SE511145C2 - Metod och anordning för detektering av fasskillnad - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 511 145 2 Samtliga dessa dokument redovisar dock lösningar vilka bygger på digital teknik, vilket kan sägas ge dyra och komplexa lösningar.

REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN; Det problem som löses med hjälp av föreliggande uppfinning är att framtaga en nætod och en anordning för entydig detektering inom ett intervall om 360° av skillnaden i fas mellan en första och en andra elektrisk signal, vilka väsentligen samma frekvens, signaler ligger på företrädesvis en frekvens högre än 1 GHz.

Detta problem löses med hjälp av en metod och en anordning vilken innefattar en första och en andra fasdetektor vilka bägge entydigt inom ett intervall om l80° kan detektera fasskillnader mellan en första och en andra elektrisk signal.

Enligt uppfinningen används både den första och den andra signal mellan vilka fasskillnaden skall detekteras som insignaler till både den första och den andra fasdetektorn, varvid den ena av insignalerna fasvrids 90° innan den används som insignal till den ena fasdetektorn. Eftersom den första och den andra insignalen i övrigt är lika, och den första och den andra fasdetektorn är lika, blir resultatet med andra ord att skillnaden i utsignal från den fasdetektorn motsvarar en första och den andra fasförskjutning om 90°.

Skillnaden mellan fasdetektorernas utsignaler utnyttjas på så vis att utsignalen från den första fasdetektorn används för att ange om utsignalen från den andra fasdetektorn motsvarar en fasskillnad som ligger inom eller utanför ett intervall om l80°, företrädesvis intervallet O°-l80°. Med hjälp av denna information från den första fasdetektorn används utsignalen från den andra fasdetektorn för att 10 15 20 25 30 35 511145 3 skapa en utsignal som entydigt i ett intervall om 360°, företrädesvis intervallet 0°-360°, anger värdet på fasskillnaden mellan den första och den andra insignalen.

Denna entydiga utsignal skapas genom att utsignalen från den andra fasdetektorn förstärks i två parallella steg, ett inverterande och ett icke-inverterande. Till dessa förstärkta signaler adderas offset-signaler, och med hjälp av utsignalen från den första fasdetektorn styrs vilken av de två parallella signalerna som skall användas för att ange fasskillnaden mellan den första och den andra insignalen.

BESKRIVNING AV RITNINGARNA: Uppfinningen kommer i det följande att skildras närmare med hjälp av ett exempel på en föredragen utföringsform och med hänvisning till de bifogade ritningarna, där Fig 1 schematiskt skildrar fas-spänningskurvan. hos en fasdetektor som används enligt uppfinningen, och Fig 2 visar ett blockschema över en föredragen utföringsform av en anordning enligt uppfinningen, och Fig 3 visar utsignalerna från de två fasdetektorer som används i anordningen i fig 2, och Fig 4 visar signalerna V,och Vw¿l) i blockschemat i fig 2, och Fig 5 visar utsignaler i ett visst snitt i anordningen i fig 2, och Fig 6 visar den utsignal som erhålles från anordningen i fig 2. 10 15 20 25 30 35 511 145 FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM: I fig 1 visas schematiskt fas-spänningskurvan hos en fasdetektor som används enligt uppfinnningen. Denna fasdetektor är företrädesvis en blandare, men kan även vara utförd på andra för fackmannen välkända sätt. Som framgår av fig 1 ger denna typ av fasdetektor bara entydig detektering av fas inonl ett intervall om l80°, i ett intervall om 360° kan två olika fasskillnader ge en och samma utsignal VV Vad gäller de fasdetektorer som används enligt uppfinningen bör det framhållas att de, som nämnts, entydigt bara kan detektera fasskillnader inom ett intervall om l80°, nen detta intervall kan givetvis vara ett godtyckligt intervall om l80°. Ovan, och i fortsättningen, har valts intervallet 0°-l80°, vilket är det intervall som användes i en föredragen utföringsform av uppfinningen.

Mer generellt kan med andra ord sägas att varje i uppfinningen ingående fasdetektor entydigt kan detektera om fasskillnaden mellan två insignaler ligger inom eller utanför ett visst givet intervall om l80°.

På samma sätt kan sägas att uppfinningen ger entydig fasdetektering inonxett godtyckligt valt intervall om 360°, men i den fortsatta beskrivningen kommer för enkelhetens skull intervallet 0°-360° att användas för att underlätta förståelsen för uppfinningen.

I fig 2 visas en anordning 200 enligt uppfinningen. I anordningen ingår två fasdetektorer 2l0,220 med den fas- spänningskurva som visas i fig 1, en krets 205 för fasvridning, en krets 230 för teckenavkänning, två förstärkarkretsar 240,250, två summationskretsar 260,270 samt en omkopplingsbar utgång 280. 10 15 20 25 30 35 511 145 s Som framgår av fig 2 finns två insignaler V, och V¿ till anordningen 200, vilka är signaler som har väsentligen samma frekvens, men ej nödvändigtvis samma fas. En uppgift för anordningen 200 är att entydigt inom intervallet 0°- 360° detektera fasskillnaden Ao mellan insignalerna V,och V1 Både V] och V2 används som insignaler till den första 210 och den andra 220 fasdetektorn, men V2 fasvrids 90° innan den används som insignal till den första fasdetektorn 210.

Sålunda komer utsignalerna från den första 210 och den andra 220 fasdetektorn, WW(1) och Vw¿2), att ha värden som är förskjutna fasskillnad. Detta illustreras schematiskt i fig 3. Som vidare framgår av fig 3 kommer utsignalen Vw¿l) från den första fasdetektorn 210 motsvarande denna att vara negativ när utsignalen Vw¿2) från den andra fasdetektorn 220 motsvarar en fasskillnad som är mindre än l80°, och positiv när Vw¿2) motsvarar en fasskillnad som är större än 180° men mindre än 360°.

Som också framgår av fig 3 varierar utsignalerna Vw¿l) och VW¿2) från den första 210 och den andra 220 fasdetektorn mellan ett största och ett minsta utslag, P och -P. I denna beskrivning antages för tydlighetens skull att bägge fasdetektorerna 210, 220 beloppsmässigt har samma största positiva och negativa utslag, vilket givetvis ej behöver vara fallet. Om fasdetektorerna ej har samma största respektive minsta utslag kan detta exempelvis kompenseras för med hjälp av förstärkningsanordningarna 240, 250.

Sålunda kan utsignalen W”(1) från den första fasdetektorn 210 användas för att ange om utsignalen Vw(2) från den andra fasdetektorn 220 motsvarar en fasskillnad som är större eller mindre än 180°. Enligt uppfinningen görs detta genom att utsignalen från den första fasdetektorn 210 10 15 20 25 30 35 511 145 6 ansluts till en krets 230 för teckendetektering, vars funktion schematiskt visas i fig 4.

Utsignalen 'Vs från teckendetektorn 230 är' konstant och negativ om utsignalen VWJI) från den första fasdetektorn 210 är negativ, och konstant och positiv om V,,,,,(l) är positiv. Detta kan exempelvis åstadkommas genonl en så kallad operationsförstärkare kopplad för att ge den funktion som visas i fig 4. Hur utsignalen Vsfrån teckendetektorn 230 Schmitt-trigger, med andra ord en används kommer att beskrivas i närmare detalj nedan.

Med förnyad hänvisning till den anordning 200 som visas i fig 2 framgår det att utsignalen Vw(2) från den andra fasdetektorn 220 delas upp i en första och en andra gren och förstärks, varvid signalen i den första grenen även inverteras. Beloppet A på förstärkningen är, till skillnad från tecknet, ej av avgörande betydelse för uppfinningen, men bör vara väsentligen lika i de två grenarna. I den fortsatta beskrivningen kommer för enkelhetens skull att antagas att förstärkningsfaktorn är lika med ett, varvid signalerna i de två grenarna kommer att behålla sina maximala utslag P och -P.

Efter förstärkningen 240,250 adderas till signalerna i respektive gren en offset-signal Vm{l) respektive Vw(2).

Dessa offset-signaler, Vw(1), Vm(2), bör ej vara lika stora i de båda grenarna.

Om, för enkelhetens skull, utsignalen VM skall vara noll när fasskillnaden är lika med noll, och utsignalen VM vidare skall vara positiv för ökande fasskillnad, bör offset-signalerna väljas på följande vis: Den offset-signal Vm(l) som adderas till signalen i den första grenen, med andra ord den inverterade signalen, bör lämpligen motsvara 3 gånger signalens maximala värde P, och den offset-signal 10 15 20 25 30 35 511 145 7 Vm(2) som adderas till signalen i den andra grenen bör motsvara signalens maximala värde P.

Efter additionen fås de utsignaler VQLA) respektive V¿(-A) från respektive gren som visas i fig 5.

För att slutligen skapa en signal VM, sonl entydigt i intervallet 0°-360° anger skillnaden i fas mellan de två insignalerna V,, V5, används signalen V, från teckendetektorn 230 för att styra vilken av signalerna VQLA), V3(-A) från de två grenarna som skall användas som utsignal VM,från anordningen 200. Vid negativ V; används den icke inverterade signalen VQLA), vid positiv Vs används den inverterade signalen V¿(-A). Den slutliga utsignalen V¿, från anordningen 200 får då den fas-spänningskurva som visas i fig 6. Hur omkopplingen mellan V¿-A) och W¿A) som utsignal sker kommer ej att skildras närmare här, då det inte är av väsentlig betydelse för uppfinningen och kan utföras på ett stort antal av fackmannen välkända sätt.

Genom uppfinningen erhålles sålunda en metod och en anordning för entydig fasdetektering i ett intervall om 360° med hjälp av fasdetektorer vilka bara ger entydig detektering i ett intervall om 180°. Då samtliga komponenter som krävs enligt uppfinningen är analoga erhålles en låg kostnad och hög driftsäkerhet. Anordningen på i stort sett godtyckligt kan vidare användas frekvensområde.

Fasdetektorerna har ovan skildrats som blandare. Detta är ej nödvändigt för uppfinningen, fasdetektorer kan konstrueras på andra för fackmannen välkända sätt. Om fasdetektorerna utgörs av blandare kan det emellertid vara lämpligt att på blandarnas utgångar anordna lågpassfilter, LP, för att ta bort oönskade blandningskomponenter. Dessa lågpassfilter, LP, antydes i fig 2 med streckade linjer. 10 15 20 25 30 511 145 8 Om fasdetektorerna utgörs av blandare kan dessa lämpligtvis vara så kallade dubbelbalanserade blandare, med andra ord blandare vars utsignal är symmetrisk med avseende på blandaren. Dessutom insignalerna till kommer, om fasdetektorerna utgörs av' blandare, utsignalerna från blandarna att variera, dels beroende på fasskillnaden mellan insignalerna, dels beroende på insignalernas amplituder. För att göra fasdetektorernas utsignaler oberoende av insignalernas amplitud kan det vara lämpligt om insignalerna ligger på en nivå vid vilken blandarens utsignal ej är beroende på insignalens amplitud, med andra ord att blandaren är mättad.

Uppfinningen är ej begränsad till det ovan beskrivna utföringsexemplet, utan kan fritt varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven. Exempelvis kan vilken som helst av de båda signaler mellan vilka fasskillnaden skall detekteras fasvridas 90°.

Det är uppenbart för fackmannen att man genom ändring av förstärkningen A och offset-signalerna kan ändra utsignalens lutning och startpunkt. Likaså kan man genom växling av omkopplarens 280 funktion och ändring av offset- signalerna ge utsignalen en negativ lutning.

Slutligen bör ånyo framhållas att det intervall inom vilket de i uppfinninngen ingående fasdetektorerna kan detektera fasskillnader är ett intervall om 180°, vilket kan väljas i stort sett godtyckligt, samt att det intervall om 360°inon1vilket uppfinningen tillämpas likaledes kan väljas i stort sett godtyckligt.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 511 145 PATENTKRAV:

1. Metod för att i ett intervall om 360° entydigt detektera skillnad i fas nællan en första (VQ och en andra (Vy elektrisk signal på väsentligen samma frekvens, enligt vilken metod både den första (VQ och den andra (Vg signalen används som insignaler till ett första (210) och ett andra (220) medel för entydig detektering av fasskillnader i ett intervall om l80°, och den ena (V5) insignalen till ett (210) av medlen för detektering fasvrids nittio grader, vilken metod k ä n n e t e c k n a s d ä r a v att den innefattar följande steg: - användning av utsignalen (Vw¿1)) från det första (210) medlet för fasdetektering för att ange om utsignalen (VW¿2)) från det andra (220) medlet för fasdetektering motsvarar en fasskillnad som ligger inom eller utanför nämnda intervall om l80°, - användning av utsignalen (Vw¿2)) från det andra (220) medlet för fasdetektering för att med hjälp av utsignalen (Vw¿l)) från det första medlet (210) för fasdetektering skapa en utsignal (VM) som entydigt i ett intervall om 0°-360° anger värdet på fasskillnaden mellan den första (VQ och den andra (Vfl insignalen.

2. Metod enligt krav 1, enligt vilken nämnda intervall om l80° är intervallet 0°-180°.

3. Metod enligt något av krav 1 eller 2, enligt vilken nämnda intervall om 360° är intervallet O°-360°. 10 15 20 25 30 35 511 145 10

4. Metod enligt något av krav 1-3, enligt vilken skapandet av nämnda utsignal (VM) för entydigt angivande av fasskillnadens värde innefattar uppdelning av utsignalen från det andra medlet (220) för fasdetektering i en första och en andra gren, samt: - invertering (240) av signalen i den första grenen, - addering av en offset-signal (Vm(l), Vd¿2)) till var och en av signalerna i nämnda första och andra grenar, ~ styrning (280) av vilken av signalerna (\Q(A),V2(-A)) i nämnda första och andra grenar som skall användas som nämnda entydiga utsignal (V¿,).

5. Metod enligt krav 4, enligt vilken den signal som har inverterats (VA-A)) används som nämnda entydiga utsignal (VM) om utsignalen från det andra (220) medlet för fasdetektering motsvarar en fasskillnad som ligger utanför nämnda intervall om l80°.

6. Metod enligt krav 4 eller 5, enligt vilken värdena på offset-signalerna (Vm(l), Vm(2)) väljs så att den offset- signal (VdAl)) som adderas till signalen i. den första grenen väsentligen motsvarar tre gånger det maximala utslaget (P) i denna signal efter dess förstärkning, och den offset-signal (Vm(2)) som adderas till signalen i den andra grenen väsentligen motsvarar det maximala utslaget (P) hos denna signal efter dess förstärkning.

7. Anordning (200) för att i ett intervall om 360° entydigt detektera skillnad i fas mellan en första (VQ och en andra (V2) elektrisk signal på väsentligen samma frekvens, vilken anordning (200) innefattar en första (210) och en andra (220) fasdetektor för entydig fasdetektering inom ett intervall om l80°, en 90°-fasvridare (205) till vilken den ena insignalen (V2) till en av fasdetektorerna (210) ansluts, samt en styrbar utgång (280), 10 15 20 25 30 511 145 11 k ä n n e t e c k n a d d ä r av att anordningen (200) innefattar: - en teckendetektor (230), till vilken utsignalen (Vw¿1)) från den första fasdetektorn (210) ansluts, - medel för att utgående från utsignalen (v0u,(2)) från det andra medlet (220) för fasdetektering, med användning av utsignalen (Vw¿l)) från det första medlet (210) för fasdetektering, skapa en utsignal (VM) som entydigt i ett intervall om 360° anger värdet på fasskillnaden mellan den första (VQ och den andra (Vg insignalen.

8. Anordning (200) enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att nämnda medel för att skapa en utsignal (VM) som entydigt i ett intervall om 360° anger värdet på fasskillnaden mellan den första (VQ och den andra (Vy insignalen innefattar: - medel för att dela upp utsignalen (Vw42)) från den andra (220) fasdetektorn i två grenar, - medel (240,250) för att förstärka signalen i de två grenarna med sama belopp men olika tecken, - medel för att addera offset-signaler (Vm(l), Vd¿2)) till de förstärkta signalerna i de bägge grenarna - medel för att styra vilken av signalerna (\Q(A), VZL- A))i nämnda första och andra grenar som skall användas som nämnda entydiga utsignal (VM).

9. Anordning (200) enligt krav 6 eller 7, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att fasdetektorerna (210,220) utgöres av blandare.