DE102010040377B4 - Lambda probe with sigma-delta analogue/digital converter - Google Patents

Lambda probe with sigma-delta analogue/digital converter Download PDF

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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 US 2008 / 0 074 303 A1 offenbart inkrementale Delta-Sigma-Datenwandler mit verbesserter Stabilität über einen weiten Eingangsspannungsbereich.The document U.S. 2008/0 074 303 A1 discloses incremental delta-sigma data converters with improved stability over a wide input voltage range.

Die Schrift US 2004/ 0 263 370 A1 beschreibt eine Inkremental-Delta Analog-DigitalWandlung.The font US 2004/0 263 370 A1 describes an incremental delta analog-to-digital conversion.

Das Dokument US 6 570 519 B1 beschreibt Summerschaltungen mit Schaltkondensatoren, Verfahren und Systeme zur Verwendung solcher.The document U.S. 6,570,519 B1 describes switched capacitor buzzer circuits, methods and systems for using such.

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.
Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawings and the following description. Show it:
  • 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

1 zeigt die Struktur eines Ausführungsbeispiels eines Sigma-Delta-Modulators zum Einsatz in der Erfindung. Der Sigma-Delta-Modulator besitzt einen Eingang 1 für ein analoges Eingangssignal, das in ein digitales Äquivalent umgesetzt werden soll. Der Sigma-Delta-Modulator besitzt außerdem einen Ausgang 2 für einen digitalen Datenstrom mit einer hohen Signalrate, der gewöhnlich von einem nachfolgenden Dezimationsfilter in einen Datenstrom einer geringeren Signalrate bei gleichzeitig erhöhter Auflösung umgesetzt wird. Erfindungsgemäß ist ein Reseteingang 3 vorgesehen. 1 Figure 1 shows the structure of an embodiment of a sigma-delta modulator for use in the invention. The sigma-delta modulator has an input 1 for an analog input signal that is to be converted into a digital equivalent. The sigma-delta modulator also has an output 2 for a digital data stream with a high signal rate, which is usually converted by a subsequent decimation filter into a data stream with a lower signal rate and simultaneously increased resolution. According to the invention, a reset input 3 is provided.

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 input 1 is multiplied in a multiplier 4 by a first coefficient α 1 . A feedback value multiplied by a second coefficient −β 1 in a further multiplier 6 is added to the output value of the multiplier 4 in a subsequent adder 5 . The result of this operation is integrated in an integrator 7 or accumulated.

Der Sigma-Delta-Modulator von 1 ist im Beispiel als ein Sigma-Delta-Modulator zweiter Ordnung ausgeführt und verfügt deshalb über zwei Integratoren 7 und 11. Alternativ kann der Sigma-Delta-Modulator aber auch eine höhere Ordnung besitzen. Die Struktur von Multiplikator 4, Addierer 5, Multiplikator 6 und Integrator 7 wiederholt sich mit dem Multiplikator 8, dem Addierer 9, dem Multiplikator 10 und dem Integrator 11, wobei Koeffizienten α2 und -β2 zum Einsatz kommen. In einem Sigma-Delta-Modulator höherer Ordnung würden entsprechend mehr solcher Strukturen kaskadiert.The sigma-delta modulator from 1 is designed as a second-order sigma-delta modulator in the example and therefore has two integrators 7 and 11. Alternatively, the sigma-delta modulator can also have a higher order own. The structure of multiplier 4, adder 5, multiplier 6 and integrator 7 is repeated with multiplier 8, adder 9, multiplier 10 and integrator 11 using coefficients α 2 and -β 2 . Correspondingly more such structures would be cascaded in a higher-order sigma-delta modulator.

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 integrators 7 and 11 are also connected to the reset input 3. If a reset signal is present on the reset line, an integration capacitor of the integrator 7 or 11 is initialized. In the example shown, the output of the integrator 11 is connected to a quantizer 12 which digitizes an output signal of the integrator 11 . In the simplest case of a 1-bit quantizer, the quantizer 12 can be designed as a flip-flop, for example. The output of the quantizer 12 is connected to the output 2 of the sigma-delta modulator and to an input of a digital-to-analog converter 13, which performs an inverse function to the function of the quantizer 12 and converts the digital output signal of the quantizer 12 into an analog feedback signal implements. In the case of a 1-bit quantizer, the digital-to-analog converter 13 can be omitted under certain circumstances, or it can be replaced by a simple multiplexer that switches through one of two reference voltages depending on the digital input signal.

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Integrators in Switched-Capacitor-Schaltungstechnik zum Einsatz in dem Sigma-Delta-Modulator. Die Integratoren 7 und 11 des Sigma-Delta-Modulators von 1 können wie in 2 gezeigt aufgebaut sein. Die Schaltung von 2 übernimmt jedoch zusätzlich zur Funktion des Integrators 7 beziehungsweise 11 auch die Funktionen der Multiplikatoren 4, 6 beziehungsweise 8, 10 und des Addierers 5 beziehungsweise 9. 2 shows an embodiment of an integrator in switched-capacitor circuit technology for use in the sigma-delta modulator. The integrators 7 and 11 of the sigma-delta modulator from 1 can as in 2 shown to be constructed. The circuit of 2 However, in addition to the function of the integrator 7 or 11, it also assumes the functions of the multipliers 4, 6 or 8, 10 and the adder 5 or 9.

Der Integrator besitzt zwei Eingänge 23 und 24, welche einen Eingang für das Eingangssignal und einen Eingang für ein Rückkoppelsignal darstellen. Der Integrator von 2 entspricht im Wesentlichen der Struktur eines analogen Integrators mit zwei Eingängen, ist jedoch in Switched-Capacitor-Technik aufgebaut. In der Switched-Capacitor-Technik werden die gewöhnlich in analogen Schaltungen verwendeten Widerstände durch geschaltete Kondensatoren ersetzt. Der Vorteil dieses Ansatzes ist, dass sich Kondensatoren einfacher und genauer in integrierten Schaltungen fertigen lassen. Außerdem zeigt sich bei Analyse der resultierenden Schaltungen, dass deren Übertragungsfunktion von Verhältnissen der eingesetzten Kondensatoren abhängen, wodurch das so genannte Matching vorteilhaft ausgenutzt werden kann. In integrierten Schaltungen haben nah beieinander angeordnete gleichartige Komponenten die Eigenschaft, dass ihre Kennwerte sich zueinander proportional mit den Prozessvariationen ändern. Dadurch heben sich die Auswirkungen der Prozessvariationen näherungsweise auf, wenn die Kennwerte zueinander ins Verhältnis gesetzt werden. So werden die Koeffizienten α1 und β1 beziehungsweise α1 und β2 durch das Verhältnis der Kapazität eines Eingangskondensators 20 zu der eines Integrationskondensators 22 beziehungsweise eines Referenzkondensators 21 zu der des Integrationskondensators 22 eingestellt.The integrator has two inputs 23 and 24, which represent an input for the input signal and an input for a feedback signal. The integrator of 2 essentially corresponds to the structure of an analog integrator with two inputs, but is constructed using switched-capacitor technology. In switched-capacitor technology, the resistors commonly used in analog circuits are replaced with switched capacitors. The advantage of this approach is that capacitors can be manufactured more easily and precisely in integrated circuits. Analysis of the resulting circuits also shows that their transfer function depends on the ratios of the capacitors used, which means that so-called matching can be used to advantage. In integrated circuits, like components arranged in close proximity to one another have the property that their characteristics change in proportion to one another with process variations. As a result, the effects of the process variations are approximately canceled out when the characteristic values are set in relation to one another. Thus, the coefficients α 1 and β 1 or α 1 and β 2 are set by the ratio of the capacitance of an input capacitor 20 to that of an integrating capacitor 22 or a reference capacitor 21 to that of the integrating capacitor 22 .

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 2 wird durch Taktsignale Φ1, Φ11, Φ2, Φ22 sowie R gesteuert, die in den nachfolgenden Figuren beispielhaft illustriert werden.According to switched-capacitor technology, the input capacitor 20 and the reference capacitor 21 are connected alternately between the respective input signal and a reference potential or between a reference potential and the output of the respective stage. In the first phase, the respective capacitor is charged to the level of the input signal, so that an amount of charge proportional to the input signal reaches the capacitor. In the second phase, this charge is passed on to the next stage. If this operation is carried out very quickly, the function of a resistor is approximately fulfilled. The actual integrator has an integration capacitor 22, which - is arranged in the feedback of a differential amplifier 26 - as is known. A reset switch is provided in parallel with the integration capacitor 22 which discharges and thus initializes the integration capacitor 22 when it is closed. The integrator of 2 is controlled by clock signals Φ 1 , Φ 11 , Φ 2 , Φ 22 and R, which are illustrated by way of example in the following figures.

3 zeigt ein erstes Beispiel für ein Taktschema zum Betrieb des Sigma-Delta-Analog/Digital-Umsetzers der Erfindung. Das Signal S bezeichnet ein Startsignal, das heißt, der Sigma-Delta-Analog/Digital-Umsetzer der Erfindung soll ein zu diesem Zeitpunkt an seinem Eingang anliegendes analoges Signal in einen digitalen Wert umsetzen. Das Startsignal S ist vorzugsweise mit einem Systemtakt CLK, aus welchem der Taktgenerator weitere Takte ableitet, und mit dem Beginn der aktiven Phasen der Taktsignale Φ1 und Φ11 synchronisiert, so dass bereits mit dem Eintreffen des Startsignals S das Eingangssignal mit der in 2 gezeigten Struktur abgetastet wird. Die Taktsignale Φ1 und Φ11 überlappen einander zum größten Teil, während das Taktsignal Φ1 jedoch eine um einen halben Takt des Systemtaktes CLK längere aktive Phase aufweist. Die Taktsignale Φ2 und Φ22 sind entsprechend gestaltet, jedoch sind ihre aktiven Phasen zeitlich so gelagert, dass sie in inaktive Phasen der Taktsignale Φ1 und Φ11 fallen. Ein zusätzliches Taktsignal Φ3 kann vorgesehen sein, das als Torsignal einen gültigen Ausgangswert des Sigma-Delta-Modulators durchschaltet. Das Taktsignal Φ3 weist bevorzugt eine aktive Phase auf, die mit einer Endphase der aktiven Phase der Taktsignale Φ1 und Φ11 zusammenfällt. 3 Figure 12 shows a first example of a timing scheme for operating the sigma-delta analogue/digital converter of the invention. The signal S designates a start signal, ie the sigma-delta analog/digital converter of the invention is intended to convert an analog signal present at its input at this time into a digital value. The start signal S is preferably synchronized with a system clock CLK, from which the clock generator derives further clocks, and with the beginning of the active phases of the clock signals Φ 1 and Φ 11 , so that the input signal with the in 2 structure shown is sampled. The clock signals Φ 1 and Φ 11 overlap each other for the most part, while the clock signal Φ 1 has, however, an active phase that is half a cycle longer than the system clock CLK. The clock signals Φ 2 and Φ 22 are designed similarly, but their active phases are time-shifted so that they fall into inactive phases of the clock signals Φ 1 and Φ 11 . An additional clock signal Φ 3 can be provided, which switches through a valid output value of the sigma-delta modulator as a gate signal. The clock signal Φ 3 preferably has an active phase with a final phase of active phase of the clock signals Φ 1 and Φ 11 coincide.

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 .

4 zeigt ein zweites Beispiel für ein Taktschema zum Betrieb des Sigma-Delta-Analog/Digital-Umsetzers der Erfindung. 4 illustriert zwei aufeinander folgende Konvertierungen. So sind mehrere Perioden des Taktsignals G für das Dezimationsfilter dargestellt. Außerdem gezeigt ist ein Auswahlsignal M, das ein Vorzeichen der Rückkopplung im Sigma-Delta-Modulator vorgibt. Vorzugsweise wird das Auswahlsignal M nach einer Konvertierung für die nächste Konvertierung invertiert. Die Ergebnisse der beiden aufeinander folgenden, mit entgegengesetzten Vorzeichen durchgeführten Konvertierungen können verwendet werden, um ein fehlerkompensiertes Gesamtergebnis abzuleiten. Dies ist möglich, weil statische Fehler wie Offsets eines Differenzverstärkers oder des Quantisierers bei jeder Konvertierung mit entsprechenden unterschiedlichen Vorzeichen in das Teilergebnis eingehen und sich so im Gesamtergebnis wegheben. Zwischen zwei aufeinander folgenden Konvertierungen wird außerdem bevorzugt das Resetsignal R kurzzeitig aktiv, um den Sigma-Delta-Analog/Digital-Umsetzer als inkrementellen Analog/Digital-Umsetzer arbeiten zu lassen. 4 Figure 12 shows a second example of a timing scheme for operating the sigma-delta analogue to digital converter of the invention. 4 illustrates two consecutive conversions. Thus, several periods of the clock signal G for the decimation filter are shown. Also shown is a selection signal M that specifies a sign of the feedback in the sigma-delta modulator. After a conversion, the selection signal M is preferably inverted for the next conversion. The results of the two consecutive opposite sign conversions can be used to derive an error compensated overall result. This is possible because static errors such as offsets of a differential amplifier or the quantizer are included in the partial result with each conversion with correspondingly different signs and are thus canceled out in the overall result. In addition, the reset signal R is preferably briefly active between two successive conversions in order to allow the sigma-delta analog/digital converter to work as an incremental analog/digital converter.

Claims (9)

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 , the sigma-delta modulator being constructed using switched-capacitor circuit technology and having 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 (Φ 1 , Φ 11 ; Φ 2 , Φ 22 ) for the sigma-delta modulator, wherein the first and the second clock (Φ 1 , Φ 11 ; Φ 2 , Φ 22 ) are non-overlapping clocks, characterized in that the clock generator has an input for a start signal (S) and is designed, upon receipt of the start signal (S), to output a reset signal (R) to a resetle connected to the reset switch in synchronization with the first clock (Φ 1 , Φ 11 ) for the sigma-delta modulator, the sigma-delta modulator including a quantizer (12) which is formed 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, 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, the to feed back the second reference voltage when the selection signal (M) is inactive, and to feed back the first reference voltage when the selection signal (M) is active. Der Sigma-Delta-Analog/Digital-Umsetzer gemäß Anspruch 1, bei dem das Dezimationsfilter einen mit der Resetleitung verbundenen Reseteingang aufweist und ausgebildet ist, bei Anliegen des Resetsignals (R) einen internen Zustand wenigstens eines Registers des Dezimationsfilters auf einen vorbestimmten Zustand zu setzen.The sigma-delta analogue to digital converter according to FIG claim 1 , in which the decimation filter 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 (R) is present. Der Sigma-Delta-Analog/Digital-Umsetzer gemäß Anspruch 2, bei dem das Dezimationsfilter als Cascaded Integrator Comb Filter aufgebaut ist und das wenigstens eine Register ein Register eines Integrators des Cascaded Integrator Comb Filters ist.The sigma-delta analogue to digital converter according to FIG claim 2 , in which the decimation filter is constructed as a cascaded integrator comb filter and the at least one register is a register of an integrator of the cascaded integrator comb filter. Der Sigma-Delta-Analog/Digital-Umsetzer gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Taktgenerator ausgebildet ist, das Ausgeben des Resetsignals (R) mit oder nach dem Ende einer aktiven Phase des ersten Taktes (Φ1, Φ11) und vor dem Beginn einer aktiven Phase des zweiten Taktes (Φ2, Φ22) zu beenden.The sigma-delta analogue/digital converter according to one of the preceding claims, in which the clock generator is designed to output the reset signal (R) at or after the end of an active phase of the first clock (Φ 1 , Φ 11 ) and before beginning of an active phase of the second clock (Φ 2 , Φ 22 ). Der Sigma-Delta-Analog/Digital-Umsetzer gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Taktgenerator ausgebildet ist, nach jeder Analog/Digital-Umsetzung das Resetsignal (R) auszugeben.The sigma-delta analog/digital converter according to one of the preceding claims, in which the clock generator is designed to output the reset signal (R) after each analog/digital conversion. Der Sigma-Delta-Analog/Digital-Umsetzer gemäß Anspruch 5, ausgebildet, eine erste Umsetzung mit einem inaktiven Auswahlsignal (M) und eine zweite Umsetzung mit einem aktiven Auswahlsignal (M) durchzuführen und aus einem ersten Ergebnis der ersten Umsetzung und einem zweiten Ergebnis der zweiten Umsetzung ein fehlerkompensiertes Gesamtergebnis abzuleiten.The sigma-delta analogue to digital converter according to FIG claim 5 , designed to carry out a first conversion with an inactive selection signal (M) and a second conversion with an active selection signal (M) and to derive an error-compensated overall result from a first result of the first conversion and a second result of the second conversion. Der Sigma-Delta-Analog/Digital-Umsetzer gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Taktgenerator ausgebildet ist, ein Torsignal (Φ3) 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 (Φ3) ein an einem Eingang der Ausgangsstufe anliegendes Signal durchzuschalten.The sigma-delta analog/digital converter according to any one of the preceding claims, in which the clock generator is arranged to generate a gating signal (Φ 3 ) for an output stage of the sigma-delta modulator and to the output stage of the sigma-delta modulator output, the output stage of the sigma-delta modulator being designed to switch through a signal present at an input of the output stage upon receipt of the gate signal (Φ 3 ). Der Sigma-Delta-Analog/Digital-Umsetzer gemäß Anspruch 7, bei dem der Taktgenerator außerdem ausgebildet ist, ein Taktsignal (G) für das Dezimationsfilter zu erzeugen, das eine aktive Phase aufweist, die während einer aktiven Phase des Torsignals (Φ3) verläuft.The sigma-delta analogue to digital converter according to FIG claim 7 , in which the clock generator is also designed to generate a clock signal (G) for the decimation filter which has an active phase which runs during an active phase of the gate signal (Φ 3 ). Ein Sensor zum Messen eines Restsauerstoffgehaltes in einem Abgas mit einer Lambda-Sonde und einem mit Elektroden der Lambda-Sonde verbundenen Sigma-Delta-Analog/Digital-Umsetzer gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.A sensor for measuring a residual oxygen content in an exhaust gas with a lambda probe and a sigma-delta analogue/digital converter connected to electrodes of the lambda probe according to one of the preceding claims.
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