CN110383088A - 对接地返回差异的补偿 - Google Patents

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Abstract

公开了一种能够对被引入到印刷电路板中的误差进行校正的途径，但是也设想了其他应用。该途径包括评估电路通路的各个接地返回部分中的电阻差异，并且计算这些通路中的每个通路的偏移。

Description

对接地返回差异的补偿
技术领域
本发明通常涉及在共享接地返回的电信号中的补偿，并且更具体地但非专有地涉及印刷电路板中的误差补偿。
背景技术
为已知的电路电阻提供校正仍然是受关注的区域。一些现有系统相对于某些应用具有各种缺点。因此，在该技术领域中仍然需要进一步的贡献。
发明内容
本发明的一个实施例是用于补偿已知误差电阻的独特电路。其他实施例包括用于补偿公共或共享的接地返回线路的不同分段上的不同电阻的装置、系统、设备、硬件、方法和组合。本申请的进一步的实施例、形式、特征、方面、益处和优点将通过本文提供的描述和附图变得明显。
附图说明
图1描绘了具有误差电阻的印刷电路板的实施例。
图2描绘了具有误差电阻的印刷电路板和用于调整那些电阻的公式的实施例。
图3描绘了图2中描绘的公式的C程序实现的第一部分。
图4描绘了来自图3的代码的延续，该延续构成图2中所描绘的公式的C程序实现的第二部分。
图5描绘来自图4的代码的延续，该延续构成图2中所描绘的公式的C程序实现的最后的部分。
具体实施方式
为了促进对本发明的原理的理解，现在将参考附图中所示的实施例，并且将使用特定语言来描述本发明的原理。然而，应当理解，无意由此对本发明的范围进行限制。在所描述的实施例中的任何改变和进一步修改、以及本文所述的本发明原理的任何进一步的应用都被认为是本发明所属领域的技术人员通常会想到的。
参考图1，示出了描绘将校正偏移应用于通过各种通道进行传送的电气值的技术的图示。在一个实施例中，本文中所使用的技术可以用于校正印刷电路板中的误差，下文进一步描述其中与单个通道或路线相关联的误差可以将其自身电耦合到原本无缺陷的剩余通道中的示例实施例。
图1中的通道可以表示诸如将被用于提供来自传感器或其他类似设备的测量信息的测量通道，以阐述仅仅一个非限制性示例。如在该图中看到的，八个单独的通道被布置成四组的通道对(或“路线(lanes)”)。每对或每个路线在不同位置处与接地返回耦合，或者如果没有在连接的意义上耦合，则每对或每个路线包括被认为是接地返回的电路通路的一部分，以用于本文中的分析和校正的目的。接地返回可以采取各种形式，包括接地返回线路、接地返回迹线等。不同位置导致接地返回中的不同电阻(即，R1、R2、R3和R4)。
虽然通道以成对形式示出，但是并非所有实施例都需要包括成对。附加地和/或备选地，尽管示出了通道返回到地的四个单独的位置，但是可以想到大于或等于二的任何数目的单独的位置。因此，被配置为在两个单独的位置处返回的最少两个单独的通道被设想，与所描绘的相比，具有更多数目的通道，成对的或不成对的，并且可能在其他位置处。
图1描绘了误差电阻的差异，其中路线1-3在接地返回的不同部分(例如，单独的铜迹线分段)中具有15毫欧的相似电阻值，而路线4在它的接地返回的不同部分中具有20毫欧的电阻值。其他实施例可以包括路线与误差电阻的值之间的更多数目的变化，示出的描述在此不旨在限制。可以在单独的参考电阻器中的每个电阻器上进行电压测量，这些参考电阻器可以用于确定每个通道中的电流。
图2示出了图1的设置的另一描绘，以及补偿途径，以考虑相关联的接地返回的不同部分中的不同电阻。在通道表示从传感器生成的电气信息的实施例中，应当理解，通道可以彼此独立地变化达到这种程度以致传感器彼此独立。
在示出的实施例中，可以想到的是，返回到地的各种电阻(如从通道转向接地返回的各个相关位置所看到的)以某种方式被评估，并且提前被获知。这样的评估可以包括直接测量或估计。在系统的操作期间，当在两个或更多个通道上能够获得电气信息时，还可以对每个单独通道中的电流进行评估。这种评估可以经由计算，其中参考电阻器(即，在每个通道中描绘的100欧姆电阻器)两端的电压被测量并且随后通过欧姆定律来确定电流。可以将电流信息与每个接地返回中的评估电阻相耦合，并且可以计算误差偏移作为结果。补偿途径在图2的底部示出，并且可以根据本文中所阐述的偏移校正的实现而实时连续地(或接近连续地)使用。
因此，补偿公式可以采取以下形式：
等式1:
Verr1＝R4(I1+I2+I3+I4+I5+I6+I7+I8)+R3(I1+I2+I3+I4+I5+I6)+R2(I1+I2+I3+I4)+R1(I1+I2)
等式2:
Verr2＝R4(I1+I2+I3+I4+I5+I6+I7+I8)+R3(I1+I2+I3+I4+I5+I6)+R2(I1+I2+I3+I4)
等式3:
Verr3＝R4(I1+I2+I3+I4+I5+I6+I7+I8)+R3(I1+I2+I3+I4+I5+I6)
等式4:
Verr4＝R4(I1+I2+I3+I4+I5+I6+I7+I8)
因此，用于八个通道的最终“补偿”值是：
等式5:V1comp＝V1+-Verr1,以及V2comp＝V2+-Verr1
等式6:V3comp＝V3+-Verr2,以及V4comp＝V4+-Verr2
等式7:V5comp＝V5+-Verr3,以及V6comp＝V6+-Verr3
等式8:V7comp＝V7+-Verr4,以及V8comp＝V8+-Verr4
此外，以下表达式：
等式9Ixcomp＝Vxcomp/100；其中在所示的实施例中，100＝100Ω的每个通道的感测电阻器，其当然可以根据感测电阻器的值而变化(如果需要的话)。
综上所述，应注意：
1)R1、R2、R3和R4是“误差”电阻，或“寄生”电阻(其中它们正在被补偿)。
2)补偿公式(和算法)需要首先测量所有未知的输入电流(I1到I8)，然后在算法内使用它们的各个值，以允许对测量值中的所有测量值进行补偿。
如将理解的，上述算法途径对“误差电阻”(R1至R4)进行补偿，其至少在本申请的一些使用中可以是印刷电路板的布局的结果。对于每个测量通道，这些误差电阻附加到精度感测100Ω电阻器。在一些形式中，算法要求(未知的)4-20mA电流被测量，并且然后使用这些测量的值来计算针对每个通道而产生的附加电压误差的量。一旦已知针对每个通道的误差电压，就可以从测量值中减去它，从而完成补偿(并且产生具有从测量结果中去除的误差电压的更准确的结果)。
图2中阐述的公式可以被调整用于任何数目的路线和每个路线中的任何数目的通道。在最基本的情况下，本文中所阐述的误差校正可以与占用两个单独路线的至少两个单独通道一起使用，这两个单独路线的接地返回位置与另一路线不同。途径可以被扩展以适应占用任何数目的路线的任何数目的通道。通路可以被认为是在电气部件与地之间的适当位置处的接地返回(例如，在100欧姆参考电阻器之后的某一点处)。
如将理解的，接地返回可以采用任何有用的形式。在一种形式中，接地返回可以是印刷电路板上的迹线，例如当通道在PCB设置中呈现时的情况。在其他实施例中，接地返回可以是单个电线/电缆，其中单独路线中的每个路线连接在不同的位置处。
图3-5描绘了实现图2中所示的公式的源代码，但是具有两个单独的模数转换器，而不是图2中描绘的仅有一个。源代码以C语言编写并且包括三个部分(即，图3、图4和图5)，这三个部分在被连结成单个文件并且被编译时将根据图2中提供的公式(同样，除了源代码容纳两个单独的模数转换器，而不是图2中描绘的一个)产生电压校正。
在一个实施例中，在每个通道和线路中的测量被用在模数转换器(ADC)中。本文中所描述的公式可以并入到ADC中，它可以被并入到独立处理器中，或可以位于分布式控制系统(DCS)环境中的其它地方。在一种形式中，本文描述的公式可以被并入到固件中，无论是初始固件版本还是后续固件更新。
在一些形式中，用于确定通道中的电流的每个通道的电压可以以重复顺序的方式以足够的速率被扫描，使得公式的实现基本上实时地被执行。可以考虑其它实施方式。
图2中所指示并且在图3至图5中以C语言书写的源代码中表达的公式可以备选地表达为其它类型的电路，无论是模拟的还是数字的。这样的数字电路可以最初在高级计算机指令中被公式化，并且最终在例如可编程逻辑控制器、微处理器等中表达。因此，公式可以被表达为单独的电路以计算图2中描述的偏移校正。
本文所描绘的实施例可以用于以连续(或接近连续)的实时方式来校正印刷电路板应用中的误差，但是也可以用于校正多个场线(即，地线)被合并成单个场线的那些情况，其中至少两个单独通道在不同的位置处连接到单个导线。这样的实现方式可以将与每一通道相关联的接地返回部分中的电阻认为仅是是差异并且并非为误差。因此，虽然本文的讨论已经强调校正“误差”，但是将理解的是，任何提及的“误差”可以同样地适用于仅仅是电阻的差异，无论这些差异是否被认为是误差或仅仅是实现方式的伪像(artifacts)。
本申请的一个方面提供了一种装置，其包括校正电路，该校正电路被构造成接收与第一通道的第一电流动特性和第二通道的第二电流动特性相关的信息，该电路被配置成确定对第一电流动特性的第一误差校正和对第二电流动特性的第二误差校正，第一误差校正是第一电流动特性和第二电流动特性两者的函数，并且第二误差校正是第一电流动特性和第二电流动特性两者的函数。
本申请的特征包括其中第二误差校正也是包括第二通道的路径中的第二电阻的函数，并且第一误差校正也是第一电阻和第二电阻的函数，第一电阻和第二电阻均在包括第一通道的路径中。
本申请的另一特征包括其中第一电流动特性是第一通道的电流，并且第二电流动特性是第二通道的电流。
本申请的又一特征包括其中校正电路在数字环境中被实现，第一电流动特性是测量的电流动特性，并且第二电流动特性是测量的电流动特性。
本申请的又一特征包括其中校正电路是具有模拟输入的输入/输出设备。
本申请的又一特征包括其中校正电路在模数转换器中被实现。
本申请的又一特征还包括其中校正电路在与模数转换器进行电通信的微控制器中被实现，该模数转换器被构造成接收与第一通道的电流动特性和第二通道的电流动特性相关的信息。
本申请的另一特征包括其中校正电路在分布式控制系统控制器中被实现。
本申请的又一特征包括其中校正电路在可编程逻辑控制器中被实现。
本申请的又一特征包括其中校正电路是计算机程序指令。
本申请的又一特征包括其中第一通道和第二通道在不同位置处连接到接地返回路径。
本申请的又一特征还包括具有第一通道的第一模拟电路径和具有第二通道的第二模拟电路径，其中第一通道经由接地返回路径电耦合到第二通道，第一通道在第一连接位置处连接到接地返回路径，并且第二通道在与第一连接位置不同的第二连接位置处连接到接地返回路径。
本申请的另一方面提供了一种装置，其包括用于根据针对第一传感器的第一电路通路中的误差电阻和针对第二传感器的第二电路通路中的误差电阻来校正测量电压的固件更新，固件更新包括编程指令以：从第一电路通路接收第一电流测量结果，从第二电路通路接收第二电流测量结果，根据第一电流测量结果和第一通路电阻来计算针对第一通路的第一偏移值，并且根据第二通路电阻、第一电流测量结果和第二电流测量结果来计算针对第二通路的第二偏移值。
本申请的又一方面提供了一种方法，其包括：测量第一传感器电路通路中的第一电阻值，测量第二传感器电路通路中的第二电阻值，第二传感器电路通路具有与第一传感器电路通路不同的接地线路通路，以及编译用于安装在计算机存储器中的固件负载，固件负载的特征在于测量偏移校正，测量偏移校正包括：根据在第一传感器电路通路中的第一电流和第一电阻值，来计算第一偏移校正；以及根据在第二传感器电路通路中的第二电流、第二电阻和第一电阻，来计算第二偏移校正。
尽管在附图和前面的描述中已经对本发明进行了详细的图示和描述，但本发明被认为是说明性的而不是限制性的，应当理解，仅示出和描述了优选实施例，并且落在本发明精神内的所有改变和修改都希望受到保护。应当理解，虽然在上面的描述中使用诸如优选的、优选地或更优选之类的词语表示这样描述的特征可能是更理想的，但可能不是必需的，并且缺少这些特征的实施例可以被认为在本发明的范围内，其中所述范围由所附权利要求限定。在阅读权利要求时，当使用诸如“一”、“一个”、“至少一个”或“至少一部分”这样的词语时，无意将权利要求限于仅一项，除非在权利要求中明确地另有相反说明。当使用“至少一部分”和/或“一部分”这样的用语时，除非明确地另有相反说明，否则该项目可以包括一部分和/或整个项目。除非另有规定或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦合”及其变型被广泛地使用，并且包括直接和间接安装、连接、支撑和耦合。此外，“连接”和“耦合”不限于物理或机械连接或耦合。

Claims (14)

1.一种装置，包括：
校正电路，被构造成接收与第一通道的第一电流动特性和第二通道的第二电流动特性相关的信息，所述电路被配置成确定对所述第一电流动特性的第一误差校正和对所述第二电流动特性的第二误差校正，所述第一误差校正是所述第一电流动特性和所述第二电流动特性两者的函数，并且所述第二误差校正是所述第一电流动特性和所述第二电流动特性两者的函数。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二误差校正也是在包括所述第二通道的路径中的第二电阻的函数，并且所述第一误差校正也是第一电阻和所述第二电阻的函数，所述第一电阻和所述第二电阻均在包括所述第一通道的路径中。
3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述第一电流动特性是所述第一通道的电流，并且所述第二电流动特性是所述第二通道的电流。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述校正电路在数字环境中被实现，所述第一电流动特性是测量的电流动特性，并且所述第二电流动特性是测量的电流动特性。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述校正电路是具有模拟输入的输入/输出设备。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述校正电路在模数转换器中被实现。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中校正电路在与模数转换器进行电通信的微控制器中被实现，所述模数转换器被构造成接收与所述第一通道的电流动特性和所述第二通道的电流动特性相关的信息。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述校正电路在分布式控制系统控制器中被实现。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述校正电路在可编程逻辑控制器中被实现。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述校正电路是计算机程序指令。
11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述第一通道和所述第二通道在不同位置处连接到接地返回路径。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，所述装置还包括具有所述第一通道的第一模拟电路径和具有所述第二通道的第二模拟电路径，其中所述第一通道经由接地返回路径电耦合到所述第二通道，所述第一通道在第一连接位置处连接到所述接地返回路径，并且所述第二通道在与所述第一连接位置不同的第二连接位置处连接到所述接地返回路径。
13.一种装置，包括：
固件更新，用于根据针对第一传感器的第一电路通路中的误差电阻和针对第二传感器的第二电路通路中的误差电阻来校正测量电压，所述固件更新包括编程指令以：
从所述第一电路通路接收第一电流测量结果；
从所述第二电路通路接收第二电流测量结果；
根据所述第一电流测量结果和第一通路电阻，来计算针对所述第一通路的第一偏移值；以及
根据第二通路电阻、第一电流测量结果和所述第二电流测量结果，来计算针对所述第二通路的第二偏移值。
14.一种方法，包括：
测量第一传感器电路通路中的第一电阻值；
测量第二传感器电路通路中的第二电阻值，所述第二传感器电路通路具有与所述第一传感器电路通路不同的接地线路通路；以及
编译用于安装在计算机存储器中的固件负载，所述固件负载的特征在于测量偏移校正，所述测量偏移校正包括：根据在所述第一传感器电路通路中的第一电流和所述第一电阻值，来计算第一偏移校正；
以及根据在所述第二传感器电路通路中的第二电流、所述第二电阻和所述第一电阻，来计算第二偏移校正。
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