DE10211374A1 - Abbildung eines Delta-Sigma-Wandlerbereichs auf einen Sensorbereich - Google Patents
Abbildung eines Delta-Sigma-Wandlerbereichs auf einen SensorbereichInfo
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- H03M3/458—Analogue/digital converters using delta-sigma modulation as an intermediate step
- H03M3/478—Means for controlling the correspondence between the range of the input signal and the range of signals the converter can handle; Means for out-of-range indication
Abstract
Eine Abbildungsschaltung ist mit der Integratorschaltung eines Delta-Sigma-Wandlers gekoppelt, um den analogen Eingangsbereich des Integrators auf den analogen Ausgangsbereich des Sensors abzubilden. Die Integratorschaltung führt einer Steuereinrichtung eine Integratorausgabe zu, um eine digitale Ausgabe zu erzeugen, die in einem den analogen Eingangsbereich repräsentierenden digitalen Ausgangsbereich liegt. Eine Sensor-Eingangsschaltung weist einen Sensor mit einem analogen Sensor-Ausgangsbereich auf. Die Abbildungsschaltung ist mit der Integratorschaltung gekoppelt und spricht auf Steuersignale von der Steuereinrichtung an, um den analogen Eingangsbereich des Integrators auf den analogen Ausgangsbereich des Sensors abzubilden.
Description
Diese Erfindung betrifft Analog-Digital-Wandler, die bei
industriellen Prozesssteuersendern bzw. -transmittern bzw.
Meßwertumformern verwendet werden, und insbesondere das
Abbilden eines analogen Eingangsbereichs eines Delta-Sigma-
Wandlers auf den Ausgangsbereich eines Analogsensors.
Es sind verschiedene Analog-Digital-(A/D)-Wandler be
kannt, die die analoge Ausgabe eines Sensors in eine digitale
Ausgabe umwandeln. A/D-Wandler erzeugen eine Kombination von
Tastgrad-, Zeitsteuerungs-, Frequenz- oder Impulszählwerten,
die die Ausgabe des Sensors digital repräsentieren. Ein
bekannter Typ eines A/D-Wandlers ist eine Delta-Sigma-Schal
tung, die auch als Sigma-Delta-, ΣΔ- und ΣΔ-Schaltung bekannt
ist. Delta-Sigma-Wandler sind abgeglichene A/D-Wandlerschal
tungen, die sich dadurch von anderen abgeglichenen A/D-Schal
tungen unterscheiden, daß einem Integrator ein Abgleichstrom
zugeführt wird. Die Polarität des Abgleichstroms wird durch
eine getaktete Steuereinrichtung gesteuert. Die Delta-Sigma-
Schaltung ist in der Lage, über ihren analogen Eingangs
bereich eine Analog-Digital-Wandlung hoher Genauigkeit und
hoher Auflösung zu erzeugen. Delta-Sigma-Schaltungen werden
häufig bei industriellen Prozeßsteuertransmittern eingesetzt,
um ein Analogsignal vom Sensor in ein Digitalsignal umzuwan
deln, so daß die Prozeßvariable betreffende Informationen zu
einer sich in einer Entfernung vom Transmitter befindenden
Zentralstation gesendet werden können.
In der Praxis weist ein Sensor, wie eine Dehnungsmeßein
richtung, jedoch häufig einen Ausgangsbereich auf, der einen
niedrigen Pegel hat und gegenüber dem Bereich des Wandlers
verschoben ist. Eine Dehnungsmeßeinrichtung arbeitet bei
spielsweise so, daß sie eine Ausgabe mit einem Bereich zwi
schen 0 Volt und einer maximalen Sensorspannung (+Vmax)
bereitstellt, während der Delta-Sigma-Wandler eine Ausgabe
bereitstellt, die zwischen einer negativen maximalen Spannung
und einer positiven maximalen Spannung liegt. Wenn der Sensor
direkt mit dem Wandler gekoppelt wird, tritt eine Fehlanpas
sung auf, und es geht die Hälfte der möglichen hohen Auflö
sung des Delta-Sigma-Wandlers für die Sensoranwendung verlo
ren.
Um diesen Verlust an Auflösung zu überwinden, ist es
üblich, analoge Aufbereitungsschaltungen, wie Verstärker und
Verschiebungsschaltungen, zwischen dem Sensorausgang und dem
Eingang des Delta-Sigma-Wandlers einzusetzen. Die Aufberei
tungsschaltungen beeinträchtigen jedoch zusammen mit der bei
der Messung auftretenden Rausch- und Temperaturdrift die hohe
Genauigkeit des Delta-Sigma-Wandlers für die Sensoranwendung.
Weiterhin ist bei industriellen Prozeßsteuertransmittern nur
eine begrenzte Menge an Leistung verfügbar, so daß die von
den Aufbereitungsschaltungen verbrauchte Leistung die
Leistung vermindert, die dem Transmitter für andere Zwecke
zur Verfügung steht. Dementsprechend sind ein Verfahren und
eine Schaltung erforderlich, die es ermöglichen, daß ein
Analogsensor mit einem analogen Ausgang, der einen niedrigen
Pegel oder eine Verschiebung aufweist, direkt mit einem
Delta-Sigma-Wandler gekoppelt wird, der einen Eingangsbereich
mit einem höheren Pegel aufweist, um im wesentlichen den
vollen Bereich des Delta-Sigma-Wandlers ohne die Ungenauig
keiten analoger Verstärkungs- und Verschiebungsschaltungen zu
verwenden.
Ein Delta-Sigma-Wandler gemäß der Erfindung weist eine
mit der Integratorschaltung gekoppelte Abbildungsschaltung
bzw. Zuordnungs- oder Umsetzungsschaltung auf, um den analo
gen Eingangsbereich des Integrators auf den analogen
Ausgangsbereich des Sensors abzubilden bzw. umzusetzen.
Insbesondere weist eine Integratorschaltung einen analo
gen Eingangsbereich auf und liefert einer Steuereinrichtung
eine Integratorausgabe, um eine digitale Ausgabe zu erzeugen.
Die digitale Ausgabe liegt in einem digitalen Ausgangsbe
reich, der den analogen Eingangsbereich repräsentiert. Eine
Sensor-Eingangsschaltung weist einen Sensor mit einem analo
gen Sensor-Ausgangsbereich auf. Die Abbildungsschaltung ist
mit der Integratorschaltung gekoppelt und spricht auf Steuer
signale von der Steuereinrichtung an, um den analogen Ein
gangsbereich auf den analogen Sensorbereich abzubilden.
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen weist die Integrator
schaltung mindestens zwei differentiell angeordnete Eingänge
auf. Die Sensor-Eingangsschaltung weist ein Paar von Ladungs
paketgeneratoren auf, die jeweils mit einem Sensorkondensator
gekoppelt sind, um den Integratorschaltungseingängen Ladungen
entgegengesetzter Polarität zuzuführen. Die Abbildungs-Ein
gangsschaltung weist ein Paar von Ladungspaketgeneratoren
auf, die jeweils einen Abbildungskondensator bzw. Umsetzungs
kondensator aufweisen und dafür eingerichtet sind, die Ladung
zu ändern, die von den ersten Ladungspaketgeneratoren des
Sensors zugeführt wird, um den Maßstab des analogen Eingangs
bereichs des Integrators an den analogen Ausgangsbereich der
Sensoren anzupassen.
Gemäß anderen Ausführungsformen weist eine Referenz
schaltung eine Referenzladung für die Integratoreingänge auf.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nach
stehend in Zusammenhang mit der Zeichnung detailliert be
schrieben.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines industriellen Prozeß
steuertransmitters, bei dem ein Delta-Sigma-Wandler gemäß der
vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
Fig. 2 ist ein Schaltungsdiagramm eines Abschnitts eines
in US-A-6 140 952 beschriebenen Delta-Sigma-Wandlers.
Fig. 3 ist ein Zeitablaufdiagramm der Arbeitsweise der
Schalter in einem Delta-Sigma-Wandler.
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm des Sensors und des Delta-
Sigma-Wandlers gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 ist ein Schaltungsdiagramm eines Abschnitts des
Sensors und des Delta-Sigma-Wandlers, die in Fig. 4 dar
gestellt sind.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Prozeßvariablentrans
mitters 20, der dafür eingerichtet ist, eine oder mehrere
Prozeßvariablen 22 zu überwachen und eine oder mehrere Ausga
ben 26 zu erzeugen, die die erfaßte Prozeßvariable darstel
len. Die Transmitterausgaben 26 sind für eine Langstrecken
übertragung über einen Kommunikationsbus 28 konfiguriert. Der
Transmitter 20 weist einen Sensor 24 auf, der dafür konfigu
riert ist, Prozeßvariablen 22 zu überwachen, die Fluiden, wie
Schlämmen, Flüssigkeiten, Dämpfen und Gasen, in industriellen
Verarbeitungsanlagen, wie Verarbeitungsanlagen für Chemika
lien, Fruchtfleisch bzw. Papiermasse, Petroleum, Gas, Pharma
zeutika, Nahrungsmittel und andere Fluide, zugeordnet sind.
Prozeßvariablen solcher Fluide, die überwacht werden, um
fassen Druck, Belastung, Temperatur, Durchfluß, Pegel,
pH-Wert, Leitfähigkeit, Trübung, Dichte, Konzentration,
chemische Zusammensetzung und andere Eigenschaften der
Fluide. Der Kommunikationsbus 28 kann eine 4-20 mA auf
weisende Stromschleife, die den Transmitter mit Energie
versorgt, oder eine Feldbusverbindung, eine HART-Protokoll-
Kommunikationsverbindung oder eine faseroptische Verbindung
zu einer Steuereinrichtung, einem Steuersystem oder einer
Ausleseeinheit (nicht dargestellt) sein. Bei Transmittern,
die von einer Zweidraht-Kommunikationsschleife 28 mit Energie
versorgt werden, muß die Leistung auf einem niedrigen Niveau
gehalten werden, um in explosiven Atmosphären Sicherheit
bereitzustellen. Energiesparende Schaltungen, wie Delta-
Sigma-Schaltungen, sind besonders wünschenswert, wenn diese
geringe Leistung verwendet wird.
Der Transmitter 20 weist eine Analog-Digital-Wandler
schaltung (A/D-Wandlerschaltung) 30 des als Delta-Sigma-
Schaltung bekannten Typs auf. Hierin sollen Delta-Sigma-
Schaltungen Schaltungen bezeichnen, die durch eine getaktete
Steuereinrichtung gesteuert einen Abgleichstrom alternieren
der Polarität für einen Integrator erzeugen. Demgemäß weist
die Delta-Sigma-A/D-Schaltung 30 einen Delta-Sigma-Modulator
48 mit einem Integratoreingang 36 auf, der so geschaltet ist,
daß er ein Analogsignal VDC vom Sensor 24 empfängt, das die
überwachte Prozeßvariable darstellt. Ein Taktgeber 34 erzeugt
bei einer Frequenz fs eine Taktausgabe für eine Steuerein
richtung 32. Die Steuereinrichtung 32 ist mit dem Modulator
48 gekoppelt, um eine umgewandelte Digitalausgabe 38 zu
erzeugen, die das Analogsignal VDC digital darstellt. Bei
manchen Anordnungen erzeugt der Ausgang 38 der Steuereinrich
tung 32 zwei Impulszählwerte N1 und N2, so daß die Größe
N1(N1 + N2) die erfaßte Prozeßvariable darstellt. Der Ausgang
38 der Delta-Sigma-A/D-Wandlerschaltung 30 ist mit einem
Digitalprozessor 46 gekoppelt, der das Digitalsignal verar
beitet und das verarbeitete Signal in einem mit dem Kommuni
kationsbus 28 kompatiblen Format zur Übertragung am Ausgang
26 herrichtet. Bei manchen Anwendungen können eine Verschie
bungsschaltung 40 und eine Referenzschaltung 52 mit dem
Modulator 48 gekoppelt werden, um eine Rauschfrequenz gegen
über dem Grundband der Signale vom Sensor 24 zu verschieben.
Eine solche Verschiebungsschaltung und eine solche Referenz
schaltung sind in US-A-6 140 952 vollständig beschrieben.
In Fig. 2 ist ein Abschnitt eines in US-A-6 140 952
beschriebenen Delta-Sigma-Modulators 48 dargestellt. Der
Modulator 48 weist einen Integrator 80 und Ladungspaketgene
ratoren 82 auf. Wie in US-A-6 140 952 erklärt ist, kann der
Delta-Sigma-Modulator 48 mehrere Modulatorstufen aufweisen,
die jeweils einen Integrator 80 und einen oder mehrere La
dungspaketgeneratoren 82 aufweisen. Jede, Ladungspaketschal
tung 82 ist mit differentiellen Eingängen 84 des modularen
Differenzverstärkers 86 gekoppelt, um eine differentielle
Ausgabe 88 abzuleiten. Die Eingaben und Ausgaben des Verstär
kers 86 sind komplementäre Signale.
Wie in Fig. 2 dargestellt ist, laden und entladen La
dungspaketgeneratoren 90 und 91 Sensorkondensatoren 94 und 96
des Sensors 24. Die Sensorkondensatoren 94 und 96 sprechen
jeweils auf die Prozeßvariable an, um während einer ersten
Phase Φ1 eine elektrische Ladung zu speichern, die die
Prozeßvariable an jeweiligen Orten in der Verarbeitungsanlage
repräsentiert. Sensorkondensatoren können beispielsweise
differentielle Kondensatoren sein, die dafür eingerichtet
sind, die Differenz der Prozeßvariable zwischen zwei Orten in
der Anlage zu messen. Schalter 98 und 102 arbeiten so, daß
sie während einer ersten Phase Φ1 den Sensorkondensator 94
positiv aufladen und den Sensorkondensator 96 negativ auf
laden. Schalter 100 und 104 übertragen die Ladung an den
Kondensatoren 94 und 96 während einer zweiten Phase Φ2 zu
jeweiligen Eingängen des Verstärkers 86 der Integratorstufe
80. Zusätzlich wird während der zweiten Phase Φ2 der Konden
sator 94 auf VP aufgeladen und der Kondensator 96 auf VN
aufgeladen. Folglich übertragen die Kondensatoren 94 und 96
während der ersten Phase Φ1 des nächsten Zyklus (während die
Kondensatoren 94 und 96 auf VN bzw. VP aufgeladen werden)
Ladungen zu den jeweiligen integrierenden Kondensatoren 106
und 108 und den negativen und positiven Eingängen des Ver
stärkers 86. Wie insbesondere in Fig. 3 dargestellt ist,
sind die Phasen Φ1 und Φ2 einander ausschließende Abschnitte
eines Ladezyklus 60. Vorzugsweise endet jede Phase Φ1 und Φ2,
bevor die nächste Phase beginnt.
Der Ladungspaketgenerator 92 weist einen Referenzkonden
sator 120 auf, der über einen Schalter 124 mit einer positi
ven Referenzspannung VRP einer Referenzspannungsquelle 132
und über einen Schalter 126 mit einer negativen Referenz
spannung VRN der Quelle 132 gekoppelt ist. In ähnlicher Weise
weist der Ladungspaketgenerator 93 einen Referenzkondensator
122 auf, der über einen Schalter 128 mit der positiven Refe
renzspannung VRP und über einen Schalter 130 mit der negati
ven Referenzspannung VRN gekoppelt ist. Die Schalter 124 und
128 werden betätigt, um während einer Phase jedes Zyklus zu
leiten, und die Schalter 126 und 130 werden betätigt, um
während der anderen Phase jedes Zyklus zu leiten, wobei es
vom positiven oder negativen Wert der vorhergehenden Ausgabe
y am Ausgang 88 während des vorhergehenden Zyklus abhängt,
welches Schalterpaar arbeitet. Falls die Ausgabe y dement
sprechend negativ ist (y), leiten die Schalter 124 und 128
während der Φ1-Phase und die Schalter 126 und 130 während der
Φ2-Phase. Falls die Ausgabe y umgekehrt positiv ist (y),
leiten die Schalter 124 und 128 während der Φ2-Phase und die
Schalter 126 und 130 während der Φ1-Phase. Die Steuereinrich
tung 32 (Fig. 1) weist eine Schaltsteuereinrichtung 56 auf,
die durch die Ausgabe 88 des Verstärkers 86 betätigt wird, um
Steuersignale Φ1, Φ2, yΦ1, yΦ2, yΦ1, yΦ2 bereitzustellen.
Folglich beträgt die während der ersten Phase Φ1 zum Integra
tor 80 übertragene Ladung
QΦ 1 = (VP - VN)CIN ± (VRP - VRN)CREF
und die während der Φ2-Phase zum Integrator 80 übertragene
Ladung
QΦ 2 = (VN - VP)CIN ± (VRN - VRP)CREF.
Die übertragene Gesamtladung ist eine abgeglichene Ladung,
die die Differenz zwischen QΦ 1 und QΦ 2 darstellt.
QOUT = QΦ 1 - QΦ 2 = 2(VP - VN)CIN ± 2(VRP - VRN)CREF,
wobei CIN = C94 = C96 ist und CREF = C120 = C122 ist. Falls der
maximale Bereich der von den Sensorkondensatoren 94 und 96
übertragenen Ladung demzufolge zwischen 0 und (VRP - VRN)CREF
liegt, liegt die Ausgabe des Delta-Sigma-Wandlers zwischen
0 Volt und VRP, was nur die Hälfte des vollen Bereichs des
Wandlers ist. Die in Fig. 4 dargestellte vorliegende Erfin
dung erweitert den Bereich der Ladungsübertragung auf den
vollen Bereich des Wandlers.
Wie in Fig. 4 dargestellt ist, ist die Eingangsschaltung
50 mit dem aus den Kondensatoren 90 und 92 bestehenden Sensor
24 gekoppelt, um dem Integrator 80 eine Eingabe zuzuführen.
Die aus den Ladungspaketgeneratoren 92 und 93 und den darin
auftretenden Referenzkondensatoren 120 und 122 bestehende
Referenzschaltung 52 ist mit dem Integrator 80 gekoppelt.
Eine Abbildungs- bzw. Umsetzungsschaltung 58 bildet die
Eingabe in den Integrator 80 auf den vollen Bereich des
Integrators 80 ab. Die Ausgabe 88 des Integrators 80 wird der
Delta-Sigma-Steuereinrichtung 32 zugeführt, die eine Schalt
steuereinrichtung 56 aufweist, um der Eingangsschaltung 50,
der Referenzschaltung 52, der Abbildungsschaltung 58 und dem
Integrator 80 Steuersignale Φ1, Φ2, yΦ1, yΦ2, yΦ1, yΦ2 zu
zuführen.
In Fig. 5 ist der Delta-Sigma-Wandler aus Fig. 4 in
näheren Einzelheiten dargestellt. Wie in Fig. 5 dargestellt
ist, weist die Abbildungsschaltung 58 die Abbildungskondensa
toren 134 und 136 und zugeordnete Ladungspaketgeneratoren 138
und 139 auf. Der Ladungspaketgenerator 138 weist Schalter 140
und 142 auf, die den Abbildungskondensator 134 mit der nega
tiven Referenzspannung VRN bzw. der positiven Referenzspan
nung VRP der Referenzspannungsquelle 132 koppeln. In ähnli
cher Weise weist der Ladungspaketgenerator 139 Schalter 144
und 146 auf, die den Abbildungskondensator 136 mit der Span
nung VRN bzw. der Spannung VRP koppeln. Die Schalter 142 und
146 werden in jedem Zyklus so betätigt, daß sie während der
Phase Φ1 leiten, und die Schalter 140 und 144 werden in jedem
Zyklus so betätigt, daß sie während der Phase Φ2 leiten.
Dementsprechend werden die Abbildungskondensatoren 134 und
136 anders als die Referenzkondensatoren 120 und 122, deren
Ladung von der Polarität des Signals am Ausgang 88 des Ver
stärkers 86 abhängt, entgegengesetzt zu den jeweiligen Kon
densatoren 94 und 96 geladen, um dadurch die Ladung an den
jeweiligen Kondensatoren 94 und 96 zu vermindern. Folglich
ist die auf den Integrator 80 übertragene Ladung
QOUT = 2(VP - VN)CIN ± 2(VRP - VRN)CREF - 2(VRP - VRN)COS,
wobei CIN = C94 = C96, CREF = C120 = C122 und CMAP = C134 = C136 ist.
Die Kapazitätswerte der Referenzkondensatoren 120 und 122
und der Abbildungskondensatoren 134 und 136 und die
Spannungswerte der Spannungsquellen 118 und 132 werden so
gewählt, daß die von jedem der Referenzkondensatoren 120 und
122 und der Abbildungskondensatoren 134 und 136 übertragene
Ladung die Hälfte der von jedem der Sensorkondensatoren 94
und 96 zum Differenzverstärker 86 übertragenen Ladung ist.
Dies wird zweckmäßigerweise erreicht, indem die Spannungs
quelle 118 gleich der Spannungsquelle 132 gesetzt wird und
indem die Kapazität der Referenzkondensatoren 120 und 122 und
der Abbildungskondensatoren 134 und 136 etwa auf die Hälfte
der Nennkapazität von jedem der Sensorkondensatoren 94 und 96
gelegt wird. Daher weist jeder Referenz- und Abbildungs
kondensator eine Kapazität auf, die der Hälfte der erwarteten
Kapazität jedes Sensorkondensators entspricht. Demgemäß gilt
VRP = VP und VRN = VN und VRP = VP = -VRN = -VN und CMAP = CREF =
CIN/2. Wenn CMAP und CREF beide gleich CIN/2 sind, wird die
Mitte des Ladungspaketgenerator-Bereichs für die Integra
torstufe des Delta-Sigma-Wandlers auf 0 Volt gelegt und wird
der Bereich des Sensors auf den vollen Bereich des Wandlers
zwischen -(VRP - VRN) und +(VRP - VRN) gelegt. Dementsprechend
paßt die Abbildungsschaltung 58 den Ladungsfluß von der
Eingangsschaltung 50 zur Integratorschaltung 80 so an, daß
der analoge Eingangsbereich des Integrators entsprechend dem
analogen Ausgangsbereich des Sensors 40 skaliert wird. Insbe
sondere führen die Ladungspaketgeneratoren 138 und 139 Ladun
gen zu, deren Polarität der Polarität der von den Sensor-
Ladungspaketgeneratoren 90 und 91 zugeführten Ladungen entge
gengesetzt ist und deren Wert die Hälfte des Werts der von
den Sensor-Ladungspaketgeneratoren 90 und 91 zugeführten
Ladung ist, um den analogen Eingangsbereich des Integrators
80 für den Sensor umzusetzen. Folglich verwendet die vor
liegende Erfindung den vollen Bereich des Delta-Sigma-Wand
lers ohne die Verwendung und die Ungenauigkeiten analoger
Verstärkungs- und Verschiebungsschaltungen.
Wenngleich die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bevor
zugte Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute
erkennen, daß Änderungen an der Form und den Einzelheiten
vorgenommen werden können, ohne vom Grundgedanken und vom
Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
Claims (20)
1. Delta-Sigma-Wandler, der ein Digitalsignal bereit
stellt, das eine Prozeßvariable repräsentiert, welcher auf
weist:
eine Integratorschaltung mit einem analogen Eingangs bereich, die eine Integratorausgabe bereitstellt,
eine Steuereinrichtung, die auf eine Ausgabe von der Integratorschaltung anspricht, um innerhalb eines digitalen Ausgangsbereichs eine digitale Ausgabe zu erzeugen, wobei der digitale Ausgangsbereich den analogen Eingangsbereich re präsentiert, wobei die Steuereinrichtung Steuersignale bereitstellt, wobei die Integratorschaltung auf die Steuer signale anspricht, um der Steuereinrichtung die integrierte Ausgabe zuzuführen,
eine Sensor-Eingangsschaltung, die mit der Integrator schaltung gekoppelt ist und einen Sensor mit einem analogen Sensorbereich aufweist, wobei die Sensor-Eingangsschaltung auf die Steuersignale anspricht, um der Integratorschaltung ein abgeglichenes analoges Sensorsignal innerhalb des analo gen Sensorbereichs zuzuführen, wobei das abgeglichene analoge Sensorsignal die Prozeßvariable repräsentiert, und
eine Abbildungsschaltung, die mit der Integratorschaltung gekoppelt ist und auf die Steuersignale anspricht, um den analogen Eingangsbereich auf den analogen Sensorbereich abzubilden.
eine Integratorschaltung mit einem analogen Eingangs bereich, die eine Integratorausgabe bereitstellt,
eine Steuereinrichtung, die auf eine Ausgabe von der Integratorschaltung anspricht, um innerhalb eines digitalen Ausgangsbereichs eine digitale Ausgabe zu erzeugen, wobei der digitale Ausgangsbereich den analogen Eingangsbereich re präsentiert, wobei die Steuereinrichtung Steuersignale bereitstellt, wobei die Integratorschaltung auf die Steuer signale anspricht, um der Steuereinrichtung die integrierte Ausgabe zuzuführen,
eine Sensor-Eingangsschaltung, die mit der Integrator schaltung gekoppelt ist und einen Sensor mit einem analogen Sensorbereich aufweist, wobei die Sensor-Eingangsschaltung auf die Steuersignale anspricht, um der Integratorschaltung ein abgeglichenes analoges Sensorsignal innerhalb des analo gen Sensorbereichs zuzuführen, wobei das abgeglichene analoge Sensorsignal die Prozeßvariable repräsentiert, und
eine Abbildungsschaltung, die mit der Integratorschaltung gekoppelt ist und auf die Steuersignale anspricht, um den analogen Eingangsbereich auf den analogen Sensorbereich abzubilden.
2. Delta-Sigma-Wandler nach Anspruch 1, wobei die Abbil
dungsschaltung den Ladungsfluß von der Eingangsschaltung zur
Integratorschaltung anpaßt, um den analogen Eingangsbereich
zu skalieren.
3. Delta-Sigma-Wandler nach Anspruch 2, wobei die Abbil
dungsschaltung den analogen Eingangsbereich umsetzt.
4. Delta-Sigma-Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
welcher weiter eine Referenzschaltung aufweist, die mit der
Integratorschaltung gekoppelt ist und auf die Steuersignale
anspricht, um ein abgeglichenes Referenzsignal bereitzustel
len.
5. Delta-Sigma-Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei die Integratorschaltung mindestens zwei differentiell
angeordnete Eingänge aufweist und der Sensor mindestens zwei
Sensorkondensatoren aufweist, die auf die Prozeßvariable
ansprechen,
wobei die Sensor-Eingangsschaltung einen mit jedem Sen sorkondensator gekoppelten ersten Ladungspaketgenerator aufweist, der dafür eingerichtet ist, jeweiligen der Integra torschaltungseingänge Ladungen entgegengesetzter Polarität zuzuführen,
wobei die Abbildungs-Eingangsschaltung mindestens zwei Abbildungskondensatoren und einen mit jedem Abbildungskonden sator gekoppelten zweiten Ladungspaketgenerator aufweist, wobei die zweiten Ladungspaketgeneratoren bezüglich der ersten Ladungspaketgeneratoren derart ausgebildet sind, um Ladung zu reduzieren, die den jeweiligen Integratorschal tungseingängen von den ersten Ladungspaketgeneratoren zuge führt wird.
wobei die Sensor-Eingangsschaltung einen mit jedem Sen sorkondensator gekoppelten ersten Ladungspaketgenerator aufweist, der dafür eingerichtet ist, jeweiligen der Integra torschaltungseingänge Ladungen entgegengesetzter Polarität zuzuführen,
wobei die Abbildungs-Eingangsschaltung mindestens zwei Abbildungskondensatoren und einen mit jedem Abbildungskonden sator gekoppelten zweiten Ladungspaketgenerator aufweist, wobei die zweiten Ladungspaketgeneratoren bezüglich der ersten Ladungspaketgeneratoren derart ausgebildet sind, um Ladung zu reduzieren, die den jeweiligen Integratorschal tungseingängen von den ersten Ladungspaketgeneratoren zuge führt wird.
6. Delta-Sigma-Wandler nach Anspruch 5, wobei jeder
zweite Ladungspaketgenerator dafür eingerichtet ist, dem
jeweiligen Integratoreingang eine Ladung zuzuführen, deren
Polarität der Polarität der vom jeweiligen ersten Ladungs
paketgenerator zugeführten Ladung entgegengesetzt ist und die
etwa die Hälfte der vom jeweiligen ersten Ladungspaketgenera
tor zugeführten Ladung beträgt.
7. Delta-Sigma-Wandler nach Anspruch 5 oder 6, wobei der
erste und der zweite Ladungspaketgenerator von einer Versor
gungsspannung betrieben werden und jeder Abbildungskondensa
tor eine Kapazität aufweist, die der Hälfte der Nennkapazität
jedes Sensorkondensators entspricht.
8. Delta-Sigma-Wandler nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
welcher weiter eine Referenzschaltung aufweist, die mit der
Integratorschaltung gekoppelt ist und auf die Steuersignale
anspricht, um ein abgeglichenes Referenzsignal bereitzustel
len.
9. Delta-Sigma-Wandler nach Anspruch 8, wobei die Refe
renzschaltung mindestens zwei Referenzkondensatoren und einen
mit jedem Referenzkondensator gekoppelten dritten Ladungs
paketgenerator aufweist, wobei die dritten Ladungspaketgene
rätoren bezüglich der ersten Ladungspaketgeneratoren dafür
eingerichtet sind, die Ladung zu ändern, die den jeweiligen
Integratorschaltungseingängen von den ersten Ladungspaketge
neratoren zugeführt wird.
10. Delta-Sigma-Wandler nach Anspruch 9, wobei die Steu
ereinrichtung weiter eine Ladungspaketgenerator-Steuerein
richtung aufweist, um die dritten Ladungspaketgeneratoren auf
der Grundlage der Integratorausgabe so zu betreiben, daß die
Ladung selektiv erhöht oder verringert wird, die den Integra
torschaltungseingängen von den ersten Ladungspaketgeneratoren
zugeführt wird.
11. Delta-Sigma-Wandler nach Anspruch 10, wobei jeder
zweite Ladungspaketgenerator dafür eingerichtet ist, dem
jeweiligen Integratoreingang eine Ladung zuzuführen, deren
Polarität der Polarität der vom jeweiligen ersten Ladungs
paketgenerator zugeführten Ladung entgegengesetzt ist und die
etwa die Hälfte der vom jeweiligen ersten Ladungspaketgenera
tor zugeführten Ladung beträgt, und wobei jeder dritte La
dungspaketgenerator dafür eingerichtet ist, dem jeweiligen
Integratoreingang eine Ladung zuzuführen, die etwa die Hälfte
der vom jeweiligen ersten Ladungspaketgenerator zugeführten
Ladung beträgt.
12. Delta-Sigma-Wandler nach Anspruch 10 oder 11, wobei
der erste, der zweite und der dritte Ladungspaketgenerator
durch eine Versorgungsspannung betrieben werden und wobei
jeder Abbildungskondensator und jeder Referenzkondensator
eine Kapazität aufweist, die die Hälfte der Nennkapazität
jedes Sensorkondensators beträgt.
13. Industrieller Prozeßsteuertransmitter, der für eine
Kopplung mit einer Zentralstation durch eine Zweidraht-
Kommunikationsverbindung ausgebildet ist, wobei der Transmit
ter aufweist:
eine Sensor-Eingangsschaltung, die einen Sensor aufweist, der auf Steuersignale anspricht, um innerhalb eines analogen Sensorbereichs ein abgeglichenes analoges Sensorsignal bereitzustellen, das die Prozeßvariable repräsentiert,
eine Integratorschaltung, die mit der Sensor-Eingangs schaltung gekoppelt ist und auf das Steuersignal anspricht, um eine Integratorausgabe bereitzustellen, die die Prozeß variable innerhalb eines analogen Eingangsbereichs repräsen tiert,
eine Steuereinrichtung, die auf die Integratorausgabe anspricht, um innerhalb eines digitalen Ausgangsbereichs eine digitale Ausgabe zu erzeugen, wobei der digitale Ausgangs bereich den analogen Eingangsbereich repräsentiert, wobei die Steuereinrichtung die Steuersignale bereitstellt,
eine Abbildungsschaltung, die mit der Integratorschaltung gekoppelt ist und auf die Steuersignale anspricht, um den analogen Eingangsbereich auf den analogen Sensorbereich abzubilden, und
einen Transceiver, der mit dem Prozessor und der Kommuni kationsverbindung gekoppelt ist, um Informationen vom Prozes sor zur Zentralstation zu übertragen.
eine Sensor-Eingangsschaltung, die einen Sensor aufweist, der auf Steuersignale anspricht, um innerhalb eines analogen Sensorbereichs ein abgeglichenes analoges Sensorsignal bereitzustellen, das die Prozeßvariable repräsentiert,
eine Integratorschaltung, die mit der Sensor-Eingangs schaltung gekoppelt ist und auf das Steuersignal anspricht, um eine Integratorausgabe bereitzustellen, die die Prozeß variable innerhalb eines analogen Eingangsbereichs repräsen tiert,
eine Steuereinrichtung, die auf die Integratorausgabe anspricht, um innerhalb eines digitalen Ausgangsbereichs eine digitale Ausgabe zu erzeugen, wobei der digitale Ausgangs bereich den analogen Eingangsbereich repräsentiert, wobei die Steuereinrichtung die Steuersignale bereitstellt,
eine Abbildungsschaltung, die mit der Integratorschaltung gekoppelt ist und auf die Steuersignale anspricht, um den analogen Eingangsbereich auf den analogen Sensorbereich abzubilden, und
einen Transceiver, der mit dem Prozessor und der Kommuni kationsverbindung gekoppelt ist, um Informationen vom Prozes sor zur Zentralstation zu übertragen.
14. Industrieller Prozeßsteuertransmitter nach Anspruch
13, wobei die Abbildungsschaltung den Ladungsfluß von der
Eingangsschaltung zur Integratorschaltung anpaßt, um den
analogen Eingangsbereich zu skalieren.
15. Industrieller Prozeßsteuertransmitter nach Anspruch
13 oder 14, welcher weiter eine Referenzschaltung aufweist,
die mit der Integratorschaltung gekoppelt ist und auf die
Steuersignale anspricht, um ein abgeglichenes Referenzsignal
bereitzustellen.
16. Industrieller Prozeßsteuertransmitter nach einem der
Ansprüche 13 bis 15, wobei die Integratorschaltung mindestens
zwei differentiell angeordnete Eingänge aufweist und der
Sensor mindestens zwei Sensorkondensatoren aufweist, die auf
die Prozeßvariable ansprechen,
wobei die Sensor-Eingangsschaltung einen mit jedem Sen sorkondensator gekoppelten ersten Ladungspaketgenerator aufweist, der dafür eingerichtet ist, jeweiligen der Integra torschaltungseingänge Ladungen entgegengesetzter Polarität zuzuführen,
wobei die Abbildungs-Eingangsschaltung mindestens zwei Abbildungskondensatoren und einen mit jedem Abbildungskonden sator gekoppelten zweiten Ladungspaketgenerator aufweist, wobei die zweiten Ladungspaketgeneratoren bezüglich der ersten Ladungspaketgeneratoren dafür eingerichtet sind, die Ladung zu reduzieren, die den jeweiligen Integrator schaltungseingängen von den ersten Ladungspaketgeneratoren zugeführt wird.
wobei die Sensor-Eingangsschaltung einen mit jedem Sen sorkondensator gekoppelten ersten Ladungspaketgenerator aufweist, der dafür eingerichtet ist, jeweiligen der Integra torschaltungseingänge Ladungen entgegengesetzter Polarität zuzuführen,
wobei die Abbildungs-Eingangsschaltung mindestens zwei Abbildungskondensatoren und einen mit jedem Abbildungskonden sator gekoppelten zweiten Ladungspaketgenerator aufweist, wobei die zweiten Ladungspaketgeneratoren bezüglich der ersten Ladungspaketgeneratoren dafür eingerichtet sind, die Ladung zu reduzieren, die den jeweiligen Integrator schaltungseingängen von den ersten Ladungspaketgeneratoren zugeführt wird.
17. Industrieller Prozeßsteuertransmitter nach Anspruch
16, wobei jeder zweite Ladungspaketgenerator dafür eingerich
tet ist, dem jeweiligen Integratoreingang eine Ladung zuzu
führen, deren Polarität der Polarität der vom jeweiligen
ersten Ladungspaketgenerator zugeführten Ladung entgegenge
setzt ist und die etwa die Hälfte der vom jeweiligen ersten
Ladungspaketgenerator zugeführten Ladung beträgt.
18. Industrieller Prozeßsteuertransmitter nach Anspruch
16 oder 17, wobei der erste und der zweite Ladungspaketgene
rator durch eine Versorgungsspannung betrieben werden und
jeder Abbildungskondensator eine Kapazität aufweist, die die
Hälfte der Nennkapazität jedes Sensorkondensators beträgt.
19. Industrieller Prozeßsteuertransmitter nach einem der
Ansprüche 16 bis 18, welcher weiter eine Referenzschaltung
aufweist, die mit der Integratorschaltung gekoppelt ist und
auf die Steuersignale anspricht, um ein abgeglichenes Refe
renzsignal bereitzustellen.
20. Industrieller Prozeßsteuertransmitter nach Anspruch
19, wobei die Referenzschaltung mindestens zwei Referenz
kondensatoren und einen mit jedem Referenzkondensator gekop
pelten dritten Ladungspaketgenerator aufweist, wobei die
dritten Ladungspaketgeneratoren bezüglich der ersten Ladungs
paketgeneratoren dafür eingerichtet sind, die Ladung zu
ändern, die den jeweiligen Integratorschaltungseingängen von
den ersten Ladungspaketgeneratoren zugeführt wird.
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