CN108693464B - 用于故障检测的模拟输入电路传感 - Google Patents

Abstract

本公开涉及用于故障检测的模拟输入电路传感。故障检测方案可以包括在来自传感器的模拟测量的输入端口和与模拟测量协调控制的刺激生成电路之间使用相对较高的注入阻抗。刺激生成电路可通过注入阻抗提供刺激信号。可以相对于与耦合到输入端口的源(例如，传感器或其他设备)相关联的源阻抗指定注入阻抗的幅度。例如，可以规定注入阻抗的幅度大于源阻抗，或者注入阻抗幅度可以规定为源阻抗的倍数。

Description

用于故障检测的模拟输入电路传感

要求优先权

本专利申请要求Brychta等人于2017年4月1日提交的标题为“ADC INPUT CIRCUITSENSING FOR FAULT DETECTION”的美国临时专利申请序列号62/480,376(代理人案卷号3867.410PRV)的优先权益，在此通过引用将其全部内容并入本文。

技术领域

该文件通常但非限制地涉及诸如包括模数转换(ADC)电路的模拟测量电路，并且更具体地涉及具有耦合的另外电路(诸如分频器电路)的ADC到ADC电路的输入。

背景技术

用于执行模拟信号测量的电子电路可以包括模拟测量电路，例如结合模数转换(ADC)电路。这样的电子电路通常使用支持相对有限的输入电压范围的半导体处理和相关电路配置来实现。根据各种应用，这种电路可以用于ADC电路外部的电压范围可以跨越比ADC电路可以直接处理的范围大得多的操作环境。例如，工业环境中的信号可能跨越+/-10伏特(V)，+/-15V的范围或具有高于或低于参考或“接地”电压的更大电压量值的范围。在一种方法中，可以使用电阻分压器电路或其他电压缩放电路将这样的较高电压范围缩放到ADC转换电路的输入。在电阻分压器电路或其他电阻器“网络”中，电阻器的比率或相对值可以确定电压信号被缩小(或衰减)了多少，使得分压器电路的输出在以下范围内：可以由ADC电路进一步处理。

发明内容

尤其是，本发明人已经认识到，在模拟测量输入处使用电阻分压器电路或其他电压缩放方案可能对检测导致模拟测量输入的信号路径中的故障提出挑战。例如，在故障状态下，模拟测量输入端的分压器电路可能会以输入端出现一定电压的方式加载输入。有效输入电压可能无法区分模拟测量电路。为了解决这样的挑战，本文描述的检测方案可以包括在用于来自传感器的模拟测量的输入端口和与模拟测量协调地控制的刺激生成电路之间使用相对高的注入阻抗。刺激生成电路可通过注入阻抗提供刺激信号。

可以相对于与耦合到输入端口的源(例如，传感器或其他设备)相关联的源阻抗指定注入阻抗的幅度，使得注入阻抗和源阻抗的比率高于指定阈值。在一个例子中，可以规定注入阻抗的幅度大于源阻抗。例如，注入阻抗可以是源阻抗的倍数。通常，注入阻抗的幅度也将大于模拟测量输入端的分压电路所呈现的输入阻抗。

可以例如通过检测所得到的模拟测量结果中存在的激励信号的表示的幅度的增加来检测导致输入端口的输入信号链中的异常高阻抗的开路或其他情况，正常(例如非故障)操作。

在一个例子中，电子系统可装配为检测耦合到所述电子系统的输入端口的信号路径中的故障，所述电子系统包括：模拟测量电路，被配置为从耦合到所述输入端口的源接收信号，所述模拟测量电路包括被配置为提供来自所述源的所述接收信号的数字表示的模数转换器(ADC)电路。电子系统可包括：刺激生成电路，通过注入阻抗耦合到所述输入端口，所述注入阻抗的幅值大于与所述源相关联的源阻抗；和耦合到所述模拟测量电路和所述刺激生成电路的控制电路。所述控制电路可被配置为控制所述刺激生成电路以产生用于故障检测的脉冲刺激信号；接收使用所述模拟测量电路的脉冲刺激信号的表示；和至少部分地使用关于从所述模拟测量电路接收到的脉冲刺激信号的表示的幅度的信息来确定耦合到所述输入端口的信号路径中是否存在故障。

在一个例子中，电子系统可装配为检测耦合到所述电子系统的输入端口的信号路径中的故障，所述电子系统包括：模拟测量电路，被配置为从耦合到包括第一和第二输入端子的差分输入的源接收信号；通过相应的注入阻抗耦合到所述第一和第二输入端的刺激产生输出。电子系统可包括耦合到所述模拟测量电路的控制电路。控制电路可被配置为：控制所述刺激产生输出以产生包括耦合到所述第一和第二输入端子的相应的信号分量的脉冲刺激信号；接收使用所述模拟测量电路的脉冲刺激信号的表示；和至少部分地使用关于从所述模拟测量电路接收到的脉冲刺激信号的表示的幅度的信息来确定耦合到所述输入端口的信号路径中是否存在故障。

在一个例子中，技术例如方法可包括检测耦合到电子系统的输入端口的信号路径中的故障，该方法包括：使用模拟测量电路，从耦合到所述模拟测量电路的输入端口的源接收信号；通过注入阻抗将脉冲刺激信号注入到信号路径中，所述注入阻抗的幅值大于与所述源相关联的源阻抗；接收使用所述模拟测量电路的脉冲刺激信号的表示；和至少部分地使用关于从所述模拟测量电路接收到的脉冲刺激信号的表示的幅度的信息来确定耦合到所述输入端口的信号路径中是否存在故障。在一个例子中，脉冲刺激的注入和来自所述源的接收信号的模拟信号采集以同步方式完成，使用模拟测量电路执行模拟信号采集以接收脉冲刺激信号的表示。

本概述旨在提供本专利申请的主题的概述。它并不打算提供对本发明的排他或详尽的解释。包括详细描述以提供关于本专利申请的进一步信息。

附图说明

在不一定按比例绘制的附图中，相似的数字可以在不同的视图中描述相似的组件。具有不同字母后缀的相似数字可以表示相似组件的不同实例。举例来说，附图通常以举例的方式而非限制性地说明本文件中所讨论的各种实施例。

图1是示出包括控制电路、模拟测量电路和刺激生成电路的电子系统的示例的图。

图2A和2B示出了在通向诸如传感器的信号源的信号路径中缺少和存在故障的情况下的电子系统示例的大体示意图。

图3示出了包含诸如电容器，诸如补偿、干扰抑制或保护中的一个或多个的电子系统的例子。

图4示出了包含如具有差分模拟输入和相关的脉冲发生电路输出的电子系统的例子

图5显示了脉冲刺激波形和相应的同步模拟采集事件的示例。

图6示出了脉冲刺激波形的例子，例如具有彼此互补的第一和第二信号分量。

图7示出了一种技术，如一种方法，它可以通过注入阻抗注射脉冲刺激信号和接收用模拟测量电路检测到的脉冲刺激信号的表示。

具体实施方式

如上所述，模拟测量电路可以包括耦合到ADC电路的输入的电阻分压器电路或其它缩放电路，以将输入信号缩放到ADC电路可使用的范围。信号路径可以被定义为具有相应源阻抗的源(例如传感器或换能器)以及将源耦合到模拟测量电路的输入的任何其他布线或其他互连。在各种应用中，源阻抗的幅度小于模拟测量电路(包括分频器电路和ADC电路)提供的输入阻抗。本发明人已经认识到在模拟测量的输入处的分频器电路。这种电压可能与有效输入电压不能区分模拟测量电路。

例如，在某个工业系统中，通向模拟测量电路输入端的信号路径可能沿着电线或电缆横穿很长的距离，并且这样的电线或电缆可能不恰当地接线、切断，否则会被损坏或意外被拉脱。在这种情况下，电阻分压器电路可以将ADC输入节点拉到某些特征电压(例如，接地参考电压、中间参考电压“Vbias”或电源电压轨电压“Vdd”(例如，ADC电源节点)或这些电压的某种组合)，因为它是由特定的分频器电路配置建立的。在这种状态下，电阻分压器电路的输出可能耦合到ADC输入，这可能会导致合理但错误的输入信号。作为一个说明性的例子，如果一个有效的输入电压范围被施加到分压器跨度从-10V到+10V，那么一个将故障“浮动”输入拉至大约2.5V的电阻分压器电路将被视为ADC的有效输出，并且测量系统不会检测到所需的输入已断开连接或正在失真(例如偏置)。

在一种方法中，通过在输入信号和电阻分压器之间放置一个高输入阻抗缓冲器/放大器以及耦合到放大器输入的上拉或下拉电阻，可以检测输入信号中的开路条件(也可能是一个多路复用器，以允许选择多个输入之一)。这样的放大器通常连接到具有比ADC电路高的电源电压节点，例如具有正或负15V或甚至正或负24V值的电压电源，以允许放大器在这些信号通过分频器电路之前处理输入信号。在这种方法中，例如，上拉电阻可以耦合在输入信号和高压电源节点之间以允许检测开路输入。

在这种方法中，如果放大器输入是开路的，则高值上拉或下拉电阻会将放大器输入上拉至电源节点值或接近电源节点值的值，例如作为说明性示例，为+15V或-15V。这样的电压可以很好地超出测量电路的正常值范围，因此，当ADC输入被绘制到ADC电路输入范围的上限或下限时，测量系统就可以检测到这种情况。在这种方法中，电流源可以用来代替上拉或下拉电阻。在这些说明性示例中，如果输入是差分的，则可以在放大器的每个输入节点处(例如，反相输入和非反相输入)包含相应的电阻或电流源，或者可以为每个输入使用单独的放大器，每个放大器都有相应的上拉或下拉电阻。例如，下拉电阻可以拉负极端子或接近负电源电压值(例如-15V)，使得当ADC检测到无效电压时，开路会再次拉出。

本发明人已经认识到，这种基于放大器的方法可能带来挑战。基于放大器的方法也被用于增加高压放大器的成本和复杂性(如果也使用多路复用器，其可以在多个信道之间共享)。而且，与集成电路或集成电路封装内的ADC核心电压相比，这种方法通常使用单独的更高电压电源。

本发明人已经认识到，这里描述的电路和技术可以解决这些挑战。作为例子，这里描述的检测方案可以包括使用模拟测量电路的输入端口和配置为提供脉冲刺激信号的刺激生成电路的输出之间的注入阻抗，如提供与被包括作为模拟测量电路的一部分的ADC电路协调地控制(例如，同步与收购)的刺激。使用脉冲刺激(例如，“AC”刺激)不需要使用具有单独的电源电压的缓冲器或放大器。可以指定注入阻抗的幅度或其他值(例如，注入电阻值)，使得注入阻抗的幅度大于耦合到模拟测量电路的源提供的源阻抗,例如在对应于用于故障检测的脉冲刺激的感兴趣的频率范围内。在图1、图2A、图2B和图3中示例性地示出了各种示例。

差分拓扑中的输入端口的每个端子可以使用类似的故障检测方案。例如，第二电阻分压器电路或其他电压缩放电路可以耦合到第二差分ADC输入并且还连接到类似的注入阻抗，并且该第二注入阻抗可以连接到与ADC电路配合控制的额外脉冲激励输出，如图4的说明性示例中所示。如果ADC被实现为集成电路的一部分，则可以使用与ADC转换电路共同集成的电路来生成和控制激励信号。

通常，这里描述的电路和技术适用于作为系统诊断的开路检测(或其他类似的故障，例如不想要的高阻抗状态)，该系统诊断可用于识别外部传感器或源信号已从系统输入断开。如本文其他地方所提及的，在具有相对高输入阻抗的系统中，在一种方法中，可以实施诊断技术，例如使用偏置为例如+15V的大约10MΩ的量级的上拉电阻器。在这种方法中，当到电压输入端子的信号路径由于错误布线或故障而断开时，电压输入被拉出例如+10V的正常工作范围，并且这种偏差可以被认为是ADC电路输出数据中的超范围。

但是，如上所述，专门基于上拉电阻的方法可能会带来挑战。本发明人已经认识到，在具有输入电阻分压器的示例中，上拉电阻器可能无法充分发挥功能，因为这样的电阻器将例如由电阻分压器呈现的1MΩ阻抗加载。另外，如果ADC由单个电源供电，则使用用于开路检测的上拉技术的系统可能不能支持超过单个电源电路的量值的输入电压，例如大约10V为例。

本发明人已经开发了一种使用脉冲刺激信号的方法，该脉冲刺激信号例如可以通过注入电阻器注入到电阻分压器输入端。通过在耦合到ADC电路的主控制器中或在集成或嵌入式系统中处理ADC输出数据，可以实现开路或其他故障检测。脉冲刺激信号可以包括方波(例如，尽管“方波”也可以指代表具有有限上升时间或衰减时间的脉冲二进制值信号的梯形波形)。根据说明性示例，这样的脉冲刺激信号可以具有3.3V或5V的幅度(取决于电源电压)或其他值。脉冲刺激信号通常在本文的示例中被示为时变电压，但是也可以使用受控电路源来提供这样的激励，例如通过将具有指定振幅的时变电流注入输入节点。这样的电流模式激励可以包括使用与电流源串联的电阻器，但是这样的串联电阻器可以替代地被省略，例如在电流模式激励源是鲁棒的以耐受输入端子处存在的电压的情况下。

图1大致示出了示出一个示例的图，该示例包括包括控制电路114的电子系统100、模拟测量电路102和刺激生成电路106。控制电路114可以包括一个或多个固定或可编程逻辑电路。例如，控制电路114可以包括组合逻辑、状态机、微控制器、微处理器、存储器电路、寄存器、现场可编程门阵列或其他可编程逻辑或其他电路中的一个或多个。在一个示例中，控制电路的功能的一部分或全部可以由通过通信接口电路148通信地耦合到电子系统100的其他元件的主控制器146提供。在另一个示例中，控制电路114可以被嵌入，诸如被包括为集成电路、集成器件封装、模块或其他组件的一部分。

控制电路114可以通信地耦合到刺激生成电路106，以控制刺激生成电路生成脉冲刺激信号，用于检测包括诸如传感器的源104的信号路径中的故障。控制电路114可以通信地耦合到模拟测量电路102，例如以控制模拟测量电路102接收来自源104的信号。接收的信号可以被缩放并且被称为模数转换器电路110，以提供来自源104的接收信号的数字表示。这种缩放可以由电阻分压器电路112执行，如图1所示。作为说明性示例，控制电路114可以至少部分地包括通过接口电路148耦合到模拟测量电路102的主控制器146、主控制器146(被配置为执行使主控制器146以接收来自模拟测量电路102的脉冲刺激信号的表示，并确定在耦合到输入端口116的信号路径中是否存在故障)。在说明性示例中，控制电路114包括耦合到刺激生成电路106以控制与主控制器146分离的刺激生成电路106。

在一个示例中，刺激生成电路可以通过注入阻抗(例如注入电阻108)耦合到模拟测量电路的输入端口116。注入阻抗的幅度可以大于与源104相关联的源阻抗。注入阻抗也可以具有比由模拟测量电路呈现的输入阻抗112大的量值。例如，由输入阻抗112表示的电阻分压器电路呈现的输入阻抗大小可以是由注入表示的注入阻抗的大小的至少五倍、至少八倍或至少十倍电阻。其他示例性例子在下面给出，诸如关于图2A、图2B、图3和图4。

刺激生成电路106可以提供时变(例如，AC输出)，诸如包括诸如表示具有低逻辑电平和高逻辑电平的二进制脉冲的方波形或梯形刺激脉冲。刺激生成电路106可以改变刺激信号122A的脉冲重复频率、脉冲重复频率、占空比、脉冲间间隔或其他参数中的一个或多个，诸如在控制电路114的控制下。刺激信号122A的产生可以与由模拟测量电路102执行的模拟采集相协调地完成，例如在控制电路114的控制下与ADC电路110采样同步。这样的同步操作可以以下中的一个或多个：(1)便于检测故障状况或(2)当ADC 110正被用于监视来自源104的接收信号时，便于去除由模拟测量电路在ADC 110的输出端处提供的数字信息中由刺激信号122B的残留表示引起的任何不希望的误差。在正常(非故障)操作期间，在模拟测量电路处接收到的脉冲刺激信号122B的幅值可能可以忽略，所以不需要认为这种误差去除是需要的。在故障期间，可以使用与这种逻辑电平同步的采样来确定对应于ADC输入参考激励信号122B的上和下峰值(例如，逻辑高和逻辑低)的采样值的差异。当差值超过阈值时，可以声明故障。

图2A和图2B示出了总体示意图，其示出了在分别不存在和存在沿着来自诸如传感器的信号源204的信号路径的故障的情况下包括图2B中的图2A和图200B中的电子系统200A的示例。例如，源204可以远离电子系统200A或200B定位。如在图1的示例中，在图2A和图2B中，模拟测量电路可以包括诸如由分频器电路212馈送的ADC电路210。模拟测量电路可以用于监视来自电压-型源电路，诸如耦合到表示单端输入和参考节点的输入端子216A(例如“VIN”)和216B(例如“COM”)。例如，端子VIN和COM可以作为工业输入/输出模块、组件或设备封装的一部分。在图2的示例中，仅示出了单个分频器电路212。在另一个示例中，可以包括耦合在具有差分输入的ADC电路210的输入216B(COM)和反相输入之间的第二除法器电路。根据与分频器电路212一起使用的电压Vbias，使用具有两个分频器电路的这种拓扑可以减少或消除ADC电路210的输出误差。

控制电路214可以耦合到ADC 210和刺激生成电路206。刺激生成电路206可以提供脉冲刺激信号，例如通过由电阻器208表示的注入阻抗。在图2A中，在正常操作期间，当信号的表示222B被引用到ADC 210时，出现在输入端子处的脉冲刺激信号222A的幅度可以相对较小输入。在图2A的示例中，表示222B没有示出单个脉冲，因为在非故障操作中，分频刺激表示222B可以具有可忽略的幅度，从出现在输入端的脉冲刺激信号222A的已经很小的振幅开始。相反，在存在诸如位置220处的开路之类的故障时，出现在输入端子处的脉冲刺激信号222C的幅度可以更大。当脉冲刺激信号222C被参考通过除法器电路212输入的ADC 210时，表示222D即使被划分下来也在存在故障时更大，并由此指示故障。

上面提到的行为可以描述如下。可以定义输入信号路径，包括源204、表示源204阻抗的串联阻抗218以及任何互连，例如通向端子216A和216B的电缆或连接器。如果输入信号路径在正常操作期间呈现相对低阻抗的源，则由刺激生成电路206提供的不同刺激电压电平(例如，示例性地，+5V和0V)通过相对较高阻抗的注入电阻器208耦合可以对输入端子216A上的电压(例如，“VIN”)具有最小的影响。

以不同电平的激励信号进行连续ADC 210转换将产生相互之间差别很小的连续ADC 210结果，因此可以推断出输入正确连接。可以使用平均，自动调零或其他技术(例如同步采样)来消除由刺激信号引起的任何可检测误差。

如果输入信号路径呈现对应于故障或错线状态的高阻抗，则通过注入电阻器208耦合的不同脉冲激励电压电平(例如，再次，例如+5V和0V)可以对由图2B中的信号表示222C表示的输入端子216A上的电压具有相对较大的影响。在输入端呈现的激励电压的幅度(例如，峰值)的确切值可以取决于分频器电路212的电阻与注入电阻器208的电阻的比率(或者相应地，阻抗大小的比率)。作为一个说明性的例子，这样一个比例可以是一比五(1:5)、一比八(1:8)、一比十(1:10)或其他比例。

在图2B的说明性示例中，具有处于不同电平(例如，低值脉冲电平和高值脉冲电平)的激励信号的连续ADC 210转换将产生彼此显着不同的连续ADC 210结果，并且由于表示222D将存在于ADC输入处，因此可以推断出输入连接错误或者由于得到的ADC输出数据而出现故障。例如基于电阻比率的知识，可以建立表示222D的量值或表示222D的低电平和高电平之间的这种差异的量值以自动确定检测到的电平(或电平差异)是否应该被认为是开路或其他故障状态的代表。可以在数字域中执行故障检测，诸如使用来自ADC 210的脉冲刺激信号或其他信息的数字表示。例如，可以确定与从ADC 210获得的样本对应的两个数字值之间的差异分别存在脉冲刺激表示222D的低电平和高电平。如果差值超过指定的阈值，则可以声明故障。

脉冲刺激信号可以以与ADC转换同步的方式生成，例如响应于被配置为触发或以其他方式控制ADC 210转换的控制电路214。作为说明性示例，脉冲刺激信号可以使用相对高值的注入电阻器注入，诸如具有耦合到系统输入端子216A的这种注入电阻器(例如“VIN”)的约10MΩ的值。

在输入信号路径中，要由ADC 210测量的信号的源204可以提供相对低的输出阻抗218，例如远小于1kΩ。当源正确连接到电阻分压器212和注入电阻器208时，源204将有效地缩短脉冲刺激信号或至少显着地加载脉冲刺激信号，例如提供图2A中所示的表示222A。因此，在正常(例如，非故障)操作中，出现在系统输入端子上的脉冲刺激信号的一部分将是小的，并且ADC 210输入上将存在非常小的残余脉冲信号，如由222B表示。可以使用如上所述的各种技术从ADC 210输出数据中滤除残余信号。

在故障或误接线情况期间，例如当源与系统输入断开连接时，脉冲激励信号将出现在系统输入端子216A上以及ADC 210输入上。在说明性示例中，存在于ADC 210输入端上的脉冲刺激信号将在10MΩ注入电阻器与1MΩ输入分配器之间衰减约10倍，并且进一步衰减-例如由另一个因子八-在ADC 210输入端。八分频比212的使用仅仅是说明性的，并且可以使用其他分频器212比率。这种衰减将导致在ADC 210输入端上具有50毫伏(mV)至60mV的振幅的激励信号的表示，其可以作为转换结果之间的差异来检测，例如其中转换与方波刺激波形的两个电平(例如，其中刺激波形被提供具有在0V和5V之间切换的电平)。

图3总体示出了包括诸如可以包括电容器332A的电子系统300的例子，诸如用于与提供激励信号有关的补偿。在图3的示例中，诸如集成电路封装或其他集成模块的测量电路340可以包括耦合到ADC 210输入的控制电路214、刺激生成电路206、ADC 210和分频器电路212。注入电阻器208可以用于将来自刺激生成电路206的脉冲刺激信号耦合到测量电路340上的输入引脚VIN+。一个或多个电容器(例如电容器332A)可以与注入电阻器208并联放置或其它地方，例如以抵消由于使用用于注入电阻器208的相对较大的电阻而建立的VIN+上的激励信号的可能的长时间常数以及在输入端子处呈现的潜在的大量电容(包括寄生电容)。可以包括另一个电容器332B，例如用于保护或滤波中的一个或多个，例如用于与串联电阻器330组合以提供RC输入滤波器。在说明性实例中，补偿电容器332A或第二电容器332B中的一者或一者以上可具有约1纳法拉(nF)的值且串联电阻器330可提供约1kΩ的值。在另一个说明性示例中，补偿电容器332A可以具有680微微法拉(pF)的值，第二电容器332B可以具有4.7nF的值，并且串联电阻器330可以具有180Ω的值。

如别处所述，可以使用集成电路或嵌入式系统来实现本文所述的检测技术。例如，集成电路器件封装可以提供通用输入/输出引脚。如图3的图示所示，刺激生成电路206的输出可以表示存在于集成电路(IC)器件封装或模块封装上的数字输出引脚或通用输入/输出(GPIO)引脚。作为说明性示例，可以使用AD717x系列模数转换电路(可从美国马萨诸塞州诺伍德市的ADI公司获得)作为来自其GPIO端口的方波激励信号的源以及也可以提供ADC210。可以使用10MΩ注入电阻器208将激励信号耦合到分配器电路212，例如每个电压测量通道一个注入电阻器。

如果使用电阻器封装或集成电阻器，则注入电阻器208可以被包括作为前端电阻器封装的一部分或“封装”，或者电阻器可以被包括作为容纳ADC 210电路的公共共享集成电路封装的一部分。注入电阻器208可以大致追踪输入分配器212的电阻，但是注入电阻器不需要遵循与分配器212电阻器相同的精度规格，因为注入电阻器208通常不直接影响输入分配器212的精度或由此导出的电压测量结果。在耦合到由端子216A和216B限定的输入端口的信号路径中存在高阻抗或开路故障时，脉冲刺激信号的表示322将可由ADC 210检测到。

图4通常示出了包括电子系统400的示例，所述电子系统400例如具有差分模拟输入(例如由第一和第二电压输入端子416A和416C以及对应参考端子416B表示(例如，表示为VIN+、VIN-和COM))，以及由刺激生成电路406A和406B提供的各个脉冲发生电路输出。

如在此处的其他示例中，电子系统400可以包括测量电路440，诸如容纳在模块或集成电路器件封装(或其他组件)中。测量电路440可以包括或可以耦合到控制电路214，例如被布置为控制诸如第一ADC电路410A和第二ADC电路410B的相应ADC电路，或者在一个示例中，第一ADC电路410A和第二ADC电路410B电路可以是具有差分输入的单个ADC电路。第一和第二ADC电路410A和410B可以表示测量通道，该测量通道被设置为对包括输入VIN+和VIN-的输入端口的相应的第一和第二极性进行采样。在图4的说明性示例中，第一注入电阻器408A可以耦合在第一刺激生成电路406A输出和第一除法器电路412A之间。

如在其他示例中，可以包括补偿电容器432A和包括第二电容器432B和第一串联电阻器430A的保护滤波器，诸如如图4所示耦合到测量电路440上的OW+和VIN+节点(例如，引脚)。第二注入电阻器408B可以耦合在第二刺激生成电路406B输出和第二分压器电路412B之间，第二补偿电容器432D和包括第四电容器432C和第二串联电阻器430B的另一个保护滤波器可以耦合到测量电路440上的VIN-和OW-节点。以这种方式，可以提供两个输入通道(通向第一和第二ADC410A和410B)，定义差分输入端口。差分输入端口(包括端子416A和416C)可以耦合到源极204及其对应的等效源极电阻218(例如，源极204和源极电阻218的组合表示例如来自传感器的电压输出)。如图4和图6所示，第一和第二刺激生成电路406A和406B可以提供彼此的逻辑补码或极性相反的输出，诸如一旦通过第一刺激生成电路406A和第二刺激生成电路406B耦合一次就产生相应的表示422A和422B注入电阻器408A和408B以及分配器412A和412B。

这种表示422A和422B的幅度可以更大，或者可以在存在开路或其他故障220的情况下在幅度上彼此之间表现出更大的差异。通常，作为说明性示例，通向第一和第二端子416A和416C的信号路径中的故障可导致单独表示422A或422B、单独表示422A或422B中的高低电平之间的差异或者表示422A和422B之间的差异的大小的变化。对故障的检测可以包括如上所述评估一个或多个差异，诸如在使用从第一或第二ADC410A或410B中的一个或多个获取的信息的数字域中。

在图3和图4的说明性示例中，AD717xGPIO引脚可以连接到封装外部的引脚，在图3中标记为“C+”，在图4中标记为OW+/OW-，并且诸如电容器332A的外部电容器可以基于每个通道连接，以便补偿由输入滤波电容器(例如，电容器332B)引起的AC激励信号衰减，或者还补偿外部连接到系统输入的电容，例如来自耦合到输入的传感器的电缆的寄生电容，例如表示为源204的传感器和表示源204电阻的串联阻抗(例如，串联电阻器218)。

在一种方法中，包括转换电路的模块或印刷电路板可以包括具有比期望的外部寄生或其他源电容高的值的输入滤波器电容(例如电容器332B)，因为交流信号补偿将较少受到源电容的影响。在此描述的所提出的技术也适用于差分拓扑结构，如图4中示例性示出的那样，例如可以使用互补相位来驱动正和负输入AC刺激方波。

图5大致示出了脉冲刺激波形的说明性示例，例如可以由其他示例中提到的刺激生成电路提供的示例性示例(例如，可以使用专用电路，也可以使用通用数字输出，如配置为数字输出模式的GPIO端口)以及相应的同步模拟采集事件。为了允许检测输入端上的开路(或另一个高阻抗故障条件)，可以控制ADC以执行一系列转换，其中用第一受控激励信号在第一电压电平或逻辑状态下执行第一ADC转换(并且可选地，如图6所示，针对差分实施例的处于第二电压电平或逻辑状态的第二激励信号，其中第二电压电平或逻辑状态可以是第一电压电平或逻辑状态的补充)。可以利用处于第二电压电平或第二逻辑状态的第一激励信号(以及可选地处于第一电压电平或逻辑状态的第二激励信号)来执行另一ADC转换。

在图5的例子中，在逻辑“高”状态期间，在刺激发生器输出处的“H”(例如对应于逻辑高电平(例如，3.3V、5V或某一其他电平))时，可能会出现一次或多次标记为“A”的情况。在逻辑“低”状态期间，例如对应于刺激发生器输出处的逻辑低电平(例如，0V)的“L”，可以发生在标记为“B”的一个或多个时间处的采集。对应于“A”采集的ADC输入处的采样值与对应于“B”采集的ADC输入处的采样值之间的差值的大小可以指示存在或不存在故障条件。例如，如果这样的幅度大于指定的阈值，则可以声明或标记故障。其他技术可用于抑制或压抑由于存在脉冲刺激信号而引起的测量误差。

图6总体示出了脉冲刺激波形的说明性示例，诸如具有彼此互补的第一和第二信号分量，由图6中对应于CH1和CH2的曲线表示。图6中的信号分量可以使用被配置为提供彼此的逻辑互补的相应刺激产生输出来生成，或者这种波形可以从被配置为直接提供差分输出的刺激生成电路提供。如本文关于其他示例所提及的，当传感器或其他源连接到测量电路的差分输入端口时，使用差分输出可提供故障检测。图5和图6中所示的例子是说明性的，并且可以使用其他变化例如改变脉冲刺激信号的脉冲重复频率、脉冲重复率、占空比、脉冲间间隔或其他参数的一个或多个。

图7总体示出了诸如方法700的技术，其可以包括通过注入阻抗注入脉冲刺激信号并且接收使用模拟测量电路检测到的脉冲刺激信号的表示。方法700可以使用本文其他示例中示出的一个或多个电子系统来实现。例如，在702处，可以使用模拟测量来接收来自源(例如，相对于测量电路远程定位的传感器)的信号，诸如耦合到模拟测量电路的输入的源。在704处，可以通过注入阻抗(例如电阻器)将脉冲刺激信号注入到包括源和模拟测量输入的信号路径中。在706处，可以从模拟测量电路接收脉冲刺激信号的表示，诸如通过分频器电路耦合到ADC电路输入的表示。

在708处，可以做出诸如自动使用主控制器、控制电路或其他技术的确定，诸如使用关于脉冲刺激信号的接收到的表示的信息。如本文其它实例中所提及，此信息可包含对应于脉冲刺激的高逻辑状态和低逻辑状态的脉冲刺激信号的表示的值或其他值之间的差异。通常，如果处于高状态的脉冲刺激信号的量值或高和低状态之间的脉冲刺激信号的量值之间的差值超过指定阈值，则可以对应于开路条件或其他类似的故障标记故障，其中不希望的高阻抗沿着到源的信号路径存在。

各种注释

这些文档中的每一个都可以独立存在，也可以与本文档中描述的一个或多个其他方面或其他主题相结合。

以上详细描述包括对形成详细描述的一部分的附图的参考。作为说明，附图示出了可以实践本发明的具体实施例。这些实施例也被称为“示例”。这样的示例可以包括被描述或示出的元件。但是，本发明人还设想了仅提供所示或所述元件的例子。此外，本发明人还考虑了使用所示出或描述的元件(或其一个或多个方面)的任何组合或置换的示例，或者某个特定的例子(或其一个或多个方面)，或关于本文示出或描述的其他例子(或其一个或多个方面)。

如果本文档与任何通过引用并入的文档之间的用法不一致，则以本文档中的用法为准。

在本文件中，如在专利文献中常见的那样，使用术语“一”或“一个”来包括一个或多个，独立于“至少一个”或“一个或多个”的任何其他实例或用法。在本文件中，“或”用于指代非排他性，例如“A或B”包括“A但不是B”、“B但不是A”以及“A和B”，除非另有说明。在本文件中，术语“包括”和“其中”作为“包括”和“其中”的等同词使用。而且，在下面的权利要求中，术语“包括”和“包含”是开放式的，即，包括在权利要求中的一个术语之后所列的元素如系统、设备、文章、组成、配方或过程，仍然被认为属于该权利要求的范围之内。此外，在以下权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标签，并不打算对其对象施加数字要求。

这里描述的方法示例可以至少部分地是机器或计算机实现的。一些示例可以包括用指令编码的计算机可读介质或机器可读介质，所述指令可操作来配置电子设备执行，如以上示例中所描述的。这种方法的实现可以包括代码，诸如微码、汇编语言代码、更高级别的语言代码等。这种代码可以包括用于执行各种方法的计算机可读指令该代码可能构成计算机程序产品的一部分。此外，在一个示例中，代码可以有形地存储在一个或多个易失性，非暂时性或非易失性有形计算机可读介质上，诸如在执行期间或其他时间。这种有形计算机可读介质的示例包括但不限于硬盘、可移动磁盘、可移动光盘(例如，光盘和数字视频盘)、磁带盒、存储卡或棒、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等。

以上描述旨在是说明性的而非限制性的。例如，上述示例(或其一个或多个方面)可以彼此组合使用。其他实施例可以被使用，诸如本领域普通技术人员在查看以上描述时。摘要提供符合37C.F.R.§1.72(b)，允许读者快速确定技术公开的性质。已经提出，解释仅限于权利要求的范围或含义。而且，在上面的详细描述中，各种特征可以被组合在一起以简化本公开。这不应该被解释为意图是一个无人认领的功能是任何权利要求必不可少的。相反，发明主题可能在于少于特定公开实施例的所有特征。因此，以下权利要求作为示例或实施例被并入到具体实施方式中，其中每个权利要求代表单独的实施例，并且预期这些实施例可以以各种组合或置换相互组合。本发明的范围将参考所附权利要求以及这些权利要求的等同物的全部范围来确定。

Claims (20)

1.一种电子系统，其被装配为检测耦合到所述电子系统的输入端口的信号路径中的故障，所述电子系统包括：

模拟测量电路，被配置为从耦合到所述输入端口的源接收信号，所述模拟测量电路包括被配置为提供来自所述源的接收的信号的数字表示的模数转换器ADC电路；

刺激生成电路，通过注入阻抗耦合到所述输入端口，所述注入阻抗的幅值大于与所述源相关联的源阻抗的幅值；

耦合到所述模拟测量电路和所述刺激生成电路的控制电路，所述控制电路被配置为：

控制所述刺激生成电路以产生用于故障检测的脉冲刺激信号；

接收使用所述模拟测量电路的脉冲刺激信号的表示；和

至少部分地使用关于从所述模拟测量电路接收到的脉冲刺激信号的表示的幅度的信息来确定耦合到所述输入端口的信号路径中是否存在故障。

2.根据权利要求1所述的电子系统，其中所述控制电路至少部分包括通过接口电路耦合到所述模拟测量电路的主控制器，所述主控制器被配置为执行这样的指令，所述指令使所述主控制器接收从所述模拟测量电路接收到的脉冲刺激信号的表示，并确定在耦合到所述输入端口的信号路径中是否存在故障。

3.根据权利要求2所述的电子系统，其中所述控制电路包括与所述刺激生成电路耦合的单独控制电路，以控制所述刺激生成电路。

4.根据权利要求1所述的电子系统，其中所述控制电路被配置为控制所述刺激生成电路以用与由所述模数转换器电路执行的来自所述源的接收的信号的模拟信号采集同步的方式提供脉冲刺激信号。

5.根据权利要求1所述的电子系统，其中所述脉冲刺激信号是包括低值级别和高值级别的二进制值；和

其中所述控制电路被配置为至少部分地使用指示与刺激信号的低值级别和高值级别相对应的来自ADC电路的样本的值之间的差异的信息来确定故障是否存在。

6.根据权利要求5所述的电子系统，其中所述控制电路被配置为当差异超过指定的阈值时确定故障存在。

7.根据权利要求1所述的电子系统，其中所述模拟测量电路包括差分输入，所述差分输入包括正输入端子和负输入端子；和

其中所述刺激生成电路在相应的刺激生成电路之中，相应的刺激生成电路包括耦合到所述正输入端子的第一刺激输出和耦合到所述负输入端子的第二刺激输出；和

其中所述控制电路被配置为控制相应的刺激生成电路以在所述第一刺激输出处提供第一脉冲刺激信号，并同时在所述第二刺激输出处提供互补的第二脉冲刺激信号。

8.根据权利要求7所述的电子系统，其中所述控制电路被配置为提供来自所述源的接收的信号的数字表示，包括抑制或压抑由于存在刺激信号而导致的误差。

9.根据权利要求8所述的电子系统，其中抑制或压抑误差包括平均由所述模数转换器电路执行的模拟采集。

10.根据权利要求1所述的电子系统，其中所述注入阻抗包括电阻器；并且其中所述模拟测量电路包括电阻分压器电路，所述电阻分压器电路被配置为缩放来自所述源的信号以呈现给ADC的输入。

11.根据权利要求10所述的电子系统，包括与所述注入阻抗的电阻器并联的电容器。

12.根据权利要求1所述的电子系统，其中所述刺激生成电路包括由所述电子系统提供的通用可编程数字输出；和

其中所述注入阻抗包括耦合在与所述通用可编程数字输出对应的输出引脚和所述模拟测量电路的输入端口之间的电路。

13.根据权利要求1所述的电子系统，还包括所述源；

其中所述源包括传感器装置。

14.一种电子系统，其被装配为检测耦合到所述电子系统的输入端口的信号路径中的故障，所述电子系统包括：

模拟测量电路，被配置为从耦合到包括第一和第二输入端子的差分输入的源接收信号，其中所述模拟测量电路包括被配置为提供来自所述源的接收的信号的数字表示的模数转换器ADC电路；

通过相应的注入阻抗耦合到所述第一和第二输入端子的刺激产生输出；

耦合到所述模拟测量电路的控制电路，所述控制电路被配置为：

控制所述刺激产生输出以产生包括耦合到所述第一和第二输入端子的相应的信号分量的脉冲刺激信号；

接收使用所述模拟测量电路的脉冲刺激信号的表示；和

至少部分地使用关于从所述模拟测量电路接收到的脉冲刺激信号的表示的幅度的信息来确定耦合到所述输入端口的信号路径中是否存在故障。

15.根据权利要求14所述的电子系统，其中所述控制电路被配置为控制所述刺激产生输出以用与通过所述模拟测量电路进行的来自所述源的接收的信号的模拟信号采集同步的方式提供脉冲刺激信号。

16.根据权利要求14所述的电子系统，其中所述控制电路被配置为通过平均指示由所述模拟测量电路执行的模拟采集的信息来抑制或压抑由于存在脉冲刺激信号而引起的误差。

17.一种用于检测耦合到电子系统的输入端口的信号路径中的故障的方法，所述方法包括：

使用模拟测量电路，从耦合到所述模拟测量电路的输入端口的源接收信号，其中所述模拟测量电路包括被配置为提供来自所述源的接收的信号的数字表示的模数转换器ADC电路；

通过注入阻抗将脉冲刺激信号注入到信号路径中，所述注入阻抗的幅值大于与所述源相关联的源阻抗的幅值；

接收使用所述模拟测量电路的脉冲刺激信号的表示；和

至少部分地使用关于从所述模拟测量电路接收到的脉冲刺激信号的表示的幅度的信息来确定耦合到所述输入端口的信号路径中是否存在故障。

18.根据权利要求17所述的方法，其中注入脉冲刺激和执行来自所述源的接收的信号的模拟信号采集以同步方式完成，使用模拟测量电路执行模拟信号采集，以接收脉冲刺激信号的表示。

19.根据权利要求17所述的方法，其中从所述源接收信号包括使用输入端口的第一和第二输入端子接收差分信号；和其中注入脉冲刺激信号包括分别将第一和第二脉冲刺激信号分量注入到所述第一和第二输入端子中。

20.根据权利要求19所述的方法，包括通过平均指示由模拟测量电路执行的模拟采集的信息来抑制或压抑由于存在脉冲激励信号而引起的误差。

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