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用于在AD转换器中进行错误识别的方法
申请号	CN201110047226.3	申请日	2011-02-28	公开(公告)号	CN102195649A	公开(公告)日	2011-09-21
申请人	罗伯特·博世有限公司;			发明人	N·克尔; J·普勒廷克斯;
摘要	本发明涉及用于在AD转换器中进行错误识别的方法。介绍了一种用于在AD转换器中进行错误识别的方法，该AD转换器输出数字有用信号，并且介绍了一种用于执行该方法的电路装置。在此，当前的数字有用信号与比较信号进行比较。
权利要求	1. 一种用于在AD转换器（10，52，102，152）中进行错误识别的方法，该AD转换器（10， 52，102，152）输出数字有用信号（60，120，174），其中当前的数字有用信号（60，120，174）与比较信号进行比较。 2. 根据权利要求1所述的方法，其中，比较信号通过借助预测滤波器（54，104，154）的预报（64，130，176）来产生。 3. 根据权利要求2所述的方法，其中，在测试期间，预测滤波器（54，104，154）的预报（64，130，176）作为输出被转发。 4. 根据权利要求1至3之一所述的方法，其中，比较信号通过测试信号存储器（160）被预先给定。 5. 根据权利要求1至4之一所述的方法，其中，数字有用信号（60，120，174）通过转换模拟有用信号（58，110，168）来产生。 6. 根据权利要求1至4之一所述的方法，其中，数字有用信号（60，120，174）通过转换测试信号（112，170）来产生。 7. 根据权利要求5和6所述的方法，其中，在模拟有用信号（58，110，168）和测试信号（112，170）之间进行转变。 8. 一种用于在AD转换器中进行错误识别的电路装置，该AD转换器输出数字有用信号（60，120，174），该电路装置具有用于将比较值与当前的数字有用信号（60，120，174）进行比较的比较单元。 9. 根据权利要求8所述的电路装置，其具有用于产生比较值的预测滤波器（54，104， 154）。 10. 根据权利要求9所述的电路装置，其中，预测滤波器（54，104，154）被设置用于产生所述电路装置（50，100，154）的输出。
说明书全文	用于在AD转换器中进行错误识别的方法技术领域 [0001] 本发明涉及一种用于在AD转换器中进行错误识别的方法和一种用于执行该方法的电路装置。背景技术 [0002] 当模拟信号要被转变成数字数值时，总是采用模数转换器（AD转换器）。紧接着，这些值可以被存储并且进一步被处理。宽度为N的数字输出信号d就采样效应和量化效应而言与模拟输入电压Uin成比例：其中 ULSB在此是AD转换器的分辨率。 [0003] 提出了各种方法来保护AD转换器。在Wey, Chin-Long、Shoba Krishnan和Sondes Sahli的“Test Generation and Concurrent Error Detection in Current-Mode A/D Converters”（IEEE, 1995年）的出版物中提出了一种交替的逻辑。在该逻辑中，首先将要测量的电流IT1=Iin数字化，将结果存储在寄存器中并且在接下来的步骤中转换电流IT2=Iref-Iin。紧接着，两个这样获得的数字值被相互比较。在无错误的情况下，第二值是第一值的补数。 [0004] 该方法基于时间冗余，也就是说AD转换器的时钟脉冲持续时间（Taktdauer）必须大于或等于双倍的转换时间，以便可以在一个时钟脉冲周期（Taktperiode）期间执行两次转换。然而，这个前提条件并非在任何应用中都能被满足。 [0005] 在Matsubara, Takshi和Yoshiaki Koga的“A Proposal for Error-Tolerating Codes”（IEEE, 1993年）的出版物中提出了容错代码对于AD转换器的应用。在这种情况下，使用了窗口比较器，这些窗口比较器在模拟输入电压在一定的范围中时提供逻辑“1”。对于每个比特，使用一个比较器，其中各个比较器具有不同的电压范围。以这种方式，窗口比较器的输出可以实现容错代码。发明内容 [0006] 在该背景下，介绍了一种根据权利要求1所述的用于在AD转换器中识别错误的方法和一种根据权利要求8所述的用于执行该方法的电路装置。实施方案由从属权利要求和说明书得到。 [0007] 利用所描述的方法和所介绍的电路装置来识别AD转换器中的永久性错误。 [0008] 根据错误的原因，在输出字d中，一个或多个比特可能是错误的。利用所描述的电路装置可能的是，识别大多数的单比特和多比特错误。错误覆盖（Fehlerabdeckung）与阈值有关。该方法能利用特别小的开销来实现。在无错误的情况下，有用数据流在测试期间也不被中断。附图说明 [0009] 本发明的其它优点和扩展方案由附图和说明书得到。 [0010] 应理解的是，在不离开本发明的范围的情况下，上述的以及下面还要解释的特征不仅以分别说明的组合、而且以其它组合或者单独地被使用。 [0011] 图1示出了闪存AD转换器的原理性结构。 [0012] 图2示出了所介绍的用于在AD转换器中进行错误识别的电路装置的实施形式。 [0013] 图3示出了用于进行错误识别的电路装置的另一实施形式。 [0014] 图4还示出了用于进行错误识别的电路装置的另一实施形式。具体实施方式 [0015] 本发明借助附图中的实施形式被示意性地示出并且在下文参照附图详细地予以描述。 [0016] 在图1中示出了AD转换器，该AD转换器整体上用参考数字10标明。具有N=3的AD转换器根据并行转换原理被构造并且包括七个比较器12和一个分压器14，该分压器14带有六个电阻器R16和两个电阻器R/2 18。此外，设置有七个寄存器20和一个解码器22。在输入端24上存在电压Uref。解码器22具有三个输出端（N=3），即d0 26、d1 28、d2 30。 [0017] 七个比较器12和总共带有八个电阻器16、18的分压器14产生所谓的温度计码（Thermocode），该温度计码接着通过解码器22被转变成二进制数d（d0、d1、d2）。 [0018] 在表1中说明了在图1的AD转换器10的情况下在输入电压、比较器状态和二进制值之间的关系。还存在一些其它电路用于进行AD转换。所介绍的用于进行错误识别的方法在下面借助图1的并行的AD转换器10来阐述。但是要注意的是，该方法原则上可以在所有AD转换器类型中被采用。 [0019] 在图1的AD转换器10中，错误在串联的电阻器16、18、比较器12、寄存器20中和在解码器22的逻辑中出现。 [0020] 在图2中描述了用于执行该方法的电路装置50。该图示出了AD转换器52、第一预测滤波器（Praediktionsfilter）54和比较单元56。在AD转换器52的输出端上存在模拟有用信号A 58。输出应答或数字有用信号d 60在AD转换器52的输出端上被输出。预测滤波器输出预报（Vorhersage）p 64。 [0021] 在图2中说明了一种比较简单的采用预测滤波器54的错误识别方法。预测滤波器54针对数字有用信号d 60的当前值作出预报p 64。在比较单元56（块比较（Block Compare））中，将这两个值进行比较。因此，预报64是比较值或比较信号。该比较信号因此借助预测滤波器54来产生。比较单元56的功能因此可以被描述为如下：。 [0022] 值d和p之间的差因此必须在无错误的情况下保持在阈值SWc以下。阈值SWc与AD转换器52的特性和预测滤波器54的特性有关。适用于：预测越好，则可以将阈值选择得越小。 [0023] 图2中的电路装置50尤其适用于在有用信号不恒定的情况下的错误识别。但是，如果有用信号A 58是恒定的并且在AD转换器52中发生缺陷（Haftfehler），则预测滤波器54持久地预报错误的值并且比较单元56报告没有错误。 [0024] 在图3中示出了用于执行该方法的另一电路装置100。该图示出了AD转换器102、第一预测滤波器104、比较单元106和反相器108。可以通过第一开关S1 114输入模拟有用信号A 110和测试信号 Umax-A 112（在这种情况下为有用信号 A 110的一补数）。AD转换器102的输入量116被称作Uin 118。在输出端上存在数字有用信号d 120。此外，设置有第二开关S2 122和第三开关S3 124。信号d’ 126被输出，并且必要时错误信号（error）128被输出。 [0025] 所介绍的第二电路装置100通过使用测试信号112而绕开结合图2所描述的问题。在这种情况下，有用信号A 110的一补数被用作测试信号112，（Umax-A）。所转换的值与预报或预测p 130相比较。在无错误的情况下，这两个值彼此相反。在正常运行期间，开关S1 114、S2 122和S3 124在位置1中。也就是说，模拟有用信号110（电压Uin）被转换（信号d 120）并且在电路装置100的输出端上被输出（信号d’ 126）。在电路装置100的错误输出端上在该时间内输出零（无错误）。 [0026] 在测试时间期间，开关S1 114、S2 122和S3 124在位置2中。在该时间内，测试信号Uref-A被转换（信号d 120），被求反并且在比较单元106中（在块N检查（Block N-Check）中）与作为比较信号的预报或预测p 130进行比较。N检查形成信号！d和p之差并且检查该差是否在阈值SWn以下（“！”在此代表“非”）。如果该差小于SWn，则在错误输出端输出零，否则输出“1”。比较单元106或块N-检查的功能因此能通过如下式子来说明：。 [0027] 阈值SWn与AD转换器102的特性（宽度N、噪声、…）和预测滤波器104的特性（预测精度、噪声、…）有关并且要由开发者与相应的应用相适应地进行选择。 [0028] 以下简要地探讨了一补数的理论。一补数是二进数的算术运算。在此，所有数字或比特被反转，也就是从0变成1，并且反之亦然。这也称作逻辑非运算。例如，如果AN是（1）具有N个比特的任意二进数，则针对该数的一补数AN 适用：式子1。（1） [0029] AN 的第i比特接着恰好对应于AN的被求反的第i比特。这种关系可以应用N 3于具有N个比特的AD转换器中。针对N=3适用2-1=2-1=7=Umax。对于输入信号A（其中 0≤A≤Umax），接着根据式子1适用：式子2。 [0030] 以下的数例子说明了这种关系。对于图1中的AD转换器10，适用：N=3，Umax=7V。（1）现在，输入端上的当前值A=3V。接着适用A二进制=011，对于一补数，适用A 二进制=100，即A（1） =4V。这些值恰好满足式子2。 [0031] 如已在上面所描述的那样，图2和图3中的电路装置50和100的阈值SWn和SWc尤其是与预测滤波器的特性有关。 [0032] 在图4中描述了电路装置的另一实施形式，该电路装置整体上用参考数字150来标明。该图示出了AD转换器152、预测滤波器154、比较单元（块P检查）156、测试信号发生器158和测试信号存储器160。此外，设置有第一开关S1 162、第二开关S2 164和第三开关S3 166。到来的信号是模拟有用信号A 168、测试信号B 170、Uin 172、数字有用信号d174、预报或预测p 176、错误信号（error）178和输出信号d’ 180。测试信号存储器160输出测试值C 182。 [0033] 图4中所示的用于进行识别错误的电路装置150设置：比较单元156的阈值并不与预测p 176的特性相关。这为开发者提供了在设计预测滤波器154时的更多的优化可能性。 [0034] 在一定的时刻，在转换周期期间转换测试信号或测试值B 170，而不是实际的有用信号A 168。紧接着，检验所转换的数字信号是否对应于B的二进制值。在测试期间，在AD转换器152的输出端上通过预测滤波器152根据过去的值预报数字有用信号d’ 174的当前值，并且将数字有用信号d’ 174的当前值转发给接收器。因此，该系统不中断地被提供以数据。 [0035] 在正常运行期间，开关S1 162、S2 164和S3 166在位置1中。也就是说，模拟有用信号A 168被转换（数字信号d 174）并且被输出（信号d’ 180）。在电路装置150的错误输出端上输出零（无错误）。在测试期间，开关S1 162、S2 164和S3 166分别切换到位置2中。在该状态下，测试信号B 170被转换（信号d 174）并且在比较单元156中与相对应的测试值C 182进行比较。作为比较信号的测试值C 182在此恰好是测试信号B 170的二进制值。比较单元156计算两个值之差并且将该差与阈值SWp进行比较。比较单元156的功能因此能通过下列式子来说明：。 [0036] 因此，如果所转换的信号与所存储的测试值之差大于阈值，则报告有错误（在错误输出端上为“1”）。如果该差在阈值以下，则在错误输出端上输出零。阈值SWp与AD转换器150的特性（宽度N、噪声、…）有关并且要分别由开发者适应性地选择。在测试持续时间期间，附加地在图4中的整个电路的输出端（信号d’ 180）上输出数字有用信号d 174的预测p 176。 [0037] 描述了三种不同的错误识别电路（图2至4）。相关的方法可以根据有用信号的特性而在一定的应用中被采用。 [0038] 在图2至4中，分别存在错误输出端，该错误输出端用信号通知AD转换中的错误。该信号直接被引导到整个电路的输出端或者与其它信号一起组合成错误标志，该错误标志接着也在输出端上是可见的。相应的制造商要在数据表（Datenblatt）中描述整个电路的错误输出端，这可以提供对所描述的方法的采用的提示。 [0039] 所介绍的方法适用于所有具有AD转换器的电子电路。尤其是，该方法适用于在车辆中提供诸如驾驶员辅助系统之类的功能信息的对安全要求严格的应用、譬如ASIC。

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