專利名稱：接地故障斷路器及其方法
接地故障斷路器及其方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明一般涉及測量系統(tǒng)，并且更加具體地是涉及關(guān)于電信號的測量系統(tǒng)。
技術(shù)背景
用于測量或計算電信號比如電流、電壓、和功率的電路以及用于測量和計算電參 數(shù)比如阻抗、導納、相位關(guān)系的電路被用于多種應(yīng)用，包括了阻抗測量、負載檢測和校準、安 全系統(tǒng)、智能電網(wǎng)、傳感器接口、汽車系統(tǒng)、自檢測系統(tǒng)等等。例如，被用來確定系統(tǒng)阻抗的 電路可包括與負載串聯(lián)放置的電阻器，以使流過電阻器的電流能夠被用來確定流過負載的 電流。該技術(shù)的不足之處在于降低了輸入電壓的范圍、消耗了大片面積的用來制造電路的 半導體材料、限制了電路元件的頻率、以及需要極精確的電路元件。
在一些應(yīng)用中，可能需要探測接地故障狀況。一種用于探測該狀況的技術(shù)是當電 感器-電阻器-電容器網(wǎng)絡(luò)被暴露在接地點對中性點狀況下時建立其中的諧振。諧振可通 過將脈沖送達包括運算放大器的正反饋系統(tǒng)來建立?？晒┻x擇地，穩(wěn)態(tài)激勵能夠被送達至 電路，該電路隨后監(jiān)控波形輪廓中的明顯改變。這些技術(shù)的不足之處在于，它們很容易發(fā)生 會降低探測精確度的溫度漂移和制造漂移(shift)。
相應(yīng)地，具有用于確定電路元件的電子參數(shù)和電信號的電路和方法將是很有利 的。對于該電路和方法而言將會更加有利的是實現(xiàn)了成本效益。


本發(fā)明將通過結(jié)合所附示意圖閱讀以下詳細描述來更好地理解，其中相同的參考 符號指示相同的元件，其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明實施方式的測量電路的方框圖2是根據(jù)本發(fā)明實施方式的一部分測量電路的方框圖3是根據(jù)本發(fā)明實施方式的關(guān)于隨機化接地點對中性點測量的定時的電路模 塊的方框圖4是根據(jù)本發(fā)明實施方式的關(guān)于隨機化接地點對中性點測量的定時的波形圖5是關(guān)于圖1中一部分電路模塊的定時圖6示出關(guān)于圖1中一部分電路模塊的臨界值圖7是根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的測量電路的示意圖8是根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的測量電路的示意圖9是根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的測量電路的示意圖10是根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的測量電路的示意圖11是根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的測量電路的示意圖12是根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的測量電路的示意圖13是根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的測量電路的示意圖；以及
圖14是根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的測量電路的示意圖。
具體實施方式
一般來說，本發(fā)明提供具有不同元件的接地故障斷路器，其包括阻抗測量電路。根 據(jù)本發(fā)明的實施方式，跨導運算放大器(OTA)生成多個輸出信號。例如，OTA可產(chǎn)生多個輸 出電流，這里第二、第三、第四等電流是第一電流的備份?？晒┻x擇地，OTA可生成多個輸出 電壓，這里多個輸出電壓中的每個輸出電壓都正比于OTA的輸出電流。當OTA生成多個輸出 電流時，它們可作為電流被輸入到相應(yīng)的混合器，或者它們可被轉(zhuǎn)換成輸出電壓，其被輸入 到相應(yīng)混合器中。調(diào)制器可用來通過同相信號調(diào)制來自O(shè)TA的至少一個電流或電壓信號， 導致由低通濾波器過濾以通過混合信號的基帶電壓的已調(diào)制信號。優(yōu)選地，同相信號與到 OTA的輸入信號同相。低通濾波器的輸出信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器被數(shù)字化，以便確定多個實阻 抗水平，或者通過比較器確定具體的實阻抗。此外，調(diào)制器可被用來通過相移信號調(diào)制來自 OTA的至少一個電流或電壓信號，導致由低通濾波器過濾的已調(diào)制信號，這里所述已調(diào)制信 號指示負載的電抗性阻抗。電抗性分量被模數(shù)轉(zhuǎn)換器或比較器數(shù)字化。優(yōu)選地，相移信號 從OTA輸入端子上的信號被相移90度。
根據(jù)可供選擇的實施方式，電路能夠被配置成僅測量同相阻抗或者僅測量交軸阻 抗(quadrature impedance)。此外，通過在不同時刻執(zhí)行測量，單個調(diào)制器可被用來測量同 相阻抗和交軸阻抗。
此外，本發(fā)明的實施方式適合用于與單繞單電流變壓器電路相關(guān)的GFCI電路，由 此形成基于單繞單電流變壓器的阻抗測量電路。使用單繞單電流變壓器電路的優(yōu)勢在于它 們可被較廉價地實現(xiàn)。
圖1、2、和3是根據(jù)本發(fā)明實施方式的接地故障斷路器(GFCI)模塊10的方框圖。 出于清楚說明的目的，將圖1、2、和3在一起描述。GFCI模塊10包括數(shù)字控制電路12、接 地點對中性點(G-N)探測隨機數(shù)發(fā)生器16、以及數(shù)字濾波器18，所述數(shù)字控制電路12被耦 合以用于從電源電平/過零探測器電路14接收輸入信號。從數(shù)字濾波器18接收的信號可 通過具有N個互連的總線連接被傳輸，這里N為整數(shù)，并且從電源電平探測器電路14所接 收的信號可通過具有M個互連的總線連接被傳輸，這里M為整數(shù)。整數(shù)N和M可以彼此相 同，或者它們可以彼此不同。數(shù)字控制電路12被耦合以用于將信號傳輸?shù)綌?shù)字濾波器18、 到激勵波形發(fā)生器20、到開關(guān)22、以及到偏移校正電路24。雖然濾波器18被描述為數(shù)字濾 波器，但其不是本發(fā)明的限制。濾波器18可以是模擬濾波器。
根據(jù)實施方式，電源電平/過零探測器電路14通過具有K個互連的總線連接來連 接到斜率探測器四，這里K為整數(shù)。斜率探測器四通過連接29A和29B連接到自測試控 制器15，這里斜率探測故障信號(SD_FAULT)通過連接29A被傳輸?shù)阶詼y試控制器15，并且 通過連接29B從自測試控制器15接收斜率探測使能信號(SD_EN)。斜率探測器四連接到 螺線管控制器17，其連接到螺線管或者通過螺線管/電源連接器19連接到電源。斜率探 測器四和螺線管控制器17之間的連接將螺線管使能信號(S0L_EN)傳輸?shù)铰菥€管控制器 17。自測試控制器15通過輸出端子15A連接到G-N探測器56，并且通過輸出端子15B連接 到差分電流探測器58。此外，自測試控制器15具有輸出端子15C和輸出端子15D，通過輸 出端子15C，內(nèi)部或外部的接地故障激勵使能信號被傳輸，通過輸出端子15D內(nèi)部G-N阻抗 使能信號被傳輸?？晒┻x擇地，斜率探測器四可被省略，在這種情況下，電源電平/過零探測器電路14通過具有K個互連的總線連接來連接到自測試控制器15。在該實施方式中，自 測試控制器15連接到螺線管控制器17。電源電平/過零探測器14通過限流器21連接到 螺線管/電源連接器19并連接到限壓器23。
電源/線路電平探測器電路14的輸入端子連接到受GFCI模塊10監(jiān)控的供電源 或者電路的線路電平?？赏ㄟ^保護結(jié)構(gòu)例如圖2中所示的限流器21連接。舉例來說，限流 器21為電阻器。電源電平探測器電路14將電源電平傳遞給數(shù)字控制電路12，并且能夠指 示在極性轉(zhuǎn)換期間電源電平何時穿過中性點電平，或者其能夠指示何時使用其它電平。在 自測試期間，電源電平探測器電路14能夠指示對數(shù)字控制電路12而言何時激活外部設(shè)備 例如可控硅整流器(SCR)以測試GFCI螺線管是安全的。此外，電源電平探測器電路14能 夠用于通過監(jiān)控在電源電壓電平上外部設(shè)備的跳閘(trip)的影響來確定外部設(shè)備是否正 常地工作。例如，數(shù)字控制電路12可激活外部晶體管或SCR以拉動電流通過外部螺線管。 當電流被拉動通過晶體管或SCR時，電源電壓以與穩(wěn)態(tài)工作速率不同的速率減小或者降落 (droop)，即電源電壓的斜率有所改變。電源電壓減小的速率能夠通過電源電平探測器電路 14測量，以便確定外部設(shè)備是否正常工作。引入在斜率上的小改變增加了在過零點之后的 窗(window)并且指示SCR何時能夠被激活，在所述窗期間內(nèi)能夠測試電路。因此，電平探 測器電路14根據(jù)電源電壓電平減小的速率生成工作狀況信號，其指示電路是否正常工作 或者對數(shù)字控制電路12而言激活外部設(shè)備是否安全。
接地點對中性點探測隨機數(shù)發(fā)生器16被用來確定GFCI模塊10何時應(yīng)當檢查接 地點對中性點故障。如果多個GFCI模塊10被用在相同的電源電路上，且如果一個GFCI模 塊10和另一 GFCI模塊10在相同時刻操作接地點對中性點測量時，則一個GFCI模塊10可 能會干擾另一 GFCI模塊10。因此，有利的是隨機化接地點對中性點測量的定時。G-N探測 隨機數(shù)發(fā)生器16隨機化接地點對中性點測量之間的定時以最小化干擾它們的可能性。圖 3是關(guān)于隨機化接地點對中性點測量的定時的電路模塊31的方框圖?；趦?nèi)部時鐘的半 波周期計數(shù)器33被連接，用于將隨機數(shù)種子傳輸至隨機數(shù)發(fā)生器35，其被連接，用于將隨 機數(shù)發(fā)生信號傳輸至G-N定時控制電路37。此外，G-N定時控制電路37被連接用于從過零 計數(shù)器38接收過零計數(shù)信號，并且生成G-N測試使能信號。G-N定時控制電路37可以是 在G-N探測隨機數(shù)發(fā)生器16內(nèi)的子模塊。隨機化可基于如圖4中示出的電源循環(huán)的給定 周期中時鐘振蕩的數(shù)量。圖4中所示為曲線圖41，其示出具有三個過零點的電源循環(huán)和基 于計數(shù)器的隨機數(shù)種子，所述計數(shù)器在電源循環(huán)的半周期內(nèi)計數(shù)。
偏移校正電路M被用來最小化跨導運算放大器(0TA)28的有效偏移。如果隔直 電容器未被用來與電流變壓器51串聯(lián)，則OTA 28中的偏移電壓將產(chǎn)生通過電流變壓器51 的DC電流。該DC電流將影響差分電流探測器電路58所進行的差分電流測量的精確度。偏 移校正探測器M移除OTA觀的偏移，并且保護差分電流測量的精確度。有利的另一原因 是，其允許用較少的繞組實現(xiàn)電流變壓器51。
GFCI模塊10還包括電路元件參量測量網(wǎng)絡(luò)沈，其包括偏移校正電路M、跨導運算 放大器(OTA) 28、同相阻抗探測器30、以及電抗性阻抗探測器32。舉例來說，電路元件參量 測量網(wǎng)絡(luò)沈是阻抗測量網(wǎng)絡(luò)，即由網(wǎng)絡(luò)沈所測量的電路元件參量為阻抗。偏移校正電路 24的反相輸入端子通常連接到OTA 28的輸出端子25和連接到電流變壓器51原繞組50的 端子52，并且偏移校正電路M的非反相輸入端子連接到開關(guān)22的端子。偏移校正電路M6的輸出端子連接到OTA^的相應(yīng)輸入端子。更具體地，偏移校正電路M的輸出端子連接到 OTA 28的反相輸入端子，并且偏移校正電路M的另一輸出端子連接到OTA 28的非反相輸 入端子。開關(guān)22的控制端子被耦合，用于從數(shù)字控制電路12接收控制信號，并且開關(guān)22 的另一端子被耦合，用于接收偏壓Vbias并耦合到原繞組50的端子M。
同相阻抗探測器30的輸出端子34連接到接地點對中性點(G-N)探測器56并且電 抗性阻抗探測器32的輸出端子36連接到數(shù)字濾波器18。輸出端子34和36充當電路元件 參量測量網(wǎng)絡(luò)沈的輸出端子。OTA觀的輸出端子2、連接到差分電流探測器58的輸入端 子，并且差分電流探測器58的輸出端子可通過具有P個互連的總線連接來連接到數(shù)字濾波 器18的輸入端子，這里P為整數(shù)。應(yīng)當注意的是，參考符號“ J”表示整數(shù)并且已被附加到 參考符號27以指示一個或多個輸出端子，例如，輸出端子27p272、273，等等，其可從OTA 28 延伸出來。在一些實施方式里，其中從OTA觀輸出的電信號是電流，且優(yōu)選的是，同相阻抗 探測器30、電抗性阻抗探測器32、差分電流探測器58中的每一個都連接到來自O(shè)TA 28的 其自己的輸出端子。例如，當OTA觀的輸出信號是電流，輸出端子27i連接到同相阻抗探 測器30，輸出端子272連接到電抗性阻抗探測器32，并且輸出端子273連接到差分電流探測 器58。
GFCI模塊10包括的子模塊能夠執(zhí)行阻抗測量，其包括接地點對中性點電阻測量 和電流變壓器電抗性阻抗測量，即自檢測；差分電流測量電平檢測；OTA偏移校正；接地點 對中性點電平探測；電源/線路電壓電平檢測；激勵生成；接地點對中性點探測隨機數(shù)發(fā) 生；數(shù)字故障過濾；或者類似任務(wù)。
根據(jù)其中測量了阻抗的實施方式，波形激勵發(fā)生器20產(chǎn)生電信號或波形，其通過 開關(guān)22傳輸?shù)狡菩Ｕ娐稭的非反相輸入端子。應(yīng)當注意的是，波形激勵發(fā)生器20可 生成具有單個頻率的波形，或者具有彼此不同頻率的多個波形。舉例來說，為了確定是否 發(fā)生真實的故障，波形激勵發(fā)生器20可生成每個都具有不同頻率的三個波形。GFCI 10包 括表決(voting)算法以確定故障何時發(fā)生。更具體地，GFCI 10基于大多數(shù)波形頻率確定 故障已發(fā)生，例如，如果使用三個波形中的兩個探測出故障狀況，則GFCI 10指示故障的發(fā) 生。這類算法針對如果在系統(tǒng)上有被完美定準(aligned)的噪聲信號則可能出現(xiàn)的錯誤跳 閘來進行保護。
偏移校正電路M將電信號傳輸?shù)絆TA觀的非反相輸入端子。因為OTA觀被配 置成跟隨器，在其輸出端子25上的電信號跟隨在其非反相輸入端子的電信號。因此，在OTA 28的非反相輸入端子上出現(xiàn)的電信號被傳輸?shù)捷敵龆俗?5和電流變壓器51的輸入端子 52。電流變壓器51的輸入端子M被耦合，用于接收偏壓VBIAS。OTA觀產(chǎn)生與在輸出端子 25上出現(xiàn)的電信號成比例的電信號，并將該成比例的電信號從輸出端子2、傳輸?shù)酵嘧?抗探測器30、交軸阻抗探測器或電抗性阻抗探測器32、以及差分電流探測器58。應(yīng)當注意 的是，參考符號“J”已被附加到參考符號27以指示一個或多個輸出端子可從OTA^延伸出 來，并且提供出現(xiàn)在輸出端子25上的電流的拷貝。如上面所討論的，當從OTA觀輸出的電 信號是電流，則優(yōu)選的是具有從OTA^分別延伸到同相阻抗探測器30、電抗性阻抗探測器 32、和差分電流探測器58的輸出端子27i、272jn 273。可供選擇地，輸出端子27i、272jn 273 可由連接到開關(guān)(未顯示)的單個輸出端子代替，所述開關(guān)切換來自同相阻抗探測器30、電 抗性阻抗探測器32、與差分電流探測器58之間的單個輸出端子的電流。
同相阻抗探測器30探測關(guān)于電流變壓器51的電流變壓器負載的阻抗的實分量或 部分，并且將電流或電壓信號傳輸?shù)紾-N探測器56，其與電流變壓器51的阻抗的所述分量 或部分成比例。G-N探測器56確定該阻抗是否會導致故障。電抗性阻抗探測器或交軸阻抗 探測器32探測關(guān)于電流變壓器51的電流變壓器負載的阻抗的電抗性分量或部分，并且將 電流或電壓信號傳輸?shù)綌?shù)字濾波器18，其與電流變壓器51的阻抗的所述分量或部分成比 例。數(shù)字濾波器18確定該電抗性分量是否在可接受的范圍內(nèi)。例如，過低的電抗性阻抗可 指示該電流變壓器未正確地連接到網(wǎng)絡(luò)26。
根據(jù)實施方式，差分電流測量可通過操作開關(guān)22實現(xiàn)，使得偏移校正電路M的非 反相輸入端子連接到偏壓Vbias。在輸出端子25上的電信號通過OTA觀的反饋配置驅(qū)動到 電壓VBIAS。在該配置中，電流變壓器51的輸入端子52和M被驅(qū)動到電壓電平VBIAS。通過 電流變壓器51次級繞組的任何差分電流將感生出通過電流變壓器51原繞組的電流。將感 生電流提供到輸出端子25，以將輸出端子25上的電壓維持在電壓Vbias上。OTA觀產(chǎn)生或 生成與輸出端子273上的感生電流成比例的感生電流的拷貝，其被傳輸?shù)讲罘蛛娏魈綔y器 58的輸入端子。差分電流探測器58生成輸出電流，該輸出電流被傳輸?shù)綌?shù)字濾波器18，其 基于差分電流電平以及該電流電平存在的時間量來確定是否已出現(xiàn)差分電流故障。數(shù)字濾 波器18的過濾定時(filter timing)可基于電路10的狀況動態(tài)地調(diào)整。例如，在初始啟 動時，可能有利的是最小化過濾定時以快速捕捉線路故障。然而，在普通操作期間內(nèi)可能有 利的是，增加過濾定時以最小化噪聲在電源線路上的影響。圖5和6示出根據(jù)本發(fā)明實施 方式的數(shù)字濾波器18的定時。圖5是定時圖43，其顯示了差分故障電流與允許GFCI模塊 10通過放開電接觸以對故障進行反應(yīng)的時間之間的關(guān)系的曲線圖45。圖6示出關(guān)于被監(jiān) 控的差分電流的每個分段線性部分的滾動窗。更具體地，數(shù)字濾波器18能夠監(jiān)控其中能夠 操作GFCI模塊10的數(shù)個狀態(tài)。每個狀態(tài)與用于識別接地故障的不同臨界值電平相關(guān)。在 啟動狀態(tài)或相位內(nèi)，可為數(shù)字濾波器18內(nèi)的子模塊的啟動故障臨界值計數(shù)器被編程為具 有啟動故障臨界值計數(shù)。在操作的穩(wěn)態(tài)或穩(wěn)態(tài)相位期間，數(shù)字濾波器18可具有故障臨界值 計數(shù)器，其被編程為具有穩(wěn)態(tài)故障臨界值計數(shù)，其不同于且優(yōu)選地高于在啟動狀態(tài)或相位 期間的啟動故障臨界值計數(shù)。應(yīng)當注意的是，故障臨界值計數(shù)器可為計時器，使得當故障超 過故障臨界值一段預定時間周期的時間時，出現(xiàn)線路故障。狀態(tài)的數(shù)量不限于啟動狀態(tài)和 穩(wěn)態(tài)的數(shù)量。例如，GFCI模塊10可在由環(huán)境或外部狀況所確定的狀態(tài)或相位中操作。舉例 來說，GFCI模塊10可在非理想環(huán)境狀況，比如部分停電狀況即電源電壓不足或負半波期間 內(nèi)操作，或者模塊10可在其中不需維持給一部分電路例如電路的模擬部分供電的狀況內(nèi) 操作。因此，部分電路可被斷電。當停電的狀況結(jié)束，或者曾經(jīng)斷電的部分電路回到通電狀 態(tài)，則來自數(shù)字濾波器18的一部分輸出信號可丟失。相應(yīng)地，可能期望開始GFCI模塊10， 使得數(shù)字濾波器18處于啟動狀態(tài)，即被編程以具有啟動故障臨界值計數(shù)，或者數(shù)字濾波器 18可被編程以具有故障臨界值計數(shù)，其低于啟動故障臨界值計數(shù)，低于穩(wěn)態(tài)故障臨界值計 數(shù)，在啟動故障臨界值計數(shù)與穩(wěn)態(tài)故障臨界值計數(shù)之間，或者大于穩(wěn)態(tài)故障臨界值計數(shù)，以 滿足一組具體指定的定時需求。相應(yīng)地，能夠有一個狀態(tài)、兩個狀態(tài)、三個狀態(tài)、四個狀態(tài)、 或者更多個狀態(tài)。此外，穩(wěn)態(tài)可包括依賴于電路配置和外部狀況的一個或多個狀態(tài)。
雖然故障臨界值計數(shù)已被描述成包括觸發(fā)故障的固定數(shù)量的計數(shù)，但其不是本發(fā) 明的限制?？晒┻x擇地，故障臨界值能夠基于十進制比率值。例如，故障臨界值可以是過臨界值計數(shù)器的計數(shù)與半波周期計數(shù)器的計數(shù)的比率，或者過臨界值計數(shù)器的計數(shù)與電源頻 率的比率。使用十進制比率方式的有利之處在于，其提供了對AC源的變化的免除。
圖6示出滾動時間窗47，在其上曲線圖45的線性部分關(guān)于差分故障電流被監(jiān)控。 舉例來說，數(shù)字濾波器18有四個故障臨界值計數(shù)器53、55、57、和59。然而，其不是本發(fā)明 的限制?？梢杂蠵個故障臨界值計數(shù)器，這里P為整數(shù)。故障臨界值計數(shù)器53是啟動臨界 值計數(shù)器。故障臨界值計數(shù)器53是啟動臨界值計數(shù)器。故障產(chǎn)生在滾動時間窗47中的 故障脈沖61，其具有不同的幅度、不同的脈沖寬度、以及不同的脈沖臨界值。這些脈沖具有 關(guān)于每個故障阻抗值的不同寬度。圖6還示出帶有故障臨界值計數(shù)或者定時電平Fth-1、Fth-2.....Fth-P的故障電流波形63。當達到故障時間或故障計數(shù)的最小臨界值時，GFCI模塊10指示故障已發(fā)生，S卩如果故障時間或計數(shù)超過關(guān)于第一時間周期或計數(shù)數(shù)量的故 障臨界值，則已發(fā)生線路故障。數(shù)字濾波器18關(guān)于預定的最小時間周期監(jiān)控GFCI模塊10， 而且如果沒有探測到故障脈沖，則GFCI模塊10繼續(xù)普通的操作模式。如果探測到故障脈 沖，GFCI模塊10測量脈沖的持續(xù)時間和強度，并且根據(jù)電源電平電壓減小的速率生成工作 狀況信號。
雖然由OTA 28生成并且被傳輸?shù)讲罘蛛娏魈綔y器58的電信號已被描述為電流， 但其不是本發(fā)明的限制?？晒┻x擇地，從OTA觀傳輸?shù)碾娦盘柨梢允桥c感生電流成正比例 的電壓。
圖7-14示出包括在GFCI模塊10中電路元件參量測量網(wǎng)絡(luò)的實施方式。圖7_14 中的電路元件參量測量網(wǎng)絡(luò)測量阻抗。然而，應(yīng)當理解的是，其不是本發(fā)明的限制。當GFCI 模塊10測量阻抗，并且被耦合到單繞單電流變壓器時，其被稱為單繞單電流變壓器阻抗測 量電路。
圖7是根據(jù)本發(fā)明實施方式的電路元件參量測量網(wǎng)絡(luò)200的方框圖。圖7中所示 為跨導運算放大器0)ΤΑ) 202，其具有非反相輸入端子204、反相輸入端子206、以及輸出端 子210和212。應(yīng)當注意的是，OTA 202類似于根據(jù)圖1所顯示和描述的OTA 28。非反相 輸入端子204被耦合以接收具有頻率fc的電信號Vin (fc)，并且反相輸入端子206連接到 輸出端子210。優(yōu)選地，電子輸入信號Vin(fc)是電壓信號。更加優(yōu)選地，電信號Vin(fc)是 周期性的電壓信號，例如正弦波。應(yīng)當注意的是，電信號VIN(fc)可以是DC信號，即頻率fc 等于零。OTA 202的輸出端子210通過電容器214耦合到負載216。舉例來說，負載216是 具有電路元件參量的負載阻抗，所述電路元件參量具有實分量和電抗性分量。例如，當負載 216是阻抗時，該阻抗具有幅度和相位。要注意的是，電容器214是可以被省略的可選電路 元件。
OTA 202的輸出端子212通過電流到電壓(I/V)轉(zhuǎn)換器218耦合到調(diào)制器220和 222。調(diào)制器220的輸入端子2 和調(diào)制器222的輸入端子2 連接到I/V轉(zhuǎn)換器218的輸 出端子以形成節(jié)點224。舉例來說，I/V轉(zhuǎn)換器218可以是電阻器，通過該電阻器電流Im(fc) 流動生成電壓Vn (fc)。調(diào)制器220還具有輸入端子230和輸出端子232，所述輸出端子230 被耦合，用于接收調(diào)制信號Vs (fc)，而輸出端子232連接到低通濾波器(LPF) 236的輸入端 子234。調(diào)制信號Vs (fc)可為周期性信號，例如正弦波、方波、鋸齒波，等等。應(yīng)當注意的是， 調(diào)制信號Vs (f c)是與輸入信號Vin (f c)相同類型的信號，并且具有與輸入信號Vin (f c)相同 的頻率。優(yōu)選地，調(diào)制信號Vs (fc)是正弦波。模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 238連接到LPF 236的輸出端子。輸出信號Zmac216出現(xiàn)在ADC 238的輸出端子239上。調(diào)制器220和LPF 236形成 同相或?qū)嵶杩固綔y器觀0。
調(diào)制器222具有輸入端子240和輸出端子M2，輸入端子240被耦合用于通過相移 元件244接收調(diào)制信號VSP(fc)，輸出端子242耦合到LPF 248的輸入端子M6。相移元件 244移動調(diào)制信號Vs (fc)的相位以產(chǎn)生相移調(diào)制信號Vsp (fc)，其具有與調(diào)制信號Vs (fc)相 同的頻率和幅度，但不同的相位。例如，信號Vs(fc)和VSP(fc)可具有90度的相位差，例如 信號VSP(fc)與信號Vs (fc)有90度相位差。ADC 250連接到LPF 248的輸出端子。輸出信 號Zphase216出現(xiàn)在ADC 250的輸出端子252上。調(diào)制器222和LPF 248形成交軸阻抗探測 器觀2。交軸阻抗探測器282也被稱為虛阻抗探測器或電抗性阻抗探測器。
在操作時，輸入電壓Vin (fc)被應(yīng)用到OTA 202的輸入端子204。響應(yīng)于輸入電壓 Vin (fc)，OTA 202生成電流Itx (fc)，其從輸出端子210流過電容器214并進入負載216，由此 在輸出端子210上生成電壓Vtx (fc)。因為輸出端子210連接到輸入端子206，電壓Vtx (fc) 出現(xiàn)在輸入端子206上。因此，OTA 202緩沖到負載216的輸入信號VIN(fc)。此外，OTA 202生成電流Itx(fc)的拷貝，并且傳導該電流通過輸出端子212。電流Itx(fc)的拷貝以電 流I (fc)為標簽，并且被稱為拷貝電流或者復制電流。電流In(fc)被傳輸?shù)絀/V轉(zhuǎn)換器 218，其在節(jié)點2 上生成電壓Vm (f C)。
響應(yīng)于電壓Vn (fc)和Vs (fc)，調(diào)制器220在輸出端子232上生成輸出電壓Vmqd」。 輸出電SVmu等于被向下移至基帶(即，被向下推移至DC)的電流Itx(fc)的幅度或?qū)嵅?分。LPF 236過濾輸出電壓Vmqd i以移除任何高頻噪聲，并且ADC 238數(shù)字化被過濾的輸出 電壓Vmu以形成數(shù)字代碼Zme216，其表示負載216阻抗的幅度，即被數(shù)字化的信號表示負載 216阻抗的分量的幅度。
響應(yīng)于電壓Vm (fc)和Vsp (fc)，調(diào)制器222在輸出端子242上生成輸出電壓Vmqd Q。 LPF 248過濾輸出電壓Vmqd Q以移除任何高頻噪聲，并且ADC 250數(shù)字化被過濾的輸出電壓 VM0D_Q以形成數(shù)字編碼ZPHASE216，其表示負載216阻抗的相位，即被數(shù)字化的信號表示負載216 阻抗的正交分量。
圖8是根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的電路元件參量測量網(wǎng)絡(luò)270的示意圖。網(wǎng)絡(luò)270 包括OTA 202、電容器214、負載216、LPF 236和對8、以及ADC 238和250，其已在上面根據(jù) 圖2進行了描述。此外，網(wǎng)絡(luò)270包括電壓/電流復制器和反相器塊218A，其具有輸出端子 217和輸出端子219，所述輸出端子217通常連接到開關(guān)觀4的輸入端子288并連接到開關(guān) 312的輸入端子316以形成節(jié)點223，所述輸出端子219通常連接到開關(guān)四6的端子300并 連接到開關(guān)304的端子308以形成節(jié)點271。網(wǎng)絡(luò)270還包括的開關(guān)觀4，其具有控制端子 觀6、連接到節(jié)點223的端子觀8、以及連接到LPF 236輸入端子234的端子四0。控制端子 286被耦合，用于通過反相器四2接收調(diào)制信號VsB (fc)，即反相器292的輸入端子被耦合用 于接收調(diào)制信號Vs (fc)，并且反相器四2的輸出端子連接到開關(guān)觀4的控制端子觀6，用于 傳輸被反相的調(diào)制信號VsB(fc)。節(jié)點271通過開關(guān)296耦合到LPF 236的輸入端子234， 所述開關(guān)296具有控制端子四8以及端子300和302?？刂贫俗?98被耦合用于接收調(diào)制 信號Vs (fc)，端子300連接到節(jié)點271，并且端子302連接到LPF 236的輸入端子234。
此外，節(jié)點271通過開關(guān)304耦合到LPF 248的輸入端子M6，所述開關(guān)304具有控 制端子306以及端子308和310。更具體地，控制端子306被耦合用于接收調(diào)制信號Vsp(fc)，端子308連接到節(jié)點271，并且端子310連接到LPF 248的輸入端子246。開關(guān)312具有控 制端子314、316和318，所述端子314被耦合用于從反相器320接收調(diào)制信號VspB (fc)，所 述端子316通常連接到開關(guān)284的端子288并連接到電流-電壓轉(zhuǎn)換器218A的端子217， 所述端子318通常連接到LPF 248的輸入端子246并連接到開關(guān)304的端子310。在操作時，輸入信號Vin (fc)在OTA 202的輸入端子204上被接收。響應(yīng)于輸入信 號VIN(fc)，OTA 202生成電流Itx(fc)，其從輸出端子210流過電容器214并進入負載216， 由此在輸出端子210上生成電壓Vtx(fc)。因為輸出端子210連接到輸入端子206，電壓 Vtx(fc)出現(xiàn)在輸入端子206上。因此，OTA 202緩沖到負載216的輸入信號VIN(fc)。此 外，OTA 202生成電流Itx(fc)的拷貝，并且傳導該電流通過輸出端子212。電流Itx(fc)的 拷貝以電流IM(fc)為標簽，并且被稱為拷貝電流或者復制電流。電流IM(fc)被傳輸?shù)絀/ V轉(zhuǎn)換器218A，并且被轉(zhuǎn)換成出現(xiàn)在節(jié)點271上的電壓Vmp (fc)和出現(xiàn)在節(jié)點223上的電 壓 Vnm (f C)。應(yīng)當注意的是，調(diào)制信號Vs (fc)控制開關(guān)284和296，并且調(diào)制信號Vsp(fc)控制 開關(guān)304和312。當調(diào)制信號Vs(fc)為邏輯高電壓電平時，開關(guān)284閉合并且開關(guān)296打 開，而且當調(diào)制信號Vs (fc)為邏輯低電壓電平 時，開關(guān)284打開并且開關(guān)296閉合。當調(diào) 制信號Vsp(fc)在邏輯高電壓電平上時，開關(guān)304閉合并且開關(guān)312打開，而且當調(diào)制信號 Vsp (fc)在邏輯低電壓電平上時，開關(guān)304打開并且開關(guān)312閉合。因此，開關(guān)284和296被 打開和閉合，以便將信號Vnn (fc)與VsB (fc)彼此相乘，并且將信號Vmp (fc)與^(位)彼此 相乘。這些信號的乘法形成乘積信號，其被組合以形成在LPF 236的輸入端子234上的電壓 信號VMau。輸出電壓Vm i等于被向下推移至基帶(即被向下推移至DC)的電流Itx(fc)的 幅度或?qū)嵅糠?。因為信?fc)和Vnp(fc)是全差分信號，則輸入信號Vin (fc)的DC分量 被移除，由此增加了網(wǎng)絡(luò)270的噪聲免除。LPF 236過濾輸出電壓Vmot i以移除任何高頻噪 聲，并且ADC 238數(shù)字化被過濾的輸出電壓Vmqd工以形成數(shù)字代碼Zme216，其表示負載216的 阻抗的幅度，即被數(shù)字化的信號表示負載216的阻抗的同相分量的幅度。開關(guān)284和296、 反相器292、以及LPF 236形成同相或?qū)嵶杩固綔y器280A。相類似地，開關(guān)304和312被打開和閉合，以便將信號Vnn(fc)與^忐(位)彼此相 乘，并且將信號Vmp(fc)與VsP(fc)彼此相乘。這些信號的乘法形成乘積信號，其被組合以 形成在LPF 248的輸入端子246上的電壓信號Vmqd Q。LPF 248過濾輸出電壓Vmqd Q以移除 任何高頻噪聲，并且ADC 250數(shù)字化被過濾的輸出電壓Vmqd Q以形成數(shù)字代碼Zphase216,其表 示負載216的阻抗的相位，即被數(shù)字化的信號表示負載216阻抗的正交分量。開關(guān)304和 312、反相器320、相移元件244、以及LPF 248形成交軸阻抗探測器282A。交軸阻抗探測器 282A也被稱為虛阻抗探測器或者電抗性阻抗探測器。圖9是根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的電路元件參量測量網(wǎng)絡(luò)350的示意圖。圖9中 所示為通過電容器214耦合到負載216的OTA 202A。OTA 202A類似于OTA 202但具有三 個輸出端子210、212和215而不是OTA 202的兩個輸出端子210和212。因為OTA 202A具 有三個輸出端子，參考符號“A”已被附加到參考符號“202”，以便在圖2中的OTA 202與圖 8中的跨導運算放大器之間進行區(qū)別。類似于根據(jù)圖7描述的網(wǎng)絡(luò)270，OTA 202A的輸出 210通過電容器214耦合到負載216。網(wǎng)絡(luò)350包括的節(jié)點223通過開關(guān)284耦合到LPF 236的輸入端子234，并且耦合到電流-電壓轉(zhuǎn)換器218A的輸出端子217A。更具體地，開關(guān)284具有控制端子286、連接到節(jié)點223的端子288、以及連接到LPF 236的輸入端子234的端子290。控制端子286被耦合用于從反相器292接收調(diào)制信號VsB (fc)，即反相器292的 輸入端子被耦合用于接收調(diào)制信號\ (fc)，并且反相器292的輸出端子連接到開關(guān)284的 控制端子286用于傳輸反相器調(diào)制信號VsB (fc)。LPF236的輸入端子234通過開關(guān)296耦 合到電流_電壓轉(zhuǎn)換器218A的輸出端子219A，所述開關(guān)296具有控制端子298以及端子 300和302?？刂贫俗?98被耦合用于接收調(diào)制信號Vs (fc)，端子300連接到電流-電壓轉(zhuǎn) 換器218A的輸出端子219A，并且端子302通常連接到LPF236的輸入端子234并連接到開 關(guān)284的端子290。OTA 202A的輸出端子215通過開關(guān)312和電流-電壓轉(zhuǎn)換器218B耦合到LPF 248。更具體地，輸出端子215連接到電流-電壓轉(zhuǎn)換器218B的輸入端子，并且電流-電壓 轉(zhuǎn)換器218B的輸出端子217B連接到端子316以形成節(jié)點223A。電流-電壓轉(zhuǎn)換器218B 的輸出端子219B連接到開關(guān)304的端子308。開關(guān)304還具有控制端子306和端子310，所 述端子306被耦合用于接收調(diào)制信號VSP(fc)，所述端子310通常連接到LPF 248的輸入端 子246并且連接到開關(guān)312的端子318。輸出端子217B通過開關(guān)312耦合到LPF 248的輸 入端子246并且耦合到開關(guān)304的端子310。更具體地，開關(guān)312具有控制端子314、連接 到輸出端子217B的端子316、以及端子318，其通常連接到LPF248的輸入端子246并且連 接到開關(guān)304的端子310?？刂贫俗?14被耦合用于從反相器320接收調(diào)制信號VspB (fc)， 即反相器320的輸入端子被耦合用于接收調(diào)制信號Vsp(fc)，并且反相器320的輸出端子連 接到開關(guān)312的端子314用于傳輸被反相的調(diào)制信號VspB(fc)。在操作時，輸入電壓Vin (fc)被應(yīng)用到OTA 202A的輸入端子204上。響應(yīng)于輸入 電壓VIN(fc)，OTA 202A生成電流Itx(fc)，其從輸出端子210流過電容器214并進入負載 216，由此在輸出端子210上生成電壓Vtx(fc)。因為輸出端子210連接到輸入端子206，電 壓Vtx(fc)出現(xiàn)在輸入端子206上。因此，OTA 202A緩沖到負載216的輸入信號VIN(fc)。 此外，OTA 202生成電流Itx(fc)的拷貝Ufc)和Q(fc)并且分別傳導電流Jfc) 和IM—Q (fc)通過輸出端子212和215。電流Itx (fc)的拷貝以In Jfc)和Q(fc)為標簽， 并且每個電流都被稱為拷貝電流或者復制電流。電流IM l(fc)被傳輸至電流-電壓轉(zhuǎn)換器 218A，其在節(jié)點223上生成電壓信號Vnp I(fc)。電流IM Q(fc)被傳輸至電流-電壓轉(zhuǎn)換器 218B，其在節(jié)點223A上生成電壓信號Vmp Q(fc)。應(yīng)當注意的是，調(diào)制信號Vs (fc)控制開關(guān)284和296，并且調(diào)制信號Vsp(fc)控制 開關(guān)304和312。當調(diào)制信號Vs(fc)在邏輯高電壓電平上時，開關(guān)284閉合并且開關(guān)296 打開，并且當調(diào)制信號Vs (fc)在邏輯低電壓電平上時，開關(guān)284打開并且開關(guān)296閉合。當 調(diào)制信號Vsp(fc)在邏輯高電壓電平上時，開關(guān)304閉合并且開關(guān)312打開，并且當調(diào)制信 號Vsp(fc)在邏輯低電壓電平上時，開關(guān)304打開并且開關(guān)312閉合。因此，開關(guān)284和296 被打開和閉合，以將信號Jfc)與反相的信號VsB (fc)彼此相乘，并且將信號Vmp Jfc) 與^(位)彼此相乘。這些信號的乘法形成乘積信號，其被組合以形成在LPF 236的輸入端 子234上的電壓信號Vm工。輸出電壓Vm i等于被向下推移至基帶(即被向下推移至DC) 的電流Itx(fc)的幅度或?qū)嵅糠帧Ｒ驗樾盘朧nn I(fc)和VMp I(fc)是全差分信號，輸入信號 Vin(fc)的DC分量被移除，由此增加了網(wǎng)絡(luò)350的噪聲免除。LPF 236過濾輸出電壓Vmqd工 以移除任何高頻噪聲，并且ADC 238數(shù)字化被過濾的輸出電壓Vmqd i以便在輸出端子239上形成數(shù)字代碼Zmm216，其表示負載216阻抗的幅度，即被數(shù)字化的信號表示負載216的阻抗 的同相分量的幅度。相類似地，開關(guān)304和312被打開和閉合，以便將信號VMn Q(fc)與反相的信號 VspB(fc)彼此相乘，并且將信號Vnp Q(fc)與VSP(fc)彼此相乘。這些信號的乘法形成乘積 信號，其被組合以形成在LPF 248的輸入端子246上的電壓信號Vmqd Q。LPF 248過濾輸出 電壓Vmuj以移除任何高頻噪聲，并且ADC 250數(shù)字化被過濾的輸出電壓Vm Q以便在輸出 端子252上形成數(shù)字代碼Zphase216，其表示負載216的阻抗的相位，即被數(shù)字化的信號表示負 載216的阻抗的正交分量。

圖10是根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的電路元件參量測量網(wǎng)絡(luò)370的示意圖。除了用 OTA 202A代替OTA 202而且網(wǎng)絡(luò)370中缺少電流-電壓轉(zhuǎn)換器218以外，網(wǎng)絡(luò)370類似于 網(wǎng)絡(luò)200。此外，調(diào)制器220和222被調(diào)制器220A和222k代替，所述調(diào)制器220A和222k 被配置接收電流而不是電壓。除了混合器220A和222A混合電流而不是電壓之外，網(wǎng)絡(luò)370 的操作類似于網(wǎng)絡(luò)200的操作。調(diào)制器220A和LPF236形成同相或?qū)嵶杩固綔y器280B。調(diào) 制器222A和LPF 248形成交軸阻抗探測器282B。交軸阻抗探測器282B也被稱為虛阻抗探 測器或電抗性阻抗探測器。圖11是根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的電路元件參量測量網(wǎng)絡(luò)400的示意圖。圖11 中所示為通過電容器214耦合到負載216的0TA202A。除了開關(guān)284和296以及反相器292 被數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 402代替，并且開關(guān)304和312以及反相器320被DAC 404代替之外， 網(wǎng)絡(luò)400的配置類似于網(wǎng)絡(luò)350的配置。更具體地，DAC 402具有連接到OTA 202A的輸出 端子212的輸入端子406、被耦合用于接收輸入信號Dsin[N:0]的輸入端子408、以及連接到 LPF 236的輸入端子234的輸出端子410。DAC 404具有連接到OTA 202A的輸出端子215 的輸入端子412、被耦合用于接收輸入信號Dros[N:0]的輸入端子414、以及連接到LPF 248 的輸入端子246的輸出端子416。信號Dsin[N:0]和DaJN = O]也被稱為數(shù)字代碼。在操作時，輸入電壓Vin (fc)被應(yīng)用到OTA 202A的輸入端子204上。響應(yīng)于輸入 電壓VIN(fc)，OTA 202A生成電流Itx(fc)，其從輸出端子210流過電容器214并進入負載 216，由此在輸出端子210上生成電壓Vtx(fc)。因為輸出端子210連接到輸入端子206，電 壓Vtx(fc)出現(xiàn)在輸入端子206上。因此，OTA 202A緩沖到負載216的輸入信號VIN(fc)。 此外，OTA 202生成電流Itx(fc)的拷貝IM l(fc)和Q(fc)并且分別傳導電流Inj (fc)和 Irx_Q(fc)通過輸出端子212和215。電流Itx(fc)的拷貝以In I(fc)和Q(fc)為標簽，并 且每個電流都被稱為拷貝電流或者復制電流。電流Inu (fc)被傳輸至DAC 402，其通過數(shù) 字輸入代碼Dsin[N:0]調(diào)制電流Ufc)并且生成在輸出端子410上出現(xiàn)的電壓VMQD I。LPF 236過濾輸出電壓Vmqd i以移除任何高頻噪聲，并且ADC 238數(shù)字化被過濾的輸出電壓Vmqd χ以便在輸出端子239上形成數(shù)字代碼Zme216，其表示負載216的阻抗的幅度，即被數(shù)字化的 信號表示負載216的阻抗的同相分量的幅度。電流In Q(fc)被傳輸至DAC 404，其通過數(shù)字輸入代編碼Dros [N:0]調(diào)制電流In Q(fc)并且生成在輸出端子416上出現(xiàn)的電壓Vmqd Q。LPF 248過濾輸出電壓Vmqd qW移除任 何高頻噪聲，并且ADC 250數(shù)字化被過濾的輸出電壓Vmqd q以便在輸出端子252上形成數(shù)字 代碼Zphase216，其表示負載216阻抗的相位，即被數(shù)字化的信號表示負載216的阻抗的正交分量。
應(yīng)當注意的是，網(wǎng)絡(luò)400已被顯示為使用正弦電流輸入代碼來調(diào)制電流Jfc)和Q(fc)。然而，電流Inu (fc)和IM—Q (fc)可被轉(zhuǎn)換成電壓信號，以致于DAC 402和404 使用正弦數(shù)字電壓輸入代碼來調(diào)制電壓信號，即在該實施方式中，數(shù)字代碼Dsin[N:0]和 Dcos[N:0]是數(shù)字電壓信號。圖12是根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的電路元件參量測量網(wǎng)絡(luò)500的示意圖。網(wǎng)絡(luò) 500包括OTA 202、電容器214和負載216，其已在上面根據(jù)圖2進行了描述。此外，網(wǎng)絡(luò) 500包括帶通濾波器502，其具有連接到OTA 202的輸出端子212的輸入端子504和連接到 模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 510的輸入端子512的輸出端子506。ADC 510具有連接到調(diào)制器520和 522的輸出端子514。調(diào)制器520的輸入端子524和調(diào)制器522的輸入端子526連接到輸 出端子514以形成節(jié)點528。調(diào)制器520還具有輸入端子530和輸出端子532，所述輸入端 子530被耦合用于接收調(diào)制信號Vs (η)，所述輸出端子532連接到低通濾波器(LPF) 534的 輸入端子536。調(diào)制信號％(11)可為被數(shù)字化的周期性信號，例如正弦波、方波、鋸齒波，等 等。優(yōu)選地，調(diào)制信號Vs (η)是數(shù)字化的正弦波。應(yīng)當注意的是，調(diào)制信號Vs (η)是與輸入 信號VIN(fc)同類型的信號，并且具有與輸入信號VIN(fc)相同的頻率。輸出信號Zmm216出 現(xiàn)在LPF 534的輸出端子539上，這里輸出信號Zmac216表示關(guān)于負載216的阻抗的幅度，即 被數(shù)字化的信號表示負載216的阻抗的同相分量的幅度。調(diào)制器520和LPF 534形成同相 或?qū)嵶杩固綔y器280C。調(diào)制器522具有輸入端子529和輸出端子527，所述輸入端子529被耦合用于通 過相移元件544接收調(diào)制信號Vsp(η)，所述輸出端子527耦合到LPF 536的輸入端子540。 相移元件544推移調(diào)制信號Vs (η)的相位以產(chǎn)生相移調(diào)制信號Vsp (η)，其具有與調(diào)制信號 Vs (η)相同的頻率和幅值，但不同的相位。例如，信號Vs(n)和Vsp (η)可具有90度的相位差， 例如信號VSP(n)與信號Vs(η)有90度的相位差。輸出信號Zphase216出現(xiàn)在LPF 536的輸出 端子552上，這里輸出信號Zphase216表示關(guān)于負載216的阻抗的相位，即數(shù)字化的信號表示 負載216的阻抗的正交分量。調(diào)制器522和LPF 536形成交軸阻抗探測器282C。交軸阻抗 探測器282C也被稱為虛阻抗探測器或電抗性阻抗探測器。圖13是根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的電路元件參量測量網(wǎng)絡(luò)430的示意圖。圖13 中所示為OTA 202Α，其具有輸入端子204和206以及輸出端子210、212、和215。輸入端子 204被耦合用于接收輸入信號VIN(fc)，并且輸入端子206耦合到輸出端子210，其連接到輸 入/輸出節(jié)點431。輸出端子215通過開關(guān)432耦合到輸入/輸出節(jié)點433，并且輸出端子 212通過開關(guān)440耦合到輸入/輸出節(jié)點433。更具體地，開關(guān)432具有被耦合用于通過反 相器448接收輸入信號Vs (fc)的控制端子434、連接到輸出端子215的端子436、以及連接 到輸入/輸出節(jié)點433的端子438。反相器448將信號Vs (fc)反相以生成在端子434上出 現(xiàn)的信號VsB (fc)。開關(guān)440具有被耦合用于接收輸入信號Vs (fc)的控制端子442、連接到 輸出端子212的端子444、以及連接到輸入/輸出節(jié)點433和連接到開關(guān)432的端子438的 端子446。網(wǎng)絡(luò)430還包括運算放大器450，其具有非反相輸入端子452、反相輸入端子454 和輸出端子456，這里非反相輸入端子452被耦合用于接收偏壓VBIAS，并且反相輸入端子 454耦合到輸出端子456并耦合到輸入/輸出節(jié)點435。運算放大器450的輸出端子456 通過電阻器458耦合到輸出端子438和446，并且耦合到輸入/輸出節(jié)點433。過濾電容器460連接在輸 入/輸出節(jié)點433與輸入/輸出節(jié)點435之間。此外，輸入/輸出節(jié)點431和 435連接到電流變壓器466的端子462和464。優(yōu)選地，電流變壓器466是單繞單電流變壓 器電路。雖然電阻器458和過濾電容器460已被顯示為在半導體芯片外部的電阻器和電容 器，在所述半導體芯片上制造了 OTA 202A、運算放大器450、以及開關(guān)432與440、以及反相 器448，但這并不是本發(fā)明的限制。電阻器458可為芯片上電阻器，過濾電容器460可為芯 片上電容器，或者電阻器458和過濾電容器460中的一個可以是過濾電容器。應(yīng)當注意的 是，輸入/輸出節(jié)點431、433和435可為被封裝半導體芯片的輸入/輸出引腳。在操作時，正弦信號Vin (fc)被應(yīng)用到輸入端子204。響應(yīng)于正弦輸入信號Vin (fc)， OTA 202A生成Itx (fc)，其從輸出端子210流到電流變壓器466的端子462。此外，OTA 202A 生成電流Itx(fc)的拷貝Inx(fc)和Ipx(fc)并且分別傳導電流Inx(fc)和Ipx(fc)通過輸出 端子212和215。電壓Vbias連接到運算放大器450的輸入端子452，并且被傳輸至輸出端子 456。偏壓Vbias被傳輸至電流變壓器466的端子464。開關(guān)432和440根據(jù)輸入到控制端 子442的輸入電壓Vs (fc)而被打開和閉合。圖14是根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的電路元件參量測量網(wǎng)絡(luò)470的示意圖。圖14 中所示為OTA 202A、運算放大器450、以及開關(guān)432和440。輸出端子210連接到輸入/輸 出節(jié)點492，其通過串聯(lián)電阻器493和電容器494連接到電流變壓器497的端子496。應(yīng)當 注意的是，電容器494是可省略的可選組件。輸出端子212和215與開關(guān)432和440的連 接已根據(jù)圖13中所示網(wǎng)絡(luò)430進行了描述。應(yīng)當注意的是，開關(guān)432和440各自端子438 和440的連接，與上面根據(jù)圖13所描述的不同并且將在下面進行描述。網(wǎng)絡(luò)470還包括運算放大器472，其具有的非反相輸入端子474通過電阻器480耦 合到輸出端子478。輸出端子478通過電阻器308耦合到輸入/輸出節(jié)點490。輸入/輸出 節(jié)點490通過例如電容器498耦合到接地。運算放大器472具有通常連接到輸出端子456 的反相輸入端子476、輸入/輸出節(jié)點435、以及端子496。開關(guān)432和440各自的端子438 和446通常連接到開關(guān)482的端子486和連接到非反相輸入端子474。開關(guān)482具有被耦 合用于接收輸入信號V。m的控制端子499、連接到節(jié)點491的端子484、以及端子486，該端 子486通常連接到運算放大器472的非反相輸入端子474和連接到開關(guān)432的端子438。 電阻器493的端子，電容器的端子，以及電流變壓器497的電流變壓器497的端子495。電 容器494的另一端子通常連接到輸入/輸出焊盤435并連接到電流變壓器497的輸入端子 496。優(yōu)選地，電流變壓器497是單繞單電流變壓器電路。輸入/輸出焊盤435、490、491、以 及492為被封裝半導體芯片的輸入/輸出引腳。雖然此處公開了具體的實施方式，但不意味著將本發(fā)明限制在被公開的實施方式 中。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將會認識到能夠做出修改和變化而不偏離本發(fā)明的精神。本發(fā)明 旨在涵蓋落于所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有的這類修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種用于確定單繞單電流變壓器的阻抗(Zmm216，Zphase216)的方法，包括 在第一節(jié)點(204)上提供第一電信號(VIN (fc))；使用所述第一電信號(VIN(fc))以在第二節(jié)點(210)上生成第二電信號(Itx(fc))；由所述第二電信號(Itx(fc))生成第三電信號(IM(fc))；使用所述第三電信號(In(fc))以生成第四電信號(Vrx(fc))；以及將所述第四電信號(Vn (f c))輸入第一調(diào)制器(220)和第二調(diào)制器0觀)。
2.一種用于確定電路元件參量的方法，包括 在第一節(jié)點(204)上提供第一電信號(VIN (fc))； 在第一節(jié)點(204)上提供第一電信號(VIN (fc))；使用所述第一電信號(VIN(fc))以在第二節(jié)點(210)上生成第二電信號(Itx(fc))； 由所述第二電信號(Itx(fc))生成第三電信號(IM(fc))； 使用所述第三電信號(In(fc))以生成第四電信號(Vrx(fc))； 將所述第四電信號(Vn (f c))輸入第一調(diào)制器(220)和第二調(diào)制器0 )； 將所述第四電信號(Vrx(fc))與第五電信號(Vs(fc))相乘以生成第六電信號(Vmqdi)； 將所述第四電信號(Vrx(fc))與第七電信號(VSP(fc))相乘以生成第八電信號(Vmqdq)； 將所述第六電信號(Vm工)和所述第八電信號(Vm Q)輸入第一低通濾波器(236)和第 二低通濾波器048)以各自生成第一濾波電信號和第二濾波電信號；以及將所述第一濾波電信號和所述第二濾波電信號轉(zhuǎn)換成第一數(shù)字濾波電信號(Zme216)和 第二數(shù)字濾波電信號(Zphase216)。
3.一種用于確定電路元件參量的方法，包括 在第一節(jié)點(204)上提供第一電信號(VIN (fc))；使用所述第一電信號(VIN(fc))以在第二節(jié)點(210)上生成第二電信號(Itx(fc))； 由所述第二電信號(Itx(fc))生成第三電信號(IM(fc))； 使用所述第三電信號(In(fc))以生成第四電信號(Vrx(fc))； 提供第五電信號(Vs (fc))；由第五電信號(Vs (fc))生成第六電信號(VSP(fc))，其中所述第六電信號(VSP(fc))和 所述第五電信號(Vs (f c))彼此異相；將所述第四電信號(f c))和所述第五電信號(Vs (f c))組合到一起以形成第一調(diào)制 信號(Vmu)；以及將所述第四電信號(fc))和所述第六電信號(VSP(fc))組合到一起以形成第二調(diào)制 f曰號(VM0D_q)。
4.一種用于確定電路元件參量的電路000)，包括跨導放大器002)，其具有第一輸入端子和第二輸入端子以及第一輸出端子和第二輸 出端子；第一乘法器O20)，其具有第一輸入端子和第二輸入端子以及輸出端子，所述第一輸入 端子被耦合到所述跨導放大器O02)的所述第二輸出端子，并且所述第二輸入端子被耦合 用于接收第一電信號(Vs (f c))；以及第二乘法器0 )，其具有第一輸入端子和第二輸入端子以及輸出端子，所述第一輸入 端子被耦合到所述跨導放大器O02)的所述第二輸出端子。
5.如權(quán)利要求4所述的電路000)，還包括具有輸入端子和輸出端子的相移元件 (244)，所述輸入端子被耦合用于接收所述第一電信號(Vs (fc))，并且所述輸出端子被耦合 到所述第二乘法器0 )的所述第二輸入端子。
6.如權(quán)利要求4所述的電路000)，其中所述電路(200)是單繞單電流變壓器阻抗測量電路。
7.一種用于確定在接地故障電路指示器模塊內(nèi)的子模塊的工作狀況的方法，包括 在設(shè)備中生成電流；響應(yīng)于在所述設(shè)備中生成的所述電流來測量電源電壓水平減小的速率；以及 根據(jù)所述電源電壓水平減小的所述速率生成工作狀況信號。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中測量所述電源電壓水平減小的所述速率包括測量所 述電源電壓水平從其穩(wěn)態(tài)水平減小的速率。
9.一種用于確定線路故障發(fā)生的方法，包括依賴于濾波條件動態(tài)改變信號濾波。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括設(shè)定第一故障臨界值，其中如果故障超過所述第 一故障臨界值達第一時間周期的時間，則已發(fā)生了所述線路故障。
全文摘要
一種用于確定接地故障斷路器電路中的電路元件參量的方法和電路。被提供到第一節(jié)點的電信號用來生成在第二節(jié)點上的另一個電信號。在第二節(jié)點上的電信號與調(diào)制信號相乘以產(chǎn)生已調(diào)制信號，該調(diào)制信號隨后被過濾并轉(zhuǎn)換成一部分電路元件參量的數(shù)字表示。在其被相移之后，第二節(jié)點上的電信號與調(diào)制信號相乘以產(chǎn)生已調(diào)制信號，該已調(diào)制信號被過濾并轉(zhuǎn)換成另一部分電路元件參量的數(shù)字表示。在另一方面，基于斜率的螺線管的自檢測方法被用于GFCI電路中的自檢測?？晒┻x擇地，使用數(shù)字濾波器提供一種用于確定線路故障的方法。
文檔編號G01R31/02GK102034654SQ20101029614
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月2日
發(fā)明者K·D·萊頓, M·A·泰勒, R·D·貝克, S·R·格蘭奇 申請人:半導體元件工業(yè)有限責任公司