DE102017005152A1 - Use of a reconfigurable logic module for converting an analog voltage into a digital data stream and apparatus for analog-to-digital conversion of an analog voltage into a digital data stream - Google Patents
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Abstract
Verwendung eines rekonfigurierbaren Logikbausteins zur Wandlung einer Analogspannung in einen digitalen Datenstrom und Vorrichtung zur Analog-Digitalwandlung einer Analogspannung in einen digitalen Datenstrom, wobei der Logikbaustein einen für differentiell übertragene Datensignale vorgesehenen Eingang aufweist, wobei der Eingang einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist, wobei der erste Anschluss dem nicht invertierenden Eingang eines Vergleichsmittels des Logikbausteins zugeführt wird und der zweite Anschluss dem invertierenden Eingang des Vergleichsmittels, wobei die Analogspannung dem Eingang, insbesondere über einen Widerstand dem ersten Anschluss des Eingangs, zugeführt wird.Use of a reconfigurable logic module for converting an analog voltage into a digital data stream and apparatus for analog-to-digital conversion of an analog voltage into a digital data stream, the logic module having an input provided for differentially transmitted data signals, the input having a first terminal and a second terminal, wherein the first terminal is supplied to the non-inverting input of a comparison means of the logic module and the second terminal to the inverting input of the comparison means, the analog voltage being supplied to the input, in particular via a resistor, to the first terminal of the input.
Description
Die Erfindung betrifft eine Verwendung eines rekonfigurierbaren Logikbausteins zur Wandlung einer Analogspannung in einen digitalen Datenstrom und eine Vorrichtung zur Analog-Digitalwandlung einer Analogspannung in einen digitalen Datenstrom.The invention relates to a use of a reconfigurable logic module for converting an analog voltage into a digital data stream and a device for analog-to-digital conversion of an analog voltage into a digital data stream.
Es ist allgemein bekannt, dass ein rekonfigurierbarer Logikbaustein auch als FPGA bezeichnet wird.It is well known that a reconfigurable logic device is also referred to as an FPGA.
Aus der
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Analog-Digital-Wandlung weiterzubilden.The invention is therefore based on the object of developing an analog-to-digital conversion.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Verwendung nach den in Anspruch 1 und bei der Vorrichtung nach den in Anspruch 10 angegebenen Merkmalen gelöst.According to the invention the object is achieved in the use of the in
Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Verwendung eines rekonfigurierbaren Logikbausteins zur Wandlung einer Analogspannung in einen digitalen Datenstrom sind, dass der Logikbaustein einen für differentiell übertragene Datensignale vorgesehenen Eingang aufweist,
wobei der Eingang einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist,
wobei der erste Anschluss dem nicht invertierenden Eingang eines Vergleichsmittels des Logikbausteins zugeführt wird und der zweite Anschluss dem invertierenden Eingang des Vergleichsmittels,
wobei die Analogspannung dem Eingang, insbesondere über einen Widerstand dem ersten Anschluss des Eingangs, zugeführt wird.Important features of the invention when using a reconfigurable logic module for converting an analog voltage into a digital data stream are that the logic module has an input intended for differentially transmitted data signals,
the input having a first terminal and a second terminal,
wherein the first terminal is supplied to the non-inverting input of a comparison means of the logic module and the second terminal to the inverting input of the comparison means,
wherein the analog voltage is supplied to the input, in particular via a resistor, to the first terminal of the input.
Von Vorteil ist dabei, dass ein FPGA verwendbar ist zur Analog-Digital-Wandlung. Dabei ist ein sowieso vorhandener Eingang für differentiell übertragene Datensignale neuartig verwendet, nämlich zum Zuführen einer Analogspannung, welche in einen digitalen Datenstrom verwandelt werden soll.The advantage here is that an FPGA can be used for analog-to-digital conversion. In this case, an already existing input for differentially transmitted data signals is used in a novel way, namely for supplying an analog voltage, which is to be converted into a digital data stream.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Analogspannung das Ausgangssignal einer Sensoreinheit. Von Vorteil ist dabei, dass das Signal eines Sensors direkt zur der einen digitalen Datenstrom erzeugenden Vorrichtung, umfassend den FPGA, zuleitbar ist. Somit ist ein Logikbaustein, der eigentlich zur Ausführung von Logikverknüpfungen vorgesehen ist, nun als Analog-Digital-Wandler mitverwendbar.In an advantageous embodiment, the analog voltage is the output signal of a sensor unit. The advantage here is that the signal of a sensor directly to the one digital data stream generating device, comprising the FPGA, can be fed. Thus, a logic device, which is actually intended for the execution of logic links, now as an analog-to-digital converter co-usable.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Analogspannung über einen Widerstand dem ersten Anschluss, insbesondere also dem nicht invertierenden Eingang des Vergleichsmittels, zugeführt, wobei eine Referenzspannung dem invertierenden Eingang des Vergleichsmittels zugeführt wird. Von Vorteil ist dabei, dass die Ausgangsspannung mitzuführbar ist über einen weiteren Widerstand. Außerdem ist eine Kapazität zur Bildung eines Tiefpasses hinzufügbar, so dass das zugeführte Signal glättbar ist.In an advantageous embodiment, the analog voltage is supplied via a resistor to the first terminal, in particular therefore to the non-inverting input of the comparison means, wherein a reference voltage is supplied to the inverting input of the comparison means. The advantage here is that the output voltage is mitzuführbar via another resistor. In addition, a capacity for forming a low pass is added, so that the supplied signal is smoothed.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Ausgangsspannung des Vergleichsmittels über einen Widerstand ebenfalls dem nicht invertierenden Eingang des Vergleichsmittels zugeführt. Von Vorteil ist dabei, dass ein der Mittelwert zwischen Analogspannung und Ausgangsspannung des Vergleichsmittels dem nicht invertierenden Eingang des Vergleichsmittels zuführbar ist. Das Vergleichsmittel vergleicht dann die an diesem nicht invertierenden Eingang des Vergleichsmittels anliegende Spannung mit der am invertierenden Eingang des Vergleichsmittels anliegenden Referenzspannung.In an advantageous embodiment, the output voltage of the comparison means is also supplied via a resistor to the non-inverting input of the comparison means. The advantage here is that one of the mean value between the analog voltage and the output voltage of the comparison means can be fed to the non-inverting input of the comparison means. The comparison means then compares the voltage applied to this non-inverting input of the comparison means with the voltage applied to the inverting input of the comparison means reference voltage.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung haben die Widerstände denselben Wert. Von Vorteil ist dabei, dass der Mittelwert aus Analogspannung und Ausgangsspannung des Vergleichsmittels dem nicht invertierenden Eingang des Vergleichsmittels zuführbar ist.In an advantageous embodiment, the resistors have the same value. The advantage here is that the average of analog voltage and output voltage of the comparison means can be fed to the non-inverting input of the comparison means.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Ausgangsspannung des Vergleichsmittels einer Reihenschaltung von Summierern des Logikbausteins zugeführt, deren Ausgangssignal einer Reihenschaltung von Differenzbildnern des Logikbausteins zugeführt wird. Von Vorteil ist dabei, dass eine Umwandlung mittels Delta-Sigma-Wandler ausführbar ist.In an advantageous embodiment, the output voltage of the comparison means is supplied to a series connection of summers of the logic module whose output signal is supplied to a series connection of subtractors of the logic module. The advantage here is that a conversion by means of delta-sigma converter is executable.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Reihenschaltung von Summierern und der Reihenschaltung von Differenzbildnern ein Taktsignal des Logikbausteins zugeführt. Von Vorteil ist dabei, dass ein synchrones Betreiben der Bestandteile des Delta-Sigma-Wandlers ausführbar ist.In an advantageous embodiment of the series circuit of summers and the series connection of subtractors, a clock signal of the logic module is supplied. The advantage here is that a synchronous operation of the components of the delta-sigma converter is executable.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Ausgangssignal der Reihenschaltung von Summierern über einen steuerbaren Schalter des Logikbausteins dem Eingang der Reihenschaltung von Differenzbildnern zuführbar. Von Vorteil ist dabei, dass eine getaktete Wandlung ermöglicht ist.In an advantageous embodiment, the output signal of the series connection of summers via a controllable switch of the logic module to the input of the series circuit of Subtractors fed. The advantage here is that a clocked conversion is possible.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umgibt das Gehäuse des Logikbausteins das Vergleichsmittel, die Differenzbildner und die Summierer. Von Vorteil ist dabei, dass der Logikbaustein für einen neuartigen Zweck, nämlich die Analog-Digital-Wandlung, verwendbar ist.In an advantageous embodiment, the housing of the logic module surrounds the comparison means, the subtractor and the totalizer. The advantage here is that the logic device for a novel purpose, namely the analog-to-digital conversion, can be used.
Wichtige Merkmale bei der Vorrichtung zur Analog-Digitalwandlung einer Analogspannung in einen digitalen Datenstrom sind, dass die Vorrichtung Widerstände, insbesondere Ohmsche Widerstände, und einen rekonfigurierbaren Logikbaustein aufweist,
wobei der Logikbaustein einen für differentiell übertragene Datensignale vorgesehenen Eingang aufweist,
wobei der Eingang einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist,
wobei der erste Anschluss dem nicht invertierenden Eingang eines Vergleichsmittels des Logikbausteins zugeführt wird und der zweite Anschluss dem invertierenden Eingang des Vergleichsmittels,
wobei die Analogspannung zwischen einem Nullpotential, insbesondere Masse, und einem ersten Widerstand angelegt ist, welcher mit dem ersten Anschluss des Eingangs verbunden ist.Important features in the device for analog-to-digital conversion of an analog voltage into a digital data stream are that the device has resistors, in particular ohmic resistors, and a reconfigurable logic module,
wherein the logic device has an input intended for differentially transmitted data signals,
the input having a first terminal and a second terminal,
wherein the first terminal is supplied to the non-inverting input of a comparison means of the logic module and the second terminal to the inverting input of the comparison means,
wherein the analog voltage is applied between a zero potential, in particular ground, and a first resistor, which is connected to the first terminal of the input.
Von Vorteil ist dabei, dass der Logikbaustein, also ein FPGA, für eine Analog-Digital-Wandlung verwendbar ist. Insbesondere ist hierbei ein differentieller Datensignaleingang als Eingang für die zu wandelnde Analogspannung verwendbar. Der Logikbaustein ist rekonfigurierbar aufgebaut. Somit ist er also für verschiedene Anwendungen einsetzbar. Einerseits ist er als empfangsseitiges Datenübertragungselement einsetzbar zum Empfangen eines differentiell vorliegenden Datensignals und andererseits ist er als Analog-Digital-Wandler einsetzbar, wobei derselbe Eingang verwendet wird wie bei der differentiellen Datenübertragung.The advantage here is that the logic device, so an FPGA, is usable for an analog-to-digital conversion. In particular, a differential data signal input can be used as input for the analog voltage to be converted. The logic block is reconfigurable. Thus, it is therefore suitable for various applications. On the one hand, it can be used as a receiving-side data transmission element for receiving a differentially present data signal and on the other hand it can be used as an analog-to-digital converter, wherein the same input is used as in the differential data transmission.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen dem Nullpotential und dem ersten Anschluss des Eingangs ein Kondensator angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass eine Tiefpassfilterung ausführbar ist.In an advantageous embodiment, a capacitor is arranged between the zero potential and the first terminal of the input. The advantage here is that a low-pass filtering is executable.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Ausgangssignal des Vergleichsmittel an einen von außen kontaktierbaren Kontakt des Logikbausteins elektrisch verbunden,
wobei der erste Anschluss des Eingangs und der Kontakt mittels eines zweiten Widerstands verbunden sind. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache äußere Beschaltung des Logikbausteins mit Widerständen und zumindest einem Kondensator ausreichend ist.In an advantageous embodiment, the output signal of the comparison means is electrically connected to an externally contactable contact of the logic module,
wherein the first terminal of the input and the contact are connected by means of a second resistor. The advantage here is that a simple external wiring of the logic device with resistors and at least one capacitor is sufficient.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der zweite Anschluss mittels eines dritten Widerstands mit dem Nullpotential verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass der Eingangswiderstand am Eingang des Vergleichsmittels entsprechend vorgebbar istIn an advantageous embodiment, the second terminal is connected to the zero potential by means of a third resistor. The advantage here is that the input resistance at the input of the comparison means is predetermined accordingly
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Referenzspannung zwischen einem Nullpotential, insbesondere Masse, und einem vierten Widerstand angelegt, welcher mit dem zweiten Anschluss des Eingangs verbunden ist. Von Vorteil ist dabei, dass der Eingangswiderstand am Eingang des Vergleichsmittels entsprechend vorgebbar istIn an advantageous embodiment, the reference voltage between a zero potential, in particular ground, and a fourth resistor is applied, which is connected to the second terminal of the input. The advantage here is that the input resistance at the input of the comparison means is predetermined accordingly
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.Further advantages emerge from the subclaims. The invention is not limited to the combination of features of the claims. For the skilled person, further meaningful combination possibilities of claims and / or individual claim features and / or features of the description and / or figures, in particular from the task and / or posing by comparison with the prior art task arise.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:The invention will now be explained in more detail with reference to figures:
In der
In der
Wie in den Figuren gezeigt, weist der rekonfigurierbare Logikbaustein
Dabei ist an dem LVDS-Eingang eine Eingangsbeschaltung aus Widerständen R und einem Kondensator C vorgesehen.In this case, an input circuit of resistors R and a capacitor C is provided at the LVDS input.
Der Eingang besteht aus zwei Anschlüssen, wobei ein erster der beiden Anschlüsse mit dem ersten Anschluss eines Kondensators C verbunden ist, dessen zweiter Anschluss mit Masse verbunden ist. Dem ersten der beiden Anschlüsse wird über einen Widerstand R die Analog-Spannung U_A zugeführt.The input consists of two terminals, wherein a first of the two terminals is connected to the first terminal of a capacitor C whose second terminal is connected to ground. The first of the two terminals is supplied via a resistor R, the analog voltage U_A.
Der erste Anschluss ist mit einem ersten Eingang, insbesondere dem nicht-invertierenden Eingang eines Vergleichsmittels
Der andere Anschluss ist mit dem zweiten Eingang, insbesondere also dem invertierenden Eingang des Vergleichsmittels
Der Ausgang des Vergleichers
Der invertierende Eingang des Vergleichsmittels
Somit ist also ein eigentlich für differentiell übertragene Datensignal vorgesehener Eingang verwendet als Eingang für eine Analogspannung. Diese ist beispielsweise erzeugbar von einer Sensoreinheit, welche den Wert einer physikalischen Größe, wie Temperatur, Strom oder Druck oder dergleichen, in die Analogspannung wandelt, wobei der jeweilige Wert der Analogspannung den jeweiligen Wert der physikalischen Größe repräsentiert.Thus, therefore, an actually intended for differentially transmitted data signal input used as input for an analog voltage. This is for example generated by a sensor unit, which converts the value of a physical quantity, such as temperature, current or pressure or the like, into the analog voltage, wherein the respective value of the analog voltage represents the respective value of the physical quantity.
Die Ausgangsspannung des Vergleichsmittels
Der so erzeugte Datenstrom
Wenn eine Analogspannung U_A angelegt wird, welche größer ist als die Referenzspannung, wird am Ausgang des Vergleichsmittels
Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist zwischen der Reihenschaltung der Summierer und der Reihenschaltung der Differenzbildner ein steuerbarer Schalter angeordnet, der synchron zum Takt CLK getaktet wird.In a further embodiment of the invention, a controllable switch is arranged between the series connection of the adder and the series circuit of the differential former, which is clocked synchronously to the clock CLK.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Vergleichsmittel insbesondere OperationsverstärkerComparative means, in particular operational amplifier
- 22
- rekonfigurierbarer Logikbaustein, insbesondere FPGA (field programmable gate array)reconfigurable logic module, in particular FPGA (field programmable gate array)
- 33
- digitale Datenstromdigital data stream
- CLKCLK
- Taktclock
- RR
- Widerstandresistance
- CC
- Kondensatorcapacitor
- U_AU_A
- Analogspannunganalog voltage
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 5153462 A [0003] US 5153462 A [0003]
- US 5196740 A [0004] US 5196740 A [0004]
- US 2012/0070155 A1 [0005] US 2012/0070155 A1 [0005]
- US 2009/0224835 A1 [0006] US 2009/0224835 A1 [0006]
- US 6956512 B1 [0007] US Pat. No. 6,953,512 B1 [0007]
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- 2017-05-31 DE DE102017005152.6A patent/DE102017005152A1/en active Pending
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