通用检测电路的制作方法
【专利说明】通用检测电路
【背景技术】
[0001] 本公开涉及用于检测模拟和数字信号的电路。更具体地，本公开涉及针对比较低 的传感器电压而优化的用于信号检测的电路。
[0002] 用于检测模拟和数字信号的电路时常基于模拟到数字（A/D)转换器。模拟到数字 转换器将模拟信号改变成数字值。A/D转换器通常被采用以将来自光传感器或来自温度依 赖电阻器的信号改变成数字信号。数字信号然后可以由微处理器单元或由任何其它数字电 路处理。除模拟信号之外，A/D转换器还可以用于创建来自开关的二进制（开或关）输入信 号的数字表不。
[0003] 特别是在测量与仪器化的领域中，微处理器单元时常包括内置模拟到数字转换 器。换言之，微处理器不仅提供数字输入引脚，而且还提供至少一个模拟输入引脚。模拟输 入引脚然后连接到微处理器单元的内部A/D转换器。
[0004] 模拟到数字转换器伴随有给定范围的输入电压。为了最好地利用A/D转换器，对 A/D转换器的输入信号应当理想地覆盖转换器的输入电压的整个范围。为了使传感器信号 的范围匹配A/D转换器的范围，传感器信号可能必须被变换。
[0005] 它们的A/D转换器的比较大的电压范围长久以来是具有内置模拟到数字转换器 的微处理器的缺陷所在。A/D转换器的输入电压的大范围意味着低幅度信号可能仅覆盖转 换器的输入电压的整个范围的一部分。低幅度传感器信号到A/D转换器的宽范围输入的直 接连接则具有仅利用转换器的输入范围的有限百分比的缺点。该缺点通常是不合期望的， 特别是在要求某个数字分辨率以用于模拟信号到数字信号的转换时。作为示例，气压传感 器将要求对应于4096阶（step)的至少12位（bit)的分辨率以同样检测海拔中的小改变。 如果压力传感器的输出电压的范围被局限于〇···2ν，则具有5V的输入范围的12位A/D转 换器将不能递送压力信号的真实12位数字表示。
[0006] 迄今为止，基于具有内置模拟到数字转换器的微处理器的实际解决方案通常要求 外部A/D转换器将模拟低幅度信号转换成具有适当分辨率的数字信号。外部模拟到数字转 换器的数字输出端然后连接到微处理器的数字输入端。具有低范围的输入电压的附加外部 A/D转换器增加了电路的复杂性并且是倾向于故障的又一元件。
[0007] 当外部A/D转换器不是选项时，放大器可以用于扩大传感器信号的电压范围。放 大器的输出端然后连接到具有内置A/D转换器的微处理器的模拟输入引脚。在该配置中， 放大器需要是高度线性的以便不损害模拟信号的数字表示的质量。放大器还伴随有前述的 外部A/D转换器的缺点。
[0008] 本公开的目标是至少减轻前述困难并且提供满足前述要求的用于数字和用于模 拟信号的检测电路。
【发明内容】
[0009] 本公开是基于涉及具有集成A/D转换器的微处理器的出现的发现。微处理器设备 的这种新分类允许以检测电路的降低的复杂性来处理低电压输入信号。
[0010] 本公开的目的是提供用于低幅度电信号的通用检测电路。
[0011] 本公开的相关目的是提出一种检测电路，其依靠具有内置模拟到数字转换器的微 处理器。有利地，可以在微处理器的对应引脚处选取低参考电压。
[0012] 以上问题通过根据本公开的主权利要求的用于低电压信号的检测电路来解决。本 公开的优选实施例由从属权利要求覆盖。
[0013] 本公开的另一目的是提供一种允许处理低电压模拟信号的检测电路。
[0014] 本公开的相关目的是提供一种允许从温度依赖电阻器获得的低电压模拟信号的 处理的检测电路。
[0015] 本公开的相关目的是提供一种允许来自正热系数电阻器的低电压模拟信号的处 理的检测电路。
[0016] 本公开的相关目的是提供一种被配置成处理来自负热系数电阻器的低电压模拟 信号的检测电路。
[0017] 本公开的相关目的是提供一种被配置成处理负和正输入电压二者的用于低电压 模拟信号的检测电路。
[0018] 本公开的另一目的是提供一种允许处理低电压数字信号的检测电路。
[0019] 本公开的相关目的是提出一种允许噪声降低和/或噪声消除的用于低电压数字 信号的检测电路。
【附图说明】
[0020] 各种特征将从所公开的非限制性实施例的以下详细描述中变得对本领域技术人 员显而易见。随附详细描述的附图可以被简要描述如下： 图1示意性地提供了通过嵌入在控制器中的微处理器的信号处理的各个步骤的概览。
[0021] 图2是图1的一般概念的特殊实施例。
[0022] 图2是特别适合于高达I. 5kOhm的电阻器的检测电路的示意图。
[0023] 图3是图1的一般概念的特殊实施例。
[0024] 图2示出特别适合于高达600k0hm的电阻器的检测电路。
[0025] 图4是图1的一般概念的特殊实施例。
[0026] 图4示出适于检测(机械）开关的状态的检测电路。
[0027] 图5是图1的一般概念的特殊实施例。
[0028] 图5是用于检测和用于测量-IV和+IlV之间的电压的检测电路。
【具体实施方式】
[0029] 图1描绘了具有附接的传感器2的控制器1。作为示例，传感器2可以是光电二极 管、温度依赖电阻器、加速度传感器、（气压）压力传感器或类似物。在本申请的上下文中的 传感器2还可以是(机械）开关或电压源。
[0030] 控制器1提供电流供给3。电流供给3将典型地在传感器2是电阻器或开关时处 于使用中。电流供给3可以在传感器2是电压供给时被关断。
[0031] 电流供给3可以通过微处理器4被接通和关断。为此，电流供给3伴随有端口 5b， 其连接到微处理器4的端口 5a。微处理器4被配置成通过端口 5a、5b向电流供给3发送 (CSS)信号以便接通或关断供给3。
[0032] 电流供给3还连接到电力供给6。在优选实施例中，由电力供给6供给的电压是 +18V或+19V。在有利实施例中，由电流供给3产生的电流的大小与参考电压成比例。来自 电流供给3的电流对参考电压10的依赖帮助减轻参考电压10中的变化对信号处理的影 响。
[0033] 电力供给6接收参考电压10以使电力供给6供给的电压和元件3供给的电流变 化。参考电压将典型地为1.7V。在另一实施例中，参考电压为2V。
[0034] 参考电压10还设置A/D转换器9的最大输入范围。参考电压10的低值降低通过 的电流和因而传感器2上的应力。
[0035] 传感器2还连接到低通滤波器7。低通滤波器7抑制具有高于市电频率（mains frequency)的频率的噪声。在优选实施例中，低通滤波器7提供电容器。每当传感器2是 开关时该电容器可以证明是有用的。当闭合开关时，电容器提供额外电流以通过氧化物层 的移除来帮助清洁(机械)开关的接触部。由低通滤波器7的电容器供给的额外电流还可以 降低接触颤动。
[0036] 在特定实施例中，低通滤波器7是一阶RC或LC或RLC滤波器。在另一实施例中， 低通滤波器是蝶型滤波器。在又一实施例中，低通滤波器是切比雪夫（Chebyshev)型滤波 器。后两个实施例采用更高阶滤波器来更好地降低添加到由低电压传感器2产生的(弱)信 号的1/频率噪声。
[0037] 控制器1还提供要添加到传感器信号的交流（AC)电压的源8。AC电压的该源8引 入已知为过采样的技术。在优选实施例中，AC电压的频率是270Hz。来自源8的交流电压 的幅度典型地为大约15mV。在特定实施例中，由源8供给的电压具有三角形状。在另一实 施例中，源8基本上供给噪声信号。
[0038] 控制器1还提供衰减元件11。衰减元件11主要与作为-1…+IlV电压源、数字传 感器或高阻抗负热阻（NTC)传感器的传感器2 -起使用。在这些情况中的任一个中，传感 器2之上的电压降将超过要供给到A/D转换器9的最大输入电压。元件11然后降低信号 的幅度。在优选实施例中，幅度中的降低与来自传感器2的信号的幅度基本成比例。衰减 元件11提供输入端口 12b。通过输入端口 12b，衰减元件11可以从微处理器4的输出端口 12a接收（MRS)信号。微处理器因此取决于是否需要衰减而启用和禁用衰减元件11。
[0039] 阻抗转换器13是控制器1的可选元件。每当由于(环境）温度依赖引起A/D转换 器9的输入电流变得过量时，需要阻抗转换器13。阻抗转换器13然后确保馈送到A/D转换 器9的电流将是足够的。
[0040] 模拟到数字转换器9优选地以2. 5kHz的采样率在IOOms期间对其输入信号进行 采样。换言之，A/D转换器9获取250个值。值然后被存储在微处理器4内部以供进一步 处理。通过平均，获得具有较高分辨率的平均值。利用元件8添加的AC信号，信号的平均 通过过采样而在A/D转换器9的分辨率上有所改善。那样，分辨率可以从12位增加至14 位或甚至增加至16位。由元件8供给的AC电压的频率将相应地被选取并且可以实际上在 270Hz以上。
[0041] 在另一实施例中，通过微处理器4的处理意味着检测市电频率。还可以检测市电 频率的相位。由传感器2检测的信号通常受市电频率影响。此外，市电频率可能通过电磁 干扰影响传感器2信号。当在IOOms期间对信号进行采样之后，微处理器4检测信号频率 的市电分量的过零。微处理器4然后以优选0.1 Hz的分辨率确定频率和/或还有市电分量 的相位。市电分量的影响然后可以通过数字陷波滤波器被抑制。
[0042] 控制器优选地不提供任何元件来放大来自传感器2的信号的电压