CH632606A5

CH632606A5 - Vorrichtung zur durchfuehrung arithmetischer operationen.

Info

Publication number: CH632606A5
Application number: CH820278A
Authority: CH
Inventors: Fumio Sugiyama; Isao Tashiro
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co
Priority date: 1977-07-30
Filing date: 1978-07-31
Publication date: 1982-10-15
Also published as: GB2002938B; DE2833556A1; GB2002938A; US4224671A; DE2833556C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung arithmetischer Operationen, nämlich zur fortlaufenden Addition von Produkten, welche sich durch die Multiplikation von Eingangssignalpaaren ergeben. Solche Vorrichtungen zur fortlaufenden Addition der Produkte von Eingangssignalpaaren sind etwa Wattstundenmesser und Telefonzähler. Ferner werden solche Vorrichtungen zur Datenverarbeitung mittels verschiedener Typen von Prozesssteuersystemen verwendet. Die heute bekannten Vorrichtungen dieser Art führen eine Analog-Digital-Wandlung(im folgenden A-D-Wandlung genannt) zweier Signale aus, multiplizieren deren durch digitale Signale repräsentierten Werte zum Beispiel mittels eines Mikrocomputers und zählen das Resultat dieser Multiplikation, welches in digitaler Form vorliegt in einem Zähler.

Solche bekannten Vorrichtungen weisen jedoch den Nachteil auf, dass die verschiedenen Komponenten kompliziert aufgebaut sind, was die Einrichtungen als ganzes unhandlich und teuer macht.

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Ferner gibt es bekannte Vorrichtungen mit zwei Integrato- duliertem ersten Eingangssignal und zweitem Eingangssignal ren, wobei ein erstes Eingangssignal als Multiplikand in ein fortlaufend addiert, wobei durch eine bestimmte Anzahl Signal mit seinem Wert entsprechender Impulsbreite umge- Betriebsgrundperioden hindurch ununterbrochen ein Integra-wandelt wird und ein zweites Eingangssignal als Multiplikator tionswert geliefert wird, ohne dass die Zufuhr eines Eingangswährend einer dieser Impulsbreite entsprechenden Zeitdauer s signais während irgendeiner der besagten Betriebsgrundperio-integriert wird. Dadurch wird das Produkt zwischen dem den aussetzt. Demzufolge ist die erfindungsgemässe Vorrich-ersten Eingangssignal als Multiplikand und dem zweiten Ein- tung in weitem Bereich bei Multiplikationseinrichtungen wie gangssignal $ls Multiplikator gebildet. Die Vorrichtung unter- z. B. Wattmetern und Telefonzählern anwendbar.

wirft diesen dem Produkt entsprechenden Integrationswert Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung dann einer invertierten Integration unter Verwendung eines io anhand der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es

Referenzsignals, bis der Integrationswert auf Null reduziert ist zeigen:

und bestimmt den Integrationswert durch das Zählen der Zeit- Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Durchfüh-

dauer, welche die invertierte Integration erfordert. Bei der rung von arithmetischen Operationen;

bekannten Vorrichtung wird für jede Abtastperiode eine Inte- Fig. 2 eine Steuerschaltung, welche zusammen mit der Vor-

gration und eine invertierte Integration ausgeführt. Dabei ent- is richtung in Fig. 1 verwendet wird;

steht oft ein Fehler bei der Zeitbestimmung der invertierten Fig. 3 ein Laufzeitdiagramm der verschiedenen, beim

Integration, welcher der Frequenz von Referenztaktimpulsen Betrieb der Vorrichtung nach Fig. 1 auftretenden Signale;

entspricht, die die Abtastperiode definieren. Wenn die Summe Fig. 4 ein Blockdiagramm einer weiteren Vorrichtung zur der Produkte von Signalpaaren aus mehreren Abtastperioden Durchführung von arithmetischen Operationen ;

gebildet werden soll, summieren sich die in den einzelnen 20 Fig. 5 eine Steuerschaltung, welche zusammen mit der Vor-

Abtastperioden auftretenden Fehler zu einem recht grossen richtung nach Fig. 4 verwendet wird;

Betrag, wodurch hoch präzise Messungen verunmöglicht wer- Fig. 6A und 6B ein Laufzeitdiagramm der verschiedenen,

den. beim Betrieb der Vorrichung nach Fig. 4 auftretenden Signale,

Ein weiterer Nachteil der gebräuchlichen Vorrichtungen und dieser Art ist es, dass die ursprünglich erwünschte Produktebil- 25 Fig. 7 und 8 je ein Laufzeitdiagramm der Wirkungen des dung zweier Eingangssignale während der invertierten Integra- zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

tion zeitweise unterbrochen werden muss, wenn die Integra- Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Durchführung tion und die invertierte Integration abwechslungsweise stattfin- arithmetischer Operationen ist für die Verwendung als Watt-

den, um die Summe der Produkte zu bilden. Stundenzähler eingerichtet. Ein erstes Eingangssignal mit

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung 30 einem Spannungspegel Vx gelangt durch einen Spannungsde-

zur Durchführung von arithmetischen Operationen mit einem tektor 2, welcher mit einer Speiseleitung 1 verbunden ist, in

Aufbau zu schaffen, welcher die Nachteile der bekannten Vor- einen Impulsbreitenmodulator 3 (nachfolgend mit «PWM» von richtungen vermeidet und im Stande ist, die Produkte von englisch: pulse width modulator, abgekürzt). Der PWM3 modu-

Signalpaaren fortlaufend zu addieren. liert das erste Eingangssignal Vx nach Empfang eines Steuer-

Dies wird erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden 35 signais aus einer Steuerschaltung 4 in jeder einer bestimmten

Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht. Anzahl von Abtastperioden, die zusammen eine Betriebsgrund-

Bei der vorliegenden Erfindung wiederholen sich mehrere periode der Vorrichtung ausmachen, zu einem Impuls mit einer

Betriebsgrundperioden, von denen jede aus einer Mehrzahl der Spannung entsprechenden Impulsbreite. Das impulsbrei-

von Abtastperioden besteht, in einem bestimmten Intervall mit ten-modulierte Ausgangssignal des PWM3 wird seinerseits der jeweils umgekehrter Polarität. Während einer gegebenen 40 Steuerschaltung 4 zugeleitet. Zu diesem Zeitpunkt gibt die

Betriebsgrundperiode wird das zweite Eingangssignal in Steuerschaltung 4 einen Befehl an eine Schalteranordnung 6

Abhängigkeit vom ersten Eingangssignal während der entspre- zur Herstellung eines speziellen Kontakts. Die Annahme von chenden Abtastperioden integriert. Ein so erhaltener Integra- Eingangssignalen und die Erzeugung von Ausgangssignalen tionswert wird während der darauffolgenden Betriebsgrundpe- der Steuerschaltung 4 wird durch Taktimpulse gesteuert,

riode mit umgekehrter Polarität einer invertierten Integration 45 welche von einem Taktimpulsgeneraor 5 mit einer Referenzfre-mit einem Referenzsignal unterworfen. Anders als in bekann- quenz erzeugt werden. Die Schalteranordnung 6 besitzt zwei ten Vorrichtungen, bei welchen sich Integration und invertierte Eingangsanschlüsse, von denen der eine über einen Stromde-Integration alternierend in jeder Abtastperiode wiederholen, tektor 7, der mit der Speiseleitung 1 verbunden ist, mit einem verhindert die erfindungsgemässe Vorrichtung, dass Fehler in zweiten Eingangssignal des Strompegels Vy versorgt wird und den während jeder Abtastperiode bestimmten Intégrations- 50 der andere ein Referenzsignal erhält, auf dessen Grundlage die werten erscheinen. Wenn die invertierte Integration für jede später zu beschreibende Umkehrung ausgeführt wird. Die Abtastperiode ausgeführt wird, müssen die Zählertaktimpulse Schalteranordnung 6 besitzt einen ersten Schalter SW1 und eine viel grössere Frequenz aufweisen als die Abtasttaktim- einen zweiten Schalter SW2, welche wechselweise bezüglich pulse. Gemäss der vorliegenden Erfindung werden jedoch die des zweiten Stromsignals mit dem Pegel Vy bzw. des Referenzwährend der entsprechenden Abtastperioden erhaltenen Pro- 55 signais Vf geschlossen sind. Der erste Schalter SWi ist mit dukte von erstem und zweitem Eingangssignal durch eine einem ersten Integrator 8, der zweite Schalter SW2 mit einem ganze Betriebsgrundperiode hindurch fortlaufend addiert. Der zweiten Integrator 9 verbunden. Die Integratoren 8,9 werden resultierende Integrationswert wird während der darauffolgen- je von einem Operationsverstärker 10 und einem in einer Rück-den Betriebsgrundperiode einer invertierten Integration unter- kopplungsschleife dieses Verstärkers angeordneten Kondensa-worfen. Aus diesem Grund können die Taktimpulse, die zum 60 tor 11 gebildet. Die Ausgangssignale der Integratoren 8,9 stel-Zählen eines der Zeitdauer der invertierten Integration ent- len einen Integrationswert dar und werden je Vergleicherschal-sprechenden Wertes verwendet werden, eine niedrige Fre- tungen 12,13 zugeführt, worin sie mit einem Signal verglichen quenz haben, was den Vorteil bietet, dass die Vorrichtung in IC- werden, das eine Referenzspannung Vref, z. B. Erdpotential, aufTechnik gebaut werden kann. weist. Die Ausgangssignale der Vergleicherschaltungen 12,13

Ferner wird während einer zweiten Betriebsperiode das 65 entsprechen den Resultaten des erwähnten Vergleiches und zweite Eingangssignal einem zweiten Integrator zugeführt, werden an die Steuerschaltung 4 abgegeben. Die Steuerschal-

während das erste Eingangssignal einer invertierten Integra- tung 4 erzeugt ein Steuerausgangssignal, welches die Funktion tion unterworfen wird. So werden die Produkte aus impulsmo- eines UND-Gatters 14 beeinflusst. Dieses UND-Gatter 14

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gestattet die Passage von Taktimpulsen mit einer Referenzfrequenz, welche vom Taktimpulsgenerator 5 während eines Zeitraumes ausgesandt werden, dem eine Periode invertierter Integration entspricht. Ein Zähler 15 zählt die Taktimpulse, welche durch das UND-Gatter gelangen. Der Zähler zählt wechselweise die Zeit für die invertierte Integration der Integratoren 8 bzw. 9 und ermöglicht dadurch die fortlaufende Addition der Multipiiktionsergebnisse des ersten und zweiten Eingangs-signals Vx und Vy durch eine bestimmte Anzahl Betriebsgrundperioden hindurch. Das Ergebnis der fortlaufenden Addition der Multiplikationsergebnisse wird über eine Dekodier-Trei-berschaltung 16 an ein Anzeigegerät 17 geliefert und darin angezeigt.

Jeder der Integratoren 8,9 führt abwechslungsweise eine Integration und eine invertierte Integration über eine Anzahl erster bzw. zweiter Betriebsgrundperioden der Vorrichtung aus, wobei jede Betriebsgrundperiode aus einer bestimmten Zahl von Abtastperioden besteht.

Das Umschalten der Kontakte der Schalter SWì und SW2 der Schalteranordnung 6 wird von der Steuerschaltung 4, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, gesteuert. Die Fig. 3 (a) bis (i) stellen ein Laufzeitdiagramm dieser Steuerschaltung 4 mit den verschiedenen während des Betriebes auftretenden Signalen dar. Die Steuerschaltung 4 besitzt einen Frequenzteiler 40, welcher die Frequenz der Taktimpulse teilt, die vom Taktimpulsgenerator 5 mit einer Referenzfrequenz abgegeben werden, wie in Fig. 3 (a) dargestellt, und welcher ein Signal abgibt, das für den Impulsbreitenmodulator 3 die Frequenz der Abtastperioden (Fig. 3b) festlegt. Der Impulsbreitenmodulator 3 tastet auf den Empfang eines solchen die Abtastperioden definierenden Signals den Spannungspegel des ersten Eingangssignals ab und erzeugt ein Signal (Fig. 3c), dessen Impulsbreite entsprechend dem so abgetasteten Spannungspegel moduliert ist. An den Taktimpulsgenerator 5 ist ein Frequenzteiler 41 angeschlossen und versorgt einen der Eingänge des UND-Gatters 42 (Fig. 2) mit einem Signal umgekehrter Polarität (Fig. 3d), um die Betriebsgrundperioden festzulegen, während derer die Integration mittels der Integratoren 8 bzw. 9 ausgeführt wird. Der Pegel «1» des Signals in Fig. 3 (d) bezeichnet die erste Betriebsgrundperiode und der Pegel «0» die zweite. Der andere Eingang des UND-Gatters 42 erhält ein vom Pulsbreitenmodulator ausgehendes Signal Vx, dessen Impulsbreite moduliert ist. Während der ersten Betriebsgrundperiode Ti, welche durch ein Ausgangssignal des Frequenzteilers 41 festgelegt wird, ist der stationäre Anschluss des ersten Schalters SWi der Schalteranordnung 6 mit demjenigen Eingangsanschluss verbunden, über den er das zweite Eingangssignal Vy aus dem Stromdetektor 7 für einen Zeitraum erhält, der der modulierten Impulsbreite eines Ausgangssignals des Impulsbreitenmodulators 3 (Fig. 3e) entspricht. Der Pegel «1» des Signals von Fig. 3e bezeichnet den Zeitraum, während dessen der erste Schalter SWi leitet und das zweite Eingangssignal Vy zugeführt wird. Der Pegel «2» des Signals in Fig. 3e stellt den Zeitraum dar, währenddessen das Referenzsignal Vf für die invertierte Integration zugeführt wird und der Schalter S Wi betätigt ist. Ein Befehl vom UND-Gatter 42 zur Betätigung des ersten Schalters SWi hat zur Folge, dass das zweite Eingangssignal Vy mittels des ersten Integrators 8 (Fig. 3f) für einen der modulierten Impulslänge des Ausgangssignals des Impulsbreitenmodulators 3 entsprechenden Zeitraum während der ersten Betriebsgrundperiode T1 integriert wird. Der Frequenzteiler 41 ist über einen Inverter 43 an den S(set>Eingang eines Flip-Flops 44 angeschlossen. Wenn am Ende der ersten Betriebsgrundperiode Ti sein Ausgang einen anderen Wert annimmt, wie in Fig. 3 (d) dargestellt, erzeugt der Inverter 43 ein Ausgangssignal, welches den Flip-Flop 44 setzt. Das entsprechende Ausgangssignal des Flip-Flop 44 hat die Betätigung des ersten Schalters SWi zur Folge, welcher derart umschaltet, dass er das Referenzsignal Vf aufnimmt, wie in Fig. 3e dargestellt. Gleichzeitig wird das Ausgangssignal des Flip-Flop 44 über ein ODER-Gatter 45 einem der Eingänge des UND-Gatters 14 zugeleitet. Der andere Eingang des UND-Gatters 14 erhält Taktimpulse vom Taktimpulsgenerator 5. Der erste Integrator 8 beginnt die invertierte Integration, wie in Fig. 3f dargestellt, mit dem Referenzsignal Vf. Die invertierte Integration wird fortgesetzt, bis die Spannung des Ausgangssignals des ersten Integrators 8 eine Referenzspannung, nämlich Erdpotential, erreicht hat. Dieser Zeitpunkt wird mittels der Vergleicherschaltung 12 festgestellt. Auf Empfang des Ausgangssignals der Vergleicherschaltung 12, welches das Vergleichsergebnis anzeigt, prüft ein Schwellendetektor 46 (welcher zum Beispiel durch ein Differenzierglied gebildet sein kann) in der Steuerschaltung, dass das genannte Ausgangssignal des ersten Integrators 8 die Referenzspannung, nämlich Erdpotential, erreicht hat. Darauf wird der Flip-Flop 44 rückgesetzt, der erste Schalter SWi wird in seine ursprüngliche Lage geöffnet, und der Zähler 15 hört auf zu zählen. Demzufolge zählt der Zähler 15 eine Taktimpulszahl, welche dem Zeitraum entspricht, der für die invertierte Integration benötigt wird, wie aus Fig. 3i ersichtlich ist. Die derart bestimmte Anzahl Taktimpulse wird über die Dekodier-Trei-berschaltung 16 auf der Anzeigeeinsichtung 17 angezeigt. Wenn der Inverter 43 am Ende der ersten Betriebsgrundperiode ein Ausgangssignal abgibt, beginnt der erste Integrator 8 mit der invertierten Integration. Gleichzeitig wird das die Betriebsgrundperiode festlegende Ausgangssignal des Frequenzteilers 41 auch an einen Eingang des UND-Gatters 47 gelegt. Da sein anderer Eingang die impulsbreiten-modulierten Signale aus dem Impulsbreitenmodulator 3 erhält, wird vom UND-Gatter 47 ein Befehl an den zweiten Schalter SW2 abgegeben, den stationären Anschluss mit dem Eingangsanschluss für das zweite Eingangsignal Vy zu verbinden. Der Pegel «1» des Signals in Fig. 3g stellt den Zeitraum dar, während dem das zweite Eingangssignal Vy zugeführt wird und der zweite Schalter SW2 leitend ist. Der Pegel «2» des genannten Signals zeigt den Zeitraum an, während welchem das Referenzsignal Vf für die invertierte Integration zugeführt wird und der zweite Schalter SW2 betätigt ist. Wenn der zweite Schalter SW2 in der erstgenannten Lage ist, integriert der Integrator 9 das zweite Eingangssignal Vy (Fig. 3h) während der Zeiträume, die den Impulsbreiten der Ausgangssignale des Impulsbreitenmodulators 3 entsprechen. Wenn am Ende der zweiten Betriebsgrundperiode der S-Eingang des Flip-Flops 48 das Ausgangssignal des Frequenzteilers 41 erhält, das die nachfolgende Betriebsgrundperiode mit invertierter Polarität festlegt, veranlasst ein Ausgangssignal des Flip-Flops 48 den zweiten Schalter SW2, die Verbindung zwischen seinem stationären Kontakt und seinem Eingang für das Referenzsignal Vy zur invertierten Integration herzustellen. Dementsprechend beginnt der zweite Integrator 9 mit der invertierten Integration. Das Ergebnis dieser invertierten Integration wird festgestellt, indem vom Flip-Flop 48 ein Ausgangssignal über das ODER-Gatter 45 an einen Eingang des UND-Gatters 14 abgegeben wird und mittels des Zählers 15 die durch den anderen Eingang des UND-Gatters 14 gelangte Anzahl Taktimpulse, welche vom Taktimpulsgenerator 5 geliefert werden, gezählt werden. Die invertierte Integration wird dabei so lange fortgesetzt, bis der Flip-Flop 48 zurückgesetzt wird, d. h. bis die zweite Vergleicherschaltung 13 feststellt, dass die Spannung des Ausgangssignals des zweiten Integrators 9 eine Referenzspannung oder Erdpotential erreicht hat und das entsprechende Ausgangssignal der zweiten Vergleicherschaltung 13 durch einen Schwellendetektor 49 in der Steuerschaltung detektiert worden ist.

Wie oben erläutert worden ist, wird der integrierte Wert des Produktes aus erstem und zweitem Eingangssignal, welcher während der ersten Betriebsgrundperiode erhalten wurde, während der darauffolgenden zweiten Betriebsgrundperiode

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einer invertierten Integration unterworfen. In gleicher Weise wird der integrierte Wert des Produktes aus erstem und zweitem Eingangssignal, welches während der zweiten Betriebsgrundperiode erhalten wurde, während der ersten Betriebsgrundperiode einer invertierten Integration unterworfen (Hinweis: die erste und die zweite Grundperiode wiederholen sich abwechslungsweise über eine vorherbestimmte Serie). Demzufolge werden die integrierten Werte des Produktes der ersten und zweiten Eingangssignale fortlaufend von einer Grundperiode zur andern invers integriert. Die für die invertierte Integration erforderliche Zeitdauer wird mittels des Zählers 15 gezählt. Deshalb kann aus der Anzahl der im Zähler 15 gezählten Taktimpulse die fortlaufend addierte Summe der integrierten Werte des Produktes der ersten und zweiten Signale während einer bestimmten Serie von abwechslungsweise aufeinanderfolgenden Betriebsgrundperioden bestimmt werden.

Wenn nämlich der Impulsbreitenmodulator 3 Signale erzeugt, deren Impulsbreite dem ersten Eingangssignal Vx entsprechen und das zweite Eingangssignal Vy während einem diesen Impulsbreiten entsprechenden Zeitraum integriert wird, so entspricht dieser Integrationswert dem Produkt des ersten und des zweiten Eingangssignals. Wenn Tx die Impulsweite bezeichnet, wird der Intégrations wert Vi durch folgende Gleichung gegeben:

Tx

V, = f Vydt = Vy*Tx

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welcher Wert proportional zu Vy- Vx ist.

Demzufolge ist der Integrationswert proportional zum Produkt Vx* Vy. Die Anzahl Taktimpulse (Fig. 3i), welche während der ersten bzw. zweiten Betriebsgrundperiode abgegeben werden, ist folglich proportional zur fortlaufend addierten Summe der Produkte der ersten und zweiten Eingangssignale, welche an entsprechenden Abtastpunkten während der unmittelbar vorangehenden Betriebsgrundperiode erhalten werden.

Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Durchführung von arithmetischen Operationen erscheinen Fehler, die beim Zählen der während der invertierten Integrationen abgegebenen Taktimpulse entstehen, wenn, wie bei bekannten Lösungen, die invertierte Integration während jeder Abtastperiode vollzogen wird, im wesentlichen nicht mehr während der Betriebsgrundperiode, in welcher die invertierte Integration ausgeführt wird. Wenn nämlich, wie bei bekannten Vorrichtungen dieser Art, das Produkt der ersten und zweiten Eingangssignale durch invertierte Integration dieses Produktes während jeder Abtastperiode bestimmt wird, so wird das Produkt mittels eines 0,1 |xs Taktpulses gezählt, falls man annimmt, dass die für die invertierte Integration des Produktes benötigte Zeit oder die Impulsweise 0,1 Millisekunden beträgt und eine Messgenauigkeit von 0,1% festgesetzt wird. In diesem Falle sind Taktim-pulse mit einer Frequenz von 10 MHz erforderlich. Wenn im Gegensatz dazu die Produkte der ersten und zweiten Eingangssignale wie bei der erfindungsgemässen Vorrichtung fortlaufend addiert werden, beträgt die für die invertierte Integration dieser fortlaufend addierten Summe benötigte Zeit oder die Impulsweite 0,5 Millisekunden, falls eine Betriebsgrundperiode aus 5 Abtastperioden besteht. Wenn ferner eine Messgenauigkeit von 0,1% verlangt wird, ist es ausreichend, die Messung mittels Taktimpulsen von 0,5 (j,s auszuführen bzw. mit einer Taktimpulsfrequenz von 2 MHz. Falls eine Betriebsgrundperiode aus 100 Abtastperioden besteht, reichen Taktimpulse mit einer Frequenz von 100 KHz aus. Diese Tatsache bietet Vorteile hinsichtlich einer IC-Version einer solchen Vorrichtung. Falls die Messung mittels Taktimpulsen der Frequenz 10 MHz statt 100 KHz ausgeführt wird, erhöht sich die Messgenauigkeit wesentlich, nämlich auf 0,001%.

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Gemäss der Erfindung führt jeder der beiden Integratoren 8,9 abwechslungsweise von einer Betriebsgrundperiode zur anderen die Integration des Produktes aus, das durch die Multiplikation des impulsbreite-modulierten ersten Eingangssignals mit dem zweiten Eingangssignal und die invertierte Integration der fortlaufend addierten Summe der integrierten Werte aus. Während einer bestimmten Betriebsgrundperiode, worin der erste Integrator 8 das zweite Eingangssignal integriert, führt der zweite Integrator 9 die invertierte Integration der fortlaufend addierten Summe der integrierten Werte des zweiten Eingangssignales aus der vorangehenden Betriebsgrundperiode durch. Umgekehrt nimmt der zweite Integrator die fortlaufende Addition der integrierten Werte des zweiten Eingangs-signals für die Zeitdauer vor, welche den einzelnen modulierten Impulsweiten des ersten Eingangssignals entspricht, während in der gleichen Betriebsgrundperiode der erste Integrator 8 die beschriebene invertierte Integration ausführt. Deshalb gestattet die vorliegende Erfindung, dass die ersten und die zweiten Eingangssignale laufend integriert werden, indem nämlich die Produkte dieser Signale während einer vorbestimmten Serie sich abwechslungsweise wiederholender Betriebsgrundperioden fortlaufend addiert werden, wodurch der Nachteil der vorbekannten Vorrichtung, dass die Multiplikation der ersten und zweiten Eingangssignale mit entsprechendem Zeitverlust zeitweise eingestellt wurde, vermieden wird.

In der vorangehenden Beschreibung wurde angenommen, dass sowohl das erste als auch das zweite Eingangssignal Vx bzw. Vy positive Spannungen darstellen und das Referenzsignal Vf eine negative Spannung aufweist. In der Regel können die Eingangssignale Vx und Vy jedoch beide positive und negative Werte annehmen. In diesem Falle ist es ratsam, ein zweites Eingangssignal ± Vy und ein Referenzsignal ± Vf vorzusehen, und bei positivem erstem Eingangssignal Vx ein positives zweites Eingangssignal +Vy an die Integratoren 8,9 abzugeben, bei negativem erstem Eingangssignal Vx ein negatives zweites Eingangssignal - Vy an die Integratoren 8,9 zu liefern, bei positivem Wert der Summe der fortlaufend addierten Produkte von ersten und zweiten Eingangssignalen in einer Betriebsgrundperiode die Integratoren 8,9 mit einem negativen Referenzsignal - Vf zu versorgen, bei negativem Wert der besagten Summe ein positives Referenzsignal + Vf an die Integratoren 8,9 zu liefern, bei positivem Wert dieser Summe den Zähler 15 vorwärts zählen zu lassen und schliesslich bei negativem Wert dieser Summe den Zähler 15 rückwärts zählen zu lassen. Im oben erwähnten Falle ist es nötig, die Polarität des ersten Eingangs-signals und der Ausgangssignale der Integratoren 8,9 festzustellen.

Gemäss dem vorstehenden beschriebenen Ausführungsbeispiel wird ein zweites Eingangssignal während einer Zeitdauer integriert, welche der modulierten Impulsbreite eines ersten Eingangssignals entspricht. Die Integrationswerte werden während einer Betriebsgrundperiode fortlaufend addiert. Diese fortlaufend addierten Integrationswerte werden während der darauffolgenden Betriebsgrundperiode mit einem Referenzsignal einer invertierten Integration unterworfen. Bei Eingangssignalen mit sehr kleiner Spannung kann eine Vergleicherschaltung zur Bestimmung der Polarität des Ausgangssignals des Integrators Grund für ein fehlerhaftes Betriebsverhalten der Vorrichtung sein. Das für die invertierte Integration benötigte Referenzsignal hat eine bezüglich des zu integrierenden Eingangssignals entgegengesetzte Polarität. Bei sehr kleinem Integrationswert des Eingangssignals beurteilt die Vergleicherschaltung wegen ihrer begrenzten Kapazität die Polarität des Ausgangssignals des Integrators bisweilen falsch. Wenn die Vergleicherschaltung irrtümlich feststellt, dass der Integrationswert eines Eingangssignals negative Polarität hat anstatt positive, dann wird während der nachfolgenden Betriebsgrundperiode mit entgegengesetzter Polarität eine invertierte Inte-

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gration mit einem Referenzsignal positiver Polarität ausgeführt, obwohl ein Referenzsignal negativer Polarität nötig wäre, weshalb in Wirklichkeit eine Integration anstelle einer invertierten Integration über zwei aufeinanderfolgende Betriebsgrundperioden andauert und die invertierte Integration nicht ausgeführt wird.

Nachfolgend wird eine in Fig. 4 dargestellte, zweite Ausführungsart der Erfindung beschrieben, welche die Grundaufgabe und die Wirkung der Erfindung verkörpert und immer korrekte invertierte Integrationen ausführt, sogar wenn die Polarität des Eingangssignals wie oben-beschrieben falsch beurteilt wird, wodurch ein exakter Integrationswert sichergestellt wird. In Fig. 4 wird ein erstes Eingangssignal Vx einem Pulsbreitenmodulator 22 über eine erste Schalteranordnung 21 zur Modulation der Pulsbreiten zugeführt. Sein Ausgangssignal gelangt in eine Steuerschaltung 23. Die Schalteranordnung 21 umfasst einen ersten Schalter S1a, über den das erste Eingangssignal Vx empfangen wird, einen zweiten Schalter Stb für den Empfang eines ersten Referenzsignales + VE1, welches die gleiche Polarität wie der Integrationswert des ersten Eingangssignals aufweist, um eine zusätzliche Integration dieses Referenzsignales +VE1 während einer bestimmten Zeitdauer unmittelbar nach der Integration des ersten Eingangssignals auszuführen sowie einen dritten Schalter S)c zum Empfang eines zweiten Referenzsignals —VE1, welches eine bezüglich des ersten Referenzsignales entgegengesetzte Polarität aufweist, um die invertierte Integration des oben erwähnten zusätzlichen Integrationswertes auszuführen. Der Impulsbreitenmodulator umfasst einen Integrator 24, der aus einem Operationsverstärker OPi, einem in dessen Rückkopplungsschleife angeordneten Kondensator Ci und einer Vergleicherschaltung 25 zur Feststellung der Polarität des Ausgangssignals des Integrators 24 besteht. Das impulsmodulierte erste Eingangssignal mit der Spannung Vx gelangt in die Steuerschaltung 23. Das zweite Eingangsstromsignal mit dem Stromwert Vy wird über eine zweite Schalteranordnung 26 einem ersten Integrator 27 zugeführt. Die zweite Schalteranordnung 26 umfasst einen ersten Schalter S2a für die Aufnahme des zweiten Eingangssignals Vy, einem zweiten Schalter S2b für die Aufnahme eines dritten Referenzsignals +VE2, welches dieselbe Polarität hat wie der Integrationswert des zweiten Eingangssignales Vy, um eine zusätzliche Integration des dritten Referenzsignals +VE2 während einer bestimmten Zeitdauer unmittelbar nach der Integration des ersten Eingangssignals durchzuführen, sowie einen dritten Schalter S2c zur Aufnahme eines vierten Referenzsignals -VE2, das eine zum zweiten Referenzsignal + VE2 entgegengesetzte Polarität aufweist, um eine invertierte Integration des Integrationswertes des ersten Eingangssignals und des zusätzlichen Integrationswertes des dritten Referenzsignals + VE2 vorzunehmen. Der erste Integrator 27 umfasst einen Operationsverstärker OP2 und einen in dessen Rückkopplungsschleife angeordneten Kondensator C2. Das Ausgangssignal des ersten Integrators 27, welches den Wert der invertierten Integration darstellt, wird über eine Vergleicherschaltung 28 der Steuerschaltung 23 zugeführt.

Während der Betriebsgrundperiode mit entgegengesetzter Polarität, welche einer bestimmten vorangehenden Betriebsgrundperiode folgt, wird das zweite Eingangssignal Vy über eine dritte Schalteranordnung 29 nach dem Wechsel der Betriebsart der zweiten Schalteranordnung 26 einem zweiten Integrator 30 zugeführt, um während einer der modulierten Impulsbreite des ersten Eingangssignals Vx entsprechenden Zeit integriert zu werden. Die dritte Schalteranordnung 29 umfasst einen ersten Schalter S3a zur Aufnahme des zweiten Eingangssignals Vy, einen zweiten Schalter S3b zur Aufnahme des dritten Referenzsignals + VE2 sowie einen dritten Schalter S3c zur Aufnahme des vierten Referenzsignals - VE2. Der zweite Integrator umfasst einen Operationsverstärker OP3 und einen in dessen Rückkopplungsschleife angeordneten Kondensator C3. Sein Ausgangssignal, das den Wert der invertierten Integration darstellt, gelangt durch eine Vergleicherschaltung 31 zur Steuerschaltung 23.

Die Steuerschaltung 23 wird auf Empfang eines impulsbrei-ten-modulierten ersten Eingangssignals Vx, welches aus der Vergleicherschaltung 25 kommt, sowie von Ausgangssignalen der Vergleicherschaltungen 28,31, die Vergleichsergebnisse darstellen, in Betrieb gesetzt und gibt Betätigungsbefehle an die entsprechenden Schalter der Schalteranordnungen 21,26, 29 ab. Demgemäss erzeugt die Steuerschaltung 23 Ausgangssignale mit einer Impulsbreite, die der fortlaufend addierten Summe der Produkte aus erstem und zweitem Eingangssignal Vx bzw. Vy entspricht.

Anhand der Fig. 5 soll nun der Aufbau dieser Steuerschaltung und mittels der Fig. 6A(a) bis 6B(r) die Funktion der einzelnen Teile davon dargestellt werden. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, umfasst die Steuerschaltung 23 einen hochfrequenten Takt-impulsgenerator 50, welcher z. B. ein Quartz-Oszillator sein kann. Die von diesem Taktimpulsgenerator 50 ausgehenden Impulse gelangen in einen Frequenzteiler 51, der die Frequenz im Verhältnis 1:128 teilt. Der Frequenzteiler 51 erzeugt Abtastsignale to bis tn mit einer aus Fig. 6A(a) ersichtlichen bestimmten Periode. Die Ausgangssignale des Taktimpulsgenerators 50 werden ferner dem CK-Eingang eines verzögerten Flip-Flop-Schaltkreises 32 zugeführt. Der D-Eingang des verzögerten Flip-Flops 32 ist mit dem Ausgang der Vergleicherschaltung 32 verbunden, welche die Polarität des ersten Eingangssignales Vx feststellt. Der logische Pegel der Ausgangssignale des Flip-Flops 32 ändert sich jedesmal von «1» zu «0» oder umgekehrt, wenn die Polarität des ersten Eingangssignals Vx wechselt. Das Q oder Q Ausgangssignal des Flip-Flops 32, d. h. bei A oder A erscheinende Signal, bestimmt die Länge einer Betriebsgrundperiode Ti oder T2. Wenn das erste Eingangssignal Vx ein Spannungssignal ist, dessen Polarität sich in jedem der halben Frequenz dieses Signals entsprechenden Zeitraum ändert, kann der A oder A-Ausgang dazu verwendet werden, die erwähnte halbe Periode, in welcher sich die Polarität des ersten Eingangssignals Vx ändert, als Betriebsgrundperiode festzulegen. Zur Erleichterung der folgenden Beschreibung sei jedoch angenommen, dass die Abtastperioden, welche den Intervallen zwischen der Aussendung der aufeinanderfolgenden Abtastsignale to, ti, t2 (Fig. 6A(a) entsprechen, die Betriebsgrundperiode Ti bilden (Fig. 6A(c). In gleicher Weise werden die drei Abtastperioden, welche den Intervallen zwischen der Aussendung der Abtastsignale t3, t4, ts entsprechen, als Betriebsgrundperiode T2 angesehen [Fig. 6A(c)].

Wenn der erste Schalter Sla der ersten Schalteranordnung 21 auf einen Befehl der Steuerschaltung eingeschaltet wird, wird der Impulsbreitenmodulator 22 mit dem ersten Eingangssignal versorgt, wie aus Fig. 4 ersichtlich. Die Steuerschaltung 23 umfasst ein ersten Zähler 52 (Fig. 5) zum Zählen der Taktimpulse, welche vom hochfrequenten Impulsgenerator 50 ausgesandt werden. Die Betätigung des ersten Schalters S!a der ersten Schalteranordnung 21 wird gemäss einem Ausgangssignal eines ersten Flip-Flop-Schaltkreises 53 gesteuert, der mit dem ersten Zähler 52 verbunden ist und auch von einem Ausgangszählsignal dieses Zählers gesteuert wird. Der erste Zähler 52 zählt bis mindestens «128» und wird durch ein Ausgangssignal des Frequenzteilers 51 auf einen bestimmten Anfangswert zurückgestellt. Wenn der erste Zähler Null zählt, wird der Flip-Flop 53 gesetzt und schliesst den ersten Schalter Sia, welcher seinerseits veranlasst, dass das erste Eingangssignal Vx an den Impulsbreitenmodulator 22 (Fig. 4) geliefert wird, bis der erste Zähler «48» zählt [Fig. 6A(e)]. In der Zwischenzeit wird das erste Eingangssignal Vx durch den ersten Integrator 24 [Fig. 6A(d)] integriert. Wenn der erste Zähler «48» gezählt hat, wird der Flip-Flop 53 zurückgestellt, wodurch der erste Schal-

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ter Si a geöffnet und die Integration ausgesetzt wird. Zu dieser Schalteranordnung 29 leitend zu machen. Während der voran-Zeit wird ein zweiter Flip-Flop-Schaltkreis 54 gesetzt. Ein ent- gehenden halben Betriebsperiode Ti ist der erste Schalter S2a sprechendes Ausgangssignal dieses Flip-Flops schliesst den der zweiten Schalteranordnung 26 eingeschaltet, wodurch das zweiten Schalter S ! b der ersten Schalteranordnung 21, was wie- zweite Eingangssignal Vy für die Integration während einer derum zur Folge hat, dass das erste Referenzsignal + VE1 an den 5 Zeitdauer, welche der modulierten Impulsbreite des ersten EinIntegrator 24 [Fig. 6A(f)] geliefert wird. Das erste Referenz- gangssignals Vx entspricht, zugeführt wird. Der Integrationssignal +VE1 hat dieselbe Polarität wie das erste Eingangssignal wert des ersten und des zweiten Eingangssignals nimmt von Vx und wird zusätzlich zur Integration des ersten Eingangssig- einer Abtastperiode zur anderen fortlaufend zu. Der an jedem nals Vx ebenfalls integriert [Fig. 6A(d)]. Diese zusätzliche Inte- Abtastpunkt erhaltene Integrationswert ist das Ergebnis der gration wird so lange fortgesetzt, bis der erste Zähler 52 von io Multiplikation des ersten Eingangssignals Vx mit dem zweiten «48» auf «52» vorgezählt hat, und der zweite Flip-Flop 54 rück- Eingangssignal Vy. Der totale Integrationswert am Abtastgestellt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die dritte Flip-Flop- punkt t3 stellt die Summe dieser Produkte von den Abtastpunk-Schaltung 55 gesetzt. Ein entsprechendes Ausgangssignal die- ten to, ti, t2 dar.

ses Flip-Flops schliesst den dritten Schalter Slc der ersten Wenn der Übergang zwischen der vorangehenden

Schalteranordnung 21, was zur Folge hat, dass das zweite is Betriebsperiode Ti und der nachfolgenden Betriebsperiode T2 Referenzsignal - VEi an den ersten Integrator 24 geliefert wird, stattfindet, wobei die Polarität eines diese Perioden definierender nun die invertierte Integration des integrierten Wertes des den Signals wechselt, stellt der Schwellendetektor 60 den Zeit-ersten Eingangssignals Vx und des zusätzlich integrierten Wer- punkt dieses Wechsels auf Empfang des entsprechenden tes des zweiten Referenzsignals +VE1 vornimmt. Diese inver- Q-Ausgangssignals des verzögerten Flip-Flops 32 fest. Das entwerte Integration wird so lange fortgesetzt, bis die Vergleicher- 20 sprechende Ausgangssignal des Schwellendetektors 60 gelangt Schaltung 25 kein Ausgangssignal mehr liefert. Wenn der erste durch ein ODER-Gatter 61 und stellt den Zähler 62 zurück, um Zähler 52 während der invertierten Integration von «52» auf dessen Zählerstand zu löschen. Dieser zweite Zähler 62 zählt «56» vorgerückt ist, setzt ein Ausgangssignal des ersten Zäh- Taktimpulse, welche der hochfrequente Taktimpulsgenerator lers 52, welches das Erreichen von «56» anzeigt, die vierte Flip- 50 liefert, wobei sein Zählerstand zunimmt. Wenn der zweite Flop-Schaltung 56, deren entsprechendes Ausgangssignal über 25 Zähler 62 Null zählt, wird die fünfte Flip-Flop-Schaltung 63 ein UND-Gatter 57 als Befehl an die zweite Schalteranordnung gesetzt. Ein entsprechendes Ausgangssignal dieser Schaltung 26 gelangt, den ersten Schalter S2a zu schliessen. Das zweite gelangt durch ein UND-Gatter 64 als Befehl an die zweite Eingangssignal Vy, welches nach dem Schliessen dieses Schal- Schalteranordnung 26, den zweiten Schalter S2b zu schliessen, ters S2a vorliegt, wird durch den ersten Integrator 27 integriert, was zur Folge hat, dass ein drittes Referenzsignal + VE2 zuge-Die Zeitdauer, welche zur invertierten Integration mittels des 30 führt wird. Dieses dritte Referenzsignal + VE2 in der nachfol-Integrators 24, welcher im Pulsbreitenmodulator 22 enthalten genden Betriebsgrundperiode T2 wird unmittelbar nach der ist, erforderlich ist, wird dadurch festgelegt, dass ein Schwellen- Integration des ersten Eingangssignals Vx zusätzlich integriert detektor 58 in der Steuerschaltung 23 feststellt, dass die Ver- [Fig. 6A(i)]. Diese zusätzliche Integration wird so lange fortge-gleicherschaltung 25 kein Ausgangssignal mehr liefert. Ein ent- setzt, bis der zweite Zähler 62 «50» zählt, ein entsprechendes sprechender Ausgang des Schwellendetektors 58 stellt den 35 Ausgangssignal den fünften Flip-Flop 63 rückstellt, um die dritten Flip-Flop 55 zurück, so dass die Zufuhr des zweiten Zufuhr eines Eingangssignals an das UND-Gatter 64 zu unter

Referenzsignals - VE1 zur invertierten Integration unterbro- brechen und der zweite Schalter S2b der zweiten Schalteran-chen wird [Fig. 6A(g)]. Die vierte Flip-Flop-Schaltung 56 wird Ordnung 26 geöffnet wird [Fig. 6A(j)]. Wenn der fünfte Flipebenfalls durch ein Ausgangssignal des Schwellendetektors 58 Flop 63 rückgestellt ist, wird der sechste Flip-Flop 65 auf Emp-rückgestellt, wodurch verhindert wird, dass das UND-Gatter 57 40 fang eines beim Zählerstand «50» abgegebenen Signals des weiterhin einen Befehl zur Lieferung des zweiten Eingangs- zweiten Zählers 62 gesetzt. Ein entsprechendes Ausgangssig-signales Vy abgibt und der erste Schalter S2a der zweiten nal des sechsten Flip-Flops 65 gelangt durch ein UND-Gatter

Schalteranordnung 26 unwirksam wird [Fig. 6A(h)]. Während als Befehl an die zweite Schalteranordnung 26, den dritten der Zeit, in der das erste Referenzsignal + VEi geliefert wird, Schalter S2c zu schliessen. Wenn dieser dritte Schalter S2c nämlich währenddem der dritte Flip-Flop 55 nicht gesetzt ist, 45 geschlossen ist, wird das vierte Referenzsignal - VE2 zugeführt, zählt der erste Zähler von «48» bis «52». Das Intervall zwischen Mit dem vierten Referenzsignal - VE2 wird die Summe der Pro-dem Zeitpunkt, an welchem die invertierte Integration beginnt dukte von erstem und zweitem Eingangssignal Vx, Vy, welche und dem Zeitpunkt, an welchem das zweite Eingangssignal Vy während der Betriebsgrundperiode T1 fortlaufend gebildet geliefert wird, d. h. der Zeitraum, in dem der erste Zähler von wurde, sowie des Wertes, der durch zusätzliche Integration des «52» bis «56» zählt, entspricht dem Zeitraum, währenddem das 50 dritten Referenzsignals erhalten wurde, einer invertierten Inte-erste Referenzsignal +VE) geliefert wird. gration unterworfen. Wenn der zweite Zähler 62 während die-

Dementsprechend zeigt der Zeitraum, in welchem der erste ser invertierten Integration den Zählerstand « 100» aufweist, Zähler 52 von «56» an weiterzählt und der vierte Flip-Flop 56 setzt ein entsprechendes Ausgangssignal eine siebte Flip-Flop-rückgestellt ist, den Integrationswert des ersten Eingangs- Schaltung 67, welche ein entsprechendes Ausgangssignal signais Vx bei jedem Abtastpunkt an, welcher Intégrations wert 55 erzeugt [Fig. 6B(1)]. Die invertierte Integration, welche auf dem durch Subtraktion der für die invertierte Integration des besag- vierten Referenzsignal - VE2 basiert, wird fortgesetzt, bis die ten zusätzlichen Integrationswertes des ersten Referenzsignals Vergleicherschaltung 28 kein Ausgangssignal aus dem zweiten VE1 benötigte Zeitspanne erhalten wird und der Zeitdauer ent- Integrator 27 mehr feststellt Der Zeitpunkt, an welchem die spricht, welche für die ursprünglich angestrebte invertierte Vergleicherschaltung 28 kein Ausgangssignal mehr abgibt, Integration erforderlich ist. Deshalb können die entsprechen- 60 wird mittels eines Schwellendetektors 68, der in der Steuer-den in Fig. 6A(h) dargestellten Impulsbreiten als impulsbreiten- Schaltung 23 von Fig. 3 enthalten ist, festgestellt. Ein entspre-moduliertes erstes Eingangssignal Vx aus dem Impulsbreiten- chendes Ausgangssignal des Schwellendetektors 68 gelangt modulator 22 angesehen werden. Ein Ausgangssignal vom vier- durch ein UND-Gatter 69 und ein ODER-Gatter 70 an den ten Flip-Flop 56 gelangt während der ersten Betriebsperiode T1 Rückstelleingang des sechsten Flip-Flops 65, wodurch die [Fig. 6A(c)] durch das UND-Gatter 57, um den ersten Schalter 65 Zufuhr eines Eingangssignals an das UND-Gatter 66 verhindert S2a der zweiten Schalteranordnung 26 zu betätigen und gelangt wird. Zu diesem Zweck wird der dritte Schalter S2c der zweiten während der halben nachfolgenden Betriebsperiode T2 durch Schalteranordnung 26 ausser Betrieb gesetzt, welcher Schalter das UND-Gatter 59, um den ersten Schalter S3a der dritten für die Zufuhr des vierten Referenzsignals - VE2 für die oben

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erwähnte invertierte Integration [Fig. 6B(k)] verwendet wird. Gleichzeitig stellt ein Ausgangssignal des Schwellendetektors 68 den sechsten Flip-Flop 67 zurück, wonach dieser kein Ausgangssignal mehr abgibt [Fig. 6B(1)]. Der Zeitraum, in welchem der fünfte Flip-Flop 63 in rückgestelltem Zustand ist, d. h. der Zeitraum, während welchem das dritte Referenzsignal + VE2 zugeführt wird, entspricht dem Zeitraum zwischen dem Moment, wo der sechste Flip-Flop 65 gesetzt wird, um die invertierte Integration auszulösen und dem Moment, wo der siebte Flip-Flop 67 während der erwähnten invertierten Integration gesetzt wird.

Dies bedeutet, dass die Impulsbreite [Fig. 6B(1)], welche einen Zeitraum darstellt, in welchem der siebte Flip-Flop 67 im rückgestellten Zustand bleibt, der Ergänzung zur totalen Zeit [Fig. 6B(k)] entspricht, welche für die oben erwähnte gesamte invertierte Integration der während der ersten Betriebsgrundperiode addierten Produkte der beiden Eingangssignale und dem zusätzlich integrierten Wert des dritten Referenzsignals +VE2 benötigt wird. Diese erhält man durch Subtraktion der für die invertierte Integration des zusätzlichen Integrationswertes des dritten Referenzsignals + VE2 benötigten Zeit von derjenigen, welche für die totale invertierte Integration benötigt wird. Das obige ergibt sich daraus, dass der Absolutwert des dritten Referenzsignals + VE2 gleich demjenigen des vierten Referenzsignals - VE2 ist, was sich durch die Gleichung | +VE21 = | VE21 ausdrücken lässt. Die Impulsbreite des Ausgangssignals aus dem siebten Flip-Flop 67 stellt nämlich die wahre Zeitdauer dar, welche für die invertierte Integration der während der ersten Betriebsgrundperiode Ti fortlaufend addierten Produkte aus erstem und zweitem Eingangssignal Vx, Vy benötigt wird.

Wenn die vorangehende Betriebsgrundperiode Ti, während welcher die Produkte von erstem und zweitem Eingangssignal Vx, Vy mittels des ersten Integrators 27 fortlaufend addiert werden, von der darauffolgenden Betriebsgrundperiode T2 abgelöst wird, während der die Polarität des Signals, welches diese Periode definiert, entgegengesetzt ist, wird vom vierten Flip-Flop 56 ein Ausgangssignal abgegeben, welches durch das UND-Gatter 59 als Befehl an die dritte Schalteran-ordnung 29 gelangt,'den ersten Schalter S3a zu schliessen. Dementsprechend integriert der Integrator 30 das zweite Eingangssignal Vy [Fig. 6B(h)] während einer den Impulsbreiten des ersten Eingangssignals Vx entsprechenden Zeit und addiert fortlaufend [Fig. 6B(m)] die Werte dieser Integrationen während der nachfolgenden Betriebsgrundperiode T2.

Wenn diese Betriebsgrundperiode T2 in die nächstfolgende Betriebsgrundperiode übergeht, in welcher die Polarität des Signals, welches die Betriebsperiode definiert, sich wiederum ändert und der Q-Ausgang des Flip-Flops 32 ein Ausgangssignal abgibt, dann wird dieses Ausgangssignal mittels eines Schwellendetektors 71 festgestellt. Ein entsprechendes Ausgangssignal dieses Schwellendetektors gelangt durch das ODER-Gatter 61 und stellt den zweiten Zähler 62 zurück.

Wenn dieser zweite Zähler 62 zurückgestellt ist und sein Zählerstand gelöscht ist, wird der fünfte Flip-Flop 63 wiederum gesetzt. Dieser liefert ein entsprechendes Ausgangssignal über das UND-Gatter 72 als Befehl an die dritte Schalteranordnung 29, den zweiten Schalter S3b zu schliessen. Als Folge davon wird das dritte Referenzsignal + VE2 mittels des Integrators 30 zusätzlich zu den während der Betriebsgrundperiode T2 fortlaufend addierten Integrationswerten von erstem und zweitem Eingangssignal Vx, Vy integriert. Die oben erwähnte Integration des dritten Referenzsignals +VE2 wird fortgesetzt [Fig. 6B(o)], bis der zweite Zähler 62 den Zählerstand «50» aufweist und der fünfte Flip-Flop 63 rückgestellt wird. Wenn dieser Flip-Flop rückgestellt wird, wird umgekehrt der Flip-Flop 65 gesetzt. Ein entsprechendes Ausgangssignal dieses Flip-Flops 65 gelangt durch das UND-Gatter 73 als Befehl an die dritte Schalteranordnung 29, den dritten Schalter S3e zu schliessen. Dementsprechend wird die invertierte Integration des erwähnten zusätzlichen Integrationswertes des dritten Referenzsignals + VE2 fortgesetzt, bis die Vergleicherschaltung 31 kein Ausgangssignal mehr abgibt, d. h. bis ein Schwellendetektor 74, der in der Steuerschaltung 23 enthalten ist, den Zeitpunkt feststellt, in welchem von der Vergleicherschaltung 31 kein Ausgangssignal mehr abgegeben wird und ein entsprechendes Ausgangssignal des Schwellendetektors 74 den sechsten Flip-Flop 65 über ein UND-Gatter 75 und ein ODER-Gatter 70 [Fig. 6B(p)] rückstellt. Wenn der zweite Zähler 62 während dieser invertierten Integration den Zählerstand «100» erreicht, wird der siebte Flip-Flop 67 gesetzt und gibt ein entsprechendes Ausgangssignal ab, bis er rückgestellt wird, wobei zur selben Zeit der sechste Flip-Flop 65 gesetzt wird [Fig. 6B(q)]. Während der einzelnen Betriebsgrundperioden, in denen die Polarität des Signals, welches die Periode festlegt, sich ändert, gibt die Steuerschaltung 23 einen Taktimpuls ab [Fig. 6B(r)], dessen Breite der Summe der fortlaufend addierten Produkte von erstem und zweitem Eingangssignal Vx, Vy entspricht. Der Zähler 15 (Fig. 1) zählt die Taktimpulse, welche vom Taktimpulsgenerator 5 über das UND-Gatter 14 während einer der erwähnten Impulsbreite entsprechenden Zeit abgegeben werden, wobei diese Zeit die fortlaufend addierten Integrationswerte aus erstem und zweitem Eingangssignal Vx, Vy darstellt. Eine derart ausgeführte Zählung wird auf einer Anzeigeeinrichtung 17 über eine Deko-dier-Treiber-Schaltung 16 angezeigt. Für diesen Fall kann der Taktimpulsgenerator 5 aus Fig. 1 vom selben Typ sein, wie der hochfrequente Taktimpulsgenerator 50 aus Fig. 5. Bei der vorstehend beschriebenen Einrichtung ist es erforderlich, dass der Absolutwert der Spannung + VE] des ersten Referenzsignals +VE,, das zusätzlich zum Integrationswert des ersten Eingangs-signals Vx integriert wird, gleich gross ist, wie der Absolutwert der Spannung - VE] des zweiten Referenzsignals - VEi, welches für die invertierte Integration verwendet wird. Wenn die vorliegende Erfindung z. B. unter der Bedingung | +VE11 = 21 - VEJ | ausgeführt wird, ist es ratsam, zweimal eine Periode zu subtrahieren, in welcher das erste Referenzsignal +VE] einer invertierten Integration unterworfen wird. Dies ermöglicht es, das Ziel der Erfindung zu erreichen.

Beim vorangehenden Ausführungsbeispiel waren zwei Integratoren vorgesehen. Jeder dieser Integratoren führte abwechslungsweise eine fortlaufende Addition der Integrationswerte der Produkte aus erstem und zweitem Eingangssignal während einer Betriebsgrundperiode aus. Es ist jedoch wahlweise möglich, mehrere Integratoren zu verwenden. In diesem Falle wird die Integration während einer gegebenen Betriebsgrundperiode von einem Integrator ausgeführt und die invertierte Integration während der zwei folgenden Betriebsgrundperioden wird mit einem zweiten Integrator, der während der ersten dieser zwei Perioden verwendet wird, sowie mit einem dritten Integrator, welcher während der zweiten dieser zwei Perioden eingesetzt wird, vorgenommen. Diese Anordnung ermöglicht Messungen von höherer Genauigkeit als in der Vergangenheit möglich.

Bei dem in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Integrationswert des ersten Eingangssignals Vx oder werden die während einer Betriebsgrundperiode fortlaufend addierten Integrationswerte des Produktes von ersten und zweiten Eingangssignal Vx, Vy nicht sogleich einer invertierten Integration unterworfen. Vielmehr wird ein Referenzsignal mit derselben Polarität wie das erste Eingangssignal Vx unmittelbar nach der fortlaufenden Addition der Integrationswerte des ersten Eingangssignals Vx zusätzlich integriert. Alle Integrationswerte werden hernach einer invertierten Integration mit einem anderen Referenzsignal unterworfen, das eine zum erwähnten zusätzlich integrierten Referenzsignal entgegengesetzte Polarität aufweist. Die Zeitdauer, welche für die inver8

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tierte Integration des zusätzlichen Integrationswertes des ersten Referenzsignales benötigt wird, wird von der totalen Zeitdauer für die oben erwähnte totale invertierte Integration subtrahiert. Diese Anordnung ermöglicht es, die Impulsbreite des ersten Eingangssignals Vx bzw. die Summe der fortlaufend addierten Produkte von erstem und zweitem Eingangssignal Vx, Vy exakt zu bestimmen, auch wenn die Polarität des ersten oder zweiten Eingangssignals Vx, Vy falsch festgestellt wird.

Nachfolgend soll nun anhand der Fig. 7(a) bis (d) und 8(a) bis (h) erläutert werden, auf welche Weise dieser Vorteil erfin-dungsgemäss erzielt wird.

Vergleicherschaltungen zur Feststellung des Spannungspegels am Ausgang eines Integrators neigen in der Regel dazu, fehlerhaft zu arbeiten, wenn das Ausgangssignal einen sehr kleinen Spannungspegel aufweist. Nachfolgend wird der Fall besprochen, wo ein Eingangssignal mit einer in Fig. 7(a) dargestellten Impulsbreite integriert wird und einen Integrationswert X liefert, und dieser Integrationswert X hernach einer invertierten Integration mit einem Referenzsignal unterworfen wird, das eine zum Eingangssignal entgegengesetzte Polarität aufweist. Falls in diesem Falle der Integrationswert X des Eingangssignals genügend gross wird, ist es leicht, die Polarität dieses Integrationswertes X festzustellen und die invertierte Integration unter normalen Bedingungen durchzuführen. Wenn jedoch das Eingangssignal einen sehr kleinen Integrationswert Y hat, wie dies in Fig. 7(b) strichliert dargestellt ist, besteht die Gefahr, dass die Polarität dieses Integrationswertes Y wegen der beschränkten Kapazität der Vergleicherschaltung falsch bestimmt wird. Es sei nun angenommen, dass die Polarität des Integrationswertes Y ursprünglich positiv sei, der Integrationswert Y einer invertierten Integration unterworfen wird und die Polarität des Eingangssignals fälschlicherweise für negativ gehalten wird, wodurch eine Zeitdauer Di der invertierten Integration nicht mitgezählt wird, wie in Fig. 7(d) dargestellt. In diesem Fall wird irrtümlich ein Referenzsignal mit positiver Polarität als Basis für die invertierte Integration verwendet. Daraus ergibt sich ein Intégrations wert Z, wie er strichliert in Fig. 7(b) dargestellt ist, was die Bildung des gewünschten Wertes der invertierten Integration verhindert.

Gemäss der vorliegenden Erfindung wird deshalb zuerst das Eingangssignal mit einer in Fig. 8(a) gezeigten Impulsbreite integriert und hernach ein Referenzsignal mit derselben Polarität wie das Eingangssignal für eine bestimmte Zeit zusätzlich integriert [Fig. 8(b)]. So erhält man einen Integrationsgesamtwert, wie er in Fig. 8(c) dargestellt ist. Dieser Integrationsgesamtwert wird einer invertierten Integration mit einem anderen Referenzsignal unterworfen, das eine zum zusätzlich integrierten Referenzsignal entgegengesetzte Polarität hat. Derjenige Teil [Fig. 8(e)] der Zeitdauer der gesamten invertierten Integration, welcher dem zusätzlich integrierten Referenzsignal entspricht, wird subtrahiert. Der resultierende Rest [Fig. 8(f)] wird als Zeitdauer gezählt, welche wirklich benötigt wurde für die invertierte Integration des Integrationswertes des Eingangssignals. Bei Anwendung des erfindungsgemässen oben erwähnten Verfahrens sei nun angenommen, dass die Polarität des Eingangssignals wegen seines sehr kleinen Integrationswertes falsch bestimmt wird und folglich ein Integrationswert mittels eines Referenzsignals mit zum Eingangssignal entgegengesetzter Polarität während einer bestimmten Zeit [Fig. 8(b)] einer invertierten Integration unterworfen wird, wie in Fig. 8(c) strichliert dargestellt, anstatt einer zusätzlichen Integration. Schliesslich wird aus demselben Grund eine Integration ausgeführt, wie in Fig. 8(c) strichliert dargestellt, indem ein Referenzsignal mit derselben Polarität wie das Eingangssignal angelegt wird, obschon normalerweise eine invertierte Integration mit einem Referenzsignal ausgeführt werden sollte, das eine zum Eingangssignal entgegengesetzte Polarität aufweist. Deshalb erscheint die Zeitdauer, welche für die ursprüng-

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lieh angestrebte gesamte invertierte Integration der Summe fortlaufend addierten Integrationswerte des Eingangssignals und des zusätzlichen Integrationswertes des Referenzsignals als Impulsbreite, wie sie in Fig. 8(g) dargestellt ist. Wenn die Zeitdauer [Fig. 8(e)], die für die invertierte Integration des zusätzlichen Integrationswertes des Referenzsignals erforderlich ist, von der Zeitdauer abgezogen wird, welche der Impulsbreite von Fig. 8(g) entspricht, erhält man als Ergebnis eine negative Zeitdauer. Der Absolutwert dieses negativen Ergebnisses ist in Fig. 8(h) als Di bezeichnet.

Dies bedeutet, dass gemäss der Erfindung, selbst dann,

wenn der Integrationswert X eines Eingangssignals falsch beurteilt wird, die Zeitdauer, welche für die gesamte invertierte Integration der Summe der fortlaufend addierten Integrationswerte von erstem und zweitem Eingangssignal sowie des zusätzlichen Integrationswertes des Referenzsignals benötigt wird, ebenso korrekt bestimmt werden kann, wie wenn die Polarität des Eingangssignals richtig beurteilt worden wäre. Wie vorstehend erwähnt, werden gemäss der Erfindung mehrere Abtastperioden zu einer Betriebsgrundperiode zusammengenommen. Die Produkte der ersten und zweiten Eingangssignale, welche während der einzelnen Abtastperioden bestimmt werden, werden über eine gesamte Betriebsgrundperiode fortlaufend addiert. Während der darauffolgenden Betriebsgrundperiode, während welcher die Polarität eines diese Periode definierenden Signals umgekehrt ist, wird die Summe der fortlaufend addierten Integrationswerte des Produktes aus erstem und zweitem Eingangssignal einer invertierten Integration unterworfen. Diese Summe wird aus der Zeitdauer bestimmt, welche für die invertierte Integration benötigt wird, wodurch Messungen hoher Präzision möglich werden. Ferner führt jeder einer Mehrzahl von Integratoren abwechslungsweise von einer Betriebsgrundperiode zur anderen Integrationen und invertierte Integrationen aus. Deshalb findet die Integration der Eingangssignale während einer bestimmten Serie von Betriebsgrundperioden ununterbrochen statt, wodurch dauernd Integrationswerte der Eingangssignale zur Verfügung stehen. Zudem können die Integrationswerte von Eingangssignalen, wie oben beschrieben, immer exakt gemessen werden, auch wenn sich eine Vergleicherschaltung wegen Falschbeurteilung der Polarität eines Eingangssignales, welche auf dessen niedrigen Pegel zurückgeht, falsch verhält. Folglich ist die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung arithmetischer Operationen nicht nur als Wattstundenmesser sehr wirksam, sondern auch bei der Datenverarbeitung mittels verschiedener Typen von Prozesssteuervorrichtungen.

Die vorliegende Erfindung beschränkt sich natürlich nicht auf das oben dargestellte Ausführungsbeispiel. Vielmehr können zwei Vergleicherschaltungen, welche die Ausgangssignale des ersten und zweiten Integrators aufnehmen, durch eine einzige Vergleichsschaltung ersetzt werden, welche für Multiplexbetrieb eingerichtet ist. Wenn die halbe Periode eines Spannungssignals als Betriebsgrundperiode genommen wird, in welcher sich jedes Mal die Polarität eines die Grundperiode definierenden Signals ändert, dann ist es unnötig, die Polaritätsumkehr eines an den Integrator gelieferten Referenzsignals zu kontrollieren, wodurch die Möglichkeit zur Vereinfachung der Vorrichtung besteht und die Steuerung der Schalteranordnung wesentlich erleichtert wird. Im Falle eines integrierenden Wattmeters nämlich ist das erste Eingangssignal Vx ein sinusförmiges Spannungssignal mit einer Frequenz von z. B. 50 Hz. Das zweite Eingangssignal Vy ist in der Regel ein sinusförmiges Spannungssignal mit einer vom ersten Eingangssignal verschiedenen Phase. Wenn in diesem Falle angenommen wird, dass die Wiederholungsfrequenz von erster und zweiter Betriebsgrundperiode 50 Hz (20 ms) beträgt, hat der Betrag der während der halben Periode (10 ms) integrierten Wattstunden einen positiven Wert. Zu dieser Zeit wird vom ersten Eingangssignal Vx ein

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impulsbreiten-moduliertes Signal erhalten. Das zweite Eingangssignal wird mittels des besagten impulsbreiten-modulier-ten Signales in den Integratoren 8,9 integriert. Wenn dieser Integrationswert mit der Referenzspannung ±V> einer invertierten Integration unterworfen wird, muss der Zähler immer nur vorwärts zählen, weil die während der halben Periode fortlaufend addierten Produkte aus ersten und zweiten Eingangssignalen einen positiven Wert aufweisen.

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Wenn die halbe Periode des Spannungssignals als Betriebsgrundperiode verwendet wird, ist es möglich, das System z. B. mittels einer phasenstarren Schleifenschaltung zu synchronisieren. Ferner kann die Polarität und der Pegel eines Referenz-5 signais entsprechend der Charakteristik von erstem und zweitem Eingangssignal Vx, Vy festgelegt werden, sowie auch gemäss den Spezifikationen der mit der erfindungsgemässen Vorrichtung zu kombinierenden Geräte.

4 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. .Vorrichtung zur Durchführung arithmetischer Operationen, gekennzeichnet durch einen Taktimpulsgenerator (5) mit einer Referenzfrequenz; einen Frequenzteiler (40) zur Teilung der Frequenz der Taktimpulse aus dem Taktimpulsgenerator, wober Äbtastsignale erzeugt werden, welche eine Abtastperiode festlegen; einen Impulsbreitenmodulator (3), der ein erstes, als Multiplikand verwendetes Eingangssignal (Vx) für jede Abtastperiode in eine Impulsbreite verwandelt und entsprechende impulsbreiten-modulierte Signale erzeugt; einen ersten Integrator (4,6,8) der ein zweites, als Multiplikator verwendetes Eingangssignal während einer der Impulsbreite des modulierten ersten Signals entsprechenden Zeitdauer empfängt und der die über diese Zeit integrierten Werte des zweiten Eingangssignals während einer ersten Betriebsgrundperiode fortlaufend addiert, welche aus einer Mehrzahl von Abtastperioden besteht und die sich wechselweise mit einer zweiten Betriebsgrundperiode wiederholt, welche in gleicher Weise aus einer Mehrzahl von Abtastperioden besteht, so dass eine vorbestimmte Folge entsteht; einen ersten invertierenden Integrator, der die mittels des ersten Integrators (4,6,8,12) fortlaufend addierten Integrationswerte des zweiten Eingangs-signals während der der ersten Betriebsgrundperiode unmittelbar folgenden zweiten Betriebsgrundperiode einer invertierten Integration unterwirft, indem ein Referenzsignal angelegt wird, das eine der Polarität des Integrationswertes des zweiten Eingangssignals entgegengesetzte Polarität aufweist; einen zweiten Integrator (4,6,9), der nach Durchführung einer Umschal-tung das zweite Eingangssignal empfängt und es stufenweise während einer, den modulierten Impulsbreiten des ersten Eingangssignals entsprechenden Zeitdauer integriert; einen zweiten invertierenden Integrator (4,6,9,13), der die Summe der mittels des zweiten Integrators fortlaufend addierten Integrationswerte des zweiten Eingangssignals während der der zweiten Betriebsgrundperiode, worin der erste Integrator die Integration vornimmt, unmittelbar folgenden ersten Betriebsgrundperiode einer invertierten Integration unterwirft, indem ein Referenzsignal angelegt wird, das eine zur Polarität des Integrationswertes des zweiten Eingangssignals entgegengesetzte Polarität aufweist; einen Zähler (15) zum Zählen von Taktimpulsen, die vom Taktimpulsgenerator abgegeben werden, um so die Zeitdauer zu bestimmen, welche erforderlich ist zur Tilgung der Summe der fortlaufend addierten Integrationswerte des zweiten Eingangssignals mittels des ersten bzw. zweiten invertierenden Integrators, und eine Anzeigevorrichtung (17) zur Anzeige der Summe der fortlaufend addierten Integrationswerte, welche durch Multiplikation des ersten mit dem zweiten Eingangssignal entstehen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsgrundperiode, welche sich innerhalb eines bestimmten Intervalls wiederholt, wobei die Polarität eines Signals, das die Betriebsgrundperiode definiert, jedes Mal wechselt und den ersten und zweiten Integrator dazu veranlasst, abwechslungsweise eine Integration und eine invertierte Integration auszuführen, durch ein UND-Gatter (42,47) und

• einen Frequenzteiler (41) festgelegt ist, wobei der Frequenzteiler die Frequenz der vom Taktimpulsgenerator abgegebenen Taktimpulse teilt und diese Taktimpulse dazu verwendet werden, eine Anzahl mittels des Impulsbreitenmodulators aus dem ersten Eingangssignal impulsbreiten-modulierter Signale festzulegen, welche der Anzahl von Abtastsignalen entspricht, die die Abtastperiode festlegen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsgrundperiode, welche sich innerhalb eines bestimmten Intervalls wiederholt, wobei die Polarität eines Signals, das die Betriebsgrundperiode definiert, jedes Mal wechselt und den ersten und zweiten Integrator dazu veranlasst, abwechslungsweise eine Integration und eine invertierte

Integration auszuführen, durch die Wellenform einer Wechselspannung definiert ist, deren Polarität für jede halbe Periode des ersten oder zweiten Eingangssignals wechselt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Impulsbreitenmodulator (22) für das erste Eingangssignal einen Integrator (25), der einen Operationsverstärker und einen in dessen Rückkopplungsschleife angeordneten Kondensator aufweist, eine Vergleicherschaltung (25) zur Feststellung der Polarität des Ausgangssignals des Integrators, sowie eine Steuerschaltung (23) umfasst, welche derart ausgestaltet ist, dass das erste Eingangssignal (Vx) in jeder Abtastperiode (S1a) integriert wird, die derart erhaltenen Werte fortlaufend addiert werden, zusätzlich ein erstes Referenzsignal (S,b) mit derselben Polarität wie die fortlaufend addierten Integrationswerte des ersten Eingangssignals integriert wird, der Totalwert dieser Integration einer invertierten Integration unterworfen wird, indem ein zweites Referenzsignal (Slc) mit zum ersten Referenzsignal (S)b) entgegengesetzter Polarität angelegt wird, bis der totale Integrationswert auf Null reduziert ist, von der für die invertierte Integration benötigten Totalzeit die Zeitdauer für die invertierte Integration des zusätzlich integrierten ersten Referenzsignals subtrahiert wird und das Ergebnis als modulierte Impulsbreite des ersten Eingangssignals festgelegt wird; sowie dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der erste als auch der zweite Integrator mit einer Steuerschaltung versehen sind, welche derart ausgestaltet ist, dass das zweite Eingangssignal für eine Zeitdauer empfangen wird, die der Impulsbreite entspricht, welche mittels der zuerst erwähnten Steuerschaltung aus dem ersten Eingangssignal moduliert worden ist, das zweite Eingangssignal während der sich abwechslungsweise wiederholenden ersten und zweiten Betriebsgrundperiode (S2b) integriert wird, zusätzlich ein drittes Referenzsignal mit derselben Polarität wie die Summe der fortlaufend addierten Integrationswerte des zweiten Eingangssignals integriert wird, der Totaiwert dieser Integration einer invertierten Integration unterworfen wird, indem ein viertes Referenzsignal (S2c, S3c) mit zum dritten Referenzsignal entgegengesetzter Polarität angelegt wird, bis der totale Integrationswert auf Null reduziert ist, von der für die invertierte Integration benötigten Totalzeit die für die invertierte Integration des zusätzlich integrierten dritten Referenzsignals (S2b, S3b) erforderliche Zeitdauer subtrahiert wird, und das Ergebnis als Zeitdauer definiert ist, welche für die invertierte Integration der während der ersten Betriebsgrundperiode fortlaufend addierten Integrationswerte des ersten und zweiten Eingangssignals erforderlich ist.