DE2812653C3 - Circuit arrangement for matching the amplitude of an alternating signal voltage to a reference voltage - Google Patents
Circuit arrangement for matching the amplitude of an alternating signal voltage to a reference voltageInfo
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Description
4<-, Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Angleichung der Amplitude einer, insbesondere niederfrequenten, Signalwechselspannung an eine Referenzspannung unter Verwendung einer Regelschleife, welche bei einer Differenz zwischen Referenz-4 <-, The invention relates to a circuit arrangement for matching the amplitude of an, in particular low-frequency, alternating signal voltage to a Reference voltage using a control loop which, when there is a difference between the reference
',o spannung und Signalwechselspannung eine Steuergröße für die Veränderung der Amplitude der Signalwechselspannung liefert.', o voltage and signal alternating voltage are a control variable for changing the amplitude of the signal alternating voltage.
Eine Schaltung dieser Art ist aus der DE-AS 22 53 799 bekannt, die einen Wechselspannungsregler beschreibt,A circuit of this type is known from DE-AS 22 53 799, which describes an AC voltage regulator,
η bei dem die Spitzenwerte einer Wechselspannung in einem Speicher festgehalten werden. Von einer Abtast- und Halteschaltung werden treppenfcVmig verlaufende Spannungen erzeugt, die den Istwert dieser Regelschaltung darstellen. Da 'bei dieser Schaltungsanordnung nur η in which the peak values of an alternating voltage are recorded in a memory. A sample-and-hold circuit generates stair-step voltages that represent the actual value of this control circuit. Since 'with this circuit arrangement only
μ auf die Spitzenwerte abgestellt ist, läßt sich damit keineμ is based on the peak values, it cannot be used besonders schnelle Amplitudenregelung bewirken, weilcause particularly fast amplitude control because ein neuer Abtasttvert jeweils erst beim nächstena new sampling vertebral only with the next one
h-, die Regelgeschwindigkeit überwiegend von der Frequen?. ab, bei der der Phasenvergleich stattfindet. Wenn zum Abklingen eines Regelvorganges bis auf einen bestimmten Regelrestfehler insgesamt m Phasenver-h-, the control speed mainly from the frequency ?. at which the phase comparison takes place. If, apart from a certain residual control error, a total of m phase shifts
gleiche nötig werden, dann ist die Folge davon eine vergleichsfrequenzabhängige Einschwingzeit te= '!■[ if the same are necessary, the result is a comparison frequency-dependent settling time te = '! ■ [
Aus dieser Gleichung ist ersichtlich, daß, insbesondere bei tiefen Vergleichsfrequenzen fv, sehr lange Wartezeiten erforderlich werden, bis der Einschwingvorgang beendet ist Ein quarzgenaues, sehr schnell einschwingendes Niederfrequenzsignal wird deshalb entweder durch digitale Frequenzteilung eines geregelten Hochfrequenzsignals (primär für Rechteck-Signale) oder durch Abmischen in die Niederfrequenzlage (bevorzugt für Sinus-Signale) gewonnen. Es ist auch möglich, das Niederfrequenzsignal durch passende Steuerung eines Digital-Analogwandlers synthetisch zu erzeugen.From this equation it can be seen that, especially with low comparison frequencies fv, very long waiting times are required until the transient process has ended Mixing in the low frequency position (preferably for sine signals) gained. It is also possible to generate the low frequency signal synthetically by appropriately controlling a digital-to-analog converter.
Alle diese bekannten Methoden versagen völlig, wenn ein in der Niederfrequenzlage erzeugtes analoges Signal wirkungsvoll an einen Quarzoszillator angebunden werden soll. Dieser Fall tritt z. B. dann auf, wenn das Signal eiiies Funktionsgenerators nur wahlweise (optionell) frequenzsynchronisiert werden soll.All of these known methods fail utterly when an analog signal generated in the low frequency range is effectively connected to a crystal oscillator shall be. This case occurs e.g. B. then on when that Signal from a function generator only optional (optional) is to be frequency synchronized.
Ein weiteres Problem besteht darin, daß nicht nur die Frequenz, sondern auch die Form einer Signalwechselspannung an die Form einer Referenzrpannung möglichst rasch angeglichen werden soll, beispielsweise eine dreiecksförmige Signalwechselspannung einen im Vergleich zur Referenzspannung zu flachen Anstieg bzw. Abfall im Flankenbereich aufweist Dabei besteht ebenfalls das Problem, möglichst schnell eine entsprechende Korrekturgröße für die Veränderung des Flankenanstiegs der Signalwechselspannung zu gewinnen. Another problem is that not only the Frequency, but also the form of an alternating signal voltage to the form of a reference voltage should be adjusted as quickly as possible, for example a triangular signal alternating voltage shows a rise that is too flat compared to the reference voltage or has a drop in the flank area. There is also the problem of finding a corresponding one as quickly as possible To gain correction variable for the change in the edge rise of the signal alternating voltage.
Der vorliegenden Erfindung, welche sich auf eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art bezieht liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, auf dem die Abweichung der Signalwechselspannung von dem Referenzsignal innerhalb kürzester Zeit erkannt werden kann, so daß die Stellgröße entsprechend schnell zur Verfügung steht Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß innerhalb der Anstiegs- und/oder Abfallflanke der Signalwechselspannung zu verschiedenen Zeitpunkten Spannungsstufen der Referenzspannung erzeugt sind, daß mittels mindestens eines Komparators durch einen Vergleich der Spannungsstufen der Referenzspannung mit den jeweils zu den genannten Zeitpunkten auftretenden Signalwechselspannungswerten Vergleichsimpulse gebildet werden und somit bereits ici Flankenbereich (Flankenabtastung) der Signalwechselspannung ein Vergleich zum Flankenbereich der Referenzspannung durchgeführt wird und daß ebenfalls bereits im Flankenbereich aus den Vergleichsimpulsen die Stellspannung für die zur Angleichung dienende Amplitudenänderung der Signalvechselspannung abgeleitet wird.The present invention, which relates to a circuit arrangement of the type mentioned above relates, the task is to show a way on which the deviation of the signal alternating voltage can be recognized by the reference signal within a very short time, so that the manipulated variable is accordingly quickly available. According to the invention, this is achieved in that within the Rising and / or falling edge of the alternating signal voltage at different points in time, voltage levels the reference voltage are generated that by means of at least one comparator by a comparison the voltage levels of the reference voltage with those occurring at the times mentioned Signal alternating voltage values comparison pulses are formed and thus already in the edge range (Edge scanning) of the signal alternating voltage a comparison to the edge range of the reference voltage is carried out and that the control voltage is also already in the edge area from the comparison pulses derived for the amplitude change of the signal alternating voltage used for the adjustment will.
Während z. B. in Phasenregelschleife!! die Frequenzbzw. Phasenabweichung der Signalwechselspannung vom Frequenznormal üblicherweise erst am zeitlichen Versatz der Spannungsnulldurchgänge erkannt wird, geht die Erfindung davon aus, daß bei monotonen Funktionen (Dreieck, Sägezahn, Sinus usw.) schon der ι Spannungsverlauf davor (d. h. die Anstiegs- und/oder Abfallflanke) Träger der Frequenzinförmation ist. Ähnliches gilt, wenn es sich um die Angleichung der Kurvenform der Signalwechselspannung an die Kurvenform der Referenzspannung handelt. Durch die ( Erfindung wird durch eine »Flankenabtastung« die gewünschte Information gewonnen und als Stellgröße der Regelschleife zugeführt. Die Rcgelgeschwindigkeit wird bedeutend erhöht bzw. die Einschwmgzeit bei Störungen bzw. Frequenzänderungen stark verkürzt.While z. B. in phase locked loop !! the frequency or If the phase deviation of the signal alternating voltage from the frequency standard is usually only recognized by the time offset of the voltage zero crossings, the invention assumes that in the case of monotonic functions (triangle, sawtooth, sine, etc.) the previous voltage curve (ie the rising and / or falling edge) is the carrier the frequency information is. The same applies when it comes to the adaptation of the waveform of the signal alternating voltage to the waveform of the reference voltage. Through the ( invention, the desired information is obtained through "edge scanning" and fed to the control loop as a manipulated variable. The control speed is significantly increased and the settling time in the event of disturbances or frequency changes is greatly reduced.
Der Flankenabtaster nach der Erfindung ist eine Anordnung, bei der die Signalwechselspannung einer bestimmten Kurvenform und Amplitude mit einer Reihe in der Höhe gleichmäßig oder nach einer bestimmten Funktion (z. B. Sinus) angeordneter Referenzspannungen verglichen und bei Spannungsgleichheit jeweils ein Impuls abgegeben wird.The edge scanner according to the invention is an arrangement in which the signal alternating voltage of a certain waveform and amplitude with a series in height evenly or according to a certain Function (e.g. sine) of arranged reference voltages compared and if the voltage is equal, a pulse is emitted in each case.
in Die zeitlichen Abstände dieser Vergleichsimpulse sind von der augenblicklichen Frequenz, Linearität usw. der Signalwechselspannung abhängig und können für Regelzwecke herangezogen werden. Dies kann vorteilhaft dadurch erreicht werden, daß die Vergleichsimpuli se mit einer gleichen, von einem Oszillator, insbesondere einem Quarzoszillator, abgeleiteten gleichmäßigen Impulsreihe verglichen werden.in The time intervals between these comparison pulses are dependent on the instantaneous frequency, linearity, etc. of the signal alternating voltage and can be used for Control purposes are used. This can advantageously be achieved in that the comparison pulses se with an equal uniformity derived from an oscillator, in particular a quartz oscillator Pulse series are compared.
Die Erfindung ist praktisch für alle Arten von Signalwechselspannungen geeignet; es ist lediglich einThe invention is practically suitable for all types of signal alternating voltages; it's just a
jo an den Verlauf der jeweiligen Signalwechselspannung angepaßtes Referenzsignal zu erzeir^sn. Dabei ist es vorteilhaft wenn das Referenzsignal treppenförmigen Verlauf aufweist weil derartige Signalfolgen in besonders einfacher Weise hergestellt werden können undjo to the course of the respective signal alternating voltage to generate an adapted reference signal. It is there advantageous if the reference signal has a step-shaped profile because such signal sequences are particularly useful can be produced in a simple manner and
j-, sich gut für Spannungskomparierungen eignen.j-, are good for voltage comparisons.
Für monoton ansteigende und/oder abfallende Funktionen als Signalwechselspannungen (z. B. Dreiecks- oder Sägezahnspannungen) besteht gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform derFor monotonically increasing and / or decreasing functions as signal alternating voltages (e.g. Triangular or sawtooth voltages) exists according to a particularly advantageous embodiment of
Erfindung die Möglichkeit die Referenzspannung durch einen Steuerzähler zu erzeugen, der bei der Anstiegsflanke aufwärts und bei einer gegebenenfalls vorhandenen
Abfallflanke (Dreiecksspannung) abwärts zählt
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran-Invention the possibility of generating the reference voltage by means of a control counter which counts upwards on the rising edge and downwards if there is a falling edge (triangular voltage)
Developments of the invention are in the sub-
f, Sprüchen wiedergegeben.f, Proverbs reproduced.
Die Erfindung sowie deren Weiterbildungen werden nachfolgend an Hand von Zeichnungen näher erläutert
Es zeigt
Fig. I im Blockschaltbild den Aufbau eines Aiisführungsbeispiels
der Erfindung,The invention and its developments are explained in more detail below with reference to drawings. It shows
FIG. I in a block diagram the structure of an exemplary embodiment of the invention,
Fig.2 in einem Zeitdiagramm die Erzeugung von Vergleichsimpulsen bei einer Dreieckspannung,2 shows in a time diagram the generation of comparison pulses in the case of a triangular voltage,
Fig.3 in einem Zeitdiagramm die Erzeugung von Vergleichsimpulsen bei nichtlinearen Signalen.3 shows the generation of Comparison pulses for non-linear signals.
r. Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 wird die in einem Signalgenerator SG erzeugte und hier als Dreieckssignal angenommene, vorzugsweise niederfrequente Signalwechseispannung USi der darunter dargestellten Regelschaltung zugeführt Sie gelangtr. In the embodiment according to FIG. 1, the preferably low-frequency alternating signal voltage USi generated in a signal generator SG and assumed here as a triangular signal is fed to the control circuit shown below
-,o zunächst zu dem Minus(-invertierenden)-Eingang eines ersten Komparators KO1 und über eine Schaltung SV zum Spannungsversttz zum Plus(-nichtinvertierenden)-Eingang eines zweiten Komparators KO 2. Der Spannungsversatz in der Schaltung SV soll den Wert-, o first to the minus (-inverting) input of a first comparator KO 1 and via a circuit SV to the voltage offset to the plus (-non-inverting) input of a second comparator KO 2. The voltage offset in the circuit SV should be the value
Γι + U\ I tiaben. Zur Erzeugung der hier treppenförmig vorausgesetzten Referenzspannung UR ist ein Steuerzähler STZ vorgesehen.Γι + U \ I tiaben. A control counter STZ is provided to generate the reference voltage UR assumed here in the form of a staircase.
Nimmt man an, daß der zu verarbeitende Amplitudenbereich in insgesamt 50 lineare TreppenstufenAssume that the amplitude range to be processed is a total of 50 linear steps
,η aufgeteilt werden sill, so werden für eine Anstiegs- und eine Abfallflanke jeweils 51 Zählimpulse des Steuerzahlers STZbenötigt. Die zusätzliche Stufe ermöglicht eine Spannungsverschiebung der Referenzspannung UR gegenüber US und dadurch einen exakten Vergleich im, η are divided sill, 51 counting pulses from the taxpayer STZ are required for a rising and a falling edge. The additional stage enables a voltage shift of the reference voltage UR compared to US and thus an exact comparison in
,-, Spitzenwertbereich der Wechselspannung. Bei Verwendung eines Binärzähl jrs ist z. B. ein sechsstelliger (6 Bit) Zähler vorzusehen. Da hierbei jedoch die Zählwerte vom Zählwert 52 bis zum Zählwert 64 nicht mehr, -, peak value range of the alternating voltage. Using a binary count jrs is z. B. a six-digit (6 bit) Provide counter. Since, however, the count values from count value 52 to count value 64 are no longer in this case
benötigt werden, ist an den Ausgang des Steuerzählers STZ eine Decodierschaltung DCS angeschlossen, die größere Zählwerte als den Wert 51 nicht mehr zuläßt. Weiterhin wird durch die Decodierschaltung DCS bewirkt, daß beim Einschalten der jeweilige Zählwert auf Null zurückgesetzt wird. Die schaltungstechnische Eigenheit des Steuerzählers STZ, durch den Zählrichtungswechsel noch einen zusätzlichen Schritt in die »alte« Richtung zu machen (F i g. 2), führt dazu, daß die beiden Komparatoren KOX und KO 2 anstatt um eine jetzt um zwui Spannungsstufen versetzt sind, die Zählkapazität auf N = 52 (n = 0 ... 51) erhöht ist und die Decodierung in der Decodierschaltung DCS für »verbotene« Hereiche erst ab 52 einsetzen darf. Die Zahl der Vergleichsimpulse/Periode T bleibt dabei unverändert bei 100.are required, a decoding circuit DCS is connected to the output of the control counter STZ , which no longer allows larger count values than the value 51. Furthermore, the decoding circuit DCS has the effect that the respective count value is reset to zero when the device is switched on. The circuitry peculiarity of the control counter STZ to take an additional step in the "old" direction by changing the counting direction (FIG . 2) means that the two comparators KOX and KO 2 are now offset by two voltage levels instead of one , the counting capacity is increased to N = 52 (n = 0 ... 51) and the decoding in the decoding circuit DCS for "forbidden" areas may only start from 52 onwards. The number of comparison pulses / period T remains unchanged at 100.
Die zunächst digitalen Zählwerte des Steuerzählers STZ (bzw. am Ausgang eines Code-Wandlers CWS) werden einem Digital-Analngwanriler DA Wzugeführt, welcher die analoge treppenförmige Referenzspannung UR entsprechend F i g. 2 erzeugt. Diese treppenförmige Spannung wird dem Pulseingang des !Comparators KO X und dem Minuseingang des Komparators KOl zugeführt.The initially digital count values of the control counter STZ (or at the output of a code converter CWS) are fed to a digital analog converter DA W , which the analog stepped reference voltage UR according to FIG. 2 generated. This step-shaped voltage is fed to the pulse input of the comparator KO X and the minus input of the comparator KO1.
Wenn kompliziertere Spannungsverläufe, d. h. nichtlineare, z. B. sinusförmige Referenzspannungen mit nichtstetigem Verlauf erzeugt werden sollen, so ist eine zusätzliche Schaltung vorzusehen, welche als Code-Wandler CWS dient. Diese Schaltung kann zusammen mit DA Win bekannter Weise die Amplitudenwerte der linearen Treppenkurve (z. B. UR in Fig. 2) im oberen und unteren Teil der Anstiegs- bzw. Abfallflanke z. B. so verkleinern, daß ein nichtlinearer Verlauf (z. B. sinusförmig) entsteht. Es ist dabei möglich, entweder die digitale Ansteuerung entsprechend zu verschlüsseln (Beispiel in Fig. 1), oder die Wichtung der linearen digitalen Ansteuerung in den Digital-Analogwandler DAW zu verlagern.If more complicated voltage curves, ie non-linear, z. If, for example, sinusoidal reference voltages with a discontinuous curve are to be generated, an additional circuit must be provided which serves as a code converter CWS . This circuit can, together with DA Win, in a known manner, the amplitude values of the linear staircase curve (z. B. UR in Fig. 2) in the upper and lower part of the rising and falling edge z. B. reduce it so that a non-linear course (z. B. sinusoidal) is created. It is possible either to encrypt the digital control accordingly (example in FIG. 1) or to shift the weighting of the linear digital control to the digital-to-analog converter DAW.
Die Ausgangssignale des ersten Komparators KO X gelangen zum Vorwärts-Eingang des Steuerzählers STZ, die des zweiten Komparators KO 2 zum Rückwärts-Eingang. An dem Ausgang eines UND-Gatters UU. an dem die Ausgangssignale der Deiaen Komparatoren logisch zusammengefügt werden, ist eine Phasen vergleichsschaltung PH vorgesehen, deren Bezugsspannung von einem stabilisierten, vorzugsweise Quarzoszillator QO zugeführt wird. Die am Ausgang der Phasenvergleichsschaltung PH vorhandene und die Abweichung der Signalwechselspannung USi von der Referenzspannung UR repräsentierende Spannung wird in einem Tiefüaß TP geglättet und als Stellspannung UK zur Nachregelung des Signalgenerators SC und damit der Signalwechselspannung USl benutzt Durch eine Steuerschaltung FFP (z. B. in Form eines Flipflop) werden Rechteckimpulsfolgen UVR erzeugt, deren Anstiegs- und Abfallflanken jeweils den Beginn der Anstiegs- bzw. Abfallflanken der Signalwechselspannung USi markieren und es somit gestatten, die Zählrichtung des Steuerzählers STZ festzulegen (Aufwärtszär.len bei der Anstiegsflanke von USi, Abwärtszählen bei der Abfallflanke). Anstelle der Steuerschaltung FFP kann auch durch eine gestrichelt angedeutete Differenzierschaltung DS der Beginn der Anstiegs- und Abfallflanke der Signalwechselspannung USi festgestellt und dem Steuerzähler STZzugeführt werden.The output signals of the first comparator KO X go to the forward input of the control counter STZ, those of the second comparator KO 2 to the backward input. At the output of an AND gate UU. at which the output signals of the Deiaen comparators are logically combined, a phase comparison circuit PH is provided, the reference voltage of which is supplied by a stabilized, preferably quartz oscillator QO . The present at the output of the phase comparison circuit PH, and the deviation of the AC signal voltage USi of the reference voltage UR representing voltage is smoothed in a Tiefüaß TP and a control voltage UK for readjustment of the signal generator SC and therefore the AC signal voltage USL used for by a control circuit FFP (B.. In the form of a flip-flop), rectangular pulse trains UVR are generated, the rising and falling edges of which mark the beginning of the rising and falling edges of the signal alternating voltage USi and thus allow the counting direction of the control counter STZ to be determined (upward counting on the rising edge of USi, downward counting on the trailing edge). Instead of the control circuit FFP , the beginning of the rising and falling edge of the alternating signal voltage USi can also be determined by a differentiating circuit DS indicated by dashed lines and fed to the control counter STZ.
Zur weiteren Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach F i g. 1 wird auf F i g. 2 bezug genommen. Dort ist die treppenförmige Referenzspannung UR zusammen mit zwei Signalwechselspannungen US l und US2 dargestellt. Die Signalwechselspannung US entspricht dem vom Signalgenerator SG kommendet Dreieckssignal, welches an den Minuseingang de; ϊ Komparators KO 1 gelangt. Es zeigt sich, daß aufgrüne der Voreinstellung durch die Referenzspannung UR arr Komparator KO X die Signalwechselspannung US X nui in der Anstiegsflanke an bestimmten Punkten gleiche Spannungswerte aufweist wie die ReferenzspannungTo further explain the mode of operation of the circuit according to FIG. 1 is shown on FIG. 2 referred to. There the stepped reference voltage UR with two signal AC voltages US l and US2 is shown. The signal alternating voltage US corresponds to the triangular signal coming from the signal generator SG , which is sent to the minus input de; ϊ Comparator KO 1 arrives. It can be seen that on the green of the presetting by the reference voltage UR arr comparator KO X, the alternating signal voltage US X nui has the same voltage values as the reference voltage in the rising edge at certain points
in UR. Dementsprechend entstehen am Ausgang de« Komparators KOX N Vergleichsimpulse, die unterhalt der Anstiegsflanke der Spannung USX in Fig. ί dargestellt und mit NV (Vorwärtsimpulse) bezeichne! sind. Die in der Schaltung SV nach Fig. 1 um derin UR. Accordingly, N comparison pulses arise at the output of the comparator KOX, which are shown in Fig. Ί with the rising edge of the voltage USX and denoted by NV (forward pulses)! are. The in the circuit SV of Fig. 1 to the
H Spannungsversatz +UVX gegenüber der ursprüngli chen Signalwechselspannung Us X angehobene zweite Signalwechselspannung US2 führt in ihrer Anstiegs flanke zu keinem Ansprechen des Komparators KO 2 weil nirgends dort eine Übereinstimmung der SpanH voltage offset + UVX compared to the original alternating signal voltage Us X raised second alternating signal voltage US2 leads in its rising edge to no response of the comparator KO 2 because there is no match between the span
jo nungswerte der Signalwechselspannung US 2 und dei Referenzspannung UR auftritt. Dagegen wird irr Bereich der Abfallflanke die Referenzspannung UR aul jeder Treppenlinie einmal von der Signalwechselspan nung US2 erreicht und liefert somit eine Serie von Λjo ning values of the signal alternating voltage US 2 and the reference voltage UR occurs. On the other hand, in the area of the falling edge, the reference voltage UR is reached once on every stepped line by the signal alternating voltage US2 and thus provides a series of Λ
r, Ausgangsimpulsen (Vergleichsimpulsen) am Kompara tor KO2, die unterhalb der Abfallflanke dargestellt unc mit NR(Rückwärtsimpulse) bezeichnet sind. Im Bereicr der Abfal'Hanke tritt, wie bereits erwähnt, am Ausgang des Komparators KOX keine Impulsfolge mehr auf, ser, output pulses (comparison pulses) at the comparator KO2, which are shown below the falling edge and designated with NR (reverse pulses). In the area of waste, as already mentioned, there is no longer a pulse train at the output of the comparator KOX, se
in daß durch die Schaltung nach F i g. 1 je Impulsperiode 1 insgesamt 2 N Vergleichsimpulse entstehen. Da die Komparatoren KO X und KO2 bei Nichtübereinstim mung zwischen der Referenzspannung UR und dei jeweiligen Signalwechselspannung USX bzw. L/S2einein that by the circuit according to F i g. 1 per pulse period 1, a total of 2 N comparison pulses are generated. Since the comparators KO X and KO2 do not match in the event of a mismatch between the reference voltage UR and the respective signal alternating voltage USX or L / S2
ji logische Eins als Ausgangssignal abgeben, wird air Ausgang des UND-Gatters UG eine fortlaufende Serie von Vergleichsimpulsen abgegeben, die sich aus der Aneinanderreihung der Vorwärtsimpulse NV und dei Rückwärtsimpulse NR zusammensetzen und die hiei mit 2 AZ/CiVergleichsimpulse) bezeichnet sind.ji output logical one as output signal, the output of the AND gate UG emits a continuous series of comparison pulses, which are composed of the stringing together of the forward pulses NV and the reverse pulses NR and which are referred to here as 2 AZ / Ci comparison pulses).
Der Ausgang des Komparators KO X ist, wie bereit« erwähnt, mit dem Vorwärtseingang des Steuerzahler! ύ/ζ verDunden, wahrend der Ausgang des Nomparators KO 2 zum Rückwärtseingang dieses ZählersThe output of the comparator KO X is, as already mentioned, with the forward input of the taxpayer! ύ / ζ verDunden, while the output of the comparator KO 2 to the reverse input of this counter
j-i geführt ist. Das Auftreten von Vorwärtsimpulsen A/V am Ausgang des Komparators KO X bewirkt eine Vorwärts-Verstellung des Steuerzählers STZund damit ein Verstellen der Referenzspannung UR auf der nächsthöheren Wert. Mit dieser Voreinstellung »wartet« der Komparator KOX, bis die Dreiecksspannung die langsam ansteigt, spannungsgieich mit der Vo" einstellung wird. Sobald die Dreiecksspannung, die immei noch ansteigt, die Voreinstellung geringfügig überschreitet, wird der Minus-Eingang des KO1 positivei als sein Pluseingang und der Komparator-Ausgang gehl auf logisch 0. Dieser negative Übergang schaltet der Steuerzähler STZ um einen Schritt weiter, wodurch auch der Komparator KO1 über den Digital-Analogwandler neu auf den nächsthöheren Spannungswenji is led. The occurrence of forward pulses A / V at the output of the comparator KO X causes a forward adjustment of the control counter STZ and thus an adjustment of the reference voltage UR to the next higher value. With this presetting, the comparator KOX "waits" until the triangular voltage, which rises slowly, becomes the same voltage as the Vo "setting. As soon as the triangular voltage, which is still rising, slightly exceeds the presetting, the minus input of KO 1 will be positive The positive input and the comparator output go to logic 0. This negative transition switches the control counter STZ one step further, which means that the comparator KO 1 also switches to the next higher voltage via the digital-to-analog converter
bo eingestellt wird. Jetzt ist der Plus-Eingang wiedei positiver als der Minus-Eingang und der Komparator-Ausgang geht auf logisch 1. Damit ist die Bildung eines einzelnen Vergleichsimpulses abgeschlossen und dei Vorgang wiederholt sich, bis zum Scheitel deibo is set. Now the plus input is again more positive than the minus input and the comparator output goes to logic 1. This creates a Individual comparison pulse completed and the process is repeated up to the vertex of the
b5 Dreiecksspannung im KOi, danach bei abfallender Flanke der Dreieckspannung im Kornparator KO 2.b5 triangular voltage in the KOi, then with the falling edge of the triangular voltage in the comparator KO 2.
Bei dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiei sind durch den linearen Dreiecks-Verlauf die sichIn the case of the FIG. The exemplary embodiments shown in FIG. 2 are due to the linear triangular shape
ergebenden zeitlichen Abstände der Vergleichsimpulse einander gleich. Wenn die zeitlichen Abstände zusätzlich auch noch gleich mit denen aus dem Quarzoszillator QO(Fi g. I) sind, stimmt die Linearität und die Frequenz der Dreiecksspannung mit dem Sollwert überein. Sonst wird der Signalgenerator SG nachgeregelt.resulting time intervals of the comparison pulses equal to each other. If the time intervals are also the same as those from the quartz oscillator QO (Fig. I), the linearity and the frequency of the triangular voltage agree with the nominal value. Otherwise the signal generator SG will be readjusted.
Wie aus Fig.3 ersichtlich ist, sind die zeitlichen Abstände der Vergleichsimpulse bei einer nichtlinearen Signalwochselspannung ungleichmäßig: je steiler das Signal, desto komprimierter sind die Impulse. Wenn die Signalwechselspannung ein Dreieck sein ,Voll, werden die Vergleichsimpulse in der Phasenvergleichsschaltung PH(F i g. 1) mit einer äquidistanten Impulsreihe aus QO verglichen. Aus den zeitlichen Unterschieden dieser beiden Impulsreihen wird über den Tiefpaß TP die Stellspannung UK gebildet, mit der der Signalgenerator SG so nachgestellt wird, daß die Signalwechselspannung US 1 der Sollkurve bis«uf einen Restfehler sowohl in der Linearität v/ie in der Frenucnz ähnelt.As can be seen from FIG. 3, the time intervals between the comparison pulses are uneven with a non-linear signal weekly voltage: the steeper the signal, the more compressed the pulses are. If the alternating signal voltage is a triangle, full, the comparison pulses in the phase comparison circuit PH ( FIG. 1) are compared with an equidistant pulse series from QO. From the timing differences of these two pulse trains, the control voltage is formed UK via the low-pass filter TP, by which the signal generator SG is adjusted so that the AC signal voltage US v 1, the target curve up "uf a residual error in both the linearity / ie in the Fre n ucnz resembles.
Wenn die Sollkurve der Signalwechselspannung vom Dreieck abweicht (z. B. Sinus), wird dies z. B. durch unterschiedliche Stufenhöhen der Referenzspannung UR vorprogrammiert. Dadurch werden die zeitlichen Abstände der Vergleichsimpulse (NV und NR) wieder eineinander gleich und können der Phasenvergleichsschaltung PH und damit der Regelschleife zugeführt werden.If the nominal curve of the signal alternating voltage deviates from the triangle (e.g. sine), this is e.g. B. preprogrammed by different step heights of the reference voltage UR. As a result, the time intervals between the comparison pulses (NV and NR) are again equal to one another and can be fed to the phase comparison circuit PH and thus to the control loop.
Bei einem sägezahnförmigen Verlauf der Signalwechselspannung USX tritt kein monotoner Abfall im Bereich der Rückflanke der Signalwechselspannung US 1 auf. Aus diesem Grund ist dann auch ein zweiter, auf die Rückflanke ansprechender Komparator KO 2 nicht erforderlich und der Steuerzähler STZ muß nur in einer Richtung, z. B. vorwärts, zählen können.In the case of a sawtooth waveform of the alternating signal voltage USX, there is no monotonic drop in the area of the trailing edge of the alternating signal voltage US 1 . For this reason, a second comparator KO 2 , which responds to the trailing edge, is not required and the control counter STZ only has to move in one direction, e.g. B. forward, can count.
Innerhalb einer einzigen Anstiegsflanke sind beim Phasenvergleich bei einer N-stufigen Referenzspannung UR /V-mal mehr Phasenvergleiche zur Frequenz-Symmetrie- und Linearitätskorrektur der Dreiecksspannung (Signalwechselspannung USi) möglich als ohne einen derartigen Flankenabtaster. Dadurch erhöht sich die Regelgeschwindigkeit und es werden stark verkürzte Einschwingzeiten erreichtWith a phase comparison with an N-step reference voltage UR / V times more phase comparisons for frequency symmetry and linearity correction of the triangular voltage (signal alternating voltage USi) are possible within a single rising edge than without such an edge scanner. This increases the control speed and greatly reduced settling times are achieved
Um die Genauigkeit der Stufen der Referenzspannung UR, die nacheinander synchron zur Dreiecksspannung erzeugt werden, zu steigern, ist es zweckmäßig, einen Digital-Analogwandler DAW mit einer höheren Auflösung auszuwählen. Beispielsweise kann bei einem (6-Bit-)Steuerzähler 57Zder Digital-Analogwandler DAW mit 10 Bit ausgelegt werden. Die Genauigkeit eines DAWwird nämlich mit ±LSB(LSB = am wenigsten signifikantes Bit) angegeben und ist beim 10-Bit-Digital-Baustein 2« = 16mal größer als bei einem groben 6-Bit-Digital-Analog-Wandler.In order to increase the accuracy of the steps of the reference voltage UR, which are generated one after the other in synchronism with the triangular voltage, it is expedient to select a digital-to-analog converter DAW with a higher resolution. For example, with a (6-bit) control counter 57Z, the digital-to-analog converter DAW can be designed with 10 bits. The accuracy of a DAW is specified as ± LSB (LSB = least significant bit) and is 2 "= 16 times greater with a 10-bit digital component than with a coarse 6-bit digital-to-analog converter.
Aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß die Referenzspannung UR bei der Anstiegsflanke über der Dreiecksspannung (Signalwechselspannung LiSl) liegt und bei der Abfallflanke darunter, um bei monotoner Änderung derFrom Fig. 2 it can be seen that the reference voltage UR is above the triangle voltage (signal alternating voltage LiSl) on the rising edge and below it on the falling edge, in order to reduce the monotonic change in the Dreiecksspannung eine Annäherung und schließlich die Gleichheit der beiden Spannungen zu erreichen. Anstelle der zwei parallel verlaufenden Signalspannungen, wie sie in F i g. 2 angedeutet sind, kann die Voreinstellung der Komparatoren mit der Referenzspannungs-Treppen-Kurve auch durch einen Spannungssprung von USi auf US2 und umgekehrt im Wendepunkt erreicht werden. Der Wegfall eines zweiten Komparators wird jedoch mit erhöhtemTriangular voltage to achieve an approximation and finally equality of the two voltages. Instead of the two parallel signal voltages as shown in FIG. 2, the presetting of the comparators with the reference voltage staircase curve can also be achieved by a voltage jump from USi to US2 and vice versa at the point of inflection. The omission of a second comparator is, however, increased
ίο Schaltungsaufwand erkauft.ίο switching costs bought.
Die Größe des Spannungsversatzes +UVi soll der Höhe von zwei t/Ä-Stufen entsprechen (Fig.2). Die Treppenkurve (Referenzspannung UR) muß zudem noch um eine halbe ί/Λ-Stufe gegenüber den SpitzenThe size of the voltage offset + UVi should correspond to the height of two t / Ä steps (Fig. 2). The stepped curve (reference voltage UR) must also be half a ί / Λ step compared to the peaks werten von USi und US 2 versetzt sein, um auch in diesen Regionen sichere Vergleiche zu ermöglichen. values of USi and US 2 may be offset in order to enable reliable comparisons in these regions as well.
Bei linearen Funktionen der Signalwechselspannung US J, wie Dreieck und Sägezahn, sind die Referenzspannungsstufen von UR in N gleichmäßigen AbständenIn the case of linear functions of the signal alternating voltage US J, such as triangle and sawtooth, the reference voltage levels of UR are N evenly spaced voneinander angeordnet: UR = - US+^-- η, π = 0arranged from each other: UR = - US + ^ - η, π = 0 ... /ν"; LAS = Spitzenwert der Signalwechselspannung.... / ν "; LAS = peak value of the signal alternating voltage.
verteilung den Funktionen angepaßt: z. B. UR = US ■ Distribution adapted to the functions: z. B. UR = US ■
Sin ψη, ψη ' Sin ψη, ψη '
0...N.0 ... N.
Die N Referenzspannungsstufen von UR für den Flankenabtaster können auch einem SpannungsteilerThe N reference voltage levels of UR for the edge scanner can also be a voltage divider
jo entnommen und N Komparatoren zugeführt werden, wenn sie nicht wie bei F i g. 1 nacheinander erzeugt werden. Die Komparatoren würden nacheinander N Vergleichsimpulse abgeben, die, logisch zusammengefaßt, der Regelschleife zugeführt werden könnten. Beijo removed and N comparators fed if they are not as in Fig. 1 can be generated one after the other. The comparators would emit N comparison pulses one after the other, which, logically combined, could be fed to the control loop. at
Signalwechselspannungen, die unter Mitwirkung von zwei oder mehreren Signalgeneratoren SG zustande kommen (z. B. bei Dreieck werden die beiden Flanken getrennt erzeugt), muß für jeden Generator eine eigene Regelschleife geschlossen werden. Im allgemeinen muß Signal alternating voltages that come about with the help of two or more signal generators SG (e.g. in the case of a triangle, the two edges are generated separately), a separate control loop must be closed for each generator. Generally must
nämlich jeder Generator individuell verschieden korrigiert werden (im Beispiel Dreieck können die Flanken unterschiedlich steil erzeugt werden), damit die Kennwerte des zusammengesetzten /VF-Signals als Gesamtheit stimmen. In der Praxis genügt es jedoch,namely, each generator can be individually corrected differently (in the triangle example, the flanks different steepnesses), so that the characteristic values of the composite / VF signal as The whole is right. In practice, however, it is sufficient wenn anstatt von zwei oder mehreren selbständigen Regelschleifen nur Teile der einen Regelschleife synchron mit den Generatoren umgeschaltet werden. So wird z. B. bei einem symmetrischen Dreieck zwischen dem Lade- und dem Entladestromgeneratorif instead of two or more self-employed Control loops only parts of one control loop are switched over synchronously with the generators. So z. B. with a symmetrical triangle between the charging and the discharging current generator
so umgeschaltet und parallel dazu nur noch die zugeordneten Integrations-Glieder des Tiefpasses TP. Bei einem unsymmetrischen Dreieck muß dagegen auch noch die Vergleichsfrequenz, also der Teilungsfaktor der Frequenz-Teilerkette zwischen Quarzoszillator QO undso switched and in parallel only the associated integration elements of the low-pass filter TP. In the case of an asymmetrical triangle, on the other hand, the comparison frequency, i.e. the division factor of the frequency divider chain between the quartz oscillator QO and Phasenvergleichsschaltung PH, umgeschaltet werden, da sonst die Regelung ein symmetrisches Dreieck anstreben würde.Phase comparison circuit PH, be switched, otherwise the control would aim for a symmetrical triangle.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19782812653 DE2812653C3 (en) | 1978-03-22 | 1978-03-22 | Circuit arrangement for matching the amplitude of an alternating signal voltage to a reference voltage |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19782812653 DE2812653C3 (en) | 1978-03-22 | 1978-03-22 | Circuit arrangement for matching the amplitude of an alternating signal voltage to a reference voltage |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE2812653A1 DE2812653A1 (en) | 1979-09-27 |
DE2812653B2 DE2812653B2 (en) | 1980-02-21 |
DE2812653C3 true DE2812653C3 (en) | 1980-10-09 |
Family
ID=6035227
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
DE19782812653 Expired DE2812653C3 (en) | 1978-03-22 | 1978-03-22 | Circuit arrangement for matching the amplitude of an alternating signal voltage to a reference voltage |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE2812653C3 (en) |
-
1978
- 1978-03-22 DE DE19782812653 patent/DE2812653C3/en not_active Expired
Also Published As
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DE2812653A1 (en) | 1979-09-27 |
DE2812653B2 (en) | 1980-02-21 |
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