CN104764468A - 转换速率检测电路 - Google Patents

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Abstract

公开了一种转换速率检测电路。一种传感系统包括用于生成指示出所感测的物理特性的模拟电信号的传感器和用于将该模拟电信号转换成数字电信号A/D转换器。连接到A/D转换器的控制电路配置成接收数字电信号并根据所接收的数字电信号执行包括确定物理特性的测量值在内的多个传感系统操作。连接到传感器的转换速率检测电路配置成检测何时模拟电信号指示出超出阈值的转换速率，并且当转换速率被检测为超出阈值时生成中断电信号。控制电路响应于接收到中断信号来确定物理特性的测量值。

Description

转换速率检测电路
背景技术
传感系统包括用于检测或测量物理特性并指示所检测或测量的物理特性的机械和电气部件的集合。机械部件需要时间量来响应处理部件和物理特性的变化。另外，一个或多个电气部件可有意地减慢用于传感系统的传感时间以降低否则会在传感系统在稳定处理条件下被采样时出现的噪声。进一步地，传感系统可包括负责多任务的转换和处理部件，且完成任务的顺序可能对提供最终的准确测量值添加延迟。
发明内容
本发明的各方面涉及对处理阶跃(process step)提供快速响应的传感系统。在一个实施例中，传感系统能够在100毫秒内响应处理阶跃。具体地，本发明的各方面使在阶跃后传感系统转换到最终值时的延迟最小化。
一方面，传感系统包括用于响应于物理特性的阶跃变化而在一时间段上产生模拟电信号的传感器。传感器包括至少一个机械部件和与机械部件连通的至少一个电气部件。机械部件配置成对物理特性的阶跃变化生成响应。电气部件配置成生成指示出由机械部件生成的响应的模拟电信号。连接到电气部件的模数(A/D)转换器用于将模拟电信号转换成数字电信号。控制电路连接到A/D转换器以接收数字电信号并根据接收的数字电信号来执行包括确定物理特性的测量值在内的多个传感系统操作。
转换速率(slew rate)检测电路连接到至少一个电气部件以接收由电气部件产生的模拟电信号。转换速率检测电路配置成检测何时模拟电信号指示出超出阈值的转换速率。例如，转换速率检测电路配置成当物理特性的阶跃变化出现时检测到模拟电信号指示出超出阈值的转换速率。当转换速率被检测为超出阈值时，转换速率检测电路配置成生成中断电信号。
控制电路连接到转换速率检测电路以从转换速率检测电路接收中断电信号。作为接收到中断电信号的响应，控制电路配置成确定物理特性的测量值而不是执行其他传感系统操作的任一个。在一个实施例中，在接收到中断电信号时，控制电路进一步配置成向A/D转换器提供指令以便转换从电气部件接收的模拟电信号而非转换可由A/D转换器接收的任何其他模拟电信号。
本发明的其他目的和特征在下文中将更加清楚和明确。
附图说明
图1是根据本发明实施例的传感系统的局部框图、局部流程图。
图2是根据本发明实施例的示例传感系统的时序图。
图3是根据本发明实施例的示例转换速率检测电路的框图。
相应的附图标记在附图中指示相应部分。
具体实施方式
图1图示出根据本发明实施例的示例传感系统100的部件。所图示的传感系统100是压力变送器(例如，差压传感器)，但应注意，传感系统100可以是任何其他类型的传感系统(例如，温度传感器、密度计等)，并且下面的教示对应于感测其他类型的物理特性(例如，温度、密度等)。
传感系统100包括用于生成代表所感测的压力的模拟电信号的传感器101(例如，压力传感器)。传感器101包括相互连通的机械传感元件102和电气传感元件104。机械传感元件102配置成对所施加压力生成响应，电气传感元件104配置成生成指示出由机械传感元件102生成的响应的模拟电信号。在一个实施例中，机械传感元件102包括可操作地连接在一起的金属膜片和流体填充室。金属膜片响应于所施加压力而从静止点弯曲，从而将压力传输至流体填充室。可包括过滤元件的电气传感元件104连接到流体填充室以生成与所施加压力成比例的模拟电信号。
模数(A/D)转换器106连接到电气传感元件104。A/D转换器106接收模拟电信号并将其转换成数字电信号。具体而言，A/D转换器106将一段时间上生成的模拟电信号转换成作为时间的函数的离散的数字值。在一个实施例中，A/D转换器106对由传感器101输出的模拟电信号采样，并将每个样本转换成数字值。数字电信号因此包括一组有序数字值。
控制电路连接到A/D转换器106以便从A/D转换器106接收数字值。在图示的传感系统100中，控制电路包括微控制器和程序代码108，但应注意，在不背离本发明范围的情况下可以使用替代的或额外的电路。控制电路配置成对所接收的数字值应用一种或多种算法从而产生代表所施加压力的测量值。图示的传感系统100还包括连接到微控制器和程序代码108的数模(D/A)转换器110。D/A转换器110从微控制器108接收数字测量值并将其转换成代表所施加压力的模拟输出信号。
在一个实施例中，控制电路(例如，微控制器和程序代码108)执行多个传感系统操作。除了确定代表所施加压力的测量值以外，控制电路可配置成定期用最新确定的测量值更新包括在传感系统100中的显示面板，并且确保存储在存储器中的临界值不被破坏。传感系统100可进一步配置成与诸如计算设备之类的外部设备通信。在此情况下，由控制电路执行的又一操作是对从外部设备接收的数字消息作出响应。多个传感系统操作通常并不是全部同时准备执行。例如，显示可能仅需每秒更新两次，测量值的确定仅响应于从A/D转换器106接收到数字值而执行。同样的，控制电路仅需要当从外部设备接收到消息时对来自外部设备的数字消息作出响应。
在一个实施例中，控制电路利用多任务技术对控制电路执行多个操作所需的工作进行分割。控制电路配置成将处理时间分割为片段。在每个时间段的开始，控制电路识别准备好运行的哪个操作具有最高的优先级(例如，重要性)，并且它执行所识别的操作。中断信号是用于指示出一事件已经发生因此操作可能准备好运行的信号。在一个实施例中，当新的转换数据可用时，A/D转换器106生成中断信号。传感系统100还可包括定时器，其在显示更新之间的时间段已过去时生成中断以指示出更新显示操作准备好执行。同样的，当从外部设备接收到通信消息时，可以生成中断信号。
参见图2，通常来说，在所施加压力中阶跃出现的时间和在来自D/A转换器110的模拟输出信号中呈现阶跃的时间之间存在延迟。图2是图示出传感系统100中出现的各种延迟的示例的图表。在图示的实施例中，信号A代表所施加压力，并图示出在时刻0出现压力阶跃。信号B代表由电气传感元件104生成的模拟电信号。信号C代表由A/D转换器106生成的数字信号。信号D代表由D/A转换器110生成的模拟输出信号。
由被提供给A/D转换器106的模拟电信号(即，信号B)呈现整个处理输入阶跃(例如，压力阶跃)所需的时间量称为转换时间。例如，转换时间可以是因流体室中流体移动以使得将压力变化传送给电气传感元件104所需的时间所致。压力阶跃(即，信号A)和提供给A/D转换器106的模拟电信号(即，信号B)中压力变化的任何指示之间的延迟称为停滞时间。A/D转换器106处转换信号的出现和控制电路能够检测输入信号变化的时间之间的延迟称为转换循环时间。
本发明的各方面提供转换循环时间的缩短从而优化传感系统100的阶跃响应时间。在一个实施例中，传感系统100包括转换速率检测电路。转换速率检测电路连接到电气传感元件104和控制电路。转换速率检测电路配置成检测何时模拟电信号指示出超出阈值的转换速率，并且当转换速率被检测为超出阈值时生成中断电信号。控制电路接收中断电信号并响应于此识别出压力阶跃的出现并立即确定压力测量值。
图3图示出示例转换速率检测电路320。该示例转换速率检测电路320包括微分器(differentiator)322和比较器324。转换速率检测电路320连接到电气传感元件304以从其接收模拟电压信号。模拟电压信号代表由机械传感元件102(图3中未显示)感测到的压力。具体地，微分器322接收模拟电压信号，并且确定来自模拟电压信号的感测压力的变化速率并产生代表确定的感测压力的变化速率的差分信号。在一个实施例中，微分器322确定模拟电压信号的当前值和模拟电压信号的紧接在当前值前的值之间的差，以便确定感测压力的变化速率。差分信号的幅值(magnitude)与模拟电压信号的连续电压值之间的差成比例。
微分器322连接到比较器324。比较器324接收差分信号并将其与(一个或多个)阈值比较以确定差分信号是否超出由(一个或多个)阈值代表的边界(例如，窗口设定)。因而，比较器324确定感测压力的变化的速率是否比阈值更快地增大(例如，差分信号具有正极性)或减小(例如，差分信号具有负极性)。在一个实施例中，(一个或多个)阈值可以是预定义的静态的值。在所图示的实施例中，比较器324连接到例如参考上述图1所述的控制电路308以从其接收(一个或多个)阈值。因此，(一个或多个)阈值是动态的可编程的值。(一个或多个)阈值可根据预定义的条件由控制电路配置。(一个或多个)阈值可以是非对称的(例如，用于上升的差分信号的阈值大于用于下降的差分信号的阈值)或对称的。如果比较器324确定差分信号超出由阈值代表的边界，则比较器324生成被提供给控制电路的中断信号。响应于从比较器324接收到中断信号，控制电路308识别出处理阶跃已出现从而几乎完全消除转换循环时间。
在一个实施例中，A/D转换器106配置成除传感器101生成的模拟电信号(以下称为“主模拟传感器信号”)之外还接收一个或多个模拟电信号。传感系统100可包括其他的传感器，其向A/D转换器106提供代表感测值的模拟电信号。例如，其他的传感器可提供代表传感器100或其部分(例如，电子部件)的温度的模拟电信号。这些其他的模拟电信号在确定最终的压力测量值时可用于调整由主模拟传感器信号代表的值。另外，A/D转换器106可接收模拟基准信号(例如，基准电压)或模拟驱动信号(例如，用于驱动传感器100或其他传感器的电压信号)。A/D转换器106每次转换一个模拟信号。因此，A/D转换器106配置成以特定的次序转换它所接收的多个模拟电信号中的每个。换句话说，A/D转换器106交替地将所接收的模拟电信号转换成数字电信号。
在一个实施例中，当转换速率检测电路检测到转换速率超出阈值(例如，阶跃已经出现)时，A/D转换器配置成中止(例如，终止)其当前信号转换并转换主模拟传感器信号。在一个实施例中，当控制电路(例如控制电路308)从转换速率检测电路320接收到指示出压力阶跃已出现的中断信号时，控制电路将A/D转换器106配置成转换主模拟传感器信号而不是转换任何其他信号。具体地，如果当控制电路从转换速率检测电路320接收到中断信号时A/D转换器106正在转换主模拟传感器信号，则控制电路允许A/D转换器继续当前的转换。另一方面，如果当控制电路从转换速率检测电路320接收到中断信号时A/D转换器106正在转换除主模拟传感器信号之外的模拟信号，则控制电路将A/D转换器配置成终止当前的转换并开始转换主模拟传感器信号。通过立即转换主模拟传感器信号，传感系统100消除了在A/D转换器106以例如标准顺序循环经过对多个所接收的模拟电信号的转换的情况下将会产生的延迟。
当介绍本发明的元件或其(一个或多个)优选实施例时，冠词“一”、“该”和“所述”用于表示有一个或多个元件。术语″包括″、″包含″和″具有″意欲是包括性的并且意指除了所列元件之外可以有额外的元件。
考虑到以上，可以看出本发明的若干目的被实现并且其他有益结果被获得。
虽然本发明中的各方面已经详细描述，但清楚的是，在不背离如所附权利要求限定的本发明的各方面的范围的情况下，修改和变型是可能的。由于在上述构造、产品和方法中可以做出各种改变而不背离本发明的范围，因此希望的是，以上描述中含有的及附图中显示的所有要素将被解释为说明性的而非限制性的。

Claims (20)

1.一种传感系统，包括：
至少一个机械部件，配置成对物理特性产生响应；
与所述至少一个机械部件连通的至少一个电气部件，用于生成指示出由所述至少一个机械部件产生的响应的模拟电信号；
连接到所述至少一个电气部件的模数(A/D)转换器，所述A/D转换器配置成将所述模拟电信号转换成数字电信号；
连接到所述A/D转换器的控制电路，用于接收所述数字电信号并且根据所述接收的数字电信号来执行包括确定所述物理特性的测量值在内的多个传感系统操作，并且生成指示出所述确定的测量值的输出电信号；和
连接到所述至少一个电气部件以接收由所述电气部件产生的模拟电信号的转换速率检测电路，所述转换速率检测电路配置成检测何时所述模拟电信号指示出超出阈值的转换速率，并且当转换速率被检测为超出阈值时生成中断电信号；并且
其中所述控制电路连接到所述转换速率检测电路以从所述转换速率检测电路接收所述中断电信号并且响应于此来确定所述物理特性的测量值。
2.根据权利要求1所述的传感系统，其中所述至少一个机械部件和所述至少一个电气部件是压力传感器的部件，并且所述物理特性是所施加压力。
3.根据权利要求1所述的传感系统，其中所述转换速率检测电路进一步配置成检测何时所述模拟电信号指示出压力阶跃，所述压力阶跃指示出转换速率超出阈值。
4.根据权利要求1所述的传感系统，其中所述转换速率检测电路包括：
微分器，用于接收所述模拟电信号并且确定其连续值之间的差并且生成具有与所确定的差成比例的幅值的差分信号；和
连接到所述微分器的比较器，用于接收所述差分信号并将所述差分信号的幅值与阈值进行比较。
5.根据权利要求1所述的传感系统，其中所述转换速率检测电路进一步配置成当所述模拟电信号上升时检测何时所述模拟电信号指示出超出第一阈值的转换速率，并且当所述模拟信号下降时检测何时所述模拟电信号指示出超出第二阈值的转换速率。
6.根据权利要求1所述的传感系统，其中所述A/D转换器进一步配置成交替地将所述模拟电信号中的每个转换成数字电信号。
7.根据权利要求6所述的传感系统，其中所述控制电路配置成响应于接收到所述中断电信号，使得所述A/D转换器对来自所述至少一个电气部件的所述模拟电信号而不是至少一个其他的模拟电信号进行转换。
8.一种传感系统，包括：
第一传感器，用于生成代表第一所感测物理特性的第一模拟电信号，其中所述第一传感器包括：
第一机械部件，配置成对第一物理特性产生响应；
与所述第一机械部件连通的第一电气部件，用于生成指示出由所述第一机械部件产生的响应的第一模拟电信号；
第二传感器，用于生成代表第二所感测物理特性的第二模拟电信号，其中所述第二传感器包括：
第二机械部件，配置成对第二物理特性产生响应；
与所述第二机械部件连通的第二电气部件，用于生成指示出由所述第二机械部件产生的响应的第二模拟电信号；
连接到所述第一电气部件和所述第二电气部件的模数(A/D)转换器，所述A/D转换器配置成交替地将所述第一模拟电信号转换成第一数字电信号且将所述第二模拟电信号转换成第二数字电信号；
连接到所述A/D转换器以接收所述第一数字电信号和所述第二数字电信号的控制电路，所述控制电路配置成根据所接收的第一数字电信号确定所述第一物理特性的测量值，并且生成指示出所确定的测量值的输出电信号；和
连接到至少一个电气部件以接收由所述第一电气部件产生的所述第一模拟电信号的转换速率检测电路，所述转换速率检测电路配置成检测何时所述第一模拟电信号指示出超出阈值的转换速率；并且
其中所述A/D转换器进一步配置成响应于所述转换速率检测电路检测到所述第一模拟电信号指示出超出阈值的转换速率，将所述第一模拟电信号转换成第一数字电信号而不是将所述第二模拟电信号转换成第二数字电信号。
9.根据权利要求8所述的传感系统，其中所述第一传感器是压力传感器，所述物理特性是所施加压力。
10.根据权利要求8所述的传感系统，其中所述第二传感器是温度传感器，所述物理特性是温度。
11.根据权利要求8所述的传感系统，其中所述转换速率检测电路进一步配置成当所述转换速率检测电路检测到所述第一模拟电信号指示出超出阈值的转换速率时生成中断信号。
12.根据权利要求11所述的传感系统，其中所述A/D转换器由所述控制电路配置，并且响应于所述控制电路接收到所述中断信号，将所述第一模拟电信号转换成第一数字电信号而不是将所述第二模拟电信号转换成第二数字电信号。
13.根据权利要求8所述的传感系统，其中所述转换速率检测电路进一步配置成检测何时所述第一模拟电信号指示压力阶跃，所述压力阶跃指示出超出阈值的转换速率。
14.根据权利要求8所述的传感系统，其中所述转换速率检测电路包括：
微分器，用于接收所述第一模拟电信号并且确定其连续值之间的差并且生成具有与所确定的差成比例的幅值的差分信号；和
连接到所述微分器的比较器，用于接收所述差分信号并且将所述差分信号的幅值与阈值进行比较。
15.根据权利要求1所述的传感系统，其中所述转换速率检测电路进一步配置成当所述模拟电信号上升时检测何时所述第一模拟电信号指示出超出第一阈值的转换速率，并且当所述模拟信号下降时检测何时所述模拟信号指示出超出第二阈值的转换速率。
16.一种传感系统，包括：
压力传感器，用于产生感测压力信号，其中所述感测压力信号是代表所施加压力的模拟电信号；
与所述压力传感器连接的模数(A/D)转换器，所述A/D转换器配置成接收多个模拟电信号，并依次将所述多个模拟电信号中的每个转换成数字电信号，其中所述多个所述模拟电信号包括所述感测压力信号并且所述A/D转换器将所述感测压力信号转换成数字感测压力信号；
与所述A/D转换器连接的控制电路，用于接收所述数字感测压力信号并且根据所接收的数字感测压力信号执行包括确定所施加压力的测量值在内的多个传感系统操作，并且生成指示出所确定的测量值的输出电信号；和
连接到所述压力传感器以接收所述感测压力信号的转换速率检测电路，所述转换速率检测电路配置成检测压力阶跃的出现；并且
其中响应于所述转换速率检测电路检测到压力阶跃的出现，所述A/D转换器配置成中止其当前转换并且将所述感测压力信号转换成数字感测压力信号。
17.根据权利要求16所述的传感系统，其中所述转换速率检测电路包括：
微分器，用于接收所述感测压力信号并且确定其连续值之间的差并且生成具有与所确定的差成比例的幅值的差分信号；和
连接到所述微分器的比较器，用于接收所述差分信号并且将所述差分信号的幅值与至少一个阈值进行比较。
18.根据权利要求16所述的传感系统，其中所述转换速率检测电路进一步配置成当所述转换速率检测电路检测到压力阶跃的出现时生成中断信号。
19.根据权利要求18所述的传感系统，其中所述控制电路配置成接收所述中断信号，并且响应于此确定所施加压力的测量值而不是执行其他传感系统操作。
20.根据权利要求18所述的传感系统，其中所述控制电路配置成接收所述中断信号，并作响应于此，将所述A/D转换器配置成中止其当前转换并且将所述感测压力信号转换成数字感测压力信号。
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