ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА ДЛЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ Российский патент 2003 года по МПК G08C25/00 H04B15/00 G01L23/22 

Изобретение относится к схеме для помехоустойчивой обработки сигналов и прежде всего выходных сигналов датчиков детонационного сгорания согласно ограничительной части основного пункта формулы изобретения.

Уровень техники
В известных решениях сигналы передаются, например, от датчика к блоку обработки по соединяющей эти датчик и блок обработки экранированной линии соответственно проводу. Такое экранирование защищает передаваемый сигнал от помех и искажений. Однако несмотря на то, что экранирование сигнальной линии связано с относительно высокими затратами, оно тем не менее не гарантирует полной защиты сигнала от искажения.

По этой причине в DE-OS 4222475 предложена схема, позволяющая гасить паразитные сигналы в сигнальных линиях, обеспечивая возможность обрабатывать неискаженный исходный сигнал. В этой известной схеме исходный сигнал как таковой пропускают по первой сигнальной линии, а также после инвертирования соответственно дифференцирования пропускают по второй сигнальной линии. В конце сигнальной линии первоначально инвертированный, соответственно дифференцированный сигнал еще раз инвертируют, соответственно интегрируют. Затем этот сигнал вместе с переданным без изменений сигналом пропускают через вентиль И, получая в результате на выходе последнего неискаженный исходный сигнал. Когда в соединительном кабеле между датчиком и схемой обработки проходит также замыкающий на "массу" провод, можно дополнительно обеспечить защиту от перенапряжения, если между сигнальными линиями и "массой" установить полупроводниковые стабилитроны.

Преимущества изобретения
Преимущество предлагаемой в изобретении электрической схемы для помехоустойчивой обработки сигналов с отличительными признаками п.1 формулы изобретения по сравнению с известным решением состоит в возможности требующей меньших издержек, но тем не менее обладающей высокой помехоустойчивостью обработки сигналов при практически полном устранении синфазных помех. Указанное преимущество достигается за счет выполнения схемы обработки сигналов в соответствии с дифференциальной схемотехникой с использованием "технологии с переключаемыми конденсаторами". Особое преимущество состоит в возможности выбирать как симметричный, так и несимметричный режим работы схемы обработки, т.е. в возможности такого присоединения к этой схеме датчиков, выдающих подлежащие обработке сигналы, которое позволяет в несимметричном режиме подключать их с подсоединением к потенциалу "массы", а в симметричном режиме - без подсоединения к потенциалу. Преимущество такой возможности выбора режима работы позволяет использовать предлагаемую в изобретении электрическую схему как для обработки сигналов от обычных датчиков, например обычных датчиков детонационного сгорания с экранированными присоединительными проводами, так и от датчиков с неэкранированными проводами (витая пара). Такое техническое решение, предполагающее использование предлагаемой электрической схемы в сочетании с датчиками, например датчиками детонационного сгорания с неэкранированными проводами, обладает особыми преимуществами, поскольку позволяет с небольшими издержками реализовать тем не менее характеризующуюся высокой помехоустойчивостью систему по определению детонационных стуков в двигателе.

Особое преимущество предлагаемой электрической схемы состоит в возможности задавать требуемый режим работы извне. Так, в частности, режим работы можно задавать, например, программированием через управляющий вывод, служащий для подключения внешних цепей управления. Таким образом, схему обработки сигналов можно извне адаптировать к нужным требованиям, т.е. к работе в симметричном или несимметричном режиме, подключая, например, при наличии четырех сигнальных входов либо четыре датчика несимметрично, т.е. через потенциал "массы", либо два датчика симметрично, т.е. без подсоединения к потенциалу "массы".

Другие преимущества изобретения и предпочтительные варианты его выполнения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Чертеж
Ниже изобретение более подробно поясняется на примере одного из вариантов его выполнения со ссылкой на чертеж.

Описание примера выполнения
На чертеже в качестве примера показан один из вариантов выполнения предлагаемой в изобретении электрической схемы, с помощью которой должна осуществляться обработка выходных сигналов от датчика К1 детонационного сгорания. Этот датчик К1 имеет две соединительные клеммы A1, A2, которыми он подсоединяется к схеме S преобразования сигналов к нормированному виду. Между датчиком К1 и схемой S включена пассивная цепь связи. Эта пассивная цепь связи образована конденсатором CL, включенным между соединительными клеммами A1, A2 датчика К1, а также двумя параллельно включенными конденсаторами С1а и С2а. Между этими двумя конденсаторами включены резисторы R1b и R2b. Кроме того, конденсатор С1а через резистор R1a соединен с входом Е1, а конденсатор С2а через резистор R2a соединен с входом Е2 схемы S преобразования сигналов к нормированному виду. Оба резистора R1b и R2b соединены со входом опорного напряжения, к которому приложено напряжение Ur.

В схеме S имеется дифференциальный входной усилитель V, соединенный с обоими входами Е1 и Е2. За усилителем V последовательно включены не показанные на чертеже каскады преобразования сигналов к нормированному виду, имеющие, например, по меньшей мере один полосовой фильтр, и/или один выпрямитель, и/или один интегратор и выполненные, например, также в соответствии с дифференциальной схемотехникой.

К указанным каскадам преобразования сигналов подсоединен выходной каскад А, который может преобразовывать разностный сигнал в несимметричный сигнал с опорным потенциалом "массы" и направлять его через аналого-цифровой преобразователь микрокомпьютера (МК) на дальнейшую обработку.

В показанном на чертеже примере выполненные неэкранированными контактные выводы датчика К1 детонационного сгорания соединены, например, витыми парами без подключения к потенциалу с обоими входами E1, E2 схемы S преобразования сигналов к нормированному виду. Входной каскад этой схемы преобразования с целью подавления синфазных помех выполнен в виде дифференциального усилительного каскада, в частности в виде "усилителя с переключаемыми конденсаторами" с многоступенчатой регулировкой усиления. Включенные за ним каскады преобразования сигналов к нормированному виду также могут быть выполнены в соответствии с дифференциальной схемотехникой. Это касается, в частности, полосовых фильтров, выпрямителей или интеграторов. Такая реализация схемы с использованием технологии с переключаемыми конденсаторами позволяет без особых затрат и компактно интегрировать необходимые аналоговые функции в полупроводниковые процессоры, например, по технологии высококачественных КМОП ИС.

Тот факт, что выходной каскад схемы преобразования сигналов к нормированному виду может преобразовывать разностный сигнал в несимметричный сигнал с опорным потенциалом "массы", поступающий в конечном итоге в микрокомпьютер, позволяет использовать для обработки сигналов различный подход. Так, например, в системе распознавания детонационных стуков в двигателе, использующей несколько, например два, датчиков детонационного сгорания, каждый из которых соответственно соединен с двумя входами схемы преобразования сигналов к нормированному виду, эти два датчика могут быть присоединены симметрично, т. е. без подсоединения к потенциалу. При такой схеме включения сигналы датчиков в данном режиме подвергаются исключительно дифференциальной обработке.

При использовании же схемы преобразования сигналов к нормированному виду с четырьмя входами, позволяющими обрабатывать сигналы до четырех датчиков, выбирают несимметричный режим работы, при котором датчики детонационного сгорания подключают к схеме преобразования сигналов к нормированному виду с подсоединением к потенциалу "массы". В этом режиме генерируемое в схеме преобразования сигналов к нормированному виду стабильное (фиксированное) опорное напряжение Ur служит в качестве опорного напряжения для дифференциальной обработки сигналов.

Наличие в схеме преобразования сигналов к нормированному виду дополнительного управляющего вывода для подключения внешних цепей управления позволяет, используя этот управляющий вывод, извне программировать соответствующий рабочий режим. Таким образом, можно извне выбирать конкретный режим, что позволяет при неизменном количестве входов и с использованием той же схемы преобразования сигналов к нормированному виду подключать либо два датчика детонационного сгорания без подсоединения к потенциалу, либо до четырех таких датчиков с подсоединением к потенциалу "массы" и производить соответствующую обработку сигналов в том или ином режиме.

Благодаря возможности выбора того или иного рабочего режима датчики можно подсоединять к схеме обработки сигналов либо неэкранированными проводами (витая пара), либо экранированными соединительными проводами. Электрическая схема, которая может быть выполнена в виде соответствующей микросхемы обработки сигналов, в сочетании с имеющими неэкранированные провода датчиками детонационного сгорания позволяет реализовать простую, недорогую и вместе с тем помехоустойчивую систему для определения детонационных стуков в двигателе. Хотя в рассмотренном выше примере речь шла об обработке сигналов от датчиков детонационного сгорания, тем не менее область применения предлагаемой в изобретении электрической схемы не ограничена только обработкой сигналов от указанных датчиков детонационного сгорания, и эта схема может использоваться также для обработки сигналов от датчиков иного типа и назначения.

Изобретение относится к обработке сигналов от датчиков (Д), в частности, детонационного сгорания. Электрическая схема для помехоустойчивой обработки сигналов позволяет обрабатывать выходные сигналы от Д, при этом для каждого Д необходимо иметь два входа. При обработке же сигнала с опорным потенциалом "массы" для каждого Д необходим всего лишь один вход. Обработка сигналов осуществляется в соответствии с дифференциальной схемотехникой, причем в режиме с подсоединением к потенциалу "массы" дифференциальная обработка сигналов осуществляется с использованием генерируемого самой схемой опорного напряжения. Режим работы такой схемы можно свободно выбирать извне, используя предусмотренный в самой схеме управляющий вывод. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Электрическая схема для помехоустойчивой обработки выходных сигналов по меньшей мере одного датчика, имеющая схему преобразования сигналов к нормированному виду, имеющую по меньшей мере два входа, к которым подключаются либо один не подсоединяемый к потенциалу датчик, либо два подсоединяемых к потенциалу "массы" датчика, а также имеющая соединенный с указанными входами дифференциальный усилитель и выходной каскад, при необходимости преобразующий выдаваемый дифференциальным усилителем разностный сигнал в сигнал с опорным потенциалом "массы", отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью работы в двух режимах, первый из которых используется при подключении без подсоединения к потенциалу с получением симметричного сигнала, а второй используется при подключении с подсоединением к опорному потенциалу с получением несимметричного сигнала, при этом предусмотрена возможность программируемого извне через управляющий вывод выбора одного из режимов работы и тем самым переключения между режимами работы с получением симметричного и несимметричного сигналов. 2. Схема по п.1, отличающаяся тем, что между датчиком или датчиками и собственно схемой преобразования сигналов к нормированному виду включена пассивная цепь связи. 3. Схема по п.2, отличающаяся тем, что пассивная цепь связи выполнена симметричной и имеет один первый конденсатор (CL), включенный между выводами датчика, и два других конденсатора (С1а, С2а), которые с одной стороны соединены с датчиком, а с другой стороны через резисторы (R1a, R2a) соединены со входами (El, E2) схемы (S) преобразования сигналов к нормированному виду, а через резисторы (R1b, R2b) соединены с выводом, к которому приложено опорное напряжение (Ur). 4. Схема по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что за дифференциальным усилителем (V) последовательно включены каскады обработки сигналов, в частности по меньшей мере один полосовой фильтр и/или по меньшей мере один выпрямитель, и/или по меньшей мере один интегратор. 5. Схема по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что выходной каскад (А) схемы (S) преобразования сигналов к нормированному виду через аналого-цифровой преобразователь соединен с микрокомпьютером, а обработка сигналов осуществляется в указанном микрокомпьютере. 6. Схема по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что она предназначена для обработки выходных сигналов двух датчиков детонационного сгорания, которые неэкранированными проводами подключены без подсоединения к потенциалу к каждой паре входов схемы преобразования сигналов к нормированному виду, или предназначена для обработки выходных сигналов четырех датчиков детонационного сгорания, которые экранированными проводами соединены соответственно с одним из входов схемы преобразования сигналов к нормированному виду.