DE3314261C2

DE3314261C2 - Analog-digital-wandler-anordnung und -verfahren

Info

Publication number: DE3314261C2
Application number: DE3314261A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl Ing Horbelt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1983-04-20
Filing date: 1983-04-20
Publication date: 1993-11-04
Anticipated expiration: 2003-04-21
Also published as: DE3314261A1

Description

Steuergeräte, die mit elektronischen Schaltkreisen arbeiten, sind üblicherweise mit einer digitalen Datenverarbeitung ausgerüstet. Das digitale System erlaubt eine Datenverarbeitung mit hoher Geschwindigkeit und mit einer äußerst geringen Fehlerquote. Meßgrößen fallen jedoch im allgemeinen in analoger Form an, beispielsweise als elektrischer Strom, elektrische Spannung, Druck, Temperatur, Zeit. Die anfallenden analogen Größen werden daher - gegebenenfalls nach einer Umwandlung in eine analoge elektrische Größe - in einem Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler) in eine digitale Größe, beispielsweise in eine Impulsfolge, umgewandelt.

Während die digital arbeitenden Bausteine nahezu unabhängig von Änderungen ihrer Eigenschaften infolge Temperaturschwankungen oder Alterung sind, sind A/D-Wandler sehr anfällig für solche Einflüsse. Man hat daher versucht, diese schädlichen Einflüsse durch eine Verwendung hochwertiger Bauteile, durch starke Gegenkopplungen und durch andere Maßnahmen gering zu halten. Trotzdem ist es bei den üblichen A/D-Wandlern nach wie vor ein ungelöstes Problem, Ungenauigkeiten in der Umwandlung beispielsweise infolge von Fertigungstoleranzen oder Alterungserscheinungen oder Temperatureinflüssen auszuschalten.

In der DE 31 25 749 A1 wird ein Verfahren zur Prüfung von A/D-Wandlern beschrieben. Hierzu wird der zu prüfende D/A-Wandler am Analogeinang mit einem Referenzsignal (PCM-Wort) beaufschlagt und das digitale Ausgangssignal des mit dem Referenzsignal beaufschlagten D/A-Wandler mit dem zu erwartenden Digitalwert verglichen. Aus der Abweichung zwischen dem digitalen Ausgangssignal und dem entsprechend erwarteten Digitalwert werden die Linearität, die Aussteuergrenzen und die Verzerrungen des zu prüfenden A/D-Wandlers ermittelt.

In der DE 30 02 208 A1 wird ein Verfahren zum automatischen Kalibrieren eines Haupt-D/A-Wandlers mit analogen Eingangs- und digitalen Ausgangssignalen beschrieben. Hier wird während einer Unterbrechung des Normalbetriebes des D/A-Wandlers unter Zuhilfenahme mehrerer A/D-Wandler und Verschiebe-DAC-Schaltungen der Haupt- D/A-Wandler kalibriert.

In der DE 29 12 925 A1 wird ein Verfahren zur schnellen hochauflösenden A/D-Umsetzung mit selbständiger Korrektur beschrieben. Hierbei wird ein analoges Eingangssignal zeitweise als systeminternes Testsignal in dem zu testenden A/D-Wandler und parallel in einem zweiten, langsamer arbeitenden und hochgenauen A/D-Wandler abgetastet. Hierdurch wird der Test des zu prüfenden A/D-Wandlers ohne eine Unterbrechung des Normalbetriebes getätigt. Die Ausgangswerte der beiden A/D-Wandler werden wegen der unterschiedlich schnellen Bearbeitungszeiten zwischengespeichert und mittels Differenzbildung verglichen und entsprechende Korrekturwerte gebildet.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 9 haben demgegenüber den Vorteil, daß Einflüsse, die bei Analog/Digital-Wandlern zu fehlerhaften Ergebnissen führen, weitgehend beseitigt werden. Vor allem Temperaturschwankungen und eine Langzeitdrift der Bauelemente werden unwirksam gemacht. Dazu ist vorgesehen, die Analogsignalquelle zu bestimmten oder vorgebbaren Zeiten abzuschalten und stattdessen einen festen Parameterwert einzugeben. Abhängig von der Reaktion des A/D-Wandlers auf den Parameterwert werden die Kennwerte des A/D-Wandlers gegebenenfalls entsprechend verändert.

Mit den in den Unteransprüchen genannten Merkmalen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Verfahrens bzw. der Anordnung möglich.

So ist vorgesehen, mit Hilfe eines zweiten Schalters in der Abschaltzeit eine Mehrzahl von Parametern einzugeben und dadurch die Genauigkeit des A/D-Wandlers für verschiedene analoge Werte zu prüfen und gegebenenfalls zu korrigieren.

Eine Auswerteschaltung führt dem A/D-Wandler eine Korrekturgröße oder eine Korrekturfunktion zu, die abhängig ist von der Größe der Abweichung von dem geforderten und durch den eingegebenen Parameterwert zu erwartenden Ausgangssignal.

Zweckmäßig ist es weiter, sofort nach dem Einschalten der Anordnung eine erste Prüfung und gegebenenfalls Korrektur vorzunehmen.

Zeichnung

Die einzige Zeichnungsfigur zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Analog-Digital-Wandler- Anordnung in der Form eines Blockschaltbildes.

Einem Analog-Digital-(A/D-)Wandler 11 mit einem Analogsignaleingang 12, einem Bezugsmasseanschluß 13, einem Referenzspannungsanschluß 14, einem Digitalausgang 15 und einem Steuereingang 16 ist eine Schaltvorrichtung 17 vorgeschaltet. Die Schaltvorrichtung 17 enthält einen ersten Schalter 18 mit einem ersten Innenwiderstand 19 und einem zweiten Schalter 21 mit einem zweiten Innenwiderstand 22. Der Ausgang des ersten Schalters 18 führt zum Analogsignaleingang 12 des A/D-Wandlers 11. An den ersten Eingang 23 des ersten Schalters 18 ist der Ausgang 24 einer Analogsignalquelle 25 angeschlossen. Der zweite Eingang 26 des ersten Schalters 18 ist mit dem Ausgang des zweiten Schalters 21 verbunden. Der zweite Schalter 21 weist eine Mehrzahl von Eingängen 27 auf, die ihrerseits wieder mit Abgriffen eines Spannungsteilers 28 verbunden sind. Der Spannungsteiler 28 ist einerseits an den Referenzspannungsanschluß 14 und andererseits an den Bezugsmasseanschluß 13 des A/D-Wandlers 11 angeschlossen.

Eine Steuervorrichtung 31 umfaßt einen Taktgeber 32 und eine Auswerteschaltung 33. Der Ausgang 34 des Taktgebers 32 ist einerseits an die beiden Schalter 18 und 21 zum Bewirken einer Umschaltung und andererseits an einen ersten Eingang 35 der Auswerteschaltung 33 zum Bewirken ihrer Aktivierung angeschlossen. Die Auswerteschaltung 33 enthält einen Festwertgeber 36 und eine Differenzbildestufe 37. Der Ausgang des Festwertgebers 36 ist mit einem Eingang der Differenzbildestufe 37 verbunden. Ein zweiter Eingang der Differenzbildestufe 37 ist über einen zweiten Eingang 38 der Auswerteschaltung 33 mit dem Digitalausgang 15 des A/D-Wandlers 11 verbunden. Der Ausgang der Differenzbildestufe 37 liegt über dem Ausgang 39 der Auswerteschaltung 33 am Steuereingang 16 des A/D-Wandlers.

Alle genannten Bausteine der Analog-Digital-Wandler- Anordnung werden über eine Spannungsversorgungsleitung 41 und einen Betriebsschalter 42 in Betrieb genommen.

Nach dem Einschalten mit Hilfe des Betriebsschalters 42 wird mit Hilfe des Taktgebers 32 der erste Schalter 18 an den zweiten Eingang 26 gelegt. Über den zweiten Schalter 21 und den Spannungszähler 28 wird dem A/D-Wandler 11 ein vorbestimmtes Eingangssignal zugeführt. Das Ausgangssignal des A/D-Wandlers 11 gelangt über dessen Ausgang 15 an den zweiten Eingang der Differenzbildestufe 37. Am ersten Eingang der Differenzbildestufe 37 liegt zu dieser Zeit ein vom Festwertgeber 36 gebildetes Normsignal. Die Differenzbildestufe 37 ermittelt die Abweichung des Ausgangssignals des A/D-Wandlers 11 vom Signal des Festwertgebers 36 und liefert gegebenenfalls ein Korrektursignal an den Steuereingang 16 des A/D-Wandlers 11.

Danach wird der zweite Schalter 21 in seine nächste Schaltstellung gebracht und ein neuer Parameterwert auf den A/D-Wandler 11 gegeben. Auch dieser Wert wird mit der Auswerteschaltung 33 geprüft, gegebenenfalls wird dem A/D-Wandler 11 ein weiteres Korrektursignal zugeführt. Eine Mehrzahl von Schaltstellungen des zweiten Schalters 21 erlaubt es, eine Korrekturfunktion für den A/D-Wandler 11 zu bilden.

Nach Beendigung der Messung bringt der Taktgeber 32 den ersten Schalter 18 in seine erste Schaltstellung. Über den ersten Eingang 23 gelangt das an sich zu messende Ausgangssignal der Analogsignalquelle 25 an den Analogsignaleingang 12 des A/D- Wandlers 11. Das vom A/D-Wandler 11 aus dem Analogsignal gebildete Digitalsignal wird über den Digitalausgang 15 abgegeben.

Nach einer durch den Taktgeber 32 vorgebbaren Zeit wird der oben geschilderte Prüfvorgang wiederholt, gegebenenfalls wird eine neue Korrekturfunktion gebildet.

Die Signalquelle 25 hat einen Innenwiderstand 20. Zweckmäßigerweise gibt man dem zweiten Innenwiderstand 22 des zweiten Schalters 21 möglichst die gleiche - komplexe - Größe, wie sie der Innenwiderstand 20 aufweist. Der in den Analogsignaleingang 12 des A/D-Wandlers fließende Eingangsstrom ist dann im wesentlichen unabhängig davon, ob die Signalquelle 25 oder die Schaltvorrichtung 17 angeschlossen ist. Man vermeidet dadurch Verfälschungen des Eingangssignals des A/D-Wandlers 11 beim Umschalten von der Signalquelle 25 auf die Schaltvorrichtung 17.

Claims

1. Verfahren zur Kompensation von Ungenauigkeiten eines A/D-Wandlers mit analogen Eingangssignalen und digitalen Ausgangssignalen, wobei

- dem A/D-Wandler am Analogeingang wählbare Referenzsignale zugeführt werden, und
- die digitalen Ausgangssignale des mit den Referenzsignalen beaufschlagten D/A-Wandler mit zugehörigen vorgegebenen Normwerten verglichen werden,
- die analogen Eingangssignale, die während des Normalbetriebes anliegen, in bestimmten oder vorgebbaren Zeiten unterbrochen werden und
- dem A/D-Wandler stattdessen die wählbaren analogen Referenzsignale zugeführt werden und
- im Falle von Abweichungen der durch die analogen Referenzsignale bwirkten Ausgangssignale von den zugehörigen Normwerten dem A/D-Wandler Korrekturwerte zugeführt werden und
- diese Korrekturwerte bei dem nach dieser Unterbrechung stattfindenden Normalbetrieb berücksichtigt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturwerte, beispielsweise in Form einer Korrekturfunktion, auf die analogen Eingangssignale des A/D-Wandlers während des Normalbetriebes angewandt werden.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturwerte, beispielsweise in Form einer Korrekturfunktion, auf die digitalen Ausgangssignale des A/D-Wandlers während des Normalbetriebes angewandt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturwerte bis zur nächsten Beaufschlagung des A/D-Wandlers mit den Referenzsignalen erhalten bleiben.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Beaufschlagung des A/D-Wandlers mit Referenzsignalen unmittelbar nach dem Einschalten des A/D-Wandlers erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturwerte vor, während oder nach der Anwendung auf die Eingangs- und/oder Ausgangssignale während des Normalbetriebes mit weiteren Rechengrößen innerhalb des Rechnerprogramms wirksam werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beaufschlagung des analogen Eingangs des A/D-Wandlers während einer Unterbrechung des Normalbetriebes mit einem Referenzsignal erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beaufschlagung des analogen Eingangs des A/D-Wandlers während einer Unterbrechung des Normalbetriebes nacheinander mit mehreren Referenzsignalen erfolgt.

9. Analog-Digital-Wandler-Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Signaleingang einem Bezugsmasseanschluß, einem Referenzspannungsanschluß und einem Ausgangsanschluß, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- dem Analog-Digital-(A/D-)Wandler (11) ist eine Schaltvorrichtung (17) vorgeschaltet,
- die Schaltvorrichtung enthält einen ersten Schalter (18),
- vom ersten Schalter (18) ist ein erster Eingang (23) der Analogsignalquelle (25) angeordnet, ein zweiter Eingang (26) mit dem Referenzspannungsanschluß (14) verbunden und der Ausgang an den Analogsignaleingang (12) des A/D-Wandlers (11) angeschlossen,
- mit dem ersten Schalter (18) und mit dem A/D-Wandler (11) steht eine Steuervorrichtung (31) zum Bewirken einer Umschaltung des ersten Schalters (18) und einer Steuerung des A/D- Wandlers (11) in Wirkungsverbindung.

10. Anordnung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- die Schaltvorrichtung (17) enthält einen zweiten Schalter (21),
- der zweite Schalter (21) ist zwischen den Referenzspannungsanschluß (14) und den zweiten Eingang (26) des ersten Schalters (18) geschaltet,
- der zweite Schalter (21) weist eine Mehrzahl von Eingängen (27) auf,
- die Eingänge (21) sind mit Abgriffen eines Spannungsteilers (28) verbunden,
- der Spannungsteiler (28) ist einerseits an den Referenzspannungsanschluß (14) und andererseits an den Bezugsmasseanschluß (13) gelegt,
- mit dem zweiten Schalter (21) steht die Steuervorrichtung (31) zum Bewirken einer Umschaltung des zweiten Schalters (21) in Wirkungsverbindung.

11. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (31) einen Taktgeber (32) enthält, an dessen Ausgang (34) der/die Schalter (18, 21) und - gegebenenfalls über weitere Bausteine (33) - der A/D-Wandler (11) angeschlossen ist.

12. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (31) eine Auswerteschaltung (33) enthält, von der ein erster Eingang (35) mit dem Ausgang (34) des Taktgebers (32), ein zweiter Eingang mit dem Digitalausgangsanschluß (15) des A/D-Wandlers (11) und der Ausgang mit einem Steuereingang (16) des A/D-Wandlers (11) verbunden ist.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (33) einen Festwertgeber (36) und eine Differenzbildestufe (37) enthält, von der ein erster Eingang mit dem Ausgang des Festwertgebers (36), ein zweiter Eingang mit dem zweiten Eingang (38) der Auswerteschaltung (33) und der Ausgang mit dem Steuereingang (16) des A/D-Wandlers (11) verbunden ist.