(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）それぞれのアナログ入力信号を受信する複数の信号入力（ＲＳＨＨ−ＲＳＨＬ、ＶＢＡＴ−ＲＳＨＬ、ＥＴＳ−ＲＳＨＬ、ＥＴＲ−ＲＳＨＬ、ＶＢＡＴ−ＥＴＳ）と、
（ｂ）それぞれが上記の各信号入力（ＲＳＨＨ−ＲＳＨＬ、ＶＢＡＴ−ＲＳＨＬ、ＥＴＳ−ＲＳＨＬ、ＥＴＲ−ＲＳＨＬ、ＶＢＡＴ−ＥＴＳ）に接続されたチョッパを含む複数の後段チョッパ（４．１〜４．６）と、
（ｃ）上記個々の信号入力（ＲＳＨＨ−ＲＳＨＬ、ＶＢＡＴ−ＲＳＨＬ、ＥＴＳ−ＲＳＨＬ、ＥＴＲ−ＲＳＨＬ、ＶＢＡＴ−ＥＴＳ）と上記チョッパ（４．１〜４．５）との間を接続する双極性配線ラインと、
（ｄ）上記チョッパ（４．１〜４．６）の出力側が接続された増幅器（５）と、
（ｅ）出力信号を供給する信号出力（１０）と、
を含み、
特徴として、さらに
（ｆ）ディジタル復調器としての機能を有するディジタル信号処理ユニット（９）と、
（ｇ）アナログ−ディジタル変換器（７、８）と、
を含み、
（ｈ）上記アナログ−ディジタル変換器（７、８）は上記増幅器（５）と上記ディジタル信号処理ユニット（９）の間に配置されており、
（ｉ）上記ディジタル信号処理ユニット（９）は上記アナログ−ディジタル変換器（７、８）と上記信号出力（１０）の間に配置されており、
（ｊ）上記アナログ−ディジタル変換器（７、８）は増幅されたチョッパの信号をディジタル信号に変換するのに適合しており、
（ｋ）上記ディジタル信号処理ユニット（９）はデチョッピングするのに適合している、
電流および電圧を測定する測定回路。
【請求項２】
測定される異なる２つの信号が上記増幅器（５）に交互に供給されるように２つの入力チャンネル（４．１、１１）間で自動的に切換える制御手段が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の測定回路。
【請求項３】
上記増幅器（５）は電流信号（４．１）と電圧信号（１１）を交互に通過させるものであることを特徴とする、請求項２に記載の測定回路。
【請求項４】
温度を検出するための温度センサ（１４）が設けられており、この温度センサ（１４）の後段にチョッパ（４．６）が配置されていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の測定回路。
【請求項５】
上記ディジタル信号処理ユニット（９）はディジタル復調器を含み、上記増幅器（５）と復調器の間にアナログ／ディジタル変換器（７，８）が配置されていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の測定回路。
【請求項６】
アナログ／ディジタル変換器（７、８）がプログラム可能な序数（８）を有するフィルタを含むことを特徴とする、請求項５に記載の測定回路。
【請求項７】
各別に付勢可能であり、少なくとも1つのマルチプレクサ手段（６、１３）によって上記増幅器（５）またはアナログ／ディジタル変換器（７、８）に接続可能である複数のチョッパ（４．１〜４．６）を有することを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の測定回路。
【請求項８】
複数のチョッパ（４．２〜４．６）が電圧バス（１１）によって互いに接続されていることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載の測定回路。
【請求項９】
上記信号入力（ＲＳＨＨ−ＲＳＨＬ、ＶＢＡＴ−ＲＳＨＬ、ＥＴＳ−ＲＳＨＬ、ＥＴＲ−ＲＳＨＬ、ＶＢＡＴ−ＥＴＳ）とチョッパ（４．１〜４．５）の間、および／または上記チョッパ（４．１〜４．６）と上記増幅器（５）の間、および／または上記増幅器（５）とディジタル信号処理ユニット（９）の間、および／またはディジタル信号処理ユニット（９）と信号出力の間に双極性配線ラインが設けられていることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれかに記載の測定回路。
【請求項１０】
上記増幅器（５）の後段にシグマ−デルタ変調器（７）が配置されていることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれかに記載の測定回路。
【請求項１１】
上記信号入力の中の少なくとも１つ（ＲＳＨＨ、ＲＳＨＬ）に接続可能である制御可能な第１の電流源（１５．１、１５．２）が設けられていることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれかに記載の測定回路。
【請求項１２】
外部のセンサを付勢するために、出力（ＥＴＲ、ＥＴＳ、およびＶＢＡＴ）の中の少なくとも１つに切換え可能である制御可能な第２の電流源（１８）が設けられていることを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれかに記載の測定回路。
【請求項１３】
上記増幅器（５）の利得が調整可能であることを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれかに記載の測定回路。
【請求項１４】
上記チョッパ（４．１〜４．６）が２０ｋＨｚの周波数で動作することを特徴とする、請求項１乃至１３のいずれかに記載の測定回路。
【請求項１５】
上記測定回路（１）の少なくとも１つの動作パラメータを調整するためのディジタル・インタフェース（１０）が設けられ、調整可能な上記動作パラメータが基準電圧の絶対値および／または温度係数であることを特徴とする、請求項１乃至１４のいずれかに記載の測定回路。
【請求項１６】
クロック信号を内部で発生させるためのオシレータおよび／またはタイマが設けられていることを特徴とする、請求項１乃至１５のいずれかに記載の測定回路。
【請求項１７】
上記チョッパ（４．１〜４．６）、上記増幅器（５）、上記ディジタル信号処理ユニット（９）、マルチプレクサ（６、１３）、および／またはアナログ／ディジタル変換器（７、８）が、消費電力を低減させるために遮断可能であることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれかに記載の測定回路。
【請求項１８】
集積回路の形で実現された請求項１乃至１７のいずれかに記載の測定回路と、上記集積回路の上記信号入力の中の少なくとも１つ（ＲＳＨＨ）に接続された測定抵抗（Ｒｓｈ）と、を含み、上記集積回路が上記測定抵抗（Ｒｓｈ）上に配置されていることを特徴とする、測定回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定回路に関し、特に、請求項１の前提部分（上位概念）による（例えば車載（オンボード、内蔵）回路網における）電流、電圧および温度を測定するためのＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開２０００−２３５０５０号公報（特許出願第２０００−３７０１６号）、欧州特許出願ＥＰ１０３０１８５（Ａ２）号および米国特許第６４８９６９３（Ｂ１）号には、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路“Application-Specific Integrated  Circuit”）として構成され、かつ欠陥、故障または障害のある負荷（電力消費体）、またはバッテリ（電池）の過負荷を検出できるようにするための、車載（オンボード）回路網内における電流をモニタ（監視）する測定回路が開示されている。
【０００３】
アナログ信号を測定するために、とりわけ、所謂チョッパ（Zerhacker、Chopper）またはチョッパ増幅器が使用される。チョッパ増幅器は、入力オフセット（入力オフセット電圧）およびその温度ドリフト（変動）、ならびに低周波の干渉を低減させることができる。このタイプのチョッパ増幅器は、入力側のチョッパ（Zerhacker、Chopper）と、後段増幅器と、チョッピング（チョッパ処理）され、増幅された測定信号を位相同期整流する出力側の復調器とからなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの公知のチョッパ増幅器回路は、ノイズ状態に対する対応が不満足（不充分）であり、入力オフセット電圧の抑制が不完全であり、および前記回路が別々の増幅器回路の形式においてのみ使用可能であるという事実がある。
【０００５】
そこで本発明は、ディジタル部分（セクション）が増幅器に何らの悪影響も与えず、復調がディジタル的に行われるような態様で、アナログ−ディジタル変換器のディジタル環境中の共通出力回路と直列に接続された複数の入力チャネル用の物理的に最適化されたチョッパ増幅器回路を集積化するという目的に基づいてい構成されたものである。
【０００６】
この目的は、冒頭に述べたチョッパ増幅器回路に基づいて、請求項１の特徴によって実現される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、複数の信号入力を有するチョッパ増幅器回路内で、個々の入力信号に対してそれぞれ１個のチョッパを設けた一般的な技術的思想を含むものである。集積回路の形で実現される測定回路の一実施形態において、個々のチョッパは、そのチョッパ作用を最適化するために、好ましくは、それぞれの入力保護回路を具えたチップの入力接点（コンタクト）に直接設置される（取り付けられる）。
【０００８】
本発明の好ましい一実施形態では、測定の温度依存性を補償するために、測定回路は温度センサを有している。この場合、個々のチョッパは、好ましくは温度センサの後段（下流）に配置される。
【０００９】
好ましくは、チョッパ自体が同時に、測定信号を電圧バス上に配送するための各々のマルチプレクサを構成する。信号は、この電圧バスから別のマルチプレクサ回路によって増幅器もしくはＡＤ変換器に供給される。
【００１０】
本発明の好ましい一実施形態では、増幅器と復調器との間に、増幅したチョッパ信号をディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換器が配設され、その結果、それに続く復調をディジタル的に行うことができる。
【００１１】
この形式のアナログ／ディジタル変換器は、好ましくはプログラム可能（プログラマブル）順序番号（Ordnungszahl、order  number、序数、命令番号、次数）を具えたフィルタを有し、アナログ／ディジタル変換器のオーバーサンプリング（over  sampling）比およびオーバーサンプリング・クロック周波数は好ましくは上記順序番号に加えて調節可能である。
【００１２】
本発明の一実施形態において、差動的な測定を可能にするために全ての入力信号に対するラインのレイアウト（配置、配線）は双極（バイポーラ）的に行われ、それによってオフセット、ドリフト、ノイズおよび外部からの干渉が低減される。従って、信号入力とチョッパとの間、チョッパと増幅器との間、増幅器とＡＤ変換器との間の全ての配線ライン・レイアウトは、好ましくは双極に形成され、そのために好ましくは極めて接近した導体のトレースが使用される。
【００１３】
さらに、本発明の好ましい一実施形態において、チョッピング（チョッパ処理）され、増幅された測定信号をディジタル信号に変換するシグマ-デルタ変換器が増幅器の後段に配置されている。
【００１４】
さらに好ましくは、入力側に接続された測定ラインおよびセンサの遮断を検出するセンサ故障検出器が設けられている。この目的のために、好ましくは、信号入力の少なくとも１個に接続可能である制御可能な電源が設けられている。各信号入力の電圧を測定することによって、入力側に接続された測定ラインおよびセンサが遮断されているか否かを検出することができる。
【００１５】
本発明は特に非常に小さい双極性（バイポーラ）信号の測定に好適であり、比較対象となる公知の変換器と異なり、同様な小さい電圧を処理するためにコストのかかる追加の前置増幅器およびマルチプレクサを必要としないという利点がある。
【００１６】
本発明の開発された他の好ましい構成は、従属請求項に含まれ、また図面に示された本発明の好ましい実施形態を参照して以下でより詳細に説明する。図面では本発明による測定回路の好ましい実施形態をブロック図の形式で示す。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１のブロック図は、車載（オンボード）ネットワーク（回路網）における電流をモニタする目的で使用される本発明による測定回路１の回路構成を具体的に示す。
【００１８】
車載（オンボード）ネットワークは、バッテリ（電池）ＢＡＴＴ、２個の抵抗Ｒ１、Ｒ２、スイッチング素子２、および精密な測定抵抗Ｒｓｈの形でごく概略的に示されており、測定抵抗Ｒｓｈの両端間の降下電圧は車両用オンボード・ネットワーク中の電流を表わす。
【００１９】
測定回路１が２個の信号入力ＲＳＨＨおよびＲＳＨＬを含むのは、これら２個の信号入力を精密な測定抵抗Ｒｓｈの２個の端子に接続して、この測定抵抗Ｒｓｈの両端子間の電圧を差動的に（差電圧を）測定することができるようにするためである。
【００２０】
さらに測定回路１は、車両用オンボード・ネットワークのスイッチング素子２と抵抗Ｒ２の間の接続点に接続されたバッテリ電圧入力ＶＢＡＴを有している。
【００２１】
さらに測定回路１は、可変抵抗を具えたセンサ３が接続された信号入力ＥＴＳを有している。
【００２２】
最後に、測定回路１は、抵抗Ｒｒｅｆを介してアース（接地点）に接続されたもう１つの信号入力ＥＴＲを有している。
【００２３】
入力ＶＢＡＴ、ＥＴＳおよびＥＴＲに接続されたセンサ／抵抗は、各入力に接続可能な内蔵（インストール）された電流源１８を介して測定回路によって付勢され、上記電流源１８はプログラム可能で且つディジタル的に制御される。それによって生じた電圧降下は、次いで同じ入力でセンサ信号として検出される。
【００２４】
信号入力ＲＳＨＬ、ＲＳＨＨ、ＶＢＡＴ、ＥＴＳおよびＥＴＲは、周波数２０ｋＨｚで動作するチョッパ４．１〜４．５にそれぞれ接続されている。個々のチョッパ４．１〜４．５は、入力保護回路と入力マルチプレクサとを含んでいる。これらのチョッパは、オフセット抑制およびノイズの影響を最適化するために、測定回路１のチップ上の信号入力ＲＳＨＬ、ＲＳＨＨ、ＶＢＡＴ、ＥＴＳおよびＥＴＲの接点に直接接続されて配設されている。
【００２５】
チョッパ４．１は、双極（バイポーラ）接続によって２個の信号入力ＲＳＨＨおよびＲＳＨＬに（直接）接続され、双極性配線（バイポーラ・ライン）はオフセット、ドリフトおよびノイズ、さらに外部の干渉磁界（電界）に対する感度（ＥＭＶ感度）を低減する。
【００２６】
チョッパ４．３は、同様に双極性配線によって２個の信号入力ＶＢＡＴおよびＥＴＳに（直接）接続され、チョッパ４．２、４．４および４．５は共通のアース線およびスイッチング素子Ｍ３を介してアースに接続されている。
【００２７】
チョッパ４．１の出力は、利得がプログラム可能な増幅器５に接続されている。
【００２８】
他のチョッパ４．２〜４．５の出力は、双極性（バイポーラ）電圧バス１１に接続され、該電圧バス１１は増幅器１２（バッファ）を介してマルチプレクサ６に接続されている。従って、マルチプレクサ６は増幅器５によって増幅されたチョッパ４．１の信号、または電圧バス１１に供給されたチョッパ４．２〜４．５の中の１つのチョッパ信号のいずれかを変調器７に伝送することができる。
【００２９】
さらに、電圧バス１１は、他のマルチプレクサ１３を介して増幅器５の入力に接続されている。これによって増幅器５は、その入力側でチョッパ４．１の信号、または電圧バス１１に印加された信号のいずれかを受信することができる。
【００３０】
ディジタル部は、増幅器のこれらの２個の入力チャネル間で切換えを行うことができる制御モードを含み、それによって唯１個のＡ／Ｄ変換器を用いて擬似（準）２チャネル測定が可能になる。この場合、電流測定（チョッパ４．１）と電圧バス上の測定（チョッパ４．２〜４．６）の間で自動切換えが行われる。測定パラメータ（増幅、測定速度、チャネル、等）の選択および調整は、測定開始前に、ディジタル領域での内部レジスタの書込みによって行われる。
【００３１】
さらに、測定回路１は、温度センサ１４を含み、その出力は別のチョッパ４．６に接続されている。この別のチョッパ４．６の出力は電圧バス１１に接続されている。
【００３２】
増幅器５の出力は、マルチプレクサ６を介して、変調器７とデシメータ（間引器）８とを含むシグマ-デルタ変換器に接続されており、該シグマ-デルタ変換器の出力はディジタル信号をディジタル回路９に導く。復調すなわちデチョッピング（逆チョッピング“dechopping”）はディジタル部で行われ、従来のチョッパ増幅器の場合のように回路のアナログ部では行われない。
【００３３】
測定サイクル（周期）中、マルチプレクサの各極性で４回（または８回）の測定が実行され、そのうちアナログ部の避けられない過渡現象のために最後の値のみがオフセット補償された測定値のディジタル計算に利用される。更新され且つ充分にオフセット補償された測定値は、それぞれ異なる（他の）符号をもった最後の所定測定値がディジタル計算に利用できるので、連続する測定期間の通常の変換時間後に有効に使用される。
【００３４】
ディジタル回路９は、さらに測定信号を出力するディジタル・インタフェース１０に接続されている。
【００３５】
さらに、測定回路１は、２個の信号入力ＲＳＨＨおよびＲＳＨＬに接続された接続ラインの遮断もしくは故障を検出することができる。そのために測定回路１は、２個の信号入力ＲＳＨＨおよびＲＳＨＬに接続され、かつ測定電流を供給すことができる２個の切換え可能な電流源１５．１および１５．２を有している。２個の信号入力ＲＳＨＨおよびＲＳＨＬにおける差電圧を測定することによって、接続ラインが遮断もしくは故障しているか否かを検出することができる。
【００３６】
同様の方法で、内部電源１７を接続することによって、入力ＶＢＡＴ、ＥＴＲおよびＥＴＳにおける接続ラインの切断（故障）を検査することができる。
【００３７】
最後に、測定回路１は、入力信号のアナログ・オフセットを供給電圧の約半分にし、それによって最大で＋／−０．７Ｖまでの正および負の値をもった入力電圧を等しい精度で測定することができる。そのために測定回路１は、タイミング回路１６および１７を有し、その出力は変調器７に接続され、その入力は基準入力ＲＥＦおよびアナログ・アース入力ＡＧＮＤに接続されている。
【００３８】
この回路は、また、正確な基準電圧を有し、その絶対値および温度係数はディジタル・インタフェースによってトリミング（除去）できる。
【００３９】
この測定回路は、さらに、消費電流（電力）を低減するために全機能群を遮断する、いわゆる「スリープモード“Sleep-Modus、sleep  mode”」を含んでいる。このときの供給電流は１００μＡより小さくなる。
【００４０】
特殊な１つの特徴として、前記モードで付勢（作動）可能の「アクティブ・ウェイクアップ・モード“Aktive  Wake-Up-Modus、active  wake-up  mode”」がある。この場合、ディジタル領域内に配置された内部オシレータ／タイマによって測定回路は毎秒約１回付勢され、プレプログラミングされた測定が実行される。また、この測定期間中にプレプログラミングされた限界値を超過したことが検出（決定）されると、出力回路は再び付勢され、外部の高次（上位）電子モジュールをウェイクアップする（動作可能状態にする）ことが可能になる。欠陥（エラー）が検出されないときは、回路が次の付勢まで「スリープモード」に戻る。
【００４１】
上述の測定回路は、特開２０００−２３５０５０号公報、欧州特許公開第ＥＰ１０３０１８５（Ａ１）号明細書および米国特許第６４８９６９３（Ｂ１）号に記載されているように、個々の負荷（電力消費体）をモニタし、および/またはバッテリ（電池）の電流を、そのバッテリの寿命を延長するように制御するために、車両のバッテリから接続された負荷（電力消費体）へ流れる全電流を測定し、および／または車両のバッテリの充電電流を測定するために有効に使用することができる。また前記米国特許第６４８９６９３（Ｂ１）号明細書の開示内容を参照により組込む。それによれば、測定回路１を合金からなる測定抵抗の表面上に配設することができる。
【００４２】
本発明は、好ましい実施形態を表わす上述のＡＳＩＣに制限されるものではない。むしろ本発明の思想を採用し、特許請求の範囲によってのみ制限される保護範囲に属する多数の変形、修正(変更)が想到可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の測定回路の一実施形態をブロック図の形式で示した図である。
【符号の説明】
１  測定回路
４．１〜４．６  チョッパ
５  増幅器
６  マルチプレクサ
７  変調器
９  ディジタル回路
１０  インタフェース
１１  電圧バス
１２  増幅器
１３  マルチプレクサ
１５．１、１５．２  電流源
１６  タイミング回路
１７  内部電源
ＲＳＨＨ  信号入力
ＲＳＨＬ  信号入力
ＶＢＡＴ  信号入力
ＥＴＳ  信号入力
ＥＴＲ  信号入力
Ｒｓｈ  測定抵抗
Ｒ１、Ｒ２  抵抗
【図１】
0004291616.tif 000002