DD291179A5 - Schaltungsanordnung zur erzeugung eines sinusaehnlichen signals - Google Patents

Abstract

Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines sinusaehnlichen Signals mit einer Teilerschaltung zur Bildung funktionsgerechter analoger Teilsignale mit Abgriffschaltern, die die Teilsignale an der Teilerschaltung abnehmen, insbesondere fuer digital frequenzgesteuerte Sinus-Funktionsgeneratoren. Es ist ein Steuerwerk zum Aktivieren der Abgriffschalter sowie eine Additionsschaltung fuer die aktiv geschalteten Teilsignale vorgesehen, die in Approximationsschritten ein sinusfoermiges Signal annaehern. Um eine weitestgehend exakte Sinusform zu erreichen, die fuer die Speisespannung zyklisch absoluter Positionsgeber (Resolver, Inductosyn) benoetigt werden, musz eine hohe Approximationsschrittzahl bei unveraenderter Schaltfrequenz der Abgriffschalter erreicht werden. Dazu sind an der Teilerschaltung mehrere Schalteinrichtungen mit einer gleichen Anzahl von Abgriffschaltern parallel angeschlossen. Das Steuerwerk enthaelt jeweils eine zu den Abgriffschaltern jeder Schalteinrichtung zugeordnete Aktivierungsschaltung, die ueber eine Taktverteilerschaltung an einen Taktgenerator geschaltet ist. Fig. 1{digitale Sinussignalerzeugung; Teilerschaltung; analoge Teilsignale; taktgesteuerte Abgriffschalter; Additionsschaltung; treppenfoermiger Signalverlauf; Approximationsschritte; angenaeherter Sinusverlauf; frequenzsteuerbarer Sinusfunktionsgenerator}

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines sinusähnlichen Signals mit einer Teilerschaltung zur Bildung funktionsgerechteranaloger Teilsignale mit Abgriffschaltern, die die Teilsignale der Teilerschaltung zuschalten. Von einem Steuerwerk werden die Abgriffschalter in einer funktionsgerechten Reihenfolge aktiviert. Außerdem sind ein Taktgenerator für das Steuerwerk und eine Additionsschaltung für die von den Abgriffschaltern aktiv geschalteten Teilsignale vorgesehen. Aus den aktiv geschalteten Teilsignalen wird ein treppenförmlger Signalverlauf erzeugt, mit dem in Approximationsschritten ein sinusförmiges Signal angenähert wird. Ein spezielles Anwendungsgebiet sind digital frequenzgesteuerte Sinus-/Kosinus -Funktionsgeneratoren.

Charakteristik des bekennten Stande* der Technik

Aus der DD-PS 246644 ist <js bekannt, zur Erzeugung eines sinusähnlichen Signals einen Spannungsteiler vorzusehen und dessen Teilerwiderstände so auszubilden, daß funktionsgerechte Analogsignale abgegriffen werden können. Jedes Analogsignal wird über jeweils einen taktgesteuerten Abgriffschalter auf ein Addierglied durchgeschaltet. Das treppenförmige Signal am Ausgang des Addiergliedes stellt in Näherung ein sinusförmiges Signal dar.'Aus dem treppenförmigen Verlauf des Signals wird durch eine nachgeschaltete Filterschaltung (Tiefpaß, Bandpaß, Integrierglied) ein verbessertes stetiger verlaufendes Näherungssignal erzeugt. Derartige sinusförmige Signale werden bei einem zyklisch absoluten Positionsgeber, wie einem Resolver bzw. einem Inductosyn und dessen Meßwertinterpolation für die Sinus-/Kosinus-Speisesignale benötigt. Eine Voraussetzung für die Meßwertinterpolation mit hohem Interpolationsfaktor sind diese durch Filtermaßnahmen sinusförmig verbesserten stetigen Näherungsspeisesignale. Die Filtermaßnahmen führen aber ihrerseits, je größer ihre Wirkung ist, zu Phasenfehlern, die temperatur- und frequenzabhängig unterschiedlich groß sind und dadurch schwer korrigierbare Folgefehler im Positionsgebersignal hervorrufen. Die bessere Annäherung der sinusähnlichen Signale an die Sinusform ist bei einem Minimum an Filtermaßnahmen nur durch Erhöhung der Approximationsschrittzahl möglich. Die Erhöhung der Approximationsschritt zahl bedingt, wenn die Meßdynamik nicht verschlechtert werden soll, daß sich die Schaltfrequenz der

Abgriffschalter gleichermaßen erhöhen muß. Die aus den geforderten Wegauflösungen von Bruchteilen eines Mikrometers resultierenden hohen Interpolationsfaktoren sind nur mit sehr hohen Approximationsschrittzahlen für die Erzeugung der sinusförmigen Speisespannungssignale zu erzielen. Hieraus resultieren den Approximationsschrittzahlen entsprechende Schaltfrequenzen für die Abgriffschalter, die in der Größenordnung der Grenzfrequenz von Halbleiterschaltern liegen, d. h. die zulässige eine Funktionssicherheit garantierende Schaltfrequenz übersteigen.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat zum Ziel, einen Spannungsverlauf digital frequenzgesteuert mit weitestgehend exakter Sinusform zu erzeugen und dabei temperatur- und frequenzabhängige Phasenfehler auszuschließen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines sinusähnlichen Signals mit einer 1 einschaltung zur Bildung funktionsgerechter analoger Teilsignale, die von Abgriffschaltern taktgesteuert auf eine Additionsschaltung durchgoschaltet werden, so weiterzubilden, daß eine hohe Approximationsschrittzahl bei unveränderter Schaltfrequenz der Abgriffschalter erreicht werden soll und daß gleichzeitig die Filtermaßnahmen reduziert werden sollen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß an der Teilerschaltung mehrere Schalteinrichtungen mit einer gleichen Anzahl von Abgriffschaltern parallel angeschlossen sind, so daß jedes Teilsignal in jeder Schalteinrichtung von mindestens einem zugehörigen Abgriffschalter aktiv schaltbar ist. Das Steuerwerk enthält jeweils olne zu den Abgriffschaltern jeder Schalteinrichtung zugeordnete Aktivierungsschaltung, die über eine Taktverteilerschaltung an den Taktgenerator geschaltet sind. Jede Aktivierungsschaltung ist an einem zugehörigen Ausgang der Taktverteilerschaltung angeschlossen. Die Ausgänge der Abgriffschalter aller Schalteinrichtungen sind mit der Additionsschaltung verbunden.Vorzugsweise ist die Taktverteilerschaltung ein rückgeführtes Schieberegister. In einer Ausführungsvariante einer halbringförmigen Anschaltung der Teilsignale sind die Abgriffschalter innerhalb jeder Schalteinrichtung von der zugehörigen Aktivierungsschaltung abwechselnd in vor- und rückwärtiger Reihenfolge anschaltbar.In einer anderen Ausführungsvariante einer ringförmigen Anschaltung der Teilsignale ist innerhalb jeder Schalteinrichtung jedes Teilsignal von zwei Abgriffschaltern aktiv schaltbar, wobei an jedem Ausgang der Aktivierungsschaltung nur ein zugehöriger Abgriffschalter angeschlossen ist. Dabei sind die jeweils ersten den Teilsignalen zugeordneten Abgriffschalter in aufsteigender Reihenfolge und die jeweils zweiten den Teilsignalen zugeordneten Abgriffschalter in abfallender Reihenfolge dar Teilsignale angeschaltet.

Ausführungsbelsplel In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen

Fig. 1: ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, Fig. 2: eine Anschaltbaugruppe in halbringförmiger Anschaltung, Fig. 3: eine Anschaltbaugruppe in ringförmiger Anschaltung.

Eine Breitstellungsschaltung B (Fig. 1) für Teilsignale 1 bis 8 enthält eine Gleichspannungsquelle Q, an der eine Teilerschaltung TS angeschlossen ist, die aus acht Teilerwiderständen besteht.

An den Anschlußstellen der Teilerwiderstände sind die Teilersignale 1 bis 8 abnehmbar. Die Teilerwiderstände sind so dimensioniert, daß die Teilsignale 1 bis 8 der Sinusform analog sind, wobei das kleinste Teilsignal 1 den Phasenwinkel -90° und das größte Teilsignal 8 den Phasenwinkel +90" der Sinusform repräsentiert. Die Teilsignale 1 bis 8 sind über zwei Anschaltbaugruppen AS 1; AS 2 und zwei zugehörigen Gruppen von Abgriffschaltern S1 bis S 8, die jeweils in einer Schalteinrichtung G1, G 2 zusammengefaßt sind, auf eine erste Additionsschaltung ADD 1 geschaltet. In gleicher Weise sind die Teilsignale 1 bis 8 über die Anschaltbaugruppen AS 1; AS2 und zwei weiteren Gruppen von Abgriffschaltern S1 bis S 8, die jeweils in einer Schalteinrichtung G 3, G 4 zusammengefaßt sind, auf eine zweite Additionsschaltung ADD 2 geschaltet. Die in den Schalteinrichtungen G1; G 2; G3; G4 jeweils enthaltenen Abgriffschalter S1 bis S8 sind von zugehörigen Aktivierungsschaltungen AK1; AK2; AK3; AK4 über deren Ausgänge A1 bis A_n zum Aktivschalten der Teilsignale 1 bis 8 angesteuert. Die Aktivierungsschaltung AK1, AK2, AK3, AK4 sind unter Zwischenschaltung einer Taktverteilerschaltung TV an einem Taktgenerator TG angeschlossen, wobei die Aktivierungsschaltungen AK1 und AK3 parallel am ersten Ausgang und die Aktivierungsschaltungen AK2 und AK4 parallel am zweiten Ausgang der Taktverteilerschaltung angeschlossen sind. Die halbringförmige Anschaltung in der Anschaltbaugruppe AS (Fig. 2) zeigt, daß jedes der Teilsignale 1 bis 8 in jeder Schalteinrichtung G an einem zugehörigen Abgriffschalter S1 bis S 8 angeschlossen ist. Die Ausgänge A1 bis A8 der jeweiligen Aktivierungsschaltung AK sind in der Abgriffreihenfolge auf die Abgriffschalter S1 bis S8 geschaltet. Bei der ringförmigen Anschaltung (Fig. 3) wird jedes Teilsignal 1 bis 8 von zwei zugehörigen Abgriffschaltern S1 bis S1 β aktiv geschaltet, wobei der Abgriffschalter S 9 das Teilsignal 8, der Abgriffschalter S10 das Teilsignal 7 anschaltet und so weiter bis zum Abgriffschalter S16, der wiederum das Teilsignal 1 anschaltet. Die zugehörige Aktivierungsschaltung AK besitzt die doppelte Anzahl, nämlich sechzehn Ausgänge A1 bis A16.

Diese Ausgänge sind in der Reihenfolge A1 bis A16 in der zugeordneten Schalteinheit G1, G 2 jeweils mit den Abgriffschaltern S1 bis S16 verbunden.

Die Wirkungsweise der Schiiltungsanordnung ist folgende:

Von der Bereitstellungsschaltung B werden acht Teilsignale 1 bis 8 unterschiedlicher Größe ausgegeben. Die Teilsignale 1 bis 8 werden durch die Reihenschaltung von acht Teilerwiderstanden in der Teilerschaltung TS gebildet, die von der Gleichspannungsquelle Q gespeist werden.

Diese Teilsignale 1 bis 8 werden über die Abgriffschalter S taktweise abgegriffen und in separaten Zweigen auf die Additionsschaltung ADD 1 bzw. ADD2 für SINUS bzw. KOSINUS durchgeschaltet. Dazu werden die Abgriffschalter S in jedem Zweig vom Taktgenerator TG über den Taktverteiler TV aktiviert, wobei jeweils mehrere Abgriffschalter S zum Aktivanschalten der Teilsignale 1 bis 8 angesteuert werden. Die an den Teilorwiderständen anliegenden Teilsignale 1 bis 8 werden gleichzeitig von Abgriffschaltern S beider Schalteinrichtungen G1, G 2 angeschaltet, indem je ein Abgriffschalter S aus jeder der Schalteinrichtungen G1, G 2 gleichzeitig geschlossen ist und damit über jede Schalteinrichtung G1, G 2 eines der Teilsignale 1 bis 8 auf die Additionsschaltung ADD 1 geschaltet ist. Dadurch werden stets zwei Teilsignale 1 bis 8 von der Additionsschaltung ADD 1 zu einem Summensignal addiert. Auf diese Weise wird das sinusförmige Signal treppenförmig approximiert. Die Approximation gelingt um so besser, je mehr durch die Abgriffschalter S abzugreifende funktionsgerechte Teilsignale 1 bis 8 vorgesehen werden. Bei einer entsprechend hohen Approximationsschrittzahl entsteht bereits ein praktisch gut verwertbares Näherungssignal. In diesem Fall kann die Filterschaltung (Bandpaß, Tiefpaß, Integrierglied) auf ein Minimum reduziert werden. Die hohe Approximationsschrittzahl wird dabei mit wenigen Teilsignalen 1 bis 8 (nur acht Spannungsteilerwiderstände) unter Beibehaltung der Schaltfrequenz der Abgriffschalter S dadurch erreicht, daß die aus zwei Teilsignalen 1 bis 8 gebildete Summenspannung mit jedem Takt verändert wird, indem jeweils nur eines der beiden Teilsignale 1 bis 8, d. h. das Teilsignal nur in einer der beiden Schalteinrichtungen G1, G 2 durch Umschalten eines Abgriffschalters S geändert wird. Ausgehend von geschlossenen Abgriffschaltern S1 in den beiden Schalteinrichtungan G1, G 2 stehen die Teilsignale 1/1 an der Additionsschaltung ADD 1 an. Der nächste Takt vom Taktgenerator TG setzt über den Taktverteiler TV die Aktivierungsschaltung AK1 vom Ausgang A1 auf den Ausgang A2, womit in der Schalteinrichtung G1 der Abgriffschalter S1 öffnet und der Abgriffschalter S2 schließt. Es entsteht an der Additionsschaltung ADD1 eine Summenspannung aus den Teilsignalen 2/1. Der folgende Text setzt die Aktivierungsschaltung AK2 vom Aue gang A1 auf den Ausgang A2, womit in der Schalteinrichtung G 2 der Abgriffschalter S1 öffnet und der Abgriffschalter S 2 schließt. Es entsteht an der Additionsschaltung ADD 1 die Summenspannung aus den Teilsignalen 2/2. Diese Arbeitsweise geschieht fortlaufend bis zu den Abgriffschaltern S8. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit ruir zwei Schalteinrichtungen G1, G 2 mit je acht Abgriffschaltern S1 bis S 8 wird jeder Abgriffschalter S nur mit jedem 16.Takt einmal zu- und abgeschaltet. Die gleiche Wirkungsweise läuft parallel in den Schalteinrichtungen G3, G4 und den Aktivierungsschaltungen AK3, AK4 im Zweig für die Bildung des KOSINUS-Näherungssignales ab. Es werden lediglich zum Taktzeitpunkt jeweils um 90° versetzt liegende Teilsignale 1 bis 8 von den Abgriffschaltern S des KOSINUS-Zweiges aktiv geschaltet.

Die Anschaltung der von der Teilerschaltung TS gebildeten Teilsignale 1 bis 8 kann auf unterschiedlicher Art erfolgen. Eine Möglichkeit ist die halbringförmige Anschaltung (Fig. 2), bei der die Abgriffschalter S1 bis S8 über die Anschaltbaugruppe AS 1, AS2 die Teilsignale 1 bis 8 durchschalten, ist dadurch gegeben, daß die Aktivierungsschaltung AK in der Reihenfolge ihrer Ausgänge A1 bis A8 die Teilsignale 1 bis 8 aktiv schaltet und dadurch die Teilsignalspannungen vom positiven bis zum negativen Maximalspannungspegel in Vorwärtsreihenfolge abgreift und anschließend die Ausgänge A1 bis A8 in rückwärtiger Reihenfolge (von A8 bis A1) aktiviert und damit die Teilsignalspannungen vom negativen Maximalspannungspegel beginnend in rückwärtiger Reihenfolge aktiv geschaltet werden. Dies geschieht in den beiden Schalteinrichtungen G1, G 2 von den Abgriffschaltern S1 bis S8 analog, wobei die Abgriffschalter S der beiden Schalteinrichtungen G1, G 2 lediglich um einen Takt versetzt angesteuert werden. Diese halbringförmige Anschaltung in Verbindung mit der Erzeugung eines sinusförmigen Näherungssignals ist in gleicher Weise für den Verarbeitungszweig anwendbar, der ein KOSINUS Näherungssignal erzeugt. Die ringförmige Anschaltung als weitere Möglichkeit der Anschaltung (Fig. 3) setzt in jeder Schalteinrichtung G1, G 2 bzw. G 3, G 4 für jedes Teilsignal 1 bis 8 zwei zugeordnete Abgriffschalter voraus, d. h., die Abgriffschalter S1 bis S16 werden von Ausgängen A1 bis A16 der zugehörigen Aktivierungsschaltung AK angesteuert. Nach Erreichen des Abgriffschalters S8, wie bereits bei der halbringförmigen Anschaltung beschrieben, wird vom Abgriffschalter S 9 das Teilsignal 8, danach vom Abgriffschalter S10 das Teüsignal 7 usw. aktiv geschaltet und schließlich vom Abgriffschalter S16 das Teilsignal 1 aktiv geschaltet. Dadurch kann die Aktivierungsschaltung AK als zyklisch umlaufendes Schieberegister ausgebildet werden. Jeder Abgriffschalter S wird, wenn nur zwei Schalteinrichtungen G1, G 2 bzw. G 3, G4 vorhanden sind, nur bei jedem 32. Takt einmal zu- und abgeschaltet. Außerdem wird in der ringförmigen Anschaltung ohne zusätzliche Schaltungsmaßnahmen die Teilerschaltung TS wechselweise aufsteigend und abfallend abgegriffen, so daß daraus folgend das so erzeugte Signal im Wechsel zwischen positiven und negativen Maximalspannungspegel der Teilsignale 1 bis 8 approximiert wird. Mit der Erhöhung der Anzahl der Schalteinrichtungen G wird der Zeitabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Aktivierungen eines jeden Abgriffschalters S einer Schalteinrichtung ebenfalls erhöht. Mit beispielsweise drei Schalteinrichtungen in einem Erzeugungszweig ist es somit möglich, eine verdreifachte Approximationsschrittzahl zu realisieren. Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird in überraschender Weise eine verbesserte Approximation bei beliebig erhöhter Approximationsschrittzahl erreicht, ohne daß jeweils eine spezielle für die Schrittzahl zugeschnittene Spannungsteilerschaltung, in der erforderlichen Präzisionsausführung, benötigt wird. Dies bedeutet, daß mit einer einfachen Spannungsteilerschaltung jeder vorgegebene Anwendungsfail von der einfachen 4schrittigen Approximation bis zu einer solchen mit einer hohen Approximationsschrittzahl von beispielsweise 256 realisiert werden kann und darüber hinaus die Teilerschaltung auf ein Minimum reduziert werden kann. Die erfindungsgemäß erzeugten Signale sind beispielsweise als Sinus-/Kosinus-Funktionsgenerator verwendbar, wenn die t&ktweise Durchschaltung der Teilsignale für den Kosinuszweig entsprechend dem Phasenwinkel versetzt erfolgt. Die Erfindung macht es möglich mit digitalen Mitteln einen beliebigen Phasenversatz zwischen zwei Erzeugun£szweigen einzustellen, wks auch für entsprechende Korrektureinstellungen vorteilhaft genutzt werden kann. Der so digital erzeugte Phasenversatz bleibt entgegen einstellbaren analogen Phasenschiebern unverändert erhalten. Damit sind hochdynamische Positionsmeßschaltungen realisierbar, bei denen die Frequenz der erzeugten sinusförmigen Signalwellen gesteuert verteilt werden muß.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung und Erzeugung eines sinusähnlichen Signals mit einer Teilerschaltung zur Bildung funktionsgerechter analoger Teilsignale mit Aogriffschaltern, die die Teilsignale der Teilerschaltung zuschalten und einem Steuerwerk zum Aktivieren der Abgriffschalter in einer funktionsgerechten Reihenfolge, einem Taktgenerator für das Steuerwerk und mit einer Additionsschaltung für die von den Abgriffschaltern aktiv geschalteten Teilsignale zur Erzeugung eines treppenförmigen Signalverlaufes, mit dem in Approximationsschritten ein sinusförmiges Signal angenähert wird, insbesondere für digital frequenzgesteuerte Sinus-/Kosinus-Funktionsgeneratoren, dadurch gekennzeichnet, daß an der Teilerschaltung (TS) mehrere Schf'lteinrichtungen (G) mit einer gleichen Anzahl von Abgriffschaltern (S) parallel angeschlossen sind, so daß jedes Teilsignal (1 bis 8) in jeder Schalteinrichtung (G) von mindestens einem zugehörigen Abgriffschalter (S) aktiv schaltbar ist und das Steuerwerk jeweils eine zu den Abgriffschaltern (S) jeder Schalteinrichtung (G) zugeordnete Aktivierungsschaltung (AK) enthält, die über eine Taktverteilerschaltung (TV) an den Taktgenerator (TG) geschaltet sind, wobei jede Aktivierungsschaltung (AK) an einem zugehörigen Ausgang der Taktverteilerschaltung (TV) angeschlossen ist und die Ausgänge der Abgriffschalter (S) aller Schalteinrichtungen (G) mit der Additionsschaltung (ADD) verbunden sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktverteilerschaltung (TV) ein rückgeführtes Schieberegister ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als halbringförmige Anschaltung der Teilsignale (1 bis 8) die Abgriffschalter (S 1 bis S8) innerhalb jeder Schalteinrichtung (G) von der zugehörigen Aktivierungsschaltung (AK) abwechselnd in vor- und rückwärtiger Reihenfolge anschaltbar sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als ringförmige Anschaltung der Teilsignale (1 bis 8) innerhalb jeder Schalteinrichtung (G) jedes Teilsignal (1 bis 8) von zwei Abgriffschaltern (S) aktiv schaltbar ist und βη jedem Ausgang (A) der Aktivierungsschaltung (AK) nur ein zugehöriger Abgriffschalter (S) angeschlossen ist, wobei die jeweils ersten den Teilsignalen (1 bis 8) zugeordneten Abgriffschalter (S 1 bis S8) in aufsteigender Reihenfolge und die jeweils zweiten den Teilsignalen (1 bis 8) zugeordneten Abgriffschalter (S9 bis S16) in abfallender Reihenfolge der Teilsignale (1 bis 8) angeschaltet sind.