CN101213466A - 获得二进制输出信号的电路结构 - Google Patents
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Abstract
一种电路结构，用于从磁场传感器传送的电流信号中获得二进制输出信号，包括：磁场传感器(1)，其在两个终端(2，3)提供有供电电压并且从这些终端(2、3)处传送本质上以脉冲形状在两个电流值之间变换的电流信号；对磁场传感器(1)提供稳定的供电电压的电压供电单元(50)；对从磁场传感器(1)输出的脉冲形电流信号分接并发送测量信号的测量装置(51)；从测量信号中形成模拟电压信号的信号调理级(52)；从模拟电压信号中获得数字电压信号的A/D转换级(6)；控制级(7)，用于从数字电压信号中获得第一和第二信号值，其中，信号值表示两个由磁场传感器(1)提供的以脉冲形变化的电流信号的电流值，该控制级用于在每次电流信号中的脉冲形变化后将当前获得的第一和第二信号值供给存储器装置(8)，按照第一算法从实时第一和第二信号值中识别数字转变阈值信号；用于存储当前获得的第一和第二信号值的存储器装置(8)；从数字转变阈值信号中获得模拟转变阈值信号的D/A转换极(9)以及比较模拟电压信号和模拟转变阈值信号和按照比较结果产生二进制输出信号的比较器(10)。
Description
技术领域
本发明涉及用于从磁场传感器所传送的电流信号中获取二进制输出信号的电路结构。
背景技术
信号传输的电流接口是很多汽车应用中的优选解决方案。防抱死制动系统即代表这样的一种应用。相比电压接口，电流接口展示了更强的抗干扰能力，在检测供电电压终端或接地电缆中断方面更高的可靠性，以及能够省去用于传送电压信号的第三导体连接的优势。
在二进制电流接口中传送的是本质上以脉冲形状在两个电流值之间变换的电流信号。
这种二进制电流接口的缺点在于这些电流值只能以相对大的公差实现。这导致必须使两个电流值间的电流差较大，以可靠地区分这两个电压值来再现二进制信号。如果在操作中需要较长时间地传送两个电流值中的高值，会导致功耗的提高。如果由磁场传感器提供电流信号，那么，传感器会发热到一个不正常的范围。这就限制了磁场传感器可以应用的环境温度范围，或者要求通过补偿将两个电流值中的低值限制在非常低的电平。事实上，可以使用两个具有高阻抗值的电流感应电阻器来检测电流值，这可以降低在传送两个电流值中的高值时磁场传感器上的电压。然而，另一方面，如果采用了具有高阻抗值的电流感应电阻器，则必须提高供电电压，以便当传送两个电流值中的高值时，仍然可以对磁场传感器提供其工作所必需的最小电压。然而，这会导致在传送两个电流值中的低值时在传感器上产生不必要的高电压。
从美国专利6,096,187可知一种用于确定气/液混合比例的氧气传感器的测量装置。当要检测气/液混合比例时，电压供电单元为气/液混合比例检测设备的电极提供指定的电压。将从第一电阻分压器上的恒定供电电压获得的第一电压供给第一运算放大器的同相输入端，并将从第二电阻分压器上的恒定供电电压获得的第二电压供给第二运算放大器的同相输入端。第一电压和第二电压分别通过第一和第二运算放大器直接输入气/液混合比例检测设备的电极上。利用电流感应电阻器的帮助，检测流过气/液混合比例检测设备的电流，并将检测结果通过A/D转换器输入微计算机。
发明内容
本发明的目的是创建一种用于从磁场传感器传送的电流信号中获得二进制输出信号的电路结构，通过该电路结构能够最小化磁场传感器的功耗。
按照本发明可以实现上述目的，其中所述电路结构包括：
磁场传感器，在两个终端提供有供电电压，并且磁场传感器从这些终端传送本质上以脉冲形状在两个电流值之间变换的电流信号；
电压供电单元，用于为磁场传感器提供稳定的供电电压；
测量装置，用于从磁场传感器对脉冲形电流信号分接并传送测量信号；
信号调理级，用于从测量信号中形成模拟电压信号；
A/D转换器级，用于根据模拟电压信号获得数字电压信号；
控制级，用于从数字电压信号中获得第一和第二信号值，其中，信号值表示由磁场传感器提供的、以脉冲形状变换的电流信号的两个电流值；
用于在每次电流信号中的脉冲形状改变后，将当前获得的第一和第二信号值提供给存储器装置；
用于按照第一算法，从实时第一和第二信号值中识别数字转变阈值信号；
存储器装置，用于存储当前获得的第一和第二信号值；
D/A转换器级，用于从数字转变阈值信号中获得模拟转变阈值信号；
比较器，用于比较模拟电压信号和模拟转变阈值信号并按照比较结果产生二进制输出信号。
利用按照本发明的电路结构，以脉冲形状变换的电流信号的两个电流值之间的差还可以有利地降低到最小，对正确识别电流值和区分这两个电流值而言，这个差值是必须的。
按照本发明的电路结构表示电流接口的有源接收器电路。该接收器电路承担将供给磁场传感器的电压保持在恒定电平的任务。由磁场传感器传送的电流值在操作中被测量并被记录。根据存储的电流值确定转变阈值信号的最优电平，并利用该最优电平来检测或区分磁场传感器所传送的电流值。这能够使所述的这些电流值所需的差异调节最小。
根据按照本发明的电路结构的另一个有利的实施例，进一步配备了控制级，以便在获得的第一和第二信号值落在可指定的公差范围外的情况下按照第二算法来产生误差信号并且将该误差信号传送至误差信号输出端。因此，可以以简单的方式实现误差识别。
根据本发明的另一个实施例，进一步配备了控制级，以按照第三算法用获得的第一和第二信号值来产生一个供电电压控制信号，并且该供电电压控制信号被提供给电压供电单元以将供电电压控制为可能的最小电压，从而无误差地产生输出信号。从而，在信号值的识别中没有任何损失的情况下，可以有利地获得磁场传感器功耗的进一步降低。
电压供电单元优选地包括放大级以提供稳定的供电电压，该放大级具有通过测量装置的反馈。
为了根据测量信号形成模拟电压信号，信号调理级有利地包括分压装置，该分压装置具有包含稳压二极管和电阻器的串联电路，其中，测量信号被提供给串联电路，在电阻器处对模拟电压信号分接。在一个不同的实施例中，为了根据测量信号形成模拟电压信号，信号调理级包括高通滤波器，测量信号被提供给该高通滤波器的输入端，模拟电压信号从该高通滤波器的输出端送出。
从而，本发明使得电流接口的概念可行，通过该电流接口能够显著降低磁场传感器的功耗。因此，可以提高该磁场传感器的允许工作环境温度范围。特别地，这对于汽车电子领域中的应用是非常有利的。另外，这个概念使具有“智能”误差识别的“智能”电流接口成为可能。
参照附图中的示例可以对本发明进行更进一步的描述，然而，本发明不限于附图中的实施例。
附图说明
图1是示出按照本发明的电路结构的一个实施例的电路框图；
图2示出了用在按照本发明的电路结构中的电压供电单元、测量装置和信号调理级的第一实施例；
图3示出了用在按照本发明的电路结构中的电压供电单元、测量装置和信号调理级的第二实施例。
参考标号列表：1：磁场传感器、2：磁场传感器1的第一终端、3：磁场传感器1的第二终端、4：公共单元与磁场传感器1的分界、5：电路单元，包括电压供电单元50、测量装置51和信号调理级52、6：A/D转换级、7：控制级、8：存储器装置、9：D/A转换级、10比较器装置、11：比较器装置10的输出端、50：电压供电单元、51：测量装置；测量电阻器、52：信号调理级、53：放大器结构，优化地为运算放大器、54：参考电压源、55：稳压二极管、56：电阻器、57：电容器、58：表示通过终端2、3对磁场传感器1进行稳定电压供电的箭头、59表示通过终端2、3对从磁场传感器1输出的脉冲形电流信号进行分接的箭头、60：使测量信号从测量装置51传输到信号调理级52的连接器、61：抽头、62：从信号调理级52输出的模拟电压信号的第一个输出、63：从信号调理级52输出的模拟电压信号的第二个输出、64：数字电压信号线、71：数字转变阈值信号的线路、72：用于输出误差信号的控制级7的误差信号输出端、73：从控制级7向电压供电单元50输出供电电压控制信号的控制线路、91：D/A转换级9的输出端。
具体实施方式
相同的部件出现在不同的附图中时，使用了相同的参考标号。
在图1中，参考标号1表示磁场传感器，其具有第一和第二终端，分别用2和3表示。通过终端2和3对磁场传感器1提供稳定的供电电压。磁场传感器还从终端2、3传送本质上以脉冲形状在两个电流值之间变换的电流信号。
连接到终端2、3的是用参考标号5标明的电路单元，其包含用于对磁场传感器1提供供电电压的电压供电单元50、用于从磁场传感器1对脉冲形电流信号分接并传送测量信号的测量装置51、以及根据测量信号形成模拟电压信号的信号调理级52。为了对磁场传感器1提供在图中用箭头58标示的稳定的供电电压，终端2、3被安排连接至电压供电单元50。为了从磁场传感器1中对脉冲形电流信号分接，终端2、3被安排连接至测量装置51，这在图中用箭头59标示。
为了向信号调理级52传送测量信号，信号调理级52通过连接器60连接到测量装置51。信号调理级52将模拟电压信号分别传送给第一和第二输出端62、63。
图2示出了应用于按照本发明的电路结构中的与磁场传感器1互连的电压供电单元50、测量装置51、和信号调理级52的第一实施例。其中的电压供电单元50包括优选为运算放大器的放大器结构53，该放大器结构的反相输入端连接至磁场传感器1的第一终端2，该放大器结构的同相输入端通过参考电压源54接地。通过测量装置51，放大器结构53的输出被反馈给反相输入端，在这里，测量装置51采用欧姆测量电阻器的形式。这种结构能够利用参考电压源54传送的电压对磁场传感器1进行稳定供电。磁场传感器1输出的脉冲形电流信号经过测量装置51流到放大器结构53的输出端。
在图2所示的结构中，用于根据测量信号形成模拟电压信号的信号调理级52包括含有稳压二极管55和电阻器56的串联电路。该串联电路55、56的一个末端点连接到放大器结构53的输出端，另一个末端点接地。由于在不考虑磁场传感器1输出的脉冲形信号情况下，放大器结构53反相输入端的电势被稳定至参考电压源54传送的电压，因此与流经测量电阻器51的脉冲形电流信号成正比的电压被接至串联电路55、56，该电压表示测量信号。在电阻器56处，通过抽头61对模拟电压信号进行分接。稳压二极管55在此用来移位模拟电压信号的电位，例如产生一个适合于下游的TTL逻辑电路的电平。
图3示出了应用于按照本发明的电路结构中的与磁场传感器1互连的电压供电单元50、测量装置51、和信号调理级52的第二实施例。除了信号调理级52的设计之外，该实施例与图2所示的设计一致。稳压二极管55被电容器57取代，其结果是信号调理级现在包括一个高通电路，测量信号被传送至该高通电路的输入端，模拟电压信号从该高通电路的输出端送出。在该实施例中，模拟电压信号只包括信号变化，优化地，只检测从高信号值向低信号值的转变。
图1所示的电路结构还包括A/D转换级6，来自信号调理级52的第一输出端62的模拟电压信号被发送到该A/D转换级6，其中该信号调理级52包括所述的抽头61。在A/D转换级6中，数字电压信号根据模拟电压信号而获得，并通过线64被传送至控制级7。
在控制级7中，从数字电压信号中获得第一和第二信号值，其中所述信号值表示由磁场传感器1传送的以脉冲形变化的电流信号或者据此推出的测量信号的两个电流值。从而，可以优化地采取基于数字电压信号的峰值检测。在每次电流信号的脉冲形变化以及由此产生的数字电压信号变化之后，当前获得的第一和第二信号值被传送至将它们存储起来的存储器装置8。另外，按照第一算法，根据当前存储的第一和第二信号值来确定数字转变阈值信号。在最简单的情况下，可以通过平均的方法来进行确定，但是应当考虑第一信号和第二信号随时间的散布以及非线性等问题，以便对数字转变阈值信号进行非常精确的确定。数字转变阈值信号通过线路71从控制级7中被传送出来。
图1所示的电路结构还包括D/A转换级9，其中从控制级7中输出的数字转变阈值信号通过线路71传送到该D/A转换级9，并且通过D/A转换从D/A转换级9中获得模拟转变阈值信号。在D/A转换级9的输出端91可以获得该模拟转变阈值信号。
模拟电压信号还从信号调理级52通过第二输出端63被传送至比较器装置10的第一输入端，该第二输出端63也可以采用所述抽头61的形式。模拟转变阈值信号通过D/A转换级9的输出端91被传送至比较器10的第二输入端。在比较器10中，比较模拟电压信号和模拟转变阈值信号，并根据比较结果产生二进制输出信号。比较器10优选地采用比较电路的形式。二进制输出结果通过比较器10的输出端11传送。
在图1所示的实施例中，还配备控制级7以在获得的第一信号和第二信号落在可指定的公差范围之外时按照第二算法产生误差信号，并将该误差信号传送至误差信号输出端72。公差范围可以优选地与已确立的第一信号和第二信号值相匹配。例如，可以与电流信号中的多个脉冲形变化所形成的第一信号和第二信号的平均值或它们的差值成比例地定义公差范围。通过这种方法和通过数字转变阈值信号的精确确定，可以实现按照本发明的电路结构对干扰以及对磁场传感器1传送的电流信号波动和公差的非常不敏感。
在图1所示的实施例中，还配备控制级7以按照第三算法根据所获得的第一信号和第二信号产生供电电压控制信号。在该第三算法中，优选地可以对误差信号的信息进行评估，因此，可以设置供电电压为最小可能值，以便无误差地产生输出信号。供电电压控制信号通过线路73被传送至电压供电单元50以控制供电电压。如图2和图3中的实施例所示，参考电压源54产生的电压可以被有利地调整。
除了磁场传感器1，已描述的电路部分优选地组合在一个共同单元中，其与磁场传感器4的分界由虚线4标示。
按照本发明的电路结构优选地应用于汽车电子中的电流接口应用，特别是节流阀的驱动和控制中，还可以应用于防抱死制动系统中的旋转变送器中。此外还可以应用于其他很多应用中。
Claims (6)
1.一种用于获得二进制输出信号的电路结构，包括：
磁场传感器(1)，其在两个终端(2、3)被提供了供电电压，并且从这些终端(2、3)处传送本质上以脉冲形状在两个电流值之间变换的电流信号；
电压供电单元(50)，用于为磁场传感器(1)提供稳定的供电电压；
测量装置(51)，用于从磁场传感器(1)中对脉冲形电流信号分接并传送测量信号；
信号调理级(52)，用于根据测量信号形成模拟电压信号；
A/D转换级(6)，用于根据模拟电压信号获得数字电压信号；
控制级(7)，用于从数字电压信号中获得第一和第二信号值，其中，信号值表示两个由磁场传感器(1)提供的以脉冲形变化的电流信号的电流值；
用于在每次电流信号中的脉冲形变化后将当前获得的第一和第二信号值供给存储器装置(8)；
用于按照第一算法从实时第一和第二信号值中识别数字转变阈值信号；
存储器装置(8)，用于存储当前获得的第一和第二信号值；
D/A转换级(9)，用于根据数字转变阈值信号获得模拟转变阈值信号；
比较器(10)，用于比较模拟电压值和模拟转变阈值并按照比较结果产生二进制输出信号。
2.按照权利要求1所述的电路结构，其特征在于进一步配备控制级(7)，以在获得的第一和第二信号值落在可指定的公差范围之外时按照第二算法产生误差信号，并将该误差信号传送给误差信号输出端72。
3.按照权利要求1所述的电路结构，其特征在于进一步配备控制级(7)，以按照第三算法根据所获得的第一和第二信号值产生供电电压控制信号，该供电电压控制信号被提供给电压供电单元(50)以将供电电压控制为最小可行电压值，从而无误差地产生输出信号。
4.按照权利要求1所述的电路结构，其特征在于电压供电单元(50)包括放大级(53)以提供稳定的供电电压，其中该放大级(53)具有通过测量装置(51)的反馈。
5.按照权利要求1所述的电路结构，其特征在于，为了根据测量信号形成模拟电压信号，信号调理级(52)包括带有串联电路的分压装置，其中该串联电路包含稳压二极管(55)和电阻器(56)，测量信号被提供给串联电路，模拟电压信号在电阻器(56)被分接。
6.按照权利要求1所述的电路结构，其特征在于，为了根据测量信号形成模拟电压信号，信号调理级(52)包括一个高通电路，其中测量信号被提供给该高通电路的输入端，模拟电压信号从该高通电路的输出端送出。
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