DE202013012211U1 - Device for operating passive infrared sensors - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zum Betreiben eines passiven Infrarot-Detektors (PIR) wobei – derartige PIR-Detektoren Zweipole sind und im Ersatzschaltbild durch eine Stromquelle symbolisiert werden können, die einen Strom IPIR abhängig von der Änderung der Bestrahlung liefert und der eine Kapazität CPIR parallel geschaltet ist, wobei – der passive Infrarot-Detektor (PIR) mit zwei elektrischen Anschlüssen vorgesehen ist und – jeder der Ausgänge des besagten passiven Infrarot-Detektors (PIR) mit dem Steuereingang jeweils eines zugeordneten Eingangstransistors (T1, T2) verbunden ist, und – jeweils je ein Kontakt jedes dieser Eingangstransistoren (T1, T2) mit einem zugehörigen Stromteilerausgang (Ia1, Ia2) eines steuerbaren Stromteilers (MUX, RM1 bis RMn) verbunden ist und – der besagte Stromteiler (MUX, RM1 bis RMn) den Strom einer Referenzstromquelle (Iref) in Abhängigkeit von einem Steuereingang (Val) auf die Stromteilerausgänge (Ia1, Ia2) aufteilt und – die anderen Kontakte der Transistoren (T1, T2) jeweils mit je einem integrierenden Filter und/oder einer Kapazität (C1, C2) verbunden sind und – die Ausgangswerte dieser integrierenden Filter und/oder Kapazitäten (C1, C2) durch mindestens einen Komparator (CP) miteinander verglichen werden und – das Komparatorausgangssignal (CPO) dieses Komparators (CP) mindestens ein digitales integrierendes Filter (Int) steuert und – der Steuereingang (Val) des besagten Stromteilers (MUX, RM1 bis RMn), der den Strom einer Referenzstromquelle (Iref) aufteilt, direkt oder indirekt vom Zahlenwert des digitalen integrierenden Filters (Int) abhängt, wobei – die Vorrichtung eine Differenzstufe und/oder einen ΔΣ-Wandler enthält.Apparatus for operating a passive infrared detector (PIR) wherein - such PIR detectors are bipolar and can be symbolized in the equivalent circuit diagram by a current source which supplies a current IPIR depending on the change in the irradiation and a capacitance CPIR is connected in parallel - The passive infrared detector (PIR) is provided with two electrical connections and - each of the outputs of said passive infrared detector (PIR) to the control input of an associated input transistor (T1, T2) is connected, and - each one contact each of these input transistors (T1, T2) is connected to an associated current divider output (Ia1, Ia2) of a controllable current divider (MUX, RM1 to RMn), and - said current divider (MUX, RM1 to RMn) controls the current of a reference current source (Iref) from a control input (Val) to the Stromteilerausgänge (Ia1, Ia2) divides and - the other contacts of Tran transistors (T1, T2) are each connected to an integrating filter and / or a capacitor (C1, C2) and - the output values of these integrating filters and / or capacitors (C1, C2) are compared with each other by at least one comparator (CP) and - the comparator output signal (CPO) of said comparator (CP) controls at least one digital integrating filter (Int) and - the control input (Val) of said current divider (MUX, RM1 to RMn) dividing the current of a reference current source (Iref) directly or indirectly depends on the numerical value of the digital integrating filter (Int), wherein - the device includes a differential stage and / or a ΔΣ converter.
Description
Einleitungintroduction
Für Messung von infraroter Strahlung sind verschiedene Verfahren bekannt. Ein wesentliches Sensorprinzip ist die Verwendung von passiven Infrarot-Detektoren (PIR-Detektoren).Various methods are known for measuring infrared radiation. An important sensor principle is the use of passive infrared detectors (PIR detectors).
Diese zeichnen sich durch eine einfache und kostengünstige Herstellung aus.These are characterized by a simple and inexpensive production.
Solche PIR-Detektoren sind Zweipole und können im Ersatzschaltbild durch eine Stromquelle symbolisiert werden, die einen Strom IPIR abhängig von der Änderung der Bestrahlung und damit der Temperatur liefert und der eine Kapazität CPIR parallel geschaltet ist. (Siehe auch
Bei der Auswertung des Signals eines PIR-Sensors treten nun verschiedene Probleme auf:
Zum einen kommt es zu einer Verschiebung des Arbeitspunkts des PIR-Detektors durch eine Selbstaufladung. Zum anderen liefert die Stromquelle IPIR in der Regel nur einen sehr geringen Strom bei einem relativ hohen Innenwiderstand. Dieser Innenwiderstand RPIR ist in
On the one hand, there is a shift in the operating point of the PIR detector due to self-charging. On the other hand, the current source I PIR usually provides only a very low current with a relatively high internal resistance. This internal resistance R PIR is in
Durch den hohen Innenwiderstand einer optimalen Auswerteschaltung, können einmal generierte Ladungen jedoch nicht mehr abfließen. Dies kann dazu führen, dass die Schaltung den Arbeitsbereich der Auswerteschaltung verlässt, da diese übersteuert wird.Due to the high internal resistance of an optimal evaluation circuit, once generated charges can no longer flow away. This can lead to the circuit leaving the working range of the evaluation circuit, since this is overdriven.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Auswerteverfahren und eine hochohmige Messschaltung mit großem Dynamikbereich für die Auswertung des Signals eines PIR-Detektor bereitzustellen, ohne dass es zu einer Übersteuerung durch die Aufladung der Eingänge der PIR-Detektorauswerteschaltung kommen kann. Dabei soll die Stromaufnahme minimiert werden.It is the object of the invention to provide an evaluation method and a high-impedance measuring circuit with a large dynamic range for the evaluation of the signal of a PIR detector, without it being possible for overdriving to occur due to the charging of the inputs of the PIR detector evaluation circuit. The power consumption should be minimized.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach dem Anspruch gelöst.This object is achieved by a device according to the claim.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Das erfindungsgemäße System ist in
Bei der Entwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines passiven Infrarot-Detektors (PIR) wurde erkannt, dass die Aufladung der Eingänge ein wesentlicher Hinderungsgrund für einen korrekten Betrieb des Systems darstellt. Wie später noch weiter erläutert werden wird, ist der erfindungsgemäße ΔΣ-Wandler (ADC) gegen solche Arbeitspunkt-Drift empfindlich. Dieser erhöhte Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen ΔΣ-Wandlers (ADC) ermöglicht jedoch eine besonders effiziente Unterdrückung der Quantisierungsfehler durch den Komparator des erfindungsgemäßen ΔΣ-Wandlers (ADC). Daher bilden der erfindungsgemäße ΔΣ-Wandler und die Entladung des passiven Infrarot-Detektors mittels des erfindungsgemäßen Entladungsnetzwerks (RG) eine erfinderische Einheit. Basierend auf dieser besagten erfinderischen Erkenntnis der fehlerhaften Aufladung der Eingänge, kann die einfachste Lösung dieses Problems dadurch erreicht werden, dass die Eingangsknoten mittels eines Schalters entladen werden, wenn die Spannung am Detektor den Dynamikbereich erreicht. In diesem Fall kann während der Entladung und kurz danach keine Bewertung der Spannung am Detektor vorgenommen werden. Alternativ kann die Entladung durch einen Ableitwiderstand zwischen den Anschlüssen des Sensors oder von den Anschlüssen nach Bezugsmasse (Rdis_1, Rdis_2) erfolgen. Ein wesentlicher Nachteil dieser Lösung ist die kontinuierliche Bedämpfung des Signals und das Eigenrauschen des Detektors. Außerdem lässt sich nicht mit vertretbarem Aufwand ein Giga-Ohm Widerstand in einer Low-Cost-CMOS-Technologie implementieren. Im Rahmen der Entwicklung wurde erkannt, dass die Entladung des zweiten Ausgangs über den Innenwiderstand der Stromquelle des PIR-Sensors (PIR) nicht zu befriedigenden Ergebnissen führt. Es hat sich gezeigt, dass der Widerstandswert dieser Ableitwiderstände größer als 1 MOhm und/oder vorzugsweise größer als 10 MOhm und/oder vorzugsweise größer als 100 MOhm und/oder vorzugsweise größer als 1 GOhm und/oder vorzugsweise größer als 10 GOhm sein sollte. Hierbei hängt der optimale Ableitwert von dem jeweiligen PIR-Detektor und der jeweiligen Applikation ab und sollte von Fall zu Fall angepasst werden. Bei großen Ladungsverschiebungen durch schnelle Temperaturänderungen (Temperaturschock) wären unverhältnismäßig niedrige Ableitwiderstandswerte nötig, die das zu detektierende Signal nahezu eliminieren.In the development of the method according to the invention for operating a passive infrared detector (PIR), it has been recognized that the charging of the inputs represents a significant impediment to the correct operation of the system. As will be explained later, the ΔΣ converter (ADC) according to the invention is sensitive to such operating-point drift. However, this increased sensitivity of the ΔΣ converter (ADC) according to the invention enables a particularly efficient suppression of the quantization errors by the comparator of the ΔΣ converter (ADC) according to the invention. Therefore, the ΔΣ converter according to the invention and the discharge of the passive infrared detector by means of the discharge network (R G ) according to the invention form an inventive unit. Based on this inventive inventive realization of the erroneous charging of the inputs, the simplest solution to this problem can be achieved by discharging the input nodes by means of a switch when the voltage at the detector reaches the dynamic range. In this case, during the discharge and shortly thereafter, no evaluation of the voltage at the detector can be made. Alternatively, the discharge may be by a leakage resistance between the terminals of the sensor or from the terminals to reference ground (R dis_1 , R dis_2 ). A major disadvantage of this solution is the continuous attenuation of the signal and the inherent noise of the detector. In addition, a giga-ohm resistor can not be implemented with reasonable effort in a low-cost CMOS technology. During the development, it was recognized that the discharge of the second output via the internal resistance of the power source of the PIR sensor (PIR) does not lead to satisfactory results. It has been found that the resistance value of these bleeder resistors is greater than 1 MOhm and / or preferably greater than 10 MOhm and / or preferably greater than 100 MOhm and / or preferably greater than 1 GOhm and / or preferably greater than 10 GOhm. In this case, the optimum conductance value depends on the particular PIR detector and the respective application and should be adapted on a case-by-case basis. For large charge shifts due to rapid temperature changes (temperature shock), disproportionately low bleeder resistance values would be necessary, which virtually eliminate the signal to be detected.
Hierbei ist klar, dass die Ableitwiderstände des Entladenetzwerks (RG) vorzugsweise gleich und möglichst symmetrisch, in der Fachsprache „matchend”, ausgeführt werden sollten. Dabei können diese Ableitwiderstände auch komplexere Schaltungen sein, die nur unter anderem auch die Funktion eines Ableitwiderstands wahrnehmen. Im Rahmen der Ausarbeitung der Erfindung wurde es als vorteilhaft erkannt, die Ableitwiderstände zumindest teilweise als Switched-Capacitor-Schaltung auszuführen. Mit solchen Schaltungen können die ggf. erforderlichen relativ hochohmigen Ableitwiderstände relativ einfach ausgeführt werden. Für den Betrieb eines solchen Switched-Capacitor-Netzwerkes ist es besonders vorteilhaft, wenn diese Netzwerke mit einem nichtüberlappenden Zweiphasentakt betrieben werden. Natürlich können auch Einphasen- und Mehrphasentakte verwendet werden, die aber in der Regel aufwendiger zu realisieren sind.It is clear that the discharge resistors of the discharge network (R G ) should preferably be the same and as symmetrical as possible, in the terminology "matching". These bleeder resistors can also be more complex circuits, which only perform the function of a bleeder resistor among other things. As part of the development of the invention, it has been found advantageous to perform the bleeder at least partially as a switched-capacitor circuit. With such circuits, the possibly required relatively high-impedance bleeder resistors can be relatively easily performed. For the operation of such a switched-capacitor network, it is particularly advantageous if these networks are operated with a non-overlapping two-phase clock. Of course, single-phase and multi-phase clocks can be used, but they are usually more complex to implement.
Die Anforderung einer zuverlässigen Entladung des PIR-Detektors steht im Gegensatz zu einem möglichst hohen Eingangswiderstand der Auswerteschaltung. Im Rahmen der Erfindung wurde daher erkannt, dass es sinnvoll ist, den mittlere Äquivalentwiderstand zumindest der Entladewiderstände des passiven Infrarot-Detektors davon abhängig zu machen, ob gerade eine Messung des infraroten Strahlungspotenzials mittels des passiven Infrarotsensors (PIR-Detektor) durchgeführt wird oder nicht. Vor einer Messung werden die Entladewiderstände in einen sehr hochohmigen Zustand geschaltet (Messzustand). Nach dem Ende der Messung werden die Entladewiderstände in einen Zustand geschaltet, der gegenüber dem Messzustand niederohmiger ist.The requirement of a reliable discharge of the PIR detector is in contrast to the highest possible input resistance of the evaluation circuit. In the context of the invention, it was therefore recognized that it makes sense to make the mean equivalent resistance of at least the discharge resistors of the passive infrared detector dependent on whether or not a measurement of the infrared radiation potential is carried out by means of the passive infrared sensor (PIR detector). Before a measurement, the discharge resistors are switched to a very high-impedance state (measuring state). After the end of the measurement, the discharge resistors are switched to a state which is lower impedance compared to the measurement state.
Alternativ kann die Messung des Ladezustands (Spannung am Detektor) erfolgen und die Größe der Entladewiderstände in Abhängigkeit vom Ladezustand nachgeregelt werden.Alternatively, the measurement of the state of charge (voltage at the detector) can take place and the size of the discharge resistances can be readjusted as a function of the state of charge.
Denkbar ist es, dass andere Betriebsbedingungen ebenfalls ein Umschalten erfordern. Beispielsweise ist es denkbar, den PIR-Detektor über einen Schalter definiert zu entladen. In einem solchen Modus wäre ebenfalls ein Hochohmigschalten der Entladewiderstände sinnvoll. Im Extremfall kann der Messzustand also ein komplettes abkoppeln eines Entladewiderstands bedeuten.It is conceivable that other operating conditions also require switching. For example, it is conceivable to discharge the PIR detector in a defined manner via a switch. In such a mode, high impedance switching of the discharge resistors would also be useful. In extreme cases, the measurement state can thus signify a complete decoupling of a discharge resistor.
Die Widerstandswerte sind dabei immer an Mittelwerten über mehrere Takte des Betriebstaktes des jeweiligen Switched-Capacitor-Netzwerkes orientiert, sofern ein solches für die Realisierung der Entladewiderstände verwendet wird. Es ist also ein wesentlicher erfinderischer Gedanke, dass die Entladewiderstände des PIR-Detektors in Abhängigkeit von Zuständen des Sensorsystems unterschiedliche Werte annehmen, wobei mindestens die Zustände Messung und keine Messung/Entladung realisiert werden sollten.The resistance values are always oriented to average values over several cycles of the operating clock of the respective switched-capacitor network, if such is used for the realization of the discharge resistors. It is therefore an essential inventive idea that the discharge resistors of the PIR detector assume different values as a function of states of the sensor system, wherein at least the states measurement and no measurement / discharge should be realized.
Der erfindungsgemäße ΔΣ-Wandler (ADC), besteht unter anderem aus einem Differenzverstärker, dessen Stromquelle nicht, wie bei normalen Differenzverstärkern üblich, auf zwei Äste bei symmetrischer Ansteuerung der Transistoren des Differenzverstärkers symmetrisch aufgeteilt wird, sondern der statt des normalerweise vorhandenen gemeinsamen Kontenpunktes für die Transistoren in den Zweigen des Differenzverstärkers und der Betriebsstromquelle einen Stromteiler aufweist, der den Strom in Abhängigkeit von einem externen Steuerwert unterschiedlich aufteilt. Dabei kann angenommen werden, dass die Betriebsstromquelle einen endlichen Innenwiderstand aufweist. Insofern ist auch die Verwendung einer realen Spannungsquelle möglich. Dieser Stromteiler wird in der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch eine Widerstandskette realisiert, die mit dem einen Ende mit einem Transistor des Differenzverstärkers und mit dem anderen Ende mit dem anderen Transistor des Differenzverstärkers verbunden ist. Ein Multiplexer verbindet nun die Betriebsstromquelle in Abhängigkeit von dem externen Steuerwert mit einem Knoten dieser Widerstandskette. Der Stromteiler verhält sich also wie ein digital gesteuertes Potentiometer, dessen Abgriff durch den externen Parameter eingestellt wird. Hierdurch wird eine unterschiedliche Stromgegenkopplung für die verschiedenen Zweige des Differenzverstärkers eingestellt. Die Stromaufteilung erfolgt dabei derart, dass die Gate-Source-Spannungen der Transistoren sich durch den Spannungsabfall über die Widerstände des Stromteilers so einstellen, dass die Stromsumme durch die beiden Zweige dem dem Strom der Betriebsstromquelle entspricht. Die anderen Anschlüsse der Transistoren sind mit je einem Arbeitswiderstand verbunden. Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn diese Arbeitswiderstände als reale Stromquellen ausgeführt werden, da dann der differentielle Arbeitswiderstand und damit die differentielle Verstärkung besonders groß sind.The ΔΣ converter according to the invention (ADC), inter alia, consists of a differential amplifier whose current source is not divided symmetrically, as is usual with normal differential amplifiers, into two branches with symmetrical control of the transistors of the differential amplifier, but instead of the common common node for the Transistors in the branches of the differential amplifier and the operating current source comprises a current divider which differentiates the current in dependence on an external control value. It can be assumed that the operating current source has a finite internal resistance. In this respect, the use of a real voltage source is possible. This current divider is realized in the device according to the invention by a resistor chain which is connected at one end to a transistor of the differential amplifier and at the other end to the other transistor of the differential amplifier. A multiplexer now connects the operating power source to a node of this resistor string in response to the external control value. The current divider behaves like a digitally controlled potentiometer whose tap is set by the external parameter. This sets a different current negative feedback for the different branches of the differential amplifier. The current distribution is effected in such a way that the gate-source voltages of the transistors are adjusted by the voltage drop across the resistors of the current divider so that the current sum through the two branches corresponds to the current of the operating current source. The other terminals of the transistors are each connected to a load resistor. It has been found to be particularly advantageous if these load resistors are designed as real power sources, since then the differential load resistance and thus the differential gain are particularly large.
Parallel zu diesen Arbeitswiderständen können Kapazitäten geschaltet sein, die das Ausgangssignal integrieren. Die Verwendung von Miller-Kapazitäten ist ebenfalls denkbar. Im Falle des erfindungsgemäßen ΔΣ-Wandlers führen diese Kapazitäten die summierende Σ-Funktion des ΔΣ-Wandlers durch und eliminieren damit den Quantisierungsfehler durch einen nachgeschalteten Komparator. Capacitors that integrate the output signal can be connected in parallel with these load resistors. The use of Miller capacities is also conceivable. In the case of the ΔΣ converter according to the invention, these capacitances carry out the summing Σ function of the ΔΣ converter and thus eliminate the quantization error by means of a downstream comparator.
Für das Betreiben eines passiven Infrarot-Detektors bietet sich folgendes Verfahren an: Jeder der Ausgänge des besagten passiven Infrarot-Detektors wird mit dem Steuereingang jeweils eines zugeordneten Eingangstransistors des beschriebenen Differenzverstärkers verbunden. Dabei ist jeweils ein Kontakt jedes dieser Eingangstransistoren mit einem zugehörigen Stromteilerausgang eines steuerbaren Stromteilers verbunden. Der besagte Stromteiler verteilt den Strom einer Referenzstromquelle (Iref) in Abhängigkeit von einem Steuereingang auf die Stromteilerausgänge auf. Die anderen Kontakte der Transistoren sind jeweils mit je einem Arbeitswiderstand, vorzugsweise einem integrierenden Filter oder einer Kapazität (C1, C2) verbunden. Die Ausgangswerte dieser integrierenden Filter, Arbeitswiderstände und Kapazitäten werden nun durch mindestens einen Komparator miteinander verglichen. Dieser erzeugt einen unvermeidlichen Quantisierungsfehler der durch die im Folgenden beschriebene Rückkopplung minimiert wird. Das Komparatorausgangssignal dieses Komparators ist mit einem digitalen integrierenden Filter verbunden, das neben den besagten Kapazitäten eine zweite Integration durchführt. Der Steuereingang des besagten Stromteilers, der den Strom einer Betriebsstromquelle aufteilt ist mit dem Ausgang des digitalen integrierenden Filters verbunden. Wird der Stromteiler analog gesteuert, so ist ein Digital-zu-Analog-Wandler (DAC) und/oder ein Signalformatwandler erforderlich, der das Ausgangssignal des digitalen integrierenden Filters in ein geeignetes Format wandelt. In dem hier beschriebenen Beispiel ist dies jedoch nicht erforderlich, da der Multiplexer digital angesteuert werden kann.For the operation of a passive infrared detector, the following method offers: Each of the outputs of said passive infrared detector is connected to the control input of an associated input transistor of the differential amplifier described. In each case one contact of each of these input transistors is connected to an associated current divider output of a controllable current divider. Said current divider distributes the current of a reference current source (I ref ) as a function of a control input to the current divider outputs. The other contacts of the transistors are each connected to a respective working resistor, preferably an integrating filter or a capacitor (C 1 , C 2 ). The output values of these integrating filters, load resistors and capacitors are now compared by at least one comparator. This generates an unavoidable quantization error which is minimized by the feedback described below. The comparator output of this comparator is connected to a digital integrating filter which performs a second integration in addition to said capacitances. The control input of said current divider which splits the current of an operating power source is connected to the output of the digital integrating filter. If the current divider is controlled analogously, a digital-to-analogue converter (DAC) and / or a signal format converter is required, which converts the output signal of the digital integrating filter into a suitable format. In the example described here, however, this is not necessary because the multiplexer can be digitally controlled.
Ähnliches kann bei der Anpassung eines digitalen Steuereingangs für den Stromteiler an den digitalen Ausgang des digitalen integrierenden Filters erforderlich sein.The same may be required when fitting a digital control input to the current divider to the digital output of the digital integrating filter.
Neben dieser zweiphasigen Version kann auch eine einphasige Version einer Auswerteschaltung Verwendung finden. Hierbei steuert ein Ausgang des passiven Infrarot-Detektors mindestens eine zweite Stromquelle. Diese zweite Stromquelle speist Strom in einen ersten Konten (Sb) ein. Dieser erste Knoten (Sb) ist über ein integrierendes Filter mit dem Eingang eines Komparators verbunden, der den Signalpegel dieses ersten Knotens (Sb) mit einem internen Pegel vergleicht. Der Ausgang dieses Komparators ist wieder mit dem besagten digitalen integrierenden Filter direkt oder indirekt verbunden und steuert dieses somit an. Der Ausgangs dieses digitalen integrierenden Filters steuert nun wieder einen Digital-zu-Analog-Wandler (DAC) an. Der Ausgang dieses Digital-zu-Analog-Wandlers steuert nun eine erste Stromquelle (I1), die wiederum ihren Strom ebenfalls in den ersten Knoten (Sb) einspeist.In addition to this two-phase version, a single-phase version of an evaluation circuit can also be used. In this case, an output of the passive infrared detector controls at least one second current source. This second current source feeds electricity into a first account (S b ). This first node (S b ) is connected via an integrating filter to the input of a comparator, which compares the signal level of this first node (S b ) with an internal level. The output of this comparator is again directly or indirectly connected to said digital integrating filter and thus drives it. The output of this digital integrating filter will again drive a digital-to-analog converter (DAC). The output of this digital-to-analog converter now controls a first current source (I 1 ), which in turn feeds their current into the first node (S b ).
Im Unterschied zur vorausgehenden Version wird in dieser Version ein Anschluss des passiven Infrarot-Detektors mit Masse verbunden, während der andere Anschluss an die zuvor beschriebene Auswerteschaltung angeschlossen wird. Eine solche Schaltung ist auch für die Auswertung von Thermopiles geeignet.Unlike the previous version, in this version, one port of the passive infrared detector is connected to ground, while the other port is connected to the previously described evaluation circuit. Such a circuit is also suitable for the evaluation of thermopiles.
Für beide Verfahren ist es vorteilhaft, wenn das digitale integrierende Filter als ein Aufwärts-/Abwärtszähler realisiert wird, der in Messphasen in einem vorgegebenen oder programmierbaren Takt zählt. Die Zählrichtung wird dabei vorzugsweise durch den Ausgang des Komparators festgelegt. Auch die Schrittweite dieser Zählung und die zeitlichen Abstände, in denen eine Zählung erfolgt, können konstant und vorgegeben oder programmierbar sein. In manchen Anwendungsfällen hat es sich bewährt, die Schrittweite der Zählung vom Zählerstand selbst abhängig zu machen, um ein Über- oder Unterlaufen und damit eine totale Funktionsuntüchtigkeit zu vermeiden. Überschreitet der Zählerstand einen kritischen oberen Wert, so kann dies beispielsweise detektiert werden und ein Verlassen des Messzustands und ein Aktivieren des Entladezustands des Detektorelementes bewirken. Dies ist insbesondere bei der einhändigen Variante sinnvoll, da diese in der Lage ist, den absoluten Pegel eines Eingangssignals zu messen. Der Ausgang des digitalen integrierenden Filters stellt den Messwert dar.For both methods it is advantageous if the digital integrating filter is realized as an up / down counter which counts in measuring phases in a predetermined or programmable cycle. The counting direction is preferably determined by the output of the comparator. Also, the increment of this count and the time intervals in which a count is made, can be constant and predetermined or programmable. In some applications, it has been proven to make the increment of the count of the meter itself dependent to avoid over or under running and thus a total inoperability. If the counter reading exceeds a critical upper value, then this can be detected, for example, and cause a departure from the measuring state and an activation of the discharge state of the detector element. This is particularly useful in the one-handed variant, since this is able to measure the absolute level of an input signal. The output of the digital integrating filter represents the measured value.
In jedem Fall ist es jedoch noch zweckmäßig dem digitalen integrierenden Filter ein weiteres digitales Filter (DF) nachzuordnen, bevor der Messwert Verwendung findet. Dies unterdrückt die Quantisierungsfehler ab einer Grenzfrequenz.In any case, it is still appropriate to rearrange the digital integrating filter another digital filter (DF) before the measured value is used. This suppresses the quantization errors from a cutoff frequency.
Es kann gezeigt werden, dass der Quantisierungsfehler bei einer Frequenz von 0 Hz im Störspektrum null wird und für unendlich hohe Frequenzen gegen einen endlichen Wert strebt. Die Grenzfrequenzen hängen dabei wesentlich von den besagten Lastkapazitäten (C1, C2) und dem Widerstand (RM) des Stromteilers ab und können damit gut eingestellt werden.It can be shown that the quantization error becomes zero at a frequency of 0 Hz in the interference spectrum and tends towards a finite value for infinitely high frequencies. The cutoff frequencies depend essentially on the said load capacitances (C 1 , C 2 ) and the resistance (R M ) of the current divider and can therefore be set well.
Selbstverständlich ist es sinnvoll, wesentliche Teile dieses Verfahrens in einem Signalprozessor ablaufen zulassen. Nur die Eingangsstufen dürften dann in speziell ausgeführter Elektronik erstellt werden. Eine solche Vorrichtung ist dann in der Lage das oben beschriebene Verfahren durchzuführen. Of course it makes sense to allow essential parts of this process to run in a signal processor. Only the input levels should then be created in specially designed electronics. Such a device is then able to perform the method described above.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beiliegenden Figuren erläutert:The invention is explained below with reference to the attached figures:
Ein digitales Filter (DF) filtert den Zählerstand des Auf-Ab-Zählers (Intb) zum Ausgangssignal (Out), welches der Ausgangsbus des digitalen Filters DF ist.A digital filter (DF) filters the count of the up-down counter (Int b ) to the output signal (Out), which is the output bus of the digital filter DF.
Da der Transistor T11 mit der MOS-Diode T12 einen Stromspiegel bildet und der Transistor T13 mit der gleichen MOS-Diode T12 einen Stromspiegel bildet, wird ein auf typischerweise 80% des Stromes I bezogener Offsetstrom von den Strömen durch T9 bzw. durch T14 angezogen.Since the transistor T11 forms a current mirror with the MOS diode T12 and the transistor T13 forms a current mirror with the same MOS diode T12, an offset current referred to typically 80% of the current I is attracted by the currents through T9 and T14, respectively.
Sind die Eingänge IP und IN ungleich vorgespannt, so führt dies zu einer unausgeglichenen Stromaufteilung durch die Differenzstufe aus T5 und T6. Dies äußert sich dann so, dass zusätzlicher Strom durch die MOS Dioden T9 oder T14 fließen kann, was zu einer Öffnung der Transistoren T7 und T15 oder T8 und T16 führt und somit zu einer Entladung der Eingangsknoten IP und IN.If the inputs IP and IN are biased unevenly, this results in an unbalanced current distribution by the differential stage of T5 and T6. This then manifests itself in that additional current can flow through the MOS diodes T9 or T14, resulting in an opening of the transistors T7 and T15 or T8 and T16 and thus to a discharge of the input nodes IP and IN.
Die beiden Anschlüsse werden somit durch diese elektrische Schaltungsanordnung entladen, deren Äquivalentwiderstand bei einem Arbeitspunkt im Bereich A signifikant größer als bei Arbeitspunkt in den Bereichen B oder C ist.The two terminals are thus discharged by this electrical circuit arrangement whose equivalent resistance at a working point in the area A is significantly greater than at the operating point in the areas B or C.
Dies ermöglicht es, eines passiven Infrarot-Detektors so zu betreiben, dass die elektrischen Anschlüsse durch einen Strompfad entladen werden, wenn die Spannung außerhalb eines vorbestimmten Bereiches A liegt. Dabei hängt der Entladestrom durch diese Schaltung von der Eingangsspannung zwischen den elektrischen Anschlüssen IP und IN ab. In dem durch die Dimensionierungen vorgegebenen Bereich A der Eingangsspannung verschwindet der Entladestrom bis auf den Leckstrom der Transistoren. Dabei steigt der Entladestrom mit steigendem Betraqsabstand der Eingangsspannung außerhalb dieses Bereiches A an. Der Eingangswiderstand RIN(IP – IN) hängt von der Differenzspannung V(IP – IN) zwischen den Eingängen IP und IN des Netzwerks RG ab. Der hier betrachtete Eingangswiderstand kann dabei sowohl als zwischen den Anschlüssen IP und IN befindlich angenommen werden als auch zwischen einem Anschluss IP oder IN auf der einen und dem Bezugspotenzial, beispielsweise Masse, auf der anderen Seite. Das Verhalten in
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