WO2012041481A1 - Verfahren und anordnung zur frequenzbestimmung - Google Patents

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WO2012041481A1
WO2012041481A1 PCT/EP2011/004820 EP2011004820W WO2012041481A1 WO 2012041481 A1 WO2012041481 A1 WO 2012041481A1 EP 2011004820 W EP2011004820 W EP 2011004820W WO 2012041481 A1 WO2012041481 A1 WO 2012041481A1
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WO
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input signal
count
value
frequency
level
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Application number
PCT/EP2011/004820
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English (en)
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Inventor
Fabian Zink
Original Assignee
Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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Priority to EP11767923.3A priority patent/EP2622358B1/de
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/02—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/02—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage
    • G01R23/10—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage by converting frequency into a train of pulses, which are then counted, i.e. converting the signal into a square wave

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a frequency of an input signal and to an arrangement for frequency determination.
  • Input signal counted With the count result, the frequency of the input signal can be determined from the known frequency of the reference clock signal. The thus determined frequency of the input signal is provided, for example, as an analog or digital value for further processing.
  • a binding statement about the currently pending frequency of the input signal can only be made if at least one period of the
  • Input signal is completely traversed and a
  • a step response time of the entire system depends on the frequency of the input signal, so that at low input frequencies of a few hertz it is an answer of the
  • Input signal can be determined with the conventional method, the frequency determination so only after a long time or under certain circumstances, not reliable.
  • the object of the invention is therefore to provide a method and an arrangement for determining the frequency of an input signal, which allow a more reliable frequency determination.
  • the object is solved with the subject matter of the independent claims. Further education and special
  • Input signal corresponds to a first level value. Furthermore, a second count is determined by
  • Clock edges of the reference clock signal are counted, while the input signal corresponds to a second level value.
  • the frequency is determined as a function of the first and second counts.
  • the input signal has two level states, one of which is a low level or a low level and the other a higher level or high level
  • the two signal levels can be determined by a predetermined signal value in
  • Input signal is exceeded or undershot.
  • the two level states define over time
  • the input signal may also be any vibration signal or an oscillating signal.
  • the frequency determination is carried out as a function of the sum of the first and second counts.
  • consecutive measurement periods in the input signal is used. For example, it can be determined that a certain number of measurement periods are used in the input signal for the frequency determination, so that this number of successive first counts and the corresponding number of second counts are added up to - from the frequency of the reference clock signal to the value of the frequency of the input signal determine.
  • the longer measurement period in the input signal further increases the accuracy of the frequency determination, which improves the reliability of the particular frequency.
  • Procedure will be the first count in a first
  • Clock edge of the reference clock signal increases. This can be either positive, rising clock edges, negative, falling clock edges or positive and negative
  • the count value which is determined in each case in a counting process, can be determined by a current count of the respective counting operation or by the last
  • Level value changes, ie a count result for the respective level phase of the input signal.
  • the respective count value may change several times, in which case the count value increases steadily as the count progresses.
  • the respective count is not greater than the count of a count.
  • Each counting process preferably begins with the count 0.
  • the first count is by a
  • the second count may also be determined by a current count on the second count when the input signal is equal to the second level value and this current count is one
  • Comparison value exceeds. In other words, it is It is possible for the second counting operation to be incomplete when the second count value is set since the input signal still corresponds to the second level value. In the initial phase of the second counting process, no new determination of the second count takes place. As soon as the current counter reading in the second counting process exceeds the comparison value, however, the second counter value assumes this counter reading. Setting the second count before the second count completes allows an approximate determination of the frequency to be made. The second count in this case, so to speak, provides a minimum value for the second level phase, while the input signal is the second level value
  • the mentioned comparison value results, for example, as a function of the first count or of the second
  • Input signal or depending on both aforementioned counts.
  • the frequency in the input signal is reduced if, for an input signal with a known duty cycle, no level change occurs in the second counting process after a count that can be calculated from the first count value
  • Comparative value can be started.
  • the second count of the previous measurement period in the input signal for the determination of the comparison value be used. For example, it can again be assumed that there is a reduction in frequency in the input signal when the instantaneous counter reading reaches the preceding second counter value and no level change has occurred in the input signal.
  • Tolerance values are received, in addition to the above values from the first count and the previous second
  • the comparison value results from a percentage surcharge on a value calculated from the first and / or second count value.
  • the comparison value can also be determined by a
  • Size comparison of the first count and the previous second count are determined so that only the larger or the smaller of the two is used as a comparison value.
  • An exemplary embodiment of a frequency determination arrangement comprises an input for supplying an input signal and a first and a second counter.
  • the first counter is for counting clock edges of a reference clock signal during a period in which the input signal corresponds to a first level value.
  • the second counter is for counting clock edges of the reference clock signal during one
  • the arrangement further comprises an evaluation device which is coupled to the first and the second counter for determining a first and a second count value.
  • the evaluation device is
  • Fig. 1 shows an embodiment of an arrangement for
  • Fig. 2 is an exemplary signal-time diagram of
  • Fig.l shows an exemplary arrangement for
  • Frequency determination which is intended to determine a frequency of an input signal IN, which is applied to an input 1.
  • the arrangement comprises a first AND element 20, a second AND element 30, a first counter 40, a second counter 50 and an evaluation device 60.
  • the input 1 of the arrangement is preceded by a pulse shaping device 70 which is coupled on the input side to an auxiliary input 1a , Further, in Fig. 1, a clock generator 10 is shown, which is provided for generating a reference clock signal CLK.
  • the first AND gate 20 is at its first input 21 to the input 1 and at a second
  • Input 22 coupled to the clock generator 10.
  • An output 23 of the AND gate 20 is connected to an input 41 of the first counter 40.
  • the second AND gate 30 is at its first input 31, referred to as
  • inverting input is coupled to the input 1.
  • the second input 32 of the AND gate 30 is coupled to the clock generator 10.
  • An output 33 of the AND Link 30 is connected to an input 51 of the second counter 50.
  • the evaluation device 60 has a first counting input 61, which is coupled to an output 42 of the first counter 40. Furthermore, in the evaluation device 60, a second counting input 62 is provided, to which an output 52 of the second counter 50 is connected.
  • Control terminals 64, 65 of the evaluation device 60 are connected to control inputs 43, 53 of the first and second counters 40,
  • the evaluation device 60 further has a signal input 63, which is connected to the input 1.
  • a signal input 63 which is connected to the input 1.
  • the blocks 610, 620 are coupled to a further evaluation block 630, which is connected on the output side to an output 2 of the arrangement.
  • the clock generator 10 may be implemented as part of the arrangement for frequency determination. Alternatively, however, the reference clock signal CLK is externally supplied to the device. Depending on the desired accuracy of the
  • Clock generator 10 may be designed as a crystal oscillator, as an LC resonant circuit or as another known oscillator.
  • a signal is supplied via the auxiliary input la, which, for example, a
  • a rectangular signal is generated, for example, from the signal applied to the input, which two
  • This signal serves as
  • the pulse shaper 70 may also be part of the arrangement.
  • the input signal IN is supplied to the first AND gate and, in inverted form, to the second AND gate 30.
  • Reference clock signal CLK on. Accordingly, pulses of the reference clock signal CLK are only passed on by the first AND gate 20 during the times at the output 23, while the input signal corresponds to a logic high level. Similarly, because of the inverting input 31, clock edges of the reference clock signal CLK at the input 32 are passed to the output 33 only when the
  • Input signal IN corresponds to a logic low level.
  • Embodiments also be reversed. Basically, it is merely intended that the reference clock signal CLK be forwarded to the output 23 for a first level value and to the output 33 for a second level value.
  • the counters 40, 50 are set up to count the clock edges of the forwarded reference clock signal CLK and in each case output a current counter reading C1 or C2 at the output 42 or 52.
  • clock edges to be counted may be rising, falling or rising and falling
  • the evaluation blocks 610, 620 are for determining a first and a second
  • the evaluation block 630 is set up to determine the frequency of the input signal IN from the first and second count values N1, N2 and in an appropriate form at the output 2 as the output signal OUT
  • Input signal IN which is supplied to the signal input 63, received.
  • the evaluation device 60 can reset the counter readings of the first and second counters 40, 50 to a starting value
  • the frequency of the input signal IN can be determined in various ways in the evaluation device 60,
  • the respective output signal C1, C2 of the first and second counters 40, 50 serves as the basis for
  • the frequency determination takes place as a function of the first and second count values N1, N2, for example in FIG.
  • Evaluation means 60 also have latches or registers in which counts Nl, N2 preceding
  • Measuring periods are stored, wherein a measuring period is defined in the present application example as a succession of a low-phase and a high-phase or a high-phase and a low-phase in the input signal.
  • Frequency can in this case depending on the sum of first and second counts of one or more
  • Reference clock signal CLK is used.
  • Frequency determination relate to the determination of the first and second count Nl, N2. Basically, this can be the
  • Count result during a level phase in the input signal IN ie the highest count of the counter, while the Input signal IN corresponds to a certain level value, to be used as count value.
  • the count of the respective counter 40, 50 to the count value Nl, N2 when the input signal IN no longer corresponds to the respectively associated level value.
  • the second count value may be determined such that a current count C2 of the second counter 50 is used when the input signal IN is the corresponding level value
  • This comparison value can be determined, for example, from the currently present first count value N1.
  • the second count value can also be derived from a preceding frequency determination of the input signal IN for the
  • a current count C1 of the first counter 40 may also be used to establish the first count Nl.
  • Fig. 2 shows an exemplary signal timing diagram of various signals within the arrangement of Fig. 1. Illustrated are i.a. the reference clock signal CLK which oscillates in a rectangular manner at a fixed reference frequency, and an input signal IN which alternately assumes a first level value LI and a second level value L2. In the present example, the input signal IN changes
  • Period tl to t3 its frequency.
  • Reference clock signal CLK counts, ie during the
  • Level phases during which the input signal IN corresponds to the first level value LI At the times when the input signal IN is in its level from the first level value LI to second level value L2, the low level, changes, for example, at the times tl and t, the count is Cl taken as a count value Nl. This is clearly visible in particular at time t4, in which the first count value N1 changes from four to six.
  • Reference clock signal CLK counts.
  • Counter 50 ends the counting at time t5 with the count 6, which is then adopted as the second count N2.
  • the lowest output signal OUT which presents the determined frequency, is based for example on the known frequency f OS c of the reference clock signal CLK divided by the sum of the counted values Nl, N2.
  • the output value falls in the period t2 to t3 at a constant first count value Nl and rising second count N2 gradually and approaches the actual frequency of the input signal.
  • the output signal OUT decreases due to the
  • Increased first count value Nl continues and assumes at time t5 with the new second count N2 one of the input frequency corresponding value.
  • Frequency determination could increase further. For example, it can be determined that a certain number of measurement periods are used in the input signal for frequency determination, so that this number is consecutive
  • the output signal OUT can be output by the evaluation device 60, which is embodied for example as a microcontroller, as an analog value.
  • an output is made as a current value in the range of 4 to 20
  • Milliamps or as a voltage value in the range of 0 to 10 volts.
  • the output signal OUT can also be used as
  • Rectangular clock are output at a frequency corresponding to the input signal, preferably an adjustable divider is used for this purpose.
  • An arrangement and a method as described above can be, for example, in a relay for

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Bestimmung einer Frequenz eines Eingangssignals (IN) wird ein erster Zählwert (N1) durch Zählen von Taktflanken eines Referenztaktsignals (CLK) bestimmt, während das Eingangssignal (IN) einem ersten Pegelwert (L1) entspricht. Ferner wird ein zweiter Zählwert (N2) durch Zählen von Taktflanken des Referenztaktsignals (CLK) bestimmt, während das Eingangssignal (IN) einem zweiten Pegelwert (L2) entspricht. Die Frequenz des Eingangssignals (IN) wird in Abhängigkeit des ersten und des zweiten Zählwerts (N1, N2) bestimmt.

Description

Verfahren und Anordnung zur Frequenzbestimmung
Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Frequenz eines Eingangssignals sowie eine Anordnung zur Frequenzbestimmung .
Bei vielen Anwendungen im Bereich der elektronischen
Signalverarbeitung ist es notwendig, die Frequenz eines externen anliegenden Eingangssignals zu bestimmen. Bei einem herkömmlichen Verfahren wird beispielsweise bei einem Eingangssignal , das zwei verschiedene Pegelzustände
einnehmen kann, die Anzahl von Taktperioden des
Referenztaktsignals während einer Periodendauer des
Eingangssignals gezählt. Mit dem Zählergebnis kann aus der bekannten Frequenz des Referenztaktsignals die Frequenz des Eingangssignals bestimmt werden. Die so bestimmte Frequenz des Eingangssignals wird beispielsweise als analoger oder digitaler Wert zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung gestellt .
Bei einem derartigen Verfahren der Frequenzmessung können jedoch immer wieder Probleme auftreten, wenn es zu
Schwankungen der Frequenz des Eingangssignals kommt.
Beispielsweise kann eine verbindliche Aussage über die momentan anstehende Frequenz des Eingangssignals nur gemacht werden, wenn mindestens eine Periode des
Eingangssignals vollständig durchlaufen ist und ein
Ergebnis des Zählers für diese Periode vorliegt. Zudem hängt eine Sprungantwortzeit des gesamten Systems von der Frequenz des Eingangssignals ab, so dass es bei geringen Eingangsfrequenzen von wenigen Hertz zu Antworten des
1
BESTÄTIGUNGSKOPIE Messsystems von einigen Sekunden kommen kann. Damit ergibt sich bei einem Wechsel der Eingangsfrequenz von
beispielsweise mehreren Kilohertz zu wenigen Hertz eine deutliche Verzögerung bei der Bestimmung der Frequenz des Eingangssignals. Diese Verzögerung wird maßgeblich von der neuen Frequenz bestimmt, welche theoretisch auch den Wert 0 Hz annehmen kann. Da in diesem Fall keine vollständige Periode des Eingangssignals mehr bestimmbar ist, kommt es in diesem Fall zu einer unendlichen Sprungantwortzeit des Messsystems. Bei einem Abfall der Frequenz des
Eingangssignals kann mit dem herkömmlichen Verfahren die Frequenzbestimmung also erst nach längerer Zeit oder unter Umständen gar nicht zuverlässig bestimmt werden. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Anordnung zur Frequenzbestimmung eines Eingangssignals anzugeben, die eine zuverlässigere Frequenzbestimmung ermöglichen. Die Aufgabe wird gelöst mit dem Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Weiterbildungen und spezielle
Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen
Patentansprüche . In einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Bestimmung einer Frequenz eines Eingangssignals wird ein erster
Zählwert dadurch bestimmt, dass Taktflanken eines
Referenztaktsignals gezählt werden, während das
Eingangssignal einem ersten Pegelwert entspricht. Weiterhin wird ein zweiter Zählwert dadurch bestimmt, dass
Taktflanken des Referenztaktsignals gezählt werden, während das Eingangssignal einem zweiten Pegelwert entspricht. Die Frequenz wird in Abhängigkeit des ersten und des zweiten Zählwerts bestimmt.
Beispielsweise weist das Eingangssignal zwei Pegelzustände auf, von denen einer einem niedrigen Pegel oder Low-Pegel und der andere einem höheren Pegel oder High-Pegel
entspricht. Bei einem analogen Eingangssignal mit
kontinuierlichem Schwingungsverlauf, beispielsweise einer Sinusschwingung, können die zwei Signalpegel dadurch bestimmt sein, dass ein vorgegebener Signalwert im
Eingangssignal überschritten bzw. unterschritten wird. Die zwei Pegelzustände definieren im zeitlichen Verlauf
jeweilige Pegelphasen des Eingangssignals. Zwei aufeinander folgende unterschiedliche Pegelphasen kennzeichnen eine Messperiode. Das Eingangssignal kann auch ein beliebiges Schwingungssignal oder ein oszillierendes Signal sein.
Durch das getrennte Zählen von Taktflanken des
Referenztaktsignals während der ersten Pegelphase und der zweiten Pegelphase im Eingangssignal ist es bei dem
beschriebenen Verfahren nicht notwendig, für jede Periode im Eingangssignal die volle Periodendauer abzuwarten, um einen Frequenzwert neu bestimmen zu können, sondern es ist möglich, die neue Frequenzbestimmung mit jedem Pegelwechsel im Eingangssignal durchzuführen. Hierbei werden der
Frequenzbestimmung beispielsweise jeweils der zuvor
bestimmte erste und zweite Zählwert zugrunde gelegt.
Wenn sich die Frequenz des Eingangssignals und damit dessen Periodendauer und die Dauer der ersten und zweiten
Pegelphase ändern, nähert sich die Frequenz, die beim ersten Pegelwechsel nach der Frequenzänderung mit dem beschriebenen Verfahren bestimmt wird, der tatsächlichen Frequenz des Eingangssignals an. Beim zweiten Pegelwechsel, also nach Ablauf einer vollen Periode bei der neuen
Frequenz des Eingangssignals, liefert die
Frequenzbestimmung den tatsächlichen Wert. Somit ist bei dem beschriebenen Verfahren die Zuverlässigkeit der
Frequenzbestimmung erhöht.
In einer Ausführungsform des beschriebenen Verfahrens erfolgt die Frequenzbestimmung in Abhängigkeit der Summe des ersten und des zweiten Zählwerts. Bei dieser
Ausgestaltung werden der erste und der zweite Zählwert einer Messperiode addiert und beispielsweise ins Verhältnis zu einer bekannten Frequenz fosc des Referenztaktsignals gestellt, so dass sich die Frequenz fin des Eingangssignals ergibt zu fin = fosc / (Nl + N2) , mit Nl als erstem Zählwert und N2 als zweitem Zählwert.
In einer Weiterbildung des Verfahrens kann zudem bestimmt sein, dass für die Frequenzbestimmung die Summe aus ersten und zweiten Zählwerten einer oder mehrerer solcher
aufeinander folgender Messperioden im Eingangssignal verwendet wird. Beispielsweise kann festgelegt werden, dass eine bestimmte Anzahl von Messperioden im Eingangssignal für die Frequenzbestimmung herangezogen wird, so dass diese Anzahl aufeinander folgender erster Zählwerte und die entsprechende Anzahl zweiter Zählwerte aufaddiert werden, - um aus der Frequenz des Referenztaktsignals den Wert der Frequenz des Eingangssignals zu bestimmen. Als Formel lässt sich dies beispielsweise ausdrücken durch fin = p- fosc / Σ(Ν1ί + Ν2ι) , mit p als Anzahl verwendeter Messperioden, mit li als erstem Zählwert einer i-ten Messperiode und mit N2 i als zweitem Zählwert einer i-ten Messperiode.
Durch den größeren Messzeitraum in Eingangssignal wird die Genauigkeit der Frequenzbestimmung weiter erhöht, was die Zuverlässigkeit der bestimmten Frequenz verbessert. In einer weiteren Ausführungsform des beschriebenen
Verfahrens werden der erste Zählwert in einem ersten
Zählvorgang und der zweite Zählwert in einem zweiten Zählvorgang bestimmt. Bei jedem dieser Zählvorgänge wird ein Zählerstand des jeweiligen Zählvorgangs bei jeder
Taktflanke des Referenztaktsignals erhöht. Hierbei können entweder nur positive, ansteigende Taktflanken, negative, abfallende Taktflanken oder positive und negative
Taktflanken des Referenztaktsignals gezählt werden. Der Zählwert, der jeweils in einem ZählVorgang bestimmt wird, kann durch einen momentanen Zählerstand des jeweiligen Zählvorgangs festgelegt werden oder durch den letzten
Zählerstand, bevor sich das Eingangssignal in seinem
Pegelwert ändert, also einem Zählergebnis für die jeweilige Pegelphase des Eingangssignals. Während eines Zählvorgangs, während das Eingangssignal einem der Pegelwerte entspricht, kann sich der jeweilige Zählwert mehrfach ändern, wobei in diesem Fall der Zählwert mit fortschreitendem Zählerstand stetig ansteigt. Der jeweilige Zählwert ist nicht größer als das Zählergebnis eines Zählvorgangs. Jeder Zählvorgang beginnt vorzugsweise mit dem Zählerstand 0. In einer Weiterbildung der eben beschriebenen
Ausführungsform wird der erste Zählwert durch ein
Zählergebnis des ersten Zählvorgangs bestimmt, nachdem das Eingangssignal nicht mehr dem ersten Pegelwert entspricht. In ähnlicher Weise wird der zweite Zählwert durch ein
Zählergebnis des zweiten Zählvorgangs bestimmt, nachdem das Eingangssignal nicht mehr dem zweiten Pegelwert entspricht. Dementsprechend werden der erste und der zweite Zählwert spätestens dann durch das Zählergebnis des jeweiligen
Zählvorgangs, also den letzten Zählerstand des
Zählvorgangs, bestimmt, wenn das Eingangssignal seinen Pegel gewechselt hat.
Zusätzlich hierzu kann der zweite Zählwert auch bestimmt werden durch einen momentanen Zählerstand beim zweiten Zählvorgang, wenn das Eingangssignal dem zweiten Pegelwert entspricht und dieser momentane Zählerstand einen
Vergleichswert überschreitet. Anders ausgedrückt ist es möglich, dass bei der jeweiligen Festlegung des zweiten Zählwerts der zweite Zählvorgang noch nicht abgeschlossen ist, da das Eingangssignal dem zweiten Pegelwert noch entspricht. In der Anfangsphase des zweiten Zählvorgangs erfolgt keine neue Festlegung des zweiten Zählwerts. Sobald der momentane Zählerstand beim zweiten Zählvorgang aber den Vergleichswert überschreitet, nimmt der zweite Zählwert diesen Zählerstand an. Durch die Festsetzung des zweiten Zählwerts, bevor der zweite Zählvorgang abgeschlossen ist, wird ermöglicht, dass eine näherungsweise Bestimmung der Frequenz durchgeführt werden kann. Der zweite Zählwert stellt in diesem Fall sozusagen einen Mindestwert für die zweite Pegelphase, während das Eingangssignal dem zweiten Pegelwert
entspricht, dar, der kontinuierlich ansteigt, bis der zweite Zählvorgang wegen des Pegelwechsels im
Eingangssignal beendet ist und der Zählwert dem
Zählergebnis des zweiten Zählvorgangs entspricht. Die derart bestimmte Frequenz nähert sich also dem
tatsächlichen Frequenzwert des Eingangssignals an und liefert früher ein zuverlässiges Ergebnis.
Der genannte Vergleichswert ergibt sich beispielsweise in Abhängigkeit des ersten Zählwerts oder des zweiten
Zählwerts einer vorhergehenden Messperiode im
Eingangssignal oder in Abhängigkeit von beiden vorgenannten Zählwerten. Beispielsweise kann angenommen werden, dass sich die Frequenz im Eingangssignal verringert, wenn bei einem Eingangssignal mit bekanntem Tastverhältnis nach einem aus dem ersten Zählwert errechenbaren Zählerstand beim zweiten Zählvorgang kein Pegelwechsel im
Eingangssignal einstellt. In diesem Fall kann mit einer Annäherung der neuen Frequenz nach Erreichen des
Vergleichswerts begonnen werden. Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Zählwert der vorhergehenden Messperiode im Eingangssignal für die Bestimmung des Vergleichswerts herangezogen werden. Beispielsweise kann wiederum von einer Frequenzverringerung im Eingangssignal ausgegangen werden, wenn der momentane Zählerstand den vorhergehenden zweiten Zählwert erreicht und es noch zu keinem Pegelwechsel im Eingangssignal gekommen ist.
In die Bestimmung des Vergleichswerts können auch
Toleranzwerte eingehen, die zusätzlich zu den vorgenannten Werten aus erstem Zählwert und vorhergehendem zweiten
Zählwert herangezogen werden. Beispielsweise ergibt sich der Vergleichswert durch einen prozentualen Aufschlag auf einen aus erstem und/oder zweitem Zählwert errechneten Wert. Der Vergleichswert kann auch durch einen
Größenvergleich des ersten Zählwerts und des vorhergehenden zweiten Zählwerts ermittelt werden, so dass nur der größere oder der kleinere der beiden als Vergleichswert verwendet wird .
Eine beispielhafte Ausführungsform einer Anordnung zur Frequenzbestimmung umfasst einen Eingang zur Zuführung eines Eingangssignals sowie einen ersten und einen zweiten Zähler. Der erste Zähler dient zum Zählen von Taktflanken eines Referenztaktsignals, während eines Zeitraums, in dem das Eingangssignal einem ersten Pegelwert entspricht.
Dementsprechend dient der zweite Zähler zum Zählen von Taktflanken des Referenztaktsignals, während eines
Zeitraums, in dem das Eingangssignal einem zweiten
Pegelwert entspricht. Die Anordnung umfasst ferner eine Auswerteeinrichtung, die zur Bestimmung eines ersten und eines zweiten Zählwerts mit dem ersten und dem zweiten Zähler gekoppelt ist. Die Auswerteeinrichtung ist
eingerichtet, eine Frequenz des Eingangssignals in
Abhängigkeit des ersten und des zweiten Zählwerts zu bestimmen.
In verschiedenen Ausführungsformen der beschriebenen
Anordnung ist die Auswerteeinrichtung der Anordnung dazu eingerichtet, die verschiedenen zuvor beschriebenen
Ausgestaltungen des Verfahrens zur Frequenzbestimmung auszuführen. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von
Ausführungsbeispielen mit Hilfe der Figuren näher
erläutert. In den Figuren sind Signale und Elemente
gleicher Art bzw. gleicher Funktion durch gleiche
Bezugszeichen gekennzeichnet.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur
Frequenzbestimmung, und
Fig. 2 ein beispielhaftes Signal-Zeit-Diagramm von
Signalen innerhalb der Anordnung von Fig. 1.
Fig.l zeigt eine beispielhafte Anordnung zur
Frequenzbestimmung, welche vorgesehen ist, eine Frequenz eines Eingangssignals IN, das an einem Eingang 1 anliegt, zu bestimmen. Die Anordnung umfasst ein erstes UND-Glied 20, ein zweites UND-Glied 30, einen ersten Zähler 40, einen zweiten Zähler 50 sowie eine Auswerteeinrichtung 60. Dem Eingang 1 der Anordnung ist eine Pulsformungseinrichtung 70 vorgeschaltet, die eingangsseitig mit einem Hilfseingang la gekoppelt ist. Ferner ist in der Fig. 1 ein Taktgenerator 10 dargestellt, der zur Erzeugung eines Referenztaktsignals CLK vorgesehen ist. Das erste UND-Glied 20 ist an seinem ersten Eingang 21 mit dem Eingang 1 und an einem zweiten
Eingang 22 mit dem Taktgenerator 10 gekoppelt. Ein Ausgang 23 des UND-Glieds 20 ist an einen Eingang 41 des ersten Zählers 40 angeschlossen. In ähnlicher Weise ist das zweite UND-Glied 30 an seinem ersten Eingang 31, der als
invertierender Eingang ausgeführt ist, mit dem Eingang 1 gekoppelt. Der zweite Eingang 32 des UND-Glieds 30 ist mit dem Taktgenerator 10 gekoppelt. Ein Ausgang 33 des UND- Glieds 30 ist an einen Eingang 51 des zweiten Zählers 50 angeschlossen .
Die Auswerteeinrichtung 60 weist einen ersten Zähleingang 61 auf, der mit einem Ausgang 42 des ersten Zählers 40 gekoppelt ist. Ferner ist bei der Auswerteeinrichtung 60 ein zweiter Zähleingang 62 vorgesehen, an den ein Ausgang 52 des zweiten Zählers 50 angeschlossen ist.
Steueranschlüsse 64, 65 der Auswerteeinrichtung 60 sind mit Steuereingängen 43, 53 des ersten und zweiten Zählers 40,
50 gekoppelt. Die Auswerteeinrichtung 60 weist ferner einen Signaleingang 63 auf, der an den Eingang 1 angeschlossen ist. In der Auswerteeinrichtung 60 sind exemplarisch
Auswerteblöcke 610, 620 dargestellt, die eingangsseitig mit dem ersten und zweiten Zähleingang 61, 62 verbunden sind.
Ausgangsseitig sind die Blöcke 610, 620 mit einem weiteren Auswerteblock 630 gekoppelt, der ausgangsseitig an einen Ausgang 2 der Anordnung angeschlossen ist. Der Taktgenerator 10 kann als Bestandteil der Anordnung zur Frequenzbestimmung ausgeführt sein. Alternativ wird das Referenztaktsignal CLK der Anordnung aber von extern zugeführt. Je nach gewünschter Genauigkeit kann der
Taktgenerator 10 als Kristalloszillator, als LC- Schwingkreis oder als ein anderer bekannter Oszillator ausgeführt sein.
Im Betrieb der Anordnung wird über den Hilfseingang la ein Signal zugeführt, welches beispielsweise einen
sinusförmigen Verlauf hat. In dem Pulsformer 70 wird beispielsweise aus dem eingangsseitig anliegenden Signal ein rechteckförmiges Signal erzeugt, welches zwei
definierte Pegel aufweist. Dieses Signal dient als
Eingangssignal IN für die Anordnung zur Frequenzbestimmung. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Pulsformer 70 auch Bestandteil der Anordnung sein. Das Eingangssignal IN wird dem ersten UND-Glied und, in invertierter Form, dem zweiten UND-Glied 30 zugeführt.
Gleichzeitig liegt an den jeweils zweiten Eingängen 22, 32 des ersten und zweiten UND-Glieds 20, 30 das
Referenztaktsignal CLK an. Dementsprechend werden vom ersten UND-Glied 20 Pulse des Referenztaktsignals CLK nur während der Zeiten am Ausgang 23 weitergegeben, während das Eingangssignal einem logischen High-Pegel entspricht. In ähnlicher Weise werden, wegen des invertierenden Eingangs 31, Taktflanken des Referenztaktsignals CLK am Eingang 32 nur dann an den Ausgang 33 weitergegeben, wenn das
Eingangssignal IN einem logischen Low-Pegel entspricht.
Die Wahl von High-Pegel für das erste UND-Glied und Low- Pegel für das zweite UND-Glied kann in alternativen
Ausführungsformen auch vertauscht werden. Grundsätzlich ist lediglich beabsichtigt, dass das Referenztaktsignal CLK für einen ersten Pegelwert an den Ausgang 23 weitergegeben wird und für einen zweiten Pegelwert an den Ausgang 33.
Die Zähler 40, 50 sind eingerichtet, Taktflanken des weitergeleiteten Referenztaktsignals CLK zu zählen und jeweils einen momentanen Zählerstand Cl bzw. C2 am Ausgang 42 bzw. 52 abzugeben. Als zu zählende Taktflanken können ansteigende, abfallende oder ansteigende und abfallende
Taktflanken definiert werden. Die Auswerteblöcke 610, 620 sind zur Bestimmung eines ersten und eines zweiten
Zählwerts Ml, M2 aus dem eingangsseitig anliegenden
Zählerstand Cl, C2 eingerichtet. Der Auswerteblock 630 ist eingerichtet, aus dem ersten und zweiten Zählwert Nl, N2 die Frequenz des Eingangssignal IN zu bestimmen und in geeigneter Form am Ausgang 2 als Ausgangssignal OUT
abzugeben. In die Bestimmung der Zählwerte Nl, N2 und des Ausgangssignals OUT kann auch der Pegelwert des
Eingangssignals IN, das am Signaleingang 63 zugeführt wird, eingehen . Über Steuersignale Rl, R2 an den Steuerausgängen 64, 65 kann die Auswerteeinrichtung 60 die Zählerstände des ersten und zweiten Zählers 40, 50 auf einen Startwert,
beispielsweise 0, zurücksetzen.
Die Frequenz des Eingangssignals IN kann auf verschiedene Weisen in der Auswerteeinrichtung 60 bestimmt werden,
Grundsätzlich dient das jeweilige Ausgangssignal Cl, C2 des ersten und zweiten Zählers 40, 50 als Grundlage zur
Bestimmung des ersten und zweiten Zählwerts Nl , N2. Zudem erfolgt die Frequenzbestimmung in Abhängigkeit des ersten und zweiten Zählwerts Nl, N2 , beispielsweise in
Abhängigkeit der Summe des ersten und zweiten Zählwerts Nl, N2. In verschiedenen Ausführungsformen kann die
Auswerteeinrichtung 60 auch Zwischenspeicher oder Register aufweisen, in denen Zählwerte Nl, N2 vorhergehender
Messperioden gespeichert sind, wobei eine Messperiode im vorliegenden Anwendungsbeispiel als Aufeinanderfolge einer Low-Phase und einer High-Phase bzw. einer High- Phase und einer Low-Phase im Eingangssignal definiert ist. Die
Frequenz kann in diesem Fall in Abhängigkeit der Summe aus ersten und zweiten Zählwerten einer oder mehrerer
aufeinander folgender Messperioden im Eingangssignal bestimmt werden. Dies erhöht insbesondere die
Zuverlässigkeit der Frequenzbestimmung, wenn die Bestimmung von der Bedingung abhängig gemacht wird, dass die Summe aus ersten und zweiten Zählwerten einer oder mehrerer
aufeinander folgenden Messperioden im Eingangssignal einen Grenzwert überschreitet, so dass der Frequenzbestimmung eine Mindestanzahl von gezählten Taktflanken im
Referenztaktsignal CLK zugrunde gelegt wird.
Andere Ausgestaltungsformen für das Verfahren zur
Frequenzbestimmung betreffen die Bestimmung des ersten und zweiten Zählwerts Nl, N2. Grundsätzlich kann hierfür das
Zählergebnis während einer Pegelphase im Eingangssignal IN, also der höchste Zählerstand des Zählers, während das Eingangssignal IN einem bestimmten Pegelwert entspricht, als Zählwert verwendet werden. Anders ausgedrückt, wird der Zählerstand des jeweiligen Zählers 40, 50 zum Zählwert Nl, N2 , wenn das Eingangssignal IN nicht mehr dem jeweils zugehörigen Pegelwert entspricht. Zusätzlich kann der zweite Zählwert derart bestimmt werden, das ein momentaner Zählerstand C2 des zweiten Zählers 50 verwendet wird, wenn das Eingangssignal IN dem entsprechenden Pegelwert
entspricht und dieser momentane Zählerstand C2 einen
Vergleichswert überschreitet. Dieser Vergleichswert kann sich beispielsweise aus dem momentan vorliegenden ersten Zählwert Nl ermitteln lassen. Alternativ oder zusätzlich kann auch der zweite Zählwert aus einer vorhergehenden Frequenzbestimmung des EingangsSignals IN für die
Festlegung des Vergleichswerts herangezogen werden.
In ähnlicher Weise kann in alternativen oder zusätzlichen Ausführungsformen auch ein momentaner Zählerstand Cl des ersten Zählers 40 für die Festlegung des ersten Zählwerts Nl verwendet werden.
Fig. 2 zeigt ein beispielhaftes Signalzeitdiagramm von verschiedenen Signalen innerhalb der Anordnung von Fig. 1. Dargestellt sind u.a. das Referenztaktsignal CLK, das rechteckförmig mit einer festen Referenzfrequenz schwingt, sowie ein Eingangssignal IN, das abwechselnd einen ersten Pegelwert LI und einen zweiten Pegelwert L2 annimmt. Im vorliegenden Beispiel ändert das Eingangssignal IN im
Zeitraum tl bis t3 seine Frequenz .
Ferner ist der erste Zählerstand Cl des ersten Zählers 40 dargestellt, der während der High- Phasen des
Eingangssignals IN positive Taktflanken des
Referenztaktsignals CLK zählt, also während der
Pegelphasen, während derer das Eingangssignal IN dem ersten Pegelwert LI entspricht. Zu den Zeitpunkten, an denen das Eingangssignal IN seinen Pegel vom ersten Pegelwert LI zum zweiten Pegelwert L2, dem Low- Pegel, ändert, beispielsweise zu den Zeitpunkten tl und t , wird der Zählerstand Cl als Zählwert Nl übernommen. Dies ist insbesondere zum Zeitpunkt t4 deutlich sichtbar, bei dem sich der erste Zählwert Nl von vier auf sechs ändert.
Weiterhin ist in Fig. 2 der Zählerstand C2 des zweiten Zählers 50 dargestellt, welcher während des Signalpegels L2 des Eingangssignals IN positive Taktflanken des
Referenztaktsignals CLK zählt. Beim zeitlich ersten
dargestellten Zählvorgang des zweiten Zählers 50, der bis zum Zählerstand 4 läuft, wird dieser Zählerstand als zweiter Zählwert N2 zum Zeitpunkt übernommen, bei dem das Eingangssignal IN wieder auf den High-Pegel LI wechselt. Beim zweiten Zählvorgang des zweiten Zählers 50 wird der Zählerstand C2 ab dem Wert 4 als zweiter Zählwert N2 übernommen. Zudem wird der Zählerstand in diesem
Zählvorgang auch für die weiteren Erhöhungen des
Zählerstands als zweiter Zählwert N2 übernommen, so dass dieser stufenweise auf den Wert acht ansteigt. Dieser höhere Zählwert N2 zum Zeitpunkt t3 ist bedingt durch die längere Low- Phase des EingangsSignals IN zwischen tl und t3. Eine Übernahme des Zählerstands C2 als Zählwert N2 ab dem Wert vier ist beispielsweise bedingt durch den
vorhergehenden Zählwert N2 aus dem ersten Zählvorgang.
Im darauf folgenden, dritten Zählvorgang des zweiten
Zählers 50 endet der Zählvorgang zum Zeitpunkt t5 mit dem Zählergebnis 6, welches dann als zweiter Zählwert N2 übernommen wird.
Das als unterstes dargestellte Ausgangssignal OUT, welches die bestimmte Frequenz präsentiert, basiert beispielsweise auf der bekannten Frequenz fOSc des Referenztaktsignals CLK geteilt durch die Summe der Zählwerte Nl, N2.
Dementsprechend fällt der Ausgangswert im Zeitraum t2 bis t3 bei konstantem ersten Zählwert Nl und ansteigendem zweiten Zählwert N2 stufenweise ab und nähert sich der tatsächlichen Frequenz des Eingangssignals an. Im Zeitraum t4 bis t5 sinkt das Ausgangssignal OUT wegen des
gestiegenen ersten Zählwerts Nl weiter ab und nimmt zum Zeitpunkt t5 mit dem neuen zweiten Zählwert N2 einen der Eingangsfrequenz entsprechenden Wert an.
Es ist zu beachten, dass das in Fig. 2 dargestellte Signal- Zeit-Diagramm nur exemplarischen Charakter hat.
Insbesondere sind aus Übersichtsgründen keine größeren Zählerstände dargestellt, die bei einer praktischen
Anwendung die Genauigkeit des Verfahrens zur
Frequenzbestimmung weiter erhöhen könnten. Beispielsweise kann festgelegt werden, dass eine bestimmte Anzahl von Messperioden im Eingangssignal für die Frequenzbestimmung herangezogen wird, so dass diese Anzahl aufeinander
folgender erster Zählwerte und die entsprechende Anzahl zweiter Zählwerte aufaddiert werden, um die Frequenz des Eingangssignals zu bestimmen.
Das Ausgangssignal OUT kann von der Auswerteeinrichtung 60, die beispielsweise als MikroController ausgeführt ist, als analoger Wert ausgegeben werden. Beispielsweise erfolgt eine Ausgabe als Stromwert im Bereich von 4 bis 20
Milliampere oder als Spannungswert im Bereich von 0 bis 10 Volt. Alternativ kann das Ausgangssignal OUT auch als
Rechtecktakt mit einer dem Eingangssignal entsprechenden Frequenz ausgegeben werden, wobei vorzugsweise hierfür ein einstellbarer Teiler verwendet wird.
Eine Anordnung und ein Verfahren wie oben beschrieben lassen sich zum Beispiel in einem Relais zur
Schwellwertsignalisierung verwenden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung einer Frequenz eines
Eingangssignals (IN) , umfassend
- Bestimmen eines ersten Zählwerts (Nl) durch Zählen von Taktflanken eines Referenztaktsignals (CLK) während das Eingangssignal (IN) einem ersten Pegelwert (LI) entspricht;
Bestimmen eines zweiten Zählwerts (N2) durch Zählen von Taktflanken des Referenztaktsignals (CLK) während das Eingangssignal (IN) einem zweiten Pegelwert (L2)
entspricht; und
Bestimmen der Frequenz in Abhängigkeit des ersten und des zweiten Zählwerts (Nl, N2) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die
Frequenzbestimmung in Abhängigkeit der Summe des ersten und des zweiten Zählwerts (Nl, N2) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die
Frequenzbestimmung in Abhängigkeit der Summe aus ersten und zweiten Zählwerten einer oder mehrerer aufeinanderfolgender Messperioden im Eingangssignal (IN) erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Frequenz erst bestimmt wird, wenn die Summe aus ersten und zweiten
Zählwerten einer oder mehrerer aufeinanderfolgender
Messperioden im Eingangssignal (IN) einen Grenzwert
überschreitet .
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der erste Zählwert (Nl) in einem ersten Zählvorgang und der zweite Zählwert (N2) in einem zweiten Zählvorgang bestimmt werden .
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem
der erste Zählwert (Nl) bestimmt wird durch ein
Zählergebnis des ersten Zählvorgangs bei einem Pegelwechsel des Eingangssignals (IN), insbesondere wenn das
Eingangssignal (IN) nicht mehr dem ersten Pegelwert (LI) entspricht; und
der zweite Zählwert (N2) bestimmt wird durch ein
Zählergebnis des zweiten Zählvorgangs bei dem Pegelwechsel des Eingangssignals (IN) , insbesondere nachdem das
Eingangssignal (IN) nicht mehr dem zweiten Pegelwert (L2) entspricht .
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der zweite Zählwert (N2) bestimmt wird durch einen momentanen Zählerstand beim zweiten Zählvorgang, wenn das Eingangssignal (IN) dem zweiten Pegelwert (L2) entspricht und dieser momentane Zählerstand einen Vergleichswert überschreitet.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem sich der
Vergleichswert in Abhängigkeit wenigstens eines der
folgenden ergibt :
des ersten Zählwerts (Nl) ;
- des zweiten Zählwerts (N2) einer vorhergehenden
Messperiode im Eingangssignal (IN) .
9. Anordnung zur Frequenzbestimmung, umfassend
einen Eingang (1) zur Zuführung eines Eingangssignals (IN) ;
einen ersten Zähler (40) zum Zählen von Taktflanken eines Referenztaktsignals (CLK) während das Eingangssignal (IN) einem ersten Pegelwert (LI) entspricht;
einen zweiten Zähler (50) zum Zählen von Taktflanken des Referenztaktsignals (CLK) während das Eingangssignal (IN) einem zweiten Pegelwert (L2) entspricht;
eine Auswerteeinrichtung (60) , die zur Bestimmung eines ersten und eines zweiten Zählwerts (Nl, N2) mit dem ersten und dem zweiten Zähler (40, 50) gekoppelt ist und eingerichtet ist, eine Frequenz des Eingangssignals (IN) in
Abhängigkeit des ersten und des zweiten Zählwerts (Nl, N2) zu bestimmen.
10. Anordnung nach Anspruch 9, bei der die
Auswerteeinrichtung (60) eingerichtet ist, die Frequenz des Eingangssignals (IN) in Abhängigkeit der Summe des ersten und des zweiten Zählwerts (Nl, N2) zu bestimmen.
11. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, bei der die
Auswerteeinrichtung (60) eingerichtet ist, die Frequenz des Eingangssignals (IN) in Abhängigkeit der Summe aus ersten und zweiten Zählwerten einer oder mehrerer
aufeinanderfolgender Messperioden im Eingangssignal (IN) zu bestimmen .
12. Anordnung nach Anspruch 11, bei der die
Auswerteeinrichtung (60) eingerichtet ist, die Frequenz des Eingangssignals (IN) erst dann zu bestimmen, wenn die Summe aus ersten und zweiten Zählwerten einer oder mehrerer aufeinanderfolgender Messperioden im Eingangssignal (IN) einen Grenzwert überschreitet.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei der die Auswerteeinrichtung (60) eingerichtet ist, den ersten und den zweiten Zählwert (Nl, N2) derart zu bestimmen, dass der erste Zählwert (Nl) bestimmt ist durch ein Zählergebnis des ersten Zählers (40) nachdem das Eingangssignal (IN) nicht mehr dem ersten Pegelwert (LI) entspricht und der zweite Zählwert (N2) bestimmt ist durch ein Zählergebnis des zweiten Zählers (50) nachdem das Eingangssignal (IN) nicht mehr dem zweiten Pegelwert (L2) entspricht.
14. Anordnung nach Anspruch 13, bei der die
Auswerteeinrichtung (60) eingerichtet ist, den zweiten Zählwert (N2) derart zu bestimmen, dass der zweite Zählwert (N2) bestimmt ist durch einen momentanen Zählerstand des zweiten Zählers (50) , wenn das Eingangssignal (IN) dem zweiten Pegelwert (L2) entspricht und dieser momentane Zählerstand einen Vergleichswert überschreitet.
15. Anordnung nach Anspruch 14, bei der sich der Vergleichswert in Abhängigkeit wenigstens eines der folgenden ergibt:
- des ersten Zählwerts (Nl) ;
des zweiten Zählwerts (N2) einer vorhergehenden Frequenzbestimmung des Eingangssignals (IN) .
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