CN115051708A - 模数转换器、芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模数转换器、芯片，该模数转换器包括：N个信号采集单元，与信号源连接；控制单元，与N个信号采集单元连接，用于控制N个信号采集单元同时对信号源同一通道的信号进行信号采集，得到N个采集信号；N个模数转换单元，与N个信号采集单元一一对应连接，用于对采集信号进行模数转换，得到N个数字信号；比较器，与N个模数转换单元连接，用于对N个数字信号进行比较，并根据比较结果确定模数转换器是否异常。该模数转换器采用冗余设计，采集多个同一时刻信号源同一输出端的信号，并对采集得到的N个采集信号进行模数转换，对模数转换后的N数字信号进行对比判断，确定模数转换器是否异常，具有安全性高的优点。

Description

模数转换器、芯片

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种模数转换器、芯片。

背景技术

随着车辆自动化水平越来越高，硬件和软件的子系统变得越来越复杂，为了避免驾驶员、乘客和行人面临危险情况，这些硬件和软件的子系统的功能安全变得至关重要。这些硬件和软件的子系统需要满足超高级别的功能安全标准，因为任何故障都可能是致命的。根据由ISO 26262划分的自动化等级，道路车辆的功能安全需符合最高ASIL-D级的汽车安全完整性等级 (ASIL，Automotive Safety Integrity Level)。为了达到高水平的ASIL功能安全要求，这些硬件和软件的子系统需要通过使用适当的诊断监控机制和并行冗余电路来显著降低故障率并提高故障检测的覆盖率。在汽车电子中，电源监控和传感器采集都是通过ADC（Analog-to-Digital Converter，模数转换器）进行采集，对于需要采集的电压都是采用冗余的ADC进行采集。相关技术中冗余的ADC仍满足不了高水平的ASIL功能安全要求。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种模数转换器，采用冗余设计，实现高级别功能安全需求。

本发明的第二个目的在于提出一种芯片。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种模数转换器，包括：N个信号采集单元，与信号源连接，其中，N为大于等于2的整数；控制单元，与N个所述信号采集单元连接，用于控制N个所述信号采集单元同时对所述信号源同一通道的信号进行信号采集，得到N个采集信号；N个模数转换单元，与N个所述信号采集单元一一对应连接，用于对所述采集信号进行模数转换，得到N个数字信号；比较器，与N个所述模数转换单元连接，用于对N个所述数字信号进行比较，并根据比较结果确定所述模数转换器是否异常。

本发明实施例的模数转换器，采用冗余设计，设置N个信号采集单元和N个模数转换单元，利用控制单元控制N个信号采集单元同时采集信号源同一输出端的信号，对同一时刻信号源同一信号输出端的N个采集信号分别进行模数转换，对模数转换后的N个数字信号进行比较判断，以确认模数转换器是否异常。

另外，根据本发明上述实施例提出的模数转换器还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述信号采集单元包括：通道选择器，所述通道选择器具有M个输入端和一个输出端，M个所述输入端与所述信号源的M个信号输出端一一对应连接，其中，M为大于等于2的整数；信号采集器，所述信号采集器的输入端与所述通道选择器的输出端连接，所述信号采集器的输出端与对应的模数转换器的输入端连接；其中，所述控制单元包括第一控制器和第二控制器，所述第一控制器与N个所述通道选择器的控制端连接，用于控制N个所述通道选择器选择同一信号传输通道，所述第二控制器与N个所述信号采集器的控制端连接，用于控制N个所述信号采集器同时进行信号采集。

根据本发明的一个实施例，所述第一控制器采用通道选择寄存器，所述通道选择寄存器用于通过配置的通道值控制N个所述通道选择器选择同一信号传输通道。

根据本发明的一个实施例，所述信号采集器包括可控开关，所述第二控制器与N个可控开关的控制端连接，具体用于输出触发信号，并通过所述触发信号控制N个所述可控开关闭合，以使N个所述信号采集器同时进行信号采集。

根据本发明的一个实施例，N的取值为2，2个模数转换单元分别记为主模数转换单元和从模数转换单元，2个所述数字信号分别记为主数字信号和从数字信号，所述比较器具体用于，计算所述主数字信号和所述从数字信号的差值，并将所述差值与预设偏差阈值进行比较；当所述差值小于所述预设偏差阈值时，确定所述主数字信号正常；当所述差值大于所述预设偏差阈值时，确定所述主数字信号异常。

根据本发明的一个实施例，所述模数转换器还包括：执行单元，用于根据所述主数字信号是否异常的结果，执行相应的中断。

根据本发明的一个实施例，所述执行单元具体用于，当所述主数字信号正常时，将所述主数字信号作为结果值存入结果寄存器，并产生相应转换完成中断；当所述主数字信号异常时，产生相应的异常中断并设置异常标志位。

根据本发明的一个实施例，所述模数转换器还包括：阈值配置单元，与所述比较器连接，用于配置所述预设偏差阈值。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种芯片，所述芯片集成有如上述的模数转换器。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明一个实施例的模数转换器的示意图；

图2是本发明一个实施例的信号采集单元和控制单元的示意图；

图3是本发明一个具体实施例的模数转换器的示意图；

图4是本发明一个实施例的芯片的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面将结合说明书附图1-4以及具体的实施方式对本发明实施例的模数转换器、芯片进行详细地说明。

图1是本发明一个实施例的模数转换器的示意图。如图1所示，模数转换器100可包括：N个信号采集单元10，与信号源连接，其中，N为大于等于2的整数；控制单元20，与N个信号采集单元10连接，用于控制N个信号采集单元10同时对信号源同一通道的信号进行信号采集，得到N个采集信号；N个模数转换单元30，与N个信号采集单元10一一对应连接，用于对采集信号进行模数转换，得到N个数字信号；比较器40，与N个模数转换单元30连接，用于对N个数字信号进行比较，并根据比较结果确定模数转换器是否异常。

具体地，N个信号采集单元10与信号源连接，用于采集信号源信号输出端的电压或电流，控制单元20与N个信号采集单元10连接，用于控制N个信号采集单元10同时对信号源同一信号输出端的信号进行采集，N个信号采集单元10将采集到的N个采集信号对应传输给N个模数转换单元30，N个模数转换单元30对N个采集信号进行模数转换，将N个模拟信号转换成N个数字信号，比较器40对N个数字信号进行比较，并根据比较结果确定模数转换器是否异常。

本发明实施例中的信号源可为一个或多个，一个信号源可具有一个或多个信号输出端。一个信号采集单元10可具有多个信号输入端，以采集一个或多个信号源的信号输出端的信号。需要说明的是，信号采集单元10具有的信号输入端的数量大于或等于一个或多个信号源具有的所有信号输出端的数量，使得一个或多个信号源所有信号输出端输出的信号均可以被采集。

本发明实施例的模数转换器，采用冗余设计，设置N个信号采集单元10和N个模数转换单元30，利用控制单元20控制N个信号采集单元10同时采集信号源同一输出端的信号，对同一时刻信号源同一信号输出端的N个采集信号分别进行模数转换，对模数转换后的N个数字信号进行比较判断，以确认模数转换器转换后的数字信号是否异常，实现高级别功能安全需求。

作为一具体的实施例，如图2所示，信号采集单元10可包括：通道选择器，通道选择器具有M个输入端和一个输出端，M个输入端与信号源的M个信号输出端一一对应连接，其中，M为大于等于2的整数；信号采集器，信号采集器的输入端与通道选择器的输出端连接，信号采集器的输出端与对应的模数转换单元30的输入端连接；其中，控制单元20包括第一控制器1和第二控制器2，第一控制器1与N个通道选择器的控制端连接，用于控制N个通道选择器选择同一信号传输通道，第二控制器2与N个信号采集器的控制端连接，用于控制N个信号采集器同时进行信号采集。

需要说明的是，通道选择器具有M个输入端，通道选择器的M个信号输入端分别与信号源的不同输出端连接。可根据信号源具有的信号输出端的数量选择通道选择器具有的输入端的数量或通道选择器的数量。需要说明的时，通道选择器具有的输入端的数量大于等于信号源具有的信号输出端的数量，以使的信号源所有信号输出端输出的信号均可以被采集。

由于通道选择器具有M个输入端一个输出端，当N个通道选择器与信号源的输出端连接时，N个通道选择器对应相同的输入通道，如N个通道选择器的第一输入通道，均与信号源的同一个输出端连接，以便于第一控制器1控制N个通道选择器选择同一信号传输通道，以及可以得到同一信号的N个采集信号。

具体地，N个通道选择器对应相同的输入通道均与信号源的同一个输出端连接，N个通道选择器不同的输入通道对应与信号源不同信号输出端连接。第一控制器1控制N个通道选择器选择信号源同一输出端的信号传输通道，以使N个通道选择器的输出端可输出信号源同一输出端的信号。

进一步具体地，对应N个通道选择器设置N个信号采集器，N个通道选择器的输出端与N个信号采集器的输入端一一对应。第二控制器2控制N个信号采集器同时对N个通道选择器输出端输出的信号进行采集，以保证信号源同一输出端的信号可以同时采集，以得到同一信号同一时刻的N个采集信号。

作为一个示例，当N为2，信号源具有四个信号输出端，分别为CH1、CH2、CH3、CH4，第一通道选择器具有四个传输通道，分别为CH1-0、CH2-0、CH3-0、CH4-0，第二通道选择器具有四个传输通道，分别为CH1-1、CH2-1、CH3-1、CH4-1时。第一通道选择器的CH1-0与第二通道选择器的CH1-1均与信号源的CH1输出端连接，第一通道选择器的CH2-0与第二通道选择器的CH2-1均与信号源的CH2输出端连接，第一通道选择器的CH3-0与第二通道选择器的CH3-1均与信号源的CH3输出端连接，第一通道选择器的CH4-0与第二通道选择器的CH4-1均与信号源的CH4输出端连接。当采集信号源CH1输出端的信号时，第一控制器1控制第一通道选择器的CH1-0与第二通道选择器的CH1-1对信号源CH1输出端的信号进行传输，第一通道选择器和第一通道选择器输出信号源CH1输出端的信号。第二控制器2控制第一信号采集器和第二信号采集器同时采集信号源CH1输出端的信号，第一信号采集器和第二信号采集器分别输出第一采集信号和第二采集信号。

作为一具体的实施例，第一控制器1可采用通道选择寄存器，通道选择寄存器用于通过配置的通道值控制N个通道选择器选择同一信号传输通道。

具体地，可采用通道选择寄存器与N个通道选择器的控制端连接，以通过配置通道选择寄存器的通道值指定N个通道选择器选择同一信号的传输通道进行信号传输。

作为一具体的实施例，信号采集器可包括可控开关，第二控制器2与N个可控开关的控制端连接，具体用于输出触发信号，并通过触发信号控制N个可控开关闭合，以使N个信号采集器同时进行信号采集。

具体地，第二控制器2与N信号采集器的可控开关的控制端连接，第二控制器2输出触发信号，N个信号采集器的可控开关同时闭合或断开，以使N个通道选择器输出端输出的信号可以同时被信号采集器采集。

作为一具体的实施方式，如图3所示，N的取值为2，2个模数转换单元30分别记为主模数转换单元3和从模数转换单元4，2个数字信号分别记为主数字信号和从数字信号，比较器40具体用于，计算主数字信号和从数字信号的差值，并将差值与预设偏差阈值进行比较；当差值小于预设偏差阈值时，确定主数字信号正常；当差值大于预设偏差阈值时，确定主数字信号异常。

具体地，N的取值为2，通道选择器、信号采集器和模数转换单元30的数量均为2，第一通道选择器和第二通道输出信号源与信号源连接，第一控制器1控制第一通道选择器和第二通道选择器输出信号源同一信号输出端的信号，第一信号采集器和第二信号采集器分别采集该信号。第一信号采集器和第二信号采集器分别对应连接主模数转换单元3和从模数转换单元4，主模数转换单元3将经第一信号采集器采集到的第一采集信号转换成主数字信号，从模数转换单元4将经第二信号采集器采集到第二采集信号转换成从数字信号。主模数转换单元3和从模数转换单元4的输出端与比较器40的输入端相连，将主数字信号和从数字信号传输给比较器40进行比较。

进一步具体地，比较器40接收到主数字信号和从数字信号后，计算主数字信号和从数字信号的差值，将差值与预设偏差阈值进行比较，当差值小于预设偏差阈值时，说明模数转换器转换得到两个数字信号的偏差在预设偏差阈值内，表明模数转换器转换得到的主数字信号正常。当差值大于预设偏差阈值时，说明模数转换器转换得到两个数字信号的偏差超过预设偏差阈值，表明模数转换器转换得到的主数字信号出现异常。

作为一具体的实施方式，如图3所示，模数转换器100还可包括：阈值配置单元60，与比较器40连接，用于配置预设偏差阈值。

具体地，可根据具体安全需求，在阈值配置单元60中配置预设偏差阈值，以用于判断转换后的数字信号是否异常。需要说明的是，可设置一个或多个预设偏差阈值，以将不同信号对应的多个数字信号的偏差值与其对应预设偏差阈值进行比较，实现对不同信号的安全需求比对。

在本发明的实施例中，如图3所示，模数转换器100还可包括：执行单元50，用于根据信号源的信号是否异常的结果，执行相应的中断。

在本发明的实施例中，如图3所示，执行单元50具体用于，当主数字信号正常时，将主数字信号作为结果值存入结果寄存器，并产生相应转换完成中断；当主数字信号异常时，产生相应的异常中断并设置异常标志位。

具体地，比较器40将主数字信号是否异常的结果传输给执行单元50，执行单元50根据主数字信号是否异常的结果，执行相应的中断。当信号源的信号正常时，执行单元50将主数字信号作为结果值存入结果寄存器，并产生相应转换完成中断。当主数字信号异常时，结果寄存器不存储数字信号，执行单元50产生相应的异常中断并设置异常标志位，以便于对该信号源的异常信号进行重新采集，或进行诊断。

本发明实施例的模数转换器，采用冗余设计，设置N个信号采集单元10和N个模数转换单元30，并利用控制单元20控制N个信号采集单元10同时采集信号源同一输出端的信号，N个模数转换单元30对同一时刻信号源同一信号输出端的N个采集信号分别进行模数转换，比较器40对模数转换后的N个数字信号进行比较判断，以确认对信号源输出端的信号转换否异常。本发明实施例的模数转换器可通过硬件即逻辑电路实现冗余的信号采集、转换及对比判断，通过对比N个采集信号模数转换后的数字信号是否异常，判断模数转换器的转换值是否有效，可实现高级别功能安全需求。

基于上述的模数转换器，本发明还提出了一种芯片。

在本发明的实施例中，如图4所示，芯片200集成有如上述的模数转换器100。

具体地，上述模数转换器100利用硬件逻辑电路完成对信号的采集、转换、比较，且在信号采集、转换及对比判断过程中，无需软件参与，做成芯片200时，芯片200具有软件操作简单的优点。

需要说明的是，本发明实施例的芯片的其他具体实施方式可参见本发明上述实施例的模数转换器的具体实施方式。

本发明实施例的芯片，内部集成上述模数转换器100，在实现高级别功能安全需求的同时，还具有软件操作简单的优点。

需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种模数转换器，其特征在于，包括：

N个信号采集单元，与信号源连接，其中，N为大于等于2的整数；

控制单元，与N个所述信号采集单元连接，用于控制N个所述信号采集单元同时对所述信号源同一通道的信号进行信号采集，得到N个采集信号；

N个模数转换单元，与N个所述信号采集单元一一对应连接，用于对所述采集信号进行模数转换，得到N个数字信号；

比较器，与N个所述模数转换单元连接，用于对N个所述数字信号进行比较，并根据比较结果确定所述模数转换器是否异常。

2.根据权利要求1所述的模数转换器，其特征在于，所述信号采集单元包括：

通道选择器，所述通道选择器具有M个输入端和一个输出端，M个所述输入端与所述信号源的M个信号输出端一一对应连接，其中，M为大于等于2的整数；

信号采集器，所述信号采集器的输入端与所述通道选择器的输出端连接，所述信号采集器的输出端与对应的模数转换器的输入端连接；

其中，所述控制单元包括第一控制器和第二控制器，所述第一控制器与N个所述通道选择器的控制端连接，用于控制N个所述通道选择器选择同一信号传输通道，所述第二控制器与N个所述信号采集器的控制端连接，用于控制N个所述信号采集器同时进行信号采集。

3.根据权利要求2所述的模数转换器，其特征在于，所述第一控制器采用通道选择寄存器，所述通道选择寄存器用于通过配置的通道值控制N个所述通道选择器选择同一信号传输通道。

4.根据权利要求2所述的模数转换器，其特征在于，所述信号采集器包括可控开关，所述第二控制器与N个可控开关的控制端连接，具体用于输出触发信号，并通过所述触发信号控制N个所述可控开关闭合，以使N个所述信号采集器同时进行信号采集。

5.根据权利要求1所述的模数转换器，其特征在于，N的取值为2，2个模数转换单元分别记为主模数转换单元和从模数转换单元，2个所述数字信号分别记为主数字信号和从数字信号，所述比较器具体用于，

计算所述主数字信号和所述从数字信号的差值，并将所述差值与预设偏差阈值进行比较；

当所述差值小于所述预设偏差阈值时，确定所述主数字信号正常；

当所述差值大于所述预设偏差阈值时，确定所述主数字信号异常。

6.根据权利要求5所述的模数转换器，其特征在于，所述模数转换器还包括：

执行单元，用于根据所述主数字信号是否异常的结果，执行相应的中断。

7.根据权利要求6所述的模数转换器，其特征在于，所述执行单元具体用于，

当所述主数字信号正常时，将所述主数字信号作为结果值存入结果寄存器，并产生相应转换完成中断；

当所述主数字信号异常时，产生相应的异常中断并设置异常标志位。

8.根据权利要求6所述的模数转换器，其特征在于，所述模数转换器还包括：

阈值配置单元，与所述比较器连接，用于配置所述预设偏差阈值。

9.一种芯片，其特征在于，所述芯片集成有如权利要求1-8任一项所述的模数转换器。

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