DE102013022377B3 - Device for operating passive infrared sensors - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zum Betreiben eines passiven Infrarot-Detektors (PIR) dadurch gekennzeichnet, dass- derartige PIR-Detektoren Zweipole sind und im Ersatzschaltbild durch eine Stromquelle symbolisiert werden können, die einen Strom (IPIR) abhängig von der Änderung der Bestrahlung liefert und der eine Kapazität CPIRparallel geschaltet ist, wobei- der passive Infrarot-Detektor (PIR) mit zwei elektrischen Anschlüssen vorgesehen ist und- die Vorrichtung eine Differenzverstärkerstufe umfasst, die eine Referenzstromquelle (Iref) aufweist und- einen Widerstand (RM1bis RMn) aufweist und- wobei dieser Widerstand (RM1bis RMn) einen steuerbaren Abgriff aufweist, der mit der besagten Referenzstromquelle (Iref) verbunden ist und- wobei ein Anschluss des Widerstands (RM1bis RMn) mit einem ersten Transistor (T1) verbunden ist und wobei der andere Anschluss des Widerstands (RM1bis RMn) mit einem zweiten Transistor (T2) verbunden ist und- wobei die Steuerelektrode des ersten Transistors (T1) und die Steuerelektrode des zweiten Transistors (T2) den differentiellen Eingang bilden und- wobei jeder Transistor (T1, T2) mit seinem dritten Anschluss mit einem Arbeitswiderstand (R1, R2, C1, C2, IW1, IW2) verbunden ist, wobei es sich um einen differentiellen Arbeitswiderstand handeln kann,- wobei ein ΔΣ-Wandler zum Umwandeln eines differentiellen analogen Eingangssignals in ein digitales Signal vorgesehen ist,- wobei die Ausgänge dieses Differenzverstärkers jeweils mit einem integrierenden Filter und/oder jeweils einem Kondensator verbunden ist und- wobei die Ausgänge jedes integrierenden Filters und/oder jedes Kondensators mit einem Komparator verbunden sind und- wobei der Ausgang des Komparators mit einem digitalen integrierenden Filter und/oder einem Auf-/Abzähler verbunden sind, der in vorgegebenen und/oder programmierten Zeitabständen zumindest zeitweise seinen Zählerstand in Abhängigkeit vom Ausgang des Komparators inkrementiert oder dekrementiert und- wobei der Ausgang dieses digitalen integrierenden Filters und/oder des Auf-/Abzählers für die Steuerung des steuerbaren Widerstands (RM1bis RMn) verwendet wird und- wobei der Ausgang dieses digitalen Filters direkt und/oder nach Filterung durch ein weiteres digitales Filter als Ausgangswert des ΔΣ-Wandlers verwendet wird.Device for operating a passive infrared detector (PIR), characterized in that such PIR detectors are two-pole and can be symbolized in the equivalent circuit diagram by a current source that delivers a current (IPIR) depending on the change in irradiation and that has a capacity CPIR in parallel is switched, wherein - the passive infrared detector (PIR) is provided with two electrical connections and - the device comprises a differential amplifier stage which has a reference current source (Iref) and - has a resistor (RM1bis RMn) and - this resistance (RM1bis RMn) has a controllable tap which is connected to said reference current source (Iref) and - wherein one terminal of the resistor (RM1 to RMn) is connected to a first transistor (T1) and wherein the other terminal of the resistor (RM1 to RMn) is connected to a second transistor (T2) is connected and - the control electrode of the first transistor (T1) and the control electrode of the second transistor (T2) form the differential input and - each transistor (T1, T2) has its third connection with a working resistance (R1 , R2, C1, C2, IW1, IW2), which can be a differential working resistance, - a ΔΣ converter is provided for converting a differential analog input signal into a digital signal, - the outputs of this differential amplifier respectively is connected to an integrating filter and/or a capacitor in each case and- wherein the outputs of each integrating filter and/or each capacitor are connected to a comparator and- wherein the output of the comparator is connected to a digital integrating filter and/or an up/down counter are connected, which at least temporarily increments or decrements its counter reading at predetermined and / or programmed time intervals depending on the output of the comparator and - the output of this digital integrating filter and / or the up / down counter for controlling the controllable resistance (RM1 to RMn ) is used and - the output of this digital filter is used directly and / or after filtering by another digital filter as the output value of the ΔΣ converter.
Description
Für Messung von infraroter Strahlung sind verschiedene Verfahren bekannt. Ein wesentliches Sensorprinzip ist die Verwendung von passiven Infrarot-Detektoren (PIR-Detektoren).Various methods are known for measuring infrared radiation. An essential sensor principle is the use of passive infrared detectors (PIR detectors).
Diese zeichnen sich durch eine einfache und kostengünstige Herstellung aus. Solche PIR-Detektoren sind Zweipole und können im Ersatzschaltbild durch eine Stromquelle symbolisiert werden, die einen Strom IPIR abhängig von der Änderung der Bestrahlung und damit der Temperatur liefert und der eine Kapazität CPIR parallel geschaltet ist. (Siehe auch
Bei der Auswertung des Signals eines PIR-Sensors treten nun verschiedene Probleme auf:
- Zum einen kommt es zu einer Verschiebung des Arbeitspunkts des PIR-Detektors durch eine Selbstaufladung. Zum anderen liefert die Stromquelle IPIR in der Regel nur einen sehr geringen Strom bei einem relativ hohen Innenwiderstand. Dieser Innenwiderstand RPIR ist in
1 eingezeichnet. Diese Randbedingungen resultieren in der Forderung nach einem großen Dynamikbereich und einem sehr hohen Innenwiderstand für die nachfolgende Verstärker- und Analog-zu-Digital-Wandler-Schaltung (Auswerteschaltung).
- On the one hand, the operating point of the PIR detector shifts due to self-charging. On the other hand, the current source I PIR usually only delivers a very low current with a relatively high internal resistance. This internal resistance R PIR is in
1 drawn. These boundary conditions result in the requirement for a large dynamic range and a very high internal resistance for the subsequent amplifier and analog-to-digital converter circuit (evaluation circuit).
Durch den hohen Innenwiderstand einer optimalen Auswerteschaltung, können einmal generierte Ladungen jedoch nicht mehr abfließen. Dies kann dazu führen, dass die Schaltung den Arbeitsbereich der Auswerteschaltung verlässt, da diese übersteuert wird.However, due to the high internal resistance of an optimal evaluation circuit, once generated, charges can no longer flow away. This can result in the circuit leaving the operating range of the evaluation circuit because it is overdriven.
Aus der
Aufgabe der ErfindungTask of the invention
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Auswerteverfahren und eine hochohmige Messschaltung mit großem Dynamikbereich für die Auswertung des Signals eines PIR-Detektor bereitzustellen, ohne dass es zu einer Übersteuerung durch die Aufladung der Eingänge der PIR-Detektorauswerteschaltung kommen kann. Dabei soll die Stromaufnahme minimiert werden.It is the object of the invention to provide an evaluation method and a high-resistance measuring circuit with a large dynamic range for evaluating the signal of a PIR detector, without overloading occurring due to the charging of the inputs of the PIR detector evaluation circuit. The power consumption should be minimized.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach dem Anspruch 1 gelöst.This task is solved by a device according to
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Das erfindungsgemäße System ist in
Bei der Entwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines passiven Infrarot-Detektors (PIR) wurde erkannt, dass die Aufladung der Eingänge ein wesentlicher Hinderungsgrund für einen korrekten Betrieb des Systems darstellt. Wie später noch weiter erläutert werden wird, ist der erfindungsgemäße ΔΣ-Wandler (ADC) gegen solche Arbeitspunkt-Drift empfindlich. Dieser erhöhte Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen ΔΣ-Wandlers (ADC) ermöglicht jedoch eine besonders effiziente Unterdrückung der Quantisierungsfehler durch den Komparator des erfindungsgemäßen ΔΣ-Wandlers (ADC). Daher bilden der erfindungsgemäße ΔΣ-Wandler und die Entladung des passiven Infrarot-Detektors mittels des erfindungsgemäßen Entladungsnetzwerks (RG) eine erfinderische Einheit. Basierend auf dieser besagten erfinderischen Erkenntnis der fehlerhaften Aufladung der Eingänge, kann die einfachste Lösung dieses Problems dadurch erreicht werden, dass die Eingangsknoten mittels eines Schalters entladen werden, wenn die Spannung am Detektor den Dynamikbereich erreicht. In diesem Fall kann während der Entladung und kurz danach keine Bewertung der Spannung am Detektor vorgenommen werden. Alternativ kann die Entladung durch einen Ableitwiderstand zwischen den Anschlüssen des Sensors oder von den Anschlüssen nach Bezugsmasse (Rdis_1, Rdis_2) erfolgen. Ein wesentlicher Nachteil dieser Lösung ist die kontinuierliche Bedämpfung des Signals und das Eigenrauschen des Detektors. Außerdem lässt sich nicht mit vertretbarem Aufwand ein Giga-Ohm Widerstand in einer Low-Cost-CMOS-Technologie implementieren. Im Rahmen der Entwicklung wurde erkannt, dass die Entladung des zweiten Ausgangs über den Innenwiderstand der Stromquelle des PIR-Sensors (PIR) nicht zu befriedigenden Ergebnissen führt. Es hat sich gezeigt, dass der Widerstandswert dieser Ableitwiderstände größer als 1 MOhm und/oder vorzugsweise größer als 10 MOhm und/oder vorzugsweise größer als 100 MOhm und/oder vorzugsweise größer als 1 GOhm und/oder vorzugsweise größer als 10 GOhm sein sollte. Hierbei hängt der optimale Ableitwert von dem jeweiligen PIR-Detektor und der jeweiligen Applikation ab und sollte von Fall zu Fall angepasst werden. Bei großen Ladungsverschiebungen durch schnelle Temperaturänderungen (Temperaturschock) wären unverhältnismäßig niedrige Ableitwiderstandswerte nötig, die das zu detektierende Signal nahezu eliminieren.When developing the method according to the invention for operating a passive infrared detector (PIR), it was recognized that the charging of the inputs represents a significant obstacle to correct operation of the system. As will be explained further later, the ΔΣ converter (ADC) according to the invention is sensitive to such operating point drift. However, this increased sensitivity of the ΔΣ converter (ADC) according to the invention enables particularly efficient suppression of the quantization errors by the comparator of the ΔΣ converter (ADC) according to the invention. Therefore, the ΔΣ converter according to the invention and the discharge of the passive infrared detector by means of the discharge network (R G ) according to the invention form an inventive unit. Based on this said inventive finding of incorrect charging of the inputs, the simplest solution to this problem can be achieved by discharging the input nodes using a switch when the voltage at the detector reaches the dynamic range. In this case, no evaluation of the voltage can be made during the discharge and shortly afterwards detector. Alternatively, the discharge can take place through a leakage resistor between the connections of the sensor or from the connections to reference ground (R dis_1 , R dis_2 ). A major disadvantage of this solution is the continuous attenuation of the signal and the detector's own noise. In addition, a giga-ohm resistor cannot be implemented in a low-cost CMOS technology with reasonable effort. During development, it was recognized that discharging the second output via the internal resistance of the power source of the PIR sensor (PIR) does not lead to satisfactory results. It has been shown that the resistance value of these leakage resistors should be greater than 1 MOhm and/or preferably greater than 10 MOhm and/or preferably greater than 100 MOhm and/or preferably greater than 1 GOhm and/or preferably greater than 10 GOhm. The optimal leakage value depends on the respective PIR detector and the respective application and should be adjusted on a case-by-case basis. In the case of large charge shifts due to rapid temperature changes (temperature shock), disproportionately low leakage resistance values would be necessary, which would almost eliminate the signal to be detected.
Hierbei ist klar, dass die Ableitwiderstände des Entladenetzwerks (RG) vorzugsweise gleich und möglichst symmetrisch, in der Fachsprache „matchend“, ausgeführt werden sollten. Dabei können diese Ableitwiderstände auch komplexere Schaltungen sein, die nur unter anderem auch die Funktion eines Ableitwiderstands wahrnehmen. Im Rahmen der Ausarbeitung der Erfindung wurde es als vorteilhaft erkannt, die Ableitwiderstände zumindest teilweise als Switched-Capacitor-Schaltung auszuführen. Mit solchen Schaltungen können die ggf. erforderlichen relativ hochohmigen Ableitwiderstände relativ einfach ausgeführt werden. Für den Betrieb eines solchen Switched-Capacitor-Netzwerkes ist es besonders vorteilhaft, wenn diese Netzwerke mit einem nichtüberlappenden Zweiphasentakt betrieben werden. Natürlich können auch Einphasen- und Mehrphasentakte verwendet werden, die aber in der Regel aufwendiger zu realisieren sind.It is clear here that the leakage resistances of the discharge network (R G ) should preferably be designed to be equal and as symmetrical as possible, or “matching” in technical terms. These leakage resistors can also be more complex circuits that only perform the function of a leakage resistor, among other things. As part of the development of the invention, it was recognized as advantageous to at least partially design the leakage resistors as a switched capacitor circuit. With such circuits, any relatively high-resistance leakage resistors that may be required can be implemented relatively easily. For the operation of such a switched capacitor network, it is particularly advantageous if these networks are operated with a non-overlapping two-phase clock. Of course, single-phase and multi-phase clocks can also be used, but they are usually more complex to implement.
Die Anforderung einer zuverlässigen Entladung des PIR-Detektors steht im Gegensatz zu einem möglichst hohen Eingangswiderstand der Auswerteschaltung. Im Rahmen der Erfindung wurde daher erkannt, dass es sinnvoll ist, den mittlere Äquivalentwiderstand zumindest der Entladewiderstände des passiven Infrarot-Detektors davon abhängig zu machen, ob gerade eine Messung des infraroten Strahlungspotenzials mittels des passiven Infrarotsensors (PIR-Detektor) durchgeführt wird oder nicht. Vor einer Messung werden die Entladewiderstände in einen sehr hochohmigen Zustand geschaltet (Messzustand). Nach dem Ende der Messung werden die Entladewiderstände in einen Zustand geschaltet, der gegenüber dem Messzustand niederohmiger ist.The requirement for a reliable discharge of the PIR detector is in contrast to the highest possible input resistance of the evaluation circuit. In the context of the invention, it was therefore recognized that it makes sense to make the average equivalent resistance of at least the discharge resistors of the passive infrared detector dependent on whether a measurement of the infrared radiation potential is being carried out using the passive infrared sensor (PIR detector) or not. Before a measurement, the discharge resistors are switched to a very high-resistance state (measuring state). After the end of the measurement, the discharge resistors are switched to a state that has a lower resistance compared to the measuring state.
Alternativ kann die Messung des Ladezustands (Spannung am Detektor) erfolgen und die Größe der Entladewiderstände in Abhängigkeit vom Ladezustand nachgeregelt werden.Alternatively, the state of charge (voltage at the detector) can be measured and the size of the discharge resistors can be readjusted depending on the state of charge.
Denkbar ist es, dass andere Betriebsbedingungen ebenfalls ein Umschalten erfordern. Beispielsweise ist es denkbar, den PIR-Detektor über einen Schalter definiert zu entladen. In einem solchen Modus wäre ebenfalls ein Hochohmigschalten der Entladewiderstände sinnvoll. Im Extremfall kann der Messzustand also ein komplettes abkoppeln eines Entladewiderstands bedeuten.It is conceivable that other operating conditions also require switching. For example, it is conceivable to discharge the PIR detector in a defined manner using a switch. In such a mode, switching the discharge resistors to high resistance would also make sense. In extreme cases, the measurement condition can mean a complete disconnection of a discharge resistor.
Die Widerstandswerte sind dabei immer an Mittelwerten über mehrere Takte des Betriebstaktes des jeweiligen Switched-Capacitor-Netzwerkes orientiert, sofern ein solches für die Realisierung der Entladewiderstände verwendet wird. Es ist also ein wesentlicher erfinderischer Gedanke, dass die Entladewiderstände des PIR-Detektors in Abhängigkeit von Zuständen des Sensorsystems unterschiedliche Werte annehmen, wobei mindestens die Zustände Messung und keine Messung/Entladung realisiert werden sollten.The resistance values are always based on average values over several cycles of the operating cycle of the respective switched capacitor network, provided that this is used to implement the discharge resistors. It is therefore an essential inventive idea that the discharge resistances of the PIR detector assume different values depending on the states of the sensor system, whereby at least the states of measurement and no measurement/discharge should be implemented.
Der erfindungsgemäße ΔΣ-Wandler (ADC), besteht unter anderem aus einem Differenzverstärker, dessen Stromquelle nicht, wie bei normalen Differenzverstärkern üblich, auf zwei Äste bei symmetrischer Ansteuerung der Transistoren des Differenzverstärkers symmetrisch aufgeteilt wird, sondern der statt des normalerweise vorhandenen gemeinsamen Kontenpunktes für die Transistoren in den Zweigen des Differenzverstärkers und der Betriebsstromquelle einen Stromteiler aufweist, der den Strom in Abhängigkeit von einem externen Steuerwert unterschiedlich aufteilt. Dabei kann angenommen werden, dass die Betriebsstromquelle einen endlichen Innenwiderstand aufweist, Insofern ist auch die Verwendung einer realen Spannungsquelle möglich. Dieser Stromteiler wird in der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch eine Widerstandskette realisiert, die mit dem einen Ende mit einem Transistor des Differenzverstärkers und mit dem anderen Ende mit dem anderen Transistor des Differenzverstärkers verbunden ist. Ein Multiplexer verbindet nun die Betriebsstromquelle in Abhängigkeit von dem externen Steuerwert mit einem Knoten dieser Widerstandskette. Der Stromteiler verhält sich also wie ein digital gesteuertes Potentiometer, dessen Abgriff durch den externen Parameter eingestellt wird. Hierdurch wird eine unterschiedliche Stromgegenkopplung für die verschiedenen Zweige des Differenzverstärkers eingestellt. Die Stromaufteilung erfolgt dabei derart, dass die Gate-Source-Spannungen der Transistoren sich durch den Spannungsabfall über die Widerstände des Stromteilers so einstellen, dass die Stromsumme durch die beiden Zweige dem dem Strom der Betriebsstromquelle entspricht. Die anderen Anschlüsse der Transistoren sind mit je einem Arbeitswiderstand verbunden. Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn diese Arbeitswiderstände als reale Stromquellen ausgeführt werden, da dann der differentielle Arbeitswiderstand und damit die differentielle Verstärkung besonders groß sind.The ΔΣ converter (ADC) according to the invention consists, among other things, of a differential amplifier, the current source of which is not, as is usual with normal differential amplifiers, divided symmetrically into two branches with symmetrical control of the transistors of the differential amplifier, but instead of the common contact point for the Transistors in the branches of the differential amplifier and the operating current source have a current divider which divides the current differently depending on an external control value. It can be assumed that the operating current source has a finite internal resistance. In this respect, the use of a real voltage source is also possible. This current divider is implemented in the device according to the invention by a resistor chain which is connected at one end to a transistor of the differential amplifier and at the other end to the other transistor of the differential amplifier. A multiplexer now connects the operating current source to a node of this resistor chain depending on the external control value. The current divider therefore behaves like a digitally controlled potentiometer, the tap of which is adjusted by the external parameter. This sets a different current feedback for the different branches of the differential amplifier. The power distribution takes place in such a way that the gate-source voltages of the transistors are adjusted by the voltage drop across the resistors of the current divider so that the sum of the current through the two branches corresponds to the current of the operating current source. The other connections of the transistors are each connected to a working resistor. It has proven to be particularly advantageous if these working resistances are designed as real current sources, since the differential working resistance and thus the differential amplification are then particularly large.
Parallel zu diesen Arbeitswiderständen können Kapazitäten geschaltet sein, die das Ausgangssignal integrieren. Die Verwendung von Miller-Kapazitäten ist ebenfalls denkbar. Im Falle des erfindungsgemäßen ΔΣ-Wandlers führen diese Kapazitäten die summierende Σ-Funktion des ΔΣ-Wandlers durch und eliminieren damit den Quantisierungsfehler durch einen nachgeschalteten Komparator.Capacitances that integrate the output signal can be connected in parallel to these working resistances. The use of Miller capacities is also conceivable. In the case of the ΔΣ converter according to the invention, these capacitances carry out the summing Σ function of the ΔΣ converter and thus eliminate the quantization error by a downstream comparator.
Für das Betreiben eines passiven Infrarot-Detektors bietet sich folgendes Verfahren an: Jeder der Ausgänge des besagten passiven Infrarot-Detektors wird mit dem Steuereingang jeweils eines zugeordneten Eingangstransistors des beschriebenen Differenzverstärkers verbunden. Dabei ist jeweils ein Kontakt jedes dieser Eingangstransistoren mit einem zugehörigen Stromteilerausgang eines steuerbaren Stromteilers verbunden. Der besagte Stromteiler verteilt den Strom einer Referenzstromquelle (Iref) in Abhängigkeit von einem Steuereingang auf die Stromteilerausgänge auf. Die anderen Kontakte der Transistoren sind jeweils mit je einem Arbeitswiderstand, vorzugsweise einem integrierenden Filter oder einer Kapazität (C1, C2) verbunden. Die Ausgangswerte dieser integrierenden Filter, Arbeitswiderstände und Kapazitäten werden nun durch mindestens einen Komparator miteinander verglichen. Dieser erzeugt einen unvermeidlichen Quantisierungsfehler der durch die im Folgenden beschriebene Rückkopplung minimiert wird. Das Komparatorausgangssignal dieses Komparators ist mit einem digitalen integrierenden Filter verbunden, das neben den besagten Kapazitäten eine zweite Integration durchführt. Der Steuereingang des besagten Stromteilers, der den Strom einer Betriebsstromquelle aufteilt ist mit dem Ausgang des digitalen integrierenden Filters verbunden. Wird der Stromteiler analog gesteuert, so ist ein Digital-zu-Analog-Wandler (DAC) und/oder ein Signalformatwandler erforderlich, der das Ausgangssignal des digitalen integrierenden Filters in ein geeignetes Format wandelt. In dem hier beschriebenen Beispiel ist dies jedoch nicht erforderlich, da der Multiplexer digital angesteuert werden kann.The following method is recommended for operating a passive infrared detector: Each of the outputs of said passive infrared detector is connected to the control input of an assigned input transistor of the differential amplifier described. One contact of each of these input transistors is connected to an associated current divider output of a controllable current divider. Said current divider distributes the current from a reference current source (I ref ) to the current divider outputs depending on a control input. The other contacts of the transistors are each connected to a working resistor, preferably an integrating filter or a capacitance (C 1 , C 2 ). The output values of these integrating filters, work resistances and capacitances are now compared with one another by at least one comparator. This creates an unavoidable quantization error that is minimized by the feedback described below. The comparator output signal of this comparator is connected to a digital integrating filter, which carries out a second integration in addition to the said capacitances. The control input of said current divider, which divides the current of an operating power source, is connected to the output of the digital integrating filter. If the current divider is controlled analogue, a digital-to-analog converter (DAC) and/or a signal format converter is required which converts the output signal of the digital integrating filter into a suitable format. However, in the example described here, this is not necessary because the multiplexer can be controlled digitally.
Ähnliches kann bei der Anpassung eines digitalen Steuereingangs für den Stromteiler an den digitalen Ausgang des digitalen integrierenden Filters erforderlich sein.Something similar may be necessary when adapting a digital control input for the current divider to the digital output of the digital integrating filter.
Neben dieser zweiphasigen Version kann auch eine einphasige Version einer Auswerteschaltung Verwendung finden. Hierbei steuert ein Ausgang des passiven Infrarot-Detektors mindestens eine zweite Stromquelle. Diese zweite Stromquelle speist Strom in einen ersten Konten (Sb) ein. Dieser erste Knoten (Sb) ist über ein integrierendes Filter mit dem Eingang eines Komparators verbunden, der den Signalpegel dieses ersten Knotens (Sb) mit einem internen Pegel vergleicht. Der Ausgang dieses Komparators ist wieder mit dem besagten digitalen integrierenden Filter direkt oder indirekt verbunden und steuert dieses somit an. Der Ausgangs dieses digitalen integrierenden Filters steuert nun wieder einen Digital-zu-Analog-Wandler (DAC) an. Der Ausgang dieses Digital-zu-Analog-Wandlers steuert nun eine erste Stromquelle (I1), die wiederum ihren Strom ebenfalls in den ersten Knoten (Sb) einspeist. Im Unterschied zur vorausgehenden Version wird in dieser Version ein Anschluss des passiven Infrarot-Detektors mit Masse verbunden, während der andere Anschluss an die zuvor beschriebene Auswerteschaltung angeschlossen wird. Eine solche Schaltung ist auch für die Auswertung von Thermopiles geeignet.In addition to this two-phase version, a single-phase version of an evaluation circuit can also be used. An output of the passive infrared detector controls at least a second power source. This second power source feeds power into a first account (S b ). This first node (S b ) is connected via an integrating filter to the input of a comparator which compares the signal level of this first node (S b ) with an internal level. The output of this comparator is again directly or indirectly connected to the said digital integrating filter and thus controls it. The output of this digital integrating filter now controls a digital-to-analog converter (DAC). The output of this digital-to-analog converter now controls a first current source (I 1 ), which in turn also feeds its current into the first node (S b ). In contrast to the previous version, in this version one connection of the passive infrared detector is connected to ground, while the other connection is connected to the evaluation circuit described above. Such a circuit is also suitable for evaluating thermopiles.
Für beide Verfahren ist es vorteilhaft, wenn das digitale integrierende Filter als ein Aufwärts-/Abwärtszähler realisiert wird, der in Messphasen in einem vorgegebenen oder programmierbaren Takt zählt. Die Zählrichtung wird dabei vorzugsweise durch den Ausgang des Komparators festgelegt. Auch die Schrittweite dieser Zählung und die zeitlichen Abstände, in denen eine Zählung erfolgt, können konstant und vorgegeben oder programmierbar sein. In manchen Anwendungsfällen hat es sich bewährt, die Schrittweite der Zählung vom Zählerstand selbst abhängig zu machen, um ein Über- oder Unterlaufen und damit eine totale Funktionsuntüchtigkeit zu vermeiden. Überschreitet der Zählerstand einen kritischen oberen Wert, so kann dies beispielsweise detektiert werden und ein Verlassen des Messzustands und ein Aktivieren des Entladezustands des Detektorelementes bewirken. Dies ist insbesondere bei der einhändigen Variante sinnvoll, da diese in der Lage ist, den absoluten Pegel eines Eingangssignals zu messen. Der Ausgang des digitalen integrierenden Filters stellt den Messwert dar.For both methods, it is advantageous if the digital integrating filter is implemented as an up/down counter that counts in measurement phases in a predetermined or programmable cycle. The counting direction is preferably determined by the output of the comparator. The step size of this counting and the time intervals at which a counting takes place can also be constant and predetermined or programmable. In some applications it has proven useful to make the counting increment dependent on the counter reading itself in order to avoid overflow or underflow and thus total inoperability. If the counter reading exceeds a critical upper value, this can be detected, for example, and cause the measurement state to be exited and the detector element to be activated in the discharge state. This is particularly useful for the one-handed version, as it is able to measure the absolute level of an input signal. The output of the digital integrating filter represents the measured value.
In jedem Fall ist es jedoch noch zweckmäßig dem digitalen integrierenden Filter ein weiteres digitales Filter (DF) nachzuordnen, bevor der Messwert Verwendung findet. Dies unterdrückt die Quantisierungsfehler ab einer Grenzfrequenz.In any case, it is still advisable to add another digital filter (DF) to the digital integrating filter before the measured value is used. This suppresses the quantization errors above a cutoff frequency.
Es kann gezeigt werden, dass der Quantisierungsfehler bei einer Frequenz von 0Hz im Störspektrum null wird und für unendlich hohe Frequenzen gegen einen endlichen Wert strebt. Die Grenzfrequenzen hängen dabei wesentlich von den besagten Lastkapazitäten (C1, C2) und dem Widerstand (RM) des Stromteilers ab und können damit gut eingestellt werden.It can be shown that the quantization error becomes zero at a frequency of 0Hz in the interference spectrum and approaches a finite value for infinitely high frequencies. The cutoff frequencies depend essentially on the load capacities (C 1 , C 2 ) and the resistance (R M ) of the current divider and can therefore be easily adjusted.
Selbstverständlich ist es sinnvoll, wesentliche Teile dieses Verfahrens in einem Signalprozessor ablaufen zulassen. Nur die Eingangsstufen dürften dann in speziell ausgeführter Elektronik erstellt werden. Eine solche Vorrichtung ist dann in der Lage das oben beschriebene Verfahren durchzuführen.Of course, it makes sense to allow essential parts of this process to run in a signal processor. Only the input stages should then be created using specially designed electronics. Such a device is then able to carry out the method described above.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beiliegenden Figuren erläutert:
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1 zeigt die grundsätzlichen Blöcke einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eines passiven Infrarot-Detektors. Die Vorrichtung besteht aus einem passiven Infrarot-Detektor (PIR), das mit dem Entladenetzwerk RG gekoppelt ist. Die Aufgabe dieses Entladenetzwerks ist es, Aufladungen des PIR-Detektors zu beseitigen und den PIR-Detektor in einem für den nachfolgenden Analog-zu-Digital-Wandler günstigen Arbeitspunkt zu halten ohne die Dynamik des Systems zu belasten. Der Analog-zu-Digital-Wandler wandelt das Signal des Entladenetzwerks in ein erstes digitales Signal auf einem Bus T mit einer ersten Busbreite (Anzahl Bits) um. Ein nachfolgendes digitales Filter (DF) filtert das Signal auf dem ersten Bus T und gibt über einen Ausgangsbus (Out) die Daten mit einer größeren Auflösung aus. Daher besitzt der Ausgangsbus Out typischerweise eine größere Busbreite als der erste Bus T. -
2 zeigt das nicht beanspruchte Ersatzschaltbild eines passiven Infrarot-Detektors (PIR) mit Ersatzstromquelle (IPIR) und einer Serienschaltung von parasitärem Detektorkapazität (CPIR) und zugehörigem Verlustwiderstand RPIR_C sowie den Innenwiderstand der Ersatzstromquelle (RPIR). Dieser Innenwiderstand der Stromquelle (RPIR) liegt parallel zur Stromquelle (IP,R) und ist typischerweise sehr hoch. Eine zu große Belastung des Detektors lässt daher die Ausgangsspannung zusammenbrechen. -
3 zeigt eine einhändige Version des Analog-zu-Digital-Wandlers (ADC)aus 1 . Eine erste gesteuerte Stromquelle (I1) (auch als weitere Stromquelle bezeichnet) wird durch den Rückkoppelpfad gesteuert und speist in den ersten Knoten (Sb) ein. Eine zweite gesteuerte Stromquelle (I2) (auch als Stromquelle bezeichnet) wird durch einen Ausgang des passiven Infrarot-Detektors gesteuert und speist ebenfalls in den ersten Knoten (Sb) ein. Die Summe der beiden Stromquellenströme lädt eine Kapazität (C1b) auf oder entläd diese. Ist der Regelkreis stabil, so liefert die zweite Stromquelle (I2) einen im Vorzeichen unterschiedlichen, jedoch betragsgleichen Strom, wie die erste Stromquelle (I1). Der Komparator (CPb) ist mit seinem Eingang mit diesem Kondensator (C1b) verbunden und vergleicht den Spanungswert an diesem Kondensator und damit am ersten Knoten (Sb) mit einem internen Vergleichswert. Der Auf-/Abzähler (Intb) zählt nun in diesem Beispiel mit jedem Systemtakt entweder um eins aufwärts oder um ein abwärts je nachdem, ob der Eingang des Komparators (CPb) über oder unter der Schaltschwelle des Komparators (CPb) liegt. 6 Bit des Zählerstandes des Auf- / Abzählers (Intb) werden beispielsweise für die Rückkopplung verwendet. In diesem Beispiel werden diese 6 Bit durch einen Digital-zu-Analog-Wandler (DAC) in ein analoges Signal gewandelt, dass die weitere Stromquelle (I1) steuert. Ein digitales Filter (DF) filtert den Zählerstand des Auf-Ab-Zählers (Intb) zum Ausgangssignal (Out), welches der Ausgangsbus des digitalen Filters DF ist. -
4 zeigt ebenfalls eine einhändige Version des Analog-zu-Digital-Wandlers (ADC)aus 1 . Allerdings ist anstelle der steuerbaren Stromquelle die eine Quelle des einen Bezugssignals nun so realisiert, dass der Zählerstand (Val) des Auf-/Abzählers (Intb) nun den Abgriff (INFB) an einer Widerstandskaskade (RFB) aus einzelnen Widerständen (nicht gezeichnet) steuert. Dieser Abgriff kann dann einem Differenz-Transconduktanz-Verstärker zugeführt werden, der den Stromausgang (CS) besitzt. Die Stromausgänge laden und entladen jeweils einen Kondensator (C1c, C2c). Die dabei auftretenden Spannungen an den Kondensatoren (C1c, C2c) werden durch einen Komparator (CP) miteinander verglichen, der wiederum den Auf-/Abzähler (Intb) steuert. -
5 zeigt einen steuerbaren Stromteiler als Teil einer erfindungsgemäßen Differenzstufe bestehend aus der Widerstandskette von n Widerständen RM1 bis RMn, die typischerweise aber nicht notwendigerweise identisch ausgeführt werden. Von den in diesem Beispiel n+1 Abgriffen der Widerstandskette wird durch einen analogen Multiplexer (MUX) einer mit der Betriebsstromquelle (Iref) verbunden. Die Busbreite des Steuerbusse (Val) des analogen Multiplexers (Mux) muss dabei ausreichend gewählt werden und dürfte typischerweise größer als der Logarithmus der von n zurBasis 2 sein. Der Stromteiler, die Stromquelle und die Transistoren (T1, T2) bilden eine erfindungsgemäße Differenzstufe.
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6 Zeigt die Differenzstufe aus5 mit zwei Arbeitswiderständen (RL1, RL2). Es ist offensichtlich, dass die Stromteilerwiderstände (RM1 bis RMn) zu einer unterschiedlichen Stromgegenkopplung für die beiden Zweige des Differenzverstärkers führen. Diese unterschiedliche Stromgegenkopplung wird durch das Steuersignal (Val) eingestellt. In diesem Beispiel sind zwei beispielhafte Ausgänge (ON, OP) einzezeichnet. -
7 zeigt dieDifferenzstufe aus 6 als Teil einer Konstruktion entsprechend3 . An Stelle der Arbeitswiderstände (RL1, RL2)aus 6 sind je ein Kondensator (C1, C2) parallelgeschaltet mit einem Arbeitswiderstand (R1, R2) eingesetzt. An den Anschlüssen IN und IP wird der passive Infrarotsensor (PIR) entsprechendder 1 und2 angeschlossen. -
8 entspricht7 mit dem Unterschied, dass die Widerstände (R1, R2) durch reale Stromquellen (IW1, IW2) ersetzt sind. Dies hat den Vorteil, dass diese einen erhöhten differentiellen Widerstand aufweisen. Bei der Realisierung als integrierte Halbleiterschaltung stellt diese Konstruktion eine gegen parametrische Schwankungen robuste Lösung dar. Die Konstruktion ist sehr einfach und verbraucht aus diesem Grund nur sehr wenig Strom. Dabei weist sie gleichzeitig einen sehr hohen Eingangswiderstand auf. Da die Source-Anschlüsse durch die Gegenkopplung über den Stromteiler den jeweiligen Gate-Spannungen (im Mittel) folgen, schwanken die Gate-Source-Spannungen nicht. Daher sind die komplexen Eingangsimpedanzen sehr hoch. Die Gate-Source-Kapazitäten müssen nicht wesentlich umgeladen werden. Das Quantisierungsrauschen des Analog-zu-Digital-Wandlers wird mit steigender Anzahl n der Widerstände RMi geringer. Die zuvor genannten Punkte stellen wesentliche Vorteile der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik dar. -
9 zeigt eine mögliche Realisierung der Entladeschaltung RG aus1 bzw. der Entladewiderstände (Rdis_1, Rdis_2) in1 . Diese Widerstände müssen einen relativ hohen Widerstandswert aufweisen und sollten typischerweise möglichst gleich sein. Die in dieser8 gezeigte Switch-Capacitor-Realisierung arbeitet mit Transfergattern, die wechselweise mit einem von zwei nicht überlappenden Takten (ϕ1, ϕ2) geschaltet werden. Abgesehen von der Nichtüberlappung ist der eine Takt der inverse des anderen Taktes. Die Speicherkapazitäten befördern dabei jeweils eine gewisse Ladungsmenge mit jedem Halbtakt um einen Knoten weiter. Die Figur zeigt zwei Stränge. Die Stränge werden um jeweils einen Halbtakt versetzt betrieben. Hierdurch kommt es zu einem kontinuierlichen Ladungsabfluss. Werden die Takte abgeschaltet, was insbesondere in den Messphasen vorzugsweise der Fall ist, so fließt kein Strom mehr. Der so gebildete Arbeitswiderstand wird hochohmig. Wird der Takt der Entladung als von der Eingangsspannung abhängig gewählt, so kann die Entladung beispielsweise so gesteuert werden, dass sie bei größeren Eingangsspannungsdifferenzen größer und bei kleineren Eingangsspannungsdifferenzen kleiner ist und in einem vorgebbaren Bereich verschwindet. -
10 zeigt ein weiteres Beispiel eines Entladenetzwerks RG als aktives Netzwerk. Die Transistoren T3 und T4 werden in Abhängigkeit von der Differenz der Eingangsspannung zwischen IP und IN leitend geschaltet. Der Differenzverstärker bildet dabei den Betrag der Differenz an seinen Eingängen OP und ON und öffnet die Transistoren T3 und T4 entsprechend einer vorgegebenen Funktion in Abhängigkeit von diesem Differenzbetrag. Da die Kennlinie der Transistoren nicht linear ist, führt dies bei einem verschwindenden Differenzbetrag der Eingangsspannung zwischen IP und IN zu einem verschwindenden Leitwert der Transistoren T3 und T4. -
11 zeigt eine weitere mögliche Implementierung eines Entladenetzwerkes RG. Eine erste Stromquelle speist mit dem Strom I jeweils zur Hälfte die MOS-Dioden T9 und T14. Der Strom durch die MOS-Diode T14 wird durch T13 vermindert. Der Strom durch die MOS-Diode T9 wird durch T11 vermindert. Eine zweite Stromquelle liefert einen Strom, der typischerweise 80% des Wertes des Stroms der ersten Stromquelle beträgt. Da der Transistor T11 mit der MOS-Diode T12 einen Stromspiegel bildet und der Transistor T13 mit der gleichen MOS-Diode T12 einen Stromspiegel bildet, wird ein auf typischerweise 80% des Stromes I bezogener Offsetstrom von den Strömen durch T9 bzw. durch T14 angezogen. Sind die Eingänge IP und IN ungleich vorgespannt, so führt dies zu einer unausgeglichenen Stromaufteilung durch die Differenzstufe aus T5 und T6. Dies äußert sich dann so, dass zusätzlicher Strom durch die MOS Dioden T9 oder T14 fließen kann, was zu einer Öffnung der Transistoren T7 und T15 oder T8 und T16 führt und somit zu einer Entladung der Eingangsknoten IP und IN. -
12 zeigt eine beispielhafte Entladewiderstandskennlinie einer Schaltung gemäß11 . Durch die geeignete Wahl der Stromspiegel- und Transistorverhältnisse kann erreicht werden, dass die Kennlinie des Eingangswiderstands einen extrem hochohmigen Bereich A aufweist, in dem der Eingangswiderstand praktisch nur vom Leckstrom der Schaltung bestimmt wird und einen Bereich B in dem eine Spannungsbegrenzung einsetzt und einen Bereich C, in dem der Eingangswiderstand sehr niederohmig ist.
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1 shows the basic blocks of a passive infrared detector device according to the invention. The device consists of a passive infrared detector (PIR) coupled to the discharge network R G. The task of this discharge network is to eliminate charging of the PIR detector and to keep the PIR detector at an operating point that is favorable for the subsequent analog-to-digital converter without putting a strain on the dynamics of the system. The analog-to-digital converter converts the signal of the discharge network into a first digital signal on a bus T with a first bus width (number of bits). A subsequent digital filter (DF) filters the signal on the first bus T and outputs the data with a higher resolution via an output bus (Out). Therefore, the output bus Out typically has a larger bus width than the first bus T. -
2 shows the unused equivalent circuit diagram of a passive infrared detector (PIR) with a backup power source (I PIR ) and a series connection of parasitic detector capacitance (C PIR ) and associated loss resistance R PIR_C as well as the internal resistance of the backup power source (R PIR ). This internal resistance of the current source (R PIR ) is parallel to the current source ( IP,R ) and is typically very high. If the detector is subjected to too great a load, the output voltage will collapse. -
3 shows a one-handed version of the analog-to-digital converter (ADC).1 . A first controlled current source (I 1 ) (also referred to as a further current source) is controlled by the feedback path and feeds into the first node (Sb). A second controlled current source (I 2 ) (also referred to as a current source) is controlled by an output of the passive infrared detector and also feeds into the first node (S b ). The sum of the two power source currents charges or discharges a capacitance (C 1b ). If the control loop is stable, the second current source (I 2 ) supplies a current that is different in sign but has the same magnitude as the first current source (I 1 ). The comparator (CP b ) has its input connected to this capacitor (C 1b ) and compares the voltage value at this capacitor and thus at the first node (S b ) with an internal comparison value. In this example, the up/down counter (Int b ) now counts either up by one or down by one with each system cycle, depending on whether the input of the comparator (CP b ) is above or below the switching threshold of the comparator (CP b ). For example, 6 bits of the count of the up/down counter (Int b ) are used for feedback. In this example, these 6 bits are converted by a digital-to-analog converter (DAC) into an analog signal that controls the additional current source (I 1 ). A digital filter (DF) filters the count of the up-down counter (Int b ) to the output signal (Out), which is the output bus of the digital filter DF. -
4 also shows a one-handed version of the analog-to-digital converter (ADC).1 . However, instead of the controllable current source, the one source of the one reference signal is now implemented in such a way that the counter reading (Val) of the up/down counter (Int b ) now has the tap (IN FB ) on a resistor cascade (R FB ) made up of individual resistors (not drawn) controls. This tap can then be fed to a differential transconductance amplifier which has the current output (CS). The current outputs each charge and discharge a capacitor (C 1c , C 2c ). The resulting voltages on the capacitors (C 1c , C 2c ) are compared with each other by a comparator (CP), which in turn controls the up/down counter (Int b ). -
5 shows a controllable current divider as part of a differential stage according to the invention consisting of the resistance chain of n resistors R M1 to R Mn , which are typically but not necessarily identical. In this example, one of the n+1 taps of the resistor chain is connected to the operating current source (I ref ) through an analog multiplexer (MUX). The bus width of the control bus (Val) of the analog multiplexer (Mux) must be chosen sufficiently and should typically be larger than the logarithm of n tobase 2. The current divider, the current source and the transistors (T 1 , T 2 ) form a differential stage according to the invention.
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6 Shows the difference level5 with two working resistors (R L1 , R L2 ). It is obvious that the current divider resistors (R M1 to R Mn ) result in different current feedback for the two branches of the differential amplifier. This different current feedback is set by the control signal (Val). In this example, two exemplary outputs (ON, OP) are shown. -
7 shows thedifference level 6 as part of a construction accordingly3 . Instead of the working resistors (R L1 , R L2 ).6 A capacitor (C 1 , C 2 ) connected in parallel with a working resistor (R 1 , R 2 ) is used. The passive infrared sensor (PIR) is connected to the IN andIP connections 1 and2 connected. -
8th corresponds7 with the difference that the resistors (R 1 , R 2 ) are replaced by real current sources (I W1, I W2 ). This has the advantage that they have an increased differential resistance. When implemented as an integrated semiconductor circuit, this construction represents a solution that is robust against parametric fluctuations. The construction is very simple and for this reason only consumes very little power. At the same time, it has a very high input resistance. Since the source connections follow the respective gate voltages (on average) due to the negative feedback via the current divider, the gate-source voltages do not fluctuate. Therefore the complex input impedances are very high. The gate-source capacitances do not need to be significantly reloaded. The quantization noise of the analog-to-digital converter decreases as the number n of resistors R Mi increases. The aforementioned points represent significant advantages of the invention over the prior art. -
9 shows a possible implementation of thedischarge circuit R G1 or the discharge resistors (R dis_1 , R dis_2 ) in1 . These resistors must have a relatively high resistance value and should typically be as equal as possible. The ones in this8th The switch capacitor implementation shown works with transfer gates that are switched alternately with one of two non-overlapping clocks (ϕ 1 , ϕ 2 ). Apart from the non-overlapping, one bar is the inverse of the other bar. The storage capacities transport a certain amount of charge by one node with every half cycle. The figure shows two strands. The strands are each operated offset by half a cycle. This results in a continuous flow of charge. If the clocks are switched off, which is particularly the case in the measuring phases, no more current flows. The working resistance formed in this way becomes high-resistance. If the cycle of the discharge is chosen to be dependent on the input voltage, the discharge can, for example, be controlled in such a way that it is larger for larger input voltage differences and smaller for smaller input voltage differences and disappears in a predeterminable range. -
10 shows another example of a discharge network R G as an active network. The transistors T 3 and T 4 are switched on depending on the difference in the input voltage between IP and IN. The differential amplifier forms the amount of the difference at its inputs OP and ON and opens the transistors T 3 and T 4 according to a predetermined function depending on this difference amount. Since the characteristic curve of the transistors is not linear, this leads to a vanishing conductance of the transistors T 3 and T 4 when the difference in the input voltage between IP and IN disappears. -
11 shows another possible implementation of a discharge network R G. A first current source supplies half of the current I to each of the MOS diodes T9 and T14. The current through the MOS diode T14 is reduced by T13. The current through the MOS diode T9 is reduced by T11. A second power source supplies a current that is typically 80% of the value of the current of the first power source. Since the transistor T11 forms a current mirror with the MOS diode T12 and the transistor T13 forms a current mirror with the same MOS diode T12, an offset current related to typically 80% of the current I is attracted to the currents through T9 or through T14. If the inputs IP and IN are biased unequally, this leads to an unbalanced current distribution by the differential stage made up of T5 and T6. This then manifests itself in the way that additional current can flow through the MOS diodes T9 or T14, which leads to an opening of the transistors T7 and T15 or T8 and T16 and thus to a discharge of the input nodes IP and IN. -
12 shows an exemplary discharge resistance characteristic of a circuit according to11 . Through the appropriate choice of the current mirror and transistor ratios, it can be achieved that the characteristic curve of the input resistance has an extremely high-resistance range A, in which the input resistance is practically is only determined by the leakage current of the circuit and an area B in which a voltage limitation sets in and an area C in which the input resistance is very low.
Die beiden Anschlüsse werden somit durch diese elektrische Schaltungsanordnung entladen, deren Äquivalentwiderstand bei einem Arbeitspunkt im Bereich A signifikant größer als bei Arbeitspunkt in den Bereichen B oder C ist.The two connections are thus discharged by this electrical circuit arrangement, the equivalent resistance of which is significantly greater at an operating point in area A than at an operating point in areas B or C.
Dies ermöglicht es, eines passiven Infrarot-Detektors so zu betreiben, dass die elektrischen Anschlüsse durch einen Strompfad entladen werden, wenn die Spannung außerhalb eines vorbestimmten Bereiches A liegt. Dabei hängt der Entladestrom durch diese Schaltung von der Eingangsspannung zwischen den elektrischen Anschlüssen IP und IN ab. In dem durch die Dimensionierungen vorgegebenen Bereich A der Eingangsspannung verschwindet der Entladestrom bis auf den Leckstrom der Transistoren. Dabei steigt der Entladestrom mit steigendem Betraqsabstand der Eingangsspannung außerhalb dieses Bereiches A an. Der Eingangswiderstand RIN(IP-IN) hängt von der Differenzspannung V(IP-IN) zwischen den Eingängen IP und IN des Netzwerks RG ab. Der hier betrachtete Eingangswiderstand kann dabei sowohl als zwischen den Anschlüssen IP und IN befindlich angenommen werden als auch zwischen einem Anschluss IP oder IN auf der einen und dem Bezugspotenzial, beispielsweise Masse, auf der anderen Seite. Das Verhalten in
BezugszeichenlisteReference symbol list
- AA
- Spannungsbereich in dem das Entladenetzwerk hochohmig istVoltage range in which the discharge network is high-resistance
- ADCADC
- Analog zu Digital WandlerAnalogue to digital converter
- Bb
- Spannungsbereich in dem das Entladenetzwerk eine mittlere Leitfähigkeit aufweistVoltage range in which the discharge network has a medium conductivity
- CC
- Spannungsbereich in dem das Entladenetzwerk eine höhere Leitfähigkeit aufweistVoltage range in which the discharge network has a higher conductivity
- C1C1
- Erste KapazitätFirst capacity
- C1bC1b
- Erstes integrierendes Filter (dritte Kapazität)First integrating filter (third capacity)
- C2C2
- Zweite KapazitätSecond capacity
- CPC.P
- Komparatorcomparator
- CPbCPb
- Komparatorcomparator
- CPOCPO
- KomparatorausgangComparator output
- CPIRCPIR
- Parasitäre Kapazität des PIR-Sensors PIRParasitic capacitance of the PIR sensor PIR
- CSC.S
- Stromausgang des Differenz-Transconduktanz-VerstärkersCurrent output of the differential transconductance amplifier
- DACDAC
- Digital-zu-Analog-ConverterDigital to Analog Converter
- DFDF
- Nachgeschaltetes digitales FilterDownstream digital filter
- I1I1
- Weitere StromquelleAnother power source
- I2I2
- Stromquellepower source
- Ia1Ia1
- Erster StromteilerausgangFirst current divider output
- Ia2Ia2
- Zweiter StromteilerausgangSecond current divider output
- ININ
- Erster Anschluss für den PIR SensorFirst connection for the PIR sensor
- IntInt
- Întegrierendes Filter (im einfachsten Fall ein Auf-/Ab-Zähler)Integrating filter (in the simplest case an up/down counter)
- IntbIntb
- Întegrierendes Filter (im einfachsten Fall ein Auf-/Ab-Zähler)Integrating filter (in the simplest case an up/down counter)
- ININ
- Zweiter Anschluss für den PIR SensorSecond connection for the PIR sensor
- INFBINFB
- Abgriff an einer Widerstandskaskade (RFB) aus einzelnen WiderständenTap on a resistance cascade (R FB ) made up of individual resistors
- IPIRIPIR
- Stromquelle des Ersatzschaltbildes des PIR-SensorsPower source of the PIR sensor equivalent circuit
- IrefIref
- ReferenzstromquelleReference power source
- IW1IW1
- Erste, als Arbeitswiderstand benutzte StromquelleFirst power source used as a working resistor
- IW2IW2
- Zweite, als Arbeitswiderstand benutzte StromquelleSecond power source used as a working resistor
- MUXMUX
- Analoger 1:(n-1) oder 1:n oder 1:(n+1) Multiplexer. Dabei hat n vorzugsweise einen Wert größer als drei und/oder 4. Besonders vorteilhaft sind Werte von n=(2m-2) mit m>2 oder m>3. Im vorliegenden Beispiel ist m=6 gewählt.Analog 1:(n-1) or 1:n or 1:(n+1) multiplexer. n preferably has a value greater than three and/or 4. Values of n=(2 m -2) with m>2 or m>3 are particularly advantageous. In the present example, m=6 is chosen.
- ONON
- Erster Ausgang der DifferenzstufeFirst output of the differential stage
- OPOP
- Zweiter Ausgang der DifferenzstufeSecond output of the differential stage
- OutOut
- Ausgangsbus des digitalen Filters DF (=nachgeschaltetes Filter DF)Output bus of the digital filter DF (= downstream filter DF)
- ϕ1ϕ1
- Erster Takt des SC-Netzwerks zur Bildung eines EntladewiderstandsFirst clock of the SC network to form a discharge resistor
- ϕ2ϕ2
- Zweiter Takt des SC-Netzwerks zur Bildung eines Entladewiderstands. Der Takt ist im Wesentlichen invers zu ϕ1 und überlappt sich mit ϕ1 nicht.Second clock of the SC network to form a discharge resistor. The clock is essentially inverse to ϕ 1 and does not overlap with ϕ 1 .
- PIRPIR
- PIR-SensorPIR sensor
- R1R1
- Erster ArbeitswiderstandFirst work resistance
- R2R2
- Zweiter ArbeitswiderstandSecond working resistance
- Rdis_1Rdis_1
- Erster ungünstiger Entladewiderstand im Stand der Technik. Dieser führt zu einer Belastung des Ausgangs IP und zu einer Reduzierung des Ausgangssignals. In der Erfindungsgemäßen Vorrichtung wird dieser Widerstand moduliert.First unfavorable discharge resistor in the prior art. This leads to a load on the output IP and a reduction in the output signal. In the device according to the invention, this resistance is modulated.
- Rdis_2Rdis_2
- Zweiter ungünstiger Entladewiderstand im Stand der Technik. Dieser führt zuSecond unfavorable discharge resistor in the prior art. This leads to
- RFBRFB
- einer Belastung des Ausgangs IN und zu einer Reduzierung des Ausgangssignals. In der Erfindungsgemäßen Vorrichtung wird dieser Widerstand moduliert. Widerstandskaskade aus einzelnen Widerständen. Ein Steuersignal (Val) steuert den Abgriff des Ausgangssignals INFB. Die Widerstandskaskade verhält sich also wie ein durch die Größe Val gesteuertes Potentiometer. Die Realisierung erfolgt ähnlich der Realisierung des Stromteilers aus Multiplexer MUX und Widerstandskaskade RM1 bis RMn.a load on the output IN and a reduction of the output signal. In the device according to the invention, this resistance is modulated. Resistance cascade made up of individual resistors. A control signal (Val) controls the tapping of the output signal IN FB . The resistance cascade therefore behaves like a potentiometer controlled by the value Val. The implementation is similar to the implementation of the current divider from multiplexer MUX and resistor cascade R M1 to R Mn .
- RGRG
- Entladenetzwerk. Diese Entladenetzwerk verhindert eine Aufladung des PIR-Sensors sowohl gegen Masse als auch der Anschlüsse des PIR-Sensors gegeneinander.Discharge network This discharge network prevents the PIR sensor from charging both against ground and the PIR sensor connections against each other.
- RIN(IP-IN)RIN(IP-IN)
-
Von der Differenzspannung V(IP-IN) zwischen den Eingängen IP und IN abhängiger Eingangswiderstand des Netzwerks RG. Der Eingangswiderstand kann dabei sowohl als zwischen den Anschlüssen IP und IN befindlich angenommen werden als auch zwischen einem Anschluss IP oder IN auf der einen und dem Bezugspotenzial, beispielsweise Masse, auf der anderen Seite. Das Verhalten in
12 sollte vorzugsweise in jedem dieser beiden Fälle ähnlich sein.Input resistance of the network R G dependent on the difference voltage V(IP-IN) between the inputs IP and IN. The input resistance can be assumed to be between the connections IP and IN as well as between a connection IP or IN on the one hand and the reference potential, for example ground, on the other side. The behavior in12 should preferably be similar in each of these two cases. - RL1RL1
- Erster ArbeitswiderstandFirst work resistance
- RL2RL2
- Zweiter ArbeitswiderstandSecond working resistance
- RMRM
- Widerstand des Stromteilers. Es handelt sich um den Summenwert derCurrent divider resistance. It is the sum value of the
- RM1 bis RMnRM1 to RMn
- Widerstandskette RM1 bis RMn aus n Widerständen. Widerstände der Widerstandskette aus n Widerständen des Stromteiles der erfindungsgemäßen DifferenzstufeResistor chain R M1 to R Mn made of n resistors. Resistors of the resistance chain consisting of n resistors of the current part of the differential stage according to the invention
- RPIRRPIR
-
Innenwiderstand des PIR-Sensors PIR, der parallel zu den Ausgängen des PIR Sensors liegt (siehe
1 )Internal resistance of the PIR sensor PIR, which is parallel to the outputs of the PIR sensor (see1 ) - RPIR_CRPIR_C
- Serienwiderstand der parasitären Kapazität CPIR.Series resistance of the parasitic capacitance C PIR .
- SbSb
- Erster KnotenFirst node
- TT
- ADC Ausgang mit typischerweise geringerer Bit-breite als der Bus OutADC output with typically smaller bit width than the bus out
- T1T1
- Erster Transistor der DifferenzstufeFirst transistor of the differential stage
- T2T2
- Zweiter Transistor der DifferenzstufeSecond transistor of the differential stage
- T3T3
- Dritter TransistorThird transistor
- T 4T4
- Vierter TransistorFourth transistor
- T5 bis T16T5 to T16
- Transistoren eines beispielhaften weiteren Entladenetzwerks.Transistors of an exemplary further discharge network.
- ValVal
- Steuereingang des Multiplexers MUXControl input of the multiplexer MUX
- V(IP-IN)V(IP-IN)
- Spannung zwischen den Ausgängen des PIR Sensors und damit zwischen den Eingängen des Entladenetzwerks RG Voltage between the outputs of the PIR sensor and thus between the inputs of the discharge network R G
- VrefVref
- ReferenzspannungReference voltage
Claims (3)
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---|---|---|---|
DE102013022377.6A DE102013022377B3 (en) | 2013-09-05 | 2013-09-05 | Device for operating passive infrared sensors |
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Publications (1)
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DE (1) | DE102013022377B3 (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4377808A (en) | 1980-07-28 | 1983-03-22 | Sound Engineering (Far East) Limited | Infrared intrusion alarm system |
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2013
- 2013-09-05 DE DE102013022377.6A patent/DE102013022377B3/en active Active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4377808A (en) | 1980-07-28 | 1983-03-22 | Sound Engineering (Far East) Limited | Infrared intrusion alarm system |
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