DE10318602A1

DE10318602A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Einstellen des Signal/Rausch-Verhältnisses in einem Meßsystem

Info

Publication number: DE10318602A1
Application number: DE2003118602
Authority: DE
Inventors: Dirk Dr. Hammerschmidt
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2003-04-24
Filing date: 2003-04-24
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2023-04-25
Also published as: DE10318602B4

Abstract

Eine Vorrichtung zum Einstellen des Signal/Rausch-Verhältnisses zwischen einem Signalpegel und einem Rauschpegel eines Meßsignals in einem Meßsystem (10) zum Erfassen einer Meßgröße und Ausgeben des von der Meßgröße abhängigen Meßsignals, wobei das Signal/Rausch-Verhältnis von einer ersten Einflußgröße und von einer zweiten Einflußgröße abhängt, umfaßt eine Erfassungseinrichtung (14) zum Erfassen eines Werts der ersten Einflußgröße und eine Einstelleinrichtung (18) zum Einstellen eines Werts der zweiten Einflußgröße abhängig von Wert der ersten Einflußgröße, um dadurch das Signal/Rausch-Verhältnis einzustellen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einstellen des Signal/Rausch-Verhältnisses in einem Meßsystem, wobei das Signal/Rausch-Verhältnis von mehreren Einflußgrößen abhängt.

Das Signal/Rausch-Verhältnis, das im Hinblick auf eine logarithmische Darstellung oft auch als Signal-/Rauschabstand bezeichnet wird, ist ein wichtiger Parameter bei allen Arten von Messungen. Oft kann das Signal/Rausch-Verhältnis um den Preis einer Erhöhung des apparativen Aufwands, einer Vergrößerung des Zeitbedarfs, eines erhöhten Leistungsbedarfs oder einer Verschlechterung anderer Parameter erhöht werden. Es existieren jedoch zahlreiche Anwendungen, bei denen ein vorbestimmtes oder ein möglichst hohes Signal/Rausch-Verhältnis mit einem möglichst geringen apparativen Aufwand bei geringem Zeitbedarf und geringem Leistungsbedarf erzielt werden muß. Dazu zählen unter anderem Messungen mit batteriebetriebenen Meßsystemen, beispielsweise Meßsysteme zur Erfassung und Überwachung des Reifendrucks in Fahrzeugreifen.

Eine Maßnahme zur Erzielung eines geringen Leistungsbedarfs und eines hohen Signal/Rausch-Verhältnisses ist es, als Anregungsspannung für einen Sensor unmittelbar die Batteriespannung zu verwenden und sowohl auf eine Erzeugung einer Anregungsspannung, die höher als die Batteriespannung ist, als auch auf eine Stabilisierung der Anregungsspannung (auf einen Wert, der niedriger als die Batteriespannung ist) zu verzichten. Damit werden der Leistungsbedarf und der apparative Aufwand eines Spannungsgenerators, einer Ladungspumpe, einer Spannungsstabilisierungsschaltung oder ähnlicher Schaltungen eingespart. Ein Nachteil ist, daß die Betriebsspannung bzw. die Batteriespannung dann in der Regel aber einen unmit telbaren Einfluß auf das Signal/Rausch-Verhältnis der Messungen des Meßsystems hat. Ein Einfluß der Betriebsspannung oder der Batteriespannung existiert ferner in zahlreichen Fällen, in denen beispielsweise möglichst einfache oder hinsichtlich ihres Leistungsbedarfs optimierte Schaltungen zur Erzeugung der Anregungsspannung des Sensors oder auch einer Versorgungsspannung eines Verstärkers oder einer anderen nachgeschalteten Komponente verwendet werden. Dies ist besonders dann oft der Fall, wenn die zu erzeugende Anregungsspannung innerhalb der Grenzen der Betriebsspannung möglichst groß sein soll, um ein größtmögliches Sensorsignal zu erzeugen.

Eine weitere Einflußgröße, die in der Regel den Rauschpegel oder den Signalpegel und damit das Signal/Rausch-Verhältnis beeinflußt, ist die Temperatur des Sensors, des nachgeschalteten Verstärkers und weiterer nachgeschalteter Schaltungen. Insbesondere ist die Temperatur ein wesentlicher Faktor, der die Größe des weißen Rauschens bestimmt.

Sowohl die Batteriespannung als auch die Temperatur oder auch weitere, oben nicht erwähnte Einflußgrößen sind in vielen Fällen nicht beeinflußbar, können aber stark variieren. Beispielsweise nimmt die Batteriespannung einer Batterie im Laufe ihrer Lebensdauer und vor allem gegen Ende ihrer Lebensdauer mit zunehmender Entladung ab. Oft ist die Batteriespannung auch von der Temperatur der Batterie abhängig, die wiederum durch die Umgebungstemperatur beeinflußt wird. Die Temperatur des Sensors sowie der nachgeschalteten elektronischen Schaltungen ist ebenfalls eine Funktion der Umgebungstemperatur, die bei vielen Anwendungen um viele 10 Kelvin variieren kann.

Bei dem oben bereits erwähnten Reifendruckmeßsystem ist beispielsweise ein kapazitiver Sensor in einer kapazitiven Meßbrücke angeordnet, deren Anregungsspannung aus den erwähnten Gründen gleich der Batteriespannung ist oder mit einer einfachen Schaltung aus dieser gewonnen wird. Die Batterie spannung geht in diesem Fall als Proportionalitätsfaktor direkt in die Größe des Meßsignals, also der Ausgangsspannung der Meßbrücke, ein oder beeinflußt sie zumindest. Die Temperatur des Reifens und damit des Meßsystems kann im Winter weit unter 0° liegen und beispielsweise bis zu –30°C und darunter betragen. Bei starker und direkter Sonneneinstrahlung kann die Temperatur im Sommer beispielsweise bis zu 70°C und darüber betragen. Im Fahrbetrieb kommt noch eine Erwärmung durch Reibung mit der Fahrbahn, durch Reibung bzw. Walkarbeit innerhalb des Reifens und durch Abwärme des Bremssystems. Innerhalb dieses extremen Temperaturbereichs ist folglich das thermisch bedingte Rauschen des Meßsystems starken Schwankungen unterworfen.

Um unter allen Betriebsbedingungen, d. h. sowohl bei voller Batterie als auch bei weitgehend entladener Batterie und sowohl bei niedrigen als auch bei sehr hohen Temperaturen des Meßsystems, ein vorbestimmtes minimales Signal/Rausch-Verhältnis zu erzielen, werden das Meßsystem und dessen Parameter herkömmlich für ein Worst-Case-Szenarium bzw. für den ungünstigsten Fall der Betriebsbedingungen ausgelegt. Während der meisten Zeit der Lebensdauer der Batterie ist die Batteriespannung jedoch deutlich höher als am Ende der Lebensdauer. Ferner ist die Temperatur des Meßsystems in der Regel niedrig oder moderat und nimmt nur in Ausnahmefällen die in dem Worst-Case-Szenarium angenommenen Werte an. Beispielsweise geht man üblicherweise davon aus, daß ein Auto bei einer Lebensdauer von 10 Jahren mehr als 90% dieser Zeit geparkt ist. Das Meßsystem und seine Parameter, beispielsweise ein Bias- bzw. Vorspannungsstrom, eine Bias-Spannung bzw. Vorspannung, die Bandbreite oder Grenzfrequenz eines Filters etc., sind deshalb für den größten Teil der Betriebszeit des Meßsystems überdimensioniert. Mit dieser Überdimensionierung geht jedoch auch ein unnötig hoher Leistungsbedarf oder ein unnötig hoher apparativer Aufwand einher.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung, ein Verfahren und ein Computerprogramm zum Einstellen des Signal/Rausch-Verhältnisses in einem Meßsystem zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 13 bzw. ein Computerprogramm nach Anspruch 21 gelöst.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Einstellen des Signal/Rausch-Verhältnisses zwischen einem Signalpegel und einem Rauschpegel eines Meßsignals in einem Meßsystem zum Erfassen einer Meßgröße und Ausgeben des von der Meßgröße abhängigen Meßsignals, wobei das Signal/Rausch-Verhältnis von einer ersten Einflußgröße und von einer zweiten Einflußgröße abhängt. Die Vorrichtung umfaßt eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Werts der ersten Einflußgröße und eine Einstelleinrichtung zum Einstellen eines Werts der zweiten Einflußgröße abhängig vom Wert der ersten Einflußgröße, um dadurch das Signal/Rausch-Verhältnis einzustellen.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Einstellen des Signal/Rausch-Verhältnisses zwischen einem Signalpegel und einem Rauschpegel eines Meßsignals in einem Meßsystem, das eine Meßgröße erfaßt und das von der Meßgröße abhängige Meßsignal erzeugt, wobei der Rauschpegel von einer ersten Einflußgröße und von einer zweiten Einflußgröße abhängt, mit folgenden Schritten:
Erfassen eines Werts der ersten Einflußgröße; und
Einstellen eines Werts der zweiten Einflußgröße abhängig vom Wert der ersten Einflußgröße, um dadurch das Signal/Rausch-Verhältnis einzustellen.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß das Signal/Rausch-Verhältnis eines Meßsystems in der Regel von mehreren Einflußgrößen abhängt. Einige dieser Einflußgrößen sind durch das Meßsystem nicht oder nicht ohne weiteres oder nicht ohne andere nachteilige Folgen oder nur mit hohem Aufwand beeinflußbar. Dazu zählen beispielsweise oft Umgebungstemperaturen, Versorgungsspannungen oder -ströme. Diese Einflußgrößen werden im folgenden als erste Einflußgrößen bezeichnet. Andere Einflußgrößen sind durch das Meßsystem ohne weiteres oder mit einem vertretbaren Aufwand beeinflußbar. Dazu zählen beispielsweise oft Filterparameter, Verstärkerbandbreiten, Meßzeiten oder Bias-Ströme. Diese Einflußgrößen werden im Folgenden als zweite Einflußgrößen bezeichnet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Idee zugrunde, eine oder mehrere der beeinflußbaren zweiten Einflußgrößen nicht wie im Stand der Technik für ein selten tatsächlich auftretendes Worst-Case-Szenarium fest voreinzustellen, sondern während des Betriebs des Meßsystems jeweils so einzustellen, daß ein vorbestimmtes minimales Signal/Rausch-Verhältnis übertroffen oder vorzugsweise genau erreicht wird. Dazu werden der Wert der ersten Einflußgröße oder die Werte der ersten Einflußgrößen erfaßt bzw. gemessen. Eine oder mehrere der zweiten Einflußgrößen wird bzw. werden dann so verändert, daß das Signal/Rausch-Verhältnis des Meßsystems den vorbestimmten minimalen Wert des Signal/Rausch-Verhältnisses erreicht oder übertrifft.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß ein unnötig hoher Aufwand zur Erzielung eines unnötig hohen Signal/Rausch-Verhältnisses vermieden wird. Da das erzielte Signal/Rausch-Verhältnis mit einem Energie- oder Leistungsbedarf des Meßsystems korreliert ist, resultiert eine erhebliche Energie- oder Leistungsersparnis. Dies wiederum hat beispielsweise bei einem batteriebetriebenen Meßsystem eine entsprechende Verlängerung der Lebensdauer der Batterie zur Folge.

Das Einstellen von einer oder mehreren zweiten Einflußgrößen erfolgt vorzugsweise auf der Grundlage eines (mathematischen) Modells des Signal/Rausch-Verhältnisses. Aus diesem mathematischen Modell ist ein mathematischer Algorithmus, im einfachsten Falle eine einfache Formel bzw. Gleichung, abgeleitet, der ausgeführt wird, um aus den erfaßten Werten der durch das Meßsystem nicht beeinflußbaren Einflußgrößen den einzustellenden Wert oder die einzustellenden Werte der durch das Meßsystem veränderbaren Einflußgrößen zu bestimmen. Alternativ sind in einer zwei- oder mehrdimensionalen Nachschlagtabelle bzw. Look-Up-Table Tupel aus Werten der durch das Meßsystem nicht beeinflußbaren und der einzustellenden Einflußgrößen abgelegt, wobei die Tupel vorzugsweise ebenfalls aus dem mathematischen Modell abgeleitet bzw. gewonnen sind. Alternativ wird der mathematische Algorithmus oder die Nachschlagtabelle empirisch ermittelt.

Der Einfluß der Einflußgrößen auf das Signal/Rausch-Verhältnis ist in der Regel gut verstanden und theoretisch beschrieben. Die erfindungsgemäße Verwendung einer Nachschlagetabelle oder eines mathematischen Algorithmus führt deshalb besonders einfach und zuverlässig zu einer genauen Einstellung des Signal/Rausch-Verhältnisses und gleichzeitig zu einer Minimierung des Leistungsbedarfs des Meßsystems.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Meßsystem mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt schafft die Erfindung ein Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Computer abläuft.

Bevorzugte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
2 ein schematisches Schaltungsdiagramm eines Meßsystems, bei dem die vorliegende Erfindung verwendbar ist; und
3 ein schematisches Schaltungsdiagramm eines weiteren Meßsystems, bei dem die vorliegende Erfindung verwendbar ist.
1 ist eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Ein Meßsystem 10 ist ausgebildet und vorgesehen, um eine Meßgröße zu erfassen und ein von der Meßgröße abhängiges Signal auszugeben. Bei der Meßgröße handelt es sich beispielsweise um einen Druck eines Fluids, d. h. einer Flüssigkeit oder eines Gases, eine Kraft, eine Beschleunigung, eine Temperatur, einen Ort, einen Abstand, einen Winkel, eine Spannung, einen Strom, eine Ladung, eine Frequenz, eine Feldstärke eines elektrischen oder magnetischen Felds, eine Intensität einer elektromagnetischen Strahlung, eine Teilchenflußdichte etc. Das von dem Meßsystem abhängig von der Meßgröße erzeugte Signal weist einen Signalpegel und ein Rauschen mit einem Rauschpegel auf.
Der Signalpegel oder der Rauschpegel und damit das Signal/Rausch-Verhältnis des Meßsystems 10 werden wesentlich durch Betriebsbedingungen eines Abschnitts 12 des Meßsystems 10 beeinflußt. Diese Betriebsbedingungen werden im Folgenden als Einflußgrößen bezeichnet, da sie das Signal/Rausch-Verhältnis des Meßsystems 10 beeinflussen. Der Abschnitt 12 steht im Folgenden für den oder diejenigen Teile des Meßsy stems 10, die zur Erzeugung des Rauschens des Meßsystems in besonderem Maße beitragen. Der Abschnitt 12 umfaßt beispielsweise einen Sensor, einen Vorverstärker, ein Filter, einen Hauptverstärker, einen Komparator, einen Analog-Digital-Wandler etc.
Der Signalpegel oder der Rauschpegel des Meßsystems 10 wird durch mehrere Einflußgrößen beeinflußt. Ein Teil dieser Einflußgrößen ist durch das Meßsystem nicht oder nicht wesentlich oder nicht beliebig oder nicht mit vertretbarem Aufwand durch das Meßsystem einstellbar bzw. beeinflußbar. Diese Einflußgrößen werden im Folgenden als erste Einflußgrößen bezeichnet. Zu ihnen zählen beispielsweise eine dem Meßsystem 10 von außen zugeführt Betriebs- oder Batteriespannung, eine Temperatur des Sensors oder eine Temperatur des Vorverstärkers des Meßsystems 10, die wesentlich von der Temperatur der Umgebung des Meßsystems 10 abhängt.
Andere Einflußgrößen sind einstellbar. Diese werden im Folgenden als zweite Einflußgrößen bezeichnet. Zu den einstellbaren Einflußgrößen zählen beispielsweise Filterparameter, Verstärkerbandbreiten, Meßzeiten, Bias-Ströme, Bias-Spannungen, Abtastfrequenzen, die Anzahl der Einzelmessungen, über die gemittelt wird, etc.
Eine Erfassungseinrichtung 14 ist mit dem Abschnitt 12 des Meßsystems 10 verbunden, um einen momentanen Wert der durch das Meßsystem nicht einstellbaren Einflußgröße oder momentane Werte der durch das Meßsystem nicht einstellbaren Einflußgrößen zu erfassen. Die Erfassungseinrichtung 14 umfaßt beispielsweise einen Temperatursensor, der thermisch mit dem Abschnitt 12 gekoppelt ist, um die Temperatur des Abschnitts 12 zu messen, einen Temperatursensor, der die Umgebungstemperatur mißt, oder einen Spannungssensor, um die Betriebs- oder Batteriespannung, die dem Meßsystem zugeführt wird, zu erfassen. Die Erfassungseinrichtung 14 umfaßt ferner vorzugsweise Einrichtungen zum Verstärken, Filtern, Aufbereiten oder Digitalisieren eines bei der Erfassung der Einflußgröße erzeugten Erfassungssignals umfassen.
Eine Einrichtung 16 ist ausgebildet und vorgesehen, um abhängig von dem erfaßten Wert der ersten Einflußgröße einen einzustellenden Wert einer zweiten Einflußgröße zu bestimmen. Gemäß einer Variante der vorliegenden Erfindung umfaßt die Einrichtung 16 einen Speicher, in dem eine Nachschlagtabelle bzw. Look-Up-Table gespeichert bzw. abgelegt ist. In der Nachschlagetabelle ist einer Mehrzahl von Werten der ersten Einflußgröße jeweils ein Wert der zweiten Einflußgröße zugeordnet, wobei im Fall des Vorliegens von einem der in der Nachschlagtabelle eingetragenen Werte der ersten Einflußgröße der zugeordnete Wert der zweiten Einflußgröße einzustellen ist. Bei einer beschränkten Anzahl von Einträgen wird immer der nächst größere oder der nächst kleinere Eintrag derart ausgewählt, daß mit der gegebenen Schrittweite ein Signal/Rausch-Verhältnis oberhalb des angestrebten bzw. vorgegebenen Minimalwertes eingestellt wird.
Gemäß einer anderen Variante umfaßt die Einrichtung 16 eine Berechnungseinrichtung, die vorgesehen und ausgebildet ist, um mittels eines mathematischen Algorithmus aus dem durch die Erfassungseinrichtung 14 erfaßten Wert der ersten Einflußgröße einen einzustellenden Wert der zweiten Einflußgröße zu bestimmen. Bei dem mathematischen Algorithmus handelt es sich im einfachsten Fall um eine Gleichung bzw. eine Formel bzw. eine mathematische Funktion, deren Eingangsgröße der erfaßte Wert der ersten Einflußgröße und deren Ausgangsgröße der einzustellende Wert der zweiten Einflußgröße ist.
Die Tabelleneinträge der Nachschlagtabelle oder der mathematische Algorithmus sind vorzugsweise aus einem mathematischen Modell des Signal/Rausch-Verhältnisses abgeleitet oder gewonnen, wobei das mathematische Modell die Abhängigkeit des Signal/Rausch-Verhältnisses von den ersten Einflußgrößen und den zweiten Einflußgrößen modelliert. Alternativ sind die Einträge der Nachschlagtabelle bzw. der mathematische Algorithmus empirisch bestimmt.
Eine Einstelleinrichtung 18 ist vorgesehen und ausgebildet, um den durch die Einrichtung 16 bestimmten einzustellenden Wert der zweiten Einflußgröße einzustellen. Dazu steuert die Einstelleinrichtung 18 beispielsweise die Grenzfrequenz, die Ordnung oder einen anderen Filterparameter eines Filters, der das von dem Meßsystem 10 erzeugte von der Meßgröße abhängige Signal oder aber ein Zwischensignal, aus dem das Signal gewonnen wird, filtert. Eine andere mögliche zweite Einflußgröße, deren Wert durch die Einstelleinrichtung 18 eingestellt wird, ist die Bandbreite oder die Verstärkung eines Verstärkers. Weitere Beispiele für zweite Einflußgrößen sind Bias-Ströme, -Spannungen, Meßzeiten, die Anzahl von Messungen, über deren Einzelergebnisse gemittelt wird, etc. Falls es sich bei der ersten Einflußgröße um die Temperatur handelt, kommen als zweite Einflußgröße auch eine Versorgungsspannung, eine Anregungsspannung des Sensors oder die Betriebsspannung des Meßsystems 10 in Frage.
Die Erfassungseinrichtung 14, die Einrichtung 16 und die Einstelleinrichtung 18 sind untereinander durch eine oder mehrere Leitungen oder durch einen Bus verbunden, um den erfaßten Wert der ersten Einflußgröße und den einzustellenden Wert der zweiten Einflußgröße zu übertragen bzw. miteinander auszutauschen. Nachfolgend wird ein Beispiel für die Arbeitsweise der Erfassungseinrichtung 14, der Einrichtung 16 und der Einstelleinrichtung 18 beschrieben.
Der Sensor des Meßsystems 10 erfaßt die Meßgröße so, daß sich unter momentan vorliegenden Betriebsbedingungen ein maximales Signal/Rausch-Verhältnis ergibt. Um mit einfachen Mitteln sicherzustellen, daß das Signal die größtmögliche Amplitude hat, wird als Sensoranregungsspannung die Betriebsspannung oder die Batteriespannung verwendet, die dem Meßsystem 10 von außen zugeführt wird, oder die Sensoranregungsspannung wird durch eine einfache Schaltung aus der Betriebsspannung gewonnen, wodurch sie von dieser abhängig ist.
Das Meßsystem 10 erfaßt die Betriebsspannung als eine erste, von dem Meßsystem 10 nicht veränderbare Einflußgröße. Die Erfassung der Betriebsspannung bedeutet bei vielen Systemen, insbesondere bei batteriebetriebenen Systemen, keinen zusätzlichen Aufwand, da sie ohnehin verlangt bzw. erforderlich ist. Optional wird auch die Temperatur des Meßsystems 10 bzw. von dessen Abschnitt 12 als eine weitere erste Einflußgröße erfaßt. Auch dies bedeutet in der Regel keinen zusätzlichen Aufwand, da ein Erfassung der Temperatur zur Temperaturkompensation bzw. zur Kompensation eines Temperaturgangs des Sensors oder des Meßsystems 10 oft obligatorisch ist.
Typischerweise sind die Ausgangsspannung eines Sensors und damit der Signalpegel des von dem Meßsystem 10 abhängig von der Meßgröße erzeugten Signals proportional zur Anregungsspannung des Sensors. Dies gilt beispielsweise für resistive Meßbrücken oder kapazitive Sensoren. Bei abnehmender Betriebsspannung verringert sich deshalb der Signalpegel. Um dies zu kompensieren, wird eine durch die Einstelleinrichtung 18 einstellbare zweite Einflußgröße so verändert, daß der Einfluß der abnehmenden Betriebsspannung auf das Signal/Rausch-Verhältnis kompensiert bzw. das Signal/Rausch-Verhältnis konstant oder größer als ein vorbestimmter minimaler Wert gehalten wird.
Mit steigender absoluter Temperatur des Meßsystems 10 und insbesondere von dessen Abschnitt 12 nimmt ferner die Amplitude des weißen Rauschens bzw. der Rauschpegel zu. Auch dies verringert das Signal/Rausch-Verhältnis. Vorzugsweise wird daher eine durch die Einstelleinrichtung 18 einstellbare zweite Einflußgröße so verändert, daß der Einfluß der Temperatur auf das Signal/Rausch-Verhältnis ausgeglichen wird.
Umgekehrt wird vorzugsweise bei einer Verbesserung der Betriebsbedingungen, d. h. einer Erhöhung der Betriebsspannung oder einer Verringerung der Temperatur eine durch die Einstelleinrichtung 18 einstellbare Einflußgröße so verändert, daß das Signal/Rausch-Verhältnis nicht unnötig hoch wird, sondern den vorbestimmten minimalen Wert annimmt oder nur wenig darüber liegt. Damit wird Leistung eingespart, die andernfalls für eine unnötig hohe Abtastrate, eine unnötig lange Meßzeit etc. verbraucht würde.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Referenz- bzw. Anregungsspannung des Sensors maximal, d. h. gleich der Batterie- bzw. Betriebsspannung gewählt werden kann, da in Kauf genommen werden kann, daß sie mit abnehmender Betriebsspannung fällt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Erfassung von Temperatur und Betriebsspannung in batteriebetriebenen Sensorsystemen bzw. Meßsystemen in der Regel ohnehin vorgesehen sind und deshalb durch die vorliegende Erfindung mitgenutzt werden können. Bei einer großen Betriebsspannung und damit einer großen Referenz- bzw. Anregungsspannung wird im Vergleich zu einer herkömmlichen Worst-Case-Dimensionierung das erwünschte Signal/Rausch-Verhältnis mit einer kürzeren Meßdauer oder einem geringen Stromverbrauch bzw. Leistungsbedarf erreicht. Dadurch wird die Lebensdauer einer Batterie, die das Meßsystem 10 mit Leistung versorgt, deutlich verlängert. Gleichfalls wird bei einer geringen Temperatur im Vergleich zu einer Worst-Case-Dimensionierung das erwünschte Signal/Rausch-Verhältnis mit einem geringen Stromverbrauch bzw. Leistungsbedarf oder einer verkürzten Meßdauer erreicht. Insbesondere bei Systemen mit langen Standzeiten, während derer die Temperatur des Meßsystems 10 niedrig ist, kann auf diese Weise die Lebensdauer der Batterie deutlich verlängert werden. Beispiele dafür sind Anwendungen in Autos, die nur im Betrieb oder bei starker Sonneneinstrahlung und somit selten hohe Temperaturen erreichen.
2 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm eines Meßsystems, bei dem die vorliegende Erfindung verwendbar ist. Das Meßsystem umfaßt einen kapazitiven Drucksensor mit zwei veränderlichen Kapazitäten C_S1, C_S2. Die beiden Kapazitäten C_S1, C_S2 des Drucksensors sind von einem Fluiddruck, d. h. einem Gas- oder Flüssigkeitsdruck, dem der Drucksensor ausgesetzt ist, abhängig. Die beiden veränderlichen Kapazitäten C_S1, C_S2 des Drucksensors bilden einander diametral gegenüberliegende Zweige einer Brückenschaltung 30. Die beiden anderen einander ebenfalls diametral gegenüberliegenden Zweige der Brückenschaltung 30 werden durch Referenzkondensatoren gebildet, als deren Bezugszeichen ihre unveränderlichen Kapazitäten C_R1, C_R2 verwendet werden.
Ein erster Knoten 32 der Brückenschaltung 30 zwischen dem ersten Referenzkondensator C_R1 und der zweiten veränderlichen Kapazität C_S2 des Sensors ist über einen ersten Umschalter 34 alternativ mit zwei Referenzspannungen +Vref, –Vref gleichen Betrags und entgegengesetzten Vorzeichens verbindbar. Ein zweiter Knoten 36 der Brückenschaltung 30 zwischen dem ersten Referenzkondensator C_R1 und der ersten veränderlichen Kapazität C_S1 des Sensors ist über einen ersten Koppelkondensator C_DAC1, dessen Bezugszeichen wiederum gleich seiner Kapazität ist, und einen zweiten Umschalter 38 entweder mit einer positiven Kompensationsspannung +Vdac oder mit einer negativen Kompensationsspannung –Vdac verbindbar. Die Kompensationsspannungen +Vdac, –Vdac weisen den gleichen Betrag und entgegengesetztes Vorzeichen auf. Sie werden durch einen oder zwei nichtdargestellte Digital-Analog-Wandler erzeugt. Ein dritter Knoten 40 der Brückenschaltung 30 zwischen der ersten veränderlichen Kapazität C_S1 des Sensors und dem zweiten Referenzkondensator C_R2 ist über einen dritten Umschalter 42 entweder mit der positiven Referenzspannung +Vref oder der negativen Referenzspannung –Vref verbindbar. Ein vierter Knoten 44 zwischen dem zweiten Referenzkondensator C_R2 und der zweiten veränderlichen Kapazität C_S ₂ ist über einen zweiten Koppelkondensator C_DAC2 und einen vierten Umschalter 46 entweder mit der positiven Kompensationsspannung +Vdac oder der negativen Kompensationsspannung –Vdac verbindbar.
Der zweite Knoten 36 der Brückenschaltung 30 und der erste Koppelkondensator C_DAC1 sind ferner mit einem nichtinvertierenden Eingang 48 eines OPVs bzw. Differenzverstärkers 50 verbunden. Der vierte Knoten 44 der Brückenschaltung 30 und der zweite Koppelkondensator C_DAC2 sind ferner mit einem invertierenden Eingang 52 des Differenzverstärkers 50 verbunden. Ein erster Ausgang 54 des Differenzverstärkers 50 ist mit einem ersten Signalausgang 56 des Meßsystems verbunden. Der erste Ausgang 54 des Differenzverstärkers 50 ist ferner über einen ersten Schalter 58 mit dem nichtinvertierenden Eingang 48 des Differenzverstärkers 50, dem zweiten Knoten 36 der Brückenschaltung 30 und dem ersten Koppelkondensator C_DAC1 verbindbar. Ein zweiter Ausgang 60 des Differenzverstärkers 50 ist mit einem zweiten Signalausgang 62 des Meßsystems verbunden. Der zweite Ausgang 60 des Differenzverstärkers 50 ist ferner über einen zweiten Schalter 64 mit dem invertierenden Eingang 52 des Differenzverstärkers 50, dem vierten Knoten 44 der Brückenschaltung 30 und dem zweiten Koppelkondensator C_DAC2 verbindbar.
Die erste veränderliche Kapazität C_S1 des Sensors und die Kapazität des ersten Referenzkondensators C_R1 sind so gewählt, daß ihre Differenz möglichst klein ist, und die zweite veränderliche Kapazität C_S2 des Sensors und die Kapazität des zweiten Referenzkondensators C_R2 sind so gewählt, daß ihre Differenz möglichst klein ist. Die Differenzen zwischen der ersten veränderlichen Kapazität C_S1 des Sensors und der Kapazität des ersten Referenzkondensators C_R1 sowie zwischen der zweiten veränderlichen Kapazität C_S2 des Sensors und der Kapazität des zweiten Referenzkondensators C_R2 sind von dem durch den Sensor erfaßten Druck abhängig.
Die Umschalter 34, 38, 42, 46 und die Schalter 58, 64 werden durch ein Taktsignal gesteuert synchron und periodisch alter nierend geschaltet. Jede Taktperiode des Taktsignals besteht aus einer ersten Zeitdauer clock1 und einer zweiten Zeitdauer clock1, die zusammen die Taktperiode bilden. Innerhalb der ersten Zeitdauer (clock1) jeder Taktperiode verbindet der erste Umschalter 34 den ersten Knoten 32 der Brückenschaltung 30 mit der negativen Referenzspannung –Vref, der zweite Umschalter 38 verbindet den ersten Koppelkondensator C_DAC1 mit der negativen Kompensationsspannung –Vdac, der dritte Umschalter 42 verbindet den dritten Knoten 40 der Brückenschaltung 30 mit der positiven Referenzspannung +Vref, der vierte Umschalter 46 verbindet den zweiten Koppelkondensator C_DAC2 mit der positiven Kompensationsspannung +Vdac, der erste Schalter 58 verbindet den ersten Ausgang 54 des Differenzverstärkers 50 mit dem nichtinvertierenden Eingang 48 des Differenzverstärkers 50, dem zweiten Knoten 36 der Brückenschaltung 30 und dem ersten Koppelkondensator C_DAC1, und der zweite Schalter 64 verbindet den zweiten Ausgang 60 des Differenzverstärkers 50 mit dem invertierenden Eingang 52 des Differenzverstärkers 50, dem vierten Knoten 44 der Brückenschaltung 30 und dem zweiten Koppelkondensator C_DAC2. Während der zweiten Zeitdauer (clock2) jeder Taktperiode verbindet der erste Umschalter 34 den ersten Knoten 32 der Brückenschaltung 30 mit der positiven Referenzspannung +Vref, der zweite Umschalter 38 verbindet den ersten Koppelkondensator C_DAC1 mit der positiven Kompensationsspannung +Vdac, der dritte Umschalter 42 verbindet den dritten Knoten 40 der Brückenschaltung 30 mit der negativen Referenzspannung –Vref, der vierte Umschalter 46 verbindet den zweiten Koppelkondensator C_DAC2 mit der negativen Kompensationsspannung –Vdac, der erste Ausgang 54 des Differenzverstärkers 50 ist von dem nichtinvertierenden Eingang 48 des Differenzverstärkers 50, dem zweiten Knoten 36 der Brückenschaltung 30 und dem ersten Koppelkondensator C_DAC1 isoliert, und der zweite Ausgang 60 des Differenzverstärkers 50 ist von dem invertierenden Eingang 52 des Differenzverstärkers 50, dem vierten Knoten 44 der Brückenschaltung 30 und dem zweiten Koppelkondensator C_DAC2 isoliert.
Die Funktion des Meßsystems wird im Folgenden zunächst ohne die Kompensationsspannungen ±Vdac erklärt. Die durch das synchrone und periodisch alternierende Umschalten des ersten Umschalters 34 und des dritten Umschalters 42 erzeugte Rechteckspannung zwischen dem ersten Knoten 32 und dem dritten Knoten 40 der Brückenschaltung 30 erzeugt zwischen dem zweiten Knoten 36 und dem vierten Knoten 44 eine Wechselspannung, deren Amplitude und deren relatives Vorzeichen bezogen auf die Spannung zwischen dem ersten Knoten 32 und dem dritten Knoten 40 der Brückenschaltung 30 von Vorzeichen und Betrag der Differenz zwischen der ersten veränderlichen Kapazität C_S1 des Sensors und der Kapazität des ersten Referenzkondensators C_R1 und von Betrag und Vorzeichen der Differenz der zweiten veränderlichen Kapazität C_S2 und der Kapazität des zweiten Referenzkondensators C_R2 abhängt.
In der ersten Zeitdauer clock1 jeder Taktperiode, bzw. in der Taktphase, in der die Schalter 58, 64 in den Rückkopplungszweigen des Differenzverstärkers 50 geschlossen sind, ist die Spannung zwischen den Eingängen 48, 52 des Differenzverstärkers 50 Null, da die Rückkopplung bewirkt, daß sich ein virtuelles GND- bzw. Massepotential einstellt. In dieser Taktphase werden die Sensorkondensatoren bzw. die veränderlichen Kapazitäten C_S1, C_S1 des Sensors gegen diesen virtuellen GND-Knoten aufgeladen. Erst in der zweiten Zeitdauer clock1 jeder Taktperiode bzw. in der Taktphase, in der die Schalter 58, 64 in de Rückkoppelzweigen des Differenzverstärkers 50 offen sind, entsteht eine Spannung bzw. eine Potentialdifferenz am Ausgang 36, 44 der Brückenschaltung 30 und damit zwischen den Eingängen 48, 52 des Differenzverstärkers 50. Diese Spannung wird dann mit der Leerlaufverstärkung des Differenzverstärkers 50 verstärkt.
Diese Differenz wird während der zweiten Zeitdauer jeder Taktperiode, in der die Schalter 58, 64 offen sind, durch den Differenzverstärker 50 verstärkt. Zwischen den Signalausgängen 56, 62 des Meßsystems entsteht so eine periodisch veränderliche Spannung, deren Phase bezogen auf das die Umschalter 34, 38, 42, 46 und die Schalter 58, 64 steuernde Taktsignal das Vorzeichen der genannten Kapazitätsdifferenzen anzeigt.
Die Funktion des Meßsystems beruht darauf, die Kapazitätsdifferenzen durch die über die Koppelkondensator C_DAC1, C_DAC2 eingekoppelten Kompensationsspannungen ±Vdac mehr oder weniger zu kompensieren. Die zur Kompensation erforderlichen Kompensationsspannungen sind proportional zu der Verstimmung der Brückenschaltung und damit zu der Meßgröße. Eine mit den Ausgängen 56, 62 verbundene Steuerung verändert, beispielsweise entsprechend dem Verfahren der sukzessiven Approximation eine Approximationszahl und damit die durch den nichtdargestellten Digital-Analog-Wandler erzeugten Kompensationsspannungen ±Vdac solange, bis die Kompensationsspannungen ±Vdac die Kapazitätsdifferenzen (bis auf einen unvermeidlichen Quantisierungsfehler) kompensieren. Die danach vorliegende Approximationszahl ist (bis auf den genannten unvermeidlichen Quantisierungsfehler) zu dem an dem Sensor anliegenden Druck proportional.
Es werden Ladungsdifferenzen auf den veränderlichen Kapazitäten C_S1, C_S2 des Sensors durch Ladungen auf den Koppelkondensatoren C_DAC1, C_DAC2 kompensiert. Daher kann der Digital-Analog-Wandler alternativ auch realisiert werden, indem die Kompensationsspannung Vdac konstant bleibt und die Koppelkondensatoren C_DAC1, C_DAC2 durch parallelschaltbare Kondensatoren mit Kapazitäten in binärer Gewichtung, d. h. mit Kapazitätsverhältnissen 1:2:4:8:...:2ⁿ gebildet werden. Die Summen der parallelgeschalteten Kapazitäten bilden dann programmierbare bzw. veränderliche Kapazitäten der Koppelkondensatoren C_DAC1, C_DAC2.
Die in 2 dargestellte Schaltung ist zusammen mit dem nicht dargestellten Digital-Analog-Wandler und der ebenfalls nicht dargestellten Steuerung beispielsweise Bestandteil eines Reifendruckmeßsystems. Die durch Druckänderungen innerhalb des Meßbereichs des Sensors erzeugten Veränderungen der veränderlichen Kapazitäten C_S1, C_S2 des Sensors sind in der Regel sehr klein gegenüber den über den Meßbereich gemittelten Werten der veränderlichen Kapazitäten C_S1, C_S2 bzw. gegenüber den Kapazitäten der Referenzkondensatoren C_R1, C_R2. Die Rauschbandbreite der in 2 dargestellten Schaltung wird deshalb in der Regel durch die Kondensatoren der Meßbrücke bzw. deren mittlere Kapazität C₀ bestimmt. Der in dB gemessene Signal-/Rauschabstand SNR_ADC bzw. das logarithmierte Signal/Rausch-Verhältnis des in 2 dargestellten Analog-Digital-Wandlers beträgt näherungsweise
Dabei sind k die Boltzmann-Konstante, T die absolute Temperatur des Meßsystems, ΔC die Änderung der veränderlichen Kapazitäten C_S1, C_S2 des Sensors durch die Meßgröße (hier: durch den Druck) und C₀ die Summe des nicht von der Meßgröße abhängigen bzw. unveränderlichen Anteils einer veränderlichen Kapazitäten C_S1 bzw. C_S2 des Sensors und der (ebenfalls unveränderlichen) Kapazität des jeweiligen Referenzkondensators C_R1 bzw. C_R2.
Bei einem Reifendrucksensor wird im Vergleich zur möglichen Abtastrate des Analog-Digital-Wandlers in sehr langen Zeitabständen (beispielsweise alle 0,5 s) gemessen. Eine Messung dauert dabei typischerweise weniger als 1 ms. Zur Verringerung des Rauschpegels kann deshalb die Messung des Reifendrucks zu jedem Abtastzeitpunkt mehrmals wiederholt und ein Mittelwert der Ergebnisse der wiederholten Messungen gebildet werden. Der Signal-/Rauschabstand SNR_gemittelt der gemittelten Messung ist dabei wie folgt von der Anzahl N der Messungen, deren Einzelergebnisse gemittelt werden, abhängig:
Diese Gleichung kann nach der Anzahl N der gemittelten Messungen aufgelöst werden,
Wenn die Erfassungseinrichtung 14 die Referenzspannung V_ref und die Temperatur T erfaßt, kann somit die Anzahl N der gemittelten Einzelmessungen für jeden Meßzeitpunkt so eingestellt werden, daß der Signal-/Rauschabstand SNR_gemittelt immer konstant ist bzw. immer (mindestens) einen vorbestimmten minimalen Wert SNR_soll annimmt,
Dieser Gleichung ist zu entnehmen, daß unter günstigen Bedingungen (hohe Referenzspannung V_ref und niedrige Temperatur T) die Anzahl N der gemittelten Einzelmessungen klein ist. Nur unter ungünstigen Bedingungen (niedrige Referenzspannung V_ref und hohe Temperatur T) nimmt die Anzahl N der gemittelten Einzelmessungen eine hohen Wert an. Im Gegensatz dazu würde bei der herkömmlichen Worst-Case-Dimensionierung die Anzahl N der gemittelten Einzelmessungen immer, also auch unter günstigen Bedingungen den hohen Wert aufweisen, den sie gemäß der vorliegenden nur im ungünstigsten Fall einer minimalen Referenzspannung V_ref und einer maximalen Temperatur T tatsächlich aufweist.
Ein herkömmlich dimensioniertes Meßsystem würde deshalb viel zu viele Messungen durchführen und deshalb einen unnötig hohen Leistungsbedarf aufweisen. Wählt man die Referenzspannung Vref von der Betriebsspannung abhängig, ergibt sich ein Worst Case und damit die maximale Anzahl N der gemittelten Einzelmessungen nur bei der minimalen Betriebsspannung und einer maximalen Temperatur. Die minimale Betriebsspannung tritt aber nur zum Ende der Lebensdauer der Batterie auf und somit nur während eines geringen Anteils der Betriebsdauer des Meßsystems. Auch für die Temperatur kann angenommen werden, daß diese über die Lebensdauer eines Reifendruckmeßsystems nur selten das Maximum (Worst Case) erreicht. Aus der letzten Gleichung ist erkennbar, daß die Anzahl N der gemittelten Einzelmessungen für Betriebsspannungen, die über der minimalen Betriebsspannung liegen, und für Temperaturen, die unter der maximalen Temperatur liegen, exponentiell abnimmt. Aus der Verringerung der Anzahl N der gemittelten Einzelmessungen folgen eine Verringerung der Anzahl N der gemittelten Einzelmessungen und eine entsprechende Energieersparnis.
3 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm eines Meßsystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dieses Meßsystem weist eine Brückenschaltung 80 aus vier Brückenimpedanzen 82, 84, 86, 88 auf, von denen mindestens eine Bestandteil eines Sensors und durch eine durch den Sensor erfaßte Meßgröße veränderlich ist. Die Brückenschaltung 80 weist vier Knoten 92, 94, 96, 98 auf. Der erste Knoten 92 ist mit einer Versorgungsspannung Vdd verbunden, der dritte Knoten 96 ist mit Masse Gnd verbunden. Ein Analog-Digital-Wandler (ADC; ADC = Analog-Digital-Converter) 100 erfaßt eine Spannung zwischen dem zweiten Knoten 94 und dem vierten Knoten 98 der Brückenschaltung 80. Dazu ist ein erster Eingang 102 des Analog-Digital-Wandlers 100 mit dem zweiten Knoten 94 der Brückenschaltung 80 verbunden und ein zweiter Eingang 104 mit dem vierten Knoten 98 der Brückenschaltung 80 verbunden. Der Analog-Digital-Wandler wandelt die Spannung zwischen dem zweiten Knoten 94 und dem vierten Knoten 98 der Brückenschaltung 80 in ein digitales Signal bzw. eine durch das digitale Signal dargestellte Zahl. Diese Zahl gibt der Analog-Digital-Wandler 100 an seinen Ausgängen 106, 108 aus. Die Ausgänge 106, 108 des Analog-Digital-Wandlers 100 sind mit einem digitalen Filter 110 bzw. mit dessen Eingängen 112, 114 verbunden.
Das Meßsystem aus 3 führt bei einem einzelnen Meßzeitpunkt mehrere Einzelmessungen durch, d. h. der Analog-Digital-Wandler 100 wandelt mehrfach hintereinander die Spannung zwischen dem zweiten Knoten 94 und dem vierten Knoten 98 der Brückenschaltung 80 in digitale Signale. Da mindestens eine der Brückenimpedanzen 82, 84, 86, 88 in der Brückenschaltung 80 von der Meßgröße des Sensors abhängt, hängen auch die Verstimmung der Brückenschaltung 80 und damit die Spannung zwischen dem zweiten Knoten 94 und dem vierten Knoten 98 und damit das von dem Analog-Digital-Wandler 100 an seinen Ausgängen 106, 108 erzeugte digitale Signal von der Meßgröße des Sensors ab. Das Filter 110 filtert die Mehrzahl der nacheinander von dem Analog-Digital-Wandler 100 erzeugten digitalen Signale, beispielsweise durch Mittelwertbildung.
Die Abtastrate bzw. Sample-Frequenz fs des Analog-Digital-Wandlers 100 und die Grenzfrequenz fg (entsprechend beispielsweise einer Zeitdauer, innerhalb derer die digitalen Signal des Analog-Digital-Wandlers 100 gemittelt werden) sind einstellbar und stellen somit durch das Meßsystem einstellbare zweite Einflußgrößen im Sinne der vorliegenden Erfindung dar.
Die Brückenimpedanzen 82, 84, 86, 88 der Brückenschaltung 80 aus 3 sind vorzugsweise resistive Elemente bzw. Widerstände. In diesem Fall wird, wie dargestellt, eine konstante Spannung zwischen dem ersten Knoten 92 und dem dritten Knoten 96 der Brückenschaltung 80 angelegt, um eine bei konstanter Meßgröße von dieser abhängige konstante Spannung zwischen dem zweiten Knoten 94 und dem vierten Knoten 98 der Brückenschal tung 80 zu erhalten. Alternativ sind die Brückenimpedanzen 82, 84, 86, 88 kapazitive Bauelemente bzw. Kondensatoren. In diesem Fall wird vorzugsweise zwischen dem ersten Knoten 92 und dem dritten Knoten 96 der Brückenschaltung 80 wie bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Wechselspannung angelegt, um zwischen dem zweiten Knoten 94 und dem vierten Knoten 98 der Brückenschaltung 80 eine Wechselspannung zu erhalten, deren Amplitude und relative Phasenlage in Bezug zu der Wechselspannung zwischen dem ersten Knoten 92 und dem dritten Knoten 96 die Verstimmung der Brückenschaltung 80 und damit den Wert der Meßgröße darstellt.
Alternativ sind die Brückenimpedanzen 82, 84, 86, 88 induktive Bauelemente bzw. Spulen. In diesem Fall wird vorzugsweise über den ersten Knoten 92 und den dritten Knoten 96 der Brückenschaltung 80 ein Wechselstrom angelegt bzw. getrieben, der eine Wechselspannung zwischen dem zweiten Knoten 94 und dem vierten Knoten 98 hervorruft, deren Amplitude und Phasenlage die Verstimmung der Brückenschaltung 80 und damit den momentanen Wert der Meßgröße angibt.
Auch für das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel gilt, daß das Meßsignal von der Anregungsspannung der Brückenschaltung 80 abhängt. Weiterhin ist auch das Signal/Rausch-Verhältnis des Meßsystems von der Anregungsspannung und von der Temperatur abhängig. Diese Einflüsse werden beispielsweise durch eine Veränderung des Verhältnisses der Abtastrate zur Filtergrenzfrequenz kompensiert, um ein von den Betriebsbedingungen unabhängiges Signal/Rausch-Verhältnis zu erzielen.

10: Meßsystem
12: Abschnitt
14: Erfassungseinrichtung
16: Einrichtung
18: Einstelleinrichtung
CS1: erste veränderliche Kapazität des Sensors
CS2: zweite veränderliche Kapazität des Sensors
30: Brückenschaltung
C_R1: erster Referenzkondensator
C_R2: zweiter Referenzkondensator
32: erster Knoten
34: erster Umschalter
36: zweiter Knoten
C_DAC1: erster Koppelkondensator
38: zweiter Umschalter
40: dritter Knoten
42: dritter Umschalter
44: vierter Knoten
C_DAC2: zweiter Koppelkondensator
46: vierter Umschalter
48: nichtinvertierender Eingang
50: Differenzverstärker
52: invertierender Eingang
54: erster Ausgang des Differenzverstärkers 50
56: erster Signalausgang des Meßsystems
58: erster Schalter
60: zweiter Ausgang des Differenzverstärkers 50
62: zweiter Signalausgang des Meßsystems
64: zweiter Schalter
80: Brückenschaltung
82: Brückenimpedanz
84: Brückenimpedanz
86: Brückenimpedanz
88: Brückenimpedanz
92: Knoten
94: Knoten
96: Knoten
98: Knoten
100: Analog-Digital-Wandler
102: erster Eingang des Analog-Digital-Wandlers 100
104: zweiter Eingang des Analog-Digital-Wandlers 100
106: erster Ausgang des Analog-Digital-Wandlers 100
108: zweiter Ausgang des Analog-Digital-Wandlers 100
110: Filter
112: erster Eingang des Filters 110
114: zweiter Eingang des Filters 110

Claims

Vorrichtung zum Einstellen des Signal/Rausch-Verhältnisses zwischen einem Signalpegel und einem Rauschpegel eines Meßsignals in einem Meßsystem (10) zum Erfassen einer Meßgröße und Ausgeben des von der Meßgröße abhängigen Meßsignals, wobei das Signal/Rausch-Verhältnis von einer ersten Einflußgröße und von einer zweiten Einflußgröße abhängt, mit folgenden Merkmalen: einer Erfassungseinrichtung (14) zum Erfassen eines Werts der ersten Einflußgröße; und einer Einstelleinrichtung (18) zum Einstellen eines Werts der zweiten Einflußgröße abhängig vom Wert der ersten Einflußgröße, um dadurch das Signal/Rausch-Verhältnis einzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Einstelleinrichtung (18) ausgebildet ist, um den Wert der zweiten Einflußgröße so einzustellen, daß das Signal/Rausch-Verhältnis einen vorbestimmten Wert annimmt oder überschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit: einem Speicher (16) zum Speichern einer Nachschlagtabelle, die einer Mehrzahl von Werten der ersten Einflußgröße jeweils einen Wert der zweiten Einflußgröße zuordnet, wobei die Einstelleinrichtung (18) ferner ausgebildet ist, um auf den Speicher zuzugreifen, um aus der Nachschlagetabelle den Wert der zweiten Einflußgröße zu lesen, der dem durch die Erfassungseinrichtung (14) erfaßten Wert der ersten Einflußgröße zugeordnet ist, und um den aus der Nachschlagetabelle (16) gelesenen Wert der zweiten Einflußgröße einzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit einer Berechnungseinrichtung (16) zum Berechnen des durch die Einstelleinrichtung (18) einzustellenden Werts der zweiten Einflußgröße aus dem durch die Erfassungseinrichtung (14) erfaßten Wert der ersten Einflußgröße mittels eines mathematischen Algorithmus.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der der mathematische Algorithmus auf einem mathematischen Modell der Abhängigkeit des Signal/Rausch-Verhältnisses von der ersten Einflußgröße und von der zweiten Einflußgröße beruht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die erste Einflußgröße eine durch das Meßsystem nicht einstellbare Größe ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die erste Einflußgröße eine Versorgungsspannung oder eine Temperatur des Meßsystems (10) ist, wobei die Erfassungseinrichtung (14) eine Einrichtung zum Erfassen der Versorgungsspannung bzw. der Temperatur des Meßsystems (10) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die zweite Einflußgröße ein Filterparameter eines Filters (110) zum Filtern des von der Meßgröße abhängigen Signals, eine Meßzeit, während derer das Meßsystem (10) die Meßgröße erfaßt, eine Anzahl von Erfassungen der Meßgröße, über die das Meßsystem (10) mittelt, oder eine Abtastrate zum Erfassen der Meßgröße ist, wobei die Einstelleinrichtung (18) eine Einrichtung zum Einstellen der Versorgungsspannung, des Filterparameters, der Meßzeit, der Anzahl von Erfassungen bzw. der Abtastrate ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Meßsystem (10) kapazitive oder resistive oder induktive Sensor-Bauelemente oder eine kapazitive oder eine resistive oder eine induktive Meßbrücke (30, 80) aufweist, die ein Impedanzbauelement (C_S1, C_S2, 82, 84, 86, 88) umfaßt, dessen Impedanz von der Meßgröße abhängig ist.
Meßsystem (10) mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Meßsystem (10) nach Anspruch 10, wobei das Meßsystem (10) ein Reifendruckmeßsystem zum Messen eines Luftdrucks in einem Reifen eines Fahrzeugs ist.
Meßsystem (10) nach Anspruch 11, wobei die erste Einflußgröße die Betriebsspannung oder die Betriebstemperatur ist, und wobei die zweite Einflußgröße eine Anzahl N von Einzelmessungen ist, über die gemittelt wird.
Verfahren zum Einstellen des Signal/Rausch-Verhältnisses zwischen einem Signalpegel und einem Rauschpegel eines Meßsignals in einem Meßsystem (10), das eine Meßgröße erfaßt und das von der Meßgröße abhängige Meßsignal erzeugt, wobei das Signal/Rausch-Verhältnis von einer ersten Einflußgröße und von einer zweiten Einflußgröße abhängt, mit folgenden Schritten: Erfassen eines Werts der ersten Einflußgröße; und Einstellen eines Werts der zweiten Einflußgröße abhängig vom Wert der ersten Einflußgröße, um dadurch das Signal/Rausch-Verhältnis einzustellen.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der Schritt des Einstellens einen Schritt des Einstellens des Werts der zweiten Einflußgröße derart, daß das Signal/Rausch-Verhältnis einen vorbestimmten Wert annimmt oder überschreitet, umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, ferner mit einem Schritt des Lesens des beim Schritt des Einstellens einzustellenden Werts der zweiten Einflußgröße aus einer Nachschlagtabelle, die einer Mehrzahl von Werten der ersten Einflußgröße jeweils einen Wert der zweiten Einflußgröße zuordnet.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, ferner mit einem Schritt des Berechnens des beim Schritt des Einstellens einzustellenden Werts der zweiten Einflußgröße aus dem beim Schritt des Erfassens erfaßten Werts der ersten Einflußgröße mittels eines mathematischen Algorithmus.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, bei dem der Rauschpegel des Meßsignals von der ersten Einflußgröße oder der zweiten Einflußgröße abhängt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, bei dem der Signalpegel des Meßsignals ferner von der ersten Einflußgröße oder der zweiten Einflußgröße abhängt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, bei dem das Signal/Rausch-Verhältnis ferner von einer dritten Einflußgröße abhängt.
Verfahren zum Einstellen des Signal/Rausch-Verhältnisses eines Reifendruckmeßsystems auf einen von Betriebsspannung und Betriebstemperatur des Reifendruckmeßsystems unabhängigen vorbestimmten Wert mit einem Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Meßgröße der Reifendruck ist, wobei die erste Einflußgröße die Betriebsspannung ist, wobei die zweite Einflußgröße eine Anzahl N von Einzelmessungen ist, über die gemittelt wird, und wobei die dritte Einflußgröße die Betriebstemperatur ist.
Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 13 bis 20, wenn das Programm auf einem Computer abläuft.