DE2526367A1

DE2526367A1 - Verfahren zur multiplikation/division analoger spannungen

Info

Publication number: DE2526367A1
Application number: DE19752526367
Authority: DE
Inventors: Erimar A Dipl Ing Chun
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1975-06-12
Filing date: 1975-06-12
Publication date: 1976-12-23
Also published as: FR2314537B1; FR2314537A1; CH601861A5

Description

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Mp.-Kr. 581/75 Mannheim, 9. Juni 1975

ZFE/P3-NL/Ila.

"Verfahren zur Multiplikation/Division analoger Spannungen"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Multiplikation/ Division analoger Spannungen und findet Anwendung bei der Produktbiluung mehrerer analoger Größen, beispielsweise der Drehmoinentenerfassung durch Multiplikation von Strom und Drehzahl.

! Bekannt sind drei Verfahren zur elektronischen Multiplikation { bzw. Division, nämlich Parabelverfahren, Transconductance-Verfahren und das Time-nivision-Verfahren (Steinbuch, "Taschenbuch der riachrichtenverarbeitung" 2. Aufl., 1135-1143). Beim Parabelverfahren wird durch Subtrahieren (a + b)² und (a - b)² das Produkt gebildet. Dieses Verfahren ist sehr schnell, sehr aufwendig und somit sehr teuer und platzintensiv. Da häufig eine extren hohe Rechengenauigkeit nicht verlangt wird, wurden integrierte, stetig nach dem Transconductance-Verfahren arbeitende Multiplizierer eingesetzt. Hierbei ist die Ausgangsspannung das Produkt einer Eingangsspannung und eines Eingangsstroir.es, der zur Steuerung des Arbeitspunktes der Anordnung verwendet wird. Der Strom wird dabei von einer weiteren Eingangsspannung abgeleitet. Dieses Verfahren ist sear einfach und billig, weil es voll integriert ist. Die Genauigkeiten sind allerdings nicht sehr hoch und das Preis/Leistungs-Verhältnis ist nicht zufriedenstellend.

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: Beim dynamischen Time-Division-Verfahren wird eine Spannung innerhalb einer gewissen Periode ein- und ausgeschaltet. Dur-cl* das Tastverhältnis kann eine Ausgangsspannung bewertet werden. Die Ausgangsspannung der «^ist arso das Produkt einer Eingangsspannung und den Tastverhältnis. Das Tastverhältnis wird durch das Verhältnis zweier v/eiterer EingangsspHiinungen gebildet. Eine Multiplikation sowie eine Division wird hierdurch ermöglicht. Dieses Verfahren hat den Vorteil hoher Genauigkeit und den Nachteil niedriger Grenzfrequenz und großen Platzbedarfp Hinzu kormt bei verschiedenen Anwendungen die relativ hohe Helligkeit der Ausgangsspannung.

; Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu finden, das auf einfache und billige Art drei analoge Spannungen nach .Produkt und Quotient miteinander verknüpft.

; Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß eine Eingangs-

; spannung durch Bewertung mit einem Faktor in einem Digital/ Analog-Umsetzer auf einen Gleichspannuugswert gebracht wird,

S der um die Schritthöhe des Digital/Analog-Umsetzers schwankt

und dessen zeitlicher Mittelwert als Ausgangsspannung dem

! exakten Rechenergebnis entspricht. Der Faktor wird in einem

j Vor-Rückwärts-Zähler aus dem Verhältnis der Eingangsspannung^

j gebildet. In einer Ausgestaltung nimmt duz'ch Erhöhung der

j Auflösung des Digital/Analog-Umsetzer die Welligkeit der Aus-

gangsspannung ab.

Vorteilhaft gegenüber dem Transconductance-Verfahren ist bei Preisgleichheit die Genauigkeit, gegenüber dem Time-Devision-

Verfahren ist geringer Preis und die erhöhte Grenzfrequenz von Vorteil.

* Steinbuch, "Taschenbuch der Nachrichtenverarbeitung" 2. Aufl., S.

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'Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens soll
!nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert werden. j

Die drei in analoger Form angebotenen Spannungen U., Up, U,
sollen durch Multiplikation bzw. Division miteinander verknüpft
werden. Das Rechenergebnis wird mit U_Q bezeichnet. |

Sl I

!Auf einen multiplizierenden Digital/Analog-Umsetzer 1 wird die

!variable Referenzspannung U₁ gegeben. Diese Spannung wird in dem jUmsetzer 1 mit einem Faktor "D" bewertet und die Ausgangsspannung U_ ist damit U = D * U₁. Über die vier Digitaleingänge wird der
ι a α. ι

!ermittelte Faktor "D" auf den Umsetzer 1 gegeben. Die Verbindung ,zu den anderen Bauteilen erfolgt über vier Verbindungsleitungen.

Der Faktor "D" wird aus dem Verhältnis der Eingangsspannung Up ; zu der Eingangsspannung U₁₅ gebildet. Hierzu sind die Elemente ; 3,4,5 zu einem Analog/Digital-Umsetser kombiniert: |

Durch den Impulsgeber 2, der beispielsweise ein Rechteckgenerator jist, wird ein Vorwärts-RUckwärts-Zähler 3 angesteuert. Ein vorgeschalteter Komparator 4 gibt dem Vor-Rückwärts-Zähler die
Zählrichtung an. Der Ausgangswert dieses Zählers 3 beinhaltet den Faktor "D". Dieser Faktor "D" wird in Digital/Analog-Umsetzer 5
,mit der Eingangsspannung U_ als Referenzspannung beaufschlagt
[und neben der Eingangsspannung U„ als weitere Bewertungsgröße U„, jauf den Komparator 4 gegeben. Damit ist eine Verbindung über

jden Faktor "D" zwischen U und U hergestellt. j

U '

U₂ = U₃ · D bzw. D = JL I

Da der Faktor "D" gleichzeitig die Ausgangsspannung U_über die
!Eingangsspannung U₁ beeinflußt, ist die Spannung U das Ergebnis der Multiplikation bzw. Division der Eingangs spannungen zu

U₁ . U₂

U_a =

^U3

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Durch die im Ausführungsbeispiel gewählte Auflösung von vier Bit kommt eine gewisse Ungenauigkeit in das Rechenergebnis. Um zu einen maximalen Vergleich der beiden Spannungen U„ und U₃₁ durch den Komparator 4 zu kommen, sollten diese beiden Spannungen gleich v/erden. Dies ist aber durch die relativ geringe Auflösung von vier Bit nicht möglich. Vielmehr ist durch die Verwendung des Dualcodes systembedingt eine gewisse Fehlerwahrscheinlichkeii: üblich. Diese Abweichung läßt sich zwar durch Erhöhung der Auflösung, beispielsweise auf acht oder zehn Bit verringern, der Aufwand steigt aber auch dementsprechend.

Die ungleichen Spannungen U„ und U„ am Komparator 4 bewirken eine Modulation der Spannung hinter dem Komparator. Diese

und damit_ * " werden. Spannung -^cfer Faktor "D" -^eine Zeitlang großer als υ~ und eine Zeitlang kleiner als U„ sein. Der zeitliche Mittelwert aus dieser schwankenden Spannung ist der exakte VJert. Der Faktor "D" schwankt ebenfalls um diesen zeitlichen Mittelwert. Damit ist die Ausgangsspannung U keine Gleichspannung

a ■*

mehr, sondern schwankt um die Modulation bzw. die Schritthöhe des Digital/Analog-Umsetzers 1.

Diese Modulation der Ausgangsspannung bewirkt aber trotz der geringen Auflösung von vier Bit systembedingt nur ungefähr 6,6 % Amplitudenhub, und damit ist die Welligkeit der Ausgangsspannung wesentlich geringer als bei dem bekannten Time-Devision-Verfahren .

Die ungenaue Ausgangsspannung gleicht sich zwar im zeitlichen

können Mittelwert aus, die Schwankungen aber doch hinderlich sein.

Zwischen dem Digital/Analog-Ur.isetzer 1 und der abgreifbaren Ausgangsspannung U wird deshalb ein Filter 6 in Tiefpass-

ausführung geschaltet. Damit wird die schwankende Ausgangsspannung

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auf ein zulässiges naß reduziert.

In einer /Umgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ninmt durch Erhöhung der Auflösung des Digital/Analog-Umsetzers 4, beispielsweise von vier Bit auf acht Bit_f die helligkeit der Ausgangsspannung U ab bzw. die Grenfrequenz des Tiefpassfilters 6 kann erhöht werden.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Multiplikation/Division analoger Spannungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eingangsspannung (U,) durch Bewertung mit einen Faktor (D) in einemDigital/Analog-Urusetzer^llauf einen Gleichspannungswert gebracht wird, der um die Schritthöhe des Digital/Analog-ümsetzers^l) schvrankt und dessen zeitlicher Mittelwert als Ausgangsspannung/u_jdem exakten Rechenergebnis entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Faktor (D) in einem Vor-Rückvärts-Zähler (3) aus dem Verhältnis der Eingangsspannungen U 2 zu U, gebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Erhöhung der Auflösung des Digital/Analog-Umsetzers^l)die Welligkeit der Ausgangsspannung (U ) abnimmt.

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