[发明专利]用于读出模拟电压信号的装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于读出模拟电压信号的装置，其包括用于向其施加模拟电压信号的电压信号输入、用于将模拟信号转换成数字信号的转换部件和用于生成模拟参考电压的参考部件。这样的装置在读出电子器件或前端电子器件的条件下也是已知的，并且它用于从模拟电压信号生成数字电压信号，其然后可以被进一步数字处理。具有这样的读出电子器件的已知设备例如是万用表、仪表变压器或传感器接口。

背景技术

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通过实现自校准的装置而能延长。这例如在来自Agilent Technologies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执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。

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通过串联连接的增益块G_A和具有增益G_B的转换部件ADC而概述。到读出电子器件的输入信号在正常工作条件（模拟电压信号V_in）下，该模拟电压信号V_in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V_ref，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以便从模拟电压信号V_in切换到参考电压V_ref。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G_A?G_B，因为数字输出信号2等于模拟输入信号1的数字化值除以参考电压V_ref的数字化值，即它等于G_A?G_B?V_ref/V_ref。数字输出信号2与预期值G_A?G_B之间的差异指示读出电子器件的增益误差，其的值被存储。开关3然后操作回到施加模拟电压信号V_in，并且增益误差用于校正从模拟电压信号V_in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，对于其可期望的是，执行对应读出电子器件的自校准而不中断模拟电压信号V_in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。因此，本发明的目标是引入一种用于读出模拟电压信号的装置，其同时传递可用于校准这样的装置的信号而不需要切断模拟电压信号。

该目标由上文描述的装置实现，该装置另外包括叠合部件，其适于接收模拟电压信号和模拟参考电压两者作为输入信号，该叠合部件包含调制部件，其用于从模拟参考电压生成调制参考电压并且其适于通过使调制参考电压叠加到模拟电压信号上而生成组合模拟信号并且适于将组合的模拟信号转发到转换部件用于数字化。通过将参考电压叠加到模拟电压信号上，两个信号都可以同时传送到转换部件使得两个电压都可以被处理并且用于校准目的以及用于不间断测量目的。通过调制参考电压，促进它与电压信号本身以及与任何可能的DC偏移的分离。

发明内容

在本发明的优选实施例中，叠合部件包括第一叠合开关部件，用于交替地将模拟电压信号或调制参考电压施加到叠合部件的信号输出，其中该第一叠合开关部件适于以比转换部件的ADC采样频率高至少十倍的叠合频率来操作（ADC-模数转换）。通过使用与转换部件的ADC采样频率相比明显更高的叠合频率，确保模拟电压信号和调制参考电压两者都被变换而不丢失叠合以及模数转换期间的任何信息，使得对应波形之后可以正确地复原。通过使用简单的开关部件来实现叠合，与更复杂的电路或甚至信号处理器相比提供成本有效的解决方案。

在另外的实施例中，调制部件适于生成方波调制参考电压。与例如正弦波相比，可以生成具有更高精度的方波，这是关于读出电子器件的重要方面。