轉換速率檢測電路的制作方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]傳感系統包括用于檢測或測量物理特性并指示所檢測或測量的物理特性的機械和電氣部件的集合。機械部件需要時間量來響應處理部件和物理特性的變化。另外,一個或多個電氣部件可有意地減慢用于傳感系統的傳感時間以降低否則會在傳感系統在穩定處理條件下被采樣時出現的噪聲。進一步地，傳感系統可包括負責多任務的轉換和處理部件，且完成任務的順序可能對提供最終的準確測量值添加延遲。
【發明內容】
[0002]本發明的各方面涉及對處理階躍(process step)提供快速響應的傳感系統。在一個實施例中，傳感系統能夠在100毫秒內響應處理階躍。具體地，本發明的各方面使在階躍后傳感系統轉換到最終值時的延遲最小化。
[0003]一方面，傳感系統包括用于響應于物理特性的階躍變化而在一時間段上產生模擬電信號的傳感器。傳感器包括至少一個機械部件和與機械部件連通的至少一個電氣部件。機械部件配置成對物理特性的階躍變化生成響應。電氣部件配置成生成指示出由機械部件生成的響應的模擬電信號。連接到電氣部件的模數(A/D)轉換器用于將模擬電信號轉換成數字電信號。控制電路連接到A/D轉換器以接收數字電信號并根據接收的數字電信號來執行包括確定物理特性的測量值在內的多個傳感系統操作。
[0004]轉換速率(slew rate)檢測電路連接到至少一個電氣部件以接收由電氣部件產生的模擬電信號。轉換速率檢測電路配置成檢測何時模擬電信號指示出超出閾值的轉換速率。例如，轉換速率檢測電路配置成當物理特性的階躍變化出現時檢測到模擬電信號指示出超出閾值的轉換速率。當轉換速率被檢測為超出閾值時，轉換速率檢測電路配置成生成中斷電信號。
[0005]控制電路連接到轉換速率檢測電路以從轉換速率檢測電路接收中斷電信號。作為接收到中斷電信號的響應，控制電路配置成確定物理特性的測量值而不是執行其他傳感系統操作的任一個。在一個實施例中，在接收到中斷電信號時，控制電路進一步配置成向A/D轉換器提供指令以便轉換從電氣部件接收的模擬電信號而非轉換可由A/D轉換器接收的任何其他模擬電信號。
[0006]本發明的其他目的和特征在下文中將更加清楚和明確。
【附圖說明】
[0007]圖1是根據本發明實施例的傳感系統的局部框圖、局部流程圖。
[0008]圖2是根據本發明實施例的示例傳感系統的時序圖。
[0009]圖3是根據本發明實施例的示例轉換速率檢測電路的框圖。
[0010]相應的附圖標記在附圖中指示相應部分。
【具體實施方式】
[0011]圖1圖示出根據本發明實施例的示例傳感系統100的部件。所圖示的傳感系統100是壓力變送器(例如，差壓傳感器)，但應注意，傳感系統100可以是任何其他類型的傳感系統(例如，溫度傳感器、密度計等)，并且下面的教示對應于感測其他類型的物理特性(例如，溫度、密度等)。
[0012]傳感系統100包括用于生成代表所感測的壓力的模擬電信號的傳感器101 (例如，壓力傳感器)。傳感器101包括相互連通的機械傳感元件102和電氣傳感元件104。機械傳感元件102配置成對所施加壓力生成響應，電氣傳感元件104配置成生成指示出由機械傳感元件102生成的響應的模擬電信號。在一個實施例中，機械傳感元件102包括可操作地連接在一起的金屬膜片和流體填充室。金屬膜片響應于所施加壓力而從靜止點彎曲，從而將壓力傳輸至流體填充室。可包括過濾元件的電氣傳感元件104連接到流體填充室以生成與所施加壓力成比例的模擬電信號。
[0013]模數(Α/D)轉換器106連接到電氣傳感元件104。Α/D轉換器106接收模擬電信號并將其轉換成數字電信號。具體而言，Α/D轉換器106將一段時間上生成的模擬電信號轉換成作為時間的函數的離散的數字值。在一個實施例中，Α/D轉換器106對由傳感器101輸出的模擬電信號采樣，并將每個樣本轉換成數字值。數字電信號因此包括一組有序數字值。
[0014]控制電路連接到Α/D轉換器106以便從Α/D轉換器106接收數字值。在圖示的傳感系統100中，控制電路包括微控制器和程序代碼108，但應注意，在不背離本發明范圍的情況下可以使用替代的或額外的電路。控制電路配置成對所接收的數字值應用一種或多種算法從而產生代表所施加壓力的測量值。圖示的傳感系統100還包括連接到微控制器和程序代碼108的數模(D/Α)轉換器110。D/Α轉換器110從微控制器108接收數字測量值并將其轉換成代表所施加壓力的模擬輸出信號。
[0015]在一個實施例中，控制電路(例如，微控制器和程序代碼108)執行多個傳感系統操作。除了確定代表所施加壓力的測量值以外，控制電路可配置成定期用最新確定的測量值更新包括在傳感系統100中的顯示面板，并且確保存儲在存儲器中的臨界值不被破壞。傳感系統100可進一步配置成與諸如計算設備之類的外部設備通信。在此情況下，由控制電路執行的又一操作是對從外部設備接收的數字消息作出響應。多個傳感系統操作通常并不是全部同時準備執行。例如，顯示可能僅需每秒更新兩次，測量值的確定僅響應于從A/D轉換器106接收到數字值而執行。同樣的，控制電路僅需要當從外部設備接收到消息時對來自外部設備的數字消息作出響應。
[0016]在一個實施例中，控制電路利用多任務技術對控制電路執行多個操作所需的工作進行分割。控制電路配置成將處理時間分割為片段。在每個時間段的開始，控制電路識別準備好運行的哪個操作具有最高的優先級(例如，重要性)，并且它執行所識別的操作。中斷信號是用于指示出一事件已經發生因此操作可能準備好運行的信號。在一個實施例中，當新的轉換數據可用時，Α/D轉換器106生成中斷信號。傳感系統100還可包括定時器，其在顯示更新之間的時間段已過去時生成中斷以指示出更新顯示操作準備好執行。同樣的，當從外部設備接收到通信消息時，可以生成中斷信號。
[0017]參見圖2，通常來說，在所施加壓力中階躍出現的時間和在來自D/Α轉換器110的模擬輸出信號中呈現階躍的時間之間存在延遲。圖2是圖示出傳感系統100中出現的各種延遲的示例的圖表。在圖示的實施例中，信號A代表所施加壓力，并圖示出在時刻O出現壓力階躍。信號B代表由電氣傳感兀件104生成的模擬電信號。信號C代表由Α/D轉換器106生成的數字信號。信號D代表由D/Α轉換器110生成的模擬輸出信號。
[0018]由被提供給Α/D轉換器106的模擬電信號(即，信號B)呈現整個處理輸入階躍(例如，壓力階躍)所需的時間量稱為轉換時間。例如，轉換時間可以是因流體室中流體移動以使得將壓力變化傳送給電氣傳感元件104所需的時間所致。壓力階躍(即，信號A)和提供給Α/D轉換器106的模擬電信號(B卩，信號B)中壓力變化的任何指示之間的延遲稱為停滯時間。Α/D轉換器106處轉換信號的出現和控制電路能夠檢測輸入信號變化的時間之間的延遲稱為轉換循環時間。
[0019]本發明的各方面提供轉換循環時間的縮短從而優化傳感系統100的階躍響應時間。在一個實施例中，傳感系統100包括轉換速率檢測電路。轉換速率檢測電路連接到電氣傳感元件104和控制電路。轉換速率檢測電路配置成檢測何時模擬電信號指示出超出閾值的轉換速率，并且當轉換速率被檢測為超出閾值時生成中斷電信號。控制電路接收中斷電信號并響應于此識別出壓力階躍的出現并立即確定壓力測量值。
[0020]圖3圖示出示例轉換速率檢測電路320。該示例轉換速率檢測電路320包括微分器(differentiator) 322和比較器324。轉換速率檢測電路320連接到電氣傳感元件304以從其接收模擬電壓信號。模擬電壓信號代表由機械傳感元件102(圖3中未顯示)感測到的壓力。具體地，微分器322接收模擬電壓信號，并且確定來自模擬電壓信號的感測壓力的變化速率并產生代表確定的感測壓力的變化速率的差分信號。在一個實施例中，微分器322確定模擬電壓信號的當前值和模擬電壓信號的緊接在當前值前的值之間的差，以便確定感測壓力的變化速率。差分信號的幅值(magnitude)與模擬電壓信號的連續電壓值之間的差成比例。
[0021]微分器322連接到比較器324。比較器324接收差分信號并將其與(一個或多個)閾值比較以確定差分信號是否超出由(一個或多個)閾值代表的邊界(例如，窗口設定)。因而，比較器324確定感測壓力的變化的速率是否比閾值更快地增大(例如，差分信號具有正極性)或減小(例如，差分信號具有負極性)。在一個實施例中，(一個或多個)閾值可以是預定義的靜態的值。在所圖示的實施例中，比較器324連接到例如參考上述圖1所述的控制電路308以從其接收(一個或多個)閾值。因此，(一個或多個)閾值是動態的可編程的值。(一個或多個)閾值可根據預定義的條件由控制電路配置。(一個或多個)閾值可以是非對稱的(例如，用于上升的差分信號的閾值大于用于下降的差分信號的閾值)或對稱的。如果比較器324確定差分信號超出由閾值代表的邊界，則比較器324生成被提供給控制電路的中斷信號。響應于從比較器324接收到中斷信號，控制電路308識別出處理階躍已出現從而幾乎完全消除轉換循環時間。
[0022]在一個實施例中，Α/D轉換器106配置成除傳感器101生成的模擬電信號(以下稱為“主模擬傳感器信號”)之外還接收一個或多個模擬電信號。傳感系統100可包括其他的傳感器，其向Α/D轉換器106提供代表感測值的模擬電信號。例如，其他的傳感器可提供代表傳感器100或其部分(例如，電子部件)的溫度的模擬電信號。這些其他的模擬電信號在確定最終的壓力測量值時可用于調整由主模擬傳感器信號代表的值。另外，Α/D轉換器106可接收模擬基準信號(例如，基準電壓)或模擬驅動信號(例如，用于驅動傳感器100或其他傳感器的電壓信號)。A/D轉換器106每次轉換一個模擬信號。因此，A/D轉換器106配置成以特定的次序轉換它所接收的多個模擬電信號中的每個。換句話說，A/D轉換器106交替地將