WO2003043196A1 - Digital/analog-umsetzer-schaltung mit einer vorrichtung zur kompensation von nichtlinearen verzerrungen - Google Patents

Digital/analog-umsetzer-schaltung mit einer vorrichtung zur kompensation von nichtlinearen verzerrungen Download PDF

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WO2003043196A1
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Christian Kranz
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Infineon Technologies Ag
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    • H03M1/82—Digital/analogue converters with intermediate conversion to time interval
    • H03M1/822—Digital/analogue converters with intermediate conversion to time interval using pulse width modulation

Definitions

  • the invention relates to a digital / analog converter circuit, by means of which digital PCM signals can be converted into analog signals without distortion.
  • digital signals are converted into analog signals using pulse width modulation.
  • Examples of such systems are motor controls, calibration circuits, switching power supplies, DC / DC converters, digital amplifiers and in particular digital audio amplifiers.
  • the digital signal is usually present on the input side as a PCM (pulse code modulated) signal and is first converted into a digital PWM (pulse width modulated) signal.
  • the digital P M signal is then converted into an analog signal.
  • Nonlinear distortions can occur both in the PCM / PWM conversion and in the conversion of the PWM signal into the analog signal. Due to the digital signal processing, the PCM / PWM conversion can in principle be carried out losslessly, ie the original PCM signal could be generated from the PWM signal by an inverted conversion without loss of information. In contrast, non-linear distortions unavoidably occur when the digital PWM signal is converted into the analog signal.
  • PNPWM uniform sampling pulse width modulated
  • the international patent application WO 95/06980 AI shows a further possibility for compensating for the non-linearities that occur in a PCM / PWM implementation.
  • a digital / analog converter circuit has access to a table stored in a read-only memory. The data stored in the table is used to compensate for the non-linear distortions. .
  • a relatively complex algorithm for the digital compensation of nonlinear distortions by a noise shaper upstream of the PCM / PWM converter stage with a specially adapted digital filter in the feedback branch is described in the article “New high accuracy pulse width modulation based digital-to-analogue convertor / power amplifier "by JM Goldberg and MB Sandler, published in IEE Proc. -Circuits Devices Syst., Volume 141, No. 4, 1994, pages 315-324.
  • Analog circuits are also known which minimize non-linearities via feedback branches.
  • Analog circuits are also known which minimize non-linearities via feedback branches.
  • a disadvantage of feedback circuits are the instabilities caused by them.
  • the object of the invention is to provide a digital / analog converter circuit with as little distortion as possible.
  • the non-linear distortions caused by the analog range of the circuit should be compensated for.
  • a method having these properties is also to be specified.
  • the digital / analog converter circuit is used to convert a digital PCM input signal into an analog output signal.
  • the digital / analog A converter circuit in the signal path includes a precompensation stage, a PCM / PWM converter stage downstream of the precompensation stage for generating a digital PWM signal from the digital, precompensated PCM signal, and a digital / analog converter stage, which is in turn connected, on the output side of which the analog output signal is tapped.
  • An essential idea of the invention is that the transfer function of the precompensation stage is designed in such a way that the analog output signal is essentially proportional to the digital PCM input signal.
  • the digital PCM input signal is distorted when passing through the precompensation stage in such a way that the nonlinear distortion which occurs in the subsequent PCM / PWM and digital / analog conversions occurs in the analog output signal be compensated. This results in an analog output signal proportional to the digital PCM input signal.
  • An advantage of the precompensation according to the invention is that the nonlinear distortions caused by the analog range of the circuit are taken into account in the precompensation.
  • the digital / analog converter circuit according to the invention eliminates the need for a feedback loop, as is necessary in many conventional digital / analog converter circuits. Saving one Feedback loop leads to greater stability of the digital / analog converter circuit according to the invention.
  • the precompensation stage advantageously works at least partially at a higher signal rate than the signal rate that the digital PCM input signal has.
  • the higher signal rate makes it possible to simulate the analog circuit areas in real time and thereby to determine the nonlinear distortions generated by the analog circuit areas.
  • the digital PCM input signal can then be subjected to the inverse distortions in order to compensate for the distortions.
  • such an increase in the signal rate does not take place in conventional digital / analog converter circuits, some of which also have a precompensation stage. Rather, the signal rate of the PCM input signal is maintained in these circuits.
  • very complex circuits are required.
  • the pre-compensation stage advantageously contains a further PCM / PWM converter stage, an oversampling stage, a digital filter and a decimation stage.
  • the components of the pre-compensation stage listed above are arranged in the signal path in the order mentioned.
  • the digital PCM input signal is first converted into a digital PWM intermediate signal.
  • the oversampling stage generates a digital PCM from the digital PWM intermediate signal.
  • the transfer function of the digital filter can be set or set such that nonlinear distortions that occur are compensated for by inverse distortions.
  • the filter coefficients are preset by the manufacturer and are adapted to the analog environment of the digital / analog converter circuit.
  • the filter coefficients are set by the user of the digital / analog converter circuit. This would allow a comparison of the circuit in the final product. When used in an audio amplifier, for example, the loudspeakers used could be taken into account in this comparison.
  • a low-pass function is advantageously selected for the transfer function of the digital filter, which can also be coordinated with this when using an additional analog filter. This measure allows the occurring nonlinearities to be largely compensated for without the exact analog circuitry environment of the digital / analog converter circuit having to be taken into account.
  • the noise shaper reduces the quantization noise in a certain frequency band, for example the audio frequency band.
  • the analog output signal can advantageously be filtered using an analog filter. This measure requires enables the pulse-shaped analog output signal to be shaped as desired.
  • the digital filter Possible configurations for the digital filter are, for example, recursive wave digital filters or FIR (finite impluse response) filters.
  • the digital / analog converter stage can be implemented, for example, as a circuit breaker.
  • the digital / analog converter circuit according to the invention can be integrated particularly advantageously in audio amplifiers, in particular in audio class D amplifiers.
  • a digital PCM input signal is initially precompensated.
  • the digital, pre-compensated PCM signal is converted into a digital PWM signal.
  • the digital PWM signal is then converted into an analog output signal.
  • the pre-compensation causes the analog output signal to be substantially proportional to the digital PCM input signal.
  • the method according to the invention enables the digital PCM input signal to be converted into the analog output signal without the analog output signal having non-linear distortions which are generated in the analog circuit area by delayed signal drops. This is achieved by the pre-compensation, for example by applying a non-linearity to the digital PCM input signal, which is inverse to the non-linearity caused by the subsequent digital / analog conversion.
  • the invention is explained in more detail below by way of example with reference to the drawing.
  • the single figure shows a schematic block diagram of an off management example of the digital / analog converter circuit according to the invention.
  • the block diagram of a digital / analog converter circuit 1 is shown, in which in the signal path a noise shaper 2, a PCM / PWM converter stage 3, an oversampling stage 4, a digital filter 5, a decimation stage 6, a PCM / PWM converter stage 7, a digital / analog converter stage 8 and an analog filter 9 are arranged in the order mentioned.
  • the PCM / PWM converter stage 3, the oversampling stage 4, the digital filter 5 and the decimation stage 6 together form a precompensation stage 10.
  • a digital PCM signal 11 is fed into the noise shaper 2 on the input side.
  • the PCM signal 12 output from the noise shaper 2 is then converted into a digital PWM signal 13.
  • the signal rate is increased by means of the oversampling stage 4.
  • the resulting PCM signal 14 is filtered by means of the digital filter 5.
  • the signal rate of the filtered PCM signal 15 is reduced again by the decimation stage 6.
  • the digital PCM signal 16 is non-linearly distorted compared to the digital PCM signal 11 due to the digital filtering.
  • the digital PCM signal 16 is then transformed into a digital PWM signal 17, and this is converted into an analog signal 18 in the digital / analog converter stage 8.
  • the analog signal 18 is finally filtered, so that a filtered analog signal 19 results as the output signal of the digital / analog converter circuit 1.
  • the nonlinear distortion of the PCM signal 15 caused by the digital filter 5 is carried up to the digital / analog converter stage 8 by the respective digital signals.
  • the digital / analog converting the resulting analog signal is applied distortion with a further non-linear encryption 18, which se, for example of "memory - characteristics of the analog circuit portions derived.
  • the transfer function of the digital filter 5 is chosen so that the nonlinear distortion caused by it is inversely related to the distortion occurring in the digital / analog conversion. In this case, for example, distortions can also be taken into account which are generated by further analog circuits, such as the analog filter 9 or a loudspeaker which may be connected downstream.
  • the result is distortion-free analog signals 18 and / or 19.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Digital/Analog-Umsetzer-Schaltung (1) zur Umsetzung eines digitalen PCM-Eingangssignals (11) in ein analoges Ausgangssignal (19). Die Digital/Analog-Umsetzer-Schaltung (1) umfasst dazu eine Vorkompensationsstufe (10), eine PCM/PWM-Umsetzerstufe (7) und eine Digital/Analog-Umsetzerstufe (8), wobei diese Bauelemente in der genannten Reihenfolge im Signalweg angeordnet sind. Die Übertragungsfunktion der Vorkompensationsstufe (10) ist so ausgelegt, dass das analoge Ausgangssignal (19) im Wesentlichen proportional zu dem digitalen PCM-Eingangssignal (11) ist.

Description

Beschreibung
Digital/Analog-Umsetzer-Schaltung mit einer Vorrichtung zur Kompensation von nichtlinearen Verzerrungen
Die Erfindung betrifft eine Digital/Analog-Umsetzer- Schaltung, mittels welcher digitale PCM-Signale verzerrungsfrei in analoge Signale umgewandelt werden können.
In vielen technischen Systemen werden digitale Signale mittels Pulsweitenmodulation in analoge Signale umgewandelt. Beispiele für derartige Systeme sind Motorensteuerungen, Kalibrierungsschaltungen, Schaltnetzteile, Gleichspannungswandler, digitale Verstärker und insbesondere digitale Audio- Verstärker.
Das digitale Signal liegt bei den genannten Systemen ein- gangsseitig in der Regel als PCM (pulse code modulated) - Signal vor und wird zunächst in ein digitales PWM (pulse width modulated) -Signal umgesetzt. Anschließend erfolgt eine Umsetzung des digitalen P M-Signals in ein analoges Signal. Sowohl bei der PCM/PWM-Umsetzung als auch bei der Umwandlung des PWM-Signals in das analoge Signal können nichtlineare Verzerrungen auftreten. Die PCM/PWM-Umsetzung ist aufgrund der digitalen Signalverarbeitung allerdings prinzipiell verlustfrei durchführbar, d.h. aus dem PWM-Signal könnte durch eine invertierte Umsetzung das ursprüngliche PCM-Signal ohne Informationsverlust erzeugt werden. Demgegenüber treten bei der Umsetzung des digitalen PWM-Signals in das analoge Signal unvermeidlich nichtlineare Verzerrungen auf. Diese Verzerrungen werden hauptsächlich durch das „Gedächtnis" des Analog- Bereichs der betreffenden Schaltung verursacht. Die relativ langen Abklingzeiten des analogen „Gedächtnisses", welche üblicherweise über die Zeitspanne einer PWM-Periode hinausge- hen, führen zu einer Überlagerung von ausklingenden Rechteckantworten aus der Vergangenheit mit der aktuellen Rechteckantwort. Da die zurückliegenden Rechteckantworten von der Pulsweite des digitalen PWM-Signals abhängen und diese wiederum von dem PCM-Signal, sind die Verzerrungen nichtlinear.
Derartige „Gedächtnis"-Eigenschaften einer analogen Schaltung sind systemimmanent und können nicht vollständig eliminiert werden. Daher werden Wege gesucht, die bei der Digi- tal/Analog-Umsetzung auftretenden nichtlinearen Verzerrungen durch zusätzliche digitale oder analoge Schaltungen zu minimieren oder gar zu kompensieren.
In der den nächstliegenden Stand der Technik darstellenden internationalen Patentanmeldung WO 97/37433 AI ist eine nach dem vorstehenden Prinzip arbeitende Digital/Analog-Umsetzer- Schaltung beschrieben, bei welcher im Signalweg vor der PCM/PWM-Umsetzerstufe ein nichtlineares Hammerstein-Filter angeordnet ist. Das Hammerstein-Filter stellt eine Vorkompensationsstufe dar, durch welche das PCM-Signal mit einer nichtlinearen Verzerrung beaufschlagt wird, die invers zu der bei der PCM/PWM-Umsetzung auftretenden nichtlinearen Verzer- rung ist, sodass sich insgesamt ein verzerrungsfreies digitales PWM-Signal ergibt. Ein Nachteil dieser Digital/Analog- Umsetzer-Schaltung ist, dass sie ausschließlich für UPWM
(uniform sampling pulse width modulated) -Signale ausgelegt ist. Bei UPWM-Signalen wird der Wert der Pulsweite stets zu Beginn der PWM-Periode festgelegt. PWM-Signale, deren Pulsweite während der PWM-Periode bestimmt wird, sogenannte PNPWM
(pseudonatural pulse width modulation) -Signale, können mit der vorliegenden Schaltung nicht generiert werden.
In der internationalen Patentanmeldung WO 95/06980 AI ist eine weitere Möglichkeit aufgezeigt, um die bei einer PCM/PWM- Umsetzung auftretenden Nichtlinearitäten zu kompensieren. Dazu hat eine Digital/Analog-Umsetzer-Schaltung Zugang zu einer in einem Festwertspeicher gespeicherten Tabelle. Mit Hilfe der in der Tabelle abgelegten Daten wird eine Kompensation der nichtlinearen Verzerrungen erzielt. , Ein relativ aufwendiger Algorithmus zur digitalen Kompensation von nichtlinearen Verzerrungen durch einen der PCM/PWM- Umsetzerstufe vorgeschalteten Noise-Shaper mit einem speziell angepassten digitalen Filter im Rückkopplungszweig ist in dem Artikel „New high accuracy pulse width modulation based digi- tal-to-analogue convertor/power amplifier" von J. M. Goldberg und M. B. Sandler, erschienen in IEE Proc. -Circuits Devices Syst., Band 141, Nr. 4, 1994, Seiten 315-324, beschrieben.
Des Weiteren sind auch analoge Schaltungen bekannt, welche über Rückkopplungszweige Nichtlinearitäten minimieren. Beispielsweise befassen sich die Artikel „A New PWM Controller with One-Cycle Response" von K. M. Smith, Z. Lai und K. M. Smedley, erschienen in IEEE Transactions on Power Electro- nies, Band 14, Nr. 1, 1999, Seiten 142-150, und „A Novel Low- Power Low-Voltage Class D Amplifier with Feedback for Impro- ving THD, Power Efficiency and Gain Linearity" von J. S. Chang, B. H. Gwee, Y. S. Lon und M. T. Tan, erschienen in ISACS 2001, Band 1, Seiten 635-638, mit derartigen analogen RückkopplungsSchaltungen. Nachteilig an RückkopplungsSchaltungen sind die durch sie verursachten Instabilitäten.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine möglichst verzerrungsarme Digital/Analog-Umsetzer-Schaltung zu schaffen. Insbesondere sollen die durch den Analog-Bereich der Schaltung verursachten nichtlinearen Verzerrungen kompensiert werden. Ferner soll ein diese Eigenschaften aufweisendes Verfahren angegeben werden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Digital/Analog-Umsetzer-Schaltung dient zur Umsetzung eines digitalen PCM-Eingangssignals in ein analoges Ausgangssignal. Dazu umfasst die Digital/Analog- Umsetzer-Schaltung im Signalweg eine Vorkompensationsstufe, eine der Vorkompensationsstufe nachgeschaltete PCM/PWM- Umsetzerstufe zur Erzeugung eines digitalen PWM-Signals aus dem digitalen, vorkompensierten PCM-Signal und eine wiederum nachgeschaltete Digital/Analog-Umsetzerstufe, an welcher aus- gangsseitig das analoge Ausgangssignal abgreifbar ist. Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung liegt darin, dass die Ü- bertragungsfunktion der Vorkompensationsstufe derart ausgelegt ist, dass das analoge Ausgangssignal im Wesentlichen proportional zu dem digitalen PCM-Eingangssignal ist.
Bei der erfindungsgemäßen Digital/Analog-Umsetzer-Schaltung wird das digitale PCM-Eingangssignal beim Durchlaufen der Vorkompensationsstufe derart verzerrt, dass die nichtlineare Verzerrung, die bei den nachfolgenden PCM/PWM- und Digi- tal/Analog-U setzungen auftreten, im analogen Ausgangssignal kompensiert werden. Daraus ergibt sich ein zu dem digitalen PCM-Eingangssignal proportionales analoges Ausgangssignal . Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorkompensation ist, dass die nichtlinearen Verzerrungen, die durch den Analog-Bereich der Schaltung verursacht werden, bei der Vorkompensation berücksichtigt werden.
Mit der erfindungsgemäßen Digital/Analog-Umsetzer-Schaltung lassen sich alle Arten von pulsweitenmodulierten Signalen erzeugen; sie ist nicht wie die in der Druckschrift WO 97/37433 AI beschriebene Schaltung auf UPWM-Signale beschränkt. Ein weiterer Vorteil gegenüber der genannten Schaltung ist die erfindungsgemäße Verwendung eines einfachen, beispielsweise linearen digitalen Filters anstelle eines aufwändigen nichtlinearen Hammerstein-Filters.
Ferner entfällt bei der erfindungsgemäßen Digital/Analog- Umsetzer-Schaltung die Notwendigkeit einer Rückkopplungs- schleife, wie sie bei vielen herkömmlichen Digital/Analog- Umsetzer-Schaltungen notwendig ist. Die Einsparung einer Rückkoppelschleife führt zu einer größeren Stabilität der erfindungsgemäßen Digital/Analog-Umsetzer-Schaltung.
Vorteilhafterweise arbeitet die Vorkompensationsstufe zumin- dest teilweise mit einer höheren Signalrate als der Signalrate, die das digitale PCM-Eingangssignal aufweist. Die höhere Signalrate ermöglicht es, die analogen Schaltungsbereiche in Echtzeit zu simulieren und dadurch die durch die analogen Schaltungsbereiche erzeugten nichtlinearen Verzerrungen zu ermitteln. Das digitale PCM-Eingangssignal kann anschließend mit den inversen Verzerrungen beaufschlagt werden, um somit eine Kompensation der Verzerrungen zu erreichen. Im Unterschied dazu findet bei herkömmlichen Digital/Analog-Umsetzer- Schaltungen, die teilweise auch eine Vorkompensationsstufe aufweisen, eine derartige Erhöhung der Signalrate nicht statt. Vielmehr wird bei diesen Schaltungen die Signalrate des PCM-Eingangssignals beibehalten. Um die nichtlinearen Verzerrungen, die bei der PCM/PWM-Umsetzung auftreten, dennoch vorausberechnen zu können, werden sehr aufwendige Schal- tungen benötigt.
Die Vorkompensationsstufe enthält vorteilhafterweise eine weitere PCM/PWM-Umsetzerstufe, eine Überabtaststufe, ein digitales Filter und eine Dezimationsstufe. Die vorstehend auf- geführten Bauelemente der Vorkompensationsstufe sind dabei im Signalweg in der genannten Reihenfolge angeordnet. Bei dieser Ausgestaltung der Vorkompensationsstufe wird das digitale PCM-Eingangssignal zunächst in ein digitales PWM- Zwischensignal umgewandelt. Die Überabtaststufe erzeugt aus dem digitalen PWM-Zwischensignal ein digitales PCM-
Zwischensignal, welches eine gegenüber dem digitalen PCM- Eingangssignal erhöhte Signalrate aufweist. Das digitale PCM- Zwischensignal wird danach dem digitalen Filter zugeführt. Anschließend wird die Signalrate des gefilterten PCM- Zwischensignals mittels der Dezimationsstufe wieder reduziert. Durch die erhöhte Signalrate kann der Einfluss der a- nalogen Schaltungsbereiche approximiert werden und damit insgesamt eliminiert werden.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin- düng ist die Übertragungsfunktion des digitalen Filters derart einstellbar oder derart eingestellt, dass auftretende nichtlineare Verzerrungen durch inverse Verzerrungen kompensiert werden. Es ist denkbar, dass dazu die Filterkoeffizienten herstellerseitig voreingestellt werden und auf die analo- ge Umgebung der Digital/Analog-Umsetzer-Schaltung angepasst werden. Alternativ könnte vorgesehen sein, dass die Filterkoeffizienten von dem Anwender der Digital/Analog-Umsetzer- Schaltung eingestellt werden. Dieses würde einen Abgleich der Schaltung im endgültigen Produkt ermöglichen. Bei einem Ein- satz in einem Audio-Verstärker könnten beispielsweise die verwendeten Lautsprecher bei diesem Abgleich berücksichtigt werden.
Es ist ebenfalls möglich, die Digital/Analog-Umsetzer- Schaltung für einen universellen Einsatz auszulegen. Dazu wird für die Ubertragungsfunktion des digitalen Filters vorteilhafterweise eine Tiefpass-Funktion gewählt, welche bei der Verwendung eines zusätzlichen analogen Filters auch mit diesem abgestimmt sein kann. Durch diese Maßnahme lassen sich die auftretenden Nichtlinearitäten weitgehend kompensieren, ohne dass dabei die exakte analoge schaltungstechnische Umgebung der Digital/Analog-Umsetzer-Schaltung in Betracht gezogen werden muss .
Ferner ist es von Vorteil, der Vorkompensationsstufe einen Noise-Shaper vor- und/oder nachzuschalten. Der Noise-Shaper reduziert das Quantisierungsrauschen in einem bestimmten Frequenzband, beispielsweise dem Audio-Frequenzband.
Das analoge Ausgangssignal kann vorteilhafterweise mittels eines analogen Filters gefiltert werden. Diese Maßnahme er- möglicht es, das pulsförmige analoge Ausgangssignal in eine gewünschte Form zu bringen.
Mögliche Ausgestaltungen für das digitale Filter stellen bei- spielsweise rekursive Wellen-Digital-Filter oder FIR (finite impluse response) -Filter dar. Die Digital/Analog- Umsetzerstufe lässt sich zum Beispiel als Leistungsschalter realisieren.
Die erfindungsgemäße Digital/Analog-Umsetzer-Schaltung kann besonders vorteilhaft in Audio-Verstärker, insbesondere in Audio-Class-D-Verstärker, integriert werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein digitales PCM- Eingangssignal zunächst vorkompensiert. Das digitale, vorkompensierte PCM-Signal wird in ein digitales PWM-Signal umgesetzt. Anschließend wird das digitale PWM-Signal in ein analoges Ausgangssignal umgewandelt. Bei diesem Verfahren bewirkt die Vorkompensation, dass das analoge Ausgangssignal im Wesentlichen proportional zu dem digitalen PCM-Eingangssignal ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Umsetzung des digitalen PCM-Eingangssignals in das analoge Ausgangssignal, ohne dass das analoge Ausgangssignal mit nichtlinearen Verzerrungen behaftet ist, welche im analogen Schaltungsbereich durch verzögerte Signalabfälle erzeugt werden. Dieses wird durch die Vorkompensation erzielt, indem das digitale PCM- Eingangssignal beispielsweise mit einer Nichtlinearität be- aufschlagt wird, welche sich invers zu der durch die anschließende Digital/Analog-Umsetzung verursachte Nichtlinearität verhält .
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt dabei ein schematisches Blockschaltbild eines Aus- führungsbeispiels der erfindungsgemäßen Digital/Analog- Umsetzer-Schaltung.
In der Figur ist das Blockschaltbild einer Digital/Analog- Umsetzer-Schaltung 1 gezeigt, bei welcher im Signalweg ein Noise-Shaper 2, eine PCM/PWM-Umsetzerstufe 3, eine Überabtaststufe 4, ein digitales Filter 5, eine Dezimationsstufe 6, eine PCM/PWM-Umsetzerstufe 7, eine Digital/Analog- Umsetzerstufe 8 und ein analoges Filter 9 in der genannten Reihenfolge angeordnet sind. Die PCM/PWM-Umsetzerstufe 3, die Überabtaststufe 4, das digitale Filter 5 und die Dezimationsstufe 6 bilden gemeinsam eine Vorkompensationsstufe 10. Ein digitales PCM-Signal 11 wird eingangsseitig in den Noise- Shaper 2 eingespeist. Anschließend wird das aus dem Noise- Shaper 2 ausgegebene PCM-Signal 12 in ein digitales PWM- Signal 13 umgewandelt. Die Signalrate wird mittels der Überabtaststufe 4 erhöht. Das sich daraus ergebende PCM-Signal 14 wird mittels des digitalen Filters 5 gefiltert. Die Signalrate des gefilterten PCM-Signals 15 wird durch die Dezimati- onsstufe 6 wieder reduziert. Das digitale PCM-Signal 16 ist gegenüber dem digitalen PCM-Signal 11 aufgrund der digitalen Filterung nichtlinear verzerrt. Das digitale PCM-Signal 16 wird anschließend in ein digitales PWM-Signal 17 transformiert, und dieses wird in der Digital/Analog-Umsetzerstufe 8 in ein analoges Signal 18 umgewandelt. Das analoge Signal 18 wird abschließend gefiltert, sodass sich als Ausgangssignal der Digital/Analog-Umsetzer-Schaltung 1 ein gefiltertes analoges Signal 19 ergibt.
Die durch das digitale Filter 5 bewirkte nichtlineare Verzerrung des PCM-Signals 15 wird bis zu der Digital/Analog- Umsetzerstufe 8 von den jeweiligen digitalen Signalen mitgeführt. Durch die Digital/Analog-Umsetzung wird das resultierende analoge Signal 18 mit einer weiteren nichtlinearen Ver- zerrung beaufschlagt, welche beispielsweise von „Gedächtnisse- Eigenschaften der analogen Schaltungsbereiche herrührt . Die Übertragungsfunktion des digitalen Filters 5 wird so gewählt, dass die von ihm bewirkte nichtlineare Verzerrung sich invers zu der bei der Digital/Analog-Umsetzung auftretenden Verzerrung verhält. Dabei können beispielsweise auch Verzerrungen berücksichtigt werden, die durch weitere analoge Beschaltun- gen, wie z.B. das analoge Filter 9 oder einen eventuell nachgeschalteten Lautsprecher, generiert werden. Als Ergebnis ergeben sich verzerrungsfreie analoge Signale 18 und/oder 19.

Claims

Patentansprüche
1. Digital/Analog-Umsetzer-Schaltung (1) zur Umsetzung eines digitalen PCM-Eingangssignals (11) in ein analoges Ausgangs- signal (19) , bei welcher im Signalweg in der nachfolgend genannten Reihenfolge angeordnet sind:
- ein Vorkompensationsstufe (10) ,
- eine PCM/PWM-Umsetzerstufe (7) , und
- eine Digital/Analog-Umsetzerstufe (8) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
- dass die Übertragungsfunktion der Vorkompensationsstufe (10) derart ausgelegt ist, dass das analoge Ausgangssignal (19) im Wesentlichen proportional zu dem digitalen PCM- Eingangssignal (11) ist.
2. Digital/Analog-Umsetzer-Schaltung (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
- dass die Vorkompensationsstufe (10) derart ausgelegt ist, dass sie zumindest teilweise mit einer höheren Signalrate als der Signalrate des digitalen PCM-Eingangssignals (11) arbeitet .
3. Digital/Analog-Umsetzer-Schaltung (1) nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, - dass die Vorkompensationsstufe (10) nachfolgend genannte
Bauelemente, die im Signalweg in der genannten Reihenfolge angeordnet sind, umfasst:
- eine weitere PCM/PWM-Umsetzerstufe (3) ,
- eine Überabtaststufe (4) , - ein digitales Filter (5) , und
- eine Dezimationsstufe (6) .
4. Digital/Analog-Umsetzer-Schaltung (1) nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, - dass die Übertragungsfunktion des digitalen Filters (5) derart einstellbar ist oder derart eingestellt ist, dass das analoge Ausgangssignal (19) im Wesentlichen proportional zu dem digitalen PCM-Eingangssignal (11) ist.
5. Digital/Analog-Umsetzer-Schaltung (1) nach Anspruch 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
- dass die Übertragungsfunktion des digitalen Filters (5) als Tiefpass-Funktion ausgelegt ist.
6. Digital/Analog-Umsetzer-Schaltung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
- dass der Vorkompensationsstufe (10) ein Noise-Shaper (2) vor- und/oder nachgeschaltet ist.
7. Digital/Analog-Umsetzer-Schaltung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
- dass der Digital/Analog-Umsetzerstufe (8) ein analoges Filter (9) nachgeschaltet ist.
8. Digital/Analog-Umsetzer-Schaltung (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, - dass das digitale Filter (5) ein rekursives Wellen- Digital-Filter oder ein FIR-Filter ist.
9. Digital/Analog-Umsetzer-Schaltung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
- dass die Digital/Analog-Umsetzerstufe (8) ein Leistungsschalter ist.
10. Digital/Analog-Umsetzer-Schaltung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, enthalten in einem Audioverstärker, insbesondere in einem Audio-Class-D- Verstärker.
11. Verfahren zur Umsetzung eines digitalen PCM- Eingangssignals (11) in ein analoges Ausgangssignal (19) , mit den Schritten: - Vorkompensation des digitalen PCM-Eingangssignals (11) ;
- Umsetzen des digitalen, vorkompensierten PCM-Signals (16) in ein digitales PWM-Signal (17) ; und
- Umsetzen des digitalen PWM-Signals (17) in das analoge Ausgangssignal (19) ; d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
- dass die Vorkompensation des digitalen PCM-Eingangssignals (11) bewirkt, dass das analoge Ausgangssignal (19) im Wesentlichen proportional zu dem digitalen PCM- Eingangssignal (11) ist.
12. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
- dass die Vorkompensation des digitalen PCM-Eingangssignals (11) zumindest teilweise mit einer höheren Signalrate als der Signalrate des digitalen PCM-Eingangssignals (11) durchgeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, - dass bei der Vorkompensation des digitalen PCM- Eingangssignals (11) folgende Schritte durchgeführt werden:
- Umsetzen des digitalen PCM-Eingangssignals (11) in ein digitales PWM-Zwischensignal (13) ; - Erzeugen eines digitalen PCM-Zwischensignals (14) durch Überabtasten des digitalen PWM-Zwischensignals (13) ;
- Filtern des digitalen PCM-Zwischensignals (14) mittels eines digitalen Filters (5) ; und
- Reduzieren der Signalrate durch Reduzieren der Abtast- werte des gefilterten digitalen PCM-Zwischensignals
(15) mittels einer Dezimationsstufe (6) .
14. Verfahren nach Anspruch 13 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
- dass die Übertragungsfunktion des digitalen Filters (5) derart eingestellt wird oder derart eingestellt ist, dass das analoge Ausgangssignal (19) im Wesentlichen proportional zu dem digitalen PCM-Eingangssignal (11) ist.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, - dass die Übertragungsfunktion des digitalen Filters (5) als Tiefpass-Funktion ausgelegt ist.
16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 15, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t,
- dass das digitale PCM-Eingangssignal (11) vor der Vorkompensation und/oder gegebenenfalls das von der Dezimationsstufe (6) ausgegebene digitale PCM-Signal von einem Noise-Shaper (2) verarbeitet wird.
17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis
16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
- dass das analoge Ausgangssignal (18) gefiltert wird.
18. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, - dass das digitale Filter (5) ein rekursives Wellen- Digital-Filter oder ein FIR-Filter ist.
19. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, - dass digitale PWM-Signal (17) mittels eines Leistungsschalters in das analoge Ausgangssignal (19) umgesetzt wird.
20. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 19, eingesetzt in einem Audioverstärker, insbesondere in einem Audio-Class-D-Verstärker.
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