RU2467476C2

RU2467476C2 - Method and device for processing pulse width modulated signals

Info

Publication number: RU2467476C2
Application number: RU2011107187/08A
Authority: RU
Inventors: Стиг ЛИНДЕМАНН (DK); Стиг ЛИНДЕМАНН; Мадс Колдинг НИЛЬСЕН (DK); Мадс Колдинг НИЛЬСЕН
Original assignee: Майкро Моушн, Инк.
Priority date: 2008-07-30
Filing date: 2008-07-30
Publication date: 2012-11-20
Also published as: RU2011107187A

Abstract

FIELD: physics, radio.

SUBSTANCE: invention relates to a signal processor with a scaled analogue signal. The technical result is achieved through dynamic scaling of a bit stream in order to provide an accurate second signal in situations when the first signalling basically does not match the second signalling. A signal processor is provided. The signal processor is configured to receive a first analogue signal and convert it to a digital signal. The digital signal is transmitted through an electrical barrier. The signal processor generates a scaled pulse width modulated signal based on differences between encoding of the first analogue signal and encoding of the second analogue signal based on the digital signal. The processor also converts the scaled pulse width modulated signal to a second analogue signal.

EFFECT: realising dynamic scaling of a bit stream in order to provide an accurate second signal in situations when the first signalling does not match the second signalling.

15 cl, 4 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Изобретение относится к процессору сигналов и, более конкретно, к процессору сигналов с масштабированным аналоговым сигналом.The invention relates to a signal processor and, more specifically, to a signal processor with a scaled analog signal.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Некоторые электрические схемы требуют передачи данных между электрическими приборами, которые электрически изолированы друг от друга. Одним примером является тот случай, когда электрические приборы связаны с цепью тракта (передачи сигналов). Поскольку цепи тракта обеспечивают связь между электрическими приборами в дополнение к энергии, может существовать проблема, если схемы кодирования сигналов между электрическим прибором и цепью тракта не являются по существу одними и теми же. Электрические приборы, использующие цепи тракта, такие как двухпроводная цепь тракта, принимают энергию и осуществляют связь через цепь тракта с использованием аналоговых сигналов посредством управления либо напряжением, либо потреблением тока. Этот первый аналоговый сигнал затем преобразуется в цифровой сигнал, обрабатывается, преобразуется обратно во второй аналоговый сигнал и передается к другому прибору или к главной системе. Этот способ связи является адекватным, пока первый и второй сигналы основаны на одном и том же масштабе. Обычно, в двухпроводной цепи тракта, прибор варьирует ток между приблизительно 4-20 мА, где 4 мА соответствует минимальному значению, а 20 мА соответствует максимальному значению. Однако может возникнуть проблема, если один из электрических приборов работает в другом диапазоне тока, например, если аналоговый сигнал ограничен между приблизительно 12-20 мА. С использованием этого диапазона тока, 12 мА соответствовало бы минимальному значению, а 20 мА соответствовало бы максимальному значению. Может произойти ошибка, если аналоговый сигнал, принятый от электрического прибора, работающего на масштабе 12-20 мА, посылается к электрическому прибору, работающему в масштабе 4-20 мА.Some electrical circuits require data transfer between electrical appliances that are electrically isolated from each other. One example is the case when electrical appliances are connected to a path circuit (signal transmission). Since path circuits provide a link between electrical appliances in addition to energy, there may be a problem if the signal coding schemes between the electrical appliance and the path circuit are not essentially the same. Electrical appliances using path circuits, such as a two-wire path circuit, receive energy and communicate through the path circuit using analog signals by controlling either voltage or current consumption. This first analog signal is then converted to a digital signal, processed, converted back to a second analog signal and transmitted to another device or to the main system. This communication method is adequate as long as the first and second signals are based on the same scale. Typically, in a two-wire path circuit, the instrument varies the current between approximately 4-20 mA, where 4 mA corresponds to the minimum value, and 20 mA corresponds to the maximum value. However, a problem may arise if one of the electrical devices operates in a different current range, for example, if the analog signal is limited between approximately 12-20 mA. Using this current range, 12 mA would correspond to a minimum value, and 20 mA would correspond to a maximum value. An error may occur if an analog signal received from an electrical appliance operating on a 12-20 mA scale is sent to an electrical appliance operating on a 4-20 mA scale.

Эта ошибка может смешиваться в ситуациях, когда приборы электрически изолированы друг от друга. Хотя имеются различные конфигурации, способные к такой передаче данных, одна распространенная конфигурация использует оптически связанные схемы. Обычно, один прибор оптически связанной схемы генерирует первый аналоговый сигнал данных, который преобразуется в цифровой сигнал с использованием аналого-цифрового преобразователя. Этот цифровой сигнал может содержать последовательное значение битового потока, которое передается с использованием оптопары.This error can be mixed in situations when the devices are electrically isolated from each other. Although there are various configurations capable of such data transfer, one common configuration uses optically coupled circuits. Typically, one device of an optically coupled circuit generates a first analog data signal, which is converted to a digital signal using an analog-to-digital converter. This digital signal may comprise a serial bitstream value that is transmitted using an optocoupler.

Одной проблемой с оптически связанными схемами предшествующего уровня техники является то, что они ограничены в своей способности масштабировать первый сигнал для согласования приборов, использующих другую сигнализацию. Другими словами, переданный сигнал обычно соответствует кодированию первого аналогового сигнала, а не кодированию второго аналогового сигнала. Это может быть приемлемым в ограниченных ситуациях; однако может быть желательным масштабирование первого сигнала для приспособления процесса другого сигнала. Например, если один из приборов оптически связан с цепью тракта, которая работает в масштабе, отличающемся от самого прибора, то может быть необходимым масштабирование первого сигнала для соответствия второму сигналу. Это масштабирование может содержать любой тип линейного или нелинейного масштабирования для этого сигнала таким образом, что этот сигнал изменяется для согласования кодирования выходного аналогового сигнала, соответствующего другому электрическому прибору. Следовательно, предшествующий уровень техники ограничивает первые сигналы, доступные для прибора, и, следовательно, ограничивает возможности электрического прибора.One problem with prior art optically coupled circuits is that they are limited in their ability to scale the first signal to match devices using a different signaling. In other words, the transmitted signal usually corresponds to the encoding of the first analog signal, rather than the encoding of the second analog signal. This may be acceptable in limited situations; however, it may be desirable to scale the first signal to accommodate the process of another signal. For example, if one of the devices is optically coupled to a path circuit that operates on a scale different from the device itself, it may be necessary to scale the first signal to match the second signal. This scaling may include any type of linear or non-linear scaling for this signal so that this signal is changed to match the coding of the output analog signal corresponding to another electrical device. Therefore, the prior art limits the first signals available to the device, and therefore limits the capabilities of the electrical device.

Данное изобретение преодолевает эту и другие проблемы, и прогресс в данной области техники достигается посредством динамического масштабирования битового потока для обеспечения точного второго сигнала в ситуациях, когда первая сигнализация по существу не совпадает со второй сигнализацией.The present invention overcomes this and other problems, and progress in the art is achieved by dynamically scaling the bitstream to provide an accurate second signal in situations where the first signaling does not substantially coincide with the second signaling.

АСПЕКТЫASPECTS

Согласно некоторому аспекту данного изобретения, процессор сигналов выполнен с возможностью:According to an aspect of the present invention, a signal processor is configured to:

приема первого аналогового сигнала;receiving a first analog signal;

преобразования первого аналогового сигнала в цифровой сигнал;converting the first analog signal to a digital signal;

передачи цифрового сигнала через электрический барьер;digital signal transmission through an electric barrier;

генерации масштабированного сигнала широтно-импульсной модуляции на основе цифрового сигнала; иgenerating a scaled pulse width modulation signal based on a digital signal; and

преобразования масштабированного сигнала широтно-импульсной модуляции во второй аналоговый сигнал.converting the scaled pulse width modulation signal to a second analog signal.

Предпочтительно, электрический барьер содержит оптопару.Preferably, the electric barrier comprises an optocoupler.

Предпочтительно, процессор сигналов дополнительно выполнен с возможностью масштабирования сигнала широтно-импульсной модуляции на основе различия между кодированием первого аналогового сигнала, используемым прибором тракта, связанным с входом процессора сигналов, и кодированием второго аналогового сигнала, используемым цепью тракта, связанным с выходом процессора сигналов.Preferably, the signal processor is further configured to scale the pulse width modulated signal based on the difference between the encoding of the first analog signal used by the path device associated with the input of the signal processor and the encoding of the second analog signal used by the path circuit associated with the output of the signal processor.

Предпочтительно, цифровой сигнал содержит последовательный битовый поток.Preferably, the digital signal comprises a serial bit stream.

Согласно другому аспекту данного изобретения, система цепи тракта, включающая в себя прибор тракта, электрически изолированный от цепи тракта при помощи процессора сигналов, содержит:According to another aspect of the present invention, a path circuit system including a path device electrically isolated from the path circuit by a signal processor comprises:

аналого-цифровой преобразователь, приспособленный для преобразования первого аналогового сигнала, принятого прибором тракта, в цифровой сигнал;an analog-to-digital converter adapted to convert the first analog signal received by the path device into a digital signal;

передатчик сигналов, приспособленный для передачи цифрового сигнала к преобразователю масштаба сигналов;a signal transmitter adapted to transmit a digital signal to a signal scale converter;

где преобразователь масштаба сигналов приспособлен для преобразования цифрового сигнала в масштабированный сигнал широтно-импульсной модуляции и преобразования масштабированного сигнала широтно-импульсной модуляции в масштабированный второй аналоговый сигнал.where the signal scale Converter is adapted to convert a digital signal into a scaled pulse width modulation signal and convert the scaled pulse width modulation signal to a scaled second analog signal.

Предпочтительно, передатчик сигналов содержит оптопару, приспособленную для электрической изоляции прибора тракта от цепи тракта.Preferably, the signal transmitter comprises an optocoupler adapted to electrically isolate the path device from the path circuit.

Предпочтительно, кодирование первого аналогового сигнала отличается от кодирования второго аналогового сигнала.Preferably, the encoding of the first analog signal is different from the encoding of the second analog signal.

Согласно другому аспекту данного изобретения, процессор сигналов выполнен с возможностью:According to another aspect of the present invention, a signal processor is configured to:

генерации сигнала широтно-импульсной модуляции на основе цифрового сигнала;generating a pulse width modulation signal based on a digital signal;

передачи сигнала широтно-импульсной модуляции через электрический барьер; иtransmitting a pulse width modulation signal through an electric barrier; and

преобразования сигнала широтно-импульсной модуляции в масштабированный второй аналоговый сигнал.converting a pulse width modulation signal into a scaled second analog signal.

Предпочтительно, процессор сигналов дополнительно выполнен с возможностью масштабирования цифрового сигнала на основе различия между кодированием первого аналогового сигнала, используемым прибором тракта, связанным с входом процессора сигналов, и кодированием второго аналогового сигнала, используемым цепью тракта, связанным с выходом процессора сигналов.Preferably, the signal processor is further configured to scale the digital signal based on the difference between the encoding of the first analog signal used by the path device associated with the input of the signal processor and the encoding of the second analog signal used by the path circuit associated with the output of the signal processor.

Согласно другому аспекту данного изобретения, способ для передачи сигналов от генератора аналоговых сигналов к приемнику аналоговых сигналов содержит этапы:According to another aspect of the present invention, a method for transmitting signals from an analog signal generator to an analog signal receiver comprises the steps of:

генерации первого аналогового сигнала;generating the first analog signal;

преобразования масштабированного сигнала широтно-импульсной модуляции в масштабированный второй аналоговый сигнал.converting the scaled pulse width modulation signal into a scaled second analog signal.

Предпочтительно, этот способ дополнительно содержит использование оптопары для передачи цифрового сигнала.Preferably, this method further comprises using an optocoupler for transmitting a digital signal.

Предпочтительно, масштабированный второй аналоговый сигнал основан на различии между кодированием первого аналогового сигнала, используемым генератором аналоговых сигналов, и кодированием второго аналогового сигнала, используемым приемником аналоговых сигналов.Preferably, the scaled second analog signal is based on the difference between the encoding of the first analog signal used by the analog signal generator and the encoding of the second analog signal used by the analog signal receiver.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Фиг. 1 показывает систему цепи тракта согласно одному варианту осуществления данного изобретения.FIG. 1 shows a path circuit system according to one embodiment of the present invention.

Фиг. 2 показывает процессор сигналов согласно одному варианту осуществления данного изобретения.FIG. 2 shows a signal processor according to one embodiment of the present invention.

Фиг. 3 показывает алгоритм, выполняемый преобразователем масштаба сигналов согласно одному варианту осуществления данного изобретения.FIG. 3 shows an algorithm performed by a signal scaler according to one embodiment of the present invention.

Фиг. 4 показывает процессор сигналов согласно другому варианту осуществления данного изобретения.FIG. 4 shows a signal processor according to another embodiment of the present invention.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Фиг. 1-4 и следующее описание изображают конкретные примеры, чтобы научить специалистов в данной области техники тому, как осуществить и использовать наилучший способ осуществления данного изобретения. С целью обучения принципам данного изобретения, некоторые стандартные аспекты были упрощены или опущены. Специалистам в данной области техники будут очевидны вариации этих примеров, которые находятся в пределах объема данного изобретения. Специалистам в данной области техники будет ясно, что особенности, описанные ниже, могут быть скомбинированы различными способами для образования множественных вариаций данного изобретения. В результате, изобретение не ограничено конкретными примерами, описанными ниже, а ограничено только формулой изобретения и ее эквивалентами.FIG. 1-4 and the following description depict specific examples to teach those skilled in the art how to implement and use the best mode for carrying out the present invention. For the purpose of teaching the principles of this invention, some standard aspects have been simplified or omitted. Variations to these examples that are within the scope of this invention will be apparent to those skilled in the art. Those skilled in the art will appreciate that the features described below can be combined in various ways to form multiple variations of the invention. As a result, the invention is not limited to the specific examples described below, but is limited only by the claims and their equivalents.

Фиг. 1 показывает систему 100 цепи тракта согласно одному варианту осуществления данного изобретения. Цепь 100 тракта включает в себя главную систему 1, цепь 4 тракта, прибор 10 тракта и процессор 30 сигналов, связывающий прибор 10 тракта с цепью 4 тракта. Главная система 1 генерирует контурное напряжение V_L и контурный ток I_L в цепи 4 тракта. Главная система 1 может содержать центральный блок управления, CPU, или некоторую другую систему обработки данных, используемую для обработки сигналов, принимаемых в цепи 4 тракта. Согласно одному варианту осуществления данного изобретения, цепь 4 тракта содержит двухпроводную цепь 4 тракта (передачи сигналов). Однако следует понимать, что цепь 4 тракта необязательно содержит двухпроводную цепь тракта.FIG. 1 shows a path circuit system 100 according to one embodiment of the present invention. The path circuit 100 includes a main system 1, a path circuit 4, a path device 10, and a signal processor 30 connecting the path device 10 to the path circuit 4. The main system 1 generates a loop voltage V _L and a loop current I _L in circuit 4 of the path. The main system 1 may comprise a central control unit, a CPU, or some other data processing system used to process the signals received in circuit 4 of the path. According to one embodiment of the present invention, the path circuit 4 comprises a two-wire path (signal transmission) circuit 4. However, it should be understood that path circuit 4 does not necessarily comprise a two-wire path circuit.

Прибор 10 тракта может включать в себя любой тип датчика или измерителя, такого как расходомер. В вариантах осуществления, где прибор 10 тракта включает в себя расходомер, этот расходомер может содержать вибрационный расходомер, такой как расходомер Кориолиса или денсиметр (плотномер). Как показано на фиг. 1, прибор 10 тракта включает в себя датчик 13 и электронику 20 прибора тракта. Электроника 20 прибора тракта может содержать любой тип CPU, системы обработки или микропроцессорной системы. Согласно одному варианту осуществления данного изобретения, датчик 13 выполнен с возможностью генерации первых аналоговых сигналов и ввода первых аналоговых сигналов в электронику 20 прибора тракта. Электроника 20 прибора тракта может генерировать вторые аналоговые сигналы, которые имеют форму переменного тока I_L тракта, протекающего в цепи 4 тракта. Прибор 10 тракта может быть выполнен с возможностью извлечения заданной или ограниченной величины энергии при использовании с двухпроводным трактом 4. Из-за протокола передачи измерений и ограничений энергии, встроенных в систему 100 цепи тракта, прибор 10 тракта может быть изолирован от двухпроводной цепи 4 тракта с использованием процессора 30 сигналов. В некоторых вариантах осуществления, процессор 30 сигналов может содержать по существу безопасный (I.S.) барьер (пунктирная линия).The path device 10 may include any type of sensor or meter, such as a flow meter. In embodiments where the path device 10 includes a flowmeter, the flowmeter may comprise a vibratory flowmeter, such as a Coriolis flowmeter or a densimeter. As shown in FIG. 1, the path device 10 includes a sensor 13 and electronics 20 of the path device. The electronics of the path device 20 may comprise any type of CPU, processing system, or microprocessor system. According to one embodiment of the invention, the sensor 13 is configured to generate first analog signals and input the first analog signals into the electronics 20 of the path device. The path device electronics 20 can generate second analog signals, which are in the form of an alternating current I _L path flowing in path circuit 4. The path device 10 can be configured to extract a predetermined or limited amount of energy when used with a two-wire path 4. Due to the transmission protocol of measurements and energy limitations built into the path circuit system 100, the path device 10 can be isolated from the two-wire path circuit 4 with using a processor 30 signals. In some embodiments, implementation, signal processor 30 may comprise a substantially secure (IS) barrier (dashed line).

Эта изоляция ограничивает электрическую энергию, которую прибор 10 тракта может извлечь из двухпроводной цепи 4 тракта и главной системы 1. Эта изоляция препятствует повреждению двухпроводной цепи 4 тракта и главной системы 1 в случае катастрофического повреждения прибора 10 тракта. Кроме того, эта изоляция ограничивает перенос электрической энергии через I.S. барьер для устранения опасности взрыва и предотвращения воспламенения любых взрывчатых или воспламеняющихся материалов в окрестности прибора 100 тракта.This insulation limits the electrical energy that the path device 10 can extract from the two-wire path circuit 4 and the main system 1. This insulation prevents damage to the two-wire path circuit 4 and the main system 1 in the event of a catastrophic damage to the path device 10. In addition, this insulation limits the transfer of electrical energy through I.S. a barrier to eliminate the danger of explosion and to prevent the ignition of any explosive or flammable materials in the vicinity of the path device 100.

Фиг. 2 показывает большие подробности свойства изоляции процессора 30 сигналов. Процессор сигналов показан как принимающий первый аналоговый сигнал от прибора 10 тракта. Однако следует понимать, что первый аналоговый сигнал необязательно происходит от прибора 10 тракта, а скорее, процессор 30 сигналов может использоваться в других окружениях, где необходима обработка аналогового сигнала. Аналоговый сигнал, принимаемый от прибора 10 тракта по проводам 220, принимается аналого-цифровым преобразователем 240, где эти сигналы оцифровываются. Согласно одному варианту осуществления данного изобретения, аналого-цифровой преобразователь 240 содержит дельта-сигма-преобразователь, который преобразует аналоговый сигнал в последовательный битовый поток. Однако следует понимать, что могут использоваться и другие аналого-цифровые преобразователи, и что используемый конкретный аналого-цифровой преобразователь не должен ограничивать объем данного изобретения.FIG. 2 shows great details of the isolation property of a signal processor 30. The signal processor is shown as receiving the first analog signal from the path device 10. However, it should be understood that the first analog signal does not necessarily come from the path device 10, but rather, the signal processor 30 can be used in other environments where processing of the analog signal is necessary. An analog signal received from path device 10 through wires 220 is received by an analog-to-digital converter 240, where these signals are digitized. According to one embodiment of the present invention, the analog-to-digital converter 240 comprises a delta-sigma converter that converts the analog signal into a serial bit stream. However, it should be understood that other analog-to-digital converters may be used, and that the particular analog-to-digital converter used should not limit the scope of this invention.

Согласно одному варианту осуществления данного изобретения, процессор 30 сигналов включает в себя оптопару 115, которая подключена между двухпроводной цепью 4 тракта и аналого-цифровым преобразователем 240. Оптопара 115 может также называться оптроном, оптическим соединителем или оптронной парой. Оптопара 115 электрически изолирует прибор 10 тракта от главной системы 1. Следовательно, прибор 10 тракта не может замкнуть накоротко двухпроводную цепь 4 тракта. Кроме того, катастрофическое повреждение прибора 10 тракта не может получить избыточный ток из главной системы 1. Оптопара 115 содержит источник 122 света передатчика и источник 123 света приемника. Источники 122, 123 света передатчика и приемника могут содержать любой тип реагирующих на свет электронных компонентов, включая лазерные источники света передатчика и приемника, источники света передатчика и приемника на светоизлучающих диодах, лазерные источники света передатчика и приемника на светоизлучающих диодах и т.д.According to one embodiment of the invention, the signal processor 30 includes an optocoupler 115, which is connected between the two-wire path circuit 4 and the analog-to-digital converter 240. The optocoupler 115 may also be called an optocoupler, an optical coupler, or an optocoupler. The optocoupler 115 electrically isolates the path device 10 from the main system 1. Therefore, the path device 10 cannot short-circuit the two-wire path circuit 4. In addition, catastrophic damage to the path device 10 cannot receive excess current from the main system 1. The optocoupler 115 comprises a transmitter light source 122 and a receiver light source 123. Sources 122, 123 of the light of the transmitter and receiver may contain any type of light-responsive electronic components, including laser light sources of the transmitter and receiver, light sources of the transmitter and receiver on light emitting diodes, laser light sources of the transmitter and receiver on light emitting diodes, etc.

Источник 122 света передатчика и источник 123 света приемника обычно образованы примыкающими друг к другу, причем свет, генерируемый источником 122 света передатчика, непосредственно принимается источником 123 света приемника. В других вариантах осуществления, источник 122 света передатчика и источник 123 света приемника разделены посредством некоторого оптического устройства, такого как, например, волоконно-оптический кабель. В некоторых вариантах осуществления, эти два компонента сформированы в единый корпус, как показано на фиг. 2. Однако следует понимать, что в других вариантах осуществления источник 122 света передатчика и источник 123 света приемника могут содержать отдельные компоненты.The transmitter light source 122 and the receiver light source 123 are typically formed adjacent to each other, the light generated by the transmitter light source 122 being directly received by the receiver light source 123. In other embodiments, the transmitter light source 122 and the receiver light source 123 are separated by some optical device, such as, for example, a fiber optic cable. In some embodiments, the two components are formed into a single housing, as shown in FIG. 2. However, it should be understood that in other embodiments, the transmitter light source 122 and the receiver light source 123 may comprise individual components.

Источник 122 света передатчика генерирует кодируемый светом сигнал, который содержит преобразование электрического тока в излучаемый свет. Источник 123 света приемника принимает кодированный светом сигнал и преобразует принятый свет обратно в электрический сигнал, который по существу идентичен первоначальному электрическому сигналу в источнике 122 света передатчика. Оптопара 115, следовательно, хорошо подходит для передачи цифровых сигналов.A transmitter light source 122 generates a light-encoded signal that comprises converting an electric current into emitted light. The receiver light source 123 receives the light-encoded signal and converts the received light back into an electrical signal, which is substantially identical to the original electric signal in the transmitter light source 122. The optocoupler 115 is therefore well suited for transmitting digital signals.

В варианте осуществления, показанном на фиг. 2, прибор 10 тракта генерирует первый аналоговый сигнал, который посылается к аналого-цифровому преобразователю 240. Аналого-цифровой преобразователь 240 выдает цифровой сигнал. Этот цифровой сигнал принимается источником 122 света передатчика и посылается к источнику 123 света приемника. Источник 123 света приемника может затем передать принятый сигнал к преобразователю 250 масштаба сигналов.In the embodiment shown in FIG. 2, the path device 10 generates a first analog signal, which is sent to the analog-to-digital converter 240. The analog-to-digital converter 240 provides a digital signal. This digital signal is received by the transmitter light source 122 and sent to the receiver light source 123. The receiver light source 123 may then transmit the received signal to a signal scale converter 250.

Преобразователь 250 масштаба сигналов может обработать эти цифровые сигналы, которые могут иметь форму последовательного битового потока, например, и преобразовать цифровой сигнал в масштабированный сигнал широтно-импульсной модуляции (PWM). PWM сигнал может быть затем преобразован во второй аналоговый сигнал и выдан цепи 4 тракта. Согласно одному варианту осуществления данного изобретения, преобразователь 250 масштаба сигналов выполнен с возможностью масштабирования входящего битового потока от источника 123 света приемника. Это масштабирование может содержать любой тип линейного или нелинейного масштабирования. Это масштабирование может происходить перед или во время преобразования цифрового сигнала в сигнал широтно-импульсной модуляции. В других вариантах осуществления, масштабирование может происходить после преобразования цифрового сигнала в сигнал широтно-импульсной модуляции. Это может быть полезным в ситуациях, когда процессор сигналов принимает первые аналоговые сигналы, кодирование которых отличается от кодирования, используемого цепью 4 тракта. Например, в ситуации, когда процессор 30 сигналов связан с прибором 10 тракта, таким как расходомер, который посылает сигналы, основанные на 12-20 мА, где 12 мА представляет нулевой поток, а 20 мА представляет максимальный поток, но цепь 4 тракта содержит двухпроводной тракт, работающий в масштабе 4-20 мА, где 4 мА представляет нулевой поток, а 20 мА представляет максимальный поток. Без масштабирования битового потока, второй аналоговый сигнал представлял бы аналоговые сигналы, в пределах 12-20 мА. Второй аналоговый сигнал представлял бы поток в системе, когда фактически имеется нулевой поток. Следовательно, без масштабирования битового потока, по системе может распространяться ошибка. Следует понимать, что конкретные значения, используемые выше, обеспечены просто как пример и не должны ограничивать объем данного изобретения, так как эти конкретные значения могут изменяться в зависимости от конкретной реализации.A signal scale converter 250 may process these digital signals, which may be in the form of a serial bit stream, for example, and convert the digital signal into a scaled pulse width modulation (PWM) signal. The PWM signal can then be converted to a second analog signal and output to path circuit 4. According to one embodiment of the present invention, the signal scale converter 250 is configured to scale the incoming bit stream from the receiver light source 123. This scaling may include any type of linear or non-linear scaling. This scaling may occur before or during the conversion of the digital signal into a pulse width modulation signal. In other embodiments, scaling may occur after converting the digital signal to a pulse width modulation signal. This can be useful in situations where the signal processor receives the first analog signals, the encoding of which is different from the encoding used by circuit path 4. For example, in a situation where the signal processor 30 is connected to a path device 10, such as a flow meter that sends signals based on 12-20 mA, where 12 mA represents the zero flow and 20 mA represents the maximum flow, but the path circuit 4 contains a two-wire 4-20 mA path, where 4 mA represents zero flux and 20 mA represents maximum flux. Without scaling the bitstream, the second analog signal would represent analog signals within 12-20 mA. The second analog signal would represent a stream in the system when there is actually zero stream. Therefore, without scaling the bitstream, an error may propagate through the system. It should be understood that the specific values used above are provided merely as an example and should not limit the scope of the present invention, as these specific values may vary depending on the particular implementation.

Преобразователь 250 масштаба сигналов согласно одному варианту осуществления данного изобретения генерирует сигнал широтно-импульсной модуляции при одновременном масштабировании входящего битового потока. Преобразователь масштаба сигналов согласно данному изобретению может масштабировать сигнал широтно-импульсной модуляции на основе различия в кодировании сигнала, используемого прибором 10 тракта и цепью 4 тракта. Следовательно, масштабирование, выполняемое преобразователем 250 масштаба сигналов, может содержать масштабирование сигнала широтно-импульсной модуляции для согласования масштаба сигналов, используемого главной системой 1. Согласно одному варианту осуществления данного изобретения, преобразователь 250 масштаба сигналов может масштабировать сигнал широтно-импульсной модуляции для согласования разнообразия приборов 10 тракта.A signal scale converter 250 according to one embodiment of the present invention generates a pulse width modulation signal while scaling the incoming bitstream. The signal scale converter according to this invention can scale the pulse width modulation signal based on the difference in coding of the signal used by the path device 10 and the path circuit 4. Therefore, the scaling performed by the signal scale converter 250 may comprise scaling the pulse width modulation signal to match the signal scale used by the main system 1. According to one embodiment of the present invention, the signal scale converter 250 may scale the pulse width modulation signal to match a variety of devices 10 tracts.

Согласно одному варианту осуществления данного изобретения, преобразователь 250 масштаба сигналов генерирует масштабированный PWM сигнал на основе равенств, которые представляют логический «0» или логическую «1» в битовом потоке. Примерные равенства изображены ниже как равенства 1 и 2. Следует понимать, что равенства 1 и 2 являются просто примерами, и что для генерации сигнала широтно-импульсной модуляции могут использоваться и другие равенства, не приводящие к выходу за рамки объема данного изобретения.According to one embodiment of the present invention, the signal scale converter 250 generates a scaled PWM signal based on equalities that represent logical “0” or logical “1” in the bitstream. Exemplary equalities are shown below as equalities 1 and 2. It should be understood that equalities 1 and 2 are merely examples, and that other equalities can be used to generate a pulse width modulation signal, without leading to the scope of the present invention.

и где константы таковы:and where the constants are as follows:

R₁ = первый импедансR ₁ = first impedance

R₂ = второй импедансR ₂ = second impedance

V_ref-1 = первое опорное напряжениеV _ref-1 = first reference voltage

V_ref-2 = второе опорное напряжениеV _ref-2 = second reference voltage

Dig_off-1 = первое цифровое смещениеDig _off-1 = first digital offset

Dig_per = периодическое времяDig _per = periodic time

Dig_FB-1 = значение обратной связиDig _FB-1 = Feedback Value

I₁ = первый токI ₁ = first current

I₂ = второй токI ₂ = second current

Следует понимать, что равенства 1 и 2 могут быть настроены путем изменения констант, используемых в этих равенствах. Эти константы могут быть изменены для масштабирования сигнала широтно-импульсной модуляции для согласования различий между первым и вторым аналоговыми сигналами. Конкретно, константы могут быть изменены для согласования изменений между кодированием сигнала первого тока и вторым током. Эти равенства основаны на физическом поведении системы. В вариантах осуществления, где главная система 1 связана с двухпроводным трактом 4 передачи сигналов, работающим между приблизительно 4-20 мА, второй ток I₂ в приблизительно 4 мА соответствует 0%, тогда как второе значение тока в приблизительно 20 мА соответствует 100%. Значения I₁ первого тока могут быть такими же, что и значения второго тока, т.е. 4 мА - 20мА, или могут иметь другой масштаб, например, 12 мА - 20 мА. Следовательно, в вариантах осуществления, где первый масштаб и второй масштаб являются различными, значения констант могут быть настроены для компенсации этого различия и, следовательно, для генерации масштабированного сигнала широтно-импульсной модуляции, соответствующего аналоговой сигнализации, используемой цепью 4 тракта.It should be understood that equalities 1 and 2 can be adjusted by changing the constants used in these equalities. These constants can be modified to scale the pulse width modulation signal to match the differences between the first and second analog signals. Specifically, the constants can be modified to accommodate changes between the coding of the first current signal and the second current. These equalities are based on the physical behavior of the system. In embodiments where the main system 1 is connected to a two-wire signal transmission path 4 operating between approximately 4-20 mA, a second current I ₂ of approximately 4 mA corresponds to 0%, while a second current value of approximately 20 mA corresponds to 100%. The values of I _{1 of the} first current can be the same as the values of the second current, i.e. 4 mA - 20 mA, or may have a different scale, for example, 12 mA - 20 mA. Therefore, in embodiments where the first scale and the second scale are different, the constant values can be adjusted to compensate for this difference and, therefore, to generate a scaled pulse width modulation signal corresponding to the analog signaling used by path circuit 4.

В дополнение к настройке констант для согласования различий между первой и второй сигнализацией, константы могут быть также настроены для согласования различных приборов тракта. Следовательно, даже если прибор 10 тракта и главная система 1 используют одну и ту же сигнализацию, преобразователь 250 масштаба сигналов может масштабировать этот сигнал для настройки этого сигнала для различий среди датчиков 13. Таким образом, один и тот же процессор 30 сигналов может использоваться с множеством датчиков в множестве сред просто посредством изменения констант, вводимых в равенства 1 и 2. Эти константы могут иметь форму справочной таблицы, хранимой в внутренней или внешней запоминающей системе процессора 30 сигналов, или могут вручную вводиться пользователем/оператором.In addition to setting the constants to match the differences between the first and second alarms, the constants can also be set to match the different devices in the path. Therefore, even if the path device 10 and the main system 1 use the same signaling, the signal scale converter 250 can scale this signal to adjust this signal for differences among the sensors 13. Thus, the same signal processor 30 can be used with multiple sensors in a variety of environments simply by changing the constants entered into equalities 1 and 2. These constants can take the form of a lookup table stored in the internal or external memory system of the signal processor 30, or manually entered by the user / operator.

Как только преобразователь 250 масштаба сигналов генерирует масштабированный сигнал широтно-импульсной модуляции на основе битового потока, масштабированный сигнал широтно-импульсной модуляции преобразуется во второй аналоговый сигнал, который соответствует аналоговой сигнализации, используемой главной системой 1. Следует понимать, что главная система 1 не требуется для выполнения какого-либо дополнительного масштабирования этого сигнала. Скорее любое необходимое масштабирование этого сигнала уже выполнено преобразователем 250 масштаба сигналов.Once the signal scale converter 250 generates a scaled pulse width modulation signal based on a bit stream, the scaled pulse width modulation signal is converted to a second analog signal that corresponds to the analog signaling used by main system 1. It should be understood that main system 1 is not required for perform any additional scaling of this signal. Rather, any necessary scaling of this signal has already been performed by the signal scale converter 250.

Фиг. 3 показывает алгоритм 300, выполняемый преобразователем 250 масштаба сигналов согласно одному варианту осуществления данного изобретения. Этот алгоритм начинается на этапе 301, где битовый поток принимается от оптопары 115. Если значение битового потока равно 1, то алгоритм перемещается к этапу 302, где значение ширины импульса вычисляется посредством добавления значения «А» из равенства 1 в сумматор (не показан) преобразователя 250 масштаба сигналов. Если, с другой стороны, значение битового потока равно 0, то алгоритм перемещается к стадии 303, где значение ширины импульса вычисляется посредством добавления значения «В» из равенства 2 в сумматор. Таким образом, сумматор генерирует сигнал широтно-импульсной модуляции на основе числа значений «А» и «В» в битовом потоке. Масштабированный PWM сигнал может быть затем выдан на стадии 404. Как только сигнал послан, алгоритм возвращается к стадии 301. На основе значений «А» и «В», преобразователь 250 масштаба сигналов может сгенерировать масштабированный сигнал широтно-импульсной модуляции, который соответствует кодированию второго аналогового сигнала, а не кодированию первого аналогового сигнала. Таким образом, когда преобразователь 250 масштаба сигналов преобразует сигнал широтно-импульсной модуляции во второй аналоговый сигнал, правильное значение представлено во втором аналоговом сигнале. Следовательно, даже если прибор 10 тракта работает на масштабе 12-20 мА, сгенерированный сигнал широтно-импульсной модуляции соответствует масштабу 4-20 мА, используемому главной системой 1 и цепью 4 тракта. Масштабирование по существу предотвращает возникновение ошибки из-за различия в сигнализации между прибором 10 тракта и главной системой 1.FIG. 3 shows an algorithm 300 performed by a signal scale converter 250 according to one embodiment of the present invention. This algorithm begins at step 301, where the bitstream is received from the optocoupler 115. If the bitstream value is 1, the algorithm moves to step 302, where the pulse width value is calculated by adding the value “A” from equality 1 to the adder (not shown) of the converter 250 scale signals. If, on the other hand, the bitstream value is 0, then the algorithm moves to step 303, where the pulse width value is calculated by adding the value "B" from equality 2 to the adder. Thus, the adder generates a pulse width modulation signal based on the number of “A” and “B” values in the bitstream. The scaled PWM signal can then be output at step 404. Once the signal is sent, the algorithm returns to step 301. Based on the values “A” and “B”, the signal scale converter 250 can generate a scaled pulse width modulation signal that corresponds to the encoding of the second analog signal, not the encoding of the first analog signal. Thus, when the signal scale converter 250 converts the pulse width modulation signal into a second analog signal, the correct value is presented in the second analog signal. Therefore, even if the path device 10 operates on a 12-20 mA scale, the generated pulse width modulation signal corresponds to a 4-20 mA scale used by the main system 1 and circuit path 4. Scaling essentially prevents errors due to differences in signaling between the path device 10 and the main system 1.

Фиг. 4 показывает процессор 30 сигналов согласно другому варианту осуществления данного изобретения. Процессор 30 сигналов, показанный на фиг. 4, выполнен с возможностью приема первого аналогового сигнала, преобразования аналогового сигнала в цифровое представление, генерации PWM сигнала на основе цифрового сигнала, передачи PWM сигнала через оптопару, масштабирования PWM сигнала с использованием PWM декодера 442 и преобразования масштабированного сигнала обратно во второй аналоговый сигнал, где первый и второй аналоговые сигналы могут содержать или могут не содержать одно и то же значение. В дополнение к компонентам, показанным на фиг. 2, процессор 30 сигналов фиг. 5 также включает в себя импульсно-широтный генератор 241 и импульсно-широтный декодер 242. Согласно одному варианту осуществления данного изобретения, импульсно-широтный генератор 241 генерирует PWM сигнал на основе последовательного битового потока, принимаемого от аналого-цифрового преобразователя 240. PWM сигнал может быть затем передан через оптопару 115. Согласно одному варианту осуществления данного изобретения, импульсно-широтный декодер 242 масштабирует PWM сигнал, принятый от источника 123 света приемника, в сигнал, используемый цепью 4 тракта. Масштабированный PWM сигнал может быть затем преобразован во второй аналоговый сигнал и выдан для цепи 4 тракта. Это контрастирует с процессором сигналов, показанным на фиг. 2, который масштабирует сигнал при генерации PWM сигнала. Следовательно, процессор 30 сигналов фиг. 4 требует дополнительного этапа посредством требования импульсно-широтного декодера 242 масштабировать PWM сигнал. Следует понимать, однако, что в целом процессор 30 сигналов фиг. 4 все же способен масштабировать сигнал перед выдачей его на цепь 4 тракта. Следовательно, прибор 10 тракта и главная система 1 все же могут работать с использованием различной сигнализации или различных масштабов.FIG. 4 shows a signal processor 30 according to another embodiment of the present invention. The signal processor 30 shown in FIG. 4, is configured to receive a first analog signal, convert an analog signal to a digital representation, generate a PWM signal based on a digital signal, transmit a PWM signal through an optocoupler, scale a PWM signal using a PWM decoder 442, and convert the scaled signal back to a second analog signal, where the first and second analog signals may or may not contain the same value. In addition to the components shown in FIG. 2, the signal processor 30 of FIG. 5 also includes a pulse-width generator 241 and a pulse-width decoder 242. According to one embodiment of the present invention, the pulse-width generator 241 generates a PWM signal based on a serial bit stream received from the analog-to-digital converter 240. The PWM signal may be then transmitted via an optocoupler 115. According to one embodiment of the present invention, the pulse-width decoder 242 scales the PWM signal received from the receiver light source 123 to the signal used by the path circuit 4 that one. The scaled PWM signal can then be converted to a second analog signal and output to circuit path 4. This contrasts with the signal processor shown in FIG. 2, which scales the signal when generating the PWM signal. Therefore, the signal processor 30 of FIG. 4 requires an additional step by requiring the PWM decoder 242 to scale the PWM signal. It should be understood, however, that in general, the signal processor 30 of FIG. 4 is still able to scale the signal before issuing it to circuit 4 of the path. Therefore, the path device 10 and the main system 1 can still operate using different alarms or different scales.

Согласно другому варианту осуществления данного изобретения, импульсно-широтный генератор 241 масштабирует PWM сигнал, как описано выше, перед посылкой этого сигнала к оптопаре 115. Следовательно, импульсно-широтному декодеру 242 необходимо только преобразовать масштабированный PWM сигнал во второй аналоговый сигнал перед выдачей этого сигнала на цепь 4 тракта.According to another embodiment of the present invention, the pulse-width-wave generator 241 scales the PWM signal, as described above, before sending this signal to the optocoupler 115. Therefore, the pulse-width-decoder 242 only needs to convert the scaled PWM signal to a second analog signal before generating this signal on chain 4 paths.

Хотя вышеприведенное описание описало процессор 30 сигналов как содержащий компонент, отдельный от прибора 10 тракта, следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления процессор 30 сигналов содержит интегральный компонент прибора 10 тракта. Следовательно, согласно одному варианту осуществления данного изобретения, электроника 20 прибора тракта может генерировать масштабированный PWM сигнал и преобразовать масштабированный PWM сигнал во второй аналоговый сигнал перед выдачей сигнала. Кроме того, хотя вышеприведенное описание обсудило процессор 30 сигналов в комбинации с прибором 10 тракта, следует понимать, что масштабирование, которое происходит в процессоре 30 сигналов, равным образом применимо к любому входному аналоговому сигналу. Кроме того, процессор 30 сигналов не нуждается в подключении к цепи 4 тракта. Обсуждение изобретения в отношении этих компонентов приведено просто с целью помощи в понимании изобретения и никоим образом не должно ограничивать объем изобретения.Although the foregoing description has described the signal processor 30 as containing a component separate from the path device 10, it should be understood that in some embodiments, the signal processor 30 comprises an integral component of the path device 10. Therefore, according to one embodiment of the present invention, the path device electronics 20 can generate a scaled PWM signal and convert the scaled PWM signal to a second analog signal before generating the signal. In addition, although the above description discussed the signal processor 30 in combination with the path device 10, it should be understood that the scaling that occurs in the signal processor 30 is equally applicable to any analog input signal. In addition, the signal processor 30 does not need to be connected to the path circuit 4. A discussion of the invention in relation to these components is provided merely for the purpose of assisting in understanding the invention and should in no way limit the scope of the invention.

Заявленное изобретение, описанное выше, обеспечивает систему 100 обработки сигналов, способную передавать сигнал между двумя или несколькими системами трактов, которые могут работать при различных схемах кодирования. Система 100 обработки сигналов выполнена с возможностью масштабирования входного цифрового сигнала в некоторый сигнал, который соответствует схеме кодирования второго аналогового сигнала, а не первого аналогового сигнала. Таким образом, доставленный цифровой сигнал может быть преобразован обратно в аналоговый сигнал без дополнительной обработки.The claimed invention described above provides a signal processing system 100 capable of transmitting a signal between two or more path systems that can operate with various coding schemes. The signal processing system 100 is configured to scale an input digital signal into a signal that corresponds to a coding scheme of a second analog signal, rather than a first analog signal. Thus, the delivered digital signal can be converted back to an analog signal without additional processing.

Подробное описание вышеприведенных вариантов осуществления не являются исчерпывающими описаниями всех вариантов осуществления, рассматриваемых авторами изобретения, как попадающими в объем изобретения. В самом деле, специалистам в данной области техники будет ясно, что некоторые элементы вышеописанных вариантов осуществления могут быть различным образом скомбинированы или устранены для создания дополнительных вариантов осуществления, и такие дополнительные варианты осуществления попадают в объем и идеи изобретения. Для специалистов обычной квалификации в данной области техники будет также ясно, что вышеописанные варианты осуществления могут быть скомбинированы полностью или частично для создания дополнительных вариантов осуществления в пределах объема и идей изобретения.A detailed description of the above embodiments is not exhaustive descriptions of all embodiments considered by the inventors as falling within the scope of the invention. In fact, it will be apparent to those skilled in the art that certain elements of the above-described embodiments may be combined or eliminated in various ways to create additional embodiments, and such additional embodiments fall within the scope and ideas of the invention. It will also be clear to those of ordinary skill in the art that the above described embodiments may be combined in whole or in part to create additional embodiments within the scope and ideas of the invention.

Таким образом, хотя конкретные варианты осуществления данного изобретения и примеры для него описаны здесь с иллюстративными целями, возможны различные эквивалентные модификации в пределах объема изобретения, как будет ясно специалистам в соответствующей области техники. Идеи, предоставленные здесь, могут быть применены к другим цепям трактов электроники, а не только к вариантам осуществления, описанным выше и показанным в сопутствующих чертежах. Соответственно, объем изобретения должен быть определен из следующей формулы изобретения.Thus, although specific embodiments of the present invention and examples for it are described herein for illustrative purposes, various equivalent modifications are possible within the scope of the invention, as will be apparent to those skilled in the art. The ideas provided here can be applied to other electronics circuit paths, and not just to the embodiments described above and shown in the accompanying drawings. Accordingly, the scope of the invention should be determined from the following claims.

Claims

1. The processor (30) of the signals, configured to:
receiving a first analog signal;
converting the first analog signal to a digital signal;
digital signal transmission through an electric barrier;
characterized in that the signal processor (30) is further configured to:
generating a scaled pulse width modulation signal based on a difference between encoding a first analog signal and encoding a second analog signal based on a digital signal; and
converting the scaled pulse width modulation signal to a second analog signal.

2. The signal processor (30) according to claim 1, wherein the electric barrier comprises an optocoupler (115).

3. The signal processor (30) according to claim 1, in which the coding of the first analog signal is used by the path device (10) associated with the input of the signal processor (30), and the encoding of the second analog signal is used by the path circuit (4) associated with the processor output (30) signals.

4. The signal processor (30) according to claim 1, wherein the digital signal comprises a serial bit stream.

5. The signal processor (30) according to claim 1, further comprising:
an analog-to-digital converter (240), adapted to convert the first analog signal received by the path device (10), electrically isolated from the path circuit (4) by the signal processor (30), into a digital signal; and
a signal transmitter (115) adapted to transmit a digital signal to a signal scale converter (250);
wherein the signal scale converter (250) is adapted to convert a digital signal into a scaled pulse width modulation signal and convert the scaled pulse width modulation signal to a scaled second analog signal.

6. The signal processor (30) according to claim 1, wherein the signal transmitter (115) comprises an optocoupler adapted to electrically isolate the path device (10) from the path circuit (4).

7. The signal processor (30) according to claim 1, wherein the encoding of the first analog signal is different from the encoding of the second analog signal.

8. The processor (30) of the signals, configured to:
receiving a first analog signal;
converting the first analog signal to a digital signal;
generating a pulse width modulation signal based on a digital signal;
transmitting a pulse width modulation signal through an electric barrier; and
characterized in that the signal processor (30) is further configured to:
converting the pulse width modulation signal to a scaled second analog signal based on the difference between the encoding of the first analog signal and the encoding of the second analog signal.

9. The signal processor (30) of claim 8, wherein the coding of the first analog signal is used by the path device (10) associated with the input of the signal processor (30), and the encoding of the second analog signal is used by the path circuit (4) associated with the processor output (30) signals.

10. A method for transmitting signals from an analog signal generator to an analog signal receiver, comprising the steps of:
generating the first analog signal;
converting the first analog signal to a digital signal;
digital signal transmission through an electric barrier;
characterized in that:
generating a scaled pulse width modulation signal based on a difference between encoding a first analog signal and encoding a second analog signal based on a digital signal; and
convert the scaled pulse width modulation signal into a scaled second analog signal.

11. The method of claim 10, further comprising using an optocoupler for transmitting a digital signal.

12. The method of claim 10, wherein the scaled second analog signal is based on the difference between the encoding of the first analog signal used by the analog signal generator and the encoding of the second analog signal used by the analog signal receiver.

13. A method for transmitting signals from an analog signal generator to an analog signal receiver, comprising the steps of:
receiving a first analog signal;
converting the first analog signal to a digital signal;
generating a pulse width modulation signal based on a digital signal;
transmitting a pulse width modulation signal through an electric barrier;
characterized in that:
converting the pulse width modulation signal into a scaled second analog signal based on the difference between the encoding of the first analog signal and the encoding of the second analog signal.

14. The method of claim 13, further comprising using an optocoupler for transmitting a digital signal.

15. The method of claim 13, wherein the scaled second analog signal is based on the difference between the encoding of the first analog signal used by the analog signal generator and the encoding of the second analog signal used by the analog signal receiver.