CN104335489A - 带有一定数量的模拟信号获取信道的模拟信号输入电路 - Google Patents
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Abstract
一种含第一数量模拟信号获取信道(100)和至少一个诊断电路(130)的模拟信号输入电路，模拟信号获取信道含第三数量模拟信号获取电路(110,120)和至少一个第一连接选择装置(115,125)，模拟信号获取电路含第一连接装置和第二连接装置。模拟信号获取信道为获取连在第二数量模拟信号输入的模拟输入信号及响应所获模拟输入信号输出输出信号在能够确定时间内交替选择模拟信号获取电路，不以其第一连接装置与获取模拟输入信号的模拟信号输入相连，而是用于测试和/或诊断，在该确定时间内选择除该模拟信号获取电路以外的所有模拟信号获取电路，其第一连接装置与获取模拟输入信号的确定模拟信号输入相连并响应所获模拟输入信号向其第二连接装置发出模拟信号获取信道输出信号作为输出信号。
Description
技术领域
背景技术
对模拟输入量，例如，温度或压力的处理尤其是在过程工业中使用得非常广泛。许多这种信号服务于过程监控并且由此经常对于过程的安全性起关键作用。
但与数字信号不同，模拟技术的费用非常高昂。最简单的检验模拟电路功能的方法在于，例如，将参考源与模拟电路相连接并且将所测量到的值与标准值相比较。
然而，目前必须付出巨额的电路费用支出才有可能满足安全标准DIN EN 91508对用于较高的安全完整性等级(例如，SIL2或SIL3)的诊断覆盖(Diagnosedeckung)的要求。
尤其是为了满足这种较高的安全完整性等级，现有技术中还公知了冗余地构造的信号处理结构和与此相关的诊断脚本，其中例如，本申请人的DE 10 2007 062 974，DE 2 108 496A，EP 1 643 323A1，US 2005/240806A1,US 5,838,899，US 4,358,823，US2002/0152420A1,US 2006/0010352A1,US 6,985,975,EP 2 175 371，EP 2 207 097，EP 2 228 723，EP 2 196 908，US 7 949 833，US7 979 746或US 8 037 364。
通常这种冗余地构造的信号处理结构和与此相关的诊断脚本的典型缺陷在于，测试单元可能与安全性相关地影响信号处理结构，对于无反作用(Rueckwirkungsfreiheit)的验证与非常高的费用支出相关联，测试单元的诊断覆盖受局限，诊断单元的测试脉冲经常能够对外显现并且可能对过程进行干扰和/或在测试过程中仅受限制地提供相关的信号处理结构或安全功能在测试时间下必然被减弱。
发明内容
本发明的目的在于展现出一种用于实现处理模拟输入信号，尤其是与过程安全性相关的模拟输入信号的模拟信号输入电路的灵活的、不依赖于设备且价格低廉的方案，该方案在诊断脚本或测试脚本中也能实现高安全完整性等级。
本发明通过独立权利要求的特征来实现上述目的。符合目的的设计和进一步的构造是从属权利要求的主题。
与此相应地本发明的方案提出一种具有第一数量的模拟信号获取信道和至少一个诊断电路的模拟信号输入电路，其中每个模拟信号获取信道均构造成用来获取连接在第二数量的模拟信号输入中的一个模拟信号输入上的模拟输入信号并且对所获取的模拟输入信号做出反应发出输出信号。每个模拟信号获取信道包括各两个模拟信号获取电路以及至少一个第一连接选择装置，并且每个模拟信号获取电路包括第一连接装置和第二连接装置。模拟信号获取信道的每个模拟信号获取电路利用其第一连接装置至少在时间上依次与一定数量的模拟信号输入中的用于获取模拟输入信号的同一个模拟信号输入相连接并且模拟信号获取信道的两个模拟信号获取电路被构造成对所获取的、彼此相应的模拟输入信号做出反应向其第二连接装置发出彼此相应的输出信号。每个模拟信号获取信道均为了获取连接在一定数量的模拟信号输入中的一个模拟信号输入上的模拟输入信号以及为了对所获取的模拟输入信号做出反应地输出输出信号，在能够确定的时间段内交替地选择所包含的两个模拟信号获取电路中的各一个，其中该模拟信号获取电路的第一连接装置不与用于获取这个模拟输入信号的这个模拟信号输入相连接，而是用于测试和/或诊断目的，并且在该能够确定的时间段内选择所包含的两个模拟信号获取电路中的各另一个，其中该模拟信号获取电路的第一连接装置与用于获取这个模拟输入信号的这个模拟信号输入相连接并且对所获取的模拟输入信号做出反应向其第二连接装置发出模拟信号获取信道的输出信号作为输出信号。为此该第一连接选择装置构造成，将两个所包含的模拟信号获取电路中的各自的第一连接装置对选择做出反应至少要么与这个待连接的模拟信号输入相连接，要么与诊断电路相连接。
在这种情况下一个重要优势在于：各模拟信号获取信道的模拟信号获取电路可以根据需求在能够确定的时间段内至少借助诊断电路为测试目的和/或诊断目的服务，在此情况下为测试和/或诊断服务的模拟信号获取电路在诊断过程中不处在用于从模拟信号获取信道中获取待处理的模拟输入信号的模拟信号获取信道处理链内，并且同时并不处在使用模拟信号获取信道来进行控制的过程的安全链内。由此还可以进行在通过模拟信号获取信道的处理过程中可能不被允许的，并且由此在包括模拟信号获取信道的安全链的运行中可能也不被允许的检查。另外，在诊断过程中还可以不将可视的诊断信号连接到信号输入上。由此，各个诊断并不影响模拟信号获取信道的全部的、百分之百的功能。本发明由此尤其是在过程工业的需求方面能够实现高可应用性。
在此情况下，第一连接选择装置可以包括模拟开关单元，其中在每个模拟信号获取电路中符合目的地包括各一个模拟开关单元。
按照本发明的模拟信号输入电路基于较高的安全完整性等级具有例如，可同样冗余地运行的或能够组合连接成冗余组的数量为至少两个的模拟信号获取信道，由此提供以下优势，即，仅仅始终将相同的模拟信号获取电路相互交换且同时始终将这两个模拟信号获取电路中的一个置入相同的模拟信号获取信道的处理链中，与此同时始终出于诊断目的将另一个模拟信号获取电路与相同的诊断电路相连接。由于对于模拟信号获取电路、模拟信号获取信道、以及诊断电路而言由此可以始终保障各个连接的或置入的处理部件的环境条件是相同的，所以能够由此明显更简单地诊断出两个模拟信号获取电路之间的可能的信号偏差或还有模拟信号获取电路内部的故障。
本发明由此以如下认知为基础，即，当模拟信号获取信道中设有各两个模拟信号获取电路，其中一个对于模拟信号获取信道的百分之百的功能是多余的，并且由此这种模拟信号输入电路的每一个模拟信号获取电路被应用于不同的诊断目的且被用于替换另一个模拟信号获取电路以便将其用于不同的诊断目的时，在处理模拟输入量，例如，温度或压力时，相应的模拟输入信号，尤其是在过程工业中的模拟输入信号以及尤其是在对于过程的安全性起关键作用的模拟输入信号不仅不会影响模拟信号输入电路的模拟信号获取信道的功能，并且由此也不会影响包括模拟信号获取信道的安全链的安全运行，而且还能够并行地几乎完全地监控其百分之百的功能。
按照本发明的方案由此另外基于以下内容，即，在每个模拟信号获取信道内部配备有与安全有关元件的至少两倍冗余，虽然每个单独的模拟信号获取信道并不具有强制的冗余处理功能，但在可能的情况下可能才冗余地运行着两个或多个模拟信号获取信道或能够组合连接成冗余组。
由此看出：在权利要求书以及说明书中“一定数量的模拟信号输入”或“第二数量的模拟信号输入”的说法应包括数量为一个的模拟信号输入或数量为两个以上的模拟信号输入，从而使得该数量至少为1并且基本上可以是任意数量。
由此提供了本发明的另一个，尤其是用于更迅速或时间上限制更严格地获取模拟输入信号的优选的方案，即，将每个模拟信号获取信道构造成获取连接在至少两个的第二数量的模拟信号输入上的模拟输入信号并且对所获取的模拟输入信号做出反应发出输出信号，其中，每个模拟信号获取信道包括各一个第三数量的模拟信号获取电路，并且其中，该第三数量至少为三并且最大比第二数量大一。在此情况下，模拟信号获取信道的模拟信号获取电路中的每个还利用其第一连接装置与用于获取模拟输入信号的第二数量的模拟信号输入中各一个模拟信号输入相连接并且在其他方面构造成与第一方案相符的。为了获取连接在第二数量的模拟信号输入中的模拟信号输入上的模拟输入信号以及为了对所获取的模拟输入信号做出反应输出输出信号，在此情况下每个模拟信号获取信道在能够确定的时间段内交替地选择出各一个模拟信号获取电路，但其第一连接装置不与用于获取模拟输入信号的模拟信号输入相连接，而是应用于测试目的和/或诊断目的，并且在这个确定的时间段内分别选出除了第三数量的所包括的模拟信号获取电路中的这个模拟信号获取电路以外的所有模拟信号获取电路，其中其第一连接装置与用于获取模拟输入信号的第二数量的模拟信号输入中的确定的模拟信号输入相连接，并且对所获取的模拟输入信号做出反应向其第二连接装置发出模拟信号获取信道的输出信号作为输出信号。第一连接选择装置由此又构造成令所包含的所有模拟信号获取电路的各个第一连接装置对选择做出反应，至少要么与确定的待连接的模拟信号输入相连接，要么与诊断电路相连接。
尤其符合目的地提出：至少一个处理用的模拟信号获取信道也由数字信号构成并且这个模拟信号获取信道的每个模拟信号获取电路包括一个模拟/数字转换器，其数字信号端连接在各个第二连接装置上并且其模拟信号端连接于第一连接选择装置。
另外补充性地或替换性地提出了尤其符合目的的设计，即，每个模拟信号获取信道均具有一个第二连接选择装置，以如下方式构造该第二连接选择装置，即，与第一连接选择装置相一致地相应地选择将第二连接装置与设置用于进一步处理模拟信号获取信道输出信号的处理装置相连接或与诊断电路相连接。
另外补充性地或替换性地提出了尤其符合目的的设计，即，以如下方式构造第一连接选择装置，从而可选择地使得各自的第一连接装置与确定的待连接的模拟信号输入相连接，与诊断电路相连接，与外围设备的至少一个电源电压或与至少一个参考电压相连接。
另外补充性地或替换性地提出了尤其符合目的的设计，即，模拟信号获取电路包括有源的信号匹配电路和/或为第一连接装置配有去耦合电路和/或，至少一个模拟信号输入除了输入端以外还具有输入保护电路和/或无源的信号匹配电路。
附图说明
下面借助附图通过描述优选的实施方式给出本发明的其他特征和优点，其中
图1示出了仅带有一个模拟信号获取信道的模拟信号输入电路的具有第一个优选的且尤其符合目的的设计的实施方式；
图2示出了带有两个模拟信号获取信道的模拟信号输入电路的具有另一个优选的和尤其符合目的的设计的实施方式；
图3示出了仅带有一个模拟信号获取信道，但尤其用来获取更快的或对时间要求更严格的模拟输入信号的模拟信号输入电路的另一个以图1为基础的实施方式的概况图。
具体实施方式
首先参考图1，非常简化地示出了带有第一数量的模拟信号获取信道100的模拟信号输入电路，该模拟信号获取信道具有两个模拟信号获取电路110和120以及至少一个诊断电路130。
由于迄今为止仅在费用支出非常高昂的情况下才能够诊断出模拟信号获取电路的各个子功能并且在此情况下无法实现无反作用的诊断，所以根据本发明提出的用于获取模拟信号的方案也已符合目的地使用了业已证明性能优秀的模拟电路部件，其中模拟输入如下文中所描述的那样通过按照本发明的方案相互连接，从而能够几乎100％地测试整个电路并且该模拟电路部件由此也适合应用在安全技术中。为此，除了模拟信号获取电路以外还设有诊断电路，该诊断电路符合目的地以如下方式构造，即，该诊断电路能够提供所有对于模拟信号获取电路的整个测试是必要的信号。这个模拟信号获取电路的内部结构由此可以与标准的模拟模块中的基本上相同，其中，通过诊断电路来确保必要的诊断覆盖。
图1中另外示出了一定数量的模拟信号输入，即，根据图1示出了数量为两个的模拟信号输入201和202。可以看出“一定数量的模拟信号输入”或“第二数量的模拟信号输入”的说法可以指具有一个模拟信号输入或两个以上模拟信号输入并且与此相应地包含在权利要求书中，从而使得该数量至少为1并且基本上可以任意大。
对于根据图1的实施方式在下文中以如下内容作为出发点进行描述，即，在至少一个信号输入201或202处连接有与模拟输入量，诸如，温度或压力相应的模拟输入信号，该模拟输入信号优选地在过程工业中服务于用于过程监控，并且由此在本发明的符合目的的应用中以如下内容为出发点，即，这种模拟输入信号对于待监控、但并不详细展示的过程的安全性而言通常具有决定性作用。
图1另外显示出信号输入201具有输入端211，并且在符合目的的设计中另外具有电气地连接在输入端211后面的输入保护电路221。输入保护电路221实际上并不是必须的，但它可以有利地为模拟信号输入电路限制瞬变现象和/或实行干扰信号过滤。在任选的符合目的的替换补充方式中，信号输入201另外具有电气地连接在输入端211后面的无源的信号匹配单元231，或如在图1中所示的那样，在用于输入保护电路221的符合目的的另一种补充方式中，其中在此无源的信号匹配单元231符合目的地电气地连接在输入保护电路221后面。利用该无源的信号匹配单元231可以使电流或电压信号获得共同的测量电平。
在类似的方式中，其他的模拟信号输入除了输入端以外也可以具有输入保护电路和/或无源的信号匹配单元，其中，在根据图1的实施中，模拟信号输入202除了输入端212以外也具有电气地连接在后面的输入保护电路222和电气地连接在该输入保护电路后面的信号匹配单元232。
模拟信号获取信道100现构造成获取连接在模拟信号输入201或202上的但未示出的模拟输入信号并且对所获取的模拟输入信号做出反应，如下文中详细描述的那样，发出输出信号。
根据图1中所示出的本发明的方案，模拟信号获取信道100为此包含各两个模拟信号获取电路110和120以及至少一个第一连接选择装置115、125。模拟信号获取信道100还符合目的地包含诊断电路130。第一连接选择装置在符合目的的设计中构造为模拟开关单元，其中，优选地在每个模拟信号获取电路110和120中包含各一个模拟开关单元115或125。
每个模拟信号获取电路110和120均另具有第一连接装置111或121以及第二连接装置112或122。模拟信号获取电路110和120中的每个至少在时间上按先后地以其第一连接装置111或121与相同的用于获取模拟输入信号的模拟信号输入，例如，201或202相连接，其中这两个模拟信号获取电路110和120构造成对所获取的、彼此相应的模拟输入信号做出反应，向其第二连接装置112或122发出彼此相应的输出信号。
但在模拟信号输入电路的正常运行中，无论是为了获取连接在模拟信号输入201或202上的输入信号，还是为了对所获取的模拟输入信号做出反应通过模拟信号获取信道100输出输出信号，分别仅在能够确定的时间段中交替地选择两个所包含的模拟信号获取电路110和120中的一个，以其第一连接装置111或121与用于获取这个模拟输入信号的这个模拟信号输入相连接并且对所获取的模拟输入信号做出反应向其第二连接装置112或122输出作为输出信号的模拟信号获取信道的输出信号。与此相反地，在正常运行中在这个能够确定的时间段中可选择各另一个模拟信号获取电路用于测试目的和/或诊断目的以及例如，与诊断电路130相连接，并且在这个能够确定的时间段中还可以不利用其第一连接装置与用于获取模拟输入信号的模拟信号输入相连接。第一连接选择装置115、125为此构造成各自的第一连接装置111、121选择性地至少要么与待连接的模拟信号输入相连接，要么与诊断电路相连接。
在如图1中所示的当前情况下，也就是说，模拟信号获取电路110被例如，选择或设置成以其第一连接装置111与用于获取连接在其上的模拟输入信号的模拟信号输入201相连接并且对所获取的模拟输入信号做出反应向其第二连接装置112发出作为输出信号的、模拟信号获取信道的输出信号并且将模拟信号获取电路120设置成出于诊断目的与诊断电路130相连接。
在根据图1的配备有第一连接选择装置的模拟开关单元115和125的设计中，相应地以相互一致的方式将第一连接装置111与模拟信号输入201相连接并且将第一连接装置121与诊断电路130相连接。
根据符合目的的方式，第一连接选择装置，更确切地是图1中的配备有第一连接选择装置的两个模拟开关单元115和125被如此构造，即，假如期望的话另外能够令两个模拟信号获取电路110或120同时与相同的信号输入相连接。因为在测试用的转接情况下，两个模拟信号获取电路110和120在短时间内在相同的信号输入上并行地运行，所以尤其是在转接模拟信号获取电路110和120的情况下可以对测量结果进行比较，由此实现了模拟开关的100％的诊断覆盖。由此，在这种情况下，由模拟信号获取电路110和120发出的输出信号，例如，正如后面所描述的那样被传输给诊断电路130。
另外，符合目的地将各一个去耦合电路113或123分配给第一连接装置111和121，通过该去耦合电路可以借助第一连接选择装置分别将模拟信号获取电路110或120的第一连接装置111或121与信号输入201和202相连接。去耦合电路113和123避免了模拟信号获取电路110或120相互的反作用或对信号输入201和202的反作用以及信号输入相互的反作用，并且这些反作用的实施通常是不可逆的并且不允许以通常的方式诊断。
为了能够将模拟信号获取电路110或120的第一连接装置111或121与其他被引导至第一连接选择装置的信号路径，尤其是源于诊断装置130的信号路径相连接，从而为了对模拟信号获取电路进行诊断而输送测试信号和诊断信号，为此符合目的地以相同的方式通过去耦合电路113和123引导这些信号路径。但设置用于监控内部的电流和电压源的，用于引导外围设备的电源电压以及不同的对于诊断目的而言必要的参考电压的和其他的信号路径可以通过去耦合电路113和123引导至第一连接选择装置，从而在需要的情况下能够将模拟信号获取电路110或120的第一连接装置111或121与这些信号路径相连接。但从图1中可以看出，在所示出的实施例中所有其他的对于诊断目的而言所必须的、不来源于诊断电路130的参考电压并不通过去耦合电路113和123引导至第一连接选择装置。
利用图1中所示出的模拟开关单元115和125由此可以将以十分简单的方式选择的各个模拟信号连接至各个模拟信号获取电路110或120。通过转接待连接的信号和通过上文所述的通过诊断单元来测试模拟开关单元115和125。
当为了进行测试如上文所述地转接模拟信号获取电路110和120，两个模拟信号获取电路110和120在短时间内平行地以相同的输入信号运行且对输出信号进行比较时，在运行中也能够实现运行中的模拟开关单元115和125的100％的诊断覆盖。
如图1中另外所示出的那样，模拟信号获取电路110和120中的每个符合目的地具有有源的信号匹配装置114或124，为了专门地处理模拟信号，将各种连接在各个模拟信号获取电路110或120上的模拟信号输送给该有源的信号匹配装置并且可能输送给模拟/数字转换器116或126，其中，模拟/数字转换器的各自的数字信号接口连接在各第二连接装置112或122上并且模拟/数字转换器的各自的模拟信号接口被连接在朝向第一连接选择装置的方向上并且根据图1的实例还连接在有源的信号匹配装置114或124上。
为了在实用的方式中另外相应地选择第二连接装置112和122且在可能的情况下使其与设置用于进一步处理模拟信号获取信道的输出信号的、尤其是专用的处理装置300相连接又或以简单的方式与诊断电路130相连接，模拟信号获取信道100符合目的地具有第二连接选择装置101，该第二连接选择装置构造成尤其与第一连接选择装置一致地实现这种连接。
本发明指出：对用于交替地选择模拟信号获取电路的第一连接选择装置进行控制，从而将一个或另一个模拟信号获取电路在能够确定的时间段内与用于获取模拟输入信号的、确定的模拟信号输入相连接或将其用于测试和/或诊断目的，而且虽然可能设置的第二连接选择装置在图中并没有示出，但仍可以将其转用于对于技术人员而言公知的以及本身公知的措施。由于控制方式并非本发明的重要组成部分，所以没有对其进行详细描述。当然，可以例如，通过诊断电路130自行实现该控制，或当(如图1中所示的那样)例如，设有微控制器(μC)作为专用的处理装置300时，同样可以通过该微控制器来实现控制。由于图1中所示出的微控制器被用作为另一个处理装置300，因此模拟/数字转换器116或126的使用以及数字式运行的连接选择装置101的使用(在图1中表示为数据耦合器)在实际的转用中尤其符合目的。
所述的诊断电路130符合目的地包含对于模拟信号获取电路110和120的测试的稳定的诊断覆盖而言所要求的、所有需要的测试装置。还可以视实施情况通过诊断电路130自行实现这些测试装置的控制，或通过其他装置，例如，展示为处理装置300的、例如，构造有安全逻辑的微控制器来实现上述控制。与控制相关地还可以在诊断电路130和微控制器之间设有诊断功能的任务分配。
下面将参考图2，该视图示出了带有两个模拟信号获取信道的模拟信号输入电路的具有另一个优选的且尤其符合目的的设计的实施方式。由于部件基本上是相同的或正如图1中所描述的那样同样地作用的，所以下文中仅涉及对本发明重要的区别之处。
第一模拟信号获取信道100此时根据图2被绘制在虚线之上而第二模拟信号获取信道100’在虚线之下。在类似的方式中当然可以设有其他模拟信号获取信道，从而相应地增大模拟信号获取信道的数量。每个模拟信号获取信道100和100’在此又具有以图1已经描述的方式构造的两个模拟信号获取电路110和120或110’和120’，以及一个诊断电路130或130’。
图2中所示的数量为两个的模拟信号获取信道100和100’可以冗余地运行或组合连接成冗余组。如图2中标识为“K”的双箭头所示的那样，由此例如，各一个连接在模拟信号获取信道100之后的处理装置300与连接在另一个模拟信号获取信道100’之后的处理装置300’相互通信。作为补充，也可以冗余地获取信号输入，也就是说，在信号输入201和信号输入201’处连接相同的信号，并且在信号输入202和信号输入202’处也连接相同的信号，并且由此借助模拟信号获取信道100和100’冗余地进行获取。
两个模拟信号获取信道100和100’或还有其他的外围设备的电源电压可以通过相同的电源供电或分别供电，尤其是在能够高度使用的设备中可以符合目的地彼此无关联地实现两个模拟信号获取信道100和100’的供电。然后再次通过各个模拟信号获取信道100或100’的诊断电路130或130’来实现各自的电压监控。
总之由此确定：在每个任意的时间点可以借助与各个待测量的输入(1至n中任意数量)相连接的每个模拟信号获取信道100、100’的模拟信号获取电路110或120来获取模拟输入信号。每个模拟信号获取信道100、100’的这个模拟信号获取电路110或120另外可以被转接在信号输入之间，从而依次地获取各个模拟信号输入的状态。换言之，这个由此是有源的模拟信号获取电路可以被转接在各个用于获取输入值的信号输入之间，其中，可以例如，通过各个信号输入的所述优先性来控制信号输入之间的转接。
每个模拟信号获取信道100、100’的、在常规运行中在这个时间点下并不参与安全功能的第二模拟信号获取电路120或110由此可以存在于通过诊断单元进行的测试中，但无论如何都不会影响模拟信号获取信道100、100’的功能以及还有与其相关联的安全功能。一旦测试或诊断完全结束，可以将测试过的或诊断过的模拟信号获取电路重新归入到安全链内并且将另一个模拟信号获取电路从安全链中分离出来并且出于测试目的将其与诊断单元相连接。假如这个模拟信号获取电路也完全测试完毕，那么例如，将进行下一次转接，在转接过程中重新产生输出状态。另外还可以并行地运行模拟信号获取信道的两个模拟信号获取电路，从而例如，将两个模拟信号获取电路所得到的测量值相互比较并且由此再进一步改善诊断覆盖。由于在测试过程中待测试的模拟信号获取电路由此不处在安全链中，所以能够100％地测试每个模拟信号获取电路。由此诊断脉冲/测试脉冲也不可能影响各个安全功能并且可以对其他的、在运行中安全链中所不被允许的状态，例如，有源的信号匹配(例如，增强)的不同的设置(Einstellung)进行测试。
在故障情况下，按照本发明的模拟信号输入电路给出了对模拟电路而言是有缺陷的安全诊断，并且基于每个模拟信号获取信道中的“多余的”模拟信号获取电路由此在故障情况下也能够伴随着受限制的诊断继续安全地运行
另外，在持续的运行中，在不对持续的测量和设备功能(自校准)产生时间上和/或功能上影响的情况下，可以借助诊断电路实现模拟信号获取电路的校准。由于由此在运行过程中也可以通过诊断单元校准整个模拟信号输入电路，所以借助本发明通过对模拟信号输入电路进行测试或诊断在运行中分别根据应用情况也可以充分使用验证测试(前述的功能测试)。
由于由诊断电路实行的诊断不对时间上的行为产生影响，所以对于包括模拟信号输入电路的设备而言以及还有对于在信号输入处获取其模拟信号的设备而言，由此可以确保由诊断电路实行的诊断，例如，还另外确保了叠加的网络上的同步的信号获取和传递。因此，例如，信号输入的输入端处的测试信号也均为不可见的。
由诊断电路实行的诊断由此还可以检查模拟信号获取电路的、在输入信号的有源测量中不允许的状态。由于由此与传统的方案相比整体地改善了测验深度，所以由此也改善了质检结果。还可以与获取模拟输入信号并行地，尤其是也与获取与过程安全性相关的模拟输入信号并行地进行测试或诊断。
例如，还可以从设计过程中获得诊断电路所使用的诊断模式/测试模式，由此降低设计诊断电路用的设计费用。由于每两个模拟信号获取电路仅需要一个诊断单元，所以本发明还提供了价格低廉的实现方式。
本发明的一个重要观点由此在于：模拟信号获取信道的模拟信号获取电路包括连接在模拟信号输入上的模拟信号，与此同时在能够确定的时间段内对相同的模拟信号获取信道的另一个模拟信号获取电路进行测试和/或诊断。在测试或诊断之后，可以且将要紧接着替换该模拟信号获取电路，也就是说，经测试的模拟信号获取电路在替换之后在能够确定的时间段内接受测量，与此同时对第一模拟信号获取电路进行测试。
在图1和图2的方案，尤其是用于获取缓慢的模拟输入信号的方案中，数量为1至n的模拟信号输入和每两个模拟信号获取电路带有一个模拟信号获取信道，其中一个模拟信号获取电路连在信号输入之间，与此同时另一个模拟信号获取电路与诊断单元或其他信号如，出于测试目的用于实行测量的参考电压和电源电压相连接，其中，在两个模拟信号获取电路的交替测试实现之后，从图3中得到的是模拟信号输入电路的以图1为基础的另一个实施方式的概况图，但图中仅示出一个模拟信号获取信道，该模拟信号获取电路为尤其获取更迅速或时间更为严格的模拟输入信号进一步改进。由于这些部件基本上是相同的或如图1或图2中所描述的那样相同地作用的，所以下文中仅涉及对于本发明来说的重要区别。
在根据图3的方案中也具有数量为从1到n个的模拟信号输入，但一个模拟信号获取信道包含数量为至少三个的模拟信号获取电路，以及最大数量比模拟信号输入的数量大1的模拟信号获取电路。
在图3中，由此以201、202至n来表示模拟信号输入的数量并且由此以110、120至n、n+1来表示模拟信号获取电路的数量。与此相应地可以另外符合目的地将各个去耦合电路113、123至n、n+1分配给模拟信号获取电路或在图3中没有详细示出的第一连接装置，通过这些去耦合电路可以借助图3中没有详细示出的第一连接选择装置将模拟信号获取电路与信号输入、诊断单元130或出于测试目的实行测量的其他信号如，参考电压和电源电压相连接。由于模拟信号获取信道100的模拟信号获取电路中的每个利用其第一连接装置与用于获取模拟输入信号的一定数量的模拟信号输入中的各一个模拟信号输入相连接，所以多个信号输入可以同时与多个用于实行测量的模拟信号获取电路相连接，也就是说分别根据实施情况最多有n个模拟信号获取电路服务于最多n个信号输入。在能够确定的时间段内交替地选择模拟信号获取电路，例如，根据图3第“n+1”个模拟信号获取电路，进行测试和/或诊断，并且还例如，将其与诊断单元130相连接。在测试或诊断之后再次替换模拟信号获取电路，也就是说，测试过的模拟信号获取电路被用来实行输入信号获取，即，将其与一个信号输入相连接，与此同时对此刻与这个信号输入相连接的模拟信号获取电路进行测试。这种结构由此更好地适合于获取更迅速或时间上要求更严格的信号。与根据图1和图2的实施方式相应地可以又出于测试目的地测量其他信号如，参考电压和电源电压，和/或并行地，尤其是冗余地或组合连接成冗余组地运行多个模拟信号获取信道。
附图标记说明100，100’ 模拟信号获取信道
101 第二连接选择装置
110,110’,120,120’ 模拟信号获取电路
111,121 第一连接装置
112，122 第二连接装置
113，123 去耦合电路
114,124 有源的信号匹配装置
115，125 第一连接选择装置，尤其是模拟开关单元
116,126 模拟/数字转换器
130,130’ 诊断电路
201,201’，202,202’ 模拟信号输入
211,212 输入端
221,222 输入保护电路
231,232 无源的信号匹配单元
300,300’ 处理装置
Claims (10)
1.一种带有第一数量的模拟信号获取信道(100；100’)和至少一个诊断电路(130；130’)的模拟信号输入电路，其特征在于
-所述每个模拟信号获取信道(100；100’)构造成获取连接在第二数量的模拟信号输入(201，202；201’，202’)中的一个模拟信号输入上的模拟输入信号并且对所获取的模拟输入信号做出反应发出输出信号；
-所述每个模拟信号获取信道(100；100’)包括各两个模拟信号获取电路(110,120；110’,120’)以及至少一个第一连接选择装置(115，125)；
-所述每个模拟信号获取电路(110,120；110’,120’)包括第一连接装置(111,121)和第二连接装置(112,122)；
-所述模拟信号获取信道(100；100’)的所述模拟信号获取电路(110,120；110’,120’)中的每个利用其第一连接装置(111,121)至少在时间上依次与用于获取模拟输入信号的第二数量的模拟信号输入(201，202；201’,202’)中的相同的模拟信号输入相连接并且模拟信号获取信道(100；100’)的两个模拟信号获取电路(110,120；110’,120’)构造成对所获取的、彼此相应的模拟输入信号做出反应向其第二连接装置(112，122)发出彼此相应的输出信号；
-每个模拟信号获取信道(100；100’)为了获取连接在所述第二数量的模拟信号输入中的一个模拟信号输入上的模拟输入信号，以及为了对所获取的模拟输入信号做出反应地输出输出信号，在能够确定的时间段内交替地选择所包含的两个模拟信号获取电路中的各一个，其第一连接装置不与用于获取这个模拟输入信号的这个模拟信号输入相连接，而被用于测试和/或诊断目的，并且在能够确定的时间段内选择所包含的两个模拟信号获取电路(110,120；110’,120’)中的各另一个，其第一连接装置与用于获取这个模拟输入信号的这个模拟信号输入相连接并且对所获取的模拟输入信号做出反应向其第二连接装置发出模拟信号获取信道的输出信号作为输出信号，并且其中，为此所述第一连接选择装置(115,125)被构造成，所包含的两个模拟信号获取电路(110,120；110’,120’)中的各自的第一连接装置(111，121)对选择做出反应至少要么与这个待连接的模拟信号输入相连接，要么与诊断电路相连接。
2.一种带有第一数量的模拟信号获取信道(100；100’)和至少一个诊断电路(130；130’)的模拟信号输入电路，其特征在于
-所述每个模拟信号获取信道(100；100’)构造成获取连接在至少为两个的第二数量的模拟信号输入(201，202；201’，202’)上的模拟输入信号并且对所获取的模拟输入信号做出反应发出输出信号；
-所述每个模拟信号获取信道(100；100’)包括各一个第三数量的模拟信号获取电路(110,120；110’,120’)以及至少一个第一连接选择装置(115，125)；
-其中，所述第三数量至少为三并且最大比所述第二数量大一；
-所述模拟信号获取电路(110,120；110’,120’)具有第一连接装置(111,121)和第二连接装置(112,122)；
-所述模拟信号获取信道(100；100’)的所述模拟信号获取电路(110,120；110’,120’)中的每个能够以其第一连接装置(111,121)与用于获取模拟输入信号的所述第二数量的模拟信号输入(201,202；201’,202’)中的各一个模拟信号输入相连接，所述模拟信号获取信道(100；100’)的所述模拟信号获取电路(110,120；110’,120’)中的每个能够以其第一连接装置(111,121)至少在时间上依次与用于获取模拟输入信号的所述第二数量的模拟信号输入(201,202；201’,202’)中的相同的模拟信号输入相连接，并且所述模拟信号获取信道(100；100’)的第三数量的所有模拟信号获取电路(110,120；110’,120’)构造成对所获取的、彼此相应的模拟输入信号做出反应向其第二连接装置(112，122)发出彼此相应的输出信号；
-每个模拟信号获取信道(100；100’)为了获取连接在所述第二数量的模拟信号输入中的模拟信号输入上的模拟输入信号，以及为了对所获取的模拟输入信号做出反应地输出输出信号，在能够确定的时间段内交替地选择各一个模拟信号获取电路，其第一连接装置不与用于获取这个模拟输入信号的模拟信号输入相连接，而被用于测试和/或诊断目的，并且除了这个模拟信号获取电路以外的、所述第三数量的所包含的模拟信号获取电路(110,120；110’,120’)中的所有模拟信号获取电路在这个确定的时间段内分别被选择出来，其第一连接装置与用于获取模拟输入信号的所述第二数量的模拟信号输入中的确定的模拟信号输入相连接，并且对所获取的模拟输入信号做出反应向其第二连接装置发出模拟信号获取信道的输出信号作为输出信号，其中，为此第一连接选择装置(115,125)构造成，所有被包括的模拟信号获取电路(110,120；110’,120’)的各自的第一连接装置(111,121)对选择做出反应至少要么与确定的待连接的模拟信号输入相连接，要么与诊断电路相连接。
3.根据权利要求1或2所述的模拟信号输入电路，其特征在于，包含至少两个的第一数量的模拟信号获取信道(100，100’)，尤其是包含至少两个的第一数量的能够冗余地运行所述模拟信号输入电路或可将其组合连接成冗余组的模拟信号获取信道。
4.根据权利要求1，2或3所述的模拟信号输入电路，其特征在于，至少一个模拟信号获取信道(100，100’)构造成也用于处理数字信号，并且这个模拟信号获取信道的每个模拟信号获取电路(110,120)均包括一个模拟/数字转换器(116,126)，其数字信号端连接在所述各自的第二连接装置(112,122)上并且其模拟信号端连接在朝向所述第一连接选择装置的方向上。
5.根据上述权利要求中任意一项所述的模拟信号输入电路，其特征在于，每个模拟信号获取信道均具有第二连接选择装置(101)，所述第二连接选择装置构造成与所述第一连接选择装置(115,125)一致地相应地选择使得所述第二连接装置(112，122)与被设置用于进一步处理所述模拟信号获取信道的输出信号的处理装置(300)相连接或与所述诊断电路(130)相连接。
6.根据上述权利要求中任意一项所述的模拟信号输入电路，其特征在于，所述第一连接选择装置(115,125)构造成能够选择使得各自的第一连接装置(111,112)与待连接的模拟信号输入相连接，与诊断电路(130)相连接，与外围设备的至少一个电源电压或与至少一个参考电压相连接。
7.根据上述权利要求中任意一项所述的模拟信号输入电路，其特征在于，所述模拟信号获取电路包括有源的信号匹配装置(114,124)。
8.根据上述权利要求中任意一项所述的模拟信号输入电路，其特征在于，所述第一连接装置(111,112)分配有去耦合电路(113,123)。
9.根据上述权利要求中任意一项所述的模拟信号获取电路，其特征在于，所述第二数量的模拟信号输入(201，202，201’,202’)中的至少一个模拟信号输入除了输入端(211,212)以外具有输入保护电路(221,222)和/或无源的信号匹配单元(231,232)。
10.根据上述权利要求中任意一项所述的模拟信号获取电路，其特征在于，所述第一连接选择装置构造成模拟开关单元(115,125)，其中在每个模拟信号获取电路(110,120)中包括各一个这种模拟开关单元。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170815 |