專利名稱：用于測量在電子元件上的電壓的至少一個(gè)值的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測量在電子元件上的電壓的至少一個(gè)值的裝置。此外，本發(fā)明涉 及用于采樣出現(xiàn)在電子元件上的信號(hào)沿的至少一個(gè)值的方法。
背景技術(shù)：
存在各種測量電感值/電容值的方法。特別地，考慮到微處理器測量系統(tǒng)用于小 的電感值/電容值和必要時(shí)大量的測量通道時(shí)存在一系列的缺點(diǎn)。一方面，大量的模擬構(gòu) 件導(dǎo)致高的空間需求和高成本。另一方面，這類測量系統(tǒng)對(duì)于環(huán)境影響敏感，例如，溫度變 化。此外，以微處理器來實(shí)現(xiàn)成本過高。用于獲取電感和電容的典型的測量原理是，對(duì)于電流-或電壓變化曲線中的充 電-或放電曲線，測量達(dá)到閾值的時(shí)間。缺點(diǎn)在于，測量小的電感值和電壓值是困難的。此 外，缺點(diǎn)還在于，閾值開關(guān)的公差嚴(yán)重影響測量結(jié)果。最后缺點(diǎn)在于，在時(shí)間常數(shù)小的情況 下，測量范圍受計(jì)時(shí)器的分辨率所限制。另一方法是，調(diào)節(jié)諧振頻率，以便由此獲得電感或電容。該方法也適用于小的電 感值/電容值。缺點(diǎn)在于，一方面，需要公差低的組件，另一方面，由于掃頻(frequency sweep)的時(shí)間，測量的持續(xù)時(shí)間相對(duì)較長。如果電子元件具有較小的電容或電感，則出現(xiàn)的信號(hào)沿，例如，在電子元件的階躍 響應(yīng)的情況下出現(xiàn)的信號(hào)沿，能夠非常陡峭。然而，為了測量這樣的快速的電信號(hào)沿的至少 一個(gè)值，通常需要相對(duì)較貴的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

發(fā)明內(nèi)容
在此技術(shù)背景下，構(gòu)成本發(fā)明基礎(chǔ)的任務(wù)是，對(duì)于較快的信號(hào)沿也能夠通過相對(duì) 成本較低的并且被簡單地構(gòu)造的裝置來測量在電子元件上的的電壓的至少一個(gè)值。依據(jù)本發(fā)明，通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置和根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法來解 決該任務(wù)。在從屬權(quán)利要求中給出了本發(fā)明的優(yōu)選的改進(jìn)方案。依據(jù)本發(fā)明的、用于測量在電子元件上的電壓的至少一個(gè)值的裝置具有能夠給出 第一開關(guān)信號(hào)的第一信號(hào)發(fā)生器、與所述第一信號(hào)發(fā)生器耦合的第一開關(guān)，其能夠借助于 所述第一開關(guān)信號(hào)開關(guān)，其中電子元件與所述第一開關(guān)串聯(lián)，并且能夠借助于所述第一開 關(guān)與電源耦合，所述裝置還具有能夠給出第二開關(guān)信號(hào)的第二信號(hào)發(fā)生器、與所述第二信 號(hào)發(fā)生器耦合的第二開關(guān)，其能夠借助于所述第二開關(guān)信號(hào)開關(guān)，所述裝置還具有電容式 存儲(chǔ)器，其能夠與第二開關(guān)串聯(lián)，并且能夠借助于所述第二開關(guān)與所述電子元件并聯(lián)或與 由所述電子元件和第一開關(guān)所形成的串聯(lián)電路并聯(lián)，所述裝置還具有模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其能夠 與所述電容式存儲(chǔ)器并聯(lián)。如果第一開關(guān)在第一時(shí)間點(diǎn)上閉合，則借助于電源向電子元件提供電壓和/或向 電子元件輸送電流，其優(yōu)選地首先導(dǎo)致電子元件的暫態(tài)過程，尤其導(dǎo)致電子元件的階躍響 應(yīng)，該暫態(tài)過程在一定時(shí)間后過渡至穩(wěn)定或準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)。如果第一開關(guān)在較晚的第二開關(guān)時(shí)間點(diǎn)上斷開，則電子元件突然與電壓源和/或電流源分離，其優(yōu)選地同樣導(dǎo)致電子元件 的暫態(tài)過程，尤其導(dǎo)致電子元件的階躍響應(yīng)。每個(gè)暫態(tài)過程通常引起在電子元件上的電壓 改變的后果，其中可從在電子元件上的電壓在各個(gè)暫態(tài)過程期間的時(shí)間變化曲線推斷電子 元件的電氣特性。然而，在第二開關(guān)閉合的狀態(tài)下，在電子元件上的電壓也存在于電容式存儲(chǔ)器上。 在此，優(yōu)選地選擇如此小的該電容式存儲(chǔ)器的電容，以便電容式存儲(chǔ)器在這樣的暫態(tài)過程 期間盡可能少地影響在電子元件上的電壓變化曲線，或在所期望的測量精確度的范圍內(nèi)不 可測量地影響在電子元件上的電壓變化曲線。如果目前在測量時(shí)間點(diǎn)上第二開關(guān)斷開，則 在電容式存儲(chǔ)器上的電壓由該電容式存儲(chǔ)器保持足夠長的持續(xù)時(shí)間，以便模數(shù)轉(zhuǎn)換器能夠 獲取該電壓，并且轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。如果已知在第一開關(guān)時(shí)間點(diǎn)和測量時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間差和/或在第二開關(guān)時(shí)間 點(diǎn)和測量時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間差，則借助于模數(shù)轉(zhuǎn)換器來獲取并且數(shù)字化在暫態(tài)過程開始之 后的一個(gè)已知時(shí)間點(diǎn)上的在電子元件上的電壓是可能的。優(yōu)選地，該時(shí)間差是如此微小的， 以便在由第一開關(guān)閉合引起的在電子元件上的暫態(tài)過程在測量精確度范圍內(nèi)衰減之前，斷
開第二開關(guān)。因?yàn)槟軌蛲ㄟ^相對(duì)簡單的裝置以高精確度生成在兩個(gè)開關(guān)信號(hào)之間的短暫的時(shí) 間差，依據(jù)本發(fā)明的裝置能夠相對(duì)成本較低地并且構(gòu)造簡單地實(shí)現(xiàn)。在此，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器在 其快速性方面不必跟從暫態(tài)過程并且能夠與之相比較慢地工作。優(yōu)選地，電容式存儲(chǔ)器的 特性與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的快速性相匹配，由此該電容式存儲(chǔ)器在測量精確度范圍內(nèi)保持在其上 的電壓，直到該模數(shù)轉(zhuǎn)換器已經(jīng)執(zhí)行該電壓的獲取和數(shù)字化。借助于電源向或能夠向電子元件提供電壓和/或向電子元件輸送電流。優(yōu)選地， 該電源是電壓源或電流源，或優(yōu)選地具有電壓源或電流源。如果第一開關(guān)閉合，則由此向電 子元件提供電壓和/或向電子元件輸送電流。該電源能夠直接地與由電子元件和第一開關(guān) 構(gòu)成的串聯(lián)電路并聯(lián)。替代地，該電源能夠通過至少一個(gè)額外的電子構(gòu)件的中間連接與該 串聯(lián)電路并聯(lián)。該至少一個(gè)額外的電子構(gòu)件例如是，由一個(gè)或多個(gè)歐姆電阻形成或具有一 個(gè)或多個(gè)歐姆電阻。尤其是，電子元件通過至少一個(gè)歐姆電阻的中間連接，與電源耦合。優(yōu)選地，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器直接與電容式存儲(chǔ)器并聯(lián)。替代地，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器通過至少 一個(gè)電子構(gòu)件的中間連接，與該電容式存儲(chǔ)器并聯(lián)。該至少一個(gè)電子構(gòu)件能夠例如是歐姆 電阻。優(yōu)選地，該電容式存儲(chǔ)器具有至少一個(gè)電容器或由至少一個(gè)電容器形成。尤其是， 該電容式存儲(chǔ)器還包括至少一個(gè)其他的電子構(gòu)件。優(yōu)選地，第一開關(guān)具有晶體管或由晶體管形成，其中晶體管特別地是場效應(yīng)晶體管。優(yōu)選地，第一信號(hào)發(fā)生器具有脈沖寬度調(diào)制器單元或由脈沖寬度調(diào)制器單元形 成。通過脈沖寬度調(diào)制器單元，能夠以簡單的方式生成信號(hào)，尤其是矩形信號(hào)，其脈沖持續(xù) 時(shí)間和/或占空比能夠以高的精確度調(diào)整。此外，優(yōu)選地，第二信號(hào)發(fā)生器具有脈沖寬度調(diào) 制器單元或由脈沖寬度調(diào)制器單元形成，以便能夠以簡單的方式生成具有可調(diào)整的脈沖持 續(xù)時(shí)間和/或可調(diào)整的占空比的信號(hào)，尤其是矩形信號(hào)。優(yōu)選地，第一開關(guān)信號(hào)是矩形信號(hào)或優(yōu)選地包含至少一個(gè)矩形信號(hào)。此外，優(yōu)選地，第二開關(guān)信號(hào)是矩形信號(hào)或優(yōu)選地包含至少一個(gè)矩形信號(hào)。特別地，第二開關(guān)信號(hào)的矩 形信號(hào)具有與第一開關(guān)信號(hào)的矩形信號(hào)不同的脈沖持續(xù)時(shí)間和/或不同的占空比。優(yōu)選 地，第二開關(guān)信號(hào)的矩形信號(hào)具有比第一開關(guān)信號(hào)的矩形信號(hào)短的脈沖持續(xù)時(shí)間和/或小 的占空比。同樣地，第二開關(guān)能夠由晶體管，尤其是由場效應(yīng)晶體管形成。優(yōu)選地，第二開關(guān) 由多路復(fù)用器形成或與多路復(fù)用器耦合。尤其是，電容式存儲(chǔ)器能夠借助于多路復(fù)用器與 至少一個(gè)特別地與第一開關(guān)串聯(lián)的其他的電子元件并聯(lián)或與由該其他的電子元件和第一 開關(guān)形成的串聯(lián)電路并聯(lián)。優(yōu)選地，該其他的電子元件直接或通過至少一個(gè)電子構(gòu)件例如 歐姆電阻的中間連接而與電源耦合或能夠耦合。借助于多路復(fù)用器，測量不同的電子元 件上的電壓是可能的。在此，優(yōu)選地，不同的電子元件連接到多路復(fù)用器的不同的信號(hào)輸 入端，其因此形成不同的測量通道。第二信號(hào)發(fā)生器特別地與多路復(fù)用器的使能輸入端 (enable)連接。優(yōu)選地，兩個(gè)信號(hào)發(fā)生器和/或模數(shù)轉(zhuǎn)換器集成在控制單元中，控制單元尤其是 由微處理器、由微控制器、由例如FPGA的可編程集成電路、或由例如ASIC的專用集成電路 形成的，或者包括其中的一個(gè)或多個(gè)，從而依據(jù)本發(fā)明的裝置能夠非常節(jié)省空間地構(gòu)建。因 為在市場上能夠購買到作為成批生產(chǎn)的產(chǎn)品的、具有集成的模數(shù)轉(zhuǎn)換器和/或具有集成的 信號(hào)發(fā)生器的控制單元例如脈沖寬度調(diào)制器單元，依據(jù)本發(fā)明的裝置能夠非常成本低地實(shí) 現(xiàn)。如上所述，在此，當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器相對(duì)較慢地工作時(shí)，并不存在缺點(diǎn)。如果兩個(gè)信號(hào)發(fā)生器各具有脈沖寬度調(diào)制器單元，或兩個(gè)信號(hào)發(fā)生器各自由脈沖 寬度調(diào)制器單元形成，則能夠以簡單的方式調(diào)整兩個(gè)開關(guān)信號(hào)的脈沖持續(xù)時(shí)間和/或占空 比。因此，還能夠以高的精確度調(diào)整在第一開關(guān)時(shí)間點(diǎn)和測量時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間差和/或 在第二開關(guān)時(shí)間點(diǎn)和測量時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間差，尤其當(dāng)兩個(gè)信號(hào)發(fā)生器在時(shí)間上相互協(xié)調(diào) 時(shí)，優(yōu)選地也是這種情況。該時(shí)間上的協(xié)調(diào)能夠例如借助于共同的時(shí)鐘發(fā)生器實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，借助于共同的控制裝置來控制兩個(gè)信號(hào)發(fā)生器，或借助于其能夠控制兩 個(gè)信號(hào)發(fā)生器。該控制裝置尤其借助于時(shí)鐘發(fā)生器來計(jì)時(shí)，該時(shí)鐘發(fā)生器優(yōu)選地生成周期 時(shí)鐘信號(hào)。因此，能夠以一個(gè)時(shí)鐘周期或整數(shù)倍的時(shí)鐘周期的精確度來調(diào)整每個(gè)開關(guān)信號(hào) 的脈沖持續(xù)時(shí)間和/或占空比。因此，優(yōu)選地，每個(gè)開關(guān)信號(hào)的脈沖持續(xù)時(shí)間為一個(gè)或多個(gè) 時(shí)鐘周期。此外，特別地，兩個(gè)開關(guān)信號(hào)的脈沖持續(xù)時(shí)間和/或脈沖尾部相差一個(gè)時(shí)鐘周期 或整數(shù)倍的時(shí)鐘周期。優(yōu)選地，在第一開關(guān)時(shí)間點(diǎn)和測量時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間差(時(shí)隙)和 /或在第二開關(guān)時(shí)間點(diǎn)和測量時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間差(時(shí)隙)相應(yīng)于一個(gè)時(shí)鐘周期或整數(shù)倍 的時(shí)鐘周期。尤其地，控制裝置由上文所述的控制單元形成，以便兩個(gè)信號(hào)發(fā)生器和/或模 數(shù)轉(zhuǎn)換器優(yōu)選地集成在計(jì)時(shí)的控制裝置中。尤其地，在第一開關(guān)時(shí)間點(diǎn)上，兩個(gè)信號(hào)發(fā)生器同時(shí)給出開關(guān)信號(hào)，其優(yōu)選地是矩 形信號(hào)，以便兩個(gè)開關(guān)同時(shí)閉合。通過第一開關(guān)的閉合，如上文所述，引起暫態(tài)過程，其中在 測量時(shí)間點(diǎn)上，電容式存儲(chǔ)器與電子元件分離。在第一開關(guān)時(shí)間點(diǎn)和隨后的測量點(diǎn)之間的 差能夠相應(yīng)于一個(gè)時(shí)鐘周期或多個(gè)時(shí)鐘周期。典型的時(shí)鐘周期或處理器周期為例如50ns。 由于因此能夠借助于模數(shù)轉(zhuǎn)換器來獲取并且數(shù)字化在暫態(tài)過程開始之后的給定的時(shí)間點(diǎn) 上的在電子元件上的電壓，獲得電子構(gòu)件的特性是可能的。為了更精確地確定該特性，能夠 以在第一開關(guān)時(shí)間點(diǎn)和測量時(shí)間點(diǎn)之間的不同的時(shí)間差來重復(fù)測量。因此，能夠接連地采樣再現(xiàn)的信號(hào)沿，其中尤其地，采樣的時(shí)間分辨率相應(yīng)于一個(gè)時(shí)鐘周期或整數(shù)倍的時(shí)鐘周 期。根據(jù)替代方式，第一開關(guān)信號(hào)保持第一開關(guān)閉合，直到可能的暫態(tài)過程衰減以及 達(dá)到穩(wěn)定或準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)。如果在第二開關(guān)時(shí)間點(diǎn)上，尤其在第一矩形信號(hào)的結(jié)束時(shí)，第一開 關(guān)斷開，則暫態(tài)過程(重新)開始。隨后，在時(shí)間上位于第二開關(guān)時(shí)間點(diǎn)之后的測量時(shí)間點(diǎn) 上，借助于第二開關(guān)將電容式存儲(chǔ)器與電子元件分離，以便能夠借助于模數(shù)轉(zhuǎn)換器來獲取 并且數(shù)字化在測量時(shí)間點(diǎn)上在電容式存儲(chǔ)器上的電壓，其相應(yīng)于在該時(shí)間點(diǎn)上在電子元件 上的電壓。優(yōu)選地，該測量時(shí)間點(diǎn)位于第二開關(guān)時(shí)間點(diǎn)之后一個(gè)或多個(gè)時(shí)鐘周期。由于因 此能夠借助于模數(shù)轉(zhuǎn)換器來獲取并且數(shù)字化在(重新的)暫態(tài)過程開始之后的在給定的時(shí) 間點(diǎn)上的在電子元件上的電壓，獲得電子構(gòu)件的特性是可能的。為了更精確地確定該特性， 能夠以在第二開關(guān)時(shí)間點(diǎn)和測量時(shí)間點(diǎn)之間的不同的時(shí)間差重復(fù)測量。因此，能夠接連地 采樣再現(xiàn)的信號(hào)沿，其中尤其地，采樣的時(shí)間分辨率相應(yīng)于一個(gè)處理器周期或整數(shù)倍的處 理器周期。優(yōu)選地，在此，在第一開關(guān)時(shí)間點(diǎn)上，兩個(gè)信號(hào)發(fā)生器同時(shí)給出開關(guān)信號(hào)，其尤其 是矩形信號(hào)，由此兩個(gè)開關(guān)同時(shí)閉合。如上所述，優(yōu)選地，控制裝置生成由1至n(n是自然數(shù))個(gè)時(shí)鐘周期構(gòu)成的時(shí)隙， 其中最小的時(shí)隙包括一個(gè)時(shí)鐘周期。非必需的是，在第一開關(guān)時(shí)間點(diǎn)上，兩個(gè)信號(hào)發(fā)生器同 時(shí)給出開關(guān)信號(hào)。例如，第二信號(hào)發(fā)生器還能夠在位于第一開關(guān)時(shí)間點(diǎn)之前或之后的時(shí)間 點(diǎn)上給出第二開關(guān)信號(hào)。在微處理器或微控制器中，時(shí)鐘周期通常是處理器周期。此外，優(yōu) 選地，借助于脈沖寬度調(diào)制生成時(shí)隙。通過軟件算法來生成時(shí)隙也是可能的。例如，對(duì)于采 用無脈沖寬度調(diào)制的方法的微控制器，這以大約4至η個(gè)時(shí)鐘周期來實(shí)現(xiàn)，或?qū)τ跓o脈沖寬 度調(diào)制的FPGA，這通過以硬件描述語言例如以VHDL描述解決方案來實(shí)現(xiàn)。電子元件具有至少一個(gè)電子構(gòu)件，但也能夠構(gòu)造為電子部件。優(yōu)選地，通過至少一 個(gè)電容器或通過至少一個(gè)電感，例如，電氣線圈，來形成電子元件。優(yōu)選地，分析裝置，尤其是數(shù)字分析裝置接在模數(shù)轉(zhuǎn)換器的后面，以便例如根據(jù)至 少一個(gè)所測量的值或多個(gè)所測量的值來確定電子元件的特性，例如，其電感或電容。在此， 分析裝置能夠由控制單元、控制裝置、微處理器和/或微控制器形成。此外，本發(fā)明涉及依據(jù)本發(fā)明的裝置的使用，用于確定至少一個(gè)電子元件的特性， 優(yōu)選地，電氣特性，尤其是電感或電容。附加地，本發(fā)明涉及用于采樣出現(xiàn)在電子元件上的信號(hào)沿的至少一個(gè)值的方法， 其中a)在第一開關(guān)時(shí)間點(diǎn)上，向電子元件提供電壓和/或向電子元件輸送電流，b)將電容式存儲(chǔ)器與電子元件并聯(lián)，c)在測量時(shí)間點(diǎn)上，將電容式存儲(chǔ)器與電子元件分離，其中測量時(shí)間點(diǎn)在時(shí)間上 位于第一開關(guān)時(shí)間點(diǎn)之后，并與其相差一個(gè)時(shí)間差，d)獲取并且數(shù)字化在測量時(shí)間點(diǎn)上的在電容式存儲(chǔ)器上的電壓。在此，尤其在第一開關(guān)時(shí)間點(diǎn)上執(zhí)行方法步驟b)。此外，以不同的時(shí)間差重復(fù)方法 步驟a)至d)至少一次。還能夠至少一次通過另一電子元件來替換該電子元件，在此之后 或在此期間，在每次替換之后，重復(fù)方法步驟a)至d)。為了執(zhí)行所述方法，特別地使用依據(jù)本發(fā)明的裝置，以便用于該方法的電子構(gòu)件能夠相應(yīng)于所述裝置的電子構(gòu)件，并且能夠如所述般進(jìn)行改進(jìn)。尤其地，能夠生成周期時(shí)鐘 信號(hào)，其中優(yōu)選地，在第一開關(guān)時(shí)間點(diǎn)和測量時(shí)間點(diǎn)之間的差相應(yīng)于時(shí)鐘信號(hào)的一個(gè)時(shí)鐘 周期或時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘周期的整數(shù)倍。尤其地，本發(fā)明的目的是對(duì)快速的電信號(hào)沿的采樣和對(duì)該過程的評(píng)估，例如，用于 電感或電容的測量。在此，技術(shù)和費(fèi)用的低開銷是有利的，以便獲取高數(shù)量的測量通道，在 該些測量通道上，各自僅存在小的電容或電感，例如，1 μ H。對(duì)于容性或感性地作用的電子元件的觸發(fā)，在提供矩形信號(hào)之后，出現(xiàn)時(shí)間上延 遲的電壓變化曲線，其依賴于電子元件的電感和/或電容和/或歐姆電阻。在電感小或電 容小的情況下，該時(shí)序是非?？斓模灾掠谕ㄟ^簡單的、成本較低的模數(shù)轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)信號(hào) 變化曲線的采樣是不可能的，因?yàn)椴荒苓_(dá)到足夠的采樣率。優(yōu)選地，具有脈沖寬度調(diào)制器單元的微處理器本身將矩形信號(hào)發(fā)送至測量對(duì)象 (電子元件)是依據(jù)本發(fā)明的解決方案的基礎(chǔ)。與此同步地啟動(dòng)第二脈沖寬度調(diào)制器單元。 第一脈沖寬度調(diào)制器單元的矩形脈沖激勵(lì)該測量對(duì)象或多個(gè)測量對(duì)象。第二脈沖寬度調(diào)制 器單元以1至η個(gè)處理器周期(η表示自然數(shù))的偏離中斷由測量對(duì)象通往微控制器的模數(shù) 轉(zhuǎn)換器的信號(hào)，并且由此將模擬電壓值存儲(chǔ)在電容器中(采樣保持原理，Sample and Hold I^inciple)。該處理器周期在此確定脈沖寬度調(diào)制器單元的分辨率。由此，較慢的模數(shù)轉(zhuǎn) 換器(外部的或集成在微處理器中的)能夠采樣所存儲(chǔ)的信號(hào)。通過第一脈沖寬度調(diào)制器 單元的重復(fù)信號(hào)和第二脈沖寬度調(diào)制器信號(hào)的脈沖持續(xù)時(shí)間相對(duì)于第一脈沖寬度調(diào)制器 信號(hào)的脈沖持續(xù)時(shí)間的1至η個(gè)處理器周期的歧離(Jitter)(偏差)能夠在多個(gè)周期中以 1至η次采樣在時(shí)間上離散化并且分析測量對(duì)象的快速?zèng)_擊響應(yīng)。在此，優(yōu)選地，第二脈沖寬度調(diào)制器單元直接接通信號(hào)多路復(fù)用器的使能信號(hào)。由 此，該多路復(fù)用器用于測量通道的轉(zhuǎn)換，也用于控制采樣保持功能。本發(fā)明的優(yōu)選的特征是時(shí)間特性，即，能夠在具有1至η個(gè)時(shí)鐘周期的時(shí)隙中來周 期精確地控制開關(guān)信號(hào)，其中尤其是，一個(gè)周期相應(yīng)于控制裝置的最快的指令執(zhí)行時(shí)間或 時(shí)鐘速度。優(yōu)選地，控制裝置將整個(gè)時(shí)間特性同步到模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間。因此，使用 集成在微控制器中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器或外部的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是可能的，其相比較于所感興趣的時(shí) 序，可相對(duì)較慢地工作。尤其地，本發(fā)明提供了以下優(yōu)點(diǎn)-通過微控制器實(shí)現(xiàn)高采樣率是可能的。尤其地，直到百倍的較高的模擬采樣率是 可能的，就像這對(duì)典型的具有模數(shù)轉(zhuǎn)換器的微處理器所指定的。-能夠?yàn)榇罅康膫鞲衅魍ǖ赖倪M(jìn)行簡單的信號(hào)調(diào)節(jié)。-不需要模擬準(zhǔn)備；直到模數(shù)轉(zhuǎn)換器之前，能夠是純粹的數(shù)字系統(tǒng)；能夠使用簡單 的多路復(fù)用器。-能夠減少構(gòu)件數(shù)量。-僅僅需要較小的安裝空間。-能夠節(jié)約成本。-另外，由于半導(dǎo)體的數(shù)量低和模擬電路部分少，裝置和/或方法是非常溫度穩(wěn)定 的。


下面將參考附圖根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施形式描述本發(fā)明。附圖中圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施形式的裝置的示意性的方框電路圖，圖2示出具有多個(gè)測量對(duì)象的裝置的部分方框電路圖，以及圖3示出根據(jù)該實(shí)施形式的信號(hào)變化曲線的示意圖。
具體實(shí)施例方式由圖1可見根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施形式的裝置的示意性的方框電路圖，其中被構(gòu) 造為電感的電子元件(測量對(duì)象)1與由場效應(yīng)晶體管形成的第一開關(guān)2串聯(lián)，并且由此形 成第一串聯(lián)電路。電壓源3通過歐姆電阻4的中間連接，連接到測量對(duì)象1，借助于電壓源 3向第一串聯(lián)電路提供電壓。該電壓源通過其一個(gè)連接端與電阻4連接，通過其另一個(gè)連接 端與地13連接。此外，場效應(yīng)晶體管2的源極連接端與地13連接。第二串聯(lián)電路與第一 串聯(lián)電路并聯(lián)，第二串聯(lián)電路具有被構(gòu)造為電容器的電容式存儲(chǔ)器10和與其串聯(lián)的第二 開關(guān)11。在此，電容式存儲(chǔ)器10的沒有與開關(guān)11相連接的那個(gè)連接端與地13連接。此 外，模數(shù)轉(zhuǎn)換器12與電容式存儲(chǔ)器10并聯(lián)。第一脈沖寬度調(diào)制器單元14通過由兩個(gè)電阻15和16形成的分壓器與場效應(yīng)晶 體管2的柵極連接端連接，因此場效應(yīng)晶體管2用作開關(guān)，其能夠借助于由脈沖寬度調(diào)制器 單元14給出的開關(guān)信號(hào)觀(見圖3)斷開和/或閉合。因此能夠根據(jù)第一開關(guān)信號(hào)觀將電 子元件1連接到地13或?qū)㈦娮釉?與地13分離。雖然在此通過場效應(yīng)晶體管形成開關(guān) 2，但是也能夠通過能夠?qū)崿F(xiàn)電氣開關(guān)的其他合適的構(gòu)件形成開關(guān)2。此外，開關(guān)11能夠借 助于由脈沖寬度調(diào)制器單元17給出的第二開關(guān)信號(hào)32(見圖3)閉合和/或斷開。在此， 兩個(gè)脈沖寬度調(diào)制器單元14和17以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器12集成在微處理器或微控制器18中。 借助于時(shí)鐘發(fā)生器33生成時(shí)鐘信號(hào)34，其被輸送到微處理器或微控制器18。該微處理器 或微控制器形成控制裝置，替代地該控制裝置還能夠由FPGA或ASIC形成。借助于多路復(fù)用器19形成開關(guān)11，這由圖2可見。在此，脈沖寬度調(diào)制器單元17 與多路復(fù)用器19的使能輸入端E連接，以便將或能夠通過激活使能輸入端E (其相應(yīng)于按 下開關(guān)11)來將電容器10與電子元件1并聯(lián)。通過禁止使能輸入端E，借助于脈沖寬度調(diào) 制器單元17或借助于由其給出的第二開關(guān)信號(hào)32來將電容器10與電子元件1分離。由圖2可見，五個(gè)附加的電子元件(測量對(duì)象)20至對(duì)，其各自被構(gòu)造為電感，一 端與多路復(fù)用器19連接，而另一端與電子元件1的連接到場效應(yīng)晶體管2的輸出端連接。 因?yàn)殡娮釉?和20至M與多路復(fù)用器19的不同的連接端連接，電容器10能夠借助于 多路復(fù)用器19與該些電子元件中的每個(gè)連接。在此，借助于多路復(fù)用器19，在一個(gè)時(shí)間點(diǎn) 上，電容器10總是僅僅與電子元件中的一個(gè)連接或不與電子元件連接。為了能夠選擇出哪 些電子元件借助于復(fù)用器19與電容器10連接，多路復(fù)用器19具有多個(gè)輸入端25，在該些 輸入端上將或能夠提供適合的信號(hào)以用于選擇各個(gè)連接。因此，依次測量不同的電子元件 1和20至M上的電壓是可能的。如同通過電阻4與由圖1可見的節(jié)點(diǎn)沈連接的電子元件1 一樣，其他電子元件20 至M也經(jīng)由其在與開關(guān)2連接的連接端對(duì)面的連接端各自通過歐姆電阻5至9與節(jié)點(diǎn)沈 電連接。
由圖3可見多個(gè)信號(hào)變化曲線，根據(jù)這些曲線解釋測量裝置的工作方式。在圖示 27中可見由脈沖寬度調(diào)制器單元14給出的第一開關(guān)信號(hào)觀，其在第一開關(guān)時(shí)間點(diǎn)tl上階 躍地升至電壓U1。因此，場效應(yīng)晶體管2被導(dǎo)電接通或由晶體管2形成的開關(guān)被閉合，以便 向電感1提供電壓。在較晚的第二開關(guān)時(shí)間點(diǎn)t2上，切斷第一開關(guān)信號(hào)觀，這引起場效應(yīng) 晶體管2關(guān)斷。因?yàn)橥ㄟ^線圈的電流是固定的，在時(shí)間點(diǎn)tl上，在電感1中感應(yīng)出由圖示 29可見的電壓30，其由最高電壓Us開始隨時(shí)間t而衰減。由圖示31可見由脈沖寬度調(diào)制 器單元17給出的第二開關(guān)信號(hào)32的時(shí)間變化曲線，第二開關(guān)信號(hào)32同樣地在第一開關(guān)時(shí) 間點(diǎn)tl上階躍地升至電壓U2。因此，開關(guān)11閉合，從而也向電容器10提供在電感1上的 電壓。在較晚的測量時(shí)間點(diǎn)t3上，切斷第二開關(guān)信號(hào)32，并且由此斷開開關(guān)11，以便電容 器10與電容1分離。在測量時(shí)間點(diǎn)t3上的在電感1上的電壓^!由電容器10保持，直到 模數(shù)轉(zhuǎn)換器12能夠獲取和數(shù)字化電壓Um0隨后，該數(shù)字化的電壓可供微處理器18使 用，以用于進(jìn)一步的處理。根據(jù)所示的實(shí)施方式，tl <t3< t2。在此，在測量時(shí)間點(diǎn)t3與 第一開關(guān)時(shí)間點(diǎn)tl之間的時(shí)間差相應(yīng)于時(shí)鐘信號(hào)34的時(shí)鐘周期Δ t的整數(shù)倍tl-t3 = η X At，n是自然數(shù)。在示例性設(shè)計(jì)方案中，在t2和tl之間的時(shí)間差在大約2至3μ s。電感為大約 10 μ H。此外，處理器周期At具有大約50ns的持續(xù)時(shí)間，以便在第一開關(guān)時(shí)間點(diǎn)tl與測 量時(shí)間點(diǎn)t3之間的時(shí)間差將或能夠調(diào)整至50ns的整數(shù)倍。以在測量時(shí)間點(diǎn)t3與第一開 關(guān)時(shí)間點(diǎn)tl之間的不同的時(shí)間差重復(fù)測量，能夠在時(shí)間步長上對(duì)再現(xiàn)的電壓30進(jìn)行采樣， 其相應(yīng)于一個(gè)處理器周期At或處理器周期At的整數(shù)倍。由圖3可見，兩個(gè)開關(guān)信號(hào)觀 和32的變化曲線各具有矩形信號(hào)。附圖標(biāo)記列表
1電感
2開關(guān)/場效應(yīng)晶體管
3電壓源
4電阻
5電阻
6電阻
7電阻
8電阻
9電阻
10電容
11開關(guān)
12模數(shù)轉(zhuǎn)換器
13地
14脈沖寬度調(diào)制器單元
15電阻
16電阻
17脈沖寬度調(diào)制器單元
18微處理器
19多路復(fù)用器
20電感
21電感
22電感
23電感
24電感
25輸入端
26節(jié)點(diǎn)
27圖示
28第一開關(guān)信號(hào)
29圖示
30電感上的電壓
31圖示
32第二開關(guān)信號(hào)
33時(shí)鐘發(fā)生器
34時(shí)鐘信號(hào)
U電壓
UO電壓源的電壓
Ul第一開關(guān)信號(hào)的開關(guān)電壓
U2第二開關(guān)信號(hào)的開關(guān)電壓
Us電感上的最高電壓
Um測量電壓
E多路復(fù)用器的使能輸入端
t時(shí)間
tl第一開關(guān)時(shí)間點(diǎn)
t2第二開關(guān)時(shí)間點(diǎn)
t3測量時(shí)間點(diǎn)
At時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘周期
權(quán)利要求
1.用于測量在電子元件上的電壓的至少一個(gè)值的裝置，具有-第一信號(hào)發(fā)生器(14)，其能夠給出第一開關(guān)信號(hào)08)，-第一開關(guān)O)，其與所述第一信號(hào)發(fā)生器(14)耦合，借助于所述第一開關(guān)信號(hào)08) 能夠開關(guān)，其中所述電子元件(1)與所述第一開關(guān)O)串聯(lián)，并且借助于所述第一開關(guān)(2) 能夠與電源(3)耦合，-第二信號(hào)發(fā)生器(17)，其能夠給出第二開關(guān)信號(hào)(32)，-第二開關(guān)(11)，其與所述第二信號(hào)發(fā)生器(17)耦合，能夠借助于所述第二開關(guān)信號(hào) (32)開關(guān)，-電容式存儲(chǔ)器(10)，其與所述第二開關(guān)(11)串聯(lián)，并且借助于所述第二開關(guān)(11)能 夠與所述電子元件(1)并聯(lián)或與由所述電子元件(1)和所述第一開關(guān)( 所形成的串聯(lián)電 路并聯(lián)，以及-模數(shù)轉(zhuǎn)換器(12)，其能夠與所述電容式存儲(chǔ)器(10)并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電子元件(1)通過至少一個(gè)歐姆電阻 (4)的中間連接與所述電源( 耦合或能夠耦合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述電容式存儲(chǔ)器具有電容器(10) 或由其形成。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述第一開關(guān)具有晶體管 ⑵或由其形成。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述第一信號(hào)發(fā)生器具有脈 沖寬度調(diào)制器單元(14)或由其形成，其中所述第一開關(guān)信號(hào)08)是或具有矩形信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述第二信號(hào)發(fā)生器具有脈沖寬度調(diào)制 器單元(17)或由其形成，其中所述第二開關(guān)信號(hào)(3 是或具有矩形信號(hào)，所述矩形信號(hào)的 脈沖持續(xù)時(shí)間短于所述第一開關(guān)信號(hào)08)的所述矩形信號(hào)的脈沖持續(xù)時(shí)間。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述第二開關(guān)由多路復(fù)用器 (19)形成或與多路復(fù)用器耦合，其中所述電容式存儲(chǔ)器(10)借助于所述多路復(fù)用器(19) 能夠與至少一個(gè)與所述第一開關(guān)O)串聯(lián)的其他的電子元件OO)并聯(lián)或與由所述其他的 電子元件OO)和所述第一開關(guān)(2)形成的串聯(lián)電路并聯(lián)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述兩個(gè)信號(hào)發(fā)生器(14， 17)和所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器(1 集成在微處理器或微控制器(18)中。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述兩個(gè)信號(hào)發(fā)生器(14， 17)和所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器(1 集成在計(jì)時(shí)的控制裝置(18)中，其中所述兩個(gè)開關(guān)信號(hào)08， 32)的脈沖尾部相差所述控制裝置(18)的一個(gè)時(shí)鐘周期或所述時(shí)鐘周期的整數(shù)倍。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置的使用，用于確定所述電子元件(1)的電 感或電容。
11.用于采樣出現(xiàn)在電子元件上的信號(hào)沿的至少一個(gè)值的方法，其中a)在第一開關(guān)時(shí)間點(diǎn)(tl)上，向所述電子元件(1)提供電壓和/或向所述電子元件 ⑴輸送電流，b)將電容式存儲(chǔ)器(10)與所述電子元件(1)并聯(lián)，c)在測量時(shí)間點(diǎn)(U)上，將所述電容式存儲(chǔ)器(10)與所述電子元件(1)分離，其中所述測量時(shí)間點(diǎn)(t3)在時(shí)間上位于所述第一開關(guān)時(shí)間點(diǎn)(tl)之后，并與其相差一個(gè)時(shí)間差， d)獲取并且數(shù)字化在所述測量時(shí)間點(diǎn)(U)上的在所述電容式存儲(chǔ)器(10)上的電壓。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，在所述第一開關(guān)時(shí)間點(diǎn)(tl)上執(zhí)行所 述方法步驟b)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，其特征在于，以不同的時(shí)間差重復(fù)所述方法步 驟a)至d)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，生成周期的時(shí)鐘信號(hào) 034)，其中所述時(shí)間差相應(yīng)于所述時(shí)鐘信號(hào)(34)的一個(gè)時(shí)鐘周期(At)或所述時(shí)鐘周期 (At)的整數(shù)倍。
全文摘要
用于測量在電子元件上的電壓的至少一個(gè)值的裝置，具有第一信號(hào)發(fā)生器(14)，其能夠給出第一開關(guān)信號(hào)(28)；第一開關(guān)(2)，其與所述第一信號(hào)發(fā)生器(14)耦合，能夠借助于所述第一開關(guān)信號(hào)(28)開關(guān)，其中所述電子元件(1)與所述第一開關(guān)(2)串聯(lián)并且借助于此能夠與電源(3)耦合；第二信號(hào)發(fā)生器(17)，其能夠給出第二開關(guān)信號(hào)(32)；第二開關(guān)(11)，其與所述第二信號(hào)發(fā)生器(17)耦合，能夠借助于所述第二開關(guān)信號(hào)(32)開關(guān)；電容式存儲(chǔ)器(10)，其與所述第二開關(guān)(11)串聯(lián)并且借助于此能夠與所述電子元件(1)并聯(lián)或與由所述電子元件(1)和所述第一開關(guān)(2)所形成的串聯(lián)電路并聯(lián)；以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器(12)，其能夠與所述電容式存儲(chǔ)器(10)并聯(lián)。
文檔編號(hào)G01R19/25GK102138078SQ200980134044
公開日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2009年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月29日
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