DE102019117673A1

DE102019117673A1 - Spannungsmessung durch referenzschaltungsbasierte Impedanzdetektion

Info

Publication number: DE102019117673A1
Application number: DE102019117673.5A
Authority: DE
Inventors: Jens Barrenscheen
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2019-07-01
Filing date: 2019-07-01
Publication date: 2021-01-07
Also published as: US11327097B2; US20210003618A1

Abstract

Eine Schaltung (100) zum Messen einer Spannung umfasst ein passives Erfassungselement (110), das dazu ausgestaltet ist, zwischen einen Messpunkt (101) und einen Referenzpunkt (102) gekoppelt zu werden. Das passive Erfassungselement (110) weist eine spannungsabhängige Impedanz auf. Ferner umfasst die Schaltung (100) einen Impedanzdetektor (120) und eine Referenzschaltung (150). Der Impedanzdetektor (120) ist ausgestaltet zum Detektieren der Impedanz des passiven Erfassungselements (110) durch Liefern eines Testsignals an das passive Erfassungselement (110) und Auswerten einer Antwort auf das Testsignal von dem passiven Erfassungselement (110) und einer Referenzantwort von der Referenzschaltung (150). Ferner umfasst die Schaltung (100) eine Konverterschaltung (140), die zum Konvertieren eines Ergebnisses des Auswertens der Antwort und der Referenzantwort in Spannungspegelinformationen ausgestaltet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Schaltung zum Messen einer Spannung und ein Verfahren zum Messen einer Spannung.
HINTERGRUND
Bei vielen Anwendungen besteht ein Bedarf, eine Spannung zu messen oder zu überwachen. Zu diesem Zweck können verschiedene Typen von Messschaltungen verwendet werden, z.B. basierend auf einem Analog-Digital(AD)-Umsetzer, mit oder ohne Eingangssignalaufbereitung, Filterung, Versätzen, resistiven Teilern oder dergleichen. Jedoch können komplexere Messschaltungen in Szenarien notwendig sein, in denen die Messung der Spannung in einer ersten Spannungsdomäne durchgeführt werden muss, während das Messergebnis an eine zweite Spannungsdomäne geliefert werden muss, die von der ersten Spannungsdomäne getrennt ist. Zum Beispiel können die erste Spannungsdomäne und die zweite Spannungsdomäne unterschiedliche Referenzpotentiale verwenden. Zum Beispiel kann die erste Spannungsdomäne eine Hochspannungsdomäne sein und kann die zweite Spannungsdomäne eine Niederspannungsdomäne sein, die z.B. aus Sicherheitsgründen, oder weil Schaltungskomponenten in der Niederspannungsdomäne nicht mit Spannungen in der Hochspannungsdomäne kompatibel sind, von der ersten Spannungsdomäne isoliert sein muss.
Zum Beispiel beschreibt die WO 2018/005631 A1 eine Drahtloserfassung für ein Batteriesystem, in dem ein Zellenmessschaltung eine Spannung an Anschlüssen eines Batteriemoduls misst. Ein Drahtloskommunikationstransceiver wird verwendet, um die Spannungsmessinformationen von der Zellenmessschaltung an eine Batteriesteuerung zu übertragen.
Die US 2014/0159735 A1 beschreibt das Überwachen von Spannungsausgaben von Zellen eines elektrochemischen Generators auf indirekte Weise unter Verwendung einer reaktiven passiven Komponente, deren Impedanz in Abhängigkeit von der zu überwachenden Spannung variiert. Die passive reaktive Komponente ist Teil eines Schwingkreises, und die Spannung wird indirekt durch Detektieren einer Variation einer Resonanzfrequenz des Schwingkreises überwacht.
Jedoch führen die oben erwähnten Technologien unter Verwendung einer Drahtlosübertragung von Messinformationen oder einer Detektion von Variationen einer Resonanzfrequenz zu einer hohen Komplexität der Messschaltung.
Dementsprechend besteht ein Bedarf an Techniken, die eine effiziente Messung einer Spannung in einer getrennten Spannungsdomäne ermöglichen.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß hierin offenbarten Ausführungsformen werden eine Schaltung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 13 bereitgestellt. Die abhängigen Ansprüche definieren weitere Ausführungsformen.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Schaltung zum Messen einer Spannung bereitgestellt. Die Schaltung umfasst ein passives Erfassungselement, das dazu ausgestaltet ist, zwischen einen Messpunkt und einen Referenzpunkt gekoppelt zu werden. Das passive Erfassungselement weist eine spannungsabhängige Impedanz auf. Zum Beispiel kann das passive Erfassungselement einen Varaktor, eine Varicap-Diode und/oder einen Feldeffekttransistor umfassen. Ferner umfasst die Schaltung einen Impedanzdetektor und eine Referenzschaltung. Der Impedanzdetektor ist ausgestaltet zum Detektieren der spannungsabhängigen Impedanz des passiven Erfassungselements durch Liefern eines Testsignals an das passive Erfassungselement und Auswerten einer Antwort auf das Testsignal von dem passiven Erfassungselement bezüglich einer Referenzantwort von der Referenzschaltung. Ferner umfasst die Schaltung eine Konverterschaltung, die zum Konvertieren eines Ergebnisses des Auswertens der Antwort und der Referenzantwort in Spannungspegelinformationen ausgestaltet ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Schaltung liefert der Impedanzdetektor das Testsignal auch an die Referenzschaltung. Die Referenzantwort kann dann eine weitere Antwort auf das Testsignal von einem oder mehreren Schaltungselementen der Referenzschaltung sein. Die weitere Antwort kann während eines regulären Betriebs der Schaltung gemessen werden, z.B. im Wesentlichen zur gleichen Zeit wie die Antwort von dem passiven Erfassungselement.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Schaltung kann die Referenzantwort auf einer vorherigen Messung basieren und in der Referenzschaltung gespeichert sein. Zum Beispiel kann die Referenzantwort während einer Kalibrierungsphase gemessen und gespeichert werden, in der eine oder mehrere bekannte Spannungen an die passiven Erfassungselemente angelegt werden und eine oder mehrere entsprechende Antworten auf das Testsignal gemessen und dann gespeichert werden, um als Referenzantworten verwendet zu werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Schaltung weist das Testsignal eine konstante Frequenz auf. Die Frequenz des Testsignals kann aus mehreren Frequenzen auswählbar sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Schaltung ist das Testsignal ein Pulssignal.
Gemäß einer Ausführungsform der Schaltung ist der Impedanzdetektor zum Auswerten der Antwort und der Referenzantwort durch Bestimmen einer Differenz zwischen der Antwort und der Referenzantwort ausgestaltet.
Gemäß einer Ausführungsform der Schaltung ist die Konverterschaltung zum Bestimmen der Spannungspegelinformationen durch Zuordnen der bestimmten Differenz zwischen der Antwort und der Referenzantwort zu entsprechenden Spannungspegelinformationen ausgestaltet.
Gemäß einer Ausführungsform der Schaltung umfasst die Differenz zwischen der Antwort und der Referenzantwort eine Phasendifferenz.
Gemäß einer Ausführungsform der Schaltung umfasst die Schaltung eine Kopplungsschaltung, die dazu ausgestaltet ist, einen Durchgang des Testsignals von dem Impedanzdetektor zu dem passiven Erfassungselement zu ermöglichen und eine Gleichstromentkopplung zwischen dem passiven Erfassungselement und dem Impedanzdetektor bereitzustellen.
Gemäß einer Ausführungsform der Schaltung ist die Kopplungsschaltung zum kapazitiven Koppeln des passiven Erfassungselements und des Impedanzdetektors ausgestaltet. Zusätzlich dazu oder als Alternative kann die Kopplungsschaltung zum induktiven Koppeln des passiven Erfassungselements und des Impedanzdetektors ausgestaltet sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Schaltung ferner einen Spannungsteiler zum Koppeln des passiven Erfassungselements zwischen den Messpunkt und den Referenzpunkt umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform der Schaltung ist die Referenzschaltung zum Replizieren einer Impedanz der Kopplungsschaltung ausgestaltet.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Referenzschaltung zum Speichern eines Ergebnisses einer vorherigen Messung und zum Ausgeben der Referenzantwort basierend auf dem gespeicherten Ergebnis der vorherigen Messung ausgestaltet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Messen einer Spannung bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Koppeln eines passiven Erfassungselements zwischen einen Messpunkt und einen Referenzpunkt. Das passive Erfassungselement weist eine spannungsabhängige Impedanz auf. Zum Beispiel kann das passive Erfassungselement einen Varaktor, eine Varicap-Diode und/oder einen Feldeffekttransistor umfassen. Ferner umfasst das Verfahren ein Liefern eines Testsignals an das passive Erfassungselement. Ferner umfasst das Verfahren ein Empfangen einer Antwort auf das Testsignal von dem passiven Erfassungselement durch die Kopplungsschaltung und ein Empfangen einer Referenzantwort von einer Referenzschaltung. Ferner umfasst das Verfahren ein Detektieren der Impedanz des passiven Erfassungselements durch Auswerten der Antwort und der Referenzantwort. Ferner umfasst das Verfahren ein Konvertieren eines Ergebnisses der Auswertung der Antwort und der Referenzantwort in Spannungspegelinformationen.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens weist das Testsignal eine konstante Frequenz auf. Die Frequenz des Testsignals kann aus mehreren Frequenzen auswählbar sein.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens ist das Testsignal ein Pulssignal.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner ein Auswerten der Antwort und der Referenzantwort durch Bestimmen einer Differenz zwischen der Antwort und der Referenzantwort.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner ein Bestimmen der Spannungspegelinformationen durch Zuordnen der bestimmten Differenz zwischen der Antwort und der Referenzantwort zu entsprechenden Spannungspegelinformationen.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst die Differenz zwischen der Antwort und der Referenzantwort eine Phasendifferenz.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens kann das Koppeln des passiven Erfassungselements zwischen den Messpunkt und den Referenzpunkt durch einen Spannungsteiler erreicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren ferner ein Liefern des Testsignals durch eine Kopplungsschaltung an das passive Erfassungselement. In diesem Fall kann die Kopplungsschaltung eine DC-Entkopplung bezüglich des passiven Erfassungselements bereitstellen.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens repliziert die Referenzschaltung eine Impedanz der Kopplungsschaltung. Der Impedanzdetektor kann das Testsignal auch an die Referenzschaltung liefern. Die Referenzantwort kann dann als eine weitere Antwort auf das Testsignal von einem oder mehreren Schaltungselementen der Referenzschaltung empfangen werden. Die weitere Antwort kann während eines regulären Betriebs der Schaltung gemessen werden, z.B. im Wesentlichen zur gleichen Zeit wie die Antwort von dem passiven Erfassungselement.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens basiert die Referenzantwort auf einem Ergebnis einer vorherigen Messung. Das Ergebnis der vorherigen Messung und/oder die Referenzantwort können in der Referenzschaltung gespeichert werden. Zum Beispiel kann die Referenzantwort während einer Kalibrierungsphase gemessen und gespeichert werden, in der eine oder mehrere bekannte Spannungen an die passiven Erfassungselemente angelegt werden und eine oder mehrere entsprechende Antworten auf das Testsignal gemessen und dann gespeichert werden, um als Referenzantworten verwendet zu werden.
Die obige Kurzdarstellung ist lediglich dazu gedacht, einen kurzen Überblick über einige Ausführungsformen zu geben, und ist nicht als beschränkend aufzufassen, da andere Ausführungsformen andere Merkmale einsetzen können.
Figurenliste

1 veranschaulicht eine Spannungsmessschaltung gemäß einer Ausführungsform.
2 zeigt eine Ausführungsform einer Impedanzdetektion in der Spannungsmessschaltung.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Impedanzdetektion in der Spannungsmessschaltung.
4 zeigt eine noch weitere Ausführungsform einer Impedanzdetektion in der Spannungsmessschaltung.
5 zeigt beispielhafte Impedanzcharakteristiken von Erfassungselementen, die gemäß einer Ausführungsform verwendet werden können.
6 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besprochen. Es sollte angemerkt werden, dass diese Ausführungsformen lediglich als veranschaulichende Beispiele gegeben sind und nicht als beschränkend aufzufassen sind. Obwohl zum Beispiel Ausführungsformen als mehrere Merkmale oder Elemente umfassend beschrieben sein können, ist dies nicht so aufzufassen, dass dies angibt, dass alle diese Merkmale oder Elemente für eine Implementierung notwendig sind. Stattdessen können manche dieser Merkmale oder Elemente bei anderen Ausführungsformen weggelassen werden und/oder können durch alternative Merkmale oder Elemente ersetzt werden. Zusätzlich zu den Merkmalen oder Elementen, die explizit in den Zeichnungen gezeigt oder hier beschrieben sind, können andere Merkmale oder Elemente bereitgestellt werden, zum Beispiel Merkmale oder Elemente, die in herkömmlichen Leistungsversorgungsschaltungen verwendet werden.
1 veranschaulicht eine Messschaltung 100 zum Messen einer Spannung U zwischen einem Messpunkt 101 und einem Referenzpunkt 102. Der Messpunkt 101 und der Referenzpunkt 102 können Anschlüssen einer Schaltung oder einer Schaltungskomponente, z.B. Anschlüssen einer Batterie, oder verschiedenen Arten von internen oder externen Schaltungsknoten entsprechen.
Bei dem veranschaulichten Beispiel ist die Messschaltung 100 mit einem passiven Erfassungselement 110, einem Impedanzdetektor 120, einer Wechselstrom-Kopplungsschaltung bzw. AC-Kopplungsschaltung 130, einem Konverter 140, einer Referenzschaltung 150 und einer Gleichstrom-Kopplungsschaltung bzw. DC-Kopplungsschaltung 160 versehen. Obwohl 1 den Impedanzdetektor 120, die AC-Kopplungsschaltung 130, den Konverter 140 und die Referenzschaltung 150 als getrennte Komponenten veranschaulicht, wird angemerkt, dass Funktionalitäten der veranschaulichten Komponenten auch kombiniert werden könnten. Zum Beispiel könnte die Referenzschaltung 150 als eine zusätzliche Funktionalität des Impedanzdetektors 120 implementiert sein.
Das passive Erfassungselement 110 weist eine spannungsabhängige Impedanz Z auf. Zum Beispiel kann das passive Erfassungselement 110 einem Varaktor, einer Varicap-Diode, einer Hochspannungsdiode, einem Feldeffekttransistor, z.B. einem Leistungs-MOS-Feldeffekttransistor (MOS: MetallOxid-Halbleiter), entsprechen oder diese beinhalten. In letzterem Fall kann eine Drain-Source-Kapazität in Abhängigkeit von einer Spannung variieren, die zwischen Drain und Source des Leistung-MOS-Feldeffekttransistors angelegt wird. In manchen Szenarien kann das passive Erfassungselement 110 auch eine Kombination aus zwei oder mehr der oben genannten Schaltungselemente beinhalten.
Mittels der DC-Kopplungsschaltung 160 wird das passive Erfassungselement 110 zwischen den Messpunkt 101 und den Referenzpunkt 102 gekoppelt. Wie veranschaulicht, beinhaltet die DC-Kopplungsschaltung 160 einen ersten Widerstand 161 und einen zweiten Widerstand 162. Der erste Widerstand 161, das passive Erfassungselement 110 und der zweite Widerstand 162 sind zwischen dem Messpunkt 101 und dem Referenzpunkt 102 in Reihe verbunden. Bei manchen Beispielen kann die DC-Kopplungsschaltung 160 ferner einen Spannungsteiler beinhalten, der dazu ausgestaltet ist, einen gewissen Teil der Spannung U zwischen dem Messpunkt 101 und dem Referenzpunkt 102 an das passive Erfassungselement 110 anzulegen. Der Spannungsteiler kann zum Beispiel durch einen optionalen weiteren Widerstand 163 implementiert sein, der mit dem passiven Erfassungselement 110 parallel gekoppelt ist. Die Widerstandswerte der Widerstände 161, 162 können im Bereich von 50 kΩ bis 500 kΩ liegen, z.B. etwa 100 kQ. Zusammen mit der Kapazität des passiven Erfassungselements 110 können die Widerstände 161, 162 ein Tiefpassfilter bilden. Infolgedessen kann ein durch die Messschaltung 100 zwischen dem Messpunkt 101 und dem Referenzpunkt 102 fließender Strom minimiert werden. Es wird angemerkt, dass andere Implementierungen der DC-Kopplungsschaltung 160 ebenfalls verwendet werden könnten. Zum Beispiel könnte wenigstens einer der Widerstände 161, 162 weggelassen werden.
Aufgrund der Kopplung des passiven Erfassungselements 110 mit dem Messpunkt 101 und dem Referenzpunkt 102 variiert die Impedanz Z des passiven Erfassungselements 110 in Abhängigkeit von der Spannung U zwischen dem Messpunkt 101 und dem Referenzpunkt 102. Der Impedanzdetektor 120 ist dazu ausgestaltet, die variable Impedanz Z des passiven Erfassungselements 110 zu detektieren. Zu diesem Zweck ist der Impedanzdetektor 120 über die AC-Kopplungsschaltung 130 mit dem passiven Erfassungselement 110 gekoppelt. Die AC-Kopplungsschaltung 130 ist zum Bereitstellen einer AC-Kopplung des passiven Erfassungselements 110 und des Impedanzdetektors 120 ausgestaltet. Gleichzeitig ist die AC-Kopplungsschaltung 130 zum Bereitstellen einer DC-Entkopplung des passiven Erfassungselements 110 und des Impedanzdetektors 120 ausgestaltet. Bei dem Beispiel aus 1 sind der Impedanzdetektor 120 und der Konverter 140 mit einem Referenzpotential U_Ref, z.B. einer Versorgungsspannungskette, verbunden, und der Messpunkt 101 und der Referenzpunkt 102 und das passive Erfassungselement 110 weisen keine DC-Kopplung zu diesem Referenzpotential U_Ref auf.
Entsprechend können der Messpunkt 101 und der Referenzpunkt 102 in einer ersten Spannungsdomäne angeordnet sein, während der Impedanzdetektor 120 in einer zweiten Spannungsdomäne angeordnet ist, die von der ersten Spannungsdomäne getrennt, z.B. galvanisch oder anderweitig isoliert, ist. Zum Beispiel könnte die erste Spannungsdomäne eine Hochspannungsdomäne sein, wobei die Spannung U zwischen dem Messpunkt 101 und dem Referenzpunkt 102 im Bereich von bis zu 400 V bis 800 V liegt. Im Vergleich dazu werden der Impedanzdetektor 120 und der Konverter 140 mit niedrigeren Spannungen betrieben, z.B. im Bereich von 5 V bis 50 V, wie etwa 12 V. Da die Messschaltung 100 nur passive Komponenten in der ersten Spannungsdomäne verwendet, ist keine Leistungsversorgung in der ersten Spannungsdomäne erforderlich.
Bei dem veranschaulichten Beispiel beinhaltet die AC-Kopplungsschaltung 130 einen ersten Kondensator 131 und einen zweiten Kondensator 132. Der erste Kondensator 131 verbindet einen ersten Anschluss des passiven Erfassungselements 110 mit dem Impedanzdetektor 120. Der zweite Kondensator 132 verbindet einen zweiten Anschluss des passiven Erfassungselements 110 mit dem Impedanzdetektor 120. Entsprechend basiert die AC-Kopplungsschaltung 130 bei dem Beispiel aus 1 auf einer kapazitiven Kopplung des passiven Erfassungselements 110 mit dem Impedanzdetektor 120. Jedoch wird angemerkt, dass alternativ oder zusätzlich dazu eine induktive Kopplung verwendet werden könnte. 4 zeigt ein Beispiel für eine Konfiguration, bei der die AC-Kopplungsschaltung 130 auf induktiver Kopplung basiert.
Bei dem veranschaulichten Beispiel kann der Impedanzdetektor 120 dazu ausgestaltet sein, die Impedanz Z des passiven Erfassungselements 110 auf die folgende Weise zu detektieren: Der Impedanzdetektor 120 liefert ein Testsignal über die AC-Kopplungsschaltung 130 an das passive Erfassungselement 110 und die Referenzschaltung 150. Das Testsignal kann ein Pulssignal, insbesondere ein Rechteckpulssignal, sein. Das Pulssignal kann aus einer Sequenz von Pulsen mit konstanter Frequenz gebildet sein. Alternativ dazu könnte das Pulssignal auch aus einem einzigen Puls gebildet sein. Ferner empfängt der Impedanzdetektor 120 eine erste Antwort auf das Testsignal von dem passiven Erfassungselement 110 über die AC-Kopplungsschaltung 130 und empfängt eine zweite Antwort auf das Testsignal von der Referenzschaltung 150. Die zweite Antwort wird hierin auch als eine Referenzantwort bezeichnet. Der Impedanzdetektor 120 kann dann die Impedanz Z durch Auswerten der ersten Antwort und der zweiten Antwort bestimmen. Insbesondere kann der Impedanzdetektor 120 eine Differenz zwischen der ersten Antwort und der zweiten Antwort auswerten.
Bei einem modifizierten Beispiel kann die Referenzschaltung 150 die zweite Antwort basierend auf gespeicherten Informationen aus einer vorherigen Messung, z.B. während einer Kalibrierungsphase mit bekannten Spannungen, die an das passive Erfassungselement 110 oder an Schaltungselemente der Referenzschaltung 150 angelegt werden, bereitstellen. Die zweite Antwort kann dann auf Informationen basieren, die in einem Speicher der Referenzschaltung 150 gespeichert sind.
Wie oben erwähnt, kann der Impedanzdetektor 120 mit einer konstanten Frequenz des Testsignals arbeiten, d.h. Variationen der Frequenz des Testsignals sind nicht notwendig, um die Impedanz abzuschätzen. Jedoch könnte die konstante Frequenz des Testsignals in manchen Szenarien auswählbar oder anpassbar sind, z.B. zum Zweck einer Reduzierung eines Einflusses von unterschiedlichen Rauschquellen auf den Messprozess. Solche Rauschquellen könnten zum Beispiel eine andere Schaltung beinhalten, die Rauschen in einem gewissen Frequenzbereich erzeugt. Durch geeignetes Wählen der Frequenz des Testsignals kann der Messprozess mit einer Frequenz des Testsignals durchgeführt werden, die eine Störung ausgehend von anderen Schaltungen oder anderen Rauschquellen vermeidet.
Während einer Messung der Spannung U durch die Messschaltung 100 erzeugt das Testsignal ein AC-Signal an dem passiven Erfassungselement 110 und die Eigenschaften dieses AC-Signals werden durch die Impedanz Z des passiven Erfassungselements 110 bestimmt. Zum Beispiel kann die Impedanz Z eine Phase des AC-Signals bestimmen, das an dem passiven Erfassungselement 110 erzeugt wird. Ferner kann die Impedanz Z eine Frequenz des AC-Signals bestimmen, das an dem passiven Erfassungselement 110 erzeugt wird. In manchen Szenarien könnten das passive Erfassungselement 110 und Teile der AC-Kopplungsschaltung 130 einen Oszillator bilden und das AC-Signal, das an dem passiven Erfassungselement erzeugt wird, kann einem Oszillatorsignal mit einer Frequenz entsprechen, die durch die Impedanz Z bestimmt ist.
Die Eigenschaften des AC-Signals, das an dem passiven Erfassungselement 110 erzeugt wird, werden durch die erste Antwort wiedergegeben, die durch den Impedanzdetektor empfangen wird. Die erste Antwort kann Eigenschaften einer Übertragungsfunktion H_m einer Schaltung anzeigen, die durch die AC-Kopplungsschaltung 130 und das passive Erfassungselement 110 gebildet wird. Die zweite Antwort kann Eigenschaften einer Übertragungsfunktion H_r der Referenzschaltung 150 anzeigen. Die Referenzschaltung 150 kann Eigenschaften der AC-Kopplungsschaltung 130 und/oder des passiven Erfassungselements 110 replizieren, die nicht von der Spannung U zwischen dem Messpunkt 101 und dem Referenzpunkt 102 abhängen.
Durch Vergleichen der ersten Antwort mit der zweiten Antwort von der Referenzschaltung kann der Impedanzdetektor 120 die Impedanz Z abschätzen. Zum Beispiel kann eine Phasendifferenz zwischen der ersten Antwort und der zweiten Antwort ausgewertet werden und die Impedanz Z aus der Phasendifferenz bestimmt werden. Ferner kann eine Frequenzdifferenz zwischen der ersten Antwort und der zweiten Antwort ausgewertet werden und die Impedanz Z aus der Frequenzdifferenz bestimmt werden.
Der Konverter 140 empfängt die Impedanz Z, die durch den Impedanzdetektor 120 detektiert wird, und bestimmt Spannungspegelinformationen, die die Spannung U zwischen dem Messpunkt 101 und dem Referenzpunkt 102 darstellen, aus der Impedanz Z. Zu diesem Zweck kann der Konverter 140 eine gespeicherte Zuordnung von Impedanzwerten zu entsprechenden Spannungspegelinformationen verwenden. Bei dem veranschaulichten Beispiel werden die Spannungspegelinformationen hinsichtlich eines gemessenen Spannungswertes Um bestimmt, der z.B. durch einen digitalen Wert dargestellt wird. Es wird jedoch angemerkt, dass andere Arten der Darstellung der Spannungspegelinformationen, die der Spannung U entsprechen, als Alternative oder zusätzlich verwendet werden könnten, z.B. ein Indikator, dass die Spannung U oberhalb einer gewissen Schwelle liegt, ein Indikator, dass die Spannung U unterhalb einer gewissen Schwelle liegt, oder ein Indikator, dass die Spannung U innerhalb eines gewissen Spannungsbereichs liegt. Es wird ferner angemerkt, dass die Spannungspegelinformationen in Form eines digitalen Signals oder in Form eines analogen Signals dargestellt werden können.
2 veranschaulicht ein Beispiel für eine Implementierung der Detektion der Impedanz Z durch den Impedanzdetektor 120. Bei dem Beispiel von 2 beinhaltet die AC-Kopplungsschaltung 130 die Kondensatoren 131 und 132. Der Kondensator 132 koppelt einen ersten Anschluss des passiven Erfassungselements 110 mit einem Testsignalanschluss P des Impedanzdetektors 120. Der Kondensator 131 koppelt das passive Erfassungselement mit einem Messsignalanschluss M des Impedanzdetektors 120. Bei dem Beispiel von 2 beinhaltet die Referenzschaltung 150 einen Kondensator 151. Der Kondensator 151 koppelt den ersten Anschluss des passiven Erfassungselements 110 mit einem Referenzanschluss R des Impedanzdetektors 120. Der Kondensator 151 kann Eigenschaften des Kondensators 131 replizieren, kann z.B. eine ähnliche Kapazität aufweisen. Optional kann die Referenzschaltung 150 auch eine Referenzimpedanz Z_Ref beinhalten. Die Referenzimpedanz Z_Ref kann die Impedanz des passiven Erfassungselements 110 bei einer gewissen Spannung U replizieren, ohne jedoch von der Spannung U zwischen dem Messpunkt 101 und dem Referenzpunkt 102 abzuhängen.
Bei dem Beispiel von 2 kann der Impedanzdetektor 120 die Impedanz Z des passiven Erfassungselements 110 auf die folgende Weise detektieren: Der Impedanzdetektor 120 gibt das Testsignal an dem Testsignalanschluss P aus. Das Testsignal kann zum Beispiel ein Rechteckpuls oder eine Sequenz aus Rechteckpulsen sein. Ferner empfängt der Impedanzdetektor 120 eine erste Antwort auf das Testsignal an dem Messanschluss M und eine zweite Antwort auf das Testsignal an dem Referenzanschluss R. Die erste Antwort reflektiert die Übertragungsfunktion der Schaltung, die durch die AC-Kopplungsschaltung 130, d.h. die Kondensatoren 131, 132, und das passive Erfassungselement 110 gebildet ist. Die zweite Antwort reflektiert die Übertragungsfunktion, die durch den Kondensator 132 und den Kondensator 151, und optional die Referenzimpedanz Z_Ref, gebildet wird. Da der Kondensator 151 Eigenschaften des Kondensators 131 replizieren kann, kann die zweite Antwort ähnliche Eigenschaften wie eine Schaltung wiedergeben, der aus der AC-Kopplungsschaltung 130 ohne das passive Erfassungselement 110 gebildet ist. Die zweite Antwort kann dementsprechend zum Beispiel auch Effekte einer Temperaturänderung oder Alterung auf eine ähnliche Weise wie die erste Antwort wiedergeben. Bei dem Beispiel von 2 kann der Impedanzdetektor 120 die Impedanz Z durch Auswerten einer Phasendifferenz der ersten Antwort, die an dem Messanschluss empfangen wird, und der zweiten Antwort, die an dem Referenzanschluss empfangen wird, detektieren.
Bei einem modifizierten Beispiel kann das Testsignal Spannungspulse, die durch den Impedanzdetektor 120 an den Anschluss P geliefert werden, beinhalten und die Phasenbeziehung zwischen den Spannungspulsen und resultierenden Strömen an dem Anschluss M und optional an dem Anschluss R wird verwendet, um die Impedanz Z des passiven Erfassungselements 110 zu bestimmen. Die erste Antwort und die zweite Antwort können dementsprechend gemessenen Strömen entsprechen. Bei diesem modifizierten Beispiel kann die Wellenform der Spannungspulse eine Sinuswelle, dreieckförmig oder rechteckig, oder eine Kombination aus unterschiedlichen Wellenformen sein.
3 veranschaulicht ein weiteres Beispiel für eine Implementierung der Detektion der Impedanz Z durch den Impedanzdetektor 120. Bei dem Beispiel aus 3 beinhaltet der Impedanzdetektor eine Messschaltung 121, eine Referenzmessschaltung 122 und eine Auswertungsschaltung 123. Die AC-Kopplungsschaltung 130 beinhaltet die Kondensatoren 131 und 132. Der Kondensator 132 koppelt einen ersten Anschluss des passiven Erfassungselements 110 mit einem Testsignalanschluss P der Messschaltung 121. Der Kondensator 131 koppelt das passive Erfassungselement mit einem Messsignalanschluss M der Messschaltung 121. Bei dem Beispiel aus 3 beinhaltet die Referenzschaltung 150 einen ersten Kondensator 152 und einen zweiten Kondensator 153 und optional eine Referenzimpedanz Z_Ref. Die Kondensatoren 152, 153 koppeln einen Testsignalanschluss P der Referenzmessschaltung 122 mit einem Referenzanschluss R der Referenzmessschaltung 122. Der Kondensator 152 kann Eigenschaften des Kondensators 131 replizieren, kann z.B. eine ähnliche Kapazität aufweisen. Der Kondensator 153 kann Eigenschaften des Kondensators 132 replizieren, kann z.B. eine ähnliche Kapazität aufweisen. Die optionale Referenzimpedanz Z_Ref kann die Impedanz des passiven Erfassungselements 110 bei einer gewissen Spannung U replizieren, ohne jedoch von der Spannung U zwischen dem Messpunkt 101 und dem Referenzpunkt 102 abzuhängen. Es wird angemerkt, dass die Kondensatoren 152, 153 auch durch einen einzigen Kondensator ersetzt werden könnten, der die kombinierten Eigenschaften der Kondensatoren 131, 132 repliziert, z.B. durch einen einzigen Kondensator mit einer Kapazität, die einer Reihenschaltung der Kondensatoren 131 und 132 entspricht.
Bei dem Beispiel von 3 kann der Impedanzdetektor 120 die Impedanz Z des passiven Erfassungselements 110 auf die folgende Weise detektieren: Die Messschaltung 121 gibt das Testsignal an dem Testsignalanschluss P der Messschaltung 121 aus. Das Testsignal kann zum Beispiel ein Rechteckpuls oder eine Sequenz aus Rechteckpulsen sein. Ferner empfängt die Messschaltung 121 eine erste Antwort auf das Testsignal an dem Messanschluss M der Messschaltung 121. Die Referenzmessschaltung 122 gibt das Testsignal an dem Testsignalanschluss P der Referenzmessschaltung 122 aus. Ferner empfängt die Referenzmessschaltung 122 eine zweite Antwort auf das Testsignal an dem Referenzanschluss R der Referenzmessschaltung 122. Die erste Antwort reflektiert die Übertragungsfunktion H_m der Schaltung, die durch die AC-Kopplungsschaltung 130, d.h. die Kondensatoren 131, 132, und das passive Erfassungselement 110, gebildet ist. Die zweite Antwort reflektiert die Übertragungsfunktion, die durch die Referenzschaltung 150, d.h. den Kondensator 152 und den Kondensator 153, gebildet wird. Da die Kondensatoren 152, 153 Eigenschaften des Kondensators 131, 132 replizieren können, kann die zweite Antwort ähnliche Eigenschaften wie eine Schaltung wiedergeben, die aus der AC-Kopplungsschaltung 130 ohne das passive Erfassungselement 110 gebildet ist. Die zweite Antwort kann dementsprechend zum Beispiel auch Effekte einer Temperaturänderung oder Alterung auf eine ähnliche Weise wie die erste Antwort wiedergeben.
Bei dem Beispiel von 3 liefert die Messschaltung 121 Informationen über Eigenschaften der Übertragungsfunktion H_m an die Auswertungsschaltung 123. Diese Informationen können zum Beispiel Informationen über eine Phasenverschiebung, Frequenzverschiebung und/oder Amplitudenvariation der ersten Antwort bezüglich des Testsignals beinhalten. Auf ähnliche Weise liefert die Referenzmessschaltung 122 Informationen über Eigenschaften der Übertragungsfunktion H_r an die Auswertungsschaltung 123. Diese Informationen können zum Beispiel Informationen über eine Phasenverschiebung, Frequenzverschiebung und/oder Amplitudenvariation der zweiten Antwort bezüglich des Testsignals beinhalten. Basierend auf den empfangenen Informationen bestimmt die Auswertungsschaltung 123 die Impedanz Z des passiven Erfassungselements 110. Dies kann auf einem Bestimmen einer Differenz zwischen den von der Messschaltung 121 empfangenen Informationen und den von der Referenzmessschaltung 122 empfangenen Informationen beruhen, z.B. einer Phasendifferenz, einer Frequenzdifferenz und/oder einer Amplitudendifferenz.
4 veranschaulicht ein anderes weiteres Beispiel für eine Implementierung der Detektion der Impedanz Z durch den Impedanzdetektor 120. Bei dem Beispiel aus 4 beinhaltet der Impedanzdetektor eine Messschaltung 121, eine Referenzmessschaltung 122 und eine Auswertungsschaltung 123. Die AC-Kopplungsschaltung 130 beinhaltet einen ersten Transformator 133, einen zweiten Transformator 134 und einen Kondensator 135. Eine erste Seite des Transformators 134 ist mit einem Testsignalanschluss P der Messschaltung 121 gekoppelt und eine zweite Seite des Transformators 134 ist mit einem ersten Anschluss des passiven Erfassungselements 110 verbunden. Eine erste Seite des Transformators 133 ist mit einem Messsignalanschluss M der Messschaltung 121 gekoppelt und eine zweite Seite des Transformators 133 ist mit einem zweiten Anschluss des passiven Erfassungselements 110 verbunden. Der Kondensator 135 ist zwischen die zweite Seite des Transformators 133 und die zweite Seite des Transformators 134 gekoppelt. Bei dem Beispiel von 4 beinhaltet die Referenzschaltung 150 einen ersten Transformator 154, einen zweiten Transformator 155 und einen Kondensator 156 und optional eine Referenzimpedanz Z_Ref. Eine erste Seite des Transformators 155 ist mit einem Testsignalanschluss P der Referenzmessschaltung 122 gekoppelt. Eine erste Seite des Transformators 154 ist mit einem Referenzanschluss R der Referenzmessschaltung 122 gekoppelt. Einerseits sind eine zweite Seite des Transformators 133 und eine zweite Seite des Transformators 134 direkt miteinander gekoppelt. Andererseits ist der Kondensator 135 zwischen die zweite Seite des Transformators 133 und die zweite Seite des Transformators 134 gekoppelt. Die Transformatoren 154, 155 und der Kondensator 156 koppeln dementsprechend den Testsignalanschluss P der Referenzmessschaltung 122 mit dem Referenzanschluss R der Referenzmessschaltung 122. Der Transformator 154 kann Eigenschaften des Transformators 133 replizieren, kann z.B. eine ähnliche Anzahl an Wicklungen, ähnliche Induktivitätswerte oder dergleichen aufweisen. Der Transformator 155 kann Eigenschaften des Transformators 134 replizieren, kann z.B. eine ähnliche Anzahl an Wicklungen, ähnliche Induktivitätswerte oder dergleichen aufweisen. Der Kondensator 156 kann Eigenschaften des Kondensators 135 replizieren, kann z.B. eine ähnliche Kapazität aufweisen. Die optionale Referenzimpedanz Z_Ref kann die Impedanz des passiven Erfassungselements 110 bei einer gewissen Spannung U replizieren, ohne jedoch von der Spannung U zwischen dem Messpunkt 101 und dem Referenzpunkt 102 abzuhängen.
Bei dem Beispiel aus 4 kann der Impedanzdetektor 120 die Impedanz Z des passiven Erfassungselements 110 auf die folgende Weise detektieren: Die Messschaltung 121 gibt das Testsignal an dem Testsignalanschluss P der Messschaltung 121 aus. Das Testsignal kann zum Beispiel ein Rechteckpuls oder eine Sequenz aus Rechteckpulsen sein. Ferner empfängt die Messschaltung 121 eine erste Antwort auf das Testsignal an dem Messanschluss M der Messschaltung 121. Die Referenzmessschaltung 122 gibt das Testsignal an dem Testsignalanschluss P der Referenzmessschaltung 122 aus. Ferner empfängt die Referenzmessschaltung 122 eine zweite Antwort auf das Testsignal an dem Referenzanschluss R der Referenzmessschaltung 122. Die erste Antwort reflektiert die Übertragungsfunktion H_m der Schaltung, die durch die AC-Kopplungsschaltung 130, d.h. die Transformatoren 133, 134 und den Kondensator 135, und das passive Erfassungselement 110 gebildet ist. Die zweite Antwort reflektiert die Übertragungsfunktion, die durch die Referenzschaltung 150, d.h. die Transformatoren 154, 155 und den Kondensator 156, gebildet wird. Da die Transformatoren 154, 155 und der Kondensator 156 Eigenschaften der Transformatoren 133, 134 und des Kondensators 135 replizieren können, kann die zweite Antwort ähnliche Eigenschaften wie eine Schaltung reflektieren, die aus der AC-Kopplungsschaltung 130 ohne das passive Erfassungselement 110 gebildet ist. Die zweite Antwort kann dementsprechend zum Beispiel auch Effekte einer Temperaturänderung oder Alterung auf eine ähnliche Weise wie die erste Antwort reflektieren.
Bei dem Beispiel von 4 liefert die Messschaltung 121 Informationen über Eigenschaften der Übertragungsfunktion H_m an die Auswertungsschaltung 123. Diese Informationen können zum Beispiel Informationen über eine Phasenverschiebung, Frequenzverschiebung und/oder Amplitudenvariation der ersten Antwort bezüglich des Testsignals beinhalten. Auf ähnliche Weise liefert die Referenzmessschaltung 122 Informationen über Eigenschaften der Übertragungsfunktion H_r an die Auswertungsschaltung 123. Diese Informationen können zum Beispiel Informationen über eine Phasenverschiebung, Frequenzverschiebung und/oder Amplitudenvariation der zweiten Antwort bezüglich des Testsignals beinhalten. Basierend auf den empfangenen Informationen bestimmt die Auswertungsschaltung 123 die Impedanz Z des passiven Erfassungselements 110. Dies kann auf einem Bestimmen einer Differenz zwischen den von der Messschaltung 121 empfangenen Informationen und den von der Referenzmessschaltung 122 empfangenen Informationen beruhen, z.B. einer Phasendifferenz, einer Frequenzdifferenz und/oder einer Amplitudendifferenz.
In manchen Szenarien, zum Beispiel falls eine Änderung der Eigenschaften der Kopplungselemente 131, 132 oder 133, 134, z.B. aufgrund von Alterung, Prozessvariation, Temperatur oder dergleichen, im Vergleich zu Effekten der an das passive Erfassungselement angelegten Spannung vernachlässigt werden kann, kann die Referenzmessschaltung 122 aus 3 oder 4 weggelassen werden. In diesem Fall kann die Referenzschaltung 150 eine zuvor gespeicherte Referenzantwort, z.B. während einer Kalibrierungsphase mit bekannten an das passive Erfassungselement 110 angelegten Spannungen, bereitstellen.
5 veranschaulicht beispielhafte Impedanzcharakteristiken von passiven Erfassungselementen, die in der Messschaltung genutzt werden können. Insbesondere veranschaulicht 5 eine Abhängigkeit der detektierten Impedanz Z und der Spannung U zwischen dem Messpunkt 101 und dem Referenzpunkt 102. In 5 zeigen ausgefüllte Kreise und ausgefüllte Quadrate lineare Abhängigkeiten, die zum Beispiel durch Verwenden eines Varaktors als das passive Erfassungselement 110 erreicht werden können. Die unterschiedlichen Steigungen der linearen Abhängigkeit können in einem unterschiedlichem Aufbau oder Dotierungsprofil der Varaktoren begründet sein. Ferner veranschaulichen in 5 ausgefüllte Dreiecke eine nichtlineare, sättigende Abhängigkeit, die zum Beispiel durch Verwenden eines MOS-Feldeffekttransistors oder einer Diode als das passive Erfassungselement 110 erreicht werden kann. Die Messschaltung 100 kann einen Speicher, z.B. einen nichtflüchtigen Speicher, wie einen Flash-Speicher, einen EEPROM (elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher) oder einen OTP-Speicher (OTP: einmal programmierbar)beinhalten, der Informationen speichert, die die Charakteristik des passiven Erfassungselements 110 repräsentieren, zum Beispiel können die Informationen, die die Charakteristik des passiven Erfassungselements 110 repräsentieren, in einer Tabelle gespeichert werden, die Werte der Spannung U mit Werten der Impedanz in Beziehung setzt. In manchen Szenarien kann die Messschaltung 100 auch zwischen den gespeicherten Werten interpolieren. Die gespeicherten Informationen, die die Charakteristik des passiven Erfassungselements 110 repräsentieren, können während der Herstellung der Messschaltung 100, z.B. in einer Produktionstestphase, gemessen werden. Alternativ oder zusätzlich dazu könnten die gespeicherten Informationen, die die Charakteristik des passiven Erfassungselements 110 repräsentieren, auch in einem Kalibrierungsmodus der Messschaltung 100 gemessen werden.
In manchen Szenarien können anstelle des Verwendens der Impedanz Z andere Werte in der Impedanzauswertung verwendet werden, z.B. können die Phasenverschiebung, Frequenz, Abschwächung oder dergleichen als Referenzinformationen für bekannte Spannungen U an dem passiven Erfassungselement 110 gespeichert werden. In manchen Szenarien können diese Werte direkt verwendet werden, um die angelegte Spannung U zu bestimmen, anstatt einen Impedanzwert als ein Zwischenergebnis zu bestimmen.
Die Messschaltung 100 der veranschaulichten Beispiele kann in verschiedenen Szenarien angewendet werden. Zum Beispiel könnte die Messschaltung 100 zum Messen einer Ausgangsspannung einer Hochspannungsbatterie verwendet werden, z.B. einer Batterie, mit einer Ausgangsspannung im Bereich von 400 V bis 800 V, wie sie zum Beispiel in Hybrid- oder Elektrofahrzeugen verwendet wird. Der Messpunkt 101 und der Referenzpunkt 102 könnten dann den Anschlüssen der Batterie entsprechen. Der Impedanzdetektor 120, der Konverter 140 und typischerweise eine oder mehrere weitere Steuervorrichtungen, die den gemessenen Wert Um der Spannung U empfangen, können sich dann in einer Niederspannungsdomäne befinden, die z.B. mit Bezug auf eine Fahrgestellmasse des Fahrzeugs definiert ist. Die Batterie kann von der Niederspannungsdomäne isoliert sein, z.B. von der Fahrgestellmasse des Fahrzeugs isoliert sein.
Bei manchen Anwendungen, z.B. in DC/DC-Wandlern, Motorantrieben oder dergleichen, ist es möglicherweise nicht notwendig, die Spannung U mit hoher Genauigkeit zu messen. Zum Beispiel könnte es auch ausreichen, eine Angabe über einen Spannungsbereich, in dem die Spannung U aktuell liegt, oder eine Angabe über einen Trend der Spannung U, z.B. ob die Spannung zunimmt oder abnimmt, zu erhalten. Letzteres könnte zum Beispiel anzeigen, ob ein Schalter vollständig geschlossen oder geöffnet ist, ob eine Sicherung durchgebrannt ist, ob ein Kondensator entladen ist, ob eine Isolierung intakt ist oder Lecken aufzeigt oder dergleichen. In solchen Szenarien kann die Messschaltung 100 eine effiziente Lösung bieten, weil sie mit geringer Komplexität und geringen Herstellungskosten implementiert werden kann. Die Elemente der AC-Kopplungsschaltung 130, der Impedanzdetektor 120 und der Konverter 140 können in einer einzigen integrierten Schaltung ausgebildet werden. In diesem Fall können die Kondensatoren der AC-Kopplungsschaltung zum Beispiel durch Oxidschichten isoliert sein. Die bei dem Beispiel aus 4 verwendeten Transformatoren können effizient in der integrierten Schaltung implementiert werden, indem eine Technologie mit kernlosem Transformator bzw. CT-Technologie(CT: Coreless Transformer) verwendet wird.
6 zeigt ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Messen einer Spannung. Das Verfahren kann verwendet werden, um die oben beschriebenen Konzepte zu implementieren. Das Verfahren kann zum Beispiel in der oben beschriebenen Messschaltung 100 implementiert werden.
Bei 610 wird ein passives Erfassungselement zwischen einen Messpunkt und einen Referenzpunkt gekoppelt. Das passive Erfassungselement weist eine spannungsabhängige Impedanz auf. Das passive Erfassungselement kann zum Beispiel dem oben erwähnten passiven Erfassungselement 110 entsprechen. Der Messpunkt kann dem oben erwähnten Messpunkt 101 entsprechen. Der Referenzpunkt kann dem oben erwähnten Referenzpunkt 102 entsprechen. Das passive Erfassungselement kann zum Beispiel einem Varaktor, einer Varicap-Diode und/oder einem Feldeffekttransistor entsprechen oder diese beinhalten.
Bei 620 wird ein Testsignal durch eine Kopplungsschaltung an das passive Erfassungselement geliefert. Ferner kann das Testsignal an eine Referenzschaltung geliefert werden. Das Testsignal kann ein Pulssignal, z.B. mit einer im Wesentlichen rechteckigen Wellenform, sein. Das Testsignal kann eine konstante Frequenz aufweisen. In manchen Szenarien kann die Frequenz des Testsignals aus mehreren Frequenzen auswählbar sein.
Die Referenzschaltung kann zum Beispiel der Referenzschaltung 150 entsprechen, wie bei den Beispielen aus 1, 2, 3 oder 4 veranschaulicht. Die Kopplungsschaltung stellt eine DC-Entkopplung bezüglich des passiven Erfassungselements bereit. Die Kopplungsschaltung kann zum Beispiel der AC-Kopplungsschaltung 130 entsprechen, wie bei den Beispielen aus 1, 2, 3 oder 4 veranschaulicht. Die Kopplungsschaltung kann auf kapazitiver Kopplung, wie in den Beispielen aus 1, 2 und 3 veranschaulicht, oder auf induktiver Kopplung, wie z.B. in den Beispielen aus 4 veranschaulicht, basieren. Ferner könnte die Kopplungsschaltung auch auf einer Kombination aus kapazitiver Kopplung und induktiver Kopplung basieren. Die Referenzschaltung kann zum Replizieren einer Impedanz der Kopplungsschaltung ausgestaltet sein.
Bei 630 wird eine Antwort auf das Testsignal von dem passiven Erfassungselement über die Kopplungsschaltung empfangen. Bei 640 wird eine Referenzantwort auf das Testsignal von einer Referenzschaltung empfangen. Die Referenzantwort kann von einer Referenzschaltung empfangen werden, der ähnlich wie das passive Erfassungselement stimuliert wurde, an das z.B. das Testsignal bei 620 angelegt wurde. Entsprechend kann das Testsignal in manchen Szenarien an die Referenzschaltung geliefert und die Referenzantwort als eine weitere Antwort auf das Testsignal von einem oder mehreren Schaltungselementen, wie z.B. den Elementen 151, 152, 153, 154, 155, 156, Z_Ref, der Referenzschaltung empfangen werden. Ferner kann die Referenzantwort durch zuvor, z.B. während einer Kalibrierungsphase, gespeicherte Informationen definiert werden. Die Referenzantwort kann dementsprechend auf einer vorherigen Messung basieren und in der Referenzschaltung gespeichert sein.
Bei 650 wird die Impedanz des passiven Erfassungselements durch Auswerten der Antwort und der Referenzantwort detektiert. In manchen Szenarien können die Antwort und die Referenzantwort ausgewertet werden, indem eine Differenz zwischen der Antwort und der Referenzantwort, z.B. eine Phasendifferenz, eine Frequenzdifferenz und/oder eine Amplitudendifferenz, bestimmt wird.
Bei 660 wird das Ergebnis des Auswertens der Antwort und der Referenzantwort, z.B. ein Impedanzwert oder eine Differenz der Antwort und der Referenzantwort, in Spannungspegelinformationen konvertiert. In manchen Szenarien kann dies Bestimmen der Spannungspegelinformationen basierend auf einer Zuordnung von Differenzen zwischen der Antwort und der Referenzantwort zu entsprechenden Spannungspegelinformationen einschließen. Eine solche Zuordnung kann zum Beispiel auf einer Charakteristik des passiven Erfassungselements, wie in 5 veranschaulicht, basieren. Die bei 660 bestimmten Spannungspegelinformationen können einen Wert der Spannung zwischen dem Messpunkt und dem Referenzpunkt darstellen. Zusätzlich oder als eine Alternative dazu können die Spannungspegelinformationen die Spannung in Form eines Indikators, dass die Spannung zwischen dem Messpunkt und dem Referenzpunkt oberhalb einer gewissen Schwelle liegt, eines Indikators, dass die Spannung zwischen dem Messpunkt und dem Referenzpunkt unterhalb einer gewissen Schwelle liegt, oder eines Indikators, dass die Spannung zwischen dem Messpunkt und dem Referenzpunkt innerhalb eines gewissen Spannungsbereichs liegt, darstellen. Bei manchen Beispielen können die Spannungspegelinformationen in Form eines analogen Signals, z.B. eines Spannungssignals oder eines Stromsignals, dargestellt werden. Bei anderen Beispielen können die Spannungspegelinformationen in Form eines digitalen Signals, z.B. in einem binär codierten Datenwort, das einen numerischen Wert und/oder einen logischen Zustand codiert, dargestellt werden.
Es versteht sich, dass wie oben erläuterte Ausführungsformen verschiedenen Modifikationen unterzogen werden können. Zum Beispiel kann die Messschaltung 100 in verschiedenen Anwendungen verwendet werden, in denen eine Messung einer Spannung hinweg über eine isolierende Barriere zu einer getrennten Spannungsdomäne benötigt wird. Ferner könnten verschiedene Arten des Koppelns des Impedanzdetektors 120 mit dem passiven Erfassungselement 110 genutzt werden. Des Weiteren könnte die Messschaltung 100 basierend auf verschiedenen Typen passiver Erfassungselemente mit einer spannungsabhängigen Impedanz implementiert werden. Verschiedene Typen von Schaltungstechnologie können zum Implementieren der Messschaltung 100 oder von Komponenten davon verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2018/005631 A1 [0003]
US 2014/0159735 A1 [0004]

Claims

Schaltung (100) zum Messen einer Spannung, wobei die Schaltung (100) umfasst: ein passives Erfassungselement (110), das dazu ausgestaltet ist, zwischen einen Messpunkt (101) und einen Referenzpunkt (102) gekoppelt zu werden, wobei das passive Erfassungselement (110) eine spannungsabhängige Impedanz aufweist; eine Referenzschaltung (150), die zum Bereitstellen einer Referenzantwort ausgestaltet ist; einen Impedanzdetektor (120), der ausgestaltet ist zum Detektieren der spannungsabhängigen Impedanz des passiven Erfassungselements (110) durch Liefern eines Testsignals an das passive Erfassungselement (110) und Auswerten einer Antwort auf das Testsignal von dem passiven Erfassungselement (110) und der durch die Referenzschaltung (150) bereitgestellten Referenzantwort; und eine Konverterschaltung (140), die zum Konvertieren eines Ergebnisses des Auswertens der Antwort und der Referenzantwort in Spannungspegelinformationen ausgestaltet ist.
Schaltung (100) nach Anspruch 1, wobei das Testsignal eine konstante Frequenz aufweist.
Schaltung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Testsignal ein Pulssignal ist.
Schaltung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Impedanzdetektor (120) zum Auswerten der Antwort und der Referenzantwort durch Bestimmen einer Differenz zwischen der Antwort und der Referenzantwort ausgestaltet ist.
Schaltung (100) nach Anspruch 4, wobei die Konverterschaltung (140) zum Bestimmen der Spannungspegelinformationen durch Zuordnen der bestimmten Differenz zwischen der Antwort und der Referenzantwort zu entsprechenden Spannungspegelinformationen ausgestaltet ist.
Schaltung (100) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Differenz zwischen der Antwort und der Referenzantwort eine Phasendifferenz umfasst.
Schaltung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: eine Kopplungsschaltung (130), die dazu ausgestaltet ist, einen Durchgang des Testsignals von dem Impedanzdetektor (120) zu dem passiven Erfassungselement (110) zu ermöglichen und eine Gleichstromentkopplung zwischen dem passiven Erfassungselement (110) und dem Impedanzdetektor (120) bereitzustellen.
Schaltung (100) nach Anspruch 7, wobei die Kopplungsschaltung (130) zum kapazitiven Koppeln des passiven Erfassungselements (110) und des Impedanzdetektors (120) ausgestaltet ist.
Schaltung (100) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Kopplungsschaltung (130) zum induktiven Koppeln des passiven Erfassungselements (110) und des Impedanzdetektors (120) ausgestaltet ist.
Schaltung (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Referenzschaltung (150) zum Replizieren einer Impedanz der Kopplungsschaltung (130) ausgestaltet ist.
Schaltung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Impedanzdetektor (120) ferner zum Liefern des Testsignals an die Referenzschaltung (150) ausgestaltet ist, und wobei die Referenzantwort eine weitere Antwort auf das Testsignal von einem oder mehreren Schaltungslementen (151, 152, 153, 154, 155, 156, Z_Ref) der Referenzschaltung (150) ist.
Schaltung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Referenzschaltung (150) zum Speichern eines Ergebnisses einer vorherigen Messung und zum Ausgeben der Referenzantwort basierend auf dem gespeicherten Ergebnis der vorherigen Messung ausgestaltet ist.
Verfahren zum Messen einer Spannung, wobei das Verfahren umfasst: - Koppeln eines passiven Erfassungselements (110) zwischen einen Messpunkt (101) und einen Referenzpunkt (102), wobei das passive Erfassungselement (110) eine spannungsabhängige Impedanz aufweist; - Liefern eines Testsignals an das passive Erfassungselement (110); - Empfangen einer Antwort auf das Testsignal von dem passiven Erfassungselement (110) über die Kopplungsschaltung (130) ; - Empfangen einer Referenzantwort von einer Referenzschaltung (150); - Detektieren der spannungsabhängigen Impedanz des passiven Erfassungselements (110) durch Auswerten der Antwort und der Referenzantwort; und - Konvertieren eines Ergebnisses der Auswertung der Antwort und der Referenzantwort in Spannungspegelinformationen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Testsignal eine konstante Frequenz aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Testsignal ein Pulssignal ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das Auswerten der Antwort und der Referenzantwort ein Bestimmen einer Differenz zwischen der Antwort und der Referenzantwort umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Spannungspegelinformationen durch Zuordnen der Differenz zwischen der Antwort und der Referenzantwort zu entsprechenden Spannungspegelinformationen bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Differenz zwischen der Antwort und der Referenzantwort eine Phasendifferenz umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, ferner umfassend: Liefern des Testsignals an die Referenzschaltung (150) und Empfangen der Referenzantwort als eine weitere Antwort auf das Testsignal von einem oder mehreren Schaltungselementen (151, 152, 153, 154, 155, 156, Z_Ref) der Referenzschaltung (150) .
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei die Referenzantwort auf einem Ergebnis einer vorherigen Messung basiert und in der Referenzschaltung (150) gespeichert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, ferner umfassend: Liefern des Testsignals durch eine Kopplungsschaltung (130) an das passive Erfassungselement (110), wobei die Kopplungsschaltung (130) eine Gleichstromentkopplung bezüglich des passiven Erfassungselements (110) bereitstellt.