DE9318885U1 - Circuit arrangement for binary coding of the converter of phase-shifted periodic input signals - Google Patents
Circuit arrangement for binary coding of the converter of phase-shifted periodic input signalsInfo
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Description
Schaltungsanordnung· zur binären Codierung· des Wandlers phasenverschobener periodischer Eingangssignale Circuit arrangement· for binary coding· of the converter of phase-shifted periodic input signals
Bekannten Analog-Digital-Wandlern ist gemeinsam, daß sie nach verschiedenen Verfahren (Parallelverfahren, Wägeverfahren, Zählverfahren) eine analoge Signalamplitude in einen digitalen Wert wandelten. Für Meß- und Prüfverfahren oder beispielsweise zur schnellen Steuerung von Maschinen, die Drehbewegungen ausführen, ist es aber wünschenswert, daß nicht nur der Signalamplitudenwert digital vorliegt, sondern auch der Winkelwert des periodischen Signals. Zwar ist es möglich, aus einem - mit einem konventionellen Analog-Digital-Wandler zeitabgetasteten periodischen Signal den Winkelwert zu bestimmen; allerdings setzt dies beispielsweise voraus, daß die zeitabgetasteten, diskreten Werte zunächst in einem Speicher abgelegt und anschließend mit einem Berechnungsverfahren ausgewertet werden.Known analog-digital converters have in common that they convert an analog signal amplitude into a digital value using various methods (parallel method, weighing method, counting method). For measuring and testing processes or, for example, for the rapid control of machines that perform rotary movements, it is desirable that not only the signal amplitude value is available digitally, but also the angle value of the periodic signal. It is possible to determine the angle value from a periodic signal time-sampled with a conventional analog-digital converter; however, this requires, for example, that the time-sampled, discrete values are first stored in a memory and then evaluated using a calculation method.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung zur binären Codierung phasenverschobener periodischer Eingangssignale zur Verfügung zu stellen, mit dem der Winkelwert direkt, d.h. ohne Zwischenschaltung einer Speichereinrichtung und von komplexen Rechenoperationen, als digitaler Wert aus anliegenden periodischen Signalen ermittelt werden kann.The object of the invention is therefore to provide a circuit arrangement for the binary coding of phase-shifted periodic input signals, with which the angle value can be determined directly, i.e. without the interposition of a storage device and complex arithmetic operations, as a digital value from the applied periodic signals.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Schaltungsanordnung nach dem Anspruch 1.This object is achieved by a circuit arrangement according to claim 1.
Zweckmäßige Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Appropriate embodiments and further developments of the invention are the subject of the subclaims.
Im Folgenden sollen zwei mögliche Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschriebenIn the following, two possible embodiments of the invention are described in more detail with reference to the drawings.
• ··
werden, wobei PHI den Winkelwert der Signale und phi den Zählwert eines Zählers bezeichnet.where PHI is the angle value of the signals and phi is the count value of a counter.
Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung mitShow it:
Fig. 1 shows a first embodiment of the invention with
zwei Rückkoppelschleifen,
Fig. 2 zwei sinusförmige, um 90° phasenverschobenetwo feedback loops,
Fig. 2 two sinusoidal, 90° phase-shifted
Eingangssignale e-L (PHI), e2 (PHI), Fig. 3 die Zähleransteuerung in Abhängigkeit von phi,Input signals eL (PHI), e 2 (PHI), Fig. 3 the counter control depending on phi,
PHI,
Fig. 4 das Zählrichtungssignal f (phi, PHI) =PHI-PHI,
Fig. 4 the counting direction signal f (phi, PHI) =
sin (PHI - phi),
Fig. 5 eine zweite Ausführungsform der Erfindung mitsin (PHI - phi),
Fig. 5 a second embodiment of the invention with
einer Rückkoppelschleife, einera feedback loop, a
Umschaltsteuerung und einem EXOR-Gatter, Fig. 6 das Zählrichtungssignal f(phi,PHI) =Switching control and an EXOR gate, Fig. 6 the counting direction signal f(phi,PHI) =
(sin (PHI)-cos(PHI)*tan(phi))*sign(cos(phi)), Fig. 7 eine aus der tan- und cot-Funktion(sin (PHI)-cos(PHI)*tan(phi))*sign(cos(phi)), Fig. 7 one of the tan and cot functions
zusammengesetzte, abschnittsweise definiertecomposite, section-defined
Übe rt ragungs funkt i on,
Fig. 8 das Zählrichtungssignal f(phi,PHI) für dieTransmission function,
Fig. 8 the counting direction signal f(phi,PHI) for the
zusammengesetzte Übertragungsfunktion gemäßcomposite transfer function according to
Fig. 7,
Fig. 9 eine Ausführungsform eines tan-D/A-Wandlers,Fig.7,
Fig. 9 an embodiment of a tan D/A converter,
der sich aus dem Funktionsnetzwerk, dem D/AWandler sowie dem Multiplizierer derwhich consists of the functional network, the D/A converter and the multiplier of the
Schaltungsanordnung gem. Fig. 5 zusammensetzt,Circuit arrangement as shown in Fig. 5,
und
Fig. 10 die Übertragungsfunktion desand
Fig. 10 the transfer function of the
Funktionsnetzwerkes bei verschiedenenFunctional network in different
Eingangssignalen e-j_ und e.2 -Input signals e-j_ and e.2 -
In Fig. 1 ist eine mögliche erste Schaltungsanordnung für einen Sinus-Digital-Wandler zur Bestimmung eines digitalen Winkelwertes von zwei um 90° verschobenen, sinusförmigen Eingangssignalen e^ (PHI) , e.<^ (PHI) dargestellt, wobei als Bezugsgröße ein vorbestimmterFig. 1 shows a possible first circuit arrangement for a sine-digital converter for determining a digital angle value from two sinusoidal input signals e^ (PHI), e.<^ (PHI) shifted by 90°, where a predetermined
Zählerstand phiy, vorzugsweise phiy=0, des Zählers 2 einem vorbestimmten Winkelwert PHIy, vorzugsweise PHIy=O°, der Eingangssignale zugeordnet ist.Counter reading phiy, preferably phiy=0, of counter 2 is assigned to a predetermined angle value PHIy, preferably PHIy=O°, of the input signals.
Die in Fig. 1 gezeigte Schaltungsanordnung umfaßt als Vergleichseinrichtung einen Komparator 1, einen Zähler 2 und zwei Rückkoppelschleifen 4, 5, die zwischen dem Ausgang des Zählers 7 und je einem der beiden vor den Eingängen des Komparators 9, 10 angeordneten Multiplizierern 11, 12 geschaltet sind. Jede der beiden Rückkoppelschleifen 4, 5 umfaßt je einen D/A-Wandler 14, 15 und ein Funktionsnet&zgr;werk 16, 17, das je eine trigonometrische Funktion als Übertragungsfunktion aufweist.The circuit arrangement shown in Fig. 1 comprises a comparator 1, a counter 2 and two feedback loops 4, 5 as a comparison device, which are connected between the output of the counter 7 and one of the two multipliers 11, 12 arranged in front of the inputs of the comparator 9, 10. Each of the two feedback loops 4, 5 comprises a D/A converter 14, 15 and a function network 16, 17, each of which has a trigonometric function as a transfer function.
Werden an die Schaltungsanordnung z.B. die beiden um 90° verschobenen, sinusförmigen Eingangssignale ex (PHI) = sin PHI und e2 (PHI) = cos PHI, die in Fig. 2 zusammen mit einer möglichen Aufteilung des Winkelbereichs von 0 bis 360° in eine Vielzahl diskrete Werte 18 dargestellt sind, angelegt, so werden diese in den Multiplizierern 11, 12 mit den vom Zähler rückgekoppelten Signalen T1 (phi) und r2(phi) zu einem Signal n1(PHI, phi) und n2(PHI, phi) multipliziert und im Komparator 1 miteinander verglichen. Am Zählrichtungseingang 20 des Zählers 2 liegt in Abhängigkeit vom Wert PHI der Eingangssignale e-|_, e2 und dem Zähl wert phi, der über die Schleifen 4, 5 in einen Analogwert gewandelt und rückgekoppelt wird, folgendes Zählrichtungssignal f(PHI, phi) an:If, for example, the two sinusoidal input signals e x (PHI) = sin PHI and e 2 (PHI) = cos PHI, which are shifted by 90° and are shown in Fig. 2 together with a possible division of the angle range from 0 to 360° into a plurality of discrete values 18, are applied to the circuit arrangement, these are multiplied in the multipliers 11, 12 by the signals T 1 (phi) and r 2 (phi) fed back from the counter to form a signal n 1 (PHI, phi) and n 2 (PHI, phi) and compared with each other in the comparator 1. The following counting direction signal f(PHI, phi) is present at the counting direction input 20 of counter 2, depending on the value PHI of the input signals e-|_, e 2 and the counting value phi, which is converted into an analog value and fed back via loops 4, 5:
1 für -360°<PHI-phi<-180°; PHI,phi e [-180°..180°]1 for -360°<PHI-phi<-180°; PHI,phi e [-180°..180°]
-1 für -180°<PHI-phi< 0°; PHI,phi e [-180°..180°]-1 for -180°<PHI-phi< 0°; PHI,phi e [-180°..180°]
1 für 0°<PHI-phi< 180°; PHI,phi e [-180°..180°] (1)1 for 0°<PHI-phi< 180°; PHI,phi e [-180°..180°] (1)
-1 für 180°<PHI-phi< 360°; PHI,phi e [-180°..180°],-1 for 180°<PHI-phi< 360°; PHI,phi e [-180°..180°],
wobei das Zählrichtungssignal f(PHI, phi) den Zähler 2 derart steuert, daß dieser bei Anlegen von -1 rückwärts undwhere the counting direction signal f(PHI, phi) controls the counter 2 in such a way that it counts backwards when -1 is applied and
bei Anlegen von +1 vorwärts zählt. Die Zähleransteuerung in Abhängigkeit von PHI und phi ist in Fig. 3 als Projektion in eine zweidimensionale Ebene veranschaulicht. Dabei steht ein nach links gerichteter Pfeil 22 für das Zählrichtungssignal -1 und ein nach rechts gerichteter Pfeil für ein Zählrichtungssignal +1. Wie der Abbildung zu entnehmen ist, wird durch diese Zähleransteuerung ein anfänglicher Zählwert phi^ auf dem kürzesten Weg so lange verändert, bis der Zählwert phi des Zählers 2 den diskreten Wert 18, der dem Winkelwert PHI der Eingangssignale e-j_, e.^ entspricht, erreicht hat. Hierdurch wird eine optimale Geschwindigkeit des Wandlers erreicht.counts forward when +1 is applied. The counter control as a function of PHI and phi is illustrated in Fig. 3 as a projection in a two-dimensional plane. An arrow 22 pointing to the left stands for the counting direction signal -1 and an arrow pointing to the right stands for a counting direction signal +1. As can be seen from the figure, this counter control changes an initial counting value phi^ along the shortest path until the counting value phi of the counter 2 has reached the discrete value 18, which corresponds to the angle value PHI of the input signals e-j_, e.^ . This achieves an optimum speed of the converter.
Eine Möglichkeit, ein solches Zählrichtungssignal f (phi, PHI) bei den Eingangssignalen e-^ (PHI) = sin PHI und e-2 (PHI) = cos PHI zu realisieren, besteht darin, daß das Funktionsnetzwerk 17 die Funktion cos phi als Übertragungsfunktion und das Funktionsnetzwerk 16 die Funktion sin phi als Übertragungsfunktion aufweist. Das Zählrichtungssignal f(PHI, phi) verhält sich dann gemäß der Funktion:One way to realize such a counting direction signal f (phi, PHI) with the input signals e-^ (PHI) = sin PHI and e-2 (PHI) = cos PHI is for the function network 17 to have the function cos phi as the transfer function and the function network 16 to have the function sin phi as the transfer function. The counting direction signal f(PHI, phi) then behaves according to the function:
f(PHI, phi) = sin (PHI)* cos (phi) - cos (PHI) *sin (phi) = sin (PHI - phi), (2)f(PHI, phi) = sin (PHI)* cos (phi) - cos (PHI) *sin (phi) = sin (PHI - phi), (2)
deren Graph f(phi, PHI) in Fig. 4 dargestellt ist.whose graph f(phi, PHI) is shown in Fig. 4.
Da die Funktionswerte, für die gilt: f(phi, PHI) > 0, den Zähler 2 nur veranlassen müssen, vorwärtszuzählen und die Funktionswerte, für die gilt: f(phi; PHI) < 0, dazu führen sollen, daß der Zähler rückwärtszählt, ist es ausreichend, nur das Vorzeichen der Funktion f(phi, PHI) zur Ansteuerung des Zählers als Zählrichtungssignal zu verwenden.Since the function values for which f(phi, PHI) > 0 only have to cause counter 2 to count up and the function values for which f(phi; PHI) < 0 should cause the counter to count down, it is sufficient to use only the sign of the function f(phi, PHI) to control the counter as a counting direction signal.
Nachteilig an der oben beschriebenenDisadvantageous to the above-described
Schaltungsanordnung ist, daß zwei Rückkoppelschleifen 4, mit zwei Multiplizierern 11, 12, zwei Funktionsnetzwerken 16, 17 und zwei Digital-Analogwandlern 14, 15 benötigtCircuit arrangement is that two feedback loops 4, with two multipliers 11, 12, two function networks 16, 17 and two digital-analog converters 14, 15 are required
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werden, um den erfindungsgemäßen Sinus/Digital-Wandler zu realisieren.in order to realize the sine/digital converter according to the invention.
Die beschriebenen Nachteile werden in der in Fig. 5 dargestellten zweiten Schaltungsanordnung eines Sinus-Digital -Wandlers bei dem als Bezugsgröße ein vorbestimmter Zählerstand phiy, vorzugsweise phiy=0, des Zählers 2 einem vorbestimmten Winkelwert PHIV, vorzugsweise PHIy=O0, der Eingangssignale zugeordnet ist, vermieden.The disadvantages described are avoided in the second circuit arrangement of a sine-digital converter shown in Fig. 5, in which a predetermined counter reading phiy, preferably phiy=0, of the counter 2 is assigned as a reference value to a predetermined angle value PHI V , preferably PHIy=O 0 , of the input signals.
Diese zweite Ausführungsform zeichnet sich zunächst dadurch aus, daß sie nur eine Rückkoppelschleife 4 mit einem Multiplizierer 11, einem Funktionsnetzwerk 16, das eine Tangens- bzw. Cotangens-Übertragungsfunktion aufweist, und einem D/A-Wandler 14 umfaßt. Zur Darstellung der Funktionsweise dieser Schaltungsanordnung, wobei zunächst die Umschaltsteuerung 40, 41 außer Betracht bleiben soll, seien zwei sinusförmige Signale e-j_ = sin (PHI) , e2 = cos (PHI) an die Schaltungsanordnung angelegt. Als Signale an den Komparatoreingängen 9, 10 liegen dann die Signale:This second embodiment is characterized by the fact that it comprises only one feedback loop 4 with a multiplier 11, a functional network 16, which has a tangent or cotangent transfer function, and a D/A converter 14. To illustrate the functionality of this circuit arrangement, whereby the switching control 40, 41 is initially disregarded, two sinusoidal signals e-j_ = sin (PHI), e 2 = cos (PHI) are applied to the circuit arrangement. The signals at the comparator inputs 9, 10 are then:
U1 = sin (PHI) und n2 = cos (PHI) * tan (phi) an,U 1 = sin (PHI) and n 2 = cos (PHI) * tan (phi),
wobei das Funktionsnetzwerk 16 eine Tangensübertragungsfunktion aufweisen soll. Das Signal am Komparatorausgang 25 f]_ (phi, PHI) ist dann gegeben zu:where the function network 16 should have a tangent transfer function. The signal at the comparator output 25 f]_ (phi, PHI) is then given as:
f-L (phi,PHI) = sin (PHI) - cos (PHI) * tan (phi). (3)f-L (phi,PHI) = sin (PHI) - cos (PHI) * tan (phi). (3)
Um das für die Zähleransteuerung benötigte Zählrichtungssignal f(phi, PHI) gemäß zuvor gegebener Definition zu erhalten, ist es notwendig, die Funktion f]_ (phi, PHI) mit der Funktion cos (phi) zu multiplizieren. Da als Zählrichtungssignal nur das Vorzeichen der Funktion f (phi, PHI) verarbeitet wird, kann man die Multiplikation von f-j_ mit cos (phi) sehr einfach durch das Einbringen eines gesteuerten EXOR-Gatters 3 0 zwischen denIn order to obtain the counting direction signal f(phi, PHI) required for the counter control according to the previously given definition, it is necessary to multiply the function f]_ (phi, PHI) by the function cos (phi). Since only the sign of the function f (phi, PHI) is processed as the counting direction signal, the multiplication of f-j_ by cos (phi) can be carried out very simply by inserting a controlled EXOR gate 3 0 between the
Komparatorausgang 25 und den Zählrichtungseingang 20 des Zählers 2 realisieren.Implement comparator output 25 and counting direction input 20 of counter 2.
Die Funktion f (phi, PHI) für das oben geschilderte Beispiel ist in Fig. 6 dargestellt. Wie diesem Schaubild entnommen werden kann, weist die Funktion f (phi, PHI) außer den gewünschten Eigenschaften Polstellen auf, die durch die Tangens-Funktion bei phi = 270°, 90°, -90°, -270° verursacht werden. Diese Unendlichkeitsstellen verhindern, daß es in einer Schaltungsanordnung mit einer Rückkoppelschleife ohne Umschaltsteuerung 40, 41 möglich ist, das Zählrichtungssignal f (phi, PHI) über eine volle Periode von 3 60° darzustellen. Für den Fachmann einsichtig ist dies auch nicht möglich, wenn anstelle der Tangens-Funktion die Cotangens-Funktion als Übertragungsfunktion des einen Funktionsnetzwerkes 16 gewählt wird, da dann Polstellen bei den Winkeln phi = 180°, 0° und -180° auftreten.The function f (phi, PHI) for the example described above is shown in Fig. 6. As can be seen from this diagram, the function f (phi, PHI) has poles in addition to the desired properties, which are caused by the tangent function at phi = 270°, 90°, -90°, -270°. These infinity points prevent it from being possible to display the counting direction signal f (phi, PHI) over a full period of 3 60° in a circuit arrangement with a feedback loop without switching control 40, 41. This is also not possible for the expert if the cotangent function is selected as the transfer function of one function network 16 instead of the tangent function, since poles then occur at the angles phi = 180°, 0° and -180°.
Bekanntermaßen sind die Polstellen der Tangens- und der Cotangens-Funktion aber jeweils um 90° versetzt, so daß die Darstellung einer Funktion f (phi, PHI) über die volle Periode für den Fall zweier sinusförmiger Signale e-j_, e2 mit einer Rückkoppelschleife möglich ist, wenn die Tangensund die Cotangens-Funktion als Übertragungsfunktionen Ü nur abschnittsweise einsetzt werden. Eine solche abschnittsweise, aus Tangens und Cotangens gebildete Übertragungsfunktion Ü des Funktionsnetzwerkes 16 ist in Fig. 7 dargestellt. Für diese Übertragungsfunktion ergibt sich als Zählrichtungssignal f (phi, PHI):As is known, the poles of the tangent and cotangent functions are each offset by 90°, so that the representation of a function f (phi, PHI) over the full period is possible for the case of two sinusoidal signals e-j_, e 2 with a feedback loop if the tangent and cotangent functions are only used in sections as transfer functions Ü. Such a section-wise transfer function Ü of the function network 16, formed from tangent and cotangent, is shown in Fig. 7. For this transfer function, the counting direction signal f (phi, PHI) is:
[sin(PHI)-cos(PHI)*Un(phi)]*sign[cos(pht)] ,für -180° < phi < -135° [sin(PHI)-cos(PHI)*Un(phi)]*sign[cos(pht)] ,for -180° < phi < -135°
[ sin (PHI)* cot (phi)- cos (PHI)] * sign[sin (p/w)] ,für -135° <phi< -45°[ sin (PHI)* cot (phi)- cos (PHI)] * sign[sin (p/w)] ,for -135° <phi< -45°
[sm(PHI)-cos(PHI)*Un(pht)]*sign[cos(phi)] ,für -45° <phi< [sm(PHI)-cos(PHI)*Un(pht)]*sign[cos(phi)] ,for -45° <phi<
[sin (PHI) * cot (phi) - cos (PHI)] * signfsin (phi)] , für 45° < phi < [sin (PHI) * cot (phi) - cos ( PHI)] * signfsin (phi)] , for 45° < phi <
[ sin (PHI) - cos (PJET/) * tan (phi)] * signfcos (phi)] , für 135° < phi < 180°[ sin (PHI) - cos (PJET/) * tan (phi)] * signfcos (phi)] , for 135° < phi < 180°
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Wie Fig. 8 zeigt, besitzt das obige, abschnittsweise definierte Zählrichtungssignal f (phi, PHI) bei sinus- bzw. cosinusförmigen Eingangssignalen el, e2 keine Polstellen und ermöglicht damit die Ansteuerung des Zählers 2 gemäß Fig.3. Um die jeweiligen Funktionsbereiche zur Bildung eines abschnittsweisen definierten Zählrichtungssignals auswählen zu können, umfaßt die in Fig. 5 dargestellte Schaltungsanordnung die Umschaltsteuerung 40, 41. Die Umschaltsteuerung 40, 41 steuert sowohl die Umschaltung der Eingangssignale e-^ und e2 auf die Eingänge 9, 10 des Komparators als auch die Umschaltung des Funktionsnetzwerkes 16 zwischen der Tangens- und der Cotangens-Funktion. Die Auswahl der Übertragungsfunktion und der jeweiligen mit dieser zu multiplizierenden Eingangssignale &&khgr;,&2 hängt nur vom Zählwert phi ab, der durch den Decodierer 40 der Umschaltsteuerung ermittelt wird. Als Umschaltpunkte der Umschaltsteuerung 40, 41 ergeben sich für die abschnittsweise eingesetzte tan- und cot-Übertragungsfunktion Ü gemäß Fig.7 die Winkelwerte phi = 2K+1 * 45°, KeZ.As Fig. 8 shows, the above section-wise defined counting direction signal f (phi, PHI) has no poles for sinusoidal or cosinusoidal input signals el, e2 and thus enables the control of the counter 2 according to Fig. 3. In order to be able to select the respective functional areas for forming a section-wise defined counting direction signal, the circuit arrangement shown in Fig. 5 comprises the switching control 40, 41. The switching control 40, 41 controls both the switching of the input signals e-^ and e 2 to the inputs 9, 10 of the comparator and the switching of the function network 16 between the tangent and cotangent functions. The selection of the transfer function and the respective input signals &&khgr;,&2 to be multiplied by it depends only on the count value phi, which is determined by the decoder 40 of the switching control. The switching points of the switching control 40, 41 for the sectionally used tan and cot transfer function Ü according to Fig.7 are the angle values phi = 2K+1 * 45°, KeZ.
Die Funktionsweise der Umschaltsteuerung soll für das Beispiel e1 = sin (PHI); e2 = cos (PHI) und den Winkelbereich -180° < phi < -45° im folgenden beschrieben werden. Detektiert der Decodierer 40 einen Wert phi im Intervall [ -180° - 135° [, so wird im Funktionsnetzwerk die tan-Funktion angewählt, und die Segmentumschaltung wählt für den Eingang 9 des Komparators das Signal n-L = e-^ = sin (PHI) aus. Am Eingang 10 liegt dann das Signal n2 = cos (PHI) * tan(phi) an, womit sich die Funktion f(phi,PHI) in dem Intervall [ -180° -135° [ gemäß Gl. 4 ergibt. Liegt der vom Decodierer 40 ermittelte Wert im Bereich [ 135°; 45°[, so wird als Signal für den Eingang 9 die Funktion n2 = e2 = cos (PHI) und im Funktionsnetzwerk die cot-Funktion ausgewählt, so daß das Signal n2 = sin(PHI) * cot(phi) am Eingang 10 anliegt und sich die invertierte Funktion f(phi,PHI) im Intervall [ -135° -45° [ gemäß Gl.4 ergibt.The functioning of the switching control is described below for the example e 1 = sin (PHI); e 2 = cos (PHI) and the angular range -180° < phi < -45°. If the decoder 40 detects a value phi in the interval [ -180° - 135° [, the tan function is selected in the function network and the segment switching selects the signal nL = e-^ = sin (PHI) for input 9 of the comparator. The signal n 2 = cos (PHI) * tan(phi) is then present at input 10, resulting in the function f(phi,PHI) in the interval [ -180° -135° [ according to equation 4. If the value determined by the decoder 40 is in the range [ 135°; 45°[, the function n 2 = e 2 = cos (PHI) is selected as the signal for input 9 and the cot function is selected in the function network, so that the signal n 2 = sin(PHI) * cot(phi) is applied to input 10 and the inverted function f(phi,PHI) is obtained in the interval [ -135° -45° [ according to Eq.4.
Die Umschaltung auf und zwischen den anderen Intervallen der Gl.4 erfolgt auf analoge Art und Weise.The switching to and between the other intervals of Eq.4 is done in an analogous manner.
Um zum Zählrichtungssignal f(phi,PHI) gemäß Gl.4 zu gelangen ist für die oben beschriebene Umschaltsteuerung 40,41 eine Invertierung des Komparatorausgangssignals für die Bereiche phi e [-135°; -45°[ und phi e [-45°; 135° [ notwendig. Dies wird durch Ansteuerung des EXOR-Gatters 3 erreicht, das damit zwei Funktionen erfüllt, zum einen führt es die Signum-Funktion aus, die der Multiplikation mit sin phi bzw. cos phi entspricht; zum anderen invertiert sie das Signal in den oben angegebenen Bereichen.In order to obtain the counting direction signal f(phi,PHI) according to equation 4, the switching control 40,41 described above requires an inversion of the comparator output signal for the ranges phi e [-135°; -45°[ and phi e [-45°; 135° [. This is achieved by controlling the EXOR gate 3, which thus fulfils two functions: firstly, it carries out the signum function, which corresponds to multiplication by sin phi or cos phi; secondly, it inverts the signal in the ranges specified above.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung wird der D/A-Wandler 14, das Funktionsnetzwerk 16 mit der Tangens- bzw. Cotangens-Übertragungsfunktion und der Multiplizierer 11 zu einem einzigen Bauelement, dem tan-D/A-Wandler 50, zusammengefaßt. Eine mögliche schaltungstechnische Realisierung eines solchen tan-D/A-Wandlers 50 ist in Fig. 9 dargestellt. In dieser Ausführungsform wird der tan-D/A-Wandler 50 durch in Reihe hintereinander geschaltete Widerstände R1, R2, R3 realisiert. Deren Widerstandswerte sind nicht, wie bei Parallelwandlern üblich, alle gleich groß, sondern mit der Tangens-Funktion gewichtet. Im vorliegenden Beispiel wurden die Werte zu R1 = 420 &OHgr;, R2 = 310 &OHgr; und R1 = 270 &OHgr; gewählt.In an expedient embodiment of the invention, the D/A converter 14, the functional network 16 with the tangent or cotangent transfer function and the multiplier 11 are combined to form a single component, the tan D/A converter 50. A possible circuit implementation of such a tan D/A converter 50 is shown in Fig. 9. In this embodiment, the tan D/A converter 50 is implemented by resistors R 1 , R2, R3 connected in series. Their resistance values are not all the same, as is usual with parallel converters, but are weighted with the tangent function. In the present example, the values selected were R 1 = 420 Ω, R 2 = 310 Ω and R 1 = 270 Ω.
Da die Kurvenverläufe der tan- bzw. cot-Funktion betragsmäßig oder spiegelbildlich im Abstand von 45° identisch sind (s. auch Fig. 8), ist es bei entsprechender Auslegung der Umschaltsteuerung 40, 41 ausreichend, daß der tan-D/A-Wandler der in einer Schaltungsanordnung gemäß Fig. 5 zur Anwendung kommt, nur für einen Winkelbereich von 0° bis 45°, wie in dem in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel, aufgebaut wird.Since the curves of the tan or cot function are identical in terms of magnitude or mirror image at intervals of 45° (see also Fig. 8), it is sufficient, with appropriate design of the switching control 40, 41, that the tan D/A converter used in a circuit arrangement according to Fig. 5 is only constructed for an angle range of 0° to 45°, as in the embodiment shown in Fig. 9.
Die Multiplikation im tan-D/A-Wandler 50 wird dadurch ausgeführt, daß die Funktion elf e2 bspw. e2 = cos (PHI), e-j_ = sin (PHI) als Referenzspannung an dem einen Anschluß 51 des Wandlers 50 anliegt, der andere Anschluß 52 sich aufThe multiplication in the tan D/A converter 50 is carried out by applying the function e lf e 2 e.g. e 2 = cos (PHI), e-j_ = sin (PHI) as a reference voltage to one terminal 51 of the converter 50, the other terminal 52 being on
einem Bezugspotential Uß, vorzugsweise OV, befindet und entsprechend dem Zählerstand von phi die richtige Referenzspannung an den Abgriffen 56, 57, 58, 59 angeschaltet wird. Für phi e [0°,45°] entspricht das am Abgriff 56 anliegende Bezugspotential UB gerade dem vorbestimmten Zählerstand phiy, beispielsweise 0. Dabei repräsentiert bei einem am Anschluß 51 anliegenden Signal e2 = cos (PHI) und den zuvor aufgeführten Widerständen Rl = 420 &OHgr;, R2 = 310 &OHgr; und R3 = 270 &OHgr; der Abgriff 59 einen Wert tan (45°) * cos (PHI), der Abgriff 58 einen Wert tan(30°)*cos(PHI), der Abgriff 57 einen Wert tan(15°)*cos(PHI) und der Abgriff 56 einen Wert tan(0°)*cos(PHI). Da ein tan-D/A-Wandler der zuvor beschriebenen Form bei einem konstanten Eingangssignal ständig ein Least-Significant-Bit (LSB) nach oben oder unten zählt, würde der Wandler nie zur Ruhe kommen. Um dies zu verhindern, kann man Anzapfungen 60, 61, 62 vorsehen, die dazu dienen,daß bei konstantem Winkelwert am Eingang auch ein konstanter Ausgangswert durch den Wandler geliefert wird. Dies wird dadurch erreicht, daß in einem Zwischenschritt die Mittelspannung an der jeweiligen Anzapfung z.B. 61 zwischen zwei Abgriffen, z.B. den Abgriffen 58 und 57, mit dem Eingangssignal verglichen wird. Ist die Mittelspannung kleiner, wird der Zählerstand an den Komparator 1 gelegt. Hierbei kann sich der Zählerstand nicht ändern. Umfasst das Eingangssignal wiederum einen Winkelwert, der im Winkelbereich des ersten Schrittes liegt, so wird sich wieder dieselbe Mittelspannung ergeben, und der Zählerstand verändert sich nicht mehr.a reference potential U ß , preferably OV, and the correct reference voltage is switched on at taps 56, 57, 58, 59 according to the counter reading of phi. For phi e [0°,45°] the reference potential U B applied to tap 56 corresponds exactly to the predetermined counter reading phiy, for example 0. With a signal e2 = cos (PHI) applied to terminal 51 and the previously listed resistances Rl = 420 Ω, R 2 = 310 Ω and R 3 = 270 Ω, tap 59 represents a value tan (45°) * cos (PHI), tap 58 a value tan (30°) * cos (PHI), tap 57 a value tan (15°) * cos (PHI) and tap 56 a value tan (0°) * cos (PHI). Since a tan D/A converter of the form described above constantly counts a least significant bit (LSB) up or down with a constant input signal, the converter would never come to rest. To prevent this, taps 60, 61, 62 can be provided, which ensure that a constant output value is also supplied by the converter when the angle value at the input is constant. This is achieved by comparing the mean voltage at the respective tap, e.g. 61, between two taps, e.g. taps 58 and 57, with the input signal in an intermediate step. If the mean voltage is lower, the counter reading is applied to comparator 1. The counter reading cannot change here. If the input signal again contains an angle value that is in the angle range of the first step, the same mean voltage will result again and the counter reading will no longer change.
Anstelle von Anzapfungen 60, 61, 62 ist es auch möglich, einen Spannungsteiler mit einstellbarem Teilerverhältnis an den jeweiligen Abgriff anzuschalten, der als Kondensator mit kapazitivem Teiler aufgebaut ist.Instead of taps 60, 61, 62, it is also possible to connect a voltage divider with an adjustable divider ratio to the respective tap, which is constructed as a capacitor with a capacitive divider.
Um die Verarbeitung auch von nichtsinusförmigen, periodischen Eingangssignalen e-j_ und e2 oder verzerrtenIn order to process non-sinusoidal, periodic input signals e-j_ and e 2 or distorted
sinusförmigen Eingangsignalen zu ermöglichen, ist in einer weiteren Ausführungsform des tan-D/A-Wandlers mit Vorteil vorgesehen, daß das Funktionsnetzwerk eine Abgleichvorrichtung 70, 71, 72 umfaßt, mit der die dem Zählerstand zugeordneten Spannungswerte so verändert werden können, daß der Winkelbereich 5phi, der einer Änderung des Zählerstandes um ± 1 entspricht, bei beliebigen Eingangssignalen e-^ e2 immer gleich groß ist.In order to enable the use of sinusoidal input signals, a further embodiment of the tan D/A converter advantageously provides that the functional network comprises an adjustment device 70, 71, 72 with which the voltage values assigned to the counter reading can be changed in such a way that the angular range 5phi, which corresponds to a change in the counter reading by ± 1, is always the same size for any input signals e-^ e 2 .
Zum Beispiel muß bei zwei um 90° phasenverschobenen DreiecksignalenFor example, with two triangle signals that are 90° out of phase,
e-L = (A * PHI) /90° unde-L = (A * PHI) /90° and
e2 = A * (1 - PHI/9O°) PHI e [0°,90°]e 2 = A * (1 - PHI/9O°) PHI e [0°,90°]
anstelle der Tangens-Funktion die folgende Übertragungsfunktion durch das Funktionsnetzwerk dargestellt werden:instead of the tangent function, the following transfer function can be represented by the function network:
phi / (90° - phi). (5)phi / (90° - phi). (5)
phi e [0°,90°]phi e [0°,90°]
Die für die beiden dargestellten Beispiele ermittelten Übertragungsfunktionen tan phi und phi / (90 - phi) sind in Fig. 10 dargestellt. Die Funktion phi / (90 - phi) ist der Tangens-Funktion sehr ähnlich, aber stärker gekrümmt.The transfer functions tan phi and phi / (90 - phi) determined for the two examples shown are shown in Fig. 10. The function phi / (90 - phi) is very similar to the tangent function, but more curved.
Beide Funktionen können in einer einzigen Schaltungsanordnung realisiert werden, wenn die Wichtung der einzelnen Widerstände R1, R2, R3 so verändert werden kann, daß die eine oder andere Übertragungsfunktion Ü durch die jeweils gewählte Widerstandkette diskret dargestellt wird. Darüberhinaus ermöglicht die Abgleichvorrichtung 70, 71, 72 eine Anpassung der Übertragungsfunktion an beliebig verzerrte Signale, womit eine kundenspezifisch Einstellung der jeweiligen Schaltungsanordnung ermöglicht wird.Both functions can be implemented in a single circuit arrangement if the weighting of the individual resistors R 1 , R 2 , R3 can be changed so that one or the other transfer function Ü is represented discretely by the respective selected resistor chain. In addition, the adjustment device 70, 71, 72 enables the transfer function to be adapted to any distorted signals, thus enabling a customer-specific setting of the respective circuit arrangement.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es somit erstmals auf einfache Art und Weise möglich, Winkellagen von beliebigen, gegeneinander phasenverschobenen, periodischen Signale in digitaler Form zu ermitteln, wobeiWith the device according to the invention it is thus possible for the first time in a simple manner to determine angular positions of any periodic signals that are phase-shifted against each other in digital form, whereby
diese eine kompakte Schaltungsanordnung umfasst, die leicht als integrierte, kundenspezifische Schaltung ausgeführt werden kann.This comprises a compact circuit arrangement that can easily be implemented as an integrated, customer-specific circuit.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE9318885U DE9318885U1 (en) | 1993-12-09 | 1993-12-09 | Circuit arrangement for binary coding of the converter of phase-shifted periodic input signals |
Applications Claiming Priority (1)
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DE9318885U DE9318885U1 (en) | 1993-12-09 | 1993-12-09 | Circuit arrangement for binary coding of the converter of phase-shifted periodic input signals |
Publications (1)
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DE9318885U1 true DE9318885U1 (en) | 1994-03-24 |
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ID=6901747
Family Applications (1)
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DE9318885U Expired - Lifetime DE9318885U1 (en) | 1993-12-09 | 1993-12-09 | Circuit arrangement for binary coding of the converter of phase-shifted periodic input signals |
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---|---|
DE (1) | DE9318885U1 (en) |
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- 1993-12-09 DE DE9318885U patent/DE9318885U1/en not_active Expired - Lifetime
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