CN116249875A - 用于测试传感器的方法和电子电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于测试电子电路内的传感器的方法.所述传感器包括在惠斯通电桥电路的第一支路中的第一传感器元件和第一参考元件以及在与所述第一支路平行的第二支路中的第二传感器元件和第二参考元件。所述惠斯通电桥电路具有用于第一参考信号的第一输入端和用于第二参考信号的第二输入端，所述输入端分别与所述支路连接。所述参考信号借助操控逻辑单元提供。所述第一支路具有在所述第一传感器元件和所述第一参考元件之间的第一信号输出端。所述第二支路具有在所述第二传感器元件和所述第二参考元件之间的第二信号输出端。能够在所述第一信号输出端上确定第一有用信号并且在所述第二信号输出端上确定第二有用信号。所述第一信号输出端通过第一开关与放大器的第一放大器输入端连接，所述第二信号输出端通过第二开关与所述放大器的第二放大器输入端连接。所述方法包括以下步骤：断开所述第一开关或所述第二开关；施加预给定的第一和/或第二参考信号；如下地分析处理所述第一或第二有用信号：是否存在所述传感器的损坏或在所述传感器和所述电子电路之间的电连接的损坏。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于测试传感器的方法和一种电子电路。该方法尤其适用于实现传感器和所属的电子电路的自测试。
背景技术
已知如下的电容式传感器：在所述电容式传感器中，两个测量电容和两个参考电容是借助惠斯通电桥电路进行分析处理的。例如，在文献US 2010/0 180 687Al中公开了这种原理结构。在此，要分析处理的电容可以布置在微机械结构内，例如MEMS结构，并且尤其是设置用于测量压力、加速度和/或旋转速率。如果传感器和/或用于分析处理的电子电路是有故障的，例如由于在一定的运行时间后被损坏，那么测量结果是错误的。然而，对于已知的传感器，这在传感器运行期间是无法辨识的。
从文献JP 2015-021 790A和DE 10 2013 206 646 Al中分别已知传感器的惠斯通电桥电路中的故障识别。
发明内容
本发明的一个任务是提供一种用于测试传感器的方法，利用所述方法可以辨识出传感器的或电路的故障。此外，本发明的一个任务是提供一种相应的电路。
这些任务利用独立专利权利要求的主题得到解决。有利的扩展方案在从属专利权利要求中说明。
根据本发明的方法用于测试电子电路内的传感器。所述传感器包括在惠斯通电桥电路的第一支路中的第一传感器元件和第一参考元件，以及在所述惠斯通电桥电路的第二支路中的第二传感器元件和第二参考元件，其中，所述第一支路和所述第二支路是彼此并联的。所述惠斯通电桥电路具有用于第一参考信号的第一输入端和用于第二参考信号的第二输入端，其中，所述第一输入端和所述第二输入端分别与所述第一支路和所述第二支路连接。所述第一参考信号和所述第二参考信号是借助操控逻辑单元(Ansteuerungslogik)提供的，其中，所述操控逻辑单元是所述电子电路的一部分。所述第一支路具有在所述第一传感器元件和所述第一参考元件之间的第一信号输出端。所述第二支路具有在所述第二传感器元件和所述第二参考元件之间的第二信号输出端。能够在所述第一信号输出端上确定第一有用信号并且能够在所述第二信号输出端上确定第二有用信号。所述第一信号输出端通过第一开关与放大器的第一放大器输入端连接。所述放大器可以构型为低噪声的电荷电压转换器。低噪声的电荷电压转换器尤其是放大器。所述第二信号输出端通过第二开关与放大器的第二放大器输入端连接。所述放大器是所述电子电路的一部分。
为了辨识故障，闭合第一开关，且断开第二开关。随后，将一个正的参考信号施加在第一输入端上，将一个负的参考信号施加在第二输入端上，并记录第一有用信号。随后，断开第一开关，且闭合第二开关。随后，将一个正的参考信号施加在第一输入端上，将一个负的参考信号施加在第二输入端上，并记录第二有用信号。如果第一有用信号和第二有用信号具有不同的绝对值，尤其是如果第一有用信号和第二有用信号相差的值超出了预给定的容差，那么存在传感器的损坏。
尤其是可以设置，在第一开关断开时分析处理第二有用信号，在第二开关断开时分析处理第一有用信号。
可以设置，第一传感器元件和第二传感器元件包括可变电容，例如微机械结构的可变电容，第一参考元件和第二参考元件具有不可变的电容。尤其是可以设置，要测量的参量(例如压力、加速度或旋转速率)对微机械结构起作用，并且在此使该微机械结构发生偏离。集成在微机械结构中的电容在此发生变化并且表示第一传感器元件和第二传感器元件。
第一参考元件布置在第二输入端和第一信号输出端之间。第二参考元件布置在第一输入端和第二信号输出端之间。第二传感器元件布置在第二输入端和第二信号输出端之间。
在一个实施方式中，断开第一开关，且闭合第二开关，随后将第二输入端接地，将一个正的参考信号施加在第一输入端上。然后，第二有用信号包含关于第二参考元件的信息，其中，在传感器和电子电路之间的电连接的损坏的方面分析处理关于第二参考元件的信息。
在一个实施方式中，随后闭合第一开关，且断开第二开关。此外，随后将第一输入端接地，并将一个正的参考信号施加在第二输入端上。然后，第一有用信号包含关于第一参考元件的信息，其中，在传感器和电子电路之间的电连接的损坏的方面分析处理关于第一参考元件的信息。
在一个实施方式中，将第一有用信号在其绝对值方面进行分析处理。在一个实施方式中，将第二有用信号在其绝对值方面进行分析处理。
本发明还包括一种计算机程序，该计算机程序包括指令，在通过计算机实施该计算机程序时，所述指令促使该计算机实施根据本发明的方法之一。
本发明还包括一种机器可读存储介质，在该机器可读存储介质上存储有根据本发明的计算机程序。
本发明还包括一种电子电路，所述电子电路具有操控逻辑单元、传感器和放大器。所述传感器具有在惠斯通电桥电路的第一支路中的第一传感器元件和第一参考元件，以及在所述惠斯通电桥电路的第二支路中的第二传感器元件和第二参考元件。所述第一支路和所述第二支路是彼此并联的。所述惠斯通电桥电路具有用于第一参考信号的第一输入端和用于第二参考信号的第二输入端，其中，所述第一输入端和所述第二输入端分别与所述第一支路和所述第二支路连接。所述第一参考信号和所述第二参考信号是借助所述操控逻辑单元提供的。所述第一支路具有在所述第一传感器元件和所述第一参考元件之间的第一信号输出端，且所述第二支路具有在所述第二传感器元件和所述第二参考元件之间的第二信号输出端。能够在所述第一信号输出端上确定第一有用信号并且能够在所述第二信号输出端上确定第二有用信号，其中，所述第一信号输出端通过第一开关与所述放大器的第一放大器输入端连接，所述第二信号输出端通过第二开关与所述放大器的第二放大器输入端连接。所述电子电路设置用于借助所述操控逻辑单元将所述第一参考信号施加在所述第一输入端上和将所述第二参考信号施加在所述第二输入端上，断开和闭合所述第一开关和所述第二开关，分析处理所述第一有用信号和/或第二有用信号，并且在此执行根据本发明的方法。
附图说明
根据以下附图对本发明的实施例进行阐述。在示意图中示出：
图1一个电子电路；
图2第一流程图；
图3第二流程图；以及
图4第三流程图。
具体实施方式
图1示出了一个具有操控逻辑单元2、传感器3和放大器5的电子电路1。传感器3在惠斯通电桥电路4的第一支路41中具有一个第一传感器元件31和一个第一参考元件33，并且在惠斯通电桥电路4的第二支路42中具有一个第二传感器元件32和一个第二参考元件34。第一支路41和第二支路42是彼此并联的。惠斯通电桥电路4具有一个用于第一参考信号的第一输入端43和一个用于第二参考信号的第二输入端44，其中，第一输入端43和第二输入端44分别与第一支路41和第二支路42连接。第一参考信号和第二参考信号是借助操控逻辑单元2来提供的。为此，操控逻辑单元2与第一输入端43和第二输入端44连接。第一支路41在第一传感器元件31和第一参考元件33之间具有一个第一信号输出端45。第二支路42在第二传感器元件32和第二参考元件34之间具有一个第二信号输出端46。在第一信号输出端45上可以确定第一有用信号，在第二信号输出端46上可以确定第二有用信号。第一信号输出端45通过第一开关51与放大器5的第一放大器输入端53连接。第二信号输出端46通过第二开关52与放大器5的第二放大器输入端54连接。电子电路1设置为，借助操控逻辑单元2将第一参考信号施加在第一输入端43上且将第二参考信号施加在第二输入端44上，断开和闭合第一开关51和第二开关52，并且分析处理第一有用信号和/或第二有用信号。
可以设置，第一传感器元件31和第二传感器元件32包括可变电容、例如微机械结构的可变电容，且第一参考元件33和第二参考元件34具有不可变的电容。尤其是可以设置，要测量的参量(例如压力、加速度或旋转速率)对微机械结构起作用，并且在此使微机械结构发生偏离。集成在微机械结构中的电容在此发生变化，并且表示第一传感器元件31和第二传感器元件32。
在一个实施例中，如图1中所示，第一传感器元件31布置在第一输入端43和第一信号输出端45之间，第一参考元件33布置在第二输入端44和第一信号输出端45之间，第二参考元件34布置在第一输入端43和第二信号输出端46之间，第二传感器元件32布置在第二输入端44和第二信号输出端46之间。
同样在图1中示出的是一个可选的模数转换器6以及一个可选的数字信号处理器7，利用该模数转换器可以将模拟信号转换成数字信号，该数字信号处理器用于进一步处理数字信号。模数转换器6和数字信号处理器7同样是电子电路1的一部分。此外，示出了一个可选的控制装置8，利用该控制装置可以操控该操控逻辑单元2，并且利用该控制装置可以分析处理有用信号。
图2示出了一个方法的第一流程图100，该方法例如可以借助图1的电子电路1的控制装置8来实施。该方法包括以下步骤：
-在第一方法步骤101中断开第一开关51或第二开关52；
-在第二方法步骤102中施加预给定的第一参考信号和/或预给定的第二参考信号；
-在第三方法步骤103中如下地分析处理第一有用信号或第二有用信号：是否存在传感器3的损坏或在传感器3和电子电路1之间的电连接的损坏。
在一个实施例中，在第一方法步骤101中，断开第一开关51，且闭合第二开关52。随后，在第二方法步骤102中，将第二输入端44接地，将一个正的参考信号施加在第一输入端43上。在此，该正的参考信号可以是方波信号。然后，第二有用信号包含关于第二参考元件34的信息。在第三方法步骤103中，在传感器3和电子电路1之间的电连接的损坏的方面分析处理关于第二参考元件34的信息。
分析处理可以尤其是以这样的方式进行，使得针对第二参考元件34将在预给定的测量容差内的预给定值与测量值进行比较，例如将第二参考元件34的标称电容与作为第二有用信号测量的电容进行比较。
在一个实施方式中，将第一有用信号在其绝对值方面进行分析处理。
图3示出了一个方法的第二流程图100，该方法可以例如借助图1的电子电路1的控制装置8来实施。该方法包括如前三段中所述的图2的方法步骤。此外，在第四方法步骤中，闭合第一开关51，且断开第二开关52。随后，在第五方法步骤105中，将第一输入端43接地，并将一个正的参考信号施加在第二输入端44上。在此，该正的参考信号可以是一个方波信号。然后，第一有用信号包含关于第一参考元件33的信息。在第六方法步骤106中，在传感器3和电子电路1之间的电连接的损坏的方面分析处理关于第一参考元件33的信息。
分析处理可以尤其是以这样的方式进行，使得针对第一参考元件33将在预给定的测量容差内的预给定值与测量值进行比较，例如将第一参考元件33的标称电容与作为第一有用信号测量的电容进行比较。在此，可以考虑到预给定的容差。
在一个实施方式中，将第二有用信号在其绝对值方面进行分析处理。可以设置，不仅第一有用信号、而且第二有用信号在绝对值方面来分析处理的。例如，如果有用信号的绝对值不同，那么可以假定在传感器3和电子电路之间的连接的损坏，其中，可以设置，这些差异在预给定的测量容差之外。
图4示出了一种方法的第三流程图100，该方法可以例如借助图1的电子电路1的控制装置8来实施。第三流程图可以根据结合图2和图3描述的方法来实施，或者但也可以单独实施。在第七方法步骤107中，闭合第一开关51，且断开第二开关52。随后，在第八方法步骤108中，将一个正的参考信号施加在第一输入端43上，且将一个负的参考信号施加在第二输入端44上。在此，正的参考信号可以是一个方波信号。在此，负的参考信号同样可以是一个方波信号。此外，在第八方法步骤108中，记录第一有用信号。在随后的第九方法步骤109中，断开第一开关51，且闭合第二开关52。在随后的第十方法步骤110中，将一个正的参考信号施加在第一输入端43上，且将一个负的参考信号施加在第二输入端44上。在此，正的参考信号可以是一个方波信号。在此，负的参考信号同样可以是方波信号。此外，在第十方法步骤110中，记录第二有用信号。在第十一方法步骤111中，检查是否存在传感器2的损坏。当第一有用信号和第二有用信号具有不同的绝对值时，就是这种情况。在此，可以考虑到预给定的容差。
一种计算机程序包括指令，在通过计算机实施计算机程序时，所述指令促使该计算机实施所述方法。该计算机程序可以存储在机器可读存储介质中。尤其是，该计算机程序可以存储在控制装置8中。
尽管已经通过优选实施例详细描述了本发明，但是本发明并不限于所公开的示例，并且其不同变体可以由本领域技术人员在不脱离本发明保护范围的情况下导出。
Claims (9)
1.一种用于测试电子电路(1)内的传感器(3)的方法，其中，所述传感器(3)包括在惠斯通电桥电路(4)的第一支路(41)中的第一传感器元件(31)和第一参考元件(33)，以及在所述惠斯通电桥电路(4)的第二支路(42)中的第二传感器元件(32)和第二参考元件(34)，其中，所述第一支路(41)和所述第二支路(42)是彼此并联的，其中，所述惠斯通电桥电路(4)具有用于第一参考信号的第一输入端(43)和用于第二参考信号的第二输入端(44)，其中，所述第一输入端(43)和所述第二输入端(44)分别与所述第一支路(41)和所述第二支路(42)连接，其中，借助操控逻辑单元(2)提供所述第一参考信号和所述第二参考信号，其中，所述操控逻辑单元(2)是所述电子电路(1)的一部分，其中，所述第一支路(41)具有在所述第一传感器元件(31)和所述第一参考元件(33)之间的第一信号输出端(45)，且所述第二支路(42)具有在所述第二传感器元件(32)和所述第二参考元件(34)之间的第二信号输出端(46)，其中，能够在所述第一信号输出端(45)上确定第一有用信号，并且在所述第二信号输出端(46)上确定第二有用信号，其中，所述第一信号输出端(45)通过第一开关(51)与放大器(5)的第一放大器输入端(53)连接，其中，所述第二信号输出端(46)通过第二开关(52)与所述放大器(5)的第二放大器输入端(54)连接，其中，所述放大器(5)是所述电子电路(1)的一部分，所述方法具有以下步骤：
-断开所述第一开关(51)或所述第二开关(52)；
-施加预给定的第一参考信号和/或预给定的第二参考信号；
-如下地分析处理所述第一有用信号或所述第二有用信号：是否存在所述传感器(3)的损坏或在所述传感器(3)和所述电子电路(1)之间的电连接的损坏，
其特征在于，
闭合所述第一开关(51)且断开所述第二开关(52)，随后将正的参考信号施加在所述第一输入端(43)上且将负的参考信号施加在所述第二输入端(44)上，并且记录所述第一有用信号，随后断开所述第一开关(51)且闭合所述第二开关(52)，随后将正的参考信号施加在所述第一输入端(43)上且将负的参考信号施加在所述第二输入端(44)上，并且记录所述第二有用信号，其中，如果所述第一有用信号和所述第二有用信号具有不同的绝对值，那么存在所述传感器(3)的损坏。
2.根据权利要求1所述的方法，所述第一传感器元件(31)布置在所述第一输入端(43)和所述第一信号输出端(45)之间，其中，所述第一参考元件(33)布置在所述第二输入端(44)和所述第一信号输出端(45)之间，其中，所述第二参考元件(34)布置在所述第一输入端(43)和所述第二信号输出端(46)之间，其中，所述第二传感器元件(32)布置在所述第二输入端(44)和所述第二信号输出端(46)之间。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，断开所述第一开关(51)并且闭合所述第二开关(52)，随后将所述第二输入端(44)接地并且将正的参考信号施加在所述第一输入端(43)上，其中，然后所述第二有用信号包含关于所述第二参考元件(34)的信息，其中，在所述传感器(3)和所述电子电路(1)之间的电连接的损坏的方面分析处理关于所述第二参考元件(34)的信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，将所述第一有用信号在其绝对值方面进行分析处理。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，随后闭合所述第一开关(51)并且断开所述第二开关(52)，随后将所述第一输入端(43)接地并将正的参考信号施加在所述第二输入端(44)上，其中，然后所述第一有用信号包含关于所述第一参考元件(33)的信息，其中，在所述传感器(3)和所述电子电路(1)之间的电连接的损坏的方面分析处理关于所述第一参考元件(33)的信息。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，将所述第二有用信号在其绝对值方面进行分析处理。
7.一种计算机程序，所述计算机程序包括指令，在通过计算机实施所述计算机程序时，所述指令促使所述计算机实施根据权利要求1至6中任一项所述的方法。
8.一种机器可读存储介质，在所述机器可读存储介质上存储有根据权利要求7所述的计算机程序。
9.一种电子电路(1)，所述电子电路具有操控逻辑单元(2)、传感器(3)和放大器(5)，其中，所述传感器(3)包括在惠斯通电桥电路(4)的第一支路(41)中的第一传感器元件(31)和第一参考元件(33)，以及在所述惠斯通电桥电路(4)的第二支路(42)中的第二传感器元件(32)和第二参考元件(34)，其中，所述第一支路(41)和所述第二支路(42)是彼此并联的，其中，所述惠斯通电桥电路(4)具有用于第一参考信号的第一输入端(43)和用于第二参考信号的第二输入端(44)，其中，所述第一输入端(43)和所述第二输入端(44)分别与所述第一支路(41)和所述第二支路(42)连接，其中，借助所述操控逻辑单元(2)提供所述第一参考信号和所述第二参考信号，其中，所述第一支路(41)具有在所述第一传感器元件(31)和所述第一参考元件(33)之间的第一信号输出端(45)，所述第二支路(42)具有在所述第二传感器元件(32)和所述第二参考元件(34)之间的第二信号输出端(46)，其中，能够在所述第一信号输出端(45)上确定第一有用信号并且在所述第二信号输出端(46)上确定第二有用信号，其中，所述第一信号输出端(45)通过第一开关(51)与所述放大器(5)的第一放大器输入端(53)连接，其中，所述第二信号输出端(46)通过第二开关(52)与所述放大器(5)的第二放大器输入端(54)连接，其中，所述电子电路(1)设置用于借助所述操控逻辑单元(2)执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述操控逻辑单元(2)以这样的方式操控所述电子电路(1)：
闭合所述第一开关(51)且断开所述第二开关(52)，随后将正的参考信号施加在所述第一输入端(43)上且将负的参考信号施加在所述第二输入端(44)上，并且记录所述第一有用信号，随后断开所述第一开关(51)且闭合所述第二开关(52)，随后将正的参考信号施加在所述第一输入端(43)上且将负的参考信号施加在所述第二输入端(44)上，并且记录所述第二有用信号，其中，如果所述第一有用信号和所述第二有用信号具有不同的绝对值，那么存在所述传感器(3)的损坏。
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