DE102006028621B4

DE102006028621B4 - Variabler Verzerrungsbegrenzer unter Verwendung einer Vorausberechnungseinrichtung zur Abschneidungserfassung

Info

Publication number: DE102006028621B4
Application number: DE102006028621A
Authority: DE
Inventors: Andrew C. Krochmal; John E. Whitecar; David P. Stewart
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2005-06-17
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2013-09-05
Anticipated expiration: 2026-06-17
Also published as: US20060284675A1; DE102006028621A1; US7202731B2

Abstract

Es wird ein System und ein Verfahren zum Vorausberechnen von Abschneidung und Begrenzung der Verzerrung eines verstärkten Signals beschrieben. Das System umfasst eine Einrichtung zur Vorausberechnung der Abschneidung bei variabler Gesamtoberwellenverzerrung (THD), einen mit der Einrichtung zur Vorausberechnung der Abschneidung bei variabler THD in Verbindung stehenden Komparator und einen mit dem Komparator in Verbindung stehenden Verzerrungsbegrenzer. Beim Verfahren werden ein Energiequellenreferenzwert, ein THD-Maximalwert (T_Max) und der Wert eines vorverstärkten Signals bereitgestellt. Auf der Basis des Energiequellenreferenzwerts (V_Ref) und des THD-Maximalwerts (T_Max) wird ein THD-Schwellenwert (T_{Schwellenwert}) berechnet. Je nachdem, ob der Wert des vorverstärkten Signals größer oder kleiner als der THD-Schwellenwert ist, wird die Amplitude des vorverstärkten Signals verringert bzw. vergrößert.

Description

Hintergrund
1. Fachgebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Audiosignalabschneidungs- und Verzerrungsbegrenzungssysteme.
2. Beschreibung des bekannten Standes der Technik
Kraftfahrzeugaudiosysteme haben einen Verstärker, der ein vorverstärktes Audiosignal verstärkt. Die Höhe der Verstärkung des vorverstärkten Audiosignals ist jedoch durch eine den Verstärker mit Energie versorgende Quellenspannung begrenzt. Wenn jedoch dem Verstärker ein vorverstärktes Audiosignal mit einer Amplitude derart bereitgestellt wird, dass die Höhe des verstärkten Signals die Höhe der den Verstärker mit Energie versorgenden Spannung übersteigt, erzeugt der Verstärker ein abgeschnittenes verstärktes Signal. Bei auftretender Abschneidung kann sich die Gesamtoberwellenverzerrung (THD) auf ein unerwünschtes Ausmaß erhöhen.
Bei gegenwärtigen Lösungen dieses Problems wird zur Feststellung, ob ein abgeschnittenes Signal erzeugt wird, der Ausgang des Verstärkers beobachtet. Bei Erfassung eines abgeschnittenen Signals wird das vorverstärkte Signal so eingeregelt, dass der Wert, der durch Abschneidung bewirkten THD, begrenzt wird. Gegenwärtige Lösungen haben den Nachteil, dass die verwendeten Verstärker einen unveränderlichen THD-Schwellenwert haben, bei dem die Abschneidung angezeigt wird.
Aus der DE 102 60 657 A1 geht ein Audioverstärker mit Spannungsbegrenzung hervor. Ein mit einer Audioquelle gekoppelter Vorverstärker bewirkt eine regelbare Vorverstärkung des Audiosignals, welches von einem mit dem Vorverstärker gekoppelten Leistungsverstärker konstant verstärkt wird. Ein Schwellenwertregler erzeugt einen Verzerrungsschwellenwert, welcher einen zulässigen Wert des vom Leistungsverstärker erzeugten Verzerrungsbetrages darstellt. Ein mit dem Leistungsverstärker gekoppelter Abschneidungsdetektor bestimmt auf Basis des Verzerrungsschwellenwertes und des Audiosignals ein Abschneidungssignal als Betrag der Gesamtoberwellenverzerrung, welcher durch die Abschneidung des wiederzugebenden Tones verursacht wird. Ein Verstärkungsbegrenzer vergleicht das Abschneidungssignal mit dem Verzerrungsschwellenwert und vermindert das regelbare Signal des Vorverstärkers, wenn das mittlere Verzerrungssignal den Verzerrungsschwellenwert überschreitet.
In der US 5,430,409 A wird ein Verfahren zur Begrenzung der Verzerrung eines verstärkten Signals eines Audio-Verstärkers, bei welchem der Wert der Versorgungsspannung als Referenzwert bei der Berechnung für eine maximal zulässige Gesamtoberwellenverzerrung berücksichtigt wird, beschrieben.
Auch die US 5,255,324 A offenbart ein System zur Begrenzung der Verzerrung eines verstärkten Signals eines Audio-Verstärkers zur Einhaltung eines maximalen Wertes der Gesamtoberwellenverzerrung.
Es besteht ein Bedarf an einer Lösung, die im Voraus feststellen kann, ob ein Verstärker ein abgeschnittenes Signal erzeugen wird, sodass die THD auf der Basis eines variablen/wählbaren THD-Schwellenwerts und der Einregelung des vorverstärkten Signals auf einen Wert unter dem variablen/wählbaren THD-Schwellenwert begrenzt wird.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Zur Überwindung der Nachteile und Beschränkungen des bekannten Standes der Technik offenbart die Erfindung ein System und ein Verfahren zur Begrenzung der Verzerrung. Beim Verfahren werden ein Energiequellenreferenzwert, ein THD-Maximalwert und der Wert eines vorverstärkten Signals bereitgestellt. Auf der Basis des Energiequellenreferenzwerts und des THD-Maximalwerts wird ein THD-Schwellenwert berechnet. Der THD-Schwellenwert wird anschließend mit dem Wert des vorverstärkten Signals verglichen. Wenn der Wert des vorverstärkten Signals größer als der THD-Schwellenwert ist, wird die Amplitude des vorverstärkten Signals um einen bestimmten Betrag verringert. Ist andererseits der Wert des vorverstärkten Signals kleiner als der THD-Schwellenwert, wird die Amplitude des vorverstärkten Signals um einen anderen bestimmten Betrag vergrößert.
Das System umfasst eine Einrichtung zur Vorausberechnung der Abschneidung bei variabler THD, einen mit der Einrichtung zur Vorausberechnung der Abschneidung bei variabler THD in Verbindung stehenden Komparator und einen mit dem Komparator in Verbindung stehenden Verzerrungsbegrenzer. Dem System kann ein Verstärker hinzugefügt werden, der mit dem Verzerrungsbegrenzer in Verbindung steht.
Das System kann außerdem Komponenten zur Kompensation und Regulierung der Verstärkung umfassen. Das System zur Kompensation der Verstärkung umfasst eine mit dem Verzerrungsbegrenzer in Verbindung stehende Berechnungseinheit und eine mit der Berechnungseinheit, dem Komparator und der Einrichtung zur Vorausberechnung der Abschneidung bei variabler THD in Verbindung stehende Verstärkungskompensationseinheit. Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind nach Prüfung der nachfolgenden Beschreibung unter Berücksichtigung der Zeichnung und beigefügten und ein Teil dieser Spezifikation bildenden Patentansprüche für Fachleute leicht erkennbar.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Die 1 ist ein Blockschaubild eines variablen Verzerrungsbegrenzers mit einer Vorausberechnungseinrichtung zur Abschneidungserfassung, der die Prinzipien der Erfindung verkörpert.
Ausführliche Beschreibung
In der 1 sind Komponenten eines variablen Verzerrungsbegrenzers mit einer Vorausberechnungseinrichtung zur Abschneidungserfassung dargestellt. Das eine Vorausberechnungseinrichtung zur Abschneidungserfassung verwendende variable Verzerrungsbegrenzungssystem 10 umfasst einen Mikroprozessor 11, einen Digitalsignalprozessor (DSP) 12 und einen Verstärker 14.
Der Mikroprozessor 11 umfasst ein Filter 16 zur Filterung der Versorgungsspannung 13 des Verstärkers 14. Das Filter 16 verwendet beispielsweise einen 10-Bit-Analog/Digital-Konverter, der die Versorgungsspannung 13 in einen Digitalwert umwandelt und den Digitalwert mithilfe einer Software filtert. Das Filter 16 kann jedoch jede beliebige Einrichtung zur Filterung der Versorgungsspannung sein. Zum Beispiel kann das Filter 16 ein analoges Tiefpassfilter sein. Im Betrieb tastet das Filter 16 eine Vielzahl von die Versorgungsspannung 13 repräsentierenden Werten ab und mittelt die Vielzahl der Werte, um einen in Volt gemessenen Versorgungsspannungsreferenzwert (V_Ref) 15 zu erhalten und auszugeben.
Außerdem ist innerhalb des Mikroprozessors 11 eine Einrichtung zur Vorausberechnung der Abschneidung bei variabler THD 18 angeordnet. Die Einrichtung zur Vorausberechnung der Abschneidung bei variabler THD 18 empfängt den Versorgungsspannungsreferenzwert 15 und einen in Prozent gemessenen THD-Maximalwert (T_Max) 17 und gibt einen in Millivolt gemessenen THD-Schwellenwert (T_{Schwellenwert}) 19 aus. Der THD-Maximalwert (T_Max) 17 ist ein Wert, der je nach Anwendung variieren kann. Der THD-Schwellenwert (T_{Schwellenwert}) 19 wird mithilfe des Versorgungsspannungsreferenzwerts 15 und des THD-Maximalwerts (T_Max) 17 berechnet und basiert auf einem für einen bestimmten Verstärker verwendeten mathematischen Modell. Zum Beispiel wird für einen Verstärker TDA8566 von Philips folgendes mathematische Modell verwendet: T_{Schwellenwert} = –0,118(V_Ref)² + 37,6(V_Ref) + 2356,3(T_Max)² – 129,2(T_Max) + 83,7(rV_Ref)(T_Max) – 86,4
Innerhalb des Mikroprozessors 11 befinden sich außerdem ein Kalibrator 20 und eine Verstärkungskompensationseinheit 22. Der Kalibrator 20 gleicht die Komponentenvariation (zum Beispiel Verstärkung) aus. Der Kalibrator 20 gibt einen Kalibrierfaktor 21 aus, der mithilfe des Versorgungsspannungsreferenzwerts (V_Ref) 15, eines vorverstärkten Signals 29 und eines den unveränderlichen THD-Schwellenwert übersteigenden Werts 33 berechnet wird. Das vorverstärkte Signal 29 ist das durch den DSP 12 ausgegebene und durch den Verstärker 14 zu verstärkende Signal. Der den unveränderlichen THD-Schwellenwert übersteigende Wert 33 wird durch den Verstärker 14 vorzugsweise dann erzeugt, wenn der Verstärker 14 ein abgeschnittenes Signal erfasst. Der den unveränderlichen THD-Schwellenwert übersteigende Wert 33 kann jedoch durch andere Mittel (wie zum Beispiel eine externe Test- und Messeinrichtung) erfasst werden.
Die Verstärkungskompensationseinheit 22 empfängt den Kalibrierfaktor 21 vom Kalibrator 20 und den THD-Schwellenwert (T_{Schwellenwert}) 19 von der Einrichtung zur Vorausberechnung der Abschneidung bei variabler THD 18. Die Verstärkungskompensationseinheit 22 multipliziert den Kalibrierfaktor 21 mit dem THD-Schwellenwert (T_{Schwellenwert}) 19, wobei das sich ergebende Produkt ein kompensierter THD-Schwellenwert (T_{Schwellenwert}) 25 ist, der die Komponentenvariation ausgleicht. Der kompensierte THD-Schwellenwert 25 ist die maximale Amplitude, die das vorverstärkte Signal 29 haben kann, ohne den THD-Sollwert zu übersteigen.
Der kompensierte THD-Schwellenwert 25 wird am DSP 12 bereitgestellt, der einen Komparator 24 und einen Verzerrungsbegrenzer 26 umfasst. Der Verzerrungsbegrenzer 26 empfängt ein unbearbeitetes Audiosignal 23 und erzeugt das vorverstärkte Signal 29. Der Komparator 24 empfängt ebenfalls das vorverstärkte Signal 29 und vergleicht den kompensierten THD-Schwellenwert 25 mit dem vorverstärkten Signal 29. Wenn der Komparator 24 feststellt, dass das vorverstärkte Signal 29 größer als der kompensierte THD-Schwellenwert 25 ist, erzeugt der Komparator 24 einen den Schwellenwert übersteigenden Wert 27, der an den Verzerrungsbegrenzer 26 gesendet wird. Empfängt der Verzerrungsbegrenzer 26 den den Schwellenwert übersteigenden Wert 27 vom Komparator 24, reduziert der Verzerrungsbegrenzer 26 die Verstärkung des vorverstärkten Signals 29 (d. h. „Einregeln”) mit einer Rate von 0,4 Dezibel pro Millisekunde (dB/ms), bis der Komparator 24 feststellt, dass das vorverstärkte Signal 29 den kompensierten THD-Schwellenwert 25 nicht mehr übersteigt.
Wenn der Komparator 24 den den Schwellenwert übersteigenden Wert 27 nicht erfasst, erhöht der Verzerrungsbegrenzer 26 die Verstärkung des vorverstärkten Signals 29 (das heißt „Abregeln”) mit einer Rate von 0,02 dB/ms, bis die Verstärkung 0 dB erreicht. Es sollte jedoch erkannt werden, dass Einregel- und/oder Abregelrate in Abhängigkeit der Anwendung variieren können.
Das vorverstärkte Signal 29 wird außerdem am Verstärker 14 bereitgestellt, der einen Signalverstärker 28 und eine Einrichtung zur Erfassung der Abschneidung bei unveränderlicher THD 30 umfasst. Der Signalverstärker 28 verstärkt das vorverstärkte Signal 29 und erzeugt ein verstärktes Ausgangssignal 31. Die Einrichtung zur Erfassung der Abschneidung bei unveränderlicher THD 30 empfängt das verstärkte Ausgangssignal 31 und stellt fest, ob das verstärkte Ausgangssignal 31 ein abgeschnittenes Signal ist. Stellt die Einrichtung zur Erfassung der Abschneidung bei unveränderlicher THD 30 fest, dass das verstärkte Ausgangssignal 31 ein abgeschnittenes Signal ist, sendet die Einrichtung zur Erfassung der Abschneidung bei unveränderlicher THD 30 einen den unveränderlichen THD-Schwellenwert übersteigenden Wert 33 an den Kalibrator 20.
Eine mit dem Fachgebiet vertraute Person wird leicht erkennen, dass die voranstehende Beschreibung als eine Darstellung der Implementierung der Prinzipien der Erfindung aufzufassen ist. Diese Beschreibung ist nicht als Einschränkung des Geltungsbereichs oder der Anwendung der Erfindung gedacht, insofern als die Erfindung einer Modifikation, Variation oder Änderung unterworfen werden kann, ohne dass vom Sinn der durch die nachfolgenden Patentansprüche definierten Erfindung abgewichen wird.
Bezugszeichenliste

10: variables Verzerrungsbegrenzungssystem
11: Mikroprozessor
12: Digitalsignalprozessor oder DSP
13: Versorgungsspannung
14: Verstärker
15: Versorgungsspannungsreferenzwert (V_Ref)
16: Filter
17: THD-Maximalwert (T_Max)
18: Einrichtung zur Vorausberechnung der Beschneidung bei variabler THD
19: THD-Schwellenwert (T_{Schwellenwert})
20: Kalibrator
21: Kalibrierfaktor
22: Verstärkungskompensationseinheit
23: unbearbeitetes Audiosignal
24: Komparator
25: kompensierter THD-Schwellenwert
26: Verzerrungsbegrenzer
27: den Schwellenwert übersteigender Wert
28: Signalverstärker
29: vorverstärktes Signal
30: Einrichtung zur Erfassung der Beschneidung bei unveränderlicher THD
31: verstärktes Ausgangssignal
33: den unveränderlichen THD-Schwellenwert übersteigender Wert

Claims

Verfahren zum Vorausberechnen des Abschneidens und der Begrenzung der Verzerrung eines verstärkten Signals, die Schritte umfassend: a) Umwandeln des Wertes einer Versorgungsspannung (13) eines Verstärkers (14) in einen Versorgungsspannungsreferenzwert (15), b) Vorgeben eines je nach Anwendung angepassten maximalen Wertes der Gesamtoberwellenverzerrung THD (17), c) Berechnen eines Schwellenwertes der Gesamtoberwellenverzerrung (19) auf Basis des Versorgungsspannungsreferenzwertes (15) und des maximalen Wertes der Gesamtoberwellenverzerrung THD (17), d) Berechnen eines kompensierten Schwellenwertes der Gesamtoberwellenverzerrung THD (25) auf Basis eines Kalibrierfaktors (21) und des Schwellenwertes der Gesamtoberwellenverzerrung (19), e) Vergleichen eines vorverstärkten Signalwertes (29) mit dem kompensierten Schwellenwert der Gesamtoberwellenverzerrung THD (25) und f) Anpassen der Verstärkung des vorverstärkten Signalwertes (29) auf Basis des Vergleichs von vorverstärktem Signalwert (29) und kompensiertem Schwellenwert der Gesamtoberwellenverzerrung THD (25).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt f) die Amplitude des vorverstärkten Signals (29) um einen bestimmten Wert verkleinert wird, wenn der vorverstärkte Signalwert (29) größer als der kompensierte Schwellenwert der Gesamtoberwellenverzerrung THD (25) ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt f) die Amplitude des vorverstärkten Signals (29) um etwa 0,4 Dezibel pro Millisekunde (dB/ms) verkleinert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt f) die Amplitude des vorverstärkten Signals (29) um einen bestimmten Wert vergrößert wird, wenn der vorverstärkte Signalwert (29) kleiner als der kompensierte Schwellenwert der Gesamtoberwellenverzerrung THD (25) ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt f) die Amplitude des vorverstärkten Signals (29) um etwa 0,02 Dezibel pro Millisekunde (dB/ms) vergrößert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es den Schritt zum Berechnen des Versorgungsspannungsreferenzwertes (15) durch Mitteln einer Vielzahl von einer Versorgungsspannung (13) abgetasteter Versorgungsspannungswerte umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert der Gesamtoberwellenverzerrung (19) unter Verwendung der Gleichung T_{Schwellenwert} = –0,118(V_Ref)² + 37,6(V_Ref) + 2356,3(T_Max)² – 129,2(T_Max) + 83,7(rV_Ref)(T_Max) – 86,4 berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationsschritt die Schritte des Berechnens des Kalibrierfaktors (21) mithilfe des Versorgungsspannungsreferenzwertes (15), des vorverstärkten Signals (29) und eines den unveränderlichen Schwellenwert der THD übersteigenden Wertes (33) umfasst.
System zum Vorausberechnen des Abschneidens und der Begrenzung der Verzerrung eines verstärkten Signals, umfassend: – eine für das Empfangen eines Versorgungsspannungsreferenzwertes (15) und eines maximalen Wertes der Gesamtoberwellenverzerrung THD (17) konfigurierte Einrichtung zur Vorausberechnung des Abschneidens bei variabler THD (18), – einen Komparator (24), der mit der Einrichtung zur Vorausberechnung des Abschneidens bei variabler THD (18) in Verbindung steht und für das Empfangen eines kompensierten Schwellenwertes der Gesamtoberwellenverzerrung THD (25) von dieser Einrichtung konfiguriert ist und – einen Verzerrungsbegrenzer (26), der mit dem Komparator (24) in Verbindung steht und für das Empfangen eines den variablen Schwellenwert der Gesamtoberwellenverzerrung THD übersteigenden Wertes (27) vom Komparator (24) und eines unbearbeiteten Audiosignals (23) und für das Erzeugen eines vorverstärkten Signals (29) auf der Basis des den variablen Schwellenwert der Gesamtoberwellenverzerrung THD übersteigenden Wertes (27) und des unbearbeiteten Audiosignals (23) konfiguriert ist.
System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es außerdem einen Signalverstärker (28) umfasst, der mit dem Verzerrungsbegrenzer (26) in Verbindung steht und für das Empfangen des vorverstärkten Signals (29) vom Verzerrungsbegrenzer (26) konfiguriert ist.
System nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Versorgungsspannungsreferenzwert (15) ein durch ein Filter (16) bereitgestellter gefilterter Versorgungsspannungsreferenzwert ist.
System nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Verstärkungskompensationseinheit (22) umfasst, die mit der Einrichtung zur Vorausberechnung des Abschneidens bei variabler THD (18) und dem Komparator (24) in Verbindung steht und für das Empfangen des Schwellenwertes der Gesamtoberwellenverzerrung (19) von der Einrichtung zur Vorausberechnung des Abschneidens bei variabler THD (18) und für das Senden eines kompensierten Schwellenwertes der Gesamtoberwellenverzerrung THD (25) an den Komparator (24) konfiguriert ist.
System nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Kalibrator (20) umfasst, der mit dem den Versorgungsspannungsreferenzwert (15) erzeugenden Filter (16), dem Verzerrungsbegrenzer (26), der Verstärkungskompensationseinheit (22) und einer Einrichtung zur Erfassung des Abschneidens bei unveränderlicher THD (30) in Verbindung steht und für das Empfangen des Versorgungsspannungsreferenzwertes (15) vom Filter (16), des vorverstärkten Signals (29) vom Verzerrungsbegrenzer (26) und des den unveränderlichen Schwellenwert der THD übersteigenden Wertes (33) von der Einrichtung zur Erfassung des Abschneidens bei unveränderlicher THD (30) konfiguriert ist und einen Kalibrierfaktor (21) an die Verstärkungskompensationseinheit (22) sendet.