KR950009868B1

KR950009868B1 - 교류(ac)신호의 크기 및 위상측정장치

Info

Publication number: KR950009868B1
Application number: KR1019930002064A
Authority: KR
Inventors: 양태현
Original assignee: 엘지산전 주식회사; 이희종
Priority date: 1993-02-15
Filing date: 1993-02-15
Publication date: 1995-09-01
Also published as: KR940020124A

Abstract

내용 없음.

Description

교류(AC)신호의 크기 및 위상측정장치

제1도는 종래의 AC신호의 크기와 위상측정장치 구성도.

제2도는 본 발명의 AC신호의 크기와 위상측정장치 구성도.

제3도는 본 발명에 따른 AC신호측정 타이밍챠트.

제4도는 본 발명의 동작순서도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 사인파 발생기 12 : I/V변환엠프

13,14 : JK-플립플롭 15 : 논리연산부

16 : 카운터 17 : D-플립, 플롭

18 : SCF

본 발명은 AC신호의 크기와 위상을 측정하는 것에 관한것으로, 특히 계측, 검사분야에 적당하도록 위상 측정방식과 SCF(Switched Capacitor Filter)를 이용한 AC 신호 크기 및 위상측정장치에 관한것이다.

종래의 ICT장비(In-Circuit Test)는 R-C, R-L, R-L-C 병렬회로 측정에 있어 고가의 고성능 멀티플리이어(Multi plier)와 실효치 검출기(RMS detector), 픽크검출기(Peak detector)를 이용하기 때문에 가격면이나 측정시간등의 낭비가 많았다.

이와 같은 종래의 AC신호 크기와 위상 측정장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

제1도는 종래의 ICT장비내의 AC소자 측정부의 구성도로써, ICT장비 내의 AC소자 측정부는 사인(Sine) 함수의 신호(V(f))와 코사인(Cosine)의 함수신호(C(f))를 발생하는 사인파 발생기(1)와, 사인파 발생기(1)에서 출력된 사인함수신호(V(f))를 피측정물(DUT)를 통해 전류를 입력받아 교류 전압으로 변환하는 I/V 변환엠프(2)와, I/V 변환엠프(2)에서 출력되는 교류전압을 직류(DC) 전압으로 변환하는 픽크 또는 실효치 검출기(3)와, 상기 I/V 변환 엠프(2)와 픽크 또는 실효치 검출기(3)로부터 신호크기(Im)를 검출하는 제1멀티플라이어(4)와, 상기 사인파 발생기(1)의 코사인 함수신호(C(f))와 제1멀티플라이어(4)의 출력 신호를 곱셈연산하여 위상을 알아내는 제2멀티플라이어(5)와, 제2멀티플라이어(5)의 출력을 필터링하는 로우페스필터(6)로 구성된다.

이와같이 구성된 종래의 AC신호 크기 및 위상측정방법은 사인파 발생기(1)에서 발생된 사인함수신호(V/(f))를 피측정물(DUT)를 통해 I/V 변환 엠프(2)기 전류를 입력 받아 교류 전압으로 변환시키고 변환된 교류전압은 픽크 또는 실효치 검출기(3)에서 직류(DC)로 변하게 된다.

이 DC신호의 크기를 읽어 크기(Im)을 구할수 있다.

또한 크기(Im)의 위상을 구하여 R//L, R//C, R//L//C의 분리된 소자값을 알아낼 수 있다.

그리고 위상을 알기 위하여 일단 제1멀티플라이어(4)로 I/V변환 엠프(2)의 출력전압 크기를 일정하게 만들고 제2멀티플라이어(5)에 의해 사인파 발생기(1)의 코사인 함수신호(C(f))와 제1멀티플라이어(4)의 출력신호를 곱셈연산하고 로우패스필터(6)로 DC신호만을 뽑아내어 크기(Im)위상에 상응한 DC전압을 얻어 낸다. 이 DC신호값을 읽어 크기(Im)의 위상을 알아낼 수 있다.

그러나 이와같은 종래의 AC신호 크기와 위상 측정에 있어서는 ICT등의 검사장비는 빠른 속도의 측정을 생명으로하나 실효치 검출기는 빠른속도로 응답을 얻을 수 없으며, 실효치 검출기와 2개의 멀티플라이어는 상당히 고가인 소자이므로 비용이 증가하는 등의 문제점이 있다.

본 발명은 이와같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로써 빠른 응답을 얻어 빠른 측정이 가능하게 하고 저가의 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고가의 멀티플라이어 대신 저가의 소자(J-K 플립-플롭, D 플립-플롭, 프리셋카운터, AND게이트, OR게이트, SCF)를 사용하고 사인함수 1주기에 응답을 얻도록하여 빠른 측정을 하는데 그 특징이 있다.

이와같은 본 발명의 AC신호 크기와 위상측정장치 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

제2도는 본 발명의 AC신호 크기와 위상측정장치 구성도로서, 본 발명의 AC신호 크기와 위상측정장치는 제1, 제2, 제3클럭신호(Clock1,Clock2,Clock3)와 사인함수신호(V(f))를 발생하는 사인파 발생기(11)와, 사인파 발생기(11)에서 발생된 사인함수신호(V(f))를 피측정물(DUT)를 통해 전류를 입력받아 교류전압으로 변환하는 I/V변환 엠프(12)와, 상기 사인파 발생기(11)에서 출력된 제1클럭신호를 O-π주기동안 토글(Toggle)시키는 제1, JK-플립플롭(13)과, 상기 사인파 발생기(11)에서 출력되는 제1클럭신호를주기동안 토글시키는 제2 JK-플립플롭(14)과, 복수개(4개)의 낸드게이트(U1,U2,U3,U4)로 이루어져 제1, 제2 JK-플립플롭(13,14)에서 출력된 두 신호중 선택신호(Select)에 따라 한 신호를 선택하여 반전된 신호로 출력하기 위해 논리연산하는 논리연산부(15)와, 논리연산부(15)에서 출력되는 시점에서 설정된 값을 다운-카운트하여 출력하는 프리카운터(16)와, 프리카운터(16)의 출력신호를 트리거(trigger)시켜 출력하는 D-플립플롭(16)과 상기 I/V변환 엠프(12)의 출력신호를 입력하여 클럭주파수를 바꿈으로써 필터(filter)의 컷-오프(Cut-of) 주파수를 가변할 수 있고, 적분기로 사용하는 SCF(18)와 SCF(18)기 적분 또는 홀드(hold) 하도록 상기 D-플립플롭(17)의 제어신호에 의해 스위칭하는 제1스위칭부(SW₁)와, 상기 논리연산부(15)의 출력신호에 의해 I/V변환 엠프(12)의 출력신호가 SCF(18) 입력단에 인가되도록 스위칭하는 제2스위칭부(SW₂)와, 상기 논리연산부(15)의 출력신호에 의해 SCF(18)에 인가되는 클럭주파수를 스위칭하는 제3스위칭부(SW₃)로 구성된다.

여기서 제1, 제2 JK-플립플롭(13,14), 카운터(16), D-플립플롭(17)에는 리세트 신호가 인가된다.(단 카운터(16)에는 반전)

이와같이 구성된 본 발명의 교류신호의 크기와 위상측정방법을 설명하면 다음과 같다.

제3도는 본 발명에 따른 AC신호 측정 타이밍챠트이고 제4도는 본 발명의 동작 순서도로써, 먼저 본 발명의 측정장치를 초기화하기 위하여 리세트 신호를 제3도(c)와 같이 순간적으로 “0”으로하고 다시 “1”로 만든다.

그후 D(3.0)의 4비트(bit) “0-15”중 임의의 값을신호의 인에이블(Enable)로 프리카운터(16)에 로드(Load)한다. (제3도 (d)에서는 “2”, “4”를 로드한 것이다)

그리고 사인파 발생기(11)에서 제3도 (f)와 같은 사인함수의 신호(V(f))와 사인함수의 신호(V(f))의 4배의 주파수를 갖는 제3도 (a)와 같은 제1클럭신호(Clock)를 출력하고 제2클럭신호(Clock2)는 제3클럭신호(Cock3)보다 훨씬 높은 주파수와 출력한다.

제1클럭신호(Clock1)를 제1, 제2 JK-플립플롭(13,14)에서 각 0-π주기,동안 토글하여 제3도 (g)와 (h)와 같은 신호가 출력되고, 논리연산부(15)에서 제3도 (i)와 같은 선택신호(Select)에 의해 제3도 (j)와 같은 신호를 출력한다.

즉, 선택신호가 1이면 제1 JK-플립플롭(13)에서 출력된 신호 C-a를 선택하고 선택신호가 0이면 제2 JK-플립플롭(14)에서 출력된 신호 C-b를 선택한다.

따라서, 제1 JK-플립플롭(13)에서 출력된 신호(A)와 제2 JK-플립플롭(14)에서 출력된 신호(B)는(T₄-T₃)만큼의 위상차가 난다.

그리고 사인파 발생기(11)에서 발생된 사인함수의 신호(V(f))와 사인함수의 신호(V(f))를 측정소자(DUT)를 통해 T/V 변환 엠프(12)에서 전류를 전압으로 변환된 신호(Vr(f))는 제3도 (a), (b)에서와 같이 (t₂-t₁)만큼의 위상차를 갖는다.

따라서 V(f)=k Sin Wt라면 t₂-t₁=θ만큼의 위상차를 갖는 Vr(f)=lsin(Wt+θ)신호가 나타날 것이다.

여기서 우리가 알고자하는 것이 AC의 크기 및 위상이기 때문에 1과 θ를 알면된다.

한편, 논리연산부(15)에서 출력된 신호(C)는 제2스위칭부(SW₂)와 제3스위칭부(SW₃)를 제어하게 되는데 제2스위칭부(SW₂)는 논리연산부(15)의 출력신호(C)가 하이일일때는 I/V변환 엠프(12)에서 출력된 신호(Vr(f))를 SCF(18)의 입력단에 인가하고 로우일때는 인가하지 않기 때문에 (OV) 실제적으로 SCF(18)의 입력단에 인가된 신호는 제3도 (k)와 같은 신호(Vs)가 인가된다.

또한 카운터(16)는 D(3.0)에 의해 선정한 값만큼 다운-카운트(Down-Count)하게 되므로 논리연산부(15)에서 신호(L)가 출력단부 카운트 값만큼 늦게 신호를 출력하게 된다.

이 카운트 동안은 SCF(18)의 출력을 읽기전의 기다림 시간이다.

그리고 카운트(16)에서 출력한 신호를 D-플립플롭(17)에서 트리거시켜 제1스위칭부(SW₁)를 제어하게 되는데, 제2스위칭부(SW₂)에 의해 Vr(f)가 SCF(18)에 인가되어 적분을 하다가 카운터(16)의 카운터가 끝나서 D-플립플롭(17)를 통해 제1스위칭부(SW₁)에 제어신호가 인가되면 그순간 적분된 값을 홀드(hold)하게된다.

이때 D-플립플롭(17)에서 제1스위칭부(SW₁)에 제어신호를 출력함과 동시에 읽기를 허가하는 신호를 0으로 인에블되므로 SCF의 출력(AC-MEAS-a)을 읽어 Vr(f)-lsin(Wt+θ)를 알아낸다.

여기서, SCF(18)는 클럭주파수를 바꿈으로서 필커팅 컷-오프 주파수를 가변할 수 있는 것으로 로우패스필터(Low Pass Filter)형식으로 구성되어 적분기로 사용된 것이다.

단자(S)는 입력단이고, 단자(LP)는 로우패스필터의 출력이며, 단자(HOLD)에 “0”이 들어오면 입력신호를 적분하고 “-V”가 들어오면 적분값을 그 순간에 홀드한다.

또한 단자(CLK)는 클럭입력단자로서, 사인파 발생기(11)의 제2, 제3클럭신호(Clock2, Clock3)가 논리연산부(15)의 출력신호(C)로 제어되는 제3스위칭부(SW₃)에 의해 선택되어 입력되는데 논리연산부(15)의 출력신호(C)가 하이일때 제3클럭신호가 선택되고, 로우일때 제2클럭신호가 선택된다.

따라서 제3클럭신호가 인가될때 Vr(f)신호가 인가되어 그 순간 적분하고, 제2클럭신호가 인가될때는 Vr(f)신호가 없는 OV이므로 적분값을 크리어(Clear)한다.

이때 빠른 응답으로 적분값을 크리어하기 위해 사인파 발생기(11)가 제3클럭신호 보다 훨씬 높은 주파수를 갖도록 제2클럭신호를 출력한다.

따라서 카운터(16)에서 카운트가 끝난 시간에는 적분값을 크리어하지 않으므로 선택신호(Selet)가 “1”일때 적분홀드시간은 제3도(1)에서 t₇-t₆이 되고 선택신호(Selet)가 “0”일때 적분홀드시간은 t₈이후가 된다.

상기 경우의 홀드한 값은 다음과 같다.

즉, 선택신호가 1일때 홀드되어 리드(Read)된 적분값(AC-MEAS-a), 선택신호가 0일때 홀드되어 리드된 적분값(AC-MEAS-b)라고 하면

또한 1을 구하기 위해서는

AC-MEAS-a|t₆≤t≤t₇=1cosθ이므로 식(1)에서 구한 θ값을 이용하여,

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 AC신호 크기 및 위상측정장치에 있어서는 범용로직 소자 이용과 위상측정 및 주파수의 가변에 추종하여 적분기능을 발휘할 수 있는 SCF를 사용하기 때문에 빠른 측정이 가능하고 생산 단가가 저렴할 뿐만 아니라 카운터가 일정시간 기다린 후 적분값을 리드하도록 하므로 정확한 값을 측정할 수 있는 효과가 있다.

Claims

제1, 제2클럭신호(Clock1,Clock2,Clock3)와 사인함수의 신호(V(f))를 출력하는 사인파 발생기(11)와, 상기 사인파 발생기(11)에서 발생된 사인함수의 신호(V(f))를 피측정물(DUT)를 통해 전류를 입력받아 교류전압으로 변환하여 신호(Vr(f))를 출력하는 I/V변환 엠프(12)와, I/V변환 엠프(12)의 출력신호(Vr(f))를 입력하여 로우패스필터 형식으로 적분하고 외부의 신호에 의해 적분한 값을 홀드하는 SCF(18)와, 상기 사인파 발생기(11)의 제1클럭신호(Clock2)를 0-π주기동안 토글시키는 제1 JK-플립플롭(13)과, 상기 사인파 발생기(11)의 제1클럭신호(Clock2)를주기동안 토글시키는 제2JK-플립플롭(14)과, 상기 제1, 제2 JK-플립플롭(13,14)에서 출력된 두 신호(A,B)중 선택신호에 따라 한신호를 선택하여 반전된 신호(C)로 출력하는 논리연산부(15)와, 설정된 값을 다운카운트하여 신호를 출력하는 카운터(16)와, 카운터(16)의 출력신호를 트리거하여 SCF(18)가 적분값을 홀드하도록 하고 홀드된 값을 리드하도록 하는 신호를 출력하는 D-플립플롭(17)과, D-플립플롭(17)에서 출력된 신호에 의해 SCF(18)가 적분 또는 홀드하도록 스위칭하는 제1스위칭부(SW₁)와, 상기 논리연산부(15)에서 출력된 신호에 의해 I/V변환 엠프(12)의 신호가 SCF(18)에 입력되도록 스위칭하는 제2스위칭부(SW₂)와, 상기 논리연산부(15)의 출력신호에 의해 사인파 발생기(11)의 제2, 제3클럭신호중 일신호를 선택하여 SCF(18)의 클럭단자에 인가하는 제3스위칭부(SW₃)를 포함하여 구성됨을 특징으로하는 교류신호의 크기 및 위상측정장치.
제1항에 있어서, 제1클럭신호는 사인함수의 신호(V(f))보다 4배의 주파수를 갖고 제2클럭신호가 제3클럭신호보다 주파수가 높음을 특징으로하는 교류신호의 크기 및 위상측정장치.
제1항에 있어서, 논리연산부(15)의 하이일때 I/V변환 엠프(12)의 출력신호가 SCF(18)에 입력되고 제3클럭신호가 SCF(18)에 입력되도록하고, 논리연산부(15)의 출력신호가 로우일때 I/V변환 엠프(12)의 출력신호가 입력되지 않고 제2클럭신호가 SCF(18)에 입력되도록 제2, 제3스위칭부(SW₂,SW₃)가 동작함을 특징으로하는 교류신호의 크기 및 위상측정장치.