CN112414437B - 将传感器信号与请求信号同步的传感器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及将传感器信号与请求信号同步的传感器装置，其具有时钟发生器、计数器、激励装置、传感器元件和评估装置。数字式的请求信号被传输至传感器装置。传感器装置输出传感器信号。时钟发生器以基础频率发出数字式的基础信号。只要在基础信号的两个上升和/或下降的边沿之间不出现请求信号的上升和/或下降的边沿，则计数器以模值为模对计数器读数递增计数。如果出现请求信号的这种边沿，则计数器以距多个的特定计数器读数中的下一个特定计数器读数的间距校正计数器读数。评估装置根据相应的计数器读数或从其中推导出的值来确定：评估装置是否检测到原始信号，以及在测定传感器信号时以何种方式和方法考虑相应检测到的原始信号。

Description

将传感器信号与请求信号同步的传感器装置
技术领域
本发明涉及一种传感器装置，
-其中，传感器装置具有信号端子，经由信号端子能够将数字式的请求信号从上级装置传输至传感器装置，以使请求信号具有交替上升和下降的边沿，
-其中，响应于数字式的请求信号经由信号端子或另一信号端子的传输，传感器装置将得出的传感器信号输出至上级装置，
-其中，传感器装置具有时钟发生器，时钟发生器以基础频率发出数字式的基础信号，以使基础信号具有交替上升和下降的边沿，
-其中，传感器装置具有计数器，基础信号被传输至计数器并且计数器输出计数器读数，
-其中，计数器以模值为模进行递增计数，
-其中，传感器装置具有激励装置，激励装置将激励信号输出至传感器装置的传感器元件，
-其中，将相应的计数器读数或从其中推导出的值传输至激励装置，并且激励装置根据相应的计数器读数或从其中推导出的值确定：激励信号分别具有什么值，
-其中，传感器元件根据激励信号发出原始信号，
-其中，传感器装置具有评估装置，将原始信号传输至评估装置，
-其中，将相应的计数器读数或从其中推导出的值传输至评估装置，并且评估装置根据相应的计数器读数或从其中推导出的值来确定：评估装置是否检测到原始信号，并且评估装置在确定所得出的传感器信号时以何种方式和方法考虑相应的检测到的原始信号。
背景技术
这种传感器装置是普遍已知的。
在许多传感器装置中，原始信号的检测的时间序列基于基础时钟，在传感器装置内借助于时钟发生器来生成基础时钟。时钟发生器以高的频率振荡，频率能为100MHz或更高。总是又由上级装置(例如用于驱动器的控制装置)请求所得到的传感器信号。上级的控制装置为了该目的将相应的数字式的请求信号传输至传感器装置。请求信号的传输也以时钟的方式进行。但是，请求信号具有例如8kHz或16kHz的明显较低的频率。这两种时钟(即传感器装置内的时钟发生器的基础时钟和从外部传输的请求信号的时钟)常常彼此异步运行。
在最简单的情况下，传感器装置将最后内部生成的值作为得出的传感器信号输出。
由于异步工作，该处理方式导致：得出的传感器信号相对于请求信号具有可变的死区时间，在此基础上传感器信号被输出至上级装置。在此，在实践中会得到如下情况：即死区时间的值从在特定的请求的情况下的一个特定的值开始，从请求到请求地上升，直至死区时间达到最大值为止。然后，死区时间突然跳到最小值，并且之后又逐渐增加。也会出现相反的情况。在死区时间中发生跳跃的周期时间可以是100ms或更长。死区时间从最大值到最小值或沿相反方向的跳跃能够是关键的，并且尤其引起对调节精度的轻微干扰，该调节精度由上级装置例如在受上级装置控制的驱动器中实施。
从EP2916107A1中已知：将传感器装置内的时钟发生器与从外部输送的请求信号的请求时钟同步。为此目的，在EP2916107A1中设置有锁相环(phase locked loop)，借助于锁相环在传感器装置内跟踪时钟发生器的频率。
发明内容
本发明的目的在于：以简单的方式在传感器装置内能够执行将计数器读数与从外部传输的请求信号的请求时钟的同步。优选地应该利用纯数字构件进行同步。特别地，应避免模拟地运行的锁相环(phase locked loop)。
目的通过根据本发明的传感器装置来实现。传感器装置的有利的设计方案是各个实施例的主题。
根据本发明，通过如下方式设计开始提及的类型的传感器装置，
-除了基础信号之外也将请求信号传输至计数器，
-如果在基础信号的两个直接连续的上升和/或下降的边沿之间不出现请求信号的上升和/或下降的边沿，则计数器以模值为模对计数器读数进行递增计数，
-只要在基础信号的两个直接连续的上升和/或下降的边沿之间出现请求信号的上升和/或下降的边沿，在计数器读数的递增计数之前或之后，计数器以计数器读数到多个的特定计数器读数中的下一个特定计数器读数的间距校正计数器读数，并且
-特定计数器读数是可行的计数器读数的真子集。
特定计数器读数的数量能够按需确定。特别地，特定计数器读数的数量能够等于1或大于1。特别地，如果请求周期和基础周期的商充分精确地等于可行的计数器读数的数量的整数倍时，数量为1会是有意义的。
依据计数器读数的序列，由激励装置发出至传感元件的激励信号在计数器读数的连续的、相互关联的片段期间分别具有恒定值，则优选地提出：
-计数器读数的片段分别包括至少大致相同数量的计数器读数，
-片段的数量是特定计数器读数的数量的整数倍，尤其等于特定计数器读数的数量，并且
-特定计数器读数大致位于相应的片段的中间。
由此尤其能够实现：计数器读数的必要时需要的校正不立即且直接地与激励信号的变化关联。这简化了传感器装置的稳定运行。
优选地，评估装置仅在确定的计数器读数时检测原始信号，其中，确定的计数器读数优选远离连续的片段的边界。通过该处理方式尤其能够避免：在激励信号改变时在暂态附近检测原始信号。这尤其能够出于EMV的原因和出于检测到的原始信号的精度的原因而是有利的。
在许多情况下有利的是：如果模值等于第一整数和第二整数的乘积，其中第一整数等于连续的计数器读数的数量，而在连续的计数器读数期间激励信号分别具有恒定值。与此相对应地，第二整数等于连续的计数器读数的片段的数量，而在连续的计数器读数的片段期间激励信号分别具有恒定值。可行的是：为传感器装置固定地预设第一整数和第二整数。但是，传感器装置优选地具有参数化输入端，在制成传感器装置之后，尤其在传感器装置投入运行时，能够经由参数化输入端为传感器装置预设第一整数和第二整数。由此能够按需预设传感器装置的所提及的数字。
只要传感器装置具有参数化输入端，则替代于或附加于预设所提及的数字可行的是：在制成传感器装置之后，尤其在传感器装置投入运行时，能够经由参数化输入端为传感器装置预设特定计数器读数的数量。
同样地，替代于或附加于预设所提及的数字和/或特定计数器读数的数量可行的是：在制成传感器装置之后，尤其在传感器装置投入运行时，能够经由参数化输入端为传感器装置预设激励装置的和/或传感器元件的和/或评估装置的至少一个运行参数。由此能够按需将传感器装置的运行方式与具体应用的情况相协调。
对于参数化的所有可行性总是适用的是：相等的预设也是可行的。例如可行的是：代替第一整数和第二整数预设这两个数之一和这两个数的乘积。类似的实施方案适用于其他可行的参数。
替代于参数的明确地预设可行的是：传感器装置具有参数确定装置，传感器装置借助于参数确定装置根据请求频率自动地测定传感器装置的至少一个运行参数。一个或多个运行参数能够为上述参数中的一个或多个。关于各个参数，该处理方式替代地用于经由参数化输入端预设相应的参数。但是，在所有参数整体之上观察，混合的处理方式也是可行的，即因此经由参数化输入端预设参数中的至少一个并且传感器装置根据请求频率自动地测定参数中的至少一个另外的参数。
最后可行的是：在制成传感器装置之后，尤其在传感器装置投入运行时，能够经由参数化输入端为传感器装置预设请求频率本身。替代地也可行的是：将请求信号在传感器装置内传输至参数确定装置，并且参数确定装置根据请求信号自动地测定请求频率。
由于激励装置根据相应的计数器读数确定激励信号分别具有什么值的情况，依据计数器读数的序列，激励信号是具有模值的周期性的信号。优选地，依据计数器读数的序列，激励信号以基本振荡或更高的谐波振荡来振荡，或者基本振荡或更高谐波振荡至少确定激励信号的主要分量。在通常的情况下，在此优选基本振荡。但是，也能够考虑谐波振荡有利的情况。
于是，通常对于传感器元件的最佳工作有利的是：如果激励信号精确地或最小至少近似是正弦形的，并且(必要时近似于)正弦振荡的频率位于特定的频率范围之内。在某些情况下，例如在加速度传感器的情况下，还有利的是：如果正弦振荡的频率尽可能精确地是请求频率的整数倍(其中，应包括与请求频率的同一性)。
为了有动机为激励信号或激励信号的主要分量使用更高谐波，考虑如下实例：
假设：传感器元件是加速度传感器，对于其有利的是：激励信号是频率在20kHz和40kHz之间的近似的正弦形的，并且频率还是请求频率的整数倍。当例如基础频率为50MHz并且请求频率为8kHz，进而基础周期和请求周期为20ns和125μs时，得到32kHz和31.25μs作为激励信号的有利的频率(激励频率)和周期(激励周期)。
利用该值，激励周期和基础周期的商为31.25μs/20ns＝1562.5不是整数。然而，能够从计数器读数产生激励信号，激励信号(关于时间)以激励周期是大约周期性的，如果从模值出发，模值等于激励周期与基础周期的商的两倍，并且对于激励信号例如25个片段对于每个片段形成125个计数器读数(25×125＝3125)。在这种情况下，对于第i个片段(其中i＝1、2、……、25)的激励信号在该情况下例如能够确定成E0cos(2*2*pi*(i-1)/25)，其中，E0是可自由选择的幅度。
但是，在使用基本振荡的情况下，也能够以非常良好的近似实现相同的结果。在该情况下，例如对于激励周期能够基于略不同的值，例如小10ns的值，即31.24μs。在该情况下，尽管激励频率不再精确，但是其以足够的精度是请求频率的整数倍。此外，现在激励周期和基础周期的商是1562的整数。在该情况下，同样能够选择值作为模值。在该情况下，对于激励信号例如能够设置有12个片段，片段中的第一片段和第七片段分别包括131个计数器读数，并且其他片段分别包括130个计数器读数。在该情况下，第i个片段的激励信号(其中i＝1、2、……、25)例如能够确定成E0cos(2*pi*(i-1)/12)，其中，E0是可自由选择的幅值。
在某些情况下，传感器装置的设计方案是有利的，其中
-从最后请求到的得出的传感器信号起计算，评估装置分别为多个计数器读数测定临时的传感器信号，
-计数器读数的上述数量等于模值，
-评估装置通过如下方式测定相应的临时的传感器信号：通过首先根据原始信号测定中间信号，并且根据相应的中间信号在利用非线性的特性曲线的情况下，评估装置测定相应的临时的传感器信号，并且
-评估装置将得出的传感器信号测定为自最后的请求得出的传感器信号测定的临时的传感器信号的平均值。
如果临时的传感器信号和得出的传感器信号代表传感器元件的加速度时，该处理方法是尤其有意义的。特别地，加速度通常用于：通过之后的积分确定速度。通过所述的处理方式能够以较高的精确度确定速度。此外，抑制或者减少了混叠效应。
传感器元件尤其能够被设计为基于电容工作的传感器元件，例如作为电容的位置编码器或作为电容加速度传感器。
附图说明
结合参照附图对实施例的描述，更详细地解释本发明的上述特性、特征和优点以及如何实现他们的方式和方法。在此，示意性地示出：
图1示出传感器装置和上级装置，
图2示出传感器装置，
图3示出流程图，
图4和图5示出计数器读数，
图6示出计数器读数和激励信号，
图7示出计数器读数和激励信号，
图8示出计数器读数，并且
图9示出传感器装置。
具体实施方式
根据图1，传感器装置1具有信号端子2。经由信号端子2由上级装置3将请求信号req传输至传感器装置1。请求信号req是数字信号。请求信号具有如图1所示的交替上升和下降的边沿。请求信号req的各两个直接连续的上升的边沿之间的时间间隔下面称作为请求周期并且设置有附图标记Treq。
随每次上升的边沿，上级装置3请求从传感器装置1得出的传感器信号S。因此，传感器装置1输出得出的传感器信号S，以响应上级装置3传输的数字式的请求信号req。上级装置3的输出能够(根据传感器装置1和上级装置3之间的通信的设计方案)经由传感器装置1的信号端子2或另一信号端子2′实现。
替代于在数字式的请求信号req的每个上升的边沿请求传感器信号S，也能够在数字式的请求信号S的每个下降的边沿请求传感器信号S。在特殊情况下甚至可行的是：在数字式的请求信号req的每个上升的边沿和每个下降的边沿请求传感器信号S。下面，根据通常的实践假设：在数字式的请求信号req的每个上升的边沿请求传感器信号S。
在上级装置3内借助于时钟发生器4生成请求信号req。时钟发生器4通常是石英控制的进而是高度精确的。请求信号req的请求频率freq(即值1/Treq)通常处于低或中千赫兹范围中。例如，请求频率freq能够为大约4kHz、8kHz、16kHz或32kHz。
补充地参见图2，传感器装置1同样具有时钟发生器，时钟发生器下面设置有附图标记5。时钟发生器5发出具有基础频率fclk的基础信号clk。时钟发生器5通常同样是石英控制的进而是高度精确的。基础信号clk同样是数字信号。因此，基础信号具有交替上升和下降的边沿。在基础信号clk的每两个直接连续的上升的边沿之间的时间间隔下面称为基础周期，并且设置有附图标记Tclk。基础频率fclk在各种情况下比请求频率freq高得多。例如，基础频率fclk能够为120MHz。相关的基础周期Tclk＝1/fclk在该实例中为8.33ns。
传感器装置1还具有计数器6。基础信号clk和请求信号req被传输至计数器6。计数器6根据基础信号clk和请求信号req输出计数器读数Z。计数器6的工作方式是本发明的主要的主题。下面结合图3详细阐述该工作方式。
根据图3，计数器6在步骤S1中检查：自步骤S1的先前的实施起是否出现基础信号clk的上升的边沿。如果不是这种情况，则计数器6返回步骤S1。相反地，如果是这种情况，则计数器6过渡至步骤S2。
替代于检查基础信号clk上升的边沿的出现，也能够检查基础信号clk的下降的边沿的出现。在特殊情况下甚至可行的是：对基础信号clk不仅检查出现上升的边沿而且检查下降的边沿。下面，根据通常的实践假设：对基础信号clk检查上升的边沿的出现。
当出现基础信号clk的上升的边沿时，计数器6在步骤S2中检查：自步骤S2的先前的实施起是否出现请求信号req的上升的边沿。如果不是这种情况，则计数器6过渡至步骤S3。
在步骤S3中，计数器6检查：计数器读数Z是否具有值L-1。如果是这种情况，则计数器6在步骤S4中将计数器读数Z值设定为0。否则，计数器6在步骤S5中将计数器读数Z提高1。计数器6从步骤S4或S5起返回至步骤S1。在重复实施步骤S1至S5的范畴中，计数器6因此对计数器读数Z递增计数。然而，递增计数以L为模的方式进行。计数器6因此从0计数到1，从1计数到2，从2计数到3等等，直至从L-2计数到L-1。在L-1之后，又回到0。因此，L是模值或者彼此不同的计数器读数Z的数量。模值L能够具有更高的两位的、三位的或四位的值，例如值80、值400或值2000。
如果计数器6在步骤S2中确定：自步骤S2的先前的实施起出现请求信号req的上升的边沿，则计数器6过渡至步骤S6。在步骤S6中，计数器6确定多个特殊的计数器读数Za中的与当前计数器读数Z的间距最小的那一个。
例如，计数器6能够确定基础信号clk的上升边沿的数量，该数量是必须的，以便从一个特定的特定计数器读数Za计数到当前的计数器读数Z。在该确定的范畴中假设：不出现请求信号req的上升的边沿。此外，计数器6能够确定基础信号clk的上升的边沿的数量，该数量是必须的，以便从当前的计数器读数Z计数到相同的特定的特定计数器读数Za。也在该确定的范畴中假设：不出现请求信号req的上升的边沿。这两个值中较小的值对应于特定计数器读数Za距当前计数器读数Z的间距。现在能够为所有特定计数器读数Za实行该处理方式。由此，能够以简单的方式确定下一特定计数器读数Za。
随后，在步骤S7中，计数器6将计数器读数Z设定为在步骤S6中确定的值，即设定为相应的特定计数器读数Z。因此，结果以计数器读数Z与多个特定计数器读数Za中最近的间距校正计数器读数Z。随后，计数器6从步骤S7过渡至步骤S3。
在确定所提及的间距时，应考虑以L为模计数。因此，如果(纯示例性地)模值L为2000并且限定四个特定计数器读数Za为100、600、1100和1600，并且计数器读数Z当前还具有值1900，因此，最接近的特定计数器读数Za是值为100的特定计数器读数。于是，特定计数器读数Za具有距当前计数器读数Z仅200的间距，而在具有值1600的特定计数器读数Za的情况下该间距为300。
在上面结合图3解释的处理方式的范畴中，在计数器读数Z的递增计数之前校正计数器读数Z。然而，替代地，同样地能够在计数器读数Z递增计数之后校正计数器读数Z。在该情况下，一方面，步骤S3直接跟随步骤S1，并且之后是步骤S4和S5。另一方面，步骤S2必须跟随步骤S4和S5，其中，在步骤S2的否支路中直接返回步骤S1，并且在S2的是支路中在实施步骤步S6和S7之后返回步骤S1。
仅当特定计数器读数Za是可行的计数器读数Z的真子集时，上面结合图3阐述的处理方式才是有意义的，特定计数器读数Za的数量k因此小于模值L。在所有情况下，特定计数器读数Za的数量k比模值L小至少一个数量级(＝系数10)。通常，特定计数器读数Za的数量k在一位数或小的两位数的范围中，例如4或8。
对于特定计数器读数Za的数量k的合适的确定通常是模值L和基础周期Tclk的乘积除以请求周期Treq的商与值1的最小公倍数或该最小公倍数的整数倍。因此，如果k′适用
k′＝kgV(LTclk/Treq,1)，
因此，特定计数器读数Za的数量k是k′或者2k′或者3k′等。
由于基础周期Tclk显著小于请求周期Treq的情况，因此，计数器6在通常情况下以基础频率fclk模值L递增计数。然而，例外的情况是：即刚好检测到请求信号req的上升的边沿。在该情况下，在计数器读数Z递增计数之前或之后，以计数器读数Z到下一特定计数器读数Za的间距校正计数器读数Z。
通常，通过相应的时钟发生器4、5确定请求频率freq还有基础频率fclk，时钟发生器非常精确地测定相应的频率freq、fclk。因此，在将模值L和特定计数器读数Za合适地协调于频率freq、fclk的情况下，(除了在开始时的一次性校正之外)通常仅将计数器读数Z微小地校正小的值。在有利的情况下，甚至偶尔将计数器读数Z校正-1或+1。如果需要对计数器读数Z校正大于1，则该校正替代地能够立即整体地进行或者分布到计数器读数Z的多个读数步骤上。流程图的相应的变化对于本领域的技术人员是容易可行的。
计数器6的工作方式在上文中以序列的过程的形式进行了阐述。然而在实践中，计数器6常常被设计为硬件电路。其作用方式在该情况下通过计数器6的不同的元件根据其性质确定。而计数器6在该情况下不运行计算机程序。
传感器装置1还具有激励装置7。激励装置7将激励信号E输出至传感器装置1的传感器元件8。激励信号E例如能够是电压或电流。为了保证条理，在此需要提及的是：术语“激励信号”在一般意义上被使用，使得因此也能够由激励装置7生成多个激励信号E。
计数器6能够将相应的计数器读数Z本身传输至激励装置7。在该情况下，激励装置7能够根据相应的计数器读数Z确定：激励信号E相应地具有什么值。替代地，激励装置7的计数器6能够根据计数器读数Z推导出值，并且将推导的值传输至激励装置7。在该情况下，激励装置7因此根据推导的值确定激励信号E。
特别地，计数器6能够在内部具有第一和第二计数器6′、6″，下面称作为子计数器。这两个计数器6′、6″分别具有为0、1等直至N-1的计数器读数Z′，或为0、1等直至M-1的计数器读数Z″。
在该情况下，第一子计数器6′随基础信号clk的每个上升的边沿实施从0到1、再到2等直至值N-1并且从那又到0的计数。因此，第一子计数器6′以N为模递增计数。然而，例外是，如果自基础信号clk的之前的上升的边沿起出现请求信号req的上升的边沿。在该情况下，以计数器读数到下一个特定计数器读数Za′的间距校正计数器读数Z′。在该情况下，特定计数器读数Za′是子计数器6′的可行的计数器读数Z′的真子集。第一子计数器6′的特定计数器读数Za′的数量能够等于1或大于1、用于校正计数器读数Z的上述实施方案可类似地使用。在该情况下，对于关于计数器读数Z的特定计数器读数Za适用的是：
Za＝mN+Za′其中m＝0、1等直至M-1，
每一次，当第一子计数器6′具有值0，则第二子计数器6″递增计数1，即从0到1，再到2等直至值M-1并且从那里又到0。因此，子计数器6″以M为模递增计数。
在该情况下，两个自然数N、M的乘积对应于模值L。因此，计数器6的计数器读数Z确定为Z′+NZ″。具体地，如图2所示，计数器6将计数器读数Z″作为推导的值传输至激励装置7。
因此，在根据图2的设计方案中，第二子计数器6″的输出信号Z″在相应的N个连续的计数器读数Z期间是恒定的。在此，表述“直接连续的计数器读数Z”不涉及时间序列，而是涉及可行的计数器读数Z的序列之内的次序。因为在根据图2的设计方案中，激励装置7根据第二子计数器6″的计数器读数Z″确定激励信号E，因此，在根据图2的设计方案中，激励信号E在相应的N个直接连续的计数器读数Z期间分别具有恒定值。仅当第二子计数器6″的计数器读数Z″改变时，才能够改变激励信号的值。
因此，相应的计数器读数Z(或从其中推导出的值)单义地确定：将哪个激励信号E输出至传感器元件8。如图2所示，根据第二子计数器6″的计数器读数Z″从第一查找表0中提取相应的数字值，该数字值经由数模转换器10转换为相应的模拟值。模拟值被传输至传感器元件8。
传感器元件8能够基于电容工作。这在图2的视图中通过可变的电容的视图而可见。例如，传感器元件8能够被设计为电容位置编码器或作为电容加速度传感器。然而，与传感器元件8是否基于电容工作无关，传感器元件8由于激励信号E而发出原始信号S′。为了条理良好，在此需要提及的是：术语“原始信号”以一般意义使用，使得因此必要时也能够由传感器元件8生成多个原始信号S′，例如在位置编码中为正弦和余弦信号。此外，传感器元件8的在图2中具体示出的电路是次要意义的。因此，能够以其他方式和方法设计该电路。
传感器元件8将原始信号S′传输至评估装置11，评估装置同样是传感器装置1的组成部分。同样地，将相应的计数器读数或者(如图2所示)至少一个从其中推导出的值传输至评估装置11。推导出的值能够与传输至激励装置7的值相同。然而这不是强制性必需的。评估装置11根据相应的计数器读数Z或从其中推导出的值确定：评估装置到检测原始信号S′并且以何种方式和方法考虑相应的检测到的原始信号S′来测定得出的传感器信号S。
例如，如图2所示，评估装置11能够将原始信号S′在数模转换器12中数字化，并且随后在乘法器13中与权重系数相乘。乘积对应于中间信号I。根据图2所示，评估装置11能够从第二查找表14中提取权重系数作为计数器读数Z″的函数。因此，相应的计数器读数单义地确定：相应的检测到的原始信号S′如何被用于测定得出的传感器信号S。
在确定的计数器读数Zb的情况下，计数器6还分别将触发信号TR输出至评估装置11。每当计数器6输出触发信号TR时，模数转换器12输出原始信号S′的新值。因此，相应的计数器读数Z也单义地确定：究竟何时、进而究竟是否检测到原始信号S′。
在根据图2的使用两个子计数器6′、6″的设计方案中，关于计数器读数Z′的特定计数器读数Za′必须距0、N-1和确定的计数器读数Zb足够远。为此的理由在于：根据请求信号req的上升的边沿校正计数器读数Z或计数器读数Z′，而不触发第二计数器6″的附加的计数过程并且不触发附加的触发信号TR应该是可行的。
优选地，触发信号TR附加地也还被输出至激励装置7并且一同触发激励装置以及评估装置11，即不仅触发包括于其中的数模转换器11，使得激励装置7和评估单元11总是仅当输出触发信号TR时才被激活。随后，在相应的时间点评估相应的输入信号Z″或S′和Z″，处理上述的信号处理并且输出相应的输出信号E或S，并且保持直至由于下一次触发信号TR的下一次输出。
特定计数器读数Za的数量k能够是1。这尤其在如下情况时会是有意义的：当请求周期Trqe和基础周期Tclk的商足够精确地等于可行的计数器读数Z的数量L的整数倍，即当Treq/Tclk＝1L以足够的精度适用，其中，l是自然数。但是，特定计数器读数Za的数量k同样也能够大于1。这尤其当请求周期Treq和基础周期Tclk不充分精确等于可行的计数器读数Z的数量L的整数倍时才会是有意义的。在该情况下，特定计数器读数Za通常尽可能均匀地在可行的计数器读数Z上分布。在k个特定计数器读数Za的情况下，特定计数器读数Za因此根据可行性彼此间具有为L/k的间距。但是，微小的偏差并不重要。例如，在模值L为2000且特定计数器读数Za的数量k例如为2(参见图4)或4(参见图5)的情况下，特定计数器读数Za因此根据图4和5中的视图优选地彼此具有为2000/2＝1000(或者2000/4＝500)或一般为L/2或L/4的间距。
如已经提及的那样，激励信号E在N个直接连续的计数器读数Z的相应的片段内不变化。片段的附属的数量M是L/N。优选地，片段的数量M是特定计数器读数Za的整数k倍。因此，优选地适用M＝mk，其中，m是自然数。因此，如果例如片段的数量M为8，则特定计数器读数Za的数量k优选为1、2、4或8。此外，特定计数器读数Za优选地大致处于相应的片段的中间。这在图6中示出。
因此，如果例如模值L具有值2000，并且用于为0至249、250至499、500至749等的计数器读数Z的激励信号E分别具有恒定值，则在8个特定计数器读数Za的情况下特定计数器读数Za应为约125、375、625等。在四个特定计数器读数Za的情况下，取消八个所提及的计数器读数Za中的每两个中的一个。例如，于是剩余的特定计数器读数Za能够为125、625、1125和1625。在两个特定计数器读数Za的情况下，取消八个所提及的计数器读数Za的每三个连续的计数器读数。例如，于是剩余的特定计数器读数Za能够为125和1125。
如已经提及的那样，可行的是：激励装置7发出多个激励信号E。在该情况下，每个发出的激励信号E在相应的片段中是恒定的。在该情况下，片段因此限定为，使得在相应的片段之内激励信号E都不改变。这在下文中结合图7针对两个激励信号(下面称作E1和E2)的情况下详细阐述。但是，该原理也能够容易地扩展到还更多的激励信号E。
如果例如模值L具有值2000，用于为0至999的计数器读数Z的激励信号E1具有第一值，并且用于为1000至1999的计数器读数Z的激励信号具有第二值，并且此外，用于为500至1499的计数器读数Z的另一激励信号E2具有第三值，并且用于为1500至1999和为0至499的计数器读数Z的另一激励信号具有第四值，那么整体上形成四个片段，即0至499、500至999、1000至1499并且1500至1999。于是，借此也能够限定1、2或4个特定计数器读数Za，计数器读数在4个特定计数器读数Za的情况下优选为约250、750、1250、1750。
如果在个别情况下需要对计数器读数Z进行大于1(参见图2中的步骤S7)的校正，并且将该校正分布到计数器读数Z的多个计数步骤，则尤其能够将校正分布到以下片段上，例如在每个片段中分别校正+1或校正-1，直至校正结束。
从图6还能看出：依据计数器读数Z，激励信号E是具有模值L的周期性的信号。关于计数器读数Z的序列，激励信号能够以(正弦形的)基本振荡来振荡。替代地，激励信号能够为具有为正负比为1:1的占空比的矩形信号。其他的信号曲线也是可行的。然而，在任何情况下，(正弦形的)基本振荡(或更高次谐波)应该确定激励信号E的主要分量。
所提及的实施也适用于以下情况：激励装置7发出多个激励信号E1、E2。在该情况下，所提及的实施方案适用于每个单独的激励信号E1、E2。例如，根据图7中的视图，这两个激励信号E1、E2能够分别是具有正负比为1:1的占空比的矩形信号。
如已经提及的那样，仅当计数器6发送给其触发信号TR时，模数转换器12(进而还有评估装置11整体)才检测原始信号S′，其中，计数器6仅在确定的计数器读数Zb的情况下才输出触发信号TR。因此，仅在确定的计数器读数Zb的情况下检测原始信号S′。确定的计数器读数Zb优选远离连续的片段的边界。如果例如根据图8中的视图在模值L为2000的情况下总共四个片段在相应500个连续的计数器读数Z、例如0至499个等之上延伸，因此确定的计数器读数Zb充分远离片段的边界，即充分地与499或500、与999或100、与1499或1500并且与1999或0不同。此外，如同样已经提及的那样，确定的计数器读数Zb充分地与特定计数器读数a不同。例如，确定的计数器读数Zb能够远离片段的边界和特定计数器读数Za至少50或至少100。通过该处理方式，尤其能够避免：在激励信号改变时在暂态附近进行原始信号的检测。这尤其出于EMV原因是有利的。如果例如片段从0延伸至499，并且在250处有特定计数器读数Za，则不应该在200和300之间的范围中存在确定的计数器读数Zb。在该情况下，相应的特定计数器读数Za例如为大约125和/或大约375。所提及的数值显然仅是纯示例性的。
在一些情况下会有意义的是：在特定的片段中完全不检测原始信号S′。然而，通常对每个片段检测原始信号S′至少一次。但是也能够多次地检测。在这两种情况下，确定的计数器读数Zb的数量是片段的数量M的整数倍。
如果对每个片段多次检测原始信号S′，则尤其能够有意义的是：对每个片段检测原始信号S′两次。在该情况下，还能够有意义的是：大致在相应的片段的相应的特定计数器读数Za和相应的片段的两个边界之间的中间检测原始信号S′各一次。因此，如果例如片段从0延伸至499，并且特定计数器读数Za大约为250，则应该在计数器读数Z为大约125和大约375的情况下进行原始信号S′的检测。
可行的是：在制成传感器装置1时已经确定传感器装置1的全部运行参数。替代地可行的是：根据图1中的视图，传感器装置1具有参数化输入端15，经由该参数化输入端对传感器装置1在其制成之后可预设不同的参数。参数的预设尤其能够在传感器装置1投入运行时进行。例如，传感器装置1经由参数化输入端15能够预设片段的长度和数量，结果，因此预设数N和M。替代地或附加地，传感器装置1能够经由参数化输入端15预设特定计数器读数Za的数量k。
替代地或附加地，传感器装置1能够经由参数化输入端15预设激励装置7的至少一个运行参数。该运行参数尤其为激励信号E的由激励装置7发出的值。该值例如能够存储在查找表9中。
替代地或附加地，传感器装置1能够经由参数化输入端15预设传感器元件8的至少一个运行参数。例如，传感器元件8根据图2中的视图在输入端侧和/或在输出端侧具有低通滤波器16、17。借助于输入端侧的低通滤波器16能够对激励信号E进行滤波。借助于输出端侧的低通滤波器17能够对预告信号I″进行滤波，预告信号根据(必要时已经被滤波的)激励信号E生成。传感器元件8的输入端侧的和输出端侧的低通滤波器16、17是模拟滤波器。借助于用于传感器元件8的参数例如能够设定输入端侧的和/或输出端侧的低通滤波器16、17的滤波器参数。
输入端侧的和输出端侧的低通滤波器16、17之间的主要区别是：输入端侧的低通滤波器16作用于还未通过传感器元件8的可机械移动的元件影响的信号，而输出端侧的低通滤波器10作用于已经通过传感器元件8的可机械移动的元件影响的信号。因此，由输入端侧的低通滤波器16滤波的信号还不包括关于传感器元件8的状态的信息，而由输出端侧的低通滤波器17滤波的信号包括该信息。在输出端侧的低通滤波器17中滤波的预告信号是由传感器元件8生成的原始信号S′。
替代地或附加地，传感器装置1能够经由参数化输入端15预设评估装置11的至少一个运行参数。这在下文详细阐述。
用于评估装置11的运行参数例如能够为与激励信号E的值相对应的评估系数，即为传输至复用器13的值。该值例如能够存储在查找表14中。该值(与借助于其对中间信号I滤波的，随后的低通滤波器18的参数一起)例如确定：以何种方式和方法继续处理原始信号S′，例如原始信号是否经过傅里叶变换。特别地，例如对于执行傅里叶变化必要的是：查找表14包括合适的余弦形的伸展的值，并且为低通滤波器18发送关于激励信号的一个周期的消息。低通滤波器18通常是数字滤波器。低通滤波器18的输出信号下面称作为另外的中间信号，并且为此使用附图标记I′。低通滤波器18的参数值也能够是用于评估装置11的运行参数，运行参数为传感装置1预设。
随后，通过在评估元件19中评估另外的中间信号I′，能够确定如下信号，该信号在其类型方面对应于所得出的传感器信号S。通常，借助于非线性的评估特性曲线KL在评估元件19中进行评估。评估元件19例如能够构成为查找表。用于评估装置11的运行参数能够为评估装置11的评估特性曲线KL。该信号在其类型方面与所得出的传感器信号S相对应，下面被称作为临时的传感器信号S″。
最后，能够将另一低通滤波器20布置在评估元件19下游。低通滤波器20同样构成为数字滤波器。低通滤波器能够例如在激励信号E的预定数量的连续的、相互关联的但是不叠加的周期(这在个别情况下能够是单个周期，但是在通常是多个周期)上测定得出的传感器限号S作为对于激励信号E的周期测定的临时的传感器信号S″的平均值。因为每个周期都发生特定数量的信号版本，借此，也能够确定相同数量的临时的传感器信号S″。如果利用k″标记该数量，则因此对所提及的平均仅使用每第k个临时的传感器信号S″。只要Treq/(LTclk)还是整数并且在其上在低通滤波器20中取平均值的值的数量等于Treq/(LTclk)，因此最后在请求周期Treq之上取平均值。这尤其当传感器元件8为加速度传感器时常常是特别有利的。在该情况下，临时的传感器信号S″因此与在激励信号E的周期上取平均值的、要测量的加速度成比例，并且所描述的取平均值得到如下值，该值与在(1)请求周期Treq上取平均值的加速度成比例。这种取平均值的加速度通常相对于加速度瞬时值是有利的，因为，以这种方式取平均值的加速度值的总和与速度相对应，并且还抑制了混叠效应。
对于参数化的所有可行性适用的是：能够进行相同的预设。例如可行的是：代替第一和第二整数N、M预设这两个数N、M和这两个数N、M的乘积L。类似的实施方案适用于其他可行的参数。
图9示出另一传感器装置1。在图9中非常略地示出传感器装置1。工作方式如上面结合尤其图2和3阐述的那样，与图1所示的传感器装置1不同，图9的传感器装置1具有参数确定装置21。参数确定装置21根据请求频率freq自动地测定传感器装置1的至少一个运行参数。在此，该运行参数能够为在上文结合经由图1所示的传感器装置1的参数化输入端15的预设来阐述的运行参数中的任意一个(或者以及任意多个)。
可行的是：传感器装置根据图9中的视图除了参数化确定装置21之外具有参数化输入端15。在该情况下，一方面“混合的”处理方式是可行的，即直接地经由参数化输入端15预设运行参数中的至少一个，而运行参数中的至少另一个由参数确定装置21根据请求频率freq确定。另一方面可行的是：参数确定装置21经由参数化输入端15直接地预设请求频率freq本身。在该情况下，在制成传感器装置1之后、尤其在传感器装置1投入运行时进行请求频率freq的预设。替代于直接地预设请求频率freq可行的是：参数确定装置21与信号端子2连接并且根据请求信号req自动地测定请求频率freq。这在图9中用虚线表明。
如以上结合评估装置11的可参数化所阐述的那样，可行的是：评估装置11首先针对激励信号E的各周期确定配属的临时的传感器信号S″，并且然后针对多个这种周期，将得出的传感器信号S测定为临时的传感器信号S″的平均值。对此，等效的表述是：评估装置11分别针对一定数量的计数器读数Z确定临时的传感器信号S″，其中，上述提及的计数器读数Z的数量等于模值L。此外，上面已经阐述了：通过首先根据原始信号S′测定中间信号I、I′，并且根据相应的中间信号I、I′在使用非线性特性曲线KL的情况下，评估装置11(具体地借助于数模转换器12和评估元件19)测定相应的临时的传感器信号S″。优选地，后者的取平均值(即，测定得出的传感器信号S作为临时的传感器信号S″的平均值)，自最后请求的得出的传感器信号S起。平均值形成尤其能够在低通滤波器20中进行。
综上所述，本发明因此涉及如下事实：
传感器装置1具有时钟发生器5、激励装置7、计数器6、传感器元件8和评估装置11。经由信号端子2将数字式的请求信号req传输至传感器装置1，数字式的请求信号具有交替上升和下降的边沿。作为对此的响应，传感器装置1输出传感器信号S。时钟发生器5以基础频率fclk发出数字式的基础信号，数字式的基础信号具有交替上升和下降的边沿。只要在基础信号clk的两个上升和/或下降的边沿之间不出现请求信号req的上升和/或下降的边沿，则计数器6以模值L为模地对计数器读数Z进行递增计数。相反地，如果出现请求信号req的这种边沿，则计数器6以计数器读数距多个特定计数器读数Za中的下一个特定计数器读数的间距校正计数器读数Z。激励装置7将激励信号E输出至传感器元件8。激励信号E的值由激励装置7根据相应的计数器读数Z或从其中推导出的值来确定。传感器元件8根据激励信号E发出原始信号S′，将原始信号传输至评估装置11。评估装置11根据相应的计数器读数Z或从其中推导出的值来确定：评估装置是否检测到原始信号S′，以及评估装置在确定传感器信号S时以何种方式和方法考虑相应的检测到的原始信号S′。
本发明具有很多优点。特别地，能够将死区时间几乎完美地保持恒定。传感器装置1极其简单地构成。不需要模拟式工作的锁相环(PLL＝phase locked loop)。
尽管在细节方面通过优选的实施例详细地阐述和说明了本发明，然而本发明不被所公开的实例限制，并且在不偏离本发明的保护范围的情况下，本领域的技术人员能够推导出其他变体方案。

Claims (20)

1.一种传感器装置(1)，
其中，所述传感器装置具有信号端子(2)，经由所述信号端子能够将数字式的请求信号(req)从上级装置(3)传输至所述传感器装置，以使所述请求信号(req)具有交替上升和下降的边沿，
其中，响应于数字式的所述请求信号(req)经由所述信号端子(2)或另一信号端子(2′)的传输，所述传感器装置将得出的传感器信号(S)输出至所述上级装置(3)，
其中，所述传感器装置具有时钟发生器(5)，所述时钟发生器以基础频率(fclk)发出数字式的基础信号(clk)，以使所述基础信号(clk)具有交替上升和下降的边沿，
其中，所述传感器装置具有计数器(6)，所述基础信号(clk)和所述请求信号(req)被传输至所述计数器，并且所述计数器输出计数器读数(Z)，
其中，只要在所述基础信号(clk)的两个直接连续的上升和/或下降的边沿之间不出现所述请求信号(req)的上升和/或下降的边沿，则所述计数器(6)以模值(L)为模对所述计数器读数(Z)进行递增计数，
其中，只要在所述基础信号(clk)的两个直接连续的上升和/或下降的边沿之间出现所述请求信号(req)的上升和/或下降的边沿，在所述计数器读数(Z)的递增计数之前或之后，所述计数器(6)以所述计数器读数(Z)距多个特定计数器读数(Za)中的最近的特定计数器读数的间距来校正所述计数器读数(Z)，
其中，所述特定计数器读数(Za)是可行的计数器读数(Z)的真子集，
其中，所述传感器装置具有激励装置(7)，所述激励装置将激励信号(E)输出至所述传感器装置的传感器元件(8)，
其中，将相应的所述计数器读数(Z)或从所述计数器读数中推导出的值传输至所述激励装置(7)，并且所述激励装置(7)根据相应的所述计数器读数(Z)或从所述计数器读数中推导出的值来确定：所述激励信号(E)分别具有什么值，
其中，所述传感器元件(8)根据所述激励信号(E)发出原始信号(S′)，
其中，所述传感器装置具有评估装置(11)，所述原始信号被传输至所述评估装置，
其中，相应的所述计数器读数(Z)或从所述计数器读数中推导出的值被传输至所述评估装置(11)，并且所述评估装置(11)根据相应的所述计数器读数(Z)或从所述计数器读数中推导出的值来确定：所述评估装置是否检测到所述原始信号(S′)，并且在测定得出的所述传感器信号(S)时以何种方式和方法考虑相应检测到的所述原始信号(S′)。
2.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述特定计数器读数(Za)的数量(k)是1。
3.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述特定计数器读数(Za)的数量(k)大于1。
4.根据权利要求1、2或3所述的传感器装置，其特征在于，
依据所述计数器读数(Z)的序列，由所述激励装置(7)发出至所述传感器元件(8)的所述激励信号(E)在所述计数器读数(Z)的连续的相互关联的片段期间分别具有恒定值，
所述计数器读数(Z)的所述片段分别包括至少相同数量的计数器读数(Z)，
所述片段的数量是所述特定计数器读数(Za)的数量(k)的整数倍，并且
所述特定计数器读数(Za)位于相应的所述片段的中间。
5.根据权利要求4所述的传感器装置，其特征在于，所述评估装置(11)仅在确定的计数器读数(Zb)的情况下检测所述原始信号(S′)。
6.根据权利要求5所述的传感器装置，其特征在于，所述确定的计数器读数(Zb)远离连续的所述片段的边界。
7.根据权利要求1、2或3所述的传感器装置，其特征在于，
所述模值(L)等于第一整数与第二整数的乘积，
所述第一整数等于连续的所述计数器读数(Z)的数量，所述激励信号(E)在连续的所述计数器读数期间分别具有恒定值，
所述第二整数等于连续的所述计数器读数(Z)的片段的数量，所述激励信号(E)在连续的所述计数器读数的片段期间分别具有恒定值，并且
所述传感器装置具有参数化输入端(15)，在制成所述传感器装置之后，能够经由所述参数化输入端为所述传感器装置预设所述第一整数和所述第二整数。
8.根据权利要求1、2或3所述的传感器装置，其特征在于，所述传感器装置具有参数化输入端(15)，在制成所述传感器装置之后，能够经由所述参数化输入端为所述传感器装置预设所述特定计数器读数(Za)的数量(k)。
9.根据权利要求1、2或3所述的传感器装置，其特征在于，所述传感器装置具有参数化输入端(15)，在制成所述传感器装置之后，能够经由所述参数化输入端为所述传感器装置预设所述激励装置(7)的和/或所述传感器元件(8)的和/或所述评估装置(11)的至少一个运行参数。
10.根据权利要求1、2或3所述的传感器装置，其特征在于，所述传感器装置具有参数确定装置(21)，所述传感器装置借助于所述参数确定装置根据请求频率(Freq)自动地测定所述传感器装置的至少一个运行参数。
11.根据权利要求10所述的传感器装置，其特征在于，所述传感器装置具有参数化输入端(15)，在制成所述传感器装置之后，能够经由所述参数化输入端为所述传感器装置预设所述请求频率(freq)本身，或者在所述传感器装置内将所述请求信号(req)传输至所述参数确定装置(21)，并且所述参数确定装置(21)根据所述请求信号(req)自动地测定所述请求频率(freq)。
12.根据权利要求1、2或3所述的传感器装置，其特征在于，所述激励信号(E)依据所述计数器读数(Z)的序列是具有所述模值(L)的周期性的信号，并且所述激励信号(E)依据所述计数器读数(Z)的序列以基本振荡或更高的谐波振荡来振荡，或者所述基本振荡或更高的谐波振荡至少确定所述激励信号(E)的主要分量。
13.根据权利要求1、2或3所述的传感器装置，其特征在于，
从最后请求的得出的所述传感器信号(S)起计算，所述评估装置(11)为一定数量个所述计数器读数(Z)分别确定临时的传感器信号(S″)，
所述计数器读数(Z)的所述数量等于所述模值(L)，
通过首先根据所述原始信号(S′)测定中间信号(I)并且根据相应的所述中间信号(I)在使用非线性的特性曲线的情况下，所述评估装置(11)测定相应的所述临时的传感器信号(S″)，并且
所述评估装置(11)将得出的所述传感器信号(S)测定为自最后请求的得出的所述传感器信号(S)起测定的所述临时的传感器信号(S″)的平均值。
14.根据权利要求1、2或3所述的传感器装置，其特征在于，所述传感器元件(8)被设计为基于电容工作的传感器元件。
15.根据权利要求4所述的传感器装置，其特征在于，所述片段的数量等于所述特定计数器读数(Za)的数量(k)。
16.根据权利要求7所述的传感器装置，其特征在于，在所述传感器装置投入运行时，能够经由所述参数化输入端为所述传感器装置预设所述第一整数和所述第二整数。
17.根据权利要求8所述的传感器装置，其特征在于，在所述传感器装置投入运行时，能够经由所述参数化输入端为所述传感器装置预设所述特定计数器读数(Za)的数量(k)。
18.根据权利要求9所述的传感器装置，其特征在于，在所述传感器装置投入运行时，能够经由所述参数化输入端为所述传感器装置预设所述激励装置(7)的和/或所述传感器元件(8)的和/或所述评估装置(11)的至少一个运行参数。
19.根据权利要求11所述的传感器装置，其特征在于，在所述传感器装置投入运行时，能够经由所述参数化输入端为所述传感器装置预设所述请求频率(freq)本身，或者在所述传感器装置内将所述请求信号(req)传输至所述参数确定装置(21)，并且所述参数确定装置(21)根据所述请求信号(req)自动地测定所述请求频率(freq)。
20.根据权利要求14所述的传感器装置，其特征在于，所述传感器元件被设计为电容位置编码器或电容加速度传感器。
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