Diese Anmeldung nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2019 131 250.7 vom 19.11.2019 in Anspruch.This application takes priority over the German patent application 10 2019 131 250.7 from 19.11.2019.
OberbegriffGeneric term
Die Erfindung richtet sich auf eine getaktete Messvorrichtung zur Busstromvermessung eines Eindrahtdatenbusses (DB) mit Zwischenspeicherung der Offsetspannung eines Differenzverstärkers der Messvorrichtung.The invention is directed to a clocked measuring device for bus current measurement of a single-wire data bus ( DB ) with intermediate storage of the offset voltage of a differential amplifier of the measuring device.
Allgemeine EinleitungGeneral introduction
Die Erfindung beschäftigt sich mit der Vorverstärkung des Spannungsabfalls an einem bezogen auf die getaktete Verstärkerschaltung externen Bus-Shunt-Widerstands (RS) in einer Eindrahtdatenbusleitung eines Eindrahtdatenbusses. Es soll ein Vollausschlag von beispielsweise 80mV unabhängig von Temperatur und Masse-Versatz mit einem Eingangsoffset kleiner als beispielsweise 40µV und einem sehr geringen Verstärkungsfehler und einem sehr geringen Eingangsstrom für die nachfolgende Wandlung mit einem Standard-Analog-zu-Digital-Wandler erreicht werden.The invention deals with the pre-amplification of the voltage drop at a bus shunt resistor that is external to the clocked amplifier circuit ( RS ) in a single-wire data bus line of a single-wire data bus. A full scale of 80mV, for example, regardless of temperature and mass offset, with an input offset of less than 40µV, for example, and a very low gain error and a very low input current for the subsequent conversion with a standard analog-to-digital converter should be achieved.
Stand der TechnikState of the art
Bisherige Lösungen für dieses Problem:
- Zum Ersten sind voll differentielle, getaktete Systeme zu nennen, welche einen hohen Schaltungsaufwand (z.B. Chopper-Verfahren mit anschließender Filterung) aufgrund der Offsetanforderungen besitzen und typischerweise einen speziellen, differentiellen Analog-zu-Digital-Wandler umfassen, womit meist einhergeht, dass mehrere Analog-zu-Digital-Wandler im Gesamtsystem verbaut werden müssen.
Previous solutions to this problem: - First of all, fully differential, clocked systems are to be mentioned, which have a high circuit complexity (e.g. chopper method with subsequent filtering) due to the offset requirements and typically include a special, differential analog-to-digital converter, which usually means that several analog -to-digital converter must be installed in the overall system.
Zum Zweiten sind gemischte Systeme mit differentieller getakteter Eingangsstufe, einem Filter und einer Differentiell-nach-Single-Ended-Wandlung zu nennen, welche für Standard-Analog-zu Digital-Wandler nutzbar sind, aber durch die letzte Stufe meist keine völlige Auslöschung des Offsets garantieren können. Des Weiteren ist auch hier der Schaltungsaufwand sehr groß.Second, there are mixed systems with a differential clocked input stage, a filter and a differential-to-single-ended conversion, which can be used for standard analog-to-digital converters, but the last stage usually does not completely eliminate the offset can guarantee. Furthermore, the circuit complexity is also very large here.
Zum Dritten sind getaktete Single-Ended-Verstärker zu nennen, welche bei Masse-Versatz, wie er in Automobilen stets vorkommt, untauglich sind.Thirdly, clocked single-ended amplifiers should be mentioned, which are unsuitable for a mass offset, as always occurs in automobiles.
Beispielhaft seien die Schriften US 2018/0 062 595 A1 und EP 2 520 942 A2 genannt.The scriptures are exemplary US 2018/0 062 595 A1 and EP 2 520 942 A2 called.
Aufgabetask
Dem Vorschlag liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen die die obigen Nachteile des Stands der Technik nicht aufweist und weitere Vorteile aufweist.The proposal is therefore based on the object of creating a solution which does not have the above disadvantages of the prior art and has further advantages.
Die Verstärkerschaltung zur Vermessung eines Bus-Stromes soll das Eingangssignal einer Bus-Shunt-Widerstandsspannung an einem Bus-Shunt-Widerstand (RS) von beispielsweise 0...80mV als Differenzsignal mit einem Gleichtaktanteil von beispielsweise +-100mV (Masseversatz) für die Wandlung mit einem nachfolgenden Standard-Analog-zu-Digital-Wandler aufbereiten, wobei ein Eingangsoffset von beispielsweise <40µV und ein Verstärkungsfehler von beispielsweise <0,5% für die gesamte Messkette inklusive des Analog-zu-Digital-Wandlers und dessen Referenz einzuhalten wäre. Da in der Anwendungsschaltung typischerweise ein Eingangsfilter vor dem Verstärker vorzusehen ist, muss auf einen geringen Eingangsstrom geachtet werden, damit dieser keine zusätzlichen Fehler während der Messung erzeugt.The amplifier circuit for measuring a bus current is intended to feed the input signal of a bus shunt resistor voltage to a bus shunt resistor ( RS ) of, for example, 0 ... 80mV as a differential signal with a common-mode component of, for example + -100mV (ground offset) for conversion with a subsequent standard analog-to-digital converter, with an input offset of, for example, <40µV and a gain error of, for example <0.5% for the entire measuring chain including the analog-to-digital converter and its reference would have to be observed. Since an input filter must typically be provided in front of the amplifier in the application circuit, care must be taken to ensure that the input current is low so that it does not generate additional errors during the measurement.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by a device according to claim 1.
Lösung der AufgabeSolution of the task
Die vorgeschlagene Schaltung umfasst vor allem einen Bus-Shunt-Widerstand (RS), eine Zuleitung, die getaktete Verstärkerschaltung und den Analog-zu-Digitalwandler (ADC).The proposed circuit mainly includes a bus shunt resistor ( RS ), a supply line, the clocked amplifier circuit and the analog-to-digital converter ( ADC ).
Bei einem getakteten Verstärker der eingangs beschriebenen Art wird die Aufgabe vorschlagsgemäß dadurch gelöst, dass eine Speicherung der Offset-Spannung sowie eine Speicherung der Eingangs-und Ausgangsgleichtaktspannung in einer ersten Kapazität (C1) erfolgt und dass eine Verstärkung und die notwendige Differentiell-zu-Single-Ended-Wandlung über einen Ladungsausgleich mit einer zweiten Kapazität (C2) in einer Differenzverstärkerschaltung erfolgt.In the case of a clocked amplifier of the type described at the outset, the problem is solved according to the proposal in that storage of the offset voltage and storage of the input and output common-mode voltage in a first capacitor ( C1 ) and that amplification and the necessary differential-to-single-ended conversion via charge equalization with a second capacitance ( C2 ) takes place in a differential amplifier circuit.
Die Erfindung besteht somit aus einer getakteten Differenzverstärkerschaltung mit zwei Kapazitäten (C1, C2), welche zeitlich synchron zum Takt (CLK) des Analog-zu-Digitalwandlers (ADC) arbeitet.The invention thus consists of a clocked differential amplifier circuit with two capacitances ( C1 , C2 ), which are synchronized with the clock ( CLK ) of the analog-to-digital converter ( ADC ) is working.
In der ersten Phase (ϕ1) wird in der ersten Kapazität (C1) über die Schalterstellung die Offset-Spannung des Differenzverstärkers (V) sowie die Eingangs- und Ausgangsgleichtaktspannung gespeichert.In the first phase (ϕ1) the first capacitance ( C1 ) the offset voltage of the differential amplifier via the switch position ( V ) as well as the input and output common mode voltage.
In der zweiten Phase (ϕ2), der eigentlichen Wandelphase (Start der Wandlung des Eingangswerts des Analog-zu-Digital-Wandlers durch den Analog-zu-Digital-Wandler(ADC)), wird die Spannung der ersten Kapazität (C1) auf die die Eingangsdifferenzspannung umgeladen. Die verschobene Ladung wird mittels der Differenzverstärkerschaltung in einer zweiten Kapazität (C2) gespeichert. Das Verhältnis der Kapazitätswerte der beiden Kapazitäten (C1, C2) bestimmt den Verstärkungsfaktor, der beispielsweise 40 im gewählten Beispiel betragen kann. Durch den Differenzverstärker (V) steht diese Spannung nun niederohmig am Ausgang des Differenzverstärkers (V) zur Verfügung. Die Wandlung des Ausgangswerts des Differenzverstärkers (V) muss synchron zur Wandlung durch den Analog-zu-Digitalwandler (ADC) in der zweiten Phase (ϕ2) erfolgen, da das Ausgangssignal des Differenzverstärkers (V) nur in dieser zweiten Phase (ϕ2) gültig ist. D.h. Der Analog-zu-Digital-Wandler (ADC) muss so beschaffen sein, dass er das Ausgangssignal des Differenzverstärkers (V) ausschließlich in diesen zweiten Phasen (ϕ2) auswertet.In the second phase (ϕ2), the actual conversion phase (start of the conversion of the input value of the analog-to-digital converter by the analog-to-digital converter ( ADC )), the voltage of the first capacitance becomes ( C1 ) to which the input differential voltage is transferred. The shifted charge is converted into a second capacitance by means of the differential amplifier circuit ( C2 ) saved. The ratio of the capacity values of the two capacities ( C1 , C2 ) determines the gain factor, which can be 40 in the example chosen. Through the differential amplifier ( V ) this voltage is now low-resistance at the output of the differential amplifier ( V ) to disposal. The conversion of the output value of the differential amplifier ( V ) must be synchronized with the conversion by the analog-to-digital converter ( ADC ) in the second phase (ϕ2), since the output signal of the differential amplifier ( V ) is only valid in this second phase (ϕ2). Ie the analog-to-digital converter ( ADC ) must be designed in such a way that it receives the output signal of the differential amplifier ( V ) evaluates only in these second phases (ϕ2).
In der Variante 1 (1) bleibt ein Restfehler bestehen, da die Eingangsoffsetspannung des Differenzverstärkers (V) am Ausgang des Differenzverstärkers (V) während der ersten Phase (ϕ1) anliegt und damit den Startpunkt für das Umladen bildet. Damit ergibt sich eine Gesamteingangsoffsetspannung von Offsetspannung des Differenzverstärkers (V) geteilt durch die Verstärkung der Schaltung, die durch das Kapazitätsverhältnis der ersten Kapazität (C1) zur zweiten Kapazität (C2) festgelegt ist.In variant 1 ( 1 ) a residual error remains because the input offset voltage of the differential amplifier ( V ) at the output of the differential amplifier ( V ) is present during the first phase (ϕ1) and thus forms the starting point for reloading. This results in a total input offset voltage of the offset voltage of the differential amplifier ( V ) divided by the gain of the circuit, which is determined by the capacitance ratio of the first capacitance ( C1 ) to the second capacity ( C2 ) is set.
Um diesen Fehler zu beseitigen, haben die Variante 4 einen vierten Schalter (P4) und einen fünften Schalter (P5) und die Variante 5 einen sechsten Schalter (P6) in Form eines Umschalters mehr, um in der ersten Phase (ϕ1) die Offsetspannung auf der zweiten Kapazität (C2) zu speichern. Damit ist der Startpunkt exakt die Referenzspannung ohne den Offsetfehler.To eliminate this error, variant 4 has a fourth switch ( P4 ) and a fifth switch ( P5 ) and variant 5 has a sixth switch ( P6 ) in the form of a toggle switch to adjust the offset voltage on the second capacitance (1) in the first phase ( C2 ) save. This means that the starting point is exactly the reference voltage without the offset error.
Im Folgenden werden die sich somit ergebenden fünf Grundvarianten der Erfindung beschrieben. Ist davon die Rede, dass zwei Komponenten miteinander verbunden sind, so bedeutet dies, wenn nichts anderes angegeben ist, dass sie ein Signal austauschen können. Dies kann durch eine direkte elektrische Verbindung geschehen oder durch eine indirekte Verbindung über Schalter oder andere Bauteile oder Blöcke, wie beispielsweise multiplexer.The five basic variants of the invention thus resulting are described below. If it is said that two components are connected to one another, this means, unless otherwise stated, that they can exchange a signal. This can be done through a direct electrical connection or through an indirect connection via switches or other components or blocks, such as multiplexers.
ERSTE VARIANTE (nicht beansprucht)FIRST VARIANT (not claimed)
Die erste Variante betrifft eine getaktete Schaltung zum Verstärken eines Eingangssignals, mit einer ersten Kapazität (C1), einer zweiten Kapazität (C2) und einem Differenzverstärker (V). Dabei handelt es sich bei dem Eingangssignal um die Differenzspannung, die über einen Bus-Shunt-Widerstand (RS) abfällt. Der Differenzverstärker (V) weist einen positiven Eingang (+) und einen negativen Eingang (-) auf. Außerdem weist der Differenzverstärker (V) eine Eingangsoffsetspannung auf, die auch 0V sein kann. In der Schaltung wird typischerweise ein Bezugspotenzial (VREFH) verwendet, das auch virtuell definiert werden kann. Die Schaltung verfügt über einen positiven Schaltungseingang (IP) und einen negativen Schaltungseingang (IN). Zwischen den positiven Schaltungseingang (IP) und den negativen Schaltungseingang (IN) liegt die parasitäre Koppelkapazität (CK). Über einen ersten Zuleitungswiderstand (RP) ist der positive Schaltungseingang (IP) mit einem ersten Anschluss des Bus-Shunt-Widerstands (RS) verbunden. Über einen zweiten Zuleitungswiderstand (RN) ist der negative Schaltungseingang (IN) mit einem zweiten Anschluss des Bus-Shunt-Widerstands (RS) verbunden. Der Bus-Shunt-Widerstand (RS) ist mit seinem ersten Anschluss und mit seinem zweiten Anschluss in die Eindrahtdatenbusleitung des Eindrahtdatenbusses (EDB) eingefügt, deren Bus-Strom erfasst werden soll. Bei dem Eindrahtdatenbus (EDB) kann es sich beispielsweise um einem LIN-Datenbus oder einen anderen automobilen Eindrahtdatenbus (EDB) analog zum LIN-Bus handeln, wobei die Masserückleitung im Automobil bevorzugt über die Metallkarosserie des Autos erfolgt. Die Taktung der getakteten Schaltung weist eine erste zeitliche Phase (ϕ1) und eine zweite zeitliche Phase (ϕ2) auf. Die erste zeitliche Phase (ϕ1) und eine zweite zeitliche Phase (ϕ2) wechseln sich im zeitlichen Verlauf bevorzugt ab. Weitere zeitliche Phasen können ggf. in komplizierteren Gesamtschaltungen notwendig sein. Wichtig ist, dass die erste zeitliche Phase (ϕ1) und die zweite zeitliche Phase (ϕ2) jeweils während der Dauer des Betriebs zeitlich aufeinander folgen, wobei weitere Phasen ggf. eingefügt sein können. In der ersten Phase (ϕ1) wird die erste Kapazität (C1) mit der Summe aus Eingangsoffsetspannung des Differenzverstärkers (V) und der Potenzialdifferenz des Potenzials am positiven Schaltungseingang (IP) zum Bezugspotential (VREFH) geladen. In dieser ersten Phase (ϕ1) wird die zweite Kapazität (C2) entladen. In der zweiten Phase (ϕ2) wird die erste Kapazität (C1) um die Differenz zwischen dem Potenzial am positiven Schaltungseingang (IP) und dem Potenzial am negativen Schaltungseingang (IP) umgeladen. Die verschobene Ladung wird in dieser zweiten Phase (ϕ2) in der zweiten Kapazität (C2) gespeichert, so dass in dieser zweiten Phase (ϕ2) der Betrag der Ausgangsspannung des Differenzverstärkers (V) bezogen auf das Bezugspotential (VREFH) im Wesentlichen der Betrag der Potenzialdifferenz zwischen dem Potenzial am positiven Schaltungseingang (IP) minus dem Potenzial am negativen Schaltungseingang (IN) multipliziert mit dem Verhältnis des ersten Kapazitätswerts der ersten Kapazität (C1) zum zweiten Kapazitätswert der zweiten Kapazität (C2) abzüglich der Eingangsoffsetspannung des Differenzverstärkers (V) ist. In der ersten Phase (ϕ1) analysiert diese Schaltung somit Ihren eigenen Offset und bestimmt die Neutralisationswerte, während in der zweiten Phase (ϕ2) die eigentliche Verstärkung stattfindet und ein gültiges Verstärkungsergebnis am Ausgang des Differenzverstärkers (V) ausgegeben wird. Ein Analog-zu-Digitalwandler (ADC) wandelt den Wert des Signals am Ausgang des Differenzverstärkers (V) in einen digitalen Strommesswert.The first variant relates to a clocked circuit for amplifying an input signal, with a first capacitance ( C1 ), a second capacity ( C2 ) and a differential amplifier ( V ). The input signal is the differential voltage that is generated via a bus shunt resistor ( RS ) falls. The differential amplifier ( V ) has a positive input ( + ) and a negative input ( - ) on. In addition, the differential amplifier ( V ) an input offset voltage, which can also be 0V. A reference potential ( VREFH ) is used, which can also be defined virtually. The circuit has a positive circuit input ( IP ) and a negative circuit input ( IN ). Between the positive circuit input ( IP ) and the negative circuit input ( IN ) is the parasitic coupling capacitance ( CK ). Via a first lead resistance ( RP ) is the positive circuit input ( IP ) with a first connection of the bus shunt resistor ( RS ) connected. Via a second lead resistor ( RN ) is the negative circuit input ( IN ) with a second connection of the bus shunt resistor ( RS ) connected. The bus shunt resistor ( RS ) is with its first connection and with its second connection in the single-wire data bus line of the single-wire data bus ( EDB ) whose bus current is to be recorded. With the single-wire data bus ( EDB ) it can be, for example, a LIN data bus or another automotive single-wire data bus ( EDB ) act in the same way as the LIN bus, whereby the ground return in the automobile is preferably carried out via the metal body of the car. The clocking of the clocked circuit has a first time phase (ϕ1) and a second time phase (ϕ2). The first temporal phase (ϕ1) and a second temporal phases (ϕ2) alternate in the course of time. Further time phases may be necessary in more complicated overall circuits. It is important that the first temporal phase (ϕ1) and the second temporal phase (ϕ2) follow one another in time for the duration of the operation, with further phases possibly being inserted. In the first phase (ϕ1) the first capacitance ( C1 ) with the sum of the input offset voltage of the differential amplifier ( V ) and the potential difference of the potential at the positive circuit input ( IP ) to the reference potential ( VREFH ) loaded. In this first phase (ϕ1) the second capacitance ( C2 ) discharged. In the second phase (ϕ2) the first capacitance ( C1 ) by the difference between the potential at the positive circuit input ( IP ) and the potential at the negative circuit input ( IP ) reloaded. The shifted charge is in this second phase (ϕ2) in the second capacitance ( C2 ), so that in this second phase (ϕ2) the magnitude of the output voltage of the differential amplifier ( V ) related to the reference potential ( VREFH ) essentially the amount of the potential difference between the potential at the positive circuit input ( IP ) minus the potential at the negative circuit input ( IN ) multiplied by the ratio of the first capacitance value of the first capacitance ( C1 ) to the second capacitance value of the second capacitance ( C2 ) minus the input offset voltage of the differential amplifier ( V ) is. In the first phase (ϕ1) this circuit analyzes its own offset and determines the neutralization values, while in the second phase (ϕ2) the actual amplification takes place and a valid amplification result at the output of the differential amplifier ( V ) is output. An analog-to-digital converter ( ADC ) converts the value of the signal at the output of the differential amplifier ( V ) into a digital current measurement value.
ZWEITE VARIANTE (nicht beansprucht)SECOND VARIANT (not claimed)
Die zweite Variante betrifft eine getaktete Schaltung zum Verstärken eines Eingangssignals mit einer ersten Kapazität (C1), einer zweiten Kapazität (C2) und einem Differenzverstärker (V), wobei der Differenzverstärker (V) einen positiven Eingang (+) und einen negativen Eingang (-) und eine Eingangsoffsetspannung, die auch 0V sein kann, aufweist. Dabei handelt es sich bei dem Eingangssignal um die Differenzspannung, die über einen Bus-Shunt-Widerstand (RS) abfällt. Des Weiteren weist die getaktete Schaltung ein Bezugspotenzial (VREFH), einen positiven Schaltungseingang (IP) und einen negativen Schaltungseingang (IN) auf. Zwischen den positiven Schaltungseingang (IP) und den negativen Schaltungseingang (IN) liegt die parasitäre Koppelkapazität (CK). Über einen ersten Zuleitungswiderstand (RP) ist der positive Schaltungseingang (IP) mit einem ersten Anschluss des Bus-Shunt-Widerstands (RS) verbunden. Über einen zweiten Zuleitungswiderstand (RN) ist der negative Schaltungseingang (IN) mit einem zweiten Anschluss des Bus-Shunt-Widerstands (RS) verbunden. Der Bus-Shunt-Widerstand (RS) ist mit seinem ersten Anschluss und mit seinem zweiten Anschluss in die Eindrahtdatenbusleitung des Eindrahtdatenbusses (EDB) eingefügt, deren Bus-Strom erfasst werden soll. Bei dem Eindrahtdatenbus (EDB) kann es sich beispielsweise um einem LIN-Datenbus oder einen anderen automobilen Eindrahtdatenbus analog zum LIN-Bus handeln, wobei die Masserückleitung im Automobil bevorzugt über die Metallkarosserie des Autos erfolgt. Die Taktung der getakteten Schaltung umfasst wieder eine erste zeitliche Phase (ϕ1) und eine zweite zeitliche Phase (ϕ2), die jeweils während der Dauer des Betriebs typischerweise aufeinander folgen. Auf die obigen Ausführungen wird verwiesen. In der ersten Phase (ϕ1) wird die erste Kapazität (C1) mit der Summe aus der Eingangsoffsetspannung des Differenzverstärkers (V) und der Potenzialdifferenz des Potenzials am positiven Schaltungseingang (IP) zum Bezugspotential (VREFH) geladen. In dieser ersten Phase (ϕ1) wird die zweite Kapazität (C2) mit der Eingangsoffsetspannung des Differenzverstärkers (V) geladen. In der zweiten Phase (ϕ2) wird die erste Kapazität (C1) um die Spannungsdifferenz aus dem Potenzial am positiven Schaltungseingang (IP) minus dem Potenzial am negativen Schaltungseingang (IN) umgeladen. In der zweiten Phase (ϕ2) wird die verschobene Ladung in der zweiten Kapazität (C2) gespeichert. In dieser zweiten Phase(ϕ2) ist der Betrag der Ausgangsspannung des Verstärkers (V) bezogen auf das Bezugspotential (VREFH) die Eingangsspannungsdifferenz im Wesentlichen der Betrag der Potenzialdifferenz zwischen dem Potenzial am positiven Schaltungseingang (IP) minus dem Potenzial am negativen Schaltungseingang (IN) multipliziert mit dem Verhältnis des ersten Kapazitätswerts der ersten Kapazität (C1) zum zweiten Kapazitätswert der zweiten Kapazität (C2) abzüglich der Eingangsoffsetspannung des Differenzverstärkers (V). Ein Analog-zu-Digitalwandler (ADC) wandelt den Wert des Signals am Ausgang des Differenzverstärkers (V) in einen digitalen Strommesswert.The second variant relates to a clocked circuit for amplifying an input signal with a first capacitance ( C1 ), a second capacity ( C2 ) and a differential amplifier ( V ), where the differential amplifier ( V ) a positive input ( + ) and a negative input ( - ) and an input offset voltage, which can also be 0V. The input signal is the differential voltage that is generated via a bus shunt resistor ( RS ) falls. Furthermore, the clocked circuit has a reference potential ( VREFH ), a positive circuit input ( IP ) and a negative circuit input ( IN ) on. Between the positive circuit input ( IP ) and the negative circuit input ( IN ) is the parasitic coupling capacitance ( CK ). Via a first lead resistance ( RP ) is the positive circuit input ( IP ) with a first connection of the bus shunt resistor ( RS ) connected. Via a second lead resistor ( RN ) is the negative circuit input ( IN ) with a second connection of the bus shunt resistor ( RS ) connected. The bus shunt resistor ( RS ) is with its first connection and with its second connection in the single-wire data bus line of the single-wire data bus ( EDB ) whose bus current is to be recorded. With the single-wire data bus ( EDB ) it can be, for example, a LIN data bus or another automotive single-wire data bus analogous to the LIN bus, with the ground return in the automobile preferably taking place via the metal body of the car. The clocking of the clocked circuit again comprises a first time phase (ϕ1) and a second time phase (ϕ2), which typically follow one another during the duration of operation. Reference is made to the above statements. In the first phase (ϕ1) the first capacitance ( C1 ) with the sum of the input offset voltage of the differential amplifier ( V ) and the potential difference of the potential at the positive circuit input ( IP ) to the reference potential ( VREFH ) loaded. In this first phase (ϕ1) the second capacitance ( C2 ) with the input offset voltage of the differential amplifier ( V ) loaded. In the second phase (ϕ2) the first capacitance ( C1 ) by the voltage difference from the potential at the positive circuit input ( IP ) minus the potential at the negative circuit input ( IN ) reloaded. In the second phase (ϕ2) the shifted charge in the second capacitance ( C2 ) saved. In this second phase (ϕ2) the magnitude of the output voltage of the amplifier ( V ) related to the reference potential ( VREFH ) the input voltage difference is essentially the amount of the potential difference between the potential at the positive circuit input ( IP ) minus the potential at the negative circuit input ( IN ) multiplied by the ratio of the first capacitance value of the first capacitance ( C1 ) to the second capacitance value of the second capacitance ( C2 ) minus the input offset voltage of the differential amplifier ( V ). An analog-to-digital converter ( ADC ) converts the value of the signal at the output of the differential amplifier ( V ) into a digital current measurement value.
DRITTE VARIANTE (nicht beansprucht)THIRD VARIANT (not claimed)
Die dritte Variante betrifft eine getaktete Schaltung zum Verstärken eines Eingangssignals mit einer ersten Kapazität (C1), die einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist, einer zweiten Kapazität (C2), die einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist, einem ersten Schalter (P1), einem zweiten Schalter (P2), einem dritten Schalter (P3), einem Differenzverstärker (V), der einen positiven Eingang (+) und einen negativen Eingang (-) und eine Eingangsoffsetspannung, die auch 0V sein kann, aufweist, einem Bezugspotenzial (VREFH), einem positiven Schaltungseingang (IP) und einem negativen Schaltungseingang (IN). Dabei handelt es sich bei dem Eingangssignal um die Differenzspannung, die über einen Bus-Shunt-Widerstand (RS) abfällt. Zwischen den positiven Schaltungseingang (IP) und den negativen Schaltungseingang (IN) liegt die parasitäre Koppelkapazität (CK). Über einen ersten Zuleitungswiderstand (RP) ist der positive Schaltungseingang (IP) mit einem ersten Anschluss des Bus-Shunt-Widerstands (RS) verbunden. Über einen zweiten Zuleitungswiderstand (RN) ist der negative Schaltungseingang (IN) mit einem zweiten Anschluss des Bus-Shunt-Widerstands (RS) verbunden. Der Bus-Shunt-Widerstand (RS) ist mit seinem ersten Anschluss und mit seinem zweiten Anschluss in die Eindrahtdatenbusleitung des Eindrahtdatenbusses (EDB) eingefügt, deren Bus-Strom erfasst werden soll. Bei dem Eindrahtdatenbus (EDB) kann es sich beispielsweise um einem LIN-Datenbus oder einen anderen automobilen Eindrahtdatenbus analog zum LIN-Bus handeln, wobei die Masserückleitung im Automobil bevorzugt über die Metallkarosserie des Autos erfolgt. Die Taktung der getakteten Schaltung weist eine erste zeitliche Phase (ϕ1) und eine zweite zeitliche Phase (ϕ2) auf, die jeweils während der Dauer des Betriebs typischerweise aufeinander folgen. Auf das oben gesagte wird hier verwiesen. Der negative Eingang (-) des Differenzverstärkers (V) ist mit dem ersten Anschluss der ersten Kapazität (C1) direkt oder indirekt verbunden. Der zweite Anschluss der ersten Kapazität (C1) ist über einen ersten Schalter (P1) mit dem positiven Schaltungseingang (IP) verbunden. Der zweite Anschluss der ersten Kapazität (C1) ist über einen zweiten Schalter (P2) mit dem negativen Schaltungseingang (IN) verbunden. Der erste Anschluss der zweiten Kapazität (C2) ist mit dem negativen Eingang des Differenzverstärkers (V) verbunden. Der zweite Anschluss der zweiten Kapazität (C2) ist mit dem Ausgang des Differenzverstärkers (V) verbunden. Der dritte Schalter (P3) ist so zwischen dem ersten der zweiten Kapazität (C2) und dem zweiten Anschluss der zweiten Kapazität (C2) geschalten, dass er den ersten Anschluss der zweiten Kapazität (C2) mit dem zweiten Anschluss der zweiten Kapazität (C2) verbinden kann. Der positive Eingang (+) des Differenzverstärkers (V) ist mit dem Bezugspotential (VREFH) direkt oder indirekt verbunden. Der erste Schalter (P1) und der dritte Schalter (P3) sind in der ersten Phase (ϕ1) geschlossen. Der erste Schalter (P1) und der dritte Schalter (P2) sind in einer zweiten Phase (ϕ2) geöffnet. Der zweite Schalter (P2) ist in der zweiten Phase (ϕ2) geschlossen. Der zweite Schalter (P2) ist in der ersten Phase (ϕ1) geöffnet. In der zweiten Phase (ϕ2) ist der Betrag der Ausgangsspannung am Ausgang des Differenzverstärkers (V) bezogen auf das Bezugspotential (VREFH) der Betrag der Eingangsspannungsdifferenz zwischen dem Potenzial des positiven Schaltungseingangs (IP) minus dem Potenzial des negativen Schaltungseingangs (IN) multipliziert mit dem Verhältnis des Kapazitätswerts der ersten Kapazität (C1) zum Kapazitätswert der zweiten Kapazität (C1) abzüglich der Eingangsoffsetspannung des Differenzverstärkers (V). Ein Analog-zu-Digitalwandler (ADC) wandelt den Wert des Signals am Ausgang des Differenzverstärkers (V) in einen digitalen Strommesswert.The third variant relates to a clocked circuit for amplifying an input signal with a first capacitance ( C1 ), which has a first connection and a second connection, a second capacitance ( C2 ), which has a first connection and a second connection, a first switch ( P1 ), a second switch ( P2 ), a third switch ( P3 ), a differential amplifier ( V ), which has a positive input ( + ) and a negative input ( - ) and an input offset voltage, which can also be 0V, a reference potential ( VREFH ), a positive circuit input ( IP ) and a negative circuit input ( IN ). The input signal is the differential voltage that is generated via a bus shunt resistor ( RS ) falls. Between the positive circuit input ( IP ) and the negative circuit input ( IN ) is the parasitic coupling capacitance ( CK ). Via a first lead resistance ( RP ) is the positive circuit input ( IP ) with a first connection of the bus shunt resistor ( RS ) connected. Via a second lead resistor ( RN ) is the negative circuit input ( IN ) with a second connection of the bus shunt resistor ( RS ) connected. The bus shunt resistor ( RS ) is with its first connection and with its second connection in the single-wire data bus line of the single-wire data bus ( EDB ) whose bus current is to be recorded. With the single-wire data bus ( EDB ) it can be, for example, a LIN data bus or another automotive single-wire data bus analogous to the LIN bus, with the ground return in the automobile preferably taking place via the metal body of the car. The clocking of the clocked circuit has a first time phase (ϕ1) and a second time phase (ϕ2), which typically follow one another during the duration of operation. Reference is made here to the above. The negative input ( - ) of the differential amplifier ( V ) is with the first connection of the first capacitance ( C1 ) directly or indirectly connected. The second connection of the first capacitance ( C1 ) is via a first switch ( P1 ) with the positive circuit input ( IP ) connected. The second connection of the first capacitance ( C1 ) is via a second switch ( P2 ) with the negative circuit input ( IN ) connected. The first connection of the second capacitance ( C2 ) is connected to the negative input of the differential amplifier ( V ) connected. The second connection of the second capacitance ( C2 ) is connected to the output of the differential amplifier ( V ) connected. The third switch ( P3 ) is between the first of the second capacitance ( C2 ) and the second connection of the second capacitance ( C2 ) switched that it connects the first connection of the second capacitance ( C2 ) with the second connection of the second capacitance ( C2 ) can connect. The positive input ( + ) of the differential amplifier ( V ) is with the reference potential ( VREFH ) directly or indirectly connected. The first switch ( P1 ) and the third switch ( P3 ) are closed in the first phase (ϕ1). The first switch ( P1 ) and the third switch ( P2 ) are open in a second phase (ϕ2). The second switch ( P2 ) is closed in the second phase (ϕ2). The second switch ( P2 ) is open in the first phase (ϕ1). In the second phase (ϕ2) the amount of the output voltage at the output of the differential amplifier ( V ) related to the reference potential ( VREFH ) the amount of the input voltage difference between the potential of the positive circuit input ( IP ) minus the potential of the negative circuit input ( IN ) multiplied by the ratio of the capacity value of the first capacity ( C1 ) to the capacity value of the second capacity ( C1 ) minus the input offset voltage of the differential amplifier ( V ). An analog-to-digital converter ( ADC ) converts the value of the signal at the output of the differential amplifier ( V ) into a digital current measurement value.
VIERTE VARIANTE (nicht beansprucht)FOURTH VARIANT (not claimed)
Die vierte Variante betrifft eine getaktete Schaltung zum Verstärken eines Eingangssignals mit einer ersten Kapazität (C1), die einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist, einer zweiten Kapazität (C2), die einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist, einem ersten Schalter (P1), einem zweiten Schalter (P2), einem dritten Schalter (P3), einem vierten Schalter (P4), einem fünften Schalter (P5), einem Differenzverstärker (V), der einen positiven Eingang (+) und einen negativen Eingang (-) und eine Eingangsoffsetspannung, die auch 0V sein kann, aufweist, einem Bezugspotenzial (VREFH), einem positiven Schaltungseingang (IP) und einem negativen Schaltungseingang (IN). Dabei handelt es sich bei dem Eingangssignal um die Differenzspannung, die über einen Bus-Shunt-Widerstand (RS) abfällt. Zwischen den positiven Schaltungseingang (IP) und den negativen Schaltungseingang (IN) liegt die parasitäre Koppelkapazität (CK). Über einen ersten Zuleitungswiderstand (RP) ist der positive Schaltungseingang (IP) mit einem ersten Anschluss des Bus-Shunt-Widerstands (RS) verbunden. Über einen zweiten Zuleitungswiderstand (RN) ist der negative Schaltungseingang (IN) mit einem zweiten Anschluss des Bus-Shunt-Widerstands (RS) verbunden. Der Bus-Shunt-Widerstand (RS) ist mit seinem ersten Anschluss und mit seinem zweiten Anschluss in die Eindrahtdatenbusleitung des Eindrahtdatenbusses (EDB) eingefügt, deren Bus-Strom erfasst werden soll. Bei dem Eindrahtdatenbus (EDB) kann es sich beispielsweise um einem LIN-Datenbus oder einen anderen automobilen Eindrahtdatenbus (EDB) analog zum LIN-Bus handeln, wobei die Masserückleitung im Automobil bevorzugt über die Metallkarosserie des Autos erfolgt. Die Taktung der getakteten Schaltung weist eine erste zeitliche Phase (ϕ1) und eine zweite zeitliche Phase (ϕ2) auf, die jeweils während der Dauer des Betriebs aufeinander folgen. Es wird auf die obigen Ausführungen in dieser Hinsicht verwiesen. Der negative Eingang (-) des Differenzverstärkers (V) ist mit dem ersten Anschluss der ersten Kapazität (C1) verbunden. Der zweite Anschluss der ersten Kapazität (C1) ist über den ersten Schalter (P1) mit dem positiven Schaltungseingang (IP) verbunden. Der zweite Anschluss der ersten Kapazität (C1) ist über den zweiten Schalter (P2) mit dem negativen Schaltungseingang (IN) verbunden. Der erste Anschluss der zweiten Kapazität (C2) ist mit dem negativen Eingang (-) des Differenzverstärkers (V) verbunden. Der zweite Anschluss der zweiten Kapazität (C2) ist über einen vierten Schalter (P4) mit dem Ausgang des Differenzverstärkers (V) verbunden. Der zweite Anschluss der zweiten Kapazität (C2) ist über einen fünften Schalter (P5) mit dem Bezugspotential (VREFH) verbunden. Der dritte Schalter (P3) ist zwischen den negativen Eingang (-) des Differenzverstärkers (V) und dem Ausgang des Differenzverstärkers (V) geschaltet. Der positive Eingang (+) des Differenzverstärkers (V) ist mit dem Bezugspotential (VREFH) verbunden. Der der erste Schalter (P1) und der dritte Schalter (P2) und der fünfte Schalter (P5) sind in der ersten Phase (ϕ1) geschlossen. Der erste Schalter (P1) und der dritte Schalter (P2) und der fünfte Schalter (P5) sind in der zweiten Phase (ϕ2) geöffnet. Der zweite Schalter (P2) und der vierte Schalter (P4) sind in der zweiten Phase (ϕ2) geschlossen. Der zweite Schalter (P2) und der vierte Schalter (P4) sind in der ersten Phase (ϕ1) geöffnet. In der zweiten Phase (ϕ2) ist der Betrag der Ausgangsspannung am Ausgang des Differenzverstärkers (V) bezogen auf das Bezugspotential (VREFH) der Betrag der Eingangsspannungsdifferenz zwischen dem Potenzial des positiven Schaltungseingangs (IP) minus dem Potenzial des negativen Schaltungseingangs (IN) multipliziert mit dem Verhältnis des Kapazitätswerts der ersten Kapazität (C1) zum Kapazitätswert der zweiten Kapazität (C1). Ein Analog-zu-Digitalwandler (ADC) wandelt den Wert des Signals am Ausgang des Differenzverstärkers (V) in einen digitalen Strommesswert.The fourth variant relates to a clocked circuit for amplifying an input signal with a first capacitance ( C1 ), which has a first connection and a second connection, a second capacitance ( C2 ), which has a first connection and a second connection, a first switch ( P1 ), a second switch ( P2 ), a third switch ( P3 ), a fourth switch ( P4 ), a fifth switch ( P5 ), a differential amplifier ( V ), which has a positive input ( + ) and a negative input ( - ) and an input offset voltage, which can also be 0V, a reference potential ( VREFH ), a positive circuit input ( IP ) and a negative circuit input ( IN ). The input signal is the differential voltage that is generated via a bus shunt resistor ( RS ) falls. Between the positive circuit input ( IP ) and the negative circuit input ( IN ) is the parasitic coupling capacitance ( CK ). Via a first lead resistance ( RP ) is the positive circuit input ( IP ) with a first connection of the bus shunt resistor ( RS ) connected. Via a second lead resistor ( RN ) is the negative circuit input ( IN ) with a second connection of the bus shunt resistor ( RS ) connected. The bus shunt resistor ( RS ) is with its first connection and with its second connection in the single-wire data bus line of the single-wire data bus ( EDB ) whose bus current is to be recorded. With the single-wire data bus ( EDB ) it can be, for example, a LIN data bus or another automotive single-wire data bus ( EDB ) act in the same way as the LIN bus, whereby the ground return in the automobile is preferably carried out via the metal body of the car. The clocking of the clocked circuit has a first time phase (ϕ1) and a second time phase (ϕ2), each of which follows one another during the duration of operation. Reference is made to the statements above in this regard. The negative input ( - ) of the differential amplifier ( V ) is with the first connection of the first capacitance ( C1 ) connected. The second connection of the first capacitance ( C1 ) is via the first switch ( P1 ) with the positive circuit input ( IP ) connected. The second connection of the first capacitance ( C1 ) is via the second switch ( P2 ) with the negative circuit input ( IN ) connected. The first connection of the second capacitance ( C2 ) is with the negative input ( - ) of the differential amplifier ( V ) connected. The second connection of the second capacitance ( C2 ) is via a fourth switch ( P4 ) with the output of the differential amplifier ( V ) connected. The second connection of the second capacitance ( C2 ) is via a fifth switch ( P5 ) with the reference potential ( VREFH ) connected. The third switch ( P3 ) is between the negative input ( - ) of the differential amplifier ( V ) and the output of the differential amplifier ( V ) switched. The positive input ( + ) of the differential amplifier ( V ) is with the reference potential ( VREFH ) connected. The the first switch ( P1 ) and the third switch ( P2 ) and the fifth switch ( P5 ) are closed in the first phase (ϕ1). The first switch ( P1 ) and the third switch ( P2 ) and the fifth switch ( P5 ) are open in the second phase (ϕ2). The second switch ( P2 ) and the fourth switch ( P4 ) are closed in the second phase (ϕ2). The second switch ( P2 ) and the fourth switch ( P4 ) are open in the first phase (ϕ1). In the second phase (ϕ2) the amount of the output voltage at the output of the differential amplifier ( V ) related to the reference potential ( VREFH ) the amount of the input voltage difference between the potential of the positive circuit input ( IP ) minus the potential of the negative circuit input ( IN ) multiplied by the ratio of the capacity value of the first capacity ( C1 ) to the capacity value of the second capacity ( C1 ). An analog-to-digital converter ( ADC ) converts the value of the signal at the output of the differential amplifier ( V ) into a digital current measurement value.
FÜNFTE VARIANTE (beansprucht)FIFTH VARIANT (claimed)
Die fünfte Variante betrifft eine getaktete Schaltung zum Verstärken eines Eingangssignals mit einer ersten Kapazität (C1), die einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist, eine zweiten Kapazität (C2), die einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist, einen ersten Schalter (P1), einen zweiten Schalter (P2), einen dritten Schalter (P3), einen sechsten Schalter (P6), der ein Umschalter zwischen der Verbindung eines ersten Anschlusses des sechsten Schalters (P6) mit einem zweiten Anschluss des sechsten Schalters (P6) einerseits und der Verbindung des ersten Anschlusses des sechsten Schalters (P6) mit einem dritten Anschluss des sechsten Schalters (P6) ist, einen Differenzverstärker (V), der einen positiven Eingang (+) und einen negativen Eingang (-) und eine Eingangsoffsetspannung, die auch 0V sein kann, aufweist, ein Bezugspotenzial (VREFH), einen positiven Schaltungseingang (IP) und einen negativen Schaltungseingang (IN). Dabei handelt es sich bei dem Eingangssignal um die Differenzspannung, die über einen Bus-Shunt-Widerstand (RS) abfällt. Zwischen den positiven Schaltungseingang (IP) und den negativen Schaltungseingang (IN) liegt die parasitäre Koppelkapazität (CK). Über einen ersten Zuleitungswiderstand (RP) ist der positive Schaltungseingang (IP) mit einem ersten Anschluss des Bus-Shunt-Widerstands (RS) verbunden. Über einen zweiten Zuleitungswiderstand (RN) ist der negative Schaltungseingang (IN) mit einem zweiten Anschluss des Bus-Shunt-Widerstands (RS) verbunden. Der Bus-Shunt-Widerstand (RS) ist mit seinem ersten Anschluss und mit seinem zweiten Anschluss in die Eindrahtdatenbusleitung des Eindrahtdatenbusses (EDB) eingefügt, deren Bus-Strom erfasst werden soll. Bei dem Eindrahtdatenbus (EDB) kann es sich beispielsweise um einem LIN-Datenbus oder einen anderen automobilen Eindrahtdatenbus (EDB) analog zum LIN-Bus handeln, wobei die Masserückleitung im Automobil bevorzugt über die Metallkarosserie des Autos erfolgt. Die Taktung der getakteten Schaltung weist eine erste zeitliche Phase (ϕ1) und eine zweite zeitliche Phase (ϕ2) auf, die jeweils während der Dauer des Betriebs typischerweise aufeinander folgen. Auf das oben Gesagte wird verwiesen. Der negative Eingang (-) des Differenzverstärkers (V) ist mit dem ersten Anschluss der ersten Kapazität (C1) verbunden. Der zweite Anschluss der ersten Kapazität (C1) ist über den ersten Schalter (P1) mit dem positiven Schaltungseingang (IP) verbunden. Der zweite Anschluss der ersten Kapazität (C1) über den zweiten Schalter (P2) ist mit dem negativen Schaltungseingang (IN) verbunden. Der erste Anschluss der zweiten Kapazität (C2) ist mit dem negativen Eingang (-) des Differenzverstärkers (V) verbunden. Der zweite Anschluss der zweiten Kapazität (C2) ist mit dem ersten Anschluss des sechsten Schalters (P6) verbunden. Der zweite Anschluss der zweiten Kapazität (C2) kann über den zweiten Anschluss des sechsten Schalters (P6) mit dem Ausgang des Differenzverstärkers (V) verbunden werden. Der zweite Anschluss der zweiten Kapazität (C2) kann ebenso über den dritten Anschluss des sechsten Schalters (P6) mit dem Bezugspotential (VREFH) verbunden werden. Der dritte Schalter (P3) ist zwischen den negativen Eingang (-) des Differenzverstärkers (V) und dem Ausgang des Differenzverstärkers (V) geschaltet. Der positive Eingang (+) des Differenzverstärkers (V) ist mit dem Bezugspotential (VREFH) verbunden. Der erste Schalter (P1) und der dritte Schalter (P2) sind in der ersten Phase (ϕ1) geschlossen. Der erste Schalter (P1) und der dritte Schalter (P2) sind in der zweiten Phase (ϕ2) geöffnet. Der zweite Schalter (P2) ist in der zweiten Phase (ϕ2) geschlossen. Der zweite Schalter (P2) ist in der ersten Phase (ϕ1) geöffnet. Der sechste Schalter (P6) verbindet den zweiten Anschluss der zweiten Kapazität (C2) mit dem Bezugspotenzial (VREFH) in der ersten Phase (ϕ1) und den zweiten Anschluss der zweiten Kapazität (C2) mit dem Ausgang des Differenzverstärkers (V) in der zweiten Phase (ϕ2). In der zweiten Phase (ϕ2) ist der Betrag der Ausgangsspannung am Ausgang des Differenzverstärkers (V) bezogen auf das Bezugspotential (VREFH) dem Betrag der Eingangsspannungsdifferenz zwischen dem Potenzial des positiven Schaltungseingangs (IP) minus dem Potenzial des negativen Schaltungseingangs (IN) multipliziert mit dem Verhältnis des Kapazitätswerts der ersten Kapazität (C1) zum Kapazitätswert der zweiten Kapazität (C1). Ein Analog-zu-Digitalwandler (ADC) wandelt den Wert des Signals am Ausgang des Differenzverstärkers (V) in einen digitalen Strommesswert.The fifth variant relates to a clocked circuit for amplifying an input signal with a first capacitance ( C1 ), which has a first connection and a second connection, a second capacitance ( C2 ), which has a first connection and a second connection, a first switch ( P1 ), a second switch ( P2 ), a third switch ( P3 ), a sixth switch ( P6 ), which is a changeover switch between the connection of a first connection of the sixth switch ( P6 ) with a second connection of the sixth switch ( P6 ) on the one hand and the connection of the first connection of the sixth switch ( P6 ) with a third connection of the sixth switch ( P6 ) is a differential amplifier ( V ), which has a positive input ( + ) and a negative input ( - ) and an input offset voltage, which can also be 0V, a reference potential ( VREFH ), a positive circuit input ( IP ) and a negative circuit input ( IN ). The input signal is the differential voltage that is generated via a bus shunt resistor ( RS ) falls. Between the positive circuit input ( IP ) and the negative circuit input ( IN ) is the parasitic coupling capacitance ( CK ). Via a first lead resistance ( RP ) is the positive circuit input ( IP ) with a first connection of the bus shunt resistor ( RS ) connected. Via a second lead resistor ( RN ) is the negative circuit input ( IN ) with a second connection of the bus shunt resistor ( RS ) connected. The bus shunt resistor ( RS ) is with its first connection and with its second connection in the single-wire data bus line of the single-wire data bus ( EDB ) whose bus current is to be recorded. With the single-wire data bus ( EDB ) it can be, for example, a LIN data bus or another automotive single-wire data bus ( EDB ) act in the same way as the LIN bus, whereby the ground return in the automobile is preferably carried out via the metal body of the car. The clocking of the clocked circuit has a first time phase (ϕ1) and a second time phase (ϕ2), which typically follow one another during the duration of operation. Reference is made to what has been said above. The negative input ( - ) of the differential amplifier ( V ) is with the first connection of the first capacitance ( C1 ) connected. The second connection of the first capacitance ( C1 ) is via the first switch ( P1 ) with the positive circuit input ( IP ) connected. The second connection of the first capacitance ( C1 ) via the second switch ( P2 ) is connected to the negative circuit input ( IN ) connected. The first connection of the second capacitance ( C2 ) is with the negative input ( - ) of the differential amplifier ( V ) connected. The second connection of the second capacitance ( C2 ) is connected to the first connection of the sixth switch ( P6 ) connected. The second connection of the second capacitance ( C2 ) can be connected via the second connection of the sixth switch ( P6 ) with the output of the differential amplifier ( V ) get connected. The second connection of the second capacitance ( C2 ) can also be done via the third connection of the sixth switch ( P6 ) with the reference potential ( VREFH ) get connected. The third switch ( P3 ) is between the negative input ( - ) of the differential amplifier ( V ) and the output of the differential amplifier ( V ) switched. The positive input ( + ) of the differential amplifier ( V ) is with the reference potential ( VREFH ) connected. The first switch ( P1 ) and the third switch ( P2 ) are closed in the first phase (ϕ1). The first switch ( P1 ) and the third switch ( P2 ) are open in the second phase (ϕ2). The second switch ( P2 ) is closed in the second phase (ϕ2). The second switch ( P2 ) is open in the first phase (ϕ1). The sixth switch ( P6 ) connects the second connection of the second capacitance ( C2 ) with the reference potential ( VREFH ) in the first phase (ϕ1) and the second connection of the second capacitance ( C2 ) with the output of the differential amplifier ( V ) in the second phase (ϕ2). In the second phase (ϕ2) the amount of the output voltage at the output of the differential amplifier ( V ) related to the reference potential ( VREFH ) the amount of the input voltage difference between the potential of the positive circuit input ( IP ) minus the potential of the negative circuit input ( IN ) multiplied by the ratio of the capacity value of the first capacity ( C1 ) to the capacity value of the second capacity ( C1 ). An analog-to-digital converter ( ADC ) converts the value of the signal at the output of the differential amplifier ( V ) into a digital current measurement value.
AUSFÜHRUNGSVARIANTEN (beansprucht)DESIGN VARIANTS (claimed)
Neben diesen fünf Grundvarianten können nun weitere Ausprägungen genannt werden, die auf diese Grundvarianten in variabler Kombination angewendet werden können.In addition to these five basic variants, other characteristics can now be named that can be applied to these basic variants in variable combinations.
Bevorzugt umfasst die getaktete Schaltung den besagten Analog-zu-Digital-Wandler (ADC), wobei der Ausgang des Differenzverstärkers (V) mit dem Eingang des Analog-zu-Digitalwandlers (ADC) verbunden ist und wobei die zeitliche Phasenlage der ersten Phase (ϕ1) und die Phasenlage der zweiten Phase (ϕ2) zumindest zeitweise in einem festen zeitlichen Phasenverhältnis und/oder zumindest zeitweise synchron zum Takt eines getakteten Analog-zu-Digital-Wandlers sind, sodass der Analog-zu-Digitalwandler (ADC) den Ausgang des Differenzverstärkers (V) nur zu solchen Zeiten innerhalb der zweiten Phase (ϕ2) auswertet, zu denen das Ausgangssignal des Differenzverstärkers (V) gültig und stabil ist.The clocked circuit preferably comprises the said analog-to-digital converter ( ADC ), where the output of the differential amplifier ( V ) with the input of the analog-to-digital converter ( ADC ) is connected and wherein the temporal phase position of the first phase (ϕ1) and the phase position of the second phase (ϕ2) are at least temporarily in a fixed time phase relationship and / or at least temporarily synchronous with the clock of a clocked analog-to-digital converter, so that the analog-to-digital converter ( ADC ) the output of the differential amplifier ( V ) is only evaluated at times within the second phase (ϕ2) when the output signal of the differential amplifier ( V ) is valid and stable.
Bevorzugt ist die erste Kapazität (C1) durch die Parallelschaltung mehrerer einzelner, in gleicher Weise ausgeführter Teilkapazitäten gebildet und die zweite Kapazität (C2) durch Reihenschaltung mehrerer solcher Teilkapazitäten gebildet. Hierdurch kann in leichter Weise die Verstärkung unabhängig von Prozessschwankungen als Verhältnis bevorzugt ganzer positiver Zahlen eingestellt werden.The first capacity is preferred ( C1 ) formed by the parallel connection of several individual, similarly designed partial capacities and the second capacitance ( C2 ) formed by connecting several such partial capacities in series. In this way, the gain can easily be set independently of process fluctuations as a ratio of preferably whole positive numbers.
Bevorzugt umfasst die getaktete Schaltung einen Analog-zu-Digital-Wandler (ADC), wobei der Ausgang des Differenzverstärkers (V) mit dem Eingang des Analog-zu-Digitalwandlers (ADC) verbunden ist und wobei das Bezugspotential (VREFH) des Verstärkers das Bezugspotential des getakteten Analog-zu-Digital-Umsetzers (ADC) ist. Hierdurch wird eine Unabhängigkeit von einem möglichen Masseversatz erreicht.The clocked circuit preferably comprises an analog-to-digital converter ( ADC ), where the output of the differential amplifier ( V ) with the input of the analog-to-digital converter ( ADC ) is connected and where the reference potential ( VREFH ) of the amplifier the reference potential of the clocked analog-to-digital converter ( ADC ) is. In this way, independence from a possible mass offset is achieved.
Bevorzugt wird die erste Kapazität (C1) als eine Zusammenschaltung von zumindest zwei Teilkapazitäten ausgeführt, wobei die getaktete Schaltung einen siebten Schalter (P7) aufweist und wobei die Verstärkung der getakteten Schaltung eingestellt werden kann, indem der erste Kapazitätswert der ersten Kapazität (C1) mittels des siebten Schalters (P7) durch Überbrücken oder Abtrennen einer oder mehrerer Teilkapazitäten der ersten Kapazität (C1) modifiziert wird. Hierdurch kann die Schaltung leicht an wechselnde Anforderungen im Betrieb angepasst werden.The first capacity is preferred ( C1 ) designed as an interconnection of at least two partial capacitances, the clocked circuit having a seventh switch ( P7 ) and wherein the gain of the clocked circuit can be adjusted by the first capacitance value of the first capacitance ( C1 ) using the seventh switch ( P7 ) by bridging or disconnecting one or more partial capacities of the first capacity ( C1 ) is modified. This allows the circuit to be easily adapted to changing requirements during operation.
Bevorzugt wird die zweite Kapazität (C2) als eine Zusammenschaltung von zumindest zwei Teilkapazitäten ausgeführt, wobei die getaktete Schaltung einen achten Schalter (P8) aufweist und wobei die Verstärkung der Schaltung eingestellt werden kann, indem der zweite Kapazitätswert der zweiten Kapazität (C2) mittels des achten Schalters (P8) durch Überbrücken oder Abtrennen einer oder mehrerer Teilkapazitäten der zweiten Kapazität (C2) modifiziert wird. Auch hierdurch kann die Schaltung leicht an wechselnde Anforderungen im Betrieb angepasst werden.The second capacity is preferred ( C2 ) designed as an interconnection of at least two partial capacitances, the clocked circuit having an eighth switch ( P8 ) and wherein the gain of the circuit can be adjusted by changing the second capacitance value of the second capacitance ( C2 ) using the eighth switch ( P8 ) by bridging or disconnecting one or more partial capacities of the second capacity ( C2 ) is modified. This also allows the circuit to be easily adapted to changing requirements during operation.
Im Sinne dieser Offenlegung bestehen Zweidrahtdatenbusse übrigens aus typischerweise zwei parallelgeführten Eindrahtdatenbussen.For the purposes of this disclosure, two-wire data buses typically consist of two single-wire data buses run in parallel.
Vorteiladvantage
Die Verstärkerschaltung kann das durch den Spannungsabfall am Bus-Shunt-Widerstand (RS) in der Eindrahtdatenbusleitung des Eindrahtdatenbusses (EDB) erzeugte Eingangsdifferenzsignal mit einem von Null verschiedenen Gleichtaktanteil für die Wandlung mit einem Standard-Analog-zu-Digital-Wandler (ADC) aufbereiten. Dabei wird ein sehr kleiner Eingangsoffset für die nachfolgende Analog-zu-Digital-Wandler-Schaltung (ADC) und ein sehr kleiner Verstärkungsfehler für die gesamte Messkette inklusive des Analog-zu-Digital-Wandlers (ADC) und dessen Referenz eingehalten. Ein geringer Eingangsstrom stellt sicher, dass dieser keine zusätzlichen Fehler im Eingangsfilter während der Messung erzeugt. Für jede Analog-zu-Digital-Wandlung ist nur ein einziger Phasenübergang nötig. Daraus resultiert ein sehr kleiner Eingangsstrom, welcher keinen zusätzlichen Fehler im Eingangsfilter während der Messung erzeugt.The amplifier circuit can do this by the voltage drop at the bus shunt resistor ( RS ) in the single-wire data bus line of the single-wire data bus ( EDB ) generated input differential signal with a common mode component other than zero for conversion with a standard analog-to-digital converter ( ADC ) process. A very small input offset is used for the subsequent analog-to-digital converter circuit ( ADC ) and a very small gain error for the entire measuring chain including the analog-to-digital converter ( ADC ) and its reference adhered to. A low input current ensures that it does not generate any additional errors in the input filter during the measurement. Only a single phase transition is necessary for each analog-to-digital conversion. This results in a very small input current, which does not generate any additional errors in the input filter during the measurement.
Durch die Speicherung der Eingangsgleichtaktspannung ist der hier vorgeschlagene, getaktete Verstärker in einem sehr weiten Bereich insbesondere auch bei Potenzialen unter Massepotenzial an den positiven Schaltungseingang (IP) und/oder an dem negativen Schaltungseingang (IN) einsetzbar. Diese Potenziale sind nur durch die Funktionsfähigkeit der Schalter limitiert. Die Verstärkung ist nur durch die Kapazitätsverhältnisse der ersten Kapazität (C1) und der zweiten Kapazität (C2) bestimmt und erreicht damit eine sehr hohe Linearität. In Halbleiterprozessen kann das Verhältnis von Kapazitäten sehr exakt eingestellt werden, so dass die gewählte Architektur eine sehr hohe Genauigkeit der Verstärkung ermöglicht. Der vorgeschlagene, getaktete Verstärker arbeitet eingangsseitig immer im gleichen Arbeitspunkt, da sowohl der positive Eingang als auch der negative Eingang des Differenzverstärkers (V) in beiden Phasen (ϕ1, ϕ2)nahezu auf dem Potential des Bezugspotenzials (VREFH) sind und zwar unabhängig von dem Potential des positiven Schaltungseingangs (IP) und dem Potenzial des negativen Schaltungseingangs (IN) und damit unabhängig von der Eingangsdifferenzspannung der Gesamtschaltung, so dass auch hier der Einfluss parasitärer Größen minimal ist. Der vorgeschlagene, getaktete Verstärker arbeitet eingangsseitig immer im gleichen Arbeitspunkt, so dass auch hier der Einfluss parasitärer Größen minimal ist. Entsprechend dem bisher beschriebenen Vorschlag wird die Spanungsreferenz von außen zugeführt und wird im Differenzverstärker (V) und im Analog-zu-Digital-Wandler (ADC) benutzt, um den vollen Aussteuerbereich für positive Eingangsspannungen zu erhalten. Hiervon kann abgewichen werden. Der Differenzverstärker kann mit der halben Referenzspannung des Analog-zu-Digital-Wandlers (ADC) betrieben werden, um auch negative Eingangsdifferenzspannungen am Analog-zu-Digital-Wandlers (ADC) abbilden zu können.By storing the input common-mode voltage, the clocked amplifier proposed here can be applied to the positive circuit input in a very wide range, especially with potentials below ground potential ( IP ) and / or at the negative circuit input ( IN ) can be used. These potentials are only limited by the functionality of the switches. The gain is only due to the capacity ratios of the first capacity ( C1 ) and the second capacity ( C2 ) and thus achieves a very high linearity. In semiconductor processes, the ratio of capacitances can be set very precisely, so that the chosen architecture enables a very high accuracy of the amplification. The proposed, clocked amplifier always works at the same operating point on the input side, since both the positive input and the negative input of the differential amplifier ( V ) in both phases (ϕ1, ϕ2) almost at the potential of the reference potential ( VREFH ) are independent of the potential of the positive circuit input ( IP ) and the potential of the negative circuit input ( IN ) and thus independent of the input differential voltage of the overall circuit, so that here too the influence of parasitic variables is minimal. The proposed clocked amplifier always works at the same operating point on the input side, so that here too the influence of parasitic variables is minimal. According to the proposal described so far, the voltage reference is supplied from the outside and is used in the differential amplifier ( V ) and in the analog-to-digital converter ( ADC ) is used to obtain the full dynamic range for positive input voltages. This can be deviated from. The differential amplifier can be operated with half the reference voltage of the analog-to-digital converter ( ADC ) can be operated in order to avoid negative input differential voltages at the analog-to-digital converter ( ADC ) to be able to map.
Bevorzugt kann die gewählte Ausgangsgleichtaktspannung die Referenz für den nachfolgenden Analog-zu-Digital-Wandler (ADC) bilden, so dass der volle Aussteuerbereich zur Verfügung steht. In der Topologie der Schaltung begründet sich auch die eingebaute Differentiell-nach-Single-Ended-Wandlung ohne den Nachteil eines dadurch entstehenden Offsets. Des Weiteren wird kein aufwändiger Chopper-Verstärker mit anschließendem Filter für die Eliminierung des Offsets benötigt.The selected output common-mode voltage can preferably be the reference for the subsequent analog-to-digital converter ( ADC ) so that the full dynamic range is available. The built-in differential-to-single-ended conversion is also based on the topology of the circuit without the disadvantage of the resulting offset. Furthermore, no complex chopper amplifier with a subsequent filter is required to eliminate the offset.
Die Taktung erfolgt nur bei Wandlung. Das bedeutet, dass als Taktung wird nur ein Phasenwechsel pro Wandlung benötigt wird, so dass ein minimaler Eingangsstrom gewährleistet ist. Dieser ist auch direkt proportional zur Eingangsdifferenzspannung, so dass im kritischsten Punkt von sehr kleinen Eingangsdifferenzen auch der Eingangsstrom minimal ist.The clocking only takes place during conversion. This means that only one phase change per conversion is required as clocking, so that a minimal input current is guaranteed. This is also directly proportional to the input differential voltage, so that at the most critical point of very small input differences, the input current is also minimal.
Parasitäre Kapazitäten am Eingang stören das Ergebnis nicht, da sie nicht Teil des Ladungspfades sind. Die parasitäre Kapazität am Differenzverstärkereingang ist ebenfalls nicht relevant, da sich die Spannung an diesem Punkt während der Wandlung nicht ändert. Die parasitäre Kapazität am Ausgang des Differenzverstärkers (V) hat durch den niederohmigen Differenzverstärkerausgang ebenso keinen Einfluss. Es zeigt sich demnach eine geringe Beeinflussung durch parasitäre Pfade innerhalb der Schaltung.Parasitic capacitances at the entrance do not disturb the result, since they are not part of the charge path. The parasitic capacitance at the differential amplifier input is also irrelevant, since the voltage at this point does not change during the conversion. The parasitic capacitance at the output of the differential amplifier ( V ) also has no influence due to the low-resistance differential amplifier output. Accordingly, there is little influence from parasitic paths within the circuit.
Durch die einfache Struktur aus nur einem Differenzverstärker (V), zwei Kapazitäten (C1, C2) und wenigen Schaltern (P1 bis P8) ist die Struktur auch deutlich kleiner als bisherige Lösungen und gleichzeitig deutlich performanter. Die Vorteile sind hierauf aber nicht beschränkt.Due to the simple structure of only one differential amplifier ( V ), two capacities ( C1 , C2 ) and a few switches ( P1 to P8 ) the structure is also significantly smaller than previous solutions and at the same time significantly better performing. The advantages are not limited to this.
FigurenlisteFigure list
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1 zeigt die vorgeschlagene getaktete Verstärkerschaltung in der dritten Variante ohne Bus-Shunt-Widerstand. 1 shows the proposed pulsed amplifier circuit in the third variant without bus shunt resistor.
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2 zeigt die vorgeschlagene getaktete Verstärkerschaltung in der dritten Variante mit einer beispielhaften Beschaltung zur Vermessung eines Shunt-Widerstandes (RS). 2 shows the proposed clocked amplifier circuit in the third variant with an exemplary circuit for measuring a shunt resistor (RS).
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3 zeigt die vorgeschlagene getaktete Verstärkerschaltung in der dritten Variante mit einer beispielhaften Beschaltung zur Vermessung eines Shunt-Widerstandes (RS) in der ersten Phase (ϕ1). 3 shows the proposed clocked amplifier circuit in the third variant with an exemplary circuit for measuring a shunt resistor (RS) in the first phase (ϕ1).
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4 zeigt die vorgeschlagene getaktete Verstärkerschaltung in der dritten Variante mit einer beispielhaften Beschaltung zur Vermessung eines Shunt-Widerstandes (RS) in der zweiten Phase (ϕ2). 4th shows the proposed clocked amplifier circuit in the third variant with an exemplary circuit for measuring a shunt resistor (RS) in the second phase (ϕ2).
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5 zeigt die vorgeschlagene getaktete Verstärkerschaltung in der vierten Variante. 5 shows the proposed clocked amplifier circuit in the fourth variant.
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6 zeigt die vorgeschlagene getaktete Verstärkerschaltung in der vierten Variante mit einer beispielhaften Beschaltung zur Vermessung eines Shunt-Widerstandes (RS). 6th shows the proposed clocked amplifier circuit in the fourth variant with an exemplary circuit for measuring a shunt resistor (RS).
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7 zeigt die vorgeschlagene getaktete Verstärkerschaltung in der vierten Variante mit einer beispielhaften Beschaltung zur Vermessung eines Shunt-Widerstandes (RS) in der ersten Phase (ϕ1). 7th shows the proposed clocked amplifier circuit in the fourth variant with an exemplary circuit for measuring a shunt resistor (RS) in the first phase (ϕ1).
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8 zeigt die vorgeschlagene getaktete Verstärkerschaltung in der vierten Variante mit einer beispielhaften Beschaltung zur Vermessung eines Shunt-Widerstandes (RS) in der zweiten Phase (ϕ2). 8th shows the proposed clocked amplifier circuit in the fourth variant with an exemplary circuit for measuring a shunt resistor (RS) in the second phase (ϕ2).
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9 zeigt die vorgeschlagene getaktete Verstärkerschaltung in der fünften Variante. 9 shows the proposed clocked amplifier circuit in the fifth variant.
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10 zeigt die vorgeschlagene getaktete Verstärkerschaltung in der fünften Variante mit einer beispielhaften Beschaltung zur Vermessung eines Shunt-Widerstandes (RS). 10 shows the proposed clocked amplifier circuit in the fifth variant with an exemplary circuit for measuring a shunt resistor (RS).
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11 zeigt die vorgeschlagene getaktete Verstärkerschaltung in der fünften Variante mit einer beispielhaften Beschaltung zur Vermessung eines Shunt-Widerstandes (RS) in der ersten Phase (ϕ1). 11 shows the proposed clocked amplifier circuit in the fifth variant with an exemplary circuit for measuring a shunt resistor (RS) in the first phase (ϕ1).
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12 zeigt die vorgeschlagene getaktete Verstärkerschaltung in der fünften Variante mit einer beispielhaften Beschaltung zur Vermessung eines Shunt-Widerstandes (RS) in der zweiten Phase (ϕ2). 12th shows the proposed clocked amplifier circuit in the fifth variant with an exemplary circuit for measuring a shunt resistor (RS) in the second phase (ϕ2).
Beschreibung der FigurenDescription of the figures
Figur 1Figure 1
1 zeigt beispielhaft vereinfacht und schematisch die vorgeschlagene getaktete Verstärkerschaltung in der dritten Variante. Der erste Schalter (P1) ist mit dem negativen Schaltungseingang (IN) und einem ersten Anschluss der ersten Kapazität (C1) verbunden. Der zweite Schalter (P2) ist mit dem positiven Schaltungseingang (IP) und dem ersten Anschluss der ersten Kapazität (C1) verbunden. Der zweite Anschluss der ersten Kapazität (C1) ist mit dem negativen Eingang (-) des Differenzverstärkers (V) verbunden. Der negative Eingang des Differenzverstärkers (V) ist mit einem ersten Anschluss der zweiten Kapazität (C2) verbunden und mit einem ersten Anschluss des dritten Schalters (P3) verbunden. Der zweite Anschluss des dritten Schalters (P3) und der zweite Anschluss der zweiten Kapazität (C2) sind mit dem Ausgang des Differenzverstärkers (V) verbunden. Der positive Anschluss des Differenzverstärkers (V) ist mit dem Bezugspotenzial (VREFH) verbunden. Der Ausgang des Differenzverstärkers (V) ist außerdem mit dem Eingang des Analog-zu-Digital-Wandlers (ADC) verbunden. Der Analog-zu-Digitalwandler (ADC) wird mit einem Takt (CLK) getaktet, der in einem festen Phasenverhältnis zu dem ersten Phasensignal zur Signalisierung der ersten Phase (ϕ1) und zu dem zweiten Phasensignal zur Signalisierung der zweiten Phase (ϕ2) steht. Der erste Schalter (P1) und der dritte Schalter (P3) schließen in der ersten Phase (ϕ1) und öffnen in der zweiten Phase (ϕ2). Der zweite Schalter schließt in der zweiten Phase (ϕ2) und öffnet in der ersten Phase (ϕ1). Der Analog-zu-Digitalwandler (ADC) wandelt den Potenzialwert an seinem Eingang in einem digitalisierten Messwert innerhalb der zweiten Phase (ϕ2) um und gibt diesen bevorzugt über einen Datenbus (DB) aus. 1 shows the proposed clocked amplifier circuit in the third variant in a simplified and schematic example. The first switch ( P1 ) is connected to the negative circuit input ( IN ) and a first connection of the first capacitance ( C1 ) connected. The second switch ( P2 ) is connected to the positive circuit input ( IP ) and the first connection of the first capacitance ( C1 ) connected. The second connection of the first capacitance ( C1 ) is with the negative input ( - ) of the differential amplifier ( V ) connected. The negative input of the differential amplifier ( V ) is connected to a first connection of the second capacitance ( C2 ) and connected to a first connection of the third switch ( P3 ) connected. The second connection of the third switch ( P3 ) and the second connection of the second capacitance ( C2 ) are connected to the output of the differential amplifier ( V ) connected. The positive connection of the differential amplifier ( V ) is with the reference potential ( VREFH ) connected. The output of the differential amplifier ( V ) is also connected to the input of the analog-to-digital converter ( ADC ) connected. The analog-to-digital converter ( ADC ) is played with one measure ( CLK ) clocked, which has a fixed phase relationship to the first phase signal for signaling the first phase (ϕ1) and to the second phase signal for signaling the second phase (ϕ2). The first switch ( P1 ) and the third switch ( P3 ) close in the first phase (ϕ1) and open in the second phase (ϕ2). The second switch closes in the second phase (ϕ2) and opens in the first phase (ϕ1). The analog-to-digital converter ( ADC ) converts the potential value at its input into a digitized measured value within the second phase (ϕ2) and transmits this preferably via a data bus ( DB ) out.
Figur 2Figure 2
Die 2 entspricht in weiten Teilen der 1. Sie zeigt die vorgeschlagene getaktete Verstärkerschaltung in der dritten Variante mit einer beispielhaften Beschaltung zur Vermessung eines Shunt-Widerstandes (RS). Die Spannung am Shunt-Widerstand (RS) wird über zwei Zuleitungswiderstände (RP, RN) und eine Kopplungskapazität (CK) z.B. der Zuleitung mit dem positiven Schaltungseingang (IP) und dem negativen Schaltungseingang (IN) verbunden.The 2 largely corresponds to 1 . It shows the proposed clocked amplifier circuit in the third variant with an exemplary circuit for measuring a shunt resistor ( RS ). The voltage at the shunt resistor ( RS ) is connected via two lead resistors ( RP , RN ) and a coupling capacity ( CK ) e.g. the supply line with the positive circuit input ( IP ) and the negative circuit input ( IN ) connected.
Figur 3Figure 3
Die 3 entspricht der 2. Nun sind die Schalterstellungen in der ersten Phase (ϕ1) eingezeichnet. Der erste Schalter (P1) und der dritte Schalter (P3) sind nun geschlossen. Die zweite Kapazität (C2) wird auf die Kapazitätsspannung V(C2)=OV entladen. Die erste Kapazität (C1) wird auf die Kapazitätsspannung
aufgeladen. Die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers (V) ist dann:
The 3 equals to 2 . The switch positions in the first phase (ϕ1) are now shown. The first switch ( P1 ) and the third switch ( P3 ) are now closed. The second capacity ( C2 ) is discharged to the capacitance voltage V (C2) = OV. The first capacity ( C1 ) is based on the capacitance voltage charged. The output voltage of the differential amplifier ( V ) is then:
Figur 4Figure 4
Die 4 entspricht der 2. Nun sind die Schalterstellungen in der zweiten Phase (ϕ2) eingezeichnet. Der zweite Schalter (P2) ist nun geschlossen.The 4th equals to 2 . The switch positions in the second phase (ϕ2) are now shown. The second switch ( P2 ) is now closed.
Die erste Kapazität (C1) wird nun auf die Spannung
umgeladen.The first capacity ( C1 ) is now on the tension reloaded.
Die Spannung über die zweite Kapazität (C2) beträgt dann:
Die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers (V) beträgt dann:
Somit kann der Spannungsabfall über den Shunt-Widerstand (RS) mit einer sehr gut fertigungstechnisch einstellbaren Verstärkung von C1/C2 erfasst werden.The voltage across the second capacitance ( C2 ) is then: The output voltage of the differential amplifier ( V ) is then: Thus, the voltage drop across the shunt resistor ( RS ) can be recorded with a gain of C1 / C2 that can be adjusted very well in terms of production technology.
Figur 5Figure 5
5 zeigt die vorgeschlagene getaktete Verstärkerschaltung in der vierten Variante. Sie entspricht weitestgehend der 1 mit dem Unterschied, dass der zweite Anschluss der zweiten Kapazität nun in der ersten Phase (ϕ1) mit dem Bezugspotenzial (VREFH) und in der zweiten Phase (ϕ2) mit dem Ausgang des Differenzverstärkers (V) verbunden wird. 5 shows the proposed clocked amplifier circuit in the fourth variant. It largely corresponds to 1 with the difference that the second connection of the second capacitance is now in the first phase (ϕ1) with the reference potential ( VREFH ) and in the second phase (ϕ2) with the output of the differential amplifier ( V ) is connected.
Figur 6Figure 6
Die 6 entspricht in weiten Teilen der 5. Sie zeigt die vorgeschlagene getaktete Verstärkerschaltung in der vierten Variante mit einer beispielhaften Beschaltung zur Vermessung eines Shunt-Widerstandes (RS). Die Spannung am Shunt-Widerstand (RS) wird über zwei Zuleitungswiderstände (RP, RN) und eine Kopplungskapazität (CK) z.B. der Zuleitung mit dem positiven Schaltungseingang (IP) und dem negativen Schaltungseingang (IN) verbunden.The 6th largely corresponds to 5 . It shows the proposed clocked amplifier circuit in the fourth variant with an exemplary circuit for measuring a shunt resistor ( RS ). The voltage at the shunt resistor ( RS ) is connected via two lead resistors ( RP , RN ) and a coupling capacity ( CK ) e.g. the supply line with the positive circuit input ( IP ) and the negative circuit input ( IN ) connected.
Figur 7Figure 7
Die 7 entspricht der 6. Nun sind die Schalterstellungen in der ersten Phase (ϕ1) eingezeichnet. Der erste Schalter (P1) und der dritte Schalter (P3) und der fünfte Schalter (P5) sind nun geschlossen. Die zweite Kapazität (C2) wird auf die Kapazitätsspannung
geladen. Die erste Kapazität (C1) wird auf die Kapazitätsspannung
aufgeladen. Die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers (V) ist dann:
The 7th equals to 6th . The switch positions in the first phase (ϕ1) are now shown. The first switch ( P1 ) and the third switch ( P3 ) and the fifth switch ( P5 ) are now closed. The second capacity ( C2 ) is based on the capacitance voltage loaded. The first capacity ( C1 ) is based on the capacitance voltage charged. The output voltage of the differential amplifier ( V ) is then:
Figur 8Figure 8
Die 8 entspricht der 6. Nun sind die Schalterstellungen in der zweiten Phase (ϕ2) eingezeichnet. Der zweite Schalter (P2) und der vierte Schalter (P4) sind nun geschlossen.The 8th equals to 6th . The switch positions in the second phase (ϕ2) are now shown. The second switch ( P2 ) and the fourth switch ( P4 ) are now closed.
Die erste Kapazität (C1) wird nun auf die Spannung
umgeladen.The first capacity ( C1 ) is now on the tension reloaded.
Die Spannung über die zweite Kapazität beträgt dann:
Die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers (V) beträgt dann:
Somit kann der Spannungsabfall über den Shunt-Widerstand (RS) nun jedoch offsetfrei mit einer sehr gut fertigungstechnisch einstellbaren Verstärkung C1/C2 erfasst werden.The voltage across the second capacitance is then: The output voltage of the differential amplifier ( V ) is then: Thus, the voltage drop across the shunt resistor ( RS ) but now offset-free with a gain that can be adjusted very well in terms of production technology C1 / C2 are recorded.
Figur 9Figure 9
9 zeigt die vorgeschlagene getaktete Verstärkerschaltung in der fünften Variante. Sie entspricht weitestgehend der 5. Statt des vierten Schalters (P4) und des fünften Schalters (P6) wird nun jedoch ein Umschalter (P6) als sechster Schalter (P6) verwendet. 9 shows the proposed clocked amplifier circuit in the fifth variant. It largely corresponds to 5 . Instead of the fourth switch ( P4 ) and the fifth switch ( P6 ), however, is now a toggle switch ( P6 ) as the sixth switch ( P6 ) is used.
Figur 10Figure 10
10 zeigt die vorgeschlagene getaktete Verstärkerschaltung in der fünften Variante mit einer beispielhaften Beschaltung zur Vermessung eines Shunt-Widerstandes (RS). Sie entspricht im Wesentlichen der 6. Statt des vierten Schalters (P4) und des fünften Schalters (P6) wird nun jedoch ein Umschalter (P6) verwendet. 10 shows the proposed clocked amplifier circuit in the fifth variant with an exemplary circuit for measuring a shunt resistor ( RS ). It essentially corresponds to 6th . Instead of the fourth switch ( P4 ) and the fifth switch ( P6 ), however, is now a toggle switch ( P6 ) is used.
Figur 11Figure 11
Die 11 entspricht der 10. Nun sind die Schalterstellungen in der ersten Phase (ϕ1) eingezeichnet. Der erste Schalter (P1) und der dritte Schalter (P3) sind nun geschlossen. Der sechste Schalter (P6) verbindet den zweiten Anschluss der zweiten Kapazität (C2) nun mit dem Bezugspotenzial (VREFH). Die zweite Kapazität (C2) wird auf die Kapazitätsspannung
geladen. Die erste Kapazität (C1) wird auf die Kapazitätsspannung
aufgeladen. Die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers (V) ist dann:
The 11 equals to 10 . The switch positions in the first phase (ϕ1) are now shown. The first switch ( P1 ) and the third switch ( P3 ) are now closed. The sixth switch ( P6 ) connects the second connection of the second capacitance ( C2 ) now with the reference potential ( VREFH ). The second capacity ( C2 ) is based on the capacitance voltage loaded. The first capacity ( C1 ) is based on the capacitance voltage charged. The output voltage of the differential amplifier ( V ) is then:
Figur 12Figure 12
Die 12 entspricht der 10. Nun sind die Schalterstellungen in der zweiten Phase (ϕ2) eingezeichnet. Der zweite Schalter (P2) ist nun geschlossen. Der sechste Schalter (P6) verbindet nun den zweiten Anschluss der zweiten Kapazität (C2) mit dem Ausgang des Differenzverstärkers (V).The 12th equals to 10 . The switch positions in the second phase (ϕ2) are now shown. The second switch ( P2 ) is now closed. The sixth switch ( P6 ) now connects the second connection of the second capacitance ( C2 ) with the output of the differential amplifier ( V ).
Die erste Kapazität (C1) wird nun auf die Spannung
umgeladen.The first capacity ( C1 ) is now on the tension reloaded.
Die Spannung über die zweite Kapazität beträgt dann:
Die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers (V) beträgt dann:
Somit kann der Spannungsabfall über den Shunt-Widerstand (RS) nun jedoch offsetfrei mit einer sehr gut fertigungstechnisch einstellbaren Verstärkung C1/C2 erfasst werden.The voltage across the second capacitance is then: The output voltage of the differential amplifier ( V ) is then: Thus, the voltage drop across the shunt resistor ( RS ) but now offset-free with a gain that can be adjusted very well in terms of production technology C1 / C2 are recorded.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
-
++
-
positiver Eingang des Differenzverstärkers (V);positive input of the differential amplifier (V);
-
--
-
negativer Eingang des Differenzverstärkers (V);negative input of the differential amplifier (V);
-
ADCADC
-
Analog-zu-Digitalwandler;Analog-to-digital converter;
-
C1C1
-
erste Kapazität;first capacity;
-
C2C2
-
zweite Kapazität;second capacity;
-
CKCK
-
parasitäre Koppelkapazität einer Zuleitung;parasitic coupling capacitance of a supply line;
-
CLKCLK
-
Takt des Analog-zu-Digital-Wandlers;Analog-to-digital converter clock;
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DBDB
-
Datenbus;Data bus;
-
EDBEDB
-
Eindrahtdatenbus;Single wire data bus;
-
IPIP
-
positiver Schaltungseingang;positive circuit input;
-
ININ
-
negativer Schaltungseingang;negative circuit input;
-
ϕ1ϕ1
-
erstes Phasensignal der ersten Phase bzw. erste Phase;first phase signal of the first phase or first phase;
-
ϕ2ϕ2
-
zweites Phasensignal der zweiten Phase bzw. zweite Phase;second phase signal of the second phase or second phase;
-
P1P1
-
erster Schalter;first switch;
-
P2P2
-
zweiter Schalter;second switch;
-
P3P3
-
dritter Schalter;third switch;
-
P4P4
-
vierter Schalter;fourth switch;
-
P5P5
-
fünfter Schalter;fifth switch;
-
P6P6
-
sechster Schalter, der ein Umschalter ist;sixth switch, which is a changeover switch;
-
P7P7
-
siebter Schalter;seventh switch;
-
P8P8
-
achter Schalter;eighth switch;
-
RNRN
-
zweiter Zuleitungswiderstand;second lead resistance;
-
RPRP
-
erster Zuleitungswiderstand;first lead resistance;
-
RSRS
-
Shunt-Widerstand;Shunt resistance;
-
VV
-
Differenzverstärker;Differential amplifier;
-
VREFHVREFH
-
Bezugspotenzial (bzw. Bezugspotenzialleitung);Reference potential (or reference potential line);
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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DE 102019131250 [0001]DE 102019131250 [0001]
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US 2018/0062595 A1 [0007]US 2018/0062595 A1 [0007]
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EP 2520942 A2 [0007]EP 2520942 A2 [0007]