用于压力传感器信号的ISO26262符合性评估的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于评估来自一个或多个惠斯通电桥的信号的装置和方法。在此，考虑ISO 26262的要求，在放大之前且在模数转换之前将测试信号与测量信号混频。在放大和模数转换之后，将测量信号与测试信号再次解混。如果测试信号不符合预期，则说明放大器和/或模数转换器出现故障。该过程的优点是其可在常规操作期间使用而不会被干扰。间使用而不会被干扰。间使用而不会被干扰。

【技术实现步骤摘要】
用于压力传感器信号的ISO 26262符合性评估的方法


[0001]本专利技术涉及一种用于在操作中利用传感器元件WB，特别是利用压力传感器的压阻型惠斯通电桥WB来监测传感器系统的方法以及相关的装置和方法的变形。

技术介绍

[0002]在汽车应用中，使用了大量与安全相关的传感器，在操作期间必须对这些传感器进行监测以确保其功能正确。这些传感器例如包括制动系统中的压力测量装置。
[0003]现有技术
[0004]用于改善放大器中的信噪比的各种斩波器(chopper)方法在现有技术中是已知的。在该过程中，在放大器之前将信号与具有斩波频率(chopper frequency)的斩波信号相乘并放大，并然后再次与斩波信号相乘。在此过程中，放大的信号一方面被上混频，另一方面被下混频。由于仅关注下混频部分，因此低通滤波器抑制了具有斩波频率和所有更高频率的信号分量。以此方式，放大器级的1/f噪声通常被抑制。
[0005]如果将该方法与传感器元件结合，则可获得低噪声的传感器系统。
[0006]然后，在这种传感器系统中，实施一种用于操作传感器系统的方法，其中，传感器系统具有传感器元件WB，该传感器元件生成输入信号Si，该输入信号的输入信号值具有时间特性Si(t)。这种传感器系统具有信号路径。在信号路径的第一位置处，信号路径包括具有输入端和输出端的放大器DV。信号路径以传感器元件WB的输入信号Si开始，并以传感器系统的第一输出信号out1结束。第一输出信号out1的值或据此推导的信号的值表示测量值。现有技术方法的第一步骤是在信号路径中的第二位置处将信号路径中的信号与斩波信号Cs进行第一混频。在此，信号路径中的该第二位置位于在信号路径开始处的传感器元件的输入信号Si与在信号路径的第一位置处的放大器DV的输入端之间。斩波信号Cs通常是单频的。作为下一步骤，在信号路径中的第三位置处将信号与斩波信号Cs进行作为下混频的第二混频以形成第一解调信号DM1。该第三位置位于在信号路径的第一位置处的放大器DV的输出端与在信号路径的末端处的传感器系统的第一输出信号out1之间的信号路径中。在信号路径中的第四位置处进行第一解调信号DM1或据此推导的信号的第一滤波，该第四位置位于信号路径的第三位置与在信号路径的末端处的传感器系统输出信号out1之间。通过将第一滤波函数F1[]应用于第一解调信号DM1或据此推导的信号来进行第一滤波。第一滤波函数F1[]确定第一解调信号DM1的时间特性DM1(t)或分别据此推导的信号的时间特性与第一滤波后的信号的时间特性之间的关系。第一输出信号out1取决于作为第一滤波结果的信号，或者该第一输出信号是第一滤波的结果。
[0007]选择第一滤波函数F1[]，使得利用第一滤波函数F1[]对斩波信号Cs的滤波基本成为零，即适用F1[Cs]＝0，并且导致对常数的滤波F1[1]＝β1，其中β1为常数形式的实值或复值。
[0008]缺点在于必须在操作期间关闭这些传感器系统以检查它们的功能。

技术实现思路

[0009]目的
[0010]因此，本专利技术的目的在于创建一种解决方案，其不具有现有技术的所述缺点并具有其它优点。该目的通过根据本专利技术的方法来实现。
[0011]解决方案
[0012]为了解决该问题，在此提出了一种用于监测操作中的传感器系统的方法，其中，该传感器系统具有传感器元件WB，该传感器元件提供输入信号Si，该输入信号的输入信号值具有随时间的信号时间特性Si(t)。传感器系统具有信号路径，其中，各种设备元件修改和评估信号路径中的信号。在信号路径的第一位置处，信号路径包括具有输入端和输出端的放大器DV。信号路径以输入信号Si开始，该输入信号是传感器元件WB的输出信号。信号路径在传感器系统的第一输出信号out1处结束。传感器系统的第一输出信号out1的值或据此推导(如有必要，例如通过放大、滤波或其它进一步处理)的信号的值通常表示测量值。作为示例性第一步骤，所提出的方法包括在信号路径的第二位置处通过第一混频器(例如，第一乘法器M1)将信号路径中的信号与斩波信号Cs进行第一混频，该第二位置通常不同于放大器DV所在的第一位置。然后，优选地，混频器或第一乘法器M1位于信号路径的第二位置处。当然，也可以考虑在放大器DV中通过适当地设计放大器DV来进行这种混频，在这种情况下，例如，放大器DV的增益将取决于斩波信号Cs。例如，为此，放大器DV可以包括吉尔伯特(Gilbert)乘法器作为放大器级。然而，代替地，通常已经证明有用的是，差分地设计信号路径并将第一乘法器M1实现为转换开关，该转换开关根据斩波信号Cs来交换信号路径中差分信号的两个信号。当使用惠斯通电桥作为传感器元件WB时，这是特别有用的，因为其已经提供了差分信号。用于执行第一混频的第二位置(例如，第一乘法器的位置)通常位于信号路径的开始处的输入信号Si(即，传感器元件的输出信号)与信号路径的第一位置处的放大器DV的输入端之间的信号路径中。为了确保1/f噪声的抑制可靠地起作用，斩波信号Cs优选为频带受限的或单频的。该措施使传感器输出信号(即，通常非常低频的输入信号Si的信号时间特性Si(t))在频谱中提高了斩波信号Cs的频率。以此方式，因此频率增强的输入信号Si的频率范围仅受到随后的放大器级、模数转换器级和滤波器级的白噪声污染，并且改善了信噪比。为了再次使用放大的和数字化的传感器信号，该过程必须反转。为此，通常在信号路径的第三位置处与斩波信号Cs进行信号的第二混频，以形成第一解调信号DM1。第二混频通常由位于信号路径的所述第三位置处的第二混频器执行，该第二混频器通常是第二乘法器M2。优选地，信号路径的第三位置位于放大器DV(其确实位于信号路径中的第一位置处)的输出端与信号路径的末端处的传感器系统的第一输出信号out1之间。对第一解调信号DM1或据此推导的信号的第一滤波发生在信号路径的第四位置处，该第四位置位于信号路径的第三位置与信号路径的末端处的传感器系统输出信号out1之间。通常，第一低通滤波器LP1通过第一滤波函数F1[]执行该第一滤波。因此，通过第一低通滤波器LP将所述第一滤波函数F1[]应用于第一解调信号DM1或据此推导的信号来执行该第一滤波。除了低通滤波器，还可以根据应用考虑其它滤波器。然而，在此假设待确定的测量值仅缓慢地变化且不可预测地周期性变化，并因此测量值的DC分量表示基本信息。第一滤波函数F1[]描述了第一解调信号DM1的时间特性DM1(t)或分别据此推导的信号的时间特性与直接在第一滤波之后的信号的时间特性之间的关系。第一输出信号out1取决于直接在使用第一滤波函数F1
[]进行第一滤波之后的信号。然而，第一输出信号out1也可以直接是使用第一滤波函数F1[]进行的该第一滤波的结果。现在，为了能够至少在很大程度上监测信号路径中的信号处理装置，与现有技术相反，将测试信号TSS输入到信号路径中，并在通过信号路径后，再次从信号路径中输出并进行评估。第一滤波函数F1[]和测试信号TSS被设计为使得第一输出信号out1优选地不再包含测试信号本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于监测操作中的传感器系统的方法，其中，所述传感器系统包括提供输入信号(Si)的传感器元件(WB)，所述输入信号的输入信号值具有时间特性(Si(t))，并且其中，所述传感器系统包括信号路径，并且其中，在所述信号路径上的第一位置处，所述信号路径包括具有输入端和输出端的放大器(DV)，并且其中，所述信号路径以所述传感器元件(WB)的所述输入信号(Si)开始，并且其中，所述信号路径以所述传感器系统的第一输出信号(out1)结束，并且其中，所述第一输出信号(out1)的值或据此推导的信号的值表示测量值，所述方法包括以下步骤：a)在所述信号路径的第二位置处，将所述信号路径中的信号与斩波信号(Cs)进行第一混频，
‑
其中，所述信号路径的所述第二位置位于所述信号路径的开始处的所述传感器元件的所述输入信号(Si)与所述信号路径的所述第一位置处的所述放大器(DV)的所述输入端之间，并且
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其中，所述斩波信号(Cs)是频带受限的或单频的；b)在所述信号路径的第三位置处将所述信号与所述斩波信号(Cs)进行第二混频，以形成第一解调信号(DM1)，
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其中，所述信号路径的所述第三位置位于所述信号路径的所述第一位置处的所述放大器(DV)的所述输出端与所述信号路径的末端处的所述传感器系统的所述第一输出信号(out1)之间；c)在所述信号路径的第四位置处，对所述第一解调信号(DM1)或据此推导的信号进行第一滤波，所述第四位置位于所述信号路径的所述第三位置与所述信号路径的末端处的所述传感器系统的所述输出信号(out1)之间，
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其中，通过将第一滤波函数F1[]应用于所述第一解调信号(DM1)或据此推导的信号来执行所述第一滤波，并且
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其中，所述第一滤波函数F1[]描述了所述第一解调信号(DM1)或据此推导的信号的时间特性(DM1(t))与直接在所述第一滤波之后的信号的时间特性之间的关系，并且
‑
其中，所述第一输出信号(out1)取决于直接在所述第一滤波之后的所述信号，或者是所述第一滤波的结果，其特征在于还包括额外的步骤，d)在所述信号路径的第五位置处，将正交斩波信号(Cs90)相加到所述信号路径中的所述信号，所述第五位置位于在所述信号路径的开始处的所述传感元件(WB)的所述输入信号(Si)与在所述信号路径的所述第一位置处的所述放大器(DV)的所述输入端之间，
‑
其中，所述斩波信号(Cs)具有所述斩波信号(Cs)的时间特性Cs(t)，并且
‑
其中，所述正交斩波信号(Cs90)具有所述正交斩波信号(Cs90)的时间特性Cs90(t)，并且
‑
其中，除信号错误之外，相对于所述第一滤波函数F1[]，所述正交斩波信号(Cs90)的所述时间特性Cs90(t)至少有时基本上具有特性F1[Cs90(t)
×
Cs(t)]＝0；
e)将所述第一解调信号(DM1)或据此推导的信号与所述正交斩波信号(Cs90)或据此推导的信号进行第三混频，并生成第二解调信号(DM2)；f)通过第二滤波函数F2[]对所述第二解调信号(DM2)或据此推导的信号进行第二滤波，以形成第二输出信号(out2)，其中，
‑
选择所述第二滤波函数F2[]，使得基本上保持F2[Cs(t)]＝0且F2[Cs90(t)]＝0且F2[Cs(t)
×
Cs90(t)]＝0且F2[1]＝β2，其中，β2为实值或复值，并且
‑
选择所述第一滤波函数F1[]，使得基本上保持F1[Cs(t)]＝0且F1[Cs90(t)]＝0且F1[Cs(t)
×
Cs90(t)]＝0且F1[1]＝β1，其中，β1为实值或复值；g)将所述第二输出信号(out2)的值或据此推导的信号的值与期望值间隔进行第一比较，并且如果所述第二输出信号(out2)或据此推导的信号的值在所述期望值间隔之外，则得出存在错误的结论。2.根据权利要求1所述的方法，其包括以下额外的步骤：h)提供用于提供参考信号(Rs)的参考元件(RW)，i)处理参考信号路径中的所述参考信号(Rs)，
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其中，所述参考信号路径被设计为与用于处理所述输入信号(Si)的所述信号路径相同，并且
‑
其中，所述参考信号路径以所述参考信号(Rs)开始，并且
‑
其中，所述参考信号路径以所述第二输出信号(out2)结束，并且
‑
其中，在所述参考信号路径的位于所述参考信号(Rs)处的开始处的所述参考信号路径不同于在所述信号路径的位于所述输入信号(Si)处的开始处的所述信号路径，并且
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其中，所述参考信号路径在所述参考信号路径的第一位置处包括具有所述输入端和所述输出端的所述放大器(DV)，并且
‑
其中，所述放大器(DV)因此是所述参考信号路径的位于所述参考信号路径的所述第一位置处的一部分并且是所述信号路径的位于所述信号路径的所述第一位置处的一部分，并且
‑
其中，在所述参考信号路径的位于所述参考信号路径的开始处的所述参考信号(Rs)与所述参考信号路径的所述第一位置处的所述放大器(DV)的所述输入端之间的第六位置处，以及在所述信号路径的位于所述信号路径的开始处的所述输入信号(Si)与所述信号路径的所述第一位置处的被所述信号路径和所述参考信号路径共用的所述放大器(DV)的所述输入端之间的第六位置处，被所述信号路径和所述参考信号路径共用的且具有第一输入端和第二输入端的转换开关(DS)在所述参考信号路径和所述信号路径的公共的所述第六位置处被插入到所述参考信号路径中和所述信号路径中，并且
‑
其中，公共的所述转换开关(DS)响应于第二斩波信号(Cs2)在所述开关的所述第一输
入端和所述第二输入端之间选择所述开关的有效输入端，所述第二斩波信号(Cs2)具有所述第二斩波信号(Cs2)的时间特性Cs2(t)，并且
‑
其中，所述信号路径包括所述转换开关(DS)的所述第一输入端，并且
‑
其中，所述参考信号路径包括所述转换开关(DS)的所述第二输入端，并且
‑
其中，所述信号路径不包括所述转换开关(DS)的所述第二输入端，并且
‑
其中，所述参考信号路径不包括所述转换开关(DS)的所述第一输入端，并且
‑
其中，公共的所述转换开关(DS)选择其响应于所述第二斩波信号(Cs2)而选择的有效输入端，并将在公共的所述转换开关(DS)的所述选择的有效输入端处的值传递到公共的所述转换开关(DS)的所述输出端，并且
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其中，在所述参考信号路径的所述第六位置处和所述信号路径的所述第六位置处的公共的所述转换开关(DS)的所述输出端与所述参考信号路径和所述信号路径的所述第一位置处的所述放大器(DV)的所述输入端之间的部分上，所述参考信号路径和所述信号路径是相同的，并且
‑
其中，使用所述第一滤波函数F1[]的所述第一滤波不是所述参考信号路径的一部分；j)将所述第一解调信号(DM1)或据此推导的信号与所述第二斩波信号(Cs2)进行第四混频，以形成第三解调信号(DM3)；k)通过第三滤波函数F3[]对所述第三解调信号(DM3)或据此推导的信号进行第三滤波，以形成第三输出信号(out3)，
‑
其中，选择所述第一滤波函数F1[]，使得基本上保持F1[Cs(t)]＝0且F1[Cs2(t)]＝0且F1[Cs90(t)]＝0且F1[Cs(t)
×
Cs2(t)]＝0且F1[Cs(t)
×
Cs90(t)]＝0且F1[Cs2(t)
×
Cs90(t)]＝0且F1[Cs(t)
×
Cs2(t)
×
Cs90(t)]＝0且F1[1]＝β1，其中，β1为实值或复值，并且
‑
其中，选择所述第二滤波函数F2[]，使得基本上保持F2[Cs(t)]＝0，F2[Cs2(t)]＝0，F2[Cs90(t)]＝0，F2[Cs(t)
×
Cs2(t)]＝0，F2[Cs(t)
×
Cs90(t)]＝0，F2[Cs2(t)
×
Cs90(t)]＝0，F2[Cs(t)
×
Cs2(t)
×
Cs90(t)]＝0，并且F2[1]＝β2，其中，β2为实值或复值，并且
‑
其中，选择所述第三滤波函数F3[]，使得基本上保持F3[Cs(t)]＝0，F3[Cs2(t)]＝0，
F3[Cs90(t)]＝0，F3[Cs(t)
×
Cs2(t)]＝0，F3[Cs(t)
×
Cs90(t)]＝0，F3[Cs2(t)
×
Cs90(t)]＝0，F3[Cs(t)
×
Cs2(t)
×
Cs90(t)]＝0，并且F3[1]＝β3，其中，β3为实值或复值；l)将所述第三输出信号(out3)或据此推导的信号的值与第三期望值间隔进行第二比较，并且如果所述第三输出信号(out3)或据此推导的信号的值在所述第三期望值间隔之外，则得出存在错误的结论。3.一种用于监测操作中的传感器系统的方法，其中，所述传感器系统包括传感器元件，所述传感器元件提供具有取决于测试信号(TSS)的输入信号值的输入信号(Si)，并且其中，所述传感器系统包括信号路径，并其中，所述信号路径在所述信号路径的第一位置处包括具有输入端和输出端的放大器(DV)；并且其中，所述信号路径以所述传感器元件(WB)的所述输入信号(Si)开始，并且其中，所述信号路径以第一输出信号(out1)结束，并且其中，所述输出信号(out1)的值表示测量值，所述方法包括以下步骤：a)在所述信号路径的第二位置处，将所述信号路径中的信号与斩波信号(Cs)进行第一混频，
‑
其中，所述信号路径的所述第二位置位于所述信号路径的开始处的所述传感器元件的所述输入信号(Si)与所述信号路径的所述第一位置处的所述放大器(DV)的所述输入端之间，并且
‑
其中，所述斩波信号(Cs)是频带受限的或单频的；b)在所述信号路径的第三位置处，将所述信号与所述斩波信号(Cs)进行第二混频，以形成第一解调信号(DM1)，
‑
其中，所述信号路径的所述第三位置位于所述信号路径的所述第一位置处的所述放大器(DV)的所述输出端与所述信号路径的末端处的所述传感器系统的所述第一输出信号(out1)之间；c)在所述信号路径中的第四位置处，对所述第一解调信号(DM1)或据此推导的信号进行第一滤波，所述第四位置位于所述信号路径的所述第三位置与所述信号路径的末端处的所述输出信号(out1)之间，
‑
其中，通过将第一滤波函数F1[]应用于所述第一解调信号(DM1)或据此推导的信号来执行所述第一滤波，并且
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其中，所述第一滤波函数F1[]描述了所述第一解调信号(DM1)或据此推导的信号的时间特性(DM1(t))与作为利用所述第一滤波函数F1[]对所述第一解调信号(DM1)的滤波的结果的信号的时间特性之间的关系，并且
‑
其中，所述第一输出信号(out1)取决于所述信号，或者是所述第一滤波的结果，
所述方法的特征在于包括以下步骤：d)根据正交斩波信号(Cs90)生成所述测试信号(TSS)；
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其中，所述斩波信号(Cs)具有所述斩波信号(Cs)的时间特性Cs(t)，并且
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其中，所述正交斩波信号(Cs90)具有所述正交斩波信号(Cs90)的时间特性Cs90(t)，并且
‑
其中，相对于所述第一滤波函数F1[]，除噪声和类似信号错误之外，所述正交斩波信号(Cs90)的所述时间特性Cs90(t)至少有时基本上具有特性F1[Cs90(t)
×
Cs(t)]＝0；e)将所述第一解调信号(DM1)或据此推导的信号与所述正交斩波信号(Cs90)或据此推导的信号进行第三混频，并生成第二解调信号(DM2)；f)通过第二滤波函数F2[]对所述第二解调信号(DM2)或据此推导的信号进行第二滤波，以形成第二输出信号(out2)，
‑
其中，选择所述第二滤波函数F2[]，使得基本上保持F2[Cs(t)]＝0且F2[Cs90(t)]＝0且F2[Cs90(t)
×
Cs90(t)]＝0且F2[Cs(t)
×
Cs90(t)]＝0且F2[Cs(t)
...

【专利技术属性】
技术研发人员：沃尔弗拉姆，
申请(专利权)人：艾尔默斯半导体欧洲股份公司，
类型：发明
国别省市：