Beschreibung
Titel
SCHALTUNGSANORDNUNG FÜR EINEN RUNDFUNKEMPFÄNGER MIT DIGITALER SIGNALVERARBEITUNG
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen Empfänger, einen solchen Empfänger und eine Endstufe, die in einer vorgestellten Schaltungsanordnung zum Einsatz kommen kann.
Stand der Technik
In Empfängern, insbesondere in Rundfunkempfängern in Kraftfahrzeugen bzw. in Autoradios, werden neben der Eingangsstufe bzw. Frontend und der Ausgangsstufe bzw. Backend in der Regel analoge Endstufen eingesetzt. Bei neueren Architekturen für Autoradios sind dagegen z. T. digitale Endstufen vorgesehen. Dabei ist bei den digitalen Endstufen prinzipiell zwischen zwei unterschiedlichen Technologien zu unterscheiden. Einerseits ist es bekannt, einen integrierten Schaltkreis bzw. IC (Integrated Circuit) mit analoger Verstärkung, einer digitalen Eingangsschnittstelle und einem integrierten DAC einzusetzen. Andererseits sieht eine alternative Lösung vor, einen sogenannten Class D Verstärker einzusetzen, der mit einer digitalen Ansteuerung arbeitet. Das bedeutet, dass keine AD-Wandlung (Analog-Digital-Wandlung) im klassischen Sinne durchgeführt wird. Dies hat zur Folge, dass eine geringere Verlustleistung als bei der zuvor genannten Variante auftritt.
Aus der Druckschrift WO 94/22229 ist eine Schaltungsanordnung für einen Rundfunkempfänger bekannt. Diese Schaltungsanordnung weist ein Empfangsteil auf, das ein über eine Antenne empfangenes Signal verstärkt, selektiert und demoduliert. An einem Ausgang des Empfangsteils steht dann ein Stereo- Multiplexsignal mit einer Abtastrate von bspw. 456 kHz zur Verfügung. Dieses wird weiterverarbeitet und über eine Schaltung zur Rauschunterdrückung geführt. Hieran schließt sich ein Stereodecoder an, der zwei Audiosignale erzeugt, die
über Multiplexer zu Ausgängen geleitet werden. Von dort aus werden die digitalen Audiosignale über NF-Verstärker den Lautsprechern zugeführt.
Es ist zu beachten, dass sich bei digitalen Endstufen u. a. aus der digitalen Verbindung zwischen Audiosignalverarbeitung und Endstufe, da diese weniger störanfällig ist, Vorteile ergeben. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ergibt sich aus der damit möglichen Architektur des Empfänger-ICs. Mit diesem kann die Audiosignalverarbeitung im Empfänger- bzw. Empfangs-IC digital erfolgen und ist mit geringem Aufwand an Chipfläche sowie einer hohen Flexibilität, z. B. durch eine softwarebasierte Lösung auf einem DSP, zu realisieren. Ein Nachteil dieser Architektur ist, dass die für die Digital-Analog-Wandlung bzw. DAC (Digital Analog Convention) erforderliche Chipfläche sehr groß ist und damit die Kosten wesentlich beeinflusst werden. Die Zahl der erforderlichen DACs muss dabei für die maximal erforderliche Zahl analoger Ausgänge ausgelegt werden.
Werden die DACs in der Endstufe integriert, sind nur so viele Audio-DACs zu implementieren, wie erforderlich sind. Weiterhin stehen keine analogen Ausgänge mehr für den Anschluss z. B. eines Kopfhörers oder eines analogen Audioverstärkers zur Verfügung.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden einen Schaltungsanordnung für einen Empfänger mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , ein Empfänger, insbesondere ein Rundfunkempfänger für ein Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Anspruchs 7 sowie eine Endstufe für eine Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 10 vorgestellt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung.
Bei der Schaltungsanordnung werden somit analoge Ausgänge in den Endstu- fen-ICs zur Ansteuerung zusätzlicher analoger Komponenten, die bspw. mit einer geringeren Ausgangsleistung als die Lautsprecher angesteuert werden, realisiert.
Mit der Erfindung können daher analoge Ausgänge in den üblicherweise digital anzusteuernden integrierten Schaltungen bzw. ICs einer Endstufe zur Ansteuerung zusätzlicher analoger Komponenten, wie z. B. Kopfhörer, die mit einer ge-
ringeren Ausgangsleistung als die Lautsprecher angesteuert werden, realisiert werden. So kann auch ein einfacher Audiosteller in der Endstufe integriert sein, der z.B. über eine digitale Schnittstelle der Endstufe angesteuert wird. Weiterhin können neben den im Rundfunkempfänger vorhandenen Endstufen zusätzliche Einrichtungen bzw. Devices, wie bspw. ein externer Audioverstärker, für weitere Lautsprecher angeschlossen werden, deren Pegel über die Benutzerschnittstelle (HMI: Human Machine Interface) angepasst werden. Ebenso ist die Klangstellung für einen anzuschließenden Kopfhörer möglich.
Dies wird mit der beschriebenen Schaltungsanordnung durch Partitionierung bzw. Aufteilung eines Autoradiosignalpfads erreicht, der es ermöglicht, einen rein digitalen Ausgangskreis- bzw. Backend-IC ohne ADC bzw. DAC zu realisieren.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Schaltungsanordnung für einen Rundfunkempfänger gemäß dem Stand der Technik.
Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung eine erste Ausführung der vorgestellten Schaltungsanordnung.
Figur 3 zeigt in schematischer Darstellung eine weitere Ausführung der Schaltungsanordnung.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. In Figur 1 ist eine Schaltungsanordnung 10 für einen Rundfunkempfänger gemäß dem Stand der Technik schematisch dargestellt. Diese Schaltungsanordnung 10 umfasst zwei Eingangsstufen 12, die eine Einstelleinheit bzw. einen Tuner umfassen und als Eingangs- und Mischstufe ausgebildet sind. Weiterhin sind eine Ausgangsstufe bzw. ein Backend 14 und eine Endstufe 16 dargestellt.
In dem Backend 14 sind drei Analog-Digital-Wandler 18 (ADC) zur Aufnahme von analogen Zwischenfrequenzsignalen (Pfeile 20) von den Eingangsstufen 12, ein Block 22, der die digitale Signalverarbeitung, die Verarbeitung von Zwischenfrequenzen (IF: Intermediate Frequency) und der Phasendiversität, einen Demo- dulator sowie ein Radiodatensystem (RDS: Radio Data System) umfasst, und ein weiterer Block 24, der eine digitale Verarbeitung, einen Multiplexer und einen Audiosteller umfasst, vorgesehen.
Digitale Schnittstellen 26 ermöglichen eine bidirektionale Kommunikation mit ei- ner externen Steuereinheit 28. Weiterhin sind digitale Eingaben 30 für digitale
Quellen 32, wie bspw. MP3, vorgesehen. Analoge Quellen 34 werden über den ADC 18 angebunden. Zur Ansteuerung der Endstufe 16 ist eine DAC-Audio- Ausgabe 36 vorgesehen. Bei der dargestellten Schaltungsanordnung 10, die aus dem Stand der Technik bekannt ist, wird ein hochwertiger Signalpfad für den Rundfunkempfang in Autoradios, in der Regel das analoge Frontend 12, mit einer analogen Zwischenfrequenz- bzw. ZF-Schnittstelle eingesetzt. Dem Frontend 12 folgt dann das Backend 14 bzw. ein Backend-IC, das mittels der ADCs 18 das analoge Zwischen- frequenz- bzw. ZF Signal digitalisiert und weiterverarbeitet. Das gewonnene digitale Audiosignal wird im Backend-IC 14 digital-analog gewandelt und ausgegeben. Abschließend wird die analoge Endstufe 16 zur Verstärkung des Signals eingesetzt. Alternativ zu der rein analogen Endstufe 16 werden auch digitale Endstufen verwendet. Dabei ist bei den digitalen Endstufen typischerweise zwischen zwei un-
terschiedlichen Technologien zu unterscheiden. Einerseits kann ein IC mit analoger Verstärkung, einer digitalen Eingangsschnittstelle und einem integrierten DAC vorgesehen sein. Eine alternative Lösung ist durch den Einsatz eines Class D Verstärkers gegeben, der mit einer digitalen Ansteuerung arbeitet, d. h. keine AD-Wandlung im klassischen Sinne enthält und eine geringere Verlustleistung hat als die erste Lösung. Wesentliche Vorteile der digitalen Endstufen ergeben sich u. a. aus der digitalen Verbindung zwischen Audiosignalverarbeitung und Endstufe, die weniger störanfällig ist.
Weiterhin weist die Endstufe zwei erste Ausgänge 45 zum Ansteuern von zwei Lautsprechern 47 auf. Auf diese Weise kann ein Stereosignal zu den beiden Lautsprechern 47 übertragen werden. Die Ausgänge übertragen dann Signale, die auf eine gemeinsame Quelle zurückgehen.
Bei dieser Architektur enthalten die Backend-ICs jedoch aufgrund der erforderlichen ADCs und DACs neben dem rein digitalen Signalverarbeitungspfad immer noch analoge Schaltungsteile. Hierdurch wird die Wahl der Halbleitertechnologie eingeschränkt, was sich auf die Kosten des Systems nachteilig auswirkt.
Ausgehend von der in Figur 1 dargestellten bekannten Schaltungsanordnung 10 wird angestrebt, eine Systemarchitektur anzugeben, die einen rein digitalen Ba- ckend-IC ermöglicht. Durch den Einsatz einer digital angesteuerten Endstufe können dann in dem Backend-IC die DACs für die analoge Audioausgabe entfallen. Somit kann die Audiosignalverarbeitung in dem Empfangs-IC rein digital erfolgen. Dies ist mit geringem Aufwand und Chipfläche sowie einer hohen Flexibilität, bspw. durch eine softwarebasierte Lösung auf einem DSP, zu verwirklichen. Werden die DACs in der Endstufe integriert, werden automatisch nur so viele Audio-ADCs implementiert, wie dies erforderlich ist.
Bei dieser Architektur ist jedoch zu beachten, dass keine analogen Ausgänge, bspw. für den Anschluss eines Kopfhörers oder eines analogen Audioverstärkers, zur Verfügung stehen. Ebenso sind die ADCs für die Digitalisierung der Zwischenfrequenzen weiterhin auf dem Backend, so dass kein rein digitales Backend entsteht.
Dieses Problem wird bspw. mit einer Schaltungsanordnung, wie diese in Figur 2 dargestellt ist, gelöst, bei der die ADCs für die Digitalisierung der Zwischenfrequenz bereits im Frontend integriert werden.
Figur 2 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, die mit der Bezugsziffer 50 versehen ist. Diese umfasst zwei Eingangsund Mischstufen bzw. Frontends 52, in denen jeweils ein ADC integriert ist und die als Einstelleinheiten bzw. Tuner dienen, eine Ausgangsstufe bzw. ein Backend 54 für eine rein digitale Signalverarbeitung und eine Endstufe 56. Digitale Zwischenfrequenzsignale werden von den Eingangsstufen 52 zu dem Backend 54 gegeben (Pfeile 80).
In dem Backend 54 sind ein Block 56, der die digitale Signalverarbeitung, die Verarbeitung von Zwischenfrequenzen (IF: Intermediate Frequency) und der Phasendiversität, einen Demodulator und ein Radiodatensystem (RDS: Radio Data System) umfasst, und ein weiterer Block 58, der eine digitale Verarbeitung, einen Multiplexer und einen Audiosteller umfasst, vorgesehen.
Digitale Schnittstellen 60 ermöglichen eine bidirektionale Kommunikation mit einer externen Steuereinheit 62. Weiterhin sind digitale Eingaben 64 für digitale Quellen 66, wie bspw. MP3, vorgesehen. Analoge Quellen 68, wie bspw. ein Mikrophon, werden direkt an die Endstufe 56 angeschlossen. Zur Ansteuerung der Endstufe 16 ist eine digitale Audioausgabe 70 in dem Backend 54 eingerichtet.
Mit der vorgeschlagenen Architektur ergibt sich u. a. eine technologieoptimierte Partitionierung des Signalpfades. Das rein digitale Backend 54 kann losgelöst von analogen Funktionen Technologie-Trends und steigende Leistungsanforderungen berücksichtigen. Außerdem wird ein flexibles Tuner-IC-Design für Einfach- und Mehrtunerkonzepte bereitgestellt.
Die Endstufe 56 umfasst zwei erste Ausgänge 65 zur Ansteuerung zweier Lautsprecher 67 und einen zweiten Ausgang 69 zum Ansteuern eines Kopfhörers 71 . Damit geht der zweite Ausgang 69 auf eine andere Quelle zurück als die beiden ersten Ausgänge 65.
Es werden somit analoge Ausgänge, in diesem Fall der Ausgang 69, in der digital angesteuerten Endstufe 56 realisiert, mit denen zusätzliche analoge Komponenten, wie bspw. Kopfhörer, angesteuert werden können.
Sollen neben dem Rundfunk weitere analoge Audioquellen berücksichtigt werden, können in dem digital angesteuerten Endstufenbaustein auch diese ADCs aufgenommen werden.
Falls ein einfacher Audiosteller in der Endstufe integriert wird, kann dieser in weiterer Ausgestaltung der Erfindung, z. B. über die digitale Schnittstelle der Endstufe, angesteuert werden. Damit können neben den im Gerät vorhandenen Endstufen zusätzliche Geräte bzw. Devices, wie ein externer Audioverstärker für weitere Lautsprecher, angeschlossen werden, deren Pegel über die Benutzerschnittstelle angepasst werden können. Aber auch die Klangstellung für einen anzuschließenden Kopfhörer ist hiermit möglich. Die dargestellte Systempartitionierung ermöglicht ein rein digitales Backend.
Gemäß einer weiteren Ausführungsmöglichkeit der Erfindung, die in Figur 3 wiedergegeben ist, ist vorgesehen, dass die vorab beschriebenen ADCs und DACs zur Audiosignalwandlung nicht in dem Audioverstärker integriert, sondern auf einem separaten IC oder im Frontend realisiert werden.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Schaltungsanordnung, die insgesamt mit der Bezugsziffer 100 bezeichnet ist. Diese Schaltungsanordnung 100 umfasst zwei Eingangsstufen bzw. Frontends 102, eine Ausgangsstufe bzw. ein Backend 104 und eine Endstufe 106. Die Eingangsstufen 102 dienen als Einstelleinheiten bzw. Tuner. In diesen Eingangsstufen sind ADCs 108 integriert. Diese ADCs 108 stellen digitale Zwischenfrequenzsignale für das Backend 104 bereit (Pfeile 1 10).
Digitale Schnittstellen 1 12 in dem Backend 104 stehen für eine bidirektionale Kommunikation (Pfeile 1 15) mit einer externen Steuereinheit 1 14 zur Verfügung. Digitale Eingaben 1 16 verbinden digitale Quellen 1 18 (Pfeil 120).
In dem Backend 104 sind ein Block 130, der die digitale Signalverarbeitung, die Verarbeitung von Zwischenfrequenzen (IF: Intermediate Frequency) und der
Phasendiversität, einen Demodulator und ein Radiodatensystem umfasst, und ein weiterer Block 132, der eine digitale Verarbeitung, einen Multiplexer und einen Audiosteller umfasst, vorgesehen. Weiterhin ist ein Block 134 für eine digitale Audioausgabe eingerichtet.
Analoge Quellen 136, wie bspw. Mikrophone, werden mit einer der Eingangsstufen 102 verbunden (Pfeil 140). Ein DAC 142 in dem oben dargestellten Frontend weist eine direkte Verbindung (Pfeile 144) zu der Endstufe 106 auf. Die digitale Audioausgabe 134 ist in diese Verbindung einkoppelbar (Pfeil 146).
Die Endstufe 106 umfasst zwei erste Ausgänge 1 15 zur Ansteuerung zweier Lautsprecher 1 17 und einen zweiten Ausgang 1 19 zum Ansteuern eines Kopfhörers 121. Damit geht der zweite Ausgang 1 19 auf eine andere Quelle zurück als die beiden ersten Ausgänge 1 15. Weiterhin ist eine Analog-Digital- Wandlereinheit 131 in der Endstufe 106 vorgesehen.
Im Falle der Partitionierung, wie sie für die Durchführungsform aus Figur 3 vorgeschlagen wird, ist eine Kompatibilität zu Standardendstufen sichergestellt.
Es wird folglich eine Architektur für eine Anordnung bzw. ein System vorgeschlagen, die bzw. das einen rein digitalen Backend-IC ermöglicht. Durch den Einsatz einer digital angesteuerten Endstufe können in dem Backend-IC die DACs für die analoge Audioausgabe entfallen. Somit kann die Audiosignalverarbeitung im Empfangs-IC rein digital erfolgen und ist mit geringem Aufwand an Chipfläche sowie einer hohen Flexibilität, z. B. durch eine softwarebasierte Lösung auf einem DSP, zu realisieren. Werden die DACs in der Endstufe integriert, werden automatisch nur so viele Audio-DACs implementiert, wie hierfür erforderlich sind.