DE3235695C2

DE3235695C2 - Verfahren und Einrichtung zur Phasenregelung

Info

Publication number: DE3235695C2
Application number: DE3235695A
Authority: DE
Inventors: Ichiro Kohsai Siga Asano; Yasuo Ohtsu Siga Baba
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1981-09-28
Filing date: 1982-09-27
Publication date: 1985-07-04
Also published as: US4559492A; JPS5854724A; DE3235695A1; JPH0338774B2

Abstract

Die Phasenregelschaltung (Fig. 2) ermittelt eine Phasendifferenz zwischen zwei Rechtecksignalen (a und b) mit gleicher Frequenz und gleichem Tastverhältnis, integriert die ermittelte Phasenverschiebung im Verlauf bestimmter Zyklen der Rechtecksignale, bildet einen Mittelwert aus dem Integrationsergebnis und bringt nach dem Mittelwert die beiden Signale automatisch zur Phasenüberdeckung. Die Erfindung eignet sich besonders zur Anwendung bei Synchrongleichrichterschaltungen od.dgl., wo die Gleichphasigkeit zweier Signale erwünscht ist.

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

— die ermittelten Phasendifferenzwerte im Verlauf bestimmter Zyklen der Signale integriert und

— aus dem Integrationsergebnis ein Mittelwert pro Zyklus zum Bilden der Stellgröße verwendet wird.

2. Einrichtung zur Phasenregelung mit

— einer Schaltung (1) zum Ermitteln der Phasendifferenz zwischen zwei die gleiche Frequenz und das gleiche Tastverhältnis aufweisenden, sich wiederholenden Rechtecksignalen (a und b),

— eine bchaltungsgruppe (2) zum Integrieren von den Phasendifferenzen zugeordneten Werten und

— eine achiebeschaiiung (3) /um Verschieben der Phase des einen Signais um eine dem integrierten Wert zugeordnete Stellgröße, um die Phasen beider Signale zur Deckung zu bringen, f

dadurch gekennzeichnet daß die Schaltungsgruppe (2) zum Bilden eines Mittelwertes pro Integrationszyklus |

einen Taktgenerator (4) zum Steuern einer Addition von aus der Schaltung (1) zur Phasendifferenzermittlung

bezogenen Phasendifferenis-.gnalen im Verlauf der bestimmten Zyklen der Rechtecksignale mittels eines f

Zählers (7), der die Taktimpulse des Taktgenerators nur während einer Aoditionsperiode der Phasendiffe- |

renzsignale zählt, und eine Halteschaltung (8), welche nur den Zählwert bestimmter oberer Stellen unter Auslassung unterer Stellen in Verbindung mit den bestimmten Zyklen der sich wiederholenden Rechtecksignale festhält, enthält.

3. Einric tung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der bestimmten Zyklen der Rechtecksignale (a. b) sech^phn beträgt und in der Halteschaltung (8) unter Auslassung der unteren vier Stellen nur der Zählwert von der fünften Stelle aufwärts festgehalten wird.

4. Einrichtung nach Ar:spriKh 2, gekennzeichnet durch eine Synchronisiertaste (9) zum Bestimmen eines Zeitpunktes, an dem die Schaltungsgruppe (2) zur Mittelwertbildung pro Zyklus zu arbeiten beginnt.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenschiebeschaltung (3) einen Abwänszähler (10), in dem ein Ausgangswert der Halteschaltung (8) als Vorgabewert benutzt wird, von dem an

die zugeführten Taktimpulse des Taktgenerators (4) subtrahiert werden, und eine Phasenschiebergruppe (11 |

bzw 12, 13) enthält, weiche den Abwärtszählvorgang des Abwartszählers (10) mit den Ahi.iegs- und Ab- |

Stiegszeitpunkten des einen der beiden Rechtecksignale synchronisiert und Rechtecksignale ausgibt, deren

Anstiegs- und Abstiegsflanken mit dem Zeitpunkt zusammenfallen, an welchem der Abwärtszähler (10) den Zählwert »null« erreicht.

β Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 2.

Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind aus der FR-PS 23 01 964 bekannt. Bei dem dort |

angegebenen Verfahren geht es darum, eine Uhr rr.it einem äußeren Synchronisierimpuls zu synchronisieren, *

dessen Phase aufgrund von Übertragungsfehlern dauernd hin- und herschwankt. Die das Verfahren durchführende Vorrichtung ist so beschaffen, daß bei jedem Impuls des Synchronisiersignales festgestellt wird, ob dieses , gegenüber einem von einem Taktgeber der Uhr abgegebenen Impuls vor- oder nacheilt. Je nach der Richtung | der Abweichung zählt ein Zähler aufwärts oder abwärts. Dadurch wirkt der Zähler als Integrationseinrichtung. Schwanken die Phasendifferenzen dauernd von Plus nach Minus, wodurch im Idealfall im Mittel keine Phasenabweichung festgestellt wird, so wird festgestellt, daß gar keine Anpassung erforderlich ist.

Treten bei dem bekannten Verfahren und der bekannten Vorrichtung über eine größere Anzahl von Impulsen dauernd Phasenabweichimgen in einer Richtung auf. so zählt der Zähler dauernd aufwärts oder abwärts und erhöht so den Wert der Stellgröße, mit der die Regelung durchgeführt wird, dauernd. Da nui· die Richtung, aber nicht die Größe der Abweichung ermittelt wird, ist der Wert der Stellgröße unabhängig davon, ob die jeweiligen Phasenabweu hungcn groß oder klein sind. Selbst bei kleinen Regelabweichungen, die aber dauernd in die selbe Richtung gehen, wird eine immer größere Stellgröße ausgegeben. Eine Regelung, die aber unabhängig von der Größe einer Abweichung, wenn nur eine Abweichung vorliegt, immer die selbe Stellgröße ausgibt, ist unbefriedigend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem bzw. mit der die Phasendeckung zweier Rechteckssignale besser als bisher geregelt werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung ist für das Verfahren in Anspruch 1 und für die Einrichtung in Anspruch 2 gekennzeichnet. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Größe der Phasendifferenz gemessen und diese Größenwerte integriert werden, dann aus dem Integrationswert der Mittelwert gebildet wird und dieser als Stellgröße verwendet wird. Eine Einrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens weist die entsprechenden Schaltungsteüe auf. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Messung der Größe der Phasendifferenz derart, daß die Anzahl von Impulsen gemessen wird, die innerhalb der Phasendifferenzzeit von einem Taktgeber relativ hoher Frequenz abgegeben werden.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachstehend unter Bezug auf eine Zeichnung in beispielsweiser Ausführungsform näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Erfindungsprinzips.

F i g. 2 und 3 ein schematisches Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltung und ein Diagramm mit in der Schaltung auftretenden Signalen, und

F i £. 4 und 5 Einzelheiten einer in F i g. 2 enthaltenen Phasenschiebeschaltung mit zugehörigem Signaldiagramm.

Das in F i g. 1 enthaltene Prinzipschaltbild der Erfindung umfaßt einen Detektor 1 zur Feststellung der Phasenabweichung zwischen zwei sich wiederholenden Rechtecksignalen a und b, welche die gleiche Frequenz und das gleiche Tastverhältnis haben, eine integrationsschaltung 2 zum Integrieren von durch den Detektor 1 ermittelten Phasenverschiebungswerten im Verlauf bestimmter Zyklen der Rechtecksignale und zum Errechnen des Mittelwertes pro Zyklus aus dem sich ergebenden Integralwert und eine Phasenschiebeschaltung 3 zum Verschieben der Phase des einen Signals a oder b um einen dem gewonnenen Mittelwert entsprechenden Betrag, um eine Phasenüberdeckung zwischen den beiden Signalen a und b zu erzielen.

Die fntegrationsschaitung 2 kann zwar über eine Negativ-Rückkopplungsschaltung ständig in betrieb gehalten sein, bevorzugt wird aber ihre manuel'e Inbetriebsetzung bei Bedarf mittels einer Taste, weil so das Entstehen von Phasenverschiebungsfehlern in solchen Fällen, wo zumindest das eine der beiden Signale a und b schwächer als das Rauschen wird, vermieden werden kann. Mit dieser bevorzugten Betätigungsart ist dis Möglichkeit gegeben, die Phase des einen Signals nur dann zu verschieben, wenn die aufgenommenen Signale größer als ein Grenzwert sind.

Bei dem in F i g. 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind von den zuvor erläuterten Hauptkomponenten bzw. Schaltungen 1, 2 und 3 die Schaltungen 2 und 3 in Einzelheiten unterteilt. Der Detektor 1 ist zum Beispiel eine Exklusiv-ODER-Schaltung, deren beiden Eingängen als Signale a und b ein zu synchronisierendes Demodulationssignal (siehe F i g. 3a) und ein Synchronisiertaktsignal (siehe F i g. 3b) zügeführt werden. Falls das Demodulationssignal ursprünglich nicht die Form einer Rechteckwelle hat, muß es vor Eingabe in die Exklusiv-ODER-Schaltung 1 beispielsweise durch einen Komparator in die Rechteckform verwandelt werden. Das von der Exklusiv-ODER-Schaltung 1 abgegebene Phasenabweichungssignal »C« ist in Fig. 3cdargestellt.

Die Integrationsschaltung 2 umfaßt in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel je einen Taktgenerator 4, Oszillator 5, Frequenzteiler 6, Zähler 7, eine Halteschaltung 8 und eine mit je einem Eingang der Schaltungen 4 und 8 verbundene Synchronisiertaste 9. Der durch die Taste 9 in Betrieb setzbare Taktgenerator 4 führt dem Zähler 7 nur im Zeitraum bestimmter Zyklen der Rechtecksignale a und b Start-Stop-Signale zu. Wenn die Taste 9 betätigt wird (siehe F i g. 3d), gibt sie zur Rücksetzung des zuvor in Zähler 7 gespeicherten Zählwertes einen Rücksetzinvuls (siehe F i g. 3f) an den Zähler 7 ab und veranlaßt die Abgabe der Start-Stop-Signale (F i g. 3e) aus dem Taktgenerator 4 in den Zähler, damit letzterer währen·¹ der bestimmten Zyklen des Rechtecksignals arbeitet (START in Fig. 3e) und nach deren Durchlauf anhält. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die Zahl der angegebenen Zyklen sechzehn, so daß der Zähler 7 während seiner Betriebsperiode sechzehn Phasenabweichungssignale C (F ig. 3g) aufnimmt. Danach gibt der Taktgenerator 4 ein in Fig. 3h dargestelltes Zählschlußsigna! San die Halteschaltung 8 ab.

Der Zähler 7 ist so geschaltet, daL er nur während des Zeitraums, in welchem ihm von dem Taktgenerator 4 die Phasenabweichungssignale C zugehen, die mit einer definierten Frequenz aus dem Frequenzzähler 6 kommenden Taktsignale c(siehe F i g. 3i) gemäß F i g. 3j hochzählen kann. Folglich entspricht die von dem Zähler 7 in dem Zeitraum bis zum Zählschlußsignal gezählte Anzahl η der Taktsignale Q der Summe der Pulsbreiten der sechzehn in den Zähler V eingespeisten Phasenabweichungssignale C. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Zähler 7 ist 12 Bit-Zähler, und das reicht aus. um bei einem gewählien Taktsignal O von 1024 Hz dessen Zyklen im Verlauf der seenzehn angegebenen Zyklen selbst dann zu zählen, wenn die Rechtecksignale a und b von 2 Hz die maximale Phasenabweichung von 180° haben sollten

Mit Abgabe des Zählschlußsignals S durch den Taktgenerator erfolgt die Übertragung des von dem Zähler 7 erreichten Zählwertes in die Halteschaltung 8. An dieser Stelle wird der den üb°r sechzehn Zyklen integrierten Phasenabweichungen entsprechende Zählwert des Zählers 7 in der Weise, daß nur der Zählwert der a:ht ooeren Stellen aber nicht der Zählwert der vier unteren Stellen berücksichtigt werdpn. in einen Mittelwert pro Zyklus umgesetzt und so in die Halteschaltung 8 übertragen. Folglich entspricht der in der Halteschaltung 8 festgehaltene Wert dem Mittelwert der Phasendifferenz über sechzehn Zyklen hinwtg. Mathematisch kann die hier durchgeführte Mittelwertbildung wie folgt ausgedrückt werden:

Die 12 Bits können in Binärform so geschrieben werden:

π_ι22" + /7ι,2¹⁰ + ...+Π|2°.

Darin beträgt η, = 1 oder 0, und/= 1 bis 12. Das ganze wird durch 2^m (worin m = 11 ist) geteilt: s

/i,_:2" + /;,|2¹⁰ + ··■ /)₍2^U

falls m = 4 ist. lautet der Ausdruck

/(„,. 4, = n,₂2' + /7,,2^ + .. + n₅2° + /?42' + nü'² + n₂2

Die Verwendung von 8 Bits, die oberhalb des durch einen 12 Bit-Binärzähler integrierten Zählweries liegen, ist J

gleichbedeutend mit dem Weglassen von 4 Bits, die nach dem Teilen des Originalwertes durch 2⁴ = 16 darunter· J

liegen

Zwecks Durchführung einer Phasenüberueckurig wird der in tier Halteschaltung S gchäiiefrc Wcfi in die Phasenschiebeschaltung 3 übertragen, die einen Abwärtszähler 10 und eine gemäß F i g. 4 im wesentlichen aus zwei D-Haltegliedern 12 und 13 gebildete Phasenschieberstufe 11 umfaßt. Der von der Schaltung Ii kommende Wert ist für den Abwärtszähler 10 der Ausgangswert, von dem aus er nach dem Taktsignal Θ aus denn Frequenzteiler 6 und zusätzlich gesteuert durch ein Ausgangssignal Sq vom (^-Ausgang des D-Haltegliedes 13 abwärts zählt. Ein dem einen Rechtecksignal a in der Phase anzupassendes zweites Rechtecksignal b wird in ein Differenzierglied 14 eingespeist, und dessen Ausgang gibt Differcnzsignalc 5d(siche F i g. 5d) an den C-Eingang

des D-Haltegliedes 13 weiter, um damit jeweils dessen Ausgangssignale S<jauf den niedrigen Pegel abzusenken; I

siehe F i g. 5c. Dieser tiefliegende Impuls des Signals Sq dient dem Abwärtszähler 10 als Startsignal für seinen ;

Abwärtszählbetrieb. und sobald der Zähler 10 den Wert 0 erreich;, gibt er ein Schlußsignal Co (F i g. 5f) an den '

/?-Eingang des D-Haltegliedes 13 ab. welches darauf mit einer Pegelanhebung seines Ausgangssignals Sq auf

hohen Pegel regiert, was als Stopsignal für den Zähler 10 dient. Die Übertragung des Haltewertes aus der Halteschaltung 8 in den Abwärtszähler 10 erfolgt in der Zwischenzeit des zur Abgabe des nächsten Zählerstartsignals So. und dann wird wieder wie beschrieben abwärts gezählt. Fig. 5e enthält einen Eingang für den Ä-Anschluß des D-Haltegliedes 13.

Durch Einspeisung des <?-Ausgangssignals Sq von 13 an den C-Eingang des anderen D-Haltegliedes 12 wird dessen C-Ausgangssignal Sq gemäß Fig.5e auf hohen Pegelwert gebracht, wenn das S<p-Signal (Fig.5c) ansteigt. Folglich eilt das Signal Sp dem Rechtecksignal b um einen bestimmten Phasenbetrag nach, welcher dem zwischen dem Start durch das Taktsignal Qdss AbWaFtEZShIvOr⁰Sn¹⁷S bis zürn Erreichen des Z-ählwcrtes 0 durch den Abwärtszähler 10 verstreichenden Zeitraum und gleichzeitig dem in Verbindung mit dem Taktsignal © gewählten und in der Halteschaltung 8 gehaltenen Zählwert entspricht. Der in der Halteschaltung 8 gehaltene

Wert ist dem Mittelwert der Rechteckwellen-Phasenverschiebung gleich und somit auch dem Betrag der t

Phasenverschiebung zwischen dem Rechtecksignal b und dem Signal Sq gleich, so daß das Signal Sq automatisch -

die gleiche Phasenlage wie das Rechtecksignal a hat.

Eine Hilfsstromquelle 15 (F i g. 2) ermöglicht das Weiterarbeiten der Halteschaltung 8 auch bei Stromausfall; die Spannungszustände der Hilfsstromquelle 15 sind auf einem Monitor 16 zu überwachen. In Abhängigkeit von einem Signal aus der Synchronisiertaste 9 an den Monitor 16 kann der Vorgang der Phasensynchronisation ebenfalls überwacht werden.

Wenn auch, wie oben erläutert, bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Synchronisation durch Betätigung der Taste 9 durch den Bediener eingeleitet wird, so ist es durchaus möglich, die Einleitung der Synchronisation auf andere Weise durchzuführen, beispielsweise mittels einer Zeitschaltung oder dergleichen zu einem geeigneten Zeitpunkt oder unter Überwachung der Entstehung von Phasenabweichungen zwischen zwei Rechtecksignalen bzv.. der Überschreitung eines Phasenverschiebungs-Grenzwertes.

Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nebst Einrichtung zur Phasenregelung ist: es möglich, zwei Rechtecksignale mit unterschiedlicher Phasenlagen automatisch gleichphasig zu machen.
Die Erfindung ist mit Vorteil insbesondere bei solchen Schaltungen wie beispielsweise Synchrongleichrichtern oder dergleichen, wo die gleiche Phasenlage bei zwei Signalen erwünscht ist, anwendbar.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Phasenregelung in bezug auf zwei sich wiederholende Rechtecksignaie gleicher Frequenz und gleichen Tastverhältnisses, bei dem

— die Phasendifferenz zwischen den beiden Rechteckssignalen ermittelt wird,

— den Phasendifferenzen zugeordnete Werte integriert werden und

— die Phase des einen Signals automatisch abhängig vom integrierten Wert als Stellgröße mit der Phase des anderen Signals zur Deckung gebracht wird,