CH658964A5

CH658964A5 - Analog/digital-wandler.

Info

Publication number: CH658964A5
Application number: CH200/83A
Authority: CH
Inventors: Herbert Lang
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 1982-02-03
Filing date: 1983-01-14
Publication date: 1986-12-15
Also published as: DE3203485A1

Description

Die Erfindung geht aus von einem Analog/Digital-Wandler nach der Gattung des Patentanspruches 1.

Es ist bekannt, bei Analog/Digital-Wandlern das sogenannte Doppelintegrationsverfahren zu verwenden, das beispielsweise in Tietze, Schenck, Halbleiter Schaltungstechnik 2. Auflage, Seite 536 beschrieben ist.

Dabei wird in einer ersten Phase die zu wandelnde Analoggrösse, vorzugsweise eine Messspannung während einer vorgegebenen Zeit integriert und der Integrator wird in einer zweiten Phase mit einer negativen Spannung beaufschlagt, so dass die Zeit, die zum Erreichen des Ausgangswertes erforderlich ist, ein digitales Mass für die zu wandelnde Eingangsgrösse darstellt.

Nachteil dieses bekannten Verfahrens ist, dass nur relativ kleine Messbereiche jeweils einer Messgrösse überstrichen werden können und dass eine verhältnismässig umfangreiche Schaltung erforderlich ist.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemässe Analog/Digital-Wandler mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass durch geeignete Einstellung nur eines Bauelementes ein sehr grosser Messbereich überstrichen werden kann und dass die verwendete Schaltung mit ausserordentlich wenig Bauelementen auskommt.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Massnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Patentanspruch 1 angegebenen Analog/Digital-Wandlers möglich. So wird in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung eine Ana-log/Digital-Wandlung für eine Mehrzahl von unterschiedlichen Eingangsgrössen (Temperatur, Widerstand, Spannung) nacheinander möglich, ohne dass die verwendete Messschaltung verändert werden muss.

Schliesslich sind Überwachungsmittel vorgesehen, die Störfälle, beispielsweise Kurzschluss oder Leitungsbruch überwachen, so dass der erfindungsgemässe Wandler bevorzugt dort eingesetzt werden kann, wo es auf besonders hohe Betriebssicherheit ankommt.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Zeichnung

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfin-dungsgemässen Analog/Digital-Wandlers.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel sind mit 10, 11, 12, 12a eine erste, eine zweite und eine dritte Messstelle bezeichnet. Die erste Messstelle 10 dient zur Messung einer Temperatur, wozu ein temperaturempfindlicher Widerstand Rtx mit einem parallel geschalteten Linearisierungswiderstand Rl vorgesehen sind. Die zweite Messstelle 11 dient zur Messung eines Widerstandes Rx. Die dritte Messstelle 12, 12a dient zur Messung einer potentialfreien Spannung Ux bzw. einer gegen Masse liegenden Spannung Ux'. Es versteht sich, dass auch noch weitere Messstellen vorgesehen sein können, die zur Messung anderer physikalischer Grössen, beispielsweise eines Stromes, einer Kapazität, einer Induktivität oder dgl. dienen.

Die Messwertverarbeitung und die Weiterleitung des Digitalsignals Ud wird von einem Mikrocomputer 13 übernommen. Dieser wird von einem Integrator 16 angesteuert, der aus einem mit einem Kondensator 15 gegengekoppelten Operationsverstärker 14 besteht. Die Verbindung von Integrator 16 zum Mikrocomputer 13 läuft über eine Schwellwertstufe 17. Dabei ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung auch möglich, auf die Schwellwertstufe 17 zu verzichten, sofern die Schwellwertspannung des Eingangs des Mikrocomputers 13 zur Bildung der Schwellwertstufe herangezogen wird.

Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 14 ist mit einer Spannung U2 beschaltet, die an einem aus Widerständen 18, 19, 20 bestehenden Spannungsteiler abgegriffen wird, der seinerseits mit einer Betriebsspannung Ub beschaltet ist. An einem weiteren Abgriff des Spannungsteilers 18, 19, 20 liegt eine weitere Bezugsspannung U3 an, die über einen Wider5

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stand 21 und eine Schalteinheit 22 dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 14 zuführbar ist.

Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 14 wird den Messstellen 10, 11, 12, 12a zugeführt. Bei der ersten Messstelle 10 liegt sie an einem Spannungsteiler, der einmal aus der Parallelschaltung der Widerstände Rtx und Rl sowie andererseits aus einem Widerstand 24 besteht. In der zweiten Messstelle 11 liegt sie an einem Spannungsteiler, der aus dem Widerstand Rx sowie einem weiteren Widerstand 25 besteht. In der dritten Messstelle 12 wird die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 14 der Messspannung U hinzuaddiert, wodurch Messungen von nicht an ein Potential gebundenen Spannungen möglich sind. Für den Fall gegen Masse bezogener Spannungen Ux' ist ein Spannungsteiler 30, 31 zwischen die Ausgangsspannung Ui und Masse geschaltet und die Messspannung Ux' wird dem Spannungsteilerabgriff über einen Widerstand 32 zugeführt. Die Abgriffe der Spannungsteiler der Messstellen 10, 11, 12a bzw. die Summenspannung der dritten Messstelle 12 werden ebenfalls der Schalteinheit 22 zugeführt. Diese ist über eine Adressleitung 23 mit dem Mikrocomputer 13 verbunden.

Der Mikrocomputer 13 verfügt einmal über einen internen Zähler 13a, dessen Funktion nachstehend noch im einzelnen beschrieben wird sowie über ein Steuerwerk 13b, das einmal mit dem digitalen Ausgangssignal Ud beschaltet ist sowie den Zähler 13a, Anzeigen 26, 27 sowie schliesslich die Adressleitung 23 steuert.

Die Wirkungsweise der in der Figur dargestellten Anordnung ist wie folgt:

Vom Mikrocomputer 13 wird die Schalteinheit 22 über die Adressleitung 23 derart gesteuert, dass die Schalter a, b, c, d, e der Schalteinheit 22, wie nachstehend geschildert, nacheinander eingeschaltet werden. Zu Beginn einer Messung wird in einer Vorbereitungsphase der zugehörige Kontakt der jeweiligen Messstelle geschlossen. Soll beispielsweise eine Temperatur gemessen werden, wird zunächst der Kontakt b geschlossen, so dass die erste Messstelle 10 auf den Integrator 16 einwirkt. Am Abgriff des Spannungsteilers der ersten Messstelle 10 liegt eine Spannung Ua an, die aus der Ausgangsspannung Ui des Operationsverstärkers 14 über die Widerstände Rtx, Rl abgeleitet wird. Diese Messspannung Ua entspricht damit einmal der zu messenden Temperatur und zum anderen der Ausgangsspannung Ui. Der Operationsverstärker 14, der an seinem nicht invertierenden Eingang mit der ersten Bezugsspannung U2 beschaltet ist, stellt sich nun so ein, dass sich eine Ausgangsspannung Ui ergibt, die eine Spannung Ua zur Folge hat. Am Kondensator 15 liegt dann eine Spannung, die gleich der ersten Bezugsspannung U2 ist. Der Integrator 16, der in dieser Phase also als Komparator arbeitet, ist damit abgeglichen.

In der darauffolgenden Messphase wird nun der Kontakt b über die Adressleitung 23 geöffnet und der Kontakt a geschlossen. Wie aus der Beschaltung des Spannungsteilers 18, 19, 20 ersichtlich ist, ist die zweite Bezugsspannung U3, die dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 14 zugeführt wird, negativer als die erste Bezugsspannung U2. Demzufolge wird bei geschlossenem Kontakt a das Ausgangssignal Ui des Integrators 16 ansteigen. Je nachdem, welche Ausgangsspannung Ui am Ende der Vorbereitungsphase anlag, dauert es nun mehr oder

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weniger lange, bis der Schwellwert der Schwellwertstufe 17 bzw. des Mikrocomputers 13 erreicht ist. Diese Zeitspanne wird im Zähler 13a gezählt und der bei Erreichen des Schwellwertes vorhandene Zählerstand wird als Digitalsignal Ud ausgegeben. Ist der Widerstand Rjx als NTC-Widerstand ausgebildet, bei dem der Widerstand mit zunehmender Temperatur abnimmt, ist der Zählerstand am Ende der Messphase der Temperatur proportional. Bei einer Widerstands- oder Spannungsmessung ist der Zählerstand im Ausführungsbeispiel hingegen der Messgrösse umgekehrt proportional. Die Zeitsteuerung von Vorbereitungsphase und Messphase wird dabei vom Steuerwerk 13b übernommen. Dieses übermittelt die entsprechenden Umschaltsigna-le über die Adressleitung 23 zur Schalteinheit 22 und setzt zu Beginn der Messphase den Zähler 13a über den Eingang T zurück.

Nach abgeschlossener Messung der Temperatur in der ersten Messstelle 10 kann nun beispielsweise in der zweiten Messstelle 11 der Widerstands wert gemessen werden. Hierzu wird in einer Vorbereitungsphase der Kontakt c geschlossen, so dass die Messspannung Ua' dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 14 zugeführt wird. Da die Messspannung Ua' ebenfalls von der Ausgangsspannung Ui des Operationsverstärkers 14 über den Spannungsteiler der zweiten Messstelle 11 abgeleitet wird, geht die Messung, wie oben für den Fall der ersten Messstelle 10 geschildert, vonstatten.

Entsprechendes gilt für die Messung der Spannung Ux in der dritten Messstelle 12, wobei die zugehörige Messspannung Ua' ' durch Addition der Ausgangsspannung Ui und der Messspannung Ux gebildet wird, ebenso lässt sich die weitere Messstelle 12a über den Kontakt e anschliessen, wodurch die Messspannung Ua' ' ' durch Addition eines Teiles von Ui und Ux' entsteht. Dabei ermöglicht die Adressleitung 23 eine sequentielle Messung aller Messstellen oder einer Messreihenfolge beliebiger Art. Weitere Messstellen sind über weitere Kontakte zuschaltbar.

Durch entsprechende Anpassung der Widerstände 24, 25; 31 kann ein sehr grosser Messbereich der zu messenden Eingangs-grösse überstrichen werden, beispielsweise ein Messbereich von mehr als 1:1000. Wie ohne weiteres ersichtlich, kommt die erfindungsgemässe Schaltung auch mit ausserordentlich wenig Bauelementen aus.

Tritt in den Messstellen 10, 11, 12, 12a eine Unterbrechung bzw. ein Kurzschluss auf, wird dies vom Mikrocomputer 13 erkannt. Bei einer Unterbrechung in einer Messstelle 10, 11, 12, 12a kann sich der Operationsverstärker in der Vorbereitungsphase nicht abgleichen, so dass der Schwellwert der Schwellwertstufe 17 bzw. des Mikrocomputers 13 erreicht wird, bevor das Steuerwerk 13b von der Vorbereitungsphase auf die Messphase umschaltet. Empfängt das Steuerwerk 13b demnach während der Vorbereitungsphase ein Ausgangssignal vom Zähler 13a, wird die Anzeige 26 angesteuert. Andererseits wird bei einem Kurzschluss in einer der Messstellen 10, 11, 12, 12a während der Messphase der Schwellwert der Schwellwertstufe 17 bzw. des Mikrocomputers 13 überhaupt nicht erreicht, so dass das Steuerwerk 13b überwacht, ob nach Beginn der Messphase überhaupt ein Signal vom Zähler 13a eintrifft. Ist dies innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls nicht der Fall, wird die Anzeige 27 angesteuert.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Analog/Digital-Wandler mit einem vom Analogsignal (Rtx, Rx, Ux, Ux' ) beaufschlagten Integrator (16), der auf eine Schwellwertstufe (17) arbeitet, wobei hinsichtlich des Integratorsignals das Zeitintervall von einem Referenzwert bis zum Erreichen des Schwellwertes ausgezählt wird und aus dem Zählerstand das Digitalsignal (Ud) abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Analogsignal (Rtx> Rx» Ux, Ux' ) über das Ausgangssignal (Ui) des Integrators (16) in eine Messspannung (UA, Ua' , Ua' ', Ua' ' ' ) umgesetzt wird, dass in einer Vorbereitungsphase ein Eingang des Integrators (16) mit einer Bezugsspannung (U2) und ein entgegengesetzt gepolter Eingang des Integrators (16) mit der Messspannung (Ua, Ua' , Ua' ', Ua' ' ') beschaltet wird und dass in einer Messphase der entgegengesetzt gepolte Eingang mit einer weiteren Bezugsspannung (U3) beschaltet wird.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Messspannung (Ua, Ua' , Ua' ' ' ) das Ausgangssignal (Ui) des Integrators (16) auf einen Spannungsteiler (Rtx, Rl, 24; Rx, 25; 30, 31) geführt ist, der beispielsweise einen das Analogsignal darstellenden Widerstand (Rx) bzw. temperaturabhängigen Widerstand (Rtx) enthält.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Messspannung (UA' ', Ua' ' ' ) das Ausgangssignals (Ui) des Integrators (16) bzw. ein Teil davon zu einer das Analogsignal darstellenden Spannung (Ux, Ux' ) addiert wird.

4. Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung von der Messspannung (Ua, Ua' , Ua' ', Ua' ' ' ) auf die weitere Bezugsspannung (U3) über eine Schalteinheit (22), vorzugsweise einen als integrierter Schaltkreis ausgebildeten Multiplexer erfolgt.

5. Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Vorbereitungsphasen mit Messphasen für unterschiedliche Analogsignale (Rtx, Rx> Ux, Ux' ) nacheinander ablaufen.

6. Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung von der Messspannung (Ua, Ua' , UA' ', Ua' ' ' ) auf die weitere Bezugsspannung (U3) von einem Mikrocomputer (13) gesteuert wird, der einen Zähler (13a) enthält.

7. Wandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellwertstufe von der Schwellspannung des Mikrocomputers (13) gebildet wird.

8. Wandler nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocomputer (13) ein Steuerwerk (13b) enthält, das dann eine Anzeige (26) ansteuert, wenn der Schwellwert vor der Umschaltung von der Messspannung (Ua, Ua' , Ua' ', Ua' ' ' ) auf die weitere Bezugsspannung (U3) erreicht wird.

9. Wandler nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocomputer (13) ein Steuerwerk (13b) enthält, das dann eine Anzeige (27) ansteuert, wenn nach der Umschaltung von der Messspannung (Ua, Ua' , Ua' ', Ua' ' ' ) auf die weitere Bezugsspannung (U3) der Schwellwert nicht innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls erreicht wird.

Stand der Technik