-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und eine Schaltung um einen Zustand eines Empfängers zu bestimmen, wobei der Zustand des Empfängers insbesondere aussagt, ob der Empfänger über die Übertragungsleitung elektrisch mit einem Sender verbunden und empfangsbereit ist.
-
Die
DE 42 40 447 C1 betrifft ein Verfahren zur elektronischen Kennung und Erkennung einer fahrzeugspezifischen Kombination von optionalen, sekundären elektronischen Steuergeräten und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Um die angeschlossenen sekundären Steuergeräte zu identifizieren bzw. deren Anzahl zu ermitteln, ist dabei jedes sekundäre Steuergerät mit einem passiven Schaltungselement versehen.
-
Die
DE 44 29 048 C2 stellt sich die Aufgabe, ein Gerät und ein Verfahren bereitzustellen, welches den Anschluss einer Zielbaugruppe an eine Startbaugruppe erkennt. Dabei sind die Startbaugruppe und die Zielbaugruppe über ein Kabel verbindbar. Eine Versorgungsader des Kabels ist in der Startbaugruppe mit Masse verbunden, und eine Signalader des Kabels ist in der Startbaugruppe über einen Pullwiderstand mit z.B. +5 V verbunden. In der Zielbaugruppe wird die Signalader mit der Versorgungsader verbunden, so dass die Startbaugruppe an dem Potenzial der Signalader erkennt, ob die Zielbaugruppe mit der Startbaugruppe verbunden ist oder nicht.
-
Die
DE 39 23 545 A1 stellt sich die Aufgabe, einen an einer Gleichstromquelle angeschlossenen elektrischen Verbraucher eines Kraftfahrzeugs zu testen. Dazu wird ein Messwiderstand in den Strompfad zwischen Gleichstromquelle und Verbraucher eingeschaltet, wodurch ein von der Stromaufnahme des besagten Verbrauchers abhängiger Spannungsabfall erzeugt wird. Dieser Spannungsabfall wird gemessen und mit einem Sollwert verglichen, wobei abhängig von diesem Vergleich auf einen Fehler in der Funktion des Verbrauchers geschlossen wird.
-
Die
US 7 030 627 B1 offenbart eine Vorrichtung zur Bestimmung einer unbekannten Impedanz, wobei mit Sinuswellen gearbeitet wird.
-
Gerade für einen Betrieb einer Sendevorrichtung sind bestimmte Informationen über einen Zustand eines entsprechenden Empfängers der Sendevorrichtung wichtig. Beispielsweise kann der Betrieb der Sendevorrichtung von einem Zustand abhängig sein, welcher davon abhängt, ob der Empfänger an der Sendevorrichtung elektrisch angeschlossen ist oder nicht.
-
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren, eine Vorrichtung und eine Schaltung bereitzustellen, mit dem der Zustand eines Empfängers bestimmt werden kann.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Bestimmung eines Zustandes eines Empfängers an einer Übertragungsleitung nach Anspruch 1, eine entsprechende ausgestaltete Vorrichtung nach Anspruch 12 und eine Schaltung nach Anspruch 21 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren vorteilhafte und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
-
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung eines Zustandes eines Empfängers an einer Übertragungsleitung bereitgestellt. Dabei ist der Empfänger über die Übertragungsleitung elektrisch mit einem Sender verbunden, oder, wenn der Empfänger nicht mit dem Sender elektrisch verbunden ist, verbleiben parasitäre Impedanzen als Last für den Sender. Um den Zustand des Empfängers zu bestimmen, wird erfindungsgemäß eine vorbestimmte Impedanz zwischen der Übertragungsleitung und dem Sender angeordnet, so dass ein Strom, welcher von dem Sender zu dem Empfänger (oder den parasitären Impedanzen) fließt, durch diese vorbestimmte Impedanz bzw. Referenzimpedanz fließt. An einem Schaltungspunkt auf der Übertragungsleitung zwischen der Referenzimpedanz und dem Empfänger (oder den parasitären Impedanzen) wird eine Spannung ausgewertet, welche über dem Empfänger (oder den parasitären Impedanzen) abfällt. Abhängig von dieser Spannung wird der Zustand des Empfängers bestimmt.
-
Es sei daraufhingewiesen, dass bei der vorliegenden Erfindung auch ein Zustand bestimmt werden kann, dass der Empfänger nicht mit dem Sender und damit mit dem Schaltungspunkt verbunden ist. In diesem Fall kann sich der Schaltungspunkt natürlich trotzdem zwischen der Referenzimpedanz und dem nicht angeschlossenen Empfänger vorgestellt werden, so dass der Schaltungspunkt in diesem Fall einen Ausgang des Senders darstellt, welcher nur mit den parasitären Impedanzen verbunden ist.
-
Indem zur Bestimmung des Zustands des Empfängers nur die über diesem Empfänger (oder den parasitären Impedanzen) abfallende Spannung ausgewertet wird, ist das erfindungsgemäße Verfahren sehr einfach gehalten und kann daher vorteilhafter Weise in einer mikroelektronischen Schaltung ausgeführt werden, ohne beispielsweise externe Komponenten (Komponenten, welche nicht innerhalb der mikroelektronischen Schaltung realisiert sind) verwenden zu müssen.
-
Die über dem Empfänger abfallende Spannung wird dabei mittels eines elektrischen Stroms erzeugt, welcher eine vorbestimmte Frequenz besitzt und durch eine aus der Referenzimpedanz und einer Impedanz, welche der angeschlossene oder nicht angeschlossene Empfänger ausbildet, bestehenden Reihenschaltung fließt.
-
Erfindungsgemäß wird ausgenutzt, dass sich abhängig von dem Zustand des Empfängers die Impedanz verändert, welche der Empfänger ausbildet. Indem dann beispielsweise von dem Sender der Strom durch die Referenzimpedanz zu dem Empfänger gesendet wird, wird dann durch die Auswertung der Spannung die Impedanz bestimmt und damit der Zustand des Empfängers bestimmt. Wenn der Empfänger nicht an dem Sender angeschlossen ist, weist die Impedanz, welche von dem Sender aus gesehen wird, natürlich einen wesentlich anderen Wert auf, als wenn der Empfänger an dem Sender angeschlossen ist. Für den Fall, dass der Empfänger nicht elektrisch mit dem Sender verbunden ist, wird die Impedanz, welche von dem Sender aus gesehen wird oder welche der Empfänger für den Sender ausbildet, durch die oben bereits erwähnten parasitären Impedanzen gebildet, so dass der Strom in diesem Fall über diese parasitären Impedanzen fließt und dadurch die an dem Schaltungspunkt gemessene Spannung ausbildet. Durch eine Wahl der vorbestimmten Frequenz des Stroms gewinnt man vorteilhafter Weise einen Parameter, mit welchem man die Spannung abhängig von der Impedanz beeinflussen kann.
-
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform wird der Strom in Form eines Rechtecksignals ausgebildet.
-
Der Vorteil des Rechtecksignals liegt in seiner einfachen Erzeugung mittels einer mikroelektronischen Schaltung. Ein Rechtecksignal kann beispielsweise bereits erzeugt werden, indem ein Schalter periodisch geöffnet und geschlossen wird. Demgegenüber ist es wesentlich aufwändiger beispielsweise einen sinusförmigen Stromverlauf mittels einer mikroelektronischen Schaltung zu erzeugen.
-
Zur Auswertung der Spannung über dem Empfänger bzw. über den parasitären Impedanzen wird insbesondere eine Amplitude der Spannung ausgewertet. Diese Auswertung der Amplitude soll dabei eine Auswertung hinsichtlich eines Effektivwertes der Spannung umfassen. Dabei kann die Auswertung der Amplitude oder besser eines Amplitudenverlaufes der Spannung auch mehrere Messungen der Spannung umfassen. Dies ist z.B. notwendig, wenn überprüft werden soll, ob die Wechselspannung mit ihrem Maximalwert noch eine Referenzspannung übersteigt oder nicht, da die Spannung, auch wenn ihr Maximalwert den Referenzwert übersteigt, beispielsweise bei einem Nulldurchgang des Amplitudenverlaufes periodisch unterhalb des Referenzwertes liegt. Anders ausgedrückt würde ein Ausgang eines Komparators, welcher die Spannung mit einem Gleichspannungs-Referenzwert vergleicht, in einem Fall, in welchem der Maximalwert der Spannung oberhalb des Referenzwertes liegt, ständig seinen Wert ändern, während der Ausgang in einem Fall, in welchem der Maximalwert der Spannung nicht oberhalb des Referenzwertes liegt, seinen Wert beibehalten würde.
-
Die Auswertung der Amplitude der Wechselspannung, welche durch den Strom der vorbestimmten Frequenz erzeugt wird, kann vorteilhafterweise einfach durch bekannte Verfahren ausgeführt werden und ist wesentlich einfacher, als beispielsweise den zeitlichen Verlauf der Wechselspannung auswerten zu müssen.
-
Erfindungsgemäß kann der Zustand des Empfängers auch dadurch bestimmt werden, indem die Spannung an dem Schaltungspunkt mehrfach ausgewertet wird, wobei der Strom, welcher in Richtung des Empfängers fließt, bei jeder Auswertung eine andere vorbestimmte Frequenz besitzt. Dabei wird bei jeder Auswertung die Amplitude der Spannung an dem Schaltungspunkt und damit über dem Empfänger bzw. über den parasitären Impedanzen ausgewertet.
-
Indem mehrere Auswertungen durchgeführt werden, kann vorteilhafterweise auch zwischen Zuständen unterschieden werden, welche beispielsweise bei nur einer Auswertung bei einer vorbestimmten Frequenz nur schwer zu unterscheiden wären.
-
Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der Strom durch eine weitere Spannung erzeugt, welche auch eine vorbestimmte Frequenz aufweisen kann, um dadurch den Strom mit der vorbestimmten Frequenz zu erzeugen. Dabei ist der Empfänger zwischen einem ersten Schaltungspunkt und einem zweiten Schaltungspunkt angeordnet, wenn er mit dem Sender elektrisch verbunden ist, und sonst sind zwischen dem ersten Schaltungspunkt und dem zweiten Schaltungspunkt die parasitären Impedanzen vorhanden. Dabei entspricht der zweite Schaltungspunkt dem oben genannten Schaltungspunkt. Zwischen einem dritten Schaltungspunkt und dem zweiten Schaltungspunkt liegt die Referenzimpedanz und die Spannung wird zwischen dem zweiten Schaltungspunkt und dem ersten Schaltungspunkt abhängig von der weiteren Spannung ausgewertet, welche zwischen dem dritten Schaltungspunkt und dem ersten Schaltungspunkt anliegt.
-
Dabei wird erfindungsgemäß das Konzept des Spannungsteilers, welcher aus der Referenzimpedanz und der ausgangsseitig zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltungspunkt zu messenden Impedanz besteht, angewendet, um den Zustand des Empfängers zu bestimmen.
-
Erfindungsgemäß kann aus dem Zustand des Empfängers ermittelt werden, ob der Empfänger über die Übertragungsleitung elektrisch mit dem Sender verbunden und aktiviert bzw. eingeschaltet ist oder nicht. Dabei wird durch die Auswertung der Spannung über dem Empfänger (wenn der Empfänger angeschlossen ist) oder über den parasitären Impedanzen (wenn der Empfänger nicht angeschlossen ist) zwischen einem ersten Impedanzwert, welcher vorliegt, wenn der Empfänger angeschlossen und aktiviert ist, und einem zweiten Impedanzwert, welcher vorliegt, wenn der Empfänger entweder nicht angeschlossen oder nicht aktiviert ist, unterschieden. Mit anderen Worten entspricht der erste Impedanzwert im Wesentlichen der Impedanz des aktivierten Empfängers und der zweite Impedanzwert im Wesentlichen der Impedanz des deaktivierten Empfängers oder den parasitären Impedanzen.
-
Des Weiteren kann erfindungsgemäß aus dem Zustand des Empfängers ermittelt werden, ob der Empfänger ausgeschaltet bzw. deaktiviert ist oder ob er nicht verbunden ist. Dabei wird wiederum durch die Auswertung der Spannung über dem Empfänger zwischen zwei Impedanzwerten unterschieden, wobei der eine Impedanzwert der Impedanz des deaktivierten, aber verbundenen Empfängers und der andere Impedanzwert der Impedanz des nicht verbundenen Empfängers entspricht.
-
Daher wird durch eine relativ einfache Auswertung der Spannung zwischen folgenden für den Betrieb des Senders wichtigen Zuständen unterschieden:
- - Der Empfänger ist nicht mit dem Sender elektrisch verbunden.
- - Der Empfänger ist mit dem Sender elektrisch verbunden und eingeschaltet.
- - Der Empfänger ist mit dem Sender elektrisch verbunden, aber nicht eingeschaltet.
-
Insbesondere ist damit erfindungsgemäß eine senderseitige Überprüfung möglich, ob am anderen (vom Sender aus ausgangsseitigen) Ende eines Kabels ein betriebsbereiter Empfänger vorhanden ist.
-
Um zwischen zwei vorbestimmten Impedanzwerten optimal unterscheiden zu können, kann vorteilhafterweise die vorbestimmte Frequenz und/oder die Referenzimpedanz derart gewählt werden, so dass die Unterscheidung durch die Auswertung der Spannung optimal ist.
-
Wenn beispielsweise bekannt ist, welcher Impedanzwert zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltungspunkt gemessen wird, wenn der Empfänger elektrisch mit dem Sender verbunden und aktiviert ist, und welcher Impedanzwert zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltungspunkt gemessen wird, wenn der Empfänger entweder nicht elektrisch mit dem Sender verbunden oder deaktiviert ist, kann die vorbestimmte Frequenz und/oder die Referenzimpedanz derart gewählt werden, so dass sich die zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltungspunkt gemessene Spannung deutlich abhängig davon, ob der Empfänger elektrisch mit dem Sender verbunden und aktiviert ist oder ob dies nicht der Fall ist, unterscheidet.
-
Wenn die Spannung über die Amplitude ausgewertet wird, können die vorbestimmte Frequenz und/oder die Referenzimpedanz derart gewählt werden, dass eine Differenz zwischen einer ersten Amplitude, welche gemessen wird, wenn die Impedanz zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltungspunkt einen ersten Impedanzwert aufweist, und einer zweiten Amplitude, welche gemessen wird, wenn die Impedanz zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltungspunkt einen zweiten Impedanzwert aufweist, maximal groß ist. Dies ist demnach eine Möglichkeit, um die Referenzimpedanz und/oder die vorbestimmte Frequenz derart zu wählen, dass zwischen zwei Impedanzwerten optimal zu unterscheiden ist.
-
Wenn eine Differenz zwischen der ersten Amplitude und der zweiten Amplitude möglichst groß ist, ist die Unterscheidung zwischen diesen beiden Amplituden einfach und kann mit einfachen Mitteln, beispielsweise mit einem Komparator, ausgeführt werden.
-
Über die Bestimmung des Zustands des Empfängers können auch bestimmte Eigenschaften des Empfängers erfasst werden. Diese Eigenschaften können dabei auf eine Alterung des Empfängers, eine Korrosion des Empfängers, eine Veränderung aufgrund einer Überlastung im Betrieb und/oder eine Verschmutzung des Empfängers zurückgeführt werden.
-
Damit stellt die vorliegende Erfindung auch ein einfaches Verfahren bereit, um bestimmte Eigenschaften des Empfängers zu erfassen.
-
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Zustandes eines Empfängers bereitgestellt. Dabei ist der Empfänger, wenn er mit der Vorrichtung verbunden ist, über eine Übertragungsleitung mit einem Sender elektrisch verbunden. Eine Referenzimpedanz der Vorrichtung ist auf der Übertragungsleitung zwischen dem Sender und dem Empfänger (oder parasitären Impedanzen, wenn der Empfänger nicht verbunden ist) angeordnet. Zur Bestimmung des Zustandes des Empfängers, was auch einen Zustand umfasst, dass der Empfänger nicht mit der Vorrichtung elektrisch verbunden ist, wertet die Vorrichtung eine Spannung an einem Schaltungspunkt aus, welcher zwischen der Referenzimpedanz und dem Empfänger (bzw. parasitären Impedanzen, wenn der Empfänger nicht elektrisch mit der Vorrichtung verbunden ist) angeordnet ist. Abhängig von dieser Auswertung bestimmt die Vorrichtung dann den Zustand des Empfängers.
-
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, weshalb sie hier nicht wiederholt werden.
-
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Stromerzeugungsvorrichtung und eine Spannungsausgabe, welche eine Spannung einer vorbestimmten Frequenz ausgibt und eingangsseitig mit der Stromerzeugungsvorrichtung elektrisch verbunden ist. Die Stromerzeugungsvorrichtung ist dabei durch eine Reihenschaltung aus einem Verstärker und der Referenzimpedanz aufgebaut. Daher verstärkt die Stromerzeugungsvorrichtung die Spannung der vorbestimmten Frequenz, welche ihm durch die Spannungsausgabe bereitgestellt wird, und erzeugt durch diese verstärkte Spannung den Strom.
-
Diese Ausführungsform beschreibt eine sehr einfache erfindungsgemäße Vorrichtung, um einen Strom einer vorbestimmten Frequenz durch den Empfänger oder die parasitären Impedanzen fließen zu lassen, um dann die Spannung über dem Empfänger oder den parasitären Impedanzen auszuwerten und dadurch den Zustand des Empfängers zu bestimmen. Die Referenzimpedanz kann im Übrigen derart gewählt werden, dass der Strom bei der Bestimmung des Zustands minimal ist, so dass ein Energieverbrauch während der Bestimmung minimal ist.
-
Insbesondere kann der Empfänger zwischen einem ersten Schaltungspunkt und einem zweiten Schaltungspunkt der Vorrichtung angeordnet sein, so dass der zweite Schaltungspunkt dem oben genannten Schaltungspunkt entspricht. Dabei erzeugt die Stromerzeugungsvorrichtung derart den elektrischen Strom, dass er durch die Referenzimpedanz und den Empfänger, wenn dieser angeschlossen ist und sonst durch die parasitären Impedanzen, strömt. Die Vorrichtung umfasst dabei eine Spannungsauswerteschaltung, welcher die Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltungspunkt zugeführt wird und welche diese Spannung auswertet. Die Vorrichtung bestimmt dabei abhängig von der Auswertung der Spannungsauswerteschaltung den Zustand des Empfängers.
-
Die Vorrichtung kann auch eine Steuerung umfassen, welche in der Lage ist, die Stromerzeugungsvorrichtung derart anzusteuern, dass die Stromerzeugungsvorrichtung entweder abgeschaltet bzw. hochohmig ist, oder den elektrischen Strom erzeugt.
-
Indem die Stromerzeugungsvorrichtung auch hochohmig geschaltet werden kann, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zusammen mit einer Sendevorrichtung betrieben werden, wobei die Sendevorrichtung und die erfindungsgemäße Vorrichtung über die Übertragungsleitung mit dem Empfänger (wenn dieser vorhanden ist) verbunden sind. Beispielsweise nach einer Bestimmung des Zustands des Empfängers wird dann die erfindungsgemäße Vorrichtung hochohmig geschaltet und die Sendevorrichtung beginnt mit ihrem Betrieb, wenn durch die erfindungsgemäße Vorrichtung bestimmt wurde, dass der Empfänger angeschlossen ist.
-
Die Steuerung kann auch derart ausgestaltet sein, dass sie den Zustand des Empfängers bestimmt. Dazu wird ein Ausgang der Spannungsauswerteschaltung mit einem Eingang der Steuerung verbunden und die Steuerung bestimmt den Zustand des Empfängers abhängig von einem Wert dieses Ausgangs oder abhängig von mehreren dieser Werte, wenn mehrere Auswertungen durchgeführt werden.
-
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Steuerung die Spannungsausgabe derart ansteuern, dass die Steuerung die vorbestimmte Frequenz vorgibt, welche die von der Spannungsausgabe ausgegebene Spannung aufweist. Die Steuerung steuert dabei die Spannungsausgabe derart an, dass mehrere Spannungen mit jeweils einer vorbestimmten Frequenz eingestellt werden. Für jede dieser Spannungen speichert die Steuerung den Wert des Ausgangs der Spannungsauswerteschaltung ab und bestimmt, nachdem alle Werte für alle vorbestimmten Frequenzen vorliegen, abhängig von diesen Werten den Zustand des Empfängers.
-
Die Spannungsauswerteschaltung kann beispielsweise ein Komparator sein, welcher die Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltungspunkt mit einer vorbestimmten Referenzspannung vergleicht. Dabei kann der Komparator derart ausgestaltet sein, dass er den aktuellen Spannungswert mit einem Referenzwert vergleicht oder dass er einen Effektivwert der Spannung mit einem Referenzeffektivwert vergleicht.
-
Wenn beispielsweise entschieden werden soll, welcher von zwei Zuständen vorliegt, wird die Referenzspannung vorteilhafter Weise derart gewählt, dass sie genau zwischen den beiden Spannungen (z.B. Spannungsamplituden) liegt, welche bei dem einen und dem anderen der beiden Zustände gemessen werden. Damit ist eine einfache Spannungsauswerteschaltung realisiert, welche in einfacher Weise in einer mikroelektronischen Schaltung aufgebaut werden kann.
-
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Schaltung bereitgestellt, welche eine Treiberstufe und eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des Zustands des Empfängers umfasst. Dabei ist sowohl die Treiberstufe als auch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit dem Empfänger, wenn er angeschlossen ist und sonst mit den parasitären Impedanzen, verbunden.
-
Die Schaltung ist durch die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Lage, den Zustand des Empfängers zu bestimmen, was auch einen Zustand umfasst, dass der Empfänger nicht mit der Schaltung verbunden ist. Dadurch kann die Treiberstufe vorteilhafterweise abhängig von diesem Zustand betrieben werden.
-
Insbesondere schaltet die erfindungsgemäße Schaltung die Treiberstufe hochohmig bzw. ab, wenn die Vorrichtung betrieben wird, und die Stromerzeugungsvorrichtung bzw. Vorrichtung hochohmig bzw. ab, wenn die Treiberstufe betrieben wird.
-
Dadurch ist erfindungsgemäß gewährleistet, dass sich die Treiberstufe und die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht gegenseitig stören.
-
Sollte die Treiberstufe eine Funktionalität der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassen, also in der Lage sein, den Innenwiderstand zu verändern und den Strom mit der vorbestimmten Frequenz zu erzeugen, dann kann bei der erfindungsgemäßen Schaltung die erfindungsgemäße Vorrichtung entfallen, da ihre Funktion dann von der Treiberstufe übernommen wird.
-
Unter einem Empfänger wird bei der vorliegenden Erfindung irgendeine Vorrichtung verstanden, welche einen elektrischen Strom aufnimmt. Beispiele für eine solche Vorrichtung sind ein Sensor, eine Sendevorrichtung und eine Empfangsvorrichtung.
-
Die vorliegende Erfindung ist überall dort von Interesse, wo in einem System Impedanzen, welche Gleichstrom-gekoppelt sind oder nicht, geprüft werden sollen, um aus dieser Prüfung auf bestimmte Systemeigenschaften zu schließen. Insbesondere kann die vorliegende Erfindung eingesetzt werden, um bestimmte Schnittstellenspezifikationen (z.B. PCI Express) zu realisieren, ohne dass dazu externe Bauelemente (außerhalb einer mikroelektronischen Schaltung) notwendig sind. Die vorliegende Erfindung ist allerdings nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich beschränkt, sondern kann beispielsweise auch bei der Automobiltechnik und bei einer Industrieelektronik eingesetzt werden, um bestimmte Eigenschaften (Alterung, Korrosion, usw.) beispielsweise von Sensoren und Aktuatoren zu bestimmen.
-
Die vorliegende Erfindung weist dabei eine hohe Störungssicherheit und auch ein gutes Unterscheidungsvermögen zwischen verschiedenen Impedanzen beispielsweise gegenüber Verfahren auf, welche Spannungen im Zeitbereich unterscheiden.
-
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend näher unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele erläutert.
- 1 stellt schematisch dar, wie erfindungsgemäß ein Zustand eines Empfängers mittels eines Spannungsteilers bestimmt wird.
- 2 stellt eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Schaltung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung eines Zustandes eines Empfängers dar.
- 3 stellt drei wichtige Zustände eines angeschlossenen bzw. nicht angeschlossenen Empfängers dar.
- 4 stellt einen frequenzabhängigen Verlauf einer Spannung für die drei in 3 dargestellten Zustande dar.
- 5 stellt einen zeitlichen Verlauf der Spannung für die in 3 dargestellten Zustände bei rechteckförmiger Anregung dar.
-
In 1 ist schematisch dargestellt, wie ein Zustand eines Empfängers 2 mittels eines Spannungsteilers bestimmt werden kann. Dabei wird ausgenutzt, dass der Zustand des Empfängers 2 auch eine Impedanz verändert, welche zwischen einem ersten Schaltungspunkt 21 und einem zweiten Schaltungspunkt 22 gemessen wird. Wenn an einem Spannungsteiler, welcher sich aus einem Innenwiderstand 7 einer Stromerzeugungsvorrichtung 3 und der Impedanz 2 zusammensetzt, zwischen einem dritten Schaltungspunkt 23 und dem ersten Schaltungspunkt 21 (Masse) eine Eingangsspannung 15 angelegt wird, verändert sich eine Spannung 12 zwischen dem zweiten Schaltungspunkt 22 und dem ersten Schaltungspunkt 21, welche im Wesentlichen über dem Empfänger 2 bzw. der von der Stromerzeugungsvorrichtung 3 ausgangsseitigen gesehenen Impedanz abfällt. Die Eingangsspannung 15 wird dabei mit einer vorbestimmten Frequenz 13 von einer Spannungsquelle der Stromerzeugungsvorrichtung 3 ausgegeben. Daher kann über eine Auswertung der Spannung 12 die Impedanz und damit ein Zustand des Empfängers 2 bestimmt werden.
-
In 2 ist eine erfindungsgemäße Schaltung 10 dargestellt. Diese Schaltung 10 umfasst eine Treiberstufe 6 und eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Bestimmung des Zustands des Empfangers 2. Wie bei der 1 ist der Empfänger 2, wenn er mit der Schaltung 10 verbunden ist, über den zweiten Schaltungspunkt 22 elektrisch mit der Schaltung 10 verbunden und über den ersten Schaltungspunkt 21 mit Masse verbunden. Dabei ist in einem Normalbetrieb der Schaltung 10 die Vorrichtung 1 und bei einer Bestimmung des Zustands die Treiberstufe 6 hochohmig geschaltet
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 umfasst eine Stromerzeugungsvorrichtung 3, einen Komparator 4 und eine Steuerung 5 mit einer Spannungsausgabe. Der Steuerung 5 sind ein Ausgang des Komparators 4, ein Steuersignal und ein Takt zugeführt. Die Steuerung 5 gibt eine Spannung mit einer vorbestimmten Frequenz 13, welche von dem Takt abgeleitet ist, und ein Steuersignal an die Stromerzeugungsvorrichtung 3 aus und informiert über ein weiteres Ausgangssignal über den bestimmten Zustand des Empfängers 2. Die Stromerzeugungsvorrichtung 3, welcher eine Reihenschaltung aus einem Verstärker 25 und einem Innenwiderstand 7 umfasst, verstärkt die eingangsseitig anliegende Spannung mit der vorbestimmten Frequenz 13 mittels des Verstärker 25, so dass die von dem Verstärker 25 ausgegebene Spannung zwischen einem dritten Schaltungspunkt 23 und Masse bzw. dem ersten Schaltungspunkt 21 anliegt. Mit dem Steuersignal kann die Steuerung 5 den Verstärker 25 hochohmig schalten. Der zweite Schaltungspunkt 22 ist mit einem Eingang des Komparators 4 verbunden und ein zweiter Eingang des Komparators 4 ist mit einer Referenzspannung 19 beaufschlagt. Schließlich ist auch die Treiberstufe 6 ausgangsseitig mit dem zweiten Schaltungspunkt 22 verbunden.
-
Durch die von dem Verstärker 25 ausgegebene Spannung wird ein Strom 11 erzeugt, welcher sowohl durch den Innenwiderstand 7 als auch durch eine Impedanz 2 fließt, welche im Wesentlichen dem Empfänger 2 entspricht, wenn der Empfänger 2 mit der Schaltung 10 verbunden ist, und welche parasitären Impedanzen entspricht, wenn der Empfänger 2 nicht mit der Schaltung 10 verbunden ist. Ein Potenzial des zweiten Schaltungspunkts 22 bzw. eine Spannung zwischen dem zweiten Schaltungspunkt 22 und Masse 21 entspricht somit der Spannung 12, welche durch den Strom 11 über der Impedanz 2 erzeugt wird. Indem diese Spannung 12 mit der Referenzspannung 19 verglichen wird, kann bei einer vorbestimmten Frequenz 13 der von dem Verstärker 25 ausgegebenen Spannung und damit von dem Strom 11 zwischen zwei Impedanzwerten der Impedanz 2 und damit zwischen zwei Zuständen unterschieden werden.
-
Es sollte angemerkt werden, dass mit dem Bezugszeichen 2 bei der vorliegenden Anmeldung entweder der Empfänger oder die Impedanz bezeichnet, welche einer Lastimpedanz entspricht, die von der Schaltung 10 her gesehen zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltungspunkt 21, 22 liegt. Dies ist dadurch begründet, dass die Impedanz im Wesentlichen von dem Empfänger gebildet wird, wenn der Empfänger mit der Schaltung 10 verbunden ist.
-
3 stellt drei verschiedene Zustände dar, welche mit der in 2 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 bestimmt werden können oder zwischen welchen mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 unterschieden werden kann.
-
Dabei ist in 3a) mit einem Bezugszeichen 16 eine Ersatzschaltung für einen Empfänger 2 dargestellt, welcher elektrisch mit dem zweiten Schaltungspunkt 22 verbunden ist und welcher eingeschaltet ist. Diese Ersatzschaltung 16 besteht dabei aus einem ersten Widerstand 30, welcher uber einen Koppelkondensator 28, der bei dem vorab Stehenden vernachlässigt worden ist, mit dem zweiten Schaltungspunkt 22 verbunden ist. Auf der anderen Seite ist der erste Widerstand 30 mit einem zweiten Widerstand 31, welcher mit seiner anderen Seite mit Masse 21 verbunden ist, und mit einem dritten Widerstand 30, welcher uber eine parasitäre Impedanz 29 mit Masse 21 verbunden ist, verbunden. Schließlich ist noch eine weitere parasitäre Impedanz 29 zwischen dem ersten Widerstand 30 und Masse 21 vorhanden. Mit dem Pfeil 2 auf der linken Seite soll angezeigt werden, dass diese Ersatzschaltung 16 zusammen mit der Koppelkapazität 28 und der weiteren parasitären Impedanz 29 eine Impedanz 2 ausbildet, welche von der in 2 dargestellten Schaltung 10 bzw. Vorrichtung 1 zwischen dem ersten Schaltungspunkt 21 und dem zweiten Schaltungspunkt 22 gesehen wird und im Wesentlichen von dem Empfänger 2 gebildet wird.
-
In 3b) ist mit einem Bezugszeichen 17 eine Ersatzschaltung für einen Empfänger dargestellt, welcher elektrisch mit dem zweiten Schaltungspunkt 22 verbunden ist, wobei der Empfänger aber nicht eingeschaltet ist, weshalb der Widerstandwert des zweiten Widerstandes 31 im Vergleich zu der Ersatzschaltung 16 entsprechend geändert ist, wobei ansonsten die Ersatzschaltung 17 in 3b) der Ersatzschaltung 16 in 3a) entspricht.
-
In 3c) ist ein Zustand bzw. Fall dargestellt, dass der Empfänger 2 nicht elektrisch mit dem Schaltungspunkt 22 oder mit der Schaltung 10 bzw. Vorrichtung 1 verbunden ist. In diesem Fall wird die Impedanz 2 zwischen dem ersten Schaltungspunkt 21 und dem zweiten Schaltungspunkt 22 nur durch die Koppelkapazität 28 und die weitere parasitäre Impedanz 29 gebildet.
-
4 stellt einen Graphen dar, welcher einen frequenzabhängigen Verlauf der Spannung 12 für die in der 3 dargestellten Zustände 16, 17 und 24 darstellt, wenn der Innenwiderstand 7 mit 2kΩ gewählt wird. Man erkennt, dass bei hohen und bei niedrigen Frequenzen Unterschiede zwischen einem ersten Zustand „Empfänger ist angeschlossen und eingeschaltet“ 16 und einem zweiten Zustand „Empfänger ist entweder nicht angeschlossen oder nicht eingeschaltet“ 17, 24 gering sind, so dass man diese beiden Zustände schlecht unterscheiden kann. In einem Frequenzbereich von circa 10 kHz bis 10 MHz ist der Unterschied jedoch deutlich. Bei circa 1 MHz beträgt die Spannung 12 am zweiten Schaltungspunkt 22 im ersten Zustand 16 nur ungefähr 1/20 der Spannung 12 bei dem zweiten Zustand 17, 24. Um also zwischen diesen beiden Zuständen 16 und 17, 24 unterscheiden zu können, wird man die vorbestimmte Frequenz also in den Frequenzbereich von 10 kHz bis 10 MHz legen.
-
Um die vorbestimmte Frequenz 13 zu ermitteln, welche zur Unterscheidung des ersten Zustands 16 und des zweiten Zustands 17, 24 optimal ist, wird der in 4 dargestellte Spannungsverlauf dahingehend untersucht, bei welcher Frequenz 13 sich eine erste Spannungsamplitude 26 der Spannung bei dem ersten Zustand 16 maximal von einer zweiten Spannungsamplitude 27 bei dem zweiten Zustand 17, 24 unterscheidet. Die derart ermittelte Frequenz ist dann die vorbestimmte Frequenz 13, welche zur Unterscheidung des ersten Zustand 16 und zweiten Zustand 17, 24 optimal ist.
-
Dagegen wäre unter den vorab beschriebenen Voraussetzungen zur Unterscheidung eines Zustandes „Empfänger ist angeschlossen, aber nicht eingeschaltet“ 17 und einem Zustand „Empfänger ist nicht angeschlossen“ 24 ein Frequenzbereich von 10 MHz bis 1 GHz und insbesondere ein Frequenzbereich um 100 MHz vorteilhaft, da hier ein Spannungsunterschied zwischen den beiden Zuständen bei ungefähr Faktor 2 liegt.
-
Um also zu bestimmen, welcher der drei in 3 dargestellten Zustände 16, 17, 24 vorliegt würde die in 2 dargestellte Vorrichtung 1 beispielsweise zwei Auswertungen durchführen, wobei bei der ersten Auswertung die vorbestimmte Frequenz 13 auf 1 MHz und bei der zweiten Auswertung die vorbestimmte Frequenz 13 auf 100 MHz eingestellt werden würde. Abhängig von den beiden Ausgaben des Komparators 4 für diese beiden Auswertungen würde dann die Steuerung 5 ausgeben, welcher der drei Zustände 16, 17, 24 durch die Vorrichtung 1 bestimmt ist.
-
Darüber hinaus kann eine Bestimmung, welcher der drei in 3 dargestellten Zustände 16, 17, 24 vorliegt, auch durch zwei Auswertungen vorgenommen werden, wobei jeweils dieselbe vorbestimmte Frequenz von 100 MHz eingestellt wird. Um dann zwischen den drei Zuständen 16, 17, 24 unterscheiden zu können, muss bei den beiden Auswertungen die Referenzspannung 19 unterschiedlich gewählt werden, so dass bei der einen Auswertung zwischen dem Zustand 26 und den Zuständen 17, 24 und bei der anderen Auswertung zwischen den Zuständen 17, 26 und dem Zustand 24 unterschieden werden kann. Abhängig von den beiden Ausgaben des Komparators 4 für diese beiden Auswertungen kann dann die Steuerung 5 ausgeben, welcher der drei Zustände 16, 17, 24 durch die Vorrichtung 1 bestimmt ist.
-
5 stellt den zeitlichen Verlauf der Spannung 12 für den ersten Zustand 16 (durchgezogene Linie) und den zweiten Zustand 17, 24 (gestrichelte Linie) dar, wenn die Spannung 15 rechteckförmig mit einer Grundfrequenz von 10 kHz eingeschaltet wird. Man erkennt, dass sich die Spannungsamplitude beim zweiten Zustand 17, 24 quasi nicht verändert, während sich bei dem ersten Zustand 16, 16' nach einem Einschwingvorgang ein Mittelwert der Spannungsamplitude einstellt, welcher der Hälfte der Spannungsamplitude bei dem zweiten Zustand 17, 24 entspricht. Dabei zeigt die mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnete Kurve einen Fall, bei welchem der rechteckförmige Strom 11 mit einer fallenden Flanke beginnt, während die mit dem Bezugszeichen 16' bezeichnete Kurve einen Fall repräsentiert, bei welchem der rechteckförmige Strom 11 mit einer steigenden Flanke beginnt. Anders ausgedrückt repräsentiert die mit 16 bezeichnete Kurve eine Taktung, welche zu einer Taktung der mit 16' bezeichneten Kurve invertiert ist.
-
Bei einer geeigneten Wahl der Referenzspannung 19 schaltet der Komparator 4 (siehe 2), sofern der Komparator 4 auf einen Spannungswert und keinen Effektivwert reagiert, nach einem Abklingen des Einschwingvorgangs bei dem ersten Zustand 16, 16' nicht mehr während der Komparator 4 im Gegensatz dazu bei dem zweiten Zustand 17, 24 ständig weiter schalten würde. Dieser Unterschied wird durch die Steuerung 5 ausgewertet, so dass die Steuerung 5 an ihrem entsprechenden Ausgang zwischen dem ersten Zustand 16, 16' und dem zweiten Zustand 17, 24 unterscheiden kann, wodurch festgestellt werden kann, ob eine betriebsbereite Empfangsseite vorhanden ist oder nicht.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren ist im Vergleich zu einem Verfahren, welches zur Bestimmung des Zustandes einen zeitlichen Verlauf der Spannung auswertet, robuster, da nur Amplituden gemessen werden und es nicht auf Zeitkonstanten ankommt. Dadurch werden erfindungsgemäß Störungen durch eine Mittelwertbildung unterdrückt, wodurch das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber Störungen unempfindlicher ist, während die gleichen Störungen bei dem im Zeitbereich arbeitenden Verfahren zu Fehlinterpretationen führen würden.
-
Es ist selbstverständlich erfindungsgemäß auch möglich den Strom 11 sinusförmig mit einer genau bekannten Frequenz 13 zu erzeugen. Mit einem sinusförmige in Strom 11 können auch Fälle bzw. Impedanzen 2 unterschieden werden, welche von dem im Zeitbereich arbeitenden Verfahren nahezu nicht unterschieden werden können. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Impedanz 2 auch induktive Anteile aufweist, durch welche es im Zeitbereich zu Oszillationen kommt.
-
Darüber hinaus ist es erfindungsgemäß möglich, über entsprechend zahlreiche Auswertungen, welche mit einem bestimmten Frequenzabstand bei entsprechend vielen unterschiedlichen vorbestimmten Frequenzen in einem Frequenzbereich durchgeführt werden, Stützpunkte eines Amplituden-Frequenzgangs der Spannung 12 zu ermitteln und abhängig von diesen Stützpunkten den Zustand des Empfängers zu bestimmen.
