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I. Anwendungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen nichtreversibel unterbrechbaren
Programmieranschluss, ein elektronisches Gerät mit einem solchen Anschluss
sowie Verfahren zum Unterbrechen eines solchen Programmieranschlusses.
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II. Technischer Hintergrund
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Die
vorliegende Erfindung findet vorzugsweise beim Programmieren von
Sensoren (zum Beispiel Positionssensoren) zum Zwecke der Einstellung
von Betriebsparametern wie Anfangs- und Endwert, Nullpunkt und Messbereich,
Auflösung,
Linearisierungsdatensätzen,
Abtastraten, Filterparameter usw. Verwendung. Die Programmierung
solcher Parameter findet bei Produkten dieser Art meist nur einmal
im Produkt-Lebenszyklus statt. Gerade Sensoren sollen vor der Programmierung
jedoch bereits die Endmontage durchlaufen haben, also fertig gehaust
und gegebenenfalls durch eine Vergussmasse verkapselt sein.
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Gemäß dem bisherigen
Stand der Technik hat man in solchen Fällen zur Programmierung der Sensoren
Programmierleitungen verwendet, die auf separate Anschlüsse (dies
bedeutet hier Anschlusskontaktstifte oder Litzen in einem An schlusskabel) herausgeführt worden
sind. Diese Technik stellt in vielen Fällen die kostengünstigste
Methode dar. Gemäß dem Stand
der Technik werden dabei zusätzlich zu
den Applikationssignalen, also denjenigen Leitungen, die für den Betrieb
des Sensors im Einsatz erforderlich sind, wie zum Beispiel +24 V
Versorgung, 0 V Versorgung (Masse), OUT = Analogsignalausgang, 0 V-Signal
(= Signalmasse) vorgesehen. Gemäß dem Stand
der Technik wurden also zusätzliche
Programmierleitungen (wie zum Beispiel Progmode als Aktivierungssignal
des Programmiermodus und Progserial als bidirektionales serielles
Programmierungsdatensignal) herausgeführt. In vielen Fällen werden
diese Programmierleitungen nur einmal im Herstellprozess für die Einstellung
von z. B. Nullpunkt und Verstärkung
eines Positions- oder Winkelsensors benutzt. Nach Auslieferung des
Sensors ist ein Zugang über
die Programmierleitungen nicht mehr nötig oder sogar nicht mehr erwünscht oder
zulässig.
Obwohl sie nur einmal im Produktlebenszyklus genutzt werden, müssen diese
Programmierleitungen jedoch auch die Bedingungen der Verpol- und Überspannungsfestigkeit
erfüllen.
Dies erfordert, um ein Risiko der Zerstörung der internen Elektronik
durch zufällig einwirkende
elektrische Potenziale auszuschließen, einen beträchtlichen
zusätzlichen
Schaltungsaufwand durch strom- oder spannungsbegrenzende Bauelemente,
wie zum Beispiel Varistoren, Transzorbdioden, Kaltleiterwiderstände.
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Zur
Lösung
dieses Problems hat die
US 6,437,959
B1 bereits einen Programmierdatenanschluss gezeigt, über den
eine Dateneingabe in ein zu programmierendes Bauteil möglich ist,
wobei der Programmdatenanschluss über ein durch Stromüberlastung
zerstörbares
Bauelement mit dem zu programmierenden Bauteil verbunden ist. Dazwischen zweigt
eine Zenerdiode nach Masse ab, welche so gepolt ist, dass sie bei
Anlegen normaler Programmiersignale sperrt. Bei dieser Lösung gemäß dem Stand
der Technik wird der Anschluss mit einer Überspannung beaufschlagt, die
dann zu einem Durchbruch der Zenerdiode führt und wobei der resultierende
Strom das zerstörbare
Bauelement durch Überlastung
zerstört.
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Diese
Lösung
ist jedoch immer nur dann anwendbar, wenn eine erhöhte Spannung
an dem Eingangsanschluss keine anderen Funktionen hat.
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Häufig existieren
heute aber bereits elektronische Schaltungen, bei denen eine erhöhte Spannung
an einem Eingangsanschluss eine weitere Funktion auslöst, beispielsweise
durch Erhöhen
der Betriebsspannung eine Umschaltung in einen Programmiermodus
auslöst.
Von dieser Möglichkeit
wird zunehmend Gebrauch gemacht, da sich auf diese Weise die Zahl
der insgesamt benötigten
Anschlüsse vermindern
lässt.
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In
einem solchen Fall ist nun aber die oben geschilderte Lösung gemäß
US 6,437,959 B1 nicht möglich, da
dann bereits die Umschaltung in den Programmierbetrieb mit der dafür erforderlichen Überspannung
eine Zerstörung
des zerstörbaren
Bauelementes auslösen
würde.
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III. Darstellung der Erfindung
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a) Technische Aufgabe
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
solche Programmieranschlüsse
auch dann nichtreversibel unterbrechbar zu machen, wenn eine Überspannung
an den Programmieranschlüssen
nicht zu einer irreversiblen Unterbrechung führen darf, da eine solche Überspannung
bereits zum Umschalten des Gerätes in
einen anderen Betriebsmodus oder für einen anderen Steuerungszweck
benötigt
wird, ein elektronisches Gerät
mit solchen ohne Überspannungsbelastung
nichtreversibel unterbrechbaren Programmieranschlüssen zu
schaffen und schließlich
geeignete Verfahren zum nichtreversiblen Unterbrechen solcher Programmieranschlüsse zur
Verfügung
zu stellen.
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b) Lösung
der Aufgabe
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Diese
Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1, 5,
8, 12 und 13 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe geht die vorliegende Erfindung davon aus, dass bei
den hier relevanten elektronischen Geräten, wie beispielsweise Sensoren,
die Anschlüsse
für die
so genannten Applikationssignale sowieso verpolungssicher ausgeführt sein
müssen
bzw. in einem begrenzten Ausmaß mit
einer negativen Spannung beaufschlagbar sind. Dazu benutzt die vorliegende
Erfindung die Idee, dass man dann einen Anschluss irreversibel unterbrechen
kann, wenn der Anschluss über
ein irreversibel zerstörbares
Bauelement, also ein Sicherungselement geführt ist, und zur irreversiblen
Unterbrechung eine überhöhte Stromlast über dieses
Sicherungselement geführt
werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung hat dabei erstmals erkannt, dass eine solche Überlastung
ohne Beschädigung
des elektronischen Gerätes
dann möglich
ist, wenn man den Anschluss zur irreversiblen Unterbrechung absichtlich
verpolt anschließt
und den Überstrom
durch eine direkt hinter dem Sicherungselement nach Masse angeordnete
Diode ausreichender Stromtragfähigkeit
ableitet, sodass an der internen Elektronik des Gerätes mit
der falschen Polarität
nur der relativ geringe Spannungsabfall an einer Diode in Durchlassrichtung
anliegt. Dieser beträgt
meist deutlich unter 1 V. Die Diode muss also so gepolt sein, dass
sie in der normalen Betriebspolarität des Anschlusses sperrt und
nur bei Verpolung des Anschlusses leitend wird. Diese Diode kann
dabei also gleichzeitig einen geeigneten Verpolungsschutz für den irreversibel
unterbrechbaren Anschluss bilden.
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c) Ausführungsbeispiele
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Ausführungsformen
gemäß der Erfindung sind
im Folgenden beispielhaft näher
beschrieben. Es zeigen:
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1:
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei der die Umschaltung des Sensors in
den Programmiermodus über
eine Erhöhung
der Versorgungsspannung erfolgt; und
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2:
eine Ausführungsform
der Erfindung, in der eine Umschaltung des Sensors in den Programmiermodus
durch Anlegen einer Spannung an den Ausgang erfolgt.
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1 zeigt
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung bei einem programmierbaren Sensor mit
vier Außenanschlüssen, wobei
der Anschluss X1 für
die Versorgungsspannung und bei Anlegen einer erhöhten Versorgungsspannung
für das
Umschalten in den Programmiermodus dient. Anschluss X2 liefert das
Ausgangssignal des Sensors, Anschluss X3 liefert die Masseverbindung
und Anschluss X5 dient zum Anlegen serieller Signale zum Programmieren
des Sensors. Es kommt dabei für
die vorliegende Erfindung nicht darauf an, um was für einen
Sensor (Winkel, Weg, Temperatur oder andere Messwerte) es sich hierbei
handelt.
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Da
im vorliegenden Fall externe Versorgungsspannungen von bis zu 40
V zulässig
sein sollten, ist der Versorgungsspannungsanschluss X1 über eine
in Durchlassrichtung geschaltete Verpolungsschutzdiode D1 zuerst
einmal mit dem Eingang einer Primärnetzteilschaltung 1 verbunden.
Der Ausgang der Primärnetzteilschaltung 1 ist
mit dem eigentlichen internen Spannungsregler 2 verbunden. Der
interne Spannungsregler setzt die Spannung von der Primärnetzteilschaltung 1,
die lediglich grob herabgesetzt worden ist, auf eine genaue Spannung
von 5 V herab, wenn sein weiterer Anschluss direkt an Masse liegt.
Der Ausgang des internen Spannungsreglers 2 ist sodann
mit dem Versorgungsspannungseingang UB der eigentlichen Sensorschaltung 3 verbunden.
Deren Ausgang ist einerseits mit dem Ausgangstreiber 4 und
andererseits mit dem Programmierdateneingang X5 (Progserial) verbunden. Der
Ausgang der Ausgangstreiberschaltung 4 ist direkt mit dem
Ausgangsanschluss X2 verbunden.
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Die
Sensorschaltung 3 ist dabei so konfiguriert, dass Daten
für diese
Sensorschaltung 3 durch Anlegen einer geeigneten Spannung
an den Ausgangsanschluss OUT der Sensorschaltung 3 in interne
Speicher der Sensorschaltung 3 eingelesen werden können, wenn
die Betriebsspannung UB von 5 V auf 7,5 V erhöht worden ist. Auf folgende
Weise erfolgt also die Programmierung der eigentlichen Sensorschaltung 3:
Die
Versorgungsspannung an X1 wird deutlich erhöht, dadurch wird, wie im Folgenden
beschrieben, auch die Spannung UB erhöht, und sodann kann an X5 eine
entsprechende Programmierung erfolgen.
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Wie
erfolgt nun die Erhöhung
der Spannung UB an der Sensorschaltung 3, da doch der interne Spannungsregler
an seinem Ausgang unabhängig von
der Eingangsspannung an seinem Eingang eine Spannung von 5 V gegen
seinen Masseanschluss liefert?
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Zu
diesem Zweck ist der Masseanschluss des internen Spannungsreglers 2 über einen
Transistor T1b nach Masse geführt.
Im Normalbetrieb ist dieser Transistor leitend und der Masseanschluss
des internen Spannungsreglers 2 liegt daher, wie üblich, auf
0. Um eine Programmierung der Sensorschaltung 3 durchzuführen, muss
also der Transistor T1b auf Sperren geschaltet werden. Dann liegt
der „Masseanschluss” des internen
Spannungsreglers an dem mittleren Anschluss des durch die Widerstände R2 und
R1 gebildeten Spannungsteilers zwischen der Betriebsspannung UB
und Masse. Zu diesem Zweck ist der „Masseanschluss” des internen
Spannungsreglers 2 ebenfalls mit der Verbindung zwischen
den Widerständen
R2 und R1 verbunden.
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Wenn
der Transistor T1b also sperrt, wird der scheinbare Massepunkt des
internen Spannungsreglers 2 um die an R2 abfallende Spannung
angehoben, und der interne Spannungsregler 2 regelt die Spannung
UB auf 5 V plus Spannungsabfall an R2.
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Um
dies zu erreichen, muss der Transistor T1b im Normalbetrieb leitend
sein, dies wird durch Verbinden des Steueranschlusses G des Transistors T1b über R3 mit
der vom Primärnetzteil 1 herabgesetzten
Betriebsspannung erreicht. Um in den Programmiermodus umschalten
zu können,
muss der Transistor T1a leitend geschaltet werden können, wodurch
der Transistor T1b gesperrt wird. Zu diesem Zweck ist der Steuereingang
G des Transistors T1a mit dem Versorgungsspannungseingang X1 der
gesamten Sensorschaltung verbunden. Der Schaltpunkt des Transistors
T1a wird durch eine Zenerdiode mit einer Zenerspannung von z. B.
24 V eingestellt. Widerstand R4 ist ebenfalls mit dem Steuereingang
des Transistors T1a gegen GND verbunden. Transistor T1a sperrt,
wenn die Versorgungsspannung kleiner als die Zenerspannung von 24
V ist und wird leitend, wenn die Versorgungsspannung größer als
etwa 26 V ist.
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Erfindungsgemäß soll nun
erreicht werden, dass die Programmierung irreversibel durchgeführt werden
kann, das heißt,
nach erfolgter Programmierung und Überprüfung soll sichergestellt sein,
dass ein Umschalten dieser gesamten Sensorschaltung in den Programmiermodus
nicht mehr möglich
ist. Erfindungsgemäß wird daher
ein durch Überlastung
zerstörbares
Element, beispielsweise ein Sicherungselement oder ein Sicherungswiderstand
Si1 in der Verbindung zwischen X1 und dem Steuereingang G des Transistors
T1a angeordnet. Um dieses Element Si1 zerstören zu können, muss ein sehr hoher Strom
hindurchgeschickt werden. Erfindungsgemäß wird ein geeigneter Pfad
für diesen
Strom dadurch zur Verfügung
gestellt, dass zwischen dem zerstörbaren Element Si1 und dem
Steuereingang G des Transistors T1a eine bei der Normalpolarität des Anschlusses
X1 sperrende Diode D3 nach Masse angeschlossen ist. Die Kombination
des Elements Si1 und der diesem nach geschalteten, direkt nach Masse
führenden
Diode D3 erlaubt es nun, gezielt einen sehr hohen Strom durch das
Element Si1 und die Diode D3 nach Masse zu schicken, wenn die Polarität des Versorgungsspannungsanschlusses
X1 gegenüber
der Normalpolarität
umgekehrt wird. Dies ist natürlich
nur dann möglich,
wenn der Anschluss des Elements Si1 zwischen dem Versorgungsspannungsanschluss
X1 und der Verpolungsschutzdiode D1 für das Primärnetzteil 1 abzweigt.
Dies ist hier wie aus 1 ersichtlich gegeben.
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Der
Wert für
R4 ist mit z. B. 10 kOhm so auszulegen, dass im gesperrten Zustand
der Zenerdiode D2, also wenn die Versorgungsspannung unter der Zenerspannung
von 24 V liegt, die auf Grund des Leckstroms der Zenerdiode an R4
anliegende Spannung unter dem Einschaltpunkt des Transistors T1a bleibt.
R3 wird hochohmig mit z. B. 100 kOhm so bemessen, dass der Transistor
T1b auch bei auftretendem Leckstrom des abgeschalteten Transistors
T1a sicher durchgesteuert wird.
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Dies
führt aber
nun zu dem Problem, dass die entsprechenden Sicherungselemente teilweise nur
eine Arbeitsspannung, also eine Sperrspannung im durchtrennten Zustand
von bis zu 32 V zulassen. Dies schränkt bei der Nutzung der Versorgungsleitung
deren Spannungsspezifikationsbereich ein, wenn man entsprechende
Sicherungselemente in sehr kleiner Bauform verwenden will. Die Bauform 0204
mit Abmaßen
von 1,6 × 0,6
mm weist beispielsweise nur eine maximal zulässige Sperrspannung im durchtrennten
Zustand von 32 V auf. Um einen so großen Spannungsanstieg an dem
Element Si1 im zerstörten
Zustand zu verhindern, ist das Sicherungselement Si1 nach der Zenerdiode
D2 angeordnet. Zwischen der Zenerdiode D2 und dem Element Si1 zweigt
dann noch ein sehr hochohmiger Widerstand R5 ab, über den
der Spannungsabfall an der Diode D2 aufrechterhalten wird.
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Wenn
die Programmierung nun irreversibel gemacht werden soll, wird der
Versorgungsspannungsanschluss X1 absichtlich verpolt. Dies schadet dem
Primärnetzteil 1 nicht,
da dieses durch die Verpolungsschutzdiode D1 geschützt ist.
In diesem Fall fließt
der gesamte Strom über
die bei der umgekehrten Polarität
des Versorgungsspannungsanschlusses leitende Zenerdiode D2, das
Element Si1 und die Diode D3 nach Masse. Eine Beschädigung des
Transistors T1a ist ebenfalls ausgeschlossen, da an der Diode D3
bei richtiger Dimensionierung dieser Diode maximal der Spannungsabfall
in der Durchlassrichtung von äußerstenfalls
knapp 1 V abfällt.
Auf diese Weise kann also das Element Si1 gezielt zerstört werden,
ohne der übrigen
Schaltung zu schaden. Wenn dieses Element Si1 unterbrochen ist,
ist es nicht mehr möglich,
den Transistor T1a durch Anlegen einer überhöhten Versorgungsspannung an
den Anschluss X1 leitend zu schalten, sodass der Transistor T1b
sperrt und die Ausgangsspannung des internen Spannungsreglers 2 erhöht wird.
Die Programmierung ist damit irreversibel geworden.
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Es
besteht nun noch das Problem, dass der Programmierdateneingangsanschluss
X5 jetzt immer noch in die Schaltung hineinführt. Um den Anforderungen an
Sensoren gerecht zu werden, müsste
dieser Anschluss, um ein Risiko der Zerstörung der internen Elektronik
durch zufällig
einwirkende elektrische Potenziale auszuschließen, mit einem beträchtlichen
zusätzlichen
Schaltungsaufwand verpol- und überspannungsfest
gemacht werden. Zu diesem Zweck müssten strom- oder spannungsbegrenzende Bauelemente
wie zum Beispiel Varistoren, Transzorbdioden, Kaltleiterwiderstände etc.
vorgesehen werden. Nachdem aber nach dem Programmieren des Sensors
die Programmierung sowieso irreversibel sein soll, kann der Anschluss
X5 auch mit dem gleichen erfinderischen Verfahren und unter Verwendung
gleicher Schaltungselemente elektrisch von der internen Schaltung
des Sensors getrennt werden, so dass sich der Aufwand für die Schutzbeschaltung einsparen
lässt.
Zu diesem Zweck wird direkt nach dem Anschluss X5 ein weiteres durch Überlastung zerstörbares Element
Si2 vorgesehen. Zwischen dem Element Si2 und dem Ausgang OUT des
Sensors 3 zweigt wiederum eine Diode D4 nach Masse ab,
die so gepolt ist, dass sie im Normalbetrieb des Anschlusses X5
sperrt.
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Nun
kann in gleicher Weise der Anschluss X5 durch Zerstören des
Elements Si2 abgetrennt werden, indem durch gezieltes Verpolen des
Anschlusses X5 ein starker Strom durch das Element Si2 und die bei
Verpolung des Anschlusses X5 leitende Diode D4 nach Masse geführt wird.
Dennoch ist sichergestellt, dass weder der Sensor 3 noch
der Ausgangstreiber 4 Schaden leiden können, da auch hier bei Verpolung
wiederum maximal die Durchlassspannung der Diode D4 am Ausgang OUT
des Sensors 3 anliegen kann, und diese bei geeigneter Wahl der
Diode D4 deutlich unter 1 V gehalten werden kann.
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Als
unterbrechbare Elemente Si1, Si2 können Sicherungselemente oder
Sicherungswiderstände
Verwendung finden. Ein Sicherungselement stellt eine irreversibel
durchtrennbare niederohmige Verbindung dar, deren Ansprechverhalten durch
einen festgelegten Stromwert (zum Beispiel 0,25 A) bestimmt ist.
Um das Sicherungselement zu unterbrechen, also zu zerstören, ist
dann ein Strom von beispielsweise 0,5 A für 0,5 Sekunden zuzuführen.
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Ein
Sicherungswiderstand stellt eine irreversibel durchtrennbare Verbindung
dar, die zugleich einen definierten Widerstandswert aufweist. Das
Ansprechverhalten ist durch einen vorbestimmten Leistungswert bestimmt.
Um einen Sicherungswiderstand mit einer Ansprechleistung von beispielsweise 2
Watt und einem Widerstandswert von 200 Ohm zu unterbrechen, ist
ein Strom von zum Beispiel 0,1 A bei 20 V Spannung für 0,5 Sekunden
zuzuführen.
Der Vorteil gegenüber
dem Sicherungselement liegt somit darin, dass der zum Zweck der
Unterbrechung zuzuführende
Strom wesentlich niedriger ist. Die Belastung der Dioden D3, D4
kann dadurch im Wesentlichen niedriger gehalten werden, und damit
ergibt sich auch eine wesentlich niedrigere parasitäre, am Sensorelement
anliegende Negativspannung beim Zerstören der Elemente Si1, Si2 durch
Verpolen der entsprechenden Anschlüsse.
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Die 2 zeigt
eine alternative Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Hierbei erfolgt die Umschaltung der
Sensorschaltung nicht durch ein Erhöhen der Versorgungsspannung
an X1 deutlich über
den bisherigen Wert, sondern durch Anlegen einer über den
normalen Arbeitsbereich von z. B. 0,5 bis 10 V hinausgehenden und
niederohmig zugeführten
Spannung an den Ausgangsanschluss X2 der Schaltung. Dies hat den
Vorteil, dass niemals Spannungen höher als die spezifizierte Versorgungsspannung
an die Schaltung angelegt werden müssen. In diesem Fall wird einfach
die Zenerdiode D2 nicht wie in 1 beschrieben
an den Versorgungsspannungsanschluss X1 sondern an den Ausgangsanschluss
X2 angelegt. Die Zenerspannung der Diode D2 wird in diesem Fall
niedriger mit z. B. 12 V bemessen, damit der Ausgangstreiber 4 nicht
unnötig weit
außerhalb
seines Arbeitsbereichs beaufschlagt wird.
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Ebenso
kann natürlich
in allen Fällen
auf die Zenerdiode D2 und den Ableitwiderstand R5 nach Masse verzichtet
werden, bei denen Sicherungselemente Si1 Verwendung finden, die
eine ausreichend hohe Trennspannung, also Arbeitsspannung im zerstörten Zustand
aufweisen.
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Erfindungsgemäß werden
also Programmierleitungen aus einem Gehäuse über Anschlusskontakte des Anwendungssteckers
X1 oder X2, X5 oder über
Litzen in einem Anschlusskabel herausgeführt, die Programmierleitungen
werden aber nach der Nutzung nicht-reversibel unterbrochen, um Zusatzaufwand
für Verpol- und Überspannungsschutz zu
vermeiden. Durch Mitbenutzung eines der Anwendungssignale X1 oder
X2 braucht für
die Umschaltung in den Programmiermodus keine separate Programmierleitung „progmode” herausgeführt werden. Nur
eine Leitung „progserial” muss separat
herausgeführt
werden. Das Abtrennen der Programmierleitungen erfolgt dann durch
Zerstören
der Sicherungselemente oder Sicherungswiderstände Si1 und Si2 durch Stromüberlastung
dieser Elemente bei „falscher” Polung
der Anschlüsse
X1, X2 oder X5.
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Beim
Programmieren der oben erwähnten Betriebsparameter
geht es um das Übertragen
von Daten in den nicht flüchtigen
Speicher eines Sensorelementes 3. Zum Umschalten vom Normalbetrieb
in den Programmierbetrieb ist es bei einem solchen Sensorelement 3 erforderlich,
die Versorgungsspannung UB des Sensorelementes 3 von 5
auf 7,5 V anzuheben. Anschließend
werden die Programmierdaten über
einen weiteren Anschluss OUT des Sensorelementes übertragen.
Dieser Anschluss dient im Normalbetrieb einer anderen Funktion,
beispielsweise als analoges Primär-Positionssignal.
Da das Sensorelement häufig
Bestandteil einer Applikationsschaltung ist, sind die für das Programmieren
notwendigen Verbindungen zunächst
nicht von außen zugänglich.
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Der
interne Spannungsregler 2 wird daher mit einer geeigneten
Beschaltung versehen, durch die seine Ausgangsspannung O von der
Spannung für
Normalbetrieb, hier beispielsweise 5 V auf eine deutlich höhere Spannung,
hier beispielsweise 7,5 V, für
den Programmiermodus des Sensorelementes 3 umgeschaltet
wird. Zum Umschalten werden, wie oben beschrieben, bevorzugt Spannungsteilerwiderstände R1,
R2 durch die Transistoren T1a, T1b in den Rückkoppelpfad des internen Spannungsreglers
geschaltet. Gemäß 1 ist
dieser Ansteuer pfad der Transistoren T1a und T1b über ein
Sicherungselement Si1 und eine Zenerdiode D2 mit dem Spannungsversorgungsanschluss
X1 des Sensorsteckers verbunden. In 1 kann also
durch Anheben der Sensorversorgungsspannung von beispielsweise 24 V
auf etwa 40 V die interne Versorgungsspannung des Sensorelements 3 von
5 auf 7,5 V umgeschaltet werden. Damit befindet sich das Sensorelement 3 im Programmiermodus.
Ein separater Anschluss zum Aktivieren des Programmiermodus ist
nicht erforderlich.
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2 zeigt
eine alternative Ausführungsform
der Erfindung, bei der der Ansteuerpfad der Transistoren T1a und
T1b nach der Zenerdiode D2 nicht mit dem Versorgungsspannungsanschluss
X1 sondern mit dem Ausgangsanschluss X2 des Sensorsteckers verbunden
ist. Somit kann durch Einprägen
eines im Normalbetrieb nicht auftretenden Spannungspotentials von
beispielsweise –1
V oder +12 V die interne Versorgungsspannung des Sensorelementes 3 von
5 V auf 7,5 V umgeschaltet werden und damit ist der Programmiermodus
aktiv. Auch hier ist ein separater Anschluss zum Aktivieren des
Programmiermodus nicht erforderlich.
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Es
ist nun nur noch erforderlich, die Programmierdatenleitung „progserial” auf einen
im Normalbetrieb nicht benutzten separaten Anschluss X5 des Sensorsteckers
oder über
eine zusätzliche
Litze des Sensoranschlusskabels herauszuführen. Auch dieser Anschluss
kann, wie oben beschrieben, irreversibel abtrennbar ausgebildet
sein. Gemäß der vorliegenden
Erfindung können
damit beispielsweise nach dem Programmieren des Sensorelementes
die Programmierpfade wie folgt unterbrochen werden:
Der mit
dem Versorgungsanschluss verbundene Signalpfad „progmode” führt vom Anschlusskontakt X1 zunächst auf
ein Sicherungselement Si1. Nach dem Sicherungselement Si1 ist die
Kathode einer Diode D3 angeschlossen. Die Anode der Diode ist mit
0 V Potential (Masse) verbunden. Masse ist ebenso auf Anschluss
X3 des Sensorsteckers herausgeführt. Ebenso
ist der Programmierdatensignalpfad „progserial” mit einem
Sicherungselement Si2 und einer Diode D4 versehen. Die Sicherungselemente
Si1 und Si2 in diesen beiden Pfaden können jeweils durch Anlegen
einer ausreichend großen
falsch gepolten Spannung gegen Masse be ziehungsweise durch Einprägen eines
entgegen der üblichen
Betriebspolung laufenden, also negativen Stroms unterbrochen werden.
Damit können
sämtliche
Programmierleitungen abgetrennt werden. Ein unabsichtliches Umschalten
in den Programmiermodus zu einem späteren Zeitpunkt ist dadurch
absolut sicher ausgeschlossen. Statt Sicherungselementen können Sicherungswiderstände eingesetzt
werden.
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Erfindungsgemäß kann also
folgende Programmierprozedur am Ende des Fertigungsablaufs der erfindungsgemäßen Sensoren
durchgeführt
werden:
- 1. Aktivieren des Programmiermodus
durch Anheben der Versorgungsspannung an X1 oder durch Anlegen einer
geeigneten Spannung an den Ausgang X2.
- 2. Übertragen
von Betriebsparametern über
den Anschluss X5.
- 3. Trennen des Sensors von der Spannungsversorgung und Anlegen
einer negativen Hilfsspannung an die Versorgungsleitung X1 beziehungsweise
den Ausgang X2 sowie an den Anschluss X5 zum Abtrennen der Programmierpfade.
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Zusammenfassend
weist die vorliegende Erfindung folgende Vorteile auf:
Die
Programmierpfade werden elektrisch abgetrennt. Sie sind damit von
den anwendungsspezifischen Signalen (Versorgungsspannung beziehungsweise
primäres
analoges Ausgangssignal) abgekoppelt und brauchen damit auch nicht
gegen Überspannung
beziehungsweise Überstrom
und unbeabsichtigte Umprogrammierung geschützt werden.
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Solange
die Programmierpfade nicht unterbrochen sind, kann zwischen Programmiermodus und
Normalbetrieb beliebig umgeschaltet werden. Somit kann das Programmierergebnis
jeweils noch einmal überprüft werden
und gegebenenfalls in mehreren Schritten verbessert werden. Dies
ist vorteilhaft, falls eine hohe Genauigkeit einer linearisierten Kennlinie
erreicht werden soll, die sich in einem einzigen Programmierschritt
nicht ohne weiteres erreichen lässt.
Es ist somit ebenfalls vorteilhaft, die Programmiereinrichtung für den Sensor
und eine Vermessungsanlage zur Überprüfung der
Messgenauigkeit in einer baulichen Einheit zusammenzufassen und
das Umschalten zwischen „Messen” und „Programmieren” automatisiert
ablaufen zu lassen. So können
wichtige Kenngrößen wie
z. B. Linearität
oder Einstellgenauigkeit von Messbereich, Anfangs-, Endwert, in
mehreren Schritten verbessert und optimiert werden.
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Es
muss nur ein zusätzlicher
Anschluss X5 herausgeführt
werden, die Umschaltung in den Programmiermodus kann ohne weitere
zusätzliche
Kontakte oder Anschlussleitungen erfolgen, indem an einem der herausgeführten Anwendungssignale
(X1 oder X5) ein vom Normalbetrieb abweichender Zustand eingestellt
wird.
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Durch
geeignete Anordnung einer Zenerdiode D2 können Sicherungselemente oder
Sicherungswiderstände
mit geringerer Bemessungsspannung und damit in wesentlich kleinerer
Bauform Verwendung finden.