PL227998B1 - Układ generacji ciagu impulsów dowiazanych do wzorcowej skali czasu - Google Patents

Abstract

Układ generacji ciągu impulsów dowiązanych do wzorcowej skali czasu zawierający generator, licznik dzielący impulsy generatora, układ generujący impulsy zerujące licznika oraz układ generujący pojedynczy impuls charakteryzuje się tym, że wyjście (WyUI) układu (UI) generującego impulsy zerujące, do którego wejścia (WeUI) dołączone są impulsy wzorcowe (1 pps), połączone jest z wejściem zerującym (WeZL) licznika (L) dzielącego impulsy generatora (G), a wejście zliczające (WeL) licznika (L) dzielącego impulsy generatora (G) jest połączone z wyjściem (WyG) generatora (G), przy czym wyjście (Wy1L) licznika (L) jest połączone z wejściem (We1S) układu sumującego (S), którego drugie wejście (We2S) jest połączone z wyjściem (WyUM) układu generującego pojedynczy impuls (M), którego wejście ustawiające (WeUM) jest połączone z wyjściem (Wy2L) licznika (L) dzielącego impulsy generatora (G) a wejście zerujące (WeZM) jest dołączone do impulsów (1 pps), przy czym wyjście (Wy2S) układu sumującego (S) jest wyjściem całego układu na którym istnieje ciąg impulsów (CI) dowiązanych do wzorcowej skali czasu.

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ generacji ciągu impulsów dowiązanych do wzorcowej skali czasu, zwłaszcza do synchronizacji operacji pobierania próbek przez przetwornik analogowo-cyfrowy.

W wielu zastosowaniach wymagane jest pobieranie próbek cyfrowych sygnału analogowego przez przetwornik analogowo-cyfrowy w momentach czasu ściśle dowiązanych do międzynarodowej skali czasu UTC. Tak dzieje się w przypadku wyznaczania synchrofazorów napięcia służących do analizy sieci energetycznych na rozległym obszarze oraz w przypadku rozprowadzania próbek cyfr owych napięć i prądów fazowych do poszczególnych urządzeń w rozdzielni energetycznej automat yzowanej zgodnie z normą IEC 61850. Sygnał synchronizujący operację próbkowania, dowiązany do skali czasu UTC, jest dostarczany do przetwornika analogowo-cyfrowego w postaci ciągu impulsów o częstotliwości f, przy czym wyróżnione zbocze każdego impulsu powinno wypadać w momencie czasowym równym T₀ + n-(1/f) + AT gdzie T₀ jest momentem czasu odpowiadającym pełnej sekundzie czasu UTC, n jest liczbą całkowitą a AT jest założonym maksymalnym błędem czasu z jakim ciąg impulsów jest dowiązany do czasu UTC. W przypadku wyznaczania synchrofazorów wartość f jest równa wielokrotności 50 Hz, typowo w zakresie <1600 Hz, 12800 Hz> a dopuszczalny błąd AT jest równy 1 gs.

Istnieje szereg znanych układów generacji ciągu impulsów dowiązanych do wzorcowej skali czasu UTC. Znane układy składają się z wysokostabilnego generatora kwarcowego bądź generatora rubidowego synchronizowanego impulsami sygnału wzorcowego 1 pps pochodzącymi z odbiornika GPS. Układy te wymagają licznika do pomiaru częstotliwości generatora względem impulsów sygnału wzorcowego 1 pps oraz licznika służącego do wyselekcjonowania impulsów częstotliwości generatora kwarcowego bądź rubidowego spełniających warunek czasowy T₀ + n-(1/f) + AT. Układy te również wymagają zastosowania procesora do realizacji algorytmu dostrajania generatora do impulsów sygnału wzorcowego 1 pps oraz przetwornika cyfrowo-analogowego do wytwarzania napięcia przestrajającego generator.

Znany układ z chińskiego opisu patentowego CN103713552 zawiera układ pomiar pomiaru różnicy czasu między impulsami sygnału wzorcowego 1 pps a impulsem wytworzonym z podziału częstotliwości wysokostabilnego generatora kwarcowego oraz układ dostrajania częstotliwości wysokostabilnego generatora kwarcowego.

Inny znany układ z chińskiego opisu patentowego CN201369712, zawiera generator sygnału 1 kHz dowiązany do skali czasu UTC przez synchronizację częstotliwości stabilnego generatora do impulsów sygnału wzorcowego 1 pps oraz układ korekcji fazy impulsów wyjściowych generatora.

Wadą znanych układów wytwarzających ciąg impulsów dowiązanych do skali UTC za pomocą synchronizowanego generatora jest, oprócz dużego stopnia skomplikowania, dłuższy czas potrzebny na dostrojenie generatora do częstotliwości zgodnej ze skalą UTC.

Według wynalazku w układzie generacji ciągu impulsów dowiązanych do wzorcowej skali czasu, wyjście układu generującego krótki impuls zerujący licznik, połączone jest z wejściem zerującym licznika dzielącego częstotliwość generatora tak, aby otrzymać ciąg impulsów o zadanej częstotliwości. Wejście licznika dzielącego impulsy generatora jest połączone z wyjściem generatora. Na wejście układu generującego impuls zerujący jest podawany sygnał wzorcowy 1 pps pochodzący z odbiornika GPS. Sygnał wzorcowy 1 pps jest podawany również na wejście układu generującego pojedynczy impuls, którego drugie wejście jest połączone z drugim wyjściem licznika dzielącego impulsy generatora a wyjście jest połączone z jednym z wejść układu sumującego. Drugie wejście układu sumującego jest połączone z wyjściem licznika dzielącego impulsy generatora. Wyjście układu sumującego jest wyjściem całego układu gdzie pojawia się ciąg impulsów dowiązany do skali czasu UTC.

Podstawową zaletą układu jest brak konieczności dostrajania generatora do częstotliwości impulsów sygnału wzorcowego 1 pps. Względna dokładność częstotliwości generatora, dF, powinna być taka aby spełnić warunek dF-1 s < AT/2 a szerokość trwania impulsu zerującego wytwarzanego przez układ Ul powinna być mniejsza niż AT/2. Jeśli jest wymagana dokładność dowiązania ciągu impulsów do czasu UTC równa 1 gs, to dokładność względna częstotliwości generatora w funkcji czasu, temperatury oraz innych warunków środowiskowych powinna być równa 5-10^-7.

Układ według wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku stanowiącym schemat blokowy układu generacji ciągu impulsów.

Wyjście WyG generatora G jest połączone z wejściem WeL licznika L. Na wejście WeUl układu Ul generującego impuls zerujący jest podawany sygnał wzorcowy 1 pps z odbiornika GPS OGPS.

PL 227 998 B1

Wyjście WvUI układu Ul jest połączone z wejściem zerującym WeZL licznika L. Wyjście Wv2L licznika L jest połączone z wejściem ustawiającym WeUM układu M generującego pojedynczy impuls a na wejście zerujące WeZM układu wytwarzającego pojedynczy impuls jest podawany sygnał wzorcowy 1 pps. Wyjście Wv1L licznika L jest połączone z wejściem We1S układu sumującego S, którego drugie wejście We2S jest połączone z wyjściem WvUM układu M generującego pojedynczy impuls. Na wyjściu WvS układu sumującego S istnieje ciąg impulsów CI dowiązanych do skali czasu UTC.

Układ ten działa w ten sposób, że licznik L dzielący impulsy generatora G jest synchronizowany przez układ Ul wytwarzający impulsy zerujące licznika z każdą chwilą pojawienia się impulsu sygnału wzorcowego 1 pps z odbiornika GPS. Dodatkowo układ M wytwarza pojedynczy impuls zsynchronizowany z impulsami na wyjściu licznika L przy każdym pojawieniu się impulsu sygnału wzorcowego 1 pps. Pojedynczy impuls jest sumowany w układzie S z ciągiem impulsów pojawiających się na pierwszym wyjściu licznika L. Dzięki cyklicznemu zerowaniu licznika L impulsy CI na wyjściu licznika_L są dowiązane do wzorcowej skali czasu a dzięki sumowaniu z dodatkowym pojedynczym impulsem, w ciągu impulsów CI impuls najbliższy w czasie impulsowi sygnału wzorcowego 1 pps jest wyróżniony przez inne wypełnienie.

Claims (1)

1. Układ generacji ciągu impulsów dowiązanych do wzorcowej skali czasu zawierający generator, licznik dzielący impulsy generatora, układ generujący impulsy zerujące licznika oraz układ generujący pojedynczy impuls, znamiennv tym, że wyjście (WvUI) układu (Ul) generującego impulsy zerujące, do którego wejścia (WeUl) dołączone są impulsy wzorcowe (1 pps), połączone jest z wejściem zerującym (WeZL) licznika (L) dzielącego impulsy generatora (G), a wejście zliczające (WeL) licznika (L) dzielącego impulsy generatora (G) jest połączone z wyjściem (WvG) generatora (G), przy czym wyjście (Wv1L) licznika (L) jest połączone z wejściem (We1S) układu sumującego (S), którego drugie wejście (We2S) jest połączone z wyjściem (WvUM) układu generującego pojedynczy impuls (M), którego wejście ustawiające (WeUM) jest połączone z wyjściem (Wv2L) licznika (L) dzielącego impulsy generatora (G) a wejście zerujące (WeZM) jest dołączone do impulsów (1 pps) przy czym wyjście (Wv2S) układu sumującego (S) jest wyjściem całego układu na którym istnieje ciąg impulsów (Cl) dowiązanych do wzorcowej skali czasu.