DE102013108510B4 - Charge flux-frequency converter with different charge flow direction - Google Patents

Charge flux-frequency converter with different charge flow direction Download PDF

Info

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
Application number
DE102013108510.5A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102013108510A1 (en
Inventor
Holger Flemming
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GSI Helmholtzzentrum fuer Schwerionenforschung GmbH
Original Assignee
GSI Helmholtzzentrum fuer Schwerionenforschung GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GSI Helmholtzzentrum fuer Schwerionenforschung GmbH filed Critical GSI Helmholtzzentrum fuer Schwerionenforschung GmbH
Priority to DE102013108510.5A priority Critical patent/DE102013108510B4/en
Publication of DE102013108510A1 publication Critical patent/DE102013108510A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102013108510B4 publication Critical patent/DE102013108510B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16Measuring radiation intensity
    • G01T1/17Circuit arrangements not adapted to a particular type of detector
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0023Measuring currents or voltages from sources with high internal resistance by means of measuring circuits with high input impedance, e.g. OP-amplifiers
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/24Arrangements 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.

Figure DE102013108510B4_0000
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.
Figure DE102013108510B4_0000

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 DE 198 41 308 A1 vorgeschlagen, zwei zueinander parallele Messzweige mit jeweils einem Integrator vorzusehen. Die beiden Integratoren sind dabei schaltungstechnisch derart miteinander verknüpft, dass der eingehende Ladungsfluss zunächst in einen ersten Zweig gelenkt wird. Sobald der erste Integrator-Zweig seinen Schwellenwert erreicht hat, gibt dieser ein Signal aus, schaltet das zu messende Signal auf den Eingang des anderen Integrator-Zweigs und setzt sich anschließend selbst zurück. Währenddessen füllt sich der zweite Integrator-Zweig und sobald hier der Schwellenwert erreicht wird, gibt dieser ein Signal aus, die Schaltung schaltet auf den ersten Integrator-Zweig zurück und der zweite Integrator-Zweig wird zurückgesetzt. Da während der „Totzeit“ des Integrator-Zweigs, in der dieser zurückgesetzt wird, der jeweils andere Integrator-Zweig die Messung des zu messenden Ladungsflusses übernimmt, kommt es nicht zu den beschriebenen unerwünschten Totzeitverlusten und damit nicht zu Messungenauigkeiten.Such charge flow frequency converters have been known for some time. A problem with these is that during the "reset phase" of the integrator no charge flow can be measured. This creates a certain inaccuracy of measurement. In some fields of application (such as in medical technology or in some research accelerators), the associated measurement inaccuracy is unacceptable; in other fields of application, it is at least undesirable. Therefore, in the German Offenlegungsschrift DE 198 41 308 A1 proposed to provide two mutually parallel measuring branches, each with an integrator. The two integrators are interconnected in terms of circuitry such that the incoming charge flow is first directed into a first branch. As soon as the first integrator branch has reached its threshold value, it outputs a signal, switches the signal to be measured to the input of the other integrator branch and then resets itself. Meanwhile, the second integrator branch fills, and when the threshold is reached, it outputs a signal, the circuit returns to the first integrator branch, and the second integrator branch is reset. Since during the "dead time" of the integrator branch, in which this is reset, the other integrator branch takes over the measurement of the charge flow to be measured, it does not lead to the unwanted dead time losses described and thus not to measurement inaccuracies.

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 EP 0 341 691 A1 ist ein Detektionsspannung-Ausgangsschaltkreis einer Sensorvorrichtung vom Ladungserzeugungstyp bekannt. Diese wandelt in Folge einer Änderung in einer von außen aufgebrachten physikalischen Größe auf der Sensorvorrichtung erzeugten Ladungen eine Spannung um und gibt die so erhaltene Spannung aus.From the EP 0 341 691 A1 For example, a detection voltage output circuit of a charge generation type sensor device is known. This converts a voltage due to a change in charges generated on the sensor device from the outside, and outputs the voltage thus obtained.

Aus der US 4 124 821 A ist ein Analogfrequenzwandler zur Bildung einer einem Messstrom oder einer Messspannung proportionalen Ausgangsfrequenz bekannt. Dieses arbeitet nach dem Ladungsmengenkompensationsverfahren mit einem Integrator, eine diesem nachgeschalteten Schwellenschalter und einem Kompensationsladungsgeber der einem Kondensator des Integrator jeweils eine Konstante Kompensationsladung zuführt. From the US 4,124,821 A For example, an analog frequency converter is known for forming an output frequency proportional to a measurement current or a measurement voltage. This works according to the charge amount compensation method with an integrator, a downstream of this threshold switch and a compensation charge generator each of which supplies a constant compensation charge to a capacitor of the integrator.

Aus der US 3 921 012 A ist ein Breitband Strom-Frequenzkonverter für eine Analog/Digital Wandlung bekannt. Dieser weist einen Verstärker sowie eine Ladungserzeugungseinrichtung auf, welche am Ausgang des Verstärker angeordnet ist und Ausgangspulse erzeugt, wobei die Ausgangspulse eine Frequenz aufweisen die in direkten Zusammenhang zum Signalstrom steht, welcher an den Eingang der Verstärkereinrichtung angelegt ist.From the US 3,921,012 A is a broadband current-frequency converter for an analog / digital conversion known. This comprises an amplifier and a charge generating means which is arranged at the output of the amplifier and generates output pulses, wherein the output pulses have a frequency which is directly related to the signal current which is applied to the input of the amplifier means.

Aus der US 3 959 653 A ist ein ladungsdigitalisierter bekannt, mit einem Ladungsintegrator, welcher an eine lonistaionskammer angeschlossen ist, welche einen Ausgangsstrom ausgibt der proportional zur ionisierenden Strahlung ist. Der Ladungsintegrator ist an einem Komparator angeschlossen, welcher von einem high-Zustand in einen low-Zustand übergeht, wenn das Ausgangssignal des Integrators über einen Schwellwert steigt. Der Digitalisierer weist darüber hinaus einen bistabilen Multivibrator auf, der eine Folge von Pulsen generiert, welche durch einen Analogschalter wieder zurück in den Integrator gespeist werden. Dadurch wird Ladung vom Ladungsintegrator entfernt sodass dieser wieder unter den Schwellwert abfällt. Das Ausgangssignal wird zwischen dem Multivibrator und dem Analogschalter ausgekoppelt und gezählt.From the US 3,959,653 A For example, a charge digitizer is known having a charge integrator connected to an ionization chamber which outputs an output current that is proportional to the ionizing radiation. The charge integrator is connected to a comparator which transitions from a high state to a low state when the output of the integrator rises above a threshold. The digitizer also has a bistable multivibrator that generates a train of pulses that are fed back into the integrator through an analog switch. As a result, charge is removed from the charge integrator so that it falls below the threshold again. The output signal is coupled out between the multivibrator and the analogue switch and counted.

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.
In the following the invention will be explained in more detail by means of advantageous embodiments and with reference to the accompanying drawings. Show it:
  • 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 1 ist ein erstes denkbares Ausführungsbeispiel für einen Wandlerkern 2 dargestellt, der beispielsweise für einen Ladungsfluss-Frequenz-Wandler 1 („Wandlervorrichtung zum Umwandeln eines Ladungsflusses in ein Frequenzsignal“) mit zwei parallelen, wechselweise betriebenen Integrator-Zweigen 3a, 3b verwendet werden kann. Auch wenn ein derartiger Betrieb mit zwei wechselweise betriebenen Integrator-Zweigen 3a, 3b hinsichtlich des weitgehenden Ausschlusses von Messfehlern durch Totzeiten besonders bevorzugt ist, so sind dennoch andere Verwendungsweisen des Wandlerkerns 2 denkbar. Der zu messende Ladungsfluss 4 wird über eine Eingangsklemme (In) dem eigentlichen Integrator 5 zugeführt. Der Integrator 5 besteht im Wesentlichen aus einem Operationsverstärker 6 und einer Kapazität 7a, 7b. Darüber hinaus ist ein Rückstellschalter 8 vorgesehen, mit dem die Kapazitäten 7a, 7b entladen werden können, sodass der Integrator 5 für einen weiteren Messzyklus zur Verfügung steht. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kapazität 7 in zwei Teilkapazitäten 7a, 7b aufgeteilt, wobei eine der beiden Teilkapazitäten 7b über einen Zuschalter 10 bedarfsweise zugeschaltet werden kann. Beispielsweise handelt es sich bei der (immer verwendeten) ersten Kapazität 7a um eine Kapazität von 2,5 pF. Hierzu parallel geschaltet ist eine über den Zuschalter 10 zuschaltbare zweite Kapazität 7b von 22,5 pF vorgesehen, sodass die Gesamtkapazität 7 des Integrators 5 zwischen 2,5 pF und 25 pF verstellt werden kann. Durch die Umschaltung können Ladungsflüsse 4 mit unterschiedlicher Auflösung (erforderliche Ladungsmenge, um einen Ausgangsimpuls zu erzeugen) gemessen werden, wobei sich bei höherer zugeschalteter Gesamtkapazität 7 naturgemäß auch die Empfindlichkeit des Integrators 5 verringert. Im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Empfindlichkeit des Wandlerkerns 2 (die neben der Kapazität auch durch den Spannungshub des Integrators 5 und der Anzahl der Zählschritte des Auf- und Abwärtszählers 27 bestimmt ist) bei niedriger Kapazität (nur erste Kapazität 7a zugeschaltet) 250 fC, wohingegen sie bei größerer Kapazität (zweite Kapazität 7b zugeschaltet) 2,5 pC beträgt. Daraus und aus der Geschwindigkeit des Aufbaus 2 ergibt sich demgegenüber im Wesentlichen der maximale Messstrom 4. Im dargestellten Beispiel beträgt die Höhe des maximalen Messstroms 4 13 µA bzw. 130 µA. Der minimale Messstrom wird durch Leckströme bestimmt, die in der praktischen Realisation nicht zu vermeiden sind. Im vorliegenden Aufbau liegen sie in der Größenordnung von 100 fA. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Kapazität 7b durch eine vorherige Programmierung des Wandlerkerns 2 vorab eingestellt. Insbesondere ist der vorliegend dargestellten Wandlerkern 2 (zusammen mit weiteren Komponenten) in Form eines integrierten Schaltkreises (ASIC) ausgebildet.In 1 is a first conceivable embodiment of a converter core 2 for example, for a charge-flux-frequency converter 1 ("Converter for converting a charge flow into a frequency signal") with two parallel, alternately operated integrator branches 3a . 3b can be used. Even if such operation involves two alternately operated integrator branches 3a . 3b With regard to the extensive exclusion of measurement errors due to dead times is particularly preferred, so are still other uses of the converter core 2 conceivable. The charge flow to be measured 4 is via an input terminal (In) the actual integrator 5 fed. The integrator 5 consists essentially of an operational amplifier 6 and a capacity 7a . 7b , In addition, a reset switch 8th provided with the capacity 7a . 7b can be discharged, leaving the integrator 5 is available for another measuring cycle. In the illustrated embodiment, the capacity 7 in two partial capacities 7a . 7b split, whereby one of the two partial capacities 7b via a switch-on 10 can be switched on as needed. For example, the (always used) first capacity 7a by a capacity of 2.5 pF. This is connected in parallel via the switch 10 switchable second capacity 7b provided by 22.5 pF, so the total capacity 7 of the integrator 5 between 2.5 pF and 25 pF can be adjusted. Through the switching can charge flows 4 with different resolution (required amount of charge to produce an output pulse) are measured, with a higher switched total capacity 7 naturally also the sensitivity of the integrator 5 reduced. In the presently illustrated embodiment, the sensitivity of the converter core is 2 (in addition to the capacity also by the voltage swing of the integrator 5 and the number of counts of the up and down counter 27 is determined) at low capacity (only first capacity 7a switched on) 250 fC, whereas at higher capacity (second capacity 7b switched on) amounts to 2.5 pC. From this and from the speed of construction 2 In contrast, the maximum measurement current essentially results 4 , In the example shown, the height of the maximum measuring current is 4 13 μA or 130 μA. The minimum measuring current is through Leakage currents determined that can not be avoided in the practical realization. In the present structure they are in the order of 100 fA. In the illustrated embodiment, the capacity 7b by a prior programming of the converter core 2 set in advance. In particular, the converter core shown here is 2 (together with other components) in the form of an integrated circuit (ASIC) formed.

Weiterhin ist im Integrator 5 ein Eingangsschalter 9 zu sehen, mit dem der Integrator 5 mit dem Ladungsfluss 4 verbunden werden kann bzw. von diesem getrennt werden kann. Ein derartiger Eingangsschalter 9 ist insbesondere erforderlich, wenn der Wandlerkern 2 in einem Ladungsfluss-Frequenz-Wandler 1 mit zwei Integrator-Zweigen 3a, 3b verwendet wird. Durch wechselweises Schalten des Eingangsschalters 9 kann dann nämlich der jeweils andere Integrator-Zweig 3a, 3b verwendet werden, wenn der „dargestellte“ Wandlerkern 2 durch Schließen des Rückstellschalters 8 zurückgestellt wird, wodurch eine Totzeit auftritt, während der prinzipbedingt keine Messung erfolgen kann.Furthermore, in the integrator 5 an input switch 9 to see with the integrator 5 with the charge flow 4 can be connected or can be separated from this. Such an input switch 9 is particularly required when the converter core 2 in a charge-flux-frequency converter 1 with two integrator branches 3a . 3b is used. By alternately switching the input switch 9 that is, the other integrator branch can then be used 3a . 3b used when the "illustrated" transducer core 2 by closing the reset switch 8th is reset, whereby a dead time occurs, while the principle of no measurement can take place.

Der Ladungsfluss 4 wird, wie man 1 entnehmen kann, dem invertierenden Eingang 11 des Operationsverstärkers 6 zugeführt. Dem nicht-invertierenden Eingang 12 des Operationsverstärkers 6 im Integrator 5 wird dagegen eine erste Referenzspannung 13a (Vmax ) bzw. eine zweite Referenzspannung 13b (Vmin ) zugeführt („Ladungsfluss-Referenz-Signal“). Die Selektion der Referenzspannung 13 erfolgt durch ein Polaritätssignal 14, welches beispielsweise über eine vorherige Programmierung des Wandlerkerns 2 angibt, ob positive oder negative Ladungsflüsse 4 zu messen sind (wobei die entsprechende Selektion auch durch andere Eingaben, wie insbesondere durch Verwendung von bestimmten, schaltungstechnischen Maßnahmen, getroffen werden kann). Sind negative Ladungsflüsse 4 zu messen, wird die niedrigere (üblicherweise negative) zweite Referenzspannung 13b (Vmin ) gewählt, damit die Ausgangsspannung 15 (VRamp ) des Integrators 5 von kleinen Spannungen aus (auf positive Werte) ansteigen kann. Bei positiven Ladungsflüssen 4 wird dagegen die erste (typischerweise positive) Referenzspannung 13a (Vmax ) gewählt, damit die Ausgangsspannung 15 des Integrators 5 von einem hohen Wert ausgehend absinken kann.The charge flow 4 will, how to 1 can take, the inverting input 11 of the operational amplifier 6 fed. The non-inverting input 12 of the operational amplifier 6 in the integrator 5 on the other hand, it becomes a first reference voltage 13a ( V max ) or a second reference voltage 13b ( V min ) ("Charge Flow Reference Signal"). The selection of the reference voltage 13 is done by a polarity signal 14 which, for example, via a prior programming of the converter core 2 indicates whether positive or negative charge flows 4 are to be measured (whereby the corresponding selection can also be made by other inputs, in particular by the use of specific, circuit-technical measures). Are negative charge flows 4 becomes the lower (usually negative) second reference voltage 13b ( V min ), so that the output voltage 15 ( V ramp ) of the integrator 5 from low voltages (to positive values) can increase. With positive charge flows 4 on the other hand, it becomes the first (typically positive) reference voltage 13a ( V max ), so that the output voltage 15 of the integrator 5 can drop from a high value.

Die Ausgangsspannung 15 des Integrators 5 wird zum einen dem nicht-invertierenden Eingang 17 eines Komparators 16 (K1) zugeführt. Am invertierenden Eingang 18 des Komparators 16 liegt dagegen eine Schwellenspannung 19 (VThres ) an, die von einem Digital-Analogwandler 20 erzeugt wird. Bei der Messung negativer Ladungsflüsse 4 liegt die Schwellenspannung 19 des Komparators 18 zunächst über der Ausgangsspannung 15 des Integrators 5. Sobald hinreichend Ladung in den Kapazitäten 7 integriert wurde, übersteigt die Ausgangsspannung 15 des Integrators 5 schließlich die Schwellenspannung 19 und die Ausgangsspannung 21 des Komparators wechselt auf einen hohen Wert (high Level).The output voltage 15 of the integrator 5 becomes the one non-inverting input 17 a comparator 16 (K1) supplied. At the inverting input 18 of the comparator 16 on the other hand, there is a threshold voltage 19 ( V Thres ), by a digital-to-analog converter 20 is produced. When measuring negative charge flows 4 is the threshold voltage 19 of the comparator 18 initially above the output voltage 15 of the integrator 5 , Once sufficient charge in the capacity 7 integrated, exceeds the output voltage 15 of the integrator 5 finally the threshold voltage 19 and the output voltage 21 The comparator changes to a high value.

Werden dagegen positive Ladungsflüsse 4 gemessen, liegt die Ausgangsspannung 15 des Integrators 5 zunächst auf einem hohen Wert und insbesondere über der Schwellenspannung 19. Nach einer ausreichenden Integration von Ladung in der Kapazität 7 wird die Ausgangsspannung 15 zu einem gewissen Zeitpunkt die Schwellenspannung 19 unterschreiten. Dementsprechend wechselt die Ausgangsspannung 21 des Komparators 18 zu diesem Zeitpunkt von einem hohen Pegel (high Level) auf einen niedrigen Pegel (low Level).Become positive charge flows 4 measured, is the output voltage 15 of the integrator 5 initially at a high value and in particular above the threshold voltage 19 , After a sufficient integration of charge in the capacity 7 will be the output voltage 15 at some point the threshold voltage 19 below. Accordingly, the output voltage changes 21 of the comparator 18 at this time from a high level to a low level.

Da man unabhängig von der Polarität des zu messenden Ladungsflusses 4 ein stets gleiches Ausgangssignal haben möchte, muss das Ausgangssignal 21 des Komparators 16 selektiv invertiert werden. Hierzu wird die Ausgangsspannung 21 des Komparators 16 einem Exklusiv-Oder-Logikbaustein 22 (XOR-Gatter) zugeführt, bei dem der andere Eingang mit dem Polaritätssignal 14 verbunden ist.Since one is independent of the polarity of the charge flow to be measured 4 always want the same output signal, the output signal must 21 of the comparator 16 be selectively inverted. This is the output voltage 21 of the comparator 16 an exclusive-or logic device 22 (XOR gate), in which the other input with the polarity signal 14 connected is.

Das derart bereinigte Ausgangssignal 23 wird einerseits zur Weiterverarbeitung an weitere elektronische Bauteile ausgegeben (Ausgang 24; „Out“). Weiterhin wird das bereinigte Ausgangssignal 23 einem Pulsformer 25 zugeführt, der einen kurzen Puls fester Länge erzeugt. Die derart geformten Pulse 26 werden auf den Takteingang eines Auf- und Abwärtszählers 27 gegeben. Bei der Messung negativer Ladungsflüsse 4 muss der Auf- und Abwärtszähler 27 als Aufwärtszähler arbeiten, bei der Messung positiver Ladungsflüsse 4 dagegen als Abwärtszähler. Aus diesem Grund wird der Auf- und Abwärtszähler 27 ebenfalls mit dem Polaritätssignal 14 versorgt. Das Ausgangssignal des Auf- und Abwärtszählers 27 wird schließlich einem Digital-Analogwandler 20 zugeführt, der die Schwellenspannung 19 erzeugt, wobei die Schwellenspannung 19 insbesondere über mehrere Stufen hinweg gesteigert werden kann, bevor eine Rückstellung des Integrators 5 erforderlich ist. Die Bandbreite der vom Digital-Analogwandler 20 ausgegebenen Schwellenspannungen 19 wird durch zwei Spannungspegel 28 (Vhigh , Vlow ) („Digital-Analogwandler-Spannweiten-Signal“) vorgegeben.The thus corrected output signal 23 On the one hand, it is output to further electronic components for further processing (output 24 ; "Out"). Furthermore, the adjusted output signal 23 a pulse shaper 25 fed, which generates a short pulse of fixed length. The pulses thus formed 26 be on the clock input of an up and down counter 27 given. When measuring negative charge flows 4 must be the up and down counter 27 work as an up counter when measuring positive charge flows 4 on the other hand, as a down counter. For this reason, the up and down counter becomes 27 also with the polarity signal 14 provided. The output signal of the up and down counter 27 eventually becomes a digital-to-analog converter 20 supplied to the threshold voltage 19 generated, the threshold voltage 19 in particular, can be increased over several stages before a reset of the integrator 5 is required. The bandwidth of the digital-to-analog converter 20 issued threshold voltages 19 is due to two voltage levels 28 ( V high . V low ) ("Digital-to-analogue-span-signal").

Weitere Details zu diversen Aspekten des Wandlerkerns 2 bzw. des Ladungsfluss-Frequenz-Wandlers 1 können insbesondere der Deutschen Offenlegungsschrift DE 198 41 308 A1 entnommen werden, deren Offenbarungsgehalt als vollumfänglich in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung aufgenommen gelten soll.Further details on various aspects of the converter core 2 or the charge-flux-frequency converter 1 can in particular the German publication DE 198 41 308 A1 whose disclosure is to be considered as fully incorporated in the disclosure of this application.

Bei realen Bauelementen, wie bei den vorliegend verwendeten Integratoren 5, Komparatoren 16, Zählern 27 und Digital-Analogwandlern 20 gibt es Zeitverzögerungseffekte, die dazu führen, dass die Schwellenspannung 19 erst mit einer gewissen Verzögerung τdel (del für delay = Verzögerung) angepasst wird. Dieses τdel bestimmt die maximale Ausgangsfrequenz des Wandlerkerns 2 (bzw. des Ladungsfluss-Frequenz-Wandlers 1). Es gilt dabei die Beziehung fmax = 1/τdel, wodurch auch der maximal messbare Ladungsfluss 4 In, max bestimmt ist. Ist der Ladungsfluss 4 (In) höher als der maximal zulässige Wert In, max, wäre während der Zeit τdel, die der Wandlerkern 2 für die Anpassung der Schwellenspannung 19 benötigt, bereits die nächste Anpassung der Schwellenspannung 19 erforderlich. Dies hat zur Folge, dass die Ausgangsspannung 15 des Integrators 5 dauerhaft über der Schwellenspannung 19 bleibt (da die Ausgangsspannung 15 schneller steigt, als die Schwellenspannung 19 folgen kann), wobei in der Regel auch die Schwellenspannung 19 „einfriert“ und nicht weiter der Ausgangsspannung 15 des Integrators 5 folgt. Die Ausgangsspannung 15 steigt daher weiter an, bis der Operationsverstärker 6 des Integrators 5 in Sättigung geht. For real devices, such as the integrators used here 5 , Comparators 16 , Counters 27 and digital-to-analog converters 20 There are time delay effects that cause the threshold voltage 19 only with a certain delay τ del (del for delay = delay) is adjusted. This τ del determines the maximum output frequency of the converter core 2 (or the charge flow frequency converter 1 ). The relationship f max = 1 / τ del , whereby also the maximum measurable charge flow 4 I n , max is determined. Is the charge flow 4 (In) higher than the maximum allowable value I n , max , would be during the time τ del , that of the converter core 2 for adjusting the threshold voltage 19 already requires the next adjustment of the threshold voltage 19 required. This has the consequence that the output voltage 15 of the integrator 5 permanently above the threshold voltage 19 remains (because the output voltage 15 rises faster than the threshold voltage 19 can follow), which usually includes the threshold voltage 19 "Freezes" and not further the output voltage 15 of the integrator 5 follows. The output voltage 15 therefore continues to rise until the operational amplifier 6 of the integrator 5 goes into saturation.

Um diesen Fehlerzustand zu erkennen, wird ein weiterer Komparator, ein Fehlererkennungs-Komparator 29, vorgesehen. Dabei ist der nicht-invertierende Eingang 30 des Fehlererkennungs-Komparators 29 mit der Ausgangsspannung 15 des Integrators 5 verbunden, wohingegen der invertierende Eingang 31 des Fehlererkennungs-Komparators 29 mit einer der beiden Referenzspannungen 13a, 13b verbunden ist (abhängig vom Polaritätssignal 14). Im Falle der Messung negativer Ladungsflüsse 4 wird die Ausgangsspannung 15 des Integrators 5 mit der ersten Referenzspannung 13a, im Falle der Messung positiver Ladungsflüsse 4 dagegen mit der zweiten Referenzspannung 13b, verglichen (also „umgekehrt“ zur Beschaltung des nicht-invertierenden Eingangs 12 des Operationsverstärkers 6 im Integrator 5). Wenn die Ausgangsspannung 15 des Integrators 5 über die maximal möglichen Spannungswerte des Digital-Analogwandlers 20 (bestimmt durch die Spannungspegel 28) hinausgeht, so hat dies zur Folge, dass der Fehlererkennungs-Komparator 29 seinen Ausgangspegel 32 ändert und somit einen Fehlerzustand anzeigt. Ebenso wie im Falle des Komparators 16 (der das Ausgangssignal 21 bereitstellt), ist in Abhängigkeit von der Polarität des Ladungsflusses (und damit in Abhängigkeit vom Polaritätssignal 14) eine selektive Signalinversion erforderlich. Hierzu dient ebenfalls ein Exklusiv-Oder-Logikelement 22. Das schlussendlich erzeugte Fehlersignal 33 kann weiteren elektronischen Komponenten zugeführt werden.To detect this error condition, another comparator, an error detection comparator 29 , intended. Here is the non-inverting input 30 the error detection comparator 29 with the output voltage 15 of the integrator 5 whereas the inverting input 31 the error detection comparator 29 with one of the two reference voltages 13a . 13b connected (depending on the polarity signal 14 ). In the case of measuring negative charge flows 4 will be the output voltage 15 of the integrator 5 with the first reference voltage 13a , in the case of measuring positive charge flows 4 with the second reference voltage 13b , compared (ie "reverse" to the wiring of the non-inverting input 12 of the operational amplifier 6 in the integrator 5 ). When the output voltage 15 of the integrator 5 about the maximum possible voltage values of the digital-to-analog converter 20 (determined by the voltage levels 28 ), this results in the error detection comparator 29 its output level 32 changes and thus indicates an error condition. As in the case of the comparator 16 (the output signal 21 is provided), depending on the polarity of the charge flow (and thus in dependence on the polarity signal 14 ) requires selective signal inversion. This is also served by an exclusive-or-logic element 22 , The finally generated error signal 33 can be supplied to other electronic components.

In 2 ist, ebenfalls in Form eines Prinzip-Schaltbilds, ein weiterentwickelter Wandlerkern 34 dargestellt. Der Wandlerkern 34 dient dabei zum Betrieb in Kombination mit einem zweiten (nicht dargestellten) Wandlerkern und damit beispielsweise für einen Ladungsfluss-Frequenz-Wandler 1, wie er in 3 skizziert ist.In 2 is, also in the form of a schematic diagram, an evolved transducer core 34 shown. The converter core 34 serves for operation in combination with a second (not shown) converter core and thus for example for a charge flow frequency converter 1 as he is in 3 outlined.

Der Wandlerkern 34 ist in der Lage, selbsttätig zu entscheiden, ob ein positiver bzw. ein negativer Ladungsfluss 4 vorliegt. Hierzu dient ein modifizierter Digital-Analogwandler 35, der, neben der mittleren Vergleichsspannung 37 (der eigentlichen Schwellenspannung), noch zwei weitere Vergleichsspannungen erzeugt (untere Vergleichsspannung 36 bzw. obere Vergleichsspannung 38), die vorzugsweise um eine gleichartige Spannungsdifferenz von der mittleren Vergleichsspannung 37 versetzt sind. Als Auslegungskriterium hat sich dabei bewährt, die untere Vergleichsspannung (VThresl) 36 mit VThresl = i × VLSB (wobei VLSB das aktuelle Spannungsintervall darstellt) zu wählen. Die mittlere Vergleichsspannung 37 (VThresm) ergibt sich dann aus VThresm = VThresl +1/2 VLSB und die obere Vergleichsspannung 38, VThresh ergibt sich aus der Beziehung VThresh = VThreshl + VLSB .The converter core 34 is able to decide automatically whether a positive or a negative charge flow 4 is present. For this purpose, a modified digital-to-analog converter is used 35 , which, in addition to the mean reference voltage 37 (the actual threshold voltage), two more comparison voltages generated (lower reference voltage 36 or upper reference voltage 38 ), preferably by a similar voltage difference from the mean reference voltage 37 are offset. As a design criterion has proven to be the lower reference voltage (V Thresl ) 36 with V Thresl = i × V LSB (in which V LSB represents the current voltage interval). The mean reference voltage 37 (V Thresm ) then results from V Thresm = V Thresl +1/2 V LSB and the upper reference voltage 38 , V Thresh results from the relationship V Thresh = V Threshl + V LSB ,

Diese drei Vergleichsspannungen 36, 37, 38 werden geeignet einem Satz aus drei Komparatoren 39a, 39b, 39c zugeführt. Die mittlere Vergleichsspannung 37 (VThresm) dient dazu, zu entscheiden, ob sich die Ausgangsspannung 15 des Integrators 5 im oberen oder im unteren Bereich des aktuellen Spannungsintervalls VLSB befindet. Befindet sie sich im oberen Bereich, ist damit zu rechnen, dass die obere Vergleichsspannung 38 überschritten wird, das heißt, dass die mittlere Vergleichsspannung 37 (die eigentliche Schwellenspannung) um einen Intervallschritt nach oben versetzt werden muss. Dementsprechend wird der, dem Digital-Analogwandler 35 vorgeschaltete, Auf- und Abwärtszähler 27 durch den Ausgang des Komparators 39b auf Aufwärtszählen konfiguriert. Die Pulsformer 25, der Oder-Logikbaustein 41 und der Invertierer 40 dienen der Erzeugung des Zähltaktes 26 (Aufarbeitung des Signals).These three comparison voltages 36 . 37 . 38 Be suitable for a set of three comparators 39a . 39b . 39c fed. The mean reference voltage 37 (V Thresm ) is used to decide if the output voltage 15 of the integrator 5 in the upper or lower part of the current voltage interval V LSB located. If it is in the upper range, it can be expected that the upper reference voltage 38 is exceeded, that is, the mean reference voltage 37 (the actual threshold voltage) must be offset by one interval step up. Accordingly, the, the digital-to-analog converter 35 upstream, up and down counter 27 through the output of the comparator 39b configured to count up. The pulse shapers 25 , the or-logic module 41 and the inverter 40 serve to generate the count clock 26 (Processing the signal).

Befindet sich die Ausgangsspannung 15 des Integrators 5 dagegen im unteren Bereich des aktuellen Spannungsintervalls VLSB , ist im Gegenteil damit zu rechnen, dass die untere Vergleichsspannung 36 unterschritten wird. In diesem Fall muss die mittlere Vergleichsspannung 37 (Schwellenspannung) um einen Intervallschritt nach unten versetzt werden. Der Auf- und Abwärtszähler 27 wird dementsprechend auf Abwärtszählen konfiguriert.Is the output voltage 15 of the integrator 5 however, in the lower part of the current voltage interval V LSB , on the contrary, it is expected that the lower reference voltage 36 is fallen short of. In this case, the mean reference voltage must be 37 (Threshold voltage) are offset by one interval step down. The up and down counter 27 is accordingly configured for downcounting.

Dabei überwachen der erste Komparator K1 39a und der dritte Komparator K3 39c, ob das aktuelle Spannungsintervall nach oben (erster Komparator 39a) oder nach unten (dritter Komparator 39c) verlassen wird. Ist dies der Fall, wird über die Pulsformer 25 (gegebenenfalls nach vorheriger Invertierung 40) ein Puls fester Länge erzeugt. Der Puls wird über einen Oder-Logikbaustein 41 auf den Takteingang des Auf- und Abwärtszählers 27 gegeben.The first comparator monitor K1 39a and the third comparator K3 39c , whether the current voltage interval is up (first comparator 39a) or down (third comparator 39c) will leave. If this is the case, it will be over the pulse shaper 25 (if necessary after previous inversion 40 ) generates a pulse of fixed length. The pulse is over one Or logic device 41 to the clock input of the up and down counter 27 given.

Sobald der Auf- und Abwärtszähler 27 „überläuft“ (entweder nach oben oder nach unten; der Wandlerkern 34 muss dann zurückgesetzt werden), wird die Ladungsflussmessung vom zweiten Wandlerkern übernommen. Hierzu dient ein Schaltsignal 42. Gleichzeitig wird die im Wandler 34 erkannte „Zählrichtung“ in Form eines Polaritätssignals 14 an den anderen Wandlerkern übermittelt, sodass dieser vorinitialisiert werden kann. Dementsprechend wird der andere Wandler gemäß der Idee, wie sie bereits in Bezug auf den in 1 dargestellten Wandlerkern 2 beschrieben wurde, vorinitialisiert.Once the up and down counter 27 "Overflows" (either up or down; the transducer core 34 must then be reset), the charge flow measurement is taken over by the second converter core. For this purpose, a switching signal is used 42 , At the same time in the converter 34 recognized "counting direction" in the form of a polarity signal 14 transmitted to the other converter core so that it can be preinitialized. Accordingly, the other transducer according to the idea as already described in relation to in 1 illustrated converter core 2 described, pre-initialized.

In 3 ist schließlich noch schematisch dargestellt, wie ein Ladungsfluss-Frequenz-Wandler 1 mit zwei Integrator-Zweigen 3a (beispielsweise Wandlerkerne 1, 34 gemäß der Bauart von 1 bzw. von 2; auch andere Bauausführungen sind denkbar) aufgebaut sein kann. Vorliegend werden zur Erläuterung die im Zusammenhang mit den in 1 dargestellten Wandlerkernen 2 verwendeten Bezugsziffern verwendet, ohne dass dies einschränkend zu verstehen ist.In 3 is finally shown schematically as a charge-flux-frequency converter 1 with two integrator branches 3a (for example, transducer cores 1 . 34 according to the type of 1 or from 2 ; other designs are conceivable) can be constructed. For the sake of explanation, the explanations given in connection with in 1 illustrated transformer cores 2 used reference numerals, without being limiting.

Sobald durch den betreffenden Integrator-Zweig 3a, 3b (vorliegend bestehend aus Integrator 5 und Komparator 16) ein (bereinigtes) Ausgangssignal 23 vorliegt, wird dieses über einen Oder-Logikbaustein 41 sowohl einem Abgriff 43 als auch einem D-Flip-Flop 44 zugeführt. Aufgrund des betreffenden Signals 23 ändert das D-Flip-Flop 44 seinen Zustand, das heißt die Signale an den Ausgängen Q bzw. /Q werden jeweils invertiert. Dadurch wird der bisher geöffnete Eingangsschalter 9 geschlossen und der bislang geschlossene Eingangsschalter 9 geöffnet. Parallel dazu wird der „voll geladene“ Integrator 5 durch Schließen eines Rückstellschalters 8 wieder auf null zurückgesetzt. Vorzugsweise erfolgt die Rücksetzung des betreffenden Integrators sofort und über eine gewisse Zeitdauer hinweg (dementsprechend vergeht eine gewisse Zeitdauer, bis das Rückstellsignal am Rückstellschalter 8 wieder aufgehoben wird; ein typischer Wert hierfür ist 50 ns). Zur Erzeugung dieser Zeitverzögerung dienen Verzögerungselemente 45.Once through the relevant integrator branch 3a . 3b (in this case consisting of integrator 5 and comparator 16 ) a (cleaned) output signal 23 is present, this is an OR logic device 41 both a tap 43 as well as a D flip flop 44 fed. Because of the signal in question 23 changes the D flip flop 44 its state, that is, the signals at the outputs Q and / Q are respectively inverted. This will cause the previously opened input switch 9 closed and the previously closed input switch 9 open. Parallel to this is the "fully loaded" integrator 5 by closing a reset switch 8th reset to zero. Preferably, the resetting of the relevant integrator takes place immediately and over a certain period of time (accordingly, a certain amount of time passes until the reset signal at the reset switch 8th is canceled again; a typical value for this is 50 ns). Delay elements are used to generate this time delay 45 ,

Details zu dem „wechselweisen Parallelbetrieb“ der Integrator-Zweige 3a, 3b im Ladungsfluss-Frequenz-Wandler können beispielsweise der bereits erwähnten Deutschen Offenlegungsschrift DE 198 41 308 A1 entnommen werden.Details of the "alternate parallel operation" of the integrator branches 3a . 3b in charge-frequency converter, for example, the already mentioned German Offenlegungsschrift DE 198 41 308 A1 be removed.

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)

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 means, with which the converter device (2, 34) selectively to a positive or a negative charge flow (4) can be set. Wandlervorrichtung (2, 34) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zumindest zwei zueinander parallel geschaltete Integratoren (5a, 5b), die wechselweise mit dem Ladungsfluss (4) beaufschlagt werden.Converter device (2, 34) after Claim 1 , characterized by at least two integrators (5a, 5b) connected in parallel with one another, which are alternately charged with the charge flow (4). Wandlervorrichtung (2, 34) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungsfluss-Richtungs-Selektionseinrichtung den Integrator und/oder den Komparator (16, 39) vorzugsweise wechselseitig mit jeweils einer von zwei Ladungsfluss-Referenzspannungen (13a, 13b) versorgt.Converter device (2, 34) after Claim 1 or 2 , characterized in that the charge flow direction selection means, the integrator and / or the comparator (16, 39) preferably mutually supplied with in each case one of two charge flux reference voltages (13a, 13b). Wandlervorrichtung (2, 34) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungsfluss-Richtungs-Selektionseinrichtung zumindest eine Wechselschaltereinrichtung aufweist.Converter device (2, 34) according to one of the preceding claims, characterized in that the charge flow direction selection device comprises at least one changeover switch device. Wandlervorrichtung (2, 34) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Komparator (16) eine vorzugsweise bedingte Signalinversions-Einrichtung (22), insbesondere ein Exklusiv-Oder-Logikbaustein (22), nachgeschaltet ist, welche bevorzugt in Abhängigkeit der Stellung der Ladungsfluss-Richtungs-Selektionseinrichtung invertierend wirkt.Converter device (2, 34) according to one of the preceding claims, characterized in that the comparator (16) is followed by a preferably conditional signal inversion device (22), in particular an exclusive-OR logic device (22), which preferably depends on the Position of the charge flow direction selection means inverting acts. Wandlervorrichtung (2, 34) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Integrator (5) einen Operationsverstärker (6) aufweist und insbesondere der Ladungsfluss- (4) mit dem invertierenden Eingang (11) des Operationsverstärkers (6) und/oder die Ladungsfluss-Referenzspannung (13a, 13b) mit dem nicht-invertierenden Eingang (12) des Operationsverstärkers (6) verbunden ist.Converter device (2, 34) according to one of the preceding claims, characterized in that the integrator (5) comprises an operational amplifier (6) and in particular the charge flow (4) with the inverting input (11) of the operational amplifier (6) and / or the charge-flux reference voltage (13a, 13b) is connected to the non-inverting input (12) of the operational amplifier (6). Wandlervorrichtung (2, 34) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Komparator (16, 39) ein Komparatorbauteil (16, 39) aufweist und insbesondere das Ausgangssignal (15) des Integrators (5) mit dem nicht-invertierenden Eingang (17) des Komparatorbauteils (16) und/oder eine Schwellenspannung (19) und/oder eine Vergleichsspannung (36, 37, 38) mit dem invertierenden Eingang (18) des Komparatorbauteils (16, 39) verbunden ist.Converter device (2, 34) according to one of the preceding claims, characterized in that the comparator (16, 39) has a comparator component (16, 39) and in particular the output signal (15) of the integrator (5) with the non-inverting input (16). 17) of the comparator component (16) and / or a threshold voltage (19) and / or a comparison voltage (36, 37, 38) is connected to the inverting input (18) of the comparator component (16, 39). Wandlervorrichtung (2, 34) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal (21) des Komparators (16, 39) und/oder der Signalinversions-Einrichtung (22, 40) einer Impulsformungs-Einrichtung (25) zugeführt wird.Converter device (2, 34) according to one of the preceding claims, characterized in that the output signal (21) of the comparator (16, 39) and / or the signal inversion device (22, 40) is supplied to a pulse shaping device (25). Wandlervorrichtung (2, 34) nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine digitale Zähleinrichtung (27) und/oder einen Digital-Analogwandler (20, 35), welcher dem Komparator (16, 39) unterschiedliche Schwellenspannungen (19) und/oder Vergleichsspannungen (36, 37, 38) zuführen kann, insbesondere in Abhängigkeit von einem Ausgangswert (23) des Komparators (16, 39), bevorzugt in Abhängigkeit von einem Zählwert der Zähleinrichtung (27).Converter device (2, 34) according to one of the preceding claims, in particular according to Claim 8 characterized by a digital counter (27) and / or a digital-to-analog converter (20, 35), which can supply the comparator (16, 39) different threshold voltages (19) and / or comparison voltages (36, 37, 38), in particular as a function of an output value (23) of the comparator (16, 39), preferably in dependence on a count value of the counter (27). Wandlervorrichtung (2, 34) nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein Digital-Analogwandler-Spannweiten-Signal-Eingabemittel .Converter device (2, 34) according to one of the preceding claims, in particular according to Claim 9 characterized by a digital-to-analogue-to-wedge signal input means. Wandlervorrichtung (2, 34) nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Rückstellsignal-Ausgabemittel (45a, 45b), welches einen Integrator (5) zurückgestellt und bevorzugt einen anderen Integrator (5) aktiviert.Converter device (2, 34) according to one of the preceding claims, in particular according to Claim 2 characterized by reset signal output means (45a, 45b) which resets one integrator (5) and preferably activates another integrator (5). Wandlervorrichtung (2, 34) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine sich selbsttätig einstellende Ladungsfluss-Richtungs-Selektionseinrichtung . Converter device (2, 34) according to one of the preceding claims, characterized by at least one self-adjusting charge flow direction selection device. Wandlervorrichtung (2, 34) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine Frequenz-Überschreitungs-Signalausgabeeinrichtung (29).Converter device (2, 34) according to one of the preceding claims, characterized by at least one frequency-exceeding signal output device (29). Wandlervorrichtung (2, 34) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz-Überschreitungs-Signalausgabeeinrichtung (29) zumindest einen Fehlerindikations-Komparator (29) und/oder eine Signalinversions-Einrichtung (22) aufweist, wobei die Signalinversions-Einrichtung (22) vorzugsweise als Exklusiv-Oder-Logikbaustein (22) ausgebildet ist.Converter device (2, 34) after Claim 12 characterized in that the frequency-overflow signal output device (29) has at least one error indication comparator (29) and / or signal inversion device (22), wherein the signal inversion device (22) is preferably in the form of an exclusive-OR logic device ( 22) is formed. Wandlervorrichtung (2, 34) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Fehlerindikations-Komparator (29) ein Komparatorbauteil (29) aufweist, wobei vorzugsweise der invertierende Eingang (31) des Komparatorbauteils (29) mit einer Ladungsfluss-Referenzspannung (13a, 13b) und/oder der nicht-invertierende Eingang (17) des Komparatorbauteils (29) mit einem Ausgangssignal (15) des Integrators (5) verbunden ist.Converter device (2, 34) after Claim 14 , characterized in that the error indication comparator (29) comprises a comparator component (29), wherein preferably the inverting input (31) of the comparator component (29) with a charge flow reference voltage (13a, 13b) and / or the non-inverting input (17) of the comparator component (29) is connected to an output signal (15) of the integrator (5).
DE102013108510.5A 2013-08-07 2013-08-07 Charge flux-frequency converter with different charge flow direction Active DE102013108510B4 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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