AT511664B1 - Digitaler Ladungsverstärker - Google Patents

Digitaler Ladungsverstärker Download PDF

Info

Publication number
AT511664B1
AT511664B1 ATA50458/2012A AT504582012A AT511664B1 AT 511664 B1 AT511664 B1 AT 511664B1 AT 504582012 A AT504582012 A AT 504582012A AT 511664 B1 AT511664 B1 AT 511664B1
Authority
AT
Austria
Prior art keywords
charge amplifier
input
output
digital
feedback current
Prior art date
Application number
ATA50458/2012A
Other languages
English (en)
Other versions
AT511664A3 (de
AT511664A2 (de
Original Assignee
Avl List Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Avl List Gmbh filed Critical Avl List Gmbh
Priority to ATA50458/2012A priority Critical patent/AT511664B1/de
Publication of AT511664A2 publication Critical patent/AT511664A2/de
Priority to DE112013005030.7T priority patent/DE112013005030A5/de
Priority to PCT/EP2013/071614 priority patent/WO2014060469A1/de
Publication of AT511664A3 publication Critical patent/AT511664A3/de
Application granted granted Critical
Publication of AT511664B1 publication Critical patent/AT511664B1/de

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M3/00Conversion of analogue values to or from differential modulation
    • H03M3/30Delta-sigma modulation
    • H03M3/39Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators
    • H03M3/412Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators characterised by the number of quantisers and their type and resolution
    • H03M3/422Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators characterised by the number of quantisers and their type and resolution having one quantiser only
    • H03M3/43Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators characterised by the number of quantisers and their type and resolution having one quantiser only the quantiser being a single bit one
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/30Modifications of amplifiers to reduce influence of variations of temperature or supply voltage or other physical parameters
    • H03F1/303Modifications of amplifiers to reduce influence of variations of temperature or supply voltage or other physical parameters using a switching device
    • H03F1/304Modifications of amplifiers to reduce influence of variations of temperature or supply voltage or other physical parameters using a switching device and using digital means
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/70Charge amplifiers
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M7/00Conversion of a code where information is represented by a given sequence or number of digits to a code where the same, similar or subset of information is represented by a different sequence or number of digits
    • H03M7/30Compression; Expansion; Suppression of unnecessary data, e.g. redundancy reduction
    • H03M7/3002Conversion to or from differential modulation
    • H03M7/3004Digital delta-sigma modulation
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M3/00Conversion of analogue values to or from differential modulation
    • H03M3/30Delta-sigma modulation
    • H03M3/39Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators
    • H03M3/412Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators characterised by the number of quantisers and their type and resolution
    • H03M3/422Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators characterised by the number of quantisers and their type and resolution having one quantiser only
    • H03M3/424Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators characterised by the number of quantisers and their type and resolution having one quantiser only the quantiser being a multiple bit one

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

Herkömmliche analoge und digitale Ladungsverstärker, zur Wandlung einer von einem piezoelektrischen Sensor abgegebenen Ladung in eine proportionale Spannung, benötigen eine analoge Integration, der eine Drift im Ausgangssignal inhärent ist. Um das zu vermeiden, wird ein digitaler Ladungsverstärker (2) vorgeschlagen, bei dem in Abhängigkeit vom Ausgang eines Komparators (5) ein positiver oder negativer konstanter Rückkopplungsstrom (if) auf den Eingang (3) rückgekoppelt wird und der Eingangsstrom (y kompensiert wird, wobei ein Zähler (7) die Zeitdauer, während der ein Rückkopplungsstrom (i() fließt, erfasst.

Description

Beschreibung
DIGITALER LADUNGSVERSTÄRKER
[0001] Die gegenständliche Erfindung betrifft einen digitalen Ladungsverstärker mit einemanalogen Eingang an dem eine Eingangsspannung anliegt und ein Eingangsstrom fließt und miteinem digitalen Ausgang, sowie ein Verfahren zur Digitalisierung eines analogen Signals, daseinem Ladungsverstärker an einem analogen Eingang zugeführt wird.
[0002] Piezoelektrische Sensoren werden in der Regel mit Ladungsverstärkern betrieben, diedie vom piezoelektrischen Sensor abgegebene Ladung in eine proportionale elektrische Span¬nung wandeln. Als Ladungsverstärker werden häufig Operationsverstärker mit einer kapazitivenRückkopplung verwendet, die als Integrierer arbeiten. Der Nachteil solcher Ladungsverstärkerfür einen piezoelektrischen Sensor liegt bekanntermaßen darin, dass die vom Sensor abgege¬bene Ladung sehr gering sein kann, wodurch der Einsatz von störspannungsarmen Spezialka¬beln, die teuer sind, zur Verbindung von Sensor und Ladungsverstärker notwendig wird. Auf¬grund der hohen Eingangsimpedanz des Ladungsverstärkers ist der Übertragungsweg auchempfindlich für elektromagnetische Felder, wodurch die Kabellängen auf wenige Meter limitiertsind. Ein weiterer Nachteil solcher Ladungsverstärker ist die der analogen Integration inhärenteDrift im Ausgangssignal, beispielsweise aufgrund der Leckageströme am Eingang, was eineDriftkompensation erforderlich macht.
[0003] Als Alternative dazu sind Impedanzwandler bekannt, die das hochimpedante Signal despiezoelektrischen Sensors in ein Spannungssignal mit niedriger Impedanz umwandelt, dasdann verlustarm über lange Leitungen übertragen werden kann. Der Impedanzwandler ist dabeihäufig im Sensor integriert, was jedoch die Einsatzmöglichkeit beschränkt. Z.B. können solcheSensoren mit integrierter Elektronik nicht in Umgebungen mit hohem Druck und/oder Tempera¬tur, wie z.B. als Druckaufnehmer im Zylinder eines Verbrennungsmotors, eingesetzt werden.
[0004] Neben den analogen Ladungsverstärkern sind auch digitale Ladungsverstärker bekanntgeworden, die den Wert, der vom Sensor abgegebenen Ladung, bzw. einer dazu proportionalenSpannung, digital ausgeben. Dabei bleibt die Eingangsstufe aber nachwievor analog und ledig¬lich das integrierte Eingangssignal wird digitalisiert und als Digitalwert ausgegeben. Die obenangeführten Probleme des analogen Ladungsverstärkers bleiben dabei erhalten.
[0005] In der WO 2011/063536 A1 wird ein digitaler Ladungsverstärker gezeigt, bei dem deranaloge Eingang des digitalen Ladungsverstärkers an einen herkömmlichen, integrierenden,analogen Ladungsverstärker in Form eines Operationsverstärker mit einer kapazitiven Rück¬kopplung angeschlossen ist. Der analoge Spannungsausgang des Operationsverstärkers wirdan einen Komparator geschaltet und mit einer Referenzspannung verglichen, wodurch dieanaloge Ausgangsspannung des Operationsverstärkers in einem engen Fenster nahe Nullgehalten wird. Diese Schaltung arbeitet als Reset-Schaltung zur Reduzierung der immanentenDrift-Problematik bei solchen Ladungsverstärkern. Vom Komparator werden Stromimpulseerzeugt, die auf den Eingang des Operationsverstärkers rückgekoppelt werden und deren An¬zahl in einem Zähler gezählt werden. Der Zählerstand, der proportional zur am analogen Ein¬gang des Ladungsverstärkers ankommenden Ladung ist, repräsentiert dann den digitalen Aus¬gang des Ladungsverstärkers. Damit wird zwar das Driftproblem bekannter analoger Ladungs¬verstärker abgeschwächt, die anderen Probleme mit Ladungsverstärkern mit einer analogenEingangsstufe bleiben dabei aber erhalten.
[0006] Bekannt geworden sind auch Ladungsverstärker auf Basis eines Sigma-Delta AnalogDigital Wandlers. Ein solcher Wandler geht z.B. aus der WO 2009/062494 A1, der EP 1 345330 A2 oder der GB 2 292 028 A hervor. Dabei wird der digitale Ausgang des Wandlers übereinen Digital-Analog Wandler auf den Eingang rückgekoppelt. Die Differenz zwischen Ein¬gangsstrom und Rückkopplungsstrom wird integriert, quantisiert und mit hoher Abtastrate abge¬tastet. Der Bitstrom am Ausgang stellt eine digitale Repräsentation der Eingangsspannung dar.Am Ausgang kann auch noch ein digitales Filter vorgesehen sein. Dabei wird aber nachwievor eine analoge Integration mittels einer Kapazität am Eingang benötigt, weshalb auch damit diedamit verbundenen Probleme nicht behoben werden können.
[0007] Es ist daher eine Aufgabe der gegenständlichen Erfindung, einen digitalen Ladungsver¬stärker und ein Verfahren zur Digitalisierung eines analogen Signals anzugeben, die eine Ver¬besserung hinsichtlich der oben angeführten Nachteile herbeiführt.
[0008] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, indem ein Komparator vorgese¬hen ist, der die Eingangsspannung mit einem Bezugspotential vergleicht und der Ausgang desKomparators eine Rückkopplungsstromquelle ansteuert, wobei die Rückkopplungsstromquellein Abhängigkeit vom Ausgang des Komparators einen positiven oder negativen konstantenRückkopplungsstrom erzeugt, der auf den Eingang rückgekoppelt ist und den Eingangsstromkompensiert, wobei ein Zähler vorgesehen ist, dessen Zählrichtung durch den Ausgang desKomparators bestimmt ist und der Ausgang des Zählers als digitaler Ausgang des digitalenLadungsverstärkers vorgesehen ist.
[0009] Am Eingang des Komparators, bzw. am Eingang des Ladungsverstärkers, wird durch dieRückkopplung eines vom Komparator gesteuerten Rückkopplungsstromes ein virtueller Kurz¬schluss erzeugt, indem nämlich der Eingangsstrom durch den Rückkopplungsstrom kompen¬siert wird. Dabei wird die rückgekoppelte Ladungsmenge, die der vom piezoelektrischen Sensorabgegebenen Ladungsmenge entspricht, nicht wie bei herkömmlichen analogen und digitalenLadungsverstärkern von der Stromstärke eingestellt, sondern durch die Zeitdauer, während derein negativer oder positiver Referenzstrom rückgekoppelt wird. Die Zeitdauer wird dabei durchden Ausgang des Komparators bestimmt. Auf diese Weise wird erreicht, dass die rückgekoppel¬te Ladungsmenge proportional einer Zeitdauer ist, die auf einfache Weise mit Hilfe eines Zäh¬lers gemessen werden kann. Der Ausgang des Zählers ist somit abhängig vom Eingangsstromund proportional zu der vom piezoelektrischen Sensor abgegebenen Ladung. Das Zählen ent¬spricht somit der zeitlichen Integration des Eingangsstromes. Das gesuchte Messergebnis stehtsomit als Zählwert digital zur Verfügung, ohne eine analoge Integration vornehmen zu müssen.
[0010] In einer vorteilhaften einfachen Ausgestaltung steuert der Komparator eine Steuerlogik,die wiederum die Rückkopplungsstromquelle ansteuert. Dabei ist ganz besonders einfach,wenn die Steuerlogik Zählimpulse für den Zähler erzeugt.
[0011] In einer weiteren vorteilhaften einfachen Umsetzung der Erfindung, wird als Bezugspo¬tential für den Komparator das Bezugspotential des Eingangs, insbesondere Masse, vorgese¬hen.
[0012] Wenn eine Bezugspotentialerzeugungseinheit vorgesehen ist, in der ein Regler imple¬mentiert ist, der den zeitlichen Mittelwert des Rückkopplungsstromes, bzw. einer dazu proporti¬onalen Rückkopplungsspannung eliminiert und als Stellgröße das Bezugspotential für denKomparator erzeugt, lassen sich auf einfachem Wege schädliche Auswirkung von Offsetspan¬nung und Biasstrom der Eingangsstufe eliminieren und man an erhält so einen praktisch drift¬freien Ladungsverstärker.
[0013] Wenn als Komparator ein Fensterkomparator verwendet wird, kann in vorteilhafter Wei¬se auch der Ruhezustand, also der Zustand in dem der Sensor keine Ladung abgibt, erfasstwerden.
[0014] Um den Ladungsverstärker flexibler einsetzbar zu machen, können am Ladungsverstär¬ker ein Empfindlichkeitseingang, über den die Empfindlichkeit der Rückkopplungsstromquelleeinstellbar ist, und/oder ein Preset-Eingang, über definierter Ausgangspunkt des Zählers ein¬stellbar ist, vorgesehen sein.
[0015] Die digitale Unsicherheit und eventuelle Querempfindlichkeiten zwischen analogem unddigitalem Schaltungsteil können reduziert werden, wenn der Rückkopplungsstrom im Takt einerReferenzfrequenzquelle moduliert ist.
[0016] Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1bis 5, die schematisch, beispielhaft und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung zeigen, näher erläutert. Dabei zeigt [0017] Fig. 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Ladungsverstärkers, [0018] Fig. 2 ein detaillierteres Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Ladungsverstärkers, [0019] Fig. 3 eine einfache Implementierung des erfindungsgemäßen Ladungsverstärkers, [0020] Fig. 4 eine Implementierung des erfindungsgemäßen Ladungsverstärkers mit Fens¬ terkomparator und [0021] Fig. 5 eine Implementierung des erfindungsgemäßen Ladungsverstärkers mit modu¬ liertem Rückkopplungsstrom.
[0022] In Fig.1 ist ein erfindungsgemäßer digitaler Ladungsverstärker 2 über einen analogenEingang 3 mit einem piezoelektrischen Sensor 1 verbunden. An einem digitalen Ausgang 4 desLadungsverstärkers 2 wird ein digitales Signal ausgegeben, das proportional zur vom piezoe¬lektrischen Sensor 1 abgegebenen Ladung ist. Dazu ist im Ladungsverstärker 2 ein Komparator5 vorgesehen, der die Eingangsspannung ue mit einer Bezugsspannung u0 vergleicht. Als Be¬zugsspannung u0 ist hierz.B. das Massepotential des piezoelektrischen Sensors 1 vorgesehen.Der Ausgang des Komparators 5 steuert einerseits eine Rückkopplungsstromquelle 6 und aucheinen Zähler 7 an. Die Rückkopplungsstromquelle 6 erzeugt einen Rückkopplungsstrom if, derden Eingangsstrom ie kompensiert und somit einen virtuellen Kurzschluss am Eingang erzeugt.Die Zeitdauer, während der ein positiver oder negativer Rückkopplungsstrom (in Abhängigkeitvom Ausgang des Komparators 5) rückgekoppelt wird, wird durch den Zähler 7 erfasst. DieZählrichtung des Zählers 7 wird dabei durch das Vorzeichen des Rückkopplungsstromes ifbestimmt. Der Zählerstand des Zählers 7 ist damit abhängig vom Rückkopplungsstrom if unddamit auch vom Eingangsstrom ie und somit proportional zur vom piezoelektrischen Sensor 1abgegebenen Ladung. Die grundlegende Idee ist dabei folglich, die erforderliche Integration desEingangsstromes ie nicht wie bisher analog mittels einer Kapazität, sondern digital und daherdriftfrei mittels eines Zählers 7 durchzuführen.
[0023] Die Funktion des erfindungsgemäßen Ladungsverstärkers 2 wird anhand einer vorteil¬haften Ausgestaltung nach Fig.2 nun näher erläutert. Die Eingangsstufe des Ladungsverstär¬kers 2 wird durch einen Komparator 5 gebildet, der die Eingangsspannung ue mit einem Be¬zugspotential Uo vergleicht und sein Ergebnis - charakterisiert z.B. durch die Zustände größer,größer-gleich, kleiner, kleiner-gleich - an eine Steuerlogik 10 ausgibt. Der virtuelle Kurzschlussam Eingang, der für die Strom- bzw. Ladungsmessung angestrebt wird, wird hier z.B. dadurcherreicht, dass in der Rückkopplungsstromquelle 6 mit einer Referenzstromerzeugungseinheit 12aus einer Referenzspannungsquelle 11 ein konstanter Rückkopplungsstrom if erzeugt wird, wieweiter unten noch im Detail beschrieben wird. Dazu kann am Ladungsverstärker 2 auch einEmpfindlichkeitseingang 13 zur Vorgabe bzw. zur Einstellung einer Empfindlichkeit E vorgese¬hen sein. Die Steuerlogik 10 steuert die Rückkopplungsstromquelle 6 so, dass der Eingangs¬strom ie gerade kompensiert wird. Dabei wird, im Gegensatz zum konventionellen Ladungsver¬stärker, der rückgekoppelte Rückkopplungsstrom if (bzw. die rückgekoppelte Ladungsmenge)nicht durch den Momentanwert der Stromstärke eingestellt, sondern durch die Zeitdauer, wäh¬rend der ein negativer oder positiver Rückkopplungsstrom if konstanter und definierter Strom¬stärke zugeschaltet wird. Die Stromstärke des Rückkopplungsstromes if ist durch die Referenz¬spannung uR und die eingestellte Empfindlichkeit E gegeben. Die Zeitdauer, während der einRückkopplungsstrom if erzeugt wird, wird durch die aus dem Ergebnis des Komparators 5 abge¬leiteten Steuersignale bestimmt. Auf diese Art wird erreicht, dass die rückgekoppelte Ladungs¬menge proportional einer Zeitdauer ist, die auf einfache Art mit Hilfe einer Referenzfrequenz fR,die in einer Referenzfrequenzquelle 14 erzeugt wird, und eines Zählers 7 gemessen werdenkann. Zu diesem Zweck werden aus dem Taktsignal der Referenzfrequenzquelle 14 und ausden Ergebnissignalen des Komparators 5 Zählpulse erzeugt, die vom Zähler 7 gezählt werden.Der Zähler 7 ist dabei vorteilhaft in der Lage, sowohl aufwärts, als auch abwärts zu zählen.Dieses Zählen entspricht der zeitlichen Integration des Eingangsstromes ie und das momentaneZählergebnis ist also proportional zur Ladungsmenge, die vom piezoelektrischen Sensor 1 abgegeben wird. Damit steht der gesuchte Messwert in digitaler Form zur Verfügung und kannals digitaler Wert am digitalen Ausgang 4 des Ladungsverstärkers 2 ausgegeben werden.
[0024] Zum Einstellen eines definierten Ausgangspunktes kann am Ladungsverstärker 2 einPreset-Eingang 15 vorgesehen sein, über den der Zähler 7 rückgesetzt und/oder auf einenbestimmten Zählerstand gesetzt werden kann. Das kann auch als Definition einer Integrations¬konstanten gesehen werden und beispielsweise zum Einstellen des digitalen Ausgangssignalsauf einen zu bestimmten Zeitpunkten bekannten Messwert des piezoelektrischen Sensors 1verwendet werden.
[0025] Das Bezugspotential u0 für den Komparator 5 kann in einer Bezugspotentialerzeugungs¬einheit 16 erzeugt werden. Das Bezugspotential u0 am Eingang des Komparators 5 kann, wiebereits oben erwähnt, im einfachsten Fall das Bezugspotential der Eingangsleitung bzw. despiezoelektrischen Sensors 1, also z.B. Masse, sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, übereine Regelung von u0 die schädliche Auswirkung von Offsetspannung und Biasstrom der Ein¬gangsstufe zu eliminieren. Man erhält so einen praktisch driftfreien Ladungsverstärker 2. ZumErzeugen des Bezugspotentials Uo kann dabei zweckmäßigerweise ein Integralregler verwen¬det, der auch Proportionalanteile aufweisen kann. Der Regler hat die Aufgabe, den zeitlichenMittelwert des Rückkopplungsstromes if, bzw. einer dazu proportionalen Rückkopplungsspan¬nung uf, verschwinden zu lassen. Zu diesem Zweck vergleicht er den Istwert der Rückkopp¬lungsspannung uf mit einem Sollwert, der z.B. durch das Bezugspotential der Eingangsleitungbzw. des piezoelektrischen Sensor 1 gegeben ist. Aus der festgestellten Abweichung erzeugt ergemäß seiner Regelcharakteristik als Stellgröße das Bezugspotential u0 für den Komparator.
[0026] Eine sehr einfache Implementierung des erfindungsgemäßen Ladungsverstärkers 1 ist inFig.3 dargestellt. Der Komparator 5 liefert hier nur zwei Zustände, nämlich größer-gleich oderkleiner-gleich, die die Zählrichtung des Zählers 7 vorgegeben. Die Steuerlogik 10 ist ein einfa¬cher Schalter, dessen Stellung über einen einfachen Differenzverstärker einen positiven odernegativen Rückkopplungsstrom if bewirkt. Der Ruhezustand wird hierbei vom Komparator 5nicht detektiert, weshalb im Ruhezustand ständig zwischen positiven und negativen Rückkopp¬lungsstrom if hin- und hergeschaltet wird. Das Bezugspotential u0 wird hier in Abhängigkeit vonder Rückkopplungsspannung uf über einen IP-Regler, in Form eines Integrierers mit Proportio¬nalanteil, eingestellt.
[0027] Fig.4 zeigt einen erfindungsgemäßen Ladungsverstärker 2 mit Fensterkomparator 20und optionalem Vorverstärker 21 als Komparator 5. Damit kann auch der Ruhezustand detek¬tiert werden, in dem kein Rückkopplungsstrom if erzeugt wird und in dem auch keine Zählpulsefür den Zähler 7 erzeugt werden. Je nach Ausgang des Komparators 5 zählt der Zähler 7 auf¬wärts oder abwärts oder gar nicht.
[0028] In der Ausgestaltung nach Fig.5 ist der negative und positive Rückkopplungsstrom if imTakt der Referenzfrequenz fR moduliert, hier pulsweitenmoduliert (PWM). Gleichzeitig wirddurch die dargestellte Schaltung sichergestellt, dass die Referenzspannung uR und damit auchder Rückkopplungsstrom if symmetrisch sind, also im zeitlichen Mittel Null sind. Dadurch kön¬nen gegenüber den Schaltungen nach Fig.3 oder 4 die digitale Unsicherheit und eventuelleQuerempfindlichkeiten zwischen analogem und digitalem Schaltungsteil reduziert werden.
[0029] Einzelne oder alle Komponenten des erfindungsgemäßen digitalen Ladungsverstärkers2, z.B. der Zähler oder die Driftregelung, die in den Figuren 1 bis 5 anhand von Hardware be¬schrieben werden, können natürlich auch als Software realisiert werden, z.B. auf einem Mikro¬prozessor, einem Digitalen Signalprozessor (DSP) oder einem speicherprogrammierbarenBauteil.

Claims (11)

  1. Patentansprüche 1. Digitaler Ladungsverstärker (2) dem an einem analogen Eingang (2) durch einen piezoe¬lektrischen Sensor (1) eine Eingangsspannung (ue) zur Verfügung gestellt wird und an des¬sen analogem Eingang (2) ein Eingangsstrom (ie) fließt, wobei der digitale Ladungsverstär¬ker (2) einen digitalen Ausgang (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kompa¬rator (5) vorgesehen ist, der die Eingangsspannung (ue) mit einem Bezugspotential (u0)vergleicht, dass der Ausgang des Komparators (5) eine Rückkopplungsstromquelle (6) an¬steuert, wobei die Rückkopplungsstromquelle (6) in Abhängigkeit vom Ausgang des Kom¬parators (5) einen positiven oder negativen konstanten Rückkopplungsstrom (if) erzeugt,der auf den Eingang (3) rückgekoppelt ist und der den Eingangsstrom (ie) kompensiert unddass ein Zähler (7) vorgesehen ist, dessen Zählrichtung durch den Ausgang des Kompara¬tors (5) bestimmt ist und der Ausgang des Zählers (7) als digitaler Ausgang (4) des digita¬len Ladungsverstärkers (2) vorgesehen ist.
  2. 2. Digitaler Ladungsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kom¬parator (5) eine Steuerlogik (10) ansteuert, die die Rückkopplungsstromquelle (6) ansteu¬ert.
  3. 3. Digitaler Ladungsverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer¬logik (10) Zählimpulse für den Zähler (7) erzeugt.
  4. 4. Digitaler Ladungsverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass als Bezugspotential (uo) für den Komparator (5) das Bezugspotential des Eingangs,insbesondere Masse, vorgesehen ist.
  5. 5. Digitaler Ladungsverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass eine Bezugspotentialerzeugungseinheit (16) vorgesehen ist, in der ein Regler imple¬mentiert ist, der den zeitlichen Mittelwert des Rückkopplungsstromes (if), bzw. einer dazuproportionalen Rückkopplungsspannung (uf), eliminiert und als Stellgröße das Bezugspo¬tential (u0) für den Komparator (5) erzeugt.
  6. 6. Digitaler Ladungsverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,dass als Komparator (5) ein Fensterkomparator vorgesehen ist.
  7. 7. Digitaler Ladungsverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,dass am Ladungsverstärker (2) ein Empfindlichkeitseingang (13) vorgesehen ist, über dendie Empfindlichkeit (E) der Rückkopplungsstromquelle (6) einstellbar ist.
  8. 8. Digitaler Ladungsverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,dass am Ladungsverstärker (2) ein Preset-Eingang (15) vorgesehen ist, über den ein defi¬nierter Ausgangspunkt des Zählers (7) einstellbar ist.
  9. 9. Digitaler Ladungsverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,dass der Rückkopplungsstrom (ie) im Takt einer Referenzfrequenzquelle (14) moduliert ist.
  10. 10. Verfahren zur Digitalisierung eine analogen Signals, das von einem piezoelektrischenSensor (1) einem Ladungsverstärker (2) an einem analogen Eingang (3) zugeführt wird,dadurch gekennzeichnet, dass die analoge Eingangsspannung (ue) in einem Komparator (5) mit einem Bezugspotential (u0) verglichen wird, dass mit dem Ausgang des Kompara¬tors (2) eine Rückkopplungsstromquelle (6) angesteuert wird, die in Abhängigkeit vomAusgang des Komparators (5) einen positiven oder negativen konstanten Rückkopplungs¬strom (if) erzeugt, der auf den Eingang (3) rückgekoppelt wird und den Eingangsstrom (ie)kompensiert, und dass die Zeitdauer, während der ein positiver oder negativer Rückkopp¬lungsstrom (if) in Abhängigkeit vom Ausgang des Komparators (5) rückgekoppelt wird,durch einen Zähler (7), dessen Zählrichtung durch das Vorzeichen des Rückkopplungs¬stromes (if) bestimmt ist, erfasst wird, wobei der Ausgang des Zählers (7) als digitaler Aus¬gang (4) des digitalen Ladungsverstärkers (2) verwendet wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückkopplungsstrom(if) im Takt einer Referenzfrequenzquelle (14) moduliert wird. Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
ATA50458/2012A 2012-10-17 2012-10-17 Digitaler Ladungsverstärker AT511664B1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA50458/2012A AT511664B1 (de) 2012-10-17 2012-10-17 Digitaler Ladungsverstärker
DE112013005030.7T DE112013005030A5 (de) 2012-10-17 2013-10-16 Digitaler Ladungsverstärker
PCT/EP2013/071614 WO2014060469A1 (de) 2012-10-17 2013-10-16 Digitaler ladungsverstärker

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA50458/2012A AT511664B1 (de) 2012-10-17 2012-10-17 Digitaler Ladungsverstärker

Publications (3)

Publication Number Publication Date
AT511664A2 AT511664A2 (de) 2013-01-15
AT511664A3 AT511664A3 (de) 2013-11-15
AT511664B1 true AT511664B1 (de) 2016-01-15

Family

ID=47667363

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ATA50458/2012A AT511664B1 (de) 2012-10-17 2012-10-17 Digitaler Ladungsverstärker

Country Status (3)

Country Link
AT (1) AT511664B1 (de)
DE (1) DE112013005030A5 (de)
WO (1) WO2014060469A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013014810B4 (de) * 2013-09-05 2019-03-14 Elmos Semiconductor Aktiengesellschaft Vorrichtung zum Betreiben passiver Infrarotsensoren
AT520762B1 (de) * 2017-11-06 2020-04-15 Avl List Gmbh Ladungsverstärker und Messsystem zur Driftkompensation und ein Verfahren hierzu

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3334603A1 (de) * 1983-09-24 1985-04-04 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Verstaerkeranordnung fuer einen beschleunigungsaufnehmer
EP0253016A1 (de) * 1986-07-18 1988-01-20 Kistler Instrumente AG Ladungsverstärkerschaltung
GB2266203A (en) * 1992-04-17 1993-10-20 Crystal Semiconductor Corp Delta-sigma modulator with low thermal noise performance
US6795359B1 (en) * 2003-06-10 2004-09-21 Micron Technology, Inc. Methods and apparatus for measuring current as in sensing a memory cell
US20080165134A1 (en) * 2007-01-08 2008-07-10 Apple Computer, Inc. Digital Controller for a True Multi-point Touch Surface Useable in a Computer System
WO2011063536A1 (de) * 2009-11-25 2011-06-03 Kistler Holding Ag Digitaler ladungsverstärker und verfahren zum wandeln von ladungssignalen in digitale signale

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3334603A1 (de) * 1983-09-24 1985-04-04 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Verstaerkeranordnung fuer einen beschleunigungsaufnehmer
EP0253016A1 (de) * 1986-07-18 1988-01-20 Kistler Instrumente AG Ladungsverstärkerschaltung
GB2266203A (en) * 1992-04-17 1993-10-20 Crystal Semiconductor Corp Delta-sigma modulator with low thermal noise performance
US6795359B1 (en) * 2003-06-10 2004-09-21 Micron Technology, Inc. Methods and apparatus for measuring current as in sensing a memory cell
US20080165134A1 (en) * 2007-01-08 2008-07-10 Apple Computer, Inc. Digital Controller for a True Multi-point Touch Surface Useable in a Computer System
WO2011063536A1 (de) * 2009-11-25 2011-06-03 Kistler Holding Ag Digitaler ladungsverstärker und verfahren zum wandeln von ladungssignalen in digitale signale

Also Published As

Publication number Publication date
DE112013005030A5 (de) 2015-07-02
AT511664A3 (de) 2013-11-15
AT511664A2 (de) 2013-01-15
WO2014060469A1 (de) 2014-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102015219097B4 (de) Vielseitiger Stromsensor für Schaltregler
EP1872144B1 (de) Kapazitätsmessschaltung
DE60215298T2 (de) Analog-Digital Sigma-Delta Modulator mit FIR-Filter
DE102008033466B4 (de) Integrierender Stromregler und Verfahren zur Stromreglung
DE3037340A1 (de) Treiber fuer hitzdraht-luftmengen-messer
DE19920306B4 (de) Schaltungsvorrichtung zum Regeln des Stroms durch eine induktive Last
DE102007042315B3 (de) Messkreis mit geschalteten Kondensator zur Messung der Kapazität eines Eingangskondensators
WO2009043821A1 (de) Feldgerät mit einem analogausgang
DE19920307A1 (de) Elektrische Schaltung zum Steuern einer Last
WO2008049602A1 (de) Messvertärkungsvorrichtung und- verfahren
EP4007172A1 (de) Analog-digital-wandler-vorrichtung, sensorsystem und verfahren zur analog-digital-wandlung
EP2087596A1 (de) Messverstärkungsvorrichtung und -verfahren
AT511664B1 (de) Digitaler Ladungsverstärker
EP1512021B1 (de) Schaltungsanordnung und verfahren zur kompensation der änderungen eines übertragungsfaktors einer magnetfeldsensoranordnung
EP0237583B1 (de) Verfahren und Schaltungsanordnung zum Umsetzen einer Messspannung in einen digitalen Wert
CH700376A2 (de) Kapazitiver Sensor und Verfahren zur kapazitiven Erfassung eines Objektabstandes.
EP4419926B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur erfassung eines elektrischen leitungsstromes mit optimierter abtastrate
WO2007028784A1 (de) Schaltung und verfahren zur ansteuerung eines piezoelektrischen oder elektrostriktiven aktors
DE102016109276A1 (de) Messvorrichtung und Messverfahren zum Messen eines elektrischen Stroms mit einer Rogowski-Spule
DE102012223706A1 (de) Feldgerät mit einem Analogausgang
DE10128942B4 (de) Integrierender A/D-Wandler
EP1378755B1 (de) Messschaltung mit einer Messbrücke und Messvorrichtung
DE3922229C2 (de) Verfahren und Schaltung zum Messen einer Spannung U¶M¶
EP1431769A1 (de) Schaltungsanordnung zur Bestimmung des Innenwiderstandes einer linearen Lambdasonde
DE102023201912A1 (de) Verfahren zum korrigieren eines datenstroms eines pulsdichtemodulators

Legal Events

Date Code Title Description
MM01 Lapse because of not paying annual fees

Effective date: 20221017