CN110868214B - 用于模拟-数字转换的方法和设备、电网 - Google Patents

Abstract

用于模拟‑数字转换的方法和设备、电网。本发明涉及一种用于将模拟的、至少基本上连续的输入信号模拟‑数字转换成数字输出信号的方法，所述输入信号具有被频率不同的至少两个干扰信号（S1、S2）叠加的有效信号，其中所述输入信号在有限的测量周期内被采样，而且其中在所述测量周期之内的多个采样点（A1‑A5）的数目和时间点根据所述输入信号的频率来确定。规定：所述采样点（A1‑A5）根据所述干扰信号（S1、S2）的频率来确定。

Description

用于模拟-数字转换的方法和设备、电网

技术领域

本发明涉及一种用于将模拟的、至少基本上连续的输入信号模拟-数字转换成数字输出信号的方法，该输入信号具有被频率不同的至少两个干扰信号叠加的有效信号，其中该输入信号在有限的测量周期内被采样，而且其中在该测量周期之内的多个采样点的数目和时间点根据该输入信号的频率来确定。

本发明还涉及一种用于执行上文提到的方法的设备以及一种具有这种设备的电网、尤其是机动车的车载电网或牵引电网。

背景技术

开头提到的类型的方法从现有技术公知。这样，例如公开文献DE 24 55 302 A1公开了一种用于模拟-数字转换的方法，其中模拟输入信号在有限的采样率的情况下经受叠加的等距的并且至少伪随机的变化的采样间隔。由此，应该在不明显提高设施成本的情况下实现模拟输入信号的被提高的分辨率。众所周知，模拟输入信号在考虑香农（Shannon）或奈奎斯特（Nyquist）定理的情况下被采样。该香农或奈奎斯特定理指明：每个测量周期的采样的数目都必须大于2，而且每个测量周期的采样的数目都是整数，诸如在公开文献DE 102007 043 927 A1中总结的那样。在那里还提出：确定信号频率的估计频率，而且根据估计频率并且借此最终根据被降低的信号频率来确定采样频率。从公开文献US 5815101 A 也公知一种用于打印数字转换的方法，其中输入信号用第一采样率并且用第二采样率来采样。

在实践中表明：例如在机动车的车载电网中，电网尤其是在牵引电池组的区域内被干扰信号叠加。在监控电池组电池时，检测电池组电压或电池电压，作为输入信号。在此，电压信号常常被两个干扰信号叠加，这两个干扰信号具有不同的频率，使得谈及高频干扰信号和低频干扰信号。

如果现在在测量周期内用等距的采样点来对信号进行采样，则得到比较高的测量误差。在上文提到的现有技术中提出的方法并不能令人满意地大大减小测量误差。

发明内容

因而，本发明所基于的任务在于：提供一种经改善的用于模拟-数字转换的方法，其中测量误差被减小到最小值。

本发明所基于的任务通过本发明提供的方法来解决。该方法导致：在模拟-数字转换时的测量误差以简单的方式和方法被减小到最小值，其中总共设置的采样的数目不必超过到目前为止可能的程度。按照本发明，这通过如下方式来实现：根据干扰信号的频率来确定采样点。由此，这些采样点与干扰信号协调和适配，使得尤其是可以更好地检测干扰信号的最小值和最大值，由此能减小测量误差。

按照本发明的一个优选的扩展方案，至少两个采样点根据低频干扰信号的频率来确定而至少两个采样点根据高频干扰信号的频率来确定。在一个测量周期内选择至少四个采样点，所述至少四个采样点中，第一采样点和第二采样点以低频干扰信号的半个周期时长加一个或多个完整的周期时长的间隔来选择，而第三采样点和第四采样点根据高频干扰信号来选择并根据所述第一和第二采样点点来确定，以及其中所述第三采样点被设置在所述第一采样点前面或后面且相隔高频干扰信号的半个周期时长，而所述第四采样点被设置在所述第二采样点前面或后面且相隔所述高频干扰信号的半个周期时长。借此，按照该实施方式，优选地总共预先给定至少四个采样点，其中两个采样点取决于低频信号而两个采样点取决于高频控制信号。在此，这些采样点尤其是根据相应的干扰信号的周期时长来确定。通过使用至少四个采样点、即针对干扰信号中的每个干扰信号有两个采样点，实现了对测量误差的成功减小。由于这些采样点根据干扰信号的频率来确定，实现了对测量误差的进一步减小。

优选地，针对一个测量周期选择四个采样点，即一个测量周期限于四个采样点，其中第一采样点和第二采样点以低频干扰信号的半个周期时长加至少一个完整的周期时长的间隔来选择。因此，第一采样点和第二采样点根据低频干扰信号来预先给定，而且彼此间有间隔，该间隔对应于低频干扰信号的至少一倍半的周期时长、两倍半的周期时长、三倍半的周期时长、四倍半的周期时长等等。谋求这一点的目标是可以检测干扰信号的最大值和最小值，由此实现了对低频干扰信号的有利的考虑，从而进行测量误差减小。

还优选地规定：至少两个根据高频干扰信号来选择的采样点根据第一采样点和第二采样点来确定。其它两个采样点尤其被定位在第一和第二采样点周围，以便在低频干扰信号的最大值和最小值附近检测高频干扰信号。经此，进一步降低了测量误差。

特别优选地，第三采样点被设置在高频干扰信号在第一采样点前面或后面的半个周期时长，而第四采样点被设置在高频干扰信号在第二采样点前面或后面的半个周期时长。通过这些采样点彼此间的所选择的间隔来确保：理论上检测高频干扰信号的最大值和最小值而且由此进一步减小了测量误差。

按照本发明的一个优选的扩展方案，第五采样点被设置在高频干扰信号在第三或第四采样点前面或后面的整个周期时长。由此，提高了在该测量周期内的采样频率，而且通过对第五采样点的有利的定位进一步减小了测量误差。

特别优选地，干扰信号的频率事先被确定，使得这些干扰信号对于该方法的执行来说已知而且能用于该方法的执行。

按照本发明的设备的特点在于如下控制设备，该控制设备专门准备好用于在正常使用时执行按照本发明的方法。经此，得到已经提到的优点。

按照本发明的的电网、尤其是机动车的车载电网或牵引电网的特点在于按照本发明的设备。得到所提到的优点。

附图说明

其它优点和优选的特征和特征组合从本发明公开得到。在下文，本发明应该依据附图进一步予以阐述。为此，唯一的图1示出了用来阐述有利的用于运行模拟-数字转换的方法的图表。

具体实施方式

该唯一的图1以经简化的图表示例性地示出了两个干扰信号S1、S2的变化过程，这两个干扰信号具有不同的频率而且与有效信号叠加。

出发点是：干扰信号S1和S2与有效信号、例如机动车的蓄能器的电压信号叠加而且与该有效信号共同形成待采样的输入信号。为了简便起见，在图1中，干扰信号S1和S2重叠地绘制。干扰信号S1和S2被提供为周期性的、在当前情况下正弦形的信号，尤其是时间连续并且频率已知的周期性的、在当前情况下正弦形的信号。为此，干扰信号S1和S2例如事先在系统中被检测或计算。在当前情况下，干扰信号S1具有33赫兹的频率而干扰信号S2具有100赫兹的频率。在此，干扰幅度分别为240mV，有效信号为3.7V。

为了进行模拟-数字转换，对输入信号进行采样，其中在一个测量窗或测量周期之内最多有四个采样点供支配。在此，一个测量周期在当前情况下横跨100ms，替选地横跨80ms。到目前为止使用等距的采样点，如在测量周期为100ms的情况下通过五条水平的第一线l_1至l_5所表征的那样，在测量周期为80ms的情况下只使用四个等距的采样点，然而已经表明：经此在分析时或在模拟数字转换时得到比较大的测量误差。通过简单地提高采样点的数目可能会分别简单地减小测量误差，然而这只有在某些前提条件下才可能，这些前提条件通过处理系统来预先给定。这样，例如在机动车的牵引电网中，在所提到的为100ms的时间区间内检测超过五个采样点或者在测量周期的为80ms的更短的时间区间内检测超过四个采样点都不可能。

为了仍减小测量误差，该有利的方法规定：这些采样点根据干扰信号S1和S2的频率来确定。在此，第一采样点A1和第二采样点A2根据低频干扰信号S1来预先给定。采样点A1与A2彼此间的间隔根据干扰信号S1的周期时长或频率来选择，使得该间隔为半个周期时长加至少一个完整的周期。这可以按如下地来描述：

x₁= 1/2iT₁+ niT₁，

其中x₁是采样点A1与A2之间的间隔，T₁是低频干扰信号S1的周期时长而n是整数（0，1，2，3，4，…）。这导致：例如当采样点A1如在图1中示出的那样处在干扰信号S1的最小值时，第二采样点A2处在最大值。

总共优选四个采样点中的其余两个采样点A3和A4根据高频干扰信号S2以及根据采样点A1和A2的位置来预先给定：

第三采样点A3在时间上被放置在第一采样点A1前面或后面（在图1中是前面），也就是说间隔开高频干扰信号S2的半个周期时长T₂。由此，采样点A3和A4彼此间隔开干扰信号S2的一个完整的周期时长，使得所述采样点A3和A4例如像在图1中示出的那样分别处在干扰信号S2的最小值。

第四采样点A4被放置在干扰信号S2在第二采样点A2前面的半个周期时长T₂。由此，第四采样点A4与采样点A3间隔开半个和多个完整的周期时长T₂，使得当采样点A3处在干扰信号2的最小值时，该第四采样点处在最大值。该间隔x₂可以按如下地来描述：

x₂= 1/2T₂+ nT₂，

其中x₂是在第二干扰信号S2的采样点A3与A4之间的间隔，T₂是第二干扰信号S2的周期时长而n是整数（0，1，2，3，4，5，…）。

可选地，设置第五采样点A5，该第五采样点被设置在第二干扰信号S2在第三或第四采样点前面或后面的一个周期时长T₂，在当前的实施例中是前面。优选地，在测量周期为100ms的情况下设置五个采样点而在测量周期为80ms的情况下只设置四个采样点。

已经表明：由此可以显著减小在对干扰信号S1、S2进行采样时的测量误差。这样，例如能将低频信号S1的测量误差减小13mV而将高频干扰信号S2的测量误差减小192mV。由此，得到对输入信号的更精确的并且更可靠的模拟-数字转换。

该方法尤其是在电池组电池控制器中执行或者由电池组电池控制器来执行，该电池组电池控制器监控电池组电池的充电电压。由此，对电池组电池的充电电压的特别精确的检测是可能的。然而，该方法也可以被用在模拟-数字转换的任何其它应用中。

附图标记列表

S1 干扰信号

S2 干扰信号

l_1 线

l_2 线

l_3 线

l_4 线

l_5 线

A1 采样点

A2 采样点

A3 采样点

A4 采样点

A5 采样点。

Claims (6)

1.一种用于将模拟的连续的输入信号模拟-数字转换成数字输出信号的方法，所述输入信号具有被频率不同的至少两个干扰信号（S1、S2）叠加的有效信号，其中所述输入信号在有限的测量周期内被采样，而且其中在所述测量周期之内的多个采样点（A1-A5）的数目和时间点根据所述输入信号的频率来确定，

其中至少两个采样点（A1、A2）根据低频干扰信号（S1）的频率来确定，而至少两个采样点（A3-A4）根据高频干扰信号（S2）的频率来确定，

其中在一个测量周期内选择至少四个采样点（A1-A4），所述至少四个采样点中，第一采样点（A1）和第二采样点（A2）以低频干扰信号（S1）的半个周期时长加一个或多个完整的周期时长的间隔来选择，而第三采样点（A3）和第四采样点（A4）根据高频干扰信号（S2）来选择并根据所述第一和第二采样点（A1、A2）点来确定，以及

其中所述第三采样点（A3）被设置在所述第一采样点（A1）前面或后面且相隔高频干扰信号（S2）的半个周期时长，而所述第四采样点（A4）被设置在所述第二采样点（A2）前面或后面且相隔所述高频干扰信号（S2）的半个周期时长。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第五采样点（A5）被设置在第三或第四采样点（A3、A4）前面或后面且相隔高频干扰信号（S2）的一个周期时长。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述干扰信号（S1、S2）的频率事先被确定。

4.一种用于将模拟的连续的输入信号模拟-数字转换成数字输出信号的设备，其特征在于，所述设备具有如下控制设备，所述控制设备专门准备好用于在正常使用时实施根据权利要求1至3之一所述的方法。

5.一种电网，其特征在于，该电网具有根据权利要求4所述的设备。

6.根据权利要求5所述的电网，其是机动车的车载电网或牵引电网。