用于模数转换的电路的制作方法

1.本发明涉及一种用于模数转换的电路。本发明尤其涉及一种具有用于模数转换的电路的互感器。


背景技术：

2.互感器可以将模拟信号转换成数字值并且借助于非线性的测量函数将所述数字值映射到测量值(例如物理参量)。


技术实现要素：

3.按照本发明的用于模数转换的电路包括第一端子、第二端子、第三端子和第四端子，模数转换器adu，用于输出第一输出电流的第一电流源电路，用于第一电流源电路与第一端子或第三端子的可切换的连接的第一切换装置，用于输出第二输出电流的拉
‑
灌电流电路，用于拉
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灌电流电路与基准电势或第二端子的可切换的连接的第二切换装置，和用于基准电势与第二端子或第四端子的可切换的连接的第三切换装置，所述端子用于连接传感器，所述模数转换器的第一输入端与第一端子连接并且所述模数转换器的第二输入端与第二端子连接。
4.在此，在说明书和权利要求书中使用的“电路”的概念尤其理解为电气构件和电子构件联接成功能上的布置结构。例如，所述电路可以是互感器的部件，所述互感器将传感器信号转换成测量值。除了按照本发明的电路之外，所述互感器可以设有一种电路(例如设有处理器)，这种电路设计成，将由adu输出的数字值基于非线性的测量函数映射到测量值。在此，在说明书中使用的“处理器”的概念尤其理解为一种电子电路，其设计成完成来自(分配给处理器的)命令集的命令，其中，所述命令的顺序(和必要时分配给所述命令的自变量)可以由处理器所执行的程序预定。此外，在说明书中使用的“非线性的测量函数”的概念尤其理解为一种非线性的分配规则(例如计算规则)，借助于所述分配规则可以为数字值分配测量值。测量值例如可以指向关于物理参量的定量说明，例如在特定位置处的温度水平。测量值例如可以是数字的值，这种数字的值由处理器以数字形式提供。
5.电路(或者电路是互感器的部件时的互感器)可以设置在一装置中。所述装置可以构造为输入/输出模块(i/o模块)。在此，在当前的说明书的范围内使用的“i/o模块”的概念尤其理解为一种能串联或已串联到前端上的模块，该模块将一个或多个现场设备(例如传感器和/或执行器)与前端连接并且必要时(通过前端)与上级的控制装置连接。就此而言，在当前的说明书的范围内使用的“前端”的概念要理解为模块化的现场总线节点的组件，所述组件的任务在于，使串联在前端上的i/o的模块的数据和/或服务通过与前端连接的现场总线变得可供使用。
6.此外，在说明书和权利要求书中使用的“输入端”的概念尤其要理解为电端子，通过所述电端子可以读入电信号(例如电压值和/或电流值)(并且因此在adu中进一步处理所述电信号)。在此，在说明书和权利要求书中使用的“端子”的概念尤其要理解为电接触位置
(例如具有电导体的端子位置，比如像拉伸弹簧端子)，所述电接触位置设计成与一个(或所述)电导体暂时地或持续地连接。此外，在说明书和权利要求书中使用的“模数转换器”的概念尤其理解为一种电路，所述电路确定模拟值属于多个值域中的哪个值域并且输出与相应的值域对应的数字值。数字值例如可以作为位序列输出。
7.此外，在说明书和权利要求书中使用的“电流源电路”的概念尤其理解为一种电路，所述电路设计成输出特定强度的电流。所述特定强度可以是正的或负的。此外，在说明书和权利要求书中使用的“切换装置”的概念尤其理解为一种电子开关或者多个电子开关的布置结构(例如换向开关)。此外，在说明书和权利要求书中使用的“拉
‑
灌电流电路”尤其理解为一种电路，所述电路设计成输出或者输入特定强度的电流。尤其所述强度可以在正值和负值之间交替。
8.此外，在说明书和权利要求书中使用的序数词“第一”、“第二”等等不规定顺序，而是仅用于列举和区分特征。
9.adu可以具有第三输入端和第四输入端，其中，第一电流源电路经由电阻与第一切换装置连接，并且其中，第三输入端和第四输入端与电阻连接。
10.第一切换装置可以具有小于3ma并且优选小于30μa的漏电流。
11.所述电路可以具有用于控制切换装置的控制电路，其中，所述控制电路设计成在多个测量模式之间转换。
12.在第一测量模式中，第一切换装置可以将第一电流源电路与第一端子导通地连接，第二切换装置将拉
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灌电流电路与基准电势导通地连接并且第三切换装置将基准电势与第二端子导通地连接。
13.在第二测量模式中，第一切换装置可以将第一电流源电路与第一端子导通地连接，第二切换装置将拉
‑
灌电流电路与第二端子导通地连接并且第三切换装置将基准电势与第四端子导通地连接。
14.在第三测量模式中，第一切换装置可以将第一电流源电路与第三端子导通地连接，第二切换装置将拉
‑
灌电流电路与基准电势导通地连接并且第三切换装置将基准电势与第四端子导通地连接。
15.在第四测量模式中，第一切换装置可以将第一电流源电路与第一端子导通地连接，第二切换装置将拉
‑
灌电流电路与基准电势导通地连接并且第三切换装置将基准电势与第四端子导通地连接。
16.adu具有第五输入端和第六输入端，其中，所述第五输入端和第六输入端与测量电阻连接。
17.在第五测量模式中，第一切换装置可以将第一电流源电路经由测量电阻与基准电势导通地连接，第二切换装置将拉
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灌电流电路与基准电势导通地连接并且第三切换装置将基准电势与第四端子导通地连接，其中，模数转换器设计成经由第五输入端和第六输入端读入在测量电阻上下降的电压。
18.用于模数转换的电路可以具有用于恒定电压与第三端子的可切换的连接的第四切换装置。
19.在第六测量模式中，第二切换装置可以将拉
‑
灌电流电路与第二端子导通地连接，第三切换装置将基准电势与第四端子导通地连接并且第四切换装置将恒定电压与第三端
子导通地连接。
20.此外，不言而喻地，结合电路描述的特征也可以是应用所述电路的方法的特征。
附图说明
21.随后借助实施例的详细的说明中阐述本发明，其中，参照附图，图中：
22.图1示出现场总线系统的框图，所述现场总线系统包括多个模块化的现场总线节点；
23.图2示出模块化的现场总线节点的框图，所述现场总线节点包括前端和多个i/o模块，以及连接在i/o模块上的现场总线设备；
24.图3示出i/o模块的框图，所述i/o模块配设有测量电子部件；
25.图4示出电路的框图，所述电路是测量电子部件的一部分；
26.图5示出所述电路关于实现第一测量模式的应用；
27.图6示出所述电路关于实现第二测量模式的应用；
28.图7示出所述电路关于实现第三测量模式的应用；
29.图8示出所述电路关于实现第四测量模式的应用；
30.图9示出所述电路关于实现第五测量模式的应用；以及
31.图10示出所述电路关于实现第六测量模式的应用。
32.在此，在图中通过相同的附图标记表示相同的或功能类似的元件。
具体实施方式
33.图1示出现场总线系统的框图。现场总线系统10包括上级的控制单元20和模块化的现场总线节点100，两者通过现场总线30(信号技术地)相互连接。上级的控制单元20可以不仅用于监视而且用于调控由现场总线系统10控制的设备(未示出)。当上级的控制单元20监视设备时，上级的控制单元20可以从现场总线节点100周期地或者非周期地接收状态数据，所述状态数据描述设备的状态并且当所述设备的状态与期望的/允许的状态或者状态范围(实质上)偏离时，生成故障信号或者警报信号。当上级的控制单元20(不仅监视，而且)调控设备时，所述上级的控制单元20可以从现场总线节点100周期地或非周期地接收状态数据并且在考虑状态数据的情况下确定传输至现场总线节点100的控制数据。
34.图2示出模块化的现场总线节点的框图。现场总线节点100包括前端110和两个串联在前端110上的i/o模块120和130。在i/o模块120上连接有传感器140和150并且在i/o模块130上连接有传感器160和170。在运行期间，i/o模块120和130读入传感器信号并且由传感器信号生成状态数据，通过本地总线180将所述传感信号传输到前端110上。前端110可以本地处理所述状态数据和/或(必要时在改进的形式中)将所述状态数据继续传送到上级的控制单元20上。上级的控制单元20(或者在本地处理时的前端11)可以在考虑状态数据的情况下生成控制数据。
35.通过上级的控制单元20生成的控制数据可以通过现场总线30传输到(相同的或者另一个)前端上。传输至前端的(或者由前端110生成的)控制数据可以(必要时在改进的形式中)继续传送/传输至其他i/o模块(必要时传输至现场总线节点100的其他i/o模块)。接收控制数据的i/o模块可以将符合控制数据的控制信号在与执行器连接的输出端上输出。
在此，在现场总线系统10的组件之间的数据通信、传感器信号到状态数据的映射和控制数据到控制信号的映射可以通过一个或多个现场总线节点100的配置适配于不同的使用场景。
36.图3示出i/o模块130的框图。i/o模块130包括接口132和接口134。接口132和接口134均包括四个端子。传感器140通过接口132与i/o模块130连接。传感器150通过接口134与i/o模块130连接。传感器140和传感器150例如是可以如电阻温度传感器那样的温度传感器或者热敏元件。接口132和接口134与(输入)电路200连接。电路200可以设计成，在传感器140和传感器150上施加限定的电压或者产生经过传感器140和传感器150的限定的电流。
37.电路200还可以设计成，检测经过传感器140和传感器150的电流或者量取传感器140和传感器150上的电压降或者产生与电流/电压降成比例的模拟电压或者与电流/电压降成比例的模拟电流。i/o模块130还包括adu300和微控制器400。所述模数转换器300设计成，将模拟电压/电流转换成数字值。微控制器400具有处理器和不可变的存储器。在不可变的存储器上存储有由处理器完成的程序，并且所述程序为由adu300转换成数字值的传感器信号分配测量值。类似于图3中示出的双通道的i/o模块130，也可以提供单通道或者三通道、四通道或者多通道的i/o模块。
38.图4示出电路200和adu300的框图。电路200包括端子201、端子202、端子203和端子204，以用于连接传感器140或传感器150。如图3中所示，根据传感器类型，端子203和/或端子204可以是被占用的或者未被占用的。adu300的输入端301和输入端302与端子201或端子202连接。电路200包括电流源电路210和用于电流源电路210与端子201或端子203的可切换的连接的切换装置230。切换装置230可以由两个串联布置的电子开关形成，所述电子开关优选具有小于3ma并且尤其优选小于30μa的漏电流。
39.电流源电路210通过电阻280与切换装置230连接，其中adu300可以通过输入端303和输入端304确定电阻280上的电压降。所述电压降可以用作用于由电流源电路210输出的测试电流的参考电压。电路200还包括测量电阻290(例如电阻温度计)，其中，adu300可以通过输入端305和输入端306确定测量电阻290上的电压降。
40.电路200还包括拉
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灌电流电路220和用于拉
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灌电流电路220与基准电势(例如接地)或者端子202的可切换的连接的切换装置240。电路200还包括用于基准电势与端子202或者端子204的可切换的连接的切换装置250。此外，电路200包括恒定电压(例如2.4v)与端子203的可切换的连接的切换装置260。切换装置240、切换装置250和切换装置260优选同样具有小于3ma并且尤其优选小于30μa的漏电流。
41.为了控制切换装置230、切换装置240、切换装置250和切换装置260，电路200包括控制电路270，其中，所述控制电路270设计成在多个测量模式之间转换。针对每种测量模式，可以在控制电路270的存储器中存储用于切换装置的开关位置。用于所述转换的信号可以经由本地总线180接收或者经由i/o模块130上的输入装置输入。控制电路270还可以设计成，当控制电路270识别到传感器140或者传感器150时，在内部生成用于所述转换的信号。
42.图5示出电路200关于实现第一测量模式的应用，在所述第一测量模式中，传感器140或者传感器150例如构造为2线电阻温度计。在该测量模式中，切换装置230将电流源电路210与端子201连接，切换装置240将拉
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灌电流电路220与基准电势连接并且切换装置250将基准电势与端子202连接。因此，测试电流i1流经传感器140或者传感器150并且可以由输
入端301和输入端302之间的电势差确定传感器140或者传感器150上的电压降。由所述电压降例如可以导出温度值。
43.图6示出电路200关于实现第二测量模式的应用，在所述第二测量模式中，传感器140或者传感器150例如构造为3线电阻温度计。在该测量模式中，切换装置230将电流源电路210与端子201连接，切换装置240将拉
‑
灌电流电路220与端子202连接并且切换装置250将基准电势与端子204连接。因此，测试电流i1流经传感器140或者传感器150并且可以由输入端301和输入端302之间的电势差确定传感器140或者传感器150上的电压降。由所述电压降例如可以导出温度值。为了补偿线路电阻，拉
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灌电流电路220可以输出与测试电流i1恰好一样大的电流。
44.图7示出电路200关于实现第三测量模式的应用，在所述第三测量模式中，传感器140或者传感器150例如构造为4线电阻温度计。在该测量模式中，切换装置230将电流源电路210与端子203连接，切换装置240将拉
‑
灌电流电路220与基准电势连接并且切换装置250将基准电势与端子204连接。因此，测试电流i1流经传感器140或者传感器150并且可以由输入端301和输入端302之间的电势差确定传感器140或者传感器150上的电压降。由所述电压降例如可以导出温度值。不需要补偿线路电阻，因为端子201和端子202是无电流的。
45.图8示出电路200关于实现第四测量模式的应用，在所述第四测量模式中，传感器140或者传感器150例如构造为电位器。在该测量模式中，切换装置230将电流源电路210与端子201连接，切换装置240将拉
‑
灌电流电路220与基准电势连接并且切换装置250将基准电势与端子204连接。因此，测试电流i1流经传感器140或者传感器150并且可以由输入端301和输入端302之间的电势差确定传感器140或者传感器150上的电压降。由所述电压降例如可以导出旋钮的位置。
46.图9示出电路200关于实现第五测量模式的应用，在所述第五测量模式中，传感器140或者传感器150例如构造为热敏元件。在该测量模式中，切换装置230将电流源电路210经由测量电阻290与基准电势连接，切换装置240将拉
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灌电流电路220与基准电势连接并且切换装置250将基准电势与端子204连接。adu300经由输入端305和输入端306读入在测量电阻290上下降的电压。测量电阻290可以是电阻温度计的部件，并且用于围绕温度相关的偏差来修正热敏元件电压。
47.图10示出电路200关于实现第六测量模式的应用，在所述第六测量模式中，传感器140或者传感器150例如构造为应变片。在该测量模式中，切换装置260将恒定电压施加到端子203上，切换装置240将拉
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灌电流电路220与端子202连接并且切换装置250将基准电势与端子204连接。例如，应变片可以作为桥式电路设置并且可以由输入端301和输入端302之间的电势差确定电桥中心电压。
48.附图标记列表
49.10
ꢀꢀ
现场总线系统
50.20
ꢀꢀ
控制单元
51.30
ꢀꢀ
现场总线
52.100 现场总线节点
53.110 前端/现场总线耦合器
54.120 i/o模块
55.130 i/o模块
56.132 接口
57.134 接口
58.140 传感器
59.150 传感器
60.160 传感器
61.170 传感器
62.180 本地总线
63.200 输入电路
64.201 端子
65.202 端子
66.203 端子
67.204 端子
68.210 电流源电路
69.220 拉
‑
灌电流电路
70.230 切换装置
71.240 切换装置
72.250 切换装置
73.260 切换装置
74.270 控制电路
75.280 电阻
76.290 测量电阻
77.300 模数转换器
78.301 输入端
79.302 输入端
80.303 输入端
81.304 输入端
82.305 输入端
83.306 输入端
84.400 微控制器。