[发明专利]对输入信号进行脉冲宽度调制的配置

说明书

技术领域

本发明涉及一种对输入信号进行脉冲宽度调制的配置，所述配置包括脉冲宽度调制器和与至脉冲宽度调制器的输入端相连的、对所述脉冲宽度调制器的非线性误差进行预补偿的预补偿装置。该配置可从以下文献中获悉：“Dynamic Model-Based Linearization of QuantizedPulse-Width Modulation for Applications in Digital-to-AnalogConversion and Digital Power Amplifier Systems”，M.O.J.Hawksford，Journal of Audio Engineering Society，Vol.40，April1992，PP.235-252。

背景技术

例如，该配置可用于驱动D类音频功率放大器。D类技术使得能够实现大功率音频放大器，这些放大器足够小，从而可以设计时尚的多通道音频系统。输入信号传递到脉冲宽度调制器，通过基本上高于最高音频频率的切换频率被转换成两电平脉冲宽度调制信号(电平0和1)或者三电平脉冲宽度调制信号(电平-1、0和+1)。该脉冲宽度调制信号可以驱动C-MOS开关，C-MOS开关继而通过LC滤波器驱动扬声器，该LC滤波器用于从扬声器基本上去除高切换频率的信号分量。因为开关和LC滤波器中的功率损耗相对较小，所以D类放大器具有较高的功率效率。

但问题在于脉冲宽度调制本质上是非线性操作，特别是对于较高的调制指数，这导致脉冲宽度调制的输出信号遭受非线性失真。这种非线性是由于每个单独脉冲的频谱作为脉冲宽度的函数被动态调整而引起的。所有脉冲的连续总和导致了作为非线性根源的动态频谱调制。上述文献旨在通过采用其系数随输入数据而变换(shift)的有限脉冲响应滤波器对脉冲宽度调制器的输入数据进行处理，对脉冲宽度调制器的非线性失真进行预补偿。这导致了实现非常复杂，而非线性失真仅降低了大约10dB。

发明内容

本发明的目的是采用较低复杂度和更有效的实现方式对脉冲宽度调制器的非线性失真进行预补偿，因此，根据本发明的配置具有以下特征：预补偿装置，包括另一脉冲宽度调制器，该脉冲宽度调制器与最初提到的脉冲宽度调制器基本上相同，并相连以接收输入信号；减法装置，针对输入信号的基带频率，从两倍的输入信号中减去另一脉冲宽度调制器的输出；以及将减法装置的输出提供至最初提到的脉冲宽度调制器的输入。

本发明的基本思想是首先将输入信号S施加至脉冲宽度调制器，以产生失真的输出信号S+ε，针对感兴趣的频带，失真的输出信号S+ε包括与输入信号相等的无失真部分S以及由脉冲宽度调制器添加到信号上的误差信号ε。减法装置从两倍的输入信号(2S)中减去该信号S+ε，从而获得以原始失真的逆而失真的失真信号S-ε。该失真信号再次经过脉冲宽度调制，此脉冲宽度调制的误差信号ε实质上抵消了其输入信号的逆误差。

本发明可以应用于模拟输入信号和模拟脉冲宽度调制器，也可以应用于数字输入信号和数字脉冲宽度调制器。已发现，在模拟实现中，当信号的调制指数是大约95％或更大时，脉冲宽度调制器的非线性变得明显。与此相反，数字脉冲宽度调制器在低得多的调制指数下其非线性变得明显。

可以注意到，数字脉冲宽度调制器可以将数字编码的输入信号的每n比特码字转换成多个(2ⁿ个)一比特采样，其中取决于输入信号的相邻数字具有一个比特值，而其余也相邻的采样具有另一比特值。因此2ⁿ个采样代表具有2ⁿ个可能的阶梯型取值位置(flank-position)的宽度调制脉冲。

本发明的另一目的是提供一种对数字编码输入信号进行脉冲宽度调制的配置，这种配置尤其具有以下特征：所述两个脉冲宽度调制器都是数字脉冲宽度调制器，其输出信号具有比输入信号的采样率大的采样率，而且所述另一脉冲宽度调制器的输出信号经过抽取器的处理，该抽取器将采样率减小到数字编码输入信号的采样率。尽管将最初提到的数字脉冲宽度调制器的输出施加到(直接或通过DA转换器)该配置的输出，但是将另一数字脉冲宽度调制器的输出施加至抽取器，该抽取器将2ⁿ个采样转换为单个多比特码字，以与多比特输入信号码字组合。换句话说：因为一个多比特输入采样产生输出信号中的多个一比特采样，所以在将另一脉冲宽度调制器的数字输出信号与两倍的输入信号组合以形成失真信号S-ε之前，将其施加至抽取器，以使使该输出信号的采样率与输入信号的采样率相等。