DE102010040377B4 - Lambda probe with sigma-delta analogue/digital converter - Google Patents
Lambda probe with sigma-delta analogue/digital converter Download PDFInfo
- Publication number
- DE102010040377B4 DE102010040377B4 DE102010040377.6A DE102010040377A DE102010040377B4 DE 102010040377 B4 DE102010040377 B4 DE 102010040377B4 DE 102010040377 A DE102010040377 A DE 102010040377A DE 102010040377 B4 DE102010040377 B4 DE 102010040377B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- sigma
- signal
- delta
- digital converter
- delta modulator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M3/00—Conversion of analogue values to or from differential modulation
- H03M3/30—Delta-sigma modulation
- H03M3/322—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters
- H03M3/352—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters of deviations from the desired transfer characteristic
- H03M3/354—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters of deviations from the desired transfer characteristic at one point, i.e. by adjusting a single reference value, e.g. bias or gain error
- H03M3/356—Offset or drift compensation
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M3/00—Conversion of analogue values to or from differential modulation
- H03M3/30—Delta-sigma modulation
- H03M3/39—Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators
- H03M3/436—Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators characterised by the order of the loop filter, e.g. error feedback type
- H03M3/438—Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators characterised by the order of the loop filter, e.g. error feedback type the modulator having a higher order loop filter in the feedforward path
- H03M3/454—Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators characterised by the order of the loop filter, e.g. error feedback type the modulator having a higher order loop filter in the feedforward path with distributed feedback, i.e. with feedback paths from the quantiser output to more than one filter stage
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
Abstract
Ein Sigma-Delta-Analog/Digital-Umsetzer mit einem Sigma-Delta-Modulator, einem Taktgenerator zum Erzeugen einer Mehrzahl von Takten für den Sigma-Delta-Analog/Digital-Umsetzer und einem mit einem Ausgang des Sigma-Delta-Modulators verbundenen Dezimationsfilter, wobei der Sigma-Delta-Modulator in Switched-Capacitor-Schaltungstechnik aufgebaut ist und wenigstens einen Integrator (7, 11) mit einem parallel zu einer Integratorkapazität (22) des Integrators (7, 11) geschalteten Resetschalter aufweist, wobei der Taktgenerator ausgebildet ist, wenigstens einen ersten und einen zweiten Takt (Φ1, Φ11; Φ2, Φ22) für den Sigma-Delta-Modulator zu erzeugen, wobei der erste und der zweite Takt (Φ1, Φ11; Φ2, Φ22) einander nicht-überlappende Takte sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Taktgenerator einen Eingang für ein Startsignal (S) aufweist und ausgebildet ist, auf den Empfang des Startsignals (S) das Ausgeben eines Resetsignals (R) an eine mit dem Resetschalter verbundene Resetleitung in Synchronisation mit dem ersten Takt (Φ1, Φ11) für den Sigma-Delta-Modulator zu beenden, wobei der Sigma-Delta-Modulator einen Quantisierer (12) enthält, der ausgebildet ist, abhängig von einem Pegel eines Eingangssignals des Quantisierers (12) und einem Schwellwert des Quantisierers entweder eine erste Referenzspannung oder eine zweite Referenzspannung an einen Eingang des wenigstens einen Integrators (7, 11) des Sigma-Delta-Modulators zurückzukoppeln, wobei der Quantisierer (12) ausgebildet ist, für einen ersten Pegel, welcher größer als der Schwellwert ist, die erste Referenzspannung zurückzukoppeln, wenn ein Auswahlsignal (M) inaktiv ist, und die zweite Referenzspannung zurückzukoppeln, wenn das Auswahlsignal (M) aktiv ist, und für einen zweiten Pegel, welcher kleiner als der Schwellwert ist, die zweite Referenzspannung zurückzukoppeln, wenn das Auswahlsignal (M) inaktiv ist, und die erste Referenzspannung zurückzukoppeln, wenn das Auswahlsignal (M) aktiv ist.A sigma-delta analog-to-digital converter including a sigma-delta modulator, a clock generator for generating a plurality of clocks for the sigma-delta analog-to-digital converter, and a decimation filter connected to an output of the sigma-delta modulator , wherein the sigma-delta modulator is constructed using switched-capacitor circuit technology and has at least one integrator (7, 11) with a reset switch connected in parallel with an integrator capacitance (22) of the integrator (7, 11), the clock generator being formed to generate at least a first and a second clock (Φ1, Φ11; Φ2, Φ22) for the sigma-delta modulator, the first and the second clock (Φ1, Φ11; Φ2, Φ22) being non-overlapping clocks, characterized in that the clock generator has an input for a start signal (S) and is designed to output a reset signal (R) to a reset line connected to the reset switch synchronously on receipt of the start signal (S). isation with the first clock (Φ1, Φ11) for the sigma-delta modulator, the sigma-delta modulator containing a quantizer (12) which is designed depending on a level of an input signal of the quantizer (12) and a threshold value of the quantizer to feed back either a first reference voltage or a second reference voltage to an input of the at least one integrator (7, 11) of the sigma-delta modulator, the quantizer (12) being designed for a first level which is greater than the Threshold is to feed back the first reference voltage when a selection signal (M) is inactive, and to feed back the second reference voltage when the selection signal (M) is active, and for a second level, which is less than the threshold value, to feed back the second reference voltage, when the selection signal (M) is inactive, and feeding back the first reference voltage when the selection signal (M) is active.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sigma-Delta-Analog/Digital-Umsetzer und einen Sensor zum Messen eines Restsauerstoffgehaltes in einem Abgas mit einem solchen Sigma-Delta-Analog/Digital-Umsetzer.The present invention relates to a sigma-delta analogue/digital converter and a sensor for measuring a residual oxygen content in an exhaust gas with such a sigma-delta analogue/digital converter.
Stand der TechnikState of the art
Lambda-Sonden werden insbesondere im Fahrzeugbau in Sensoren zum Messen eines Restsauerstoffgehaltes in einem Abgas eingesetzt, um basierend auf diesen Messungen ein optimales Mischungsverhältnis zwischen Kraftstoff und Sauerstoff beziehungsweise Luft für eine möglichst saubere und effiziente Verbrennung einstellen zu können. Eine Lambda-Sonde misst üblicherweise den Sauerstoffpartialdruck in verschiedenen, in unterschiedlicher Weise mit dem Abgasraum verbundenen Räumen und gibt für jeden Raum ein mit den Sauerstoffpartialdrücken korrespondierendes elektrisches Signal aus, aus denen der Gehalt beispielsweise von Stickoxiden oder ungebundenem Sauerstoff bestimmt werden kann. Dabei wird auch der Sauerstoffpartialdruck in einem Referenzraum der Lambda-Sonde durch Anlegen entsprechender elektrischer Signale eingestellt. Bisher wird die damit verbundene Regelung rein analog realisiert, digitale Regler, die den Einsatz eines Analog/Digital-Umsetzers voraussetzen würden, sind bislang nicht eingesetzt worden. Einer der Gründe hierfür ist, dass die Signale der verschiedenen Elektroden der Lambda-Sonde nur jeweils für einen kurzen Zeitraum gültig sind und möglichst gleichzeitig erfasst werden müssen, damit die erfassten Werte untereinander korreliert sind. Im Stand der Technik erfordert dies entweder den Einsatz eines schnellen und kostspieligen Analog/Digital-Umsetzers, wie beispielsweise eines Flash-Konverters, oder aber mehrerer preiswerter zu realisierender Analog/Digital-Umsetzer, welche gewöhnlich nur eine langsamere Analog/Digital-Umsetzung erlauben.Lambda probes are used in particular in vehicle construction in sensors for measuring the residual oxygen content in an exhaust gas in order to be able to set an optimal mixing ratio between fuel and oxygen or air for the cleanest and most efficient possible combustion based on these measurements. A lambda probe usually measures the oxygen partial pressure in different spaces connected to the exhaust gas space in different ways and emits an electrical signal for each space corresponding to the oxygen partial pressures, from which the content of nitrogen oxides or free oxygen, for example, can be determined. In this case, the oxygen partial pressure in a reference chamber of the lambda probe is also set by applying appropriate electrical signals. So far, the associated regulation has been implemented purely analogously; digital controllers, which would require the use of an analog/digital converter, have not been used to date. One of the reasons for this is that the signals from the various electrodes of the lambda probe are only valid for a short period of time and must be recorded as simultaneously as possible so that the recorded values are correlated with one another. In the prior art, this requires either the use of a fast and expensive analog/digital converter, such as a flash converter, or several analog/digital converters that can be implemented more cheaply, which usually only allow a slower analog/digital conversion.
Das Dokument
Die Schrift
Das Dokument
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Erfindungsgemäß wird daher ein Sigma-Delta-Analog/Digital-Umsetzer mit einem Sigma-Delta-Modulator, einem Taktgenerator zum Erzeugen einer Mehrzahl von Takten für den Sigma-Delta-Analog/Digital-Umsetzer und einem mit einem Ausgang des Sigma-Delta-Modulators verbundenen Dezimationsfilter eingeführt. Der Sigma-Delta-Modulator ist in Switched-Capacitor-Schaltungstechnik aufgebaut und weist wenigstens einen Integrator mit einem parallel zu einer Integratorkapazität des Integrators geschalteten Resetschalter auf. Der Taktgenerator ist ausgebildet, wenigstens einen ersten und einen zweiten Takt für den Sigma-Delta-Modulator zu erzeugen, wobei der erste und der zweite Takt einander nicht-überlappende Takte sind. Erfindungsgemäß weist der Taktgenerator einen Eingang für ein Startsignal auf und ist ausgebildet, auf den Empfang des Startsignals das Ausgeben eines Resetsignals an eine mit dem Resetschalter verbundene Resetleitung in Synchronisation mit dem ersten Takt für den Sigma-Delta-Modulator zu beenden.According to the invention, therefore, a sigma-delta analog/digital converter with a sigma-delta modulator, a clock generator for generating a plurality of clocks for the sigma-delta analog/digital converter and with an output of the sigma-delta Modulators associated decimation filter introduced. The sigma-delta modulator is constructed using switched-capacitor circuit technology and has at least one integrator with a reset switch connected in parallel with an integrator capacitance of the integrator. The clock generator is designed to generate at least a first and a second clock for the sigma-delta modulator, the first and the second clock being non-overlapping clocks. According to the invention, the clock generator has an input for a start signal and is designed to end the output of a reset signal to a reset line connected to the reset switch in synchronization with the first clock for the sigma-delta modulator upon receipt of the start signal.
Die Erfindung besitzt den Vorteil, dass eine einzelne Konvertierung, also die Umsetzung eines analogen Eingangswertes in einen digitalen Ausgangswert, auch mit einem prinzipiell eher langsamen Sigma-Delta-Analog/Digital-Umsetzer durchgeführt werden kann, indem der Beginn der Konvertierung möglichst exakt mit den Takten für den Betrieb des Sigma-Delta-Analog/Digital- Umsetzers synchronisiert wird. Dabei wird die größtmögliche Präzision der Umsetzung erreicht, indem die Integratorkapazität bis unmittelbar zum Beginn eines Konvertierungszyklus' in entladenem Zustand gehalten wird. Dadurch wird verhindert, dass ein interner Zustand einer Komponente des Sigma-Delta-Modulators von der Vorgeschichte des zu diesem Zeitpunkt noch ungültigen Messsignals beeinflusst und die Konvertierung und Messung somit verfälscht werden. Der Sigma-Delta-Analog/Digital-Umsetzer wird auf diese Weise „triggerbar“, eine Konvertierung also durch ein Startsignal auslösbar.The invention has the advantage that a single conversion, i.e. the conversion of an analog input value into a digital output value, can also be carried out with a fundamentally rather slow sigma-delta analog/digital converter by starting the conversion as precisely as possible with the Clocks for the operation of the sigma-delta analog / digital converter is synchronized. The greatest possible conversion precision is achieved by keeping the integrator capacitance in a discharged state until the very beginning of a conversion cycle. This prevents an internal state of a component of the sigma-delta modulator from being influenced by the previous history of the measurement signal, which is still invalid at this point in time, and the conversion and measurement from being falsified as a result. In this way, the sigma-delta analogue/digital converter can be “triggered”, i.e. a conversion can be triggered by a start signal.
Die Triggerbarkeit des Sigma-Delta-Analog/Digital-Umsetzers der Erfindung ermöglicht es darüber hinaus, einen einzelnen Sigma-Delta-Analog/Digital-Umsetzer für die Messung mehrerer Messsignale, wie sie beispielsweise in einer Lambda-Sonde gegeben sind, vorzunehmen, weil die Konvertierung triggerbar ist und somit mehrere Messungen zeitlich präzise innerhalb einer Zeitspanne, in der die Messsignale als statisch und somit miteinander korreliert anzusehen sind, durchgeführt werden können. Ein Sigma-Delta-Analog/Digital-Umsetzer gemäß dem Stand der Technik müsste hingegen jedes der Messsignale über einen längeren Zeitraum messen, um sicherzustellen, dass ein digitaler Ausgangswert bestimmt werden kann, der von ungültigen internen Zuständen der Komponenten des Sigma-Delta-Analog/Digital-Umsetzers unabhängig ist. Daher ermöglicht es die Erfindung erstmals, die insbesondere als integrierte Schaltung preiswert umzusetzende Sigma-Delta-Modulationstechnik in einem einzelnen Analog/Digital-Umsetzer zur Umsetzung und Messung der Signale einer Lambda-Sonde einzusetzen, so dass die mit dem Betrieb der Lambda-Sonde verbundenen Regelalgorithmen digital umgesetzt werden können. Dies bringt den weiteren Vorteil mit sich, dass die Regelalgorithmen programmierbar werden können, wobei beispielsweise Koeffizienten der Algorithmen oder die Algorithmen selbst modifiziert oder an unterschiedliche Ausführungen von Lambda-Sonden angepasst werden können. Der Sigma-Delta-Analog/Digital-Umsetzer der Erfindung ist jedoch selbstredend nicht auf den Einsatz im Zusammenspiel mit Lambda-Sonden beschränkt, sondern kann auch in anderen Umgebungen eingesetzt werden.The triggerability of the sigma-delta analog/digital converter of the invention also makes it possible to use a single sigma-delta analog/digital converter for measuring a plurality of measurement signals, such as those given in a lambda probe, because the conversion can be triggered and thus several measurements can be carried out precisely in terms of time within a period of time in which the measurement signals are to be regarded as static and thus correlated with one another. A sigma-delta analog/digital converter according to the prior art, on the other hand, would have to measure each of the measurement signals over a longer period of time in order to ensure that a digital output value can be determined that depends on invalid internal states of the components of the sigma-delta analog /digital converter is independent. Therefore, the invention makes it possible for the first time to use the sigma-delta modulation technology, which can be implemented inexpensively as an integrated circuit, in a single analog/digital converter for converting and measuring the signals of a lambda sensor, so that the control algorithms associated with the operation of the lambda sensor can be implemented digitally . This brings with it the further advantage that the control algorithms can be programmed, for example coefficients of the algorithms or the algorithms themselves can be modified or adapted to different designs of lambda sensors. However, the sigma-delta analog/digital converter of the invention is of course not limited to use in conjunction with lambda sensors, but can also be used in other environments.
Bevorzugt weist das Dezimationsfilter einen mit der Resetleitung verbundenen Reseteingang auf und ist ausgebildet, bei Anliegen des Resetsignals einen internen Zustand wenigstens eines Registers des Dezimationsfilters auf einen vorbestimmten Zustand zu setzen. Diese zusätzliche Maßnahme stellt sicher, dass auch das Dezimationsfilter vor jeder Konvertierung initialisiert ist, so dass der Ausgangswert des Dezimationsfilters ebenfalls von eventuellen, vor dem Beenden des Ausgebens des Resetsignals liegenden Ausgaben des Sigma-Delta-Modulators oder vorhergehenden Messungen unabhängig wird.The decimation filter preferably has a reset input connected to the reset line and is designed to set an internal state of at least one register of the decimation filter to a predetermined state when the reset signal is present. This additional measure ensures that the decimation filter is also initialized before each conversion, so that the output value of the decimation filter also becomes independent of any outputs of the sigma-delta modulator or previous measurements before the end of the outputting of the reset signal.
Das Dezimationsfilter kann als Cascaded Integrator Comb Filter (CIC-Filter) aufgebaut sein, wobei dann das wenigstens eine Register ein Register eines Integrators des Cascaded Integrator Comb Filters ist. Im Gegensatz zu den Comb-Stufen eines CIC-Filters besitzen die Integratoren des CIC-Filters eine Rückkopplung ihres Ausgangs auf ihren Eingang und sind somit Infinite Impulse Response Filter (IIR-Filter). Dadurch kann ein ungültiger oder mit der aktuellen Umsetzung nicht in Zusammenhang stehender Wert im Integrator prinzipiell alle zukünftigen Werte beeinflussen und somit verfälschen, so dass die Initialisierung des oder der Integratoren des CIC-Filters durch das Resetsignal vorteilhaft ist.The decimation filter can be constructed as a cascaded integrator comb filter (CIC filter), in which case the at least one register is a register of an integrator of the cascaded integrator comb filter. In contrast to the comb stages of a CIC filter, the integrators of the CIC filter have their output fed back to their input and are therefore infinite impulse response filters (IIR filters). As a result, a value in the integrator that is invalid or not related to the current conversion can in principle affect all future values and thus falsify them, so that the initialization of the integrator or integrators of the CIC filter by the reset signal is advantageous.
Im Gegensatz hierzu besitzen die Comb-Stufen des CIC-Filters keine Rückkopplung und müssen daher nicht notwendigerweise für jede getriggerte Umsetzung initialisiert werden. Unter Umständen können noch in den Comb-Stufen vorhandene Werte dazu führen, dass ein gültiges Ergebnis der Dezimation erst nach einigen Takten anliegt. Dies kann jedoch in der auf die Dezimation folgenden Verarbeitung berücksichtigt und die ungültigen Werte ignoriert werden.In contrast, the comb stages of the CIC filter have no feedback and therefore do not necessarily have to be initialized for each triggered conversion. Under certain circumstances, values that are still present in the comb stages can mean that a valid result of the decimation is only available after a few bars. However, this can be taken into account in the processing following the decimation and the invalid values can be ignored.
Der Taktgenerator kann ausgebildet sein, das Ausgeben des Resetsignals mit oder nach dem Ende einer aktiven Phase des ersten Taktes und vor dem Beginn einer aktiven Phase des zweiten Taktes zu beenden. Der erste Takt wird dabei vorzugsweise in dem als Switched-Capacitor-Schaltungstechnik aufgebauten Sigma-Delta-Modulator zum Abtasten des Einganges für das Messsignal eingesetzt, das heißt, während der aktiven Phase des ersten Taktes wird ein Eingangskondensator des Sigma-Delta-Modulators zwischen den Eingang des Messsignals und ein Bezugspotential geschaltet. Damit beginnt die Umsetzung tatsächlich bereits während der aktiven Phase des ersten Taktes, die unmittelbar vor dem Beenden des Ausgebens des Resetsignals liegt. Das Resetsignal wird erst in dem Moment nicht mehr ausgegeben, in dem der Eingangskondensator vom Eingang für das Messsignal abgekoppelt und mit dem Eingang des Integrators des Sigma-Delta-Modulators verbunden und die Integratorkapazität des Integrators des Sigma-Delta-Modulators nicht mehr wegen des Resetsignals durch den Resetschalter kurzgeschlossen werden.The clock generator can be designed to end the output of the reset signal with or after the end of an active phase of the first clock and before the beginning of an active phase of the second clock. The first clock is preferably used in the sigma-delta modulator constructed as switched-capacitor circuit technology for sampling the input for the measurement signal, i.e. during the active phase of the first clock, an input capacitor of the sigma-delta modulator is connected between the Input of the measurement signal and a reference potential connected. The conversion actually begins during the active phase of the first clock pulse, which is immediately before the end of the reset signal output. The reset signal is no longer output until the input capacitor is decoupled from the input for the measurement signal and connected to the input of the integrator of the sigma-delta modulator and the integrator capacitance of the integrator of the sigma-delta modulator is no longer due to the reset signal be short-circuited by the reset switch.
Der Taktgenerator ist besonders bevorzugt ausgebildet, nach jeder Analog/Digital-Umsetzung das Resetsignal auszugeben. Dadurch wird der Sigma-Delta-Modulator - sowie in bestimmten Ausführungsformen das Dezimationsfilter - nach jeder Konvertierung initialisiert, wodurch aufeinander folgende Konvertierungen voneinander unabhängig werden. Einen solchen Analog/Digital-Umsetzer bezeichnet man auch als inkrementellen Analog/Digital-Umsetzer. Wesentlicher Vorteil der Initialisierung zwischen einzelnen Konvertierungen ist, dass das Dezimationsfilter weniger komplex aufgebaut werden kann. Insbesondere braucht das Dezimationsfilter lediglich eine Ordnung von N aufzuweisen, wenn der Sigma-Delta-Modulator eine Ordnung von N besitzt. Ohne die sich fortlaufend wiederholende Initialisierung müsste das Dezimationsfilter hingegen eine Ordnung von N+1 aufweisen. Eine Ausführung eines Sigma-Delta-Analog/Digital-Umsetzers, der sowohl triggerbar als auch inkrementell ausgeführt ist, ist im Stand der Technik unbekannt.The clock generator is particularly preferably designed to output the reset signal after each analog/digital conversion. As a result, the sigma-delta modulator - and in certain embodiments the decimation filter - is initialized after each conversion, making subsequent conversions independent of one another. Such an analog/digital converter is also referred to as an incremental analog/digital converter. The main advantage of the initialization between individual conversions is that the decimation filter can be set up less complex. In particular, if the sigma-delta modulator is of N order, then the decimation filter need only be of N order. On the other hand, without the continuously repeating initialization, the decimation filter would have to have an order of N+1. An embodiment of a sigma-delta analog/digital converter that is both triggerable and incremental is unknown in the prior art.
Der Sigma-Delta-Modulator enthält bevorzugt einen Quantisierer, der ausgebildet ist, abhängig von einem Pegel eines Eingangssignals des Quantisierers und einem Schwellwert des Quantisierers entweder eine erste Referenzspannung oder eine zweite Referenzspannung an einen Eingang des wenigstens einen Integrators des Sigma-Delta-Modulators zurückzukoppeln. Die rückgekoppelte Referenzspannung repräsentiert einen dem digitalisierten Ausgangswert des Quantisierers zugeordneten Spannungswert, der in die Sigma-Delta-Modulation zurückgeführt wird. Der Quantisierer ist dabei ausgebildet, für einen ersten Pegel, welcher größer als der Schwellwert ist, die erste Referenzspannung zurückzukoppeln, wenn ein Auswahlsignal inaktiv ist, und die zweite Referenzspannung zurückzukoppeln, wenn das Auswahlsignal aktiv ist, und für einen zweiten Pegel, welcher kleiner als der Schwellwert ist, die zweite Referenzspannung zurückzukoppeln, wenn das Auswahlsignal inaktiv ist, und die erste Referenzspannung zurückzukoppeln, wenn das Auswahlsignal aktiv ist. Das heißt, dass die Spannungswerte, die den logischen Pegeln des Ausgangswertes des Quantisierers zugeordnet sind, abhängig vom Zustand des Auswahlsignals vertauscht werden können.The sigma-delta modulator preferably contains a quantizer, which is designed to feed back either a first reference voltage or a second reference voltage to an input of the at least one integrator of the sigma-delta modulator, depending on a level of an input signal of the quantizer and a threshold value of the quantizer . The fed-back reference voltage represents a voltage value assigned to the digitized output value of the quantizer, which voltage value is fed back into the sigma-delta modulation. The quantizer is designed to feed back the first reference voltage for a first level, which is greater than the threshold value, if a selection signal is inactive, and to feed back the second reference voltage, when the select signal is active and for a second level less than the threshold, feeding back the second reference voltage when the select signal is inactive and feeding back the first reference voltage when the select signal is active. This means that the voltage values associated with the logic levels of the quantizer output value can be swapped depending on the state of the selection signal.
Dabei ist der Sigma-Delta-Analog/Digital-Umsetzer besonders bevorzugt dazu ausgebildet, eine erste Umsetzung mit einem inaktiven Auswahlsignal und eine zweite Umsetzung mit einem aktiven Auswahlsignal durchzuführen und aus einem ersten Ergebnis der ersten Umsetzung und einem zweiten Ergebnis der zweiten Umsetzung ein fehlerkompensiertes Gesamtergebnis abzuleiten. Indem eine Umsetzung jeweils einmal mit einem der beiden möglichen Zustände des Auswahlsignals durchgeführt wird, wird die Messung beziehungsweise Umsetzung unabhängig von statischen Fehlern, weil diese in den Einzelmessungen entsprechend mit unterschiedlichem Vorzeichen berücksichtigt werden. Daher können beispielsweise Offsets der einzelnen Komponenten des Sigma-Delta-Modulators kompensiert werden.The sigma-delta analog/digital converter is particularly preferably designed to carry out a first conversion with an inactive selection signal and a second conversion with an active selection signal, and an error-compensated result from a first result of the first conversion and a second result of the second conversion derive the overall result. Since a conversion is carried out once with one of the two possible states of the selection signal, the measurement or conversion becomes independent of static errors because these are taken into account in the individual measurements with different signs. Therefore, for example, offsets of the individual components of the sigma-delta modulator can be compensated.
Der Taktgenerator kann ausgebildet sein, ein Torsignal für eine Ausgangsstufe des Sigma-Delta-Modulators zu erzeugen und an die Ausgangsstufe des Sigma-Delta-Modulators auszugeben, wobei die Ausgangsstufe des Sigma-Delta-Modulators ausgebildet ist, auf den Empfang des Torsignals ein an einem Eingang der Ausgangsstufe anliegendes Signal durchzuschalten. Das Torsignal weist dabei bevorzugt eine aktive Phase auf, die mit einer aktiven Phase des ersten Taktes für den Sigma-Delta-Modulator zusammenfällt, besonders bevorzugt nach dem Beginn der aktiven Phase des ersten Taktes beginnt. Das Torsignal schaltet auf diese Weise einen gültigen Ausgangswert des Sigma-Delta-Modulators und/oder des oder der Integratoren des Sigma-Delta-Modulators auf den jeweiligen Ausgang durch. Die Ausgangsstufe kann bei Ausführungen der Erfindung in den Quantisierer integriert sein, so dass der Quantisierer ausgebildet ist, auf den Empfang des Torsignals einen Ausgangswert auszugeben.The clock generator can be designed to generate a gate signal for an output stage of the sigma-delta modulator and to output it to the output stage of the sigma-delta modulator, the output stage of the sigma-delta modulator being designed to respond to the receipt of the gate signal to switch through a signal present at an input of the output stage. In this case, the gate signal preferably has an active phase which coincides with an active phase of the first clock for the sigma-delta modulator, particularly preferably beginning after the start of the active phase of the first clock. In this way, the gate signal switches through a valid output value of the sigma-delta modulator and/or the integrator(s) of the sigma-delta modulator to the respective output. In embodiments of the invention, the output stage can be integrated into the quantizer, so that the quantizer is designed to output an output value upon receipt of the gate signal.
Der Taktgenerator kann außerdem ausgebildet sein, ein Taktsignal für das Dezimationsfilter zu erzeugen, das eine aktive Phase aufweist, die während einer aktiven Phase des Torsignals verläuft. Das Taktsignal für das Dezimationsfilter kann auch ein Torsignal für einen Takt für das Dezimationsfilter sein. Indem das Dezimationsfilter nur einen Takt erhält, während das Torsignal für die Ausgangsstufe des Sigma-Delta-Modulators aktiv ist, wird sichergestellt, dass das Dezimationsfilter nur arbeitet, wenn ein gültiger Ausgangswert des Sigma-Delta-Modulators vorliegt.The clock generator can also be designed to generate a clock signal for the decimation filter, which has an active phase that runs during an active phase of the gate signal. The clock signal for the decimation filter can also be a gating signal for a clock for the decimation filter. Since the decimation filter only receives one clock while the gate signal for the output stage of the sigma-delta modulator is active, it is ensured that the decimation filter only works if there is a valid output value from the sigma-delta modulator.
Ein zweiter Erfindungsaspekt betrifft einen Sensor zum Messen eines Restsauerstoffgehaltes in einem Abgas. Der Sensor besitzt eine Lambda-Sonde und einen mit Elektroden der Lambda-Sonde verbundenen Sigma-Delta-Analog/Digital-Umsetzer gemäß dem ersten Erfindungsaspekt.A second aspect of the invention relates to a sensor for measuring a residual oxygen content in an exhaust gas. The sensor has a lambda probe and a sigma-delta analog/digital converter connected to electrodes of the lambda probe according to the first aspect of the invention.
Figurenlistecharacter list
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 die Struktur eines Ausführungsbeispiels eines Sigma-Delta-Modulators zum Einsatz in der Erfindung, -
2 ein Ausführungsbeispiel eines Integrators in Switched-Capacitor-Schaltungstechnik zum Einsatz in dem Sigma-Delta-Modulator, -
3 ein erstes Beispiel für ein Taktschema zum Betrieb des Sigma-Delta-Analog/Digital-Umsetzers der Erfindung, und -
4 ein zweites Beispiel für ein Taktschema zum Betrieb des Sigma-Delta-Analog/Digital-Umsetzers der Erfindung.
-
1 the structure of an embodiment of a sigma-delta modulator for use in the invention, -
2 an embodiment of an integrator in switched-capacitor circuit technology for use in the sigma-delta modulator, -
3 a first example of a timing scheme for operation of the sigma-delta analogue/digital converter of the invention, and -
4 a second example of a timing scheme for operating the sigma-delta analog-to-digital converter of the invention.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Ein am Eingang 1 anliegendes Messsignal wird in einem Multiplikator 4 mit einem ersten Koeffizienten α1 multipliziert. In einem nachfolgenden Addierer 5 wird ein in einem weiteren Multiplikator 6 mit einem zweiten Koeffizienten -β1 multiplizierter Rückkoppelwert auf den Ausgangswert des Multiplikators 4 addiert. Das Ergebnis dieser Operation wird in einem Integrator 7 integriert oder akkumuliert.A measurement signal present at the
Der Sigma-Delta-Modulator von
Die beiden Integratoren 7 und 11 sind zusätzlich mit dem Reseteingang 3 verbunden. Liegt auf der Resetleitung ein Resetsignal an, wird ein Integrationskondensator des Integrators 7 beziehungsweise 11 initialisiert. Der Ausgang des Integrators 11 ist im gezeigten Beispiel mit einem Quantisierer 12 verbunden, welcher ein Ausgangssignal des Integrators 11 digitalisiert. Im einfachsten Fall eines 1-Bit-Quantisierers kann der Quantisierer 12 beispielsweise als Flip-Flop ausgeführt sein. Der Ausgang des Quantisierers 12 ist mit dem Ausgang 2 des Sigma-Delta-Modulators sowie mit einem Eingang eines Digital-Analog-Umsetzers 13 verbunden, welcher eine zur Funktion des Quantisierers 12 inverse Funktion ausführt und das digitale Ausgangssignal des Quantisierers 12 in ein analoges Rückkoppelsignal umsetzt. Im Fall eines 1-Bit-Quantisierers kann der Digital-Analog-Umsetzer 13 unter Umständen entfallen oder durch einen einfachen Multiplexer, der abhängig von dem digitalen Eingangssignal eine von zwei Referenzspannungen durchschaltet.The two
Der Integrator besitzt zwei Eingänge 23 und 24, welche einen Eingang für das Eingangssignal und einen Eingang für ein Rückkoppelsignal darstellen. Der Integrator von
Der Eingangskondensator 20 und der Referenzkondensator 21 werden gemäß der Switched-Capacitor-Technik abwechselnd zwischen das jeweilige Eingangssignal und ein Bezugspotential beziehungsweise zwischen ein Bezugspotential und den Ausgang der jeweiligen Stufe geschaltet. In der ersten Phase wird der jeweilige Kondensator auf das Niveau des Eingangssignals aufgeladen, so dass eine zum Eingangssignal proportionale Ladungsmenge auf den Kondensator gelangt. In der zweiten Phase wird diese Ladung an die nächste Stufe weitergereicht. Wird diese Operation sehr schnell ausgeführt, wird näherungsweise die Funktion eines Widerstandes erfüllt. Der eigentliche Integrator besitzt einen Integrationskondensator 22, welcher - wie bekannt - in der Rückkopplung eines Differenzverstärkers 26 angeordnet ist. Parallel zum Integrationskondensator 22 ist ein Resetschalter vorgesehen, der den Integrationskondensator 22 entlädt und so initialisiert, wenn er geschlossen wird. Der Integrator von
Ein auf den Sigma-Delta-Modulator folgendes Dezimationsfilter kann ein Taktsignal G für das Dezimationsfilter erhalten. Damit das Dezimationsfilter jeweils für jede Konvertierung zu einem Zeitpunkt aktiv wird, in dem ein gültiger Ausgangswert des Sigma-Delta-Modulators vorliegt, fällt eine aktive Phase des Taktsignals G vorzugsweise in die aktive Phase des Taktsignals Φ3. Das Dezimationsfilter kann neben dem Taktsignal G auch den Systemtakt CLK erhalten. In diesem Fall kann das Taktsignal G als Torsignal für den Takt verwendet werden.A decimation filter following the sigma-delta modulator can receive a clock signal G for the decimation filter. So that the decimation filter becomes active for each conversion at a point in time at which a valid output value of the sigma-delta modulator is present, an active phase of the clock signal G preferably falls in the active phase of the clock signal Φ 3 . In addition to the clock signal G, the decimation filter can also receive the system clock CLK. In this case, the clock signal G can be used as a gate signal for the clock.
Das Resetsignal R ist vorzugsweise so mit den Taktsignalen Φ11 und Φ2 beziehungsweise Φ22 synchronisiert, dass das Ende seiner aktiven Phase zwischen das Ende der aktiven Phase des Taktsignals Φ11 und den Beginn der aktiven Phase des Taktsignals Φ2 beziehungsweise Φ22 fällt. Ist das Startsignal S also mit dem Beginn der aktiven Phase des Taktsignals Φ1 beziehungsweise Φ11 synchronisiert, wird das Resetsignal R vorzugsweise um wenigstens die Dauer der aktiven Phase des Taktsignals Φ11 später inaktiv geschaltet.The reset signal R is preferably synchronized with the clock signals Φ 11 and Φ 2 or Φ 22 such that the end of its active phase falls between the end of the active phase of the clock signal Φ 11 and the beginning of the active phase of the clock signal Φ 2 or Φ 22 . If the start signal S is therefore synchronized with the start of the active phase of the clock signal Φ 1 or Φ 11 , the reset signal R is preferably switched inactive later by at least the duration of the active phase of the clock signal Φ 11 .
Claims (9)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102010040377.6A DE102010040377B4 (en) | 2010-09-08 | 2010-09-08 | Lambda probe with sigma-delta analogue/digital converter |
IT001546A ITMI20111546A1 (en) | 2010-09-08 | 2011-08-24 | LAMBDA PROBE WITH SIGMA-DELTA ANALOGUE / DIGITAL CONVERTER |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102010040377.6A DE102010040377B4 (en) | 2010-09-08 | 2010-09-08 | Lambda probe with sigma-delta analogue/digital converter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102010040377A1 DE102010040377A1 (en) | 2012-03-08 |
DE102010040377B4 true DE102010040377B4 (en) | 2022-06-09 |
Family
ID=44898819
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102010040377.6A Active DE102010040377B4 (en) | 2010-09-08 | 2010-09-08 | Lambda probe with sigma-delta analogue/digital converter |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102010040377B4 (en) |
IT (1) | ITMI20111546A1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102018129062B3 (en) | 2018-11-19 | 2020-04-23 | Infineon Technologies Ag | FILTERING METHOD AND FILTER |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6570519B1 (en) | 2001-07-12 | 2003-05-27 | Cirus Logic, Inc. | Switched-capacitor summer circuits and methods and systems using the same |
US20040176903A1 (en) | 2002-08-08 | 2004-09-09 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Control apparatus, control method, control unit, and engine control unit |
US20040263370A1 (en) | 2001-10-31 | 2004-12-30 | Omid Oliaei | Incremental-delta analogue-to-digital conversion |
US20080074303A1 (en) | 2006-09-22 | 2008-03-27 | Timothy Rueger | Incremental delta-sigma data converters with improved stability over wide input voltage ranges |
US20090164090A1 (en) | 2007-12-25 | 2009-06-25 | Honda Motor Co., Ltd. | Control apparatus and method and control unit |
-
2010
- 2010-09-08 DE DE102010040377.6A patent/DE102010040377B4/en active Active
-
2011
- 2011-08-24 IT IT001546A patent/ITMI20111546A1/en unknown
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6570519B1 (en) | 2001-07-12 | 2003-05-27 | Cirus Logic, Inc. | Switched-capacitor summer circuits and methods and systems using the same |
US20040263370A1 (en) | 2001-10-31 | 2004-12-30 | Omid Oliaei | Incremental-delta analogue-to-digital conversion |
US20040176903A1 (en) | 2002-08-08 | 2004-09-09 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Control apparatus, control method, control unit, and engine control unit |
US20080074303A1 (en) | 2006-09-22 | 2008-03-27 | Timothy Rueger | Incremental delta-sigma data converters with improved stability over wide input voltage ranges |
US20090164090A1 (en) | 2007-12-25 | 2009-06-25 | Honda Motor Co., Ltd. | Control apparatus and method and control unit |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102010040377A1 (en) | 2012-03-08 |
ITMI20111546A1 (en) | 2012-03-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69928057T2 (en) | Comparator and DA converter with switched capacities | |
DE102013211557B4 (en) | SYSTEM AND METHOD FOR SWITCHING WITH SWITCHED CAPACITORS | |
DE69031498T2 (en) | ANALOG-DIGITAL CONVERSION WITH NOISE REDUCTION | |
DE102006051365B4 (en) | Measuring amplification device and method | |
EP0457749B1 (en) | High-accuracy charge-balance analog-digital converter | |
DE102006004212A1 (en) | Delta-sigma-analog-digital-converter, has calibrating device connected with quantizer, and designed to determine and compensate offset error of comparator at predetermined time point | |
DE102016117464B4 (en) | Analog-digital conversion with analog filtering | |
DE102017110976B3 (en) | Self-oscillating multi-ramp converter and method for converting a capacitance into a digital signal | |
EP2087596B1 (en) | Measurement amplification device and method | |
DE102010040377B4 (en) | Lambda probe with sigma-delta analogue/digital converter | |
DE19524387C1 (en) | Capacitance difference measuring circuit for capacitive sensor | |
EP2175287B1 (en) | Device and method for measuring electrical parameters | |
WO2001058019A1 (en) | A/d converter with lookup table | |
DE10327621A1 (en) | Circuit arrangement and method for reducing an adaptation error in a sigma-delta modulator | |
EP2190121B1 (en) | Multi-channel A/D converter | |
DE2460079C3 (en) | Method for determining the position of the wiper of a potentiometer and circuit arrangement for carrying out the method | |
DE102010040376A1 (en) | Sigma-delta-analog to digital-converter has sigma-delta-modulator, clock-generator for producing pulses and decimation filter that is connected with output of sigma-delta-modulator, where clock generator has input for starting signal | |
EP0378777A2 (en) | Arrangement for converting analog signals into digital signals | |
DE102018221184B4 (en) | CIRCUIT ARRANGEMENT INCLUDING AT LEAST A DELTA-SIGMA MODULATOR AND A SAMPLE HOLDING MEMBER | |
DE3921976C1 (en) | ||
DE112008001033T5 (en) | A / D Converter | |
DE102010062782B4 (en) | Delta sigma data converter arrangement and method for delta sigma data conversion | |
DE102013007903B4 (en) | Apparatus and method for characterizing AD converters | |
DE102018104530A1 (en) | Sigma-delta converters and corresponding methods | |
DE4441043C1 (en) | A=D signal conversion method for magnetic-inductive flowmeter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |