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Dokumentenidentifikation DE69623586T2 15.05.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 0782272
Titel Digitale Verarbeitungsschaltung mit Verstärkungsregelung
Anmelder Thomson multimedia, Boulogne, FR
Erfinder Delmas, Christian, 92050 Paris La Defense Cedex, FR
Vertreter Wördemann, H., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 31787 Hameln
DE-Aktenzeichen 69623586
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 18.12.1996
EP-Aktenzeichen 964027825
EP-Offenlegungsdatum 02.07.1997
EP date of grant 11.09.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.05.2003
IPC-Hauptklasse H03M 1/06

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine digitale Verarbeitungsschaltung, deren Eingang aus einem Analog/Digital-Konverter und deren Ausgang aus einem Digital/Analog-Konverter besteht.

Insbesondere betrifft die Erfindung eine Schaltung, die es ermöglicht, die Verstärkung einer digitalen Verarbeitungsschaltung zu regeln, wie sie oben genannt wurde.

Die Erfindung ist anwendbar bei jedem Typ einer Audio- oder Videoanlage, die derartige Schaltungen anwendet, wie zum Beispiel Fernsehempfänger, Videorekorder oder Satellitendekoder usw.

Die Verarbeitungsschaltungen gemäß der Erfindung bestehen daher aus drei elementaren Schaltungen: ein Analog/Digital-Konverter, eine Einheit zur digitalen Verarbeitung und einen Digital/Analog-Konverter.

Eine derartige Schaltung ist insbesondere beschrieben in dem Dokument "Patent Abstracts of Japan, Band 018, Nr. 661(E-1644), 14. Dezember 1994 & JP-A-06 260 936 (MITSUBISHI ELECTRIC CORP.), 16. Dezember 1994.

Zwei Typen einer Konfiguration sind derzeit dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt, um derartige Verarbeitungsschaltungen zu realisieren.

Eine erste Konfiguration besteht in der getrennten Herstellung der drei elementaren Schaltungen und in ihrem Zusammenbau zur Bildung der Verarbeitungsschaltung. Gemäß dieser ersten Konfiguration wird jeder Analog/Digital-Konverter und Digital/Analog-Konverter in seiner Verstärkung durch eins Referenz geregelt, die spezifisch für ihn ist. Es handelt sich um eine Steuerschaltung, die mit der den Konverter darstellenden elementaren Schaltung integriert oder auch nicht integriert sein kann.

Im allgemeinen wird die Referenz, die die Verstärkungsregelung ermöglicht, durch eine spezielle Schaltung aus der Spannungsversorgung des Konverters erzeugt.

Abhängig von der für die Verstärkungsregelung geforderten Genauigkeit ist es dann notwendig, spezifische, mehr oder weniger komplexe und umfangreiche Schaltungen zu realisieren.

Ein weiterer Weg zur Erzeugung der Verstärkungsregelung besteht darin, eine Spannungsreferenz intern dem durch den Konverter dargestellten Bauteil zu verwenden. Diese interne Spannungsreferenz ist dem Fachmann als sogenannte "Bandgap"-Spannung bekannt. Jedoch sind Bandgap-Spannungen gemäß bestimmten Technologien, wie zum Beispiel der CMOS-Technologie schwierig von einer Komponente zu der anderen reproduzierbar. Die Differenz zwischen zwei "Bandgap"-Spannungen für zwei unterschiedliche Bauteile kann tatsächlich einen Wert von 10% erreichen oder sogar übersteigen. Das ergibt eine große Streuung in den Verstärkungsfaktoren für die verschiedenen Schaltungen.

Eine zweite Konfiguration besteht in der Realisierung von drei elementaren Schaltungen aus zwei Bauteilen: Der Analog/Digital-Konverter stellt ein erstes Bauteil dar, und die Anordnung aus der digitalen Verarbeitungseinheit und dem Digital/Analog- Konverter stellt ein zweites Bauteil dar.

Die Verstärkungsregelung der Verarbeitungsschaltung wird dann durch eine Verstärkungsregelung bei jedem der beiden Bauteile bewirkt.

Die Referenz, die die Verstärkungsregelung jedes Bauteils ermöglicht, erfolgt in der oben beschriebenen Weise, d. h. entweder mittels spezieller Schaltungen mit einer hohen Genauigkeit, die jedoch relativ komplex und umfangreich sind, oder mittels "Bandgap"-Spannungen, die schwierig reproduzierbar sind.

Die Erfindung weist diese Nachteile nicht auf.

Die vorliegende Erfindung schlägt eine digitale Verarbeitungsschaltung mit folgenden Merkmalen vor: einem Analog/Digital-Konverter am Eingang der Schaltung, einer Einheit zur digitalen Verarbeitung des Signals von dem Analog/Digital-Konverter und einem Digital/Analog-Konverter am Ausgang der Schaltung zur Umsetzung des Signals von der Einheit zur digitalen Verarbeitung. Gemäß der Erfindung enthält die Verarbeitungsschaltung Mittel zur Verstärkungsregelung der Schaltung aus einer einzigen Referenzspannung derart, daß die Verstärkung der Schaltung von der Referenzspannung unabhängig ist.

Vorzugsweise ist die einzige Referenzspannung eine sogenannte "Bandgap"- Spannung, und die Schaltung ist in CMOS-Technologie ausgeführt.

Allgemein kann die Schaltung gemäß der Erfindung jedoch auch in anderen Technologien ausgeführt sein.

Besondere Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2, 3 und 5 bis 9 angegeben.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Studium einer bevorzugten Ausführungsform an einem nicht-einschränkenden Beispiel anhand der beigefügten Figuren. In den Figuren zeigen:

- Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

- Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In allen Figuren bezeichnen gleiche Bezugsziffern die gleichen Teile.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Verarbeitungsschaltung besteht aus einem Analog/Digital-Konverter 1, einer digitalen Verarbeitungsschaltung 2 und einem Digital/Analog-Konverter 3. Gemäß der Ausführungsform von Fig. 1 ist der Digital/Analog-Konverter 3 stromgesteuert, um die Vorgänge der Kommutierung zu erleichtern. In vorteilhafter Weise dient eine einzige Referenzspannung VB zur gleichzeitigen Bildung der Referenzspannung V2 des Analog/Digital-Konverters und des Referenzstroms Iref des Digital/Analog- Konverters.

Die Referenzspannung V2 wird vom Verstärker A2 mit der Verstärkung G2 abgenommen, der an seinem Eingang die Spannung VB empfängt. Es ergibt sich dann:

V2 = G2 · VB.

Die Spannung VB wird dem nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers A3 zugeführt, dessen invertierender Eingang einerseits über den Widerstand R1 mit Schaltungsmasse und andererseits mit der Source eines Transistors T verbunden ist. Das Gate oder die Basis und das Drain des Transistors T2 sind mit dem Ausgang des Differenzverstärkers A3 bzw. mit dem Punkt des Digital/Analog-Konverters verbunden, von dem der Referenzstrom Iref abgeleitet wird. Der Differenzverstärker mit der sehr hohen Verstärkung G3 ist derart ausgelegt, daß V+ = V-, wobei V+ und V- die dem nicht invertierenden Eingang zugeführte Spannung bzw. die dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers A3 zugeführte Spannung sind.

Daraus ergibt sich, daß die an den Anschlüssen des Widerstands R1 gebildete Spannung V3 gleich der Spannung VB ist. Der Referenzstrom Iref ist dann derart, daß:

Iref = VB/R1.

Wie dem Fachmann bekannt, schreibt sich der Ausgangsstrom IS, der durch den Widerstand RS fließt, der die Ausgangslast des Digital/Analog-Konverters 3 bildet, folgendermaßen:

wobei:

- Im = k · Iref, wobei Im den maximal verfügbaren Strom am Ausgang der Verarbeitungsvorrichtung darstellt, k ein Koeffizient für die Struktur des Digital/Analog- Konverters ist,

- N den Stellenwert des umgesetzten binären Codes bezeichnet, das heißt eine ganze Zahl zwischen 0 und 2n-1 für einen Konverter mit n Bit,

- 2n-1 den maximalen Stellenwert bezeichnet, den der umgesetzte binäre Code annehmen kann.

Die am Ausgang S der Verarbeitungsschaltung gebildete Spannung VS schreibt sich dann:

oder, Iref = VB/R1, dann ergibt sich:

Vorzugsweise enthält die Verarbeitungsschaltung an ihrem Eingang einen Verstärker A1 mit der Verstärkung G1. Daraus folgt, daß die Spannung V1 am Eingang des Analog/Digital-Konverters 1 derart ist, daß:

V1 = G1 · VE,

wobei VE die dem Eingang E der Verarbeitungsschaltung zugeführte Spannung ist.

Wie dem Fachmann bekannt, schreibt sich die Spannung V1 am Eingang des Konverters 1 folgendermaßen:

V1 = N · ΔV,

wobei N der Stellenwert des binären Codes ist, wie bereits vorangehend erwähnt, und ΔV der elementare Schritt der zu konvertierenden analogen Spannung ist.

Es ergibt sich dann:

VE = N · ΔV/G1,

oder

und V2 = G2 · VB.

Daraus folgt:

Die Verstärkung der Verarbeitungsschaltung schreibt sich somit:

G = VS/VE,

zum Beispiel:

Wie sich aus der Gleichung für die Verstärkung G ergibt, ist der Wert von G von dem Wert der Referenzspannung VB nicht abhängig.

In vorteilhafter Weise wird der Wert der Verstärkung der Verarbeitungsschaltungen gemäß der Erfindung nicht durch die Schwierigkeit beeinträchtigt, die bei der Reproduzierung des Wertes der Spannung VB bestehen könnte.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform sind die verschiedenen, die Verstärker A1, A2, A3 bildenden Elemente, der Transistor T, die Konverter 1 und 3 und die digitale Verarbeitungsschaltung 2 in derselben, in CMOS-Technologie hergestellten Komponente integriert. Wie früher erwähnt, ist die Referenzspannung VB dann eine "Bandgap"-Spannung intern zu dem Bauteil, und deren Änderungen können von einer Komponente zu der anderen 10% erreichen oder übersteigen.

In vorteilhafter Weise sind die Verstärkungswerte der verschiedenen, in CMOS- Technologie hergestellten Verarbeitungsschaltungen dann durch die Änderungen in der "Bandgap"-Spannung nicht beeinträchtigt.

Gemäß der Erfindung können die Widerstände R1 und RS mit den die Verarbeitungsschaltung bildenden Komponenten integriert oder auch nicht integriert sein.

In dem Fall, wo de Widerstände R1 und RS nicht mit der Komponente integriert sind, ist der Verstärkungswert der Verarbeitungsschaltung durch Änderung des Wertes der Widerstände einstellbar. In vorteilhafter Weise wird die Einstellung des Wertes der Verstärkung gemäß der Erfindung dann gegenüber der Einstellung, die bei Schaltungen nach dem Stand der Technik angewendet wird, vereinfacht.

Die Genauigkeit in dem Verstärkungswert G ist abhängig von der Genauigkeit der Widerstände RS und R1, der Verstärkungen G1 und G2 und dem Koeffizienten k. Im allgemeinen sind die Werte der Verstärkungen G1 und G2 und des Koeffizienten k leicht reproduzierbar. Daraus folgt, daß die Genauigkeit des Wertes der Verstärkung G meistens nur von der Genauigkeit der Widerstände RS und R1 abhängig ist. Daher kann der Benutzer zum Beispiel Widerstände mit 5% für Anwendungen wählen, die keine hohe Genauigkeit erfordern, oder Widerstände mit 0,1% für Anwendungen, die eine hohe Genauigkeit erfordern. Im letzten Fall, d. h. der Fall, wo die Widerstände eine große Genauigkeit aufweisen, haben die für die verschiedenen Verarbeitungsschaltungen erhaltenen Verstärkungen Werte, die innerhalb eines Bereiches von weniger oder gleich 2% reproduzierbar sind.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform enthält die Verarbeitungsschaltung keine Verstärker A1 und A2. Daraus folgt, daß die Verstärkungen G1 und G2, die in dem Ausdruck für G erscheinen, beide gleich 1 sind. Diese Anwendung entspricht einem Kodier-Dynamikbereich gleich der Referenzspannung, da V2 gleich VB ist. Die Verstärkung der Verarbeitungsschaltung ist ausschließlich nur von den Widerständen RS und R1 und dem Faktor k abhängig. Die Änderung der Verstärkung G von einer Schaltung zu der anderen kann daher sehr klein gemacht werden.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gemäß dieser zweiten Ausführungsform wird der Ausgangs-Digital/Analog-Konverter 4 durch eine Referenzspannung Vref gesteuert. Die Referenzspannung Vref wird aus der Spannung VB gewonnen.

Zu diesem Zweck wird die Spannung VB dem nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers A3 zugeführt, dessen invertierender Eingang einerseits über einen Widerstand R3 mit Schaltungsmasse und andererseits über einen Widerstand R2 mit dem Ausgang des Verstärkers A3 verbunden ist.

Die Referenzspannung Vref ist die Spannung am Ausgang des Verstärkers A3.

Daraus folgt:

Vref = G&sub0; · VB,

wobei G&sub0; gleich 1 + R2/R3 ist.

Die Ausgangsspannung VS des Digital/Analog-Konverters ist durch folgenden Ausdruck gegeben:

Bei dem Analog/Digital-Konverter am Eingang ist die in Fig. 2 beschriebene Schaltung identisch mit der in Fig. 1 beschriebenen Schaltung. Daraus folgt, daß der Ausdruck für die Eingangsspannung VE ebenfalls folgendermaßen geschrieben werden kann:

Folglich kann der Ausdruck der Verstärkung G, der das Verhältnis zwischen der Spannung VS und der Spannung VE ist, folgendermaßen geschrieben werden:

G = G1/G2 · G&sub0;.

Ebenso wie im Fall der Fig. 1 können die verschiedenen Elemente wie die Verstärker A1, A2, A3, die Konverter 1 und 4 und die digitale Verarbeitungsschaltung 2 innerhalb ein und derselben Komponente integriert und mit derselben Technik hergestellt sein, zum Beispiel durch die CMOS-Technologie, In vorteilhafter Weise können die Widerstände R2 und R3 mit der Komponente integriert sein, die die Verarbeitungsschaltung darstellt, oder auch mit Elementen außerhalb der Komponente.

In vorteilhafter Weise kann in dem Fall, wo die Widerstände R2 und R3 nicht mit der Komponente integriert sind, der Wert der Verstärkung der Verarbeitungsschaltung ebenfalls durch Änderung des Wertes der Widerstände einstellbar sein.

Unabhängig von der Ausführungsform der Verarbeitungsschaltung gemäß der Erfindung betrifft eine besonders interessante Anwendung Geräte, für die ein Signal entweder einem ersten Weg, in dem die digitale Verarbeitung erfolgt, oder einem zweiten Weg zugeführt wird, in dem keine digitale Verarbeitung erfolgt. Es ist dann häufig notwendig, daß die Verstärkung des Signals im wesentlichen dieselbe ist, unabhängig davon, welchen Weg das Signal durchläuft.

Ein Beispiel der Vorrichtung, wie das oben erwähnte, betrifft ein Filter zur Trennung der Luminanzkomponente und der Chrominanzkomponente des Videosignals in Abhängigkeit davon, ob das Videosignal vom Typ PAL oder vom Typ SECAM ist. Für das Signal vom Typ PAL ist der erste Weg ein gefilterter Weg, d. h. der einer Analog/Digital-Umsetzung, einer digitalen Verarbeitung und einer Digital/Analog- Umsetzung unterliegt. Für das Signal vom Typ SECAM ist der zweite Weg ein Weg der nicht der obengenannten digitalen Verarbeitung unterliegt und allgemein mit "Umgehungs" (bypass)-Weg bezeichnet wird. Die Verstärkung der beiden Wege muß im wesentlichen dieselbe sein.

In vorteilhafter Weise kann die Erfindung eine derartige Einheit realisieren.

Die oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung betreffen eine Schaltung zur Verstärkungsregelung, für die die Schaltung der Eingangs-Analog/Digital- Umsetzung spannungsgesteuert und die Schaltung des Digital/Analog-Konverters am Ausgang spannungsgesteuert oder stromgesteuert ist. Allgemeiner betrifft die Erfindung eine Schaltung zur Verstärkungsregelung mit digitaler Verarbeitung, für die der Analog/Digital-Konverter am Eingang entweder spannungsgesteuert oder stromgesteuert ist, ebenso wie der Digital/Analog-Konverter am Ausgang.


Anspruch[de]

1. Digitale Verarbeitungsschaltung mit:

- einem Analog/Digital-Konverter (1) am Eingang der Schaltung,

- einer Einheit (2) zur digitalen Verarbeitung des Signals von dem Analog/Digital- Konverter (1) und

- einem Digital/Analog-Konverter (3, 4) am Ausgang der Schaltung zur Umsetzung des Signals von der Einheit (2) zur digitalen Verarbeitung,

gekennzeichnet durch

Mittel (A1, A2, R1, R2, R3, RS) zur Verstärkungsregelung der Schaltung aus einer einzigen Referenzspannung VB derart, daß die Verstärkung der Schaltung von der Referenzspannung VB unabhängig ist.

2. Verarbeitungsschaltung nach Anspruch 1, in der der Digital/Analog-Konverter (3) am Ausgang stromgesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Verstärkungsregelung folgendes enthalten:

- einen ersten Verstärker (A2) mit der Verstärkung G2, der die Steuerspannung V2 = G2 · VB des Analog/Digital-Konverters (1) liefert,

- einen Differenzverstärker (A3), dessen nicht-invertierender Eingang mit der Spannung VB und dessen invertierender Eingang über einen ersten Widerstand (R1) mit Schaltungserde und andererseits mit dem Source eines Transistors (T) verbunden ist, dessen Basis und Drain jeweils mit dem Ausgang des Differenzverstärkers (A3) bzw. einem Punkt des Digital/Analog-Konverters (3) verbunden ist, von wo der Referenzstrom (Iref) extrahiert wird, und

- einen Ausgangswiderstand (RS), der einerseits mit dem Ausgang (S) der Verarbeitungsschaltung und andererseits mit Schaltungserde verbunden ist.

3. Verarbeitungsschaltung nach Anspruch 1, in der der Digital/Analog-Konverter (4) am Ausgang spannungsgesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Regelung der Verstärkung folgendes enthalten:

- einen ersten Verstärker (A2) mit der Verstärkung G2, der die Steuerspannung V2 = G2 · VB des Analog/Digital-Konverters (1) liefert, und

- einen Differenzverstärker (A3), dessen nicht-invertierender Eingang mit der Spannung VB und dessen invertierender Eingang einerseits mit Schaltungserde über einen zweiten Widerstand (R3) und andererseits mit dem Ausgang des Differenzverstärkers (A3) über einen dritten Widerstand (R2) verbunden ist, und daß der Ausgang des Differenzverstärkers mit der Referenzsteuerung des Digital/Analog-Konverters (4) verbunden ist.

4. Verarbeitungsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannung VB eine "Bandgap"-Spannung ist.

5. Verarbeitungsschaltung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Analog/Digital-Konverter (1) die Einheit (2) zur digitalen Verarbeitung, der Digital/Analog-Konverter (3, 4), der erste Verstärker (A2) und der Differenzverstärker (A3) auf derselben Komponente in CMOS-Technologie ausgebildet sind.

6. Verarbeitungsschaltung nach Anspruch 5 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (T) in CMOS-Technologie auf demselben Substrat ausgebildet ist.

7. Verarbeitungsschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand (R1) und der Ausgangswiderstand (RS) in CMOS-Technologie auf demselben Substrat ausgebildet sind.

8. Verarbeitungsschaltung nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite (R3) und der dritte (R2) Widerstand in CMOS-Technologie auf demselben Substrat ausgebildet sind.

9. Verarbeitungsschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Widerstände extern zu demselben Substrat liegt, damit er die Verstärkung der Verarbeitungsschaltung regeln kann.







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