DD291184A5 - Verfahren zur erzeugung eines sinusaehnlichen signals - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Erzeugung eines sinusaehnlichen Signals aus funktionsgerechten analogen Teilsignalen, die in einer Teilerschaltung gebildet und taktgesteuert von Abgriffschaltern auf ein Addierglied durchgeschaltet werden, insbesondere fuer digital frequenzsteuerbare Sinus-Funktionsgeneratoren. 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 werden jeweils Gruppen von hintereinanderliegenden durch die Teilerschaltung gebildeten Teilsignalen mehrfach parallel von in mehreren Schalteinrichtungen angeordneten Abgriffschaltergruppen aktiv geschaltet, in dem taktgesteuert ihre Konfiguration geaendert und taktweise versetzt nacheinander die Konfiguration in den Abgriffschaltergruppen der Schalteinrichtungen in gleicher Vorgehensweise geaendert wird.{digitale Sinussignalerzeugung; Teilerschaltung; analoge Teilsignale; taktgesteuerte Abgriffschalter; Addierglieder; frequenzsteuerbarer Sinusfunktionsgenerator}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines sinusähnlichen Signals aus funktionsgerechten analogen Teilsignalen, die in einor TeilerschaJtung gebildet und taktgesteuert von Abgriffschaltern auf ein Addierglied durchgeschaltet werden. Ein spezielles Anwendungsgebiet sind digital frequenzgesteuert Sinus- Funktionsgeneratoren.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Aus der DD-PS 246644 ist es 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 eino nachgeschaltete Filterschaltung (Tiefpaß, Bandpaß, Integrierglied) ein verbessertes stetiger verlaufendes Näherungssignal erzeugt. Derartige sinusförmige Signale werden bei einem zyklisch absoluten Positionsgeber, wie einem Resolver bzw. einen 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 eine Erhöhung der Approximationsschrittzahl möglich. Die Erhöhung der Approximationsschrittzahl 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 ApproximationsschritUahlen für die Erzeugung der sinusförmigen Speisesignale zu erreichen. Hieraus resultieren somit sehr hohe Schaltfrequenzen für die Abgriffschalter, die in der Größenordnung der Qrenzfrequenz 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, ein Verfahren zur Erzeugung eines sinusähnlichen Signals aus funktionsgerechten analogen Teilsignalen, die taktgesteuert von Abgriffschaltorn auf ein Addierglied durchgeschaltet 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 jeweils Gruppen von hintereinanderliegenden durch die Teilerschaltung gebildeten Teilsignalen mehrfach parallel von in mehreren Schalteinrichtungen angeordneten Abgriffschaltergruppen aktiv geschaltet werden, wobei taktgesteuert die Konfiguration der angeschalteten Abgriffschalter geändert wird, indem taktweise versetzt nacheinander die Konfiguration in den Abgriffschaltergruppen dor Schalteinrichtungen in gleicher Vorgehensweise geändert wird. Dazu werden jeweils in der Abgriffschaltergruppe mindestens ein erster Abgriffschalter auf ein nächstes in der Abgriffreihenfolge liegendes Teilsignal weitergeschaltet und mindestens ein zweiter Abgriffschalter mit seinem Teilsignal aus der Gruppe herausgeschaltet. Dabei wird stets eine konstante Anzahl von Abgriffschaltern auf das Addierglied durchgeschaltet.

Vorzugsweise werden als Gruppe von hintereinanderliegenden Teilsignalen benachbarte Teilsignale aktiv geschaltet, indem taktweise in den Abgriffschaltergruppen gleichzeitig jeweils das in der Abgriff reihenfolge nächstliegende Teilsignal angeschaltet und das letzte in der Abgriffreihentolge liegende Teilsignal abgeschaltet wird.

Verfahrensgemäß ist eine weitere Erhöhung der Approximationsschrittzahl dadurch zu erreichen, daß als Gruppen von hintereinanderliegenden Teilsignalen anfangs benachbarte Teilsignale aktiv geschaltet werden und taktweise gleichzeitig das vorderste Teilsignal der Gruppe abgeschaltet und das in der Abgriff reihenfolge nächste Teilsignal angeschaltet wird und mit den nachfolgenden Takten jeweils das zuletzt abgeschaltete Teilsignal wieder zugeschaltet und das entgegen der Abgriffreihenfolge liegende benachbarte Teilsignal abgeschaltet wird.

Die Gruppen von Teilsignalen werden in einer vom positiven zum negativen Maximalspannungspegel gegebenen Reihenfolge wechselweise in aufsteigender und abfallender Folge aktiv geschaltet.

In einer Ausführungsvariante des Verfahrens wird jedes Teilsignal von dem zugehörigen Abgriffschalter abwechselnd in aufsteigender und anschließend in abfallender Reihenfolge der Teilsignale aktiv geschaltet, wobei im Bereich des Umkehrpunktes sowohl des positiven wie auch des negativen Maximalspannungspegels weitere symmetrisch zum Umkehrpunkt liegende Teilsignale aktiv geschaltet werden. In einet anderen Ausführungsvariante wird jedes Teilsignal von jeweils zwei zugehörigen Abgriffschaltern aktiv geschaltet wird, indem die ersten Abgriffschalter aller Teilsignale in aufsteigender Reihenfolge und die zweiten Abgriffschalter aller Teilsignale in abfallender Reihenfolge angeschaltet werden.

Ausführungsbeispiel

An einem Spannungsteiler, bestehend aus einer Reihenschaltung von Teilerwiderständen, die an einer Gleichspannungsquelle angeschlossen sind, lassen sich in regelmäßigen zeitlichen Abständen Teilspannungssignale unterschiedlicher Größo abgreifen und durch Addition ein periodisch sinusförmiger Signalverlauf treppenförmig annähern. Die Teilsignale der Teilerschaltung werden dazu von Abgriffschaltern auf ein Addierglied durchgeschaltet, wobei taktweise jeweils mehrere bestimmte Abgriffschalter angesteuert werden. Das sinusförmige Signal wird dadurch treppenförmig approximiert. Die Approximation gelingt um so besser, je mehr durch die Abgriffschalter funktionsgerechte Teilsignale 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 Teilspannungen (wenig Spannungsteilerwiderstände) unter Beibehaltung der Schaltfrequenz der Abgriffschalter dadurch erreicht, daß Gruppen von hintereinanderliegenden durch die Teilerschaltung gebildeten Teilsignalspannungen gleichzeitig mehrfach parallel von in mehreren Schalteinrichtungen angeordneten Abgriffschaltergruppen aktiv geschaltet werden und als Summenspannung am Addierglied das sinusähnliche Signal ergibt, wobei sich die Summenspannung mit jedem Takt verändert. Mit joder taktweise ausgelösten neuen Aktivierung worden zwei Abgriffschalter aus nur einer Abgriffschaltergruppe von nur einer der Schalteinrichtungen geschaltet. Dabei wird ein erster Abgriffschalter auf das in der Abgriffreihenfolge nächste Teilsignal geschaltet und ein zweiter Abgriffschalter wird mit seinem Teilsignal aus der Gruppe herausgeschaltet. Der nächste Takt aktiviert in analoger Weise zwei Abgriffschalter einer Abgriffschaltergruppe der nächsten Schalteinrichtung, so daß die gleiche Konfiguration der aktiv geschalteten Abgriffschalter in der Abgriffschaltergruppe der parallelen Schalteinrichtungen taktweise versetzt nacheinander entsteht. Damit bringt die aus den Teilsignalspannungen in jeder Schalteinrichtung gebildete Gruppen-Summenspannung entweder eine gleich große oder um eine geringe Differenzspannung abweichende Gruppen-Summenspannung in die Summenspannung am Addierglied ein. Die geringe Differenzspannung als Stufenschrittspannung ist durch die innerhalb jeder Abgriffschaltergruppe taktweise geänderte Konfiguration von zwei Abgriffschaltern in oben beschriebener Fortschaltung auf benachbarte Teilsignale gegeben. Es wird

domnach die Schaltfrequenz jedes Abgriffschalters entscheidend verringert, nämlich in Abhängigkeit der Größe der Abgriffschaltergruppe und dem Schaltregime in der Gruppe multipliziert mit der Anzahl der in parallelen Schalteinheiten vorhandenen Abgriffschaltergruppen.

Der Abgriff der Teilsignale von der Tellerschaltung kann in unterschiedlicher Weise erfolgen. So können nach einem spezifischen Verfahrensmerkmal die Gruppen von hintereinanderliegendon Teilsignalen benachbarte Teilsignale sein, von denen taktweise gleichzeitig das in der Abgriffreihenfolge nächstliegende Teilsignal angeschaltet und das letzt ι Teilsignal aus der Gruppe der Teilsignale abgeschaltet wird. Ein anderer Verfahrensablauf für das Schaltregime der Abgriffschalter ausgehend von einer Gruppe benachbarter Teilsignale schaltet mit jedem auf die Schalteinrichtung gegebenen Takt das in der Abgriffreihenfolge liegende vorderste Teilsignal ob und gleichzeitig das nächstfolgende Teilsignal zu. Mit den folgenden Takten wird jeweils gleichzeitig das zuletzt abgeschaltete Teilsignal wieder zugeschaltet und dessen entgeoen der Abgriffreihenfolge liegende benachbarte wieder abgeschaltet. Damit wird für die Änderung der Summenspannung eine wesentlich größere Approximationsschrittzdhl erreicht, weil jede Gruppe benachbarte Teilsignale taktweise in Zwischenschritten von einer Lücke (ein aus der Gruppe herausgeschaltetes Teilsignal) durchlaufen wird, bevor die nächste Gruppe benachbarter Teilsignale entsteht.

Die von der Teilerschaltung gebildeten Teilsignale können unter Anwendung einer der vorher beschriebenen Arten der Gruppenbildung in einer vom positiven zum negativen Maximalspannungspegel gegebenen Reihenfolge wechselweise in aufsteigender und abfallender Folge aktiv geschaltet werden, d. h. das so erzeugte Signal wird im Wechsel zwischen dem positiven zum negativem Maximalspannungspege! der Teilsignale approximiert. Die Abgriffschalter werden in jeder Schalteinheit in der durch die aneinander geschalteten Teilwiderstände der Teilerschaltung gegebenen Reihenfolge abwechselnd in aufsteigender und anschließend in abfallender Reihenfolge aktiv geschaltet. Dabei werden zur Erhaltung einer konstanten Anzahl von aktiv geschalteten Teilsignalen beim Überschreiten des Umkehrpunktes des positiven wie auch des negativen Maximalspannungspegels symmetrisch zum Umkehrpunkt liegende TeiUignale angeschaltet. Die Teilsignale können aber auch verfahrensgemäß in der Art abgegriffen werden, daß eine ringförmige Anschaltung entsteht, die zyklisch umläuft. Jedes Teilsignal kann hierbei in jeder Schalteinrichtung von zwei Abgriffschaltern aktiv geschaltet werden, wobei die einen Abgriffschalter, wie bereits beschrieben, nacheinander angeschaltet werden und die hinzu gekommen (zweiten) Abgriffschalter die gleichen Teilsignalo in entgegengesetzter Richtung aktiv schalten.

Sind beispielsweise 8 abzugreifende Teilwiderstände und pro Schalteinheit 16 Abgriffschalter vorgesehen, von denen ständig 8 Abgriffschalter eine Gruppe benachbarter Teilsignale aktiv schalten und nur 2 Schalteinrichtungen vorhanden, sind stets 16 Abgriffschalter zur Bildung der Summenspannung aktiviert. In jeder Schalteinrichtung wird dadurch nur mit jedem zweiten Takt das in der ringförmigen Reihenfolge nächste Teilsignal angeschaltet und das aus der Gruppe letzte Teilsignal abgeschaltet. Damit bleibt jeder Abgriffschalter über 16 Takte im gleichen Schaltzustand und o. reicht erst wieder nach Ablauf von 32 Takten seine Ausgangsschaltstellung, d. h. er schaltet nur mit der Approximationswellenfrequenz. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist bereits bei dieser einfachen Ausbaustufe eine Approximationsschrittzahl von 32 erreicht, ohne daß Veränderungen der Grenzfrequenz der Bauelemente notwendig werden. Es ist dabei in überraschenderweise die verbesserte Approximation bei beliebig erhöhter Approximationsschrittzahl gegeben, ohne daß jeweils eine spezielle für die Schrittzahl zugeschnittene Spannungsteilerschaltung in der erforderlichen Präzisionsausführung erforderlich ist. Dies bedeutet, daß mit einer einfachen Spannungsteilerschaltung jeder vorgegebene Anwendungsfall von der einfachen 4schrittigen Approximation bis zu einer solchen mit einer hohen Approximationsschrittznhl von beispielsweise 256 realisiert und darüber hinaus die Filterschaltung auf ein Minimum reduziert werden kann.

Verfahrensgemäß erzeugte Signale sind beispielsweise als Sinus-/Kosinus-Funktionsgenerator verwendbar, wenn die taktweise Durchschaltung der Teilsignale für den Kosinuszweig entsprechend dem Phasenwinkel versetzt erfolgt. Das erfindungsgemäße Verfahren macht es möglich, mit digitalen Mitteln einen beliebigen Phasenversatz zwischen zwei Erzeugungszweigen einzustellen, was auch für entsprechende Korrektureinstellungen vorteilhaft genutzt werden kann. Der so digital erzeugte Phasenversatz bleibt entgegen einstellbare.-) analogen Phasenschiebern unverändert erhalten. Damit sind hochdynamische Positicnsmeßschaltungen realisierbar, hei denen die Frequenz der erzeugten sinusförmigen Signalwellen gesteuert verstellt werden muß.

Claims (6)

1. Verfahren zur Erzeugung eines sinusähnlichen Signals aus funktionsgerechten analogen Teilsignalen, die in einer Tellerschaltung gebildet und taktgesteuort von Abgriffschaltern auf ein Addierglied durchgeschaltet werden, insbesondere für digital frequenzsteuerbare Sinus-Funktionsgeneratoren, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Gruppe von hintereinanderliegenden durch die Teilerschaltung gebildeten Teilsignalen mehrfach parallel von in mehreren Schalteinrichtungen angeordneten Abgriffschaltergruppen aktiv geschaltet werden, wobei taktgesteuert die Konfiguration der angeschalteten Abgriffschalter geändert wird, indem taktweise versetzt nacheinander die Konfiguration in den Abgriffschaltergruppen der Schalteinrichtungen in gleicher Vorgehensweise geändert wird, wobei jeweils in der Abgriffschaltergruppe mindestens ein erster Abgriff scha lter auf ein nächstes in der Abgriff reihenfolge liegendes Teilsignal weitergeschaltet und mindestens ein zweiter Abgriffschalter mit seinem Teilsignal aus der Grup">° herausgeschaltet aber stets eine konstante Anzahl von Abgriffschaltern auf das Addierglied durchgeschaltet wird. -

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Gruppe von hintereinanderliegenden Teilsignalen benachbarte Teilsignale aktiv geschaltet werden und taktweise in den Abgriffschaltergruppen gleichzeitig jeweils das in der Abgriffreihenfolge nächstliegende Teilsignal angeschaltet und das letzte in der Abgriff reihenfolge liegende Teilsignal abgeschaltet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Gruppe von hintereinanderliegenden Teilsignalen anfangs benachbarte Teilsignale aktiv geschaltet werden und taktweise gleichzeitig das vorderste Teilsignal der Gruppe abgeschaltet und das in der Abgriffreihenfolge nächste Teilsignal angeschaltet wird und mit den nachfolgenden Takten jeweils das zuletzt abgeschaltete Teilsignal wieder zugeschaltet und dessen entgegen der Abgriffreihenfolge liegende benachbarte Teilsignal abgeschaltet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen von Teilsignalen in einer vom positiven zum negativen Maximalspannungspegel gegebenen Reihenfolge wechselweise in aufsteigender und abfallender Folge aktiv geschaltet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Teilsignal von dem zugehörigen Abgriffschalter abwechselnd in aufsteigender und anschließend in abfallender Reihenfolge der Teilsignale aktiv geschaltet wird, wobei im Bereich des Umkehrpunktes sowohl des positiven wie auch des negativen Maximalspannungspegels weitere symmetrisch zum Umkehrpunkt liegende Teilsignale aktiv geschaltet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Teilsignal von jeweils zwei zugehörigen Abgriffschaltern aktiv geschaltet wird, indem die ersten Abgriffschalter aller Teilsignale in aufsteigender Reihenfolge und die zweiten Abgriffschalter aller Teilsignale in abfallender Reihenfolge angeschaltet werden.