信号调节电路和测量装置的制作方法

本公开涉及信号调节电路，并且涉及包括该信号调节电路的测量装置。

背景技术：

1、在汽车领域中，现代车辆设置有能够通过测量各种参数来执行诊断的电子计算机单元(ecu)。为此，车辆具有多个传感器，如温度传感器、压力传感器、气体传感器、力和扭矩传感器等。通常，传感器测量物理参数并将所测量的参数转换成电信号，如电压或电流。车辆还可具有用于测量流过装置的电流或用于测量装置的端子处的电压的传感器。然后，通过模数转换器(adc)将电信号转换成数字值。

2、模数转换器将模拟输入电压或电流转换为表示电压或电流的大小的数字值或数字。转换器的特征在于允许的模拟输入值范围和给定的分辨率。转换器的分辨率表示它可以产生的不同的(即，离散的)数字值的数量。考虑具有介于0v至5v之间的模拟输入值的允许范围和12比特的分辨率(212＝4096个不同的级别或计数或不同的(即，离散的)数字值单位)的adc的示例。adc可以将包括在0v至5v的范围内的模拟输入编码到4096个不同级别(212＝4096)中的一个。取决于应用，这些值可以表示从0至4095(即，作为无符号整数)或从-2048至2047(即，作为有符号整数)的范围。

3、在一些汽车应用中，需要在具有低值和高值的高动态范围内测量电信号。例如，可能需要测量具有从几毫安到几十安培的值的电流。

4、因此，一个挑战是提供一种能够测量高和低电流或电压的电流或电压的数字值的测量装置。

5、第一种已知方法是在低电流性能与高电流测量能力之间进行折衷。例如，在由adc执行模数转换之前，要测量的模拟电信号可以被转换成具有恒定输出斜率(output slope)的另一模拟电信号。输出斜率被确定为使得所转换的模拟电信号的所有值都在adc测量范围(即，adc的允许模拟输入值的范围)内。对于第一种方法，测量的分辨率对于低电流或电压和对于高电流或电压是相同的。

6、在第二种已知方法中，要测量的电信号的值的全局范围被分成不同的子范围，这些子范围分别与不同的分辨率相关联并且可以通过软件手段来切换。通常，对于低电流或低电压，数字测量的分辨率对于高电流或高电压是较高的。在第二种方法中，需要执行电信号的第一测量以评估电信号的范围。然后，例如通过基于所评估的子范围选择负责调节电信号的放大器的增益，并且在需要的情况下通过设置所选择的放大器增益来设置分辨率。第二种方法用硬件和软件实现。要求执行不同的步骤：

7、测量所述电信号以评估所述电信号的子范围，

8、如果必要，基于所评估的子范围来改变放大器的增益，

9、用具有适当增益的放大器再次测量所述电信号。

10、第二种方法需要时间和计算资源。此外，它可能导致缺少一些测量。实际上，当放大器的增益改变时，需要等待一段时间来稳定输出并再次测量它。

11、第三种方法使用对数放大器。这种对数放大器具有范围大的优点。然而，难以在温度上构建稳定的对数放大器。另一个缺点是对数放大器的使用需要用软件执行计算以计算对数，这需要计算资源和时间。

12、因此，需要在模数转换之前调节模拟电信号，以解决现有技术的缺点。

技术实现思路

1、本公开涉及一种模拟信号调节电路，所述模拟信号调节电路被配置以将模拟电输入信号调节为模拟电输出信号，其中，所述模拟信号调节电路包括至少一个阈值电路，所述至少一个阈值电路被配置为在所述模拟电输入信号的控制下并且基于对应的电阈值来设置调节参数的值，所述调节参数具有至少两个不同的值，第一值和第二值，分别对应于所述模拟电输入信号低于所述对应的电阈值的情况和所述模拟电输入信号超过所述对应的电阈值的情况。

2、因此，调节参数的值借助于阈值电路并基于模拟电输入信号自动地改变：如果模拟电输入信号低于由阈值电路提供的电阈值，则调节参数具有第一值，并且如果模拟电输入信号超过所述电阈值，则调节参数具有不同于第一值的第二值。模拟电输入信号用作可以控制阈值电路的控制信号。在一实施方式中，基于模拟电输入信号，阈值电路可以是导通的或不导通的。

3、在一实施方式中，调节参数是与模拟电输入信号的变化与模拟电输出信号的相应变化之间的比率相对应的输出斜率。

4、所述阈值电路可被配置为将所述调节参数的第二值设置为低于所述调节参数的第一值。因此，在模拟电输出信号随后被转换为数字值的情况下，相对于模拟电输入信号的较低值，模数转换对于模拟电输入信号的较高值具有更高的分辨率。

5、在一实施方式中，所述模拟信号调节电路可以包括：用于接收模拟电输入信号的输入接口；第一转换器；包括在所述至少一个阈值电路中的至少一个第二转换器，所述模拟信号调节电路被配置为使得如果模拟电输入信号低于所述对应的电阈值，则阈值电路不导通，并且输入接口仅将模拟电输入信号提供给第一转换器以设置调节参数的第一值；以及如果模拟电输入信号超过所述相应的电阈值，则阈值电路导通，并且输入接口将模拟电输入信号提供给第一转换器和第二转换器以便设置调节参数的第二值。

6、在一实施方式中，输入接口可以被配置为使对应于模拟电输入信号的电流流过，并且所述模拟信号调节电路可以被配置为将输入电流路径划分为通过第一转换器的第一电流路径和通过至少一个第二转换器的至少一个第二电流路径。

7、在一实施方式中，所述至少一个阈值电路可以包括：与所述第二转换器串联连接的二极管；电压跟随器运算放大器，所述电压跟随器运算放大器包括：连接到固定阈值电压节点的第一输入端、连接到所述第二转换器与所述二极管的阳极侧之间的节点的第二输入端以及连接到所述二极管的阴极侧的输出端，所述模拟电信号的所述对应的电阈值从所述固定阈值电压导出。

8、电压跟随器运算放大器的第一输入端可以通过分压器电路连接到电压源。

9、在一实施方式中，第一转换器可以包括第一电阻器，并且第二转换器可以包括第二电阻器。

10、在另一实施方式中，所述模拟信号调节电路可以包括两个或更多个阈值电路，所述两个或更多个阈值电路被配置为针对所述模拟电输入信号提供彼此不同的两个或更多个相应的电阈值，所述调节参数具有分别在所述模拟电输入信号的模拟值的至少三个不同范围内的至少三个不同值，所述范围由所述相应的电阈值界定。

11、在一实施方式中，所述模拟信号调节电路可以包括互连所述输入接口、所述第一转换器、所述至少一个阈值电路和用于输出所述模拟电输出信号的输出接口的互连节点。

12、在一实施方式中，阈值电路还可以包括模数转换器，所述模数转换器被配置为接收所述模拟电输出信号作为输入，所述调节参数适于在模数转换器的模拟输入值的允许范围内将模拟电输入信号转换为模拟电输出信号。

13、本公开还涉及一种测量物理参数的测量装置，该测量装置包括：传感器，所述传感器被配置为感测所述物理参数并且输出代表所感测的物理参数的模拟电信号，如上定义的模拟信号调节电路，所述模拟信号调节电路被配置为接收来自传感器的模拟电信号作为输入，并将来自传感器的所述模拟电信号转换为数字测量信号。

14、本公开还涉及一种调节模拟电输入信号的方法，该方法包括以下步骤：通过信号调节电路将所述模拟电输入信号调节成模拟电输出信号，并且在所述调节步骤中，通过利用所述模拟电输入信号并基于至少一个电阈值来控制所述信号调节电路的阈值电路来设置调节参数的值，其中，所述调节参数具有至少两个不同的值，第一值和第二值，分别对应于所述模拟电输入信号低于所述对应的电阈值的情况和所述模拟电输入信号超过所述对应的电阈值的情况。

15、调节参数例如是与模拟电输入信号的变化和模拟电输出信号的相应变化之间的比率相对应的输出斜率。

16、在一实施方式中，输出斜率的第二值低于输出斜率的第一值。

17、在一实施方式中，如果模拟电输入信号低于所述至少一个电阈值，则阈值电路不导通，并且模拟电输入信号仅被提供给第一转换器，以便设置输出斜率的第一值，并且如果模拟电输入信号超过所述至少一个电阈值，则阈值电路是导通的，并且模拟电输入信号被提供给第一转换器和包括在至少一个阈值电路中的至少一个第二转换器，以便设置输出斜率的第二值。

18、本公开还涉及一种车辆，该车辆包括如先前限定的信号调节电路，或如以上限定的测量装置。