DE102012214636B4

DE102012214636B4 - Sensorschnittstelle, die Virtueller-Widerstand-Techniken verwendet

Info

Publication number: DE102012214636B4
Application number: DE102012214636.9A
Authority: DE
Inventors: Dirk Hammerschmidt
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2011-08-18
Filing date: 2012-08-17
Publication date: 2019-03-07
Anticipated expiration: 2032-08-18
Also published as: CN102957416B; US20130043908A1; DE102012214636A1; CN102957416A; DE102012025835B3; US8994526B2

Abstract

Sensorschnittstellenmodul (102), das folgende Merkmale aufweist:
einen Komparator (414) mit einem ersten Komparatoreingang, einem zweiten Komparatoreingang und einem Komparatorausgang;
ein Strom- oder Spannungssteuerungselement mit einem Steueranschluss, der mit dem Komparatorausgang gekoppelt ist und einen Ausgang aufweist, der ausgebildet ist, ein moduliertes Strom- oder ein moduliertes Spannungssignal zu einem Ausgang des Sensorschnittstellenmoduls zu liefern;
einen ersten Rückkopplungspfad, der den Ausgang des Strom- oder Spannungssteuerungselements mit dem ersten Komparatoreingang koppelt;
ein Summierungselement (716), das einen ersten Summierungseingang, einen zweiten Summierungseingang und einen Summierungsausgang aufweist, wobei der Summierungsausgang mit dem zweiten Komparatoreingang gekoppelt ist;
ein Versorgungsspannungsmodul (718), das ausgebildet ist, ein Versorgungsspannungssignal zu dem ersten Summierungseingang zu liefern; und
einen zweiten Rückkopplungspfad, der den Komparatorausgang mit dem zweiten Summierungseingang koppelt.

Description

Moderne Fahrzeuge umfassen ein großes Array aus Sensoren, wie z. B. Airbagsensoren, Reifendrucksensoren, Motorsensoren, Sitzgurtsensoren und viele andere. Die Motorsensoren können z. B. Daten über den Motorzyklus des Fahrzeugs zu einer Motorsteuereinheit bereitstellen (ECU; engine control unit). Basierend auf den Daten von den Motorsensoren kann die ECU dann Änderungen an dem Motorzyklus ausführen (z. B. Zündkerzenzeitgebung und/oder Kraftstoffeinspritzparameter), um das Motorverhalten zu optimieren.
Wenn die Anzahl der Fahrzeugsensoren zunimmt, wird deren Integration eine ernsthafte Herausforderung für Autohersteller. Zum Beispiel können Drähte, die eine ECU mit ihren entsprechenden Motorsensoren verbinden, mehrere Meter lang sein. Diese Drähte sind ein wesentlicher Kostenfaktor in Automobilsystemen und tragen zu dem Gesamtgewicht des Fahrzeugs bei. Deshalb schränken einige herkömmliche Verdrahtungsschnittstellen, wie z. B. PSI5 und DSI die Anzahl der Drähte auf zwei Leitungen ein. Diese Schnittstellen können in Automobilairbagsensoren, Antriebsstrangsystemen und nicht standardisierten pulsbreitenmodulierten (PWM; pulse width modulated) Protokollen von ABS-Reifengeschwindigkeitssensoren verwendet werden.
Wie die Erfinder jedoch erkannt haben, sind herkömmliche Sensorschnittstellen aus verschiedenen Gründen nicht ganz ideal. Daher haben die Erfinder verbesserte Sensorschnittstellen erdacht, wie nachfolgend weiter beschrieben wird.
Die DE 10 2008 041 030 A1 betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren, welche dazu vorgesehen sind, 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 den 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: I_B=I_Bus·(R_i)/(R₂).
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sensorschnittstellenmodul mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Blockdiagramm eines Fahrzeugerfassungssystems gemäß einigen Ausführungsbeispielen;
2 ein Signalverlaufsdiagramm eines modulierten Spannungssignals, das zu Sensoren eines Fahrzeugerfassungssystems übertragen werden kann;
3 ein Signalverlaufsdiagramm eines modulierten Stromsignals, das von einem Sensors eines Fahrzeugerfassungssystems übertragen werden kann;
4 ein Blockdiagramm eines Sensorschnittstellenmoduls, das einen tatsächlichen Widerstand umfasst und unter einigen Mängeln leidet;
5- 6 Signalverlaufsdiagramme, die zeigen, wie das Sensorschnittstellenmodul aus 4 eine unerwünschte Dämpfung bei einer Resonanzfrequenz des Verdrahtungsnetzwerks zeigen kann;
7 ein Blockdiagramm eines Blockdiagramms eines Sensorschnittstellenmoduls gemäß einigen Ausführungsbeispielen;
8 ein Blockdiagramm eines Blockdiagramms eines Sensorschnittstellenmoduls gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel;
9 ein Blockdiagramm eines Blockdiagramms eines Sensorschnittstellenmoduls gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel; und
10- 12 Simulationsergebnisse für einen PSI5-Empfänger, der die Modulationseinheit von 9 verwendet.

Der beanspruchte Gegenstand wird nun Bezug nehmend auf die Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um durchgehend auf gleiche Elemente Bezug zu nehmen. In der nachfolgenden Beschreibung sind zu Zwecken der Erklärung zahlreiche spezifische Details ausgeführt, um ein tiefgreifendes Verständnis des beanspruchten Gegenstands bereitzustellen. Es kann jedoch offensichtlich sein, dass der beanspruchte Gegenstand ohne diese spezifischen Details praktiziert werden kann.
Aspekte der vorliegenden Offenbarung richten sich auf ein Sensorschnittstellenmodul, das eine Versorgungsspannung zu einer Mehrzahl von Sensoren liefert, und das Datensignale zwischen der Mehrzahl von Sensoren und einer Steuerung (z. B. einer ECU) austauscht. Die Sensorschnittstelle setzt häufig einen virtuellen Widerstand ein und keinen tatsächlichen Widerstand, um den Leistungsverbrauch und Herstellungskosten einzuschränken. Während ein erster Rückkopplungspfad (feedback path) hilft, den Ausgang der Sensorschnittstelle auf ein Zielsignal abzustimmen (z. B. erstes Steuersignal aus einer Steuereinheit), kann der virtuelle Widerstand auf einem zweiten Rückkopplungspfad in der Form z. B. eines Multiplizierers angeordnet sein. Im Vergleich zu einem Sensorschnittstellenmodul mit einem tatsächlichen Widerstand schränkt das Sensorschnittstellenmodul mit dem virtuellen Widerstand Herstellungskosten und Leistungsverbrauch ein.
Um einige Aspekte der vorliegenden Erfindung besser zu verstehen, zeigt 1 ein Fahrzeugerfassungssystem 100, das ein Sensorschnittstellenmodul 102 gemäß einigen Ausführungsbeispielen umfasst. Auf einer Seite weist das Sensorschnittstellenmodul 102 eine Steuereinheitsschnittstelle 104 auf, die mit einer Steuereinheit 106 (z. B. ECU) gekoppelt ist; und auf der anderen Seite weist das Sensorschnittstellenmodul 102 eine Sensorschnittstelle 108 auf, die mit einem Paar aus Drähten 112, 114 gekoppelt ist. Das Paar aus Drähten ist mit einer Anzahl von Sensoren 116 (z. B. 116a, 116b, ... 116c) gekoppelt. Um Rauschen einzuschränken und die Leitungsresonanz zu dämpfen, ist ein RC-Filter 118 mit der Sensorschnittstelle 108 gekoppelt.
Um Informationen zu den Sensoren 116 zu übertragen, umfasst die Sensorschnittstelle 102 eine Modulationseinheit 118, die eine Versorgungsspannung moduliert (z. B. eine DC-Versorgungsspannung), um Informationen zu zumindest einem der Sensoren 116 zu übertragen. Um Informationen von den Sensoren 116 zu empfangen, umfasst die Sensorschnittstelle eine Demodulationseinheit 120, die ein moduliertes Stromsignal demoduliert, um Informationen von zumindest einem der Sensoren 116 zu empfangen.
2 zeigt ein Beispiel, wie eine Modulationseinheit (z. B. Modulationseinheit 120 in 1) ein moduliertes Spannungssignal 200 zu einem Sensor übertragen kann. Das modulierte Spannungssignal 200 wird übertragen, um zwischen einer hohen Versorgungsspannung (V_HIGH ) und einer niedrigen Versorgungsspannung (V_LOW ) zu variieren. Bei dem Beispiel von 2 entspricht ein Ansteigende-Flanke-Spannungsübergang (rising edge voltage transition) einer logischen „0“ und ein Abfallende-Flanke-Spannungsübergang (falling edge voltage transition) entspricht einer logischen „1“, obwohl andere Codierungsschemata ebenfalls verwendet werden könnten. Wenn keine Daten übertragen werden, stellt die Modulationseinheit häufig eine unmodulierte (z. B. DC-) Versorgungsspannung zu den Sensoren bereit, wodurch die Sensoren über das Paar aus Drähten mit Leistung versorgt werden und ohne die Verwendung von anderen dedizierten Leistungsführungsleitungen.
3 zeigt ein Beispiel, wie eine Demodulationseinheit (z. B. Demodulationseinheit 122 in 1) ein moduliertes Stromsignal 300 bewerten kann, um Informationen zu decodieren, die durch einen Sensor übertragen werden. Bei dem Beispiel von 3 können Datenbits als Symbole auf dem modulierten Stromsignal 300 codiert sein, wobei jedes Symbol aus drei Chips besteht und vier Datenbits codiert. Die Demodulationseinheit kann das modulierte Stromsignal 300 digital abtasten, um zu erkennen, welches der Symbole innerhalb einer gegebenen Symbolperiode übertragen wurde, wodurch der digitale Bitstrom decodiert wird, der durch den Sensor übertragen wird.
4 zeigt eine detailliertere Ansicht einer Modulationseinheit 400 (z. B. Modulationseinheit 120 aus 1), die unter einigen Mängeln leidet. Wie aus 4 ersichtlich ist, umfasst auf einer Seite die Modulationseinheit 400 eine Steuereinheitsschnittstelle 402, die eine Schnittstelle mit einer Steuereinheit 404 bildet. Auf der anderen Seite umfasst die Modulationseinheit 400 eine Sensorschnittstelle 406, die eine Schnittstelle mit dem Paar aus Drähten 408, 410 bildet, die mit den Sensoren gekoppelt sind. Die Modulationseinheit 400 umfasst eine Spannungsversorgung 412, die mit einem ersten Eingang eines Komparators 414 gekoppelt ist. Ein Ausgang des Komparators 414 ist mit einer PID-Steuerung 416 gekoppelt. Ein Ausgang der PID-Steuerung 416 ist seinerseits mit der ersten und zweiten digital gesteuerten Stromquelle 418, 420 gekoppelt. Ein Rückkopplungspfad 422 koppelt einen Ausgangsknoten 424 der Modulationseinheit 400 zurück zu einem zweiten Eingang des Komparators 414.
Während einer Operation kann die Modulationseinheit 400 ihre Ausgangsspannung auf dem Ausgangsknoten 424 basierend auf einem ersten Steuersignal 426 aus der Steuereinheit 404 ändern. Genauer gesagt stellt dieses erste Steuersignal auf 426 eine Zielspannung auf dem ersten Komparatoreingang 428 ein. Der Komparator 414 stellt dann seinen Fehlersignalspannungspegel auf 430 ein (was ein zweites Steuersignal 432 einstellt, das durch die PID-Steuerung 416 ausgegeben wird), bis die Ausgangsspannung der Modulationseinheit auf dem Ausgangsknoten 424 mit der Zielspannung auf 428 übereinstimmt. Kurz gesagt empfängt die Modulationseinheit 400 ein erstes Steuersignal auf 426 und regelt ihre Ausgangsspannung auf dem Ausgangsknoten 424 derart, dass die Ausgangsspannung das erste Steuersignal 426 verfolgt, wodurch die gewünschten Informationen zu den Sensoren übertragen werden.
Obwohl die Architektur von 4 in vielerlei Hinsicht ausreichend ist, leidet sie unter einigen Mängeln. Zum Beispiel kann die PID-Steuerung 416 bei dieser Konfiguration nicht einfach unterschiedliche Induktivitäten und/oder Kapazitäten bilden, aufgrund von Verdrahtungsunterschieden für unterschiedliche Fahrzeuge. Zum Beispiel kann ein Fahrzeug relativ lange Drähte erfordern (z. B. große Kapazität und Induktivität), während ein anderes Fahrzeug relativ kurze Drähte erfordern kann (z. B. kleine Kapazität und Induktivität). Aus Sicht der Hersteller ist es wünschenswert, dass eine einzelne PID-Steuerung bei diesen unterschiedlichen Fahrzeugen austauschbar ist. Der große Bereich von Lastzuständen für die unterschiedlichen Fahrzeuge jedoch (z. B. großer Bereich an Kapazitäten und Induktivitäten) macht es für die einzelne PID-Steuerung mit festen Komponentenabmessungen schwierig, austauschbar mit diesen Fahrzeugen zu arbeiten.
Ferner kann sogar innerhalb eines gegebenen Fahrzeugs die Kapazität und Induktivität des festen Verdrahtungsnetzwerks unerwünschte Resonanzfrequenzen verursachen. Zum Beispiel zeigt 5 eine Übertragungsfunktion mit offener Schleife (open loop transfer function) für eine Widerstand-Induktor-Kondensator- (RMC; resistor-inductor-capacitor) Schaltung, die zwischen ein RC-Filter (z. B. 118 in 1) und die entsprechenden Sensoren (z. B. 116 in 1) eingefügt ist, wenn die Modulationseinheit von 4 verwendet wird. Für die Übertragungsfunktion mit offener Schleife von 5 weisen der Induktor und die Kondensatoren feste Werte auf und die unterschiedlichen Kurven entsprechen unterschiedlichen Widerstandswerten (① R_E = 0 Ω, ② R_E = 4 Ω, ③ R_E = 12 Ω). Es besteht ein erkennbarer Abfall bei dem Offene-Schleife-Gewinn bei einer seriellen Resonanzfrequenz 502, wobei die Größe dieses Abfalls von der Größe des Widerstands R_E abhängt. Üblicherweise entsprechen kleinere Widerstände größeren Signaldämpfungen.
6 zeigt eine entsprechende Übertragungsfunktion mit geschlossener Schleife für dieselben Einstellungen wie 5. Wie gezeigt ist, verursacht eine ungedämpfte, serielle Resonanz schwere Störungen an Signalen bei der Resonanzfrequenz 602, die in einem Frequenzband zwischen 100 kHz und 2 MHz ist, das für eine Kommunikation zwischen einer Steuereinheit und ihren entsprechenden Sensoren bei vielen Implementierungen verwendet werden kann. Um Signale genau und zuverlässig zu kommunizieren, sollte die Übertragungsfunktion mit geschlossener Schleife einen konstanten Gewinn und eine minimale Phasenverschiebung in dem Band der Übertragungssignale bereitstellen. Wie aus 5 - 6 abgeleitet werden kann, neigen höhere Widerstandswerte dazu, eine bessere Signalqualität relativ zu niedrigen Widerstandswerten bereitzustellen. Somit könnte man denken, dass die Verwendung eines großen, diskreten Widerstands R_E bevorzugt wäre. Jedoch haben die Erfinder erkannt, dass die Kosten der Verwendung eines großen Widerstands R_E aus einer Herstellungsperspektive nicht vernachlässigbar sind und ein solcher Widerstand während des Betriebs eine wesentliche Menge an Leistung verbrauchen würde.
Um diese Mängel einzuschränken, haben die Erfinder verbesserte Sensorschnittstellen entwickelt, die einen virtuellen Widerstand verwenden. Genauer gesagt, anstatt einen großen Widerstand R_E mit nicht vernachlässigbaren Herstellungskosten und nicht vernachlässigbarem Leistungsverbrauch zu verwenden, verwenden Aspekte der vorliegenden Offenbarung ein Virtueller-Widerstand-Schema, wodurch die Modulationseinheit ihre Leistung moduliert, um das Verhalten eines tatsächlichen Widerstands zu emulieren (wenn auch ohne die Verwendung eines tatsächlichen Widerstands oder durch Verwenden eines relativ kleinen Widerstands). 7 - 9 zeigen Ausführungsbeispiele von Sensorschnittstellen, die solche Virtueller-Widerstand-Techniken verwenden.
7 zeigt ein Sensorschnittstellenmodul 700 gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung. Zusätzlich zu einem Komparator (oder Analog-zu-Digital-Wandler (ADC)) 702, einer PID-Steuerung 704 und einem Strom- oder Spannungssteuerungselement 706, die wirksam über einen ersten Rückkopplungspfad 708 gekoppelt sind, umfasst das Sensorschnittstellenmodul ferner einen zweiten Rückkopplungspfad 710, der die Virtueller-Widerstand-Funktionalität (virtual resistance functionality) ermöglicht. Der zweite Rückkopplungspfad 710 umfasst ein Hochpassfilter 712, einen Multiplizierer 714 und ein Summierungselement 716, die wie gezeigt wirksam gekoppelt sind. Ein Ausgang des Multiplizierers 714 ist mit einem ersten Summierungseingang des Summierungselements 716 gekoppelt. Ein Versorgungsspannungsmodul 718 weist seinen Ausgang gekoppelt mit dem zweiten Summierungseingang auf. Der Summierungsausgang ist mit einem Eingang des Komparators 702 gekoppelt.
Bei dieser Konfiguration steuert der Ausgang der PID-Steuerung direkt das Strom- oder Spannungssteuerungselement 706 (und somit den Strom und die Spannung auf dem Ausgangsknoten 720). Somit ist das digitale Ausgangssignal der PID-Steuerung 704 direkt proportional zu dem Strom auf dem Ausgangsknoten 720. Um den Spannungsabfall zu erhalten, der durch einen tatsächlichen Widerstand R_E verursacht werden würde (wenn ein solcher Widerstand vor Ort wäre, wie in 4 gezeigt ist), multipliziert der Multiplizierer 714 den PID-Steuerungsausgang (Strom) mit einem virtuellen Widerstandswert bzw. Virtueller-Widerstand-Wert (virtual resistance value) R_EVI . Bei dem Summierungselement 716 wird dieses Produkt von dem Zielsignal subtrahiert, das durch die Versorgungsspannung 718 bereitgestellt wird. Als ein Ergebnis dieses zusätzlichen Feedbacks/virtuellen Widerstands verringert sich die Ausgabe der Modulationseinheit auf 720 proportional mit dem Stromverbrauch der Last - genauso wie es wäre, wenn ein echter Widerstand in den Strompfad eingefügt wäre. Da jedoch die Lösung von 7 den Widerstand R_E weglassen kann oder einen kleineren Widerstand R_E verwenden kann, als er vorangehend verwendet wurde, bietet die Modulationseinheit von 7 potentiell Kosteneinsparungen und Leistungseinsparungen relativ zu vorangehenden Implementierungen.
Bei dem Ausführungsbeispiel von 7 ist der virtuelle Widerstandswert R_EVI ein fester, digitaler Wert. Zum Beispiel könnte der virtuelle Widerstandswert R_EVI ein digitaler 16-Bit-Wert sein, wobei ein größerer virtueller Widerstandswert einen größeren tatsächlichen Widerstand emuliert und ein kleinerer virtueller Widerstandswert einen kleineren tatsächlichen Widerstand emuliert.
Sobald das Verhalten des Widerstand digital modelliert ist, ist es einfach, diese virtuelle Widerstandsfunktionalität für Frequenzen zu umgehen, die unter dem Frequenzbereich sind, was für die Datenübertragung für Interesse ist, oder Frequenzen, die in dem Bereich der Leitungsresonanz sind und ein Dämpfen benötigen. Wenn z. B. Daten in einem Frequenzband zwischen 100 kHz und 2 MHz übertragen werden sollen, könnte das Hochpassfilter 712 eingestellt sein, nur Frequenzen von 100 kHz oder mehr durchzulassen, derart, dass Frequenzen von weniger als 100 kHz gedämpft werden, wodurch das Produkt von dem Multiplizierer 714 zu einem Nullwert für Frequenzen von weniger als 100 kHz gemacht wird. Auf diese Weise emuliert das Hochpassfilter 712 eine Quellenimpedanz, die aus einem Widerstand, der in dem Hochfrequenzbereich dominant ist, und einer Spule besteht, die den Widerstand bei niedrigen Frequenzen umgeht. Eine andere Option wäre, das Hochpassfilter 712 durch einen Bandpass zu ersetzen, wenn eine niedrigere Impedanz bei hohen Frequenzen erwünscht ist. Im Allgemeinen ist es möglich, jede Art von Impedanz zu emulieren, die eine Frequenzabhängigkeit aufweist, die unter Verwendung eines digitalen Filters modelliert werden kann.
8 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem der virtuelle Widerstandswert R_EVI als eine Funktion (z. B. eine nichtlineare Funktion) des modulierten Stromsignals variiert, das auf 720 ausgegeben wird. Zum Beispiel kann bei einigen Ausführungsbeispielen ein höherer virtueller Widerstandswert verwendet werden, solange der modulierte Strom in einem normalen Betriebsbereich ist, und niedrigerer, virtueller Widerstandswert kann verwendet werden, wenn der modulierte Strom diesen normalen Betriebsbereich überschreitet. Dieses Merkmal kann für Sensorschnittstellen wichtig sein, da es häufig wünschenswert ist, die Versorgungsspannung des Sensors über einer bestimmten Grenze zu halten - ansonsten geht der Sensor in eine Leistung-Ein-Rücksetzung und startet neu, nachdem die Versorgung wiederhergestellt ist. Dieser Neustart des Sensors kann eine lange Initialisierungssequenz umfassen, die Selbsttests und die Übertragung einer Sequenz von Startmeldungen umfasst und während dieser Zeit ist die ECU blind, was unerwünscht ist, besonders für ein sicherheitsrelevantes System wie einen Airbag, der eine hohe Verfügbarkeit erfordert.
9 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer anderen Modulationseinheit 900, die darstellt, wie eine verstärkungsstromabhängige virtuelle Quellimpedanz verwendet werden kann, um den tolerierbaren Spannungsabfall einzuschränken. Bei diesem Beispiel empfängt ein zweiter Multiplizierer 902 ein maximales Modulationsstromsignal (I_{mod_max} ) und multipliziert es mit dem virtuellen Widerstandswert (R_EVI ). Ein spannungsabfalleinschränkendes Element 904 schränkt dann den Spannungsabfall basierend auf dem Produkt ein, das durch den zweiten Multiplizierer ausgegeben wird. In diesem Fall wird sichergestellt, dass Signale, von denen erwartet wird, dass sie durch das modulierte Stromsignal verursacht werden, durch den virtuellen Widerstand nach Bedarf beeinflusst werden, aber Signale, die den tolerierbaren Spannungsabfall überschreiten würden sehen einen Widerstand, der kontinuierlich abnimmt, mit der Zunahme der Differenz zwischen dem tatsächlichen modulierten Stromsignal und dem maximalen Modulationsstromsignal.
10 - 12 zeigen Simulationsergebnisse für einen PSI5-Empfänger, der die Modulationseinheit von 9 verwendet. Für jede dieser Figuren umfasst das obere Diagramm eine Kurve ① und eine Kurve ②. Die Kurve ① stellt die Referenzspannung dar, die als ein Leitwert für die Steuerung dient, während die Kurve ② den Ausgangswert der Modulationseinheit darstellt. Das mittlere Diagramm in diesen Figuren umfasst eine Kurve ①, die den Manchester-modulierten Strom darstellt, der durch den Sensor übertragen wird, und eine Kurve ②, die den Strom darstellt, der durch die Steuereinheit geliefert wird. Das untere Diagramm in jeder Figur ist ein Augendiagramm, wobei die Öffnung (weißer Bereich) des inneren Auges zwischen den überlagerten Empfangskurven ein Maß für die Qualität des empfangenen Signals gibt. Je größer das Auge in der x- und y-Richtung, desto besser die Empfangssignalqualität.
Das Beispiel von 10 stellt den realen Widerstand R_E und den virtuellen Widerstandswert R_EVI auf Null ein, um die Wirkung der Lastresonanz auf modulierte Ströme zu demonstrieren. Das Simulationsergebnis stellt dar, dass das Empfangen des übertragenen Musters von dem modulierten Stromsignal schwierig wird. Ferner zeigt es, dass die Sensorversorgungsspannung gleich dem Zielwert Vref vor und nach dem Regulierungsmuster ist, wenn der Sensor seinen Ruhestrom verbraucht, aber einen hohen Pegel einer höheren Frequenzverzerrung zeigt.
Das Beispiel von 11 verwendet nur den echten Widerstand R_E (d. h. der virtuelle Widerstandswert R_EVI ist auf Null eingestellt). Das Simulationsergebnis stellt dar, dass das Empfangen des übertragenen Musters von dem modulierten Stromsignal einfach ist. Ferner zeigt es, dass die Sensorversorgungsspannung während der Ruhestromverbrauchsperioden des Sensors unter dem Zielwert V_ref bleibt aufgrund des DC-Spannungsabfalls über den Widerstand R_E .
Das Beispiel von 12 verwendet einen virtuellen Widerstandswert ungleich Null ohne einen vorhandenen echten Widerstand R_E . Die Simulation stellt dar, dass das Empfangen des übertragenen Musters von dem modulierten Stromsignal einfach ist. Ferner zeigt es, dass die Sensorversorgungsspannung den Zielwert Vref während der Ruhestromverbrauchsperioden des Sensors erreicht und einen zusätzlichen Leistungsverbrauch vermeidet aufgrund des Spannungsabfalls über einen echten Widerstand in dem Stromweg.
Obwohl die Offenbarung im Hinblick auf eine oder mehrere Implementierungen gezeigt und beschrieben wurde, sind entsprechende Änderungen und Modifikationen für andere Fachleute auf dem Gebiet basierend auf dem Wesen und dem Verständnis dieser Beschreibung und den angehängten Zeichnungen offensichtlich.
Ferner wird darauf hingewiesen, dass Kennzeichnungen wie z. B. „erster“ und „zweiter“ keine Art einer Reihenfolge oder Platzierung im Hinblick auf andere Elemente implizieren; stattdessen sind „erster“ und „zweiter“ und andere ähnliche Kennzeichnungen bzw. Identifizierer nur allgemeine Identifizierer. Zusätzlich dazu wird darauf hingewiesen, dass der Ausdruck „gekoppelt“ eine direkte und eine indirekte Kopplung umfasst. Die Offenbarung umfasst alle solchen Modifikationen und Änderungen und ist nur durch den Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche eingeschränkt. Insbesondere im Hinblick auf die verschiedenen Funktionen, die durch die oben beschriebenen Komponenten ausgeführt werden (z. B. Elemente und/oder Ressourcen), sollen die Ausdrücke, die zum Beschreiben solcher Komponenten verwendet werden, außer anderweitig angegeben, jeglicher Komponente entsprechen, die die spezifizierte Funktion der beschriebenen Komponente ausführt (z. B. die funktional äquivalent ist), obwohl sie strukturell nicht äquivalent zu der offenbarten Struktur ist, die die Funktion bei den hierin dargestellten, exemplarischen Implementierungen der Offenbarung ausführt. Zusätzlich dazu, während ein bestimmtes Merkmal der Offenbarung möglicherweise im Hinblick auf nur eine von verschiedenen Implementierungen offenbart wurde, kann ein solches Merkmal mit einem oder mehreren anderen Merkmalen der anderen Implementierungen kombiniert werden, wie es erwünscht und vorteilhaft für jegliche gegebene oder bestimmte Anwendung sein kann. Zusätzlich dazu sollen die unbestimmten Artikel „einer, eine, eines“ wie sie in dieser Anmeldung und in den angehängten Ansprüchen verwendet werden, derart betrachtet werden, dass sie „ein oder mehrere“ bedeuten.
Ferner, in dem Maße, dass die Ausdrücke „umfassen“, „haben“, „hat“, „mit“ oder Varianten derselben entweder in der detaillierten Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, sollen solche Ausdrücke auf eine Weise ähnlich zu dem Ausdruck „aufweisen“ einschließend sein.

Claims

Sensorschnittstellenmodul (102), das folgende Merkmale aufweist: einen Komparator (414) mit einem ersten Komparatoreingang, einem zweiten Komparatoreingang und einem Komparatorausgang; ein Strom- oder Spannungssteuerungselement mit einem Steueranschluss, der mit dem Komparatorausgang gekoppelt ist und einen Ausgang aufweist, der ausgebildet ist, ein moduliertes Strom- oder ein moduliertes Spannungssignal zu einem Ausgang des Sensorschnittstellenmoduls zu liefern; einen ersten Rückkopplungspfad, der den Ausgang des Strom- oder Spannungssteuerungselements mit dem ersten Komparatoreingang koppelt; ein Summierungselement (716), das einen ersten Summierungseingang, einen zweiten Summierungseingang und einen Summierungsausgang aufweist, wobei der Summierungsausgang mit dem zweiten Komparatoreingang gekoppelt ist; ein Versorgungsspannungsmodul (718), das ausgebildet ist, ein Versorgungsspannungssignal zu dem ersten Summierungseingang zu liefern; und einen zweiten Rückkopplungspfad, der den Komparatorausgang mit dem zweiten Summierungseingang koppelt.
Sensorschnittstellenmodul (102) gemäß Anspruch 1, das ferner ein Virtueller-Widerstand-Element auf dem zweiten Rückkopplungspfad aufweist.
Sensorschnittstellenmodul (102) gemäß Anspruch 2, bei dem das Virtueller-Widerstand-Element folgendes Merkmal aufweist: einen Multiplizierer (714), der auf dem zweiten Rückkopplungspfad angeordnet ist, wobei der Multiplizierer ausgebildet ist, ein multipliziertes Signal zu dem zweiten Summierungseingang basierend auf einer Multiplikation eines Signals auf dem zweiten Rückkopplungspfad mit einem virtuellen Widerstandswert bereitzustellen.
Sensorschnittstellenmodul (102) gemäß Anspruch 3, bei dem der virtuelle Widerstandswert ein fester, vorbestimmter Wert ist.
Sensorschnittstellenmodul (102) gemäß Anspruch 3, bei dem sich der virtuelle Widerstandswert als eine Funktion des Signals auf dem ersten Rückkopplungspfad ändert.
Sensorschnittstellenmodul (102) gemäß Anspruch 3, bei dem der virtuelle Widerstandswert an einer ansteigenden oder abfallenden Flanke des modulierten Strom- oder modulierten Spannungssignals geändert wird.
Sensorschnittstellenmodul (102) gemäß Anspruch 3, bei dem sich der virtuelle Widerstandswert nichtlinear basierend auf dem Signal auf dem ersten Rückkopplungspfad ändert.
Sensorschnittstellenmodul (102) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, das ferner folgendes Merkmal aufweist: ein Hochpassfilter stromaufwärts oder stromabwärts von dem Multiplizierer auf dem zweiten Rückkopplungspfad.
Sensorschnittstellenmodul (102) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 8, das ferner folgendes Merkmal aufweist: ein Spannungsabfall-Einschränkungselement stromaufwärts oder stromabwärts von dem Multiplizierer auf dem zweiten Rückkopplungspfad und konfiguriert, um einen Spannungsabfall einzuschränken.
Sensorschnittstellenmodul (102) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 9, das ferner folgende Merkmale aufweist: einen zweiten Multiplizierer, der ausgebildet ist, ein zweites multipliziertes Signal basierend auf dem virtuellen Widerstandswert und einem Stromschwellenwert bereitzustellen; und ein Spannungsabfall-Einschränkungselement stromabwärts von dem Multiplizierer auf dem zweiten Rückkopplungspfad und ausgebildet, um einen Spannungsabfall basierend auf dem zweiten, multiplizierten Signal einzuschränken.
Sensorschnittstellenmodul (102) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, das ferner folgendes Merkmal aufweist: eine PID-Steuerung (416), die einen PID-Eingang und einen PID-Ausgang aufweist, wobei der PID-Eingang mit dem Komparatorausgang gekoppelt ist und der PID-Ausgang mit dem Steueranschluss des Strom- oder Spannungssteuerungselement gekoppelt ist.
Sensorschnittstellenmodul (102) gemäß Anspruch 11, bei dem das Strom- oder Spannungssteuerungselement folgendes Merkmal aufweist: ein erstes und zweites Variabler-Strom-Element, die in Reihe auf einem Strompfad angeordnet sind; wobei die Steueranschlüsse des ersten und zweiten Variabler-Strom-Elements mit dem Ausgang der PID-Steuerung (416) gekoppelt sind und wobei der Ausgang des Strom- oder Spannungssteuerungselements auf dem Strompfad zwischen dem ersten und zweiten Variabler-Strom-Element angeordnet ist.