DE102006018309A1

DE102006018309A1 - Vorrichtung zum Entstören von kleinen Signalen

Info

Publication number: DE102006018309A1
Application number: DE200610018309
Authority: DE
Inventors: Rolf Herrmann; Manfred Prof. Dr. Krüger; Ulrich Stich
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2006-04-20
Filing date: 2006-04-20
Publication date: 2007-10-25

Abstract

Vorrichtung zum Entstören von kleinen Signalen, die einen Gleichanteil als Störung enthalten, wobei die Vorrichtung einen Eingang für das gestörte Signal (S<SUB>0</SUB>) und einen Ausgang für das entstörte Signal (S<SUB>1</SUB>) aufweist, wobei die Vorrichtung einen Differenzverstärker (2) zum Kompensieren des Gleichanteils aufweist.

Description

STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entstören von kleinen Signalen, die einen Gleichanteil als Störung enthalten, wobei die Vorrichtung einen Eingang für das gestörte Signal und einen Ausgang für das entstörte Signal aufweist.
Aus dem Stand der Technik sind viele Problemstellungen bekannt, bei denen ein relativ kleines Wechselspannungssignal genau gemessen werden muss, dieses Signal jedoch mit einem großen Gleichspannungsoffset versehen ist. Der Gleichspannungsoffset kann dabei unter anderem von anderen Parametern wie zum Beispiel der Temperatur abhängen. Diese Parameter sind für die Messgröße selbst nicht relevant und können jedoch dazu führen, dass sich der Gleichspannungsoffset zeitlich verändert. Beispiele für solche Probleme sind beispielsweise die Erfassung von kleinen Wechselgrößen bei Optischen Sensoren oder bei PIR-Sensoren.
Ein bekannter Lösungsansatz ist, das Gleichspannungssignal mittels eines Kondensators herauszufiltern und nur den Wechselspannungsanteil hindurch zu lassen und diesen zu verstärken.
Eine derartige Lösung hat jedoch einige Nachteile. Durch die Verwendung eines Kondensators zum Filtern des Sensorsignals, kann dieses sowohl im Hinblick auf die Amplitude als auch im Hinblick auf die Phase verfälscht werden. Außerdem ergibt sich insbesondere bei geringen Frequenzen im Messsignal die Notwendigkeit, große Kondensatoren zu verwenden, die dann eine lange Einschwingzeit benötigen, Das Messsystem wäre dann erst nach einem längeren Einschwingvorgang stabil einsetzbar.
Außerdem ist in im Feldeinsatz, zum Beispiel in Automobilen die Verwendung von oftmals notwendigen Abgleichelementen, wie zum Beispiel Potentiometern nicht möglich.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine Vorrichtung zum Entstören von kleinen Signalen der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass es in einer robusten Umgebung einsetzbar ist, schnelle Betriebsbereitschaft herstellbar ist und dass das zu entstörende Signal möglichst unverfälscht wiedergegeben werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Vorrichtung einen Differenzverstärker zum Kompensieren des Gleichanteils aufweist.
Der Differenzverstärker bildet aus dem gestörten Signal, welches am Eingang der Vorrichtung anliegt, und seinem Bezugspotential eine Differenz, die am Ausgang des Differenzialverstärkers abgreifbar ist. Das Bezugspotential des Differenzverstärkers ist im Betrieb des Differenzverstärkers beziehungsweise der Vorrichtung so eingestellt, dass es dem Gleichanteil in dem gestörten Signal entspricht. Durch die Differenzbildung wird der Gleichanteil im Ausgangssignal des Differenzverstärkers daher kompensiert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ein Regelmittel umfassen. Mittels des Regelmittels kann zum einen das Bezugspotential des Differenzverstärkers eingesteht werden. Vorteilhaft ist jedoch auch die Verstärkung des Differenzverstärkers durch das Regelmittel einstellbar. Durch die einstellbare Verstärkung des Differenzverstärkers kann die Auflösung des am Ausgang des Differenzverstärkers anliegenden entstörten Signals verändert, insbesondere vergrößert werden.
Die Regelmittel nehmen bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzugsweise nicht unmittelbar Einfluss auf die Einstellung des Bezugspotentials des Differenzverstärkers. Vorzugsweise sind zwischen dem Regelmittel und dem Differenzverstärker Mittel zum Einstellen des Bezugspotentials geschaltet. Diese Mittel zum Einstellen des Bezugspotentials können einen Kondensator umfassen. An dem Kondensator kann das Bezugspotential eingestellt werden. Vorzugsweise ist der Kondensator unter Zwischenschaltung eines Impedanzwandlers mit einem Anschluss des Differenzverstärkers für das Bezugspotential verbunden.
Die Spannung des Kondensators eines Mittels zum Einstellen des Bezugspotentials kann mittels des Regelmittels eingestellt werden.
Ein erfindungsgemäßes Regelmittel kann Elemente zum Detektieren von Extremwerten des entstörten Signals aufweisen. Ferner kann das Regelmittel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung Elemente zum Einstellen der Kondensatorspannung und/oder des Verstärkungsfaktors in Abhängigkeit der detektierten Extremwerte aufweisen.
ZEICHNUNGEN
Ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Entstören von kleinen Signalen, die einen Gleichanteil als Störung enthalten, ist anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt
1 ein schematisches Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Entstören von kleinen Signalen, die einen Gleichanteil als Störung enthalten, umfasst einen Differenzverstärker 2, ein Mittel 3 zum Einstellen des Bezugspotentials B des Differenzverstärkers 2 und ein Regelmittel 4, mit dem das Mittel 3 zum Einstellen des Bezugspotentials B eingestellt werden kann.
Das gestörte Signal So wird dem Differenzverstärker 2 zugeführt. Der Differenzverstärker 2 umfasste einen Operationsverstärker 2a dessen Verstärkungsfaktor einstellbar ist, was über das Potentiometer 2b angedeutet ist. Am Ausgang des Operationsverstärkers 2a ist das entstörte Signal S₁ abgreifbar. Die Entstörung es gestörten Signals So erfolgt dabei durch ein Ausregeln eines Gleichanteils, der möglicherweise in dem entstörten Signal S₁ enthalten ist. Zum Ausregeln eines solchen Gleichanteils wird das entstörte Signal S₁ dem Regelmittel 4 zugeführt. Nach einer Analogdigitalwandlung des entstörten Signals S₁ in einem A/D- Wandler wird das digitalisierte Signal Elementen zum Detektieren von Extremwerten im entstörten, digitalisierten Signal zugeführt. Sofern diese Elemente ein Minimum ermitteln, das sich von 0 unterscheidet, muss ein Gleichanteil in dem entstörten Signal vorliegen. Liegt ein Gleichanteil in dem entstörten Signals 1 vor, wird diese Störung ausgeregelt.
Zum Ausregeln des Gleichanteils in dem entstörten Signal S₁ wird der Bezugspunkt B des Differenzverstärkers 2 verschoben. Der Bezugspunkt B ist dazu mit den Mitteln zum Einstellen des Bezugspotentials verbunden. Diese umfassen im Wesentlichen einen Kondensator 3b der über einen Impedanzwandler 3a mit dem Bezugspunkt B verbunden ist. Durch eine Änderung der Spannung an dem Kondensator 3b kann das Potential des Bezugspunktes B angehoben oder vermindert werden. Entsprechend kann ein Gleichanteil im entstörten Signal S₁ kompensiert werden.
Die Spannung des Kondensators 3b gegenüber dem Massepotential erfolgt über Ladeimpulse I_L oder Entladeimpulse I_E, die von dem Regelmittel 4 über Dioden 3c, 3d an den Kondensator 3b des Mittels 3 zum Einstellen des Bezugspotentials gegeben werden. Die Impulse I_L, I_E werden von einem Element zum Einstellen der Spannung U_C über dem Kondensator 3b im Regelmittel 4 erzeugt. Ob ein Ladeimpuls I_L oder ein Entladeimpuls I_E an das Mittel zum Einstellen des Bezugspotentials B gegeben werden soll, wird anhand des detektierten Minimums im entstörten Signal entschieden. Liegt das Minimum über dem Bezugspotential B der Schaltung, wird die Kondensatorspannung U_C durch Ladeimpulse angehoben, liegt dagegen das Minimum unter dem Bezugspotential B, wird die Kondensatorspannung U_C durch Entladeimpulse I_E herabgesetzt.
Bei einem Einschalter der erfindungsgemäßen Vorrichtung, d. h. bei einem Hochlaufen der Vorrichtung werden dabei die Ladeimpulse I_L beziehungsweise Entladeimpulse I_E größere Beträge haben als nach einem Einschwingen der Vorrichtung. Dadurch kann eine schnelle Betriebsbereitschaft des Gerätes hergestellt werden.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann beispielsweise dazu verwendet werden, in Kraftfahrzeugen schwankende Gleichspannungsanteile in Sensorsignalen herauszufiltern.

Claims

Vorrichtung zum Entstören von kleinen Signalen, die einen Gleichanteil als Störung enthalten, wobei die Vorrichtung einen Eingang für das gestörte Signal (So) und einen Ausgang für das entstörte Signal (S₁) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Differenzverstärker (2) zum Kompensieren des Gleichanteils aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Regelmittel (4) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkung des Differenzverstärkers (2) vorzugsweise durch das Regelmittel (4) einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bezugspotential (B) des Differenzverstärkers (2) durch Mittel zum Einstellen (3) des Bezugspotentials (B) einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (3) zum Einstellen des Bezugspotentials (B) einen Kondensator (3b) umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (3) zum Einstellen des Bezugspotentials (B) einen Impedanzwandler (3a) umfassen, an dessen Ausgang vorzugsweise das Bezugpotential (B) des Differenzverstärkers (2) abgreifbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung (UC) des Kondensators (3b) mittels des Regelmittels (4) einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelmittel (4) Elemente (E) zum Detektieren von Extremwerten des entstörten Signals (S₁) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelmittel (4) Elemente (V, U_C) zum Einstellen der Kondensatorspannung und/oder des Verstärkungsfaktors in Abhängigkeit der detektierten Extremwerte aufweist.
Verfahren zum Entstören von kleinen Signalen die einen Gleichanteil als Störung enthalten mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Regelmittel (4) das Bezugspotential (B) des Differenzverstärkers (2) eingestellt wird, um den Gleichanteil des entstörten Signals auszuregeln.