DE102012222935B4

DE102012222935B4 - Verfahren und System zur Überwachung einer Schwankung einer Wandlerspannungsreferenz

Info

Publication number: DE102012222935B4
Application number: DE102012222935.3A
Authority: DE
Inventors: Antoni Ferré Fàbregas; David Gamez Alari
Original assignee: Lear Corp
Current assignee: Lear Corp
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2023-03-16
Anticipated expiration: 2032-12-13
Also published as: CN103166640A; CN103166640B; DE102012222935A1

Abstract

System (10, 40), umfassend:einen Wandler (12), der ausgelegt ist zum Empfangen eines Sensorsignals zur Angabe einer physikalischen gemessenen Größe und Erzeugen eines Ausgabesignals auf Grundlage des Sensorsignals und einer Spannungsreferenz, wobei der Wandler (12) des Weiteren ausgelegt ist zum abwechselnden Empfangen einer Kalibrierungsspannung anstelle des Sensorsignals und Erzeugen des Ausgabesignals auf Grundlage der Kalibrierungsspannung und der Spannungsreferenz; undeine Steuerung (18), die ausgelegt ist zum Vergleichen des Ausgabesignals auf Grundlage der Kalibrierungsspannung und der Spannungsreferenz mit einem erwarteten Wert des Ausgabesignals auf Grundlage der Kalibrierungsspannung und eines angenommenen Wertes der Spannungsreferenz zum Erfassen einer Schwankung der Spannungsreferenz,wobei die Steuerung (18) dazu ausgelegt ist, das Ausgabesignal auf Grundlage der Kalibrierungsspannung und der Spannungsreferenz über einen Satz von Proben zu analysieren, um Schwankungen bei der Spannungsreferenz in Abhängigkeit von der Zeit nachzuverfolgen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft Wandler, so beispielsweise Analog-zu-Digital-Wandler („ADC“), bei denen eine Spannungsreferenz zum Wandeln eines Analogsignals in ein Digitalsignal und umgekehrt zum Einsatz kommt.
Hintergrund
US 5,805,091 A offenbart einen auf einem Halbleiterchip implementierten Analog-zu-Digital-Wandler, welcher im Betrieb ein Referenzsignal aus einer externen Referenzquelle nutzt. Auf dem Halbleiterchip ist eine lokale Referenzquelle vorgesehen. Basierend auf einem Ausgabesignal der lokalen Referenzquelle und dem externen Referenzsignal kann erkannt werden, wenn das externe Referenzsignal nicht gewünschten Anforderungen entspricht.
Aus der US 2005/0017883 A1 ist ein Verfahren zum Optimieren der Ausgabe eines Analog-zu-Digital-Wandlers mit einem dem Wandler vorgeschalteten Verstärker zum Verstärken des analogen Eingangssignals bekannt. Um verstärkerbedingte Unregelmäßigkeiten zu vermeiden, soll ein Gleichspannungsanteil des analogen Eingangssignals möglichst entfernt werden.
Aus der US 6,567,022 B1 ist ein Verfahren bekannt, mit dem zwei Analog-zu-Digital-Wandler aufeinander abgestimmt kalibriert werden.
Die US 6,445,319 B1 offenbart einen Analog-zu-Digital-Wandler mit einer nicht-linearen Transferfunktion
Die US 7,271,752 B2 betrifft die Integration eines Analog-zu-Digital-Wandlers in ein elektrisches System eines Gebäudes.
Die US 2005/0093722 A1 offenbart das Kalibrieren eines in einem Verarbeitungssystem für Videosignale vorgesehenen Analog-zu-Digital-Wandlers während des Betriebs in Synchronisationsperioden des Videosignals.
Die DE 102 15 405 A1 beschreibt ein Verfahren zur Funktionsprüfung eines Analog-Digital-Wandlers, wobei zur Funktionsprüfung ein vorgegebenes analoges Signal in ein digitales Signal gewandelt wird und dieses digitale Signal mit einem erwarteten Wert ausgewertet wird.
Moderne Fahrzeuge beinhalten Systeme mit komplexen elektrischen Schaltungen zur Durchführung verschiedener Funktionen. Gängige Schaltungen beinhalten einen Analog-zu-Digital-Wandler („ADC“), der mit einem Sensor kommuniziert. Der Sensor misst eine physikalische Größe und erzeugt ein analoges elektrisches Signal zur Angabe der gemessenen physikalischen Größe. Der ADC empfängt das Analogsignal von dem Sensor und wandelt es in ein digitales elektrisches Signal um (das heißt einen digitalen Wert, einen digitalen Ausgabecode und anderes).
Das analoge Sensorsignal ist üblicherweise ein Spannungssignal (das heißt eine Sensoreingabe V_IN). Der ADC erzeugt den Digitalausgabecode für die Sensoreingabe V_IN durch Vergleichen der Sensoreingabe V_IN mit einer Spannungsreferenz V_REF. Die Spannungsreferenz V_REF kann extern für den ADC bereitgestellt werden oder kann intern in dem ADC selbst erzeugt werden. Die Spannungsreferenz V_REF soll ein präziser „Maßstab“ sein, mit dem die Sensoreingabe V_IN verglichen wird. Bei einem fehlerfreien Betrieb erzeugt der ADC den Digitalausgabecode für die Sensoreingabe V_IN entsprechend der nachfolgenden Gleichung: $Ausgabe = V_{IN} * (2^{n} / V_{REF})$
Hierbei ist „Ausgabe“ der digitale Ausgabecode in dezimaler Form, während „n“ die Anzahl von Bits der Auflösung des ADC ist. Die Auflösung gibt die Anzahl von diskreten Werten an, die der ADC über den Bereich der analogen Werte erzeugen kann. Die Werte werden üblicherweise in binärer Form gespeichert, sodass die Auflösung in Bits ausgedrückt wird. So kann beispielsweise ein ADC mit einer Auflösung von 8 Bit die Analogsensoreingabe V_IN in einem von 256 verschiedenen Pegeln kodieren, da gilt: 2⁸ = 256.
Wie in der vorstehenden Gleichung zum Erzeugen des Digitalausgabecodes gezeigt ist, schwankt der Digitalausgabecode umgekehrt proportional zur Spannungsreferenz V_REF. Wichtig bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist, wie nachstehend noch beschrieben wird, der Umstand, dass der Digitalausgabecode eine Funktion der Spannungsreferenz V_REF ist. Als solches muss die Spannungsreferenz V_REF genau sein, damit der ADC einen genauen Digitalausgabecode für eine gegebene Sensoreingabe V_IN ausgibt.
ADCs driften mit dem Alter. Diese Driften sind direkt proportional zur Schwankung der Spannungsreferenz V_REF, die durch den ADC bei dem Wandlungsprozess verwendet wird. Driften infolge einer Alterung sind ein im Vergleich größeres Problem als die absolute Genauigkeit. Der interne Fehler kann kalibriert werden, wohingegen der Ausgleich einer Drift schwierig ist. Wo immer möglich sollten Spannungsreferenzen für Alterungseigenschaften gewählt werden, die eine angemessene Genauigkeit über die erwartete Lebensdauer des den ADC einsetzenden Systems erhalten.
Einige Systeme, so beispielsweise Batterieüberwachungssysteme in Elektrofahrzeugen, weisen Anforderungen auf, die ADCs über Gebühr beanspruchen. Diese Anforderungen beinhalten vergleichsweise lange Lebensdauern (beispielsweise eine Lebensdauer, die zehnmal so lang wie die Lebensdauer eines herkömmlichen Fahrzeuges ist) und vergleichsweise hohe Genauigkeitsanforderungen in Abhängigkeit von der Zeit.
Zusammenfassung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Nachverfolgen einer Schwankung der Spannungsreferenz, die von einem Analog-zu-Digital-Wandler („ADC“) beim Wandeln zwischen analogen und digitalen Signalen und/oder Ausgleichen einer derartigen Schwankung der Spannungsreferenz während der Lebensdauer des Systems, in dem der Wandler eingesetzt wird, verwendet wird.
Zum Umsetzen eines oder mehrerer der vorgenannten und anderer Aufgaben stellt die vorliegende Erfindung ein System mit einem ADC bereit. Der ADC empfängt ein Sensorsignal zur Angabe einer physikalischen gemessenen Größe und erzeugt ein Ausgabesignal auf Grundlage des Sensorsignals und der Spannungsreferenz. Der ADC ist des Weiteren ausgelegt zum abwechselnden Empfangen eines Kalibrierungssignals anstelle des Sensorsignals und Erzeugen des Ausgabesignals auf Grundlage der Kalibrierungsspannung und der Spannungsreferenz.
Des Weiteren stellt zum Umsetzen eines oder mehrerer der vorgenannten und Aufgaben die vorliegende Erfindung ein System mit ersten und zweiten Spannungsgeneratoren, einem Sensor, einem ADC und einer Steuerung bereit. Der erste Spannungsgenerator erzeugt eine Spannungsreferenz. Der Sensor ist ausgelegt zum Erzeugen eines Sensorsignals zur Angabe einer physikalischen gemessenen Größe. Der ADC erzeugt ein Ausgabesignal auf Grundlage eines Eingabesignals und der Spannungsreferenz. Der zweite Spannungsgenerator ist zum Erzeugen einer Kalibrierungsspannung ausgelegt. Die Steuerung liest und verarbeitet das Digitalausgabesignal aus der Erzeugung durch den ADC auf Grundlage des Sensorsignals und der Spannungsreferenz und liest und verarbeitet abwechselnd das Digitalausgabesignal aus der Erzeugung durch den ADC auf Grundlage des Sensorsignals und der Kalibrierungsspannung.
Zudem stellt zum Umsetzen eines oder mehrerer der vorgenannten und anderer Aufgaben die vorliegende Erfindung ein Verfahren bereit. Das Verfahren beinhaltet ein an einem ADC erfolgendes Empfangen eines Sensorsignals zur Angabe einer physikalischen gemessenen Größe und ein durch den ADC erfolgendes Erzeugen eines Ausgabesignals auf Grundlage des Sensorsignals und der Spannungsreferenz. Das Verfahren beinhaltet des Weiteren ein an dem ADC erfolgendes abwechselndes Empfangen eines Kalibrierungssignals anstelle des Sensorsignals und ein durch den ADC erfolgendes Erzeugen des Ausgabesignals auf Grundlage der Kalibrierungsspannung und der Spannungsreferenz.
Figurenliste

1 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems zum Überwachen einer Schwankung der Spannungsreferenz, die von einem Analog-zu-Digital-Wandler („ADC“) beim Wandeln zwischen analogen und digitalen Signalen verwendet wird, entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt ein Zeitdiagramm zur Angabe dessen, wann ein zweiter externer Spannungsreferenzgenerator des Systems von 1 aktiviert ist, um eine zweite Spannungsreferenz zu erzeugen, entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems zur Überwachung einer Schwankung der Spannungsreferenz, die von einem ADC beim Wandeln zwischen analogen und digitalen Signalen verwendet wird, entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Detailbeschreibung
Detaillierte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind hier beschrieben. Es sollte jedoch einsichtig sein, dass die offenbarten Ausführungsbeispiele rein exemplarisch für die vorliegende Erfindung sind, die auch in anderen alternativen Formen verkörpert sein kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Einige Merkmale können übertrieben oder stark verkleinert sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sollen spezifische strukturelle und funktionelle Details in vorliegender Beschreibung nicht als beschränkend, sondern lediglich als repräsentative Basis verstanden werden, die einen Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet anleitet, die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weisen umzusetzen.
In 1 gezeigt ist ein Blockdiagramm eines Systems 10 zum Überwachen einer Schwankung der Spannungsreferenz, die von einem Analog-zu-Digital-Wandler („ADC“) 12 beim Wandeln zwischen analogen und digitalen Signalen entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird. System 10 ist in der Lage, die Integrität des ADC 12 zu erfassen, indem es in der Lage ist, eine Schwankung der Spannungsreferenz zu überwachen, die von dem ADC 12 bei dem Wandlungsprozess verwendet wird. Ein externer Spannungsreferenzgenerator 14 stellt die Spannungsreferenz für den ADC 12 für den Wandlungsprozess bereit. Diese Spannungsreferenz ist die erste Spannungsreferenz V_REF1. Wie vorstehend erläutert worden ist, verwendet der ADC 12 die erste Spannungsreferenz V_REF1 beim Wandeln von eingegebenen Analogsignalen in ausgegebene Digitalsignale.
Das System 10 beinhaltet des Weiteren einen zweiten externen Spannungsreferenzgenerator 20. Der zweite Spannungsreferenzgenerator 20 ist zum Ausgeben einer .Kalibrierungsspannung V_CAL ausgelegt. Wie nachstehend erläutert wird, wird der zweite Spannungsreferenzgenerator 20 derart gesteuert, dass er zu einer gegebenen Zeit aktiviert oder deaktiviert wird. Ist er aktiviert, so erzeugt der zweite Spannungsreferenzgenerator 20 eine zweite Spannungsreferenz V_REF2 als Kalibrierungsspannung V_CAL. Ist er deaktiviert, so werden 0 V von dem zweiten Spannungsreferenzgenerator 20 ausgegeben.
Das System beinhaltet einen Sensor 16. Der Sensor 16 misst eine physikalische Größe und erzeugt ein analoges elektrisches Signal zur Angabe der gemessenen physikalischen Größe. Das analoge Signal, das von dem Sensor 16 erzeugt wird, ist ein Spannungssignal und wird hier als Sensoreingabe V_IN bezeichnet.
Das System 10 beinhaltet des Weiteren einen Analogmultiplexer 22. Wie in 1 gezeigt ist, ist die Ausgabe des Multiplexers 22 direkt mit der Eingabe des ADC 12 verbunden. Der Multiplexer 22 ist zum Empfangen von zwei Eingaben ausgelegt, nämlich (i) der Sensoreingabe V_IN von dem Sensor 16 und (ii) der Kalibrierungsspannung V_CAL von dem zweiten Spannungsreferenzgenerator 20. Als solches wird der ADC 12 mit zwei Spannungen multiplexiert, nämlich (i) der zu messenden Eingabespannung (das heißt der Sensoreingabe V_IN von dem Sensor 16) und (ii) einer Kalibrierungsspannung (das heißt der Kalibrierungsspannung V_CAL von dem zweiten Spannungsreferenzgenerator 20). Wiederum weist die Kalibrierungsspannung V_CAL den Wert der zweiten Spannungsreferenz V_REF2 auf, wenn der zweite Spannungsreferenzgenerator 20 die zweite Spannungsreferenz V_REF2 erzeugt.
Der Multiplexer 22 ist ausgelegt zum Auswählen von einem von der Sensoreingabe V_IN und der Ausgabespannung des zweiten Spannungsreferenzgenerators 20 und Weiterleiten der ausgewählten Spannung an den ADC 12. Zu einem Zeitpunkt wählt beispielsweise der Multiplexer 22 die Sensoreingabe V_IN und leitet die Sensoreingabe V_IN an den ADC 12 weiter. Umgekehrt wählt zu einem anderen Zeitpunkt, wenn der zweite Spannungsreferenzgenerator 20 die zweite Spannungsreferenz V_REF2 als Kalibrierungsspannung V_CAL ausgibt, der Multiplexer 22 die Kalibrierungsspannung V_CAL und leitet die Kalibrierungsspannung V_CAL an den ADC 12 weiter.
Im Normalbetrieb, wenn der Multiplexer ausgelegt ist zum Ausgeben der Sensorspannung V_IN, erzeugt der ADC 12 den digitalen Ausgabecode für die Sensoreingabe V_IN durch Vergleichen der Sensoreingabe V_IN mit der Spannungsreferenz V_REF1. Als solches hängt der digitale Ausgabecode für die Sensoreingabe V_IN von der Spannungsreferenz V_REF1 ab. Entsprechend muss die erste Spannungsreferenz V_REF1 genau sein, damit der ADC 12 einen akkuraten digitalen Ausgabecode für die Sensoreingabe V_IN ausgibt.
Das System 10 beinhaltet eine Mikrosteuerung („Steuerung“) 18. Wie in 1 gezeigt ist, ist die Ausgabe des ADC 12 mit der Steuerung 18 derart verbunden, dass die Steuerung 18 den digitalen Ausgabecode für die Sensoreingabe V_IN von dem ADC 12 empfängt. Die Steuerung 18 verwendet im Allgemeinen den digitalen Ausgabecode für die Sensoreingabe V_IN zur Steuerung von verschiedenen Funktionen. Beispielsweise erzeugt bei einem Ausführungsbeispiel der Sensor 16 eine Sensoreingabe V_IN zur Angabe einer gemessenen physikalischen Größe einer Batterie eines Elektrofahrzeuges, und die Steuerung 18 steuert den Betrieb der Batterie auf Grundlage des entsprechenden digitalen Ausgabecodes für die Sensoreingabe VIN.
Der zweite Spannungsreferenzgenerator 20 ist mit einer Schaltanordnung 24 verknüpft, die einen Schalter S1 aufweist. Der Schalter S1 ist zwischen zwei Schaltpositionen bewegbar. In der ersten Schaltposition ist der Schalter S1 mit einer Spannungsversorgung V_DD verbunden, wodurch der zweite Spannungsreferenzgenerator 20 mit Leistung für seinen Betrieb versorgt wird. Als Ergebnis der Leistungsversorgung durch die Spannungsversorgung V_DD wird der zweite Spannungsreferenzgenerator 20 in die Lage versetzt, die zweite Spannungsreferenz V_REF2 zu erzeugen und dadurch die zweite Spannungsreferenz V_REF2 als Kalibrierungsspannung V_CAL auszugeben. In der zweiten Schaltposition ist der Schalter S1 mit Masse (in 1 gezeigt) verbunden, damit der zweite Spannungsreferenzgenerator 20 nicht mit Leistung für seinen Betrieb versorgt wird. Infolgedessen werden 0 V von dem zweiten Spannungsreferenzgenerator 20 effektiv als Kalibrierungsspannung V_CAL ausgegeben.
Die Steuerung 18 ist ausgelegt für einen Steuerbetrieb des Schalters S1 zwischen den beiden Schaltpositionen. Die Steuerung 18 erzeugt ein Steuersignal CAL / IN, wenn der Schalter S1 in der ersten Schaltposition sein soll, in der der erste Schalter S1 mit der Spannungsversorgung V_DD verbunden ist, wodurch der zweite Spannungsreferenzgenerator 20 in die Lage versetzt wird, die zweite Spannungsreferenz V_REF2 als Kalibrierungsspannung V_CAL zu erzeugen. Als solches wird die Kalibrierungsspannung V_CAL unter Verwendung eines Spannungsreferenzgenerators mit einer schaltbaren Versorgung, die von der Steuerung 18 gesteuert wird, erzeugt. Mit anderen Worten, die Kalibrierungsspannung V_CAL kann zu einer beliebigen Zeit ein-/ausgeschaltet werden. Daher kann die Eingabe des Multiplexers 22, wovon eine Verbindung zu dem zweiten Spannungsreferenzgenerator 20 besteht, einen von zwei festen Werten aufweisen, nämlich entweder die zweite Spannungsreferenz V_REF2 oder 0 V.
Zusätzlich dazu, dass es für den Schalter S1 bereitgestellt wird, damit der Schalter S1 in der ersten Position sein kann, in der der zweite Spannungsreferenzgenerator 20 eingeschaltet ist, um die zweite Spannungsreferenz V_REF2 als Kalibrierungsspannung V_CAL zu erzeugen, wird das Steuersignal CAL / IN gleichzeitig von der Steuerung 18 für den Multiplexer 22, wie in 1 gezeigt ist, bereitgestellt. Der Auswahlbetrieb des Multiplexers 22 ist analog zu dem Schaltbetrieb des Schalters S1 dahingehend, dass der Multiplexer 22 die Kalibrierungsspannung V_CAL bei gleichzeitigem Empfang des Steuersignals CAL / IN auswählt. Während das Steuersignal CAL / IN nicht von der Steuerung 18 für den Schalter S1 und daher nicht für den Multiplexer 20 bereitgestellt wird, wählt der Multiplexer 22 demgegenüber die Sensoreingabe V_IN aus.
Als solches wählt, wenn der zweite Spannungsreferenzgenerator 20 durch den vorbeschriebenen Betrieb gesteuert wird, um die zweite Spannungsreferenz V_REF2 als Kalibrierungsspannung V_CAL auszuwählen, der Multiplexer 22 die Kalibrierungsspannung V_CAL anstelle der Sensoreingabe V_IN aus und stellt die Kalibrierungsspannung V_CAL für den ADC 12 bereit. In diesem Fall wird eigentlich die zweite Spannungsreferenz V_REF2 anstelle der Sensoreingabe V_IN als analoges Eingabesignal für den ADC 12 bereitgestellt. Der ADC 12 wiederum wandelt dieses analoge Eingabesignal, das während dieser Zeit die zweite Spannungsreferenz V_REF2 ist, in einen digitalen Ausgabecode unter Verwendung der ersten Referenzspannung V_REF1 um.
Wenn alternativ der zweite Spannungsreferenzgenerator 20 durch den vorbeschriebenen Betrieb gesteuert wird, um 0 V auszugeben, wählt der Multiplexer 22 die Sensoreingabe V_IN anstelle der 0 V aus und stellt die Sensoreingabe V_IN für den ADC 12 bereit. In diesem Fall wird die Sensoreingabe V_IN für den ADC 12 durch den herkömmlichen ADC-Betrieb bereitgestellt. Der ADC 12 wandelt wiederum die Sensoreingabe V_IN in einen digitalen Ausgabecode unter Verwendung der ersten Referenzspannung V_REF1 um.
Insgesamt ist das System 10 ausgelegt zum Bereitstellen der Sensoreingabe V_IN für den ADC 12 in einem Normalbetriebsmodus. So kann beispielsweise der ADC 12 die Sensoreingabe V_IN in eine digitale Spannung derart umwandeln, dass eine gewünschte Funktion für das Fahrzeug ausgeführt wird. Der ADC 12 kann eine beliebige Anzahl von Kanälen beinhalten. Zum Testen eines bestimmten Kanals des ADC 12 auf Drift erzeugt der zweite Spannungsreferenzgenerator 20 die zweite Referenzspannung V_REF2 als Kalibrierungsspannung V_CAL, die an den ADC 12 für kurze Zeitspannen angelegt wird (das heißt, wenn das System 10 in einen Testmodus versetzt wird). Das System 10 kann in den Testmodus während seines Lebens versetzt werden, um einen bestimmten Kanal in dem ADC 12 auf Drift zu testen. Für den Fall, dass ein oder mehrere Kanäle des ADC 12 erfasst werden, die außerhalb eines Bereiches sind, nachdem die Kalibrierungsspannung V_CAL angelegt ist, kann das System 10 ein Benachrichtigungssignal erzeugen, um dem Fahrer anzuzeigen, dass das System 10 einer Wartung (oder eines Austausches) infolge der Drift bedarf.
Zum Versetzen des Systems 10 in den Testmodus steuert die Steuerung 18 den Schalter S1 zum Schließen (beispielsweise über das Steuersignal CAL / IN) derart, dass die Spannungsversorgung V_DD einen zweiten Spannungsreferenzgenerator 20 mit Leistung für seinen Betrieb versorgt. Der zweite Spannungsreferenzgenerator 20 wird wiederum aktiviert, um die zweite Spannungsreferenz V_REF2 als Kalibrierungsspannung V_CAL zur Bereitstellung für den Multiplexer 22 zu erzeugen. Im Testmodus deaktiviert die Steuerung 18 die Sensoreingabe V_IN für den Multiplexer 22, um zu verhindern, dass die Sensoreingabe V_IN für den ADC 12 bereitgestellt wird, während die Eingabe für den Multiplexer 22 aktiviert wird, damit die Kalibrierungsspannung V_CAL (die die zweite Spannungsreferenz V_REF2 während des Testmodus ist) hieraus und weiter zu dem ADC 12 geleitet wird.
Eine Messung wird an einem bestimmten Kanal des ADC 12 durchgeführt, um zu bestimmen, ob die Spannung innerhalb eines vorbestimmten Bereiches ist. Ist die gemessene Spannung innerhalb des Bereiches, so bestimmt die Steuerung 18, dass der bestimmte Kanal des ADC 12 keine Driftbedingung aufweist. Ist die gemessene Spannung außerhalb des Bereiches, so bestimmt die Steuerung 18, dass der bestimmte Kanal des ADC 12 eine Driftbedingung aufweist. An diesem Punkt wird der Anwender informiert, dass das System 10 gegebenenfalls einer Wartung oder eines Austausches bedarf. Durch Anlegen der Spannungskalibrierung V_CAL (das heißt der zweiten Spannungsreferenz V_REF2) für kurze Zeitspannen kann eine derartige Bedingung die Integrität des zweiten Spannungsreferenzgenerators 20 (oder der Leistungsversorgung V_DD) erhalten, um sicherzustellen, dass eine derartige Komponente selbst nicht mit der Zeit driftet. Der Wert der zweiten Spannungsreferenz V_REF2 kann von der selben Größenordnung oder auch von einer anderen Größenordnung der Sensoreingabe V_IN sein.
In 2 und auch in 1 gezeigt ist ein Zeitdiagramm 30 zur Angabe dessen, wann der zweite Spannungsreferenzgenerator 20 aktiviert wird und eine Spannungsreferenz V_REF2 als Kalibrierungsspannung V_CAL erzeugt, entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Zeitdiagramm 30 zeigt eine Testwellenform zum Erfassen der Integrität des ADC 12. Erneut wird der zweite Spannungsreferenzgenerator 20 aktiviert, um eine zweite Spannungsreferenz V_REF2 zu erzeugen, wenn das Steuersignal CAL / IN von der Steuerung 18 für den Schalter S1 bereitgestellt wird, der mit dem zweiten Spannungsreferenzgenerator 20 verknüpft ist. Das Zeitdiagramm 30 zeigt das Steuersignal CAL / IN, das periodisch von der Steuerung 18 bereitgestellt wird. Als solches wird die zweite Spannungsreferenz V_REF2 anstelle der Sensoreingabe V_IN periodisch für den ADC 12 bereitgestellt.
Wird die zweite Spannungsreferenz V_REF2 anstelle der Sensoreingabe V_IN für den ADC 12 nur für kurze Zeitspannen bereitgestellt, so wird die Schwankung der zweiten Spannungsreferenz V_REF2 infolge der Alterung minimiert. Im Ergebnis kann eine vergleichsweise höhere Schwankung der ersten Spannungsreferenz V_REF1 aus dem Spannungsreferenzgenerator 14 ausgeglichen werden. Man beachte, dass die erste Spannungsreferenz V_REF1 aus dem ersten Spannungsreferenzgenerator 14 von dem ADC 12 beim Umwandeln eines analogen Eingabesignals, so beispielsweise der Sensoreingabe V_IN, in einen digitalen Ausgabecode verwendet wird. Als solches ist ein Ausgleich der Schwankungen der ersten Spannungsreferenz V_REF1 erwünscht, um sicherzustellen, dass die Wandlung der Sensoreingabe V_IN in den digitalen Ausgabecode genau ist.
Wie in weiterhin in 2 gezeigt ist, nachverfolgt zur Minimierung der Anzahl von Kalibrierungen die Steuerung 18 die Schwankungen der ersten Spannungsreferenz V_REF1, die von dem ersten Spannungsreferenzgenerator 14 für den ADC 12 bereitgestellt wird, und stellt die zweite Spannungsdifferenz V_REF2 anstelle der Sensoreingabe V_IN für den ADC 12 zu gewissen Zeiten entsprechend den nachfolgenden Gleichungen bereit: $Δ t [N] = f (Δ V [N], Δ V [N - 1], \dots, Δ V [1] N \geq 1$
$Δ t [N] = t [N] - T [N - 1]$
$Δ V [N] = V_{REF_MEAS} [N] - V_{REF_MEAS} [N - 1]$
V_{REF_MEAS} ist die digitale Codeausgabe des ADC 12, wenn die zweite Referenzspannung V_REF2 für den ADC 12 anstelle der Sensoreingabe V_IN bereitgestellt wird. Als solches ist ΔV[N] die Differenz zwischen den digitalen Codeausgaben des ADC 12, wenn die zweite Referenzspannung V_REF2 für den ADC 12 anstelle der Sensoreingabe V_IN während des N-ten Steuersignals CAL / IN und des (N-1)-ten Steuersignals CAL / IN bereitgestellt wird.
Insbesondere lauten die korrekten Ausdrücke: $Δ t [N] = tMIN + (tMAX - tMIN) / (1 + k * Δ V [N]) N \geq 1$
oder $Δ t [N] = tMIN + (tMAX - tMIN) * exp (-k+ Δ V [N]) N \geq 1$
Die Steuerung 18 analysiert die V_{REF_MEAS}-Messungen über wenigstens einen Satz von N Proben, um Schwankungen bei der ersten Spannungsreferenz V_REF1 in Abhängigkeit von der Zeit nachzuverfolgen. Derartige Schwankungen sind dann erkennbar, wenn die V_{REF_MEAS}-Messungen miteinander in Abhängigkeit von der Zeit schwanken, wenn die zweite Spannungsreferenz V_REF2 konstant ist. Umgekehrt sind derartige Schwankungen erkennbar, wenn die V_{REF_MEAS}-Messungen nicht miteinander in Abhängigkeit von der Zeit entsprechend einer vorbestimmten Schwankung der zweiten Spannungsreferenz V_REF2 schwanken. Beim Erfassen einer Schwankung kann die Steuerung 18 die Schwankung durch Berücksichtigen einer Offsetspannung zum Nullen der Schwankung ausgleichen. Eine derartige Offsetspannung wird von der Steuerung 18 während des Betriebes des ADC 12 beim Wandeln der Sensoreingabe V_IN in einen digitalen Ausgabecode berücksichtigt.
Darüber hinaus kann die Steuerung 18 eine Plausibilitätsprüfung oder Bewertung zwischen den ersten und zweiten Spannungsreferenzen (V_REF1 und V_REF2) vornehmen. Insbesondere wenn die Differenz zwischen den ΔV[N]-Werten eine spezifische untere Schwelle (auf Grundlage vorgegebener Schranken) nicht übersteigt, ist der Plausibilitätswert der Messung nicht betroffen. Sobald der gemessene Wert die untere Schwelle übersteigt, beginnt die Verschlechterung. Bei Überschreiten der oberen Schwelle ist der Messintegritätswert maximal verschlechtert und erreicht einen Minimalwert. In diesem Fall ist die Messung nicht verlässlich, und es sollte ein Alarm aktiviert werden.
Wie wiederum in 1 gezeigt ist, ist die Steuerung 18 des Weiteren zum Empfangen eines Temperatursensorsignals von einem Temperatursensor 26 ausgelegt. Der Temperatursensor 26 kann die Temperatur der Komponenten des Systems 10, das einen oder mehrere der ADC 12, den ersten Spannungsreferenzgenerator 14 und den zweiten Spannungsreferenzgenerator 20 beinhaltet, überwachen. Die Steuerung 18 kann derartige Temperatursignale verwenden, um beim Nachverfolgen von Schwankungen der ersten Spannungsreferenz VREF1 und/oder beim Ausgleichen derartiger Schwankungen behilflich zu sein.
In 3 und weiterhin in 1 gezeigt ist ein Blockdiagramm eines Systems 40 zum Überwachen einer Schwankung der Spannungsreferenz eines ADC entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Analog-zu-Digital-Wandler wieder der ADC 12. Das System 40 beinhaltet die gleichen Komponenten wie das System 10, wobei derartige Komponenten mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Insbesondere beinhaltet das System 10 den ersten Spannungsreferenzgenerator 14 zum Bereitstellen der ersten Spannungsreferenz V_REF1 für den ADC 12, den zweiten Spannungsreferenzgenerator 20 zum Bereitstellen der zweiten Referenzspannung V_REF2 für den ADC 12, die Steuerung 18 zum Empfangen und Verarbeiten des digitalen Ausgabecodes aus dem ADC 12 und den Temperatursensor 26. Das System 40 beinhaltet andere Komponenten (so beispielsweise den Sensor 16, den Multiplexer 22 oder die Schaltvorrichtung 2), die in der Figur nicht gezeigt sind.
Das System 40 beinhaltet des Weiteren einen Spannungsgenerator 42. Der Spannungsgenerator 42 ist nahe an dem Sensor 16 des Systems 10 gemäß Darstellung in 1 und zum Bereitstellen eines analogen Spannungssignals (beispielsweise einer Sensoreingabe V_IN) für den ADC 12 ausgelegt. Der ADC 12 verwendet die erste Spannungsreferenz V_REF1 beim Umwandeln der Sensoreingabe V_IN in einen digitalen Ausgabecode, wie vorstehend beschrieben worden ist.
Die Steuerung 18 ist ausgelegt zum Bereitstellen eines pulsbreitenmodulierten Signals („PWM“) für den Spannungsgenerator 42. ist das PWM-Signal hoch, so ist der Spannungsgenerator 42 in der Lage, die Sensoreingabe V_IN für den ADC 12 bereitzustellen. Wenn umgekehrt das PWM-Signal niedrig ist, wird verhindert, dass der Spannungsgenerator 42 die Sensoreingabe V_IN für den ADC 12 bereitstellt.
Der ADC 12 des Systems 40 gemäß Darstellung in 3 beinhaltet einen internen Multiplexer (nicht gezeigt). Der interne Multiplexer wählt zwischen zwei Eingaben aus, nämlich der zweiten Referenzspannung V_REF2 und der Sensoreingabe V_IN. Insbesondere wählt der interne Multiplexer die Sensoreingabe V_IN anstelle der zweiten Referenzspannung V_REF2 aus, wenn der Spannungsgenerator 42 aktiviert ist. In diesem Fall wird die Sensoreingabe V_IN für den ADC 12 durch den herkömmlichen ADC-Betrieb bereitgestellt. Demgegenüber wählt der interne Multiplexer die zweite Referenzspannung V_REF2 anstelle der Sensoreingabe V_IN aus, wenn der Spannungsgenerator 42 deaktiviert ist. In diesem Fall wird eigentlich die zweite Spannungsreferenz V_REF2 anstelle der Sensoreingabe V_IN für den ADC 12 bereitgestellt.
Wie vorstehend beschrieben worden ist, erzeugt wiederum der ADC 12 einen digitalen Ausgabecode der ausgewählten Eingabe unter Verwendung der ersten Referenzspannung V_REF1. Des Weiteren analysiert die Steuerung 18 in Abhängigkeit von der Zeit die digitalen Ausgabecodes, wenn die zweite Spannungsreferenz V_REF2 anstelle der Sensoreingabe V_IN für den ADC 12 bereitgestellt wird. Die Steuerung 18 nimmt diese Analyse auf die vorbeschriebene Weise vor, um Schwankungen der ersten Spannungsreferenz V_REF1 nachzuverfolgen und/oder derartige Schwankungen auszugleichen.
Wie in 1 und 3 gezeigt ist, kann das nachfolgende Verfahren bei dem System 10 eingesetzt werden, um die Drift in den Kanälen des ADC 12 zu minimieren.

(1) Speichern von Daten für elektronische Bauteile (gemäß Bereitstellung durch den Hersteller der Bauteile) in einer Tabelle oder einem Algorithmus innerhalb der Steuerung 18;
(2) Kalibrieren der Kanäle des ADC 12 bei der Herstellung der elektronischen Schaltung für eine Anfangsanpassung und auch zum Registrieren der Differenzen zwischen den Kanälen;
(3) periodisches Erden eines Kanals (über eine Schaltvorrichtung) zum Messen der Drift zu jenem bestimmten Zeitpunkt; und
(4) entsprechendes Ausgleichen des Kanals und Verwenden der vorher geladenen Daten, Schätzen und Ausgleichen der Driften in den anderen Kanälen.

Das vorbeschriebene Verfahren kann auch bei einem ADC 12 angewandt werden, der separat von der Steuerung 18 (oder einer anderen geeigneten Vorrichtung) ist, vorausgesetzt, dass geeignete Daten verfügbar sind, oder sogar bei einigen von ihnen, wenn sie nahe genug sind, um die gleichen Temperaturschwankungen aufzuweisen. Sind mehrere ICs mit dem ADC 12 voneinander ausreichend getrennt, dass sie gemeinsam ähnliche Temperaturdriften aufweisen (beispielsweise infolge einer Wärmequelle in derselben Schaltung), so kann dies eingesetzt werden, wenn die Temperaturdifferenzen identifiziert und tabuliert oder auf andere Weise vorab gespeichert worden sind, sodass die Steuerung 18 in der Lage ist, den Rest der Driften des ADC 12 durch die Messung einer einzigen zu schätzen.
Eine Verbindung mit Masse kann als externe Referenz verwendet werden, da sie den stabilsten Wert in dem System 10 darstellen kann. Gleichwohl können auch andere Quellen (außerhalb des ADC 12 und der Steuerung 18) verwendet werden, wenn keine Erdung zur Verfügung steht oder unpraktisch ist (beispielsweise Messungen mit Positiv bzw. Plus als Referenz, verrauschte Masse und dergleichen mehr).
Wie hier beschrieben wird, betreffen wenigstens einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung das Konzept des Einführens einer zweiten Spannungsreferenz zur Überwachung von Schwankungen bei der ADC-Spannungsreferenz. Mit der zusätzlichen Spannungsreferenz wird es möglich, eine Spannung mit einer vorbestimmten Schwankung zu erzeugen, um zu prüfen, ob die gemessene Spannung der vorbestimmten Schwankung folgt oder nicht. Da die Betriebsparameter, so beispielsweise die Temperatur, ebenfalls überwacht werden, ist diese Fähigkeit zudem möglich. Derartige Ausführungsbeispiele können eine Art von Spannungsreferenzbewertung durch doppelte Selbstprüfung (double self-checking) bereitstellen. Im Gegensatz hierzu ist es bei nur einer Spannungsreferenz schwierig, wenn nicht unmöglich, die Schwankung in der Spannungsreferenz infolge äußerer Bedingungen bzw. Paramater, der Alterung und dergleichen zu erkennen. Wie hier beschrieben ist, besteht eine beabsichtigtes Ziel wenigstens einiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung darin, dass die Schwankung der Spannungsreferenz bei Detektionssystemen (acquisition Systems) minimiert wird.
Wie hier beschrieben worden ist, betreffen einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ein fahrzeuginternes Sensorsystem, das ausgelegt ist zum Minimieren der Wirkung einer Alterung der ADC-Schaltung (das heißt ein fahrzeuginternes Sensorsystem mit Alterungsbeständigkeit).
Andere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung stellen eine Umgebung bereit, in der der Wandler ein Digital-zu-Analog-Wandler („DAC“) im Gegensatz zu einem ADC ist. DAC-Funktionen sind zu ADC dahingehend gegensätzlich, dass ein DAC ein digitales Eingabesignal in ein analoges Ausgabesignal umwandelt. Gleichwohl verwendet auch ein DAC eine Spannungsreferenz beim Durchführen der Umwandlung. Als solches muss genau wie beim ADC die Spannungsreferenz präzise sein, damit die Umwandlung akkurat sein kann.
Obwohl exemplarische Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben worden sind, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsbeispiele sämtlichen möglichen Formen der vorliegenden Erfindung beschreiben. Vielmehr sind die Worte, die in der Beschreibung verwendet werden, Worte der Beschreibung und nicht der Beschränkung, und es sollte einsichtig sein, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Umfang der Erfindung abzugehen. Zusätzlich können die Merkmale von verschiedenen implementierenden Ausführungsbeispielen kombiniert werden, um weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zu bilden.

Claims

System (10, 40), umfassend: einen Wandler (12), der ausgelegt ist zum Empfangen eines Sensorsignals zur Angabe einer physikalischen gemessenen Größe und Erzeugen eines Ausgabesignals auf Grundlage des Sensorsignals und einer Spannungsreferenz, wobei der Wandler (12) des Weiteren ausgelegt ist zum abwechselnden Empfangen einer Kalibrierungsspannung anstelle des Sensorsignals und Erzeugen des Ausgabesignals auf Grundlage der Kalibrierungsspannung und der Spannungsreferenz; und eine Steuerung (18), die ausgelegt ist zum Vergleichen des Ausgabesignals auf Grundlage der Kalibrierungsspannung und der Spannungsreferenz mit einem erwarteten Wert des Ausgabesignals auf Grundlage der Kalibrierungsspannung und eines angenommenen Wertes der Spannungsreferenz zum Erfassen einer Schwankung der Spannungsreferenz, wobei die Steuerung (18) dazu ausgelegt ist, das Ausgabesignal auf Grundlage der Kalibrierungsspannung und der Spannungsreferenz über einen Satz von Proben zu analysieren, um Schwankungen bei der Spannungsreferenz in Abhängigkeit von der Zeit nachzuverfolgen.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuerung (8) dazu ausgelegt ist zum Steuern wann der Wandler (12) die Kalibrierungsspannung anstelle des Sensorsignals empfängt.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steuerung (18) des Weiteren ausgelegt ist zum Ausgleichen des Ausgabesignals auf Grundlage des Sensorsignals und der Spannungsreferenz als Funktion der erfassten Schwankung der Spannungsreferenz.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, des Weiteren umfassend: einen Spannungsgenerator (14), der ausgelegt ist zum Erzeugen der Spannungsreferenz und Bereitstellen der Spannungsreferenz für den Wandler (12).
System nach einem der vorherigen Ansprüche, des Weiteren umfassend: einen Spannungsgenerator (20), der ausgelegt ist zum Erzeugen der Kalibrierungsspannung für einen Empfang durch den Wandler (12).
System nach einem der vorherigen Ansprüche, des Weiteren umfassend: einen Sensor (16), der ausgelegt ist zum Erzeugen des Sensorsignals für einen Empfang durch den Wandler (12).
System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Wandler (12) ein Analog-zu-Digital-Wandler ist.
System (10, 40), umfassend: einen ersten Spannungsgenerator (14), der ausgelegt ist zum Erzeugen einer Spannungsreferenz; einen Wandler (12), der ausgelegt ist zum Erzeugen eines Ausgabesignals auf Grundlage eines Eingabesignals und der Spannungsreferenz; einen zweiten Spannungsgenerator (20), der ausgelegt ist zum Erzeugen einer Kalibrierungsspannung; einen Sensor (16), der ausgelegt ist zum Erzeugen eines Sensorsignals zur Angabe einer physikalischen gemessenen Größe; und eine Steuerung (18), die ausgelegt ist zum Steuern des Wandlers (12) zum Empfangen des Sensorsignals als Eingabesignal derart, dass der Wandler (12) das Ausgabesignal auf Grundlage des Sensorsignals und der Spannungsreferenz erzeugt, zum Steuern des Wandlers (12) zum abwechselnden Empfangen der Kalibrierungsspannung als Eingabesignal anstelle des Sensorsignals derart, dass der Wandler (12) das Ausgabesignal auf Grundlage der Kalibrierungsspannung und der Spannungsreferenz erzeugt, zum Vergleichen des Ausgabesignals auf Grundlage der Kalibrierungsspannung und der Spannungsreferenz mit einem erwarteten Wert des Ausgabesignals auf Grundlage der Kalibrierungsspannung und eines angenommenen Wertes der Spannungsreferenz zum Erfassen einer Schwankung der Spannungsreferenz, und zum Analysieren des Ausgabesignals auf Grundlage der Kalibrierungsspannung und der Spannungsreferenz über einen Satz von Proben, um Schwankungen bei der Spannungsreferenz in Abhängigkeit von der Zeit nachzuverfolgen.
System nach Anspruch 8, wobei die Steuerung (18) des Weiteren ausgelegt ist zum Ausgleichen des Ausgabesignals auf Grundlage des Sensorsignals und der Spannungsreferenz als Funktion der erfassten Schwankung der Spannungsreferenz.
System nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Wandler (12) ein Analog-zu-Digital-Wandler ist.
Verfahren, umfassend: an einem Wandler (12) erfolgendes Empfangen eines Sensorsignals zur Angabe einer physikalischen gemessenen Größe und durch den Wandler (12) erfolgendes Erzeugen eines Ausgabesignals auf Grundlage des Sensorsignals und einer Spannungsreferenz; an dem Wandler (12) erfolgendes abwechselndes Empfangen eines Kalibrierungssignals anstelle des Sensorsignals und durch den Wandler (12) erfolgendes Erzeugen des Ausgabesignals auf Grundlage des Kalibrierungssignals und der Spannungsreferenz; und Vergleichen des Ausgabesignals auf Grundlage der Kalibrierungsspannung und der Spannungsreferenz mit einem erwarteten Wert des Ausgabesignals auf Grundlage der Kalibrierungsspannung und eines angenommenen Wertes der Spannungsreferenz zum Erfassen einer Schwankung der Spannungsreferenz, wobei das Ausgabesignal auf Grundlage der Kalibrierungsspannung und der Spannungsreferenz über einen Satz von Proben analysiert wird, um Schwankungen bei der Spannungsreferenz in Abhängigkeit von der Zeit nachzuverfolgen.
Verfahren nach Anspruch 11, des Weiteren umfassend: Steuern, wann der Wandler (12) die Kalibrierungsspannung anstelle des Sensorsignals empfängt, derart, dass der Wandler (12) periodisch die Kalibrierungsspannung anstelle des Sensorsignals empfängt.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, des Weiteren umfassend: Ausgleichen des Ausgabesignals auf Grundlage des Sensorsignals und der Spannungsreferenz als Funktion der erfassten Schwankung der Spannungsreferenz.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, des Weiteren umfassend: Erzeugen der Spannungsreferenz an einem Spannungsgenerator (14) und Bereitstellen der Spannungsreferenz von dem Spannungsgenerator (14) für den Wandler (12).
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, des Weiteren umfassend: Erzeugen der Kalibrierungsspannung an einem Spannungsgenerator (20) für einen Empfang durch den Wandler (12).
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, des Weiteren umfassend: Erzeugen des Sensorsignals an einem Sensor (16) für einen Empfang durch den Wandler (12).
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei der Wandler (12) ein Analog-zu-Digital-Wandler ist.