DE102008041030A1

DE102008041030A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung einer Messgröße

Info

Publication number: DE102008041030A1
Application number: DE200810041030
Authority: DE
Inventors: Peter Oechtering; Steffen Walker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-08-06
Filing date: 2008-08-06
Publication date: 2010-02-11
Also published as: JP5334737B2; JP2010040049A; IT1398283B1; ITMI20091378A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren, welche dazu vorgesehen sind, mindestens eine Messgröße zu erfassen, wobei durch die Vorrichtung mindestens ein Datenbus (6) bereitgestellt wird, welcher mit mindestens einem Sensor (5) zur Erfassung der Messgröße verbindbar ist, wobei dem Sensor (5) über den Datenbus (6) mittels einer Versorgungsstromquelle (1) mit dem Innenwiderstand Ri ein Versorgungsstrom IBus zuführbar ist und die Vorrichtung eine Einrichtung (2, 3) umfasst, mit welcher ein Abfragesignal mit vorgebbarer Signalform auf dem Datenbus (6) erzeugbar ist, wobei die Vorrichtung eine Einrichtung (R1, 12, R2, 9, 7) zur Erfassung der elektrischen Spannung der Versorgungsstromquelle (1) aufweist, bei welcher eine Serienschaltung aus einem Widerstand R2 und einer Stromsenke (9) vorhanden ist, wobei die Serienschaltung parallel zum Datenbus (6) angeordnet ist, und die Stromsenke (9) dazu vorgesehen ist, einen Strom IB abzuführen, für den gilt: IB=IBUS.(Ri)/(R2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, mindestens eine Messgröße zu erfassen, wobei durch die Vorrichtung mindestens ein Datenbus bereitgestellt wird, welcher mit mindestens einem Sensor zur Erfassung der Messgröße verbindbar ist, wobei dem Sensor über dem Datenbus mittels einer Versorgungsstromquelle ein Versorgungsstrom zuführbar ist und die Vorrichtung eine Einrichtung umfasst, mit welcher ein Abfragesignal mit vorgebbarer Signalform auf dem Datenbus erzeugbar ist.
Vorrichtungen dieser Art werden beispielsweise in Steuergeräten von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Das Steuergerät stellt dabei einen Datenbus zur Verfügung über welchen mehrere Sensoren seriell an das Steuergerät angeschlossen sind. Mittels der Messgrößen, welche durch die Sensoren erfasst werden, kann das Steuergerät Funktionen des Kraftfahrzeuges steuern bzw. regeln, beispielsweise Gurtstraffer, Airbags, den Betriebszustand des Motors oder ähnliches.
Aus der DE 19859178 C1 ist ein Verfahren zum Übertragen von Daten in einem Kraftfahrzeug bekannt, bei welchem eine Satellitenstation, beispielsweise ein Aufprallsensor, mittels einer unidirektionalen Stromschnittstelle an ein zentrales Steuergerät angeschlossen ist. Die Datenübertragungsleitung ist dabei eine drahtgebundene Schnittstelle. Diese dient einerseits der Versorgung der Satellitenstation mit elektrischer Energie. Weiterhin werden die von der Satellitenstation an die Zentralstation zu übertragenden Daten dem vorhandenen Ruhestrom der Satellitenstation in Form von Stromimpulsen überlagert.
Nachteilig an diesem Stand der Technik ist jedoch, dass Daten nur unidirektional von der Satellitenstation zum Steuergerät übertragen werden können. Weiterhin erfordert jede Satellitenstation eine eigene drahtgebundene Schnittstelle.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mehrere Sensoren bzw. Satellitenstation mittels einer einzelnen Leitungsverbindung an einem Steuergerät zu betreiben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, mindestens eine Messgröße zu erfassen, wobei durch die Vorrichtung mindestens ein Datenbus bereitgestellt wird, welcher mit mindestens einem Sensor zur Erfassung der Messgröße verbindbar ist, wobei dem Sensor über dem Datenbus mittels einer Versorgungsstromquelle mit dem Innenwiderstand R_i ein Versorgungsstrom I_Bus zuführbar ist und die Vorrichtung eine Einrichtung umfasst, mit welcher ein Abfragesignal mit vorgebbarer Signalform auf dem Datenbus erzeugbar ist, wobei die Vorrichtung eine Einrichtung zur Erfassung der elektrischen Spannung der Versorgungsstromquelle aufweist, bei welcher eine Serienschaltung aus einem Widerstand R₂ und einer Stromsenke vorhanden ist, wobei die Serienschaltung parallel zum Datenbus angeordnet ist und die Stromsenke dazu vorgesehen ist, einen Strom I_B abzuführen für den gilt:
Weiterhin besteht die Lösung der Aufgabe in einem Verfahren zur Erfassung einer Messgröße mittels mindestens einem Sensor, welcher mit einem Datenbus zur Weiterleitung der Messgröße verbunden ist und welchem mittels einer Versorgungsstromquelle mit dem Innenwiderstand R_i ein Versorgungsstrom I_Bus über den Datenbus zugeführt wird, wobei die Erfassung der Messgröße durch ein Abfragesignal vorgebbarer Signalform auf den Datenbus getriggert wird, wobei die elektrische Spannung der Versorgungsstromquelle bestimmt wird, in dem eine Serienschaltung aus einem Widerstand R₂ und einer Stromsenke vorhanden ist, wobei die Serienschaltung parallel zum Datenbus angeordnet ist und über die Stromsenke ein Strom I_B abgeführt wird, für den gilt:
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise ein Motorsteuergerät einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug sein. Alternativ oder kumulativ kann die Vorrichtung Sicherheitsfunktionen steuern, wie beispielsweise die Auslösung einer Airbag-Einrichtung oder eines pyrotechnischen Gurtstraffers. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Vorrichtung Komfortfunktionen übernehmen, wie beispielsweise die Ansteuerung elektrischer Fensterheber, eines Schiebdaches oder einer Standheizung.
Zur Erfassung einer Messgröße ist mindestens ein Sensor vorgesehen, beispielsweise ein Temperatursensor, ein Drucksensor, ein Beschleunigungssensor, ein Drehratensensor oder Ähnliches. Der Sensor ist mit einer elektronischen Schaltung versehen, welche dazu eingerichtet ist, die Sensordaten aufzubereiten und in eine Form zu konvertieren, welche zur Datenübermittlung über den Datenbus geeignet ist.
Dazu kann die elektronische Schaltung beispielsweise A/D-Wandler, Komparatoren, Speicher, Mikrocontroller, Mikroprozessoren oder Ähnliches aufweisen. Die elektronische Schaltung kann zusammen mit dem Sensorelement monolithisch auf einem Halbleitersubstrat integriert werden. Alternativ kann die elektronische Schaltung auch getrennt vom Sensor ausgeführt werden. In diesem Fall werden die elektronische Schaltung und das Sensorelement auf einem Schaltungsträger miteinander verbunden, beispielsweise einer Leiterplatte oder mittels Bonddrähten. Daneben kann die Schaltung weitere Funktionen ausführen, beispielsweise eine Plausibilitätsprüfung der Daten oder einen Selbsttest des Sensors.
Die vorgeschlagene Vorrichtung stellt einen Datenbus zur Verfügung, welcher zumindest zwei elektrische Leiter aufweist. Dabei kann ein elektrischer Leiter auch durch ein Karosserieblech gebildet werden. Die elektrischen Leiter dienen einerseits zur Versorgung des Sensors und der zugehörigen Elektronik mit elektrischer Energie. Daher fließt auch dem Datenbus nach der Inbetriebnahme der Vorrichtung ein Ruhestrom I_Bus. Dieser hängt von der Anzahl und der Art der verwendeten Sensoren ab.
Die Datenübermittlung vom Sensor zur erfindungsgemäßen Vorrichtung wird mittels eines Abfragesignals gestartet, welches von einer dazu vorgesehenen Einrichtung auf den Datenbus ausgegeben wird. Das Abfragesignal kann eine Kodierung aufweisen, mittels welcher eine Untergruppe von Sensoren aus allen am Bus befindlichen Sensoren ausgewählt wird.
Beispielsweise kann das Abfragesignal einen Rechteckimpuls umfassen. Der Rechteckimpuls wird von den Sensoren empfangen. Die Sensoren werden beispielsweise durch die steigende oder die fallende Flanke des Rechteckimpulses getriggert, sodass diese die generierten Daten auf dem Datenbus ausgeben. Dabei kann jedem Sensor ein Zeitfenster nach Empfang des Rechteckimpulses zugeordnet sein, innerhalb dessen der Sensor Daten sendet. Auf diese Weise wird eine Überlagerung der unterschiedlichen Sensordaten verhindert.
Aufgrund der sich mit der Anzahl der Sensoren am Datenbus änderten Kapazität des Datenbusses und des sich mit der Anzahl der Sensoren ändernden Ruhestromes des Datenbusses ändert sich die Flankesteilheit und/oder die Maximalamplitude des Rechteckimpulses bei gegebener Stromstärke des Rechteckimpulses. Daher wird erfindungsge mäß vorgeschlagen, die Buskapazität zur Erzeugung einer fallenden Flanke über eine Entladestromsenke definiert zu entladen. Um dabei Spannungseinbrüche an den Sensoren zu vermeiden, ist es weiterhin notwendig, dass die Entladestromsenke rechtzeitig abgeschaltet wird, sobald die Ausgangsspannung der Versorgungsstromquelle auf den Wert unmittelbar vor der Erzeugung des Rechtecksignals abgesunken ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung soll auch die Spannungsamplitude des Rechteckimpulses innerhalb vorgebbarer Toleranzen gewährleistet sein. Die Spannungsamplitude des Rechteckimpulses ist dabei die Spannungsdifferenz zwischen der Ausgangsspannung der Versorgungsstromquelle unmittelbar vor der Erzeugung des Rechteckimpulses und der maximalen Spannung des Rechteckimpulses definiert.
Zur Messung der elektrischen Spannung der Versorgungsstromquelle vor der Erzeugung des Rechteckimpulses wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, eine Serienschaltung aus einem Widerstand R₂ und einer Stromsenke zu verwenden. Die Serienschaltung ist dabei parallel zum Datenbus angeordnet. Der Widerstand R₂ der Serienschaltung ist dabei um einen vorgebbaren Faktor größer als der Innenwiderstand R_I der Versorgungsstromquelle. Der Innenwiderstand R_I wird dabei durch den Widerstand von mindestens einem Transistor gebildet, welche zur Regelung des Versorgungsstromes eingesetzt ist. Weiterhin wird dem Innenwiderstand R_I ein Messwiderstand R₁ zugerechnet, welcher im Datenbus zur Messung des Versorgungsstromes und/oder zur Erfassung des Datenstromes angeordnet ist.
Die Stromsenke wird nun so geregelt, dass über die Stromsenke ein Strom I_B abließt, welcher um denselben vorgebbaren Faktor niedriger ist, um den der Widerstand R₂ größer ist als der Innenwiderstand R_I der Versorgungsstromquelle. Damit stellt sich über der Stromsenke eine Spannung ein, welche im Rahmen der Messgenauigkeit der Spannung der Versorgungsstromquelle entspricht.
Die Spannung über der Stromsenke kann nun als Referenzspannung verwendet werden, um die Entladestromsenke im richtigen Zeitpunkt abzuschalten, sodass Unterschwinger in der Versorgungsspannung der Sensoren vermieden werden. Alternativ oder kumulativ kann die Spannung über der Stromsenke als Referenz für die Amplitude des Rechteckimpulses verwendet werden. In einer Ausführungsform der Erfindung wird dazu auf die Spannung über der Stromsenke eine zusätzliche Referenzspannung aufaddiert.
Zur Regelung der Stromsenke wird dieser der gemessene Versorgungsstrom der Versorgungsstromquelle zugeführt. Dies kann entweder als digitaler oder als analoger Messwert geschehen. Die Regelung der Stromsenke auf den gewünschten Bruchteil des Versorgungsstromes erfolgt beispielsweise über einen PI- oder einen PID-Regler. Selbstverständlich sind jedoch auch andere Regelungskonzepte dem Fachmann geläufig und für die Zwecke der Erfindung einsetzbar
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in einer Ausführungsform der Erfindung in Form eines integrierten Schaltkreises vorliegen. Der integrierte Schaltkreis enthält dabei beispielsweise elektrische Widerstände, Kondensatoren, Transistoren und Dioden, welche so zusammenwirken, dass die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Funktionen realisiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Mikroprozessor oder einen Mikrocontroller aufweisen, auf welchen zumindest eine Funktion der vorgeschlagenen Schaltung zumindest teilweise in Form einer Software nachgebildet ist. Die Software sorgt dabei dafür, dass die jeweilige Funktion durch den Mikroprozessor oder den Mikrocontroller ausgeführt wird. Zur Speicherung der Software eignet sich insbesondere ein EPROM- oder ein Flash-Speicher. Selbstverständlich sind jedoch auch andere computerlesbare Speichermedien dem Fachmann geläufig und für die Zwecke der Erfindung einsetzbar.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Dabei zeigt
1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung.
2 einen gewünschten Spannungsverlauf eines Abfragesignals.
3 den zeitlichen Verlauf eines Abfragesignals bei vorzeitiger Abschaltung der Entladestromsenke.
4 den Signalverlauf eines Abfragesignals bei verspäteter Abspaltung der Entladestromsenke.
1 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung weist eine Versorgungsstromquelle 1 auf. Der Versorgungsstromquelle 1 wird eine Betriebsspannung über Anschluss 13 zugeführt. Bei dieser Betriebsspannung kann es sich beispielsweise um das Bordnetz eines Fahrzeugs handeln. Daher kann die Betriebsspannung 13 mit dem Betriebszustand des jeweiligen Fahrzeuges schwanken. In weiteren Ausführungsformen der Erfindung kann die Betriebsspannung 13 auch durch ein Netzteil oder einen Transformator aus einem öffentlichen Stromnetz bereitgestellt werden.
Weiterhin ist an der Versorgungsstromquelle 1 ein Datenbus 6 angeschlossen. Der Datenbus 6 umfasst dabei mindestens 2 elektrische Leiter. Fallweise kann ein Leiter durch ein Karosserieblech gebildet werden.
Am Datenbus 6 ist mindestens ein Sensor 5 angeschlossen. Fallweise können mehrere Sensoren vorgesehen sein, beispielsweise 2 bis 20. Die Anzahl der Sensoren 5 kann sich dabei bei verschiedenen Fahrzeugen verschiedener Hersteller oder unterschiedlichen Ausstattungsvarianten desselben Fahrzeugs unterscheiden.
Jeder der Sensoren 5 umfasst ein Sensorelement zur Aufnahme einer Messgröße, beispielsweise einer Temperatur, einer Beschleunigung, einer Drehrate, einem Drehwinkel, einer Geschwindigkeit oder Ähnliches. Zusätzlich umfasst jedes Sensorelement 5 eine Auswerteschaltung. Diese kann beispielsweise einen A/D-Wandler umfassen. Weiterhin können Baugruppen zum Selbsttest des Sensors, zur Plausibilitätsprüfung der Daten, zur Kalibrierung, zur Diskriminierung von Datenbereichen oder weitere Funktionen im Sensor 5 integriert sein. Jeder Sensor nimmt einen Ruhestrom 5 auf, welcher zu seinem Betrieb erforderlich ist. Weiterhin weist jeder Sensor eine elektrische Kapazität auf, ebenso wie die Busleitung des Datenbusses 6. Diese parasitären Kapazitäten sind in 1 durch die Kapazität 16 dargestellt.
Die Sensoren 5 sind dazu eingerichtet, ein Abfragesignal zu empfangen. Nach dem Empfang des Abfragesignals liefern die Sensoren Daten über den Datenbus 6 zur Versorgungsstromquelle 1. Die Daten können dabei beispielsweise ein Initialisierungssignal, ein Fehlersignal oder Messwerte umfassen. Die Daten werden dem vorhandenen Ruhestrom in Form von Stromimpulsen überlagert. Um die Überlagerung verschiedener Daten verschiedener Sensoren zu verhindern, kann vorgesehen sein, dass jeder Sensor ein festgelegtes Zeitfenster erhält, innerhalb dessen er nach Empfang des Abfragesignals seine Daten sendet.
Imnnerhalb der Versorgungsstromquelle 1 liegt im Datenbus 6 ein elektrischer Widerstand R₁. An diesem elektrischen Widerstand fällt eine elektrische Spannung ab, welche proportional zum Ruhestrom I_Bus auf dem Bus 6 ist. Weiterhin fällt am Widerstand R₁ eine elektrische Spannung ab, welche in Abhängigkeit der von den Sensoren 5 abgegebenen Stromimpulse moduliert ist. Die am Widerstand R₁ abfallende Spannung wird von einer Messeinrichtung 11 gemessen. Die Messeinrichtung 11 dient dabei der Messung des modulierten Signalanteils, d. h. des Anteils der Spannung am Widerstand R₁, welcher den vom Ruhestrom I_Bus herrührenden Anteil der Spannung über- bzw. Unterschreitet. Dieser Anteil der Signalspannung wird von der Messeinrichtung 11 als Datensignal Data_out an nachfolgende Schaltungsteile weitergereicht. Die nachfolgenden Schaltungsteile können beispielsweise einen Microprozessor, einen Microcontroller, einen Speicher, einen digitalen Signalprozessor oder einen Aktor umfassen, um in Abhängigkeit der Messsignale der Sensoren 5 eine Funktion im Fahrzeug oder an dessen Brennkraftmaschine auszuführen.
Damit die Messeinrichtung 11 den den Ruhestrom I_Bus über- bzw. Unterschreitenden Anteil zuverlässig ermitteln kann, wird der Anteil des Ruhestroms I_Bus von einer weiteren Messeinrichtung 12 ermittelt. Dieser Ruhestromanteil I_Bus kann zur Bestimmung der Triggerschwelle an die Messeinrichtung 11 übergeben werden. Weiterhin dient der mit Messeinrichtung 12 gemessene Ruhestrom I_Bus der Regelung des Ruhestroms I_Bus auf einem vorgebbaren Sollwert. Als Messeinrichtung 11 und/oder 12 kann beispielsweise ein Komparator oder ein Operationsverstärker eingesetzt werden.
Der Ruhestrom I_Bus kann sich in Abhängigkeit der Stromaufnahme der Sensoren und der Versorgungsspannung einstellen. In weiner weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Sollwert des Ruhestroms I_Bus in Abhängigkeit der Anzahl und des Typs der am Datenbus 6 angeschlossenen Sensoren 5 festgelegt und mit einer Regeleinrichtung 17 geregelt werden. Die Regeleinrichtung 17 kann dabei beispielsweise einen PI- oder einen PID-Regler umfassen. Die Regeleinrichtung 17 kann als Hardware oder als Software realisiert werden. In letzterem Fall steht ein Mikrocontroller oder ein Mikroprozessor zur Verfügung, auf welchem die Software der Regeleinrichtung 17 ausgeführt wird. Zur Beeinflussung des Ist-Wertes steht ein veränderliches Widerstandselement zur Verfügung, beispielsweise ein Feldeffekttransistor 10. Dieser beeinflusst den aus der Versorgungsstromquelle 1 an die Busleitung 6 gelieferten Strom so, dass sich der gewünschte Sollwert des Versorgungsstroms I_Bus einstellt.
Zur Erzeugung des Abfragesignals auf dem Datenbus 6 dienen eine Stromquelle 2 und eine Stromsenke 3. Die Stromquelle 2 ist dabei mit einem höheren Potential 15 verbunden, welches größer ist als die sich aufgrund des Versorgungsstroms einstellende Versorgungsspannung auf der Busleitung 6.
Die Stromsenke 3 ist mit einem niedrigeren Potential verbunden, beispielsweise einem Massepotential.
Das Abfragsignal kann beispielsweise ein Rechteckimpuls, ein Sinussignal, ein Dreiecksignal oder ein Sägezahnsignal sein. Beispielhaft wird nachfolgend die Erzeugung eines Rechteckimpulses als Abfragesignal erläutert.
Zur Erzeugung eines positiven Rechtecksignales auf der Versorgungsspannung der Versorgungsstromquelle 1 verbindet die erste Stromquelle 2 die Busleitung 6 mit einem höheren Potential als dem Potential der Stromquelle 1. Dadurch fließt ein elektrischer Strom von der Stromquelle 2 in die Busleitung 6 hinein. Dieser Strom läd die Buskapazität 16 und hebt diese auf ein höheres Potential. In dieser Weise entsteht eine steigende Flanke eines Rechteckimpulses.
Nach einer vorgebbaren Zeitdauer, welche der Länge des Rechteckimpulses entspricht, wird die Stromquelle 2 mit dem höheren Potential 15 von der Busleitung 6 getrennt. Die Kapazität 16 der Busleitung 6 wird nun über Leckströme und den Stromverbrauch der Sensoren 5 entladen, bis diese wiederum das Potential der Versorgungsstromquelle 1 aufweist. Eine solchermaßen erzeugte fallende Flanke weist jedoch keine Konstante Flankensteilheit auf. Vielmehr variiert die Flankensteilheit mit der Kapazität der Busleitung 6 und dem Strombedarf der Sensoren 5. Um einer Abweichung der Form der fallenden Flanke von einer vorgebbaren Flankensteilheit zu kompensieren, ist eine Stromsenke 3 vorgesehen. Die Stromsenke 3 ist mit einem niedrigeren Potential, beispielsweise einem Massepotential verbunden.
Der über die Stromsenke 3 abfließende Strom wird so gewählt, dass die Kapazität 16 der Busleitung 6 von einem höheren Potential auf das ursprüngliche Potential in einer vorgebbaren Zeit entladen wird, d. h. mit vorgebbarer Flankensteilheit.
Um Spannungseinbrüche an den Sensoren zu vermeiden, ist es notwendig, die Stromsenke 3 bei Erreichen der Spannung der Versorgungsstromquelle 1 von der Busleitung 6 zu trennen. Um eine vorgebbare Maximalamplitude des Rechteckimpulses über die Spannung der Versorgungsstromquelle 1 zu gewährleisten, muss die Stromquelle 2 bei Erreichen der vorgegebenen Maximalamplitude von der Busleitung 6 getrennt werden. Hierfür ist es notwendig, die sich aufgrund der Regelung des Versorgungsstroms I_Bus durch die Regeleinrichtung 17 der Versorgungsstromquelle 1 einstellende Spannung auf dem Datenbus 6 zu messen.
Hierzu steht der Widerstand R₂ sowie die Stromsenke 9 zur Verfügung. Der Widerstand R₂ ist dabei um einen vorgebbaren Faktor größer als der Innenwiderstand der Versorgungsstromquelle 1. Der Innenwiderstand der Versorgungsstromquelle 1 wird dabei insbesondere durch die Größe des Messwiderstandes R₁ und den Einschaltwiderstand des Stellglieds 10, also beispielsweise den Source-Drain-Widerstand des eingesetzten Feldeffekttransistors 10 gebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der elektrische Widerstand des Widerstands R₂ etwa das 10- bis 100-fache des Innenwiderstands der Versorgungsstromquelle 1.
Der über den Widerstand R₂ abfließende Strom wird mittels der regelbaren Stromsenke 9 kontrolliert. Um eine Steuerung und/oder Regelung des Stromes der Stromsenke 9 in Abhängigkeit des auf der Busleitung 6 fließenden Versorgungsstroms sicherzustellen, wird der Messwert des IST-Wertes des Versorgungsstroms über den Komparator 12 ermittelt und über die Leitung 18 der Stromsenke 9 zugeführt. Auch bei Änderung des Versorgungsstroms auf der Busleitung 6 wird somit der durch die Stromsenke 9 fließende Strom stets angepasst, sodass der durch die Stromsenke 9 fließende Strom einen vorgebbaren Bruchteil des Versorgungsstroms der Sensoren 5 in der Busleitung 6 entspricht. Dieser Bruchteil entspricht dem Kehrwert des Faktors, um welchen der Widerstand R₂ größer ist als der Innenwiderstand R_i der Stromquelle 1. Somit entspricht der in der Stromsenke 9 fließende Strom I_B gleich dem Ruhestrom I_Bus auf dem Datenbus 6, multipliziert mit dem Verhältnis der Widerstände.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass unter diesen Umständen über die Stromsenke 9 dieselbe Spannung abfällt, welche sich auch auf dem Datenbus 6 einstellt, wenn dort der Versorgungsstrom I_Bus aus der Versorgungsstromquelle 1 fließt.
Um eine Modulation des Stromes über die Stromsenke 9 mit dem Datensignal zu verhindern oder zu verringern, wird in einer Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, durch den Komparator 12 den fließenden Ruhestrom mit einer Zeitkonstanten abzutasten, welche größer ist als die Symboldauer des Datensignals auf dem Datenbus 6.
Der Komparator bzw. die Regelvorrichtung 7 kann nun dazu verwendet werden, die Verbindung der Stromsenke 3 zur Busleitung 6 zu unterbrechen, sobald die Spannungsdifferenz zwischen der Leitung 14 und dem Datenbus 6 einen vorgebbaren Wert erreicht, beispielsweise null. Auf diese Weise wird verhindert, dass die Buskapazität 16 des Datenbusses 6 über die Stromsenke 3 soweit entladen wird, dass die Versorgungsspannung der Sensoren 5 unter einen tolerierbaren Wert sinkt. Um die Schaltzeit der Stromsenke 3 zu berücksichtigen, kann in einer Weiterbildung der Erfindung auch vorgesehen sein, bereits bei einer von null abweichenden Differenz der Potentiale mittels des Komparators 7 das Signal zum Trennen der Verbindung der Stromsenke 3 auszulösen. In diesem Fall kann die Buskapazität während der Schaltverzögerung weiter entladen werden und erreicht dann bei Öffnen des Schaltelementes zwischen der Busleitung 6 und der Stromsenke 3 den vorgesehenen Sollwert.
Alternativ oder kumulativ kann vorgesehen sein, das elektrische Potential der Leitung 14 mit einer Referenzspannungsquelle 8 zu erhöhen und dieses elektrische Potential einem Komparator 4 zuzuführen. Der Komparator 4 dient in diesem Fall dazu, die Stromquelle 2 von der Busleitung 6 zu trennen, wenn die Busleitung 6 ein elektrisches Potential aufweist, welches der Summe der Versorgungsspannung und der Spannung der Referenzspannungsquelle 8 entspricht. Auf diese Weise kann mittels der Referenzspannungsquelle 8 die Maximalamplitude des Abfragesignals überwacht werden. Selbstverständlich kann auch zur Kompensation von Schaltzeiten der Komparator 4 das Signal zum Öffnen der Leitungsverbindung zwischen Datenbus 6 und Stromquelle 2 vorzeitig auslösen, wie in Zusammenhang mit dem Komparator 7 dargestellt. Der Datenaustausch zwischen dem Komparator 12 und der Stromsenke 9 sowie zwischen dem Komparator 7 und der Stromsenke 3 und zwischen dem Komparator 4 und der Stromquelle 2 kann je nach Ausführungsform der Erfindung als digitaler Datenstrom oder als analoges Stellsignal erfolgen.
In 2 ist der zeitliche Verlauf eines Rechtecksignals dargestellt, welches von der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 1 erzeugt wurde. Dargestellt ist die Spannung V_Bus auf dem Datenbus 6 gegen die Zeit t.
Gemäß 2 weist die Spannung einen Wert V₀ auf, welcher sich aufgrund des Ruhestroms einstellt, welchen die Versorgungsstromquelle 1 zur Versorgung der Sensoren 5 auf den Datenbus 6 ausgibt. Zum Zeitpunkt t₁ wird die Stromquelle 2 mit der Busleitung 6 verbunden. Dies führt dazu, dass die Buskapazität 16 auf ein höheres Potential geladen wird.
Zum Zeitpunkt t₂ hat die Buskapazität das gewünschte Spannungsniveau erreicht. Dieses wird durch die Summe aus der Versorgungsspannung V₀ und der Referenzspannung V_A der Referenzspannungsquelle 8 gebildet. Bei Erreichen dieses Potentials wird mittels des Komparators 4 die Stromquelle 2 so geregelt, dass das Potential der Busleitung 6 auf dem gewünschten Niveau gehalten wird.
Zum Zeitpunkt t₃ soll eine fallende Flanke des Abfragesignals erzeugt werden. Daher wird zum Zeitpunkt t₃ die Stromquelle 2 von der Busleitung 6 getrennt. Gleichzeitig wird die Stromsenke 3 mit der Busleitung 6 verbunden. Die Buskapazität 16 der Busleitung 6 entlädt sich somit über die Stromsenke 3.
Zum Zeitpunkt t₄ wurde die Buskapazität 16 bis auf das Versorgungsspannungsniveau V₀ entladen. Diese Tatsache wird vom Komparator 7 erkannt, da die Spannungsdifferenz zwischen Leitung 14 und Datenbus 6 nahezu null ist. Daher wird zum Zeitpunkt t₄ die Stromsenke 3 von der Busleitung 6 getrennt. Die Busleitung 6 weist nun wieder das Versorgungsspannungsniveau V₀ auf, welches sich aufgrund des Versorgungsstroms der Sensorelemente 5 einstellt.
3 zeigt zum Vergleich einen Signalverlauf, wie er ohne Eingriff des Komparators 7 und der erfindungsgemäßen Spannungsermittlung durch den Widerstand R₂ und der Stromsenke 9 erzeugt werden könnte. Zunächst liegt die Busleitung 6 auf dem Potential V₀ wie dies bereits im Hinblick auf 2 erläutert wurde. Ebenso wird eine steigende Flanke zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂ erzeugt. Bis zum Zeitpunkt t₃ verbleibt die Buskapazität 16 auf dem gewünschten elektrischen Potential. Zur Entladung der Buskapazität wird die Stromsenke 3 für eine vorgebbare Zeitspanne zwischen t₃ und t₄ mit der Busleitung 6 verbunden. Die Zeitspanne ist dabei so gewählt, dass diese erfahrungsgemäß zur Entladung der Buskapazität auf das Spannungsniveau V₀ ausreicht.
Wie aus 3 ersichtlich, reicht die Entladezeit zwischen den Zeitpunkten t₃ und t₄ jedoch im dargestellten Fall nicht aus. Dies kann beispielsweise darin begründet sein, dass die Buskapazität größer ist, als ursprünglich angenommen. Aufgrund Schwankungen des Versorgungsstroms und der Versorgungsspannung V₀ kann sich die in 3 dargestellte Situation jedoch auch dadurch ergeben, dass die Versorgungsspannung V₀ zum Zeitpunkt t₄ niedriger ist als angenommen. Schließlich kann die Ursache des in 3 gezeigten Signalverlaufs darin begründet sein, dass der Strombedarf der Sensoren 5 oder der Entladestrom der Stromsenke 3 geringer ist als ursprünglich angenommen.
In diesem Fall verbleibt die Busladung nach Trennung der Stromsenke 3 von der Busleitung 6 zum Zeitpunkt t₄ auf einem unerwünscht hohen Potential. Dieses entlädt sich nachfolgend aufgrund von Leckströmen und der Stromentnahme durch die Sensoren 5. Erst zum Zeitpunkt t₅ hat sich die Busleitung auf das gewünschte Potential eingestellt.
4 zeigt eine weitere Signalform, wie sie gemäß dem Stand der Technik ohne Verwendung des Komparators 7 erzeugt werden könnte. Auch in diesem Fall verläuft die Erzeugung des Rechteckimpulses bis zum Zeitpunkt t₃ wie in Hinblick auf die 2 und 3 erläutert. Zum Zeitpunkt t₃ wird die Stromsenke 3 mit der Busleitung 6 für eine vorgebbare Zeidauer verbunden.
Wie in 4 dargestellt, ist die Entladezeit zwischen t₃ und t₄ jedoch zu lang gewählt. Dies kann beispielsweise damit zusammenhängen, dass die Buskapazität 16 kleiner ist als ursprünglich angenommen oder das Versorgungsspannungsniveau V₀ höher ist als ursprünglich angenommen. Weiterhin kann die Ursache des in 4 gezeigten Signalverlaufs darin begründet sein, dass der Strombedarf der Sensoren 5 oder der Entladestrom der Stromsenke 3 größer ist als ursprünglich angenommen. In diesem Fall wird die Buskapazität 16 bis zum Zeitpunkt t₄ unter das Potential V₀ entladen. Dadurch kommt es zu einem Spannungseinbruch der Versorgungsspannung der Sensoren 5. Dies kann zur Fehlfunktion der Sensoren führen. Erst nach dem Zeitpunkt t₄, wenn die Stromsenke 3 von der Busleitung 6 getrennt ist, kann die Versorgungsstromquelle 1 die Busleitung 6 wieder auf das gewünschte Spannungsniveau aufladen. Das Spannungsniveau V₀ vor der Erzeugung des Rechteckimpulses wird somit erst zum Zeitpunkt t₅ erreicht.
Dem Fachmann ist selbstverständlich geläufig, dass die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Vielmehr können bei der Umsetzung der Erfindung Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden, ohne die Erfindung an sich wesentlich zu verändern. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, als erläuternd anzusehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19859178 C1 [0003]

Claims

Vorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, mindestens eine Messgröße zu erfassen, wobei durch die Vorrichtung mindestens ein Datenbus (6) bereitgestellt wird, welcher mit mindestens einem Sensor (5) zur Erfassung der Messgröße verbindbar ist, wobei dem Sensor (5) über den Datenbus (6) mittels einer Versorgungsstromquelle (1) mit dem Innenwiderstand R_i ein Versorgungsstrom I_BUS zuführbar ist und die Vorrichtung eine Einrichtung (2, 3) umfasst, mit welcher ein Abfragesignal mit vorgebbarer Signalform auf dem Datenbus (6) erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Einrichtung (R1, 12, R2, 9, 7) zur Erfassung der elektrischen Spannung der Versorgungsstromquelle (1) aufweist, bei welcher eine Serienschaltung aus einem Widerstand R₂ und einer Stromsenke (9) vorhanden ist, wobei die Serienschaltung parallel zum Datenbus (6) angeordnet ist, und die Stromsenke (9) dazu vorgesehen ist, einen Strom I_B abzuführen, für den gilt:
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Komparator (4, 7) vorgesehen ist, um die Potentialdifferenz zwischen einem Anschluss (14) der Stromsenke (9) und einem Leiter des Datenbusses (6) zu messen, wobei die Einrichtung (2, 3) zur Erzeugung des Abfragesignals in Abhängigkeit des Ausgangs des Komparators (4, 7) steuerbar und/oder regelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Anschluss (14) der Stromsenke (9) und einem Eingang des Komparators (4) eine Referenzspannungsquelle (8) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Widerstand (R₁) vorgesehen ist, welcher seriell mit einem Leiter des Datenbusses (6) verschaltet ist und die bei Betrieb der Versorgungsstromquelle (1) über den Wider stand (R₁) abfallende elektrische Spannung zumindest zur Regelung der Stromsenke (9) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein A/D-Wandler (12) vorgesehen ist, um die über den Widerstand (R₁) abfallende elektrische Spannung zu digitalisieren und die Stromsenke (9) dazu eingerichtet ist, eine Sollwertvorgabe digital zu empfangen.
Verfahren zur Erfassung einer Messgröße mittels mindestens einem Sensor, welcher mit einem Datenbus (6) zur Weiterleitung der Messgröße verbunden ist und welchem mittels einer Versorgungsstromquelle (1) mit dem Innenwiderstand R_i ein Versorgungsstrom I_Bus über den Datenbus zugeführt wird, wobei die Erfassung der Messgröße durch ein Abfragesignal mit vorgebbarer Signalform auf dem Datenbus (6) getriggert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Spannung der Versorgungsstromquelle (1) bestimmt wird, indem eine Serienschaltung aus einem Widerstand R₂ und einer Stromsenke (9) vorhanden ist, wobei die Serienschaltung parallel zum Datenbus (6) angeordnet ist, und über die Stromsenke (9) ein Strom I_B abgeführt wird, für den gilt:
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit mindestens einem Komparator (4, 7) die Potentialdifferenz zwischen einem Anschluss (14) der Stromsenke (9) und einem Leiter des Datenbusses (6) gemessen wird, wobei die Einrichtung (2, 3) zur Erzeugung des Abfragesignals in Abhängigkeit des Ausgangs des Komparators (4, 7) gesteuert und/oder geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Anschluss (14) der Stromsenke (9) und einem Eingang des Komparators (7) eine Referenzspannung (8) angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung des Versorgungsstromes I_Bus der Spannungsabfall an einem Widerstand (R₁) bestimmt wird, welcher seriell mit einem Leiter des Datenbusses (6) verschaltet ist und wobei der Spannungsabfall zumindest zur Regelung der Stromsenke (9) verwendet wird.
Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.
Integrierter Schaltkreis mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5.