CN106961279A - 一种模数转换器及汽车 - Google Patents

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曹文锋
代康伟
余军
闫立国
张诚龙
郭志强
于海龙
佟世蒙
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    • H03M1/06—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters
    • H03M1/0617—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by the use of methods or means not specific to a particular type of detrimental influence
    • H03M1/0675—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by the use of methods or means not specific to a particular type of detrimental influence using redundancy

Abstract

本发明提供了一种模数转换器及汽车，该模数转换器包括：第一转换电路，用于将第一输入端输入的传感器电压信号转换为第一数字信号，并通过第一输出端输出；第二转换电路，用于将第二输入端输入的传感器电压信号转换为第二数字信号，并通过第二输出端输出；其中，第一输入端与第二输入端相连接；控制单元，分别获取第一输出端输出的第一数字信号和第二输出端输出的第二数字信号，用于当第一数字信号表示的电压值与第二数字信号表示的电压值的差值的绝对值大于或等于第一预设值时，输出第一预设故障信号。本发明实施例通过冗余设计增加一参考组，通过采集同一信号进行对比分析，防止因故障等采集出现错误，降低了因硬件失效故障造成危害的可能性。

Description

一种模数转换器及汽车
技术领域
本发明涉及模数转换技术领域，特别涉及一种模数转换器及汽车。
背景技术
功能安全ISO 26262标准是以IEC61508为基础，为满足道路车辆上特定电子电气系统的需求而编写。安全是未来汽车发展的关键问题之一，不仅在驾驶辅助和动力驱动领域，而且在车辆动态控制和主被动安全系统领域，新的功能越来越多地触及到系统安全工程领域。这些功能的开发和集成将强化对安全相关系统开发流程的需求，并且要求提供满足所有合理的系统安全目标的证明。随着技术日益复杂、软件内容和机电一体化应用不断增加，来自系统性失效和硬件随机失效的风险逐渐增加。
模数变换器ADC(Analog-to-Digital Converter)作为控制器的关键输入模块，模数变换器ADC采集数据的正确与否，直接影响控制系统的安全性，也是功能安全重点关注的对象。功能安全ISO 26262标准对模数变换器ADC卡滞、漂移、震荡、信号线间的短路等故障都有严格的检测要求，传统的模数变换器ADC采集，并未考虑硬件失效，软件上对于数据有效性通常只是做了滤波处理，如此当发生模数变换器ADC硬件失效时，系统将采用无效的数据进行计算，很有可能发生安全事故。
发明内容
本发明实施例要解决的技术问题是提供一种模数转换器及汽车，用以实现通过冗余设计增加一参考组采集同一信号进行对比，降低因硬件失效故障造成危害的可能性。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种模数转换器，包括：
第一转换电路，用于将第一输入端输入的传感器电压信号转换为第一数字信号，并通过第一输出端输出；
第二转换电路，用于将第二输入端输入的传感器电压信号转换为第二数字信号，并通过第二输出端输出；其中，所述第一输入端与所述第二输入端相连接；
控制单元，分别获取所述第一输出端输出的第一数字信号和所述第二输出端输出的第二数字信号，用于当所述第一数字信号表示的电压值与所述第二数字信号表示的电压值的差值的绝对值大于或等于第一预设值时，输出第一预设故障信号。
进一步的，所述第一转换电路还用于将第三输入端输入的基准电压信号转换为第三数字信号，并通过第三输出端输出；
所述第二转换电路还用于将第四输入端输入的基准电压信号转换为第四数字信号，并通过第四输出端输出，其中，所述第三输入端与所述第四输入端相连接；
所述控制单元，还用于当所述第三数字信号表示的电压值与所述第四数字信号表示的电压值的差值的绝对值大于或等于第二预设值时，输出第二预设故障信号。
进一步的，所述控制单元，还用于当所述第一数字信号表示的电压值与所述第二数字信号表示的电压值的差值的绝对值小于第一预设值、且所述第三数字信号表示的电压值与所述第四数字信号表示的电压值的差值的绝对值小于第二预设值时，输出所述第一数字信号作为所述传感器电压信号的模数转换结果信号。
进一步的，所述模数转换器还包括：分别与所述第一输出端和所述第三输出端连接的第一存储单元，所述第一存储单元用于存储所述第一数字信号和所述第三数字信号。
进一步的，所述控制单元与所述第一存储单元连接，并通过所述第一存储单元获取存储于所述第一存储单元内的所述第一数字信号和所述第三数字信号。
进一步的，所述模数转换器还包括：分别与所述第二输出端和所述第四输出端连接的第二存储单元，所述第二存储单元用于存储所述第二数字信号和所述第四数字信号。
进一步的，所述控制单元与所述第二存储单元连接，并通过所述第二存储单元获取存储于所述第二存储单元内的所述第三数字信号和所述第四数字信号。
进一步的，所述第一预设值的取值范围为输入所述传感器电压信号的传感器的量程的0.8％至所述传感器的量程的1.2％。
进一步的，所述第二预设值的取值范围为所述基准电压的电压值的0.8％至所述基准电压的电压值的1.2％。
本发明实施例还提供了一种汽车，包括如上所述的模数转换器。
与现有技术相比，本发明实施例提供的一种模数转换器及汽车，至少具有以下有益效果：本发明实施例通过冗余设计，增加一转换电路作为参考组，通过采集同一信号进行对比分析，防止用于输出的转换电路因故障等采集出现错误，降低了因硬件失效故障造成危害的可能性。同时，本发明实施例还可增加一基准电压，分别对基准电压信号进行采集转换并比较，防止因故障对参考电压的采集出现错误导致输出数字信号错误，进一步降低了因硬件失效故障造成危害的可能性。
附图说明
图1为本发明实施例的模数转换器的结构示意图之一；
图2为本发明实施例的模数转换器的结构示意图之二。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本发明的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。
应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。
参见图1至图2，本发明实施例提供了一种模数转换器，包括：
第一转换电路1，用于将第一输入端输入的传感器电压信号转换为第一数字信号，并通过第一输出端输出；
第二转换电路2，用于将第二输入端输入的传感器电压信号转换为第二数字信号，并通过第二输出端输出；其中，所述第一输入端与所述第二输入端相连接；
控制单元3，分别获取所述第一输出端输出的第一数字信号和所述第二输出端输出的第二数字信号，用于当所述第一数字信号表示的电压值与所述第二数字信号表示的电压值的差值的绝对值大于或等于第一预设值时，输出第一预设故障信号。
在本发明实施例中，增加第二转换电路作为参考对比组，第一转换电路和第二转换电路同时接收传感器输出的电压信号，并将其转换为数字信号，控制单元将对第一转换电路输出的第一数字信号表示的电压值与第二转换电路输出的第二数字信号表示的电压值进行比较，当两者的差值的绝对值大于或等于第一预设值时(可根据实验进行标定)，此时两者的采集的电压值相差较大(超出允许的误差范围)，第一转换电路或第二转换电路可能出现故障，此时采集的电压信号并不准确，若输出错误的电压信号可能导致后续控制错误并导致危险的发生。故而，此时控制单元输出第一故障信号，告知其他部件或上层控制部件模数转换器ADC发生故障。
本发明实施例通过冗余设计，增加一转换电路作为参考组，通过采集同一信号进行对比分析，防止用于输出的转换电路因故障等采集出现错误，降低了因硬件失效故障造成危害的可能性。同时，本发明实施例增加的对比组为单独的转换电路，避免了共因失效。
需要注意的时，本发明实施例的模数转换器其并不限于采用转换电路进行模数转换，其他转换方式亦可。
参见图2，在本发明一实施例的模数转换器中，所述第一转换电路1还用于将第三输入端输入的基准电压信号转换为第三数字信号，并通过第三输出端输出；
所述第二转换电路2还用于将第四输入端输入的基准电压信号转换为第四数字信号，并通过第四输出端输出，其中，所述第三输入端与所述第四输入端相连接；
所述控制单元3，还用于当所述第三数字信号表示的电压值与所述第四数字信号表示的电压值的差值的绝对值大于或等于第二预设值时，输出第二预设故障信号。
在模数转换时，模数转换器对采集的电压信号转换为数字信号需要根据参考电压进行，此时，若参考电压采集错误则将导致模数转换后的数字信号表示的电压值并非采集的电压值，将导致后续利用、控制错误并导致危险的发生。故而，在本发明实施例中，还利用第一转换电路和第二转换电路同时采集一提供的基准电压，其中，基准电压电源提供的电压为已知的，例如，提供一2.5V的基准电压，通过第一转换电路和第二转换电路同时采集该基准电压，当控制单元判断其两者的误差在允许范围内时，则可判断采集参考电压是正确的。当两者的误差超出允许的范围时(差值的绝对值大于或等于第二预设值时，第二预设值可根据实验进行预先标定)，则输出第二预设故障信号，告知其他部件或上层控制部件模数转换器ADC发生故障，且当前故障为采集参考电压出现故障。
本发明实施例中，增加一基准电压，分别对基准电压信号进行采集转换并比较，防止因故障对参考电压的采集出现错误导致输出数字信号错误，进一步降低了因硬件失效故障造成危害的可能性。
其中，所述控制单元3，还用于当所述第一数字信号表示的电压值与所述第二数字信号表示的电压值的差值的绝对值小于第一预设值、且所述第三数字信号表示的电压值与所述第四数字信号表示的电压值的差值的绝对值小于第二预设值时，输出所述第一数字信号作为所述传感器电压信号的模数转换结果信号。
当第一转换电路和第二转换电路对传感器电压采集的电压信号和基准电压采集的电压信号均处于误差允许的范围内时，可判断第一转换电路未发生故障，此时可将第一转换电路转换后的数字信号输出供其他部件使用。
参见图2，在本发明一实施例的模数转换器中，所述模数转换器还包括：分别与所述第一输出端和所述第三输出端连接的第一存储单元4，所述第一存储单元4用于存储所述第一数字信号和所述第三数字信号。
其中，所述控制单元3与所述第一存储单元4连接，并通过所述第一存储单元4获取存储于所述第一存储单元4内的所述第一数字信号和所述第三数字信号。
进一步的，所述模数转换器还包括：分别与所述第二输出端和所述第四输出端连接的第二存储单元5，所述第二存储单元5用于存储所述第二数字信号和所述第四数字信号。
其中，所述控制单元3与所述第二存储单元5连接，并通过所述第二存储单元5获取存储于所述第二存储单元5内的所述第三数字信号和所述第四数字信号。
在本实施例中，还分别设置存储单元用于存储第一转换电路和第二转换电路转换后的数字信号，控制单元可直接与第一存储单元和第二存储单元连接并调用其内部存储的数字信号数据。同时，当控制单元判断第一转换电路并未发生故障时(即两组电压采集均在误差允许的范围内)，不向外部发生故障信号，此时外部装置可与第一存储单元连接，并在需要时直接调用第一存储单元存储的转换后的第一数字信号(其余数字信号为对比用，本实施例中在未发送故障时，即模数转换器正常时，只采用第一转换电路转换传感器电压后的数字信号)。
需要注意的时，在附图中所示的存储单元均与转换电路相独立，此仅为本发明一实施例，在本发明另一实施例中，所示存储单元亦可设置于转换电路的内部，且亦不限于电路转换，也可以是存储单元设置与转换模块(此即与上述转换电路功能相同、用于将电压信号转换为数字信号的模块)的内部。
在本发明一实施例的模数转换器中，所述第一预设值的取值范围为输入所述传感器电压信号的传感器的量程的0.8％至所述传感器的量程的1.2％。
进一步的，所述第二预设值的取值范围为所述基准电压的电压值的0.8％至所述基准电压的电压值的1.2％。
在本实施例中，对第一预设值和第二预设值的取值范围提供一参考实施例。其中，在一实施例中，第一预设值优选为传感器的量程的1％，即当两路采集的电压值差值在传感器的量程的1％内时，可认为采集的误差在允许的范围内，此时转换电路工作正常。第二预设值优选为基准电压的电压值的1％，即当两路采集的基准电压值差值在基准电压的电压值的1％内时，可认为采集的误差在允许的范围内，此时转换电路工作正常。
在本发明一实施例的模数转换器中，以英飞凌芯片TC234的ADC模块为例，假设需要采集一个安全的传感器电压信号，做以下失效分析：
上述为现有的模数转速时可能产生的故障和导致的结果，通过本发明实施例的模数转换器可在上述故障发生时检测到转换电路(转换模块)故障，即第一转换电路发生上述故障时，通过与第二转换电路采集的电压值进行比较分析，发现第一转换电路产生故障，从而避免因使用错误数据导致安全问题。
本发明实施例提供了一种汽车，包括如上所述的模数转换器。
综上，本发明实施例通过冗余设计，增加一转换电路作为参考组，通过采集同一信号进行对比分析，防止用于输出的转换电路因故障等采集出现错误，降低了因硬件失效故障造成危害的可能性。同时，本发明实施例还可增加一基准电压，分别对基准电压信号进行采集转换并比较，防止因故障对参考电压的采集出现错误导致输出数字信号错误，进一步降低了因硬件失效故障造成危害的可能性。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种模数转换器，其特征在于，包括：
第一转换电路，用于将第一输入端输入的传感器电压信号转换为第一数字信号，并通过第一输出端输出；
第二转换电路，用于将第二输入端输入的传感器电压信号转换为第二数字信号，并通过第二输出端输出；其中，所述第一输入端与所述第二输入端相连接；
控制单元，分别获取所述第一输出端输出的第一数字信号和所述第二输出端输出的第二数字信号，用于当所述第一数字信号表示的电压值与所述第二数字信号表示的电压值的差值的绝对值大于或等于第一预设值时，输出第一预设故障信号。
2.根据权利要求1所述的模数转换器，其特征在于，所述第一转换电路还用于将第三输入端输入的基准电压信号转换为第三数字信号，并通过第三输出端输出；
所述第二转换电路还用于将第四输入端输入的基准电压信号转换为第四数字信号，并通过第四输出端输出，其中，所述第三输入端与所述第四输入端相连接；
所述控制单元，还用于当所述第三数字信号表示的电压值与所述第四数字信号表示的电压值的差值的绝对值大于或等于第二预设值时，输出第二预设故障信号。
3.根据权利要求2所述的模数转换器，其特征在于，所述控制单元，还用于当所述第一数字信号表示的电压值与所述第二数字信号表示的电压值的差值的绝对值小于第一预设值、且所述第三数字信号表示的电压值与所述第四数字信号表示的电压值的差值的绝对值小于第二预设值时，输出所述第一数字信号作为所述传感器电压信号的模数转换结果信号。
4.根据权利要求2所述的模数转换器，其特征在于，所述模数转换器还包括：分别与所述第一输出端和所述第三输出端连接的第一存储单元，所述第一存储单元用于存储所述第一数字信号和所述第三数字信号。
5.根据权利要求4所述的模数转换器，其特征在于，所述控制单元与所述第一存储单元连接，并通过所述第一存储单元获取存储于所述第一存储单元内的所述第一数字信号和所述第三数字信号。
6.根据权利要求2所述的模数转换器，其特征在于，所述模数转换器还包括：分别与所述第二输出端和所述第四输出端连接的第二存储单元，所述第二存储单元用于存储所述第二数字信号和所述第四数字信号。
7.根据权利要求6所述的模数转换器，其特征在于，所述控制单元与所述第二存储单元连接，并通过所述第二存储单元获取存储于所述第二存储单元内的所述第三数字信号和所述第四数字信号。
8.根据权利要求1所述的模数转换器，其特征在于，所述第一预设值的取值范围为输入所述传感器电压信号的传感器的量程的0.8％至所述传感器的量程的1.2％。
9.根据权利要求2所述的模数转换器，其特征在于，所述第二预设值的取值范围为所述基准电压的电压值的0.8％至所述基准电压的电压值的1.2％。
10.一种汽车，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的模数转换器。
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