Luận văn thạc sĩ khoa học
Lời cam đoan
Đề tài luận văn của tôi là Xây dựng bộ chuyển đổi ADC theo phơng
pháp sigma-delta ứng dụng để đo sai số tần số của hệ điều chế số đơn
kênh. Luận văn bao gồm các vấn đề sau:
- Nghiên cứu cấu trúc khối chức năng cho đo lỗi tần số
- Nghiên cứu ảnh hởng của kiến trúc ADC đối với đo lỗi tần số
- Nghiên cứu về bộ chuyển đổi ADC sigma-delta
- Xây dựng bộ chuyển đổi ADC theo phơng pháp sigma- delta để đo
sai số tần số của hệ điều chế số đơn kênh.
Tôi xin cam đoan luận văn này do chính tôi làm dới sự hớng dẫn của
PGS.TS Phm Th Ngc Yn

H ni, ngy thỏng nm 2007
Hc viờn
Phạm Văn Tiến
MC LC
Trang
Đo lờng và các hệ thống điều khiển
1
Luận văn thạc sĩ khoa học
Li cam oan 1
Mc lc 2
Danh mc cỏc hỡnh v v th 4
M U 6
CHNG 1: Tổng quan Về Hệ thống 9
1.1 Kiến trúc hệ thống truyền thông 9
1.2 Các bớc để đo sai số truyền tần số 11
CHNG 2: Kiến trúc khối chức năng 20
2.1 Lý thuyết cơ bản của phơng pháp đo lỗi tần số 20
2.2 Cấu trúc khối chức năng 26

Hỡnh 2.11: Dng súng dũng in chy qua t khi úng vo trm t
song song

30
Hỡnh 2.12: Dng súng in ỏp khi xy ra hin tng phúng in trc 31
Hỡnh 2.13: Dng súng dũng in khi xy ra hin tng
phúng in trc

31
Hỡnh 2.14: Dng súng in ỏp khi xy ra hin tng phúng in lp li 32
Hỡnh 2.15: Dng súng dũng in khi xy ra hin tng phúng in lp li 32
Hỡnh 2.16: Th vin linh kin ca chng trỡnh ATP 35
Hỡnh 2.17: Cu trỳc cỏc mụ un ca chng trỡnh ATP-EMTP 35
Hỡnh 2.18: a) S nguyờn lý mch chnh lu, b) s mch thc hin
bi ATP Draw 36
Hỡnh 2.19: Minh ho quỏ trỡnh v mch trờn ATP 37
Hỡnh 2.20: a) S nguyờn lý, b) Mch mụ phng bng ATP 37
Hỡnh 3.1: Mt s dng hm wavelet c bn 45
Hỡnh 3.2: Hỡnh nh mụ phng s bin i tớn hiu s dng hm wavelet 45
Đo lờng và các hệ thống điều khiển
3
Luận văn thạc sĩ khoa học
Hỡnh 3.3: Mt vi dng mother wavelet h Daubechies 46
Hỡnh 3.4: Vũng quay liờn tc ca b lc Kalman ri rc 51
Hỡnh 3.5: Hot ng ca lc Kalman 53
Hỡnh 4.1: Mch thc hin mụ phng hin tng st ỏp mt pha 66
Hỡnh 4.2: Dng súng dũng in khi xy ra hin tng st ỏp 66
Hỡnh 4.3: c lng biờn in ỏp s dng lc Kalman 1
st ỏp mt pha vi 6 thnh phn iu hobc l 67
Hỡnh 4.4: c lng biờn in ỏp s dng lc Kalman 1

Hỡnh 4.13: Dng súng in ỏp khi s c ngt trờn mt pha 75
Hỡnh 4.14: c lng ngt trờn mt pha s dng mụ hỡnh lc Kalman 2 75
Hỡnh 4.15: Mch thc hin mụ phng hin tng quỏ ỏp 75
Hỡnh 4.16: Dng súng in ỏp khi s c ngt trờn mt pha 76
Hỡnh 4.17: c lng trng thỏi quỏ ỏp trờn mt pha s dng
mụ hỡnh lc Kalman 2 vi 6 thnh phn súng hi bc l 77
Mở đầu
Những thành tựu đạt đợc trong lịch sử phát triển của ngành đo lờng
cũng nh công nghiệp âm thanh, đặc biệt trong những năm gần đây đã có
những gắn bó mật thiết với nhau. Xử lý tín hiệu cũng nh việc truyền tín hiệu
để sao cho chất lợng tốt cần một công cụ, phơng pháp chuyển đổi tín hiệu là
ổn định nhất và sai số cũng nh lỗi là thấp nhất.
Trong tất cả các ngành công nghiệp có liên quan đến tín hiệu hay tần số
đều biết đến tầm quan trọng của phơng pháp này. Sự sai số của tần số quyết
định thông tin mà chúng ta truyền tải có đúng nh chúng ta mong muốn hay
không ?
Và hiện nay phơng pháp hiện đang đợc sử dụng phổ biến trên thế giới,
nhất là trong lĩnh vực xử lý âm thanh, đó là sử dụng bộ điều chế ADC delta-
sigma để đo lỗi tần số truyền trong bộ điều chế số đơn kênh, phơng pháp này
đợc đánh giá cao và coi nó một công cụ mới cho ngành thiết bị đo lờng tiên
tiến. Phơng pháp này đã đợc đề cập tới trong bài báo có nhan đề : ADC-
Based Frequency-Eror Measuarement in Single-Carrier Digital Modulations.
VOL.55 NO.5 OCTOBER 2006, trên tạp chí IEEE.
Từ những phân tích và ý nghĩa khoa học cũng nh thực tiễn của phơng
pháp này, tôi quyết định lựa chọn đề tài luận văn nghiên cứu.
Lun vn bao gm 4 chng :
Chơng 1: Tổng quan hệ thống
Chơng 2: Kiến trúc khối chức năng
Đo lờng và các hệ thống điều khiển
5

ra số (DDC)
3) khối xử lý dải tần cơ sở đợc thực hiện bởi bộ xử lý tín hiệu số (DSP).
Hớng nghiên cứu hiện tại là thực thi việc chuyển đổi số tới antenna [3].
1.2 Các bớc để đo sai số tần số
Tính khả thi và sự thích nghi làm cho kiến trúc này có tính hiệu quả, phơng
pháp để đo sự truyền sai số tần số của bộ điều chế số đơn kênh cho hệ thống
truyền thông [4].
Phơng pháp này đòi hỏi việc xử lý tín hiệu đến theo tuần tự các bớc sau:
1) chuyển đổi đầu ra của các tín hiệu dải tần cơ sở.
2) ớc lợng của cả hai trong pha (I) và góc lệnh pha (Q).
Cả 3 bớc này phối hợp tốt với khối chức năng của kiến trúc SR.
Tầm quan trọng trong phơng pháp này đã đợc minh chứng bởi thống nhất tiến
gần tới
1) Tín hiệu khuyếch đại, điều chế khuyếch đại góc lệch pha M-ary (M-
QAM), và khuyếch đại pha M-ary (M-ASK)
2) Tách biệt ra Góc tín hiệu và chuyển pha M-ary (M-PSK).
Ngoài ra nó thể hiện việc thực thi với giải pháp có thể thục hiện trong tài liệu
[5] -[10]. Thực vậy, tuỳ tín hiệu hay tỉ số nhiễu (SNR) giá trị tới 10dB, chiều
hớng lỗi lớn nhất của bộ điều chế ASK, PSK và QAM [4].
Lu ý đến sự thực hiện của phơng pháp, thiết kế của cả 2 kiến trúc ADC và
DDC là một sự cân bằng giữa tính lợi ích của công nghệ và cả độ chính xác,
độ nhạy của đo lỗi tần số. Những điều này là khía cạnh quan trọng để đa vào
bản báo cáo và nghiên cứu trớc khi thực hiện bởi tính khả thi của công nghệ.
Trong trờng hợp này, bài báo đề cập tới tác động của kiến trúc ADC
trong việc đo lỗi truyền tấn số. Thực vậy, dựa vào chi phí cao của mẫu ADC
mới, kết quả rút ra đơc từ những kiến trúc mô phỏng khác là một giải pháp
thực tế cho việc lựa chọn đúng kiến trúc.
Chú ý sự giới hạn của kiến trúc ADC trong SR[11] [7] và khả năng
l m việc của công nghệ hiện nay. Trong tr ờng hợp này, chúng là pipeline ADC
Đo lờng và các hệ thống điều khiển

Lỗi này có thể đợc đánh giá bằng đờng dốc của đờng thẳng miêu tả pha điều
chế tín hiệu sau chuyển đổi trong dải tần cơ bản.
Khi lỗi tần số mang f
sh
xuất hiện, tín hiệu s
d
(t) đáp ứng cho bộ điều chế số đơn
kênh M-ASK, M-PSK, và M-QAM đợc phân tích thành:
s
d
(t) =

k
A
k
e
j(2

fsh +

)
g(t-kT
s
)
A
k
là giá trị phức trong công thức ký hiệu chuyển đổi, là độ dịch pha truyền,
T
s
là ký hiệu cho thời gian, g(t) là tín hiệu năng lợng hạn chế với khoảng thời

) cho M-QAM. Bám theo hình
dạnh của arg(s
d
(t)), nó có
thể phân biệt ảnh hởng
s
d
(t) giữa nguyên nhân thay
đổi
i
và lỗi mang tần số
f
sh
. Hình 2 thể hiện theo ph-
ơng của arg(s
d
(t)) của hai
tín hiệu điều chế khác
nhau theo thời gian trích
mẫu, trong trờng hợp xảy ra
lỗi tần số giữa tần số của
dải cơ bản sau bộ chuyển
đổi và tần số truyền của tín
hiệu. Cụ thể theo phơng
của arg(s
d
(t)) trong
hình 2 đợc mô tả bởi đờng
thẳng với các bớc thêm vào nguyên nhân bởi sự thay đổi. Đờng dốc của đờng
thẳng cho thấy lỗi của tần số [4].

có thể thực hiện bằng phần cứng theo công nghệ hiện nay.
Trớc kia, kiến trúc DDC có thể cung cấp cả hai giải động cao và đờng thẳng
cao bị giới hạn bởi đầu vào băng thông thấp. Ngày nay, sự tích hợp các thành
phần của công nghệ mới làm tăng tốc độ của chu kỳ chuyển đổi lên vài triệu
mẫu mỗi giây. Tuy nhiên, trạng thái hiện nay của công nghệ khó thể hiện để
cung cấp cho băng thông RF [3]. Thực tế, truyền tần số của điều chế tín hiệu
là tỉ Hezt, và do vậy, ADC phải sử dụng rất tần số mẫu rất lớn, hàng trăm hoặc
hàng nghìn lần truyền tần số. Với sự giới hạn này, chức năng tới hạn của kiến
trúc khối trong hình 3 đợc kiểm tra. Đặc biệt hiệu quả của ADC trong việc đo
lỗi truyền tần số đã đợc phân tích, và kiến trúc của ADC là đa ra giả thuyết
rằng nó có thể thực hiện đợc với công nghệ đang tồn tại.
Bên ngoài của tín hiệu đầu vào s(t) trong hình.3 là: 1. Truyền tần số từ dải của
IF theo công nghệ ở thời điểm đó.
2. Điều chế số theo sơ đồ M-ASK, M-QAM và M-PSK.
Theo nghiên cứu gần đây dựa vào tài liệu [11]-[14], ba kiến trúc khác nhau
của ADC có thể gắn vào bộ đếm. Thứ nhất là thể hiện kiến trúc ống ở hình
4(a) [15].
Thứ 2 là kiến trúc cơ bản BP trên bộ điều chế SQL hình 4(b) [16]. Đây là
bộ điều chế có kiến trúc đa phản hồi (MFB) với số lợng bít đơn. Sự cộng hởng
trong bộ lọc lặp lại đợc thực hiện bởi giao thức trễ kép (DD). Sự cộng hởng
DD chứa đựng của sự trễ kép trong dải với một phần phản hồi.
Kiến trúc thứ 3 là BP cơ bản trên bộ điều chế MASH [17] hình 4(c). Hoạt
động với hai Module . Kiến trúc MASH chứa đựng trạng thái trong các
Đo lờng và các hệ thống điều khiển
12
Luận văn thạc sĩ khoa học
tầng, mỗi một phần tạo thành một SQL. Mỗi một trạng thái là phần bởi số l-
ợng lỗi xuất hiện từ một u tiên. Cấu hình này tăng khả năng thực hiện trong
băng thông của bộ chuyển đổi và sự cho phép của chúng tăng số lợng ảnh h-
ởng của bít (ENOB). Nh là một kết quả, tăng độ phân giải của bít làm tăng độ

S
của hàm đơn vị cos(.) , nó đợc định nghĩa trong miền thời gian ở tần
số f
S
/4 tới dải tần số trung của bộ điều chế.
2. Chuỗi 0, 1, 0, -1, 0, 1,, tạo ra từ sin(n/2), với n = 0, 1, , N, và tơng ứng
với mẫu ở tần số f
S
của hàm đơn vị sin(.), nó đợc định nghĩa trong miền thời
gian ở tần số f
S
/4.
Bởi vì đầu ra của hai bộ điều chế BP trong bảng thống kê chỉ đợc thể hiện
duy nhất là 1 bit, nh hình 6, bộ nhân đơn giản đặc biệt với ADC ống. Quả
thực, điều cuối cùng đợc mô tả bởi đầu ra với độ phân giải đa bit.
Ngoài ra, bộ lọc xung hữu hạn trong DDC [18] đợc sử dụng truyền thành
phần cao tần và thay đổi độ phân giải đầu ra số.
Cỏc phộp o t cỏc h thng phõn phi ging nh vic mụ phng c s
dng ch ra cỏc kiu s c khỏc nhau. Xỏc nh biờn in ỏp ca thnh
Đo lờng và các hệ thống điều khiển
13
Luận văn thạc sĩ khoa học
phn tn s c bn v cỏc thnh phn súng hi ca in ỏp v quan h gia 3
pha. Cỏc s c cú th chia thnh cỏc nhúm sau:
Cỏc s c liờn quan ti h hng:
Cỏc st ỏp
Quỏ ỏp
Cỏc ngt
Cỏc s c liờn quan ti úng ct:
S khi ng ca ng c in cm ng

thng ph thuc ch yu vo:
Kiu h hng (cỏc kiu ngn mch, h hng cỏch ly,).
in tr ca s h hng.
Khong cỏch ti im h hng.
Cu trỳc h thng.
Tớnh toỏn ln ca st ỏp do h hng ti mt im no ú trong h thng
phõn phi yờu cu im ni chung gia im h hng v ti (PCC) phi c
tỡm ra.
Hỡnh 2.1: Mụ hỡnh chia in ỏp tớnh toỏn st ỏp
Trong ú:
Zo: l in tr ngun
Z1: l in tr gia PCC v s h hng (bao gm c in
tr h hng
E
ZZ
Z
V
dip
10
1
+
=
(2.1)
Vi E l in ỏp ngun.
Ta thy cỏc h hng gn vi PCC st ỏp s ln hn (Z
1
nh hn). in ỏp
st nh vi cỏc ngun cung cp yu hn (Z
0
ln hn).

b)c im:
Khi chm t mt pha:
im trung tớnh ca mng 3 pha mang in ỏp pha so vi t cỏc pha
khụng b chm s mang in ỏp dõy so vi t.
Dao ng ca dũng in chm t cú th gõy quỏ in ỏp quỏ trờn
cỏc pha khụng b chm (cú th t n 3.5 Upha) lm phúng in trờn
cỏc pha ny v dn n ngn mch nhiu pha.
S quỏ ỏp ny s cú th tn ti v tip tc kộo di ngay c khi ó loi
b s c.
Đo lờng và các hệ thống điều khiển
16
Luận văn thạc sĩ khoa học
Ph thuc vo s ni t ca h thng
Vi mt h thng hon ton khụng ni t, s quỏ in ỏp bng in
ỏp dõy ca h thng (cú th tng lờn n 173%)
2.1.3 Cỏc li t phc hi
Cỏc h hng ni t cú th khụng xut hin trc khi h thng bo v hot
ng do s t phc hi ca hin tng h quang trong quỏ trỡnh dũng in s
c qua khụng. Ging vi hin tng xy ra vi h thng ni t qua in
khỏng do dũng in thp gõy ra bi s c. S c mt pha gõy ra st ỏp trong
thi gian ngn, cỏc pha cũn li s xy ra hin tng quỏ ỏp, dũng s c nh,
quỏ trỡnh phc hi in ỏp chm v xy ra s chp chn v in ỏp. Quỏ trỡnh
phc hi in ỏp chm ny tng kh nng t tt ca dũng h quang.
2.1.4 Cỏc st ỏp a bc.
Cỏc st ỏp a bc do cỏc h hng gõy ra, nhng chỳng a ra ln v
in ỏp cỏc mc khỏc nhau trc khi in ỏp tr v giỏ tr bỡnh thng. Cỏc
bc ny trong ln st ỏp cú th do cỏc thay i trong cu trỳc h thng khi
h thng bo v c gng cỏch ly s h hng, hoc cỏc thay i do h hng t
nhiờn.
Phõn tớch mt s lng ln cỏc phộp o ch ra rng khong 20% cỏc st ỏp

a
l khi st ỏp trờn pha a.
Kiu D
b
l khi st ỏp trờn pha b.
Kiu D
c
l khi st ỏp trờn pha c.
Đo lờng và các hệ thống điều khiển
18
Luận văn thạc sĩ khoa học
(file sa1p.pl4; x-var t) v:XX0025
0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15
[s]
-8000
-6000
-4000
-2000
0
2000
4000
6000
8000
[V]
Hỡnh 2.3 Dng in ỏp khi s c st ỏp trờn mt pha
(file sa3pdx.pl4; x-var t) v:X0015A v:X0015B v:X0015C
0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15
[s]
-20
-15

Mch mụ phng v dng súng in ỏp khi xy ra s c ngt :
(f ile ngat.pl4; x-v ar t) v :XX0023
0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15
[s]
-8000
-6000
-4000
-2000
0
2000
4000
6000
8000
[V]
Hỡnh 2.6 Dng súng in ỏp khi s c ngt trờn mt pha
2.2 CC S C IN P LIấN QUAN N ểNG CT THIT B
IN.
2.2.1 Khi ng ng c in cm ng.
Khi ng ng c in cm ng ln l mt nguyờn nhõn dn n cỏc st
ỏp. õy l mt vn ỏng quan tõm khi thit k h thng cung cp in
trong cụng nghip. Trong quỏ trỡnh khi ng ng c in cm ng, s to ra
mt dũng in ln gp 5-6 ln dũng in thụng thng. Dũng in ny duy trỡ
cho n khi ng c t n tc thụng thng. Quỏ trỡnh ny s tn ti t
vi giõy n mt phỳt. Cỏc c tớnh ca st ỏp tng ng ph thuc vo c
im ca ng c in cm ng (kớch thc, phng phỏp khi ng, ti, )
v kh nng ca h thng ti im m ú ng c in c ni vo.
ln st ỏp ph thuc vo cỏc thụng s ca h thng.
ln ca st ỏp do khi ng ng c in thng nh hn 0.85%pu
Khong thi gian ca st ỏp do khi ng ng c ph thuc vo mt s
cỏc thụng s ca ng c. Quan trng nht l quỏn tớnh ng c. Khong thi

Luận văn thạc sĩ khoa học
nguyờn nhõn khin cho t thụng vt quỏ giỏ tr bóo ho trong mt chu k,
cho ti khi giỏ tr trung bỡnh ca t thụng () trờn mt chu k gim ti gn
khụng. S tng tm thi t thụng ca lừi bin ỏp l nguyờn nhõn gõy ra s
tng cao giỏ tr ca dũng t hoỏ. S tng ny cú tớnh khụng i xng cao v
gim theo hm m.
Cỏc trng hp bóo ho mỏy bin ỏp:
Tỏch riờng cỏc trng hp bóo ho mỏy bin ỏp trong quỏ trỡnh hot ng,
ta cú th thy rừ hn cỏc nguyờn nhõn gõy ra bóo ho mỏy bin ỏp:
Khi bin ỏp khỏc gn bóo ho. Hin tng ú c gi l s tng h v
nú l nguyờn nhõn ca cỏc quỏ ỏp tm thi trong thi gian kộo di.
Do sột. Sột cú th kộo bin ỏp vo trng thỏi bóo ho do xung in ỏp gõy
ra. Trong trng hp ny cỏc dũng t hoỏ cao c to ra cú th lm n cu
chỡ mc dự nú khụng phi mt tỡnh hung h hng
St ti, trng hp thc t ch ra nhng ni cỏc s quỏ ỏp cỏc thnh phn
súng hi cao c to ra do bóo ho mỏy bin ỏp sau khi st ti ph thuc vo
s cng hng ca h thng.
T tớnh trỏi t cm ng ra cỏc dũng in
Cỏc phộp o bóo ho mỏy bin ỏp
Cỏc phộp o phõn tớch st ỏp do bóo ho mỏy bin ỏp c thc hin
tng i ph bin trong sut quỏ trỡnh hot ng ca mỏy bin ỏp, ngay c
sau khi hot ng loi b li ó kt thỳc. Cỏc phộp o ny ch ra rng quỏ
trỡnh phc hi in ỏp hu ht l theo quy lut hm m (s suy gim theo hm
m ca dũng t hoỏ). Tuy nhiờn, mt hng s thi gian khụng mụ t
hin tng ny bi vỡ t cm kộo theo l khụng tuyn tớnh.
2.2.3 úng ct trm t bự.
Ngy nay, cỏc trm t bự vi cụng ngh khụng dựng cu chỡ dn c a
vo lp t rng rói trong mng li in truyn ti, phõn phi ti nhiu nc,
trong ú cú Vit Nam. Trong quỏ trỡnh vn hnh, hin tng quỏ vi cỏc
xung dũng in, cựng cỏc quỏ in ỏp xy ra khi thc hin cỏc thao tỏc úng

L : in cm ca ngun (H)
(f ile tramtudoclap.pl4; x-v ar t) v :XX0011-XX0019 v :XX0013
0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15
[s]
-200
-110
-20
70
160
250
[kV]
Hỡnh 2.8Dng súng in ỏp quỏ khi úng in vo trm t c lp
Đo lờng và các hệ thống điều khiển
23
Luận văn thạc sĩ khoa học
(f ile tram tudoclap.pl4; x-v ar t) c:XX0011-XX0019
0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15
[s]
-3000
-2000
-1000
0
1000
2000
3000
[A]
Hỡnh 2.9 Dng súng dũng in quỏ khi úng in vo trm t c lp
b)Quỏ khi úng in vo trm t song song.
Khi úng mt trm t vo li cú nhng trm t khỏc nhau ang lm vic.
(f ile tramtusongsong.pl4; x-v ar t) v :XX0029-XX0027 v:XX0017

chu ni, dn n khi mỏy ct úng in trm t, hin tng phúng in trc
cú th xut hin trong bung ct, h quang phỏt sinh ngay c trc khi hai
tip im tip xỳc vi nhau. Dũng in h quang cú tn s rt cao nờn khi i
qua giỏ tr zero, nú s b tt v in ỏp trờn t vn gi nguyờn giỏ tr m nú
nhn c ln phúng in u tiờn. n khi tip im úng li hon ton,
in ỏp trờn t mi bt u dao ng.
(f ile pdtrc. pl4; x-v ar t) v :XX0027-XX0039 v :XX0019
0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15
[s]
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
[kV]
Hỡnh 2.12 Dng súng in ỏp khi xy ra hin tng phúng in trc
(f ile pdtrc.pl4; x-v ar t) c:XX0027-XX0039
0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15
[s]
-8000
-5000
-2000
1000
4000
7000
[A]
Hỡnh 2.13 Dng súng dũng in khi xy ra hin tng