专利名称：用于识别转换器错误的电路装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于识别转换器错误的电路装置和方法。
背景技术：
如果作为输入信号比如在存储元件中所存储的数字数值必须被转换为作为输出信号的(准)模拟电压，那么总是采用数-模转换器(DA转换器)。该输出信号并从而输出电压Ua在此与数字输入信号d与参考电压Uref的乘积成比例。相应地可以利用构造为模-数转换器(AD转换器)的转换器来把作为输入信号的模拟输入电压转换为数字输出信号。当然在DA转换器以及AD转换器中在运行期间可能出现错误，这些错误应当被识别，以改善这种转换器的运行可靠性。在文献US 5 583 502 A中描述了一种用于在多个AD转换器或DA转换器中进行错误识别的方法。该方法可以利用电路来实施，该电路具有重合电路，该重合电路构造用于处理该转换器的输出信号，以提供一致指示信号。此外该电路还具有由该重合电路来控制的输出单元，该输出单元构造用于提供针对该转换器而实施的检验的结果。然而，在此对于一次测试需要多个转换器，这导致相对高的硬件耗费。在出 片反物"Test Generation and Concurrent Error Detection in Current-Mode A/D Converters，，IEEE，1995 中由 WeyΛ Chin-Long、Shoba Krishnan 禾口 Sondes Sahli推荐了用于保护AD转换器的一种变换逻辑的应用。在此首先把要测量的电流Itl=Iin数字化，该结果被存储在寄存器中，并在下一步骤中该电流It2=Iref-Iin被转换。如此所获得的这两个数字值接着被相互比较。在无错误的情况下，该第二值与该第一值互补。该方法基于的是时间冗余，也即该AD转换器的时钟时长必须大于或等于变换时间的两倍，从而能够在一个时钟周期期间实施两次变换。但并不是在每个应用中都能满足该前提。在出版物 “A Proposal for Error Tolerating Codes” IEEE, 1993 中由 Matsubara、Takashi和^shiaki Koga推荐了 AD转换器的错误冗余编码的应用。在此采用了窗口比较器，如果模拟输入电压处于确定的范围中，那么该窗口比较器就提供逻辑一。 在此针对由该AD转换器所生成的每个比特都采用一个窗口比较器，其中各个比较器具有不同的电压范围。从而该窗口比较器的输出可以实现错误冗余的编码。但该方法没有提供 100%的错误覆盖
发明内容
在此背景下，提出了一种具有独立权利要求所述特征的电路装置和方法。本发明的其他扩展方案由从属权利要求和说明得到。利用本发明尤其提供了一种用于通过模拟和数字有用信号的积分以及被积分有用信号的特性比较在AD和/或DA转换器中进行错误识别的电路装置和方法。在本发明的范畴内所规定的转换器、也即AD转换器和/或DA转换器的错误识别基于的是对模拟和数字有用信号的积分。在无错误的情况下，这两个被积分的有用信号相互同时地(Zeitnah)达到确定的阈值。通常可以为被积分的模拟有用信号确定自己的阈值， 并为被积分的数字有用信号确定自己阈值。通过检验在其中被积分的有用信号应该达到所确定的阈值的时间窗口，来识别在从模拟到数字以及从数字到模拟的变换中的永久错误和漂移错误。对可能存在的错误的所述识别在线地、也即在要控制的转换器运行时进行，使得有用信号的变换不被中断。通常被积分的模拟有用信号在时间点tA达到针对被积分的模拟有用信号而设置的、典型模拟的阈值。被积分的数字有用信号在时间点tD达到针对被积分的数字有用信号而设置的、典型数字的阈值。如果两个时间点tA、tD都位于该时间窗口内，也即在这两个时间点tA、tD之间的时间段小于等于由该时间窗口所确定的间隔的长度，那么要检验的转换器就是无错误的，否则就存在错误。在AD转换器中，模拟输入信号作为模拟有用信号被变换为数字输出信号或有用信号，相反，在DA转换器中，数字有用信号作为输入信号被变换为作为输出信号的模拟有用信号。在此，数字有用信号可包含有多个数字数值，其也被称为数字子有用信号。在根据本发明的方法中，在扩展方案中对两个有用信号进行监控。另外还检验这些有用信号在处理之后是否满足确定的条件。为了实施该方法，现在该数字有用信号是否是要变换的输入信号、以及该模拟有用信号是否是通过变换而生成的输出信号，或者是否由作为输入信号的模拟有用信号来变换作为输出信号的数字有用信号，这是无关紧要的。与变换的种类无关，该模拟有用信号和数字有用信号为了识别错误而被相同的变化和比较。仅仅需要把该数字和模拟有用信号输送给本发明的电路装置的实施方式的为此而设置的输入端。在扩展方案中，甚至可以提供一个电路装置，该电路装置适于对AD转换器以及DA转换器来检查错误。对转换器可能存在错误的这种检查并行于相应要实施的变换来进行。与变换的种类无关，在该电路装置中针对模拟有用信号和数字有用信号通常采用相同的电工模块。因为在所述方法的范畴内检查这两个被积分的有用信号何时达到相应规定的阈值，所以仅仅应该注意的是，该输入信号在要实施的检查期间至少被延迟一次，这时该输出信号才由已存在的输入信号被生成。数字有用信号可以包含有多个数字子有用信号，其中数字子有用信号充当由该数字有用信号所代表的数的位和/或幂。根据本发明的电路装置构造用于实施所介绍方法的所有步骤。在此该方法的各个步骤也可以由该电路装置的各个部件来实施。另外该电路装置的功能或该电路装置的各个部件的功能可以转换为该方法的步骤。另外，也可以作为该电路装置的至少一个部件的、或者整个电路装置的功能来实现该方法的步骤。本发明的其他优点和扩展方案参见说明和附图。应认为，前述的以及下文中还要解释的特征不仅可以以相应所示的组合、而且还可以以其他的组合或者单独地来应用，而不脱离本发明的范畴。
图1以示意图示出了用于实施DA变换原理的DA转换器的例子。图2以示意图示出了 AD转换器的例子。图3以示意图示出了用于DA转换器的根据本发明的电路装置的第一实施方式。图4以示意图示出了用于AD转换器的根据本发明的电路装置的第二实施方式。图5以示意图示出了作为本发明电路装置的一个实施方式的一个部件的数字积分块的例子。图6以示意图示出了作为本发明电路装置的一个实施方式的一个部件的模拟比较块(比较器)的例子。图7以示意图示出了作为本发明电路装置的一个实施方式的一个部件的模拟积分块的第一例子。图8以示意图示出了作为本发明电路装置的一个实施方式的一个部件的模拟积分块的第二例子。
具体实施例方式本发明借助实施方式在附图中示意地示出，并在下文中参照附图来详细阐述。这些附图关联并概括地被阐述，相同的符号表示相同的部件。图1以示意图示出了作为DA转换器5构造的转换器的一个例子，其中该转换器构造用于实施从作为数字有用信号的数字输入信号到作为模拟有用信号的模拟输出信号的变换。该DA转换器5在此包含有作为直流电压源而构造的电压源7，利用该电压源来提供参考电压9 Uref0此外该DA转换器5还包含有比较器11，在其负输入和输出上连接了电阻值为R的比较电阻13。另外该转换器5还包含有与一个第零开关17相串联的电阻值为16R的一个第零电阻15、具有电阻值8R和与之串联连接的第一开关21的第一电阻19、具有第二电阻值4R 和与之串联连接的第二开关25的第二电阻23、以及具有电阻值2R和与之串联连接的第三开关四的第三电阻27。规定利用在此所示的用于数模变换的DA转换器5，通过第零电阻15和第零开关 17来提供作为第零数字子有用信号d0的数2的零次幂(2°)，利用第一电阻19和第一开关 21来提供用于数2的一次幂(21)的第一数字子有用信号dl，利用第二电阻23和第二开关 25来提供用于数2的二次幂(22)值的第二数字子有用信号d2，并利用第三电阻27和第三开关四来提供用于数2的三次幂(23)的第三数字子有用信号d3。作为输出信号的要变换的数字有用信号包含有所述的四个数字子有用信号d0、dl、d2和d3，其被输入给该比较器 11的负输出以及比较电阻13。利用该转换器5，总计由包含有数字子有用信号d0、dl、d2 和d3的数字有用信号来提供作为模拟输出信号的模拟有用信号，在此为输出电压31Ua。因此在图1中示出了数字有用信号宽度N=4的一种可能的DA变换原理，其基于的是加权电流的相加。图2以示意图示出了作为AD转换器41而构造的、具有分压器43的转换器的实施方式，其包含有六个串联连接的、作为串联电阻而构造的、具有电阻值R的第一电阻45以及两个作为输入电阻而构造的、分别具有电阻值R/2的电阻47。另外该转换器41还包含有七个比较器 491、492、493、494、495、496、497、七个存储单元 511、512、513、514、515、516、517 和一个解码器53。利用在图2中示意性示出的AD转换器41，可以把模拟有用信号作为输入信号(在此为输入电压55Uin)来数字化，其被施加到比较器491、492、493、494、495、496、497的输入端上。在此，在该分压器43上施加了参考电压57 Uref0通过电阻45、47而分压的参考电压 57被施加到比较器491、492、493、494、495、496、497的负输入端上。另外，在第一比较器491的输出端上提供一个第一比较器状态591 kl，在第二比较器492的输出端上提供一个第二比较器状态592 k2，在第三比较器493的输出端上提供一个第三比较器状态593 k3，在第四比较器494的输出端上提供一个第四比较器状态594 k4，在第五比较器495的输出端上提供一个第五比较器状态595 k5，在第六比较器496的输出端上提供一个第六比较器状态596 k6，在第七比较器497的输出端上提供一个第七比较器状态597 k7。所提供的比较器状态591、592、593、594、595、596、597被输送给存储单元511、 512、513、514、515、516、517 的第一输入端 61( 1D)。给存储单元 511、512、513、514、515、516、 517的第二输入端63 (Cl)分别输送了时钟信号65 CLK。另外，由第一存储单元511的输出端Q输送第一 T输出信号671 xl，由第二存储单元512的输出端Q输送第二 T输出信号672 x2,由第三存储单元513的输出端Q输送第三 T输出信号673 x3，由第四存储单元514的输出端Q输送第四T输出信号674 x4，由第五存储单元515的输出端Q输送第五T输出信号675 x5,由第六存储单元516的输出端Q输送第六T输出信号676 x6，由第七存储单元517的输出端Q输送第七输出信号677 x7至该解码器 53。所述的 T 输出信号 671、672、673、674、675、676、677 xl、x2、x3、x4、x5、x6、x7 在该AD转换器41中形成了一个所谓的温度计码。最后由该解码器53作为输出值来提供三个数字子有用信号69、71、73 dl、d2、d3。 在此，第零数字子有用信号69 d0代表数2的零次幂的值，第一数字子有用信号71 dl的值代表数2的一次幂的值，第二数字子有用信号73 d2代表数2的二次幂的值。如果把模拟有用信号作为输入信号变换为作为数字有用信号的数字数值并从而变换为输出信号，那么就采用模-数转换器或AD转换器41。该数字数值接着可以被存储并被进一步处理。宽度为N的数字有用信号或输出信号d在关注采样和量化效应的情况下与模拟输入电压Uin成比例
权利要求
1.一种用于识别转换器错误的电路装置，该电路装置构造用于分别对该转换器的模拟有用信号(107，125)和数字有用信号(105，127)进行积分，并检验被积分的模拟有用信号 (107，125)何时达到确定的阈值(117)，以及被积分的数字有用信号(105，127)何时达到确定的阈值，其中如果没有在定义的时间窗口内达到这些阈值(117)，那么该电路装置(81， 85)为该转换器识别出错误。
2.根据权利要求1所述的电路装置，该电路装置具有模拟侧(86)，可以给该模拟侧输送该模拟有用信号(107，125)，其中该模拟侧(86)具有用于对该模拟有用信号(107，125) 实施积分的积分模块(89)和用于把积分结果(115)与该确定的阈值(117)相比较的比较模块(90)，其中该比较模块(90)构造用于提供输出值(119)，该输出值用信号表明是否达到该阈值(117)。
3.根据权利要求2所述的电路装置，该电路装置具有放大器(91)，该放大器连接于该积分模块(89)前，并构造用于对所输送的模拟有用信号(107，125)进行缓冲。
4.根据前述权利要求之一所述的电路装置，该电路装置具有数字侧(93)，可以给该数字侧输送该数字有用信号(105，127)，其中该数字侧(93)具有用于对该数字有用信号 (107，125)实施积分的积分模块(95)以及用于把积分结果(115)与该确定的阈值相比较的阈值判定器模块(97)，其中该阈值判定器模块(97)构造用于提供输出值(111)，该输出值用信号表明是否达到该确定的阈值。
5.根据权利要求3或4所述的电路装置，该电路装置具有分析模块(101)，该分析模块连接于所述两侧(86，93)之后，并接收所提供的输出值(111，119)，其中该分析模块(101) 检验在定义的时间窗口内所述输出值(111，119)以及从而由其导出输出值(111，119)的该有用信号(105，107，125，127 )是否已经达到了所述确定的阈值(117 )。
6.根据权利要求2至5之一所述的电路装置，该电路装置具有至少一个延迟模块 (99)，其中所述至少一个延迟模块设置在该电路装置(81，85)的一侧(86，93)和/或被激活，其中可以给该侧输送作为转换器的输入信号而构造的有用信号(105，125)。
7.一种用于识别转换器错误的方法，其中该转换器的模拟有用信号(107，125)和数字有用信号(105，127)分别被积分，并且其中检验被积分的模拟有用信号(107，125)何时达到确定的阈值(117)，以及被积分的数字有用信号(105，127)何时达到确定的阈值，其中如果没有在定义的时间窗口内达到该阈值(117)，那么就针对该转换器识别出错误。
8.根据权利要求7所述的方法，该方法针对作为模-数转换器(41，87)而构造的转换器来实施，其中利用该转换器把输入的模拟有用信号(107)变换为输出的数字有用信号 (127)。
9.根据权利要求7或8所述的方法，该方法针对作为数-模转换器(5，81)而构造的转换器来实施，其中利用该转换器把输入的数字有用信号(105)变换为输出的模拟有用信号 (125)。
10.根据权利要求7至9之一所述的方法，其中一旦达到该确定的阈值(117)，那么针对每个有用信号(105，107，125，127)在实施积分以及与该确定的阈值(117)的比较之后提供输出值(111，119)，其中检验在其之中提供两个输出值(111，119)的时间段是否短于或长于定义的时间窗口。
全文摘要
本发明涉及一种用于识别转换器错误的电路装置(81)，该电路装置构造用于分别对该转换器的模拟有用信号(107)和数字有用信号(105)进行积分，并检验被积分的模拟有用信号(107)何时达到确定的阈值(117)，以及被积分的数字有用信号(105)何时达到确定的阈值，其中如果没有在定义的时间窗口内达到该阈值(117)，那么该电路装置(81)为该转换器识别出错误。
文档编号H03M1/10GK102291142SQ201110148930
公开日2011年12月21日 申请日期2011年6月3日 优先权日2010年6月4日
发明者F.弗雷恩德, N.克尔 申请人:罗伯特·博世有限公司