DE102014116920A1

DE102014116920A1 - Interrupt-Schutz-Schaltungen, Systeme und Verfahren für Sensoren und andere Bauelemente

Info

Publication number: DE102014116920A1
Application number: DE102014116920.4A
Authority: DE
Inventors: Dirk Hammerschmidt
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2014-11-19
Publication date: 2015-05-28
Also published as: US9343959B2; US20150145499A1

Abstract

Ausführungsbeispiele beziehen sich auch Schaltungen, Systeme und Verfahren zum Bereitstellen eines Unterbrechungsschutzes für Sensoren und andere Bauelemente. Ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel umfasst eine Unterbrechungsschutzschaltung, die zumindest eine Ladungspumpe und zumindest einen Pufferkondensator aufweist, der ausgebildet ist, um ausreichend Spannung für Ausgangssignale von Sensoren oder anderen Bauelementen während Mikrounterbrechungen oder anderen Unterbrechungen beizubehalten und/oder bereitzustellen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Interrupt-Schutz-Schaltungen und insbesondere auf das Bereitstellen von Pump-Mikrounterbrechungs-Schutz, um eine ausreichende Spannung des Ausgangssignals von Sensoren und anderen Bauelementen während Mikrounterbrechungen und anderen Unterbrechungen beizubehalten.
HINTERGRUND
Sensoren können zum Überwachen und Steuern bei einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden. Solche Anwendungen können eine Verwendung in Automobilsicherheitssystemen umfassen. Hier können die Sensoren verwendet werden, um Umgebungsänderungen zu erfassen, wie z. B. Kollisionen, und einen Einsatz eines Airbag-Systems in einem Fahrzeug auszulösen. Das Auslöseereignis initiiert eine Kommunikation zwischen dem Sensor und der elektronischen Steuerungseinheit des Fahrzeugs. Dadurch können Spannungsabweichungen, wie z. B. ein kurzzeitiges Zurücksetzen der Versorgungsspannung, in den Sensorversorgungsnetzwerken von Fahrzeugen und insbesondere in bestimmten Bereichen des Sensorversorgungsnetzwerks auftreten. Z. B. können starke, ruckartige Bewegungen, wie z. B. Stöße oder Erschütterungen des Fahrzeugs, kurzzeitige Unterbrechungen an einem der Steckerverbindungen verursachen, sodass kurzzeitige Rücksetzungen der Versorgungsspannung von sicherheitsrelevanten Systemen, wie z. B. des Airbag-Sensors, auftreten können. Dieses Zurücksetzen der Spannungsversorgung kann allgemein als Mikrounterbrechung (micro-break) bezeichnet werden.
Eine Mikrounterbrechungs-Schutzschaltungsanordnung verwendet im Allgemeinen einen oder mehrere Pufferkondensatoren als sekundäre Spannungsquellen, um eine Versorgungsspannung in dem Fall von momentanen Verlusten oder Unterbrechungen beizubehalten. Ein herkömmliches Verfahren, das zum Beibehalten der Versorgungsspannung während des Auftretens einer Mikrounterbrechung verwendet wird, ist ein Laden der Pufferkondensatoren auf die Betriebsspannung durch Verbinden des Kondensators mit der Airbag-Sensor-Spannungsversorgung. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist, dass eine Reduktion der Betriebsspannung die Ladungsmenge verringert, die für den Pufferkondensator verfübar ist, wodurch die Fähigkeit des Kondensators gesperrt wird, die Mikrounterbrechung zu überbrücken.
Ein weiterer herkömmlicher Ansatz zum Überwinden dieses Nachteils ist das Verwenden von Synchronisationspulsen, um eine erhöhte Ladungsspannung an den Pufferkondensator bereitzustellen. Mit diesem Verfahren werden kurze, periodische Pulse an die Eingangsanschlüsse eines Airbag-Sensors angelegt, um eine erhöhte Versorgungsspannung an dem Eingang zu erzeugen. Folglich erlaubt dies dem Pufferkondensator, eine größere Ladung zu speichern und eine höhere Spannung als die Betriebsspannung in dem Fall einer Mikrounterbrechung zu entladen. Ein Nachteil dieses Ansatzes ist, dass neuere Protokolle, die Synchronisationspulse verwenden, den Wert der Versorgungsspannung durch Anlegen von negativen Synchronisationspulsen verringern, die ihrerseits nicht in der Lage sind, die notwendige Ladespannung an den Pufferkondensator bereitzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG
Es besteht ein Bedarf zum Bereitstellen eines verbesserten Konzepts für ein Unterbrechungsschutzsystem für eine Schaltung und ein Verfahren zum Bereitstellen von Pufferenergie an eine Schaltung.
Ein solcher Bedarf kann durch den Gegenstand von einem beliebigen der Ansprüche erfüllt werden.
Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Unterbrechungsschutzschaltungen zum Bereitstellen eines Pump-Mikrounterbrechungsschutzes, um eine ausreichende Spannung des Ausgangssignals von Sensoren und anderen Bauelementen während Mikrounterbrechungen und anderen Unterbrechungen beizubehalten.
Bei einem Ausfürungsbeispiel umfasst ein Unterbrechungsschutzsystem für eine Schaltung eine Leistungsversorgung, die ausgebildet ist, um Leistung für die Schaltung bereitzustellen; einen Kondensator, der ausgebildet ist, um Pufferenergie bereitzustellen; eine Ladungspumpe, die elektrisch mit dem Kondensator gekoppelt ist, um den Kondensator auf eine Pufferspannung zu laden; eine Referenzeinheit, die ausgebildet ist, um ein Referenzsignal bereitzustellen; und eine Steuerung, die mit der Leistungsversorgung und mit der Referenzeinheit gekoppelt ist und ausgebildet ist, um das Referenzsignal zu empfangen und selektiv einen Versorgungsweg von der Leistungsversorgung und von dem Kondensator zu steuern, um die Schaltung basierend auf einem Vergleich des Referenzsignals und eines Spannungspegels der Leistungsversorgung mit Leistung zu versorgen.
Optional ist die Pufferspannung größer als eine Leistungsversorgungsspannung unter normalen Betriebsbedingungen.
Wiederum optional weist die Ladungspumpe zumindest eine Pumpstufe auf.
Optional weist die zumindest eine Pumpstufe zumindest einen Schalter auf.
Wiederum optional weist das System ferner zumindest ein Speicherungs-Durchlauf-Bauelement auf, das mit der Steuerung und mit dem Kondensator gekoppelt ist, wobei die Steuerung ausgebildet ist, um das zumindest eine Speicherungs-Durchlauf-Bauelement zu steuern, um einen Stromfluss von dem Kondensator zu einer versorgten Last zu steuern.
Optional ist die Steuerung ausgebildet, um dem zumindest einen Speicherungs-Durchlauf-Bauelement zu ermöglichen, die Pufferenergie an die Schaltung bereitzustellen, wenn der Vergleich anzeigt, dass der Pegel der Leistung der Leistungsversorgung niedriger ist als ein Schwellenpegel des Referenzsignals.
Wiederum optional ergänzt die Pufferenergie die Energie, die durch die Leistungsversorgung bereitgestellt wird.
Optional ersetzt die Pufferenergie Energie, die durch die Leistungsversorgung bereitgestellt wird.
Wiederum optional weist das System ferner zumindest ein Eingangs-Durchlauf-Bauelement, das mit der Steuerung gekoppelt ist, wobei die Steuerung ausgebildet ist, um das zumindest eine Eingangs-Durchlauf-Bauelement zu steuern, um Leistung von der Leistungsversorgung an die Schaltung bereitzustellen.
Optional ist die Ladungspumpe ausgebildet, um das Laden des Kondensators mit einem Ereignis der Schaltung zu koordinieren.
Wiederum optional ist das Ereignis entweder eine Datensignalübertragung oder eine Synchronisationssignalübertragung ist.
Einige Ausfürungsbeispiele beziehen sich auf ein Verfahren zum Bereitstellen von Pufferenergie an eine Schaltung, das das Ermöglichen einer Ladungspumpe, zumindest einen Pufferkondensator zu laden; das Empfangen eines Leistungsversorgungssignals, das ein Ereignis einer Schaltung charakterisiert; das Bewerten des Leistungsversorgungssignals; und das selektive Verwenden des zumindest einen Pufferkondensators aufweist, um Energie an die Schaltung basierend auf der Bewertung bereitzustellen.
Optional weist das Ermöglichen ferner das selektive Schalten der Ladungspumpe auf, um das Laden des zumindest einen Pufferkondensators zu ermöglichen oder nicht zu ermöglichen.
Wiederum optional weist das Bewerten ferner das Vergleichen des Leistungsversorgungssignals mit einem Referenzsignal auf, und das selektive Verwenden weist ferner das Verwenden des zumindest einen Pufferkondensators auf, um Energie an die Schaltung bereitzustellen, wenn das Leistungsversorgungssignal niedriger ist als das Referenzsignal.
Optional weist das selektive Verwenden ferner das Aktivieren eines Durchlass-Bauelements auf, um dem Pufferkondensator zu ermöglichen, Energie an die Schaltung bereitzustellen.
Wiederum optional weist das selektive Verwenden ferner das Bereitstellen von Energie an die Schaltung durch den zumindest einen Pufferkondensator auf, um eine Energie zu ergänzen, die durch eine Leistungsversorgung bereitgestellt wird.
Optional weist das selektive Verwenden ferner das Bereitstellen von Leistung an die Schaltung durch den zumindest einen Pufferkondensator auf, um eine Leistung zu ersetzen, die durch eine Leistungsversorgung bereitgestellt wird.
Wiederum optional weist das Verfahren ferner das Koordinieren der Ermöglichung mit einem Ereignis der Schaltung auf.
Optional weist das Koordinieren ferner das Ermöglichen der Ladungspumpe auf, den zumindest einen Pufferkondensator während einer Datensignalübertragung durch die Schaltung zu laden.
Wiederum optional weist das Koordinieren ferner das Ermöglichen der Ladungspumpe auf, den zumindest einen Pufferkondensator während einer Synchronisierungssignalübertragung durch eine externe Versorgung zu laden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung ist unter Berücksichtigung der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung von verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich, in denen:
1 ein schematisches Diagramm einer Sensor-integrierten Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel ist.
2 ein schematisches Diagramm einer Ladungspumpenschaltung und eines Speicherungskondensators gemäß einem Ausführungsbeispiel ist.
3A ein Zeitgebungsdiagramm eines Ausgangssignals der Ladungspumpenschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel ist.
3B ein Zeitgebungsdiagramm eines Ausgangssignals der Ladungspumpenschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel ist.
Während die Erfindung auf verschiedene Modifikationen und alternative Formen übertragbar ist, wurden Details derselben beispielhaft in den Zeichnungen gezeigt und werden detailliert beschrieben. Es sollte jedoch darauf hingewiesen werden, dass es nicht die Absicht ist, die Erfindung auf die bestimmten, beschriebenen Ausführungsbeispiele einzuschränken. Im Gegenteil, die Erfindung soll alle Modifikationen, Entsprechungen und Alternativen abdecken, die in das Wesen und den Schutzbereich der Erfindung fallen, wie sie durch die beiliegenden Ansprüche definiert ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Schaltungen, Systeme und Verfahren zum Bereitstellen eines Unterbrechungsschutzes für Sensoren und andere Bauelemente. Ein Ausführungsbeispiel weist eine Unterbrechungsschutzschaltung auf, die ausgebildet ist, um ausreichend Spannung für Ausgangssignale von Sensoren oder anderen Bauelementen während Mikrounterbrechungen oder anderen Unterbrechungen beizubehalten.
Bei Ausführungsbeispielen weist eine Sensorschaltung eine Unterbrechungsschutzschaltung auf. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Unterbrechungsschutzschaltung zumindest einen Pufferkondensator und zumindest eine Ladungspumpe aufweisen. Die Ladungspumpe kann mit dem Pufferkondensator gekoppelt sein, um den Kondensator derart zu laden, dass die Ladungspumpe den Betrag an Potenzial erhöht, die der Sensorschaltung verfügbar ist, über den Kondensator, durch Agieren als Spannungsmultiplizierer. Bei Ausführungsbeispielen ist die Ladungspumpe mit einer Versorgungsquelle gekoppelt, wie z. B. mit einer Stromquelle oder einer Spannungsquelle. Bei einem Ausführungsbeispiel kann sich die Versorgungsquelle auf einen Synchronisationspuls beziehen, der durch die Sensorschaltung gesendet, empfangen oder anderweitig verwendet wird. Die Ladungspumpe kann zumindest eine Pumpstufe aufweisen, wobei die Pumpstufe zumindest einen Schalter und zumindest einen Kondensator aufweisen kann und zumindest ein Taktsignal verwendet.
In Betrieb, z. B. wenn die Ladungspumpe aktiviert ist, geht das Taktsignal in einen logisch hohen Zustand über und ein erster Schalter wird aktiviert. Die Aktivierung des ersten Schalters koppelt den Kondensator derart mit der Ladungspumpe, dass der Kondensator auf die Eingangsspannung geladen werden kann. Das Taktsignal geht dann in einen logisch niedrigen Zustand über, nachdem der Kondensator auf die Eingangsspannung geladen ist, was den ersten Schalter deaktiviert und einen zweiten Schalter aktiviert. Die Aktivierung des zweiten Schalters stellt zusätzliche Ladung an den Kondensator bereit, wodurch z. B. ermöglicht wird, dass auch die Bodenplatte des Kondensators auf die Eingangsspannung geladen wird, wodurch die Menge an Spannung, die über den Kondensator verfügbar ist, auf einen höheren Pegel als die Eingangsspannung der Ladungspumpe erhöht wird. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird die Ausgangsspannung der Ladungspumpe zu dem Pufferkondensator geliefert, wodurch eine höhere Spannung als die Versorgungsspannung über den Pufferkondensator bereitgestellt wird und das verfügbare Potenzial erhöht wird. Die gewünschte Ausgangsspannung der Ladungspumpe kann basierend auf der Anzahl von Pumpstufen, die verwendet werden, und basierend auf der Größe des Pufferkondensators variieren. Eine Erhöhung des Potenzials des Pufferkondensators ermöglicht, dass eine zusätzliche Versorgungsspannung eingestellt wird, derart, dass die Spannung des Kondensators höher ist als die Betriebsspannung. Bei Ausführungsbeispielen kann die Energie, die in dem Pufferkondensator gespeichert ist, verwendet werden, um der Unterbrechungsschutzschaltung ein Versorgungssignal oder ein zusätzliches Versorgungssignal bereitzustellen. Das Laden des Pufferkondensators auf eine höhere Spannung als die Betriebsspannung und über die kritische Schwelle stellt dem Kondensator eine ausreichende Menge an gespeicherter Energie bereit, um eine hohe Versorgungsspannung während Mikrounterbrechungen und anderer Unterbrechungen beizubehalten.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel weist eine Sensorschaltung ferner eine Verarbeitungseinheit, ein Pulserfassungselement und eine Last auf. Bei Ausführungsbeispielen wird ein Ausgangssignal der Sensorschaltung zu der Last geliefert, wobei die Last intern oder extern von der Sensorschaltung angeordnet sein kann. Ferner ist das Pulserfassungselement ausgebildet, um das Vorhandensein eines Pulses an dem Eingang zu erfassen, wie z. B. einen Synchronisationspuls, und stellt diese Informationen der Last bereit, um z. B. anzuzeigen, dass die Last mit anderen, externen Schaltungsanordnungen synchronisieren sollte, um Daten zu einer Steuerungseinheit zu übertragen.
Bei Ausführungsbeispielen ist die Last, die von der extern gelieferten Versorgungsspannung oder von dem Pufferkondensator während des Auftretens einer Mikrounterbrechung oder einer anderen Unterbrechung geliefert wird, der Sensor selbst und seine gesamte zugeordnete Verarbeitungsschaltungsanordnung, wie z. B. Analog-zu-Digital-Wandler, Filter, Takt- und Rücksetz-Generatoren, Mikrosteuerungen und Protokollgeneratoren, etc.
Bei Ausführungsbeispielen weist die Verarbeitungseinheit zumindest eine Steuerung, zumindest eine Referenzeinheit und zumindest eine Durchlass-Bauelement-Schaltung auf, die durch die Steuerung gesteuert werden. Die Referenzeinheit ist ausgebildet, um ein Referenzsignal und Informationen über ein Eingangssignal bereitzustellen. Die Steuerung ist ausgebildet, um ein Eingangssignal, das Referenzsignal und ein Ausgangssignal zu empfangen. Folglich vergleich die Steuerung das Eingangssignal und das Ausgangssignal mit dem Referenzsignal, wobei das Referenzsignal verwendet wird, um der Steuerung einen Schwellenbereich für das Eingangssignal und Ausgangssignal bereitzustellen. Durch Bewerten des Eingangssignals z. B. kann die Steuerung bestimmen, ob der Wert des Eingangssignals hoch genug ist, um eine ausreichende Spannung des Ausgangssignals beizubehalten. Basierend auf den Werten des Eingangssignals verwaltet die Steuerung die Operation einer ersten Durchlass-Bauelement-Schaltung und einer zweiten Durchlass-Bauelement-Schaltung, die mit dem Ausgang der Steuerung verbunden ist.
Bei Ausführungsbeispielen ist die erste Durchlass-Bauelement-Schaltung ausgebildet, um das Eingangssignal zu empfangen, und wird durch die Steuerung aktiviert, wenn das Eingangssignal über dem Referenzsignal ist. Die zweite Durchlass-Bauelement-Schaltung ist ausgebildet, um das Versorgungssignal oder ein zusätzliches Versorgungssignal zu empfangen, und wird durch die Steuerung aktiviert, wenn das Eingangssignal etwas über oder unter dem Referenzsignal ist. Sobald die erste Durchlass-Bauelement-Schaltung aktiviert ist, verifiziert die Steuerung das Ausgangssignal, um sicherzustellen, dass das Eingangssignal ausreichend ist, um die feste Spannung des Ausgangssignals beizubehalten. Ansonsten, wenn das Eingangssignal zu niedrig ist, um die feste Spannung der Ausgabe beizubehalten, wie z. B., wenn es etwas über dem Referenzsignal ist, aktiviert die Steuerung die zweite Durchlass-Bauelement-Schaltung, um ein zusätzliches Versorgungssignal über die Unterbrechungsschutzschaltung bereitzustellen. In diesem Fall werden beide Durchlass-Bauelement-Schaltungen aktiviert und die Steuerung regelt den Betrag des zusätzlichen Versorgungssignals, der zu dem Eingangssignal addiert wird, um die feste Ausgangsspannung beizubehalten.
Zusätzlich dazu, wenn der Pegel der Eingangsspannung niedriger ist als die Schwelle, z. B. aufgrund einer Mikrounterbrechung oder anderer Unterbrechungen, aktiviert die Steuerung die zweite Durchlass-Bauelement-Schaltung, um ein Versorgungssignal bereitzustellen, um die feste Ausgangsspannung beizubehalten. Ohne eine solche Schaltungsanordnung könnte eine Unterbrechung (d. h. Mikrounterbrechung) zu einem Zurücksetzen der Sensorschaltungsanordnung führen und einen Neustart verursachen, nachdem die Mikrounterbrechung verschwindet, was zu einer Unverfügbarkeit der Sensorfunktion führt, außer die Initialisierung wird beendet, und Ausführungsbeispiele, die hierin offenbart sind, stellen daher eine zusätzliche Versorgungsquelle bereit, um eine feste Ausgangsspannung in dem Fall einer solchen Unterbrechung beizubehalten.
Bezugnehmend auf 1 ist ein schematisches Diagramm einer Sensorschaltung 100 gezeigt, die einen Unterbrechungsschutz gemäß einem Ausführungsbeispiel verwendet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Sensorschaltung 100 eine Unterbrechungsschutzschaltung 200, eine Verarbeitungseinheit 101, eine Referenzeinheit 116, eine Last 128 und ein Pulserfassungselement 126. Eine Unterbrechungsschutzschaltung kann eine Ladungspumpe 120 und einen Pufferkondensator 130 aufweisen.
Bei Ausführungsbeispielen wird das Eingangssignal Vs von der Busversorgung einer externen Schaltung, wie z. B. einer elektronischen Steuerungseinheit (in 1 nicht gezeigt), empfangen und ist die Betriebseingangsspannung der Sensorschaltung 100.
Bei Ausführungsbeispielen stellt eine Referenzeinheit 116 ein Referenzsignal Vref an die Steuerung 114 bereit, wobei das Referenzsignal Vref vorbestimmte Schwellenwerte im Hinblick auf das Eingangssignal Vs umfasst. Diese Schwellenwerte können bei Ausführungsbeispielen variieren, z. B. gegebene, verfügbare Spannungen, Anwendung, Sensortyp oder ein anderer Faktor. Die Referenzeinheit 116 kann bei Ausführungsbeispielen variieren und kann z. B. als eine Bandabstandsspannungsreferenz oder als eine Zener-Spannungsreferenz ausgebildet sein. Bei Ausführungsbeispielen kann die in dem Pufferkondensator 130 gespeicherte Energie als ein Versorgungssignal oder zusätzliches Versorgungssignal verwendet werden, wenn der Wert des Eingangssignals Vs unter eine voreingestellte oder kritische Schwelle fällt, wie sie durch das Referenzsignal Vref definiert ist. Als solches ermöglicht die Verwendung eines zusätzlichen Versorgungssignals, dass das Ausgangssignal Vout eine feste Ausgangsspannung beibehält, die zu der Schaltungsanordnung der Last 128 geliefert werden soll. In Betrieb kann die Last 128 z. B. ausgebildet sein, um ein Ausgangssignal an eine Steuerungseinheit zu erzeugen, wobei das Ausgangssignal Sensormessdaten, Sensorstatus oder Initialisierungsdaten umfassen kann. Die Übertragung von Daten von der Last 128 zu der Steuerungseinheit kann zu einer Erhöhung des Stroms führen, der durch die Last 128 verbraucht wird. Um diese Stromerhöhung zu kompensieren jedoch, stellt die Steuerung 114 die Steuerungseinstellungen der Durchlass-Bauelemente 122 und 124 ein. Bei Ausführungsbeispielen steuert die Steuerung 114, welche Durchlass-Bauelement-Schaltung 122 oder 128 aktiviert ist, basierend auf einem Vergleich des Eingangssignals Vs und des Referenzsignals Vref. Wenn der Pegel des Eingangssignals Vs betragsmäßig höher ist als das Referenzsignal Vref, aktiviert die Steuerung 114 das Eingangs-Durchlass-Bauelement 122, was ermöglicht, dass das Ausgangssignal Vout durch das Eingangssignal Vs beibehalten wird. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel aktiviert die Steuerung 114 das Speicherungs-Durchlass-Bauelement 124, wenn das Eingangssignal Vs unter dem Referenzsignal Vref ist, was ermöglicht, dass das Ausgangssignal Vout durch das zusätzliche Versorgungssignal des Pufferkondensators 130 beibehalten wird. Die Stromverteilung zwischen der externen Versorgung Vs und dem Pufferkondensator, die durch das Eingangssteuerungs-Durchlass-Bauelement 122 und das Speicherungs-Durchlass-Bauelement 124 ausgeführt wird, kann durch eine Vielzahl von Schaltungs- und Steuerungs-Komponenten ausgeführt werden. Z. B. kann das Eingangs-Durchlass-Bauelement 122 und das Speicherungs-Durchlass-Bauelement 124 bipolare Transistoren aufweisen, deren Basisanschlüsse mit dem Ausgang der Steuerung 114 verbunden sind, wodurch selektiv Strom entweder aus dem Eingangssignal Vs oder dem zusätzlichen Versorgungssignal des Pufferkondensators 130 gezogen wird.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel vergleicht die Steuerung 114 das Eingangssignal Vs und das Ausgangssignal Vout mit dem Referenzsignal Vref, um den Stromfluss von den Durchlass-Bauelement-Elementen 122 und 124 zu steuern. Die Steuerung 114 verwaltet das Eingangs-Durchlass-Bauelement 122 und das Speicherungs-Durchlass-Bauelement 124 durch Regeln des Abschnitts des Eingangssignals Vs und des Abschnitts der zusätzlichen Versorgung, der zu dem Ausgangssignal Vout beiträgt. Z. B. kann eine Leitfähigkeit durch die Durchlass-Bauelemente entweder von der Betriebsspannung (Eingangssignal Vs) zu dem zusätzlichen Versorgungssignal oder von dem zusätzlichen Versorgungssignal in das Eingangssignal Vs ausgeführt werden, was erlaubt, dass ein Teil des Ausgangssignals Vout von dem zusätzlichen Versorgungssignal geliefert wird und ein Teil von dem Eingangssignal geliefert wird. Der Prozentsatz des Ausgangssignals Vout, der durch das Eingangssignal Vs, das Versorgungssignal des Pufferkondensators oder eine Kombination des Eingangssignals Vs und des zusätzlichen Versorgungssignals des Pufferkondensators 130 beibehalten wird, wird durch die Steuerung 114 bestimmt.
Bei einem Ausfürungsbeispiel kann ein Pulserfassungselement 126 in der Sensorschaltung 100 implementiert sein, um Pulse, wie z. B. Synchronisationspulse oder andere kurze Erhöhungen bei einem Versorgungssignal, die Kommunikationen oder anderen Schaltungsereignissen zugeordnet sind, in dem Eingangssignal Vs zu erfassen, um Signalinformationen an die Last 128 bereitzustellen. Die Signalinformationen, die durch das Pulserfassungselement 126 bereitgestellt werden, können z. B. zur Synchronisation des Datenübertragungsverhaltens der Last 128 verwendet werden, die durch weitere Schaltungsanordnungen beliefert werden soll.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann eine Steuerung 114 ein zusätzliches Informationssignal zu der Last 128 liefern, das verwendet werden kann, um die Last 128 zu warnen, ihren Stromverbrauch zu reduzieren, wenn das Eingangssignal Vs unter die kritische Schwelle fällt. Nach dem Empfangen dieser Signalinformationen kann die Last 128 überschüssige Stromverbraucher ausschalten. Z. B. könnte ein Stromverbraucher ein Strommodulator in einem Druck- oder einem anderen Sensor sein, der eine Datenübertragung an eine elektronische Steuerungseinheit bereitstellt und dadurch einen höheren Stromverbrauch aufweist als der Sensor selbst.
Bezugnehmend auf 2 ist ein Blockdiagramm einer Unterbrechungsschutzschaltung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Die Unterbrechungsschutzschaltung 200 weist bei Ausführungsbeispielen eine Ladungspumpenschaltung 120 und einen Pufferkondensator 130 auf. Die Ladungspumpenschaltung 120 weist Pumpstufen 210 und 212 auf, wie gezeigt ist, kann jedoch bei anderen Ausführungsbeispielen auch mehr oder weniger Pumpstufen aufweisen. Das bestimmte Layout und der Entwurf der Ladungspumpenschaltung 120 ist ausschließlich exemplarisch und kann bei Ausführungsbeispielen variieren. Z. B. kann die Ladungspumpenschaltung 120 eine oder mehrere Pumpstufen aufweisen, die elektrisch durch Verbinden des Ausgangs von einer Stufe mit dem Eingang der nächsten Stufe basierend auf der gewünschten Ausgabe gekoppelt sind. Jede Pumpstufe kann eine Mehrzahl von Schaltbauelementen und Kondensatoren aufweisen, um eine erhöhte Ausgangsspannung an jeder Pumpstufe zu erzeugen, wobei jedes Schaltbauelement abwechselnd durch ein Taktsignal CLK und CLK aktiviert wird. In Betrieb, z. B. wenn das Taktsignal CLK niedrig ist, wird der erste Schalter aktiviert und Strom fließt zu einem ersten Kondensator innerhalb der Anfangspumpstufe, wodurch ein erhöhtes Potenzial bereitgestellt wird und ermöglicht wird, dass der Kondensator auf die Eingangsspannung geladen wird. Das Taktsignal CLK geht dann in einen hohen Zustand über und der erste Schalter wird deaktiviert. In diesem Zustand wird der zweite Schalter aktiviert und Strom fließt von dem Ausgang des ersten Kondensators zu einem zweiten Kondensator innerhalb der Anfangspumpstufe, wodurch ermöglicht wird, dass der zweite Kondensator auf eine höhere Spannung als die Eingangsspannung geladen wird. Bei dem nächsten Zyklus geht das Taktsignal CLK in den niedrigen Zustand über und CLK geht in den hohen Zustand über, der zweite Schalter wird deaktiviert und ein dritter Schalter mit einer zweiten Pumpstufe aktiviert, wodurch die Spannung eines dritten Kondensators auf eine höhere Spannung als die ersten zwei vorangehenden Kondensatoren erhöht wird. Abhängig von der gewünschten Ausgabe können mehrere Pumpstufen implementiert sein, um eine hohe Ausgangsspannung der Ladungspumpenschaltung 120 zu erzeugen. Bei Ausführungsbeispielen ist der Ausgangsanschluss der Ladungspumpenschaltung 120 mit dem Eingangsanschluss des Pufferkondensators 130 verbunden, daher wird, wenn die Ladungspumpenschaltung aktiviert wird, die Ausgangsspannung der Ladungspumpenschaltung 120 zu der oberen Platte des Pufferkondensators 130 geliefert.
Bezugnehmend auf 3A und 3B sind Zeitgebungsdiagramme eines Ladungspumpenoperationsmodus gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Kurve 300 stellt die Eingangsspannung der Sensorschaltung 100 basierend auf der Synchronisationsperiode des Eingangssignals Vs dar. Die Kurve 301 stellt den Eingangsstrom der Sensorschaltung 100 basierend auf der Datenübertragungsperiode des Eingangssignals Vs dar. Die Kurve 302 stellt einen Ladungspumpenmodus 314 basierend auf der Synchronisationsperiode und Datenübertragungsperiode des Eingangssignals Vs dar. Bei Ausführungsbeispielen wird die Ladungspumpenschaltung 120 aktiviert, wenn das Eingangssignal Vs in den Übertragungsmodus 312 eintritt, wodurch der Stromverbrauch des Sensors erhöht wird. In diesem Zustand ist das Eingangssignal ein gepulstes, strommoduliertes Signal, wobei auf die ansteigende Flanke des Signals hin die Ladungspumpenschaltung 120 in einen aktiven Zustand übergeht und für die gesamte Datenübertragungsperiode in einem aktiven Zustand bleibt. Daher, obwohl die Ladungspumpenschaltung 120 üblicherweise einen hohen Leistungsverbrauch erzeugt, wird bei einer solchen Konfiguration die Gesamtleistung, die durch die Sensorschaltung 100 verbraucht wird, minimiert. Der Stromverbrauch bleibt während des Übertragungsmodus 312 vollständig unverändert, da die Ladungspumpenschaltung 120 nur einen Teil des Modulationsstroms verbraucht, der bereits höher ist, um die Datenübertragung zu berücksichtigen. Bei diesem Beispiel kann die Ladungspumpenschaltung 120 unabhängig von dem Synchronisationsmodus 310 arbeiten und bleibt vollständig inaktiv, während der Eingangssensor nicht in dem Übertragungsmodus 312 ist, wodurch die verbrauchte Leistungsmenge weiter reduziert wird.
Bezugnehmend auf 3B entsprechen die Kurven 303 und 304 Eingangssignalkurven 300 und 301, wie in 3A gezeigt ist. Kurve 305 stellt einen Ladungspumpenmodus 320 basierend auf der Synchronisationsperiode des Eingangssignals dar. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird die Ladungspumpenschaltung 120 aktiviert, wenn das Eingangssignal in den Synchronisationsmodus 316 eintritt, wodurch die Leistung minimiert wird, die durch die Sensorschaltung 100 verbraucht wird. Hier erzeugt das Eingangssignals periodisch einen logisch hohen Spannungspegel an dem Eingangssignal, wodurch die Anzahl von Pumpstufen verringert wird, die benötigt werden würde, um die Zielausgangsspannung der Ladungspumpenschaltung 120 zu erzeugen. Auf die ansteigende Flanke des Signals hin aktiviert die Ladungspumpenschaltung 120 und bleibt für eine Synchronisationsperiode aktiv. Bei diesem Beispiel ist der Lademodus 320 nur während des Synchronisationsmodus 316 aktiv und wird deaktiviert, während das Eingangssignal in dem Übertragungsmodus 318 ist.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird das Eingangssignal unter Verwendung einer gesteuerten Spannungsquelle (in 3 nicht gezeigt) beliefert, um den Betrag der Eingangsspannung zu manipulieren, wo sich die Eingangsspannung als eine stabile Spannungsquelle verhalten würde. Bei diesem Beispiel würde die Anzahl von Pumpstufen, die zum Erreichen einer gewünschten Ausgangsspannung der Ladungspumpenschaltung 120 erforderlich ist, zunehmen, zusätzlich zu dem Leistungsverbrauch der Ladungspumpenschaltung 120.
Ausführungsbeispiele stellen dadurch Unterbrechungsschutzschaltungen, Systeme und Verfahren bereit, die mit einer Vielzahl von Bauelementen und in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden können. Verschiedene Anwendungen können sich auf Automobilerfassung beziehen, wie z. B. mit Druck- und anderen Sensoren. Z. B. verwenden Airbag-Sensorsysteme häufig Drucksensoren und werden als sicherheitskritische Anwendungen betrachtet, bei denen geringe Leistungs- und andere Unterbrechungen wesentliche Probleme darstellen können. Das Integrieren von Ausführungsbeispielen der hierin erörterten Unterbrechungsschutzschaltungsanordnung in Airbag-Erfassungssysteme kann somit einen operationstechnischen Schutz im Hinblick auf Mikrounterbrechungen und andere Unterbrechungen darstellen, die in einem Automobil auftreten können. Andere Anwendungen können andere Sensoren und Bauelemente bei Automobilanwendungen sowie in Luftfahrt, Medizin, maschineller Bearbeitung und praktisch jeder anderen Situation umfassen, in der eine kurze Leistungsunterbrechung ein wesentlicher oder unangenehmer Nachteil sein kann.
Während sich verschiedene der hierin erörterten Ausführungsbeispiele auf Sensoren oder bestimmte Typen oder Anwendungen von Sensoren beziehen, sind diese Ausführungsbeispiele auf keine Weise einschränkend im Hinblick auf die Ansprüche und werden hierin als Beispiele verwendet. Zusätzlich dazu, während einige Beispiele bestimmte Signale erörtern, einschließlich bestimmter Signale, die logisch hoch oder logisch niedrig sein können, sind dies wiederum nur Beispiele, und bei anderen Ausführungsbeispielen können andere Signale verwendet werden, oder der logisch hohe und niedrige Auslöser können ausgetauscht werden oder andere Signalkommunikations- und Verarbeitungs-Techniken können verwendet werden, ohne Einschränkung im Hinblick auf die Ansprüche oder andere Ausfürungsbeispiele, die hierin erörtert oder gezeigt werden.
Verschiedene Ausführungsbeispiele von Systemen, Bauelementen und Verfahren wurden hierin beschrieben. Diese Ausführungsbeispiele sind ausschließlich beispielhaft gegeben und sollen den Schutzbereich der Erfindung nicht einschränken. Es sollte jedoch darauf hingewiesen werden, dass die verschiedenen Merkmale der Ausführungsbeispiele, die beschrieben wurden, auf verschiedene Weise kombiniert werden können, um zahlreiche zusätzliche Ausführungsbeispiele zu erzeugen. Ferner, während verschiedene Materialien, Abmessungen, Formen, Konfigurationen und Orte etc. zur Verwendung mit offenbarten Ausführungsbeispielen beschrieben wurden, können andere als die Offenbarten verwendet werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu überschreiten.
Durchschnittsfachleute auf dem relevanten technischen Gebiet werden erkennen, dass die Erfindung weniger Merkmale aufweisen kann als in jeglichem individuellen Ausführungsbeispiel dargestellt ist, das oben beschrieben ist. Die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele sollen keine erschöpfende Darstellung der Möglichkeiten sein, wie die verschiedenen Merkmale der Erfindung kombiniert werden können. Entsprechend sind die Ausführungsbeispiele keine sich gegenseitig ausschließenden Kombinationen von Merkmalen; stattdessen kann die Erfindung eine Kombination von unterschiedlichen, individuellen Merkmalen aufweisen, die aus unterschiedlichen, individuellen Ausführungsbeispielen ausgewählt sind, wie für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich ist. Ferner können Elemente, die im Hinblick auf ein Ausführungsbeispiel beschrieben sind, bei anderen Ausführungsbeispielen implementiert sein, auch wenn dies bei solchen Ausführungsbeispielen nicht derart beschrieben ist, außer anderweitig angegeben. Obwohl sich ein abhängiger Anspruch in den Ansprüchen auf eine spezifische Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann, können andere Ausführungsbeispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand von jedem anderen abhängigen Anspruch oder eine Kombination von einem oder mehreren Merkmalen mit anderen abhängigen oder unabhängigen Ansprüchen umfassen. Solche Kombinationen sind hierin vorgeschlagen, außer es ist angegeben, dass eine spezifische Kombination nicht vorgesehen ist. Ferner ist es die Absicht, auch Merkmale eines Anspruchs in jeglichen anderen unabhängigen Anspruch einzuschließen, sogar wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch ist.
Jegliche Aufnahme durch Bezugnahme auf Dokumente oben ist derart eingeschränkt, dass kein Gegenstand aufgenommen ist, der der expliziten Offenbarung hier entgegensteht. Jegliche Aufnahme durch Bezugnahme auf Dokumente oben ist ferner derart eingeschränkt, dass keine Ansprüche, die in den Dokumenten umfasst sind, hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind. Jegliche Aufnahme durch Bezugnahme auf Dokumente oben ist weiterhin derart eingeschränkt, dass jegliche Definitionen, die in den Dokumenten vorgesehen sind, nicht durch Bezugnahme hierin aufgenommen sind, außer sie sind ausdrücklich hierin umfasst.
Zu Zwecken der Interpretation der Ansprüche für die vorliegende Erfindung ist es ausdrücklich die Absicht, dass die Bestimmungen von Abschnitt 112, sechster Absatz von 35 U.S.C. nicht angewendet werden sollen, außer die spezifischen Ausdrücke „Mittel zum” oder „Schritt zum” sind in einem Anspruch wiedergegeben.
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 Nicht-Patentliteratur

Abschnitt 112, sechster Absatz von 35 U.S.C. [0057]

Claims

Ein Unterbrechungsschutzsystem für eine Schaltung, umfassend: eine Leistungsversorgung, die ausgebildet ist, um Leistung für die Schaltung bereitzustellen; einen Kondensator, der ausgebildet ist, um Pufferenergie bereitzustellen; eine Ladungspumpe, die elektrisch mit dem Kondensator gekoppelt ist, um den Kondensator auf eine Pufferspannung zu laden; eine Referenzeinheit, die ausgebildet ist, um ein Referenzsignal bereitzustellen; und eine Steuerung, die mit der Leistungsversorgung und mit der Referenzeinheit gekoppelt ist und ausgebildet ist, um das Referenzsignal zu empfangen und selektiv einen Versorgungsweg von der Leistungsversorgung und von dem Kondensator zu steuern, um die Schaltung basierend auf einem Vergleich des Referenzsignals und eines Spannungspegels der Leistungsversorgung mit Leistung zu versorgen.
Das System gemäß Anspruch 1, wobei die Pufferspannung unter normalen Betriebsbedingungen größer ist als eine Leistungsversorgungsspannung.
Das System gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Ladungspumpe zumindest eine Pumpstufe aufweist.
Das System gemäß Anspruch 3, wobei die zumindest eine Pumpstufe zumindest einen Schalter aufweist.
Das System gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend zumindest ein Speicherungs-Durchlauf-Bauelement, das mit der Steuerung und mit dem Kondensator gekoppelt ist, wobei die Steuerung ausgebildet ist, um das zumindest eine Speicherungs-Durchlauf-Bauelement zu steuern, um einen Stromfluss von dem Kondensator zu einer versorgten Last zu steuern.
Das System gemäß Anspruch 5, wobei die Steuerung ausgebildet ist, um dem zumindest einen Speicherungs-Durchlauf-Bauelement zu ermöglichen, die Pufferenergie an die Schaltung bereitzustellen, wenn der Vergleich anzeigt, dass der Pegel der Leistung der Leistungsversorgung niedriger ist als ein Schwellenpegel des Referenzsignals.
Das System gemäß Anspruch 6, wobei die Pufferenergie die Energie ergänzt, die durch die Leistungsversorgung bereitgestellt wird.
Das System gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei die Pufferenergie Energie ersetzt, die durch die Leistungsversorgung bereitgestellt wird.
Das System gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend zumindest ein Eingangs-Durchlauf-Bauelement, das mit der Steuerung gekoppelt ist, wobei die Steuerung ausgebildet ist, um das zumindest eine Eingangs-Durchlauf-Bauelement zu steuern, um Leistung von der Leistungsversorgung an die Schaltung bereitzustellen.
Das System gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ladungspumpe ausgebildet ist, um das Laden des Kondensators mit einem Ereignis der Schaltung zu koordinieren.
Das System gemäß Anspruch 10, wobei das Ereignis entweder eine Datensignalübertragung oder eine Synchronisationssignalübertragung ist.
Ein Verfahren zum Bereitstellen von Pufferenergie an eine Schaltung, umfassend: Ermöglichen einer Ladungspumpe, zumindest einen Pufferkondensator zu laden; Empfangen eines Leistungsversorgungssignals, das ein Ereignis einer Schaltung charakterisiert; Bewerten des Leistungsversorgungssignals; und Selektives Verwenden des zumindest einen Pufferkondensators, um Energie an die Schaltung basierend auf der Bewertung bereitzustellen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei das Ermöglichen ferner das selektive Schalten der Ladungspumpe aufweist, um das Laden des zumindest einen Pufferkondensators zu ermöglichen oder nicht zu ermöglichen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei das Bewerten ferner das Vergleichen des Leistungsversorgungssignals mit einem Referenzsignal aufweist, und das selektive Verwenden ferner das Verwenden des zumindest einen Pufferkondensators aufweist, um Energie an die Schaltung bereitzustellen, wenn das Leistungsversorgungssignal niedriger ist als das Referenzsignal.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das selektive Verwenden ferner das Aktivieren eines Durchlass-Bauelements aufweist, um dem Pufferkondensator zu ermöglichen, Energie an die Schaltung bereitzustellen.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei das selektive Verwenden ferner das Bereitstellen von Energie an die Schaltung durch den zumindest einen Pufferkondensator aufweist, um eine Energie zu ergänzen, die durch eine Leistungsversorgung bereitgestellt wird.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei das selektive Verwenden ferner das Bereitstellen von Leistung an die Schaltung durch den zumindest einen Pufferkondensator aufweist, um eine Leistung zu ersetzen, die durch eine Leistungsversorgung bereitgestellt wird.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 17, das ferner das Koordinieren des Ermöglichens mit einem Ereignis der Schaltung aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei das Koordinieren ferner das Ermöglichen der Ladungspumpe aufweist, den zumindest einen Pufferkondensator während einer Datensignalübertragung durch die Schaltung zu laden.
Das Verfahren gemäß Anspruch 18 oder 19, wobei das Koordinieren ferner das Ermöglichen der Ladungspumpe aufweist, den zumindest einen Pufferkondensator während einer Synchronisierungssignalübertragung durch eine externe Versorgung zu laden.