PT93817A - Processo e disposicao para determinacao digital precisa de tempo ou de posicao de fase de um trem de impulsos de sinal - Google Patents

Description

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MEMORIA DESCRITIVA

CAMPO TÉCNICO 0 presente invento refere-se a um processo e uma disposição para a determinação digital precisa da posição de tempo ou fase de um trem de impulsos de sinal relativamente a uma referêji cia de tempo ou de frequência. A disposição é eficaz para gerar uma palavra digital, a qual corresponde ao valor medido, o qual é corrente naquele instante, e produz o dito valor directamente na sua saída.

ANTECEDENTE DA ARTE

Dois processos principais para determinação da posição de tempo ou fase de um trem de impulsos de sinal, são conhecidos na arte. Estes processos são conhecidos, respectivamente, como o processo temporização de cruzamento zero e o processo de vector complexo.

Quando se executa o processo de temporização de cruzamento zero, a informação de tempo desejada é obtida registando a p£ sição numa cadeia divisora de referência nesses momentos quando 0 trem de impulsos muda de sinal. A resolução de tempo obtida com este processo é simplesmente apenas um período do mais alto sinal de frequência de refe rência produzido na entrada da cadeia divisora de frequência de referência. Por exemplo, de modo a determinar a posição de fase de um trem de impulsos , tendo uma- frequência de repetição de 1 MHz com uma resolução de 1 grau, seria necessário aplicar uma frequência de 360 MHz à entrada da cadeia divisora de frequência. Consequentemente, a lógica usada para determinar a fase precisaria de ser muito rápida, mesmo no caso de trem de impulsos de baixa frequência de resolução moderada.

Quando se executa o processo de vector complexo, assume--se que a informação desejada é incluída no componente de seno -4- 70 843 LM 4814/01488 fundamental do trem de impulsos. Este componente de seno é filtra do e determinado para dois componentes de quadratura, através da correlação das frequências de referência seno e cosseno em misturadores equilibrados. Por consequência, é então necessário digitj3 lizar os dois resultados e processar o arco tangente da sua razão num computador, de modo a determinar a fase.

DESCRIÇÃO DO INVENTO 0 problema com o primeiro destes processos é que ele neces sita de usar uma lógica altamente avançada, mesmo quando se execju tam medidas de fase relativamente simples. 0 problema com o segundo processo é que as imperfeições nos correiaccionadores analógicos introduzem limitações importantes no processo, na prática, e a necessidade de processar o arco tangente num computador adiciona-se grandemente à complexidade do processo . A disposição do invento é caracterizada pelos aspectos do invento, de acordo com as reivindicações, e resolve os problemas referidos anteriormente, sendo eficaz para aplicar o trem de impulsos a um impulso anterior (limitador) o qual gera uma onda qu_a drada, tendo uma razão sinal/espaço de aproximadamente 50/50. A onda quadrada é aplicada a um número N de circuitos OU EXCLUSIVO (por ex. 4) juntos com um número N de sinais de frequência de referência com a forma de ondas quadradas, sinais que diferem em tempo progressivamente de 1/N de um ciclo. A diferença progressiva em tempo necessária pode ser obtida, ou começando com uma frequência alta e dividindo a dita frequência para baixo, ou utilizando linhas de retardo. Não é importante para o processo qual destes processos é usado. A razão sinal/espaço, entre os N sinais de salda dos circuitos OU EXCLUSIVOS, é mutuamente comparada em circuitos de comparação de modo a estabelecer em qual dos N secto res de fase imperfeitos, fica a fase de sinal. 0 sinal, que fica mais próximo da razão de impulsos 50/50, é então seleccionado, fi_l trado num filtro passa baixo e digitalizado num conversor analó-gico/digital para formar um código binário, o qual proporciona ijn -5- 70 843 LM 4814/01488 formação de fase mais correcta, dentro do sector imperfeito que foi já determinado. As vantagens fornecidas pela disposição do invento, sobre as técnicas conhecidas, são qua as medidas ou as determinações de tempo podem ser feitas com uma precisão maior do que um período da mais alta frequência possível do relógio de referência, possibilitando assim que a frequência de funcionameji to, da disposição, seja aumentada sem necessitar do fornecimento de uma lógica de velocidade muito alta. Além disso, não é necessário, para o relógio de referência, ser referido precisamente com a frequência do trem de impulsos a ser medida.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A disposição do invento será agora descrita em maior deta lhe com referência a uma concretização exemplificativa da mesma e com referência aos desenhos anexos, nos quais: a Figura 1 ilustra a formação de impulsos e deslocação em tempo dos sinais; a Figura 2 ilustra como a razão de impulsos sinal/espaço varia nas saldas dos circuitos OU EXCLUSIVO; a Figura 3 ê um diagrama de circuito de um circuito de comparação do invento; e a Figura 4 é um esquema de blocos de uma disposição do invento.

A MELHOR MANEIRA DE REALIZAR 0 INVENTO

Como evidente da Figura 1, um trem de impulsos WT, na fo_r ma analógica, é aplicada è entrada de um limitador L. 0 limitador, forma o sinal em impulsos, de modo a produzir, na saída do limitador, uma onda quadrada tendo uma razão de impulso sinal/e_s paço de 50/30. A onda quadrada é aplicada a uma primeira entrada de cada um dos números N de portas OU EXCLUSIVO, nas quatro portas da forma ilustrada. Um sinal de relógio de referência RCL0-RCL3 é aplicado a uma segunda entrada de cada das ditas portas, sendo as ditas portas referenciadas por 0R0-0R3. Cada um destes -6- 70 843 LM 4814/01488 sinais de relógio de referência são sinais de onda quadrada e es tão mutuamente deslocados em tempo e em sequência de 1/N de um ciclo. 0 sinal de salda de cada porta OU EXCLI5IV0 ê um sinal de onda quadrada MS0-MS3 tendo duas vezes a frequência, da frequência do sinal de entrada das portas respectivas e tendo uma razão sinal/espaço dependendo da temporização mútua dos dois sinais de entrada das portas, como evidente do diagrama da Figura 2. 0 diai grama mostra variações na razão sinal/espaço para os sinais de saída MS0-MS3, das portas 0R0-0R3, como uma função da temporização do trem de impulsos, em relação ao tempo de relógio de referência.

Esforços para originarem a temporização mútua dos dois sinais de entrada, a partir do sinal de saída de uma única porta OU EXCLUSIVO, introduzirão alguns elementos de dúvida, visto que é impossível ter a certeza de qual a gama de 180 graus que contém a fase, mas este problema é resolvido comparando mutuamente os sinais de saída de uma pluralidade de portas OU EXCLUSIVO.Por exemplo, quando N é igual a 4, de acordo com a concretização i-lustrada, é possível determinar imediatamente dentro do qual 1/8 do período de relógio de referência caem as transições do sinal de entrada. Isto é efectuado por comparação entre a razão sinal/ /espaço, dos sinais de saída das portas 0R0-0R3, de acordo com a seguinte operação de MIN de MAX:

Tabela 1

Se MSO > MS2 então seja BI = 0 ou BI = 1

Se MSI > MS3 então seja B2 = 0 ou B2 = 1

Se MAX (MS0,MS2) MAX (MSI,MS3) seja B3 = 0 ou B3 = 1

Bl, B2 e B3 determinam os três bits mais significantes no processo de medida de tempo desejado, subsequente à conversão de código apropriada da forma Gray para a Binária ou qualquer outro código de sinal de saída.

As 3 palavras de bit Bl, B2, B3 têm agora uma concordância 1:1 com a oitante dentro da qual fica a temporização de cruzamento-zero do sinal. A operação Min de Max acima descrita pode ser implementada, por exemplo, com a ajuda de uma combinação de seguidores-emis -7- 70 843 LM 4814/01488 sores NPN e PNP, como ilustrado na Figura 3, embora ela possa,al ternativamente, ser realizada com a ajuda de circuitos de compara ção (comparadores), comutadores e circuitos lógicos. A Figura 3 ilustra assim um processo de determinação dos três bits mais si-gnificantes do valor de medição predominante de acordo com a tabela l.

De modo a tornar possível, determinar os três menos signi_ ficantes bits LSB, quando medindo o tempo, é necessário determinar a razão sinal/espaço do sinal, na saída de, pelo menos, uma das portas OU EXLUSIVO 0R0-0R3, com mais precisão. Na prática é benéfico escolher a porta cuja razão sinal/espaço fica mais pejr to de 30/30, visto que esta forma de impulso é menos sensível ã distorção como um resultado dos tempos de aumento restritos de lógica "hardware" lenta. Neste caso, os três bits mais signifi-cantes Bl, B2, B3 determinados de acordo com o anterior, são usa dos para seleccionar, para análise mais correcta, do.impulso o qual tem esta propriedade. Este é o impulso que permanece subsequente à operação de MAX do MIN.

Como será visto da Figura 4, esta medida mais precisa da razão sinal/espaço pode ser efectuada com a ajuda de filtros pa£ sa baixo LP0-LP3 para extracção do valor médio do sinal,seguido pela conversão analógico/digital num conversor A/D AD. No caso de uma aplicação de alta velocidade, um conversor A/D de 4 bits, do tipo "FLASH" pode ser usado, por exemplo. As entradas, dos respectivos filtros passa baixo, estão ligadas às saídas correspondentes dos circuitos OU EXCLUSIVO 0R0-0R3. As saídas do filtro estão ligadas às entradas de um circuito de comparação C0 e às entradas de um multiplexador M. As saídas do circuito de comparação, isto é, os bits mais significantes Bl, B2, B3, são apli^ cados às entradas no multiplexador M com a finalidade de controlar a selecçâo daquele sinal da saída de porta (MS0-MS3) cuja ra^ zão de impulso fica mais perto de 50/50. Os bits mais significan tes são também aplicados a entradas num conversor de código CC. 0 conversor de código é construído ou de portas lógicas separadas ou pode ser uma tabela de consulta numa memória ROM. 0 endereço de memória consiste em três bits Bl, B2, B3 e os bits (qua- -8- 70 843 LM 4814/01488 tro ou mais), os quais constituem o resultado da dita conversão A/D. 0 conteúdo da memória consiste no código de saída desejado correspondendo a cada possível padrão de bit de entrada. 0 sinal de saída do multiplexador M é aplicado ã entrada do dito conversor A/D AD, as saídas do qual são ligadas às entradas cor respondentes no dito conversor de código CC, as saídas do qual, por seu lado, fornecem sinais codificados binários. Quando' um conversor A/D de 4 bits é combinado,desta maneira, com os três bits mais significantes Bl, B2, B3, é obtida uma precisão de 7 bits durante o processo de medida de fase. Por consequência, a temporização, por exemplo, de um trem de impulsos, cuja frequêr^ cia de repetição ê 1 MHz, pode ser determinada com uma resolução de 1/128 p.s (8ns) sem necessitar de utilizar mais do que u-ma frequência de relógio de referência de 1 MHz.

Se é desejado que um código binário convencional represente a medida de tempo, é necessário converter os três bits mais significantes do código Gray para o código binário e para complementar os três bits menos significantes LSB em oitantes alternados. Isto pode ser efectuado com lógica convencional, tja belas ou suporte lógico. A representação de código binário facilitará a correcção do valor de saída para qualquer diferença seja qual for entre o relógio de referência e a frequência esperada do trem de impulsos. Aceitando que a frequência nominal esperada do trem de impulsos é de 1 000 003 Hz, mas. que a frequência dos relógios de referência disponíveis é precisamente 1 000 000 Hz. Aceitando por causa da simplificação que a precisão de medida é 7 bits e que são feitas 128 medidas cada segundo. A sequência de valores binários, antes da correcção, terá estão a seguinte configuração, por exemplo: ......59,62,65, ......,122,125,0,3,6,9,...... a qual ilustra um aumento escalonado de 3, modulo 128, dependejn do da dita diferença de frequência de 3 Hz. Isto pode ser corri^ gido com a ajuda de uma memória externa de 7 bits, cujo conteúdo é aumentado com 3, modulo 128, em cada momento de amostragem, sendo este valor subtraído, do valor de medição, antes de tranjs -9- 70 843 LM 4814/01488 mitir um sinal de saída.

Uma técnica semelhante pode também ser usada quando a relação entre o período de amostragem e o desvio de frequência de referência é mais complexo e pode, por exemplo, envolver o aumeri to do comprimento de palavra da memdria com quantidades de partes, ou envolver a armazenagem de um ciclo completo de valores de correcção na memória.

Isto mostra que a aritmética configurada no suporte lógico "ou" suporte físico, pode ser utilizada para compensar as re-laçSes não inteiras entre as frequências médias, relógios de referência e frequência de medida (gama de amostragem) do trem de impulsos.

Como será evidente do anterior, a disposição do invento activa um melhoramento significante na precisão de medição conse guida sem a necessidade de recorrer a lógica de velocidade muito alta.

Claims (6)

1. -10- 70 843 LM 4814/01488 REIVINDICAÇOES 1 - Processo para determinação digital precisa do tempo ou posição de fase de um trem de impulsos de sinal num dispas_i tivo de telecomunicações, caracterizado por compreeender a fo_r mação em impulsos de um sinal (WT) de modo a formar uma sequên_ cia de impulsos de onda quadrada, comparando o trem de impulsos com um grande número de sinais de referência de onda quadrada deslocados em tempo (RCL0-RCL3) de modo a formar novos sinais (MS0-MS3) na dependência da dita comparação; a comparação mútua dos ditos novos sinais numa operação, de MAX . de MIN; sujeitando o sinal, cuja razão de impulso fica mais próxima de uma predeterminada razão de impulsos,a uma conversão analógica/digital com a finalidade de converter o dito sinal na forma digital, junto com os bits (B1-B3) seleccionados do dito sinal antes da dita conversão analógica/digital para um . código binário, o qual pode ser corrigido em relação a desvios sistemáticos resultantes de diferenças de frequência entre a frequência, a frequência referência e/ou frequência de amostra gem da série de impulsos, pela adição/subtracção de uma sequên_ cia numérica predeterminada.
2. 2 - Disposição para executar o processo de acordo com a reivindicação 1, para determinação digital precisa de tempo ou posição de fase de um trem de impulsos de sinal num dispositivo de telecomunicações, caracterizado por ser aplicado um sinal (WT) à entrada de um limitador (L) com a finalidade de fo£ mação de impulsos; por o trem de impulsos formado pelas ondas quadradas resultantes, ser fornecido a partir da saída do lim_i tador para uma primeira entrada de uma pluralidade de portas EXCLUSIVAS OU (0R0-0R3); por um sinal relógio de referência (RCL0-RCL3) ser aplicado a uma segunda entrada em cada uma das portas, sendo os ditos sinais relógio deslocados, sequencialmente, em tempo, em relação uns aos outros, produzindo cada u-ma das saídas dos respectivos circuitos de porta, um sinal de saída (MS0-MS3), tendo uma frequência e uma razão de impulso, a qual é contingente na razão entre os sinais nas ditas primei^ 70 843 LM 4814/01488 -lira e segunda entradas; por os sinais de saída (MS0-MS3), dos ditos circuitos de porta (0R0-0R3), serem aplicados às entradas de um multiplexador (M) e entradas de um circuito de comparação (C0), no qual é realizado uma operação de MAX de MIN; por a razão de impulso dos sinais de saída.(MS0-MS3) ser mutuamente comparada; por, aquele dos ditos sinais de saída, os quais ficam mais perto de um valor de razão de impulso predeterminado, serem aplicados, através do dito multiplexador (M), às entradas de um conversor analógico/digital (AD) de cujas saídas o dito trem de impulsos, na forma digital, é aplicado a um primeiro número de entradas de um conversor de código (CC); e por o conversor de c^5 digo receber num segundo número de entradas certos bits de nível (B1-B3) do dito trem de impulsos, antes da dita conversão analó-gica/digital; e por os sinais nos ditos primeiro e segundo número de entradas, do conversor de código, serem convertidos em sinais, na forma binária, os quais são produzidos nas saídas do conversor.
3. 3 - Disposição de acordo com a reivindicação 2, caracte-rizada por os ditos bits de sinal determinados (B1-B3) constituírem os três bits mais significantes do trem de impulsos.
4. 4 - Disposi.ção de acordo com a reivindicação 2, caracteri zada por o dito valor de razão de impulso predeterminado ser 50/ /50.
5. 5 - Disposição de acordo com a reivindicação 2, caracter i_ zada por o dito deslocamento de tempo entre os sinais de frequêji cia de referência ser de ordem 1/N de um período de relógio, quaja do o número total de sinais de frequência de referência é N.
6. 6 - Disposição de acordo com a reivindicação 2, caracter_i zada por com a finalidade de conseguir uma determinação mais pr_e cisa das ditas razões de impulso, as saídas dos circuitos de por ta (0R0-0R3) serem ligadas às entradas correspondentes de filtros passa baixo (LP0-LP3) e por as saídas dos filtros serem ligadas às entradas do circuito de comparação (C0) e do multiplexji dor (M ). LM 4814/01488 -12- * iâ m. 1590 Lisboa, Por TELEFONAKTIEBOLAGET LM ERICSSON - O AGENTE OFICIAL -