DE19906981A1 - Integrated calibration and identification device for a transducer or sensor has means for balancing the measurement circuit based on an operational amplifier and an adder step - Google Patents

Integrated calibration and identification device for a transducer or sensor has means for balancing the measurement circuit based on an operational amplifier and an adder step

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DE19906981A1
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Abstract

The device comprises transducer with integrated digital data and control unit (4) with an operational amplifier (3) and downstream adder step arranged as a measurement value amplifier. The digital data and control unit (4) includes a digital to analogue converter (5) the output of which is connected to the input of the adder step. An Independent claim is made for a procedure for balancing a transducer circuit that has the following steps (a) measurement of the output of the output of the operation amplifier (3) without external influence (b) writing of the determined output signal with inverse sign as a digital value to the data and control unit (4) (c) application of the null-voltage arrived at in step (b) using the DAC as the input to the adder step

Description

Die Erfindung betrifft eine integrierte Kalibrier- und Identifikationseinrichtung für Meßaufnehmer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zum Angleichen eines Meßaufnehmers. The invention relates to an integrated calibration and identification means for measuring sensor according to the preamble of claim 1 and a method for adjusting a measuring transducer.

Eine Identifikationseinrichtung für Meßaufnehmer ist beispielsweise aus der EP 0 406 627 B1 bekannt. An identification device for the measuring transducer is known for example from EP 0406627 B1. Dabei ist das eigentliche Geberelement als Widerstandsbrücke beispielsweise von piezoresistiven Widerständen aufgebaut. Here, the actual donor element is constructed as a resistor bridge example of piezoresistive resistors. Zur Erzeugung geeigneter Testsignale einer nachgeordneten Signaldatenaufbereitungs- und Datenauswertungseinrichtung muß die integrierte Kalibrier- und Identifikationseinrichtung die im Betriebszustand zu erfassenden Sensorsignale selbst erzeugen. For generating suitable test signals to a downstream Signaldatenaufbereitungs- and data evaluation means, the integrated calibration and identification means required to generate the to be detected in the operating condition sensor signals themselves. Hierzu ist es bekannt, die Brückenschaltung mittels eines Kalibrierwiderstandes zu verstimmen. For this, it is known to unbalance the bridge circuit by means of a calibration resistor. Hierzu wird der Kalibrierwiderstand mittels zweier als Transistoren ausgebildeter Schalter über ein Kalibriersignal wahlweise jeweils einem Widerstand der Brückenzweige parallel zugeschaltet, wodurch sich der Gesamtwiderstand jeweils so ändert, als ob ein reales Signal von außen erfaßt wurde. For this, the calibration resistor by means of two transistors configured as a switch via a calibration signal is selectively switched in each case parallel to a resistance of the bridge arms, whereby the overall resistance so changes respectively, as if a real signal from the outside has been detected. Die derart erzeugten Testsignale können dann über einen Operationsverstärker der eigentlichen Signaldatenaufbereitungs- und Datenauswertungseinheit zugefügt werden. The test signals generated in this way can then be added via an operational amplifier and the actual Signaldatenaufbereitungs- data evaluation unit. Bei der bekannten Kalibrier- und Identifikationseinrichtung wird von einer abgeglichenen Meßbrücke ausgegangen. In the known calibration and identification device is assumed a balanced measuring bridge. Aufgrund der unvermeidlichen Herstellungstoleranzen muß daher die Meßbrücke zunächst in einem Kalibrierlabor selbst vermessen werden und Abweichungen durch parallel zu schaltende Abgleichwiderstände kompensiert werden. Because of the inevitable manufacturing tolerances must, therefore, the measuring bridge are first measured in a calibration itself and deviations are compensated by parallel trimming resistors to be switched. Dieses Vermessen, Berechnen der Abgleichwiderstände und der Kalibrierwiderstände, sowie das Einlöten der Abgleichwiderstände ist relativ zeitaufwendig und umständlich. This measuring, calculating the balancing resistors and the calibration resistors, as well as the soldering of the balancing resistors is relatively time consuming and cumbersome. Die Identifikationseinrichtung, die alle relevanten charakteristischen Daten des Meßaufnehmers enthält, ist dabei vorzugsweise als Halbleiterspeicher ausgebildet. The identification device, which contains all relevant characteristic data of the measuring transducer is preferably constructed as a semiconductor memory. Neben den Daten des Meßaufnehmers sind darüber hinaus auch die Kalibriersignale zur gezielten Verstimmung der Meßbrücke für die zu erzeugenden Testsignale abgelegt. In addition to the data of the measuring sensor and the calibration for the targeted detuning of the measuring bridge for generating test signals to be stored beyond.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine integrierte Kalibrier- und Identifikationseinrichtung für Meßaufnehmer zu schaffen, bei der der Abgleich der Meßaufnehmer vereinfacht ist und die flexibler an veränderte Bedingungen anpaßbar ist. The invention is therefore based on the technical problem of providing an integrated calibration and identification device for measuring sensor, in which the adjustment of the measuring transducer is simplified and is more flexible adaptable to changing conditions.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und 3. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. The solution to the technical problem is solved by the features of claim 1 and 3. Further advantageous embodiments of the invention result from the dependent claims.

Dabei erfolgt der Abgleich des Meßaufnehmers nicht mehr direkt am Meßaufnehmer selbst, sondern das aufgrund der Verstimmung am Ausgang des Operationsverstärkers erzeugte Differenzsignal wird durch eine Nullspannung kompensiert. Here, the adjustment of the measuring transducer is no longer directly on the sensor itself, but the difference signal generated due to the upset at the output of the operational amplifier is compensated by a zero voltage. Die Nullspannung weist den gleichen Betrag wie das Differenzsignal auf, hat jedoch ein umgekehrtes Vorzeichen. The zero voltage has the same amount as the difference signal, but has an opposite sign. Die beiden Signale werden über eine den Operationsverstärker nachgeschaltete Addierstufe verknüpft, dessen Ausgangssignal somit ohne äußere Einflüsse stets Null ist. The two signals are linked via a downstream operational amplifier adder whose output is therefore always zero without external influences. Dadurch wird eine Vorab-Kalibrierung des Meßaufnehmers vor Einbau in die Kalibrier- und Identifikationseinrichtung überflüssig. Thus, a preliminary calibration of the measuring sensor before installation in the calibration and identification device is unnecessary. Hierzu wird die Nullspannung in die Daten- und Steuereinheit eingeschrieben und über einen Digital-Analog-Wandler automatisch als analoge Spannung der Addierstufe zugeführt. For this, the zero voltage is written into the data and control unit and automatically supplied as an analog voltage of the adder through a digital-to-analog converter.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. The invention is explained in detail below with reference to a preferred embodiment. Die einzige Figur zeigt eine schematische Schaltungsanordnung einer integrierten Kalibrier- und Identifikationseinrichtung für Meßaufnehmer. The single figure shows a schematic circuit arrangement of an integrated calibration and identification device for the measuring transducer.

Die integrierte Kalibrier- und Identifikationseinrichtung 1 umfaßt einen Meßaufnehmer 2 , einen Operationsverstärker 3 mit integrierter Addierstufe, eine Daten- und Steuereinheit 4 und einen Digital-Analog-Wandler 5 . The integrated calibration and identification device 1 comprises a transducer 2, an operational amplifier 3 with integrated adder, a data and control unit 4, and a digital-to-analog converter. 5 Der Meßaufnehmer 2 ist mit den beiden Differenzeingängen des Operationsverstärkers 3 verbunden. The transducer 2 is connected to the two differential inputs of the operational amplifier. 3 Die Daten- und Steuereinheit 4 ist ausgangsseitig mit dem Eingang des Digital-Analog-Wandlers 5 verbunden, dessen Ausgang auf einen Eingang der integrierten Addierstufe geschaltet ist. The data and control unit 4 has its output connected to the input of the digital-to-analog converter 5 whose output is connected to an input of the integrated adder. Derartige Operationsverstärker 3 mit integrierter Addierstufe werden auch als Instrumentenverstärker bezeichnet. Such operational amplifier 3 with integrated adder also be referred to as an instrument amplifier. Der Ausgang 6 der Addierstufe liefert dann das Eingangssignal für eine nachgeschaltete Signaldatenaufbereitungs- und Datenauswertungseinheit. The output of the adder 6 then provides the input signal for a downstream evaluation unit and data Signaldatenaufbereitungs-.

Die Daten- und Steuereinheit 4 umfaßt einen Halbleiterspeicher, der beispielsweise als EE- PROM ausgebildet ist, in dem die charakteristischen Daten des Meßaufnehmers 2 abgelegt sind. The data and control unit 4 comprises a semiconductor memory which is formed for example as EEPROM, in which the characteristic data of the measuring transducer are stored. 2 Darüber hinaus sind in dem Halbleiterspeicher ein Nullsignal und Kalibriersignal abgelegt. In addition, a zero signal and calibration are stored in the semiconductor memory. Das Nullsignal dient dabei zum Abgleich des aufgrund von Herstellungstoleranzen verstimmten Meßaufnehmers 2 . The zero signal serves to balance the detuned due to manufacturing tolerances measuring transducer. 2 Würden beispielsweise der Operationsverstärker 3 aufgrund des verstimmten Meßaufnehmers 2 ohne äußeres Signal eine Ausgangsspannung von 1 V liefern, so ist entsprechend die Nullspannung -1 V. Die Nullspannung kompensiert daher vorzeichengerecht die Verstimmung des Meßaufnehmers 2 und ersetzt die Abgleichwiderstände aus dem Stand der Technik. If, for example, the operational amplifier 3 due to the detuned measuring transducer 2 without an external signal, an output voltage of 1 V supply, then the zero voltage corresponding to -1 V. The zero-sequence voltage thus compensates for the correct sign, the detuning of the measuring transducer 2 and replaces the balancing resistors of the prior art. Die im Halbleiterspeicher digital abgespeicherte Nullspannung wird dazu vom Digital-Analog-Wandler 5 in eine analoge Spannung umgewandelt und der Addierstufe zugeführt. The digitally stored in the semiconductor memory zero voltage is to be converted by the digital-to-analog converter 5 into an analog voltage and the adder, respectively. Die Adresse der Nullspannung ist dabei als Grundeinstellung ausgewählt, dh mit Einschaltung der Betriebsspannung U B wird die Nullspannung in den Digital-Analog-Wandler 5 geladen. The address of the zero voltage is selected as the basic setting, that is, with switching on the operating voltage U B is the zero voltage is loaded into the digital-to-analog converter. 5 Ebenso wird die Nullspannung auch nach kurzen Spannungseinbrüchen stets automatisch in den Digital-Analog-Wandler 5 eingelesen. Similarly, the zero voltage is always automatically read even after short voltage dips in the digital-analog converter. 5

Ein weiterer Vorteil der Schaltungsanordnung ist, daß sehr einfach die verschiedensten Kalibriersignale erzeugbar sind. Another advantage of the circuit arrangement is that very simply the various calibration signals are generated. Während beim Stand der Technik nur zwei verschiedene Zustände möglich sind, nämlich den Kalibrierzustand mal dem einen und mal dem anderen Brückenzweig zuzuschalten, kann über den Digital-Analog-Wandler 5 sehr einfach jedes beliebige Kalibriersignal am Ausgang 6 erzeugt werden. While only two different states are possible in the prior art, namely time to switch on the calibration state to the one and sometimes the other bridge arm, any calibration signal can be easily generated at the output 6 via the digital-to-analog converter. 5 Hierzu werden einfach die gewünschten Ausgangssignale unter Beachtung der Nullspannung digital abgespeichert und durch ein Steuersignal am Dateneingang 7 in den Digital-Analog-Wandler 5 geladen. For this purpose, the desired output signals are simply stored digitally in accordance with the zero voltage and loaded by a control signal at the data input 7 in the digital-to-analog converter. 5

Sowohl die Nullspannung als auch die Kalibrierwerte werden erst nach dem Einbau des Meßaufnehmers 2 in die Kalibrier- und Identifikationseinrichtung eingeschrieben, wodurch eine aufwendige Vorab-Kalibrierung des Meßaufnehmers 2 entfällt. Both the zero voltage and the calibration values are written only after installation of the measuring transducer 2 in the calibration and identification means, whereby an elaborate pre-calibration of the measuring transducer 2 is not applicable. Jeder neue Kalibrierwert, der beispielsweise durch Änderung des Einsatzes erforderlich wird, jede Änderung des Nullsignals durch Alterung oder veränderter mechanischer Einbaulage, kann von außen einfach in die Daten- und Steuereinheit 4 eingeschrieben werden. Each new calibration value is required, for example, by changing the insert, any change of the zero signal by aging or modified mechanical installation position can be written from the outside easily in the data- and control unit. 4 Der veränderte mechanische Einbau kann beispielsweise bei Beschleunigungssensoren einen Einfluß in der Größenordnung von +/- 1 g haben, was insbesondere bei kleinen Meßbereichen sehr störend wäre und nunmehr sehr leicht korrigiert werden kann. The altered mechanical installation, for example, in acceleration sensors have an influence on the order of +/- 1 g, which would be particularly troublesome at very small measurement ranges and can now be easily corrected.

Weiterhin ermöglicht der Digital-Analog-Wandler 5 auch eine umfassende dynamische Analyse der nachfolgenden Signaldatenaufbereitung, indem der Digital-Analog-Wandler 5 wie ein Funktionsgenerator sukzessive verschiedene Ausgangsspannungen erzeugt. Furthermore, the digital-to-analog converter 5 also provides a comprehensive dynamic analysis of the subsequent signal processing data by the digital-to-analog converter 5 as a function generator successively generates different output voltages. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der integrierten Kalibrier- und Identifikationseinrichtung sind die Precrash- und Crash-Sensoren in der Kraftfahrzeugtechnik. A preferred application of integrated calibration and identification device, the pre-crash and crash sensors in automotive technology. Weiter kann eine Rückkopplung vom Ausgang 6 der Addierstufe auf die Daten- und Steuereinheit 4 vorgesehen sein, mittels derer eine automatische Adaptierung des Nullsignals erfolgt. Further, a feedback from the output of the adder 6 can be provided on the data and control unit 4, by means of which there is an automatic adaptation of the zero signal.

Claims (3)

  1. 1. Integrierte Kalibrier- und Meßeinrichtung für Meßaufnehmer, umfassend einen Meßwertverstärker und eine digitale Daten- und Steuereinheit, dadurch gekennzeichnet , daß der Meßwertverstärker als Operationsverstärker ( 3 ) mit nachgeschalteter Addierstufe ausgebildet ist und der digitalen Daten- und Steuereinheit ( 4 ) ein Digital-Analog-Wandler ( 5 ) zugeordnet ist, dessen Ausgang mit einem Eingang der Addierstufe verbunden ist. 1. Integrated calibration and measuring means for measuring sensor, comprising a measured value amplifier and a digital data, and control unit, characterized in that the measured value amplifier is designed as operational amplifier (3) with a downstream adder and the digital data, and control unit (4) is a digital -analog converter (5) is associated, the output of which is connected to an input of the adder.
  2. 2. Integrierte Kalibrier- und Identifikationseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der digitalen Daten- und Steuereinheit ( 4 ) neben den Daten des Meßaufnehmers ( 2 ) einschließlich des Nullsignales verschiedene Kalibriereinstellungen und/oder diskretisierte dynamische Testsignale gespeichert sind. 2. Integrated calibration and identification device according to claim 1, characterized in that in the digital data, and control unit (4) next to the data of the measuring transducer (2) including the zero signal various calibration settings and / or discretized dynamic test signals are stored.
  3. 3. Verfahren zum Abgleichen eines Meßaufnehmers ( 2 ) mittels einer Daten und Steuereinheit ( 4 ), eines Digital-Analog-Wandlers ( 5 ) und einen Operationsverstärker ( 3 ) mit nachgeschalteter Addierstufe, umfassend folgende Verfahrensschritte: 3. A method for trimming a measuring transducer (2) by means of a data and control unit (4), a digital-to-analog converter (5) and an operational amplifier (3) with a subsequent adder stage, comprising the following method steps:
    • a) Erfassen des Ausgangssignals am Operationsverstärker ( 3 ) des Meßaufnehmers ( 2 ) ohne äußere Einflüsse, a) detecting the output of the operational amplifier (3) of the measuring transducer (2) without external influences,
    • b) Einschreiben des unter Verfahrensschritt a) ermittelten Ausgangssignals mit umgekehrtem Vorzeichen als digitalen Wert in die Daten- und Steuereinheit ( 4 ) und b) writing the determined under process step a) the output signal with the opposite sign as the digital value to the data and control unit (4) and
    • c) Zuführen der unter Verfahrensschritt b) erzeugten Nullspannung dem Digital-Analog- Wandler ( 5 ), dessen Ausgangssignal auf einen Eingang der Addierstufe geschaltet wird. c) supplying the zero voltage generated under process step b) converter (5) whose output signal is switched to one input of the adder the digital to analog.
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