DE102013009052B4

DE102013009052B4 - System und Verfahren zur Skalierung einer Ausgabe eines Modulators eines Sigma-Delta-Analog/Digital-Wandlers und Systeme und ein Verfahren zur Kompensierung von temperaturabhängigen Schwankungen einer Referenzspannung in einem Sigma-Delta-Analog/Digital-Wandler

Info

Publication number: DE102013009052B4
Application number: DE102013009052.0A
Authority: DE
Inventors: Michael Hausmann; Heimo Hartlieb
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2013-05-28
Publication date: 2021-12-09
Anticipated expiration: 2033-05-29
Also published as: US8659455B2; DE102013009052A1; CN103457608A; US20130321188A1; CN103457608B

Abstract

System zur Skalierung einer Ausgabe eines Modulators eines Sigma-Delta-Analog/Digital-Wandlers (ADW), das Folgendes aufweist:ein Dezimationsfilter, dessen Dezimierungslänge durch einen Dezimierungslängenwert einstellbar ist, der als eine Eingabe durch das Dezimationsfilter empfangen wird, wobei der Dezimierungslängenwert proportional zu einem Quotienten aus einer Länge eines Ausgabebereichs des Sigma-Delta-ADW und einer Länge eines vorbestimmten Ergebnisbereichs ist, auf den der Ausgabebereich des Sigma-Delta-ADW skaliert wird, und wobei das Dezimationsfilter dafür konfiguriert ist, die Ausgabe des Modulators des Sigma-Delta-ADW zu empfangen und die empfangene Ausgabe des Modulators des Sigma-Delta-ADW unter Verwendung des Dezimierungslängenwertes zu dezimieren.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System und Verfahren zur Skalierung einer Ausgabe eines Modulators eines Sigma-Delta-Analog/Digital-Wandlers und auf Systeme und ein Verfahren zur Kompensierung von temperaturabhängigen Schwankungen einer Referenzspannung in einem Sigma-Delta-Analog/Digital-Wandler.
In vielen Anwendungen, wie zum Beispiel in integrierten Schaltkreisen für das Lithium-Ionen-Batterie-Management, werden hochgenaue Spannungsmessungen benötigt, die extrem kleine absolute Fehler (z.B. < 1,5 mV) erfordern.
Diese Spannungsmessungen können unter Verwendung von Sigma-Delta-Analog/Digital-Wandlern (ADWs) ausgeführt werden. Sigma-Delta-ADWs geben einen Bitstrom aus, der einen Mittelwert aufweist, der dem Mittelwert des Eingangssignals entspricht, d.h. die „Impulsdichte“, welche die Anzahl an „1en“ in einer vorher definierten Gesamtanzahl von Bits ist, entspricht dem Spannungswert, der von dem Sigma-Delta-ADW gemessen wurde.
Der Ausgabebereich eines Sigma-Delta-ADW (nativer bzw. natürlicher ADW-Bereich) wird durch eine oder zwei Referenzspannung(en) definiert, die aber nicht fest ist bzw. sind, sondern mit der Temperatur oder mit anderen physikalischen Größen schwanken kann bzw. können. Deshalb muss dann, wenn Spannungen mit Hilfe eines Sigma-Delta-ADW gemessen werden, der Bereich der zu messenden Spannungen (korrigierter Ergebnisbereich) kleiner als der kleinste natürliche ADW-Bereich (der „ungünstigste Fall“ des natürlichen ADW-Bereichs) sein.
Für eine Transformation des natürlichen Bereichs in den korrigierten Ergebnisbereich werden die ausgegebenen Werte skaliert und, falls notwendig, versatzkorrigiert (Offset-korrigiert). Bedingt durch schwankende (z.B. temperaturabhängige) Referenzspannungen ist es wünschenswert, dass die Transformation adaptiv einstellbar ist, so dass die Transformation kontinuierlich an schwankende Referenzspannungen angepasst werden kann. Anderenfalls wären z.B. die Temperaturstabilitätsanforderungen für die Referenz(en) in Abhängigkeit von der benötigten Messgenauigkeit sehr hoch oder sogar nicht machbar.
Herkömmliche Lösungsansätze für das Ausführen der Transformation des natürlichen Bereichs in den korrigierten Ergebnisbereich verwenden Gleitkomma-Rechnungen in einem Mikrocontroller für die Skalierung der Ausgabe eines Sigma-Delta-ADW. Eine solche Lösung ist auf Chipebene sehr schwierig herstellbar und benötigt eine Haltleitertechnologie, die eine hohe Integrationsdichte von Schaltkreisen aufweist. Des Weiteren wird, wenn die Berechnungen, die für die Skalierung der Sigma-Delta-ADW-Ausgabe benötigt werden, zu einem Mikrocontroller übertragen werden, eine kontinuierliche Anpassung der Skalierung der Sigma-Delta-ADW-Ausgabe an schwankende Referenzspannungen (bedingt durch z.B. Temperaturänderungen) schwierig sein.
Die US 5 548 540 A1 und die US 7 193 544 B1 offenbaren jeweils Systeme zur Skalierung einer Ausgabe eines Modulators mit einem Dezimationsfilter, das einen programmierbarem Dezimationslängenwert aufweist.
Die US 5 157 395 A offenbart eine variable Dezimierungsarchitektur für Sigma-Delta-Wandler basierend auf Filtern mit unendlicher Impulsantwort (FIR-Filtern).
Die US 6 788 233 B1 offenbart eine weiteres steuerbares Dezimationsfilter.
Die DE 69 812 965 T2 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Schwingungsüberwachung basierend auf digitalen Filtern.
Es besteht zum Beispiel ein Bedarf an einem Verfahren und/oder System zur Skalierung von Sigma-Delta-ADW-Ausgaben und/oder zur Kompensierung von Änderungen von Referenzspannungen von Sigma-Delta-ADWs, die weniger komplexe Schaltungen und eine niedrigere Integrationsdichte von Schaltkreisen benötigen, wobei ein Dezimierungslängenwert an Erfordernisse angepasst werden soll oder eine Temperaturabhängigkeit berücksichtigt werden soll.
Es werden ein System nach Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 4 oder 5 und ein System nach Anspruch 6 oder 7 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsformen.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der Erfindung ist ein System zur Skalierung einer Ausgabe eines Modulators eines Sigma-Delta-Analog/Digital-Wandlers (ADW) bereitgestellt, das ein Dezimationsfilter aufweist, dessen Dezimierungslänge durch einen durch einen Dezimierungslängenwert einstellbar ist, der als eine Eingabe durch das Dezimationsfilter empfangen wird, wobei der Dezimierungslängenwert proportional zu einem Quotienten aus einer Länge eines Ausgabebereichs des Sigma-Delta-ADW und einer Länge eines vorbestimmten Ergebnisbereichs ist, auf den der Ausgabebereich des Sigma-Delta-ADW skaliert wird, und wobei das Dezimationsfilter dafür konfiguriert ist, die Ausgabe des Modulators des Sigma-Delta-ADW zu empfangen und die empfangene Ausgabe des Modulators des Sigma-Delta-ADW unter Verwendung des Dezimierungslängenwertes zu dezimieren.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Skalierung einer Ausgabe eines Modulators eines Sigma-Delta-Analog/Digital-Wandlers (ADW) bereitgestellt, das die folgenden Schritte umfasst, die von einem Dezimationsfilter ausgeführt werden, das eine einstellbare Dezimierungslänge aufweist:

Empfangen eines Dezimierungslängenwertes, wobei der Dezimierungslängenwert auf der Grundlage eines Quotienten aus einer Länge eines Ausgabebereichs des Sigma-Delta-ADW und einer Länge eines vorbestimmten Ergebnisbereichs ermittelt wird, auf den der Ausgabebereich des Sigma-Delta-ADW skaliert wird;
Empfangen der Ausgabe des Modulators des Sigma-Delta-ADW; Dezimieren der empfangenen Ausgabe des Modulators des Sigma-Delta-ADW unter Verwendung des empfangenen Dezimierungslängenwertes.

Vorteilhaft entspricht der Dezimierungslängenwert dem Produkt aus einer Auflösung des vorbestimmten Ergebnisbereichs und dem Quotienten aus der Länge des Ausgabebereichs des Sigma-Delta-ADW und der Länge des vorbestimmten Ergebnisbereiches.
Vorteilhaft ist ein Ausgabebereich des Sigma-Delta-ADW durch wenigstens eine Referenzspannung definiert, die von wenigstens einer Referenz bereitgestellt wird, und wobei die Dezimierungslänge des Dezimationsfilters kontinuierlich an Schwankungen der Referenzspannung angepasst wird, indem der Dezimierungslängenwert, der in das Dezimationsfilter eingegeben wird, eingestellt wird.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren bereitgestellt zur Kompensierung von temperaturabhängigen Schwankungen einer Referenzspannung in einem Sigma-Delta-Analog/Digital-Wandler (ADW), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

Empfangen einer Ausgabe eines Modulators des Sigma-Delta-ADW;
Ermitteln eines Dezimierungslängenwertes als eine Funktion der Temperatur durch Interpolieren zwischen wenigstens zwei gespeicherten Dezimierungslängenwerten, von denen jeder einer anderen Temperatur entspricht;
Dezimieren der empfangenen Ausgabe des Modulators des Sigma-Delta-ADW unter Verwendung des ermittelten Dezimierungslängenwertes;
Ermitteln eines Versatzkorrekturwertes als eine Funktion der Temperatur durch Interpolieren zwischen wenigstens zwei gespeicherten Versatzkorrekturwerten, von denen jeder einer anderen Temperatur entspricht; und
Subtrahieren des Versatzkorrekturwertes von der dezimierten Modulatorausgabe des Sigma-Delta-ADW.

Gemäß einem Aspekt wird ein System bereitgestellt zur Kompensierung von temperaturabhängigen Schwankungen wenigstens einer Referenzspannung in einem Sigma-Delta-Analog/Digital-Wandler (ADW), wobei das System Folgendes aufweist:

einen ersten Interpolator zum Ermitteln eines Dezimierungslängenwertes als eine Funktion der Temperatur durch Interpolieren zwischen wenigstens zwei gespeicherten Dezimierungslängenwerten, von denen jeder einer anderen Temperatur entspricht;
ein Dezimationsfilter, das konfiguriert ist, um:
- eine Ausgabe eines Modulators des Sigma-Delta-ADW und den Dezimierungslängenwert zu empfangen; und
- die empfangene Ausgabe des Modulators unter Verwendung des empfangenen Dezimierungslängenwertes zu dezimieren.

Einrichtungen zum Empfangen einer Ausgabe eines Modulators des Sigma-Delta-ADW;
Einrichtungen zum Ermitteln eines Dezimierungslängenwertes als eine Funktion der Temperatur durch Interpolieren zwischen wenigstens zwei gespeicherten Dezimierungslängenwerten, von denen jeder einer anderen Temperatur entspricht; Einrichtungen zum Dezimieren der empfangenen Ausgabe des Modulators des Sigma-Delta-ADW unter Verwendung des ermittelten Dezimierungslängenwertes;
Einrichtungen zum Ermitteln eines Versatzkorrekturwertes als eine Funktion der Temperatur durch Interpolieren zwischen wenigstens zwei gespeicherten Versatzkorrekturwerten, von denen jeder einer anderen Temperatur entspricht; und
Einrichtungen zum Subtrahieren des Versatzkorrekturwertes von der dezimierten Modulatorausgabe des Sigma-Delta-ADW.

Weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung deutlich, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen vorgenommen wird.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen sind einbezogen, um ein weiteres Verständnis der vorliegenden Erfindung bereitzustellen, und sie sind in die vorliegende Patentspezifikation eingegliedert und bilden einen Teil davon. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, und zusammen mit der Beschreibung dienen sie dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern. Andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und viele der beabsichtigten Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ohne Weiteres erkannt werden, da sie durch die Bezugnahme auf die nachfolgende ausführliche Beschreibung besser verstanden werden.

1 zeigt ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte Transformation von Bereichen veranschaulicht.
2 zeigt beispielshalber ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines Systems in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung.
3 zeigt ein beispielhaftes Verfahren in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung.
4 zeigt ein beispielhaftes Verfahren in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung wird Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen, die einen Teil davon bilden und in denen durch Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann. Es soll klar sein, dass andere Ausführungsformen verwendet werden können und dass strukturelle oder andere Änderungen vorgenommen werden können, ohne dass von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abgewichen wird. Die nachfolgende ausführliche Beschreibung soll daher nicht in einem beschränkenden Sinne betrachtet werden, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist durch die angehängten Ansprüche definiert.
In vielen Anwendungen, wie etwa zum Beispiel in integrierten Schaltkreisen für das Lithium-Ionen-Batterie-Management, werden hochgenaue Spannungsmessungen benötigt, die extrem kleine absolute Fehler (z.B. < 1,5 mV) erfordern.
Diese Spannungsmessungen können unter Verwendung von Sigma-Delta-Analog/Digital-Wandlern (ADWs) ausgeführt werden. Sigma-Delta-ADWs geben einen Bitstrom aus, der einen Mittelwert aufweist, der dem Mittelwert des Eingangssignals entspricht, d.h. die „Impulsdichte“, welche die Anzahl an „1en“ in einer vorher definierten Gesamtanzahl von Bits ist, entspricht dem Spannungswert, der von dem Sigma-Delta-ADW gemessen wurde.
Der Ausgabebereich eines Sigma-Delta-ADW (natürlicher ADW-Bereich) wird durch eine oder zwei Referenzspannung(en) definiert, die aber nicht fest ist bzw. sind, sondern mit der Temperatur oder mit anderen physikalischen Größen variieren bzw. schwanken kann bzw. können. Deshalb muss dann, wenn Spannungen mit Hilfe eines Sigma-Delta-ADW gemessen werden, der Bereich der zu messenden Spannungen (korrigierter Ergebnisbereich) kleiner als der kleinste natürliche ADW-Bereich (der „ungünstigste Fall“ des natürlichen ADW-Bereichs) sein.
Für eine Transformation des natürlichen Bereichs in den korrigierten Ergebnisbereich werden die ausgegebenen Werte skaliert und, falls notwendig, versatzkorrigiert. Bedingt durch schwankende (z.B. temperaturabhängige) Referenzspannungen ist es wünschenswert, dass die Transformation adaptiv einstellbar ist, so dass die Transformation kontinuierlich an schwankende Referenzspannungen angepasst werden kann. Anderenfalls wären z.B. die Temperaturstabilitätsanforderungen für die Referenz(en) in Abhängigkeit von der benötigten Messgenauigkeit sehr hoch oder sogar nicht machbar.
1 zeigt ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte Transformation von Bereichen veranschaulicht. Der natürliche ADW-Bereich, welcher der Ausgabebereich eines Sigma-Delta-ADW ist und sich von dem unteren Grenzwert „NRL“ bis zu dem oberen Grenzwert „NRH“ erstreckt, hat eine Auflösung von 2^L*a Bits, wobei L die Bitbreite des Messergebnisses ist und a eine zu bestimmende Zahl ist (siehe unten). Der korrigierte Ergebnisbereich oder vorbestimmte Ergebnisbereich, der sich jeweils von dem unteren Grenzwert „CRL“ bis zu dem oberen Grenzwert „CRH“ erstreckt, hat eine Auflösung von 2^L Bits. Die Y-Koordinate des Diagramms von 1 zeigt die Impulsdichte „X_in“. Xin ist die Anzahl an „1en“, die in dem digitalen Spannungswert enthalten ist, der von dem Sigma-Delta-ADW ausgegeben wird, geteilt durch die Gesamtanzahl an Bits des digitalen Spannungswertes, der von dem Sigma-Delta-ADW ausgegeben wird. Somit kann Xin in dem natürlichen ADW-Bereich Werte von 0 bis 1 erreichen (0 ≤ Xin ≤ 1). Aber Xin erreicht die Extremwerte 0 und 1 nicht in dem korrigierten Ergebnisbereich, der alle möglichen Spannungsmesswerte enthält, vor allem auch den Skalenendwert. Somit wird eine Transformation des natürlichen ADW-Bereichs in den korrigierten Ergebnisbereich benötigt. Das Ergebnis, das durch die Transformation erzielt werden soll, ist ebenfalls in 1 gezeigt: Nach der erneuten Skalierung und Versatzkorrektur (Offset-Korrektur) erreicht Xin auch die Extremwerte 0 und 1 an der Grenze des korrigierten Ergebnisbereichs.
In herkömmlichen Lösungsansätzen wird die Impulsdichte Xin für das Ausführen der Transformation des natürlichen Bereichs in den korrigierten Ergebnisbereich skaliert, wobei ein Mikrocontroller, der Gleitkomma-Rechnungen durchführt, für die Skalierung verwendet wird.
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Dezimationsfilter für die Skalierung des Sigma-Delta-ADW-Messergebnisses verwendet. Genauer gesagt wird die Dezimierungslänge des Dezimators für die Skalierung des Sigma-Delta-ADW-Messergebnisses eingestellt. Somit wird, anstatt dass die Impulsdichte Xin direkt skaliert wird, wie dies in herkömmlichen Lösungsansätzen der Fall ist, die Dezimierungslänge, über die die Impulsbreite Xin summiert wird, eingestellt, um das Sigma-Delta-ADW-Messergebnis in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung zu skalieren.
Wenn zum Beispiel das Endergebnis R eine Bitbreite L aufweisen soll, was jeweils einem Bereich von Werten von 0 bis 2^L-1 und einer Auflösung von 2^L entspricht, dann kann die Dezimierungslänge N unter Verwendung des Quotienten aus der Länge des natürlichen ADW-Bereichs (NRH-NRL) und der Länge des korrigierten Ergebnisbereichs (CRH-CRL) eingestellt werden: $a = (NRH - NRL) / (CRH - CRL)$
$N = 2^{L} * a$
Das Ergebnis S der Dezimation ist in Gleichung (3) gegeben: $S = X_{in} * N = X_{in} + 2^{L} * a$
Es sollte klar sein, dass eine kontinuierliche Einstellung der Dezimierungslänge nicht kritisch ist, da kleine Änderungen der Dezimierungslänge nur kleine Änderungen des Messergebnisses induzieren. So ändert eine Änderung der Dezimierungslänge um +/-1 das Messergebnis um höchstens nur +/-1 eines niedrigstwertigen Bits (+/-1 least significant bit (LSB)), wie aus der Gleichung (3a) entnommen werden kann: $ds / DN = X_{in} \leq 1$
Somit werden die Reproduzierbarkeit, die differentielle Nichtlinearität (DNL) und die Genauigkeit der Messung nicht beeinträchtigt.
Falls notwendig, kann zusätzlich eine Versatzkorrektur bzw. Offset-Korrektur ausgeführt werden, indem ein Versatzkorrekturwert K von dem Dezimationsergebnis S subtrahiert wird, wobei der Versatzkorrekturwert K durch die Gleichung (4) gegeben ist: $\begin{matrix} K = [(CRL - NRL) / (NRH - NRL)] * N \\ = [(CRL - NRL) / (NRH - NRL)] * [(NRH - NRL) / (CRH - CRL)] * 2^{L} \\ = [(CRL - NRL) / (CRH - CRL)] * 2^{L} \end{matrix}$
Das Endergebnis R, welches das versatzkorrigierte Dezimationsergebnis S ist, ist durch die Gleichung (5) gegeben: $\begin{matrix} R = S - K \\ = 2^{L} * [X_{in} * a - (CRL - NRL) / (CRH - CRL)] \end{matrix}$
2 zeigt beispielhaft ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines Systems in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung. Das System weist einen Sigma-Delta-ADW-Modulator 12, ein Dezimationsfilter 14, einen Subtrahierer 16, einen ersten Interpolator 18 und einen zweiten Interpolator 19 auf.
Der Sigma-Delta-ADW-Modulator 12 empfängt ein analoges Spannungssignal Vin und eine oder zwei Spannungsreferenz(en) (die in dieser Ausführungsform temperaturabhängig sind) und gibt eine Impulsdichte Xin aus, die eine „Dichte“ von „1en“ spezifiziert, die in einer vorher definierten Anzahl von Bits enthalten ist, d.h. den Quotienten aus der Anzahl von „1en“ und der gesamten Anzahl von Bits.
Das Dezimationsfilter 14 empfängt die Impulsdichte Xin, die von dem Sigma-Delta-ADW-Modulator 12 ausgegeben wird, und einen Wert N, der die Dezimierungslänge des Dezimationsfilters 14 spezifiziert, summiert die empfangene Impulsdichte Xin über die Dezimierungslänge N und gibt das Dezimationsergebnis S an den Subtrahierer 16 aus. Der Subtrahierer 16 subtrahiert einen Versatzkorrekturwert K von dem empfangenen Dezimationsergebnis und gibt das Endergebnis R aus.
In dieser Ausführungsform der Erfindung wird das Dezimationsfilter 14 zur Skalierung der Rohdaten verwendet, die von dem Sigma-Delta-ADW-Modulator 12 ausgegeben werden, oder genauer gesagt, eine geeignete Dezimierungslänge N wird für das Dezimationsfilter 14 ausgewählt, um die Ausgabe des Sigma-Delta-ADW-Modulators 12 zu skalieren. Die geeignete Dezimierungslänge N kann unter Verwendung der Gleichungen (1) und (2), wie sie oben erläutert sind, berechnet werden.
In Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Dezimierungslänge N adaptiv eingestellt werden. Da die eine oder die zwei Referenzspannung(en), die den natürlichen ADW-Bereich bestimmt bzw. bestimmen, temperaturabhängig ist bzw. sind, wird die Dezimierungslänge vorteilhafterweise als eine Funktion der Temperatur berechnet (N=N(T)). Dies kann erzielt werden, indem zum Beispiel zwei Kalibrierungstemperaturen T1 und T2 verwendet werden, bei denen eine erste Dezimierungslänge N1=N(T1) und eine zweite Dezimierungslänge N2=N(T2) unter Verwendung der Gleichungen (1) und (2) berechnet werden. Die Dezimierungslänge N(T) bei einer aktuellen Temperatur T kann dann durch Interpolation und/oder Extrapolation, in diesem Beispiel insbesondere durch eine lineare Interpolation, berechnet werden.
Die Erfindung ist aber nicht auf die Verwendung der linearen Interpolation beschränkt, sondern es können zum Beispiel auch die quadratische Interpolation oder die Polynominterpolation und/oder die lineare/quadratische Extrapolation bzw. die Polynomextrapolation verwendet werden. Es sollte klar sein, dass auch mehr als zwei (z.B. 3 oder 5) Kalibrierungstemperaturen verwendet werden können und dass mehr als zwei (z.B. 3 oder 5) Dezimierungslängen für die mehr als zwei Kalibrierungstemperaturen berechnet werden können, um mehr als zwei Datenpunkte für die Interpolation und/oder Extrapolation zu erhalten.
In diesem Beispiel wird die lineare Interpolation auf der Grundlage von zwei Datenpunkten (T1/N1) und (T2/N2) durchgeführt. Die Dezimierungslänge N=N(T) bei einer aktuellen Temperatur T kann dann unter Verwendung der Gleichung (6) berechnet werden: $N (T) = N1 + [(N2 - N1) / (T 2 - T 1)] * (T - T1)$
In der in 2 gezeigten Ausführungsform empfängt der erste Interpolator 18 die aktuelle Temperatur T, zwei Kalibrierungstemperaturen T1 und T2 und die entsprechenden Dezimierungslängen N1 und N2. Auf der Grundlage der beiden Datenpunkte (T1/N1) und (T2/N2) führt der Interpolator 18 eine lineare Interpolation gemäß Gleichung (6) durch.
In Übereinstimmung mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Dezimationsergebnis zusätzlich versatzkorrigiert werden, falls dies notwendig sein sollte.
Der Versatzkorrekturwert K kann unter Verwendung der Gleichung (4) berechnet werden. Der Subtrahierer 16 empfängt das Dezimationsergebnis S und den Versatzkorrekturwert K und bestimmt das Endergebnis R (d.h. das versatzkorrigierte Dezimationsergebnis), indem er den Versatzkorrekturwert K von dem Dezimationsergebnis S entsprechend Gleichung (5) subtrahiert.
In Übereinstimmung mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der Versatzkorrekturwert K auch adaptiv eingestellt werden. Da die eine oder die zwei Referenzspannung(en), die den natürlichen ADW-Bereich bestimmt bzw. bestimmen, in diesem Beispiel temperaturabhängig ist bzw. sind, wird der Versatzkorrekturwert K vorteilhafterweise als eine Funktion der Temperatur berechnet (K=K(T)). Dies kann erzielt werden, indem zum Beispiel zwei Kalibrierungstemperaturen T1 und T2 verwendet werden, bei denen ein erster Versatzkorrekturwert K1=K(T1) und ein zweiter Versatzkorrekturwert K2=K(T2) unter Verwendung der Gleichung (4) berechnet werden. Der Versatzkorrekturwert K(T) bei einer aktuellen Temperatur T kann dann durch Interpolation und/oder Extrapolation, in diesem Beispiel insbesondere durch eine lineare Interpolation, berechnet werden.
Die Erfindung ist aber nicht auf die Verwendung der linearen Interpolation beschränkt, sondern es können zum Beispiel auch die quadratische Interpolation oder die Polynominterpolation und/oder die lineare/quadratische Extrapolation bzw. die Polynomextrapolation verwendet werden. Es sollte klar sein, dass auch mehr als zwei (z.B. 3 oder 5) Kalibrierungstemperaturen verwendet werden können und dass mehr als zwei (z.B. 3 oder 5) Dezimierungslängen für die mehr als zwei Kalibrierungstemperaturen berechnet werden können, um mehr als zwei Datenpunkte für die Interpolation und/oder Extrapolation zu erhalten.
In diesem Beispiel wird die lineare Interpolation auf der Grundlage von zwei Datenpunkten (T1/K1) und (T2/K2) durchgeführt. Der Versatzkorrekturwert K=K(T) bei einer aktuellen Temperatur T kann dann unter Verwendung der Gleichung (7) berechnet werden: $K (T) = K1 + [(K2 - K1) / (T 2 - T 1)] * (T - T1)$
In der in 2 gezeigten Ausführungsform empfängt der zweite Interpolator 19 die aktuelle Temperatur T und zwei Kalibrierungstemperaturen T1 und T2 und die entsprechenden Versatzkorrekturwerte K1 und K2. Auf der Grundlage der zwei Datenpunkte (T1/K1) und (T2/K2) führt der Interpolator 18 eine lineare Interpolation gemäß Gleichung (7) durch.
Somit können in Übereinstimmung mit bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung Temperaturschwankungen, die Schwankungen der Referenzspannungen des Sigma-Delta-ADW verursachen, praktischerweise durch einen oder mehrere einfache(n) Interpolator(en) kompensiert werden. Im Gegensatz dazu verwenden herkömmliche Lösungen für die Temperaturkompensation analoge Schaltungen, die aber eine große Chipfläche benötigen und keine Flexibilität für weitere Einstellungen bereitstellen. Außerdem ist die Auswirkung der mechanischen Spannung auf die Referenz (die die Referenzspannung für den Sigma-Delta-ADW bereitstellt) sehr schwer vorauszusagen, wenn analoge Schaltungen für die Temperaturkompensation verwendet werden.
Ausführungsformen der Erfindung erlauben vorteilhafterweise auch, dass die Kalibrierung der Skalierung über die Temperatur durchgeführt werden kann, wenn der jeweilige Chip hergestellt wird, wohingegen dann, wenn ein Mikrocontroller für die Skalierung verwendet wird, die Kalibrierung der Skalierung über die Temperatur nur auf Systemebene durchgeführt werden kann.
3 zeigt ein beispielhaftes Verfahren in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung. Das Verfahren zur Skalierung einer Ausgabe eines Modulators eines Sigma-Delta-ADW wird von einem Dezimationsfilter ausgeführt, das eine einstellbare Dezimierungslänge aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

Empfangen eines Dezimierungslängenwertes (Schritt 302);
Empfangen der Ausgabe des Modulators eines Sigma-Delta-ADW (Schritt 304);
Dezimieren der empfangenen Ausgabe des Modulators des Sigma-Delta-ADW unter Verwendung des empfangenen Dezimierungslängenwertes (Schritt 306).

4 zeigt ein beispielhaftes Verfahren in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Das Verfahren zur Kompensierung von temperaturabhängigen Schwankungen einer Referenzspannung in einem Sigma-Delta-ADW umfasst die folgenden Schritte:

Empfangen einer Ausgabe eines Modulators des Sigma-Delta-ADW (Schritt 402);
Ermitteln eines Dezimierungslängenwertes als eine Funktion der Temperatur durch Interpolieren zwischen wenigstens zwei gespeicherten Dezimierungslängenwerten, von denen jeder einer anderen Temperatur entspricht (Schritt 404);
Dezimieren der empfangenen Ausgabe des Modulators des Sigma-Delta-ADW unter Verwendung des ermittelten Dezimierungslängenwertes (Schritt 406);
Ermitteln eines Versatzkorrekturwertes als eine Funktion der Temperatur durch Interpolieren zwischen wenigstens zwei gespeicherten Versatzkorrekturwerten, von denen jeder einer anderen Temperatur entspricht (Schritt 408); und
Subtrahieren des Versatzkorrekturwertes von der dezimierten Modulatorausgabe des Sigma-Delta-ADW (Schritt 410).

Obwohl hier spezifische Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben worden sind, wird es den Durchschnittsfachleuten auf dem Gebiet klar sein, dass eine Ersetzung durch eine Vielfalt von alternativen und/oder äquivalenten Implementierungen für die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen vorgenommen werden kann, ohne dass von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abgewichen wird. Die vorliegende Patentanmeldung soll alle Anpassungen oder Variationen der spezifischen Ausführungsformen, die hier erörtert worden sind, abdecken. Deshalb soll die vorliegende Erfindung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt sein.

Claims

System zur Skalierung einer Ausgabe eines Modulators eines Sigma-Delta-Analog/Digital-Wandlers (ADW), das Folgendes aufweist: ein Dezimationsfilter, dessen Dezimierungslänge durch einen Dezimierungslängenwert einstellbar ist, der als eine Eingabe durch das Dezimationsfilter empfangen wird, wobei der Dezimierungslängenwert proportional zu einem Quotienten aus einer Länge eines Ausgabebereichs des Sigma-Delta-ADW und einer Länge eines vorbestimmten Ergebnisbereichs ist, auf den der Ausgabebereich des Sigma-Delta-ADW skaliert wird, und wobei das Dezimationsfilter dafür konfiguriert ist, die Ausgabe des Modulators des Sigma-Delta-ADW zu empfangen und die empfangene Ausgabe des Modulators des Sigma-Delta-ADW unter Verwendung des Dezimierungslängenwertes zu dezimieren.
System nach Anspruch 1, wobei der Dezimierungslängenwert dem Produkt aus einer Auflösung des vorbestimmten Ergebnisbereichs und dem Quotienten aus der Länge des Ausgabebereichs des Sigma-Delta-ADW und der Länge des vorbestimmten Ergebnisbereiches entspricht.
System nach Anspruch 1, wobei ein Ausgabebereich des Sigma-Delta-ADW durch wenigstens eine Referenzspannung definiert ist, die von wenigstens einer Referenz bereitgestellt wird, und die Dezimierungslänge des Dezimationsfilters kontinuierlich an Schwankungen der Referenzspannung angepasst wird, indem der Dezimierungslängenwert, der in das Dezimationsfilter eingegeben wird, eingestellt wird.
Verfahren zur Skalierung einer Ausgabe eines Modulators eines Sigma-Delta-Analog/Digital-Wandlers (ADW), das die folgenden Schritte umfasst, die von einem Dezimationsfilter ausgeführt werden, das eine durch einen Dezimierungslängenwert einstellbare Dezimierungslänge aufweist: Empfangen des Dezimierungslängenwertes, wobei der Dezimierungslängenwert auf der Grundlage eines Quotienten aus einer Länge eines Ausgabebereichs des Sigma-Delta-ADW und einer Länge eines vorbestimmten Ergebnisbereichs ermittelt wird, auf den der Ausgabebereich des Sigma-Delta-ADW skaliert wird; Empfangen der Ausgabe des Modulators des Sigma-Delta-ADW; Dezimieren der empfangenen Ausgabe des Modulators des Sigma-Delta-ADW unter Verwendung des empfangenen Dezimierungslängenwertes.
Verfahren zur Kompensierung von temperaturabhängigen Schwankungen einer Referenzspannung in einem Sigma-Delta-Analog/Digital-Wandler (ADW), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Empfangen einer Ausgabe eines Modulators des Sigma-Delta-ADW; Ermitteln eines Dezimierungslängenwertes als eine Funktion der Temperatur durch Interpolieren zwischen wenigstens zwei gespeicherten Dezimierungslängenwerten, von denen jeder einer anderen Temperatur entspricht; Dezimieren der empfangenen Ausgabe des Modulators des Sigma-Delta-ADW unter Verwendung des ermittelten Dezimierungslängenwertes; Ermitteln eines Versatzkorrekturwertes als eine Funktion der Temperatur durch Interpolieren zwischen wenigstens zwei gespeicherten Versatzkorrekturwerten, von denen jeder einer anderen Temperatur entspricht; und Subtrahieren des Versatzkorrekturwertes von der dezimierten Modulatorausgabe des Sigma-Delta-ADW.
System zur Kompensierung von temperaturabhängigen Schwankungen wenigstens einer Referenzspannung in einem Sigma-Delta-Analog/Digital-Wandler (ADW), wobei das System Folgendes aufweist: einen ersten Interpolator zum Ermitteln eines Dezimierungslängenwertes als eine Funktion der Temperatur durch Interpolieren zwischen wenigstens zwei gespeicherten Dezimierungslängenwerten, von denen jeder einer anderen Temperatur entspricht; ein Dezimationsfilter, das konfiguriert ist, um: eine Ausgabe eines Modulators des Sigma-Delta-ADW und den Dezimierungslängenwert zu empfangen; und die empfangene Ausgabe des Modulators unter Verwendung des empfangenen Dezimierungslängenwertes zu dezimieren.
System zur Kompensierung von temperaturabhängigen Schwankungen wenigstens einer Referenzspannung in einem Sigma-Delta-Analog/Digital-Wandler (ADW), wobei das System Folgendes aufweist: Einrichtungen zum Empfangen einer Ausgabe eines Modulators des Sigma-Delta-ADW; Einrichtungen zum Ermitteln eines Dezimierungslängenwertes als eine Funktion der Temperatur durch Interpolieren zwischen wenigstens zwei gespeicherten Dezimierungslängenwerten, von denen jeder einer anderen Temperatur entspricht; Einrichtungen zum Dezimieren der empfangenen Ausgabe des Modulators des Sigma-Delta-ADW unter Verwendung des ermittelten Dezimierungslängenwertes; Einrichtungen zum Ermitteln eines Versatzkorrekturwertes als eine Funktion der Temperatur durch Interpolieren zwischen wenigstens zwei gespeicherten Versatzkorrekturwerten, von denen jeder einer anderen Temperatur entspricht; und Einrichtungen zum Subtrahieren des Versatzkorrekturwertes von der dezimierten Modulatorausgabe des Sigma-Delta-ADW.