DE2727369A1 - KILOWATT-HOUR METER WITH STOCHASTIC SIGNAL PROCESSING - Google Patents
KILOWATT-HOUR METER WITH STOCHASTIC SIGNAL PROCESSINGInfo
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Description
Eilowattstundenzähler mit stochas ti scher Signalverarbeitung Eilowatt hour counter with stochastic signal processing
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen ELa- und/oder Hehrphasen-Energiezähler mit stochastischer Signalverarbeitung, der einen Hultiplexeingangsschalter für die Spanmingen und die Ströme der einzelnen Phasen und eine Inzeige einrichtung für den Energieverbrauch und/oder für die Augenblicksleistung aufweist.The invention relates to an electronic ELa- and / or high-phase energy meter with stochastic signal processing, which has a hultiplex input switch for the Spanmingen and the currents of the individual phases and a display device for the energy consumption and / or for the Has instantaneous performance.
Zur Erstellung eines wirtschaftlichen elektronischen Drehstromzählers, der den Forderungen nach Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer genügt, bieten sich zwei Meßverfahren an: die Verwendung eines Analog-Digital-Wandlers in Verbindung mit einem Computer (z. B. nach Patentanmeldung P 26 30 959-1) oder eine stochas ti sehe Signalverarbeitung der Eingangsgrößen von Strom und Spannung. Vie bei der bekannten Lösung mittels eines Computers zeichnet sich die stochastische Signalverarbeitung dadurch aus, daß nach der Umsetzung der analogen Eingangsgrößen die gesamte Signalverarbeitung digital vorgenommen wird. Die folgenden weiterverarbeitenden Schaltungsteile sind fehler- und driftfrei und lassen sich einfach auf einen Großschaltkreis integrieren, so daß zu einem Meßfehler lediglich der Umsetzer beitragen kann.To create an economical electronic three-phase current meter that meets the requirements for accuracy, reliability and service life, two measuring methods are available: The use of an analog-digital converter in Connection with a computer (z. B. according to patent application P 26 30 959-1) or a stochas ti see signal processing the input variables of current and voltage. As in the case of the known solution using a computer, the stochastic signal processing is characterized in that, after the analog input variables have been converted, the entire signal processing is carried out digitally. The following processing circuit parts are free of errors and drift and can be easily integrated into a large circuit, so that only the converter can contribute to a measurement error.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kilowattstundenzähler mit stochastischer Signalverarbeitung zu schaffen.The invention is based on the object of creating a kilowatt hour meter with stochastic signal processing.
Diese Aufgabe ist durch die Erfindung gelöst, wie sie in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche dargestellt ist.This object is achieved by the invention as it is presented in the characterizing parts of the patent claims.
Um einen derartigen stochastischen Kilowattstundenzähler für Drehstromnetze er erhalten, war es erforderlich, neue Verfahren zur stochastischen Umsetzung und zur Integration derIn order to obtain such a stochastic kilowatt hour meter for three-phase networks, it was necessary to develop new methods for stochastic implementation and integration of the
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Meßergebnisse zu schaffen und diese mit bekannten digitalen Signalverarbeitungseinrichtungen zu kombinieren. Die wesentlichen Erfindungsmerkmale sind die nichtlineare stochastische Umsetzung mit Hilfe eines digitalen HuItiplikationsverfahrens zur Steuerung nur eines Digital-Analog-Wandlers, die Verwendung eines Speichers mit vorgeschaltetem Addierer als Integrator und eine Einrichtung zur Ermittlung und Anzeige der Augenblickslei s tauig.To create measurement results and to combine them with known digital signal processing devices. The essential Features of the invention are the non-linear stochastic implementation with the help of a digital multiplication process to control only one digital-to-analog converter, the use of a memory with an upstream adder as an integrator and a device for determining and displaying the instantaneous information.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung, die aus zwei Figuren besteht, näher erläutert. Darin zeigen dieThe invention is explained in more detail with reference to the drawing, which consists of two figures. In it they show
Fig. 1 das Blockschaltbild eines Kilowattstundenzählers mit stochastischer Signalverarbeitung und die1 shows the block diagram of a kilowatt hour meter with stochastic signal processing and the
Fig. 2 die Schaltungsanordnung des verwendeten Analog-Stochastik-Umsetzers.2 shows the circuit arrangement of the analog-stochastic converter used.
Da die Takt- bzw. Phasensteuerung des elektronischen Kilowattstundenzählers für das Verständnis des Erfindungsgedankens unerheblich ist, ist diese nur andeutungsweise in den Figuren dargestellt.As the clock or phase control of the electronic kilowatt hour meter is irrelevant for understanding the concept of the invention, this is only hinted at in the figures shown.
Der Kilowattstundenzähler besteht im wesentlichen aus einem Eingangsmultiplexer HUZ, einem Rauschgenerator RG, einer Bereichsermittlungseinrichtung SRI, SR2, AD, einem Digital-Analog-Wandler DAV, einem Umsetzer, einem Multiplizierer HOL, einem Hittelwertbildner VR und einer Anzeigeeinrichtung AZ.The kilowatt hour meter essentially consists of an input multiplexer HUZ, a noise generator RG, and a range determination device SRI, SR2, AD, a digital-to-analog converter DAV, a converter, a multiplier HOL, a mean value calculator VR and a display device AZ.
Ein großer Dynamikbereich eines EnergieZählers läßt sich vernünftig nur mit nichtlinearer Codierung erreichen. Der erforderliche kleine Heßfehler, auch bei kleinen Eingangssignalen, bedingt, daß die Varianz um den Nullpunkt minimal ist. Aus dem gleichen Grund müssen Offsetspannungs- und OffsetstromfehlerA large dynamic range of an energy meter can be reasonable can only be achieved with non-linear coding. The required small heat error, even with small input signals, requires that the variance around the zero point is minimal. For the same reason there must be offset voltage and offset current errors
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der an den Eingang angeschlossenen Bauelemente automatisch ausgeregelt werden. Bei der Abtastung der sechs Eingangsgrößen mit einem einkanaligen Multiplexer MUX tritt bekanntlich ein Zeitversatz auf, der durch ein Interpolations- bzw. Mittelungsverfahren kompensiert wird. Bei der vorliegenden Erfindung war es notwendig, ein Kompensationsverfahren zu finden, das auch bei nichtlinearer Codierung der Eingangsgrößen funktioniert. Aus der Funktion der einzelnen Bausteine des Kilowatt stundenzähl ers wird dieses Verfahren deutlich erkennbar: Der digitale Rauschgenerator RG für die Umsetzung der Eingangsgrößen verwendet ein rückgekoppeltes Schieberegister (Patentanmeldung P 27 09 381.8), das einen Digital-Analog-Wandler DAW nach Serien-Farallel-Vandlung adressiert. Der Ausgang des Rauschgenerators RG liefert digitale Rauschworte von z. B. sieben Bit. Die Umsetzerkennlinie besteht im positiven und negativen Kennlinienteil aus z. B. je acht Teilstücken, die jeweils in z. B. sieben Bit gestuft sind.of the components connected to the input automatically be adjusted. As is well known, when the six input variables are sampled with a single-channel multiplexer MUX Time offset due to an interpolation or averaging method is compensated. In the present invention, it was necessary to find a method of compensation that would do that too works with non-linear coding of the input variables. From the function of the individual components of the kilowatt hour meter This procedure is clearly recognizable: The digital noise generator RG is used to convert the input variables a feedback shift register (patent application P 27 09 381.8), which has a digital-to-analog converter DAW Addressed serial farallel conversion. The output of the noise generator RG delivers digital noise words from z. B. seven bits. The converter characteristic consists of the positive and negative parts of the characteristic from z. B. eight sections, each in z. B. seven bits are stepped.
Der digitale Rauschgenerator RG liefert für jede Abtastung außer den 7 Bit für die ßtufung der Teilbereiche weitere z. B. 3 Bit für die stochastisch^ Anwahl der acht Bereiche der Umsetzerkennlinie. Da ein Produkt aus jeweils zwei Abtastwerten gebildet wird, jeder dieser Werte jedoch in einem beliebigen der acht Bereiche gemessen worden sein kann, muß für jede Abtastung der Bereich gespeichert und später bei der Mittelwertbildung berücksichtigt werden.The digital noise generator RG supplies, for each scan, in addition to the 7 bits for grading the sub-areas, further z. B. 3 bits for the stochastic ^ selection of the eight areas of the converter characteristic. Since a product is formed from every two sample values, each of these values, however, in any one of the eight Areas may have been measured, the area must be saved for each scan and taken into account later when averaging will.
Es wird bei dieser nichtlinearen stochastischen Umsetzung eine Zahlendarstellung aus Mantisse (7 Bit-Wort) und Exponent (3 Bit-Wort) verwendet. Die Exponenten der beiden zu einem Produkt gehörigen Werte werden addiert, um zum Exponenten des Produkts zu gelangen. Hierzu werden jeweils die 3 Bit zwischengespeichert SRI und einmal direkt und einmal über drei vierstufige Schieberegister SR2 einem Volladdierer AD zugeleitet,With this non-linear stochastic conversion, a number representation is made up of a mantissa (7-bit word) and an exponent (3 bit word) used. The exponents of the two values belonging to a product are added to give the exponent of the product to get. For this purpose, the 3 bits are cached SRI and once directly and once via three four-stage Shift register SR2 fed to a full adder AD,
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an dessen Ausgang der Im Integrator anzusteuernde Eingang mit einem 4 Bit-Wort gekennzeichnet ist. Der Speicher SRi ist als Schieberegister geschaltet und verzögert die 3 Bit um einen Takt. Der Integrator VR hat 15 Bereiche oder Eingänge, bezogen auf einen üblichen Vor-ZRückwärts-Zähler, wobei sein Aufbau aus Binärstufen der binären Stufung der Umsetzerkennlinie entspricht.at its output the input to be controlled in the integrator with is identified by a 4-bit word. The memory SRi is connected as a shift register and delays the 3 bits by one Tact. The integrator VR has 15 areas or inputs, based on a conventional up / down counter, whereby its Structure from binary levels corresponds to the binary levels of the converter characteristic.
Die acht Bereiche der Umsetzerkennlinie müssen ebenso wie die einzelnen Stufen mit gleichverteilter Häufigkeit angewählt werden.The eight areas of the converter characteristic, like the individual stages, must be selected with an evenly distributed frequency will.
Als Digital-Analog-Wandler DAW wird ein 15 Bit-Digital-Analog-Wandler mit GMOS-Stromschaltern verwendet, wobei kennzeichnend für die nichtlineare Codierung ist, daß von den ca. 16.000 Analogstufen, die der Digital-Analog-Wandler abgeben könnte, nur etwa 1.000 Stufen tatsächlich genutzt, d. h. adressiert werden.A 15-bit digital-to-analog converter is used as the DAW digital-to-analog converter used with GMOS power switches, being indicative for the non-linear coding is that of the approx. 16,000 analog stages that the digital-to-analog converter could output, only about 1,000 steps actually used, d. H. addressed.
Es wird ein multiplexgesteuerter Komparator für positive und negative Eingangssignale verwendet, wobei ein Operationsverstärker OP in einer bekannten Schaltung eine in der Polarität alternierende Referenzspannung Uref, z. B. 10 V, in den Digital-Analog-Wandler einspeist. Um die Leckstrome klein zu halten, werden die Eingänge der GMOS-Analogschalter durch Dioden beidseitig gegen Hasse geklammert. Die kleineren Stufen sind mit einem H-2R-Hetzwerk ausgeführt, da sich sonst zu hohe Widerstandswerte ergeben wurden, die zugehörigen Analogschalter sind deshalb als Umschaltkontakte ausgeführt.A multiplex-controlled comparator is used for positive and negative input signals, with an operational amplifier OP in a known circuit a reference voltage Uref, alternating in polarity, e.g. B. 10 V, into the digital-to-analog converter feeds. To keep the leakage currents small, the inputs of the GMOS analog switches are made by diodes on both sides bracketed against hatred. The smaller stages are designed with an H-2R network, otherwise the resistance values will be too high The associated analog switches are therefore designed as changeover contacts.
Die Analogschalter werden von D-Flipflops gesteuert; dies ist notwendig, damit die Steuersignale ständig, auch für die Zeit, die für die nachstehend beschriebene Rechenoperation benötigt wird, zur Verfügung stehen:The analog switches are controlled by D flip-flops; This is necessary so that the control signals are constant, even for the time required for the arithmetic operation described below will be available:
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Die Umsetzerkeimlinie setzt sich aus acht Teilstücken zusammen, wobei jedes Teilstück aus 128 Stufen besteht. Um irgendeine gewünschte Stufe in der gesamten Kennlinie gezielt anzuwählen, muß zunächst der Bereich angegeben werden und dann die Nummer der Teilstufe in dem betreffenden Bereich. An den Nahtstellen zwischen zwei Bereichen dürfen keine Fehler auftreten; dies wird erreicht, indem das Bit eingeschaltet wird, das dem Endwert des davorliegenden Bereichs entspricht.The turner seed line consists of eight sections, each section consisting of 128 steps. To any desired To select a specific stage in the entire characteristic curve, the range must first be specified and then the number the sub-level in the relevant area. No errors may occur at the seams between two areas; this is achieved by switching on the bit that corresponds to the end value of the previous range.
Ein wesentliches Kennzeichen der Erfindung ist die Kombination des 15 Bit-Digital-Analog-Wandlers mit einer binären Schiebe-Multiplikation, um dafür zu sorgen, daß die Auflösung von kleinen zu großen Meßwerten abnimmt, d. h. die kleinsten Stufen des Digital-Analog-Wandlers werden nur im untersten der acht Bereiche benötigt.An essential feature of the invention is the combination of the 15-bit digital-to-analog converter with a binary shift multiplication, to ensure that the resolution decreases from small to large measured values, d. H. the smallest levels of the Digital-to-analog converters are only used in the lowest of the eight areas needed.
Ein Schieberegister für die Bereichsauswahl BA von 15 Bit Länge, dessen erste 7 ßit parallel ladbar sind, wird aus dem Rauschgenerator RG zunächst parallel mit diesen 7 Bit in den ersten Stufen geladen. Erfolgt weiter keine Rechenoperation, so werden diese 7 Bit unverändert von dem Schieberegister BA über den Zwischenspeicher SF auf die Analogschalter der ersten 7 Bit des Digital-Analog-Vandlers DAW gegeben, so daß eine der 128 Stufen des untersten Bereichs angewählt wird.A shift register for the selection area SA of 15 bits in length, the first 7 are ß it parallel loadable, is loaded from the noise generator RG initially parallel with these 7 bits in the first stages. If there is no further arithmetic operation, these 7 bits are passed unchanged from the shift register BA via the buffer SF to the analog switches of the first 7 bits of the digital-to-analog converter DAW, so that one of the 128 levels of the lowest range is selected.
Um den zweiten Bereich zu erhalten, ist es notwendig, das nächste 8. Bit des Digital-Analοg-Wandlers zusätzlich einzuschalten; das 1. Bit kann gleichzeitig entfallen, da nun die Auflösung bei der gewählten binären Stufung der Umsetzerkennlinie um 1 Bit verringert werden soll. Dies wird dadurch erreicht, daß nach Einladen von 7 Bit + 1 Offset-Bit in die ersten 8 Bit-Stufen des Schieberegisters dessen Inhalt um 1 Bit verschoben und gleichzeitig Nullen eingeladen werden. Entsprechend ergeben sich die anderen Bereiche, so daß bei der gewählten Stufung 0 bis 7 Schiebetakte erforderlich sind, um den garnen Bereich zu überdecken. To get the second area, it is necessary to switch on the next 8th bit of the digital-to-analog converter; the The 1st bit can be omitted at the same time, since the resolution with the selected binary gradation of the converter characteristic is now reduced by 1 bit shall be. This is achieved by loading 7 bits + 1 offset bit into the first 8 bit levels of the Shift register whose content is shifted by 1 bit and zeros are loaded at the same time. The result is accordingly other areas, so that with the selected gradation 0 to 7 shifting cycles are required to cover the yarn area.
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Der hierzu notwendige Schiebetakt wird erzeugt, indem die 3 Bereichs-Bit zunächst in einem Binär-/Dezimal-Decoder der Bereichssteuerung BS in den 1 aus 8-0ode umcodiert werden. Die Ausgänge des Decoders sind mit den Paralleleingängen eines zugeordneten Schieberegisters verbunden. Je nachdem, an welcher Stelle eine Eins in das Schieberegister geladen wurde, werden beim seriellen Ausschieben 0 bis 7 Schiebetakte erzeugt; um ebensoviele Bit werden im Bereichsschieberegister BA dann die dort eingeladenen 7 Bit + 1 Bit verschoben.The shift cycle required for this is generated by pressing the 3 Area bits are first recoded into 1 from 8-0ode in a binary / decimal decoder of the area control BS. The outputs of the decoder are connected to the parallel inputs of an assigned shift register. Depending on which When a one has been loaded into the shift register, 0 to 7 shift clocks are generated during serial shifting; around just as many bits are shifted in the area shift register BA then the 7 bits + 1 bit loaded there.
Der Analog-Stochastik-Umsetzer K (Fig. 1), dessen Schaltungsanordnung in Fig. 2 gezeigt ist, besteht aus einem zweistufigen Komparator K1, K2. Die erste Stufe K1 ist mit einem Verstärker bestückt, dessen Eingangsstufe Feldeffekttransistoren enthält, da wegen des großen Dynamikbereichs sehr kleine Ströme zu verarbeiten sind. Die erste Stufe K1 ist mit zwei antiparallelen Schottky-Dioden DI,D2 geklammert, und die zweite Stufe K2 ist als geklammerter Integrator geschaltet.The analog-stochastic converter K (Fig. 1), its circuit arrangement shown in Fig. 2, consists of a two-stage comparator K1, K2. The first stage K1 is with an amplifier equipped, whose input stage contains field effect transistors, because of the large dynamic range to process very small currents are. The first stage K1 is clamped with two anti-parallel Schottky diodes DI, D2, and the second stage is K2 switched as a bracketed integrator.
Die erforderliche Genauigkeit läßt sich nur erreichen, wenn der Offsetzspannungs- und der Offsetstromfehler des gesamten Komparators getrennt ausgeregelt werden. Der virtuelle Nullpunkt am Eingang des Analog-Stochastik-Umsetzers K (Punkt DAV, Fig. 2) muß exakt auf Bezugspotential liegen, da sonst der Digital-Analog-Wandler falsche Ströme abgeben würde. Es sind deshalb zwei Nullungsphasen vorgesehen: In der ersten Nullungsphase werden alle Analogschalter des Digital-Analog-Wandlers durch Rücksetzen der vorgeschalteten Zwischenspeicher SP (Fig. < abgeschaltet; gleiches geschieht beim Eingangsmultiplexer MUX (Fig. 2) so daß der Komparatoreingang nun offen ist. Nur wenn der Offsetstrom exakt Null ist, wird der Eingang des Komparators in seinem Potential unverändert bleiben; bei einem Offsetstromfehler wird am Ausgang der ersten Stufe K1 eine Potentialverschiebung eintreten. Der etwaige Fehler wird vorzeichen-The required accuracy can only be achieved if the offset voltage and offset current errors of the entire Comparator are regulated separately. The virtual zero point at the input of the analog-stochastic converter K (point DAV, Fig. 2) must be exactly on reference potential, otherwise the digital-to-analog converter would emit incorrect currents. There are therefore two zeroing phases are provided: In the first zeroing phase, all the analog switches of the digital-to-analog converter are turned off by resetting the upstream buffers SP (Fig. < switched off; the same happens with the input multiplexer MUX (FIG. 2) so that the comparator input is now open. Only if the offset current is exactly zero, the input of the comparator will remain unchanged in its potential; in the event of an offset current error a potential shift will occur at the output of the first stage K1. The possible error is signed
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richtig über einen Analogschalter auf einem Kondensator CI gespeichert und über einen Widerstand R als Korrekturstrom dem Eingang des Komparators wieder zugeführt. In der zweiten Nullungsphase wird über den Eingangsmultiplexer der Eingang auf Bezugspotential geschaltet; ein etwaiger Fehler am Ausgang des Komparators wird wieder über einen Analogschalter auf einem Kondensator 02 gespeichert, der am zweiten Komparatoreingang angeschlossen ist und dessen Potential so verschiebt, daß der Nullpunktfehler aufgehoben wird. Beide Schleifen sind Sampling-Regelstrecken, so daß nach einer bestimmten Einschwingzeit die Fehler bis auf beliebig kleine Beträge ausgeregelt sind. Der Komparator kann nunmehr nur noch Fehler durch thermisch-dynamische Effekte beitragen.correctly through an analog switch on a capacitor CI stored and fed back to the input of the comparator via a resistor R as a correction current. In the second Zeroing phase, the input is switched to reference potential via the input multiplexer; any error at the output of the comparator is again stored via an analog switch on a capacitor 02, which is connected to the second comparator input is connected and shifts its potential so that the zero point error is canceled. Both Loops are sampling controlled systems, so that after a certain settling time the errors can be reduced to arbitrarily small amounts are settled. The comparator can now only contribute errors due to thermal-dynamic effects.
Der Eingangsmultiplexer MUX besteht aus einem GMOS-Analogschalter für die in Ströme umgeformten Eingangs spannungen sowie aus JFET-Analogschaltern für die über Stromwandler transformierten Eingangsströme. Ein Steuerzähler mit acht Ausgängen wählt der Reihe nach die einzelnen Schalter an.The input multiplexer MUX consists of a GMOS analog switch for the input voltages converted into currents and from JFET analog switches for the input currents transformed via current transformers. A control meter with eight outputs selects the row according to the individual switches.
Zur Bildung der für die Interpolation notwendigen fortlaufenden Teilprodukte werden zunächst die drei Spannungen und danach die drei Ströme abgetastet, wobei zusätzlich Nullungsphasen zwischengeschoben werden. Zwei 4 Bit-Schieberegister SR3, SR4- sind dem einen Eingang des Multiplizierers MUL vorgeschaltet, während der andere Eingang direkt vom Komparator K und einem D-Flipflop gespeist wird. Das Flipflop ist notwendig, weil eine der beiden bei jeder Abtastung anfallenden Komparatorentscheidungen zwischengespeichert werden muß. Werden in die vierstufigen Schieberegister SR3, BBM- nun zunächst drei Spannungsabtastwerte geladen, worauf nach einer Nullungsphase die drei Stromabtastwerte und die zweite Nullungsphase folgen, so wird, wie gewünscht, z. B. in dem Augenblick, in dem am Schieberegisterausgang der zu UR gehörende Wert erscheint, gleichzeitig am anderen Multiplizierereingang der soeben umgesetzte, zu Ip gehörende Wert liegen. Beim nächsten Multiplextakt erscheint amTo form the continuous partial products necessary for the interpolation, first the three voltages and then the three currents are scanned, with additional zeroing phases being interposed. Two 4-bit shift registers SR3, SR4- are connected upstream of one input of the multiplier MUL, while the other input is fed directly from the comparator K and a D flip-flop. The flip-flop is necessary because one of the two comparator decisions made with each scan has to be buffered. If three voltage samples are first loaded into the four-stage shift register SR3, BBM-, followed by the three current samples and the second zeroing phase after a zeroing phase, then, as desired, e.g. B. at the moment when the value belonging to U R appears at the shift register output, the value that has just been converted and belonging to Ip is simultaneously present at the other multiplier input. At the next multiplex clock appears on
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Schieberegisterausgang Ug, während am anderen Multiplizierereingang Ig anliegt usw. Wenn der Strom IR am Schieberegisterausgang erscheint, so liegt am anderen Multiplizierereingang ein neuer Abtastwert für UR. Es wird also jeder Abtastwert zweimal genutzt, einmal vor Einladen und einmal nach Verlassen des Schieberegisters. Dieses Verfahren läßt sich offensichtlich auf eine beliebige Anzahl paarig zu multiplizierender Eingangsgrößen anwenden.Shift register output Ug, while I g is present at the other multiplier input, etc. When the current I R appears at the shift register output, a new sample value for U R is present at the other multiplier input. Each sample is therefore used twice, once before loading and once after leaving the shift register. This method can obviously be applied to any number of input quantities to be multiplied in pairs.
Am Ausgang des eigentlichen Analog-/Stochastik-Umsetzers stehen die Vorwärts- und Rückwärtszählsignale der bipolaren Zweileiter-Codierung zur Verfügung.At the output of the actual analog / stochastic converter the up and down counting signals of the bipolar two-wire coding to disposal.
Üblicherweise wird der Mittelwertbildner als Vor-ZRückwärts-Zähler ausgefürt, wobei im vorliegenden Fall für je 15 Binärstufen des Zählers ein Eingang vorzusehen wäre. Weil ein solcher Mittelwertbildner mit handelsüblichen CMOS-Schaltkreisen nur mit einer unhandlich großen Zahl von Schaltkreisen realisierbar ist, wurde ein Addierer VR aufgebaut. Er besteht aus Speicherflipflops, denen Volladdierer zugeordnet sind, sowie einer Steuerlogik SL. Die 15 Eingänge der Volladdierer werden von EXNOR-Gattern als gesteuerte Verstärker/Inverter gespeist. Die vom Eingangsteil des Gerätes in form von 4· parallelen Bit angelieferte Bereichsinformation wird von Binär-/Deζimal-Decodern DC in ein Signal 1 aus 15 umgeformt. Zum Subtrahieren wird mit den EXNOR-Gattern das Komplement gebildet, wobei jeweils, wenn das Komplement gebildet wird, noch 1 Bit zusätzlich in die erste Stufe des Addierers VR eingefügt wird.The averaging unit is usually used as an up / down counter executed, whereby in the present case one input would have to be provided for every 15 binary levels of the counter. Because such a Averaging with standard CMOS circuits only with an awkwardly large number of circuits can be implemented, an adder VR was constructed. It's made up of memory flip-flops to which full adders are assigned, as well as a control logic SL. The 15 inputs of the full adders are from EXNOR gates fed as a controlled amplifier / inverter. The one delivered by the input part of the device in the form of 4 · parallel bits Range information is provided by binary / deζimal decoders DC converted into a signal 1 out of 15. For subtraction, the complement is formed with the EXNOR gates, with each if the complement is formed, an additional 1 bit is inserted into the first stage of the adder VR.
Der Mittelwertbildner MB besteht noch aus weiteren vier Zähldekaden. Die Umschaltung der Zählrichtung dieser letzten vier Dekaden erfolgt gleichzeitig mit der Umschaltung der EXNOR-Gatter. Dieser Aufbau wurde gewählt, weil eine Anzeige der Augenblicksleistung mit vierstelliger Auflösung vorgesehen ist, die zwar für einen Energiezähler nicht benötigt wird, durch dieThe averaging unit MB also consists of a further four counting decades. The switchover of the counting direction of these last four decades takes place at the same time as the switchover of the EXNOR gates. This structure was chosen because a display of the instantaneous power with four-digit resolution is provided, which is not needed for an energy meter, by the
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sich aber die Prüfzeit wesentlich abkürzen läßt, da man die Augenblicksleistung direkt ablesen kann und nicht erst aus der Energieanzeige errechnen muß.but the test time can be shortened significantly, since the Can read instantaneous power directly and does not have to calculate it first from the energy display.
Beim Betrieb als Energiezähler zählt der Vierdekaden-CMOS-Zähler der Anzeigeeinheit AZ die Überträge aus dem Mittelwertbildner; er entspricht dem klassischen Rollenzählwerk eines Ferraris-Zählers.When operated as an energy meter, the four-decade CMOS counter counts the display unit AZ, the transfers from the averaging unit; it corresponds to the classic roller counter Ferraris meter.
Beim Betrieb als Augenblicksleistungsmesser wird mit einem Mittelungszeitzähler der Zählstand der letzten vier Dekaden des Mittelwertbildners mit einem Hilfstakt rückwärts aus- und gleichzeitig in den Vierdekadenzähler der Anzeige eingezählt und damit dort hinein übertragen.When operated as an instantaneous power meter, an averaging time counter shows the count of the last four decades of the averaging unit with an auxiliary cycle backwards and forwards at the same time counted into the four-decade counter of the display and thus transferred there.
Das Eingangssignal des Mittelwertbildners ist auf zwei Leitern codiert und wird durch eine Gatteranordnung in ein Taktsignal und ein Zählrichtungsumschaltsignal umgeformt.The input signal of the averaging unit is coded on two conductors and is converted into a clock signal by a gate arrangement and a counting direction switching signal is transformed.
Alle Baustufen des Gerätes mit Ausnahme des Komparators K und der Widerstandskette (R-2B-Netzwerk) des Digital-Analog-Wandlers DAW lassen sich in jeder üblichen digitalen Großschaltkreistechnik aufbauen, wobei wegen der Verwendung von Analog-Schal tern MOß-Techniken vorzuziehen sind. Nach dem derzeitigen Stand der Technik kann auch die Widerstandskette des Digital-Analog-Wandlers in Form von Ni-Cr-Widerständen auf dem Schaltkreis untergebracht und mit dem Laser abgeglichen werden. Lediglich die geforderten schnellen Komparatoren lassen sich mit integrierten Schaltungstechniken für Digitalschaltungen nicht unmittelbar realisieren, d. h. nicht ohne zusätzliche Prozeßschritte. Der gesamte elektronische Drehstromzähler ist somit auf einem einzigen Großschaltkreis integrierbar, wobei die Widerstände für die Spannungseingänge auf einem Dickfilm- oder Dünnfilmsubstrat gemeinsam untergebracht werden.All construction stages of the device with the exception of the comparator K and the resistor chain (R-2B network) of the digital-to-analog converter DAWs can be set up in any conventional large-scale digital circuit technology, with the use of analog scarf tern MOß techniques are preferable. According to the current one The state of the art can also be the resistor chain of the digital-to-analog converter in the form of Ni-Cr resistors on the circuit housed and aligned with the laser. Only the required fast comparators can be used do not directly implement integrated circuit technologies for digital circuits, d. H. not without additional process steps. The entire electronic three-phase meter can thus be integrated on a single large circuit, with the Resistors for the voltage inputs on a thick film or Thin film substrate can be accommodated together.
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Da sowohl die Spannungs- als auch die Stromeingänge an den Eingängen des Multiplexers MUX "beidseitig geklammert sind, ist der elektronische Zähler bei entsprechend hochspannungsfester Dimensionierung der Widerstände "bzw. Stromwandler gegen spannungs- und strommäßige Oberlastungen mindestens ebenso sicher wie ein Ferrariszähler. Der Stromverbrauch des gesamten Zählers beträgt bei Ausführung in CMOS-Technik nur wenige mA, so daß der Großschaltkreis mit einem einfachen Netzteil ohne Transformator versorgt werden kann.Since both the voltage and the current inputs at the inputs of the multiplexer MUX "are clamped on both sides, is the electronic counter with appropriately high-voltage-proof dimensioning of the resistors "or current transformers against Voltage and current overloads are at least as safe as a Ferrari meter. The power consumption of the whole Counter is only a few mA when implemented in CMOS technology, so that the large circuit with a simple power supply unit without Transformer can be supplied.
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-
1978
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1991010146A1 (en) * | 1989-12-22 | 1991-07-11 | Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus | Method and apparatus for measuring electric units |
EP0462045A1 (en) * | 1990-06-14 | 1991-12-18 | Transdata, Inc. | Digital power metering |
EP0462045B1 (en) * | 1990-06-14 | 2001-04-18 | Transdata, Inc. | Digital power metering |
Also Published As
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FR2394810A1 (en) | 1979-01-12 |
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