用于自校准地读出模拟电压信号的装置制造方法及图纸

用于读出模拟电压输入信号（Vin）的装置包括：电压信号输入（I），向其施加模拟电压输入信号（Vin）；参考部件（ref），用于生成模拟参考电压（Vref）。为了进行在线自校准，该装置进一步包括：叠加部件（sup），其适用于通过使模拟参考电压（Vref）叠加到模拟电压输入信号（Vin）上而生成组合模拟信号（4）；转换部件（DelSig），其适用于以转换采样速率（fcnv）将组合模拟信号（4）转换成一位串行数据流（5）；和分解部件（dec）。该分解部件（dec）包括至少两个数字滤波器（Filt1，Filt2），其适用于以不同的数据速率（fDR，fDRL）从一位串行数据流（5）生成两个对应的数字信号（8，9），所述数据速率小于转换采样速率（fcnv）。两个数据处理部件（Proc1，Proc2或Proc3）分别适用于从对应的数字信号生成代表模拟电压输入信号（Vin）的数字输入电压（Vin,unc）和代表模拟参考电压（Vref）的数字参考电压（Vref,dig）或代表由叠加部件（sup）引入的寄生电压分量的干扰电压信号（Vpar）。计算的结果用于自校准目的。

Device for reading an analog voltage signal in a self calibration manner

Used to read analog input signal (Vin) device includes: a voltage signal input (I), is applied to simulate the input voltage signal to the reference component (Vin); (Ref), is used to generate the analog reference voltage (Vref). In order to carry out online self calibration, the device further includes a stack component (SUP), the application of the analog reference voltage to the (Vref) added to the analog voltage input signal (Vin) and generate analog signals (4); (DelSig), the conversion component is applicable to the sampling rate conversion (fcnv) will the combination of analog signal (4) into a serial data stream (5); and the decomposition component (Dec). The decomposition component (DEC) comprises at least two digital filters (Filt1, Filt2), which is applicable to different data rates (fDR, fDRL) from a serial data stream (5) generates a digital signal corresponding to two (8, 9), the data rate is less than the sampling rate conversion (fcnv). Two data processing unit (Proc1, Proc2 or Proc3) were used to simulate the voltage from the input signal and generates a digital signal corresponding to the representative (Vin) digital input voltage (Vin, UNC) and represent the analog reference voltage (Vref) digital reference voltage (Vref, dig) or represented by the superposition of components (SUP) interference the voltage signal of the parasitic voltage component (Vpar). The computed results are used for self calibration purposes.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于自校准地读出模拟电压信号的装置
本专利技术涉及用于读出模拟电压输入信号的装置，其包括电压信号输入，向其施加模拟电压输入信号，和用于生成模拟参考电压的参考部件。在读出电子器件或前端电子器件的条件下已知的装置中，模拟电压输入信号被施加到模数转换器（ADC）。这样的读出电子器件用于从输入信号生成数字电压信号，其然后可被进一步数字处理。具有读出电子器件的已知设备例如是万用表、仪表互感器或传感器接口。
技术介绍
为了能够保证高度可靠的数字信号，读出电子器件需要展现高的初始精度以及高的温度和老化稳定性。另外，在整个规定温度范围和预定时段内需要确保高精度，其中该预定时段通常是读出电子器件的手动校准与下一个之间的时间。在手动校准期间，读出电子器件的制造商向装置的电压信号输入施加外部标准参考电压并且使用所得的数字信号来估计并且校正装置的增益误差。两个手动校准之间的时段以及操作温度范围通过对装置实现所谓的自校准而能扩展。这例如在来自AgilentTechnologies的3458A万用表的自动校准条件下是已知的，如在对应的校准手册、手册编号03458-90017中描述的。对于自动校准，3458A配备有内部参考标准并且每当调用自动校准功能时自动进行增益误差的估计和校正。在自动校准期间，万用表无法用于测量目的。在US2009/0315537A1中描述了用于对输电系统的模拟特性采样的采样模块。该采样模块包括使模拟特性的幅度减少的定标电路，和从减少的模拟特性产生1位串行数据流的ADC。该1位串行数据流通过数字滤波器而被数字滤波并且然后通过重采样模块而被重采样，其中依靠特定模拟特性的进一步处理要求来选择重采样模块的采样速率。建议可以校准定标电路，而未给出对于可以如何实现校准的任何细节。ADC引入的信号误差的处理未提及。图1示出从本领域已知的读出电子器件（其具有用于校正读出电子器件的增益误差的自校准电路）的示意图。读出电子器件的增益可以概括为串联连接的增益块GA和具有增益GB的转换部件ADC。到读出电子器件的输入信号在正常工作条件下是模拟电压输入信号Vin，其被变换成对应的数字输出信号2。为了自校准目的，内部参考部件ref生成模拟参考电压Vref，其施加到输入开关3以及转换部件ADC。当期望自校准时，需要操作输入开关3以便从模拟电压输入信号Vin切换至参考电压Vref。然后预期转换部件ADC的数字输出信号2等于读出电子器件的总增益GAGB，因为数字输出信号2等于模拟输入信号1的数字值除以参考电压Vref的数字值，即它等于GAGBVref/Vref。数字输出信号2与预期值GAGB之间的差异表明读出电子器件的增益误差，其值被存储。开关3然后操作回到施加模拟电压输入信号Vin，并且增益误差用于校正从模拟电压输入信号Vin生成的数字输出信号2。在输电和配电领域中，电压和电流由传感器测量，对此期望进行对应读出电子器件的自校准而不中断模拟电压输入信号Vin的电流路径，使得读出电子器件的可用性增加并且与传感器的手动交互减少。该类型的自校准也可以叫作在线自校准。在最近提交的专利申请PCT/EP2011/001941中，描述用于读出模拟电压输入信号的装置，其同时传递可用于校准装置的信号而不必切断输入信号。该装置的主要部分是叠加部件，其适用于通过将参考电压叠加到模拟电压输入信号上而生成组合模拟信号。因为该组合模拟信号包含输入信号和参考电压两者的信息，它适合用于自校准目的而同时向ADC传递输入信号。
技术实现思路
本专利技术的目标是提供如在引言中描述的装置，其具有用于使用组合模拟信号来进行在线自校准的部件。该目标由如在引言中描述的装置实现，该装置另外还包括：叠加部件，其适用于通过将模拟参考电压叠加到模拟电压输入信号上而生成组合模拟信号；转换部件，其适用于将该组合模拟信号转换成一位串行数据流；以及分解部件，其包括○第一数字滤波器，其适用于以第一数据速率从一位串行数据流生成第一数字信号，该第一数据速率小于转换采样速率，○第一数据处理部件，其适用于从第一数字信号计算代表模拟电压输入信号的数字输入电压，○另外的数字滤波器，其适用于以另外的数据速率从一位串行数据流生成另外的数字信号，该另外的数据速率小于转换采样速率并且不同于第一数据速率，以及○另外的数据处理部件，其适用于从另外的数字信号计算代表模拟参考电压的数字参考电压或代表由叠加部件引入的寄生电压分量的干扰电压信号。该专利技术的主要思想是使一位模数转换与包含至少两个数据处理路径的并行数字信号处理组合，其中在这些路径中的每个中，一位数据流经受数字滤波，其包括数字抽取。数字抽取器中的每个从一个且相同的位流生成个体数据速率。第一数据处理路径以第一数据速率从一位数据流提取输入信号的数字表示。另外的数据处理路径以另外的数据速率从一位数据流提取参考电压或寄生电压分量的数字表示。两个信号然后被该至少两个数据处理路径使用来进行自校准。因此，装置能够根据第一数字滤波器中抽取器的尺寸以自定义数据速率和自定义群延迟来传递模拟电压输入信号的准确数字表示。在本专利技术的优选实施例中，另外的数据处理部件是第二数据处理部件，其适用于从数字参考电压得出校正值并且将该校正值传送到第一数据处理部件用于校正数字输入电压并且由此生成校正的数字输入电压。该第二处理部件属于第二数据处理路径，其使用参考电压的数字表示来计算转换部件的输出与电压信号输入之间的增益误差并且采用校正因子的形式向第一数据处理路径输出该增益误差。其中，校正提取的输入信号，由此进行自校准的最后步骤。在优选实施例的进一步发展中，另外的数据处理部件是第三处理部件，其适用于将干扰电压信号分别传送到第一和第二数据处理部件，用于消除来自数字输入电压和来自数字参考电压的干扰电压信号。由此，从数字参考电压得出的校正因子以及校正的数字输入电压的精度甚至进一步增加。第三处理部件属于第三数据处理路径，其另外还包含采用第三数字滤波器形式的另外的数字滤波器，而在该实施例中，第二处理路径包含第二数字滤波器和第二数据处理部件。第二数字滤波器适用于以第二数据速率从一位串行数据流生成一位串行数据流，该第二数据速率小于转换采样速率并且等于或不同于第一数据速率，并且第三数字滤波器适用于以第三数据速率从一位串行数据流生成第三数字信号，该第三数据速率小于转换采样速率并且不同于第一和第二数据速率。在另外的实施例中，叠加部件包含调制部件，用于从模拟参考电压生成调制参考电压，其中叠加部件适用于使调制参考电压-而不是模拟参考电压-叠加到模拟电压输入信号上。在另外的实施例的特殊技术方案中，调制部件适用于生成调制参考电压作为具有基频的周期信号并且第一处理部件包括扣除部件，其适用于在基频进行数字参考电压从第一数字信号的数学扣除。而且，数字参考电压从第一数字信号的扣除与施加到叠加部件的调制参考电压同步进行。在本专利技术的甚至另外的实施例中，建议第二数字信号也用于诊断目的，使得装置能够进行自诊断。根据第二数字信号的特定种类的异常行为，三个不同类型的误差消息可以由对应的诊断部件生成。这三个诊断部件都是分解部件的部分。在第二数字信号的幅度急剧减小的情况下，第一误差消息由第一诊断部件生成，其中该第一误差消息指示电压传感器输入未连接到任何外部设备，例如没有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于读出模拟电压输入信号（Vin）的装置，其包括：??电压信号输入（I），向所述电压信号输入（I）施加所述模拟电压输入信号（Vin），??参考部件（ref），用于生成模拟参考电压（Vref），其特征在于??叠加部件（Sup），其适用于通过使所述模拟参考电压（Vref）叠加到所述模拟电压输入信号（Vin）上而生成组合模拟信号（4），??转换部件（DelSig），其适用于以转换采样速率（fcnv）将所述组合模拟信号（4）转换成一位串行数据流（5），以及??分解部件（dec），其包括○?第一数字滤波器（Filt1），其适用于以第一数据速率（fDR）从所述一位串行数据流（5）生成第一数字信号（8），所述第一数据速率（fDR）小于所述转换采样速率，○?第一数据处理部件（Proc1），其适用于从所述第一数字信号（8）计算代表所述模拟电压输入信号（Vin）的数字输入电压（Vin,unc），○?另外的数字滤波器（Filt2），其适用于以另外的数据速率（fDRL，fDRH）从所述一位串行数据流（5）生成另外的数字信号（9，10），所述另外的数据速率（fDRL，fDRH）小于所述转换采样速率（fcnv）并且不同于所述第一数据速率（fDR），以及○?另外的数据处理部件（Proc2，Proc3），其适用于从所述另外的数字信号（9，10）计算代表所述模拟参考电压（Vref）的数字参考电压（Vref,dig）或代表由所述叠加部件（sup）引入的寄生电压分量的干扰电压信号（Vpar）。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于读出模拟电压输入信号（Vin）的装置，其包括：•电压信号输入（I），向所述电压信号输入（I）施加所述模拟电压输入信号（Vin），•参考部件（ref），用于生成模拟参考电压（Vref），其特征在于•叠加部件（Sup），其适用于通过使所述模拟参考电压（Vref）叠加到所述模拟电压输入信号（Vin）上而生成组合模拟信号（4），•转换部件（DelSig），其适用于以转换采样速率（fcnv）将所述组合模拟信号（4）转换成一位串行数据流（5），以及•分解部件（dec），其包括○第一数字滤波器（Filt1），其适用于以第一数据速率（fDR）从所述一位串行数据流（5）生成第一数字信号（8），所述第一数据速率（fDR）小于所述转换采样速率，○第一数据处理部件（Proc1），其适用于从所述第一数字信号（8）计算代表所述模拟电压输入信号（Vin）的数字输入电压（Vin,unc），○另外的数字滤波器（Filt2），其适用于以另外的数据速率（fDRL，fDRH）从所述一位串行数据流（5）生成另外的数字信号（9，10），所述另外的数据速率（fDRL，fDRH）小于所述转换采样速率（fcnv）并且不同于所述第一数据速率（fDR），以及○另外的数据处理部件（Proc2，Proc3），其适用于从所述另外的数字信号（9，10）计算代表所述模拟参考电压（Vref）的数字参考电压（Vref,dig）或代表由所述叠加部件（sup）引入的寄生电压分量的干扰电压信号（Vpar）。2.如权利要求1所述的装置，其中所述另外的数据处理部件是第二数据处理部件（Proc2），其适用于从所述数字参考电压（Vref,dig）得出校正值（corr）并且将所述校正值（corr）传送到所述第一数据处理部件（Proc1）用于校正所述数字输入电压（Vin,unc）并且由此生成校正的数字输入电压（Vin,cal）。3.如权利要求1所述的装置，其中所述另外的数据处理部件包括第二数据处理部件（Proc2）和第三数据处理部件（Proc3），所述第二数据处理部件（...

【专利技术属性】
技术研发人员：J帕斯卡尔，S伊斯勒，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：
国别省市：