检测差分信号链的故障状况和信道不平衡的方法和设备技术

本公开涉及检测差分信号链的故障状况和信道不平衡的方法和设备。通常希望区分开路状况和无信号状况。在这两种情况下，输入信号可能不存在，但这些事件中只有一个表示装备故障。本公开提供了一种使用差分放大器来检查开路事件而不需要在放大器的输入处的附加电路系统的方法。

Method and Equipment for Detecting the Fault Status and Channel Unbalance of Differential Signal Chain

【技术实现步骤摘要】
检测差分信号链的故障状况和信道不平衡的方法和设备优先权要求该美国专利申请要求2018年2月27日提交的英国专利申请No.1801995.0的优先权，其全部内容通过引用结合于此用于所有目的。
本公开涉及用于电信号处理或其它信号处理的方法和设备。
技术介绍
在许多情况下，换能器可以远离响应来自换能器的信号的设备而定位。可以通过导体(例如，导线)进行换能器和信号处理设备之间的互连，导体可以与插头和插座进行接口，以便可以制造电路。这种布置可能通过物理冲击导致电缆断裂、热循环或振动移动导致绝缘损坏、或引脚的腐蚀在换能器和测量设备之间形成连接而易于受到损坏。
技术实现思路
除了别的以外，本专利技术人已经认识到希望能够区分连接的故障以及换能器的输出低或不存在的情况。在每种情况下，可以看出正在寻找的信号很大程度上不存在。本公开涉及用于检测信号处理设备的输入处的超出范围的阻抗(诸如高于预期的阻抗状况)的方法和设备。该状况可以指示信号处理设备与其阻抗广泛已知的输入电路之间至少在指定的值范围内的连接故障。更一般地，本文的教导可以用于检测增加和减小改变方向上的阻抗改变。本公开的教导还可以用于识别差分信号处理系统(例如差分放大器)内的信道不平衡。这种识别可以用于通过调整差分系统内的组件值来解决不平衡。根据本公开的第一方面，提供了一种检测包括差分信号处理电路的电路中的信道不平衡的方法。该方法包括修改与差分信号处理电路的输入节点不同的信号节点处的共模电压，并监测信号节点处的差分信号以寻找信号节点处的与共模信号的改变相关的差分信号的改变。相关性的幅度和/或相位指示信道不平衡的程度。这可以用于推断传感器故障、开路状况和短路状况。差分信号处理电路可以包括差分放大器或一些其它电路配置，其中流入差分输入节点的电流可以通过改变信号节点处的共模电压或电流来影响，其中信号节点不是差分输入节点。在差分信号处理电路包括差分放大器的实施例中，信号节点可以是差分放大器的差分输出节点。差分放大器可以包括共模输出控制引脚。因此，如果放大器被配置为电压放大器，则共模控制引脚处的信号可以用于设置差分放大器的输出节点处的共模输出电压。因此，在该示例中，差分放大器被实施为双端差分放大器。因此，可以提供一种检测包括差分放大器的电路中的信道不平衡的方法，该方法包括调制放大器的输出处的共模电压，并监测差分输出电压，以获得与输出处的共模电压的改变相关的差分输出电压的改变。检测信道不平衡可以用于检测其它故障模式的开路状况。根据本公开的第二方面，提供了一种用于检测差分信号处理系统中的信道不平衡的设备，该差分信号处理系统具有用于控制差分输出信号的共模值的节点，该设备包括用于调制差分输出信号的共模分量的共模输出调制装置以及用于检查差分输出信号和共模调制之间的相关性以便识别信道不平衡的处理装置。在承载差分输出信号的节点与差分输入节点所连接的节点之间延伸的组件导致共模输出电压的调制以调制输入节点处的电流或电压。信道不平衡，例如连接到差分信号处理系统的反相和非反相输入节点的阻抗的差异，导致共模输出电压的调制转变为差分输出电压的调制。在示例中，差分信号处理系统包括差分双端放大器。根据本公开的第三方面，提供一种开路检测器，包括第一输入节点；第二输入节点；差分放大器；和信号发生器，该信号发生器提供时变信号，用于调整差分放大器的共模电压，使得第一输入节点处的输入电流响应于参考信号变得被调制；以及用于检测放大器对共模改变的响应何时超过阈值的电路，参考信号被施加到除了第一个输入节点之外的节点。附图说明现在将参考附图仅通过非限制性示例的方式来描述本公开的实施例，在附图中：图1是放大器的电路图，其中放大器具有双端(差分)输出，并且放大器的增益(也包括衰减的可能性)由电阻器R1和R2设置。图2示出了具有共模输出电压控制的双端差分放大器的电路符号。图3示出了具有共模输出电压控制的双端差分放大器的另一电路符号。图4仅通过一般背景信息示意性地例示说明了具有共模电压控制的放大器的实施例；图5示意性地例示说明了用于放大换能器的输出的测量电路；图6示出了图5的修改，其包括低通(抗混叠)滤波器；图7例示说明了可以如何修改图6的电路以包括输入失配和/或开路检测能力；图8示意性地例示说明了用于检测开路的处理单元的模拟实施例；图9示意性地例示说明了用于检测开路的处理单元的数字实施例；图10示出了用于开路检测的流程图；和图11示出了信道失配检测器的实施例。具体实施方式在信号放大和仪器中，差分放大器可以用在输入级处，用于处理来自换能器的模拟信号。图1示意性地例示说明了公共差分放大器配置的电路图，公共差分放大器配置即具有差分或双端输出而不是单端输出的差分放大器。在图1中所示的布置中，差分放大器(通常标记为10)具有非反相输入12和反相输入14。它还具有反相输出16和非反相输出18。放大器经由第一和第二输入节点20和22接收信号，并向输出节点24和26提供差分输出，第一和第二输入节点20和22可以分别被视为非反相和反相输入节点，输出节点24和26可以分别被视为反相和非反相输出。可以为单端差分放大器的操作建立增益等式。图1中示出了双端放大器。如果选择电路组件，使得输入电阻器R1a等于输入电阻器R1b(R1a＝R1b＝R1)并且反馈电阻器R2a等于反馈电阻器R2b(R2a＝R2b＝R2)，如通常情况那样，则该电路的差分增益为在某些放大器中，可以经由控制端子设置共模电压。这种放大器的电路符号在图2和图3中示出。虽然在本公开的教导中不需要详细描述这种放大器的构造，但是除了本公开的一些实施例使用这样的器件的事实之外，用于具有差分输出和将输出的共模值设置为目标值的能力的差分放大器的简化电路图在图4中示出。图4中所示的差分放大器包括第一和第二输入晶体管30和32，它们的源极连接到电流吸收器34，从而形成众所周知的长尾对配置。晶体管30和32的漏极通过P型FET40和42连接到正电源轨Vdd，P型FET40和42用于形成有源负载，并且其栅极连接以便从另一个差分放大器50接收控制电压，另一个差分放大器50设在放大器电路内用于控制共模输出电压的目的。可以分别在连接到第一和第二晶体管30和32的漏极的节点24和26处获得差分输出电压。为了提供共模电压控制功能，电路还包括分压器，该分压器包括在第一和第二晶体管30和32的漏极之间延伸的电阻器52和54，以便在内部节点56处形成共模输出电压。内部节点56连接到另一个差分放大器50的反相输入。另一个差分放大器50的非反相输入端连接到共模调整引脚60，共模调整引脚60接收共模目标电压Vcm。另一个差分放大器50的输出为负载晶体管40和42提供栅极电压。这种布置提供了可以调整其共模电压的差分放大器。集成电路(诸如可从AnalogDevices获得的AD8137)可以包括此功能。AD8137始于2004年。除了别的以外，本专利技术人认识到，可以利用调制共模输出电压的能力来寻找差分放大器的输入路径内的阻抗不平衡，并且这可以用于改善这样的放大器的共模抑制比和/或寻找故障状况，故障状况例如是从换能器或其它输入布置到差分放大器的信号路径的断开。回到图1，我们可以执行分析以指示可以如何使用共模输出电压的修改来询问放大器的共模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种检测包括差分信号处理电路的电路中的信道不平衡的方法，该方法包括调制信号处理电路的不同于差分信号处理电路的输入节点的信号节点处的共模电压，并监测信号节点处的差分电压，以获得与输出处的共模电压的改变相关的改变。

【技术特征摘要】
2018.02.07 GB 1801995.0;2018.05.02 US 15/969,2421.一种检测包括差分信号处理电路的电路中的信道不平衡的方法，该方法包括调制信号处理电路的不同于差分信号处理电路的输入节点的信号节点处的共模电压，并监测信号节点处的差分电压，以获得与输出处的共模电压的改变相关的改变。2.根据权利要求1所述的方法，还包括使用输出处的共模电压的调制幅度与差分输出的改变幅度的相对改变来估计信道不平衡。3.根据权利要求1所述的方法，还包括对差分信号处理电路内的组件进行修整或调整，以减小不平衡。4.根据权利要求1所述的方法，其中信号处理电路包括差分放大器，并且信号节点是差分放大器的差分输出。5.一种检测从传感器到差分放大器的信号路径的退化或故障的方法，该方法包括使用权利要求1的方法来识别高于可接受阈值的信道不平衡。6.根据权利要求5所述的方法，包括提供到公共节点的辅助路径，所述辅助路径具有有意不同的阻抗，使得在传感器与一个或两个差分信号输入节点断开的情况下，辅助路径引入共模增益。7.根据权利要求1所述的方法，其中调制包括以下中的至少一个：a)已知频率的正弦信号；b)已知频率的方波；c)压摆率受限的方波；d)三角波；e)数字生成的任意轮廓信号；f)伪随机信号；或者g)噪声。8.根据权利要求1所述的方法，其中间歇地施加调制。9.一种用于检测差分信号处理系统中的信道不平衡的设备，该差分信号处理系统具有用于控制差分输出信号的共模值的节点，该设备包括用于调制差分输出信号的共模分量的共模输出调制器，以及用于检查...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·E·D·赫维茨，J·博纳奇，R·塞蒂斯，E·伯恩，
申请(专利权)人：亚德诺半导体无限责任公司，
类型：发明
国别省市：百慕大群岛,BM