用于操作气体传感器装置的方法和气体传感器装置制造方法及图纸

一种用于操作气体传感器装置的方法包括：借助于气体传感器(11)产生传感器电流(IR)；根据第一时钟信号(CLK1)在电荷平衡操作中将传感器电流(IR)转换成数字比较器输出信号(LOUT)。根据数字比较器输出信号(LOUT)并且根据第一时钟信号(CLK1)确定包括计数的整数数量的异步计数(C1)。此外，根据数字输出信号(ADC‑COUNT)确定取决于第二时钟信号(CLK2)的分数时间计数(C2)。最后，根据异步计数(C1)和分数时间计数(C2)计算数字输出信号(ADC‑COUNT)。所述数字输出信号(ADC‑COUNT)指示气体传感器(11)产生的传感器电流(IR)。

Method and gas sensor device for operating gas sensor device

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于操作气体传感器装置的方法和气体传感器装置本专利技术涉及用于操作气体传感器装置的方法和气体传感器装置。气体传感器用于空气质量的监测、安全或控制以及其他传感器应用。在电阻式气体传感器中，半导体材料暴露于气体中，使得传感器中的电阻在其与所监测的气体接触时降低或增加。采用专用的测量前端来估计传感器的输出信号。输出信号可以是由前端估计的传感器电流或电压，用以推断出电阻式气体传感器的电阻或电阻变化，并进一步确定气体包括的成分。测量前端经常受到温度漂移和过程参数(诸如参考电压、参考电阻等)的不准确性的影响。此外，在大的测量范围(包括低和高电阻)应该确保传感器读取的准确性和可靠性。本专利技术的目的是提供用于操作气体传感器装置的方法和允许扩展和可调整测量范围的气体传感器装置。这些目的通过独立权利要求的主题来实现。在从属权利要求中描述了其他改进和实施例。应当理解，下文中关于任何一个实施例描述的任何特征可以单独使用、或者与下文中描述的其他特征结合使用，并且还可以与实施例中任何其他的一个或更多个特征、或者实施例的任何其他的任何组合结合使用，除非明确描述为替代方案。此外，在不脱离如所附权利要求限定的用于操作气体传感器装置的方法和气体传感器装置的范围的情况下，也可以采用以下未描述的等同和修改。以下涉及气体感测领域中的改进构思。改进构思提供用于实现气体传感器手段和用于操作气体传感器装置的方法。该气体传感器装置可以包括测量前端(例如实现为一阶调制器或在两个已知电压阈值之间积分的连续时间积分器)。可以存在下阈值和上阈值。每当调制器积分直到上阈值时，触发比较器。比较器触发可以减去将调制器的输出带到下阈值的预定电压。然后，积分器再次开始积分。积分器的输出能够由根据传感器电阻的量值(例如，由气体传感器电阻确定的信号电流)的异步输出提供。比较器还可以触发提供计数值的计数器。积分的斜率取决于信号电流并且能够使计数是流过气体传感器的电流的直接测量值，并因此测量用于固定积分时间的传感器电阻。通常，能够执行多个积分周期。然而，第一积分周期可以从不确定的起始电压开始。为了将第一积分周期与其他周期区分，可以考虑第一计数误差。此外，最后一个积分周期可以在有限的积分时间完成之前终止。最后一个不完整积分周期可以导致称为剩余计数误差的误差，所述误差可以通过分数计数考虑。例如，借助高速时钟利用第二计数器的输出能够用于测量积分时段。为了去除归因于可能由不适当初始化引起的第一计数误差的误差并且还考虑可能不包括在计数器输出中的剩余信号，能够利用分数计数补偿整数计数值。例如，本专利技术构思采用电阻式气体传感器，所述电阻式气体传感器具有参考电阻器和传感器电阻器的串联电阻。这允许利用(1/x)压缩方式压缩传感器电流范围。比例计算方法减少了对过程参数的绝对准确性、温度漂移以及寿命降低的要求。在至少一个实施例中，用于操作气体传感器装置的方法包括以下步骤。所述方法可以由配备有气体传感器(诸如电阻式气体传感器)的测量前端来执行，如下面进一步详细所述的。首先，借助于气体传感器产生传感器电流。根据第一时钟信号在电荷平衡操作中将传感器电流转换成数字比较器输出信号。根据数字比较器输出信号确定异步计数。异步计数包括根据第一时钟信号的计数的整数数量。另外，根据第二时钟信号由数字比较器输出信号确定分数时间计数。最后，根据异步计数和分数时间计数计算指示气体传感器产生的传感器电流的数字输出信号。然后，例如能够根据数字输出信号和气体传感器的激励电压计算电阻和/或电阻变化。实际上，所提出的构思能够与气体传感器对接(诸如具有1kΩ到1GΩ的动态范围、即十进制7个级数范围的电阻式气体传感器)。能够利用对单个和多个范围的可编程增益设置来缩放或调整所提出的构思，以实现更高的电阻范围。通过比例测量能够实现计算，并且有助于抵消归因于诸如Vforce、Tint、Cref、Vref以及Rref的过程参数引起的误差和参考温度漂移。本质上，本专利技术构思允许在功能操作中检测传感器断开。传感器激励例如借助于激励电压可以是恒定的。最后，能够以低的功率和面积要求实现所述构思。在至少一个实施例中，传感器电流在积分时间期间被积分到一个或更多个参考电荷包中。电荷包的检测确定积分周期。例如，从起始状态到结束状态累积电荷。在该过程中累积的电荷能够认为是电荷包。第一时钟信号用于在积分时间期间计数多个参考电荷包。异步计数由根据第一时钟信号计数的电荷包数量确定。在至少一个实施例中，由根据第二时钟信号通过测量异步计数中相邻计数之间的时间计数来确定积分周期。例如，在时间段中测量计数并且时间计数是所述时间段的指示。在至少一个实施例中，当已经确定计数时，复位时间计数。在至少一个实施例中，第一积分周期的时间段被确定为第一积分时段。第一积分时间段由指示第一积分周期起始的第一时间戳和指示异步计数中的第一计数时间的第二时间戳确定。在至少一个实施例中，一个或更多个完整积分时段的时间段被确定为完整积分时段。例如，可以将完整积分时段认为是异步计数中的两个相邻计数之间的任何时间段。例如，完整积分时段由指示异步计数中的计数的第三时间戳和指示异步计数中的相邻计数的第四时间戳确定。在至少一个实施例中，确定多于一个的完整积分时段。根据确定的完整积分时段确定平均完整积分时段。在至少一个实施例中，在最后一个完整积分周期和积分结束之间的时间段被确定为剩余时间段。剩余积分时段由指示异步计数中的最后一个计数的时间戳和指示积分结束的时间戳确定，即由于积分时间已运行过而信号采集终止时。在至少一个实施例中，通过计算第一分数计数来考虑第一计数误差。第一分数计数基于第一个积分时段和完整积分时段。第一分数计数是在第一积分周期期间由气体传感器产生的传感器电流的测量值。在至少一个实施例中，通过计算第二分数计数来考虑剩余计数误差。第二分数计数基于最后一个积分时段、完整积分时段以及剩余时间段。完整积分时段可以是指示完整积分周期的时间的任何时段。例如，完整积分时段是指最后一个完整积分周期的时段。第二分数计数是在最后一个积分周期期间由气体传感器产生的传感器电流的测量值。在至少一个实施例中，数字比较器输出信号借助于锁存比较器产生。通过计算多于一个完整积分时段的平均积分时段来考虑比较器锁存器同步误差。平均积分时段是在数字比较器输出信号中由锁存比较器引入的调制的测量值。在至少一个实施例中，使用平均积分时段替代单个完整积分时段(例如，最后一个完整积分时段)。平均积分时段用于校正第一计数误差、剩余计数误差和/或比较器锁存器同步误差。在至少一个实施例中，基于一个或更多个完整积分时段和/或平均积分时段，数字输出信号包括基于异步计数以及第一和第二分数计数的总和。在至少一个实施例中，气体传感器包括至少一个参考电阻器和传感器电阻器，所述至少一个参考电阻器和传感器电阻器分别具有参考电阻Rref和传感器电阻Rsensor。此外，所述方法以传感器相位和参考相位操作执行。在传感器相位，气体传感器根据参考电阻Rref和传感器电阻Rsenso本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于操作气体传感器装置的方法，包括以下步骤：/n-借助于气体传感器(11)产生传感器电流(IR)，/n-根据第一时钟信号(CLK1)在电荷平衡操作中将传感器电流(IR)转换成数字比较器输出信号(LOUT)，/n-根据数字比较器输出信号(LOUT)确定异步计数(C1)，所述异步计数包括取决于第一时钟信号(CLK1)的计数的整数数量，/n-根据数字比较器输出信号(LOUT)确定取决于第二时钟信号(CLK2)的分数时间计数(C2)，以及/n-根据异步计数(C1)和分数时间计数(C2)计算指示由气体传感器(11)产生的传感器电流(IR)的数字输出信号(ADC-COUNT)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170821 EP 17187089.21.一种用于操作气体传感器装置的方法，包括以下步骤：
-借助于气体传感器(11)产生传感器电流(IR)，
-根据第一时钟信号(CLK1)在电荷平衡操作中将传感器电流(IR)转换成数字比较器输出信号(LOUT)，
-根据数字比较器输出信号(LOUT)确定异步计数(C1)，所述异步计数包括取决于第一时钟信号(CLK1)的计数的整数数量，
-根据数字比较器输出信号(LOUT)确定取决于第二时钟信号(CLK2)的分数时间计数(C2)，以及
-根据异步计数(C1)和分数时间计数(C2)计算指示由气体传感器(11)产生的传感器电流(IR)的数字输出信号(ADC-COUNT)。


2.根据权利要求1的方法，其中，
-传感器电流(IR)在积分时间(TINT)期间被积分到一个或更多个参考电荷包(QREF)中，其中，电荷包(QREF)的检测确定积分周期，
-使用第一时钟信号(CLK1)来在积分时间(TINT)期间计数参考电荷包(QREF)的数量，以及
-根据电荷包的数量(QREF)确定异步计数(C1)。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过根据第二时钟信号(CLK2)测量异步计数(C1)中相邻计数之间的时间来根据时间计数(C2)来确定积分周期的时间段，和/或当已确定时间段时，复位时间计数(C2)。


4.根据权利要求3的方法，其中，
-第一积分周期的时间段被确定为第一积分时段(C2_F)，并且
-第一积分时段(C2_F)由指示第一积分周期起始的第一时间戳(tR1)和指示异步计数(C1)中的第一计数的时间的第二时间戳(tR2)来确定。


5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，
-一个或更多个完整积分时段的时间段被确定为完整积分时段(C2_P)，并且
-完整积分时段(C2_P)由指示异步计数(C1)中的计数的第三时间戳(tR3)和指示异步计数(C1)中的相邻计数的时间的第四时间戳(tR4)来确定。


6.根据权利要求5的方法，其中，
-确定多于一个的完整积分时段(C2_P)，并且
-根据完整积分时段(C2_P)来确定平均完整积分时段(C2_A)。


7.根据权利要求3至6中任一项所述的方法，其中，
-在最后一个完整积分周期和积分结束之间的时间段被确定为剩余时间段(C2_L)，并且
-剩余积分时段(C2_L)由指示异步计数(C1)中的最后一个计数的时间的时间戳(tR4)和指示积分结束的时间戳(tR5)来确定。


8.根据权利要求3至7中任一项所述的方法，其中，
-通过基于第一积分时段(C2_F)和完整积分时段(C2_P)计算第一分数计数来考虑第一计数误差(FCE)，并且
-第一分数计数是在第一积分周期期间产生的传感器电流(IR)的测量值。


9.根据权利要求3至8中任一项所述的方法，其中
-通过基于最后一个积分时段(C2_F)和完整积分时段(C2_P)计算第二分数计数来考虑剩余计数误差(RCE)，并且
-第二分数计数是在最后一个积分周期期间产生的传感器电流(IR)的测量值。


10.根据权利要求9所述的方法，其中，使用平均积分时段(C2_A)替代完整积分时段(C2_P)来计算第一计数误差(FCE)和/或剩余计数误差(RCE)。


11.根据权利要求3至10中任一项所述的方法，其中，基于一个或更多个完整积分时段和/或平均积分时段，所述数字输出信号(ADC-COUNT)包括基于异步计数...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗希特·兰加纳坦，拉维·库马尔·阿杜苏姆阿利，
申请(专利权)人：AMS有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT