DD248893A1

DD248893A1 - Verfahren und anordnung zur zeitdiskretisierung analoger signale

Info

Publication number: DD248893A1
Application number: DD28994786A
Authority: DD
Inventors: Ulrich Clauss
Original assignee: Messgeraetewerk Zwonitz Veb K
Priority date: 1986-05-05
Filing date: 1986-05-05
Publication date: 1987-08-19

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die zeitliche Diskretisierung analoger Signale, insbesondere in Analog-Digital-Umsetzern. Ziel der Erfindung ist die Erhoehung der oberen Signalgrenzfrequenz bei vorgegebener Abtastrate bis zur theoretischen Grenze. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die ueblicherweise fest vorgegebenen Abtastzeitpunkte mit Signalzeitpunkten groessten Informationsgehaltes zu koordinieren. Erfindungsgemaess wird die Amplitude jedes Extremwertes des analogen Signales erfasst, bis zum Eintreffen des jeweils naechsten Abtastzeitpunktes zwischengespeichert und diesem naechsten Abtastzeitpunkt oder einer zusaetzlichen Zeitinformation zugeordnet. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet de. Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf die zeitliche Diskretisierung analoger, zeitlich veränderlicher Größen, insbesondere in Analog-Digital-Umsetzern. Ihre Anwendung ist in allen Einrichtungen der Informationstechnik sinnvoll, in denen die Umwandlungen von kontinuierlichen Signalen in diskrete Zeitreihen und deren Speicherung mit gegrenzter Abtastrate bei größtmöglicher Signalfrequenz und minimalen Amplitudenfehlern gefordert wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt sind derzeit folgende Lösungen:

1. Kompression von aus einem Kurvenverlauf in konstanten Zeitintervallen abgetasteten Daten (DE-AS 2423351, G 11 C, 27/02; DE-OS 3028935, G06F, 3/05 u.a.).

Das Signal wird mit hoher Tastfrequenz diskretisiert und nach der Analog-Digital-Umsetzung algorithmisch auf Abtastwerte hohen Informationsgehaltes beschränkt.

Derschaltungs-und programmtechnische Aufwand ist wegen des anfänglichen hohen Informationsvolumens für die Analog-Digital-Umsetzung, für Prozessor-und Speicherfunktionen groß.

2. Nachführen der Abtastfrequenz in Abhängigkeit von der Signalfrequenz (DE-AS 21 56143, G 11 C, 27/02).

Die Organisation der Reproduktion der Signalkurve ist wegen des diskontinuierlichen Abtastvorganges kompliziert und erfordert zusätzliche Informationsspeicherung.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung dient dem Ziel, die obere Signalgrenzfrequenz bei vorgegebener Abtastrate bis zur theoretischen Grenze zu erhöhen, ohne dabei wesentliche Amplitudenfehler hinnehmen zu müssen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, die üblicherweise fest vorgegebenen Abtastzeitpunkte mit Signalzeitpunkten größten Informationsgehaltes zu koordinieren

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren und eine Anordnung gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst die Amplitude jedes Extremwertes des analogen Signales erfaßt, bis zum Eintreffen des jeweils nächsten Abtastzeitpunktes zwischen gespeichert und diesem nächsten Abtastzeitpunkt oder einer zusätzlichen Zeitinformation zugeordnet. Die Abtastung erfolgt dabei zu fest vorgegebenen Abtastzeitpunkten. Als zusätzliche Zeitinformation kann die Zeit zwischen einem Abtastzeitpunkt und dem Auftreten eines Extremwertes verwendet werden. Nach ihrer Erfassung wird diese Zeitinformation gemeinsam mit der Amplitude des Extremwertes gespeichert und weiterverarbeitet.

Die erfindungsgemäße Anordnung weist neben einer an sich bekannten Abtast- und Halteschaltung und einem Taktgenerator einen parallel zum Signalweg angeordneten Extremwertdetektor mit nachgeschalteter Steuerlogik auf. Die Steuerlogik ist mit dem Taktgenerator und dem Steueranschlußeines Analogschalters der Abtast-und Halteschaltung verbunden.

Vorteilhafterweise besteht der Extremwertdetektor aus einem analogen Differenzierer mit nachgeschaltetem Komparator für Vergleichspotential Null. Zur Erfassung einer zustätzlichen Zeitinformation können an den Extremwertdetektoren elektronische Zähler angeschlossen sein, die mit dem Taktgenerator und einem Zeitimpulsgeber in Verbindung stehen und deren Ausgänge den der Abtast- und Halteschaltung folgenden Verarbeitungseinheiten angeschaltet sind.

Der Extremwertdetektor versetzt die Abtast-und Halteschaltung beim Auftreten von Extremwerten in den Haltezustand, der erst nach Ausführung des nachfolgenden Verarbeitungsschrittes, wie beispielseise einer Analog-Digital-Umsetzung fest vorgegebener Umsetzrate, wieder verlassen wird.

Die obere Signalgrenzfrequenz f₀ bei einer Abtastfrequenz f_r beträgt laut Abtasttheorem (Kotel'nikow-Theorem)

_f _Jl

Diese Grenze besitzt jedoch allgemein wenig praktische Bedeutung, da sie voraussetzt, daß beispielsweise im Grenzfall die Abtastzeitpunkte mit den Zeitpunkten von Extremwerten übereinstimmen, beziehungsweise für Frequenzen unterhalb f₀ ein idealer Tiefpaß mit Grenzfrequenz f₀ vorhanden und das jeweilige Signal stationären Charakters ist. Werden diese Bedingungen nicht erfüllt, so kommt es zu erheblichen Phasen- und Amplitudenfehlern, die sich zum Beispiel als scheinbare Amplitudenmodulation für stationäre Signale darstellen. Wird jedoch ein fest vorgegebener Abtasttakt so variiert, daß für jeden auftretenden Extremwert die nach Reihenfolge jeweils nächste Abtastung verfrüht erfolgt, so werden alle Extremwerte fehlerfrei übertragen, solange das Signalspektrum die Bedingung des Abtasttheoremes erfüllt. Tritt bis zum Eintreffen des darauffolgenden Abtastzeitpunktes kein neues Extremum im Signal auf, so erfolgt diese Abtastung entsprechend dem vorgegebenen Abtasttakt. Die erhaltene Abtastfolge kann bei der Weiterverarbeitung grundsätzlich den Zeitpunkten des fest vorgegebenen Abtasttaktes zugeordnet werden, wodurch einerseits zusätzliche Informationen über die wahren Abtastzeitpunkte nicht erforderlich, andererseits jedoch Phasenfehler in der Größe bis zu einem Abtastintervall möglich sind. Werden diese Fehler auf den Erwartungswert zentriert, sinkt der maximale Phasenfehler auf ±V2 Abtastintervall. Dadurch bleiben die Phasenfehler in den Grenzen eines Diskretisierungsverfahrens in bekannter Weise, während gleichzeitig eine zusätzliche Amplitudentreue erreicht wird. Zur wirksamen Verringerung der Phasenfehler ist es möglich, zusätzliche Informationen über die wahren Zeitpunkte der Meßwerterfassung zu sammeln, indem mit jedem Takt der fest vorgegebenen Abtastfolge ein Zeitzähler neu gestartet und bei Extremwerterkennung gestoppt wird.

Ausführungsbeispiel

Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung nachstehend näher erläutert werden. Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Zeitdiskretisierungsanordnung als prinzipielles Blockschaltbild. Die Möglichkeit der Gewinnung einer zusätzlichen Zeitinformation ist durch unterbrochene Linien gekennzeichnet. Halteschaltung und steuerbarer Analogschalter bilden gemeinsam die Abtast- und Halteschaltung.

Fig.2 zeigt eine detaillierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zeitdiskretisierungsanordnung entsprechend der Grundausführung nach den Punkten 3 und 4 des-Erfindungsanspruches. Einem Impedanzwandler 1 sind ein Analogschalter 3 und eine Kondensatorspeicherschaltung 2 im Signalweg nachgeschaltet. Gleichzeitig wird das Signal über ein Differenzierglied 4 differenziert und einem Nulldurchgangsdetektor 5 zugeführt. Die Schaltungsteile 4 und 5 bilden gemeinsam einen Extremwertdetektor, an dessen Ausgang bei jedem Extremum des Signales ein Impuls erzeugt wird. Dieser Impuls setzt einen nachgeschalteten D-Trigger 6 in den aktiven Zustand, wodurch über ein Gatter 7 der Analogschalter 3 geöffnet wird. Dieser Zustand bleibt erhalten bis der nach Reihenfolge nächste Taktimpuls eintrifft und den Trigger 6 zurücksetzt. Der Analogschalter 3 bleibt für die Verweilzeit des Taktimpulses noch geöffnet und wird anschließend geschlossen, um somit für das Auslösen der nächsten Halteperiode bereit zu sein. Trifft der nächste Taktimpuls vor dem Auftreten eines neuen Extremwertes im Signal ein, so wird die Öffnung des Analogschalters 3 über Gatter 7 durch diesen ausgelöst. Ein dieser Anordnung nachgeschalteter Analog-Digital-Umsetzer mit angeschlossenem Meßwertverarbeitungssystem kann somit kontinuierlich und ohne Taktzeitverschiebung arbeiten.

Claims

1. Verfahren zur Zeitdiskretisierung analoger Signale mittels Abtastung zu fast vorgegebenen Zeitpunkten, gekennzeichnet dadurch, daß die Amplitude jedes Extremwertes des analogen Signales erfaßt, bis zum Eintreffen des jeweils nächsten Abtastzeitpunktes zwischengespeichert

• und diesem nächsten Abtastzeitpunkt oder einer zusätzlichen Zeitinformation zugeordnet wird.

2. Verfahren nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß als zusätzliche Zeitinformation die Zeit zwischen einem Abtastzeitpunkt und dem Auftreten eines Extremwertes erfaßt und gemeinsam mit der Amplitude des Extremwertes gespeichert und weiterverarbeitet wird.

3. Anordnung zur Zeitdiskretisierung analoger Signale mittels Abtastung durch eine Abtastung- und Halteschaltung zu fest vorgegebenen Zeitpunkten eines Taktgenerators, gekennzeichnet dadurch, daß parallel zum Signalweg ein Extremwertdektor und eine nachgeschaltete Steuerlogik angeordnet sind und daß die Steuerlogik mit dem Taktgenerator und dem Steueranschluß eines Analogschalters der Abtast- und Halteschaltung verbunden ist.

4. Anordnung nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Extremwertdetektor ein analoger Differenzierer mit nachgeschaltetem Komparator für Vergleichspotential Null ist.

5. Anordnung nach den Punkten 3 oder 4, gekennzeichnet dadurch, daß an den Extremwertdektor elektronische Zähler angeschlossen sind, die mit dem Taktgenerator und einem Zeitimpulsgeber in Verbindung stehen und deren Ausgänge den der Abtastung- und Halteschaltung folgenden Verarbeitungseinheiten angeschaltet sind.