DE69318475T2

DE69318475T2 - Verstärkerverfahren und -anlage

Info

Publication number: DE69318475T2
Application number: DE69318475T
Authority: DE
Inventors: Eric Benoit; Antoine Dupont; Bernard Hepp
Original assignee: Thomson Multimedia SA
Current assignee: Vantiva SA
Priority date: 1992-06-19
Filing date: 1993-06-16
Publication date: 1998-09-17
Anticipated expiration: 2013-06-17
Also published as: JPH06164270A; TW236050B; KR100291646B1; EP0574891B1; ES2118165T3; US5317401A; CN1042784C; CN1081305A; HK1008858A1; EP0574891A1; KR940006336A; DE69318475D1; JP3436566B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des ersten Vorrichtungsanspruchs.
Es ist bekannt, z.B. aus der DE-OS 39 30 259, ein Signal mit einem Verstärker mit einer ersten Stufe zu verstärken, die das Eingangssignal in ein impulsweitenmoduliertes (PWM) Signal umsetzt, und mit einer zweiten Stufe, die das PWM-Signal in ein Ausgangssignal umsetzt. Das Tastverhältnis des PWM-Signals ist abhängig von dem Wert des Eingangssignals, und der Wert des Ausgangssignals ist abhängig von dem Tastverhältnis.
Die erste Stufe des Verstärkers vergleicht den Spannungswert des Eingangssignals mit einem ersten Sägezahnsignal mit einer Spannungsrampe, die von einem ersten Wert, z.B. "0", bis zu einem zweiten Wert, z.B. "1", verläuft. Solange die Rampenspannung kleiner ist als die Eingangssignalspannung, liegt die Amplitude des PWM- Signals auf "1". Wenn die Spannung des Rampensignals höher ist als die Spannung des Eingangssignals, liegt das PWM-Signal auf "0".
Die zweite Stufe des Verstärkers vergleicht das PWM-Signal mit einem zweiten Sägezahnsignal mit einem bestimmten Spannungsverlauf, z.B. von "0" nach "1", und erzeugt dadurch die Ausgangsspannung mit einem Wert, der von dem Tastverhältnis des PWM-Signals abhängig ist.
Die Verstärkung eines derartigen Verstärkers kann durch entsprechende Spannungsverläufe des ersten und/oder des zweiten Sägezahnsignals gewählt werden.
In der obengenannten Patentanmeldung dient ein Verstärker der beschriebenen Art zur Verarbeitung eines Videosignals für die Ansteuerung einer Flüssigkristallanzeige (LCD = liquid crystal display). Abhängig von dem Wert des Ausgangssignals ändert ein gesteuertes LCD-Pixel sein Reflexionsvermögen bzw. seine Lichtdurchlässigkeit.
Der Kontrast eines durch die LCD wiederzugebenden Videosignals wird durch den Aussteuerbereich gewählt, das bedeutet durch den Unterschied zwischen dem Minimalwert und dem Maximalwert des Ausgangssignals. Die Helligkeit dieses Videosignals ist abhängig von dem Minimalwert bzw. dem Maximalwert des Ausgangssignals.
Das bedeutet, daß der Kontrast des wiedergegebenen Videosignals von der Verstärkung des Verstärkers und die Helligkeit von der Verschiebung des Ausgangssignals abhängig ist.
Die prioritätsältere (noch nicht veröffentlichte) deutsche Patentanmeldung P 41 03 813.4 zeigt ebenfalls einen Verstärker der erwähnten Art. In dieser Patentanmeldung ist die das PWM-Signal in das Ausgangssignal umsetzende zweite Stufe in einer besonderen Weise aufgebaut, um Nichtlinearitäten des Ausgangssignals zu verringern.
Im Stand der Technik muß für eine Änderung der Verstärkung und/oder eine Änderung in der Verschiebung wenigstens einer der Spannnungsverläufe geändert werden. Eine derartige Änderung ist ziemlich schwierig zu realisieren.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Verstärkung eines Verstärkers der genannten Art und/oder die Verschiebung seines Ausgangssignals besonders einfach zu ändern.
Dies wird erreicht durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß dem ersten Vorrichtungsanspruch. Verbesserungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß der Erfindung arbeiten die erste Stufe und/oder die zweite Stufe eines Verstärkers der erwähnten Art digital. Das bedeutet, es wird ein digitales Eingangssignal, das der ersten Stufe zugeführt wird, und/oder ein Zwischensignal, z.B. ein PWM-Signal, mit digitalen Zählersignalen verglichen, deren Werte in einer bestimmten Weise von einem ersten Sollwert auf einen zweiten Sollwert erhöht oder verringert werden können.
Die erste Umsetzung in der ersten Stufe bewirkt, daß während der Zeiträume, wenn der Wert des Eingangssignals oberhalb des Wertes des Zählersignals liegt, der Wert des Zwischensignals, z.B. eines PWM-Signals, anders ist als in den Zeiträumen, in denen der Wert des Eingangssignals niedriger ist als der Wert des Zählersignals.
Die zweite Stufe bewirkt, daß das Zwischensignal mit Hilfe eines zweiten Rampensignals in ein Ausgangssignal umgesetzt wird, wobei der Wert des Ausgangssignals von der Dauer einer oder mehrerer Zustände des Zwischensignals abhängig ist.
Wenn der Verlauf des Zwischensignals durch den Verlauf des zweiten Rampensignals beeinflußt wird, z.B. in der Weise, daß die Amplitude des Zwischensignals entsprechend dem zweiten Rampensignal verringert oder erhöht wird, können Nichtlinearitäten des Verstärkers verringert werden.
Die Anwendung der vorliegenden Erfindung zur Steuerung einer LCD ist deshalb vorteilhaft, weil die Helligkeit und/oder der Kontrast besonders einfach geändert werden können.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in den folgenden Ausführungsformen anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigen
Fig.1: eine erste Ausführungsform der Erfindung;
Fig.2 : in der Ausführungsform von Fig.1 auftretende Signale.
Vor der detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen sei erwähnt, daß die in den Figuren dargestellten Blöcke für ein besseres Verständnis der Erfindung dienen. Üblicherweise sind wenigstens einige dieser Blöcke zu Einheiten integriert. Diese Einheiten können in einer integrierten oder hybriden Technologie oder als Teil eines Mikrocomputers oder als Teil eines Programms zur Steuerung dieses Computers realisiert sein.
Die in den einzelnen Blöcken enthaltenen Elemente können auch getrennt voneinander realisiert sein.
Fig.1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
Ein Verstärker 10 enthält einen Spannung/Zeit (V/t)-Umsetzer 11 und einen Zei t/Spannung (t/V)-Umsetzer 12. Ein Eingangssignal Vi, das in dieser Ausführungsform von einem Videosignal von einer Videoquelle 20 abgeleitet sein kann, die eine Kamara, ein Videorekorder, ein Videospeicher, digital und/oder analog oder dergleichen sein kann, wird einer ersten Eingangsklemme des V/t-Umsetzers 11 und das Signal eines Zählers 13 einer zweiten Eingangsklemme des Umsetzers 11 zugeführt.
Ein durch den V/t-Umsetzer 11 erzeugtes PWM-Signal wird einer ersten Eingangsklemme des t/V-Umsetzers 12 zugeführt, dessen zweite Eingangsklemme mit einem Rampenspannungsgenerator 14 verbunden ist, der ein Rampenspannungssignal VR liefert, ähnlich wie es im Prinzip innerhalb des Blockes 14 angedeutet und auch in Fig.2 gezeigt ist. Das Ausgangssignal V&sub0; des Umsetzers 12 wird weiteren Mitteln zugeführt, in dieser Ausführungsform einem LCD-Schirm 15.
Der t/V-Umsetzer 12 kann, wie in dieser Ausführungsform, einen MOS-Transistor 12' enthalten, dessen Quellelektrode (source) mit dem Generator 14 und dessen Abflußelektrode (drain) mit einer ersten Klemme eines Kondensators 12" verbunden ist, an dem das Ausgangssignal Vo abgenommen werden kann. Das PWM-Signal wird dem Gate des Transistors 12' zugeführt, und eine zweite Klemme des Kondensators 12" ist in dieser Ausführungsform mit Erde verbunden. Eine andere Verbindung der zweiten Klemme des Kondensators 12", z.B. mit einer nicht dargestellten Gleichspannung, ist ebenso möglich.
Parameter des Zählers 13, z.B. die Zählertaktfrequenz und/oder die Zählerstartzeit, können durch Steuermittel gesteuert und ausgewählt werden, die in dieser Ausführungsform in der Eingangseinheit 16 enthalten sind.
Detaillierte Beschreibungen der Wirkungsweise eines Verstärkers der genannten Art sind enthalten in der veröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE-OS 39 30 259 und in der prioritätsälteren (noch nicht veröffentlichten) deutschen Patentanmeldung P 41 03 813.4. Die Art, in der der Verstärker arbeitet, wird in der weiteren Beschreibung nur soweit erläutert, wie es für das Veständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich ist.
Der Hauptunterschied zwischen den bekannten Verstärkern und der Ausführungsform von Fig.1 besteht darin, daß der Umsetzer 11 digital arbeitet. Das bedeutet, daß sowohl das Eingangssignal Vi als auch das Zählersignal C digitale Signale sind. Wenn ein analoges Eingangssignal verarbeitet werden soll, muß ein Analog/Digital (A/D)-Umsetzer vorgesehen sein.
Fig.2 zeigt Diagramme von Signalen, die in der Ausführungsform von Fig.1 auftreten können.
Fig.2a zeigt den Verlauf der Rampenspannung VR, einen ersten Verlauf Vc von Werten des Signals C und einen Wert Vvi eines digitalen Eingangssignals Vi. Der Zähler wird in einem Zeitpunkt t1 gestartet, und in einem Zeitpunkt Ta ist der Wert Vc des Zählersignals C gleich Vvi.
Fig.2e zeigt PWM-Signale Pa,...,Pd, die durch den Umsetzer 11 erzeugt wurden, für die in den Figuren 2a ...d dargestellten Beispiele. Wenn der Zähler 13 gestartet wird (t1), wird das Signal Pa auf "1" gesetzt. Nach einer "1"-Zeit dta wird das Signal Pa bei t=Ta auf "0" gesetzt.
Solange das Signal Pa auf "1" ist, ist der Transistor 12' leitend, und der Kondensator 12" wird durch das Rampenspannungssignal VR des Generators 14 aufgeladen. Wenn Pa "1" wird (Ta), wird der Transistor 12' gesperrt, und der entsprechende Wert des Signals R wird in dem Kondensator 12" gespeichert.
Die Punkte Voa1,...,Vod1 bezeichnen den Spannungswert an dem Kondensator 12" für den Augenblick, wenn der Zähler 13 gestartet wird, und die Punkte Voa 2,...,Vod2 bezeichnen Werte der in dem Kondensator 12" gespeicherten Spannungen, wenn der Transistor 12' gesperrt ist.
Mit dem Diagramm von Fig.2a können Videosignale auf einer LCD dargestellt werden mit
einem ersten Helligkeitswert b1
und
einem ersten Kontrastwert c1.
Fig.2b zeigt einen anderen Verlauf der Kurve Vc. Der Zähler 13 wird zu derselben Zeit (t1) wie in Fig.2a gestartet, jedoch ist die Taktfrequenz des Zählers erhöht, wodurch sich eine größere Steigung von Vc ergibt.
Das entsprechende in Fig.2e dargestellte PWM-Signal Pb startet ebenfalls bei t1, jedoch ist sein Tastverhältnis ("1"-Zeit/"0"-Zeit) geringer.
Da die "1"-Zeit dtb kleiner ist als dta, ist der Wert der in dem Kondensator 12" gespeicherten Spannung Vob2 für den Wert Vvi kleiner, verglichen mit dem Beispiel von Fig.2a. Das bedeutet, daß die Wertedifferenz der Spannungen Vob1, Vob2 niedriger ist. Dieses resultiert in
einem zweiten Kontrastwert c2, der niedriger als c1.
Die Helligkeit b2 des Videosignals ist dieselbe wie in Fig.2a. Das bedeutet
b2 = b1.
Fig.2c zeigt einen dritten Verlauf der Kurve Vc. Die Steigung ist dieselbe wie in Fig.2a, der Startpunkt liegt jedoch früher (t2) als in den Figuren 2a und 2b (t1). Das kann dadurch erreicht werden, daß der Zähler 14 früher gestartet wird. Die Taktfrequenz ist dieselbe wie in dem Beispiel von Fig.2a.
Das entsprechende PWM-Signal Pc hat eine "1"-Zeit von dtc, die in diesem Beispiel gleich dta ist. Dadurch ist die Differenz zwischen Voc1 und Voc2 dieselbe wie die zwischen Voa1 und Voa2, und der Kontrastwert c3 beträgt
c3 = c1.
Der Helligkeitswert
b3 ist niedriger als b1 bzw. b2.
Das kann durch die Tatsache erklärt werden, daß die Spannungswerte Voc1, Voc2 für dunklere und hellere Videosignale geringer sind.
Fig.2d zeigt ein anderes Beispiel mit derselben Steigung von Vc und derselben Zählertaktfrequenz wie in Fig.2b und demselben Startpunkt (t2) wie in Fig.2c.
Wenn man das PWM-Signal Pd betrachtet, so ist ersichtlich, daß der Spannungswert Vod1 für dunkle Signale gleich Voc1 ist, was bedeutet
b4 = b3,
und daß die Differenz zwischen Vod1 und Vod2 gleich der Differenz zwischen Vob1 und Vob2 ist, was bedeutet
c4 = c2.
Als Schlußfolgerung davon sei bemerkt, daß durch die Ausführungsform von Fig.1 Helligkeit und/oder Kontrast eines Videosignals, das mittels eines LCD-Schirms wiedergegeben werden soll, besonders leicht geändert werden können, da die Zählertaktfrequenz und der Startpunkt des Zählers 13 besonders leicht geändert werden können.
Ausbildungen der obengenannten Ausführungsformen können wenigstens eine der folgenden Abwandlungen enthalten:
- anstelle oder zusätzlich zu der Änderung der Steigung und des Startpunktes der durch den Zähler 13 erzeugten Rampe kann das dem t/V-Umsetzer 12 zugeführte Rampensignal R durch einen Zähler erzeugt werden, wobei der Verlauf von R leicht durch Änderung des jeweiligen Startpunktes und der Taktfrequenz geändert werden kann;
- die D/A-Umsetzer können zwischen den Zählern und den Umsetzern 11 u nd/oder 12 vorgesehen sein, um analoge Signale zu verarbeiten;
- der Rampengenerator 14 kann ein Rampensignal mit einem abfallenden Sägezahn erzeugen. Das hat den Vorteil, daß der Wert der in dem Kondensator 12" gespeicherten Spannung unabhängiger ist von dessen Kapazität. In diesem Fall müssen entsprechende LCD-Mittel 15 oder ein Inverter vorgesehen sein;
- die Werte für den Zählerstart (Helligkeit) und/oder die Zählertaktfrequenz (Kontrast) können durch Steuermittel in Abhängigkeit von vorgegebenen Sollwerten und Sensorsignalen gesteuert werden;
- es können Verstärker- und/oder Filtermittel vorgesehen sein, z.B. zwischen dem Umsetzer 12 und der LCD 15;
- die in den deutschen Patentanmeldungen genannten Merkmale können kombiniert werden, wie z.B.
- das PWM-Signal kann in Abhängigkeit von dem Verlauf des Rampenspannungssignals R beeinflußt werden (siehe P 41 03 813.4);
- eine Reihe oder mehrere Reihen von LCD-Pixeln können gleichzeitig angesteuert werden (siehe DE-OS 39 30 259).

Claims

1. Verfahren zur Verstärkung eines Eingangsignals durch

- eine erste Umsetzung des Eingangssignals mit Hilfe eines ersten Rampensignals in ein Zwischensignal mit zwei oder mehreren möglichen Zuständen, wobei die Dauer eines oder mehrerer dieser Zustände von dem Wert des Eingangssignals abhängig ist,

- eine zweite Umsetzung des Zwischensignals mit Hilfe eines zweiten Rampensignals in ein Ausgangssignal, wobei der Wert des Ausgangssignals von der Dauer eines oder mehrerer Zustände des Zwischensignals abhängig ist,

worin das Eingangssignal ein Maß ist für ein Videosignal und die Flüssigkristall-Wiedergabemittel mit Hilfe des Ausgangssignals angesteuert werden,

dadurch gekennzeichnet, daß

das erste Rampensignal und/oder das zweite Rampensignal durch einen ersten Zähler bzw. Linien zweiten Zähler erzeugt werden und

daß der Startzeitpunkt des ersten Zählers und/oder des zweiten Zählers die Helligkeit eines durch die Flüssigkristall-Wiedergabemittel wiederzugebenden Signals bestimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Kurve des Zwischensignals durch die Form der Kurve des zweiten Rampensignals beeinflußt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählertaktfrequenz des ersten und/oder des zweiten Zählers den Kontrast eines durch die Flüssigkristall-Wiedergabemittel wiederzugebenden Signals bestimmt.

4. Verfahren zur Verstärkung eines Eingangssignals durch

worin das Eingangssignal ein Maß für ein Videosignal ist und die Flüssigkristall-Wiedergabemittel durch das Ausgangssignal angesteuert werden,

dadurch gekennzeichnet, daß

das erste Rampensignal und/oder das zweite Rampensignal durch einen ersten Zähler bzw. einen zweiten Zähler erzeugt werden

und daß die Zählertaktfrequenz des ersten und/oder des zweiten Zählers den Kontrast eines durch die Flüssigkristall-Wiedergabemittel wiederzugebenden Signals bestimmt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Startzeitpunkt des ersten Zählers und/oder des zweiten Zählers die Helligkeit eines durch die Flüssigkristall-Wiedergabemittel wiederzugebenden Signals bestimmt.

6. Vorrichtung zur Verstärkung eines Eingangssignals, enthaltend

- eine erste Stufe (11) für die Umsetzung des Eingangssignals mit Hilfe eines durch erste Rampenmittel (13) erzeugten ersten Rampensignals in ein Zwischensignal (PWM) mit zwei oder mehreren möglichen Zuständen, worin die Dauer eines oder mehrerer dieser Zustände von dem Wert des Eingangssignals abhängig ist,

- eine zweite Stufe (12) für die Umsetzung des Zwischensignals (PWM) mit Hilfe eines durch die zweiten Rampenmittel (14) erzeugten zweiten Rampensignals in ein Ausgangssignal (Vo), wobei der Wert des Ausgangssignals (Vo) von der Dauer eines oder mehrerer Zustände des Zwischensignals (PWM) abhängig ist,

worin eine Videoquelle (20) vorgesehen ist, die ein Videosignal erzeugt, von dem das Eingangssignal abgeleitet ist, und Flüssigkristall-Wiedergabemittel (15) vorgesehen sind, die mittels des Ausgangssignals (Vo) angesteuert werden,

dadurch gekennzeichnet, daß

die ersten Rampenmittel (13) und/oder die zweiten Rampenmittel (14) Zählermittel enthalten

und Steuermittel vorgesehen sind, die den Startzeitpunkt der ersten Zählermittel (13) und/oder der zweiten Zählermittel (14) in Abhängigkeit von einem bestimmten Wert der Helligkeit eines durch die Flüssigkristall-Wiedergabemittel (15) wiederzugebenden Signals bestimmen und beeinflussen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Adaptiermittel vorgesehen sind, die die Form der Kurve des Zwischensignals (PWM) in Abhängigkeit von der Form der Kurve des zweiten Rampensignals (R) beeinflussen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Steuermittel vorgesehen sind, die die Taktfrequenz der ersten Zählermittel (13) und/oder der zweiten Zählermittel (14) in Abhängigkeit von einem bestimmten Wert des Kontrastes eines durch die Flüssigkristall-Wiedergabemittel (15) wiederzugebenden Bildes beeinflussen.

9. Vorrichtung zur Verstärkung eines Eingangssignals, enthaltend

- eine erste Stufe (11) zur Umsetzung des Eingangssignals mit Hilfe eines durch die ersten Rampenmittel (13) erzeugten ersten Rampensignals in ein Zwischensignal (PWM) mit zwei oder mehreren möglichen Zuständen, worin die Dauer eines oder mehrerer dieser Zustände von dem Wert des Eingangssignals abhängig ist,

- eine zweite Stufe (12) zur Umsetzung des Zwischensignals (PWM) mit Hilfe eines durch zweite Rampenmittel (14) erzeugten zweiten Rampensignals in ein Ausgangssignal (Vo), wobei der Wert des Ausgangssignals (Vo) von der Dauer eines oder mehrerer Zustände des Zwischensignals (PWM) abhängig ist,

worin eine Videoquelle (20) vorgesehen ist, die ein Videosignal erzeugt, von dem das Eingangssignal abgeleitet ist, und daß Flüssigkristall-Wiedergabemittel (15) vorgesehen sind, die mit Hilfe des Ausgangssignals (Vo) angesteuert werden,

dadurch gekennzeichnet, daß

und daß Steuermittel vorgesehen sind, die die Taktfrequenz der ersten Zählermittel (13) und/oder der zweiten Zählermittel (14) in Abhängigkeit von einem bestimmten Wert des Kontrastes eines durch die Flüssigkristall-Wiedergabemittel (15) wiederzugebenden Signals bestimmen und beeinflussen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Steuermittel vorgesehen sind, die den Startzeitpunkt der ersten Zählermittel (13) und/oder der zweiten Zählermittel (14) in Abhängigkeit von einem bestimmten Wert der Helligkeit eines durch die Flüssigkristall-Wiedergabemittel (15) wiederzugebenden Signals bestimmen und beeinflussen.