CN105659500A - 具有背景调准的测量放大器及用于背景调准的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有背景校准和背景调准的测量放大器(103)以及一种用于对这种测量放大器实施背景校准和背景调准的方法。所述测量放大器借助至少一个放大器装置(108)放大、数字化并且处理至少一个测量传感器(102)的至少一个测量值(111)。所述至少一个放大器装置有时可以通过附加放大器装置(107)替代,这能够实现其无中断的校准并且需要时调准。在校准时,可靠地求取放大器装置的不仅零点误差而且增益误差。此外,直接并且不间接地校准放大器装置。因此,在没有测量中断的情况下实现高的精确度。此外,在具有多个通道的测量放大器中通常也需要仅仅一个附加放大器装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有背景校准和背景调准的测量放大器以及一种用于实施该种测量放大器的背景校准和背景调准的方法。
背景技术
电输入信号借助测量放大器转换成测量值。在此,使用组件如放大器、模拟/数字转换器、滤波器等,借此对输入信号进行放大、数字化、滤波等,以便得到可使用的测量值。电输入信号可以由一个或多个测量传感器提供。相应地,测量放大器可以具有一个或多个通道。
测量放大器的电路大多具有多个单个构件,其中,所述构件中的每一个具有自身公差。尤其在精确测量放大器的情况下,允许公差仅仅非常小。通过严格的选择方法还可以好地控制构件的原始公差,而几乎不能对单个构件的通过温度和老化引起的漂移行为(Driftverhalten)产生影响。
申请人的精确测量放大器能够以高精确度(Klassengenauigkeit)5ppm、即0.0005%在物理极限的边缘处进行测量或者将输入信号转换成测量值。为了保证所述精确度并且也为了在多年期间保持恒定,需要设备内部的自动的校准和调准或自动调准。在此,循环地借助内部参考信号来补偿测量放大器的漂移并且通过这种方式在测量放大器的运行时间期间保持测量放大器的高精确度恒定。在测量放大器的启动阶段(Einlaufphase)之后,在这个过程中仅仅仍发生不易察觉的之后调准。
在以前所使用的方法中,循环地对于一些时间中断测量并且借助两个参考点(零值和终值)来校正零点和增益。随后,可以再次继续测量。然而,在此等待测量放大器中的滤波器的滤波稳定时间(Filtereinschwingzeiten),所述滤波稳定时间是部分显著的。测量运行的所述中断对于用户而言是干扰的并且在确定的应用时是不值得赞赏的。因此,期望的是避免所述中断。
在EP2056460B1中公开一种方法,借助该方法可以校正测量放大器的测量值,而不用中断测量运行。在此,第一放大器电路将持久输送给其的输入信号连续地、即没有任何中断地转换成测量值。第二放大器电路与第一放大器电路并联连接。交替地给第二放大器电路输送输入信号、参考信号和零信号。第二放大器电路的测量值根据参考信号和零信号来校正。随后,在输入信号的不同水平时求取第二放大器电路的已校正的测量值与第一放大器电路的没有校正的测量值之间的差以及根据所述差确定零点误差和增益误差。然后,可以根据所确定的误差校正第一放大器装置的测量值。通过这种方式可以连续地测量。不必须中断测量运行。
借助在EP2056460B1中所描述的方法,仅仅当输入信号显著变化时,才能够优化地确定零点误差和增益误差。如果输入信号的变化是准静态的,则尽管第一放大器电路的测量值在总和上被正确地校正,然而不涉及划分成零点误差和增益误差。仅仅当显著的输入信号变化有规律地出现时,才能够确定增益误差。如果出现输入信号的显著变化,则测量值首先由于零点误差和增益误差的不正确确定而偏差。在输入信号中的跳变并且其的重新求取之后跟随并且因此校正零点误差和增益误差。然而直至那时,测量值对于一与实现相关的确定的时间偏差。
在EP2056460B1中所公开的方法中,还发生误差传播。在所述方法中,测量放大器通过附加放大器电路间接地校准。通过两级的方法(先校准附加的第二放大器电路,然后由此推导出原本的第一放大器电路的误差),每一个级中的误差被相加并且因此可能导致校准结果的更大误差。
在EP2056460B1中所描述的方法也还需要,第一放大器电路和第二放大器电路在尽可能长的时间段上并行地提供测量值,以便可以根据所述测量值的差在不同的输入信号水平时确定第一放大器电路的零点误差和增益误差或用于测量值的校正值。因此,在具有多个通道的测量放大器中,对于每一个单个放大器电路需要另一相同构造的放大器电路。因此,对于数量N个通道总是需要2×N个放大器电路。这种硬件耗费在精确测量放大器中通常是不实际的。精确测量放大器的构造基本上比用于标准要求的测量放大器的构造更复杂且更耗费。因此,由于空间原因和成本原因很少使用两倍数量的放大器电路。
发明内容
本发明的任务是,提供一种用于无中断地校准和调准测量放大器的改善的方法以及一种相应的测量放大器,在它们中不出现上述不利的所有或至少一部分。
所述任务借助根据独立权利要求1所述的方法和根据独立权利要求9所述的测量放大器来解决。有利的扩展方案在从属权利要求中说明。
根据权利要求1,在用于无中断地校准和调准用于N个测量信号的测量放大器的方法中实施以下步骤,所述测量放大器具有至少N+1个放大器装置并且设置用于输出相应于N个测量信号的N个测量值,其中适用N≥1并且索引i从1至N。给至少N+1个放大器装置的第i放大器装置输送N个测量信号中的第i测量信号。输出通过第i放大器装置由第i测量信号产生的测量值。将至少两个第i参考信号输送给至少N+1个放大器装置的另一放大器装置。所述另一放大器装置借助至少两个第i参考信号校准,其中求取所述另一放大器装置的零点误差和增益误差。如果对于所述另一放大器装置求取的误差中的至少一个误差位于对于所述误差预给定的阈值之上,则调准所述另一放大器装置。将第i测量信号输送给所述另一放大器装置。输出通过所述另一放大器装置由第i测量信号产生的测量值。将至少两个参考信号输送给第i放大器装置。第i放大器装置借助至少两个参考信号校准,其中,求取第i放大器装置的零点误差和增益误差。如果对于所述第i放大器装置求取的误差中的至少一个误差位于对于所述误差预给定的阈值之上,则调准第i放大器装置。
借助所述校准方法和调准方法,直接校准每一个放大器装置。在此,分别借助例如可以是零值和终值的参考信号来校准并且由此正确确定不仅零点误差而且增益误差。这甚至适于准静态变化的测量信号。
与在EP2056460B1中所描述的方法不同,在校准放大器装置时校正值分别不是借助间接校准“学到”,而是通过直接校准计算出。在此,不发生误差传播,即不产生后续误差(Folgefehler)并且不产生由所述后续误差决定的测量误差。换言之,不产生自身相加的误差。因此,所述校准方法和调准方法带来至今仅仅在具有测量中断的传统校准中已经达到了的最大精确度。因此,可以避免中断并且可以同时满足在精确测量放大器上提出的高的精确度要求。
此外,对于每个测量放大器通常仅仅还需要一个附加放大器装置以便实现校准方法和调准方法,即替代2×N个放大器装置需要仅仅N+1个放大器装置。这在多通道的测量放大器中降低硬件耗费、空间需求、能量消耗和制造成本。这主要在精确测量放大器中起作用,因为在此对于每一个放大器装置需要显著更高的线路耗费。
根据权利要求2,另一放大器装置是至少N+1个放大器装置中的第N+j放大器装置,其中适用j≥1。为了校准第i放大器装置,使用至少两个第i参考信号。在调准第i放大器装置的步骤之后,再次将第i测量信号输送给第i放大器装置并且输出通过所述第i放大器装置产生的测量值。
通过这种方式,在放大器装置的校准之后再次将先前已经输送给其的测量信号传送给该放大器装置。在这发生之前,将该放大器装置完全从测量路径移除并且因此可以以高的精确度进行校准。特别地,也可以在准静态变化的测量信号中可靠地求取不仅零点误差而且增益误差。
根据权利要求3适用j≥1。对于i=1,所述另一放大器装置是至少N+1个放大器装置中的第N+j放大器装置,为了校准第i放大器装置使用至少两个第i+1参考信号,并且在调准第i放大器装置的步骤之后,将N个测量信号的至今已输送给至少N+1个放大器装置中的第i+1放大器装置的测量信号输送给第i放大器装置并且输出通过所述第i放大器装置由所述测量信号产生的测量值。对于1<i<N,所述另一放大器装置是所述至少N+1个放大器装置中的第i-1放大器装置,为了校准第i放大器装置使用至少两个第i+1参考信号,并且在调准第i放大器装置的步骤之后,将N个测量信号的至今已输送给所述至少N+1个放大器装置中的第i+1放大器装置的测量信号输送给第i放大器装置并且输出通过所述第i放大器装置由所述测量信号产生的测量值。对于i=N,所述另一放大器装置是所述至少N+1个放大器装置中的第i-1放大器装置,为了校准第i放大器装置使用至少两个第N+j参考信号,并且在调准第i放大器装置的步骤之后,将N个测量信号中的至今已输送给所述至少N+1个放大器装置中的第N+j放大器装置的测量信号输送给第i放大器装置并且输出通过所述第i放大器装置由所述测量信号产生的测量值。
在校准之后,不必须再连接回。由此可能的是,可以轮换放大器装置,即在放大器装置的校准或调准之后使为此“移位”到另一放大器装置上的通道保留在那里并且使刚刚校准的放大器装置用作下一待校准放大器装置的替代。通过这种方式,通过校准过程的数量的减半来加速所述方法。
根据权利要求4,测量放大器具有至少2×N个放大器装置。所述另一放大器装置是至少2×N个放大器装置中的第i+N放大器装置。为了校准第i放大器装置,使用至少两个第i参考信号。在调准第i放大器装置的步骤之后,再次将第i测量信号输送给第i放大器装置并且输出通过该第i放大器装置产生的测量值。
在此,虽然硬件耗费略微更高。为此,所述校准方法和调准方法一方面但也可以用于具有在电方面分开的通道的测量放大器并且此外以高的精确度工作。另一方面,能够实现对于每一个单个通道存在一个附加放大器装置、对于多个通道同时实施校准和调准并且因此以更高的频率或更短的循环时间实施校准方法和调准方法。这还可以进一步提高精确度。
根据权利要求5,测量放大器的放大器装置分别具有至少一个滤波器。在将第i测量信号输送给另一放大器装置的步骤之后并且在输出通过所述另一放大器装置由第i测量信号产生的测量值的步骤之前进行等待,直至所述另一放大器装置的至少一个滤波器稳定。在将N个测量信号中的至今已输送给至少N+1个放大器装置中的另一放大器装置的另一测量信号输送给第i放大器装置的步骤之后并且在输出通过该第i放大器装置由所述另一测量信号产生的测量值的步骤之前进行等待,直至第i放大器装置中的至少一个滤波器稳定。
在切换到替代的放大器装置上并且再次切换回来时分别进行等待,直至相应的目标放大器装置中的一个或多个滤波器完全稳定,所述一个或多个滤波器可以涉及模拟滤波器或数字滤波器。由此,能够实现输出放大器装置的测量任务通过目标放大器装置的无冲突的接管。仅仅在噪声中可见跳变,但是平均值一致。
根据权利要求6,测量放大器的放大器装置分别具有至少一个数字滤波器。在将第i测量信号输送给另一放大器装置的步骤之后并且在输出通过所述另一放大器装置由第i测量信号产生的测量值的步骤之前实施将第i放大器装置的至少一个数字滤波器的滤波器系数和状态存储器复制到所述另一放大器装置的至少一个数字滤波器上的步骤。在将N个测量信号中的至今已输送给至少N+1个放大器装置中的另一放大器装置的另一测量信号输送给第i放大器装置的步骤之后并且在输出通过所述第i放大器装置由所述另一测量信号产生的测量值的步骤之前实施将所述另一放大器装置的至少一个数字滤波器的滤波器系数和状态存储器复制到第i放大器装置的至少一个数字滤波器上的步骤。
在尤其在精确测量时需要的非常缓慢的数字滤波的情况下,为了达到所要求的高分辨率,需要数秒甚至数分钟的滤波器稳定时间。为了消除稳定时间,将输出放大器装置的数字滤波器的不仅滤波器系数而且状态存储器复制到目标放大器装置上。然后,自下一测量值起,输出目标放大器装置的测量值,即输出放大器装置的测量任务由目标放大器装置接管。因此,目标放大器装置的数字滤波器以正确的值预加载并且取消稳定时间。此外,通过这种方式也能够实现在噪声中没有跳变的情况下的接管,因为两个放大器装置的数字滤波器的不仅滤波器系数而且状态存储器在接管的时刻彼此一致。
根据权利要求7,在将第i测量信号输送给另一放大器装置的步骤之后并且在输出通过所述另一放大器装置由第i测量信号产生的测量值的步骤之前实施校正第i放大器装置的自身误差与所述另一放大器装置的自身误差的差的步骤。在将N个测量信号中的至今已输送给至少N+1个放大器装置中的另一放大器装置的另一测量信号输送给第i放大器装置的步骤之后并且在输出通过所述第i放大器装置由所述另一测量信号产生的测量值的步骤之前实施校正所述另一放大器装置的自身误差与第i放大器装置的自身误差的差的步骤。
甚至,在工作点处输出放大器装置的自身误差和目标放大器装置的自身误差、例如线性误差的最小差还被校正,由此完全没有察觉地进行到分别另一放大器装置上的切换。
根据权利要求8,循环地重复所有步骤,以便以预给定的时间间隔自动地校准并且如有需要调准所述测量放大器。
通过校准方法和调准方法的步骤的循环重复,尤其可以在精确测量放大器中在其运行时间上保持测量放大器的高精确度恒定。
根据权利要求9,用于实施根据以上权利要求中任一项所述的方法的测量放大器具有以下特征:至少N+1个放大器装置,它们分别具有放大器电路;模拟/数字转换器和数字信号处理单元,所述数字信号处理单元具有至少一个数字滤波器;至少N+1个开关,它们分别分配给N+1个放大器装置中的一个;至少一个参考信号产生装置以及至少一个选择装置。N+1个放大器装置中的每一个放大器装置可以借助通过至少一个参考信号产生装置产生的参考信号校准并且调准。至少N+1个放大器装置中的一个放大器装置可以与另外的放大器装置中的每一个并联连接,至少N+1个放大器装置中的每一个放大器装置可以分别与另外的放大器装置中的每一个并联连接或者至少N+1个放大器装置中的每一个放大器装置可以与恰好一个另外的放大器装置并联连接。相应的切换可以通过至少N+1个开关中的相应开关实施。至少一个选择装置设置用于输出N个测量值,所述N个测量值相应于N个测量信号。
在测量放大器中,每一个放大器装置可以借助参考信号直接校准。由此,甚至可以对于准静态变化的测量信号正确地确定不仅零点误差而且增益误差并且也不发生误差传播。因此可能的是,达到最大精确度并且然而避免测量运行的中断。为此,在多通道测量放大器中通常也需要仅仅一个附加放大器装置。
根据权利要求10,测量系统包括根据权利要求9所述的测量放大器并且包括至少一个测量传感器,所述测量传感器设置用于将N个测量信号输送给所述测量放大器。
所述测量系统具有以上已经结合测量放大器或结合由所述测量放大器实施的校准方法和调准方法所描述的优点。
附图说明
以下借助实施例结合示意性附图详细阐述本发明。附图示出:
图1:根据第一实施例的测量系统101的简化框图;
图2:根据第二实施例的测量系统201的简化框图;
图3:根据第三实施例的测量系统301的简化框图;以及
图4:具有用于无中断地校准和调准测量放大器的方法的基本步骤的流程图。
具体实施方式
图1示出根据第一实施例的测量系统101的简化框图,其中由于清楚性没有示出每一个细节。测量系统101包括测量传感器102以及具有通道和高精确度例如0.0005%的测量放大器103。
测量传感器102可以涉及用于机械参量、例如力、重量、转矩或压力的传感器,这些传感器在使用相互连接在惠斯通桥电路中的应变传感器、例如应变测量带的情况下将所述参量变换成电信号,测量传感器102或者也可以涉及另一种传感器。
测量放大器103包括电压源104、第一参考信号产生装置105、第二参考信号产生装置106、附加放大器装置107、第一放大器装置108和选择装置109。
由电压源104产生的供给电压110输送给测量传感器102。所述测量传感器102将所测量的参量变换成第一测量信号111,所述第一测量信号111输送给测量放大器103或者有时输送给附加放大器装置107而有时输送给第一放大器装置108。同时,由第一参考信号产生装置105产生的第一参考信号112和由第二参考信号产生装置106产生的第二参考信号113有时输送给附加放大器装置107而有时输送给第一放大器装置108。这在以下详细阐述。
第一参考信号产生装置105和第二参考信号产生装置106借助从测量传感器102引导回的电压114供给,以便可以考虑功率损耗。
选择装置109例如可以涉及多路复用器或另外种类的选择电路。借助所述选择装置选择并且输出(即例如输送给在图1中没有示出的输出装置、例如显示器)或者通过附加放大器装置107由第一测量信号111产生的测量值115或者通过第一放大器装置108由第一测量信号产生的测量值116。
附加放大器装置107包括附加放大器电路117、附加模拟/数字转换器118和附加数字信号处理单元119。附加放大器电路117具有放大器并且可以包括其他元件、例如解调器和模拟滤波器、例如低通滤波器,这在图1中没有详细示出。附加数字信号处理单元119可以用于不同的计算并且具有一个或多个数字滤波器,其中在图1中没有示出这种滤波器。
第一放大器装置108以与附加放大器装置107相同的方式方法构造并且包括第一放大器电路120、第一模拟/数字转换器121和第一数字信号处理单元122。第一放大器电路120具有放大器并且可以包括其他元件、例如解调器和模拟滤波器、例如低通滤波器,这在图1中没有详细示出。第一数字信号处理单元122可以用于不同的计算并且具有一个或多个数字滤波器,其中在图1中没有示出这种滤波器。
附加数字信号处理单元119和第一数字信号处理单元122例如可以涉及数字信号处理器。
第一数字信号处理单元122中的和附加数字信号处理单元119中的数字滤波器分别具有滤波器系数和状态存储器。在此,如以下详细阐述的并且在图1中通过双箭头123示出的那样,可以将第一数字信号处理单元122的数字滤波器的滤波器系数和状态存储器或状态存储器内容复制到附加数字信号处理单元119的相应数字滤波器上,反之亦然。
在根据第一实施例的具有仅仅一个通道和两个内部放大器装置107和108的测量放大器103的情况下示出背景校准和背景调准或无中断的校准和调准的流程如下。
首先,第一放大器装置108处在测量分支或测量路径中。给第一放大器装置108输送第一测量信号111并且所述第一放大器装置对所述第一测量信号进行放大、数字化和处理等。通过选择装置109输出通过所述第一放大器装置由第一测量信号111产生的测量值116。
现在,给附加放大器装置107输送来自第一参考信号产生装置105的第一参考信号112和来自第二参考信号产生装置106的第二参考信号113,所述第一参考信号例如可以是第一测量信号111的零值,所述第二参考信号例如可以是第一测量信号111的终值。所述附加放大器装置借助所述参考信号校准,其中求取附加放大器装置107的零点误差和增益误差。所述误差值或相应的校正值可以在附加数字信号处理单元119中并且以比测量放大器103的高精确度更高的精确度计算。如果零点误差位于对于所述零点误差预给定的阈值之上和/或增益误差位于对于所述增益误差预给定的阈值之上,即所述误差值中的一个误差值位于预给定的公差之外,则根据所求取的值来调准附加放大器装置107。
因为附加放大器装置107的误差现在已经被校准或调准,所以现在可以通过分配给附加放大器装置107的并且在图1中没有示出的开关中的一个开关使所述附加放大器装置在输入端处并联地接通第一测量信号111,即附加放大器装置107可以借助至少一个开关与第一放大器装置108并联地接通并且可以给所述附加放大器装置输送第一测量信号111。随后,两个放大器装置107和108在其滤波器的稳定之后同时处理相同的有用信号。如果附加放大器装置107稳定,即稳定时间流逝,则输出其测量值115。
换言之,给附加放大器装置107输送第一测量值111并且所述附加放大器装置对所述第一测量值进行放大、数字化和处理。在所述附加放大器装置的滤波器的稳定之后,通过选择装置109输出通过所述附加放大器装置由第一测量信号111产生的测量值115。在此,通过选择装置109如此切换到通过附加放大器装置107由第一测量信号111产生的测量值115的输出上,使得所述切换对于用户不可察觉。两个放大器装置107和108在工作点处的自身误差、例如线性误差的最小差被附加地校正。
第一放大器装置108现在不再参与测量并且可以借助分配给第一放大器装置108的并且在图1中没有示出的开关中的至少一个开关从测量路径移除。只要发生以上所述,就可以借助至少两个参考信号、例如零值和终值直接传统地校准所述第一放大器装置。在该时间段中,附加放大器装置107具有相同地保持的精确度接管第一放大器装置108的测量任务。
换言之,现在借助至少一个分配给第一放大器装置的开关给第一放大器装置108输送来自第一参考信号产生装置105的第一参考信号112和来自第二参考信号产生装置106的第二参考信号113,所述第一参考信号例如可以是第一测量信号111的零值,所述第二参考信号例如可以是第一测量信号111的终值。所述第一放大器装置借助所述参考信号来校准,其中求取第一放大器装置108的零点误差和增益误差。所述误差值或相应的校正值可以在第一数字信号处理单元122中并且以比测量放大器103的高精确度更高的精确度计算出。如果零点误差位于对于所述零点误差预给定的阈值之上和/或增益误差位于对于所述增益误差预给定的阈值之上,即所述误差值中的一个误差值位于预给定的公差之外,则根据所求取的值来调准第一放大器装置108。
与在EP2056460B1中所描述的方法不同,在校准两个放大器装置107和108时校正值分别不是借助间接校准“学到”,而是通过直接校准计算出。因此,在此不发生误差传播,即不产生后续误差并且不产生由所述后续误差决定的测量误差。
在第一放大器装置108的误差已经被校准或调准之后,所述第一放大器装置借助分配给其的至少一个开关再次连接回到测量路径中。随后,在稳定时间之后通过选择装置109再次输出通过所述第一放大器装置由第一测量信号111产生的测量值116。在此,通过选择装置109如此进行到通过第一放大器装置108由第一测量信号111产生的测量值116的输出的切换,使得所述切换对于用户而言不可被察觉。两个放大器装置107和108在工作点处的自身误差、例如线性误差的最小差被附加地校正。
自所述时刻起,附加放大器装置107不再参与测量并且可以借助分配给其的至少一个开关从测量路径移除。因此,再次达到原始状态。
在此,不必须直接在通过附加放大器装置107接管第一放大器装置108的测量任务之后实施第一放大器装置108的校准或调准以及其随后的连接回。因此也可以进行等待,直至按照循环的下一校准或下一调准排队等待,并且直到那时地使附加放大器装置107保留在测量路径中。通过这种方式,可以减半校准过程的数量并且加速所述方法。
在一固定地限定的区间之后,重新开始循环。在该区间的剩余时间期间,不使用附加放大器装置107或也不使用第一放大器装置108。这提供以下可能性:该可能性在具有多于一个通道的测量放大器的情况下为了在其他通道中的校准跨越使用所述刚刚没有使用的放大器装置,如以下结合第二和第三实施例所阐述的那样。如果通道没有在电方面分开,因此每个测量放大器仅仅还需要一个附加放大器装置来实现校准方法和调准方法。这在多通道测量放大器的情况下降低硬件耗费、空间需求、能量消耗和制造成本。这主要在精确测量放大器中起作用,因为在此对于每一个放大器装置需要显著更高的连接耗费。
为了测量任务通过目标放大器装置的接管必须分别保证,目标放大器装置的数字滤波器完全稳定。这在朝两个方向的切换(朝附加放大器装置方向和从附加放大器装置方向)时是必须的。仅仅那样才能够实现无冲突的接管。仅仅在噪声中可见跳变,但平均值一致。
然而,在尤其在精确测量时需要以便实现非常高的精确度的非常缓慢的数字滤波的情况下,需要数秒甚至数分钟的滤波器稳定时间。为了消除所述稳定时间,可以将输出放大器装置的数字滤波器的不仅滤波器系数而且状态存储器或状态存储器内容复制到目标放大器装置上。然后,自下一测量值起,输出目标放大器装置的测量值,即输出放大器装置的测量任务由所述目标放大器装置接管。因此,目标放大器装置的数字滤波器以正确的值预加载并且取消稳定时间。此外,通过这种方式,也能够在没有噪声中的跳变的情况下实现接管,因为两个放大器装置的数字滤波器的不仅滤波器系数而且状态存储器在接管的时刻彼此一致。
滤波器重新加载的原理是普遍的并且可以应用在以下所描述的实施例中。在该第一实施例中,由具有仅仅一个通道和两个放大器装置107和108的测量放大器103进行输出,从而在此将第一放大器装置108的滤波器系数和状态存储器或状态存储器内容复制到附加放大器装置107上,反之亦然。更确切地说,将第一数字信号处理单元122的数字滤波器的滤波器系数和状态存储器或状态存储器内容复制到附加数字信号处理单元119的相应数字滤波器上,反之亦然。通过这种方式,滤波器总是“叠加(einkopiert)”而不是稳定。由此,不必须如以上所描述的那样,当切换到相应另一放大器装置时,才进行等待直至稳定时间流逝。
在图1中示出两个参考信号产生装置,而也可以设置多于两个参考信号产生装置或者通过单个参考信号产生装置产生多个参考信号。为了校准,必须仅仅分别至少两个不同的参考信号或参考值、例如零值和终值可供使用,以便可以求取不仅零点误差而且增益误差。
如上所述,给放大器装置107和108中的每一个分配至少一个开关,通过所述至少一个开关可以给相应的放大器装置输送第一测量信号111。当没有给相应的放大器装置输送第一测量信号111时,可以通过所述至少一个开关给所述放大器装置输送第一参考信号112或第二参考信号113。相应地,例如可以设置用于接通第一测量信号111的开光、用于接通第一参考信号112的开关和用于接通第二参考信号113的开关。也可以设置多路复用器或另外种类的选择电路作为具有多个接通位置的开关,以便选择性地接通第一测量信号111、第一参考信号112或第二参考信号113。其他变型方案是可能的。
相同的考虑适于具有多于一个通道的如以下所描述那样的测量放大器。一般而言,在具有N个通道和与此相应的至少N+1个放大器装置的测量放大器中也设置有至少N+1个开关,它们分别分配给N+1个放大器装置中的一个,以便在一个或多个测量信号与至少两个参考信号之间切换。在此,所述开关不一定设置为单个构件。它们也可以通过另外的方式、例如以集成电路的形式实现。
上述整个流程可以通过中央控制装置、例如微处理器或另外种类的控制装置控制。由于清楚性,在图1中与在图2和图3中同样放弃对所述元件的显示。
图2示出根据第二实施例的测量系统201的简化框图,其中由于清楚性没有示出每一个细节。
除以下阐述的修改以外,元件202至223相应于结合第一实施例所描述的元件102至123。然而,测量放大器203具有两个通道以及与此相应的第二放大器装置224,以便可以处理不仅第一测量信号211而且第二测量信号225。相应地,在图2的简化框图中借助参考标记202表示的方框也代表两个测量传感器。第二测量信号225如同第一测量信号211的那样通过所测量的参量在相应的测量传感器中的变换产生并且输送给测量放大器203或者有时输送给附加放大器装置207而有时输送给第二放大器装置224。
电压源204可以借助相同的供给电压供给两个通过方框202示出的测量传感器。替代地,在根据图2的简化框图中借助参考标记204表示的方框也可以代表两个电压源并且设置有参考标记210的箭头相应地示出用于两个测量传感器的两个不同的供给电压。
根据恰好应当校准测量放大器203的哪个通道,分别借助从相应的测量传感器引导回的电压供给第一参考信号产生装置205和第二参考信号产生装置206,以便可以考虑线路损耗。因此,在图2的简化框图中设置有参考标记214的箭头代表两个引导回的电压。
为了可以如同放大器装置207和208那样地校准第二放大器装置224,将由第一参考信号产生装置205产生的第一参考信号212和由第二参考信号产生装置206产生的第二参考信号213有时也输送给所述第二放大器装置。如以上已经阐述的那样,也可以设置多于两个参考信号产生装置或者通过单个参考信号产生装置产生多个参考信号。对于每一次校准,仅仅必须至少两个不同的参考信号或参考值、例如零值和终值可供使用,以便可以求取不仅零点误差而且增益误差。
第二放大器装置224输出通过该第二放大器装置由第二测量信号225产生的测量值226。所述第二放大器装置以与附加放大器装置207和第一放大器装置208相同的方式方法构造并且包括第二放大器电路227、第二模拟/数字转换器228和第二数字信号处理单元229。第二放大器电路227具有放大器并且可以包括其他元件、例如解调器和模拟滤波器、例如低通滤波器,这在图2中没有详细示出。第二数字信号处理单元229可以用于不同的计算并且具有一个或多个数字滤波器,其中在图2中没有示出这种滤波器。
选择装置209如此构造,使得其不仅输出相应于第一测量信号211的测量值而且输出相应于第二测量信号225的测量值。相应地,输出测量值216和226,或者在已刚刚校准并且附加放大器装置207替代两个放大器装置208和224中的一个的情形中输出测量值215和没有被替代的放大器装置的测量值、即或者输出测量值216或者输出测量值226。
在根据第二实施例的具有两个通道和三个内部放大器装置207、208和224的测量放大器203的情况下示出背景校准和背景调准或无中断的校准和调准的流程如下。
首先,第一放大器装置208位于测量支路或测量路径中。给所述第一放大器装置输送第一测量信号211并且所述第一放大器装置对所述第一测量信号进行放大、数字化和处理。通过选择装置209输出通过所述第一放大器装置由第一测量信号211产生的测量值216。
现在,校准并且如有需要调准附加放大器装置207。为此,使用第一参考信号212和第二参考信号213,它们在这种情形中例如可以是第一测量信号211的零值和终值。如果附加放大器装置207的误差已经被校准或调准,则给所述附加放大器装置输送第一测量信号211并且所述附加放大器装置对所述第一测量信号进行放大、数字化和处理。在所述附加放大器装置的滤波器的稳定或“叠加”之后,通过选择装置209输出通过所述附加放大器装置由第一测量信号211产生的测量值215。
现在,第一放大器装置208不再参与测量并且可以从测量路线移除。只要发生以上所述,就校准并且如有需要调准第一放大器装置208,其中再次使用例如是第一测量信号211的零值和终值的参考信号212和213。在该时间段中,具有相同地保持的精确度的附加放大器装置207接管第一放大器装置208的测量任务。在第一放大器装置208的误差已经被校准或调准之后,将第一放大器装置208连接回到测量路径中。在所述第一放大器装置的滤波器的稳定或“叠加”之后,通过选择装置209输出通过所述第一放大器装置由第一测量信号211产生的测量值216。
自该时刻起,附加放大器装置207不再参与测量并且从测量路线移除。其现在可以用于替代另一放大器装置,在这种情形中替代第二放大器装置224。
现在,重新校准并且如有需要调准附加放大器装置207。为此,使用第一参考信号212和第二参考信号213或者使用在根据图2的简化框图中没有示出的其他参考信号,它们现在在利用从提供第二测量信号225的第二测量传感器引导回的电压的情况下产生并且例如可以是第二测量信号225的零值和终值。如果附加放大器装置207的误差已经被校准或调准,则给所述附加放大器装置输送第二测量信号225并且所述附加放大器装置对所述第二测量信号进行放大、数字化和处理。在所述附加放大器装置的滤波器的稳定或“叠加”之后,通过选择装置209输出通过所述附加放大器装置由第二测量信号225产生的测量值215。
第二放大器装置224现在不再参与测量并且可以从测量路线移除。只要发生以上所述,就校准并且如有需要调准第二放大器装置224,其中再次使用例如是第二测量值225的零值和终值的参考信号212和213或者使用其他参考信号。在该时间段中,具有相同地保持的精确度的附加放大器装置207接管第二放大器装置224的测量任务。在第二放大器装置224的误差已经被校准或调准之后,将所述第二放大器装置连接回到测量路径中。在所述第二放大器装置的滤波器的稳定或“叠加”之后,通过选择装置209输出通过所述第二放大器装置由第二测量信号225产生的测量值226。
自该时刻起,附加放大器装置207不再参与测量并且从测量路线移除。因此,再次达到原始状态。
以上没有如在第一实施例中那样详细地描述所述流程。对于其他细节参考第一实施例的描述,其中在那里找到的关于第一放大器装置108的阐述以相应的方式适于不仅第一放大器装置208而且第二放大器装置224。
结合第一实施例的在用于消除滤波器稳定时间的滤波器重新装载方面的阐述也适于第二实施例并且尤其适于第二放大装置224。在图2中通过双箭头230示出,也可以将第二放大装置224的滤波器系数和状态存储器或状态存储器内容或者第二数字信号处理单元229的数字滤波器的滤波器系数和状态存储器或状态存储器内容复制到附加放大器装置207上或者复制到附加数字信号处理单元219的相应的数字滤波器上并且反之亦然。
结合第一实施例的在切换时刻、为了切换所使用的开关、流程的循环重复以及一些可能的变型方案方面的阐述同样适于第二实施例。
图3示出根据第三实施例的测量系统301的简化框图,其中由于清楚性没有示出每一个细节。
第三实施例构造在第二实施例上。在此,涉及一般而言不仅可以并联附加放大器装置而且每一个放大器装置可以与每一个另外的放大器装置并联的变型方案。这具有以下优点:在校准之后不必须再连接回。通过这种修改可能的是,可以轮换放大器装置,即在放大器装置的校准或调准之后,为此“移位”到另一个放大器装置上的通道保留在那里并且将刚刚已校准的放大器装置用作下一待校准放大器装置的替代。通过这种方式,可以通过减半校准过程的数量来加速所述方法。
除以下所阐述的修改以外,元件302至330相应于结合第二实施例所描述的元素202至230。
在具有三个内部放大器装置的第三实施例中,上述变型方案具体意味着,不仅附加放大器装置307可以与第一放大器装置308或第二放大器装置324并联而且第一放大器装置308和第二放大器装置324可以彼此并联连接。这决定了在给第一放大器装置308分配的至少一个开关方面的以及在给第二放大器装置324分配的至少一个开关方面的修改。必须能够借助所述开关附加地实现,也给第一放大器装置308输送第二测量信号325并且给第二放大器装置324输送第一测量信号311。这在根据图3的简化框图中通过附加的连接线示出。
为了实现滤波器重新加载,必须能够附加地实现,也将第二放大器装置324的滤波器系数和状态存储器或状态存储器内容或者第二数字信号处理单元329的数字滤波器的滤波器系数和状态存储器或状态存储器内容复制到第一放大器装置308上或者复制到第一数字信号处理单元322的相应的数字滤波器上。这在图3中通过双箭头示出。
在根据第三实施例的具有两个通道和三个内部放大器装置307、308和324的测量放大器303的情况下示出背景校准和背景调准或无中断的校准和调准的流程如下。
首先,第一放大器装置308位于测量支路或测量路径中。给第一放大器装置308输送第一测量信号311并且所述第一放大器装置对所述第一测量信号进行放大、数字化和处理。通过选择装置209输出通过所述第一放大器装置由第一测量信号311产生的测量值316。
现在,校准并且如有需要调准附加放大器装置307。为此,使用第一参考信号312和第二参考信号313,它们在这种情形中可以是第一测量信号311的零值和终值。
如果附加放大器装置307的误差已经被校准或调准,则给所述附加放大器装置输送第一测量信号311并且所述附加放大器装置对所述第一测量信号进行放大、数字化和处理。在所述附加放大器装置的滤波器的稳定或“叠加”之后,通过选择装置309输出通过所述附加放大器装置由第一测量信号311产生的测量值315。
第一放大器装置308现在不再参与测量并且可以从测量路线移除。只要发生以上所述,就校准并且如有需要调准第一放大器装置308。在该时间段中,具有相同地保持的精确度的附加放大器装置307接管第一放大器装置308的测量任务。
随后,不应当再给第一放大器装置308输送第一测量信号311而是输送第二测量信号325。因此,为了校准,使用第一参考信号312和第二参考信号313或者使用在根据图3的简化框图中没有示出的其他参考信号,它们现在在利用从提供第二测量信号325的第二测量传感器引导回的电压的情况下产生并且例如可以是第二测量信号325的零值和终值。
如果第一放大器装置308的误差已经被校准或调准,则给所述第一放大器装置输送第二测量信号325并且所述第一放大器装置对所述第二测量信号进行放大、数字化和处理。在所述第一放大器装置的滤波器的稳定或“叠加”之后,通过选择装置309输出通过所述第一放大器装置由第二测量信号325产生的测量值316。
自该时刻起,第二放大器装置324不再参与测量并且可以从测量路径移除。现在,所述第二放大器装置可以用于替代另一放大器装置,在该情形中替代附加放大器装置307。
校准并且如有需要调准第二放大器装置324。为此,使用第一参考信号312和第二参考信号313或者使用在根据图3的简化框图中没有示出的其他参考信号,它们现在在利用从提供第一测量信号311的第一测量传感器引导回的电压的情况下产生并且例如可以是第一测量信号311的零值和终值。
如果第二放大器装置324的误差已经被校准或调准,则给所述第二放大器装置输送第一测量信号311并且所述第二放大器装置对所述第一测量信号进行放大、数字化和处理。在所述第二放大器装置的滤波器的稳定或“叠加”之后,通过选择装置309输出通过所述第二放大器装置由第一测量信号311产生的测量值326。
附加放大器装置207不再参与测量并且可以从测量路线移除。在该时间,相应于第一测量信号311的测量值326通过第二放大器装置324产生并且相应于第二测量信号325的测量值316通过第一放大器装置308产生并且分别通过选择装置309输出。因此,第二放大器装置324已经接管了第一放大器装置308的原始测量任务,反之亦然。
随后,再次校准并且如有需要调准附加放大器装置307。所述附加放大器装置现在应当不再接管第一测量信号311而是从第一放大器装置308接管第二测量信号325。因此,现在为了所述附加放大器装置的校准,使用第一参考信号312和第二参考信号313或者使用在根据图3的简化框图中没有示出的其他测量信号,它们在利用从提供第二测量信号325的第二测量传感器引导回的电压的情况下产生并且例如可以是第二测量信号325的零值和终值。
如果附加放大器装置307的误差已经被校准或调准,则给所述附加放大器装置输送所述第二测量信号325并且所述附加放大器装置对所述第二测量信号进行放大、数字化和处理。在所述附加放大器装置的滤波器的稳定或“叠加”之后,通过选择装置309输出通过所述附加放大器装置由第二测量信号325产生的测量值315。
第一放大器装置308现在不再参与测量并且可以从测量路线移除。只要发生以上所述,就则校准并且必要时调准第一放大器装置308。所述第一放大器装置随后应当再次接管第一测量信号311,即从第二放大器装置324那里。因此,为了其校准使用第一参考信号312和第二参考信号313,它们在利用从提供第一测量信号311的第一测量传感器引导回的电压的情况下产生并且例如可以是第一测量信号311的零值和终值。
如果第一放大器装置308的误差已经被校准或调准,则给所述第一放大器装置输送第一测量信号311并且所述第一放大器装置对所述第一测量信号进行放大、数字化和处理。在所述第一放大器装置的滤波器的稳定或“叠加”之后,通过选择装置309输出通过所述第一放大器装置由第一测量信号311产生的测量值316。
自该时刻起,第二放大器装置324不再参与测量并且从测量路径移除。所述第二放大器装置现在可以用于替代附加放大器装置307。
校准并且必要时调准第二放大器装置324。所述第二放大器装置随后应当再次接管第二测量信号325,即从附加放大器装置307那里。因此,为了其校准使用第一参考信号312和第二参考信号313或者使用在根据图3的简化框图中没有示出的其他参考信号,它们现在在利用从提供第二测量信号325的第二测量传感器引导回的电压的情况下产生并且例如可以是第二测量信号325的零值和终值。
如果第二放大器装置324的误差已经被校准或调准,则给所述第二放大器装置输送第二测量信号325并且所述第二放大器装置对所述第二测量信号进行放大、数字化和处理。在所述第二放大器装置的滤波器的稳定或“叠加”之后,通过选择装置309输出通过所述第二放大器装置由第二测量信号325产生的测量值326。
附加放大器装置307不再参与测量并且从测量路线移除。相应于第一测量信号311的测量值316通过第一放大器装置308产生并且相应于第二测量信号325的测量值326通过第二放大器装置324产生并且分别通过选择装置309输出。因此,再次达到原始状态。
以上描述了仅仅示例性的流程。因为根据第三实施例每一个放大器装置可以与每一个另外的放大器装置并联连接并且可以与此相应地替代每一个另外的放大器装置,所以尤其在具有多于两个通道并且因此多于三个放大器装置的测量放大器的情况下能够实现大量变型方案。因此,为了列举仅仅一个示例,在开始时附加放大器装置而不是第一个放大器装置替代最后的放大器装置并且放大器装置的整个轮换能够以相反的顺序进行。每一个单个放大器装置的自由的可切换性能够实现放大器装置之间的完全灵活的来回切换并且能够实现测量信号或通道的接管。因此,可以设想多个其他变型方案。
结合第一实施例的在滤波器重新加载、切换时刻、为了切换所使用的开关、流程的循环重复以及一些可能的变型方案方面的阐述也适于第三实施例。
根据对于如同图1中的第一实施例那样的具有仅仅一个通道的测量放大器示出的第四实施例,所述测量放大器对于其每一个通道具有一个自身的附加放大器装置。因此,不像在以上实施例中那样地需要仅仅一个唯一的附加放大器装置。因此,在具有N个通道的测量放大器中需要2×N个放大器装置,而不是N+1个放大器装置。
由此,虽然硬件耗费比在其他实施例中更高。然而,第四实施例为此也考虑具有在电方面分开的通道的测量放大器并且也可以在所述测量放大器中以高的精确度工作。此外,能够实现对于每一个单个通道存在一个附加放大器装置,对于多个通道同时实施校准和调准并且因此以更高的频率或更短的循环时间实施校准方法和调准方法。这还可以进一步提高精确度。
结合第一实施例的在对于一个通道的无中断的校准和调准的流程、滤波器重新加载、切换时刻、对了切换所使用的开关、流程的循环重复和一些可能的变型方案方面的阐述也适于第四实施例。
图4示出具有用于无中断地校准和调准测量放大器的方法的基本步骤的流程图,所述步骤与以上所描述的实施例有共同之处。在用于N个测量信号的、具有至少N+1个放大器装置并且设置用于输出相应于N个测量信号的N个测量值的测量放大器的情况下,所述步骤是以下步骤,其中适用N≥1并且索引i从1到N。
在步骤S1中,给至少N+1个放大器装置中的第i放大器装置输送N个测量信号中的第i测量信号。在步骤S2中,输出通过第i放大器装置由第i测量信号产生的测量值。在步骤S3中,给至少N+1个放大器装置中的另一放大器装置输送至少2个第i参考信号。在步骤S4中,借助至少两个第i参考信号校准所述另一放大器装置,其中求取所述另一放大器装置的零点误差和增益误差。在步骤S5中,如果对于所述另一放大器装置求取的误差中的至少一个误差位于对于所述误差预给定的阈值之上,则调准所述另一放大器装置。在步骤S6中,给所述另一放大器装置输送第i测量信号。在步骤S7中,输出通过所述另一放大器装置由第i测量信号产生的测量值。在步骤S8中,给第i放大器装置输送至少两个参考信号。在步骤S9中,借助至少两个参考信号校准第i放大器装置,其中求取第i放大器装置的零点误差和增益误差。在步骤S10中,如果对于所述第i放大器装置求取的误差中的至少一个误差位于对于所述误差预给定的阈值之上,则调准第i放大器装置。
对于测量放大器的每一个通道实施步骤S1至S10并且循环地重复整个过程,这在根据图4的流程图中通过从代表步骤S10的方框返回到代表步骤S1的方框的箭头示出。
在步骤S10之后,根据实施例还可以实施至少一个另外的步骤。因此,在第一、第二和第四实施例中在步骤S10之后例如可以再次给第i放大器装置输送第i测量信号,如已经在步骤S1中所描述的那样,即输送与在其校准之前的测量信号相同的测量信号。随后,可以再次输出通过第i放大器装置由第i测量信号产生的测量值,如已经在步骤S2中所描述的那样。相反,在第三实施例中,可以在步骤S10之后给第i放大器装置输送另一测量信号,即输送与在其校准之前的测量信号不同的测量信号。换言之,可以在步骤S10之后给第i放大器装置输送与在其校准之前的测量信号相同的测量信号或者输送与在其校准之前的测量信号不同的测量信号。
此外,可以在步骤S1至S10的单个步骤之间实施附加步骤、例如滤波器重新加载的步骤或者校正放大器装置的自身误差的差的步骤。
为了描述步骤S1至S10并且在权利要求中所使用的索引i不必须强制地相应于在实施例的以上描述中的放大器装置、测量信号和参考信号的标记。因此,例如在i=1时,第i放大器装置不必须一定是第一放大器装置并且第i测量信号不必须一定是第一测量信号。同样,第i参考信号不必须是相应于第一测量信号的参考值的参考信号。这尤其在第三实施例中适用,所述第三实施例能够实现放大器装置之间的非常灵活的来回切换。
此外,虽然步骤S1至S10以及在权利要求中限定的其他步骤的顺序基本上如所说明的那样。然而,可以部分并行地实施多个相继的步骤、例如给放大器装置输送测量信号的步骤、输出通过所述放大器装置由所述测量信号产生的测量值的步骤、给另一放大器装置输送参考信号的步骤以及借助所述参考信号校准所述另一放大器装置的步骤。
在以上在四个实施例的每一个实施例中描述多个分别具有多个组件的放大器装置期间,另外的配置也是可能的。一些或所有放大器装置和/或测量放大器的其他组件例如可以以集成电路的形式实现或者每一个放大器装置的仅仅分别确定的组件、例如放大器电路和模拟/数字转换器也可以彼此集成。同样,如果在数字信号处理单元之后分别还设置数字/模拟转换器,则例如可以产生模拟测量值而非数字测量值。可以设想的是,在单纯模拟工作的测量放大器中应用用于无中断地校准和调准测量放大器的所述方法的基本原理。
综上所述,本发明涉及一种具有背景校准和背景调准的测量放大器以及涉及一种用于对这种测量放大器实施背景校准和背景调准的方法。该测量放大器借助至少一个放大器装置放大、数字化并且处理至少一个测量传感器的至少一个测量值。所述放大器装置有时可以通过附加放大器装置替代,这能够实现所述放大器装置的无中断的校准并且必要时调准。在校准时,可靠地求取放大器装置的不仅零点误差而且增益误差。此外,直接并且不直接地校准放大器装置。因此,在没有测量中断的情况下实现高的精确度。此外,在具有多个通道的测量放大器中通常也需要仅仅一个附加放大器装置。
Claims (10)
1.一种用于无中断地校准并且调准用于N个测量信号(111;211,225;311,325)的测量放大器(103;203;303)的方法,所述测量放大器具有至少N+1个放大器装置(107,108;207,208,224;307,308,324)并且设置用于输出相应于所述N个测量信号的N个测量值,其中,适用N≥1,并且对于i=1至N实施以下步骤:
给所述至少N+1个放大器装置中的第i放大器装置输送(S1)所述N个测量信号中的第i测量信号;
输出(S2)通过所述第i放大器装置由所述第i测量信号产生的测量值;
给所述至少N+1个放大器装置中的另一放大器装置输送(S3)至少两个第i参考信号(112,113;212,213;312,313);
借助所述至少两个第i参考信号校准(S4)所述另一放大器装置,其中,求取所述另一放大器装置的零点误差和增益误差;
如果对于所述另一放大器装置求取的误差中的至少一个误差位于对于所述误差预给定的阈值之上,则调准(S5)所述另一放大器装置;
给所述另一放大器装置输送(S6)所述第i测量信号;
输出(S7)通过所述另一放大器装置由所述第i测量信号产生的测量值;
给所述第i放大器装置输送(S8)至少两个参考信号;
借助所述至少两个参考信号校准(S9)所述第i放大器装置,其中,求取所述第i放大器装置的零点误差和增益误差;以及
如果对于所述第i放大器装置求取的误差中的至少一个误差位于对于所述误差预给定的阈值之上,则调准(S10)所述第i放大器装置。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,适用j≥1并且
所述另一放大器装置是所述至少N+1个放大器装置中的第N+j放大器装置(107;207),
为了校准所述第i放大器装置(108;208;224),使用所述至少两个第i参考信号,以及
在调准所述第i放大器装置的步骤之后,再次给所述第i放大器装置输送所述第i测量信号(111;211,225)并且输出通过所述第i放大器产生的测量值(116;216,226)。
3.根据权利要求1所述的方法,其中,适用j≥1并且
对于i=1:
所述另一放大器装置是所述至少N+1个放大器装置中的第N+j放大器装置(307),为了校准所述第i放大器装置(308)使用至少两个第i+1参考信号,并且在调准所述第i放大器装置的步骤之后,给所述第i放大器装置输送所述N个测量信号中的至今已输送给所述至少N+1个放大器装置中的第i+1放大器装置(324)的测量信号并且输出通过所述第i放大器装置由所述测量信号产生的测量值(316),
对于1<i<N:
所述另一放大器装置是所述至少N+1个放大器装置中的第i-1放大器装置,为了校准所述第i放大器装置使用至少两个第i+1参考信号,并且在调准所述第i放大器装置的步骤之后,给所述第i放大器装置输送所述N个测量信号中的至今已输送给所述至少N+1个放大器装置中的第i+1放大器装置的测量信号并且输出通过所述第i放大器装置由所述测量信号产生的测量值,以及
对于i=N:
所述另一放大器装置是所述至少N+1个放大器装置中的第i-1放大器装置(308),为了校准所述第i放大器装置(324)使用至少两个第N+j参考信号,并且在调准所述第i放大器装置的步骤之后,给所述第i放大器装置输送所述N个测量信号中的至今已输送给所述至少N+1个放大器装置中的第N+j放大器装置(307)的测量信号并且输出通过所述第i放大器装置由所述测量信号产生的测量值(326)。
4.根据权利要求1所述的方法,其中,所述测量放大器具有至少2×N个放大器装置,其中,
所述另一放大器装置是所述至少2×N个放大器装置中的第i+N放大器装置,
为了校准所述第i放大器装置,使用至少两个第i参考信号,以及
在调准所述第i放大器装置的步骤之后,再次给所述第i放大器装置输送所述第i测量信号并且输出通过所述第i放大器装置产生的测量值。
5.根据权利要求1所述的方法,其中,所述测量放大器的放大器装置分别具有至少一个滤波器,其中,
在给所述另一放大器装置输送(S6)所述第i测量信号的步骤之后并且在输出(S7)通过所述另一放大器装置由所述第i测量信号产生的测量值的步骤之前进行等待,直至所述另一放大器装置的至少一个滤波器稳定,以及
在给所述第i放大器装置输送所述N个测量信号中的至今已输送给所述至少N+1个放大器装置中的另一放大器装置的另一测量信号的步骤之后并且在输出通过所述第i放大器装置由所述另一测量信号产生的测量值的步骤之前进行等待,直至所述第i放大器装置的至少一个滤波器稳定。
6.根据权利要求1所述的方法,其中,所述测量放大器的放大器装置分别具有至少一个数字滤波器,其中,
在给所述另一放大器装置输送(S6)所述第i测量信号的步骤之后并且在输出(S7)通过所述另一放大器装置由所述第i测量信号产生的测量值的步骤之前,实施将所述第i放大器装置的至少一个数字滤波器的滤波器系数和状态存储器复制到所述另一放大器装置的至少一个数字滤波器上的步骤,以及
在给所述第i放大器装置输送所述N个测量信号中的至今已输送给所述至少N+1个放大器装置中的另一放大器装置的另一测量信号的步骤之后并且在输出通过所述第i放大器装置由所述另一测量信号产生的测量值的步骤之前,实施将所述另一放大器装置的至少一个数字滤波器的滤波器系数和状态存储器复制到所述第i放大器装置的至少一个数字滤波器上的步骤。
7.根据权利要求1所述的方法,其中,
在给所述另一放大器装置输送(S6)所述第i测量信号的步骤之后并且在输出(S7)通过所述另一放大器装置由所述第i测量信号产生的测量值的步骤之前,实施校正所述第i放大器装置的自身误差与所述另一放大器装置的自身误差的差的步骤,以及
在给所述第i放大器装置输送所述N个测量信号中的至今已输送给所述至少N+1个放大器装置中的另一放大器装置的另一测量信号的步骤之后并且在输出通过所述第i放大器装置由所述另一测量信号产生的测量值的步骤之前,实施校正所述另一放大器装置的自身误差与所述第i放大器装置的自身误差的差的步骤。
8.根据以上权利要求中任一项所述的方法,其中,循环地重复所有步骤,以便以预给定的时间间隔自动地校准并且需要时调准所述测量放大器。
9.一种用于实施根据以上权利要求中任一项所述的方法的测量放大器(103;203;303),其中,所述测量放大器具有以下特征:
所述至少N+1个放大器装置(107,108;207,208,224;307,308,324),它们分别具有放大器电路(117,120;217,220,227;317,320,327)、模拟/数字转换器(118,121;218,221,228;318,321,328)和数字信号处理单元(119,122;219,222,229;319,322,329),所述数字信号处理单元具有至少一个数字滤波器;
至少N+1个开关,它们分别分配给所述N+1个放大器装置中的一个放大器装置;
至少一个参考信号产生装置(105,106;205,206,305,306);以及
至少一个选择装置(109;209;309),其中,
所述N+1个放大器装置中的每一个放大器装置能够借助通过所述至少一个参考信号产生装置产生的参考信号校准并且调准,
所述至少N+1个放大器装置中的一个放大器装置能够与其他放大器装置中的每一个放大器装置并联连接,所述至少N+1个放大器装置中的每一个放大器装置能够分别与所述其他放大器装置中的每一个放大器装置并联连接或者所述至少N+1个放大器装置中的每一个放大器装置能够与恰好一个另外的放大器装置并联连接,其中,相应的切换能够通过所述至少N+1个开关中的相应开关实施,以及
所述至少一个选择装置设置用于输出N个测量值,所述N个测量值相应于所述N个测量信号。
10.一种测量系统(101;201;301),其具有根据权利要求9所述的测量放大器(103;203;303)并且具有至少一个测量传感器(102;202;302),所述至少一个测量传感器设置成给所述测量放大器输送所述N个测量信号。
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Citations (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001078297A2 (en) * | 2000-04-07 | 2001-10-18 | Comrex Corporation | Method and apparatus for synchronizing data transmission and reception over a network |
CN1519566A (zh) * | 2003-01-31 | 2004-08-11 | ƽ | 传感器装置、测量系统及校准方法 |
US20070171116A1 (en) * | 2005-01-11 | 2007-07-26 | Masaaki Fuse | Time-interleaved analog-to-digital converter and high speed signal processing system using the same |
CN101188058A (zh) * | 2007-10-29 | 2008-05-28 | 杭州锐达数字技术有限公司 | 基于多个数字路径和交叉校准的数据采集系统及方法 |
CN101523729A (zh) * | 2006-10-27 | 2009-09-02 | 赛多利斯股份有限公司 | 测量放大装置和测量放大方法 |
CN101523728A (zh) * | 2006-10-27 | 2009-09-02 | 赛多利斯股份有限公司 | 测量放大装置和方法 |
US7821435B2 (en) * | 2008-06-13 | 2010-10-26 | National Chiao Tung University | Background calibration system for calibrating non-linear distortion of amplifier and method thereof |
CN101895257A (zh) * | 2009-05-12 | 2010-11-24 | 14号公司 | 运算和测量放大器中的低噪声、低功率、低漂移偏移校正 |
US20110012763A1 (en) * | 2009-07-16 | 2011-01-20 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Background Calibration of Analog-to-Digital Converters |
JP2011049746A (ja) * | 2009-08-26 | 2011-03-10 | Nec Corp | A/d変換装置 |
CN102386921A (zh) * | 2011-11-15 | 2012-03-21 | 北京时代民芯科技有限公司 | 一种流水线adc多比特子dac电容失配校准方法 |
US20120081246A1 (en) * | 2010-09-30 | 2012-04-05 | Lockheed Martin Corporation | Complex analog to digital converter (cadc) system on chip double rate architecture |
CN102821452A (zh) * | 2011-06-08 | 2012-12-12 | 联发科技(新加坡)私人有限公司 | 集成电路、无线通信单元及正交功率侦测方法 |
CN102947684A (zh) * | 2010-06-18 | 2013-02-27 | 菲尼克斯电气有限两合公司 | 具有两个传输通道的测量传感器 |
CN102981113A (zh) * | 2011-12-26 | 2013-03-20 | 中国电子科技集团公司第四十一研究所 | 一种高精度高线性高温度稳定性的动态校准源系统 |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3206192A1 (de) * | 1982-02-20 | 1983-09-01 | Datron-Electronic Pichl & Schulte KG, 6109 Mühltal | Verfahren und vorrichtung zur automatischen nullpunktkorrektur bei messeinrichtungen |
JPS63209208A (ja) * | 1987-02-25 | 1988-08-30 | Yokogawa Electric Corp | 増幅装置 |
JPH01102335A (ja) * | 1987-10-16 | 1989-04-20 | Ono Sokki Co Ltd | 車載型測定装置 |
JPH1185167A (ja) * | 1997-09-16 | 1999-03-30 | Hitachi Ltd | 能動騒音制御装置搭載の電子機器装置 |
US6445317B2 (en) * | 1998-11-20 | 2002-09-03 | Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) | Adaptively calibrating analog-to-digital conversion |
US6127955A (en) * | 1998-11-20 | 2000-10-03 | Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) | Method and system for calibrating analog-to-digital conversion |
SE517457C2 (sv) * | 2000-08-29 | 2002-06-11 | Ericsson Telefon Ab L M | Metod och anordning för bakgrundskalibrering av A/D- omvandlare |
JP2003133954A (ja) * | 2001-10-26 | 2003-05-09 | Agilent Technologies Japan Ltd | インターリーブa/d変換器の校正方法 |
US7227479B1 (en) * | 2005-12-22 | 2007-06-05 | Lucent Technologies Inc. | Digital background calibration for time-interlaced analog-to-digital converters |
DE102006005835A1 (de) * | 2006-02-08 | 2007-08-16 | Logicdata Electronic & Software Entwicklungs Gmbh | Schaltungsanordnung und Verfahren zur Kalibrierung einer Sensoranordnung, insbesondere für motorisch verstellbare Möbel, sowie Messverstärker und Sensoranordnung |
JP2008131298A (ja) | 2006-11-20 | 2008-06-05 | Fyuutorekku:Kk | アナログ/ディジタル変換装置及びアナログ/ディジタル変換補正方法 |
DE102007052440B4 (de) * | 2007-11-02 | 2009-11-19 | Hottinger Baldwin Messtechnik Gmbh | Verfahren und Anordnung eines Messverstärkers zur Korrektur von Eingangssignalen |
US20100002747A1 (en) * | 2008-07-03 | 2010-01-07 | Bosch Enrique Company | System and method for n'th order digital piece-wise linear compensation of the variations with temperature of the non-linearities for high accuracy digital temperature sensors in an extended temperature range |
FR2982101A1 (fr) * | 2011-11-02 | 2013-05-03 | St Microelectronics Grenoble 2 | Etalonnage d'un adc entrelace |
US9401726B2 (en) * | 2014-11-26 | 2016-07-26 | Silicon Laboratories Inc. | Background calibration of time-interleaved analog-to-digital converters |
-
2013
- 2013-09-06 DE DE102013014876.6A patent/DE102013014876B3/de active Active
-
2014
- 2014-09-05 WO PCT/DE2014/000463 patent/WO2015032382A1/de active Application Filing
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Patent Citations (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001078297A2 (en) * | 2000-04-07 | 2001-10-18 | Comrex Corporation | Method and apparatus for synchronizing data transmission and reception over a network |
CN1519566A (zh) * | 2003-01-31 | 2004-08-11 | ƽ | 传感器装置、测量系统及校准方法 |
US20070171116A1 (en) * | 2005-01-11 | 2007-07-26 | Masaaki Fuse | Time-interleaved analog-to-digital converter and high speed signal processing system using the same |
CN101523729A (zh) * | 2006-10-27 | 2009-09-02 | 赛多利斯股份有限公司 | 测量放大装置和测量放大方法 |
CN101523728A (zh) * | 2006-10-27 | 2009-09-02 | 赛多利斯股份有限公司 | 测量放大装置和方法 |
CN101188058A (zh) * | 2007-10-29 | 2008-05-28 | 杭州锐达数字技术有限公司 | 基于多个数字路径和交叉校准的数据采集系统及方法 |
US7821435B2 (en) * | 2008-06-13 | 2010-10-26 | National Chiao Tung University | Background calibration system for calibrating non-linear distortion of amplifier and method thereof |
CN101895257A (zh) * | 2009-05-12 | 2010-11-24 | 14号公司 | 运算和测量放大器中的低噪声、低功率、低漂移偏移校正 |
US20110012763A1 (en) * | 2009-07-16 | 2011-01-20 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Background Calibration of Analog-to-Digital Converters |
JP2011049746A (ja) * | 2009-08-26 | 2011-03-10 | Nec Corp | A/d変換装置 |
CN102947684A (zh) * | 2010-06-18 | 2013-02-27 | 菲尼克斯电气有限两合公司 | 具有两个传输通道的测量传感器 |
US20120081246A1 (en) * | 2010-09-30 | 2012-04-05 | Lockheed Martin Corporation | Complex analog to digital converter (cadc) system on chip double rate architecture |
CN102821452A (zh) * | 2011-06-08 | 2012-12-12 | 联发科技(新加坡)私人有限公司 | 集成电路、无线通信单元及正交功率侦测方法 |
CN102386921A (zh) * | 2011-11-15 | 2012-03-21 | 北京时代民芯科技有限公司 | 一种流水线adc多比特子dac电容失配校准方法 |
CN102981113A (zh) * | 2011-12-26 | 2013-03-20 | 中国电子科技集团公司第四十一研究所 | 一种高精度高线性高温度稳定性的动态校准源系统 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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