SE470527B - Metod och anordning för att detektera om en signal har en önskad på förhand fastställd frekvens eller ej - Google Patents

Description

“J Cf.) ( ä I n I 2 Ett annat amerikanskt dokument US-A-3 584 275 visar en frekvens- känslig omkopplingskrets med en degenerativ återkoppling för undertryckning av alla ingångssignaler med frekvenser andra än den på förhand valda frekvensen. Kretslösningen begagnar sig av ett stort antal diskreta komponenter. På liknande sätt visar US- A-3 914 619 en frekvenskänslig omkopplingskrets speciellt lämplig för användning i apparater för begränsning av läget för gas- regleringsspjället för en förbränningsmötor. Ett ytterligare annat amerikanskt dokument US-A-4 366 391 visar ett styrsystem för en brännare för bränsle, för avkänning när en repetitionshas- tighet av ingángspulser är inom ett på förhand fastställt område.

Det amerikanska. patentet US-A-4 081 694 *visar' en. krets för detektering av förekomsten av en på förhand fastställd infrekvens medan US-A-3 811 052 visar ett elektriskt frekvensindikeringsor- gan för användning med en växelströmsgenerator.

Ett tyskt dokument DE-2 227 724 visar en anordning för jämförelse av en signals period med en från en tidbasgenerator erhållen på förhand fastställd varaktighet, för att jämföra en frekvens med en fastställd frekvenströskel.

Slutligen visar ett svenskt dokument SE 464 598 en i beroende av en följd av pulser styrbar omkopplare, närmast avsedd t. ex. för begränsning av t.ex. tändpulserna för en motor.

Gemensamt för samtliga ovan citerade dokument är att de på ett eller annat sätt utnyttjar någon typ av RC-nät för att jämföras mot frekvensen som skall kontrolleras. Vidare bygger dessa i samtliga fall på ett större antal nödvändiga diskreta komponenter för kretsarnas funktion.

Beskrivning av uppfinningen Det är därför ett syfte med den föreliggande uppfinningen att tillhandahålla ett förfarande och kretslösning för att detektera om en inkommande signal har en önskad frekvens eller ej, och vilken kretslösning är väl lämpad för integration. »n cr; m 3 Det är ett ytterligare syfte i enlighet med den föreliggande uppfinningen att tillhandahålla ett förfarande som bygger på en ny avkänningsprincip genom att medelvärdet för kanalresistansen i en fälteffekttransistor tillåts variera med infrekvensen. Ännu ett ytterligare syfte i enlighet med den föreliggande upp- finningen är att tillhandahålla en krets för detektering av om en inkommande signal har en önskad frekvens eller ej genom att den inkommande signalen i kretsen i enlighet med den nya avkän- ningsprincipen får variera medelkanalresistansen i en fälteffekt- transistor.

Ytterligare ett syfte med den föreliggande uppfinningen är att tillhandahålla en frekvensvakt avsedd att ingå i en. DC/DC- omvandlare i form av en integrerad monolitisk krets, vilken använder den nya avkänningsprincipen.

Kort beskrivning av ritningarna Uppfinningen kommer att beskrivas i form av en belysande utföringsform med hjälp av de bifogade ritningarna i vilka: Fig. l är ett kretsschema som visar den grundläggande kopp- lingsprincipen i enlighet med den föreliggande upp- finningen, och Fig. 2 är ett exempel på ett schema över en kretslösning med användning av principen i enlighet med den föreliggande uppfinningen och lämplig för en integrerad krets.

Beskrivning av en belvsande utförinqsform Fig. 1 visar ett grundläggande principschema för den nya principen för att detektera om en inkommande signal har en önskad frekvens eller ej. Principschemat innefattar en ingångskondensa- tor C, ett motstånd R, en fälteffekttransistor Q, en konstant- strömgenerator I och nivådetektor D.

»N 'I 4 Signalen VH med frekvensen som skall detekteras påförs ingången IN. På fälteffekttransistorns bas kommer att erhållas en spänningsspik för varje uppåtgående flank av signalen Vm.

Amplituden för denna spänningsspik bestäms av storleken på Vm, vilken signal lämpligen bör vara större än tre gånger trös- kelspänningen, dvs. cirka 3 volt. Varaktigheten för spännings- spiken fastställs av värdet på kondensatorn C i kombination med värdet för motståndet R samt av drivförmågan för signalen Vm.

Varaktigheten för spänningsspiken avgör hur länge fälteffekt- transistorn Q kommer att leda, och denna tid betecknas t.

Den ledande fälteffekttransistorns kanalresistans betecknas RM.

Om ingen frekvens påförs ingången IN i kopplingsschemat enligt fig. 1, förblir utgångsimpedansen på transistorns Q kollektor oändligt hög och spänningen i denna nod kommer att stiga genom att strömgeneratorn I matar ström. Om à andra sidan Vm har en frekvens med periodtiden T kommer transistorn Q att leda under tiden t för varje period av ingàngssignalen VH. Medelresistansen sedd vid transistorns Q kollektor blir då RNXT/t. Ur detta ut- tryck ses att medelresistansen kommer att variera med frekvensen för insignalen Vnr Ju högre frekvens desto lägre medelresistans.

Medelresistansen gånger strömmen I ger spänningen V; på kollek- torn av transistorn Q. Nivån för denna spänning detekteras genom nivådetektorn D och som utsignal UT erhålls en binär signal, dvs en signal som endera antar signalvärdet l eller signalvärdet O.

Det är möjligt att detektera nivå på ett flertal olika sätt i enlighet med teknikens ståndpunkt, exempelvis med hjälp av en inverterare eller med hjälp av en komparator och en referensspän- ning. Beroende på dimensioneringen av kanalresistansen, ström- generatorn I och kondensatorn C och resistansen R kan olika frekvenser detekteras. Det är vidare möjligt att i serie med transistorns Q kollektor seriekoppla ett ytterligare motstånd varvid medelresistansen i det fallet blir (RW + Rkfiß) x T/t.

En frekvens kan alltså detekteras genom ovanstående princip med hjälp av en kondensator, vilken kan ha ett mycket litet värde, flr »_ .fm “JJ (If) C) 'I hf) 5 vilket gör det möjligt att integrera lösningen på en.kiselbricka.

En ytterligare kondensator behövs vidare på kollektorn av fälteffekttransistorn Q för att erhålla ett abrupt omslag. Denna kondensator är därvid även möjlig att integrera. Fälteffekt- transistorn Q liksom motståndet R respektive det eventuella motståndet Ræfie är enkla att tillverka på en kiselbricka med samma processförfarande som enligt gängse teknik vid integrerade kretsar, medan .kondensatorer~ med stora; värden är svåra att framställa eller tar otillbörligt stor kiselyta på kiselbrickan.

I fig. 2 visas ett schemablock för en styrkrets till en DC/DC- omvandlare i en belysande utföringsform lämplig för integrering på en liten monolitisk kiselbricka i enlighet med den före- liggande uppfinningen. Blocket enligt fig. 2 avgör hur omvand- laren skall styras. Om frekvensen är tillräckligt hög kopplar blocket om till styrning med den från blocket erhållna signalen (styrning via pulsbreddsmodulering), och om frekvensen är för låg, kopplar blocket in en annan typ av reglering. dvs. lägre än ett på förhand fastställt värde, Kretsblocket visat i fig. 2 innefattar sju integrerade fältef- fekttransistorer Q0, Ql och Q3 - Q7, där Q3 motsvarar transistorn Q i fig. l. Vidare motsvarar CO kondensatorn C och RO motsvarar motståndet R i fig. 1. I kretsblooket ingår ytterligare två dioder Dl, D2, två motstånd Rl, R2 och tre bipolära transistorer Q2, Q8 och Q9. Kretsblocket har två ingångar betecknade IN och CEX samt en utgång betecknad UT. Matningsspänning påläggs mellan anslutningarna GND och Vw.

Till ingången CEX ansluts en kondensator. Den har funktionen att ge ett abrupt omslag. QO och Ql bildar en buffert för att ingången IN inte skall belastas. På ingången IN inmatas i enlighet med fig. l signalen med frekvensen som skall detekteras.

CO och RO skapar tillsamman med RW för Ql en spänningspuls på styret av transistorn Q3. Q3 leder vid en spänning på dess styre w ff I'\ f- :_ _. . h., 'i .__ 6 mellan ca 1,5 volt och matningsspänningen VOO. Tiden under vilken transistorn QS leder blir då t = - CO x (RO + ROMOD) x ln[(VSs(O3)(RO + ROmOlfi/(VOO x RO)] För de valda komponentvärdena CO = 10 pF, RO = 100 kn och ROMOI, = 10,5 kQ erhålls, vid en matningsspänning VOO = ll volt, t = 2,1 ps. i DO är enbart en skyddsdiod som samlar upp negativa substratström- mar skapade genom omkopplingen av CO. QZ, Q8, Q9, Dl, Rl och R2 utgör en konstantströmgenerator. Ur kollektorn av Q2 erhålls en konstant ström 1 pA.

Q4 och Q5 är en symmetrisk inverterare som slår om vid VOO/Z (i detta fallet 5,5 volt). Denna spänning benämns VOOSLAO. Q6 och Q7 ger utsignalen UT till övriga block i den mcnolitiska kretsen, varvid O = giltig frekvens och l = ogiltig frekvens.

Utimpedansen för transistorn Q3 vid kollektorn erhålls ur sambandet för en fälteffekttransitorstruktur Ron = L/(pncox W(VGS _ Vr)) där L är transistorns längd, W är transistorn bredd, VOO är spänningen mellan styret och källelektroden eller emittern, VT är tröskelspänningen för styret eller grindelektroden, pn är mobiliteten för en n-kanalsstruktur och COX är kapacitansen för kondensatorn skapad med fältoxiden.

Eftersom tiden t utgörs av en RC-konstant kommer RON att förändra sig med spänningen på styret, ju lägre spänning på styret desto större RON. För att på ett enkelt sätt få ett mått på RON kan antas att RON förändrar sig linjärt med Vas, varvid i detta fall R'ON(O3, blir 2,56 kQ.

Kärnan i funktionen i enlighet med förfarandet enligt den 4» M3 cílçl) CJ 'x hm 7 föreliggande uppfinningen är att utimpedansen för transistorn.Q3 ändrar sig med frekvensen. Tilltiden är alltså konstant men inte periodtiden Romcamsnzx. = R'oN(Q3) X T/t' Spänningen för omslag blir om kollektorströmmen för Q2 är Ixmm Vonsms = Ixmz) X Romgsmsnzz. = IK(Q2) X R'on(Q3)ä X T/t Frekvensen f = l/T ger x t.

Imgz) x R'on(Qa)/Vonsma 1 uA, R'muæ, = 2,56 kQ, Vgßmm = 5,5 V och 222 Hz.

Exempelvis för Ixwæ t = 2,1 us erhålls f En sådan låg frekvens skulle enligt teknikens ståndpunkt kräva ett tämligen stort kondensatorvärde för att erhålla en RC- tidskonstant som motsvarar frekvensen som skall avkännas och diskrimineras, och en sådan kondensator skulle vara svår att integrera, medan en kondensator i storleken 10 pF i enlighet med den föreliggande uppfinningen är enkel att åstadkomma som en integrerad komponent enligt gängse processförfaranden vid framställning av integrerade kretsar. m «. r I.

Claims (5)

PATENTKRAV

1. Metod att detektera om en signal har en önskad på förhand fastställd frekvens eller'ej, utnyttjande en kondensator (C), ett motstånd (R), en transistor (Q) samt en konstantströmgenerator (I), k ä n n e t e c k n a d av _ matning av konstant ström (i) till transistorns kollektorsida, skapande av spänningsspikar med konstant varaktighet (t) via kondensatorn (C) och motståndet (R) in på transistorns styrelekt- rod, varvid spänningsspikarnas period (T) motsvarar den inmatade frekvensen (f=l/T) som skall detekteras, modulering av tillresistansen (RmJ för transistorns lednings- kanal och därmed påverkande dess utimpedans genom signalen på transistorns styrelektrod vid samtidig matning av konstant ström (i) till dess kollektor, erhållande av en spänning (VQ) över transistorns kollektorim- pedans lika med medelvärdet av tillresistansen (RWXT/t) för transistorns ledningskanal gånger den matade strömmen (i), jämförelse av den erhållna spänningen (VQ) med en referensspänf ning varvid erhålles en binär utsignal som har värdet 1 eller O, som en indikation.om frekvensen är mindre än ett på förhand fast- ställt värde genom det aktuella valet av komponentvärden.

2. Metod enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att transistorn (Q) företrädesvis utgörs av en fälteffekt- transistor med högimpedivt styre eller grindelektrod och försumbar kollektorström vid avslagen ledningskanal, varvid strömmen (i) från konstantströmgeneratorn endast kan matas genom transistorns ledningskanal under den period en spänningsspik på dess styre överskrider ett på förhand fastställt värde.

3. Metod enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att kondensatorn (C) utgörs av en mycket liten kapacitans, vilken integrerat framställs på en kiselplatta, varigenom en kretslösning enligt metoden enkelt möjliggör integration med konventionell teknik. f* “fi-Ü C.. l f.) 1 ÄKÜ .M3

4. Anordning för att detektera om en signal har en önskad på förhand fastställd frekvens eller ej för genomförande av en metod enligt krav l till 3 och vidare innefattande en konstantström- generator (I) och en nivådetektor (D), k ä n n e t e c k n a d av att anslutet mellan en ingång (IN) och nivådetektorn (D) för att fastställa om en frekvens understiger ett på förhand fastställt frekvensvärde är anordnat en koppling innefattande en fälteffekttransistor (Q) driven av konstantströmgeneratorn (I), ett motstånd (R) och en liten kondensator (C), varvid kopplingen för detektionsanordningen utgörs av monolitiskt integrerade komponenter.

5. Anordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att den utgör en del av en styrkrets för en DC/DC-omvandlare, varvid om den inkommande signalens frekvens är tillräckligt hög används den inkommande signalen för styrning, medan om den inkommande signalens frekvens är för låg kopplas styrkretsen om till en annan typ av reglering.