用于將模擬信號轉換為多比特數字信號的裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種用于傳感器或檢測器、特別是可以包括熱電堆像素行或熱電堆像素陣列的熱電堆傳感器的信號的電流減小的快速數字化、預處理和濾波的裝置和方法。
【背景技術】
[0002]熱電堆對微米范圍中的紅外輻射進行分析。該波長對應于軀干、特別是還有人作為溫度輻射在常溫下向其周圍發出的熱輻射。例如借助于紅外光學系統結合這種熱電堆的陣列產生簡單的發熱器是許多應用的目的。
[0003]為了讀取熱電堆像素，必須對非常小的有用電壓進行分析。自然，放大器由于各種原因而產生噪聲。在系統中產生的這種噪聲和干擾以及經由其他路徑射入的干擾必須在對熱電堆信息進行分析時為了有用信號而得到抑制。
[0004]有效噪聲電壓隨著信號處理的帶寬而增大。因此，力求保持帶寬盡可能小。
[0005]根據現有技術，已知如下系統:在這些系統中，借助于可編程的放大器，結合低通濾波器讀取熱電堆像素，以實現噪聲抑制。
[0006]在此，產生了如下問題:在熱電堆陣列內每一次換行和/或更換熱電堆像素時，由于低通特性，先前讀取的熱電堆像素的值仍然存儲在所述低通濾波器中，這作為從一行到下一行的串擾和/或從一個像素到下一個像素的串擾而可被察覺到。雖然在讀取間隔期間像素電壓信號的改變程度比較小，但是完全可以察覺到從像素到像素的電壓信號的改變。因此，在從一個熱電堆像素轉換到下一個像素時，讀取硬件在輸入端遭受高頻變化。因此，如果讀取硬件工作得不夠快，則在讀取下一個像素之前，必須等待一定的時間。這里，可以使用高頻工作的硬件電路來工作，但是這由于其他原因、特別是在電路技術開銷增加方面是不利的。
[0007]不僅在熱電堆傳感器的情況下，而且同樣在其他IR(紅外)輻射傳感器或者對于其他輻射敏感的檢測器或傳感器的情況下，都出現先前描述的問題。
【實用新型內容】
[0008]因此，本實用新型要解決的技術問題是，使得能夠快速地讀取傳感器像素或檢測器像素、特別是熱電堆像素，而不會由于所描述的低通濾波器的問題而產生串擾，同時能夠保持帶寬最小。
[0009]為了解決上述技術問題，通過本實用新型，提出了一種用于將例如熱電堆像素的電壓讀取信號的模擬信號(TP[i])轉換為多比特數字信號(SB)的方法，更確切來說包括以下步驟:
[0010]-在相應讀取間隔的持續時間內向德爾塔-西格瑪變換器(Delta-Sigma-Wandler)的輸入端連續給送具有不同的大小的模擬信號(TP [i])，在所述讀取間隔的持續時間內，所述模擬信號(TP[i])基本上分別保持不變，
[0011]-通過所述德爾塔-西格瑪變換器利用量化器(CMP)形式的單比特模數變換器和與所述單比特模數變換器串聯連接的調節器(ADCFB)形成與模擬信號相對應的多比特數字信號(SB)，在所述調節器的輸出端輸出數字多比特調節器信號，
[0012]-通過多比特數模變換器(DAC)將所述數字多比特調節器信號轉換為模擬反饋信號(S8)，
[0013]-由所述模擬信號(TP[i])和所述模擬反饋信號(S8)形成差分信號(SO)，
[0014]-借助低通濾波器(Cl、C2)在所述量化器(CMP)之前對所述差分信號(SO)進行低通濾波，以及
[0015]-輸出必要時在數字濾波(DF)之后的所述數字多比特調節器信號作為多比特數字信號(SB)，
[0016]-其中，所述調節器(ADCFB)選擇性地在第一模式下和在第二模式下工作，
[0017]-其中，所述調節器(ADCFB)在其第一工作模式下比在其第二工作模式下更快地對所述模擬信號(TP[i])和所述模擬反饋信號(S8)之間的預定值/實際值偏差進行調節，
[0018]-其中，為了在所述調節器(ADCFB)的輸出端處的數字多比特信號(SB)盡可能快地跟蹤所述模擬信號，所述調節器(ADCFB)在讀取間隔的初始階段在其第一工作模式下工作，以及
[0019]-其中，所述調節器(ADCFB)在所述讀取間隔的該初始階段之后在所述讀取間隔的其余持續時間內在其第二工作模式下工作。
[0020]此外，為了解決上述技術問題，提出了一種用于將例如熱電堆像素或者其他輻射敏感的檢測器的像素的電壓讀取信號的模擬信號(TP[i])轉換為多比特數字信號(SB)的裝置，其中，所述裝置設置有:
[0021]-德爾塔-西格瑪變換器，在相應讀取間隔的持續時間內能向所述德爾塔-西格瑪變換器的輸入端給送具有不同大小的模擬信號(TP[i])，在所述讀取間隔的持續時間內，所述模擬信號(TP [i])基本上分別保持不變，
[0022]-其中，所述德爾塔-西格瑪變換器具有量化器(CMP)形式的單比特模擬-數字變換器和與所述單比特模擬-數字變換器串聯連接的調節器(ADCFB)，用于形成與模擬信號相對應的多比特數字信號(SB)，在所述調節器的輸出端能輸出數字多比特調節器信號，
[0023]-多比特數字-模擬變換器(DAC)，用于將所述多比特調節器信號轉換為模擬反饋信號(S8)，
[0024]-減法單元(Ml)，用于由所述模擬信號(TP[i])和所述模擬反饋信號(S8)形成差分信號(so)，
[0025]-低通濾波器(Cl、C2)，用于在所述量化器(CMP)之前對所述差分信號(SO)進行低通濾波，
[0026]-控制單元(SE)，用于至少對所述調節器(ADCFB)進行控制，
[0027]-其中，所述調節器(ADCFB)能選擇性地在第一模式下和在第二模式下工作，
[0028]-其中，在所述調節器(ADCFB)的第一工作模式下能比在其第二工作模式下更快地對所述模擬信號(TP[i])和所述模擬反饋信號(S8)之間的預定值/實際值偏差進行調
-K-
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[0029]-其中，為了在所述調節器(ADCFB)的輸出端處的數字多比特信號(SB)盡可能快地跟蹤所述模擬信號，所述調節器(ADCFB)能在讀取間隔的初始階段在其第一工作模式下工作，以及
[0030]-其中，所述調節器(ADCFB)能在所述讀取間隔的該初始階段之后在所述讀取間隔的其余持續時間內在其第二工作模式下工作。
[0031]根據本實用新型，使用與多比特調節器協作的德爾塔-西格瑪變換器，所述多比特調節器選擇性地在第一工作模式下或者在第二工作模式下工作。這兩種工作模式的不同之處的特征是，調節器在其第一工作模式下比在其第二工作模式下更快地對預定值/實際值偏差進行調節。在讀取間隔開始時，也就是說當在德爾塔-西格瑪變換器的輸入端處，下一個要讀取的熱電堆像素的模擬信號等候處理時，調節器在第一工作模式下工作。由此，調節器相對快速地找到其工作點，從而在其在第二工作模式下工作時，其隨后仍然相對快速地對給出的調節偏差進行調節。對該調節偏差進行的調節比調節器在該時間點仍然還在其第一工作模式下工作時慢。但是對此，在第二工作模式下對調節偏差的調節明顯比在第一工作模式下更準確。
[0032]因此，以這種方式，調節器分別可以以最佳方式工作，也就是說，在一個讀取間隔開始時，其可以快速地工作(以有限的精度，這涉及對調節偏差的調節)，而其隨后在讀取間隔的其余部分內較慢地工作(但是對此也更準確地對調節偏差進行調節，由此使得能夠更準確地將模擬信號變換為數字多比特信號)。
[0033]因此，按照本實用新型，所述德爾塔-西格瑪變換器有效地不具有頻帶限制，而其在迄今為止用于讀取熱電堆像素的硬件電路中分別存在并且導致上述問題。
[0034]在本實用新型的另一個有利的構型中，可以設置的是，所述低通濾波器具有至少一個電容器，其在一個讀取間隔結束之后和/或在下一個讀取間隔的初始階段開始時放電。
[0035]在本實用新型的另一個實施方式中設置的是，在所述低通濾波器前面連接有模擬信號放大器，并且將由所述模擬信號和所述反饋信號形成的所述差分信號從輸出頻帶的頻率范圍內提高到目標頻帶中，并在兩個降低級中又降低到所述輸出頻帶中，其中，第一降低級在所述放大器之后并且在所述低通濾波器之前，并且第二頻率范圍降低級在所述量化器之后并且在所述調節器之前通過相應的向下混頻進行。通過變換到較高的頻率范圍內，實現隨后對模擬信號的放大，以便之后再次對頻率范圍進行反向變換，從而減小由模擬信號放大器產生的噪聲影響。
[0036]最后，在本實用新型的一個有利的構型中，還可以設置的是，提供包括分別具有多個像素的多個像素行的熱電堆像素陣列，并且每一行同時被讀取其相應的像素電壓讀取信號，也就是說，分別按照根據本實用新型的實施例的方法步驟，一行接一行連續進行轉換，以讀取所述熱電堆像素陣列。
[0037]因此，按照本實用新型的解決方案在于抑制噪聲頻譜和干擾頻譜，而不產生上面描述的存儲器效應。這通過按照本實用新型的方法來實現。
【附圖說明】
[0038]下面，根據附圖對本實用新型進行進一步的說明，本實用新型不限于在附圖中示出的示例。其中:
[0039]圖1示出了用于分析熱電堆陣列的按照本實用新型的德爾塔-西格瑪變換器的結構，
[0040]圖2示出了關于根據圖1的德爾塔-西格瑪變換器的系統時鐘CK和單個信號的時鐘簡圖，
[0041]圖3示出了關于根據圖1的德爾塔-西格瑪變換器的快速斬波器信號B和慢速斬波器信號A的數字系統時鐘CK的時鐘簡圖，
[0042]圖4示出了互阻抗放大器TV中的偏移補償，以及
[0043]圖5示出了作為替代方案構造的用于分析熱電堆陣列的德爾塔-西格瑪變換器的結構。
【具體實施方式】
[0044]電壓信號TP[n]表示要讀取的連接到按照本實用新