CS227098B1 - Zapojeni pro vypočet aritmetického průméru vzorků signálu - Google Patents

Abstract

Vynález se týká zapojení pro výpočet aritmetického průměru vzorku signálu, které je tvořeno vzorkovací pamětí, přímou větví záporné zpětné vazby a zpětnou větví záporné zpětné vazby. Podstata vynálezu spočívá v tom, že do zpětné větve je zapojen sériový člen tvořený ochranným odporem výstupního zesilovače vzorkovací paměti, sčitaoim kondenzátorom překlenutým druhým spínačem zpětné vazby a odporem zpětné vazby, přičemž mezi společný uzel sčitaoiho kondenzátoru a odporu zpětné vazby je zapojen první spínač zpětné vazby, a v přime větvi záporné zpětné vazby je zapojen odpor přímé vazby

Description

Vynález ee týká zapojeni pro výpočet aritmetického průměru vzorků signálů, které je tvořené vzorkovači paměti, přímou větvi záporné zpětné vazby a zpětnou větvi záporné zpětné vazby.

Velmi častým požadavkem v měřici technice je určeni správné hodnoty signálu, na kterém je superponován náhodný šum. Úloha je řeěena řadou způsobů pro případ periodických signálů a signálů, jejichž průběh se blíži periodickému signálu. Nej jednodušším způsobem je potlačeni šumu pasivními nebo aktivními analogovými filtry. Stupeň potlačeni šumu je v tomto případě nízký, a to zvláětě tehdy, jestliže ve frekvenčním póemu užitečného sigi.álu leží značná část šumováho spektra.

Lepších výsledků lze doeáhnout metodami číslicové filtrace signálů. Vzorkovacím obvodem se rozdělí signál na vzorky odebrané v určitých časových intervalech a z nich se početně stanoví aproximace bezšumových průběhů signálu.

Nejjednodušším případem je odběr vzorků v časových intervalech v daná fázi vzhledem k základní harmonické měřeného průběhu: vypočtená střední hodnota pak reprezentuje odhad správné hodnoty signálu v okamžiku odpovídajícím dané fázi vzhledem k základni harmonické. Výpočet střední hodnoty je v případě číslicového zpracování signálu dobře možný. Pokud však zařízeni neni vybaveno počítačem^ například pro svoji jednoduchost , vyhodnocuje aa střední hodnota vzorkovaného signálu integračním článkem. Tím je však omezena přenášená šířka pásma v případě modulace základního periodického signálu. Pro měřící účely,vyžadující vysokou přesnost stanoveni bezěumové hodnoty signálu je žádoucí stanovení střední hodnoty Jako aritmetického průměru několika po sobě následujících vzorků signálu.

227 098

Zapojeni realizující tuto funkci sestává ze vzorkovacích paměti, které odebírají vzorky v stejné fázi různých period zpracovávaného signálu a ze Sčítacího zesilovače, který vytváří součet výstupů jednotlivých vzorkovacích paměti a realizuje i děleni počtem sčítaných vzorků.

Vlastni zařízeni bez napájecích a ovládacích obvodů obsahuje řadu vzorkovacích paměti a Jeden sčitacl zesilovač.

Stejnou funkci realizuje zapojeni pro výpočet aritmetického průměru vzorků signálu podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že do zpětné větve je zapojen sériový člen tvořený ochranným odporem výstupního zesilovače vzorkovací paměti, ečítacim kondenzátorem překlenutým druhým spínačem zpětná vazby a odporem zpětné vazby, přičemž mezi společný uzel ečitaclho kondenzátoru a odporu zpětné vazby je zapojen prvni spínač zpětné vazby, a v přimé větvi záporné zpětné vazby je zapojen odpor přímé vazby.

Výhodou zapojeni podle vynálezu Je, že používá jen Jednu vzorkovači pamět e dvojici spínačů a umožňuje přitom řízeni počtu vzorků, z nichž se vypočítá aritmetický průměr

Na přiložených výkresech jsou znázorněny příklady zapojeni podle vynálezu, kde na obr. 1 Ja blokové sche'ma, na obr. 2 blokové schéma zapojeni neinvertujiciho sigrulu, na obr. 3 je uveden jeden z příkladů skutečného zapojeni podle vynálezu, na obr. 4 Jeou uvedeny Časové průběhy elgnálů v obvodu podle obr. 3.

V dalších se uvádějí příklady zapojeni podle vynálezu: Zapojeni pro výpočet aritmetického průměru vzorků signálů podle obr. 1 je tvořené vzorkovací paměti 1. a přímou větví záporné zpětná vazby a zpětnou větvi záporné zpětné vazby, ve které je zapojen sériový člen tvořený ochranným odporem 15 výstupního zesilovače 10 vzorkovači paměti 1, sčltacim kondenzátorem 14 překlenutým druhým spínačem 13

227 098 zpětné vazby a odporem 11 zpětné vazby, přičemž mezi společný uzel 16 ečitaciho kondenzátoru 14 a odporu 11 zpětná vazby je zapojen prvni spínač 12 zpětné vazby a v přimé větvi záporné zpětné vazby Ja zapojen odpor 3 přímá vazby. Funkce zapojeni je následující: prvni odpor 3 přimé vazby a odpor 11 zpětné vazby dále ečitaci kondenzátor 14 a první spínač 12 a druhý epinač 13 zpětné vazby realizující zapojeni zpětné vazby vzorkovači paměti 1,. Časové konstanta odporu 11 zpětné vazby a ečitaciho kondenzátoru 14 je volena tak, aby ee ečitaci kondenzátor 14 za časový interval vzorkováni nabil jen zanedbatelně vzhledem k požadované přesnosti a velikosti výstupního signálu U^. Druhý spínač 13 zpětné vezby Je rozpojen a první epinač 12 zpětné vazby je sepnut v časovém intervalu pamatováni“ a rozpojen v časovém intervalu vzorkováni. Při vzorkování lze za těchto předpokladů vliv ečitaciho kondenzátoru 11 na funkci obvodu nahradit zkratem a přenos obvodu je dán poměrem odporu 11 zpětné vezby ku odporu 3 přimé vazby, takže na konci prvního vzorkovacího intervalu plati ^U21 ^U11 * ^2^1) kde: Ujj je vstupní napětí na konci prvního vzorkovacího intervalu/ ^21 1® ^vÝ^8tuP^ní napětí na konci prvního vzorkovacího intfervalu, je hodnota odporu 3 přimé vazby₍

Rg je součet hodnot odporu 11 zpětné vazby a ochranného odporu výstupního zesilovače vzorkovací peměti 15

V následujícím intervalu pamatováni ee sepne prvni epinač 12 zpětné vazby a ečitaci kondenzátor 14 se nabije na hodnotu ^U2l* ^v druhém vzorkovacím intervalu ee op<^

227 1)98 rozpojí prvni spínač 12 zpětné vazby a na konci intervalu ee na výstupu obvodu vytvoří napětí dané vztahem:

U₂₂ ** ^21 ⁺ ” ^12 * (Ng/Rj) / kde: U₂₂ Je výstupní napětí na konci druhého vzorkovacího intervalu^ ^U12 J® vstupní napětí na konci druhého vzorkovacího intervalu

V následujícím “pamatovacim Intervalu ae opět sepne prvni spínač 12 zpětné vazby a ečltaci kondenzátor 14 se nabije na napětí u₂₂. Po vzorkovacích intervalech je tak výatupní napětí U₂₂ rovno ^U2r “ ^U21 * ^U22 * ^U23 ⁺ ··· ⁺ ^ln * (^R2^^RP “

- ' Í^R2^/R1⁾ ·£ ^υΐ* t 'f

V případě, že zvolíme R^Rj , máme ^U2n J ^Uli

Obvod tak realizuje na výstupu aritmetický průměr jednotlivých napětových vzorků.

□eelliže nyní sepneme druhý spínač 13 zpětné vazby a ponecháme jej sepnut až do začátku následujícího vzorkovacího intervalu, nastaví ee v tomto vzorkovacím intervalu na výstupu napětí rovné vstupnímu napětí na konci vzorkovacího intervalu násobenému R₂/Rj. Tim začíná nový cyklus výpočtu aritmetického průměru.

Změnou poměru Rg/R^ lze zvolit přenos obvodu různý od -1. Kladné hodnoty přenosu lze dosáhnout v zapojeni podle obr .2 volbou poměru R₂/Rj. Počet vzorků, z nichž ee počítá

227 098 aritmetický průměr lze zvolit periodou spínacího signálu pro druhý epineč 13 zpětné vazby vůči periodě spínacího signálu pro první epinĚ 12 zpětné vazby.

Přiklad skutečného zapojeni podle vynálezu je znázorněn na obr. 3 a průběhy signálů pro n - 4 jeou na obr. 4.

Vlastní vzorkovací paměť 1 je tvořena vstupním zesilovačem 5 vzorkovací paměti ljna jehož invertující vstup je zapojen první odpor 2 pro nastavení přenosu otevřené smyčky e na neinvertující vetup je zapojen odpor 3 přímé vazby, přičemž mezi invertující vstup a výstup vstupního zesilovače 5 vzorkovači paměti 1 je zapojen druhý odpor 4 pro nastaveni přenosu otevření smyčky vzorkovací paměti 2 a déle je k výstupu vstupního zesilovače 5 vzorkovací paměti Γ připojen ochranný odpor 6 vstupního zesilovače 5 vzorkovací paměti 1, ke kterému je připojen druhý epineč 8 vzorkovací paměti 1, a mezi ochranný odpor 6 a druhý spínač 8 Je připojen první epineč 7 vzorkovací paměti 1. výstupní zesilovač 10 vzorkovací pamětí 2 Je svým vstupem připojen na druhý epinač 8 vzorkovací paměti 1 a překlenut paměťovým kondenzátorem 8 zapojeným jedním koncem na vstup a druhým koncem ne výetup výstupního zesilovače 10 vzorkovací paměti 1, přičemž na výstup výstupního zesilovače 30 vzorkovael paměti l·· který je zároveň výstupem zapojeni;

Je připojena zpětná větev záporné zpětné vazby, tvořené sériovým členem;ve kterém je zapojen ochranný odpor 15 výstupního zesilovače 10 vzorkovací paměti 1.» sčitaci kondenzátor 14₍překlenutý druhým spínačem 13 zpětné vazby a odporem zpětné vazby 11, přičemž mezi uzel 16 sčltaciho kondenzátoru 14 a odporu 11 zpětná vazby je zapojen první epinač 12 zpětná vazby a v přímé větvi záporné zpětná vazby je zapojen odpor 3 přímé vazby.

Vzorkovael paměť 1 pracuje v tomto zapojeni jako invertující.

227 098

První β druhý spínač 7 a 8 vzorkovací pamětí 1. í první a druhý spínač 12 a 13 zpětné vazby jsou realizovány polem řízenými tranzistory β kanálem typu N. Řídící signály jsou označeny , Us2, Us3, Us4. První odpor 2 a druhý odpor 4 pro nastaveni přenosu otevřeni smyčky vzorkovací paměti 1 i ochranný odpor 6 vstupního zesilovače 5 vzorkovací paměti 1^ nastavuji spolu s pantátovým kondenzátorem 9 přenos otevřené smyčky obvodu. Odpory 3,11 a 15 jsou voleny tak, že přenos uzavřené smyčky obvodu je roven 1/4.

Celý obvod pak realizuje aritmetický průměr čtyř vzorků a přenosem -1.

Obvod lze rovněž využít k výpočtu aritmetického průměru vzorků signálu odebíraných podle jiného požadavku než podle stejné fáze vstupního signálu Ul.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   227 IIÍJ8

   Zapojení pro výpočet aritmetického průnfěru vzorků signálů;.tvořené vzorkovací paměti, přímou větvi záporné zpětné vazby a zpětnou větvi záporné zpětné vazby, vyznačené tím, že do zpětné větve je zapojen sériový člen tvořený ochranným odporem (15) výstupního zesilovače (10) vzorkovači paměti (1), ačitacim kondenzátorem (14) překlenutým druhým spínačem (13) zpětné vazby a odporem (11) zpětné vazby, přičem^x mezi společný uzel (16) sčitaciho kondenzátoru (14) a odporu (11) zpětné vazby je zapojen první spinač (12) zpětné vazby, a v přímé větví záporné zpětné vazby je zapojen odpor (3) přímé vazby.