DE102017211771A1 - Elektrisches Steuergerät - Google Patents

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Abstract

Elektrisches Steuergerät (1), aufweisend:
- einen ersten Delta-Sigma-Modulator (2) mit einem Takteingabeanschluss (3),
- einen zweiten Delta-Sigma-Modulator (4) mit einem Takteingabeanschluss (5), und
- eine Auswerteeinheit (6), wobei die Auswerteeinheit (6) aufweist:
- einen ersten Taktausgabeanschluss (7), der mit dem Takteingabeanschluss (3) des ersten Delta-Sigma-Modulators (2) über eine erste elektrische Leitung (8) verbunden ist, und
- einen zweiten Taktausgabeanschluss (9), der mit dem Takteingabeanschluss (5) des zweiten Delta-Sigma-Modulators (4) über eine zweite elektrische Leitung (10) verbunden ist,
- wobei die Auswerteeinheit (6) dazu ausgebildet ist, ein Taktsignal (CLK1) an dem ersten Taktausgabeanschluss (7) gegenphasig zu einem Taktsignal (CLK2) an dem zweiten Taktausgabeanschluss (9) zu erzeugen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektrisches Steuergerät.
  • Schnell schaltende Signale in elektronischen Baugruppen sind prinzipbedingt Quelle von Störungen. Um diesbezügliche Störungs-Grenzwerte nicht zu überschreiten, sind entsprechende Maßnahmen notwendig, um eine Störaussendung über einen zulässigen Grenzwert hinaus zu vermeiden.
  • Wenn elektrische Steuergeräte Delta-Sigma-Modulatoren beispielsweise zur A/D-Wandlung verwenden, wird typisch ein hochfrequentes Taktsignal zu einem Takteingabeanschluss des Delta-Sigma-Modulators übertragen. Das Taktsignal kann in einer Steuerelektronik bzw. Auswerteeinheit erzeugt werden und über eine oder mehrere Steckverbindungen hinweg auf eine Leiterplatte geführt werden, auf der der Delta-Sigma-Modulator angeordnet ist, um dort analoge Signale zu erfassen. Das Taktsignal weist typisch eine Frequenz in einem Bereich von etwa 10 MHz bis 20 MHz auf. Die Anstiegszeit einer Flanke des Taktsignals sollte steil genug sein, um möglichst wenig Jitter zu erzeugen und die Leistungsfähigkeit der Wandlung nicht unnötig zu beeinträchtigen. Diese Taktsignaleigenschaften können zu unerwünschten Störausendungen führen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Steuergerät mit Delta-Sigma-Modulatoren zur Verfügung zu stellen, das möglichst geringe Störemissionen aufweist.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein elektrisches Steuergerät nach Anspruch 1.
  • Das elektrische Steuergerät weist einen ersten Delta-Sigma-Modulator mit einem herkömmlichen Takteingabeanschluss und einen zweiten Delta-Sigma-Modulator mit einem herkömmlichen Takteingabeanschluss auf. Insoweit sei auch auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen. Es versteht sich, dass das elektrische Steuergerät mehr als zwei Delta-Sigma-Modulatoren aufweisen kann, die dann bevorzugt in Gruppen mit einer geraden Anzahl von Delta-Sigma-Modulatoren gruppiert werden.
  • Das elektrische Steuergerät weist weiter eine Auswerteeinheit auf. Die Auswerteeinheit weist einen ersten Taktausgabeanschluss auf, der mit dem Takteingabeanschluss des ersten Delta-Sigma-Modulators über eine erste elektrische Leitung verbunden ist, und weist einen zweiten Taktausgabeanschluss auf, der mit dem Takteingabeanschluss des zweiten Delta-Sigma-Modulators über eine von der ersten Leitung getrennte, zweite elektrische Leitung verbunden ist. Die Taktausgabeanschlüsse dienen als Taktquelle für die Delta-Sigma-Modulatoren.
  • Die Auswerteeinheit erzeugt ein Taktsignal an dem ersten Taktausgabeanschluss gegenphasig zu einem Taktsignal an dem zweiten Taktausgabeanschluss.
  • Die Erzeugung des Bitstroms der Delta-Sigma-Modulatoren sowie die Übertragung der Daten bzw. Bits von den Delta-Sigma-Modulatoren zur Auswerteeinheit erfolgt typisch im Takt der jeweiligen Taktsignale.
  • Anstatt wie herkömmlich die Taktsignale zu jedem Delta-Sigma-Modulator differentiell zu führen, werden erfindungsgemäß zwei Gruppen von Delta-Sigma-Modulator gebildet, welche jeweils mit einem von zwei zueinander gegenphasigen Taktsignalen versorgt werden. Die erste Gruppe wird beispielsweise mit dem ersten Taktsignal versorgt und die zweite Gruppe wird mit dem zweiten Taktsignal versorgt. Die beiden Taktsignale der Gruppen kompensieren sich bzw. bilden den jeweiligen komplementären Rückpfad des anderen Taktsignals der Gruppe. Hierdurch kompensieren sich die jeweiligen Störaussendungen signifikant. Der von den Modulatoren kommende Datenstrom weist eine geringere Taktrate auf und kompensiert sich im Mittel aufgrund seines zufälligen Charakters.
  • In einer Ausführungsform verlaufen die erste elektrische Leitung und die zweite elektrische Leitung zumindest teilweise parallel.
  • In einer Ausführungsform weist das elektrische Steuergerät weiter eine erste Leiterplatte und eine zweite Leiterplatte auf, wobei die Auswerteeinheit auf der ersten Leiterplatte angeordnet ist und der erste Delta-Sigma-Modulator und der zweite Delta-Sigma-Modulator auf der zweiten Leiterplatte angeordnet sind. Die erste und die zweite elektrische Leitung verlaufen hierbei zwischen den beiden Leiterplatten, insbesondere parallel, und sind beispielsweise noch über einen elektrischen Verbinder geführt.
  • In einer Ausführungsform weist die Auswerteeinheit ein Field Programmable Gate Array (FPGA) auf bzw. ist ein FPGA.
  • In einer Ausführungsform weist der erste Delta-Sigma-Modulator herkömmlich einen Datenausgabeanschluss auf, der zweite Delta-Sigma-Modulator weist entsprechend einen Datenausgabeanschluss auf, und die Auswerteeinheit weist einen ersten Dateneingabeanschluss auf, wobei der Datenausgabeanschluss des ersten Delta-Sigma-Modulators und/oder der Datenausgabeanschluss des zweiten Delta-Sigma-Modulators mit dem ersten Dateneingabeanschluss der Auswerteeinheit verbunden ist. Die Auswerteeinheit kann einen zweiten Dateneingabeanschluss aufweisen, wobei der Datenausgabeanschluss des ersten Delta-Sigma-Modulators mit dem ersten Dateneingabeanschluss der Auswerteeinheit verbunden ist und der Datenausgabeanschluss des zweiten Delta-Sigma-Modulators mit dem zweiten Dateneingabeanschluss der Auswerteeinheit verbunden ist.
  • In einer Ausführungsform ist das elektrische Steuergerät ein Frequenzumrichter oder Servoumrichter. Mittels der Delta-Sigma-Modulatoren können beispielsweise elektrische Signale, die für den Betrieb des Frequenzumrichters notwendig sind, A/D-gewandelt werden.
  • Die Übertragung des jeweiligen Taktsignals von der Auswerteeinheit zu den Delta-Sigma-Modulatoren sowie die Übertragung der Daten von den Delta-Sigma-Modulatoren zur Auswerteeinheit erfolgt insbesondere nicht-differentiell. Mit anderen Worten ist zur Übertragung der jeweiligen Taktsignale und der jeweiligen Daten lediglich jeweils eine einzelne zugehörige Leitung vorgesehen, wobei selbstverständlich eine gemeinsame Leitung für ein Bezugspotential vorgesehen sein kann.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert beschrieben. Hierbei zeigt:
    • 1 ein elektrisches Steuergerät mit einem ersten Delta-Sigma-Modulator, einem zweiten Delta-Sigma-Modulator und einer Auswerteeinheit, die Taktsignale für die Delta-Sigma-Modulatoren gegenphasig zueinander erzeugt.
  • 1 zeigt ein elektrisches Steuergerät 1 in Form eines Frequenzumrichters mit einem ersten Delta-Sigma-Modulator 2 mit einem Takteingabeanschluss 3, einem zweiten Delta-Sigma-Modulator 4 mit einem Takteingabeanschluss 5, und einer Auswerteeinheit 6 in Form eines FPGA. Die beiden Delta-Sigma-Modulatoren 2 und 4 wandeln Spannungen, die an Messwiderständen 17 bzw. 18 anstehen, herkömmlich in Bitfolgen um, die in der Auswerteeinheit 6 ausgewertet werden. Insoweit sei auch auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.
  • Die Auswerteeinheit 6 bzw. das FPGA weist einen ersten Taktausgabeanschluss 7 auf, der mit dem Takteingabeanschluss 3 des ersten Delta-Sigma-Modulators 2 über eine erste elektrische Leitung 8 verbunden ist. Entsprechend weist die Auswerteeinheit 6 bzw. das FPGA einen zweiten Taktausgabeanschluss 9 auf, der mit dem Takteingabeanschluss 5 des zweiten Delta-Sigma-Modulators 4 über eine zweite elektrische Leitung 10 verbunden ist.
  • Zur Datenübertragung weist der erste Delta-Sigma-Modulator 2 einen Datenausgabeanschluss 13 auf, der zweite Delta-Sigma-Modulator 4 weist entsprechend einen Datenausgabeanschluss 14 auf, und die Auswerteeinheit 6 weist einen ersten Dateneingabeanschluss 15 und einen zweiten Dateneingabeanschluss 16 auf, wobei der Datenausgabeanschluss 13 des ersten Delta-Sigma-Modulators 2 mit dem ersten Dateneingabeanschluss 15 der Auswerteeinheit 6 über eine Leitung 20 elektrisch verbunden ist und der Datenausgabeanschluss 14 des zweiten Delta-Sigma-Modulators 4 mit dem zweiten Dateneingabeanschluss 16 der Auswerteeinheit 6 über eine Leitung 21 elektrisch verbunden ist.
  • Die Auswerteeinheit 6 ist dazu ausgebildet, ein Taktsignal CLK1 an dem ersten Taktausgabeanschluss 7 genau gegenphasig (180 Grad phasenverschoben) zu einem Taktsignal CLK2 an dem zweiten Taktausgabeanschluss 9 zu erzeugen.
  • Das elektrische Steuergerät 1 weist eine erste Leiterplatte 11 und eine zweite Leiterplatte 12 auf, wobei die Auswerteeinheit 6 auf der ersten Leiterplatte 11 angeordnet ist und der erste Delta-Sigma-Modulator 2 und der zweite Delta-Sigma-Modulator 4 auf der zweiten Leiterplatte 12 angeordnet sind.
  • Die erste elektrische Leitung 8 und die zweite elektrische Leitung 9 verlaufen zumindest teilweise parallel auf der ersten Leiterplatte 11, über eine Schnittstelle 19, beispielswiese in Form eines Leiterplattenverbinders, und auf der zweiten Leiterplatte 12 zwischen den Anschlüssen 3 und 7 bzw. 9 und 13.
  • Die Leiterplatte 11, die Auswerteeinheit 6 und weitere, nicht dargestellte Bauelemente können eine Steuerelektronik des Frequenzumrichters 1 bilden. Die Leiterplatte 12 sowie die auf der Leiterplatte 12 angeordneten, nicht näher dargestellten Bauelemente können eine Leistungsplatine des Frequenzumrichters 1 bilden. Die Taktsignale CLK1 und CLK2 werden über die Schnittstelle 19 auf die Leistungsplatine 12 geführt, um dort analoge Signale zu erfassen. Die Frequenz liegt hierbei üblicherweise in einem Bereich zwischen etwa 10 MHz bis 20 MHz.
  • Es versteht sich, dass zusätzlich zu den dargestellten Leitungen noch eine Leitung für ein Bezugspotential, beispielsweise in Form eines Massepotentials, vorhanden sein kann.
  • Die Erfindung bietet verglichen mit herkömmlichen Lösungen, bei denen ein jeweiliges Taktsignal eines Delta-Sigma-Modulators differentiell übertragen wird, signifikante Vorteile. So halbiert sich die Anzahl der benötigten Leitungen, der benötigten Pins an Steckverbindern und der benötigten Pins an der Auswerteeinheit, da keine differentielle Übertragung notwendig ist. Dies reduziert den Aufwand bei der Leiterbahnführung.
  • Verglichen mit Lösungen, bei denen das Taktsignal eines jeweiligen Delta-Sigma-Modulators nicht-differentiell und nicht gegenphasig übertragen wird, reduzieren sich die emittierten Störungen signifikant.
  • Erfindungsgemäß werden die Taktsignale CLK1 und CLK2 zueinander differentiell übertragen, ohne dass hierfür weitere Pins, Leitungen, etc. vorzusehen sind. Dies reduziert den Platzbedarf verglichen zu einer jeweils differentiellen Übertragung sowohl des Taktsignals CLK1 als auch des Taktsignals CLK2.

Claims (7)

  1. Elektrisches Steuergerät (1), aufweisend: - einen ersten Delta-Sigma-Modulator (2) mit einem Takteingabeanschluss (3), - einen zweiten Delta-Sigma-Modulator (4) mit einem Takteingabeanschluss (5), und - eine Auswerteeinheit (6), wobei die Auswerteeinheit (6) aufweist: - einen ersten Taktausgabeanschluss (7), der mit dem Takteingabeanschluss (3) des ersten Delta-Sigma-Modulators (2) über eine erste elektrische Leitung (8) verbunden ist, und - einen zweiten Taktausgabeanschluss (9), der mit dem Takteingabeanschluss (5) des zweiten Delta-Sigma-Modulators (4) über eine zweite elektrische Leitung (10) verbunden ist, - wobei die Auswerteeinheit (6) dazu ausgebildet ist, ein Taktsignal (CLK1) an dem ersten Taktausgabeanschluss (7) gegenphasig zu einem Taktsignal (CLK2) an dem zweiten Taktausgabeanschluss (9) zu erzeugen.
  2. Elektrisches Steuergerät (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - die erste elektrische Leitung (8) und die zweite elektrische Leitung (9) zumindest teilweise parallel verlaufen.
  3. Elektrisches Steuergerät (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass - das elektrische Steuergerät (1) eine erste Leiterplatte (11) und eine zweite Leiterplatte (12) aufweist, wobei die Auswerteeinheit (6) auf der ersten Leiterplatte (11) angeordnet ist und der erste Delta-Sigma-Modulator (2) und der zweite Delta-Sigma-Modulator (4) auf der zweiten Leiterplatte (12) angeordnet sind.
  4. Elektrisches Steuergerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Auswerteeinheit ein FPGA (6) aufweist.
  5. Elektrisches Steuergerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der erste Delta-Sigma-Modulator (2) einen Datenausgabeanschluss (13) aufweist, - der zweite Delta-Sigma-Modulator (4) einen Datenausgabeanschluss (14) aufweist, und - die Auswerteeinheit (6) einen ersten Dateneingabeanschluss (15) aufweist, wobei der Datenausgabeanschluss (13) des ersten Delta-Sigma-Modulators (2) und/oder der Datenausgabeanschluss (14) des zweiten Delta-Sigma-Modulators (4) mit dem ersten Dateneingabeanschluss (15) der Auswerteeinheit (6) verbunden ist.
  6. Elektrisches Steuergerät (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass - die Auswerteeinheit (6) einen zweiten Dateneingabeanschluss (16) aufweist, wobei der Datenausgabeanschluss (13) des ersten Delta-Sigma-Modulators (2) mit dem ersten Dateneingabeanschluss (15) der Auswerteeinheit (6) verbunden ist und der Datenausgabeanschluss (14) des zweiten Delta-Sigma-Modulators (4) mit dem zweiten Dateneingabeanschluss (16) der Auswerteeinheit (6) verbunden ist.
  7. Elektrisches Steuergerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - das elektrische Steuergerät (1) ein Frequenzumrichter oder Servoumrichter ist.
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