发明名称 脉波周期及脉波宽度调变
摘要 一种调变类比讯号或多值数位讯号,以产生三值脉波的方法,应用于切换式功率放大器,用来控制输出级功率电晶体之开关动作。该产生三值脉波的方法,同时调整脉波周期与脉波宽度,所以称为脉波周期与脉波宽度调变,简称PPWM(Period and Pulse Width Modulation)。以数位系统来产生三值脉波时,因为数位系统之基本时脉的限制,会产生量化误差,而这种方法的原理,主要是在一段时间区间内对类比讯号或多值数位讯号执行数值积分,同时在数值积分的过程中寻求适当的脉波周期与脉波宽度,以使量化误差最小,并保持适当的脉波切换频率。
申请公布号 TWI238596 申请公布日期 2005.08.21
申请号 TW092110092 申请日期 2003.04.23
申请人 晶彩科技股份有限公司 发明人 周政彦
分类号 H03F3/217 主分类号 H03F3/217
代理机构 代理人
主权项 1.一种将输入讯号调变成一三値(three-valued)脉波方法,该输入讯号系一将一类比讯号或一多値数位讯号经过正规化及过取样(normalized and over-sampling)产生之多値数位讯号,该三値脉波之大小只有0、最大讯号与最小讯号三个常数値,该方法系于一时间区间内将输入讯号执行数値积分,以该数値积分之数値来决定于该时间区间内三値脉波之脉波周期与脉波宽度,并决定下一个执行数値积分之时间区间。2.如申请专利范围第1项所述之方法,至少包含如下三步骤之循环:第一步骤:在一时间区间内,以一基本时脉周期为单位,将输入讯号执行数値积分;第二步骤:在该时间区间内执行数値积分的过程中寻找一量化时间点,以该时间区间之起点至该量化时间点之间之时间长度设为于该时间区间内三値脉波之脉波周期,以该脉波周期区间内数値积分之数値决定于该时间区间内三値脉波之脉波宽度;第三步骤:以该脉波周期之终点当作新的时间区间之起点,以于该量化时间点之数値积分之数値减去整数部份,设为新的数値积分之初始値,并如第一步骤所述,开始对该数位讯号于下一个时间区间内执行下一个数値积分,以决定下一个脉波宽度与脉波周期。3.如申请专利范围第2项所述之方法,该执行数値积分之时间区间长度为一常数値。4.如申请专利范围第2项所述之方法,其中量化时间点,系在数値积分的过程中,每当数値积分之数値发生由小数进位至整数的情况,就设为一准量化时间点,由该时间区间中所有的准量化时间点中选择一个成为一量化时间点,以该时间区间之起点至该量化时间点之间之时间长度设为该时间区间内三値脉波之脉波周期,以该脉波周期区间内数値积分之数値之整数部份设为该时间区间内三値脉波之脉宽数,以该脉宽数之绝对値与基本脉波周期之乘积设为其脉波宽度。5.如申请专利范围第4项所述之方法,其中该时间区间中所有准量化时间点中选择一个量化时间点之一方法,于该时间区间中不存在任何准量化时间点时,则以该时间区间之终点设为该量化时间点,以该时间周期区间内数値积分之数値为参考値,以最靠近该参考値之整数値重新设定为该数値积分之数値。6.如申请专利范围第4项所述之方法,其中由小数进位至整数之情况下,判断该数値积分之数値是否由小数进位至整数的方法,系监视数値积分之数値之整数部份之最小一个位元値,若此位元値发生改变,亦即于发生该数値积分之数値由小数进位至整数的情况下,该时间点设为一准量化时间点。7.如申请专利范围第4项所述之方法,其中该时间区间中所有准量化时间点中选择其中一个成为一量化时间点的方法,该方法系由该时间区间中所有准量化时间点中,选择最后一个准量化时间点为量化时间点,以该时间区间之起点至该量化时间点之时间长度为设该脉波周期,以该脉波周期区间内数値积分之数値设为其脉宽数,以该脉宽数之绝对値与基本脉波周期之乘积设为其脉波宽度。8.如申请专利范围第7项所述之方法,其中脉波宽度,设定该脉波宽度的方法,系在该时间区间内,以该基本时脉周期为单位,将数位讯号执行数値积分,该数値积分之数値之整数部份,设为脉宽数,该脉宽数之绝对値与基本时脉周期之乘积设为脉波宽度。9.如申请专利范围第7项所述之方法,其中脉波周期,设定该脉波周期的方法,系利用一软体变数或一硬体暂存器,当发现准量化时间点时,就将从该时间区间之起点至该准量化时间点之间之时间长度储存于该软体变数或硬体暂存器,当发现下一个准量化时间点时,就将从该时间区间之起点至该下一个准量化时间点之间之时间长度储存于该软体变数或硬体暂存器,并覆盖掉前値,当该时间区间之数値积分执行完毕时,将该软体变数或硬体暂存器中储存之値,设为脉波周期数,该脉波周期数与基本时脉周期之乘积设为脉波周期。10.如申请专利范围第9项所述之方法,其中软体变数或硬体暂存器,其初始値设为该时间区间之时间长度値。11.如申请专利范围第9项所述之方法,其中软体变数或硬体暂存器,其初始値设为0或任何负値。图式简单说明:图1A:一输入讯号波形,为正弦波,振幅为最大讯号的百分之五,周期为3kHz。图1B:将图1A之正弦波,经过纯数位电路处理,产生PWM脉波,再经过一适当之低通滤波器,而产生的波形。这裹用的数位系统,假设其基本时脉为40MHz,其PWM周期为400kHz,所以每个PWM周期有100个系统时脉,其解析度是1/100。图1C:将图1B的波形,经富利叶转换,得到的频谱。图2:PPWM应用于切换式功率放大器之系统示意图。指出PPWM应用于切换式功率放大器系统中时,所在的位置与扮演的角色图3A:表示一正规化之过取样讯号,其取样周期等于数位系统之基本时脉。图3B:对图3A之讯号执行数値积分,所得之波形。图3C:由图3B的波形中,决定出脉波周期及脉波宽度,而产生出脉波波形图4:PPWM演算法流程图。描述产生PPWM脉波资料的实行方式图5A:一测试波形,为正弦波,振幅为最大讯号的百分之五,周期为3kHz。图5B:将图5A之正弦波,经过数位系统处理,产生PPWM脉波,再经过一适当之低通滤波器,而产生的波形。这里用的数位系统,假设其基本时脉为40MHz,其PPWM之标准脉波周期为400kHz。图5C:将图5B的波形,经富利叶转换,得到的频谱。
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