JP2009517647A - デジタル信号を処理するための評価回路、デジタル信号の処理方法、およびセンサ装置 - Google Patents

Abstract

デジタル信号を処理するための評価回路において、入力データワードが処理され、出力データワードが出力される評価回路、評価回路におけるデジタル信号の処理方法、センサ装置に関する発明。

Description

従来技術
本発明は、主請求項の上位概念による評価回路に関する。この種の評価回路は刊行物DE19955413から公知である。この種の評価回路は、評価ICまたはASICとも称され、センサ信号を処理するためのものであり、それぞれのアプリケーションの事例に適合されている。例えば、それらの評価回路は所定の測定値範囲と所定の分解能を有し、その測定値範囲と分解能はセンサによって記録された入力信号のパラメータに、特に入力信号の最大レベルに適合されている。従って、種々異なるアプリケーションで種々異なる入力信号が生じる場合、通常は種々異なるセンサと評価回路が必要である。これはそれぞれ所要の測定値範囲と分解能を使用できるようにするためである。さらに、所定のアプリケーションでは入力信号ピークが発生することがある。すなわちこの入力信号ピークは、測定値範囲が固定されている場合、分解能での相応の損失なしには表示することができない。

さらに不利なことには、センサのダイナミックレンジが比較的制限されている。

本発明の利点
それに対し、主請求項の特徴的構成を備える本発明の評価回路の利点は、多種のセンサを、ただ１つの形式の評価回路を用いて、先述の欠点なしに、様々なアプリケーションに、特に種々異なる測定値範囲、感度、分解能を以て使用できることである。そのために本発明の評価回路は、複数の信号路を有し、それらの信号路にはそれぞれパラメータのセットが割り当てられている。このパラメータは例えばそれぞれの信号路の増幅度、測定値範囲および/または分解能を規定する。このことにより本発明の評価回路は格段に大きなダイナミックレンジを有する。したがって有利には、原理的に使用可能なセンサのダイナミックレンジをより効率的に使用できる。さらに本発明の評価回路は、フレキシブルに使用でき、型式の多様性は減少する。入力データワードは本発明によると、信号路の少なくとも1つによって処理データワードに処理される。この入力データワードは、複数の、特に全ての信号路によって処理することができる。データワードとは、一般にデジタルデータ集合と理解すべきであり、入力データワードとは、当業者に公知であるアナログ/デジタル変換器（シグマデルタ変換器）を用いたデジタル化によってアナログ信号から得られたデータ集合と理解するべきである。

信号路の数並びにパラメータセットの設定は、それぞれの使用分野ないしはアプリケーションに適合することができる。信号路の数は、理論的には任意の大きさである。実際のアプリケーションでこの数は、信号路1つあたりに相応の分解能を備える必要な測定値範囲によって制限されている。例えば慣性センサ、メディアセンサ、または圧力センサに対する公知のアプリケーションでは、意味のある信号路の使用可能数は典型的には２つから４つである。パラメータセットは、通常は既に本発明の評価回路を製造する際に、各信号路に割り当てられている。しかし本発明の評価回路を、差し当たりパラメータセットを割り当てることなしに製造し、後でそれぞれのアプリケーションに応じて、一回限りの初期化の過程でパラメータセットを設定することも考えられる。同業者であれば、その際に個々の不要な信号路も遮断できることを理解できる。従って、本発明の評価回路は特に低コストで製造可能であり、部材の多様性が低減される。

従属請求項に記載された手段によって、請求項に示す評価回路、処理方法、センサ装置を有利に更に発展させ、改善することができる。

評価回路は、有利な実施形態では閾値スイッチを有し、この閾値スイッチは入力データワードに依存して信号路の１つを選択するか、または入力データワードに依存して信号路の処理データワードの１つを出力データワードとして取り出す。したがって入力データワードは、例えば所定の閾値を上回る際には、信号路が通過する前に、これらの信号路の１つに割り当てておくことができる。択一的に、閾値スイッチは信号路に後置することができ、そこで全ての信号路により並列に処理された処理データワードを、相応の方法で取り出すことができる。このデジタル信号は、評価ないし選択をこのように内部で集積的に行えば、外部からの操作なしで相応の信号路により処理される。従ってこの実施形態は、とりわけ簡単かつ単純に使用できる。様々に処理された出力データワードからなる出力信号は、後で復元することができる。そのために処理データワードには、コード、例えば信号路に関する情報が付加される。

別の有利な実施形態では、評価回路はインターフェースを有する。このインターフェースを介して、信号路の少なくとも１つを、入力データワードを処理するために外部から選択することができる。または処理データワードの少なくとも１つを出力データワードとして出力するために外部から選択することができる。所望の信号路は、制御装置のマイクロコントローラにより、例えばいわゆるシリアル周辺機器インターフェースSPIを介して選択することができる。各信号路はアドレス指定される。ないしは所定のSPI命令を介して制御することができる。これらの実施形態ではユーザは有利にも、信号路を選択することができる。ただ１つの信号路を選択する場合、処理データワードのコードは必要ない。なぜならそれぞれ選択された信号路は既知だからである。当業者であれば理解できることだが、１つの入力データワードを複数の信号路によって処理することから生じる、コード化された複数の処理データワードは、１つの出力データワードとして出力することができる。したがって、処理データワードの選択が行われず、全ての処理データワードが信号路に関する付加情報と共にコード化され、共通に１つの出力データワードを形成する本発明の実施形態は特に単純である。選択は例えばマイクロコントローラにより後からいつでも可能である。

独立方法クレームの特徴的構成を備える本発明の方法の利点は、センサデータがただ1つの評価回路を用い、種々異なるアプリケーションに対して種々異なる測定値範囲、感度、および分解能を以て使用できることであり、またセンサのダイナミックレンジをより効率的に使用し尽くすことができることである。

入力データワードには、有利には信号路の１つが閾値スイッチにより割り当てられる。択一的に、出力データワードは閾値スイッチによって、処理データワードから取り出される。このように信号路を内部で集積的に選択することは、外部からの制御を必要としない。

本発明の方法の別の実施形態では、信号路の少なくとも１つが、入力データワードを処理するために外部から選択されるか、または処理データワードの少なくとも１つが、出力データワードとして出力するために外部から選択される。この選択は、例えば制御装置のマイクロコントローラへの評価回路のインターフェースを介して行われる。

特に有利には、処理データワードには、その処理の際に、処理を行う各信号路についての情報が付加される。特に相応するパラメータセットに関する情報、すなわち増幅率および/または測定値範囲に関する情報が付加される。デジタルデータでは、付加的な情報の追加および結合は非常に容易に行うことができる。同様に有利には、出力データワードは任意の数の処理データワードから、付加情報と共に形成される。付加情報により、いつでもデータを復元することができる。特に出力データワードは、全ての処理データワードから付加情報と共に形成することができる。このような方法は、差し当たり選択が必要なく、したがって特に簡単に実施することができる。

例えば比較的後の時点で特に有利には、出力データワードから処理データワードの１つが、さらに処理するために選択される。このことは特に付加情報に基づいて行われ、最適の分解能を備える処理データワードをそれぞれ選択することができる。

本発明の別の対象はセンサ装置であり、このセンサ装置は少なくとも１つのセンサと、本発明の評価回路を備え、場合によりアナログセンサ信号をデジタルセンサ信号に変換する変換器を有する。このデジタルセンサ信号は本発明の方法に従って、評価回路により評価することができる。これにより有利には、種々異なる測定値範囲に対する多機能センサを１つの構成素子に組み込むことが可能となり、しかも分解能や測定値範囲に損失が生じない。

実施例
本発明の実施例を図示し、後述の記載で詳細に説明する。

図１は、本発明の第1の実施形態の概略図である。
図２は、択一的実施形態の概略図である。
図３ａと３ｂは、図１の実施形態の使用例である。

図１は、本発明の評価回路４ないしは本発明の方法の処理概略図である。デジタル入力信号５は、一連の入力データワード５であり、例えば本図に示されていないセンサのデジタル測定値である。入力信号５は、セレクタ９並びに閾値スイッチ７の両方に入力される。閾値スイッチ７は、入力データワード５によって表される測定値と、それぞれの信号路１，２，３に対応した所定の測定値範囲とを比較し、各入力データワード５に対して予定された信号路１，２，３を検出する。各信号路にはそれぞれ異なったパラメータセットが割り当てられており、このパラメータセットは信号処理の形式を定める。図示の例では、評価回路４は３つの信号路１，２，３を有する。相応にして３つの測定値範囲が設けられており、従って閾値スイッチ７はそれぞれ入力データワード５に依存して、どの測定値範囲に、ひいてはどの信号路１，２，３に、目下のデータワード５を割り当てるべきかを決定する。しかし測定値範囲および属する信号路には、それ以外の数も考えられる。閾値スイッチ７はセレクタ９を、線１０で示された接続を介して制御する。セレクタ９では入力データワード５が信号路１，２，３の１つに処理するために割り当てられる。信号路１，２，３によって入力データワード５に依存して処理データワード２１，２２，２３はディセレクタ１４で再び１つの信号６に統合される。後でデータワード６を評価できるようにするためには、各処理データワード２１，２２，２３にそれぞれ割り当てられた情報１１，１２，１３が必要である。この情報は、どの信号路１，２，３が出力データワード６を通過させたかを指示する。これらの情報１１，１２，１３はデジタルコードとして、それぞれ処理データワード２１，２２，２３に付加される。これらのいわゆるヘッダ情報はパラメータセット、すなわち例えば各信号路１，２，３の測定範囲や増幅率を含むことができる。この信号路は、パラメータが発生する基準を含むこともできる。当業者であれば、閾値スイッチ７がセレクタ９の代わり、もしくは付加的にディセレクタ１４を制御することができることは認識しており、このことは破線１５で示されている。この場合、入力データワード５はセレクタ９ですべての信号路１，２，３を介して同時に導かれ、引き続き３つの処理データワード２１，２２，２３がヘッダ情報１１，１２，１３と共にディセレクタ１４に入力されることとなる。閾値スイッチは入力データワード５のレベルに基づいて、処理データワード２１，２２，２３の１つをヘッダ情報１１，１２，１３と共に、出力データワード６として選択する。

図２には、本発明の評価回路４並びに本発明の方法の択一式実施形態が、同様に概略的に示されている。入力データワード５は並列に各信号路１，２，３を介して処理される。これにより、３つの処理データワード２１，２２，２３と、それぞれ付加されたヘッダ情報１１，１２，１３が得られ、これらの情報はデータワード６として使用される。

別の実施形態では、評価回路４はインターフェース８を有し、インターフェース８は処理データワード２１，２２，２３のいずれかを選択することができ、そのデータワードは出力データワード６として出力される。当業者であれば、この場合ヘッダ情報１１，１２，１３が必要ないことが分かるが、それは外部から選択するユーザには選択された信号路１，２，３が既知だからである。選択は、例えば本図に示されていない制御装置のマイクロコントローラにより行うことができる。

ユーザによる選択は、信号路１，２，３の前でも同じように行うことができる。図１の閾値スイッチ７は例えばインターフェース８と置換可能であろう。この場合、信号路１，２，３の１つだけを通過することになり、出力データワード６のコード化は必要ないこととなる。

これに対して、処理データワード２１，２２，２３に、それぞれ通過する信号路１，２，３に関する情報１１，１２，１３が付加される場合、全ての処理データワード２１，２２，２３が、属するヘッダ情報１１，１２，１３と共に出力データワード６を共通に形成する。この場合、選択は差し当たり行われない。出力データワード６からなる出力信号は、任意の後の時点で、例えばマイクロコントローラによって、ヘッダ情報１１，１２，１３に基づいてさらに処理され、例えば表示される。

ヘッダ情報１１，１２，１３を用いて測定値をマッピングないし復元する例が図３ａおよび３ｂに示されている。入力信号６は正弦波信号であり、デジタル化される。すなわち、データワード６で本発明である評価回路４によって、図１による実施例では処理される。閾値スイッチ７は入力データワード５を信号路１，２，３の1つに割り当てる。出力データワード６からなる出力信号は、図３ａの線図で時間３０上に示されている。この信号は不連続である。なぜなら所定の閾値を上回る際または下回る際に、他のパラメータセットを備えた他の信号路に切り替えられるからである。所定の絶対値を上回る際にそれぞれ切り替えられることがわかる。所定の絶対値を超える毎に切り替えが行われることが分かる。その際、絶対値の大きな測定値の範囲に対しては、比較的広い測定値範囲と比較的小さい増幅率が適用される。これにより出力信号は一方ではより低くなり、他方ではより平坦に経過する。各出力データワード６は測定値範囲および増幅率を付加情報として含むので、元の入力データワード５の曲線５‘が復元される。このことは図３ｂの線図に示されており、この図は元の正弦波入力信号を示す。このようにして例えば、加速度を測るための組み合わされたセンサ装置が実現され、小さい加速度を高い分解能と狭い測定値範囲により検出し、処理し、同様にして、大きな加速度を低い分解能と広い測定値範囲により検出し、処理する。

図１は、本発明の第1の実施形態の概略図である。 図２は、択一的実施形態の概略図である。 図３ａと３ｂは、図１の実施形態の使用例である。

Claims (10)

1. 入力データワード（５）を処理し、出力データワード（６）を出力する、デジタル信号を処理する形式の評価回路（４）において、
   該評価回路は複数の信号路（１，２，３）を有し、かつ前記入力データワード（５）を少なくとも信号路（１，２，３）の１つによって処理し、
   前記各信号路（１，２，３）にはパラメータのセットが割り当てられており、
   前記入力データワード（５）に前記それぞれの信号路の前記パラメータに依存して種々異なる処理が施され、１つの処理データワード（２１，２２，２３）に処理される、
   ことを特徴とする評価回路（４）。
2. 前記評価回路（４）は閾値スイッチ（７）を有し、
   該閾値スイッチは、前記入力データワード（５）を前記信号路（１，２，３）の１つに割り当てるか、または出力データワード（６）を、前記処理データワード（２１，２２，２３）から取り出す、請求項１記載の評価回路（４）。
3. 前記評価回路（４）はインターフェース（８）を有し、
   該インターフェースを介して、前記信号路（１，２，３）の少なくとも１つが、前記入力データワード（５）を処理するために外部から選択されるか、または前記処理データワード（２１，２２，２３）の少なくとも１つが、前記出力データワード（６）として出力するために外部から選択される、請求項１または２記載の評価回路（４）。
4. 評価回路（４）により入力データワード（５）が処理され、出力データワード（６）が出力される、評価回路（４）におけるデジタル信号の処理方法において、
   前記評価回路（４）は複数の信号路（１，２，３）を有し、
   前記入力データワード（５）が前記信号路（１，２，３）の少なくとも１つを介して処理され、
   前記各信号路（１，２，３）に対してパラメータのセットが割り当てられており、
   前記入力データワード（５）に、前記それぞれの信号路（１，２，３）によって前記パラメータに依存して種々異なる処理が施され、1つの処理データワード（２１，２２，２３）に処理される、
   ことを特徴とする処理方法。
5. 前記入力データワード（５）に、前記信号路（１，２，３）の１つが閾値スイッチ（７）により割り当てられるか、
   または前記出力データワード（６）が前記閾値スイッチ（７）によって、前記処理データワード（２１，２２，２３）から取り出される、請求項４記載の処理方法。
6. 前記評価回路（４）のインターフェース（８）を介して、前記信号路（１，２，３）の少なくとも１つが、前記入力データワード（５）を処理するために外部から選択されるか、または前記処理データワード（２１，２２，２３）の少なくとも１つが、出力データワード（６）として出力するために外部から選択される、請求項４または５記載の処理方法。
7. 前記処理データワード（２１，２２，２３）には、その処理の際に、処理を行う各信号路（１，２，３）についての情報（１１，１２，１３）が付加される、請求項４から６までのいずれか一項記載の処理方法。
8. 前記出力データワード（６）は、任意の数の前記処理データワード（２１，２２，２３）から、前記付加情報（１１，１２，１３）と共に形成される、請求項４から７までのいずれか一項記載の処理方法。
9. 前記出力データワード（６）から前記処理データワード（２１，２２，２３）の１つが、有利には付加情報（１１，１２，１３）に基づいて更に処理するために選択される、請求項４から８までのいずれか一項記載の処理方法。
10. 少なくとも１つのセンサと、請求項１から３のいずれか一項記載の評価回路（４）を備え、場合によりアナログ信号をデジタル信号に変換する変換器を有し、デジタル信号が、請求項４から９のいずれか一項記載の処理方法に従い、該評価回路（４）によって評価される、センサ装置。

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