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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Auswertung eines Strommesssignals, insbesondere des Ausgangsignals eines Hallsensors.
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Aus der nächstkommenden Druckschrift
DE 103 37 273 A1 ist bereits eine Ausgangsdetektionsschaltung für eine Zwei-Draht-Hallvorrichtung bekannt. Diese enthalt einen Differenzverstärker, einen Stromspiegel und einen Ausgangsstufenverstärker. Der Stromspiegel weist eine Referenzseite und eine Ausgangsseite auf und ist entlang eines Differenzausgangs des Differenzverstärkers verbunden. Der Ausgangsstufenverstärker hat einen Eingang, der mit der Ausgangsseite des Stromspiegels Verbunden ist, und einen Ausgang.
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Aus der
DE 43 08 031 C2 ist eine Vorrichtung zum Erfassen der Bewegung eines bewegbaren Teils bekannt. Diese bekannte Vorrichtung weist einen ersten Lagesensor auf, der ein erstes Signal abgibt, das einem ersten Lagebereich des bewegbaren Teils zugeordnet ist. Des Weiteren enthält die bekannte Vorrichtung einen zweiten Lagesensor, der ein zweites Signal abgibt, das einem zweiten Lagebereich des bewegbaren Teils zugeordnet ist. Die beiden Lagebereiche überlappen sich in einem Überlappungsbereich. Die von den Lagegebern abgegebenen Signale werden einer signalverarbeitenden Anordnung zugeleitet. Diese leitet aus den beiden Signalen ein Richtungssignal und ein Geschwindigkeitssignal ab und ordnet dem Richtungssignal und dem Geschwindigkeitssignal diskrete Werte zu, die addiert werden. Das resultierende Signal wird zu einer Auswerteanordnung geführt, die einen strombegrenzenden Schutzwiderstand, eine Spannungswandlerschaltung, eine Stromspiegelschaltung, einen Arbeitswiderstand, einen Tiefpass, eine Komparatorschaltung und einen Mikroprozessor aufweist. Die Komparatorschaltung ermöglicht eine Detektion von drei oder vier unterschiedlichen Signalpegeln des vorverarbeiteten übertragenen Signals. Eine alternative Ausführungsform besteht darin, das vom Tiefpass der Auswerteanordnung abgegebene Signal einem Analog-Digital-Wandler zuzuleiten, bei dem es sich um den Analog-Digital-Wandler eines Mikroprozessors handelt. Bei dieser alternativen Ausführungsform bedarf es keiner Komparatorschaltung.
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Aus der
DE 34 18 906 A1 ist ein Temperatur-Kompensationsschaltkreis für ein Hallelement bekannt, welcher eine Speisungsspannungsquelle, zwischen die das Hallelement geschaltet ist, um den Strom durch dieses zu erzeugen, einen Referenzschaltkreis zur Erzeugung einer Referenzspannung, deren Größe der Größe des Stromes durch das Hallelement eindeutig zugeordnet ist, und einen Vergleichsschaltkreis zur Erzeugung eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von den relativen Größen der durch das Hallelement erzeugten Spannung und der Referenzspannung erzeugt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine preiswerte und energiesparende, in einem großen Temperatur- und Spannungsbereich arbeitende Vorrichtung zur Auswertung eines Strommesssignals anzugeben, die eine hohe Schaltgenauigkeit hat.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Auswertung eines Strommesssignals gelöst, die einen ersten Eingang für ein von einem Strommesssignalgeber bereitgestelltes Strommesssignal, einen zweiten Eingang für eine Versorgungsspannung, einen mit dem ersten Eingang verbundenen Lastwiderstand und eine einen Eingang und einen Ausgang aufweisende Stromspiegelschaltung aufweist, wobei zwischen dem zweiten Eingang und dem Eingang der Stromspiegelschaltung die Reihenschaltung einer Diodeneinheit und eines Ohmschen Widerstandes vorgesehen ist, wobei der zweite Eingang direkt oder über einen Transistor mit der Diodeneinheit verbunden ist und der Ohmsche Widerstand zwischen der Diodeneinheit und dem Eingang der Stromspiegelschaltung angeordnet ist, und wobei sie eine mit dem Lastwiderstand und dem ersten Eingang verbundene Stromquelle aufweist, deren Ausgang mit dem Ausgang der Stromspiegelschaltung verbunden ist und einen Ausgang der Vorrichtung bildet.
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Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass das Ausgangssignal eines Strommesssignalgebers, bei dem es sich vorzugsweise um einen Hallsensor handelt, unter Verwendung einer Stromspiegelschaltung, die den Strom mit großem Faktor untersetzt spiegelt, und einer mit der Stromspiegelschaltung zusammenwirkenden Stromquelle derart umgesetzt wird, dass sich gegenüber dem Strommesssignalgeber ein neutraler Arbeitspunkt ergibt, so dass bereits wenige Mikroampere Differenz an diesem Arbeitspunkt genügen, um am Ausgang der Vorrichtung ein „HIGH”-Signal oder ein „LOW”-Signal zu erzeugen. Das von der Stromquelle bereitgestellte Stromsignal wird in vorteilhafter Weise im Hinblick auf seine Amplitude und seinen Temperaturgang so eingestellt, dass sich der genannte neutrale Arbeitspunkt einstellt.
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Mittels der beanspruchten Vorrichtung, deren vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen in den abhängigen Ansprüchen angegeben sind, werden in vorteilhafter Weise über einen großen Spannungs- und Temperaturbereich hohe Genauigkeiten von +/–1,5% erreicht. Des Weiteren hat die beanspruchte Vorrichtung lediglich etwa 15 mW Verlustleistung, einen geringen Platzbedarf und kann kostengünstig unter Verwendung von Standardbauelementen hergestellt werden. Des Weiteren kann die beanspruchte Vorrichtung in Form einer integrierten Schaltung realisiert werden.
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Weitere Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass die beanspruchte Vorrichtung ausbaubar ist für weitere Strommesssignalgeber ohne den Aufwand linear steigern zu müssen und dass ein Kurzschluss der Strommesssignalgeber erkannt wird.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele für die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt
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1 ein Schaltbild zur Erläuterung der wesentlichen Merkmale einer Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel für die Erfindung und
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2 ein Schaltbild zur Erläuterung einer Vorrichtung gemaß einem zweiten Ausführungsbeispiel für die Erfindung.
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Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung dient zur Auswertung eines Strommesssignals. Dieses kann beispielsweise von einem Hallsensor IG zur Verfügung gestellt werden und liegt an einem ersten Eingang E1 der Vorrichtung an. Der genannte Hallsensor ist beispielsweise Bestandteil der Elektronik eines Fensterhebermotors oder eines Türkontaktes eines Kraftfahrzeugs.
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Das Strommesssignal I1 wird über einen Schaltungspunkt K1 einem Anschluss eines Lastwiderstandes RL zugeführt, dessen anderer Anschluss mit einem Betriebsspannungsanschluss UB verbunden ist, an welchem eine Betriebsspannung U2 anliegt. Am Schaltungspunkt K1 ist eine Spannung DL abgreifbar, die den Spannungsabfall am Lastwiderstand RL beschreibt.
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Der Schaltungspunkt K1 ist des Weiteren mit der Basis eines pnp-Transistors verbunden, dessen Emitter über einen Ohmschen Widerstand R3 an den Betriebsspannungsanschluss UB angeschlossen ist. Der Widerstand R3 und der Transistor Q5 bilden eine Stromquelle, deren Eingang die Basis des Transistors Q5 und deren Ausgang der Kollektor des Transistors Q5 ist. Der Ausgang der Stromquelle ist mit einem Ausgang A der Vorrichtung verbunden.
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Des Weiteren ist der Ausgang A der Vorrichtung mit dem Ausgang AS einer Stromspiegelschaltung verbunden, welche Transistoren Q3 und Q4 aufweist, bei denen es sich jeweils um npn-Transistoren handelt. Den Eingang ES der Stromspiegelschaltung bildet die Basis des Transistors Q3, die auch mit dem Kollektor des Transistors Q3 verbunden ist. Der Emitter des Transistors Q3 ist mit Masse verbunden. Den Ausgang AS der Stromspiegelschaltung bildet der Kollektor des Transistors Q4, dessen Emitter ebenfalls mit Masse verbunden ist und dessen Basis mit der Basis des Transistors Q3 verbunden ist. Der Eingangsstrom der Stromspiegelschaltung ist mit I3 bezeichnet, der Ausgangsstrom der Stromspiegelschaltung mit I2.
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Der Eingang ES der Stromspiegelschaltung ist über einen Ohmschen Widerstand R2 mit einer Diodeneinheit verbunden. Diese weist npn-Transistoren Q1 und Q2 auf. Der Kollektor des Transistors Q1 ist entweder direkt oder über die Emitter-Basis-Strecke eines pnp-Transistors Q0 mit einem Versorgungsspannungseingang E2 verbunden, an welchem eine von einer Versorgungsspannungsquelle UQ bereitgestellte Versorgungsgleichspannung anliegt, die beispielsweise + 12 V beträgt. Der Kollektor des Transistors Q0 ist mit dem Betriebsspannungsanschluss UB verbunden, an welchem bei durchgeschaltetem Transistor Q0 die Betriebsspannung U2 anliegt. Der Basis des Transistors Q1 der Diodeneinheit wird beispielsweise von einem nicht gezeichneten Mikroprozessor ein Aktivierungssignal EN zugeführt. Der Emitter des Transistors Q1 ist mit der Basis und dem Kollektor des Transistors Q2 verbunden. Der Emitter des Transistors Q2 ist an den von der Stromspiegelschaltung abgelegenen Anschluss des Ohmschen Widerstandes R2 angeschlossen.
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Die gezeigte Vorrichtung arbeitet wie folgt:
Das vom Hallsensor IG gelieferte Strommesssignal I1 verursacht einen Spannungsabfall am Lastwiderstand RL. Die Stromquelle R3, Q5 stellt an ihrem Ausgang ein Stromsignal zur Verfügung, das dem Spannungsabfall am Lastwiderstand entspricht bzw. diesen Spannungsabfall abbildet. Der Transistor Q2 dient zur Einstellung eines Temperaturkompensationsvorganges in dem Sinne, dass sich der Strom I3 in Abhangigkeit von der Temperatur verändert und dem Temperaturgang der weiteren Vorrichtung entgegenwirkt. Der Strom I3 wird derart erzeugt, dass ein in Bezug auf die Temperatur und die Spannung der gesamten Vorrichtung quasi stabiler Strom vorliegt. Dieser wird mittels der Stromspiegelschaltung derart gespiegelt, dass der Ausgangsstrom der Stromquelle R3, Q5 und der Ausgangsstrom I2 der Stromspiegelschaltung Q3, Q4 am Ausgang A der Vorrichtung einen neutralen Arbeitspunkt bilden.
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Bereits geringfügige Änderungen des vom Hallsensor IG gelieferten Strommesssignals I1, die in der Größenordnung von wenigen Mikroampere liegen, genügen, um am Ausgang A der Vorrichtung ein, „HIGH”-Signal oder ein „LOW”-Signal bereitzustellen, anhand dessen ein vom Hallsensor ausgegebenes Signal detektiert und an eine Folgeschaltung weitergeleitet werden kann. Insbesondere bedarf es keines Komparators, um das vom Hallsensor gelieferte Ausgangssignal auszuwerten.
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Die 2 zeigt ein detaillierteres Schaltbild zur Erläuterung der wesentlichen Merkmale einer Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel für die Erfindung.
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Bei der in der 2 dargestellten Vorrichtung wird von einem Hallsensor IG an einem ersten Eingang E1 ein Strommesssignal I1 zur Verfügung gestellt. Dieses Strommesssignal wird über einen Schaltungspunkt K1 einem Anschluss eines Lastwiderstandes RL zugeführt, dessen anderer Anschluss mit einem Betriebsspannungsanschluss UB verbunden ist, an welchem eine Betriebsspannung U2 anliegt.
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Der Schaltungspunkt K1 ist des Weiteren über einen Ohmschen Widerstand R5 mit der Basis eines pnp-Transistors Q5 verbunden, dessen Emitter über einen Ohmschen Widerstand R3 an den Betriebsspannungsanschluss UB angeschlossen ist. Der Verbindungspunkt zwischen dem Emitter des Transistors Q5 und dem Ohmschen Widerstand R3 ist über einen weiteren Ohmschen Widerstand R3a mit einem Anschluss verbunden, über welchen der gezeigten Vorrichtung ein Aktivierungssignal EN zugeführt wird. Der Transistor Q5 bildet zusammen mit den Widerständen R3, R3a und R5 eine Stromquelle, deren Eingang die Basis des Transistors Q5 und deren Ausgang der Kollektor des Transistors Q5 ist. Der Ausgang der Stromquelle ist mit einem Ausgang A1 der Vorrichtung entweder direkt oder über die Emitter-Kollektor-Strecke eines weiteren Transistors verbunden.
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Des Weiteren ist der Ausgang A1 der Vorrichtung über einen Ohmschen Widerstand RA1 mit einer Folgeschaltung verbunden.
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Ferner ist der Ausgang A1 der Vorrichtung mit dem Ausgang einer Stromspiegelschaltung verbunden, welche Transistoren Q3 und Q4 aufweist, bei denen es sich jeweils um npn-Transistoren handelt. Den Eingang ES der Stromspiegelschaltung bildet die Basis des Transistors Q3, die auch mit dem Kollektor des Transistors Q3 verbunden ist. Der Emitter des Transistors Q3 ist über einen Ohmschen Widerstand R6 mit Masse verbunden. Den Ausgang AS der Stromspiegelschaltung bildet der Kollektor des Transistors Q4, dessen Emitter über einen weiteren Ohmschen Widerstand R7 ebenfalls mit Masse verbunden ist und dessen Basis mit der Basis des Transistors Q3 verbunden ist. Der Eingangsstrom der Stromspiegelschaltung ist mit I3 bezeichnet, der Ausgangsstrom der Stromspiegelschaltung mit I2.
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Der Eingang ES der Stromspiegelschaltung ist über einen Ohmschen Widerstand R2 mit einer Diodeneinheit verbunden. Diese weist npn-Transistoren Q1 und Q2 auf. Der Kollektor des Transistors Q1 ist über die Emitter-Basis-Strecke eines pnp-Transistors Q0 mit einem Versorgungsspannungseingang E2 verbunden, an welchem eine von einer Versorgungsspannungsquelle UQ bereitgestellte Versorgungsgleichspannung anliegt, die beispielsweise + 12 V beträgt. Der Kollektor des Transistors Q0 ist mit dem Betriebsspannungsanschluss UB verbunden, an welchem bei durchgeschaltetem Transistor Q0 die Betriebsspannung U2 anliegt. Zwischen dem Emitter und der Basis des Transistors Q0 ist ein Ohmscher Widerstand R8 vorgesehen. Der Basis des Transistors Q1 der Diodeneinheit wird beispielsweise von einem nicht gezeichneten Mikroprozessor über einen Widerstand R9 ein Aktivierungssignal EN zugeführt. Der Emitter des Transistors Q1 ist über einen Ohmschen Widerstand R10 mit der Basis des Transistors Q2 verbunden. Des Weiteren ist der Emitter des Transistors Q1 mit dem Kollektor des Transistors Q2 verbunden. Der Emitter des Transistors Q2 ist an den von der Stromspiegelschaltung abgelegenen Anschluss des Ohmschen Widerstandes R2 angeschlossen.
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Des Weiteren ist die Basis des Transistors Q5 der Stromquelle über einen Ohmschen Widerstand R5 mit der Kathode einer Diode D1 verbunden, deren Anode mit der Basis des Transistors Q1 der Diodeneinheit verbunden ist.
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Die in der 2 gezeigte Vorrichtung weist ferner eine zweite Stromspiegelschaltung auf. Diese enthält npn-Transistoren Q3' und Q4'. Der Eingang ES' dieser weiteren Stromspiegelschaltung ist über einen Ohmschen Widerstand R2' an den Verbindungspunkt zwischen der Diodeneinheit Q1, Q2 und dem Ohmschen Widerstand R2 angeschlossen. Der Eingang ES' der weiteren Stromspiegelschaltung ist mit den Basen der Transistoren Q3' und Q4' und mit dem Kollektor des Transistors Q3' verbunden. Der Emitter des Transistors Q3' liegt über einen Ohmschen Widerstand R6' auf Masse. Der Emitter des Transistors Q4' liegt über einen Ohmschen Widerstand R7' auf Masse. Der Kollektor des Transistors Q4' bildet den Ausgang AS' der weiteren Stromspiegelschaltung. Dieser ist mit einem weiteren Ausgang A1' der Vorrichtung verbunden, der über einen weiteren Ohmschen Widerstand RA1' mit einer Folgeschaltung in Verbindung steht.
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Des Weiteren weist die in der 2 gezeigte Vorrichtung eine weitere Stromquelle auf. Zu dieser weiteren Stromquelle gehört ein pnp-Transistor Q5', dessen Basis über einen Ohmschen Widerstand R5' mit der Kathode einer Diode D2 verbunden ist. Die Anode der Diode D2 ist an die Basis des Transistors Q1 der Diodeneinheit angeschlossen. Der Emitter des Transistors Q5' der weiteren Stromquelle ist über einen Ohmschen Widerstand R3' mit dem Betriebsspannungsanschluss UB verbunden und uber einen weiteren Ohmschen Widerstand R3a' mit dem Anschluss der Vorrichtung verbunden, an welchem das Aktivierungssignal EN anliegt. Der Kollektor des Transistors Q5' ist entweder direkt oder über die Emitter-Kollektor-Strecke eines weiteren Transistors Q6' mit dem Ausgang A1' der Vorrichtung verbunden.
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Die gezeigte Vorrichtung arbeitet wie folgt:
Das vom Hallsensor IG gelieferte Strommesssignal I1 verursacht einen Spannungsabfall am Lastwiderstand RL. Die Stromquelle R3, Q5 stellt an ihrem Ausgang ein Stromsignal zur Verfügung, das dem Spannungsabfall am Lastwiderstand entspricht bzw. diesen Spannungsabfall abbildet. Der Transistor Q2 der Diodeneinheit dient zur Einstellung eines Temperaturkompensationsvorganges in dem Sinne, dass sich der Strom I3 in Abhängigkeit von der Temperatur verändert und dem Temperaturgang der weiteren Vorrichtung entgegenwirkt. Der Strom I3 wird derart erzeugt, dass ein in Bezug auf die Temperatur und die Spannung quasi stabiler Strom vorliegt. Dieser wird mittels der Stromspiegelschaltung derart gespiegelt, dass der Ausgangsstrom der Stromquelle R3, Q5 und der Ausgangsstrom der Stromspiegelschaltung Q3, Q4 am Ausgang A1 der Vorrichtung einen neutralen Arbeitspunkt bilden.
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Bereits geringfügige Änderungen des vom Hallsensor IG gelieferten Strommesssignals I1, die in der Größenordnung von wenigen Mikroampere liegen, genügen, um am Ausgang A1 der Vorrichtung ein „HIGH”-Signal oder ein „LOW”-Signal bereitzustellen, anhand dessen ein vom Hallsensor ausgegebenes Signal detektiert und an eine Folgeschaltung weitergeleitet werden kann. Insbesondere bedarf es keines Komparators, um das vom Rollsensor gelieferte Ausgangssignal auszuwerten.
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Die Aufgabe der zweiten Stromspiegelschaltung mit den Transistoren Q3' und Q4' besteht darin, für ein weiteres Strommesssignal den Vergleichsstrom I2' bereitzustellen, der ebenso im Hinblick auf Temperatur und Spannung quasi stabil ist.
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Die Aufgabe der weiteren Stromquelle, die den Transistor Q5' und den Ohmschen Widerstand R3' aufweist, besteht darin, ein weiteres Strommesssignal I1' als Vergleichsstrom zu I2' zu bilden, der am Ausgang A1' „HIGH” oder „LOW” erzeugt.
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Die Aufgabe der Dioden D1 und D2 besteht darin, einen Kurzschlussschutz zu bilden und im Störungsfall des Strommesssignalgebers IG oder IG' die Basisspannung von Q1 herunter zu ziehen und die gesamte Vorrichtung über Q0 abzuschalten.
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Die Ohmschen Widerstände R3a und R3a' kompensieren auf einfache Weise die Spannungsabhängigkeit der Vorrichtung, hervorgerufen durch den Early-Effekt.
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Die in der 2 gezeigte Vorrichtung unterscheidet sich von der in der 1 gezeigten Vorrichtung nach alledem insbesondere dadurch, dass sie eine einfache Erweiterung der in der 1 dargestellten Vorrichtung für weitere Strommesssignale veranschaulicht, die mit einem nur geringen Zusatzaufwand realisiert werden kann.
