DE3535118C2

DE3535118C2 - Verfahren zur Analog-Digital-Wandlung von analogen Spannungen

Info

Publication number: DE3535118C2
Application number: DE3535118A
Authority: DE
Inventors: Ruediger Jautelat; Michael Horbelt; Rolf Kohler; Guenther Dipl Ing Plapp; Botho Dipl Ing Zichner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1985-10-02
Filing date: 1985-10-02
Publication date: 1995-05-11
Anticipated expiration: 2005-10-03
Also published as: DE3535118A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Analog-Digital-Wandlung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Analog-Digital-Wandler sind in vielfältiger Form bereits bekannt. Das Wesentliche für eine genaue Wandlung von Analoggrößen in Digitalwerte ist, daß eine hochgenaue Referenzspannung zur Verfügung steht. Diese Referenzspannung wird üblicherweise entweder im Analog-Digital-Wandler direkt erzeugt oder aus einer externen Quelle dem Analog-Digital-Wandler zugeführt. Analog- Digital-Wandler, die heute als integrierte Schaltkreise erhältlich sind, sind jedoch um so teurer, je höhere Anforderungen an die Genauigkeit der Referenzspannungsquelle gestellt werden. Viele Analog-Digital-Wandler leiten daher ihre Referenzspannung aus dem Spannungsversorgungspotential ab, das ihnen zugeführt wird. Ändert sich jedoch die zugeführte Spannung stark, beispielsweise weil auf dem Spannungsversorgungsnetz starke Lastschwankungen auftreten, so sind auch bei der Referenzspannung Schwankungen festzustellen, die die Genauigkeit der Analog-Digital- Wandlung in Frage stellen. Ein solches stark schwankendes Netz ist beispielsweise die Batteriespannung im Kraftfahrzeug, bei der unterschiedliche und zum Teil leistungsstarke Verbraucher ein- und ausgeschaltet werden.

Aus der Druckschrift "AD-DA-Wandler-Bausteine der Datenerfassung, herausgegeben von Eduard Heilmayr, Markt und Technik Verlag 1982, Seiten 42 bis 44 und Seiten 219 bis 221" ist der grundsätzliche Aufbau von Datenerfassungssystemen für physikalische Meßgrößen beschrieben. Weiterhin wird das ratiometrische Meßprinzip bei der Erfassung von Spannungen erwähnt.

Aus der DE 31 51 628 A1 ist eine Schaltanordnung zur Auswertung analoger Meßwerte, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bekannt. Die zu erfassenden Eingangssignale können über einen ersten Multiplexer auf einen Analog- Digital-Wandler geschaltet werden. Die unterschiedlichen Meßsignalgeber weisen unterschiedliche Spannungsversorgungsquellen auf. Damit die unterschiedlichen Versorgungsspannungen jeweils für die Analog-Digital- Wandlung berücksichtigt werden, wird für die Wandlung einer Spannung eines Meßwertgebers über einen zweiten Mulitplexer die Versorgungsspannung dieses Meßwertgebers an den Analog-Digital-Wandler geführt. Der Analog-Digital-Wandler leitet aus dieser Versorgungsspannung seine Referenzspannung ab. Dadurch wird eine Spannungsschwankungs kompensation für die unterschiedlichen Speisespannungen der Meßwertgeber erreicht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Analog-Digital-Wandlung von analogen Spannungen bereitzustellen, bei dem die Absolutwerte einzelner Spannungen mit akzeptabler Genauigkeit auf möglichst kostengünstige Art, insbesondere im Hinblick auf den einzusetzenden Analog-Digital-Wandler, bestimmt werden sollen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Analog-Digital-Wandlung analoger Spannungen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß auf relativ einfache Weise auch einfache Anlog-Digital-Wandler in die Lage versetzt werden, hochgenaue absolute Ausgangswerte zu liefern. Dadurch wird einerseits erreicht, daß preisgünstige Analog-Digital-Wandler einsetzbar sind und andererseits auch bei stark schwankenden Versorgungsspannungen genaue Wandlungsergebnisse im Hinblick auf die Absolutwerte der zu messenden Spannungen erlangt werden können. Weiterhin vorteilhaft ist, daß mit der gleichen Anordnung auch ratiometrische Messungen bestimmter analoger Spannungen ausgeführt werden können, ohne daß dazu zusätzlicher Schaltungsaufwand entstehen würde.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. So ist es vorteilhaft, die erforderliche Division in einem dem Analog-Digital-Wandler nachgeschalteten Rechner durchzuführen. Dies ist dann besonders günstig, wenn im Rechner noch Rechenzeit vorhanden ist, so daß zusätzliche Bausteine nicht verwendet werden müssen.

Weiterhin vorteilhaft ist, daß die zu messende Spannung über einen Spannungsteiler, der abgleichbar ist, dem Analog-Digital-Wandler zugeführt wird. Dadurch wird erreicht, daß die zu messende Spannung auf einen Wert herabgesetzt wird, der durch den Analog-Digital-Wandler leicht zu verarbeiten ist. Durch die Abgleichmöglichkeit wird bewirkt, daß es auf den absoluten Wert der Referenzspannungsquelle nicht ankommt, sondern daß eine Anpassung auch über den Abgleich des Spannungsteilers erzielt werden kann.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung des erfindungsgemäßen Analog-Digitalwandlers und

Fig. 2 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Verarbeitung der gewandelten Signale mittels eines Mikrorechners.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist mit 1 ein Anschlußpunkt gekennzeichnet, an dem beispielsweise die Batteriespannung des Bordnetzes eines Kraftfahrzeuges anlegbar ist. An den Anschlußpunkt ist eine Spannungsstabilisierungsschaltung 2 ange schlossen, die die Versorgungsspannung der Anschlußklemme auf einen Wert herabsetzt, der geeignet ist, um den Analog-Digitalwandler 5 zu versorgen. Beispielsweise dient die Spannungsstabilisierungsschaltung 2 dazu, die Bord netzspannung von 12 Volt auf eine Versorgungsspannung von 5 Volt herabzusetzen. Ebenfalls an den Anschlußpunkt ist ein Spannungsteiler 3 angeschlossen, dessen Aus gang zu einem Eingang E1 des Analog-Digitalwandlers 5 führt. Das Ausgangssignal der Spannungsstabilisierungs schaltung 2 führt einerseits zum Versorgungsspannungsein gang des Analog-Digitalwandlers 5 und andererseits zu einer weiteren Spannungsstabilisierungsschaltung 4, an deren Ausgang eine hochgenaue Spannung abgreifbar ist. Eine solche Spannungsstabilisierungsschaltung ist bei spielsweise in dem Buch Tietze, Schenk, Halbleiter schaltungstechnik, 5. Auflage, Springer-Verlag, Seite 387 beschrieben. Der Ausgang der weiteren Spannungs stabilisierungsschaltung 4 ist dem Eingang E8 des Ana log-Digitalwandlers 5 zugeführt. Eine Datenbusleitung 7 führt vom Analog-Digitalwandler 5 zu einem Mikrorech ner 6. Des weiteren führen vom Mikrorechner 6 Leitungen 8 und 9 zum Analog-Digitalwandler 5. Die MUX-Leitungen 8 dienen dazu, von den Eingängen 1-8 den Eingang aus zuwählen, dessen Eingangssignal gewandelt werden soll. Die Leitung 9 dient zur Steuerung des Analog-Digital wandlers, insbesondere dazu, um die gewandelten digi talen Werte über die Datenleitung 7 zum Mikroprozessor 6 zu übertragen.

Die Funktionsweise der Schaltungsanordnung sei anhand des Flußdiagrammes nach Fig. 2 näher erläutert. Der Mikro prozessor 6 gibt dem Analog-Digitalwandler 5 an der Stelle 10 die Anweisung, das an seinem Eingang E1 anliegende Sig nal in eine digitale Größe umzuwandeln. Dies geschieht über die Leitung 8. Am Ausgang des Analog-Digitalwand lers 5 liegt nunmehr ein digitales Wort an, das der Batteriespannung am Anschlußpunkt 1 entspricht. Durch einen Übernahmeimpuls auf der Leitung 9 wird dieses digitale Wort in den Rechner 6 eingelesen und in einem Speicher abgelegt. Nunmehr erhält der Analog-Digital wandler 5 die Anweisung, die an Eingang E8 anliegende Referenzspannung in ein digitales Wort umzuwandeln. Das so umgewandelte digitale Wort wird nun über die Datenleitung aufgrund eines Impulses auf der Leitung 9 in den Rechner 6 eingelesen. Dies geschieht im Pro gramm an der Stelle 11. An der Stelle 12 wird nunmehr das digitale Wort für die Spannung am Eingang E1 durch das digitale Wort für die Spannung am Eingang E8 dividiert.

Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die Versorgungs spannung auf das Meßergebnis keinen Einfluß mehr nehmen kann. Versorgungsspannungsschwankungen können daher auch bei starken Spannungseinbrüchen eine Signalverfälschung nicht hervorrufen.

Die Problematik soll am Beispiel der Bordspannung eines Kraftfahrzeuges erläutert werden. In diesem Falle beträgt die Spannung am Anschlußpunkt 1 12 Volt und wird durch den Spannungswandler 2 auf 5 Volt herabgesetzt. Der Spannungsteiler 3 teilt die Versorgungsspannung durch 4, so daß am Ausgang des Spannungswandlers eine Spannung von 3 Volt zur Verfügung steht. Durch die Referenzspannungs quelle 4 wird beispielsweise eine Spannung von 4 Volt bereitgestellt, die mittels eines Kondensators am Ein gang des Spannungsteilers gepuffert ist. Bei einem An laßvorgang oder beim Einschalten starker Verbraucher, wie beispielsweise Klimaanlagen oder elektrischen Leitungen, kann es geschehen, daß die Bordspannung kurzfristig auf Spannungen von 5 bis 6 Volt zusammenbricht. In diesem Falle ist die Versorgungsspannung am Eingang des Ana log-Digitalwandlers so niedrig, daß eine brauchbare Referenzspannung nicht mehr erzeugt werden könnte. Dem gegenüber ist jedoch die Referenzspannung durch die Spannungsstabilisierungsschaltung 4, die kaum belastet ist, so stabil, daß selbst bei solch niedrigen Bord spannungen ein Zusammenbruch nicht zu befürchten ist. Mittels des Rechners 6 ist es daher möglich, auch in diesem Falle die Betriebsspannung genau zu ermitteln.

Die genaue Kenntnis der Betriebsspannung ist insbesondere für rechnergesteuerte Steuergeräte interessant, da in diesem Falle auf die steuernden Schaltvorrichtungen Ein fluß genommen werden kann. So ist es beispielsweise mög lich, in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung den Schließwinkel einer Zündanlage zu verlängern oder aber die Stromimpulse für schnell schaltende Magnetventile bei Antiblockiersystemen oder Einspritzsystemen festzulegen.

Wird der Spannungsteiler 3 abgleichbar ausgeführt, so spielt der genaue Wert des Ausgangssignals der Referenz spannungsquelle 4 eine untergeordnete Rolle, so daß auch Schwankungen, die durch Bauteiletoleranzen auftreten, hin nehmbar sind soweit die dann ergebende Spannung stabil ist. Durch einen entsprechenden Abgleich des Spannungs teilers 3 läßt sich nämlich erreichen, daß durch den Rechner 6 die zu messende Spannung richtig erkannt wird. Das Ausführungsbeispiel zeigt nur beispielhaft die Messung der Betriebsspannung in einem Bordnetz von Kraftfahrzeugen. Selbstverständlich ist die Schaltungs anordnung auch zur Messung sonstiger Spannungen einsetz bar, beispielsweise der von Gebern im Kraftfahrzeug ab gegebenen analogen Spannung oder sonstigen analogen Spannungssignale, die als absolute Größe bestimmt wer den müssen.

Als Analog-Digitalwandler 5 eignet sich beispielsweise die integrierte Schaltung ADC 0809, die acht analoge Ein gänge hat, die rechnergesteuert einzeln dem eigentlichen Wandler zugeführt werden können. Selbstverständlich sind auch Analog-Digitalwandler einsetzbar, die nur einen Eingang aufweisen, wenn vor diesem Eingang eine Multi plexeinrichtung geschaltet ist, die es ermöglicht, so wohl die Referenzspannung als auch das zu messende Sig nal abwechselnd an den Eingang des Wandlers zu geben. Dabei ist es oft hinreichend, wenn das Referenzsignal in größeren Abständen als das zu messende Signal abge fragt wird.

Claims

1. Verfahren zur Analog-Digital-Wandlung von analogen Spannungen, insbesondere der Batteriespannung und/oder von Spannungen von Gebern in Kraftfahrzeugen, wobei eine zu messende Spannung einem Eingangskanal eines Analog-Digital-Wandlers zugeführt wird, wobei bei der Analog- Digital-Wandlung der Spannung eine aus der Versorgungsspannung des Analog-Digital-Wandlers abgeleitete Referenzspannung verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des Absolutwertes der Spannung einem zweiten Eingangskanal (E8) oder mittels Multiplexvorrichtung zeitlich versetzt demselben Eingangskanal (E1) des Analog-Digital- Wandlers (5) eine hochgenaue Referenzspannung zugeführt wird, die vom Analog-Digital-Wandler (5) ebenfalls gewandelt wird, und daß der Absolutwert der Spannung durch Division der gewandelten Werte für die zu messende Spannung und die hochgenaue Referenzspannung bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Division in einem dem Analog-Digital-Wandler (5) nachgeschalteten Rechner (6) vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu messende Spannung über einen Spannungsteiler (3), der vorzugsweise abgleichbar ist, dem Analog-Digital-Wandler (5) zugeführt wird.