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    • 专利摘要:
    Konfigurierbarer Eingangsverstärker für Positionsmesseinrichtungen, bestehend aus mindestens einer Verstärkereinheit (10, 10.1, 10.2), die einen ersten Eingang (IN1, IN1.1, IN1.2) und einen zweiten Eingang (IN2, IN2.1, IN2.2) sowie einen ersten Ausgang (OUT1, OUT1.1, OUT1.2) und einen zweiten Ausgang (OUT2, OUT2.1, OUT2.2) aufweist und in mindestens zwei verschiedenen Konfigurationen betreibbar ist. In einer ersten Konfiguration (K1) ist zwischen dem ersten Eingang (IN1, IN1.1, IN2.1) und dem ersten Ausgang (OUT1, OUT1.1, OUT1.2) ein erster Operationsverstärker (A1, A1.1, A1.2) und zwischen dem zweiten Eingang (IN2, IN2.1, IN2.2) und dem zweiten Ausgang (OUT2, OUT2.1, OUT2.2) ein zweiter Operationsverstärker (A2, A2.1, A2.2) angeordnet, die als Signalverstärker geschaltet sind. Somit stehen an den Ausgängen (OUT1, OUT2, OUT1.1, OUT2.1, OUT1.2, OUT2.2) Ausgangssignale zur Verfügung, die proportional zu an den Eingängen (IN1, IN2, IN1.1, IN2.1, IN1.2, IN2.2) anliegenden Eingangssignalen sind. In einer zweiten Konfiguration (K2) ist der erste Operationsverstärker (A1, A1.1, A1.2) als Differenzverstärker geschaltet. Dadurch steht am Ausgang (OUT1, OUT1.1, OUT1.2) ein Ausgangssignal zur Verfügung, das proportional zur Differenz der an den Eingängen (IN1, IN2, IN1.1, IN2.1, IN1.2, IN2.2) anliegenden Eingangssignale ist.
    公开号:DE102004010785A1
    申请号:DE200410010785
    申请日:2004-03-05
    公开日:2005-09-29
    发明作者:Johannes Dipl.-Ing. Wagner (FH)
    申请人:Dr Johannes Heidenhain GmbH；
    IPC主号:G01B21-00
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft einen konfigurierbaren Eingangsverstärker für Positionsmesseinrichtungennach Anspruch 1. Ein konfigurierbarer Eingangsverstärker ermöglicht es,eine Schaltung zur Auswertung von Positionssignalen in Positionsmesseinrichtungenso zu gestalten, dass sie unverändertin verschiedenen Positionsmesseinrichtungen eingesetzt werden kann.Das ist besonders vorteilhaft, wenn diese Schaltung in einem applikationsspezifischenBaustein (ASIC) integriert wird.
    [0002] Positionsmesseinrichtungensind weit verbreitet und werden insbesondere in Werkzeugmaschinenzur Erfassung von Weg- oder Winkelinformationen eingesetzt. Häufig handeltes sich dabei um inkrementelle Positionsmesseinrichtungen. Sie umfassenzur Bestimmung der Relativlage zweier zueinander beweglicher Objektein der Regel eine Inkrementalteilungsspur auf Seiten eines Maßstabs.Diese Spur wird mit Hilfe einer Abtasteinheit zur Erzeugung vonInkrementalsignalen abgetastet. Dabei kommen verschiedene Abtastprinzipien, z.B.optische oder magnetische, zum Einsatz.
    [0003] Dievon der Abtasteinheit gewonnenen Weg- oder Winkelinformationen stehenaufgrund des Abtastprinzips üblicherweiseals sinusförmigeStromsignale zur Verfügung.Häufigwerden mehrere Positionssignale generiert, die zueinander phasenverschobensind. Sind beispielsweise zwei um 90° zueinander phasenverschobenePositionssignale vorhanden, lässtsich aus der Information, welches Signal vor- bzw. nacheilt, die Bewegungsrichtungfeststellen. Bei um 180° zueinanderphasenverschobenen Signalen kann durch Bildung eines Differenzsignalsdie Störanfälligkeitvermindert werden, da Störungen,die auf beiden Signalen vorhanden sind, durch die Differenzbildungeliminiert werden. Wenn bei den sinusförmigen Stromsignalen ein Gleichstromanteilenthalten ist, wird dieser durch die Differenzbildung ebenfallskompensiert.
    [0004] FolgendeSignalkombinationen sind im Stand der Technik bekannt: – viersinusförmigeStromsignale mit je 90° Phasenverschiebung(0°; 90°; 180°, 270°) ohne Gleichstromanteil – viersinusförmigeStromsignale mit je 90° Phasenverschiebung(0°; 90°; 180°, 270°) mit Gleichstromanteil – dreisinusförmigeStromsignale mit je 90° Phasenverschiebung(0°; 90°; 180°) mit Gleichstromanteil – dreisinusförmigeStromsignale mit je 120° Phasenverschiebung(0°; 120°; 240°) mit Gleichstromanteil
    [0005] Jenach Anwendungsfall steht also eine unterschiedliche Anzahl vonsinusförmigenStromsignalen mit verschiedenen Phasenlagen zueinander zur Verfügung, diezur Auswertung einer Signalverarbeitungseinrichtung zugeführt werden.Dort werden die Stromsignale häufigzuerst in einem Eingangsverstärkerin Spannungssignale umgewandelt. Im Falle von 180° phasenverschobenenSignalen wird aus diesen oft bereits im Eingangsverstärker einDifferenzspannungssignal gebildet, das zu den Eingangssignalen proportionalist. Bei der anschließendenSignalverarbeitung in der Folgeelektronik werden unter anderem Fehlerkorrigiert und durch Interpolation die Periodendauer der sinusförmigen Signaleunterteilt und so die Auflösung derPositionssignale erhöht.Anschließendwerden die Positionssignale in standardisierte Formate konvertiertund ausgegeben.
    [0006] ImZuge der fortschreitenden Miniaturisierung, sowie aus Gründen derWirtschaftlichkeit, geht man immer mehr dazu über, die elektronischen Schaltungen,die zur Auswertung der Positionssignale von inkrementellen Positionsmesseinrichtungenbenötigtwerden, in applikationsspezifische Bausteine (ASICs) zu integrieren.Durch die oben beschriebene Vielzahl von Messprinzipien und derdaraus resultierenden Art und Anzahl der auszuwertenden Signalewar es bisher allerdings notwendig, für jede Familie von inkrementellenPositionsmesseinrichtungen einen eigenen ASIC zu entwickeln.
    [0007] Darausergeben sich Nachteile: die Kosten von ASICs sind nur bei großen Stückzahlenwirtschaftlich interessant und deren Entwicklung und die damit verbundeneProduktpflege ist zeit- und kostenintensiv. Es ist also ein permanentesBedürfnis,die elektronischen Schaltungen zur Auswertung der Positionssignalevon inkrementellen Positionsmesseinrichtungen so zu gestalten, dasssie fürmehrere verschiedene Anwendungen einsetzbar sind. Damit werden,wenn die elektronische Schaltung in einen ASIC integriert wird.höhereStückzahlenerreicht und dadurch die Wirtschaftlichkeit erhöht und der Entwicklungsaufwandreduziert.
    [0008] Für die Folgeelektronikzur Durchführungder oben beschriebenen Signalverarbeitung durch Fehlerkorrektur,Interpolation und Konvertierung in standardisierte Datenformatekönnenhäufigbereits die gleichen Schaltungen für mehrere Anwendungen verwendetwerden, wenn die Eingangssignale in einem Eingangsverstärker entsprechendaufbereitet werden. Oft unterscheiden sich die elektronischen Schaltungenzur Auswertung von Positionssignalen deshalb nur durch den Eingangsverstärker.
    [0009] Esist daher Aufgabe der Erfindung, einen konfigurierbaren Eingangsverstärker für Positionsmesseinrichtungenanzugeben, der in verschiedenen Konfigurationen betreibbar ist unddadurch mehrere Arten von Eingangssig nalen so aufbereiten kann,dass fürderen Auswertung die gleiche Folgeelektronik verwendet werden kann.
    [0010] DieseAufgabe wird gelöstdurch einen konfigurierbaren Eingangsverstärker für eine Positionsmesseinrichtungnach Anspruch 1. Vorteilhafte Details ergeben sich aus den von Anspruch1 abhängigenAnsprüchen.
    [0011] Eswird nun ein konfigurierbarer Eingangsverstärker für Positionsmesseinrichtungenvorgeschlagen, der aus mindestens einer Verstärkereinheit besteht, die einenersten Eingang und einen zweiten Eingang, sowie einen ersten Ausgangund einen zweiten Ausgang aufweist und in mindestens zwei verschiedenenKonfigurationen betreibbar ist. In einer ersten Konfiguration istzwischen dem ersten Eingang und dem ersten Ausgang ein erster Operationsverstärker undzwischen dem zweiten Eingang und dem zweiten Ausgang ein zweiterOperationsverstärkerangeordnet, die als Signalverstärkergeschaltet sind. Somit stehen an den Ausgängen Ausgangssignale zur Verfügung, dieproportional zu an den Eingängenanliegenden Eingangssignalen sind. In einer zweiten Konfigurationist der erste Operationsverstärkerals Differenzverstärkergeschaltet. Dadurch steht am Ausgang ein Ausgangssignal zur Verfügung, dasproportional zur Differenz der an den Eingängen anliegenden Eingangssignaleist.
    [0012] WeitereVorteile sowie Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sichaus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten konfigurierbarenEingangsverstärkersanhand der Figuren. Dabei zeigt
    [0013] 1 einenPrinzipschaltplan einer ersten Ausführungsform eines konfigurierbarenEingangsverstärkers,
    [0014] 2 einenPrinzipschaltplan einer zweiten Ausführungsform eines konfigurierbarenEingangsverstärkersund
    [0015] 3 einBlockschaltbild eines konfigurierbaren Eingangsverstärkers miteiner übergeordnetenSteuereinheit.
    [0016] 1 zeigteinen Prinzipschaltplan einer ersten Ausführungsform eines konfigurierbarenEingangsverstärkersfür denEinsatz in Positionsmesseinrichtungen. Sie besteht aus einer Verstärkereinheit 10,die einen ersten Eingang IN1, einen zweiten Eingang IN2, sowie einenersten Ausgang OUT1 und einen zweiten Ausgang OUT2 besitzt.
    [0017] Dererste Eingang IN1 ist mit dem invertierenden Eingang eines erstenOperationsverstärkersA1 verbunden. Der erste Ausgang OUT1 ist mit dem Ausgang des erstenOperationsverstärkersA1 verbunden und übereine erste Impedanz Z1 auf den invertierenden Eingang des erstenOperationsverstärkersA1 zurückgekoppelt.Der nicht-invertierende Eingang des ersten Operationsverstärkers A1ist überein Schaltelement S11 mit einer Referenzspannung VREF verbindbar.
    [0018] Derzweite Eingang IN2 der Verstärkereinheit 10 ist über einSchaltelement S12 mit dem nicht-invertierenden Eingang des erstenOperationsverstärkersA1, sowie überein Schaltelement S21 mit dem invertierenden Eingang eines zweitenOperationsverstärkersA2 verbindbar. Außerdemist er mit einem ersten Anschluss einer zweiten Impedanz Z2 verbunden.Der zweite Anschluss der zweiten Impedanz Z2 ist über ein SchaltelementS22 an die Referenzspannung VREF, sowie über ein Schaltelement S23 anden Ausgang des zweiten Operationsverstärkers A2 schaltbar. Der zweiteAusgang OUT2 der Verstärkereinheit 10 istmit dem Ausgang des zweiten Operationsverstärkers A2 verbunden. Der nicht-invertierendeEingang des zweiten Operationsverstärkers A2 liegt an der ReferenzspannungVREF.
    [0019] Ineiner ersten Konfiguration K1 sind die Schaltelemente S11, S21,S23 geschlossen und die Schaltelemente S12 und S22 offen. Damitarbeiten die OperationsverstärkerA1 und A2 als zwei voneinander getrennte stromgesteuerte Spannungsquellen,d.h. Stromsignale. die an die Eingänge IN1 und IN2 angelegt werden,werden in proportionale Spannungssignale umgewandelt. Als Bezugspunktfür dieAusgangssignale OUT1 und OUT2 dient die Referenzspannung VREF.
    [0020] Ineiner zweiten Konfiguration K2 sind die Schaltelemente S11, S21und S23 offen und die Schaltelemente S12 und S22 geschlossen. Dadurchist jetzt der zweite Eingang IN2 der Verstärkereinheit 10 über das SchaltelementS12 mit dem nicht-invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers A1und überdie zweite Impedanz Z2 und das Schaltelement S22 mit der ReferenzspannungVREF verbunden. Da Schaltelement S21 offen ist, ist der zweite Operationsverstärker A2ohne Funktion. Am ersten Ausgang OUT1 der Verstärkereinheit 10 wirdein Spannungssignal ausgegeben, das proportional zur Differenz deran den Eingängen IN1und IN2 anliegenden Stromsignale ist.
    [0021] Wieoben bereits erwähnt,sind die zu verarbeitenden Eingangssignale meist annähernd sinusförmig undweisen verschiedene Phasenlagen zueinander auf. Werden nun in dieEingängeIN1 und IN2 zwei zueinander um 180° phasenverschobene sinusförmige Signaleeingespeist, ergeben sich fürdas Spannungssignal am Ausgang OUT1 folgende Vorteile: 1. Sogenannte Gleichtaktstörungen,also Störungen,die in beiden Stromsignalen an den Eingängen IN1 und IN2 gleichermaßen enthaltensind, werden durch die Differenzbildung kompensiert. 2. Der Gleichstromanteil, der in den sinusförmigen Stromsignalen enthaltenist, wird eliminiert, d.h. das Spannungssignal am Ausgang OUT1 istannäherndoffsetfrei.
    [0022] Inder folgenden Tabelle sind die Schalterstellungen der SchaltelementeS11, S12, S21, S22, S23 für dieKonfigurationen K1 und K2 zusammengefasst:
    [0023] 2 zeigtden Prinzipschaltplan einer zweiten Ausführungsform eines konfigurierbarenEingangsverstärkersfür denEinsatz in Positionsmesseinrichtungen. Er besteht aus zwei Verstärkereinheiten 10.1, 10.2 mit demgleichen Aufbau wie die Verstärkereinheit 10 in 1.Zur Unterscheidung wurde den Bezugszeichen der Verstärkereinheiten 10.1, 10.2 dielaufende Nummer der Verstärkereinheithinzugefügt.So ist die erste Verstärkereinheitin 2 mit 10.1 bezeichnet. die zweite Verstärkereinheitmit 10.2. Analog dazu entspricht Z1.1 in der ersten Verstärkereinheit 10.1 derersten Impedanz Z1 in 1, bzw. Z1.2 in der zweitenVerstärkereinheit 10.2 derersten Impedanz Z1, usw.
    [0024] Zusätzlich istden AusgängenOUT1.1 und OUT2.1 der Verstärkereinheit 10.1 einmittelwertbildender Spannungsteiler 20, bestehend aus einerdritten Impedanz Z3, einer vierten Impedanz Z4 und einer fünften ImpedanzZ5 nachgeschaltet.
    [0025] Dererste Ausgang OUT1.1 ist überdie dritte Impedanz Z3, der zweite Ausgang OUT2.1 über dievierte Impedanz Z4 mit dem ersten Anschluss der fünften ImpedanzZ5 verbunden. Der zweite Anschluss der fünften Impedanz Z5 ist mit derReferenzspannung VREF verbunden. Bei Einhaltung der Bedingung Z3= Z4 stellt sich am gemeinsamen Knotenpunkt der Impedanzen Z3, Z4,Z5 ein Mittelwertsignal Vm ein, welches über ein Schaltelement S33 anden nicht-invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers A1.2der Verstärkereinheit 10.2 schaltbarist.
    [0026] Nebender ersten Konfiguration K1 und der zweiten Konfiguration K2 deskonfigurierbaren Eingangsverstärkersin 1 ist in der bevorzugten Ausführungsform in 2 somitnoch eine dritte Konfiguration K3 möglich. Dabei sind in der Verstärkereinheit 10.1 dieSchaltelemente S11.1, S21.1, S23.1 geschlossen und die SchaltelementeS12.1, S22.1 offen, in der Verstärkereinheit 10.2 dieSchaltelemente S21.2. S23.2 geschlossen und die Schaltelemente S11.2,S12.2, S22.2 offen. Zusätzlichist Schaltelement S33 im mittelwertbildenden Spannungsteiler 20 geschlossen.
    [0027] Damitarbeiten in der dritten Konfiguration K3 des konfigurierbaren Eingangsverstärkers diebeiden OperationsverstärkerA1 und A2 der Verstärkereinheit 10.1 entsprechendder oben beschriebenen ersten Konfiguration K1 als stromgesteuerteSpannungsquellen. Aus deren Ausgangssignalen OUT1.1 und OUT2.1 wird immittelwertbildenden Spannungsteiler 20 ein MittelwertsignalVm gebildet, welches überdas Schaltelement S33 an den nicht-invertierenden Eingang des erstenOperationsverstärkersA1.2 der Verstärkereinheit 10.2 gelangt.Wenn der Eingang IN1.2 der Verstärkereinheit 10.2 unbeschaltetist, arbeitet der Operationsverstärker A1.2 als nichtinvertierenderVerstärkermit Verstärkungsfaktor 1,also als sogenannter Spannungsfolger, d.h. das MittelwertsignalVm wird lediglich gepuffert und mit unveränderter Amplitude am AusgangOUT1.2 ausgegeben. Wie dem Fachmann allerdings bekannt ist, kannder Verstärkungsfaktordes Operationsverstärkers A1.2durch externe Beschaltung des Eingangs IN1.2 in weiten Bereichenvariiert werden.
    [0028] DerOperationsverstärkerA2.2 der zweiten Verstärkereinheit 10.2 arbeitetebenfalls als stromgesteuerte Spannungsquelle entsprechend der erstenKonfiguration K1.
    [0029] AusGründender Übersichtlichkeitsind die Schalterstellungen der Schaltelemente S11.1, S12.1, S21.1,S22.1, S23.1. S11.2, S12.2, S21.2, S22.2, S23.2, S33 für die KonfigurationenK1, K2, K3 in der folgenden Tabelle noch einmal zusammengefasst:
    [0030] AlsSchaltelemente S11, S12, S21, S22, S23, S11.1, S12.1, S21.1, S22.1,S23.1. S11.2, S12.2, S21.2, S22.2, S23.2, S33 werden Halbleiterschalterverwendet. Diese könnenannäherndleistungslos ein- und ausgeschaltet werden und eignen sich hervorragendfür dieIntegration in einem anwenderspezifischen Baustein (ASIC).
    [0031] Dieverwendeten Impedanzen Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z1.1, Z2.1, Z1.2, Z2.2könnenaus Wirk- und Blindwiderständenzusammengesetzt sein. Dabei ist es besonders vorteilhaft wenn sie,wie in 1 anhand von Z1 angedeutet, aus einem ohmschenWiderstand R1 bestehen, zu dem ein Kondensator C1 parallelgeschaltet ist.In diesem Beispiel arbeitet der erste Operationsverstärker A1als Tiefpass mit einer Grenzfrequenz von fg = 1/(2·π·R1·C1), d.h.hochfrequente Störungen,die im Eingangssignal enthalten sind, werden abgeschwächt.
    [0032] Jenach Konfiguration K1, K2, K3, in der die Verstärkereinheiten 10, 10.1, 10.2 betriebenwerden, kann es sein, dass einer der Operationsverstärker A1,A2, A1.1, A2.1, A1.2, A2.2 fürdie Funktion der Schaltung nicht benötigt wird. In diesem Fall istes besonders vorteilhaft, wenn der entsprechende Operationsverstärker A1,A2, A1.1, A2.1, A1.2, A2.2 inaktiv geschaltet wer den kann. Dadurchwird der Stromverbrauch und somit auch die Erwärmung der Schaltung reduziert.
    [0033] Darüber hinausist es von Vorteil, im inaktiven Zustand am dazugehörigen AusgangOUT1, OUT2, OUT1.1, OUT2.1, OUT1.2, OUT2.2 einen definierten Spannungspegel,bevorzugt VREF, auszugeben. Auf diese Weise wird einem undefiniertenVerhalten des OperationsverstärkersA1, A2, A1.1, A2.1, A1.2, A2.2, das sich durch den unbeschalteteninvertierenden Eingang ergeben könnte,vorgebeugt.
    [0034] ZurVeranschaulichung ist in 1 die Möglichkeit, den zweiten Operationsverstärker A2inaktiv zu schalten, durch ein Steuersignal 11 angedeutet.Wird die Schaltung in der zweiten beschriebenen Konfiguration K2betrieben, ist der zweite Operationsverstärker A2 ohne Funktion. In diesemFall kann er überdas Steuersignal 11 inaktiv geschaltet werden.
    [0035] Diein 1 und 2 beschriebenen Schaltungensind so konzipiert, dass an den Eingängen IN1, IN2, IN1.1, IN2.1,IN1.2, IN2.2 anliegende Stromsignale in dazu proportional verlaufendeSpannungssignale umgewandelt und an den Ausgängen OUT1, OUT2, OUT1.1, OUT2.1,OUT1.2, OUT2.2 ausgegeben werden. Derartige Schaltungen werden alsstromgesteuerte Spannungsquellen bezeichnet. Für den Fachmann ist es jedochoffensichtlich, dass die Schaltungen durch die Verwendung zusätzlicherImpedanzen, die in Serie zu den Eingängen IN1, IN2, IN1.1, IN2.1,IN1.2, IN2.2 geschaltet werden, auch dazu verwendet werden können, Spannungssignalezu verarbeiten. In diesem Fall spricht man von spannungsgesteuertenSpannungsquellen. Die zusätzlichenImpedanzen könnenselbstverständlichmit in den ASIC integriert werden.
    [0036] 3 zeigtein Blockdiagramm eines konfigurierbaren Eingangsverstärkers. bestehendaus zwei Verstärkereinheiten 10.1, 10.2 undeinem mittelwertbildenden Spannungsteiler 20, mit einer übergeordnetenSteuereinheit 30, überdie auswählbarist, in welcher Konfiguration der Eingangsverstärker betrieben wird.
    [0037] DieSteuereinheit 30 erhält über mindestenseine Konfigurationsleitung 31 die Information, in welcher Konfigurationder Eingangsverstärkerbetrieben werden soll. Übereine Vielzahl von Schaltleitungen 32 werden die SchaltelementeS11, S12, S21, S22, S23, S11.1, S12.1, S21.1, S22.1, S23.1, S11.2,S12.2, S21.2, S22.2, S23.2, S33 je nach ausgewählter Konfiguration K1, K2,K3 geöffnetoder geschlossen.
    [0038] DieSteuereinheit 30, die Konfigurationsleitung 31 unddie Schaltleitungen 32 stellen somit Umschaltmittel 30, 31, 32 dar, über dieder Zustand der Schaltelemente S11, S12, S21, S22, S23, S11.1, S12.1,S21.1, S22.1, S23.1, S11.2, S12.2, S21.2, S22.2, S23.2, S33 entsprechendder Konfiguration K1, K2, K3 bestimmt wird.
    [0039] Beider mindestens einen Konfigurationsleitung 31 kann es sichbeispielsweise um Auswahlleitungen handeln, bei denen durch dasSpannungspotential, mit dem sie verbunden werden, bestimmt wird,welche Konfiguration K1, K2. K3 ausgewählt ist. Besonders vorteilhaftist es jedoch, wenn es sich bei der mindestens einen Konfigurationsleitung 31 umeine digitale Schnittstelle 31, vorzugsweise eine serielleSchnittstelle, handelt. Eine digitale Schnittstelle 31 istin applikationsspezifischen Bausteinen (ASICs). die in Positionsmesseinrichtungenverwendet werden, häufigbereits vorhanden, es sind also keine zusätzlichen Leitungen nötig. Darüber hinausist diese Art der Ansteuerung sehr flexibel. So kann beispielsweiseohne großenAufwand implementiert werden, dass jedes einzelne Schaltelementgezielt aus- undeingeschaltet werden kann. Auf diese Weise können z.B. Testfunktionen oderweitere Konfigurationen integriert werden.
    [0040] Diebeschriebenen Ausführungsformeneines konfigurierbaren Eingangsverstärkers lassen sich im Rahmender Erfindung selbstverständlichabwandeln und an verschiedenste Anforderungen anpassen.
    权利要求:
    Claims (13)
    [1] Konfigurierbarer Eingangsverstärker für Positionsmesseinrichtungenbestehend aus mindestens einer Verstärkereinheit (10, 10.1, 10.2),die einen ersten Eingang (IN1, IN1.1, IN1.2) und einen zweiten Eingang (IN2,IN2.1, IN2.2), sowie einen ersten Ausgang (OUT1, OUT1.1, OUT1.2)und einen zweiten Ausgang (OUT2, OUT2.1, OUT2.2) aufweist und inmindestens zwei verschiedenen Konfigurationen betreibbar ist, wobei – in einerersten Konfiguration (K1) zwischen dem ersten Eingang (IN1, IN1.1,IN1.2) und dem ersten Ausgang (OUT1, OUT1.1, OUT1.2) ein ersterOperationsverstärker(A1, A1.1, A1.2) und zwischen dem zweiten Eingang (IN2, IN2.1, IN2.2)und dem zweiten Ausgang (OUT2, OUT2.1, OUT2.2) ein zweiter Operationsverstärker (A2, A2.1,A2.2) angeordnet ist, wobei beide Operationsverstärker (A1,A2, A1.1, A2.1, A1.2, A2.2) als Signalverstärker geschaltet sind und somitan den Ausgängen(OUT1, OUT2, OUT1.1, OUT2.1, OUT1.2, OUT2.2) Ausgangssignale zurVerfügungstehen, die proportional zu an den Eingängen (IN1, IN2, IN1.1, IN2.1,IN1.2, IN2.2) anliegenden Eingangssignalen sind und – in einerzweiten Konfiguration (K2) der erste Operationsverstärker (A1,A1.1, A1.2) als Differenzverstärker geschaltetist und an dessen Ausgang (OUT1, OUT1.1, OUT1.2) ein Ausgangssignalzur Verfügungsteht, das proportional zur Differenz der an den Eingängen (IN1,IN2, IN1.1, IN2.1, IN1.2, IN2.2) anliegenden Eingangssignale ist.
    [2] Konfigurierbarer Eingangsverstärker nach Anspruch 1, wobei – der ersteEingang (IN1, IN1.1, IN1.2) der Verstärkereinheit (10, 10.1, 10.2)mit dem invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers (A1,A1.1, A1.2) verbunden ist, – der nicht-invertierende Eingangdes ersten Operationsverstärkers(A1, A1.1, A1.2) überein Schaltelement (S11, S11.1, S11.2) mit einer Referenzspannung(VREF) verbindbar ist, – dererste Ausgang (OUT1, OUT1.1, OUT1.2) der Verstärkereinheit (10, 10.1, 10.2)mit dem Ausgang des ersten Operationsverstärkers (A1, A1.1, A1.2) verbundenund übereine erste Impedanz (Z1, Z1.1, Z1.2) auf den invertierenden Eingangdes ersten Operationsverstärkers(A1, A1.1, A1.2) zurückgekoppeltist, – derzweite Eingang (IN2, IN2.1, IN2.2) der Verstärkereinheit (10, 10.1, 10.2) über einSchaltelement (S12, S12.1, S12.2) mit dem nicht-invertierenden Eingangdes ersten Operationsverstärkers(A1, A1.1, A1.2), sowie überein weiteres Schaltelement (S21, S21.1, S21.2) mit dem invertierendenEingang des zweiten Operationsverstärkers (A2, A2.1, A2.2) verbindbarist und mit einem ersten Anschluss einer zweiten Impedanz (Z2, Z2.1, Z2.2)verbunden ist, – derzweite Anschluss der zweiten Impedanz (Z2, Z2.1, Z2.2) über einSchaltelement (S22, S22.1, S22.2) mit der Referenzspannung (VREF)und überein weiteres Schaltelement (S23, S23.1, S23.2) mit dem Ausgang deszweiten Operationsverstärkers(A2, A2.1, A2.2) verbindbar ist, – der nicht-invertierende Eingangdes zweiten Operationsverstärkers(A2, A2.1, A2.2) mit der Referenzspannung (VREF) verbunden ist und – der zweiteAusgang (OUT2, OUT2.1, OUT2.2) der Verstärkereinheit (10, 10.1, 10.2)mit dem Ausgang des zweiten Operationsverstärkers (A2, A2.1, A2.2) verbundenist.
    [3] Eingangsverstärkernach Anspruch 1 oder 2, bestehend aus einer ersten Verstärkereinheit(10.1), einer zweiten Verstärkereinheit (10.2)und einem mittelwertbildenden Spannungsteiler (20), wobeimit dem mittelwertbildenden Spannungsteiler (20) ein Mittelwertsignal(Vm) aus den Ausgangssignalen des ersten Ausgangs (OUT1.1) und deszweiten Ausgangs (OUT2.1) der ersten Verstärkereinheit (10.1)gebildet ist und in einer dritten Konfiguration (K3) – die ersteVerstärkereinheit(10.1) entsprechend der ersten Konfiguration (K1) geschaltetist, – dasMittelwertsignal (Vm) mit dem nicht-invertierenden Eingang des erstenOperationsverstärkers(A1.2) der zweiten Verstärkereinheit(10.2) verbunden ist, der als nicht-invertierender Verstärker geschaltetist und somit am ersten Ausgang (OUT1.2) der zweiten Verstärkereinheit(10.2) ein Ausgangssignal zur Verfügung steht, das proportionalzum Mittelwertsignal (Vm) ist und – der zweite Operationsverstärker (A2.2)der zweiten Verstärkereinheit(10.2) als Signalverstärkergeschaltet ist, der zwischen dem zweiten Eingang (IN2.2) und demzweiten Ausgang (OUT2.2) der zweiten Verstärkereinheit (10.2)angeordnet ist und somit am zweiten Ausgang (OUT2.2) der zweitenVerstärkereinheit(10.2) ein Ausgangssignal zur Verfügung steht, das proportionalzu einem am Eingang (IN2.2) anliegenden Eingangssignal ist.
    [4] Eingangsverstärkernach Anspruch 3, wobei – dermittelwertbildende Spannungsteiler (20) aus einer drittenImpedanz (Z3), einer vierten Impedanz (Z4), einer fünften Impedanz(Z5) und einem Schaltelement (S33) besteht, – der ersteAusgang (OUT1.1) der Verstärkereinheit(10.1) überdie dritte Impedanz (Z3) und der zweite Ausgang (OUT2.1) der Verstärkereinheit(10.1) überdie vierte Impedanz (Z4) mit dem ersten Anschluss der fünften Impedanz(Z5) verbunden ist, – derzweite Anschluss der fünftenImpedanz (Z5) mit der Referenzspannung (VREF) verbunden ist und – die dritteImpedanz (Z3) und die vierte Impedanz (Z4) gleich sind und dadurcham gemeinsamen Knotenpunkt der dritten, vierten und fünften Impedanz(Z3, Z4, Z5) ein Mittelwertsignal (Vm) gebildet ist, das über ein Schaltelement(S33) mit dem nicht-invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers (A1.2)der zweiten Verstärkereinheit(10.2) verbindbar ist.
    [5] Eingangsverstärkernach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Umschaltmittel (30, 31, 32)vorhanden sind, mittels derer der Zustand der Schaltelemente (S11, S 12, S21, S22, S23, S11.1, S12.1, S21.1, S22.1, S23.1, S11.2,S12.2, S21.2, S22.2. S23.2, S33) je nach Konfiguration (K1, K2,K3) einstellbar ist.
    [6] Eingangsverstärkernach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die an den Eingängen (IN1, IN1.1,IN1.2) und (IN2, IN2.1, IN2.2) anliegenden Signale annähernd sinusförmig sind.
    [7] Eingangsverstärkernach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaltelemente(S11, S12, S21, S22, S23, S11.1. S12.1, S21.1, S22.1, S23.1, S11.2,S12.2, S21.2, S22.2, S23.2, S33) Halbleiterschalter sind.
    [8] Eingangsverstärkernach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Impedanzen (Z1,Z2, Z3, Z4, Z5, Z1.1, Z2.1, Z1.2, Z2.2) komplexe Widerstände sind,die aus einem ohmschen Widerstand (R1) und einer dazu parallelgeschaltetenKapazität(C1) bestehen.
    [9] Eingangsverstärkernach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Konfiguration(K1, K2, K3) übereine digitale Schnittstelle (31) wählbar ist.
    [10] Eingangsverstärkernach Anspruch 9, wobei es sich bei der digitalen Schnittstelle (31)um eine serielle Schnittstelle handelt.
    [11] Eingangsverstärkernach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Operationsverstärker (A1,A2, A1.1, A2.1, A1.2, A2.2), die in einer der Konfigurationen (K1,K2, K3) ohne Funktion sind, überein Steuersignal (11) inaktiv schaltbar sind.
    [12] Eingangsverstärkernach Anspruch 11, wobei am Ausgang (OUT1, OUT2, OUT1.1, OUT2.1,OUT1.2, OUT2.2) eines inaktiv geschalteten Operationsverstärkers (A1,A2, A1.1, A2.1, A1.2, A2.2) ein definiertes Signal ausgegeben wird.
    [13] Positionsmesseinrichtung mit einem konfigurierbarenEingangsverstärkernach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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    同族专利:
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2011-02-10| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2015-05-23| R016| Response to examination communication|
    2015-06-19| R018| Grant decision by examination section/examining division|
    2016-07-09| R020| Patent grant now final|
    2018-10-02| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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