EP3198726A1 - Vorrichtung zum digitalisieren eines analogen signals - Google Patents

Vorrichtung zum digitalisieren eines analogen signals

Info

Publication number
EP3198726A1
EP3198726A1 EP15767518.2A EP15767518A EP3198726A1 EP 3198726 A1 EP3198726 A1 EP 3198726A1 EP 15767518 A EP15767518 A EP 15767518A EP 3198726 A1 EP3198726 A1 EP 3198726A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
output
distortion signal
analog
adc
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP15767518.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heinrich Acker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Teves AG and Co OHG
Original Assignee
Continental Teves AG and Co OHG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Teves AG and Co OHG filed Critical Continental Teves AG and Co OHG
Publication of EP3198726A1 publication Critical patent/EP3198726A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/06—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters
    • H03M1/0617—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by the use of methods or means not specific to a particular type of detrimental influence
    • H03M1/0626—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by the use of methods or means not specific to a particular type of detrimental influence by filtering
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/20—Increasing resolution using an n bit system to obtain n + m bits
    • H03M1/201—Increasing resolution using an n bit system to obtain n + m bits by dithering
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/002—Provisions or arrangements for saving power, e.g. by allowing a sleep mode, using lower supply voltage for downstream stages, using multiple clock domains or by selectively turning on stages when needed
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/06—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters
    • H03M1/0614—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters of harmonic distortion
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/10—Calibration or testing
    • H03M1/1009—Calibration
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/124—Sampling or signal conditioning arrangements specially adapted for A/D converters
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/60—Analogue/digital converters with intermediate conversion to frequency of pulses

Definitions

  • the invention relates to a device for digitizing an analog signal.
  • the device has an analog-to-digital converter with a signal input for the signal.
  • the apparatus further includes a distortion signal generator having a distortion signal output, wherein the distortion signal generator is configured to provide a distortion signal at the distortion signal output.
  • Generic devices are used in particular to convert analog signals into digital signals, for example to be able to evaluate and further process signals delivered by a sensor by means of electronic data processing in a microcontroller or another control unit.
  • the distortion signal generator serves in particular to increase the resolution of the analog-to-digital converter.
  • Background of the use of such a Verzerrsignalgenerators is the fact that many analog-to-digital converters have a sampling frequency, which is much faster than necessary for a particular application, but at the same time because of their resolution, ie the minimum distinguishable signal level, but only one allow coarse detection of the signal.
  • the resolution is usually specified in bit for analog-to-digital converters.
  • analog-to-digital converters also referred to as analog-to-digital converters
  • the resolution is often on the order of about 10 bits, where however, in many applications, resolutions of, for example, 13 bits or 14 bits would be desirable.
  • the distortion signal generator is therefore used to convert the temporal resolution into a higher sampling accuracy.
  • This method is also called dithering.
  • noise with a low rms value is added to the signal to be digitized, typically of the order of a few least significant bits, also referred to as Least Significant Bits (LSB).
  • Least Significant Bits A therefrom resul ⁇ animal end signal which is then digitized by the analog-to-digital converter fluctuates around the digitized signal to the corresponding value with the instantaneous value of the Verzerrsignals. For example, if the distortion signal has the mean value of zero, the average of many output values of the analog-to-digital converter may correspond to the correct output value of the constant signal to be digitized.
  • this average has a higher resolution. In the averaging, in fact, places with a lower significance than 1 LSB arise.
  • both the use of a random noise and of a pseudo noise as a distortion signal are available for this purpose.
  • random noise it is not necessarily guaranteed that for a group of, for example, fifty consecutive values of noise, the mean will actually be zero.
  • Such random noise may be generated, for example, by a random generator based on the observation of a natural phenomenon such as a radioactive decay.
  • a pseudo noise a mathematical function is typically used which generates pseudorandom numbers based on an output value. These pseudorandom numbers have defined properties; in particular can be calculated how many must be grouped pseudo-random ⁇ pay, around a mean of zero to to reach. Even if the average of such a group is not zero, the pseudo noises can still be used because the average is known and can be computationally easily compensated.
  • random noise also refers in particular to "random dithering”
  • pseudo-random numbers also refers to "deterministic dithering”.
  • a simply defined signal such as a triangular or sawtooth signal can also be used.
  • a zero average is to be achieved, this may be done by including the period of time from which the used values are averaged to an integer number of periods of the corresponding warping signal.
  • the implementation of deterministic dithering is typically one
  • Distortion signal generator an adder, an analog-to-digital converter and a microcontroller used.
  • the adder typically provides for a superimposition of the distortion signal on the analog signal to be digitized, whereupon it is digitized by the analog-to-digital converter and forwarded in digitized form to the microcontroller.
  • the microcontroller then forms the mean value over a number of measured values, wherein it uses information of the distortion signal generator.
  • Adders are typi cally ⁇ constructed using active components such as operational amplifiers. It has been shown that although the ⁇ -like versions achieve high resolution and for Numerous purposes are suitable, but on the other hand also expensive and expensive to produce.
  • the invention relates to a device for digitizing an analog signal.
  • the device has an analog-to-digital converter with a signal input for the signal.
  • the apparatus further includes a distortion signal generator having a distortion signal output, wherein the distortion signal generator is configured to provide a distortion signal at the distortion signal output.
  • the distortion signal output is coupled exclusively to the analog-to-digital converter by means of passive components.
  • the invention is based on the recognition that the use of a conventional adder implemented by means of active components, such as operational amplifiers, is not absolutely necessary in order to achieve sufficient accuracy for many applications. Rather satisfy this passive components, in particular resistors (R) and / or Kondensa ⁇ factors (C) and optionally inductors (L).
  • the magnitude of the distortion signal is typi ⁇ cally few Least Significant Bits (LSB), for example 1, 2 or 3 LSB.
  • the magnitude of the Verzerrsignals is typically much smaller than the large ⁇ xowskiowski of the signal to be digitized, for example, the Verzerrsignal may have a maximum amount which is less than 10% or less than 5% of the maximum amount of the digitized analog signal.
  • the Verzerrsignal is preferably deterministic, for example, a three ⁇ ecks- or sawtooth signal or a pseudo-random signal.
  • the distortion signal preferably has a mean value of zero, but this is not absolutely necessary since a mean value deviating from zero can be computationally compensated without problems.
  • the analog-to-digital converter is preferably synchronized with the distortion signal generator.
  • a microcontroller for example, which receives and / or evaluates a signal supplied by the analog-to-digital converter can also be synchronized with the distortion signal generator.
  • information about the distortion signal can be transmitted as part of a synchronization.
  • the distortion signal output without active components, in particular without Operationsver ⁇ stronger, coupled to the analog-to-digital converter is particularly advantageous reduction of the effort and thus the cost.
  • the inventor of the present application has found that sufficient accuracy and quality can nevertheless be achieved for a variety of applications.
  • the analog-to-digital converter is part of a microcontroller. This allows direct further processing ⁇ the signals generated by the analog-to-digital converter, in particular an averaging and also a Ver ⁇ application in further calculations. b
  • the distortion signal generator is also part of the microcontroller. This allows a particularly advantageous simplification of the structure, since the microcontroller, which contains the analog-to-digital converter, can also generate the distortion signal at the same time.
  • the distortion signal generator can be implemented, for example, by means of a digital output of the microcontroller, which the
  • Distortion signal output forms Such digital outputs are often present in microcontrollers, for example, to perceive control functions. They are typically switchable via internal registers or counters in a defined manner, whereby the circuit can be controlled by software. This allows a software implementation of the Verzerrsignals by appropriate control of the digital output of the microcontroller.
  • the analog-to-digital converter has a differential input, the distortion signal output being coupled to a differential input terminal.
  • a differential input is typically an input in which the signal to be digitized is determined by the analog-to-digital converter between a positive signal input and a negative signal input.
  • the di ⁇ to gital bede signal can be in particular connected to the positive input signal thereby, whereas the Verzerrsignal output is coupled to the negative input of the analog-to-digital converter log.
  • the reverse version is possible.
  • the adder provided according to the prior art for generating an overlay can be replaced by the distortion signal output in a simple manner with an input of the Analog-to-digital converter is coupled. This allows a particularly simple, yet equally functional design.
  • a voltage divider is connected between the Verzerrsignal-output and a reference potential, preferably ground, wherein the terminal of the differential input is connected to an output of the voltage divider.
  • a voltage which is applied to the Verzerrsignalsignal output and which is typically much higher than needed, since it is typically the supply voltage of the microcontroller, can be reduced to a desired, much smaller value. This much smaller voltage is then used to distort the measurement of the analog-to-digital converter.
  • a capacitor is preferably further connected, which further preferably bridges at least one resistor of the voltage divider.
  • an applied respectively to the terminal of the differential input voltage may be, for example, by means of pulse width modulation is ⁇ provides means of Verzerrsignal output.
  • the capacitor is charged, for example, just enough so that it has the desired voltage.
  • a symmetrical square-wave voltage is output at the distortion signal output, whereby charge and discharge curves are produced at the capacitor, which typically each follow an exponential function. These can be used like the already mentioned triangular or sawtooth voltages.
  • the analog-to-digital converter has a reference input in addition to the signal input.
  • the distortion signal output is with the Coupled reference input.
  • an immediate coupling of the distortion signal output with the analog-to-digital converter can still be achieved using the reference input, which is typical for analog-digital Converters, in particular in microcontrollers, according to the manufacturer's specification should typically be connected to a terminal of one of the supply voltages, however, as the inventor has recognized, it can also be coupled to the distortion signal output.
  • a division operation is typically performed in the analog-to-digital converter with respect to the reference input.
  • the Verzerrsignal-output and a reference potential, preferably a positive potential, a voltage divider, wherein the reference input is connected to an output of the voltage divider.
  • a reference potential preferably a positive potential
  • a voltage divider wherein the reference input is connected to an output of the voltage divider.
  • a capacitor is preferably connected, which further preferably bridges at least one resistor of the voltage field.
  • Verzerrsignal output and the signal-providing signal terminal to the signal input are ge ⁇ coupled.
  • This allows for a superimposition of the at digitali ⁇ -stabilizing signal which is accommodatedge ⁇ up by the signal terminal and the Verzerrsignals.
  • the overlay does not take place here as in the two embodiments described above within the analog-to-digital converter, but outside.
  • passive components can be used, which saves a considerable amount of effort and costs. Nevertheless, a sufficient quality for most applications is achieved.
  • the Verzerrsignal-output is preferably DC coupled to the signal input, wherein the coupling is carried out in particular galvanically.
  • the signal terminal is preferably coupled to the signal input AC voltage, and more preferably capacitive.
  • Distortion signal output from the signal terminal reached Distortion signal output from the signal terminal reached.
  • the embodiment described here is particularly advantageous if the signal present at the signal terminal has a minimum frequency at least with regard to its relevant frequency components, frequency components below this minimum frequency not being relevant. In particular ⁇ sondere the signal should have no relevant DC ⁇ share.
  • the reverse embodiment can also be used, ie the distortion signal output can be AC-coupled to the signal input, whereas the signal connection is DC-coupled. This can be advantageous in particular when the signal has a relevant DC component or particularly low frequencies.
  • a voltage divider is connected between the Verzerrsignal-output and a reference potential, preferably ground, wherein the signal input is connected to an output of the voltage divider.
  • a reference potential preferably ground
  • the signal supplied by the analog-to-digital converter carries out signal demodulation, for example in the microcontroller.
  • components of AC signals can be identified in an advantageous manner. For this purpose, recourse can be had to known algorithms.
  • a resistor of the voltage divider connected between the distortion signal output and the output of the voltage divider is preferably larger than a resistance between the output of the voltage divider and connected to the reference potential. This achieves an advantageous reduction of the signal present at the distortion signal output, which is typically too high for a supply voltage of a microcontroller and thus too large.
  • FIG. 2 shows a microcontroller with wiring according to a second embodiment
  • FIG. 3 shows a microcontroller with wiring according to a third embodiment.
  • Fig. 1 shows a microcontroller yC, which has an integrated analog-to-digital converter ADC. This has a differential input, wherein the differential input has a positive terminal ADC + and a negative terminal ADC-. An applied between the two terminals ADC +, ADC- voltage difference is digitized by the analog-to-digital converter ADC.
  • the microcontroller yC has a digital output D, which in the present case serves as a distortion signal output.
  • the microcontroller yC thus also serves as a distortion signal generator at the same time.
  • the microcontroller software is implemented which ensures that the digital output D pulse width modulated or with a square wave signal at ⁇ at ⁇ can be controlled play in such a manner as already described above, so that a defined Verzerrsignal is generated across the subsequently described circuit , A frequency of a rectangular signal or another signal can be determined in particular by means of software.
  • the digital output D is connected via a voltage divider S to ground, the voltage divider S having a first resistor Rl and a second resistor R2.
  • the first resistor Rl has a significantly higher resistance than the second resistor R2.
  • the signal supplied by the digital output D which can change between ground and a Ver ⁇ supply voltage of the microcontroller yC, on divided down a much smaller value, which in terms of voltage three Least Significant Bits (LSB) of the analog-to-digital converter ADC corresponds here.
  • LSB Least Significant Bits
  • a capacitor C1 which can be charged by the voltage divider S, is connected via the second resistor R2.
  • the capacitor Cl is connected to an output of the voltage divider S, which is located between the two resistors Rl, R2.
  • the capacitor C1 When the digital output D assumes a positive potential, the capacitor C1 is charged in this way. When the digital output D assumes a negative potential, the capacitor C1 is discharged.
  • the distortion signal may arise as a sequence of different pulse width modulation settings at the digital output D.
  • the output of the voltage divider S and the associated terminal of the capacitor Cl is further connected to the negative terminal ADC- of the analog-to-digital converter ADC.
  • the signal applied to the positive terminal ADC + is digitized relative to a voltage value adjustable by means of the digital output D. This makes it possible to superimpose a distortion signal which can be adjusted via the digital output D in a manner similar to that which would occur if the distortion signal were superimposed by means of an upstream adder, as is customary in the prior art.
  • active components necessary according to the prior art can be dispensed with.
  • the microcontroller yC At the positive terminal ADC + is a signal VS, which is to be digitized.
  • the microcontroller yC further has a reference terminal Ref, which is connected to a reference voltage VR. This is used internally in the microcontroller yC, but is not relevant for the interconnection according to FIG.
  • the microcontroller yC is formed further to a defined signal sequence, in this case in the form of a sawtooth ⁇ signal to generate on the negative terminal ADC.
  • the digital output D is driven accordingly, so that the capacitor Cl assumes the necessary voltages. Since the microcontroller yC generates these values itself, it also knows them and can evaluate the signals supplied by the analog-to-digital converter ADC accordingly. In particular, an average value is formed over a plurality of measurements carried out in succession, this mean value being more accurate than the resolution of the analog-to-digital converter ADC.
  • the possible sampling frequency of the analog-to-digital converter ADC is considerably higher than would be required for sampling the signal VS.
  • a sawtooth signal as a distortion signal is advantageous in many applications. This can be done, for example, by means of a sequence of Pulse width modulation signals are generated at the digital output D.
  • Pulse width modulation signals are generated at the digital output D.
  • Fig. 2 shows a microcontroller with wiring according to a second embodiment.
  • the analog-to-digital converter ADC of the second embodiment has no differential input. It has only one positive terminal ADC +, to which the signal VS to be digitized is connected. Measured is relative to a purely internal negative terminal ADC-, which hard-wired to ground and not ver ⁇ changeable.
  • the microcontroller yC has a digital output D as in the first embodiment. This is also coupled to a voltage divider S with two resistors Rl, R2, wherein via the second resistor R2, a capacitor Cl is connected. In contrast to the first exemplary embodiment, however, the voltage divider S is not connected to ground at its end opposite the digital terminal D but to a supply voltage VDD. Basically, it can be used in a very similar way with respect to the first exporting ⁇ approximately example describes a Verzerrsignal be generated.
  • the output of the voltage divider S, to which also the capacitor C1 is connected is not connected to the negative terminal ADC, but to the reference terminal.
  • connection reference is an input for a used in the analog-digital converter ADC reference potential through which is shared at the positive terminal + ADC signal present before di ⁇ it is gitalinstrument.
  • the superimposition does not take place via a summation or subtraction, but via a division.
  • the microcontroller yC is programmed such that it also forms average values, but taking into account the differently superposed distortion signal. This can be done in the same way, a conversion of temporal resolution in a better sampling resolution.
  • FIG. 3 shows a microcontroller yC with a circuit according to a third exemplary embodiment.
  • the distortion signal is not coupled directly to the microcontroller yC, but rather the distortion signal is superimposed on the signal VS to be digitized.
  • the digitizing signal VS is coupled by means of a capacitor C1, so that it is AC voltage coupled. A DC component of the signal VS is thus hidden.
  • the digital output D of the microcontroller yC is connected in the same way as in FIG. 1 to a voltage divider S which has two resistors R1, R2 and is connected to ground at its end opposite the digital output D.
  • the output of the voltage divider S which lies between the resistors Rl, R2, is connected to the capacitor Cl.
  • connection ADC + connected to the positive connection ADC + connected.
  • it is connected to a third resistor R3, which in turn is connected at its opposite terminal to a supply voltage VDD.
  • the reference input Ref of the microcontroller yC is fixedly connected to a reference potential VR in the present case.
  • the distortion signal which is already adjusted as described above by means of the voltage divider S in its amount, directly superimposed on the signal to be digitized VS before it is coupled into the analog-to-digital converter ADC .
  • the circuit shown in FIG. 3 has a somewhat different transfer characteristic than an adder with active components such as operational amplifiers, this transfer characteristic is sufficient for typical applications. In particular, it can be compensated for the calculations performed by the microcontroller yC. By eliminating active components, a significant reduction in effort and cost is achieved.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Digitalisieren eines analogen Signals, wobei ein Verzerrsignal-Ausgang eines Verzerrsignal-Generators ausschließlich mittels passiver Komponenten an einen Analog-Digital-Konverter gekoppelt ist.

Description

Beschreibung / Description
Vorrichtung zum Digitalisieren eines analogen Signals Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Digitalisieren eines analogen Signals. Die Vorrichtung weist einen Ana- log-Digital-Konverter mit einem Signaleingang für das Signal auf. Die Vorrichtung weist ferner einen Verzerrsignal-Generator mit einem Verzerrsignal-Ausgang auf, wobei der Verzerrsignal-Generator dazu ausgebildet ist, an dem Verzerrsignal-Ausgang ein Verzerrsignal zu liefern.
Gattungsgemäße Vorrichtungen werden insbesondere verwendet, um analoge Signale in digitale Signale umzusetzen, beispielsweise um von einem Sensor gelieferte Signale mittels elektronischer Datenverarbeitung in einem Mikrocontroller oder einer sonstigen Steuerungseinheit auswerten und weiterverarbeiten zu können. Der Verzerrsignal-Generator dient dabei insbesondere dazu, die Auflösung des Analog-Digital-Konverters zu erhöhen. Hintergrund der Verwendung eines solchen Verzerrsignal-Generators ist die Tatsache, dass viele Analog-Digital-Konverter zwar eine Abtastfrequenz haben, welche deutlich schneller ist als für einen bestimmten Einsatzzweck notwendig, gleichzeitig aufgrund ihrer Auflösung, also des minimal unterscheidbaren Signalpegels, jedoch nur eine zu grobe Erfassung des Signals ermöglichen. Die Auflösung wird bei Analog-Digital-Konvertern üblicherweise in bit angegeben.
Beispielsweise können Analog-Digital-Konverter, auch als Analog-Digital-Wandler bezeichnet, eine Abtastrate von 100 kHz bis 200 kHz aufweisen, wohingegen die Bandbreite von Messgrößen eines angeschlossenen Sensors, insbesondere im Automobilbe¬ reich, beispielsweise unter 1 kHz liegen kann. Die Auflösung liegt dabei häufig in der Größenordnung von etwa 10 Bit, wo- hingegen in zahlreichen Anwendungen Auflösungen von beispielsweise 13 Bit oder 14 Bit wünschenswert wären.
Der Verzerrsignal-Generator wird deshalb eingesetzt, um eine Konvertierung der zeitlichen Auflösung in eine höhere Abtastgenauigkeit vorzunehmen. Dieses Verfahren wird auch als Dithering bezeichnet. Dabei wird zum zu digitalisierenden Signal ein Rauschen mit geringem Effektivwert addiert, typischerweise in der Größenordnung von wenigen geringwertigsten Bits, auch als Least Significant Bits (LSB) bezeichnet. Ein daraus resul¬ tierendes Signal, welches dann vom Analog-Digital-Konverter digitalisiert wird, schwankt um den dem zu digitalisierenden Signal entsprechenden Wert mit dem Augenblickswert des Verzerrsignals. Wenn das Verzerrsignal beispielsweise den Mittelwert null hat, so kann der Mittelwert vieler Ausgangswerte des Analog-Digital-Konverters dem korrekten Ausgangswert des konstanten zu digitalisierenden Signal entsprechen. Dieser Mittelwert weist jedoch eine höhere Auflösung auf. Bei der Mittelwertbildung entstehen nämlich Stellen mit einer geringeren Wertigkeit als 1 LSB. Grundsätzlich stehen hierfür sowohl die Verwendung eines zufälligen Rauschens wie auch eines Pseudo- rauschens als Verzerrsignal zur Verfügung. Bei einem zufälligen Rauschen ist es nicht zwingend sichergestellt, dass bei einer Gruppe von beispielsweise fünfzig aufeinanderfolgenden Werten des Rauschens der Mittelwert auch tatsächlich null beträgt. Ein solches zufälliges Rauschen kann beispielsweise durch einen Zufallsgenerator erzeugt werden, welcher auf der Beobachtung eines Naturphänomens wie beispielsweise eines radioaktiven Zerfalls basiert. Bei der Verwendung eines Pseudorauschens wird typischerweise eine mathematische Funktion verwendet, welche basierend auf einem Ausgangswert Pseudozufallszahlen erzeugt. Diese Pseudozufallszahlen haben definierte Eigenschaften; insbesondere kann berechnet werden, wie viele Pseudozufalls¬ zahlen gruppiert werden müssen, um einen Mittelwert von null zu erreichen. Selbst wenn der Mittelwert einer solchen Gruppe nicht null beträgt, so kann das Pseudorauschen immer noch verwendet werden, da der Mittelwert bekannt ist und einfach rechnerisch kompensiert werden kann.
Bei der Verwendung von zufälligem Rauschen wird insbesondere auch von „Random Dithering" gesprochen, wohingegen bei der Verwendung von Pseudozufallszahlen auch von „Deterministic Dithering" gesprochen wird. Es hat sich gezeigt, dass bei der Verwendung von Pseudozufallszahlen auch ein einfach definiertes Signal wie etwa ein Dreieck- oder Sägezahnsignal verwendet werden kann. Wenn dabei ein Mittelwert von null erreicht werden soll, kann dies typischerweise dadurch erfolgen, dass der Zeitraum, aus welchem die verwendeten Werte stammen, die zu einem Wert gemittelt werden, eine ganzzahlige Anzahl von Perioden des entsprechenden Verzerrsignals umfasst. Es genügt jedoch grundsätzlich sogar, wenn der Mittelwert konstant und bekannt ist, da die Möglichkeit zur rechnerischen Kompensation besteht. Bei gattungsgemäßen Vorrichtungen werden zur Implementierung von Deterministic Dithering typischerweise ein
Verzerrsignal-Generator, ein Addierer, ein Ana- log-Digital-Konverter und ein MikroController verwendet. Der Addierer sorgt dabei typischerweise für eine Überlagerung des Verzerrsignals über das zu digitalisierende analoge Signal, woraufhin es vom Analog-Digital-Konverter digitalisiert und in digitalisierter Form an den MikroController weitergeleitet wird. Der MikroController bildet anschließend den Mittelwert über eine Anzahl von Messwerten, wobei er auf Informationen des Verzerrsignal-Generators zurückgreift. Addierer werden typi¬ scherweise unter Verwendung von aktiven Komponenten wie Operationsverstärkern aufgebaut. Es hat sich gezeigt, dass der¬ artige Ausführungen zwar eine hohe Auflösung erreichen und für zahlreiche Einsatzzwecke geeignet sind, jedoch andererseits auch aufwändig und teuer herzustellen sind.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Digitalisieren eines analogen Signals vorzusehen, welche im Vergleich zu Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik einfacher ausgeführt ist. Dies wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Digitalisieren eines analogen Signals. Die Vorrichtung weist einen Ana- log-Digital-Konverter mit einem Signaleingang für das Signal auf. Die Vorrichtung weist ferner einen Verzerrsignal-Generator mit einem Verzerrsignal-Ausgang auf, wobei der Verzerrsignal-Generator dazu ausgebildet ist, an dem Verzerrsignal-Ausgang ein Verzerrsignal zu liefern.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Verzerrsignal-Ausgang ausschließlich mittels passiver Komponenten an den Ana- log-Digital-Konverter gekoppelt ist. Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die Verwendung eines konventionellen, mittels aktiver Komponenten wie Operationsverstärkern ausgeführten Addierers nicht zwingend notwendig ist, um eine für viele Anwendungen ausreichende Genauigkeit zu erreichen. Vielmehr genügen hierfür passive Komponenten, insbesondere Widerstände (R) und/oder Kondensa¬ toren (C) sowie gegebenenfalls Induktivitäten (L) .
Die Größenordnung des Verzerrsignals beträgt dabei typi¬ scherweise wenige Least Significant Bits (LSB) , beispielsweise 1, 2 oder 3 LSB. Insbesondere ist die Größenordnung des Verzerrsignals typischerweise deutlich kleiner als die Grö¬ ßenordnung des zu digitalisierenden Signals, beispielsweise kann das Verzerrsignal einen maximalen Betrag haben, welcher geringer als 10% oder geringer als 5% des maximalen Betrags des zu digitalisierenden analogen Signals ist. Das Verzerrsignal ist dabei vorzugsweise deterministisch, beispielsweise ein Drei¬ ecks- oder Sägezahnsignal oder auch ein Pseudozufallszahlen- signal. Vorzugsweise hat das Verzerrsignal einen Mittelwert von null, dies ist jedoch nicht zwingend notwendig, da ein von null abweichender Mittelwert problemlos rechnerisch kompensiert werden kann. Der Analog-Digital-Konverter ist vorzugsweise mit dem Verzerrsignal-Generator synchronisiert. Anstelle des Analog-Digital-Konverters kann beispielsweise auch ein Mik- rocontroller, welcher ein von dem Analog-Digital-Konverter geliefertes Signal empfängt und/oder auswertet, entsprechend mit dem Verzerrsignal-Generator synchronisiert sein. Im Rahmen einer Synchronisierung können insbesondere Informationen über das Verzerrsignal übermittelt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist der Verzerrsignal-Ausgang ohne aktive Komponenten, insbesondere ohne Operationsver¬ stärker, an den Analog-Digital-Konverter gekoppelt. Dies ermöglicht eine besonders vorteilhafte Reduzierung des Aufwands und damit der Kosten. Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat herausgefunden, dass für vielfältige Anwendungen trotzdem eine ausreichende Genauigkeit und Qualität erreicht werden kann.
Bevorzugt ist der Analog-Digital-Konverter Bestandteil eines MikroControllers. Dies ermöglicht eine unmittelbare Weiter¬ verarbeitung der vom Analog-Digital-Konverter erzeugten Signale, insbesondere eine Mittelwertbildung und auch eine Ver¬ wendung in weitergehenden Berechnungen. b
Weiter bevorzugt ist der Verzerrsignal-Generator ebenfalls Bestandteil des MikroControllers . Dies ermöglicht eine besonders vorteilhafte Vereinfachung des Aufbaus, da der MikroController, welcher den Analog-Digital-Konverter enthält, gleichzeitig auch das Verzerrsignal erzeugen kann. Der Verzerrsignal-Generator kann dabei beispielsweise mittels eines digitalen Ausgangs des MikroControllers implementiert sein, welcher den
Verzerrsignal-Ausgang bildet. Derartige digitale Ausgänge sind in MikroControllern häufig vorhanden, beispielsweise um Steuerungsfunktionen wahrzunehmen. Sie sind typischerweise über interne Register oder Zähler in definierter Weise schaltbar, wobei die Schaltung durch Software kontrolliert werden kann. Dies ermöglicht eine softwaremäßige Implementierung des Verzerrsignals durch entsprechende Ansteuerung des digitalen Ausgangs des MikroControllers.
Gemäß einer Ausführung weist der Analog-Digital-Konverter einen differenziellen Eingang auf, wobei der Verzerrsignal-Ausgang mit einem Anschluss des differenziellen Eingangs gekoppelt ist. Eine solche Ausführung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das zu digitalisierende Signal massebezogen ist. Bei einem diffe- renziellen Eingang handelt es sich typischerweise um einen Eingang, bei welchem das zu digitalisierende Signal von dem Analog-Digital-Konverter zwischen einem positiven Signaleingang und einem negativen Signaleingang ermittelt wird. Das zu di¬ gitalisierende Signal kann dabei insbesondere an den positiven Signaleingang angeschlossen werden, wohingegen der Verzerrsignal-Ausgang mit dem negativen Eingang des Ana- log-Digital-Konverters gekoppelt wird. Auch die umgekehrte Ausführung ist jedoch möglich. Bei der Verwendung eines Ana- log-Digital-Konverters mit einem differenziellen Eingang kann der gemäß dem Stand der Technik vorgesehene Addierer zur Erzeugung einer Überlagerung dadurch ersetzt werden, dass der Verzerrsignal-Ausgang auf einfache Weise mit einem Eingang des Analog-Digital-Konverters gekoppelt wird. Dies ermöglicht eine besonders einfache und trotzdem genauso funktionale Ausführung.
Bevorzugt ist dabei zwischen dem Verzerrsignal-Ausgang und einem Referenzpotential, vorzugsweise Masse, ein Spannungsteiler angeschlossen, wobei der Anschluss des differenziellen Eingangs an einem Ausgang des Spannungsteilers angeschlossen ist. Damit kann eine Spannung, welche an dem Verzerrsignal-Ausgang anliegt und welche typischerweise deutlich höher als benötigt ist, da es sich dabei typischerweise um die Versorgungsspannung des MikroControllers handelt, auf einen gewünschten, deutlich kleineren Wert verringert werden. Diese deutlich kleinere Spannung wird dann zum Verzerren der Messung des Analog-Digital-Konverters verwendet. Zwischen dem Anschluss des differenziellen Eingangs und dem Referenzpotential ist dabei vorzugsweise ferner ein Kondensator angeschlossen, welcher weiter bevorzugt zumindest einen Widerstand des Spannungsteilers überbrückt. Damit kann mittels des Verzerrsignal-Ausgangs eine jeweils an dem Anschluss des differenziellen Eingangs anliegende Spannung beispielsweise mittels Pulsweitenmodulation einge¬ stellt werden. Der Kondensator wird dabei beispielsweiseweise gerade so weit aufgeladen, dass er die gewünschte Spannung aufweist . Gemäß einer einfach zu realisierenden Ausführung wird eine symmetrische Rechteckspannung am Verzerrsignal-Ausgang ausgegeben, wodurch am Kondensator Lade- und Entladekurven entstehen, welche typischerweise jeweils einer Exponentialfunktion folgen. Diese lassen sich wie die bereits erwähnten Dreieck- oder Sägezahnspannungen verwenden.
Gemäß einer alternativen Ausführung weist der Ana- log-Digital-Konverter zusätzlich zum Signaleingang einen Referenzeingang auf. Der Verzerrsignal-Ausgang ist dabei mit dem Referenzeingang gekoppelt. Damit kann bei Ana- log-Digital-Konvertern, welche keinen differenziellen Eingang haben, trotzdem eine unmittelbare Kopplung des Verzerrsignal-Ausgangs mit dem Analog-Digital-Konverter er- reicht werden, wobei hierfür der Referenzeingang verwendet wird, welcher bei typischen Analog-Digital-Konvertern, insbesondere in MikroControllern, laut Herstellerspezifikation typischerweise mit einem Anschluss einer der Versorgungsspannungen verbunden sein soll, jedoch wie der Erfinder erkannt hat auch mit dem Verzerrsignal-Ausgang gekoppelt werden kann. Dabei wird typischerweise eine Divisionsoperation in dem Analog-Digital-Konverter bezüglich des Referenzeingangs ausgeführt. Es handelt sich hierbei typischerweise also nicht um eine Überlagerung des Verzerrsignals über das zu digitalisierende Signal durch Addition oder Subtraktion, sondern durch Division, was bei der Weiterverarbeitung im Rahmen einer Berechnung jedoch leicht berücksichtigt werden kann. Durch die Division anstelle von Addition oder Subtraktion kann auch davon gesprochen werden, dass das Vorgehen nicht mehr als Dithering bezeichnet wird. Die Wirkung ist jedoch sehr ähnlich.
Bevorzug ist dabei zwischen dem Verzerrsignal-Ausgang und einem Referenzpotential, vorzugsweise einem positiven Potential, ein Spannungsteiler angeschlossen, wobei der Referenzeingang an einem Ausgang des Spannungsteilers angeschlossen ist. Damit kann in ähnlicher Weise wie oben bereits beschrieben das Signal auf die gewünschte Größenordnung angepasst werden.
Zwischen dem Referenzeingang und dem Referenzpotential ist dabei vorzugsweise ein Kondensator angeschlossen, welcher weiter bevorzugt zumindest einen Widerstand des Spannungsfelds überbrückt. Damit kann in gleicher Weise wie bereits weiter oben beschrieben die gewünschte Spannung insbesondere durch Pulsweitenmodulation oder die weiter oben bereits beschriebene Rechteckspannung eingestellt werden.
Gemäß einer Ausführung sind der Verzerrsignal-Ausgang und ein das Signal liefernder Signalanschluss mit dem Signaleingang ge¬ koppelt. Dies ermöglicht eine Überlagerung des zu digitali¬ sierenden Signals, welches von dem Signalanschluss bereitge¬ stellt wird, und des Verzerrsignals. Die Überlagerung erfolgt hierbei also nicht wie bei den beiden bereits beschriebenen Ausführungen innerhalb des Analog-Digital-Konverters , sondern außerhalb. Auch hierbei kann, wie der Erfinder der vorliegenden Anmeldung erkannt hat, auf ausschließlich passive Komponenten zurückgegriffen werden, was in erheblichem Maße Aufwand und Kosten einspart. Eine für die meisten Anwendungszwecke aus- reichende Qualität ergibt sich trotzdem.
Der Verzerrsignal-Ausgang ist dabei mit dem Signaleingang vorzugsweise gleichspannungsgekoppelt, wobei die Kopplung dabei insbesondere galvanisch erfolgt. Der Signalanschluss wird dabei bevorzugt mit dem Signaleingang wechselspannungsgekoppelt, und zwar weiter bevorzugt kapazitiv. Durch die Gleichspannungs¬ kopplung des Verzerrsignal-Ausgangs wird eine unmittelbare Einleitung des Verzerrsignals in den Analog-Digital-Konverter erreicht. Durch die kapazitive Kopplung des Signalanschlusses wird eine gleichspannungsmäßige Entkopplung des
Verzerrsignal-Ausgangs von dem Signalanschluss erreicht. Es sei erwähnt, dass die hier beschriebene Ausführung insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn das am Signalanschluss anliegende Signal zumindest hinsichtlich seiner relevanten Frequenzbestandteile eine Mindestfrequenz aufweist, wobei Frequenzbestandteile unterhalb dieser Mindestfrequenz nicht relevant sind. Insbe¬ sondere sollte das Signal keinen relevanten Gleichspannungs¬ anteil aufweisen. Alternativ hierzu kann auch die umgekehrte Ausführung verwendet werden, d.h. der Verzerrsignal-Ausgang kann mit dem Signaleingang wechselspannungsgekoppelt sein, wohingegen der Sig- nalanschluss gleichspannungsgekoppelt ist. Dies kann insbe- sondere dann vorteilhaft sein, wenn das Signal eine relevante Gleichspannungskomponente oder besonders niedrige Frequenzen aufweist .
Bevorzugt ist zwischen dem Verzerrsignal-Ausgang und einem Referenzpotential, vorzugsweise Masse, ein Spannungsteiler angeschlossen, wobei der Signaleingang an einem Ausgang des Spannungsteilers angeschlossen ist. Damit wird wie weiter oben bereits beschrieben eine Anpassung der Größenordnung des Verzerrsignals erreicht. Nach einer Digitalisierung wird bei dem von dem Analog-Digital-Konverter gelieferten Signal gemäß einer Ausführung eine Signaldemodulation vorgenommen, beispielsweise im MikroController. Damit können Komponenten von Wechselspannungssignalen in vorteilhafter Weise identifiziert werden. Hierzu kann auf bekannte Algorithmen zurückgegriffen werden.
Bei Ausführungen mit einem Spannungsteiler, insbesondere bei solchen, wie sie weiter oben beschrieben wurden, ist vorzugsweise ein Widerstand des Spannungsteilers, welcher zwischen dem Verzerrsignal-Ausgang und dem Ausgang des Spannungsteilers angeschlossen ist, größer als ein Widerstand, welcher zwischen dem Ausgang des Spannungsteilers und dem Referenzpotential angeschlossen ist. Damit wird eine vorteilhafte Verkleinerung des an dem Verzerrsignal-Ausgang anliegenden Signals, welches typischerweise eine Versorgungsspannung eines MikroControllers und damit betragsmäßig zu groß ist, erreicht.
Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann dem nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel entnehmen. Dabei zeigen: Fig. 1: einen MikroController mit Beschaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2: einen MikroController mit Beschaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
Fig. 3: einen MikroController mit Beschaltung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
Fig. 1 zeigt einen MikroController yC, welcher einen integrierten Analog-Digital-Konverter ADC aufweist. Dieser weist einen differenziellen Eingang auf, wobei der differenzielle Eingang einen positiven Anschluss ADC+ und einen negativen Anschluss ADC- aufweist. Eine zwischen den beiden Anschlüssen ADC+, ADC- anliegende Spannungsdifferenz wird von dem Analog-Digital-Konverter ADC digitalisiert.
Der MikroController yC weist einen digitalen Ausgang D auf, welcher vorliegend als Verzerrsignal-Ausgang dient. Der Mik- rocontroller yC dient somit gleichzeitig auch als Verzerrsignal-Generator. In dem MikroController ist Software implementiert, welche dafür sorgt, dass der digitale Ausgang D pulsweitenmoduliert oder mit einem Rechtecksignal, bei¬ spielsweise derart wie weiter oben bereits beschrieben, an¬ gesteuert werden kann, so dass über die nachfolgend beschriebene Schaltung ein definiertes Verzerrsignal erzeugt wird. Eine Frequenz eines Rechtecksignals oder eines anderen Signals kann dabei insbesondere mittels Software bestimmt werden.
Der digitale Ausgang D ist über einen Spannungsteiler S mit Masse verbunden, wobei der Spannungsteiler S einen ersten Widerstand Rl und einen zweiten Widerstand R2 aufweist. Der erste Widerstand Rl weist dabei einen deutlich höheren Widerstandswert auf als der zweite Widerstand R2. Somit wird das von dem digitalen Ausgang D gelieferte Signal, welches zwischen Masse und einer Ver¬ sorgungsspannung des MikroControllers yC wechseln kann, auf einen wesentlich kleineren Wert heruntergeteilt, welcher vorliegend spannungsmäßig drei Least Significant Bits (LSB) des Analog-Digital-Konverters ADC entspricht. Über den zweiten Widerstand R2 ist des Weiteren ein Kondensator Cl verschaltet, welcher durch den Spannungsteiler S geladen werden kann. Der Kondensator Cl ist dabei an einem Ausgang des Spannungsteilers S angeschlossen, welcher zwischen den beiden Widerständen Rl, R2 liegt. Wenn der digitale Ausgang D ein positives Potential annimmt, so wird auf diese Weise der Kondensator Cl geladen. Wenn der digitale Ausgang D ein negatives Potential annimmt, so wird der Kondensator Cl entladen. Dies ermöglicht eine genaue Einstellung der Spannung des Kondensators Cl . Beispielsweise kann das Verzerrsignal als Sequenz unterschiedlicher Pulsweitenmodulationseinstellungen am digitalen Ausgang D entstehen. Es können jedoch auch Zwischenwerte am Ausgang des Spannungsteilers S mit Hilfe des Kondensators Cl erzeugt werden, insbesondere zwischen den Werten, welche der Ausgang des Spannungsteilers S mit hohem beziehungsweise niedrigem Potential am Verzerrsignal-Ausgang annimmt. In diesem Fall wird also insbesondere gemessen, während die Spannung am Ausgang des Spannungsteilers S steigt und fällt, wobei die Auslegung der Komponenten vorzugsweise derart bemessen ist, dass die Spannung gleichmäßig steigt und fällt. Der Ausgang des Spannungsteilers S und der damit verbundene Anschluss des Kondensators Cl ist des Weiteren mit dem negativen Anschluss ADC- des Analog-Digital-Konverters ADC verbunden. Somit wird das an dem positiven Anschluss ADC+ anliegende Signal relativ zu einem mittels des digitalen Ausgangs D einstellbaren Spannungswert digitalisiert. Dies ermöglicht eine Überlagerung eines über den digitalen Ausgang D einstellbaren Verzerrsignals in ähnlicher Weise, wie dies bei einer Überlagerung des Verzerrsignals mittels eines vorgeschalteten Addierers, wie beim Stand der Technik üblich, erfolgen würde. Auf die Verwendung der dafür gemäß dem Stand der Technik notwendigen aktiven Komponenten kann jedoch verzichtet werden.
An dem positiven Anschluss ADC+ liegt ein Signal VS an, welches digitalisiert werden soll. Der MikroController yC weist vorliegend ferner einen Referenzanschluss Ref auf, welcher mit einer Referenzspannung VR verbunden ist. Diese wird intern in dem MikroController yC verwendet, ist für die Verschaltung gemäß Fig. 1 jedoch nicht weiter relevant.
Der MikroController yC ist des Weiteren dazu ausgebildet, eine definierte Signalfolge, vorliegend in Form eines Sägezahn¬ signals, an dem negativen Anschluss ADC- zu erzeugen. Hierzu wird der digitale Ausgang D entsprechend angesteuert, so dass der Kondensator Cl die notwendigen Spannungen annimmt. Da der MikroController yC diese Werte selbst erzeugt, kennt er diese auch und kann die von dem Analog-Digital-Konverter ADC gelieferten Signale entsprechend auswerten. Insbesondere wird über eine Vielzahl hintereinander ausgeführter Messungen ein Mit- telwert gebildet, wobei dieser Mittelwert genauer ist als die Auflösung des Analog-Digital-Konverters ADC. Die mögliche Abtastfrequenz des Analog-Digital-Konverters ADC liegt jedoch erheblich höher als zur Abtastung des Signals VS erforderlich wäre. Durch die eben beschriebene Mittelwertbildung unter Verwendung des Verzerrsignals kann folglich die höhere, jedoch nicht unmittelbar benötigte zeitliche Auflösung in eine bessere Abtastauflösung umgewandelt werden. Dies bringt für zahlreiche Anwendungen Vorteile, da auf die Verwendung eines höherwer- tigeren, möglicherweise externen Analog-Digital-Konverters verzichtet werden kann.
Es sei erwähnt, dass die Verwendung eines Sägezahnsignals als Verzerrsignal in vielen Anwendungen vorteilhaft ist. Dieses kann beispielsweise mittels einer Sequenz von Pulsweitenmodulationssignalen am digitalen Ausgang D erzeugt werden. Es ist jedoch auch eine gute Annäherung einer Dreiecksfunktion möglich, insbesondere aus Abschnitten einer Exponentialfunktion beim Laden und Entladen des Kondensators Cl . Dies basiert insbesondere auf der Erkenntnis, dass die Steigung der Spannung am Kondensator Cl beim Laden und Entladen gleich ist .
Fig. 2 zeigt einen MikroController mit Beschaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Es sei verstanden, dass die grundsätzliche Funktionsweise der Verwendung eines Verzerrsignals ähnlich zum ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt ist. Es wird deshalb nachfolgend lediglich auf die Unterschiede des zweiten Ausführungsbeispiels zum ersten Ausführungsbeispiel eingegangen.
Im Unterschied zu dem Analog-Digital-Konverter ADC des ersten Ausführungsbeispiels weist der Analog-Digital-Konverter ADC des zweiten Ausführungsbeispiels keinen differenziellen Eingang auf. Er weist lediglich einen positiven Anschluss ADC+ auf, an welchem das zu digitalisierende Signal VS angeschlossen wird. Gemessen wird relativ zu einem rein internen negativen Anschluss ADC-, welcher festverdrahtet auf Masse gelegt und nicht ver¬ änderbar ist.
Der MikroController yC weist ebenso wie beim ersten Ausführungsbeispiel einen digitalen Ausgang D auf. Dieser ist ebenfalls mit einem Spannungsteiler S mit zwei Widerständen Rl, R2 gekoppelt, wobei über den zweiten Widerstand R2 ein Kondensator Cl verschaltet ist. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist der Spannungsteiler S jedoch an seinem dem digitalen Anschluss D gegenüberliegenden Ende nicht mit Masse, sondern mit einer Versorgungsspannung VDD verbunden. Grundsätzlich kann damit in sehr ähnlicher Weise wie mit Bezug auf das erste Ausfüh¬ rungsbeispiel beschrieben ein Verzerrsignal erzeugt werden.
Als weiterer Unterschied ist der Ausgang des Spannungsteilers S, an welchem auch der Kondensator Cl angeschlossen ist, nicht mit dem negativen Anschluss ADC- verbunden, sondern mit dem Re- ferenzanschluss . Bei diesem Referenzanschluss handelt es sich um einen Eingang für ein in dem Analog-Digital-Konverter ADC verwendetes Referenzpotential, durch welches das am positiven Anschluss ADC+ anliegende Signal geteilt wird, bevor es di¬ gitalisiert wird. Vorliegend erfolgt die Überlagerung also nicht über eine Summation oder Differenzbildung, sondern über eine Division. Der MikroController yC ist im Fall des zweiten Ausführungsbeispiels derart programmiert, dass er ebenfalls Mittelwerte bildet, jedoch unter Berücksichtigung des anders überlagerten Verzerrsignals. Damit kann in gleicher Weise eine Umwandlung von zeitlicher Auflösung in eine bessere Abtastauflösung vorgenommen werden. Fig. 3 zeigt einen MikroController yC mit einer Beschaltung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Dabei ist im Unterschied zu den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen das Verzerrsignal nicht direkt an den MikroController yC gekoppelt, sondern das Verzerrsignal wird vielmehr dem zu digitalisierenden Signal VS überlagert. Das digitalisierende Signal VS ist dabei mittels eines Kondensators Cl gekoppelt, so dass es wechselspan- nungsgekoppelt ist. Ein Gleichspannungsanteil des Signals VS wird damit ausgeblendet. Der digitale Ausgang D des Mikro- controllers yC ist in gleicher Weise wie bei Fig. 1 mit einem Spannungsteiler S verbunden, welcher zwei Widerstände Rl, R2 aufweist und an seinem den digitalen Ausgang D gegenüberliegenden Ende mit Masse verbunden ist. Der Ausgang des Spannungsteilers S, welcher zwischen den Widerständen Rl, R2 liegt, ist mit dem Kondensator Cl verbunden. Der gleiche Anschluss ist auch mit dem positiven Anschluss ADC+ verbunden. Außerdem ist er mit einem dritten Widerstand R3 verbunden, welcher an seinem gegenüberliegenden Anschluss wiederum mit einer Versorgungsspannung VDD verbunden ist. Der Referenzeingang Ref des MikroControllers yC ist vorliegend fest mit einem Referenzpotential VR verbunden.
Durch die beschriebene und in Fig. 3 gezeigte Beschaltung wird das Verzerrsignal, welches wie bereits weiter oben beschrieben mittels des Spannungsteilers S in seinem Betrag angepasst wird, direkt dem zu digitalisierenden Signal VS überlagert, bevor dieses in den Analog-Digital-Konverter ADC eingekoppelt wird. Die in Fig. 3 gezeigte Beschaltung hat dabei zwar eine etwas andere Übertragungscharakteristik als ein mit aktiven Bauelementen wie beispielsweise Operationsverstärkern ausgeführter Addierer, jedoch reicht für typische Anwendungen diese Übertragungscharakteristik aus. Insbesondere kann sie bei den vom MikroController yC durchgeführten Berechnungen kompensiert werden. Durch den Verzicht auf aktive Komponenten wird eine deutliche Verringerung des Aufwands und der Kosten erreicht.
Die zur Anmeldung gehörigen Ansprüche stellen keinen Verzicht auf die Erzielung weitergehenden Schutzes dar.
Sofern sich im Laufe des Verfahrens herausstellt, dass ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen nicht zwingend nötig ist, so wird anmelderseitig bereits jetzt eine Formulierung zumindest eines unabhängigen Anspruchs angestrebt, welcher das Merkmal oder die Gruppe von Merkmalen nicht mehr aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Unterkombination eines am An- meldetag vorliegenden Anspruchs oder um eine durch weitere Merkmale eingeschränkte Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs handeln. Derartige neu zu formulierende Ansprüche oder Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass Ausgestaltungen, Merkmale und Varianten der Erfindung, welche in den verschiedenen Ausführungen oder Ausführungsbeispielen beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigt sind, beliebig untereinander kombinierbar sind. Einzelne oder mehrere Merkmale sind beliebig gegeneinander austauschbar. Hieraus entstehende Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen .
Rückbezüge in abhängigen Ansprüchen sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Diese Merkmale können auch beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden.
Merkmale, die lediglich in der Beschreibung offenbart sind oder Merkmale, welche in der Beschreibung oder in einem Anspruch nur in Verbindung mit anderen Merkmalen offenbart sind, können grundsätzlich von eigenständiger erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden.

Claims

Patentansprüche / Patent Claims
1. Vorrichtung zum Digitalisieren eines analogen Signals (VS) , aufweisend :
- einen Analog-Digital-Konverter (ADC) mit einem Signaleingang (ADC+) für das Signal (VS) , und
einen Verzerrsignal-Generator mit einem
Verzerrsignal-Ausgang (D) , wobei der Verzerrsignal-Generator dazu ausgebildet ist, an dem Verzerrsignal-Ausgang (D) ein Verzerrsignal zu liefern,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Verzerrsignal-Ausgang (D) ausschließlich mittels passiver Komponenten an den Analog-Digital-Konverter (ADC) gekoppelt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Verzerrsignal-Ausgang (D) ohne aktive Komponenten, insbesondere ohne Operationsverstärker, an den Ana- log-Digital-Konverter (ADC) gekoppelt ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Analog-Digital-Konverter (ADC) Bestandteil eines MikroControllers ( C) ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Verzerrsignal-Generator ebenfalls Bestandteil des MikroControllers ( C) ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der Verzerrsignal-Generator mittels eines digitalen Ausgangs (D) des MikroControllers ( C) implementiert ist, welcher den Verzerrsignal-Ausgang (D) bildet.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Analog-Digital-Wandler einen differentiellen Eingang aufweist,
wobei der Verzerrsignal-Ausgang (D) mit einem Anschluss (ADC-) des differentiellen Eingangs gekoppelt ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen dem Verzerrsignal-Ausgang (D) und einem Refe- renzpotential , vorzugsweise Masse, ein Spannungsteiler (S) angeschlossen ist,
wobei der Anschluss des differentiellen Eingangs (ADC-) an einem Ausgang (D) des Spannungsteilers angeschlossen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen dem Anschluss des differentiellen Eingangs (ADC-) und dem Referenzpotential ein Kondensator (Cl) angeschlossen ist,
- welcher vorzugsweise zumindest einen Widerstand (R2) des Spannungsteilers (S) überbrückt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
- der Analog-Digital-Wandler zusätzlich zum Signaleingang (ADC+) einen Referenzeingang (Ref) aufweist,
wobei der Verzerrsignal-Ausgang (D) mit dem Referenzeingang (Ref) gekoppelt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen dem Verzerrsignal-Ausgang (D) und einem Referenzpotential, vorzugsweise ein positives Potential (VDD) , ein Spannungsteiler (S) angeschlossen ist,
wobei der Referenzeingang (Ref) an einem Ausgang (D) des Spannungsteilers (S) angeschlossen ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen dem Referenzeingang (Ref) und dem Referenzpotential ein Kondensator (Cl) angeschlossen ist,
welcher vorzugsweise zumindest einen Widerstand (R2) des Spannungsteilers (S) überbrückt.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Verzerrsignal-Ausgang (D) und ein das Signal (VS) liefernder Signalanschluss mit dem Signaleingang (ADC+) ge¬ koppelt sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Verzerrsignal-Ausgang (D) mit dem Signaleingang (ADC+) gleichspannungsgekoppelt, vorzugsweise galvanisch gekoppelt ist, und
der Signalanschluss mit dem Signaleingang (ADC+) wech- selspannungsgekoppelt , vorzugsweise kapazitiv gekoppelt ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen dem Verzerrsignal-Ausgang (D) und einem Referenzpotential, vorzugsweise Masse, ein Spannungsteiler (S) angeschlossen ist, wobei der Signaleingang (ADC+) an einem Ausgang des Spannungsteilers (S) angeschlossen ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7, 8, 10, 11 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass
ein Widerstand (Rl) des Spannungsteilers, welcher zwischen dem Verzerrsignal-Ausgang (D) und dem Ausgang des Spannungsteilers angeschlossen ist, größer ist als ein Widerstand (R2), welcher zwischen dem Ausgang des Spannungsteilers (S) und dem Referenzpotential angeschlossen ist.
EP15767518.2A 2014-09-26 2015-09-25 Vorrichtung zum digitalisieren eines analogen signals Ceased EP3198726A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014219531.4A DE102014219531A1 (de) 2014-09-26 2014-09-26 Vorrichtung zum Digitalisieren eines analogen Signals
PCT/EP2015/072075 WO2016046356A1 (de) 2014-09-26 2015-09-25 Vorrichtung zum digitalisieren eines analogen signals

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3198726A1 true EP3198726A1 (de) 2017-08-02

Family

ID=54185972

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP15767518.2A Ceased EP3198726A1 (de) 2014-09-26 2015-09-25 Vorrichtung zum digitalisieren eines analogen signals

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10027337B2 (de)
EP (1) EP3198726A1 (de)
KR (1) KR101907329B1 (de)
CN (1) CN106716844A (de)
DE (1) DE102014219531A1 (de)
WO (1) WO2016046356A1 (de)

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5305005A (en) 1991-06-27 1994-04-19 Tdk Corporation Analog to digital converter system
JPH05276042A (ja) 1992-03-27 1993-10-22 Isao Takahashi アナログ・ディジタル変換装置
KR19990003852A (ko) * 1997-06-26 1999-01-15 배순훈 모니터에 있어서 직류-직류 컨버터의 안정화 회로
US6172629B1 (en) * 1998-02-19 2001-01-09 Lucent Technologies Inc. Multistage analog-to-digital converter employing dither
JP2007531415A (ja) 2004-03-25 2007-11-01 オプティクロン・インコーポレーテッド アナログデジタルコンバータ線形化用の複雑度を低減した非線形フィルタ
US8185066B2 (en) * 2009-10-23 2012-05-22 Sony Mobile Communications Ab Multimode power amplifier with predistortion
WO2012159653A1 (en) * 2011-05-20 2012-11-29 Abb Technology Ag Arrangement for reading out an analogue voltage signal with self calibration
US9083233B2 (en) * 2011-10-05 2015-07-14 General Electric Company Dynamic break and distortion filter
US8810443B2 (en) * 2012-04-20 2014-08-19 Linear Technology Corporation Analog-to-digital converter system and method
US9461660B2 (en) * 2015-01-20 2016-10-04 Mediatek Inc. Digitally-corrected analog-to-digital converters

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None *
See also references of WO2016046356A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016046356A1 (de) 2016-03-31
US20170279458A1 (en) 2017-09-28
CN106716844A (zh) 2017-05-24
DE102014219531A1 (de) 2016-03-31
US10027337B2 (en) 2018-07-17
KR20170045302A (ko) 2017-04-26
KR101907329B1 (ko) 2018-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102006051365B4 (de) Messverstärkungsvorrichtung und -verfahren
EP2087596B1 (de) Messverstärkungsvorrichtung und -verfahren
DE4205352C2 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Gewinnen von Impulssignalen
DE102015203651A1 (de) Kompensationsschaltung für Offset-Spannung in einem Messverstärker und/oder für Gleichsignalanteil in einem Messsignal
DE19518528A1 (de) Digitaler Hochpassfilter mit Grundlinienwiederherstellungseinrichtungen
EP3198726A1 (de) Vorrichtung zum digitalisieren eines analogen signals
EP2373842A1 (de) Hausgerät mit einer messeinheit und verfahren zum übertragen einer messgrösse
EP0444234B1 (de) Verfahren und Einrichtung zur Analog-Digital-Wandlung
EP3320373B1 (de) Filterschaltung zur unterdrückung einer signalverzerrung
EP0444233A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Analog/Digital-Wandlung eines sich zeitlich ändernden analogen Eingangssignals
DE2534509A1 (de) Signalverarbeitungs-verfahren und -anordnung
EP2850731A1 (de) Verfahren zur entstörung eines abtastprozesses sowie eine vorrichtung zur durchführung des verfahrens
DE102010002695A1 (de) Verfahren zur Auswertung eines analogen Signals
DE102007043388B4 (de) Verfahren zur Auflösungserhöhung eines A/D-Wandlers sowie elektronische Schaltung zur Umsetzung dieses Verfahrens
DE102014015896A1 (de) Einrichtung zur Erfassung von elektrischen Potentialen
DE102021127129B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung eines elektrischen Leitungsstromes mit optimierter Abtastrate
DE102021127122B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung eines elektrischen Leitungsstromes mit optimierter Abtastrate
DE102021127119B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung eines elektrischen Leitungsstromes mit optimierter Abtastrate
DE112014002775T5 (de) Kapazitives Messsystem und Verfahren
DE102013201253A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen eines digitalen Signals
EP3019828B1 (de) Messumformer zum umformen eines analogen elektrischen eingangssignals in ein analoges elektrisches ausgangssignal
DE102011007033A1 (de) Verfahren zur Entsörung eines Abtastprozesses sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
EP2557426A2 (de) Verfahren zum Messen eines mittels eines Frequenzumrichters erzeugten analogen Signals
DE112015003182B4 (de) Einrichtung und Verfahren zur Erfassung von elektrischen Potentialen
EP3430359B1 (de) Vorrichtung zum messen einer messgrösse

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20170426

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: CONTINENTAL TEVES AG & CO. OHG

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20200804

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R003

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN REFUSED

18R Application refused

Effective date: 20211129