DE60026962T2

DE60026962T2 - Einstellbarer Detektor für harmonische Verzerrungen und Verfahren mit Hilfe dieses Detektors

Info

Publication number: DE60026962T2
Application number: DE60026962T
Authority: DE
Inventors: Edoardo Botti; Mauro Cleris; Antonio Grosso
Original assignee: STMicroelectronics SRL
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 2000-09-01
Filing date: 2000-09-01
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2020-09-02
Also published as: US20020109510A1; EP1184672B1; DE60026962D1; EP1184672A1; US7113606B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen einstellbaren Detektor für harmonische Verzerrungen und ein Verfahren unter Verwendung dieses Detektors, insbesondere für lineare (AB-Klasse) und schaltende (D-Klasse) Verstärker.
Der Begriff "Verzerrung" bezeichnet eine beliebige unerwünschte Verformung im Zeitverlauf eines Signals, und wir unterscheiden zwei Arten von Verzerrungen: a) linear, b) nichtlinear.
Die lineare Verzerrung tritt auf, wenn ein sinusförmiges Eingangssignal mit einer gegebenen Amplitude und einer gegebenen Phase ein immer noch sinusförmiges Ausgangssignal bewirkt, das eine andere Amplitude und/oder Phase aufweist.
Die nichtlineare Verzerrung tritt auf, wenn ein sinusförmiges Eingangssignal ein Ausgangssignal bewirkt, das nicht länger ein solches ist.
Insbesondere in diesem letzten Fall wird die Verzerrung gemessen in Abhängigkeit von der Verformung, die das sinusförmige Signal erleidet, gegründet auf der Möglichkeit, das deformierte Signal zu unterteilen in eine sinusförmige Schwingung mit derselben Frequenz (Grundschwingung genannt) und in eine Anzahl "n" von Schwingungen mit vielfachen Frequenzen der Grundfrequenz (harmonische Schwingungen genannt), wobei "n" gegen unendlich ansteigt.
Als Konvention sei THD als Maß für die gesamte harmonische Verzerrung (Total Harmonic Distortion) als das normalerweise in Prozent ausgedrückte Verhältnis zwischen dem gesamten Effektivwert der Harmonischen und dem Effektivwert der Grundschwingung angenommen.
Das Vorkommen der Verzerrung hat eine besondere Bedeutung bei akustischen Frequenzverstärkern, d.h. für Audioverstärker, weil es die Signalerkennbarkeit verändern kann.
Eine gewöhnliche Funktion in diesen Audioverstärkern ist die sogenannte Verzerrungserfassungsfunktion, "Begrenzungsfunktion" genannt, die die Aufgabe hat, zu erfassen, wann ein Verstärker die Spitzenleistung erreicht hat.
Unter Verwendung dieser Information können wir die Verzerrungen begrenzen, die ein aus dem Verstärker herauskommendes Signal erleidet, Verzerrungen aufgrund der erreichten Schwelle der Sättigung dieses Verstärkers.
Auf diese Weise können wir mittels geeigneter Schaltungen "a priori" ein festes Niveau akzeptabler Verzerrung definieren, d.h. wir können definieren, bei welchem Verzerrungspegel die Begrenzungsfunktion eingreifen kann, um den Verstärkergewinn zu verringern und daher die Verzerrung innerhalb erwünschter Bereiche begrenzen.
Die derzeit verwendeten Schaltungen gehören im wesentlichen drei Kategorien an:

a) durch einen Sättigungssensor des Ausgangsleistungstransistors des Audioverstärkers, der in der Lage ist, eine Verzerrung auf einem vorher festgelegten Schwellenwert zu erfassen, wie es in 1 gezeigt ist, in der wir ein ideales Ausgangssignal 1, ein verzerrtes Ausgangssignal 2 und eine vorbestimmte Eingreifschwelle 3 sehen;
b) durch einen Vergleich zwischen der Spitzenspannung des Eingangssignals und der Spitzenspannung desselben Signals an dem Ausgang des Audioverstärkers, wenn letzteres Ausgangssignal verzerrt ist, wie in 2 dargestellt;
c) durch eine Messung der Unsymmetrie der Eingangsanschlüsse des Audioverstärkers (tatsächlich liegen die Eingangsanschlüsse im Normalbetrieb auf derselben Spannung, während die Anschlüsse einen Spannungsunterschied annehmen, der von der Amplitude des Eingangssignals abhängt, wenn der Verstärker in die Sättigung gerät).

Die bislang beschriebenen Schaltungen arbeiten nur im Fall von Verstärkern der AB-Klasse richtig und machen Probleme, wenn der Verstärker von der D-Klasse ist und meistens, wenn der Verstärker in einer integrierten Schaltung implementiert ist, bei der das Ausgangssignal nicht in derselben integrierten Schaltung zur Verfügung steht.
Im Hinblick auf den beschriebenen Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltung zu verwirklichen, die in der Lage ist, sowohl mit linearen als auch mitnichtlinearen Verstärkern zu arbeiten.
Außerdem ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltung zu verwirklichen, die in der Lage ist, das Erreichen der totalen harmonischen Verzerrung an dem Ausgang eines Verstärkers zu erfassen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden solche Aufgaben erfüllt durch einen einstellbaren Detektor für harmonische Verzerrungen mit einer Taktsignalquelle, einem Mittel zum Erfassen einer ersten Auswertungszeitspanne und einem Mittel zum Erfassen einer zweiten Auswertungszeitspanne, der dadurch gekennzeichnet ist, dass ein erster Block eine Zahl speichert, die gleich den in der ersten Auswertungszeitspanne vorkommenden Taktpulsen ist, ein Multiplizierblock während der zweiten Auswertungszeitspanne eine Multiplikation zwischen der in dem ersten Block gespeicherten Zahl und einem Multiplikationsfaktor durchführt, ein zweiter Block das Ergebnis der Multiplika tion speichert und der zweite Block daran angepasst ist, ein Ausgangssignal zu erzeugen, wenn das Ergebnis in dem zweiten Block gleich Null ist.
Außerdem werden solche Aufgaben erfüllt durch einen einstellbaren Detektor für harmonische Verzerrungen mit einer Taktsignalquelle und einem Frequenzmultiplizier/Dividiermittel, einem Mittel zum Erfassen einer ersten Auswertungszeitspanne und einem Mittel zum Erfassen einer zweiten Auswertungszeitspanne, der dadurch gekennzeichnet ist, dass ein erster Block eine Zahl speichert, die gleich den in der ersten Auswertungszeitspanne vorkommenden Taktpulsen ist, das Frequenzmultiplizier/Dividiermittel ein abgewandeltes Taktsignal erzeugt, ein dritter Block die Taktpulse zählt, die in dem abgewandelten Taktsignal vorkommen, ein Komparator die in dem ersten Block gespeicherte Zahl mit der in dem dritten Block gespeicherten Zahl vergleicht, und der Komparator daran angepasst ist, ein Ausgangssignal zu erzeugen, wenn der Vergleich gleich Null ist.
Weiter wird eine solche Aufgabe erfüllt durch ein Verfahren zum Erfassen von harmonischen Verzerrungen, das gekennzeichnet ist durch das Berechnen der Länge einer ersten Auswertungszeitspanne, das Berechnen der Länge einer zweiten Auswertungszeitspanne, das Empfangen eines vorbestimmten festen Werts einer gesamten harmonischen Verzerrung als Eingabe zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das das Erreichen des Werts der vorbestimmten Verzerrung anzeigt.
Außerdem werden solche Aufgaben erfüllt durch ein Verfahren zum Erfassen der harmonischen Verzerrung, das dadurch gekennzeichnet ist, das es die folgenden Schritte enthält:

a) Zählen der Zahl von Taktpulsen in einer ersten Auswertungszeitspanne,
b) Einsetzen der Zahl in einen ersten Block,
c) Einsetzen eines Multiplikationsfaktors in einen zweiten Block,
d) Multiplizieren des in dem ersten Block gespeicherten Werts mit dem in dem zweiten Block gespeicherten Wert während einer zweiten Auswertungszeitspanne,
e) Reduzieren des Ergebnisses von Schritt (d) während der zweiten Auswertungszeitspanne,
f) Erzeugen eines Signals in dem Fall, in dem das Ergebnis von Schritt (e) Null ist.

Außerdem wird eine solche Aufgabe erfüllt durch ein Verfahren zum Erfassen von harmonischen Verzerrungen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es die folgenden Schritte enthält:

a) Zählen der Zahl von Taktsignalimpulsen in einer ersten Auswertungszeitspanne,
b) Einsetzen der Zahl in einen dritten Block,
c) Abwandeln des Taktsignals in ein abgewandeltes Taktsignal,
d) Zählen der Zahl von abgewandelten Taktimpulsen, die in einer zweiten Auswertungszeitspanne vorkommen,
e) Einsetzen des Ergebnisses von Schritt d) in einen vierten Block,
f) Vergleichen des Ergebnisses von Schritt b) und e) während der zweiten Auswertungszeitspanne,
g) Erzeugen eines Ausgangssignals in dem Fall, in dem das Ergebnis von Schritt f) gleich Null ist.

Dank der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Schaltung zu verwirklichen, die in der Lage ist, sowohl mit linearen Audioverstärkern der AB-Klasse als auch mit Audioverstärkern der D-Klasse zu arbeiten.
Außerdem ist es möglich, eine Schaltung zu verwirklichen, die die Verzerrung des Ausgangssignals als Funktion der Frequenz desselben Signals steuert.
Außerdem ist es möglich, eine vollständig integrierte Schaltung ohne Verwendung externer Kapazitäten zu verwirklichen.
Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden klar bei der folgenden detaillierten Beschreibung einer Ausführungsform, die als nicht einschränkendes Beispiel in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, in denen:
1 ein Spannungs/Zeit-Diagramm eines Signals zeigt, das aus einem Audioverstärker gemäß dem Stand der Technik herauskommt;
2 ein weiteres Spannungs/Zeit-Diagramm eines Signals zeigt, das aus einem Audioverstärker gemäß dem Stand der Technik herauskommt;
3 ein weiteres Spannungs/Zeit-Diagramm eines Signals zeigt, das aus einem Audioverstärker gemäß dem Stand der Technik herauskommt;
4 ein Spannungs/Zeit-Diagramm eines Begrenzungssignals gemäß dem Stand der Technik zeigt;
5 ein Diagramm gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 eine erste Ausführungsform einer Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 eine zweite Ausführungsform einer Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 eine dritte Ausführungsform einer Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 eine vierte Ausführungsform einer Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
In 1 ist ein Diagramm 5 dargestellt mit einer Abszissenachse, die die Zeit anzeigt, und einer Ordinatenachse, die die Spannung angibt. Das Diagramm 5 wird gebildet von einem Ausgangssignal 7, das das Ausgangssignal eines Verstärkers in dem Idealfall zeigt, d.h. in dem Fall, in dem es keine Verzerrungen gibt, und von einem aufgrund der Sättigung des Verstärkers verzerrten Signal 6.
Wir können insbesondere zwei Zeitspannen identifizieren:

1) T1, angepasst zum Liefern der Zeitspanne von dem Kreuzen der Abszissenachse bis zum Beginn der Begrenzungsphase, auch Nulldurchgangszeitspanne gezeigt;
2) T2, angepasst zum Liefern der Zeitspanne von dem Start der Begrenzungsphase bis zu dem Ende derselben, auch Begrenzungszeitspanne genannt.

Die Zeitspanne T2 stellt auch wie aus 4 ableitbar die Zeitspanne eines Rechtecksignals dar, das auch erfasstes Begrenzungssignal genannt wird.
Das Signal ist in der Lage, Informationen über Verzerrung des Ausgangssignals 6 von dem Verstärker zu liefern.
Durch eine numerische Simulation hat der Anmelder herausgefunden, dass eine Beziehung besteht zwischen dem Verhältnis der Begrenzungszeitspannenlänge (T2) und der Nulldurchgangszeitspannenlänge (T1) mit dem Prozentwert der gesamten harmonischen Verzerrung (THD). Außerdem hat der Anwender herausgefunden, dass die Korrelation zwischen (T2/T1) und THD unabhängig von der Frequenz des verzerrten Ausgangssignals 6 von dem Audioverstärker ist. Schließlich hat der Anwender dieses Verhältnis (T2/T1) mittels eines Diagramms über der Verzerrung THD aufgetragen, wie es in 5 dargestellt ist.
In dem Diagramm von 5 ist eine Abszissenachse zu sehen, die THD in Prozent angibt, und eine Ordinatenachse, die das dimensionslose Verhältnis T2/T1 angibt. Es ist auch eine Kurve 8 zu sehen, die eine Neigung hat, die mit dem Ansteigen des Prozentwertes von THD ansteigt.
Die Nützlichkeit eines solchen Diagramms wird im folgenden bei der Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung evident.
In 6 ist eine erste Ausführungsform einer Schaltung gemäß der Erfindung gezeigt.
In dieser Figur sehen wir ein Taktsignal 9, das von einer (in der Figur nicht dargestellten) lokalen Taktquelle gewonnen wird, ein Nulldurchgangssignal 10 oder eine Zeitspanne T1, die von einem (in der Figur nicht dargestellten) Durchgangsdetektormittel für die Abszissenachse eines analogen Eingangssignals abgeleitet ist, und ein Begrenzungssignal 11 oder eine Zeitspanne T2, die von einem Fachmann bekannten Detektormittel abgeleitet ist.
Das Nulldurchgangssignal 10 setzt den Inhalt eines Blocks 12 vom Inkrementaltyp, auch Aufwärtszähler genannt, über einen Rücksetz/Freigabeanschluss 14 auf Null und legt den Start des Zählens des Taktsignals 9 über einen Dateneingabeanschluss 13 fest.
Der Block 12 beginnt daher, die Taktsignalpulse mit einer Zählrate, die gleich der Taktfrequenz ist, von Null an zu zählen. Der Block 12 speichert die in jedem Ausgangssignal, das die Abszissenachse kreuzt, enthaltene Pulszahl sowohl bei der positiven als auch bei der negativen Halbwelle.
Auf diese Weise enthält der Block 12 eine Zahl, die die Schnelligkeit des verzerrten Ausgangssignals 6 von dem Audioverstärker während der Auswertungszeitspanne T1 angibt.
Die Ausgabe 21 des Blocks 12 setzt die in der Zeitspanne T1 gezählte Anzahl der Taktpulse des Signals 9 in ein erstes Register 15 eines Multiplizierblocks 16.
In einem Block 18 hat ein Benutzer im Voraus einen Zahlenwert gespeichert, der den harmonischen Verzerrungsgrad darstellt, der als obere Schwelle gewollt ist. Dieser Wert wird aus dem in 5 gezeigten Diagramm hergeleitet.
Dieser Block 18 kann beispielsweise als ROM-Vorrichtung (Read Only Memory) implementiert sein.
Wenn wir beispielsweise einen THD gleich 5% haben wollen, d.h. eine gesamte harmonische Verzerrung des Signals gleich 5%, muss ein Wert gleich 0,9 in dem Block 18 anwesend sein, wie wir aus dem Diagramm von 5 entnehmen.
Der Multiplizierblock 16 führt daher einen Multiplikationsvorgang zwischen dem, was in dem ersten Register 15 gespeichert ist, und dem, was in einem zweiten Register 19 gespeichert ist, aus. In dem zweiten Register ist die Zahl, die von dem Benutzer gewählt und in dem Block 18 gespeichert ist, d.h. in dem zweiten Register ist ein Multiplikationsfaktor, mittels dessen es möglich ist, die Korrelation zwischen dem Verhältnis T2/T1 und THD festzulegen.
Damit der Block 16 den Multiplikationsvorgang durchführt, müssen der Signaltakt 9 und das Begrenzungssignal 11 gleichzeitig die Befähigung über jeweils ein Paar von Freigabeanschlüssen 20 und 17 bereitstellen.
Die Ausgabe 22 des Blocks 16 wird dann mittels eines Dateneingabeanschlusses 24 in einen Block 23 des absteigenden Typs, auch Abwärtszähler genannt, geladen.
Dieser Block 23 verringert die als Eingabe empfangene Ausgabe 22 für die gesamte Zeit, während der das Begrenzungssignal 11 eingeschaltete ist, d.h. für die gesamte Länge der Zeitspanne T2, mit einer Verringerungsrate, die gleich der Frequenz des Taktsignals 9 ist.
Die Befähigung für den Verringerungsvorgang des durch den Block 16 berechneten Werts wird mittels der gleichzeitigen Kombination des Taktsignals 9 und des Begrenzungssignals 11 jeweils über eine Paar von Anschlüssen 25 und 26 erzielt.
Wenn der in dem Block 23 gespeicherte Wert Null erreicht, wird der Ausgang 27 aktiviert und gibt die Information ab, dass der festgelegte THD erreicht ist.
Wenn während der Zeitspanne T2 der in dem Block 23 gespeicherte Wert nicht Null erreicht oder das Begrenzungssignal 11 nicht eingeschaltet ist, erzeugt der Block 23 keinerlei Signal.
Wenn das Ausgangssignal 27 hoch ist und die Zeitspanne T2 nicht vollständig abgelaufen ist, bleibt das Ausgangssignal 27 hoch, bis die Zeitspanne T2 abgelaufen ist.
Die Erfindung besteht in dieser besonderen Ausführungsform daher darin, zu zählen, wie viele Taktpulse während der Zeitspanne T1 in dem verzerrten Ausgangssignal 6 vorhanden sind, diesen Wert mit einer im Voraus bekannten Zahl zu multiplizieren, die aus dem experimentellen Diagramm von 5 abgeleitet ist, und schließlich ein Ausgangssignal 27 zu erzeugen, falls der Block 23 innerhalb der Zeitspanne T2 Null erreicht, um so das Ausgangsverzerrungserfassungssignal 27 zu erzeugen.
Somit erzeugt der Abwärtszähler 23 das Signal 27, wenn das Eingangssignal 22 den festgelegten THD-Wert oder das aus dem Diagramm von 5 abgeleitete äquivalente Verhältnis T2/T1 erreicht hat.
Falls wir eine Erfassung der Verzerrung in Abhängigkeit von der Frequenz des verzerrten Ausgangssignal 6 des Verstärkers wollen, d.h. falls wir die Verzerrung nicht als festen Wert erfassen wollen sondern als veränderlichen Wert in Abhängigkeit von der Schnelligkeit der Vorderseite des Signals, muss die vorher gezeigte Schaltung wie die in 7 gezeigte verändert werden.
In 7 ist außer den bereits in 6 beschriebenen Elementen ein Block 28 gezeigt mit einem Eingangssignal 29, das die von dem Block 12 gespeicherte Anzahl von Taktpulsen darstellt, und einem Ausgangssignal 30, das den Wert darstellt, der in dem zweiten Register 19 des Multiplizierblocks 16 ist.
Der Block 28 führt eine Korrespondenzfunktion zwischen der während der Messzeitspanne des Blocks 12, d.h. während der Zeitspanne T1 gezählten Anzahl von Taktpulsen und dem in 5 gezeigten Diagramm durch.
Dieser Block 28 verwirklicht daher eine Referenztabelle zwischen der Anzahl von während T1 gezählten Taktpulsen und dem Diagramm von 5.
Der Block 28 kann von einer Vorrichtung vom ROM-Typ oder von einem Mikroprozessor verweirklicht werden.
Der Block 28 definiert eine Tabelle, so dass jeder bestimmten Anzahl von gezählten Pulsen ein festgelegter Wert des Verhältnisses T2/T1 entspricht, um zu erfassen, wie steil die Vorderseite des aus dem Verstärker herauskommenden Sinussignals ist.
Eine mögliche Tabelle kann z.B. sein:
Auf diese Weise erhalten wir einen Multiplikationsfaktor, der eine Funktion der Anzahl der gezählten Taktpulse ist.
Die Erfindung besteht in dieser besonderen Ausführungsform daher darin, zu zählen, wie viele Taktpulse während der Zeitspanne T1 in dem verzerrten Ausgangssignal 6 vorhanden sind, diesen Wert mit einer Zahl zu multiplizieren, die eine Funktion dieses Zählens ist und die aus dem experimentellen Diagramm von 5 abgeleitet ist, und schließlich das Ausgangssignal 27 zu erzeugen, falls der Block 23 innerhalb der Zeitspanne T2 Null erreicht, um so das Ausgangsverzerrungserfassungssignal 27 als Funktion der Frequenz des verzerrten Ausgangssignals 6 zu erzeugen.
Wenn während der Zeitspanne T2 der in dem Block 23 gespeicherte Wert nicht Null erreicht oder das Begrenzungssignal 11 nicht eingeschaltet ist, erzeugt der Block 23 keinerlei Signal.
Wenn das Ausgangssignal 27 hoch ist und die Zeitspanne T2 nicht vollständig abgelaufen ist, bleibt das Ausgangssignal 27 hoch, bis die Zeitspanne T2 abgelaufen ist.
In 8 ist eine weitere Ausführungsform der Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Wie in dieser Figur dargestellt ist, sehen wir außerdem bereits in 6 und 7 beschriebenen Elementen, dass das Takt signal 9 während der Zeitspanne T1 von dem Block 12 gezählt wird, wie es vorher in 6 beschrieben wurde, und dass das Taktsignal 9 auch die Eingabe für einen Block 31 ist.
Dieser Block 31 erzeugt ein Ausgangssignal 32, das in der Frequenz verändert ist, d.h. der Block 31 wirkt als Frequenzmultiplizierer oder -dividierer.
Das Taktsignal 32 ist beispielsweise gleich 3/2 des Taktsignals 9, um ein Verhältnis T2/T1 gleich 0,4 zu gewinnen.
Das abgewandelte Taktsignal 32 wird in der Zeitspanne T2 von einem weiteren Block 39 des Aufwärtszählertyps gezählt. In der Tat empfängt der Block 39 am Eingang das Signal 32 mittels eines Rücksetz/Freigabe-Anschlusses 50 und startet das Zählen der Taktpulse von Null aus mittels eines Dateneingabeanschlusses 40.
Die in den Blöcken 12 und 39 gespeicherten Ergebnisse werden an die jeweiligen Ausgänge 21 und 33 angelegt, die mittels jeweiliger Eingabenanschlüsse 37 und 36 als Eingangssignale für einen Block 34 wirken.
Der Block 34 hat auch mittels des Anschlusses 35 das Begrenzungssignal 11 als Eingabe.
Der Block 34 vergleicht die Eingangssignale 21 und 33 während der Zeitspanne T2, und er erzeugt ein Ausgangssignal 38, wenn die Ausgangssignale 21 und 33 denselben Wert haben.
Daher setzt der Komparatorblock 34 die Ausgabe 38 des Detektorpulses auf EIN in Abhängigkeit von dem Verhältnis zwischen den Frequenzwerten des Taktsignals 9 und des abgewandelten Taktsignals 32.
Die in 8 gezeigte Schaltung ist in den Fällen angebracht, in denen sich THD nicht ständig ändert, d.h. sie ist eine Schaltung, die besonders geeignet ist für die Fälle, in denen es einige feste Punkte für die THD-Eingreifschwelle gibt.
Außerdem ist sie auch vorteilhaft im Hinblick auf die in 7 gezeigte Schaltung, da sie nicht die Verwendung eines Multiplizierblocks 16 vorsieht, sondern sie sieht die Verwendung eines Komparatorblocks 34 mit vereinfachtem Aufbau vor.
In dieser besonderen Ausführungsform ist beispielsweise das Verhältnis T2/T1 durch das Frequenzverhältnis des Taktsignals 9 und des abgewandelten Taktsignals 32 gegeben.
Wenn die Frequenz des Taktsignals 9 gleich der Frequenz des abgewandelten Taktsignals 32 ist, dann erfasst die Schaltung einen THD gleich 6%, weil T1/T2 gleich 1 ist. Wir leiten aus dem Diagramm von 5 den THD-Wert gleich 6% ab.
Die Erfindung besteht in dieser besonderen Ausführungsform daher darin, zu zählen, wie viele Taktpulse während der Zeitspanne T1 in dem verzerrten Ausgangssignal 6 vorhanden sind, und zu zählen, wie viele Taktspulse des abgewandelten Taktsignalpulses 32 während der Zeitspanne T2 vorhanden sind, die Zählwerte mittels eines Komparators 34 zu vergleichen, bis sie beide während der Zeitspanne T2 gleich Null sind, um so ein Ausgangsverzerrungserfassungssignal 38 zu erzeugen.
Daher erzeugt der Komparator 34 das Signal 38, wenn die Eingangssignale 21 und 33 den vorher festgelegten THD-Wert oder das aus dem Diagramm von 5 abgeleitete äquivalente Verhältnis T2/T1 erreichen.
Wenn während der Zeitspanne T2 der in dem Block 34 gespeicherte Wert nicht Null erreicht oder das Begrenzungssignal 11 nicht eingeschaltet ist, erzeugt der Block 34 keinerlei Signal.
Wenn das Ausgangssignal 38 hoch ist und die Zeitspanne T2 nicht vollständig abgelaufen ist, bleibt das Ausgangssignal 38 hoch, bis die Zeitspanne T2 abgelaufen ist.
In 9 ist eine weitere Ausführungsform der Schaltung von 8 gezeigt, und insbesondere gibt es dort einen Block 41, der am Eingang das Signal 21 empfängt, das das von dem Block 12 während der Zeitspanne T1 durchgeführte Zählen darstellt.
Der Block 41 ist eine Referenztabelle zwischen der Anzahl von gezählten Taktpulsen während der Messzeitspanne des Blocks 12 und dem in 5 gezeigten Diagram.
Eine mögliche Tabelle kann beispielsweise sein:
Der Block 41 ist als ROM-Vorrichtung oder als Mikroprozessorvorrichtung implementiert.
Der Block 41 erzeugt ein Ausgangssignal 42, das mittels eines Dateneingabeanschlusses 44 an den Eingang des Blocks 31 angelegt ist. Der Block 31 selbst erzeugt ein abgewandeltes Taktsignal 43, so dass dieses Signal 43 eine Funktion der Länge der Zeitspanne T1 ist.
Das Signal 43 wird mittels eines Dateneingabeanschlusses 40 an den Eingang des Blocks 39 vom Aufwärtszählertyp angelegt, und er wird mittels des Lösch/Freigabe-Anschlusses 50 durch das Begrenzungssignal 11 für das Zählen freigegeben.
Dieser Block 39 erzeugt ein Ausgangssignal 47, das an den Eingang des Komparatorblocks 34 angelegt wird, so dass der Vergleich zwischen diesem Signal 47 und dem Signal 21 durchgeführt wird.
Der Block 41 gibt wie vorher bei 7 beschrieben zu jeder Anzahl von gezählten Taktpulsen einen Wert aus, der aus dem Diagram von 5 abgeleitet ist, und dieser Wert dient dem Block 31 dazu, zu entscheiden, wie das Taktsignal 9 zu verändern ist.
Daher setzt der Komparatorblock 34 die Ausgabe 38 des Detektorpulses in Abhängigkeit von dem Verhältnis zwischen den Frequenzwerten des Taktsignals 9 und des abgewandelten Taktsignals 32 auf EIN.
Die in 9 gezeigte Schaltung ist angebracht in Fällen, in denen sich THD ständig verändert, d.h. sie ist eine Schaltung, die besonders geeignet ist für die Fälle, in denen wir eine Kurve als Referenz für die THD-Eingreifschwelle haben.
Die Erfindung besteht in dieser besonderen Ausführungsform daher darin, zu zählen, wie viele Taktpulse während der Zeitspanne T1 in dem verzerrten Ausgangssignal 6 vorhanden sind, und zu zählen, wie viele Taktspulse des abgewandelten Taktsignalpulses 42 als Funktion des Zählens des Taktsignals 9 während der Zeitspanne T1 während der Zeitspanne T2 vorhanden sind, die Zählwerte mittels des Komparatorblocks 34 zu vergleichen, bis sie beide während der Zeitspanne T2 gleich Null sind, um so ein Ausgangsverzerrungserfassungssignal 38 zu erzeugen als Funktion der Frequenz des verzerrten Ausgangssignals 6.
Wenn während der Zeitspanne T2 der in dem Block 34 gespeicherte Wert nicht Null erreicht oder das Begrenzungssignal 11 nicht eingeschaltet ist, erzeugt der Block 34 keinerlei Signal.
Wenn das Ausgangssignal 38 hoch ist und die Zeitspanne T2 nicht vollständig abgelaufen ist, bleibt das Ausgangssignal 38 hoch, bis die Zeitspanne T2 abgelaufen ist.
Mittels einfacher kombinatorischer Schaltungen, von denen eine mögliche Ausführungsform nicht gezeigt ist, weil sie zum Stand der Technik gehören, können wir auch die Länge der Pulse der THD-Werte bei Vielfachen der Frequenz des Signaltakts erfassen, oder wir können bewirken, dass diese Pulse beim Erreichen des Werts von THD beginnen und dass das THD-Signal hoch bleibt, bis die Zeitspanne T2 abgelaufen ist.

Claims

Einstellbarer Detektor für harmonische Verzerrungen mit einer Taktsignalquelle (9), einem Mittel zum Erfassen einer ersten Auswertungszeitspanne (T1) von dem Kreuzen der Abszissenachse bis zu dem Beginn der Begrenzungsphase und einem Mittel zum Erfassen einer zweiten Auswertungszeitspanne (T2) von dem Beginn der Begrenzungsphase bis zu deren Ende, auch erfasstes Begrenzungssignal genannt, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Block (12) eine Zahl speichert, die gleich den in der ersten Auswertungszeitspanne (T1) vorkommenden Taktpulsen ist, ein Multiplizierblock (16) während der zweiten Auswertungszeitspanne (T2) eine Multiplikation zwischen der in dem ersten Block gespeicherten Zahl (T1) und einem Multiplikationsfaktor durchführt und ein zweiter Block (23) das Ergebnis der Multiplikation speichert, wobei der zweite Block (23) daran angepasst ist, ein Ausgangssignal (27) zu erzeugen, wenn das Ergebnis in dem zweiten Block (23) gleich Null ist.
Einstellbarer Detektor für harmonische Verzerrungen mit einer Taktsignalquelle (9), einem Frequenzmultiplizier/dividiermittel (31), einem Mittel zum Erfassen einer ersten Auswertungszeitspanne (T1) und einem Mittel zum Erfassen einer zweiten Auswertungszeitspanne (T2), dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Block (12) eine Zahl speichert, die gleich den in der ersten Auswertungszeitspanne (T1) vorkommenden Taktpulsen ist, das Frequenzmultiplizier/dividiermittel (31) ein abgewandeltes Taktsignal (43) erzeugt, ein dritter Block (39) die Taktpulse zählt, die in dem abgewandelten Taktsignal (43) vorkommen, und ein Komparator (34) die in dem ersten Block (12) gespeicherte Zahl mit der in dem dritten Block (39) gespeicherten Zahl vergleicht, wobei der Komparator (34) daran angepasst ist, ein Ausgangssignal (38) zu erzeugen, wenn die Zahl in dem ersten Block (12) und die Zahl in dem dritten Block (39) gleich Null sind.
Verzerrungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Multiplikationsfaktor eine im Voraus bekannte feste Zahl ist.
Verzerrungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Multiplikationsfaktor eine Funktion der in dem ersten Block (12) gespeicherten Zahl der Taktsignalpulse (9) ist.
Verzerrungsdetektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Frequenzmultiplizier/dividiermittel (31) eine Multiplikation/Division mit einer im Voraus bekannten festen Zahl durchführt.
Verzerrungsdetektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Frequenzmultiplizier/dividiermittel (31) eine Multiplikation/Division mit einer Zahl durchführt, die eine Funktion des in dem ersten Block (12) gespeicherten Werts ist.
Verzerrungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Multiplikationsfaktor hergeleitet wird aus der Wechselbeziehung zwischen dem Verhältnis aus der zweiten (T2) und der ersten (T1) Auswertungszeitspanne und dem Gesamtverzerrungswert (THD) gemäß einem Diagramm (8).
Verzerrungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Block (12) als Eingabe das Taktsignal (9) und die erste Auswertungszeitspanne (T1) empfängt, der Multiplizierblock (16) als Eingabe das Taktsignal (9), den Multiplikationsfaktor und das Ausgangssignal (21) des ersten Blocks (12) empfängt, und der zweite Block (23) als Eingabe das Taktsignal (9) das Ausgangssignal des Multiplizierblocks (16) und die zweite Auswertungszeitspanne (T2) empfängt und während der gleichzeitigen Kombination des Taktsignals (9) und der zweiten Auswertungszeitspanne (T2) ein Ausgangssignal (27) erzeugt.
Verzerrungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Block (12) als Eingabe das Taktsignal (9) und die erste Auswertungszeitspanne (T1) empfängt, der Multiplizierblock (16) als Eingabe das Taktsignal (9), die zweite Auswertungszeitspanne (T2) und ein Signal (30) empfängt, das durch einen vierten Block (28) erzeugt wird, der daran angepasst ist, eine Korrespondenzfunktion zwischen der in der Messdauer (T1) des ersten Blocks (12) gezählten Zahl von Taktpulsen und dem Diagramm (8) zu verwirklichen, und der zweite Block (23) als Eingabe das Taktsignal (9), das Ausgangssignal des Multiplizierblocks (16) und die zweite Auswertungszeitspanne (T2) empfängt und während der zweiten Auswertungszeitspanne (T2) ein Ausgangssignal (38) erzeugt.
Verzerrungsdetektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Block (12) als Eingabe das Taktsignal (9) und die erste Auswertungszeitspanne (T1) empfängt, das Frequenzmultiplizier/dividiermittel (31) als Eingabe das Taktsignal (9) empfängt, der dritte Block (39) als Eingabe die Ausgabe (32) des Frequenzmultiplizier/dividiermittels (31) und die zweite Auswertungszeitspanne (T2) empfängt, und der Komparator als Eingabe das Ausgangssignal des ersten Blocks (12), das Ausgangssignal des dritten Blocks (39) und die zweite Auswertungszeitspanne (T2) empfängt und während der zweiten Auswertungszeitspanne (T2) ein Ausgangssignal (38) erzeugt.
Verzerrungsdetektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Block (12) als Eingabe das Taktsignal (9) und die erste Auswertungszeitspanne (T1) empfängt, das Frequenzmultiplizier/dividiermittel (31) als Eingabe das Taktsignal (9), die erste Auswertungszeitspanne (T1) und ein Ausgangssignal (42) eines fünften Blocks (41) empfängt, der dritte Block (39) als Eingabe die Ausgabe (32) des Frequenzmultiplizier/dividiermittels (31) und die zweite Auswertungszeitspanne (T2) empfängt, und der Komparator als Eingabe das Ausgangssignal des ersten Blocks (12), das Ausgangssignal des dritten Blocks (39) und die zweite Auswertungszeitspanne (T2) empfängt und während der zweiten Auswertungszeitspanne (T2) ein Ausgangssignal (38) erzeugt.
Verfahren zum Erfassen von harmonischen Verzerrungen, gekennzeichnet durch Berechnen der Länge einer ersten Auswertungszeitspanne (T1) von dem Kreuzen der Abszissenachse bis zu dem Beginn der Begrenzungsphase, Berechnen der Länge einer zweiten Auswertungszeitspanne (T2) von dem Beginn der Begrenzungsphase bis zu deren Ende, auch erfasstes Begrenzungssignal genannt, und Empfangen eines vorbestimmten festen Werts einer gesamten harmonischen Verzerrung als Eingabe zum Erzeugen eines Ausgangssignals (27, 38), das das Erreichen des Werts der vorbestimmten Verzerrung anzeigt.
Verfahren zum Erfassen von harmonischen Verzerrungen, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte enthält: a) Zählen der Zahl von Taktpulsen (9) in einer ersten Auswertungszeitspanne (T1) von dem Kreuzen der Abszissenachse bis zu dem Beginn der Begrenzungsphase, b) Einsetzen der Zahl in einen ersten Block (12), c) Einsetzen eines Multiplikationsfaktors in einen zweiten Block (18), d) Multiplizieren des in dem ersten Block (12) gespeicherten Werts mit dem in dem zweiten Block (18) gespeicherten Wert während einer zweiten Auswertungszeitspanne (T2) von dem Beginn der Begrenzungsphase bis zu deren Ende, auch erfasstes Begrenzungssignal genannt, e) Reduzieren des Ergebnisses von Schritt (d) während der zweiten Auswertungszeitspanne (T2), und f) Erzeugen eines Signals (27) in dem Fall, in dem das Ergebnis von Schritt (e) Null ist.
Verfahren zum Erfassen von harmonischen Verzerrungen, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte enthält a) Zählen der Zahl von Taktpulsen (9) in einer ersten Auswertungszeitspanne (T1) von dem Kreuzen der Abszissenachse bis zu dem Beginn der Begrenzungsphase, b) Einsetzen der Zahl in einen ersten Block (12), c) Abwandeln des Taktsignals (9) in ein abgewandeltes Taktsignal (32), d) Zählen der Zahl von abgewandelten Taktpulsen (32), die in einer zweiten Auswertungszeitspanne (T2) von dem Beginn der Begrenzungsphase bis zu deren Ende, auch erfasstes Begrenzungssignal genannt, vorkommen, e) Einsetzen des Ergebnisses von Schritt (d) in einen dritten Block (39), f) Vergleichen der Ergebnisse von Schritt (b) und (e) während der zweiten Auswertungszeitspanne (T2), und g) Erzeugen eines Ausgangsignals (38) in dem Fall, in dem das Ergebnis von Schritt (f) Null ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Multiplikationsfaktor eine im Voraus bekannte feste Zahl ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Multiplikationsfaktor ein Wert (30) als Funktion der in dem ersten Block (12) gespeicherten Zahl der Pulse (9) ist.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das abgewandelte Taktsignal (43) hergeleitet wird aus einer Multiplikation/Division mit einer im Voraus bekannten festen Zahl.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das abgewandelte Taktsignal (43) hergeleitet wird aus einer Multiplikation/Division mit einer Zahl (42), die eine Funktion des in dem ersten Block (12) vorliegenden Werts ist.
Verzerrungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Auswertungszeitspanne (T1) die Spanne von dem Kreuzen der Abszissenachse bis zu dem Beginn der Begrenzung des Ausgangssignals (7) angibt.
Verzerrungsdetektor nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Auswertungszeitspanne (T2) die Spanne von dem Beginn des Begrenzungsschritts des Ausgangssignals (27, 38) bis zu dessen Ende angibt.
Verzerrungsdetektor nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Block (12) und der dritte Block (39) Aufwärtszähler sind.
Verzerrungsdetektor nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Block (23) ein Abwärtszähler ist.
Verzerrungsdetektor nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vierte Block (41) die Korrespondenzfunktion zwischen der in der ersten Auswertungszeitspanne (T1) gezählten und in dem ersten Block (12) gespeicherten Zahl von Taktpulsen und dem Diagramm (8) durchführt.