D-Verstärker 'aufgewärmt'

Schaut euch doch einfach mal meinen Link an... Da steht z.B. auch ein vorteil eines analogen Eingangs bei D Endstufen:

Zitat

Statt, wie im Bild 2, wird nicht der Bitstream über einen 1-Bit-DAC, sondern ein Teil des Ausgangssignals der Ausgangstransistoren zur Differenzbildung verwendet. Dadurch ist garantiert, dass unabhängig von allen parasitären Effekten wie Betriebsspannungsschwankungen oder Innenwiderständen der Transistoren, der Mittelwert der Spannung am Eingang des Tiefpassfilters exakt proportional zur analogen Eingangsspannung ist. Sehr gute technische Daten lassen sich mit einem solchen Konzept erreichen. Als Beispiel dafür sei der AD1996 aufgeführt. Leider ist dieser Trick nur bei Verstärkern mit analogem Eingang möglich.

Der Punkt bei Delta Sigma ist es nicht, zu verstehen, dass der Bitstream den gleichen Mittelwert wie das behandelte Signal hat, sondern zu verstehen, warum er das mit einer *deutlich* geringeren Taktrate als PWM kann. Ich gebe zu, dass ich das auch noch nicht voll durchblicke...
Btw. an Manu: Eine +-+-+- Ausgabe mit max. Takt ist kein PWM Signal mehr, ich gehe daher davon aus, dass du eigentlich bereits einen Delta Sigma Bitstream meinst, auch wenn du es PWM nennst.

Da war die Rede vom Nullpunkt.

Bei dem Modulator den ich ausgebrütet habe kommen da Nadelimpulse mit extremst kurzer Tastzeit (zum besseren Verständnis: entsprechend lange Pausenzeit dazu), + - + - + - , und der Takt, also die Frequenz des PWM, ist durchgehend konstant.

Alternativ kannst du einen mit Aussetzer bei Null bauen, wirst aber merken daß es zum einen wieder aufwendiger wird, und zum anderen bringts null Unterschied. Die Methode funktioniert, nenns einfach "Ruhestrom" :wink:

??? Du kannst in der Endstufe doch nur + oder - ausgeben. Wenn du also PWM z.B. mal angenommen mit 8 Bit machst, machst du entweder 128 mal hintereinander + und 128 mal hintereinander - (PWM), oder du wechselt jeden Takt + und -, was dann aber kein PWM mehr ist, sondern das Signal eines Delta Sigma Modulators bei einem Eingangssignal von 0.

was soll das System denn deiner Ansicht nach ausgeben wenn Eingang = Null, mute ?

(Vorsicht, Glatteis)

Ich glaub wir reden aneinander vorbei...
Natürlich muss es eine abwechselnde Folge von + und - ausgeben, wenn 0 am Ende 0 rauskommen soll. Nur unterscheidet sich das "wie" dieser Ausgabe eben zwischen Delta Sigma und PWM. Und ich vermute, du meinst die Delta Sigma Variante (die bei Zeitdiskretion bereits bei viel tieferen Taktraten als PWM ein taugliches Signal liefert).

ich kann mit dem Fachbegriff als solchen wenig anfangen, mag sein.
Für mich ist PWM = Pulweitenmodulation (bei konstanter Frequenz).
Und genau das meine ich.
Übrigends unterscheiden sich einige Hersteller / Geräte in der Art wie sie den Nulldurchgang meistern. :lol:
Letztendlich zählt nur daß hinten eine saubere Amplitude rauskommt

gelesen, mich dunkel an meine nachichtentechnik - vorlesung erinnert und mal nachgedachtm gestaunt, wie schnell man sich gehirnzellen wegsaufen kann und mal nachgeschaut.

zum streitthema delta sigma vs. PWM

bei eurem beispiel habt ihr beide recht. was ihr beide allerdings gemacht habt, ist euch auf 3 Sonderfälle zu beziehen, nämlich -Rail, 0 und Rail. Genau in diesen drei fällen ist PWM GLEICH delta sigma.

PWM:

wie man sieht ist die periode immer gleich, dieses system ist "in sich" zeitdiskret (analog erzeugt eigentlich nicht, sobald es zu ner digitalen weiterverarbeitung kommt wirds das... selbst in der "analogstens" variante des Class Ds - siehe manus post oben, findet die zeitdiskretisierung im gate statt).

delta sigma

wie man sieht, ist das ganze sowohl werte als auch zeitdiskret und zwar schon bei seiner erzeugung (wo PWM ja noch zeitkontinutierlich ist). hier liegt sowohl der hund als auch der unterschied begraben

einfach erklärt muss man sich nur überlegen, was man bitstrommäßig gesehen zu speichern hätte (digital). bei PWM sind es zeiten(und zwar pro periode eine) , bei delta sigma sind es zustände, also nur 0 oder 1. die zeiten sind ja durch die taktrate festgelegt. bei pwm ist die abfolge festgelegt (erst 0, dann 1), die zeitdauer ist variabel.

hoffe ein bisschen zur verwirrung beigetragen zu haben und bastel nu weiter an meinem

Zitat von "Manuela"

neuartigem Holztischchen, oder irgendeiner Blechklammer zum Aufhängen von Firlefanz

Zitat von "KiKi"

(wo PWM ja noch zeitkontinutierlich ist)

Nope, PWM ist zeitdiskret und wertkontinuierlich: Es gibt definierte Zeitfenster, in diesem ist ein Wert zu finden. Der Wert spiegelt sich in der "Breite der 1" wieder, nicht in der Amplitude (welche ja nur 1 oder 0 hat), und die Breite ist nicht diskret.
Oder meinst du was anderes?

Thema: es gibt schon fertige PCM zu PWM Wandler, einfach mal bei TI suchen.

http://focus.ti.com/lit/an/slaa117a/slaa117a.pdf
http://focus.ti.com/paramsearch/docs/parametricsearch.tsp?family=analog&familyId=920&uiTemplateId=NODE_STRY_PGE_T

Und die Crown i-Tech gibt's ja mit AES/EBU Eingang. Aber was das Ding intern macht, keine Ahnung.

Also gehen tut's ja dann wohl.

Zitat von "00Schneider"

Thema: es gibt schon fertige PCM zu PWM Wandler, einfach mal bei TI suchen.

das hat keinen analogen Eingang für die Signalgegenkopplung. Sowas kann man für daheim oder im Auto benutzen aber nicht in einer Stage wo über 50A fließen.
Wenn man einfach nur umwandeln müßte in pwm wär das Leben leicht und einfach. Bei den dicken Brocken ist es allerdings nochnicht so :lol:

Zitat von "Manuela"

das hat keinen analogen Eingang für die Signalgegenkopplung. Sowas kann man für daheim oder im Auto benutzen aber nicht in einer Stage wo über 50A fließen.

...was dann die kurze Antwort auf des Threadstartes Frage ist (bisher ja nur verschachtelt in Langform zu finden).

Zitat

Nope, PWM ist zeitdiskret und wertkontinuierlich: Es gibt definierte Zeitfenster, in diesem ist ein Wert zu finden. Der Wert spiegelt sich in der "Breite der 1" wieder, nicht in der Amplitude (welche ja nur 1 oder 0 hat), und die Breite ist nicht diskret.

Zunächst: Nach meinem bisherigen Verständniss bezieht sich zeit- und wertkontinuierlich bzw. diskrekt immer direkt auf die Amplitude und Zeitauflösung des betrachteten Signals. Ich würde dein beschriebenes Signal daher als wertdiskret und zeitkontinuierlich betrachten, weil ja eben die "zeitliche Länge" des Signals kontinuierlich verändert werden kann.

Und weiter: Ob PWM (zeit)diskret oder konstinuierlich ist kommt eben drauf an, wie man die PWM erzeugt. Wenn sie aus einem synchronen digitalen System wie z.B. einem Timer in einem uC oder DSP stammt können die Flanken des Signals nur zu vielfachen des Systemtaktes erzeugt werden und sind damit diskret. Wenn das PWM Signal analog per Sägezahn und Komparator hergestellt wird ist es dagegen kontinuierlich, weil es keine taktende Größe gibt, die die Breite des Pulses diskretisiert, denn der Komparator arbeitet ja kontinuierlich. Das der PWM Zyklus mit einem konkreten Takt wiederholt wird spielt hier nicht so die Rolle, denn die Auflösung ergibt sich ja aus dem Verhältniss der On und Off Zeit des Signals und wenn eine der beiden Flanken. Wenn es digital erzeut werden soll muss es für eine Auflösung von n eben mind. 2^n Abstufungen der On:Off Zeit geben und so kommt N-Dee z.B. auf die hohen Systemtaktfrequenzen (= Abstand zwischen zwei möglichen nebeneinander liegenden Flanken). Aber auch seine Rechnung ist ehr theoretischer Natur, denn um mit PWM analoge Samples zu erzeugen braucht man soweit ich weiss schon etwas mehr als einen PWM Zyklus pro Sample, denn wenn der Wert aufeinanderfolgender Samples stark variiert hat der Tiefpass ja kaum eine Chance einen Mittelwert zu bilden. Unter anderem dieses Problem umgeht eben Delta Sigma durch einen kontinuierlichen (also schon zeitdiskret aber eben nicht zusätzlich auf Frames wie bei PWM synchronisiert) Bitstrom. Wer dazu mehr wissen will kann ja mal auf die Webseite schauen, ich sag hier nach diesem Posting jedenfalls nix mehr dazu, sonst nerv ich euch noch zu Tode
Und weil's hier mit der PWM und Delta Sigma soviel Durcheinander gab schreib ich hier mal grade mein Verständnis der Unterschiede zwischen den beiden Typen hin:

PWM (Puls_weiten_Modulation, also die Breite eine Pulses in einem festen Rahmen):

_____                        _____                        _____
|     |______________________|     |______________________|     |______________________

oder

__________                   __________                   __________
|          |_________________|          |_________________|          |_________________

Delta Sigma (oder wie es der Typ von der Webseite nennt: PPM = Puls_verhältnis_modulation, hier ergibt sich der Wert aus den Verhältnissen der On und Off time. Die absolute Länge ist jedoch egal und kann variieren)

_   _   _   _   _   _   _   _
| |_| |_| |_| |_| |_| |_| |_| |_

oder

___   ___   ___   ___   ___   ___   ___   ___
|   |_|   |_|   |_|   |_|   |_|   |_|   |_|   |_

Danke Michael D, ich komm mir schön langsam vor wie Don Quichotte...
Man sollte also unterscheiden, ob die PWM denn nun zeitkontinuierlich oder zeitdiskret ist. Wertdiskret ist sie ja per Definition. Eine zeitkontinuierliche PWM ist in meinen Augen nur bedingt als volldigital anzusehen, da sie ja rein analog erzeugt wird. Sprich: es erfolgt vor der PWM-Erzeugung eine Digital-Analog-Konvertierung. Ab hier handelt man sich die typischen 'Probleme' ein. Der beschriebene TI-Chip macht es genaugenommen nicht anders.

Zitat

Aber auch seine Rechnung ist ehr theoretischer Natur, denn um mit PWM analoge Samples zu erzeugen braucht man soweit ich weiss schon etwas mehr als einen PWM Zyklus pro Sample, denn wenn der Wert aufeinanderfolgender Samples stark variiert hat der Tiefpass ja kaum eine Chance einen Mittelwert zu bilden.

Gut, ich habs zwar nicht explizit geschrieben, aber mehrfach angedeutet, dass man ein Sample für mehrere PWM-Zyklen verwendet. im TI-Chip wird das Eingangssignal auf 352,8 oder 384 kHz Samplerate erhöht, wobei einfach jedes Eingangsample mehrfach verwendet wird.

Ich gebe Michael D auch dahingehend recht, als dass es langsam einer gewissen Sinnhaftigkeit entbehrt, über Details aneinander vorbeizudiskutieren ohne sich auf den Inhalt der Ursprungsfrage geeinigt zu haben. Klarheit kann nur der Fragesteller selbst schaffen.
Ich halte mich bis dahin mal raus.

Greets,
N-Dee

Nein. Ich hab das auch mal so falsch gedacht, aber bitte in einschlägiger Literatur nachlesen wenn der wikipedia-Link nicht reicht.

http://de.wikipedia.org/wiki/Modulation_(Technik)#Pulsmodulationen
(copy&paste nötig, die Klammer mag das Forum nicht)

Es heißt Pulsweitenmodulation, die Information (Amplitude des abgebildeten Signals) steckt in der Weite des Pulses, nicht in der Höhe oder Anzahl und/oder Anordnung der Impulse.
Das "wert" in wertdiskret und -kontinuierlich bezieht sich nicht auf den analogen Signalverlauf des digitalen Signals, sondern auf den darstellbaren Wert des abzubildenden Signals.

Und das ist schon wichtig das zu verstehen. Das D in Class-D steht nicht für digital, und PWM ist nicht digital*, sie kann wertdiskret (i.d.R. digital erzeugt) und wertkontinuierlich (i.d.R. analog erzeugt) vor. Deshalb ist ein Class-D Amp nicht automatisch digital und kann direkt digitale Signale verarbeiten.

*Streitthema, manche sehen die Zeitdiskretisierung bereits als digital an

Zitat

1. Die maximal mögliche Variation des Tastverhältnisses (Tv) bestimmt den maximalen Lautstärkeunterschied zwischen leisester und lautester Passage im Musiksignal, die mit diesem System übertragbar ist (Dynamik).
2. Die Stärke der Änderung des Tv ist der Lautstärke proportional.
3. Die Geschwindigkeit der Änderung des Tv ist der momentanen Signalfrequenz proportional.
4. Die erzeugte PWM ist zeit- und wertekontinuierlich, denn das Tv kann in dem unter 1. ~ 3. genannten Rahmen unendlich fein 'gestuft' variieren, da das zu vergleichende (NF-) und das Vergleichssignal (Rampe) jeweils rein analoger Natur ist.

Hast du generell richtig Verstanden, ich würde aber Lautstärke durch Ausgangsspannung ersetzten. "Lautstärke" ergibt sich ja erst durch die Änderung der Ausgangsspannung. Auch solltest du beachten, dass "unendlich fein gestuft" nur bei ideal linearem Rampensignal und "unendlich schnellem" Komparator gilt. Allerdings würde ich schon sagen, dass auch reale Komponenten einem bei üblichen Taktfrequenzen digital erzeugten PWM Signal deutlich überlegen sind.

Zitat

4. Die erzeugte PWM ist zeit- und wertediskret, da das NF-Signal bereits mit fsample abgetastet und in 2^Auflösung Stufen quantisiert wurde und somit keinesfalls mehr in kontinuierlicher Form vorliegt.
5. Die Auflösung des Tv beschränkt sich damit auf 2^Auflösung mögliche Stufen.

Das digital erzeugte PWM Signal ist zeit/wertdiskret, aber nicht weil das Eingangssignal bereits diskret ist, sondern weil dessen Flanken nur zu vielfachen der Taktfrequenz des Systems generiert werden können. Dass das NF Signal bereits zeit- und wertdiskret vorliegt ist nicht das Problem, denn dessen Abstufungen (16Bit/44,1KHz) sind bereits fein genug für das menschliche Ohr. Das Problem ergibt sich, wenn man versucht ein PWM Signal zu generieren, welches die gleiche Auflösung und Samplerate wie das gesampelte NF Signal besitzt. Genau dann kommt man nämlich zu diesen THz Frequenzen.

Zitat

6. Der 'PWM-Modulator' müßte für mehrere Samplingfrequenzen und Auflösungsbreiten unterschiedlich ausgelegt werden bzw. schaltbar sein (evtl. automatische Erkennung), bspw. von 16bit/44.1kHz bis 24bit/96kHz.

Das wäre ehr weniger das Problem, man kann das digitale Eingangssignal ja auch resamplen.

Zitat

7. Es ist ein ADC am Ausgang des Amps nötig, um die Rückkopplung zu realisieren. Der rückgekoppelte Wert wird dann mit dem Eingangssignal rechentechnisch (bspw. per DSP) subtraktiv verknüpft...

Verstehe ich jetzt nicht ganz. Eine Rückkopplung das analogen Ausgangs macht man bei PWM eigentlich nicht, bei Delta-Sigma schon ehr.
PWM ist eigentlich ein Delta-Sigma Modulator 0. Ordnung. Die Ordnung gibt die Anzahl der Rückkopplungen an, die jedoch meistens auf rein digitaler Ebene laufen. Desto höher die Ordnung des Modulators, desto mehr hochfrequente Störungen werden eingefügt und gleichzeitig sinkt die Stärke der niederfrequenten Störungen. Da die hochfrequenten Störungen durch die Überabtastung (= Taktfrequenz des Wandlers bzw. Systems, also die Zeit, mit der das z.B. PWM Signal zeit/wertdisktretisiert ist) weit ausserhalb des Nutzsignalspektrums liegen können sie nacher mit einem einfachen Tiefpassfilter entfernt werden. Während ein Modulator 0. Ordnung das Quantisierungsrauschen (welches direkt mit der Auflösung des Wandler zusammengängt) gleichmässig über das Spektrum bis zur Überabtastfrequenz verteilt, produziert ein Modulator mit höherer Ordnung mehr hochfrequentes Rauschen und dafür weniger Niederfrequentes. Um mit einem PWM (0. Ordnung) Modulator also das selbe Signal/Rauschverhältnis (SNR) im genutzen (niederfrequenten Band) zu erhalten als mit einem höherer Ordnung muss er also logischerweise mit einer höheren Überabtastfrequenz arbeiten. Und desto größer das SNR ist, desto größer ist die effektive Auflösung des Wandlers. Bei einem 16 Bit Eingangssignal ist das SNR ca. 96dB und das möchte man mit dem Wandler ja möglichst auch ausgeben können. Während man mit PWM- (oder auch einfach Delta-) Modulatoren für dieses SNR in den THz Bereich gehen muss, schaffen des Delta-Sigma Wandler für Audio, welche z.B. einen Modulator 5. Ordnung verwenden, mit ca. 3MHz. Dafür müssen bei PWM die Transistoren aber nur 2x pro Zyklus schalten, wärend das bei Delta Sigma deutlich häufiger sein kann. Ein IC, der einen Delta Sigma Modulator enthält und die Eingangsdaten digital per I²S entgegennimmt ist z.B. der TPA3200D1 (http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/tpa3200d1.html).
Vielleicht kannst du dessen Bitstreamsignal irgendwo auskoppeln und damit deine Leistungsstufe ansteuern. Wenn du dir so einen Modulator selbstbauen willst, wirst du um einen schnellen uC/DSP oder CPLD/FPGA nicht drumrumkommen.

Zitat von "Mickey S."

Wie müßte man denn es dann machen, wenn man nicht den Weg des Sigma/Delta-Wandlers beschreitet? Geht das überhaupt anders, ohne daß man THz (come on!) in kauf nimmt?

Die eigentliche Amplitude entsteht doch nicht aus nur einm PWM Peak sondern aus einer ganzen Gruppe. Denn die Pulsfrequenz ist um ein Vielfaches höher als die des Tons. Je höher sie ist, desto mehr Amplituden sind an der Bildung einer Ausgangsamplitude beteiligt.
Daraus resultiert letztendlich auch, daß die einzelne Schaltamplitude nicht allein die volle Information führen muß, sondern eben nur ihren Anteil an dem Werk. Das erlaubt eine Reduzierung der Abstufungen, somit spart man Aufwand.

Das ampen ins Blaue hinein, also ohne hinten zu guggen wies ausschaut, ist grundsätzlich suboptimal. Sicher ginge das, aber mit welchem Ergebnis ? Letztendlich sind wir zwingend darauf angewiesen hinten das zu haben was da sein soll, nicht auf Verdacht hin (= keine Signalkontrolle), sondern tatsächlich. Der Ausgangsfilter stellt genau wie die Lautsprecher auch eine komplexe Last dar, d.h. sein Widerstand verändert sich je nach Signal ständig.
Würde ich nun hinten keinen Sniffer ansetzen der mich über die aktuelle Lage unterrichtet müßte ich dem Ganzen ja blind vertrauen und hoffen daß hinten auch das läuft was laufen soll.
Im Kleinleistungsbereich mag das auch problemlos funzen, aber ab einer gewissen Größenordnung ist einfach Schluß mit Lustig, da entstehen Blindströme (Phasenverschiebung durch induktive Last, verursacht Stromkollision am Ausgang, zudem eine "analoge Nebenher-Belastung" der Schaltendstufen) und allerlei andere Effekte die ein Nachführen der Endstufe unumgänglich machen.
Wenns aber mal jemand schafft ein gesundes kW ohne Gegenkopplung sauber auf die Boxen zu bekommen, ich wär sehr daran interessiert