DE102021203365A1 - Method for testing a measuring system and test system - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein Testsystem zum Testen eines Messsystems, insbesondere ein Messsystem zur Abstandsmessung speziell bei Automobilen, bei dem das Messsystem einen Messtakt aufweist und periodisch mit dem Messtakt getaktet jeweils einen Messpuls aussendet, wobei der Messpuls von einem Testsystem erfasst wird, welches einen Ausgangspuls erzeugt und diesen an das Messystem übermittelt, wobei der Ausgangspuls bezogen auf den Messpuls um eine Verzögerungszeit verzögert abgegeben wird, die sich zusammensetzt aus einem Vielfachen des Systemtaktes zuzüglich einer Simulations-Verzögerung, die zu einer simulierten, vorgegebenen Laufzeit des Messpulses korreliert. Bevorzugt weist das Testsystem einen Systemtakt mit einem Taktsignal auf und eine Phasenverschiebung des Messpulses in Relation zu dem Taktsignal wird ermittelt, wobei die Phasenverschiebung bei der Bestimmung der Verzögerungszeit berücksichtigt wird.The invention relates to a method and a test system for testing a measurement system, in particular a measurement system for distance measurement, especially in automobiles, in which the measurement system has a measurement cycle and periodically emits a measurement pulse at a time with the measurement cycle, the measurement pulse being recorded by a test system which generates an output pulse and transmits it to the measuring system, the output pulse being delivered with a delay in relation to the measuring pulse, which is composed of a multiple of the system clock plus a simulation delay that correlates to a simulated, predetermined running time of the measuring pulse. The test system preferably has a system clock with a clock signal and a phase shift of the measurement pulse in relation to the clock signal is determined, the phase shift being taken into account when determining the delay time.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Testen eines hochauflösenden Messsystems mithilfe eines Testsystems, wobei das Messsystem insbesondere ein Messsystem zur Abstandsmessung speziell bei Automobilen ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Testsystem für ein solches Verfahren.The invention relates to a method for testing a high-resolution measuring system with the aid of a test system, the measuring system being in particular a measuring system for distance measurement, especially in automobiles. The invention also relates to a test system for such a method.

Zum Testen der Funktionsfähigkeit und der Funktionalität von Messsystemen werden häufig Simulations- oder Testsysteme verwendet, welche die von dem Messsystem zu messenden Messgrößen simulieren, um beispielsweise unterschiedliche reale Szenarien abzubilden, um zu überprüfen, wie das Messsystem und ein damit verbundenes Steuersystem reagieren.To test the functionality and functionality of measuring systems, simulation or test systems are often used which simulate the measured variables to be measured by the measuring system, for example to map different real scenarios in order to check how the measuring system and an associated control system react.

Ein Beispiel hierfür sind Messsysteme zur Abstandsmessung speziell im Kraftfahrzeugbereich, wie sie zusehends für Assistenzsysteme oder für einen autonomen Fahrbetrieb eingesetzt werden, z.B. für Advanced Driving Systems (AD), Automated and Assisted Driving Systems (ADAS) oder für Connected and Automated Vehicles (CAVs).An example of this are measurement systems for distance measurement, especially in the motor vehicle sector, as they are increasingly being used for assistance systems or for autonomous driving, e.g. for Advanced Driving Systems (AD), Automated and Assisted Driving Systems (ADAS) or for Connected and Automated Vehicles (CAVs) .

Abstandsmesssysteme sind beispielsweise als Radar-, Ultraschall- oder auch Laser-Systeme (LIDAR) ausgebildet. Diese beruhen im Allgemeinen darauf, dass ein Messpuls ausgesendet und ein reflektiertes Antwortsignal erfasst und ausgewertet wird. Anhand der Laufzeit bis zum Eintreffen des Antwortsignals wird auf die Entfernung eines Gegenstands zurückgeschlossen, welcher zur Reflexion des Messpulses geführt hat.Distance measuring systems are designed, for example, as radar, ultrasound or laser systems (LIDAR). These are generally based on the fact that a measuring pulse is transmitted and a reflected response signal is recorded and evaluated. Based on the transit time until the response signal arrives, conclusions are drawn about the distance of an object that led to the reflection of the measurement pulse.

Es ist bekannt, mit Hilfe von oder in Testsystemen derartige Antwortsignale für unterschiedliche Entfernungen zu simulieren. Ein derartiges Testsystem weist typischerweise einen Empfänger sowie einen Sender auf. Mittels des Empfängers wird der von dem Messsystem abgegebene Messpuls erfasst und über den Sender wird ein Ausgangspuls ausgegeben, welcher das Antwortsignal simuliert. Zwischen dem Empfang des Messpulses und dem Abgeben des Ausgangspulses wird eine definierte Verzögerung eingestellt, die zu der Laufzeit eines realen Antwortsignals korreliert, welches simuliert werden soll.It is known to simulate response signals of this type for different distances with the aid of or in test systems. Such a test system typically has a receiver and a transmitter. The measuring pulse emitted by the measuring system is recorded by the receiver and an output pulse is emitted via the transmitter, which simulates the response signal. A defined delay is set between the reception of the measurement pulse and the emission of the output pulse, which is correlated to the transit time of a real response signal that is to be simulated.

Derartige Testanordnungen, bei denen das zu testende reale Messsystem in die Testumgebung mit eingebunden ist, werden auch als Hardware in the Loop-Systeme (HIL) bezeichnet. Das zu testende System oder die zu testende Hardware, also vorliegend das Messsystem, werden allgemein als DUT (Device Under Test) bezeichnet.Such test arrangements, in which the real measuring system to be tested is integrated into the test environment, are also referred to as hardware in the loop systems (HIL). The system to be tested or the hardware to be tested, that is to say in the present case the measuring system, are generally referred to as DUT (Device Under Test).

Von besonderer Bedeutung ist eine möglichst genaue Einstellung der Verzögerung zwischen Messpuls und Ausgangspuls. Aufgrund der hohen Geschwindigkeit der Signalausbreitung (z.B. Lichtgeschwindigkeit im Falle LIDAR) führt eine ungenaue Einstellung der Verzögerung zu ungenauen Ergebnissen. Dies macht sich speziell im Nahbereich bemerkbar, wenn also Entfernungen im Bereich von wenigen Metern oder einigen 10 m zuverlässig simuliert werden sollen.Setting the delay between the measuring pulse and the output pulse as precisely as possible is of particular importance. Due to the high speed of signal propagation (e.g. the speed of light in the case of LIDAR), an inaccurate setting of the delay leads to inaccurate results. This is particularly noticeable at close range, i.e. when distances in the range of a few meters or a few tens of meters are to be reliably simulated.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein zuverlässiges Testen solcher Messsysteme zu ermöglichen, die auf der Auswertung von Laufzeiten eines Messpulses beruhen, und zwar mit Hilfe eines Testsystems, welches die Laufzeit eines Messpulses durch Ausgabe eines verzögerten Ausgangspulses simuliert.Starting from this, the invention is based on the object of enabling reliable testing of such measuring systems which are based on the evaluation of the transit times of a measurement pulse, specifically with the aid of a test system which simulates the transit time of a measurement pulse by outputting a delayed output pulse.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zum Testen und insbesondere auch zum Validieren der Funktionalitäten und der Funktionsfähigkeit eines hochfrequenten Messsystems, insbesondere ein Messsystem zur Abstandsmessung und zwar speziell bei Kraftfahrzeugen. Das Messsystem weist allgemein einen Messtakt auf und sendet periodisch mit dem Messtakt getaktet einen Messpuls aus. Der Messpuls wird von einem Testsystem erfasst, welches einen verzögerten Ausgangspuls erzeugt und zwar als Maß für die von dem Messsystem zu messende Messgröße. Bei dieser handelt es sich insbesondere um die Laufzeit des Messpulses bzw. hieraus abgeleitet eine Entfernung und damit einen Abstand zu einem (fiktiven) Gegenstand. Dieser Ausgangspuls simuliert daher ein Antwortsignal oder reflektiertes Signal, welches in einem vorgegebenen Abstand von dem Messsystem an einem realen Gegenstand reflektiert werden würde.The object is achieved according to the invention by a method for testing and in particular also for validating the functionalities and the functionality of a high-frequency measuring system, in particular a measuring system for distance measurement, specifically in motor vehicles. The measuring system generally has a measuring cycle and periodically sends out a measuring pulse that is cycled with the measuring cycle. The measuring pulse is recorded by a test system which generates a delayed output pulse as a measure for the measured variable to be measured by the measuring system. This is in particular the transit time of the measurement pulse or, derived from this, a distance and thus a distance to a (fictitious) object. This output pulse therefore simulates a response signal or a reflected signal which would be reflected on a real object at a predetermined distance from the measuring system.

Mit Hilfe des Testsystems wird daher das Messystem auf seine Funktion getestet und insbesondere wird validiert, ob das Messsystem einem gewünschten Anforderungsprofil entspricht.With the help of the test system, the measuring system is therefore tested for its function and, in particular, it is validated whether the measuring system corresponds to a desired requirement profile.

Der Ausgangspuls wird in Relation zu dem auf den von dem Messsystem ausgegebenen Messpuls um eine Verzögerungszeit verzögert abgegeben, wobei die Verzögerungszeit sich zusammensetzt aus einem insbesondere ganzzahligen Vielfachen, insbesondere dem Einfachen des Messtaktes zuzüglich einer Simulations-Verzögerung. Die Simulations-Verzögerung korreliert dabei zu einer simulierten Laufzeit des Messpulses, also zu einer Laufzeit, die der Messpuls benötigen würde, bis er nach einer Reflexion an einem (realen) Gegenstand wieder vom Messsystem erfasst werden würde. Die Simulations-Verzögerung korreliert daher zu einem (fiktiven) Abstand.The output pulse is delivered delayed by a delay time in relation to the measurement pulse output by the measurement system, the delay time being composed of an in particular integer multiple, in particular the simplicity of the measurement cycle plus a simulation delay. The simulation delay correlates with a simulated run time of the measuring pulse, that is, a run time that the measuring pulse would need until it would be detected again by the measuring system after a reflection on a (real) object. The simulation delay therefore correlates to a (fictitious) distance.

Diese Ausgestaltung beruht auf der Überlegung, dass speziell bei kurzen zu simulierenden Abständen und damit bei kurzen Laufzeiten das Problem besteht, dass interne Signalverarbeitungszeiten des Testsystems zu einer verzögerten Abgabe des Ausgangspulses führen können. Dadurch würde das Messergebnis verfälscht werden. Speziell besteht die Gefahr, dass bei kurzen Abständen die einzustellende Simulations-Verzögerungszeit geringer ist als die Signalverarbeitungszeit des Testsystems, die auch als Totzeit bezeichnet wird.This refinement is based on the consideration that, especially with short intervals to be simulated and thus with short transit times, the problem arises that internal signal processing times of the test system can lead to a delayed delivery of the output pulse. This would falsify the measurement result. In particular, there is a risk that, in the case of short intervals, the simulation delay time to be set is less than the signal processing time of the test system, which is also referred to as the dead time.

Durch die Einstellung der Verzögerungszeit als Summe eines ganzzahligen Vielfachens des Messtaktes zuzüglich der Simulations-Verzögerung wird quasi der Ausgangspuls und damit das simulierte Antwortsignal in einen nachfolgenden Messzyklus, bevorzugt in den unmittelbar nachfolgenden Messzyklus des Messsystems verschoben. Ein jeweiliger Messzyklus ist dabei jeweils definiert durch die periodisch abgegebenen Messpulse. Durch den Messtakt ist eine Zykluszeit definiert, und zwar durch die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messpulsen.By setting the delay time as the sum of an integer multiple of the measuring cycle plus the simulation delay, the output pulse and thus the simulated response signal is shifted to a subsequent measuring cycle, preferably to the immediately following measuring cycle of the measuring system. A respective measuring cycle is defined by the periodically emitted measuring pulses. A cycle time is defined by the measuring cycle, namely by the time between two successive measuring pulses.

Das Testsystem empfängt daher einen ersten Messpuls und stellt die Verzögerungszeit derart ein, dass der abgegebene Ausgangspuls beim Messsystem erst nach einem weiteren, insbesondere dem folgenden, zweiten Messpuls beim Messsystem eintrifft. Die Verzögerungszeit wird dabei derart eingestellt, dass der zeitliche Abstand zwischen dem weiteren Messpuls und dem Eintreffen des Ausgangspulses beim Messsystem exakt der Laufzeit entspricht, die der Messpuls benötigen würde, bis er nach einer Reflexion an einem Gegenstand mit definiertem Abstand von dem Messsystem wieder beim Messystem auftrifft. Das Messsystem wertet dann die Laufzeit zwischen dem weiteren (zweiten) Messpuls und dem Ausgangspuls aus. Durch diese Maßnahme werden effektiv Verzögerungen durch Signalverarbeitungszeiten vermieden und es ist eine hochgenaue Einstellung der Verzögerungszeit ermöglicht, sodass auch kurze Abstände zuverlässig simuliert werden können.The test system therefore receives a first measurement pulse and sets the delay time in such a way that the output pulse that is emitted in the measurement system only arrives at the measurement system after a further, in particular the following, second measurement pulse. The delay time is set in such a way that the time interval between the further measuring pulse and the arrival of the output pulse at the measuring system corresponds exactly to the transit time that the measuring pulse would need until it returns to the measuring system after a reflection on an object at a defined distance from the measuring system hits. The measuring system then evaluates the transit time between the further (second) measuring pulse and the output pulse. This measure effectively avoids delays caused by signal processing times and enables the delay time to be set with high precision, so that even short distances can be reliably simulated.

Ein weiterer Vorteil des Verschiebens besteht darin, dass auch ein Abstand eines Gegenstands simuliert werden kann, dessen Abstand innerhalb des Abstandsbereichs vom Messsystem zum Testsystem liegt. Derartige kurze Abstände beispielsweise im Bereich unter 10m konnten bisher nicht simuliert / emuliert werden.Another advantage of the shifting is that a distance from an object can also be simulated, the distance of which lies within the distance range from the measuring system to the test system. Such short distances, for example in the range of less than 10 m, could not previously be simulated / emulated.

Sofern vorliegend von einem hochfrequenten Messsystem gesprochen wird, so wird hierunter insbesondere verstanden, dass der Messtakt des Messsystems im Kilohertz Bereich liegt, speziell im Bereich zwischen 10 kHz und 100 kHz und vorzugsweise beispielsweise im Bereich von 30 kHz bis 60 kHz, beispielsweise von 50 kHz. Ein Messtakt von 50 kHz entspricht dabei einer Taktzeit (Zykluszeit, Taktperiode) von 20 µs. Die Pulsdauer des Messpulses liegt typischerweise deutlich unter dieser Taktzeit, beispielsweise um zumindest den Faktor 100. Typische Pulsdauern des Messpulses liegen beispielsweise bei 200 ns.If a high-frequency measuring system is mentioned here, this is understood in particular to mean that the measuring rate of the measuring system is in the kilohertz range, specifically in the range between 10 kHz and 100 kHz and preferably, for example, in the range from 30 kHz to 60 kHz, for example 50 kHz . A measuring cycle of 50 kHz corresponds to a cycle time (cycle time, cycle period) of 20 µs. The pulse duration of the measuring pulse is typically well below this cycle time, for example by at least a factor of 100. Typical pulse durations of the measuring pulse are, for example, 200 ns.

Mit dem Ausdruck „die Simulations-Verzögerung korreliert zu einer simulierten Laufzeit des Messpulses“ wird berücksichtigt, dass für die Einstellung der Verschiebung des vom Testsystem ausgegebenen Ausganspulses (also für die Einstellung der zeitlichen Differenz zwischen dem beim Testsystem eingehenden Messpuls und dem Ausganspuls) Randbedingungen, insbesondere der physikalische Abstand zwischen Messsystem und Testsystem und ergänzend vorzugsweise auch die Totzeit zu berücksichtigen sind.With the expression "the simulation delay correlates to a simulated running time of the measuring pulse" it is taken into account that boundary conditions for setting the shift of the output pulse output by the test system (i.e. for setting the time difference between the measuring pulse arriving at the test system and the output pulse) In particular, the physical distance between the measuring system and the test system and, in addition, preferably also the dead time, must be taken into account.

Die Simulations-Verzögerung entspricht üblicherweise exakt einer Gesamtlaufzeit des Messpulses, die dieser benötigt für die Strecke „Messsystem- (fiktiver) Gegenstand in einem definierten Messabstand - Messsystem“ jedoch unter Berücksichtigung einer realen Laufzeit, die für die (doppelte) Strecke zwischen Messsystem und Testsystem benötigt wird.The simulation delay usually corresponds exactly to the total running time of the measuring pulse, which it needs for the distance "measuring system - (fictitious) object in a defined measuring distance - measuring system", however, taking into account a real running time for the (double) distance between measuring system and test system is needed.

Die vom Testsystem eingestellte (gesamte) Verzögerungszeit enthält neben einem variablen, vom Testsystem einstellbaren Teil i.d.R. auch einen festen Teil, nämlich die Totzeit.The (total) delay time set by the test system contains, in addition to a variable part that can be set by the test system, usually also a fixed part, namely the dead time.

Allgemein stellt das Testsystem eine Simulations-Verzögerung derart ein, dass beim Messystem nach einem ersten abgegebenen Messpuls der von dem Testsystem abgegebene Ausgangspuls erst zu einem nachfolgenden Messzyklus beim Messsystem eintrifft und zwar so, dass der zeitliche Abstand zwischen dem Messpuls des nachfolgenden Messzyklus und dem beim Messsystem eingehenden Ausgangspuls der (simulierten) Entfernung zwischen dem Messsystem und dem (simulierten) Gegenstand entspricht.In general, the test system sets a simulation delay in such a way that in the measuring system after a first emitted measuring pulse, the output pulse emitted by the test system does not arrive at the measuring system until a subsequent measuring cycle, namely in such a way that the time interval between the measuring pulse of the subsequent measuring cycle and that of the Measuring system incoming output pulse corresponds to the (simulated) distance between the measuring system and the (simulated) object.

Ist der (fiktive, virtuelle) Messabstand größer als der Abstand (Strecke) zwischen dem Messsystem und dem Testsystem, so bestimmt sich die Simulations-Verzögerung aus der Gesamtlaufzeit abzüglich der benötigten realen Laufzeit des Signals für die Strecke zwischen Messsystem und Testsystem, d.h. die Gesamtlaufzeit ist die Summe aus der realen Laufzeit und der positiven Simulations-Verzögerung.If the (fictitious, virtual) measuring distance is greater than the distance (distance) between the measuring system and the test system, the simulation delay is determined from the total runtime minus the required real runtime of the signal for the distance between the measuring system and test system, i.e. the total runtime is the sum of the real runtime and the positive simulation delay.

Ist demgegenüber der gewünschte (fiktive, virtuelle) Messabstand kleiner als der Abstand (Strecke) zwischen dem Messsystem und dem Testsystem, so bestimmt sich eine (rechnerisch negative) Simulations-Verzögerung aus der benötigten realen Laufzeit des Signals für die Strecke zwischen Messsystem und Testsystem abzüglich der Gesamtlaufzeit, d.h. die Gesamtlaufzeit ist die Summe aus der realen Laufzeit und der negativen Simulations-Verzögerung.If, on the other hand, the desired (fictitious, virtual) measuring distance is smaller than the distance (distance) between the measuring system and the test system, a (mathematically negative) simulation delay is determined from the required real runtime of the signal for the distance between the measuring system and the test system minus the total runtime, ie the total runtime is the sum of the real runtime and the negative simulation delay.

Die Totzeit des Testsystems, also die erforderliche Zeit für die Signalverarbeitung bis zum Aussenden des Ausgangspulses wird mitbestimmt durch Ein- und Ausgangsverzögerungen des Testsystems, inklusive interne Konfigurationseinstellungen (Multiplexer). Hierauf hat insbesondere auch ein vorgegebenen Systemtakt des Testsystems maßgeblichen Einfluss. Derartige Totzeiten können beispielsweise 20 ns und mehr betragen. Dies entspricht einer Entfernung von 3 m und mehr. Dies bedeutet, dass ohne die zuvor beschriebene Kompensation infolge der Verschiebung um einen Messzyklus ein eventuelles Messergebnis für einen simulierten Nahbereich stark verfälscht wäre.The dead time of the test system, i.e. the time required for signal processing until the output pulse is sent, is also determined by the input and output delays of the test system, including internal configuration settings (multiplexer). In particular, a specified system clock of the test system has a decisive influence on this. Such dead times can be, for example, 20 ns and more. This corresponds to a distance of 3 m and more. This means that without the compensation described above as a result of the shift by one measurement cycle, a possible measurement result for a simulated close range would be greatly falsified.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Testsystem einen Systemtakt mit einem gepulsten Taktsignal (Clock-Signal) auf und es wird eine Phasenverschiebung des vom Testsystem empfangenen Messpulses in Relation zu dem Taktsignal ermittelt. Diese Phasenverschiebung wird anschließend bei der Bestimmung der Verzögerungszeit berücksichtigt und kompensiert.According to a preferred embodiment, the test system has a system clock with a pulsed clock signal (clock signal) and a phase shift of the measurement pulse received from the test system in relation to the clock signal is determined. This phase shift is then taken into account and compensated for when determining the delay time.

Diese Ausgestaltung beruht dabei auf der Überlegung, dass für die Erkennung des Messpulses bei einem ungünstigen Phasenversatz zwischen dem Eingang des Messpulses und dem Taktsignal nahezu ein vollständiger Systemtakt, also die Zeitdauer zwischen 2 aufeinanderfolgenden Taktsignalen, vergehen kann und dass bis zur Abgabe des Ausgangspulses nochmals zumindest ein Systemtakt vergehen kann. Insgesamt können daher mindestens zwei Systemtakte bis zur Abgabe des Ausgangspulses vergehen. Hierdurch entsteht - beispielsweise bei einem Systemtakt von 10 ns - die oben erwähnte Ungenauigkeit von mehreren Metern und führt wegen der asynchronen Natur zu Taktzittern (Jitter) und damit auch zu Entfernungsschwankungen. Um diese Ungenauigkeit zumindest zu reduzieren wird die Phasenbeziehung, also der Zeitversatz zwischen dem Messpuls und dem Taktsignal ermittelt. Bezugspunkt für die Erfassung der Phasenbeziehung ist dabei typischerweise die ansteigende oder abfallende Flanke des jeweiligen Signalpulses entweder des Messpulses oder des (gepulsten) Taktsignals.This refinement is based on the consideration that for the detection of the measuring pulse in the event of an unfavorable phase shift between the input of the measuring pulse and the clock signal, almost a complete system clock, i.e. the time between two successive clock signals, can pass and that at least again until the output pulse is emitted a system clock can pass. A total of at least two system clocks can therefore elapse before the output pulse is emitted. This creates the above-mentioned inaccuracy of several meters - for example with a system cycle of 10 ns - and, because of its asynchronous nature, leads to clock jitter and thus also to fluctuations in distance. In order to at least reduce this inaccuracy, the phase relationship, that is to say the time offset between the measuring pulse and the clock signal, is determined. The reference point for the detection of the phase relationship is typically the rising or falling edge of the respective signal pulse of either the measuring pulse or the (pulsed) clock signal.

Die ermittelte Phasenbeziehung wird bei der Ausgabe des Ausganspulses berücksichtigt und zwar bevorzugt derart, dass die Phasenbeziehung zwischen Messpuls und dem Systemtakt der Phasenbeziehung des Ausgangspulses und dem Systemtakt zuzüglich der Simulations-Verzögerungszeit entspricht.The determined phase relationship is taken into account when the output pulse is output, preferably in such a way that the phase relationship between the measurement pulse and the system clock corresponds to the phase relationship of the output pulse and the system clock plus the simulation delay time.

Zur Ermittlung der Phasenverschiebung wird der Messpuls bevorzugt an einen Messblock mit einer Vielzahl von einzelnen Delay-Bausteinen angelegt. Jeder dieser Delay-Bausteine weist jeweils eine zeitliche Verzögerung auf, also eine definierte Zeitdauer, wobei die Verzögerung die Zeit ist, die verstreicht, bis - nach dem Anlegen eines Eingangssignals - sich der Zustand des Delay-Bausteins verändert und dieser quasi schaltet. Derartige Delay-Bausteine sind grundsätzlich bekannt. Speziell sind sie beispielsweise durch Inverter oder auch durch Multiplexer verwirklicht. Für die Bestimmung der Phasenverschiebung wird die Anzahl der Delay-Bausteine ermittelt, die im Zeitraum zwischen dem Messpuls, insbesondere einer Pulsflanke des Messpulses, und dem Taktsignal, insbesondere einer Pulsflanke des Taktsignals geschaltet haben. Die Anzahl der geschalteten Delay-Bausteine multipliziert mit der Zeitdauer der Verzögerung ergibt die Phasenverschiebung.To determine the phase shift, the measurement pulse is preferably applied to a measurement block with a large number of individual delay modules. Each of these delay modules has a time delay, i.e. a defined period of time, the delay being the time that elapses until - after the application of an input signal - the state of the delay module changes and it virtually switches. Such delay modules are known in principle. In particular, they are implemented, for example, by inverters or also by multiplexers. To determine the phase shift, the number of delay modules is determined which switched in the period between the measurement pulse, in particular a pulse edge of the measurement pulse, and the clock signal, in particular a pulse edge of the clock signal. The number of switched delay modules multiplied by the duration of the delay results in the phase shift.

Dieser Messblock weist allgemein einen seriellen Aufbau auf, so dass sich die einzelnen Verzögerungen linear aufaddieren. Beispielsweise sind die einzelnen Delay-Bausteine seriell hintereinander angeordnet, sodass sich die Verzögerung durch Addition der einzelnen Verzögerungen der Delay-Bausteine ergibt.This measuring block generally has a serial structure, so that the individual delays add up linearly. For example, the individual delay modules are arranged in series so that the delay results from adding the individual delays of the delay modules.

Die Delay-Bausteine weisen vorzugsweise eine Zeitdauer für die Verzögerung im Bereich von ein 1/10 bis 1/100 oder auch bis 1/1000 des Systemtaktes auf. Die Verzögerungen können alternativ auch in Binärstufen realisiert sein, z.B. im Bereich 1/8 bis 1/128 oder auch bis 1/1024 des Systemtaktes. Im Vergleich zu einem System ohne Berücksichtigung der Phasenverschiebung wird daher die Genauigkeit der Erfassung des eingehenden Messpulses um den entsprechenden Faktor, beispielsweise um den Faktor 10,100 oder 1000 erhöht.The delay modules preferably have a time duration for the delay in the range from 1/10 to 1/100 or also to 1/1000 of the system clock. Alternatively, the delays can also be implemented in binary steps, e.g. in the range 1/8 to 1/128 or also up to 1/1024 of the system clock. In comparison to a system without taking the phase shift into account, the accuracy of the acquisition of the incoming measurement pulse is increased by the corresponding factor, for example by a factor of 10.100 or 1000.

Der Systemtakt liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 50 MHz bis beispielsweise 500 MHz. Speziell liegt er bei 100 MHz oder auch bei 400 MHz. Dies entspricht Taktzeiten von 10 ns bzw. von 2,5 ns. Die Zeitdauer für die Verzögerung der Delay-Bausteine liegt entsprechend beispielsweise im Bereich von 100 ps, bei einer Taktzeit von 10 ns. Allgemein liegt die Verzögerung eines jeweiligen Delay-Bausteins im Bereich zwischen 10ps und 500ps, insbesondere im Bereich zwischen 50ps bis 300ps.The system clock is preferably in the range between 50 MHz and 500 MHz, for example. In particular, it is 100 MHz or 400 MHz. This corresponds to cycle times of 10 ns or 2.5 ns. The time duration for the delay of the delay modules is accordingly, for example, in the range of 100 ps, with a cycle time of 10 ns. In general, the delay of a respective delay module is in the range between 10ps and 500ps, in particular in the range between 50ps and 300ps.

Die Anzahl der Delay-Bausteine in dem Messblock ist bevorzugt derart bemessen, dass die Zeitdauer der Verzögerung pro Baustein multipliziert mit der Anzahl der Bausteine zumindest und bevorzugt genau die Taktzeit ergibt. Liegt also im gewählten Beispiel die Verzögerung bei 100 ps, so werden bei einer Taktzeit des Systemtaktes von 10 ns 100 Bausteine eingesetzt, deren aufsummierte GesamtVerzögerung die 10 ns ergeben.The number of delay modules in the measuring block is preferably dimensioned such that the duration of the delay per module multiplied by the number of modules at least and preferably precisely results in the cycle time. If the delay in the selected example is 100 ps, then 100 modules are used with a cycle time of the system cycle of 10 ns, the total delay of which results in 10 ns.

Der Systemtakt, also die Taktzeit des Testsystems liegt allgemein typischerweise um etwa den Faktor 1000 unter der Taktzeit des Messtaktes des Messsystems. D.h. die Taktzeit des Testsystems ist im Allgemeinen um etwa den Faktor 1000 schneller als der Messtakt, also als die Taktzeit des Messsystems.The system cycle, i.e. the cycle time of the test system, is typically around a factor of 1000 less than the cycle time of the measurement cycle of the Measuring system. In other words, the cycle time of the test system is generally about a factor of 1000 faster than the measurement cycle, that is, than the cycle time of the measurement system.

In bevorzugter Ausgestaltung werden die folgenden Schritte durchgeführt:

  1. a) Zunächst wird wie zuvor beschrieben die Phasenverschiebung ermittelt.
  2. b) Anschließend oder gleichzeitig mit der Ermittlung der Phasenverschiebung wird der Messpuls mit dem Taktsignal synchronisiert. Dies bedeutet, dass der Messpuls so weit zeitlich verschoben (verzögert) wird, dass er keine Phasenverschiebung mehr zum Taktsignal aufweist. Dies bedeutet insbesondere, dass eine Pulsflanke des Messpulses und des Taktsignals zeitgleich vorliegen. Hierzu werden übliche Verfahren zur Synchronisierung zweier Impulse eingesetzt.
  3. c) Weiterhin erfolgt ein zeitliches Verschieben des Messpulses um ein ganzzahliges Vielfaches des Systemtaktes. Hierzu weist das Testsystem, speziell eine Steuereinheit des Testsystems, welche beispielsweise durch ein FPGA (Field Programmable Gate Array) gebildet ist, eine erste insbesondere einstellbare Verzögerungsschaltung auf.
  4. d) Danach erfolgt ein weiteres Verschieben des Messpulses entsprechend der zuvor ermittelten Phasenverschiebung. Für die Verschiebung des Messpulses entsprechend der Phasenverschiebung ist eine weitere (zweite) Verzögerungsschaltung in der hardwaretechnischen Umsetzung vorgesehen.
In a preferred embodiment, the following steps are carried out:
  1. a) First, the phase shift is determined as described above.
  2. b) Subsequently or simultaneously with the determination of the phase shift, the measuring pulse is synchronized with the clock signal. This means that the measurement pulse is shifted (delayed) in time to such an extent that it no longer has a phase shift in relation to the clock signal. This means in particular that a pulse edge of the measurement pulse and the clock signal are present at the same time. The usual methods for synchronizing two pulses are used for this purpose.
  3. c) Furthermore, the measuring pulse is shifted over time by an integral multiple of the system clock. For this purpose, the test system, specifically a control unit of the test system, which is formed, for example, by an FPGA (Field Programmable Gate Array), has a first, in particular adjustable, delay circuit.
  4. d) The measurement pulse is then shifted further in accordance with the previously determined phase shift. A further (second) delay circuit is provided in the hardware implementation for shifting the measurement pulse in accordance with the phase shift.

Gemäß einer Variante nimmt der Messpuls nach diesem weiteren Verschieben wieder die gleiche Phasenlage im Verhältnis zum Systemtakt ein, wie dies vor dem Synchronisieren vorlag. Dies bedeutet, dass das verschobene Signal (Messpuls) exakt wieder die gleiche Phasenlage bezüglich des Taktsignals einnimmt. Damit wird ein Zeitabstand zwischen Eingang des Messpulses und dem Taktsignal quasi bei der Verschiebung beibehalten.According to a variant, after this further shifting, the measuring pulse again assumes the same phase position in relation to the system clock as it was before the synchronization. This means that the shifted signal (measuring pulse) again assumes exactly the same phase position with respect to the clock signal. In this way, a time interval between the input of the measuring pulse and the clock signal is maintained, so to speak, during the shift.

Grundsätzlich wird der Messpuls noch um die Simulations-Verzögerung verschoben, bevor dann der Ausgangspuls ausgegeben wird. Dies kann grundsätzlich auch vor dem Schritt d) erfolgen, bei dem die Phasenverschiebung berücksichtigt wird.Basically, the measuring pulse is shifted by the simulation delay before the output pulse is output. In principle, this can also take place before step d), in which the phase shift is taken into account.

Durch diese einzelnen Schritte wird daher zum einen erreicht, dass zunächst die Phasenverschiebung ermittelt wird, durch das anschließende Synchronisieren wird ein definiertes Verschieben um ein Vielfaches des Systemtaktes ermöglicht und anschließend wird durch die ergänzende Verschiebung um die zuvor ermittelte Phasenverschiebung die ursprüngliche Phasenlage wieder hergestellt, oder zumindest berücksichtigt.Through these individual steps it is achieved on the one hand that the phase shift is determined first, the subsequent synchronization enables a defined shift by a multiple of the system clock and then the original phase position is restored by the additional shift by the previously determined phase shift, or at least taken into account.

Die sich aus den Schritten c) und d) ergebende Verschiebung wird dabei bevorzugt derart eingestellt, dass diese Verschiebung gemäß einer ersten Ausführungsvariante exakt der Taktzeit oder einem ganzzahligen Vielfachen des Messtaktes entspricht, d.h. der Messpuls wird um exakt ein oder mehrere Messzyklen verschoben.The shift resulting from steps c) and d) is preferably set in such a way that, according to a first embodiment variant, this shift corresponds exactly to the cycle time or an integer multiple of the measurement cycle, i.e. the measurement pulse is shifted by exactly one or more measurement cycles.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist demgegenüber vorgesehen, dass diese Verschiebung derart eingestellt ist, dass die Verschiebung dem Messtakt (oder einem ganzzahligen Vielfachen des Messtaktes) abzüglich eines Abstandsfensters entspricht. Das Abstandsfenster wird beispielsweise auf 5-20 % des Messtaktes eingestellt, also beispielsweise auf 0,5 µs bis 5 µs und insbesondere auf 1-2 µs. Dadurch wird ein zeitlicher Abstand des verschobenen Messpulses zu dem nachfolgenden weiteren (zweiten) Messpuls geschaffen, welcher von den Testsystem empfangen wird.In a preferred embodiment, on the other hand, it is provided that this shift is set in such a way that the shift corresponds to the measuring cycle (or an integer multiple of the measuring cycle) minus a distance window. The distance window is set, for example, to 5-20% of the measuring cycle, that is to say, for example, to 0.5 microseconds to 5 microseconds and in particular to 1-2 microseconds. This creates a time interval between the shifted measurement pulse and the subsequent further (second) measurement pulse that is received by the test system.

Wie bereits erwähnt, wird vorzugsweise anschließend in einem (letzten) Schritt die Verschiebung um die Simulations-Verzögerung und - sofern das Abstandsfenster eingestellt ist - zuzüglich um das Abstandsfenster vorgenommen, bevor der Ausgangspuls abgegeben wird. Für diese weitere Verschiebung um die Simulations-Verzögerung und gegebenenfalls ergänzt um das Abstandsfensters ist vorzugsweise eine weitere, dritte Verzögerungsschaltung bei der hardwaretechnischen Umsetzung vorgesehen. Die Verzögerungsschaltung wird auch als Delay-line bezeichnetAs already mentioned, the shift by the simulation delay and - if the distance window is set - plus by the distance window is then preferably carried out in a (last) step before the output pulse is emitted. For this further shift by the simulation delay and, if necessary, supplemented by the distance window, a further, third delay circuit is preferably provided in the hardware implementation. The delay circuit is also referred to as a delay line

Für die Verschiebung um die Simulations-Verzögerung ist allgemein die Totzeit des Testsystems zu berücksichtigen. Dies ist bekannt oder kann ermittelt werden. Die von der Verzögerungsschaltung eingestellte Verzögerung berücksichtigt daher die sowieso vorhandene Totzeit.For the shift by the simulation delay, the dead time of the test system must generally be taken into account. This is known or can be determined. The delay set by the delay circuit therefore takes into account the dead time that is already present.

Von besonderer Bedeutung ist vorliegend, dass der eingehende Messpuls um ein ganzzahliges Vielfaches des Systemtaktes verschoben wird. Die Verschiebung bestimmt sich daher insbesondere ausschließlich nach dem Systemtakt des Testsystems.In the present case, it is of particular importance that the incoming measurement pulse is shifted by an integral multiple of the system clock. The shift is therefore determined in particular exclusively according to the system clock of the test system.

In bevorzugter Ausgestaltung ist das Testsystem derart ausgebildet, dass mit diesem ein Abstand (des Messsystems) zu einem Gegenstand simuliert wird, welcher kleiner ist als der physikalische Abstand zwischen dem Testsystem und dem Messsystem, so dass also der zu simulierende Gegenstand zwischen dem Messsystem und dem Testsystem liegt. D.h. die Simulations-Verzögerung wird derart gewählt, dass die simulierte und vom Messystem ausgewertete Laufzeit einem Abstand entspricht, welcher kleiner dem physikalischen Abstand zwischen dem Testsystem und dem Messsystem ist. Speziell werden Abstände simuliert, die kleiner 10m oder auch kleiner 3m sind. Dies ist mit herkömmlichen Testverfahren nicht möglich.In a preferred embodiment, the test system is designed such that it is used to simulate a distance (of the measuring system) to an object which is smaller than the physical distance between the test system and the measuring system, so that the object to be simulated is between the measuring system and the Test system lies. Ie the simulation delay is selected such that the simulated transit time and evaluated by the measuring system corresponds to a distance which is smaller than the physical distance between the test system and the measuring system. In particular, distances that are less than 10m or less than 3m are simulated. This is not possible with conventional test procedures.

Das hier beschriebene Verfahren mit der Verschiebung um zumindest und insbesondere genau einen Messtakt in einen nachfolgenden Messzyklus ermöglicht daher in vorteilhafter Weise, auch kürzeste Abstände zu simulieren. Durch das Verschieben kann daher der komplette Abstandsbereich (Messsystem zum fiktiven Objekt) simuliert werden. Entscheidend hierfür ist, dass durch die Verschiebung die Signalverarbeitungszeit (Totzeit) und der Abstand des Testsystems zum Messsystem keine Rolle mehr spielt und quasi eliminiert wird.The method described here with the shift by at least and in particular precisely one measuring cycle in a subsequent measuring cycle therefore advantageously enables even the shortest distances to be simulated. The entire distance range (measuring system to the fictitious object) can therefore be simulated by moving. The decisive factor here is that the signal processing time (dead time) and the distance between the test system and the measuring system no longer play a role and are virtually eliminated.

Hierzu wird die Simulation-Verzögerung entsprechend gewählt, so dass der Ausgangspuls zeitlich sehr nahe nach dem weiteren (zweiten) Messpuls beim Messsystem eingeht.For this purpose, the simulation delay is selected accordingly so that the output pulse is received by the measuring system very close in time after the further (second) measuring pulse.

Da sich die Verzögerungszeit zwischen eingehendem Messpuls und Ausganspuls zusammensetzt aus einem Vielfachen des Messtaktes zuzüglich einer zu der simulierten Laufzeit korrespondierenden Simulations-Verzögerung, ist diese rein rechnerisch negativ. In diesem Fall wird insbesondere auf die oben beschriebene Variante mit dem Abstandsfenster zurückgegriffen.Since the delay time between the incoming measuring pulse and the output pulse is made up of a multiple of the measuring cycle plus a simulation delay corresponding to the simulated running time, this is purely mathematically negative. In this case, the variant with the distance window described above is used in particular.

Typischerweise weist ein derartiges Testsystem mehrere (Simulations-) Kanäle auf, wobei für die Kanäle unterschiedliche Simulations-Verzögerungen fest vorgegeben sind oder programmierbar sind. Durch Auswahl eines jeweiligen Kanals werden unterschiedliche simulierte Abstände eingestellt.Such a test system typically has several (simulation) channels, with different simulation delays being fixed or programmable for the channels. Different simulated distances are set by selecting a respective channel.

Für die Ermittlung der Verzögerungszeit, die durch das Testsystem eingestellt wird, wird regelmäßig auch eine (reale) Signallaufzeit zwischen dem Messsystem und dem Testsystem berücksichtigt. Es wird also berücksichtigt, dass das Testsystem von dem Messsystem einen vorgegebenen Messabstand aufweist, der typischerweise im Bereich von wenigen Metern, beispielsweise von 0,5 m bis 4 m liegt.To determine the delay time that is set by the test system, a (real) signal transit time between the measuring system and the test system is also regularly taken into account. It is therefore taken into account that the test system has a predetermined measuring distance from the measuring system, which is typically in the range of a few meters, for example from 0.5 m to 4 m.

Bevorzugt ist das Testsystem zwischen einem Normalbetrieb und einem Kompensationsbetrieb umschaltbar, wobei lediglich im Kompensationsbetrieb die Verzögerungszeit wie zuvor beschriebenen bestimmt wird, sodass der Messpuls in einen nachfolgenden Messzyklus des Messsystems verschoben wird. Bei der tatsächlichen Einstellung der Verzögerungszeit (was durch die beschriebenen Verzögerungsschaltungen (Delay-lines) erreicht wird, wird vorzugsweise die Totzeit mit berücksichtigt.The test system can preferably be switched between normal operation and compensation operation, the delay time being determined as described above only in compensation operation, so that the measuring pulse is shifted into a subsequent measuring cycle of the measuring system. In the actual setting of the delay time (which is achieved by the delay circuits (delay lines) described, the dead time is preferably also taken into account.

Dagegen wird im Normalbetrieb lediglich die Simulations-Verzögerung (vorzugsweise ebenfalls unter Berücksichtigung der Totzeit) eingestellt, über die der Abstand simuliert wird. Diese beiden Betriebsmodi können auch als Nahbereich-Modus und Fern-Modus angesehen werden, wobei im Nahbereich-Modus der Kompensationsbetrieb erfolgt. Im Normalbetrieb oder im Fern-Modus, bei dem beispielsweise Entfernungen von 100 m oder mehr simuliert werden, hat die Signalverarbeitungszeit des Testsystems keinen oder nur geringen Einfluss. Es kann aber bei der Einstellung der DelayLine-Verzögerung die Totzeit mitberücksichtigt werden.In contrast, in normal operation, only the simulation delay is set (preferably also taking into account the dead time) over which the distance is simulated. These two operating modes can also be viewed as short-range mode and remote mode, with the compensation mode taking place in short-range mode. In normal operation or in remote mode, in which, for example, distances of 100 m or more are simulated, the signal processing time of the test system has little or no influence. However, the dead time can also be taken into account when setting the DelayLine delay.

Für die korrekte Einstellung der Verzögerungszeit im Kompensationsbetrieb kommt es wesentlich auch auf die exakte Bestimmung der Phasenverschiebung an. Da für die Ermittlung der Phasenverschiebung Delay-Bausteine eingesetzt werden, kommt es auf die Güte dieser Delay-Bausteine an. Wie zuvor beschrieben, liegen die Verzögerungen dieser Delay-Bausteine im Bereich von 100 ps. Untersuchungen haben gezeigt, dass infolge von Bauteiltoleranzen - beispielsweise zwischen Bausteinen aus unterschiedlichen Produktionschargen von derartigen Delay-Bauteilen - die Verzögerung stark, beispielsweise um bis zu den Faktor 2 variieren kann. Dies führt in ungünstigen Fällen dazu, dass 2 Testsysteme, die im Grunde baugleich sind, die jedoch aus unterschiedlichen Chargen Delay-Bausteine aufweisen, zu unterschiedlichen Verzögerungen des Ausgangspulses führen können, sodass die vom Messsystem ermittelten Abstände stark schwanken.For the correct setting of the delay time in compensation mode, the exact determination of the phase shift is also essential. Since delay modules are used to determine the phase shift, it depends on the quality of these delay modules. As described above, the delays of these delay modules are in the range of 100 ps. Investigations have shown that due to component tolerances - for example between modules from different production batches of such delay components - the delay can vary greatly, for example by up to a factor of 2. In unfavorable cases, this means that 2 test systems, which are basically identical, but which have delay modules from different batches, can lead to different delays of the output pulse, so that the distances determined by the measuring system fluctuate greatly.

Um dies zu vermeiden ist in zweckdienlicher Ausgestaltung eine Kalibrierung des Testsystems vorgesehen. Und zwar wird eine Verzögerungszeit der Delay-Bausteine individuell für das Testsystem bestimmt und bei der Ermittlung der Verzögerungszeit und speziell bei der Ermittlung der Phasenverschiebung berücksichtigt. Hierzu ist insbesondere eine Kalibriereinheit als fester Bestandteil des Testsystems vorgesehen, die in der Steuereinheit, zumindest in einer die Steuereinheit aufweisenden Steuervorrichtung integriert ist.In order to avoid this, a calibration of the test system is provided in an expedient embodiment. A delay time of the delay modules is determined individually for the test system and taken into account when determining the delay time and especially when determining the phase shift. For this purpose, a calibration unit, in particular, is provided as a fixed component of the test system, which is integrated in the control unit, at least in a control device having the control unit.

Hierzu ist als Kalibriereinheit bevorzugt ein Ringoszillator mit Delay-Bausteinen ausgebildet, speziell besteht der Ringoszillator aus diesen Delay-Bauteilen und anhand einer Eigenfrequenz des Ringoszillators wird die Zeitdauer der Verzögerung eines jeweiligen Delay-Bausteins berechnet. Hierbei wird anhand der Eigenfrequenz des Ringoszillators zunächst eine Gesamt Verzögerungszeit der für den Ringoszillator verwendeten Delay-Bausteine ermittelt und diese dann durch die Anzahl der verwendeten Delay-Bausteine dividiert.For this purpose, a ring oscillator with delay components is preferably designed as the calibration unit, specifically the ring oscillator consists of these delay components and the duration of the delay of a respective delay component is calculated based on a natural frequency of the ring oscillator. Using the natural frequency of the ring oscillator, a total delay time of the delay components used for the ring oscillator is first determined and this is then divided by the number of delay components used.

Weiterhin handelt es sich bei den verwendeten Delay-Bausteinen gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung um baugleiche Bauteile, wie sie auch für den Messblock verwendet werden, über die die Phasenverschiebung ermittelt wird. Dies bedeutet, dass der Ringoszillator als eine zusätzliche Einheit zusätzlich zu dem Messblock ausgebildet ist. Sofern vorliegend von baugleichem Bauteil gesprochen wird, so wird hierunter verstanden, dass die Bauteile aus einer gleichen Produktionscharge stammen.Furthermore, the delay modules used are according to a first one preferred embodiment to structurally identical components, as they are also used for the measuring block, via which the phase shift is determined. This means that the ring oscillator is designed as an additional unit in addition to the measuring block. If one speaks of a structurally identical component, this is understood to mean that the components come from the same production batch.

Alternativ hierzu sind alle oder zumindest ein Teil der für den Messblock verwendeten Delay-Bauteile Teil der Kalibriereinheit, speziell des Ringoszillators und bilden diesen vorzugsweise. Mit dem Erfassen der Eigenfrequenz des Ringoszillators werden unmittelbar die Verzögerungszeiten der verwendeten Delay-Bauteile ermittelt.As an alternative to this, all or at least some of the delay components used for the measuring block are part of the calibration unit, specifically the ring oscillator, and preferably form this. When the natural frequency of the ring oscillator is recorded, the delay times of the delay components used are determined immediately.

Bei dem realen Messystem handelt sich bevorzugt um ein LIDAR-System, welches bevorzugt in Kraftfahrzeugen für ein Assistenzsystem eingesetzt wird. Bei einem solchen LIDAR-System werden daher als Messpulse Laserpulse abgegeben. Es handelt sich daher bei dem Messpuls als auch bei dem Ausgangspuls des Testsystems um optische Signale.The real measuring system is preferably a LIDAR system, which is preferably used in motor vehicles for an assistance system. In such a LIDAR system, laser pulses are therefore emitted as measurement pulses. The measuring pulse and the output pulse of the test system are therefore optical signals.

Die Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß gelöst durch ein Testsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 16. Die zuvor im Hinblick auf das Verfahren ausgeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf das Testsystem zu übertragen.The object is also achieved according to the invention by a test system having the features of claim 16. The advantages and preferred embodiments set out above with regard to the method can also be applied to the test system in a corresponding manner.

Das Testsystem weist dabei allgemein einen Empfänger zum Empfang eines insbesondere optischen Messpulses auf, welcher mit einem dem Testsystem bekannten Messtakt eines realen Messsystems getaktet ist. Weiterhin umfasst das Testsystem einen Sender zur Ausgabe eines ebenfalls vorzugsweise optischen Ausgangspulses. Schließlich weist das Testsystem zumindest eine Steuereinheit auf, welche zwischen dem Empfang des Messpulses und dem Senden des Ausgangspulses eine Verzögerungszeit einstellt, die derart gewählt ist, dass der Ausgangspuls bezogen auf den Messpuls um eine Verzögerungszeit verzögert abgegeben wird, die sich zusammensetzt aus einem Vielfachen des Messtaktes zuzüglich einer Simulations-Verzögerung, die zu einer simulierten, vorgegebenen Laufzeit des Messpulses korreliert.The test system generally has a receiver for receiving a measurement pulse, in particular an optical measurement pulse, which is clocked with a measurement cycle of a real measurement system known to the test system. Furthermore, the test system comprises a transmitter for outputting an output pulse, which is also preferably optical. Finally, the test system has at least one control unit which sets a delay time between the reception of the measurement pulse and the transmission of the output pulse, which is selected such that the output pulse is delivered with a delay in relation to the measurement pulse by a delay time that is composed of a multiple of Measuring cycle plus a simulation delay, which correlates to a simulated, specified runtime of the measuring pulse.

Bei der Steuereinheit handelt es sich insbesondere um eine integrierte elektronische Schaltung (IC), die insbesondere in einer Baueinheit ausgeführt ist. Bevorzugt wird ein FPGA eingesetzt. Daneben kann die Steuereinheit alternativ auch als ASIC (Application Specific Integrated Circuit), ASSP (Application Specific Standard Product) oder SOC (System on Chip) ausgebildet sein.The control unit is, in particular, an integrated electronic circuit (IC) which, in particular, is embodied in a structural unit. An FPGA is preferably used. In addition, the control unit can alternatively also be designed as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), ASSP (Application Specific Standard Product) or SOC (System on Chip).

Die Programmierung dieser Steuereinheit, also die Einrichtung der Hardware derart, dass diese die zuvor angegebenen Verfahrensschritte ausführt, erfolgt insbesondere mittels einer an sich bekannten Hardwarebeschreibungssprache. (Hardware Description Language, HDL). Ein Beispiel hierfür ist VHDL. Andere Hardwarebeschreibungssprachen können auch eingesetzt werden (z.B. Verilog).The programming of this control unit, that is to say the setting up of the hardware in such a way that it executes the method steps specified above, takes place in particular by means of a hardware description language known per se. (Hardware Description Language, HDL). An example of this is VHDL. Other hardware description languages can also be used (e.g. Verilog).

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen in vereinfachten Darstellungen:

  • 1 ein Schaubild eines Messaufbaus mit einem Messsystem und einem Testsystem,
  • 2 eine Gegenüberstellung des zeitlichen Verlaufs eines vom Messsystem ausgegebenen Messpulses und eines vom Testsystem ausgegebenen Ausgangspulses,
  • 3a,b die Gegenüberstellung der zeitlichen Verläufe der vom Messsystem ausgegebenen Messpulse gegenüber einem um eine Feinverschiebung verschobenen Puls sowie gegenüber dem vom Testsystem insgesamt um eine Verzögerungszeit verzögert ausgegebenen Ausgangspuls zur Erläuterung der Ermittlung der Verzögerungszeit, wobei 3a eine Situation erläutert, bei der der zu simulierende Gegenstand einen Abstand größer dem Abstand zwischen Testsystem und Messsystem aufweist und 3b eine Situation erläutert, bei der bei der der zu simulierende Gegenstand einen Abstand kleiner dem Abstand zwischen Testsystem und Messsystem aufweist,
  • 4 eine Gegenüberstellung der zeitlichen Verläufe eines Taktsignals eines Systemtakts des Testsystems gegenüber einem eingehenden Messpulses sowie weiterhin gegenüber einem mit dem Systemtakt synchronisierten Messpuls und schließlich gegenüber dem um die Feinverschiebung verschobenen Puls zur Erläuterung der Bestimmung einer Phasenverschiebung zwischen Messpuls und Systemtakt,
  • 5 eine Blockbild-Darstellung einer Schaltungsanordnung mit Delay-Bausteinen, die einen Mess- und Synchronisierungsblock bildet zur Bestimmung der Phasenverschiebung zwischen Messpuls und Systemtakt sowie zur Synchronisierung des Messpulses mit dem Systemtakt,
  • 6 ergänzend zu der Blockbild-Darstellung gemäß der 5 die Gegenüberstellung der zeitlichen Verläufe des Systemtaktes, des eingehenden Messpulses und der ausgehenden Signalpegel der Delay-Bausteine,
  • 7 eine vereinfachte Blockbild-Darstellung zur Illustration der einzelnen Verzögerungsschritte zwischen dem eingehenden Messpuls und dem ausgehenden Ausgangspuls sowie
  • 8 eine Blockbild-Darstellung einer Steuervorrichtung des Testsystems mit einer Steuereinheit, über die die Verzögerung zwischen eingehendem Messpuls und ausgehendem Ausgangspuls erzeugt wird.
An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the figures. These show in simplified representations:
  • 1 a diagram of a measurement setup with a measurement system and a test system,
  • 2 a comparison of the time course of a measuring pulse output by the measuring system and an output pulse output by the test system,
  • 3a, b the comparison of the temporal progressions of the measuring pulses output by the measuring system with a pulse shifted by a fine shift and with the output pulse output by the test system delayed by a total delay time to explain the determination of the delay time, wherein 3a explains a situation in which the object to be simulated has a distance greater than the distance between the test system and the measuring system and 3b explains a situation in which the object to be simulated has a distance smaller than the distance between the test system and the measuring system,
  • 4th a comparison of the temporal progressions of a clock signal of a system clock of the test system against an incoming measurement pulse and also against a measurement pulse synchronized with the system clock and finally against the pulse shifted by the fine shift to explain the determination of a phase shift between measurement pulse and system clock,
  • 5 a block diagram representation of a circuit arrangement with delay modules, which forms a measurement and synchronization block for determining the phase shift between measurement pulse and system clock and for synchronizing the measurement pulse with the system clock,
  • 6th in addition to the block diagram representation according to 5 the comparison of the timing of the system clock, the incoming measuring pulse and the outgoing signal level of the delay modules,
  • 7th a simplified block diagram to illustrate each Delay steps between the incoming measuring pulse and the outgoing output pulse as well
  • 8th a block diagram representation of a control device of the test system with a control unit, via which the delay between the incoming measurement pulse and the outgoing output pulse is generated.

In den Figuren sind gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, parts with the same effect are provided with the same reference symbols.

Der in der 1 dargestellte Mess- oder Testaufbau umfasst im Wesentlichen ein reales Messsystem 2 sowie ein Testsystem 4. Bei dem realen Messystem handelt es sich insbesondere um ein System zur Abstandsmessung, wie es insbesondere in Kraftfahrzeugen eingesetzt wird. Speziell handelt sich hierbei um ein LIDAR-System. Das Messsystem 2 weist einen Sender 6 zur Abgabe eines Messtakt-Signals PIN, also einer Abfolge von periodisch wiederkehrenden Messpulsen PIN1, PIN2 ...PINn auf. Im Falle eines LIDAR-Systems handelt es sich hierbei um Laserpulse. Weiterhin weist das Messsystem 2 einen Empfänger 8 zum Empfang eines Signalpulses auf. Weiterhin weist das Messsystem 2 eine Verarbeitungseinheit 10 auf, anhand derer eine Signallaufzeit zwischen dem Senden und Empfangen des Messpulses ermittelt und hieraus ein Abstand zu einem Gegenstand abgeleitet wird.The Indian 1 The measurement or test setup shown essentially comprises a real measurement system 2 as well as a test system 4th . The real measuring system is, in particular, a system for distance measurement, such as is used in particular in motor vehicles. Specifically, this is a LIDAR system. The measuring system 2 assigns a transmitter 6th for outputting a measuring cycle signal pin code , i.e. a sequence of periodically recurring measurement pulses PIN1 , PIN2 ... PIN on. In the case of a LIDAR system, these are laser pulses. Furthermore, the measuring system 2 a recipient 8th to receive a signal pulse. Furthermore, the measuring system 2 a processing unit 10 on the basis of which a signal transit time between the sending and receiving of the measuring pulse is determined and a distance to an object is derived from this.

Im realen Betrieb dient diese Abstandsmessung beispielsweise als eine Eingangsgröße für ein Assistenzsystem bei einem autonomen oder teilautonomen Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeugs. Um die Funktionsfähigkeit oder auch die Funktionalität des Messsystems 2 (Device Under Test, DUT) im Labormaßstab zu testen ist das Testsystem 4 vorgesehen. Dieses ist unmittelbar vor dem Messsystem 2 und zu diesem um einen Abstand a beabstandet positioniert. Das Testsystem 4 weist ebenfalls einen Empfänger 8 zum Empfang des Messtakt-Signals PIN sowie einen Sender 6 zur Abgabe eines Ausgangspulses POUT auf. Weiterhin weist das Testsystem 4 eine Steuereinheit 16 auf, mit deren Hilfe eine Verzögerungszeit D zwischen einem eingehenden Messpuls PINn und dem Ausgangspuls POUT eingestellt wird (vgl. auch 3). Das Testsystem 4 simuliert dabei einen Abstand eines Gegenstandes va (virtueller Abstand), simuliert daher quasi einen virtuellen Gegenstand 12 im Abstand a+va vom Messsystem 2. Hierzu sind im Testsystem 4 ein oder mehrere virtuelle Abstände va hinterlegt und das Testsystem 4 ermittelt hierzu korrespondierende virtuelle Verzögerungen, die nachfolgend als Simulations-Verzögerung VD bezeichnet werden.In real operation, this distance measurement is used, for example, as an input variable for an assistance system in an autonomous or partially autonomous driving operation of a motor vehicle. About the functionality or the functionality of the measuring system 2 The test system is to be tested on a laboratory scale (Device Under Test, DUT) 4th intended. This is immediately in front of the measuring system 2 and to this by a distance a positioned at a distance. The test system 4th also assigns a recipient 8th to receive the measuring cycle signal pin code as well as a transmitter 6th to deliver an output pulse POUT on. Furthermore, the test system 4th a control unit 16 with the help of which a delay time D. between an incoming measuring pulse PINn and the output pulse POUT is set (see also 3 ). The test system 4th simulates a distance to an object especially (virtual distance), therefore simulates a virtual object 12th at a distance a + va from the measuring system 2 . These are in the test system 4th one or more virtual distances especially deposited and the test system 4th determines corresponding virtual delays, which are subsequently referred to as simulation delays VD are designated.

Der zeitliche Ablauf zwischen Messpuls PIN und Ausgangspuls POUT ist vereinfacht in der 2 dargestellt. Hieraus ist zu erkennen, dass - bezogen jeweils auf die ansteigende Pulsflanke der beiden Pulse - der Ausgangspuls POUT um die Simulations-Verzögerung VD verzögert ist. Durch diese verzögerte Ausgabe wird also der virtuelle Abstand va simuliert. Bevorzugt können dem Testsystem 4 unterschiedliche virtuelle Abstände va vorgegeben werden. Dies erfolgt beispielsweise über Tabellen, die der Steuereinheit 16 bekannt gemacht werden.The time sequence between the measuring pulse pin code and output pulse POUT is simplified in the 2 shown. It can be seen from this that - in relation to the rising pulse edge of the two pulses in each case - the output pulse POUT the simulation delay VD is delayed. This delayed output thus becomes the virtual distance especially simulated. Preferably the test system 4th different virtual distances especially can be specified. This is done, for example, using tables in the control unit 16 be made known.

Das zu den 1 und 2 beschriebene System funktioniert vergleichsweise problemlos bei großen virtuellen Abständen von beispielsweise 100 m oder mehr. Bei einer Simulation eines Nahbereichs, also bei einer Überprüfung, wie das Messsystem 2 auf Gegenstände im Nahbereich von beispielsweise lediglich einigen 10 m oder weniger als 10 m reagiert, entstehen jedoch aufgrund der extrem kurzen Signallaufzeiten Probleme aufgrund der erforderlichen Signalverarbeitungszeit innerhalb des Testsystems 4.That to the 1 and 2 The system described works comparatively problem-free at large virtual distances of, for example, 100 m or more. When simulating a close range, i.e. when checking how the measuring system is 2 reacts to objects in the vicinity of, for example, only a few 10 m or less than 10 m, but problems arise due to the extremely short signal transit times due to the required signal processing time within the test system 4th .

Wie beispielsweise in der 3a im unteren Bereich durch die gestrichelten Pfeile sowie durch den gestrichelten Ausgangspuls dargestellt ist, besteht das Problem, dass die Simulations-Verzögerung VD geringer ist als die erforderliche Signalverarbeitungszeit, auch Totzeit TD genannt. Dies bedeutet, dass beim normalen Betrieb das Testsystem 4 einen Nahbereich nicht oder nur unzureichend simulieren kann.For example, in the 3a is shown in the lower area by the dashed arrows and by the dashed output pulse, there is the problem that the simulation delay VD is less than the required signal processing time, including dead time TD called. This means that during normal operation the test system 4th Cannot simulate a close range or can only inadequately simulate it.

Bei der Einstellung der gesamten Verzögerung D oder auch der Simulations-Verzögerung VD ist diese Totzeit TD zu berücksichtigten. Die virtuelle Verzögerung VD setzt sich beispielsweise zusammen aus der Totzeit TD und einer am Testsystem einstellbaren Verzögerung nachfolgend als Delay DL bezeichnet. Zur Einstellung des Delays DL ist eine Schaltungsvorrichtung implementiert, die sogenannte DelayLine. Die Totzeit kann kalibriert bzw. vermessen werden, beispielsweise durch die Einstellung DL=0 und der Vermessung der zeitlichen Differenz der Pulse POUT-PIN.When setting the total delay D. or the simulation delay VD is this dead time TD to be taken into account. The virtual delay VD is composed, for example, of the dead time TD and a delay that can be set on the test system subsequently as a delay DL designated. For setting the delay DL a circuit device is implemented, the so-called DelayLine. The dead time can be calibrated or measured, for example by setting DL = 0 and measuring the time difference between the pulses POUT PIN .

Um auch einen solchen Nahbereich zuverlässig und mit hoher Genauigkeit zu simulieren ist das Testsystem 4 nunmehr derart ausgebildet, dass das Ausgangssignal POUT insgesamt um die Verzögerungszeit D bezogen auf den Eingang des Messpulses PINn ausgegeben wird, wobei die Verzögerungszeit D derart bemessen ist, dass der Ausgangspuls POUT in einem nachfolgenden Messzyklus des Messtakt-Signals PIN, also nachfolgend zu einem weiteren Messpuls, insbesondere nachfolgend zu einem zweiten Messpuls PIN2 ausgegeben wird. Diese Situation ist in der 3a dargestellt. Bei dieser Darstellung handelt es sich noch um eine vereinfachte Darstellung, da eine erforderliche Signallaufzeit zwischen dem Messystem 2 und dem Testsystem 4 noch nicht berücksichtigt ist. In der vereinfachten Darstellung ist insbesondere angenommen, dass die Abgabe des Messpuls PIN am Messsystem 2 und dessen Eingang am Testsystem 4 quasi zeitgleich erfolgt. Die Simulations-Verzögerung wird vorliegend mit VD' gekennzeichnet.The test system is used to simulate such a close range reliably and with high accuracy 4th now designed in such a way that the output signal POUT in total by the delay time D. is output based on the input of the measuring pulse PINn, whereby the delay time D. is dimensioned such that the output pulse POUT in a subsequent measuring cycle of the measuring clock signal pin code , that is, following a further measuring pulse, in particular following a second measuring pulse PIN2 is issued. This situation is in the 3a shown. This representation is still a simplified representation, since there is a required signal transit time between the measuring system 2 and the test system 4th is not yet taken into account. In the simplified representation it is assumed in particular that the Delivery of the measuring pulse pin code on the measuring system 2 and its input to the test system 4th almost at the same time. The simulation delay is shown here with VD ' marked.

Die Verzögerungszeit D ist dabei derart bemessen, dass der Ausgangspuls POUT um die Simulations-Verzögerung VD' versetzt zu dem weiteren Messpuls PIN2 erfolgt. Der Ausgangspuls POUT weist allgemein eine Pulsdauer PW auf. Bezogen auf das Bezugssystem des Messsystems 2 empfängt dieses also nach Abgabe des weiteren Messpulses PIN2 einen simulierten, reflektierten Ausgangspuls POUT, der um die Simulations- Verzögerung VD' verzögert empfangen wird und ermittelt aus dieser simulierten Laufzeit einen Abstand.The delay time D. is dimensioned in such a way that the output pulse POUT the simulation delay VD ' offset to the further measuring pulse PIN2 he follows. The output pulse POUT generally has a pulse duration PW on. In relation to the reference system of the measuring system 2 receives this after delivery of the further measuring pulse PIN2 a simulated, reflected output pulse POUT , the one to delay the simulation VD ' is received with a delay and determines a distance from this simulated transit time.

Insgesamt wird daher der Ausgangspuls POUT (exakt) um ein ganzzahliges Vielfaches der Zykluszeit des Messtaktes, im Folgenden kurz als Messtakt Tp bezeichnet, zuzüglich der Simulations-Verzögerung VD' verschoben. Für die Verzögerung D ergibt sich daher: D = Tp + VD '

Figure DE102021203365A1_0001
Overall, therefore, the output pulse becomes POUT (exactly) by an integer multiple of the cycle time of the measuring cycle, hereinafter referred to as the measuring cycle Tp plus the simulation delay VD ' postponed. For the delay D. therefore results: D. = Tp + VD '
Figure DE102021203365A1_0001

In einem Zwischenschritt erfolgt innerhalb des Testsystems 4 dabei zunächst eine Feinverschiebung PFT des Pulses, wie sie speziell im Zusammenhang mit der 4 genauer erläutert wird. Diese Feinverschiebung PFT ist dabei insgesamt bevorzugt derart gewählt, dass der hierbei verschobene Puls um ein zeitliches Abstandsfenster X von dem weiteren Messpuls PIN2 beabstandet ist.An intermediate step takes place within the test system 4th first a fine adjustment PFT of the pulse as specifically related to the 4th is explained in more detail. This fine shift PFT is overall preferably selected in such a way that the pulse shifted here by a time interval window X from the further measuring pulse PIN2 is spaced.

Die Feinverschiebung ergibt sich daher zu PFT = Tp X

Figure DE102021203365A1_0002
The fine shift therefore results in PFT = Tp - X
Figure DE102021203365A1_0002

Für die Verzögerung D ergibt sich dann: D = Tp + VD ' = PFT + X + VD '

Figure DE102021203365A1_0003
For the delay D. then results: D. = Tp + VD ' = PFT + X + VD '
Figure DE102021203365A1_0003

Für die am Testsystem mit Hilfe der DelayLine einzustellende Verzögerung DL für die (weitere) Verschiebung des um PFT feinverschobenen Pulses ergibt sich somit unter Berücksichtigung der Totzeit: DL + TD = D PFT = X + VD '

Figure DE102021203365A1_0004
For the delay to be set on the test system using the DelayLine DL for the (further) postponement of the PFT The finely shifted pulse results, taking into account the dead time: DL + TD = D. - PFT = X + VD '
Figure DE102021203365A1_0004

Die einstellbare Verzögerung der DelayLine DL ergibt sich damit zu: DL = X + VD ' TD

Figure DE102021203365A1_0005
The adjustable delay of the DelayLine DL thus results in: DL = X + VD ' - TD
Figure DE102021203365A1_0005

Bei der bisherigen Betrachtung in 3a blieb der reale Abstand a zwischen Testsystem 4 und Messsystem 2 noch außer Betracht und es wurde zunächst nur eine rechnerische Simulations-Verzögerung VD berücksichtigt.In the previous consideration in 3a remained the real distance a between test system 4th and measuring system 2 still out of consideration and initially there was only a computational simulation delay VD considered.

Bei der Ermittlung einer tatsächlich von dem Testsystem 4 einzustellenden Simulations-Verzögerung nachfolgend mit VD" bezeichnet, ist jedoch grundsätzlich noch zu berücksichtigen, dass die Pulse PIN sowie POUT den realen Abstand a, genauer eine Strecke s in der Zeit TS zwischen den Empfängern 8 und Sendern 6, durchlaufen müssen. Es gilt zumindest näherungsweise: s = a = c * TS.When determining one actually from the test system 4th simulation delay to be set below with VD " , however, it must be taken into account that the pulses pin code as POUT the real distance a , more precisely a route s at the time TS between the recipients 8th and transmitters 6th , have to go through. The following applies at least approximately: s = a = c * TS.

Dies ist in der 3b dargestellt, in der zusätzlich der zeitliche Ablauf der von dem Messsystem 2 abgegebenen Messpulse, hier als P(DUT) bezeichnet, mit dargestellt ist. Es ist gut zu erkennen, dass zwischen Abgabe P(DUT) und Empfang des Pulses PIN1 am Testsystem 4 eine Zeitdauer TS vergeht.This is in the 3b shown, in which the time sequence of the measuring system 2 output measuring pulses, here referred to as P (DUT), is shown with. It is easy to see that between delivery P (DUT) and reception of the pulse PIN1 on the test system 4th a period of time TS passes.

Weiterhin wird ein Fall betrachtet, bei dem der zu simulierende, virtuelle Abstand va kleiner ist als der Abstand a und damit vom Testsystem aus gesehen negativ, d.h. das virtuelle Objekt liegt zwischen Messsystem 2 und Testsystem 4. In diesem Fall muss daher bei der Bestimmung der Verzögerung D gemäß 3b die Simulations-Verzögerung VD" rechnerisch von Tp abgezogen werden und es ergibt sich: D = Tp VD ' ' = PFT + X VD ' '

Figure DE102021203365A1_0006
Furthermore, a case is considered in which the virtual distance to be simulated especially is smaller than the distance a and thus negative as seen from the test system, ie the virtual object lies between the measuring system 2 and test system 4th . In this case, therefore, must be used in determining the delay D. according to 3b the simulation delay VD " arithmetically deducted from Tp and the result is: D. = Tp - VD ' ' = PFT + X - VD ' '
Figure DE102021203365A1_0006

Für die DelayLine, also für die am Testsystem zusätzlich zu der Feinverschiebung PFT einzustellende Verzögerung ergibt sich inklusive der Totzeit somit: DL + TD = D PFT = X VD ' '

Figure DE102021203365A1_0007
For the DelayLine, i.e. for those on the test system in addition to the fine adjustment PFT The delay to be set results including the dead time: DL + TD = D. - PFT = X - VD ' '
Figure DE102021203365A1_0007

Die einstellbare Verzögerung der DelayLine DL ergibt sich damit zu: DL = X VD ' ' TD

Figure DE102021203365A1_0008
The adjustable delay of the DelayLine DL thus results in: DL = X - VD ' ' - TD
Figure DE102021203365A1_0008

Wobei wg. va < a auch gilt: VD" < TS.Whereby wg. va <a also applies: VD "<TS.

Durch die Verschiebung in einen (den) nachfolgenden Messzyklus des Messsystems 2 besteht der besondere Vorteil, dass der Ausgangspuls POUT quasi in beliebiger Nähe zum zweiten Messpuls PIN2 abgegeben werden kann und damit quasi beliebige Abstände vom Messsystem 2 aus zu einem Gegenstand simuliert werden können, insbesondere auch virtuelle Abstände va, die kleiner als der Abstand a sind und zwischen Messsystem 2 und Testsystem 4 liegen. Die Simulations-Verzögerung wird also derart gewählt, dass unter Berücksichtigung des realen Abstandes a beim Messystem 2 der Ausgangspuls POUT derart zeitnah nach dem zweiten ausgegebenen Messpuls P(DUT) beim Messsystem 2 eingeht (und damit vor dem Eingang des zweiten Messpuls PIN2 beim Testsystem 4 abgegeben wird), dass das Messystem 2 einen Abstand auswertet, welcher geringer ist als der physikalische Abstand a zum Testsystem.By shifting to a subsequent measuring cycle of the measuring system 2 there is the particular advantage that the output pulse POUT virtually in any proximity to the second measuring pulse PIN2 can be delivered and thus virtually any distance from the measuring system 2 can be simulated from to an object, in particular also virtual distances especially that are smaller than the distance a are and between the measuring system 2 and test system 4th lie. The simulation delay is chosen so that taking into account the real distance a with the measuring system 2 the output pulse POUT so soon after the second output measuring pulse P (DUT) in the measuring system 2 is received (and thus before the input of the second measuring pulse PIN2 with the test system 4th issued) that the measuring system 2 evaluates a distance which is smaller than the physical distance a to the test system.

In diesem Fall muss quasi der Ausgangspuls POUT vom Testsystem 2 abgegeben werden, bevor das Messystem 2 den zweiten Messpuls PIN2 abgibt. Es ist daher für die Gleichung D = Tp - VD" eine rechnerisch negative Simulations-Verzögerung VD" erforderlich wie oben gezeigt.In this case, the output pulse must be POUT from the test system 2 be issued before the measuring system 2 the second measuring pulse PIN2 gives away. It is therefore a mathematically negative simulation delay for the equation D = Tp - VD " VD " required as shown above.

Die Feinverschiebung PFT erfolgt dabei in allen Fällen folgendermaßen, wie anhand der 4 erläutert wird:

  • Das Testsystem 4, speziell die Steuereinheit 16, die bevorzugt als ein FPGA ausgebildet ist, weist ein Systemtakt-Signal CLK auf bzw. wird mit einem solchen beaufschlagt. Dieses Systemtakt-Signal CLK weist eine Takt- oder Zykluszeit T auf, die nachfolgend auch kurz als Systemtakt T bezeichnet wird. Der Systemtakt T liegt dabei typischerweise im Bereich von beispielsweise 2,5 ns bis 50 ns und speziell bei 10 ns, was einer Taktung von 100 MHz entspricht. Typischerweise sind bei diesem Systemtakt die Pulsdauern des HI-Pegels und des LO-Pegels identisch.
The fine adjustment PFT takes place in all cases as follows, based on the 4th is explained:
  • The test system 4th , specifically the control unit 16 , which is preferably designed as an FPGA, has a system clock signal CLK on or is acted upon by such. This system clock signal CLK has a clock or cycle time T which is also referred to below as the system clock T referred to as. The system clock T is typically in the range of, for example, 2.5 ns to 50 ns and especially 10 ns, which corresponds to a clock rate of 100 MHz. With this system clock, the pulse durations of the HI level and the LO level are typically identical.

Im Unterschied zu diesem Systemtakt T ist der Messtakt Tp, also die Zykluszeit des Messtakt-Signals PIN deutlich, um beispielsweise den Faktor 1000 größer. Die Taktrate liegt beispielsweise im Bereich zwischen 10 kHz und 100 kHz, beispielsweise bei 50 kHz, was einem Messtakt Tp von 20 µs entspricht. Bei dem Messtakt-Signal PIN sind der HI-Pegel und der LO-Pegel ungleich, speziell liegt der HI-pegel beispielsweise bei weniger als 1/5 oder 1/10 der Zykluszeit des Messtaktes Tp an und beträgt beispielsweise 100 ns.In contrast to this system clock T is the measuring cycle Tp , i.e. the cycle time of the measuring cycle signal pin code significantly, for example by a factor of 1000 larger. The clock rate is, for example, in the range between 10 kHz and 100 kHz, for example 50 kHz, which corresponds to a measuring clock Tp of 20 µs. With the measuring cycle signal pin code If the HI level and the LO level are not the same, the HI level is specifically less than 1/5 or 1/10 of the cycle time of the measuring cycle, for example Tp and is, for example, 100 ns.

Zurückkommend auf 4 ist anhand des Messpulses PINn dargestellt, dass dieser asynchron zum Systemtakt-Signal CLK eintrifft. Zwischen dem Messpuls PINn und dem ersten Puls des Systemtakt-Signals CLK, welcher dem Messpuls PINn nachfolgt, besteht eine Phasenverschiebung FT. Wie nachfolgend noch erläutert wird, wird diese Phasenverschiebung FT vom Testsystem 4 ermittelt und für die Berechnung der Verzögerungszeit D berücksichtigt.Coming back to 4th the measurement pulse PINn shows that this is asynchronous to the system clock signal CLK arrives. Between the measuring pulse PINn and the first pulse of the system clock signal CLK , which follows the measuring pulse PINn, there is a phase shift FT . As will be explained below, this phase shift is FT from the test system 4th determined and for the calculation of the delay time D. considered.

Um eine definierte Verschiebung des Messpulses PINn zu ermöglichen, wird dieser zunächst in einem 1. Schritt mit dem Systemtakt-Signal CLK synchronisiert, d. h. zunächst um die Phasenverschiebung FT verschoben, sodass also der Messpuls PINn synchron zum Systemtakt-Signal CLK ist.In order to enable a defined shifting of the measuring pulse PINn, this is initially in a 1st step with the system clock signal CLK synchronized, ie initially by the phase shift FT shifted so that the measuring pulse PINn is synchronized with the system clock signal CLK is.

Anschließend wird der Puls um ein ganzzahliges Vielfaches des Systemtaktes T (n*T) verschoben, sodass in Summe sich zunächst das gepunktete, verschobene Pulssignal ergibt, welches zu diesem Zeitpunkt noch synchron mit dem Systemtakt-Signal CLK ist.Then the pulse is an integer multiple of the system clock T (n * T) shifted, so that the first result is the dotted, shifted pulse signal, which at this point in time is still synchronous with the system clock signal CLK is.

Anschließend wird dieser Puls korrespondierend um die Phasenverschiebung FT, und zwar um die inverse Phasenverschiebung T-FT verschoben. Das derart verschobene Pulssignal ist das um die Feinverschiebung PFT verschobene Signal. Dieses Pulssignal weist dabei bezüglich des Systemtakt-Signals CLK den gleichen Phasenversatz auf wie der Messpuls PINn.This pulse is then corresponding to the phase shift FT , namely the inverse phase shift T-FT postponed. The pulse signal shifted in this way is that by the fine shift PFT shifted signal. This pulse signal points in relation to the system clock signal CLK the same phase offset as the measuring pulse PINn.

Die Verschiebung im 2. Schritt um ein ganzzahliges Vielfaches des Systemtaktes n*T ist dabei derart, d. h. n wird entsprechend gewählt, dass sich die dargestellte Feinverschiebung PFT als PFT = Tp -X ergibt. Das Abstandsfenster X wird dabei allgemein derart gewählt und beispielsweise durch eine entsprechende Programmierung der Steuereinheit 16 (z.B. FPGA) eingestellt, dass es beispielsweise im Bereich zwischen 1-2 µs liegt, insbesondere bei der zuvor genannten Zykluszeit des Messtaktes Tp von etwa 20 µs. Damit ist ein ausreichender Abstand des verschobenen Pulses zu dem weiteren, 2. Messpuls PIN2 gegeben.The shift in the 2nd step by an integer multiple of the system clock n * T is such, ie n is selected accordingly, that the fine shift shown is PFT as PFT = Tp -X results. The distance window X is generally selected in this way and, for example, by appropriate programming of the control unit 16 (eg FPGA) is set so that it is, for example, in the range between 1-2 µs, in particular with the aforementioned cycle time of the measuring cycle Tp of about 20 µs. There is thus a sufficient distance between the shifted pulse and the further, 2nd measurement pulse PIN2 given.

Dieser feinverschobene Puls PFT wird schließlich um das Abstandsfenster X zuzüglich der (rechnerischen, ohne Berücksichtigung des realen Abstandes A) Simulations-Verzögerung VD verschoben (3).That finely shifted pulse PFT will eventually around the gap window X plus the (calculated, without taking into account the real distance A) simulation delay VD postponed ( 3 ).

In einer alternativen Ausbildung besteht auch die Möglichkeit, dass die gesamte Feinverschiebung PFT exakt einem Messtakt Tp entspricht und lediglich in der letzten Verschiebungsstufe oder Verzögerungsstufe nur noch die Simulations-Verzögerung VD erfolgen muss.In an alternative training there is also the possibility that the entire fine adjustment PFT exactly one measuring cycle Tp and only the simulation delay in the last shift stage or delay stage VD must be done.

Insgesamt entspricht die Feinverschiebung PFT einer Verschiebung um ein ganzzahliges Vielfaches des Systemtaktes T. Die gesamte Feinverschiebung stellt sich als Summe von mehreren einzelnen Verschiebungen wie folgt dar: PFT = FT + n * T + T FT = ( n + 1 ) * T .

Figure DE102021203365A1_0009
Overall, the fine adjustment corresponds to PFT a shift by an integral multiple of the system clock T . The total fine shift is the sum of several individual shifts as follows: PFT = FT + n * T + T - FT = ( n + 1 ) * T .
Figure DE102021203365A1_0009

Mittels dieser Verschiebung PFT erfolgt daher - in Verbindung mit einer Verschiebung um das Abstandsfenster X - eine hochgenaue Verschiebung des eingehenden Messpulses PIN um exakt ein oder auch mehrere Messzyklen des Messtaktes Tp. Hervorzuheben ist, dass diese Verschiebung PFT alleine durch den Systemtakt bestimmt ist.By means of this shift PFT therefore takes place - in connection with a shift around the distance window X - a highly precise shift of the incoming measuring pulse pin code by exactly one or more measuring cycles of the measuring cycle Tp . It should be emphasized that this shift PFT is determined solely by the system clock.

Durch diese Maßnahme mit der Berücksichtigung der Phasenverschiebung FT sind Fehler infolge einer Asynchronität zwischen Messpuls PIN und Systemtakt-Signal CLK vermieden oder reduziert. Durch die Verschiebung in einen nachfolgenden Messzyklus des Messtakt-Signals PIN ist gewährleistet, dass auch bei kurzen Signallaufzeiten und damit kurzen zu simulierenden Abständen keine Fehler infolge einer erforderlichen Signalverarbeitungszeit (Totzeit) auftreten.With this measure taking into account the phase shift FT are errors due to an asynchronicity between the measuring pulse pin code and system clock signal CLK avoided or reduced. By shifting the measuring cycle signal to a subsequent measuring cycle pin code it is ensured that even with short signal propagation times and thus short intervals to be simulated, no errors occur as a result of a required signal processing time (dead time).

Für den Schritt zur Bestimmung der Phasenverschiebung FT und gleichzeitig auch für die Synchronisierung des Messpulses PINn mit dem Systemtakt-Signal CLK weist die Steuereinheit 16 (vergleiche hierzu insbesondere 5) einen Mess- und Synchronisierungsblock auf, der nachfolgend kurz als Messblock 18 bezeichnet ist. Bei diesem handelt sich um eine Schaltungsanordnung von mehreren Bausteinen. Dieser Messblock 18 weist dabei grundsätzlich eine Vielzahl von einzelnen Delay-Bausteinen D1, D2 ... Dn auf. Jeder dieser Delay-Bausteine Dn weist eine Verzögerung d zwischen dem Anlegen eines Eingangssignals und der Abgabe eines Ausgangssignals an. Dies bedeutet, dass zwischen einem eingehenden Signal und einem Schalten des jeweiligen Delay-Bausteins Dn (Umschalten des Ausganspegels) eine definierte Verzögerung d verstreicht. Bei den einzelnen Delay-Bausteinen Dn handelt es sich beispielsweise um Inverter oder auch um eine Multiplexer-Anordnung, wie sie grundsätzlich bekannt sind.For the step of determining the phase shift FT and at the same time also for the synchronization of the measuring pulse PINn with the system clock signal CLK instructs the control unit 16 (compare in particular 5 ) has a measurement and synchronization block, hereinafter referred to as the measurement block 18th is designated. This is a circuit arrangement of several modules. This measuring block 18th basically has a large number of individual delay modules D1, D2 ... Dn. Each of these delay modules Dn has a delay d between the application of an input signal and the delivery of an output signal. This means that there is a defined delay between an incoming signal and a switching of the respective delay module Dn (switching of the output level) d elapses. The individual delay modules Dn are, for example, inverters or also a multiplexer arrangement, as they are basically known.

Die Schaltzeiten dieser Bausteine und damit die Verzögerung d liegt beispielsweise im Bereich von 100 ps. Diese Schaltanordnung mit den Delay-Bausteine Dn wird mit dem Messpuls PINn beaufschlagt. Gemäß der 5 sind die einzelnen Delay-Bausteine Dn in Serie hintereinander geschaltet. Nach jedem Baustein Dn wird dessen Schaltzustand abgegriffen und ausgewertet. Die zeitliche Abfolge ist in der 6 dargestellt. Zu erkennen ist zunächst das Systemtakt-Signal CLK und der hierzu um die Phasenverschiebung FT verschobene Messpuls PINn. Sobald dieser anliegt, schaltet nach der Verzögerung d der erste Delay-Baustein D1 und gibt ein High-Level Ausgangssignal ab, welches als Schalten gewertet wird. Dieses Ausgangssignal liegt verzögert um die Verzögerung d nachfolgend am zweiten Baustein D2 usw. an. Beim nächsten Takt des Systemtakt-Signals CLK werden die Schaltzustände der einzelnen Bausteine Dn ausgelesen und anhand der Anzahl der geschalteten Bausteine Dn wird bei bekannter Verzögerung d mit vergleichsweise hoher Genauigkeit die Phasenverschiebung FT ermittelt.The switching times of these blocks and thus the delay d is, for example, in the region of 100 ps. The measuring pulse PINn is applied to this switching arrangement with the delay modules Dn. According to the 5 the individual delay modules Dn are connected in series. After each module Dn, its switching status is picked up and evaluated. The time sequence is in the 6th shown. The first thing that can be seen is the system clock signal CLK and that of the phase shift FT shifted measuring pulse PINn. As soon as this is applied, it switches after the delay d the first delay module D1 and emits a high-level output signal, which is evaluated as switching. This output signal is delayed by the delay d subsequently to the second module D2 etc. At the next clock of the system clock signal CLK the switching states of the individual modules Dn are read out and the number of switched modules Dn is used if the delay is known d the phase shift with comparatively high accuracy FT determined.

Gleichzeitig wird dieser Messblock 18 auch zu einer Synchronisierung und damit Verschiebung des Messpulses PINn herangezogen, wie dies in der 5 im unteren Bildbereich dargestellt ist. Eine derartige Synchronisierung eines Pulses mit einem vorgegebenen Takt ist grundsätzlich bekannt. Die Synchronisierung des Pulses erfolgt parallel zur Bestimmung der Phasenverschiebung FT. Der synchronisierte Puls SYNC wir schließlich von dem Messblock 18 abgegeben.At the same time this measuring block 18th also used to synchronize and thus shift the measuring pulse PINn, as shown in FIG 5 is shown in the lower part of the image. Such a synchronization of a pulse with a predetermined cycle is known in principle. The pulse is synchronized in parallel with the determination of the phase shift FT . The synchronized pulse SYNC we finally from the measuring block 18th submitted.

Die gesamte Verzögerungszeit D und die einzelnen Schritte zu deren Bestimmung werden nachfolgend anhand der Darstellung der 7 erläutert:

  • Der eingehende Messpuls PIN wird zunächst am Messblock 18 eingespeist. In diesem erfolgt wie eben beschrieben die Bestimmung der Phasenverschiebung FT sowie die Synchronisation mit dem Systemtakt-Signal CLK. Dieses synchronisierte Signal SYNC wird in einem ersten Verarbeitungsblock 20 weiter verarbeitet. Und zwar wird insbesondere das Signal um ein Vielfaches des Systemtaktes T mithilfe einer ersten Verzögerungsschaltung um n*T verschoben. Dieses verschobene Signal wird einem zweiten Verarbeitungsblock 22 zugeführt, in dem eine weitere Verschiebung um die inverse Phasenverschiebung T-FT mit Hilfe einer zweiten Verzögerungsschaltung erfolgt, so dass sich insgesamt der feinverschobene Puls PFT ergibt. Die Phasenverschiebung FT wird mit Hilfe eines Transponders 27 zu T-FT gewandelt und dem zweiten Verarbeitungsblock 22 weitergeleitet. Mit Hilfe des Transponders 27 erfolgt daher eine Art Komplement-Bildung zur Phasenverschiebung FT. Die Erzeugung dieses feinverschobenen Pulses PFT erfolgt insgesamt innerhalb der Steuereinheit 16 in einem Kompensationsblock 24.
The total delay time D. and the individual steps for their determination are explained below using the illustration of 7th explained:
  • The incoming measuring pulse pin code is first on the measuring block 18th fed in. The phase shift is determined in this as just described FT as well as the synchronization with the system clock signal CLK . This synchronized signal SYNC is in a first processing block 20th further processed. In particular, the signal is a multiple of the system clock T shifted by n * T using a first delay circuit. This shifted signal is sent to a second processing block 22nd supplied, in which a further shift by the inverse phase shift T-FT takes place with the help of a second delay circuit, so that overall the finely shifted pulse PFT results. The phase shift FT is made with the help of a transponder 27 to T-FT converted and the second processing block 22nd forwarded. With the help of the transponder 27 there is therefore a kind of complement formation for phase shifting FT . The generation of this finely shifted pulse PFT takes place entirely within the control unit 16 in a compensation block 24 .

In einem nachfolgenden dritten Verarbeitungsblock 25 mit einer dritten Verzögerungsschaltung erfolgt schließlich die weitere Verschiebung um das Abstandsfenster X zuzüglich der Simulations-Verzögerung, bevor dann der Ausgangspuls POUT ausgegeben wird.In a subsequent third processing block 25th with a third delay circuit, the further shifting takes place by the distance window X plus the simulation delay before the output pulse POUT is issued.

Eine Blockbilddarstellung der Steuereinheit 16 ist in vereinfachter Darstellung in der 8 dargestellt. Diese ist bevorzugt als eine integrierte Schaltung und insbesondere als ein FPGA ausgebildet oder weist zumindest eine solche integrierte Schaltung auf. Die Steuereinheit 16 weist vorzugsweise mehrere Signalverarbeitungseinheiten 17 auf, die jeweils einen Kanal bilden. Beispielsweise sind 4 oder auch mehr derartiger Signalverarbeitungseinheiten 17 implementiert. Die Steuereinheit 16 und damit zumindest eine (und vorzugsweise genau eine) ausgewählte Signalverarbeitungseinheit 17 wird eingangsseitig mit dem Messpuls-Signal PIN beaufschlagt wird und gibt ausgangsseitig den Ausgangspuls POUT aus. Die Signale PIN und POUT werden vorzugsweise individuell pro Kanal ausgelegt und separat konfiguriert. Innerhalb der Signalverarbeitungseinheit 17 ist der zuvor beschriebene Kompensationsblock 24 dargestellt, welcher den feinverschobenen Puls PFT ausgibt. Weiterhin ist der dritte Verzögerungsblock 25 dargestellt, welcher eingangsseitig - je nach Betriebsmodus - entweder mit dem feinverschobenen Signal PFT oder mit dem Messpuls PIN direkt beaufschlagt wird. Schließlich wird ausgangsseitig der Ausgangspuls POUT ausgegeben.A block diagram of the control unit 16 is a simplified representation in the 8th shown. This is preferably designed as an integrated circuit and in particular as an FPGA or has at least one such integrated circuit. The control unit 16 preferably has several signal processing units 17th each forming a channel. For example, there are 4 or more such signal processing units 17th implemented. The control unit 16 and thus at least one (and preferably exactly one) selected signal processing unit 17th is on the input side with the measuring pulse signal pin code is applied and gives the output pulse on the output side POUT the end. The signals pin code and POUT are preferably designed individually for each channel and configured separately. Inside the signal processing unit 17th is the one previously described Compensation block 24 shown, which has the finely shifted pulse PFT issues. Furthermore, there is the third delay block 25th shown, which on the input side - depending on the operating mode - either with the finely shifted signal PFT or with the measuring pulse pin code is applied directly. Finally, the output pulse becomes the output POUT issued.

Die Steuereinheit 16 weist weiterhin eine Kommunikationsschnittstelle 26 auf, über die die Signalverarbeitungseinheiten17 eingestellt und konfiguriert werden können.The control unit 16 furthermore has a communication interface 26th via which the signal processing units17 can be set and configured.

Bei dieser handelt es sich um eine an sich bekannte Schnittstelle, beispielsweise um eine sogenannte SPI-Schnittstelle (Serial Peripheral Interface, SPI-Bus). Diese weist typischerweise mehrere Anschlusspins auf (3 Eingänge: SCLK, CSN, MOSI, 1 Ausgang: MISO), über die eine Eingabe und Ausgabe erfolgt. Speziell werden hierdurch mehrere Register adressiert, um Einstellungen vorzunehmen. Diese Register 28, 30 ,32, 34, 38, 40, 42 werden nachfolgend allgemein als „Anschluss“ bezeichnet und sind mehrfach ausgelegt, um die Signalverarbeitungseinheiten 17 individuell zu konfigurieren.This is an interface known per se, for example a so-called SPI interface (Serial Peripheral Interface, SPI bus). This typically has several connection pins (3 inputs: SCLK, CSN, MOSI, 1 output: MISO), via which input and output take place. In this way, several registers are specifically addressed in order to make settings. These registers 28 , 30th , 32 , 34 , 38 , 40 , 42 are generally referred to below as “connection” and are designed in several ways around the signal processing units 17th to be configured individually.

So ist beispielsweise über einen (Programmier-) Anschluss 28 einstellbar, um wie viel das Signal im ersten Verzögerungsblock 20 verschoben werden soll, es wird also insbesondere der Faktor n für die ganzzahliges Verschiebung um das Taktsignal T eingestellt.For example, via a (programming) connection 28 adjustable by how much the signal in the first delay block 20th is to be shifted, so it is in particular the factor n for the integer shift by the clock signal T set.

Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, neben der Verschiebung auch die Pulsweite des Messpulses zu verändern, d.h. die Pulsweite PW (vgl. 3) des Ausgangspulses POUT und auf einen gewünschten Wert, beispielsweise auf ein ganzzahliges Vielfaches der Zykluszeit T des Systemtaktes einzustellen (m*T).Basically there is also the possibility of changing the pulse width of the measuring pulse in addition to the shift, ie the pulse width PW (see. 3 ) of the output pulse POUT and to a desired value, for example an integral multiple of the cycle time T of the system clock (m * T).

Insbesondere werden hierbei Sicherheitsanforderungen speziell im Hinblick auf die Personensicherheit berücksichtigt. So ist beispielsweise bei Lasersystemen eine maximale Lichtintensität (Laser Safety), zu beachten. Durch die Einstellung einer kurzen Pulsweite kann diese reduziert werden.In particular, safety requirements are specifically taken into account with regard to personal safety. For example, with laser systems, a maximum light intensity (laser safety) must be observed. This can be reduced by setting a short pulse width.

Weiterhin ist ein Auswahlanschluss 30 vorgesehen, über den zwischen zwei Betriebsmodi, nämlich einem Normalbetrieb und einem Kompensationsbetrieb umgeschaltet werden kann. Im Normalbetrieb wird der Messpuls PIN direkt dem dritten Verarbeitungsblock 25 zugeführt, wohingegen im Kompensationsbetrieb der Messpuls PINn über den Kompensationsblock 24 geleitet und das fein verschobene Signal PFT dem dritten Verarbeitungsblock 25 zugeführt wird.There is also a selection connection 30th provided, which can be used to switch between two operating modes, namely normal operation and compensation operation. In normal operation, the measuring pulse is pin code directly to the third processing block 25th while in compensation mode the measuring pulse PINn is supplied via the compensation block 24 and the finely shifted signal PFT the third processing block 25th is fed.

Der Verarbeitungsblock 32 überwacht das Eingangssignal PIN (Watchdog). Erfolgt keine Pulsflanke in einer vorgegebenen Zeit (z.B. 2 * Tp), so wird dies an einem Kontrollanschluss 34 ausgegeben.The processing block 32 monitors the input signal pin code (Watchdog). If there is no pulse edge within a specified time (eg 2 * Tp), this is indicated on a control connection 34 issued.

Von besonderer Bedeutung ist weiterhin eine Kalibriereinheit 36, die mit einem Kalibrieranschluss 38 verbunden ist.A calibration unit is also of particular importance 36 that come with a calibration connector 38 connected is.

Weiterhin ist ein Konfigurationsanschluss 40 vorgesehen, über den die Verzögerung des dritten Verarbeitungsblocks 25 konfigurierbar ist. Speziell werden über diesen Konfigurationsanschluss der virtuelle Abstand und damit die Simulations-Verzögerung VD vorgegeben.There is also a configuration connection 40 provided over which the delay of the third processing block 25th is configurable. The virtual distance and thus the simulation delay are specifically set via this configuration connection VD given.

Schließlich weist die Kommunikationsschnittstelle 26 noch einen Schaltanschluss 42 auf, mit dem die Steuereinheit 16, zumindest ein jeweiliger Kanal, aktivierbar ist, sodass also die Ausgabe des jeweiligen Ausgangspulses POUT aktiviert oder deaktiviert werden kann.Finally, the communication interface 26th another switching connection 42 on with which the control unit 16 , at least one respective channel, can be activated, so that the output of the respective output pulse POUT can be activated or deactivated.

Ergänzend ist noch eine Debug-Schnittstelle als Registeranschluss 44 vorgesehen um unabhängig von der Kommunikationsschnittstelle (SPI) Einstellungen und Messungen vornehmen zu können.In addition, there is a debug interface as a register connection 44 provided in order to be able to make settings and measurements independently of the communication interface (SPI).

Über den Konfigurationsanschluss 40 ist eine feste Simulations-Verzögerung VD für eine jeweilige Signalverarbeitungseinheit 17 einstellbar. Die jeweilige Signalverarbeitungseinheit 17 definiert insofern einen Kanal mit vorgegebener Simulations- Verzögerung VD. Vorzugsweise sind mehrere derartige Kanäle und damit Signalverarbeitungseinheiten 17 innerhalb der Steuereinheit 16 vorgesehen, beispielsweise 4 oder auch mehr, sodass unterschiedliche Simulations-Verzögerungen VD eingestellt werden können, wobei jeder Kanal einen separaten Anschluss PIN und POUT haben kann. Die Aktivierung eines jeweiligen Kanals (einer jeweiligen Signalverarbeitungseinheit 17) erfolgt dann über den Schaltanschluss 42.Via the configuration connection 40 is a fixed simulation delay VD for a respective signal processing unit 17th adjustable. The respective signal processing unit 17th in this respect defines a channel with a specified simulation delay VD . There are preferably several such channels and thus signal processing units 17th inside the control unit 16 provided, for example 4 or more, so that different simulation delays VD can be set, with each channel having a separate connector pin code and POUT may have. The activation of a respective channel (a respective signal processing unit 17th ) then takes place via the switching connection 42 .

Bei den einzelnen Verzögerungsschaltungen der Verarbeitungseinheiten 20, 22, 25 handelt es sich um an sich bekannte Schaltungsanordnungen, mit denen die Pulse um eine vorgegebene, einstellbare Verzögerungszeit verzögert werden können. Diese Verzögerungsschaltungen sind beispielsweise ähnlich wie der Messblock 18 aufgebaut und weisen mehrere in Serie geschaltete Delay-Bausteine Dn auf. Die Verzögerungszeit wird dadurch eingestellt, dass eine bestimmte Anzahl dieser Delay-Bausteine Dn zur Auswahl der Gesamt Verzögerungszeit herangezogen werden.With the individual delay circuits of the processing units 20th , 22nd , 25th it concerns circuit arrangements known per se with which the pulses can be delayed by a predetermined, adjustable delay time. These delay circuits are, for example, similar to the measuring block 18th constructed and have several series-connected delay modules Dn. The delay time is set in that a certain number of these delay modules Dn are used to select the total delay time.

Über die Kalibriereinheit 36 erfolgt die Ermittlung und Überprüfung der Verzögerung d der einzelnen Delay-Bausteine Dn der jeweiligen Signalverarbeitungseinheit 17. Hierzu ist bevorzugt ein (einziger) in der Steuereinheit 16 integrierter Ringoszillator aufgebaut, welcher die Kalibriereinheit 36 bildet oder mit ausbildet. Für diesen Ringoszillator sind mehrere Delay-Bausteine Dn zu einem Ring verschaltet. Es wird die Eigenfrequenz des hierdurch gebildeten Ringoszillators ausgemessen. Anhand dieser Eigenfrequenz (Resonanzfrequenz des gebildeten Ringoszillators) lässt sich in einfacher Weise auf die mittlere Verzögerung d der verwendeten Delay-Bausteine Dn rückschließen. So führt die Eigenfrequenz zunächst zu einer Gesamtverzögerung, welche dividiert durch die Anzahl der eingesetzten Bausteinen Dn schließlich eine gemittelte individuelle Verzögerung d der eingesetzten Bausteinen Dn ergibt. Bei den Bausteinen Dn im Messblock 18 sowie in der Kalibriereinheit 36 handelt sich um baugleiche Bausteine Dn. Hierunter wird insbesondere verstanden, dass diese zumindest aus einer gleichen Produktionscharge stammen. Anhand der ermittelten (gemittelten) Verzögerung d wird auf die Verzögerung d der im Messblock 18 verwendeten Bausteine Dn zurückgeschlossen. Alternativ könnten grundsätzlich auch die im Messblock 18 verwendeten Bausteine Dn direkt als Bauteile des Ringoszillators verwendet werden. Dies wäre jedoch mit Nachteilen bei der Genauigkeit der Bestimmung der Frequenz des Ringoszillators und damit der Bestimmung der Verzögerung der Delay-Bausteine Dn verbunden. Speziell ist vorgesehen, dass die Anzahl der für den Ringoszillator verwendeten Bausteine größer (z.B. um Faktor von zumindest 10 oder zumindest 100 bis zu Faktor 1000) ist als die Anzahl der für den Messblock 18 verwendeten Delay-Bausteine Dn.Via the calibration unit 36 the delay is determined and checked d the individual delay modules Dn of the respective signal processing unit 17th . For this purpose, there is preferably one (only one) in the control unit 16 built-in ring oscillator, which is the calibration unit 36 educates or trains with. Several delay modules Dn are connected to form a ring for this ring oscillator. The natural frequency of the ring oscillator thus formed is measured. On the basis of this natural frequency (resonance frequency of the ring oscillator formed), the mean delay can be calculated in a simple manner d of the delay modules Dn used. Thus, the natural frequency initially leads to a total delay which, when divided by the number of modules Dn used, ultimately results in an averaged individual delay d of the blocks used Dn results. With the blocks Dn in the measuring block 18th as well as in the calibration unit 36 are structurally identical modules Dn. This is understood in particular to mean that these originate from at least the same production batch. Based on the determined (averaged) delay d will be on the delay d the one in the measuring block 18th used blocks Dn closed. Alternatively, the ones in the measuring block could also be used 18th used building blocks Dn can be used directly as components of the ring oscillator. However, this would be associated with disadvantages in the accuracy of the determination of the frequency of the ring oscillator and thus the determination of the delay of the delay modules Dn. It is specifically provided that the number of components used for the ring oscillator is greater (for example by a factor of at least 10 or at least 100 up to a factor of 1000) than the number for the measuring block 18th used delay modules Dn.

Der so ermittelte Wert für die Verzögerung d wird beispielsweise über den Programmier- Anschluss 28 dem Messblock 18 bekannt gegeben, um eine genaue Bestimmung der Phasenverschiebung FT zu ermöglichen.The thus determined value for the delay d is for example via the programming connection 28 the measuring block 18th announced to provide an accurate determination of the phase shift FT to enable.

In der 8 ist lediglich eine einzige Signalverarbeitungseinheit 17 dargestellt. Bevorzugt sind mehrere Signalverarbeitungseinheiten 17, in der Steuereinheit 16 enthalten, wobei jede Signalverarbeitungseinheit 17 wie erwähnt quasi einen eigenen Kanal aufweist und für die unterschiedlichen Kanäle unterschiedliche Simulations-Verzögerungen VD für die jeweiligen Anschlüsse PIN und POUT eingestellt sind.In the 8th is only a single signal processing unit 17th shown. Several signal processing units are preferred 17th , in the control unit 16 included, each signal processing unit 17th As already mentioned, it has its own channel and different simulation delays for the different channels VD for the respective connections pin code and POUT are set.

Bevorzugt ist die gesamte Steuereinheit 16 auf einem IC, insbesondere einem FPGA untergebracht.The entire control unit is preferred 16 housed on an IC, in particular an FPGA.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.The invention is not restricted to the exemplary embodiment described above. Rather, other variants of the invention can also be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, all of the individual features described in connection with the exemplary embodiment can also be combined with one another in other ways without departing from the subject matter of the invention.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

22
MesssystemMeasuring system
44th
TestsystemTest system
66th
SenderChannel
88th
Empfängerrecipient
1010
VerarbeitungseinheitProcessing unit
1212th
Gegenstandobject
1616
SteuereinheitControl unit
1717th
SignalverarbeitungseinheitSignal processing unit
1818th
MessblockMeasuring block
2020th
erster Verarbeitungsblockfirst processing block
2222nd
zweiter Verarbeitungsblocksecond processing block
2424
KompensationsblockCompensation block
2525th
dritter Verarbeitungsblockthird processing block
2626th
KommunikationsschnittstelleCommunication interface
2727
TransponderTransponder
2828
(Programmier-) Anschluss(Programming) connection
3030th
AuswahlanschlussSelective connection
3232
ÜberwachungseinheitMonitoring unit
3434
KontrollanschlussControl connection
3636
KalibriereinheitCalibration unit
3838
KalibrieranschlussCalibration connection
4040
KonfigurationsanschlussConfiguration connector
4242
SchaltanschlussSwitching connection
4444
Registeranschluss Register connection
TpTp
Zykluszeit Messtakt, MesstaktCycle time measuring cycle, measuring cycle
TT
Zykluszeit Systemtakt, SystemtaktCycle time system clock, system clock
TDTD
TotzeitDead time
PWPW
PulsweitePulse width
PINpin code
Messtakt-SignalMeasuring cycle signal
PIN1, 2PIN1, 2
MesspulsMeasuring pulse
POUTPOUT
AusgangspulsOutput pulse
DD.
VerzögerungszeitDelay Time
DLDL
DelayDelay
vaespecially
virtueller Abstandvirtual distance
VDVD
Simulations-Verzögerung (virtual Delay), rechnerischSimulation delay (virtual delay), arithmetical
VD'VD '
einzustellende Simulations-Verzögerung (unter Berücksichtigung von TD)simulation delay to be set (taking into account TD )
VD''VD ''
einzustellende Simulations-Verzögerung (unter Berücksichtigung von TS)simulation delay to be set (taking into account TS )
aa
Abstand Messsystem-TestsystemDistance between measuring system and test system
ss
Strecke für die Pulse zwischen Messsystem - Testsystem (s=a)Distance for the pulses between measuring system - test system (s = a)
TSTS
Pulslaufzeit für Strecke s=aPulse transit time for distance s = a
CLKCLK
Systemtakt-SignalSystem clock signal
FTFT
Phasenverschiebung (zum nachfolgenden Puls des Systemtaktes)Phase shift (to the next pulse of the system clock)
PFTPFT
PulsfeinverschiebungFine pulse shift
XX
Abstandsfenster (zeitliche Verzögerung)Distance window (time delay)
dd
Verzögerung Delay-BausteinDelay Delay module
SYNCSYNC
synchronisiertes Signalsynchronized signal

Claims (16)

Verfahren zum Testen eines Messsystems, insbesondere ein Messsystem zur Abstandsmessung speziell bei Automobilen, bei dem das Messsystem einen Messtakt aufweist und periodisch mit dem Messtakt getaktet jeweils einen Messpuls aussendet, wobei der Messpuls von einem Testsystem erfasst wird, welches einen Ausgangspuls erzeugt und diesen an das Messystem übermittelt, wobei - der Ausgangspuls bezogen auf den Messpuls um eine Verzögerungszeit verzögert abgegeben wird, die sich zusammensetzt aus einem Vielfachen des Messtaktes zuzüglich einer Simulations-Verzögerung, die zu einer simulierten, vorgegebenen Laufzeit des Messpulses korreliert.A method for testing a measuring system, in particular a measuring system for distance measurement, especially in automobiles, in which the measuring system has a measuring cycle and periodically emits a measuring pulse at a time with the measuring cycle, the measuring pulse being recorded by a test system which generates an output pulse and sends it to the Measuring system transmitted, whereby - The output pulse is delivered with a delay in relation to the measuring pulse, which is composed of a multiple of the measuring cycle plus a simulation delay that correlates to a simulated, predetermined running time of the measuring pulse. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Testsystem einen Systemtakt mit einem Taktsignal aufweist und eine Phasenverschiebung des Messpulses in Relation zu dem Taktsignal ermittelt wird, wobei die Phasenverschiebung bei der Bestimmung der Verzögerungszeit berücksichtigt wird.Procedure according to Claim 1 , in which the test system has a system clock with a clock signal and a phase shift of the measurement pulse in relation to the clock signal is determined, the phase shift being taken into account when determining the delay time. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem zur Ermittlung der Phasenverschiebung der Messpuls an einen Messblock mit einer Vielzahl von einzelnen Delay-Bausteinen angelegt wird, welche jeweils nach einer Verzögerung schalten, wobei die Anzahl der Delay-Bausteine ermittelt wird, die zwischen Messpuls und Taktsignal geschaltet haben.Method according to the preceding claim, in which, in order to determine the phase shift, the measuring pulse is applied to a measuring block with a plurality of individual delay modules, which each switch after a delay, the number of delay modules being determined between the measuring pulse and the clock signal have switched. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem ein jeweiliger Delay-Baustein eine Verzögerungszeit im Bereich von 1/10 bis 1/100 oder bis 1 / 1000 des Systemtaktes aufweist.Method according to the preceding claim, in which a respective delay module has a delay time in the range from 1/10 to 1/100 or up to 1/1000 of the system clock. Verfahren nach einem der Ansprüche, 2 bis 4, bei dem folgende Schritte durchgeführt werden a) Ermitteln der Phasenverschiebung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, b) Synchronisieren des Messpulses mit dem Systemtakt c) Verschieben des Messpulses um ein ganzzahliges Vielfaches des Systemtaktes d) weiteres Verschieben des Messpulses entsprechend der ermittelten Phasenverschiebung.Method according to one of Claims 2 to 4, in which the following steps are carried out a) determining the phase shift according to one of the Claims 2 until 4th , b) synchronizing the measuring pulse with the system clock c) shifting the measuring pulse by an integer multiple of the system clock d) further shifting the measuring pulse according to the determined phase shift. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem in den Schritten c) und / oder d) eine Verschiebung um den Messtakt abzüglich eines Abstandsfensters erfolgt.Method according to the preceding claim, in which in steps c) and / or d) there is a shift by the measuring cycle minus a distance window. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, bei dem zusätzlich die Verschiebung um die Simulations-Verzögerung erfolgt - und im Falle einer vorhergehenden Einstellung eines Abstandsfensters eine Verschiebung zuzüglich um das Abstandsfenster erfolgt - wobei anschließend der Ausgangspuls ausgegeben wird.Method according to one of the two preceding claims, in which the shift takes place additionally by the simulation delay - and in the case of a previous setting of a distance window a shift takes place plus by the distance window - the output pulse then being output. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Testsystem einen Systemtakt mit einem Taktsignal aufweist und der Ausgangspuls bezogen auf den Messpuls um ein ganzzahliges Vielfaches des Systemtaktes verschoben wird.Method according to one of the preceding claims, in which the test system has a system clock with a clock signal and the output pulse is shifted by an integral multiple of the system clock in relation to the measurement pulse. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem für die Berechnung der Verzögerungszeit zusätzlich eine Signallaufzeit zwischen dem Messsystem und dem Testsystem berücksichtigt wird.Method according to one of the preceding claims, in which a signal propagation time between the measuring system and the test system is additionally taken into account for the calculation of the delay time. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Testsystem physikalisch um einen Abstand von dem Messsystem beabstandet ist und die Simulations-Verzögerung derart gewählt ist, dass die simulierte Laufzeit einem Abstand entspricht, welcher kleiner dem physikalischen Abstand zwischen dem Messsystem und dem Testsystem ist.Method according to one of the preceding claims, in which the test system is physically spaced a distance from the measuring system and the simulation delay is selected such that the simulated transit time corresponds to a distance which is smaller than the physical distance between the measuring system and the test system. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Testsystem zwischen einem Normalbetrieb und einem Kompensationsbetrieb umschaltbar ist, wobei lediglich im Kompensationsbetrieb die Verzögerungszeit nach einem der vorhergehenden Ansprüche ermittelt wird und im Normalbetrieb lediglich die Simulations-Verzögerung eingestellt wird.Method according to one of the preceding claims, in which the test system can be switched between normal operation and compensation operation, the delay time according to one of the preceding claims being determined only in compensation operation and only the simulation delay being set in normal operation. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche und nach Anspruch 3, bei dem eine Verzögerungszeit der Delay-Bausteine individuell für das verwendete Testsystem ermittelt und für die Ermittlung der Phasenverschiebung und/ oder der Kompensation und der Einstellung der Simulations-Verzögerung berücksichtigt wird.Method according to one of the preceding claims and according to Claim 3 , in which a delay time of the delay modules is determined individually for the test system used and for the determination the phase shift and / or the compensation and the setting of the simulation delay is taken into account. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem das Testsystem einen Ringoszillator mit Delay-Bausteinen aufweist und anhand einer Eigenfrequenz des Ringoszillators die Verzögerung der Delay-Bausteine berechnet wird.Method according to the preceding claim, in which the test system has a ring oscillator with delay modules and the delay of the delay modules is calculated on the basis of a natural frequency of the ring oscillator. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, bei dem es sich bei den Delay -Bausteinen um die Delay-Bausteine handelt, welche für die Ermittlung der Phasenverschiebung herangezogen werden oder um zusätzliche, baugleiche Delay-Bausteine.Method according to one of the two preceding claims, in which the delay modules are the delay modules which are used to determine the phase shift or additional delay modules of the same construction. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem es sich bei dem realen Messystem um ein LIDAR-System handelt und sowohl der Messpuls als auch der Ausgangspuls optische Signale sind.Method according to one of the preceding claims, in which the real measuring system is a LIDAR system and both the measuring pulse and the output pulse are optical signals. Testsystem für ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit - einem Empfänger zum Empfang eines Messpulses mit einem bekannten Messtakt eines Messsystems, - mit einem Sender zur Ausgabe eines Ausgangspulses - mit einer Steuereinheit, welche zwischen dem Empfang des Messpulses und dem Senden des Ausgangspulses eine Verzögerungszeit bestimmt derart, dass der Ausgangspuls bezogen auf den Messpuls um eine Verzögerungszeit verzögert abgegeben wird, die sich zusammensetzt aus einem Vielfachen des Messtaktes zuzüglich einer Simulations-Verzögerung, die zu einer simulierten, vorgegebenen Laufzeit des Messpulses korreliert, wobei weiterhin die Steuereinheit bevorzugt durch einen IC, insbesondere durch ein FPGA gebildet ist.Test system for a method according to one of the preceding claims, with - a receiver for receiving a measuring pulse with a known measuring cycle of a measuring system, - with a transmitter for outputting an output pulse - With a control unit which determines a delay time between the reception of the measurement pulse and the transmission of the output pulse in such a way that the output pulse is delivered with a delay in relation to the measurement pulse, which is composed of a multiple of the measurement cycle plus a simulation delay that correlated to a simulated, predetermined transit time of the measurement pulse, the control unit also preferably being formed by an IC, in particular by an FPGA.
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