within a monolithically integrated circuit (220). Additional components are introduced for this purpose: A replica PA (207) simulates the PA (107) in its behavior as linearly scaling as possible, and a replica reconstruction filter (208) simulates the reconstruction filter (108) as linearly as possible in its behavior , If the PA (107) is, for example, a large switched MOS transistor with 40 V operating voltage as an external component with a wire-wound output transformer at the drain, then the replica PA (207) can be a much smaller switched MOS transistor with 2.5 V operating voltage be as a monolithic integrated device with a monolithically integrated output transformer at the drain.
Der Nachbildungs-PA (207) kann aber auch eine ganz andere Struktur haben als der PA (107), die nur von außen gesehen (als Blackbox) sich in linearer Skalierung annähernd wie der PA (107) verhält, aber in maßstäblicher Verkleinerung, so dass eine monolithische Integration möglich ist, also z. B. mit 10 mA Drainstrom statt 10 Ampere.However, the replica PA (207) can also have a completely different structure than the PA (107), which only when viewed from the outside (as a black box) behaves in a linear scaling approximately like the PA (107), but in scale reduction, so that a monolithic integration is possible, so z. B. with 10 mA drain current instead of 10 amps.
Ebenso kann das Nachbildungs-Rekonstruktionsfilter (208) eine ganz andere Struktur haben als das Rekonstruktionsfilter (108), die nur von außen gesehen (als Blackbox) sich in linearer Skalierung annähernd wie das Rekonstruktionsfilter (108) verhält, aber in maßstäblicher Verkleinerung, so dass eine monolithische Integration möglich ist. Auf diese Weise werden Verzögerungen durch lange Signalwege in der gesamten Rückkopplungsschleife vermieden, und eine höhere Stabilität eines SDPLM bzw. eine höhere maximale Signalfrequenz kann erreicht werden.Similarly, the replica reconstruction filter (208) may have a very different structure than the reconstruction filter (108), which is only externally (in black box) approximated to the reconstruction filter (108) in linear scaling, but scaled down, such that a monolithic integration is possible. In this way delays are avoided by long signal paths in the entire feedback loop, and a higher stability of an SDPLM or a higher maximum signal frequency can be achieved.
Diese erfindungsgemäßen Lösungen mit dem gemeinsamen Ansatz einer Multi-Bit- Realisierung eines SDPLM durch Pulslängenmodulation stellen bereits eine Verbesserung gegenüber einem Pulslängenmodulator (PLM) und auch einem SDM dar. Jedoch haben sie noch einen gemeinsamen Nachteil, der für PLM typisch ist: Sehr kleine Werte yd(t) ungleich 0, aber nahe 0, erzeugen Impulse sehr kurzer Dauer (sehr kurzzeitige Werte von ,1 ' am Eingang des PA, minimal mit der Dauer 1/f_clk2). Diese sind wie oben beschrieben ein schwer lösbares Problem für die Effizienz und Bandbreite des PA, da ein realer PA nur Impulse endlicher Dauer erzeugen kann. Analog können sehr große Werte yd(t) nahe an 2M1 zu Impulspausen sehr kurzer Dauer führen, also dasselbe Problem in invertierter Richtung (sehr kurzzeitige Werte von ,0' am Eingang des PA).These solutions according to the invention with the common approach of a multi-bit realization of an SDPLM by pulse length modulation already represent an improvement over a pulse length modulator (PLM) and also an SDM. However, they still have a common disadvantage typical of PLM: very small values yd (t) not equal to 0, but close to 0, produce pulses of very short duration (very short term) Values of '1' at the input of the PA, minimum duration 1 / f_clk2). As described above, these are a difficult problem for the efficiency and bandwidth of the PA since a real PA can only produce pulses of finite duration. Analogously, very large values yd (t) close to 2 M1 can lead to pulse pauses of a very short duration, ie the same problem in the inverted direction (very short-term values of '0' at the input of the PA).
Diesen Nachteil überwindet eine weitere erfindungsgemäße Verbesserung, indem das Ausgangssignal des ADC auf nichtlineare Weise so zur Steuerung der Pulsdauer verwendet wird, dass Pulsdauern mit ,0' bzw. ,1 ' unterhalb einer Mindestdauer t_min_0 bzw. t_min_1 nicht vorkommen. Im einfachsten Fall werden diejenigen ADC-Ausgangswerte yd(t), die zu kurze Pulsdauern (t(y1(t)=T) < t_min_1 ) zur Folge hätten, einfach zu 0 gesetzt und damit der kurze Puls unterdrückt; analog werden zu kurze Pulspausen ebenfalls durch Setzen des Einganges des DPWM auf den Maximalwert und damit Ausgabe einer dauernden ,1 ' am Ausgang des DPWM ebenfalls unterdrückt. Im allgemeinen Fall werden die ADC-Ausgangswerte yd(t) so auf die Eingangswerte des DPWM ye(t) abge- bildet, dass der DPWM keine Eingangswerte erhält, die für den PA zu kurze Pulsdauern bzw. Pulspausen zur Folge hätten.This disadvantage overcomes a further improvement according to the invention in that the output signal of the ADC is used in a non-linear manner for controlling the pulse duration such that pulse durations of '0' or '1' do not occur below a minimum duration t_min_0 or t_min_1. In the simplest case, those ADC output values yd (t) which result in too short pulse durations (t (y1 (t) = T) <t_min_1) are simply set to 0 and thus the short pulse is suppressed; Analogously too short pulse pauses are likewise suppressed by setting the input of the DPWM to the maximum value and thus outputting a permanent '1' at the output of the DPWM. In the general case, the ADC output values yd (t) are mapped to the input values of the DPWM ye (t) so that the DPWM receives no input values which would result in too short pulse durations or pulse pauses for the PA.
Fig. 3 stellt hierfür stellvertretend für zahlreiche mögliche Realisierungsformen ein exemplarisches Ausführungsbeispiel dar. Hier wird wieder von der Rückführung des DPLM vor dem PA wie in Fig. 2a ausgegangen. Die weiteren in Fig. 2b bis 2d symbolisch angedeuteten Rückführungsvarianten können auch verwendet werden, wurden aber zur Vereinfachung hier nicht dargestellt. Eine weitere zusätzliche Komponente, ein Kodierer (302), beispielsweise eine Look-up-Tabelle (LUT), setzt das M1 Bit breite Ausgangssignal des A/D-Wandlers (ADC) um in ein nun M2 Bit breites Eingangssignal des DPWM, wobei die neue Bitbreite M2 gleich oder ungleich zu M1 sein kann. Selbst bei gleicher Bitbreite M2=M1 kann der ganzzahlige Wertebereich der Ausgangswerte ye(t) des Kodierers (302) von Z2 möglichen Werten gleich oder ungleich zum ganzzahligen Wertebereich der Eingangswerte yd(t) des Kodierers (302) von Z1 möglichen Werten sein. Der Vorteil dieser zusätzlichen Komponente ist, dass nun eine beliebige Abbildung der Eingangswerte yd(t) des Kodierers (302) in Ausgangswerte ye(t) des Kodierers (302) erlaubt. Im einfachsten Fall kann dieser Kodierer (302) folgende Funktion haben:FIG. 3 represents an exemplary exemplary embodiment for this purpose, representative of numerous possible forms of implementation. Here again, the return of the DPLM in front of the PA is assumed as in FIG. 2a. The other return variants symbolically indicated in FIGS. 2b to 2d can also be used, but have not been shown here for the sake of simplicity. Another additional component, an encoder (302), for example a look-up table (LUT), converts the M1 bit wide output of the A / D converter (ADC) into a now M2 bit wide input signal of the DPWM, the new bit width M2 may be equal to or different from M1. Even with the same bit width M2 = M1, the integer value range of the output values ye (t) of the encoder (302) of Z2 possible values may be equal to or different from the integer value range of the input values yd (t) of the encoder (302) of Z1 possible values. The advantage of this additional component is that now any mapping of the input values yd (t) of the encoder (302) into output values ye (t) of the encoder (302) allows. In the simplest case, this coder (302) can have the following function:
I 0 für yd(t) < ydO ye(t) = I yd(t) für ydO <= yd(t) <= yd1 (1 )I 0 for yd (t) <ydO ye (t) = I yd (t) for ydO <= yd (t) <= yd1 (1)
I yejnax für yd(t) > yd1 Hierbei ist vorausgesetzt, dass der DPWM so beschaffen ist, dass er bei einem Eingangswert ye(t)=O eine Pulsdauer von 0 ausgibt, also diesen Puls unterdrückt, und bei einem Eingangswert ye(t)=ye_max eine Pulsdauer von 1/f_clk ausgibt, also diesen Puls für die gesamte Zyklusdauer von 1/f_clk auf ,1 ' setzt, also die Pulspause unterdrückt. Dies kann z. B. erreicht werden, wenn der DPWM einen Zähler enthält, der nach jedem neuen Takt an CIk den mit jedem Takt an Clk2 inkrementierten Zählstand auf 0 rücksetzt und den Ausgang des DPWM so lange auf ,1 ' hält, wie der Zählstand kleiner als der Eingangswert des DPWM ist, und ye_max größer als der maximal in einer Taktperiode von CIk erreichbare Zählstand ist.I yejnax for yd (t)> yd1 In this case, it is assumed that the DPWM is designed so that it outputs a pulse duration of 0 for an input value ye (t) = 0, thus suppressing this pulse, and outputs a pulse duration of 1 / f_clk for an input value ye (t) = ye_max , ie sets this pulse to '1' for the entire cycle duration from 1 / f_clk, ie suppresses the pulse pause. This can be z. For example, if the DPWM contains a counter that resets to 0 after each new clock at CIk the count incremented to Clk2 with each clock and holds the output of the DPWM at '1' as long as the count is less than the input value of the DPWM, and ye_max is greater than the maximum count achievable in one clock period of CIk.
Ein Beispiel für einen solchen DPWM ist in Fig. 4a angegeben: Ein mit Clk2 getakteter Rückwärtszähler (401 ) wird mit einer Logik (402) auf den Ausgangswert 0 geprüft und bei Erreichen von 0 wird ein flankengesteuertes RS-Flipflop (403) rückgesetzt, das beim nächsten Takt an CIk einen kurzen Setzimpuls erhält, der außerdem den Zähler (401 ) zum neuen Laden des aktuellen Wertes ye(t) veranlasst. Die Taktfrequenz f_clk2 ist so zu f_clk gewählt, dass beim maximalen Wert an ye(t) (ein Wert von 15 für den 4-Bit- Rückwärtszähler in Fig. 4) während einer Periode 1/f_clk der Zählstand nicht 0 erreichen kann (z. B. f_clk2 <15-f_clk). Das flankengesteuerte RS-Flipflop (403) wird von einer 0-1- Flanke am Eingang S gesetzt (d. h. der positive Ausgang Q_P ist 1 , der invertierte Ausgang Q_N ist 0) und von einer 0-1 -Flanke am Eingang R rückgesetzt.An example of such a DPWM is shown in FIG. 4a: A Clk2 clocked down counter (401) is tested for output 0 with logic (402), and when 0 is reached, an edge triggered RS flip flop (403) is reset at the next clock at CIk receives a short set pulse, which also causes the counter (401) to reload the current value ye (t). The clock frequency f_clk2 is chosen to be f_clk such that at the maximum value of ye (t) (a value of 15 for the 4-bit backward counter in FIG. 4) during a period 1 / f_clk, the count can not reach 0 (e.g. Eg f_clk2 <15-f_clk). The edge-triggered RS flip-flop (403) is set by a 0-1 edge at input S (i.e., the positive output Q_P is 1, the inverted output Q_N is 0) and is reset by a 0-1 edge at input R.
Fig. 4b zeigt ein Schaltungsbeispiel hierzu: Der Setz-Impuls beendet seine Wirkung, wenn er die Kette von 3 Invertern durchlaufen hat, so dass von da ab die Schaltung für einen Rücksetzimpuls frei ist, der ebenfalls seine Wirkung beendet, wenn er die Kette von 3 Invertern durchlaufen hat, bis zum erneuten Inaktiv-Werden des Setz- und Rück- setz-Signals. Die Dauer der Phase Q_P=1 ist also vom zeitlichen Abstand der 0-1-Flanke am Eingang S bis zur 0-1 -Flanke am Eingang R bestimmt. Außerdem wird das zu einem kurzen Puls verkürzte Setz-Signal SetPulse ausgekoppelt und steht für das Laden des Rückwärtszählers (401 ) zur Verfügung. Weitere Schaltungsbeispiele für ein solches impulsgesteuertes R-S-Flipflop sind bekannt, beispielsweise mit einer getakteten Schaltung anstelle der Inverterkette.Fig. 4b shows a circuit example in this regard: The set pulse stops its effect when it has passed through the chain of 3 inverters, so that from then on the circuit is free for a reset pulse, which also terminates its effect when the chain of 3 inverters until it becomes inactive again the set and reset signal. The duration of the phase Q_P = 1 is thus determined by the time interval between the 0-1 edge at the input S and the 0-1 edge at the input R. In addition, the short pulse shortened set signal SetPulse is coupled out and is available for loading the backward counter (401). Further circuit examples of such a pulse-controlled R-S flip-flop are known, for example with a clocked circuit instead of the inverter chain.
Nun müssen zur erfindungsgemäßen Verwendung des Kodierers (302) noch ydO und yd1 entsprechend den Eigenschaften des PA so gewählt werden, dass t_min_1 = ydθ/f_clk2 die kleinste Pulsdauer bildet, die der PA mit hinreichender Effizienz noch übertragen kann, und analog t_min_0 = (ye_max-yd1 )/f_clk2 die kleinste befriedigend vom PA über- tragbare Pulspausendauer. Beide können je nach Ausführung des PA auch identisch sein: t_min_0=t_nnin_1.Now, for the inventive use of the encoder (302), ydO and yd1 must also be chosen according to the properties of the PA such that t_min_1 = ydθ / f_clk2 forms the smallest pulse duration which the PA can still transmit with sufficient efficiency, and analogously t_min_0 = (ye_max -yd1) / f_clk2 satisfies the smallest satisfactory from the PA portable pulse pause duration. Both can also be identical, depending on the execution of the PA: t_min_0 = t_nnin_1.
Die Funktion in (1 ) hat damit einen linearen Bereich ye(t)=yd(t) für mittlere Werte von yd(t). In diesem Bereich arbeitet der SDPLM in Fig. 3 wie der SDM in Fig. 2a. Darüber hinaus hat die Funktion in (1 ) an den beiden Enden ydO und yd1 dieses Bereiches zwei Stufen, die durch Sprünge zu 0 bzw. zum Maximalwert gebildet werden. Mit dieser starken Nichtlinearität wird das Signal bei Werten yd(t) des ADC außerhalb des linearen Bereichs stark verzerrt. Diese Verzerrung erzeugt Fehler, die aber durch die Rückkopplung des SDPLM rückgeführt werden und zu einer Korrektur im nächstfolgenden Wert yd(t) führen. Auch ist die nichtlineare Verzerrung in (1 ) immer noch erheblich linearer als eine rein binäre Unterscheidung eines herkömmlichen SDM, der nur ganze Pulse der Dauern 1/f_clk am Ausgang auf ,1 ' oder ,0' setzen kann.The function in (1) thus has a linear range ye (t) = yd (t) for mean values of yd (t). In this area, the SDPLM in Fig. 3 works like the SDM in Fig. 2a. In addition, the function in (1) has two stages at both ends yd0 and yd1 of this range, which are formed by jumps of 0 and the maximum value, respectively. With this strong nonlinearity, the signal is greatly distorted at values yd (t) of the ADC outside the linear range. This distortion generates errors, but these are returned by the feedback of the SDPLM and result in a correction in the next following value yd (t). Also, the nonlinear distortion in (1) is still significantly more linear than a purely binary distinction of a conventional SDM that can only set whole pulses of durations 1 / f_clk at the output to '1' or '0'.
Ein herkömmlicher SDM kann als Sonderfall eines erfindungsgemäß erweiterten SDPLM nach Fig. 3 mit einer speziellen Variante der Funktion in (1 ) gesehen werden, der sich ergibt, wenn ydθ>yd1 gewählt wird, und damit der mittlere Bereich verschwindet, und somit nur noch Pulse der Maximaldauer 1/f_clk bzw. gar keine Pulse vom DPWM ausgegeben werden können. Mit einer solchen Wahl ydθ>yd1 entartet die allgemeine Funktion in (1 ) zu einer Komparatorfunktion, die aus dem Multi-Bit-Wert des ADC einen 1-Bit-Wert erzeugt, so dass ein SDM-Verhalten entsteht, das einem 1-Bit-SDM entspricht. Je mehr die Werte ydO und yd1 auseinander liegen (mit ydθ<yd1 ), desto mehr Wertestufen zur Steuerung der Pulslänge sind möglich, und desto mehr gewinnt ein erfindungsgemäßer Multi-Bit-SDPLM nach Fig. 3 an Auflösung gegenüber einem herkömmlichen 1-Bit-SDM nach Fig. 1.A conventional SDM can be seen as a special case of an extended SDPLM according to the invention according to FIG. 3 with a special variant of the function in (1), which results when ydθ> yd1 is selected, and thus the middle range disappears, and thus only pulses the maximum duration 1 / f_clk or no pulses can be output by the DPWM. With such a choice ydθ> yd1, the general function in (1) degenerates into a comparator function which generates a 1-bit value from the multi-bit value of the ADC to give an SDM behavior that is 1-bit -SDM corresponds. The more the values ydO and yd1 are apart (with ydθ <yd1), the more value steps for controlling the pulse length are possible, and the more a multi-bit SDPLM according to the invention according to FIG. 3 gains in resolution over a conventional 1-bit SDPLM. SDM according to FIG. 1.
Die maximale Stufenzahl an möglichen Pulslängen Z2 am Eingang des PA (107) ist bei einem erfindungsgemäßen Multi-Bit-SDPLM nach Fig. 3 bei Anwendung von (1 ) etwas geringer als der maximale Wert der Stufenanzahl Z1 bei einem erfindungsgemäßer Multi- Bit-SDPLM nach Fig. 2a, weil mit dem Kodierer (302) diejenigen der Z1 Stufenzahlen ausgeschlossen wurden, die vom PA (107) nicht „gut genug" (d. h. nicht mit genügender Effizienz bzw. Linearität) übertragen werden können. Der Vorteil ist, dass der PA nun nur noch Pulslängen übertragen muss, die „gut genug" geeignet für den PA sind. Die Nichtlinearität in (1 ) führt also zu Z2<Z1 durch Wahl von yd0>0 und yd1<ye_max. Jedoch ist (1 ) nur eine der möglichen Varianten der erfindungsgemäßen nichtlinearen Abbildung von yd(t) auf ye(t). Anschaulich lässt sich der Effekt des erfindungsgemäßen SDPLM aus der Sicht auf den PA so erklären: Ein geschalteter PA hat technologisch begrenzt eine maximale Steilheit (slew rate) des Ausgangssignals. Um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das einem Rechteck noch hinreichend ähnlich ist (und damit noch hinreichend nahe an der idealen EfFi- zienz von 100 % zu arbeiten), darf eine minimale Pulsdauer am Eingang nicht unterschritten werden, ebenso wenig wie eine minimale Dauer einer Puls-Pause. Ebenso wie die Forderung nach hinreichend großer Effizienz kann eine Forderung nach einer genügend linearen Umsetzung einer Eingangs-Pulslänge des PA in eine (im Idealfall gleich große) Ausgangs-Pulslänge des PA dazu führen, dass eine minimale Pulsdauer am Eingang nicht unterschritten werden darf, ebenso wenig wie eine minimale Dauer einer Puls-Pause. Die zulässigen Werte für diese minimale Pulsdauer bzw. Pulspausendauer werden also von beiden PA-Kriterien, Wirkungsgrad (Effizienz) und Linearität anhand der Schalteigenschaften des PA, z. B. seiner slew rate, vorgegeben. Mit einem herkömmlichen SDM nach Fig. 1 wird ein PA also mit Pulsen dieser minimalen Dauer angesteuert, wenn er am oberen Limit der zeitlichen Auflösung arbeiten soll. Die maximale Taktperiode eines herkömmlichen SDM entspricht dann dem Kehrwert dieser minimalen Pulsweite. Somit ist die maximale Taktperiode eines herkömmlichen SDM durch den PA stark eingeschränkt. Dabei wird aber eine Eigenschaft des PA nicht genutzt: Bereits eine sehr geringe Verlängerung der Pulsdauer am Eingang führt zu einer definierten (annähernd linearen) geringen Verlängerung der Pulsdauer am Ausgang, und das mit einer zeitlichen Schrittweite, die nach unten nur durch Rauschen begrenzt ist und nicht durch die Bandbreite des PA. Obschon die Gesamt-Weite des Pulses am PA-Eingang einen relativ großen minimalen Wert nicht unterschreiten darf (z. B. 300 ps), darf diese Pulsdauer in sehr feinen Schritten variiert werden, deren Schrittweite sehr viel kleiner sein kann als diese minimale Pulsdauer.The maximum number of possible pulse lengths Z2 at the input of the PA (107) in a multi-bit SDPLM according to the invention according to FIG. 3 when using (1) is slightly less than the maximum value of the number of stages Z1 in a multi-bit SDPLM according to the invention 2a, because the encoder (302) has excluded those of the Z1 step numbers which can not be transmitted "well enough" by the PA (107) (ie with insufficient efficiency or linearity) PA now only needs to transmit pulse lengths that are "good enough" for the PA. The nonlinearity in (1) thus leads to Z2 <Z1 by choosing yd0> 0 and yd1 <ye_max. However, (1) is only one of the possible variants of the non-linear mapping of yd (t) according to the invention onto ye (t). Clearly, the effect of the SDPLM according to the invention from the point of view of the PA can be explained as follows: A switched PA has a technologically limited maximum slew rate of the output signal. In order to produce an output signal which is still sufficiently similar to a rectangle (and thus still sufficiently close to the ideal efficiency of 100%), a minimum pulse duration at the input must not be undercut, just as a minimum duration of a pulse -Break. As well as the requirement for sufficiently high efficiency, a requirement for a sufficiently linear conversion of an input pulse length of the PA into an (ideally equally large) output pulse length of the PA can lead to a minimum pulse duration at the input must not fall below, as well little like a minimum duration of a pulse break. The permissible values for this minimum pulse duration or pulse pause duration are thus determined by both PA criteria, efficiency (efficiency) and linearity on the basis of the switching characteristics of the PA, z. B. his slew rate, given. With a conventional SDM according to FIG. 1, a PA is thus driven with pulses of this minimum duration if it is to operate at the upper limit of the temporal resolution. The maximum clock period of a conventional SDM then corresponds to the reciprocal of this minimum pulse width. Thus, the maximum clock period of a conventional SDM is severely limited by the PA. But a property of the PA is not used: Even a very small extension of the pulse duration at the input leads to a defined (almost linear) small extension of the pulse duration at the output, and that with a temporal step size, which is limited only by noise down and not by the bandwidth of the PA. Although the total width of the pulse at the PA input must not be less than a relatively large minimum value (eg, 300 ps), this pulse duration may be varied in very fine steps whose step size may be much smaller than this minimum pulse duration.
Man kann also den PA mit verschieden langen Impulsen sehr feiner zeitlicher Schrittweite (z. B. 5 ps) ansteuern, sofern die Impulsdauer und die Pausendauer im zulässigen Bereich bleiben. Diese feine Schrittweite im linearen Bereich (von ydO bis yd1 ) führt zu einem mit Multi-Bit-Auflösung quantisierten SDPLM-Verhalten, was von den Fehlern her einem 1-Bit-SDM mit viel höherer Taktrate entspricht (z. B. 1/(5ps)=200 GHz). Ein solcher vergleichbarer viel schnellerer herkömmlicher SDM nach Fig. 1 wäre technologisch schwer realisierbar und würde vor allem den PA hinsichtlich der Bandbreite des PA bei weitem überfordern. Ein herkömmlicher PLM hingegen nutzt zwar die Eigenschaft der variablen Pulsweite, aber er hat keine Rückkopplung, die eine nichtlineare Kennlinie wie in (1 ) definiert ausgleichen könnte, und benötigt daher eine lineare Kennlinie der Umset- zung der Amplitude in Pulsdauer ohne die Möglichkeit, bestimmte Pulsdauern auszuschließen, und als Folge einen PA mit sehr hoher Bandbreite, um auch sehr kurze Impulse zu verarbeiten.So you can control the PA with different long pulses of very fine time increment (eg 5 ps), provided that the pulse duration and the pause duration remain within the permissible range. This fine step size in the linear range (from yd0 to yd1) results in multi-bit resolution quantized SDPLM behavior, which is equivalent to a 1-bit SDM with a much higher clock rate (eg, 1 / ( 5ps) = 200GHz). Such a comparable much faster conventional SDM according to FIG. 1 would be technologically difficult to implement and would in particular far exceed the PA in terms of the bandwidth of the PA. On the other hand, a conventional PLM uses the variable-pulse-width property, but it has no feedback that could compensate for a nonlinear characteristic as defined in (1), and therefore requires a linear characteristic of the conversion. Amplitude in pulse duration without the possibility to exclude certain pulse durations, and as a result a PA with very high bandwidth to process even very short pulses.
In einem Zahlenbeispiel einer Ausführung des einfachen mit der Funktion in (1 ) beschrie- benen Falles kann M1 =M2=4 sein, f_x_max=1 GHz, f_clk=4 GHz, f_clk2=64GHz, ydθ=5, yd1 = 10. Der ADC arbeitet dann mit 4 Gigasamples/Sekunde (4 GS/s) und erzeugt 4-Bit- Werte (von 0 bis 15, Z1=16), die im Bereich von 5 bis 10 linear in identische Werte ye=yd umgesetzt werden, die einer variablen Pulsweite von 5/15 bis 10/15 der Zyklusdauer 1/f_clk entsprechen. Bei ADC-Werten yd(t)<5 werden gar keine Pulse erzeugt (y1(t) bleibt ,0' über die Zyklusdauer), bei Werten >10 wird ein Dauer-Puls erzeugt (y1(t) bleibt ,1 ' über die Zyklusdauer). Der DPWM erzeugt dann Pulse der Dauer von (0, 5..10, 15)/15 - 1/f_clk, also in insgesamt Z2=8 Werten. Das sind sechs Werte mehr als ein herkömmlicher binärer SDM mit binärem PA aufweist, und trotz der feineren Stufung kann in der erfindungsgemäßen Lösung weiterhin ein binärer PA verwendet werden. Die minimale Pulsweite, die der PA verarbeiten muss, beträgt hier 5/(15-f_clk) =1/(3-f_clk) gegenüber 1/f_clk beim herkömmlichen binären SDM und gegenüber 1/(8-f_clk) bei einem erfindungsgemäßen linearen Multibit-SDPLM nach Fig. 2 mit 8 Stufen. Für gleiche Effizienz muss also die Bandbreite des PA hier dreimal höher (= (3-f_clk) / f_clk ) sein als bei einem herkömmlichen binären SDM, aber die Stufung des Ausgangswerte ist sie- benmal höher (sieben Stufen der Pulsdauer - außer der 0 - statt einer Stufe). Die Anforderung an die Bandbreite des PA wird damit gegenüber Fig. 2a um den Faktor 3/8 (= (3-f_clk) / (8-f_clk) ) entspannt, der PA kann also mit 37.5 % der vorigen Bandbreite auskommen, oder bei gleicher Bandbreite des PA kann die Taktrate f_clk gegenüber Fig. 2a um 8/3 höher sein. Das entspräche einem um 8/3 schnelleren PA bei unveränderter Struktur in Fig. 2a, also einer Steigerung der PA-Bandbreite auf 267 %. Ein Kodierer (302) ist sicherlich eine wesentlich kostengünstigere Komponente als ein auf 267 % beschleunigter PA und außerdem monolithisch integrierbar.In a numerical example of an embodiment of the simple case described by the function in (1), M1 = M2 = 4, f_x_max = 1GHz, f_clk = 4GHz, f_clk2 = 64GHz, ydθ = 5, yd1 = 10. The ADC then operates at 4 gigasamples / second (4 GS / s) and produces 4-bit values (from 0 to 15, Z1 = 16) that are linearly converted into identical values ye = yd in the range of 5 to 10, the one variable pulse width from 5/15 to 10/15 of the cycle duration 1 / f_clk. At ADC values yd (t) <5 no pulses are generated (y1 (t) remains '0' over the cycle duration), at values> 10 a continuous pulse is generated (y1 (t) remains '1' above the cycle time). The DPWM then generates pulses of duration (0, 5..10, 15) / 15 - 1 / f_clk, ie in total Z2 = 8 values. This is six times more than a conventional binary SDM with binary PA, and despite the finer grading, a binary PA can still be used in the inventive solution. The minimum pulse width which the PA has to process here is 5 / (15-f_clk) = 1 / (3-f_clk) compared to 1 / f_clk for the conventional binary SDM and 1 / (8-f_clk) for a linear multibit SDPLM of Fig. 2 with 8 stages. Thus, for equal efficiency, the bandwidth of the PA must be three times higher (= (3-f_clk) / f_clk) than with a conventional binary SDM, but the grading of the output value is seven times higher (seven steps of the pulse duration - except 0). instead of a step). The requirement for the bandwidth of the PA is relaxed compared to Fig. 2a by a factor of 3/8 (= (3-f_clk) / (8-f_clk)), so the PA can get along with 37.5% of the previous bandwidth, or at the same Bandwidth of the PA, the clock rate f_clk can be 8/3 higher than in FIG. 2a. This would correspond to a 8/3 faster PA with unchanged structure in Fig. 2a, so an increase in PA bandwidth to 267%. An encoder (302) is certainly a much less expensive component than a 267% accelerated PA and also monolithically integrated.
Da die ADC-Werte ohnehin nur in einem Teilbereich genutzt werden, kann der ADC in einer weiteren Variante auch als ADC mit geringerer Auflösung M1 <M2 ausgeführt wer- den, der die vom Kodierer (302) unterdrückten Randbereiche gar nicht erst auflöst. Im vorigen Zahlenbeispiel wurden sieben Stufen linear kodiert, was nur einen 3-Bit-ADC erfordert. Dann ist M1=3 (Z1 <8) und M2=4 (Z2<16). Wird der maximale Bereich der ADC- Werte mit Z1=8 genutzt, entsteht z.B. folgende nichtlineare Abbildung: Die ADC-Werte yd(t)= 1 bis 6 entsprechen ye(t)=5 bis 10; yd(t)=O ergibt ye(t)=0 und yd(t)=7 ergibt ye(t)=15. ye(t) umfaßt damit ebenfalls 8 genutzte Werte aus dem Bereich 0 bis 15, also Z2=8. In diesem Fall ist die Nichtlinearität des Kodierers anders definiert als im Beispiel von (1 ), aber es gibt immer noch einen linearen Bereich für mittlere Werte.Since the ADC values are in any case only used in a subarea, the ADC can in another variant also be embodied as an ADC with a lower resolution M1 <M2, which does not even dissolve the edge regions suppressed by the encoder (302). In the previous numerical example, seven stages were linearly coded, requiring only a 3-bit ADC. Then M1 = 3 (Z1 <8) and M2 = 4 (Z2 <16). If the maximum range of ADC values is used with Z1 = 8, the following nonlinear mapping results, for example: The ADC values yd (t) = 1 to 6 correspond to ye (t) = 5 to 10; yd (t) = O gives ye (t) = 0 and yd (t) = 7 gives ye (t) = 15. ye (t) thus also includes 8 values used from the range 0 to 15, ie Z2 =. 8 In this case, the non-linearity of the encoder is defined differently than in the example of (1), but there is still a linear range for middle values.
Statt einer Reduzierung der ADC-Auflösung M1 kann auch bei konstanter Auflösung M1 der Wert für M2 erhöht werden, wenn ein Zähler mit einer Auflösung M2>M1 leichter zu realisieren ist als ein ADC mir einer höheren Auflösung als M1 , was meist der Fall ist. M2 ist also technisch meist weniger nach oben beschränkt als M1. Damit kann die Stufenzahl und damit die Signalqualität des Systems weiter erhöht werden.Instead of a reduction of the ADC resolution M1, the value for M2 can be increased even with a constant resolution M1, if a counter with a resolution M2> M1 is easier to implement than an ADC with a higher resolution than M1, which is usually the case. M2 is technically usually less limited than M1. Thus, the number of stages and thus the signal quality of the system can be further increased.
Eine lineare Abbildung wie ye(t)=yd(t) im mittleren Bereich von (1 ) ist für eine erfindungsgemäße Ausführung nicht unbedingt nötig, es reicht eine annähernd lineare Abbildung, da die lineare Rückkopplung des SDPLM die nichtlinearen Fehler korrigieren kann. Eine allgemeinere erfindungsgemäße Formulierung der Funktion des Kodierers (302) in Fig. 3 ist die, dass yd(t) mit dem Kodierer (302) so auf ye(t) abgebildet wird, dass Pulsdauern mit ,0' bzw. ,1 ' unterhalb einer Mindestdauer t_min_0 bzw. t_min_1 nicht vorkommen, wobei t_min_0 und t_min_1 durch die gewünschte Linearität des Systems und Effizienz des PA anhand der PA-Geschwindigkeit definiert werden. Hierbei ist auch eine feste Abbildung mit einer echten Look-up-Tabelle nicht unbedingt nötig, auch eine zeitlich veränderliche Abbildung im Kodierer (302) ist möglich, z.B. ein Umschalten zwischen mehreren Funktionen in Abhängigkeit vom Eingangssignal, solange Pulsdauern bzw. Pulspausen unterhalb einer Mindestdauer t_min_1 bzw. t_min_0 nicht vorkommen.A linear mapping such as ye (t) = yd (t) in the middle region of (1) is not absolutely necessary for an embodiment according to the invention, an approximately linear mapping is sufficient since the linear feedback of the SDPLM can correct the nonlinear errors. A more general formulation of the function of the encoder (302) in Fig. 3 according to the invention is that yd (t) is mapped to ye (t) with the encoder (302) such that pulse durations '0' and '1' below, respectively a minimum duration t_min_0 or t_min_1 not occur, where t_min_0 and t_min_1 are defined by the desired linearity of the system and efficiency of PA based on the PA speed. In this case, a fixed image with a real look-up table is not absolutely necessary; a time-varying image in the encoder (302) is also possible, e.g. switching between several functions as a function of the input signal as long as pulse durations or pulse pauses below a minimum duration t_min_1 or t_min_0 do not occur.
Selbst diese Bedingung kann in statistischer Form noch weiter erfindungsgemäß verallgemeinert werden dazu, dass solche Pulsdauern bzw. Pulspausen unterhalb einer Mindestdauer t_min_1 bzw. t_min_0 nur in der überwiegenden Mehrzahl der Pulse nicht vorkommen. Es ist nämlich möglich, einige relativ wenige solcher Pulse zuzulassen, die dann zwar dazu führen dass der PA momentan mit einem kleineren als dem geforderten Wirkungsgrad arbeitet, aber da der Wirkungsgrad eine mittlere Größe ist, kann der Wirkungsgrad über viele Pulse gemittelt noch ausreichend hoch sein, wenn solche sehr kurzen Pulsdauern bzw. Pulspausen nur hinreichend selten auftreten. Entsprechendes gilt für die Nichtlinearität, deren Anteil an der mittleren Gesamtleistung des Signals dann hinreichend gering sein muss. Das erlaubt einen zeitlich veränderlichen Algorithmus für den Kodierer (302), der viel komplexer ist als eine Look-up-Tabelle. Dieser Algorithmus könnte z. B. so ausgeführt sein, dass der mittlere Bereich in (1 ) dynamisch erweitert wird, solange der mittlere Wirkungsgrad (oder die mittlere Linearität oder die Error Vector Magnitude EVM) nicht unter einen vorgegebenen Wert fällt. Damit erhält der mittlere Bereich zeitweise noch mehr Stufen und erlaubt noch geringere Fehler in der Signalrekonstruktion, d.h. eine noch höhere Signalqualität.Even this condition can be further generalized in a statistical form according to the invention to the effect that such pulse durations or pulse pauses below a minimum duration t_min_1 or t_min_0 do not occur only in the vast majority of the pulses. Indeed, it is possible to admit some relatively few such pulses, which then cause the PA to currently operate at a lower than the required efficiency, but since the efficiency is a medium size, the efficiency averaged over many pulses can still be sufficiently high if such very short pulse durations or pulse pauses occur only rarely enough. The same applies to the nonlinearity, whose share of the average total power of the signal must then be sufficiently low. This allows for a time varying algorithm for the encoder (302) that is much more complex than a lookup table. This algorithm could, for. B. be designed so that the middle range in (1) is dynamically extended as long as the average efficiency (or the mean linearity or the error vector magnitude EVM) does not fall below a predetermined value. This gives the middle At times even more stages and even lower errors in the signal reconstruction, ie an even higher signal quality.
Eine einfache erfindungsgemäße Ausführung dieses komplexeren Algorithmus für die LUT-Komponente (302) könnte z. B. die momentane Temperatur eines Leistungstransis- tors des PA (die als ein negatives Maß für den Wirkungsgrad des PA dienen kann) messen und davon abhängig bei höherer Temperatur den mittleren Bereich verringern (ydO und yd1 einander annähern) und bei niedrigerer Temperatur diesen Bereich vergrößern (ydO und yd1 voneinander entfernen durch Verringern von ydO oder Erhöhen von yd1 ). Dies optimiert die Signalqualität und gewährleistet einen gewünschten mittleren Wir- kungsgrad, eine gewünschte Signalqualität sowie sicheren Betrieb des PA.A simple embodiment of this more complex algorithm for the LUT component (302) could be e.g. For example, measure the instantaneous temperature of a power transistor of the PA (which can serve as a negative measure of PA efficiency) and, at higher temperature, decrease the midrange (ydO and yd1 approach each other) and increase that range at lower temperature (Remove ydO and yd1 from each other by decreasing ydO or increasing yd1). This optimizes the signal quality and ensures a desired average efficiency, a desired signal quality and safe operation of the PA.
Mit einer Ausführung des DPWM basierend auf einem mit CLk2 getakteten Zähler wie in Fig. 4 ist die maximale Stufenzahl des DPWM durch die maximale Zählfrequenz des Zählers begrenzt. Das bildet eine Grenze für die Zeitquantisierung der Pulsweite am Eingang des PA. Ist z. B. der PA bei einer Änderung der Pulsdauer an dessen Eingang y1(t) um 1 ps immer noch gerade in der Lage, eine definierte Änderung der Energie des annähernd rechteckförmigen Pulses am Ausgang y2(t) zu bewirken, so wäre eine maximale Zählfrequenz von 1/(1 ps) = 1000 GHz für einen DPWM nach Fig. 4 nötig, um die Pulsdauer hinreichend fein zu quantisieren. Eine solche Zeitauflösung von z. B. 1 ps für einen PA kann bei heutigen Halbleiter-Technologien ein realistischer Wert sein, weil die Zeitschrittweite bis an die Rauschgrenze verringert werden kann, unterhalb derer kein deterministischer Effekt einer veränderten Pulsdauer mehr feststellbar ist. Eine solche Taktfrequenz f_clk2 von z.B. 1 THz für den DPWM ist hingegen bei heutigen Technologien kaum zu erreichen, da dessen obere Taktfrequenz durch die minimale Laufzeit eines Signals durch eine logische Einheit (Logik und Speicher, im minimalen Fall eines Ring- Zählers ein einzelnes Flipflop) bestimmt wird, die meist deutlich größer ist als die Zeitunsicherheit durch Rauschen.With an execution of the DPWM based on a CLk2 clocked counter as in FIG. 4, the maximum number of stages of the DPWM is limited by the maximum count frequency of the counter. This forms a limit to the time quantization of the pulse width at the input of the PA. Is z. If, for example, the PA is still able to produce a defined change in the energy of the approximately rectangular pulse at the output y2 (t) when the pulse duration at its input y1 (t) is changed by 1 ps, a maximum counting frequency of 1 / (1 ps) = 1000 GHz for a DPWM according to FIG. 4, in order to sufficiently finely quantize the pulse duration. Such a time resolution of z. B. 1 ps for a PA can be a realistic value in today's semiconductor technologies, because the time step can be reduced to the noise limit, below which no deterministic effect of a changed pulse duration is more detectable. Such a clock frequency f_clk2 of e.g. 1 THz for the DPWM, however, is hardly achievable in today's technologies, since the upper clock frequency by the minimum transit time of a signal by a logical unit (logic and memory, in the minimal case of a ring counter a single flip-flop) is determined, usually clear is greater than the time uncertainty due to noise.
Eine optimale Ausnutzung der möglichen Zeitauflösung des PA erfordert daher einen anderen DPWM als einen wie in Fig. 4 auf Taktung mit f_clk2 basierenden DPWM.An optimal utilization of the possible time resolution of the PA therefore requires a different DPWM than a DPWM based on clocking with f_clk2 as in FIG. 4.
Fig. 5a zeigt eine andere Ausführungsform des DPWM. Hier wird die Dauer des Aus- gangsimpulses y1(t) nicht durch einen Zähler bestimmt, sondern durch ein digital stellbares Delay (501 ), welches auch hier ein R-S-Flipflop (503) verzögert rücksetzt, nachdem es durch einen aus dem Takt CIk abgeleiteten Impuls gesetzt wurde. Für ein digital stellbares Delay sind eine Anzahl von Realisierungen bekannt, es kann beispielsweise wie in Fig. 5a angedeutet durch einen DAC (501 b) gefolgt von einem analog stellbaren Delay (501a) gebildet werden. Hier ist das Eingangssignal des DAC (501 b) das Eingangssignal des DPWM ye(t).Fig. 5a shows another embodiment of the DPWM. Here, the duration of the output pulse y1 (t) is not determined by a counter, but by a digitally adjustable delay (501), which resets an RS flip-flop (503) delayed here, after it has been derived by a clock derived from the clock CIk Pulse was set. For a digitally adjustable delay, a number of implementations are known, for example as indicated in Fig. 5a by a DAC (501 b) followed by an analog adjustable delay (501a) are formed. Here, the input signal of the DAC (501b) is the input signal of the DPWM ye (t).
Eine andere Variante, die in Fig. 5b dargestellt ist, verwendet eine Anzahl N=2M von am Eingang parallel geschalteten Delay-Einheiten verschiedener Verzögerung, von denen genau eine durch einen nachgeschalteten Multiplexer ausgewählt wird. Hier ist ye(t) das Eingangssignal des Multiplexers, das die Auswahl der Delay-Einheit bestimmt.Another variant, shown in Figure 5b, uses a number N = 2 M of delay-connected delay units of different delay, of which exactly one is selected by a downstream multiplexer. Here, ye (t) is the input signal of the multiplexer that determines the selection of the delay unit.
Eine andere Variante, die in Fig. 5c dargestellt ist, verwendet eine Delay-Locked Loop (DLL) zur Erzeugung von N=2M verschiedenen Verzögerungsstufen des Taktsignales, von denen wieder genau eine durch einen nachgeschalteten Multiplexer ausgewählt wird. Auch hier ist ye(t) das Eingangssignal des Multiplexers, das die Auswahl der Delay-Stufe bestimmt.Another variant, shown in Fig. 5c, uses a delay-locked loop (DLL) to generate N = 2 M different delay stages of the clock signal, of which exactly one is again selected by a downstream multiplexer. Again, ye (t) is the input to the multiplexer, which determines the selection of the delay level.
Weitere Varianten für ein digital stellbares Delay sind als Stand der Technik bekannt.Further variants for a digitally adjustable delay are known as the prior art.
Der Vorteil einer solchen Ausführung des DPWM wie in Fig. 5a bis 5c beispielhaft dar- gestellt sind, dass das Delay und damit die Pulsdauer in erheblich feineren Zeitschritten als bei einer Taktung verändert werden können. Dadurch kann die feine mögliche Zeitauflösung des PA für dessen Pulsdauer an dessen Eingang y1 (t) ausgeschöpft werden, und das Signal y2(t) kann mit höherer Qualität das Signal x(t) repräsentieren.The advantage of such an embodiment of the DPWM, as illustrated by way of example in FIGS. 5a to 5c, is that the delay and thus the pulse duration can be changed in considerably finer time steps than in the case of clocking. As a result, the fine possible time resolution of the PA for its pulse duration at its input y1 (t) can be exhausted, and the signal y2 (t) can represent the signal x (t) with higher quality.
In einer weiter verbesserten erfindungsgemäßen Variante kann die Anzahl der Verzöge- rungsstufen und damit die zeitliche Auflösung einer DLL, die üblicherweise auf Ketten von (oft differentiellen) nichtlinearen Verstärkerstufen basiert, stark erhöht werden. In Fig. 6a wird beispielhaft eine Kette von solchen Verstärkerstufen einer herkömmlichen DLL dargestellt. Bestehen die Verstärkerstufen (602) aus Differenzverstärkern, so haben sie real differentielle Ein- und Ausgänge, von denen hier nur einer dargestellt wird. Die zeitliche Auflösung der DLL wird durch das Delay des Signals zwischen zwei benachbarten Anzapfungen (603) gebildet. Das Delay wird vorgegeben von der Geschwindigkeit der verwendeten Verstärkerstufen. In Fig. 6b wird die zeitliche Auflösung um den Faktor 4 verbessert, indem jeder aktiven Verstärkerstufe (602) eine Anzahl (hier 4) von in Reihe geschalteten passiven Verzögerungselementen (604) parallel geschaltet wird. Solche passiven Verzögerungselemente können ein nahezu beliebig kleines Delay aufweisen und erlauben damit eine nahezu beliebig feine zeitliche Auflösung der DLL. In Fig. 6b sind die in Reihe geschalteten passiven Verzögerungselemente (604) sowohl eingangs- wie ausgangsseitig parallel zu der zugeordneten aktiven Verstärkerstufe (602) geschaltet. Damit wird das Delay von Eingang zum Ausgang der aktiven Verstärkerstufe (602) verändert und teilweise durch die passiven Elemente bestimmt. Das kann ein Vorteil sein, wenn eine hohe Reproduzierbarkeit und enge Toleranz des Delays erwünscht sind, denn das Delay passiver Elemente kann meist enger toleriert gefertigt werden als das von aktiven Elementen. Liegt hingegen der Schwerpunkt auf einem weiten Abstimmbereich der DLL, so kann die Verbindung ausgangsseitig aufgetrennt werden, wie in Fig. 6c gezeigt. Hier wird das Delay von Eingang zum Ausgang der aktiven Verstärkerstufe (602) allein von der aktiven Verstärkerstufe (602) bestimmt. Soll ein weiter Bereich an Delay- Verstellung der aktiven Verstärkerstufe (602) ermöglicht werden, der größer ist als das Delay eines einzelnen passiven Verzögerungselements (604), so kann die Kette aus passiven Verzögerungselementen (604) verlängert werden, wie in Fig. 6d gezeigt, um den gesamten Bereich der nötigen Zwischenschritte an Delays abzudecken.In a further improved variant according to the invention, the number of delay stages and thus the temporal resolution of a DLL, which is usually based on chains of (often differential) non-linear amplifier stages, can be greatly increased. In Fig. 6a, a chain of such amplifier stages of a conventional DLL is shown by way of example. If the amplifier stages (602) consist of differential amplifiers, they have real differential inputs and outputs, of which only one is shown here. The temporal resolution of the DLL is formed by the delay of the signal between two adjacent taps (603). The delay is dictated by the speed of the amplifier stages used. In Fig. 6b, the temporal resolution is improved by a factor of 4 by connecting in parallel to each active amplifier stage (602) a number (here 4) of series-connected passive delay elements (604). Such passive delay elements can have an almost arbitrarily small delay and thus allow an almost arbitrarily fine temporal resolution of the DLL. In Fig. 6b, the series-connected passive delay elements (604) both input and output side are connected in parallel to the associated active amplifier stage (602). Thus, the delay from the input to the output of the active amplifier stage (602) is changed and determined in part by the passive elements. This can be an advantage if a high reproducibility and close tolerance of the delay are desired because the delay of passive elements can usually be made tighter tolerated than that of active elements. If, on the other hand, the focus is on a wide tuning range of the DLL, then the connection can be separated on the output side, as shown in Fig. 6c. Here, the delay from input to output of the active amplifier stage (602) is determined solely by the active amplifier stage (602). If a wide range of delay adjustment of active amplifier stage (602) is to be made greater than the delay of a single passive delay element (604), the chain of passive delay elements (604) may be extended as shown in Figure 6d to cover the entire range of necessary intermediate steps on delays.
Wird eine solche Ausführung einer DLL wie in Fig. 6b bis 6d symbolhaft dargestellt angewendet, so kann damit mit einem DPWM nach Fig. 5c das Delay und damit die PuIs- dauer in noch wesentlich feineren Zeitschritten verändert werden, so dass die mögliche Zeitauflösung des PA für dessen Pulsdauer an dessen Eingang y1(t) noch feiner ausgeschöpft werden kann, und das Signal y2(t) kann mit noch höherer Qualität das Signal x(t) repräsentieren.If such a design of a DLL is used symbolically as shown in FIGS. 6b to 6d, then the delay and thus the duration of the pulse can be changed in considerably finer time steps with a DPWM according to FIG. 5c, so that the possible time resolution of the PA for whose pulse duration at the input y1 (t) it can be used even finer, and the signal y2 (t) can represent the signal x (t) with even higher quality.
Eine weitere Verbesserung ist möglich, indem der SDPLM nicht mit einem festen Takt der Frequenz f_clk=const. betrieben wird, sondern die momentane Frequenz f_clk als ein Vielfaches der Eingangsfrequenz gewählt wird. Der Betrieb eines SDM mit zeitlich variabler Frequenz des Taktes ist bisher nicht üblich. Die üblichen mathematischen Grundlagen eines SDM beruhen auf der z-Transformation, die eine konstante Taktfrequenz voraussetzt. Sie können dennoch näherungsweise auch in dieser erfindungsgemäßen Variante eingesetzt werden, wenn die Bandbreite des Signals x(t) viel kleiner ist als dessen Träger- bzw. Mittenfrequenz, was in der Telekommunikation meist der Fall ist.A further improvement is possible by the SDPLM not with a fixed clock frequency f_clk = const. is operated, but the current frequency f_clk is selected as a multiple of the input frequency. The operation of an SDM with time-variable frequency of the clock is not common practice. The usual mathematical foundations of an SDM are based on the z-transformation, which requires a constant clock frequency. Nevertheless, they can be used approximately in this variant according to the invention, if the bandwidth of the signal x (t) is much smaller than its carrier or center frequency, which is usually the case in telecommunications.
Hierbei wird das Signal (702) zur Taktung des ADC und des DPWM von einem zeitlich veränderlichen Taktgenerator (701 ) aus der momentanen Frequenz oder momentanen Periode des Eingangssignals x(t) erzeugt, wie in Fig. 7 symbolhaft dargestellt. Die mo- mentane Periode ist dabei eine zeitlich veränderliche Form der für rein periodische Signale definierten konstanten Periode. Als momentane Periode kann der zeitliche Abstand zweier benachbarter gleichsinniger Nulldurchgänge (z.B. beide von x(t)<0 zu x(t)>0) des Eingangssignals x(t) angesehen werden. Der Taktgenerator (701 ) kann beispielsweise einen Taktvervielfacher mit einem nachgeschalteten Phasenschieber enthalten. Dadurch ist der Zeitpunkt der Abtastung des Eingangssignals x(t) phasenstarr zu x(t) selbst, und mit dem Phasenschieber kann diese Phasendifferenz deltaPhi eingestellt werden. Das ist insbesondere nützlich für kleine Werte des Überabtastfaktors OVR (oversampling ratio), wenn also pro Periode von x(t) nur wenige Abtastungen ausgeführt werden. Liegen nämlich die Abtastzeitpunkte in der Nähe des Nulldurchgangs von x(t), so wird das Signal bei kleinem OVR nur sehr schlecht rekonstruiert. Im worst case mit deltaPhi=O wird z.B. x(t) zur Phase 0 und zur Phase 180° abgetastet, und man erhält yd(t)=O. Durch Einstellen von deltaPhi=90° wird x(t) z. B. zur Phase 90° und zur Phase 270° abgetastet, und man an yd(t) erhält die maximale Information, nämlich die Amplitude des Scheitelwertes von x(t). Ein solches Takten des Systems mit einem aus x(t) abgeleiteten Takt ist auch für größere OVR sinnvoll, denn man kann damit die Abtastzeitpunkte so setzen, dass sie möglichst gut das Signal x(t) repräsentieren und die informationslosen Nulldurchgänge selten oder nicht abgetastet werden. Bei einem herkömmlichen zu x(t) unkorrelierten Takt CIk wäre der momentane Informationsgehalt von yd(t) unbestimmt und nur statistisch angebbar, so dass man einen hohen OVR benötigt, um das Signal genügend genau nachzubilden. Diese Verbesserung nach Fig. 7 erlaubt also einen geringeren OVR und damit bei technologisch gegebenem maximalen Abtasttakt f_clk_max eine höhere maximale Frequenz des Eingangssignals. Das kann eine wesentliche Verbesserung sein, weil z.B. mit einer Verringerung des nötigen OVR von 4 auf 1 damit nun die vierfache Träger- frequenz an x(t) verarbeitet werden kann und andere Anwendungsgebiete für einen PA mit SDM bzw. SDPLM möglich sind als bisher, insbesondere in den Bereichen über 1 GHz, die für die Telekommunikation besonders interessant sind, aber für geschaltete PA wegen der hohen nötigen OVR bisher kaum in Frage kamen.Here, the signal (702) for timing the ADC and the DPWM is generated by a time-varying clock generator (701) from the current frequency or current period of the input signal x (t), as shown in Fig. 7 symbolically. The instantaneous period is a time-varying form of the constant period defined for purely periodic signals. The time interval between two adjacent equidirectional zero crossings (eg both from x (t) <0 to x (t)> 0) of the input signal x (t) can be regarded as the instantaneous period. The clock generator (701) may include, for example, a clock multiplier with a downstream phase shifter. Thereby For example, the timing of sampling the input signal x (t) is phase locked to x (t) itself, and the phase shifter can adjust this phase difference deltaPhi. This is especially useful for small values of oversampling factor OVR, that is, if only a few samples are executed per period of x (t). If the sampling times lie near the zero crossing of x (t), then the signal is reconstructed very poorly with a small OVR. In the worst case with deltaPhi = 0, for example, x (t) is sampled to phase 0 and to the phase 180 °, and yd (t) = 0 is obtained. By setting deltaPhi = 90 °, x (t) becomes z. B. sampled to the phase 90 ° and to the phase 270 °, and one obtains at yd (t) the maximum information, namely the amplitude of the peak value of x (t). Such a clocking of the system with a clock derived from x (t) is also useful for larger OVR, because it allows you to set the sampling times so that they represent the signal x (t) as well as possible and the informationless zero crossings are rarely or not scanned , In a conventional clock unconsolidated to x (t) CIk, the instantaneous information content of yd (t) would be indeterminate and statistically justifiable, so that a high OVR is needed to replicate the signal with sufficient accuracy. This improvement according to FIG. 7 therefore permits a lower OVR and thus a higher maximum frequency of the input signal given technologically given maximum sampling clock f_clk_max. This can be a significant improvement because, for example, with a reduction in the required OVR from 4 to 1, the fourfold carrier frequency at x (t) can now be processed and other fields of application for a PA with SDM or SDPLM are possible, Especially in the areas above 1 GHz, which are particularly interesting for telecommunications, but for switched PA because of the high required OVR hardly came into question.
Der Taktvervielfacher kann beispielsweise aus einem oder mehreren hintereinander geschalteten Taktverdopplern aufgebaut sein. Für Taktvervielfacher, insbesondere Takt- verdoppler, sind eine Anzahl von Grundschaltungen, auch unter dem Namen Frequenzvervielfacher bzw., Frequenzverdoppler bekannt. Ein Beispiel zur Taktvervielfachung um einen Faktor T ist es, die momentane Phaseninformation von x(t) (die die Frequenzinformation enthält) von der Amplitudeninformation abzutrennen, indem x(t) ein Komparator oder Begrenzerverstärker nachgeschaltet wird, und dieses Signal xs(t), das im Idealfall durch die Vorzeichenfunktion sgn() gebildet sein kann mit xs(t) = sgn(x(t)), dann zur Steuerung einer Phasenregelschleife (PLL) mit ganzzahligem Teiler (Integer-N-PLL) mit dem festen Teilerfaktor T zu verwenden, wobei die Bandbreite der PLL groß genug sein muß für die Bandbreite von x(t). Eine andere bekannte Möglichkeit ist es, eine DLL zur Taktvervielfachung zu verwenden. Zunächst wird die DLL so aufgebaut, dass ihr gesamtes Delay im Mittenbereich der Delay-Steuerung ohne Delay-Locking etwa K Taktperioden der Mittenfrequenz von x(t) beträgt, wobei K eine ganze Zahl ist, um die der Takt vervielfacht werden soll. Im einge- lockten Fall der DLL beträgt dieses Delay dann genau K Taktperioden der Mittenfrequenz von x(t). Diese DLL wird mit x(t) angesteuert und ist im eingelockten Zustand phasenstarr mit x(t) synchronisiert. Fig. 8 zeigt ein Beispiel für die Ausgangssignale einer DLL mit N=16 Ausgängen. Der Ausgang Q16 wird durch die Regelschleife phasenstarr zur Eingang D (=xs(t)) gehalten. Nun wird dieser DLL ein logischer Block nachgeschaltet, der Anzapfungen der DLL so verknüpft, dass ein Taktsignal mit der gewünschten vielfachen Taktfrequenz entsteht, indem in jeder Periode des Eingangs-Takts am Signal D in Fig. 8 insgesamt K Ausgangs-Takt-Impulse erzeugt werden. In Fig. 8 ist K =2 gewählt.The clock multiplier can be constructed, for example, from one or more clock doublers connected in series. For clock multipliers, in particular clock doublers, a number of basic circuits, also known as frequency multipliers or frequency doubling are known. An example of clock multiplication by a factor T is to separate the instantaneous phase information of x (t) (containing the frequency information) from the amplitude information by connecting a comparator or limiter amplifier downstream of x (t) and this signal xs (t), which may ideally be formed by the sign function sgn () with xs (t) = sgn (x (t)), then to control a phase-locked loop (PLL) with integer divisor (integer N-PLL) with the fixed divider factor T. use, where the bandwidth of the PLL must be large enough for the bandwidth of x (t). Another known possibility is to use a DLL for clock multiplication. First, the DLL is constructed so that its total delay in the center of the delay control without delay-locking is approximately K clock periods of the center frequency of x (t), where K is an integer by which the clock is to be multiplied. In the case of the DLL, this delay is exactly K clock periods of the center frequency of x (t). This DLL is controlled with x (t) and is synchronized in the locked state phase locked with x (t). Fig. 8 shows an example of the output signals of a DLL with N = 16 outputs. The output Q16 is held in phase lock by the control loop to the input D (= xs (t)). Now this DLL is followed by a logic block linking taps of the DLL to produce a clock signal at the desired multiple clock frequency by generating a total of K output clock pulses at each period of the input clock on signal D in FIG , In Fig. 8 K = 2 is selected.
Wird für den DPWM in Fig. 7 ebenfalls eine DLL verwendet, so entstehen am Ausgang y1(t) des DPWM Signale wie im Beispiel in Fig. 9 gezeigt. Der Einfachheit halber wird auch hier eine DLL mit N=16 Ausgängen dargestellt. Real kann aber die Zahl der Anzapfungen wesentlich größer sein, um eine feinere Zeitauflösung zu erreichen. Eine DLL mit sehr großem N kann gemäß Fig. 6b bis 6d aufgebaut werden. In Fig. 9 sind fünf Beispiele für mögliche Ausgangssignale gezeigt:If a DLL is also used for the DPWM in FIG. 7, signals are produced at the output y1 (t) of the DPWM as shown in the example in FIG. For the sake of simplicity, a DLL with N = 16 outputs is also shown here. Real, however, the number of taps can be much larger, in order to achieve a finer time resolution. A DLL with a very large N can be constructed according to FIGS. 6b to 6d. FIG. 9 shows five examples of possible output signals:
Für yd(t)<ydθ ist ye(t)=0 und damit auch y1 (t) konstant auf ,0'. Dies kann bei einer Struktur nach Fig. 7 und einer Schaltung ähnlich zu Fig. 5c erreicht werden, indem das Setz-Signal S des flankengesteuerten RS-Flipflop (403 bzw. 503) konstant auf ,0' gehalten wird. Für diesen Fall wird die Struktur des DPWM von Fig. 5c etwas erweitert, wie in Fig. 10 dargestellt. Ein logischer Block detektiert die beiden Fälle ye=0 und ye=ye_max und erzeugt die entsprechenden Signale ye_is_0 bei ye=0 und ye_is_max bei ye=ye_max. Damit bleibt das RS-Flipflop bei ye=0 rückgesetzt und y1(t) konstant auf ,0' (5. Signal von unten in Fig. 9).For yd (t) <ydθ, ye (t) = 0 and thus also y1 (t) is constant at '0'. This can be achieved in a structure according to Fig. 7 and a circuit similar to Fig. 5c by the set signal S of the edge-triggered RS flip-flop (403 or 503) is kept constant at '0'. In this case, the structure of the DPWM of Fig. 5c is somewhat widened, as shown in Fig. 10. A logical block detects the two cases ye = 0 and ye = ye_max and generates the corresponding signals ye_is_0 at ye = 0 and ye_is_max at ye = ye_max. This leaves the RS flip-flop reset at ye = 0 and y1 (t) constant at '0' (5th signal from the bottom in FIG. 9).
Für yd(t)>yd1 ist ye(t)=ye_max und damit soll y1(t) konstant auf ,1 ' sein. Dies kann bei einer Struktur nach Fig. 7 und einer Schaltung ähnlich zu Fig. 5c erreicht werden, indem das Rücksetz-Signal R des flankengesteuerten RS-Flipflop (403 bzw. 503) kons- tant auf ,0' gehalten wird wie in Fig. 10 dargestellt. Damit bleibt das RS-Flipflop gesetzt und y1(t) konstant auf ,1 ' (1. Signal von unten in Fig. 9).For yd (t)> yd1, ye (t) = ye_max and thus y1 (t) should be constant at '1'. This can be achieved in a structure according to FIG. 7 and a circuit similar to FIG. 5 c by keeping the reset signal R of the edge-triggered RS flip-flop (403 or 503) constant at '0' as shown in FIG. 10 is shown. This leaves the RS flip-flop set and y1 (t) constant at '1' (1st signal from the bottom in FIG. 9).
Für die anderen Werte von yd(t) ist ye(t) in einem festlegbaren Zwischenbereich, beispielsweise zwischen 5 und 11. Welche Grenzen für diesen Bereich gewählt werden, hängt erfindungsgemäß wie oben beschrieben davon ab, welche minimale und maximale Pulsdauer für den gegebenen PA und dessen Effizienz und Linearität zulässig sind. Die Pulsdauer an y1(t) variiert damit von 5/16 (4. Signal von unten in Fig. 9) über 1/2 (3. Signal von unten in Fig. 9) und 1 1/16 (2. Signal von unten in Fig. 9) der gesamten mo- mentanen Taktperiode von CIk. In diesen Fällen wird das Setz-Signal S durch CIk (=D in Fig. 9) gebildet, während das Rücksetz-Signal R durch ye(t) vom Multiplexer aus den Anzapfungen der DLL ausgewählt wird.For the other values of yd (t), ye (t) is in a definable intermediate range, for example between 5 and 11. Which limits are chosen for this range, According to the invention, as described above, depends on which minimum and maximum pulse duration are allowed for the given PA and its efficiency and linearity. The pulse duration at y1 (t) thus varies from 5/16 (4th signal from below in FIG. 9) over 1/2 (3rd signal from below in FIG. 9) and 1 1/16 (2nd signal from below in Fig. 9) of the entire instantaneous clock period of CIk. In these cases, the set signal S is formed by CIk (= D in Fig. 9), while the reset signal R is selected by ye (t) from the multiplexer of the taps of the DLL.
Die Pulsdauer wird damit abhängig von der Amplitude von x(t), die gemäß Fig. 7 phasenstarr zu x(t) ermittelt wird, in den für den PA zulässigen Grenzen variiert. Die Nichtlineari- täten and den Endbereichen sowie die durch Quantisierung und andere Fehler im Vorwärtszweig entstandenen weiteren Fehler werden über den DAC (106) rückgekoppelt und in den folgenden Perioden ausgeglichen.The pulse duration is thus varied depending on the amplitude of x (t), which is determined according to FIG. 7 phase-locked to x (t) in the permissible limits for the PA. The nonlinearities at the end regions as well as the further errors resulting from quantization and other errors in the forward branch are fed back via the DAC (106) and compensated in the following periods.
Da die Abtastung nun phasenstarr zu x(t) stattfindet und sich die Amplitude von x(t) normalerweise nur mit der Bandbreite von x(t), d.h. mit der Modulationsbandbreite, nicht mit der wesentlich höheren Mittenfrequenz bzw. Trägerfrequenz von x(t) ändert, kann diese phasenstarre Abtastung am ADC auch seltener erfolgen. Diese Möglichkeit ist in Fig. 1 1 beispielhaft dargestellt: Ein zusätzlicher Frequenzteiler divK (1101 ) mit dem festen Teilerverhältnis K verringert die Abtastrate des ADC. Ist der DAC getaktet, kann auch dessen Taktfrequenz mit reduziert werden, wie in Fig. 11 gezeigt. Das entspannt die Anforderungen an ADC und DAC, was z.B. einen langsameren und damit auch höher auflösenden ADC erlaubt. Damit wird die Breite M1 von yd(t) größer, was eine größere Breite M2 von ye(t) ermöglicht. Der DPWM erhält dann über mehrere Taktperioden von CIk am Eingang konstante Werte und erzeugt - weiterhin mit dem ungeteilten CIk getaktet - ein über K Perioden konstantes Tastverhältnis an y1(t) für den PA. Mit K>1 wird aber auch die Rückkopplungsschleife langsamer, so dass nicht mehr zu jedem Takt an CIk die Fehler rückgekoppelt werden, so dass die Fähigkeit des SDPLM zur Linearisierung teilweise eingebüßt wird. So kann für K ein optimaler Kompromiss für die spezielle Implementation des Systems, z. B. zwischen der erhöhten Genauigkeit durch größere M1 und M2 und der verringerten Genauigkeit durch selteneres Feedback, gewählt werden.Since the sampling now takes place in phase with x (t) and the amplitude of x (t) normally only with the bandwidth of x (t), i. With the modulation bandwidth, not with the much higher center frequency or carrier frequency of x (t) changes, this phase-locked sampling at the ADC can also be done less frequently. This possibility is shown by way of example in FIG. 11: An additional frequency divider divK (1101) with the fixed divider ratio K reduces the sampling rate of the ADC. If the DAC is clocked, its clock frequency can also be reduced, as shown in FIG. 11. This relaxes the requirements for ADC and DAC, which is e.g. a slower and thus higher resolution ADC allowed. Thus, the width M1 of yd (t) becomes larger, allowing a larger width M2 of ye (t). The DPWM then receives constant values over several clock cycles of CIk at the input and generates - furthermore clocked with the undivided CIk - a duty cycle constant over K periods at y1 (t) for the PA. But with K> 1, the feedback loop slows down, so that the errors are no longer fed back to every clock on CIk, so that the ability of the SDPLM to linearize is partially lost. Thus, for K, an optimal compromise for the particular implementation of the system, e.g. Between the increased accuracy by larger M1 and M2 and the reduced accuracy through less frequent feedback.
Die Pulsweitenmodulation wie z.B. in Fig. 9 dargestellt weist noch einen Mangel auf, der insbesondere bei sehr kleinem Wert für KOVR zum Tragen kommt: Der Beginn des Pulses des Signals y1(t) ist phasenstarr zu x1 , und damit variiert notwendigerweise die zeitliche Mitte des Pulses mit der momentanen Amplitude. Damit erhält y1(t) eine ampli- tudenabhängige Phasenmodulation, die um so stärker ist, je kleiner KOVR ist, d.h. je weniger Clk-Takte pro Periode von x(t) erzeugt werden.The pulse width modulation as shown, for example, in Fig. 9 still has a shortcoming, which comes into play especially at very low value for KOVR: The beginning of the pulse of the signal y1 (t) is phase locked to x1, and thus necessarily varies the time center of the Pulse with the current amplitude. This gives y1 (t) an ampli- tudenabhängige phase modulation, which is the stronger, the smaller KOVR is, ie the fewer Clk cycles per period of x (t) are generated.
Dieser Mangel kann durch eine weitere erfindungsgemäße Variante behoben werden, indem die Pulsweitensteuerung gleichmäßig auf den Beginn und das Ende des Pulses aufgeteilt wird, d.h. mit wachsendem ye(t) wird die Phase für den Beginn des Pulses immer früher und die Phase für dessen Ende (wie bisher auch) immer später, aber beide einander entgegengesetzt gerichtete zeitliche Verschiebungen geschehen jeweils nur mit der halben Phasendifferenz wie bisher, so dass sich insgesamt wieder die volle Phasendifferenz und Pulsdauer ergibt.This deficiency can be remedied by a further variant according to the invention in which the pulse width control is equally divided between the beginning and the end of the pulse, i. with increasing ye (t) the phase for the beginning of the pulse becomes always earlier and the phase for its end (as before) ever later, but both oppositely directed temporal shifts occur only with half the phase difference as before, so that Overall, the full phase difference and pulse duration again.
Ein Beispiel hierfür ist in Fig. 12 als Struktur und in Fig. 13 im Signalverlauf dargestellt. In Fig. 12 erhält die LUT (bisher 302, nun 1202) eine Modifizierung: Sie hat für den bisherigen Ausgang ye nun 2 Ausgänge ye_start und ye_stop. Außerdem kann in diesem Beispiel die LUT auch gleich die Generierung der Signale ye_is_0 (,1 ' bei bei yd(t) < ydO) und ye_is_max (,1 ' bei ye= yd(t) > yd1 ) mit übernehmen, so dass der zusätzliche logische Block eingespart wird. Die Signale ye_start und ye_stop können nach folgender Vorschrift gebildet werden:An example of this is shown in FIG. 12 as a structure and in FIG. 13 in the signal profile. In FIG. 12, the LUT (previously 302, now 1202) receives a modification: it has 2 outputs ye_start and ye_stop for the previous output ye. In addition, in this example, the LUT can take over the generation of the signals ye_is_0 (, 1 'at yd (t) <ydO) and ye_is_max (, 1' at ye = yd (t)> yd1), so that the additional Logical block is saved. The signals ye_start and ye_stop can be formed according to the following rule:
I 0 für yd(t) < ydO ye_start(t) = | ye_max/2-Ganzzahl(yd(t)/2) für ydO <= yd(t) <= yd1 (2) I yejnax für yd(t) > yd1I 0 for yd (t) <ydO ye_start (t) = | ye_max / 2-integer (yd (t) / 2) for ydO <= yd (t) <= yd1 (2) I yejnax for yd (t)> yd1
I 0 für yd(t) < ydO ye_stop(t) = | ye_start(t)+yd(t) für ydθ <= yd(t) <= yd1 (3)I 0 for yd (t) <ydO ye_stop (t) = | ye_start (t) + yd (t) for ydθ <= yd (t) <= yd1 (3)
I yejnax für yd(t) > yd1I yejnax for yd (t)> yd1
Die Division durch 2 in (2) wird bei ungeraden Werten von yd(t) durch die Ganzzahl- Funktion einen Rundungsfehler erzeugen. Deshalb wird in (3) dieser ganzzahlige Wert ye_start(t) verwendet, damit die Differenz ye_stop(t) - ye_start(t) im linearen Bereich (d.h. bei ydO <= yd(t) <= yd1 ) genau gleich zu yd(t) ist und keinen Rundungsfehler enthält, so dass die Pulsdauer ohne Rundungsfehler linear abgebildet wird. Tabelle 1 zeigt ein Beispiel für eine solche LUT. Tabelle 1The division by 2 in (2) will produce a rounding error on odd values of yd (t) by the integer function. Therefore, in (3), this integer value ye_start (t) is used so that the difference ye_stop (t) -ye_start (t) in the linear region (ie at ydO <= yd (t) <= yd1) is exactly equal to yd (t ) and does not contain a rounding error, so that the pulse duration is mapped linearly without rounding error. Table 1 shows an example of such a LUT. Table 1
Die Spalte ye gibt hierbei den effektiv entstehenden Wert der Pulsdauer für eine Wahl von ydθ=5, yd 1 = 11. In Fig. 12 ist dieser Ausgang ye an der LUT nicht nötig, denn ye ergibt sich durch die Steuerung des flankengesteuerten RS-Flipflop (503) mit den anderen Signalen. Die sich daraus ergebenden Signalverläufe zeigt beispielhaft Fig. 13. Für yd(t) im Bereich von 5 bis 11 wird eine proportionale Pulsdauer an y1(t) erzeugt, die im Gegensatz zu Fig. 9 nun um die Pulsmitte zentriert ist. Man kann jedoch erkennen, dass diese Zentrierung nicht exakt ist, sondern um maximal eine halbe Zeiteinheit differieren kann, die aus der ganzzahligen Abrundung in (2) resultiert. Somit bleibt ein Restfehler in der erzeugten Phase des Pulses von maximal einer halben Zeiteinheit des Delays zwischen zwei benachbarten Anzapfungen der DLL. Dieser maximale Restfehler kann jedoch durch eine DLL mit sehr großem N, z. B. gemäß Fig. 6b bis 6d sehr klein gehalten werden.In this case, the column ye gives the effective value of the pulse duration for a choice of ydθ = 5, yd 1 = 11. In FIG. 12, this output ye is not necessary at the LUT, since ye results from the control of the edge-controlled RS flip-flop (503) with the other signals. The resulting signal curves are shown by way of example in FIG. 13. For yd (t) in the range from 5 to 11, a proportional pulse duration is generated at y1 (t), which, unlike FIG. 9, is now centered about the center of the pulse. However, it can be seen that this centering is not exact, but can differ by a maximum of a half time unit, which results from the integer rounding in (2). Thus, a residual error in the generated phase of the pulse of at most half a time unit of the delay remains between two adjacent taps of the DLL. This maximum residual error can, however, by a DLL with very large N, z. B. be kept very small according to FIG. 6b to 6d.
Ein solches erfindungsgemäßes System kann aus einem analogen Hochfrequenzsignal x(t) mit einem hocheffizienten geschalteten PA ein verstärktes analoges Ausgangssignal y(t) mit guter Linearität erzeugen. Es eignet sich gut, um vorhandene analoge PA mit geringerem Wirkungsgrad zu ersetzen. Wegen der erfindungsgemäßen Eigenschaft, Grenzen für die minimale Pulsdauer und die minimale Pulspause festzusetzen, können geschaltete PA bis zu wesentlich höheren Trägerfrequenzen eingesetzt werden als z.B. bei einem herkömmlichen PLM. Gegenüber einem herkömmlichen SDM hat die hier beschriebene Lösung die Hauptvorteile, dass erstens die Pulsdauer variabel ist in praktisch beliebig feinen Schritten, deren Zeiteinheit weit kleiner als eine Taktperiode sein kann, und zweitens der Puls phasenstarr mit dem Eingangssignal synchronisiert werden kann, wobei durch die beschriebene Zentrierung der Pulsmitte auch bei Änderung der Pulsdauer nahezu keine Änderung der Phase erfolgt.Such a system according to the invention can convert an analog high-frequency signal x (t) with a high-efficiency switched PA into an amplified analog output signal Generate y (t) with good linearity. It is well suited to replace existing analog PA with lower efficiency. Because of the inventive feature of setting limits for the minimum pulse duration and the minimum pulse pause, switched PA can be used up to much higher carrier frequencies than, for example, in a conventional PLM. Compared to a conventional SDM, the solution described here has the main advantages that, firstly, the pulse duration is variable in virtually arbitrarily fine steps, the time unit can be far smaller than a clock period, and secondly, the pulse can be synchronized in phase with the input signal, with the described Centering the pulse center even when changing the pulse duration is almost no change in the phase.
Für zukünftige weitere Anwendungen kann es darüber hinaus wünschenswert sein, statt der analogen Eingangsschnittstelle x(t) eine digitale Schnittstelle xd(k) zur Verfügung zu stellen. Hierbei ist k eine ganzzahligen Laufvariable für den konstanten Zeittakt, mit dem das digitale Signal xd(k) vorliegt. xd(k) kann eine Zusammenfassung (ein Vektor) aus mehreren einzelnen digitalen Signalen sein, beispielsweise umfassend die digitalen Signale der Amplitude xda(k) und der Phase xdp(k), oder umfassend die digitalen Signale der Amplitude xda(k) und der momentanen Frequenz xdf(k). Im Unterschied zu einer Verwendung von x(t), die ein Signal im Bereich der Trägerfrequenz enthält, kann durch die Angabe von Amplitude und Phase oder Amplitude und momentaner Frequenz trotz eines relativ langsamen Zeittaktes für k, nämlich bezogen auf den Frequenzbereich des Basisbands, ein beliebig hochfrequentes Signal x(t) im Frequenzbereich des Trägers beschrieben werden. Eine solche digitale Schnittstelle bietet also eine sehr geeignete Beschreibung von x(t).For future further applications, it may also be desirable to provide a digital interface xd (k) instead of the analog input interface x (t). Here k is an integer variable for the constant clock with which the digital signal xd (k) is present. xd (k) can be a summary (a vector) of several individual digital signals, for example comprising the digital signals of amplitude xda (k) and phase xdp (k), or comprising the digital signals of amplitude xda (k) and current frequency xdf (k). In contrast to using x (t), which contains a signal in the range of the carrier frequency, the indication of amplitude and phase or amplitude and instantaneous frequency, despite a relatively slow clock for k, namely based on the frequency range of the baseband, a any high-frequency signal x (t) in the frequency range of the carrier will be described. Such a digital interface thus provides a very suitable description of x (t).
Auch hierfür lässt sich das erfindungsgemäße System vorteilhaft anpassen. In einem ersten einfachen Beispiel in Fig. 14 wird der Takt aus dem Phasensignal xdp(k) durch einen Frequenz-Synthesizer (1411 ) erzeugt, während das Analogsignal xa(t) für den SDPLM durch einen D/A-Wandler (1412) erzeugt wird. Anstelle des Phasensignals xdp(k) kann am Eingang des Frequenz-Synthesizers (1411 ) auch ein digitales Frequenz- Signal xdf(k) angelegt werden, das die momentan zu synthetisierende Frequenz (also das Integral der Phase) angibt. Ob Phase oder Frequenz gewählt werden, hängt von der Definition der digitalen Schnittstelle ab, die wiederum so gewählt werden kann, dass die Frequenzsynthese einen möglichst einfachen Frequenz-Synthesizer (1411 ) erfordert. Hierfür sind Lösungen bekannt, beispielsweise wiederum auf einem weiteren SDM beruhend. Die festen Zeiteinheiten der Laufvariable k der Werte der digitalen Schnittstelle sind in weiten Grenzen wählbar, sie müssen klein genug sein, um das (hier nur noch gedacht vorhandene) ideale Analogsignal x(t) genau genug zu beschreiben. Da jedoch die digitale Beschreibung nicht mehr Größen im Zeitbereich enthält, sondern im Frequenzbereich sein kann, kann auch die digitale Schnittstelle in den Zeiteinheiten des Basisbands festgelegt werden. Damit sinkt die Datenrate an xd(k) erheblich gegenüber der Frequenz an x(t), da die Bandbreite meist sehr viel kleiner ist als die Trägerfrequenz eines Signals. Die SDPLM-Schleife sollte dennoch auch bei einer digitalen Schnittstelle, welche in den Zeiteinheiten des Basisbands arbeitet, in der Größenordnung der Trägerfrequenz getak- tet werden (oder zumindest in Bruchteilen hiervon, wenn das Prinzip von Fig. 1 1 auf das System in Fig. 14 angewendet wird), damit die Rückkopplung der Nichtlinearitäten in kleinen Zeiträumen erfolgt und die Fehler zeitnah korrigiert werden, so dass sich im Mittel eine lineare Funktion ergibt.Also for this purpose, the system according to the invention can be advantageously adapted. In a first simple example in Fig. 14, the clock is generated from the phase signal xdp (k) by a frequency synthesizer (1411) while the analog signal xa (t) for the SDPLM is generated by a D / A converter (1412) becomes. Instead of the phase signal xdp (k), a digital frequency signal xdf (k) can also be applied at the input of the frequency synthesizer (1411), which indicates the frequency currently to be synthesized (ie the integral of the phase). Whether phase or frequency is chosen depends on the definition of the digital interface, which in turn can be chosen so that the frequency synthesis requires a simple frequency synthesizer (1411). For this purpose, solutions are known, for example based on another SDM. The fixed time units of the variable k of the values of the digital interface are selectable within wide limits, they must be small enough to describe the (analog here imaginary) ideal analog signal x (t) exactly enough. However, since the digital description no longer contains times in the time domain but can be in the frequency domain, the digital interface can also be set in the time units of the baseband. Thus, the data rate at xd (k) drops significantly compared to the frequency at x (t), since the bandwidth is usually much smaller than the carrier frequency of a signal. Nevertheless, the SDPLM loop should also be clocked in the order of magnitude of the carrier frequency for a digital interface operating in the time units of the baseband (or at least in fractions thereof, if the principle of FIG. 11 applies to the system in FIG. 14 is applied), so that the feedback of the nonlinearities takes place in small time periods and the errors are corrected promptly, so that on average a linear function results.
Eine vorteilhafte Lösung für die erforderliche Frequenzsynthese besteht darin, die Anzap- fungen einer mit einem konstanten Takt (der Trägerfrequenz) getakteten DLL mit einem Multiplexer so abzugreifen, dass bei jedem Takt um eine Anzahl von Z Anzapfungen und damit Delay-Einheiten weitergeschaltet wird, wie sich die Phase des zu synthetisierenden Signals xs(t) gegenüber dem Signal xc(t) mit der konstanten Trägerfrequenz in diesem Takt verändert hat. Ist z.B. die Trägerfrequenz 1 GHz und die zu synthetisierende Fre- quenz 1 ,01 GHz, so beträgt die Phasendifferenz in jedem 1 -GHz-Takt 1/100 Periode, also 10 ps. Sind die Anzapfungen der DLL im Raster von 5 ps, so muss für eine zu synthetisierende Frequenz von 1 ,01 GHz bei jedem Takt um Z=2 Anzapfungen weitergeschaltet werden. Da das Signal am Ende der DLL-Kette phasengeregelt mit dem an deren Anfang übereinstimmt, kann von den letzten Anzapfungen wieder auf die ersten Anzapfungen übergegangen werden, also die Phase nach der Addition des Phasenschritts durch eine Modulo-N-Operation auf die N Anzapfungen der DLL abgebildet werden. Erfordert die zu synthetisierende Frequenz Phasenschritte, die keine ganzzahligen Vielfachen der DLL-Anzapfungen bilden, so kann diese rationale Zahl durch einen weiteren SDM durch eine zeitliche Mittelung der verfügbaren Phasenschritte erreicht werden, wobei das Eingangssignal dieses weiteren SDM entweder die Phase oder die Frequenz des zu synthetisierenden Signals sein kann. Eine solche Frequenzsynthese mit DLL hat den Vorteil, dass dieselben Anzapfungen der DLL auch abgegriffen werden können, um die Eingänge des oder der Multiplexer wie z.B. in Fig. 10 oder 12 anzusteuern. Da sie phasenstarr zu xc(t) sind und damit nicht mehr phasenstarr zu x(t) sind, sondern im Frequenz-Synthesizer (1411 ) in jedem Schritt um Z(t) Stufen weitergeschaltet werden, muss genau diese Zahl zu dem Wert am Eingang des Multiplexers des DPWM (501 ) addiert werden, wie in Fig. 15 skizziert ist.An advantageous solution for the required frequency synthesis is to tap off the taps of a constant clock (the carrier frequency) clocked DLL with a multiplexer so that each clock is incremented by a number of Z taps and thus delay units, such as the phase of the signal xs (t) to be synthesized has changed with respect to the signal xc (t) with the constant carrier frequency in this clock. If, for example, the carrier frequency is 1 GHz and the frequency to be synthesized is 1.01 GHz, the phase difference in each 1 GHz cycle is 1/100 period, ie 10 ps. If the taps of the DLL are in the raster of 5 ps, then for a frequency of 1.01 GHz to be synthesized, Z = 2 taps must be incremented for each clock. Since the signal at the end of the DLL chain coincides in phase with that at the beginning of the last taps can be moved back to the first taps, so the phase after the addition of the phase step by a modulo-N operation on the N taps of DLL can be mapped. If the frequency to be synthesized requires phase steps which do not form integer multiples of the DLL taps, then this rational number can be achieved by another SDM by time-averaging the available phase steps, where the input signal of this further SDM is either the phase or the frequency of the be synthesizing signal. Such a frequency synthesis with DLL has the advantage that the same taps of the DLL can also be tapped to drive the inputs of the multiplexer or multiplexer, such as in Fig. 10 or 12. Since they are phase-locked to xc (t) and are thus no longer phase-locked to x (t), but in the frequency synthesizer (1411) incremented by Z (t) levels in each step must be added exactly that number to the value at the input of the multiplexer of the DPWM (501), as shown in Fig. 15 is outlined.
Die Struktur in Fig. 14 enthält mehrere A/D- und D/A-Wandlungen. Diese lassen sich sehr vorteilhaft zusammenfassen zu einer Struktur wie in Fig. 16 gezeigt. Die Rückkopplungs- schleife enthält nun nur noch digitale Elemente. Auch die Summationsfunktion (1403) wird nun digital ausgeführt. Statt des Signals y1(t) am Ausgang des DPWM wird nun das Signal ye(t) rückgeführt, was ebenfalls ein digitales Signal ist. Die wesentliche Nichtlinea- rität des Systems, nämlich die des Kodierers (302), wird damit von der Rückkopplung erfasst und korrigiert. Eine Ausführung des DPWM nach Fig. 12, wo der Kodierer (1202) gar kein explizites Signal ye(t) mehr bildet, kann dennoch auch hier verwendet werden, indem einfach der Kodierer (302) bzw. die LUT (1202) erweitert wird und mit einem zusätzlichen Ausgangssignal ye(t) versehen wird, das die effektiven Werte für ye(t) ausgibt, wie beispielhaft in der letzten Spalte in Tabelle 1 bereits angegeben. Dieses System in Fig. 16 ist eine sehr kosteneffiziente und dennoch qualitativ hochwertige Umsetzung des Anliegens der Erfindung in Form eines SDPLM, der die Vorteile von SDM und PLM in einem weitgehend digital realisierten System vereinigt und deren jeweilige Nachteile beseitigt.The structure in Fig. 14 includes a plurality of A / D and D / A conversions. These can be summarized very advantageously to a structure as shown in Fig. 16. The feedback loop now only contains digital elements. The summation function (1403) is now also executed digitally. Instead of the signal y1 (t) at the output of the DPWM, the signal ye (t) is now fed back, which is also a digital signal. The essential nonlinearity of the system, namely that of the encoder (302), is thus detected and corrected by the feedback. An embodiment of the DPWM according to FIG. 12, where the coder (1202) no longer forms an explicit signal ye (t), can nevertheless also be used here by simply expanding the coder (302) or the LUT (1202) and is provided with an additional output signal ye (t) which outputs the effective values for ye (t), as already exemplified in the last column in Table 1. This system in Fig. 16 is a very cost-effective yet high-quality implementation of the concern of the invention in the form of an SDPLM which combines the advantages of SDM and PLM in a largely digitally implemented system and overcomes their respective disadvantages.
Sollen zusätzlich die Nichtlinearitäten des PA (107) und des Rekonstruktionsfilters (108) mit in der Rückkopplung linearisiert werden, so können diese analog zu Fig. 2d durch eine Nachbildung des PA (207) und des Rekonstruktionsfilters (208) vorteilhaft in eine monolithische Schaltung (1701 ) mit dem SDPLM und der Takterzeugung (1411 ) integriert werden, wie in Fig. 17 gezeigt. Hierbei ist wieder ein D/A-Wandler (106) in der Rückkopplungsschleife erforderlich, da die Nachbildungen ebenso wie PA (107) und Rekonstruktionsfilter (108) selbst analoge Signale erzeugen.If, in addition, the nonlinearities of the PA (107) and the reconstruction filter (108) are to be linearized in the feedback, they can advantageously be converted into a monolithic circuit (analogous to FIG. 2d) by a simulation of the PA (207) and the reconstruction filter (208). 1701) are integrated with the SDPLM and clock generation (1411) as shown in FIG. Again, a D / A converter (106) is required in the feedback loop since the replicas, as well as PA (107) and reconstruction filters (108), themselves produce analog signals.
Auch diese Struktur kann wieder vorteilhaft so umgewandelt werden, dass der SDPLM nur digitale Elemente enthält und damit hohe Genauigkeit und Auflösung bei geringen Kosten und hoher Taktrate ermöglicht. Ein Beispiel dafür ist in Fig. 18 angegeben. Wie in Fig. 16 wird das ganzzahlige Signal ye(t) verwendet, und anders als in Fig. 17 sind hier die Nachbildungen des PA (1707) und des Rekonstruktionsfilters (1708) digitale Elemen- te. Die Nachbildungen des PA (1707) und des Rekonstruktionsfilters (1708) können auch zu einem einzigen digitalen Element zusammengefasst werden, das für eine Sequenz von Eingangswerten ye(t) eine Sequenz von digitalen Ausgangswerten yd*(t) erzeugt, die das reale Verhalten des PA (107) und des Rekonstruktionsfilters (108) hinreichend genau und für den SDPLM skaliert abbilden. In einem einfachen Fall reicht hier bereits eine einfache LUT, die für jeden möglichen Wert ye und damit Pulsdauer-Wert y1 , der am Eingang des PA anliegt, das Integral des an yd resultierenden Wertes über eine Taktperiode in geeignet skalierter Form als Ausgangswert yd* angibt. Da der PA geschaltet ist, sind die einzelnen Taktperioden relativ unabhängig voneinander, so dass bereits eine solche LUT als gemeinsame Nachbildung des PA (107) und des Rekonstruktionsfilters (108) sehr gute Ergebnisse liefern kann. Weitere Effekte der zeitlichen Abhängigkeit von yd(t) von der Vorgeschichte in vorangegangenen Taktperioden, die z.B. aus der Erwärmung des PA resultieren, können ebenfalls digital modelliert werden, z.B. mittels FIR- Filter, und damit zusammen mit LUT in der gemeinsame Nachbildung enthalten sein.Again, this structure can advantageously be converted so that the SDPLM contains only digital elements and thus allows high accuracy and resolution at low cost and high clock rate. An example of this is shown in FIG. As in FIG. 16, the integer signal ye (t) is used, and unlike in FIG. 17, the replicas of the PA (1707) and the reconstruction filter (1708) are digital elements. The replicas of the PA (1707) and the reconstruction filter (1708) can also be combined into a single digital element that generates a sequence of digital output values yd * (t) for a sequence of input values ye (t) that reflect the real behavior of the PA (107) and the reconstruction filter (108) with sufficient accuracy and scaled for the SDPLM. In one simple case, one already suffices here simple LUT, which indicates the integral of the value resulting at yd over a clock period in suitably scaled form as output value yd * for each possible value ye and thus pulse duration value y1 which is present at the input of the PA. Since the PA is switched, the individual clock periods are relatively independent of each other, so that even such a LUT as a common replica of the PA (107) and the reconstruction filter (108) can provide very good results. Further effects of the temporal dependence of yd (t) on previous history in previous clock periods resulting, for example, from the heating of the PA can also be digitally modeled, eg by means of FIR filters, and thus included together with LUT in the common replica.
Damit bietet eine erfindungsgemäße Struktur wie beispielhaft in Fig. 18 dargestellt, eine gegenüber Fig. 15 verbesserte, aber immer noch kostengünstig implementierbare monolithische Schaltung (1701 ), die mit einer digitalen Schnittstelle am Eingang ein hochwertiges weitgehend fehlerfreies analoges Signal yd(t) am Ausgang des Systems ermöglicht. Thus, a structure according to the invention, as illustrated by way of example in FIG. 18, offers a monolithic circuit (1701) which is improved but still cost-effective to implement, with a digital interface at the input providing a high-quality largely error-free analog signal yd (t) at the output of the system.

Claims

Ansprüche claims
1. Sigma-Delta-Pulslängenmodulator, umfassendA sigma-delta pulse length modulator comprising
einen Signaleingang mit einer Differenzstufe, deren erstem Eingang ein analoges Eingangsignal zugeführt ist und die ausgebildet ist, ein der Differenz der an ihren Eingängen anliegenden Signale entsprechendes Differenzsignal zu erzeugen und auszugeben,a signal input having a differential stage whose first input is supplied with an analog input signal and which is designed to generate and output a difference signal corresponding to the difference of the signals present at its inputs,
ein Vorwärtsschleifenfilter zum Umsetzen des Differenzsignals in ein analoges Filterausgangssignal, das einen Signalwert hat,a forward loop filter for converting the difference signal into an analog filter output signal having a signal value,
einen dem Vorwärtsschleifenfilter nachgeschalteten Analog-Digital-Wandler, der ausgebildet ist, das analoge Filterausgangssignal in ein digitales Wandler- Ausgangssignal umzusetzen, das zwei oder mehr parallele Bitkomponentensignale enthält, die in ihrer Gesamtheit einen digitalen Wert repräsentieren, der dem vom analogen Filterausgangssignal angenommenen Signalwert entspricht,an analog-to-digital converter connected downstream of the forward loop filter and configured to convert the analog filter output signal to a digital converter output signal containing two or more parallel bit component signals that together represent a digital value corresponding to the signal value assumed by the analog filter output signal .
einen digitalen Pulslängenmodulator, dem eingangsseitig das Wandlerausgang- ssignal zugeführt ist und der ausgebildet ist, das anliegende Wandlerausgangssignal in ein digitales Modulatorausgangssignal umzusetzen, das aus einem einzelnen Bitkomponentensignal besteht und das eine Signaldauer aufweist, die den digitalen Wert repräsentiert, der dem vom analogen Filterausgangssignal angenommenen Signalwert entspricht, unda digital pulse length modulator to which the Wandlerausgang- ssignal is supplied on the input side and which is adapted to convert the applied transducer output signal into a digital modulator output signal, which consists of a single bit component signal and having a signal duration representing the digital value, which is the one assumed by the analog filter output signal Signal value corresponds, and
- eine Rückkopplungsschleife, die ein vom Modulatorausgangssignal abhängiges analoges Rückkopplungssignal einem zweiten Eingang der Differenzstufe zurückführt.a feedback loop which returns an analogue feedback signal dependent on the modulator output signal to a second input of the differential stage.
2. Sigma-Delta-Pulslängenmodulator nach Anspruch 1 , bei dem die Rückkopplungsschleife das Modulatorausgangssignal über einen Digital-Analog-Wandler dem zweiten Eingang der Differenzstufe zurückführt.The sigma-delta pulse length modulator of claim 1, wherein the feedback loop recirculates the modulator output via a digital-to-analog converter to the second input of the differential stage.
3. Sigma-Delta-Pulslängenmodulator nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Analog-Digital-Wandler ausgebildet ist, die Umsetzung des Filterausgangssignals mit einer von einem anliegenden ersten Taktsignal vorgebbaren ersten Taktfrequenz durchzuführen. 3. sigma-delta pulse length modulator according to one of the preceding claims, wherein the analog-to-digital converter is adapted to perform the implementation of the filter output signal with a predeterminable by an applied first clock signal first clock frequency.
4. Sigma-Delta-Pulslängenmodulator nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem4. sigma-delta pulse length modulator according to any one of the preceding claims, in which
dem Pulslängenmodulator über einen ersten Takteingang ein erstes Taktsignal mit einer ersten Taktfrequenz und über einen zweiten Takteingang ein zweites Taktsignal mit einer zweiten, gegenüber der ersten Taktfrequenz erhöhten Taktfrequenz zugeführt ist,the pulse length modulator is supplied with a first clock signal having a first clock frequency via a first clock input, and a second clock signal having a second clock signal, which is higher than the first clock frequency, via a second clock input;
der Pulslängenmodulator einen mit dem ersten und dem zweiten Takteingang verbundenen Zähler enthält und ausgebildet ist, bei jedem Taktereignis am ersten Takteingang den Zählerstand des Zählers von einem vorgegebenen Ausgangswert auf den digitalen Wert zu setzen, der dem vom analogen Filterausgangssignal angenommenen Signalwert entspricht, den digitalen Wert für eine dem digitalen Wert entsprechende Anzahl Taktperioden der zweiten Taktfrequenz zu halten und anschließend auf einen Ausgangswert zurückzusetzen.the pulse length modulator includes a counter connected to the first and second clock inputs and configured to set the counter reading of the counter from a predetermined output value to the digital value corresponding to the signal value assumed by the analog filter output signal at each clock event at the first clock input, the digital value to hold for a digital value corresponding number of clock periods of the second clock frequency and then reset to an initial value.
5. Sigma-Delta-Pulslängenmodulator nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Pulslängenmodulator ausgebildet ist, das Modulatorausgangssignal mit einer Signaldauer zu erzeugen und auszugeben, die in einem nichtlinearen Verhältnis zum digitalen Wert des Filterausgangssignals steht.The sigma-delta pulse length modulator of claim 1 or 2, wherein the pulse length modulator is configured to generate and output the modulator output signal with a signal duration that is in a non-linear relationship to the digital value of the filter output signal.
6. Sigma-Delta-Pulslängenmodulator nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem dem Analog-Digital-Wandler nachgeschalteten Kodierer, der ausgebildet ist, das Wandlerausgangssignal in ein durch eine nicht-lineare Abbildungsvorschrift beschreibba- res kodiertes Wandlerausgangssignal umzusetzen.6. sigma-delta pulse length modulator according to any one of the preceding claims, with an analog-to-digital converter downstream encoder, which is designed to convert the converter output signal into a coded by a non-linear mapping rule coded transducer output signal.
7. Sigma-Delta-Pulslängenmodulator nach Anspruch 6, bei dem der Kodierer integrierter Bestandteil des Pulslängenmodulators ist.The sigma-delta pulse length modulator of claim 6, wherein the encoder is an integral part of the pulse length modulator.
8. Sigma-Delta-Pulslängenmodulator nach Anspruch 6 oder 7, bei dem der Pulslängenmodulator ausgebildet ist, anhand des kodierten Wandlerausgangssignals ein Modu- latorausgangssignal zu erzeugen und auszugeben mit einer jeweiligen Signaldauer, die in einem nichtlinearen Verhältnis zum digitalen Wert des Filterausgangssignals steht und die oberhalb einer vorbestimmten, vom geschalteten Verstärker abhängigen Mindestsignaldauer liegt, und mit einem zeitlichen Signalabstand zwischen aufeinanderfolgenden entgegengesetz- ten Signalflanken zweier zeitlich direkt benachbarter Modulatorausgangssignale, der oberhalb eines vorbestimmten, vom geschalteten Verstärker abhängigen zeitlichen Mindestsignalabstandes liegt. 8. A sigma-delta pulse length modulator according to claim 6 or 7, wherein the pulse length modulator is configured to generate and output a modulator output signal from the coded converter output signal having a respective signal duration that is in a non-linear relationship to the digital value of the filter output signal and is above a predetermined, dependent on the switched amplifier minimum signal duration, and with a temporal signal spacing between successive opposite signal edges of two temporally directly adjacent modulator output signals, which is above a predetermined, dependent on the switched amplifier temporal minimum signal spacing.
9. Sigma-Delta-Pulslängenmodulator nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem der Kodierer eine Look-up-Tabelle enthält, die den möglichen Werten des Wandlerausgangssignals je ein kodiertes Wandlerausgangsignal zuordnet.A sigma-delta pulse length modulator as claimed in any one of claims 6 to 8, wherein the encoder includes a look-up table which assigns a coded transducer output signal to the possible values of the transducer output signal.
10. Sigma-Delta-Pulslängenmodulator nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem die Bitbreite des kodierten Wandlerausgangssignals eine größere Bitbreite (M2) umfasst als die Bitbreite (M 1 ) des Wandlerausgangssignals.A sigma-delta pulse length modulator according to any one of claims 6 to 9, wherein the bit width of the coded transducer output signal comprises a larger bit width (M2) than the bit width (M 1) of the transducer output signal.
11. Sigma-Delta-Pulslängenmodulator nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei dem der Kodierer ausgebildet ist, die Abbildungsvorschrift zur Erzeugung des kodierten Wandlerausgangssignals im Betrieb zu ändern.The sigma-delta pulse length modulator of any one of claims 6 to 10, wherein the encoder is configured to change the mapping rule to produce the coded transducer output signal during operation.
12. Sigma-Delta-Pulslängenmodulator nach Anspruch 1 , bei dem der Pulslängenmodulator ein digital stellbares Verzögerungselement (501 ) umfasst, welches aus einem anliegenden ersten Signal ein zweites Signal mit einer stellbaren Verzögerung gegenüber dem ersten Signal erzeugt, und eine digitalen Schaltung umfasst, die das erste und das zweite Signal so verknüpft, dass an ihrem Ausgang ein drittes Signal anliegt, dessen Pulsdauer von der Verzögerung zwischen dem ersten und zweiten Signal abhängt.12. sigma-delta pulse length modulator according to claim 1, wherein the pulse width modulator comprises a digitally adjustable delay element (501), which generates from an applied first signal, a second signal with an adjustable delay relative to the first signal, and a digital circuit comprising the first and the second signal linked so that at its output a third signal is applied, the pulse duration of which depends on the delay between the first and second signal.
13. Sigma-Delta-Pulslängenmodulator nach Anspruch 12, bei dem die digitale Schaltung ein RS-Flipflop enthält, das durch das erste Signal gesetzt und durch das zweite Signal rückgesetzt wird, und an dessen Ausgang das dritte Signal abgreifbar ist.13. sigma-delta pulse length modulator according to claim 12, wherein the digital circuit includes an RS flip-flop, which is set by the first signal and reset by the second signal, and at whose output the third signal can be tapped.
14. Sigma-Delta-Pulslängenmodulator nach Anspruch 12, bei dem das digital stellbare Verzögerungselement eine Anzahl parallelgeschalteter Verzögerungselemente mit unterschiedlichen festen Verzögerungen enthält, denen das erste Signal zugeführt ist, und einen den Verzögerungselementen nachgeschalteten Multiplexer, der ausgebildet ist, an seinem Ausgang in Abhängigkeit vom Wert des kodierten Wandlerausgangssignals jeweils eines der verzögerten ersten Signale als das zweite Signal auszugeben.The sigma-delta pulse length modulator of claim 12, wherein the digitally-adjustable delay element includes a number of parallel delay elements having different fixed delays to which the first signal is applied and a multiplexer connected downstream of the delay elements and formed at its output in response output each of the delayed first signals as the second signal from the value of the coded converter output signal.
15. Sigma-Delta-Pulslängenmodulator nach Anspruch 12, bei dem das digital stellbare Verzögerungselement umfasst:15. The sigma-delta pulse length modulator of claim 12, wherein the digitally adjustable delay element comprises:
eine Delay-Locked-Loop, die ausgebildet ist, dem ihr eingangsseitig zugeführten ersten Signal parallel die Anzahl unterschiedlicher fester Verzögerungen aufzuprägen und die unterschiedlich verzögerten ersten Signale an einer entsprechenden An- zahl paralleler Signalausgänge bereitzustellen, und einen den Verzögerungselementen nachgeschalteten Multiplexer, der ausgebildet ist, an seinem Ausgang in Abhängigkeit vom Wert des kodierten Wandlerausgangssignals jeweils eines der verzögerten ersten Signale als das zweite Signal auszugeben.a delay-locked loop, which is designed to impose in parallel the number of different fixed delays on the input side of the first signal and to provide the differently delayed first signals at a corresponding number of parallel signal outputs, and a delay element connected downstream of the multiplexer, which is designed to output at its output depending on the value of the coded converter output signal in each case one of the delayed first signals as the second signal.
16. Sigma-Delta-Pulslängenmodulator nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei dem der Kodierer ausgebildet ist, sowohl den Zeitpunkt der steigenden Flanke als auch der fallenden Flanke des Modulatorausgangssignals in Abhängigkeit vom Eingangssignal des Kodierers zu verändern.The sigma-delta pulse length modulator of any one of claims 6 to 10, wherein the encoder is configured to vary both the timing of the rising edge and the falling edge of the modulator output signal in response to the input signal of the encoder.
17. Sigma-Delta-Pulslängenmodulator nach Anspruch 16, bei dem der Kodierer ausgebildet ist, die Pulsdauer des Modulatorausgangssignals in Abhängigkeit vom Ein- gangssignal des Kodierers zu verändern und gleichzeitig die Phase des Modulatorausgangssignals in Bezug auf den für die Rückkopplungsschleife des Sigma-Delta- Pulslängenmodulators wirksamen Takt, z.B. auf den Takt des Analog-Digital-Wandlers, bis auf einen verbleibenden Restfehler der Phase konstant zu halten.17. The sigma-delta pulse length modulator of claim 16, wherein the encoder is configured to vary the pulse duration of the modulator output signal in response to the input signal of the encoder and at the same time modulate the phase of the modulator output signal relative to that for the feedback loop of the sigma delta signal. Pulse length modulator effective clock, eg to the clock of the analog-to-digital converter, to keep constant on a remaining residual error of the phase.
18. Sigma-Delta-Pulslängenmodulator nach Anspruch 1 , bei dem dem ersten Eingang der Differenzstufe ein Eingangs-Digital-Analog-Wandler vorgeschaltet ist, der ausgebildet ist, ein an seinem Eingang anliegendes digitales Eingangssignal in das analoge Eingangssignal umzusetzen.18. sigma-delta pulse length modulator according to claim 1, wherein the first input of the differential stage, an input digital-to-analog converter is connected upstream, which is designed to convert a voltage applied to its input digital input signal into the analog input signal.
19. Sigma-Delta-Pulslängenmodulator nach Anspruch 18, bei dem von einem das digitale Eingangssignal bestimmenden digitalen Eingangssignalvektor mit einem digitalen Eingangs-Amplitudensignal und entweder einem digitalen Eingangs-Phasensignal oder einem digitalen Eingangs-Frequenzsignal das digitale Eingangs-Amplitudensignal der Differenzstufe und das andere der beiden digitalen Signale des Eingangssignalvektors einem Taktgenerator zugeführt ist, der ausgebildet ist, aus diesem anderen der beiden digitalen Signale des Eingangssignalvektors ein Taktsignal abzuleiten, das dem Pulslän- genmodulator zugeführt ist.The sigma-delta pulse length modulator of claim 18, wherein the digital input amplitude signal of the differential stage and the other of a digital input signal vector determining the digital input signal having a digital input amplitude signal and either a digital input phase signal or a digital input frequency signal the two digital signals of the input signal vector is supplied to a clock generator, which is designed to derive from this other of the two digital signals of the input signal vector a clock signal which is supplied to the pulse length modulator.
20. Sigma-Delta-Pulslängenmodulator nach Anspruch 18, bei dem von einem das digitale Eingangssignal bestimmenden digitalen Eingangssignalvektor mit einem digitalen Eingangs-Amplitudensignal und einem digitalen Eingangs-Frequenzsignal das digitale Eingangs-Amplitudensignal der Differenzstufe und das digitale Eingangs-Frequenzsignal einem Taktgenerator zugeführt ist, der ausgebildet ist, aus dem Eingangs-Frequenzsignal ein Taktsignal abzuleiten, das dem Analog-Digital-Wandler und dem Pulslängenmodulator zugeführt ist. The sigma-delta pulse length modulator of claim 18, wherein the digital input amplitude signal of the differential stage and the digital input frequency signal are applied to a clock generator from a digital input signal vector determining the digital input signal having a digital input amplitude signal and a digital input frequency signal which is adapted to derive from the input frequency signal a clock signal which is supplied to the analog-to-digital converter and the pulse length modulator.
21. Sigma-Delta-Pulslängenmodulator nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Frequenz des für die Rückkopplungsschleife des Sigma-Delta-Puls- längenmodulators wirksamen Taktsignals, z. B. des Takts des Analog-Digital-Wandlers, zeitlich veränderlich ist und aus den momentanen Eigenschaften des Eingangssignals des Sigma-Delta-Pulslängenmodulators, z. B. aus dem zeitlichen Abstand zweier benachbarter gleichsinniger Nulldurchgänge, durch einen zeitlich veränderlichen Taktgenerator gebildet wird.21 sigma-delta pulse length modulator according to any one of the preceding claims, wherein the frequency of the effective for the feedback loop of the sigma-delta pulse length modulator clock signal, z. B. the clock of the analog-to-digital converter, is time-varying and from the instantaneous characteristics of the input signal of the sigma-delta pulse length modulator, z. B. from the time interval between two adjacent same-direction zero crossings, is formed by a time-varying clock generator.
22. Sigma-Delta-Pulslängenmodulator nach Anspruch 21 , bei dem die Frequenz des Taktsignals durch einen Frequenzvervielfacher gebildet wird.The sigma-delta pulse length modulator of claim 21, wherein the frequency of the clock signal is formed by a frequency multiplier.
23. Sigma-Delta-Pulslängenmodulator, umfassend23. sigma-delta pulse length modulator comprising
einen Signaleingang mit einer digitalen Differenzstufe, deren erstem Eingang ein digitales Eingangsignal zugeführt ist und die ausgebildet ist, ein der Differenz der an ihren Eingängen anliegenden digitalen Signale entsprechendes digitales Differenzsignal zu erzeugen und auszugeben,a signal input having a digital differential stage, the first input of which is supplied with a digital input signal and which is designed to generate and output a digital difference signal corresponding to the difference of the digital signals present at its inputs,
- ein digitales Vorwärtsschleifenfilter zum Umsetzen des Eingangssignals in ein digitales Filterausgangssignal, das zwei oder mehr parallele Bitkomponentensignale enthält, die in ihrer Gesamtheit einen digitalen Wert repräsentieren, der dem vom digitalen Filterausgangssignal angenommenen Signalwert entspricht,a forward feedforward digital filter for converting the input signal into a digital filter output signal containing two or more parallel bit component signals which in their entirety represent a digital value corresponding to the signal value assumed by the digital filter output signal,
einen digitalen Pulslängenmodulator, dem eingangsseitig das digitale Filteraus- gangssignal zugeführt ist und der ausgebildet ist, das anliegende Filterausgangssignal in ein digitales Modulatorausgangssignal umzusetzen, das aus einem einzelnen Bitkomponentensignal besteht und das eine Signaldauer aufweist, die von dem Signalwert des digitalen Filterausgangssignals abhängig ist, unda digital pulse length modulator, to which the digital filter output signal is fed on the input side and which is designed to convert the applied filter output signal into a digital modulator output signal, which consists of a single bit component signal and has a signal duration that depends on the signal value of the digital filter output signal, and
eine Rückkopplungsschleife, die ein vom digitalen Filterausgangssignal abhängi- ges digitales Rückkopplungssignal einem zweiten Eingang der Differenzstufe zurückführt,a feedback loop which returns a digital feedback signal dependent on the digital filter output signal to a second input of the differential stage;
bei dem von einem das digitale Eingangssignal bestimmenden digitalen Eingangssignalvektor mit einem digitalen Eingangs-Amplitudensignal und entweder einem digitalen Eingangs-Phasensignal oder einem digitalen Eingangs-Frequenzsignal das digitale Eingangs-Amplitudensignal der Differenzstufe und das andere der beiden digitalen Signa- Ie des Eingangssignalvektors einem Taktgenerator zugeführt ist, der ausgebildet ist, aus diesem anderen der beiden digitalen Signale des Eingangssignalvektors ein Taktsignal abzuleiten, das dem Pulslängenmodulator zugeführt ist.in which the digital input amplitude signal of the differential stage and the other of the two digital signals of the input signal vector are fed to a clock generator from a digital input signal vector determining the digital input signal having a digital input amplitude signal and either a digital input phase signal or a digital input frequency signal is who is trained out deriving from this other one of the two digital signals of the input signal vector a clock signal which is fed to the pulse length modulator.
24. Sigma-Delta-Pulslängenmodulator nach Anspruch 23, bei dem das digitale Vor- wärtsschleifenfilter ein D-Flipflop ist, dessen D-Eingang das digitale Differenzsignal zugeführt ist, und dessen Enable-Eingang das Taktsignal des Taktgenerators zugeführt ist.24 sigma-delta pulse length modulator according to claim 23, wherein the digital forward loop filter is a D-type flip-flop, whose D input, the digital difference signal is supplied, and the enable input, the clock signal of the clock generator is supplied.
25. Sigma-Delta-Pulslängenmodulator nach Anspruch 23 oder 24, bei dem der Pulslängenmodulator ausgebildet ist, das Modulatorausgangssignal mit einer Signaldauer zu erzeugen und auszugeben, die in einem nichtlinearen Verhältnis zum digitalen Wert des Filterausgangssignals steht.The sigma-delta pulse length modulator of claim 23 or 24, wherein the pulse length modulator is configured to generate and output the modulator output signal with a signal duration that is in a non-linear relationship to the digital value of the filter output signal.
26. Sigma-Delta-Pulslängenmodulator nach einem der Ansprüche 23 bis 25, mit einem dem Vorwärtsschleifenfilter nachgeschalteten Kodierer, der ausgebildet ist, das Filterausgangssignal in ein durch eine nicht-lineare Abbildungsvorschrift beschreibbares Wandler- ausgangssignal-Kodiererausgangssignal umzusetzen.The sigma-delta pulse length modulator of any one of claims 23 to 25, further comprising an encoder coupled downstream of the forward loop filter and configured to convert the filter output signal to a transducer output signal encoder output signal writable by a non-linear mapping law.
27. Sigma-Delta-Pulslängenmodulator nach Anspruch 26, bei dem der Kodierer integrierter Bestandteil des Pulslängenmodulators ist.The sigma-delta pulse length modulator of claim 26, wherein the encoder is an integral part of the pulse length modulator.
28. Sigma-Delta-Pulslängenmodulator nach Anspruch 26 oder 27, bei dem das Kodie- rerausgangssignal auf den zweiten Eingang der digitalen Differenzstufe zurückgeführt ist.28 sigma-delta pulse length modulator according to claim 26 or 27, wherein the Kodier rerausgangssignal is fed back to the second input of the digital differential stage.
29. Sigma-Delta-Pulslängenmodulator nach Anspruch 26 oder 27, bei dem das Kodie- rerausgangssignal auf den Eingang einer digitalen Nachbildung eines dem Sigma-Delta-29. A sigma-delta pulse length modulator according to claim 26 or 27, wherein the encoder output signal is responsive to the input of a digital replica of a sigma delta signal.
Pulslängenmodulator nachgeschalteten Schaltverstärkers und/oder Rekonstruktionsfilters geführt ist und vom Ausgang dieser digitalen Nachbildung auf den zweiten Eingang der digitalen Differenzstufe zurückgeführt ist.Pulse length modulator downstream switching amplifier and / or reconstruction filter is guided and is fed back from the output of this digital replica to the second input of the digital differential stage.
30. Verstärkerschaltung umfassend30. amplifier circuit comprising
- einen Signaleingang, dem ein Sigma-Delta-Pulslängenmodulator nach einem der vorstehenden Ansprüche nachgeschaltet ist,a signal input, which is followed by a sigma-delta pulse length modulator according to one of the preceding claims,
einen digital geschalteten Verstärker, der mit dem Ausgangssignal des Sigma- Delta-Pulslängenmodulators angesteuert wird und der ausgebildet ist, das Ausgangssignal des Sigma-Delta-Pulslängenmodulators zu verstärken und als Verstärkerausgangs- signal auszugeben, und ein Rekonstruktionsfilter, dem das Verstärkerausgangssignal zugeführt ist und das ausgebildet ist, das Verstärkerausgangssignal derart zu filtern, das am Ausgang des Rekonstruktionsfilters ein analoges Ausgangssignal anliegt, das gegenüber dem am Signaleingang anliegenden Eingangsignal verstärkt ist.a digitally switched amplifier, which is driven by the output signal of the sigma-delta pulse length modulator and which is designed to amplify the output signal of the sigma-delta pulse length modulator and output as an amplifier output signal, and a reconstruction filter, to which the amplifier output signal is supplied and which is designed to filter the amplifier output signal in such a way that, at the output of the reconstruction filter, an analogue output signal is present which is amplified in relation to the input signal present at the signal input.
31. Verstärkerschaltung nach Anspruch 30, bei der die Rückkopplungsschleife ein vom Verstärkerausgangssignal abgeleitetes Rückkopplungssignal über einen Digital-Analog- Wandler dem zweiten Eingang der Differenzstufe zurückführt.31. The amplifier circuit of claim 30, wherein the feedback loop recirculates a feedback signal derived from the amplifier output via a digital-to-analog converter to the second input of the differential stage.
32. Verstärkerschaltung nach Anspruch 30, bei der die Rückkopplungsschleife ein vom analogen Ausgangssignal des Rekonstruktionsfilters abgeleitetes Rückkopplungssignal dem zweiten Eingang der Differenzstufe direkt zurückführt.The amplifier circuit of claim 30, wherein the feedback loop directly feeds back a feedback signal derived from the analog output signal of the reconstruction filter to the second input of the difference stage.
33. Verstärkerschaltung nach Anspruch 31 oder 32, bei das Rückkopplungssignal mittels einer kapazitiven oder induktiven Kopplung von einem Anschluss im digital geschalteten Verstärker oder Rekonstruktionsfilter abgeleitet wird.33. Amplifier circuit according to claim 31 or 32, wherein the feedback signal is derived by means of a capacitive or inductive coupling of a terminal in the digitally switched amplifier or reconstruction filter.
34. Verstärkerschaltung nach Anspruch 30, 31 oder 32, bei der34. An amplifier circuit according to claim 30, 31 or 32, wherein
- der geschaltete Verstärker und das Rekonstruktionsfilter nicht monolithisch mit dem Sigma-Delta-Pulslängenmodulator integriert, sondern davon getrennte Schaltungsbausteine bilden, und bei derthe switched amplifier and the reconstruction filter are not monolithically integrated with the sigma-delta pulse length modulator, but instead form separate circuit components, and in which
die Rückkopplungsschleife mit dem Sigma-Delta-Pulslängenmodulator monolithisch integriert ist und eine erste Nachbildungsschaltung des geschalteten Verstärkers enthält, die ausgebildet ist, im Betrieb der Verstärkerschaltung das Verhalten des geschalteten Verstärkers herunterskaliert nachzubilden, sowie eine zweite Nachbildungsschaltung enthält, die ausgebildet ist, im Betrieb der Verstärkerschaltung das Verhalten des Rekonstruktionsfilters herunterskaliert nachzubilden.the feedback loop is monolithically integrated with the sigma-delta pulse length modulator and includes a first replica circuit of the switched amplifier configured to down-scale the behavior of the switched amplifier during operation of the amplifier circuit and a second replica circuit configured to operate during operation of the switched amplifier Amplifier circuit to reproduce the behavior of the reconstruction filter downscaled.
35. Verstärkerschaltung nach Anspruch 34, bei der die erste und die zweite Nachbil- dungsschaltungen in einer gemeinsamen Nachbildungsschaltung zusammengefasst sind.35. The amplifier circuit of claim 34, wherein the first and second replica circuits are combined in a common replica circuit.
36. Verstärkerschaltung nach Anspruch 34 oder 35, bei der die erste und die zweite Nachbildungsschaltungen bzw. die gemeinsame Nachbildungsschaltung digitale Schaltungen sind.36. An amplifier circuit according to claim 34 or 35, wherein the first and second replica circuits and the common replica circuit are digital circuits.
37. Verstärkerschaltung nach Anspruch 30, bei der der Sigma-Delta-Puls- längenmodulator ausgebildet ist, das Modulatorausgangssignal mit einer Signaldauerab- stufung zwischen benachbarten Signalwerten zu erzeugen, wobei eine Stufe der Signaldauerabstufung kleiner ist als eine minimale Verzögerungszeit einer aktiven Verstärkerstufe. 37. The amplifier circuit of claim 30, wherein the sigma-delta pulse length modulator is configured to provide the modulator output signal with a signal duration offset. staging between adjacent signal values, wherein one stage of the signal duration graduation is less than a minimum delay time of an active amplifier stage.
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