專利名稱：有診斷自測(cè)試模式的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及過(guò)程控制系統(tǒng)。具體地說(shuō)，涉及一種具有正常運(yùn)行或測(cè)量模式和診斷自測(cè)試模式的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器是一種換能器，它利用檢測(cè)元件響應(yīng)被測(cè)過(guò)程變量，并將過(guò)程變量轉(zhuǎn)換成作為被測(cè)過(guò)程變量函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)傳輸信號(hào)(如電信號(hào)或光信號(hào))。術(shù)語(yǔ)“過(guò)程變量”指特質(zhì)的物理或化學(xué)狀態(tài)或能量的轉(zhuǎn)換。過(guò)程變量的例子包括壓力、溫度、流量、電導(dǎo)性、pH，以及其它的性質(zhì)。
在化學(xué)、石油、氣體、醫(yī)藥及其它流體處理廠內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器通常用于監(jiān)視過(guò)程變量和返回控制室的測(cè)量值。這些現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用通常要承受苛刻并多變的環(huán)境條件。
各種電子部件，包括現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器的物理傳感器和信息處理電路，都有潛在的可能，會(huì)發(fā)生故意或者失效。這樣的故障可能會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的測(cè)量值，這種錯(cuò)誤的測(cè)量值要由現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器發(fā)送到控制室。此外，電路的漂移也會(huì)傷及所述發(fā)射器的可靠性。由熟練的技術(shù)人員進(jìn)行的日常測(cè)試可能檢測(cè)到發(fā)射器的問(wèn)題，但這需要技術(shù)人員實(shí)際接近所述發(fā)射器。在具有相當(dāng)大數(shù)目的分配式現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器的設(shè)備中，存在實(shí)際的限制，即技術(shù)人員如何能不斷地觀察和測(cè)試每個(gè)發(fā)射器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器，用于發(fā)送表示過(guò)程變量的信號(hào)。這種現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器具有物理傳感器，用以檢測(cè)過(guò)程變量，并產(chǎn)生表示過(guò)程變量的物理檢測(cè)信號(hào)?，F(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器還具有代用傳感器，用于產(chǎn)生與過(guò)程變量無(wú)關(guān)的代用檢測(cè)信號(hào)。還包括信號(hào)處理電路，用以將所述物理檢測(cè)信號(hào)或代用檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為測(cè)量值。現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器具有正常操作模式和診斷自測(cè)試模式。在正常操作模式期間，物理參數(shù)傳感器與信號(hào)處理電路相連，在診斷模式期間，代用傳感器與信號(hào)處理電路相連。如果診斷模式期間的測(cè)量值不是由代用傳感器所產(chǎn)生的期望值，則發(fā)射器進(jìn)行檢測(cè)，并且能夠報(bào)告故障。


圖1是現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器的方塊圖，包括本發(fā)明診斷自測(cè)試特征的第一實(shí)施例；圖2是現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器的方塊圖，包括本發(fā)明診斷自測(cè)試特征的第二實(shí)施例；圖3是圖2現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器之電容-數(shù)字式(C/D)調(diào)制器的方塊圖；圖4是圖2現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器之電壓-數(shù)字式(V/D)調(diào)制器的方塊圖；圖5是圖2現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器數(shù)字部分的方塊圖。
具體實(shí)施例方式
圖1表示現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器10，這個(gè)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器10的特征在于具有本發(fā)明的診斷自測(cè)試模式。本實(shí)施例中的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器10是差值壓力發(fā)射器，包括差值壓力傳感器12、溫度傳感器14、代用傳感器16和18、微處理器20、電容-數(shù)字式(C/D)轉(zhuǎn)換器22、電壓-數(shù)字式(V/D)轉(zhuǎn)換器24、開關(guān)控制器26和接口28。微處理器20連接到電容-數(shù)字式(C/D)轉(zhuǎn)換器22、電壓-數(shù)字式(V/D)轉(zhuǎn)換器24和開關(guān)控制器26。在微處理器20的命令的控制下，開關(guān)控制器26控制開關(guān)SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6，以選擇正常操作模式或者診斷自測(cè)試模式。在正常操作模式期間，開關(guān)SW1、SW2將壓力傳感器12連接到電容-數(shù)字式(C/D)轉(zhuǎn)換器22，而在診斷自測(cè)試模式期間，開關(guān)SW3、SW4將代用傳感器16連接到電容-數(shù)字式(C/D)轉(zhuǎn)換器22。開關(guān)SW5在正常操作模式期間將溫度傳感器14連接到電壓-數(shù)字式(V/D)轉(zhuǎn)換器24，開關(guān)SW6在診斷模式期間將代用傳感器18連接到電壓-數(shù)字式(V/D)轉(zhuǎn)換器24。C/D轉(zhuǎn)換器22和V/D轉(zhuǎn)換器24當(dāng)中的每一個(gè)，通常都包含一個(gè)∑Δ式模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器電路。
微處理器20接收由C/D轉(zhuǎn)換器22和V/D轉(zhuǎn)換器24產(chǎn)生的數(shù)字測(cè)量值。在正常操作模式下，微處理器20利用數(shù)字測(cè)量值產(chǎn)生經(jīng)溫度校正的差值壓力信號(hào)，通過(guò)接口28，將所述差值壓力信號(hào)在通信媒介30上發(fā)送出去?？蓪⑦@個(gè)差值壓力信號(hào)作為模擬電流值、模擬電壓電平或數(shù)字信號(hào)發(fā)送出去。微處理器20還可以通過(guò)接口28按數(shù)字方式發(fā)送二次參數(shù)值(溫度)以及診斷代碼。
在正常操作模式下，通過(guò)由開關(guān)控制器26選擇開關(guān)SW1和SW2，可以實(shí)現(xiàn)壓力測(cè)量。這將使壓力傳感器12的主電容器CH和CL連接到C/D轉(zhuǎn)換器22。壓力傳感器12包括一個(gè)可偏轉(zhuǎn)的檢測(cè)膜片和兩個(gè)傳感器電極，它們形成電容器CH和CL。所述膜片為一導(dǎo)電的伸長(zhǎng)膜，在響應(yīng)加于膜片相對(duì)兩側(cè)上的壓力的情況下，它可以偏轉(zhuǎn)。在電容器電極和膜片間，使用一種介電填充流體。所述填充流體與面對(duì)過(guò)程流體相接的隔離膜一起使用，可以防止過(guò)程流體與檢測(cè)元件的部件相互作用，并且有可能損傷所述部件，所述過(guò)程流體經(jīng)?？赡苁歉捎捕懈g性的、骯臟的或者有污染的。每個(gè)電容器CH、CL的電容與電容器板和膜片之間距離的倒數(shù)成正比。于是，在膜片響應(yīng)所加壓力而發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，每個(gè)電容器CH、CL的電容都會(huì)改變。壓力傳感器12在膜片上接收一個(gè)傳感器激勵(lì)信號(hào)SENEX，并且分別向C/D轉(zhuǎn)換器22的輸入端CHIN和CLIN提供模擬信號(hào)，所述信號(hào)分別是CH和CL的函數(shù)。C/D轉(zhuǎn)換器22將所述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，所述數(shù)字信號(hào)是在C/D轉(zhuǎn)換器22的輸入端接收的CHIN和CLIN模擬信號(hào)差值的函數(shù)。標(biāo)稱的傳輸函數(shù)是CH-CLCH+CL]]>利用開關(guān)控制器26選擇開關(guān)SW5，可以實(shí)現(xiàn)在正常操作模式下的溫度測(cè)量。這將把溫度傳感器14連接到V/D轉(zhuǎn)換器24。溫度傳感器14包括偏置電阻器RB和溫度敏感電阻器RTD。溫度敏感電阻器RTD的電阻隨著溫度的變化而變化。在V/D轉(zhuǎn)換器24的輸入端VIN可檢測(cè)到這些變化。V/D轉(zhuǎn)換器24將輸入電壓VIN轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，這個(gè)數(shù)字值是所檢測(cè)到的溫度的函數(shù)。
利用開關(guān)控制器26選擇開關(guān)SW3、SW4、SW6，可以實(shí)現(xiàn)診斷模式操作。根據(jù)所存儲(chǔ)的調(diào)度計(jì)劃表，或者根據(jù)通信媒介30上接收的命令，微處理器20選擇了診斷模式。
閉合開關(guān)SW3和SW4，選擇代用傳感器16，并用代理電容器CSH和CSL代替主傳感電容器CH和CL。C/D轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的數(shù)字輸出是CSH和CSL的函數(shù)，而不是CH和CL的函數(shù)。與代用傳感器16連接的C/D轉(zhuǎn)換器22的輸出用作確定C/D轉(zhuǎn)換器22是否正確起作用的基礎(chǔ)。微處理器20比較C/D轉(zhuǎn)換器22在診斷模式的輸出與所存期望值(期望值通常是在制造過(guò)程中測(cè)試發(fā)射器10期間確定的)。如果存在差異，微處理器20將產(chǎn)生一診斷代碼，接口28在通信媒介30上將這個(gè)診斷代碼發(fā)送到控制室。
也可以利用代用傳感器16在壓力傳感器12上進(jìn)行半傳感器測(cè)量。例如，如果微處理器通過(guò)開關(guān)控制器26選擇開關(guān)SW1和SW4，由于電容器CSL的電容為已知，所以可以確定CH的電容值。類似地，如果選擇開關(guān)SW2和SW3，由于電容器CSH的電容為已知，所以可確定CL的電容值?？梢允褂眠@個(gè)信息來(lái)推測(cè)靜態(tài)管道壓力和設(shè)備的環(huán)境溫度。有些情況下，這對(duì)于從平分一個(gè)單元所得到的兩個(gè)半單元中的之一來(lái)檢測(cè)油的損耗可能是有益的。具體來(lái)說(shuō)，如果由于導(dǎo)電的過(guò)程流體被插在電容器電極之一與膜片之間而使兩個(gè)半單元之一(如CH)短路，而另一半單元(在此例中是CL)示出正常讀數(shù)，則可以推論出油的損耗。
在診斷模式下，開關(guān)SW6把代用傳感器18的輸出連接到V/D轉(zhuǎn)換器24。代用傳感器18包括兩個(gè)電阻器RS1和RS2。與代用傳感器18相連的V/D轉(zhuǎn)換器24的數(shù)字輸出用為確定V/D轉(zhuǎn)換器24是否正常操作的基礎(chǔ)。微處理器20比較V/D轉(zhuǎn)換器24的數(shù)字輸出與存儲(chǔ)的期望值，并在存在太大偏差的條件下產(chǎn)生診斷代碼。
還可能向所述系統(tǒng)附加更多的開關(guān)和基準(zhǔn)電阻(圖中未示出)，用以模擬零或全標(biāo)度輸入條件，這將允許在各種輸入條件下實(shí)現(xiàn)V/D轉(zhuǎn)換器24和微處理器20的自動(dòng)測(cè)試功能。
現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器100(圖2-5)圖2表示的差值壓力發(fā)射器100包括本發(fā)明診斷自測(cè)試特征的另一實(shí)施例。發(fā)射器100是基于電容的差值壓力發(fā)射器，它包括主傳感電容器CH和CL、環(huán)形電容器CHR和CLR、溫度傳感器RTD、電容-數(shù)字式(C/D)調(diào)制器110、電壓-數(shù)字式(V/D)調(diào)制器112、數(shù)字部分114、微處理器116和接口118。通過(guò)接口118在通信媒介120上提供發(fā)射器100和控制室之間的通信。圖2中，將通信媒介120表示為一個(gè)雙線的回路，在這個(gè)回路上提供模擬的數(shù)字通信，或者模擬與數(shù)字組合的通信。
C/D調(diào)制器110、V/D調(diào)制器112和數(shù)字部分114都包含在混合信號(hào)專用集成電路(ASIC)芯片130中。
壓力傳感電容器CH、CL、CHR、CLR表示具有一個(gè)導(dǎo)電的中心膜片、兩個(gè)主電容器板和兩個(gè)環(huán)形電容器板的差值壓力傳感器。在Frick等人的美國(guó)專利US 6,295,875中表示出這種類型的壓力傳感器。
傳感電容器CH、CL、CHR、CLR模擬輸入到C/D調(diào)制器110。由C/D轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生傳感器激勵(lì)(SENEX)信號(hào)，并將它提供給傳感電容器CH、CL、CHR、CLR的公共板(即中心膜片)。C/D調(diào)制器110將傳感電容器的輸入電容比轉(zhuǎn)換成一個(gè)比特的數(shù)據(jù)流PDATA。
C/D調(diào)制器110還包括一開環(huán)檢測(cè)器，用于檢測(cè)環(huán)形電容器CHR、CLR的開路引線。C/D調(diào)制器110的輸出信號(hào)CHOR表示高端環(huán)形電容器CHR是否開路。輸出信號(hào)CLOR表示低端環(huán)形電容器CLR是否開路。
C/D調(diào)制器110從數(shù)字部分114接收時(shí)鐘信號(hào)PCLK和幾個(gè)控制信號(hào)?？刂菩盘?hào)LH和LL為高端和低端傳感器選擇可編程線性化電容器的數(shù)值?？刂菩盘?hào)KH和KL分別為高和低端環(huán)形電容器的輸入選擇可編程的增益因子?？刂菩盘?hào)SMOD和DMOD選擇C/D調(diào)制器110在正常操作模式操作還是在診斷自測(cè)試模式操作。
溫度傳感器RTD是電阻型溫度傳感器，它向V/D調(diào)制器112提供正的輸入電壓VPEFP和負(fù)的輸入電壓VPEFN。此外，基準(zhǔn)電壓VPEFP和VPEFN作為輸入提供給V/D調(diào)制器112。
V/D調(diào)制器112從數(shù)字部分114接收調(diào)制器時(shí)鐘信號(hào)TCLK和模擬復(fù)位信號(hào)ARST。此外，V/D調(diào)制器112接收控制信號(hào)VDBIT，這個(gè)信號(hào)確定V/D調(diào)制器112是操作在正常操作模式下，還是操作在診斷自測(cè)試模式下。
V/D調(diào)制器112的輸出是一個(gè)比特的數(shù)據(jù)流TDATA，這是一個(gè)脈沖代碼調(diào)制的信號(hào)，這個(gè)信號(hào)表示輸入電壓降ΔVIN＝VINP-VINN(為溫度傳感器RTD兩端的電壓降)和差值基準(zhǔn)電壓ΔVREF＝VREFP-VREFN之間的輸入電壓比。
數(shù)字部分114提供C/D調(diào)制器110、V/D調(diào)制器112的模擬電路和微處理器116之間的接口。在一種優(yōu)選實(shí)施例中，調(diào)制器110和112以及數(shù)字部分114是在一個(gè)專用集成電路(ASIC)芯片130中實(shí)施的。
數(shù)字部分114向調(diào)制器110和112提供時(shí)鐘和控制信號(hào)，并且分別從調(diào)制器110和112接收一個(gè)比特的數(shù)據(jù)流信號(hào)PDATAT和TDATA。數(shù)字部分114對(duì)于一個(gè)比特的數(shù)據(jù)流進(jìn)行濾波，使其成為較高分辨率的數(shù)據(jù)，并將其存儲(chǔ)在可由微處理器116訪問(wèn)的寄存器內(nèi)。
數(shù)字部分114還包括配置寄存器，配置寄存器由微處理器116設(shè)置，并為C/D調(diào)制器110和V/D調(diào)制器112確定操作參數(shù)。這個(gè)配置寄存器中包括用于選擇操作模式的數(shù)值，因此微處理器116能夠選擇正常操作模式的操作或診斷自測(cè)試模式的操作。
微處理器116與數(shù)字部分114相接。微處理器116設(shè)置基本的操作參數(shù)，并且將從數(shù)字部分114接收的數(shù)據(jù)映射成壓力和溫度讀數(shù)。
微處理器116通過(guò)接口118和通信媒介120與控制室通信。例如，微處理器116根據(jù)壓力讀數(shù)和溫度讀數(shù)產(chǎn)生一個(gè)輸出，這個(gè)輸出表示對(duì)于溫度校正過(guò)的差值壓力。微處理器116使接口118可以改變通過(guò)雙線回路(通信媒介120)流動(dòng)的電流，使這個(gè)電流可以表示差值壓力輸出。微控制器116還可以通過(guò)接口118利用數(shù)字通信協(xié)議與控制室通信。如果使用這個(gè)協(xié)議，微處理器116就可以發(fā)送有關(guān)二次參數(shù)(溫度)以及診斷代碼的信息和其它信息。雖然通信媒介120表示為雙線回路，但也可以通過(guò)無(wú)線傳輸或其它類型的傳輸線路來(lái)通信傳感器讀數(shù)、診斷代碼、和其它數(shù)據(jù)。
在一種優(yōu)選實(shí)施例中，調(diào)制器110和112同步地操作為低頻測(cè)量應(yīng)用設(shè)計(jì)的二階∑-Δ模擬調(diào)制器。每個(gè)調(diào)制器110、112從換能器接收低電平輸入信號(hào)并產(chǎn)生串行的數(shù)字輸出。對(duì)于C/D調(diào)制器110，換能器是由CH、CL、CHR、CLR形成的基于電容的金屬單元差值壓力傳感器。對(duì)于V/D調(diào)制器112，換能器是電阻型溫度傳感器RTD或者是非電阻型電壓輸出溫度檢測(cè)設(shè)備，比如是一個(gè)二極管的結(jié)。通過(guò)包含在數(shù)字部分114內(nèi)的芯片上數(shù)字濾波器來(lái)處理調(diào)制器輸出PDATA和TDATA。這些濾波器是可編程的，因此可以調(diào)節(jié)數(shù)字濾波器的陷波頻率、截止頻率和輸出數(shù)據(jù)速率。
C/D調(diào)制器110工作的頻率速率范圍約為23kHz到66kHz。C/D調(diào)制器110從金屬單元差值壓力傳感器接收4個(gè)電容輸入CH、CL、CHR、CLR。每個(gè)輸入信號(hào)所占電容范圍為10pF-100pF。C/D調(diào)制器110根據(jù)4個(gè)電容CH、CL、CHR、CLR產(chǎn)生一個(gè)比例測(cè)量值。C/D調(diào)制器110向4個(gè)電容器的公共板極提供傳感器激勵(lì)信號(hào)SENEX。傳感器激勵(lì)信號(hào)SENEX在兩個(gè)電壓電平VP和VN之間進(jìn)行切換。
V/D調(diào)制器112是全差分式的，并且連接到RTD型溫度-電壓傳感器上。RTD傳感器的激勵(lì)是在外部從專用集成電路芯片130產(chǎn)生的。V/D調(diào)制器112的工作頻率范圍是10kHz到20kHz。V/D調(diào)制器112向數(shù)字部分114提供TDATA信號(hào)形式的串行PCM數(shù)據(jù)。
數(shù)字部分114分別從調(diào)制器110和112接收PDATA和TDATA信號(hào)的PCM串行數(shù)據(jù)，并使用Sinc濾波技術(shù)進(jìn)行濾波。Sinc濾波器是可編程的，允許在變換器分辨率和數(shù)據(jù)更新速度之間進(jìn)行折衷。數(shù)字部分114還向調(diào)制器110和112提供調(diào)制器時(shí)鐘和配置設(shè)定值。經(jīng)過(guò)變換的C/D和V/D數(shù)據(jù)字可由微處理器116利用，以便通過(guò)SPI串行接口實(shí)行讀出。
利用微處理器116通過(guò)支持SPI接口的串行通信端口可以訪問(wèn)數(shù)字部分114的數(shù)據(jù)和配置寄存器。微處理器116可以對(duì)數(shù)字部分114中的配置寄存器進(jìn)行讀/寫訪問(wèn)，并且對(duì)狀態(tài)/中斷、CD數(shù)據(jù)和VD數(shù)據(jù)寄存器實(shí)現(xiàn)讀出訪問(wèn)。
在發(fā)生加電復(fù)位后，微處理器116在數(shù)字部分114內(nèi)建立配置寄存器。這使數(shù)字部分114能向調(diào)制器110、112提供調(diào)制器時(shí)鐘和配置設(shè)定值，并開始處理通過(guò)數(shù)字濾波器從調(diào)制器110、112接收的數(shù)據(jù)信號(hào)PDATA和TDATA。當(dāng)更新的數(shù)據(jù)可被利用時(shí)，數(shù)字部分114中斷微處理器116，微處理器116變換數(shù)據(jù)并清除中斷。然后，微處理器116等待下一次中斷，以便在可用的時(shí)候讀出新的變換數(shù)據(jù)。數(shù)字部分114只返回有效的數(shù)據(jù)；因此，第一次中斷的時(shí)間比隨后的中斷時(shí)間要長(zhǎng)些。
發(fā)射器100有幾個(gè)診斷特征。C/D調(diào)制器110和V/D調(diào)制器112具有診斷自測(cè)試特征，以核實(shí)正確的操作。此外，C/D調(diào)制器110包括的電路可以確定環(huán)形電容器引線是否開路，并因此而不能連接到C/D調(diào)制器110。數(shù)字部分114中的配置寄存器利用冗余方案進(jìn)行保護(hù)，用于提醒微處理器116是否有任何寄存器比特遭到破壞?？梢詮臄?shù)字部分114的一個(gè)數(shù)字測(cè)試端口輸出調(diào)制器時(shí)鐘和數(shù)字比特流，以便可以作出預(yù)先診斷。
在所選的時(shí)間，微處理器116在數(shù)字部分114的寄存器內(nèi)設(shè)置配置比特，從而可以發(fā)生C/D調(diào)制器110和V/D調(diào)制器112的自測(cè)試。
在C/D調(diào)制器110的情況下，通過(guò)來(lái)自數(shù)字部分114的DMOD控制信號(hào)選擇診斷自測(cè)試模式。當(dāng)選擇診斷自測(cè)試模式時(shí)，斷開傳感器主電容器CH、CL，并且用位于C/D調(diào)制器110內(nèi)部的已知數(shù)值(CR＝35pF)的芯片上電容器代替?zhèn)鞲衅鳝h(huán)形電容器CHR、CLR。CR用作輸入到C/D調(diào)制器110的代用傳感器。C/D調(diào)制器110繼續(xù)工作，但是代理電容器CR通過(guò)調(diào)制器時(shí)鐘信號(hào)供電。結(jié)果，C/D調(diào)制器110的PDATA輸出信號(hào)是高和低增益因子KH和KL、線性補(bǔ)償電容CLlin和CHlin及代用傳感器電容器CR的函數(shù)。根據(jù)包含在數(shù)字部分114的寄存器中的配置信息，可以選擇增益因子和線性補(bǔ)償電容值。這將允許診斷自測(cè)試模式利用幾個(gè)不同組的增益因子和線性補(bǔ)償電容值測(cè)試C/D調(diào)制器110。于是，C/D調(diào)制器110的數(shù)字輸出的特征是與壓力傳感器的條件無(wú)關(guān)，也與所加的壓力無(wú)關(guān)?？晒┻x擇的增益和線性補(bǔ)償電容的多個(gè)數(shù)值提供一種能力，即在表示輸入壓力范圍的多種不同已知輸入條件下測(cè)試C/D調(diào)制器110和數(shù)字部分114的能力。
在制造專用集成電路芯片130和發(fā)射器100期間，使用與在現(xiàn)場(chǎng)操作期間使用的方式類似的診斷自測(cè)試模式。在成形車間使用診斷自測(cè)試模式測(cè)試專用集成電路芯片130。因?yàn)榭梢灾皇褂眯酒袭a(chǎn)生的代用檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，所以測(cè)試更迅速、更準(zhǔn)確且更可靠。由微處理器116存儲(chǔ)在制造發(fā)射器100期間自測(cè)試模式的結(jié)果，使得在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行診斷自測(cè)試模式時(shí)，可將此結(jié)果用于比較。如果在自測(cè)試模式期間數(shù)字部分114的寄存器中所存的自測(cè)試模式數(shù)據(jù)的結(jié)果處于制造測(cè)試期間產(chǎn)生的存儲(chǔ)值的可接受限值之外，則微處理器116產(chǎn)生差錯(cuò)標(biāo)志?？蓪⒉铄e(cuò)條件作為診斷差錯(cuò)代碼，通過(guò)接口118和通信媒介120通信，以返回到控制室。
在診斷自測(cè)試模式期間，數(shù)字部分114還用控制信號(hào)VDBIT控制V/D調(diào)制器112。在診斷自測(cè)試模式下，利用V/D調(diào)制器112內(nèi)的開關(guān)，使溫度傳感器RTD與V/D調(diào)制器電路斷開。將來(lái)自傳感器的差值輸入電壓ΔVIN設(shè)定為已知值，例如0伏，這表示代用檢測(cè)信號(hào)用在自測(cè)試當(dāng)中。即使調(diào)制器112對(duì)于0輸入條件產(chǎn)生0輸出，也可通過(guò)代用檢測(cè)信號(hào)(ΔVIN＝0)進(jìn)行測(cè)試，因?yàn)樗恰?Δ式的電荷抵消體系結(jié)構(gòu)。為了使其能產(chǎn)生0輸出，必須積分并抵消電荷，這時(shí)抵消的數(shù)量與在抵消非0輸入條件中積分的電荷數(shù)量類似。V/D調(diào)制器112的任何功能塊的失效將阻止它測(cè)量0輸入條件。
在診斷自測(cè)試模式期間，還可以向V/D調(diào)制器112提供作為代用檢測(cè)信號(hào)的其它已知輸入電壓值，以便提供多個(gè)測(cè)試電平，這與在自測(cè)試期間C/D調(diào)制器110的操作類似。如果數(shù)字部分114返回到微處理器116數(shù)值表示在自測(cè)試模式期間V/D調(diào)制器112的故障，則微處理器116通過(guò)接口118和通信媒介120通信交換這次失效的測(cè)試，即一個(gè)診斷代碼。
可以在通過(guò)微處理器116維持的調(diào)度下，周期性地執(zhí)行診斷自測(cè)試模式。此外，自測(cè)試可由控制室啟動(dòng)，控制室在通信媒介120上發(fā)送適當(dāng)?shù)男盘?hào)，由接口118接收這個(gè)信號(hào)，并將它提供給微處理器116。不管在哪種情況下，發(fā)射器100都能完成對(duì)它的重要部件的測(cè)試，不需要實(shí)際訪問(wèn)發(fā)射器100的個(gè)性化服務(wù)。這就允許實(shí)現(xiàn)比其它實(shí)際可行的方式更加頻繁的周期性測(cè)試。
圖3表示C/D調(diào)制器110的方塊圖。如圖3所示，C/D調(diào)制器110包括計(jì)時(shí)器150、第一級(jí)積分器152、第二級(jí)積分器154、量化器156、激勵(lì)信號(hào)發(fā)生器158、反向激勵(lì)電路160、主輸入控制器162、環(huán)形輸入控制器164、線性電容器控制器166、增益控制器168、開環(huán)檢測(cè)器170、和偏置電路172。
計(jì)時(shí)器150為定時(shí)信號(hào)發(fā)生器，它從數(shù)字部分114接收PCLK時(shí)鐘信號(hào)和ARST復(fù)位信號(hào)，并產(chǎn)生8個(gè)定時(shí)信號(hào)i、id、z、zd、smp1、smp2、smp3、Rest。
i和id信號(hào)分別是積分相位信號(hào)和經(jīng)過(guò)延遲的積分相位信號(hào)。z、zd分別是準(zhǔn)備相位信號(hào)和經(jīng)延遲的準(zhǔn)備相位信號(hào)。信號(hào)smp1是比較器確定觸發(fā)信號(hào)；smp2是比較器閂鎖信號(hào)；smp3是比較器輸出同步信號(hào)。Rest是C/D轉(zhuǎn)換器的復(fù)位信號(hào)。
第一級(jí)積分器152提供輸出電壓VOUT1，這個(gè)輸出電壓VOUT1是通過(guò)主輸入電容器控制器162、線性電容器控制器166和環(huán)形電容器增益控制器168連接到積分器152的輸入電容之和的函數(shù)。主電容器CH、CL向主控制器162提供入電容，主電容器CH、CL由傳感器激勵(lì)信號(hào)SENEX驅(qū)動(dòng)。通過(guò)信號(hào)LH和LL選擇由線性電容器控制器166提供的線性補(bǔ)償電容，線性電容器控制器166由線性電容激勵(lì)信號(hào)驅(qū)動(dòng)。由增益控制器168提供的電容是根據(jù)信號(hào)KH和KL選擇的，增益控制器168是由反向激勵(lì)信號(hào)REVEX驅(qū)動(dòng)的，反向激勵(lì)信號(hào)REVEX是環(huán)形電容CHR、CLR的函數(shù)。
第二級(jí)積分器154的主要功能是執(zhí)行一種操作，以便能對(duì)第一級(jí)積分器152的輸出電壓的當(dāng)前值VOUT(n)進(jìn)行積分，積分權(quán)重為負(fù)1/2，并且可對(duì)第一級(jí)積分器152的輸出電壓的前一個(gè)值VOUT(n-1)進(jìn)行積分，積分權(quán)重為正1/4。第二級(jí)積分器154的輸出是電壓VOUT2，電壓VOUT2提供給量化器156的輸入端。
量化器156的功能是將第二級(jí)積分器154的模擬輸出轉(zhuǎn)換成1比特的數(shù)字信號(hào)。量化器156的主要部件是比較器和觸發(fā)器。比較器比較VOUT2與中點(diǎn)電壓VMID。如果電壓VOUT2小于VMID，則比較器輸出是“1”，否則是“0”。D觸發(fā)器用于同步比較器輸出信號(hào)。
量化器156具有兩個(gè)從D觸發(fā)器導(dǎo)出的輸出端。激勵(lì)信號(hào)發(fā)生器158利用量化器輸出y確定激勵(lì)信號(hào)的極性。此外，主控制器162、環(huán)形控制器164和增益控制器168也要使用邏輯輸出y。
輸出信號(hào)PDATA與y的極性相反。PDATA是作為C/D調(diào)制器110的輸出提供給數(shù)字部分114的1比特的數(shù)字信號(hào)。
激勵(lì)信號(hào)發(fā)生器158產(chǎn)生3個(gè)激勵(lì)信號(hào)傳感器激勵(lì)信號(hào)SENEX、線性補(bǔ)償電容器激勵(lì)信號(hào)LINEX，以及診斷自測(cè)試激勵(lì)信號(hào)DGNFEX。這些激勵(lì)信號(hào)中的每一個(gè)都在兩個(gè)電壓電平VP和VN之間切換。VP是大于VMID的電壓，VN是小于VMID的電壓。
由激勵(lì)信號(hào)發(fā)生器158給出的3個(gè)激勵(lì)信號(hào)當(dāng)中的每一個(gè)都可作為正激勵(lì)或者作為負(fù)激勵(lì)。正激勵(lì)信號(hào)隨著定時(shí)信號(hào)id之后，負(fù)激勵(lì)信號(hào)隨著定時(shí)信號(hào)zd之后。
在正常操作模式期間產(chǎn)生傳感器激勵(lì)信號(hào)SENEX。在診斷自測(cè)試模式期間激勵(lì)信號(hào)SENEX無(wú)效。如果量化器邏輯輸出y＝1，則下一次激勵(lì)的SENEX信號(hào)一定為正。如果量化器邏輯輸出y＝0，則下一次激勵(lì)的SENEX信號(hào)一定為負(fù)。
在正常操作模式和診斷自測(cè)試模式這兩種模式下，LINEX信號(hào)都是有效的。LINEX信號(hào)的下一次激勵(lì)是正還是負(fù)，確定與量化器邏輯輸出y和線性電容代碼LH和LL的符號(hào)位有關(guān)。如果量化器邏輯輸出y＝1并且LH代碼的符號(hào)位等于0，則LINEX信號(hào)的下一次激勵(lì)一定為負(fù)。如果量化器邏輯輸出y＝0并且LH的符號(hào)位等于1，則LINEX信號(hào)的下一次激勵(lì)一定為正。如果量化器邏輯輸出y＝0并且LL代碼的符號(hào)位等于0，則LINEX信號(hào)的下一次激勵(lì)一定為正。如果量化器邏輯輸出y＝0并且LL的符號(hào)位等于1，則LINEX信號(hào)的下一次激勵(lì)一定為負(fù)。
只有在診斷自測(cè)試模式(當(dāng)DMOD＝1時(shí))下，診斷激勵(lì)信號(hào)DGNEX才是有效的。如果量化器邏輯輸出y＝1，則DGNEX的下一次激勵(lì)一定為負(fù)。如果量化器邏輯輸出y＝0，則DGNEX的下一次激勵(lì)一定為正。
反向激勵(lì)信號(hào)發(fā)生器具160產(chǎn)生反向激勵(lì)信號(hào)REVEX。REVEX的激勵(lì)極性與傳感器激勵(lì)信號(hào)SENEX相反。REVEX的大小與環(huán)形控制器164提供給反向激勵(lì)信號(hào)發(fā)生器160輸入端的輸入電容成比例。作為輸入，REVEX信號(hào)提供給增益控制器168和開環(huán)檢測(cè)器170這二者。
主控制器162用作主傳感電容器的輸入路徑控制器。主控制器162可以根據(jù)所選模式以及當(dāng)前的量化器邏輯輸出y的狀態(tài)有選擇地將主傳感電容器CH、CL連接到第一級(jí)積分器152的輸入端。
在正常操作模式下，如果y＝1，則在下一采樣周期傳感電容器CH通過(guò)主控制器162連接到第一級(jí)積分器152的輸入端。傳感電容器CL從第一級(jí)積分器152的輸入端上斷開。
在正常操作模式，如果y＝0，則在下一個(gè)采樣周期傳感電容器CL通過(guò)主控制器162連接到第一級(jí)積分器152的輸入端。傳感電容器CH從第一級(jí)積分器152的輸入端上斷開。
如果發(fā)射器100處于診斷自測(cè)試模式(DMOD＝1)，則主控制器162使CH、CL這二者都與積分器152斷開。換句話說(shuō)，在診斷自測(cè)試模式期間，不使用主傳感器電容器CH和CL。
環(huán)形輸入控制器164用作環(huán)形電容器的輸入路徑控制器。環(huán)形輸入控制器164的輸入是環(huán)形電容器CHR和CLR，輸出是信號(hào)RMUX，這個(gè)信號(hào)RMUX被提供給反向激勵(lì)發(fā)生器160的輸入端。
在正常操作模式和診斷自測(cè)試模式這兩種模式下，環(huán)形輸入控制器164都工作。在正常操作模式下，傳感器激勵(lì)信號(hào)SENEX是有效的，診斷激勵(lì)信號(hào)DGNEX是無(wú)效的。如果當(dāng)前的量化器輸出y＝1，則在下一采樣周期，環(huán)形電容器CHR被連到反向激勵(lì)單元160，而環(huán)形電容器CLR與反向激勵(lì)單元160斷開。如果當(dāng)前的量化器輸出y＝0，則在下一采樣周期，環(huán)形電容器CLR被連到反向激勵(lì)單元160，而環(huán)形電容器CHR從與向激勵(lì)單元160斷開。
在診斷自測(cè)試模式下，診斷激勵(lì)信號(hào)DGNEX是有效的，傳感器激勵(lì)信號(hào)SENEX是無(wú)效的。環(huán)形輸入控制器164斷開環(huán)形電容器CHR和CLR。通過(guò)環(huán)形輸入控制器164連接由DGNEX驅(qū)動(dòng)的代用傳感器電容器CR，以此代替所述環(huán)形電容器CHR和CLR。
線性補(bǔ)償電容器輸入控制器166包括由4個(gè)線性補(bǔ)償電容器組成的陣列，線性補(bǔ)償電容器的電容值為0.5pF、1.0pF、2.0pF和4.0pF。電容器陣列有一個(gè)公共板，公共板與線性激勵(lì)信號(hào)LINEX相連。通過(guò)開關(guān)邏輯并根據(jù)當(dāng)前量化器輸出信號(hào)y以及高端、低端線性電容器代碼LH、LL，選擇與第一級(jí)積分器152連接的一個(gè)或多個(gè)特定電容器。
還可以利用在模擬配置寄存器中所存的5位數(shù)字代碼單獨(dú)編程線性補(bǔ)償電容器。該5位代碼中的最高位用于符號(hào)控制，并由激勵(lì)信號(hào)發(fā)生器158使用；最低的4位用于設(shè)置線性電容器的數(shù)值，并且由線性電容器控制器166使用。如果符號(hào)位是1，則線性電容器值是負(fù)的。如果符號(hào)位是0，則線性電容器值是正的。在優(yōu)選實(shí)施例中，用于選擇電容器值的4位產(chǎn)生16個(gè)不同電容值，范圍是從0.0pF到7.5pF。
在正常操作模式和診斷自測(cè)試模式下，所述線性電容器陣列都是有效的。如果當(dāng)前的量化器輸出y＝1，則高端線性電容器代碼LH用作開關(guān)控制信號(hào)，以確定哪個(gè)線性補(bǔ)償電容器將要連接到第一級(jí)積分器152的輸入端。如果當(dāng)前的量化器輸出y＝0，則低端線性電容器代碼LL用作開關(guān)控制信號(hào)，以確定哪個(gè)線性補(bǔ)償電容器將要連接到第一級(jí)積分器152的輸入端。
增益控制器168是可編程電容器陣列形式的可編程輸入控制單元。在一種優(yōu)選實(shí)施例中，數(shù)值為44.75pF、1.25pF、2.50pF、5.0pF和10.0pF的5個(gè)電容器形成所述可編程增益級(jí)電容器陣列。連接5個(gè)電容器當(dāng)中每一個(gè)電容器的一個(gè)板，使它能夠接收反向激勵(lì)信號(hào)REVEX。一個(gè)開關(guān)陣列按照高端增益代碼KH或者低端增益代碼KL有選擇地將每個(gè)電容器的另一相對(duì)的板連接到第一級(jí)積分器152的輸入端。如果當(dāng)前的量化器輸出y＝1，則將高端增益代碼KH選擇為開關(guān)控制信號(hào)。如果當(dāng)前的量化器輸出y＝0，則將低端增益代碼KL選擇為開關(guān)控制信號(hào)。在正常操作模式和診斷模式這兩個(gè)模式下，增益控制器168內(nèi)的增益級(jí)電容器陣列都是有效的。
以數(shù)字部分114存儲(chǔ)的模擬配置寄存器中的4位數(shù)字代碼，可使環(huán)形電容器增益因子KH和KL被獨(dú)立地編程。利用該4位的代碼可以選擇16個(gè)不同的增益因子。在一種優(yōu)選實(shí)施例中，這些增益因子從0.39變到0.54。
開環(huán)檢測(cè)器170接收來(lái)自反向激勵(lì)發(fā)生器160的REVEX。開環(huán)檢測(cè)器170的功能是檢測(cè)環(huán)形電容器CHR、CLR的開路的引線。如果環(huán)形電容器的引線之一開路，則環(huán)形電容將要下降到某個(gè)閾值水平。在高端采樣期間，當(dāng)環(huán)形輸入控制器160選擇CHR的時(shí)候，如果在積分階段結(jié)束時(shí)，REVEX信號(hào)的電壓VREVEX大于閾值電壓VTH，則高端環(huán)形電容器CHR開路。這將使信號(hào)CHOR置位成“1”。
在低端采樣期間，通過(guò)環(huán)形輸入控制器164，將CLR連到反向激勵(lì)發(fā)生器162。如果在積分階段結(jié)束時(shí)電壓VREVEX小于低端閾值VTH，則低端環(huán)形電容器CLR開路。使信號(hào)CLOR置位成“1”。
C/D調(diào)制器110有兩種操作模式，即正常操作模式和診斷自測(cè)試模式。由邏輯信號(hào)SDOM和DMOD選擇所述操作模式，這兩種邏輯信號(hào)被存儲(chǔ)在數(shù)字部分114的模擬配置寄存器內(nèi)。當(dāng)SDOM＝1并且DMOD＝0的時(shí)候，C/D調(diào)制器110處于正常操作模式下工作。當(dāng)SDOM＝0并且DMOD＝1的時(shí)候，C/D調(diào)制器110處于診斷自測(cè)試模式下工作。對(duì)于這兩種操作模式的傳輸函數(shù)有如下的規(guī)定在正常操作模式下，測(cè)量中的電容之比是
ηS=(CH-kHCHR-CHlin)-(CL-kLCLR-CLlin)(CH-kHCHR-CHlin)+(CL-kLCLR-CLlin)]]>其中，kH是高端環(huán)形電容器增益因子，kL是低端環(huán)形電容器增益因子，CHlin和CLlin是高端和低端的線性補(bǔ)償電容。在正常操作模式下工作的C/D調(diào)制器的傳輸函數(shù)的規(guī)定如下(CH-kHCHR-CHlin)-(CL-kLCLR-CLlin)(CH-kHCHR-CHlin)+(CL-kLCLR-CLlin)=2N1N-1]]>其中，N1是C/D SINC濾波器的輸出，N＝224。這個(gè)比例的范圍是[-1，1]，N1的范圍是
。
在診斷模式下，主傳感器電容器斷開，用一個(gè)芯片上電容(CR＝35pF)代替?zhèn)鞲衅鳝h(huán)形電容器。在測(cè)量中的電容之比是ηd=(kHCR-CHlin)-(kLCR-CLlin)(kHCR-CHlin)+(kLCR-CLlin)]]>通過(guò)選擇不同的增益因子kH，KL或線性補(bǔ)償電容CHlin和CLlin，可以實(shí)現(xiàn)不同的電容之比。
在診斷自測(cè)試模式下工作的C/D調(diào)制器的傳輸函數(shù)的規(guī)定如下(kHCR-CHlin)-(kLCR-CLlin)(kHCR-CHlin)+(kLCR-CLlin)=2N1N-1]]>其中，N1是C/D SINC濾波器的輸出，N＝224。這個(gè)比例的范圍是[-1，1]，N1的范圍是
。
圖4表示V/D調(diào)制器112的方塊圖，V/D調(diào)制器112包括四個(gè)功能塊積分器190、量化器192、計(jì)時(shí)器194、偏置電路196，以及測(cè)試多路轉(zhuǎn)換器198。
V/D調(diào)制器112是二階∑-Δ調(diào)制器。積分器190根據(jù)輸入值VINP和VINN以及基準(zhǔn)值VREFP和VREFN完成兩級(jí)積分。將積分器190的輸出提供給量化器192。量化器192的功能是用作1比特的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。它的輸出是脈沖代碼調(diào)制的信號(hào)TDATA，這個(gè)信號(hào)是ΔVIN除以ΔVREF之比的函數(shù)。
在診斷模式下，積分器電路190短路輸入端，因此ΔVIN＝0，數(shù)字輸出端將要送出數(shù)據(jù)，就好像輸入是0的一樣。如果在診斷自測(cè)試模式期間的數(shù)字輸出為非零的數(shù)值，這表明V/D調(diào)制器112的一個(gè)誤動(dòng)作。
V/D調(diào)制器112還具有測(cè)試多路轉(zhuǎn)換器198，測(cè)試多路轉(zhuǎn)換器198允許積分器190的第一級(jí)和第二級(jí)的積分器輸出發(fā)送給模擬測(cè)試插針。這使得能夠由技術(shù)人員完成現(xiàn)場(chǎng)的診斷。
圖5表示數(shù)字部分114的方塊圖。數(shù)字部分114包括時(shí)鐘發(fā)生器200、C/D Sinc^x濾波器202、V/D Sinc^2濾波器204、寄存器206A-206K、CPI接口208、診斷和測(cè)試插針多路轉(zhuǎn)換器210，以及雜項(xiàng)芯片電路212。
時(shí)鐘發(fā)生器200從主時(shí)鐘輸入插針I(yè)_CLK導(dǎo)出數(shù)字部分114所用的時(shí)鐘信號(hào)。數(shù)字部分114使用時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘發(fā)生器200向調(diào)制器110和112提供時(shí)鐘信號(hào)PCLK和TCLK以及復(fù)位信號(hào)ARST。
C/D Sinc^x濾波器202與C/D轉(zhuǎn)換器110結(jié)合使用，以測(cè)量電容之比，最終目的是導(dǎo)出高分辨率壓力讀數(shù)。Sinc^x濾波器是可充分編程的。這些Sinc濾波器與∑-Δ式調(diào)制器一起使用，以提高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的分辨率，同時(shí)降低它的輸出數(shù)據(jù)速率。濾波器202從C/D轉(zhuǎn)換器110取出串行數(shù)據(jù)流PDATA，過(guò)濾這個(gè)數(shù)據(jù)，并且在C/D數(shù)據(jù)寄存器206A中存儲(chǔ)這個(gè)24位的結(jié)果。
V/D Sinc^2濾波器204與C/D調(diào)制器112結(jié)合使用，以提供低分辨率電壓測(cè)量值。V/D Sinc^2濾波器202按抽取速率和標(biāo)度是可編程的。V/DSinc^2濾波器204的輸出是一個(gè)存儲(chǔ)在VD數(shù)據(jù)寄存器206B中的24位的結(jié)果。
寄存器206A-206K是可以由微處理器116通過(guò)SPI接口208訪問(wèn)的7個(gè)寄存器。這些寄存器包括兩個(gè)數(shù)據(jù)寄存器(CD數(shù)據(jù)寄存器206A和VD數(shù)據(jù)寄存器206B)、4個(gè)配置寄存器(CD配置寄存器206C、VD配置寄存器206D、雜項(xiàng)配置寄存器206E、模擬配置寄存器206F)、4個(gè)陰影寄存器(CD陰影寄存器206G、VD陰影寄存器206H、雜項(xiàng)陰影寄存器206I、模擬陰影寄存器206J)，以及狀態(tài)/中斷寄存器206K。
微處理器116可對(duì)配置寄存器206C-206F以及陰影寄存器206G-206J實(shí)行讀出和寫入。微處理器116可以只從CD數(shù)據(jù)寄存器206A和VD數(shù)據(jù)寄存器206B以及狀態(tài)/中斷寄存器206K讀出。
CD數(shù)據(jù)寄存器206A包含一個(gè)來(lái)自C/D壓力通道的24位結(jié)果。當(dāng)可以得到新值的時(shí)候，通過(guò)C/D Sinc^x濾波器202自動(dòng)更新CD數(shù)據(jù)寄存器206A的數(shù)值。如果微處理器116在可以下一數(shù)據(jù)利用之前未能讀出新的數(shù)據(jù)，通過(guò)狀態(tài)寄存器206K置位CD-Overrun狀態(tài)位。如果在微處理器116正在讀出CD數(shù)據(jù)寄存器206K時(shí)發(fā)生更新，則丟棄這個(gè)新的數(shù)據(jù)，使正在讀出的數(shù)據(jù)不被破壞。構(gòu)成所述CD數(shù)據(jù)寄存器206A，使其決不會(huì)返回到全0或全1的狀態(tài)。如果微處理器116讀出這兩個(gè)值(全1或全0)當(dāng)中的任何一個(gè)，表明微處理器116出現(xiàn)串行通信的問(wèn)題。
VD數(shù)據(jù)寄存器206B包含一個(gè)來(lái)自V/D溫度通道的24位結(jié)果。當(dāng)可以得到新值的時(shí)候，通過(guò)V/D Sinc^2濾波器204自動(dòng)更新VD數(shù)據(jù)寄存器206B的數(shù)值。如果微處理器116在下一數(shù)據(jù)可被利用以前未能讀出新的數(shù)據(jù)，通過(guò)狀態(tài)寄存器206K置位VD-Overrun狀態(tài)位。如果在微處理器116正在讀出VD數(shù)據(jù)寄存器206K時(shí)發(fā)生更新，則丟棄這個(gè)新的數(shù)據(jù)，使正在讀取的數(shù)據(jù)不被破壞。與CD數(shù)據(jù)寄存器206A類似，構(gòu)成所述VD數(shù)據(jù)寄存器206B，使它決不會(huì)返回全0或全1狀態(tài)。如果微處理器116從VD數(shù)據(jù)寄存器206B讀出這兩個(gè)值當(dāng)中的任何一個(gè)，則由微處理器116測(cè)得一個(gè)串行通信的問(wèn)題。
CD配置寄存器206C控制C/D濾波器202的工作。寄存器206C的內(nèi)容包括含有濾波器202抽取信息的一個(gè)字段、含有濾波器202比因子的一個(gè)字段、將濾波器202的濾波器價(jià)數(shù)設(shè)置為Sinc^3濾波器或者為Sinc^2濾波器的一個(gè)比特，以及用以確定濾波器202在更新CD數(shù)據(jù)寄存器206A之前是自動(dòng)平均兩個(gè)C/D數(shù)據(jù)值還是不平均這兩個(gè)C/D數(shù)據(jù)值的一個(gè)比特。平均將使C/D通道的兩次更新之間的周期加倍。
VD配置寄存器206D控制V/D濾波器204的操作。VD配置寄存器206D包含用于確定V/D Sinc^2濾波器204抽取速率的一個(gè)字段和用于確定濾波器204比例因子的一個(gè)字段。
雜項(xiàng)配置寄存器206E包含為確定CD調(diào)制器時(shí)鐘PCLK速率時(shí)鐘發(fā)生器200所用的一個(gè)字段、為確定時(shí)鐘PCLK占空比時(shí)鐘發(fā)生器200所用的一個(gè)字段、以及設(shè)定VD調(diào)制器時(shí)鐘TCLK所用時(shí)鐘速率的一個(gè)字段。此外，雜項(xiàng)配置寄存器206E還包括用于確定向微處理器116提供中斷的時(shí)間的多個(gè)比特、以及允許多路轉(zhuǎn)換器210的數(shù)字測(cè)試插針進(jìn)行操作的一個(gè)比特。
模擬配置寄存器206F包含用于控制C/D調(diào)制器110和V/D調(diào)制器112工作的配置比特。寄存器206F包括一些用于設(shè)置高端和低端環(huán)形增益KH、KL以及高端和低端線性電容器值LH、LL的字段。寄存器206F還包括一些用于確定高端和低端線性電容器和符號(hào)的比特；為選擇正常操作模式或診斷自測(cè)試模式，一些用來(lái)確定向調(diào)制器110、112提供的SMOD、DMOD，以及VDBIT模式選擇信號(hào)狀態(tài)的比特，以及一些用來(lái)確定在測(cè)試點(diǎn)允許利用內(nèi)部模擬信號(hào)的模擬測(cè)試模式的比特。最后，模擬配置寄存器206F還包括一個(gè)濾波器復(fù)位字段，這個(gè)字段可以復(fù)位C/D調(diào)制器110和V/D調(diào)制器112，以及它們的對(duì)應(yīng)的濾波器202、204。
對(duì)于每個(gè)配置寄存器206C-206F而言，都存在一個(gè)對(duì)應(yīng)的陰影寄存器206G-206J，陰影寄存器206G-206J應(yīng)該包含對(duì)應(yīng)的配置寄存器的反向拷貝。微處理器116負(fù)責(zé)向配置寄存器和它的陰影寄存器內(nèi)正確地寫入數(shù)據(jù)。使陰影寄存器的內(nèi)容與對(duì)應(yīng)的配置寄存器的內(nèi)容進(jìn)行連續(xù)的比較。如果在任何時(shí)間檢測(cè)到差異，則在狀態(tài)/中斷寄存器206K中出現(xiàn)一個(gè)冗余差錯(cuò)。
狀態(tài)中斷寄存器206K包含一個(gè)芯片識(shí)別字段，用于識(shí)別專用集成電路芯片130的當(dāng)前版本。狀態(tài)中斷寄存器206K還包括多個(gè)狀態(tài)或中斷比特。這些比特表示新的V/D和C/D數(shù)據(jù)可以利用的時(shí)間、由于以新數(shù)據(jù)重寫寄存器尚未內(nèi)讀取而發(fā)生V/D和C/D數(shù)據(jù)溢出的時(shí)間、一旦冗余檢查測(cè)得一個(gè)冗余差錯(cuò)而設(shè)定的冗余差錯(cuò)比特、表示開環(huán)檢測(cè)器170在高端或低端傳感器上是否已經(jīng)測(cè)到開環(huán)狀態(tài)的狀態(tài)比特。
微處理器116通過(guò)SPI接口208與寄存器206A-206K通信聯(lián)系。當(dāng)微處理器116啟動(dòng)一次診斷自測(cè)試時(shí)，微處理器116通過(guò)在模擬配置寄存器206F中設(shè)置適當(dāng)?shù)谋忍?，以?shí)現(xiàn)診斷自測(cè)試。然后，在C/D調(diào)制器110和V/D調(diào)制器112這二者中執(zhí)行診斷自測(cè)試模式，并且微處理器116從CD數(shù)據(jù)寄存器206A和VD數(shù)據(jù)寄存器206B中讀出這個(gè)結(jié)果。然后，微處理器116將這個(gè)結(jié)果與工廠測(cè)試期間存儲(chǔ)的期望值比較。如果診斷自測(cè)試的結(jié)果在可接受的限制值之外，則微處理器116發(fā)出差錯(cuò)條件的標(biāo)志，并且通過(guò)接口118與控制室通信。
在完成診斷自測(cè)試模式時(shí)，微處理器116還要根據(jù)診斷自測(cè)試之前剛進(jìn)行過(guò)的正常操作模式的測(cè)量值繼續(xù)在通信媒介120上發(fā)送輸出。于是，對(duì)于控制室來(lái)說(shuō)診斷自測(cè)試模式是一目了然的，它是在沒(méi)有向控制室提供代用傳感器讀數(shù)的條件下實(shí)現(xiàn)的。
最好把實(shí)現(xiàn)診斷自測(cè)試模式的調(diào)度計(jì)劃表存儲(chǔ)在微處理器116中。這將使得能夠周期性地實(shí)行診斷自測(cè)試模式，不需要任何來(lái)自控制室的干預(yù)或指示。微處理器116報(bào)告診斷自測(cè)試的結(jié)果，在自測(cè)試過(guò)程中不需要涉及控制室電路。
作為另一種可供選擇的方式，可以通過(guò)在通信媒介120上發(fā)送給微處理器116的控制指令，從控制室啟動(dòng)診斷自測(cè)試模式。
總之，本發(fā)明的診斷自測(cè)試模式給出一種能力，可以規(guī)則地檢查現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器精度及性能而不需要技術(shù)人員在場(chǎng)測(cè)試。診斷自測(cè)試模式可以識(shí)別作為差錯(cuò)源的信號(hào)處理電路(如專用集成電路芯片130)，因此方便了修理和替換。此外，在車間制造專用集成電路芯片130期間，以及在制造現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器期間，自測(cè)試模式都是一項(xiàng)有價(jià)值的測(cè)試。
雖然已經(jīng)針對(duì)電容差值壓力發(fā)射器的內(nèi)容描述過(guò)本發(fā)明，然而，可將本發(fā)明應(yīng)用到任何現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器上。比如，在另一種實(shí)施例中，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器使用電阻性壓力傳感器，如應(yīng)變計(jì)，以提供一個(gè)電壓，這個(gè)電壓是被檢測(cè)的壓力的函數(shù)。通過(guò)∑-Δ式電壓-數(shù)字變換器或者通過(guò)其它類型的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器將這個(gè)電壓變換成數(shù)字。產(chǎn)生代用檢測(cè)信號(hào)，產(chǎn)生的方式與以上參照發(fā)射器10和100描述的方式類似。
雖然已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，然而本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)能理解，在不偏離本發(fā)明構(gòu)思和范圍的情況下，可以在形式上和細(xì)節(jié)上產(chǎn)生許多的變化。
權(quán)利要求
1.一種現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器，用于發(fā)射表示過(guò)程變量的信號(hào)，所述現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器包括物理傳感器，它檢測(cè)過(guò)程變量并產(chǎn)生表示過(guò)程變量的物理檢測(cè)信號(hào)；代用傳感器，它產(chǎn)生與過(guò)程變量無(wú)關(guān)的代用檢測(cè)信號(hào)；信號(hào)處理電路，它將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為測(cè)量值；用于在正常操作模式期間向信號(hào)處理電路提供作為輸入信號(hào)的物理傳感器參數(shù)，并在診斷模式期間向信號(hào)處理電路提供作為輸入信號(hào)的代用傳感器參數(shù)的裝置；用于在通信鏈路上發(fā)送作為正常操作模式期間所產(chǎn)生測(cè)量值函數(shù)的輸出信號(hào)的裝置；用于根據(jù)診斷模式期間所產(chǎn)生測(cè)量值實(shí)現(xiàn)診斷評(píng)估的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器，其中，還包括用于在正常操作模式期間向物理傳感器并在診斷模式期間向代用傳感器提供激勵(lì)信號(hào)的裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器，其中，所述物理傳感器為電容式壓力傳感器。
4.如權(quán)利要求3所述的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器，其中，所述代用傳感器為一個(gè)基準(zhǔn)電容器。
5.如權(quán)利要求3所述的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器，其中，所述代用傳感器包括多個(gè)基準(zhǔn)電容器。
6.如權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器，其中，所述物理傳感器為溫度傳感器。
7.如權(quán)利要求6所述的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器，其中，所述代用傳感器為一個(gè)基準(zhǔn)電壓源。
8.如權(quán)利要求7所述的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器，其中，所述代用傳感器產(chǎn)生零電壓輸入信號(hào)。
9.如權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器，其中，所述物理傳感器產(chǎn)生作為過(guò)程變量函數(shù)的可變電容。
10.如權(quán)利要求9所述的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器，其中，所述信號(hào)處理電路包括電容-數(shù)字(C/D)轉(zhuǎn)換器。
11.如權(quán)利要求10所述的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器，其中，所述C/D轉(zhuǎn)換器包括∑-Δ式調(diào)制器。
12.如權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器，其中，所述物理傳感器產(chǎn)生作為過(guò)程變量函數(shù)的可變電壓。
13.如權(quán)利要求12所述的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器，其中，所述信號(hào)處理電路包括電壓-數(shù)字(V/D)轉(zhuǎn)換器。
14.如權(quán)利要求13所述的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器，其中，所述V/D轉(zhuǎn)換器包括∑-Δ式調(diào)制器。
15.如權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器，其中，還包括用于在診斷模式期間存儲(chǔ)測(cè)量值的期望值的裝置。
16.如權(quán)利要求15所述的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器，其中，用于實(shí)現(xiàn)診斷評(píng)估的裝置根據(jù)在診斷模式期間的測(cè)量值與期望值的比較結(jié)果產(chǎn)生診斷代碼。
17.如權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器，其中，所述信號(hào)處理電路和用于提供的裝置被結(jié)合在集成電路內(nèi)。
18.如權(quán)利要求17所述的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器，其中，所述代用傳感器也包含在所述集成電路內(nèi)。
19.一種現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器，包括傳感器；信號(hào)處理器，它產(chǎn)生作為傳感器的輸入的函數(shù)的測(cè)量輸出；通信接口，提供作為測(cè)量輸出函數(shù)的發(fā)射器輸出；診斷自測(cè)試電路，用以在診斷模式期間向信號(hào)處理器提供診斷輸入以代替來(lái)自傳感器的輸入；以及用于響應(yīng)診斷輸入并根據(jù)信號(hào)處理器的測(cè)量輸出提供診斷輸出的裝置。
20.如權(quán)利要求19所述的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器，其中，所述傳感器向信號(hào)處理器提供可變電容輸入，作為檢測(cè)參數(shù)的函數(shù)。
21.如權(quán)利要求20所述的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器，其中，在診斷模式期間，所述診斷自測(cè)試電路向信號(hào)處理器提供基準(zhǔn)電容輸入。
22.如權(quán)利要求21所述的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器，其中，所述診斷自測(cè)試電路包括多個(gè)可選擇的增益和線性電容器。
23.如權(quán)利要求20所述的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器，其中，所述信號(hào)處理器包括∑-Δ式電容-數(shù)字(C/D)調(diào)制器。
24.如權(quán)利要求19所述的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器，其中，所述傳感器向信號(hào)處理器提供作為檢測(cè)參數(shù)的函數(shù)的可變電壓輸入。
25.如權(quán)利要求24所述的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器，其中，在診斷模式期間，所述診斷自測(cè)試電路向信號(hào)處理器提供基準(zhǔn)電壓輸入。
26.如權(quán)利要求19所述的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器，其中，所述信號(hào)處理器和診斷自測(cè)試電路被合并在集成電路內(nèi)。
27.如權(quán)利要求26所述的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器，其中，所述診斷自測(cè)試電路在集成電路內(nèi)產(chǎn)生診斷輸入。
28.一種現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器，具有正常操作模式，在正常操作模式下面，傳感器產(chǎn)生作為檢測(cè)參數(shù)的函數(shù)的傳感器信號(hào)，信號(hào)處理器將傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換成測(cè)量值，通信接口發(fā)送作為測(cè)量值函數(shù)的發(fā)射器輸出，其特征在于，還包括診斷自測(cè)試電路，在診斷模式期間，該電路使代理信號(hào)代替?zhèn)鞲衅餍盘?hào)；和在診斷模式期間用于根據(jù)信號(hào)處理器產(chǎn)生的測(cè)量值產(chǎn)生診斷輸出的裝置。
29.如權(quán)利要求28所述的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器，其中，所述信號(hào)處理器和診斷自測(cè)試電路被合并在集成電路內(nèi)。
30.如權(quán)利要求29所述的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器，其中，所述診斷自測(cè)試電路在集成電路內(nèi)產(chǎn)生代理信號(hào)。
31.一種現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器，具有正常操作模式和診斷自測(cè)試模式，所述現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器包括傳感器，它檢測(cè)參數(shù)和產(chǎn)生傳感器信號(hào)；∑Δ式調(diào)制器，在正常操作模式期間產(chǎn)生作為傳感器信號(hào)函數(shù)，并在診斷自測(cè)試模式期間作為代理信號(hào)函數(shù)的數(shù)據(jù)信號(hào)；數(shù)據(jù)處理器，它選擇正常操作模式和診斷自測(cè)試模式，控制作為在正常操作模式期間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信號(hào)的函數(shù)的發(fā)射器輸出的傳輸，以及在診斷自測(cè)試模式期間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信號(hào)表明出現(xiàn)故障的條件下產(chǎn)生診斷代碼的傳輸。
32.一種操作現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器以提供診斷自測(cè)試的方法，所述方法包括如下步驟啟動(dòng)診斷自測(cè)試模式，其中代理輸入替換對(duì)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器的信號(hào)處理電路的傳感器輸入；比較信號(hào)處理電路的輸出與根據(jù)代理輸入，得到的期望輸出。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其中，還包括根據(jù)信號(hào)處理電路的輸出與期望輸出的比較結(jié)果，產(chǎn)生表示診斷自測(cè)試結(jié)果的診斷代碼。
34.一種現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器中用的集成電路，所述現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器產(chǎn)生的輸出作為傳感器檢測(cè)參數(shù)的函數(shù)，所述集成電路包括信號(hào)處理器，它產(chǎn)生作為傳感器輸入的函數(shù)的檢測(cè)輸出；和診斷自測(cè)試電路，在診斷模式期間對(duì)信號(hào)處理器產(chǎn)生診斷輸入以代替來(lái)自傳感器的輸入，從而在診斷模式期間信號(hào)處理器的測(cè)量輸出是診斷輸入的函數(shù)。
35.如權(quán)利要求34所述的集成電路，其中，所述診斷自測(cè)試電路在集成電路內(nèi)產(chǎn)生產(chǎn)生診斷輸入。
全文摘要
現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器(10)用于發(fā)射表示過(guò)程變量的信號(hào)，該現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器(10)有正常操作模式和診斷自測(cè)試模式兩種模式?，F(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器(10)具有物理傳感器(12，14)，用于檢測(cè)過(guò)程變量并產(chǎn)生表示過(guò)程變量的物理檢測(cè)信號(hào)。信號(hào)處理電路(22，24)把傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換為測(cè)量值，該測(cè)量值傳被送到控制室?，F(xiàn)場(chǎng)發(fā)射器(10)還具有代用傳感器(16，18)，用以產(chǎn)生與過(guò)程變量無(wú)關(guān)的代用檢測(cè)信號(hào)。在診斷自測(cè)試模式期間，代用傳感器連到信號(hào)處理電路(22，24)，以代替物理傳感器(12，14)。若信號(hào)處理電路(22，24)的輸出與期望值不對(duì)應(yīng)，則產(chǎn)生診斷代碼。
文檔編號(hào)G06F11/30GK1829994SQ200380105346
公開日2006年9月6日 申請(qǐng)日期2003年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月31日
發(fā)明者約翰·P·舒爾特, 汪榮泰 申請(qǐng)人:羅斯蒙德公司