DE102014102734A1

DE102014102734A1 - Sensorsysteme und Verfahren mit emulierter Leitungsanpassung

Info

Publication number: DE102014102734A1
Application number: DE102014102734.5A
Authority: DE
Inventors: Dirk Hammerschmidt
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2014-08-28
Anticipated expiration: 2034-03-01
Also published as: US20140244206A1; US10704988B2; CN104015674B; DE102014102734B4; CN104015674A

Abstract

Ein Messsystem umfasst einen Signalbus, eine elektronische Steuereinheit und einen emulierten Sensor. Die elektronische Steuereinheit ist mit dem Signalbus verbunden. Der Sensor mit emulierter Leitungsanpassung ist ebenfalls mit dem Signalbus verbunden. Der emulierte Sensor ist so konfiguriert, dass er den Stromverbrauch gemäß einer ausgewählten Impedanz und eines ausgewählten Frequenzbereichs anpasst.

Description

HINTERGRUND
Kraftfahrzeugsysteme sind komplexe Systeme, die Computer und Bauteile für den Betrieb und die Überwachung des Betriebs von Kraftfahrzeugen aufweisen. Die Systeme weisen üblicherweise einen Prozessor auf, der den Motorbetrieb und dergleichen steuert und überwacht. Das System betreibt im Allgemeinen mehrere Steuersysteme, die Kraftfahrzeugfunktionen ausführen. Durch die Überwachung können kleinere Probleme identifiziert und korrigiert werden, bevor sie zu größeren Problemen werden.
Ein typisches Sensorsystem, das in Kraftfahrzeugsystemen eingesetzt werden kann, umfasst den Prozessor, eine elektronische Steuereinheit (ECU), Signalleitungen und Sensoren. Die verschiedenen Elemente müssen über die Signalleitungen miteinander kommunizieren. Abweichungen in den Signalleitungen und Bauteilen können jedoch Herausforderungen darstellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es besteht Bedarf an der Bereitstellung eines Konzepts für ein verbessertes Messsystem oder einen solchen Sensor.
Solch ein Bedarf kann durch ein Messsystem gemäß Anspruch 1, einen Sensor gemäß Anspruch 10 und ein Verfahren gemäß Anspruch 15 erfüllt werden.
Einige Ausführungsformen betreffen ein Messsystem, das einen Signalbus, eine elektronische Steuereinheit, die mit dem Signalbus verbunden ist, und zumindest einen Sensor mit einer emulierten Leitungsanpassung, der mit dem Signalbus verbunden ist, umfasst, wobei die emulierte Leitungsanpassung konfiguriert ist, um den Stromverbrauch gemäß einer gewählten Impedanz und einem gewählten Frequenzbereich anzupassen.
Gegebenenfalls ist die elektronische Steuereinheit konfiguriert, um Messsignale zu empfangen.
Außerdem kann das System eine Vielzahl von Sensoren umfassen, die mit dem Signalbus verbunden sind und konfiguriert sind, um Messsignale bereitzustellen.
Gegebenenfalls ist der Sensor mit der emulierten Leitungsanpassung ein Drucksensor, ein Beschleunigungssensor oder ein Magnetfeldsensor.
Gemäß einem Aspekt ist der emulierte Sensor konfiguriert, um eine Versorgungsspannung zu messen und ein Einstellungsausmaß gemäß der gemessenen Versorgungsspannung und der gewählten Impedanz zu berechnen.
Gegebenenfalls weist der emulierte Sensor einen Analog-Digital-Wandler auf, der konfiguriert ist, um eine Versorgungsspannung vom Signalbus zu messen.
In manchen Ausführungsformen weist der Sensor mit emulierter Leitungsanpassung eine Stromquelle, ein Messbauteil und ein Leitungsanpassungsbauteil auf, wobei das Messbauteil mit dem Signalbus und dem Leitungsanpassungsbauteil verbunden ist, und die Stromquelle mit dem Signalbus und dem Leitungsanpassungsbauteil verbunden ist.
Gegebenenfalls ist das Messbauteil konfiguriert, um eine Versorgungsspannung vom Signalbus zu messen und eine Versorgungsmessung für das Leitungsanpassungsbauteil bereitzustellen.
Außerdem erzeugt das Leitungsanpassungsbauteil gegebenenfalls ein Steuersignal für die Stromquelle zumindest teilweise gemäß der Versorgungsmessung.
Beispielsweise ist das Steuersignal eine Steuerspannung.
Gegebenenfalls ist das Steuersignal ein digitales Signal.
In manchen Ausführungsformen umfasst das System außerdem ein Filter, das mit dem Signalbus verbunden ist.
Gegebenenfalls umfasst das System ferner ein Filter, das mit dem Signalbus verbunden ist und konfiguriert ist, um Gleichstromkomponenten aus einer Versorgungsspannung zu entfernen.
Manche Ausführungsformen betreffen einen Sensor mit emulierter Leitungsanpassung, der ein Versorgungsmessbauteil, das konfiguriert ist, um eine Versorgungsspannungsmessung zu erhalten, ein Leitungsanpassungsbauteil, das konfiguriert ist, um ein Steuersignal gemäß einer gewählten Impedanz, einem gewählten Frequenzbereich und der Versorgungsspannungsmessung zu erzeugen, und ein Anpassungsbauteil, das konfiguriert ist, um eine Leitungsimpedanz gemäß dem Steuersignal anzupassen, umfasst.
Gegebenenfalls ist das Versorgungsmessbauteil konfiguriert, um die Versorgungsspannungsmessung von einem Signalbus zu erhalten.
Außerdem ist das Leitungsanpassungsbauteil gegebenenfalls konfiguriert, um die Versorgungsspannungsmessung durch die gewählte Impedanz zu dividieren, um einen ersten Wert zu erhalten.
Gemäß einem Aspekt ist das Leitungsanpassungsbauteil konfiguriert, um einen Nebenschlussstrom zu berechnen, um einen zweiten Wert zu erhalten.
Gegebenenfalls basiert das Steuersignal auf einer Kombination aus dem ersten Wert und dem zweiten Wert.
Außerdem verwendet das Anpassungsbauteil gegebenenfalls ein Filter, um den Einstellungswert gemäß einer Impedanzübertragungsfunktion zu berechnen.
Gemäß einem Aspekt ist das Anpassungsbauteil konfiguriert, um den Stromverbrauch gemäß dem Steuersignal zu verändern.
Manche Ausführungsformen betreffen ein Verfahren zum Betreiben eines Sensorsystems, wobei das Verfahren das Bereitstellen einer gewählten Impedanz und eines gewählten Frequenzbereichs, das Messen einer Versorgungsspannung, das Erzeugen eines Steuersignals gemäß der gemessenen Versorgungsspannung, der gewählten Impedanz und dem gewählten Frequenzbereich, und das Einstellen des Stromverbrauchs gemäß dem Steuersignal umfasst.
Gegebenenfalls umfasst das Verfahren ferner das Filtern der Versorgungsspannung vor dem Messen der Versorgungsspannung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm eines Kraftfahrzeugsteuer- und -messsystems mit einem emulierten Sensor mit Leitungsanpassung.
2 ist ein Schaltbild, das einen beispielhaften Sensor veranschaulicht, der in einem Steuer- und Messsystem verwendet werden kann.
3 ist ein Schaltbild, das einen emulierten Sensor veranschaulicht, der Impedanzanpassung bereitstellt.
4 ist ein Schaltbild, das einen emulierten Sensor veranschaulicht, der ein Filter an einem vorderen Ende des Sensors enthält.
5 ist ein Schaltbild, das einen emulierten Sensor veranschaulicht, der ein Filter an einem hinteren Ende des Sensors enthält.
6 ist ein Schaltbild, das ein Verfahren zur Erzeugung eines Anpassungsstroms veranschaulicht, worin das Filtern vor der Berechnung eines Anpassungsstroms stattfindet.
7 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Betreiben eines Steuer- und Messsystems veranschaulicht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, worin gleiche Bezugszahlen durchgehend für die gleichen Elemente verwendet werden und worin die veranschaulichten Strukturen und Vorrichtungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt sind.
Systeme und Verfahren sind offenbart, die Sensorsysteme vereinfachen. Die Systeme und Verfahren weisen Sensoren mit emulierter Leitungsanpassung auf. Die Sensoren können beispielsweise in Mess- und Analysesystemen, z.B. Kraftfahrzeuganalyse- und -sensorsystemen, eingesetzt werden.
1 ist ein Blockdiagramm eines Kraftfahrzeugsteuer- und -messsystems 100 mit einem Sensor mit emulierter Leitungsanpassung. Das System 100 ist zum besseren Verständnis in einem vereinfachten Format dargestellt. Es sei darauf hingewiesen, dass Bauteile und dergleichen weggelassen sind.
Das System 100 weist eine elektronische Steuereinheit (ECU) 102, Sensoren 104 ohne Leitungsanpassung, einen Sensor mit emulierter Leitungsanpassung 106 und Signalleitungen/-bus 108 auf. Die ECU 102 ist ein System, das ein elektrisches System in einem Motorfahrzeug steuert und/oder überwacht. Die ECU 102 kann bestimmten Funktionen und/oder Systemen des Fahrzeugs zugeordnet sein, beispielsweise der Kraftübertragungssteuerung, der Motorsteuerung, der Bremssteuerung, Airbags und dergleichen. Die ECU 102 erzeugt und empfängt eine Vielzahl von Signalen, einschließlich Messsignalen und Steuersignalen.
Der Signalbus 108 weist eine Vielzahl von Signalleitungen auf, die Informationen zwischen der ECU 102 und anderen Bauteilen des Systems 100 übermitteln. Die anderen Bauteile weisen steuerbare Bauteile, überwachte Bauteile und Sensoren 104 auf. Der Signalbus 108 ermöglicht eine Kommunikation zwischen den verschiedenen Bauteilen über die Vielzahl von Signalleitungen oder -drähten, die diese verbinden.
Die Sensoren 104 messen und/oder erhalten Messungen verschiedene(r) Eigenschaften. Die Eigenschaften können beispielsweise Vibrationsmessungen, chemische Messungen, Temperaturmessungen, Strömungsmessungen, Navigationsinformationen, Positionsinformationen, Druckinformationen, Temperatur und dergleichen aufweisen. Die Sensoren 104 können verschiedene Sensoren aufweisen, beispielsweise Temperatursensoren, Kühlmittelstandsensoren, Hall-Effekt-Sensoren, Kurbelwellenpositionssensoren, Gaspedalpositionssensoren, Beschleunigungsmesser, Drucksensoren und dergleichen.
Die ECU 102 stellt die Steuersignale gemäß Steueralgorithmen bereit, die auf den Messsignalen basieren. Die Steuersignale weisen Steuerinformationen für verschiedene Steuersysteme für das Motorfahrzeug auf. Die Steuersysteme können beispielsweise eine Geschwindigkeitssteuereinheit, eine Airbagsteuereinheit, eine Übertragungssteuereinheit, eine Kraftübertragungssteuereinheit und dergleichen aufweisen.
Die Steuersignale können auf einem oder mehreren der Messsignale basieren. Beispielsweise kann ein Motorsteuersignal basierend auf einer Drehmomentmessung, einer Temperatur, dem Winkel des Gaspedals und dergleichen bestimmt werden. Das Motorsteuersignal weist in einem Beispiel die Information auf, wie viel Benzin zu einem bestimmten Zeitpunkt in einen gewählten Zylinder eingespritzt werden soll.
Die Messsignale stellen außerdem dem ECU 102 Rückmeldung über die Auswirkung oder das resultierende Verhalten der erzeugten Steuersignals bereit. Beispielsweise kann ein Motorsteuersignal der gewählten Geschwindigkeit von 60 mph entsprechen, aber in einer gemessenen Geschwindigkeit von 55 mph resultieren. Dies könnte auf einen Fehler oder darauf hinweisen, dass eine Einstellung im Steueralgorithmus von Nöten ist, der zur Erzeugung des Signals verwendet wird, oder dass ein anderer Faktor sich auf die resultierende Geschwindigkeit auswirkt.
Die Sensoren 104 befinden sich üblicherweise außerhalb der ECU 102. Der Abstand zwischen verschiedenen Sensoren und der ECU 102 kann deutlich variieren. Drähte sind teuer in Bezug auf Gewicht und Kosten, besonders bei Kraftfahrzeugsystemen. Somit verwendet der Signalbus 108, der die Sensoren 104 mit der ECU verbindet, üblicherweise zwei Signalleitungen oder -drähte, um Energie zu befördern und Signale zu übertragen. Die Signale werden unter Verwendung einer geeigneten Modulationsschnittstelle übertragen, sodass dem Sensor Energie zugeführt werden kann, während Informationen übertragen werden. Einige Beispiele für geeignete Schnittstellen umfassen die Peripheral Sensor Interface (PSI) Standardversion 5 und die digitale Standard-Sensorschnittstelle (DSI), die für Airbag- und Kraftübertragungssysteme in Kraftfahrzeugen verwendet werden.
Schwankungen der Längen und der Pfade zwischen den Sensoren 104 und der ECU führen zu Schwankungen der Induktivität und Kapazität. Diese Schwankungen können Signale verschlechtern, Kommunikation verlangsamen oder sogar zu unerwünschten Resonanzsignalen führen.
Ein RC-Filter kann vorhanden sein, um die unerwünschten Resonanzsignale zu mildern. Das Filter kann in einem Beispiel zwischen den Sensoren 104 und Drähten des Bus 108, der die Sensoren 104 mit der ECU 102 verbindet, angeordnet sein. Solch ein Filter dämpft die Resonanz zwischen einer Leitungsinduktivität und Kondensatoren für die Sensoren 104 und die ECU 102. Außerdem kann das Filter injizierte EMC vermindern.
Die Verwendung eines RC-Filters reicht jedoch nicht aus, um die Impedanz der ECU 102 an die Busleitungen 108 anzupassen. Beispielsweise umfassen herkömmliche Leitungen, die für den Signalbus 108 verwendet werden, ein verdrilltes Drahtpaar mit einer Leitungsimpedanz von 120 Ohm. In einem Beispiel muss die ECU 102 6 bis 15 V mit bis zu 70 mA bereitstellen. Bei solchen Leistungen ist ein Abschluss mit 120 Ohm aufgrund des übermäßigen Energieverbrauchs und einem Spannungsabfall an dem Widerstand, der die verfügbare Versorgungsspannung übersteigt (70mA·120Ohm > 6V) inakzeptabel.
Für die Sensoren 104 kann ein RC-Filter verwendet werden, weil die Sensoren 104 üblicherweise Widerstände mit 50 Ohm und Kondensatoren mit 5–10 nF aufweisen und einen akzeptablen Leitungsabschluss in einem gewählten Frequenzbereich von Interesse, z.B. 100 kHz und 5 MHz bereitstellen.
Der Sensor mit emulierter Leitungsanpassung 106 wird zusätzlich zu einem oder anstelle eines RC-Filter(s) verwendet. Der Sensor mit emulierter Leitungsanpassung 106 passt die Leitungsimpedanz an einen akzeptablen Wert für den gewählten Frequenzbereich von Interesse an. Der Sensor mit emulierter Leitungsanpassung 106 verwendet keine zusätzlichen separaten Bauteile.
Der Sensor mit emulierter Leitungsanpassung 106 ist mit dem Signalbus 106 verbunden und misst eine Schwankung am Signalbus 108. Die gemessene Schwankung wird verwendet, um ein Impedanzanpassungsausmaß zu bestimmen, um einen gewählten Leitungsabschluss für den gewählten Frequenzbereich zu erhalten. Die Impedanzanpassung wird dann vom Sensor mit emulierter Leitungsanpassung 106 unter Verwendung einer Stromquelle oder anderen geeigneten Mechanismus umgesetzt. Der akzeptable Leitungsabschluss wird durch die Impedanzanpassung erhalten.
Es gilt anzumerken, dass die Impedanzanpassung nur für den gewählten Frequenzbereich erforderlich ist. Somit erfordern Signale auf dem Signalbus 106 außerhalb des gewählten Frequenzbereichs keine Messung der Schwankung der Busspannung und/oder die Impedanzanpassung.
2 ist ein Schaltbild, das einen beispielhaften Sensor 200 veranschaulicht, der in einem Steuer- und Messsystem verwendet werden kann. Der Sensor 200 ist zum besseren Verständnis in einem vereinfachten Format dargestellt.
Der Sensor 200 ist mit dem Steuer- und Messsystem über einen Signalbus 210 verbunden, der zwei Signalleitungen umfasst. Eine obere Leitung weist ein variiertes Potenzial auf, und eine untere Leitung liegt oft bei etwa Massepotenzial, kann aber auch auf einem anderen variierten Potenzial liegen.
Der Sensor umfasst einen oberen Knoten 210, einen unteren Knoten 208, einen Sensorkondensator 204 und eine Sensorschaltung 202. Der obere Knoten 210 ist mit der oberen Leitung des Signalbus 210 verbunden. Die obere Leitung wird auch als PDL-Leitung bezeichnet. Der untere Knoten 208 ist mit der unteren Leitung des Signalbus 201 verbunden. Der Kondensator 204 und die Schaltung 202 sind parallel geschaltet, mit gemeinsamen Verbindungen zum oberen Knoten 210 und unteren Knoten 208. Die Schaltung 202 stellt einen modulierten Strom bereit, der über eine ECU oder ein anderes Bauteil des Steuer- und Messsystems empfangen werden kann.
Die Schaltung 202 weist üblicherweise relativ hohe Impedanz auf, beispielsweise über 1kOhm. Diese hohe Impedanz begrenzt Schwankungen des Stromverbrauchs, in einem Beispiel auf weniger als 1 mA, verursacht durch eine 1V-Änderung der Versorgungsspannung. Jedoch können solche Sensoren ein signifikantes Kapazitätsausmaß pro Sensor aufweisen, das jedes Mal, wenn die ECU einen Synchronisationsimpuls oder eine Nachricht unter Verwendung einer Modulation der Versorgungsspannung aussendet, geladen und/oder entladen wird.
3 ist ein Schaltbild, das einen Sensor mit emulierter Leitungsanpassung 300 darstellt, der eine Impedanzanpassung bereitstellt. Der Sensor 300 ist zum besseren Verständnis in vereinfachter Form bereitgestellt.
Der Sensor 300 umfasst eine Sensorversorgungsspannung, ein Strommodulationsbauteil 304, ein Versorgungsmessbauteil 306, ein Anpassungsbauteil 308 und ein Sensor- und Datenverarbeitungsbauteil 314. Der Sensor 300 ist mit den Signalleitungen 310 verbunden, die den Sensor mit anderen Bauteilen, wie einer ECU, verbindet. Das Sensor- und Datenverarbeitungsbauteil 314 umfasst ein Leitungsanpassungsbauteil 312.
Das Versorgungsmessbauteil 306 ist ein Mechanismus zum Messen der Versorgungsspannung und zum Erhalten einer Stromversorgungs- oder Signalmessung 318. In einem Beispiel umfasst das Messbauteil einen Analog-Digital-Wandler (ADC). Das Bauteil stellt eine Signalmessung 318 der Versorgungsspannung für das Leitungsanpassungsbauteil 312 bereit. Die Signalmessung 318 wird auch als Offset bezeichnet und stellt eine Veränderung der Spannung oder des Stroms innerhalb eines bekannten Frequenzbands, das eine Leitungsanpassung erfordert, dar. Das Versorgungsmessbauteil kann die komplette Versorgungsspannung, einschließlich der Gleichstromkomponente, messen, es kann jedoch auch ein Hochpaß- oder Bandfilter 307 umfassen, um den Eingangsbereich für den Messbereich auf die Amplituden von Spektralbauteilen zu beschränken, die innerhalb des Frequenzbereichs der Signale und der Leitungsresonanzen auftreten können.
Das Leitungsanpassungsbauteil 312 ist ein Verarbeitungsblock, der ein Impedanzanpassungsausmaß 320 gemäß der Stromversorgungsmessung 318 bestimmt. In einem Beispiel wird das Leitungsanpassungsbauteil 312 unter Verwendung eines Digitalsignalprozessors eingesetzt. In einem anderen Beispiel wird das Leitungsanpassungsbauteil 312 unter Verwendung von Analogbauteilen, wie einem Bandfilter, der die gemessene Versorgungsspannung filtert und eine Steuerspannung des Anpassungsbauteils 308 einstellt, eingesetzt.
Das Impedanzanpassungsausmaß 320 wird dann für das Anpassungsbauteil 308 bereitgestellt. In einem Beispiel wird das Anpassungsausmaß 320 an das Bauteil 308 in Form eines digitalen Signals weitergeleitet, und in einem anderen Beispiel wird es in Form einer Steuerspannung weitergeleitet.
Das Anpassungsbauteil 308 passt Leitungsimpedanz gemäß des Impedanzanpassungsausmaßes 320 an. In einem Beispiel stellt das Anpassungsbauteil 308 einen Offset-Strom bereit, um das Impedanzanpassungsausmaß zu ergeben.
Das Sensor- und Datenverarbeitungsbauteil 314 umfasst das Leitungsanpassungsbauteil 312 und kann andere Bauteile (nicht dargestellt) umfassen. Das Sensorbauteil 314 erhält Messungen und stellt die Informationen in Form von Signalen bereit. Die Signale werden durch Modulieren des Stroms über das Strommodulationsbauteil 304 bereitgestellt.
Zum besseren Verständnis ist ein Beispiel bereitgestellt, das zeigt, wie der Sensor mit emulierter Leitungsanpassung 300 einen großen Bereich von Kapazitäten und Impedanzen erfassen kann. Jedoch versteht sich, dass der Sensor 300 und Variationen über das vorliegende Beispiel hinaus berücksichtigt werden.
Die PSI5-Standardspezies spezifiziert einen Leitungsinduktivitätsbereich, als L_L bezeichnet, einen ECU-Kapazitätsbereich, als C_E bezeichnet und eine kumulative Sensorkapazität, bezeichnet als C_S. Die Leitungsinduktivität (L_L) liegt in einem Bereich von 0 bis 8,7 µH. Der ECU-Kapazitätsbereich (C_E) liegt bei 5 bis 35 nF. Die Sensorkapazität (C_S) kann in einem Bereich von 5 bis 107 nF liegen. Demzufolge kann eine Resonanzfrequenz eines Lastnetzwerks nahe an oder sogar innerhalb eines für die Datenübertragung spezifiziertes Frequenzbandes liegen.
Somit beschränkt eine Anpassung der Leitungsimpedanz nur für das spezifizierte Frequenzband die Resonanz und verbessert die Verlässlichkeit eines Signalbus. Weiterhin ist es möglich, die niedrigsten Resonanzfrequenzen durch Verringern der Sensorkondensatoren wesentlich nach oben zu verschieben, was zu einem Anstieg der erreichbaren Kanalkapazität führt. Für dieses Beispiel ist L_L = 0 µH bis 8,7 µH, C_E = 5 nF bis 35 nF und C_S = 5 nF bis 107 nF. Unter Verwendung dieser Werte kann ein typischer Sensor Daten über eine Manchester-kodierte Strommodulation mit einem Datenbereich von 125 bis 189 Bit/s übertragen.
Eine erste Resonanz ist ein serieller Resonanzmodus, verursacht durch eine Serienschaltung eines Sensorkondensators und Signalleitungsinduktivitäten. Die Nullstellen, durch Zres1 und Zres2 bezeichnet, ergeben sich aus:
Eine zweite Resonanz ist eine Parallelresonanz, verursacht durch eine Parallelverbindung der Leitungsinduktivität mit der Serienschaltung eines ECU-Kondensators C_E und einer Vielzahl von Sensoren. Deren Pole, bezeichnet durch Pres1 und Pres2, ergeben sich aus:
Somit erreicht eine Abnahme des Maximums für Sensorkapazitätslast ein Ziel, alle Resonanzfrequenzen zu erhöhen. Um den Gütefaktor der unterschiedlichen Resonanzbetriebsarten zu beeinflussen, kann eine Emulation eines Serienwiderstands bereitgestellt werden.
Es versteht sich, dass andere Bauteile mit dem Sensor 300 und/oder mit einem Steuerungs- und/oder Messsystem, in dem der Sensor eingesetzt wird, verwendet werden können. Die anderen Bauteile umfassen Filter und dergleichen.
4 ist ein Schaltbild, das einen Sensor mit emulierter Leitungsanpassung 400 darstellt, die am vorderen Ende des Sensors 400 ein eingebautes Filter aufweist. Der Sensor 400 ist aufgrund eines besseren Verständnisses in vereinfachter Form dargestellt.
Der Sensor 400 ist dem oben beschriebenen Sensor 300 im Wesentlichen ähnlich. Für eine Beschreibung der ähnlich benannten Bauteile, siehe die obige Beschreibung.
Um eine Leitungsanpassung zu erleichtern, umfasst der Sensor 400 ein emuliertes Sensorfilter 416. Das Filter 416 filtert die Versorgungsspannung, bevor sie durch das Versorungsmessbauteil 306 gemessen wird. Die Versorgungsspannung wird gefiltert, um Gleichstromkomponenten zu entfernen, da es nicht erforderlich ist, den Stromverbrauch des Sensors 400 zu erhöhen, was nur zu einem erhöhten Stromverbrauch beitragen würde und Resonanzauswirkungen auf den Signalbus 310 nicht beeinträchtigen würde.
Das Filter 416 kann ebenfalls eine komplexere Transferfunktion umfassen, um die gemessene Stromversorgung zu entzerren und um z.B. das Einstellen einer anderen Impedanz im Frequenzbereich der Kommunikationssignale und höherer Frequenzen, die nur für die Resonanz- und EMC-Verzerrungen relevant sind, zu ermöglichen.
Anstatt die Versorgungsspannung zu messen, erhält das Versorgungsspannungsbauteil 306 eine gefilterte Versorgungsspannungsmessung, die dann von dem Leitungsanpassungsbauteil 312 verwendet wird. In diesem Fall muss das RC-Filter bei der Anpassung der emulierten Impedanz berücksichtigt werden (V_Messung/Ianpassen). Die emulierte Impedanz ist nunmehr parallel zu dem Kondensator und diese Parallelschaltung ist in Serie mit dem Widerstand. Und das Gesamtnetzwerk der 2 echten und 1 emulierten Elemente muss an die Leitung angepasst werden.
5 ist ein Schaltbild, das einen emulierten Sensor 500 darstellt, der über einen am hinteren Ende des Sensors 500 eingebautes Filter verfügt. Der Sensor 500 ist zum besseren Verständnis in vereinfachter Form bereitgestellt.
Der Sensor 500 ist dem oben beschriebenen Sensor 300 und Sensor 400 ähnlich. Für eine Beschreibung der ähnlich benannten Bauteile, siehe die obige Beschreibung.
Um eine Leitungsanpassung zu erleichtern, umfasst der Sensor 500 ein emuliertes Sensorfilter 516. Das Filter 516 ist mit dem Signalbus 310 verbunden und filtert die Versorgungsspannung, bevor diese durch das Versorgungsmessbauteil 306 gemessen wird. Die Versorgungsspannung wird gefiltert, um Gleichstromkomponenten zu entfernen, da es nicht erforderlich ist, den Stromverbrauch des Sensors 500 zu erhöhen, was nur zu einem erhöhten Stromverbrauch beitragen würde und Resonanzauswirkungen auf den Signalbus 310 nicht beeinträchtigen würde.
Wiederum kann das Filter 516 ebenfalls eine komplexere Transferfunktion umfassen, und z.B. das Einstellen einer anderen Impedanz im Frequenzbereich der Kommunikationssignale und höherer Frequenzen, die nur für die Resonanz- und EMC-Verzerrungen relevant sind, ermöglichen.
Die Stromspannungsmessung misst in diesem Fall die Versorgungsspannung direkt. Jedoch muss das zusätzliche RC-Netzwerk wiederum bei der Berechnung der Zieltransferfunktion für die emulierte Impedanz berücksichtigt werden.
Es versteht sich, dass das Filtern auch hinter die Anpassungsberechnung verschoben werden kann.
6 ist ein Schaltbild, das ein Verfahren 600 zur Erzeugung eines Anpassungsstroms darstellt, worin das Filtern vor Berechnen eines Anpassungsstroms stattfindet.
Das Verfahren 600 beginnt bei Block 602, wo eine Versorgungsspannung gemessen wird. In diesem Beispiel wurde die Versorgungsspannung nicht gefiltert und kann Gleichstromkomponenten umfassen.
Die Signalmessung wird bei Block 604 gefiltert, um Gleichstromkomponenten aus der Messung zu entfernen. Es ist anzumerken, dass Block 604 für den Fall, in dem ein analoges Hochpaß- oder Band-Eingangsfilter bereits die Versorgungsspannung filtert, nicht erforderlich sein kann.
Die Signalmessung wird durch eine gewollte oder ausgewählte Impedanz an Block 606 dividiert, um ein geteiltes Ausmaß zu ergeben. Ein Offset-Anpassungsausmaß wird aus der Signalmessung an Block 610 berechnet. Der Offset-Anpassungsstrom stellt den Strom dar, der in einem Nebenschlusskreis um den Chip z.B. über die RC-Netzwerke 416 oder 516 fließt.
Das Anpassungsausmaß von Block 610 wird vom geteilten Ausmaß bei 612 unter Verwendung eines Addierers subtrahiert, um ein Gesamtanpassungsausmaß zu erhalten. Das Gesamtanpassungsausmaß wird bei Block 608 verwendet, um einen Anpassungsstrom zu erzeugen, um ein gewähltes Abschlussausmaß zu ergeben.
Es versteht sich, dass andere geeignete Variationen berücksichtigt werden. Beispielsweise kann der Filterblock 604 nach Erzeugen des Gesamtanpassungsausmaßes durchgeführt werden. In einem anderen Beispiel wird das Filter weggelassen. In einem weiteren anderen Beispiel ersetzt ein anderer Block den Filterblock und korrigiert einen Spannungsabfall/-Offset unter Verwendung eines Serienwiderstands, wie in Netzwerk 416 verwendet. In einem anderen Beispiel ist das Filter 604, der Dividierer 606 und die Offset-Berechnung in einem Einzelfilter kombiniert, das eine Impedanzfunktion berechnet, die erforderlich ist, um die erforderliche Impedanztransferfunktion zu bilden. Sind externe Bauteile wie die RC-Netzwerke 416 oder 516 Teil des Sensors, wird ihr Einfluss in diesem Filter berücksichtigt.
7 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 700 zum Bedienen eines Steuer- und Messsystems darstellt. Das Verfahren 700 passt Eigenschaften eines Signalbus durch Erzeugen eines Anpassungsstroms als Antwort auf eine gemessene Versorgungsspannung und eine ausgewählte Impedanz an.
Während Verfahren 700 nachfolgend als eine Serie von Abläufen oder Ereignissen dargestellt und beschrieben ist, versteht sich, dass die dargestellte Reihenfolge solcher Abläufe oder Ereignisse nicht auf beschränkende Weise zu interpretieren ist. Beispielsweise können manche Abläufe in unterschiedlichen Reihenfolgen und/oder gleichzeitig mit anderen Abläufen oder Ereignissen außer jenen, die hierin dargestellt und/oder beschrieben sind, auftreten. Zusätzlich dazu muss es nicht für alle dargestellten Abläufe erforderlich sein, einen oder mehrere Aspekte oder Ausführungsformen der Offenbarung hierin anzuwenden. Ebenfalls kann/können einer oder mehrere der hierin abgebildeten Abläufe in einer oder mehreren getrennten Abläufen und/oder Phasen ausgeführt werden.
Das Verfahren 700 beginnt an Block 702, wo Betriebsparameter für einen Sensor bereitgestellt oder erhalten werden. Die Parameter umfassen eine ausgewählte Impedanz und ein ausgewählten Frequenzbereich. In einem Beispiel sind die Parameter durch einen Schnittstellenstandard, wie den DSI-Standard spezifiziert.
Eine Versorgungsspannung wird bei Block 704 gefiltert. Die Versorgungsspannung ist ein zeitvariierendes Signal und kann ungewollte Gleichspannungskomponenten und dergleichen umfassen. In einem Beispiel wird ein RC-Filter verwendet, um Gleichspannungskomponenten zu entfernen. In einem anderen Beispiel wird ein Filter mit einer Transferfunktion verwendet, um Gleichspannungskomponenten für den ausgewählten Frequenzbereich zu entfernen. Die Transferfunktion ist spezifisch für die ausgewählte Frequenz.
Eine Versorgungsspannung wird bei Block 706 gemessen. Ein geeigneter Messmechanismus wird verwendet, um die Messung aus Signalleitungen oder einem Signalbus zu erhalten. In einem Beispiel umfasst der Messmechanismus einen Analog-Digital-Wandler. Die Versorgungsspannungsmessung variiert üblicherweise aufgrund von dynamischen Vorgängen auf den Sensorbus, beeinflusst durch Parameter wie beispielsweise Signalleitungslänge, Leitungsdicke, anderen Bauteilen, Kapazitätsvariationen und dergleichen.
Ein Steuersignal wird gemäß der gemessenen Versorgungsspannung und der Betriebsparameter bei Block 708 erzeugt. Die gemessene Versorgungsspannung kann Hochpaß- oder Bandpaß-gefiltert sein, um eine dynamische Veränderung zu bestimmen. Die Veränderung kann dazu verwendet werden, um ein Anpassungsausmaß zum Ergeben der ausgewählten Impedanz zu berechnen. Das Steuersignal wird gemäß des Anpassungsausmaßes erzeugt und wird nur benötigt, wenn die gemessene Versorgungsspannung innerhalb des ausgewählten Frequenzbereichs variiert.
Der Stromverbrauch für den Sensor wird gemäß dem Steuersignal bei Block 710 angepasst. In einem Beispiel wird der Stromverbrauch durch Verwenden einer steuerbaren Stromquelle, die durch das Steuersignal angesteuert wird, eingestellt. Die Stromeinstellung erreicht eine Impedanz für den Sensor, die näher an der gewollten oder der ausgewählten Impedanz liegt.
Es ist zu verstehen, dass der beanspruchte Gegenstand als ein Verfahren, eine Vorrichtung oder ein Fabrikat unter Verwendung von Standardprogrammierungs- und/oder Engineeringverfahren zur Erstellung von Software, Firmware, Hardware oder jegliche Kombination daraus, zur Steuerung eines Computers eingesetzt werden kann, um den offenbarten Gegenstand (z.B. die in 1, 2 etc. dargestellten Systeme sind nichtbeschränkende Beispiele eines Systems, das dazu verwendet werden kann um Verfahren 700 auszuführen) auszuführen. Der Begriff „Fabrikat“, wie hierin verwendet, bezieht sich auch auf das Umfassen eines Computerprogramms, auf das von jedem Computer-lesbaren Gerät, Träger oder Medium zugegriffen werden kann. Natürlich erkennen Fachleute auf dem Gebiet an, dass viele Modifikationen an dieser Konfiguration vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang oder Sinn des beanspruchten Gegenstands abzuweichen.
Ein Messsystem umfasst einen Signalbus, eine elektronische Steuereinheit und einen emulierten Sensor. Die elektronische Steuereinheit ist mit dem Signalbus verbunden. Der emulierte Sensor ist ebenfalls mit dem Signalbus verbunden. Der emulierte Sensor ist so konfiguriert, dass er den Stromverbrauch gemäß einer ausgewählten Impedanz und einem ausgewählten Frequenzbereich anpasst.
Ein emulierter Leitungssensor umfasst ein Versorgungsmessbauteil, ein Leitungsanpassungsbauteil und ein Impedanzanpassungsbauteil. Das Versorgungsmessbauteil ist so konfiguriert, dass es eine Versorgungsspannungsmessung erhält. Das Leitungsanpassungsbauteil ist so konfiguriert, um ein Steuersignal gemäß einer ausgewählten Impedanz, eines ausgewählten Frequenzbereichs und der erhaltenen Versorgungsspannungsmessung zu erzeugen. Das Anpassungsbauteil ist so konfiguriert, um eine Leitungsimpedanz gemäß dem Steuersignal anzupassen.
Ein Verfahren zum Bedienen eines Sensorsystems ist offenbart. Eine ausgewählte Impedanz und ein ausgewählter Frequenzbereich sind bereitgestellt. Eine Versorgungsspannung wird gemessen. Ein Steuersignal wird gemäß der gemessenen Versorgungsspannung, der ausgewählten Impedanz und dem ausgewählten Frequenzbereich erzeugt. Der Stromverbrauch wird gemäß dem Steuersignal angepasst.
In besonderer Hinsicht der verschiedenen Funktionen, die von den oben beschriebenen Bauteilen oder Strukturen (Aufbauten, Geräte, Schaltkreise, Systeme etc.) ausgeführt werden können, sollen die Begriffe (einschließlich eines Bezugs auf „Mittel“), die zur Beschreibung solcher Bauteile verwendet werden, beabsichtigterweise, insofern nicht anderes angegeben, jedem Bauteil oder jeder Struktur entsprechen, die die spezifizierte Funktion des beschriebenen Bauteils (z.B. das funktionell äquivalent dazu ist), obwohl nicht strukturell äquivalent zu der offenbarten Struktur ist, die die Funktion in den hierin dargestellten beispielhaften Ausführungen der Erfindung ausführt, ausführen. Zusätzlich dazu, während ein bestimmtes Merkmal der Erfindung hinsichtlich nur einer einzigen von mehreren Ausführungsformen offenbart sein kann, kann solch ein Merkmal mit einer oder mehreren Merkmalen der anderen Ausführungsformen, je nach Wunsch oder zum Vorteil für jede gegebene oder bestimmte Anwendung, kombiniert werden. Außerdem sollen solche Begriffe, wie in jenem Ausmaß, in dem die Begriffe „einschließlich“, „umfasst“, „aufweist“, „mit“ oder Varianten davon, entweder in der detaillierten Beschreibung und den Ansprüchen verwendet werden, auf ähnliche Weise wie der Begriff „umfassend“ als einschließlich angesehen werden.

Claims

Messsystem (100) umfassend: einen Signalbus (108); eine mit dem Signalbus (108) verbundene elektronische Steuereinheit (102); und zumindest einen Sensor (104) mit emulierter Leitungsanpassung, der mit dem Signalbus (108) verbunden ist, wobei die emulierte Leitungsanpassung (106) so konfiguriert ist, dass sie den Stromverbrauch gemäß einer ausgewählten Impedanz und eines ausgewählten Frequenzbereichs anpasst.
System nach Anspruch 1, worin die elektronische Steuereinheit (102) so konfiguriert ist, dass sie Messsignale empfängt.
System nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin umfassend eine Vielzahl an Sensoren, die mit dem Signalbus (108) verbunden sind und so konfiguriert sind, dass sie Messsignale bereitstellen.
System nach Anspruch 3, worin der Sensor (104) mit der emulierten Leitungsanpassung (106) ein Drucksensor, ein Beschleunigungssensor oder ein Magnetfeldsensor ist.
System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin der emulierte Sensor so konfiguriert ist, dass er eine Versorgungsspannung misst und ein Anpassungsausmaß gemäß der gemessenen Versorgungsspannung und der ausgewählten Impedanz berechnet.
System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin der emulierte Sensor einen Analog-Digital-Wandler umfasst, der so konfiguriert ist, dass er eine Versorgungsspannung von dem Signalbus (108) misst.
System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin der Sensor (104) mit emulierter Leitungsanpassung (106) eine Stromquelle, ein Messbauteil und ein Leitungsanpassungsbauteil umfasst, worin das Messbauteil mit dem Signalbus (108) und dem Leitungsanpassungsbauteil verbunden ist, und die Stromquelle mit dem Signalbus (108) und dem Leitungsanpassungsbauteil verbunden ist.
System nach Anspruch 7, worin das Messbauteil so konfiguriert ist, dass es eine Versorgungsspannung von dem Signalbus (108) misst und eine Versorgungsmessung für das Leitungsanpassungsbauteil bereitstellt.
System nach Anspruch 8, worin das Leitungsanpassungsbauteil ein Steuersignal für die Stromquelle erzeugt, das zumindest teilweise gemäß der Versorgungsmessung ist.
Sensor (300) mit emulierter Leitungsanpassung, umfassend: ein Versorgungsmessbauteil (302), das so konfiguriert ist, dass es eine Versorgungsspannungsmessung erhält; ein Leitungsanpassungsbauteil (312), das so konfiguriert ist, dass es ein Steuersignal gemäß einer ausgewählten Impedanz, einem ausgewählten Frequenzbereich und der Versorgungsspannungsmessung erzeugt; und ein Anpassungsbauteil (308), das so konfiguriert ist, dass es eine Leitungsimpedanz gemäß dem Steuersignal anpasst.
Sensor nach Anspruch 10, worin das Versorgungsmessbauteil (302) so konfiguriert ist, dass es die Versorgungsspannungsmessung von einem Signalbus erhält.
Sensor nach Anspruch 10 oder 11, worin das Leitungsanpassungsbauteil (312) so konfiguriert ist, dass es die Versorgungsspannungsmessung durch die ausgewählte Impedanz dividiert, um einen ersten Wert zu ergeben.
Sensor nach Anspruch 12, worin das Leitungsanpassungsbauteil (312) so konfiguriert ist, dass es Nebenschluss-Stromflüsse berechnet, um einen zweiten Wert zu ergeben.
Sensor nach Anspruch 13, worin das Steuersignal auf einer Kombination aus dem ersten Wert und dem zweiten Wert basiert.
Verfahren (700) zum Betreiben eines Sensorsystems, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen (702) einer ausgewählten Impedanz und eines ausgewählten Frequenzbereichs; Messen (706) einer Versorgungsspannung; Erzeugen (708) eines Steuersignals gemäß der gemessenen Versorgungsspannung, der ausgewählten Impedanz und des ausgewählten Frequenzbereichs; und Anpassen (710) des Stromverbrauchs gemäß dem Steuersignal.