HU180614B - Eljárás és kapcsolási elrendezés, előnyösen gyorsműködésű A/D konverterek zavarelnyomására - Google Patents

Description

A találmány tárgya olyan eljárás és azt megvalósító kapcsolási elrendezés, mely a gyorsműiködésü A/D konverterek nagyfokú zavarelnyomását biztosítja.

A nagyipontosságú digitális mérőműszereknél igen fontos követelmény a megfelelően nagy(fokú zavarelnyomás.

Közismert, hogy az ilyen jellegű méréseknél a mindig fellépő zavarokat általában szűrő közbeiktatásával, vagy jó zavarelnyomást biztosító A/D konverzióval pl. dual-slope lehet a kívánt mértékben, azaz a műszer felbontóképességének arányában csökkenteni.

Gyors méréseknél azonban egyik műszer sem alkalmazható, mert a szűrő alkalmazása növeli a beállási időt, a dual-slope módszer pedig a hálózati frekvencia periódus-idejével összemérhető mérési időt tesz lehetővé.

Korszerű mérőműszerekkel szemben támasztott alapvető követelmény hogy a mérés jellegének megfelelő felbontóképességgel, zavarvédettséggel, valamint gyors mérés- és értékeléssel rendelkezzen.

Közismert, hogy a napjaink irodalmában számtalan olyan módszert ajánlanak, mely a gyors mérések elvégzésére és értékelésére alkalmasak, például kompenzációs, rarnp, dual ramp, stb. A felhasználók részéről e módszerek alkalmazását elsősorban a gyártandó műszerek fel180 614 bontóképessége, pontossága és nem utolsósorban azok működési sebessége szabja meg.

E mérési módszerekre közösen jellemző, hogy 100 nanosec- 10 rmsec-ig tartó konverziós idő5 ivei rendelkeznek, a felbontóképességük, illetve pontosságuk 10“² — 10^_s nagyságrendbe esik, zavarelnyomásuk kb. 20—40 dB. E módszerekre további közös jellemző, hogy a mérési eredmények statisztikus jellegűek, vagyis a mért jelnek a pillanatnyi értékét adják, mely zavaró jel jelenlétében ettől jelentős értékben eltérhet.

A fenti hibák kiküszöbölése érdekében a gyártó művek a műszerben többszöri mérést végeznek, és azok átlagát képezik.

E műveletekből viszont egyértelműen megállapítható, hogy a való érték megközelítése érdekében nagyszámú mérést kell végrehajtani és azokat átlagolni, nem szorul bizonyításra, hogy eközben az értékelési idő megnyúlik.

Ismeretes, hogy a gyártók a 'kivitelezett műszerekben a dual-slope elvét alkalmazzák szívesen.

Az elvet ismerteti dr. Pápay Zsolt a BME Vilamosmérnöki Kar által 1974-ben kiadott „Digitális Méréstechnika” című jegyzetében.

A dual-slope elv lényegében tehát a következő:

Egy méréshatárváltó után kötött integráló kondenzátort egy ellenálláson keresztül a háló30 zati zavar periódus idejének egészszámú több1 szőrösével egyenlő ideig feltöltik. Ez idő alatt a hálózati zavarok átlag értéke nullához közelít. A hosszabb (20—80 m,sec) integrálási idő által okozott összmérési idő veszteséget a kondenzátor gyors kisütésével lehet csökkenteni. E gyors kisütés általában 20—40 msec.

A fentiek alapján tehát megállapítható, hogy a mérés're fordított teljes időt a feltöltés vagy integrálás és a kisütés idejének összege adja.

A dual-slope elv tehát lényegében a mérési idő csökkentését tűzte ki céljául, azonban ennek határozott korlátot szab a hálózati zavar 20 msec-os periódus ideje.

A fentiekben ismertetett zavarvédett mérési elvet gyakorlatban például a 367 545 lajstromszámú szovjet szabadalom valósította meg.

A hivatkozott szabadalomban a kapcsolási elrendezés biztosítja a minimális zavarátlagértéket.

A hivatkozott szabadalom lényege, hogy a mérést két részletben valósítja meg, amely idők között mérés megszakítást tart. Ez a mérés megszakítás időtartamát tekintve a zavarójel nullátmenetére szimmetrikus.

A nullátmenetet egy nullkomparátor határozza meg, amelynek a működési sebessége az alkalmazott mérési elv miatt nem kritikus.

A beiktatott mérés megszakítás biztosítja a zavarójel teljes periódusára történő átlagolást. A mérés megszakítás szünet ideje a zavarójel-frekvenciától függően automatikusan változik.

A mérés megszakítás nullátmenetre való szimmetriáját egy reverzibilis számláló biztosítja.

A gyakorlatban kivitelezett műszerekben a dual-slope elvét alkalmazzák. Az elv lényegéből következik, hogy a mérési idő 20—40 msec-nél rövidebb nem lehet.

Az elektronikus alkatrészek gyártásánál, ahol gyártás közben nagytömegű mérésre van szükség, pl. potenciométer-pálya jelleggörbéjének ellenőrzésekor a dual-slope elvét megvalósító műszerek mérési ideje már nem elégíti ki az igényeket, e ténynek éppen az elérhető mérési idő szab határt.

A gyártóműveknél tehát felmerült az a jogos igény, hogy 20 msec-nél kisebb mérési idővel rendelkező műszereket alkalmazzanak.

A mérési idő rövidítését pedig a mintavételezést megvalósító A/D konverter felhasználásával lehet végrehajtani.

Közismert azonban az is, hogy a mintavételező A/D konverter önmagában még nem biztosítja a megfelelő zavarelnyomást, ezért még további intézkedés szükséges, hogy azo'k ezen igényeknek megfeleljenek.

A találmány tárgya tehát olyan eljárás, és azt megvalósító kapcsolási elrendezés, mely a gyorsműködésű A/D konverterek nagyfokú zavarelnyomását biztosítja.

A kitűzött feladatot azzal oldjuk meg, hogy az egyszeri mintavétel időpontját úgy választjuk meg, hogy az egyszeri mintavétel a mérendő jel beállási tranziensei után, illetve az egyéb zavaró jelek minimumának időpontjában történjen. A beállási tranziens alatt egyrészt azt értjük, 2 mikor a mérőeszköz összekapcsolódik a mérendő objektummal, másrészt amíg a mérőeszköz eléri a mérendő jelnek megfelelő állandósuló értéket, pl. átkapcsolási idők, jelfelfutási idők, prell stb.

A javasolt eljárást megvalósító kapcsolási elrendezést az 1—2 ábrában mutatjuk be.

Az 1. ábra a mérő elrendezést a 2, ábra pedig a gyorsműködésű AC ablakikomparátor kapcsolási elrendezését vázolja.

Az eljárást foganatosító kapcsolási elrendezést, melyet az 1. ábrában mutattunk be, az ismert 1 mintavevő áramkör, a 3 A/D konverter és a 4 vezérlőegység olymódon vannak elrendezve, hogy az U_x mérendő jel bemenetére a 3 A/D konverteren keresztül az U_y értékelt jel kimenetére csatlakozik. A 4 vezérlőegység egy utas kapcsolattal az 1 mintavevő áramkörbe, két utas kapcsolattal pedig a 3 A/D konverterbe van bekötve, továbbá az U„ mérendő jel bemenete és a 4 vezérlőegység közé a 2 gyorsiműködésű AC ablakkomparátor van közbeiktatva.

Az 1. ábrában feltüntetett kapcsolási elrendezés működése a következő:

Az elrendezés U„ mérendőjel bemenetén megjelenő mérendő jelből vesz mintát, és tárolja az 1 mintavevő áramkör. E tárolt jelet értékeli a 3 A/D konverter. A mintavétel időpontját azonban a 2 gyorsműködésű AC ablakkomparátor határozza meg olymódon, hogy a mérendő jel váltakozó feszültségi komponensének minimumán legyen. A 2 gyorsműködésű AC ablakkomparátor, hogy ezt a feladatot elvégezhesse az ismert komparátoroktól eltérő kapcsolási elrendezéssel rendelkezik. A 2 gyorsműködésű AC ablakkomparátor vezérlőegység mintavételi parancsot ad az 1 mintavevő áramkörnek, valamint vezérli a 3 A/D konvertert.

Az általunk javasolt eljárás és az azt megvalósító 1. ábrában bemutatott kapcsolási elrendezés működésének egyik feltétele, hogy az alkalmazott 2 gyorsműködésű AC ablakkomparátor kapcsolási elrendezés a 2. ábrában bemutatatott legyen.

A hivatkozott ábrában megjelölt 2 gyorsműködésű AC ablakkomparátor bemenetére egy C kondenzátor egyik fegyverzetével csatlakozik, mely C kondenzátor másik fegyverzete az Rí, Ra ellenállások és D2, D3 diódák által alkotott közösített pontra vannak bekötve. E közösített pontból az Rí ellenállás az 5 műveleti erősítő negatív bemenetére, míg az R2 ellenállás pedig egy további 6 műveleti erősítő negatív bemeneti pontjára van bekötve, a közösített pont diódái közül a D2 dióda egy további Di diódán keresztül az 5 műveleti erősítő negatív bemenetére a D3 dióda egy további D4 diódán keresztül a 6 műveleti erősítő negatív bemenetére vannak csatlakoztatva.

Az 5 műveleti erősítő kimenetével a 7 nullkomparátor negatív bemenetére, míg a 6 műveleti erősítő kimenetével egy további 8 nullkomparátor pozitív bemenetére vannak bekötve. Az ugyanezen 7, 8 nullkomparátorok kimenetei kö-25 zösítettek. Az 5 műveleti erősítő D?, Di diódapár közösített pontja a 7 nullkomparátor negatív bemenetére, a további 6 műveleti erősítő a hozzá tartozó D3, D4 diódapár közösített pontja pedig a 8 nulkomparátor pozitív bemenetére csatlakoznak. Az 5, 6 műveleti erősítők pozitív bemenetelre csatlakoznak a referenciaforrás a 7 nullkomparátor pozitív bemenete. A 8 nullikomparátor negatív bemenete pedig a földre van csatlakoztatva.

A 2. ábrában bemutatott kapcsolási elrendezés működése a következő:

A kapcsolási elrendezés szimmetrikus felépítésű, ami azt jelenti, hogy a mérendő jelen lévő váltakozó feszültség polaritásától függően működnek az ágak.

Amennyiben a váltakozó feszültség amplitúdója kisebb a referencia feszültségénél, a nulkomparátorök alapállapotban vannak, vagyis a közösített kimenetükön nullszint van jelen. Ha a bemeneti feszültség meghaladja a referenciafeszültség szintjének értékét, akkor a mérendő jelen lévő váltakozó feszültség polaritásától függően az egyik ág nullikomparátora kibillen, és a közösített kimeneten logikai „1” szint jelenik meg. A komparálási szint felett a kapcsolási elrendezés időállandóját a bemeneti csatoló kondenzátor, valamint a visszacsatoló D2, D3 diódák differenciális ellenállása határozza meg. A komparálási szint alatt az időállandót a bemeneti csatoló kondenzátor, valamint az 5, 6 műveleti erősítők bemenetére csatlakozó Rí, R2 ellenállások határozzák meg.

A fentiekből következik, hogy a komparálási szint felett a kapcsolási elrendezés kis időállandóval, a komparálási szint alatt pedig nagyságrendekkel nagyobb időállandóval rendelkezik, melynek megfelelően alakulnak a kapcsolási elrendezés fázisviszonyai.

A találmány legfőbb előnye, hogy egyetlen méréssel megállapítható a mérendő jel tényleges értéke. Ebből következik, hogy nem szükséges több mérés átlagát képezni, következésképpen elhagyhatók az ezt végrehajtó elektronikus áramkörök. Az általunk javasolt műszerekben 2 msec-os mérési idő valósítható meg.

További előnye, mely a kivitelezett példákból bizonyítható, hogy a zavarelnyomása az ismert hasonló rendeltetésű kapcsolási elrendezésekhez képest két nagyságrenddel nagyobb, kb. 80 dB. Mindezekből következik, hogy az általunk javasolt kapcsolási elrendezés egyszerűbb felépítésű, speciális alkatrész igénye nincs.

Claims (1)

1. Szabadalmi igénypontok:

   1. Eljárás nagyfokú zavarelnyomás biztosítására előnyösen gyors működésű A/D koverterg hez, melynek során a mérendő jelből mintát veszünk, azzal jellemezve, hogy a mérendő jel beállítási tranziensei után a zavaró jelek minimumának időpontjában egyszer veszünk mintát.

   IQ 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatost ó kapcsolási elrendezés, mely mintavevő áramkört (1), A/D konvertert (3) és vezérlőegységet (4) tartalmaz, melyek olymódon vannak elrendezve, hogy a mérendő jel bemenetére (U J

   15 a mintavevő áramkör (1) van bekötve az ugyanezen mintavevő áramkör (1) az A/D konverteren (3) keresztül az értékelt jel kimenetére (U J csatlakozik ,a vezérlőegység (4) egyutas kapcsola tál a mintavevő áramköribe (1) kétutas kap20 csolattal pedig az A/D konverterbe (3) van bekötve, azzal jellemezve, hogy a mérendő jel bemenete (UJ és a vezérlőegység (4) közé egy gyorsműködésű AC ablakkomparátor (2) van közbeiktatva.

   25 3. A 2. igénypont szerinti kapcsolási elrendezés kiviteli alakja azzal jellemezve, hogy a gyorsműködésű AC ablakkomparátor (2) bemenetére egy kondenzátor (C) egyik fegyverzete az ellenállások (Rí, R2) és a diódák (D2, D3)

   30 ál'al alkotott közösített pontra van bekötve, e közösített pontból az egyik ellenállás (Rí) a műveleti erősítő (5) negatív bemenetére, míg a másik ellenállás (R2) pedig egy további műveleti erősítő (6) negatív bemeneti pontjára van be35 kötve, a közösített pont diódái közül az egyik dióda (D2) egy további diódán (Di) keresztül a ml vele ti erősítő (5) negatív bemenetére a másik dióda (D3) egy további diódán keresztül a műveleti erősítő (6) negatív bemenetére vannak

   40 csatlakoztatva, az egyik műveleti erősítő (5) kimenetével egy nullkomparátor (7) negatív bemenetére a másik műveleti erősítő (6) kimenetével pedig egy további nullkomparátor (8) pozitív bemenetére vannak bekötve, az ugyanezen

   45 nullkomparátorolk (7, 8) kimenetei közösítettek, a műveleti erősítő (5) diódák (D2, Di) közösített pontja a nullkomparátor (7) negatív bemenetére a további műveleti erősítő (6) a hozzá tartozó diódák (D3, D4) közösített pontja pedig egy to50 vábbi nullkomparátor (8) pozitív bemenetére csatlakoznak, a műveleti erősítők (5, 6) pozitív bemenetéire a referenciafeszültség-forrás (Ref) a nullkomparátor (7) pozitív bemenete, valamint egy további nullkomparátor (8) negatív

   55 bemenete a föld're van csatlakoztatva.

   1 db rajz, 2 db ábra

   A kiadásért felel: a Közgazdasági és Jogi Könyvkiadó igazgatója

   84. 42 214 Petőfi Nyomda,

   Kecskemét — Fele ős vezető: Ablaka István igazgató

   -3180 614