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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Motorsteuergerät. Die Erfindung
betrifft ferner ein Verfahren zur Auswertung eines Sensorstromsignals.
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In
modernen Kraftfahrzeugen ist eine Vielzahl von Steuergeräten vorgesehen.
Solche Steuergeräte
steuern die Funktionen des Kraftfahrzeugs, im Falle eines Motorsteuergerätes zum
Beispiel Kraftstoffeinspritzung, Zündzeitpunkt, usw. Ein solches Steuergerät verfügt dafür über eine
oder mehrere Schnittstellen, an die Sensoren (z. B. Temperatursensoren,
Drehwinkelsensoren, usw.) angeschlossen werden können und über die dem Steuergerät Messwerte
zugeführt
werden. Diese Messwerte werden von einem im Steuergerät angeordneten
Mikrokontroller ausgewertet und beispielsweise in Fahrzeugparameter
umgewandelt, welche dann beispielsweise von einem Steuerungsprogramm
für die weitere
Steuerung des Fahrzeugs berücksichtigt werden
können.
Zur Ankopplung von Sensoren an Steuergeräte im Kraftfahrzeug sind analoge
und digitale Schnittstellen bekannt.
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In
vielen herkömmlichen
analogen Schnittstellen werden drei Leitungen zur Anbindung der Sensoren
an das Steuergerät
verwendet, nämlich eine
Versorgungsspannungsleitung, eine Masseleitung sowie eine Sensorleitung,
welche ein der Messgröße entsprechendes
analoges Potenzial liefert. In modernen Kraftfahrzeugen ist jedoch
eine sehr große
Anzahl von Sensoren vorgesehen, so dass eine große Gesamtanzahl an Leitungen
zur Anbindung dieser Sensoren an das Steuergerät benötigt wird. Dies führt jedoch
wiederum zu höheren
Kosten sowie einem höheren
Fahrzeuggewicht.
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Ein
Ansatz, um die Anzahl der Leitungen zu verringern, besteht in der
Verwendung von Stromschnittstellen zur Anbindung von Sensoren an
ein Steuergerät.
In solchen Stromschnittstellen wird das Sensorstromsignal auf die
Spannungsversorgung aufmoduliert. Durch Auswertung des Sensorstromsignals
kann somit auf die vom Sensor gemessene Messgröße geschlossen werden. Da hierbei
die Leitung zur Versorgung des Sensors gleichzeitig zur Übertragung
des Sensorstromsignals dient, kann auf eine der drei Leitungen zum
Steuergerät
verzichtet werden.
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Neben
analogen Stromschnittstellen sind digitale Stromschnittstellen bekannt.
In solchen digitalen Stromschnittstellen ist das über die
Versorgungsleitung fließende
Stromsignal mit zwei verschiedenen Strompegeln versehen, zwischen
denen es in Abhängigkeit
von den zu übertragenden
Informationen alterniert. Durch diese zwei Strompegel ist ein Stromhub
in der Größenordnung
von beispielsweise 10 mA gegeben.
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Herkömmlicherweise
wird das Sensorstromsignal in der Regel mittels eines Komparators
ausgewertet, welcher mit festen Schaltschwellen arbeitet. Wenn der
Stromhub, also der Abstand zwischen High- und Low-Pegel des Stromes,
gering ist, dann müssen
die Schaltschwellen des Komparators sehr genau definiert, d. h.
mit einer sehr geringen Toleranz, versehen sein. Für eine zuverlässige Erkennung
der Strompegel ist folglich ein großer Stromhub wünschenswert.
Eine Verstärkung
des digitalen Sensorstromsignals ist zum Vergrößern des Stromhubs nicht geeignet,
da dem Sensor nicht beliebig große Ströme zugeführt werden können. Ferner
erfordern größere Ströme auch
eine leistungsfähigere
Versorgung, was zu höheren
Kosten führt.
Außerdem
ist aufgrund der hohen Frequenz des digitalen Sensorstromsignals
eine Verstärkung
desselben auch wirtschaftlich nicht sinnvoll. Ein großer Stromhub
ist also für
eine zuverlässige
Erkennung der Strompegel wünschenswert,
jedoch aus den oben genannten Gründen
nur sehr schwer zu realisieren.
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Für eine zuverlässige Auswertung
sollten sich die Pegel des Sensorstroms ferner möglichst definiert innerhalb
enger vorgegebener Toleranzen bewegen. Abhängig von äußeren Einflüssen, wie z. B. der Umgebungstemperatur,
können
sich jedoch die Pegel des Sensorstroms signifikant verändern. Um dennoch
eine zuverlässige
Auswertung des Sensorstromsignals zu ermöglichen, sind daher sehr enge Toleranzen
der Bauteile der Auswerteschaltung und der Versorgungsspannung erforderlich.
Dies ist jedoch mit erheblichem schaltungstechnischem Aufwand verbunden,
was die gesamte Schaltung signifikant verteuern würde.
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Die
DE 10 2004 009 684
A1 offenbart einen Transimpedanzverstärker für hohe Schaltfrequenzen, der
ein elektrisches Stromsignal in ein elektrisches Spannungssignal
umwandelt.
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Die
DE 198 20 435 A1 offenbart
einen Signalübergangsdetektor
mit einer Verzögerungsstufe zum
Verzögern
eines Signals und ein Exclusive-ODER-Gatter, das den aktuellen Zustand
eines Signals und den vorigen Zustand des in der Verzögerungsstufe
verzögerten
Signals einer Exklusiv-ODER-Verknüpfung unterzieht, um das Operationsergebnis
als Erkennungssignal zu liefern.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine zuverlässige Auswertung eines
Sensorstromsignals zu ermöglichen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Auswertung
eines Sensorstromsignals mit einer wenig aufwändigen Schaltung zu ermöglichen.
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Erfindungsgemäß wird mindestens
eine dieser Aufgaben durch ein Motorsteuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs
1 und/oder ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.
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Dementsprechend
ist eine Motorsteuergerät mit
einer Schnittstellenschaltung zur Anbindung eines Sensors und mit
einer Auswerteeinrichtung vorgesehen, wobei die Schnittstellenschaltung
wenigstens einen Signaleingang, über
den ein Sensorstromsignal einkoppelbar ist, einen Strom/Spannungsumsetzer,
welcher aus dem eingekoppelten Sensorstromsignal ein Messspannungssignal
erzeugt, eine Verzögerungseinrichtung,
welche das Messspannungssignal um eine vorgegebene Verzögerungszeit verzögert, und
eine Vergleichereinrichtung, welche das Messspannungssignal mit
dem von der Verzögerungseinrichtung
verzögerten
Messspannungssignal vergleicht und ein vom Ergebnis dieses Vergleiches abhängiges Auswertesignal
ausgibt, aufweist, und wobei die Auswerteeinrichtung das von der
Vergleichereinrichtung der Schnittstellenschaltung ausgegebene Auswertesignal
auswertet.
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Ein
entsprechendes Verfahren zur Auswertung eines von einem Sensor erzeugten
Sensorstromsignals in einem Motorsteuergerät umfasst die Schritte:
- (a) Erzeugen eines Sensorstromsignals durch
einen Sensor,
- (b) Erzeugen eines Messspannungssignals aus dem Sensorstromsignal,
- (c) Verzögern
des Messspannungssignals um eine vorgegebene Verzögerungszeit,
- (d) Vergleichen des verzögerten
Messspannungssignals mit dem unverzögerten Messspannungssignal,
und
- (e) Ausgeben eines vom Ergebnis dieses Vergleiches abhängiges Auswertesignals
an das Motorsteuergerät.
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Die
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee ist es, das Sensorstromsignal
mit sich selber zu vergleichen. Genauer gesagt wird ein dem Sensorstromsignal
entsprechendes Messspannungssignal in unverzögerter Form mit demselben Messspannungssignal
in verzögerter
Form verglichen. Somit werden Flanken im Sensorstromsignal erkannt
und es wird in Abhängigkeit
der Flanken ein impulsförmiges
Auswertesignal erzeugt.
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Ein
wesentlicher Vorteil, der sich aus der erfindungsgemäßen Anordnung
und dem erfindungsgemäßen Verfahren
ergibt, liegt darin, dass keine Referenzpotenziale oder Schaltschwellen
benötigt
werden, um Flanken im Sensorstromsignal zu erkennen. Somit unterliegen
die verwendeten Bauteile und das Sensorstromsignal keinen engen
Toleranzen. Da das dem Sensorstromsignal entsprechende Messspannungssignal
mit sich selbst und nicht mit einem Referenzpotenzial verglichen
wird, ist eine Flankenerkennung auch bei Sensorstromsignalen mit
geringem Stromhub gewährleistet
und insbesondere auch bei hochfrequenten Sensorstromsignalen möglich.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen
sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
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Eine
schaltungstechnisch besonders vorteilhafte Realisierung sieht vor,
dass der Strom/Spannungsumsetzer einen Messwiderstand aufweist,
welcher zwischen dem Signaleingang und einem ersten Versorgungsanschluss,
an dem ein erstes Versorgungspotenzial anlegbar ist, angeordnet
ist und am eingangsseitigen Abgriff des Messwiderstands das Messspannungssignal
anliegt.
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Die
Vergleichereinrichtung kann beispielsweise als Operationsverstärker, Komparator
oder Logik-Gatter realisiert werden. Im Falle eines Logik-Gatters
ist insbesondere ein XOR-Gatter
vorteilhaft, da somit mit einem einzigen Gatter eine geeignete Vergleichereinrichtung
realisiert werden kann.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein erster Eingang der Vergleichereinrichtung über die Verzögerungseinrichtung
mit dem Abgriff verbunden und ein zweiter Eingang der Vergleichereinrichtung direkt
mit dem Abgriff verbunden. Somit können den Eingängen der
Vergleichereinrichtung jeweils das verzögerte sowie das unverzögerte Messspannungssignal
zugeführt
werden. Unter einer „direkten
Verbindung” wird
hierbei eine Verbindung verstanden, mit der das Messspannungssignal
ohne Verzögerung dem
zweiten Eingang der Vergleichereinrichtung zugeführt wird.
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Vorteilhafterweise
ist zwischen dem Signaleingang und dem Strom/Spannungsumsetzer ein Stromspiegel
angeordnet, welcher das Sensorstromsignal spiegelt und welcher ein
vom Sensorstromsignal abgeleitetes gespiegeltes Sensorstromsignal dem
Strom/Spannungsumsetzer zuführt.
Somit kann ein Sensorstromsignal abgeleitetes gespiegeltes Sensorstromsignal
im Wesentlichen ohne Beeinflussung des dem Sensor zugeführten Sensorstromsignal
ausgewertet werden.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein zweiter
Versorgungsanschluss vorgesehen, an welchen ein zweites Versorgungspotenzial zur
Versorgung des Sensors anlegbar ist. Somit wird von der Schnittstellenschaltung
das dem Sensor zugeführte
Sensorstromsignal ausgewertet.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Signaleingang als digitaler
Signaleingang zur Ankopplung eines digitalen Sensors ausgebildet
und über
den Signaleingang ein digitales Sensorstromsignal einkoppelbar.
Mit dieser Anordnung ist kein großer Unterschied zwischen High-
und Low-Pegel des digitalen Sensorstromsignals notwendig, da die Schnittstellenschaltung
Signalübergänge (Flanken) zwischen
High- und Low-Pegel
in leicht auswertbare Pulssignale umwandelt.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Schnittstellenschaltung
einen Strombegrenzer, welcher den dem Sensor zugeführten Sensorstrom
begrenzt, und/oder einen Spannungsbegrenzer, welcher das dem Sensor
zugeführten Sensorpotenzial
begrenzt, auf. Dies schützt
den Sensor vor zu hohen Strömen
bzw. Spannungen und damit vor einer Beschädigung oder Zerstörung.
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Die
Verzögerungseinrichtung
weist vorzugsweise mindestens ein RC-Glied, LC-Glied, LR-Glied und/oder
Logikgatter auf. Insbesondere ein RC-Glied lässt sich dabei schaltungstechnisch
in einfacher Weise realisieren.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den schematischen Figuren der Zeichnungen
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es
zeigen hier:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
eines mit einem Sensor verbundenen erfindungsgemäßen Steuergerätes;
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2 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schnittstellenschaltung
zur Anbindung eines Sensors an ein Steuergerät entsprechend 1;
und
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3 eine
detaillierte Schaltungsanordnung der erfindungsgemäßen Schnittstellenschaltung
aus 2.
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In
den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche
Elemente, Merkmale und Signale.
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1 zeigt
ein Blockdiagramm eines Motorsteuergeräts 500 nach einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das Motorsteuergerät 500 umfasst eine
erfindungsgemäße Schnittstellenschaltung 100 sowie
eine Auswerteeinrichtung 300, die im vorliegenden Beispiel
Bestandteil einer programmgesteuerten Einheit, beispielsweise eines
Mikrokontrollers 300, ist.
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An
das Motorsteuergerät 500 kann,
wie in 1 dargestellt, über einen Eingang/Ausgang 600 mindestens
ein oder mehrere digitale Sensoren 400, 400n angeschlossen
werden. Die digitalen Sensoren 400, 400n nehmen
von der Schnittstellenschaltung 100 jeweils einen digitalen
Sensorstrom Is, Isn auf, der Informationen über die vom jeweiligen Sensor 400, 400n gemessene
Messgröße enthält. Wie
unten noch genauer erläutert
wird, erzeugt die Schnittstellenschaltung 100 ein im pulsförmiges Auswertesignal Ia,
und zwar in Abhängigkeit
von den (positiven und/oder negativen) Flanken des digitalen Sensorstroms
Is. Der Mikrokontroller 300 wertet dieses Auswertesignal
Ia aus und schließt
auf die vom jeweiligen Sensor 400, 400n gemessene
Messgröße. Die Schnittstellenschaltung 100 kann
somit ein digitales Sensorstromsignal mit kleinem Stromhub in Spannungspulse
mit ausreichend großem
Spannungshub umwandeln, die vom Mikrokontroller 300 ausgewertet
werden können.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung der in 1 dargestellten
Schnittstellenschaltung 100 zur Anbindung eines Sensors
an ein Steuergerät.
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Die
Schnittstellenschaltung 100 weist vier Anschlüsse A1 bis
A4 auf. Die Anschlüsse
A3 und A4 dienen als Versorgungsanschlüsse der Schnittstellenschaltung 100.
An den ersten Versorgungsanschluss A3 ist ein erstes Versorgungspotenzial
GND, beispielsweise ein Bezugspotenzial oder ein Massepotenzial
GND, und an den zweiten Versorgungsanschluss A4 ist ein zweites
Versorgungspotenzial VBB, beispielsweise ein positives Versorgungspotenzial
VBB, angeschlossen. Die Spannungsquelle 200 ist vorzugsweise
als ein so genannter Tracker ausgebildet, welcher eine konstante
Versorgungsspannung VBB-GND
zur Versorgung des Sensors 400 liefert.
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An
den Anschluss A1 kann ein in 2 nicht dargestellter
Sensor 400 angeschlossen werden und über diesen Anschluss A1 mit
Strom versorgt werden. Der vom Sensor 400 aufgenommene
Strom Is enthält
eine Information über
die vom Sensor 400 gemessene Messgröße. Der Anschluss A1 dient
somit, bezogen auf die zu messende Messgröße des Sensors 400,
auch als Signaleingang A1, über
den ein Sensorstromsignal Is einkoppelbar ist. An den Anschluss
A2 kann eine in 2 nicht dargestellte Auswerteeinrichtung
Mikrokontroller angeschlossen werden, an den von der Schnittstellenschaltung 100 Auswerte signale
Ia ausgegeben werden. Der Anschluss A2 dient somit als Signalausgang.
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Die
Schnittstellenschaltung 100 umfasst einen Strom/Spannungsumsetzer 10,
eine Verzögerungseinrichtung 12,
eine Vergleichereinrichtung 13 und einen Stromspiegel 20,
welche den Kern der Schnittstellenschaltung 100 darstellen.
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Der
Stromspiegel 20 ist zwischen dem Versorgungsanschluss A4
und dem Anschluss A1 angeschlossen und spiegelt den vom Anschluss
A1 zum Sensor fließenden
Sensorstrom Is. Mit anderen Worten, der Stromspiegel 20 erzeugt
einen gespiegelten Sensorstrom Is', welcher dem Strom/Spannungsumsetzer 10 zugeführt wird.
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Eingangsseitig
ist am Strom/Spannungsumsetzer 10 ein Abgriff 14 vorgesehen,
an dem aufgrund des durch den Strom/Spannungsumsetzer 10 fließenden Stroms
Is' ein Messpotenzial
Vs anliegt. Eingangsseitig ist der Strom/Spannungsumsetzer 10 ferner
mit einer Verzögerungseinrichtung 12 verbunden,
welche das am Abgriff 14 anliegende Messpotenzial Vs um
eine Verzögerungszeit
T verzögert.
Die Vergleichereinrichtung 13 weist zwei Eingänge E1 und
E2 auf, von denen der eine Eingang E1 mit dem Ausgang der Verzögerungseinrichtung 12 und
der andere Eingang E2 mit der Eingangsseite des Strom/Spannungsumsetzers 10 (also
dem Abgriff 14) verbunden ist. Somit liegt am Eingang E1
das um die Verzögerungszeit
T verzögerte
Messpotenzial Vs und am anderen Eingang E2 das unverzögerte Messpotenzial
Vs an. Der Ausgang der Vergleichereinrichtung 13 ist mit
dem Anschluss A2 verbunden.
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Ein
Strombegrenzer 30 ist zwischen dem Stromspiegel 20 und
dem Anschluss A1 angeordnet und begrenzt den Strom, welcher maximal
durch einen am Anschluss A1 angeschlossenen Sensor fließen kann.
Ein Spannungsbegrenzer 40 ist zwischen dem Versorgungsanschluss
A4 und dem Anschluss A1 angeordnet und begrenzt die Spannung, welche maximal
an einem am Anschluss A1 angeschlossenen Sensor anliegen kann.
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Die
Funktionsweise dieser Schnittstellenschaltung 100 wird
im Folgenden erläutert.
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Die
in Schnittstellenschaltung 100 ist insbesondere als Schnittstellenschaltung
zur Anbindung eines digitalen Sensors geeignet. Der an die Schnittstelle
A1 angeschlossene Sensor A1 wird dabei durch die Schnittstellenschaltung 100 von
der Spannungsquelle 200 mit einem Sensorstrom Is versorgt. Dieser
Sensorstrom Is variiert dabei zwischen zwei Strompegeln, und zwar
in Abhängigkeit
von der vom Sensor zu messenden Messgröße. Die Stromaufnahme des Sensors
stellt somit eine Information dar, aus der auf die zu messende Messgröße geschlossen
werden kann. Diese Information ist also im Sensorstromsignal Is
enthalten.
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Die
den Sensor mit dem Anschluss A1 verbindende Leitung erfüllt demnach
zwei Funktionen, nämlich
erstens, den Sensor mit Strom zu versorgen, und zweitens, der Schnittstellenschaltung 100 eine Information über die
zu messende Messgröße zu liefern.
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Das
Sensorstromsignal Is wird, wie oben erläutert, vom Stromspiegel 20 gespiegelt
und das gespiegelte Sensorstromsignal Is' wird dem Strom/Spannungsumsetzer 10 zugeführt, wodurch am
Abgriff 14 das Messpotenzial Vs entsteht. Die Vergleichereinrichtung 13 vergleicht
nun das unverzögerte
Messpotenzial Vs mit dem von der Verzögerungseinrichtung 12 um
die Verzögerungszeit
T verzögerten
Messpotenzial Vs. Falls an den Eingängen E1 und E2 identische Potenziale
anliegen, dann gibt die Vergleichereinrichtung 13 ein Signal
S1 aus, und falls an den Eingängen
E1 und E2 verschiedene Potenziale anliegen, dann gibt die Vergleichereinrichtung 13 ein
Signal S2 aus, dessen Pegel sich von dem Pegel des Signals S1 unterscheidet.
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Falls
vom Sensor für
einen Zeitraum größer der
Verzögerungszeit
T ein konstanter Strom Is aufgenommen wird, dann liegen an den Eingängen E1 und
E2 dieselben Potenziale an, so dass die Vergleichereinrichtung 13 ein
Signal Ia = S1 ausgibt. Ändert sich
nun der Strom Is auf den anderen Strompegel, dann führt dies
zu einer Änderung
des Messpotenzials Vs, welche unmittelbar am Eingang E2 der Vergleichereinrichtung 13 anliegt.
Da das Messpotenzials Vs jedoch dem Eingang E1 der Vergleichereinrichtung 13 mit
einer Verzögerung
um die Zeit T zugeführt
wird, liegt die Änderung
des Messpotenzials Vs erst nach der Verzögerungszeit T am Eingang E1 an.
Für die
Dauer der Verzögerungszeit
T liegen an den Eingängen
E1 und E2 unterschiedliche Potenziale an, so dass die Vergleichereinrichtung 13 ein
Signal Ia = S2 ausgibt. Bei einer Änderung des Strompegels des
Sensorstromsignals Is wird also am Anschluss A2 als Auswertesignal
ein Signalimpuls der Länge
T ausgegeben. Dieses Auswertesignal kann dann von einem angeschlossenen
Mikrokontroller weiter ausgewertet werden. Mit anderen Worten reagiert
die Vergleichereinrichtung 13 auf Flanken im Sensorstromsignal
und macht daraus Pulse der Länge
T; sie kann somit auch als „Pulse-Shaper” betrachtet
werden.
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Ein
wesentlicher Vorteil der Schnittstellenschaltung 100 nach
der vorliegenden Ausführungsform
liegt darin, dass die angegebene Schaltung nicht sehr toleranzabhängig ist.
Die Schaltung reagiert auf Änderungen
des Sensorstromsignals Is und nicht auf Über- oder Unterschreiten von
absolut festgesetzten Schwellen durch das Sensorstromsignals Is.
Die Schaltung besitzt also „dynamische
Schaltschwellen”.
Somit ist die Schaltung robust gegenüber einer Verschiebung der
beiden Strompegel des Sensorstromsignals Is, die beispielsweise
durch Temperatureinflüsse
oder dergleichen bewirkt werden kann. Folglich müssen die in der Schaltung vorgesehenen Bauteile
nicht mit strengen Toleranzen versehen werden und auch die Anforderungen
and den Sensor verringern sich.
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Ein
weiterer Vorteil ist, dass der schaltungstechnische Aufwand der
erfindungsgemäßen Schnittstellenschaltung
vergleichsweise gering ist und mit Standardbauteilen realisiert
werden kann.
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3 zeigt
eine technische Realisierung der in 2 gezeigten
Schnittstellenschaltung 100.
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In
der in 3 dargestellten Schaltung ist die Vergleichereinrichtung 13 in 2 durch
einen Operationsverstärker
U1A realisiert, welcher die Potenziale an seinen Eingängen E1
und E2 miteinander vergleicht und entsprechende Auswertesignale
ausgibt. Wie weiter unten erläutert
kann die Vergleichereinrichtung 13 jedoch auch durch andere
Bauelemente realisiert werden.
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Der
Widerstand Rs in 3 entspricht dem Strom/Spannungsumsetzer 10 in 2.
Der durch den Widerstand Rs fließende Strom resultiert in einem
Messpotenzial Vs am eingangseitigen Abgriff 14. Der Abgriff 14 ist
zur Pegeloptimierung über
einen Spannungsteiler aus den Widerständen R1 und R3 mit dem Eingang
E2 (nicht invertierender Eingang) des Operationsverstärkers U1A
verbunden.
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Die
Verzögerungseinrichtung 12 ist
in der dargestellten Schaltung durch ein RC-Glied mit einem Widerstand
R2 und einem Kondensator C2 realisiert. Eingangsseitig ist der Widerstand
R2 an den Abgriff 14 angeschlossen und ausgangsseitig an
den Eingang E1 (invertierender Eingang) des Operationsverstärkers U1A,
wobei der Kondensator C2 parallel zwischen dem Widerstand R2 und
dem Eingang E1 angeschlossen ist.
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Der
Ausgang des Operationsverstärkers U1A
ist an den Anschluss A2 angeschlossen. Zwischen dem Anschluss A2
und dem Eingang E2 ist ein Hysteresewiderstand Rh vorgesehen, welcher
für ein schnelleres
Schalten des Operationsverstärkers
U1A sorgt.
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Der
Stromspiegel 20 besteht aus zwei pnp-Transistoren Q1 und
Q2. Der Emitter des Transistors Q1 ist direkt mit dem Anschluss
A4, an welchen die Spannungsquelle 200 angeschlossen ist, verbunden
und der Kollektor des Transistors Q1 ist direkt mit dem Anschluss
A1, an welchen der Sensor angeschlossen ist, verbunden. Der Emitter
des Transistors Q2 ist eben falls direkt mit dem Anschluss A4 verbunden
und der Kollektor des Transistors Q1 ist an die Eingangsseite des
Messwiderstands Rs (und somit an den Abgriff 14) angeschlossen.
Die Basis des Transistors Q1 ist an die Basis des Transistors Q2
angeschlossen. Somit bilden die Transistoren Q1 und Q2 einen Stromspiegel,
mit dem der Kollektor-Strom des Transistors Q1, welcher näherungsweise
identisch ist mit dem Sensorstrom Is, vom Strom Is' (Kollektor-Strom
des Transistors Q2) gespiegelt wird. Bei entsprechender Dimensionierung der
Transistoren Q1 und Q2 sind Is und Is' identisch. Es ist aber auch möglich, die
Transistoren Q1 und Q2 so zu dimensionieren, dass die Ströme Is und
Is' in einem festen
Verhältnis
unterschiedlich voneinander sind.
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Der
Spannungsbegrenzer 40 ist in 3 durch
eine Diode D1 realisiert, welche zwischen den Basen der Transistoren
Q1 und Q2 und dem Anschluss A4 vorgesehen ist. Die Diode D1 und
die parasitäre
Diode des p-Kanal-Feldeffekttransistors (FET) Q3 schützt die
Auswerteschaltung vor Überspannung
am Anschluss A1.
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Der
Strombegrenzer 30 ist in 3 durch
einen selbstsperrenden p-Kanal-Feldeffekttransistor (FET) Q3, Widerstände R4,
R5 und R6 und einen Operationsverstärker U1B realisiert. Der Drain-Anschluss
des FETs Q3 ist an den Anschluss A1 angeschlossen und der Source-Anschluss
des FETs Q3 ist an die Basen der Transistoren Q1 und Q2 angeschlossen.
Der nicht-invertierende
Eingang des Operationsverstärkers
U1B ist über
den Widerstand R4 mit dem Abgriff 14 verbunden, wohingegen
der invertierende Eingang des Operationsverstärkers U1B mit einem Anschluss
A5 verbunden ist, an dem eine weitere externe Spannungsquelle 250 anliegt,
welche ein weiteres Versorgungspotenzial VDD als Referenzpotenzial
liefert. Dieses Versorgungspotenzial VDD kann sich vom zweiten Versorgungspotenzial VBB
unterscheiden oder auch damit identisch sein. Der Ausgang des Operationsverstärkers U1B
ist über den
Widerstand R5 mit dem Gate-Anschluss des FETs Q3 verbunden.
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Der
Widerstand R6 ist zwischen dem Gate-Anschluss des FETs Q3 und den
Basen der Transistoren Q1 und Q2 vorgesehen.
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Ferner
ist ein Kondensator C1 am Source-Anschluss des FETs Q3 vorgesehen.
Der Kondensator C1 ist ein Schutzkondensator und schließt hochfrequente
Störspannungen
kurz.
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Im
regulären
Betrieb ist das Potenzial das am nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers U1B
anliegt kleiner als das am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers U1B,
so dass der Operationsverstärkers
U1B eine negative Spannung ausgibt, die den FET Q3 leitend schaltet. Somit
kann der Basisstrom der Transistoren Q1 und Q2 fließen. Fließt nun ein
sehr großer
gespiegelter Sensorstrom Is' (beispielsweise
aufgrund einer Fehlfunktion des Sensors), dann wird das Messpotenzial am
Abgriff 14 dementsprechend hoch, so dass auch ein hohes
Potenzial am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers U1B
anliegt. Wird dieses Potenzial groß genug, dann sinkt die vom
Operationsverstärkers
U1B ausgegebene Spannung und wird positiv, so dass der FET Q3 ausgeschaltet
wird. Somit kann dem Stromspiegel 20 kein Basisstrom mehr
zugeführt
werden, so dass durch den Stromspiegel 20 auch kein Sensorstrom
Is mehr fließen kann.
Die Schnittstellenschaltung kann über den Anschluss A2 an einen
Mikrokontroller angeschlossen werden.
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Obwohl
die Erfindung vorstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art
und Weise modifizierbar.
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So
ist die Verzögerungseinrichtung 12 in
der oben beschriebenen schaltungstechnischen Realisierung der Schnittstellenschaltung 100 als
RC-Glied ausgebildet. Sie kann aber allgemein mit jeglichen Elementen,
die geeignet sind, ein Messpotenzial um eine Verzögerungszeit
T zu verzögern,
verwirklicht werden, so zum Beispiel als LC-Glied, LR-Glied, ein oder
mehrere Logikgatter, dediziertes Verzögerungsglied oder Kombination
derselben.
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Ferner
ist die Vergleichereinrichtung 13 in der oben beschriebenen
schaltungstechnischen Realisierung der Schnittstellenschaltung 100 als
Operationsverstärker
UA1 ausgebildet. Sie kann aber allgemein mit jeglichen Elementen,
die geeignet sind zu unterscheiden, ob die an zwei Eingängen anliegenden
Potenziale gleich oder ungleich sind, verwirklicht werden, so zum
Beispiel auch als Komparator oder als ein oder mehrere Logik-Gatter
(z. B. XOR-, AND-, OR-Gatter). Bei Verwendung eines Logik-Gatters
ist insbesondere ein XOR-Gatter
geeignet, da somit mit einem einzigen Gatter eine geeignete Vergleichereinrichtung 13 konfiguriert
werden kann.