CN1947020B - 采用同步检测和相关采样的测定方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于通过同步检测而测量参考电平未知且易发生大的波动的弱信号的电路。在测量脉冲刚好开始前的时间T1和测量脉冲刚好结束前的时间T2之间进行第一相关双采样；之后，在时间T2和测量脉冲结束后的时间T3之间进行第二相关双采样。最后，提取来自两次测量的信号电平之差，该差值代表信号值Vm，其被认为与时间T1和T3处的参考电平之间中间的参考电平相关。应用：通过叠加在环境照明上光脉冲的发射和所接收光的同步检测，对光通过介质的光透射或反射系数进行测量。

Description

采用同步检测和相关采样的测定方法和装置

本发明涉及用于检测弱信号的电路，其参考电平一方面是未知的，而另一方面易发生大的波动。

可以预见的常规应用如下：通过光发射单元和光敏单元测量光所通过介质的光透射或反射系数，或者测量该透射或反射系数的变化。当存在发光度未知和变化的环境照明时，或者甚至是比由光发射单元产生的照明强度更大的环境照明时，可以理解该检测并非易事。

为了克服这个缺陷，可进行同步检测：光发射单元发射周期光脉冲并且在发射期间观察由光敏单元接收的信号；此外，在两个不同时间，也就是刚好在脉冲开始前和刚好在脉冲结束前进行差分检测。测量信号之差随后将代表照度的增加，特别是由光发射单元产生并且已通过待测介质的光所导致的照度的增加。

当通过采样-保持测量信号时，差分测量被称为“相关二次采样”。当来自该测量、以模拟形式(这是对于光敏单元的情况)获得的信号不得不通过模数转换器转化为数字值时，特别利用了采样-保持。在这种情况下，采样-保持被设计成直接进行差分测量，换句话说，它直接产生电压值，该电压值表示刚好在脉冲开始和刚好在脉冲结束前进行的测量之差，而不是照明的每个测量值。

图1显示了能够进行这种直接差分测量的采样-保持的示意性电路图的例子。输入端E接收测量信号Ve(例如由光敏单元产生的信号)，其与参考电平Vr相等，表示未知的环境照明，它在无光脉冲时存在。输入端E被连接到输入电容器Ce1的第一端，电容器Ce1的第二端可以通过开关K1连接到地，或者通过开关K′1连接到运算放大器AMP的反相输入端(-)。具有高增益和高输入阻抗的运算放大器使其同相输入端(+)连接到地，并且它的两个输入端被认为是虚拟地电位。积分电容器Cs1被连接在运算放大器的反相输入端和输出端S之间。开关K″1容许积分放大器Cs1被短路，以便周期性地使其放电。

在刚好于光发射单元发射光脉冲之前结束的复位阶段H1，在开关K′1打开的同时开关K1和K″1被闭合。因此，输入电容器Ce1刚好在光脉冲之前充电到存在于输入端的参考电压Ve＝Vr；积分电容器Cs1完全被放电。随后，在复位阶段之后的采样阶段H2期间，开关K1和K″1打开而开关K′1闭合。在该阶段H2期间发射光脉冲。采样阶段在光脉冲结束前结束，但是仅仅是当来自光电单元的信号稳定时。然后，输入端E处的电压Ve是Vm，其由于光脉冲的原因而不同于Vr。

由于电容器Ce1和Cs1的相连接和相隔离电极上的电荷守恒(总电荷Ce1Vr)，电荷在电容器Ce1和电容器Cs1之间被分开，并且由于放大器的反相输入端的电平保持为虚拟地，输出端S所采用的电平为Vs＝-Ce1(Vm-Vr)/Cs1。

因此，如果Ce1和Cs1相等，则该输出电平Vs等于-(Vm-Vr)，或者如果不是这种情况则正比于-(Vm-Vr)。

输出电平Vs在保持阶段(在采样阶段H2结束后，此时所有的开关K1、K′1、K″1都打开)基本上被维持；保持其数值直到下一阶段H1的该电平由于其正比于Vm-Vr而能够用于模数转换；它直接表示由光脉冲引起的信号差，与环境光的水平无关。

图2显示了相应于图1的电路工作的信号时序图：

-线a代表周期光脉冲发射时间间隔；

-线b代表光敏单元检测的信号；由刚好在光脉冲前的环境光而使信号电平Ve＝Vr；在光脉冲结束时测量的信号Vm代表环境照明和光脉冲所引起照明的增加；

-线c代表开关K1和K″1的控制阶段，相应于复位阶段H1；其持续时间例如为与光脉冲的时间相同，但在光脉冲开始前的时间T0处开始并且刚好在光脉冲结束前的时间T1处结束；

-线d代表控制开关K′1的采样信号H2；它刚好在复位信号H1结束后开始并且刚好在光脉冲结束前的时间T2处结束；其持续时间为光脉冲的持续时间；

-最后，线e代表输出电压Vs的反转-Vs，其在阶段H1(复位)期间变为零并且在阶段H2(采样)期间数值为Vm-Vr，随后保持该数值直到后面的测量(保持)。

这种与同步测量相关的相关双采样方法产生了极好的效果。

存在其它类型的或多或少复杂些的采样器，其能够进行相关双采样操作。图3显示了现有技术的一种特别简单的采样器，图4显示了一种实现相同的相关二次采样功能的差分型采样-保持，但是基于差分应用信号Ve，该信号代表以地为参照的两个电压Vep和Ven之差。

本发明观察到在一些应用中，这种采用同步检测和相关二次采样的测量方法并不令人满意。这些应用是那些其中测量信号的参考电平(例如代表环境照明的电平Vr)不足够稳定。事实上，该方法假定参考电平在信号H2的开始和结束之间未发生改变。

然而，信号H2的持续时间不能减少可低于最小时间。它必须至少足够长，以便测量信号在光脉冲开始后具有用于稳定的时间。稳定时间与光敏单元和所有电路的响应时间有关，其容许电压Ve在采样-保持的输入端建立。

典型地，H2的持续时间可以为30微秒。但是，如果参考电平Vr具有在该期间发生明显变化的时间，则差分测量将受误差的影响，这是由于它采纳了在脉冲期间的时间T2处获得的电平Vm与被视为在脉冲开始前的时间T1处的参考电平V1之间的差值，而不是相同时刻的差值。

在这里可预见的特别重要的一种应用中，已经注意到在同步测量的短脉冲持续期间环境照明的变化可能会引起显著的测量误差，使该应用在某些情况下为不可操作的。这种应用是测量车辆挡风玻璃上的雨，目的是引起挡风玻璃刮雨器自动扫动。通过光电单元(可见光或红外光)进行检测，其根据是否存在雨而检测挡风玻璃反射系数的改变。反射的变化引起测量信号电平的小变化，其中，这些变化可能比由环境照明引起的信号弱一千倍。然而，环境照明容易改变，即变化越多车辆速度越快(经过桥下、树下等)。在30微妙内的变化是非常显著的，并引起测量误差，其可以掩盖希望测量的反射系数的变化。可以测量到雨的存在，尽管这只是测量误差的结果。

基于这个原因，本发明为该检测提供一种测量方法和装置，该检测与测量脉冲同步，这种方法和这种装置使由参考电平变化而引起的测量误差最小化。这种方法和这种装置可以被用在前述应用中，也可用在可能出现参考电平(不存在脉冲时产生的信号电平)显著快速变化的其它应用中。“采用同步检测的测量方法”被理解为这样一种测量方法，即，为了确定待测参数值，与引起该信号临时增大的短测量脉冲同步地检测待测信号值。因此，为了测量环境光环境中的光反射或透射系数，发射短的光脉冲并且在该发射期间测量反射或透射的信号。

为了部分补偿变化的影响，在测量信号的参考电平的测量脉冲持续时间内，根据本发明的采用同步检测的测量方法在于在采样-保持中进行：

-在测量脉冲刚好开始前的时间T1和测量脉冲刚好结束前的时间T2之间进行第一相关双采样，该双采样提供了被认为是与脉冲开始前的参考电平VI相关的信号测量值Vm；

-并且在时间T2和测量脉冲结束后的时间T3之间进行第二相关双采样，该第二次采样提供了被认为是与脉冲结束后存在的参考电平V3相关的信号测量值Vm的表示；

-以及建立来自两次测量的信号电平之间的差值，该差值表示信号值Vm，其被认为是与介于时间T1和T3之间的参考电平相关。

时间间隔T3-T2优选基本上等于T2-T1；由两次测量产生的信号电平之差表示信号值Vm，其与参考电平V1和V3之间的平均值相关。

将能够理解，如果以相同方式进行相关双采样的两次操作(主要是没有符号或增益改变)，并且如果它们给出了电平差值Vm-V1和V3-Vm的各自表示，则仅简单地采用两次采样结果之差将产生有用的信号电平，其等于2[Vm-(V3+V1)/2]，而不是[Vm-(V3+1)/2]；实际寻找的信号将因此是所发现差值的一半。由于采样-保持电路的输出信号从原理上说是数字化的，所以被2除可以在数字化后进行，如果需要的话，尽管它不是不可或缺的。然而，如果需要的话，模拟电路的某些特征也可以被采用，而不改变本发明的原理，以便直接获得所需的数值[Vm-(V3+V1)/2]，例如电容分开，或者很简单地，选择具有输入电容器两倍数值的积分电容器等。

在与测量脉冲同步的检测中，该测量脉冲使待测信号短暂增大，根据本发明的测量装置包括至少一个采样-保持和开关部件，该开关部件与测量脉冲同步，以便通过所述采样-保持进行下面的工作：

-在测量脉冲刚好开始前的时间T1和测量脉冲刚好结束前的时间T2之间进行第一相关双采样，该双采样提供了被认为是与脉冲开始前的参考电平VI相关的信号测量值Vm；

-并且在时间T2和测量脉冲结束后的时间T3之间进行第二相关双采样(优选T3-T2＝T2-T1)，该第二采样提供了被认为是与脉冲结束后存在的参考电平V3相关的信号测量值Vm表示；

-该测量装置包括用于建立来自两次测量的信号电平之差的部件，该差值表示信号值Vm，其被认为是与介于时间T1和T3之间的参考电平有关。

在一个简单的实施例中，两个采样-保持将被用于建立电压电平V1-Vm和Vm-V3，并且减法器将被放置在采样器的输出端，以求差值。

在另一个实施例中，将使用差分型采样-保持，以避免测量信号以地为参照。根据本发明，该差分型采样-保持将包括第一运算放大器和第二运算放大器，每一个都与位于各放大器输入端上游的第一和第二输入电容器相连，并且还与连接在放大器输入端和输出端之间的积分电容器相连，连接到第一输入电容器的采样器的信号输入端与连接到第二输入电容器的信号输入端交叉(crossed)；开关部件包括：

-用于使采样-保持作为相关双采样-保持而工作的部件，利用积分电容器和第一输入电容器，通过开始时在第一输入电容器上施加代表时间T1处的参考电平V1的差分输入电压V1p-V1n，并随后施加代表时间T2处的测量信号Vm的差分输入电压Vmp-Vmn而实现；

-用于使差分型采样-保持作为相关双采样-保持而工作的部件，利用积分电容器和第二输入电容器，通过开始时在第二输入电容器上施加代表时间T2处的有用信号的相反数-Vm的差分输入电压Vmn-Vmp，并随后施加代表时间T3处的参考信号的相反数-V3的差分输入电压V3n-V3p而实现。

这样形成的差分型采样-保持电路作为三重(triple)采样器工作，其与有用的信号测量电平以及分别在测量脉冲前后获得的两个参考电平相关，并且它直接进行差值运算Vm-(V3+V1)/2，以差分形式给出该差值本身(因此，不相对于地做参考)。将注意到，差分型采样-保持的运算放大器可以装有或不装有用于周期性地使积分电容器放电的开关。如果装有这种开关，则该开关在从T1到T2的时间间隔内闭合，以确保电容器上的电荷复位到零。否则(不通过短路使积分电容器复位到零)，提供另一个部件，用于周期性地向积分电容器施加代表有用的输出信号的平均值的相反数的电荷。当有用的输出信号在任何情况下都将通过低通滤波器在被使用前进行滤波时，显然应用这种最后的方案，这是由于该平均值(滤波器的输出)随后将是可用的。

两个运算放大器可以被带有两个差分输入端和两个差分输出端的信号差分放大器取代。在这种情况下，电路的结构可以用如下方式重新形成：差分型采样-保持电路包括具有两个输入端和两个输出端的差分放大器，每个输入端都与放置在该输入端上游的第一和第二输入电容器相连，并且还与连接在该输入端和放大器的相应输出端之间的积分电容器相连，连接到第一输入电容器的采样器的信号输入端与连接到第二输入电容器的信号输入端交叉；开关部件包括：

-用于使采样-保持作为相关双采样-保持而工作的部件，使用积分电容器和第一输入电容器，通过开始时在第一输入电容器上施加代表时间T1处的参考信号V1的差分输入电压V1p-V1n，并随后施加代表时间T2处的测量信号Vm的差分输入电压Vmp-Vmn而实现；

-用于使差分型采样-保持作为相关双采样器而工作的部件，使用积分电容器和第二输入电容器，通过开始时在第二输入电容器上施加代表时间T2处的有用信号的相反数-Vm的差分输入电压Vmn-Vmp，并随后施加代表时间T3处的参考信号的相反数-V3的差分输入电压V3n-V3p而实现。

该限定应当被视为与采用两个分开的运算放大器的限定等价。

通过阅读以下的详细说明并参照附图，本发明的其它特征和优势将会显而易见，其中：

已经描述的图1-4显示了传统的有用信号测量，当存在未知的参考电平时，采用同步检测和相关双采样；

图5显示了本发明的示意性电路图；

图6显示了与图5相应的时序图；

图7显示了本发明的差分型实施例，具有双采样-保持电路常见的两个运算放大器；

图8显示了另一个差分实施例，其不具有用于使积分电容器零点复位的开关；以及

图9显示了本发明用于测量挡风玻璃上的雨的一种应用。

在图5中，有两个采样-保持电路ECH1和ECH2，用于接受同一个相同的输入信号Ve。该输入信号是由同步测量模式下测量产生的信号，换句话说，如上所解释的，由测量脉冲产生的信号容许有用测量信号被叠加到未知的参考电平上。两个采样-保持电路以相关双采样模式进行工作，但是工作在不同的时间间隔内。

第一采样器ECH1以复位阶段H1、采样阶段H2和保持阶段进行工作，该复位阶段H1在时间T0开始并刚好在测量脉冲开始前的T1处结束，采样阶段H2在时间T1开始并刚好在测量脉冲结束前的时间T2处结束，保持阶段在采样阶段之后。该第一采样器产生正比于-(Vm-V1)的输出电压Vs，其中，V1是Ve在时间T1处的数值(脉冲前的参考值)，而Vm是Ve在时间T2处的数值(在脉冲期间的测量值)。时间T1-T0优选等于测量脉冲的持续时间，时间T2-T1也一样。

第二采样器ECH2以复位阶段和采样阶段进行工作，复位阶段刚好在测量脉冲结束前结束，而采样阶段在复位阶段结束时开始，并在测量脉冲结束后的时间T3处结束。优选地，复位阶段与阶段H2相符(开始于T1，结束于T2)；采样阶段H3开始于时间T2并结束于时间T3，这是优选的方案，从而使阶段H3的持续时间与阶段H2的持续时间相等。采样阶段H3结束后随之是保持阶段。该保持阶段包括至少与第一采样器的保持阶段同时的某持续时间。公共部分从时间T3开始工作，直到下一个复位阶段(时间T′0)。在该阶段期间，第二采样器产生正比于Vm-V3的电压，其中，V3为Ve在时间T3处的数值，换句话说，是测量脉冲后的参考值。

减法器接收来自两个采样器的输出，并在下述的时间间隔内获得在时间T3之后在两个采样器的输出端获得的保持电压电平之差，所述时间间隔由从时间T3到T′0的时间段H4或H4之内的时间段进行限定。

图6显示了来自图5的测量电路的运算信号的时序图。

-线a：以同步测量为例的周期性测量脉冲；

-线b：由测量电路检测到的信号Ve；不存在脉冲时参考信号电平为Vr，但是Vr随时间而改变；Vr刚好在测量脉冲之前等于V1，在时间T2时为V2，在时间T3时为V3，但是其电平在这些时间处不是精确知道的；然而，在时间T2处，测量的输入信号Ve为Vm，表明了由测量脉冲引起的参考电平V2和有用电平的增大；

-线c：相应于第一采样器的复位阶段H1的周期；其持续时间优选与测量脉冲相同；它刚好在测量脉冲开始前的时间T1处结束；它开始于时间T0，从而使得T1-T0优选等于测量脉冲的持续时间；

-线d：采样信号H2；它刚好在复位信号H1结束后开始，并刚好在测量脉冲结束前的时间T2处结束；它的持续时间为测量脉冲的持续时间；这也是用于第二采样器的复位信号；

-线e：第二采样器的采样信号H3；它从T2持续到T3；时间T3-T2优选等于T2-T1和T1-T0；

-线f：周期H4(可选的)，使减法器仅在两个采样器的公共保持阶段被激活，换句话说，在时间T3后和下一测量前；以及

-线g：来自减法器的输出Vs，其在时间间隔H4内具有正比于[Vm-(V3+V1)/2]的数值，并且其可以为零或不为零，或者等于这些间隔之外的先前数值。

假定(V1+V3)/2可以被视为非常接近于V2，当T3-T2等于T2-T1时情况通常是这样，则数值Vs(在因数2或-2的范围内)非常接近于理论值，其可以为Vm-V2。这假定Vr的形状可以被认为在时间阶段T1、T3内是近似线性的，而这种假定在许多应用中是合理的。

图7显示了一个实际的实施例，其中，所采用的采样-保持电路是由图4启示的差分型采样-保持电路；在这种情况下，它不必设置两个差分采样器和一个减法器以执行本发明。实际上，仅通过增加其它带开关的电容器，可以采用一单对运算放大器或(以相同的方式的)具有两个差分输入端和两个差分输出端的差分放大器获得相同的相关三重采样功能。因此，图7的电路图始于图4的电路图或始于具有两个运算放大器AMPa和AMPb的差分采样器的另一个电路图，运算放大器AMPa和AMPb的每一个都具有输入电容器Ce1a和Ce1b和积分电容器Csa和Csb，以及容许以相关二次采样模式工作的开关；此外，一对第二带开关的输入电容器Ce2a和Ce2b被加入到该电路中。代表待测信号的差分输入电压Ve被施加给那对第一输入电容器Ce1a和Ce1b。该电压Ve的相反数-Ve被施加给那对第二输入电容器，其意味着从输入端到两个电容器的连接为交叉的。

更确切地，待测的差分电压Ve由以电路的电子地为参考的两个电压Vep和Ven形成。电压Vep被施加到与第一运算放大器AMPa相连的第一输入电容器Ce1a，并且它也被施加到与第二运算放大器AMPb相连的第二输入电容器Ce2b；类似地，电压Ven被施加到第二放大器AMPb的第一输入电容器Ce1b和第一放大器AMPa的第二输入电容器Ce2a。

每个积分电容器都并联在与它们分别相连的放大器的输出端和反相输入端(对于AMPa为Csa，对于AMPb为Csb)之间。放大器的同相输入端接地。输出Vsp是放大器AMPb的输出，输出Vsn是放大器AMPa的输出；差分输出电压为Vs＝Vsp-Vsn。

图7的虚线显示了代表单个差分放大器的框AMP，表明使用两个单端放大器或一个差分放大器是等价的。

输入电容器全部相同。积分电容器彼此相同并且与输入电容器成正比例k，其中，k取决于希望在输出端获得的电压电平；如果k＝2，则在所有的开关都打开的保持阶段，在放大器输出端之间的差分输出电压Vs＝Vsp-Vsn等于[Ve-(V3+V1)/2]，其中，V3和V1具有与如上的相同含义，也就是在测量脉冲前的时间T1时和测量脉冲后的时间T3时的参考电压值(差分)。如果k不等于2，则输出电压被k/2除。

开关控制信号时序图与图6中的相同，信号H4除外，其对于图7的实施例不是必要的。

为了进行相关三重采样，以在时间T0和T2之间双采样并接着在时间T1和T3之间双采样的方式，如同参照图5和6所解释的，在图7的电路图中设有：

-开关K1a和K1b，分别连接在输入电容器Ce1a或Ce1b和地之间，其在第一双采样工作的复位期间H1(从T0到T1)是闭合的，以便能够将电容器Ce1a充电至电压V1p(时间T1时，输入信号为Vep)并将电容器Ce1b充电至电压V1n(时间T1时，输入信号为Ven)；

-开关K′1a和K′1b，分别连接在输入电容器Ce1a或Ce1b和相连放大器(分别为AMPa或AMPb)的反相输入端之间，这些开关在时间段H2(T1和T2之间)是闭合的，以便在时间间隔T1、T2内将电容器Ce1a连接在输入端Vep和放大器AMPa之间，还将电容器Ce1b连接在输入端Ven和放大器AMPb之间；

-开关K″1a和K″1b，分别与积分电容器Csa和积分电容器Csb并联；

-开关K2a和K2b，分别为电容器Ce2a和Ce2b配置，如同开关K1a和K1b分别为电容器Ce1a和Ce1b配置；回想到电容器Ce1a接受电压Vep而电容器Ce1b接受电压Ven；相反，电容器Ce2b接受Vep而电容器Ce2a接受Ven；开关K2a和K2b在阶段H2闭合，该阶段是用于第一双采样操作的采样阶段和用于第二双采样操作的复位阶段；以及

-开关K2′a和K2′b分别为放大器AMPa和AMPb配置，以及分别为电容器Ce1a和Ce1b配置；分别如同开关K′1a和K′1b；开关K′2a和K′2b在阶段H3闭合，其是用于第二相关工作的采样阶段。

在阶段H3之后并持续到开始于时间T′0的下一个测量步骤的保持阶段，开关都打开。

在第一相关双采样工作中，从T0到T2，复位阶段(H1)将积分电容器Csa和Csb上的电荷复位到零并分别将输入电压Vep和Ven施加给Ce1a和Ce1b，输入电压Vep和Ven随后分别等于参考电平V1P和V1n，具有初始差分电平V1＝V1p-V1n。数值V1p、V1n及其差值V1代表测量脉冲前的参考电压电平。随后，采样阶段在T2处分开，电荷因此在Ce1a和Csa之间的Ce1a上复位，在与得自于待测有用信号的测量电压Vep被施加到Ce1a的输入端的同时；在放大器AMPa的输出端，建立输出电压Vsn＝-(Vep-V1p)/2，假定积分电容器具有输入电容器数值的两倍。

类似地，在AMPb的输出端建立电压Vsp＝-(Ven-V1n)/2。

在同一时间(时间T2)，初始电荷被储存在电容器Ce2a和Ce2b中，这是由于阶段H2是第二相关双采样工作的复位阶段。这些电荷为：

-在Ce2a上为相应于电压Ven的电荷；

-在Ce2b上为相应于电压Vep的电荷。

在阶段H3中，即第二相关双采样操作的采样阶段，Ce2a上的电荷被分在电容器Ce2a和电容器Csa之间；电容器Ce2b上的电荷被分在电容器Ce2b和电容器Csb之间。同时，在时间T3处，施加到Ce2a输入端的电压是Ven＝V3n而施加到Ce2b输入端的电压是Vep＝V3p。

V3n和V3p是时间T3时的输入电压，并相应于该脉冲后的测量脉冲之外的参考电平。V3＝V3p-V3n是该时间T3时的差分参考电压。

在放大器AMPa的输出端，结果是电压

Vsn＝-(Vep-V1p)/2-(V3n-Ven)/2

并且，在放大器AMPb的输出端，电压

Vsp＝-(Ven-V1n)/2-(V3p-Vep)/2。

接着，AMPa和AMPb之间的差分输出电压为

Vs＝Vsp-Vsn＝(Vep-Ven)-(V1p-V1n)/2-(V3p-V3n)/2

Vs＝Ve-(V1+V3)/2

因此，相对于参考电平(V1+V3)/2获得了有用信号Ve的测量值，其为V1(测量脉冲前的参考)和V3(该脉冲后的参考)的中点。该中点参考电平为V1和V3的平均值，并代表对存在于时间T2处的可能参考电平的非常好的近似，其中，该电平是不可测量的，假定参考电平的变化可以被认为是线性的，并假定T2离T1和T3是等距的。

在图7的电路图中，开关K″1a和K″1b被设置用于在采样阶段H2前周期性地将积分电容器Csa和Csb上的电荷复位到零。然而，这些开关是可选的：实际上，可以提供另一个用于复位采样-保持电路的部件。该部件在于通过带开关的电容器将等于来自差分采样器的输出信号的平均值的相反数的电压周期性地重新注入每个运算放大器的负输入端。

在这种情况下，如图8所示，在运算放大器的输出端布置积分滤波器FL，其接收来自采样-保持电路的差分输出并建立该输出的平均值。在阶段H1和H2内，借助于带开关的电容器系统，该平均值VM被重新注入到放大器AMPa和放大器AMPb的反相输入端。

在如下情况下这种方案的优点变得很明显，即，对在同步测量模式中实现的测量值进行滤波在任何情况下对于测量检测信号的平均值是必要的。在这种情况下，积分滤波器在任何情况下都是可用的，并因此优选使用它而不是设置开关K″1a和K″1b。

图9显示了本发明特别适合的一种示例性应用。这就是检测车辆挡风玻璃PB上的雨，目的是引起挡风玻璃刮雨器的运动。使用了光电单元，其包含例如发光二极管D1和光电二极管D2。

在电路C1的控制下，发光二极管D1周期性地发射光脉冲。检测光电二极管D2接收这些经过挡风玻璃反射的脉冲，但它也接收环境光。挡风玻璃的反射系数取决于后者是否接收到雨。由光电二极管D2发给测量电路C2的信号是环境照明的测量值，但它在光脉冲期间增大，这是因为它相应于环境照明的增加和由来自发光二极管D1发射到挡风玻璃上而反射所提供的附加照明的增加。

根据本发明的电路C2为一种如上所述的电路。电路C1(或另一时序电路)根据以上解释的电路图为电路C2提供控制信号H1、H2、H3，使得电路C2以与电路C1同步的方式工作。

电路C2产生有用的信号值，如果需要的话进行滤波，其被施加到判定电路C3。判定电路评价信号值并将它们与一个或多个阈值进行比较，以确定是否存在有雨，并在检测到雨的情况下控制挡风玻璃刮雨器驱动马达M的激活。

Claims (12)

1.一种测量方法，采用了与短测量脉冲同步的检测，其中，为了确定有用信号的数值，以与引起测量信号短暂增大的该短测量脉冲同步的方式对该测量信号的数值进行检测，其特征在于：为了部分补偿在该短测量脉冲持续期间该测量信号的参考电平的变化的影响，它包括在采样-保持电路中执行的以下步骤：

-在该短测量脉冲刚好开始前的时间T1和该短测量脉冲刚好结束前的时间T2之间进行第一相关双采样，该双采样提供正比于-(Vm-V1)的第一输出电压，其表示在时间T2处的测量信号Vm被认为与在时间T1处的参考电平V1相关的第一数值；

-并且在时间T2和该短测量脉冲结束后的时间T3之间进行第二相关双采样，该第二相关双采样提供正比于Vm-V3的第二输出电压，其表示在时间T2处的测量信号Vm被认为与在时间T3处的参考电平V3相关的第二数值；

-并建立从两次相关双采样获得的该第一输出电压和该第二输出电压之差，该差值表示该测量信号，其被认为与在时间T1和T3处的参考电平之间中间的参考电平相关。

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：时间间隔T3-T2等于T2-T1。

3.根据权利要求1或2所述的测量方法，其特征在于：时间间隔T3-T2等于短测量脉冲的持续时间。

4.根据权利要求1或2所述的测量方法，其特征在于：该第一相关双采样包括在时间T0开始并在时间T1结束的复位阶段，以及在时间T1开始而在时间T2结束的采样阶段，其中时间间隔T2-T1等于T1-T0。

5.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于：时间间隔T2-T1等于短测量脉冲的持续时间。

6.根据权利要求1或2所述的测量方法，其特征在于：它用于测量车辆挡风玻璃上的雨，所述短测量脉冲是向挡风玻璃发射并被反射的光脉冲，反射的反射系数取决于挡风玻璃上是否有雨。

7.一种测量装置，采用了与测量脉冲同步的检测，该脉冲可引起测量信号的短暂增大，包括至少一个采样-保持，其特征在于：该测量装置包括与测量脉冲同步的开关部件，以便通过所述采样-保持进行工作：

-在测量脉冲刚好开始前的时间T1和测量脉冲刚好结束前的时间T2之间进行第一相关双采样，该第一相关双采样提供正比于-(Vm-V1)的第一输出电压，其表示在时间T2处的测量信号Vm被认为与在时间T1处的参考电平V1相关的第一数值；

-并且在时间T2和测量脉冲结束后的时间T3之间进行第二相关双采样，该第二相关双采样提供正比于Vm-V3的第二输出电压，其表示在时间T2处的测量信号Vm被认为与在时间T3处的参考电平V3相关的第二数值；

-该测量装置包括用于建立从两次相关双采样获得的该第一输出电压和该第二输出电压之差的部件，该差值表示测量信号，其被认为与在时间T1和T3处的参考电平之间中间的参考电平相关。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：它包括建立正比于V1-Vm和Vm-V3的电压电平的两个采样-保持电路(ECH1，ECH2)，以及在采样-保持电路的输出端的减法器，用于求差值。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：所述采样-保持是差分型的，并包括两个差分放大器(AMPa，AMPb)，该采样-保持具有两个输入端和两个输出端，每个差分放大器的一个输入端与位于该输入端上游的第一和第二输入电容器(Ce1a，Ce2a；Ce1b，Ce2b)相连，并且也与连接在该差分放大器的该输入端和输出端之间的积分电容器(Csa，Csb)相连，连接到第一输入电容器的采样-保持的输入端与连接到第二输入电容器的采样-保持的输入端交叉；开关部件包括：

-用于使采样-保持作为相关双采样-保持而工作的部件(K1a，K′1a，K1b，K′1b)，该相关双采样-保持使用积分电容器和第一输入电容器，通过开始时在第一输入电容器上施加代表时间T1处的参考信号V1的差分输入电压V1p-V1n，并随后施加代表时间T2处的测量信号Vm的差分输入电压Vmp-Vmn实现；

-用于使差分型采样-保持作为相关双采样-保持而工作的部件(K2a，K′2a，K2b，K′2b)，该相关双采样-保持使用积分电容器和第二输入电容器，通过开始时在第二输入电容器上施加代表时间T2处的该测量信号的相反数-Vm的差分输入电压Vmn-Vmp，并随后施加代表时间T3处的参考电平的相反数-V3的差分输入电压V3n-V3p实现。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于：该差分放大器配备有用于周期性地使积分电容器放电的开关(K″1a，K″1b)。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于：提供一种部件(FL)，用于向每个差分放大器的一个输入端周期性地施加代表差分型采样-保持的输出信号的平均值的相反数的电压。

12.根据权利要求7-11中任意一项所述的装置，其特征在于：还包括用于产生所述测量脉冲的发光二极管和用于产生所述测量信号的光电二极管。

Images