DE4022252C2 - - Google Patents
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- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F7/00—Methods or arrangements for processing data by operating upon the order or content of the data handled
- G06F7/60—Methods or arrangements for performing computations using a digital non-denominational number representation, i.e. number representation without radix; Computing devices using combinations of denominational and non-denominational quantity representations, e.g. using difunction pulse trains, STEELE computers, phase computers
- G06F7/68—Methods or arrangements for performing computations using a digital non-denominational number representation, i.e. number representation without radix; Computing devices using combinations of denominational and non-denominational quantity representations, e.g. using difunction pulse trains, STEELE computers, phase computers using pulse rate multipliers or dividers pulse rate multipliers or dividers per se
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Description
Die Erfindung bezieht sich zunächst auf ein Verfahren zur digitalen Ver
vielfachung der Frequenz eines Rechteck-Eingangssignals.
Für ein Verfahren dieser Art kann man z. B. einen digitalen PLL-Schaltkreis
verwenden, wie er bereits vorgeschlagen wurde (Patentanmeldung P 40 11 121.0).
Ein solcher Schaltkreis eignet sich jedoch nur bei sich langsam ändernden
Eingangsfrequenzen, wie z. B. der Netzfrequenz in einem Verbundnetz und ist
als langsamer PI-Regler anzusehen. Bei sich schneller ändernden Eingangs
frequenzen zwischen 0 bis 150 Hz versagt die dort praktizierte Methode.
Sie versagt u. a. auch bei der Ansteuerung des Stromrichters eines bürsten
losen Motors, eines sogenannten BL-Motors. Dort wird deshalb bisher zur Fre
quenzvervielfachung eine Schaltung verwendet, die im wesentlichen aus einem
f/U-Wandler und einem U/f-Wandler besteht. Die im ersten Wandler erhaltene
Gleichspannung wird dabei analog vergrößert und anschließend im zweiten
Wandler wieder in eine Frequenz zurücktransformiert.
Außer der Abgleichnotwendigkeit und schlechten Linearität ist dort noch die
ungenügende Funktionsfähigkeit bei niedrigen Frequenzen zu beanstanden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur digitalen Frequenzverviel
fachung zu schaffen, das schnell reagiert und z. B. für das angesprochene
Anwendungsgebiet Motorantriebe geeignet ist.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1
gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind als Anordnungen zur Durchführung
des Verfahrens den Unteransprüchen entnehmbar.
Anhand eines Ausführungsbeispieles wird die Erfindung im nachstehenden
näher erläutert.
Die Figur zeigt einen Frequenzvervielfacher mit einem Faktor 1024 als Bei
spiel. Andere Vervielfachungsfaktoren sind leicht darstellbar.
Nach der Figur wird an einem Eingang E ein Eingangssignal mit einer Ein
gangsfrequenz fein angelegt und am Ausgang A ist ein Ausgangssignal mit
einer um den Faktor N, in diesem Fall N = 1024, vervielfachten Ausgangs
frequenz faus abnehmbar. Die Anordnung besteht aus einem Taktgenerator 1,
dessen Taktimpulse mit einer Taktfrequenz fc einen Frequenzteiler 2 triggern,
der die nach einem Mod 1024 heruntergeteilte Taktfrequenz als Frequenz ft
an einen Vorwärtszähler 3 weitergibt. Der Vorwärtszähler 3 zählt die Im
pulse als ganzzahlige Vielfache der Frequenz fc und gibt sein Zählergebnis
Zg über einen ersten Latch-Speicher 4 auf einen Rückwärtszähler 6, der zu
sätzlich von einem BRM-Baustein 7 (binary rate multiplier, z. B. 2×SN
7497) beeinflußt wird. Der Rückwärtszähler 6 gibt die gewünschte mit festem
Faktor multiplizierte Ausgangsfrequenz faus ab. Die Eingangsfrequenz wird
zunächst einem Flankendetektor 9 zugeführt, der D-Flip-Flops 10, 11 sowie
ein Inhibit-Gatter 12 enthält. Mit 8 ist noch ein weiteres D-Flip-Flop be
zeichnet und mit 13 und 14 je eine Leitung.
Die Funktion der Anordnung ist folgende. Zunächst wird festgelegt, daß Z
die Anzahl der Taktimpulse zwischen zwei hintereinander folgenden anstei
genden Flanken vom Eingangssignal ist. Dann ist Z = fc/fein(bei fein =
Konst.).
Geht man zunächst davon aus, daß ein über die Leitung 14, im Flankendetek
tor 9 vom Eingangssignal fein abgeleiteter Steuerimpuls Si am Reset-Ein
gang des Frequenzteilers 2 den Nullstand dieses Frequenzteilers trifft,
dann wird in den über seinen Enable-Eingang initiierten zweite Latch-
Speicher 5, über die Parallelleitung c (= 10 Bits) ein Restbetrag Zr = Φ
eingelesen.
Zr = Z · mod 1024 = Φ,
(da noch kein Restbetrag vorhanden ist).
(da noch kein Restbetrag vorhanden ist).
Die Ausgangsfrequenz ft von Frequenzteiler 2 ist dann
ft = fc/1024 (Gleichung )
Der vom Eingangssignal mit der Frequenz fein abgeleitete Steuerimpuls Si
versetzt im übrigen den Vorwärtszähler 3 über seinen Preset-Eingang in
den Zustand - 1 und der über seinen Enable-Eingang initiierte erste Latch-
Speicher 4 übernimmt über Parallelausgang a (10 Bits) das dort bis dahin
gespeicherte Zählergebnis Zg (ganzzahliges Vielfaches).
Zg = (Z DIV 1024) - 1 = (ft/fein) - 1 (Gleichung )
Bei Zr = Φ ist der BRM-Baustein 7 (z. B. ein SN 7497-Baustein von Texas
Instruments) unwirksam.
Der Rückwärtszähler 6 zählt mit der Taktfrequenz fc zurück und gibt bei
jedem Erreichen seines Nullzustandes einen Impuls an Ausgang A ab. Gleich
zeitig wird die binäre Zahl Zg immer wieder von dem ersten Netzspeicher 4
eingelesen. Bei einer Restzahl Zr = Φ beträgt die Ausgangsfrequenz
faus = fc/(Zg + 1) (Gleichung )
Nach dem Einsetzen der Gleichungen und in ergibt sich für die
Ausgangsfrequenz
faus = 1024 · fein
die Restzahl bzw. der Restbetrag Zr vom ganzzahligen Vielfachen kann je
doch einen Wert zwischen 0 und 1023 einnehmen. Dann greift die Frequenz
korrektur des BRM-Bausteins 7 ein. Die vom BRM-Baustein 7 zwischen zwei
hintereinander folgenden Eingangsimpulsen erscheinende Anzahl von Ausgangs
impulsen Zb ist
Zb = Zr,
d. h. in einer Eingangsperiode (zeitlicher Abstand zwischen zwei hinterein
ander folgenden Eingangsimpulsen) verlängert der BRM-Baustein 7 durch das
Sperren von Taktimpulsen über den Enable-Eingang am Rückwärtszähler 6
Zr-mal die Zählperiode des Rückwärtszählers 6 um einen Taktimpuls. Die
mittlere Ausgangsfrequenz faus wird dadurch kleiner. Im übrigen wird die
Ausgangsfrequenz faus umso größer, je kleiner das Zählergebnis von Vor
wärtszähler 3 als ganzzahliges Vielfaches ist, d. h. je kleiner der Betrag
ist, von dem der Rückwärtszähler 6 auf 0 zurückzuzählen hat.
Geht man z. B. davon aus, daß die Restzahl Zr = 1023 ist - das wird der
Fall sein, wenn der letzte Triggerimpuls des Vorwärtszählers 3 durch den
zugefügten Reset am Frequenzteiler 2 gerade noch nicht wirksam werden
konnte - dann ist die ermittelte Zahl, d. h. das Zählergebnis des ganzzahlig
Vielfachen Zg praktisch um den Wert 1 kleiner als es sein sollte. Jetzt
gibt aber der BRM-Baustein 7 - ein Datenfrequenzumwandler - nach jedem
Nullstand-Impuls des Rückwärtszählers 6 einen Korrekturimpuls Zb an den
Enable-Eingang (EN) des Rückwärtszählers 6 ab, der einen Triggerimpuls
für diesen Rückwärtszähler ausblendet, d. h. sperrt. Der Rückwärtszähler 6
wird dadurch verlangsamt. Das Ergebnis ist, daß die Ausgangsfrequenz faus
praktisch die gleiche ist, als wenn bei Zr = 0 das ganzzahlig Vielfache
Zg um 1 größer gewesen wäre.
Die Anzahl der Nullstand-Impulse (Ausgangsimpulse) in einer Eingangsperiode
ist dann auch hier genau 1024.
Im betrachteten Beispiel ist die minimale Arbeitsfrequenz fein; min durch die Taktfrequenz
die Größe des Vorwärtszählers 3 und Rückwärtszählers 6 sowie des Latch-
Speichers 4 bestimmt. Es ergibt sich für eine 6 MHz-Taktfrequenz:
fein; min = fc/(1024 · 2¹⁰) = 6 · 10⁶/(1024 · 1024) = 5,72 Hz.
Die maximale Frequenz ergibt sich aus der Voraussetzung, daß in einer
Periode der Eingangssignale mindestens zwei Impulse im Vorwärtszähler 3
registriert werden müssen. Es ergibt sich für 6 MHz-Taktfrequenz
fein; max = fc/(1024 · 2) = 6 · 10⁶/2048 = 2930 Hz.
Es ist noch zu erwähnen, daß die Ausgangsimpulse mit der Frequenz faus
über ein D-Flip-Flop 8 synchronisiert mit der Taktfrequenz auf den Ein
gang des BRM-Bausteins 7 zur jeweiligen Übernahme der Restzahl Zr geführt
werden. Der Flankendetektor 9 dient zur Abtrennung der Flanken des Ein
gangssignals.
Claims (5)
1. Verfahren zur digitalen Vervielfachung der Frequenz eines Recht
eck-Eingangsignals (fein),
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen entsprechenden Flanken aufeinanderfolgende Impulse des Eingangssignals (fein) höherfrequente Impulse eingezählt wer den, wobei für ein ganzzahlig Vielfaches der Ausgangsfrequenz (faus) eine Taktfrequenz (fc) durch einen Frequenzteiler (2) auf eine definierbare Teilerfrequenz (ft) heruntergeteilt und deren Impuls zahl zwischen zwei Flanken des Eingangssignals (fein) als ganzzah lig Vielfaches in einem Vorwärtszähler (3) gezählt wird, daß das Zählergebnis (Zg) des Vorwärtszählers (3) über einen ersten Latch-Speicher (4) einem taktgesteuerten Rückwärtszähler (6) zuge führt wird, der das Ergebnis ständig bis zum Nullstand zurückzählt, bei Nullstand jeweils einen Impuls der Ausgangsfrequenz (faus) aus gibt, das Zählergebnis aus dem ersten Latch-Speicher (4) wieder einliest und mit der Rückwärtszählung fortfährt, bis die nächst folgenden Impulsflanken des Eingangssignals (fein) einen weiteren Zählzyklus bestimmen, und
daß jeder Restbetrag (Zr) zum ganzzahlig Vielfachen der Impuls zahl der Teilerfrequenz (ft) erfaßt und zur Korrektur der Aus gangsfrequenz (faus) durch Eingriff auf den Zählablauf des Rück wärtszählers (6) benutzt wird.
daß zwischen entsprechenden Flanken aufeinanderfolgende Impulse des Eingangssignals (fein) höherfrequente Impulse eingezählt wer den, wobei für ein ganzzahlig Vielfaches der Ausgangsfrequenz (faus) eine Taktfrequenz (fc) durch einen Frequenzteiler (2) auf eine definierbare Teilerfrequenz (ft) heruntergeteilt und deren Impuls zahl zwischen zwei Flanken des Eingangssignals (fein) als ganzzah lig Vielfaches in einem Vorwärtszähler (3) gezählt wird, daß das Zählergebnis (Zg) des Vorwärtszählers (3) über einen ersten Latch-Speicher (4) einem taktgesteuerten Rückwärtszähler (6) zuge führt wird, der das Ergebnis ständig bis zum Nullstand zurückzählt, bei Nullstand jeweils einen Impuls der Ausgangsfrequenz (faus) aus gibt, das Zählergebnis aus dem ersten Latch-Speicher (4) wieder einliest und mit der Rückwärtszählung fortfährt, bis die nächst folgenden Impulsflanken des Eingangssignals (fein) einen weiteren Zählzyklus bestimmen, und
daß jeder Restbetrag (Zr) zum ganzzahlig Vielfachen der Impuls zahl der Teilerfrequenz (ft) erfaßt und zur Korrektur der Aus gangsfrequenz (faus) durch Eingriff auf den Zählablauf des Rück wärtszählers (6) benutzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Restbetrag (Zr) vom im Vorwärtszähler (3) als ganzzahlig
Vielfaches erfaßten Zählergebnis (Zg) vom Frequenzteiler (2) über
einen zweiten Latch-Speicher (5) in einen Binary Rate Multiplier-
Baustein (7) eingegeben wird, der eine dem Restbetrag (Zr) ent
sprechende Anzahl von Ausgangsimpulsen (Zb) abgibt, die jeweils
den Rückwärtszähler (6) um einen Taktimpuls sperren.
3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1
und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Flankendetektor (9) zur Flankenerfassung vorgesehen ist, der eingangsseitig an die Eingangsfrequenz (fein) und einen Takt generator (1) und ausgangsseitig zur Steuerimpulsgabe (Si) an den Reset-Eingang des Frequenzteilers (2), den Preset-Eingang des Vor wärtszählers (3) und ENABLE-Eingänge von Latch-Speichern (4, 5) an geschlossen ist,
daß der vom Taktgenerator (1) gespeiste Frequenzteiler (2) über seine letzte Stufe mit dem Vorwärtszähler (3) verbunden ist, der sein Zählergebnis (Zg) über einen Parallelausgang (a) an den er sten Latch-Speicher (4) bei Steuerimpulsgabe (Si) abgibt,
daß der erste Latch-Speicher (4) zur Weitergabe des Zählergebnisses (Zg) über Parallelausgang (b) an den vom Taktgenerator (1) getakteten Rückwärtszähler (6) geschaltet ist, dessen Ausgang (A) die Ausgangsfrequenz (faus) abgibt, zur Rückstellung auf das Ziel ergebnis (Zg) aus dem ersten Latch-Speicher (4) mit einem Steuer eingang (P-in) des Rückwärtszählers (6) sowie über eine Lei tung (13) mit dem Steuereingang des Binary Rate Multiplier-Bau steins (7) verbunden ist und
daß der Binary Rate Multiplier-Baustein (7) zur Übernahme des Rest betrages (Zr) vom ganzzahlig Vielfachen eingangsseitig über den zweiten Latch-Speicher (5) mit einem Parallelausgang (c) des Fre quenzstellers (2) verbunden und ausgangsseitig an den ENABLE-Ein gang (EN) des Rückwärtszählers (6) geschaltet ist.
daß ein Flankendetektor (9) zur Flankenerfassung vorgesehen ist, der eingangsseitig an die Eingangsfrequenz (fein) und einen Takt generator (1) und ausgangsseitig zur Steuerimpulsgabe (Si) an den Reset-Eingang des Frequenzteilers (2), den Preset-Eingang des Vor wärtszählers (3) und ENABLE-Eingänge von Latch-Speichern (4, 5) an geschlossen ist,
daß der vom Taktgenerator (1) gespeiste Frequenzteiler (2) über seine letzte Stufe mit dem Vorwärtszähler (3) verbunden ist, der sein Zählergebnis (Zg) über einen Parallelausgang (a) an den er sten Latch-Speicher (4) bei Steuerimpulsgabe (Si) abgibt,
daß der erste Latch-Speicher (4) zur Weitergabe des Zählergebnisses (Zg) über Parallelausgang (b) an den vom Taktgenerator (1) getakteten Rückwärtszähler (6) geschaltet ist, dessen Ausgang (A) die Ausgangsfrequenz (faus) abgibt, zur Rückstellung auf das Ziel ergebnis (Zg) aus dem ersten Latch-Speicher (4) mit einem Steuer eingang (P-in) des Rückwärtszählers (6) sowie über eine Lei tung (13) mit dem Steuereingang des Binary Rate Multiplier-Bau steins (7) verbunden ist und
daß der Binary Rate Multiplier-Baustein (7) zur Übernahme des Rest betrages (Zr) vom ganzzahlig Vielfachen eingangsseitig über den zweiten Latch-Speicher (5) mit einem Parallelausgang (c) des Fre quenzstellers (2) verbunden und ausgangsseitig an den ENABLE-Ein gang (EN) des Rückwärtszählers (6) geschaltet ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Detektor (9) zwei hintereinander geschaltete, vom Taktgeber (1)
getaktete D-Flipflops (10, 11) und ein Inhibitgatter (12) zur Steuerim
pulsausgabe aufweist, daß die Eingangsfrequenz (fein) am ersten D-Flip-
Flop (10) anliegt, wobei dessen Ausgang mit dem Eingang des zweiten
D-Flip-Flops (11) und dem Normaleingang des Inhibit-Gatters (12) und der
Ausgang des zweiten D-Flip-Flops (12) mit dem negierten Eingang des In
hibit-Gatters (12) verbunden ist.
5. Anordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß in die Leitung (13) vom Rückwärtszähler (6) zum Steuereingang des
Binary Rate Multiplier-Bausteins (7) ein vom Taktgeber (1) getaktetes weiteres D-Flip-Flop
(8) geschaltet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904022252 DE4022252A1 (de) | 1990-07-11 | 1990-07-11 | Verfahren zur digitalen vervielfachung der frequenz eines rechteck-eingangssignals |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904022252 DE4022252A1 (de) | 1990-07-11 | 1990-07-11 | Verfahren zur digitalen vervielfachung der frequenz eines rechteck-eingangssignals |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4022252A1 DE4022252A1 (de) | 1992-01-23 |
DE4022252C2 true DE4022252C2 (de) | 1992-07-23 |
Family
ID=6410182
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19904022252 Granted DE4022252A1 (de) | 1990-07-11 | 1990-07-11 | Verfahren zur digitalen vervielfachung der frequenz eines rechteck-eingangssignals |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4022252A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4306074A1 (de) * | 1993-02-26 | 1994-09-01 | Siemens Ag | Schaltungsanordnung zum digitalen Erzeugen einer Ausgangsimpulsfolge aus einer gegenüber dieser mit einer niedrigeren Frequenz auftretenden Eingangsimpulsfolge |
DE19581595C2 (de) * | 1995-01-31 | 2003-10-09 | Advantest Corp | Signalübertragungsvorrichtung mit mehreren LSIs |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2334871A1 (de) * | 1973-07-09 | 1975-01-23 | Licentia Gmbh | Schaltungsanordnung zur vervielfachung einer frequenz |
DE2828527C2 (de) * | 1978-06-29 | 1982-05-13 | Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim | Schaltung zur digitalen Impulsvervielfachung |
DE3205296A1 (de) * | 1982-02-15 | 1983-09-01 | Werner 3512 Reinhardshagen Geiger | Frequenzvervielfacher |
-
1990
- 1990-07-11 DE DE19904022252 patent/DE4022252A1/de active Granted
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4306074A1 (de) * | 1993-02-26 | 1994-09-01 | Siemens Ag | Schaltungsanordnung zum digitalen Erzeugen einer Ausgangsimpulsfolge aus einer gegenüber dieser mit einer niedrigeren Frequenz auftretenden Eingangsimpulsfolge |
DE4306074C2 (de) * | 1993-02-26 | 1998-05-14 | Siemens Ag | Schaltungsanordnung zum digitalen Erzeugen einer Ausgangsimpulsfolge aus einer gegenüber dieser mit einer niedrigeren Frequenz auftretenden Eingangsimpulsfolge |
DE19581595C2 (de) * | 1995-01-31 | 2003-10-09 | Advantest Corp | Signalübertragungsvorrichtung mit mehreren LSIs |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4022252A1 (de) | 1992-01-23 |
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Legal Events
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: CEGELEC AEG ANLAGEN UND ANTRIEBSSYSTEME GMBH, 1227 |
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Owner name: ALSTOM POWER CONVERSION GMBH, 12277 BERLIN, DE |
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |