JP2007500480A

JP2007500480A - 測定量検出のための電子回路

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Publication number: JP2007500480A
Application number: JP2006529576A
Authority: JP
Inventors: キルシュナーマンフレート; シュヴァインフルトライナー; マイヴェスヨハネス; グロースマンアレックス; クラインエーバーハルト; テパスベルント; トルステン　バウマン
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2007-01-11
Also published as: WO2004112253A1; CN1795614A; EP1636906A1; EP1636906B1; DE10323498A1; US20050235028A1; US7225094B2; DE502004008919D1

Abstract

本発明は、アナログ測定信号を用意するための少なくとも１つのセンサ装置とアナログ測定信号のデジタル化のための第１のアナログ／デジタル変換器を備えている信号検出装置とを備えている電子回路に関する。センサ装置および信号検出装置に給電する給電電圧の変動の差異は基本的に測定信号中の所望しない変動の形において現れる。
この作用効果を最小限にするまたは補償するために、本発明によれば、第１の給電電圧（ＶＳ１）の不正確さｘ１を表している電圧信号（Ｕ）に応答してデジタル化された測定信号を補正することが提案される。

Description

本発明は測定量検出のための電子回路、該電子回路の構成要素としての補正装置の作動方法並びにこの方法を実施するためのコンピュータプログラムに関する。

従来の技術
従来の技術から測定量検出のための電子回路が基本的に公知である。この形式の回路は通例、少なくとも１つのセンサ装置を有していて、該センサ装置によって検出される測定量を表しているアナログ信号を用意もしくは調製するようになっている。更に、この形式の電子回路は、殊に自動車の分野において制御装置に収容されている信号検出装置を有している。信号検出装置は通例、アナログ測定信号をデジタル化するための第１のＡＤ変換器を有している。更にこの電子回路に電圧供給装置が配属されていて、センサ装置に対しても信号検出装置に対しても給電電圧を用意するようにしている。

従来はセンサ装置も信号検出装置も、同一の電圧源からそれぞれ値が同じ給電電圧によって作動され、その際これら給電電圧はそれぞれ、同一の障害許容偏差もしくは不正確さを有している。電圧供給信号におけるこの形式の同じ不正確さに基づいて、これは同じ内容の並行型または比率形型電圧供給とも言われている。

基本的に、センサ装置における給電電圧の不正確さもしくは変動はこのような給電電圧によって生成されるアナログの測定信号にも作用することから出発することができる。このアナログの測定信号の、センサ装置と同じ内容の並行型、すなわち同じ不正確さを有している給電電圧によって作動されるアナログ／デジタル変換器を用いた後続のデジタル化に基づいて、アナログ／デジタル変換器の出力側に生じるデジタル化された測定信号中のこれらの不正確さは補償される。すなわち給電電圧における変動は、センサ装置並びに信号検出装置の従来の比率形型電圧供給においては測定信号になんらの影響も及ぼさない。その理由は、この種の場合による変動がセンサ装置に対しても信号検出装置に対しても同じように発生し、それ故に目立たない、言い換えると見つけ出されないことにある。

将来的な制御装置もしくは信号検出装置では今日普通の５Ｖより値が小さな給電電圧によって作動されることが予測される。こういった場合には信号検出装置に含まれている構成要素もマイクロコントローラまたはアナログ／デジタル変換器も、より小さな給電電圧、例えば３．３Ｖによって作動される。しかし同時に少なくとも移行期間の間は、依然として有利には５Ｖによって作動されるこれまでのセンサ装置が引き続き使用される可能性がある。この場合には、センサ装置および信号検出装置に対して異なった給電電圧の異なった電圧源が用意されなければならないということになる。その際、電圧供給における比率性もしくはレシオメトリー、すなわち２つの給電電圧の不正確さの同質さ、ひいては上に説明した、測定信号中の不正確さの補償という利点が失われる大きなおそれがある。その理由は、個々の給電電圧に対する種々様々な電圧源が基本的にその電圧供給に関して個々に異なった不正確さを有している可能性があるという点に見ることができる。

この形式の従来技術から出発して、本発明の課題は、測定データ検出のための公知の電子回路、この形式の回路の作動方法並びにこの方法を実施するためのコンピュータプログラムを、正確さがそれぞれ異なっている給電電圧によるセンサ装置および信号検出装置の給電の際にもこのような種々異なっている正確さが信号検出装置から出力される測定信号に対して作用することがないように改良することである。

この課題は請求項１の対象によって解決される。これによれば、信号検出装置が第１の給電電圧の不正確さｘ１を表しているデジタル化された電圧信号に応答して不正確さｘ１および／またはｘ２がデジタル化された測定信号に及ぼす影響を補償しかつ該補償から結果生じる補償されたデジタル化された測定信号を出力するための補正装置を有していることが提案される。

ここで殊に強調しておきたいことは、アナログ測定信号はｘ１の不正確さを有している第１の給電電圧によって作動されるセンサ装置によって用意されることである。それからｘ２の不正確さを有している第２の給電電圧によって作動される第１のアナログ／デジタル変換器によりアナログ測定信号のデジタル化が行われる。

発明の利点
本発明の補正装置は有利にも、上述したように給電電圧が異なっている不正確さｘ１およびｘ２を有している場合においても、この種の不正確さの、測定信号中に現れる作用効果を補償することができる。

給電電圧の不正確さもしくは変動の作用効果は殊に測定信号の相応の不正確さとなって現れる。

補正装置は本発明によれば有利には、それがデジタル化された測定信号と乗算されて補償されたデジタル測定信号が得られるようにする正規化係数の計算を行うように構成されている。正規化係数の計算は、デジタル化された測定信号の値を、センサ装置を作動する第１の給電電圧の不正確さを表しているデジタル化された電圧信号の値によって割り算することによって行われる。

センサ装置を作動するための第１の給電電圧が絶対値的に信号検出装置を作動するための第２の給電電圧より大きい場合には、本発明によれば、有利には高度に正確な分圧器が設けられていて、電圧信号が第１の給電電圧の分割により生成されるようになっている。このようにして、比較的低い第２の給電電圧によって作動される、信号検出装置内の構成要素によって電圧信号を評価しかつ処理することができることが保証される。

センサ装置が信号検出装置より絶対値的に大きな給電電圧によって作動されるようになっているとすることができる場合にも、センサ装置によって生成されるアナログ測定信号をその振幅に関して制限することが必要である。この制限は一方においてセンサ装置に設けられている特性曲線制限装置によって実現することができる。これに対して択一的に、アナログ測定信号に対する振幅制限の第２の形態は、センサ装置に特性曲線制限装置なしに分圧器回路を後置接続することにある。この分圧器回路は有利には、アナログ測定信号の所望の振幅に関連してのみならず、例えばセンサ装置におけるインピーダンス整合のような別の要求に勘案しても実現されている。勿論、測定信号の振幅の制限を特性曲線制限装置および分圧回路の組み合わせによって実現することもできる。

上に述べた課題は更に、測定データ検出のための電子回路を作動するための方法並びにこの方法を実施するためのコンピュータプログラムによって解決される。この解決法の利点は電子回路を参照して述べた利点に対応するものである。

図面
次に本発明を種々様々な実施例の形において添付図面を参照して詳細に説明する。その際
図１は測定データ検出のための電子回路の第１実施例を示し、
図２は本発明の補正装置の構成を示し、
図３は電子回路の第２の実施例を示し、
図４ａは分圧器回路の第１実施例を示し、
図４ｂは分圧器回路の第２実施例を示し、
図４ｃは分圧器回路の第３実施例を示している。

実施例の説明
図１は測定データ検出のための電子回路の第１実施例を示している。この回路はアナログ測定信号の用意のための少なくとも１つのセンサ装置１１０を有している。アナログ測定信号はセンサ装置１１０によって捕捉検出される測定量を表すものである。更にこの電子回路は信号検出装置１２０を有している。これは有利には、例えば自動車用の制御装置に集積されている。この信号検出装置１２０は殊に、センサ装置１１０によって用意されたアナログ測定信号をデジタル化するための第１のアナログ／デジタル変換器１２１を含んでいる。更に電子回路はセンサ装置１１０に対する第１の給電電圧ＶＳ１を用意するための第１の電圧源１３２を有する電圧供給装置１３０を有しており、その際この第１の給電電圧ＶＳ１には不正確さ、すなわち殊にｘ１の電圧変動がついている。これは有利にはパーセンテージで示されている。更に電圧供給装置は第２の給電電圧ＶＳ２を用意するための第２の電圧源１３４を有しており、この第２の給電電圧ＶＳ２にはｘ２の不正確さがついており、これも有利にはパーセンテージで示されている。

本発明によれば信号検出装置１２０は更に補正装置１２７を含んでいる。これは不正確さｘ１および／またはｘ２もしくはデジタル化された測定信号に対して不正確さが及ぼす作用を補償するために用いられる。それから補正装置の出力側には補償されたデジタル測定信号Ｍが発生される。

補正装置１２７の構成および動作法は図２に示されている。これに示されているように補正装置は、第１のアナログ／デジタル変換器１２１の現在の出力値、すなわちデジタル化された測定信号の現在値を記憶するためのメモリエレメント１２７ａ、例えばレジスタを含んでいる。更に補正装置１２７は、第１の給電電圧ＶＳ１の不正確さｘ１を表しているデジタル化された電圧信号の現在値を記憶するための第２のメモリエレメント１２７ｂ、例えば第２のレジスタを含んでいる。「現在値」は両方の場合とも時点ｎでのことである。第１および第２のメモリエレメント１２７ａおよび１２７ｂの、時点ｎでの内容は正規化装置１２７ｄに供給される。正規化装置１２７ｄはこれらの入力値から次のようにして正規化係数Ｎを計算する。つまり正規化装置１２７ｄは時点ｎでの第１のメモリエレメント１２７ａの内容を時点ｎでの第２のメモリエレメント１２７ｂの内容によって割り算する。このようにして計算された正規化係数Ｎは次いで、時点ｎでの第１のメモリエレメント１２７ａの内容と乗算装置１２７ｃを用いて乗算されて、このようにして補償されたデジタル化された測定信号Ｍが得られる。同様に補正装置１２７に設けられている遅延エレメント１２７ｅは、第１のメモリエレメント１２７ａの内容を乗算装置１２７ｃに加えるのを、所属の正規化係数Ｎが計算されるまでの間遅延するために用いられる。

図１の電子回路を構成するためのおよび図２の補正装置１２７を構成するためのここまで行ってきた説明は本発明のすべての実施例に同じように当てはまる。

以下では、回路の個々の実施例間の差異について詳細に説明する。

すなわち図１には、電子回路の第１実施例、正確に言えば第１の給電電圧ＶＳ１の不正確さｘ１を表している電圧信号Ｕを用意するための第１実施例が示されている。第１の給電電圧ＶＳ１の大きさの方が第２の給電電圧ＶＳ２より大きい場合には図１に示されている第１実施例では電圧信号Ｕは第１の給電電圧ＶＳ１とアースとの間に挿入されている有利には高度に正確な分圧器Ｒ１，Ｒ２を用いて実現されるようになっている。その際電圧信号Ｕは直列に接続されている抵抗またはインピーダンスＲ１，Ｒ２間の接続点１４０で最初アナログ形において取り出される。このアナログ電圧信号Ｕは次に第２のアナログ／デジタル変換器１２２によって電圧信号Ｕにおいてデジタル化される。ここで、アナログ電圧信号もデジタル化された電圧信号も第１の給電電圧ＶＳ１の不正確さｘ１を表していることを指摘しておくことが重要である。更に、第２のアナログ／デジタル変換器１２２は第１のアナログ／デジタル変換器１２１と同じに、ｘ２の不正確さを有している第２の給電電圧ＶＳ２によって作動されることに留意することが重要である。このようにして計算されたデジタル化された電圧信号Ｕは次いで補正装置１２７、より正確に言えば第２のメモリエレメント１２７ｂに読み込まれかつそれから先に図２を参照して説明したように、更に処理される。

電圧信号Ｕを生成するための上に説明した第１の実施例の他に、図１は、センサ装置１１０によって用意されたアナログ測定信号の電圧制限を実施するための第１の実施例を記述している。この測定信号の振幅の制限は、第１の給電電圧ＶＳ１が、アナログ測定信号が引き続き処理されることになっている信号検出装置１２０を作動する第２の給電電圧ＶＳ２よりも著しく大きいものと前提していることから必要である。第１の実施例によれば電圧制限はセンサ装置１１０に配属されている特性曲線制限装置１１２によって行われる。この場合センサ装置１１０の出力側と第１のアナログ／デジタル変換器１２１との間の接続線路に通例、電流制限のためのまたはインピーダンス整合のための１つの抵抗Ｒが必要なだけである。

図３にはデジタル化された電圧信号Ｕを用意するための第２の実施例およびアナログ測定信号に対する必要な電圧制限を実施するための第２の実施例が示されている。

図３によれば、デジタル化された電圧信号Ｕは、不正確さｘ２を有する第２の給電電圧ＶＳ２が第２のアナログ／デジタル変換器１２２’を用いてデジタル化されるようにしても実現することができる。その際この第２のアナログ／デジタル変換器１２２’が不正確さｘ１を有している第１の給電電圧ＶＳ１によって作動されることが重要である。第２のアナログ／デジタル変換器は例えば第２の信号検出装置１２０’に設けられていてよく、その際この第２の信号検出装置は有利には第１の信号検出装置１２０と一緒に制御装置に集積されている。デジタル化された電圧信号Ｕの実現のためのこの第２の実施例では、この第２のアナログ／デジタル変換器１２２’によって場合により既に存在している構成要素を使用できかつその場合には高精度の故に比較的高価な分圧器Ｒ１，Ｒ２を使用しないですむという利点が得られる。

更に図３には、アナログ測定信号の電圧制限を実施するための択一的な態様が開示されている。図３に示されているようにこの制限は、センサ装置１１０の出力側とアナログ／デジタル変換器１２１の入力側との間に設けられている分圧器回路１４０によって行われる。この第２の実施例では第１の実施例では設けられている特性曲線制限部１１２が基本的に不要である。

図４ａ、図４ｂおよび図４ｃは分圧回路１４０の形態に対する種々の変形例を示している。

すなわち図４ａは、分圧回路１４０が抵抗Ｒ３’とＲ４’とから成る簡単な分圧器で構成されている第１の変形例を示している。これら２つの抵抗Ｒ３’およびＲ４’はセンサ装置の出力側に対してアースに向かって直列に接続されている。これらは、これらの間のタップ１４２’でその最大振幅の大きさが第２の給電電圧ＶＳ２に相応している部夏されたアナログ測定電圧が取り出されるように回路定数が定められている。この２つの別個の抵抗Ｒ３’およびＲ４’に代わって、中間タップを有する一体の抵抗を使用することも勿論可能である。この場合は許容偏差の点でもしくはタップの精度の点で有利である。

図４ｂに示されている、分圧回路１４０を実現するための第２の変形例１４０”では抵抗もしくはインピーダンスＲ３”，Ｒ４”は第１の変形例の場合の抵抗Ｒ３’およびＲ４’と同じ機能を有している。しかし第１の変形例とは異なって、第２の変形例は付加的に、センサ装置１１０の出力側に並列に接続されている抵抗Ｒ５”を使用している。これはインピーダンス整合のために用いられる。

出力段がプルアップ抵抗によって作動されなければならないセンサ装置に対しては、分圧回路１４０に対する第３の変形例１４０’”が設定されている。ここでも抵抗Ｒ３’”およびＲ４’”が変形例１を参照して既に説明したのと同じ分圧器機能を充足する。しかし付加的にその一端がセンサ装置１１０の出力側と抵抗Ｒ３”’との間に接続されておりかつ他端が電圧ＶＰ、例えばＶＳ１に接続されているプルアップ抵抗Ｒ５”’が設けられている。

それが特性曲線制限装置１１２の形であれ、分圧器回路１４０に対する変形例の形であれ、電圧制限により、これまでの給電電圧レベルを有するこれまでのセンサ装置を、比較的低い給電電圧レベルによって信号検出装置が作動されるときでも引き続き使用することができることになる。

補正装置１２７の上述した構成もしくは上述した作動法は有利にはコンピュータプログラムを用いて実現される。このコンピュータプログラムは有利には、デジタル測定信号を補償するための方法を、この方法が計算装置、殊に制御装置のマイクロコントローラに実現されるときに実施するのに適しているプログラムコードを有している。その場合プログラムコードは殊に、時点ｎでの第１および第２のメモリエレメント１２７ａ，１２７ｂの内容からの正規化係数Ｎの計算並びに時点ｎにおける第１のメモリエレメント１２７ａと正規化係数Ｎとの後続の乗算を含んでいる。この種のソフトウェア実現の場合、コンピュータプログラムもしくはプログラムコードは場合によっては信号検出装置に対する別のコンピュータプログラムと一緒にコンピュータ読み出し可能なデータ担体に記憶されているようにすることが可能である。データ担体はディスケット、コンパクトディスク（いわゆるＣＤ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭまたはＥＥＰＲＯＭであってよい。その場合担体に記憶されているコンピュータプログラムは製品として顧客に販売されるようにするとよい。更にソフトウェア実現の場合、プログラムコードを場合により別のコンピュータプログラムと一緒にデータ担体の助けを借りずに電子的な通信ネットワーク、殊にインターネットを介して顧客に伝送しかつ販売するようにすることができる。

測定データ検出のための電子回路の第１実施例のブロック回路図本発明の補正装置の構成を示すブロック回路図電子回路の第２の実施例を示すブロック回路図分圧器回路の第１実施例を示す回路略図分圧器回路の第２実施例を示す回路略図分圧器回路の第３実施例を示す回路略図

Claims

− センサ装置（１１０）によって検出された測定量を表しているアナログ測定信号を用意するための少なくとも１つのセンサ装置（１１０）を備え、
− アナログ測定信号のデジタル化のための第１のアナログ／デジタル変換器（１２１）を備えている信号検出装置（１２０）を備え、
− 不正確さｘ１を有するセンサ装置（１１０）に対する第１の給電電圧（ＶＳ１）を用意するための第１の電圧源（１３２）と不正確さｘ２を有する信号検出装置（１２０）に対する第２の給電電圧（ＶＳ２）を用意するための第２の電圧源（１３４）とを有する電圧給電装置（１３０）を備え、ここで不正確さｘ１，ｘ２は測定信号に伝えられる
測定量検出のための電子回路において、
信号検出装置（１２０）は、第１の給電電圧の不正確さｘ１を表しているデジタル化された電圧信号（Ｕ）に応答して不正確さｘ１および／またはｘ２がデジタル化された測定信号に及ぼす影響を補償しかつ該補償から結果生じる補償されたデジタル化された測定信号（Ｍ）を出力するための補正装置（１２７）を有している
ことを特徴とする電子回路。
補正装置（１２７）は、
− 第１のアナログ／デジタル変換器（１２１）の出力値を記憶するための第１のメモリエレメント（１２７ａ）を備え、
− デジタル化された電圧信号（Ｕ）の値を記憶するための第２ののメモリエレメント（１２７ｂ）を備え、
− ２つのメモリエレメント（１２７ａ，１２７ｂ）の内容から導出された正規化係数（Ｎ）を用意するための正規化装置（１２７ｄ）を備え、正規化係数は不正確さｘ１および／またはｘ２に対する補数を表しており、かつ
− 第１のメモリエレメント（１２７ａ）の内容と正規化係数Ｎとを乗算することにより補償されたデジタル化された電圧信号（Ｍ）を生成するための乗算装置（１２７ｃ）を備え、ここで第１のメモリエレメントの内容は、正規化係数Ｎの計算のために遅延エレメント（１２７ｃ）を通って与えられる持続時間だけ遅延されて乗算装置（１２７ｃ）に供給される
請求項１記載の電子回路装置。
正規化係数Ｎは正規化装置（１２７ｄ）によって次のように計算される：
Ｎ＝第１のメモリエレメントの内容／第２のメモリエレメントの内容
請求項２記載の電子回路装置。
第１の給電電圧（ＶＳ１）が第２の給電電圧（ＶＳ２）より大きいとき、
第１の給電電圧（ＶＳ１）の不正確さｘ１を表している電圧信号（Ｕ）を第１の給電電圧（ＶＳ１）の割り算により得るための第１の分圧器回路（Ｒ１，Ｒ２）を備え、その際有利には割り算は電圧信号（Ｕ）の大きさが第２の給電電圧（ＶＳ２）に相応するような比において行われ、かつ
第２の給電電圧（ＶＳ２）によって作動される、電圧信号（Ｕ）をデジタル化するための第２のアナログ／デジタル変換器（１２２）を備え、ここで第２のアナログ／デジタル変換器（１２２）は有利には信号検出装置（１２０）に配属されている
請求項１から３までのいずれか１項記載の電子回路装置。
第１の給電電圧（ＶＳ１）によって作動される第２の信号検出装置（１２０’）を備え、該信号検出装置は第１の給電電圧（ＶＳ１）の不正確さｘ１を表している電圧信号（Ｕ）を第２の給電電圧（ＶＳ２）のデジタル化により生成するための第３のアナログ／デジタル変換器（１２２’）を有しており、ここで該第３のアナログ／デジタル変換器（１２２’）も第１の給電電圧（ＶＳ１）によって作動される
請求項１から３までのいずれか１項記載の電子回路装置。
第１の給電電圧（ＶＳ１）が第２の給電電圧（ＶＳ２）より大きいとき、センサ装置（１１０）は、センサ装置（１１０）の出力電圧が第２の給電電圧（ＶＳ２）の大きさに制限されるようにする特性曲線制限装置（１１２）を有している
請求項１から５までのいずれか１項記載の電子回路装置。
センサ装置（１１０）によって用意される測定信号を、該測定信号が第２のアナログ／デジタル変換器（１２１）に送出される前に分割するための第２の分圧器回路（１４０’，１４０”および１４０”’）を備えている
請求項１から５までのいずれか１項記載の電子回路装置。
第２の分圧器回路（１４０’）はセンサ装置（１１０）の出力側とアースとの間に接続されている分圧器（Ｒ３’，Ｒ４’）を有し、第分圧回路からタップ（１４２’）が信号検出装置（１２０）の第１のアナログ／デジタル変換器（１２１）の入力側に接続されている
請求項７記載の電子回路装置。
第２の分圧器回路（１４０”）はセンサ装置（１１０）の出力側とアースとの間に接続されているプルダウンインピーダンス（Ｒ５”）およびこれに対して並列に分圧器（Ｒ３”，Ｒ４”）を有し、第分圧回路からタップ（１４２”）が第１のアナログ／デジタル変換器（１２１）の入力側に接続されている
請求項７記載の電子回路装置。
第２の分圧器回路（１４０’，１４０”および１４０”’）はセンサ装置（１１０）の出力側と第１の給電電圧（ＶＳ１）との間に接続されているプルダウン抵抗（Ｒ５”’）およびセンサ装置（１１０）の出力側とアースとの間に接続されている分圧器（Ｒ３”’，Ｒ４”’）を有し、第分圧回路からタップ（１４２”’）が信号検出装置（１２０）の第１のアナログ／デジタル変換器（１２１）の入力側に接続されている
請求項７記載の電子回路装置。
請求項１の測定データ検出のための電子回路の作動方法、例えばデジタル化された測定信号における不正確さｘ１および／またはｘ２を補償するための、該電子回路の補正装置の作動方法であって、
− 時点ｎにおいてデジタル化された測定信号（Ｍ）の値を記憶し、
− 時点ｎにおいて第１の給電電圧（ＶＳ１）の不正確さｘ１を表している電圧信号（Ｕ）の値を記憶し、
− 時点ｎにおいてその都度、デジタル化された測定信号の値を電圧信号（Ｕ）の値によって割り算することにより正規化係数Ｎを計算し、かつ
− 時点ｎにおいて該正規化係数Ｎとデジタル化された測定信号の値とを乗算することにより補償されたデジタル測定信号（Ｍ）を生成する
というステップを有している方法。
測定データ検出のための電子回路のためのコンピュータプログラムにおいて、
該コンピュータプログラムが計算装置に、例えば制御装置におけるマイクロコントローラに実現されるとき、請求項１１に記載の方法を実施するのに適しているプログラムコードを備えて成るコンピュータプログラム。
プログラムコードはコンピュータ読み取り可能なデータ担体に記憶されている
請求項１１記載のプログラムコード。