DE102016218141B4 - Integrated circuit, electronic control unit and arrangement for realizing an electrical resistance value - Google Patents
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Abstract
Anordnung zur Realisierung eines elektrischen Widerstandswertes aufweisend- eine Vielzahl elektrischer Widerstände,- eine Schalteinrichtung (S),- eine Ansteuereinheit (3),- einen Ausgang (4a, 4b), und- eine Vielzahl Kalibrierwiderstände (Rk), welche einem der Widerstände aus der Vielzahl Widerstände zur Justage des einen Widerstandswertes des Widerstandes hinzugeschaltet werden kannwobei 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.Arrangement for realizing an electrical resistance value comprising- a large number of electrical resistors,- a switching device (S),- a control unit (3),- an output (4a, 4b), and- a large number of calibration resistors (Rk), which one of the resistors from of the plurality of resistors can be added to adjust one resistance value of the resistor, the resistors being dimensioned in such a way that - a first resistor has a first resistance value (R0) and - each of the resistors in the remaining plurality of resistors has twice the resistance value exactly as a respective other one of the Having a plurality of resistors, - and wherein the switching device (S) is set up to connect any combination of the plurality of resistors in series with one another to the output.
Description
Stand der TechnikState 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 unit and an arrangement for realizing an optional electrical resistance value. In particular, the present invention relates to a simplification of the hardware and hardware with a reduced installation space for generating optional 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, e.g. digital potentiometers are used to adjust certain components. This is not the case with conventional volume controls, e.g. B. a rotary knob, but an integrated component (English: integrated circuit, IC), in which the resistance value is set via a digital interface. As many integrated electrical resistances are then connected to the output via switches contained in the IC as are required to achieve the desired total resistance. The interface used for this purpose can 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 e.g. B. a resolution of 256 steps. These are achieved by 256 equal resistors that can be switched on or off. If you want a higher resolution, the number of resistors increases accordingly. Do you want z. For example, to have a resistance range of 10k ohms with a resolution of 1 ohm, you need 10,000 resistors and switches on the same integrated circuit.
US 2003 / 0 011 464 A1 offenbart einen derartigen integrierten Schaltkreis, welcher 2n-identische Widerstände aufweist, welche in Reihe geschaltet und zur Ansteuerung über Anschlüsse des integrierten Schaltkreises vorgesehen sind.US 2003/0 011 464 A1 discloses such an integrated circuit, which has 2 n -identical resistors, which are connected in series and are provided for activation via terminals of the integrated circuit.
Die
Die WO 2014/ 110 260 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines variablen Widerstands zum Testen von Netzteilen. Die Vorrichtung ist so konfiguriert, dass sie einen Widerstandswert gemäß einem binär codierten Dezimalschema bereitstellt.WO 2014/110 260 A1 discloses a device for providing a variable resistor for testing power supplies. The device is configured to provide a resistance value according to a binary coded decimal scheme.
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 large number of resistors required and the space required.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of 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 object mentioned above is achieved according to the invention by an arrangement for realizing an electrical resistance value. A core idea of the present invention is not to use identical resistors, but to cascade them, which means that significantly fewer resistors are required. Correspondingly, a large number of electrical resistors are proposed, a switching device for closing optional electrical connections, a control unit and an output via which the resistance value is to be implemented. The resistors are dimensioned in such a way that a first resistor has a first resistance value and the remaining resistors have a resistance value such that their resistance values always double when viewed from one resistor to the next resistor. The order of the resistance values is basically irrelevant. The switching device is set up to connect any combination of the aforementioned resistors in series with one another to the output in order to realize the optional electrical resistance value at the output. 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
Um Toleranzen der verwendeten Widerstände zu verringern, ist eine Vielzahl Kalibrierwiderstände vorgesehen, 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 multiplicity of calibration resistors are provided, which can be added to one, several or in particular each of the resistors of the multiplicity 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 connection of the calibration resistors can be partially or completely bridged in order to adjust each of the multiplicity of resistors to a respective target value. This calibration process can, for example, take place during the commissioning of the arrangement according to the invention. In other words, the calibration resistors can be permanently bridged or left in the series connection during the manufacture of the arrangement according to the invention. In this way, the tolerances of the resistance values that can be generated by the arrangement according to the invention can be reduced.
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 large number of resistors are therefore integral 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.In principle, the first resistance value R 0 can be set arbitrarily. In particular, it is suitable to choose it according to the required resolution between two adjacent realizable resistance values. The resistance value can be, for example, 1 ohm, 2 ohms, 3 ohms, 10 ohms, 20 ohms, 100 ohms, 1,000 ohms or integer values that lie between the aforementioned resistance values. The resistors can be connected to the output in such a way that when the switches are open, all the resistors are connected in series with one another. If the resistance value produced in this way at the output is too high, any combination of the large number of resistors can be short-circuited or bridged. For example, each of the plurality of resistors can be assigned a switching device or switch which is set up to short-circuit the resistor assigned to it with respect to its two connections. Such a switch can, for example, be implemented 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 equal to the number of the plurality of resistors. In this way, exactly one switch is assigned to each of the resistors in the resistor cascade. Such a switch may include one or more transistors.
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 in an electronic control unit, for example. It can have a digital interface (e.g. SPI/I2C) for controlling the large number of switching devices or switches. The integrated circuit can be used, for example, for different amplifications for wireless communication (e.g. antenna amplification) and/or for realizing different audio volumes. Accordingly, the electronic control unit can be designed and provided, for example, 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:
-
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Anordnung, welche zum besseren Verständnis, aber nicht als Teil der Erfindung offenbart ist; und -
2 eine Detailansicht ausgewählter Bestandteile eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung.
-
1 a schematic representation of a first embodiment of an arrangement, which is disclosed for better understanding but not as part of the invention; and -
2 a detailed view of selected components of a second embodiment of an arrangement according to the invention.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Weiter ist dem Fachmann klar, dass durch die in
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- integrierter Schaltkreisintegrated circuit
- 22
- Eingangsklemmeinput clamp
- 33
- digitale Schnittstelledigital interface
- 4a, 4b4a, 4b
- Ausgangsklemmenoutput terminals
- 55
- digitale Schnittstelle (Kalibrierung)digital interface (calibration)
- R0R0
- niedrigster einzelner Widerstandswert bzw. Auflösung der möglichen Widerständelowest individual resistance value or resolution of the possible resistances
- Rkrk
- Kalibrierwiderstandcalibration resistor
- SS
- SchalterSwitch
Claims (9)
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DE102016218141.6A DE102016218141B4 (en) | 2016-09-21 | 2016-09-21 | Integrated circuit, electronic control unit and arrangement for realizing an electrical resistance value |
Applications Claiming Priority (1)
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DE102016218141A1 DE102016218141A1 (en) | 2018-03-22 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US2999202A (en) | 1956-06-04 | 1961-09-05 | Gilfillan Bros Inc | Voltage divider setting device |
WO2014110260A1 (en) | 2013-01-10 | 2014-07-17 | Eaton Corporation | Binary coded decimal resistive load and network |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US20030011464A1 (en) | 2001-07-03 | 2003-01-16 | Eck Arthur Bruce | Apparatus and method for a two terminal implementation of rheostat and potentiometer modes in an integrated circuit |
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2016
- 2016-09-21 DE DE102016218141.6A patent/DE102016218141B4/en active Active
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