DE102013108510B4 - Charge flux-frequency converter with different charge flow direction - Google Patents
Charge flux-frequency converter with different charge flow direction Download PDFInfo
- Publication number
- DE102013108510B4 DE102013108510B4 DE102013108510.5A DE102013108510A DE102013108510B4 DE 102013108510 B4 DE102013108510 B4 DE 102013108510B4 DE 102013108510 A DE102013108510 A DE 102013108510A DE 102013108510 B4 DE102013108510 B4 DE 102013108510B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- comparator
- integrator
- signal
- charge flow
- converter device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/16—Measuring radiation intensity
- G01T1/17—Circuit arrangements not adapted to a particular type of detector
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
- G01R19/0023—Measuring currents or voltages from sources with high internal resistance by means of measuring circuits with high input impedance, e.g. OP-amplifiers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
- G01R29/24—Arrangements for measuring quantities of charge
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
Abstract
Wandlervorrichtung (2, 34) zum Umwandeln eines Ladungsflusses (4) in ein Frequenzsignal (23), aufweisend zumindest einen Integrator (5, 5a, 5b) sowie zumindest einen Komparator (16, 16a, 16b, 39a, 39b, 39c), wobei zumindest ein Integrator (5, 5a, 5b) und zumindest ein Komparator (16, 16a, 16b, 39a, 39b, 39c) hintereinandergeschaltet sind und der Komparator (16, 16a, 16b, 39a, 39b, 39c) bei Überschreiten eines integrierten Ladungsflusses relativ zu einer Schwellenspannung (19) und/oder einer Vergleichsspannung (36, 37, 38) ein Signal (23) abgibt, gekennzeichnet durch zumindest eine Ladungsfluss-Richtungs-Selektionseinrichtung, mit der die Wandlervorrichtung (2, 34) wahlweise auf einen positiven oder einen negativen Ladungsfluss (4) eingestellt werden kann. A converter device (2, 34) for converting a charge flow (4) into a frequency signal (23) comprising at least one integrator (5, 5a, 5b) and at least one comparator (16, 16a, 16b, 39a, 39b, 39c) at least one integrator (5, 5a, 5b) and at least one comparator (16, 16a, 16b, 39a, 39b, 39c) are connected in series and the comparator (16, 16a, 16b, 39a, 39b, 39c) when an integrated charge flow is exceeded relative to a threshold voltage (19) and / or a comparison voltage (36, 37, 38) emits a signal (23), characterized by at least one charge flow direction selection device, with which the converter device (2, 34) selectively to a positive or a negative charge flow (4) can be set.
Description
Die Erfindung betrifft eine Wandlervorrichtung zum Umwandeln eines Ladungsflusses in ein Frequenzsignal, welche zumindest einen Integrator sowie zumindest einen Komparator aufweist, wobei zumindest ein Integrator und zumindest ein Komparator hintereinander geschaltet sind und der Komparator bei Überschreiten eines integrierten Ladungsflusses relativ zu einem Schwellenwert ein Signal abgibt.The invention relates to a converter device for converting a charge flow into a frequency signal which has at least one integrator and at least one comparator, wherein at least one integrator and at least one comparator are connected in series and the comparator outputs a signal relative to a threshold value when an integrated charge flow is exceeded.
Ladungsfluss-Frequenz-Wandler werden verwendet, wenn ein elektrischer Ladungsfluss von typischerweise geringer Stärke gemessen werden muss. Derartige Ladungsflüsse treten beispielsweise bei Teilchenbeschleunigern (beispielsweise Elektronenteilchenbeschleuniger, Protonenteilchenbeschleuniger oder lonenteilchenbeschleuniger, insbesondere Schwerionenteilchenbeschleuniger), bzw. bei Teilchendetektoren (beispielsweise zu Dosimetriezwecken, für Messanordnungen und dergleichen) auf. Die hierbei zu messenden Ströme liegen typischerweise im Bereich zwischen einigen 10 fA bis hin zu mehreren 100 µA. Es ist leicht einsichtig, dass bei derartig geringen Stromstärken „klassische Messverfahren“, die beispielsweise mit einem Spannungsabfall an einem Widerstand oder aber mit dem durch den Strom verursachten Magnetfeld (zum Beispiel Drehspulinstrumente) arbeiten, keine ausreichenden Genauigkeiten liefern oder sogar vollständig versagen.Charge flux-frequency converters are used when it is necessary to measure an electrical charge flow of typically low intensity. Such charge fluxes occur, for example, in particle accelerators (for example electron particle accelerator, proton particle accelerator or ion particle accelerator, in particular heavy ion particle accelerator) or in particle detectors (for dosimetry purposes, for measuring arrangements and the like). The currents to be measured in this case are typically in the range between a few 10 fA up to several 100 uA. It is readily apparent that at such low current levels, "classical measurement techniques" which operate, for example, with a voltage drop across a resistor or with the current-induced magnetic field (eg, spin-coil instruments) do not provide sufficient accuracies or even fail completely.
In einigen Bereichen ist jedoch eine präzise Messung eines (Teilchen-) Stroms (insbesondere Elektronenstrom oder lonenstrom mit vergleichsweise geringer Stromstärke) mit hoher Genauigkeit erforderlich. Dies gilt insbesondere für manche Forschungsanwendungen, ganz besonders jedoch für den Bereich der Medizintechnik. Da mittlerweile Teilchenbeschleuniger sehr erfolgreich in der Medizintechnik verwendet werden (sowohl Elektronenbeschleuniger als auch lonenbeschleuniger), besteht ein Bedarf an hochpräzisen Messgeräten und Messmethoden, die dennoch möglichst kostengünstig sein sollten.In some areas, however, precise measurement of (particle) current (in particular electron current or ion current with comparatively low current intensity) is required with high accuracy. This applies in particular to some research applications, but especially to the field of medical technology. Since particle accelerators are now used very successfully in medical technology (both electron accelerators and ion accelerators), there is a need for high-precision measuring devices and measuring methods which nevertheless should be as cost-effective as possible.
Eine Möglichkeit derartige kleine elektrische Ströme mit hoher Genauigkeit messen zu können, besteht in der Verwendung von Ladungsfluss-Frequenz-Wandlern. Bei diesen wird der Ladungsfluss in einem Integrator über einen gewissen Zeitraum hinweg aufintegriert. Sobald eine gewisse Ladung im Integrator angesammelt wurde, wird ein Ausgangssignal ausgegeben und der Integrator gleichzeitig auf null zurückgestellt („geleert“), um auf diese Weise für einen neuen Messzyklus zur Verfügung zu stehen. Da die Frequenz der ausgegebenen Signale mit dem eingehenden Ladungsfluss korrespondiert, kann die Frequenz des Ausgangssignals als Maß für den Ladungsfluss verwendet werden.One way to be able to measure such small electrical currents with high accuracy is the use of charge flow frequency converters. In these, the charge flow in an integrator is integrated over a certain period of time. Once a certain charge has accumulated in the integrator, an output signal is output and the integrator is simultaneously reset to zero ("cleared") to be available for a new measurement cycle. Since the frequency of the output signals corresponds to the incoming charge flow, the frequency of the output signal can be used as a measure of the charge flow.
Derartige Ladungsfluss-Frequenz-Wandler sind seit geraumer Zeit bekannt. Ein Problem bei diesen besteht darin, dass während der „Rückstellphase“ des Integrators kein Ladungsfluss gemessen werden kann. Hierdurch entsteht eine gewisse Messungenauigkeit. In manchen Anwendungsfeldern (wie beispielsweise in der Medizintechnik oder bei manchen Forschungsbeschleunigern) ist die damit einhergehende Messungenauigkeit nicht akzeptabel; in anderen Anwendungsfeldern ist sie zumindest unerwünscht. Daher wurde in der Deutschen Offenlegungsschrift
Ein großes Problem bei bekannten Ladungsfluss-Frequenz-Wandlern ist, dass diese ausschließlich jeweils entweder für negative Ladungsflüsse (beispielsweise bei Elektronenbeschleunigern gegeben) oder für positive Ladungsflüsse (beispielsweise bei lonenbeschleunigern gegeben) aufgebaut sind. Dementsprechend müssen bei einem Polaritätswechsel des zu messenden Ladungsflusses unterschiedliche Ladungsfluss-Frequenz-Wandler verwendet werden. Dies schränkt die universelle Verwendbarkeit derartiger Ladungsfluss-Frequenz-Wandler nicht unerheblich ein. Insbesondere vergrößert sich dadurch der logistische Aufwand, sowohl bei Herstellung als auch bei Vertrieb und Lagerhaltung.A major problem with known charge-flux-frequency converters is that they are constructed exclusively either for negative charge fluxes (given for example in electron accelerators) or for positive charge fluxes (given for example in ion accelerators). Accordingly, different charge flux-frequency converters must be used in a polarity change of the charge flow to be measured. This does not restrict the universal usability of such charge flux-frequency converters significantly. In particular, this increases the logistical effort, both in production and in sales and storage.
Aus der
Aus der
Aus der
Aus der
Dementsprechend besteht seit langem der Wunsch nach Ladungsfluss-Frequenz-Wandlern, die möglichst universell verwendbar sind und insbesondere sowohl in Zusammenhang mit negativen Ladungsflüssen als auch mit positiven Ladungsflüssen verwendet werden können. Bislang fehlte es hierzu jedoch an Schaltungskonzepten, die eine derartige Funktionalität bei möglichst geringem Hardwareaufwand zur Verfügung stellen.Accordingly, there has long been a desire for charge-flux-frequency converters that are as universally applicable as possible and, in particular, can be used both in conjunction with negative charge flows and with positive charge flows. So far, however, it lacked this circuit concepts that provide such functionality with the least possible hardware cost.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine Wandlervorrichtung zum Umwandeln eines Ladungsflusses in ein Frequenzsignal vorzuschlagen, welche gegenüber Wandlervorrichtungen zum Umwandeln eines Ladungsflusses in ein Frequenzsignal, wie sie im Stand der Technik bekannt sind, verbessert ist.The object of the invention is therefore to propose a converter device for converting a charge flow into a frequency signal, which is improved compared to converter devices for converting a charge flow into a frequency signal, as are known in the prior art.
Die Erfindung löst diese Aufgabe.The invention solves this problem.
Es wird vorgeschlagen, eine Wandlervorrichtung zum Umwandeln eines Ladungsflusses in ein Frequenzsignal, welche zumindest einen Integrator sowie zumindest einen Komparator aufweist und bei der zumindest ein Integrator und zumindest ein Komparator hintereinander geschaltet sind und der Komparator bei Überschreiten eines integrierten Ladungsflusses relativ zu einem Schwellenwert ein Signal abgibt, mit einer Ladungsfluss-Richtungs-Selektionseinrichtung zu versehen, mit der die Wandlervorrichtung wahlweise auf einen positiven oder auf einen negativen Ladungsfluss eingestellt werden kann. Typischerweise liegen die zu messenden Ströme beispielsweise bei Teilchenbeschleunigern bzw. bei Teilchendetektoren im Bereich von einigen 10 fA bis hin zu mehreren 100 µA, insbesondere zwischen 100 fA und 130 µA. Die Wandlervorrichtung kann dabei in beliebiger Weise aus diskreten Bauteilen, oder aber auch als integrierte Schaltung (insbesondere in einem ASIC (für „application specific integrated circuit“)) aufgebaut sein. Möglich ist es selbstverständlich auch, dass eine „teilweise Integration“ in einen integrierten Schaltkreis erfolgt, sodass zwar noch einige diskrete Bauteile vorhanden sind, ein vorzugsweise größerer Anteil an Bauelementen jedoch in den integrierten Schaltkreis integriert ist. Grundsätzlich ist eine möglichst weitgehende Integration in einen integrierten Schaltkreis von Vorteil. Einerseits können dadurch Kosten gespart werden, der erforderliche Bauraum kann verringert werden, es ist im Allgemeinen möglich, dass die Wandlervorrichtung mit weniger elektrischer Energie versorgt werden muss und darüber hinaus können Ladungsverluste (insbesondere auch von zu messendem Strom) weitgehend vermieden werden. Der Integrator wird üblicherweise derart ausgeführt, dass (Teile) des Ladungsflusses in eine Kapazität geleitet werden. Bevorzugt ist es, dass dabei die Größe der Kapazität geändert werden kann, um so die Wandlervorrichtung auf unterschiedliche Ströme anpassen zu können. Das „Umschalten“ zwischen verschiedenen Kapazitäten kann dabei hardwaremäßig erfolgen (indem beispielsweise externe Kapazitäten zu- oder abgeschaltet werden), aber auch eine geänderte Beschaltung (Verwendung unterschiedlicher Eingangs-Pins) bzw. eine geeignete Programmierung eines integrierten Schaltkreises. Typische Werte für die Kapazitäten liegen dabei im Bereich zwischen 2,5 pF und 25 pF, so dass sich bei typischen Ladungsflüssen im Bereich zwischen 100 fA und 130 µA eine für die weitere Bearbeitung vorteilhafte Ladungsauflösung (Ladungsmenge die erforderlich ist, um einen Impuls auszugeben) sowie Impulshäufigkeit ergeben kann. Es sind jedoch auch andere Kapazitäten denkbar, wie insbesondere 1 pF, 2 pF, 3 pF, 4 pF, 5 pF, 6 pF, 7 pF, 8 pF, 9 pF oder 10 pF als Untergrenze und/oder 10 pF, 20 pF, 30 pF, 40 pF, 50 pF, 60 pF, 70 pF, 80 pF, 90 pF oder 100 pF als Obergrenze. Besonders vorteilhaft ist es bei den genannten Kapazitäten, dass diese vergleichsweise problemlos in einem integrierten Bauelement zur Verfügung gestellt werden können, was entsprechende Vorteile mit sich bringen kann. Die vorgeschlagenen Kapazitätswerte sind insbesondere deshalb für integrierte Schaltkreise vorteilhaft, weil hier einen vorteilhafter „Kompromiss“ erzielt werden kann. Einerseits sind die Kapazitäten so groß, dass die parasitären Kapazitäten bei der Herstellung in der Regel im Wesentlichen vernachlässigt werden können; andererseits sind die Kapazitäten so klein, dass diese ökonomisch auf einem Halbleiterchip gefertigt werden können. Vorteilhaft ist es, wenn (im Falle einer „Umschaltbarkeit“ der Kapazität) eine „Kapazitätsdynamik“ mit einem Verhältnisfaktor von 1 : 1, 1 : 2, 1 : 3, 1 : 4, 1 : 5, 1 : 6, 1 : 7, 1 : 8, 1 : 9, 1 : 10, 1 : 15, 1 : 20, 1 : 25, 1 : 30, 1 : 40, 1 : 50 oder 1 : 100 zur Verfügung gestellt wird (wobei die genannten Werte sowohl einen unteren als auch einen oberen Intervallgrenzwert darstellen können). Von Vorteil ist insbesondere eine „dekadische Unterteilung“ (also insbesondere 1 : 10 oder 1: 100), weil diese für die menschliche Vorstellung besonders nachvollziehbar ist. Hierbei ist es insbesondere möglich, einen vorteilhaften Kompromiss aus einfachem Aufbau einerseits und möglichst großer Anpassbarkeit an unterschiedliche Stromstärken andererseits zu realisieren. Typischerweise gibt der Integrator ein Ausgangssignal aus, welches der bereits akkumulierten Ladung entspricht. Bei einem gleichbleibenden Strom steigt somit beispielsweise ein Spannungs-Ausgangssignal linear mit der Zeit an. Sobald das Ausgangssignal einen bestimmten Wert überschreitet (Schwellenwert), erfolgt (vorzugsweise unter Ausnutzung des Komparators, wobei dieser insbesondere einen Vergleich zwischen dem Ausgangswert des Integrators und dem aktuellen Schwellenwert durchführt) eine Aktion. Die Aktion kann dabei unterschiedlicher Natur sein. Insbesondere ist es möglich, dass ein beispielsweise impulsartiges Ausgangssignal abgegeben wird (Frequenz-Signal als Ausgangssignal), eine Rückstellung des Integrators („Ladungslöschung“) oder aber auch eine Verstellung des Schwellenwerts erfolgt. Insbesondere ist es bei einer „Verstellung des Schwellenwerts“ möglich, ein vergleichsweise hochfrequentes Signal erzeugen zu können und darüber hinaus die Messgenauigkeit, insbesondere durch Vermeiden von Totzeiten, erhöhen zu können. Möglich ist es auch, dass der Schwellenwert erhöht wird und erst nach einer mehrfachen Erhöhung des Schwellenwerts ein Ausgabesignal erfolgt (wobei es möglich ist, dass bei jeder Anpassung des Schwellenwerts oder beispielsweise nur bei einer Rückstellung des Schwellenwerts ein Ausgangssignal ausgegeben wird). Die Schwellenspannung kann im Übrigen in beliebiger Weise durch ein externes Signal zur Verfügung gestellt werden, aber ebenso durch ein intern erzeugtes Signal. Auch die Ladungsfluss-Richtungs-Selektionseinrichtung kann auf unterschiedliche Weise realisiert werden. So ist einerseits an eine vollautomatische Umstellung zu denken. Ebenso ist es jedoch auch möglich, dass die Wandlervorrichtung, je nach vorhandener Strompolarität, über einen unterschiedlichen Eingangsanschluss mit dem Strom beaufschlagt werden muss (wobei gegebenenfalls eine Umschaltvorrichtung, welche sowohl extern als auch intern ausgebildet sein kann, vorgesehen werden kann). Insbesondere ist es auch möglich, dass eine Umstellung auf unterschiedliche Stromrichtungen durch eine Programmierung der Wandlervorrichtung erfolgt und eine gegebenenfalls erforderliche Umschaltung durch intern vorgesehene Schaltelemente zur Verfügung gestellt wird.It is proposed a converter device for converting a charge flow into a frequency signal which has at least one integrator and at least one comparator and in which at least one integrator and at least one comparator are connected in series and the comparator is a signal when an integrated charge flow is exceeded relative to a threshold value to provide with a charge flow direction selection device with which the converter device can be set to either a positive or a negative charge flow. The currents to be measured are typically in the range from a few 10 fA to several 100 μA, in particular between 100 fA and 130 μA, for example in the case of particle accelerators or particle detectors. In this case, the converter device can be constructed in any desired manner from discrete components or else as an integrated circuit (in particular in an ASIC (for "application-specific integrated circuit")). It is of course also possible that a "partial integration" takes place in an integrated circuit, so that although some discrete components are still present, but a preferably larger proportion of components is integrated into the integrated circuit. In principle, the greatest possible integration into an integrated circuit is advantageous. On the one hand this can be cost savings, the required space can be reduced, it is generally possible that the converter device must be supplied with less electrical energy and moreover charge losses (especially of current to be measured) can be largely avoided. The integrator is usually designed such that (parts of) the charge flow are conducted into a capacitance. It is preferred that the size of the capacitance can be changed in order to be able to adapt the converter device to different currents. The "switching" between different capacities can be done in hardware (for example by external capacitors on or off), but also a changed wiring (using different input pins) or a suitable programming of an integrated circuit. Typical values for the capacitances lie in the range between 2.5 pF and 25 pF, so that, with typical charge flows in the range between 100 fA and 130 μA, a charge resolution which is advantageous for further processing (amount of charge required to output a pulse) as well as pulse frequency. However, other capacities are also conceivable, in particular 1 pF, 2 pF, 3 pF, 4 pF, 5 pF, 6 pF, 7 pF, 8 pF, 9 pF or 10 pF as lower limit and / or 10 pF, 20 pF, 30 pF, 40 pF, 50 pF, 60 pF, 70 pF, 80 pF, 90 pF or 100 pF as the upper limit. It is particularly advantageous in the case of the abovementioned capacities that they can be provided comparatively easily in an integrated component, which can bring about corresponding advantages. The proposed capacitance values are therefore particularly advantageous for integrated circuits because an advantageous "compromise" can be achieved here. On the one hand, the capacities are so great that the parasitic capacitances in the production can generally be essentially neglected; On the other hand, the capacities are so small that they can be produced economically on a semiconductor chip. It is advantageous if (in the case of a "reversibility" of the capacity) a "capacity dynamics" with a ratio factor of 1: 1, 1: 2, 1: 3, 1: 4, 1: 5, 1: 6, 1: 7 , 1: 8, 1: 9, 1:10, 1:15, 1:20, 1:25, 1: 30, 1:40, 1:50 or 1: 100 are provided (the values given are both can represent a lower as well as an upper interval limit). Of particular advantage is a "decadal subdivision" (ie in particular 1: 10 or 1: 100), because this is particularly comprehensible for the human imagination. In this case, it is in particular possible to realize an advantageous compromise of simple construction on the one hand and the greatest possible adaptability to different current strengths on the other hand. Typically, the integrator outputs an output signal that corresponds to the already accumulated charge. Thus, for a constant current, for example, a voltage output increases linearly with time. As soon as the output signal exceeds a certain value (threshold value), an action is taken (preferably using the comparator, which in particular makes a comparison between the output value of the integrator and the current threshold value). The action can be different in nature. In particular, it is possible for a pulse-like output signal, for example, to be output (frequency signal as output signal), a reset of the integrator ("charge erasure"), or else an adjustment of the threshold value. In particular, with an "adjustment of the threshold value" it is possible to be able to generate a comparatively high-frequency signal and, in addition, to be able to increase the measurement accuracy, in particular by avoiding dead times. It is also possible that the threshold is increased and only after a multiple increase of the threshold, an output signal occurs (whereby it is possible that with each adjustment of the threshold value or, for example, only with a provision of the threshold, an output signal is output). Incidentally, the threshold voltage can be provided in an arbitrary manner by an external signal, but also by an internally generated signal. The charge flow direction selection device can also be realized in different ways. On the one hand, a fully automatic conversion is to be considered. However, it is also possible that the converter device, depending on the existing current polarity, must be supplied with the current via a different input terminal (optionally a switching device, which may be both external and internal, can be provided). In particular, it is also possible that a conversion to different current directions takes place by programming the converter device and an optionally required switching by internally provided switching elements is provided.
Bevorzugt ist es, wenn die Wandlervorrichtung derart ausgebildet ist, dass diese zumindest zwei zueinander parallel geschaltete Integratoren bzw. Integrator-Zweige aufweist, die wechselweise mit dem Ladungsfluss beaufschlagt werden. Mit einem derartigen Aufbau ist es insbesondere möglich, dass die Totzeit, die während einer Rücksetzung eines Integrator auftritt (und prinzipbedingt in aller Regel nicht vermeidbar ist; erfolgt beispielsweise durch Entladen der Kapazitäten), nicht zu einer Verschlechterung der Messgenauigkeit durch „Verlust von zu messenden Ladungsträgern“ kommt. Denn gemäß der vorgeschlagenen Weiterbildung kann der Ladungsfluss während dieser Totzeit durch den jeweils anderen Integrator gemessen werden. Dadurch kann die Messgenauigkeit auf einfache Weise signifikant erhöht werden. Wobei es im Übrigen durchaus möglich ist, dass insbesondere über kurze Zeitintervalle hinweg auch beide Integratoren „gleichzeitig“ mit einem Ladungsfluss beaufschlagt werden (wobei im Falle von zwei Integratoren jeder Integrator im Wesentlichen mit dem halben Ladungsfluss beaufschlagt wird), um Umschaltphasen besonders vorteilhaft zu gestalten und hierdurch beispielsweise die Messgenauigkeit noch weiter zu erhöhen. Möglich ist es aber ebenso, dass lediglich ein einzelner Integrator bzw. ein einzelner Integrator-Zweig genutzt wird. Ein derartiger Aufbau der Wandlervorrichtung ist meist besonders einfach und daher besonders günstig. Der Verlust an „gemessenem Ladungsfluss“ kann dabei zumindest teilweise dadurch kompensiert werden, dass beispielsweise die Totzeit durch einen Korrekturfaktor „numerisch ausgeglichen“ wird. Hierbei handelt es sich jedoch nicht um eine echte Messung, sondern lediglich um eine Art „Simulation“, bei der insbesondere Ladungsträgerspitzen bzw. kurzzeitige Aussetzer nicht erfasst werden.It is preferred if the converter device is designed in such a way that it has at least two integrators or integrator branches connected in parallel to one another, which are charged alternately with the charge flow. With such a structure, it is possible, in particular, that the dead time which occurs during a reset of an integrator (and inherently unavoidable in principle, occurs, for example, by discharging the capacitances) does not lead to a deterioration in the measuring accuracy due to "loss of the measured value Carriers "comes. Because according to the proposed development, the charge flow during this dead time can be measured by the other integrator. As a result, the measurement accuracy can be significantly increased in a simple manner. Incidentally, it is entirely possible that, in particular over short time intervals, both integrators are also "charged" with a charge flow (in the case of two integrators, each integrator is essentially charged with half the charge flow) in order to make switchover phases particularly advantageous and thereby, for example, to further increase the measurement accuracy. But it is also possible that only a single integrator or a single integrator branch is used. Such a construction of the converter device is usually particularly simple and therefore particularly favorable. The loss of "measured charge flow" can be at least partially compensated by the fact that, for example, the dead time is "numerically balanced" by a correction factor. However, this is not a true measurement, but merely a kind of "simulation", in particular the charge carrier peaks or short-term dropouts are not detected.
Eine weitere mögliche Ausbildungsweise der Wandlervorrichtung ergibt sich, wenn bei der Wandlervorrichtung die Ladungsfluss-Richtungs-Selektionseinrichtung den Integrator und/oder den Komparator vorzugsweise wechselseitig mit jeweils einer von zwei Ladungsfluss-Referenzspannungen versorgt. Die Ladungsfluss-Referenzspannungen können sich dabei hinsichtlich ihrer Höhe und/oder ihrem Vorzeichen unterscheiden. In aller Regel ist es sinnvoll, dass sich die Ladungsfluss-Referenzspannungen im Wesentlichen lediglich hinsichtlich ihres Vorzeichens unterscheiden. Hierdurch kann sowohl für positive als auch für negative Ladungsflüsse ein annähernd gleiches Messverhalten der Wandlervorrichtung realisiert werden. Im Übrigen ist es grundsätzlich möglich, dass die Ladungsfluss-Referenzspannungen durch „externe Bauteile“ zur Verfügung gestellt werden. Ebenso ist es aber auch möglich, dass die Ladungsfluss-Referenzspannungen von der Wandlervorrichtung selbst zur Verfügung gestellt werden, insbesondere auch von einem Teil der Wandlervorrichtung, der in Form eines integrierten Schaltkreises ausgebildet ist.A further possible embodiment of the converter device results if, in the case of the converter device, the charge flow direction selection device preferably supplies the integrator and / or the comparator mutually with in each case one of two charge flux reference voltages. The charge flow reference voltages may differ in terms of their height and / or their sign. In general, it makes sense that the charge flow reference voltages differ essentially only in terms of their sign. This can be for both positive as well as negative charge flows an approximately equal measurement behavior of the converter device can be realized. Incidentally, it is basically possible for the charge flow reference voltages to be provided by "external components". However, it is also possible for the charge flow reference voltages to be provided by the converter device itself, in particular also by a part of the converter device which is designed in the form of an integrated circuit.
Besonders bevorzugt ist es, wenn bei der Wandlervorrichtung die Ladungsfluss-Richtungs-Selektionseinrichtung zumindest eine Wechselschaltereinrichtung aufweist. Hierdurch können sowohl für den Integrator, als auch für den Komparator jeweils die gleichen Ladungsfluss-Referenzspannungen genutzt werden. Diese werden mittels der Wechselschaltereinrichtung jeweils „passend“ dem Integrator bzw. dem Komparator zugeführt. Hierdurch kann die Anzahl der vorzusehenden Referenzspannungen vorteilhaft verringert werden, was den Bauaufwand zu verringern hilft. Die Wechselschaltereinrichtung kann dabei entweder mittels mechanischer Kontakte, aber ebenso auch mittels elektronischer Schalter geschaltet werden. Unter einer „Wechselschaltereinrichtung“ ist insbesondere eine Einrichtung zu verstehen, bei der in einem ersten Schaltzustand eine erste Spannung an den Integrator und eine zweite Spannung an den Komparator angelegt wird, während in einem zweiten Schaltzustand eine zweite Spannung an den Integrator und eine erste Spannung an den Komparator angelegt wird.It is particularly preferred if, in the case of the converter device, the charge flow direction selection device has at least one changeover switch device. As a result, the same charge-flux reference voltages can be used both for the integrator and for the comparator. These are supplied to the integrator or the comparator respectively by means of the change-over switch device. As a result, the number of reference voltages to be provided can advantageously be reduced, which helps to reduce the construction costs. The changeover switch device can be switched either by means of mechanical contacts, but also by means of electronic switches. A "changeover switch device" is to be understood in particular as a device in which a first voltage is applied to the integrator and a second voltage to the comparator in a first switching state, while in a second switching state a second voltage is applied to the integrator and a first voltage is applied the comparator is created.
Weiterhin wird vorgeschlagen, die Wandlervorrichtung derart auszubilden, dass dem Komparator eine vorzugsweise bedingte Signalinversions-Einrichtung nachgeschaltet ist, welche bevorzugt in Abhängigkeit der Stellung der Ladungsfluss-Richtungs-Selektionseinrichtung invertierend wirkt. Die Signalinversions-Einrichtung kann dabei insbesondere als Exklusiv-Oder-Logikbaustein ausgebildet sein. Es hat sich gezeigt, dass bei einem üblichen Aufbau der Wandlervorrichtung, insbesondere dann, wenn ein Ausgangssignal eines Integrators einem Komparator zugeführt wird und dort mit einer Ladungsfluss-Referenzspannung und/oder einer Schwellenspannung verglichen wird, die Signalausgabelogik der Wandlervorrichtung (zunächst) unterschiedlich ist, je nachdem, ob ein positiver oder ein negativer Ladungsfluss gemessen wird. Wenn in Abhängigkeit von der Polarität des gemessenen Ladungsflusses eine Signalinversions-Einrichtung eingeschaltet bzw. abgeschaltet wird, so kann trotz der unterschiedlichen Polarität des Ladungsflusses die „Ausgabelogik“ der Wandlervorrichtung gleich bleiben. Dies ist für eine weitere Bearbeitung des von der Wandlervorrichtung ausgegebenen Signals besonders förderlich. Insbesondere kann die Wandlervorrichtung dann besonders einfach als „drop in“-Lösung eingesetzt werden.Furthermore, it is proposed to design the converter device in such a way that the comparator is followed by a preferably conditional signal inversion device, which preferably has an inverting function as a function of the position of the charge flow direction selection device. The signal inversion device can be designed in particular as an exclusive-OR logic device. It has been found that in a conventional construction of the converter device, in particular when an output signal of an integrator is supplied to a comparator and compared therewith with a charge flow reference voltage and / or a threshold voltage, the signal output logic of the converter device is (initially) different, depending on whether a positive or a negative charge flow is measured. If, depending on the polarity of the measured charge flow, a signal inversion device is switched on or off, the "output logic" of the converter device can remain the same despite the different polarity of the charge flow. This is particularly conducive to further processing of the signal output by the converter device. In particular, the converter device can then be used particularly simply as a "drop in" solution.
Bevorzugt ist es weiterhin, wenn bei der Wandlervorrichtung der Integrator einen Operationsverstärker aufweist und insbesondere das Ladungsfluss-Eingangssignal mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers und/oder die Ladungsfluss-Referenzspannung mit dem nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden sind. Sinnvoll ist es, wenn die Integrationskapazität im Gegenkopplungszweig zwischen Ausgang und invertierendem Eingang des Operationsverstärkers angeordnet wird. Operationsverstärker sind Differenzverstärker, die eine sehr hohe Verstärkung und einen hohen Eingangswiderstand aufweisen. Die vorgeschlagene Schaltungsvariante hat sich besonders bewährt, da der Operationsverstärker zur Entkopplung des Eingangs vom Integrationssignal dienen kann. Der Eingang kann konstant auf der Spannung gehalten werden, die über den nicht-invertierenden Eingang vorgegeben wird. Dementsprechend ist es sinnvoll, den nicht-invertierenden Eingang mit der Ladungsfluss-Referenzspannung zu verbinden. Insbesondere können Operationsverstärker besonders hochohmig ausgeführt werden, sodass die auftretenden Verlustströme besonders niedrig sind. Ein derartiges Verhalten ist insbesondere für den vorliegend vorgeschlagenen Einsatz (Messung kleiner Ladungsflüsse) besonders vorteilhaft. Insbesondere die vorgeschlagene Beschaltung (insbesondere wenn sie in Kombination realisiert wird) hat sich als vorteilhaft für die Erzeugung des erwünschten Frequenz-Ausgangssignals erwiesen. Weiter bevorzugt ist es, wenn als Operationsverstärker, Operationsverstärker mit MOS-FET-Eingängen verwendet werden, da diese besonders hochohmig und damit besonders verlustarm sind.It is furthermore preferred if, in the case of the converter device, the integrator has an operational amplifier and, in particular, the charge flow input signal is connected to the inverting input of the operational amplifier and / or the charge flow reference voltage is connected to the non-inverting input of the operational amplifier. It makes sense if the integration capacitance is arranged in the negative feedback path between the output and the inverting input of the operational amplifier. Operational amplifiers are differential amplifiers which have a very high gain and a high input resistance. The proposed circuit variant has proven particularly useful since the operational amplifier can be used to decouple the input from the integration signal. The input can be kept constant at the voltage set via the non-inverting input. Accordingly, it is useful to connect the non-inverting input to the charge-flux reference voltage. In particular, operational amplifiers can be designed to be particularly high-impedance, so that the leakage currents occurring are particularly low. Such behavior is especially advantageous for the presently proposed use (measurement of small charge flows). In particular, the proposed circuitry (especially when implemented in combination) has proven to be advantageous for generating the desired frequency output signal. It is further preferred if operational amplifiers with MOS-FET inputs are used as operational amplifiers, since these are particularly high-impedance and therefore particularly low-loss.
Weiterhin wird vorgeschlagen, die Wandlervorrichtung derart auszuführen, dass der Komparator ein Komparatorbauteil aufweist und insbesondere das Ausgangssignal des Integrators mit dem nicht-invertierenden Eingang des Komparatorbauteils und/oder eine Schwellenspannung mit dem invertierenden Eingang des Komparatorbauteils verbunden ist. Bei der Schwellenspannung kann es sich insbesondere um eine Schwellenspannung handeln, die von einem Digital-Analog-Wandler generiert wird, oder um eine sonstige Referenzspannung. Die bereits im Zusammenhang mit dem Integrator beschriebenen Vorteile von Operationsverstärkern gelten auch für den/die Komparator(en) bzw. das/die Komparatorbauteil(e) in Analogie. Dementsprechend sind hier geeignete Komparatorbauteile von Vorteil. Die vorgeschlagene Beschaltung (insbesondere in Kombination) ist dabei besonders geeignet, um die Funktionalität der Wandlervorrichtung auf einfache und effektive Weise zu realisieren.Furthermore, it is proposed to implement the converter device such that the comparator has a comparator component and in particular the output signal of the integrator is connected to the non-inverting input of the comparator component and / or a threshold voltage is connected to the inverting input of the comparator component. In particular, the threshold voltage may be a threshold voltage generated by a digital-to-analog converter or another reference voltage. The advantages of operational amplifiers already described in connection with the integrator also apply analogously to the comparator (s) or the comparator component (s). Accordingly, suitable comparator components are advantageous here. The proposed circuit (in particular in combination) is particularly suitable for realizing the functionality of the converter device in a simple and effective manner.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass bei der Wandlervorrichtung das Ausgangssignal des Komparators und/oder das Ausgangssignal der Signalinversions-Einrichtung einer Impulsformungs-Einrichtung zugeführt wird. Auf diese Weise kann jedes Mal, wenn „eine Einheit“ des Ladungsflusses abgegeben wurde, ein definierter Impuls abgegeben werden. Die Impulsformungs-Einrichtung kann dabei dazu verwendet werden, ein Signal in die Wandlervorrichtung zurückzuführen (beispielsweise um ein Umschalten des „aktiven Integrator-Zweigs“ zu bewirken), oder um eine Rückstellung eines Integrators zu bewirken. Auch ist es möglich, dass ein derartiges erzeugtes Impulssignal zur Erhöhung einer Schwellenspannung am Komparator dient, sodass vor einer Rücksetzung des Integrators und/oder einem Wechsel des Integrator-Zweigs der betreffende Integrator „mehrfach hochzählt“ und auf diese Weise Schaltvorgänge (und gegebenenfalls auch Totzeiten) reduziert werden können, auch wenn vergleichsweise große Ladungsflüsse von der Wandlervorrichtung zu messen sind. It is also proposed that in the converter device, the output signal of the comparator and / or the output signal of the signal inversion device is supplied to a pulse shaping device. In this way, each time "one unit" of the charge flow has been delivered, a defined pulse can be delivered. The pulse shaping device may be used to return a signal to the transducer device (for example, to effect a switchover of the "active integrator branch") or to cause a reset of an integrator. It is also possible that such a generated pulse signal serves to increase a threshold voltage at the comparator, so that prior to a reset of the integrator and / or a change of the integrator branch of the integrator concerned "count up" and in this way switching operations (and possibly also dead times ) can be reduced, even if comparatively large flows of charge are to be measured by the converter device.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, die Wandlervorrichtung mit einer digitalen Zählereinrichtung und/oder mit einem Digital-Analogwandler zu versehen, welche dem Komparator unterschiedliche Vergleichsspannungen zuführen kann, insbesondere in Abhängigkeit von einem Ausgangswert des Komparators, bevorzugt in Abhängigkeit von einem Zählwert der Zähleinrichtung. Auf diese Weise kann die Anzahl der Rückstellvorgänge bei den Integratoren der Wandlervorrichtung verringert werden. Dies kann insbesondere Totzeiten und Messfehler bei den Komponenten der Wandlervorrichtung vermindern helfen. Je nach Ausführungsweise kann dabei dennoch eine hohe Frequenz bei vergleichsweise geringen Ladungsflüssen ausgegeben werden, sodass eine vergleichsweise hohe Sensitivität der Wandlervorrichtung realisiert werden kann. Bei einer diesem Vorschlag folgenden Bauausführung folgt die dem Komparator zugeführte Schwellenspannung in der Regel einer Art treppenförmigen Sägezahnkurve. Bei jeder Stufe nach oben kann dabei ein Frequenzimpuls ausgegeben werden (nicht nur an den Digital-Analogwandler oder an die digitale Zähleinrichtung, sondern insbesondere auch an einen Ausgangsanschluss der Wandlervorrichtung). Unter einer digitalen Zähleinrichtung können sowohl positiv, als auch negativ zählende Zählwerke verstanden werden. Bevorzugt handelt es sich um eine Zähleinrichtung, die in Abhängigkeit von einem Eingangssignal bzw. einer Programmierung sowohl als Aufwärtszählereinrichtung als auch als Abwärtszählereinrichtung verwendet werden kann. Möglich ist es, dass die Zähleinrichtung die Möglichkeit für eine Rückstellung (Anlegen eines Rückstell-Signal) aufweist. Zusätzlich oder alternativ kann die Zähleinrichtung auch mit einem „Überlauf“ versehen sein, derart, dass die Zähleinrichtung nach dem durchlaufen einer bestimmten Anzahl von Zählschritten selbsttätig wieder zurückspringt(beispielsweise nach 4 Schritten, nach 8 Schritten, nach 16 Schritten, nach 32 Schritten oder dergleichen) erneut „auf Anfang zurückspringt“.According to a preferred embodiment, it is proposed to provide the converter device with a digital counter device and / or with a digital-to-analog converter which can supply different comparison voltages to the comparator, in particular as a function of an output value of the comparator, preferably as a function of a count value of the counter. In this way, the number of reset operations in the integrators of the converter device can be reduced. This can in particular help to reduce dead times and measurement errors in the components of the converter device. Depending on the embodiment, a high frequency can nevertheless be output at comparatively low charge flows, so that a comparatively high sensitivity of the converter device can be realized. In a construction following this proposal, the threshold voltage supplied to the comparator usually follows a kind of stepped sawtooth curve. In each step up a frequency pulse can be output (not only to the digital-to-analog converter or to the digital counter, but in particular to an output terminal of the converter device). A digital counter can be understood to mean both positive and negative counters. It is preferably a counting device which can be used both as an up-counter device and as a down-counter device depending on an input signal or a programming. It is possible that the counter has the possibility for a reset (applying a reset signal). Additionally or alternatively, the counter can also be provided with an "overflow", such that the counter automatically jumps back after passing through a certain number of counting steps (for example after 4 steps, after 8 steps, after 16 steps, after 32 steps or the like ) "jump back to start" again.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass bei der Wandlervorrichtung ein Digital-Analogwandler-Spannweiten-Signal-Eingabemittel vorgesehen wird. Hier kann beispielsweise durch eine Programmierung vorgegeben werden, nach wie viel ansteigenden Schritten die dem Komparator zugeführte Schwellenspannung wieder auf null zurückspringt. Beispielsweise kann vorgegeben werden, dass nach vier, acht oder sechzehn Steigerungsschritten die Schwellenspannung erneut auf null zurückspringt (wobei gegebenenfalls - falls vorhanden - auf den anderen Integrator-Zweig umgeschaltet wird). Durch eine derartige (vorherige) Programmierung kann die Wandlervorrichtung vorteilhaft auf unterschiedliche zu erwartende bzw. zu messende Eingangs-Ladungsflüsse eingestellt werden, sodass die Wandlervorrichtung besonders universell eingesetzt werden kann.Furthermore, it is proposed that a digital-to-analogue-to-bandwidth signal input means be provided in the converter device. Here, for example, programming can be used to specify after how many increasing steps the comparator-supplied threshold voltage returns to zero. For example, it may be specified that after four, eight or sixteen steps of incrementing, the threshold voltage returns to zero again (optionally switching to the other integrator branch if present). By means of such (previous) programming, the converter device can advantageously be set to different expected or to be measured input charge fluxes, so that the converter device can be used in a particularly universal manner.
Es wird weiterhin vorgeschlagen, bei der Wandlervorrichtung ein Rückstellsignal-Ausgabemittel vorzusehen, welches einen Integrator zurückstellt und bevorzugt einen anderen Integrator aktiviert. Mit einem derartigen Rückstellsignal kann die Wandlervorrichtung dezidiert und kontrolliert „intern gesteuert“ werden. Insbesondere kann das Rückstellsignal-Ausgabemittel Eingangsschaltern zugeführt werden, die den Eingangs-Ladungsfluss unterschiedlichen Integrator-Zweigen zuführen. Darüber hinaus kann durch das Rückstellsignal-Ausgabemittel die „Rückstellung“ eines Integrators bewirkt werden und gegebenenfalls auch ein Digital-Analogwandler (der insbesondere ein Schwellensignal für einen Komparator bereitstellt) bzw. eine digitale Zähleinrichtung auf „null zurückgestellt“ werden.It is further proposed to provide in the converter device a reset signal output means which resets an integrator and preferably activates another integrator. With such a reset signal, the converter device can be decided and controlled "internally controlled". In particular, the reset signal output means may be supplied to input switches which supply the input charge flow to different integrator branches. In addition, the "reset" of an integrator can be effected by the reset signal output means and optionally also a digital-to-analog converter (which in particular provides a threshold signal for a comparator) or a digital counter can be reset to "zero".
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass bei der Wandlervorrichtung zumindest eine sich selbsttätig einstellende Ladungsfluss-Richtungs-Selektionseinrichtung vorgesehen wird. Bei einer derartigen, besonders bevorzugten Bauausführung der Wandlervorrichtung ist üblicherweise nicht einmal eine Vorprogrammierung der Wandlervorrichtung dahingehend erforderlich, ob ein positiver oder negativer Ladungsfluss gemessen werden soll. Mit einer derartigen Bauausführung ist die Wandlervorrichtung besonders fehlersicher und besonders universell zu verwenden (wobei es selbstverständlich möglich ist, die Wandlervorrichtung mit einer Art „Erwartungswert“ vorzuprogrammieren). Insbesondere kann im Falle von mehreren Zweigen ein Zweig einem in der „Integrierreihenfolge“ nachfolgenden Zweig einen derartigen „Erwartungswert“ mitteilen.Furthermore, it is proposed that at least one self-adjusting charge flow direction selection device be provided in the converter device. In such a particularly preferred construction of the converter device, not even pre-programming of the converter device is usually required to determine whether a positive or negative charge flow is to be measured. With such a construction, the converter device is particularly fail-safe and particularly universal to use (where it is of course possible to vorzuprogrammieren the converter device with a kind of "expected value"). In particular, in the case of multiple branches, a branch may communicate such an "expectation value" to a branch following the "integrate order".
Weiterhin wird vorgeschlagen, die Wandlervorrichtung mit zumindest einer Frequenz-Überschreitungs-Signalausgabeeinrichtung zu versehen. Eine derartige Frequenz-Überschreitungs-Signalausgabeeinrichtung kann insbesondere anzeigen, wenn der eingehende Ladungsfluss derart hoch ist, dass die Wandlervorrichtung nicht mehr genügend Zeit hat, um sich zurückzustellen und auf diese Weise der Messfehler in nicht tolerierbarer Weise ansteigt (dies gilt insbesondere auch für den Fall von zwei oder mehr Integrator-Zweigen, wenn der Integrator-Zweig schneller gewechselt werden muss, als es der Rückstellzeit eines Integrators entspricht). Das Ausgangssignal der Frequenz-Überschreitungs-Signalausgabeeinrichtung kann dann als eine Art Fehlersignal verwendet werden, sodass beispielsweise eine Notabschaltung der Anlage, für die die Wandlervorrichtung verwendet wird, erfolgen kann, da ein sicherer Betrieb derselben nicht mehr gewährleistet werden kann. Furthermore, it is proposed to provide the converter device with at least one frequency-exceeded signal output device. Such a frequency-exceeding signal output device can indicate, in particular, if the incoming charge flow is so high that the converter device no longer has enough time to reset itself and in this way the measurement error increases intolerably (this also applies in particular to the case) of two or more integrator branches, if the integrator branch needs to be changed more quickly than the resetting time of an integrator). The output signal of the frequency-exceeded signal output device can then be used as a kind of error signal, so that, for example, an emergency shutdown of the system, for which the converter device is used, can take place, since a safe operation of the same can no longer be guaranteed.
Weiterhin wird vorgeschlagen, die Wandlervorrichtung derart auszubilden, dass die Frequenz-Überschreitungs-Signalausgabeeinrichtung zumindest einen Fehlerindikations-Komparator und/oder eine Signalinversions-Einrichtung aufweist, wobei die Signalinversions-Einrichtung vorzugsweise als Exklusiv-Oder-Logikbaustein ausgebildet ist. Erste Versuche haben ergeben, dass der vorgeschlagene Aufbau besonders geeignet ist, um auf einfache, aber dennoch effektive Weise, ein Fehlersignal zu erzeugen, mit dem beispielsweise eine Notabschaltung realisiert werden kann.Furthermore, it is proposed to design the converter device in such a way that the frequency-overflow signal output device has at least one error indication comparator and / or one signal inversion device, wherein the signal inversion device is preferably designed as an exclusive-or logic module. First experiments have shown that the proposed structure is particularly suitable for generating a fault signal in a simple, yet effective manner, with which, for example, an emergency shutdown can be realized.
Schließlich wird noch vorgeschlagen, die Wandlervorrichtung derart durchzuführen, dass der Fehlerindikations-Komparator ein Komparatorbauteil aufweist, wobei vorzugsweise der invertierende Eingang des Komparatorbauteils mit einem Ladungsfluss-Referenzsignal und/oder der nicht-invertierende Eingang des Komparatorbauteils mit einem Ausgangssignal des Integrators verbunden ist. Auch in diesem Zusammenhang erweist sich das bereits vorab über Komparatoren bzw. das über Komparatorbauteile Gesagte als vorteilhaft. Die vorgeschlagene Beschaltung erweist sich insbesondere vorteilhaft für die Funktion des Fehlerindikations-Komparators, insbesondere in Kombination.Finally, it is proposed to carry out the converter device such that the error indication comparator has a comparator component, wherein preferably the inverting input of the comparator component is connected to a charge flow reference signal and / or the non-inverting input of the comparator component is connected to an output signal of the integrator. In this context too, what has already been said in advance via comparators or via comparator components proves to be advantageous. The proposed circuit proves to be particularly advantageous for the function of the error indication comparator, in particular in combination.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 : ein erstes Ausführungsbeispiel für einen Wandlerkern in einem schematischen Blockschaltbild; -
2 : ein zweites Ausführungsbeispiel für einen Wandlerkern in einem schematischen Blockschaltbild; -
3 : ein Ausführungsbeispiel für einen Wandler mit zwei Integrator-Zweigen und wechselweiser Zweigansteuerung.
-
1 a first exemplary embodiment of a converter core in a schematic block diagram; -
2 a second exemplary embodiment of a converter core in a schematic block diagram; -
3 FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a converter with two integrator branches and alternating two-control.
In
Weiterhin ist im Integrator
Der Ladungsfluss
Die Ausgangsspannung
Werden dagegen positive Ladungsflüsse
Da man unabhängig von der Polarität des zu messenden Ladungsflusses
Das derart bereinigte Ausgangssignal
Weitere Details zu diversen Aspekten des Wandlerkerns
Bei realen Bauelementen, wie bei den vorliegend verwendeten Integratoren
Um diesen Fehlerzustand zu erkennen, wird ein weiterer Komparator, ein Fehlererkennungs-Komparator
In
Der Wandlerkern
Diese drei Vergleichsspannungen
Befindet sich die Ausgangsspannung
Dabei überwachen der erste Komparator
Sobald der Auf- und Abwärtszähler
In
Sobald durch den betreffenden Integrator-Zweig
Details zu dem „wechselweisen Parallelbetrieb“ der Integrator-Zweige
Weitere Vorteile, Eigenschaften und Weiterbildungen der vorgeschlagenen Erfindung sind der Deutschen Patentanmeldung, welche taggleich unter dem anmelderseitigen Aktenzeichen P 434-b-DE und mit dem Titel „Ladungsfluss-Frequenz-Wandler mit Fehler-Indikator“ beim Deutschen Patent- und Markenamt hinterlegt wurde, zu entnehmen. Der Offenbarungsgehalt der dortigen Anmeldeunterlagen wird durch Querverweis vollständig in die Offenbarung der vorliegenden Anmeldung aufgenommen.Further advantages, features and further developments of the proposed invention are the German patent application, which was deposited at the same day under the applicant's file number P 434-b-DE and entitled "charge flow frequency converter with error indicator" at the German Patent and Trademark Office, refer to. The disclosure of the local registration documents is incorporated by cross-reference completely in the disclosure of the present application.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1.1.
- Ladungsfluss-Frequenz-WandlerFlow of charge-to-frequency converter
- 2.Second
- Wandlerkerntransformer core
- 3.Third
- Integrator-ZweigIntegrator branch
- 4.4th
- Ladungsflussflow of charge
- 5.5th
- Integratorintegrator
- 6.6th
- Operationsverstärkeroperational amplifiers
- 7.7th
- Kapazitätcapacity
- 8.8th.
- RückstellschalterReset switch
- 9.9th
- Eingangsschalterinput switch
- 10.10th
- ZuschalterZuschalter
- 11.11th
- Invertierender EingangInverting entrance
- 12.12th
- Nicht-invertierender EingangNon-inverting input
- 13.13th
- Referenzspannungreference voltage
- 14.14th
- Polaritätssignalpolarity signal
- 15.15th
- Ausgangsspannungoutput voltage
- 16.16th
- Komparatorcomparator
- 17.17th
- Nicht-invertierender EingangNon-inverting input
- 18.18th
- Invertierender EingangInverting entrance
- 19.19th
- Schwellenspannungthreshold voltage
- 20.20th
- Digital-AnalogwandlerDigital to analog converter
- 21.21st
- Ausgangsspannungoutput voltage
- 22.22nd
- Exklusiv-Oder-LogikbausteinExclusive OR logic device
- 23.23rd
- Bereinigte AusgangsspannungAdjusted output voltage
- 24.24th
- Ausgangoutput
- 25.25th
- Pulsformerpulse shaper
- 26.26th
- PulsPulse
- 27.27th
- Auf- und AbwärtszählerUp and down counter
- 28.28th
- Spannungspegelvoltage level
- 29.29th
- Fehlererkennungs-KomparatorError detection comparator
- 30.30th
- Nicht-invertierender EingangNon-inverting input
- 31.31st
- Invertierender EingangInverting entrance
- 32.32nd
- Ausgangsspannungoutput voltage
- 33.33rd
- Fehlersignalerror signal
- 34.34th
- Wandlerkerntransformer core
- 35.35th
- Digital-AnalogwandlerDigital to analog converter
- 36.36th
- Untere VergleichsspannungLower reference voltage
- 37.37th
- Mittlere VergleichsspannungMean reference voltage
- 38.38th
- Obere VergleichsspannungUpper comparison voltage
- 39.39th
- Komparatorcomparator
- 40.40th
- Invertiererinverter
- 41.41st
- Oder-LogikbausteinOr logic device
- 42.42nd
- Schaltsignalswitching signal
- 43.43rd
- Abgrifftap
- 44.44th
- D-Flip-FlopD flip-flop
- 45.45th
- Verzögerungselementdelay element
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102013108510.5A DE102013108510B4 (en) | 2013-08-07 | 2013-08-07 | Charge flux-frequency converter with different charge flow direction |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102013108510.5A DE102013108510B4 (en) | 2013-08-07 | 2013-08-07 | Charge flux-frequency converter with different charge flow direction |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102013108510A1 DE102013108510A1 (en) | 2015-02-12 |
DE102013108510B4 true DE102013108510B4 (en) | 2019-04-04 |
Family
ID=52388657
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102013108510.5A Active DE102013108510B4 (en) | 2013-08-07 | 2013-08-07 | Charge flux-frequency converter with different charge flow direction |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102013108510B4 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3921012A (en) | 1974-11-11 | 1975-11-18 | Mdh Ind Inc | Wide-range current-to-frequency converter |
US3959653A (en) | 1975-04-14 | 1976-05-25 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Department Of Health, Education And Welfare | Fast charge digitizer and digital data acquisition system for measuring time varying radiation fields |
US4124821A (en) | 1976-08-25 | 1978-11-07 | Lgz Landis & Gyr Zug Ag | Analog to frequency convertor |
EP0341691A1 (en) | 1988-05-12 | 1989-11-15 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Detection voltage output circuit of charge generation type sensing device |
DE19841308A1 (en) | 1998-09-10 | 2000-04-06 | Schwerionenforsch Gmbh | Apparatus and method for converting charge flow into a frequency signal |
-
2013
- 2013-08-07 DE DE102013108510.5A patent/DE102013108510B4/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3921012A (en) | 1974-11-11 | 1975-11-18 | Mdh Ind Inc | Wide-range current-to-frequency converter |
US3959653A (en) | 1975-04-14 | 1976-05-25 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Department Of Health, Education And Welfare | Fast charge digitizer and digital data acquisition system for measuring time varying radiation fields |
US4124821A (en) | 1976-08-25 | 1978-11-07 | Lgz Landis & Gyr Zug Ag | Analog to frequency convertor |
EP0341691A1 (en) | 1988-05-12 | 1989-11-15 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Detection voltage output circuit of charge generation type sensing device |
DE19841308A1 (en) | 1998-09-10 | 2000-04-06 | Schwerionenforsch Gmbh | Apparatus and method for converting charge flow into a frequency signal |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102013108510A1 (en) | 2015-02-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3633791C2 (en) | ||
DE69500031T2 (en) | Control circuit and arrangement for a low pressure fluorescent lamp | |
DE2548746A1 (en) | ANALOG / DIGITAL CONVERTER | |
DE2626899C3 (en) | Method and device for checking the accuracy of an analog-digital converter | |
DE102013222252B4 (en) | Method and circuit for an analogue to digital capacitance converter | |
EP0232451A1 (en) | Method and device for the conversion of an electrical signal into a proportional frequency | |
DE2946000C2 (en) | Integrating analog-digital converter circuit | |
DE102013108510B4 (en) | Charge flux-frequency converter with different charge flow direction | |
EP3141878B1 (en) | Device and method for operating passive infrared sensors | |
DE10050706C2 (en) | Circuit arrangement for converting an input current signal into a corresponding digital output signal | |
DE2461576A1 (en) | ANALOG-DIGITAL CONVERTER | |
DE102013108511A1 (en) | Charge flux frequency converter with error indicator | |
DE1805099A1 (en) | Analog / digital converter | |
EP1400020B1 (en) | Integrating a/d converter | |
DE2845728A1 (en) | DEVICE FOR AMPLIFICATION OF A PULSE VOLTAGE WITH DRIFT CORRECTION | |
DE2752560C3 (en) | Process for analog-digital conversion of voltages according to the multiple integration principle and circuit arrangement for carrying out the process | |
DD228132A1 (en) | CONVERTERS WITH SWITCHED CAPACITIES | |
DE4037268C2 (en) | ||
DE1200876B (en) | Electronic bistable multivibrator and device for counting pulses using this circuit | |
CH620537A5 (en) | Device for reducing losses and thus for improving the transfer characteristic at a measurement-value transformer | |
DE2900192A1 (en) | FREQUENCY VOLTAGE CONVERTERS AND VOLTAGE FREQUENCY CONVERTERS AND THEIR USE | |
DE1591848C3 (en) | Analog-to-digital converter | |
DE102013022378B3 (en) | Device for operating passive infrared sensors | |
DE102013022381B3 (en) | Device for operating passive infrared sensors | |
DE1252800B (en) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: KEIL & SCHAAFHAUSEN PATENTANWAELTE PARTGMBB, DE |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |