DE102013212424A1

DE102013212424A1 - Schaltung, Taster und Verfahren zum Bestimmen eines Oszillationsverhaltens

Info

Publication number: DE102013212424A1
Application number: DE102013212424.4A
Authority: DE
Inventors: Thomas Luber
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2015-01-15
Also published as: WO2014206664A1; US20160139197A1; CN105359416A

Abstract

Eine Schaltung (100) umfasst zumindest einem oszillationsfähigen Schaltungsabschnitt (110), wobei der Schaltungsabschnitt (110) ein Schaltungsbauteil (120) umfasst, welches derart durch einen äußeren Einfluss beeinflussbar ist, dass ein Oszillationsverhalten des Schaltungsabschnitts (110) durch den äußeren Einfluss veränderbar ist. Die Schaltung (100) ist dabei ferner dazu ausgebildet, das Oszillationsverhalten des Schaltungsabschnitts (110) durch ein Abtasten bei einer Mehrzahl von vorgegebenen Frequenzen zu bestimmen. Hierdurch kann es möglich sein, einen Kompromiss hinsichtlich Herstellung und Implementierung einer solchen Schaltung zu verbessern.

Description

Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Schaltung, einen Taster und ein Verfahren zum Bestimmen eines Oszillationsverhaltens.
In vielen Bereichen der Technik besteht die Herausforderung, einen äußeren Einfluss zu erfassen. Ein Beispiel stellen Sensoren dar, die beispielsweise eine Annäherung eines Objekts an ein anderes Objekt zu erfassen vermögen. Bei einem solchen Sensor kann es sich beispielsweise um einen Annäherungssensor, einen Taster oder einen anderen entsprechenden Sensor handeln. Diese können so eine Schaltung umfassen, welche den äußeren Einfluss erfassbar machen. Entsprechende Taster kommen beispielsweise im Bereich von Tastaturen, im Fahrzeugbereich, im Anlagenbau und anderen Disziplinen des Maschinenbaus zum Einsatz.
So werden beispielsweise für sicherheitskritische Anwendungen in Fahrzeugen Taster eingesetzt. Bei diesen kann es ratsam sein, dass sie eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen und gegebenenfalls diagnostizierbar sind. Dies kann bei einfachen elektrischen Kontakten gegebenenfalls mit technisch einfachen Mitteln nur schwer möglich sein, da die Kontakte beispielsweise verschleißen können. Gleiches kann auch für eine Diagnose auf Vorliegen eines Kurzschlusses oder einer Unterbrechung gelten.
Die EP 1 424 250 A2 bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Abfrage des Verriegelungszustandes eines Gurtschlosses für Fahrzeuge. Die Abfragevorrichtung arbeitet mit einem Sensor, der eine Induktivitäts- oder Koppelfaktoränderung direkt misst. Bei einer solchen Lösung kann jedoch gegebenenfalls ein individueller Abgleich erforderlich sein.
Ähnliche Herausforderungen bestehen nicht nur im Bereich von Gurtschlössern und anderen Anwendungen im Automobilbereich, sondern auch in anderen Gebieten der Technik. Zu diesen zählen beispielsweise auch der Anlagenbau, der Maschinenbau und andere Bereiche der Technik.
Es besteht daher ein Bedarf, einen Kompromiss hinsichtlich Herstellung und Implementierung für solche Anwendungen zu verbessern. Diesem Bedarf tragen eine Schaltung gemäß Patentanspruch 1, ein Taster gemäß Patentanspruch 14 sowie ein Verfahren gemäß Patentanspruch 15 Rechnung.
Bei einem Ausführungsbeispiel einer Schaltung mit zumindest einem oszillationsfähigen Schaltungsabschnitt umfasst dieser ein Schaltungsbauteil, das derart durch einen äußeren Einfluss beeinflussbar ist, sodass ein Oszillationsverhalten des Schaltungsabschnitts durch den äußeren Einfluss veränderbar ist. Die Schaltung ist dabei ferner dazu ausgebildet, das Oszillationsverhalten des Schaltungsabschnitts durch ein Abtasten bei einer Mehrzahl von vorgegebenen Frequenzen zu bestimmen.
Einem Ausführungsbeispiel liegt so die Erkenntnis zugrunde, dass ein Kompromiss hinsichtlich Herstellung und Implementierung verbessert werden kann, indem die Schaltung gerade so ausgebildet ist, um das Oszillationsverhalten des Schaltungsabschnitts durch ein Abtasten bei einer Mehrzahl von vorgegebenen Frequenzen zu bestimmen. Hierdurch kann es gegebenenfalls möglich sein, mit vergleichsweise einfachen technischen Mitteln eine Anpassung der Schaltung an die konkrete Anwendung entfallen zu lassen, indem die Mehrzahl von vorgegebenen Frequenzen so in einem Frequenzbereich angeordnet sind, dass gegebenenfalls unabhängig von einer individuellen Anpassung einer einzelnen Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel das durch den äußeren Einfluss beeinflusste Oszillationsverhalten von der Schaltung bestimmt und so gegebenenfalls auf den äußeren Einfluss zurückschließbar ist.
Der oszillationsfähige Schaltungsabschnitt kann beispielsweise einen elektrischen Schwingkreis umfassen oder von diesem gebildet sein. Bei einem elektrischen Schwingkreis handelt es sich hierbei um eine resonanzfähige elektrische Anordnung, die typischerweise ein induktives Schaltungselement und ein kapazitives Schaltungselement umfasst. Diese sind so verschaltet, dass sie eine elektrische Schwingung ausführen können.
Das induktive Schaltungselement wie auch das kapazitive Schaltungselement können hierbei durch einzelne Schaltungselemente, jedoch auch durch eigene Schaltungen gebildet werden, die eine Abhängigkeit ihrer Impedanz (Wechselstromwiderstand) von einer an ihnen anliegenden Frequenz aufweist, die einer Spule oder einer Kapazität ähnlich sind. So kann beispielsweise ein induktives Schaltungselement eine betragsmäßig mit der Frequenz steigende Impedanz, ein kapazitives Schaltungselement eine betragsmäßig mit der Frequenz fallende Impedanz aufweisen. Dieses Verhalten kann beispielsweise im Falle eines induktiven Schaltungselements linear oder im Wesentlichen linear, jedoch auch polynomial oder einer komplexeren Beziehung folgend ausgestaltet sein. Entsprechend kann das Verhalten auch im Fall eines kapazitiven Schaltungselements im Wesentlichen invers proportional, also beispielsweise linear oder im Wesentlichen linear invers proportional sein, jedoch auch hier einem gebrochen rationalen oder komplexerem Verhalten folgen. Ergänzend oder alternativ kann das Impedanzverhalten auch eine gegebenenfalls von der Frequenz abhängige Phasenverschiebung umfassen, wie dies beispielsweise bei einer Spule als einem Beispiel eines induktiven Schaltungselements oder einem Kondensator als einem Beispiel eines kapazitiven Schaltungselements der Fall ist.
Das Oszillationsverhalten umfasst hierbei ein Verhalten eines Signals hinsichtlich seiner Stärke als Funktion der an dem Schaltungsbauteil oder dem Schaltungsabschnitt anliegenden oder dort herrschenden Frequenz. Das Oszillationsverhalten kann daher gegebenenfalls durch eine Bestimmung oder Erfassung der Signalstärke bei den Frequenzen der Mehrzahl von vorgegebenen Frequenzen bestimmbar sein. Dies umfasst insbesondere auch die Möglichkeit einer approximativen Bestimmung, wie sie durch eine entsprechende Bestimmung an einigen wenigen, beispielsweise nur bei zwei Frequenzen, jedoch auch bei mehreren Frequenzen durchführbar ist.
Das Schaltungsbauteil ist hierbei durch den äußeren Einfluss beeinflussbar, also beispielsweise hinsichtlich seines Impedanzverlaufs als Funktion der Frequenz änderbar oder ansteuerbar. Bei dem Schaltungsbauteil kann es sich beispielsweise um ein induktives Schaltungselement handeln, bei dem auf den äußeren Einfluss hin eine Änderung einer Induktivität und damit eine Änderung der Impedanz einhergeht. In einem solchen Fall kann der äußere Einfluss beispielsweise eine Annäherung oder ein Entfernen eines die Induktivität des induktiven Schaltungselements beeinflussenden Objekts umfassen.
Bei dem Schaltungsbauteil kann es sich ebenso beispielsweise um ein kapazitives Schaltungselement handeln, bei dem auf den äußeren Einfluss hin zu einer Änderung eines Kapazitätswertes und damit ebenso zu einer Änderung der Impedanz kommt. In einem solchen Fall kann der äußere Einfluss beispielsweise eine Bewegung eines Dielektrikums umfassen, durch die der Kapazitätswert der Kapazität verändert wird. Ebenso kann es sich beispielsweise jedoch auch um eine Veränderung eines Abstands einer Elektrode des kapazitives Schaltungselements von einer anderen Elektrode des kapazitives Schaltungselements handeln. Auch hierdurch kann so der Kapazitätswert des kapazitiven Schaltungselements beeinflusst und so eine Änderung der Impedanz des kapazitiven Schaltungselements hervorgerufen werden.
Bei dem Schaltungsbauteil kann es sich jedoch ebenso um ein resistives Schaltungselement handeln, also beispielsweise um einen Widerstand, der auf den äußeren Einfluss hin seinen Widerstandswert und damit seine Impedanz ändert. Je nach konkreter Implementierung kann dies beispielsweise durch eine mechanische Verformung des Widerstandes, durch eine magnetische Beeinflussung des Widerstandes und/oder durch eine thermische Beeinflussung des Widerstandes bzw. eines entsprechenden resistiven Schaltungselements geschehen. Auch hierdurch kann sein Impedanzwert verändert und somit ein Oszillationsverhalten des oszillationsfähigen Schaltungsabschnitts verändert werden.
Die Veränderung des Oszillationsverhaltens durch den äußeren Einfluss kann hierbei optional gegebenenfalls reversibel sein, kann jedoch gegebenenfalls ein hysteretisches Verhalten aufweisen. Liegt so beispielsweise bei einem ersten Zustand des äußeren Einflusses ein erstes Oszillationsverhalten des Schaltungsabschnittes vor und wird der erste Zustand in einem zweiten Zustand des äußeren Einflusses verändert, sodass ein von dem ersten Oszillationsverhalten verschiedenes zweites Oszillationsverhalten von dem Schaltungsabschnitt angenommen wird, kann durch eine anschließende Rückkehr zu dem ersten Zustand des äußeren Einflusses wiederum das erste Oszillationsverhalten oder ein dem ersten Oszillationsverhalten zumindest ähnliches drittes Oszillationsverhalten angenommen werden. Der letztere Fall kann hierbei dem Vorliegen eines hysteretischen Verhaltens entsprechen, während der erste Fall einem nicht hysteretischen bzw. einem hysteretischen Verhalten außerhalb der Hysterese entspricht.
Optional kann die Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet sein, um die Mehrzahl von vorgegebenen Frequenzen unabhängig von dem Oszillationsverhalten des Schaltungsabschnitts bereitzustellen. So können die Frequenzen der Mehrzahl von Frequenzen beispielsweise festgelegt werden, noch bevor das konkrete Oszillationsverhalten des Schaltungsabschnitts bei Vorliegen eines vorbestimmten oder definierten Zustands des äußeren Einflusses vollständig bekannt ist. Hierdurch kann es also beispielsweise möglich sein, die Frequenzen der Mehrzahl von Frequenzen unabhängig von Bauteil- und anderen Toleranzen des Schaltungsabschnitts zu wählen und so ein konkrete Abstimmung der Schaltung an ihren Schaltungsabschnitt zu umgehen, zumindest jedoch zu vereinfachen. Ebenso kann es so gegebenenfalls möglich sein, das Verhalten der Schaltung gegenüber Veränderungen der Betriebsparametern unempfindlicher zu machen. So können gegebenenfalls Alterungs-, Temperaturveränderungen oder auch andere Veränderungen der Betriebsparameter einen geringeren Einfluss auf die erzielbare Genauigkeit haben. So kann das Oszillationsverhalten des Schaltungsabschnitts beispielsweise systematischer bestimmt werden.
Ergänzend oder alternativ kann die Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel ferner einen Frequenzgenerator umfassen, der ausgebildet ist, um dem Schaltungsabschnitt die Mehrzahl von vorgegebenen Frequenzen bereitzustellen. Durch das Vorsehen des Frequenzgenerators kann es so gegebenenfalls möglich sein, dem Schaltungsabschnitt die einzelnen Frequenzen der Mehrzahl von Frequenzen in einer kontrollierteren Art und Weise bereitzustellen und so gegebenenfalls eine genauere Bestimmung des Oszillationsverhaltens zu ermöglichen.
Der Frequenzgenerator kann hierbei dem Schaltungsabschnitt gegebenenfalls ein Frequenzsignal bereitstellen, welches eine zeitliche Abfolge von Teilsignalen umfasst, wobei den Teilsignalen im Wesentlichen jeweils eine Frequenz der Mehrzahl von Frequenzen zugeordnet ist. Die betreffende Frequenz der Mehrzahl von Frequenzen kann hierbei beispielsweise einer Grundfrequenz des betreffenden Teilsignals entsprechen.
Optional können die Frequenzen der Mehrzahl von Frequenzen in einem Frequenzbereich, in dem die Frequenzen der Mehrzahl von Frequenzen liegen, beispielsweise äquidistant angeordnet sein. Anders ausgedrückt können die Frequenzen der Mehrzahl von Frequenzen, sofern diese wenigstens drei unterschiedliche Frequenzen umfassen, beispielsweise so in dem Frequenzbereich liegen, dass eine Differenz jeweils zweier Frequenzen der Mehrzahl von Frequenzen betragsmäßig einem kleinsten absoluten Frequenzunterschied aller Frequenzen der Mehrzahl von Frequenzen oder einem ganzzahligen Vielfachen desselben entspricht.
Wie nachfolgend noch erläutert werden wird, kann optional der Frequenzgenerator beispielsweise als Teil einer programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt sein, also beispielsweise von einer solchen umfasst sein. So kann der Frequenzgenerator beispielsweise eine digitale Schnittstelle einer programmierbaren Hardwarekomponente umfassen, an der ein Taktsignal als das Frequenzsignal mit einer gezielt veränderbaren, steuerbaren oder regelbaren Frequenz abgebbar ist. Das Frequenzsignal kann so beispielsweise ein Rechtecksignal verschiedener Frequenzen umfassen. Eine solche programmierbare Hardwarekomponente kann beispielsweise von einem Prozessor, einem Mikrokontroller (µController, µC, MCU), einem digitalen Signalprozessor (DSP) oder einer anderen entsprechenden Hardware, wie sie weiter unten noch erläutert wird, gebildet werden. Hierdurch kann es gegebenenfalls möglich sein, eine Herstellung schon aufgrund einer reduzierten Teilanzahl zu vereinfachen. Ergänzend oder alternativ kann es gegebenenfalls ebenso möglich sein, eine größere Flexibilität hinsichtlich des Einsatzes und/oder einer Bestimmung des Oszillationsverhaltens zu ermöglichen. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann jedoch der Frequenzgenerator auch als separate analoge, digitale oder hybride Baueinheit oder Schaltung ausgeführt sein.
Ergänzend oder alternativ kann die Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispielen ferner eine Auswerteeinheit umfassen, die mit dem Schaltungsabschnitt gekoppelt und ausgebildet ist, um über die Kopplung bei Frequenzen der Mehrzahl von vorgegebenen Frequenzen mindestens jeweils eine Signalstärke des Schaltungsabschnitts zu erfassen. Hierdurch kann es gegebenenfalls möglich sein, die Bestimmung des Oszillationsverhaltens zu vereinfachen. Optional kann die Auswerteeinheit – ebenso wie der Frequenzgenerator – als Teil einer gegebenenfalls implementierten programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt sein. Hierdurch kann es gegebenenfalls möglich sein, gegebenenfalls auch komplexere Bestimmungsverfahren einzusetzen, über welche eine genauere und/oder schnellere Bestimmung des Oszillationsverhaltens möglich sein kann. Selbstverständlich kann aber auch die Auswerteeinheit als separate Schaltung oder Baugruppe ausgeführt sein. Sie kann digital, analog oder hybrid implementiert sein. Im Falle einer digitalen oder hybriden Implementierung kann die Auswerteeinheit beispielsweise einen Analog/Digital-Wandler (ADC; Analog Digital Converter) umfassen.
Ist beispielsweise die Auswerteeinheit ebenso im Rahmen einer programmierbaren Hardwarekomponente implementiert, kann es gegebenenfalls möglich sein, durch eine Zuordnung, beispielsweise in Form einer Tabelle oder einer Matrix, den einzelnen Frequenzen der Mehrzahl von Frequenzen jeweils eine Signalstärke zuzuordnen und so eine Frequenz/Signalstärke-Zuordnung zu erhalten. Auf Basis dieser Frequenz/Signalstärke-Zuordnung kann dann gegebenenfalls auch ein komplexerer Bestimmungsalgorithmus umgesetzt und implementiert werden. Anders ausgedrückt können beispielsweise in einem Speicher der Auswerteeinheit oder einem dieser zugeordneten Speicher Frequenz-Signalstärke-Wertepaare abgelegt bzw. abgespeichert sein, auf Basis derer dann die Bestimmung des Oszillationsverhaltens durch die Auswerteeinheit durchgeführt wird.
Die Signalstärke kann beispielsweise eine elektrische Messgröße darstellen oder diese umfassen, wie beispielsweise eine Spannung oder eine Stromstärke. Die Signalstärke kann – je nach eingesetzter Erfassungstechnik – beispielsweise auch eine differentielle Größe bzw. eine Näherung derselben darstellen.
Optional kann bei einem solchen Ausführungsbeispiel einer Schaltung die Auswerteeinheit dazu ausgebildet, um ein Extremum des Oszillationsverhaltens basierend auf den erfassten Signalstärken zu bestimmen. Hierdurch kann es gegebenenfalls möglich sein, eine für das Oszillationsverhalten charakteristische Information zu bestimmen und so das Bestimmen oder auch die weitere Verwendung des bestimmten Oszillationsverhaltens vereinfacht werden. So weist beispielsweise das Oszillationsverhalten häufig bei seiner Resonanzfrequenz, also der Frequenz bei der der Schaltungsabschnitt in Resonanz ist, ein lokales oder globales Extremum auf. Das Extremum kann beispielsweise ein (lokales oder globales) Maximum oder ein Minimum sein. Selbstverständlich kann hierbei eine Genauigkeit bezüglich der Lage bzw. Frequenz des bestimmten Extremums von konkreten Parametern des betreffenden Ausführungsbeispiels abhängen.
Bei einem solchen Ausführungsbeispiel kann die Mehrzahl von vorgegebenen Frequenzen optional wenigstens eine erste Frequenz, eine zweite Frequenz und eine dritte Frequenz umfassen, die optional voneinander verschieden sein können. Hierbei kann eine zweite Signalstärke bei der zweiten Frequenz größer oder kleiner sein als eine erste Signalstärke bei der ersten Frequenz und eine dritte Signalstärke bei der dritten Frequenz. Die erste Frequenz ist dabei kleiner als die zweite Frequenz und die dritte Frequenz größer als die zweite Frequenz. Die Auswerteeinheit kann hierbei ausgebildet sein, um das Extremum des Oszillationsverhaltens wenigstens basierend auf der ersten, der zweiten und der dritten Signalstärke durch ein Interpolieren zu bestimmen. Hierdurch kann es möglich sein, durch die eingesetzte Interpolation eine Genauigkeit der Bestimmung der Lage des Extremums – und damit gegebenenfalls der Resonanzfrequenz – zu verbessern. Ebenso kann es jedoch auch möglich sein, eine Zahl der zu erfassenden Signalstärken und damit eine Zahl der Frequenzen der Mehrzahl von Frequenzen zu reduzieren und so eine höhere Bestimmungsgeschwindigkeit und/oder eine höhere Genauigkeit zu erzielen.
Ergänzend oder alternativ kann bei einem Ausführungsbeispiel ein erster Betriebszustand einem ersten Frequenzbereich und ein zweiter Betriebszustand einem zweiten Frequenzbereich zugeordnet sein. In einem solchen Fall kann die Auswerteeinheit ferner ausgebildet sein, um auf das Vorliegen des ersten Betriebszustandes oder des zweiten Betriebszustandes zu schließen, wenn eine Frequenz des Extremums in dem dem ersten Betriebszustand zugeordneten Frequenzbereichen liegt. Entsprechend kann die Auswerteeinheit ausgebildet sein, um auf das Vorliegen des zweiten Betriebszustands zu schließen, wenn die Frequenz des Extremums in dem dem zweiten Betriebszustand zugeordneten Frequenzbereichen liegt. Hierdurch kann es gegebenenfalls möglich sein, eine vergleichsweise einfache und/oder gegebenenfalls gegenüber Veränderungen der Betriebsparameter und/oder der Parameter der Schaltung robuste Bestimmung von Betriebszuständen derselben zu ermöglichen, indem gerade eine Lage der Frequenz des Extremums, also beispielsweise der Resonanzfrequenz, bezogen auf mehrere Frequenzbereiche herangezogen wird. Die Frequenzbereiche können hierbei unterschiedlich sein, also einander nicht hinsichtlich von Frequenzwerten überlappen. Hierdurch kann so die Lage des Extremums (Frequenz) eindeutig Aufschluss über den vorliegenden Betriebszustand geben. Hierdurch kann so gegebenenfalls eine klare und eindeutige Bestimmung des Betriebszustandes der Schaltung bzw. des Schaltungsabschnitts möglich sein. Neben dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand kann die Auswerteeinheit selbstverständlich ebenso ausgebildet sein, um auf das Vorliegen von weiteren Betriebszuständen zu schließen, denen ebenso entsprechende Frequenzbereiche zugeordnet sind.
Optional kann bei einer Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel diese ausgebildet sein, um von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand und anschließend von dem zweiten Betriebszustand in den ersten Betriebszustand zu wechseln. Anders ausgedrückt kann die Schaltung und ihrer Komponenten damit gerade so ausgebildet sein, dass diese ein reversibles Wechseln zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebszustand ermöglicht. Dies kann beispielsweise durch die bereits zuvor erläuterte reversible Beeinflussung des Schaltungsbauteils des oszillationsfähigen Schaltungsabschnitts der Schaltung geschehen. Eine Schaltung gemäß einem solchen Ausführungsbeispiel kann so gegebenenfalls nicht nur ein einzelnes Wechseln des Betriebszustands, sondern zumindest ein mehrmaliges Wechseln zwischen den einzelnen Betriebszuständen zu erfassen gestatten. Eine Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel kann so beispielsweise mehrfach den Wechsel zwischen den Betriebszuständen ohne einen Eingriff in Form einer Wartung oder einer Reparatur ermöglichen.
Optional kann bei einer Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel die Auswerteeinheit ergänzend oder alternativ ausgebildet sein, um auf ein Vorliegen eines von einem Betriebszustand abweichenden Fehlerzustandes des Schaltungsabschnitts zu schließen und ein Fehlersignal auszugeben, welches eine Information über das Vorliegen des Fehlerzustandes des Schaltungsabschnitts aufweist, wenn der Fehlerzustand vorliegt. Hierdurch kann es möglich sein, eine Betriebssicherheit der Schaltung oder auch des Systems, welches die Schaltung umfasst, zu erhöhen, da die Schaltung im Falle des Vorliegens des Fehlerzustands das System hierüber informiert. Dies kann beispielsweise in sicherheitskritischen oder -relevanten Anwendungen eine Betriebssicherheit verbessern, wenn das Vorliegen des Fehlerzustands registriert werden kann. Ein solcher Fehlerzustand kann beispielsweise das Schaltungsbauteil selbst betreffen. Es kann so die Möglichkeit geschaffen werden, einen normalen Betriebszustand von einem Fehlerzustand zu unterscheiden.
Optional kann die Auswerteeinheit bei einem solchen Ausführungsbeispiel ausgebildet sein, um auf das Vorliegen des Fehlerzustands zu schließen, wenn ein maximaler und/oder ein minimaler Wert der erfassten Signalstärke eine vorbestimmte Bedingung erfüllt. Hierdurch kann es also möglich sein, unabhängig von einer von der Frequenz des Oszillationsverhalten abhängigen Größe auf das Vorliegen des Fehlerzustands zu schließen. Hierdurch kann es also gegebenenfalls möglich sein, einen Fehlerzustand zu erkennen, der sich nicht, nur unmerklich oder zumindest nicht signifikant hinsichtlich der Frequenz in dem Oszillationsverhalten niederschlägt.
Die vorbestimmte Bedingung kann beispielsweise dann erfüllt sein, wenn ein eine vorbestimmte Grenzsignalstärke über- oder unterschritten wird. Ein Fehlerzustand kann so gegebenenfalls von einem normalen Betriebszustand unterschieden als solcher erkannt werden. Ein solcher Fehlerzustand kann beispielsweise einen Kurzschluss oder eine Stromkreisunterbrechung (Lastabriss) umfassen.
Ergänzend oder alternativ kann eine Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Schaltungsabschnitt ein Diagnosebauteil umfassen, das ausgebildet ist, um selbst bei einem Kurzschluss oder bei einer Überbrückung des Schaltungsbauteils eine Oszillationsfähigkeit des Schaltungsabschnitts mit einer Frequenz des Extremums des Oszillationsverhaltens aufrechtzuerhalten, die eine vorbestimmte weitere Bedingung erfüllt. Die Auswerteeinheit kann hierbei ferner ausgebildet sein, um auf das Vorliegen des Fehlerzustandes oder eines weiteren Fehlerzustandes zu schließen, wenn die vorbestimmte weitere Bedingung erfüllt ist. Sie kann in diesem Fall optional das Fehlersignal bereitstellen, das eine Information hinsichtlich des Vorliegens des Fehlerzustands bzw. des weiteren Fehlerzustands umfasst. Hierdurch kann es möglich sein, auch einen solchen Fehlerzustand als solchen zu erkennen, bei dem ohne das Diagnosebauteil eine Schwingfähigkeit des Schaltungsabschnitts gegebenenfalls nicht mehr gegeben ist. Auch hierdurch kann so gegebenenfalls eine Betriebssicherheit der Schaltung bzw. eines diese umfassenden Systems verbessert werden.
Die weitere Bedingung kann beispielsweise dann erfüllt sein, wenn die Frequenz des Extremums eine vorbestimmte Grenzfrequenz über- und/oder unterschreitet. Je nach der konkreten Ausgestaltung und den relevanten Signal kann das Diagnosebauteil beispielsweise parallel oder seriell zu dem Schaltungsbauteil geschaltet sein.
Anders ausgedrückt kann hierdurch gegebenenfalls erreicht werden, dass auch in einem solchen Fehlerfall innerhalb des Frequenzbereichs, in dem alle Frequenzen der Mehrzahl von Frequenzen liegt, ein Extremum existiert und detektierbar ist. Ein solcher Fehlerfall kann – je nach konstruktiver Ausgestaltung eines Ausführungsbeispiels – in Form eines Kurzschlusses oder einer Unterbrechung vorliegen. Das Diagnosebauteil kann beispielsweise ebenso wie das Schaltungsbauteil ausgestaltet sein, also beispielsweise ebenso als induktives Schaltungselement implementiert sein, wenn auch das Schaltungsbauteil als induktives Schaltungselement umgesetzt ist. Gleiches gilt ebenso für kapazitive und resistive Schaltungselemente.
Eine Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ferner einen oszillationsfähigen weiteren Schaltungsabschnitt umfassen, wobei die Auswerteeinheit ferner ausgebildet ist, um ein weiteres Oszillationsverhalten des weiteren Schaltungsabschnitts durch das Abtasten der Mehrzahl von vorbestimmten Frequenzen zu bestimmen. Die Auswerteeinheit kann darüber hinaus ausgebildet sein, um durch ein Vergleichen des Oszillationsverhaltens mit dem weiteren Oszillationsverhalten auf eine Veränderung eines Parameters des Schaltungsabschnitts zu schließen. Hierdurch kann es gegebenenfalls möglich sein, eine Veränderung des Oszillationsverhaltens auf einen Parameter des Schaltungsabschnitts zurückzuführen, welcher gegebenenfalls ohne eine Implementierung des weiteren Schaltungsabschnitts von der Auswerteeinheit einem äußeren Einfluss bzw. einem Betriebszustand zugeordnet würde, der von dem tatsächlich vorliegenden äußeren Einfluss bzw. dem tatsächlich vorliegenden Betriebszustand der Schaltung abweichen würde. Anders ausgedrückt kann durch den Einsatz des weiteren Schaltungsabschnitts und der entsprechend ausgebildeten Auswerteeinheit gegebenenfalls eine Bestimmungsgenauigkeit hinsichtlich des äußeren Einflusses bzw. eines entsprechenden Betriebszustands verbessert werden. Eine entsprechende Veränderung eines Parameters des Schaltungsabschnitts kann beispielsweise auf veränderte Betriebsparameter der Schaltung, also beispielsweise auf eine veränderte Betriebstemperatur, oder auch auf eine Alterung der Komponenten der Schaltung zurückzuführen sein. Die Auswerteeinheit kann in einem solchen Fall optional ferner ausgebildet sein, um einen Effekt der Veränderung des Parameters wenigstens teilweise oder vollständig zu kompensieren. Anders ausgedrückt kann es sich bei der Veränderung des Parameters der Schaltungsanordnung also um eine Driftabhängigkeit innerhalb der Schaltung, also eine zeitliche oder durch einen anderen Parameter hervorgerufene Veränderung eines Parameters einer Komponente oder mehrerer Komponenten des Schaltungsabschnitts handeln.
So kann der weitere Schaltungsabschnitt und der Schaltungsabschnitt ähnlich oder sogar im Wesentlichen identisch ausgeführt sein, sich jedoch hinsichtlich der Beeinflussbarkeit des Schaltungsbauteils durch den äußeren Einfluss unterscheiden. Je nachdem, ob der weitere Schaltungsabschnitt sich von dem Schaltungsabschnitt hinsichtlich des Schaltungsbauteils und seiner Beeinflussbarkeit durch den äußeren Einfluss unterscheidet, kann die Auswerteeinheit gegebenenfalls ein im Wesentlichen konstantes weiteres Oszillationsverhalten detektieren, welches gerade nicht oder zumindest nicht wesentlich von dem äußeren Einfluss verändert wird. Alternativ kann selbstverständlich auch die Auswerteeinheit quasi parallel zu dem Oszillationsverhalten des Schaltungsabschnitts auch das weitere Oszillationsverhalten des weiteren Schaltungsabschnitts bestimmen und so parallel eine zweite Bestimmung des äußeren Einflusses und damit gegebenenfalls des Betriebszustands der Schaltung vornehmen.
Optional kann eine Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel ferner einen Gleichrichterabschnitt umfassen, der mit dem Schaltungsabschnitt derart gekoppelt und ausgebildet ist, um der Auswertereinheit ein Erfassen der jeweils einen Signalstärke des Schaltungsabschnitts zu ermöglichen, die abhängig von einer Amplitude der Oszillation des Schaltungsabschnitts bei der betreffenden Frequenz der Mehrzahl von Frequenzen ist. Hierdurch kann es gegebenenfalls möglich sein, eine einfachere Erfassung der Signalstärken und damit eine einfachere Bestimmung des Oszillationsverhaltens zu implementieren. Hierdurch kann es insgesamt gegebenenfalls möglich sein, einen Kompromiss zwischen Leistungsfähigkeit der Schaltung, einfache Herstellung und Implementierung gegebenenfalls weiter zu verbessern. Je nach konkreter Ausgestaltung kann der Gleichrichterabschnitt parallel oder seriell in Bezug auf den Schaltungsabschnitt geschaltet sein.
Selbstverständlich kann auch im Falle einer Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei der ein weiterer Schaltungsabschnitt implementiert ist, auch diese über einen weiteren Schaltungsabschnitt mit der Auswerteeinheit gekoppelt sein. Dieser kann im Wesentlichen identisch, jedoch auch unterschiedlich zu dem Gleichrichterabschnitt des Schaltungsabschnitts implementiert sein.
Ein Taster gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel sowie einen beweglichen, zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Betätiger. Der Betätiger ist hierbei gerade so angeordnet und ausgebildet, dass ein Betätigen desselben den äußeren Einfluss bewirkt. Hierdurch kann die Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel in der Lage sein, eine Bewegung des Betätigers zu detektieren. Die Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel kann hierbei beispielsweise eine im Wesentlichen kontaktlose Erfassung der Bewegung des Betätigers ermöglichen, wodurch ein Taster gemäß einem Ausführungsbeispiel gegebenenfalls eine längere Lebensdauer und/oder eine höhere Betriebssicherheit aufweisen kann.
Ein Taster gemäß einem Ausführungsbeispiel sowie eine Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel können beispielsweise bei einem Fahrzeug, beispielsweise einem Kraftfahrzeug, einem Nutzfahrzeug, einer Landmaschine, einer Baumaschine oder einem ähnlichen Fahrzeug oder Maschine zum Einsatz kommen. Ebenso kann ein Taster gemäß einem Ausführungsbeispiel sowie eine Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel im Rahmen einer Tastatur oder einer anderen Bedienoberfläche verwendet werden.
Ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Bestimmen eines Oszillationsverhaltens eines oszillationsfähigen Schaltungsabschnitts einer Schaltung umfasst ein Beeinflussen eines von dem Schaltungsabschnitt umfassten Schaltungsbauteils durch einen äußeren Einfluss, sodass das Oszillationsverhalten des Schaltungsabschnitts durch den äußeren Einfluss verändert wird. Das Verfahren umfasst ferner ein Abtasten des Oszillationsverhaltens des Schaltungsabschnitts bei einer Mehrzahl von vorbestimmten Frequenzen, um das Oszillationsverhalten zu bestimmen.
Ein Ausführungsbeispiel umfasst ferner ein Programm mit einem Programmcode zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel, wenn das Programm auf einer programmierbaren Hardwarekomponente abläuft.
Elektrische oder andere Komponenten sind miteinander mittelbar über eine weitere Komponente oder unmittelbar miteinander derart gekoppelt, dass diese einen informationstragenden Signalaustausch zwischen den betreffenden Komponenten ermöglichen. So kann die entsprechende Kopplung abschnittsweise oder vollständig beispielsweise elektrisch, optisch, magnetisch oder mittels Funktechnik implementiert und umgesetzt sein. Die Signale können hierbei hinsichtlich ihres Wertebereichs sowie ihres zeitlichen Verlaufs kontinuierlich, diskret oder, beispielsweise abschnittsweise, beide Arten umfassen. Es kann sich so beispielsweise um analoge oder digitale Signale handeln. Ein Signalaustausch kann darüber hinaus auch über ein Schreiben bzw. Lesen von Daten in Register oder andere Speicherstellen erfolgen.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
1 zeigt ein Schaltdiagramm einer Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 zeigt eine Darstellung eines Oszillationsverlaufs mit einer Mehrzahl von an Frequenzen einer Mehrzahl von Frequenzen angeordneten Signalstärken;
3 zeigt eine schematisch vereinfachte Darstellung einer Resonanzkurve in Form einer Glockenkurve;
4a zeigt eine Aufsicht auf ein Schaltungsbauteil und ein Diagnosebauteil einer Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
4b zeigt eine Seitenansicht des in 4a gezeigten Schaltungsbauteils und des dort gezeigten Diagnosebauteils sowie eines Betätigers eines Tasters gemäß einem Ausführungsbeispiel;
5 illustriert eine Abhängigkeit einer Induktivität eines als Spule ausgeführten Schaltungsbauteils in Abhängigkeit von einem Betätigerabstand;
6 zeigt eine Tabelle mit verschiedenen Betriebszuständen und Fehlerzuständen in Abhängigkeit mehrerer Bedingungen;
7 zeigt eine graphische Darstellung mehrerer Oszillationsverhalten eines Schalters gemäß einem Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit verschiedener äußerer Einflüsse; und
8 zeigt ein Blockdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen eines Oszillationsverhaltens gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Figuren, die Ausführungsbeispiele zeigen, bezeichnen gleiche oder ähnliche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten. Ferner werden zusammenfassende Bezugszeichen für Komponenten und Objekte verwendet, die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in einer Zeichnung auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale gemeinsam beschrieben werden. Komponenten oder Objekte, die mit gleichen, ähnlichen oder zusammenfassenden Bezugszeichen beschrieben werden, können hinsichtlich einzelner, mehrerer oder aller Merkmale, beispielsweise ihrer Dimensionierungen, gleich, jedoch gegebenenfalls auch unterschiedlich ausgeführt sein, sofern sich aus der Beschreibung nicht etwas anderes explizit oder implizit ergibt.
Für sicherheitskritische Anwendungen in Fahrzeugen, aber auch bei anderen technischen Gebieten, werden Taster eingesetzt, die eine hohe Zuverlässigkeit haben und diagnostizierbar sein sollten. Dies ist häufig mit normalen, konventionellen elektrischen Kontakten nur schwer realisierbar, da diese Kontakte verschleißen und häufig nur mit hohem Aufwand eine Diagnose hinsichtlich des Vorliegens eines Kurzschlusses oder einer Unterbrechung möglich ist. Mit einer induktiven oder kapazitiven Ausführung eines Tasters können diese Kriterien gegebenenfalls leichter erfüllbar sein.
Konventionelle Lösungen benötigen häufig in diesem Zusammenhang jedoch einen individuellen Abgleich. Überdies weisen sie gegebenenfalls eine Driftabhängigkeit, beispielsweise einen Temperaturdrift oder einen Alterungsdrift auf, bzw. unterliegen einem solchen. Auch können sie gegebenenfalls eine Toleranz hinsichtlich ihrer Hysterese sowie einen vergleichsweise eingeschränkten Schaltbereich aufweisen. Wie die nachfolgende Beschreibung noch zeigen wird, können Ausführungsbeispiele gegebenenfalls einen verbesserten Kompromiss hinsichtlich Herstellung und Implementierung für solche Anwendungen ermöglichen. Hierdurch kann es beispielsweise möglich sein, kostengünstigere Lösungen für induktive Taster jedoch auch andere Anwendung vorzusehen. Hierbei kann gegebenenfalls ein Bauteilaufwand reduziert werden, wenn beispielsweise ein bereits bestehender Mikrokontroller einer Schaltung verwendet werden kann. Ein Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend noch näher beschrieben werden wird, ermöglicht so als Auswertemethode eine Bestimmung einer Induktivität, die von einem zurückgelegten Tasterweg abhängt. Ausführungsbeispiele basieren hierbei zum Teil darauf, dass diese einen Hochpunkt, einen Tiefpunkt oder ein anderes Extremum einer Resonanzkurve, also des Oszillationsverhaltens eines entsprechenden oszillationsfähigen Schaltungsabschnitts bestimmen. Diese Auswertemethode kann gegebenenfalls mit einem vergleichsweise geringen Temperaturdrift implementiert werden.
1 zeigt Schaltdiagramm einer Schaltung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einem oszillationsfähigen Schaltungsabschnitt 110, der ein beeinflussbares Schaltungsbauteil 120 umfasst. Das Schaltungsbauteil 120 ist hierbei derart durch einen äußeren Einfluss beeinflussbar, dass ein Oszillationsverhalten des Schaltungsabschnitts 110 durch den äußeren Einfluss veränderbar ist. Die Schaltung 100 ist ferner dazu in der Lage, das Oszillationsverhalten des Schaltungsabschnitts 110 durch ein Abtasten bei einer Mehrzahl von vorgegebenen Frequenzen zu bestimmen.
In 1 wird der oszillationsfähige Schaltungsabschnitt 110 durch einen Schwingkreis gebildet, wobei das Schaltungsbauteil 120 in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel als Spule implementiert ist, die einen Teil des Schwingkreises darstellt. Die Begriffe „Schaltungsabschnitt“ bzw. „oszillationsfähiger Schaltungsabschnitt“ und „Schwingkreis“ können daher im Zusammenhang mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel synonym verwendet werden. Weiterhin umfasst der Schwingkreis einen Schwingkreiskondensator 130 und einen Knotenpunkt 140, welcher mit einem Bezugspotenzial gekoppelt, also beispielsweise geerdet ist bzw. auf Masse liegt. Das Schaltungsbauteil 120 und der Schwingkreiskondensator 130 sind so parallel zueinander zwischen den Knotenpunkt 140 und einen Eingangsknotenpunkt 145 gekoppelt.
Die in 1 gezeigte Schaltung 100 umfasst ferner einen optionalen Frequenzgenerator 150, der ausgebildet ist, um dem Schaltungsabschnitt 110 die Mehrzahl von vorgegebenen Frequenzen bereitzustellen. Hierdurch kann bei der Schaltung 100 die Mehrzahl von vorgegebenen Frequenzen also unabhängig von dem Oszillationsverhalten des Schaltungsabschnitts 110 bereitgestellt werden. Vorgegeben kann so bedeuten, dass die Frequenzen zuvor ausgewählt, bestimmt oder sonst festgelegt wurden. Gegebenenfalls können sie auch veränderbar, beispielsweise über eine Programmierung oder ein Parametersatz, sein.
Der Frequenzgenerator 150 ist bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel über einen Versorgungsanschluss 150a mit einem Versorgungspotenzial und über einen weiteren Versorgungsanschluss 150b mit einem weiteren Versorgungspotenzial verbunden, das beispielsweise mit dem Bezugspotenzial übereinstimmen kann. Zwischen dem Versorgungspotenzial einerseits und dem weiteren Versorgungspotenzial kann so beispielsweise eine Versorgungsspannung während des Betriebs herrschen.
Dieser ist über einen Koppelkondensator 160 und einen Koppelwiderstand 170 mit dem oszillationsfähigen Schaltungsabschnitt 110 verbunden. Über den Koppelkondensator 160 kann hier ein Spannungssignal in den Schaltungsabschnitt 110 eingespeist werden. Durch den Koppelkondensator 160 kann beispielsweise eine Einkopplung eines Gleichstrom- bzw. Gleichspannungssignals (Frequenz 0 Hz) unterbunden oder zumindest signifikant reduziert werden, um so beispielsweise störende Effekte auf das eigentlich zu erfassende Signal oder auch den Frequenzgenerator 150 zu reduzieren.
Der Frequenzgenerator 150, wie er in 1 gezeigt ist, ist hierbei ausgebildet, um auf ein Frequenzvorgabesignal hin, welches an einem Eingang 150c des Frequenzgenerators 150 diesem bereitgestellt werden kann, an einem Ausgang 150d ein Frequenzsignal bereitzustellen. Das Frequenzsignal kann hierbei eine von einer in dem Frequenzvorgabesignal umfassten Information abhängige Frequenz aufweisen. Im Falle einer separaten Implementierung des Frequenzgenerators 150 kann es sich bei diesem beispielsweise um einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO; Voltage Controlled Oscillator) handeln.
Die Schaltung 100 umfasst ferner eine optionale Auswerteeinheit 180, die mit dem Schaltungsabschnitt 110 gekoppelt ist. Sie ist in der Lage, über ihre Kopplung mit dem Schaltungsabschnitt 110 bei den Frequenzen der Mehrzahl von vorgegebenen Frequenzen mindestens jeweils eine Signalstärke des Schaltungsabschnitts 110 zu erfassen. Wie nachfolgend noch näher beschrieben werden wird, wird hierbei die Spannung an dem Eingangsknotenpunkt 145 des Schaltungsabschnitts 110 über einen Gleichrichterabschnitt 200 erfasst. Der Eingangsknotenpunkt 145 ist mit dem Koppelwiderstand 170 und dem Schaltungsbauteil 120 gekoppelt. Der Frequenzgenerator 150 kann hierbei grundsätzlich als Teil der oder extern zu der Auswerteeinheit 180 implementiert sein.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Auswerteeinheit 180 eine in Form eines Mikrocontrollers 190 implementierte programmierbare Hardwarekomponente. Dem Mikrocontroller 190 wird über einen Versorgungsanschluss 190f ein Versorgungspotenzial, und über einen weiteren Versorgungsanschluss 190g ein weiteres Versorgungspotenzial, beispielsweise ein Referenzpotenzial (z.B. Masse) bereitgestellt. Zwischen dem Versorgungspotenzial einerseits und dem weiteren Versorgungspotenzial kann so beispielsweise eine Versorgungsspannung während des Betriebs herrschen. Es könnte hier auch beispielsweise ein bereits bestehender Mikrocontroller 190 verwendet werden, wodurch gegebenenfalls der Bauteilaufwand reduziert werden kann. Der Mikrocontroller 190 weist einen Signalausgang 190a auf, über den ein Frequenzvorgabesignal an den Frequenzgenerator 150 bereitgestellt werden kann. Der Mikrocontroller 190 umfasst darüber hinaus einen ersten Analog/Digital-Wandler 190b (A/D-Wandler), über den die bereits zuvor erwähnte Signalstärke in Form der Spannung an dem Eingangsknotenpunkt 145 über den Gleichrichterabschnitt 200 anliegt. Hierdurch ist der Mikrocontroller 190 in der Lage, diese zu erfassen.
Bei anderen Ausführungsbeispielen kann der Frequenzgenerator 150 auch als Teil des Mikrocontrollers 190 ausgeführt sein. In einem solchen Fall kann dieser beispielsweise auf Basis eines extern zugeführten Taktsignals oder eines intern erzeugten Taktsignals beispielsweise unter Verwendung eines analogen oder digitalen Frequenzteilers eine Steuerbarkeit der von dem Frequenzgenerator 150 ausgegebenen Frequenz erzielen. Ein digitaler Frequenzteiler kann beispielsweise auf Basis von Schieberegistern implementiert sein, während ein analoger Frequenzteiler beispielsweise auf einer Schaltung zur Phasenkopplung beruhen kann. Das Frequenzvorgabesignal kann dem intern implementierten Frequenzgenerator 150 in diesem Fall beispielsweise durch Einschreiben eines Wertes in eine Speicherstelle, beispielsweise ein Register, übermittelt werden.
Dem oszillationsfähigen Schaltungsabschnitt 110 ist der Gleichrichterabschnitt 200 nachgeschaltet, der eine Gleichrichterdiode 205 umfasst. Die Gleichrichterdiode 205 ist zwischen den Eingangsknotenpunkt 145 und den dem Eingang des ersten Analog/Digital-Wandlers 190b zugeordneten Eingang in Durchlassrichtung geschaltet. So ist eine Anode der Gleichrichterdiode 205 mit dem Eingangsknotenpunkt 145 und eine Kathode der Gleichrichterdiode 205 mit dem Eingang des ersten Analog/Digital-Wandlers 190b gekoppelt.
Der Gleichrichterabschnitt 200 umfasst ferner einen Gleichrichterkondensator 210 sowie einen Gleichrichterwiderstand 215, die parallel zueinander mit der Kathode der Gleichrichterdiode 205 einerseits und dem Knotenpunkt 140 andererseits gekoppelt sind. Zusammen bilden diese einen Integrator bzw. Tiefpassfilter, dem eine von der Gleichrichterdiode 205 durchgelassene Halbschwingung der an dem Eingangsknotenpunkt 145 anliegenden Oszillation zugeführt wird. Der Gleichrichterabschnitt 200 ist so in der Lage, der Auswerteeinheit 180 ein Signal mit einer Signalstärke bereitzustellen, welches eine durch die Auslegung des Gleichrichterabschnitts 200 vorgegebene Abhängigkeit von einer Amplitude der an dem Eingangsknotenpunkt 145 anliegenden Oszillation aufweist. Anders ausgedrückt sorgt bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel der Gleichrichterabschnitt 200 dafür, dass an dem Eingang des ersten Analog/Digital-Wandlers 190b eine Spannung anliegt, die von der Amplitude der Oszillation an dem Eingangsknotenpunkt 145 eine wohlbestimmte Beziehung aufweist.
Auch wenn bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel einer Schaltung 100 die Signalstärke einem Spannungswert entspricht, kann bei weiteren Ausführungsbeispielen diese auch einen Stromwert umfassen. Ebenso kann – je nach konkreter Implementierung einer solchen Schaltung – die Signalstärke auch eine differenzielle oder eine andere abgeleitete Größe darstellen.
Die Auswerteeinheit 180 ist bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ferner ausgebildet, um ein Signal auszugeben, welches eine Information hinsichtlich des Vorliegens eines Betriebszustands der Schaltung 100 umfasst. Dieses Signal kann beispielsweise von dem Mikrocontroller 190 an einem Schaltsignalausgang 190d ausgegeben werden.
Die Auswerteeinheit 180 ist bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ferner dazu in der Lage, ein von einem der Betriebszustände der Schaltung 100 abweichenden Fehlerzustand des Schaltungsabschnitts 110 zu erkennen und ein entsprechendes Fehlersignal auszugeben. Dieses umfasst eine Information über das Vorliegen des Fehlerzustands des Schaltungsabschnitts 110 bzw. der Schaltung 100. Ein solcher Fehlerzustand kann beispielsweise durch eine Überbrückung des Schaltungsbauteils 120 auftreten, wenn also dieses beispielsweise kurzgeschlossen ist.
Ein Fehlerzustand oder ein weiterer Fehlerzustand kann aber beispielsweise auch darin bestehen, wenn es zu einer Unterbrechung des Stromkreises innerhalb des Schaltungsabschnitts 110 kommen sollte. Optional kann die Auswerteeinheit 180 so dazu in der Lage sein, um auf das Vorliegen eines Fehlers zu schließen, wenn ein eine Signalstärke, also die Spannung, beispielsweise einen maximalen oder einen minimalen Wert über- oder unterschreitet. Wenn also beispielsweise die Spannung an dem Eingangsknotenpunkt 145 aufgrund einer Leitungsunterbrechung stark ansteigt oder stark abfällt, kann die Auswerteeinheit 180 so ebenfalls einen Fehler erkennen und eine entsprechendes Fehlersignal ausgeben.
Um auch bei einem Kurzschluss des Schaltungsbauteils 120 eine möglichst sichere Erkennung des damit einhergehenden Fehlerzustands zu ermöglichen, weist der Schaltungsabschnitt 110 ferner ein optionales Diagnosebauteil 220 auf, welches nun gerade so ausgebildet ist, um selbst bei einem solchen Kurzschluss oder einer anderen Überbrückung des Schaltungsbauteils 120 die Oszillationsfähigkeit des Schaltungsabschnitts 110 aufrecht zu erhalten. Das Diagnosebauteil 220, bei dem es sich bei der hier gezeigten Schaltung 100 ebenfalls – wie bei dem Schaltungsbauteils 120 – um ein induktives Bauteil in Form einer Spule handelt, ist nun gerade so ausgebildet und dimensioniert, dass selbst bei dem hier beschriebenen Fehlerfall das Oszillationsverhalten eine charakteristische Frequenz aufweist, die gegenüber einer entsprechenden charakteristischen Frequenz eines der Betriebszustände erkennbar ist. Die charakteristische Frequenz kann hierbei beispielsweise eine Frequenz eines Extremums, also beispielsweise eines Maximums oder eines Minimums des Oszillationsverhaltens sein, das typischerweise die Resonanzfrequenz des betreffenden Schaltungsabschnitts 110 darstellt. Mit anderen Worten erfüllt gerade diese Frequenz eine Bedingung, aus deren Vorliegen die Auswerteschaltung 180 auf das Vorliegen eines solchen Fehlers schließen kann. Die Auswerteschaltung 180 kann dann ein entsprechendes Signal oder Fehlersignal beispielsweise an einem in 1 gezeigten Diagnosesignalausgang 190e des Mikrocontrollers 190 ausgegeben. Das Diagnosebauteil 220 und das Schaltbauteil 120 sind bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel in Serie zueinander geschaltet.
Die in 1 gezeigte Schaltung 100 weist ferner einen optionalen oszillationsfähigen weiteren Schaltungsabschnitt 300 auf, der dem Schaltungsabschnitt 110 ähnlich ausgestaltet ist, im Unterschied zu diesem jedoch nur ein induktives Schaltungselement aufweist. Der weitere Schaltungsabschnitt 300 ist über einen weiteren Eingangsknotenpunkt 310 mit dem Frequenzgenerator 150 gekoppelt. Wie auch bei dem Eingangsknotenpunkt 115 des Schaltungsabschnitts 110 ist der Eingangsknotenunkt 310 hier über den Koppelkondensator 160 und einen dem Koppelwiderstand 170 entsprechenden weiteren Koppelwiderstand 315 mit dem Frequenzgenerator 150 verbunden.
An einer dem Koppelwiderstand 315 abgewandten Seite des weiteren Schaltungsabschnitts 300 weist dieser einen weiteren Knotenpunkt 320 auf, der – wie auch der Knotenpunkt 140 des Schaltungsabschnitts 110 – mit dem Bezugspotenzial, also beispielsweise Masse, verbunden ist.
Der weitere Schaltungsabschnitt 300 sowie der Koppelwiderstand 315 bilden so ebenso eine Serienschaltung, wie auch der Schaltungsabschnitt 110 und der Koppelwiderstand 170. Die beiden Serienschaltungen sind ihrerseits wiederum parallel zueinander zwischen das Bezugspotenzial und den Koppelkondensator 160 gekoppelt. Anstelle der Kopplung des weiteren Schaltungsabschnitts 300 an den Frequenzgenerator 150 kann dieser auch an einen optionalen weiteren Frequenzgenerator 150 gekoppelt sein.
Auch der weitere Schaltungsabschnitt 300 weist intern wiederum eine Parallelschaltung eines Referenzbauteils 330 und eines weiteren Schwingkreiskondensators 335 auf. Das Referenzbauteil 330 ähnelt hierbei hinsichtlich seinem Schaltungsverhalten dem Schaltungsbauteil 120, sodass das Referenzbauteil 330 und der weitere Schwingkreiskondensator 335 zusammen wiederum die Oszillationsfähigkeit des weiteren Schaltungsabschnitts 300 begründen. Auch der weitere Schaltungsabschnitt 300 stellt so einen Schwingkreis dar, weshalb für diesen die Begriffe „weiterer Schaltungsabschnitt“ und „weiterer Schwingkreis“ synonym verwendet werden können. Das Referenzbauteil 330 ist bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ebenso als induktives Schaltungselement in Form einer Spule implementiert, wie auch das Schaltungsbauteil 120 des Schaltungsabschnitts 110.
Bei der Dimensionierung des Referenzbauteils 330 sowie der weiteren Komponente oder Komponenten des weiteren Schaltungsabschnitts 300 können eine Vielzahl von Ausgestaltungen und Randbedingungen berücksichtigt werden. Sollen beispielsweise vergleichbare Ströme und Spannungen in dem weiteren Schaltungsabschnitt 300 wie in dem Schaltungsabschnitt 110 vorliegen, kann es ratsam gegebenenfalls sein, das Referenzbauteil so zu dimensionieren, dass seine Impedanz der des Schaltungbauteils 120 oder – bei Implementierung des Diagnosebauteils 220 – beiden entspricht. Selbstverständlich kann aber auch eine skalierte Implementierung oder auch eine hiervon abweichende bei Ausführungsbeispielen verwendet werden.
Der weitere Eingangsknotenpunkt 310 ist über einen Anschluss eines zweiten Analog/Digital-Wandlers des Mikrokontrollers 190 mit der Auswerteeinheit 180 gekoppelt. Über diese Kopplung ist die Auswerteeinheit 180 in der Lage, ein Oszillationsverhalten des weiteren Schaltungsabschnitts 300 zu bestimmen, indem diese wiederum bei den Frequenzen der Mehrzahl von Frequenzen eine weitere Signalstärke an dem weiteren Eingangsknotenpunkt 310 erfasst. Auch hier handelt es sich wieder um eine Spannung, für diese charakteristische oder eine von dieser abgeleiteten Größe.
So ist auch zwischen den weiteren Eingangsknotenpunkt 310 und den Eingang des zweiten Analog/Digital-Wandlers 190c ein Gleichrichter, der weitere Gleichrichterabschnitt 340 geschaltet, der hinsichtlich seiner grundsätzlichen Ausgestaltung dem Gleichrichterabschnitt 200 entspricht, sich jedoch hinsichtlich der Dimensionierungen seiner Komponenten von dem Gleichrichterabschnitt 200 vollständig oder teilweise unterscheiden kann. Selbstverständlich können die Gleichrichterabschnitte 200, 340 aber auch identisch dimensioniert sein.
So ist auch der weitere Gleichrichterabschnitt 340 mit dem weiteren Eingangsknoten über eine in Durchlassrichtung geschaltete weitere Gleichrichterdiode 350, also ihrer Anode, verbunden. Eine Kathode der weiteren Gleichrichterdiode 350 ist mit einer Parallelschaltung eines weiteren Gleichrichterwiderstands 360 und einem weiteren Gleichrichterkondensator 365 verbunden. Der weitere Gleichrichterwiderstand 360 und der weitere Gleichrichterkondensator 365 sind über den weiteren Knotenpunkt 320 mit dem Bezugspotenzial verbunden.
Der weitere Gleichrichterkondensator 365 und der weitere Gleichrichterwiderstand 360 bilden so wiederum einen Integrator bzw. Tiefpassfilter, über die eine von der weiteren Gleichrichterdiode 350 durchgelassene Halbschwingung der an dem weiteren Eingangsknotenpunkt 310 während des Betriebs anliegenden Schwingung geglättet bzw. integriert wird. Hierdurch kann – beispielsweise in Abhängigkeit von der jeweiligen Frequenz der Mehrzahl von Frequenzen – eine Signalstärke in Form eines Spannungswertes von der Auswerteeinheit 180 erfasst werden, die eine wohlbestimmte Abhängigkeit von der Amplitude der Oszillation an dem weiteren Eingangsknotenpunkt 310 aufweist.
Der weitere Gleichrichterabschnitt 340 und der weitere Schaltungsabschnitt 300 sind optionale Komponenten der Schaltung 110, wie sie in Fig .1 gezeigt ist, können also beispielsweise bei anderen Ausführungsbeispielen entfallen. Dies gilt grundsätzlich ebenso für den Gleichrichterabschnitt 200. Auch können die Gleichrichterabschnitte 200, 340 unabhängig voneinander anders ausgeführt sein, sofern sie überhaupt implementiert und vorgesehen sind.
So ist bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel die Auswerteeinheit 180 in der Lage, das weitere Oszillationsverhalten des weiteren Schaltungsabschnitts 300 durch das Abtasten der Mehrzahl von vorbestimmten Frequenzen zu bestimmen. Durch ein Vergleichen des Oszillationsverhaltens des Schaltungsabschnitts 110 mit dem weiteren Oszillationsverhalten des weiteren Schaltungsabschnitts 300 kann die Auswerteeinheit so auf eine Veränderung eines oder mehrerer Parameter des Schaltungsabschnitts 110, also beispielsweise auf einen Drift in Folge eines Betriebsparameters (z.B. Temperatur) oder in Folge einer Alterung schließen. So kann also der weitere Schaltungsabschnitt 340 gegebenenfalls zur Kompensation oder Berücksichtigung eines Temperatur-, Alterungs- oder eines anderen Parameterdrifts herangezogen werden, was gegebenenfalls zu einer Verbesserung einer Bestimmungsgenauigkeit beitragen kann.
Eine geeignete Dimensionierung vorausgesetzt, kann so beispielsweise Durch die beschriebene Parallelschaltung gleiche oder vergleichbare Signalstärken an den beiden Eingangsknotenpunkten 145, 310 anliegen, wenn beispielsweise kein oder nur ein unbedeutender Parameterdrift vorliegt. Anders ausgedrückt können über die beiden Schaltungsabschnitte 110, 340 bei einer geeigneten Dimensionierung und vergleichbaren Betriebs-, Alterungs- und sonstigen Parametern gleiche oder vergleichbare Spannungsabfälle auftreten.
Auch wenn bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel einer Schaltung 100 als Signalstärke eine von dem an dem Eingangsknotenpunkt 145 anliegenden Potenzial (bzw. gegenüber dem Bezugspotenzial vorliegende Spannung) abhängige Größe verwendet wird, kann bei anderen Ausführungsbeispielen selbstverständlich auch eine andere Signalstärke verwendet werden. So kann beispielsweise auch eine Stromstärke oder eine von dieser abgeleiteten Größe verwendet werden. Dies gilt ebenso für die weitere Signalstärke in Bezug auf den weiteren Schaltungsabschnitt 300, sofern dieser implementiert ist.
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Auswerteschaltung 180 den Mikrocontroller 190 auf, der als programmierbare Hardwarekomponente bei diesem Ausführungsbeispiel eine zentrale Rolle hinsichtlich Ansteuerung und Erfassung der Signalstärken einnimmt. Bevor jedoch die weitere Funktionsweise der Schaltung 100 näher beschrieben werden soll, sollte darauf hingewiesen werden, dass bei anderen Ausführungsbeispielen eine so zentrale Rolle eines Mikrocontrollers oder einer anderen programmierbaren Hardwarekomponente nicht notwendig ist. So kann beispielsweise anstelle einer als diskretes Bauteil ausgeführten programmierbaren Hardwarekomponente auch ein Aufbau mit mehreren diskreten Bauteilen verwendet werden. Diese können beispielsweise auch räumlich verteilt auf einer Leiterplatine oder einem ähnlichen Träger angeordnet sein. Auch ist eine im Wesentlichen auf Digitaltechnik beruhende Implementierung bei Weitem nicht notwendig. Ausführungsbeispiele können ebenso vollständig oder zumindest teilweise auf dem Einsatz analoger Schaltungstechnik hinsichtlich der Auswerteeinheit 180 und/oder gegebenenfalls anderer Komponenten beruhen.
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Mikrocontroller 190 so ausgelegt, dass dieser den Frequenzgenerator 150 anzusteuern vermag. Zu diesem Zweck stellt der Mikrocontroller 190 dem Frequenzgenerator eine Frequenzvorgabesignal über den Signalausgang 190a und den Eingang 150c bereit, welches beispielsweise eine Information über eine zeitliche Abfolge und die von dem Frequenzgenerator 150 bereitzustellenden Frequenzen umfasst.
Bei der hier gezeigten Schaltung 100 kann das Frequenzvorgabesignal beispielsweise – im Falle einer analogen Implementierung des Frequenzgenerators 150 als VCO – eine zeitliche Abfolge von Spannungswerten umfassen, die den anzusteuernden Frequenzen, beispielsweise im Frequenzbereich zwischen 0 MHz und 30 MHz, entsprechen. Den weiter unten beschriebenen Ausführungsbeispielen und Beispielen liegt beispielsweise eine – bezogen auf die Frequenz – äquidistante Verteilung der Frequenzen mit einer Schrittweite von 1 MHz zugrunde.
Der Frequenzgenerator 150 stellt nun bei einem solchen Durchlauf, der optional einmal oder häufiger wiederholt werden kann, über den Koppelkondensator 160 und die Koppelwiderstände 170, 315 dem Schaltungsabschnitt 110 und dem weiteren Schaltungsabschnitt 300 ein entsprechendes Frequenzsignal zur Verfügung. Hierdurch stellt sich an den Eingangsknotenpunkten 145, 310 eine Spannung ein, die über die Gleichrichterabschnitte 200, 340 dem Mikrocontroller 190 und damit der Auswerteschaltung 180 zur Verfügung gestellt werden, um so das Oszillationsverhalten des Schaltungsabschnitts 110 und – gegebenenfalls – das weitere Oszillationsverhalten des weiteren Schaltungsabschnitts 300 zu bestimmen. Anders ausgedrückt werden die an den Eingangsknotenpunkten 145, 310 anliegenden Spannungen von den Gleichrichterabschnitten 200, 340 gleichgerichtet und anschließend von dem Mikrocontroller 190 zu jedem Frequenzschritt gemessen und abgespeichert.
Hierzu können die erfassten Signalstärken oder Spannungen beispielsweise den jeweils von dem Frequenzgenerator 150 bereitgestellten Frequenzen zugeordnet werden und beispielsweise entsprechend in einem Speicher des Mikrocontrollers 190 abgespeichert werden. Dies kann beispielsweise in Form einer Tabelle, einer Zuordnung, einer Matrix, einem Datenfeld (engl. Array) oder einer anderen Form geschehen. Eine entsprechende Zuordnung kann auch über mehrere Speicher verteilt, indiziert oder auf andere Art und Weise geschehen. Eine Auswertung, Bestimmung und/oder Klassifizierung dieser Frequenz/Spannungs-Zuordnung kann beispielsweise am Ende des Frequenzdurchlaufs erfolgen.
Die Schaltung 100, wie sie in 1 gezeigt ist, kann nun zum Bestimmen eines äußeren Einflusses verwendet werden, der auf das Schaltungsbauteil 120 so wirkt, dass sich das Oszillationsverhalten des Schaltungsabschnitts 110 detektierbar verändert. Dies kann, wie beispielsweise nachfolgend im Zusammenhang mit den 4a und 4b noch näher erläutert wird, durch eine Veränderung der Induktivität der als Schaltungsbauteil 120 dienenden Spule geschehen. Bei dem dort beschriebenen Ausführungsbeispiel eines Tasters wird dies über eine Annäherung einer metallischen Schicht erreicht, die an einem dem Schaltungsbauteil 120 zugewandten Ende eines Betätigers angeordnet ist und so zu einer Veränderung der Induktivität führt.
Bei anderen Ausführungsbeispielen kann der äußere Einfluss auch anders auf das Schaltungsbauteil 120 wirken, wenn dieses beispielsweise nicht als induktives Schaltelement ausgeführt ist. So kann das Schaltungsbauteil 120 beispielsweise auch als kapazitives Schaltelement, also beispielsweise als Kondensator ausgeführt sein. In einem solchen Fall kann die Änderung des Oszillationsverhaltens des Schaltungsabschnitts 110 beispielsweise durch eine Änderung des Kapazitätswerts des kapazitiven Schaltelements bewirkt werden. Dies kann beispielsweise durch ein Einführen eines Dielektrikums oder eine Veränderung eines Abstandes zweier Elektroden des kapazitiven Schaltungselements bewirkt werden, wenn also beispielsweise die oben genannte metallische Schicht eine Elektrode des kapazitiven Schaltelements darstellen würde. Das Schaltungsbauteil 120 kann aber auch als resistives Schaltungselement implementiert sein, dessen Widerstandswert und damit dessen Impedanz beispielsweise aufgrund einer mechanischen Verformung oder einer thermischen Beeinflussung sich ändert. Anders ausgedrückt kann das resistives Schaltungselement beispielsweise als resistiver Biegesensor (z. B. Dehnungsmessstreifen) ausgeführt sein.
Anders ausgedrückt wird bei der hier gezeigten Schaltung 100 ein Mikrocontroller 190 zur Steuerung des Frequenzgenerators 150 verwendet, der eine Spannung mit einer Frequenz von beispielsweise etwa 0 MHz bis etwa 30 MHz ausgeben kann. Der Frequenzgenerator kann auch im Mikrocontroller 190 integriert sein. Die Frequenz wird beispielsweise in kurzen Zeitabständen in etwa 1 MHz-Schritten von etwa 0 MHz bis etwa 30 MHz durchgesweept und beginnt dann wieder von vome. Die Spannung des Frequenzgenerators 150 wird über den Koppelkondensator 160 und den Widerständen 170, 315 in die beiden Schaltungsabschnitte 110, 300 eingespeist. Diesen sind Gleichrichter 200, 340 nachgeschaltet. Die gleichgerichteten Spannungen werden von dem Mikrocontroller 190 zu jedem Frequenzschritt gemessen und in beispielsweise Arrays abgespeichert. Die Auswertung der Frequenz/Spannungs-Arrays und Klassifizierung erfolgt beispielsweise am Ende des Frequenzsweeps. Die Tasterstellung (betätigt, nicht betätigt) kann am Schaltsignalausgang 190d ausgegeben werden. Fehlerinformationen (Unterbrechung, Kurzschluss, Betätigerabstand zu groß) können an dem Diagnoseausgang 190e ausgegeben werden.
Der Schaltungsabschnitt 110 umfasst die Messspule 120, die als Planarspule auf der Leiterplatte aufgebracht sein kann, eine Diagnosespule 220, die als SMD-Spule ausgeführt sein kann, und den Schwingkreiskondensator 130. Die Diagnosespule 220 kann verwendet werden, um einen Kurzschluss der Messspule 120 erkennen zu können. Hier entsteht dann eine hohe Resonanzfrequenz, da nur noch die Diagnosespule 220 und der Schwingkreiskondensator 130 die Schwingkreisfrequenz bestimmen. Mit Schwingkreis S 1 kann der Tasterweg gemessen werden. Bei mehreren Tasten könnten mehrere gleich oder unterschiedlich aufgebaute Schwingkreise vorgesehen werden.
Der weitere Schaltungsabschnitt 300 umfasst die Referenzspule 330, die als Planarspule auf der Leiterplatte aufgebracht oder als SMD-Spule ausgeführt sein kann, und dem Schwingkreiskondensator 335. Die Referenzspule 330 wird nicht von einem Betätiger beeinflusst. Mit dem weiteren Schaltungsabschnitt 300 kann ein eventueller Temperaturdrift oder auch ein Alterungsdrift der Schaltung 110 gegebenenfalls kompensiert werden. Falls nötig oder erwünscht kann dieser Schwingkreis auch zweimal oder mehrfach aufgebaut sein, beispielsweise einmal mit einer Spule mit einer kleinen Induktivität und einmal mit einer Spule mit einer höheren Induktivität, um hiermit eine lineare Kompensation umsetzen zu können.
2 zeigt ein exemplarisches Oszillationsverhalten 600 als Kurve der erfassten bzw. erfassbaren Signalstärke – hier der erfassten bzw. erfassbaren Spannung – als Funktion der Frequenz. 2 zeigt darüber hinaus einzelne erfasste Signalstärken in Form von Messpunkten 610, die jeweils einer Frequenz der Mehrzahl von vorgegebenen Frequenzen und einer entsprechenden Signalstärke entsprechen bzw. zugeordnet sind. In 2 ist hierbei das Oszillationsverhalten 600 auch bei Frequenzen angegeben, denen keine Frequenz der Mehrzahl von Frequenzen zugeordnet ist, die also bei einem entsprechenden Durchlauf gegebenenfalls nicht erfasst würden. 2 zeigt so das Oszillationsverhalten 600 des Schaltungsabschnitts 110 als Kurve sowie als beispielhafte Messpunkte 610, die entsprechend von der Kurve umfasst werden. Fehler und Messungenauigkeiten bleiben hierbei unberücksichtigt, die jedoch zu einem Abweichen führen können.
Dadurch, dass die Mehrzahl von vorgegebenen Frequenzen unabhängig von dem Oszillationsverhalten 600 des Schaltungsabschnitts 110 bereitgestellt werden kann, kann nun unabhängiger von dem äußeren Einfluss eine systematische Vorgehensweise umgesetzt werden.
Wie bereits erläutert wurde, ist die Auswerteeinheit 180 nun in der Lage, das Oszillationsverhalten 600 zu bestimmen. Dies kann die Auswerteeinheit beispielsweise dadurch schaffen, indem sie ein Extremum 620 des Oszillationsverhaltens 600 basierend auf den erfassten Signalstärken bestimmt. Das Extremum 620 des Oszillationsverhaltens 600 ist in 2 ein maximaler auftretender Spannungswert, welches in 2 bei etwa 12 MHz liegt.
Das Extremum 620 kann nun beispielsweise auf Basis mehrerer Messpunkte 610 bestimmt werden. Umfasst die Mehrzahl von Frequenzen wenigstens drei Frequenzen, nämlich eine erste Frequenz 630-1, eine zweite Frequenz 630-2 und eine dritte Frequenz 630-3, von denen die zweite Frequenz zwischen der ersten und der dritten Frequenz 630-1, 630-3 liegt, so können die den betreffenden Frequenzen 630-1, 630-2, 630-3 zugeordneten Signalstärkewerte 640-1, 640-2, 640-3 zur Auswertung und Bestimmung herangezogen werden. So liegt im Bereich des Extremums 620 der Signalstärkewert oberhalb der anderen Signalstärkewerte 640. Findet also die Auswerteeinheit 180 einen Signalstärkewert 640, im vorliegenden Fall den der zweiten Frequenz 630-2 zugeordneten zweiten Signalstärkewert 640-2 (Messpunkt 610-2), der oberhalb der beispielsweise auf der Frequenzachse den zu beiden Seiten benachbart liegenden Frequenzen 630-1, 630-3 zugeordneten Signalstärkewerten 640-1, 640-3 liegt (Messpunkte 610-1, 610-3), so kann diese hieraus auf das Extremum 620, also beispielsweise auf die Lage der Resonanzfrequenz des Schaltungsabschnitts 110 schließen. Das so bestimmte Extremum kann von dem tatsächlichen Extremum des Oszillationsverhaltens 600 gegebenenfalls abweichen. Anders ausgedrückt kann diese Bestimmung fehlerbehaftet sein.
In 2 liegen die erste Frequenz 630-1 bei etwa 11 MHz, die zweite Frequenz 630-2 bei etwa 12 MHz und die dritte Frequenz 630-3 bei etwa 13 MHz. Die Auswerteeinheit 180 kann zur Verbesserung der Genauigkeit und damit zur Reduzierung des Fehlers bei der Bestimmung beispielsweise eine Interpolationstechnik verwenden.
Eine Methode zum Interpolieren wird beispielhaft näher erläutert, wobei jedoch – je nach Rechenleistung der Auswerteeinheit 180 auch komplexere Methoden verwendet werden können, die beispielsweise auf einer Minimierung von Fehlerquadraten beruhen.
Um nun beispielsweise einen äußeren Einfluss, also beispielsweise eine Änderung eines Betätigerabstands, bestimmen zu können, kann aus dem in 2 gezeigten Frequenz-Spannungs-Verhältnis bzw. des Oszillationsverhaltens 600 die Resonanzfrequenz f_res des Extremums 620 interpoliert und damit abgeschätzt bzw. berechnet werden. Aus dem Frequenz-Spannungs-Verhältnis wird der Wert der größten Signalstärke 640-2, hier also der zweiten Signalstärke 630-2 (U₂) und die beiden benachbarten Werte, die erste Signalstärke 640-1 (U₁) und die dritte Signalstärke 640-3 (U₃) herausgesucht und in die Gleichung f_res = f₂ + df·(ln(U₃) – ln(U₁))/(2·(2·ln(U₂) – ln(U₁) – ln(U₃))) eingetragen bzw. eingesetzt. Hier bezeichnet df den Abstand zweier benachbarter Frequenzen (df = f₂ – f₁ = f₃ – f₂), wenn diese – wie oben beschrieben – beispielsweise äquidistant sind. ln() bezeichnet hierbei den natürlichen Logarithmus.
Allgemeiner ausgedrückt basiert die Berechnung der Resonanzfrequenz f_res auf einer Summe aus der zweiten Frequenz 630-2 (f₂) und einem Produkt aus dem Abstand zweier benachbarter Frequenzen (df) und der Differenz zweier von der ersten Signalstärke 640-1 und der dritten Signalstärke 640-3 abhängiger Größen, dividiert durch die Differenz aus der Differenz zweier von der zweiten Signalstärke 640-2 und der ersten Signalstärke 640-1 abhängiger Größen und aus der Differenz zweier von der dritten Signalstärke 640-3 und der zweiten Signalstärke 640-1 abhängiger Größen. Aus der Resonanzfrequenz f_res kann nun die Spuleninduktivität L₁ des Schaltungsbauteils 120 berechnet werden, wobei C₂ der Kapazitätswert des Schwingkreiskondensator 130 und L₂ die Induktivität des Diagnosbauteils 220 ist: L₁ = (1/2pi·f_res)·(1/C₂) – L₂
Durch Eintragen oder ein Vergleichen des so bestimmten Werts der Induktivität L₁ des Schaltungsbauteil 120 in das weiter unten noch beschriebene, in 5 gezeigte Diagramm kann so der äußere Einfluss, also beispielsweise der Abstand des zuvor schon erwähnten Betätigers, ermittelt werden.
Die hier beschriebene Auswertemethode kann wie Folgt hergeleitet werden.
In 2 ist ein Signal, hier in Form eines Spannungssignals, dargestellt. Die Frequenz des Signals kann dabei in Schritten von 1 MHz von etwa 0 MHz bis 30 MHz erhöht werden. Zu jeder Frequenzerhöhung kann eine Signalstärke, also hier eine Spannung, gemessen und als Messpunkt 610 in das in 2 gezeigte Diagramm eingetragen werden. Durch das Legen eines Polygonzuges durch die Messpunkte 610 kann sich so beispielsweise eine typische Glockenkurve ergeben, die ihr Maximum, also ihr Extremum 620 bei der Resonanzfrequenz f_res annimmt. Die Glockenkurve folgt dabei der Gleichung U = a·exp(–b·(f – f_fres)²), wobei a und b reelle Konstanten und exp() die Exponentialfunktion sind. Eine solche Kurve ist beispielhaft in 3 gezeigt. f ist hierbei die Frequenz, U die Spannung, f_res die Resonanzfrequenz, also die Frequenz bei dem Maximum oder Hochpunkt (Extremum 620), a die Spannung im Hochpunkt und b die Breite (Halbwertsbreite) der Glockenkurve.
Die Resonanzfrequenz f_res, kann nun folgendermaßen berechnet bzw. approximiert werden.
Da die Gleichung der Glockenkurve 3 Unbekannte umfasst (a, b, f_res), können zur Berechnung des Parameters f_res drei Gleichungen aufgestellt werden. Weiterhin werden drei Frequenz-Spannungs-Werte-Paare benötigt, wie sie beispielsweis bereits oben in Form der drei Messpunkte 610-1, 610-2 und 610-3 bzw. ihrer Frequenzen 630-1, 630-2, 630-3 (f₁, f₂, f₃) und ihrer Signalstärkewerte 640-1, 640-2, 640-3 (U₁, U₂, U₃) liegen. Aus dem Gleichungssystem U₁ = a·exp(–b·(f₁ – f_fres)²) U₂ = a·exp(–b·(f₂ – f_fres)²) U₃ = a·exp(–b·(f₃ – f_fres)²) und der Gegebenheit, dass die Abstände der Frequenzen an den drei Punkten, die den drei Frequenz-Spannungs-Wertepaaren entsprechen, gleich groß sind (df = f₂ – f₁ = f₃ – f₂), kann man nach Lösung des Gleichungssystem die Gleichung zur Berechnung der Resonanzfrequenz aus den drei Wertepaaren erhalten: f_res = f₂ + df·(ln(U3/U1))/(2·(ln((U₂)²/U₁·U₃))) oder f_res = f₂ + df·(ln(U₃) – ln(U₁))/(2·(2·ln(U₂) – ln(U₁) – ln(U₃)))
Die Ermittlung der drei Wertepaare erfolgt hier über den Wert mit der maximalen Signalstärke, hier also der maximalen Spannung. Dieser maximalen Spannung wird der Wert U₂ zugeordnet und die Frequenz f₂. Die Wertepaare (f₁, U₁) und (f₃, U₃) sind die beiden Nachbarwerte des Wertepaares (f₂, U₂). Die Spannungen U₁ und U₃ sind dabei niedriger als die Spannung U₂.
In 2 umfasst das erste Wertepaar beispielsweise die erste Frequenz 630-1 mit einem Wert von etwa 11 MHz sowie die erste Signalstärke 640-1 mit einem Wert von etwa 1500 mV. Das zweite Wertepaar umfasst die zweite Frequenz 630-2 mit einem Wert von etwa 12 MHz und die zweite Signalstärke 640-2 mit einem Wert von etwa 3125 mV. Das dritte Wertepaar umfasst die dritte Frequenz 630-3 mit einem Wert von etwa 13 MHz sowie die dritte Signalstärke 640-3 mit einem Wert von etwa 1625 mV.
Die Differenz aus der zweiten Frequenz 630-2 und erster Frequenz 630-1 ist etwa gleich der Differenz aus dritter Frequenz 630-3 und der zweiten Frequenz 630-2 und hat einen Wert von etwa 1 MHz. Gemäß der vorangegangenen Gleichung zur Bestimmung der Resonanzfrequenz f_res ergibt sich hieraus eine Resonanzfrequenz von etwa 12,0289 MHz. Die Herleitung der Auswertemethode sowie die Berechnung der Resonanzfrequenz stellen hierbei natürlich nur Beispiele dar. Es können durchaus auch andere Methoden zur Herleitung, Bestimmung und zur Auswertung verwendet werden.
4a zeigt eine schematisch vereinfachte Aufsicht auf eine Leiterplatte 510 einer Schaltung 100, wie sie beispielsweise im Rahmen eines Tasters 500 zum Einsatz kommen kann. 4b zeigt eine entsprechende Seitenansicht der Leiterplatte 510 des Tasters 500 gezeigt. Die Schaltung 100 des Tasters 500 ist in den 4a und 4b nur ausschnittsweise dargestellt. Auf dieser können alle, einige oder nur ein einziges Bauteil der Schaltung 100 angeordnet und aufgebracht sein.
Auf der in den 4a und 4b gezeigten Leiterplatte 510 ist hierbei, genauer gesagt, eine oder mehrere Planarspulen aufgebracht, die als Schaltungsbauteil 120 (Messspule) und – gegebenenfalls – als Referenzbauteil 330 (Referenzspule) oder auch als Diagnosebauteil 220 dienen können. Die Induktivitäten können beispielsweise mit der bereits oben im Zusammenhang mit 1 beschriebenen Schaltung 100 bestimmt werden. Neben Planarspulen können die Schaltungselemente der Schaltung 100 auch mit Hilfe anderer Techniken, beispielsweise als SMD-Bauteile (SMD = Surface Mounted Device = oberflächenmontiertes Bauelement), aufgebracht werden.
Oberhalb, an einer des Schaltungsbauteils 120 zugewandten Seite der Leiterplatte 510 ist ein Betätiger 520 senkrecht zu einer Oberfläche der Leiterplatte bewegbar angeordnet. Dieser weist an einer dem Schaltungsbauteil 120 zugewandten Seite eine metallische bzw. elektrisch leitfähige Schicht 530 auf.
Wird nun der Betätiger 520 bewegt, also ein Abstand zwischen Betätiger 520 und Schaltungsbauteil 120, der auch als Betätigerabstand 540 bezeichnet wird, verändert, verändert sich die Induktivität des Schaltungsbauteils 120 aufgrund der elektrisch leitfähigen Schicht 530 an dem Betätiger 520. Hierdurch wird die Resonanzfrequenz des Schaltungsabschnitts 110 verändert und damit sein Oszillationsverhalten 600.
Bewegt man also den Betätiger 520, der die metallisch leitenden Unterseite (Schicht 530) aufweist, die beispielsweise aus Kupfer oder einem anderen metallischen und/oder elektrisch leitfähigen Material gefertigt sein kann, auf die Spulen (Schaltungsbauteil 120 und Referenzbauteil 330) zu, verändert sich deren Induktivität, wodurch eine Tastfunktion detektiert werden kann. In dem hier gezeigten Fall reduzieren sich die Induktivitäten genauer gesagt.
5 zeigt eine Darstellung eine Abhängigkeit 700 der Induktivität L₁ der als Schaltungsbauteil 120 dienenden Spule in Abhängigkeit von dem Betätigerabstand 540. Wie bereits beschrieben wurde, sinkt mit fallendem Betätigerabstand 540 ebenso die Induktivität L₁.
Auf das Schaltungsbauteil 120 wirkt so ein äußerer Einfluss ein. Die Stellung des Betätigers 520, also ob dieser beispielsweise betätigt oder nicht betätigt ist, kann an dem Schaltsignalausgang 190d des Mikrocontrollers 190 ausgegeben werden. Im Falle des Auftretens eines Fehlzustandes, also beispielsweise das Vorliegen einer Unterbrechung oder eines Kurzschlusses, kann dies von dem Mikrocontroller 190 an dem Diagnosesignalausgang 190e durch Bereitstellen eines entsprechenden Signals (Fehlersignal) angezeigt werden.
Je nach konkreter Implementierung kann sich der äußere Einfluss auf das Referenzbauteil 330 auswirken oder auch nicht auswirken, sofern ein weiterer Schaltungsabschnitt 300 vorgesehen ist. Ist der äußere Einfluss beispielsweise nicht in Bezug auf das Referenzbauteil 330 wirksam, kann hierdurch beispielsweise eine eventuelle Temperatur- oder Alterungsdriftabhängigkeit der Schaltung 100 erkannt und damit kompensiert werden. Selbstverständlich können auch mehrere weitere Schaltungsabschnitte 300 implementiert werden, die beispielsweise unterschiedliche, nicht von dem äußeren Einfluss veränderte weitere Oszillationsverhalten aufweisen. Hierdurch kann gegebenenfalls eine lineare Kompensation einer Driftabhängigkeit erreichbar sein.
Wie bereits zuvor erläutert wurde, kann das Diagnosebauteil 220 dazu verwendet werden, um einen Kurzschluss des Schaltungsbauteils 120 zu erkennen, in welchem Falle sich die Resonanzfrequenz hier erhöht, da die Schwingkreisfrequenz in diesem Falle hinsichtlich der Induktivität im Wesentlichen nur noch von dem Diagnosebauteil 220 und dem Schwingkreiskondensator 130 bestimmt wird.
Optional kann die Auswerteeinheit 180 ferner dazu in der Lage sein, um auf das Vorliegen eines Fehlers zu schließen, wenn ein eine Signalstärke, also die Spannung, beispielsweise einen maximalen oder einen minimalen Wert über- oder unterschreitet. Eine solche Fehlererkennung wird nachfolgend beschrieben.
Ein Betriebszustand der Schaltung 100 bzw. des Tasters 500 kann, wie oben erläutert, aus der Lage der Resonanzfrequenz, also der Lage des Extremums 620 ein Betriebszustand ermittelt werden. Dies kann beispielsweise so geschehen, dass Frequenzbereiche definiert werden, die einzelnen Betriebszuständen zugeordnet werden. Liegt die Frequenz des Extremums in einem solchen Frequenzbereich, wird von der Auswerteeinheit 180 auf das Vorliegen des betreffenden Betriebszustands geschlossen. Aufgrund der Ausgestaltung der Schaltung kann dies reversibel geschehen. Es ist also möglich, von einem ersten Betriebszustand, der beispielsweise dem nicht gedrückten Taster 500 entspricht, in einen zweiten Betriebszustand zu wechseln, der dem gedrückten Taster 500 entspricht. Anschließend kann der Taster 500 wieder in den ersten Betriebszustand wechseln. Gleiches gilt gegebenenfalls auch für andere Schaltungen 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
6 zeigt eine Tabelle, die verschiedene Betriebszustände in einer ersten Spalte wiedergibt, sowie verschiedene, diesen Betriebszuständen zugeordnete Frequenzbereiche, die sich jeweils in der dritten und vierten Spalte wieder finden und mit den Überschriften „Bedingung 2“ und „Bedingung 3“ versehen sind. Die oben angesprochene vorbestimmte weitere Bedingung, wenn im vorliegenden Ausführungsbeispiel also auf eine Unterbrechung geschlossen wird, findet sich in der zweiten Spalte wieder und ist mit der Überschrift „Bedingung 1“ gekennzeichnet.
In dem in 6 gezeigten Beispiel handelt es sich bei der vorbestimmten weiteren Bedingung um eine Bedingung an die Signalstärke, genauer gesagt an den an dem Eingangsknotenpunkt 145 anliegenden Spannungswert. Liegt dieser unter dem beispielsweise zu 1 Volt festgelegten Grenzwert, wird auf eine Unterbrechung geschlossen (Betriebs- oder Fehlerzustand B1).
Neben den hier aufgeführten Betriebszustände B2, B3 und B4, bei denen über die Spalten 3 und 4 Frequenzintervalle definiert sind, umfasst die Tabelle auch den weiteren Fehlerzustand B5. Die mit Betriebszustände B2, B3 und B4 bezeichnen hierbei Betriebszustände, die routinemäßig auftreten können und einer Stellung des Betätigers 520 zu dem Schaltungsbauteil 120 zuzuordnen sind.
Tritt jedoch ein Kurzschluss (Betriebs- oder Fehlerzustand B5) auf, so kann in dem hier gezeigten Fall aufgrund der sehr hohen Resonanzfrequenz oberhalb einer Grenze von 16 MHz auf diesen Fehlerzustand geschlossen werden. Diese Grenzfrequenz wird hinsichtlich der Induktivität im Wesentlichen von dem Diagnosebauteil 220 bestimmt.
7 zeigt schließlich verschiedene Oszillationsverhalten 600-1, ..., 600-5 des Schaltungsabschnitts 110 bei fünf unterschiedlichen Betriebs- und Fehlerzuständen in Abhängigkeit von der Frequenz. Spannungswerte sind auf der Ordinate und Frequenzwerte auf der Abszisse aufgetragen.
Zur Auswertung kann beispielsweise die Tabelle aus 6 verwendet werden. Die erste Kurve 600-1 zeigt so ein Maximum unterhalb einer Grenzfrequenz von 9 MHz, woraus ein auf das Vorliegen des Betriebszustands B2 (Betätigerabstand 540 zu groß) geschlossen werden kann. Die zweite Kurve 600-2 weist ein Maximum in einem Frequenzintervall zwischen 9 MHz und 12 MHz auf, woraus gefolgert werden kann, dass der Taster 500 in dem Betriebszustand B3 (Taste nicht betätigt) vorliegt. Die dritte Kurve 600-3 gibt als Referenz das weitere Oszillationsverhalten des weiteren oszillationsfähigen Schaltungsabschnitts 300 wider. Die vierte Kurve 600-4 umfasst ein Maximum in einem Intervall zwischen 12 MHz und 16 MHz, woraus geschlossen werden kann, dass der Betriebszustand B4 (Taste betätigt) vorliegt. Die fünfte Kurve 600-5 nimmt bei einer Frequenz oberhalb von 16 MHz ihren Maximalwert an, woraus auf den Betriebs- bzw. Fehlerzustand B5 (Kurzschluss) geschlossen werden kann.
Die erste Kurve 600-1 und die fünfte Kurve 600-5 repräsentieren hierbei verschiedene Fehlerzustände, während die zweite Kurve 600-2 sowie die vierte Kurve 600-4 jeweils einem Betriebszustand zugeordnet sind.
Der oszillationsfähige Schaltungsabschnitt 110 kann so zur Messung oder Bestimmung beispielsweise eines Tasterweges (Abstand des Betätigers zu dem Schaltungsbauteil 120) verwendet werden. Bei Ausführungsbeispielen können so grundsätzlich auch mehrere Taster auf einer Leiterplatte 510 vorhanden sein und optional mehrere, beispielsweise im Wesentlichen identisch oder auch unterschiedlich aufgebaute Schaltungsabschnitte 110 umfassen.
8 zeigt schließlich ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen eines Oszillationsverhaltens 600 eines oszillationsfähigen Schaltungsabschnitts 110 einer Schaltung 100. Im Rahmen eines Beeinflussens S100 eines von dem Schaltungsabschnitt 110 umfassten Schaltungsbauteils 120 durch einen äußeren Einfluss wird so das Oszillationsverhalten 600 des Schaltungsabschnitts 110 durch den äußeren Einfluss verändert. Durch ein Abtasten S110 des Oszillationsverhaltens 600 des Schaltungsabschnitts 110 bei einer Mehrzahl von vorbestimmten Frequenzen kann so das Oszillationsverhalten 600 bestimmt werden. Selbstverständlich können diese und andere Verfahrensprozeduren auch in anderer Reihenfolge, zeitlich überlappend oder zeitlich sequentiell erfolgen.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann so beispielsweise mit der beschriebenen Auswertemethode die Induktivität bzw. der Tasterweg mit einer zu einem einfachen mechanischen Kontaktsystem vergleichsweise hohen Genauigkeit bestimmt werden. Ferner kann es die gezeigte Auswertemethode gegebenenfalls ermöglichen, dass der Hochpunkt (Extremum) der Resonanzkurve mit ebenso vergleichsweise hoher Präzision gefunden werden kann. Der Schaltpunkt kann so gegebenenfalls von der Resonanzkurvenform unabhängig auffindbar sein. Bei der Auswertemethode kann es gegebenenfalls möglich sein, eine Temperaturdriftabhängigkeit zu verringern.
Der oszillationsfähige Schaltungsabschnitt 110 kann zur Messung des Tasterweges (Abstand eines Betätigers zu dem Schaltungsbauteil 120) verwendet werden. Bei Ausführungsbeispielen können grundsätzlich mithilfe einer Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel beliebig viele Taster bzw. Betätiger hinsichtlich ihrer Bewegung ausgewertet werden, solange genügend Analog/Digital-Wandler (AD-Wandler) im Rahmen eines Mikrokontrollers oder einer anderen programmierbaren Hardwarekomponente zur Verfügung stehen. Als Frequenzsignal einer entsprechenden induktiven Auswerteschaltung kann bereits ein Rechtecksignal genügen, wie es beispielsweise als Taktsignal bereitgestellt werden kann. Kann es direkt an einem digital Ausgang (Port) eines Mikrokontrollers ausgegeben werden, kann dadurch gegebenenfalls der Einsatz eines zusätzlichen Frequenzgenerators eingespart werden. Ist es gegebenenfalls jedoch nicht möglich, die Frequenzen mit einer ausreichenden Stabilität zu erzeugen, weil beispielsweise kein Quarz oder kein anderer entsprechend stabiler Schwingkreis zur Verfügung steht, kann gegebenenfalls auch mithilfe eines RC-Oszillators dieser erzeugt werden. Sollte dieser ein nichtakzeptabel hoher Drift oder eine andere entsprechende Abweichung hinsichtlich eines Parameters aufweisen, kann es möglich sein, diesen durch eine, zwei oder mehr Referenzspulen gegebenenfalls zu kompensieren.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den beigefügten Figuren offenbarten Merkmale können sowohl einzeln wie auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung eines Ausführungsbeispiels in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein und implementiert werden.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-Ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einer programmierbaren Hardwarekomponente derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird.
Eine programmierbare Hardwarekomponente kann durch einen Prozessor, einen Computerprozessor (CPU = Central Processing Unit), einen Grafikprozessor (GPU = Graphics Processing Unit), einen Computer, ein Computersystem, einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC = Application-Specific Integrated Circuit), einen integrierten Schaltkreis (IC = Integrated Circuit), ein Ein-Chip-System (SOC = System on Chip), ein programmierbares Logikelement, einen digitalen Signalprozessor (DSP), oder ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor (FPGA = Field Programmable Gate Array) gebildet sein.
Das digitale Speichermedium kann daher maschinen- oder computerlesbar sein. Manche Ausführungsbeispiele umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem oder einer programmierbare Hardwarekomponente derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird. Ein Ausführungsbeispiel ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Programm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Programm, Firmware, Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode oder als Daten implementiert sein, wobei der Programmcode oder die Daten dahin gehend wirksam ist bzw. sind, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Programm auf einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente abläuft. Der Programmcode oder die Daten kann bzw. können beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger oder Datenträger gespeichert sein. Der Programmcode oder die Daten können unter anderem als Quellcode, Maschinencode oder Bytecode sowie als anderer Zwischencode vorliegen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist ferner ein Datenstrom, eine Signalfolge oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Programm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom, die Signalfolge oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, um über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet oder ein anderes Netzwerk, transferiert zu werden. Ausführungsbeispiele sind so auch Daten repräsentierende Signalfolgen, die für eine Übersendung über ein Netzwerk oder eine Datenkommunikationsverbindung geeignet sind, wobei die Daten das Programm darstellen.
Ein Programm gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eines der Verfahren während seiner Durchführung beispielsweise dadurch umsetzen, dass dieses Speicherstellen ausliest oder in diese ein Datum oder mehrere Daten hinein schreibt, wodurch gegebenenfalls Schaltvorgänge oder andere Vorgänge in Transistorstrukturen, in Verstärkerstrukturen oder in anderen elektrischen, optischen, magnetischen oder nach einem anderen Funktionsprinzip arbeitenden Bauteile hervorgerufen werden. Entsprechend können durch ein Auslesen einer Speicherstelle Daten, Werte, Sensorwerte oder andere Informationen von einem Programm erfasst, bestimmt oder gemessen werden. Ein Programm kann daher durch ein Auslesen von einer oder mehreren Speicherstellen Größen, Werte, Messgrößen und andere Informationen erfassen, bestimmen oder messen, sowie durch ein Schreiben in eine oder mehrere Speicherstellen eine Aktion bewirken, veranlassen oder durchführen sowie andere Geräte, Maschinen und Komponenten ansteuern und so beispielsweise mittels Aktoren auch komplexere Verfahrensschritte durchführen.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
Bezugszeichenliste

100: Schaltung
110: Oszillationsfähiger Schaltungsabschnitt
120: Schaltungsbauteil
130: Schwingkreiskondensator
140: Knotenpunkt
145: Eingangsknotenpunkt
150: Frequenzgenerator
150a: Versorgungsanschluss
150b: weiterer Versorgungsanschluss
150c: Eingang
150d: Ausgang
160: Koppelkondensator
170: Koppelwiderstand
180: Auswerteeinheit
190: Mikrocontroller
190a: Signalausgang
190b: Erster Analog/Digital-Wandler
190c: Zweiter Analog-Digital-Wandler
190d: Schaltsignalausgang
190e: Diagnosesignalausgang
190f: Versorgungsanschluss
190g: weiterer Versorgungsanschluss
200: Gleichrichterabschnitt
205: Gleichrichterdiode
210: Gleichrichterkondensator
215: Gleichrichterwiderstand
220: Diagnosebauteil
300: Weiterer Schaltungsabschnitt
310: Weiterer Eingangsknotenunkt
315: Koppelwiderstand
320: Weiteren Knotenpunkt
330: Referenzbauteil
335: Weitere Schwingkreiskondensators
340: Weiterer Gleichrichterabschnitt
350: Weitere Gleichrichterdiode
360: Weiterer Gleichrichterwiderstand
365: Weiterer Gleichrichterkondensator
500: Taster
510: Leiterplatte
520: Betätiger
530: Elektrisch leitfähige Schicht
540: Betätigerabstand
600: Oszillationsverhalten
610: Messpunkte
620: Extremum des Oszillationsverhaltens
630: Frequenz
640: Signalstärke
700: Abhängigkeit
S100: Beeinflussen
S110: Abtasten

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1424250 A2 [0004]

Claims

Schaltung (100) mit zumindest einem oszillationsfähigen Schaltungsabschnitt (110), wobei der Schaltungsabschnitt (110) ein Schaltungsbauteil (120) umfasst, welches derart durch einen äußeren Einfluss beeinflussbar ist, dass ein Oszillationsverhalten (600) des Schaltungsabschnitts (110) durch den äußeren Einfluss veränderbar ist, wobei die Schaltung (100) ferner dazu ausgebildet ist, das Oszillationsverhalten (600) des Schaltungsabschnitts (110) durch ein Abtasten bei einer Mehrzahl von vorgegebenen Frequenzen zu bestimmen.
Schaltung (100) gemäß Anspruch 1, die ausgebildet ist, um die Mehrzahl von vorgegebenen Frequenzen unabhängig von dem Oszillationsverhalten (600) des Schaltungsabschnitts (110) bereitzustellen.
Schaltung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, die ferner einen Frequenzgenerator (150) umfasst, der ausgebildet ist, um dem Schaltungsabschnitt (110) die Mehrzahl von vorgegebenen Frequenzen bereitzustellen.
Schaltung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, die ferner eine Auswerteeinheit (180) umfasst, die mit dem Schaltungsabschnitt (110) gekoppelt und ausgebildet ist, um über die Kopplung bei Frequenzen der Mehrzahl von vorgegebenen Frequenzen mindestens jeweils eine Signalstärke des Schaltungsabschnitts (110) zu erfassen.
Schaltung (100) gemäß Anspruch 4, bei der die Auswerteeinheit (180) ausgebildet ist, um ein Extremum (620) des Oszillationsverhaltens (600) basierend auf den erfassten Signalstärken zu bestimmen.
Schaltung (100) gemäß Anspruch 5, bei der die Mehrzahl von vorgegebenen Frequenzen wenigstens eine erste Frequenz (630-1), eine zweite Frequenz (630-2) und eine dritte Frequenz (630-3) umfasst, wobei eine zweite Signalstärke (640-2) bei der zweiten Frequenz (630-2) größer oder kleiner als eine erste Signalstärke (640-1) bei der ersten Frequenz (630-1) und eine dritte Signalstärke (640-3) bei der dritten Frequenz (630-3) ist, wobei die erste Frequenz (630-1) kleiner als die zweite Frequenz (630-2), und die dritte Frequenz (630-3) größer als die zweite Frequenz (630-2) ist, wobei die Auswerteeinheit (180) ausgebildet ist, um das Extremum (620) des Oszillationsverhaltens (600) wenigstens basierend auf der ersten Signalstärke (640-1), der zweiten Signalstärke (640-2) und der dritten Signalstärke (640-3) durch ein Interpolieren zu bestimmen.
Schaltung (100) gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei ein erster Betriebszustand einem ersten Frequenzbereich zugeordnet ist und ein zweiter Betriebszustand einem zweiten Frequenzbereich zugeordnet ist, und die Auswerteeinheit (180) ausgebildet ist, um auf das Vorliegen des ersten Betriebszustands oder des zweiten Betriebszustands zu schließen, wenn eine Frequenz des Extremums (620) in dem dem Betriebszustand zugeordneten Frequenzbereich liegt.
Schaltung (100) gemäß Anspruch 7, wobei die Auswerteeinheit (180) ausgebildet ist, um ein Signal bereitzustellen, welches eine Information über das Vorliegen des ersten oder des zweiten Betriebszustands aufweist.
Schaltung (100) gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die Schaltung (100) ausgebildet ist, um von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand und anschließend von dem zweiten Betriebszustand in den ersten Betriebszustand zu wechseln.
Schaltung (100) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die Auswerteeinheit (180) ausgebildet ist, um auf ein Vorliegen eines von einem Betriebszustand abweichenden Fehlerzustands des Schaltungsabschnitts (110) zu schließen und ein Fehlersignal auszugeben, welches eine Information über das Vorliegen des Fehlerzustands des Schaltungsabschnitts (110) aufweist.
Schaltung (100) gemäß Anspruch 10, wobei die Auswerteeinheit (180) ausgebildet ist, um auf das Vorliegen des Fehlerzustands zu schließen, wenn ein maximaler und/oder ein minimaler Wert der erfassten Signalstärke eine vorbestimmte Bedingung erfüllt.
Schaltung (100) gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei der Schaltungsabschnitt (110) ein Diagnosebauteil (220) umfasst, das ausgebildet ist, um selbst bei einem Kurzschluss oder bei einer Überbrückung des Schaltungsbauteils (120) eine Oszillationsfähigkeit des Schaltungsabschnitts (110) mit einer Frequenz des Extremums (620) des Oszillationsverhaltens (600) aufrecht zu erhalten, sodass die Frequenz dieses Extremums (620) eine vorbestimmte weitere Bedingung erfüllt, und wobei die Auswerteeinheit (180) ausgebildet ist, um auf das Vorliegen des Fehlerzustands oder eines weiteren Fehlerzustands zu schließen, wenn die vorbestimmte weitere Bedingung erfüllt ist.
Schaltung (100) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 12, die ferner einen oszillationsfähigen weiteren Schaltungsabschnitt (300) umfasst, wobei die Auswerteeinheit (180) ferner ausgebildet ist, um ein weiteres Oszillationsverhalten des weiteren Schaltungsabschnitts (300) durch das Abtasten der Mehrzahl von vorbestimmten Frequenzen zu bestimmen, und durch ein Vergleichen des Oszillationsverhaltens (600) mit dem weiteren Oszillationsverhalten auf eine Veränderung eines Parameters des Schaltungsabschnitts (110) zu schließen.
Taster mit einer Schaltung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, und einem beweglichen, zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Betätiger (520), der gerade so angeordnet und ausgebildet ist, dass ein Betätigen des Betätigers (520) den äußeren Einfluss bewirkt.
Verfahren zum Bestimmen eines Oszillationsverhaltens (600) eines oszillationsfähigen Schaltungsabschnitts (110) einer Schaltung (100), umfassend: Beeinflussen (S100) eines von dem Schaltungsabschnitt (110) umfassten Schaltungsbauteils (120) durch einen äußeren Einfluss, sodass das Oszillationsverhalten (600) des Schaltungsabschnitts (110) durch den äußeren Einfluss verändert wird; und Abtasten (S110) des Oszillationsverhaltens (600) des Schaltungsabschnitts (110) bei einer Mehrzahl von vorbestimmten Frequenzen, um das Oszillationsverhalten (600) zu bestimmen.