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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Signalverarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung eines differentiellen Signals eines Sensors und eine entsprechende Steuereinrichtung.
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Technisches Gebiet
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Obwohl die vorliegende Erfindung nachfolgend hauptsächlich in Zusammenhang mit Sensoren für elektrische Maschinen dargestellt wird, ist sie darauf nicht beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann vielmehr in jedem System eingesetzt werden, in welchem differentielle Signale ausgewertet werden.
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Elektrische Maschinen, z.B. Elektromotoren, kommen heute in einer Vielzahl von Anwendungen zum Einsatz. Beispielsweise können Elektromotoren in Elektrofahrzeugen als Antriebsmotoren eingesetzt werden.
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Zur exakten Steuerung solcher elektrischen Maschinen ist es notwendig, deren Lage bzw. die Lage des Rotors einer solchen elektrischen Maschine zu kennen. Zur Erfassung der Lage des Rotors können z.B. Lagesensoren, wie z.B. Resolver, zum Einsatz kommen. Die Ausgangssignale dieser Lagesensoren können dann z.B. durch einen Mikrocontroller ausgewertet werden und dadurch die Lage des Rotors der elektrischen Maschine bestimmt werden.
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Je nach Anwendung ist gefordert, dass die Signale des Lagesensors in allen relevanten Betriebsbedingungen innerhalb der Eingangsparameter des Mikrocontrollers liegen. Ferner ist häufig gefordert, dass im Fehlerfall die zur Diagnose notwendigen Informationen erfasst werden.
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Die
EP 2 837 915 A1 zeigt eine Motorsteuerung mit einer entsprechenden Resolverüberwachung.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung offenbart eine Signalverarbeitungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Steuereinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10.
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Demgemäß ist vorgesehen:
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Eine Signalverarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung eines differentiellen Signals eines Sensors mit einer vorgegebenen Signalfrequenz, mit einem positiven Signaleingang, welcher mit einem positiven Sensorausgang des Sensors koppelbar ist, und einem negativen Signaleingang, welcher mit einem negativen Sensorausgang des Sensors koppelbar ist, mit einem positiven Signalausgang und mit einem negativen Signalausgang, mit einem ersten frequenzabhängigen Widerstand zwischen dem positiven Signaleingang und dem positiven Signalausgang und mit einem zweiten frequenzabhängigen Widerstand zwischen dem negativen Signaleingang und dem negativen Signalausgang, wobei der erste und der zweite frequenzabhängige Widerstand ausgebildet sind, elektrische Signale mit der vorgegebenen Signalfrequenz ungeschwächt passieren zu lassen, mit einem ersten Spannungsteiler, welcher zumindest teilweise parallel zu dem ersten frequenzabhängigen Widerstand angeordnet ist und ausgebildet ist, eine Spannung zwischen dem positiven Signaleingang und dem positiven Signalausgang mit einem vorgegebenen Verhältnis zu teilen, und mit einem zweiten Spannungsteiler, welcher zumindest teilweise parallel zu dem zweiten frequenzabhängigen Widerstand angeordnet ist und ausgebildet ist, eine Spannung zwischen dem negativen Signaleingang und dem negativen Signalausgang mit einem vorgegebenen Verhältnis zu teilen.
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Ferner ist vorgesehen:
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Eine Steuereinrichtung für eine elektrische Maschine, mit einer Signalverarbeitungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, und mit einer Recheneinrichtung, welche einen ersten Analog-Digital-Wandler aufweist, welcher mit dem positiven Signalausgang der Signalverarbeitungseinrichtung gekoppelt ist, und welche einen zweiten Analog-Digital-Wandler aufweist, welcher mit dem negativen Signalausgang der Signalverarbeitungseinrichtung gekoppelt ist.
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Unter einem differentiellen Signal ist dabei ein Signal zu verstehen, welches über zwei Signalleitungen übertragen wird. Der eigentliche Informationsgehalt wird durch die Differenz der Spannungen oder der Ströme der zwei Signalleitungen gekennzeichnet. Sensoren können z.B. ein differentielles Signal auf zwei Signalleitungen mit einer vorgegebenen Signalfrequenz, also z.B. eine Wechselspannung, ausgeben Unter der vorgegebenen Signalfrequenz kann dabei nicht nur eine einzelne Frequenz sondern auch ein Frequenzbereich um die angegebenen Frequenz mit einer vorgegebenen Breite verstanden werden. Dieser Frequenzbereich wird auch als Nutzfrequenzbereich bezeichnet. Das differentielle Signal kann sich dabei auf die Differenz einer Spannung, eines Stroms, aber z.B. auch eine Differenz der Phase der Signalverläufe auf den zwei Signalleitungen beziehen.
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Sensoren, wie hierin verwendet, können jede Art von Sensor sein, die ein differentielles Signal, insbesondere ein Wechselspannungssignal, ausgeben, dessen Frequenz bekannt ist oder dessen Signalanteile in einem bekannten Nutzfrequenzbereich liegen. Beispielsweise kann ein Sensor ein Winkelsensor bzw. ein Lagesensor, wie z.B. ein Resolver, sein. Ein Sensor im Rahmen dieser Patentanmeldung kann aber z.B. auch ein Mikrophon oder eine andere Audioquelle oder dergleichen sein. Die Unterscheidung zwischen einem positiven und einem negativen Sensorausgang bzw. einem positiven und einem negativen Signaleingang und -Ausgang dient hauptsächlich der logischen Unterscheidung. Die Begriffe „positiv“ oder „negativ“ bezeichnen aber nicht zwingend eine Polarität oder dergleichen.
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Unter einem frequenzabhängigen Widerstand kann im Rahmen dieser Patentanmeldung z.B. ein Kondensator verstanden werden, dessen Wiederstand bzw. Impedanzwert von der Frequenz der an dem Kondensator anliegenden Spannung abhängt. Der Kondensator wirkt also wie ein Wechselstromwiderstand mit einem frequenzabhängigen Impedanzwert. Unter dem Begriff „ungeschwächt passieren“ ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass das jeweilige Signal nur in sehr geringem Umfang gedämpft wird, eine geringe Dämpfung ist aber auf Grund z.B. von parasitären Widerständen oder dergleichen möglich. Die Spannungsteiler bezeichnen im Rahmen dieser Patentanmeldung im Wesentlichen solche Spannungsteiler, die auf reellen Widerständen basieren.
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Vorteile der Erfindung
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Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Erkenntnis besteht darin, dass in herkömmlichen Schaltungen die Anbindung des Sensors an eine Recheneinrichtung nur eine eingeschränkte Robustheit gegen Nebenschlüsse bietet. Unter Nebenschlüssen sind dabei parasitäre Widerstände zwischen einer Signalleitung des Sensors und einer Spannung, die zwischen Masse und der Betriebsspannung liegt, zu verstehen. Als Betriebsspannung ist dabei die Betriebsspannung des Gesamtsystems zu verstehen. In Fahrzeugen liegt diese z.B. üblicherweise bei 12V–14V.
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Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Idee besteht nun darin, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und eine verbesserte Schaltung für die Signalaufbereitung von differentiellen Sensorsignalen vorzusehen.
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Dazu bereitet die vorliegende Erfindung das differentielle Signal derart auf, dass die Amplitude des Nutzsignals, also der Wechselanteil des von dem Sensor ausgebebenen Signals weitgehend erhalten bleibt. Dazu werden sowohl in dem positiven Signalzweig als auch in dem negativen Signalzweig frequenzabhängige Widerstände eingesetzt, die elektrische Signale mit der vorgegebenen Signalfrequenz annähernd ungeschwächt passieren lassen.
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Gleichzeitig wird aber der Gleichanteil des Signals durch die Spannungsteiler heruntergeteilt, z.B. um den Faktor 3 bzw. auf 30%. Die Gleichanteile der Signale durch die Spannungsteiler werden folglich stark heruntergeteilt aber noch übertragen. Dazu wird zumindest ein Teil jedes der Spannungsteiler zu dem entsprechenden frequenzabhängigen Widerstand parallel geschaltet. Werden Kondensatoren als frequenzabhängige Widerstände eingesetzt, stellen diese für den Gleichanteil eine Unterbrechung dar. Für die Gleichanteile sind folglich nur die Widerstände des Spannungsteilers wirksam. Z.B. kann jeweils einer der Widerstände des entsprechenden Spannungsteilers parallel zu dem frequenzabhängigen Widerstand angeordnet werden.
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Die vorliegende Erfindung bietet durch die starke Reduzierung des Gleichanteils der Sensorsignale eine hohe Robustheit gegenüber Nebenschlüssen. Ein Nebenschluss erhöht oder senkt lediglich in sehr geringem Umfang das Gleichspannungspotential an den Signalausgängen. Gleichzeitig wird aber die Signalamplitude des Wechselanteils der Sensorsignale lediglich sehr wenig gedämpft, wodurch diese sehr wenig stör- und fehleranfällig sind.
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Gleichzeitig bleibt mit Hilfe der vorliegenden Erfindung, im Gegensatz zu einer reinen Wechselspannungskopplung des Sensors, eine Diagnose von Fehlern in den Signalleitungen weiterhin möglich. Solche Fehler können z.B. Kurzschlüsse der Signalleitungen zu Masse oder der Versorgungsspannung, Leitungsunterbrechungen oder dergleichen sein.
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Im Normalbetrieb, also ohne Fehler oder Nebenschluss, werden die eigentlichen Sensorsignale nur schwach gedämpft. Die Gleichspannungspotentiale an den Signalausgängen hängen folglich nur von der Signalverarbeitungseinrichtung selbst ab. Diese können z.B. in etwa bei der halben Referenzspannung der Analog-Digital-Wandler in der Recheneinrichtung liegen, was eine nach oben und unten maximale Amplitude für die eigentlichen Sensorsignale bzw. den Wechselanteil der Sensorsignale ermöglicht.
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Im Betrieb mit einem Nebenschluss werden die Gleichspannungspotentiale leicht erhöht oder gesenkt. Bei entsprechender Dimensionierung des Spannungsteilers bleibt aber weiterhin die gesamte Amplitude der Sensorsignale nutzbar.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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In einer Ausführungsform kann die Signalverarbeitungseinrichtung einen ersten Tiefpass aufweisen, welcher elektrisch zwischen dem positiven Signaleingang und dem positiven Signalausgang angeordnet ist und ausgebildet ist, elektrische Signale mit der vorgegebenen Signalfrequenz annähernd ungeschwächt passieren zu lassen.
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In einer Ausführungsform kann die Signalverarbeitungseinrichtung einen zweiten Tiefpass aufweisen, welcher elektrisch zwischen dem negativen Signaleingang und dem negativen Signalausgang angeordnet ist und ausgebildet ist, elektrische Signale mit der vorgegebenen Signalfrequenz annähernd ungeschwächt passieren zu lassen.
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Durch den ersten und den zweiten Tiefpass können hochfrequente Störsignale, die z.B. über Signalleitungen zwischen dem Sensor und der Signalverarbeitungseinrichtung eingekoppelt werden, ausgefiltert werden.
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In einer Ausführungsform kann die Signalverarbeitungseinrichtung einen Spannungsversorgungsanschluss und einem Masseanschluss aufweisen. Ferner kann die Signalverarbeitungseinrichtung ein Widerstandsnetzwerk aufweisen, welches zwischen dem ersten Spannungsteiler und dem zweiten Spannungsteiler und dem Spannungsversorgungsanschluss und dem Masseanschluss angeordnet ist und ausgebildet ist, eine Gleichspannung an dem positiven Signalausgang und dem negativen Signalausgang auf einen vorgegebenen Wert einzustellen. Das Widerstandsnetzwerk ermöglicht es, das Gleichspannungspotential an den Signalausgängen exakt einzustellen. Durch die starke Skalierung des Gleichanteils der Sensorsignale hat deren Gleichanteil lediglich einen sehr geringen Einfluss auf Gleichspannungspotential an den Signalausgängen.
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In einer Ausführungsform kann ein erster Widerstand des ersten Spannungsteilers parallel zu dem ersten frequenzabhängigen Widerstand angeordnet sein. Ferner kann ein zweiter Widerstand des ersten Spannungsteilers zwischen dem ersten Widerstand des ersten Spannungsteilers und dem positiven Signalausgang angeordnet sein und ein dritter Widerstand des ersten Spannungsteilers kann zwischen dem zweiten Widerstand des ersten Spannungsteilers und einem Masseanschluss angeordnet sein. Der erste Signalausgang kann z.B. mit einem Kontenpunkt zwischen dem zweiten Widerstand und dem dritten Widerstand gekoppelt sein.
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In einer Ausführungsform kann ein erster Widerstand des zweiten Spannungsteilers parallel zu dem zweiten frequenzabhängigen Widerstand angeordnet sein. Ferner kann ein zweiter Widerstand des zweiten Spannungsteilers zwischen dem ersten Widerstand des zweiten Spannungsteilers und dem negativen Signalausgang angeordnet sein, und ein dritter Widerstand des zweiten Spannungsteilers kann zwischen dem zweiten Widerstand des zweiten Spannungsteilers und einem Masseanschluss angeordnet sein. Der zweite Signalausgang kann z.B. ebenfalls mit einem Kontenpunkt zwischen dem zweiten Widerstand und dem dritten Widerstand gekoppelt sein.
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Durch die parallele Anordnung des ersten Widerstands des jeweiligen Spannungsteilers parallel zu dem zweiten frequenzabhängigen Widerstand ist der erste Widerstand jeweils nur für den Gleichspannungsanteil des jeweiligen Signals wirksam. Dieser kann folglich entsprechend hoch gewählt werden, sodass sich das gewünschte Teilungsverhältnis in dem jeweiligen Spannungsteiler einstellt. Der Wechselanteil des jeweiligen Signals wird dagegen nur durch den zweiten und dritten Widerstand des jeweiligen Spannungsteilers beeinflusst. Diese können so gewählt werden, dass der Eingangsspannungsbereich z.B. einer nachgeschalteten Digital-Analog-Wandlerstufe so gut wie mögliche ausgenutzt wird. Der Gleichspannungsanteil kann z.B. auf die halbe Referenz- oder Bezugsspannung der Analog-Digital-Wandler gestellt werden.
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In einer Ausführungsform kann der zweite Widerstand des ersten Spannungsteilers als Widerstand des ersten Tiefpasses ausgebildet sein. Ferner kann der erste Tiefpass eine Tiefpasskapazität aufweisen, die zwischen dem positiven Signalausgang und dem Masseanschluss angeordnet ist. In einer Ausführungsform kann der zweite Widerstand des zweiten Spannungsteilers als Widerstand des zweiten Tiefpasses ausgebildet sein. Ferner kann der zweite Tiefpass eine Tiefpasskapazität aufweisen, die zwischen dem negativen Signalausgang und dem Masseanschluss angeordnet ist. Dies ermöglicht es, hochfrequente Störungen mit einem einfachen RC-Tiefpass aus den Sensorsignalen zu filtern.
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In einer Ausführungsform kann der erste Tiefpass zumindest teilweise in den ersten Spannungsteiler integriert sein. Ferner kann der zweite Tiefpass zumindest teilweise in den zweiten Spannungsteiler integriert sein.
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In einer Ausführungsform kann das Widerstandsnetzwerk zumindest teilweise in den ersten Spannungsteiler und den zweiten Spannungsteiler integriert sein.
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Werden die Komponenten einzelner Elemente der Signalverarbeitungseinrichtung auch in weiteren Elementen der Signalverarbeitungseinrichtung genutzt, kann die Anzahl der Bauteile und damit die Komplexität der Signalverarbeitungseinrichtung reduziert werden.
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In einer Ausführungsform kann das Widerstandsnetzwerk einen ersten Netzwerkwiderstand aufweisen, der mit dem Versorgungsanschluss und mit dem dritten Widerstand des ersten Spannungsteilers und dem dritten Widerstand des zweiten Spannungsteilers gekoppelt ist. Ferner kann das Widerstandsnetzwerk einen zweiten Netzwerkwiderstand aufweisen, der mit dem Masseanschluss und mit dem dritten Widerstand des ersten Spannungsteilers und dem dritten Widerstand des zweiten Spannungsteilers gekoppelt ist. Dies ermöglicht eine sehr einfache Einstellung des Gleichspannungspotentials an den Signalausgängen.
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In einer Ausführungsform kann die Signalverarbeitungseinrichtung eine erste Eingangskapazität aufweisen, welche zwischen dem positiven Signaleingang und dem Masseanschlussangeordnet ist. Ferner kann die Signalverarbeitungseinrichtung eine zweite Eingangskapazität aufweisen, welche zwischen dem negativen Signaleingang und dem Masseanschluss angeordnet ist. Die Kapazitäten sind dabei insbesondere derart dimensioniert, dass sie Signale mit der vorgegebenen Signalfrequenz nicht passieren lassen. Diese Kapazitäten stellen folglich für Signale einen Kurzschluss gegen Masse dar, die eine wesentlich höhere Frequenz aufweisen, als die vorgegebene Signalfrequenz. Solche hochfrequenten Störungen können z.B. elektrostatische Entladungen oder dergleichen sein und werden also bereits am Eingang der Signalverarbeitungseinrichtung gedämpft bzw. abgeleitet.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
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1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Signalverarbeitungseinrichtung;
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2 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Signalverarbeitungseinrichtung;
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3 ein Diagramm mit einem Frequenzverlauf einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Signalverarbeitungseinrichtung; und
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4 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung.
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In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts Anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Signalverarbeitungseinrichtung 1-1.
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Die Signalverarbeitungseinrichtung 1-1 weist einen positiven Signaleingang 5-1 und einen negativen Signaleingang 6-1 auf. Über diese Signaleingänge 5-1 und 6-1 kann die Signalverarbeitungseinrichtung 1-1 mit einem Sensor (nicht explizit dargestellt) gekoppelt werden. Die Signalverarbeitungseinrichtung 1-1 weist einen ersten Signalpfad von dem positiven Signaleingang 5-1 zu einem positiven Signalausgang 7-1 und einen zweiten Signalpfad von dem negativen Signaleingang 6-1 zu einem negativen Signalausgang 8-1 auf.
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In jedem der Signalpfade ist ein frequenzabhängiger Widerstand C1H, C1L angeordnet. Dieser kann z.B. als Kondensator C1H, C1L ausgebildet sein. Der frequenzabhängige Widerstand C1H, C1L ist dabei jeweils derart dimensioniert, dass er Signale der vorgegebenen Frequenz 4 annähernd unverändert passieren lässt bzw. diese annähernd ungedämpft weiterleitet.
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Parallel zu dem Kondensator C1H, C1L ist jeweils ein erster Widerstand R1H, R1L angeordnet. Zwischen der Parallelschaltung aus Kondensator C1H, C1L und erstem Widerstand R1H, R1L ist jeweils ein dritter Widerstand R3H, R3L gegen Masse geschaltet. Die Bezeichnungen erster und dritter dienen lediglich der Unterscheidung und stellen keinerlei Reihenfolge oder Rangordnung dar.
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Die zwei Widerstände R1H, R3H und R1L, R3L bilden jeweils einen Spannungsteiler 11 und 12. Die Spannungsteiler 11 und 12 dienen dazu, den Gleichspannungsanteil in den Signalen, welche über die Signaleingänge 5-1, 6-1 aufgenommen werden, nur sehr stark reduziert an die Signalausgänge 7-1, 8-1 weiterzuleiten. Die Spannungsteiler können die Gleichspannungsanteile jeweils z.B. in einem Verhältnis von 1/3 teilen.
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Es ist zu erkennen, dass gleichzeitig die Wechselspannungsanteile mit der vorgegebenen Frequenz 4 annähernd unverändert über die Kondensatoren C1H, C1L an die Signalausgänge 7-1, 8-1 ausgegeben werden.
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2 zeigt ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Signalverarbeitungseinrichtung 1-2, die mit einem Sensor 2-1 gekoppelt ist. Der Sensor 2-1 ist als eine Kombination einer Spannungsquelle U mit einer Induktivität L und einem Widerstand R dargestellt. Dieses Ersatzschaltbild dient lediglich der Veranschaulichung des Sensors 2-1 und kann je nach verwendetem Sensor 2-1 in anderen Ausführungsformen von dem hier dargestellten abweichen.
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Der Sensor 2-1 weist einen positiven und einen negativen Sensorausgang 9-1, 10-1 auf. Über diese Ausgänge 9-1, 10-1 übermittelt der Sensor 2-1 an die Signalverarbeitungseinrichtung 1-2 ein differentielles Signal 3-1, bei welchem die Spannungsdifferenz zwischen den zwei Signalleitungen die eigentliche Information darstellt.
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Über einen positiven und einen negativen Signaleingang 5-2, 6-2 wird das differentielle Signal 3-1 an die Signalverarbeitungseinrichtung 1-2 übertragen. Die Signalverarbeitungseinrichtung 1-2 weist zwei Signalpfade auf, die im Wesentlichen symmetrisch aufgebaut sind und die Signaleingänge 5-2, 6-2 mit entsprechenden Signalausgängen 7-2, 8-2 koppeln.
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Nach den Signaleingängen 5-2, 6-2 ist in jedem der Signalzweige jeweils ein Kondensator C5H, C5L gegen Masse angeordnet. Die Kondensatoren C5H, C5L sind dabei derart dimensioniert, dass Signale bzw. Spannungen mit der vorgegebenen Frequenz 4 im Wesentlichen unverändert bzw. ungedämpft in dem Signalpfad übertragen werden. Die Kondensatoren C5H, C5L weisen also eine so kleine Kapazität auf, dass diese für die Spannungen mit der vorgegebenen Frequenz 4 einen großen Widerstand darstellt. Die Kondensatoren C5H, C5L dienen folglich dazu, hochfrequente Störsignale abzuleiten, die eine Frequenz größer der vorgegebenen Frequenz 4 aufweisen.
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Nach den Kondensatoren C5H, C5L ist im Signalpfad des positiven Signaleingangs 5-2 ein Widerstand R6H gegen die Versorgungsspannung VDD geschaltet. In dem Signalpfad des negativen Signaleingangs 6-2 ist ein Widerstand R6L gegen Masse GND geschaltet. Diese Wiederstände R6H, R6L dienen dazu, die Änderungen des Gleichspannungspotentials an den Signaleingängen 9-1, 10-1 im Falle eines Nebenschlusses zu begrenzen. Ferner wird eine Diagnose der Leitungsunterbrechung in den Signalpfaden ermöglicht, da dann die Signalpfade auf unterschiedliche Gleichspannungspegel gezogen werden.
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An die Kondensatoren C5H, C5L schließt sich in jedem Signalzweig jeweils eine Parallelschaltung aus einem Widerstand R1H, R1L und einem Kondensator C1H, C1L an. An diese Parallelschaltung schließt sich wiederum ein Widerstand R2H, R2L an, der mit dem jeweiligen Signalausgang 7-2, 8-2 gekoppelt ist. Die Kondensatoren C1H, C1L sind derart dimensioniert, dass Sie für Spannungen mit der vorgegebenen Frequenz 4 lediglich einen sehr geringen Widerstand darstellen und lediglich für Signale mit einer geringeren als der vorgegebenen Frequenz 4 einen hohen Widerstand darstellen. Signale mit der vorgegebenen Signalfrequenz 4 passieren die Parallelschaltung folglich im Wesentlichen ungedämpft. Für die Signale mit einer geringeren Frequenz als der vorgegebenen Frequenz 4 ist der Wert des jeweiligen Widerstands R1H, R1L ausschlaggebend.
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R2H wirkt dagegen auch bei der vorgegebenen Signalfrequenz 4 zusammen mit R3H als Spannungsteiler. Es kann also auch bei der vorgegebenen Signalfrequenz 4 durch den Spannungsteiler aus R2H und R3H ein Teilen der Spannung mit der vorgegebenen Signalfrequenz 4 vorgenommen werden, falls gewünscht. Der Teilungsfaktor ist aber bei der vorgegebenen Signalfrequenz 4 kleiner als bei einer Gleichspannung, da bei einer Gleichspannung zusätzlich zu R2H auch R1H wirkt. Entsprechendes gilt insbesondere für das Zusammenwirken von R2L und R3L mit R1L.
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Zwischen den Widerständen R2H, R2L und dem jeweiligen Signalausgang 7-2, 8-2 ist in jedem Signalpfad jeweils ein Widerstand R3H, R3L angeordnet, der mit dem entsprechenden Widerstand R3L, R3H des anderen Signalpfads gekoppelt ist. An dem Knotenpunkt zwischen den Widerständen R3H und R3L sind ein Widerstand R5 gegen die Versorgungsspannung VDD und ein Widerstand R4 gegen Masse GND angeschlossen. Mit diesem Spannungsteiler zwischen VDD und GND kann das Gleichspannungspotential an den Signalausgängen 7-2, 8-2 eingestellt werden. Ein zwischen dem Kontenpunkt zwischen den Widerständen R3H und R3L und GND angeordneter Kondensator C3 dient der Stabilisierung der Spannung des Spannungsteilers bei der vorgegebenen Signalfrequenz 4.
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Schließlich ist in jedem Signalzweig jeweils ein Kondensator C2H, C2L zwischen dem entsprechenden Signalausgang 7-2, 8-2 und Masse angeordnet. Diese Kondensatoren C2H, C2L bilden gemeinsam mit den Widerständen R2H, R2L jeweils einen Tiefpassfilter. Dieser Tiefpassfilter ist dabei derart dimensioniert, dass er Signale mit der vorgegebenen Frequenz 4 passieren lässt, also an die Signalausgänge 7-2, 8-2 weiterleitet und Signale mit einer höheren Frequenz dämpft, also gegen Masse ableitet.
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3 zeigt ein Diagramm mit einem beispielhaften Frequenzverlauf der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Signalverarbeitungseinrichtung der 2. Die Ordinatenachse des Diagramms zeigt den Amplitudengang des Signals an. Die Abszissenachse zeigt die Frequenz an.
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Es ist in dem Diagramm zu erkennen, dass Signale mit einer Frequenz von ca. 1kHz bis 100kHz mit geringer Dämpfung übertragen werden. Signale mit einer Frequenz von unter 1KHz werden in etwa um die Hälfte gedämpft. Signale mit einer Frequenz von mehr als 100KHz dagegen werden mit steigender Frequenz stärker gedämpft. Die Dämpfung dieser Signale entspricht der Dämpfung eines RC-Tiefpasses.
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Die erfindungsgemäße Signalverarbeitungseinrichtung 1-2 leitet also die Signale bei der vorgegebenen Frequenz 4 sehr gut weiter und dämpft gleichzeitigt Signale mit Frequenzen, die unter 1KHz oder über 100kHz liegen deutlich.
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Ferner werden Signale mit einem Gleichanteil, also einer Frequenz von 0, nicht komplett gedämpft, wie es bei einer rein kapazitiven Kopplung zwischen Sensor und Auswerteschaltung der Fall wäre. Vielmehr werden niederfrequente Signalanteile einschließlich des Gleichanteils mit einem über der Frequenz konstanten Übertragungsfaktor übertragen, im Gegensatz zu der mit sinkender Frequenz sinkenden Übertragung bei einem reinen Hochpass. Eine Diagnose von Fehlern, wie z.B. einem Nebenschluss oder einem Kurzschluss ist folglich sehr einfach möglich.
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4 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung 20.
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Die Steuereinrichtung 20 weist eine Recheneinrichtung 21 auf, die ausgebildet ist, einen Motor 23 über einen Steuerausgang 25 anzusteuern. Die Bewegung des Motors 23 wird über einen Sensor 2-2 erfasst, der über einen positive und einen negativen Sensorausgang 9-2, 10-2 ein differentielles Wechselspannungssignal 3-2 an die Signalverarbeitungseinrichtung 1-3 bzw. einen positiven Signaleingang 5-2 und einen negativen Signaleingang 6-3 der Signalverarbeitungseinrichtung 1-3 ausgibt. Die Signalverarbeitungseinrichtung 1-3 gibt die verarbeiteten Signale über Signaleingänge 22-1, 22-2 an Analog-Digital-Wandler 24-1, 24-2 der Recheneinrichtung 21 aus, welche die Signale digitalisieren.
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In der Recheneinrichtung 21 können die digitalisierten Signale genutzt werden, um die Position des Rotors des Elektromotors 23 zu bestimmen und entsprechende Steuersignale zu erzeugen.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
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Die vorliegende Erfindung kann z.B. auch für die Signalverarbeitung von Signalen in Audio-Anwendungen oder dergleichen eingesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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