CN113419082B - 一种具有检测和诊断功能的输入信号处理电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有检测和诊断功能的输入信号处理电路，包括设置于外层的诊断电路、检测电路和信号采集电路，设置于内层的检测诊断单元、输入单元，以及设置于核心层的控制单元；传感器的输入信号的输入端分别与检测电路、诊断电路以及信号采集电路连接，检测电路和诊断电路分别与检测诊断单元连接，信号采集电路通过输入单元与控制单元连接，检测诊断单元与控制单元连接。通过控制单元和检测诊断单元的检测程序，本发明的输入信号处理电路既能够检测转速信号传感器线路断开等故障，又避免了局部电路失效，且能够在传感器断开或存在故障时进行精确的自诊断，以分别确定信号采集电路和检测电路是否工作正常。

Description

一种具有检测和诊断功能的输入信号处理电路

技术领域

本发明涉及转速信号采集技术领域，尤其涉及一种具有检测和诊断功能的输入信号处理电路。

背景技术

随着汽车应用的要求越来越高，传统控制器设计，在高安全场合已经明显不足，现有控制器电路设计中，为了符合功能安全设计要求，因此需要对输入单元的端口进行一定的检测和诊断。因为在控制器运行过程中，传感器信号采集是保证系统稳定运行非常重要的一个参数，如果传感器断线或者出现故障，或者信号采集电路本身出现故障，而系统诊断不能及时发现，这就会对系统稳定性造成非常大的影响。

而现有技术中，传感器转速信号采集电路多采用比较器电路或者施密特触发电路，将正弦波与基准比较产生方波，从而采集到转速信号；电路简单，不具备传感器开路、故障检测功能，更不具备自诊断功能。

基于此，亟需提出一种具有检测和诊断功能的输入信号处理电路，以用于车辆等转速信号的输入信号处理。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供一种具有检测和诊断功能的输入信号处理电路，该电路既能够检测车速信号传感器线路断开等故障，又避免了局部电路失效从而导致系统电路故障，且能够在传感器断开或存在故障时进行自诊断，以分别确定信号采集电路和检测电路是否工作正常。

(二)技术方案

本发明公开了一种具有检测和诊断功能的输入信号处理电路，其特征在于，包括设置于外层的诊断电路、检测电路和信号采集电路，设置于内层的检测诊断单元、输入单元，以及设置于核心层的控制单元；传感器的输入信号的输入端分别与检测电路、诊断电路以及信号采集电路连接，检测电路和诊断电路分别与检测诊断单元连接，信号采集电路通过输入单元与控制单元连接，检测诊断单元与控制单元连接；

检测电路，用于对所述输入信号中直流分量进行提取；

诊断电路，为三态门输出电路，所述三态门输出电路的输出端与所述输入信号的输入端连接，使能端和输入端与检测诊断单元连接；

信号采集电路，用于对所述输入信号中脉冲交流分量进行提取；

检测诊断单元，在控制单元采集不到脉冲交流分量的信号时，使能诊断电路且主动发送PWM诊断信号至诊断电路；并判断检测电路是否输出了直流分量的信号，最后将判断结果发给控制单元；

输入单元，用于将信号采集电路输出的信号以总线的方式发给控制单元；

控制单元，根据信号采集电路输出的信号和检测诊断单元发送的所述判断结果综合确定故障类型。

进一步的，所述根据信号采集电路输出的信号和检测诊断单元发送的所述判断结果综合确定故障类型具体包括：

控制单元采集不到转速等传感器的脉冲交流分量的信号时，检测诊断单元使能诊断单元并发送PWM诊断信号至诊断电路的输入端，并判断检测电路的输出端是否有直流分量的电压信号；

若否，则进一步判断控制单元是否能收到信号采集电路输出的PWM诊断信号，若能，则标记为故障类型1，此时传感器断开且信号采集电路正常，若不能，则标记为故障类型2，此时传感器断开且信号采集电路开路；

若是，则进一步判断控制单元是否能收到信号采集电路输出的PWM诊断信号，若不能，则标记为故障类型3，此时表示传感器连接正常但信号采集电路开路，若能，则标记为故障类型4，此时表示信号采集电路连接正常，传感器故障或者输出的转速值为0。

进一步的，所述检测诊断单元和输入单元与控制单元之间的通信保持心跳握手。

进一步的，所述检测电路为电压放大器电路；所述信号采集电路为脉冲整形电路。

进一步的，所述脉冲整形电路具体为迟滞比较电路或者施密特触电路，所述三态门输出电路具体为三态输出的单总线驱动器SN74LVC1G125。

进一步的，所述传感器的输入信号具体为带有直流分量和脉冲交流分量的转速信号。

进一步的，控制单元能采集到脉冲交流分量的信号的情况下，当检测诊断单元检测到直流分量的电压信号u₀时，确定传感器与控制单元之间的电气连接正常；当检测诊断单元检测不到电压信号u₀时，确定传感器与控制单元之间的电气连接断开，此时输入信号的脉冲采集无效，其中，u₀为输入信号中直流分量的提取信号。

进一步的，检测单元的自诊断功能为：在所述检测诊断单元发出PWM诊断信号后，检测诊断单元监测所述检测电路的输出端是否存在PWM诊断信号，若是则表明检测电路工作正常，若否则表明检测电路异常。

进一步的，所述检测单元的自诊断功能在所述检测诊断单元判断检测电路的输出端是否有直流分量的电压信号之前和所述检测诊断单元使能诊断单元并发送PWM诊断信号至诊断电路的输入端之后时开始进行。

进一步的，所述检测诊断单元、输入单元和控制单元集成在一个控制器中实现。

(三)有益效果

a)本发明具有检测和诊断功能的输入信号处理电路中，电路功能模块化设计是电路检测和故障定位的基础条件，对带控制器的输入信号处理电路采用了功能模块化和电路层级设计的思路，并通过软硬件方面的有机配合，使得控制器单元位于核心位置，因此在采集信号及驱动负载时，控制器与外部信号交互全部通过总线进行信号采集及驱动控制，避免了直接与外级电路的接触，电路层级化设计消除了外部电路对核心电路的影响，从结构上杜绝意外情况的发生，从而保证了系统的可靠性。

b)在输入信号处理电路的模块化分层设计中，输入信号的采集电路、诊断、检测电路不能互相耦合，否则，系统无法定位转信号采集电路的故障。当系统出现故障时，检测和诊断电路能判断故障原因，这样不仅可以增强系统的可靠性，同时可以减少人工排查的难度，提高了产品的可维护性。电路在实现信号的采集的同时还具有故障检测、故障自诊断功能；对于包含直流分量和交流分量的转速信号分别使用了检测电路和信号采样电路进行信号提取，检测诊断单元和三态门的诊断电路通过配合软件程序分别对检测电路和信号采样电路的工作状态进行了自诊，且诊断电路和检测电路之间相互独立；诊断电路在检测电路发现故障时工作，不仅可以判断信号信号采集电路和检测电路是否是有效，还可以在不需要人为干预的情况下进行故障定位。

c)信号采样电路使用了迟滞比较电路，迟滞比较电路相对于传统的比较电路和施密特触发电路，可调的电压阈值范围更宽，且抗干扰性更强，进一步提高了信号采集电路的可靠性。

d)检测诊断单元和控制单元执行的多重自诊断程序能够通过有效配合，最终将控制器的接收端无转速信号问题准确的定位为故障类型1～故障类型4中的一种，且还能够完成检测单元的自诊断和输入信号是否有效地判断，并将具体故障问题统一告知至控制单元，最终使得本发明的输入信号处理电路在完成传感器故障或者断开检测的同时也能完成各个子电路的自诊断功能，大大增强了系统的可靠性且成本较低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的具有检测和诊断功能的输入信号处理电路的系统结构示意图；

图2是本发明具有检测和诊断功能的输入信号处理电路中诊断电路、检测电路、信号采集电路的电路图；

图3是本发明具有检测和诊断功能的输入信号处理电路中的控制器结构示意图；

图4是本发明信号采集电路中输入信号与输出信号的对比示意图。

图5为本发明提供的控制单元确定具体的故障类型的流程图；

图6为本发明检测电路进行自诊断时的输出采样时间点示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了满足汽车功能安全要求和更有效的处理信号采集，本发明将具有检测和诊断功能的输入信号处理电路按功能模块和层次进行划分，层次是根据信号的传输通道划分的，六大功能模块则是根据功能进行划分的，输入信号处理电路包括设置于外层的诊断电路、检测电路和信号采集电路，设置于内层的检测诊断单元、输入单元，以及设置于核心层的控制单元。

如图1-2和图5所示，输入信号处理电路中诊断电路、检测电路、信号采集电路、检测诊断单元、输入单元和控制单元组成的六大功能模块的连接关系和功能具体为：

传感器的输入信号的输入端分别与检测电路、诊断电路以及信号采集电路连接，检测电路和诊断电路分别与检测诊断单元连接，信号采集电路通过输入单元与控制单元连接，检测诊断单元与控制单元连接

检测电路，用于对所述输入信号中直流分量进行提取；

诊断电路，为三态门输出电路，所述三态门输出电路的输出端与输入信号的输入端连接，使能端和输入端都与检测诊断单元连接；

信号采集电路，用于对所述输入信号中脉冲交流分量进行提取；

检测诊断单元，在控制单元采集不到脉冲交流分量的信号时(如转速值为零时，输入信号存在直流分量但没有脉冲交流分量)，使能诊断电路且主动发送PWM诊断信号至诊断电路；并判断检测电路是否输出了直流分量的信号，最后将判断结果发给控制单元；

输入单元，用于将信号采集电路输出的信号以总线的方式发给控制单元；

控制单元，根据信号采集电路输出的信号和检测诊断单元发送的所述判断结果综合确定故障类型。

进一步的，如图5所示，控制单元根据信号采集电路输出的信号和检测诊断单元发送的判断结果综合确定故障类型具体包括：控制单元采集不到转速等传感器的脉冲交流分量的信号时，检测诊断单元使能诊断单元并发送PWM诊断信号至诊断电路的输入端，并判断检测电路的输出端是否有直流分量的电压信号；

若否，则进一步判断控制单元是否收到信号采集电路输出的PWM诊断信号，若是，则标记为故障类型1，此时传感器断开且信号采集电路正常，若否，则标记为故障类型2，此时传感器断开且信号采集电路开路；

若是，则进一步判断控制单元是否收到信号采集电路输出的PWM诊断信号，若否，则标记为故障类型3，此时表示传感器连接正常但信号采集电路开路，若是，则标记为故障类型4，此时表示信号采集电路连接正常，传感器故障或者输出的转速值为0。

进一步的，所述检测诊断单元和输入单元与控制单元的通信信号保持心跳握手。

进一步的，检测电路优选为电压放大器电路；信号采集电路优选为脉冲整形电路。

进一步的，脉冲整形电路具体为迟滞比较电路或者施密特触电路，三态门输出电路具体为三态输出的单总线驱动器SN74LVC1G125。

进一步的，所述传感器的输入信号优选为带有直流分量和脉冲交流分量的转速信号。

进一步的，控制单元能采集到转速等传感器脉冲交流分量的信号的情况下，当检测诊断单元检测到直流分量的电压信号u₀时(直流分量u₀一般很小，所以需要电压放大器电路对其放大后进行检测)，说明传感器与控制单元之间信号能正常采集；当检测诊断单元检测不到电压信号u₀时，说明传感器与控制单元之间信号已经断开，而此时输入信号的脉冲采集是无效的，此时采集的转速频率可能是其它的干扰信号，其中，u₀为输入信号中直流分量的提取信号。需要指出的是，输入信号在没有转速的时候，也会存在u₀大小的直流电压分量，故本发明可通过以上方式来进一步确保控制单元采集到的不为零的转速信号是有效的。外层的与内层之间各个单元的信号连接是实时的电气连接方式，无需进行心跳通信。

进一步的，在检测诊断单元通过诊断电路发出PWM诊断信号后，检测诊断单元监测所述检测电路的输出端是否存在PWM诊断信号，若是则表明检测电路工作正常，若否则表明检测电路异常。值得一提的是，由于实际工作中检测电路故障几率很小，故以上非标器件的检测电路的自诊断功能并非必须的。此外，该检测单元的自诊断功能可以在图5的“检测诊断单元判断检测电路的输出端是否有直流分量的电压信号”之前和“检测诊断单元使能诊断单元并发送PWM诊断信号至诊断电路的输入端”之后就开始进行，以确保最终获得的故障类型1-2的传感器断开的结果是准确的，保证故障类型1-2传感器断开的结论不受检测电路本身发生断路等异常的影响，虽然检测电路本身发生断路等异常属于小概率事件。

进一步的，信号采集电路和检测电路都工作正常时，传感器工作，控制单元却采集不到传感器的任何交流分量和直流分量的信号，则说明传感器必然断开。此时控制单元综合所有信息最终判定传感器存在断开的故障，即故障类型1的传感器断开的判断结果是准确无误的。

如图2所示，转速传感器的信号输入端分别连接下拉电阻R₃的一端和滤波电阻R₄的一端，R₃的另一端接地，R₄的另一端分别连接电容C₁的一端、比较器的反相端、运放的同相端以及三态输出的单总线驱动器U₁的输出端，C₁的另一端接地，U1的输入端和U1的使能端分别与检测诊断单元的两个信号输出端连接，运放的反相端分别与电阻R₁的一端、电阻R_2-A的一端和电阻R_2-B的一端连接，R₁的另一端接地，电阻R_2-A和电阻R_2-B的另一端分别通过选择开关与运放的输出端以及检测诊断单元的信号输入端连接，以完成AD转换并进行直流分量中电压信号u₀的采集，比较器的同相端分别与电阻R₅的一端、电阻R₇的一端、电阻R₈的一端连接，电阻R₅的另一端分别与供电端VCC以及电阻R₆的一端连接，电阻R₈的另一端接地，电阻R₇的另一端分别与比较器的输出端、电阻R₆的另一端以及输入单元的信号输入端连接，以完成PWM信号或者脉冲交流分量信号的采集，该脉冲采集端口属于分时复用的信号采集端口。

图2中所示的检测电路可选择额外加入选择电路进行自诊断，具体设置电阻R_2-B为0欧姆，以使得同相电压放大器变为电压跟随器来输出诊断电路发出的PWM诊断信号，当检测诊断单元发出PWM诊断信号时，检测诊断单元通过GPIO口控制选择开关来选择R_2-B回路导通；用于对PWM诊断信号高电平的电压跟随，完成检测电路的自诊断；当检测诊断单元未发出PWM诊断信号时或者检测电路的自诊断结束后，默认选择R_2-A，用于正常对传感器直流分量的放大采集。

如图6所示，因为对传感器直流分量的信号放大，与对PWM诊断信号的高电平的处理是不一样的，为了判断这两种情况，需要将两种情况进行区分，因此加入了选择电路，R_2-A用于对传感器直流分量的放大，而R_2-B用于跟随输入的PWM诊断信号的高电平；此时，因为都是MCU电平，无需放大，且MCU的AD采样时间与PWM周期保持一致，当采集到的电平为正常值时(即MCU的IO电平)，则判断此时检测电路与诊断电路是功能正常的，其自诊断结果为正常。

图2的电路具体工作方式如下：转速传感器的输入信号为脉冲信号，信号中具有直流分量u₀和脉冲交流分量，为了将直流分量和交流分量进行分离和分别处理，电路上设计有脉冲采集电路和直流分量采集电路；R₃为下拉电阻，是可选的。R₄和C₁为低通滤波电路，过滤高频干扰信号；运放与R₁和R_2-A和R_2-B组成了放大电路，对u₀信号进行放大，使输出电平U_out变化范围在检测诊断单元能识别的区间内；放大倍数输出U_out＝K*u₀；检测和诊断单元内部AD采样，将Uout转换为数字信号，从而进行电压u₀的识别，R_2-A和R_2-B后各自加入了带有两个开关的选择电路，当检测诊断单元发出PWM诊断信号时，选择R_2-B回路导通；用于对PWM诊断信号高电平的跟随；当诊断电路不工作时(即不使能时)或者检测诊断单元未发出PWM诊断信号时或者检测电路的自诊断结束后，通过GPIO的控制默认回路选择R_2-A，用于正常对传感器直流分量的放大采集(此时放大倍数K是大于1的)；此外，电阻R₅，R₆，R₇，R₈与比较器组成了迟滞比较电路；用于将交流脉冲分量转换为标准的方波信号；迟滞比较电路比常规的比较电路具有优势，它有两个阈值V_H和V_L，因此对输入信号幅值可以进行一定区域的判断；当输入脉冲信号大于V_H时，输出为低电平；当输入脉冲信号小于V_L时，电路输出为高电平，如图4所示；避免了常规比较电路仅能对一个电平阈值进行判断，这种电路中当输入电平略低于该电平阈值时，电路就没法进行比较了。V_H与V_L计算和推导如下：

当输入电压为VH时，根据基尔霍夫定律，得出如下公式

求得VH如下。

当输入电压为VL时，同理可得。

求得VL如下。

值得一提的是，迟滞比较电路结构不限于以上的实现方式，且也可以用其它的脉冲整形电路来替代实现，例如施密特触发电路，相对于中间值一般是固定的施密特触发电路，迟滞比较电路正负翻转电平的中间值可调节且抗干扰性更强。

诊断电路由具有三态输出的单总线驱动器SN74LVC1G125构成，当EN使能信号有效时，检测诊断单元输出PWM方波信号到SN74LVC1G125，若信号采集电路收到的PWM信号与检测诊断单元输出的PWM诊断信号相同(例如判断两者PWM信号的频率是否相同)，说明脉冲信号采集电路工作正常，而如果此时，传感器工作，却采集不到传感器信号，则说明传感器信号输出有故障。

以下基于传感器输入信号的信号流程和图1-2和图5来说明本发明输入信号处理电路的运行原理：

在外部的输入信号进入外层中信号采集电路时，同时也由检测电路和诊断电路进行信号分析，检测电路与诊断电路相互独立，检测电路的原理是由运算放大器和电阻组成的电压放大器电路(具体为同相放大器)，用于将输入信号的直流成分进行放大；当车辆转速传感器输出的信号进入信号输入端时，信号的直流分量则进入检测电路，检测电路将信号放大后，发送给检测诊断单元，从而通过控制单元来判断传感器是否断开，而诊断电路优选具有三态输出的单总线驱动器SN74LVC1G125，在控制单元通过检测诊断单元发现检测电路检测不到直流分量的电压u₀时，说明传感器与控制器之间信号很可能已经断开(即建立在检测电路正常情况下)；此外，在控制单元检测不到转速信号时，则除了判断直流分量的电压u₀外，还会通过检测诊断单元使能SN74LVC1G125，并通过检测诊断单元的端口输出PWM诊断信号，经诊断电路SN74LVC1G125后进入传感器输入信号的信号输入端，由外层的信号采集电路获得该PWM诊断信号，若控制单元测得由输入单元采集得到的PWM信号为检测诊断单元主动发出的PWM诊断信号，则说明此时信号采集电路工作正常，此时只有传感器断开；若输入单元没有采集得到PWM诊断信号，则说明此时信号采集电路开路，且同时传感器断开；与此同时，检测电路通过选择开关进行电压跟随也能接收到检测诊断单元主动发出的PWM诊断信号，并直接发送给检测诊断单元的输入端完成检测电路的自诊断，如果检测诊断单元接收不到检测电路的输出端发送的PWM诊断信号，则表明检测电路出现了故障，因为传感器断开或者故障的可能性一般更大，检测电路比较简单且很少出现故障，故该检测电路的自诊断功能也可不用，一般对信号采集电路进行故障自诊断即可。

转速传感器输出信号的波形脉冲波形如图2的输入端信号所示，当转速高时，输入脉冲频率升高，当转速低时，输入脉冲频率降低；频率的高低反映了转速的快慢。输入信号在没有转速的时候，存在u₀大小的直流电压分量，输入信号处理电路中外层的三个功能电路对输入信号进行处理，检测诊断单元中检测电路对输入信号的模拟成分进行检测；而诊断电路在电路存在故障时进行故障定位；输入单元中采集单元由迟滞比较电路对波形进行整形，通过迟滞比较电路后，将脉冲波形转换为标准的方波，通过输入单元发送给控制单元，由控制单元的定时器进行频率采集，当检测诊断单元检测到电压信号u₀时，说明传感器与控制器之间信号能正常采集；当检测诊断单元检测不到u₀电压时，说明传感器与控制器之间信号已经断开，而此时的脉冲采集是无效的。故无论控制单元能否接收到传感器的转速等输入信号，只有在检测电路检测到电压时，对应的脉冲采集才是有效的。

为体现本发明层次化和模块化相结合的优点，本发明还对基于图3的带反馈功能的控制器结构进行了阐述：

如图3所示，位于内层和核心层的检测诊断单元、输入单元和带输出单元的控制单元能组成一个带反馈功能的最小的控制器，检测诊断单元、输入单元和输出单元可以与控制单元一起集成在同一个MCU控制器中，也可以与控制单元分开来以分布在不同的MCU中；控制单元则作为系统的主控MCU，其与检测诊断单元和输入输出单元在功能和/或物理上是分开的，即最终可理解为该控制器可以通过一个MCU或者多个MCU的形式来实现。

在该控制器中，输入单元负责对传感器信号采集、输入信号进行调理，并将采集到的相关信号以串行总线的方式传送给控制单元；输出单元负责对各种类型负载进行驱动；控制单元负责将输入单元传递的信号进行处理、逻辑运算、并以总线的方式驱动输出单元，完成控制指令；检测诊断单元对关键的输入输出端口进行实时检测、用于故障诊断；各个单元模块之间相互独立，分工协作；以上其中任何一个模块的失效，均不能影响控制单元本身的工作(控制单元往往还负担着转速采集工作以外的信号处理工作)。内层与核心层的模块与模块之间按层次进行信号传递，使得控制单元在模块中处于核心位置，输入单元和检测诊断单元与控制单元之间保持心跳信号握手，监测控制单元的状态，同时可进行数据通信。至于外层的诊断电路、检测电路和信号采集电路，则因为属于控制器外的新增外拓模块，其在实际工作中实时采集和发送数据，无需与内层的检测诊断单元、输入单元保持心跳信号握手通信，故其既可以独立于控制器存在，也可以物理的形式分别集成到内层的检测诊断单元、输入单元中，以使得该输入信号处理电路的体积进一步缩小。

需要再次强调的是，本发明的输入信号处理电路的创新在于以下几方面：

1.功能模块化设计，根据功能安全的要求，将电路结构按功能分为多个模块，模块之间既相互独立，也可以相互协作，分工完成系统功能。信号采集电路与信号驱动与控制单元间没有直接电气连接关系，而是通过输入单元的总线进行信号连接，有效规避了输入输出物理信号给控制单元带来的风险和影响。

2.电路层级化设计，根据采集信号传输路径，最外层由信号采集电路、检测电路、诊断电路组成，当这三部分电路处理完后，再由输入单元对脉冲整形后的方波信号进行采集；而检测诊断单元通过程序对输入信号是否存在故障进行判断；当这两部分电路各自处理完成后，再将信息传递给控制单元，用于控制单元的逻辑功能判断。

3.电路分别设计有诊断电路和检测电路，且相互独立；诊断电路为主动诊断信号发送端；检测电路为诊断信号被动接收端及输入信号直流电压信号检测端。电路设计可以做到故障定位，诊断信号在传感器断开或存在故障时，才使能进行自诊断，以用于确定信号采集电路和检测电路是否是正常工作的。

4.输入信号处理电路由多个模块组成，且需要控制单元与检测诊断单元和输入单元通信，并配合软件程序完成自诊断功能，控制器中各模块与处理单元之间为总线通讯，而检测电路与诊断电路同时对其他单元进行检测，并将检测信息最终发送给控制单元。这种结构避免了局部电路失效从而导致系统电路故障，控制单元的核心位置则由电路结构决定。这种具有检测和诊断功能的输入信号处理电路特别适合于转速等传感器信号的处理。

5.迟滞比较电路相对于传统的比较电路，具有抗干扰性更强的优点，提高了采集电路的可靠性。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到本发明所揭露的具有检测和诊断功能的输入信号处理电路的诸多优点之一在于模块化和层次化上，其自然也可以通过其它的硬件方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述程序和硬件功能单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种具有检测和诊断功能的输入信号处理电路，其特征在于，包括设置于外层的诊断电路、检测电路和信号采集电路，设置于内层的检测诊断单元、输入单元，以及设置于核心层的控制单元；传感器的输入信号的输入端分别与检测电路、诊断电路以及信号采集电路连接，检测电路和诊断电路分别与检测诊断单元连接，信号采集电路通过输入单元与控制单元连接，检测诊断单元与控制单元连接；

检测电路，用于对所述输入信号中直流分量进行提取；

诊断电路，为三态门输出电路，所述三态门输出电路的输出端与所述输入信号的输入端连接，使能端和输入端与检测诊断单元连接；

信号采集电路，用于对所述输入信号中脉冲交流分量进行提取；

检测诊断单元，在控制单元采集不到脉冲交流分量的信号时，使能诊断电路且主动发送PWM诊断信号至诊断电路；并判断检测电路是否输出了直流分量的信号，最后将判断结果发给控制单元；

输入单元，用于将信号采集电路输出的信号以总线的方式发给控制单元；

控制单元，根据信号采集电路输出的信号和检测诊断单元发送的所述判断结果综合确定故障类型；

控制单元采集不到传感器的脉冲交流分量的信号时，检测诊断单元使能诊断单元并发送PWM诊断信号至诊断电路的输入端，并判断检测电路的输出端是否有直流分量的电压信号；

若否，则进一步判断控制单元是否能收到信号采集电路输出的PWM诊断信号，若能，则标记为故障类型1，此时传感器断开且信号采集电路正常，若不能，则标记为故障类型2，此时传感器断开且信号采集电路开路；

若是，则进一步判断控制单元是否能收到信号采集电路输出的PWM诊断信号，若不能，则标记为故障类型3，此时表示传感器连接正常但信号采集电路开路，若能，则标记为故障类型4，此时表示信号采集电路连接正常，传感器故障或者输出的转速值为0。

2.根据权利要求1所述的具有检测和诊断功能的输入信号处理电路，其特征在于，所述检测诊断单元和输入单元与控制单元之间的通信保持心跳握手。

3.根据权利要求1所述的具有检测和诊断功能的输入信号处理电路，其特征在于，所述检测电路为电压放大器电路；所述信号采集电路为脉冲整形电路。

4.根据权利要求3所述的具有检测和诊断功能的输入信号处理电路，其特征在于，所述脉冲整形电路具体为迟滞比较电路或者施密特触电路，所述三态门输出电路具体为三态输出的单总线驱动器SN74LVC1G125。

5.根据权利要求1所述的具有检测和诊断功能的输入信号处理电路，其特征在于，所述传感器的输入信号具体为带有直流分量和脉冲交流分量的转速信号。

6.根据权利要求1～5之一所述的具有检测和诊断功能的输入信号处理电路，其特征在于，控制单元能采集到脉冲交流分量的信号的情况下，当检测诊断单元检测到直流分量的电压信号u₀时，确定传感器与控制单元之间的电气连接正常；当检测诊断单元检测不到电压信号u₀时，确定传感器与控制单元之间的电气连接断开，此时输入信号的脉冲采集无效，其中，u₀为输入信号中直流分量的提取信号。

7.根据权利要求1～5之一所述的具有检测和诊断功能的输入信号处理电路，其特征在于，检测单元的自诊断功能为：在所述检测诊断单元发出PWM诊断信号后，检测诊断单元监测所述检测电路的输出端是否存在PWM诊断信号，若是则表明检测电路工作正常，若否则表明检测电路异常。

8.根据权利要求7所述的具有检测和诊断功能的输入信号处理电路，其特征在于，所述检测单元的自诊断功能在所述检测诊断单元判断检测电路的输出端是否有直流分量的电压信号之前和所述检测诊断单元使能诊断单元并发送PWM诊断信号至诊断电路的输入端之后时开始进行。

9.根据权利要求1所述的具有检测和诊断功能的输入信号处理电路，其特征在于，所述检测诊断单元、输入单元和控制单元集成在一个控制器中实现。