CN101541603A - 有源传感器及其使用、补偿有源传感器输出电流信号幅度波动的方法 - Google Patents

Abstract

一种有源传感器(1)，其由测量模块(2)和接口模块(3)构成，接口模块(3)包含至少一个第一电流源(31)、输入线(32)以及输出线(33)，其中，有源传感器(1)经由这两条线(32，33)被供给能量，且第一电流源(31)在输出侧被连接到输出线(33)，接口模块(3)以电流信号的形式产生有源传感器(1)的输出信号，其中，接口模块(3)包含：电流检测装置(34)，其检测测量模块(2)的负载电流；至少一个补偿装置(35)，其能在连接到输出线的输出路径(351)上产生至少一个第一补偿电流，以便至少依赖于检测到的测量模块(2)的负载电流对输出电流信号的幅度波动进行补偿。另外，本发明涉及用于对有源传感器输出电流信号幅度波动进行补偿的方法以及有源传感器特别是作为车轮速度传感器在机动车中的使用。

Description

有源传感器及其使用、补偿有源传感器输出电流信号幅度波动的方法

技术领域

本发明涉及权利要求1前序部分所述的有源传感器、权利要求15前序部分所述的方法以及有源传感器特别是作为车轮速度传感器在机动车中的使用。

背景技术

印刷文献WO 98/08711介绍了有源旋转速度传感器，其经由两根线被连接到电子控制单元，经由这两根线被供以能量并传送输出信号。有源传感器具有信号处理电路和电流接口。在这种布置中，输出信号的规定幅度的调节借助充分的参数化和有源传感器的校准——考虑到外部影响或扰动以及老化过程，其相对较为昂贵——来实现。

在印刷文献DE 199 06 981 A1中，提出了用于测量传感器的集成校准与测量装置，该装置可借助数据与控制单元以及数字/模拟转换器进行测量传感器的校准。然而，所提出的电路相对较为复杂，且在输出侧提供电压信号，根据经验，电压信号对于信号传输来说不太适合。另外，所提出的这种电路不能补偿由于例如老化或温度影响导致的信号处理输出信号中的幅度波动。

发明内容

本发明的目的在于提出一种有源传感器，其包含产生规定的、特别是补偿后的输出电流信号幅度的电流接口，并涉及用于对输出电流信号的幅度波动进行补偿以及相应地用于对规定输出电流信号幅度进行调节的方法。

根据本发明，此目的通过权利要求1所述的有源传感器以及权利要求15所述的方法来实现。

本发明基于这样的构思：提出一种由测量模块和接口模块构成的有源传感器，接口模块包含电流检测装置和至少一个补偿装置，其中，电流检测装置检测测量模块的负载电流，补偿装置能至少依赖于所检测的测量模块的负载电流产生至少一个能被叠加在有源传感器的尚未校正的输出电流信号上的第一补偿电流。

通过将补偿电流叠加在输出电流信号上，能不依赖于实质上外部——例如由于温度或老化影响——的影响地设置规定幅度的输出电流。因此可避免有源传感器输出电流信号幅度的不希望的幅度波动或变化。这使得可以保证有源传感器的幅度编码的输出信息能被相应的接收器——例如机动车控制系统的电子控制单元——正确解码。这在将传感器用在安全性要求高的系统——例如机动车控制系统——中时特别重要。不再需要如同先前已成为惯例的那样几乎完全或借助相对较为详细的校准以相对较大的成本对输出电流信号的幅度波动进行补偿。由于根据本发明对规定输出信号幅度的调节，电子部件的制造不准确度也不需要校正，特别是通过修整(trimming)。

测量模块适当地包含至少一个传感器元件和信号处理电路。补偿装置的第一补偿电流优选为依赖于检测到的测量模块的负载电流以及第一电流源产生的电流而产生。

补偿装置的第一补偿电流和/或其他补偿电流优选为可连接或可断开和/或可控制。结果，幅度编码的信息传输可借助传感器输出信号来进行。

以下是适当的：在第一节点上，补偿装置在输入侧被连接到输入线，在第二节点上，第一电流源在输出侧被连接到输出线，补偿装置的第一输出路径被连接到第二节点，作为其结果，补偿装置的第一补偿电流能依赖于传感器输入电流附加地产生。由于上述互联，特别地，测量模块的输出电流、第一电流源的输出电流、补偿装置的第一输出电流被叠加以形成有源传感器的输出电流信号。

位于输出侧的电流检测装置以及补偿装置优选为借助第二输出路径共同连接到第一电流源的输入。将在补偿装置第二输出路径上提供的电流是电流检测装置的输出电流以及通过第一电流源的电流的结果。补偿装置特别依赖于将在第二输出路径上提供的此电流、并且特别优选为依赖于有源传感器的输入电流地至少产生第一补偿电流。

电流检测装置的输入被适当地连接到测量模块与第一或第二节点之间的输入线和/或输出线。通过这种手段，电流检测装置能够以相对简单的方式检测测量模块的负载电流。

测量模块优选为在每种情况下连接到第一与第二线的延伸(extension)，并实质上经由这两条线被供以能量。

电流检测装置优选为具有至少一个检测FET和/或检测放大器，作为其结果，电流检测装置的输出电流以实质上定义的比小于测量模块的负载电流。通过使用至少一个检测FET或检测放大器，电流检测装置自身的能量消耗被保持为相对较低，因此，这导致相对较小、实质上可计算的系统测量偏差。作为替代的是，电流检测装置优选为表现为分流器(shunt)。

以下是适当的：电流检测装置在其输出上提供至少一个电流，该电流以规定的第一缩放因子与在其输入上检测到的电流不同、特别是较小。

由补偿装置产生的第一补偿电流优选为具有以规定的第二缩放因子改变的幅度，特别是与在补偿装置第二输出路径上提供的电流相比较大的幅度。已经发现，借助电流检测装置和补偿装置的所述至少一个缩放因子，至少第一补偿电流能以相对较为简单的方式设置，该电流特别适合于将有源传感器的输出电流信号调节或校正为至少一个规定幅值。在特别优选的方式中，电流检测装置的第一缩放因子和补偿装置的第二缩放因子实质上同样大。

优选为，作为对第一输出路径上的第一补偿电流的替代或作为附加的是，补偿装置能在连接到第二节点的至少一个附加输出路径上产生与第一补偿电流不同的至少一个第二补偿电流。在这种布置中，补偿电流以规定的、在每种情况下互相不同的缩放因子与在补偿装置第二输出路径上提供的电流不同。特别地，补偿电流以在每种情况下相互不同的缩放因子比在第二输出路径上提供的电流大。在此布置中，可以在这些补偿电流之间切换，结果，输出电流信号能以相对较为简单的方式调节或校正为不同的幅度。

电流检测装置可适当地在其输出上提供至少一个第一以及一个第二电流，这些电流以规定的、在每种情况下相互不同的缩放因子与在输入上检测到的电流相比不同、特别是较小。在此布置中，可以在输出侧上的这些电流之间进行切换。

优选地也是作为附加地，接口模块具有至少一个第二可连接和/或可控制电流源，其被连接到输入侧上的第一节点以及输出侧上的第二节点。通过这种手段，输出电流信号的至少两个或多个规定幅值能够特别得到调节或校正。

以下是适当的：接口模块另外具有至少一个能被开通的第一电流驱动器元件，其被连接到输入侧上的第一节点，并在输出侧上提供附加电流源输入上的第一电流。此电流源的输出被连接到第二节点，其中，在连接到第二节点的至少一个附加输出路径上，电流驱动器元件能附加地在输出侧上产生第二电流，第二电流相对于第一电流以规定的缩放因子不同。借助这样的电流驱动器元件，能实现输出电流信号的作为替代的或作为附加的幅度编码。电流驱动器元件也可被考虑或对应地设计为能够被开通的附加补偿装置，其不被连接到电流检测装置且其输出电流对应地分别不依赖于所检测到的测量模块的负载电流或电流检测装置的输出电流。

所述至少一个电流源优选为表现出预设的规定电流值。特别地，该电流值借助控制环得到校正。接口模块的所有电流源以特别优选的方式表现出实质上唯一的预设电流值、特别优选为校正后的电流值。借助这样的措施，接口模块变得对外部影响以及部件的内部变化实质上不敏感，并能甚至更为精细地调节输出电流信号的规定幅度。

补偿装置适当地表现为一个或一个以上的电子电流平衡电路。

优选为，测量模块和接口模块或信号处理电路与接口模块被构造为集成电路，特别是在芯片上。

电流检测装置、补偿装置以及特别是至少一个电流驱动器元件和/或至少一个附加可连接和/或可控制电流源优选为在输入侧连接到测量模块的至少一个信号输出，并受到测量模块的控制，特别是关于缩放因子的切换。通过这种手段，借助接口模块，在此背景下，通过驱动单独的电路元件，在有源传感器的输出上，通过输出电流信号的调制，测量模块的输出信息能以相对较为简单的方式来提供。

以下是适当的：作为该方法的一部分，补偿装置能产生至少一个附加和/或替代补偿电流，其中，可以取决于测量模块的至少一个输出信号在这些补偿电流之间切换。

关于该方法，接口模块优选为具有至少一个附加电流源和/或至少一个电流驱动器元件，其产生能依赖于测量模块的至少一个输出信号得到连接或切换且被叠加在有源传感器的输出电流上的至少一个输出电流。

本发明还涉及有源传感器特别是作为车轮速度传感器在机动车中的使用。

根据本发明的传感器以及根据本发明的方法被提供为用于机动车技术、自动化以及控制技术领域。特别地，提供了根据本发明的传感器以及该方法在车轮速度传感器中的使用。

附图说明

借助附图，由从属权利要求以及下面对示例性实施例的介绍可明了进一步优选的实施例。在附图中：

图1示出了接口模块的基本运行的示例性实施例；

图2示出了用于调节输出电流信号的两个规定幅度的示例性有源传感器，其中，电流检测装置和补偿装置可在每种情况下产生两个可切换输出电流；

图3示出了具有附加电流驱动器元件的有源传感器的示例性实施例；且

图4示出了通过测量模块的信号处理电路具有电流检测与补偿装置的图示式驱动的示例性有源传感器。

具体实施方式

图1所示的示例性有源传感器用于说明基本运行。有源传感器1借助双线导线被连接到机动车控制系统的电子控制单元ECU并经由这两条导线被供给能量。另外，所有信息也在有源传感器1和ECU之间经由这两条导线来交换。这特别指的是有源传感器1的输出信息。这两个连接导线借助端子7和8被连接到有源传感器1。作为这两个连接导线的延伸并在传感器侧连接到端子7与8，接口模块3具有输入线32和输出线33。测量模块2——其整个负载阻抗用电阻R_load组合示出——在传感器侧被连接到这两条线。电流检测装置34和补偿装置35的输入连接在输入线32的节点4上。电流检测装置34经由测量模块2检测负载电流I_sense，并将此电流以规定因子X1减小后在其输出上提供。电流源31在输出线33的节点5上驱动规定的电流，并在输入侧连接到电流检测模块34的输出，并经由第二输出路径352连接到补偿装置35。在此布置中，补偿装置35在第二输出路径352上提供由经过电流源31的电流I_ref与电流检测装置34的输出电流之间的差产生的电流。依赖于在第二输出路径352上提供的此补偿电流，补偿装置35在连接到节点5的其第一输出路径351上产生通过对应于因子X1的规定因子X2放大的电流，以便对有源传感器1的尚未校正的电流输出信号进行补偿。

示例性有源传感器1因此对输出电流信号I_signal进行校正，使得恒定信号电流不依赖于测量模块2的当前电流消耗地得到设置。I_signal实质上仅仅依赖于电流源31的基准电流I_ref。例如，以下成立：

I_signal＝y＊I_ref＝(1+x)＊I_ref    (1)

其中，x＝x1＝x2。

出于此目的，作为基准电流源的电流源31提供不依赖于温度的电流I_ref。借助电流检测装置34的电流检测的测量电流与测量模块2的基本电流消耗的总电流被获得为：

I_G＝(1+1/x)＊I_sense    (2)

现在从电流源31中减去电流检测装置34减小的检测电流，其得到新的基准电流：

I’_ref＝I_ref-1/x＊I_sense    (3)

其由补偿装置35在第二输出路径352上提供。此补偿电流被补偿装置35以因子X2放大，并在第一输出路径351上产生。根据此实例，补偿装置35具有简单的电流平衡布置，该布置由输入线32或有源传感器1的能量供给进行馈送。补偿装置35的输入电流I_s于是被获得为：

I_s(1+x)＊I’_ref(1+x)＊(I_ref-1/x＊I_sense)(4)

信号电流I_signal——也就是说，有源传感器1的总电流消耗——为I_G与I_s的总和，由此得到：

$I_{\sin \mathrm{gnal}}=I_G+I_s=(1+1/x)*I_{\mathrm{sense}}+(1+x)*(I_{\mathrm{ref}}-1/x*I_{\mathrm{sense}})*---\left(5\right)$

$\↔I_{\mathrm{signal}}=I_{\mathrm{sense}}+I_{\mathrm{sense}}/X+(1+x)*I_{\mathrm{ref}}-I_{\mathrm{sense}}/X-I_{\mathrm{sense}}$

$\↔I_{\sin \mathrm{gnal}}=(1+x)*I_{\mathrm{ref}}$

有源传感器1的输出电流信号或信号电流因此分别不依赖于其余电路或测量模块2的电流消耗，实质上仅仅依赖于电流源31的基准电流I_ref。在集成电路的情况下，缩放因子X1＝X2被能不依赖于过程波动实现的部件比(component ratio)指定。

图2示出了用于产生输出电流信号I_signal的两个不同幅度的有源传感器1的示例性实施例。用图1所示有源传感器1开始，电流检测装置34在此布置中在其输出上、补偿装置35在其第一输出路径351上分别具有转换开关或被构造为可切换。在此布置中，电流检测装置34以这样的方式构建：其能提供两个替代性电流，该电流在每种情况下具有相对于检测到的测量模块2的负载电流I_sense以两个规定缩放因子L与H减小的电流幅度。对应地，补偿装置35在第一输出路径351上产生两个替代性补偿电流，该电流通过两个规定缩放因子L与H相对于在其第二输出路径352上提供的电流被放大，或者分别具有通过这些缩放因子增大的幅度。

对于对应于具有连续线的开关位置的逻辑“0”电平，电流检测装置34因此提供通过缩放因子L减小到1的检测电流I_sense，其被从I_ref中减去。此减小的基准电流I’_ref被补偿装置35以缩放因子L放大。有源传感器1的总电流消耗因此被获得为：

I_signal＝(1+L)＊I_ref    (6)

对于对应于具有虚线的开关位置的逻辑“1”电平，I_sense被电流检测装置34以缩放因子H减小，I’_ref被补偿装置35以缩放因子H放大。有源传感器1的总电流于是被获得为：

I_signal，1＝(1+H)＊I_ref    (7)

对于逻辑“0”和“1”电平的输出信号电流I_signal的幅度因此可以以缩放因子L和H以及电流源31的基准电流I_ref受到调节。

图3显示出用于产生输出电流信号I_signal的两个不同幅度的有源传感器1的替代性示例性实施例。此示例性实施例通过可连接的电流驱动器元件36扩展了图1所示的有源传感器1，该元件在输入侧被连接到输入线32的第一节点4，并在输出侧在附加电流源361的输入上提供第一电流，附加电流源361的输出被连接到输出线33的第二节点5。在此布置中，电流驱动器元件36可在输出侧在连接到节点5的附加输出路径上产生附加第二电流H＊I_ref，该电流以规定的缩放因子H关于电流源361的输入上提供的第一电流而放大。电流驱动器元件36具有例如电流平衡电路。通过添加或连接电流驱动器元件36，产生对应于输出电流信号I_signal的逻辑“1”的幅度。电流驱动器元件36也可被理解为是独立于电流检测装置34并能对应地设计的可连接的补偿装置。例如，补偿装置35，是连续有效的。对于有源传感器1的输出电流信号的逻辑“0”电平，电流驱动器元件36的开关被断开，电流驱动器元件36因此不是有效的。有源传感器1的输出电流信号的幅度或信号电流相应地因此被获得为：

I_signal，0＝(1+L)＊I_ref    (8)

对于逻辑“1”电平，电流驱动器元件36的开关被闭合，由电流驱动器元件36产生的电流(1+H)＊I_ref被添加到第二节点5的来自公式(8)的信号电流。这导致有源传感器1的下面的总电流：

I_signal，1＝(1+L)＊I_ref+(1+H)＊I_ref＝(2+L+H)＊I_ref    (9)

在此示例性实施例中，同样地，逻辑“0”和“1”电平能在因子L、H、I_ref辅助下得到调节。这些电平依赖于测量模块2受到切换。

图4示出了示例性有源传感器1，其具有有着传感器元件21和信号处理电路22的测量模块2以及接口模块3。与图2所示的示例性实施例相比，此有源传感器1已被扩展。在此布置中，电流检测装置34和补偿装置35在每种情况下具有附加的输入，经过该附加输入，它们被测量模块2的信号处理装置22借助控制线6共同驱动。例如，经由此控制线6，电流检测装置34和补偿装置35的缩放因子的切换受到控制。

信号处理装置22因此连续指定这两个装置的哪个缩放因子是“有效”的，因此对应地指定有源传感器1的输出电流信号的总幅度。根据此实例，输出电流信号I_signal的三个不同的幅度能被设置。出于此目的，电流检测装置34和补偿装置35在每种情况下具有三个不同的缩放因子L、H、M并根据上述示例性实施例、现在在附加缩放因子的情况下替代性地产生对应的三个输出电流。根据此实例，这三个不同的幅度用于作为车轮速度传感器的有源传感器1的输出传输协议。在此布置中，附加的数据——中等幅度用于其编码——在速度脉冲——其通过最大幅度或分别在最大与最低幅度之间的变化而被编码——之间被传输。

在未示出的示例性实施例中，有源传感器1包含两个电流驱动器元件，作为其结果，也可以以规定的方式设置或产生输出电流信号的三个不同的幅度。

Claims (18)

1.一种由测量模块(2)和接口模块(3)构成的有源传感器(1)，接口模块(3)包含至少一个第一电流源(31)、输入线(32)以及输出线(33)，其中，有源传感器(1)经由这两条线(32，33)被供给能量，第一电流源(31)在输出侧被连接到输出线(33)，接口模块(3)以电流信号的形式产生有源传感器(1)的输出信号，

其特征在于，接口模块(3)包含：电流检测装置(34)，该装置检测测量模块(2)的负载电流；至少一个补偿装置(35)，其能在连接到输出线的输出路径(351)上产生至少一个第一补偿电流，以便至少依赖于检测到的测量模块(2)的负载电流对输出电流信号的幅度波动进行补偿。

2.根据权利要求1的有源传感器(1)，其特征在于，第一补偿电流由补偿装置(35)依赖于检测到的测量模块(2)的负载电流以及由第一电流源(31)产生的电流来产生。

3.根据权利要求1或2的有源传感器(1)，其特征在于，在第一节点(4)上，补偿装置(35)在输入侧被连接到输入线(32)，在第二节点(5)上，第一电流源(31)在输出侧被连接到输出线(33)，补偿装置(35)的第一输出路径(351)被连接到第二节点(5)。

4.根据权利要求1-3中至少一项的有源传感器(1)，其特征在于，电流检测装置(34)在输出侧以及补偿装置(35)借助第二输出路径(352)共同连接到第一电流源(31)的输入。

5.根据权利要求1-4中至少一项的有源传感器(1)，其特征在于，电流检测装置(34)的输入被连接到测量模块(2)和第一或第二节点(5)之间的输入线(32)和/或输出线(33)。

6.根据权利要求1-5中至少一项的有源传感器(1)，其特征在于，电流检测装置(34)在其输出上提供至少一个电流，该电流以规定的第一缩放因子(X1)与在其输入上检测的电流不同，特别是较小。

7.根据权利要求4-6中至少一项所述的有源传感器(1)，其特征在于，由补偿装置(35)产生的第一补偿电流以规定的第二缩放因子(X2)与在补偿装置(35)的第二输出路径(352)上提供的电流不同，特别是较大。

8.根据权利要求6或7的有源传感器(1)，其特征在于，电流检测装置(34)的第一缩放因子(X1)与补偿装置(35)的第二缩放因子(X2)实质上同样大。

9.根据权利要求4-8中至少一项的有源传感器(1)，其特征在于，作为第一输出路径(351)上的第一补偿电流的替代地或作为附加地，补偿装置(35)能在连接到第二节点(5)的至少一个附加输出路径上产生与第一补偿电流不同的至少一个第二补偿电流，其中，这些补偿电流以规定的、在每种情况下互相不同的缩放因子(L、H、M)与在补偿装置(35)的第二输出路径(352)上提供的电流相比较大，且其中，可以在这些补偿电流之间切换。

10.根据权利要求6-9中至少一项的有源传感器(1)，其特征在于，电流检测装置(34)能在其输出上提供至少一个第一以及一个第二电流，该电流以规定的、在每种情况下互相不同的缩放因子(L、H、M)与在输入上检测到的电流相比较小，其中，可以在输出侧上的这些电流之间切换。

11.根据权利要求3-10中至少一项的有源传感器(1)，其特征在于，接口模块(3)另外还具有至少一个第二可连接和/或可控制电流源，其在输入侧上被连接到第一节点(4)，并在输出侧上被连接到第二节点(5)。

12.根据权利要求6-11中至少一项的有源传感器(1)，其特征在于，接口模块(3)附加地具有至少一个能够被开通的第一电流驱动器元件(36)，其在输入侧上被连接到第一节点，并在输出侧上提供附加电流源(361)的输入上的第一电流，附加电流源(361)的输出被连接到第二节点(5)，且其中，在连接到第二节点(5)的至少一个输出路径上，此电流驱动器元件(36)能附加地在输出侧产生第二电流，该电流相对于第一电流以规定的缩放因子(H)不同。

13.根据权利要求1-12中至少一项的有源传感器(1)，其特征在于，测量模块(2)和接口模块(3)或信号处理电路(22)和接口模块(3)被构造为集成电路，特别是在芯片上。

14.根据权利要求6-13中至少一项的有源传感器(1)，其特征在于电流检测装置(34)和补偿装置(35)以及特别是至少一个电流驱动器元件(36)和/或至少一个附加可连接和/或可控制电流源在输入侧上被连接到测量模块(2)的至少一个信号输出，并受到测量模块(2)的控制，特别是关于缩放因子(L、H、M)的切换。

15.一种方法，其用于补偿有源传感器的输出电流信号的幅度波动，特别是用于补偿权利要求1-14中至少一项所述的有源传感器(1)的输出电流信号的幅度波动，所述有源传感器由测量模块(2)和接口模块(3)构成，接口模块(3)包含至少一个第一电流源(31)、输入线(32)以及输出线(33)，其中，有源传感器(1)经由这两条线(32，33)被供给能量，且接口模块(3)至少借助第一电流源(31)以电流信号的形式产生有源传感器(1)的输出信号，

其特征在于：接口模块(3)借助电流检测装置(34)检测测量模块(2)的负载电流，并且，借助至少一个补偿装置(35)，至少一个补偿电流至少依赖于所检测到的测量模块(2)的负载电流被产生，此补偿电流被叠加在有源传感器(1)的尚未被校正的输出电流信号上。

16.根据权利要求15的方法，其特征在于，补偿装置(35)能产生至少一个附加和/或替代补偿电流，其中，依赖于测量模块(2)的至少一个输出信号在这些补偿电流之间进行切换。

17.根据权利要求15或16的方法，其特征在于，接口模块(3)具有至少一个附加电流源和/或至少一个电流驱动器元件(36)，其产生至少一个输出电流，该电流能依赖于测量模块(2)的至少一个输出信号被连接或被切换，且被叠加在有源传感器(1)的输出电流上。

18.至少一个根据权利要求1到14中至少一项的有源传感器特别是作为车轮速度传感器在机动车中的使用。

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