JP2010514285A - 特に増幅のための、低歪み信号変換装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、信号の、低‐歪み変換特に増幅のための装置を述べる。ひとつの実施例において、この装置は、調節可能な基準電圧を持ったＤＡコンバータを備え、このＤＡコンバータに、調節可能な基準電圧を持ったＡＤコンバータを上流に接続し得る。更なる実施例において、この装置は、増幅器の特性伝達ラインに対応するデジタル化信号もしくはデジタル信号を、「先行ひずませ」するユニットを有する。更に別の実施例において、この装置は、ユニットに貯蔵される増幅器の特性伝達ラインに対応する、「歪ませ」デジタル化された信号を等化するこのユニットを有する。更にまた別の実施例に置いて、この装置は、加重電流の総和に基づいて作用するＤＡコンバータを有する。

Description

本発明は、特に増幅のための、低歪み信号変換装置に関するものである。

電圧、電流、電力について信号を増幅するためには、電気式増幅器が必要である。このため、トランジスターや電子管などの、通常能動素子（アクティブエレメント）が使われる。但し、トランス（変圧器）でも増幅させることはできる。

しかしながら、これらの素子の「特性伝達曲線」の非線形性により、出力信号に、非線形歪みが、すなわち、元の信号には存在しない追加的な信号部分が、生じる。これらの非線形歪みを減らすために、所謂負帰還（ネガティブフィードバック）が用いられ、これに従い、出力信号の一部が、１８０°の位相変更を伴って、入力へ戻される。しかしながらこの方法では、異なる運転時間により新たな信号変造が生じるので、非定常信号による実質的な不利益を有している。

本発明の目的は、前記した種類の装置を提供することであり、これにより、歪みが、そのために負帰還の必要無しに、特に広範囲にわたって減少させることができる。

本発明の第一実施例によれば、この目的は、本装置が、調節可能な基準電圧を備えたＤＡコンバータ（デジタルアナログコンバーター）を有するという態様によって得られる。

本発明のこの実施例は、電圧についてのデジタル化したアナログ信号を、低歪みで増幅するための装置に関するものであり、この実施例において、ＤＡコンバータの基準電圧の調節により、要求された増幅もしくは要求されたレベルの出力電圧が結果として得られる。

電圧についてのアナログ信号の、低歪みでの増幅のための装置である本発明の別の実施例によれば、この装置は、ＤＡコンバータの上流の調節可能な基準電圧を伴うＡＤコンバータ（アナログデジタルコンバーター）を含有する。ＡＤコンバータ及びＤＡコンバータの基準電圧の調節により、要求された増幅もしくは要求されたレベルの出力電圧が結果として得られる。
上述の各実施例により、負帰還による助け無しに、低歪みの増幅器の実現が可能となる。

例えば、ＰＣＭコードでアナログもしくはデジタル符号化されている信号を、なんらかの高電圧まで、すなわち、任意に高いゲインＶを伴い、低歪みで、しかも、負帰還の助けを借りることなく、増幅する装置が、前述の実施例にもとづき下記の構造を有する。

まず、アナログ信号がＡＤコンバータによりデジタル化される。（ナイキスト基準の考慮とともにおこなう）分解能（ビット長さ）、および、サンプリング率の選択により、その結果生じる出力信号の品質、すなわち、非線形歪み部分を決定する。既にデジタル符号化されている信号は、直接に処理できる。第２ステップにおいて、デジタル化された信号もしくは既にデジタル状態で存在している信号がＤＡコンバータへ送られる。このコンバータは、電圧増幅の実際の関数を引き継ぐ。ＡＤコンバータ、並びに、特に、ＤＡコンバータの基準電圧 ＋Ｕref および−Ｕref を選択することにより、各コンバータの相応のレイアウトに基づき、出力電圧のレベル、すなわち、信号増幅のレベルに直接影響を与えることができる。例えば、適当な分解能及びサンプリング率の選択により望ましい小ささに保持可能「ではある」階段状の元の形状により発生させる信号部分は別として、最小の非線形信号部分を伴う、数百ボルト（Ｖ）の信号電圧を生じさせることが出来る。概ね、集積ＤＡコンバータは比較的低い基準電圧（＜＋−２０Ｖ）のためだけに設計される。しかしながら、高電圧をも生じさせ得る個別のコンバータを造る事は可能である。このために、スイッチだけは、それらに対応して設計しなければならない。しばしば、サンプリング率と分解能は自由に選択する事は出来ず、たとえば、ＣＤ標準４４．１ｋＨｚサンプリング周波数および１６ビット分解能などのシステムにより固定される。デジタル信号のアナログ信号への変換時に生じる非線形歪みを最少にするために、従来のＤＡコンバータを、追加の装置によって拡張する。

望ましくは、この装置は、ＤＡコンバータが相応の設計と基準電圧の選択により直接に、その後の増幅器ステージを制御できるよう、設計される。この場合、事後の増幅器段階は、オーディオアンプの出力ステージであって良く、ＤＡコンバータは、相応の設計により、必要な制御電圧もしくは制御電流を直接に提供する。

例えば、この装置はオーディオアンプにおけるアナログ信号処理（増幅）のために使える。オーディオアンプにおける出力ステージが直接的に制御されるようなかたちで、デジタル・オーディオ信号をアナログ信号に変換できる。

本発明装置の別の実施例によれば、ＤＡコンバータに、更に下記のものを含有する：
各ビットにつき、４個のスイッチＳ１〜Ｓ４から成るスイッチ群、逆に操作されるＲ−２Ｒ−Ｒネットワーク、クロック同期増加・減少電圧の発生のためのジェネレータ。そして、各ビットにつき、スイッチＳ１〜Ｓ４を制御する制御ロジック。この場合、制御ロジックはスイッチＳ１〜Ｓ４を介して、Ｌ／Ｌシーケンスで、（Ｓ１）が閉じられ、Ｌ／Ｈシーケンスで、（Ｓ３）が閉じられ、Ｈ／Ｌシーケンスで、（Ｓ４）が閉じられ、Ｈ／Ｈシーケンスで（Ｓ２）が閉じられ、ふたつの前後するクロック時間による１ビットの値が評価されるように、Ｕref+、Ｕref-、ＵRampUp、ＵRanpDown、の各信号のいずれかを、抵抗２Ｒ（参照符号２１１）のポイント２０７へ、適用する。

ＤＡコンバータによりデジタル値から発生させるアナログ信号は、原理上、ＤＡコンバータのクロックの幅の階段を有する。更に、この信号は、クロック周波数並びに更に高い周波数の強力部分を含んでいる。従って、これらの階段を最良の可能な方法（平滑化）で滑らかにする事が望まれる。普通、このためには、単純な低域フィルターから、より高いオーダーのフィルターまでの範囲のフィルターを用いる。この目的は、デジタル信号プロセッサによるデジタルフィルターとしてでも、部分的に実現される。ただし、フィルターはしばしば望まれない特性を有している。（位相変位、行き過ぎ量、過渡時間など）。

ＤＡコンバータにおける本発明装置により、自動的な、アナログ式に発生させる平滑化（線形補間）が、結果として得られ、これが、変換プロセスにより生じるシステム由来の非線形歪みを最少にするので、更なるフィルタリング手段は必要でない。これは、サンプリング値間での段差無しに、唯一の特殊なＤＡコンバータによる本発明解決法により実現される。

通常は、ＤＡコンバータは、抵抗ネットワークにより実現される。例えば、ここで、ネットワークＲ−２Ｒ−Ｒを引用する。この場合、２Ｒ抵抗の付いた枝は、各ビットの値に応じてスイッチＳ１、Ｓ２を介して、Ｕ＋またはＵ−へそれぞれ適用される。望ましくは、前記スイッチは、半導体スイッチにより実現される。

一体化された平滑化の実現のため、この構成を下記のように修正可能である：
まず、ふたつのランプ信号を発生器により、システムクロック（サンプリングクロック）に対して同期して、発生させる。ランプ信号のひとつは、Ｕ−からＵ＋まで増大し、もうひとつのランプ信号は、Ｕ＋からＵ−まで低下する。更に、ふたつの更なるスイッチＳ３、Ｓ４が、２Ｒの枝ごとに導入される。従って、対応する２Ｒ抵抗に対して、Ｕ＋ （Ｓ１）、Ｕ− （Ｓ２）、増大するランプＵ−からＵ＋まで（Ｓ３）、もしくは、Ｕ＋からＵ−まで低下するランプ（Ｓ４）を、適用することができる。

スイッチＳ１〜Ｓ４は制御ロジックにより以下の様に制御される：
二進の入力信号がこの時点までにＬであると仮定した場合、従来のＤＡコンバータの場合と同様に、スイッチＳ１が閉じられた。Ｕ−が、２Ｒ抵抗のポイント２０７に存在する。入力信号が、Ｈに変わると、Ｓ１が開かれる。ただし、これまでのようにＳ２ではなく、Ｓ３が閉じられる。これにより、Ｕ−からＵ＋まで増大するランプが、２Ｒに掛かる。クロックの終わりに、２Ｒ（２０７）の電圧がＵ＋に達する。入力信号が、次のクロックでもＨのままの場合、Ｓ３が開かれ、Ｓ２が閉じられる。その後、Ｕ＋が、定常的に２Ｒ（２０７）に存在する。しかしながら、信号がＬに変わると、Ｓ３が開かれ、Ｓ４が閉じられる。従って、Ｕ＋からＵ−まで低下するランプが２Ｒ（２０７）に掛かる。したがって、このクロックの終わり時点の電圧もふたたびＵ−まで降下している。

この原理に基づき、制御ロジックがＤＡコンバータの全ステージでのスイッチＳ１〜Ｓ４を制御する。その結果、ＤＡコンバータの出力電圧は、下記の図5に 示された通りとなる。「ルーピング」の種類は、各様のランプの形状により可変である。

平滑化の別の改良方法は以下のように到達できる：
ＤＡコンバータの入力値を下記のように変更する。
ＤＡｉｎ（ｔ＋１）＝Ｎ（ｔ）＋（Ｎ（ｔ＋１）−Ｎ（ｔ））／２
Ｎは、元のデジタル値である。

これは、ＤＡコンバータの上流に配置されこの演算を行うマイクロプロセッサにより実現できる。下記の図5に、従来のＤＡコンバータと比較したふたつの平 滑化作用の効果を示している。実線が、単純な平滑化を示しており、一点鎖線は改良した平滑化である。

平滑化の別の最適化方法は、ランプ電圧の形態の修正により達成できる。線形のランプの代わりに、ふたつの「ふくらんだ」ランプを用いる。すなわち、くぼみランプと、突出ランプであり、従って、全部で四つのランプとなり、そのうち二つは、ＵＰであり、別の二つは、ＤＯＷＮである。更に、値の出力の間に、既に次の値を考慮する。現実の値と、先行している値との間隔が、現実の値と次にくる値との間隔より小さい場合は、突出ランプを使い、そうでなければ、くぼみランプを用いる。別の場合なら、関係を逆にする。この種の手順に従い、対応するアナログ信号が、より一層平滑にさえ成る。ただし、経費は高くなる。

上述の類のＤＡコンバータは、集積回路としての実現に素晴らしく適している。その上、このＤＡコンバータは、抵抗２Ｒの電流がスイッチプロセスで階段状に変化しないし、それゆえ、電流途切れによる乱れを避けられるので、出力信号の低ノイズを特徴とする。

従って、前述の装置は、ランプ電圧が線形に増加もしくは減少する装置に関する。別の実施例において、ランプ電圧は線形形状から逸れた形状を有する。
望ましくは、クロックＴ＋１のための値がクロックＴ＋１のための値とクロックＴの値の平均値から得られるようＤＡコンバータへの出力に先立って、デジタル入力値を変更する別の手段を設ける。

さきに述べたように、本発明によれば更に、ＤＡコンバータにおいて、（対応する追加のスイッチを介して２Ｒ抵抗のポイント（２０７）へ掛けることができる）平滑化の更なる最適化のためのふたつ以上のランプが発生させられる装置が提案される。

デジタルデータは、デジタル化音楽データにより表わされてもよい。本発明装置を、ＤＡコンバータとして、集積回路（ＩＣ）へ用いることが可能である。
例えばトランジスタや電子管などの能動素子の使用が、負荷の制御のための必要な電力増幅を得るために避けられない場合は、元の信号に存在しない追加的な信号部分（非線形歪み）が、これらの素子の非線形特性伝達曲線が原因となって、発生させられる。これらの歪みは、先行技術にもとづく負帰還手段によって減らすことができる。以下に説明している別の本発明解決方法により、非線形性が原因で発生する歪みの広範囲な減少が達成可能である。

この解決方法は、能動素子における非線形性によって生じさせられる電気増幅器における歪みの減少のための装置に関するものであり、この装置には下記のコンポーネントを含有する：
増幅器の特性伝達ラインに従い、デジタル化信号もしくはデジタル信号を、
「先行ひずませ（予め歪みを与える）」するユニット；
前記特性伝達ラインもしくはその逆関数が、貯蔵されるユニット； および、
「先行歪ませ」されるデジタル信号からアナログ信号を発生し、この信号によって増幅器を制御するＤＡコンバータ。このＤＡコンバータにおいて、増幅器の歪みは入力信号の先行ひずませにより補償され、これにより、全体として、増幅器の非線形性にかかわらず、低歪みでの増幅が得られる。

本発明装置は、アナログ信号のみならず、デジタル化信号も処理可能である。アナログ信号は、更なる処理に先立ち、ＡＤコンバータによりデジタル化される。デジタル化された値は、（線形化の必要な）増幅システムの特性伝達ラインの非線形性についての知識を有しつつ、これらの値を（事後の非線形システム通過後、低歪みの出力信号を生じるように）修正するユニットへ供給される。このため、入力値は、逆の伝達関数により乗算することが必要になる。これにより信号のデジタル先行ひずませが生じる。

その結果、そのようにして「先行歪ませ」されたデジタル信号がＤＡコンバータに与えられ、ＤＡコンバータの出力信号が直接に、線形化の必要な増幅器ステージを制御する。ＤＡコンバータの相応なレイアウトにより、ＤＡコンバータは増幅器ステージの制御のためのあり得る要件それぞれを、例えば、相応に高い基準電圧＋Ｕref および−Ｕref 、並びに、電子管のグリッドの直接制御のための高出力電圧により実行できる。この信号は、能動素子により増幅され、非線形歪みを発生させる。この信号が、逆伝達関数によりＤＡコンバータによって既に「先行ひずませ」されているという事実により、歪み双方がそれら自体補償しあい、これにより結果的に、全体として、非歪み信号が増幅器システムの出力に生じる。

この装置は、逆関数として固定状に記憶される増幅器の非線形性についての認識を前提としている。非線形の性能が、時間および／または温度に応じて変化する場合、この装置はもはや最良には働かない。

これらの問題に打ち勝つために、本発明の別の実施例によれば、この装置へ追加的に、増幅器の出力信号の測定‐技術評価のためのユニット、データ処理のためのユニット、並びに、一方で前記特性伝達ラインもしくはその逆関数を永続的に貯蔵し、他方で操作の間の幾つかの値の修正を可能とするよう適合させたユニットを含み、この装置において、新たなデジタル値の出力それぞれにより、前記の測定‐技術評価ユニットが、測定‐技術的方法で出力信号を検出し、これをデータ処理ユニットに伝達し、その後、データ処理ユニットが各値についての望ましい値と実際値との比較を行い、偏りの場合、特性伝達ラインの各値を訂正し、これにより、装置の機能は、増幅器内の特性ラインに変動があっても常に保証されたままとなる（適応性能）。

個々の値の修正を可能とする前記ユニットは、望ましくは、まず関数ｙ＝ｘにより初期化され、これにより、短時間の後、増幅器の特性ラインまたはその逆関数が、装置の機能により、独立的に自らを調節する。

上述した装置は、独立的にそれ自体を特性伝達ラインの変動に適合させる（適合性能）という利点を有する。なお、或る学習局面の後、装置が自らを最少歪みに調節するので、任意に、伝達関数の初めの受けとりをやめることができる。換言すると、この装置は、増幅器の特性伝達ラインを独立的に「学ぶ」。

このために、この装置には、更なる手段が付加される。測定手段が、ＤＡコンバータによる新たな値の出力毎に出力後、出力信号を測定する。別の手段がこのデジタル化実際値を、デジタル化所望値、すなわち、非歪みデジタル入力信号と比較する。逆関数特性伝達ライン実際値は、ここで役割を果たすユニットで管理される。操作が、初めて始められるとき、開始のための特性伝達ライン、例えば、関数ｙ＝ｘにより、初期化される。前記の更なる手段が、デジタル所望値と測定実際値との偏差を判定すると、これに応じて、逆関数特性伝達ラインの個々の値を訂正する。この訂正は、異なる強さで実行されるので、逆関数特性伝達関数に対応する「正しい」訂正関数がそれ自体を全体として調節するまでに、相応の長い時間が掛かる。

前述したふたつの装置は、非線形増幅器システムの入力信号の「先行ひずませ」を利用しているが、別の方法として、非線形増幅システムの出力信号も訂正することにより、その後、これにより、非線形歪みが減少させられる。この解決方法に基づき、本発明は、ひとつの装置を提案する。この装置には：
増幅器のアナログ出力信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータ；
或るユニットに貯蔵される増幅器の特性伝達ラインに対応する「歪ませ」デジタル化信号を等化または訂正し、場合により、これをデジタルの更なる処理へ与えるユニット；
前記特性伝達ラインまたはその逆関数が貯蔵されているユニット；並びに、
前記デジタル被訂正信号からアナログ信号を発生させるＤＡコンバータ、
を含み、この装置において、増幅器で発生させられた非線形歪みが、ユニットに貯蔵された増幅器の特性伝達ラインまたはその逆関数による出力信号の訂正により補償され、これにより、全体として、増幅器の非線形性にかかわらず、低歪みな増幅が得られる。

この実施例によれば、増幅されるべきアナログ信号が、非線形増幅器によって増幅される。増幅器システムの非線形性が原因となって、出力信号は、追加的な歪みを含む。この信号がＡＤコンバータによりデジタル化され、訂正ユニットにより前記の逆関数特性伝達ラインによって乗算される。その出力において、可能な更なるデジタル処理のための、デジタル形態の低歪み信号が得られる。最後に、この信号はＤＡコンバータを通過し、ＤＡコンバータがアナログ形態の信号を発生させる。この場合、信号レベルは、ＤＡコンバータの基準入力を用いて任意に調節可能である。

逆関数特性伝達ラインが、装置自体によって確認される必要がある および／または 独立的に変動に対して適合させる必要がある（適応性能）場合、前述した装置に、更なる手段を付加する必要がある。測定手段が、入力信号を測定する。別の手段が、入力信号が増幅システム、ＡＤコンバータ、訂正手段を通過した後ユニットの出力において自らを調節するデジタル化実際値を、デジタル所望値、すなわち、非歪ませデジタル入力信号と比較する。実際の逆関数特性伝達ラインは、このユニット内で管理される。このユニットは、始めて操作に採用される場合最初のための特性伝達ライン例えば、関数ｙ＝ｘにより初期化される。もしこのユニットがデジタルの所望値と、結果的な実際値との間の偏りを判断した場合、このユニットが、逆関数特性伝達ラインにおける個々の値を、相応に訂正する。訂正は、様々に強く実行される。逆関数特性伝達関数に対応する「正しい」訂正関数がそれ自体を調節するまでに、相応に長い時間が掛かる。

従って、本発明の別の実施例において、この装置は追加的に、増幅器の入力信号の測定‐技術評価のためのユニット、データ処理のためのユニット、並びに、一方で永続的に特性伝達ラインまたはその逆関数を貯蔵すること、そして、他方でこのユニットによる操作の間個別の値の修正を可能にすることに適合させたユニット、を含み、この装置において、増幅器の入力信号が、測定‐技術的方法によって前記ユニットにより検出され、データ処理ユニットへ送られ、その後、データ処理ユニットが、各値の所望値と実際値との比較を実行し、偏りの存在する時、貯蔵用の前記ユニットに貯蔵される特性伝達ラインの個々の値を訂正する。これにより、増幅器内の特性ラインの変動においてさえも、装置の機能は常に保証される（適応性能）。

ここで、望ましくは、前記貯蔵ユニットが、関数ｙ＝ｘによって、まず初期化され、短時間の後、増幅器の特性ラインまたはその逆関数が、装置の機能のおかげで、独立的に自らを調節することである。

望ましくは、非線形の増幅器は、電圧、電流、もしくは、電力増幅のための総合的な増幅器である。非線形増幅器は特に、オーディオアンプの出力ステージである。しかしながら、この非線形増幅器は、オーディオアンプの前置増幅器ステージでも良い。

この装置をオーディオアンプに用いる場合、ＤＡコンバータは望ましくは、オーディオアンプのアナログ出力ステージが直接に制御され得るような方法で、信号を発生する。

更に、前述の目的は、加重電流の和に基づき作用するＤＡコンバータが総和の個別電流を直接に負荷へ移送し、これにより、対応の電力が負荷へ移送されるという事実により、本発明に基づく信号の低‐歪み変換特に増幅のための装置によって達成される。

望ましくは、この場合、この装置が、電力に関してデジタル信号の増幅のための役割を果たすことである。個別の部分‐電流の付与が、個別の電流源もしくは導体ネットワークを介して実行される。
このような装置は特にオーディオ用の低‐歪み電力増幅器として設計可能である。
通常、電力増幅器は、トランジスタや電子管などの能動素子により実現される。発生させた非線形歪みは、先行技術にもとづき負帰還手段により減少させることができる。本発明装置は、負帰還手段を用いることなく、最少の歪みで、電力に関してデジタル信号を増幅することができる。このために、加重電流に基づいて稼動するＤＡコンバータを用いる。この加重電流は、導体ネットワーク、もしくは、切り換え可能な加重定常電流源を介して発生させることができる。個別の部分電流は直接に負荷Ｒに適用され、そこで直接に電力放電Ｐ＝Ｉ²＊Ｒを生じ させる。部分電流の比率は常に、1：2：4：8 ‐‐‐である。増幅器の望ましいゲインは、部分電流の絶対高さにより調節可能である。

信号の低歪み式増幅のための装置の第１実施例のブロック図である。 従来のＤＡコンバータに逆操作Ｒ２Ｒコンダクターネットワークを備えた構造を示す。 一体的なアナログ平滑化を備えた本発明ＤＡコンバータの構造を示す。 １ビット用の図３のＤＡコンバータの機能を示す。 入力信号に関する平滑化の効果を示す。 信号の低歪み式増幅のための装置の別の実施例のブロック図である。 信号の低歪み式増幅のための装置の更に別の実施例のブロック図である。 信号の低歪み式増幅のための装置の別の実施例のブロック図である。 信号の低歪み式増幅のための装置の別の実施例のブロック図である。 デジタル信号の電力増幅のための装置の回路図である。

以下本発明を図面を参照しつつ実例により詳細に説明する。図面において、
図１は、負帰還の必要無しに、アナログ信号１００またはデジタル化信号１０８の、低歪みな電圧増幅のための装置の構造を示す。アナログ信号１００を、ＡＤコンバータ１０１によりデジタル信号１０９に変換させ、その後、ＤＡコンバータ１０２によりなんらかのレベルのアナログ信号１０７に再び、変換させる。この場合増幅は、適当な基準電圧１０２、１０３の選択により決定される。場合に応じてデジタル化されている信号もまた、ＤＡコンバータ１０２により何らかのレベルのアナログ信号に変換される。

図２は、従来のＤＡコンバータに、逆操作Ｒ２Ｒネットワークを備えた構造を示している。個々のビット値に対応して、スイッチＳ１、Ｓ２が、上部抵抗２Ｒを、Ｕref;、もしくは、Ｕref-へ掛ける。

図３は、一体的なアナログ平滑化を備えた本発明ＤＡコンバータの構造を示す。ランプ発生器２００が、上昇ランプ２０１、下降ランプ２０２それぞれを、サンプリングクロックと同期して、発生させる。各ビットについて、通常のスイッチＳ１、Ｓ２のほかに、追加のふたつのスイッチＳ３（参照符号２０３）、Ｓ４（参照符号２０４）が存在し、これにより、ビットシーケンスに従って、制御ロジック２０６により制御されて、基準電圧のうちひとつ、もしくは、ランプのうちひとつ、のどちらかが、個々の２Ｒ抵抗（参照符号２１１）へ適用される。これにより、その結果、最適な平滑化が得られる。

図４は、１ビットについての、このＤＡコンバータの機能を示す。図において、クロック同期して発生させたランプＲａｍｐＵｐ２００１、ＲａｍｐＤｏｗｎ２０２、入力信号２１２、入力信号に従ったスイッチＳ１〜Ｓ４の機能、そして、抵抗２Ｒ（２１１）におけるポイント２０７の電圧を示してある。

図５は、入力信号に対する平滑化の効果を示す。破線は、平滑化無しのＤＡコンバータの出力電圧を示し、実線２０９は、平滑化を伴う本発明ＤＡコンバータの出力電圧、そして、一点鎖線２１０は、改良型の平滑化を伴う本発明ＤＡコンバータの出力電圧を示す。

図６は、非線形増幅システム３０５において発生させる「歪み減少」のための装置の構造と機能を示す。アナログ入力信号３０１が、ＡＤコンバータ３０２によりデジタル化（３０３）される。別の１つのデジタル入力信号３００が、非線形増幅システム３０５の逆特性伝達ライン３０６の考慮により、デジタル化アナログ信号３０３と同じく、ユニット３０４の「先行歪ませ」を被る。この先行歪ませ状態において、ＤＡコンバータ３０８によりアナログ信号へ再変換（３０９）され、このアナログ信号は増幅器３０５のために、入力信号として働く。前記増幅器が、信号３０９を非線形に増幅し、この場合、先行歪ませと、非線形歪みが補償するので、結果的に、全体として、出力信号３１０に関して線形経路が生じる。

図７は非線形増幅システム３０５において発生させる「歪み減少」のための別の装置の設計を示す。この設計は図６のものと同様である。図６の装置においては逆特性伝達ラインが、３０６に固定状に取り付けられているが、逆特性伝達ラインが図７の装置によって訂正される、および／または、逆特性伝達ラインそれ自体が確証されるので、最適な低歪み操作があらゆる操作条件の下で保証される。このため、増幅システム３０５の出力信号３１０を、ユニット３１１を介して測定する。実際の値を示すこの測定値３１２を、ユニット３１３を介して所望の値３０３と比較する。逆特性伝達ライン３１４の個々のポイントが、偏りにより修正される。

図８は、非線形増幅システム３２１において発生させる「歪み減少」のための別の装置の設計と機能を示す。図６の実施例と対比して、アナログ入力信号３２０はまず始めに、非線形増幅器３２１により増幅される。増幅された歪み信号３２２が、ＡＤコンバータ３２３によりデジタル化（３０３）され、非線形増幅システム３２１の逆特性伝達ライン３２５により、ユニット３２４において訂正される。この非歪みデジタル信号３２６が、ＤＡコンバータ３２７の適当な基準電圧を選択することによって調節可能な何らかの電圧レベルの非歪みアナログ信号へ、 ＤＡコンバータ３２７により、変換される。

図９は、非線形増幅システム３２１において発生させる「歪み減少」のための別の装置の設計を示す。この設計は図８のものと同様である。図８の装置においては逆特性伝達ラインが、３２５に固定状に取り付けられているが、逆特性伝達ラインが図９の装置によって訂正される、および／または、逆特性伝達ラインそれ自体が確証されるので、最適な低歪み操作があらゆる操作条件の下で保証される。このため、増幅システム３２１の入力信号３２０を、ユニット３３０を介して測定する。所望値を示すこの測定値３３１を、ユニット３２９を介して実際値３２６と比較する。逆関数特性伝達ライン３２８の個々のポイントが、偏りにより訂正される。

図１０は、加重電流源を備えたＤＡコンバータにより此処に実現されるデジタル信号の電力増幅のための装置を示す。
更に、以下の点を指摘しておく。上述した出力ステージは、ビデオアンプの出力ステージによっても実現可能である。従って、本発明装置は、ビデオアンプにおけるアナログ信号処理（前置増幅）のための役割も果たすことができる。この点は、測定、制御、及び、調整技法の増幅器についても、真実である。この装置は、信号の総合的な増幅に広く利用可能である。

更に、この装置は、ビデオアンプの出力ステージが直接に制御可能という具合に、デジタルピクチャーデータ（ビデオ信号）をアナログ信号に変換可能である。この点は、測定、制御、及び、調整技法の増幅器におけるデジタル化信号についても、真実である。

デジタル信号は、デジタル化ピクチャーデータ（ビデオ信号）により表すことができる。デジタル化データは、一般的なデジタル化物理的データ（測定データ）であっても良い。
増幅器は、ビデオアンプ、もしくは、測定、制御、調整技法の増幅器でもよい。
ＤＡコンバータは、ビデオアンプのアナログ出力ステージまたはプレステージ、もしくは、測定、制御、調整技法の増幅器のアナログ出力ステージまたはプレステージが直接に制御され得る方法で、信号を発生させることもできる。
加重電流の和に基づき作用するＤＡコンバータを含有する低歪み変換用装置は、例えば、ビデオ応用や、測定、制御、調整技法の応用に利用可能である。

Claims (30)

1. 信号の低‐歪み変換特に増幅のための装置であって、調節可能な基準電圧（１０５、１０６）を備えたＤＡコンバータ（１０２）を含むことを特徴とする前記信号の低‐歪み変換特に増幅のための装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、ＤＡコンバータ（１０２）の上流に配置される調節可能な基準電圧（１０３、１０４）を備えたＡＤコンバータを含むことを特徴とする前記装置。
3. 請求項１または２に記載の装置であって、ＤＡコンバータ（１０２）が直接 に、後続の増幅ステージを制御することを特徴とする前記装置。
4. 請求項３に記載の装置であって、後続の増幅ステージがオーディオアンプの出力ステージを示し、且つ、ＤＡコンバータ（１０２）が直接に、対応の設計によりここで必要な制御電圧または制御電流を備えることを特徴とする前記装置。
5. 先行する請求項のうち１つに記載の装置であって、オーディオアンプにおけるアナログ信号処理（前置増幅）のための働きをすることを特徴とする前記装置。
6. 先行する請求項のうち１つに記載の装置であって、オーディオアンプの出力ステージが直接に制御可能なように、デジタルオーディオ信号をアナログ信号に変換することを特徴とする前記装置。
7. 先行する請求項のうち１つに記載の装置であって、ＤＡコンバータが更に、
   各ビットにつき、４個のスイッチＳ１〜Ｓ４から成るスイッチ群、逆に操作されるＲ−２Ｒ−Ｒ導体ネットワーク、クロック同期増加（２０１）および減少（２０２）電圧の発生のためのジェネレータ（２１０）、並びに、各ビットにつき、スイッチＳ１〜Ｓ４を制御する制御ロジック（２０６）を含み、
   制御ロジック（２０６）が、
   ‐ Ｌ／Ｌシーケンスにおいて、Ｓ１が閉じられ、
   ‐ Ｌ／Ｈシーケンスにおいて、Ｓ３が閉じられ、
   ‐ Ｈ／Ｌシーケンスにおいて、Ｓ４が閉じられ、
   ‐ Ｈ／Ｈシーケンスにおいて、Ｓ２が閉じられ、
   ふたつの連続するクロックによる１ビットの値が評価されるように、
   スイッチＳ１〜Ｓ４を介して、Ｕｒｅｆ＋、Ｕｒｅｆ−、ＵＲａｍｐＵｐ（２０１）、もしくは、ＵＲａｍｐＤｏｗｎ（２０２）、のいずれかを、抵抗２Ｒのポイント２０７へ適用することを特徴とする前記装置。
8. 請求項７に記載の装置であって、ランプ電圧が線形状に、増加する（２０１）または減少する（２０２）ことを特徴とする前記装置。
9. 請求項７に記載の装置であって、ランプ電圧が線形形状から逸れた形状を有することを特徴とする前記装置。
10. 請求項７〜９のうち１つに記載の装置であって、クロックＴ＋１のための値がクロックＴ＋１のための値とクロックＴのための値の平均値から得られるようＤＡコンバータへの出力に先立って、デジタル入力値を修正する別の手段を含むことを特徴とする前記装置。
11. 請求項７〜１０のうち１つに記載の装置であって、ＤＡコンバータにおいて、更なる平滑化最適化のためのふたつ以上のランプが発生させられ、対応する追加のスイッチを介して２Ｒ抵抗（２１１）のポイント（２０７）へ適用されることを特徴とする前記装置。
12. 請求項７〜１１のうち１つに記載の装置であって、デジタル信号がデジタル化音楽データであることを特徴とする前記装置。
13. 請求項７〜１２のうち１つに記載の装置であって、集積回路（ＩＣ）に、ＤＡコンバータとして用いられることを特徴とする前記装置。
14. 信号の低‐歪み変換特に増幅のための装置であって、この装置には下記のコンポーネント、すなわち：
    増幅器（３０５）の特性伝達ラインに対応するデジタル化信号（３０３）もしくはデジタル信号（３００）を、「先行ひずませ」するユニット（３０４）、
    前記特性伝達ラインもしくはその逆関数が貯蔵されるユニット（３０６）、および、
    「先行歪ませ」されるデジタル信号（３０９）からアナログ信号を発生させ、この信号によって増幅器（３０５）を制御するＤＡコンバータ（３０８）
    を含み、この装置において、増幅器（３０５）の歪みは入力信号の先行ひずませにより補償され、これにより、全体として、増幅器（３０５）の非線形性にもかかわらず、低歪みな増幅が得られることを特徴とする前記装置。
15. 請求項１４に記載の装置であって、この装置は追加的に、増幅器（３１１）の出力信号（３１０）の測定‐技術評価のためのユニット（３１１）、データ（３０３）及び（３１２）の処理のためのユニット、並びに、一方で前記特性伝達ラインもしくはその逆関数を永続的に貯蔵し、他方でユニット（３１３）による操作の間個別の値の修正を可能とするように適合させたユニット（３１４）を含み、
    この装置において、新たなデジタル値（３００）または（３０３）の出力それぞれにより、前記ユニット（３１１）が、測定‐技術的方法で出力信号を検出し、これをユニット（３１３）に供給し、その後、ユニット（３１３）が各値（３００）または（３０３）および（３１２）についての望ましい値と実際値との比較を行い、偏りの場合、ユニット（３１４）に貯蔵された特性伝達ラインの各値を訂正し、これにより、装置の機能は、増幅器（３１１）内の特性ラインに変動があっても常に保証されたままとなることを特徴とする前記装置。
16. 請求項１５に記載の装置であって、前記ユニット（３１４）が、まず関数ｙ＝ｘにより初期化され、且つ、短時間の後、増幅器（３０５）の特性ラインまたはその逆関数が、装置の機能により、独立的に自らを調節することを特徴とする前記装置。
17. 請求項１４〜１６のうちひとつに記載の装置であって、非線形増幅器（３０５）または（３１０）が、電圧か、電流か、電力の増幅のための総合的な増幅器であることを特徴とする前記装置。
18. 請求項１４〜１７のうち１つに記載の装置であって、非線形増幅器（３０５）または（３１０）が、オーディオアンプの出力ステージであることを特徴とする前記装置。
19. 請求項１４〜１７のうち１つに記載の装置であって、非線形増幅器（３０５）または（３１０）が、オーディオアンプの前置増幅ステージであることを特徴とする前記装置。
20. 請求項１４〜１９のうち１つに記載の装置であって、ＤＡコンバータ（３２７）は、オーディオアンプのアナログ出力ステージが直接に制御され得るような方法で、信号（３２８）を発生することを特徴とする前記装置。
21. 信号の低‐歪み変換特に増幅のための装置であって、この装置には下記のコンポーネント、すなわち：
    増幅器（３２１）のアナログ出力信号（３２２）をデジタル信号（３３２）に変換するＡＤコンバータ（３２３）；
    ユニット（３２５）に貯蔵された増幅器（３０５）の特性伝達ラインを介して、歪ませデジタル化信号（３３２）を訂正し、場合によりこれを更なるデジタル処理へ与えるユニット（３２４）；
    特性伝達ラインまたはその逆関数が貯蔵されるユニット（３２５）； および
    デジタル訂正信号（３２６）からアナログ信号（３２８）を発生させるＤＡコンバータ（３２７）を含み、
    この装置において、増幅器において発生させられた非線形歪みは、ユニット（３２５）に貯蔵された増幅器（３２１）の特性伝達ラインまたはその逆関数による出力信号（３２２）の訂正により補償され、これにより、全体として、増幅器（３２１）の非線形性に拘わらず、低‐歪みな増幅が生じることを特徴とする前記装置。
22. 請求項２１に記載の装置であって、この装置は追加的に、増幅器（３２１）の入力信号（３２０）の測定‐技術評価のためのユニット（３３０）、データ（３３１）及び（３２６）の処理のためのユニット（３２９）、並びに、一方で前記特性伝達ラインもしくはその逆関数を永続的に貯蔵し、他方でユニット（３２９）による操作の間個別の値の修正を可能とするように適合させたユニット （３２８）を含み、
    この装置において、増幅器（３２１）の入力信号が、ユニット（３３０）により測定‐技術的に検出され、前記ユニット（３２９）へ供給され、その後、ユニット（３２９）が、各値（３３１）及び（３２９）の所望値と実際値との比較を行い、偏りの場合、ユニット（３２８）に貯蔵された特性伝達ラインの個別の値を訂正し、これにより、装置の機能は、特性ラインの変動においても常に保証されたままとなることを特徴とする前記装置。
23. 請求項２２に記載の装置であって、ユニット（３２８）が、関数ｙ＝ｘにより、まず初期化されること、且つ、短時間の後、増幅器（３２１）の特性ラインまたはその逆関数が、装置の機能により、独立的に自らを調節することを特徴とする前記装置。
24. 請求項２２または２３に記載の装置であって、非線形増幅器が、電圧か、電流か、電力の増幅のための総合的な増幅器であることを特徴とする前記装置。
25. 請求項２２〜２４のうち１つに記載の装置であって、非線形増幅器が、オーディオアンプの出力ステージであることを特徴とする前記装置。
26. 請求項２２〜２５のうち１つに記載の装置であって、非線形増幅器が、オーディオアンプの前置増幅器ステージであることを特徴とする前記装置。
27. 請求項２２〜２６のうち１つに記載の装置であって、ＤＡコンバータは、オーディオアンプのアナログ出力ステージが直接に制御され得るような方法で、信号を発生することを特徴とする前記装置。
28. 信号の低‐歪み変換特に増幅のための装置であって、加重電流の和に基づき作用し、総和の個別電流を直接に負荷へ供給し、これにより、対応の電力が負荷Ｒへ適用されるＤＡコンバータを含むことを特徴とする前記装置。
29. 請求項２８に記載の装置であって、低‐歪み電力増幅器として働くことを特徴とする前記装置。
30. 請求項２８に記載の装置であって、オーディオ応用のための低‐歪み電力増幅器として働くことを特徴とする前記装置。

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