NL8420205A - POWER MEASUREMENT SYSTEM AND METHOD. - Google Patents
POWER MEASUREMENT SYSTEM AND METHOD. Download PDFInfo
- Publication number
- NL8420205A NL8420205A NL8420205A NL8420205A NL8420205A NL 8420205 A NL8420205 A NL 8420205A NL 8420205 A NL8420205 A NL 8420205A NL 8420205 A NL8420205 A NL 8420205A NL 8420205 A NL8420205 A NL 8420205A
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- signal
- amplifier
- voltage
- output
- input
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R21/00—Arrangements for measuring electric power or power factor
- G01R21/133—Arrangements for measuring electric power or power factor by using digital technique
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
- Amplifiers (AREA)
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
- Amplitude Modulation (AREA)
Description
i Ο 2 ö 5)i Ο 2 ö 5)
Beschrijving.Description.
Vermogensmeetstelsel en werkwijze.Power measurement system and method.
Technisch gebied.Technical area.
De uitvinding heeft in het algemeen betrekking op ketens voor het leveren van een of meer signalen evenredig met vermogen of met een andere gekozen meetpara-5 meter, en meer in het bijzonder met een verbeterde vermogens- meetketen en werkwijze welke delta-minus-sigma-modulatie toepast en verschoven compensatiestelsel.The invention generally relates to circuits for supplying one or more signals proportional to power or to another selected measuring parameter, and more particularly to an improved power measuring circuit and method which utilizes delta-minus sigma. applies modulation and shifted compensation scheme.
Achtergrond techniek.Background technique.
Meters die nauwkeurig elektrisch vermogen 10 meten dat loopt over een leiding zijn een essentieel deel van een elektrisch utiliteitsstelsel. Het gebruikelijkste soort meter gebruikt bij de tegenwoordige elektrische utili-teitsindustrie is de ronddraaiende schijfmeter welke in zijn basisvorm nauwkeurig is en betrouwbaar maar slechts beperkte 15 informatie levert aan de utiliteit over vermogensgebruik. In aanvulling op de totale vermogensconsumptie in kilowatt-uren hebben utiliteiten dikwijls behoefte aan het meten van andere parameters om op de juiste wijze de kosten te bepalen voor het voeden van zekere belastingen. Sommige zeer reactieve 20 belastingen bijvoorbeeld zijn duurder om te voeden omdat zij een stroom/spanning induceren met een faseverschil bekend als de vermogensfactor. Om de vermogensfactor te bepalen hebben utiliteiten zekere standaardvermogensmetingen ontworpen. Twee wijd verbreide gebruikte metingen zijn VARS (voor reactieve 25 voltamperes) en Q. Beiden zijn vermogensmetingen evenredig met het produkt van de lijnstroom en spanning waarbij de spannings-fase naijlt op de stroom met 90° voor VARS, en met 60° voor Q. Tezamen met een totale vermogensconsumptie maken de aflezingen van VARS en Q het mogelijk aan de utiliteit om de vermogens-30 factor te meten voor welke een boete gewoonlijk in rekening gébracht wordt. Een andere parameter van belang voor utiliteiten is de polariteit of de richting van de energiestroom daar 8420205 - 2 - sommige toepassingen zowel vermogen verbruiken als vermogen terugvoeden in het distributiestelsel. Er is een continue behoefte bij de elektrische utiliteit-industrie voor het meten van stelsels die in staat zijn om dergelijke parameters te 5 meten zoals VARS, Q en de polariteit in aanvulling op het totale energieverbruik.Meters that accurately measure electrical power across a conduit are an essential part of an electrical utility system. The most common type of meter used in today's electrical utility industry is the rotary disc meter which in its basic form is accurate and reliable but provides only limited information to the utility about power utilization. In addition to total power consumption in kilowatt hours, utilities often need to measure other parameters to properly determine the costs of feeding certain loads. For example, some highly reactive loads are more expensive to feed because they induce a current / voltage with a phase difference known as the power factor. To determine the power factor, utilities have designed certain standard power measurements. Two widely used measurements are VARS (for reactive 25 volt amperes) and Q. Both are power measurements proportional to the product of the line current and voltage with the voltage phase lagging behind the current at 90 ° for VARS, and at 60 ° for Q. Together with a total power consumption, the readings from VARS and Q allow the utility to measure the power-30 factor for which a fine is usually charged. Another parameter of importance to utilities is the polarity or direction of the energy flow since 8420205 - 2 - some applications both consume power and feed power back into the distribution system. There is a continuing need in the electrical utility industry to measure systems capable of measuring such parameters as VARS, Q and polarity in addition to total energy consumption.
Verschillende elektronische meetstelsels zijn ontworpen voorgesteld om de roterende schijfmeter te vervangen. Verschillende voorbeelden van de bekende stand van de 10 techniek van elektronische meetstelsels bevatten die bekend uit de volgende octrooischriften: ü.S. 3.875.508; U.S. 3.955.138 en Ü.S. 4.182.983.Various electronic measurement systems have been proposed to replace the rotary disc meter. Several examples of the prior art of electronic measurement systems include those known from the following patents: US. 3,875,508; U.S. 3,955,138 and US 4,182,983.
Deze stelsels passen allen modulatoren toe welke een puls-breedte gemoduleerd signaal leveren evenredig aan hetzij de 15 stroom of de spanning en dan tijdverdelings- of kentekenruimte- vermenigvuldiging toepassen welke de polariteit van het andere signaal poort of omkeert om een produktsignaal te verkrijgen.These systems all employ modulators which supply a pulse width modulated signal proportional to either the current or voltage and then use time division or license space multiplication which gate or invert the polarity of the other signal to obtain a product signal.
De produktsignaalpulsen variëren in amplitude met betrekking tot één analoge waarde (stroom of spanning), en varieert in 20 breedte met betrekking tot de andere analoge waarde. Een laag- doorlaatfilter onttrekt de gelijkstroomcomponent van het produktsignaal dat evenredig is met de vermogensconsumptie.The product signal pulses vary in amplitude with respect to one analog value (current or voltage), and vary in width with respect to the other analog value. A low-pass filter extracts the DC component of the product signal that is proportional to power consumption.
Het zou voordelig zijn om een zeer nauwkeurig meetstelsel te hébben dat elektronisch is en in staat om het leveren van ver-25 mogensaflezingen continu in zowel kilowatt-uren als VARS of QIt would be advantageous to have a very accurate measurement system that is electronic and capable of delivering power readings continuously in both kilowatt hours and VARS or Q
tegen de laagst mogelijke kosten. Het zou ook voordelig zijn als een dergelijk meetstelsel afzonderlijk de netto vermogens-stroom in iedere richting zou kunnen meten. Het meetstelsel moet ook praktisch vrij zijn van fouten tengevolge van spannings-30 verschuivingen in de aktieve ketenelementen. Het stelsel moet daarom op voordeliger wijze een verschuivingscompensatiestelsel bevatten dat economisch fouten kan compenseren in multipele versterkerelementen.at the lowest possible cost. It would also be advantageous if such a measurement system could separately measure the net power flow in each direction. The measurement system must also be practically free from errors due to voltage shifts in the active circuit elements. The system should therefore advantageously include a shift compensation system that can economically compensate for errors in multiple amplifier elements.
Openbaring van de uitvinding.Disclosure of the invention.
35 Er wordt dus een meetstelsel en werkwijze 8420205 - 3 - geleverd voor het meten van elektrisch vermogen vervoerd over een leiding. Het stelsel bevat middelen voor het besturen van de stroom en spanningssignalen op de leiding. Een eerste sig-naaloverdrager levert een eerste analoog signaal evenredig met 5 één van de stroomspanningssignalen en een tweede signaalover- drager levert een tweede analoog signaal evenredig met de andere stroomspanningssignalen. Een modulator moduleert één van de analoge signalen om een eerste gemoduleerd signaal te leveren dat veranderd kan worden tussen twee niveaus bij vooruit bepaalde 10 eerste klokintervallen zo dat het eerste gemoduleerde signaal een gemiddeld niveau heeft over ieder voldoende interval evenredig met het gekozen analoge signaal. Eerste vermenigvuldi-gingsorganen zijn aangebracht om het andere van de analoge signalen te poorten ingevolge veranderingen in het niveau van het 15 eerste gemoduleerde signaal, het vermenigvuldigen van de ana loge signalen tezamen om een produktsignaal te leveren dat evenredig is met het vermogen getransporteerd over de leiding.Thus, a measurement system and method 8420205-3 is provided for measuring electrical power transported over a conduit. The system includes means for controlling the current and voltage signals on the line. A first signal transducer provides a first analog signal proportional to one of the current voltage signals and a second signal transducer provides a second analog signal proportional to the other current voltage signals. A modulator modulates one of the analog signals to provide a first modulated signal that can be changed between two levels at predetermined first clock intervals such that the first modulated signal has an average level over each sufficient interval proportional to the selected analog signal. First multipliers are arranged to gate the other of the analog signals due to changes in the level of the first modulated signal, multiplying the analog signals together to provide a product signal proportional to the power transported across the line .
Een omzetter zet dan het produktsignaal om in een eerste uitgangssignaal dat in de preferente uitvoering te veranderen is 20 tussen twee niveaus bij vooruit bepaalde omzetterklokinter- vallen op een wijze die evenredig is met het produktsignaal en met het vermogen vervoerd over de leiding.A converter then converts the product signal into a first output signal which is to change in the preferred embodiment between two levels at predetermined converter clock intervals in a manner proportional to the product signal and to the power carried across the line.
Het preferente meetstelsel volgens de uitvinding bevat een omzetter welke afzonderlijk het vermogen 25 meet bij iedere polariteit op de leiding en digitale middelen bevat voor het veranderen van het faseverband tussen de analoge signalen om een produktsignaal te leveren evenredig met een gekozen faseverband van een vermogenswaarde zoals VARS of Q.The preferred measurement system of the invention includes a converter which separately measures power 25 at each polarity on the line and includes digital means for changing the phase relationship between the analog signals to provide a product signal proportional to a selected phase relationship of a power value such as VARS or Q.
Het stelsel bevat ook een verschuivingscompensatiestelsel dat 30 spanningsverschuivingen corrigeert in de verschillende opera tionele versterkers van een meetstelsel om verschuivingsfouten te elimineren en een hoge nauwkeurigheid te geven. Het ver-schuivingscompensatiestelsel dat beschreven is zal een spannings-verschuiving corrigeren tussen de ingang van N versterkerele-35 menten. Het verschuivingscompensatiestelsel bevat N verschui- 8420205 - 4 - vingsgeheugenelementen die respectievelijk verbonden zijn met één ingang van ieder van de versterkerelementen voor het ontvangen van een compensatiespanning welke praktisch de ver-schuivingsfout reduceert aan de andere ingang van het verster-5 kerelement. leder verschil tussen de compensatiespanning en de spanningsverschuiving van het versterkerelement wordt een foutspanning genoemd welke optreedt aan de andere versterker-ingang. Het stelsel bevat een nulmakingsketen die in volgorde verbonden kan worden met ieder van de N versterkerelementen 10 en met de verschuivingsgeheugenelementen daarmee verbonden zo dat ieder van de versterkerelementen in volgorde het gekozen versterkerelement wordt waarvan de verschuiving gecompenseerd is. De nulmakingsketen is eerst verbonden met de andere ingang van het gekozen versterkerelement gedurende een intermitteren-15 de overdrachtperiode om de foutspanning te bepalen. Dan wordt de nulmakingsketen verbonden met het verschoven geheugenele-ment verbonden met de ene ingang van het gekozen versterkerelement gedurende een intermitterende laadperiode welke volgt op de overdrachtperiode. Het verschuivingscompensatiestelsel 20 bevat middelen voor het in volgorde leveren van de overdracht en laadperiode voor ieder van de N versterkerelementen zo dat verschuivingsfouten in het meetstelsel praktisch geelimineerd worden.The system also includes a shift compensation system that corrects for 30 voltage shifts in the various operational amplifiers of a measurement system to eliminate shift errors and provide high accuracy. The offset compensation system described will correct a voltage offset between the input of N amplifier elements. The offset compensation system includes N offset 8420205-4 memory elements which are respectively connected to one input of each of the amplifier elements to receive a compensation voltage which practically reduces the offset error at the other input of the amplifier element. Any difference between the compensation voltage and the voltage shift of the amplifier element is called an error voltage which occurs at the other amplifier input. The system includes a zeroing circuit which can be connected in sequence to each of the N amplifier elements 10 and the shift memory elements connected thereto so that each of the amplifier elements becomes the selected amplifier element of which the offset is offset in sequence. The zeroing circuit is first connected to the other input of the selected amplifier element during an intermittent transmission period to determine the error voltage. Then, the zeroing circuit is connected to the shifted memory element connected to one input of the selected amplifier element during an intermittent charging period following the transfer period. The offset compensation system 20 includes means for sequentially providing the transfer and charge period for each of the N amplifier elements so that offset errors in the measurement system are practically eliminated.
Korte beschrijving van de tekeningen.Brief description of the drawings.
25 Figuur 1 is een schematisch blokdiagram van een meetstelsel voor het meten van vermogen over een leiding volgens de uitvinding.Figure 1 is a schematic block diagram of a measuring system for measuring power over a pipe according to the invention.
Figuur 2 is een schematisch ketendiagram van het eerste modulatorgedeelte van het meetstelsel getoond 30 in figuur 1.Figure 2 is a schematic circuit diagram of the first modulator portion of the measurement system shown in Figure 1.
Figuur 3 is een schematisch ketendiagram van het eerste uitgangsomzetterdeel van het meetstelsel getoond in figuur 1.Figure 3 is a schematic circuit diagram of the first output transducer portion of the measurement system shown in Figure 1.
Figuur 4 is een reeks van grafische illu-35 straties die figuur 4a tot en met 4g aangeeft en zekere geselec- 8420205 - 5 - teerde inwendige en uitwendige signalen toont geleverd tijdens de werking van het meetstelsel van figuur 1 tot en met 3.Figure 4 is a series of graphics illustrating Figures 4a through 4g and showing certain selected internal and external signals provided during the operation of the measurement system of Figures 1 to 3.
Figuur 5 is een reeks van grafische illustraties die figuur 5a tot en met 5i toont en verschillende in-5 wendige en uitwendige signalen toont geleverd door de omzetter uit figuur 3, tijdens de meting van signalen met verschillende polariteiten.Figure 5 is a series of graphic illustrations showing Figures 5a through 5i and showing various internal and external signals supplied by the converter of Figure 3 during the measurement of signals of different polarities.
Figuur 6 is een schematisch schakelschema van een modulator met alternatieve uitvoering om te gebruiken 10 in het vermogensmeterstelsel volgens de aanvrage welke een fasevoorijling geeft in het gemoduleerde uitgangssignaal.Figure 6 is a schematic circuit diagram of an alternative embodiment modulator for use in the power meter system of the application which provides phase advance in the modulated output signal.
Figuur 7 is een reeks van grafische illustraties die figuur 7a tot en met 7g aangeeft en zekere gekozen inwendige en uitwendige signalen aangeeft geleverd door 15 de figuur 6 modulator.Figure 7 is a series of graphics illustrating Figures 7a through 7g and indicating certain selected internal and external signals provided by the Figure 6 modulator.
Figuur 8 is een schematisch blokschema van het meetstelsel volgens de uitvinding welke een inrichting bevat voor het leveren van metingen van VARS en Q.Figure 8 is a schematic block diagram of the measurement system of the invention that includes a device for providing measurements of VARS and Q.
Figuur 9 is een schematisch diagram van 20 signaalvermenigvuldiger die gebruikt kan worden in het meet stelsel uit figuur 8 en welke een digitale schakeling bevat voor een faseinstelling om de produktie van VARS en Q metingen mogelijk te maken.Figure 9 is a schematic diagram of a signal multiplier that can be used in the measuring system of Figure 8 and which includes a digital circuit for phase adjustment to enable the production of VARS and Q measurements.
Figuur 10 is een reeks van grafische illu-25 straties aangegeven met figuur 10a tot en met lOh welke zekere gekozen inwendige en uitwendige signalen toont geleverd in de figuur 9 vermenigvuldiger.Figure 10 is a series of graphical illustrations shown in Figures 10a through 10h showing certain selected internal and external signals supplied in the Figure 9 multiplier.
Figuur 11 is een schematisch diagram dat verdere details toont van een digitale faseinstellingsscha-30 keling uit figuur 9.Figure 11 is a schematic diagram showing further details of a digital phase adjustment circuit of Figure 9.
Figuur 12 is een reeks van grafische illustraties aangegeven met figuur 12a tot en met 12d, die een gekozen faseinstelling tonen van een gemoduleerd signaal geleverd door de vermenigvuldiger uit figuur 9.Figure 12 is a series of graphic illustrations shown in Figures 12a through 12d showing a selected phase setting of a modulated signal supplied by the multiplier of Figure 9.
35 Figuur 13 is een schematisch diagram van 8420205 - 6 - een spanningsverschuivingscompensatiestelsel om te gebruiken bij de uitvinding.Figure 13 is a schematic diagram of 8420205-6 - a voltage shift compensation system for use in the invention.
Figuur 14 is een grafische illustratie van de verandering in de foutspanning geleverd door het compensa-5 tiestelsel uit figuur 13.Figure 14 is a graphical illustration of the change in the error voltage supplied by the compensation system of Figure 13.
Figuur 15 is een schematisch schema van een spanningsverschuivingscompensatiestelsel van het soort getoond in figuur 13 voor een geheel vermogensmeetstelsel.Figure 15 is a schematic diagram of a voltage shift compensation system of the kind shown in Figure 13 for a whole power measurement system.
Figuur 16 is een tijdregeldiagram dat de 10 werking aangeeft van het verschuivingscompensatiestelsel uit figuur 15.Figure 16 is a timing diagram showing the operation of the shift compensation system of Figure 15.
Figuur 17 is een schematisch diagram van een modulator met een tweede uitvoering om te gebruiken in het vermogensmeetstelsel uit figuur 1.Figure 17 is a schematic diagram of a modulator with a second embodiment for use in the power measurement system of Figure 1.
15 Figuur 18 is een reeks van grafische illu straties aangegeven met figuur 18a tot en met 18e die verschillende signalen toont geleverd door de modulator uit figuur 17.Figure 18 is a series of graphical illustrations shown in Figures 18a through 18e showing various signals supplied by the modulator of Figure 17.
Figuur 19 toont de modulator uit figuur 17 20 met een alternatieve uitvoering van een spanningsverschuivings- compensatiestelse1.Figure 19 shows the modulator of Figure 17 20 with an alternative embodiment of a voltage shift compensation system.
Figuur 20 is een tijdregeldiagram dat de regelsignalen toont voor het doen werken van het spanningsver-schuivingscompensatiestelsel uit figuur 19.Figure 20 is a timing chart showing the control signals for operating the voltage offset compensation system of Figure 19.
25 Figuur 21 is een alternatieve uitvoering van de modulator om te gebruiken bij het meetstelsel uit figuur 1 dat de spanningsverschuivingscompensatieschakeling bevat.Figure 21 is an alternative embodiment of the modulator for use with the measurement system of Figure 1 that includes the voltage shift compensation circuit.
Figuur 22 is een tijdregeldiagram dat de regelsignalen toont voor het doen werken van het verschuivings-30 compensatiestelsel uit figuur 21.Figure 22 is a timing diagram showing the control signals for operating the offset compensation system of Figure 21.
Figuur 23 toont een alternatieve uitvoe-ringsmodulator en ermee verbonden duale polariteitsuitgangs-schakeling.Figure 23 shows an alternative embodiment modulator and associated dual polarity output circuit.
Figuur 24 is een reeks van grafische illu-35 straties aangegeven met figuur 24a tot en met 24j die ver- 8420205 - 7 - schillende signalen toont geleverd door de modulator uit figuur 23 en ermee verbonden schakeling.Figure 24 is a series of graphical illustrations shown in Figures 24a through 24j showing various signals supplied by the modulator of Figure 23 and associated circuitry.
Beste wijze voor het uitvoeren van de uitvinding.Best mode for carrying out the invention.
Met verwijzing nu naar figuur 1 wordt het 5 meetstelsel volgens de uitvinding schematisch aangegeven als een middel voor het meten van het elektrische vermogen dat vervoerd wordt over een vermogensleiding 10 vanuit een bron 12 naar een belasting 14. De stroom op de leiding 10 is in het algemeen aangegeven als L , en de spanning als V_. Het stelselWith reference now to Figure 1, the measuring system according to the invention is schematically indicated as a means for measuring the electrical power transported over a power line 10 from a source 12 to a load 14. The current on the line 10 is in the generally indicated as L, and the voltage as V_. The system
L LL L
10 bevat een signaalbesturings- en conditioneringsmiddel zoals transformatoren 16 en 18 voor het besturen van V_ en IT, res-10 includes a signal control and conditioning means such as transformers 16 and 18 for controlling V_ and IT, residual
L LL L
pectievelijk. Transformator 16 die als het eerste signaal-middel aangegeven wordt levert een eerste analoog signaal I ^ evenredig met V over de leiding 20. De transformator 18 aan- L· 15 gegeven als het tweede signaalorgaan levert een tweede analoog signaal evenredig I op de leiding 22. Een shuntweerstand 24 is verbonden over de secundaire wikkeling van de transformator 18 waardoorheen het meeste van de stroom op de leiding 22 loopt. De shuntweerstand 24 levert een lage impedantie stroomr 20 weg en kan gekozen zijn om het totale gebied te regelen van het stroomsignaal I op de leiding 22.pectively. Transformer 16 designated as the first signal means supplies a first analog signal I proportional to V across line 20. Transformer 18 indicated as L15 as second signal means supplies a second analog signal proportional I across line 22 A shunt resistor 24 is connected across the secondary winding of transformer 18 through which most of the current flows on line 22. The shunt resistor 24 outputs a low impedance current 20 and may be selected to control the total range of the current signal I on line 22.
Het meetstelsel en de werkwijze volgens de uitvinding werkt om tezamen het eerste en tweede analoge signaal I j en te vermenigvuldigen, vervolgens respectieve-25 lijk over de leidingen 20 en 22 en om dan het vermenigvuldigde produktsignaal om te zetten in een geschikte digitale vorm.The measuring system and method according to the invention operate to multiply together the first and second analog signal Ij, then over the lines 20 and 22, respectively, and then convert the multiplied product signal into a suitable digital form.
Ruim gesproken wordt dit verkregen door het moduleren van één van de signalen en dan poorten of schakelen van de andere van de signalen om een samenstelling te geven of produktsignaal 30 met een gemiddelde waarde die evenredig is met vermogen. De vakman zal begrijpen dat hetzij de stroom op de spanning gemoduleerd zou kunnen worden en het resulterende gemoduleerde signaal gebruikt om het andere van de twee analoge signalen te poorten om het produktsignaal te leveren. De aanduiding van 35 de eerste en tweede analoge signalen als de spannings- en 8420205 - 8 - stroomsignalen respectievelijk zou dus omgedraaid kunnen worden zonder het veranderen van een fundamentele werking van de meetketen getoond in figuur 1. Op gelijke wijze zouden de aanduidingen voor de eerste en tweede signaalmonitoren op de-5 zelfde wijze omgedraaid kunnen worden.Broadly speaking, this is achieved by modulating one of the signals and then gating or switching the other of the signals to give a composite or product signal of an average value proportional to power. Those skilled in the art will understand that either the current on the voltage could be modulated and the resulting modulated signal used to gate the other of the two analog signals to provide the product signal. Thus, the designation of the first and second analog signals as the voltage and 8420205-8 current signals, respectively, could be reversed without changing a fundamental operation of the measuring circuit shown in Figure 1. Similarly, the designations for the first and second signal monitors can be reversed in the same manner.
Het meetstelsel levert een vermenigvul-digingsmiddel voor het vermenigvuldigen van de signalen I en tezamen om een produktsignaal te leveren dat evenredig is met het vermogen dat getransporteerd wordt over de leiding. 10 Om de noodzakelijke vermenigvuldiging te leveren wordt het spanningssignaal I j eerst toegevoerd aan een eerste modulator-keten 30. De modulator 30 vormt een modulatormiddel voor het omzetten van het analoge spanningssignaal I j in een eerste gemoduleerde signaal dat veranderbaar is tussen twee niveaus 15 bij vooruit bepaalde klokintervallen. In overeenstemming met de principes van de delta-minus-sigmamodulatie heeft de eerste gemoduleerde signaaluitgang een gemiddeld niveau over ieder voldoende interval dat evenredig is met het eerste analoge signaal toegevoerd aan de modulatoringang 32.The measurement system provides a multiplier for multiplying the signals I and together to provide a product signal proportional to the power transported over the line. To provide the necessary multiplication, the voltage signal I j is first applied to a first modulator circuit 30. The modulator 30 forms a modulator means for converting the analog voltage signal I j into a first modulated signal that is changeable between two levels 15 at predetermined clock intervals. In accordance with the principles of the delta minus sigma modulation, the first modulated signal output has an average level over each sufficient interval proportional to the first analog signal applied to the modulator input 32.
20 Met betrekking nu tot figuur 2 wordt het meer analoge (spanning) signaal toegevoerd aan een som&noop-punt 36 via een impedantie 38. De modulator 30 bevat een mo-dulatorterugkoppelmiddel voor het leveren van het terugkoppel- signaal I , dat ook toegevoerd wordt aan de sommeerknoop 36.Referring now to Figure 2, the more analog (voltage) signal is supplied to a sum & node 36 via an impedance 38. The modulator 30 includes a modulator feedback means for supplying the feedback signal I, which is also supplied to the summation node 36.
FF
25 I_ wordt geregeld door de modulatoruitgang, genoemd het eerste gemoduleerde signaal, dat optreedt op de leiding 34. Een van de andere van een paar referentiebronnen V1+ en Vl- worden afwisselend verbonden met de sommeerknoop 36 via een impedantie 40 ingevolge het niveau van het eerste gemoduleerde signaal.25 I_ is controlled by the modulator output, called the first modulated signal, which occurs on line 34. One of the other of a pair of reference sources V1 + and V1 - is alternately connected to the summing node 36 via an impedance 40 due to the level of the first modulated signal.
30 Het terugkoppelsignaal Ιρ schakelt tussen de positieve en nega tieve referentiebronnen op een wijze die het eerste analoge signaal I balanceert over tijd. Ogenblikkelijke verschillen tussen I en het eerste analoge signaal resulteert in een ver-schilsignaal I ^ uit de sommeerknoop 36. Het ogenblikkelijke 35 verschil tussen de ingangs- en terugkoppelsignalen, namelijk 8420205 - 9 - I&Lff wor^ 9einte9reer(^ en gemeten door een modulatormeet-keten 42. De meetketen 42 bevat een aktieve integrator met een condensator 44 als het terugkoppelelement van een omkerende operationele versterker 46. Het signaal aan de versterkeruitgang 5 48 loopt naar boven en naar beneden afhangend van de polariteit van Het geïntegreerde signaal bij 48 wordt verge leken tegen een modulatordrempelniveau door een vergelijker 50 welke hoog gaat wanneer het signaal boven het modulatordrempelniveau is en laag wanneer het signaal beneden heb modulator-10 drempelniveau ligt.The feedback signal schakeltρ switches between the positive and negative reference sources in a manner that balances the first analog signal I over time. Instantaneous differences between I and the first analog signal result in a difference signal I ^ from the summing node 36. The instantaneous difference between the input and feedback signals, namely 8420205-9 & lff, is measured by a modulator measurement circuit 42. The measuring circuit 42 includes an active integrator with a capacitor 44 as the feedback element of an inverting operational amplifier 46. The signal at the amplifier output 48 runs up and down depending on the polarity of The integrated signal at 48 is compared against a modulator threshold level through a comparator 50 which goes high when the signal is above the modulator threshold level and low when the signal is below the modulator-10 threshold level.
De uitgang van de vergelijker 50 wordt toegevoerd aan de D-ingang van een bistabiele modulatorketen 52.The output of comparator 50 is applied to the D input of a bistable modulator circuit 52.
De Q-uitgang van de bistabiele keten 52 is het eerste gemoduleerde signaal. De bistabiele keten 52 verandert slechts bij 15 vooruit bepaalde eerste klokintervallen welke bepaald worden door een uitwendige klok. Een geschikte klok voor dit doel wordt geleverd door een conventionele oscillator 54 en frequen-tieverdelerketen 56, getoond in figuur 1 en 2. Voor de eenvoud zal het tijdinterval tussen de pulsen geleverd door de fre-20 quentieverdeler 56 beschouwd worden als de eerste klok. De bistabiele keten 52 heeft een Q uitgang zowel als Q, waarbij Q het omgekeerde is van Q. Zowel de Q en Q uitgangen worden gebruikt om het terugkoppelsignaal I te regelen door het doen werken van een paar schakelaars 58 en 60 respectievelijk. Daar 25 begrepen wordt dat 0 en Q het omgekeerde zijn van elkaar wordt slechts de Q uitgang hierin genoemd als het eerste gemoduleerde signaal. Men moet echter begrijpen dat zowel de Q als Q uitgangen de informatie bevatten voorgesteld door de term "eerste gemoduleerde signaal" en dat de leiding 34 de lijnen aangeeft 30 die zowel de Q als Q signalen vervoert.The Q output of the bistable circuit 52 is the first modulated signal. The bistable circuit 52 changes only at 15 predetermined first clock intervals determined by an external clock. A suitable clock for this purpose is provided by a conventional oscillator 54 and frequency divider circuit 56 shown in FIGS. 1 and 2. For simplicity, the time interval between the pulses supplied by the frequency divider 56 will be considered the first clock. The bistable circuit 52 has a Q output as well as Q, where Q is the inverse of Q. Both the Q and Q outputs are used to control the feedback signal I by operating a pair of switches 58 and 60, respectively. Since it is understood that 0 and Q are the inverse of each other, only the Q output is mentioned herein as the first modulated signal. However, it is to be understood that both the Q and Q outputs contain the information represented by the term "first modulated signal" and that the line 34 indicates the lines 30 carrying both the Q and Q signals.
Omdat het eerste gemoduleerde signaal uitgang is via de bistabiele keten 52 is het eerste gemoduleerde signaal over de leiding 34 veranderbaar tussen twee niveaus bij vooruit bepaalde eerste klokintervallen. Ofschoon het ni-35 veau niet kan veranderen bij ieder klokinterval zorgt de mo- 8420205 - 10 - dulatorketen dat wanneer het eerste gemoduleerde signaal van niveau verandert een dergelijke verandering slechts optreedt bij de vooruit bepaalde eerste klokintervallen en op geen andere tijd. Veranderingen tussen de hoge en lage niveaus van 5 het eerste gemoduleerde signaal levert gelijktijdig het scha kelen van de schakelaars 58 en 60 en overeenkomstige omkeringen in de polariteit van het terugkoppelsignaal I naar de sommeerknoop 36. Daar het geïntegreerde verschilsignaal hetzij omhoog of omlaag loopt over het drempelniveau van de verge-10 lijker 50 worden veranderingen in het niveau van de uitgang van de vergelijker geleverd. Bij ieder klokinterval bepaalt de bistabiele keten 52 of de uitgang van de vergelijker 50 veranderd is en indien dit zo is levert hij een overeenkomstige verandering in de Q en Q uitgangen. De grootte van het analoge 15 ingangssignaal veroorzaakt een direkt evenredige verandering in de tijdhoeveelheid dat het eerste gemoduleerde signaal op een gegeven niveau ligt. Bijgevolg heeft het eerste gemoduleerde signaal een gemiddeld niveau of amplitude dat hetzij bij of tussen zijn twee niveaus ligt en over ieder voldoende in-20 terval is een dergelijke gemiddelde amplitude evenredig met het analoge ingangssignaal.Since the first modulated signal is output through the bistable circuit 52, the first modulated signal over line 34 is changeable between two levels at predetermined first clock intervals. Although the level cannot change at every clock interval, the modulator chain ensures that when the first modulated signal changes level, such a change occurs only at the predetermined first clock intervals and at no other time. Changes between the high and low levels of the first modulated signal simultaneously provide switching of switches 58 and 60 and corresponding reversals in the polarity of the feedback signal I to the summing node 36. Since the integrated difference signal runs either up or down the threshold level of the comparator 50, changes in the level of the comparator output are provided. At each clock interval, the bistable circuit 52 determines whether the output of comparator 50 has changed and if so it provides a corresponding change in the Q and Q outputs. The magnitude of the analog input signal causes a directly proportional change in the amount of time that the first modulated signal is at a given level. Consequently, the first modulated signal has an average level or amplitude that is either at or between its two levels, and over each sufficient interval, such average amplitude is proportional to the analog input signal.
Als een voorbeeld van de werking van de modulator 30 zal wanneer het ingangssignaal aan de ingang 32 nul is de Q uitgang van de bistabiele keten 52 precies dezelf-25 de hoeveelheid tijd hoog zijn als laag waarbij een gemiddeld niveau geleverd wordt precies midden tussen de hoge en lage niveaus van Q.As an example of the operation of the modulator 30, when the input signal at the input 32 is zero, the Q output of the bistable circuit 52 will be exactly the same amount of time high as low with an average level being delivered exactly midway between the high and low levels of Q.
Wanneer het ingangssignaal aan de ingang 32 een positieve waarde heeft moet de positieve stroom in de 30 sommeerknoop 36 gebalanceerd worden door een grotere negatieve stroom geleverd aan de sommeerknoop door de negatieve referentie Vl-, via de schakelaar 58. Bijgevolg zal Q evenredig langer laag zijn dan hoog en de schakelaar 58 zal gesloten zijn en de schakelaar 60 zal open zijn over een grotere hoe-35 veelheid tijd dan omgekeerd. Wanneer het ingangssignaal nega- 8420205 - 11 - tief is is het nodig dat de positieve terugkoppelreferentie meer toegevoerd wordt in tijd zo dat I het ingangssignaal balanceert en Q meer hoog zal zijn dan laag. Het is een kenmerk van de modulator van de uitvinding dat Q hoog of laag kan 5 blijven voor hoe lang het I neemt om het ingangssignaal te balanceren in de sommeerknoop.When the input signal at the input 32 has a positive value, the positive current in the summing node 36 must be balanced by a larger negative current supplied to the summing node by the negative reference V1-, through the switch 58. Consequently, Q will be proportionately longer for a low then high and the switch 58 will be closed and the switch 60 will be open for a greater amount of time than vice versa. When the input signal is negative 8420205-11, it is necessary that the positive feedback reference be applied in time so that I balances the input signal and Q will be more high than low. It is a feature of the modulator of the invention that Q can remain high or low for how long it takes I to balance the input signal in the summing node.
Om een stroomsignaal te leveren voor vermenigvuldiging met het gemoduleerde spanningssignaal bevat het stelsel middelen voor het leveren van omgekeerde en niet 10 omgekeerde voorstellingen van de lijnstroom I . Met verwijzing naar figuur 1 wordt het stroom analoge signaal 1^ eerst toe-gevoerd aan een versterkingsversterker 70 waarna het signaal toegevoerd wordt naar een signaalomkeerketen 72. De aangegeven omkeerketen bevat een operationele versterker 74 en 15 versterkingsinstelweerstanden 76 en 78. Het versterkte signaal 1^2 wordt toegevoerd aan de omkerende ingang van de versterker 74 die geconstrueerd is om een versterking van - 1 te leveren. Het omgekeerde signaal wordt dan geleverd aan één van twee schakelaars die tezamen eerste poortmiddelen 80 vormen. Het ge-20 inverteerde signaal loopt naar schakelaar 82 en een tweede leiding 84 vervoert het niet omgekeerde versterkte signaal naar de schakelaar 86. Men zal begrijpen dat een geschikte transformator met middena-takking gebruikt zou kunnen worden in plaats van een tweede transformator 18 in welk geval de sig-25 nalen naar de schakelaars 82 en 86 rechtstreeks toegevoerd zouden kunnen worden vanaf de transformator.To provide a current signal for multiplication with the modulated voltage signal, the system includes means for providing inverted and non-inverted representations of the line current I. With reference to Figure 1, the current analog signal 1 ^ is first applied to an amplification amplifier 70, after which the signal is supplied to a signal reversing circuit 72. The indicated reversing circuit includes an operational amplifier 74 and 15 gain adjustment resistors 76 and 78. The amplified signal 1 ^ 2 is supplied to the inverting input of the amplifier 74 which is constructed to provide a gain of -1. The reverse signal is then supplied to one of two switches which together form first gate means 80. The inverted signal passes to switch 82, and a second lead 84 carries the non-inverse amplified signal to switch 86. It will be appreciated that a suitable mid-branch transformer could be used instead of a second transformer 18 in which in case the signals to the switches 82 and 86 could be supplied directly from the transformer.
De Q en Q uitgangen van de bistabiele modulatorketen 52 worden gebruikt om de schakelaars 82 en 86 te doen werken om het tweede analoge signaal te poorten 30 ingevolge het eerste gemoduleerde signaal. Daar Q het omgekeer de is van Q worden de schakelaars 82 en 86 in alternatieve wijze omgeschakeld zo dat de uitgang van de poortmiddelen 80, bij 88, een analoog signaal is omgeschakeld in een gemoduleerde wijze tussen een positieve en negatieve polariteiten. Een der-35 gelijke poortbewerking wordt in het algemeen aangegeven als 8420205 - 12 - tijdverdelings- of amplitudekentekenruimtemodulatie. De schakelaars 82 en 86 vervullen de vermenigvuldiging van de twee analoge signalen die de stroom voorstellen en de spanning van het vermogen vervoerd over de lijn 10. Het resulterende signaal 5 dat een produktsignaal genoemd wordt treedt op aan de eerste poortuitgang 88 en is evenredig met het vermogen vervoerd over de vermogensleiding 10.The Q and Q outputs of the bistable modulator circuit 52 are used to cause the switches 82 and 86 to operate to gate the second analog signal 30 in response to the first modulated signal. Since Q is the inverse of Q, switches 82 and 86 are alternatively switched so that the output of gate means 80, at 88, is an analog signal switched in a modulated manner between positive and negative polarities. Such a gating operation is generally referred to as 8420205-12 - time division or amplitude sign space modulation. The switches 82 and 86 perform the multiplication of the two analog signals representing the current and the voltage of the power carried across the line 10. The resulting signal 5 called a product signal occurs at the first gate output 88 and is proportional to the power transported over the power line 10.
Zoals getoond in figuur 1 wordt de produkt-signaaluitgang van het eerste poortorgaan geleverd aan een 10 eerste omzetterketen 90. De omzetterketen zet het produktsig naal om in een eerste uitgangssignaal op de leiding 92 welke veranderbaar is tussen de twee niveaus bij vooruit bepaalde omzetterklokintervallen op een wijze evenredig van het produktsignaal. De omzetter 90 werkt essentieel als een laagdoorlaat-15 filter dat de gelijkstroomcomponent onttrekt of de gemiddelde waarde van het produktsignaal. Het resulterende eerste uitgangssignaal is evenredig met het vermogen vervoerd over de leiding 10.As shown in Figure 1, the product signal output from the first gate member is supplied to a first converter circuit 90. The converter chain converts the product signal into a first output signal on line 92 which is changeable between the two levels at predetermined converter clock intervals at a proportional to the product signal. The converter 90 essentially functions as a low-pass filter that extracts the DC component or the mean value of the product signal. The resulting first output signal is proportional to the power carried across line 10.
Met verwijzing nu naar figuur 3 is de om-20 zetter 90 essentieel aan delta-minus-sigmamodulator van een soort gelijk aan modulator 30 die ontworpen is om afzonderlijk gemoduleerde uitgangssignalen te leveren evenredig met iedere polariteit van het ingangssignaal. Om de beschrijving te vereenvoudigen zullen de omzetter 90 en zijn werking aanvankelijk 25 beschreven worden met betrekking tot een eerste polariteit van de werking. De componenten in het huis 94 bevatten alle elementen gebruikt bij een werking met enkele polariteit. In het volgende voorbeeld zal aangenomen worden dat het produkt-dat signaal/omgezet moet worden overheersend positief is waarbij 30 aangenomen zal worden dat dit overeenkomt met een vermogens- stroom op de leiding 10 vanaf de bron 12 naar de belasting 14. Zoals in de modulator 30 wordt het ingangssignaal naar de omzetter 90, aangegeven met I (produktsignaal) aanvankelijkReferring now to Figure 3, the converter 90 is essential to a delta minus sigma modulator of a kind similar to modulator 30 designed to provide separately modulated output signals proportional to any polarity of the input signal. To simplify the description, the converter 90 and its operation will be initially described with respect to a first polarity of operation. The components in the housing 94 contain all elements used in single polarity operation. In the following example, it will be assumed that the product to be converted / signal is predominantly positive, and it will be assumed that this corresponds to a power flow on line 10 from source 12 to load 14. As in the modulator 30, the input signal to converter 90 is indicated by I (product signal) initially
PP
toegevoerd aan een sommeerknoop 96 via een impedantie 95. Een 35 terugkoppelorgaan levert tweede signalen aan de sommeer- 8420205 - 13 - knoop vanuit een van een aantal referentiebronnen. Voor een positieve polariteitwerking zullen de referentiebronnen wisselen tussen een negatieve referentiebron 98 (VR-), geleverd via een schakelaar 100 en een aardverbinding 102, geleverd via 5 een schakelaar 104. Daar slechts positieve waarden van het produktsignaal beschouwd worden zal schakelen i tussen aarde en een negatieve waarde voldoende zijn om het produktsignaal te balanceren in de sommeerknoop 96, over de tijd.applied to a summing node 96 via an impedance 95. A feedback means supplies second signals to the summing 8420205-13 node from one of a number of reference sources. For a positive polarity effect, the reference sources will alternate between a negative reference source 98 (VR-) supplied through a switch 100 and a ground connection 102 supplied through a switch 104. Since only positive values of the product signal are considered, i will switch between ground and a negative value is sufficient to balance the product signal in the summing node 96, over time.
Zoals reeds beschreven voor de modulator 10 30 is ieder verschil tussen het produktsignaal I en I„ een P 2 verschilsignaal dat geleverd wordt aan een meetketen 106. De meetketen integreert het verschilsignaal en vergelijkt het verschilsignaal met een eerste drempelniveau. De preferente uitvoeringsmeetketen getoond in figuur 3 bevat een aktieve in-15 tegrator 107 bestaande uit een versterkerelement 108 en een condensator 110 als een terugkoppelelement. De spanning aan de versterkeruitgang 112 gaat omhoog of omlaag afhangend van een polariteit van het verschilsignaal in de sommee’rknoop 96. Het geïntegreerde verschilsignaal bij 112 wordt toegevoerd 20 aan een eerste vergelijker 114 welke een drempelinstelling heeft bij een gekozen eerste drempelniveau. Wanneer het geïntegreerde verschilsignaal bij 112 boven het eerste drempelniveau ligt is de uitgang van de vergelijker 114 hoog. Wanneer het geïntegreerde verschilsignaal beneden het eerste 25 drempelniveau ligt is de uitgang van de vergelijker 114 laag.As already described for the modulator 10, any difference between the product signal I and I 'is a P2 difference signal supplied to a measuring circuit 106. The measuring circuit integrates the difference signal and compares the difference signal with a first threshold level. The preferred embodiment measuring circuit shown in Figure 3 includes an active integrator 107 consisting of an amplifier element 108 and a capacitor 110 as a feedback element. The voltage at amplifier output 112 goes up or down depending on a polarity of the difference signal in sum node 96. The integrated difference signal at 112 is supplied to a first comparator 114 which has a threshold setting at a selected first threshold level. When the integrated difference signal at 112 is above the first threshold level, the output of comparator 114 is high. When the integrated difference signal is below the first threshold level, the output of comparator 114 is low.
De vergelijkeruitgang die een eerste regel-signaal genoemd wordt wordt geleverd aan de D ingang van een bistabiele keten 118 door middel van de leiding 116. De Q uitgang van de bistabiele keten 118 is slechts veranderbaar bij 30 vooruit bepaalde omzetterklokintervallen die bij voorkeur langer zijn dan de eerste klokintervallen voor de modulator 30. De omzetterklokintervallen kunnen geleverd worden door het toevoegen van een tweede frequentieverdeler 120 aan de eerste klok 156. De tijdintervallen tussen de pulsen geleverd door 35 de frequentieverdeler 120 zullen omzetterklokintervallen ge- 8420205 - 14 - noemd worden en de frequentieverdeler zal genoemd worden de omzetterklok. De Q-uitgang van dé bistabiele keten 118 in het eerste uitgangssignaal dat de schakelaars 100 en 104 regelt om de werking te bepalen van het terugkoppelstelsel dat een 5 tweede signaal I^ levert aan de sommeerknoop 96. De schakelaar 104 wordt bediend door een poort 122 welke een uitgang van een hoog signaal geeft om de schakelaar slechts te sluiten wanneer de beide ingangen 124 en 126 laag zijn. De poort 122, zoals getoond, is een conventionele negatieve EN-poort. Tijdens 10 perioden van positieve produktsignalen zal de ingang 126 laag blijven zoals hierna beschreven. Bijgevolg wanneer Q hoog is is de schakelaar 100 gesloten waarbij VR- verbonden wordt met de sommeerknoop 96 en wanneer de Q laag is is de schakelaar 100 open en de schakelaar 104 gesloten.The comparator output referred to as a first control signal is supplied to the D input of a bistable circuit 118 through line 116. The Q output of bistable circuit 118 is only changeable at 30 predetermined converter clock intervals which are preferably longer than the first clock intervals for the modulator 30. The converter clock intervals can be provided by adding a second frequency divider 120 to the first clock 156. The time intervals between the pulses supplied by the frequency divider 120 will be referred to as converter clock intervals 8420205-14. frequency divider will be called the converter clock. The Q output of the bistable circuit 118 in the first output signal that controls switches 100 and 104 to determine the operation of the feedback system supplying a second signal I ^ to the summing node 96. The switch 104 is operated by a gate 122 which gives a high signal output to close the switch only when both inputs 124 and 126 are low. Gate 122, as shown, is a conventional negative AND gate. During 10 periods of positive product signals, input 126 will remain low as described below. Consequently, when Q is high, the switch 100 is closed, connecting VR to the summing node 96, and when the Q is low, the switch 100 is open and the switch 104 is closed.
15 De werking en de werkwijze van het meet- stelsel volgens de uitvinding zal nu beschreven worden met betrekking tot figuur 1-4. Voor de eenvoud zal aangenomen worden dat vermogen over de leiding 10 overheersend loopt in de positieve richting. De spanning van de leiding 10 wordt in 20 figuur 4a getoond als een sinusvormige wisselstroomgolfvorm.The operation and method of the measuring system according to the invention will now be described with reference to Figures 1-4. For simplicity, it will be assumed that power over line 10 is predominantly positive. The voltage of line 10 is shown in Figure 4a as a sinusoidal alternating current waveform.
De stroom I wordt getoond in figuur 4f als een toenemende waarde voorgesteld door de kromme 128. De eerste stap is voor de transformatoren 16 en 18 om de stroom en spanningssignalen te besturen en om analoge signalen 1^ en te leveren die 25 evenredig zijn met de lijnspanning en stroom respectievelijk.The current I is shown in Figure 4f as an increasing value represented by the curve 128. The first step is for the transformers 16 and 18 to control the current and voltage signals and to supply analog signals proportional to the line voltage and current respectively.
Een van de analoge signalen, spanningssignaal I ^ in de preferente uitvoering wordt dan geleverd eerst aan de eerste modulator 30. Figuur 4c toont het geïntegreerde verschilsignaal geleverd in de modulator 30 door de hierboven beschreven delta-30 minus-sigmamodulatietechniek. Het geïntegreerde verschilsignaal wordt geleverd aan de meetketen 42. Figuur 4b geeft de eerste klokintervallen aan geleverd door de eerste klok 56. Zoals men kan zien verandert de helling van het geïntegreerde verschilsignaal in figuur 4c slechts bij vooruit bepaalde klokinter-35 vallen bepaald door het eerste kloksignaal. Sinds de bistabiele 8420205 - 15 - keten 52 de voorlopende rand inklokt van iedere naar boven bewegende puls worden de vooruit bepaalde eerste klokinter-vallen getoond te beginnen bij de punten geïdentificeerd als a, b, cf d enz. in figuur 4b. Het geïntegreerde verschilsig-5 naai wordt dan toegevoerd aan de vergelijker 50. De leiding 30 in figuur 4c stelt het: modulatordrempelniveau in de vergelijker 50 voor. Merk op dat het geïntegreerde verschilsignaal de helling omdraait bij het begin van ieder klokinterval nadat de drempel 130 gepasseerd is. De uitgang van de vergelijker 50 10 wordt getoond in figuur 4d. Wanneer het geïntegreerde verschil signaal beneden de drempel 130 ligt is de vergelijkeruitgang laag en warneer het geïntegreerde verschilsignaal boven de drempel 130 ligt is de vergelijkeruitgang hoog. De vergelijkeruitgang wordt dan toegevoerd aan de D-ingang van de bistabiele 15 keten 52 welke de Q levert of de eerste gemoduleerde signaal- uitgang aangegeven in figuur 4e. De Q-uitgang is het resultaat van het moduleren van het spanningssignaal en is veranderbaar tussen twee niveaus bij de vooruit bepaalde eerste klokinter-vallen.One of the analog signals, voltage signal I ^ in the preferred embodiment, is then supplied first to the first modulator 30. Figure 4c shows the integrated difference signal supplied in the modulator 30 by the delta-30 minus sigma modulation technique described above. The integrated difference signal is supplied to the measuring circuit 42. Figure 4b indicates the first clock intervals supplied by the first clock 56. As can be seen, the slope of the integrated difference signal in Figure 4c changes only at predetermined clock intervals determined by the first clock signal. Since the bistable 8420205-15 circuit 52 clocks the leading edge of each upwardly moving pulse, the predetermined first clock intervals are shown starting at the points identified as a, b, cf d etc. in Figure 4b. The integrated differential signal is then fed to comparator 50. Line 30 in Figure 4c represents the modulator threshold level in comparator 50. Note that the integrated difference signal reverses the slope at the beginning of each clock interval after threshold 130 has passed. The output of comparator 50 is shown in Figure 4d. When the integrated difference signal is below the threshold 130, the comparator output is low and warn the integrated difference signal is above the threshold 130, the comparator output is high. The comparator output is then applied to the D input of the bistable circuit 52 which supplies the Q or the first modulated signal output shown in Figure 4e. The Q output is the result of modulating the voltage signal and is changeable between two levels at the predetermined first clock intervals.
20 Omdat de bistabiele keten veranderbaar is slechts bij de vooruit bepaalde klokintervallen getoond in figuur 4b ijlen de veranderingen in Q enigszins na bij de veranderingen in de vergelijkersuitgang getoond in figuur 4d. Afhangend van het niveau van nauwkeurigheid dat nodig is bij 25 het signaal-vermenigvuldigingsstelsel kan het wenselijk zijn om de geringe naijling te compenseren in het gemoduleerde signaal geïntroduceerd door de bistabiele keten 52. Een dergelijke correctie kan verkregen worden door een RC-net in te steken in de leiding 20 om een kleine fasevoorijling te introduceren 30 in het signaal I wanneer het de modulatoringang 32 binnen treedt. Een andere techniek zou zijn om een geringe naijling te induceren in het stroomanaloge signaal I^. Het dubbele alternatief dat gebruik maakt van een delta-minus-sigmamodulator met digitale fasevoorijlingsketen zal vervolgens beschreven 35 worden. De faseinstelling die geïntroduceerd wordt en die 8420205 - 16 - slechts een deel zal zijn van een eerste klokinterval moet het gemiddelde zijn van de vertraging geïnduceerd door de na-ijling van Q met betrekking tot de vergalijkeruitgang.Because the bistable chain is changeable only at the predetermined clock intervals shown in Figure 4b, the changes in Q lag somewhat behind the changes in the comparator output shown in Figure 4d. Depending on the level of accuracy required at the signal multiplication system, it may be desirable to compensate for the slight lag in the modulated signal introduced by the bistable circuit 52. Such correction can be achieved by plugging an RC net in lead 20 to introduce a small phase advance 30 into the signal I as it enters the modulator input 32. Another technique would be to induce a slight lag in the current analog signal I ^. The dual alternative using a delta-minus sigma modulator with digital phase advance chain will be described next. The phase setting introduced and which will be only part of a first clock interval must be the average of the delay induced by the lag of Q with respect to the comparator output.
Figuur 4f geeft gelijke en tegengesteld 5 analoge signalen aan evenredig met de leidingstroom I . De lei-Figure 4f shows equal and opposite 5 analog signals proportional to the line current I. The lei
Xj ding 128 is een voorstelling van een toenemend stroomsignaal en de lijn 129 is het omgekeerde signaal geleverd door de omkeerinrichting 72. De volgende stap is om het stroomanaloge signaal te poorten dat gebruik maakt van hetpoortorgaan 80.X 128 is a representation of an increasing current signal and the line 129 is the reverse signal supplied by the inverter 72. The next step is to gate the current analog signal using the gate 80.
10 De uitgang van het poortorgaan 80 is het produktsignaal, de kromme 131 getoond in figuur 4g. De kromme 131 wordt opgewekt door schakelen tussen de signalen 128 en 129 ingevolge het eerste gemoduleerde signaal getoond in figuur 4e. Het gemiddelde niveau of de gelijkstroomcomponent van de kromme 131 wordt 15 voorgesteld door de leiding 132 uit figuur 4g.The output of the gate member 80 is the product signal, the curve 131 shown in Figure 4g. Curve 131 is generated by switching between signals 128 and 129 in response to the first modulated signal shown in Figure 4e. The average level or the DC component of the curve 131 is represented by the line 132 of Figure 4g.
In het gegeven voorbeeld wordt aangenomen dat vermogen overheersend in een richting loopt in de belasting 14. Bijgevolg is het produktsignaal 131 getoond in figuur 4g overheersend met een positieve polariteit voorgesteld door de 20 leiding 132. Er zal aangenomen worden voor het beschrijven van de werking van de omzetter 90 hierna, dat het produktsignaal een overheersende en gemiddelde waarde heeft welke positief is. Ofschoon de werkelijke polariteit van het produktsignaal een zaak van ontwerpkeuze is zal het produktsignaal 25 overheersend een eerste polariteit hebben wanneer vermogen op de leiding 10 een eerste polariteit heeft met een vermogens-stroom en inrichting en zal overheersend van een tweede polariteit zijn wanneer vermogen op de leiding 10 een tweede en tegengestelde polariteit heeft met het vermogen stromend in 30 de andere richting.In the example given, it is assumed that power predominantly flows in a direction in the load 14. Accordingly, the product signal 131 shown in Figure 4g is predominant with a positive polarity represented by the lead 132. It will be assumed to describe the operation of the converter 90 hereinafter that the product signal has a predominant and average value which is positive. Although the actual polarity of the product signal is a matter of design choice, the product signal 25 will predominantly have a first polarity when power on lead 10 has a first polarity with a power current and device and will be predominant from a second polarity when power on the line 10. lead 10 has a second and opposite polarity with the power flowing in the other direction.
De volgende stap is het omzetten van het produktsignaal I in een eerste uitgangssignaal dat veranderbaar is tussen twee niveaus bij vooruit bepaalde intervallen op een wijze evenredig aan I . Referentie zal gemaakt wordenThe next step is to convert the product signal I into a first output signal that is changeable between two levels at predetermined intervals in a manner proportional to I. Reference will be made
PP
35 na figuur 3, 4 en 5. Het produktsignaal 1^, zoals getoond in 8420205 - 17 - figuur 4g wordt geleverd aan de omzetter 90. Zowel I en het tweede signaal Iworden geleverd aan de sommeerknoop 96 waar het ogenblikkelijke verschil geïntroduceerd wordt in de integrator 106. De tijdconstante Van de integrator 106 wordt ge-5 kozen om lang te zijn in vergelijking met de schakelfrequen- tie van de eerste modulator 30. De omzetter 30 kan daarom werken als een laagdoorlaatfilter dat slechts aanspreekt op de gelijkstroomcomponent of gemiddelde waarde van het produktsig-35 after Figures 3, 4 and 5. The product signal 1, as shown in 8420205 - 17 - Figure 4g is supplied to the converter 90. Both I and the second signal I are supplied to the summing node 96 where the instantaneous difference is introduced into the integrator 106. The time constant of the integrator 106 is chosen to be long compared to the switching frequency of the first modulator 30. The converter 30 can therefore act as a low-pass filter that only addresses the DC component or average value of the product signal
naal I . Hiertoe is I afgebeeld in figuur 5a als een gladde P Pneedle I. To this end, I is depicted in Figure 5a as a smooth P P
10 analoge kromme ofschoon hij in werkelijkheid zal variëren op de wijze getoond in figuur 4g. Figuur 5a toont slechts de gemiddelde waarde van 1^. De tijdschaal van figuur 5a is aanzienlijk gecomprimeerd vergeleken met de schaal in figuur 4g. Ter illustratie zal aangenomen worden dat het interval 134 van 15 figuur 5a equivalent is aan de gehele lengte van de kromme 132 getoond in figuur 4g. Figuur 5b toont de omzetterklokinter-vallen geleverd door de klok 120.10 analogous curve, although it will actually vary in the manner shown in Figure 4g. Figure 5a shows only the mean value of 1 ^. The time scale of Figure 5a is significantly compressed compared to the scale of Figure 4g. For illustrative purposes, it will be assumed that the interval 134 of Figure 5a is equivalent to the entire length of the curve 132 shown in Figure 4g. Figure 5b shows the converter clock intervals supplied by the clock 120.
Bij het beschouwen slechts van de positieve vermogensstroom, aangegeven tussen tA en t in figuur 5a zal υ 1 het 20 de integrator 106 een uitgang leveren van/geïntegreerd ver- schilsignaal (IDS) zoals getoond in figuur 5c. Het geïntegreerde verschilsignaal loopt omhoog en naai beneden om het eerste drempelniveau TLl van de vergelijker 114.Het geïntegreerde verschilsignaal (IDS) wordt geleverd aan de vergelijker 114 25 waaruit vergeleken wordt met het eerste drempelniveau TLl. De vergelijker 114 geeft uitgangen van een regelsignaal 133 op de leiding 116 zoals getoond in figuur 5d. Het volgende signaal dat opgewekt wordt is het eerste uitgangssignaal getoond in figuur 5e dat uitgang is via de bistabiele keten 118.Considering only the positive power current, indicated between tA and t in Figure 5a, the integrator 106 will output an integrated difference signal (IDS) as shown in Figure 5c. The integrated difference signal runs up and sews around the first threshold level TL1 of the comparator 114. The integrated difference signal (IDS) is supplied to the comparator 114 from which the first threshold level TL1 is compared. Comparator 114 outputs control signal 133 on lead 116 as shown in Figure 5d. The next signal to be generated is the first output signal shown in Figure 5e which is output through the bistable circuit 118.
30 Het regelsignaal 113 verandert niveaus afhangend van het niveau van het geïntegreerde verschilsignaal met betrekking tot de drempel TLl. Wanneer IDS is hoger dan TLl, is signaal 133 hoog en wanneer IDS beneden TLl is dan is 133 laag. De volgende stap is om een uitgang te geven aan het eerste uitgangs-35 signaal getoond in figuur 5e via de eerste bistabiele keten 8420205 -leus. De eerste uitgang heeft een gemiddeld niveau evenredig met een eerste polariteit van vermogen op de leiding 10 over een voldoende interval. Het is veranderbaar slechts bij de vooruit bepaalde omzetterklokintervallen aangegeven als w, x, 5 y en z in figuur 5b.The control signal 113 changes levels depending on the level of the integrated difference signal with respect to the threshold TL1. When IDS is above TL1, signal 133 is high and when IDS is below TL1 then 133 is low. The next step is to output the first output signal shown in Figure 5e through the first bistable circuit 8420205 loop. The first output has an average level proportional to a first polarity of power on line 10 over a sufficient interval. It is changeable only at the predetermined converter clock intervals indicated as w, x, 5 y and z in Figure 5b.
De enkele polariteitswerking van de omzet-ter 90 houdt het omschakelen in van het terugkoppelsignaal tussen eerste referentiebron 98 en een tweede referentiebron 102, afhangend van het niveau van het eerste uitgangssignaal 10 (figuur 5e). Daar de tweede referentiebron 102 een aardverbin- ding is zal het deel van de omzetter 90 dat tot dusverre beschreven is niet geschikt zijn voor een negatieve vermogens-stroming op de leiding 10. Wanneer de vermogensstroom (1^) nega-r tief loopt zoals tussen de tijden t^ en in figuur 5a wordt 15 een extra schakeling in de omzetter 90 toegepast. Met verwij zing naar figuur 3 bevat de omzetter 90 een tweede vergelijker 140 welke de uitgang ontvangt van de integrator 107. De vergelijker 140 heeft een tweede drempelniveau TL2 welke verschillend is van het eerste drempelniveau van de vergelijker 114.The single polarity operation of the converter 90 involves switching the feedback signal between first reference source 98 and a second reference source 102 depending on the level of the first output signal 10 (Figure 5e). Since the second reference source 102 is a ground connection, the part of the converter 90 described so far will not be suitable for a negative power flow on line 10. When the power current (1 ^) is negative as between at times t and in figure 5a an additional circuit is used in the converter 90. With reference to Figure 3, the converter 90 includes a second comparator 140 which receives the output from the integrator 107. The comparator 140 has a second threshold level TL2 which is different from the first threshold level of the comparator 114.
20 De drempelniveaus moeten ver genoeg van elkaar ingesteld wor den om te passen bij de ruimst geanticipeerde variaties in de geïntegreerde verschilsignaaluitgang van de integrator 107 zonder het overschrijden van de drempelniveaus van beide ver-gelijkers gelijktijdig. Het geïntegreerde verschilsignaal wordt 25 geleverd aan een niet omkerende ingang van de vergelijker 114 en aan de omkerende ingang van de vergelijker 140 zodat hun uitgangen een tegengestelde polariteit zullen hebben. De uitgang van de vergelijker 140 gaat hoog Wanneer het geïntegreerde verschilsignaal beneden het tweede drempelniveau ligt in de 30 vergelijker 140 en gaat laag wanneer het geïntegreerde verschil signaal boven het tweede drempelniveau ligt in de vergelijker 140.The threshold levels must be set far enough apart to accommodate the most widely anticipated variations in the integrated difference signal output of the integrator 107 without exceeding the threshold levels of both comparators simultaneously. The integrated difference signal is supplied to a non-inverting input of comparator 114 and to the reversing input of comparator 140 so that their outputs will have opposite polarity. The output of comparator 140 goes high when the integrated difference signal is below the second threshold level in comparator 140 and goes low when the integrated difference signal is above the second threshold level in comparator 140.
De uitgang van vergelijker 140 wordt toegevoerd aan de D-ingang van de tweede bistabiele keten 142.The output of comparator 140 is applied to the D input of the second bistable circuit 142.
35 De tweede bistabiele keten 142 geeft een uitgang van een twee- 8420205 - 19 - de uitgangssignaal van zijn Q-uitgang. Het tweede uitgangssignaal heeft één van twee niveaus afhangend van het niveau van het geïntegreerde verschilsignaal met betrekking tot het tweede drempelniveau bij ieder van de omzetter klokintervallen.The second bistable circuit 142 outputs an output of a second output 8420205-19 from its Q output. The second output signal has one of two levels depending on the level of the integrated difference signal with respect to the second threshold level at each of the converter clock intervals.
5 Het tweede uitgangssignaal wordt toegevoerd aan de ingang 126 van de negatieve EN-poort 122 en aan een schakelaar 146 voor het verbinden van een derde referentiebron VR+ aan een sommeer-knoop 96. Het terugkoppelsignaal ^ wordt dus beheersd door het niveau van het tweede uitgangssignaal dat een gemiddeld 10 niveau heeft evenredig met de tweede polariteitenergie vervoerd over de vermogensleiding 10.The second output signal is applied to the input 126 of the negative AND gate 122 and to a switch 146 for connecting a third reference source VR + to a summing node 96. The feedback signal is thus controlled by the level of the second output signal which has an average 10 level proportional to the second polarity energy carried over the power line 10.
De tweede polariteitswerking van de omzetter 90 zal beschreven worden met betrekking tot figuur 3 en 5.The second polarity operation of the converter 90 will be described with reference to Figures 3 and 5.
Na de tijd t^ keert de richting van de vermogensstroom om en 15 het produktsignaal I begint een lading te trekken uit de som- meerknoop 96. Met verwijzing naar figuur 5c, juist voorafgaand aan de tijd t^ daalt het geïntegreerde verschilsignaal hetgeen betekent dat de negatieve referentiebron VR- verbonden is met de sommeerknoop via de schakelaar 100. Bij de klokpuls die volgt 20 op het overschrijden van het eerste drempelniveau TLl zal deAfter the time t ^, the direction of the power flow reverses and the product signal I begins to draw a load from the summing node 96. With reference to Figure 5c, just prior to the time t ^, the integrated difference signal drops, which means that the negative reference source VR- is connected to the summing node via switch 100. At the clock pulse that follows 20 exceeding the first threshold level TL1, the
schakelaar 100 openen en de schakelaar 104 zal sluiten waarbij de sommeerknoop geaard wordt. Daar het produktsignaal Iswitch 100 opens and switch 104 will close, grounding the summation node. Since the product signal I
PP
negatief is na t^ zal het geïntegreerde verschilsignaal doorgaan met het integreren naar beneden toe tot het bereiken van 25 het tweede drempelniveau TL2 van de vergelijker 140 wanneer zijn uitgang 135 hoog zal gaan (zie figuur 5g). Bij de volgende vergelijkerklokinterval nadat de omzetter 140 hoog gaat zal de Q-uitgang van de bistabiele schakeling 142 (het tweede uitgangssignaal hoog gaan zoals getoond in figuur 5a). Wanneer 30 het tweede uitgangssignaal hoog gaat wordt een schakelaar 148 verbonden met de derde referentiebron 146 (VR+) gesloten. De derde referentiebron levert een positieve stroom Iaan de sommeerknoop 96 om een tegenwicht te vormen tot het negatievenegative after t ^, the integrated difference signal will continue to integrate downward until it reaches the second threshold level TL2 of comparator 140 when its output 135 goes high (see FIG. 5g). At the next comparator clock interval after converter 140 goes high, the Q output of bistable circuit 142 (the second output signal goes high as shown in Figure 5a). When the second output signal goes high, a switch 148 connected to the third reference source 146 (VR +) is closed. The third reference source supplies a positive current to summing node 96 to counterbalance the negative
produktsignaal I en IDS terugdrijft over TL2. Wanneer TL2 Pdrives product signal I and IDS over TL2. When TL2 P
35 overschreden wordt gaat het signaal 135 opnieuw laag waarbij 8420205 - 20 - veroorzaakt wordt dat het tweede uitgangssignaal laag gaat bij het volgende klokinterval. Tijdens de tweede polariteit-werking blijft het eerste uitgangssignaal (figuur 5e) laag en wanneer het tweede uitgangssignaal (figuur 5h) laag is zijn 5 de beide ingangen naar de poort 122 laag en gaat zijn uitgang hoog. Wanneer de uitgang van de poort 122 hoog gaat wordt de schakelaar 104 gesloten en de aardverbindingsreferentiebron 102 is verbonden met de sommeerknoop 96. Wanneer de schakelaar 104 gesloten wordt wordt toegestaan dat IDS opnieuw TL2 over-10 schrijdt in de andere richting. Tijdens het interum tussen de tijden t^ en t2/ wanneer de vermogensstroom negatief is wordt het geïntegreerde verschilsignaal gehandhaafd in de nabijheid van het tweede drempelniveau TL2.35, the signal 135 goes low again, causing 8420205-20 to cause the second output signal to go low at the next clock interval. During the second polarity operation, the first output signal (Figure 5e) remains low and when the second output signal (Figure 5h) is low, both inputs to gate 122 are low and its output goes high. When the output of the gate 122 goes high, the switch 104 is closed and the ground connection reference source 102 is connected to the summing node 96. When the switch 104 is closed, IDS is again allowed to step TL2 over-10 in the other direction. During the interum between times t1 and t2 / when the power current is negative, the integrated difference signal is maintained in the vicinity of the second threshold level TL2.
De omzetter 90 getoond in figuur 3 is 15 voorzien van drie verschillende referentiebronnen waarvan de tweede een verbinding is met de gemeenschappelijke aarde voor de meetketen. Door de constructie van de ketenelementen wordt de aardverbinding gebruikt wanneer het geïntegreerde verschilsignaal in het gebied is tussen de eerste en tweede drempels 20 TLl en TL2. Het is niet essentieel dat de tweede referentie- bron een aardverbinding is. Afzonderlijke positieve en negatieve referentiebronnen zouden gebruikt kunnen worden voor iedere polariteit van de werking, indien gewenst. In een dergelijk geval zouden de eerste en tweede referentiebronnen 25 gebruikt moeten worden om het tweede signaal toe te voeren aan de sommeerknoop 96 wanneer het produktsignaal I een eer-The converter 90 shown in Figure 3 is provided with three different reference sources, the second of which is a connection to the common ground for the measuring circuit. Due to the construction of the circuit elements, the ground connection is used when the integrated difference signal is in the range between the first and second thresholds TL1 and TL2. It is not essential that the second reference source is a ground connection. Separate positive and negative reference sources could be used for any polarity of operation if desired. In such a case, the first and second reference sources 25 should be used to supply the second signal to the summing node 96 when the product signal I is a first
PP
ste polariteit heeft en afzonderlijke derde en vierde referentiebronnen gebruikt zouden kunnen worden om het tweede signaal I2 toe te voeren aan de sommeerknoop 96 wanneer het produkt-30 signaal I van de andere polariteit is. In de praktijk wordt de keuze van de waarden voor de referentiebronnen beheersd door de noodzaak van het handhaven van het geïntegreerde wisse Is ignaal in de nabijheid van het drempelniveau van de gebruikte vergelijker. De grootten en polariteiten van de referentie-35 krommen zijn overigens geheel een zaak van ontwerpkeuze.has polarity and separate third and fourth reference sources could be used to supply the second signal I2 to the summing node 96 when the product signal 30 is of the other polarity. In practice, the selection of the values for the reference sources is governed by the need to maintain the integrated change signal in the vicinity of the threshold level of the comparator used. Moreover, the sizes and polarities of the reference 35 curves are entirely a matter of design choice.
8420205 - 21 -8420205 - 21 -
Door gebruik te maken van de referentie-bronnen in de omzetter 90 welke tenminste één aardverbinding bevat verbetert de totale nauwkeurigheid van de uitgang van de gemoduleerde signalen. Terwijl variaties kunnen optreden 5 in de positieve en negatieve spanningsreferentiebronnen blijft de aardverbinding gefixeerd. Wanneer één of beide van de positieve en negatieve referentiebronnen boven of beneden zijn correcte waarde ligt zal een fout op één niveau enigszins langer of korter liggen dan hij möet zijn daar gedurende de tijd dat 10 de spanningsreferentiebron het terugkoppelsignaal levert het enigszins te veel of te weinig stroom toevoert. Hoe dichter het ingangssignaal bij aarde (nul) ligt des te kleiner zal de fout zijn. Gelijke en tegengestelde referentiebronnen, zoals die gebruikt in het terugkoppelstelsel van de modulator 30 15 hebben een grotere potentiaal voor fout wanneer er een misaan passing is tussen de referentiespanningen Vl+ en Vl-.Daar het terugkoppelstelsel van de modulator 30 altijd schakelt tussen V1+ en VI-, zal iedere fout die een gevolg is van een referentiespanningsfoutaanpassing de neiging hebben om te zor-20 gen dat de gemoduleerde uitgang Op het ene of het andere niveau ligt met een incorrecte hoeveelheid tijd zonder te letten op de grootte van het ingangssignaal. Dit geeft niet een probleem in het geval van de modulator 30 omdat het het lijnspannings-signaal moduleert dat in het algemeen met slechts een klein be-25 drag varieert. De nauwkeurigheid hoeft daarom slechts over een klein gebied gehandhaafd te worden. De omzetter 90 vereist echter een grotere nauwkeurigheid omdat een ruime variatie in het produktsignaal leidingvermogen voorstellen. Hierdoor heeft de scheiding van de omzetterbewerkingen tussen een positieve 30 en negatieve polariteit van het vermogen bepaalde voordelen.Using the reference sources in converter 90 containing at least one ground connection improves the overall accuracy of the output of the modulated signals. While variations can occur in the positive and negative voltage reference sources, the ground connection remains fixed. When one or both of the positive and negative reference sources is above or below its correct value, a one level error will be slightly longer or shorter than it must be because during the time the voltage reference source provides the feedback signal it is slightly too much or too little power. The closer the input signal is to ground (zero), the smaller the error will be. Equal and opposite reference sources, such as those used in the feedback system of the modulator 30, have a greater potential for error when there is a mismatch between the reference voltages V1 + and V1 - since the feedback system of the modulator 30 always switches between V1 + and VI- , any error resulting from a reference voltage error adjustment will tend to cause the modulated output to be at one level or the other with an incorrect amount of time without regard to the magnitude of the input signal. This does not pose a problem in the case of the modulator 30 because it modulates the line voltage signal which generally varies with only a small amount. Accuracy therefore only needs to be maintained over a small area. However, the converter 90 requires greater accuracy because a wide variation in the product signal represents lead power. As a result, the separation of the converter operations between a positive and negative polarity of the power has certain advantages.
Daar slechts één polariteit gemeten wordt door iedere verge-lijker kunnen de referentiebronnen een aardverbinding gebruiken om het terugkoppelsignaal te leveren om de totale omzetter-nauwkeurigheid te verbeteren. De informatie die geleverd wordt 35 over de vermogensstroom van iedere polariteit is ook wenselijk 8420205 - 22 - daar hij extra informatie verschaft over de aard van de belasting en zijn vermogenseisen.Since only one polarity is measured by each comparator, the reference sources can use a ground connection to provide the feedback signal to improve overall converter accuracy. The information provided on the power flow of each polarity is also desirable 8420205-22 as it provides additional information about the nature of the load and its power requirements.
De eerste en tweede uitgangssignalen hebben een uitgang op de leiding 92 en 144 van de omzetter 90 (zie 5 figuur 1) en zijn veranderbaar tussen twee niveaus bij de om- zetterklokintervallen. Om een geschikte gedigitaliseerde uitgang te leveren waarin de pulsdichtheid evenredig is met de vermogensstroom wordt een stelsel voor het omzetten van de uitgangssignalen in pulsreeksen geleverd. In figuur 1 en 5 wor-10 den de eerste en tweede uitgangssignalen toegevoerd aan de respectievelijke eerste en tweede EN-poorten 150 en 152. Een tweede ingang aan de EN-poorten wordt toegevoerd vanaf de omzetterklok 120. Figuur 5f toont de pulstrein geleverd voor het vermogen van een eerste polariteit vanaf EN-poort 150.The first and second outputs have an output on lines 92 and 144 of converter 90 (see Figure 1) and are changeable between two levels at the converter clock intervals. To provide a suitable digitized output in which the pulse density is proportional to the power flow, a system for converting the output signals into pulse arrays is provided. In Figures 1 and 5, the first and second output signals are supplied to the first and second AND gates 150 and 152, respectively. A second input to the AND gates is supplied from the converter clock 120. Figure 5f shows the pulse train supplied for the power of a first polarity from AND gate 150.
15 De pulsreeks heeft een pulsdichtheid evenredig met de grootte van de vermogensstroom in een richting op de leiding 10. Op dezelfde wijze toont voor een vermogensstroom in de tegengestelde richting figuur 5i een pulsreeks voor een vermogen van de tweede polariteit vanaf EN-poort 152. Er zijn verschillende 20 middelen beschikbaar voor het verwerken van de eerste en tweede digitale uitgangssignalen respectievelijk getoond in figuur 5f en 5i. Het zal bijvoorbeeld geschikt zijn om de digitale signalen te leveren aan telmiddelen voor het tellen van de positieve en negatieve polariteitspulsen. De teller zou dan 25 een uitgang kunnen geven van een Weergave of de totale vermogens- consumptie registreren. De teller 154 is een voorbeeld van een dergelijke weergavegedachte. Wanneer in aanvulling een poortsignaal toegevoerd wordt aan de teller 154 zouden metingen van vermogen in passende eenheden, zoals kilowatts gemakke-30 lijk verkregen kunnen worden. Afzonderlijke aflezingen van ver mogensstroom in iedere richting zou ook verkregen kunnen worden.The pulse train has a pulse density proportional to the magnitude of the power flow in one direction on the lead 10. Similarly, for a power flow in the opposite direction, Figure 5i shows a pulse train for a power of the second polarity from AND gate 152. Er various means are available for processing the first and second digital output signals shown in Figures 5f and 5i, respectively. For example, it will be convenient to supply the digital signals to counting means for counting the positive and negative polarity pulses. The counter could then output a Display or record the total power consumption. Counter 154 is an example of such a display idea. In addition, when a gate signal is applied to the counter 154, measurements of power in appropriate units, such as kilowatts, could be easily obtained. Separate power current readings in each direction could also be obtained.
Zoals reeds eerder werd opgemerkt wordt een geringe naijling geïntroduceerd in het gemoduleerde uit-35 gangssignaal daar de bistabiele keten 52 (figuur 2) slechts 8420205 - 23 - veranderbaar is bij vooruit bepaalde klokintervallen.As noted earlier, a slight lag is introduced into the modulated output since the bistable circuit 52 (Figure 2) is only 8420205-23 variable at predetermined clock intervals.
Figuur 6 toont een nieuwe delta-minus-sigmamodulator 30' met een digitale fasevoorijlingsketen om te compenseren voor de fasenaijling. Dezelfde elementen in de 5 figuur 2 en figuur 6 modulatoren zijn aangegeven met dezelfde verwijzingscijfers. Opgemerkt wordt dat een dergelijke digitale fasevoorijlingsketen andere toepassingen heeft dan vermo-gensmeetstelsels. Bovendien, indien gewenst, kan een fasevoor-ijling verschaft worden die meer dan voldoende is om de fase-10 naijling te compenseren veroorzaakt door de uitgangbistabiel 52 van figuur 2.Figure 6 shows a new delta minus sigma modulator 30 'with a digital phase advance circuit to compensate for the phase lag. The same elements in the Figure 2 and Figure 6 modulators are indicated by the same reference numerals. It is noted that such a digital phase advance circuit has other applications than power measurement systems. In addition, if desired, a phase pre-lag can be provided which is more than sufficient to compensate for the phase-10 lag caused by the output bistable 52 of Figure 2.
De gewijzigde modulator 30' van figuur 6 bevat net zoals de modulator uit figuur 2 een bistabiele keten 52 die een bron van een terugkoppelstroom I regelt via de 15 schakelaars 58 en 60. Een sommeerknoop 36 ontvangt het ingangs signaal Ij via de ingangsweerstand 38. Ogenblikkelijke verschillen tussen de terugkoppelings- en ingangssignalen worden voorgesteld door 1^. en dit verschilsignaal wordt gemeten door de meetketen 42. De regelsignaaluitgang van de vergelijker 20 50 is hoog wanneer het geïntegreerde verschilsignaal boven de drempel ligt van de vergelijker en is laag wanneer het geïntegreerde verschilsignaal beneden de drempel ligt.The modified modulator 30 'of Figure 6, like the modulator of Figure 2, includes a bistable circuit 52 which controls a source of a feedback current I through the switches 58 and 60. A summing node 36 receives the input signal Ij through the input resistor 38. Instantaneous differences between the feedback and input signals are represented by 1 ^. and this difference signal is measured by the measuring circuit 42. The control signal output of the comparator 50 is high when the integrated difference signal is above the threshold of the comparator and is low when the integrated difference signal is below the threshold.
De modulator 30' verschilt van de modulator 30 in figuur 2 doordat hij een digitale verschuiver bevat tussen 25 de meetketen 42 en de bistabiele keten 52. De digitale ver schuiver introduceert een tijdvertraging in de regelsignaaluitgang van de vergelijker 50. In figuur 6 is de digitale verschuiver een bistabiele keten 59 welke de regelsignaaluitgang ontvangt van de vergelijker aan zijn D-ingang. Voor de doelen 30 van het hier beneden gegeven voorbeeld wordt de bistabiele keten 59 geklokt met dezelfde snelheid als de bistabiele keten 52 maar één half klokinterval uit fase.The modulator 30 'differs from the modulator 30 in Figure 2 in that it contains a digital shifter between the measuring circuit 42 and the bistable circuit 52. The digital shifter introduces a time delay in the control signal output of the comparator 50. In Figure 6, the digital shift a bistable circuit 59 which receives the control signal output from the comparator at its D input. For the purposes 30 of the example given below, the bistable circuit 59 is clocked at the same rate as the bistable circuit 52 but one half clock out of phase.
De werking van de modulator getoond in figuur 6 om een fasevoorijling te verkrijgen in het gemoduleer-35 de uitgangssignaal zal beschreven worden met betrekking tot figuur 7.The operation of the modulator shown in Figure 6 to obtain phase advance in the modulated output signal will be described with respect to Figure 7.
8420205 - 24 -8420205 - 24 -
Het ingangangssignaal I naar de modulator 30' wordt getoond ΆΧ in figuur 7a. De uitgang van de eerste klok 56 is getoond in figuur 7b. De eerste klok 56 levert ook het signaal aan de bi-stabiele keten 59 via een omkeerinrichting 57 en het tweede 5 kloksignaal wordt getoond in figuur 7c. Wanneer I is posi tief bij de klokpuls a en de Q-uitgang van de bistabiele keten 52, getoond in figuur 7g is aanvankelijk hoog dan zal I posi-The input input signal I to the modulator 30 'is shown ΆΧ in Figure 7a. The output of the first clock 56 is shown in Figure 7b. The first clock 56 also supplies the signal to the bistable circuit 59 through a reverser 57 and the second clock signal is shown in Figure 7c. If I is positive at the clock pulse a and the Q output of the bistable circuit 52 shown in Figure 7g is initially high then I will be positive.
FF
tief zijn in de sommeerknoop 36. Dit zal een positieve I ^ geven welke toegevoerd wordt aan de omkerende ingang van de 10 integratieversterker 46 om te veroorzaken dat het geïntegreer de verschilsignaal in het punt 47 aanvankelijk naar beneden loopt, bij 21 uit figuur 7d. De lijn 22 in figuur 7d stelt de drempel voor van de vergelijker 50. Wanneer het geïntegreerde verschilsignaal de drempel 22 overschrijdt gaat het regelsig-15 naai getoond in figuur 7e van hoog naar laag. Aannemende dat de bistabiele keten 59 inklokt waarbij de pulsen a', b', c', d', e', enz. naar boven toe bewegen zal de uitgang van de bistabiele keten 59 van hoog naar laag gaan bij klokpuls a'. Naar de uitgang van de bistabiele keten 59 (Q') wordt hier 20 verwezen als het vertraagde regelsignaal dat vervolgens toege voerd wordt aan de D-ingang van de bistabiele keten 52. Figuur 7f toont het vertraagde regelsignaal en figuur 7g toont de Q-uitgang van de bistabiele keten 52. Wanneer Q' van hoog naar laag gaat zal de Q-uitgang van de bistabiele keten 52 van hoog 25 naar laag gaan bij zijn volgende klokpuls b. De verandering in Q opent de schakelaar 60 en sluit de schakelaar 58 waarbij veroorzaakt wordt dat I_ negatief gaat. Het geïntegreerde ver-schilsignaal loopt dan omhoog waarbij vergelijker drempel 52 overschreden wordt en opnieuw veroorzaakt wordt dat het regel-30 signaal hoog gaat. Bij de klokpuls d’ van de tweede klok gaat de Q'-uitgang van de bistabiele keten 59 opnieuw hoog. Dit veroorzaakt dat de Q-uitgang van de eerste bistabiele keten 52 hoog gaat bij zijn volgende klokpuls e.be active in the summing node 36. This will give a positive input to the inverting input of the integration amplifier 46 to cause the integrated differential signal at point 47 to initially drop down at 21 of Figure 7d. Line 22 in Figure 7d represents the threshold of comparator 50. When the integrated difference signal exceeds threshold 22, the line shown in Figure 7e goes from high to low. Assuming that the bistable circuit 59 clocks in with the pulses a ', b', c ', d', e ', etc. moving upwards, the output of the bistable circuit 59 will go from high to low at clock pulse a'. The output of the bistable circuit 59 (Q ') is referred to herein as the delayed control signal which is then applied to the D input of the bistable circuit 52. Figure 7f shows the delayed control signal and Figure 7g shows the Q output of the bistable chain 52. When Q 'goes from high to low, the Q output of the bistable chain 52 will go from high 25 to low at its next clock pulse b. The change in Q opens switch 60 and closes switch 58 causing I_ to go negative. The integrated difference signal then increases, crossing comparator threshold 52 and again causing the control 30 signal to go high. At the clock pulse d 'of the second clock, the Q' output of the bistable circuit 59 again goes high. This causes the Q output of the first bistable circuit 52 to go high at its next clock pulse e.
Het hierboven beschreven proces zal door-35 gaan waarbij de Q-uitgang van de bistabiele keten 52 de sig- 8420205 - 25 - nalen levert voor het regelen van de terugkoppellus van de modulator. Aannemende dat de tijdvertraging geïntroduceerd door de digitale verschuiver voorgesteld door de bistabiele keten 59 niet groot genoeg is om instabiliteit te vormen in 5 de terugkoppellus zal de modulator 301 een gemoduleerd signaal leveren equivalent, maar niet identiek aan deze uitgang van de modulator 30. Bij equivalentie wordt bedoeld dat de Q-uit-gang van de bistabiele keten 52 een gemoduleerd signaal zal zijn veranderbaar bij vooruit bepaalde eerste klokintervallen 10 op een wijze evenredig aan de signaalingang naar de modulator.The above-described process will continue with the Q output of the bistable circuit 52 providing the signals for controlling the feedback loop of the modulator. Assuming that the time delay introduced by the digital shifter represented by the bistable circuit 59 is not large enough to form instability in the feedback loop, modulator 301 will provide a modulated signal equivalent, but not identical, to this output of modulator 30. At equivalence it is meant that the Q output of the bistable circuit 52 will be a modulated signal changeable at predetermined first clock intervals 10 in a manner proportional to the signal input to the modulator.
De Q-uitgangbistabiel 59 zal de Q-uitgang van de eerste bistabiele keten 52 voorijlen met een bedrag dat afhangt van het verschil in de kloksignalen toegevoerd aan de twee bistabiele ketens. Deze voorijling treedt op als een natuurlijk 15 gevolg van het feit dat de Q-uitgang van de bistabiele keten 52 slechts zal veranderen bij de volgende klokpuls volgend op een verandering in de Q'-uitgang van de bistabiel 59. De Q'-uitgang is dus een werkelijk "voorijlend" signaal naar de Q-uitgang.The Q output bistable 59 will lead the Q output of the first bistable circuit 52 by an amount which depends on the difference in the clock signals supplied to the two bistable chains. This advance occurs as a natural consequence of the fact that the Q output of the bistable circuit 52 will change only at the next clock pulse following a change in the Q 'output of the bistable 59. The Q' output is thus a real "leading" signal to the Q output.
20 Het uitgangssignaal op de leiding 34 zal een fasevoorijling hebben van de helft van een eerste klokin-terval vergeleken met de Q- en Q-uitgangen van de bistabiele keten 52. Daar de klokintervallen toegevoerd aan zowel de bistabiele keten 59 als de bistabiele keten 52 dezelfde zijn zal 25 de vertraagde regelsignaaluitgang op de leidingen 34 veran derbaar zijn bij dezelfde intervallen als de Q en Q-uitgangen van de bistabiele keten 52 en zal anders gelijk zijn aan ieder ander delta-minus-sigma-gemoduleerd signaal. Het kloksignaal geleverd aan de bistabiele keten 59 wordt in feite het bepalen-30 de kloksignaal dat veranderingen beheerst in de uitgang van de modulator. Het zal mogelijk zijn om een ander soort digitale schuiver te substitueren zoals een multitrapsverschui-vingsregister voor de bistabiele keten 59 wanneer de vertraging die geïntroduceerd wordt niet zo lang is om de terugkop-35 pellus te destabiliseren. De digitale verschuiver die gebruikt 8420205 - 26 - wordt kan ook geklokt worden met een verschillende snelheid dan de eerste bistabiele keten 52 ofschoon dat de eigenschappen zal veranderen van het vertraagde regelsignaal. Wanneer bijvoorbeeld een multitrapsschuifregister geklokt bij een hoge 5 snelheid ingébracht zal worden in plaats van de bistabiele keten 59 zou het het regelsignaal vertragen met een gekozen aantal korte intervallen. De uitgang van een dergelijk schuif-register zou een vertraagd regelsignaal zijn dat veranderbaar is bij de hogere kloksnelheid. Een schuifregister zou ook toe-10 gepast kunnen worden met verschillende trappen geklokt bij verschillende snelheden. In een dergelijke constructie zou het langste klokinterval gebruikt om één van de trappen te klokken de intervallen bepalen waarbij het uiteindelijk vertraagde regelsignaal veranderbaar zou zijn. Ieder stelsel voor het 15 vertragen van het regelsignaal moet tenminste één bistabiele keten bevatten geklokt bij discrete intervallen zo dat de gemoduleerde uitgang van de modulator (het vertraagde regelsignaal) veranderbaar zal zijn bij deze discrete intervallen.The output on line 34 will have a phase advance of half of a first clock interval compared to the Q and Q outputs of the bistable circuit 52. Since the clock intervals are applied to both the bistable circuit 59 and the bistable circuit 52 the same, the delayed control signal output on leads 34 will be changeable at the same intervals as the Q and Q outputs of the bistable circuit 52, and will otherwise be the same as any other delta minus sigma modulated signal. The clock signal supplied to the bistable circuit 59 actually becomes the determining clock controlling changes in the output of the modulator. It will be possible to substitute another type of digital slider such as a multi-stage shift register for the bistable chain 59 when the delay introduced is not so long as to destabilize the feedback pellet. The digital shifter used 8420205-26 can also be clocked at a different rate than the first bistable circuit 52, although that will change the characteristics of the delayed control signal. For example, if a multi-stage shift register clocked at a high speed were inserted in place of the bistable circuit 59, it would delay the control signal by a selected number of short intervals. The output of such a shift register would be a delayed control signal that is variable at the higher clock speed. A shift register could also be used with different stages clocked at different speeds. In such a construction, the longest clock interval used to clock one of the stages would determine the intervals at which the ultimately delayed control signal would be changeable. Each control signal delay system must include at least one bistable circuit clocked at discrete intervals such that the modulator's modulated output (the delayed control signal) will be changeable at these discrete intervals.
De fasevoorijling geproduceerd in de modu-20 lator 30* kan gekozen worden. Een dergelijke keuze wordt ver kregen door het instellen van de kloksignalen geleverd aan de bistabiele ketens 52 en 59. Aannemende dat een eerste kloksig-naal dat pulsen levert bij eerste klokintervallen toegevoerd wordt aan de bistabiele keten 52 en een tweede kloksignaal dat 25 pulsen levert bij tweede klokintervallen toegevoerd wordt aan de digitale verschuiver (bistabielgketen 59), en beide eerste en tweede klokintervallen gelijk zijn zullen de faseverschui-ving tussen de kloksignalen de hoeveelheid voorijling bepalen in de modulatoruitgang. In het besproken voorbeeld met betrek-30 king tot figuur 7 was de tweede klok het omgekeerde van de eerste klok en was de totale verschuiving een half klokinterval. Wanneer de klokpulsen geleverd door de tweede klok aan de bistabiele keten 59 driekwart van een klokinterval waren voorafgaand aan de pulsen geleverd aan de bistabiele keten 52 35 zou een fasevoorijling van driekwart van het klokinterval gele- 8420205 - 27 - verd worden. Het is het bedrag van de vertraging tussen een verandering in de Q'-uitgangen van de bistabiele keten 59 en de Q-uitgang van de bistabiele keten 52 welke de hoeveelheid bepaalt van de voorijltijd in de signaaluitgang de lijnen 34.The phase advance produced in the modulator 20 * can be selected. Such a choice is made by adjusting the clock signals supplied to the bistable circuits 52 and 59. Assuming that a first clock signal supplying pulses at first clock intervals is supplied to the bistable circuit 52 and a second clock signal supplying 25 pulses at second clock intervals are applied to the digital shifter (bistable circuit 59), and both first and second clock intervals are equal, the phase shift between the clock signals will determine the amount of advance in the modulator output. In the example discussed with respect to Figure 7, the second clock was the inverse of the first clock and the total shift was half a clock interval. When the clock pulses supplied by the second clock to the bistable circuit 59 were three quarters of a clock interval prior to the pulses supplied to the bistable circuit 52, a phase advance of three quarters of the clock interval would be delivered. It is the amount of the delay between a change in the Q 'outputs of the bistable circuit 59 and the Q output of the bistable circuit 52 which determines the amount of the lead time in the signal output lines 34.
5 De hoeveelheid aan fasevoorijling die verkregen kan worden door de modulator uit figuur 6 hangt af van de graad van verdraging die geïntroduceerd kan worden in de terugkoppellus van een delta-minus-sigmamodulator zonder zijn destabilisatie te veroorzaken. Het is echter bekend dat 10 een vertraging van een deel van een klokpuls op de beschreven wijze in het hierboven genoemde voorbeeld functioneel is en de fasevoorijling levert in het gemoduleerde signaal zoals beschreven.The amount of phase advance that can be obtained by the modulator of Figure 6 depends on the degree of tolerance that can be introduced into the feedback loop of a delta minus sigma modulator without causing its destabilization. However, it is known that a delay of part of a clock pulse in the manner described in the above example is functional and provides the phase advance in the modulated signal as described.
Figuur 8 toont een meetstelsel volgens een 15 verdere uitvoering van de uitvinding welke een aanvullende uitgangsvermogensmeting levert in hetzij VARS of Q. Zoals beschreven in het achtergrondgedeelte hierboven VARS en Q stellen vermogensmetingen voor waarin een gespecificeerd faseverband geïntroduceerd wordt tussen de stroom en de spanningssignalen.Figure 8 shows a measurement system according to a further embodiment of the invention which provides an additional output power measurement in either VARS or Q. As described in the background section above, VARS and Q represent power measurements in which a specified phase relationship is introduced between the current and the voltage signals.
20 VARS wordt verkregen door het vermenigvuldigen van de stroom met een spanningssignaal dat met 90° naijlt; Q wordt verkregen door het vermenigvuldigen van de stroom met een spannings-signaal dat met 60° naijlt. In het meetstelsel van deze uitvoering van de uitvinding kan VARS, Q of iedere ander gewenst 25 faseverband vermogenswaarde gemakkelijk verkregen worden door het vertragen van de uitgang van de modulator 30 met een gekozen hoeveelheid. De vertraging kan gemakkelijk geleverd worden door tijdvertragingsmiddelen te gebruiken zoals een schuif-register in de wijze hierna beschreven.VARS is obtained by multiplying the current by a voltage signal lagging by 90 °; Q is obtained by multiplying the current by a voltage signal that lags by 60 °. In the measurement system of this embodiment of the invention, VARS, Q or any other desired phase relationship power value can be easily obtained by delaying the output of modulator 30 by a selected amount. The delay can be easily provided by using time delay means such as a shift register in the manner described below.
30 De Q-uitgang van de modulator 30 van figuur 8 uitvoering wordt geleverd zowel aan het poortorgaan 80 als aan het schuifregister 160. Het schuifregister 160 vertraagt de uitgang van de modulator 30 met een gekozen vertragingsinterval. De hoeveelheid van vertraging hangt af van het gewenste geko-35 zen faseverband vermogenswaarde (VARS of Q), en ook van de fre- 8420205 - 28 - quentie van de wisselstroomgolfvorm die gemeten wordt (560 Hz).The Q output of the modulator 30 of Figure 8 embodiment is supplied to both the gate member 80 and the shift register 160. The shift register 160 delays the output of the modulator 30 by a selected delay interval. The amount of delay depends on the desired selected phase relationship power value (VARS or Q), and also on the frequency of the AC waveform being measured (560 Hz).
Om de keten te vereenvoudigen wordt alleen de Q-uitgang van de modulator 30 toegevoerd aan het schuifregister 160. De tijd-vertraagde uitgang van het schuifregister wordt dan toege-5 voerd aan een omkeerinrichting 161 en zowel de omgekeerde als niet omgekeerde signalen worden het tijdvertraagde signaal op de leiding 162. Zoals hierin gebruikt wordt de uitdrukking "tijdvertraagd signaal" onveranderbaar gebruikt met "fase gewijzigd signaal'/ en men zal begrijpen dat de geïntroduceerde 10 fasemodificatie verkregen wordt door middel van een tijdvertra- ging geïntroduceerd in het signaal.To simplify the circuit, only the Q output of the modulator 30 is applied to the shift register 160. The time-delayed output of the shift register is then applied to an inverter 161 and both the inverted and non-inverted signals are time-delayed signal on lead 162. As used herein, the term "time delayed signal" is invariably used with "phase modified signal" / and it will be appreciated that the introduced phase modification is obtained through a time delay introduced into the signal.
Verder is de verwerking van het tijdvertraagde gemoduleerde signaal nauwkeurig hetzelfde als voor het eerste gemoduleerde signaal van de uitvoering uit figuur 1. Het 15 tijdvertraagde gemoduleerde signaal wordt toegevoerd aan een tweede poortmiddel 164 dat een paar schakelaars 166 en 168 bevat geregeld door het tijdvertraagde gemoduleerde signaal. Het omgekeerde en niet-omgekeerde stroomanaloge signaal wordt geleverd aan de schakelaars 166 en 168. Het fasegewijzigde ge-20 moduleerde signaal sluit afwisselend de schakelaars 166 en 168 om de stroom en spanningssignaal te vermenigvuldigen tezamen en een tweede produktsignaal te leveren bij 170. Het tweede produktsignaal wordt dan toegevoerd aan de ingang van een VARS/Q-omzetter 172 welke nauwkeurig dezelfde is als de omzetter 25 90 getoond in figuur 2. VARS/O-omzetter 172 geeft als uitgang eerst een tweede uitgangssignaal aan afhangend van de polariteit van het vermogen op de leiding 10 op precies dezelfde wijze als de omzetter 90. De uitgangen van de omzetter 272 zijn eerste en tweede uitgangssignalen veranderbaar tussen twee 30 niveaus bij de omzetterklokintervallen op een wijze evenredig aan het tweede produktsignaal en het gekozen faseverbandvermogens-waarde (VARS of Q, 50 of 60 Hz) van het vermogen op de leiding 10. Vervolgens is een verwerking van de eerste en tweede uitgangssignalen van VARS/Q-omzetter 172 nauwkeurig hetzelfde 35 als voor de uitgangen van de omzetter 90 getoond in figuur 1 8 4 2 U Z 0 5 - 29 - inclusief het gebruik van telmiddelen geschikt voor een uitgang van gekozen vermogenswaarden.Furthermore, the processing of the time-delayed modulated signal is exactly the same as for the first modulated signal of the embodiment of Figure 1. The time-delayed modulated signal is supplied to a second gate means 164 containing a pair of switches 166 and 168 controlled by the time-delayed modulated signal . The inverse and non-inverse current analog signal is supplied to switches 166 and 168. The phase modified modulated signal alternately closes switches 166 and 168 to multiply the current and voltage signal together and provide a second product signal at 170. The second product signal is then applied to the input of a VARS / Q converter 172 which is exactly the same as the converter 25 90 shown in Figure 2. VARS / O converter 172 first outputs a second output depending on the polarity of the power on line 10 in exactly the same manner as converter 90. The outputs of converter 272 are first and second outputs changeable between two levels at converter clock intervals in a manner proportional to the second product signal and the selected phase relationship power value (VARS or Q , 50 or 60 Hz) of the power on the line 10. Then there is a processing of the first and second outputs signals from VARS / Q converter 172 are exactly the same as for the outputs of converter 90 shown in Figure 1 8 4 2 U Z 0 5 - 29 - including the use of counting means suitable for an output of selected power values.
Een kiezer (niet getoond) kan aangebracht worden voor het kiezen van hetzij VARS of Q als de tweede uit-5 gang van het meetstelsel. De kiezer zal het schuifregister 160 instellen om een spanningsnaijling te leveren die nodig is om het gekozen faseverband op te wekken en gelijktijdig een passende weergave te kiezen.A selector (not shown) can be provided to choose either VARS or Q as the second output of the measurement system. The selector will set the shift register 160 to provide a voltage lag needed to generate the selected phase relationship and simultaneously select an appropriate display.
De als voorbeeld gegeven en nieuwe digitale 10 fasekeuzetechniek aangegeven in figuur 8 is niet beperkt tot vermogensmeettoepassingen. De techniek kan gebruikt worden bij iedere signaalvermenigvuldigingstoepassing waar het faseverband tussen ingangssignalen ingesteld kan worden om gekozen faseverbandproduktwaarden te meten.The exemplary and new digital phase selection technique indicated in Figure 8 is not limited to power measurement applications. The technique can be used in any signal multiplication application where the phase relationship between input signals can be set to measure selected phase relationship product values.
15 Figuur 9 geeft een vermenigvuldiger aan gelijk aan de vermenigvuldiger gebruikt in het vermogensmeet-stelsel uit figuur 8. Dezelfde elementen zijn aangegeven met dezelfde verwijzingstekensignalen. I ^ en zijn de signalen die vermenigvuldigd moeten worden tezamen en waarvan aangenomen 20 wordt dat zij periodieke golfvormen hebben, niet noodzakelijk sinusvormig, met een vooruit bepaald faseverband met elkaar. Zoals in het vermogenmeetstelsel uit figuur 8 wordt een vermenigvuldiging verkregen door de techniek die bekend staat als tijdverlenings- of kentekenruimtevermenigvuldiging waarin 25 één van de signalen I gemoduleerd wordt na gebruikt om de polariteit van het andere signaal I ^ te poorten of om te keren om een produktsignaal te verkrijgen. Het signaal wordt toegevoerd aan het poortorgaan in zowel de omgekeerde als niet omgekeerde van een conventionele omkeerinrichting 72 geleverd 30 aan het signaal 82. Het niet omgekeerde signaal wordt toege voerd aan de schakelaar 65. Het gemoduleerde signaal voor het regelen van de schakelaars 65 en 66 wordt toegevoerd aan het poortorgaan door middel van de leiding 34.Figure 9 denotes a multiplier equal to the multiplier used in the power measurement system of Figure 8. The same elements are indicated with the same reference character signals. The signals to be multiplied together and assumed to have periodic waveforms are not necessarily sinusoidal with a predetermined phase relationship to each other. As in the power measurement system of Figure 8, a multiplication is obtained by the technique known as time extension or license plate space multiplication in which one of the signals I is modulated after being used to gate or reverse the polarity of the other signal I ^ product signal. The signal is applied to the gate member in both the reverse and inverse of a conventional inverter 72 supplied to the signal 82. The non-inverted signal is applied to the switch 65. The modulated signal for controlling the switches 65 and 66 is supplied to the gate member through line 34.
De modulator 30 uit figuur 9 is equivalent 35 in constructie en werking aan de overeenkomstige modulator 30 8420205 - 30 - uit figuur 1 en 2. Om het gekozen faseverband te verkrijgen tussen het signaal I en wordt een digitale verschuiver 160 gebruikt welke een gekozen vertraging introduceert in de uitgang van de modulator 30. De digitale verschuiver 160 kan 5 talrijke vormen hebben waarbij een eenvoudige versie aangege ven is in element 198 van figuur 11. De werking van het ver-schuivingsregister kan op gemakkelijke wijze aangegeven worden als een serie trappen gemaakt uit bistabiele ketens 200 tot en met 204 en zo verbonden dat de O-uitgang van één bistabiele 10 keten toegevoerd wordt aan de D-ingang van de aangrenzende bi stabiele keten. Een kloksignaal toegevoerd aan ieder van de bistabiele ketens via de leiding 196 veroorzaakt dat iedere trap gelijktijdig geklokt wordt. Een digitale puls op de leiding 53 in het schuifregister 198 die hetzij van laag naar 15 hoog of van hoog naar laag gaat zal vertraagd worden met één ingang klokinterval door iedere bistabiele keten waardoor hij heengaat. Wanneer bijvoorbeeld het signaal een leiding 53 van laag naar hoog gaat zal de Q-uitgang van de bistabiele keten 200 van laag naar hoog gaan bij de volgende klokpuls. Vanwege 20 inherente schakelvertragingen, Wanneer de O-uitgang van de bistabiele keten 200 van laag naar hoog gaat en dit signaal toegevoerd wordt aan de D-ingang van de bistabiele keten 201, moet zijn O-uitgang wachten voor de volgende klokpuls om hoog te gaan. Op deze wijze kunnen digitale signalen op passende 25 wijze vertraagd worden met ieder gewenst aantal discrete inter vallen eenvoudig door het aanbrengen van genoeg vertragings-stappen in het schuifregister. Het is gebruikelijk dat schuif-registers aangebracht worden met een aantal uitgangsleidingen 206 waar het signaal onttrokken kan worden. De plaats van het 30 pencontact bepaalt de totale geïntroduceerde vertraging als een functie van de klokfrequentie.The modulator 30 of Figure 9 is equivalent in construction and operation to the corresponding modulator 30 8420205-30 of Figures 1 and 2. To obtain the selected phase relationship between the signal I and a digital shifter 160 introducing a selected delay in the output of the modulator 30. The digital shifter 160 may take numerous forms, with a simple version indicated in element 198 of Figure 11. The operation of the shift register can be conveniently indicated as a series of stages made from bistable chains 200 to 204 and connected such that the O output of one bistable chain is supplied to the D input of the adjacent bistable chain. A clock signal applied to each of the bistable chains through line 196 causes each stage to be clocked simultaneously. A digital pulse on line 53 in shift register 198 that goes either low to high or high to low will be delayed by one input clock interval through each bistable chain through which it passes. For example, when the signal passes a line 53 from low to high, the Q output of the bistable circuit 200 will go from low to high with the next clock pulse. Due to 20 inherent switching delays, When the O output of the bistable circuit 200 goes from low to high and this signal is applied to the D input of the bistable circuit 201, its O output must wait for the next clock pulse to go high . In this manner, digital signals can be appropriately delayed by any number of discrete intervals simply by providing enough delay steps in the shift register. It is common for shift registers to be provided with a number of output lines 206 where the signal can be extracted. The location of the pin contact determines the total delay introduced as a function of the clock frequency.
Het digitale tijdvertragingsorgaan 160 van het vermenigvuldigingsstelsel getoond in figuur 9 wordt aangenomen een conventioneel schuifregister te zijn zoals schuif-35 register 198 uit figuur 11. Het vermenigvuldigerstelsel vraagt 8420205 - 31 - voor de introductie van een gekozen tijdinstelling in een van de signalen die vermenigvuldigd moet worden waarbij gebruik wordt gemaakt van een digitale verschuiver om een vertraging te introduceren die een gekozen aantal is van discrete inter-5 vallen. Het verschuivingsregister 98 is een geschikte digitale verschuiver voor het leveren van een dergelijke vertraging.The digital time delay means 160 of the multiplication system shown in Figure 9 is assumed to be a conventional shift register such as shift register 198 of Figure 11. The multiplier system requests 8420205 - 31 - for introducing a selected time setting into one of the signals to be multiplied using a digital shifter to introduce a delay that is a selected number of discrete intervals. The shift register 98 is a suitable digital shifter for providing such a delay.
Met verwijzing nu naar figuur 10 zal aangenomen worden dat signalen 1^ en tezamen vermenigvuldigd moeten worden en dat een 90° fasenaijling geïntroduceerd zal worden in het sig-10 naai I^. Figuur 10a toont een voorbeeld van eerste ingangsReferring now to Figure 10, it will be assumed that signals 1 ^ and must be multiplied together and a 90 ° phase lag will be introduced in the sig-10 sew I ^. Figure 10a shows an example of the first input
signalen I (V ) en figuur iOg toont een voorbeeld van een Al Lsignals I (V) and figure 10 shows an example of an Al L.
tweede ingangssignaal die tezamen vermenigvuldigd moeten worden. Figuur 10b toont het kloksignaal geleverd door de klok 56 en figuur 10c toont het uitgangssignaal van de integrator 15 42 wat resulteert uit het ingangssignaal . De uitgang van de modulator 30 wordt getoond in figuur 10e en wordt gedragen over de leiding 53 van figuur 9 en 11. Het kloksignaal van de modulatorklok 56 wordt toegevoerd aan het schuifregister 198 via de leiding 196. In het gegeven voorbeeld zijn de klok-20 intervallen getoond in figuur 10b 24 maal de frequentie van het signaal 1^. 90° fasenaijling zal daarom een vertraging vereisen van zes klokintervallen. Aannemende dat de pen 206' van het schuifregister 198 de zesde pen is zal het signaal 1^2i gemoduleerd en vertraagd met 90° dus vertraagd zijn met 25 een totaal van zes klokintervallen uitgang van klok 56. De pen 206' uitgang van het schuifregister 198 is aangegeven in figuur lOf. Het vertraagde gemoduleerde signaal getoond in figuur lOf is een nauwkeurige reproduktie van de gemoduleerde Q-uitgang van de modulator 30 getoond in figuur 10e en bewogen 30 naar de rechter zes klokintervallen.second input signal to be multiplied together. Figure 10b shows the clock signal supplied by the clock 56 and Figure 10c shows the output of the integrator 42 resulting from the input signal. The output of modulator 30 is shown in Figure 10e and is carried over line 53 of Figures 9 and 11. The clock signal from modulator clock 56 is applied to shift register 198 through line 196. In the example given, clocks 20 intervals shown in Figure 10b 24 times the frequency of the signal 1 ^. 90 ° phase lag will therefore require a delay of six clock intervals. Assuming that the pin 206 'of the shift register 198 is the sixth pin, the signal 1 ^ 2i will be modulated and delayed by 90 ° thus delayed by a total of six clock intervals output from clock 56. The pin 206' output from the shift register 198 is indicated in Figure 10f. The delayed modulated signal shown in Figure 10f is an accurate reproduction of the modulated Q output of the modulator 30 shown in Figure 10e and moved 30 to the right six clock intervals.
De signaalvermenigvuldiging wordt verkregen door het vertraagde gemoduleerde signaal getoond in figuur lOf toe te voeren aan het signaalpoortorgaan via de leiding 34. De leiding 34 bevat zowel omgekeerde als niet omgekeerde 35 versies van het vertraagde gemoduleerde signaal naar het signaal 8420205 - 32 - toe te voeren aan een conventionele digitale omzetter 161.The signal multiplication is obtained by supplying the delayed modulated signal shown in Figure 10 to the signal gate member through line 34. Line 34 includes both reverse and non-inverted versions of the delayed modulated signal to supply signal 8420205-32. to a conventional digital converter 161.
Het signaal I is dat getoond in figuur lOg zowel in omgekeerde als niet omgekeerde vorm. De vermenigvuldiging wordt uitgevoerd door middel van de schakelaars 82 en 86 die af-5 wisselend geopend en gesloten worden met het schakelpunt 88 van figuur 9 tussen de niet omgekeerde en de omgekeerde versies van het signaal I Het resulterende signaal wordt getoond in figuur lOh. Het signaal in figuur lOh kan dan doorgevoerd worden door een geschikte laagdoorlaatfilter 90 om een 10 gemiddelde of gelijkstroomwaarde te geven zoals getoond met de lijn 132 uit figuur lOh. De lijn 132 stelt een produktsignaal voor evenredig met de produktwaarde van I ^ en met een fasenaijling van 90° geïntroduceerd in I^. Wanneer bijvoorbeeld het signaal I ^ evenredig was met stroom vervoerd over 15 een vermogensleiding en het signaal evenredig was met de lijnspanning zal het produktsignaal voorgesteld door de lijn 132 uit figuur lOh evenredig zijn met VARS.The signal I is that shown in Figure 10g in both inverted and non-inverted form. The multiplication is performed by means of the switches 82 and 86 which are alternately opened and closed with the switching point 88 of Figure 9 between the non-inverted and the inverted versions of the signal I. The resulting signal is shown in Figure 10h. The signal in Figure 10h can then be passed through a suitable low-pass filter 90 to give an average or DC value as shown on line 132 of Figure 10h. Line 132 represents a product signal proportional to the product value of I ^ and with a phase lag of 90 ° introduced in I ^. For example, if the signal I ^ was proportional to current carried across a power line and the signal was proportional to the line voltage, the product signal represented by the line 132 of Figure 10h will be proportional to VARS.
Een bijzonder voordeel van het gebruiken van een delta-minus-sigmamodulator zoals de modulator 30 in 20 samenwerking met de onderhavige vermenigvuldiger is dat het ge moduleerde signaal slechts veranderbaar is bij vooruit bepaalde klokintervallen. Digitale tijdvertragingstechnieken verdelen noodzakelijk een binnenkomend signaal in discrete eenheden of intervallen. De lengte of duur van die intervallen is een 25 zaak van ontwerpkeuze. Digitale soort signalen dragen informa tie in pulsranden wanneer het signaal van laag naar hoog gaat of van hoog naar laag. Een schuifregister gemaakt uit een reeks van bistabiele ketens zal "uitkijken" naar dergelijke pulsranden iedere maal dat hij geklokt wordt. Hoe hoger de klokfre-30 quentie is des te vaker wordt het binnenkomende signaal bemon sterd voor een pulszijde. Daar de vertraging geïntroduceerd in het signaal bij iedere trap van het schuifregister afhangt van de klokfrequentie vereisen schuifregisters geklokt bij hoge frequenties meer trappen om een gegeven vertraging te 35 leveren dan schuifregisters geklokt bij een lage frequentie.A particular advantage of using a delta minus sigma modulator such as modulator 30 in conjunction with the present multiplier is that the modulated signal is only changeable at predetermined clock intervals. Digital time delay techniques necessarily divide an incoming signal into discrete units or intervals. The length or duration of those intervals is a matter of design choice. Digital type signals carry information in pulse edges when the signal goes from low to high or from high to low. A shift register made from a series of bistable chains will "look out" for such pulse edges every time it is clocked. The higher the clock frequency, the more often the incoming signal is sampled for a pulse side. Since the delay introduced into the signal at each stage of the shift register depends on the clock frequency, shift registers clocked at high frequencies require more stages to provide a given delay than shift registers clocked at a low frequency.
8420205 - 33 -8420205 - 33 -
Natuurlijk betekent het klokken van een schuifregister bij een lage frequentie dat het binnenkomende signaal minder dikwijls bemonsterd wordt voor pulszijden en dit kan een nadeel zijn wanneer de lokatie van de pulszijde niet bekend is zoals in 5 het geval bij conventionele pulsbreedte gemoduleerde signalen.Of course, clocking a shift register at a low frequency means that the incoming signal is sampled less often for pulse sides and this can be a drawback when the location of the pulse side is not known as in the case of conventional pulse width modulated signals.
De modulator 30 geeft als uitgang een signaal met pulszijden die slechts optreden bij vooruit bepaalde klokintervallen.The modulator 30 outputs a signal with pulse sides which only occur at predetermined clock intervals.
Bij het synchroniseren van de kloksignalen geleverd aan de modulator en aan het schuifregister 198 zal het schuifregister 10 "uitkijken" naar pulszijden slechts op de vereiste tijden.When synchronizing the clock signals supplied to the modulator and to the shift register 198, the shift register 10 will "look out" for pulse sides only at the times required.
Dit betekent dat minder schuifregistertrappen nodig zijn om een gegeven vertraging te introduceren in een gemoduleerd signaal dan het geval zou zijn wanneer de lokatie van de pulszijden niet nauwkeurig bekend was. In het hierboven gegeven voorbeeld 15 toont het schuifregister in feite geklokt worden met een zelf de snelheid als de modulator 30 met geen enkel verlies aan informatie. Het is daarom mogelijk om een economisch schuifregister te gebruiken dat betrekkelijk weinig trappen bevat om een gegeven vertraging te leveren in een delta-minus-sigma-20 gemoduleerd signaal dat wanneer een veel groter schuifregister nodig zou zijn om een vergelijkbare vertraging te leveren in een signaal met pulszijden op willekeurige plaatsen. Zelfs wanneer een schuifregister met een betrekkelijk hoge frequentie toegepast werd om een willekeurig gemoduleerd signaal met 25 een aanzienlijk lage frequentie te vertragen zou enig verlies aan informatie optreden wanneer een pulszijde niet nauwkeurig gesynchroniseerd was met de schuifregisterklok. Geen dergelijk verlies aan informatie treedt op bij de uitvoering volgens de uitvinding hierboven beschreven daar de modulator en het schuif-30 register gesynchroniseerd zijn met elkaar en pulszijden daarom niet verplaatst zijn.This means that fewer shift register stages are required to introduce a given delay into a modulated signal than would be the case if the location of the pulse sides was not accurately known. In the above example 15, the shift register actually shows being clocked at a rate itself as the modulator 30 with no loss of information. It is therefore possible to use an economical shift register containing relatively few stages to provide a given delay in a delta-minus sigma-20 modulated signal that would require a much larger shift register to provide a similar delay in a signal with pulse sides at random places. Even if a relatively high frequency shift register was used to delay a randomly modulated signal at a considerably low frequency, some loss of information would occur if a pulse side was not accurately synchronized with the shift register clock. No such loss of information occurs in the embodiment of the invention described above since the modulator and shift register are synchronized with each other and therefore pulse sides are not displaced.
De klokintervallen waarmee het schuifregister wordt geklokt, behoeven niet nauwkeurig hetzelfde te zijn als de eerste klokintervallen van de modulator 30. Het 35 is echter van voorkeur dat de schuifregisterklok wordt gesyn- 8420205 - 34 - chroniseerd met de modulatorklok. Ter vermijding van verlies van informatie moet de schuifregisterklok werken met een frequentie niet lager dan die van de modulator, maar kan werken bij hogere snelheden voor het verkrijgen van werkelijk elke 5 gewenste tijdvertraging. Een geschikte wijze voor het verhogen van de frequentie van de schuifregisterklok bij het handhaven van synchronisatie met de eerste klokintervallen van de modulator is het gebruik van een frequentiedeler voor de modulatorklok. Terwijl inhet bovenbeschreven voorbeeld de gewenste tijd-10 vertraging in het gemoduleerde signaal overeenkwam met een geheel aantal eerste klokintervallen, kan dit niet altijd het geval zijn. Teneinde extra flexibiliteit te verkrijgen in de selectie van een tijdvertraging, kan het wenselijk zijn hetzij een tweede schuifregister of extra trappen binnen een enkel 15 schuifregister te gebruiken welke worden geklokt bij een ho gere frequentie en welke daarom incrementvertragingen in het gemoduleerde signaal introduceren. De schuifregistertoestan-den binnen element 212 van figuur 11 tonen een techniek voor het leveren van verdere selectiviteit in de digitale tijdinstel-20 ling van de onderhavige uitvinding. Bij dit voorbeeld wordt de vertraagde signaaluitgang uit enige gekozen trap van schuifregister 198 toegevoerd naar een tweede groep van schuifregis-tertrappen getekend in figuur 11 als een tweede schuifregister 212. Een aantal bistabiele ketens 216 geeft schuifregister 25 212. Het vertraagde signaal uit schuifregister 198 wordt toe gevoerd naar de ingang 214 van schuifregister 102. Een klok-signaal, via lijn 208 bij voorkeur met een hogere frequentie dan de eerste klok 56, wordt toegevoerd naar de bistabiele ketens welke schuifregister 212 vormen. De hogere klokfrequen-30 tie kan geschikt worden geleverd door middel van een oscilla tor 220 werkend bij een hogere frequentie dan de eerste klok 56. Door het gebruik van een geschikte frequentiedeler 210, kunnen kloksignalen van verschillende frequenties worden toegevoerd naar de verschillende schuifregistertrappen, evenals 35 naar modulator 30, indien gewenst.The clock intervals at which the shift register is clocked need not be exactly the same as the first clock intervals of the modulator 30. However, it is preferred that the shift register clock is synchronized with the modulator clock. To avoid loss of information, the shift register clock must operate at a frequency not lower than that of the modulator, but can operate at higher speeds to obtain truly any desired time delay. A suitable way of increasing the frequency of the shift register clock while maintaining synchronization with the first clock intervals of the modulator is to use a frequency divider for the modulator clock. While in the example described above, the desired time-delay in the modulated signal corresponded to an integer number of first clock intervals, this may not always be the case. In order to obtain additional flexibility in the selection of a time delay, it may be desirable to use either a second shift register or additional stages within a single shift register which are clocked at a higher frequency and which therefore introduce increment delays into the modulated signal. The shift register states within element 212 of Figure 11 demonstrate a technique for providing further selectivity in the digital timing of the present invention. In this example, the delayed signal output from any selected stage of shift register 198 is supplied to a second group of shift register stages shown in Figure 11 as a second shift register 212. A number of bistable circuits 216 yield shift register 25 212. The delayed signal from shift register 198 is applied to the input 214 of shift register 102. A clock signal, via line 208, preferably at a higher frequency than the first clock 56, is supplied to the bistable circuits constituting shift register 212. The higher clock frequencies can be conveniently provided by means of an oscillator 220 operating at a higher frequency than the first clock 56. Using an appropriate frequency divider 210, clock signals of different frequencies can be applied to the different shift register stages, as well as 35 to modulator 30, if desired.
8420205 - 35 -8420205 - 35 -
Zoals hierin gebruikt, verwijzen de eerste klokintervallen in het algemeen naar de kloksignalen uitgaande van de eerste klok 56 en de tweede klokintervallen zullen die zijn, uitgaande uit de tweede klok 220. Buitendien kunnen 5 de schuifregistertrappen getekend in figuur 11 gedacht worden hetzij als een eerste schuifregister 198 en een tweede schuif-register 212, of een enkel schuifregister met een aantal trappen welke worden geklokt bij verschillende gekozen frequenties. Hetzij door het gebruik van afzonderlijke oscillatoren 10 of een enkele oscillator met een frequentiedeler, verhoogt het leveren van verschillende kloksignalen de flexibiliteit van de digitale schuiftechnieken gebruikt bij de uitvinding. Vertraging van een signaal met een schuifregister met een aantal trappen allemaal geklokt met dezelfde snelheid, veroorlooft 15 dat een signaal wordt vertraagd over een willekeurig aantal discrete intervallen, tot aan het maximum aantal trappen in het schuifregister. Door het leveren van extra trappen geklokt door een verschillend kloksignaal, kunnen extra geselecteerde vertragingsintervallen worden aangebracht. Een signaal kan 20 worden gevoerd door een eerste schuifregister en vertraagd over een bepaald aantal eerste intervallen, en dan worden gevoerd door een tweede stel van schuifregistertrappen en vertraagd over een extra aantal tweede intervallen. Aldus kan een vertraging van werkelijk elk gewenst geheel of gedeeltelijk incre-25 ment van de eerste intervallen worden aangebracht. Overeenkom stige flexibiliteit in signaalvertragingen door digitale organen kan worden verkregen door gebruik van een tweede klok welke werkt met dezelfde frequentie als de eerste klok, maar in tijd verschoven over een gekozen waarde. Indien bijvoorbeeld 30 een signaal wordt gevoerd door een eerste schuifregister ge klokt met eerste intervallen en dan toegevoerd naar een extra trap geklokt met het inverse van het eerste intervalkloksig-naal, zal een extra vertraging van een helft van een eerste klokinterval worden ingevoerd. Afhankelijk van de verschuiving 35 tussen de kloksignalen geleverd naar de eerste en tweede groep 8420205 - 36 - van schuifregistertrappen, kan bijna elke waarde van vertraging worden ingevoerd.As used herein, the first clock intervals generally refer to the clock signals from the first clock 56 and the second clock intervals will be from the second clock 220. In addition, the shift register stages drawn in Figure 11 may be thought of either as a first shift register 198 and a second shift register 212, or a single shift register with a number of stages which are clocked at different selected frequencies. Either through the use of separate oscillators 10 or a single oscillator with a frequency divider, providing different clock signals increases the flexibility of the digital shifting techniques used in the invention. Delay of a signal with a multi-stage shift register all clocked at the same rate, allows a signal to be delayed by any number of discrete intervals, up to the maximum number of stages in the shift register. By providing additional stages clocked by a different clock signal, additional selected delay intervals can be applied. A signal can be passed through a first shift register and delayed by a certain number of first intervals, and then passed through a second set of shift register stages and delayed by an additional number of second intervals. Thus, a delay of really any desired full or partial inclusion of the first intervals can be made. Corresponding flexibility in signal delays by digital means can be obtained by using a second clock operating at the same frequency as the first clock, but shifted in time by a selected value. For example, if a signal is passed through a first shift register clocked at first intervals and then fed to an additional stage clocked with the inverse of the first interval clock signal, an additional delay of half of a first clock interval will be input. Depending on the shift 35 between the clock signals supplied to the first and second group 8420205 - 36 - of shift register stages, almost any delay value can be entered.
Een voorbeeld van de werking van de modulator en digitale tijdvertragingsorganen van figuren 9 en 11 5 wordt gegeven in figuur 12. Aangenomen een eerste kloksignaal geleverd door klok 56 om die te zijn getekend in figuur 12b en een tweede kloksignaal geleverd door de tweede klok 220 om die te zijn getekend in figuur 10a, zal een gemoduleerd signaal ingevoerd naar het schuifregister worden vertraagd op 10 de wijze als hierna beschreven. Bij dit voorbeeld is de tweede klok 220 nauwkeurig tweemaal de frequentie van de eerste klok 56. Indien bijvoorbeeld een vertraging in het gemoduleerde signaal van twee en een half eerste klokintervallen wordt gewenst, zal het schuifregister worden geconfigureerd zodat 15 uitgangspen 206" wordt verbonden met de tweede schuifregister- ingang 214. Op die wijze zal een gemoduleerd signaal ingevoerd via lijn 53 passeren door twee eerste schuifregistertrappen 200 en 201 en in de eerste trap van tweede schuifregister 212, waarna het signaal wordt uitgevoerd bij pen 218. Het signaal 20 zal worden vertraagd over twee volle eerste klokintervallen en een extra tweede klokinterval door zulk een stelsel. Aangenomen een gemoduleerd signaal zoals optreedt in figuur 2c wordt ingevoerd naar de bovenbeschreven configuratie, dan zal de uitgang bij pen 218 het signaal zijn getekend in figuur 12d. 25 Het vertraagde gemoduleerde signaal getekend in figuur 12d is nauwkeurig hetzelfde als het gemoduleerde signaal getekend in figuur 12c, vertraagd over twee en een half eerste klokintervallen .An example of the operation of the modulator and digital time delay devices of Figures 9 and 11 is given in Figure 12. Assumed a first clock signal supplied by clock 56 to be drawn in Figure 12b and a second clock signal supplied by second clock 220 drawn in Figure 10a, a modulated signal input to the shift register will be delayed in the manner described below. In this example, the second clock 220 is exactly twice the frequency of the first clock 56. For example, if a delay in the modulated signal of two and a half first clock intervals is desired, the shift register will be configured to connect 15 output pin 206 "to the second shift register input 214. In this way, a modulated signal input via line 53 will pass through two first shift register stages 200 and 201 and in the first stage of second shift register 212, after which the signal is output at pin 218. The signal 20 will be delayed over two full first clock intervals and an additional second clock interval by such a system Assuming a modulated signal such as occurs in Figure 2c is input to the configuration described above, the output at pin 218 the signal will be drawn in Figure 12d. signal drawn in Figure 12d is exactly the same as the modulated si drawn in Figure 12c, delayed by two and a half first clock intervals.
De digitale schuiftechniek van de onder-30 havige vermenigvuldiger heeft het voordeel inherent in digita le elektronika van relatief driftvrij en foutvrij te zijn. Buitendien wordt de tijdinstelling gemaakt op een wijze onafhankelijk van het in te stellen signaal. Het is met andere woorden niet afhankelijk van de frequentie van het signaal 35 voor instelling in de tijd. Het stelsel getekend in figuur 9 8420205 - 37 - veroorlooft fase-instelling bij de vermenigvuldiging van twee analoge signalen zonder het gebruik van RC-netwerken en hun bijbehorende signaalverstoringen. Indien delta-minus-sigma-modulatie wordt gébruikt bij de vermenigvuldiging, behoeft de 5 maat van de gebruikte schuifregisters niet hinderlijk groot te zijn terwijl een hoog niveau van nauwkeurigheid wordt verkregen.The digital shifting technique of the present multiplier has the advantage inherent in digital electronics of being relatively drift-free and error-free. In addition, the time setting is made in a manner independent of the signal to be set. In other words, it does not depend on the frequency of the signal 35 for time adjustment. The system shown in Figure 9 8420205 - 37 - allows phase adjustment when multiplying two analog signals without the use of RC networks and their associated signal disturbances. If delta minus sigma modulation is used in the multiplication, the measure of the shift registers used need not be annoyingly large while obtaining a high level of accuracy.
Teneinde hoge nauwkeurigheid te verkrijgen uit het onderhavige vermogensmeetstelsel volgens de uitvinding 10 over een groot dynamisch gebied, is het van belang dat ver- schuivingsfouten worden geelimineerd uit de aktieve ketenelementen. Verschuivingsfouten van voldoende sterkte voor het nadelig beïnvloeden van meetnauwkeurigheid worden gebruikelijk aangetroffen in operationele versterkers van lage kosten. De 15' uitdrukking spanningsverschuiving wordt algemeen bepaald als het spanningsverschil tussen een paar ingangen naar een aktief ketenelement zoals een operationele versterker, wanneer de uitgang nul is. Het is een foutieve aanpassing tussen de ver-sterkeringangen en het meetstelsel volgens de uitvinding omvat 20 verschuivingscompensatie-organen welke voor zodanige foutie ve aanpassing corrigeren.In order to obtain high accuracy from the present power measurement system of the invention over a wide dynamic range, it is important that offset errors are eliminated from the active circuit elements. Shift errors of sufficient strength to adversely affect measurement accuracy are commonly found in low cost operational amplifiers. The 15 'expression voltage shift is generally defined as the voltage difference between a pair of inputs to an active circuit element such as an operational amplifier when the output is zero. It is an erroneous match between the amplifier inputs and the measurement system of the invention includes 20 offset compensation members which correct for such erroneous match.
Figuur 13 toont een nieuw verschuivings-compensatiestelsel als toegepast bij een enkele versterker.Figure 13 shows a new shift compensation system as applied to a single amplifier.
De basistheorie van het verschuivingscompensatiestelsel omvat 25 het gebruik van een condensator of ander opzamelelement dat is verbonden met een ingang van de versterker en dan geladen tot een compensatiespanning. Het zal duidelijk zijn dat andere equivalente stelsels voor opslag en levering van een spanning naar een versterkeringang zouden kunnen worden gebruikt in 30 plaats van een condensator. Operationele versterkers hebben vaak meer dan twee ingangen en omvatten soms een of meer ingangen speciaal aangewezen voor verschuivingscompensatiedoel-einden. De uitvinding zal evengoed werken voor verschuivings-compensatieversterkers met extra ingangen. Welke ingang wordt 35 aangewezen voor het ontvangen van een compensatiespanning 8420205 - 38 - voor het corrigeren van een spanningsverschuiving, zal de ingang zijn waarmee de condensator is verbonden. Het stelsel omvat verder organen voor het laden van de condensator tot een verschuivingsspanning welke praktisch het effect opheft 5 van spanningsverschuiving van een andere versterkeringang. Voor de eenvoud wordt slechts versterker 70 (figuur 1) getoond in figuur 13, ofschoon de verschuivingscompensatie-organen van de uitvinding opeenvolgend een aantal versterkers kunnen corrigeren, zoals hierna wordt toegelicht.The basic theory of the offset compensation system involves the use of a capacitor or other storage element connected to an input of the amplifier and then charged to a compensation voltage. It will be understood that other equivalent systems for storing and supplying a voltage to an amplifier input could be used instead of a capacitor. Operational amplifiers often have more than two inputs and sometimes include one or more inputs specially designated for offset compensation purposes. The invention will work equally well for offset offset amplifiers with additional inputs. Which input is designated for receiving a compensation voltage 8420205 - 38 - for correcting a voltage shift will be the input to which the capacitor is connected. The system further includes means for charging the capacitor to a shift voltage which practically cancels the effect of voltage shift from another amplifier input. For simplicity, only amplifier 70 (Figure 1) is shown in Figure 13, although the offset compensation members of the invention may successively correct a number of amplifiers, as explained below.
10 De versterkerverschuivingscompensatie- organen als toegepast bij versterker 70 omvatten een verschui-vingsopzamelelement, zoals een condensator , verbonden met een eerste gekozen ingang 181 van de versterker. Een nulinstel-keten 182, verbonden via schakelaars met zowel het verschui-15 vingsopzamelelement als de tweede gekozen ingang 183 van ver sterker 70, is ook aangebracht. De nulinstelketen 182 omvat een ladingsversterker 184 verbonden met de tweede ingang van versterkers 70 via een schakelaar Al. De nulinstelketen omvat ook een tijdelijk opzamelelement, condensator 186, en een reeks 20 schakelaars B, D en E, welke de condensator 186 verbinden met ladingsversterker 184 als hierna beschreven. Extra schakelaars Gj en H^ verbinden ladingsversterker 184 met een ladingsketen, welke de spanning instelt, opgeslagen op condensator C^.The amplifier offset compensating means used in amplifier 70 includes an offset storage element, such as a capacitor, connected to a first selected input 181 of the amplifier. A zero adjustment circuit 182, connected via switches to both the shift collector and the second selected input 183 of amplifier 70, is also provided. Zero setting circuit 182 includes a charge amplifier 184 connected to the second input of amplifiers 70 via a switch A1. The zero setting circuit also includes a temporary storage element, capacitor 186, and a series of switches B, D and E, which connect capacitor 186 to charge amplifier 184 as described below. Additional switches Gj and H ^ connect charge amplifier 184 to a charge circuit which adjusts the voltage stored on capacitor C1.
Het lijnstroomsignaal wordt toegevoerd 25 naar de omkeeringang 183 van versterker 70, welke ideaal een werkelijke aarde is. Elke spanningsverschuiving in versterker 70 zal aanvankelijk optreden als een spanning op omkeeringang 183. Wanneer condensator wordt geladen, zal de spanning op de omkeeringang 183 toenemen totdat een werkelijke aardings- 30 toestand is bereikt. Het verschil tussen de compensatiespan- ning op en de werkelijke spanningsverschuiving van versterker 70 wordt een foutspanning V genoemd. Het is errorThe line current signal is supplied to the reversing input 183 of amplifier 70, which is ideally an actual ground. Any voltage shift in amplifier 70 will initially act as a voltage on reversing input 183. When capacitor is charged, the voltage on reversing input 183 will increase until a true grounding condition is reached. The difference between the compensation voltage at and the actual voltage shift of amplifier 70 is called an error voltage V. It is error
Verror we^e optreedt bij ingang 183. Het is het doel van de verschuivingscompensatie-organen van de uitvinding verror tot 35 een minimum te reduceren.Disturbance occurs at input 183. It is the object of the offset compensation members of the invention to minimize distortion.
8420205 - 39 -8420205 - 39 -
De verschuivingscompensatie-organen omvatten regelorganen voor het uitvoeren van de functies aangegeven in doos 190. Essentieel bedient het regelorgaan schakelaars Al, B, D, E, Gl en Hl voor het leveren van een reeks overdraag-5 en ladingsperioden opeenvolgend. Gedurende een aanvankelijke overdraagperiode zijn schakelaars Al, B en D gesloten en schakelaars E, Gl en Hl open. Wanneer schakelaar Al is gesloten, wordt verror toegevoerd naar de niet-omkeeringang van ladings-versterker 184, welke is uitgevoerd als een eenheids-verster-10 king-versterker. Schakelaar B welke is gesloten gedurende de overdraagperioden, maakt een terugkoppelverbinding tussen de uitgang 192 van ladingsversterker 184 en de niet-omkeeringang 226. Een eerste klem 228 van tijdelijke opzamelcondensator 186 is ook verbonden met de omkeeruitgang 226. Schakelaar D 15 verbindt, indien gesloten, een tweede klep 230 van condensator 186 met aarde. Aldus verschijnt gedurende de overdraagperiode Verror kij versterkeruitgang 192 en wordt opgeslagen in tijdelijke opzamelcondensator 186, samen met de spanningsverschuiving van ladingsversterker 184 (V . .„.,.The shift compensation means includes controls for performing the functions indicated in box 190. Essentially, the control means operates switches A1, B, D, E, G1 and H1 to provide a series of transfer and charge periods in succession. During an initial transfer period, switches A1, B and D are closed and switches E, Gl and HI are open. When switch A1 is closed, power is applied to the non-inversion input of charge amplifier 184, which is configured as a unit amplification amplifier. Switch B which is closed during the transfer periods makes a feedback connection between the output 192 of charge amplifier 184 and the non-reversing input 226. A first terminal 228 of temporary storage capacitor 186 is also connected to the reversing output 226. Switch D 15, when closed, a second valve 230 of capacitor 186 with ground. Thus, during the transfer period, Verrorij amplifier output 192 appears and is stored in temporary storage capacitor 186, along with the voltage shift of charge amplifier 184 (V...,.
* offset-amp 184) 20 Gedurende een opvolgende ladingsperiode opent regelorgaan 190 schakelaars Al, B en D en sluit schakelaars E, Gl en Hl. Dit dient voor het losnemen van de tweede klem 230 van condensator 186 vanaf aarde en verbindt deze met versterkeruitgang 192, in een tweede terugkoppellus. Het resul-25 taat is dat een spanning - verror optreedt bij versterkeruit gang 192. De inwendige verschuiving van de ladingsversterker 184 a wordt opgeheven door de gelijke en tegengestelde waarde van de component - V __ , ... welke wordt 5 r offset-amp 184 geleverd naar uitgang 192 van condensator 186. Het sluiten 30 van schakelaar Gl en het openen van schakelaar Al gedurende de ladingsperiode levert ook de spanning op verschuivings- opzamelcondensator Cl naar de niet-omkeeringang van ladingsversterker 184. Met - V bij ladingsversterkeruitgang 192 error en V bij zijn ingang (gedurende de ladingsperiode) wordt comp 35 een stroom - I opgezet door impedantie 224 en schakelaar error 8420205 - 40 -* offset amp 184) 20 During a subsequent charge period, controller 190 opens switches A1, B and D and closes switches E, Gl and Hl. This serves to disconnect the second terminal 230 of capacitor 186 from ground and connect it to amplifier output 192, in a second feedback loop. The result is that a voltage-verror occurs at amplifier output 192. The internal shift of the charge amplifier 184a is canceled by the equal and opposite value of the component - V __, ... which becomes 5 r offset-amp 184 is supplied to output 192 of capacitor 186. Closing of switch G1 and opening of switch A1 during the charge period also supplies the voltage at shift storage capacitor C1 to the non-inverse input of charge amplifier 184. Met - V at charge amplifier output 192 error and V at its input (during the charge period) comp 35 a current - I is applied by impedance 224 and switch error 8420205 - 40 -
Hl welke V instelt in de noodzakelijke richting voor het comp reduceren van verror gedurende de opvolgende overdraagperiode.Hl which sets V in the necessary direction for the reduction of terror during the subsequent transmission period.
Figuur 14 toont de werking van de verschui- vingscompensatie-organen gedurende de opstartcondities. Neem 5 aan dat de spanning V __ ^ „ de spanning weergeeftFigure 14 shows the operation of the shift compensation members during the start-up conditions. Assume that the voltage V __ ^ „represents the voltage
ofiset—cüüp / Uofiset — cüüp / U
welke is verschoven tussen de ingangen van de versterker 70 en de lading op condensator C. (V ) aanvankelijk nul isf 1 comp dan zal verror gedurende de aanvankelijke overdraagperiode gelijk zijn aan V __ . Gedurende de opvolgende ladings- J offset-amp 70 10 periode zal een spanning - verror optreden bij versterkeruit- gang 192. Een stroom - I zal dan worden geleverd naar 3 error condensator 186. waardoor de waarde van V zal toenemen. De comp spanning V op condensator C. zal dienen voor het praktisch comp 1 reduceren van de verschuivingsfout van versterker 70 tot de 15 volgende overdraagperiode. De waarden van weerstand 224 en condensator Cl worden gekozen voor het leveren van een stroom - I welke niet aanzienlijk de spanning op condensator C.which is shifted between the inputs of the amplifier 70 and the charge on capacitor C. (V) initially zero isf 1 comp then, during the initial transfer period, verror will be equal to V __. During the subsequent charge J offset-amp 70 10 period, a voltage-error will occur at amplifier output 192. A current-I will then be supplied to 3 error capacitor 186. causing the value of V to increase. The comp voltage V on capacitor C. will serve to practically reduce the offset error of amplifier 70 to the next transfer period. The values of resistor 224 and capacitor C1 are chosen to supply a current - I which does not significantly increase the voltage on capacitor C.
error i zal veranderen gedurende elke enkele ladingsperiode. Condensator C^ zal daarom niet worden geladen tot de volledige ver-20 schuivingsspanning gedurende de eerste weinige overdraag- en ladingscycli. Wanneer V de spanning (V . _Λ) comp offset—amp /1) nadert zal V progressief kleiner worden. Eventueel zal error e 3 V een stabiele minimum waarde naderen voldoende voor het error corrigeren wat betreft lekstromen en andere overgangssignalen 25 aanwezig in de schakeling. Op dat punt zullen de verschuivings- fouten werkelijk zijn geelimineerd.error i will change during every single charge period. Capacitor C1 will therefore not be charged to the full displacement voltage during the first few transfer and charge cycles. When V approaches the voltage (V. _Λ comp offset — amp / 1), V will progressively decrease. Optionally, error 3 3 V will approach a stable minimum value sufficient to correct the error for leakage currents and other transition signals present in the circuit. At that point, the shift errors will really have been eliminated.
Opvolgende overdraag- en ladingsperioden kunnen hetzij onmiddellijk volgen na voorafgaande overdraag- en ladingsperioden, of worden gescheiden door een tijdvertra- 30 ging. Bij de voorkeursuitvoering, waar extra versterkers in verschuiving worden gecompenseerd met gebruik van dezelfde nulinstelketen 182, worden de overdraag- en ladingsperioden behorende bij elke versterker gescheiden door vooraf bepaalde tijdintervallen. Volgens figuur 14 toont de volgende overdraag- 35 periode een V welke kleiner is zoals getekend bij 222.Subsequent transfer and charge periods can either follow immediately after previous transfer and charge periods, or be separated by a time delay. In the preferred embodiment, where additional amplifiers are offset in shift using the same zero setting circuit 182, the transfer and charge periods associated with each amplifier are separated by predetermined time intervals. According to Figure 14, the next transfer period shows a V which is smaller as shown at 222.
error 8420205 - 41 -error 8420205 - 41 -
Zoals te voren wordt V eerst opgeslagen in condensator 186 en dan gedurende de volgende ladingsperiode verschijnt bij de ladingsversterkeruitgang 192 een - V . Gedurende error deze ladingsperiode wordt de stroom - ^error toegevoegd aanAs before, V is first stored in capacitor 186 and then during the next charge period, a -V appears at the charge amplifier output 192. During error this charge period, the current - ^ error is added to
5 de lading op condensator C,, waardoor de waarde van V5 the charge on capacitor C ,, giving the value of V.
1 error verder wordt verminderd gedurende de volgende overdraagperio- de. Gedurende opvolgende cycli zal V op condensator C.1 error is further reduced during the next transfer period. During subsequent cycles, V will appear on capacitor C.
comp 1 naderen tot de werkelijke spanningsverschuiving van versterker 70/ waardoor V wordt verminderd tot praktisch nul.approach comp 1 to the actual voltage shift of amplifier 70 /, reducing V to practically zero.
error e 10 Het verschuivingscompensatiestelsel als bovenbeschreven met betrekking tot versterker 70 kan overeenkomstig verschuiving compenseren bij een aantal versterker-elementen. Figuur 15 toont de voorkeursuitvoering van het ver-schuivingscompensatiestelsel gebruikt voor het leveren van ver-15 schuivingscompensatie voor vijf verschillende versterkers. De vijf versterkers welke in verschuiving moeten worden gecompenseerd door de compensatie-organen van het meetstelsel zijn als volgt: stroomsignaalversterkingsversterker 70, stroom-signaalomkeerversterker 74, eerste modulatorintegreerversterker 20 46, Watts-uitgangsomzetter-integreerversterker 108 en VARS/Q- uitgangsomzetter-integreerversterker 180. Elk van de versterkers komt overeen met de versterkingsversterkers 70 besproken aan de hand van figuur 13 doordat ze allemaal werkelijke aar-dingsomkeeringangen hebben waaraan een signaal wordt toegevoerd. 25 Elk van deze versterkers is voorzien van respectievelijke ver- schuivingsopzamelelementen, condensatoren C. tot C... De niet-error e 10 The offset compensation system as described above with regard to amplifier 70 may correspondingly offset offset for a number of amplifier elements. Figure 15 shows the preferred embodiment of the offset compensation system used to provide offset compensation for five different amplifiers. The five amplifiers to be offset shifted by the compensation means of the measuring system are as follows: current signal amplifying amplifier 70, current signal reversing amplifier 74, first modulator integrating amplifier 20 46, Watt output converter integrating amplifier 108 and VARS / Q output converter integrating amplifier 180. Each of the amplifiers corresponds to the amplification amplifiers 70 discussed with reference to Figure 13 in that they all have actual ground inversion inputs to which a signal is applied. 25 Each of these amplifiers includes respective shift collectors, capacitors C. to C ... The non-
1 D1 D
omkeeringangen van ide versterkers zijn verbonden met de ladings-versterker 184 van de nulinstelketen 182 via respectievelijke schakelaars Al tot A5, zoals getekend in figuur 15. Paren van 30 schakelaars equivalent aan Gl en Hl van figuur 13, namelijkinversion inputs of the amplifiers are connected to the charge amplifier 184 of the zero setting circuit 182 via switches A1 to A5, respectively, as shown in Figure 15. Pairs of 30 switches equivalent to G1 and H1 of Figure 13, namely
Gl tot G5 en Hl tot H5 verbinden ladingsversterker 184 met de respectievelijke verschuivingsopzamelcondensator van elke versterker.G1 to G5 and H1 to H5 connect charge amplifier 184 to the respective shift storage capacitor of each amplifier.
Een enkele nulinstelketen 82 zal de fout-35 spanning opzamelen en de verschuivingsopzamelcondensator van 8420205 - 42 - elke versterker laden door middel van de hierna beschreven opeenvolging. Voor de duidelijkheid is de regelschakeling voor de bediening van de verschillende schakelaars in figuur 15 weggelaten. Een gebruikelijke regelaar van elke geschikte 5 soort kan worden gebruikt voor het regelen van de schakelaars in overeenstemming met het tijddiagram getekend in figuur 16.A single zero adjustment circuit 82 will accumulate the error 35 voltage and charge the shift storage capacitor from 8420205 - 42 - each amplifier using the sequence described below. For clarity, the control circuit for operating the various switches in Figure 15 is omitted. A conventional controller of any suitable type can be used to control the switches in accordance with the time diagram drawn in Figure 16.
De regelaar sluit eerst schakelaars Al, B en D gedurende een aanvankelijke overdraagperiode voor versterker 70, opent dan schakelaars Al, D en B en sluit schakelaars E, Gl en Hl gedu-10 rende een ladingsperiode. De regelaar vormt dan een extra op volgende overdraag- en ladingsperiode voor elk van de andere versterkers die in verschuiving moeten worden gecompenseerd. Na elke ladingsperiode van versterker 70 begint de overdraagperiode van versterker 74, waarbij de regelaar schakelaars A2, 15 D en B sluit en dan die schakelaars opent en de schakelaars E, G2 en H2 sluit gedurende de opvolgende ladingsperiode. Voor versterker 46 worden schakelaars A3, B en D gesloten gedurende de overdraagperiode en worden schakelaars E, G3 en H3 gesloten gedurende de ladingsperiode. Voor versterker 108 worden 20 schakelaars A4, B en D gesloten gedurende de overdraagperiode en worden schakelaars E, G4 en H4 gesloten gedurende de ladingsperiode. Uiteindelijk worden voor versterker 180 schakelaars A5, B en D gesloten gedurende de overdraagperiode en worden schakelaars E, G5 en H5 gesloten gedurende de ladings-25 periode.The controller first closes switches A1, B and D for an initial transfer period for amplifier 70, then opens switches A1, D and B and closes switches E, G1 and HI for a charge period. The controller then forms an additional subsequent transfer and charge period for each of the other amplifiers to be offset. After each charge period of amplifier 70, the transfer period of amplifier 74 begins, in which the controller closes switches A2, 15 D and B and then opens those switches and closes switches E, G2 and H2 during the subsequent charge period. For amplifier 46, switches A3, B and D are closed during the transfer period and switches E, G3 and H3 are closed during the charge period. For amplifier 108, 20 switches A4, B and D are closed during the transfer period and switches E, G4 and H4 are closed during the charge period. Finally, for amplifier 180, switches A5, B and D are closed during the transfer period, and switches E, G5, and H5 are closed during the charge period.
Na een overdraag- en ladingsperiode te hebben voltooid voor een versterker, worden alle schakelaars behorende bij de versterker, namelijk schakelaars A, G en H open gelaten. De lading opgeslagen op de respectievelijke ver-30 schuivingsopzamelcondensatoren zullen blijven totdat de rege- laaropeenvolging een nieuwe ladingsperiode levert behorende bij die condensator. Ofschoon enige ladingsafname zal optreden, worden fouten tengevolge van spanningsverschuiving praktisch gereduceerd voor elk van de versterkers. De werkfrequentie 35 van de regelaar voor het openen en sluiten van de schakelaars 8420205 - 43 - behorende bij de verschuivingscompensatie-organen is een kwestie van ontwerpkeuze, maar kan aanzienlijk geringer zijn dan de klokken behorende bij het meetstelsel.After completing a transfer and charge period for an amplifier, all switches associated with the amplifier, namely switches A, G and H, are left open. The charge stored on the respective shift storage capacitors will remain until the controller sequence provides a new charge period associated with that capacitor. Although some charge drop will occur, errors due to voltage shift are practically reduced for each of the amplifiers. The operating frequency 35 of the controller for opening and closing the switches 8420205 - 43 - associated with the offset compensation members is a matter of design choice, but may be considerably lower than the clocks associated with the measurement system.
Het aangegeven verschuivingscompensatie-5 stelsel kan worden gebruikt voor het cirrigeren van verschui- vingsfouten in elk aantal versterkerelementen behorende bij een meetstelsel. Een enkele nulinstelketen zoals keten 182 kan opvolgend worden verbonden tot N versterkerelementen en met hun bijbehorende opzamelelementen gedurende een opeenvolging 10 van overdraag- en ladingsperioden. Zulk een verschuivingscom- pensatiestelsel is economisch en is ideaal geschikt voor het gebruik van CMOS geïntegreerde schakeling waar verschuivings-fouten problemen kunnen bieden. Ofschoon beschreven aan de hand van het meetstelsel volgens de uitvinding, kan het verschui-15 vingscompensatiestelsel even goed worden gebruikt bij andere soorten van vermogensmeetketens waarbij operationele versterkers worden gebruikt. Zulk een meetketen kan bijvoorbeeld zijn voorzien van elk geschikt orgaan voor vermenigvuldiging van de analoge signalen welke stroom en spanning weergeven, 20 evenals elke geschikte omzetter of filterketen voor het leveren van een uitgangssignaal uit het produktsignaal. Aangenomen dat het meetstelsel tot N versterkerelementen gebruikt in zijn verschillende componenten, dan kan het verschuivingscompensa-tiestelsel volgens de uitvinding verschuivingsfouten aanzien-25 lijk elimineren op de hierna beschreven wijze.The indicated offset compensation system can be used to correct offset errors in any number of amplifier elements associated with a measurement system. A single zero setting circuit such as circuit 182 may be sequentially connected to N amplifier elements and their associated storage elements during a succession of transfer and charge periods. Such a shift compensation system is economical and is ideally suited to the use of CMOS integrated circuit where shift errors can present problems. Although described with reference to the measurement system of the invention, the offset compensation system may equally well be used with other types of power measurement circuits using operational amplifiers. Such a measuring circuit may include, for example, any suitable means for multiplying the analog signals representing current and voltage, as well as any suitable converter or filter circuit for supplying an output signal from the product signal. Assuming that the measurement system uses up to N amplifier elements in its various components, the offset compensation system of the invention can substantially eliminate offset errors in the manner described below.
De N versterkerelementen zullen elk een aantal ingangen omvatten. Een eerste gekozen ingang in elke zodanige versterker is de ingang voor het ontvangen van een com-pensatiespanning voor het corrigeren van spanningsverschuiving. 30 N verschuivingsopzamelelementen zoals condensatoren zijn ook aangebracht. Een van de N verschuivingsopzamelelementen is verbonden met de eerste gekozen ingang van elk van de N versterkerelementen. De verschuivingsopzamelelementen ontvangen com-pensatiespanningen welke de verschuivingsfout praktisch reduce-35 ren bij een andere ingang van het versterkerelement waarmee 8420205 - 44 - hij is verbonden, terwijl de andere ingang is aangegeven als de tweede gekozen ingang. Elk verschil tussen de compensatie-spanning op het verschuivingsopzamelelement en de spannings-verschuiving van het versterkerelement is een foutspanning 5 welke optreedt op de tweede gekozen ingang van het versterker element. Een nulinstelketen zoals keten 182 is ook voorzien voor het vermogensmeetstelsel. De nulinstelketen kan opeenvolgend worden verbonden met elk van de N versterkerelementen en met het verschuivingsopzamelelement behorende daarbij. In 10 de navolgende beschrijving wordt het versterkerelement waarmee de nulinstelketen is verbonden, inclusief zijn bijbehorende opzamelelement, aangegeven als het geselecteerde versterkerelement. Op dezelfde wijze als het bovenbeschreven stelsel wordt de nulinstelketen eerst verbonden met de tweede ingang 15 van het gekozen versterkerelement, gedurende een tussenliggen de overdraagperiode. De nulinstelketen wordt dan verbonden met het verschuivingsopzamelelement behorende bij het gekozen versterkerelement gedurende de tussenliggende opladingsperiode volgend op de overdraagperiode. Een regelstelsel verbindt dan 20 de nulinstelketen opeenvolgend met de resterende van de N ver sterkerelementen voor het leveren van overdraag- en ladings-perioden voor elk van de versterkerelementen. De opeenvolging wordt continu herhaald, waardoor alle versterkerelementen ver-schuivingscompensatie krijgen en de verschuivingsfouten in 25 het meetstelsel praktisch zijn geelimineerd.The N amplifier elements will each comprise a number of inputs. A first selected input in each such amplifier is the input for receiving a compensation voltage for correcting voltage offset. 30 N shift storage elements such as capacitors are also provided. One of the N shift storage elements is connected to the first selected input of each of the N amplifier elements. The shift storage elements receive compensation voltages which practically reduce the shift error at another input of the amplifier element to which it is connected, while the other input is indicated as the second selected input. Any difference between the compensation voltage on the shift storage element and the voltage shift of the amplifier element is an error voltage which occurs at the second selected input of the amplifier element. A zero setting circuit such as circuit 182 is also provided for the power measurement system. The zero adjustment circuit can be sequentially connected to each of the N amplifier elements and to the shift storage element associated therewith. In the following description, the amplifier element to which the zero setting circuit is connected, including its associated storage element, is indicated as the selected amplifier element. In the same manner as the above-described system, the zero setting circuit is first connected to the second input 15 of the selected amplifier element, during an intermediate transmission period. The zero setting circuit is then connected to the shift storage element associated with the selected amplifier element during the intermediate charging period following the transfer period. A control system then connects the zero setting circuit sequentially to the remainder of the N amplifier elements to provide transfer and charge periods for each of the amplifier elements. The sequence is repeated continuously, whereby all amplifier elements receive offset compensation and the offset errors in the measuring system are practically eliminated.
Door het opnemen van de verschuivingscom-pensatie-organen als bovenbeschreven, meet het meetstelsel volgens de uitvinding vermogen tot een hoge graad van nauwkeurigheid over een breed dynamisch gebied. De noodzaak voor rela-30 tief kostbare gekalibreerde of foutvrije versterkers is opge heven, waardoor het meetstelsel relatief goedkoop is. Het stelsel voorziet in continue parallel aflezingen van vermogen zowel in Watts als in VARS of Q. Omdat de modulatoruitgang uit de modulator 30 nauwkeurig wordt geklokt bij de eerste klok-35 intervallen, is het mogelijk het signaal te manipuleren met 8420205 - 45 - digitale logika. Een schuifregister kan gemakkelijk worden gebruikt voor het introduceren van de tijdvertraging nodig voor het leveren van een geschikte faseverschuiving voor de VARS en O-meting. Door eenvoudig kiezen van de geschikte trap in 5 het schuifregister, kan de vertraging in het gemoduleerde signaal worden ingesteld voor het leveren van de gewenste uitgang (VARS of Q, 50 of 60 Hz). De uitvinding elimineert dus de noodzaak voor afgestemde analoge faseverschuivers voor het leveren van de gewenste spanningsnaijling. Omdat de uitgang 10 van de modulator kan worden geleverd zowel naar een vermogens- omzetter als een VARS/Q-omzetter, kunnen gelijktijdige aflezingen worden geleverd met slechts een enkele modulator. Het stelsel levert verder digitale uitgangen voor elke polariteit van vermogensstroming op de lijn. Maximum informatie wordt 15 daarom geleverd met een hoge graad van nauwkeurigheid op een efficiënte en economische wijze.By incorporating the shift compensation members as described above, the measuring system of the invention measures power to a high degree of accuracy over a wide dynamic range. The need for relatively expensive calibrated or error-free amplifiers has been removed, making the measurement system relatively inexpensive. The system provides continuous parallel readings of power in both Watts and VARS or Q. Since the modulator output from modulator 30 is accurately clocked at the first clock 35 intervals, it is possible to manipulate the signal with 8420205 - 45 digital logic . A shift register can easily be used to introduce the time delay necessary to provide an appropriate phase shift for the VARS and O measurement. By simply selecting the appropriate stage in the shift register, the delay in the modulated signal can be adjusted to provide the desired output (VARS or Q, 50 or 60 Hz). Thus, the invention eliminates the need for tuned analog phase shifters to provide the desired voltage lag. Since the output 10 of the modulator can be supplied to both a power converter and a VARS / Q converter, simultaneous readings can be provided with only a single modulator. The system further provides digital outputs for any polarity of power flow on the line. Maximum information is therefore provided with a high degree of accuracy in an efficient and economical manner.
Figuur 17 toont een deel van een alternatieve uitvoering van modulator welke iets eenvoudiger in constructie is dan de modulator 30 van figuur 2. Bij deze uitvoe-20 ring is een condensator 44 verbonden tussen een sommeerknoop- punt 36 en aarde. Condensator 44 dient als de modulatorinte-grator. De omkeeringang van een vergelijker 50 is ook verbonden met knooppunt 36 met de niet-omkeeringang verbonden met aarde. Vergelijker 50 vormt een regelsignaal tengevolge van span-25 ningsveranderingen op knooppunt 36 dat is gekoppeld met een bistabiele keten 52. De keten 52 wordt gebruikt voor het regelen van een paar schakelaars welke een terugkoppelsignaal leveren naar knooppunt 36 zoals hierna zal worden beschreven.Figure 17 shows part of an alternative embodiment of modulator which is slightly simpler in construction than the modulator 30 of Figure 2. In this embodiment, a capacitor 44 is connected between a summing node 36 and ground. Capacitor 44 serves as the modulator integrator. The inversion input of a comparator 50 is also connected to node 36 with the non-inversion input connected to ground. Comparator 50 forms a control signal due to voltage changes on node 36 coupled to a bistable circuit 52. Circuit 52 is used to control a pair of switches that provide a feedback signal to node 36 as will be described below.
Figuur 18 toont verschillende signalen ge-30 leverd door de figuur 17 modulator. Ingangssignaal V_ is aan- gegeven in figuur 18a. Natuurlijk zal bij wisselstroomvermo-gensmeettoepassingen V sinusvormig zijn. Aanvankelijk is de schakelaar 58 aangenomen als te zijn gesloten en wordt een negatieve referentiestroom toegevoerd naar sommeerknooppunt 36 35 via weerstand 40. De waarden van VI- en weerstand 40 zijn ge- 8420205 - 46 - kozen voor het leveren van een stroom 1^, welke groot is ten opzichte van het ingangssignaal I j. zal daarom een netto-negatieve waarde hebben, met stroom getrokken uit condensator 44. Resulterend neemt het geïntegreerde verschilspan-5 ningssignaal aanvankelijk af zoals getekend in figuur 18c.Figure 18 shows various signals provided by the Figure 17 modulator. Input signal V_ is indicated in Figure 18a. Of course, in AC power measurement applications, V will be sinusoidal. Initially, the switch 58 is assumed to be closed and a negative reference current is supplied to summing node 36 35 through resistor 40. The values of VI and resistor 40 are selected to provide a current 1 ^, which is large with respect to the input signal I j. Therefore, will have a net negative value, with current drawn from capacitor 44. Resulting, the integrated differential voltage signal initially decreases as shown in Figure 18c.
Klok 56 levert aan zijn uitgang een signaal getekend in figuur 18b. Bistabiele keten 52 klokt op de voor-flank van elke opwaarts bewegende impuls. Bij klokimpuls a heeft het geïntegreerde verschilsignaal van figuur 18c nog niet 10 de drempel overschreden van vergelijker 15, zodat O laag blijft en Q hoog blijft en het verschilsignaal door gaat neerwaarts te integreren. Aangezien het verschilsignaal wordt toegevoerd naar de omkeeringang van vergelijker 50, wanneer het signaal de drempel overschrijdt, schakelt de vergelijkeruitgang van 15 laag naar hoog. Het regelsignaal in figuur 18d geeft de uitgang van de vergelijker 50. Aldus zal bij klokimpuls b de bistabiele keten 52 van toestand veranderen en zal O gaan van laag naar hoog. Wanneer Q hoog wordt, wordt Q laag en wordt schakelaar 60 gesloten en schakelaar 58 geopend. Een positief referentie-20 signaal wordt dan toegevoerd naar sommeerknooppunt 36, waardoor geïntegreerde wordt vergroot tot de volgende klok impuls bij c. Tussen de klokimpulsen b en c kruist het geïntegreerde verschilsignaal weer de drempelwaarde van vergelijker 50, waardoor het eerste regelsignaal laag wordt. Q wordt dan 25 laag bij de volgende klokimpuls, waardoor het referentiesig- naal naar het sommeerknooppunt 36 weer wordt gedwongen negatief te worden. Wanneer toeneemt, verandert de helling van het verschilsignaal en zijn waarde neemt af tot opnieuw kruisen van het drempelniveau. 0 blijft laag tot het detec-30 teren van een verandering in het eerste regelsignaal bij klok impuls f. Q wordt dan hoog, waardoor opnieuw het referentie-signaal schakelt van negatief naar positief.Clock 56 supplies a signal drawn at its output in figure 18b. Bistable circuit 52 clocks to the leading edge of each upwardly moving impulse. At clock pulse a, the integrated difference signal of Figure 18c has not yet exceeded the threshold of comparator 15, so that O remains low and Q remains high and the difference signal continues to integrate downward. Since the difference signal is supplied to the reversing input of comparator 50, when the signal exceeds the threshold, the comparator output switches from low to high. The control signal in Figure 18d gives the output of comparator 50. Thus, at clock pulse b, the bistable circuit 52 will change state and O will go from low to high. When Q goes high, Q goes low and switch 60 is closed and switch 58 is opened. A positive reference 20 signal is then applied to sum node 36, thereby integrally increasing to the next clock pulse at c. Between the clock pulses b and c, the integrated difference signal again crosses the threshold of comparator 50, making the first control signal low. Q then goes low at the next clock pulse, again forcing the reference signal to the summing node 36 to become negative. When increases, the slope of the difference signal changes and its value decreases until the threshold level is crossed again. 0 remains low until detecting a change in the first control signal at clock pulse f. Q then becomes high, again switching the reference signal from negative to positive.
De bovenbeschreven schakeling en methode werken als een delta-minus-sigma-omzetter waarin slechts het 35 verschil tussen de ingangs- en referentiesignalen wordt geinte- 8420205 - 47 - greerd en gemeten. De keten houdt steeds het geïntegreerde verschilsignaal rond het drempelniveau van vergelijker 50. De Q-uitgang van bistabiele keten 52 wordt gekozen als het eerste uitgangssignaal met een gemiddeld niveau of amplitude ge-5 durende de tijd, evenredig met de waarde van V .The circuit and method described above operate as a delta-minus sigma converter in which only the difference between the input and reference signals is integrated and measured. The circuit always keeps the integrated difference signal around the threshold level of comparator 50. The Q output of bistable circuit 52 is selected as the first output signal with an average level or amplitude over time, proportional to the value of V.
J_lJ_l
Figuur 19 toont een modulatorketen als in figuur 17 welke een alternatief verschuivingscompensatie-stelsel omvat. Bij deze uitvoering is vergelijker 15, welke een operationeel versterkerelement is, voorzien van compensa-10 tie-organen voor het praktisch elimineren van elke verschuivings-r fout resulterend uit een spanningsverschuiving bestaande tussen de versterkeringangen 306 en 308. Zoals bovenbeschreven, wordt een spanningsverschuiving algemeen bepaald als de spanning vereist tussen ingangen van een versterker voor het leveren van 15 een nuluitgang. Ideaal is de spanningsverschuiving nul, maar in de meeste werkelijke operationele versterkers is een verschuiving van onbekende waarde gewoonlijk aanwezig. Bij de uitvinding is een eerste opzamelelement zoals condensator 302 verbonden met de versterkeringangen en wordt een verschuivings-20 spanning praktisch gelijk aan de spanningsverschuiving van de versterker opgeslagen in het opzamelelement voor het compenseren van de spanningsverschuiving. In het voorbeeld van figuur 19 is de condensator 302 gelegen in de elektrische baan tussen het sommeerknooppunt 36 en omkeerversterkeringang 306.Figure 19 shows a modulator circuit as in Figure 17 which includes an alternative shift compensation system. In this embodiment, comparator 15, which is an operational amplifier element, is provided with compensation means for practically eliminating any offset error resulting from a voltage offset consisting of amplifier inputs 306 and 308. As described above, a voltage offset is generally determined as the voltage required between inputs of an amplifier to provide a zero output. Ideally, the voltage shift is zero, but most actual operational amplifiers usually have a shift of unknown value. In the invention, a first storage element such as capacitor 302 is connected to the amplifier inputs and a shift voltage practically equal to the voltage offset of the amplifier is stored in the voltage shift compensation element. In the example of Figure 19, capacitor 302 is located in the electrical path between summing node 36 and inverter amplifier input 306.
25 Het moet duidelijk zijn dat condensator 302, evenals condensa tor 44 en de andere opzamelelementen gebruikt bij de hierna beschreven uitvoeringen, een soort van opzamelelement weergeeft dat kan worden gebruikt en dat andere soorten van ketenelementen zoals registers met D-A-omzetters en dergelijke zouden 30 kunnen worden gebruikt voor de verschillende opzamelelementen bij de onderhavige uitvinding.It should be understood that capacitor 302, like capacitor 44 and the other storage elements used in the embodiments described below, represents some kind of storage element that can be used and that other types of circuit elements such as registers with DA converters and the like could are used for the various storage elements in the present invention.
Het verschuivingscompensatiestelsel omvat ook een terugkoppellus 300, welke onderbroken is verbonden rond versterker 50, tussen omkeeringang 306 en de versterker-35 uitgang via een schakelaar C. Wanneer de schakelaar C is ge- 8420205 - 48 - sloten, treedt de spanningsverschil!ving op bij een lage impedantie op ingang 306 teneinde de spanning op te slaan geleverd door de terugkoppellus op condensator 302, worden schakelaars A en B geleverd voor het verbreken van een einde van de conden-5 sator vanaf sommeerknooppunt 36 en dit te verbinden met de ge meenschappelijke aarde 305.The offset compensation system also includes a feedback loop 300, which is intermittently connected around amplifier 50, between reversing input 306 and amplifier 35 output through switch C. When switch C is closed, voltage difference occurs at a low impedance on input 306 to store the voltage supplied by the feedback loop on capacitor 302, switches A and B are provided to break an end of the capacitor from summing node 36 and connect it to the common ground 305.
De organen voor het regelen van het ver-schuivingscompensatiestelsel van figuur 19 zijn de klok 56 en figuur 20 toont de regelfunctie. De bistabiele keten 52 klokt 10 bij de voorflank van elke klokcyclus, zoals aangegeven door pijlen 312. Elke opwaartse bewegingsimpuls geeft een klokimpuls weer. Juist wanneer het kloksignaal begint te gaan van laag naar hoog, zijn schakelaars B en C uitgeschakeld en is schakelaar A ingeschakeld, hetgeen betekent dat de terugkoppellus 15 rond versterker 50 is verbroken en de condensator 302 is verbonden met het sommeerknooppunt 36. Zodra de klokimpuls begint, worden schakelaars B en C ingeschakeld en wordt schakelaar A uitgeschakeld, waardoor de terugkoppellus rond de versterker wordt verbonden en een klem van condensator 302 wordt verbon-20 den met aarde. Gedurende deze periode, genoemd de nulinstel- periode, treedt de spanningsverschuiving + v0ffset van versterker 50 op bij ingang 306. Aangezien condensator 302 is verbonden tussen ingang 306 en aarde wordt de spanning + V __ offset opgeslagen in de condensator. Gedurende de laatste helft van 25 elke klokcyclus, genoemd de meetperiode, worden schakelaars B en C weer uitgeschakeld en wordt schakelaar A ingeschakeld.The means for controlling the offset compensation system of Figure 19 are the clock 56 and Figure 20 shows the control function. The bistable circuit 52 clocks 10 at the leading edge of each clock cycle, as indicated by arrows 312. Each upward movement pulse represents a clock pulse. Just when the clock signal starts going from low to high, switches B and C are turned off and switch A is turned on, meaning that the feedback loop 15 around amplifier 50 is broken and capacitor 302 is connected to summing node 36. As soon as the clock pulse begins switches B and C are turned on and switch A is turned off, connecting the feedback loop around the amplifier and connecting a terminal of capacitor 302 to ground. During this period, called the zero setting period, the voltage offset + offset of amplifier 50 occurs at input 306. Since capacitor 302 is connected between input 306 and ground, the voltage + V_ offset is stored in the capacitor. During the last half of each clock cycle, called the measurement period, switches B and C are turned off and switch A is turned on.
Met niet-omkeeringang 308 verbonden aan aarde, is de fout bij omkeeringang 306 de negatieve waarde van de spanningsverschui-ving - voffset· Aldus is het signaal vergeleken met het 30 drempelniveau door vergelijker 50 wanneer A is gesloten en BWith non-inversion input 308 connected to ground, the error at inversion input 306 is the negative value of the voltage offset - offset. Thus, the signal is compared to the threshold level by comparator 50 when A is closed and B
en C open zijn, de spanning bij sommeerknooppunt 36, het geïntegreerde verschilsignaal, plus + plus - v0ffse^.· De spanningsverschuiving van vergelijker 50 is daardoor opgeheven en de fout die anders zal worden geleverd bij de drempelmeting 35 is essentieel geelimineerd.and C are open, the voltage at summing node 36, the integrated difference signal, plus + plus - vffff ^ The voltage shift of comparator 50 is thereby eliminated and the error that will otherwise be supplied at the threshold measurement 35 is essentially eliminated.
8420205 - 49 -8420205 - 49 -
Een andere uitvoering van de modulator bij gebruik van een verschuivingscompensatiestelsel ziet men in figuur 21. Bij deze uitvoeringsvorm heeft het meetorgaan 298 eerste en tweede versterkerelementen 328 en 336 respectieve-5 lijk, welke dienen als vergelijkers en welke afwisselend zijn verbonden tussen sommeerknooppunt 36 en bistabiele keten 52. Eerste versterker 328 is voorzien van schakelbare terugkoppellus 324 welke uitgang 330 verbindt met omkeeringang 326 via schakelaar D. Een eerste opzamelelement in de vorm van een 10 condensator 316 is verbonden met de elektrische baan tussen sommeerknooppunt 36 en omkeeringang 320 via schakelaar E. Een baan wordt gevormd tussen een klem 318 van condensator 316 en aarde via schakelaar F. Tweede versterkerelement 336 omvat ook een schakelbare terugkoppellus 332 verbonden tussen uitgang 15 338 en omkeeringang 334 via schakelaar G, en een opzamelele- ment zoals condensator 320 is in de elektrische baan tussen omkeeringang 334 en sommeerknooppunt 36 via schakelaar H. Een baan tussen een klem 322 van condensator 320 en aarde is gevormd via schakelaar J.Another embodiment of the modulator using a shift compensation system is shown in Figure 21. In this embodiment, the measuring device 298 has first and second amplifier elements 328 and 336, respectively, which serve as comparators and which are alternately connected between summing node 36 and bistable circuit 52. First amplifier 328 includes switchable feedback loop 324 which connects output 330 to reversing input 326 via switch D. A first capacitor-shaped capacitor 316 is connected to the electrical path between summing node 36 and reversing input 320 via switch E. A path is formed between a terminal 318 of capacitor 316 and ground through switch F. Second amplifier element 336 also includes a switchable feedback loop 332 connected between output 15 338 and reversing input 334 via switch G, and a collection element such as capacitor 320 is in the electrical lane between reversing entrance 334 and summing node 36 via switch H. A path between a terminal 322 of capacitor 320 and ground is formed via switch J.
20 De uitvoeringsvorm van figuur 21 is ont worpen voor het leveren van twee parallelle verschuivingsge-compenseerde vergelijkerketens voor het meten van het geïntegreerde verachilsignaal bij sommeerknooppunt 36. Wanneer schakelaars E en K zijn gesloten, levert eerste versterkerelement 25 328 het eerste regelsignaal naar bistabiele keten 52 en wan neer schakelaars H en L zijn gesloten, levert het tweede ver-sterker-element 336 het eerste regelsignaal naar bistabiele keten 52. Door het sluiten van schakelaars E, G, J en K en het openen van schakelaars D, F, H en L wordt het eerste verster-30 kerelement 328 gevormd in een meetwijze Waardoor het regel signaal wordt geleverd naar de bistabiele keten 52, en is het tweede versterkerelement 336 in een nulinstelwijze waarbij de spanningsverschuiving van het versterkerelement 336 wordt opgeslagen in condensator 320. Opslag van V .in condensa- offset 35 toren 316 en 320 wordt uitgevoerd op precies dezelfde wijze 8420205 - 50 - als met versterkerelement 50 en condensator 302 bij de uitvoering van figuur 19. Door het omkeren van alle schakelaars, dus het sluiten van schakelaars D, P, H en L en het openen van schakelaars E, G, J en K, is versterker 328 in de nulin-5 stelwijze en is de versterker 336 in de meetwijze waarbij het geïntegreerde verschilsignaal op sommeerknooppunt 36 wordt geleverd naar omkeeringang 334 via condensator 320, waardoor gecompenseerd wordt voor de spanningsverschuiving van versterker 336 en een foutvrij eerste regelsignaal wordt geleverd naar 10 de D-ingang van de bistabiele keten 52.The embodiment of Figure 21 is designed to provide two parallel offset compensated comparator circuits for measuring the integrated verachil signal at summing node 36. When switches E and K are closed, first amplifier element 25 328 supplies the first control signal to bistable circuit 52 and when switches H and L are closed, the second amplifier element 336 supplies the first control signal to bistable circuit 52. By closing switches E, G, J and K and opening switches D, F, H and L, the first amplifier element 328 is formed in a measurement mode whereby the control signal is supplied to the bistable circuit 52, and the second amplifier element 336 is in a zero setting mode where the voltage shift of the amplifier element 336 is stored in capacitor 320. Storage of V . in condensa offset 35 tower 316 and 320 is performed in exactly the same way 8420205 - 50 - as with amplifier element 50 and capacitor 302 in the embodiment of figure 19. By reversing all switches, i.e. closing switches D, P, H and L and opening switches E, G, J and K, amplifier 328 is zero. 5 mode and is the amplifier 336 in the measurement mode where the integrated difference signal on summing node 36 is supplied to reversing input 334 via capacitor 320, compensating for the voltage shift of amplifier 336 and providing an error-free first control signal to the D input of the bistable chain 52.
Een voordeel van de uitvoeringsvorm van figuur 21 ten opzichte van die van figuur 19 is dat een ver-schuivingsgecompenseerde versterker beschikbaar is op elk ogenblik in zijn meetwijze. Verder gebeurde het schakelen tussen 15 meet- en nulinstelwijzen bij de uitvoering van figuur 19 met de klokfrequentie van de klok 56. Indien de monsterfrequentie zoals bepaald door de frequentie van de klok 56, voldoende groot is, zullen de versterkerelementen welke dienen als ver-gelijkers, niet in staat zijn te stabiliseren na elke nulin-20 stelperiode en zullen fouten worden ingevoerd. De uitvoerings vorm van figuur 21, welke gebruik maakt van gebruikelijke regellogika voor het bedienen van schakelaars D, E, F, G, H, J en L, weergegeven door element 340, kan werken met een frequentie verschillend van de klok 56. Een gebruikelijke frequen-25 tiedeler kan worden gebruikt voor het reduceren van de frequen tie van de regelwerkingen bijvoorbeeld.An advantage of the embodiment of Figure 21 over that of Figure 19 is that a offset compensated amplifier is available at any time in its measurement mode. Furthermore, switching between 15 measurement and zero setting modes in the embodiment of Figure 19 was done with the clock frequency of the clock 56. If the sample frequency as determined by the frequency of the clock 56 is large, the amplifier elements serving as comparators will not be able to stabilize after every zero-setting period and errors will be entered. The embodiment of Figure 21, which uses conventional control logic to operate switches D, E, F, G, H, J and L, represented by element 340, can operate at a frequency different from the clock 56. A conventional frequency divider can be used to reduce the frequency of control actions, for example.
Teneinde te verzekeren dat voldoende tijd wordt gevormd voor de versterkers bij de uitvoering van figuur 21 om te stabiliseren na elke nulinstelperiode, verlengt regel-30 logika 340, welke dient als regelorgaan voor het bedienen van schakelaars D, E, F, G, H, J, K en L, de meetperiode voor elk versterkerelement voor het toestaan van tijd voor stabilisatie. Figuur 22 toont het tijddiagram voor de werking van schakelaars D, E, F, G, H, J, K en L door de regellogika 340.In order to ensure that sufficient time is created for the amplifiers in the embodiment of Figure 21 to stabilize after each zero setting period, control 30 extends logic 340, which serves as control for operating switches D, E, F, G, H, J, K and L, the measurement period for each amplifier element for allowing time for stabilization. Figure 22 shows the time diagram for the operation of switches D, E, F, G, H, J, K and L through the control logic 340.
35 Schakelaars K en L, welke de uitgangen van de eerste en tweede 8420205 - 51 - versterkerelementen respectievelijk verbinden met bistabiele keten 52, worden uit fase met elkaar bediend. Schakelaar K is de helft van de tijd ingeschakeld en de helft van de tijd uitgeschakeld en de schakelaar L is uitgeschakeld wanneer K 5 is ingeschakeld en omgekeerd. Afgezien van het regelen van de schakelaars welke de versterkers verbinden met de bistabiele keten 52, regelt de regellogika 340 ook de schakelaars welke de nulinstel- en meetperioden van versterkers 328 en 336 bepalen. Schakelaars D, E en F dienen voor het verbinden van de 10 terugkoppellus rond versterker 328 en verbinden de ene klem 318 van condensator 316 met aarde, op precies dezelfde wijze als de uitvoering van figuur 19. Schakelaars G, H en J voeren dezelfde functie uit voor versterker 336. Zoals men kan zien uit figuur 22, zijn de versterkemulinstel- en meetperioden 15 van elk versterkerelement niet van dezelfde duur. De nulinstel- periode voor de eerste versterker 328 bijvoorbeeld begint wanneer schakelaar K wordt uitgeschakeld en eindigt voordat schakelaar K weer wordt ingeschakeld. Overeenkomstig begint de nul-instelperiode van tweede versterker 336 wanneer schakelaar L 20 wordt uitgeschakeld en eindigt voordat schakelaar L weer wordt ingeschakeld. Aldus is de nulinstelperiode van elke versterker korter dan de meetperiode over een vooraf bepaald interval.Switches K and L, which connect the outputs of the first and second 8420205-51 amplifier elements to bistable circuit 52, respectively, are out of phase to each other. Switch K is turned on half the time and off half the time, and switch L is turned off when K 5 is turned on and vice versa. In addition to controlling the switches connecting the amplifiers to the bistable circuit 52, the control logic 340 also controls the switches that determine the zero setting and measuring periods of amplifiers 328 and 336. Switches D, E and F serve to connect the feedback loop around amplifier 328 and connect one terminal 318 of capacitor 316 to ground in exactly the same way as the embodiment of Figure 19. Switches G, H and J perform the same function for amplifier 336. As can be seen from Figure 22, the amplifier mull set and measure periods 15 of each amplifier element are not of the same duration. For example, the zero setting period for the first amplifier 328 begins when switch K is turned off and ends before switch K is turned on again. Accordingly, the zero setting period of second amplifier 336 begins when switch L 20 is turned off and ends before switch L is turned on again. Thus, the zero setting period of each amplifier is shorter than the measuring period over a predetermined interval.
Dit is gedaan om tijd te geven voor de versterkers om te stabiliseren voordat zij worden verbonden met de bistabiele keten 25 52.This is done to allow time for the amplifiers to stabilize before they are connected to the bistable circuit 52.
Opgemerkt wordt dat buiten het toelaten van extra tijd voor versterkerstabilisatie voorafgaand aan het verbinden van hetzij de eerste of de tweede versterker met de bistabiele keten, de regellogika 340 inherent langzamer werkt 30 dan klok 56. Zoals men ziet uit figuur 22, werkt het klok- signaal, dat niet op schaal is getekend, bij een aanzienlijk hogere frequentie dan enige schakelaar in figuur 21. De regellogika 340 bevat bij voorkeur een frequentiedeler voor dit doel. De uitvoeringsvorm volgens figuur 21 kan dus gebruikt worden 35 met een relatief hoge frequentieklok, bijvoorbeeld 10 kHz, 8420205 - 52 - voor het leveren van frequent monsteren en relatief hoge resolutie, terwijl nulinstel- en verschuivingscompensatie werken voor de versterkerelementen bij een voldoende lage frequentie voor het tot een minimum beperken van fouten tengevolge 5 van langzaam versterkeraanspreken.It should be noted that outside of allowing additional time for amplifier stabilization prior to connecting either the first or the second amplifier to the bistable chain, the control logic 340 is inherently slower than clock 56. As shown in Figure 22, the clock signal, not drawn to scale, at a considerably higher frequency than any switch in Figure 21. The control logic 340 preferably includes a frequency divider for this purpose. Thus, the embodiment of Figure 21 can be used with a relatively high frequency clock, for example 10 kHz, 8420205 - 52 - to provide frequent sampling and relatively high resolution, while zero adjustment and shift compensation work for the amplifier elements at a sufficiently low frequency for minimizing errors due to slow amplifier response.
De werkwijze volgens de uitvinding uitgevoerd met de uitvoeringsvorm van figuur 21 omvat een extra stap in de meetstap, voor het schakelen tussen de eerste en tweede versterkerelementen 328 en 336 respectievelijk. De com-10 penseerstap omvat meten met het eerste versterkerelement en nulinstelling van het tweede versterkerelement en dan meten met het tweede versterkerelement en nulinstelling van het eerste versterkerelement, in een continue cyclus, zodat tenminste een van de in verschuiving gecompenseerde versterkerelementen is 15 verbonden met het sommeerknooppunt op elk ogenblik. Bij de voor keursuitvoering van de werkwijze zijn de nulinstelperioden en meetperioden verschillend en bij voorkeur langzamer dan de klokintervallen. Verder zijn de nulinstelperioden korter dan de meetperioden voor elk versterkerelement, in overeenstemming 20 met het tijddiagram van figuur 22. De meetperiode van een ver sterkerelement wordt begonnen voorafgaand aan het einde van de meetperiode van het andere versterkerelement zodanig dat elke fout tengevolge van langzaam aanspreken van vergelijking door de eerste van de versterkerelementen als dit aanvankelijk 25 wordt geschakeld van nulinstelling naar meten, wordt geëlimi neerd.The method according to the invention performed with the embodiment of figure 21 comprises an extra step in the measuring step, for switching between the first and second amplifier elements 328 and 336, respectively. The compensating step includes measuring with the first amplifier element and zero setting of the second amplifier element and then measuring with the second amplifier element and zero setting of the first amplifier element, in a continuous cycle, so that at least one of the offset compensated amplifier elements is connected to the summation node at any time. In the preferred embodiment of the method, the zero adjustment periods and measurement periods are different and preferably slower than the clock intervals. Furthermore, the zero adjustment periods are shorter than the measurement periods for each amplifier element, in accordance with the timing diagram of Figure 22. The measurement period of one amplifier element is started before the end of the measurement period of the other amplifier element such that any error due to slow response of comparison by the first of the amplifier elements if this is initially switched from zero setting to measuring is eliminated.
Werking van de uitvoeringsvorm van figuur 21 zal de resultaten leveren, getekend in figuur 18. Aangenomen dat V is zoals getekend in figuur 18a, dan zal het geintegreer-30 de verschilsignaal optredend bij sommeerknooppunt 36 dat zijn, getekend in figuur 18c. Zowel het eerste regelsignaal van figuur 18d en Q-uitgang van figuur 18e zullen onbeinvloed blijven door de onderbroken werking en cyclische nulinstel- en meetperioden van versterkers 328 en 336. De uitvoeringsvorm 35 van figuur 21 levert grotere nauwkeurigheid bij hogere klok- 8420205 - 53 - frequenties, maar is verder functioneel identiek met de uitvoeringsvorm van figuur 19.Operation of the embodiment of Figure 21 will yield the results drawn in Figure 18. Assuming that V is as shown in Figure 18a, then the integrated 30 will be the difference signal occurring at summing node 36 shown in Figure 18c. Both the first control signal of Figure 18d and Q output of Figure 18e will remain unaffected by the interrupted operation and cyclical zero and measurement periods of amplifiers 328 and 336. The embodiment 35 of Figure 21 provides greater accuracy at higher clock rates. frequencies, but is otherwise functionally identical to the embodiment of Figure 19.
Modulator 30 gebruikt in het meetstelsel van figuur 1, kan worden gebruikt bij andere toepassingen waar 5 het nodig is te voorzien in gemoduleerde uitgangssignalen welke een aanwijzing vormen omtrent de polariteit van het ingangssignaal. In figuur 23 kan een alternatieve uitvoering van modulator worden gezien, welke zulke uitgangssignalen levert. Ingangssignaal I ^ wordt geleverd naar sommeerknooppunt 36 via 10 weerstand 38. Een van de twee referentiesignalen, welke bij voorbeeld van gelijke sterkte en tegengestelde polariteit zijn, wordt ook toegevoerd naar het sommeerknooppunt via weerstand 40. De referentiespanningen VI- en V1+ zijn verbonden met het sommeerknooppunt via een paar schakelaars 58 en 60 respectieve-15 lijk, welke worden geregeld door de modulatoruitgang. Momen tele verschillen tussen ingangsstroom I j en terugkoppelstroom I_ bij knooppunt 36 worden toegevoerd naar een integrator welke een toenemende of afnemende hellingsspanning levert. Het geïntegreerde signaal wordt dan vergeleken met het drempelni-20 veau van een vergelijker 50, welke een regelsignaal aan de uit gang levert dat aangeeft of de uitgang van de integrator boven of onder het drempelniveau is. De uitgang van de vergelijker 50 wordt toegevoerd aan een bistabiele keten, zoals flip-flop 52.Modulator 30 used in the measurement system of Figure 1, can be used in other applications where it is necessary to provide modulated output signals indicative of the polarity of the input signal. In Figure 23, an alternative embodiment of modulator can be seen which provides such output signals. Input signal I ^ is supplied to summing node 36 through resistor 38. One of the two reference signals, which are, for example, of equal strength and opposite polarity, is also supplied to the summing node via resistor 40. The reference voltages V1 and V1 + are connected to the summing node via a pair of switches 58 and 60, respectively, which are controlled by the modulator output. Momentary differences between input current Ij and feedback current I_ at node 36 are supplied to an integrator which provides an increasing or decreasing ramp voltage. The integrated signal is then compared to the threshold level of a comparator 50, which provides an output control signal indicating whether the integrator output is above or below the threshold level. The output of comparator 50 is applied to a bistable circuit, such as flip-flop 52.
25 De bistabiele keten verandert van toestand slechts bij vooraf bepaalde klokintervallen zoals bepaald door klok 56. Wanneer het geïntegreerde signaal het drempelniveau van vergelijker 50 kruist, keren de uitgangen van de bistabiele keten 52 van toestand om bij de volgende klokimpuls. De 30 Q-uitgang van de bistabiele keten 52, welke het eerste gemo duleerde signaal van de uitvinding is, regelt schakelaar 60, welke de positieve referentiespanning Vl+ verbindt met sommeerknooppunt 36. De Q-uitgang welke steeds het omgekeerde is van de Q-uitgang, bedient schakelaar 58, waardoor de negatieve 35 referentiespanning Vl- wordt verbonden met het sommeerknoop- 8420205 - 54 - punt 36. Schakelaars 58 en 60 worden steeds afwisselend bediend, hetgeen betekent dat de ene of de andere van de refe-rentiesignalen steeds wordt toegevoerd naar het sommeerknoop-punt 36.The bistable circuit changes state only at predetermined clock intervals as determined by clock 56. When the integrated signal crosses the threshold level of comparator 50, the outputs of the bistable circuit 52 reverse state at the next clock pulse. The Q output of the bistable circuit 52, which is the first modulated signal of the invention, controls switch 60, which connects the positive reference voltage V1 + to sum node 36. The Q output which is always the inverse of the Q output , operates switch 58, connecting the negative reference voltage V1- to the summing node 8420205-54 - point 36. Switches 58 and 60 are always operated alternately, which means that one or the other of the reference signals is always supplied to the summation node 36.
5 De Q-uitgang van de bistabiele keten 52 is verbonden met de D-ingang van een tweede bistabiele keten 53 en beide ontvangen kloksignalen van dezelfde klok 56. Vanwege poortvertragingen zullen veranderingen in de Q-uitgang van de bistabiele keten 53 steeds veranderingen volgen in de 10 Q-uitgang van de bistabiele keten 52 vertraagd over een klokim- puls. Een EN-poort 350 is ook aangebracht voor het ontvangen van de Q-uitgangen uit beide bistabiele ketens 52 en 53, evenals een kloksignaal vanuit klok 56. De EN-poort dient als orgaan voor uitgang van een eerste digitaal signaal dat evenredig 15 is met de sterkte van een polariteit van het ingangssignaal.The Q output of the bistable circuit 52 is connected to the D input of a second bistable circuit 53 and both receive clock signals from the same clock 56. Due to gate delays, changes in the Q output of the bistable circuit 53 will always change in the 10 Q output of the bistable circuit 52 delayed by a clock pulse. An AND gate 350 is also provided to receive the Q outputs from both bistable circuits 52 and 53, as well as a clock signal from clock 56. The AND gate serves as an output means for a first digital signal proportional to the strength of a polarity of the input signal.
Figuur 24 toont de werking van de bovenbeschreven ketenelementen. Aangenomen voor toelichtingsdoelein-den dat de spanningsgolfvorm bij knooppunt 32 toegevoerd naar de alternatieve uitvoering van modulator zoals aangegeven in 20 figuur 24a, dan wordt het signaal omgezet in een eerste gemo duleerd signaal bij de Q-uitgang van de bistabiele keten 52 op de wijze als bovenbeschreven. De Q-uitgang van de bistabiele keten 52 wordt aangenomen die te zijn, getekend in de golf- | vorm van figuur 24d. De uitgang van de klok 56 wordt weergege-25 ven door de golfvorm van figuur 24b. De uitgang van de tweede bistabiele keten 53 wordt aangegeven als "vertraagde Q" en is weergegeven door de golfvorm van figuur 24e. Vertraagde Q is praktisch gelijk aan 0, maar vertraagd in tijd over een klok-interval. De onderhavige uitvinding is gericht op het combine-30 ren van Q, vertraagde Q en een kloksignaal bij een EN-poort 350 (zie figuur 23).Figure 24 shows the operation of the above-described chain elements. Assuming for purposes of explanation that the voltage waveform at node 32 is supplied to the alternative embodiment of modulator as shown in Figure 24a, the signal is converted into a first modulated signal at the Q output of the bistable circuit 52 in the manner as described above. The Q output of the bistable circuit 52 is assumed to be that drawn in the wave | form of figure 24d. The output of the clock 56 is represented by the waveform of Figure 24b. The output of the second bistable circuit 53 is indicated as "delayed Q" and is represented by the waveform of Figure 24e. Delayed Q is practically equal to 0, but delayed in time over a clock interval. The present invention is directed to combining Q, delayed Q and a clock signal at an AND gate 350 (see Figure 23).
Ofschoon niet noodzakelijk in geïdealiseerde ketens waarin componentvertragingen niet bestaan, heeft het voor werkelijke componenten de voorkeur een omkeerorgaan 35 57 in te lassen tussen klok 56 en EN-poort 350. Omkeerorgaan 8420205 - 55 - 57 keert het kloksignaal om voor het verkrijgen van een omgekeerd kloksignaal getekend in figuur 24c. De reden voor het leveren van een omgekeerd kloksignaal naar de EN-poort is vanwege voortplantingsvertragingen in bistabiele ketens 52 en 53 5 welke kunnen veroorzaken dat hun uitgangen iets naijlen achter de uitgang van klok 56 en kort gelijktijdige "hoge" condities zullen leveren bij alle drie signalen op het foutieve tijdstip. Het resultaat van niet omkeren van de klok is een buitensporige piekvormige uitgang uit EN-poort 350, welke een foutim-10 puls zou weergeven. Om deze reden is het omkeerorgaan 57 op genomen in figuur 23. De resulterende golfvormuitgang van EN-poort 350 is getekend in figuur 24f.Although not necessary in idealized circuits in which component delays do not exist, for actual components it is preferred to insert a reverser 35 57 between clock 56 and AND gate 350. Inverter 8420205 - 55 - 57 reverses the clock signal to obtain a reverse clock signal drawn in Figure 24c. The reason for supplying a reverse clock signal to the AND gate is because of propagation delays in bistable chains 52 and 53 which can cause their outputs to lag slightly behind the clock 56 output and briefly provide simultaneous "high" conditions on all three. signals at the wrong time. The result of non-reversal of the clock is an excessive spike output from AND gate 350, which would display an error IM-10 pulse. For this reason, the inverter 57 is included in Figure 23. The resulting waveform output of AND gate 350 is shown in Figure 24f.
De figuur 24f golfvorm is essentieel een digitale weergave van de waarde waarmee de tijd dat Q hoog is, 15 groter is dan de tijd dat 0 laag is. In het voorbeeld van figuur 24 omvat golfvorm 24f slechts twee impulsen, opvolgend opgewekt, en optredend aan de rechter zijde van de tekening. Deze twee impulsen vallen ruwweg samen met het gebied waar de figuur 24a ingang het meest negatief is. Bij voorkeur zal de 20 frequentie van de klok de variaties van het analoge ingangs signaal sterk overschrijden, voor het leveren van hogere resoluties dan die getekend in figuur 24. Het principe van de werking is exact hetzelfde evenwel. Essentieel levert het combineren van een vertraagd gemoduleerd signaal met het oorspronke-25 lijke gemoduleerde signaal bij een EN-poort een uitgang welke slechts hoog wordt wanneer Q hoog blijft voor tenminste twee opvolgende klokimpulsen. Het kloksignaal veroorzaakt dat de EN-poortuitgang een impulsreeks is, met impulsen op intervallen van niet minder dan de klokintervallen van het kloksignaal. 30 In het zojuist beschreven voorbeeld levert de EN-poort slechts uitgangsimpulsen alleen wanneer de daaraan toegevoerde signalen hoog zijn. Indien Q laag is voor twee of meer opvolgende klokimpulsen, zal dit geen effect hebben op de uitgang van EN-poort 350 aangezien slechts hoge ingangen worden gemeten.The Figure 24f waveform is essentially a digital representation of the value by which the time that Q is high is greater than the time that 0 is low. In the example of Figure 24, waveform 24f includes only two pulses, generated successively, and appearing on the right side of the drawing. These two impulses roughly coincide with the region where the Figure 24a input is the most negative. Preferably, the frequency of the clock will greatly exceed the variations of the analog input signal, to provide higher resolutions than those shown in Figure 24. The principle of operation is exactly the same, however. Essentially, combining a delayed modulated signal with the original modulated signal at an AND gate provides an output which becomes high only when Q remains high for at least two subsequent clock pulses. The clock signal causes the AND gate output to be a pulse train, with pulses at intervals no less than the clock intervals of the clock signal. In the example just described, the AND gate supplies output pulses only when the signals applied thereto are high. If Q is low for two or more consecutive clock pulses, this will have no effect on the output of AND gate 350 since only high inputs are measured.
35 Aldus is de uitgang van de EN-poort een weergave van de sterk- H20205 - 56 - te van slechts een polariteit van het ingangssignaal. De uitgang is in feite een enkel gelijkgericht signaal, digitaal weergegeven.Thus, the output of the AND gate represents the strength of H20205 - 56 of only one polarity of the input signal. The output is in fact a single rectified signal, digitized.
Teneinde een digitale uitgang te leveren 5 evenredig met de andere polariteit van de ingangsgolfvorm, gebruikt de alternatieve uitvoeringsmodulator de Q-uitgangen van bistabiele ketens 52 en 53 als eerste en tweede omgekeerde gemoduleerde signalen respectievelijk. Aangenomen dat hetzelfde ingangssignaal en klokken als getekend in figuur 24 optreden, 10 zal Q zijn zolas getekend bij de golfvorm van figuur 24g. Bi stabiele keten 53 levert een vertraagd Q-signaal zoals getekend in figuur 24h. Beide signalen worden toegevoerd naar een tweede EN-poort 352 (figuur 23) samen met het omgekeerde kloksig-naal getekend in figuur 24c. De uitgang van de tweede EN-15 poort 352 is getekend met de golfvorm van figuur 24i en wordt een tweede digitaal signaal genoemd. De tweede EN-poort dient als orgaan voor het leveren van een tweede digitaal signaal aan de uitgang, dat impulsen bevat in evenredigheid met de hoeveelheid tijd waarmee het ene niveau van het eerste omgekeer-20 de gemoduleerde signaal groter is dan het andere niveau. Wan neer alle drie ingangen naar de EN-poort hoog zijn, worden impulsen geleverd op intervallen van niet minder dan de klok-intervallen van de klok 120. In het onderhavige voorbeeld vertegenwoordigt de golfvorm 24i de positieve polariteitscompo-25 nent van het ingangssignaal. Zoals men kan zien, komt de plaats van de impulsen ruwweg overeen met de gebieden waar het figuur 24a ingangssignaal hoog is. De figuur 24i golfvorm levert een digitale weergave van de sterkte van de positieve halve golf-componenten van het ingangssignaal.In order to provide a digital output proportional to the other polarity of the input waveform, the alternative execution modulator uses the Q outputs of bistable circuits 52 and 53 as the first and second inverse modulated signals, respectively. Assuming that the same input signal and clocks as shown in Figure 24 occur, Q will be as shown in the waveform of Figure 24g. Bi-stable circuit 53 provides a delayed Q signal as shown in Figure 24h. Both signals are applied to a second AND gate 352 (Figure 23) together with the reverse clock signal drawn in Figure 24c. The output of the second EN-15 gate 352 is drawn with the waveform of Figure 24i and is called a second digital signal. The second AND gate serves as a means of supplying a second digital signal to the output, which contains pulses in proportion to the amount of time by which one level of the first reverse modulated signal is greater than the other level. When all three inputs to the AND gate are high, pulses are delivered at intervals not less than the clock intervals of the clock 120. In the present example, the waveform 24i represents the positive polarity component of the input signal. As can be seen, the location of the pulses roughly corresponds to the areas where the figure 24a input signal is high. The Figure 24i waveform provides a digital representation of the strength of the positive half-wave components of the input signal.
30 Volgens figuur 23 kan de onderhavige uit vinding verder worden gebruikt voor het leveren van een digitaal signaal evenredig met de sterkte van de volledige golfvorm van het ingangssignaal. Dit wordt uitgevoerd door het leveren van de eerste digitale signaaluitgang van EN-poort 350 en de 35 tweede diigtale signaaluitgang van EN-poort 352 naar een OF- '-4 2 0 2 0 5 - 57 - poort 351, welke dient als poortorgaan voor het combineren van de digitale signalen en voor het afleveren van een sommeer-digitaalsignaal getekend in figuur 24j. De figuur 24j golfvorm is evenredig met de sterkte van het volledige ingangssignaal, 5 beide polariteiten omvattend, hetgeen wordt uitgedrukt als "absolute sterkte". De uitgangen van EN-poorten 350 en 352 worden gekoppeld met opwaartse en neerwaartse ingangen van een op/neerwaartse teller 354 zodat het aantal positieve en negatieve impulsen kan worden vergeleken gedurende elk gekozen tijdin-10 terval.According to Figure 23, the present invention can be further used to provide a digital signal proportional to the strength of the full waveform of the input signal. This is accomplished by supplying the first digital signal output from AND gate 350 and the second digital signal output from AND gate 352 to an OR gate 2, which serves as gate for combining the digital signals and outputting a sum digital signal drawn in Figure 24j. The figure 24j waveform is proportional to the strength of the full input signal, including both polarities, which is expressed as "absolute strength". The outputs of AND gates 350 and 352 are coupled to up and down inputs of an up / down counter 354 so that the number of positive and negative pulses can be compared during each selected time interval.
84202058420205
Claims (75)
Applications Claiming Priority (10)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US06/518,820 US4542354A (en) | 1983-08-01 | 1983-08-01 | Delta-sigma pulse modulator with offset compensation |
US51882083 | 1983-08-01 | ||
US51883283 | 1983-08-01 | ||
US06/518,832 US4573037A (en) | 1983-08-01 | 1983-08-01 | Analog-to digital converter and method |
US53655883A | 1983-09-27 | 1983-09-27 | |
US53655883 | 1983-09-27 | ||
US06/543,095 US4709375A (en) | 1983-09-27 | 1983-10-18 | Digital phase selection system for signal multipliers |
US54309583 | 1983-10-18 | ||
PCT/US1984/001149 WO1985000711A1 (en) | 1983-08-01 | 1984-07-24 | Power metering system and method |
US8401149 | 1984-07-24 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NL8420205A true NL8420205A (en) | 1985-06-03 |
Family
ID=27504546
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NL8420205A NL8420205A (en) | 1983-08-01 | 1984-07-24 | POWER MEASUREMENT SYSTEM AND METHOD. |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
CA (1) | CA1253968A (en) |
CH (1) | CH672847A5 (en) |
DE (5) | DE3448182C2 (en) |
FR (4) | FR2555318B1 (en) |
GB (5) | GB2154329B (en) |
IT (1) | IT1176528B (en) |
NL (1) | NL8420205A (en) |
SE (5) | SE452516B (en) |
WO (1) | WO1985000711A1 (en) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0240102A3 (en) * | 1986-03-31 | 1988-07-27 | Robinton Products Inc. | Power meter having self-test function |
DE3772501D1 (en) * | 1986-09-19 | 1991-10-02 | Siemens Ag | ELECTRONIC ELECTRICITY METER. |
US4951052A (en) * | 1989-07-10 | 1990-08-21 | General Electric Company | Correction of systematic error in an oversampled analog-to-digital converter |
US5200752A (en) * | 1991-07-18 | 1993-04-06 | Hewlett-Packard Company | Integrating analog to digital converter run-up method and system |
DE9406292U1 (en) * | 1993-12-09 | 1994-06-16 | Siemens AG, 80333 München | Terminal block for an electrical device |
DE19630605A1 (en) * | 1996-07-29 | 1998-02-05 | Tech Gmbh Antriebstechnik Und | Multiplication circuit for power measuring device |
EP0942271A1 (en) * | 1998-03-10 | 1999-09-15 | Oxford Instruments (Uk) Limited | Improvements in resistance thermometry |
DE19938779B4 (en) * | 1999-08-16 | 2007-06-21 | Siemens Ag | Circuit and method for determining the offset error in an offset error-prone measurement of the coil current of an electromagnetic actuator |
Family Cites Families (39)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3070786A (en) * | 1958-08-21 | 1962-12-25 | Thompson Ramo Wooldridge Inc | Drift compensating circuits |
DE1207436B (en) * | 1964-06-03 | 1965-12-23 | Standard Elektrik Lorenz Ag | Non-linear coding or decoding system |
US3461406A (en) * | 1966-07-05 | 1969-08-12 | Motorola Inc | Delta modulator using operational integration |
US3470471A (en) * | 1968-05-31 | 1969-09-30 | Canadian Patents Dev | Polarity coincidence correlation method and apparatus for measuring electrical energy |
US3895376A (en) | 1971-10-26 | 1975-07-15 | Iwatsu Electric Co Ltd | Dual slope integrating analog to digital converter |
US3794917A (en) * | 1972-03-09 | 1974-02-26 | Esterline Corp | Electronic watt transducer |
US3859654A (en) * | 1972-10-11 | 1975-01-07 | Ibm | Analog to digital converter for electrical signals |
GB1373581A (en) * | 1973-01-05 | 1974-11-13 | Hunter R D | Wattmeters |
US3875508A (en) * | 1973-09-07 | 1975-04-01 | Gen Electric | Metering electrical energy (kWh) in single phase systems |
DE2348667B2 (en) * | 1973-09-27 | 1975-08-14 | Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen | Electronic kWh counter |
US3914591A (en) * | 1974-04-19 | 1975-10-21 | Bell Telephone Labor Inc | Analog electronic multiplier |
US3942110A (en) * | 1974-05-08 | 1976-03-02 | General Electric Company | Analog to pulse rate converter |
US3955138A (en) * | 1974-11-06 | 1976-05-04 | General Electric Company | Electronic energy consumption meter with input transformer having single resistance terminated secondary winding coupled to C-MOS switches driven by pulse width modulated control signals |
US4009475A (en) * | 1974-12-05 | 1977-02-22 | Hybrid Systems Corporation | Delta-sigma converter and decoder |
US3975682A (en) * | 1974-12-13 | 1976-08-17 | Esterline Corporation | Watt/watthour transducer and integrator and current sources therefor |
US4217545A (en) * | 1975-06-20 | 1980-08-12 | Nihon Denki Keiki Kenteisho | Electronic type polyphase electric energy meter |
US4031532A (en) * | 1975-12-29 | 1977-06-21 | First David J | Voltage to frequency converter |
US4083043A (en) * | 1976-02-18 | 1978-04-04 | Trw Inc. | High speed monolithic a/d converter utilizing strobe comparator |
JPS535678A (en) * | 1976-07-03 | 1978-01-19 | Shoei Denki Kk | Device for measuring active and reactive components of aac current or power |
US4298984A (en) * | 1976-10-06 | 1981-11-03 | Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of National Defence | Method and apparatus for improving error rate on radio teletype circuits |
DE2656975C3 (en) * | 1976-12-16 | 1979-09-27 | Te Ka De Felten & Guilleaume Fernmeldeanlagen Gmbh, 8500 Nuernberg | Method for the transmission of modulated data signals by means of adaptive delta modulation |
DE2747385C2 (en) * | 1977-10-21 | 1983-12-29 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Electronic alternating current meter |
SE7810662L (en) * | 1978-01-24 | 1979-07-25 | Zolotenko Vladimir A | DEVICE FOR ZERO LEVEL CORRECTIVE AMOUNT OF A PULSE VOLTAGE |
US4291409A (en) * | 1978-06-20 | 1981-09-22 | The Mitre Corporation | Spread spectrum communications method and apparatus |
JPS581388B2 (en) * | 1978-07-06 | 1983-01-11 | 株式会社東芝 | electricity meter |
US4182983A (en) * | 1978-07-11 | 1980-01-08 | Westinghouse Electric Corp. | Electronic AC electric energy measuring circuit |
US4203071A (en) * | 1978-08-08 | 1980-05-13 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Pseudo-random-number-code-detection and tracking system |
DE2846598A1 (en) * | 1978-10-26 | 1980-04-30 | Stepper & Co | TDM system to measure electrical power and energy - uses two pulsed logic units t- control voltage and current signal for device integration |
US4217546A (en) * | 1978-12-11 | 1980-08-12 | General Electric Company | Electronic energy consumption meter and system with automatic error correction |
JPS5948571B2 (en) * | 1979-01-29 | 1984-11-27 | タケダ理研工業株式会社 | analog digital converter |
US4275349A (en) * | 1979-05-11 | 1981-06-23 | Westinghouse Electric Corp. | Watt and var transducer |
US4291300A (en) * | 1979-11-01 | 1981-09-22 | Burroughs Corporation | Tracking analog-to-digital converter for AC signals |
US4322687A (en) * | 1980-05-19 | 1982-03-30 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Operational amplifier with improved offset correction |
US4463311A (en) * | 1980-05-29 | 1984-07-31 | Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha | Electronic electric-energy meter |
JPS571972A (en) | 1980-06-04 | 1982-01-07 | Toshiba Corp | Electronic type electric energy meter |
CA1199070A (en) * | 1980-10-06 | 1986-01-07 | Prentice G. Moore | Electronic watt/var transducer |
DE3110119A1 (en) * | 1981-03-16 | 1982-09-23 | EM Elektro-Mechanik GmbH, 5620 Velbert | Indicator of the direction of power flow |
US4495463A (en) | 1982-02-24 | 1985-01-22 | General Electric Company | Electronic watt and/or watthour measuring circuit having active load terminated current sensor for sensing current and providing automatic zero-offset of current sensor DC offset error potentials |
US4485353A (en) * | 1982-05-28 | 1984-11-27 | Rca Corporation | PLL Oscillator synchronizing system with matrix for phase correction |
-
1984
- 1984-07-24 DE DE3448182A patent/DE3448182C2/de not_active Expired
- 1984-07-24 GB GB08507289A patent/GB2154329B/en not_active Expired
- 1984-07-24 DE DE3448185A patent/DE3448185C2/de not_active Expired
- 1984-07-24 WO PCT/US1984/001149 patent/WO1985000711A1/en active Application Filing
- 1984-07-24 NL NL8420205A patent/NL8420205A/en unknown
- 1984-07-24 DE DE3448183A patent/DE3448183C2/de not_active Expired
- 1984-07-24 DE DE19843490349 patent/DE3490349T1/en not_active Ceased
- 1984-07-24 DE DE3448184A patent/DE3448184C2/de not_active Expired
- 1984-07-31 CA CA000460125A patent/CA1253968A/en not_active Expired
- 1984-08-01 IT IT22167/84A patent/IT1176528B/en active
- 1984-08-01 FR FR848412196A patent/FR2555318B1/en not_active Expired
-
1985
- 1985-01-03 FR FR8500036A patent/FR2555381A1/en not_active Withdrawn
- 1985-01-03 FR FR8500037A patent/FR2555382A1/en not_active Withdrawn
- 1985-01-03 FR FR8500035A patent/FR2555379A1/en not_active Withdrawn
- 1985-04-01 SE SE8501603A patent/SE452516B/en not_active IP Right Cessation
- 1985-07-24 CH CH1393/85A patent/CH672847A5/de not_active IP Right Cessation
- 1985-10-16 SE SE8504816A patent/SE8504816D0/en not_active Application Discontinuation
- 1985-10-16 SE SE8504815A patent/SE8504815D0/en not_active Application Discontinuation
- 1985-10-16 SE SE8504814A patent/SE8504814L/en not_active Application Discontinuation
- 1985-10-16 SE SE8504813A patent/SE453129B/en not_active IP Right Cessation
-
1986
- 1986-08-22 GB GB08620426A patent/GB2178545B/en not_active Expired
- 1986-08-22 GB GB08620427A patent/GB2178260B/en not_active Expired
- 1986-08-22 GB GB08620428A patent/GB2178177B/en not_active Expired
- 1986-08-22 GB GB08620429A patent/GB2178261B/en not_active Expired
Also Published As
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4542354A (en) | Delta-sigma pulse modulator with offset compensation | |
US5144525A (en) | Analog acquisition system including a high speed timing generator | |
US20180351769A1 (en) | Methods and systems for background calibration of multi-phase parallel receivers | |
JP2726413B2 (en) | Amplitude comparison circuit | |
US4773274A (en) | Electromagnetic flow meter | |
JPH07508626A (en) | Demultiplexer circuit, multiplexer circuit, delay line circuit, and clock multiplier circuit | |
JPS63135817A (en) | Electrostatic capacity sensor for measuring displacement | |
CN101842987A (en) | PLL circuit and angular velocity sensor using the same | |
NL8420205A (en) | POWER MEASUREMENT SYSTEM AND METHOD. | |
EP3300251A1 (en) | Integration circuit and method for providing an output signal | |
US5528187A (en) | Clock synchronizing circuit | |
NL192751C (en) | Magnetic-inductive liquid flow meter. | |
EP0081569A1 (en) | Time division multiplier transducer with digitally derived phase shift adjustment for reactive power and energy measurement | |
JPH0269018A (en) | Phase detecting circuit | |
US2609448A (en) | Electrical differentiating circuit | |
EP0607714B1 (en) | Multiple stage frequency modulated circuit | |
US7579884B2 (en) | Frequency doubler device | |
US4709375A (en) | Digital phase selection system for signal multipliers | |
US4862074A (en) | Polyphase volt-hour indicating circuit | |
JP3916560B2 (en) | Capacitor switching pipeline analog-digital converter | |
CN202841069U (en) | Bandwidth adjustable zero phase-shift RC low-pass filter and micromechanical gyroscope driving circuit | |
SU1665499A2 (en) | Dc chopper amplifier | |
SU1012191A1 (en) | Quasi-balance detector (its versions) | |
RU2222068C1 (en) | Synchronization relay | |
SU1200195A1 (en) | Phase meter shaper |