WO2003047110A1 - Linearer pcm/pwm-modulator - Google Patents

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WO2003047110A1
WO2003047110A1 PCT/DE2002/003175 DE0203175W WO03047110A1 WO 2003047110 A1 WO2003047110 A1 WO 2003047110A1 DE 0203175 W DE0203175 W DE 0203175W WO 03047110 A1 WO03047110 A1 WO 03047110A1
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signals
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pwm
digital
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PCT/DE2002/003175
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Inventor
Christian Kranz
Original Assignee
Infineon Technologies Ag
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.)
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M5/00—Conversion of the form of the representation of individual digits
    • H03M5/02—Conversion to or from representation by pulses
    • H03M5/04—Conversion to or from representation by pulses the pulses having two levels
    • H03M5/06—Code representation, e.g. transition, for a given bit cell depending only on the information in that bit cell
    • H03M5/08—Code representation by pulse width

Definitions

  • the invention relates to a digital modulator circuit, by means of which digital PCM signals are converted into PWM signals by linear modulation.
  • 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, that is to say that in each case a PCM signal value occurs within a predetermined time interval.
  • the PCM signal is first converted into a digital PWM (pulse width modulated) -
  • Digital modulator circuits that work according to the NPWM method are known from the articles “New high accuracy pulse width modulation based digital-to-analogue converter / power amplifier” by JM Goldberg and MB Sandler, published in IEE Proc. Circuits Devices Syst., Vol. 141, No. 4, August 1994, pages 315-324, and "High-Fidelity PWM Inverter for Audio Amplification Based On Real-Time DSP" by C. Pascual, PT Kerin, P. Midya and B. Roeckner, published in IEEE 2000, pages 227-232.
  • the modulator circuits described in the cited articles each contain a digital signal processor which sets interpolation curves by means of the PCM signals coming into the modulator circuit one after the other at a data rate. Furthermore, a ramp function is generated periodically with the data rate. The width of the associated PWM signal is determined by the intersection of the interpolation curve with the ramp function within one cycle of the data rate.
  • the object of the invention is to provide a digital modulator circuit for converting PCM signals into PWM signals, which enables cost-effective linear conversion.
  • a method having these properties is also to be specified.
  • the PCM signals enter at a data rate.
  • the data rate corresponds to the PWM repetition rate with which the PWM signals are generated.
  • the digital modulator circuit has a digital interpolation filter, by means of which successive PCM signals are interpolated.
  • the nodes of the interpolated PCM signals occur at a node rate that has a higher frequency than the data rate.
  • the digital modulator circuit comprises an evaluation unit which compares the interpolated PCM signals with a set of comparison values and uses these comparisons to generate the PWM signals.
  • Natural pulse width modulation can be digitally approximated using the digital modulator circuit according to the invention. Consequently, the modulation method on which the digital modulator circuit according to the invention is based is linear. Furthermore, the invention makes it possible to implement linear modulation with only a few components and thus inexpensively. In particular, the invention saves a relatively expensive digital signal processor compared to known digital modulator circuits. Instead, a much cheaper digital interpolation filter is used according to the invention.
  • the support point rate required to operate the digital modulator circuit according to the invention can be provided by a clock generator as is provided in many digital circuits. For example, the sampling point rate can be obtained from a so-called resolution clock. As a result, the provision of the support point rate required according to the invention does not cause any additional costs.
  • the evaluation unit preferably determines the pulse width of a PWM signal by determining by comparison at which support point the associated interpolated PCM signal is for the first time smaller than the corresponding value from the set of comparison values.
  • the pulse width of the PWM signal is determined by the time at which this support point occurs. This comparison can be carried out in a very simple manner and therefore requires no complex components or large computing capacity.
  • an oversampler is the digital interpolation filter upstream.
  • the oversampler provides a signal at its output, which is clocked in particular with the reference point rate.
  • the oversampler can be used to add further support points to the PCM signal that are required for interpolating the values of the PCM signal.
  • the comparison values can, for example, be stored in a memory module as fixed, predetermined values.
  • the comparison values are preferably generated by a function generator.
  • the set of comparison values is continuously repeated at the data rate.
  • the interpolated values between two immediately consecutive PCM signals are always compared with the same comparison values.
  • the comparison values are generated by the function generator with a clock rate that has a higher frequency than the data rate.
  • the function generator is preferably implemented by a counter, which generates the comparison values by counting up or down. As a result, a rising or falling digital ramp function is easily generated.
  • the digital interpolation filter is preferably a linear interpolation filter and therefore particularly inexpensive.
  • the clock rate is advantageously the same as the node rate.
  • the function generator or the counter generates the comparison values at the same rate at which the PCM signals are also interpolated.
  • the evaluation unit comprises a comparator and a PWM generator.
  • the comparator compares the interpolated PCM signals with the comparison values and guides the PWM Generator the results of these comparisons too.
  • the PWM generator uses this to generate the PWM signals.
  • the digital modulator circuit according to the invention can be integrated particularly advantageously in audio amplifiers, in particular in audio class D amplifiers.
  • the method according to the invention is used for the digital conversion of PCM signals into PWM signals.
  • the PCM signals are originally available at a data rate.
  • successive PCM signals are interpolated using a digital interpolation filter.
  • the nodes of the interpolated PCM signals occur at a node rate that has a higher frequency than the data rate.
  • the interpolated PCM signals are compared with a set of comparison values, and the PWM signals are generated on the basis of these comparisons.
  • the method according to the invention represents a linear modulation method and is particularly inexpensive to implement due to the use of the digital interpolation filter.
  • FIG. 1 shows a schematic circuit diagram of an exemplary embodiment of the digital modulator circuit according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic circuit diagram of a digital modulator circuit 1 as an exemplary embodiment of the invention.
  • the digital modulator circuit 1 contains an oversampler 8 and a digital interpolation filter 9 connected downstream of the oversampler 8.
  • the digital interpolation filter 9 and a counter 10 are connected on the output side to the inputs of a comparator 11, which in turn is followed by a PWM generator 12.
  • PCM signals 2 are fed into the oversampler 8 and into the PWM generator 12.
  • a PWM repetition rate 3 corresponding to the data rate of the PCM signals 2 is present at the inputs of the counter 10 and the PWM generator 12.
  • a reference point rate 4 feeds inputs of the oversampler 8, the digital interpolation filter 9, the counter 10, the comparator 11 and the PWM generator 12.
  • the comparator 11 receives interpolated PCM signals from the digital interpolation filter 9 or from the counter 10 6 or comparison values 5 supplied.
  • 12 PWM signals 7 can be tapped at the PWM generator.
  • the mode of operation of the digital modular circuit 1 is described below with reference to the diagrams shown in FIG. 2.
  • the PCM signals 2, the PWM repetition rate 3, the reference point rate 4, the comparison values 5, the interpolated PCM signals 6 and the PWM signals 7 are each plotted against the time t. Events that lie vertically one above the other in the diagrams occur simultaneously. This simultaneity is emphasized in some places by dashed lines. In particular, the dotted lines indicate the start of a new cycle of the PWM repetition rate 3.
  • the oversampler 8 and the digital interpolation filter 9 generate the interpolated PCM signals 6 from the PCM signals 2.
  • three further support points which are clocked at the support point rate 4, are added to the PCM signals 2 per cycle of the PWM repetition rate 3.
  • the digital interpolation filter 9, which is preferably a linear interpolation filter, generates further signal values by interpolation.
  • the comparison values 5 generated by the counter 10 and the interpolated PCM signals 6 output by the digital interpolation filter 9 are compared by the comparator 11.
  • the comparator 11 supplies the PWM generator 12 with a corresponding signal as soon as, within one cycle of the PWM repetition rate 3, a value of the interpolated PCM signals 6 is lower than that which occurs at the same reference point value
  • Comparative value is 5.
  • the PWM signals 7 are generated by the PWM generator 12.
  • the pulse width of a PWM signal 7 extends from the start of a clock of the PWM repetition rate 3 to the interpolation point value at which the comparator 11 determines that the interpolated PCM signals 6 are below the comparison values 5. All in all The present digital modulator circuit 1 results in a linear conversion of the PCM signals 2 into the PWM signals 7.
  • the interpolation rate 4 can, for example, be generated by a clock, e.g. a resolution clock, which is available in most digital circuits.
  • the digital interpolation filter 9 is operated at the reference point rate 4. It is also conceivable that the frequency of the digital interpolation filter 9 is reduced and that this frequency lies in a frequency interval limited by the PWM repetition rate 3 and the reference point rate 4.
  • comparison values 5 can also be stored, for example, in a memory module which the comparator 11 can access.
  • the so-called trailing edge method is used as the modulation method.
  • the invention can also be used with other modulation methods, e.g. with leading edge,
  • Double Edge or Consecutive Edge processes can be realized.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine digitale Modulatorschaltung (1) zur Umsetzung von PCM-Signalen (2) in PWM-Signale (7), wobei die PCM-Signale (2) mit einer Datenrate (3) eingespeist werden. Die digitale Modulatorschaltung (1) enthält ein digitales Interpolationsfilter (9) zur Interpolation aufeinanderfolgender PCM-Signale (2) mit einer Stützstellenrate (4), welche eine höhere Frequenz als die Datenrate (3) aufweist, und eine Auswerteeinheit (11, 12)zur Erzeugung der PWM-Signale (7) durch Vergleichen der interpolierten PCM-Signale (6) mit einem Satz von Vergleichswerten (5).

Description

Beschreibung
Linearer PCM/PWM-Modulator
Die Erfindung betrifft eine digitale ModulatorSchaltung, mittels welcher digitale PCM-Signale durch eine lineare Modulation in PWM-Signale umgesetzt werden.
In vielen technischen Systemen werden digitale Signale mit- tels 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, d.h., dass jeweils ein PCM-Signalwert innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls auftritt. Das PCM-Signal wird zunächst in ein digitales PWM (pulse width modulated) -
Signal umgesetzt, bei welchem die zu übertragende Information in der Pulsweite enthalten ist. Anschließend erfolgt eine Umwandlung des digitalen PWM-Signals in ein analoges Signal. Dieses sogenannte UPWM (uniform sampling pulse width modula- tion) -Verfahren weist den Nachteil auf, dass es ein nichtlineares Modulationsverfahren ist. Der Grund dafür ist, dass die Überlagerung von Rechtecksignalen mit der gleichen Wiederholfrequenz und unterschiedlichen Breiten ein nichtlinearer Vorgang ist. Im Gegensatz zu dem UPWM-Verfahren ist ein NPWM (natural sampling pulse width modulation) -Verfahren ein lineares Modulationsverfahren. Bei diesem sogenannten natürlichen Modulationsverfahren wird das zeitkontinuierliche Eingangssignal mittels einer vorgegebenen Rampenfunktion abgetastet, und die Pulsweite des zugehörigen PWM-Signals wird aus dem Schnittpunkt des zeitkontinuierlichen Eingangssignals mit der Rampenfunktion abgeleitet . Digitale Modulatorschaltungen, die nach dem NPWM-Verfahren arbeiten, sind bekannt aus den Artikeln „New high accuracy pulse width modulation based digital-to-analogue conver- tor/power amplifier" von J. M. Goldberg und M. B. Sandler, erschienen in IEE Proc. -Circuits Devices Syst., Band 141, Nr. 4, August 1994, Seiten 315-324, und „High-Fidelity PWM Inver- ter for Audio Amplification Based On Real-Time DSP" von C. Pascual, P. T. Krein, P. Midya und B. Roeckner, erschienen in IEEE 2000, Seiten 227-232. Die in den genannten Artikeln be- schriebenen Modulatorschaltungen enthalten jeweils einen Digitalsignalprozessor, welcher Interpolationskurven durch die nacheinander mit einer Datenrate in die Modulatorschaltung eingehenden PCM-Signale legt. Ferner wird periodisch mit der Datenrate eine Rampenfunktion erzeugt . Durch den Schnittpunkt der Interpolationskurve mit der Rampenfunktion innerhalb eines Taktes der Datenrate ist die Breite des zugehörigen PWM- Signals bestimmt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine digitale Modulatorschal- tung zur Umsetzung von PCM-Signalen in PWM-Signale zu schaffen, die eine kostengünstige lineare Umsetzung ermöglicht. Ferner soll ein diese Eigenschaften aufweisendes Verfahren angegeben werden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
In eine erfindungsgemäße digitale Modulatorschaltung, welche PCM-Signale in PWM-Signale umsetzt, gehen die PCM-Signale mit einer Datenrate ein. Die Datenrate entspricht der PWM- Wiederholungsrate, mit welcher die PWM-Signale erzeugt werden. Die digitale Modulatorschaltung weist ein digitales In- terpolationsfilter auf, mittels welchem aufeinanderfolgende PCM-Signale interpoliert werden. Die Stützstellen der interpolierten PCM-Signale treten dabei mit einer Stützstellenrate auf, die eine höhere Frequenz als die Datenrate aufweist. Ferner umfasst die digitale Modulatorschaltung eine Auswerteeinheit, welche die interpolierten PCM-Signale mit einem Satz von Vergleichswerten vergleicht und anhand dieser Vergleiche die PWM-Signale erzeugt.
Mittels der erfindungsgemäßen digitalen Modulatorschaltung kann digital eine natürliche Pulsweitenmodulation approximiert werden. Folglich ist das der erfindungsgemäßen digita- len Modulatorschaltung zugrunde liegende Modulationsverfahren linear. Ferner ermöglicht es die Erfindung, die lineare Modulation mit nur wenigen Bauelementen und somit kostengünstig zu realisieren. Insbesondere kann durch die Erfindung im Vergleich zu bekannten digitalen Modulatorschaltungen ein rela- tiv teurer Digitalsignalprozessor eingespart werden. Stattdessen wird erfindungsgemäß ein wesentlich kostengünstigeres digitales Interpolationsfilter verwendet. Die zum Betrieb der erfindungsgemäßen digitalen Modulatorschaltung erforderliche Stützstellenrate kann von einem Taktgeber bereitgestellt wer- den, wie er in vielen digitalen Schaltkreisen vorgesehen ist. Beispielsweise kann die Stützstellenrate von einer sogenannten Resolution Clock bezogen werden. Dadurch verursacht die Bereitstellung der erfindungsgemäß benötigten Stützstellenrate keine zusätzlichen Kosten.
Vorzugsweise bestimmt die Auswerteeinheit die Pulsweite eines PWM-Signals dadurch, dass sie durch Vergleich feststellt, bei welcher Stützstelle das zugehörige interpolierte PCM-Signal erstmals kleiner als der entsprechende Wert aus dem Satz von Vergleichswerten ist. Durch den Zeitpunkt, bei welchem diese Stützstelle auftritt, ist die Pulsbreite des PWM-Signals bestimmt. Dieser Vergleich kann auf sehr einfache Weise vollzogen werden und benötigt daher keine aufwändigen Bauelemente oder große Rechenkapazität.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Überabtaster dem digitalen Interpolationsfilter vorgeschaltet. Der Überabtaster stellt an seinem Ausgang ein Signal zur Verfügung, welches insbesondere mit der Stützstellenrate getaktet ist. Beispielsweise kann der Überabtaster dazu verwendet werden, dem PCM-Signal weitere Stützstellen hinzuzufügen, die zur Interpolation der Werte des PCM-Signals benötigt werden.
Die Vergleichswerte können beispielsweise als fest vorgegebene Werte in einem Speicherbaustein abgelegt sein. Vorzugswei- se werden die Vergleichswerte jedoch von einem Funktionsgenerator erzeugt. Dabei wird der Satz von Vergleichswerten in fortwährender Wiederholung mit der Datenrate erzeugt. Aufgrund dieser Maßnahme werden die interpolierten Werte zwischen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden PCM-Signalen stets mit denselben Vergleichswerten verglichen. Des Weiteren werden die Vergleichswerte von dem Funktionsgenerator mit einer Taktrate erzeugt, die eine höhere Frequenz als die Datenrate aufweist.
Der Funktionsgenerator wird schaltungstechnisch vorzugsweise durch einen Zähler realisiert, welcher die Vergleichswerte durch Aufwärts- oder Abwärtszählen erzeugt. Dadurch wird auf einfache Weise eine steigende oder fallende digitale Rampenfunktion generiert.
Vorzugsweise ist das digitale Interpolationsfilter ein lineares Interpolationsfilter und daher besonders kostengünstig.
Die Taktrate ist vorteilhafterweise gleich der Stützstellen- rate. Dadurch erzeugt der Funktionsgenerator bzw. der Zähler die Vergleichswerte mit derselben Rate, mit welcher auch die PCM-Signale interpoliert werden.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Auswerteeinheit einen Komparator und einen PWM- Generator umfasst. Der Komparator vergleicht die interpolierten PCM-Signale mit den Vergleichswerten und führt dem PWM- Generator die Ergebnisse dieser Vergleiche zu. Daraus erzeugt der PWM-Generator die PWM-Signale.
Die erfindungsgemäße digitale Modulatorschaltung kann beson- ders vorteilhaft in Audio-Verstärker, insbesondere in Audio- Class-D-Verstärker, integriert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur digitalen Umsetzung von PCM-Signalen in PWM-Signale. Die PCM-Signale liegen ur- sprünglich mit einer Datenrate vor. In einem ersten Verfahrensschritt werden aufeinanderfolgende PCM-Signale mit einem digitalen Interpolationsfilter interpoliert. Dabei treten die Stützstellen der interpolierten PCM-Signale mit einer Stützstellenrate auf, die eine höhere Frequenz als die Datenrate aufweist. In einem zweiten Verfahrensschritt werden die interpolierten PCM-Signale mit einem Satz von Vergleichswerten verglichen, und anhand dieser Vergleiche werden die PWM- Signale erzeugt .
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt ein lineares Modulationsverfahren dar und ist aufgrund der Verwendung des digitalen Interpolationsfilters besonders kostengünstig zu realisieren.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei- spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert . Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines Ausführungsbei- spiels der erfindungsgemäßen digitalen Modulatorschaltung; und
Fig. 2 Diagramme zur Verdeutlichung der Funktionsweise des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels der Erfin- düng. In Fig. 1 ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung ein sche- matisches Schaltbild einer digitalen Modulatorschaltung 1 dargestellt. Die digitale Modulatorschaltung 1 enthält einen Überabtaster 8 und ein dem Überabtaster 8 nachgeschaltetes digitales Interpolationsfilter 9. Das digitale Interpolationsfilter 9 und ein Zähler 10 sind ausgangsseitig mit den Eingängen eines Komparators 11 verbunden, welchem wiederum ein PWM-Generator 12 nachgeschaltet ist.
PCM-Signale 2 werden in den Überabtasters 8 sowie in den PWM- Generator 12 eingespeist. Eine der Datenrate der PCM-Signale 2 entsprechende PWM-Wiederholungsrate 3 liegt an Eingängen des Zählers 10 und des PWM-Generators 12 an. Eine Stützstellenrate 4 speist jeweils Eingänge des Überabtasters 8, des digitalen Interpolationsfilters 9, des Zählers 10, des Kompa- rators 11 sowie des PWM-Generators 12. Dem Komparator 11 werden von dem digitalen Interpolationsfilter 9 bzw. von dem Zähler 10 interpolierte PCM-Signale 6 bzw. Vergleichswerte 5 zugeführt. Ausgangsseitig sind an dem PWM-Generator 12 PWM- Signale 7 abgreifbar.
Die Funktionsweise der digitalen Modularschaltung 1 wird nachfolgend anhand der in Fig. 2 dargestellten Diagramme beschrieben. Dabei sind in den Diagrammen die PCM-Signale 2, die PWM-Wiederholungsrate 3, die Stützstellenrate 4, die Vergleichswerte 5, die interpolierten PCM-Signale 6 und die PWM- Signale 7 jeweils gegen die Zeit t aufgetragen. Ereignisse, die in den Diagrammen vertikal übereinander liegen, geschehen zeitgleich. Diese Gleichzeitigkeit ist an einigen Stellen durch gestrichelte Linien hervorgehoben. Insbesondere ist durch die gestrichelten Linien jeweils der Beginn eines neuen Taktes der PWM-Wiederholungsrate 3 gekennzeichnet .
In dem obersten der in Fig. 2 dargestellten Diagramm sind verschiedene PCM-Signale 2 dargestellt, die in die digitale Modulatorschaltung 1 mit der PWM-Wiederholungsrate 3 eingespeist werden. Zur Umsetzung der PCM-Signale 2 in die PWM-Signale 7 werden von dem Zähler 10 die Vergleichswerte 5 durch Aufwärtszählen erzeugt. Jeweils zu Beginn eines Taktes der PWM- Wiederholungsrate 3 beginnt der Zähler 10 erneut, von einem Anfangswert an aufwärts zu zählen. Folglich weisen die Vergleichswerte 5 eine Periodizität auf, deren Periodenlänge eine Taktlänge der PWM-Wiederholungsrate 3 beträgt. Die Vergleichswerte 5 sind mit einer Stützstellenrate 4 getaktet, deren Frequenz höher als die der PWM-Wiederholungsrate 3 ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt die Frequenz der Stützstellenrate 4 ein Vierfaches der Frequenz der PWM- Wiederholungsrate 3.
Der Überabtaster 8 und das digitale Interpolationsfilter 9 erzeugen aus den PCM-Signalen 2 die interpolierten PCM- Signale 6. Dazu werden den PCM-Signalen 2 pro Takt der PWM- Wiederholungsrate 3 drei weitere Stützstellen, welche mit der Stützstellenrate 4 getaktet sind, hinzugefügt. An diesen Stützstellen werden von dem digitalen Interpolationsfilter 9, welches vorzugsweise ein lineares Interpolationsfilter ist, durch Interpolation weitere Signalwerte erzeugt.
Die von dem Zähler 10 generierten Vergleichswerte 5 sowie die von dem digitalen Interpolationsfilter 9 ausgegebenen interpolierten PCM-Signale 6 werden von dem Komparator 11 verglichen. Der Komparator 11 führt dem PWM-Generator 12 ein entsprechendes Signal zu, sobald innerhalb eines Taktes der PWM- Wiederholungsrate 3 ein Wert der interpolierten PCM-Signale 6 kleiner als der bei dem gleichen Stützstellenwert auftretende
Vergleichswert 5 ist. Anhand dieser Information werden von dem PWM-Generator 12 die PWM-Signale 7 erzeugt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Pulsweite eines PWM-Signals 7 von dem Beginn eines Taktes der PWM- Wiederholungsrate 3 bis zu dem Stützstellenwert, bei welchem der Komparator 11 das Unterschreiten der interpolierten PCM- Signale 6 unter die Vergleichswerte 5 feststellt. Insgesamt ergibt sich durch die vorliegende digitale Modulatorschaltung 1 eine lineare Umsetzung der PCM-Signale 2 in die PWM-Signale 7.
Die Stützstellenrate 4 kann beispielsweise von einem Taktgeber, wie z.B. einer Resolution Clock, welcher in den meisten digitalen Schaltkreisen zur Verfügung steht, bereitgestellt werden.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das digitale Interpolationsfilter 9 mit der Stützstellenrate 4 betrieben. Es ist auch denkbar, dass die Frequenz des digitalen Interpolationsfilters 9 reduziert ist und dass diese Frequenz in einem durch die PWM-Wiederholungsrate 3 und die Stützstellenrate 4 begrenzten Frequenzintervall liegt.
Die Vergleichswerte 5 können alternativ zu ihrer Erzeugung durch den Zähler 10 beispielsweise auch in einem Speicherbaustein abgelegt sein, auf welchen der Komparator 11 zugreifen kan .
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung wird als Modulationsverfahren das sogenannte Trailing-Edge- Verfahren verwendet. Die Erfindung kann alternativ auch mit anderen Modulationsverfahren, wie z.B. mit Leading-Edge- ,
Double-Edge- oder Consecutive-Edge-Verfahren, realisiert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Digitale Modulatorschaltung (1) zur Umsetzung von PCM- Signalen (2) in PWM-Signale (7) , wobei die PCM-Signale (2) mit einer Datenrate (3) in die digitale Modulatorschaltung (1) eingespeist werden, mit
- einem digitalen Interpolationsfilter (9) zur Interpolation aufeinanderfolgender PCM-Signale (2) , wobei die Stützstellen der interpolierten PCM-Signale (6) mit einer Stütz- stellenrate (4) auftreten, welche eine höhere Frequenz als die Datenrate (3) aufweist, und
- einer Auswerteeinheit (11, 12) zur Erzeugung der PWM- Signale (7) durch Vergleichen der interpolierten PCM- Signale (6) mit einem Satz von Vergleichswerten (5) .
2. Digitale Modulatorschaltung (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 Auswerteeinheit (11, 12) derart ausgelegt ist, dass die Pulsweite eines PWM-Signals (7) durch die Stütz- stelle bestimmt ist, bei welcher das zugehörige interpolierte PCM-Signal (6) erstmals kleiner als der entsprechende Vergleichswert aus dem Satz von Vergleichswerten (5) ist.
3. Digitale Modulatorschaltung (1) nach Anspruch 1 oder 2, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h
- einen Überabtaster (8) , welcher dem digitalen Interpolationsfilter (9) vorgeschaltet ist und welcher an seinem Ausgang ein Signal, insbesondere mit der Stützstellenrate (4) , bereitstellt.
4. Digitale Modulatorschaltung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h - einen Funktionsgenerator (10) zur Bereitstellung des Satzes von Vergleichswerten (5) , wobei sich der Satz von Vergleichswerten (5) mit der Datenrate (3) wiederholt und die Vergleichswerte (5) mit einer Taktrate aufeinanderfolgen, die eine höhere Frequenz als die Datenrate (3) aufweist.
5. Digitale Modulatorschaltung (1) nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
- dass der Funktionsgenerator einen Zähler (10) umfasst, welcher die Vergleichswerte (5) durch Aufwärts- oder Abwärtszählen erzeugt.
6. Digitale Modulatorschaltung (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 das digitale Interpolationsfilter (9) ein lineares Interpolationsfilter ist.
7. Digitale Modulatorschaltung (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
- dass die Taktrate gleich der Stützstellenrate (4) ist.
8. Digitale Modulatorschaltung (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 Auswerteeinheit einen Komparator (11) zum Ver- gleichen der interpolierten PCM-Signale (6) mit den Vergleichswerten (5) und einen PWM-Generator (12) zur Erzeugung der PWM-Signale (7) anhand der Ergebnisse der Vergleiche des Komparators (11) aufweist.
9. Digitale Modulatorschaltung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, enthalten in einem Audioverstärker, insbesondere in einem Audio-Class-D-Verstärker.
10. Verfahren zur digitalen Umsetzung von PCM-Signalen (2) in PWM-Signale (7) , wobei die PCM-Signale (2) mit einer Datenrate (3) vorliegen, mit den Schritten: (a) Interpolieren aufeinanderfolgender PCM-Signale (2) mit einem digitalen Interpolationsfilter (9) , wobei die Stützstellen der interpolierten PCM-Signale (6) mit einer Stützstellenrate (4) auftreten, welche eine höhere Frequenz als die Datenrate (3) aufweist; und
(b) Erzeugen der PWM-Signale (7) durch Vergleichen der interpolierten PCM-Signale (6) mit einem Satz von Vergleichswerten (5) .
11. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
- dass im Schritt (b) die Pulsweite eines PWM-Signals (7) durch die Stützstelle bestimmt wird, bei welcher das zugehörige interpolierte PCM-Signal (6) erstmals kleiner als der entsprechende Vergleichswert aus dem Satz von Vergleichswerten (5) ist.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, - dass die PCM-Signale (2) im Schritt (a) vor dem Interpolieren überabgetastet werden, wobei Signale, insbesondere mit der Stützstellenrate, erzeugt werden.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h den Schritt :
- Erzeugen des Satzes von Vergleichswerten (5) durch einen Funktionsgenerator (10) , wobei sich der Satz von Vergleichswerten (5) mit der Datenrate (3) wiederholt und die Vergleichswerte (5) mit einer Taktrate aufeinanderfolgen, die eine höhere Frequenz als die Datenrate (3) aufweist.
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 der Funktionsgenerator die Vergleichswerte (5) durch Aufwärts- oder Abwärtszählen mittels eines Zählers (10) erzeugt .
15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, - dass das digitale Interpolationsfilter (9) ein lineares Interpolationsfilter ist.
16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
- dass die Taktrate gleich der Stützstellenrate (4) ist.
17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis
16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
- dass ein Komparator (11) die interpolierten PCM-Signale (6) mit den Vergleichswerten (5) vergleicht, und ein PWM- Generator (12) die PWM-Signale (7) anhand der Ergebnisse der Vergleiche des Komparators (11) erzeugt.
18. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 17, eingesetzt in einem Audioverstärker, insbesondere in einem Audio-Class-D-Verstärker .
PCT/DE2002/003175 2001-11-19 2002-08-29 Linearer pcm/pwm-modulator WO2003047110A1 (de)

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DE10156744.8 2001-11-19
DE2001156744 DE10156744B4 (de) 2001-11-19 2001-11-19 Linearer PCM/PWM-Modulator

Publications (1)

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WO2003047110A1 true WO2003047110A1 (de) 2003-06-05

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