DE102016103690B3 - Optical transit time measurement according to a one- or two-stage delta-sigma method - Google Patents

Optical transit time measurement according to a one- or two-stage delta-sigma method Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zur Laufzeitbestimmung für ein erstes optisches, Signal (s1) in einer ersten Übertragungsstrecke (I1) zwischen einem Sender (H) und einem ersten Empfänger (D1). Der Sender (H) sendet ein erstes Signal (s1) in die erste Übertragungsstrecke (I1) hinein, das nach Durchgang (und damit Verzögerung) durch mindestens einen Teil der ersten Übertragungsstrecke (I1) von dem ersten Empfänger (D1) als zweites Signal (s2), das ein modifiziertes erstes Signal (s1) ist, empfangen und in ein Empfängerausgangssignal (S0) gewandelt wird. In dem ersten Empfänger (D1) wird das zweite Signal (s2) in zwei zeitlichen Empfangsfenstern, einem ersten Empfangsfenster (SF1) mit einer ersten zeitlichen Länge (T1) und einem zweiten Empfangsfenster (SF2) mit einer zweiten zeitlichen Länge (T2), ausgewertet. Dabei ist der Beginn des ersten Signals (s1) ausschließlich im ersten Empfangsfenster (SF1) und das Ende des ersten Signals (s1) ausschließlich im zweiten Empfangsfenster (SF2) enthalten. Das Empfängerausgangssignal (S0) umfasst einen ersten Signalanteil, der dem ersten Empfangsfenster (SF1) zuzuordnen ist, und einen zweiten Signalanteil, der dem zweiten Empfangsfenster (SF2) zuzuordnen ist. Dabei ist der über einen vordefinierten Zeitabschnitt (Tz) gemittelte erste Signalanteil bis auf eine Abweichung, die vorzugsweise als Regelgröße genutzt wird, genauso groß ist wie der über den Zeitabschnitt (Tz) gemittelte zweite Signalanteil. Die Abweichung wird zumindest zeitweise als Regelsignal für die zeitliche Lage eines oder beider Empfangsfenster (SF1, SF2) in Relation zu dem ersten Signal (s1) und/oder der zeitlichen Lage des ersten Signals (s1) in Relation zu den beiden Empfangsfenstern (SF1, SF2), und/oder der ersten zeitlichen Länge (T1) des ersten Empfangsfensters und/oder der zweiten zeitlichen Länge (T2) des zweiten Empfangsfensters (SF1, SF2) genutzt.The invention relates to a method and an associated apparatus for determining the transit time for a first optical signal (s1) in a first transmission path (I1) between a transmitter (H) and a first receiver (D1). The transmitter (H) transmits a first signal (s1) into the first transmission path (I1) which after passage (and therefore delay) through at least a part of the first transmission path (I1) from the first receiver (D1) as a second signal ( s2), which is a modified first signal (s1), is received and converted into a receiver output signal (S0). In the first receiver (D1), the second signal (s2) is evaluated in two reception windows, a first reception window (SF1) with a first time length (T1) and a second reception window (SF2) with a second time length (T2) , In this case, the beginning of the first signal (s1) is contained exclusively in the first reception window (SF1) and the end of the first signal (s1) exclusively in the second reception window (SF2). The receiver output signal (S0) comprises a first signal component to be assigned to the first reception window (SF1) and a second signal component to be assigned to the second reception window (SF2). In this case, the first signal component averaged over a predefined period of time (Tz) is just as large as the second signal component averaged over the time segment (Tz), except for a deviation which is preferably used as a controlled variable. The deviation is at least temporarily determined as a control signal for the temporal position of one or both receiving windows (SF1, SF2) in relation to the first signal (s1) and / or the temporal position of the first signal (s1) in relation to the two receiving windows (SF1, SF2). SF2), and / or the first time length (T1) of the first reception window and / or the second time length (T2) of the second reception window (SF1, SF2).

Description

Einleitungintroduction

Die Messung der Lichtlaufzeit ist ein übliches Verfahren zur Distanzmessung mittels modulierten Lichtsignalen. Bekannte Lösungen haben Limitierungen in der Fremdlichtunterdrückung, hohe Anforderungen an die analogen Komponenten und erfordern daher komplexe und kostenintensive Architekturen und verursachen eine hohe Stromaufnahme.The measurement of the light transit time is a common method for distance measurement by means of modulated light signals. Known solutions have limitations in the external light suppression, high demands on the analog components and therefore require complex and expensive architectures and cause a high power consumption.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen zur Lichtintensitätsmessung und zur Lichtlaufzeitmessung bekannt. Hier sind beispielsweise zu nennen:
DE 19 833 207 A1 , DE 10 2009 020 218 B3 , EP 1 678 523 B1 , DE 10 2011 076 635 B3 , DE 10 2012 206 089 A1 , DE 10 2009 037 596 A1 , DE 10 2008 018 718 A1 , WO 2007 031 102 A1 , EP 1 048 961 B1 , DE 10 138 531 A1 , DE 10 2007 046 562 A1 , DE 10 163 534 A1 , DE 10 221 578 A1 , US 2007 0 181 786 A1 , DE 10 2007 023 920 A1 .
Various devices for measuring light intensity and measuring the time of flight are known from the prior art. Here are, for example:
DE 19 833 207 A1 . DE 10 2009 020 218 B3 . EP 1 678 523 B1 . DE 10 2011 076 635 B3 . DE 10 2012 206 089 A1 . DE 10 2009 037 596 A1 . DE 10 2008 018 718 A1 . WO 2007 031 102 A1 . EP 1 048 961 B1 . DE 10 138 531 A1 . DE 10 2007 046 562 A1 . DE 10 163 534 A1 . DE 10 221 578 A1 . US 2007 0 181 786 A1 . DE 10 2007 023 920 A1 ,

Aus der  WO 2013/083 346 A1  ist  ein Halios-Delta-Sigma-System zur Abstandsmessung bekannt. Aus der WO 2007 012 501 A1 ist eine Halios-Laufzeitlösung mit zeitlich ungeregelten Analysesignalen (Bezugszeichen A, B, C, D der WO 2007 012 501 A1 ) bekannt. Diese Lösung der HALIOS®-TOF-Sensor-Technologie hat folgende Nachteile:

  • 1) Die Auflösungserhöhung über die Diskretisierung des DACs (DLL) hinaus erfolgt nur über eine Mittelung nach der Diskretisierung nicht über eine Delta-Sigma-Regelschleife, weil die dafür bestimmende Information – der analoge Restfehler nach der Diskretisierung – gelöscht wird;
  • 2) Die Regelschleife regelt nur über den bereits diskretisierten (digitalen) Fehler, sodass die Regelung nur mit einem Mindestrauschen funktioniert;
  • 3) Die Verfahren erfordern ein hohe Schaltungskomplexität der entsprechenden Vorrichtungen;
  • 4) Es bestehen extreme Anforderungen an die Amplitudenregelung;
  • 5) Es tritt ein hoher Stromverbrauch auf;
  • 6) Es entstehen starke Lastwechsel;
  • 7) Es entstehen hohe Stromspitzen im Falle eines Burst-Betriebs;
  • 8) Es besteht die Notwendigkeit einer optisch komplex angekoppelten Kompensator LED;
  • 9) Ein Parallelbetrieb mehrerer Fotodioden ist nicht möglich.
From the WO 2013/083 346 A1 is a Halios delta-sigma system for distance measurement known. From the WO 2007 012 501 A1 is a Halios delay solution with temporally unregulated analysis signals (reference characters A, B, C, D of the WO 2007 012 501 A1 ) known. This solution of HALIOS ® -TOF sensor technology has the following disadvantages:
  • 1) The resolution increase beyond the discretization of the DAC (DLL) is done only via averaging after the discretization via a delta-sigma control loop, because the information that determines it - the analog residual error after discretization - is deleted;
  • 2) The control loop only controls over the already discretized (digital) error, so that the control works only with a minimum noise;
  • 3) The methods require high circuit complexity of the respective devices;
  • 4) There are extreme requirements for the amplitude control;
  • 5) There is a high power consumption;
  • 6) There are strong load changes;
  • 7) High current peaks occur in the event of a burst operation;
  • 8) There is a need for an optically complex coupled compensator LED;
  • 9) Parallel operation of several photodiodes is not possible.

Die dermaßen definierte Systemperformance ist dementsprechend für viele kommerzielle Anwendungen nicht ausreichend. Daraus folgt eine zu hohe Systemkomplexität, die wiederum eine zu große Chipfläche im Falle monolithisch integrierter Schaltungen und damit eine zu hohe Stromaufnahme zur Folge hat. Außerdem sind diese Techniken nicht ausreichend skalierbar, sodass nicht mehrere TOF Kanäle ohne weiteres mit einem einzigen Sendekanal parallel betrieben werden können.The thus defined system performance is accordingly insufficient for many commercial applications. This leads to too high system complexity, which in turn has too large a chip area in the case of monolithic integrated circuits and thus too high current consumption result. In addition, these techniques are not sufficiently scalable so that multiple TOF channels can not be readily operated in parallel with a single transmit channel.

Aus der DE 101 53 742 A1 ist eine Vorrichtung zur Laufzeitbestimmung einer ersten Übertragungsstrecke zwischen einem Sender und einem Empfänger bekannt. Beim Betrieb der Vorrichtung wird der ausgesendete Laserimpuls relativ zur Integrationszeit Ti um diskrete Verzögerungsincremente verschoben. Dadurch wandert der Empfangspuls mit fortschreitnender Verzögerung des jeweiligen Sendepulses von links nach rechts durch die beiden Empfangsfenster. Die Differenz der in beiden Empfangsfenstern integrierten Anteile des Empfangssignals ist eine monotone Funktion der Verzögerungszeit mit steilem Nulldurchgang. Die dem Nulldurchgang entsprechende Verzögerungszeit wird mittels eines Interpolationsverfahrens bestimmt und nicht exakt ermittelt, was einen ersten Nachteil dieses Verfahrens darstellt. Aus der so interpolierten Verzögerungszeit wird dann der Abstand zu dem in der 3D-Szene dem jeweiligen Empfangspixel entsprechenden Oberflächenelement bestimmt. Die Positionierung der Empfangsfenster erfolgt dabei gesteuert in einem vorgegebenen Raster und nicht in Abhängigkeit vom Empfangssignal und nur mit vorgegebener Granularität.From the DE 101 53 742 A1 a device for determining the transit time of a first transmission link between a transmitter and a receiver is known. During operation of the device, the emitted laser pulse is shifted relative to the integration time Ti by discrete delay increments. As a result, the received pulse moves with increasing delay of the respective transmit pulse from left to right through the two receiving windows. The difference between the portions of the receive signal integrated in both receive windows is a monotone function of the steep zero crossing delay time. The delay time corresponding to the zero crossing is determined by means of an interpolation method and not exactly determined, which represents a first disadvantage of this method. The distance to the surface element corresponding to the respective receiving pixel in the 3D scene is then determined from the delay time thus interpolated. The positioning of the receiving window is controlled in a given grid and not in response to the received signal and only with a given granularity.

Aus der WO 02/025 805 A2 ist eine geregelte Laufzeitmessung bekannt.From the WO 02/025805 A2 is a regulated transit time known.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren anzugeben, die die oben beschriebenen Nachteile im Stand der Technik nicht in diesem Maße aufweisen oder nicht aufweisen.It is the object of the invention to provide a method which does not have the above-described disadvantages in the prior art to that extent or not.

Diese Aufgabe wird durch eine Verfahren nach Anspruch 1 gelöstThis object is achieved by a method according to claim 1

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Zur Verbesserung des Stands der Technik wird die Nullregelung der Phase zu einem Delta-Sigma-Verfahren modifiziert. Dies wird durch folgende technische Maßnahmen erreicht:

  • 1. Das Zurücksetzen des Integrators nach jedem Integrationszeitfenster, wie heute bekannt, wird eliminiert.
  • 2. Die Differenz der Integrale auf steigender und fallender Flanke des Senderpulses wird schon im Speicherelement des Integrators gebildet. Hierzu benötigt man einen Mechanismus der die Integration mit wählbarem Vorzeichen ermöglicht.
  • 3. Die Rückkoppelung vom Diskretisierer zum DAC erfolgt unmittelbar zu dem nächsten Mess-Puls.
  • 4. Der Tiefpass, welcher das Ergebnis ermittelt, wird außerhalb der Regelschleife realisiert.
To improve the state of the art, the zero regulation of the phase is modified to a delta-sigma method. This is achieved by the following technical measures:
  • 1. The resetting of the integrator after each integration time window, as known today, is eliminated.
  • 2. The difference of the integrals on rising and falling edge of the transmitter pulse is already formed in the memory element of the integrator. This requires a mechanism that allows integration with selectable sign.
  • 3. The feedback from the discretizer to the DAC takes place immediately at the next measurement pulse.
  • 4. The low pass which determines the result is realized outside the control loop.

Ein weiterer unabhängiger Punkt ist die Nullregelung der Phase durch Verschieben des Integrationfensters statt des zeitlichen Verschiebens des Sendesignals. Dadurch wird eine Skalierbarkeit erreicht. Das heißt, mehrere Sensorkanäle können bei einem LED Signal gleichzeitig einer Nullregelung unterzogen werden.Another independent point is the zero control of the phase by shifting the integration window instead of shifting the transmit signal in time. This achieves scalability. This means that several sensor channels can be simultaneously subjected to a zero control with an LED signal.

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Laufzeitbestimmung in einer ersten Übertragungsstrecke (I1) zwischen einem Sender (H) und einem ersten Empfänger (D1). Um den Sender (H) zu speisen wird entweder mittels einer Verzögerungseinheit (ΔT) aus einem Sendesignal (S5) zumindest zeitweise ein um eine Verzögerungszeit (Δt) verzögertes Sendesignal (S5d) gebildet oder man verwendet gleich das Sendesignal (S5) als verzögertes Sendesignal (S5d), das im Sinne dieser Offenbarung stets den Sender (H) speist. Der Sender (H) sendet nun in Abhängigkeit von dem besagten verzögerten Sendesignal (S5d) ein erstes, insbesondere optisches, Signal (s1) zeitabschnittsweise bezogen auf einen Zeitabschnitt (Tz) in die erste Übertragungsstrecke (I1) hin. Das erste Signal (s1) weist dabei mindestens ein Trägersignal als Signalkomponente auf, das zumindest mit einem Modulationssignal in der Amplitude und/oder Phase und/oder Polarisation und/oder Wellenlänge und/oder Amplitudenmodulationsfrequenz und/oder der spektralen Zusammensetzung moduliert ist. Beispielsweise handelt es sich um ein Licht-Signal, das von einer LED Amplitudenmoduliert mit einer Modulationsfrequenz und einer vorgegebenen optischen Wellenlänge ausgesendet wird. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich um eine gepulst betriebene Laser-Diode. In jedem Zeitabschnitt (Tz), in dem der Sender (H) das erste Signal (s1) sendet, weist das erste Signal (s1) innerhalb dieses betreffenden Zeitabschnitts (Tz) einen ersten zeitlichen Beginn (ts1) und ein erstes zeitliches Ende (te1) auf. Im Sinne eines Pulsbetriebes ist dabei unter dem ersten zeitliche Beginn (ts1) der Beginn des Pulses und unter dem ersten zeitlichen Ende (te1) das Ende des Sendepulses zu verstehen. Die Zeitanschnitte (Tz) sind vorzugsweise aber nicht notwendigerweise zeitlich gleich lang. Jeder Zeitanschnitt (Tz) besitzt einen zeitlichen Beginn (tsz) des Zeitabschnitts (Tz) und ein zeitliches Ende (tez) des Zeitabschnitts (Tz). Auch sind der erste zeitliche Beginn (ts1) und das erste zeitliche Ende (te1) des ersten Signals (s1) von Zeitabschnitt zu Zeitabschnitt vorzugsweise aber nicht notwendigerweise gleich. Im Folgenden betrachten wir nur einen einzelnen Zeitabschnitt (Tz), wobei die vorausgehenden Zeitabschnitte (Tz) und die folgenden Zeitabschnitte (Tz) sich jeweils ähnlich verhalten. Die Zeitabschnitte (Tz) überlappen sich dabei vorzugsweise nicht und folgen einander nicht unbedingt direkt. Vielmehr ist es Denkbar, dass Zeitabschnitte voneinander durch größere zeitliche Abstände getrennt sind.The invention thus relates to a method for determining the transit time in a first transmission path (I1) between a transmitter (H) and a first receiver (D1). In order to feed the transmitter (H), a transmission signal (S5d) delayed by a delay time (Δt) is formed either by means of a delay unit (ΔT) from a transmission signal (S5), or the transmission signal (S5) is used as a delayed transmission signal (S5) at least temporarily. S5d), which in the sense of this disclosure always feeds the transmitter (H). The transmitter (H) now sends in response to the said delayed transmission signal (S5d) a first, in particular optical, signal (s1) in terms of time in relation to a time period (T z ) in the first transmission path (I1). The first signal (s1) in this case has at least one carrier signal as a signal component, which is modulated at least with a modulation signal in the amplitude and / or phase and / or polarization and / or wavelength and / or amplitude modulation frequency and / or the spectral composition. For example, it is a light signal that is emitted by an LED amplitude modulated with a modulation frequency and a predetermined optical wavelength. Most preferably, it is a pulsed laser diode. In each time interval (T z ) in which the transmitter (H) transmits the first signal (s1), the first signal (s1) within this relevant time period (T z ) has a first time start (t s1 ) and a first time End (t e1 ). In the sense of a pulsed operation, the beginning of the pulse is to be understood as the first temporal beginning (t s1 ) and the end of the transmission pulse is meant by the first temporal end (t e1 ). The time slots (T z ) are preferably but not necessarily of the same length in time. Each time gate (T z ) has a time start (t sz ) of the time period (T z ) and a time end (t ez ) of the time period (T z ). Also, the first temporal beginning (t s1 ) and the first temporal end (t e1 ) of the first signal (s1) are preferably but not necessarily the same from one period to the next. In the following, we consider only a single period of time (T z ), with the preceding periods (T z ) and the following periods (T z ) behaving similarly. The time segments (T z ) preferably do not overlap and do not necessarily follow each other directly. Rather, it is conceivable that periods of time are separated from each other by larger time intervals.

Die erste Übertragungsstrecke (I1) enthält vorzugsweise ein Objekt (O), dessen Abstand durch die Laufzeitmessung ermittelt werden soll. Selbstverständlich kann auch die Laufzeit in der ersten Übertragungstrecke (I1) selbst ermittelt werden, um beispielsweise den Brechungsindex in der Übertragungsstrecke zu ermitteln. Die die erste Übertragungsstrecke (I1) modifiziert somit das erste Signal (s1) beim Durchgang durch diese erste Übertragungsstrecke (I1) zu einem zweiten, insbesondere optischen, Signal (s2). Wir fassen hier also das Objekt (O) als Teil der ersten Übertragungsstrecke (I1) auf. Diese Modifikation kann die Amplitude und/oder die Phase und/oder die Polarisation und/oder die Wellenlänge und/oder die Amplitudenmodulationsfrequenz und/oder die spektrale Zusammensetzung des zweiten Signals (s2) im Vergleich zum ersten Signal (s1) betreffen, wobei die Änderung der Phase einer Verzögerung durch die Laufzeit entspricht. Nachdem das erste Signal (s1) die erste Übertragungsstrecke (I1) durchlaufen hat und zum zweiten Signal (s2) dabei modifiziert wurde, empfängt der erste Empfänger (D1) das zweite Signal (s2) nach Austritt aus der ersten Übertragungsstrecke (I1) innerhalb dieses betreffenden Zeitabschnitts (Tz). In dem ersten Empfänger (D1) wird das zweite Signal (s2) in ein Empfängerausgangssignal (S0) durch diesen gewandelt. Ein erster Multiplizierer (M1) multipliziert innerhalb dieses betreffenden Zeitabschnitts (Tz) das Empfängerausgangssignal (S0) mit einem ersten Empfangsfenstersignal (SF1) zu einem ersten internen Signal (S2a). Das erste Empfangsfenstersignal (SF1) weist innerhalb des besagten betreffenden Zeitabschnittes (Tz) einen zweiten zeitlichen Beginn (ts2) auf, der zeitlich vor dem ersten zeitlichen Beginn (ts1) des ersten Signals (s1) und zeitlich vor dem zeitlichen Ende (te1) des ersten Signals (s1) liegt. Auf der anderen Seite weist das erste Empfangsfenstersignal (SF1) innerhalb des besagten betreffenden Zeitabschnittes (Tz) ein zweites zeitliches Ende (te2) auf, das zeitlich nach dem ersten zeitlichen Beginn (ts1) des ersten Signals (s1) und zeitlich vor dem zeitlichen Ende (te1) des ersten Signals (s1) liegt.The first transmission path (I1) preferably contains an object (O) whose distance is to be determined by the transit time measurement. Of course, the transit time in the first transmission path (I1) itself can also be determined in order to determine, for example, the refractive index in the transmission path. The first transmission path (I1) thus modifies the first signal (s1) when passing through this first transmission path (I1) to a second, in particular optical, signal (s2). So here we take the object (O) as part of the first transmission link (I1). This modification may relate to the amplitude and / or the phase and / or the polarization and / or the wavelength and / or the amplitude modulation frequency and / or the spectral composition of the second signal (s2) compared to the first signal (s1) corresponds to the phase of a delay through the term. After the first signal (s1) has passed through the first transmission path (I1) and has been modified to the second signal (s2), the first receiver (D1) receives the second signal (s2) after leaving the first transmission path (I1) within this relevant period of time (T z ). In the first receiver (D1), the second signal (s2) is converted into a receiver output signal (S0) by it. A first multiplier (M1) multiplies the receiver output signal (S0) by a first receiving window signal (SF1) to a first internal signal (S2a) within this relevant time period (T z ). The first receive window signal (SF1) has a second time start (t s2 ) within the relevant time segment (T z ) which occurs before the first time start (t s1 ) of the first signal (s1) and before the end of time ( t e1 ) of the first signal (s1) is located. On the other hand, the first receive window signal (SF1) has a second time end (t e2 ) within the relevant time segment (T z ), which is temporally after the first time start (t s1 ) of the first signal (s1) and temporally before the time end (t e1 ) of the first signal (s1) is located.

Das erste Empfangsfenster, das durch das erste Empfangsfenstersignal (SF1) definiert wird, liegt also so, dass es sich mit dem Sendepuls des ersten Signals (s1) so überlappt, dass der Sendepuls in dem ersten Empfangsfenster beginnt und das erste Empfangsfenster endet, bevor der Sendepuls endet.The first reception window, which is defined by the first reception window signal (SF1), is thus such that it overlaps with the transmission pulse of the first signal (s1) in such a way that the transmission pulse starts in the first reception window and the first reception window ends before the reception signal Send pulse ends.

Ein zweiter Multiplizierer (M2) multipliziert innerhalb dieses betreffenden Zeitabschnitts (Tz) das Empfängerausgangssignal (S0) mit einem zweiten Empfangsfenstersignal (SF2) zu einem zweiten internen Signal (S2b). Das zweite Empfangsfenstersignal (SF2) weist innerhalb des besagten betreffenden Zeitabschnittes (Tz) einen dritten zeitlichen Beginn (ts3) aufweist, der zeitlich nach dem ersten zeitlichen Beginn (ts1) des ersten Signals (s1) und zeitlich vor dem zeitlichen Ende (te1) des ersten Signals (s1) liegt. Das zweite Empfangsfenstersignal (SF2) weist innerhalb des besagten betreffenden Zeitabschnittes (Tz) ein drittes zeitliches Ende (te3) auf, das zeitlich nach dem ersten zeitlichen Beginn (ts1) des ersten Signals (s1) und zeitlich nach dem zeitlichen Ende (te1) des ersten Signals (s1) liegt.A second multiplier (M2) multiplies the receiver output signal (S0) by a second receive window signal (SF2) to a second one within this respective time period (T z ) internal signal (S2b). The second receive window signal (SF2) has a third time start (t s3 ) within the relevant time segment (T z ) which occurs after the first time start (t s1 ) of the first signal (s1) and before the end of time ( t e1 ) of the first signal (s1) is located. The second receive window signal (SF2) has a third time end (t e3 ) within the relevant time segment (T z ) which occurs after the first time start (t s1 ) of the first signal (s1) and after the end of time ( t e1 ) of the first signal (s1) is located.

Das zweite Empfangsfenster, das durch das zweite Empfangsfenstersignal (SF2) definiert wird, liegt also so, dass es sich mit dem Sendepuls des ersten Signals (s1) so überlappt, dass der Sendepuls in dem zweiten Empfangsfenster aufhört und das zweite Empfangsfenster nach dem Sendepuls endet.The second reception window, which is defined by the second reception window signal (SF2), is thus such that it overlaps with the transmission pulse of the first signal (s1) such that the transmission pulse stops in the second reception window and the second reception window ends after the transmission pulse ,

Die beiden so gebildeten Signale werden nun weiter verarbeitet. Ein erster Filter (F1) bildet nun innerhalb dieses betreffenden Zeitabschnitts (Tz) die Differenz aus dem zuvor gebildeten ersten internen Signal (S2a) und dem zweiten internen Signal (S2b). Das Ergebnis der Filterung durch den ersten Filter (F1) ist ein erstes Filterausgangssignal (S8). Ganz bevorzugt ist eine Integration und/oder Tiefpassfilterung durch den ersten Filter (F1).The two signals thus formed are now processed further. A first filter (F1) now forms, within this relevant time segment (T z ), the difference between the previously formed first internal signal (S2a) and the second internal signal (S2b). The result of the filtering by the first filter (F1) is a first filter output signal (S8). Very preferred is an integration and / or low-pass filtering by the first filter (F1).

In einer ersten Variante hängt der zweite zeitliche Beginn (ts2) des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) von dem ersten Filterausgangssignal (S8) ab.In a first variant, the second time start (t s2 ) of the first receive window signal (SF1) depends on the first filter output signal (S8).

In einer zweiten Variante hängt das zweite zeitliche Ende (te2) des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) von dem ersten Filterausgangssignal (S8) ab.In a second variant, the second time end (t e2 ) of the first receive window signal (SF1) depends on the first filter output signal (S8).

In einer dritten Variante hängt der dritte zeitliche Beginn (ts3) des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2) von dem ersten Filterausgangssignal (S8) ab.In a third variant, the third time start (t s3 ) of the second receive window signal (SF2) depends on the first filter output signal (S8).

In einer vierten Variante hängt das dritte zeitliche Ende (te3) des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2) von dem ersten Filterausgangssignal (S8) ab.In a fourth variant, the third time end (t e3 ) of the second receive window signal (SF2) depends on the first filter output signal (S8).

In einer fünften Variante hängt die Verzögerungszeit (Δt) von dem ersten Filterausgangssignal (S8) ab.In a fifth variant, the delay time (Δt) depends on the first filter output signal (S8).

Das erste Filterausgangssignal (S8) kann bereits als Messwertsignal für eine Laufzeit des ersten Signals (s1) in der Übertragungsstrecke (I1) verwendet werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass es günstig ist, ein nachfolgendes zweites Filter (F2), insbesondere ein Tiefpassfilter vorzusehen, dass das eigentliche erste Ausgangssignal (S4) als Messwert für die Laufzeitbestimmung des ersten Signals (s1) und/des zweiten Signals (s2) in Summe in der ersten Übertragungsstrecke (I1) dient.The first filter output signal (S8) can already be used as a measured value signal for a transit time of the first signal (s1) in the transmission path (I1). However, it has been shown that it is favorable to provide a subsequent second filter (F2), in particular a low-pass filter, that the actual first output signal (S4) be used as the measured value for the transit time determination of the first signal (s1) and / of the second signal (s2 ) in total in the first transmission path (I1).

In einer weiteren Ausprägung der vorgeschlagenen Vorrichtung integriert der erste Filter (F1) die Differenz aus dem ersten internen Signal (S2a) und dem zweiten internen Signal (S2b) zu einem ersten Filterausgangssignal (S8).In a further embodiment of the proposed device, the first filter (F1) integrates the difference between the first internal signal (S2a) and the second internal signal (S2b) into a first filter output signal (S8).

In einer dritten Ausprägung der vorgeschlagenen Vorrichtung ist das erste Empfangsfenstersignal (SF1) vom zeitlichen Beginn (tsz) des betreffenden Zeitabschnittes (Tz) bis zum zweiten zeitlichen Beginn (ts2) des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) betragsmäßig Null. Das erste Empfangsfenstersignal (SF1) steigt in seinem Betrag in dieser Ausprägung vom zweiten zeitlichen Beginn (ts2) des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) zeitlich monoton steigend oder sprunghaft an. Dabei ist ein langsamer Anstieg des Betrags des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) gegenüber dem sprunghaften Anstieg zur Verminderung der Jitter-Empfindlichkeit des Systems zu bevorzugen. Es ist daher sinnvoll, wenn die Anstiegszeit länger als 1% der im Folgenden erläuterten ersten Mindestkonstantzeit (tk1) ist und/oder mindestens 1% der zeitlichen Länge des Zeitabschnitts (Tz) ist. Für eine erste Mindestkonstanzzeit (tk1) bis zum zweiten zeitlichen Ende (ts2) des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) bleibt der Betrag des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) auf einem kontanten Wert. Dabei bedeutet Konstanz im Sinne dieser Offenbarung eine Änderung der Amplitude des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) um weniger als 25%. Das erste Empfangsfenstersignal (SF1) fällt betragsmäßig vom zum zweiten zeitlichen Ende (te2) des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) zeitlich monoton fallend oder sprunghaft ab und bleibt dann betragsmäßig bis zum zeitlichen Ende (tez) des betreffenden Zeitabschnittes (Tz) Null.In a third embodiment of the proposed device, the first receive window signal (SF1) from the time start (t sz ) of the relevant period (T z ) to the second time start (t s2 ) of the first receive window signal (SF1) is absolute zero. The first receive window signal (SF1) increases in its amount in this form from the second time start (t s2 ) of the first receive window signal (SF1) in time monotonically increasing or jumping. In this case, a slow increase in the amount of the first receiving window signal (SF1) is to be preferred over the sudden increase for reducing the jitter sensitivity of the system. It therefore makes sense if the rise time is longer than 1% of the first minimum constant time (t k1 ) explained below and / or is at least 1% of the time length of the time interval (T z ). For a first minimum constancy time (t k1 ) until the second time end (t s2 ) of the first receive window signal (SF1), the magnitude of the first receive window signal (SF1) remains at a constant value. In the context of this disclosure, constancy means a change in the amplitude of the first receive window signal (SF1) by less than 25%. The first receive window signal (SF1) drops in terms of magnitude from the second time end (t e2 ) of the first receive window signal (SF1) temporally monotonically decreasing or leaps and then remains in magnitude until the time end (t ez ) of the relevant period (T z ) is zero.

In einer vierten Ausprägung der vorgeschlagenen Vorrichtung ist nun analog zur vorhergehenden Ausprägung das zweite Empfangsfenstersignal (SF2) betragsmäßig vom zeitlichen Beginn (tsz) des betreffenden Zeitabschnittes (Tz) bis zum dritten zeitlichen Beginn (ts3) des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2) Null. Das zweite Empfangsfenstersignal (SF2) steigt betragsmäßig vom dritten zeitlichen Beginn (ts3) des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2) zeitlich monoton oder sprunghaft an und bleibt betragsmäßig für eine zweite Mindestkonstanzzeit (tk2) bis dritten zeitlichen Ende (te3) des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2) auf einem kontanten Wert. Hinsichtlich der Konstanz gilt das zuvor geschriebene. Das zweite Empfangsfenstersignal (SF2) fällt betragsmäßig vom zum dritten zeitlichen Ende (te3) des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2) zeitlich monoton oder sprunghaft ab und bleit dann betragsmäßig bis zum zeitlichen Ende (tez) des betreffenden Zeitabschnittes (Tz) Null.In a fourth embodiment of the proposed device is analogous to the previous expression, the second receiving window signal (SF2) amount of time beginning (t sz ) of the relevant period (T z ) to the third temporal beginning (t s3 ) of the second receiving window signal (SF2) zero , The second receive window signal (SF2) increases in terms of amount from the third time start (t s3 ) of the second receive window signal (SF2) temporally monotonously or discontinuously and remains in magnitude for a second minimum constant time (t k2 ) to third time end (t e3 ) of the second receive window signal ( SF2) at a constant value. With regard to constancy, the previously written applies. The second receive window signal (SF2) drops in terms of magnitude from the third time end (t e3 ) of the second receive window signal (SF2) temporally monotonous or jumped and then deducted in absolute terms until the time end (t ez ) of the relevant period (T z ) zero.

In einer fünften Ausprägung der vorgeschlagenen Vorrichtung ist die erste Mindestkontanzzeit (tk1) gleich der zweiten Mindestkonstanzzeit (tk2), was eine bevorzugte Ausprägung der vierten Ausprägung ist. In a fifth embodiment of the proposed device, the first minimum contact time (t k1 ) is equal to the second minimum constant time (t k2 ), which is a preferred expression of the fourth embodiment.

In einer sechsten Ausprägung ist die erste Mindestkontanzzeit (tk1) und/oder die zweite Mindestkonstanzzeit (tk2) größer ist als die zeitliche Auflösung mit der

  • • der zweite zeitliche Beginn (ts2) des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) und/oder
  • • das zweite zeitliche Ende (te2) des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) und/oder
  • • der dritte zeitliche Beginn (ts3) des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2) und/oder
  • • das dritte zeitliche Ende (te3) des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2) und/oder
  • • die Verzögerungszeit (Δt)
von dem ersten Filterausgangssignal (S8) und/oder einem später beschriebenen ersten digitalisierten Filterausgangssignal (S9) abhängen.In a sixth embodiment, the first minimum contact time (t k1 ) and / or the second minimum constant time (t k2 ) is greater than the time resolution with the
  • The second time start (t s2 ) of the first receive window signal (SF1) and / or
  • The second temporal end (t e2 ) of the first receiving window signal (SF1) and / or
  • The third time start (t s3 ) of the second receive window signal (SF2) and / or
  • The third time end (t e3 ) of the second receive window signal (SF2) and / or
  • The delay time (Δt)
depend on the first filter output (S8) and / or a later-described first digitized filter output (S9).

In einer siebten Ausprägung ist die erste Mindestkontanzzeit (tk1) und/oder die zweite Mindestkonstanzzeit (tk2) größer ist als die zeitliche Summe aus der zeitlichen Auflösung, mit der

  • • der zweite zeitliche Beginn (ts2) des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) und/oder
  • • das zweite zeitliche Ende (te2) des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) und/oder
  • • der dritte zeitliche Beginn (ts3) des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2) und/oder
  • • das dritte zeitliche Ende (te3) des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2) und/oder
  • • die Verzögerungszeit (Δt)
von dem ersten Filterausgangssignal (S8) und/oder einem ersten digitalisierten Filterausgangssignal (S9) plus der Anstiegszeit (ta), mit der der Sender (H) zu senden beginnt, plus der Abfallszeit (tf), mit der der Sender (H) zu senden aufhört, abhängt.In a seventh embodiment, the first minimum contiguous time (t k1 ) and / or the second minimum constancy time (t k2 ) is greater than the temporal sum of the time resolution with which
  • The second time start (t s2 ) of the first receive window signal (SF1) and / or
  • The second temporal end (t e2 ) of the first receiving window signal (SF1) and / or
  • The third time start (t s3 ) of the second receive window signal (SF2) and / or
  • The third time end (t e3 ) of the second receive window signal (SF2) and / or
  • The delay time (Δt)
from the first filter output signal (S8) and / or a first digitized filter output signal (S9) plus the rise time (t a ) at which the transmitter (H) begins to transmit plus the fall time (t f ) at which the transmitter (H ) to stop sending depends.

In einer achten Ausprägung der vorgeschlagenen Vorrichtung ist das erste Filter (F1) ein lineares Filter mit einer Filterfunktion f(ΔS2). Hier ist ΔS2 das Differenzsignal aus dem ersten internen Signal (S2a) und dem zweiten internen Signal (22b). Die Filterfunktion f() kann aber zunächst ganz allgemein gesehen werden und als Merkmal des Filters an sich betrachtet werden. Dieses rein mathematische Merkmal, dass in der technischen Realisierung des Filters seinen Niederschlag findet, kann auch auf einzelne Signale angewendet werden, um diese Signal zu charakterisieren.In an eighth embodiment of the proposed device, the first filter (F1) is a linear filter with a filter function f (ΔS2). Here ΔS2 is the difference signal from the first internal signal (S2a) and the second internal signal ( 22b ). However, the filter function f () can first be seen in general terms and be considered as a feature of the filter per se. This purely mathematical feature, which is reflected in the technical realization of the filter, can also be applied to individual signals in order to characterize these signals.

In einer neunten Ausprägung der vorgeschlagenen Vorrichtung ist die Betragsänderung einer vom zweiten Empfangsfenstersignal (SF2) abhängigen Filterfunktion f() entsprechend dem Vorgesagten vom zeitlichen Beginn (tsz) des betreffenden Zeitabschnittes (Tz) bis zum zeitlichen Ende (tez) des betreffenden Zeitabschnittes (Tz) gleich der Betragsänderung der vom ersten Empfangsfenstersignal (SF1) abhängigen Filterfunktion f() entsprechend dem Vorgesagten vom zeitlichen Beginn (tsz) des betreffenden Zeitabschnittes bis zum zeitlichen Ende (tez) des betreffenden Zeitabschnittes (Tz). Das bedeutet nichts anderes, als dass sich das ersten Empfangsfenstersignal (SF1) und das zweite Empfangsfenstersignal (SF2) bei Filterung durch das erste Filter (F1) gleich verhalten sollten. Da das erste Filter (F1) linear ist, führt eine Subtraktion der Empfangsfenstersignale somit zu einem verschwindenden ersten Filterausgangssignal (F8).In a ninth embodiment of the proposed device, the change in the magnitude of a filter function f () dependent on the second receive window signal (SF2) is in accordance with the predicted from the time start (t sz ) of the relevant time period (T z ) to the time end (t ez ) of the relevant time segment (T z ) equal to the amount change of the first receive window signal (SF1) dependent filter function f () according to the predicted from the time start (t sz ) of the relevant period to the time end (t ez ) of the relevant period (T z ). This means nothing else than that the first receive window signal (SF1) and the second receive window signal (SF2) should behave the same when filtered by the first filter (F1). Since the first filter (F1) is linear, a subtraction of the receive window signals thus results in a vanishing first filter output (F8).

In einer zehnten Ausprägung der vorgeschlagenen Vorrichtung ist das zeitliche Integral des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2) vom zeitlichen Beginn (tsz) des betreffenden Zeitabschnittes (Tz) bis zum zeitlichen Ende (tez) des betreffenden Zeitabschnittes (Tz) gleich dem Integral des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) vom zeitlichen Beginn (tsz) des betreffenden Zeitabschnittes (Tz) bis zum zeitlichen Ende (tez) des betreffenden Zeitabschnittes (Tz). Wie zuvor erwähnt ist die Integration ja eine spezielle mögliche Form des ersten Filters (F1). Die zehnte Ausprägung der vorgeschlagenen Vorrichtung ist somit nur eine Spezialform der neunten Ausprägung mit einem ersten Filter (F1) in Form eines Integrators.In a tenth embodiment of the proposed device, the time integral of the second receive window signal (SF2) from the time start (t sz ) of the relevant time section (T z ) to the end of time (t ez ) of the relevant time section (T z ) is equal to the integral of first reception window signal (SF1) from the time start (t sz ) of the relevant time section (T z ) to the end of time (t ez ) of the relevant time section (T z ). As mentioned above, the integration is indeed a special possible form of the first filter (F1). The tenth embodiment of the proposed device is thus only a special form of the ninth embodiment with a first filter (F1) in the form of an integrator.

In einer elften Ausprägung der vorgeschlagenen Vorrichtung wird das erste Filterausgangssignal (S8) durch einen Analog-zu-Digital-Wandler (ADC) und/oder einen Zeit-zu-Digital-Wandler (TDC) in ein wertdiskretes erstes digitalisiertes Filterausgangssignal (S9) gewandelt. Dabei ist einem Zeit-zu-Digital-Wandler (TDC) stets der Vorzug zu geben, weil dieser eine erhöhte Auflösung ermöglicht. Dabei hängt dann zumindest

  • • der zweite zeitliche Beginn (ts2) des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) und/oder
  • • das zweite zeitliche Ende (te2) des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) und/oder
  • • der dritte zeitliche Beginn (ts3) des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2) und/oder
  • • das dritte zeitliche Ende (te3) des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2) und/oder
  • • die Verzögerungszeit (Δt)
von dem ersten digitalisierten Filterausgangssignal (S9) statt von dem ersten Filterausgangssignal (S8) ab. Das erste Filterausgangssignal (S8) und/oder das erste digitalisierte Filterausgangssignal (S9) und/oder ein oder mehrere aus diesen, insbesondere durch einen oder mehrere nachfolgende zweite Filter (F2), abgeleitete erste Ausgangssignale (S4) werden wieder innerhalb dieses betreffenden Zeitabschnitts (Tz) als Messwert für die Laufzeitbestimmung des ersten Signals (s1) in der Übertragungsstrecke (I1) verwendet.In an eleventh embodiment of the proposed device, the first filter output signal (S8) is converted by an analog-to-digital converter (ADC) and / or a time-to-digital converter (TDC) into a discrete-value first digitized filter output signal (S9) , In this case, a time-to-digital converter (TDC) should always be given preference, because this allows increased resolution. It depends then at least
  • The second time start (t s2 ) of the first receive window signal (SF1) and / or
  • The second temporal end (t e2 ) of the first receiving window signal (SF1) and / or
  • The third time start (t s3 ) of the second receive window signal (SF2) and / or
  • The third time end (t e3 ) of the second receive window signal (SF2) and / or
  • The delay time (Δt)
from the first digitized filter output (S9) instead of the first filter output (S8). The first filter output signal (S8) and / or the first digitized filter output signal (S9) and / or one or more first output signals (S4) derived therefrom, in particular by one or more subsequent second filters (F2), are readjusted within this respective time period (FIG. T z ) as a measured value for the transit time determination of the first signal (s1) in the transmission path (I1) used.

Die zwölfte Ausprägung der vorgeschlagenen Vorrichtung betrifft ein zweistufiges Delta-Sigma-System. Hierzu summiert ein erster Summierer (Σ1) das Filterausgangssignal (S8) und ein erstes Korrektursignal (SK1) zu einem zweiten Filtereingangssignal (S10). Ein drittes lineares Filter (F3) mit einer Filterfunktion f3(S10) filtert das zweite Filtereingangssignal (S10) zu einem dritten Filterausgangssignal (S11). Das dritte Filterausgangssignal (S11) wird nun anstelle des ersten Filterausgangssignals (S8) durch einen Analog-zu-Digital-Wandler (ADC) oder einen Zeit-zu-Digital-Wandler (TDC) in das wertdiskrete erste digitalisierte Filterausgangssignal (S9) gewandelt. Auch hier ist der Variante mit dem Zeit-zu-Digital-Wandler (TDC) der Vorzug zu geben. Eine Korrektursignalerzeugungseinheit (KE), die vorzugsweise das digitalisierte Filterausgangssignal (S9) in eine Ladungsmenge für das dritte Filter (F3), das vorzugsweise ein weiterer Integrator ist, umsetzt, erzeugt nun das erste Korrektursignal (SK1), das vorzugsweise ein Ladungssignal ist, in Abhängigkeit von dem digitalisierten Filterausgangssignal (S9). Diese Konstruktion einer zweiten Integrationsschleife hat den Vorzug, dass das Rauschen und die Regelfehler minimiert werden.The twelfth embodiment of the proposed device relates to a two-stage delta-sigma system. To this end, a first summer (Σ1) sums the filter output signal (S8) and a first correction signal (SK1) to a second filter input signal (S10). A third linear filter (F3) with a filter function f 3 (S10) filters the second filter input signal (S10) to a third filter output signal (S11). The third filter output signal (S11) is now converted into the discrete-value first digitized filter output signal (S9) instead of the first filter output signal (S8) by an analog-to-digital converter (ADC) or a time-to-digital converter (TDC). Again, the variant with the time-to-digital converter (TDC) to give preference. A correction signal generating unit (KE), which preferably converts the digitized filter output signal (S9) into a charge quantity for the third filter (F3), which is preferably a further integrator, now generates the first correction signal (SK1), which is preferably a charge signal Dependence on the digitized filter output signal (S9). This design of a second integration loop has the merit of minimizing noise and control errors.

In einer dreizehnten Ausprägung der vorgeschlagenen Vorrichtung erzeugt ein ein Regler (CTR) in Abhängigkeit von dem Filterausgangssignal (S8) und/oder dem digitalisierten Filterausgangssignal (S9) und/oder dem dritten Filterausgangssignal (S11) und ggf. einem Vorgabewert (Ref) ein erstes Reglerausgangssignal (S12). Zumindest

  • • der zweite zeitliche Beginn (ts2) des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) und/oder
  • • das zweite zeitliche Ende (te2) des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) und/oder
  • • der dritte zeitliche Beginn (ts3) des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2) und/oder
  • • das dritte zeitliche Ende (te3) des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2) und/oder
  • • die Verzögerungszeit (Δt)
hängen in dieser dreizehnten Ausprägung der vorgeschlagenen Vorrichtung von dem ersten Reglerausgangssignal (S12) statt von dem ersten digitalisierten Filterausgangssignal (S9) oder dem ersten Filterausgangssignal (S8) ab.In a thirteenth embodiment of the proposed device, a controller (CTR) generates a first one depending on the filter output signal (S8) and / or the digitized filter output signal (S9) and / or the third filter output signal (S11) and possibly a default value (Ref) Controller output signal (S12). At least
  • The second time start (t s2 ) of the first receive window signal (SF1) and / or
  • The second temporal end (t e2 ) of the first receiving window signal (SF1) and / or
  • The third time start (t s3 ) of the second receive window signal (SF2) and / or
  • The third time end (t e3 ) of the second receive window signal (SF2) and / or
  • The delay time (Δt)
In this thirteenth aspect of the proposed device depend on the first regulator output signal (S12) instead of the first digitized filter output signal (S9) or the first filter output signal (S8).

In einer vierzehnten Ausprägung der vorgeschlagenen Vorrichtung ist der Regler (CTR) ein PID Regler.In a fourteenth embodiment of the proposed device, the controller (CTR) is a PID controller.

In einer fünfzehnten Ausprägung der vorgeschlagenen Vorrichtung weist der Regler (CTR) oder eine Teilvorrichtung des Reglers (CTR) eine Hysterese auf. Dies hat den Vorteil, dass das System störunempfindlicher wird.In a fifteenth embodiment of the proposed device, the controller (CTR) or a sub-device of the controller (CTR) has a hysteresis. This has the advantage that the system is less susceptible to interference.

In einer sechzehnten Ausprägung der vorgeschlagenen Vorrichtung weist die Vorrichtung einen Temperatursensor (TS) zur Erfassung der Temperatur (T) des Senders (H) oder einer damit im Wirkzusammenhang stehenden Temperatur in Form eines Temperatursensorsignals (TSS) auf. Zumindest

  • • der zweite zeitliche Beginn (ts2) des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) und/oder
  • • das zweite zeitliche Ende (te2) des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) und/oder
  • • der dritte zeitliche Beginn (ts3) des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2) und/oder
  • • das dritte zeitliche Ende (te3) des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2) und/oder
  • • die Verzögerungszeit (Δt)
hängen von dem Temperatursensorsignal (TSS) zumindest zeitweise innerhalb des betreffenden Zeitabschnitts (Tz) ab.In a sixteenth embodiment of the proposed device, the device has a temperature sensor (TS) for detecting the temperature (T) of the transmitter (H) or a temperature related thereto in the form of a temperature sensor signal (TSS). At least
  • The second time start (t s2 ) of the first receive window signal (SF1) and / or
  • The second temporal end (t e2 ) of the first receiving window signal (SF1) and / or
  • The third time start (t s3 ) of the second receive window signal (SF2) and / or
  • The third time end (t e3 ) of the second receive window signal (SF2) and / or
  • The delay time (Δt)
depend on the temperature sensor signal (TSS) at least temporarily within the relevant time period (T z ).

In einer siebzehnten Ausprägung der vorgeschlagenen Vorrichtung wird der elektrischen Senderstom (IH), den der Sender (H) aufnimmt, ausgewertet und für eine Sender-Temperaturabschätzung genutzt. Daher weist die Vorrichtung in dieser Variante eine Sendestromerfassungsvorrichtung (IHM) auf, die ein Sendestommesssignal (IMS) liefert. In diesem Fall hängt bevorzugt zumindest

  • • der zweite zeitliche Beginn (ts2) des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) und/oder
  • • das zweite zeitliche Ende (te2) des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) und/oder
  • • der dritte zeitliche Beginn (ts3) des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2) und/oder
  • • das dritte zeitliche Ende (te3) des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2) und/oder
  • • die Verzögerungszeit (Δt)
von dem Sendestommesssignal (IMS) zumindest zeitweise ab.In a seventeenth embodiment of the proposed device, the electrical transmitter current (I H ) which the transmitter (H) receives is evaluated and used for transmitter temperature estimation. Therefore, in this variant, the device comprises a transmission current detection device (I HM ) which supplies a transmission test signal (I MS ). In this case, preferably depends at least
  • The second time start (t s2 ) of the first receive window signal (SF1) and / or
  • The second temporal end (t e2 ) of the first receiving window signal (SF1) and / or
  • The third time start (t s3 ) of the second receive window signal (SF2) and / or
  • The third time end (t e3 ) of the second receive window signal (SF2) and / or
  • The delay time (Δt)
from the Sendestommesssignal (I MS ) at least temporarily.

Es hat sich gezeigt, dass es sinnvoll und günstig ist, die zeitlichen Parameter der Empfangsfenstersignals (SF1, SF2) nicht unabhängig voneinander zu verändern.It has been shown that it is sensible and advantageous not to change the temporal parameters of the reception window signal (SF1, SF2) independently of each other.

In einer achtzehnten Ausprägung der vorgeschlagenen Vorrichtung ist daher entweder der zweite zeitliche Beginn (ts2) des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) gleich dem zweiten zeitlichen Ende (te2) des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) und der dritte zeitliche Beginn (ts3) des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2) liegt nach dem dritten zeitlichen Ende (te3) des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2) oder der zweite zeitliche Beginn (ts2) des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) liegt nach dem zweiten zeitlichen Ende (te2) des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) und der dritte zeitliche Beginn (ts3) des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2) ist gleich dem dritten zeitlichen Ende (te3) des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2).In an eighteenth aspect of the proposed device, therefore, either the second time start (t s2 ) of the first receive window signal (SF1) is equal to the second time end (t e2 ) of the first Receive window signal (SF1) and the third time start (t s3 ) of the second receive window signal (SF2) is after the third time end (t e3 ) of the second receive window signal (SF2) or the second time start (t s2 ) of the first receive window signal (SF1) is after the second temporal end (t e2 ) of the first receiving window signal (SF1) and the third temporal beginning (t s3 ) of the second receiving window signal (SF2) is equal to the third temporal end (t e3 ) of the second receiving window signal (SF2).

In einer neunzehnten Ausprägung der vorgeschlagenen Vorrichtung hängt der zweite zeitliche Beginn (ts2) des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) und der dritte zeitliche Beginn (te3) des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2) in gleicher Weise von dem ersten Filterausgangssignal (S8) und/oder dem ersten digitalisierten Filterausgangssignal (S9) und/oder dem dritten Filterausgangssignal (S11) und/oder dem ersten Reglerausgangssignal (S12) ab. Hierbei bedeutet Gleichheit, dass sich die entsprechenden Ableitungen dieser Zeitpunkte nach den Pegeln dieser Signale hinsichtlich des Vorzeichens nicht unterscheiden und betragsmäßig um nicht mehr als 25% unterscheiden.In a nineteenth embodiment of the proposed device, the second time start (t s2 ) of the first receive window signal (SF1) and the third time start (t e3 ) of the second receive window signal (SF2) depend in the same way on the first filter output signal (S8) and / or the first digitized filter output signal (S9) and / or the third filter output signal (S11) and / or the first regulator output signal (S12). Equality here means that the corresponding derivatives of these times do not differ in terms of the sign according to the levels of these signals and differ by no more than 25% in terms of magnitude.

In einer zwanzigsten Ausprägung der vorgeschlagenen Vorrichtung hängt der der zweite zeitliche Beginn (ts2) des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) und das dritte zeitliche Ende (te3) des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2) in gleicher Weise von dem ersten Filterausgangssignal (S8) und/oder dem ersten digitalisierten Filterausgangssignal (S9) und/oder dem dritten Filterausgangssignal (S11) und/oder dem ersten Reglerausgangssignal (S12) ab. Auch hierbei bedeutet Gleichheit, dass sich die entsprechenden Ableitungen dieser Zeitpunkte nach den Pegeln dieser Signale hinsichtlich des Vorzeichens nicht unterscheiden und betragsmäßig um nicht mehr als 25% unterscheiden.In a twentieth form of the proposed device, the second temporal beginning (t s2 ) of the first receiving window signal (SF1) and the third temporal end (t e3 ) of the second receiving window signal (SF2) depend in the same way on the first filter output signal (S8) and / or the first digitized filter output signal (S9) and / or the third filter output signal (S11) and / or the first regulator output signal (S12). Here, too, equality means that the corresponding derivatives of these times do not differ in terms of the sign according to the levels of these signals and do not differ in magnitude by more than 25%.

In einer einundzwanzigsten Ausprägung der vorgeschlagenen Vorrichtung hängt das zweite zeitliche Ende (te2) des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) und das dritte zeitliche Ende (te3) des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2) in gleicher Weise von dem ersten Filterausgangssignal (S8) und/oder dem ersten digitalisierten Filterausgangssignal (S9) und/oder dem dritten Filterausgangssignal (S11) und/oder dem ersten Reglerausgangssignal (S12) ab. Auch hierbei bedeutet Gleichheit, dass sich die entsprechenden Ableitungen dieser Zeitpunkte nach den Pegeln dieser Signale hinsichtlich des Vorzeichens nicht unterscheiden und betragsmäßig um nicht mehr als 25% unterscheiden.In a twenty-first embodiment of the proposed device, the second temporal end (t e2 ) of the first receiving window signal (SF1) and the third temporal end (t e3 ) of the second receiving window signal (SF2) depend in the same way on the first filter output signal (S8) and / or the first digitized filter output signal (S9) and / or the third filter output signal (S11) and / or the first regulator output signal (S12). Here, too, equality means that the corresponding derivatives of these times do not differ in terms of the sign according to the levels of these signals and do not differ in magnitude by more than 25%.

In einer zweiundzwanzigsten Ausprägung der vorgeschlagenen Vorrichtung hängt das zweite zeitliche Ende (te2) des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) und der dritte zeitliche Beginn (ts3) des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2) in gleicher Weise von dem ersten Filterausgangssignal (S8) und/oder dem ersten digitalisierten Filterausgangssignal (S9) und/oder dem dritten Filterausgangssignal (S11) und/oder dem ersten Reglerausgangssignal (S12) ab. Auch hierbei bedeutet Gleichheit, dass sich die entsprechenden Ableitungen dieser Zeitpunkte nach den Pegeln dieser Signale hinsichtlich des Vorzeichens nicht unterscheiden und betragsmäßig um nicht mehr als 25% unterscheiden.In a twenty-second embodiment of the proposed device, the second temporal end (t e2 ) of the first receiving window signal (SF1) and the third temporal beginning (t s3 ) of the second receiving window signal (SF2) depend in the same way on the first filter output signal (S8) and / or the first digitized filter output signal (S9) and / or the third filter output signal (S11) and / or the first regulator output signal (S12). Here, too, equality means that the corresponding derivatives of these times do not differ in terms of the sign according to the levels of these signals and do not differ in magnitude by more than 25%.

Neben diesen Varianten ist eine Variante von besonderem Interesse. Hierbei verfügt das System über mehrere Empfänger, einen ersten Empfänger (D1) und einen zweiten Empfänger (D2) der Regelkreis bezieht sich dann vorzugsweise nur auf die zeitlichen Parameter der entsprechenden Empfangsfenstersignale. Aus den Empfängerausgangssignalen (S0, S0B) kann natürlich ein Regelsignal für die zeitliche Verzögerung des Sendesignals (S5) zum verzögerten Sendesignal (S5d) synthetisiert werden. Am einfachsten ist es aber, wenn dann diese Verzögerung einem Empfänger zugeordnet wird oder einem Summensignal der jeweiligen Filterausgangssignale (S8, S8d) etc. zugeordnet wird.In addition to these variants, a variant is of particular interest. In this case, the system has several receivers, a first receiver (D1) and a second receiver (D2), the control loop then preferably refers only to the temporal parameters of the corresponding receive window signals. Of course, from the receiver output signals (S0, S0B), a control signal for the time delay of the transmission signal (S5) to the delayed transmission signal (S5d) can be synthesized. It is easiest, however, if then this delay is assigned to a receiver or a sum signal of the respective filter output signals (S8, S8d), etc. is assigned.

Eine dreiundzwanzigste Ausprägung der vorgeschlagenen Vorrichtung dient daher zur parallelen Bestimmung der Laufzeit in einer zweiten Übertragungsstrecke (I2), die ganz oder teilweise mit der ersten Übertragungsstrecke (I1) übereinstimmen kann und das Objekt (O) und/oder ein weiteres Objekt (O2) enthalten kann, zwischen dem Sender (H) und mindestens einem weiteren Empfänger (D2). Der Sender (H) sendet nun in Abhängigkeit von dem verzögerten Sendesignal (S5d) ein drittes, insbesondere optisches, Signal (s3) zeitabschnittsweise in die zweite Übertragungsstrecke (I2) hinein. Typischerweise wird diese Konfiguration so aussehen, dass der Sender ein optisches Signal aussendet, wobei ein erster Teil dieses optischen Signals in die erste übertragungsstrecke (i1) gelangt und das erste Signal (s1) bildet und ein zweiter Teil in die zweite Übertragungsstrecke (I2) gelangt und das dritte Signal (s3) bildet. Somit sind typischerweise das erste Signal (s1) und das zweite Signal (s2) synchron. Daher ist auch das dritte Signal (s3) mit einem Trägersignal als Signalkomponente versehen. Dieses Trägersignal, ist somit zumindest mit einem Modulationssignal in der Amplitude und/oder Phase und/oder Polarisation und/oder Wellenlänge und/oder Amplitudenmodulationsfrequenz und/oder der spektralen Zusammensetzung moduliert. In jedem Zeitabschnitt (Tz), in dem der Sender (H) das dritte Signal (s3) sendet, weist das dritte Signal (s3) innerhalb dieses betreffenden Zeitabschnitts (Tz) einen vierten zeitlichen Beginn (ts4) und ein viertes zeitliches Ende (te4) auf. Die zweite Übertragungsstrecke (I2) modifiziert das dritte Signal (s3) beim Durchgang durch diese zweite Übertragungsstrecke (I2) zu einem vierten, insbesondere optischen, Signal (s4). Wieder kann diese Modifikation die Amplitude und/oder die Phase und/oder die Polarisation und/oder die Wellenlänge und/oder die Amplitudenmodulationsfrequenz und/oder die spektrale Zusammensetzung des fünften Signals im Vergleich zum vierten Signal betreffen, wobei die Phasenveränderung wieder der Verzögerung in Folge der Laufzeit entspricht. Der weitere Empfänger (D2) empfängt das vierte Signal (s4) nach Austritt aus der zweiten Übertragungsstrecke (I2). In dem weiteren Empfänger (D2) wandelt der weitere Empfänger (D2) das vierte Signal (s4) in ein weiteres Empfängerausgangssignal (S0B). Ein dritter Multiplizierer (M3) multipliziert das weitere Empfängerausgangssignal (S0B) mit einem dritten Empfangsfenstersignal (SF3) zu einem dritten internen Signal (S2Ba). Das dritte Empfangsfenstersignal (SF3) weist innerhalb des besagten betreffenden Zeitabschnittes (Tz) einen fünften zeitlichen Beginn (ts5) auf, der zeitlich vor dem vierten zeitlichen Beginn (ts4) des dritten Signals (s4) und zeitlich vor dem vierten zeitlichen Ende (te4) des vierten Signals (s4) liegt. Das dritte Empfangsfenstersignal (SF3) weist innerhalb des besagten betreffenden Zeitabschnittes (Tz) ein fünftes zeitliches Ende (te5) auf, das zeitlich nach dem vierten zeitlichen Beginn (ts4) des vierten Signals (s4) und zeitlich vor dem vierten zeitlichen Ende (te4) des vierten Signals (s4) liegt. Ein vierter Multiplizierer (M4) multipliziert das weitere Empfängerausgangssignal (S0B) mit einem vierten Empfangsfenstersignal (SF4) zu einem vierten internen Signal (S2Bb). Das vierte Empfangsfenstersignal (SF4) weit innerhalb des besagten betreffenden Zeitabschnittes (Tz) einen sechsten zeitlichen Beginn (ts6) auf, der zeitlich nach dem vierten zeitlichen Beginn (ts4) des vierten Signals (s4) und zeitlich vor dem vierten zeitlichen Ende (te4) des vierten Signals (s4) liegt. Das vierte Empfangsfenstersignal (SF4) weist innerhalb des besagten betreffenden Zeitabschnittes (Tz) ein sechstes zeitliches Ende (te6) auf, das zeitlich nach dem vierten zeitlichen Beginn (ts4) des vierten Signals (s4) und zeitlich nach dem vierten zeitlichen Ende (te4) des vierten Signals (s4) liegt. Ein vierter Filter (F4), der vorzugsweise ein Integrator oder ein Tiefpass oder ein Bandpassfilter ist, filtert die Differenz aus dem dritten internen Signal (S2Ba) und dem vierten internen Signal (S2Bb) zu einem vierten Filterausgangssignal (S8B). Zumindest

  • • der fünfte zeitliche Beginn (ts5) des dritten Empfangsfenstersignals (SF3) und/oder
  • • das fünfte zeitliche Ende (te5) des dritten Empfangsfenstersignals (SF3) und/oder
  • • der sechste zeitliche Beginn (ts6) des vierten Empfangsfenstersignals (SF4) und/oder
  • • das sechste zeitliche Ende (te6) des vierten Empfangsfenstersignals (SF4) und/oder
  • • die Verzögerungszeit (Δt)
hängen von dem vierten Filterausgangssignal (S8B) ab. Das vierte Filterausgangssignal (S8B) und/oder ein daraus, insbesondere durch einen nachfolgenden fünften Filter (F5), abgeleitetes weiteres Ausgangssignal (S4B) wird innerhalb dieses betreffenden Zeitabschnitts (Tz) als weiterer Messwert für die Laufzeitbestimmung des vierten Signals (s4) in der zweiten Übertragungsstrecke (I2) verwendet. Das fünfte Filter (F5) ist vorzugsweise ein Tiefpassfilter.A twenty-third expression of the proposed device therefore serves for the parallel determination of the propagation time in a second transmission path (I2), which may coincide completely or partially with the first transmission path (I1) and contain the object (O) and / or a further object (O2) can, between the transmitter (H) and at least one other receiver (D2). The transmitter (H) now sends in dependence on the delayed transmission signal (S5d) a third, in particular optical, signal (s3) in a time-wise manner into the second transmission path (I2). Typically, this configuration will be such that the transmitter transmits an optical signal, a first part of this optical signal entering the first transmission path (i1) forming the first signal (s1) and a second part entering the second transmission path (I2) and the third signal (s3) forms. Thus, typically the first signal (s1) and the second signal (s2) are synchronous. Therefore, the third signal (s3) is also provided with a carrier signal as a signal component. This carrier signal is thus modulated at least with a modulation signal in the amplitude and / or phase and / or polarization and / or wavelength and / or amplitude modulation frequency and / or the spectral composition. In each time period (T z ) in which the transmitter (H) transmits the third signal (s3), the third signal (s3) has a fourth time start (t s4 ) and a fourth time within this relevant time period (T z ) End (t e4 ). The second transmission path (I2) modifies the third signal (s3) when passing through this second transmission path (I2) to a fourth, in particular optical, signal (s4). Again, this modification may relate to the amplitude and / or the phase and / or the polarization and / or the wavelength and / or the amplitude modulation frequency and / or the spectral composition of the fifth signal compared to the fourth signal Phase change again corresponds to the delay in a row of the term. The further receiver (D2) receives the fourth signal (s4) after exiting the second transmission path (I2). In the further receiver (D2), the further receiver (D2) converts the fourth signal (s4) into a further receiver output signal (S0B). A third multiplier (M3) multiplies the further receiver output signal (S0B) by a third receive window signal (SF3) to a third internal signal (S2Ba). The third receive window signal (SF3) has a fifth time start (t s5 ) within the relevant time segment (T z ), which occurs before the fourth time start (t s4 ) of the third signal (s4) and before the fourth time end (t e4 ) of the fourth signal (s4) is located. The third receive window signal (SF3) has a fifth time end (t e5 ) within the relevant time segment (T z ), which occurs after the fourth time start (t s4 ) of the fourth signal (s4) and before the fourth time end (t e4 ) of the fourth signal (s4) is located. A fourth multiplier (M4) multiplies the further receiver output signal (S0B) by a fourth receive window signal (SF4) to a fourth internal signal (S2Bb). The fourth receive window signal (SF4) has a sixth time start (t s6 ) well within the relevant time interval (T z ), which occurs after the fourth time start (t s4 ) of the fourth signal (s4) and before the fourth time end (t e4 ) of the fourth signal (s4) is located. The fourth receive window signal (SF4) has a sixth time end (t e6 ) within the relevant time segment (T z ) which occurs after the fourth time start (t s4 ) of the fourth signal (s4) and after the fourth time end (t e4 ) of the fourth signal (s4) is located. A fourth filter (F4), which is preferably an integrator or a low-pass filter or a band-pass filter, filters the difference between the third internal signal (S2Ba) and the fourth internal signal (S2Bb) into a fourth filter output signal (S8B). At least
  • The fifth time start (t s5 ) of the third receive window signal (SF3) and / or
  • The fifth time end (t e5 ) of the third receive window signal (SF3) and / or
  • The sixth time start (t s6 ) of the fourth receive window signal (SF4) and / or
  • The sixth time end (t e6 ) of the fourth receive window signal (SF4) and / or
  • The delay time (Δt)
depend on the fourth filter output (S8B). The fourth filter output signal (S8B) and / or a further output signal (S4B) derived therefrom, in particular by a subsequent fifth filter (F5), is used as a further measured value for the transit time determination of the fourth signal (s4) within this relevant time segment (T z ) the second transmission path (I2) used. The fifth filter (F5) is preferably a low-pass filter.

Basierend auf dieser Ausprägung ist eine vierundzwanzigste Ausprägung der vorgeschlagenen Vorrichtung denkbar, bei der eine zweite Summiervorrichtung (Σ2) aus dem Empfängerausgangssignal (S0) und dem weiteren Empfängerausgangssignal (S0B) ein Empfängerausgangssummensignal (S0Σ) durch Summierung bildet, das Grundlage der Regelung ist. Somit kann direkt ein Mittelwert in Form eines Abstands gemessen werden. Die Regelung wird dann so vorgenommen, dass der dritte Multiplizierer (M3) das Empfängerausgangssummensignal (S0Σ) anstelle des weiteren Empfängerausgangssignal (S0B) mit dem dritten Empfangsfenstersignal (SF3) zu dem dritten internen Signal (S2Ba) multipliziert. Der vierte Multiplizierer (M4) multipliziert das Empfängerausgangssummensignal (S0Σ) anstelle des weiteren Empfängerausgangssignal (S0B) mit dem vierten Empfangsfenstersignal (SF4) zu dem vierten internen Signal (S2Bb).Based on this characteristic, a twenty-fourth embodiment of the proposed device is conceivable in which a second summing device (Σ2) from the receiver output signal (S0) and the further receiver output signal (S0B) forms a receiver output sum signal (S0Σ) by summation, which is the basis of the control. Thus, an average in the form of a distance can be measured directly. The control is then performed such that the third multiplier (M3) multiplies the receiver output sum signal (S0Σ) instead of the further receiver output signal (S0B) by the third reception window signal (SF3) to the third internal signal (S2Ba). The fourth multiplier (M4) multiplies the receiver output sum signal (S0Σ) instead of the further receiver output signal (S0B) by the fourth reception window signal (SF4) to the fourth internal signal (S2Bb).

Statt der Summenbildung kann auch eine Differenzbildung vorgenommen werden. Bei kleinen Signalen erhält man dann direkt den Winkel durch Triangulation. Bei einer solchen fünfundzwanzigsten Ausprägung der vorgeschlagenen Vorrichtung bildet eine vierte Differenzbildungsvorrichtung (ΔS) aus dem Empfängerausgangssignal (S0) und dem weiteren Empfängerausgangssignal (S0B) ein Empfängerausgangsdifferenzsignal (S0Δ) durch Differenzbildung. Wie zuvor kann die Regelung nun analog zu der bei der Summenbildung vorgenommen werden. Der dritte Multiplizierer (M3) multipliziert das Empfängerausgangsdifferenzsignal (S0Δ) anstelle des weiteren Empfängerausgangssignal (S0B) mit dem dritten Empfangsfenstersignal (SF3) zu dem dritten internen Signal (S2Ba). Der vierte Multiplizierer (M4) multipliziert das Empfängerausgangsdifferenzsignal (S0Δ) anstelle des weiteren Empfängerausgangssignal (S0B) mit dem vierten Empfangsfenstersignal (SF4) zu dem vierten internen Signal (S2Bb).Instead of summation, a difference can also be made. For small signals, one then directly obtains the angle by triangulation. In such a twenty-fifth embodiment of the proposed device, a fourth differencing device (ΔS) from the receiver output signal (S0) and the further receiver output signal (S0B) forms a receiver output difference signal (S0Δ) by subtraction. As before, the control can now be carried out analogously to that in the summation. The third multiplier (M3) multiplies the receiver output difference signal (S0Δ), instead of the further receiver output signal (S0B), by the third receiving window signal (SF3) to the third internal signal (S2Ba). The fourth multiplier (M4) multiplies the receiver output difference signal (S0Δ) instead of the further receiver output signal (S0B) by the fourth reception window signal (SF4) to the fourth internal signal (S2Bb).

Die folgenden Ausprägungen betreffen die Ausführung der Multiplizierer.The following expressions concern the execution of the multipliers.

In einer sechsundzwanzigsten Ausprägung der vorgeschlagenen Vorrichtung wird der erste Multiplizierer (M1) als Analogschalter ausgeführt. Der erste Multiplizierer gibt in dieser Ausprägung der vorgeschlagenen Vorrichtung entweder das Empfängerausgangssignal (S0) oder ein vorgegebenes festes Potenzial als erstes internes Signal (S2a) in Abhängigkeit von dem ersten Empfangsfenstersignal (SF1) aus. Da die Vorrichtung symmetrisch sein sollte wird dann auch der zweite Multiplizierer (M2) als Analogschalter ausgeführt, der entweder das Empfängerausgangssignal (S0) oder ein vorgegebenes festes Potenzial als zweites internes Signal (S2b) in Abhängigkeit von dem zweiten Empfangsfenstersignal (SF2) ausgibt.In a twenty-sixth embodiment of the proposed device, the first multiplier (M1) is implemented as an analog switch. In this embodiment of the proposed device, the first multiplier outputs either the receiver output signal (S0) or a predetermined fixed potential as the first internal signal (S2a) in response to the first receive window signal (SF1). Since the device should be symmetrical, the second multiplier (M2) is then also implemented as an analog switch which outputs either the receiver output signal (S0) or a predetermined fixed potential as a second internal signal (S2b) in response to the second receive window signal (SF2).

In einer siebenundzwanzigsten Ausprägung der vorgeschlagenen Vorrichtung ist der erste Multiplizierer (M1) ebenfalls als Analogschalter ausgeführt, der das Empfängerausgangssignal (S0) mit dem ersten internen Signal (S2a) verbindet und das Empfängerausgangssignal (S0) von dem ersten Empfänger (D1) trennt, wenn sich das erste Empfangsfenstersignal (SF1) in einem ersten Zustand befindet. Der erste Multiplizierer (M1) trennt das Empfängerausgangssignal (S0) von dem ersten internen Signal (S2a) und verbindet das Empfängerausgangssignal (S0) mit dem ersten Empfänger (D1) verbindet, wenn sich das erste Empfangsfenstersignal (SF1) in einem zweiten Zustand befindet. Der zweite Multiplizierer (M2) ist zur Symmetrierung ebenfalls als Analogschalter ausgeführt, der das Empfängerausgangssignal (S0) mit dem zweiten internen Signal (S2b) verbindet und das Empfängerausgangssignal (S0) von dem ersten Empfänger (D1) trennt, wenn sich das zweite Empfangsfenstersignal (SF2) in einem ersten Zustand befindet. Der zweite Multiplizierer (M2) trennt das Empfängerausgangssignal (S0) von dem zweiten internen Signal (S2b) und verbindet das Empfängerausgangssignal (S0) mit dem ersten Empfänger (D1), wenn sich das zweite Empfangsfenstersignal (SF2) in einem zweiten Zustand befindet. In a twenty-seventh embodiment of the proposed device, the first multiplier (M1) is also implemented as an analog switch connecting the receiver output signal (S0) to the first internal signal (S2a) and separating the receiver output signal (S0) from the first receiver (D1) the first receive window signal (SF1) is in a first state. The first multiplier (M1) separates the receiver output signal (S0) from the first internal signal (S2a) and connects the receiver output signal (S0) to the first receiver (D1) when the first receive window signal (SF1) is in a second state. The second multiplier (M2) is also designed for balancing as an analog switch which connects the receiver output signal (S0) to the second internal signal (S2b) and separates the receiver output signal (S0) from the first receiver (D1) when the second receive window signal (S0) SF2) is in a first state. The second multiplier (M2) separates the receiver output signal (S0) from the second internal signal (S2b) and connects the receiver output signal (S0) to the first receiver (D1) when the second receive window signal (SF2) is in a second state.

In einer siebenundzwanzigsten Ausprägung der vorgeschlagenen Vorrichtung ist der erste Multiplizierer (M1) als Analogschalter ausgeführt, der das Empfängerausgangssignal (S0) mit dem ersten internen Signal (S2a) verbindet und das Empfängerausgangssignal (S0) von dem ersten Empfänger (D1) trennt, wenn sich das erste Empfangsfenstersignal (SF1) in einem ersten Zustand befindet. Der erste Multiplizierer (M1) trennt das Empfängerausgangssignal (S0) von dem ersten internen Signal (S2a) trennt und das Empfängerausgangssignal (S0) und den ersten Empfänger (D1) verbindet und den Empfänger (D) von der Strom- oder Spannungsquelle trennt, wenn sich das erste Empfangsfenstersignal (SF1) in einem zweiten Zustand befindet. Der zweite Multiplizierer (M2) ist als Analogschalter ausgeführt, der das Empfängerausgangssignal (S0) mit dem zweiten internen Signal (S2b) verbindet und das Empfängerausgangssignal (S0) von dem ersten Empfänger (D1) trennt, wenn sich das zweite Empfangsfenstersignal (SF2) in einem ersten Zustand befindet. Der zweite Multiplizierer (M2) trennt das Empfängerausgangssignal (S0) von dem zweiten internen Signal (S2b) und verbindet das Empfängerausgangssignal (S0) mit dem ersten Empfänger (D1) verbindet, wenn sich das zweite Empfangsfenstersignal (SF2) in einem zweiten Zustand befindet. Die Vorrichtung um fasst dann aber zusätzlich eine Teilvorrichtung, die das Empfängerausgangssignal (S0) mit einer Strom- oder Spannungsquelle verbindet, wenn das Empfängerausgangssignal (S0) weder mit dem ersten internen Signal (S2a) noch mit dem zweiten internen Signal (S2b) verbunden ist.In a twenty-seventh embodiment of the proposed device, the first multiplier (M1) is implemented as an analogue switch which connects the receiver output signal (S0) to the first internal signal (S2a) and disconnects the receiver output signal (S0) from the first receiver (D1) the first receiving window signal (SF1) is in a first state. The first multiplier (M1) disconnects the receiver output signal (S0) from the first internal signal (S2a) and connects the receiver output signal (S0) and the first receiver (D1) and disconnects the receiver (D) from the current or voltage source when the first receive window signal (SF1) is in a second state. The second multiplier (M2) is implemented as an analog switch which connects the receiver output signal (S0) to the second internal signal (S2b) and disconnects the receiver output signal (S0) from the first receiver (D1) when the second receive window signal (SF2) in a first state is located. The second multiplier (M2) separates the receiver output signal (S0) from the second internal signal (S2b) and connects the receiver output signal (S0) to the first receiver (D1) when the second receive window signal (SF2) is in a second state. The apparatus then includes, in addition, a divider which connects the receiver output signal (S0) to a source of current or voltage when the receiver output signal (S0) is not connected to either the first internal signal (S2a) or the second internal signal (S2b) ,

Die Erfindung umfasst auch ein zugehöriges Verfahren. Es handelt sich um ein Verfahren zur Laufzeitbestimmung eine ersten, vorzugsweise optischen Signals (s1) in einer ersten Übertragungsstrecke (I1), die ein Objekt (O) enthalten kann, zwischen einem Sender (H) und einem ersten Empfänger (D1). Das Verfahren umfasst Schritte, die typischerweise parallel und/oder quasiparallelausgeführt werden. Zu diesen Schritten gehört das optionale, zumindest zeitweise Verzögern eines Sendesignals (S5) um eine Verzögerungszeit (Δt) zu einem verzögerten Sendesignal (S5d), wobei dies insbesondere entweder durch eine Verzögerungseinheit (ΔT) geschieht oder das verzögerte Sendesignal (S5d) gleich dem Sendesignal (S5) ist. Als weiteren Schritt umfasst das Verfahren das bezogen auf einen Zeitabschnitt (Tz) zeitabschnittsweise Hineinsenden eines, insbesondere optischen, ersten Signals (s1) in die erste Übertragungsstrecke (I1) in Abhängigkeit von dem verzögerten Sendesignal (S5d), insbesondere durch einen Sender (H). Dabei weist das erste Signal (s1) mindestens ein Trägersignal als Signalkomponente auf, das zumindest mit einem Modulationssignal in der Amplitude und/oder Phase und/oder Polarisation und/oder Wellenlänge und/oder Amplitudenmodulationsfrequenz und/oder der spektralen Zusammensetzung moduliert ist. In jedem Zeitabschnitt (Tz), in dem insbesondere der Sender (H) das erste Signal (s1) sendet, weist das erste Signal (s1) innerhalb dieses betreffenden Zeitabschnitts (Tz) einen ersten zeitlichen Beginn (ts1) und ein erstes zeitliches Ende (te1) auf. Als weiteren Schritt umfasst das Verfahren das Modifizieren des ersten Signals (s1) beim Durchgang durch die erste Übertragungsstrecke (I1) zu einem, insbesondere optischen, zweiten Signal (s2). Dabei betrifft diese Modifikation die Amplitude und/oder die Phase und/oder die Polarisation und/oder die Wellenlänge und/oder die Amplitudenmodulationsfrequenz und/oder die spektrale Zusammensetzung des zweiten Signals (s2) im Vergleich zum ersten Signal (s1). Als weiteren Schritt umfasst das Verfahren das Empfangen des zweiten Signals (s2) nach Austritt aus der Übertragungsstrecke (I1) innerhalb dieses betreffenden Zeitabschnitts (Tz), insbesondere durch den ersten Empfänger (D1). Ein weiterer Schritt umfasst das Umwandeln des zweiten Signals (s2) in ein Empfängerausgangssignal (S0) insbesondere in dem ersten Empfänger (D1). Des Weiteren umfasst das Verfahren den Schritt des Multiplizierens des Empfängerausgangssignals (S0) mit einem ersten Empfangsfenstersignal (SF1) zu einem ersten internen Signal (S2a), insbesondere durch einen ersten Multiplizierer (M1). Das erste Empfangsfenstersignal (SF1) weist dabei innerhalb des besagten betreffenden Zeitabschnittes (Tz) einen zweiten zeitlichen Beginn (ts2) auf, der zeitlich vor dem ersten zeitlichen Beginn (ts1) des ersten Signals (s1) und zeitlich vor dem zeitlichen Ende (te1) des ersten Signals (s1) liegt. Das erste Empfangsfenstersignal (SF1) weist innerhalb des besagten betreffenden Zeitabschnittes (Tz) ein zweites zeitliches Ende (te2) auf, das zeitlich nach dem ersten zeitlichen Beginn (ts1) des ersten Signals (s1) und zeitlich vor dem zeitlichen Ende (te1) des ersten Signals (s1) liegt. Ein paralleler Schritt des Verfahrens umfasst das Multiplizieren des Empfängerausgangssignals (S0) mit einem zweiten Empfangsfenstersignal (SF2) zu einem zweiten internen Signal (S2b) innerhalb dieses betreffenden Zeitabschnitts (Tz), insbesondere durch einen zweiten Multiplizierer (M2). Dabei weist das zweite Empfangsfenstersignal (SF2) innerhalb des besagten betreffenden Zeitabschnittes (Tz) einen dritten zeitlichen Beginn (ts3) auf, der zeitlich nach dem ersten zeitlichen Beginn (ts1) des ersten Signals (s1) und zeitlich vor dem zeitlichen Ende (te1) des ersten Signals (s1) liegt. Das zweite Empfangsfenstersignal (SF2) weist innerhalb des besagten betreffenden Zeitabschnittes (Tz) ein drittes zeitliches Ende (te3) auf, das zeitlich nach dem ersten zeitlichen Beginn (ts1) des ersten Signals (s1) und zeitlich nach dem zeitlichen Ende (te1) des ersten Signals (s1) liegt. Ein weiterer Schritt ist das Filtern der Differenz aus dem ersten internen Signal (S2a) und dem zweiten internen Signal (S2b) zu einem ersten Filterausgangssignal (S8), insbesondere durch einen ersten Filter (F1). Ebenso umfasst das Verfahren das Bilden eines Ausgangssignal (S4) in Abhängigkeit von dem ersten Filterausgangssignal (S8) und/oder Verwendung des ersten Filterausgangssignals (S8) als Ausgangssignal (S4), insbesondere durch einen nachfolgenden zweiten Filter (F2). Die Verwendung des Ausgangssignals (S4) als Repräsentanten für einen Messwert für die Laufzeitbestimmung des ersten Signals (s1) und/des zweiten Signals (s2) in Summe in der ersten Übertragungsstrecke (Il) ist ebenfalls Teil des Verfahrens. Ganz wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist, dass dabei zumindest

  • • der zweite zeitliche Beginn (ts2) des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) und/oder
  • • das zweite zeitliche Ende (te2) des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) und/oder
  • • der dritte zeitliche Beginn (ts3) des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2) und/oder
  • • das dritte zeitliche Ende (te3) des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2) und/oder
  • • die Verzögerungszeit (Δt)
von dem ersten Filterausgangssignal (S8) abhängen.The invention also includes an associated method. It is a method for determining the transit time of a first, preferably optical signal (s1) in a first transmission path (I1), which may contain an object (O), between a transmitter (H) and a first receiver (D1). The method includes steps that are typically performed in parallel and / or quasi-parallel. These steps include the optional, at least temporary delaying of a transmission signal (S5) by a delay time (Δt) to a delayed transmission signal (S5d), in particular by either a delay unit (.DELTA.T) or the delayed transmission signal (S5d) equal to the transmission signal (S5) is. As a further step, the method comprises, based on a period of time (T z) time sections Into ends of a, in particular optical, first signal (s1) into said first transmission path (I1) in response to the delayed transmitted signal (S5d), in particular by a transmitter (H ). In this case, the first signal (s1) has at least one carrier signal as signal component, which is modulated at least with a modulation signal in the amplitude and / or phase and / or polarization and / or wavelength and / or amplitude modulation frequency and / or the spectral composition. In each time segment (T z ) in which, in particular, the transmitter (H) transmits the first signal (s1), the first signal (s1) has a first time start (t s1 ) and a first within this relevant time interval (T z ) temporal end (t e1 ). As a further step, the method comprises modifying the first signal (s1) when passing through the first transmission path (I1) to form a, in particular optical, second signal (s2). In this case, this modification relates to the amplitude and / or the phase and / or the polarization and / or the wavelength and / or the amplitude modulation frequency and / or the spectral composition of the second signal (s2) in comparison to the first signal (s1). As a further step, the method comprises receiving the second signal (s2) after exiting the transmission path (I1) within this relevant time segment (T z ), in particular by the first receiver (D1). A further step comprises converting the second signal (s2) into a receiver output signal (S0), in particular in the first receiver (D1). Furthermore, the method comprises the step of multiplying the receiver output signal (S0) by a first receive window signal (SF1) to a first internal signal (S2a), in particular by a first multiplier (M1). The first receive window signal (SF1) has a second time start (t s2 ) within the relevant time segment (T z ) which occurs before the first time start (t s1 ) of the first signal (s1) and before the time End (t e1 ) of the first signal (s1) is located. The first receive window signal (SF1) has a second time end (t e2 ) within the relevant time segment (T z ) which occurs after the first time start (t s1 ) of the first signal (s1) and before the end of time ( t e1 ) of the first signal (s1) is located. A parallel step of the method comprises multiplying the receiver output signal (S0) by a second receive window signal (SF2) to a second internal signal (S2b) within that respective time period (T z ), in particular by a second multiplier (M2). In this case, the second receiving window signal (SF2) within the relevant time period concerned (T z ) on a third time start (t s3 ), the time after the first time start (t s1 ) of the first signal (s1) and before the time end (t e1 ) of the first signal (s1) is located. The second receive window signal (SF2) has a third time end (t e3 ) within the relevant time segment (T z ) which occurs after the first time start (t s1 ) of the first signal (s1) and after the end of time ( t e1 ) of the first signal (s1) is located. Another step is filtering the difference between the first internal signal (S2a) and the second internal signal (S2b) to a first filter output signal (S8), in particular by a first filter (F1). Likewise, the method comprises forming an output signal (S4) as a function of the first filter output signal (S8) and / or using the first filter output signal (S8) as output signal (S4), in particular by a subsequent second filter (F2). The use of the output signal (S4) as a representative of a measured value for the transit time determination of the first signal (s1) and / of the second signal (s2) in total in the first transmission path (II) is also part of the method. Quite essential for the method according to the invention is that at least
  • The second time start (t s2 ) of the first receive window signal (SF1) and / or
  • The second temporal end (t e2 ) of the first receiving window signal (SF1) and / or
  • The third time start (t s3 ) of the second receive window signal (SF2) and / or
  • The third time end (t e3 ) of the second receive window signal (SF2) and / or
  • The delay time (Δt)
depend on the first filter output (S8).

Eine dreißigste Ausprägung des Verfahrens betrifft ein Verfahren zur Laufzeitbestimmung für ein erstes, insbesondere optisches, Signal (s1) in einer ersten Übertragungsstrecke (I1) zwischen einem Sender (H) und einem ersten Empfänger (D1). Dabei sendet der Sender (H) ein erstes Signal (s1) in die erste Übertragungsstrecke (I1) hinein, das nach Durchgang (und damit Verzögerung) durch mindestens einen Teil der ersten Übertragungsstrecke (I1) von dem ersten Empfänger (D1) als zweites Signal (s2), das ein modifiziertes erstes Signal (s1) ist, empfangen und in ein Empfängerausgangssignal (S0) gewandelt wird. In dem ersten Empfänger (D1) wird das zweite Signal (s2) in zwei zeitlichen Empfangsfenstern, einem ersten Empfangsfenster (SF1) mit einer ersten zeitlichen Länge (T1) und einem zweiten Empfangsfenster (SF2) mit einer zweiten zeitlichen Länge (T2), ausgewertet. Der Beginn des ersten Signals (s1) ist ausschließlich im ersten Empfangsfenster (SF1) und das Ende des ersten Signals (s1) ist ausschließlich im zweiten Empfangsfenster (SF2) enthalten. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Empfängerausgangssignal (S0) einen ersten Signalanteil, der dem ersten Empfangsfenster (SF1) zuzuordnen ist, und einen zweiten Signalanteil, der dem zweiten Empfangsfenster (SF2) zuzuordnen ist, umfasst, wobei der über einen vordefinierten Zeitabschnitt (Tz) gemittelte erste Signalanteil bis auf eine Abweichung genauso groß ist wie der über den Zeitabschnitt (Tz) gemittelte zweite Signalanteil. Diese die Abweichung wird zumindest zeitweise als Regelsignal für die zeitliche Lage

  • • eines oder beider Empfangsfenster (SF1, SF2) in Relation zu dem ersten Signal (s1) und/oder
  • • der zeitlichen Lage des ersten Signals (s1) in Relation zu den beiden Empfangsfenstern (SF1, SF2), und/oder
  • • der ersten zeitlichen Länge (T1) des ersten Empfangsfensters und/oder
  • • der zweiten zeitlichen Länge (T2) des zweiten Empfangsfensters (SF1, SF2)
genutzt.A thirtieth embodiment of the method relates to a method for determining the transit time for a first, in particular optical, signal (s1) in a first transmission path (I1) between a transmitter (H) and a first receiver (D1). In this case, the transmitter (H) transmits a first signal (s1) into the first transmission link (I1), which after passage (and thus delay) through at least a part of the first transmission link (I1) from the first receiver (D1) as a second signal (s2), which is a modified first signal (s1), is received and converted into a receiver output signal (S0). In the first receiver (D1), the second signal (s2) is evaluated in two reception windows, a first reception window (SF1) with a first time length (T1) and a second reception window (SF2) with a second time length (T2) , The beginning of the first signal (s1) is exclusively in the first receiving window (SF1) and the end of the first signal (s1) is contained exclusively in the second receiving window (SF2). The method is characterized in that the receiver output signal (S0) comprises a first signal portion to be associated with the first receive window (SF1) and a second signal portion to be associated with the second receive window (SF2), which is over a predefined period of time (T z ) averaged first signal component except for a deviation is the same as the over the time period (T z ) averaged second signal component. This deviation is at least temporarily as a control signal for the temporal position
  • • one or both receive windows (SF1, SF2) in relation to the first signal (s1) and / or
  • The temporal position of the first signal (s1) in relation to the two receiving windows (SF1, SF2), and / or
  • The first time length (T1) of the first reception window and / or
  • The second time length (T2) of the second reception window (SF1, SF2)
used.

In einer weiteren Ausprägung dieses Verfahrens werden diese Abweichung sowie ein erstes Korrektursignal (SKE) miteinander addiert (summiert). Im Signalpfad anschließend wird diese Summe integriert und das sich ergebende Integrationsergebnis an Stelle der besagten Abweichung als Regelsignal genutzt.In a further embodiment of this method, this deviation and a first correction signal (SKE) are added together (summed). In the signal path, this sum is then integrated and the resulting integration result is used instead of said deviation as a control signal.

Beschreibung der FigurenDescription of the figures

1 zeigt eine Grundkonfiguration der vorgeschlagene Vorrichtung 1 shows a basic configuration of the proposed device

2 zeigt die vorgeschlagene Vorrichtung unter Nutzung eines zweistufigen Delta-Sigma-Verfahrens 2 shows the proposed device using a two-stage delta-sigma method

3 zeigt eine besonders einfache Variante der vorgeschlagenen Vorrichtung 3 shows a particularly simple variant of the proposed device

4 zeigt ein Zeitschema der Empfangsfenstersignale (SF1) und (SF2) sowie des ersten Signals (s1) 4 shows a timing diagram of the receive window signals (SF1) and (SF2) and of the first signal (s1)

Fig. 1 Fig. 1

In 1 ist eine generelle Version der vorgeschlagenen Vorrichtungtung dargestellt. Das Sendesignal (S5) wird in der Verzögerungseinheit (ΔT) zum verzögerten Sendesignal (S5d) verzögert. Diese Verzögerung hängt von dem digitalisierten Filterausgangssignal (S9) ab. Das verzögerte Sendesignal (S5d) steuert über den Sendeverstärker (V2) den Sender (H), der hier eine Laser-Diode ist. Besonders bevorzugt ist das Sendesignal (S5) ein gepulstes Signal. Der Sender (H) sendet in die erste Übertragungsstrecke (I1) hinein, deren Teil das Objekt (O) ist. der erste Empfänger (D1) empfängt das durch den Durchgang durch die erste Übertragungsstrecke modifizierte Signal und wandelt es in das Empfängerausgangssignal (S0) um, dass von dem Eingangsverstärker (V1) verstärkt wird. Der erste Multiplizierer (M1) multipliziert das Empfängerausgangssignal (S0) mit dem ersten Empfangsfenstersignal (SF1) zum ersten internen Signal (S2a). Der zweite Multiplizierer (M2) multipliziert das Empfängerausgangssignal (S0) mit dem zweiten Empfangsfenstersignal (SF2) zum zweiten internen Signal (S2b). Der erste Filter (F1) integriert hier die Differenz des ersten internen Signals (S2a) und des zweiten internen Signals (S2b) zum ersten Filterausgangssignal (S8). Ein Zeit-zu-Digital-Konverter digitalisiert das Signal zum digitalisierten Filterausgangssignal (S9). Vorzugsweise handelt es sich um einen Komparator oder einem Inverter oder dergleichen. In diesem Beispiel wird durch das digitale Filterausgangssignal (S9) ein Regler (CTR) gesteuert, der mittels eines Digital-zu-Zeitsignal-Konverters (DTC) den zweiten Beginn (ts2) des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) und das zweite Ende (te2) des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) und den dritten Beginn (ts3) des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2) und das dritte Ende (te3) des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2) sowie die besagte Verzögerung des Sendesignals (S5) zum verzögerten Sendesignal (S5d) bestimmt. Typischerweise ist der Digital-zu-zeitsignal-Konverter eine Kombination aus Multiplexern, die das in einer Verzögerungskette stufenweise verzögerte digitalisierte Filterausgangssignal (S9) an den verschiedenen Stufen fest verdrahtet oder programmierbar oder einstellbar abgreifen.In 1 a general version of the proposed device is shown. The transmission signal (S5) is delayed in the delay unit (ΔT) to the delayed transmission signal (S5d). This delay depends on the digitized filter output (S9). The delayed transmission signal (S5d) controls the transmitter (H) via the transmission amplifier (V2), which is a laser diode here. Particularly preferably, the transmission signal (S5) is a pulsed signal. The transmitter (H) transmits into the first transmission link (I1), part of which is the object (O). the first receiver (D1) receives the signal modified by the passage through the first transmission link and converts it into the receiver output signal (S0) amplified by the input amplifier (V1). The first multiplier (M1) multiplies the receiver output signal (S0) by the first reception window signal (SF1) to the first internal signal (S2a). The second multiplier (M2) multiplies the receiver output signal (S0) by the second reception window signal (SF2) to the second internal signal (S2b). Here, the first filter (F1) integrates the difference of the first internal signal (S2a) and the second internal signal (S2b) to the first filter output signal (S8). A time-to-digital converter digitizes the signal to the digitized filter output (S9). Preferably, it is a comparator or an inverter or the like. In this example, by the digital filter output signal (S9), a controller (CTR) controlled by means of a digital-to-time signal converter (DTC) the second start (t s2 ) of the first receiving window signal (SF1) and the second end (t e2 ) of the first receive window signal (SF1) and the third start (t s3 ) of the second receive window signal (SF2) and the third end (t e3 ) of the second receive window signal (SF2) and said delay of the transmit signal (S5) to the delayed transmit signal (S5d ) certainly. Typically, the digital-to-time signal converter is a combination of multiplexers that hardwire or programmably or adjustably tap the digitized filter output (S9) incrementally delayed in a delay chain at the various stages.

Ein Digital zu Analog-Wandler erzeugt gleichzeitig aus dem digitalisieren Filterausgangssignal (S9), genauer hier aus daraus abgeleiteten Signalen nach Filterung in einem Tiefpass (F2) das Ausgangssignal (S4)A digital-to-analog converter simultaneously generates the output signal (S4) from the digitized filter output signal (S9), more precisely from signals derived therefrom after filtering in a low-pass filter (F2).

Fig. 2Fig. 2

2 entspricht der 1 mit dem Unterschied, dass das Filterausgangssignal (S8) mit einem ersten Korrektursignal (SK1) zu einem zweiten Filtereingangssignal (S10) summiert und dann in einem dritten Filter (F3) zu einem dritten Filterausgangssignal (F11) integriert wird, dass dann als Eingang für den Zeit-zu-Digital-Wandler (TDC) dient. Das erste Korrektursignal (SK1) wird durch eine Korrektursignalerzeugungseinheit (KE), die typischerweise eine Digital-zu-Ladung-Wandeleinheit ist, in Abhängigkeit von dem digitalisierten Filterausgangssignal (S9) erzeugt. Durch diese zweistufige Delta-Sigma-Wandlung wird das Systemrauschen, insbesondere durch Quantisierungsfehler minimiert und damit die Auflösung der Messung maximiert. 2 equals to 1 with the difference that the filter output signal (S8) is summed with a first correction signal (SK1) to a second filter input signal (S10) and then integrated in a third filter (F3) to form a third filter output signal (F11) which is then input to the filter output signal Time-to-digital converter (TDC) is used. The first correction signal (SK1) is generated by a correction signal generation unit (KE), which is typically a digital-to-charge conversion unit, in response to the digitized filter output signal (S9). This two-stage delta-sigma conversion minimizes system noise, in particular quantization errors, and thus maximizes the resolution of the measurement.

Fig. 3Fig. 3

3 entspricht einer vereinfachten Version der 1. Auch in diesem Beispiel wird durch das digitale Filterausgangssignal (S9) der Regler (CTR) gesteuert, der mittels eines Digital-zu-Zeitsignal-Konverters (DTC) jedoch nur den zweiten Beginn (ts2) des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) und den dritten Beginn (ts3) des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2) sowie die besagte Verzögerung des Sendesignals (S5) zum verzögerten Sendesignal (S5d) bestimmt. Das zweite Ende (te2) des ersten Empfangsfenstersignals (SF1) und das dritte Ende (te3) des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2) werden entweder durch eine fest vorgegeben zeitliche Fenstergröße synchron mitverschoben oder alternativ dazu konstant gehalten. Das einzige verbliebene Ausgangssignal des Reglers (CTR) kann direkt über den Tiefpass (F2) als Ausgangssignal (S4) dienen. 3 corresponds to a simplified version of the 1 , In this example as well, the controller (CTR) is controlled by the digital filter output signal (S9), but by means of a digital-to-time signal converter (DTC) only the second start (t s2 ) of the first receive window signal (SF1) and the third Beginning (t s3 ) of the second receiving window signal (SF2) and the said delay of the transmission signal (S5) to the delayed transmission signal (S5d) is determined. The second end (t e2 ) of the first receive window signal (SF1) and the third end (t e3 ) of the second receive window signal (SF2) are either synchronously delayed by a fixed temporal window size or alternatively kept constant. The only remaining output signal of the controller (CTR) can be used directly via the low pass (F2) as an output signal (S4).

Fig. 4Fig. 4

4 zeigt ein Zeitschema der Empfangsfenstersignale (SF1) und (SF2) sowie des ersten Signals (s1) 4 shows a timing diagram of the receive window signals (SF1) and (SF2) and of the first signal (s1)

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Durch diese Änderungen ergeben sich erhebliche Vorteile:

  • 1. Länge Auszeiten der LED
  • 2. Niedrige Anforderungen an Offset und Verstärkung der Verstärkerkette
  • 3. niedrigere Stromaufnahme oder höhere Bandbreite
  • 4. Skalierbarkeit (mehrere Fotodioden im Parallelbetrieb)
  • 5. Leichte Handhabung ohne optische Kopplung ermöglicht Chiplösungen
  • 6. Niedriger Preis
These changes provide significant benefits:
  • 1. Length of time-out of the LED
  • 2. Low demands on offset and gain of the amplifier chain
  • 3. lower power consumption or higher bandwidth
  • 4. Scalability (several photodiodes in parallel operation)
  • 5. Easy handling without optical coupling enables chip solutions
  • 6. Low price

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

ΔS.DELTA.S
DifferenzbildungsvorrichtungDifferencing device
ΔS2.DELTA.S2
Differenzsignal aus dem ersten internen Signal (S2a) und dem zweiten internen Signal (22b).Difference signal from the first internal signal (S2a) and the second internal signal ( 22b ).
Δt .delta.t
Verzögerungszeit um die die Verzögerungseinheit (ΔT) das Sendesignal (S5) zum verzdgerten Sendesignal (S5d) verzögert.Delay time by which the delay unit (ΔT) delays the transmission signal (S5) to the delayed transmission signal (S5d).
ΔT.DELTA.T
Verzögerungseinheitdelay unit
ADCADC
Analog-zu-Digital-Wandler. Es kann sich im einfachsten Fall um einen Komparator, Inverter, Schmitt-Trigger etc. als Ein-Bit-Analog-zu-Digital-Wandler handeln.Analog-to-digital converter. In the simplest case, it can be a comparator, inverter, Schmitt trigger, etc., as a one-bit analog-to-digital converter.
CTRCTR
Reglerregulator
D1D1
erster Empfängerfirst recipient
D2D2
weiterer Empfängeradditional receiver
DACDAC
Digital zu Analog KonverterDigital to Analog Converter
f(ΔS2)f (.DELTA.S2)
Filterfunktion des ersten Filters (F1) mit dem Parametersignal ΔS2.Filter function of the first filter (F1) with the parameter signal ΔS2.
F1F1
erster Filter. Das erste Filter (F1) ist vorzugsweise ein lineares Filter mit einer Filterfunktion f(ΔS2) ist, wobei ΔS2 das Differenzsignal aus dem ersten internen Signal (S2a) und dem zweiten internen Signal (S2b) darstellt.first filter. The first filter (F1) is preferably a linear filter with a filter function f (ΔS2), where ΔS2 represents the difference signal from the first internal signal (S2a) and the second internal signal (S2b).
F2F2
zweiter Filtersecond filter
F3F3
drittes Filter. Das dritte Filter (F3) ist vorzugsweise ein lineares Filter mit einer Filterfunktion f3(S10) ist.third filter. The third filter (F3) is preferably a linear filter with a filter function f 3 (S10).
F4F4
vierter Filter. Das vierte Filter (F4) ist vorzugsweise ein lineares Filter mit einer Filterfunktion f4(ΔS2B) ist, wobei ΔS2B das Differenzsignal aus dem dritten internen Signal (S2Ba) und dem vierten internen Signal (S2Bb) darstellt.fourth filter. The fourth filter (F4) is preferably a linear filter with a filter function f 4 (ΔS2B), where ΔS2B represents the difference signal from the third internal signal (S2Ba) and the fourth internal signal (S2Bb).
F5F5
fünftes Filterfifth filter
HH
Sendertransmitter
I1I1
erste Übertragungsstreckefirst transmission path
I2I2
zweite Übertragungsstreckesecond transmission path
IH I H
Senderstrom. Die ist der elektrische Strom, den der Sender (H) für seinen Betrieb aufnimmt.Transmitter power. This is the electrical current which the transmitter (H) picks up for its operation.
IHM I HM
Sendestromerfassungsvorrichtung zur Erfassung des Senderstromes (IH).Transmission current detecting device for detecting the transmitter current (I H ).
IMS I MS
Sendestommesssignal. Dieses Signal spiegelt den durch den Sendestromerfassungsvorrichtung (IHM) erfassten Senderstrom (IH) wider.Sendestommesssignal. This signal reflects the transmitter current (I H ) detected by the transmit current detector (I HM ).
KEKE
Korrektursignalerzeugungseinheit, die das erste Korrektursignal (SK1) in Abhängigkeit von dem digitalisierten Filterausgangssignal (S9) bildet.Correction signal generating unit which forms the first correction signal (SK1) in response to the digitized filter output signal (S9).
LEDLED
lichtemittierende Diodelight emitting diode
M1M1
erster Multipliziererfirst multiplier
M2M2
zweiter Multiplizierersecond multiplier
M3M3
dritter Multipliziererthird multiplier
M4M4
vierter Multipliziererfourth multiplier
OO
Objekt, dessen Abstand mittels Laufzeitmessung erfasst werden sollObject whose distance is to be detected by means of transit time measurement
O2O2
weiteres Objekt, dessen Abstand mittels Laufzeitmessung erfasst werden sollAnother object whose distance is to be detected by means of transit time measurement
RefRef
optionaler Vorgabewert für den Regler (CTR)optional default value for the controller (CTR)
Σ1Σ1
erster Summiererfirst summer
Σ2Σ2
zweite Summiervorrichtungsecond summation device
S0S0
Empfängerausgangssignal des ersten Empfängers (D1)Receiver output signal of the first receiver (D1)
S0BS0B
weiteres Empfängerausgangssignal des weiteren Empfängers (D2)additional receiver output signal of the additional receiver (D2)
S0ΔS0Δ
EmpfängerausgangsdifferenzsignalReceiver output difference signal
S0ΣS0Σ
EmpfängerausgangssummensignalReceiver output sum signal
s1s1
erstes, insbesondere optisches, Signalfirst, in particular optical, signal
s2s2
zweites, insbesondere optisches, Signal, dass durch die Laufzeit insbesondere gegenüber dem ersten Signal (s1) verzögert oder sonst wie modifiziert ist.second, in particular optical, signal that is delayed or otherwise modified by the transit time, in particular with respect to the first signal (s1).
s3s3
drittes, insbesondere optisches, Signalthird, in particular optical, signal
s4s4
viertes, insbesondere optisches, Signal, dass durch eine weitere Laufzeit insbesondere gegenüber dem dritten Signal (s3) verzögert oder sonst wie modifiziert ist.fourth, in particular optical, signal that is delayed or otherwise modified by a further transit time, in particular with respect to the third signal (s3).
S2aS2a
erstes internes Signalfirst internal signal
S2bS2b
zweites internes Signalsecond internal signal
S2BaS2Ba
drittes internes Signalthird internal signal
S2BbS2Bb
viertes internes Signalfourth internal signal
S4S4
erstes Ausgangssignalfirst output signal
S4BS4B
weiteres Ausgangssignalanother output signal
S5S5
Sendesignalsend signal
S5ds5d
verzögertes Sendesignaldelayed transmission signal
S8S8
erstes Filterausgangssignal des ersten Filters (F1)first filter output of the first filter (F1)
S8BS8B
viertes Filterausgangssignal des vierten Filters (F4)fourth filter output of the fourth filter (F4)
S9S9
erstes digitalisiertes Filterausgangssignalfirst digitized filter output
S10S10
zweites Filtereingangssignalsecond filter input signal
S11S11
drittes Filterausgangssignalthird filter output signal
S12S12
erstes Reglerausgangssignalfirst controller output signal
SF1SF1
erstes Empfangsfenstersignalfirst receive window signal
SF2SF2
zweites Empfangsfenstersignalsecond receive window signal
SF3SF3
drittes Empfangsfenstersignalthird reception window signal
SF4SF4
viertes Empfangsfenstersignalfourth receive window signal
SK1SK1
erstes Korrektursignalfirst correction signal
TT
Temperatur des SendersTemperature of the transmitter
ta t a
Anstiegszeit (ta), mit der der Sender (H) zu senden beginnt.Rise time (t a ) at which the transmitter (H) begins to transmit.
tf t f
Abfallszeit (tf), mit der der Sender (H) zu senden aufhört.Decay time (t f ) at which the transmitter (H) stops transmitting.
tk1 t k1
erste zeitliche Mindestkonstanzzeit, in der das erste Empfangsfenstersignal (SF1) von Null verschieden ist und sich weniger als 25% in der Amplitude, vorzugsweise gar nicht, ändert.first temporal minimum constants time in which the first receive window signal (SF1) is different from zero and changes less than 25% in amplitude, preferably not at all.
tk2 t k2
zweite zeitliche Mindestkonstanzzeit, in der das zweite Empfangsfenstersignal (SF2) von Null verschieden ist und sich weniger als 25% in der Amplitude, vorzugsweise gar nicht, ändert.second temporal minimum constants time in which the second receive window signal (SF2) is different from zero and changes less than 25% in amplitude, preferably not at all.
t1 t 1
erster zeitlicher Beginn des ersten Signals (s1)first time start of the first signal (s1)
te1 t e1
erstes zeitliches Ende des ersten Signals (s1)first time end of the first signal (s1)
ts2 t s2
zweiter zeitlicher Beginn des ersten Empfangsfenstersignals (SF1)second time start of the first receive window signal (SF1)
te2 t e2
zweites zeitliches Ende des ersten Empfangsfenstersignals (SF1)second time end of the first receive window signal (SF1)
ts3 t s3
dritter zeitlicher Beginn des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2)third time start of the second receive window signal (SF2)
te3 t e3
drittes zeitliches Ende des zweiten Empfangsfenstersignals (SF2)third time end of the second receive window signal (SF2)
ts4 t s4
vierter zeitlicher Beginn des dritten Signals (s3)fourth time start of the third signal (s3)
te4 t e4
vierter zeitliches Ende des dritten Signals (s3)fourth time end of the third signal (s3)
tez t ez
zeitliches Ende des Zeitabschnitts (Tz)time end of the period (T z )
tsz t sz
zeitlicher Beginn des Zeitabschnitts (Tz)time start of the time period (T z )
ts5 t s5
fünfter zeitlicher Beginn des dritten Empfangsfenstersignals (SF3)fifth time start of the third receive window signal (SF3)
te5 t e5
fünftes zeitliches Ende des dritten Empfangsfenstersignals (SF3)fifth time end of the third receive window signal (SF3)
ts6 t s6
sechster zeitlicher Beginn des vierten Empfangsfenstersignals (SF4)sixth time start of the fourth receive window signal (SF4)
te6 t e6
sechstes zeitliches Ende des vierten Empfangsfenstersignals (SF4)sixth time end of the fourth receive window signal (SF4)
TSTS
Temperatursensortemperature sensor
TSSTSS
TemperatursensorsignalTemperature sensor signal
Tz T z
Zeitabschnittperiod
V1V1
Eingangsverstärkerinput amplifier
V2V2
Sendeverstärkertransmission amplifier

Claims (2)

Verfahren zur Laufzeitbestimmung für ein erstes, insbesondere optisches, Signal (s1) in einer ersten Übertragungsstrecke (I1) zwischen einem Sender (H) und einem ersten Empfänger (D1) a. wobei der Sender (H) ein erstes Signal (s1) in die erste Übertragungsstrecke (I1) hineinsendet, das nach Durchgang (und damit Verzögerung) durch mindestens einen Teil der ersten Übertragungsstrecke (I1) von dem ersten Empfänger (D1) als zweites Signal (s2), das ein modifiziertes erstes Signal (s1) ist, empfangen und in ein Empfängerausgangssignal (S0) gewandelt wird und b. wobei in dem ersten Empfänger (D1) das zweite Signal (s2) in zwei zeitlichen Empfangsfenstern, einem ersten Empfangsfenster (SF1) mit einer ersten zeitlichen Länge (T1) und einem zweiten Empfangsfenster (SF2) mit einer zweiten zeitlichen Länge (T2), ausgewertet wird, wobei der Beginn des ersten Signals (s1) ausschließlich im ersten Empfangsfenster (SF1) und das Ende des ersten Signals (s1) ausschließlich im zweiten Empfangsfenster (SF2) enthalten ist dadurch gekennzeichnet, c. dass das Empfängerausgangssignal (S0) einen ersten Signalanteil, der dem ersten Empfangsfenster (SF1) zuzuordnen ist, und einen zweiten Signalanteil, der dem zweiten Empfangsfenster (SF2) zuzuordnen ist, umfasst, wobei der über einen vordefinierten Zeitabschnitt (Tz) gemittelte erste Signalanteil bis auf eine Abweichung genauso groß ist wie der über den Zeitabschnitt (Tz) gemittelte zweite Signalanteil und d. dass die Abweichung  zu einem ersten Filterausgangssignal (S8) integriert wird und e. dass ein Zeit-zu-Digital-Wandler (TDC) das erste Filterausgangssignal (S8) in ein digitalisiertes Filterausgangssignal (S9) wandelt und f. dass das digitalisierte Filterausgangssignal (S9) zumindest zeitweise als Regelsignal für die zeitliche Lage eines oder beider Empfangsfenster (SF1, SF2) in Relation zu dem ersten Signal (s1) und/oder der zeitlichen Lage des ersten Signals (s1) in Relation zu den beiden Empfangsfenstern (SF1, SF2), und/oder der ersten zeitlichen Länge (T1) des ersten Empfangsfensters und/oder der zweiten zeitlichen Länge (T2) des zweiten Empfangsfensters (SF1, SF2) genutzt wird.Method for determining the transit time for a first, in particular optical, signal (s1) in a first transmission path (I1) between a transmitter (H) and a first receiver (D1) a. wherein the transmitter (H) transmits a first signal (s1) into the first transmission path (I1) which after passing through (and thus delaying) through at least a part of the first transmission path (I1) from the first receiver (D1) as a second signal ( s2), which is a modified first signal (s1), is received and converted to a receiver output signal (S0), and b. wherein in the first receiver (D1) the second signal (s2) is evaluated in two time receiving windows, a first receiving window (SF1) having a first time length (T1) and a second receiving window (SF2) having a second time length (T2) is, wherein the beginning of the first signal (s1) exclusively in the first receiving window (SF1) and the end of the first signal (s1) exclusively in the second receiving window (SF2) is characterized, characterized c. in that the receiver output signal (S0) comprises a first signal component to be assigned to the first reception window (SF1) and a second signal component to be assigned to the second reception window (SF2), wherein the first signal component averaged over a predefined period of time (T z ) except for a deviation is the same as the over the time period (T z ) averaged second signal component and d. that the deviation is integrated into a first filter output signal (S8) and e. a time-to-digital converter (TDC) converts the first filter output signal (S8) into a digitized filter output signal (S9) and f. that the digitized filter output signal (S9) at least temporarily as a control signal for the temporal position of one or both receiving windows (SF1, SF2) in relation to the first signal (s1) and / or the temporal position of the first signal (s1) in relation to the two Reception windows (SF1, SF2), and / or the first time length (T1) of the first reception window and / or the second time length (T2) of the second reception window (SF1, SF2) is used. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, a. dass in Abhängigkeit von dem digitalisierten Filterausgangssignal (S9) ein erstes Korrektursignal (SK1) erzeugt wird und b. dass das erste Filterausgangssignal (S8) sowie das erste Korrektursignal (SK1) summiert wird c. und anschließend diese Summe integriert wird und d. anschließend dieses Integrationsergebnis (S11) anstatt des ersten Filterausgangssignals (S8) in das erste digitalisierte Filterausgangssignal (S9) gewandelt wird.A method according to claim 1, characterized a. in that a first correction signal (SK1) is generated as a function of the digitized filter output signal (S9) and b. that the first filter output signal (S8) and the first correction signal (SK1) are summed c. and then this sum is integrated and d. then this integration result (S11) is converted into the first digitized filter output signal (S9) instead of the first filter output signal (S8).
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