RU2281607C2 - Method and hybrid amplifier for amplifying digital signals - Google Patents

Method and hybrid amplifier for amplifying digital signals Download PDF

Info

Publication number
RU2281607C2
RU2281607C2 RU2005104272/09A RU2005104272A RU2281607C2 RU 2281607 C2 RU2281607 C2 RU 2281607C2 RU 2005104272/09 A RU2005104272/09 A RU 2005104272/09A RU 2005104272 A RU2005104272 A RU 2005104272A RU 2281607 C2 RU2281607 C2 RU 2281607C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pulse
signal
digital
channel
analog
Prior art date
Application number
RU2005104272/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005104272A (en
Inventor
н Гарри Романович Аванес (RU)
Гарри Романович Аванесян
Original Assignee
Гарри Романович Аванесян
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 Гарри Романович Аванесян filed Critical Гарри Романович Аванесян
Priority to RU2005104272/09A priority Critical patent/RU2281607C2/en
Publication of RU2005104272A publication Critical patent/RU2005104272A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2281607C2 publication Critical patent/RU2281607C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)
  • Amplitude Modulation (AREA)

Abstract

FIELD: amplifying engineering; digital sound-amplifying channels.
SUBSTANCE: proposed method is characterized in division of dynamic range of signal to be amplified into two regions, one being low-value region and other, high-value one, followed by separate amplification of signals resulting from this operation. Expected enhanced quality of amplified signal is attained due to amplifying weak signal by means of low-power precision analog amplifier and strong one, by heavy-power amplifier, such as that operating in class D mode. Digital amplifier implementing proposed method is built around two channels of which one incorporates analog-to-digital converter and analog amplifier and other channel, digital-code-to-pulse-train converter and pulse amplifier with demodulator.
EFFECT: reduced output signal distortions at low level of input signal being amplified.
12 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к усилительной технике и главным образом предназначено для использования в цифровых звуковоспроизводящих трактах, функционирующих с цифровыми источниками сигналов, например с проигрывателями Audio-CD, DVD-Audio и др.The invention relates to amplification technology and is mainly intended for use in digital sound reproducing paths operating with digital signal sources, for example, Audio-CD, DVD-Audio, etc.

Усиление сигналов, представленных в виде модулированной по одному из временных параметров импульсной последовательности, позволяет использовать непосредственно для увеличения амплитуды и мощности сигналов каскады, работающие в режиме класса D, характеризующимся тем, что транзисторы находятся либо в состоянии насыщения, либо отсечки. Указанное обеспечивает достаточно высокий коэффициент полезного действия усилителей, недостижимый для схем класса В. Наиболее распространенным видом модуляции в усилителях класса D является широтно-импульсная модуляция (ШИМ), встречаются также усилители с частотно-импульсной модуляцией, реже с комбинацией нескольких видов модуляции. Демодуляция ШИМ-последовательности осуществляется достаточно просто фильтрами нижних частот (ФНЧ), часто роль которых выполняет частотно-избирательная нагрузка.The amplification of the signals, presented in the form of a pulse sequence modulated according to one of the time parameters, makes it possible to use directly to increase the amplitude and power of the signals cascades operating in a class D mode, characterized in that the transistors are either in a saturation or cutoff state. The above provides a sufficiently high efficiency of amplifiers, unattainable for Class B circuits. The most common type of modulation in Class D amplifiers is pulse width modulation (PWM), and there are also pulse frequency modulation amplifiers, less often with a combination of several types of modulation. PWM sequence demodulation is carried out quite simply by low-pass filters (low-pass filters), often the role of which is played by frequency-selective loading.

Классический способ усиления сигналов посредством их преобразования в импульсную последовательность состоит в том, что усиливаемый аналоговый сигнал преобразуют в ШИМ-последовательность, используя его как модулирующий, далее импульсы ШИМ-последовательности усиливают, после чего ШИМ-последовательность демодулируют, выделяя, таким образом, усиленный аналоговый сигнал [Шкритек П. Справочное руководство по звуковой схемотехнике. - М.: Мир, 1991, стр.226-227; Controller class-D audio amplifier TDA 8929T. Philips Semiconductors, 2001].The classical method of amplifying signals by converting them to a pulse sequence is that the amplified analog signal is converted into a PWM sequence using it as a modulating one, then the pulses of the PWM sequence are amplified, after which the PWM sequence is demodulated, thereby isolating the amplified analog signal [Shkritek P. Reference manual for sound circuitry. - M .: Mir, 1991, pp. 226-227; Controller class-D audio amplifier TDA 8929T. Philips Semiconductors, 2001].

Способ используют для усиления сигналов, полученных от аналоговых источников. В то же время значительная часть современных носителей информации содержит информацию, представленную в цифровом виде. В этих случаях на вход усилителя целесообразно подавать цифровой код, как первичный сигнал, без преобразования его в аналоговую форму. Такой способ также известен, мало отличается от первого и состоит в следующем.The method is used to amplify signals received from analog sources. At the same time, a significant part of modern storage media contains information presented in digital form. In these cases, it is advisable to apply a digital code to the amplifier input as a primary signal, without converting it into an analog form. This method is also known, differs little from the first and consists in the following.

Способ (прототип) усиления сигналов, представленных в цифровой форме, состоящий в том, что N-разрядный цифровой код преобразуют в последовательность широтно-модулированных импульсов, которые усиливают, а после усиления ШИМ-последовательность демодулируют, преобразуя таким образом исходный цифровой сигнал в аналоговый [TAS 5001 digital audio PWM processor, Texas Instruments, 2001].The method (prototype) of amplification of signals presented in digital form, consisting in the fact that an N-bit digital code is converted into a sequence of pulse-width modulated pulses that amplify, and after amplification, the PWM sequence is demodulated, thereby converting the original digital signal into an analog [ TAS 5001 digital audio PWM processor, Texas Instruments, 2001].

Цифровой усилитель, реализующий способ-прототип, содержит преобразователь цифрового кода (сигнала с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ)) в ШИМ-последовательность, усилитель импульсов и фильтр нижних частот, вход которого соединен с выходом усилителя импульсов, вход которого соединен с выходом преобразователя, вход которого служит входом цифрового усилителя, выходом которого является выход фильтра [TAS 5001 digital audio PWM processor. Texas Instruments, 2001; TAS 5100A PWM power output stage. Texas Instruments, 2002].A digital amplifier that implements the prototype method comprises a digital code converter (pulse-code modulated (PCM) signal) into a PWM sequence, a pulse amplifier and a low-pass filter, the input of which is connected to the output of the pulse amplifier, the input of which is connected to the output of the converter, the input of which serves as the input of a digital amplifier, the output of which is the output of the filter [TAS 5001 digital audio PWM processor. Texas Instruments, 2001; TAS 5100A PWM power output stage. Texas Instruments, 2002].

Недостатком как способа-прототипа, так и устройств, его реализующих, является возрастание нелинейных искажений выходного сигнала с уменьшением уровня входного, усиливаемого. Указанная причина сдерживает применение усилителей класса D в задачах высокоточного усиления звука.The disadvantage of both the prototype method and the devices that implement it is the increase in non-linear distortion of the output signal with a decrease in the level of the input amplified. This reason hinders the use of class D amplifiers in the tasks of high-precision sound amplification.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в снижении искажений выходного сигнала при малом уровне входного, усиливаемого сигнала.The technical result achieved using the present invention is to reduce the distortion of the output signal at a low level of the input, amplified signal.

Технический результат достигается тем, что в способе усиления сигналов, представленных в цифровой форме, согласно изобретению разряды цифрового кода, соответствующего отсчету аналогового сигнала, делят на две группы - группу младших разрядов и группу старших разрядов, цифровой сигнал, соответствующий группе младших разрядов, преобразуют в аналоговую форму, усиливают в аналоговой форме и получают первую составляющую выходного сигнала, цифровой сигнал, соответствующий группе старших разрядов преобразуют в последовательность импульсов, модулированных по одному или нескольким временным параметрам, импульсы усиливают, после чего демодулируют и получают вторую составляющую выходного сигнала, взвешенная сумма составляющих является выходным усиленным сигналом.The technical result is achieved by the fact that in the method of amplifying the signals presented in digital form, according to the invention, the bits of the digital code corresponding to the count of the analog signal are divided into two groups — the group of the least significant bits and the group of the highest bits, the digital signal corresponding to the group of the least significant bits is converted into analog form, amplified in analog form and get the first component of the output signal, the digital signal corresponding to the group of senior bits is converted into a sequence of pulses, modulated by one or more time parameters, the pulses are amplified, after which they are demodulated and a second component of the output signal is obtained, the weighted sum of the components is the output amplified signal.

Цифровой сигнал, соответствующий группе старших разрядов, можно преобразовать в последовательность широтно-модулированных импульсов, или в последовательность частотно-модулированных импульсов, или в последовательность частотно и широтно-модулированных импульсов.The digital signal corresponding to the high-order group can be converted into a sequence of pulse-width modulated pulses, or into a sequence of frequency-modulated pulses, or into a sequence of frequency and pulse-width modulated pulses.

Технический результат достигается также тем, что гибридный усилитель по первому варианту, включающий в себя импульсный канал усиления, содержащий преобразователь цифрового кода в последовательность импульсов, модулированных по одному или нескольким временным параметрам, усилитель импульсов с демодулятором, согласно изобретению содержит сумматор и аналоговый канал усиления, содержащий цифроаналоговый преобразователь и аналоговый усилитель, импульсный канал предназначен для усиления сигнала, соответствующего группе старших разрядов усиливаемого сигнала, аналоговый канал предназначен для усиления сигнала, соответствующего группе младших разрядов усиливаемого сигнала, сумматор служит для сложения выходных сигналов двух каналов, выход сумматора служит для подключения нагрузки.The technical result is also achieved by the fact that the hybrid amplifier according to the first embodiment, including a pulse amplification channel, comprising a digital code converter into a sequence of pulses modulated by one or more time parameters, a pulse amplifier with a demodulator, according to the invention, comprises an adder and an analog gain channel, containing a digital-to-analog converter and an analog amplifier, a pulse channel is used to amplify a signal corresponding to a group of senior bits in the amplified signal, analog channel for amplifying a signal corresponding to the group LSBs of the amplified signal, an adder is used for adding the output signals of two channels output of the adder serves to connect the load.

Технический результат достигается также тем, что гибридный усилитель по второму варианту, включающий в себя импульсный канал усиления, содержащий преобразователь цифрового кода в последовательность импульсов модулированных по одному или нескольким временным параметрам, усилитель импульсов с демодулятором согласно изобретению содержит аналоговый канал усиления, содержащий цифроаналоговый преобразователь и аналоговый усилитель, импульсный канал предназначен для усиления сигнала соответствующего группе старших разрядов усиливаемого сигнала, аналоговый канал предназначен для усиления сигнала, соответствующего группе младших разрядов усиливаемого сигнала, оба канала усиления включены в противофазе, выходы каналов служат для подключения к ним нагрузки.The technical result is also achieved in that the hybrid amplifier according to the second embodiment, comprising a pulse amplification channel, comprising a digital code converter into a sequence of pulses modulated by one or more time parameters, a pulse amplifier with a demodulator according to the invention comprises an analog gain channel containing a digital-to-analog converter and an analog amplifier, a pulse channel is designed to amplify the signal corresponding to the group of senior digits th signal channel is for the analog gain signal corresponding group of LSBs of the amplified signal, the two channel gain included in antiphase outputs channels serve for connecting to them the load.

Входящий в состав импульсного канала гибридного усилителя преобразователь цифрового кода в последовательность импульсов может быть выполнен в виде устройства, преобразующего цифровой сигнал в последовательность широтно-модулированных импульсов, или в последовательность частотно-модулированных импульсов, или в последовательность частотно- и широтно-модулированных импульсов.The digital code to pulse train, which is part of the pulse channel of the hybrid amplifier, can be made in the form of a device that converts a digital signal into a sequence of pulse-width modulated pulses, or into a sequence of frequency-modulated pulses, or into a sequence of frequency and width-modulated pulses.

Сущность изобретения поясняется графическим материалом. На фиг.1 показана временная диаграмма, иллюстрирующая способ усиления цифровых сигналов, на фиг.2 - функциональная схема первого варианта гибридного усилителя, на фиг.3 - функциональная схема второго варианта гибридного усилителя.The invention is illustrated graphic material. Figure 1 shows a timing diagram illustrating a method of amplifying digital signals, figure 2 is a functional diagram of a first embodiment of a hybrid amplifier, figure 3 is a functional diagram of a second embodiment of a hybrid amplifier.

Временная диаграмма (фиг.1) содержит:The timing diagram (figure 1) contains:

- сигнал u1(t) из области малых значений динамического диапазона и соответствующий группе младших разрядов, сигнал u2(t)=0 из области больших значений динамического диапазона и соответствующий группе старших разрядов при uвх1(t), не выходящем за пределы области малых значений (uвх1(t) - входной усиливаемый сигнал), выходной сигнал uS(t) (фиг.1а);- signal u 1 (t) from the region of small values of the dynamic range and corresponding to the group of lower digits, signal u 2 (t) = 0 from the region of large values of the dynamic range and corresponding to the group of senior digits at u in1 (t), not exceeding the region small values (u in1 (t) is the input amplified signal), the output signal is u S (t) (figa);

- сигнал u1(t) из области малых значений динамического диапазона и соответствующий группе младших разрядов, сигнал u2(t) из области больших значений динамического диапазона и соответствующий группе старших разрядов при uвх2(t)>uвх1(t), выходной сигнал uS(t) (фиг.1б);- signal u 1 (t) from the region of small values of the dynamic range and corresponding to the group of lower digits, the signal u 2 (t) from the region of large values of the dynamic range and corresponding to the group of senior digits at u in2 (t)> u in1 (t), the output signal u S (t) (figb);

- сигнал u1(t) из области малых значений динамического диапазона и соответствующий группе младших разрядов, сигнал u2(t) из области больших значений динамического диапазона и соответствующий группе старших разрядов при uвх3(t)>uвх2(t), выходной сигнал uS(t) (фиг.1в);- signal u 1 (t) from the region of small values of the dynamic range and corresponding to the group of lower digits, signal u 2 (t) from the region of large values of the dynamic range and corresponding to the group of senior digits at u in3 (t)> u in2 (t), the output signal u S (t) (figv);

Временные диаграммы (фиг.1) получены путем функционального моделирования процесса усиления восьмиразрядного цифрового кода, разделенного на две группы разрядов по схеме, показанной на фиг.2.Timing diagrams (Fig. 1) are obtained by functional modeling of the process of amplification of an eight-digit digital code, divided into two groups of bits according to the circuit shown in Fig. 2.

Функциональная схема цифрового усилителя по фиг.2 содержит 4-разрядный цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 1, 4-разрядный преобразователь ИКМ-ШИМ 2, аналоговый усилитель 3, усилитель 4 импульсов с демодулятором и сумматор 5. Выход сумматора 5 является выходом гибридного усилителя, 8-разрядным входом которого служат входы преобразователей 1 и 2, выходы которых подключены ко входам усилителей 3 и 4 соответственно, выходы которых в свою очередь подключены ко входам сумматора 5. Вход ЦАП 1 составляет группу младших разрядов входного кода, вход преобразователя ИКМ-ШИМ 2 составляет группу старших разрядов входного кода.The functional diagram of the digital amplifier of FIG. 2 contains a 4-bit digital-to-analog converter (DAC) 1, a 4-bit PCM-PWM converter 2, an analog amplifier 3, a 4 pulse amplifier with a demodulator and an adder 5. The output of adder 5 is the output of the hybrid amplifier , The 8-bit input of which is the inputs of the converters 1 and 2, the outputs of which are connected to the inputs of the amplifiers 3 and 4, respectively, the outputs of which are in turn connected to the inputs of the adder 5. The input of the DAC 1 is a group of the least significant bits of the input code, the input pre Browser PCM-PWM 2 is a group of high order bits of the input code.

Функциональная схема цифрового усилителя по фиг.3 содержит 4-разрядный ЦАП 6, 4-разрядный преобразователь ИКМ-ШИМ 7, аналоговый усилитель 8, усилитель 9 импульсов с демодулятором и нагрузку усилителя сопротивлением RL. Нагрузка цифрового усилителя подключена между выходами усилителей 8 и 9, 8-разрядным входом цифрового усилителя служат входы преобразователей 6 и 7, выходы которых подключены ко входам усилителей 8 и 9 импульсов соответственно. Вход ЦАП 6 составляет группу младших разрядов входного кода, вход преобразователя ИКМ-ШИМ 7 составляет группу старших разрядов входного кода.The functional diagram of the digital amplifier of FIG. 3 comprises a 4-bit DAC 6, a 4-bit PCM-PWM converter 7, an analog amplifier 8, a pulse amplifier 9 with a demodulator, and an amplifier load with resistance R L. The load of the digital amplifier is connected between the outputs of the amplifiers 8 and 9, the inputs of the converters 6 and 7, the outputs of which are connected to the inputs of the amplifiers 8 and 9 pulses, respectively, serve as the 8-bit input of the digital amplifier. The input of the DAC 6 is a group of the least significant bits of the input code, the input of the converter PCM-PWM 7 is a group of the highest bits of the input code.

Известно, что число U - отсчет аналогового сигнала - в позиционном счислении с основанием 2 выражается в виде рядаIt is known that the number U - the countdown of the analog signal - in positional notation with base 2 is expressed as a series

U=aN-12N-1+aN-22N-2+...+a222+a121+a020,U = a N-1 2 N-1 + a N-2 2 N-2 + ... + a 2 2 2 + a 1 2 1 + a 0 2 0 ,

где N - число разрядов (позиций) выбранной системы счисления, в данном случае равно числу разрядов двоичного кода U(n)=(aN-1, аN-2,...,а1, а0);where N is the number of bits (positions) of the selected number system, in this case it is equal to the number of bits of the binary code U (n) = (a N-1 , and N-2 , ..., and 1 , and 0 );

an - значение n-го разряда (n=0, 1, 2,...N-1)a n is the value of the nth digit (n = 0, 1, 2, ... N-1)

2n - вес n-го разряда.2 n is the weight of the n-th digit.

Представленное выражение любой разрядности (если N - конечное число) можно преобразовать, используя свойство дистрибутивности и получить в результате взвешенную сумму нескольких групп.The presented expression of any capacity (if N is a finite number) can be transformed using the distributive property and obtain a weighted sum of several groups as a result.

В качестве иллюстрации приведем отсчет U, описываемый восьмиразрядным двоичным кодом.As an illustration, we give the count U, described by an eight-bit binary code.

U=24(a723+a622+a521+a420)+a323+a222+a121+a020.U = 2 4 (a 7 2 3 + a 6 2 2 + a 5 2 1 + a 4 2 0 ) + a 3 2 3 + a 2 2 2 + a 1 2 1 + a 0 2 0 .

В данном примере имеем две четырехразрядные группы: первая заключена в скобки и является группой старших разрядов с общим весовым коэффициентом 24, а вторая группа - это группа младших разрядов, представленная четырьмя первыми членами справа. Из приведенной записи видно, что группа разрядов, обозначенная скобками, имеет те же веса разрядов, что и группа младших четырех разрядов. Следовательно, можно считать, что восьмиразрядное двоичное число uS(n)=(a7, a6,...,a1,a0) у нас представлено в виде суммы двух четырехразрядных чисел u1(n)=(a3, a2, a1, a0) и u2(n)=(a7, a6, a5, a4) последнее из которых участвует в сложении с весовым коэффициентом. Показанные на фиг.1 аналоговые сигналы u1(t) и u2(t) получены путем преобразования из четырехразрядных двоичных кодов u1(t) и u2(t) соответственно и с учетом весовых коэффициентов. Взвешенная сумма двух аналоговых сигналов u1(t) и u2(t) и дает копию исходного сигнала uS(t) (разумеется с погрешностями дискретизации и квантования)In this example, we have two four-bit groups: the first is enclosed in brackets and is a group of high-order bits with a total weight factor of 2 4 , and the second group is a group of low-order bits, represented by the first four members on the right. It can be seen from the above record that the group of digits, indicated by brackets, has the same bit weights as the group of the lower four digits. Therefore, we can assume that the eight-digit binary number u S (n) = (a 7 , a 6 , ..., a 1 , a 0 ) is presented in the form of the sum of two four-digit numbers u 1 (n) = (a 3 , a 2 , a 1 , a 0 ) and u 2 (n) = (a 7 , a 6 , a 5 , a 4 ) the last of which is involved in addition with the weight coefficient. The analog signals u 1 (t) and u 2 (t) shown in FIG. 1 are obtained by converting from four-digit binary codes u 1 (t) and u 2 (t), respectively, and taking into account weighting factors. The weighted sum of the two analog signals u 1 (t) and u 2 (t) gives a copy of the original signal u S (t) (of course, with sampling and quantization errors)

uS(t)=u2(t)+u1(t)=24u02(t)+u1(t),u S (t) = u 2 (t) + u 1 (t) = 2 4 u 02 (t) + u 1 (t),

где u02(t) - сигнал, соответствующий группе старших разрядов без учета весового коэффициента.where u 02 (t) is the signal corresponding to the group of senior digits without taking into account the weight coefficient.

Таким образом, для усиления сигнала, представленного в восьмиразрядном двоичном коде uS(t), его можно разбить на два сигнала пониженной разрядности и раздельно усилить каждый из них.Thus, in order to amplify the signal represented in the eight-bit binary code u S (t), it can be divided into two low-resolution signals and separately amplified each of them.

В основе способа лежит идея разбиения динамического диапазона сигнала на две области - область малых значений и область больших значений, и далее раздельное усиление полученных в результате такой сепарации сигналов. Ожидаемый эффект - повышение качества усиленного сигнала - обеспечивается за счет усиления слабого сигнала маломощным аналоговым прецизионным усилителем, а сильного - экономичным мощным усилителем, например, работающим в режиме класса D. Учитывая, что нелинейные искажения у усилителей последнего типа велики при малых значениях входного сигнала, то импульсный усилитель целесообразно использовать для усиления только сильных сигналов, то есть в области больших значений, где требуется высокая экономичность и обеспечивается допустимая нелинейность.The method is based on the idea of dividing the dynamic range of the signal into two regions - the region of small values and the region of large values, and then separate amplification of the signals obtained as a result of such separation. The expected effect - improving the quality of the amplified signal - is ensured by amplifying a weak signal with a low-power analog precision amplifier, and a strong one with an economical powerful amplifier, for example, operating in class D. Considering that the nonlinear distortions of the latter type of amplifiers are large for small values of the input signal, it is advisable to use a pulse amplifier to amplify only strong signals, that is, in the region of large values where high profitability is required and permissible linearity.

Для пояснения принципа раздельного усиления обратимся к фиг.1, где показаны три случая усиления сигналов, отличающихся амплитудами uвх1(t)<uвх2(t)<uвх3(t). При слабом входном сигнале uвх1(t) (фиг.1а), когда диапазон его мгновенных значений укладывается в группу младших разрядов цифрового кода, несущего информацию об этом сигнале, усиление происходит только в аналоговом канале, включающем в себя ЦАП 1 и аналоговый усилитель 3 (см. фиг.2). Выходной суммарный сигнал uS(t)=u1(t) состоит только из первой составляющей, так как u2(t)=0. С повышением уровня входного сигнала и, например, при достижении значения uвх2(t) (фиг.1б), активизируется еще и группа старших разрядов, сигнал с которых снимается для усиления в импульсном канале, состоящем из преобразователя 2 ИКМ-ШИМ и экономичного импульсного усилителя 4. Сигналы u1(t) и u2(t) суммируются в блоке 5, и на выходе усилителя формируется усиленный сигнал uS(t)=u1(t)+u2(t), включающий в себя первую и вторую составляющие. Аналогично происходит усиление и при более высоком уровне сигнала uвх3(t). Взвешивающее суммирование в настоящем примере может осуществляться как за счет применения взвешивающего сумматора, так и за счет выбора коэффициентов усиления КU1 и КU2 усилителей 3 и 4 соответственно, таким образом, чтобы выполнялось условие (КU1U2)=24 (отношение коэффициентов усиления выбирают равным весовому коэффициенту, относящемуся к группе старших разрядов).To explain the principle of separate amplification, we turn to Fig. 1, where three cases of amplification of signals differing in amplitudes u in1 (t) <u in2 (t) <u in3 (t) are shown . With a weak input signal u in1 (t) (Fig.1a), when the range of its instantaneous values fits into the group of the least significant bits of the digital code that carries information about this signal, amplification occurs only in the analog channel, including DAC 1 and analog amplifier 3 (see figure 2). The total output signal u S (t) = u 1 (t) consists only of the first component, since u 2 (t) = 0. With an increase in the input signal level and, for example, when u u2 (t) is reached (Fig. 1b), a group of high-order bits is also activated, the signal from which is removed for amplification in a pulse channel consisting of an PCM-PWM converter 2 and an economical pulse amplifier 4. The signals u 1 (t) and u 2 (t) are summed in block 5, and an amplified signal u S (t) = u 1 (t) + u 2 (t) is formed at the output of the amplifier, including the first and the second component. Similarly, amplification occurs at a higher signal level u in3 (t). The weighting summation in the present example can be carried out both by using a weighting adder and by selecting the amplification factors K U1 and K U2 of amplifiers 3 and 4, respectively, so that the condition (K U1 / K U2 ) = 2 4 is satisfied (ratio gain factors are selected equal to the weight coefficient related to the group of senior digits).

В общем случае при делении N-разрядного двоичного кода на две равные группы группе старших разрядов присваивают общий весовой коэффициент, равный

Figure 00000002
, представляя исходный отсчет U в виде:In the general case, when dividing an N-bit binary code into two equal groups, a group of higher digits is assigned a common weight coefficient equal to
Figure 00000002
presenting the original reference U in the form:

Figure 00000003
Figure 00000003

и формируют для дальнейших преобразований и усиления два

Figure 00000004
-разрядных кодаand form for further transformations and amplification two
Figure 00000004
-bit code

Figure 00000005
Figure 00000005

иand

Figure 00000006
Figure 00000006

Разумеется, гибридный усилитель может быть рассчитан и на работу с цифровыми кодами произвольной разрядности, разделенными на группы как равной, так и разной разрядности.Of course, a hybrid amplifier can be designed to work with digital codes of arbitrary bit depth, divided into groups of equal and different bit depths.

Схема, показанная на фиг.3, отличается от вышерассмотренной только тем, что сложение сигналов происходит непосредственно в нагрузке RL за счет включения усилителей 8 и 9 в противофазе, следовательно, при подключении нагрузки RL между выходами усилителей к ней будет прикладываться разность потенциалов, определяемая суммой модулей u1(t) и u2(t). Взвешивающее суммирование в этом случае происходит за счет выбора коэффициентов усиления KU1 и КU2 усилителей 8 и 9 соответственно, таким образом, чтобы выполнялось условие (КU2/KU1)=24.The circuit shown in Fig. 3 differs from the above only in that the addition of signals occurs directly in the load R L due to the inclusion of amplifiers 8 and 9 in antiphase, therefore, when the load R L is connected between the outputs of the amplifiers, a potential difference will be applied to it, defined by the sum of the modules u 1 (t) and u 2 (t). The weighting summation in this case occurs due to the choice of amplification factors K U1 and K U2 of amplifiers 8 and 9, respectively, so that the condition (K U2 / K U1 ) = 2 4 is fulfilled.

Claims (12)

1. Способ усиления сигналов, отличающийся тем, что разряды цифрового кода, соответствующего отсчету аналогового сигнала, делят на две группы - группу младших разрядов и группу старших разрядов, цифровой сигнал, соответствующий группе младших разрядов, преобразуют в аналоговую форму, усиливают в аналоговой форме и получают первую составляющую выходного сигнала, цифровой сигнал, соответствующий группе старших разрядов, преобразуют в последовательность импульсов, модулированных по одному или нескольким временным параметрам, импульсы усиливают, после чего демодулируют и получают вторую составляющую выходного сигнала, взвешенная сумма составляющих является выходным усиленным сигналом.1. A method of amplifying signals, characterized in that the bits of the digital code corresponding to the sample of the analog signal are divided into two groups — the group of the least significant bits and the group of the highest bits, the digital signal corresponding to the group of the least significant bits is converted into an analog form, amplified in an analog form and receive the first component of the output signal, the digital signal corresponding to the group of senior digits is converted into a sequence of pulses modulated by one or more time parameters, the amplification pulses They are then demodulated and the second component of the output signal is obtained, the weighted sum of the components is the output amplified signal. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что цифровой сигнал, соответствующий группе старших разрядов, преобразуют в последовательность широтно-модулированных импульсов.2. The method according to claim 1, characterized in that the digital signal corresponding to the high order group is converted into a sequence of pulse-width modulated pulses. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что цифровой сигнал, соответствующий группе старших разрядов, преобразуют в последовательность частотно-модулированных импульсов.3. The method according to claim 1, characterized in that the digital signal corresponding to the high-order group is converted into a sequence of frequency-modulated pulses. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что цифровой сигнал, соответствующий группе старших разрядов, преобразуют в последовательность частотно- и широтно-модулированных импульсов.4. The method according to claim 1, characterized in that the digital signal corresponding to the high-order group is converted into a sequence of frequency and width-modulated pulses. 5. Гибридный усилитель, включающий в себя импульсный канал усиления, содержащий преобразователь цифрового кода в последовательность импульсов, модулированных по одному или нескольким временным параметрам, усилитель импульсов с демодулятором, отличающийся тем, что в него введены сумматор и аналоговый канал усиления, содержащий цифроаналоговый преобразователь и аналоговый усилитель, импульсный канал предназначен для усиления сигнала, соответствующего группе старших разрядов усиливаемого сигнала, аналоговый канал предназначен для усиления сигнала, соответствующего группе младших разрядов усиливаемого сигнала, сумматор служит для сложения выходных сигналов двух каналов, выход сумматора служит для подключения нагрузки.5. A hybrid amplifier, including a pulse amplification channel, comprising a digital code converter into a sequence of pulses modulated by one or more time parameters, a pulse amplifier with a demodulator, characterized in that an adder and an analog gain channel containing a digital-to-analog converter are inserted into it and an analog amplifier, a pulse channel is designed to amplify the signal corresponding to the group of high-order bits of the amplified signal, the analog channel is intended for amplification To add a signal corresponding to the group of the least significant bits of the amplified signal, the adder serves to add the output signals of two channels, the output of the adder serves to connect the load. 6. Гибридный усилитель по п.5, отличающийся тем, что входящий в состав импульсного канала преобразователь цифрового кода в последовательность импульсов выполнен в виде устройства, преобразующего цифровой сигнал в последовательность широтно-модулированных импульсов.6. The hybrid amplifier according to claim 5, characterized in that the digital code to pulse train included in the pulse channel is made in the form of a device that converts a digital signal into a sequence of pulse-width modulated pulses. 7. Гибридный усилитель по п.5, отличающийся тем, что входящий в состав импульсного канала преобразователь цифрового кода в последовательность импульсов выполнен в виде устройства, преобразующего цифровой сигнал в последовательность частотно-модулированных импульсов.7. The hybrid amplifier according to claim 5, characterized in that the digital code to pulse train included in the pulse channel is made in the form of a device that converts a digital signal into a sequence of frequency-modulated pulses. 8. Гибридный усилитель по п.5, отличающийся тем, что входящий в состав импульсного канала преобразователь цифрового кода в последовательность импульсов выполнен в виде устройства, преобразующего цифровой сигнал в последовательность частотно- и широтно-модулированных импульсов.8. The hybrid amplifier according to claim 5, characterized in that the digital code to pulse train included in the pulse channel is made in the form of a device that converts a digital signal into a sequence of frequency and width-modulated pulses. 9. Гибридный усилитель, включающий в себя импульсный канал усиления, содержащий преобразователь цифрового кода в последовательность импульсов, модулированных по одному или нескольким временным параметрам, усилитель импульсов с демодулятором, отличающийся тем, что в него введен аналоговый канал усиления, содержащий цифроаналоговый преобразователь и аналоговый усилитель, импульсный канал предназначен для усиления сигнала, соответствующего группе старших разрядов усиливаемого сигнала, аналоговый канал предназначен для усиления сигнала, соответствующего группе младших разрядов усиливаемого сигнала, оба канала усиления включены в противофазе, выход каналов служат для подключения к ним нагрузки.9. A hybrid amplifier, including a pulse amplification channel, comprising a digital code converter into a sequence of pulses modulated by one or more time parameters, a pulse amplifier with a demodulator, characterized in that an analog amplification channel is introduced into it, comprising a digital-to-analog converter and an analog amplifier , the pulse channel is designed to amplify the signal corresponding to the high order group of the amplified signal, the analog channel is intended to amplify the signal a corresponding group of LSBs of the amplified signal, the two channel gain included in antiphase, output channels are used for connecting a load thereto. 10. Гибридный усилитель по п.9, отличающийся тем, что входящий в состав импульсного канала преобразователь цифрового кода в последовательность импульсов выполнен в виде устройства, преобразующего цифровой сигнал в последовательность широтно-модулированных импульсов.10. The hybrid amplifier according to claim 9, characterized in that the digital code to pulse train included in the pulse channel is made in the form of a device that converts a digital signal into a sequence of pulse-width modulated pulses. 11. Гибридный усилитель по п.9, отличающийся тем, что входящий в состав импульсного канала преобразователь цифрового кода в последовательность импульсов выполнен в виде устройства, преобразующего цифровой сигнал в последовательность частотно-модулированных импульсов.11. The hybrid amplifier according to claim 9, characterized in that the digital code to pulse train included in the pulse channel is made in the form of a device that converts a digital signal into a sequence of frequency-modulated pulses. 12. Гибридный усилитель по п.9, отличающийся тем, что входящий в состав импульсного канала преобразователь цифрового кода в последовательность импульсов выполнен в виде устройства, преобразующего цифровой сигнал в последовательность частотно- и широтно-модулированных импульсов.12. The hybrid amplifier according to claim 9, characterized in that the digital code to pulse train included in the pulse channel is made in the form of a device that converts a digital signal into a sequence of frequency and width-modulated pulses.
RU2005104272/09A 2005-02-17 2005-02-17 Method and hybrid amplifier for amplifying digital signals RU2281607C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005104272/09A RU2281607C2 (en) 2005-02-17 2005-02-17 Method and hybrid amplifier for amplifying digital signals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005104272/09A RU2281607C2 (en) 2005-02-17 2005-02-17 Method and hybrid amplifier for amplifying digital signals

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005104272A RU2005104272A (en) 2005-06-10
RU2281607C2 true RU2281607C2 (en) 2006-08-10

Family

ID=35834301

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005104272/09A RU2281607C2 (en) 2005-02-17 2005-02-17 Method and hybrid amplifier for amplifying digital signals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2281607C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2501155C1 (en) * 2012-11-01 2013-12-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Предприятие "Пульсар" METHOD FOR POWER AMPLIFICATION ON GaN MICROWAVE TRANSISTORS AND PULSED MICROWAVE POWER AMPLIFIER
RU2514928C2 (en) * 2012-07-17 2014-05-10 ООО "Градиент МРТ" High-efficiency high-power analogue signal precision amplifier
RU2749015C1 (en) * 2020-09-03 2021-06-03 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Analog signal amplifier
RU2790608C1 (en) * 2022-02-08 2023-02-28 Гарри Романович Аванесян Method of amplification of sine and quasi-sine signals

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2514928C2 (en) * 2012-07-17 2014-05-10 ООО "Градиент МРТ" High-efficiency high-power analogue signal precision amplifier
RU2501155C1 (en) * 2012-11-01 2013-12-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Предприятие "Пульсар" METHOD FOR POWER AMPLIFICATION ON GaN MICROWAVE TRANSISTORS AND PULSED MICROWAVE POWER AMPLIFIER
RU2749015C1 (en) * 2020-09-03 2021-06-03 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Analog signal amplifier
RU2790608C1 (en) * 2022-02-08 2023-02-28 Гарри Романович Аванесян Method of amplification of sine and quasi-sine signals

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005104272A (en) 2005-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7058463B1 (en) Method and apparatus for implementing a class D driver and speaker system
EP1435695B1 (en) Delta-sigma modulation apparatus and signal amplification apparatus
CN101611543B (en) A delta-sigma modulation digital-analog converter, digital signal processing method, and AV device
US6489909B2 (en) Method and apparatus for improving S/N ratio in digital-to-analog conversion of pulse density modulated (PDM) signal
US6489913B1 (en) Sub-ranging analog-to-digital converter using a sigma delta converter
US7180365B2 (en) Class D amplifier and a method of pulse width modulation
US7091893B2 (en) Loudspeaker control circuit
RU2281607C2 (en) Method and hybrid amplifier for amplifying digital signals
JP3371681B2 (en) Signal processing device
EP1653605B1 (en) Noise shaper for shaping a power spectral density of an error signal and method therefor
Vanderkooy et al. Why 1-bit sigma-delta conversion is unsuitable for high-quality applications
US6646502B1 (en) Digital-input class-D amplifier
US10790790B2 (en) Amplifiers with delta-sigma modulators using pulse-density modulations and related processes
Lipshitz et al. Why professional 1-bit sigma-delta conversion is a bad idea
US6038518A (en) Error correction of system transfer function by use of input compensation
US6522273B1 (en) Circuits systems and methods for power digital-to-analog converter protection
RU2273948C2 (en) Method for amplifying digital signals and digital amplifier
US20050015419A1 (en) Techniques to provide programmable finite impulse response filtering
CN102823128B (en) Digital amplifier
WO2006039510A2 (en) Continuous-time digital amplifier
GB2357915A (en) Correcting distortion in an all-digital power amplifier using transfer function data in a look-up table
JP3044846B2 (en) D / A converter
JPS63140369A (en) Bit-serial signal scaling apparatus and digital signal amplitude controller
JPH05227026A (en) Digital/analog converter
WO2002047296A1 (en) Analog filter