电压值的值，这里亦即根据假设达到超过2.5V的值。在这种情况下，在比较器26上施加的两个输入电压的比较在比较器26的输出端上产生逻辑“0”，它通过时钟信号34的下一个上升沿在D触发器28的输出端上出现，并且相应于0V的电压水平。由此电容器32至少短暂地放电。也就是说，电容器32上的电压下降，并且例如再次产生如下情况，即由于比较器26的两个输入信号的比较，在它的输出端上出现逻辑“1”，其短暂地再次导致对电容器32充电。这再次导致，由于比较器26的两个输入信号的比较，在它的输出端上出现逻辑“0”，它导致电容器32放电等。结果，位流38在高电平和低电平之间振荡，并且基于高电平和低电平(逻辑“1”和“0”)的均匀分布或者至少近似的均匀分布，能够借助自动装置30推断出输入信号18的电压值，即作为在需要时用来对电容器32充电的位流38的高信号(5V)的电压水平和在需要时用来对电容器32放电的位流38的低信号(0V)的电压水平之间的中值的2.5V。
[0033]在输入信号18的另一个电压值、例如4V的情况下，在位流38中产生另外的状况以及逻辑“1”和“0”的另外的分布。电容器32的初始充电如上述进行。一旦电容器32上的电压首次超过输入信号18的电压的瞬时值，则在比较器26的输出端上出现逻辑“0”，它通过时钟信号34的下一个上升沿在D触发器28的输出端上在位流38中作为0V电平出现。由此使电容器32放电。该放电相应于位流38的瞬时电压水平(0V)和电容器32上的电压的瞬时值(大约4V)之间的电压差，通过电阻36上的放电电流进行。由此，在例如1微秒的时钟信号34的时钟周期中，使得电容器32以4 μ V的数量级放电。当该放电(在一个时钟周期期间)已经足以使得随后由于比较器26的两个输入信号的比较而在它的输出端上出现逻辑“1”时，则它通过时钟信号34的下一个上升沿传递到D触发器28的输出端，使得相应地产生位流38的5V的电压水平。通过电阻36上的电压差(5V减去约4V)，现在再次对电容器32充电。在时钟信号34的时钟周期为1微秒的情况下，由此使得在一个时钟周期期间电容器32被充电到1 μ V的数量级。也就是说，在假设输入信号18的电压值为4V的情况下，对电容器32的先前放电的补偿以大约为先前放电四倍长的时间持续。相应地在位流38中也产生1和0的分布。对于输入信号18的其他的电压值，上面概括的状况相应地适用，并且在位流38中产生分别与输入信号18的电压的瞬时值成比例的1和0的分布，并且由此也产生与在输入信号18中包含的测量信号的电压的瞬时值成比例的这种分布。
[0034]对位流38中的“1”(逻辑高电平)的频率分布的评估借助自动装置30进行。在这种情况下，例如对在20微秒的时间段、也就是说50Hz振荡的全波的持续时间期间的位流38中的1进行计数。该时间段和在该时间段内的平均值的形成具有如下优点:在同样50Hz的电网频率的情况下可能的电网交流声得到平均，因为在电网交流声的情况下既考虑电网频率的正半波也考虑负半波，使得在所观察的时间段的整个持续时间期间，产生对可能的电网交流声的影响的补偿。也就是说，对位流38的这样的评估如同电网滤波器一样起作用并且使得不需要单独的电网滤波器。
[0035]最后，根据图3中的图示，说明借助自动装置30对调制到作为输入信号18的基础的测量信号上的HART信号的频率的推导。自动装置30用作用于从在处理单元22的输入端上对输入信号18供给的位流38中重构原来的输入信号18的部件并且被相应地实现。为此，自动装置30包括输入电路10的第一模型40和第二模型42。这两个模型40、42是处理单元22的适当编程的功能结构。这种功能结构的编程本身基本上是公知的，并且例如在用作处理单元22的FPGA中借助硬件描述语言(Hardware Descript1n Language，HDL)、例如VHGL进行。
[0036]每一个模型40、42都提供输入信号18的重构。根据输入电路10(图2)的第一模型40对输入信号18的重构的结果是第一重构结果44。在这种情况下，第一模型40被设计用于尽可能准确地重构输入信号18、亦即与调制的HART信号一起的测量信号。根据输入电路10(图2)的第二模型42对输入信号18的重构的结果相应地是第二重构结果46。在这种情况下，第二模型42被设计用于重构包含在输入信号18内的测量信号、亦即没有调制的HART信号的输入信号18。
[0037]为此，第一模型40以由输入电路10实际包括的构件的特征以及也可以被理解为RC元件的电阻36和电容器32的串联电路的产生的时间常数运行。与此相对，第二模型42以与第一模型40相比更大的时间常数，例如借助适应电阻36和/或电容器32的模型化的特征来运行。
[0038]两个重构结果44、46的差作为第三重构结果48产生在输入信号18中包含的调制的HART信号。从中可以借助作为自动装置30的功能的一部分实现的解调器获得作为基础的数字的HART电报24。
[0039]虽然通过实施例进一步详细地图示和说明了本发明，但是本发明不受所公开的例子限制，并且能够由专业人员从中导出其他的改变，而不脱离本发明的保护范围。
[0040]因此，这里提交的说明的各个主要的方面能够简短总结如下:提供一种输入电路10，用于处理具有调制的附加信号的模拟测量信号形式的模拟输入信号18，以及用于将输入信号18变换为串行的位流38，该位流38具有与输入信号18成比例的高电平的频率分布，其中，输入电路10包括用于比较输入信号18的瞬时电压值与可变的比较值的部件26和用于使该比较值适应所产生的位流38的瞬时值的部件28、36。此外，提供用于操作这样的输入电路10的方法。
[0041]附图标记列表
[0042]10模拟输入电路/输入电路
[0043]12A/D 变换器
[0044]14带通滤波器
[0045]16HART 解调器
[0046]18输入信号
[0047]20串行或者并行传输线
[0048]22处理单元
[0049]24HART 电报
[0050]26比较器
[0051]28D触发器
[0052]30自动装置
[0053]32电容器
[0054]34时钟信号
[0055]36电阻
[0056]38位流
[0057]40第一模型
[0058]42第二模型
[0059]44第一重构结果
[0060]46第二重构结果
[0061]48第三重构结果
【主权项】
1.一种输入电路(10)，用于处理具有调制的附加信号的模拟测量信号形式的模拟输入信号(18)，并且用于将输入信号(18)变换为串行的位流(38)，该位流(38)具有与输入信号(18)成比例的高电平的频率分布， 其中，输入电路(10)包括用于对输入信号(18)的瞬时电压值与可变的比较值进行比较的部件(26)和用于使该比较值适应所产生的位流(38)的瞬时值的部件(28、36)。2.根据权利要求1所述的输入电路(10)，具有比较器(26)，作为用于对输入信号(18)的相应的瞬时电压值与可变的比较值进行比较的部件(26)。3.根据权利要求2所述的输入电路(10)， 其中，能够向比较器(32)的第一输入端供给输入信号(18)， 其中，在比较器(32)的第二输入端上连接电容器(32)，并且该电容器(32)上的电压用作比较值，和 其中，输入电路(10)包括D触发器(28)和连接在D触发器(28)的输出端与电容器(32)之间的电阻(36)，作为用于使比较值适应所产生的位流(38)的瞬时值的部件(28、36) ο4.根据上述权利要求中任一项所述的输入电路(10)，具有处理单元(22)和作为处理单元(22)的功能实现的自动装置(30)，其中，能够向处理单元供给串行的位流(38)，并且其中，借助自动装置(30)能够确定位流(38)中的高电平的频率分布。5.—种用于操作根据上述权利要求中任一项所述的输入电路(10)的方法， 其中，比较输入信号(18)的相应的瞬时电压值与由输入电路(10)提供的可变的比较值， 其中，使所述比较值适应所产生的位流(38)的瞬时值，和 其中，将输入信号(18)与由该输入信号(18)包括的调制的附加信号一起变换为串行的位流(38)，该位流(38)具有与输入信号(18)成比例的高电平的频率分布。6.根据权利要求5所述的用于操作根据权利要求4所述的输入电路(10)的方法，其中，所述自动装置(30)包括输入电路(10)的第一和第二模型(40、42)的一种实现，用于重构输入信号(18)，其中，第一和第二模型(40、42)提供输入信号(18)的第一和第二重构结果(44、46)，并且其中，根据这两个重构结果(44、46)的比较来确定调制到作为输入信号(18)的基础的测量信号上的附加信号。7.根据权利要求5或6所述的用于操作根据权利要求4所述的输入电路(10)的方法，其中，借助处理单元(22)产生用于控制输入电路(10)的时钟信号(34)。8.根据权利要求5、6或7中任一项所述的用于操作根据权利要求4所述的输入电路(10)的方法，其中，借助自动装置(30)确定位流(38)中的高电平在与电网周期的持续时间相应的时间段期间的平均的频率分布。9.根据权利要求5到8中任一项所述的方法，其中，调制到作为模拟输入信号(18)的基础的测量信号上的附加信号是HART信号。10.一种自动化设备，具有根据权利要求1到4中任一项所述的输入电路(10)或者具有按照根据权利要求5到9中任一项的方法工作的输入电路(10)。
【专利摘要】本发明提供一种用于处理模拟输入信号的输入电路和其操作方法。输入电路(10)用于处理具有调制的附加信号的模拟测量信号形式的模拟输入信号(18)，并且用于将输入信号(18)变换为串行的位流(38)，该位流(38)具有与输入信号(18)成比例的高电平的频率分布，其中，输入电路(10)包括用于比较输入信号(18)的瞬时电压值与可变的比较值的部件(26)和用于使该比较值适应所产生的位流(38)的瞬时值的部件(28、36)。
【IPC分类】H03M1/12
【公开号】CN105281768
【申请号】CN201510393311
【发明人】W·格里斯鲍姆, S·赫克, E·施拉布
【申请人】西门子公司
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年6月4日
【公告号】DE102014210660A1, US20150358028