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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zum Erfassen einer Nichtlinearität einer Referenzspannung und ein Messverfahren zum Erfassen einer Nichtlinearität einer Referenzspannung.
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In der Sicherheitstechnik werden oftmals Bauteile verwendet, bei denen zeitliche Reserven derart überdimensioniert sind, dass die tatsächlichen Zeiten vernachlässigt werden können. Bei relativen Messungen zur Bestimmung von unbekannten Eingangsgrößen auf Basis zeitlicher Relationen wird die zeitliche Überdimensionierung der Bauteile ebenfalls beachtet. Das gilt insbesondere dann, wenn die relative Messung auf Basis eines Vergleichs von Spannungsanstiegen erfolgt, wie beispielsweise einer Spannungsrampe an einem Komparator. Eine Nichtlinearität einer generierten Spannungsrampe vergrößert das Problem.
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Eine auf einem solchen Prinzip basierende Messaufgabe wird durch diese Laufzeiteffekte verfälscht. Komparatoren und Schmitt-Trigger können unterschiedliche Schaltzeiten je nach Richtung der Eingangsgröße aufweisen. Auch eine Umgebungsabhängigkeit, beispielsweise durch die Temperatur oder Versorgungspannung, kann richtungsabhängig unterschiedliche Schaltzeiten bedingen. Letztlich ist der Zeitpunkt maßgeblich, ab dem ein nachfolgender Schaltungsteil ein logisches High oder Low erkennt. Das zeitliche Verhalten eines Bauteiles, d.h. die Reaktion eines Ausgangssignales auf ein Eingangssignal und eine Laufzeit, ist nicht konstant, sondern beispielsweise abhängig von einer Form und einem zeitlichem Verlauf der Eingangsgröße.
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Die Druckschrift
US 2010/0100345 A1 betrifft beispielsweise das Messen elektrischer Größen wie Strom und Spannung, insbesondere wenn sie mit einem Analog-DigitalWandler gemessen werden.
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Die Druckschrift
US 3 961 325 A betrifft einen Mehrkanal A/D-Wandler zum simultanen Wandeln einer Mehrzahl analoger Signale in ihre digitalen Äquivalente.
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Die Druckschrift
DE 198 29 843 A1 betrifft ein Verfahren zur Korrektur der (nichtlinearen) Umsetzungsfehler eines A/D-Umsetzers.
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Die Druckschrift
DE 39 41 293 A1 betrifft ein Verfahren zur Analog-Digital Wandlung von Eingangsspannungen mit A/D-Wandler.
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Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, eine Messeinrichtung und ein Messverfahren zum Erfassen einer Nichtlinearität einer Referenzspannung anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch Gegenstände mit den Merkmalen nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Figuren, der Beschreibung und der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Messeinrichtung zum Erfassen einer Nichtlinearität einer Referenzspannung, mit einem Referenzspannungserzeuger zum Erzeugen einer zeitlich veränderlichen Referenzspannung mit einer ansteigenden und einer abfallenden Flanke; einem ersten Spannungsvergleicher zum Ausgeben eines ersten Signals, falls die Referenzspannung eine erste Spannung überschreitet und eines sechsten Signals, falls die Referenzspannung die erste Spannung unterschreitet, einem zweiten Spannungsvergleicher zum Ausgeben eines zweiten Signals, falls die Referenzspannung eine zweite Spannung überschreitet und eines fünften Signals, falls die Referenzspannung die zweite Spannung unterschreitet, einem dritten Spannungsvergleicher zum Ausgeben eines dritten Signals, falls die Referenzspannung eine dritte Spannung überschreitet und eines vierten Signals, falls die Referenzspannung eine dritte Spannung unterschreitet; und einer Berechnungseinheit zum Erfassen des nichtlinearen Verlaufs der Referenzspannung auf Basis des ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Signals. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich auf schnelle und einfache Weise eine Nichtlinearität der Referenzspannung ermitteln lässt.
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Die Spannungsvergleicher sind beispielsweise Komparatoren, die einen Differenzverstärker mit nachfolgendem Verstärker und einer Ausgangsstufe umfassen. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass mit geringem Aufwand eine redundante Messung der Eingabespannung durchgeführt werden kann, ohne die gesamte Schaltung doppelt auszulegen.
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Die Messeinrichtung kann durch eine elektronische Schaltung mit Komponenten zur Realisierung der jeweiligen Funktionalität gebildet sein. Der Referenzspannungserzeuger kann mittels analoger oder digitaler elektronischer Komponenten realisiert werden. Der Referenzspannungserzeuger kann eine Komponente zur direkten digitalen Synthese (Direct-Digital-Synthesis, DDS) zum Erzeugen der Referenzspannung umfassen. Die Spannungsvergleicher können mittels analoger oder digitaler elektronischer Komponenten realisiert werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Messeinrichtung ist die Berechnungseinheit durch einen Mikroprozessor gebildet. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass beliebige Berechnungsprogramme durch die Berechnungseinheit durchgeführt werden können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Messeinrichtung ist die Berechnungseinheit ausgebildet, eine erste Zeitdifferenz zwischen dem dritten Signal und dem ersten Signal zu erfassen. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass das Vorliegen einer Nichtlinearität auf einfache Weise mittels relativer Zeitabstände erfasst werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Messeinrichtung ist die Berechnungseinheit ausgebildet, eine zweite Zeitdifferenz zwischen dem zweiten Signal und dem ersten Signal zu erfassen. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass das Vorliegen einer Nichtlinearität auf einfache Weise mittels relativer Zeitabstände erfasst werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Messeinrichtung ist die Berechnungseinheit ausgebildet, eine dritte Zeitdifferenz zwischen dem vierten Signal und dem sechsten Signal zu erfassen. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass das Vorliegen einer Nichtlinearität auf einfache Weise mittels relativer Zeitabstände erfasst werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Messeinrichtung ist die Berechnungseinheit ausgebildet, eine vierte Zeitdifferenz zwischen dem fünften Signal und dem sechsten Signal zu erfassen. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass das Vorliegen einer Nichtlinearität auf einfache Weise mittels relativer Zeitabstände erfasst werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Messeinrichtung ist die Berechnungseinheit ausgebildet, ein Verhältnis aus der ersten Zeitdifferenz und der zweiten Zeitdifferenz mit einem Verhältnis aus der dritten Zeitdifferenz und der vierten Zeitdifferenz zu vergleichen. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass der Vergleich der Verhältnisse eine einfache Aussage darüber zulässt, ob eine Nichtlinearität der Referenzspannung vorliegt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Messeinrichtung ist die Berechnungseinheit ausgebildet, einen digitalen Wert auszugeben, der eine Nichtlinearität anzeigt. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass der digitale Wert eine Grundlage für weitere Verarbeitungen bilden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Messeinrichtung umfasst die Messeinrichtung einen Taktsignalerzeuger zum Erzeugen eines Taktsignals. Das Taktsignal kann beispielsweise ein rechteckförmiges periodisches Signal sein. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass ein Taktsignal für die Berechnungseinheit erzeugt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Messeinrichtung umfasst die Messeinrichtung ein UND-Gatter zum Verknüpfen des Taktsignals mit dem ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und/oder sechsten Signal. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine zeitliche Dauer durch ein Zählen von Pulsen des Taktsignals bestimmt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Messeinrichtung umfasst die Berechnungseinheit einen Zähler zum Zählen von Taktpulsen des Taktsignals. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass ein Zählwert des Zählers die zeitliche Dauer des Startsignals, des Messsignals und/oder des Endsignals angibt.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Messverfahren zum Erfassen einer Eingabespannung gelöst, mit den Schritten eines Erzeugens einer zeitlich veränderlichen Referenzspannung mit einer ansteigenden und einer abfallenden Flanke; eines Ausgebens eines ersten Signals, falls die Referenzspannung eine erste Spannung überschreitet und eines sechsten Signals, falls die Referenzspannung die erste Spannung unterschreitet, eines Ausgebens eines zweiten Signals, falls die Referenzspannung eine zweite Spannung überschreitet und eines fünften Signals, falls die Referenzspannung die zweite Spannung unterschreitet, eines Ausgebens eines dritten Signals, falls die Referenzspannung eine dritte Spannung überschreitet und eines vierten Signals, falls die Referenzspannung eine dritte Spannung unterschreitet; und eines Erfassens des nichtlinearen Verlaufs der Referenzspannung auf Basis des ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Signals. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich auf schnelle und einfache Weise eine Nichtlinearität der Referenzspannung ermitteln lässt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Messverfahrens umfasst das Messverfahren den Schritt eines Verknüpfens eines Taktsignals mit dem ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und/oder sechsten Signal durch ein UND-Gatter. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass eine zeitliche Dauer durch ein Zählen von Pulsen des Taktsignals bestimmt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Messverfahrens umfasst das Messverfahren den Schritt eines Zählens der Taktpulse, um eine Zeitspanne zu bestimmen. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass ein Zählwert des Zählers die zeitliche Dauer des Startsignals, des Messsignals und/oder des Endsignals angibt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Messverfahrens umfasst das Messverfahren den Schritt eines Ausgebens eines digitalen Wertes, der eine Nichtlinearität anzeigt. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass der digitale Wert eine Grundlage für weitere Verarbeitungen bilden kann.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht einer Messeinrichtung;
- 2 einen Signalverlauf der Messeinrichtung bei einer linearen Referenzspannung;
- 3 einen Signalverlauf der Messeinrichtung bei einer nichtlinearen Referenzspannung;
- 4 eine schematische Ansicht eines weiteren Teils der Messeinrichtung; und
- 5 ein Blockdiagramm eines Messverfahrens.
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1 zeigt eine schematische Ansicht einer Messeinrichtung 100 zum Erfassen eines nichtlinearen Verlaufs einer Referenzspannung 103. Die Messeinrichtung 100 umfasst drei Spannungsvergleicher 105-0, 105-1 und 105-2 und einen Referenzspannungserzeuger 101 zum Erzeugen einer zeitlich veränderlichen Referenzspannung 103 mit einem Spannungsverlauf. Der Referenzspannungserzeuger 101 ist ausgebildet, eine veränderliche Referenzspannung 103 mit einer zeitlich ansteigenden Flanke und einer zeitlich abfallenden Flanke zu erzeugen. Durch eine Messung bei ansteigender Flanke und eine anschließende inverse Messung bei abfallender Flanke heben sich Laufzeitfehler auf. Die Anstiegszeit der ansteigenden Flanke kann unbekannt, aber immer gleich sein. Die Abfallzeit der abfallenden Flanke kann ebenfalls unbekannt aber, immer gleich sein.
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Der erste Spannungsvergleicher 105-0 vergleicht die ansteigende Referenzspannung 103 mit einer ersten konstanten Spannung VADCinmin und gibt ein erstes Signal 107-0 aus, falls die Referenzspannung 103 die erste Spannung VADCinmin überschreitet. Der zweite Spannungsvergleicher 105-1 vergleicht die Referenzspannung 103 mit einer zweiten konstanten Spannung VADCin und gibt ein zweites Signal 107-1 aus, falls die Referenzspannung 103 die Spannung VADCin überschreitet. Der dritte Spannungsvergleicher 105-2 vergleicht die Referenzspannung 103 mit einer dritten konstanten Spannung VADCinmax und gibt ein drittes Signal 107-2 aus, falls die Referenzspannung 103 die Spannung VADCinmax überschreitet.
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Der dritte Spannungsvergleicher 105-2 vergleicht die abfallende Referenzspannung 103 mit der dritten konstanten Spannung VADCinmax und gibt ein viertes Signal 107-3 aus, falls die Referenzspannung 103 die Spannung VADCinmax unterschreitet. Der zweite Spannungsvergleicher 105-1 vergleicht die abfallende Referenzspannung 103 mit der zweiten konstanten Spannung VADCin und gibt ein fünftes Signal 107-4 aus, falls die Referenzspannung 103 die Spannung VADCin unterschreitet. Der erste Spannungsvergleicher 105-0 vergleicht die abfallende Referenzspannung 103 mit der ersten konstanten Spannung VADCinmin und gibt ein sechstes Signal 107-5 aus, falls die Referenzspannung 103 die erste Spannung VADCinmin unterschreitet.
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Die drei Spannungsvergleicher 105-0, 105-1 und 105-2 sind durch geeignete elektrische Schaltungen gebildet. Die erste Spannung VADCinmin, die zweite Spannung VADCin und die dritte Spannung VADCinmax können von außen zugeführt werden oder ebenfalls durch den Referenzspannungserzeuger 101 erzeugt werden.
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Die Signale 107-0, 107-1, 107-2, 107-3, 107-4 und 107-5 werden einer Berechnungseinrichtung 109 zugeführt. Die Berechnungseinrichtung 109 wird beispielsweise durch einen Prozessor oder eine digitale Schaltung gebildet. Die Berechnungseinheit 109 gibt einen digitalen Wert aus, der das Vorliegen einer Nichtlinearität anzeigt. Durch die zeitlich ansteigende Flanke und die zeitlich abfallende Flanke der Referenzspannung 103 wird eine inverse Messung realisiert.
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2 zeigt einen Signalverlauf der Messeinrichtung 100 bei einer Referenzspannung 103 mit einer linear ansteigenden Flanke und einer linear abfallenden Flanke. Der Betrag der Steigungen der ansteigenden Flanke und der abfallenden Flanke kann unterschiedlich sein.
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Die ansteigende Referenzspannung 103 beginnt unterhalb der ersten Spannung VADCinmin zu laufen und läuft über die dritte Spannung VADCinmax hinaus. Zum Zeitpunkt t0 überschreitet die Referenzspannung 103 die erste Spannung VADCinmin. Der Spannungsvergleicher 105-0 gibt daraufhin eine Signalflanke als das erste Signal 107-0 aus. Zum Zeitpunkt t1 überschreitet die Referenzspannung 103 die zweite Spannung VADCin. Der Spannungsvergleicher 105-1 gibt daraufhin eine Signalflanke als das zweite Signal 107-1 aus. Zum Zeitpunkt t2 überschreitet die Referenzspannung 103 die dritte Spannung VADCinmax. Der Spannungsvergleicher 105-2 gibt daraufhin eine Signalflanke als das dritte Signal 107-2 aus.
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Die abfallende Referenzspannung 103 beginnt danach oberhalb der dritten Spannung VADCinmax in entgegengesetzter Richtung zu laufen und läuft über die erste Spannung VADCinmin hinaus. Zum Zeitpunkt t3 unterschreitet die Referenzspannung 103 die dritte Spannung VADCinmax. Der Spannungsvergleicher 105-2 gibt daraufhin eine weitere Signalflanke als das vierte Signal 107-3 aus. Zum Zeitpunkt t4 unterschreitet die Referenzspannung 103 die zweite Spannung VADCin. Der Spannungsvergleicher 105-1 gibt daraufhin eine weitere Signalflanke als das fünfte Signal 107-4 aus. Zum Zeitpunkt t5 unterschreitet die Referenzspannung 103 die erste Spannung VADCinmin. Der Spannungsvergleicher 105-0 gibt daraufhin eine weitere Signalflanke als das sechste Signal 107-5 aus.
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Durch die ansteigende und abfallende Referenzspannung 103 können mit einer identischen Anordnung zwei inverse redundante Messungen durchgeführt werden. Durch die Verwendung zum einen einer steigenden und zum anderen einer fallenden Flanke und der daraus resultierenden Zeitpunktbestimmung, weist die Bestimmung der Zeitpunkte die gleiche unbekannte zeitliche Ungenauigkeit auf.
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Die Berechnungseinheit 109 bestimmt eine Zeitdifferenz TS zwischen dem dritten Signalsignal 107-2 zum Zeitpunkt t2 und dem ersten Signal 107-0 zum Zeitpunkt t0 bei ansteigender Referenzspannung 103. Die Berechnungseinheit 109 bestimmt zudem eine Zeitdifferenz TMS zwischen dem zweiten Signal 107-1 zum Zeitpunkt t1 und dem ersten Signal 107-0 zum Zeitpunkt t0 bei ansteigender Referenzspannung 103.
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Die Berechnungseinheit 109 bestimmt zudem eine Zeitdifferenz TF zwischen dem vierten Signal 107-3 zum Zeitpunkt t3 und dem sechsten Signal 107-5 zum Zeitpunkt t5 bei abfallender Referenzspannung 103. Die Berechnungseinheit 109 bestimmt zudem eine Zeitdifferenz TMF zwischen dem fünften Signal 107-4 zum Zeitpunkt t4 und dem sechsten Signal 107-5 zum Zeitpunkt t5 bei abfallender Referenzspannung 103.
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Die Berechnungseinheit 109 berechnet aus den beiden Zeitdifferenzen TMS und TS ein Verhältnis und aus den beiden Zeitdifferenzen TMF und TF ein weiters Verhältnis. Das Verhältnis von TMS zu TS ist ein Maß für die Höhe von VADCin. Gleichzeitig gilt bei der inversen Messung mit abfallender Referenzspannung 103, dass das Verhältnis von TMF zu TF ebenfalls ein Maß für die Höhe von VADCin ist. Bei linear ansteigenden und abfallenden Flanken der Referenzspannung 103 sind das Verhältnis von TMS zu TS und das Verhältnis von TMF zu TF gleich. Wenn die Ergebnisse der beiden Messungen verglichen werden, so kürzen sich zum einen die Anstiegszeit und die Abfallzeit in einer einzelnen Messung heraus, wenn die Schaltungsteile gleichgesinnt aufgebaut sind.
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3 zeigt einen Signalverlauf der Messeinrichtung 100 bei einer Referenzspannung 103-2 mit einer nichtlinear ansteigenden Flanke und einer nichtlinear abfallenden Flanke. Zum Vergleich ist eine lineare Referenzspannung 103-1 eingezeichnet.
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Die ansteigende Referenzspannung 103-2 beginnt unterhalb der ersten Spannung VADCinmin zu laufen und läuft über die dritte Spannung VADCinmax hinaus. Zum Zeitpunkt t0' überschreitet die Referenzspannung 103-2 die erste Spannung VADCinmin. Der Spannungsvergleicher 105-0 gibt daraufhin eine Signalflanke als das erste Signal 107-0 aus. Zum Zeitpunkt t1' überschreitet die Referenzspannung 103-2 die zweite Spannung VADCin. Der Spannungsvergleicher 105-1 gibt daraufhin eine Signalflanke als das zweite Signal 107-1 aus. Zum Zeitpunkt t2' überschreitet die Referenzspannung 103-2 die dritte Spannung VADCinmax. Der Spannungsvergleicher 105-2 gibt daraufhin eine Signalflanke als das dritte Signal 107-2 aus.
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Die abfallende Referenzspannung 103-2 beginnt oberhalb der dritten Spannung VADCinmax zu laufen und läuft über die erste Spannung VADCinmin hinaus. Zum Zeitpunkt t3' unterschreitet die Referenzspannung 103-2 die dritte Spannung VADCinmax. Der Spannungsvergleicher 105-2 gibt daraufhin eine weitere Signalflanke als das vierte Signal 107-3 aus. Zum Zeitpunkt t4' unterschreitet die Referenzspannung 103-2 die zweite Spannung VADCin. Der Spannungsvergleicher 105-1 gibt daraufhin eine weitere Signalflanke als das fünfte Signal 107-4 aus. Zum Zeitpunkt t5' unterschreitet die Referenzspannung 103-2 die erste Spannung VADCinmin. Der Spannungsvergleicher 105-0 gibt daraufhin eine weitere Signalflanke als das sechste Signal 107-5 aus.
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Die Berechnungseinheit 109 bestimmt erneut die Zeitdifferenz TS zwischen dem dritten Signal 107-2 zum Zeitpunkt t2' und dem ersten Signal 107-0 zum Zeitpunkt t0' bei ansteigender Referenzspannung 103-2. Die Berechnungseinheit 109 bestimmt zudem die Zeitdifferenz TMS zwischen dem zweiten Signal 107-1 zum Zeitpunkt t1' und dem ersten Signal 107-0 zum Zeitpunkt t0' bei ansteigender Referenzspannung 103-2.
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Die Berechnungseinheit 109 bestimmt zudem eine Zeitdifferenz TF zwischen dem vierten Signal 107-3 zum Zeitpunkt t3' und dem sechsten Signal 107-5 zum Zeitpunkt t5' bei abfallender Referenzspannung 103-2. Die Berechnungseinheit 109 bestimmt zudem die Zeitdifferenz TMF zwischen dem fünften Signal 107-4 zum Zeitpunkt t4' und dem sechsten Signal 107-5 zum Zeitpunkt t5' bei abfallender Referenzspannung 103-2.
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Sind die steigende und fallende Flanke der Referenzspannung 103-2 nichtlinear verformt, ist das Verhältnis von TMS zu TS kleiner als im linearen Fall, wohingegen das Verhältnis von TMF zu TF größer wird. Falls keine Verzerrung der Flanken vorliegt, sind die beiden Verhältnisse jedoch gleich. Daher kann eine nichtlineare Verzerrung durch eine Messung und inverse Messung und anschließende Auswertung durch die Berechnungseinheit 109 aufgedeckt werden. Über eine derartige inverse Messung lässt sich eine Nichtlinearität der ansteigenden oder abfallenden Flanke der Referenzspannung 103-2 aufdecken. Nichtlineare Fehler, die bei der Rampengenerierung entstehen, können durch Vergleich der beiden Messungen erkennbar gemacht werden.
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4 zeigt eine schematische Ansicht eines weiteren Teils der Messeinrichtung 100. Die Messeinrichtung 100 umfasst einen Taktsignalerzeuger zum Erzeugen eines Taktsignals 113. Das Taktsignal 113 wird einem UND-Gatter 111 zugeführt und mit dem Signal 107-1 verknüpft. Dadurch wird das Signal 107-1 in eine Anzahl von Taktpulsen umgewandelt. Die Berechnungseinheit 109 umfasst einen Zähler zum Zählen dieser Taktpulse. Durch Multiplikation der Anzahl der gezählten Taktpulse mit der Dauer eines Taktpulses lässt sich dann die Dauer des Signals 107-1 erfassen. Dies kann entsprechend für die Signale 107-0, 107-2, 107-3, 107-4 und 107-5 durchgeführt werden.
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5 zeigt ein Blockdiagramm des Messverfahrens zum Erfassen eines nichtlinearen Verlaufs einer Referenzspannung 103. Das Messverfahren umfasst die Schritte eines Erzeugens S101 einer zeitlich veränderlichen Referenzspannung 103 mit einer ansteigenden und einer abfallenden Flanke; eines Ausgeben S102 eines ersten Signals 107-1, falls die Referenzspannung 103 eine erste Spannung VADCinmin überschreitet und eines sechsten Signals 107-5, falls die Referenzspannung 103 die erste Spannung VADCinmin unterschreitet, eines Ausgebens S103 eines zweiten Signals 107-1, falls die Referenzspannung 103 eine zweite Spannung VADCin überschreitet und eines fünften Signals 107-4, falls die Referenzspannung 103 die zweite Spannung VADCin unterschreitet, eines Ausgebens S104 eines dritten Signals 107-2, falls die Referenzspannung 103 eine dritte Spannung VADCinmax überschreitet und eines vierten Signals 107-3, falls die Referenzspannung 103 die dritte Spannung VADCinmax unterschreitet; und eines Erfassens des nichtlinearen Verlaufs der Referenzspannung 103 auf Basis des ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Signals.
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Ein Spannungsanstieg dU/dT bei einer Rampengenerierung der Referenzspannung 103 ist bei einer diskreten Lösung mit realen Bauteilen nicht konstant. Das Polynom der Rampenfunktion kann Anteile ab dem zweiten Grad des Polynoms aufweisen. Eine Gleichverschiebung, d.h. nullter Grad, ist fehlerfrei und liefert bei der inversen Messung invers identische Werte. Eine Steigungsänderung, d.h. erster Grad, liefert bei der inversen Messung identische Werte. Ab einer Verzerrung im quadratischen Anteil, d.h. zweiter Grad und mehr, entstehen Fehlmessungen, die durch die inverse Messung aufgedeckt werden. Die Bestimmung der Nichtlinearität wird durch eine Schaltungserweiterung bei der Referenzspannungserzeugung von einer steigenden um eine fallenden Flanke erreicht.
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Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten und gezeigten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren.
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Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Ansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten oder den Figuren gezeigten Merkmale nicht beschränkt.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Messeinrichtung
- 101
- Referenzspannungserzeuger
- 103
- Referenzspannung
- 105
- Spannungsvergleicher
- 107
- Signal
- 109
- Berechnungseinheit
- 111
- Gatter
- 113
- Taktsignal
- VADCin
- Spannung
- VADCinmin
- Spannung
- VADCinmax
- Spannung
- TS, TMS
- Zeitdifferenz
- TF, TMF
- Zeitdifferenz
