(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: (13) (1) T3 Int.Cl. H03M 3/02 (06.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 13/04 EP B1 (4) Tytuł wynalazku: Modulator delta-sigma i metoda ditheringu z możliwością wykorzystywania ditheringu do eliminacji jałowych tonów () Pierwszeństwo: (43) Zgłoszenie ogłoszono: w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 11/21 (4) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: Wiadomości Urzędu Patentowego 13/06 (73) Uprawniony z patentu: Micro Motion, Inc., Boulder, US (72) Twórca(y) wynalazku: PL/EP T3 STIG LINDEMANN, Aarhus, DK MADS KOLDING NIELSEN, Hovedgaard, DK (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Andrzej Rosa POLSERVICE KANCELARIA RZECZNIKÓW PATENTOWYCH SP. Z O.O. ul. Bluszczańska Warszawa Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).

2 - 2 - Opis Tło wynalazku 1. Dziedzina wynalazku [0001] Niniejszy wynalazek dotyczy modulatora deltasigma, a w szczególności modulatora delta-sigma i metody ditheringu, z możliwością wykorzystywania ditheringu do eliminacji jałowych tonów (idle tones). 2. Przedstawienie problemu 1 2 [0002] Modulator delta-sigma zawiera elektroniczne urządzenie lub obwód, który przetwarza na sygnał cyfrowy wejściowy sygnał analogowy i stanowi szeroko stosowany przetwornik analogowo cyfrowy (ADC) - (analog-to-digital converter). Fig. 1 przedstawia modulator delta-sigma według dotychczasowego stanu techniki. Modulator delta-sigma według dotychczasowego stanu techniki zawiera układ całkujący na wejściu sygnału analogowego i wyjście układu całkującego jest wprowadzane do procesora strumienia bitów. Procesor strumienia bitów odbiera wejściowy sygnał analogowy i generuje odpowiedni (szeregowy) wyjściowy, cyfrowy strumień bitów. Sygnał wyjściowy procesora strumienia bitów stanowi wyjściowy sygnał cyfrowy modulatora delta-sigma. [0003] Powszechną i znaną niedogodnością modulatora delta-sigma dotychczasowego stanu techniki jest to, że sygnał wyjściowy zwykle zawiera niepożądany szum. W konsekwencji, modulator delta-sigma dotychczasowego stanu techniki zawiera sygnał ditheringu, który jest wprowadzany do sygnału wejściowego, w celu uzyskania przynajmniej pewnej randomizacji analogowego sygnału wejściowego. Sygnał

3 ditheringu może mieć niską amplitudę tak, że dithering jest efektywny tylko przy niskich amplitudach sygnału wejściowego, lub w czasie pracy jałowej (idle times). [0004] Niedogodnością modulatorów delta-sigma dotychczasowego stanu techniki jest to, że mogą być generowane błędne sygnały wyjściowe, kiedy sygnał wejściowy jest jałowy i zawiera jałowe tony, które są generowane, kiedy wejściowy sygnał analogowy zawiera wartości lub sygnały prądu stałego (DC) (direct current). Podczas takiej okresowości w sygnale wyjściowym modulatora deltasigma dotychczasowego stanu techniki wytwarzane są jałowe tony, zawierające piki szumu w sygnale wyjściowym. Wspomniane piki szumu mogą być błędnie interpretowane jako wartości cyfrowe. [000] Inną niedogodnością dotychczasowego stanu techniki jest to, że dithering jest wykonywany zawsze i nie jest aktywowany w zależności od potrzeb. [0006] Podejście ditheringu przez przerzucanie bitów (bit-flipping) jest opisane w pracy Magrath A J et al., Digital-Domain Dithering of Sigma-Delta Modulators Using Bit Flipping, Journal of the Audio Engineering Society, Audio Engineering Society, New York, NY, US, vol. 4, no. 6, 1 czerwca 1997, strony , XP ISSN: Magrath wykrywa, kiedy graniczny cykl przekracza z góry określoną długość i losowo przerzuca stan kwantyzatora. Aspekty wynalazku [0007] W jednym aspekcie wynalazku, modulator deltasigma z możliwością wykorzystania ditheringu do eliminacji jałowych tonów, zawiera:

4 -4-1 konwerter strumienia bitów, dostosowany do generowania wyjściowego sygnału cyfrowego, w zasadzie odpowiadającego wejściowemu sygnałowi analogowemu; detektor okresowości, sprzężony z konwerterem strumienia bitów i dostosowany do wykrywania okresowości w wyjściowym sygnale cyfrowym; generator sekwencji ditheringu, połączony z i aktywowany przez detektor okresowości kiedy zostanie wykryta okresowość, przy czym generator sekwencji ditheringu generuje sekwencję ditheringu; oraz generator modulacji szerokości impulsu (PWM) (pulsewidth modulation), sprzężony z generatorem sekwencji ditheringu i odbierający sekwencję ditheringu, przy czym generator PWM moduluje sekwencję ditheringu na wejściowym sygnale analogowym modulatora delta-sigma jako sygnał ditheringu. 2 [0008] Korzystnie, generator sekwencji ditheringu generuje w zasadzie losową sekwencję ditheringu. [0009] Korzystnie, modulator delta-sigma zawiera ponadto układ całkujący, dostosowany do wprowadzania wejściowego sygnału analogowego i sygnału ditheringu do konwertera strumienia bitów. [00] Korzystnie, detektor okresowości porównuje okno próbkowania wyjściowego sygnału cyfrowego z jednym lub większą liczbą z góry określonych wzorców i okresowość jest wykrywana, gdy okno próbkowania pasuje do co najmniej jednego wzorca spośród jednego lub większej liczby z góry określonych wzorców. [0011] Korzystnie, detektor okresowości maskuje jedną lub większą liczbę części wyjściowego sygnału cyfrowego przy użyciu jednej lub większej liczby z góry określonych masek, w celu wygenerowania jednej lub większej liczby

5 maskowanych części i porównuje pozostałą zawartość cyfrową jednej lub większej liczby maskowanych części ze z góry określonym progiem maskowania, przy czym okresowość jest wykrywana, gdy pozostała zawartość cyfrowa przekracza z góry określony próg maskowania. [0012] Korzystnie, detektor okresowości filtruje jedną lub większą liczbę części wyjściowego sygnału cyfrowego, w celu wygenerowania jednej lub większej liczby filtrowanych części, przetwarza jedną lub większą liczbę filtrowanych części, w celu ustalenia obecności harmonicznych i porównuje harmoniczne ze z góry określonym progiem harmonicznych, przy czym okresowość jest wykrywana, gdy harmoniczne przekraczają z góry określony próg harmonicznych. [0013] Korzystnie, detektora okresowości filtruje grzebieniowo jedną lub większą liczbę części wyjściowego sygnału cyfrowego, w celu wygenerowania jednej lub większej liczby części filtrowanych grzebieniowo, przetwarza jedną lub większą liczbę części filtrowanych grzebieniowo, w celu ustalenia obecności harmonicznych i porównuje harmoniczne ze z góry określonym progiem harmonicznych, przy czym okresowość jest wykrywana, gdy harmoniczne przekraczają z góry określony próg harmonicznych. [0014] W jednym aspekcie wynalazku, metoda ditheringu w modulatorze delta-sigma, z możliwością wykorzystywania ditheringu do eliminacji jałowych tonów, obejmuje: wykrywanie okresowości w wyjściowym sygnale cyfrowym modulatora delta-sigma; aktywowanie sygnału ditheringu, skierowanego na wejściu modulatora delta-sigma w okresach, kiedy wykrywana jest okresowość;

6 -6- generowanie w zasadzie losowej sekwencji jako sekwencji ditheringu; oraz modulowanie sekwencji ditheringu na wyjściu modulatora delta-sigma jako cyfrowego sygnału ditheringu z modulacją szerokości impulsu (PWM) (pulse-width modulation), przy czym generowanie i modulowanie są aktywowane w okresach, kiedy wykrywana jest okresowość. 1 2 [001] Korzystnie, wykrywanie okresowości obejmuje ponadto porównywanie okna próbkowania wyjściowego sygnału cyfrowego z jednym lub większą liczbą z góry określonych wzorców i okresowość jest wykrywana, gdy okno próbkowania pasuje do co najmniej jednego wzorca spośród jednego lub większej liczby z góry określonych wzorców. [0016] Korzystnie, wykrywanie okresowości obejmuje ponadto maskowanie jednej lub większej liczby części wyjściowego sygnału cyfrowego przy użyciu jednej lub większej liczby z góry określonych masek, w celu generowania jednej lub większej liczby maskowanych części oraz porównywanie pozostałej zawartości cyfrowej jednej lub większej liczby maskowanych części ze z góry określonym progiem maskowania, przy czym okresowość jest wykrywana, gdy pozostała zawartość cyfrowa przekracza z góry określony próg maskowania. [0017] Korzystnie, wykrywanie okresowości obejmuje ponadto filtrowanie jednej lub większej liczby części wyjściowego sygnału cyfrowego, w celu wygenerowania jednej lub większej liczby filtrowanych części, przetwarzanie jednej lub większej liczby filtrowanych części, w celu ustalenia obecności harmonicznych oraz porównywanie harmonicznych ze z góry określonym progiem harmonicznych, przy czym okresowość jest wykrywana, gdy harmoniczne przekraczają z góry określony próg harmonicznych.

7 -7- [0018] Korzystnie, wykrywanie okresowości obejmuje ponadto filtrowanie grzebieniowe jednej lub większej liczby części wyjściowego sygnału cyfrowego, w celu wygenerowania jednej lub większej liczby części filtrowanych grzebieniowo, przetwarzanie jednej lub większej liczby filtrowanych grzebieniowo części, w celu ustalenia obecności harmonicznych oraz porównywanie harmonicznych ze z góry określonym progiem harmonicznych, przy czym okresowość jest wykrywana, gdy harmoniczne przekraczają z góry określony próg harmonicznych. Opis rysunków 1 [0019] Ten sam oznacznik odsyłający reprezentuje ten sam element na wszystkich rysunkach. Należy zauważyć, że rysunki nie muszą być wykonywane w skali. 2 Fig. 1 przedstawia modulator delta-sigma według dotychczasowego stanu techniki. Fig. 2 przedstawia modulator delta-sigma według przykładu wykonania wynalazku. Fig. 3 przedstawia wykres sygnału wyjściowego modulatora delta-sigma z i bez ditheringu według wynalazku. Fig. 4 przedstawia algorytm metody ditheringu w modulatorze delta-sigma według przykładu wykonania wynalazku. Szczegółowy opis wynalazku [00] Fig. 2-4 i poniższy opis ilustrują specyficzne przykłady, w celu pouczenia specjalistów w danej dziedzinie, w jaki sposób wykorzystywać najlepszy tryb

8 wynalazku. W celu przedstawienia zasad wynalazku, pewne tradycyjne aspekty zostały uproszczone lub pominięte. Specjaliści w danej dziedzinie zauważą możliwość wprowadzenia zmian w tych przykładach, które mieszczą się w zakresie wynalazku. Specjaliści w danej dziedzinie zauważą, że cechy opisane poniżej mogą być łączone w różny sposób, w celu uzyskania wielu wersji wynalazku. W efekcie, wynalazek nie jest ograniczony do specyficznych przykładów opisanych poniżej, ale tylko przez zastrzeżenia i ich równoważniki. [0021] Fig. 2 przedstawia modulator delta-sigma 0 według przykładu wykonania wynalazku. Modulator delta-sigma 0 zawiera przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC) (analogto-digital converter), który może przetwarzać analogowy sygnał napięciowy na odpowiednią szeregową reprezentację cyfrową. [0022] Modulator delta-sigma 0 zawiera procesor połączony z układem całkującym 4. Układ całkujący 4 obejmuje wejście sygnału analogowego 1, które odbiera analogowy sygnał wejściowy, w celu przekształcenia go w wyjściowy sygnał cyfrowy. W pewnych przykładach wykonania, układ całkujący 4 może obejmować wiele stanów (tj. rzędy). Na przykład, układ całkujący 4 może zawierać dwa układy całkujące i wówczas modulator delta-sigma 0 zawiera modulator drugiego rzędu. Jednakże należy zauważyć, że modulator delta-sigma 0 może zawierać modulator dowolnego rzędu. Procesor zawiera ponadto wyjście 123 sygnału cyfrowego, które może być połączone z dowolnym rodzajem innego urządzenia i ścieżkę 126 sprzężenia zwrotnego, która jest połączona z układem całkującym 4. Ścieżka 126 sprzężenia zwrotnego wprowadza wyjściowy sygnał cyfrowy z konwertera 7 strumienia bitów ponownie do wejścia konwertera 7 strumienia bitów.

9 [0023] Ścieżka 126 sprzężenia zwrotnego wprowadza również z powrotem sygnał ditheringu do układu całkującego 4 i układ całkujący 4 łączy sygnał ditheringu z analogowym sygnałem wejściowym. Sygnał ditheringu zawiera dodany w sposób zamierzony, w zasadzie losowy sygnał, który jest wykorzystywany do randomizacji lub minimalizacji jałowych tonów/okresowości, występującej w wyjściowym sygnale po konwersji A/C. [0024] Procesor może implementować procesy, które wykonują konwersję A/C. Procesy są realizowane przez konwerter 7 strumienia bitów, detektor okresowości 111, generator 116 sekwencji ditheringu i generator 119 modulacji szerokości impulsu (PWM) - (pulse-width modulation). Procesor może obejmować komputer ogólnego przeznaczenia, system mikroprocesorowy, obwód logiczny, lub układ scalony do danego zastosowania, lub jakieś inne urządzenie przetwarzające ogólnego przeznaczenia lub specjalizowane. Procesor może zawierać jedno lub większą liczbę urządzeń przetwarzających. Procesor może zawierać dowolny rodzaj zintegrowanego lub niezależnego elektronicznego medium pamięciowego. Jednakże, należy zauważyć, że procesor może alternatywnie zostać zastąpiony przez lub zawierać dyskretny obwód, dostosowany do wykonywania procesów. [002] Konwerter 7 strumienia bitów odbiera analogowy sygnał wejściowy powiększony o dowolny, nakładany na niego sygnał ditheringu. Konwerter 7 strumienia bitów wykonuje konwersję A/C i generuje szeregowy, cyfrowy strumień bitów na wyjściu 123 sygnału cyfrowego. Szeregowy, cyfrowy strumień bitów zawiera cyfrową reprezentację sygnału analogowego na wejściu sygnału analogowego 1. [0026] Ponadto, konwerter 7 strumienia bitów jest sprzężony z detektorem okresowości 111. Wyjściowy sygnał

10 cyfrowy konwertera 7 strumienia bitów jest wykorzystywany do wykrywania okresowości. Co więcej, konwerter 7 strumienia bitów jest ponadto sprzężony z generatorem 119 PWM. [0027] Szeregowy, cyfrowy strumień bitów dostarcza współczynnik wzmocnienia, który jest wykorzystywany do sterowania lub konfigurowania wyjściowego sygnału PWM z generatora 119 PWM. Konwerter 7 strumienia bitów może dostarczać współczynnik wzmocnienia do generatora 119 PWM bez potrzeby stosowania jakichkolwiek zewnętrznych elementów ustalających lub określających wzmocnienie (tj. rezystorów czy kondensatorów), gdyż zewnętrzne elementy mogą wprowadzać dryft termiczny lub inny szum. [0028] Detektor okresowości 111 jest sprzężony z konwerterem 7 strumienia bitów i z generatorem 116 sekwencji ditheringu. Detektor okresowości 111 jest dostosowany do wykrywania okresowości w cyfrowym, wyjściowym strumieniu bitów modulatora delta-sigma 0. Kiedy detektor okresowości 111 wykryje okresowość w cyfrowym, wyjściowym strumieniu bitów, detektor okresowości 111 może zmienić swoją wartość wyjściową i może odpowiednio aktywować lub dezaktywować generator 116 sekwencji ditheringu. Możliwość aktywowania i dezaktywowania generatora 116 sekwencji ditheringu przez detektor okresowości 111 umożliwia detektorowi okresowości 111 aktywować lub dezaktywować sygnał ditheringu. [0029] Detektor okresowości 111 może wykrywać okresowość w różny sposób. W jednym przykładzie wykonania, detektor okresowości 111 wykorzystuje tabelę przeglądową. Detektor okresowości 111 porównuje okno próbkowania wyjściowego sygnału cyfrowego z jednym lub większą liczbą z góry określonych wzorców i okresowość jest wykrywana, gdy okno próbkowania pasuje do co najmniej jednego wzorca spośród

11 jednego lub większej liczby z góry określonych wzorców. Okno może mieć z góry określoną wielkość, dostosowaną do objęcia oczekiwanej okresowości. Okno jest przesuwane w czasie i powtarzane porównania z tabelą są wykonywane iteracyjnie. W pewnych przykładach wykonania, pojedyncze dopasowanie do tabeli może być wystarczające do wykrycia okresowości, ale alternatywnie, w innych przykładach wykonania, może być potrzebne stwierdzenie wielu odpowiedników. [00] Dalsze przetwarzanie może być konieczne do wykonania w odniesieniu do stwierdzonych wpisów w tabeli. Na przykład, pewien sposób uśredniania lub całkowania może być wykonywany w odniesieniu do dopasowanych wpisów w tabeli, w celu ostatecznego stwierdzenia okresowości. [0031] W innym przykładzie wykonania, detektor okresowości 111 wykonuje maskowanie, w celu wykrycia okresowości. Detektor okresowości 111 maskuje jedną lub większą liczbę części wyjściowego sygnału cyfrowego przy użyciu jednej lub większej liczby z góry określonych masek, w celu wygenerowania jednej lub większej liczby maskowanych części i porównuje pozostałą zawartość cyfrową jednej lub większej liczby maskowanych części ze z góry określonym progiem maskowania, przy czym okresowość jest wykrywana, gdy pozostała cyfrowa zawartość przekracza z góry określony próg maskowania. Alternatywnie, maskowanie może być wykonywane w odniesieniu do wielu okien. Wynik maskowania (tj. wszelkie pozostałe wartości cyfrowe) jest uśredniany lub sumowany w pewien sposób, na przykład, wyliczana jest wartość średniej kwadratowej (RMS) (root-mean-square) wyników, a następnie pozostała zawartość cyfrowa jest porównywana ze z góry określonym progiem maskowania. Jeżeli pozostała zawartość cyfrowa przekracza z góry określony

12 próg maskowania, wówczas detektor okresowości 111 ustala, że okresowość została wykryta. [0032] W jeszcze innym przykładzie wykonania, detektor okresowości 111 filtruje wyjściowy sygnał cyfrowy, w celu wykrycia okresowości. Filtrowanie może być ukierunkowane, na przykład, w celu wykrywania/ujmowania ilościowego harmonicznych. Detektor okresowości 111 filtruje jedną lub większą liczbę części wyjściowego sygnału cyfrowego, w celu wygenerowania jednej lub większej liczby filtrowanych części, przetwarza jedną lub większą liczbę filtrowanych części, w celu ustalenia obecności harmonicznych i porównuje harmoniczne ze z góry określonym progiem harmonicznych, przy czym okresowość jest wykrywana, gdy harmoniczne przekraczają z góry określony próg harmonicznych. W pewnych przykładach wykonania, filtrowanie obejmuje stosowanie cyfrowego filtra grzebieniowego, który zawiera wiele zagłębień, które są usytuowane miedzy przewidywanymi harmonicznymi częstotliwości próbkowania modulatora delta-sigma 0. Sygnały wyjściowe filtra grzebieniowego mogą być następnie przetwarzane, w celu stwierdzenia obecności harmonicznych, na przykład, przez uśrednianie, biorąc wartość RMS, całkowania, lub w inny sposób ujmowania ilościowego wyjściowego sygnału filtra. [0033] Należy zauważyć, że detektor okresowości 111 nie jest ograniczony do wykonywania jednego z powyższych rodzajów detekcji. Detekcja okresowości może obejmować jeden lub większą liczbę powyższych schematów detekcji. Na przykład, detektor okresowości 111 może wykonywać filtrowanie, a następnie może wykonać operację dopasowania między przeglądową tabelą/wzorcem w odniesieniu do wyników filtrowania. [0034] Generator 116 sekwencji ditheringu dostarcza sekwencję ditheringu do generatora 119 PWM. Generator 116

13 sekwencji ditheringu jest aktywowany i dezaktywowany przez detektor okresowości 111. Sekwencja ditheringu może obejmować z góry określoną sekwencję. W pewnych przykładach wykonania, generator 116 sekwencji ditheringu generuje w zasadzie losową sekwencję ditheringu. Alternatywnie, generator 116 sekwencji ditheringu może implementować z góry określony wzorzec lub wzorce, skonfigurowane tak, aby miały niski poziom powtarzalności. [003] Generator 119 PWM jest sprzężony z i jest sterowany przez generator 116 sekwencji ditheringu. Stosowanie ditheringu PWM umożliwia uzyskanie wyższych częstotliwości ditheringu. Generator 119 PWM odbiera sekwencję ditheringu z generatora 116 sekwencji ditheringu i generuje na jej podstawie sygnał ditheringu PWM. Szerokości impulsów sygnału ditheringu w ścieżce 126 sprzężenia zwrotnego są zatem dostatecznie losowe pod względem zawartości energii, aby stłumić lub w zasadzie zablokować jałowe tony (lub inne błędy kwantyzacji) w wyjściowym 123 sygnale cyfrowym. [0036] Generator 119 PWM w pewnych przykładach wykonania może wykonywać przycinanie, redukowanie szerokości impulsów sygnału ditheringu/sprzężenia zwrotnego, dostarczanego do wejściowego sygnału analogowego. W efekcie przycinania, impulsy sygnału ditheringu/sprzężenia zwrotnego są węższe niż w dotychczasowym stanie techniki. Korzystnie, zapewnia to wzmocnienie przetwornika A/C. Ponadto, zastosowanie sygnału PWM generuje chaotyczny strumień impulsów, który nie ma dominującej częstotliwości i zamiast tego charakteryzuje się szerokim widmem częstotliwości. Jednakże sygnał ditheringu/sprzężenia zwrotnego nie zawiera wartości prądu stałego (DC) (direct current). Brak składowej DC w sygnale ditheringu/sprzężenia zwrotnego nie wpływa na dokładność cyfrowego wyniku.

14 [0037] Fig. 3 przedstawia wykres wyjściowego sygnału modulatora delta-sigma zarówno z jak i bez ditheringu według wynalazku. Dolna krzywa stanowi sygnał wyjściowy bez ditheringu według wynalazku. Piki w tej krzywej stanowią jałowe tony, które pojawiają się w wyjściowym sygnale modulatora delta-sigma podczas okresów pracy jałowej (idle periods). Właściwie, gdy wejściowy sygnał analogowy powinien generować zerowe cyfrowe wartości sygnału wyjściowego, wyjściowy sygnał cyfrowy zawiera piki. Piki mogą być błędnie interpretowane jako cyfrowe wartości jeden przez kolejne obwody. Szum ten może zniekształcić wszelkie dalsze pomiary lub działania, wykonywane na lub przez wyjściowy sygnał cyfrowy. Jeżeli jest znaczny, szum może być emitowany i przejmowany przez elektroniczne komponenty, które nawet nie są za modulatorem delta-sigma. [0038] Górna krzywa wykresu przedstawia sygnał wyjściowy modulatora delta-sigma z ditheringiem według wynalazku. Górna krzywa linia jest odchylona od płaskiej linii, która była by idealnym sygnałem wyjściowym modulatora deltasigma, gdy wejściowy sygnał analogowy modulatora deltasigma jest w zasadzie stały. Jednakże modulator delta-sigma z ditheringiem nie zawiera amplitudy napięcia pików, a zatem istnieje mniejsze prawdopodobieństwo błędnej interpretacji cyfrowej wartości. Energia pików została rozproszona i stała się nieszkodliwa. [0039] Fig. 4 przedstawia algorytm 400 metody ditheringu w modulatorze delta-sigma według przykładu wykonania wynalazku. W etapie 401 inicjowany jest sygnał modulacji szerokości impulsu (PWM) (pulse-width modulation), na przykład, podczas włączania zasilania lub inicjowania urządzenia, które zawiera modulator delta-sigma. Inicjowanie może obejmować inicjowanie początkowej szerokości impulsu, inicjowanie okresu impulsu itd.

15 [0040] W etapie 402, wykonywana jest detekcja okresowości. Detekcja okresowości może obejmować detekcję jałowych tonów podczas okresów, gdy wartości DC występują w wejściowym sygnale analogowym. Generowany strumień bitów wyjściowego sygnału cyfrowego (i sprzężenia zwrotnego) często zawiera okresowe fragmenty, gdy wejściowy sygnał analogowy zawiera wartości DC. Jałowe tony są widziane w wyjściowym sygnale cyfrowym jako piki szumu. [0041] Okresowość może być wykrywana przy użyciu przeglądowej tabeli, maskowania lub filtrowania, jak opisano powyżej. Okno próbkowania (okna próbkowania) może być rejestrowane i przetwarzane w procesie detekcji. [0042] Jeżeli okresowość została wykryta w etapie 403, metoda przechodzi do etapu 3. W przeciwnym przypadku, metoda wraca do etapu 402 i kontynuuje monitorowanie okresowości. [0043] W etapie 404, gdy okresowość jest wykryta w wyjściowym sygnale cyfrowym, aktywowana jest możliwość ditheringu. Aktywacja może obejmować generowanie losowej sekwencji ditheringu. [0044] W etapie 40, losowa sekwencja ditheringu jest modulowana w sygnale sprzężenia zwrotnego PWM, który jest, z kolei, modulowany w wejściowym sygnale analogowym, jako sygnał ditheringu. W zasadzie losowy charakter sygnału ditheringu osłabia i/lub blokuje okresowość i jałowe tony w wyjściowym sygnale cyfrowym modulatora delta-sigma.

16 Zastrzeżenia patentowe Modulator delta-sigma (0) z możliwością wykorzystywania ditheringu do eliminacji jałowych tonów (idle tones), przy czym modulator delta-sigma (0) zawiera konwerter (7) strumienia bitów, dostosowany do generowania wyjściowego sygnału cyfrowego, w zasadzie odpowiadającego wejściowemu sygnałowi analogowemu, detektor okresowości (111), sprzężony z konwerterem (7) strumienia bitów i dostosowany do wykrywania okresowości w wyjściowym sygnale cyfrowym i generator (116) sekwencji ditheringu, połączony z i aktywowany przez detektor okresowości (111), kiedy zostanie wykryta okresowość, przy czym generator (116) sekwencji ditheringu generuje sekwencję ditheringu, przy czym modulator delta-sigma (0) znamienny jest przez: generator (119) modulacji szerokości impulsu (PWM) (pulse-width modulation), sprzężony z generatorem (116) sekwencji ditheringu i odbierający sekwencję ditheringu, przy czym generator (119) PWM moduluje sekwencję ditheringu na wejściowym sygnale analogowym modulatora delta-sigma (0) jako sygnał ditheringu. 2. Modulator delta-sigma (0) według zastrzeżenia 1, w którym generator (116) sekwencji ditheringu generuje w zasadzie losową sekwencję ditheringu. 3. Modulator delta-sigma (0) według zastrzeżenia 1, zawierający ponadto układ całkujący (4), dostosowany do wprowadzania wejściowego sygnału analogowego i sygnału ditheringu do konwertera (7) strumienia bitów.

17 Modulator delta-sigma (0) według zastrzeżenia 1, w którym detektor okresowości (111) porównuje okno próbkowania wyjściowego sygnału cyfrowego z jednym lub większą liczbą z góry określonych wzorców i okresowość jest wykrywana, gdy okno próbkowania pasuje do co najmniej jednego wzorca spośród jednego lub większej liczby z góry określonych wzorców.. Modulator delta-sigma (0) według zastrzeżenia 1, w którym detektor okresowości (111) maskuje jedną lub większą liczbę części wyjściowego sygnału cyfrowego przy użyciu jednej lub większej liczby z góry określonych masek, w celu wygenerowania jednej lub większej liczby maskowanych części i porównuje pozostałą zawartość cyfrową jednej lub większej liczby maskowanych części ze z góry określonym progiem maskowania, przy czym okresowość jest wykrywana, gdy pozostała zawartość cyfrowa przekracza z góry określony próg maskowania. 6. Modulator delta-sigma (0) według zastrzeżenia 1, w którym detektor okresowości (111) filtruje jedną lub większą liczbę części wyjściowego sygnału cyfrowego, w celu wygenerowania jednej lub większej liczby filtrowanych części, przetwarza jedną lub większą liczbę filtrowanych części, w celu ustalenia obecności harmonicznych i porównuje harmoniczne ze z góry określonym progiem harmonicznych, przy czym okresowość jest wykrywana, gdy harmoniczne przekraczają z góry określony próg harmonicznych. 7. Modulator delta-sigma (0) według zastrzeżenia 1, w którym detektor okresowości (111) filtruje grzebieniowo jedną lub większą liczbę części wyjściowego sygnału cyfrowego, w celu wygenerowania jednej lub większej liczby

18 części filtrowanych grzebieniowo, przetwarza jedną lub większą liczbę części filtrowanych grzebieniowo, w celu ustalenia obecności harmonicznych i porównuje harmoniczne ze z góry określonym progiem harmonicznych, przy czym okresowość jest wykrywana, gdy harmoniczne przekraczają z góry określony próg harmonicznych. 8. Metoda ditheringu w modulatorze delta-sigma, z możliwością wykorzystywania ditheringu do eliminacji jałowych tonów (idle tones), przy czym metoda ditheringu w modulatorze delta-sigma obejmuje wykrywanie okresowości w wyjściowym sygnale cyfrowym modulatora delta-sigma, aktywowanie sygnału ditheringu, skierowanego na wejściu modulatora delta-sigma w okresach, kiedy wykrywana jest okresowość i generowanie w zasadzie losowej sekwencji jako sekwencji ditheringu, przy czym metoda ditheringu w modulatorze delta-sigma znamienna jest przez: modulowanie sekwencji ditheringu na wejściu modulatora delta-sigma jako cyfrowego sygnału ditheringu z modulacją szerokości impulsu (PWM) - (pulse-width modulation), przy czym generowanie i modulowanie są aktywowane w okresach, kiedy wykrywana jest okresowość. 9. Metoda według zastrzeżenia 8, w której wykrywanie okresowości obejmuje ponadto porównywanie okna próbkowania wyjściowego sygnału cyfrowego z jednym lub większą liczbą z góry określonych wzorców i okresowość jest wykrywana, gdy okno próbkowania pasuje do co najmniej jednego wzorca spośród jednego lub większej liczby z góry określonych wzorców.

19 -19-. Metoda według zastrzeżenia 8, w której wykrywanie okresowości obejmuje ponadto: maskowanie jednej lub większej liczby części wyjściowego sygnału cyfrowego przy użyciu jednej lub większej liczby z góry określonych masek, w celu wygenerowania jednej lub większej liczby maskowanych części; oraz porównywanie pozostałej zawartości cyfrowej jednej lub większej liczby maskowanych części ze z góry określonym progiem maskowania, przy czym okresowość jest wykrywana, gdy pozostała zawartość cyfrowa przekracza z góry określony próg maskowania. 11. Metoda według zastrzeżenia 8, w której wykrywanie okresowości obejmuje ponadto: 1 2 filtrowanie jednej lub większej liczby części wyjściowego sygnału cyfrowego, w celu wygenerowania jednej lub większej liczby filtrowanych części; przetwarzanie jednej lub większej liczby filtrowanych części, w celu ustalenia obecności harmonicznych; oraz porównywanie harmonicznych ze z góry określonym progiem harmonicznych, przy czym okresowość jest wykrywana, gdy harmoniczne przekraczają z góry określony próg harmonicznych. 12. Metoda według zastrzeżenia 8, w której wykrywanie okresowości obejmuje ponadto: filtrowanie grzebieniowe jednej lub większej liczby części wyjściowego sygnału cyfrowego, w celu wygenerowania jednej lub większej liczby części filtrowanych grzebieniowo;

20 -- przetwarzanie jednej lub większej liczby części filtrowanych grzebieniowo, w celu ustalenia obecności harmonicznych; oraz porównywanie harmonicznych ze z góry określonym progiem harmonicznych, przy czym okresowość jest wykrywana, gdy harmoniczne przekraczają z góry określony próg harmonicznych. Micro Motion, Inc. Pełnomocnik:

21 WEJŚCIOWY SYGNAŁ ANALOGOWY SYGNAŁ DITHERINGU IMPULSY SPRZĘŻENIA ZWROTNEGO STRUMIEŃ BITÓW (STAN TECHNIKI) WYJŚCIOWY SYGNAŁ CYFROWY µ PROCESOR

22 KONWERTER STRUMIENIA BITÓW 7 GENERATOR SZEROKOŚCI IMPULSÓW 119 PROCESOR DETEKTOR OKRESOWOŚCI 111 GENERATOR SEKWENCJI DITHERINGU 116

23 - 23 -

24 START INICJOWANIE GENERACJI PWM WYKONANIE DETEKCJI OKRESOWOŚCI CZY WYSTĘPUJE OKRESOWOŚĆ? NIE TAK GENEROWANIE LOSOWEJ SEKWENCJI DITHERINGU MODULOWANIE SEKWENCJI DITHERINGU NA WEJŚCIOWYM SYGNALE ANALOGOWYM