CN108352839A - A/d转换装置 - Google Patents

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Abstract

产生以下四种模式：将对象物(4、5)的模拟电气量一个一个独立地输出至A/D转换器(1)的第1模式；不将所述对象物(4、5)的模拟电气量全部输出的第2模式；不将对象物(4、5)的模拟电气量全部输出且利用下拉电阻(10)将向A/D转换器(1)的输出下拉的第3模式；以及将多个对象物(4、5)的模拟电气量同时输出至A/D转换器(1)的第4模式，在所述第1模式时单独获取对象物(4、5)的A/D转换值，在所述第2模式至第4模式时对A/D转换器(1)本身或与A/D转换器(1)相连接的装置的异常进行检测。

Description

A/D转换装置
技术领域
本发明涉及从模拟量转换为数字量的A/D转换装置。
背景技术
以往，存在保有多个A/D转换器的CPU，该A/D转换器将模拟量转换为能被CPU(Central Processing Unit：中央处理器)等所使用的格式的数字量。近年来，在一个系统中CPU所输入的模拟信号增加，A/D转换器(CPU中为A/D端口)的绝对数不足。因此，例如日本专利特开2007-333574号公报(专利文献1)所公开的那样，采取以下方法：利用接口电路从而选择地切换使用输入至A/D转换器的信息。
在专利文献1所公开的A/D转换器的使用方式中，利用开关来选择地切换多个要输入的信息，并输入至MPU(Micro-processing unit：微处理器)。该结构能增加输入信息的数量而不增加A/D转换器的个数。
然而，像这样的现有装置仅仅对A/D转换器的数量进行抑制，在其系统中，需要追加切换输入信息的开关，也需要使对该开关的故障诊断、功能进行充实，在这种情况下，必须通过另外设置追加电路来进行。
因此，本发明人等如日本专利特开2013-225781号公报(专利文献2)所公开的那样，提出了能附加故障诊断功能而不增加A/D转换器的数量且不设置追加电路的A/D转换装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2007－333574号公报
专利文献2：日本专利特开2013－225781号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在专利文献2所公开的A/D转换装置中，虽然能抑制A/D转换器的数量，但无法对该A/D转换器本身以及与A/D转换器相连接的装置的异常进行检测，会产生需要进行异常检测的需求。
本发明是鉴于上述实际情况而完成的，其目的在于，提供一种A/D转换装置，该A/D转换装置通过所需要的最小限度的追加元器件来抑制A/D转换器的数量，并对A/D转换器本身、以及与A/D转换器相连接的装置的异常进行检测。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明所涉及的A/D转换装置包括：A/D转换器，该A/D转换器将要检测的对象物的模拟电气量转换为数字量；开关电路，该开关电路将多个模拟电气量与所述A/D转换器相连接；以及控制部，该控制部分别独立地对所述开关电路进行控制，所述A/D转换装置的特征在于，
所述控制部
产生以下四种模式：第1模式，该第1模式中将所述对象物的模拟电气量一个一个独立地输出至所述A/D转换器；第2模式，该第2模式中不将所述对象物的模拟电气量全部输出；第3模式，该第3模式中不将所述对象物的模拟电气量全部输出，且利用电阻将向所述A/D转换器的输出下拉；以及第4模式，该第4模式中将多个所述对象物的模拟电气量同时输出至所述A/D转换器，
所述控制部在所述第1模式时单独获取所述对象物的A/D转换值，在所述第2模式至所述第4模式时对所述A/D转换器本身或与所述A/D转换器相连接的装置的异常进行检测。
发明效果
根据本发明所涉及的A/D转换装置，具有以下效果：能通过A/D转换器依次将多个获取信号对象的模拟电气信号转换为数字信号并进行获取，而不增加A/D转换器的数量，进而能以简单的追加电路来附加故障诊断功能。
本发明的上述以外的目的、特征、观点及效果通过参照附图的以下本发明的详细说明可以进一步明确。
附图说明
图1是本发明的实施方式1所涉及的A/D转换装置的框图。
图2是本发明的实施方式1所涉及的A/D转换装置的电路图。
图3是对本发明的实施方式1所涉及的A/D转换装置的动作进行说明的时序图。
图4是本发明的实施方式2所涉及的A/D转换装置的电路图。
图5是对本发明的实施方式2所涉及的A/D转换装置的动作进行说明的时序图。
图6是对本发明的实施方式2所涉及的A/D转换装置的动作进行说明的其他时序图。
图7是本发明的实施方式3所涉及的A/D转换装置的电路图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明所涉及的A/D转换装置的优选实施方式进行详细说明。
实施方式1.
图1是本发明的实施方式1所涉及的A/D转换装置的框图。在图1中，A/D转换装置100A采用以下结构：控制部2经由开关电路3分别独立地对第1对象物4和第2对象物5的模拟电气量进行控制并将其输出至A/D转换器1。
图2是A/D转换装置100A的电路图，示出了CPU6内置有图1所示的A/D转换器1的状态。CPU6具有A/D端口(A/D#1)6a以及通常的第1、第2和第3输出端口(P1、P2、P3)6b、6c、6d。第1对象物4和第2对象物5所输出的电气信号分别通过第1串联电阻7a和第2串联电阻7b，经由由第1输出端口6b和第2输出端口6c进行控制的第1开关电路3a和第2开关电路3b，输出至A/D端口6a。此外，第1开关电路3a和第2开关电路3b由模拟开关构成。
第1对象物4和第2对象物5产生分别独立地发生变化的电气信号，并根据分别相连接的第1开关电路3a或第2开关电路3b的导通动作，将各自的信号传送至A/D端口6a。在第1开关电路3a和第2开关电路3b的公共端子上，除了连接有A/D端口6a以外，还有第1电阻8(以下称为上拉电阻8)和电容器9分别与电源Vcc和接地相连接，此外，还经由第2电阻10(以下称为下拉电阻10)与第3端口6d相连接，从而构成接口电路。
如上述电路图所示，实施方式1所涉及的A/D转换装置100A构成为在1个A/D端口6a上连接有第1对象物4和第2对象物5。接着，对本实施方式1所涉及的A/D转换装置100A的动作进行说明。
图3是对实施方式1所涉及的A/D转换装置100A的动作进行说明的时序图。在图3中，标号A1随着时间T的经过示出了第2输出端口6c的动作状态，标号B1随着时间T的经过示出了第1输出端口6b的动作状态，标号C1随着时间T的经过示出了第3输出端口6d的动作状态。另外，标号D1示出了A/D端口6a的输入状态。
首先，作为第1模式，若关注图3的时间t2至t3，则第2输出端口6c＝低，第1输出端口6b＝高，第3输出端口6d＝高－Z(Z为阻抗)。这意味着对与第2输出端口6c相连接的第2开关电路3b进行截止控制，将与第3输出端口6d相连接的下拉电阻10的路径控制为断路状态，并对与第1输出端口6b相连接的第1开关电路3a进行导通控制。通过仅对第1开关电路3a进行导通控制，从而将第1对象物4的信号经由第1串联电阻7a、上拉电阻8所构成的分压电路输入至A/D端口6a，仅将第1对象物4的信号获取至CPU6。
接着，若关注图3的时间t3至t4，则与上述情况相同，通过仅对第2开关电路3b进行导通控制，从而仅将第2对象物5的信号输入至A/D端口6a，仅将第2对象物5的信号经由第2串联电阻7b、上拉电阻8所构成的分压电路获取至CPU6。
利用这两种控制，第1对象物4、第2对象物5所发出的信号分别独立地输入至1个A/D端口6a，CPU6能获取其值。以上是现有装置所实施的内容。
接着，实施方式1所涉及的A/D转换装置100A继现有装置的输入之后，还通过追加其他简单的控制来进行故障诊断。
首先，作为第2模式，在图3的时间t0至t1期间，将第1输出端口6b、第2输出端口6c都设为低，将第3输出端口6d设为高－Z，对第1开关电路3a、第2开关电路3b都进行截止控制，将下拉电阻10的路径设为断路状态，不将来自第1对象物4和第2对象物5的信号连接至A/D端口6a。在这种状态下，仅连接有上拉电阻8，因此，将与作为上拉电阻8的另一个连接对象的电源Vcc的电压基本相同的电压输入至A/D端口6a。若A/D转换装置正常，则电源Vcc的电压被输入，而若除电源Vcc的电压以外的电压被输入，则能判断为A/D转换装置处于异常状态。
即，存在上拉电阻8的断路状态、第1开关电路3a或第2开关电路3b的短路故障、第1输出端口6b和第2输出端口6c的至少一个处于高固着不良、第3输出端口6d处于低固着不良、或A/D转换器1发生异常的可能性，为故障检测状态。
接着，作为第3模式，在图3的时间t1至t2期间，将第1输出端口6b、第2输出端口6c、第3输出端口6d全部设为低，将第1开关电路3a、第2开关电路3b都设为截止，并将下拉电阻10的路径设为导通状态。在这种情况下，将利用上拉电阻8、下拉电阻10对电源Vcc进行分压后所得的电压输入至A/D端口6a，然而若如上所述确认了电源Vcc为正常，并且输入有偏离了在正常的电阻值的情况下所设想的电压的电压，则能判断为上拉电阻8或下拉电阻10的电阻值异常。
最后，作为第4模式，在图3的时间t4至t5的期间，将第1输出端口6b、第2输出端口6c都设为高，将第1开关电路3a、第2开关电路3b都保持为导通，使来自第1对象物4、第2对象物5的信号输入都处于与A/D接口6a相连接的状态(将第3输出端口6d设为高－Z，下拉电阻10的路径为断路状态)。在这种情况下，利用由上拉电阻8、与第1对象物4相连接的第1串联电阻7a、同样与第2对象物5相连接的第2串联电阻7b所构成的合成分压电路，来将来自第1对象物4和第2对象物5的信号的合成电压输入至A/D端口6a。若从时间t0到t5为止的切换操作相对于第1对象物4、第2对象物5所产生的信号的变化足够高速，则在时间t2到t3、及时间t3到t4的期间内获取第1对象物4、第2对象物5的信号，由于合成分压电路的常数也是已知的，因此，能对合成电压的妥当性进行确认。
即，利用时间t4到t5期间内的电压识别，能将第1串联电阻7a、第2串联电阻7b的断路/短路/电阻异常、第1开关电路3a或第2开关电路3b的断路故障、第1输出端口6b、第2输出端口6c的至少任意一个处于低固着不良、或A/D转换器1的异常作为故障来进行检测。
即，在图3的时间t0至t1、时间t1至t2期间输入至A/D端口6a的电压分别是除电源Vcc的电压以外的电压、或是除利用上拉电阻8、下拉电阻10对电源Vcc的电压进行电阻分压而得的电阻分压电压以外的电压时，或者在时间t2至t3和时间t3至t4的期间不基于第1对象物4和第2对象物5的信号获取值来对时间t4至t5期间输入至A/D端口6a的电压进行计算和匹配时，由于判断为装置的异常，因此，能在增加A/D转换频道数而不使第1开关电路3a、第2开关电路3b的结构变得复杂的同时，还具备切换电路及A/D转换器1的故障探测功能，由此，能提高信号的转换结果的可靠性。
此外，以上对将检测对象物设为2个并将A/D端口设为1个的情况进行了说明，但并不局限于此，关于将更多的对象物与1个A/D端口相连接的情况也能获得相同的效果。
实施方式2.
接着，对本发明的实施方式2所涉及的A/D转换装置进行说明。图4是实施方式2所涉及的A/D转换装置100B的电路图，示出了CPU6内置有图1所示的A/D转换器1的状态。CPU6具有A/D端口(A/D#1)6a以及通常的第1、第2和第3输出端口(P1、P2、P3)6b、6c、6d。A/D端口6a上并联连接有第1传感器40和与第1传感器40类似的第2传感器41。第1传感器40和第2传感器41各自的电阻值Rt1、Rt2根据第1传感器40和第2传感器41各自的特性而变化。例如是像随温度变化而具有电阻变化的热敏电阻、电位计那样电阻值会因可动而发生变化的传感器等。
第1传感器40和第2传感器41经由上拉电阻8而被上拉至电源Vcc。另外，在第1传感器40和第2传感器41上，分别串联连接有由双极型晶体管所构成的第1开关元件42和第2开关元件43。第1开关元件42和第2开关元件43分别与第1输出端口6b、第2输出端口6c相连接来进行控制。此外，为了对噪音进行抑制，将电容器9与A/D端口6a相连接。另外，在A/D端口6a上经由下拉电阻10连接有第3输出端口6d。
图5是对实施方式2所涉及的A/D转换装置100B的动作进行说明的时序图。在图5中，标号A2随着时间T的经过示出了第2输出端口6c的动作状态，标号B2随着时间T的经过示出了第1输出端口6b的动作状态，标号C2随着时间T的经过示出了第3输出端口6d的动作状态。另外，标号D2示出了A/D端口6a的输入状况。
首先，作为第1模式，若关注图5的时间t2至t3，则第2输出端口6c＝低，第1输出端口6b＝高，第3输出端口6d＝高－Z(Z为阻抗)。这意味着对与第2输出端口6c相连接的第2开关电路43进行截止控制，将下拉电阻10的路径控制为断路状态，并对与第1输出端口6b相连接的第1开关电路42进行导通控制。通过使第1开关元件42＝导通，从而仅连接第1传感器40，且第2传感器41为断路状态。因此，将第1传感器40的电阻值Rt1与上拉电阻8的电阻值之间的分压比输入至A/D端口6a。
接着，若关注图5的时间t3至t4，则与上述情况相同，仅连接第2传感器41，其结果是，将第2传感器41的电阻值Rt2与上拉电阻8的电阻值之间的分压比输入至A/D端口6a。利用这两种控制将第1传感器40和第2传感器41的检测信号分别输入至A/D端口6a，CPU6能获取其值。以上是现有装置所实施的内容。
接着，实施方式2所涉及的A/D转换装置100B继现有装置的输入之后，还通过追加其他简单的控制来进行故障判断。
首先，作为第2模式，在图5的时间t0至t1期间，第1输出端口6b、第2输出端口6c都设为低，第1开关元件42、第2开关元件43都进行截止控制，不连接第1传感器40和第2传感器41。另外，第3输出端口6d设为高－Z，下拉电阻10的路径设为断路状态。在这种状态下，仅连接有上拉电阻8，因此，将与作为上拉电阻8的另一个连接对象的电源Vcc的电压基本相同的电压输入至A/D端口6a。若装置正常，则输入电源Vcc的电压，而若输入除电源Vcc的电压以外的电压，则存在上拉电阻8、电源Vcc、A/D端口6a、第1开关元件42和第2开关元件43的一方或两方、第1输出端口6b、第2输出端口6c、第3输出端口6d的任意一个输出端口不良的可能性，也无法判断为第1传感器40、第2传感器41的输入值是真值。
接着，作为第3模式，在图5的时间t1至t2期间，将第1输出端口6b、第2输出端口6c、第3输出端口6d全部设为低，将第1开关元件42、第2开关元件43都设为截止，不连接第1传感器40和第2传感器41。下拉电阻10的路径设为导通状态。在这种情况下，将利用上拉电阻8、下拉电阻10对电源Vcc的电压进行分压后所得的电压输入至A/D端口6a，然而若如上所述确认了电源Vcc为正常，并且输入有偏离了在正常的电阻值的情况下所设想的电压的电压，则能判断为上拉电阻8或下拉电阻10的电阻值异常。
最后，作为第4模式，在图5的时间t4至t5期间，将第1输出端口6b、第2输出端口6c都设为高，将第1开关元件42、第2开关元件43都设为导通，将第3输出端口6d设为高－Z，设为连接有第1传感器40和第2传感器41的状态。即，第1传感器40和第2传感器41成为并联连接的状态。因此，若不成为比时间t2至t4所输入的第1传感器40和第2传感器41的值要低的值，则能判断为故障。
这里，在图5的时间t4至t5期间，也能通过查找表等换算方法来对预先将第1传感器40和第2传感器41进行并联连接的情况下的电压响应值相当于仅单独连接有第1传感器40或第2传感器41的情况下的电压响应值的几伏的相关值进行比较，从而对检测值的妥当性进行判定。
作为故障模式，可以考虑有第1传感器40和第2传感器41的一方或两方的不良，第1开关元件42、第2开关元件43、或第1输出端口6b、第2输出端口6c、第3输出端口6d的不良等，无论是哪种故障，都无法判断为在时间t2至t4期间所输入的第1传感器40、第2传感器41的值为真值。
相反地，若时间t0至t2、以及时间t4至t5为正常值，则能判断为第1传感器40、第2传感器41所获取到的值也正常。由此，具有以下效果：通过在独立地对各个传感器进行检测前或检测后追加与这些控制内容不同的模式，从而也能使用同一电路来追加防故障功能。
图5所示的时序图表示动作的一个示例，若能依次实现各模式，则开关模式的设定较为自由。例如，作为其他开关模式也可以使用如图6所示的时序图，在能提供信号的选择和故障探测功能这点上与图5的时序图的情况相同。图6的A3、B3、C3、D3分别示出相当于图5的A2、B2、C2、D2的动作状态。
此外，对2个传感器、1个A/D端口1的情况进行了说明，但并不局限于此，即使在连接有更多传感器的情况下也能获得相同的效果。
另外，在本实施方式中，作为开关元件例示出了双极型晶体管，但并不局限于此，例如只要是MOSFET、模拟开关IC、机械式继电器等具有在考虑到应用上的A/D转换的要求精度的基础上所能满足的导通/截止特性的元件，则都能自由地使用，这一点不言而喻。
实施方式3.
接着，对本发明的实施方式3所涉及的A/D转换装置进行说明。图7是实施方式3所涉及的A/D转换装置100C的电路图。在实施方式2中，将第1开关元件42、第2开关元件43连接在接地侧，但也可以如图7所示连接在电源Vcc侧。在这种情况下，图4的上拉电阻8作为下拉电阻10而连接在接地侧。以下以该结构的情况下的动作与上述第1开关元件42、第2开关元件43连接在接地侧的情况之间的差异为着眼点来进行说明。
在图7中，由于检查对象为下拉电阻10，因此，在上述第4模式中，将第1输出端口6b、第2输出端口6c设为低，将第3输出端口6d设为高，将第1开关元件42、第2开关元件43都设为截止，不连接第1传感器40、第2传感器41。上拉电阻8的路径设为导通状态。在这种情况下，若将利用下拉电阻10、上拉电阻8对第3输出端口6d的输出的进行高分压后得到的电压输入至A/D端口6a，并输入有偏离了在正常的电阻值的情况下所设想的电压的电压，则能判断为下拉电阻10或上拉电阻8的电阻值异常。
在上述所说明的实施方式1至3的A/D转换装置100A、100B、100C中，不一定必须将下拉电阻10的下拉对象或上拉电阻8的上拉对象设为输出端口6d，即使将第1开关元件42、第2开关元件43连接在电源Vcc或接地侧也能获得相同的效果。
此外，以上对本发明的实施方式1至3的A/D转换装置进行了说明，然而本发明可以在其发明范围内对各实施方式进行组合，或对各实施方式进行适当变更、省略。

Claims (4)

1.一种A/D转换装置，该A/D转换装置包括：A/D转换器，该A/D转换器将要检测的对象物的模拟电气量转换为数字量；开关电路，该开关电路将多个模拟电气量与所述A/D转换器相连接；以及控制部，该控制部分别独立地对所述开关电路进行控制，所述A/D转换装置的特征在于，
所述控制部产生以下四种模式：第1模式，该第1模式中将所述对象物的模拟电气量一个一个独立地输出至所述A/D转换器；第2模式，该第2模式中将所述对象物的模拟电气量全部不输出；第3模式，该第3模式中将所述对象物的模拟电气量全部不输出，且利用电阻将向所述A/D转换器的输出下拉；以及第4模式，该第4模式中将多个所述对象物的模拟电气量同时输出至所述A/D转换器，
所述控制部在所述第1模式时单独获取所述对象物的A/D转换值，在所述第2模式至所述第4模式时对所述A/D转换器本身或与所述A/D转换器相连接的装置的异常进行检测。
2.如权利要求1所述的A/D转换装置，其特征在于，
在所述第2模式中，参照与所述A/D转换器相连接的电源电压来对所述A/D转换装置的异常进行检测，在所述第3模式中，基于所述A/D转换值来对与所述A/D转换器相连接的元器件的异常进行检测，在所述第4模式中，基于所述A/D转换值来对与所述A/D转换器相连接的装置的异常进行检测。
3.如权利要求1或2所述的A/D转换装置，其特征在于，
包括：第1电阻，在所述开关电路相对于所述A/D转换器连接于接地侧时，该第1电阻相对于所述A/D转换器被上拉至电源侧；以及第2电阻，该第2电阻与所述第1电阻串联连接，将所述第2电阻的与所述第1电阻之间的连接部相反的一侧连接至所述A/D转换装置，在所述第3模式中，对所述第2电阻进行驱动，从而进行上拉或下拉。
4.如权利要求1或2所述的A/D转换装置，其特征在于，
包括：第1电阻，在所述开关电路相对于所述A/D转换器连接于电源侧时，该第1电阻相对于所述A/D转换器被下拉至接地侧；以及第2电阻，该第2电阻与所述第1电阻串联连接，将所述第2电阻的与所述第1电阻之间的连接部相反的一侧连接至所述A/D转换装置，在所述第3模式中，对所述第2电阻进行驱动，从而进行上拉或下拉。
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