DE102019206023A1 - Verfahren zur präzisen Erfassung eines Signals zum Beispiel eines Sensors - Google Patents

Verfahren zur präzisen Erfassung eines Signals zum Beispiel eines Sensors Download PDF

Info

Publication number
DE102019206023A1
DE102019206023A1 DE102019206023.4A DE102019206023A DE102019206023A1 DE 102019206023 A1 DE102019206023 A1 DE 102019206023A1 DE 102019206023 A DE102019206023 A DE 102019206023A DE 102019206023 A1 DE102019206023 A1 DE 102019206023A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
adc
measurement
voltage
multiplexer
offset
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102019206023.4A
Other languages
English (en)
Inventor
Claudius Bevot
Bernhard Ledermann
Florian Mezger
Fabian Baumann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102019206023.4A priority Critical patent/DE102019206023A1/de
Priority to KR1020217034341A priority patent/KR20220002914A/ko
Priority to EP20719362.4A priority patent/EP3959818A1/de
Priority to US17/601,978 priority patent/US20220200614A1/en
Priority to PCT/EP2020/059884 priority patent/WO2020216611A1/de
Priority to CN202080031473.1A priority patent/CN113728553A/zh
Priority to JP2021563413A priority patent/JP7436507B2/ja
Publication of DE102019206023A1 publication Critical patent/DE102019206023A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/10—Calibration or testing
    • H03M1/1009—Calibration
    • H03M1/1028—Calibration at two points of the transfer characteristic, i.e. by adjusting two reference values, e.g. offset and gain error
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/06—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters
    • H03M1/0602—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters of deviations from the desired transfer characteristic
    • H03M1/0609—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters of deviations from the desired transfer characteristic at two points of the transfer characteristic, i.e. by adjusting two reference values, e.g. offset and gain error
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/122—Circuits particularly adapted therefor, e.g. linearising circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/1205—Multiplexed conversion systems
    • H03M1/122—Shared using a single converter or a part thereof for multiple channels, e.g. a residue amplifier for multiple stages

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Abstract

Verfahren zur präzisen Erfassung eines Signals zum Beispiel eines Sensors (200) mittels einer zum Beispiel mit dem Sensor (100) elektrisch verbundenen Auswerte- und Steuereinheit (100), wobei die Auswerte- und Steuereinheit (100) einen Multiplexer (110) aufweist, an dessen Eingängen (111, 112, 113, 114, 115, 116) zumindest eine Referenzspannung (U_R), deren Spannungswert (URef) bekannt ist, ein Bezugspotenzial der Referenzspannung (GND_R), ein Messsignal (U_M) des Abgassensors und ein Bezugspotenzial des Messsignals (GND_M) anliegen, wobei dem Multiplexer (110) über eine Übertragungsstrecke (120) und über einen ADC (130), der eine zwischen seinen beiden Eingängen (131, 132) anliegende Spannung in einen Digitalwert wandelt, ein Rechner (140) nachgeschaltet ist, wobei das Verfahren vorsieht, dass mehrere Einzelmessungen (E1, E2, E3, E4) durchgeführt werden, in denen jeweils die Schaltzustände des Multiplexers (110) verändert werden und in denen jeweils nachfolgend am Ausgang des ADC (130) Digitalwerte erfasst werden, und dass der Rechner (140) aus diesen Digitalwerten einen offset- und verstärkungskorrigierten Messwert berechnet, dadurch gekennzeichnet, dass die Digitalwerte jeweils erfasst werden, bevor sich die beiden Pegel an den Eingängen des ADC (130) eingeschwungen haben oder dass die AD-Wandlung begonnen wird, bevor sich die beiden Pegel an den Eingängen des ADC (130) eingeschwungen haben.

Description

  • Stand der Technik
  • Aus dem Stand der Technik sind schon Verfahren bekannt, mit denen ein analoges Signal entlang einer Übertragungsstrecke übertragen und nachfolgend digitalisiert wird, wobei hierbei auftretende Offset- und Verstärkungsfehler korrigiert werden. Bei diesen Verfahren wird stets vorausgesetzt, dass die übertragenen, zu digitalisierenden Signale bei der Digitalisierung zeitlich konstant, also in einem eingeschwungenen Zustand vorliegen, sodass aus dem analogen Signal ohne weiteres ein offset- und verstärkungsfehlerfreier Messwert gewonnen werden kann, siehe z.B. US 7,710,303 B2 . Diese Verfahren sind entsprechend langsam.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis der Erfinder, dass bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 korrekte offset- und verstärkungskorrigierte Messwerte auch bestimmbar sind, ohne dass sich bei jeder Einzelmessung die beiden Pegel an den Eingängen des ADC (Analog-Digital-Wandler) eingeschwungen haben.
  • Zwar wird insbesondere jeder der durch die Einzelmessungen gewonnen Digitalwerte im Vergleich zu den Werten, die nach Abwarten des Einschwingvorgangs der an den Eingängen des ADC anliegenden Pegeln gewonnen würden, abgeändert, allerdings geschieht diese Abänderung für alle Digitalwerte in grundsätzlich gleichartiger Weise, so dass sich die Abänderungen bei der Berechnung des offset- und verstärkungskorrigierten Messwerts aus den Digitalwerten zumindest teilweise gegenseitig kompensieren.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit eine präzise und zugleich besonders schnelle Erfassung eines Signals, beispielsweise Signal eines Sensors. Es kann sich allerdings auch um ein beliebiges anderes Signal handeln.
  • Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird ein System nach einer Änderung seiner Eingangsgrößen insbesondere erst dann als eingeschwungen betrachtet, wenn seine Ausgangsgrößen zumindest 86% der für sie gemäß der stationären Lösung mit den geänderten Eingangsgrößen resultierenden Änderung bereits vollzogen haben.
  • In einer Weiterbildung hierzu wird ein System nach einer Änderung seiner Eingangsgrößen insbesondere bereits dann als eingeschwungen betrachtet, wenn seine Ausgangsgrößen zumindest 63% der für sie gemäß der stationären Lösung mit den geänderten Eingangsgrößen resultierenden Änderung bereits vollzogen haben.
  • Das Verfahren kann vorsehen, dass folgenden Einzelmessungen durchgeführt werden:
    1. a) Referenzspannungsmessung: Der Multiplexer schaltet die Referenzspannung auf den ersten Eingang des ADC und ein Bezugspotenzial der Referenzspannung auf den zweiten Eingang des ADC; am Ausgang des ADC wird ein Referenzspannungswert ermittelt; und/oder
    2. b) Referenz-Offsetspannungsmessung: Der Multiplexer schaltet das Bezugspotenzial der Referenzspannung auf beide Eingänge des ADC; am Ausgang des ADC wird ein Referenz-Offsetspannungswert ermittelt; und/oder
    3. c) Messspannungsmessung: Der Multiplexer schaltet die Messspannung auf den ersten Eingang des ADC und ein Bezugspotenzial der Messspannung auf den zweiten Eingang des ADC; am Ausgang des ADC wird ein Messspannungswert ermittelt; und/oder
    4. d) Mess-Offsetspannungsmessung: Der Multiplexer schaltet das Bezugspotenzial der Messspannung auf beide Eingänge des ADC; am Ausgang des ADC wird ein Mess-Offsetspannungswert ermittelt.
  • Ist das Bezugspotenzial der Referenz mit dem Bezugspotenzial der Messspannung physikalisch identisch, können die Einzelmessungen a) und d) durch eine einzige Einzelmessung gleichzeitig realisiert werden, deren Ergebnis zugleich den Referenz-Offsetspannungswert und den Mess-Offsetspannungswert liefert.
  • Im Anschluss ist insbesondere möglich, dass der offset- und verstärkungskorrigierte Messwert berechnet wird gemäß der Formel: U_MuC = U Ref * ( Z_UM − Z _ UMoffset ) / ( Z_UR − Z_URoffset ) ,
    Figure DE102019206023A1_0001
    wobei
    • U_MuC
    der offset- und verstärkungskorrigierte Messwert ist;
    URef
    der bekannte Spannungswert der Referenzspannung ist;
    Z_UM
    der Messspannungswert ist;
    Z_UMoffset
    der Mess-Offsetspannungswert ist;
    Z_UR
    der Referenzspannungswert ist;
    Z_URoffset
    der Referenz-Offsetspannungswert ist.
  • Der der Erfindung zugrundeliegende Effekt, dass sich die oben erläuterten Abänderungen bei der Berechnung des offset- und verstärkungskorrigierten Messwerts aus den Digitalwerten zumindest teilweise gegenseitig kompensieren, ist in besonders hohem Maß gegeben, wenn die Auswerte- und Steuereinheit vor jeder Einzelmessungen in einen gleichen Grundzustand gebracht wird. Hierfür kann vorgesehen sein, dass einzelne oder alle Energiespeicher, Funktionswerte, Digitalspeicher und/oder Funktionsblöcke der Auswerte- und Steuereinheit vor jeder Einzelmessung auf einen gleichen, definierten, aber nicht notwendigerweise stationären Grundzustand zurückgesetzt werden.
  • Der der Erfindung zugrundeliegende Effekt, dass sich die oben erläuterten Abänderungen bei der Berechnung des offset- und verstärkungskorrigierten Messwerts aus den Digitalwerten zumindest teilweise gegenseitig kompensieren, ist auch dann in besonders hohem Maß gegeben, wenn die Einzelmessungen zueinander ein identisches Timing haben, d.h. insbesondere, dass unmittelbar vorangehend diesen Messungen stets gleiche oder gleichartige andere Messungen mit der Auswerte- und Steuereinheit in gleichem zeitlichen Abstand erfolgen; und/oder wenn die Schalter des Multiplexers zueinander ein genaues Matching haben, d.h. insbesondere, dass diese Schalter im geschlossen Zustand gleiche Widerstandswerte aufweisen, dass diese Schalter im offenen Zustand gleiche Widerstandswerte aufweisen und/oder dass die Schaltzeiten dieser Schalter gleich sind. Der Begriff der Gleichheit schließt hierbei lediglich eine recht enge Schwankungsbreite mit ein, beispielsweise plus/minus 2%.
  • Zweckmäßigerweise kann zum Betrieb des Sensors vorgesehen sein, dass die Einzelmessungen und die Berechnung des offset- und verstärkungskorrigierten Messwerts zyklisch widerholt werden.
  • Bei dem Sensor kann es sich um eine Lambdasonde handeln, beispielsweise um eine Breitband-Lambdasonde. Bei den Signalen der Lambdasonde kann es sich beispielsweise um die zwischen ihren Zuleitungen abgreifbaren Spannungen handeln. Die Auswerte- und Steuereinheit kann durch einen ASIC realisiert sein.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine beispielhafte elektrische Schaltung mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist.
    • 2 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft in einem Flussdiagramm.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Die 1 zeigt eine Auswerte- und Steuereinheit 100 zum Betreiben einer Breitband-Lambdasonde 200. Die Auswerte- und Steuereinheit 100 ist über Anschlüsse, von denen in der 1 lediglich zwei Anschlüsse A1, A2 gezeigt sind, mit elektrischen Leitungen 201, 202 einer Breitband-Lambdasonde 200 verbunden. Diese Leitungen 201, 202 führen beispielsweise zu einer elektrochemischen Zelle 210 der Breitband-Lambdasonde 200, sodass auf ihnen eine Messspannung UM der Breitbandlambdasonde 200 und dessen Bezugspotenzial GND_M liegen. Die Auswerte- und Steuereinheit 100 ist über zwei weitere Anschlüsse A3, A4 mit einer Referenzspannungsquelle 300 und deren Bezugspotenzial GND_R verbunden. Alternativ könnte die Referenzspannungsquelle 300 und deren Bezugspotenzial GND_R auch Teil der Auswerte- und Steuereinheit 100 sein. Der tatsächliche Wert URef der von der Referenzspannungsquelle 300 bereitgestellten Spannung ist sehr genau bekannt und überdies zeitlich konstant.
  • Mögliche Details der Breitband-Lambdasonde 200 sind beispielsweise in der DE 10 2011 007 068 A1 dargestellt.
  • Die Auswerte- und Steuereinheit 100 ist nur insofern gezeigt, wie es für das Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich ist. Mögliche Details der Auswerte- und Steuereinheit 100 sind beispielsweise in der Patentschrift EP 2 277 035 B1 dargestellt.
  • Der in der 1 beispielhaft gezeigte Multiplexer 110 weist sechs Eingänge 111, 112, 113, 114, 115, 116 auf, wobei ein erster dieser Eingänge 111 mit der Referenzspannung U_R verbunden ist, ein zweiter und ein fünfter dieser Eingänge 112, 115 mit dem Bezugspotenzial der Referenzspannung GND_R verbunden sind, ein dritter dieser Eingänge 113 mit der Messspannung U_M verbunden ist und ein vierter und ein sechster dieser Eingänge 114, 116 mit dem Bezugspotenzial der Messspannung GND_M verbunden sind.
  • Über einen ersten Schalter P1 des Multiplexers 110, der dem ersten Eingang 111 des Multiplexers 110 zugeordnet ist, und über weitere Schalter P2, P3, P4, M1, M2 des Multiplexers 110, die den weiteren Eingängen 112, 113, 114, 115, 116 des Multiplexers 110 zugeordnet sind, sind der erste, zweite, dritte und vierte Eingang 111, 112, 113, 114 des Multiplexers 110 mit dem ersten Ausgang 118 des Multiplexers 110 verbindbar und der fünfte und sechste Eingang 115, 116 des Multiplexers 110 sind mit einem zweiten Ausgang 119 des Multiplexers 110 verbindbar. Die Schalter P1, P2, P3, P4, M1, M2 des Multiplexers 110 haben zueinander ein genaues Matching, das heißt ihre Innenwiderstände im geöffneten Zustand, ihre Innenwiderstände im geschlossen Zustand und/oder ihre Schaltzeiten unterscheiden sich nur wenig, beispielsweise nicht mehr als 2%.
  • Den beiden Ausgängen 118, 119 des Multiplexers 110 sind über eine Übertragungsstrecke 120, die beispielsweise einen oder mehrere Filter und einen oder mehrere Verstärker und gegebenenfalls weitere Funktionsblöcke aufweist und die beispielsweise insgesamt ein Tiefpassverhalten zeigt, die Eingänge 131, 132 des Analog-Digitalwandlers 130 nachgeschaltet, der zwischen seinen beiden Eingängen 131, 132 anliegende Spannungen in Digitalwerte wandelt und diese Digitalwerte an einen digitalen Rechner 140 weitergibt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren läuft beispielsweise in den Schritten S1 bis S13 ab (siehe 2), die zeitlich beispielsweise durch einen von außen an der Auswerte- und Steuereinheit anliegenden oder einen von der Auswerte- und Steuereinheit selbst generierten Takt T definiert sind:
    • Schritt S1: Zurücksetzen aller Funktionsblöcke, Energiespeicher und Digitalspeicher auf einen definierten Grundzustand.
    • Schritt S2: Aufschalten der Eingänge 131, 132 des ADC 130 auf die Referenzspannung U_R und ihr Bezugspotenzial GND_R. Dazu werden der erste Schalter P1 und der fünfte Schalter M1 geschlossen.
    • Schritt S3: Erfassen des Referenzspannungswerts Z_UR am Ausgang 133 des ADC 130, und zwar zeitlich bereits bevor sich die beiden Pegel an den Eingängen 131, 132 des ADC 130 eingeschwungen haben. Der Referenzspannungswert Z_UR wird an den digitalen Rechner 140 übergeben.
    • Schritt S4: Zurücksetzen aller Funktionsblöcke, Energiespeicher und Digitalspeicher auf einen definierten Grundzustand wie im Schritt 1.
    • Schritt S5: Aufschalten beider Eingänge 131, 132 des ADC 130 auf das Bezugspotenzial der Referenzspannung GND_R. Dazu werden der zweite Schalter P2 und der fünfte Schalter M1 geschlossen.
    • Schritt S6: Erfassen des Referenz-Offsetspannungswerts Z_URoffset am Ausgang 133 des ADC 130, und zwar zeitlich bereits bevor sich die beiden Pegel an den Eingängen 131, 132 des ADC 130 eingeschwungen haben. Der Referenz-Offsetspannungswert Z_URoffset wird an den digitalen Rechner 140 übergeben.
    • Schritt S7: Zurücksetzen aller Funktionsblöcke, Energiespeicher und Digitalspeicher auf einen definierten Grundzustand wie in Schritt 1 und in Schritt 4.
    • Schritt S8: Aufschalten der Eingänge 131, 132 des ADC 130 auf die Messspannung U_M und ihr Bezugspotenzial GND_M. Dazu werden der dritte Schalter P3 und der sechste Schalter M2 geschlossen.
    • Schritt S9: Erfassen des Messspannungswerts Z_UM am Ausgang 133 des ADC 130, und zwar zeitlich bereits bevor sich die beiden Pegel an den Eingängen 131, 132 des ADC 130 eingeschwungen haben. Der Messspannungswert Z_UM wird an den digitalen Rechner 140 übergeben.
    • Schritt S10: Zurücksetzen aller Funktionsblöcke, Energiespeicher und Digitalspeicher auf einen definierten Grundzustand wie im Schritt 1, 4 und 7.
    • Schritt S11: Aufschalten beider Eingänge 131, 132 des ADC 130 auf das Bezugspotenzial der Messspannung GND_M. Dazu werden der vierte Schalter P4 und der sechste Schalter M2 geschlossen.
    • Schritt S12: Erfassen des Mess-Offsetspannungswerts Z_UMoffset am Ausgang 133 des ADC 130, und zwar zeitlich bereits bevor sich die beiden Pegel an den Eingängen 131, 132 des ADC 130 eingeschwungen haben. Der Mess-Offsetspannungswert Z_UMoffset wird an den digitalen Rechner 140 übergeben.
    • Schritt S13: Berechnen des offset- und verstärkungskorrigierten Messwerts U_MuC, aus den vorab gewonnenen Digitalwerten Z_UM, Z_UMoffset, Z_UR und Z_URoffset und dem bekannten Wert der Referenzspannung URef gemäß der Formel: U_MuC = U Ref * ( Z_UM − Z _ UMoffset ) / ( Z_UR − Z_URoffset ) .
      Figure DE102019206023A1_0002
  • Der so erhaltene offset- und verstärkungskorrigierte Messwert U_MuC kann technisch weiterverwendet werden. Beispielsweise kann er in der Auswerte- und Steuereinheit 100 nichtflüchtig gespeichert werden und/oder als Ist-Wert der an der elektrochemischen Zelle 210 anliegenden Spannung an einen Regler der Auswerte- und Steuereinheit 100 übergeben werden, der seinerseits die Breitbandlambdasonde 200 durch entsprechende Spannungen und Ströme physikalisch ansteuert.
  • Die Messung des Referenzspannungswerts Z_UR (E1; Verfahrensschritte S1, S2, S3) erfolgt in zeitlicher Nähe zu der Messung des Referenz-Offsetspannungswerts Z_URoffset (E2; Verfahrensschritte S4, S5, S6), sodass wesentliche zwischenzeitliche physikalische Veränderungen der Auswerte- und Steuereinheit 100 durch Temperatur und/oder Alterung ausgeschlossen sind.
  • Die Messung des Referenzspannungswerts Z_UR (E1; Verfahrensschritte S1, S2, S3) erfolgt mit dem gleichen Timing wie die Messung des Referenz-Offsetspannungswerts Z_URoffset (Verfahrensschritte E2; S4, S5, S6), sodass für beide Messungen daraus, dass ein Einschwingen der Pegel an den Eingängen 131, 132 des ADC nicht abgewartet werden, gleichartige dynamische Effekte resultieren.
  • Beide Einzelmessungen E1, E2 erfolgen abgesehen von ihren spezifischen Unterschieden in einem gleichen systemischen Zustand der Auswerte- und Steuereinheit 100, beispielsweise wird zwischen diesen Einzelmessungen E1, E2 die Aufschaltung weiterer Ströme und Spannungen, sofern sie die Messungen beeinflussen könnten, unterlassen.
  • Die Messung des Messspannungswerts Z_UM (E3, Verfahrensschritte S7, S8, S9) erfolgt in zeitlicher Nähe zu der Messung des Mess-Offsetspannungswerts Z_UMoffset (E4, Verfahrensschritte S4, S5, S6), sodass wesentliche zwischenzeitliche physikalische Veränderungen der Auswerte- und Steuereinheit 100 durch Temperatur und/oder Alterung ausgeschlossen sind.
  • Die Messung des Messspannungswerts Z_UM (E3; Verfahrensschritte S10, S11, S12) erfolgt mit dem gleichen Timing wie die Messung des Mess-Offsetspannungswerts Z_UMoffset (E4; Verfahrensschritte S4, S5, S6), sodass für beide Messungen daraus, dass ein Einschwingen der Pegel an den Eingängen 131, 132 des ADC nicht abgewartet werden, gleichartige dynamische Effekte resultieren.
  • Beide Einzelmessungen E3, E4 erfolgen abgesehen von ihren spezifischen Unterschieden in einem gleichen systemischen Zustand der Auswerte- und Steuereinheit 100, beispielsweise wird zwischen diesen Einzelmessungen E3, E4 die Aufschaltung weiterer Ströme und Spannungen, sofern sie die Messungen beeinflussen könnten, unterlassen.
  • Im vorliegenden Fall erfolgen sogar alle Einzelmessungen E1, E2, E3 und E4 abgesehen von ihren spezifischen Unterschieden in einem gleichen systemischen Zustand der Auswerte- und Steuereinheit 100, im gleichen Timing und in zeitlicher Nähe zueinander.
  • Die Erfindung nutzt auch im Beispiel folgenden technischen Vorteil: Die Übertragungsfunktion des Messpfades, der aus dem Multiplexer 110, der Übertragungsstrecke 120 und dem ADC 130 besteht, ist in allen Einzelmessungen E1, E2, E3, E4 gleich, daher ist der Fehler bei der Messung des Messspannungswerts proportional identisch zum Messfehler bei der Messung des Referenzspannungswerts. Bei der Berechnung des offset- und verstärkungskorrigierten Messwerts U_MuC kompensieren sich diese Fehler daher weitgehend.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 7710303 B2 [0001]
    • DE 102011007068 A1 [0015]
    • EP 2277035 B1 [0016]

Claims (7)

  1. Verfahren zur präzisen Erfassung eines Signals zum Beispiel eines Sensors (200) mittels einer zum Beispiel mit dem Sensor (100) elektrisch verbundenen Auswerte- und Steuereinheit (100), wobei die Auswerte- und Steuereinheit (100) einen Multiplexer (110) aufweist, an dessen Eingängen (111, 112, 113, 114, 115, 116) zumindest eine Referenzspannung (U_R), deren Spannungswert (URef) bekannt ist, ein Bezugspotenzial der Referenzspannung (GND_R), ein Messsignal (U_M) des Abgassensors und ein Bezugspotenzial des Messsignals (GND_M) anliegen, wobei dem Multiplexer (110) über eine Übertragungsstrecke (120) und über einen ADC (130), der eine zwischen seinen beiden Eingängen (131, 132) anliegende Spannung in einen Digitalwert wandelt, ein Rechner (140) nachgeschaltet ist, wobei das Verfahren vorsieht, dass mehrere Einzelmessungen (E1, E2, E3, E4) durchgeführt werden, in denen jeweils die Schaltzustände des Multiplexers (110) verändert werden und in denen jeweils nachfolgend am Ausgang des ADC (130) Digitalwerte erfasst werden, und dass der Rechner (140) aus diesen Digitalwerten einen offset- und verstärkungskorrigierten Messwert berechnet, dadurch gekennzeichnet, dass die Digitalwerte jeweils erfasst werden, bevor sich die beiden Pegel an den Eingängen des ADC (130) eingeschwungen haben, oder dass die AD-Wandlung begonnen wird, bevor sich die beiden Pegel an den Eingängen des ADC (130) eingeschwungen haben.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Einzelmessungen (E1, E2, E3, E4) durchgeführt werden: a) Referenzspannungsmessung (E1): Der Multiplexer (110) schaltet die Referenzspannung (U_R) auf den ersten Eingang (131) des ADC (130) und ein Bezugspotenzial der Referenzspannung (GND_R) auf den zweiten Eingang (132) des ADC (130); am Ausgang (133) des ADC (130) wird ein Referenzspannungswert (Z_UR) ermittelt, b) Referenz-Offsetspannungsmessung (E2): Der Multiplexer (110) schaltet das Bezugspotenzial der Referenzspannung (GND_R) auf beide Eingänge (131, 132) des ADC (130); am Ausgang (133) des ADC (130) wird ein Referenz-Offsetspannungswert (Z_URoffset) ermittelt, c) Messspannungsmessung (E3): Der Multiplexer (110) schaltet die Messspannung (U_M) auf den ersten Eingang (131) des ADC (130) und ein Bezugspotenzial der Messspannung (GND_M) auf den zweiten Eingang (132) des ADC (130); am Ausgang (133) des ADC (130) wird ein Messspannungswert (Z_UM) ermittelt, d) Messspannungs-Offsetspannungsmessung (E4): Der Multiplexer (110) schaltet das Bezugspotenzial der Messspannung (GND_M) auf beide Eingänge (131, 132) des ADC (130); am Ausgang des ADC (130) wird ein Mess-Offsetspannungswert (Z_UMoffset) ermittelt; und dass der offset- und verstärkungskorrigierte Messwert (U_MuC) berechnet wird gemäß der Formel: U_MuC = U Ref * ( Z_UM − Z _ UMoffset ) / ( Z_UR − Z_URoffset ) ,
    Figure DE102019206023A1_0003
    wobei U_MuC der offset- und verstärkungskorrigierte Messwert (U_MuC) ist; URef der bekannte Spannungswert der Referenzspannung (URef) ist; Z_UM der Messspannungswert (Z_UM) ist; Z_UMoffset der Mess-Offsetspannungswert (Z_UMoffset) ist; Z_UR Referenzspannungswert (Z_UR) ist; Z_URoffset der Referenz-Offsetspannungswert (Z_URoffset) ist.
  3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (100) vor jeder Einzelmessung (E1, E2, E3, E4) in einen gleichen Grundzustand gebracht wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelmessungen (E1, E2, E3, E4) zueinander ein identisches Timing haben.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter (P1, P2, P3, P4, M1, M2) des Multiplexers (110) zueinander ein genaues Matching haben.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelmessungen (E1, E2, E3, E4) und die Berechnung des offset- und verstärkungskorrigierten Messwerts (U_MuC) zyklisch widerholt werden.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (200) eine Breitbandlambdasonde ist und die Auswerte- und Steuereinheit (100) als ASIC ausgebildet ist.
DE102019206023.4A 2019-04-26 2019-04-26 Verfahren zur präzisen Erfassung eines Signals zum Beispiel eines Sensors Pending DE102019206023A1 (de)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019206023.4A DE102019206023A1 (de) 2019-04-26 2019-04-26 Verfahren zur präzisen Erfassung eines Signals zum Beispiel eines Sensors
KR1020217034341A KR20220002914A (ko) 2019-04-26 2020-04-07 센서의 신호를 정확히 검출하는 방법
EP20719362.4A EP3959818A1 (de) 2019-04-26 2020-04-07 Verfahren zur präzisen erfassung eines signals zum beispiel eines sensors
US17/601,978 US20220200614A1 (en) 2019-04-26 2020-04-07 Method for precisely detecting a signal for example of a sensor
PCT/EP2020/059884 WO2020216611A1 (de) 2019-04-26 2020-04-07 Verfahren zur präzisen erfassung eines signals zum beispiel eines sensors
CN202080031473.1A CN113728553A (zh) 2019-04-26 2020-04-07 用于精准检测例如传感器的信号的方法
JP2021563413A JP7436507B2 (ja) 2019-04-26 2020-04-07 センサなどの信号を正確に検出するための方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019206023.4A DE102019206023A1 (de) 2019-04-26 2019-04-26 Verfahren zur präzisen Erfassung eines Signals zum Beispiel eines Sensors

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102019206023A1 true DE102019206023A1 (de) 2020-10-29

Family

ID=70289753

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019206023.4A Pending DE102019206023A1 (de) 2019-04-26 2019-04-26 Verfahren zur präzisen Erfassung eines Signals zum Beispiel eines Sensors

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20220200614A1 (de)
EP (1) EP3959818A1 (de)
JP (1) JP7436507B2 (de)
KR (1) KR20220002914A (de)
CN (1) CN113728553A (de)
DE (1) DE102019206023A1 (de)
WO (1) WO2020216611A1 (de)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3362996B2 (ja) * 1995-05-30 2003-01-07 株式会社荏原製作所 磁気軸受装置
US6433712B1 (en) 2001-07-25 2002-08-13 Texas Instruments Incorporated Offset error compensation of input signals in analog-to-digital converter
US7710303B2 (en) 2007-04-17 2010-05-04 Microchip Technology Incorporated Analog-to-digital converter offset and gain calibration using internal voltage references
US7541952B1 (en) * 2007-10-10 2009-06-02 Atheros Communications, Inc. Method and apparatus for offset and gain compensation for analog-to-digital converters
DE102008001697A1 (de) 2008-05-09 2009-11-12 Robert Bosch Gmbh Auswerte- und Steuereinheit für eine Breitband-Lambdasonde
JP5269131B2 (ja) 2011-03-16 2013-08-21 株式会社東芝 比較回路および並列型アナログデジタル変換器
DE102011007068A1 (de) 2011-04-08 2012-10-11 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Breitband-Lambdasonde
US10330767B2 (en) * 2015-11-25 2019-06-25 Texas Instruments Incorporated Calibrated measurement system and method

Also Published As

Publication number Publication date
CN113728553A (zh) 2021-11-30
WO2020216611A1 (de) 2020-10-29
KR20220002914A (ko) 2022-01-07
EP3959818A1 (de) 2022-03-02
JP7436507B2 (ja) 2024-02-21
JP2022531567A (ja) 2022-07-07
US20220200614A1 (en) 2022-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102015206078B4 (de) Isolierungserfassungsvorrichtung
EP2593798B1 (de) Differenzstromsensor
EP1719990B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Temperaturkompensation einer Messbrücke
DE102015217862A1 (de) Kalibrierung von Stromsensoren mittels Referenzstrom während der Strommessung
DE102018107514B4 (de) Strommesstechniken zum kompensieren einer nebenschlussdrift
DE69330198T2 (de) Analog Digitalwandler
DE10119080B4 (de) Verfahren und Schaltanordnung zur Widerstandsmessung
DE102017219016A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Batteriesensors und Batteriesensor
EP1319935A2 (de) Signalverarbeitungseinrichtung für einen Druckschalter od. dgl.
DE102016204941A1 (de) Verfahren zum Bestimmen eines Laststroms und Batteriesensor
DE102013009052B4 (de) System und Verfahren zur Skalierung einer Ausgabe eines Modulators eines Sigma-Delta-Analog/Digital-Wandlers und Systeme und ein Verfahren zur Kompensierung von temperaturabhängigen Schwankungen einer Referenzspannung in einem Sigma-Delta-Analog/Digital-Wandler
DE102019129264A1 (de) Verfahren zur Funktionsüberwachung einer kapazitiven Druckmesszelle
DE102019206023A1 (de) Verfahren zur präzisen Erfassung eines Signals zum Beispiel eines Sensors
EP2442447B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Kapazität und/oder einer Kapazitätsänderung eines kapazitiven Sensorelements
DE102021102068B4 (de) Vorrichtung mit einer kapazitiven Abtaststruktur, Verfahren zur Rauschreduzierung in einer Abtaststruktur, Vorrichtung mit einer Abtaststruktur, Vorrichtung, die zur Unterdrückung oder zum Ausgleich von skaliertem thermischen Rauschen in einer Umsetzphase aus einer Aufnahme des skalierten thermischen Rauschens in einer Erfassungsphase eingerichtet ist, Verfahren zur Unterdrückung oder zum Ausgleich von skaliertem thermischen Rauschen
EP3640652B1 (de) Verfahren zum betrieb eines batteriesensors und batteriesensor
EP2776820B1 (de) Verfahren zur korrektur von messwerten eines sensorelements
DE102016113283A1 (de) Verfahren zum Bestimmen einer Widerstandsauslenkung einer Wheatstone-Brücke in einer Hochtemperaturumgebung
DE102019212943A1 (de) Batteriesensor und Verfahren zum Betrieb eines Batteriesensors
DE102019131849B3 (de) Schaltungsanordnung und Verfahren zum Bestimmen einer Widerstandsänderung sowie Verfahren zum Bestimmen von Leitungswiderständen
DE102021214608B3 (de) Optische Sensoreinrichtung und Verfahren zur Ermittlung von Degenerationen eines optischen Sensors einer optischen Sensoreinrichtung
DE102020130114A1 (de) Messvorrichtung zur Vermessung des Busstromes in einer Datenbusleitung mit Zwischenspeicherung der Offsetspannung eines Differenzverstärkers mit einem Umschalter
DE102020130116A1 (de) Messvorrichtung zur Vermessung des Busstromes in einer Datenbusleitung mit Zwischenspeicherung der Offsetspannung eines Differenzverstärkers mit drei Schaltern
DE102020130115A1 (de) Messvorrichtung zur Vermessung des Busstromes in einer Datenbusleitung mit Zwischenspeicherung der Offsetspannung eines Differenzverstärkers mit fünf Schaltern
DE102020130121A1 (de) Messvorrichtung zur Vermessung des Busstromes in einer Datenbusleitung mit Zwischenspeicherung der Offsetspannung eines Differenzverstärkers unter Berücksichtigung der Eingangsoffsetspannung und des Bezugspotentials