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专利名称：一种市电电压有效值计算电路的制作方法
技术领域：
一种市电电压有效值计算电路一、技术领域本发明涉及一种用于计算和校准市电交流电压有效值的电路，其具 有完成数字抽取的梳状滤波器和求绝对值，完成积分清零的滤波处理电路，以及可配置的 数字直接频率合成器和完成有效值累计的可清零计数器。二、背景技术在多种应用领域(例如多功能电表、数字万用表、交流电压表头)， 需要对50/60赫兹的交流电源的电压有效值进行计算。通常的有效值计算是通过低通滤 波、乘法器和平方根计算，这些方法的计算量大，结构复杂，并且很难对采样电路的线形偏 差进行校准。三、实用新型内容为了克服现有技术存在的缺点，本发明提出的计算和校准方法 结构简单、校准方便；本发明的特征在于采用了求绝对值运算、积分清零滤波器和可配置的 数字直接频率合成器、可清零计数器、定时器构成了针对标称50赫兹或者60赫兹的市电电 压有效值计算，计算精度能达到2%。。本实用新型所采用的技术方案为其主要包括了数字 抽取滤波器，取绝对值运算单元、积分清零滤波器(IDF)、可配置阈值的数字直接频率合成 器(DDS)、定时器、可清零的计数器。其中数字抽取滤波器完成了降低采样速率及滤除高频 噪声；取绝对值运算单元完成对数字抽取滤波器输出的取绝对值；积分清零滤波器(IDF) 完成绝对值运算单元输出的积分和清零，生成波动相对较小的直流信号；可配置阈值的数 字直接频率合成器(DDS)完成IDF输出的频率转换，生成一个频率与IDF输出成正比的脉 冲信号；定时器生成一个固定周期的定时信号；可清零的计数器完成对DDS输出进行计数， 并且定时器输出能对其复位，生成市电电压有效值。在本技术方案中，所述全新的市电电压有效值计算的电路，其特征在于，所述数字 抽取滤波器采用了 CIC (梳状滤波器)对ADC输入信号进行抗混叠处理和64倍抽取采样， 得到市电信号的实时波形数据，取绝对值运算单元对该波形数据做绝对值运算。在本技术方案中，所述全新的市电电压有效值计算的电路，其特征在于，所述积分 清零滤波器(IDF)采用了有限冲激响应的低通滤波器和抽取器组成，该抽取器对低通滤波 器输出进行抽取运算；在本技术方案中，所述全新的市电电压有效值计算的电路，其特征在于该可配置 阈值的数字直接频率合成器(DDS)采用了一个高精度累加器，该累加器的有效最高位MSB 作为输出脉冲信号。该数字直接频率合成器(DDS)对积分清零滤波器(IDF)的输出数据进 行数字一频率转换，得到相应频率的脉冲信号。在本技术方案中，所述的数字直接频率合成器(DDS)，其特征在于该DDS包含了一 个累加器、比较器、阈值暂存器(可配置阈值)，该累加器对DDS输入信号进行累加，该比较 器将该累加器的输出和可配置阈值进行比较，当累加器输出大于可配置阈值时，输出一个 脉冲信号。在本技术方案中，所述全新的市电电压有效值计算的电路，其特征在于该定时器 采用了高精度的计时单元，计时精度达到微秒，该定时器决定该可清零计数器的计数时间。在本技术方案中，所述全新的市电电压有效值计算的电路，其特征在于该可清零 的计数器采用了高精度的累加器，并且外部复位信号可随时对累加器进行清零操作，该可清零的计数器在固定时间内对DDS的输出脉冲信号进行计数。

图1为常用的市电电压有效值计算原理图图2为本发明的原理框图图3为可配置的数字直接频率合成器结构框图五具体实施方式
从图1可以看出，常用的有效值计算原理，抽取滤波器单元101 将来自ADC的数据采样率降低，平方运算单元102将输入采样信号进行自相乘运算，将输出 一个象征有效值的直流分量以及2倍频的输入交流信号，低通滤波器单元103是将输入信 号中的交流分量(100赫兹或者120赫兹)滤除，其输出就是有效值的平方，平方根计算单 元104对输入信号进行凯平方运算，输出有效值；本发明的有效值计算及校准的实现结构如图2所示。抽取滤波器单元111将数据 采样率降低到合适值，绝对值运算单元112对负值取反，输出均为正值；积分清零单元113 由简单的有限冲激响应的低通滤波器和抽取器组成，完成初级滤波；可配置阈值DDS单元 114根据输入信号幅度、DDS阈值大小，输出某一频率的脉冲，该脉冲的频率与输入信号幅 度成良好的线形关系，并且和DDS阈值的倒数成良好的线形关系，因此可以通过调整阈值 来校准ADC采样的线形偏差，DDS单元采用了 IMhz的时钟，DDS位宽是20位；计数器115对 输入信号的脉冲个数进行计数，定时器116产生固定的定时信号，对计数器115进行复位， 因此计数器115的累加值是和脉冲频率成正比，115的累加值可以用来表征市电有效值；图3是可配置阈值的DDS实现框图；累加器121对每个输入数据进行累加，将累加 结果同阈值作比较(累加值减去阈值)，如果大于阈值，则输出一个脉冲，并且将二者差值 作为下次累加的初值；本发明的有效值计算精度主要由积分清零滤波器(IDF)的清零时间、DDS时钟、 DDS位宽及定时器16的输出信号周期有关，本发明的精度可以达到0. 2% ；同时，由于采用了阈值可变的DDS单元，因此可以根据前级采样的线性偏差，相应 调整DDS的阈值，达到校准的目的。
权利要求一种市电电压有效值计算电路，其特征在于包括了数字抽取滤波器，取绝对值运算单元、积分清零滤波器(IDF)、可配置阈值的数字直接频率合成器(DDS)、定时器、可清零的计数器，其中数字抽取滤波器完成了降低采样速率及滤除高频噪声，取绝对值运算单元完成对数字抽取滤波器输出的取绝对值，积分清零滤波器(IDF)完成绝对值运算单元输出的积分和清零，生成波动相对较小的直流信号，可配置阈值的数字直接频率合成器(DDS)完成IDF输出的频率转换，生成一个频率与IDF输出成正比的脉冲信号，定时器生成一个固定周期的定时信号，可清零的计数器完成对DDS输出进行计数，并且定时器输出能对其复位，生成市电电压有效值。
2.根据权利要求1所述市电电压有效值计算电路，其特征在于该数字抽取滤波器采用 了 CIC(梳状滤波器)进行抗混叠处理，之后进行64倍抽取。
3.根据权利要求1所述市电电压有效值计算电路，其特征在于该积分清零滤波器 (IDF)采用了有限冲激响应的低通滤波器和抽取器组成。
4.根据权利要求1所述市电电压有效值计算电路，其特征在于该可配置阈值的数字直 接频率合成器(DDS)采用了一个高精度累加器，该累加器的有效最高位MSB作为输出脉冲 信号。
5.根据权利要求4所述的市电电压有效值计算电路，，其特征在于该DDS包含了一个累 加器、比较器、阈值暂存器(可配置阈值)，比较器将累加器的输出和可配置阈值进行比较， 当累加器输出大于可配置阈值时，输出一个脉冲信号。
6.根据权利要求1所述的市电电压有效值计算电路，其特征在于该定时器采用了高精 度的计时单元，计时精度达到微秒。
7.根据权利要求1所述市电电压有效值计算电路，其特征在于该可清零的计数器采用 了高精度的累加器，并且外部复位信号可随时对累加器进行清零操作。
专利摘要本实用新型名称一种市电电压有效值计算电路。本实用新型涉及到对市电的交流电压有效值进行计算和校准的全新电路。其特征在于它由数字抽取滤波器、积分清零滤波器(IDF)、可配置阈值的数字直接频率合成器(DDS)、定时器、可清零的计数器构成。针对50/60Hz的市电信号进行合理有效的积分清零滤波处理，同时使用高精度、可配置的高精度频率合成器和可清零计数器进行累计、校准，可以得到准确的测量结果，并且由于采用了全数字方式的校准电路，比传统的微调外部采用电阻的校准方式更精确、简单、可行。
文档编号G01R19/25GK201773147SQ20102013221
公开日2011年3月23日 申请日期2010年3月16日 优先权日2010年3月16日
发明者付永文, 缑刚 申请人:付永文;缑刚