DE2928371A1

DE2928371A1 - Schaltungsanordnung zur synchronisation von zeitperioden zur behandlung von messsignalen mit der frequenz periodischer stoersignale

Info

Publication number: DE2928371A1
Application number: DE19792928371
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Spiesberger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-07-13
Filing date: 1979-07-13
Publication date: 1981-01-15
Also published as: DE2928371C2

Description

Schaltungsanordnung zur Synchronisation von Zeitperioden
zur Behandlung von Meßsignalen mit der Frequenz periodischer Störsignale Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Synchronisation von Zeitperioden zur Behandlung von Meßsignalen mit der Frequenz die Meßsignale überlagernder, periodischer Störsignale.
In der elektrischen Meßtechnik ist es oft erforderlich, eine Zeitperiodenfolge mit einem Störsignal unbekannter Amplitude, jedoch bekannter Frequenz zu synchronisieren, um den Einfluß dieses Störsignals auf das Meßergebnis zu eliminieren. Beispielsweise wird bei allen integrierenden Analog-Digital-Umsetzern höherer Genauigkeit die Meßperiode so gewählt, daß sie ein ganzzahliges Vielfaches der Netzperiode beträgt. Das Integral über eine oder mehrere abgeschlossene Perioden einer Wechselspannung wird bekanntlich Null, womit der Einfluß der störenden Netzwechselspannung praktisch beseitigt ist.
In der US-PS 3 883 863 ist ein Analog-Digital-Umsetzer beschrieben, dessen Taktgenerator, mit dessen Hilfe eine Integrationszeit bemessen wird, mit der Frequenz des Störsignales synchronisiert ist. Die Synchronistation wird mit einer sogenannten PLL (Phase Locked Loop)-Schaltung erreicht. Diese Schaltung ist sehr aufwendig.
Bei plötzlichen Änderungen der Störfrequenz folgt die Synchronisation nur mit einer gewissen Trägheit und wirft damit zusätzliche Probleme auf.
Es kann auch daran gedacht werden, die Zeitperioden zur Behandlung von Meßwerten unmittelbar aus dem Störsignal, beispielsweise von dessen Nulldurchgängen, abzuleiten.
Oft ist es jedoch erforderlich, den Zeitperioden zur Behandlung von Meßwerten eine willkürliche Phasenverschiebung gegenüber dem Störsignal zu erteilen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, Zeitperioden mit der Frequenz des Störsignals, jedoch mit frei wählbarer Phasenlage zu erzeugen. Bei einer eingangs genannten Schaltungsanordnung wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Zeitperioden zur Behandlung von Meßsignalen, beispielsweise Integrationszeiten, haben damit einen frei wählbaren Anfang. Je höher die Folgefrequenz der Taktimpulse gewählt wird, desto genauer stimmt der Anfang der Zeitperioden mit dem Triggerzeitpunkt überein, weil die erste Zeitperiode mit dem nächsten auf einen willkürlichen Triggerimpuls folgenden Taktimpuls beginnt.
Es ist deshalb zweckmäßig, daß der Taktgeber eine im Verhältnis zur Frequenz des Störsignales hohe Impulsfolgefrequenz aufweist. Der Zähler kann dann mit entsprechenden Vorteilerstufen ausgestattet sein.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung ist der Taktgeber mit einem von der Periode des Störsignales gesteuerten Start-Stopp-Eingang ausgestattet.
An den Ausgang des Vergleichers ist ein Zeitperiodenzähler angeschlossen, mit dessen Hilfe eine Anzahl von Zeitperioden zur Behandlung des Meßsignals gewählt werden kann.
Das UND-Gatter ist zweckmäßig so ausgelegt, daß bei an einem Eingang dauernd anliegendem Triggersignal nur der erste am anderen Eingang auftretende Taktimpuls ein Ausgangssignal des UND-Gatters hervorruft.
Die Erfindung wird an zwei Figuren erläutert. Die Figuren stellen Blockschaltbilder von zwei Ausführungsbeispielen der Erfindung dar.
In Figur 1 wird einem ersten Impulsformer 1 ein periodisches Störsignal zugeführt, das von ihm in ein Rechtecksignal umgewandelt wird. Ein zweiter nachgeschalteter Impulsformer 2 wandelt das Rechtecksignal in eine Impulsfolge I um, deren Folgefrequenz der Frequenz des Störsignals entspricht. Der Ausgang des Impulsformers 2 ist mit dem Rückstelleingang eines Zählers 4 verbunden.
An den Zähleingang des Zählers 4 ist der Ausgang eines frei laufenden Taktgebers 3 angeschlossen. Die Folgefrequenz f0 der Taktimpulse ist hoch gegenüber der Frequenz der Impulsfolge I. Im Zähler 4 ist zweckmäßig ein nicht näher dargestellter Vorteiler für die Taktimpulsfolge enthalten. Ein Ausgang des Zählers 4, an dem die in ihrer Folgefrequenz geteilten Zählimpulse entnehmbar sind, ist an den einen Eingang eines UND-Gatters 5 angeschlossen. Ein zweiter Eingang des UND-Gatters 5 ist mit einem Triggerimpuls beschickbar. Bitausgänge des Zählers 4 sind mit entsprechenden Biteingängen eines Speichers 6 verbunden. Außerdem liegen die Bitausgänge des Zählers 4 an entsprechenden Eingängen eines Vergleichers 7. Bitausgänge des Speichers 6 sind mit Vergleichseingängen des Vergleichers 7 verbunden. Ein Ausgang A des UND-Gatters 5 ist an einen Ubernahmeeingang des Speichers 6 angeschlossen. Ein Signalausgang B des Vergleichers 7 liegt am Zähleingang eines Zeitperiodenzählers 8.
Die Schaltungsanordnung nach Figur 1 wirkt so, daß die Zeit zwischen zwei Impulsen der Impulsfolge I in von der Frequenz des Taktgebers abhängige kleine und genau reproduzierbare Intervalle aufgeteilt wird. Damit wird die Verzögerungszeit des Integrationsbeginns eines Meßsignals in demselben Maß reduziert, wie der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen des Taktgebers kleiner als die Störsignalperiode ist. Jeder Impuls der aus der Störfrequenz (Netzfrequenz) abgeleiteten Impulsfolge I setzt den Zähler 4 und den zugehörigen Vorteiler auf Null zurück Die Kapazität des Zählers ist so groß gewählt, daß er in der zwischen zwei Impulsen der Impulsfolge I verstrichenen Zeit durch die Taktimpulse nicht vollgezählt werden kann. Aufeinanderfolgende Zählvorgänge wiederholen sich periodisch mit der Störsignalfrequenz. Trifft nun zu einem beliebigen Zeitpunkt ein Triggersignal am zweiten Eingang des UND-Gatters 5 ein, so wird mit der nächsten wirksamen Flanke eines Taktimpulses, die den Zähler 4 auf einen neuen Stand bringt, auch am Ausgang A des UND-Gatters 5 ein Signal erscheinen, das den Speicher 6 veranlaßt, den neuen Stand des Zählers 4 aufzunehmen. Die beiden im Vergleicher 7 miteinander verglichenen Inhalte des Zählers 4 bzw. des Speichers 6 sind damit gleich, und am Ausgang B des Vergleichers 7 erscheint ein Signal. Mit diesem Signal beginnt die Zeitperiode zur Behandlung eines Meßsignales. Der Zeitperiodenzähler 8 zählt diese Signale, mit seiner Hilfe kann die Anzahl der Zeitperi- oden bestimmt werden. Das UND-Gatter 5 ist so geschaltet, daß an seinem Ausgang A nach Anlegen des Triggersignals und der schaltenden Flanke eines Taktimpulses nur einmal ein Signal erscheint. Ein neues Ausgangssignal des UND-Gatters 5 kann nur dann auftreten, wenn zuvor das alte Triggersignal verschwunden und ein neues eingetroffen ist. Solange das alte Triggersignal noch ansteht, bleibt also der Inhalt des Speichers 6 erhalten.
Jedesmal, wenn der Zähler 4 diesen Inhalt wieder erreicht, wird vom Vergleicher 7 am Ausgang B die Ubereinstimmung der Inhalte gemeldet. Die Impulse am Ausgang B sind deshalb synchron zur Störfrequenz und nur um die im Speicher 6 enthaltene Zahl von Taktimpulsen gegenüber dem Störsignal phasenverschoben. Im Beispiel der Figur 1 sind der Zähler 4, der Speicher 6 und der Vergleicher 7 jeweils mit 4 Bit Kapazität dargestellt. Die maximale Verzögerung des Beginns einer Zeitperiode zur Behandlung von Meßwerten gegenüber einem willkürlichen Triggerimpuls wird damit um den Faktor 24 = 16 gegenüber einer Anordnung verringert, bei der die Störsignalperioden nicht durch Taktimpulse unterteilt sind. Die Frequenz der Taktimpulsfolge muß dazu etwa den sechzehnfachen Wert der Frequenz des Störsignales haben. Durch entsprechende Erhöhung der Taktimpulsfolgefrequenz kann die Verzögerung des Beginns der Zeitperiode zur Behandlung von Meßsignalen gegenüber dem Triggersignal beliebig klein gemacht werden.
Ein Ausführungsbeispiel, das in der Figur 2 dargestellt ist, unterscheidet sich von dem nach Figur 1 nur dadurch, daß anstelle des Taktgebers 3 ein Taktgeber 9 gewählt ist, der einen Start-Stopp-Eingang aufweist, der vom Ausgangssignal des Impulsformers 2 gesteuert ist. Der Zähler 4 enthält keinen Vorteiler mehr, und der erste Eingang des UND-Gatters 5 ist unmittelbar an den Ausgang des Taktgebers 9 angeschlossen. Die Taktimpulsfolgefrequenz des mit einer Start-Stopp-Einrichtung arbeitenden Taktgebers 9 kann niedriger liegen als die Folgefrequenz der Taktimpulse eines frei laufenden Taktgebers.

Claims

Patentansprüche 1. Schaltungsanordnung zur Synchronisation von Zeitperioden zur Behandlung von Meßsignalen mit der Frequenz die Meßsignale überlagernder, periodischer Störsignale, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an Bitausgänge eines mit einer aus dem Störsignal abgeleiteten Impulsfolge periodisch zurückgesetzten Zählers (4) für Taktimpulse eines Taktgebers (3 bzw. 9) Biteingänge eines, angeregt von Ausgangsimpulsen eines an einem ersten Eingang willkürlich triggerbaren und mit einem zweiten Eingang am Taktgeber (3 bzw. 9) liegenden UND-Gatters (5), den Zählerstand übernehmenden Speichers (6) angeschlossen sind und daß die Bitausgänge des Zählers (4) noch mit Biteingängen eines Vergleichers (7) verbunden sind, dessen Vergleichsbiteingänge an Bitausgängen des Speichers (6) liegen und bei Gleichheit der Zähler- und Speicherinhalte an dem Vergleicherausgang die Zeitperiode bemessende Impulse abnehmbar sind.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Taktgeber (3) eine im Verhältnis zur Frequenz des Störsignals hohe Impulsfolgefrequenz aufweist, dem Zähler (4) mindestens eine Vorteilerstufe vorgeschaltet ist und der erste Eingang eines UND-Gatters (5) mit Ausgangsimpulsen des Vorteilers beschickt ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Taktgeber (9) einen von der Periode des Störsignals gesteuerten Start-Stopp-Eingang hat.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder einem der vorausgehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß an den Ausgang des Vergleichers (7) ein Zeitperiodenzähler (8) angeschlossen ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder einem der vorausgehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das UND-Gatter (5) so ausgelegt ist, daß bei an einem Eingang dauernd anliegendem Triggersignal nur der erste am anderen Eingang auftretende Taktimpuls ein Ausgangssignal hervorruft.