DE19951942C2

DE19951942C2 - Power amplifier with overload protection

Info

Publication number: DE19951942C2
Application number: DE1999151942
Authority: DE
Inventors: Stefan Gierl; Christoph Benz
Original assignee: Harman Becker Automotive Systems GmbH; Harman Becker Automotive Systems Becker Division GmbH
Current assignee: Harman Becker Automotive Systems GmbH
Priority date: 1999-10-28
Filing date: 1999-10-28
Publication date: 2002-01-24
Anticipated expiration: 2019-10-29
Also published as: DE19951942A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungsverstärker gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a power amplifier according to the Preamble of the main claim.

Eine typische Anordnung für einen Leistungsverstärker zeigt eine Verstärkerstufe, der ein analoges Audiosignal eingangs seitig zugeführt wird. Die Verstärkerstufe ist mit einer Span nungsquelle verbunden, die die für die Verstärkung des Audio signals notwendige Versorgungsspannung der Verstärkerstufe zu führt. Dabei ist in der Regel die Versorgungsspannung der Ver stärkerstufe konstant und liegt beispielsweise bei 12 V oder bei 30 V.A typical arrangement for a power amplifier shows an amplifier stage that receives an analog audio signal is fed on the side. The amplifier stage is with a span connected for the amplification of the audio signals necessary supply voltage to the amplifier stage leads. The supply voltage of the Ver constant level and is for example at 12 V or at 30 V.

Eine schwankende Versorgungsspannung, wie sie beispielsweise in Bordnetzen von Kraftfahrzeugen vorzufinden ist, beeinflusst bei digitalen Verstärkern eine Verstärkung eines eingangssei tig vorliegenden Audiosignals in der Regel nicht, da alle Spannungspegel der digitalen Signale weit unterhalb der Nenn betriebsspannung liegen und daher eine Spannungsstabilisierung wirksam arbeiten kann. Ausgangsseitig des digitalen Verstär kers befindet sich ein Digital-Analog-Wandler, der ein analo ges Verstärkereingangssignal für die analoge Verstärkerstufe generiert, dessen Spannungspegel ebenfalls weit unterhalb der Nennbetriebsspannung liegt und daher nicht durch ihre schwan kende Versorgungsspannung beeinflusst ist.A fluctuating supply voltage, for example found in vehicle electrical systems is influenced with digital amplifiers an amplification of an input cable generally available audio signal not because all Voltage level of the digital signals far below the nominal operating voltage and therefore voltage stabilization can work effectively. Output side of the digital amplifier kers is a digital-to-analog converter, which is an analog ges amplifier input signal for the analog amplifier stage generated, whose voltage level is also far below the Nominal operating voltage is and therefore not due to their swan king supply voltage is influenced.

Für analoge Verstärker (Endverstärker) bedeutet dagegen eine Abnahme der Versorgungsspannung bei konstantem Verstärkungs faktor, dass das Ausgangssignal des Leistungsverstärkers frü her in den Sättigungs- und damit in den Übersteuerungsbereich kommt. Bei analogen Audioverstärkern führt dies bei der Klang wiedergabe unvermeidlich zu Klangverzerrungen. For analog amplifiers (power amplifiers), however, means one Decrease in supply voltage with constant gain factor that the output signal of the power amplifier early forth in the saturation and thus in the overdrive range comes. With analog audio amplifiers, this leads to the sound playback inevitable to sound distortion.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Maßnahmen be kannt, um die geschilderte Problematik zu entschärfen. Bei konventionellen Audiosystemen wird in der Regel im Falle ei ner abnehmenden Versorgungsspannung der gesamte Audiosi gnalpegel am Eingang des Leistungsverstärkers (Verstärkerein gangssignal) abgesenkt, um bei großen Signalpegeln eine Über steuerung zu vermeiden. Derartige Verfahren zum Übersteue rungsschutz durch Signalamplitudendämpfung sind der US 5,414,386 A und den Patents Abstracts of Japan, E-1318, 1993, Vol 17/No. 69, JP4-273 705 A zu entnehmen. Der Nachteil die ser Verfahren besteht darin, dass auch kleine Signalamplitu den von der Regelung betroffen sind und damit verringert wer den, obwohl sie niemals zu einer Übersteuerung geführt hät ten. Die Dämpfung kleiner Signalamplituden führt nachteili gerweise zu einer Verringerung des Signal-Rausch-Abstandes und somit zu einer Verschlechterung der Wiedergabequalität des Audiosignals.Various measures are known from the prior art to defuse the problems described. In conventional audio systems, the overall audio signal level at the input of the power amplifier (amplifier input signal) is generally reduced in the event of a decreasing supply voltage, in order to avoid overloading at high signal levels. Such methods for oversteering protection by signal amplitude attenuation are the US 5,414,386 A and the Patents Abstracts of Japan, E-1318, 1993, Vol 17 / No. 69, JP4-273 705 A. The disadvantage of this method is that even small signal amplitudes are affected by the control and are therefore reduced, although they would never have led to an overload. The attenuation of small signal amplitudes disadvantageously leads to a reduction in the signal-to-noise ratio and thus a deterioration in the reproduction quality of the audio signal.

Des Weiteren nimmt durch die Dämpfung des gesamten Signals der Lautstärkeeindruck bei dieser Art der Regelung ab, sobald die Versorgungsspannung sinkt, selbst wenn das augenblicklich wiedergegebene Signal gar keine Übersteuerung, das heißt eine Begrenzung der Signalamplitude auf einen Maximalwert, bei der Wiedergabe verursacht hätte, da es nur kleine bis mittlere Signalamplituden aufweist.Furthermore, by attenuating the entire signal the volume impression with this type of control decreases as soon as the supply voltage drops, even if that happens instantly reproduced signal no overdrive, that is Limiting the signal amplitude to a maximum value at which Would have caused playback since it was only small to medium Has signal amplitudes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leistungsver stärker bereit zu stellen, der bei sinkender Versorgungsspan nung nicht übersteuert wird, ohne dass dabei auch die Aus gangsleistung und damit der Lautstärkeeindruck eines Audiosi gnales in gleichem Maße abnimmt, wie die Versorgungsspannung.The invention has for its object a performance more ready to provide that with decreasing supply span is not overridden without the off power output and thus the volume impression of an audiosi gnales decreases to the same extent as the supply voltage.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Lei stungsverstärker mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteil hafte Ausführungen und Weiterbildungen sind in den Unteran sprüchen angegeben. This object is achieved by a lei Performance amplifier with the features of claim 1. Advantage dense designs and further training are in the Unteran sayings.

Die Erfindung geht von einem konventionellen Leistungsverstär ker aus, mit einer (analogen) Verstärkerstufe und einer diese mit Spannung versorgenden Spannungsquelle. Mit Hilfe einer Überwachungseinheit werden Schwankungen der Versorgungsspan nung für die Verstärkerstufe detektiert. Als Überwachungsein heit wird in einer besonders vorteilhaften Ausführung ein ein facher Analog-Digital-Wandler vorgesehen.The invention is based on a conventional power amplifier ker out, with an (analog) amplifier stage and one of these with voltage supplying voltage source. With the help of a Monitoring unit are fluctuations in the supply span voltage detected for the amplifier stage. As a monitor Unit is a in a particularly advantageous embodiment multiple analog-digital converter provided.

Sinkt die Versorgungsspannung um einen gewissen Bruchteil der Nennspannung ab, so kann auch am Ausgang der Verstärkerstufe bei konstantem Verstärkungsfaktor maximal ein um diesen Bruch teil reduzierter Pegel auftreten. Dies führt bei großer Ampli tude des Verstärkereingangssignals, zum Beispiel eines Audio signals, zur Übersteuerung und damit zur Begrenzung des ver stärkten Signals. Um eine solche Übersteuerung zu vermeiden, muss das Eingangssignal durch ein Dämpfungsglied zusätzlich gedämpft werden, bevor es der Verstärkerstufe zugeführt wird.If the supply voltage drops by a certain fraction of the Nominal voltage down, so can also at the output of the amplifier stage with constant gain factor at most around this fraction partially reduced level occur. This leads to large ampli tude of the amplifier input signal, for example an audio signals, to override and thus to limit the ver strongest signal. To avoid such overdrive, the input signal must be supplemented by an attenuator be dampened before it is fed to the amplifier stage.

Um eine gleichmäßige Absenkung des gesamten Eingangssignals zu vermeiden, sieht die Erfindung ein Dämpfungsglied mit einer amplitudenselektiven Dämpfungscharakteristik vor. Die Übertra gungskennlinie dieses Dämpfungsgliedes ist so ausgebildet, dass kleine Amplituden des Eingangssignals im Idealfall nahezu unverändert bleiben und nur große Amplituden des Eingangs signals, die zu einer Übersteuerung führen würden, gedämpft werden. Weil bei dieser Anordnung nur die Anteile des Ein gangssignals, das heißt beispielsweise des Audiosignals, mit großer Amplitude gedämpft werden, ist die Ausgangsleistung des Verstärkers im Idealfall auch nur für diesen Anteil des Aus gangssignals reduziert, während die Ausgangsleistung des Ver stärkers für kleine und mittlere Amplituden des Ausgangs signals im Idealfall gleich bleibt. Die Gesamtausgangsleistung des Verstärkers nimmt also nicht in dem Maße ab, wie bei einer konstanten Absenkung des gesamten Ausgangssignals, da sich insbesondere ein Audiosignal aus vielen Signalen unterschied licher Amplituden zusammensetzt. In order to reduce the total input signal evenly avoid, the invention provides an attenuator with a amplitude-selective damping characteristics. The transfer tion characteristic of this attenuator is designed that ideally, small amplitudes of the input signal are almost remain unchanged and only large amplitudes of the input signals that would lead to an overload are damped become. Because with this arrangement only the proportions of the one output signal, that is, for example, the audio signal large amplitude are damped, is the output power of the Ideally, amplifier only for this portion of the off output signal reduced, while the output power of Ver amplifiers for small and medium amplitudes of the output signals ideally remains the same. The total output power of the amplifier does not decrease to the extent that with one constant lowering of the total output signal, since in particular, an audio signal made up of many signals amplitudes.

Im Falle einer Schwankung der Versorgungsspannung nimmt bei kleiner und mittlerer Signalamplitude des Audiosignals der Lautstärkeeindruck bei der erfindungsgemäßen Regelung im Ge gensatz zu einer konventionellen Regelung im Idealfall nicht ab, da diese Anteile des Audiosignales unverändert verstärkt werden.In the event of a fluctuation in the supply voltage increases small and medium signal amplitude of the audio signal Volume impression in the control according to the invention in Ge Contrary to a conventional regulation ideally not as these parts of the audio signal remain unchanged become.

Es hat sich als günstig erwiesen, dass das Dämpfungsglied mit der amplitudenselektiven Dämpfung eine Übertragungskennlinie aufweist, die ausgehend von einem geraden Verlauf S-förmig oder gar stufenförmig veränderbar ist. Insbesondere ein stu fenförmiger Verlauf der Übertragungskennlinie ermöglicht es, dass nur die Signalamplituden die auch wirklich zu einer Über steuerung geführt hätten, gedämpft werden, während alle ande ren Signalamplituden, die nicht zu einer Übersteuerung geführt hätten, unverändert übertragen werden. Dies stellt allerdings hohe Anforderungen an die Regelung. Ein S-förmiger oder minde stens annäherend S-förmiger Verlauf der Übertragungskennlinie stellt einen Kompromiss dar zwischen guten Regelungseigen schaften und guten Übertragungseigenschaften.It has proven to be beneficial that the attenuator with the amplitude-selective attenuation a transmission characteristic has an S-shaped starting from a straight course or can even be changed in steps. In particular a stu fen-shaped course of the transmission characteristic curve enables that only the signal amplitudes really lead to an over control would be dampened while everyone else ren signal amplitudes that do not lead to an overload would have been transferred unchanged. However, this poses high demands on the regulation. An S-shaped or minde very approximately S-shaped course of the transmission characteristic represents a compromise between good regulatory characteristics and good transmission properties.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, dass das Dämp fungsglied aus zwei Dämpfungsstufen besteht, wobei die erste Dämpfungsstufe zur amplitudenselektiven Dämpfung vorgesehen ist und die zweite Dämpfungsstufe zu einer konstanten Absen kung des gesamten Signals führt, unabhängig von der Amplitude des Signals. Verwendet man zur amplitudenunabhängigen Dämpfung handelsübliche Dämpfungsglieder, so kann als Dämpfungsstufe mit einer amplitudenselektiven Übertragungsfunktion ein soge nannter Begrenzerverstärker verwendet werden. Die Übertra gungskennlinie des Begrenzerverstärkers ist so ausgebildet, dass kleine Signalamplituden des Eingangssignals verstärkt werden, während große Amplituden des Eingangssignals nicht verstärkt werden und weitgehend unverändert bleiben. In Ver bindung mit der zusätzlichen amplitudenunabhängigen Dämpfung des zweiten Dämpfungsgliedes führt dies dazu, dass kleine Am plituden des Eingangssignals nahezu unverändert bleiben und nur große Amplituden des Eingangssignals, die zu einer Über steuerung führen würden, gedämpft werden.It has proven to be particularly advantageous that the damper tion member consists of two attenuation levels, the first Damping level provided for amplitude-selective damping is and the second damping level to a constant Absen of the entire signal, regardless of the amplitude of the signal. Is used for amplitude-independent damping commercially available attenuators, can be used as an attenuation level a so-called with an amplitude-selective transfer function named limiting amplifier can be used. The transfer The characteristic curve of the limiter amplifier is designed that amplifies small signal amplitudes of the input signal not while large amplitudes of the input signal be strengthened and remain largely unchanged. In ver binding with the additional amplitude-independent damping of the second attenuator this means that small Am plitudes of the input signal remain almost unchanged and only large amplitudes of the input signal that lead to an over control would be dampened.

Heute werden Audiosignale nicht mehr in rein analogen Systemen aufbereitet und weiterverarbeitet, bevor sie einem analogen Endverstärker zugeführt werden. Vielmehr erfolgt die Übertra gung in sogenannten gemischt-analogendigitalen Systemen (bei spielsweise einer Kombination aus einem digitalen Signalpro zessor und einem analogen Endverstärker). In solchen Fällen ist es oft günstig, das Dämpfungsglied zur amplitudenselekti ven Dämpfung nicht als rein analoge Schaltung auszuführen. Die Erfindung sieht daher vor, das Dämpfungsglied so auszubilden, dass das eingangsseitig am Dämpfungsglied anliegende Signal auch in digitaler Form aufbereitet werden kann. So ist bei spielsweise vorgesehen, dass vor der Digital-Analog-Wandlung des digitalen Signals ein Begrenzerverstärker eingefügt wird, der kleine Amplituden des Eingangssignals (welches in digita ler Form vorliegt) verstärkt werden, während große Amplituden des Eingangssignals weitgehend unverändert bleiben. Die ampli tudenunabhängige Dämpfung, beispielsweise mit Hilfe eines her kömmlichen Dämpfungsgliedes, erfolgt nach der Digital-Analog- Wandlung des Eingangssignals.Today, audio signals are no longer used in purely analog systems processed and processed before being sent to an analog Power amplifiers are supplied. Rather, the transfer takes place in mixed-analog-digital systems (at for example a combination of a digital signal pro processor and an analog power amplifier). In such cases it is often convenient to use the attenuator to select the amplitude ven damping not to be carried out as a purely analog circuit. The The invention therefore provides to design the attenuator in such a way that the signal present on the input side of the attenuator can also be prepared in digital form. So is with provided for example that before the digital-to-analog conversion a limiter amplifier is inserted into the digital signal, the small amplitudes of the input signal (which in digita ler form) are amplified while large amplitudes of the input signal remain largely unchanged. The ampli damping independent of the student, for example with the help of a conventional attenuator, takes place after the digital-analog Conversion of the input signal.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zei gen:Two embodiments of the invention are in the drawing are shown and are described in more detail below. It shows gene:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispie les eines erfindungsgemäßen Leistungsverstärkers, Fig. 1 is a block diagram of a first Ausführungsbeispie les of a power amplifier according to the invention,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Leistungsverstärkers, Fig. 2 is a block diagram of a second embodiment according to the invention of a power amplifier,

Fig. 3 einen Pegelplan eines Audiosystems nach Fig. 2 bei Normalbetrieb, Fig. 3 shows a level diagram of an audio system of FIG. 2 during normal operation,

Fig. 4 einen Pegelplan eines Audiosystems nach Fig. 2 nach einem Einbruch der Versorgungsspannung für große Am plituden eines Eingangssignals, Fig. 4 shows a level diagram of an audio system of FIG. 2 amplitudes for a dip in the supply voltage for large on an input signal,

Fig. 5 einen Pegelplan eines Audiosystems nach Fig. 2 nach einem Einbruch der Versorgungsspannung für kleine Amplituden eines Eingangssignals, Fig. 5 shows a level diagram of an audio system according to Fig. 2, for a dip in the supply voltage for small amplitudes of an input signal

Fig. 6 übliche Kennlinien eines bekannten Begrenzerverstär kers in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung, Fig. 6 usual characteristics of a known Begrenzerverstär kers in dependence on the supply voltage,

Fig. 7 übliche Kennlinien eines weiteren Begrenzerverstär kers in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung. Fig. 7 usual characteristics of another limiter amplifier depending on the supply voltage.

Die Fig. 1 zeigt einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Leistungsverstärkers im Blockschaltbild. Dieser zeigt einen Signaleingang 1, dem ein analoges Eingangs signal E zugeführt wird. An den Signaleingang 1 schließt sich ein Dämpfungsglied 6, 7 mit veränderbarer Übertragungscharak teristik an. Im Ausführungsbeispiel besteht das Dämpfungsglied aus zwei Dämpfungsstufen 6 und 7. Eingangsseitig befindet sich eine erste amplitudenselektive Dämpfungsstufe 6, welche als Begrenzerverstärker ausgebildet ist. Dieser ersten Dämpfungs stufe 6 schließt sich eine zweite Dämpfungsstufe 7 mit am plitudenunabhängiger Dämpfungscharakteristik an. Das am Aus gang der Dämpfungsstufe 7 anliegende Verstärkereingangssignal EV wird einer Verstärkerstufe 3 zugeführt bevor es am Signal ausgang 2 als Ausgangssignal A auftritt. Die Verstärkerstufe 3 wird über eine Spannungsquelle 4 mit einer Versorgungsspan nung U_Batt versorgt. Die Versorgungsspannung U_Batt wird von einer Überwachungseinheit 5 kontrolliert. Ein Ausgangssignal AU der Überwachungseinheit 5 dient zur Regelung der Übertragungskenn linien der Dämpfungsstufen 6 und 7 des Dämpfungsgliedes. Fig. 1 shows a schematic configuration of a power amplifier according to the invention in block diagram. This shows a signal input 1 , to which an analog input signal E is supplied. At the signal input 1 , an attenuator 6 , 7 follows with variable transmission characteristics. In the exemplary embodiment, the attenuator consists of two attenuation stages 6 and 7 . On the input side there is a first amplitude-selective damping stage 6 , which is designed as a limiter amplifier. This first damping stage 6 is followed by a second damping stage 7 with the damping characteristic independent of the amplitude. The present at the output of the damping stage 7 amplifier input signal EV is supplied to an amplifier stage 3 before it occurs at the signal output 2 as output signal A. The amplifier stage 3 is supplied via a voltage source 4 with a supply voltage U _Batt . The supply voltage U _Batt is controlled by a monitoring unit 5 . An output signal AU of the monitoring unit 5 is used to control the transmission characteristic lines of the attenuation stages 6 and 7 of the attenuator.

Die Schaltung von Fig. 1 besteht zum Beispiel aus rein analo gen Bauelementen. The circuit of FIG. 1 consists, for example, of purely analog components.

In heutiger Zeit findet die Signalverarbeitung eines Audiosig nales in der Regel nicht mehr in rein analogen Systemen statt, sondern man arbeitet mit einem sogenannten gemischt-analogen digitalen System, welches beispielsweise aus einer Kombination aus einem digitalen Audio-Signalprozessor (DSP) und einem ana logen Endverstärker besteht. Fig. 2 zeigt ein solches System mit einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung.Nowadays, the signal processing of an audio signal usually no longer takes place in purely analog systems, but one works with a so-called mixed-analog digital system, which for example consists of a combination of a digital audio signal processor (DSP) and an analog Power amplifier exists. FIG. 2 shows such a system with an inventive design.

Einem Signaleingang 1 wird ein Eingangssignal E zugeführt, welches in analoger Form vorliegt. An den Signaleingang 1 schließt sich ein Analog-Digital-Wandler 8 an. Das jetzt am Ausgang des Analog-Digital-Wandlers in digitaler Form vorlie gende Signal wird einem digitalen Signalprozessor 10 zuge führt. Dieser digitale Signalprozessor 10 dient zur Aufberei tung des Eingangssignals E, beispielsweise zur Klang- und Lautstärkeregelung oder zur Steuerung der Versorgungsspannung U_Batt. Am Ausgang des digitalen Signalprozessors 10 liegt das Signal weiterhin in digitaler Form vor.An input signal E, which is in analog form, is fed to a signal input 1 . An analog-digital converter 8 connects to the signal input 1 . The now vorlie at the output of the analog-to-digital converter in digital form signal is fed to a digital signal processor 10 . This digital signal processor 10 is used for processing the input signal E, for example for sound and volume control or for controlling the supply voltage U _Batt . At the output of the digital signal processor 10 , the signal is still in digital form.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Leistungsverstärkers sieht vor, das Signal einer Dämpfungsstufe 6 zuzuführen. Diese Dämpfungsstufe 6 ist im Beispiel als Begrenzungsverstärker mit veränderlicher Übertragungscharakteristik ausgeführt. Das Sig nal am Ausgang des Begrenzerverstärkers wird einem Digital- Analog-Wandler 9 zugeführt, bevor es einem zweiten Dämpfungs glied 7 mit ebenfalls veränderlicher Übertragungskennlinie zugeführt wird. Erst jetzt wird das als analoges Signal vor liegende Verstärkereingangssignal EV einer Verstärkerstufe 3 zugeführt, wo es verstärkt am Signalausgang 2 als Ausgangssig nal A auftritt. Die Verstärkerstufe 3 wird von einer Span nungsquelle 4 mit einer Versorgungsspannung U_Batt versorgt. Die Versorgungsspannung U_Batt wird von einer Überwachungseinheit 5 kontrolliert. Mit Hilfe eines Ausgangssignals AU der Überwa chungseinheit 5 werden die Übertragungskennlinien der Dämp fungsstufen 6 und 7 gesteuert. The configuration of the power amplifier according to the invention provides for the signal to be fed to an attenuation stage 6 . In the example, this damping stage 6 is designed as a limiting amplifier with variable transmission characteristics. The signal at the output of the limiter amplifier is fed to a digital-to-analog converter 9 before it is fed to a second attenuator 7 with a likewise variable transmission characteristic. Only now is the present as an analog signal amplifier input signal EV to an amplifier stage 3 , where it occurs at the signal output 2 as output signal A occurs. The amplifier stage 3 is supplied by a voltage source 4 with a supply voltage U _Batt . The supply voltage U _Batt is controlled by a monitoring unit 5 . With the help of an output signal AU of the monitoring unit 5 , the transmission characteristics of the damping stages 6 and 7 are controlled.

Zur Verdeutlichung der Funktionsweise eines solchen Audiosys tems zeigt Fig. 4 einen Pegelplan des Audiosystems nach Fig. 2 im Normalbetrieb. Aus Fig. 4 geht hervor, dass der maximale Eingangspegel am Signaleingang 1 des Analog-Digital-Wandlers 8 1,25 V beträgt. Der maximale Ausgangspegel des Digital-Analog- Wandlers 9 beträgt bei Vollaussteuerung 1,8 V. Bei Vollaus steuerung beträgt der Pegel des digitalen Signals 0 dBFS (≅ 0 dB "full scale") bei Vollaussteuerung. Die Verstärkerstufe 3 weist an ihrem Signalausgang 2 bei Vollaussteuerung maximal 10 V Spitzenpegel auf. Die Versorgungsspannung U_Batt Nennbetrieb beträgt in diesem Beispiel U_Batt = U_Nenn = 12 V. Die Dämpfungs stufe 7 zwischen dem Digital-Analog-Wandler 9 und der Ver stärkerstufe 3 ist im Beispiel auf einen Wert von -11 dB ein gestellt, um eine entsprechende Anpassung an die fest vor gegebene und konstante Verstärkung der Verstärkerstufe 3 von 26 dB zu erreichen. Der Pegel des Verstärkereingangssignals EV lässt sich mit dieser Dämpfungsstufe 7 stets geeignet ein stellen.To illustrate the functioning of such an audio system, FIG. 4 shows a level diagram of the audio system according to FIG. 2 in normal operation. From Fig. 4 it appears that the maximum input level of the analog-to-digital converter is 8 1.25 V at the signal input 1. The maximum output level of the digital-to-analog converter 9 is at full 1, 8 V. In Vollaus control is the level of the digital signal 0 dBFS (dB ≅ 0 "full scale") at full load. The amplifier stage 3 has a maximum output level of 10 V at its signal output 2 at full modulation. The supply voltage U _Batt nominal operation in this example is U _Batt = U _nominal = 12 V. The damping stage 7 between the digital-to-analog converter 9 and the amplifier stage 3 is set to a value of -11 dB in the example, by one corresponding adjustment to the fixed given and constant gain of amplifier stage 3 of 26 dB to achieve. The level of the amplifier input signal EV can always be suitably set with this damping stage 7 .

Sinkt beispielsweise die Versorgungsspannung U_Batt um 20% auf einen Wert von 9,6 V ab, so kann auch am Signalausgang 2 der Verstärkerstufe 3 maximal ein um 20% reduzierter Pegel auf treten. Dies bedeutet, dass das Verstärkereingangssignal EV entsprechend abgesenkt werden muss, um eine Übersteuerung des verstärkten Signals zu vermeiden. Daher muss in diesem Bei spiel eine zusätzliche Dämpfung von -2 dB eingestellt werden. Dies bedeutet, dass die Dämpfung der Dämpfungsstufe 7 auf -13 dB statt wie bisher -11 dB eingestellt werden muss.If, for example, the supply voltage U _{Batt drops} by 20% to a value of 9.6 V, a maximum of a 20% reduced level can also occur at signal output 2 of amplifier stage 3 . This means that the amplifier input signal EV must be reduced accordingly in order to avoid overloading the amplified signal. Therefore, an additional attenuation of -2 dB must be set in this example. This means that the attenuation of attenuation level 7 must be set to -13 dB instead of -11 dB as before.

Um eine gleichmäßige Absenkung des gesamten Signals um -2 dB zu vermeiden, wird die Übertragungskennlinie der Dämpfungsstu fe 6 so eingestellt, dass kleine Signalamplituden um 2 dB an gehoben werden, während große Signalamplituden unverändert bleiben. Dadurch wird erreicht, dass in Verbindung mit der eben besprochenen zusätzlichen Dämpfung der Dämpfungsstufe 7 von -2 dB kleine Signalamplituden unverändert bleiben und nur große Signalamplituden, die zu einer Übersteuerung geführt hätten, um insgesamt -2 dB abgesenkt werden.In order to avoid a uniform reduction of the entire signal by -2 dB, the transmission characteristic of the damping stage 6 is set so that small signal amplitudes are raised by 2 dB, while large signal amplitudes remain unchanged. It is thereby achieved that, in connection with the additional attenuation of attenuation level 7 of -2 dB just discussed, small signal amplitudes remain unchanged and only large signal amplitudes that would have led to an overload are reduced by a total of -2 dB.

Zur Verdeutlichung zeigt Fig. 4 einen Pegelplan des Audiosys tems für große Signalamplituden bei einem Spannungseinbruch von U_Batt = 12 V auf U_Batt = 9,6 V und Fig. 5 einen Pegelplan des Audiosystems für kleine Signalamplituden bei diesem Spannungs einbruch.For clarification, FIG. 4 shows a level diagram of the audio system for large signal amplitudes when the voltage drops from U _Batt = 12 V to U _Batt = 9.6 V, and FIG. 5 shows a level diagram of the audio system for small signal amplitudes at this voltage drop.

Zum besseren Verständnis ist in Fig. 6 eine Schar von ampli tudenselektiven Übertragungskennlinien einer Dämpfungsstufe 6 dargestellt, welche als Begrenzerverstärker ausgebildet ist.For a better understanding, a group of amplitude-selective transmission characteristics of an attenuation stage 6 is shown in FIG. 6, which is designed as a limiter amplifier.

Befindet sich der Leistungsverstärker im Nennbetrieb, das heißt, ist die Versorgungsspannung U_Batt mit der Nennbetriebs spannung U_Nenn identisch (hier zum Beispiel U_Batt = U_Nenn = 12 V), so zeigt die Übertragungscharakteristik des Begrenzerverstär kers einen linearen Verlauf.If the power amplifier is in nominal operation, i.e. the supply voltage U _{Batt is} identical to the nominal operating voltage U _Nom (here, for example, U _Batt = U _Nom = 12 V), the transfer characteristic of the limiter amplifier shows a linear course.

Ein sinusförmiges (normiertes) Eingangssignal U_e erscheint un abhängig von der Amplitude des Eingangssignals U_e als sinusför miges Ausgangssignal U_a am Ausgang des Begrenzerverstärkers: so erscheint das sinusförmige Eingangssignal U_ek mit kleiner Amplitude am Ausgang als sinusförmiges Ausgangssignal U_ak mit kleiner Amplitude am Ausgang, ein sinusförmiges Eingangssignal U_eg mit großer Amplitude erscheint ausgangsseitig als sinusför miges Ausgangssignal U_ag mit großer Amplitude.A sinusoidal (standardized) input signal U _e appears regardless of the amplitude of the input signal U _e as a sinusoidal output signal U _a at the output of the limiter amplifier: the sinusoidal input signal U _ek with a small amplitude appears at the output as a sinusoidal output signal U _ak with a small amplitude am Output, a sinusoidal input signal U _eg with a large amplitude appears on the output side as a sinusoidal output signal U _ag with a large amplitude.

Sinkt die Versorgungsspannung U_Batt beispielsweise um 20% auf U_Batt' = 9,6 V < U_Nenn ab, so zeigt die Übertragungscharakteri stik des Begrenzerverstärkers im Beispiel einen nichtlinearen, annäherend S-förmigen Verlauf. Ein sinusförmiges Eingangs signal U_ek mit kleiner Amplitude erscheint am Ausgang des Be grenzerverstärkers als Ausgangssignal U_ak'. Das Ausgangssignal U_ak' ist wieder nahezu sinusförmig mit einer um 25% größeren Signalamplitude. Demgegenüber weist ein eingangsseitig sinus förmig zugeführtes Eingangssignal U_eg mit großer Signalamplitu de ausgangsseitig keinen sinusförmigen Verlauf mehr auf. Das Ausgangssignal U_ag' ist derart verformt, dass die Amplitude auf den Maximalwert von 1 begrenzt bleibt. Das Signal selbst ist allerdings im Bereich des Maximums gegenüber einem sinusförmi gen Verlauf verbreitert.If the supply voltage U _{Batt drops,} for example, by 20% to U _Batt '= 9.6 V <U _nominal , the transmission characteristic of the limiter amplifier in the example shows a non-linear, approximately S-shaped course. A sinusoidal input signal U _ek with a small amplitude appears at the output of the limiter amplifier as output signal U _ak '. The output signal U _ak 'is again almost sinusoidal with a 25% larger signal amplitude. In contrast, an input signal U _eg supplied sinusoidally on the input side with a large signal amplitude de no longer has a sinusoidal profile on the output side. The output signal U _ag 'is deformed in such a way that the amplitude remains limited to the maximum value of 1. The signal itself is broadened in the area of the maximum compared to a sinusoidal curve.

Fig. 7 zeigt eine Schar von amplitudenselektiven Übertragungs kennlinien eines weiteren Ausführungsbeispiels der Dämpfungs stufe 6. Fig. 7 shows a family of amplitude-selective transmission characteristics of another embodiment of the damping stage 6 .

Befindet sich der Leistungsverstärker im Nennbetrieb, das heißt zum Beispiel für eine Versorgungsspannung U_Batt = U_Nenn = 12 V, so ist der Kennlinienverlauf der Übertragungscharakteristik des Begrenzerverstärkers wie im vorigen Beispiel linear.If the power amplifier is in nominal operation, for example for a supply voltage U _Batt = U _nominal = 12 V, the characteristic curve of the transfer characteristic of the limiter amplifier is linear, as in the previous example.

Ein sinusförmiges Eingangssignal U_ek mit kleiner Amplitude er scheint als sinusförmiges Ausgangssignal U_ak mit unveränderter Amplitude. Ein ebenfalls sinusförmiges Eingangssignal U_eg mit großer Amplitude erscheint ebenfalls als sinusförmiges Aus gangssignal U_ag mit unveränderter Amplitude.A sinusoidal input signal U _ek with a small amplitude appears as a sinusoidal output signal U _ak with an unchanged amplitude. A likewise sinusoidal input signal U _eg with large amplitude also appears as a sinusoidal output signal U _ag with unchanged amplitude.

Sinkt die Versorgungsspannung U_Batt wie im vorigen Beispiel von U_Batt = U_Nenn = 12 V um 20% auf U_Batt = 9,6 V < U_Nenn ab, so zeigt die Übertragungskennlinie in diesem Ausführungsbeispiel einen stufenförmigen Verlauf. Für ein (normiertes) Eingangssignal U_e zwischen -0,8 und +0,8 ist die Übertragungscharakteristik linear mit einer Steigung von 1,25. Eingangssignale U_e, deren Amplituden einen Wert von 0,8 übersteigen, werden ausgangssei tig auf einen Amplitudenwert von 1 begrenzt.If the supply voltage U _Batt _drops by 20% from U _Batt = U _nominal = 12 V to U _Batt = 9.6 V <U _nominal as in the previous example, the transmission characteristic curve in this exemplary embodiment shows a step-like course. For a (normalized) input signal U _e between -0.8 and +0.8, the transfer characteristic is linear with a slope of 1.25. Input signals U _e , the amplitudes of which exceed a value of 0.8, are limited on the output side to an amplitude value of 1.

So erscheint beispielsweise das sinusförmige Eingangssignal U_ek mit kleiner Amplitude wie im vorigen Ausführungsbeispiel als sinusförmiges Ausgangssignal U_ak' aber mit einer um 25% ver größerten Signalamplitude. Ein sinusförmiges Eingangssignal U_eg mit großer Signalamplitude, beispielsweise mit einem Amplitu denwert von 1 erscheint ausgangsseitig als sinusförmiges Aus gangssignal U_ag' mit einer um 25% vergrößerten Signalampli tude, wobei die Anteile des sinusförmigen Signals, die ihrem Betrag nach den Wert 1 übersteigen auf einen Maximalwert von 1 begrenzt werden. For example, the sinusoidal input signal U _{ek appears} with a small amplitude as in the previous exemplary embodiment as a sinusoidal output signal U _ak 'but with a signal amplitude that is 25% greater. A sinusoidal input signal U _eg with a large signal amplitude, for example with an amplitude value of 1, appears on the output side as a sinusoidal output signal U _ag 'with a signal amplitude increased by 25%, the proportions of the sinusoidal signal exceeding the value 1 by a maximum value of 1 can be limited.

LIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Signaleingang
signal input

22

Signalausgang
signal output

33

Verstärkerstufe
amplifier stage

44

Spannungsquelle
voltage source

55

Überwachungseinheit
monitoring unit

66

Dämpfungsstufe
attenuation stage

77

Dämpfungsstufe
attenuation stage

88th

A/D-Wandler
A / D converter

99

D/A-Wandler
D / A converter

1010

digitaler Signalprozessor
AU Ausgangssignal der Überwachungseinheit
EV Verstärkereingangssignal
E Eingangssignal
A Ausgangssignal
U_Batt digital signal processor
AU output signal of the monitoring unit
EV amplifier input signal
E input signal
A output signal
U _Batt

Versorgungsspannung
U_Nenn supply voltage
U _nominal

Nennspannung
nominal voltage

Claims

1. Power amplifier with a signal input ( 1 ) to put on an input signal (E), with an amplifier stage ( 3 ), with a to the amplifier stage ( 3 ) at the signal output ( 2 ), with a voltage source ( 4 ) for the Amplifier stage ( 3 ), with a monitoring unit ( 5 ) for monitoring a supply voltage of the voltage source ( 4 ), with a variable attenuator ( 6 , 7 ), which is connected on the input side to the signal input ( 1 ), characterized in that the Attenuator ( 6 , 7 ) designed for amplitude-selective attenuation of the input signal (E), and that when the supply voltage (U _Batt ) falls below a predetermined target voltage, the attenuation of the attenuator ( 6 ) is set such that with increasing decrease in the supply voltage ( U _Batt ) higher signal amplitudes of the input signal (E) are attenuated more compared to lower signal amplitudes.

2. Power amplifier according to claim 1, characterized in that the attenuator ( 6 , 7 ) with the amplitude-selective attenuation has a transmission characteristic which, starting from a straight course, can be changed in an S-shaped or step-like manner.

3. Power amplifier according to claim 1 or claim 2, characterized in that the attenuator ( 6 , 7 ) has a first attenuation stage ( 6 ) and a second attenuation stage ( 7 ), the first attenuation stage ( 6 ) being provided for amplitude-selective attenuation.

4. Power amplifier according to one of the preceding claims, characterized in that the input side of the attenuator ( 6 , 7 ) is present Si signal is an analog or a digital signal.

5. Power amplifier according to one of the preceding claims, characterized in that a simple analog-digital converter is seen as the monitoring unit ( 5 ) for monitoring the supply voltage (U _Batt ).