DE10318602A1 - Adjusting device for signal-noise ratio between signal level and noise level in test signal emits test signal dependent on detected measurable variable - Google Patents
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Abstract
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.The The present invention relates to an apparatus and a Method for setting the signal / noise ratio in a measuring system, being the signal to noise ratio depends on several factors.
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.The Signal / noise ratio, with a view to logarithmic representation, often as Signal-to-noise ratio is an important parameter in all types of measurements. Often the signal to noise ratio can be around the price of an increase the expenditure on equipment, an increase in the time required, one increased Power requirements or a deterioration of other parameters can be increased. It however, there are numerous applications in which a predetermined one or one if possible high signal / noise ratio with one if possible low outlay on equipment with little time requirement and little Power requirements must be achieved. These include measurements with battery operated measuring systems, for example measuring systems for recording and monitoring the tire pressure in vehicle tires.
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.A measure to achieve a low power requirement and a high signal / noise ratio is it as excitation voltage for a sensor to use the battery voltage immediately and both upon generation of an excitation voltage higher than is the battery voltage, as well as a stabilization of the excitation voltage (a value that is lower than the battery voltage). This means that the power requirement and the outlay on equipment are one Voltage generator, a charge pump, a voltage stabilization circuit or similar Circuits saved. A disadvantage is that the operating voltage or the battery voltage then usually an immediate Influence on the signal-to-noise ratio the measurements of the measuring system Has. An influence of the Operating voltage or battery voltage also exists in numerous cases where possible, for example simple circuits or circuits optimized for their power requirements to generate the excitation voltage of the sensor or one Supply voltage of an amplifier or another downstream component can be used. This is often the case especially when the excitation voltage to be generated should be as large as possible within the limits of the operating voltage in order to achieve the greatest possible Generate sensor signal.
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.A further influencing variable, the usually the noise level or the signal level and thus that Signal / noise ratio affected is the temperature of the sensor, the downstream amplifier and further downstream circuits. In particular, the temperature an essential factor that determines the size of the white noise.
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.Either the battery voltage as well as the temperature or others, not mentioned above Are influencing factors in many cases cannot be influenced, can but vary widely. For example, the battery voltage increases a battery throughout its life and especially towards the end their lifespan with increasing discharge. Often the battery voltage also depends on the temperature of the battery, which in turn is determined by the Ambient temperature affected becomes. The temperature of the sensor and the downstream electronic Circuits is also a function of ambient temperature, which can vary by many 10 Kelvin in many applications.
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.at the one already mentioned above Reifendruckmeßsystem for example, a capacitive sensor is arranged in a capacitive measuring bridge, whose excitation voltage is the same as the battery voltage for the reasons mentioned or is obtained from it with a simple circuit. In this case, the battery voltage is used as a proportionality factor directly into the size of the measurement signal, the output voltage of the measuring bridge, or at least influences it. The temperature of the tire and thus the measuring system can be high in winter are below 0 ° and for example down to -30 ° C and below be. In strong and direct sunlight, the temperature can in summer, for example, up to 70 ° C and above. While driving there is still warming by friction with the road, by friction or flexing work within of the tire and through waste heat of the braking system. Is within this extreme temperature range consequently the thermally induced noise of the measuring system fluctuates greatly subjected.
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.In order to achieve a predetermined minimum signal-to-noise ratio under all operating conditions, that is to say both with a fully charged battery and with a largely discharged battery and both at low and at very high temperatures of the measuring system, the measuring system and its parameters are produced Conveniently designed for a worst-case scenario or for the worst case of operating conditions. However, during most of the battery life, the battery voltage is significantly higher than at the end of the life. Furthermore, the temperature of the measuring system is generally low or moderate and only in exceptional cases assumes the values assumed in the worst-case scenario. For example, it is usually assumed that a car with a lifespan of 10 years is parked more than 90% of this time. The measuring system and its parameters, for example a bias or bias voltage, a bias voltage or bias, the bandwidth or cut-off frequency of a filter etc., are therefore oversized for most of the operating time of the measuring system. However, this oversizing is also accompanied by an unnecessarily high power requirement or an unnecessarily high outlay on equipment.
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.The The object of the present invention is to provide a device a method and a computer program for adjusting the signal / noise ratio in a measuring system to accomplish.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 13 bzw. ein Computerprogramm nach Anspruch 21 gelöst.This Object is achieved by a device according to claim 1, a method solved according to claim 13 or a computer program according to claim 21.
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.The The present invention provides an apparatus for adjusting the Signal / noise ratio between a signal level and a noise level of a measurement signal in a measurement system for recording a measured variable and outputting it the measurement signal dependent on the measured variable, where the signal / noise ratio of a first influencing variable and of depends on a second influencing variable. The Device includes a detection device for detecting a value of the first influencing variable and one Setting device for setting a value of the second influencing variable depending on Value of the first influencing variable to thereby the signal-to-noise ratio adjust.
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.The present invention provides a method for adjusting the signal-to-noise ratio between a signal level and a noise level of a measurement signal in a measurement system, which detects a measurement variable and generates the measurement signal dependent on the measurement variable, the noise level being dependent on a first influencing variable and a second Influencing variable depends on the following steps:
Detecting a value of the first influencing variable; and
Setting a value of the second influencing variable depending on the value of the first influencing variable, in order to thereby set the signal / noise ratio.
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.The The present invention is based on the finding that the signal / noise ratio of a measuring system usually depends on several influencing factors. Some of these factors are through the measuring system not or not without further ado or not without other disadvantageous Consequences or can only be influenced with great effort. These include, for example often ambient temperatures, supply voltages or currents. This Influencing factors hereinafter referred to as the first influencing variables. Other factors are through the measuring system can be influenced easily or with reasonable effort. To counting for example often filter parameters, amplifier bandwidths, measuring times or bias currents. These influencing factors are hereinafter referred to as second influencing variables.
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.The The present invention is based on the idea of one or more the influenceable second influencing factors are not as in the prior art for a rarely actually the worst case scenario that occurs should be preset while the operation of the measuring system each set so that a predetermined minimum signal-to-noise ratio exceeded or preferred is achieved exactly. The value of the first influencing variable or the values of the first influencing variables are recorded or measured. One or more of the second influencing variables will then become so changed that this Signal / noise ratio of the measuring system the predetermined minimum value of the signal-to-noise ratio reached or exceeded.
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.On Advantage of the present invention is that it is an unnecessarily high one Effort to achieve an unnecessary high signal-to-noise ratio is avoided. Since the signal / noise ratio achieved with a Energy or power requirement of the measuring system is correlated, results significant energy or performance savings. this in turn has, for example, in a battery-operated measuring system a corresponding extension the life of the battery.
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.One or more second influencing variables are preferably set on the basis of a (mathematical) model of the signal / noise ratio. Is from this mathematical model a mathematical algorithm, in the simplest case a simple formula or equation, which is carried out in order to determine the value to be set from the recorded values of the influencing variables which cannot be influenced by the measuring system or the values to be set of the influencing variables which can be changed by the measuring system. Alternatively, tuples are stored in a two-dimensional or multidimensional look-up table or look-up table from values of the influencing variables which cannot be influenced by the measuring system and which are to be set, the tuples preferably also being derived or obtained from the mathematical model. Alternatively, the mathematical algorithm or lookup table is determined empirically.
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.The Influence of Influencing factors on is the signal to noise ratio generally well understood and theoretically described. The use according to the invention a lookup table or a mathematical algorithm particularly simple and reliable for a precise setting of the signal / noise ratio and at the same time to minimize the power requirement of the measuring system.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Meßsystem mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.According to one preferred aspect, the present invention provides a measurement system with the device according to the invention.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt schafft die Erfindung ein Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Computer abläuft.According to one Another preferred aspect of the invention provides a computer program with program code for implementation of the method according to the invention, if the program runs on a computer.
Bevorzugte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.preferred Further developments of the present invention are defined in the subclaims.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:preferred embodiments of the present invention will hereinafter be described with reference to the accompanying Figures closer explained. Show it:
Der
Signalpegel oder der Rauschpegel und damit das Signal/Rausch-Verhältnis des
Meßsystems
Der
Signalpegel oder der Rauschpegel des Meßsystems
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.Other Are influencing factors adjustable. These are referred to below as second influencing factors. The adjustable influencing variables include, for example Filter parameters, amplifier bandwidths, measurement times, Bias currents, Bias voltages, Sampling frequencies, the number of individual measurements over which is averaged, etc.
Eine
Erfassungseinrichtung
Eine
Einrichtung
Gemäß einer
anderen Variante umfaßt
die Einrichtung
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.The table entries the lookup table or the mathematical algorithm are preferably off a mathematical model of the signal-to-noise ratio derived or gained, the mathematical model dependency the signal-to-noise ratio from the first influencing factors and the modeled second influencing variables. Alternatively, the entries are the lookup table or the mathematical algorithm empirically certainly.
Eine
Einstelleinrichtung
Die
Erfassungseinrichtung
Der
Sensor des Meßsystems
Das
Meßsystem
Typischerweise
sind die Ausgangsspannung eines Sensors und damit der Signalpegel
des von dem Meßsystem
Mit
steigender absoluter Temperatur des Meßsystems
Umgekehrt
wird vorzugsweise bei einer Verbesserung der Betriebsbedingungen,
d. h. einer Erhöhung der
Betriebsspannung oder einer Verringerung der Temperatur eine durch
die Einstelleinrichtung
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
Ein
erster Knoten
Der
zweite Knoten
Die erste veränderliche Kapazität CS1 des Sensors und die Kapazität des ersten Referenzkondensators CR1 sind so gewählt, daß ihre Differenz möglichst klein ist, und die zweite veränderliche Kapazität CS2 des Sensors und die Kapazität des zweiten Referenzkondensators CR2 sind so gewählt, daß ihre Differenz möglichst klein ist. Die Differenzen zwischen der ersten veränderlichen Kapazität CS1 des Sensors und der Kapazität des ersten Referenzkondensators CR1 sowie zwischen der zweiten veränderlichen Kapazität CS2 des Sensors und der Kapazität des zweiten Referenzkondensators CR2 sind von dem durch den Sensor erfaßten Druck abhängig.The first variable capacitance C S1 of the sensor and the capacitance of the first reference capacitor C R1 are selected so that their difference is as small as possible, and the second variable capacitance C S2 of the sensor and the capacitance of the second reference capacitor C R2 are selected such that their Difference is as small as possible. The differences between the first variable capacitance C S1 of the sensor and the capacitance of the first reference capacitor C R1 and between the second variable capacitance C S2 of the sensor and the capacitance of the second reference capacitor C R2 are dependent on the pressure detected by the sensor.
Die
Umschalter
Die
Funktion des Meßsystems
wird im Folgenden zunächst
ohne die Kompensationsspannungen ±Vdac erklärt. Die durch das synchrone
und periodisch alternierende Umschalten des ersten Umschalters
In
der ersten Zeitdauer clock1 jeder Taktperiode, bzw. in der Taktphase,
in der die Schalter
Diese
Differenz wird während
der zweiten Zeitdauer jeder Taktperiode, in der die Schalter
Die
Funktion des Meßsystems
beruht darauf, die Kapazitätsdifferenzen
durch die über
die Koppelkondensator CDAC1, CDAC2 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
Es werden Ladungsdifferenzen auf den veränderlichen Kapazitäten CS1, CS2 des Sensors durch Ladungen auf den Koppelkondensatoren CDAC1, CDAC2 kompensiert. Daher kann der Digital-Analog-Wandler alternativ auch realisiert werden, indem die Kompensationsspannung Vdac konstant bleibt und die Koppelkondensatoren CDAC1, CDAC2 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 CDAC1, CDAC2. Charge differences on the variable capacitances C S1 , C S2 of the sensor are compensated for by charges on the coupling capacitors C DAC1 , C DAC2 . Therefore, the digital-to-analog converter can alternatively also be implemented by the compensation voltage Vdac remaining constant and the coupling capacitors C DAC1 , C DAC2 by capacitors with binary capacitance capacitors that can be connected in parallel, ie with capacitance ratios 1: 2: 4: 8: ... : 2 n are formed. The sums of the capacitors connected in parallel then form programmable or variable capacitances of the coupling capacitors C DAC1 , C DAC2 .
Die
in
Dabei sind k die Boltzmann-Konstante, T die absolute Temperatur des Meßsystems, ΔC die Änderung der veränderlichen Kapazitäten CS1, CS2 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 CS1 bzw. CS2 des Sensors und der (ebenfalls unveränderlichen) Kapazität des jeweiligen Referenzkondensators CR1 bzw. CR2.Here, k is the Boltzmann constant, T the absolute temperature of the measuring system, ΔC the change in the variable capacitances C S1 , C S2 of the sensor due to the measured variable (here: due to the pressure) and C 0 the sum of the quantity not dependent on the measured variable or unchangeable portion of a variable capacitance C S1 or C S2 of the sensor and the (likewise unchangeable) capacitance of the respective reference capacitor C R1 or 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 SNRgemittelt der gemittelten Messung ist dabei wie folgt von der Anzahl N der Messungen, deren Einzelergebnisse gemittelt werden, abhängig: In the case of a tire pressure sensor, measurements are made at very long time intervals (for example every 0.5 s) in comparison to the possible sampling rate of the analog-digital converter. A measurement typically takes less than 1 ms. In order to reduce the noise level, the measurement of the tire pressure can therefore be repeated several times at each sampling time and an average of the results of the repeated measurements can be formed. The signal-to-noise ratio SNR averaged for the averaged measurement depends on the number N of measurements whose individual results are averaged as follows:
Diese Gleichung kann nach der Anzahl N der gemittelten Messungen aufgelöst werden, This equation can be solved for the number N of averaged measurements,
Wenn
die Erfassungseinrichtung
Dieser Gleichung ist zu entnehmen, daß unter günstigen Bedingungen (hohe Referenzspannung Vref und niedrige Temperatur T) die Anzahl N der gemittelten Einzelmessungen klein ist. Nur unter ungünstigen Bedingungen (niedrige Referenzspannung Vref 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 Vref und einer maximalen Temperatur T tatsächlich aufweist.This equation shows that under favorable conditions (high reference voltage V ref and low temperature T) the number N of the averaged individual measurements is small. The number N of averaged individual measurements only assumes a high value under unfavorable conditions (low reference voltage V ref and high temperature T). In contrast, in conventional worst-case dimensioning, the number N of averaged individual measurements would always have the high value, even under favorable conditions, which, according to the present case, they actually only have in the worst case, a minimum reference voltage V ref and a maximum temperature T. having.
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.On conventional dimensioned measuring system would therefore take far too many measurements and therefore unnecessary have high power requirements. If you choose the reference voltage Vref depends on the operating voltage, there is a worst Case and thus the maximum number N of the averaged individual measurements only at the minimum operating voltage and a maximum temperature. The minimum operating voltage only occurs at the end of the service life the battery on and therefore only during a small proportion of the operating time of the measuring system. Also for the temperature can be assumed that this over the Lifetime of a tire pressure measurement system rarely reaches the maximum (worst case). From the last equation it can be seen that the Number N of the averaged individual measurements for operating voltages above the minimum operating voltage, and for temperatures below the maximum temperature, exponentially decreases. From the reduction the number N of averaged individual measurements is followed by a reduction the number N of the averaged individual measurements and a corresponding one Energy savings.
Das
Meßsystem
aus
Die
Abtastrate bzw. Sample-Frequenz fs des Analog-Digital-Wandlers
Die
Brückenimpedanzen
Alternativ
sind die Brückenimpedanzen
Auch
für das
in
- 1010
- Meßsystemmeasuring system
- 1212
- Abschnittsection
- 1414
- Erfassungseinrichtungdetector
- 1616
- EinrichtungFacility
- 1818
- Einstelleinrichtungadjustment
- CS1CS1
- erste veränderliche Kapazität des Sensorsfirst variable capacity of the sensor
- CS2CS2
- zweite veränderliche Kapazität des Sensorssecond variable capacity of the sensor
- 3030
- Brückenschaltungbridge circuit
- CR1 C R1
- erster Referenzkondensatorfirst reference capacitor
- CR2 C R2
- zweiter Referenzkondensatorsecond reference capacitor
- 3232
- erster Knotenfirst node
- 3434
- erster Umschalterfirst switch
- 3636
- zweiter Knotensecond node
- CDAC1 C DAC1
- erster Koppelkondensatorfirst coupling capacitor
- 3838
- zweiter Umschaltersecond switch
- 4040
- dritter Knotenthird node
- 4242
- dritter Umschalterthird switch
- 4444
- vierter Knotenfourth node
- CDAC2 C DAC2
- zweiter Koppelkondensatorsecond coupling capacitor
- 4646
- vierter Umschalterfourth switch
- 4848
- nichtinvertierender Einganginverting entrance
- 5050
- Differenzverstärkerdifferential amplifier
- 5252
- invertierender Einganginverting entrance
- 5454
-
erster
Ausgang des Differenzverstärkers
50 first output of the differential amplifier50 - 5656
- erster Signalausgang des Meßsystemsfirst Signal output of the measuring system
- 5858
- erster Schalterfirst switch
- 6060
-
zweiter
Ausgang des Differenzverstärkers
50 second output of the differential amplifier50 - 6262
- zweiter Signalausgang des Meßsystemssecond Signal output of the measuring system
- 6464
- zweiter Schaltersecond switch
- 8080
- Brückenschaltungbridge circuit
- 8282
- Brückenimpedanzbridge impedance
- 8484
- Brückenimpedanzbridge impedance
- 8686
- Brückenimpedanzbridge impedance
- 8888
- Brückenimpedanzbridge impedance
- 9292
- Knotennode
- 9494
- Knotennode
- 9696
- Knotennode
- 9898
- Knotennode
- 100100
- Analog-Digital-WandlerAnalog to digital converter
- 102102
-
erster
Eingang des Analog-Digital-Wandlers
100 first input of the analog-digital converter100 - 104104
-
zweiter
Eingang des Analog-Digital-Wandlers
100 second input of the analog-digital converter100 - 106106
-
erster
Ausgang des Analog-Digital-Wandlers
100 first output of the analog-digital converter100 - 108108
-
zweiter
Ausgang des Analog-Digital-Wandlers
100 second output of the analog-digital converter100 - 110110
- Filterfilter
- 112112
-
erster
Eingang des Filters
110 first input of the filter110 - 114114
-
zweiter
Eingang des Filters
110 second input of the filter110
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8731855B2 (en) | 2006-09-06 | 2014-05-20 | Continental Automotive Gmbh | Method and device for monitoring the noise from a sensor |
| CN115603751A (en) * | 2022-10-13 | 2023-01-13 | 河南翔宇医疗设备股份有限公司(Cn) | Control method, device and medium for ADC (analog to digital converter) acquisition |
Citations (2)
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| DE19983795T1 (en) * | 1998-12-10 | 2002-01-03 | Rosemount Inc | Adjustable bandwidth filter for process variable transmitters |
-
2003
- 2003-04-24 DE DE2003118602 patent/DE10318602B4/en not_active Expired - Fee Related
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| CN115603751B (en) * | 2022-10-13 | 2024-03-01 | 河南翔宇医疗设备股份有限公司 | ADC acquisition control method, ADC acquisition control device and medium |
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|---|---|
| DE10318602B4 (en) | 2007-07-12 |
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