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GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Schaltkreis zur Überprüfung eines Analog/Digital-Wandlers, A/D-Wandlers.
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HINTERGRUND
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Zur Überprüfung eines A/D-Wandlers ist es bekannt, eine TestRoutine durchzuführen, in der ein zu testender A/D-Wandler ein vorgegebenes analoges Testsignal digitalisiert. Die von dem zu testenden A/D-Wandler erzeugten Digitalwerte können dann mit Referenzwerten verglichen werden, die auf dem analogen Testsignal basieren. Werden Abweichungen erkannt, die außerhalb eines Toleranzbereichs liegen, kann somit ein fehlerhafter A/D-Wandler erkannt werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die Erfindung bereichert diesbezüglich den Stand der Technik, als ein erfindungsgemäßer Schaltkreis eine fortlaufende Überprüfung des A/D-Wandlers während des (produktiven) Betriebs ermöglicht.
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Ein erfindungsgemäßer Schaltkreis umfasst einen analogen Eingang, einen ersten analogen Signalumformer, einen zweiten analogen Signalumformer, eine A/D-Wandler-Einrichtung und eine Auswerteschaltung. Der erste analoge Signalumformer ist mit dem analogen Eingang verbunden und vorgesehen, ein am analogen Eingang anliegendes elektrisches Signal gemäß einer ersten Verstärkungs-Kennlinie zu verstärken und als erstes elektrisches Signal auszugeben.
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Der zweite analoge Signalumformer ist mit dem ersten analogen Signalumformer verbunden und vorgesehen, das erste elektrische Signal zu verstärken und das verstärkte erste elektrische Signal als zweites elektrisches Signal auszugeben. Das zweite elektrische Signal entspricht dem am Eingang anliegenden elektrischen Signal, verstärkt gemäß einer zweiten Verstärkungs-Kennlinie, die sich von der ersten Verstärkungs-Kennlinie unterscheidet. Die Kennlinienparameter der ersten und zweiten Kennlinie sind in der Auswerteschaltung gespeichert.
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Die A/D-Wandler-Einrichtung ist eingerichtet, das erste Signal und das zweite Signal zu digitalisieren. Die Auswerteschaltung ist eingerichtet, die digitalisierten Signale daraufhin zu überprüfen, ob eine auf Basis der unterschiedlichen Verstärkungs-Kennlinien rückgerechnete Abweichung der digitalisierten Signale voneinander vorliegt und, wenn die auf Basis der unterschiedlichen Verstärkungs-Kennlinien rückgerechnete Abweichung der digitalisierten Signale voneinander nicht vorliegt, ein Fehlersignal zu erzeugen.
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Dabei ist unter dem Begriff „Schaltkreis““, wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, ein Zusammenschluss elektrischer und insbesondere elektronischer Bauelemente zu einer funktionsgerechten Anordnung zu verstehen. Des Weiteren ist unter dem Begriff „analoger Eingang“, wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, insbesondere ein elektrischer Anschluss zu verstehen, über den ein analoges Signal empfangen werden kann. Zudem ist unter dem Begriff „elektrisches Signal“, wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, insbesondere eine Spannung, ein definierter Spannungsbereich oder ein bestimmter Spannungsverlauf, zu verstehen.
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Ferner ist unter dem Begriff „Kennlinie““, wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, insbesondere eine Zuordnungsvorschrift zu verstehen, welche einem eingehenden Signalwert einen ausgehenden Signalwert zuordnet. In diesem Zusammenhang sind unter dem Begriff „Kennlinienparameter“, wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, insbesondere Parameter zu verstehen, aus denen sich die Kennlinie (im Wesentlichen) ableiten lässt. Die Kennlinienparameter können bspw. eine Steigung der Kennlinie in einem bestimmten Bereich angeben. Ferner können die Kennlinienparameter auch Wertepaare eingehender und ausgehender Signalwerte umfassen.
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Der durch die Auswerteschaltung vorgenommene Vergleich kann Hardware- oder Software-basiert erfolgen. Bspw. die Auswerteschaltung als Mikrocontroller ausgebildet sein, der einen Prozessor aufweist, welcher den Vergleich basierend auf in einem Speicher des Mikrocontrollers gespeicherten Anweisungen durchführt. Dabei kann, je nach Genauigkeit der Kennlinienparameter und der verwendeten Bauteile, ein (einstellbarer) Toleranzbereich berücksichtig werden. Der Toleranzbereich kann sich bspw. symmetrisch um einen erwarteten Wert erstrecken, so dass geringfügige (zufallsbedingte) Ungenauigkeiten toleriert werden.
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Vorzugsweise weist die A-/D-Wandler-Einrichtung einen ersten A/D-Wandler und einen zweiten A-/D-Wandler auf, wobei der erste A/D-Wandler eingerichtet ist, das erste Signal und das zweite Signal zu digitalisieren und der zweite A/D-Wandler eingerichtet ist, das erste Signal und das zweite Signal zu digitalisieren.
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Die Auswerteschaltung ist vorzugsweise eingerichtet, die durch den ersten A/D-Wandler digitalisierten Signale daraufhin zu überprüfen, ob eine auf Basis der unterschiedlichen Verstärkungs-Kennlinien rückgerechnete Abweichung der durch den ersten A/D-Wandler digitalisierten Signale voneinander vorliegt und, wenn die auf Basis der unterschiedlichen Verstärkungs-Kennlinien rückgerechnete Abweichung der durch den ersten A/D-Wandler digitalisierten Signale voneinander nicht vorliegt, ein Fehlersignal zu erzeugen, welches eine Fehlfunktion des ersten A/D-Wandlers anzeigt.
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Die Auswerteschaltung ist vorzugsweise ferner eingerichtet, die durch den zweiten A/D-Wandler digitalisierten Signale daraufhin zu überprüfen, ob eine auf Basis der unterschiedlichen Verstärkungs-Kennlinien rückgerechnete Abweichung der durch den zweiten A/D-Wandler digitalisierten Signale voneinander vorliegt und, wenn die auf Basis der unterschiedlichen Verstärkungs-Kennlinien rückgerechnete Abweichung der durch den zweiten A/D-Wandler digitalisierten Signale voneinander nicht vorliegt, ein Fehlersignal zu erzeugen, welches eine Fehlfunktion des zweiten A/D-Wandlers anzeigt.
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Vorzugsweise ist die Auswerteschaltung ferner eingerichtet, die durch den ersten A/D-Wandler digitalisierten Signale und die durch den zweiten A/D-Wandler digitalisierten Signale zu vergleichen und basierend auf dem Vergleich die Funktion der A/D-Wandler-Einrichtung zu bewerten.
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Vorzugsweise ist der Schaltkreis eingerichtet, das durch den ersten A/D-Wandler digitalisierte erste Signal an einem Ausgang des Schaltkreises auszugeben und/oder das durch den zweiten A/D-Wandler digitalisierte erste Signal am Ausgang auszugeben.
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Vorzugsweise weist die erste Verstärkungs-Kennlinie in einem bestimmten Spannungsbereich eine positive Steigung auf, wohingegen die zweite Verstärkungs-Kennlinie in dem bestimmten Spannungsbereich eine negative Steigung aufweist.
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Vorzugsweise sind die Verstärkungs-Kennlinien in dem bestimmten Bereich linear.
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Vorzugsweise schneiden sich die Verstärkungs-Kennlinien in dem bestimmten Bereich.
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Vorzugsweise ist die Auswerteschaltung als Mikrocontroller ausgebildet, der einen Speicher aufweist, welcher Wertepaare umfasst, und eingerichtet, zu bestimmten Zeitpunkten ein Wertepaar zu ermitteln, das einen ersten Wert aufweist, welcher dem digitalisierten ersten Signal am nächsten kommt und einen zweiten Wert des Wertepaares mit dem digitalisierten zweiten Signal zu vergleichen.
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Vorzugsweise ist die Auswerteschaltung eingerichtet, ein Fehlersignal zu erzeugen, wenn eine Abweichung des digitalisierten zweiten Signals von dem zweiten Wert des Wertepaares außerhalb eines dem Wertepaar zugeordneten Toleranzbereichs liegt.
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Vorzugsweise ist die Auswerteschaltung eingerichtet, unterschiedlichen Wertepaaren unterschiedliche Toleranzbereiche zuzuordnen.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachfolgend in der detaillierten Beschreibung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, wobei auf Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:
- 1 einen beispielhaften Schaltkreis mit zwei analogen Signalumformern und einer Auswerteschaltung zur Überprüfung einer A/D-Wandler-Einrichtung zeigt;
- 1a eine beispielhafte Verstärkungs-Kennlinie des ersten analogen Signalumformers zeigt;
- 1b eine beispielhafte Verstärkungs-Kennlinie des zweiten analogen Signalumformers zeigt;
- 1c eine aus den unterschiedlichen Verstärkungs-Kennlinien resultierende Abweichung illustriert;
- 1d einen Toleranzbereich für die Abweichung illustriert;
- 2 eine mögliche Ausgestaltung des in 1 gezeigten Schaltkreises mit zwei A/D-Wandlern zeigt; und
- 3 eine mögliche Ausgestaltung des in 1 gezeigten Schaltkreises mit zwei A/D-Wandlern und zwei Mikrocontrollern zeigt.
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Dabei sind in den Zeichnungen gleiche oder funktional ähnliche Elemente durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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1 zeigt einen Schaltkreis 10 mit einem analogen Eingang 12, zwei analogen Signalumformern 14, 16, einer A/D-Wandler-Einrichtung 18, einer Auswerteschaltung 20 und einem Ausgang 22. Der erste analoge Signalumformer 14 ist mit dem analogen Eingang 12 verbunden und wandelt das am analogen Eingang 12 anliegende elektrische Signal UEIN gemäß der in 1a gezeigten ersten Verstärkungs-Kennlinie K1, deren Kennlinienparameter in der Auswerteschaltung 20 gespeichert sind, in ein erstes elektrisches Signal U1. Das erste elektrische Signal U1 wird durch die A/D-Wandler-Einrichtung 18 digitalisiert und als erstes digitalisiertes Signal D1 an die Auswerteschaltung 20 übertragen.
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Der zweite analoge Signalumformer 16 ist mit dem ersten analogen Signalumformer 14 verbunden und wandelt das erste elektrische Signal U1 in ein zweites elektrisches Signal U2, welches dem am Eingang 12 anliegenden elektrischen Signal UEIN, verstärkt gemäß der in 1b gezeigten zweiten Verstärkungs-Kennlinie K2, die sich von der in 1a gezeigten ersten Verstärkungs-Kennlinie K1 unterscheidet und deren Kennlinienparameter ebenfalls in der Auswerteschaltung 20 gespeichert sind, entspricht. Das zweite elektrische Signal U2 wird ebenfalls durch die A/D-Wandler-Einrichtung 18 digitalisiert und als zweites digitalisiertes Signal D2 an die Auswerteschaltung 20 übertragen.
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Die Auswerteschaltung 20 überprüft die digitalisierten Signale D1, D2 daraufhin, ob eine auf Basis der unterschiedlichen Verstärkungs-Kennlinien K1, K2 rückgerechnete Abweichung DIFF der digitalisierten Signale D1, D2 voneinander vorliegt und erzeugt, wenn die auf Basis der unterschiedlichen Verstärkungs-Kennlinien K1, K2 rückgerechnete Abweichung DIFF der digitalisierten Signale D1, D2 voneinander nicht vorliegt, ein Fehlersignal. Das Fehlersignal kann bspw. an eine übergeordnete Steuerung übermittelt werden, und/oder bewirken, dass keines der digitalisierten Signale D1, D2 am Ausgang 22 des Schaltkreises 10 ausgegeben wird. Bspw. kann statt der (ggf. fehlerhaft) digitalisierten Signale D1, D2 ein Standardsignal ausgegeben werden oder ein bereits ausgegebenes (nicht fehlerhaft) digitalisiertes Signal D1, D2 erneut ausgegeben werden.
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Zur Überprüfung der A/D-Wandler-Einrichtung 18 kann die Auswerteschaltung 20, wie in 1c und 1d illustriert, einen Wert des zweiten digitalisierten Signals D2 von einem Wert des ersten digitalisierten Signals D1 abziehen und überprüfen, ob die Abweichung DIFF der digitalisierten Signale D1, D2 voneinander innerhalb eines Toleranzbereiches TOL liegt. Die Ausdehnung des Toleranzbereiches TOL um die Abweichung DIFF kann in vertikaler Richtung bspw. dadurch bestimmt sein, dass benachbarte Abweichungen DIFF um das Doppelte des Abstands zwischen zwei benachbarten digitalen Werten voneinander beanstandet sein müssen. Die Ausdehnung des Toleranzbereiches TOL in horizontaler Richtung kann hingegen bspw. darauf basieren, dass jede Abweichung einem Wertebereich des Eingangssignals UEIN zugeordnet werden kann, welcher sich aus den digitalisierten Signalen D1, D2 ergibt.
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Wie in 2 gezeigt, kann die A-/D-Wandler-Einrichtung 18 einen ersten A/D-Wandler 18a und einen zweiten A-/D-Wandler 18b aufweisen, wobei beide A/D-Wandler 18a, 18b unabhängig voneinander das erste Signal U1 und das zweite Signal U2 digitalisieren. Die Auswerteschaltung 20 kann beide A/D-Wandler 18a, 18b, wie in Zusammenhang mit 1 bis 1d beschrieben, getrennt überprüfen. Wird bei der Überprüfung ein Fehler festgestellt, kann die Auswerteschaltung 20 in Reaktion auf das Fehlersignal den fehlerhaften Kanal unterdrücken und nur die digitalisierten Signale D1, D2 des fehlerlosen Kanals verwenden bzw. ausgeben.
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Zudem können die digitalen Signale D1, D2 beider Kanäle miteinander verglichen werden. Dadurch kann eine Fehlerquelle noch genauer lokalisiert werden. Wenn bspw. einer der A/D-Wandler 18a, 18b nur in einem bestimmten Werte-Bereich fehlerhafte digitale Signale D1, D2 erzeugt, kann besagter Werte-Bereich durch einen Vergleich der durch die A/D-Wandler 18a, 18b erzeugten digitalen Signale D1 und D2 bestimmt werden. Ohne besagten Vergleich könnte zwar bestimmt werden, dass eines der digitalisierten Signale D1, D2 fehlerhaft ist, jedoch nicht welches.
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Wie in 3 gezeigt, kann die Auswerteschaltung 20 zwei Mikrocontroller 20a, 20b umfassen, die jeweils einen Vergleich der durch einen A/D-Wandler 18a, 18b digitalisierten Signale D1, D2 vornehmen und zusätzlich eines oder mehrere der digitalisierten Signale D1, D2 zum gegenseitigen Abgleich austauschen. Zum Vergleich der durch einen A/D-Wandler 18a, 18b digitalisierten Signale D1, D2 kann jeder Mikrocontroller 20a, 20b auf in seinem Speicher gespeicherte Wertepaare zurückgreifen und zu bestimmten Zeitpunkten ein Wertepaar ermitteln, das einen ersten Wert aufweist, welcher dem digitalisierten ersten Signal D1 am nächsten kommt und einen zweiten Wert des Wertepaares mit dem digitalisierten zweiten Signal D2 vergleichen. Wird eine Abweichung DIFF zwischen dem erwarteten und dem tatsächlichen digitalisierten zweiten Signal D2 erfasst, die außerhalb eines Toleranzbereichs TOL liegt, kann auf einen Fehler geschlossen und das Fehlersignal erzeugt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Schaltkreis
- 12
- analoger Eingang
- 14
- analoger Signalumformer
- 16
- analoger Signalumformer
- 18
- A/D-Wandler-Einrichtung
- 18a
- erster A/D-Wandler
- 18b
- zweiter A/D-Wandler
- 20
- Auswerteschaltung
- 22
- Ausgang
- D1
- digitalisiertes Signal
- D2
- digitalisiertes Signal
- DIFF
- Abweichung
- K1
- Verstärkungs-Kennlinie
- K2
- Verstärkungs-Kennlinie
- TOL
- Toleranzbereich
- U1
- elektrisches Signal
- U2
- elektrisches Signal
- UEIN
- elektrisches Signal
