DE2304158A1

DE2304158A1 - Digitaler multiplizierer fuer momentanwerte zweier analoger elektrischer groessen

Info

Publication number: DE2304158A1
Application number: DE19732304158
Authority: DE
Inventors: Abutorab Dr Ing Bayati
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-01-29
Filing date: 1973-01-29
Publication date: 1974-08-01
Also published as: JPS49111566A

Description

Digitaler Multiplizierer für Momentanwerte zweier analoger elektrischer- Größen Die Erfindung bezieht sich auf einen digitalen Multiplizierer für die Momentanwerte zweier analoger, zeitabhängig veränderlicher elektrischer Größen, beispielsweise dem Strom und der Spannung eines Verbrauchers.
Bei einem digitalen Multiplizierer für die Momentanwerte elektrischer Größen ist es wichtig, daß eventuelle Phasenbeziehungen dieser Größen während der Umformung in Digitalwerte und der Verarbeitung im Multiplizierwerk erhalten bleiben. Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen digitalen Multiplizierer zu erstellen, der diese Forderung erfüllt.
Bei einem eingangs genannten digitalen Multiplizierer wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die elektrischen Eingangsgrößen zwei mit Takteingängen an den Ausgang eines Taktgenerators angeschlossenen Analog-Digital-Wandlern zugeführt sind und Ergebniszähler der Analog-Digital-Wandler mit Nultipliziereingängen eines digitalen Multiplizierwerkes verbunden sind und daß ein Takteingang des Multiplizierwerkes an einen weiteren Taktgenerator angeschlossen ist, dessen Taktfolge in einer festen Phasenbeziehung zur Taktfolge des ersten Taktgenerators steht und dessen Taktfolgefrequenz mindestens um eine Größenordnung höher ist als die des ersten Taktgenerators.
Mit Hilfe der praktisch aus einer Taktfrequenz abgeleiteten Taktsteuerung für die Analog-Digital-Wandler -und das Nultiplizierwerir ist sichergestellt, daß sich die Phasenbeziehungen der miteinander zu multiplizierenden elektrischen Größen während ihrer digitalen Verarbeitung nicht verändern.
Zweckmäßig wird der zweite Taktgenerator aus einem Prequenzvervielfaoher für die Taktfolge des ersten Taktgenerators bestehen. Es kann jedoch auch der erste Taktgenerator als Frequenzteiler für die Taktfolge des zweiten Gaktgenerators ausgebildet sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist einem Produktspeicher des Multiplizierwerkes ein zeitgesteuerter Addierer als Integrationseinrichtung nachgeschaltet. Das Integral der über einen bestimmten Zeitabschnitt integrierten Produkte wird in einem dem Addierer nachgeschalteten Ergebnisregister festgehalten. Die Integrationszeit wird zweckmäßig durch einen Nullindikator festgelegt, an dessen Eingang eine der miteinander zu multiplizierenden Größen liegt. Dem Ergebnisregister folgt zweckmäßig ein Zwischenspeicher, der ebenfalls über den Nullindika;tor zeitgesteuert ist. Dieser Zwischenspeicher enthält den digitalen Wert des Zeitintegrals der beiden miteinander multiplizierten Größen. Beispielsweise für Fernmeßzweoke wird dem Zwischenspeicher ein Digital-Analog-Wandler nachgeschaltet, dessen Ausgang über einen Spannungs-Frequenz-Umsetzer eine dem Integral des Produkts der beiden Größen proportionale Impulsfolgefrequenz entnommen werden kann.
Als Analog-Digital-Wandler zur Umsetzung der analogen Größen in Digitalwerte sind Analog-Digital-Wandler vom Rückkopplungstyp vorgesehen.
Bevorzugt wird der digitale Multiplizierer mit Tntegriereinrichtung als digitaler Elektrizitätszähler verwendet.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in Figur 1 dargestellt ist, näher erläutert. In einer Figur 2 ist der zeitliche Verlauf zweier miteinander zu multiplizierender Größen dargestellt sowie eine Ausgangsimpulsfolge des Nullindikators.
Zwei Eingänge Ei bzw. E2 für die miteinander zu multiplizierenden elektrischen Größen sind in Figur 1 Über Eingangswiderstände R1 bzw. R2 mit dem Eingang eines Verstärkers V1 bzw. V2 verbunden. Die Verstärker sind Bestandteile je eines Analog-Digital-Wandlers vom Rückkopplungstyp.
Die Verstärker haben je zwei Ausgänge, die abwechselnd Signal führen, je nachdem, ob das Eingangssignal des Verstärkers größer oder kleiner als ein vorgegebenes Referenzpotential, beispielsweise Massepotential, ist.
Die beiden Ausgänge der Verstärker V1 bzw. V2 sind mit Je zwei Eingängen von bidirektionalen Zählern Z1 bzw. Z2 verbunden. Diese Eingänge steuern die Zählrichtung der Zähler Z1 bzw. Z2. Ein dritter Eingang der Zähler Z1 bzw.
Z2 wird mit Zählimpulsen aus einem Ausgang T1 eines Taktgenerators TG beschickt. Die Zählerinhalte der Zähler Z1 bzw. Z2 werden fortlaufend über Digital-Analog-Wandler DAZU1 bzw. DAU2 in Analogwerte zurückverwandelt und als solche den Eingängen der Verstärker V1 bzw. V2 zugeführt.
Die aus den Verstärkern V1 bzw. V2, den bidirektionalen Zählern Z1 bzw. Z2 und den Digital-Analog-Wandlern DAU1 bzw. DAU2 bestehenden Analog-Digital-Wandler sind als sogenannte Rückkopplungewandler bekannt. Zwischen jeweils zwei Taktimpulsen der Taktfolge, die aus dem Ausgang Ti des Taktgenerators TG auch ein Multiplizierwerk MLP beaufachlagt, werden in diesem Multiplizierwerk mit Hilfe einer zweiten Taktfolge aus dem Ausgang T2 des Taktgenerators TG, der an einen zweiten Eingang des Nultiplizierwerkes angeschlossen ist, die jeweiligen Zählerinhalte der Zähler Z1 bzw. Z2 miteinander multipliziert. Dabei muß die Frequenz der Multiplikationstaktfolge aus dem Ausgang 2 des Taktgenerators TG so groß sein, daß innerhalb zweier aufeinanderfolgender#Zähltaktimpulse aus dem Ausgang Tl eine Multiplikation der beiden Zählerinhalte durchgeführt werden kann. Im Multiplizierwerk ist ein Produktspeicher enthalten und außerdem ein zeitgesteuerter Addierer, der den jeweiligen Inhalt des Prodüktspeichers über eine vorgegebene Zeit aufintegriert. Diese Integrationazeit wird von einem Nullindikator NIL vorgegeben, dessen Eingang an der Eingangsklemme E2 liegt und der auf den Nulldurchgang der zeitveränderlichen elektrischen Größe an dieser Klemme einen Steuerimpuls an den Addierer abgibt. Der Ausgang des als Integriereinriohtung dienenden Addierers ist an den Eingang eines Zwischenspeichers ZSP angeschlossen. Dieser Zwischenspeicher wird ebenfalls vom Ausgangssignal des Nullindikators NLL gesteuert und löscht seinen Inhalt jeweils nach einer Integrationsperiode. Dem Zwischenspeicher kann an einem entsprechenden Ausgang der Digitalwert des Integrale der miteinander multiplizierten Momentanwerte der elektrischen Größen entnommen werden. ueber einen ebenfalls an den Zwischenspeicher ZSP angeschlossenen Digital-Analog-Wandler DAU3 wird dieser Digitalwert in eine Analogspannung umgewandelt und über einen Spannungs-Frequenz-Umsetzer SFU in eine Impulsfolge mit einer dem Integral proportionalen Frequenz umgesetzt. Diese Impulsfolge ist einem Ausgang des Spannungs-Frequenz-Umsetzers SFU, beispielsweise für Fernmeßzwecke zu entnehmen.
Wird der im Ausführungsbeispiel der Figur 1 dargestellte Multiplizierer als elektronischer Blektrizitätszähler verwendet, dann wird zweckmäßig bei einer geforderten Genauigkeit der Anzeige von 0,1 % und einer Netzfrequenz von 50 Hz der Zähltakt aus dem Ausgang Ti des Taktgenerators TG mit > 100 kHz gewählt. Dies ergibt 2000 Abtastwerte pro Periode der Netzfrequenz. Der Multiplikationstakt muß in diesem Fall zwischen 1 und etwa 10 MHz liegen. Er wird dem Ausgang T2 des Taktgenerators TG entnommen. Die Zähler weisen durchgehend eine Kapazität von 10 Bit auf und die Ausgangsimpulsfolge des Spannungs-Frequenz-Umsetzers hat eine Frequenz von, 1000 Hz.
In Figur 2 ist längs einer ersten Zeitachse der Verlauf zweier Spannungen U1 und U2 gezeigt, die an die Eingangsklemmen El und E2 angelegt werden können. Der Einfachheit halber sind die beiden Spannungen als frequenzgleich dargestellt und weisen eine feste Phasenverschiebung gegeneinander auf. Auf einer darunterliegenden Zeitachse sind Ausgangsimpulse des Nullindikators NLL dargestellt, die jeweils vom Nullindikator dann abgegeben werden, wenn die Spannung U2 einen Nulldurchgang von negativen zu positiven Ordinatenwerten aufweist.
9 ratentansprüche 2 Figuren

Claims

Patentansprüche ,9 e Digitaler Multiplizierer für die Momentanwerte zweier analoger, zeitabhängig veränderlicher elektrischer Grö-Ben, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Eingangsgrößen zwei mit Takteingängen an den Ausgang (T1) eines Taktgenerators (ski) angeschlossenen Analog-Digital-Wandlern zugeführt sind und Ergebniszähler (Z1, Z2) der Analog-Digital-Wandler mit Multipliziereingängen eines digitalen Multiplizierwerkes (MLP) verbunden sind und daß ein Takteingang des Multiplizierwerkes (MOP) an einen weiteren Taktgenerator angeschlossen ist, dessen Taktfolge in einer festen Phasenbeziehung zur Taktfolge des ersten Taktgenerators steht und dessen Taktfolgefrequenz mindestens um eine Größenordnung höher ist als die des ersten Taktgenerators.
2. Digitaler Multiplizierer nach Anspruch 1, dadurch gekenn#eichnet, daß der zweite Taktgenerator aus einem Frequenzvervielfacher für die Taktfolge des ersten Taktgenerators besteht.
3. Digitaler Multiplizierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Taktgenerator aus einem Frequenzteiler für die Taktfolge des zweiten Taktgenerators besteht.
4. Digitaler Multiplizierer naoh Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einem Produktspeicher des Multiplizierwerkes (MOP) ein zeitgesteuerter Addierer als Integrationseinrichtung nachgeschaltet ist.
5. Digitaler Multiplizierer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Addierer ein Ergebnisregister nachgesohaltet ist.
6. Digitaler Multiplizierer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Nullindikator (NLL), an dessen Eingang eine der miteinender'z;u multiplizierenden Größen liegt, die Integrationszeit für den Addierer vorgibt;
7. Digitaler Multiplizierer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ergebnisregister ein ebenfalls über den Nullindikator (NLL) zeitgesteuerter Zwischenspeicher (ZSP), ein Digital-Analog-Wandler (DAU3) und ein Spannungs-Frequenz-Umsetzer (SFU) nachgeschaltet sind.
8. Digitaler Multiplizierer nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Analog-Digital-Wandler vom Rückkopplungstyp sind.
9. Digitaler Multiplizierer nach Anspruch 4 oder einem der folgenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Verwendung als digitaler Elektrizitätszähler.