[发明专利]用于操作气体传感器装置的方法和气体传感器装置

说明书

一种用于操作气体传感器装置的方法包括：借助于气体传感器(11)产生传感器电流(IR)；根据第一时钟信号(CLK1)在电荷平衡操作中将传感器电流(IR)转换成数字比较器输出信号(LOUT)。根据数字比较器输出信号(LOUT)并且根据第一时钟信号(CLK1)确定包括计数的整数数量的异步计数(C1)。此外，根据数字输出信号(ADC‑COUNT)确定取决于第二时钟信号(CLK2)的分数时间计数(C2)。最后，根据异步计数(C1)和分数时间计数(C2)计算数字输出信号(ADC‑COUNT)。所述数字输出信号(ADC‑COUNT)指示气体传感器(11)产生的传感器电流(IR)。

本发明涉及用于操作气体传感器装置的方法和气体传感器装置。

气体传感器用于空气质量的监测、安全或控制以及其他传感器应用。在电阻式气体传感器中，半导体材料暴露于气体中，使得传感器中的电阻在其与所监测的气体接触时降低或增加。采用专用的测量前端来估计传感器的输出信号。输出信号可以是由前端估计的传感器电流或电压，用以推断出电阻式气体传感器的电阻或电阻变化，并进一步确定气体包括的成分。测量前端经常受到温度漂移和过程参数(诸如参考电压、参考电阻等)的不准确性的影响。此外，在大的测量范围(包括低和高电阻)应该确保传感器读取的准确性和可靠性。

本发明的目的是提供用于操作气体传感器装置的方法和允许扩展和可调整测量范围的气体传感器装置。

这些目的通过独立权利要求的主题来实现。在从属权利要求中描述了其他改进和实施例。

应当理解，下文中关于任何一个实施例描述的任何特征可以单独使用、或者与下文中描述的其他特征结合使用，并且还可以与实施例中任何其他的一个或更多个特征、或者实施例的任何其他的任何组合结合使用，除非明确描述为替代方案。此外，在不脱离如所附权利要求限定的用于操作气体传感器装置的方法和气体传感器装置的范围的情况下，也可以采用以下未描述的等同和修改。

以下涉及气体感测领域中的改进构思。改进构思提供用于实现气体传感器手段和用于操作气体传感器装置的方法。该气体传感器装置可以包括测量前端(例如实现为一阶调制器或在两个已知电压阈值之间积分的连续时间积分器)。可以存在下阈值和上阈值。每当调制器积分直到上阈值时，触发比较器。比较器触发可以减去将调制器的输出带到下阈值的预定电压。然后，积分器再次开始积分。

积分器的输出能够由根据传感器电阻的量值(例如，由气体传感器电阻确定的信号电流)的异步输出提供。比较器还可以触发提供计数值的计数器。积分的斜率取决于信号电流并且能够使计数是流过气体传感器的电流的直接测量值，并因此测量用于固定积分时间的传感器电阻。

通常，能够执行多个积分周期。然而，第一积分周期可以从不确定的起始电压开始。为了将第一积分周期与其他周期区分，可以考虑第一计数误差。此外，最后一个积分周期可以在有限的积分时间完成之前终止。最后一个不完整积分周期可以导致称为剩余计数误差的误差，所述误差可以通过分数计数考虑。例如，借助高速时钟利用第二计数器的输出能够用于测量积分时段。为了去除归因于可能由不适当初始化引起的第一计数误差的误差并且还考虑可能不包括在计数器输出中的剩余信号，能够利用分数计数补偿整数计数值。

例如，本发明构思采用电阻式气体传感器，所述电阻式气体传感器具有参考电阻器和传感器电阻器的串联电阻。这允许利用(1/x)压缩方式压缩传感器电流范围。比例计算方法减少了对过程参数的绝对准确性、温度漂移以及寿命降低的要求。

在至少一个实施例中，用于操作气体传感器装置的方法包括以下步骤。所述方法可以由配备有气体传感器(诸如电阻式气体传感器)的测量前端来执行，如下面进一步详细所述的。

首先，借助于气体传感器产生传感器电流。根据第一时钟信号在电荷平衡操作中将传感器电流转换成数字比较器输出信号。根据数字比较器输出信号确定异步计数。异步计数包括根据第一时钟信号的计数的整数数量。另外，根据第二时钟信号由数字比较器输出信号确定分数时间计数。最后，根据异步计数和分数时间计数计算指示气体传感器产生的传感器电流的数字输出信号。