DE102016218141A1 - Integrated circuit, electronic control unit and arrangement for realizing an electrical resistance value - Google Patents
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Abstract
Es werden ein integrierter Schaltkreis, ein elektronisches Steuergerät sowie eine Anordnung zur Realisierung eines elektrischen Widerstandswertes vorgeschlagen. Die Anordnung umfasst: – eine Vielzahl elektrischer Widerstände, – eine Schalteinrichtung (S), – eine Ansteuereinheit (3), und – einen Ausgang (4a, 4b) wobei die Widerstände derart dimensioniert sind, dass – ein erster Widerstand einen ersten Widerstandswert (R0) aufweist und – jeder der Widerstände in der übrigen Vielzahl Widerstände einen doppelten Widerstandswert wie genau ein jeweiliger anderer der Vielzahl Widerstände aufweist, – und wobei die Schalteinrichtung (S) eingerichtet ist, eine beliebige Kombination der Vielzahl Widerstände in Reihe zueinander an den Ausgang zu schalten.An integrated circuit, an electronic control unit and an arrangement for realizing an electrical resistance value are proposed. The arrangement comprises: - a plurality of electrical resistors, - a switching device (S), - a drive unit (3), and - an output (4a, 4b) wherein the resistors are dimensioned such that - a first resistor has a first resistance value (R0 and each of the resistors in the remaining plurality of resistors has a double resistance value just like each other one of the plurality of resistors, and wherein the switching means is arranged to connect any combination of the plurality of resistors in series with each other to the output ,
Description
Stand der Technik State of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft einen integrierten Schaltkreis, ein elektronisches Steuergerät sowie eine Anordnung zur Realisierung eines wahlfreien elektrischen Widerstandswertes. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vereinfachung der Hardware sowie eine bauraumreduzierte Hardware zur Erzeugung wahlfreier elektrischer Widerstände. The present invention relates to an integrated circuit, an electronic control device and an arrangement for realizing a random electrical resistance value. In particular, the present invention relates to a simplification of the hardware as well as a space-reduced hardware for generating random electrical resistances.
In der Fahrzeug-Elektronik werden u. a. zum Einstellen von bestimmten Bauteilen digitale Potentiometer benutzt. Dabei handelt es sich nicht wie bei konventionellen Lautstärkereglern z. B. um einen Drehknopf, sondern um einen integrierten Baustein (Englisch: integrated circuit, IC), bei dem der Widerstandswert über eine digitale Schnittstelle eingestellt wird. Über im IC enthaltene Schalter werden dann so viele integriert bereitgestellte elektrische Widerstände an den Ausgang geschaltet, wie zur Realisierung des gewünschten Gesamtwiderstandes erforderlich sind. Die hierzu verwendete Schnittstelle kann z. B. eine I2C- oder SPI- oder eine serielle Schnittstelle sein. In vehicle electronics u. a. used to set certain components digital potentiometers. It is not like conventional volume controls z. For example, a knob, but an integrated circuit (IC), in which the resistance value is set via a digital interface. By means of the switch contained in the integrated circuit, as many integrally provided electrical resistances are connected to the output, as are required to realize the desired total resistance. The interface used for this purpose can, for. B. an I2C or SPI or a serial interface.
Die aktuell auf dem Markt verfügbaren ICs haben z. B. eine Auflösung von 256 Schritten. Diese werden durch 256 gleiche Widerstände erreicht, die ein- oder ausgeschaltet werden können. Möchte man eine größere Auflösung haben, steigt die Anzahl der Widerstände entsprechend an. Möchte man z. B. einen Widerstandsbereich von 10 kOhm mit einer Auflösung von 1 Ohm haben, benötigt man 10.000 Widerstände und Schalter innerhalb ein und desselben integrierten Schaltkreises. The ICs currently available on the market have z. For example, a resolution of 256 steps. These are achieved by 256 equal resistors that can be turned on or off. If you want to have a larger resolution, the number of resistors increases accordingly. Would you like z. B. have a resistance range of 10 kOhm with a resolution of 1 ohm, you need 10,000 resistors and switches within one and the same integrated circuit.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Vielzahl der erforderlichen Widerstände und den erforderlichen Bauraum zu verringern. It is an object of the present invention to reduce the multiplicity of resistances required and the required installation space.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung zur Realisierung eines elektrischen Widerstandswertes gelöst. Ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, nicht identische Widerstände zu verwenden, sondern diese zu kaskadieren, wodurch man mit deutlich weniger Widerständen auskommt. Entsprechend wird eine Vielzahl elektrischer Widerstände vorgeschlagen, eine Schalteinrichtung zum Schließen wahlfreier elektrischer Verbindungen, eine Ansteuereinheit und ein Ausgang, über welchen der Widerstandswert realisiert werden soll. Die Widerstände sind derartig dimensioniert, dass ein erster Widerstand einen ersten Widerstandswert aufweist und die übrigen Widerstände einen Widerstandswert aufweisen derart, dass sich ihre Widerstandswerte von einem Widerstand zum nächsten Widerstand betrachtet stets verdoppeln. Unerheblich ist grundsätzlich die Reihenfolge der Widerstandswerte. Die Schalteinrichtung ist eingerichtet, eine beliebige Kombination der vorgenannten Widerstände in Reihe zueinander an den Ausgang zu schalten, um am Ausgang den wahlfreien elektrischen Widerstandswert zu realisieren. Anders ausgedrückt wird eine Anordnung vorgeschlagen, deren Widerstandswerte Ri sich entsprechend der Beziehung Ri = R0·2n ergibt, wobei für n die Zahlen 0, 1, 2, 3, 4... einzusetzen sind und bei einer Anzahl N Widerstände die Folge mit N – 1 endet. R0 ist der Widerstandswert des Widerstandes mit höchstem Leitwert bzw. geringstem Widerstandswert. Auf diese Weise können eine Vielzahl verschiedener Widerstandswerte über einen vergleichsweise großen Widerstandswertebereich erzeugt werden, wobei eine Auflösung zwischen den realisierbaren Widerstandswerten von R0 möglich ist. Der Platzbedarf, der Fertigungsaufwand, die Kosten und die erforderliche Masse der erfindungsgemäßen Anordnung liegen unter den im Stand der Technik bekannten Anordnungen und ermöglichen somit energieeffizientere Fahrzeuge. The above object is achieved by an arrangement for the realization of an electrical resistance value. A key idea of the present invention is to use non-identical resistors but to cascade them, thereby providing significantly fewer resistors. Accordingly, a plurality of electrical resistors is proposed, a switching device for closing optional electrical connections, a drive unit and an output, via which the resistance value is to be realized. The resistors are dimensioned such that a first resistor has a first resistance value and the remaining resistors have a resistance value such that their resistance values, viewed from one resistor to the next resistor, always double. Irrelevant is basically the order of the resistance values. The switching device is set up to connect any combination of the aforementioned resistors in series with each other to the output in order to realize the output of the optional electrical resistance value. In other words, an arrangement is proposed whose resistance values R i result according to the relationship R i = R 0 * 2 n , where n is the
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. The dependent claims show preferred developments of the invention.
Die Widerstandswerte Ri der Vielzahl Widerstände sind also ganzzahlige Potenzen der Basis 2, multipliziert mit dem Wert des geringsten Widerstandes. Die Exponenten beginnen mit der Zahl 0 und enden mit der Zahl, welche der Anzahl der verwendeten Widerstände vermindert um 1 entspricht. The resistance values R i of the plurality of resistors are thus integer powers of the
Der erste Widerstandswert R0 kann grundsätzlich beliebig festgelegt werden. Insbesondere ist es geeignet, ihn entsprechend der erforderlichen Auflösung zwischen zwei benachbarten realisierbaren Widerstandswerten zu wählen. Der Widerstandswert kann bspw. 1 Ohm, 2 Ohm, 3 Ohm, 10 Ohm, 20 Ohm, 100 Ohm, 1.000 Ohm oder ganzzahlige Werte, welche zwischen den vorgenannten Widerstandswerten liegen, annehmen. Das Schalten der Widerstände an den Ausgang kann derart erfolgen, dass bei geöffneten Schaltern sämtliche Widerstände zueinander in Reihe geschaltet sind. Sofern der derartig zustande gekommene Widerstandswert am Ausgang zu groß ist, können beliebige Kombinationen der Vielzahl Widerstände kurzgeschlossen werden bzw. überbrückt werden. Bspw. kann einem jeden der Vielzahl Widerstände eine Schalteinrichtung bzw. ein Schalter zugeordnet sein, welcher eingerichtet ist, den ihm zugeordneten Widerstand bezüglich seiner zwei Anschlüsse kurzzuschließen. Ein solcher Schalter kann bspw. als Transistor (Bipolartransistor und/oder Mosfet und/oder Schalteinrichtung umfassend zumindest einen der Vorgenannten) realisiert werden. The first resistance value R 0 can basically be set arbitrarily. In particular, it is suitable to select it according to the required resolution between two adjacent realizable resistance values. The resistance may be, for example, 1 ohm, 2 ohms, 3 ohms, 10 ohms, 20 ohms, 100 ohms, 1,000 ohms, or integer values that are between the aforementioned resistance values. The switching of the resistors to the output can be made such that when the switches are open, all resistors are connected in series with each other. If the resulting resistance value at the output is too large, any combination of the plurality of resistors can be short-circuited or bridged. For example. may be associated with each of the plurality of resistors, a switching device or a switch, which is set to him short circuit associated resistor with respect to its two terminals. Such a switch can be realized, for example, as a transistor (bipolar transistor and / or MOSFET and / or switching device comprising at least one of the aforementioned).
Die Schalteinrichtung kann eine Anzahl von Schaltern aufweisen, welche gleich der Anzahl der Vielzahl Widerstände ist. Auf diese Weise ist jedem der Widerstände der Widerstandskaskade genau ein Schalter zugeordnet. Ein solcher Schalter kann einen oder mehrere Transistoren umfassen. The switching device may have a number of switches which is equal to the number of the plurality of resistors. In this way, each of the resistors of the resistor cascade is associated with exactly one switch. Such a switch may comprise one or more transistors.
Um Toleranzen der verwendeten Widerstände zu verringern, kann eine Vielzahl Kalibrierwiderstände vorgesehen sein, welche einem, mehreren oder insbesondere jedem der Widerstände der Vielzahl Widerstände (bspw. in Reihe) hinzugeschaltet werden können. Insbesondere kann ein solcher Aufbau verwendet werden, wie er zum Zuschalten der Vielzahl Widerstände zum Ausgang der Anordnung oben beschrieben worden ist. Mit anderen Worten kann eine Reihenschaltung der Kalibrierwiderstände anteilig oder vollständig überbrückt werden, um jeden der Vielzahl Widerstände an einen jeweiligen Soll-Wert anzugleichen. Dieser Kalibriervorgang kann bspw. während der Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Anordnung erfolgen. Mit anderen Worten können die Kalibrierwiderstände dauerhaft während der Fertigung der erfindungsgemäßen Anordnung überbrückt bzw. in der Reihenschaltung belassen werden. Auf diese Weise können die Toleranzen der Widerstandswerte, welche durch die erfindungsgemäße Anordnung erzeugt werden können, verringert werden. In order to reduce tolerances of the resistors used, a plurality of calibration resistors can be provided, which can be connected to one, several or in particular each of the resistors of the plurality of resistors (for example in series). In particular, such a construction can be used as has been described above for connecting the plurality of resistors to the output of the arrangement. In other words, a series circuit of the calibration resistors may be proportionally or completely bypassed to equalize each of the plurality of resistors to a respective desired value. This calibration process can take place, for example, during startup of the arrangement according to the invention. In other words, the calibration resistors can be permanently bridged during production of the arrangement according to the invention or left in series connection. In this way, the tolerances of the resistance values that can be generated by the arrangement according to the invention can be reduced.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein integrierter Schaltkreis vorgeschlagen, welcher eine Anordnung gemäß dem erstgenannten Erfindungsaspekt aufweist. Anders ausgedrückt kann die erfindungsgemäße Anordnung als integrierter Schaltkreis ausgestaltet sein. Der integrierte Schaltkreis kann bspw. in einem elektronischen Steuergerät angeordnet sein. Er kann eine digitale Schnittstelle (z. B. SPI/I2C) zur Ansteuerung der Vielzahl Schalteinrichtungen bzw. Schalter aufweisen. Der integrierte Schaltkreis kann bspw. für unterschiedliche Verstärkungen zur Drahtloskommunikation (z. B. Antennenverstärkung) und/oder zur Realisierung unterschiedlicher Audiolautstärken verwendet werden. Entsprechend kann das elektronische Steuergerät bspw. als Audioverstärker und/oder als Headunit ausgeführt und vorgesehen sein. According to a second aspect of the present invention, an integrated circuit is proposed, which has an arrangement according to the first-mentioned aspect of the invention. In other words, the arrangement according to the invention can be designed as an integrated circuit. The integrated circuit can be arranged, for example, in an electronic control unit. It can have a digital interface (eg SPI / I2C) for controlling the multiplicity of switching devices or switches. The integrated circuit can be used, for example, for different amplifications for wireless communication (eg antenna amplification) and / or for the realization of different audio volumes. Accordingly, the electronic control unit may, for example, be designed and provided as an audio amplifier and / or as a head unit.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgende Diskussion der beigefügten Zeichnungen ersichtlich. In den Zeichnungen ist: Further details, features and advantages of the present invention will become apparent from the following discussion of the accompanying drawings. In the drawings:
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
Weiter ist dem Fachmann klar, dass durch die in
Auch wenn die erfindungsgemäßen Aspekte und vorteilhaften Ausführungsformen anhand der in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungsfiguren erläuterten Ausführungsbeispiele im Detail beschrieben worden sind, sind für den Fachmann Modifikationen und Kombinationen von Merkmalen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, deren Schutzbereich durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.Although the aspects and advantageous embodiments of the invention have been described in detail with reference to the embodiments explained in connection with the accompanying drawings, modifications and combinations of features of the illustrated embodiments are possible for the skilled person, without departing from the scope of the present invention, the scope of protection the appended claims are defined.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- integrierter Schaltkreis integrated circuit
- 2 2
- Eingangsklemme input terminal
- 3 3
- digitale Schnittstelle digital interface
- 4a, 4b4a, 4b
- Ausgangsklemmen output terminals
- 5 5
- digitale Schnittstelle (Kalibrierung) digital interface (calibration)
- R0 R 0
- niedrigster einzelner Widerstandswert bzw. Auflösung der möglichen Widerstände lowest individual resistance value or resolution of the possible resistances
- Rk R k
- Kalibrierwiderstand calibration resistor
- S S
- Schalter switch
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 2003/0011464 A1 [0004] US 2003/0011464 A1 [0004]
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