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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 12 und eine Verwendung nach Anspruch 13.
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Aktuelle und zukünftige Entwicklungen in der Automobilindustrie laufen in Richtung autonomes Fahren. Dabei wird eine zusätzliche Redundanz zur Erfüllung der Sicherheit gefordert, die z.B. in Form eines zweiten Steuergeräts realisiert wird. Insbesondere wird die Sicherheit nach den sog. ASIL-Leveln definiert, für die es jeweils bestimmte Kriterien einzuhalten gilt.
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Bisherige Überlegungen sehen beim Einsatz von Raddrehzahlsensoren eine Schaltungsanordnung vor, welche den Sensor mit einer internen und einer externen Steuereinheit verbindet und welche mehrere Dioden umfasst. Die Dioden sind in der Schaltungsanordnung in der Verbindung zwischen dem Sensor und der internen und externen Steuereinheit angeordnet. Es handelt sich hierbei um diskret aufgebaute Umschalter für die Raddrehzahlsensorsignale, die zur Entkopplung dienen und die als einzelne Bauteile auf der PCB (printed circuit board, Leiterplatte) platziert sind. An diesen Dioden entsteht jedoch ein Spannungsabfall, was z.B. eine eingeschränkte Verfügbarkeit von Radsensorinformationen bei Unterspannungsszenarien im Bordnetz des Fahrzeugs, einen erhöhten Schaltungsaufwand, eine erhöhte Wärmeentwicklung im Steuergerät (Verlustleistung) und das notwendige Vorhalten von mehr Sicherheitsabstand und Reserven bewirken kann.
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Es ist somit die Aufgabe der Erfindung, die bisherigen Schaltungsanordnungen zu verbessern.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung mit einer ersten Schnittstelle zur Verbindung mit einem Sensor, einer internen Steuereinheit und einer zweiten Schnittstelle zur Verbindung mit einer externen Steuereinheit, wobei der Sensor von der internen Steuereinheit und der externen Steuereinheit mit Energie versorgbar und ansteuerbar ist und die erste Schnittstelle eine Sensoreingangsstelle und eine Sensorausgangsstelle aufweist. Zudem umfasst die Schaltungsanordnung mindestens einen ersten und einen zweiten Transistor, wobei der erste Transistor in der Verbindung zwischen der Sensorausgangsstelle und der zweiten Schnittstelle angeordnet ist und der zweite Transistor in der Verbindung zwischen der Sensorausgangsstelle und der internen Steuereinheit angeordnet ist.
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Durch die Verwendung von Transistoren wird ein Spannungsabfall und die damit verbundenen Nachteile vermieden. Die Entkopplungsdioden werden durch diese Maßnahme überbrückt. Zudem weisen die Transistoren jeweils bevorzugt Dioden auf. Es ist somit immer eine Diode in Durchlassrichtung vorhanden, die einen Anschluss des Radsensors an Masse und eine Versorgungsspannung sicherstellt - auch bei Fehlern innerhalb der internen Steuereinheit.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Schaltungsanordnung einen dritten Transistor und einen vierten Transistor auf, wobei der dritte Transistor in der Verbindung zwischen der Sensorausgangsstelle und der zweiten Schnittstelle angeordnet ist und der vierte Transistor in der Verbindung zwischen der Sensorausgangsstelle und der internen Steuereinheit angeordnet ist.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfassen der erste Transistor und der dritte Transistor jeweils eine Diode, welche eine Sperrwirkung in entgegengesetzter Richtung zur jeweils anderen haben. Anders gesagt weist der erste Transistor eine Diode auf und der dritte Transistor weist ebenfalls eine Diode auf, wobei die beiden Dioden eine entgegengesetzte Sperrrichtung haben.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfassen der zweite Transistor und der vierte Transistor jeweils eine Diode, welche eine Sperrwirkung in entgegengesetzter Richtung zur jeweils anderen haben. Anders gesagt weist der zweite Transistor eine Diode auf und der vierte Transistor weist ebenfalls eine Diode auf, wobei die beiden Dioden eine entgegengesetzte Sperrrichtung haben.
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Damit ist durch den ersten und dritten Transistor eine anti-serielle Schaltung (back-to-back-Struktur) gegeben. Ebenso ist durch den zweiten und den vierten Transistor eine anti-serielle Schaltung gegeben. Diese beiden anti-seriellen Schaltungen liegen in den Rückführungsleitungen vom Radsensor, um eine Entkopplung von zwei unterschiedlichen Spannungsversorgungen zu bewirken. Insgesamt wird dadurch eine optimale elektrische Trennung beider Massen (interne Masse und externe Masse zur externen Steuereinheit) erreicht.
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Alternativ weist die Schaltungsanordnung nur entweder den dritten Transistor oder den vierten Transistor auf. In diesem Fall ist eine anti-serielle Schaltung nur entweder durch den ersten und den dritten Transistor oder den zweiten und den vierten Transistor gegeben.
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In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Schaltungsanordnung eine erste Kontrollschaltung, mittels welcher der erste - und bevorzugt auch der dritte - Transistor ansteuerbar ist und eine zweite Kontrollschaltung, mittels welcher der zweite - und bevorzugt auch der vierte - Transistor ansteuerbar ist. Jede der beiden anti-seriellen Schaltungen wird somit bevorzugt von einer Kontrollschaltung angesteuert. Dabei ist die erste Kontrollschaltung zur Ansteuerung der ersten anti-seriellen Schaltung mit der externen Steuereinheit verbunden und die zweite Kontrollschaltung zur Ansteuerung der zweiten anti-seriellen Schaltung mit der internen Steuereinheit verbunden. Somit werden die beiden anti-seriellen Schaltungen jeweils durch eine andere Steuereinheit kontrolliert. Durch diese Weiterbildung wird eine Redundanz in dem Sinne erhalten, dass bei Ausfall einer der Steuereinheiten die jeweils andere Steuereinheit noch immer die zugehörige anti-serielle Schaltung kontrollieren kann.
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Die erste Kontrollschaltung funktioniert insbesondere bevorzugt unabhängig von der internen Steuereinheit. Daher erhält die erste Kontrollschaltung ihre Spannungsversorgung von einer extern anzulegenden Spannung.
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In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Schaltungsanordnung einen fünften Transistor, welcher in der Verbindung zwischen der Sensoreingangsstelle und der internen Steuereinheit angeordnet ist. Dabei ist der Transistor bevorzugt als P-MOSFET ausgebildet. Durch die Ausbildung des Transistors als P-MOSFET ist die Schaltung unabhängig von der Ladungspumpe der internen Steuereinheit. Alternativ kann der Transistor als N-MOSFET ausgebildet sein, so dass das benötigte Bauteil kleiner ausfallen kann.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Sensor als Raddrehzahlsensor ausgebildet.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Versorgung und Ansteuerung eines Sensors mittels einer Schaltungsanordnung, wobei die Schaltungsanordnung eine erste Schnittstelle mit einer Sensoreingangsstelle und einer Sensorausgangsstelle zum Verbinden mit dem Sensor aufweist und die Schaltungsanordnung eine zweite Schnittstelle zum Verbinden der Schaltungsanordnung mit einer externen Steuereinheit sowie eine interne Steuereinheit umfasst, wobei die Schaltungsanordnung einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor umfasst, wobei der erste Transistor in der Verbindung zwischen der Sensorausgangsstelle und der zweiten Schnittstelle angeordnet ist und der zweite Transistor in der Verbindung zwischen der Sensorausgangsstelle und der internen Steuereinheit angeordnet ist und wobei folgende Schritte durchgeführt werden:
- - Übertragen von Signalen von der Sensorausgangsstelle über den ersten Transistor an die interne Steuereinheit,
- - Übertragen von Signalen von der Sensorausgangsstelle über den zweiten Transistor an die zweite Schnittstelle.
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Der Anwendungsbereich der Erfindung bezieht sich auf jede Strom-Schnittstelle, also auf Anordnungen, bei denen eine Umschaltung nicht durch ein Signal in der Spannung sondern durch ein Signal im Strom vorgesehen ist.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung der Schaltungsanordnung in einem Kraftfahrzeug.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich auch aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand von Figuren.
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In schematischer Darstellung zeigen beispielhaft:
- 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in einer ersten Ausführungsform,
- 2 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in einer zweiten Ausführungsform sowie
- 3 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in einer dritten Ausführungsform.
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1 zeigt eine Schaltungsanordnung 1 mit einer ersten Schnittstelle 3, die mit einem Sensor 5 verbunden ist. Dieser Sensor 5 ist bevorzugt als Raddrehzahlsensor ausgebildet. Die Schaltungsanordnung 1 umfasst weiterhin eine zweite Schnittstelle 7 zur Verbindung mit einer externen Steuereinheit (nicht gezeugt) und eine interne Steuereinheit, wobei in der Figur nur der Anschluss 9 zu der internen Steuereinheit dargestellt ist. Anschluss 9 stellt zusammen mit einem weiteren Anschluss 10 die Verbindung des Sensors 5 zur internen Steuereinheit dar. Die erste Schnittstelle 3 umfasst eine Sensoreingangsstelle 11 und eine Sensorausgangsstelle 13. Der Anschluss 10 ist dabei der Anschluss für die Sensoreingangsstelle 11 und der Anschluss 9 ist der Anschluss für die Sensorausgangsstelle 13.
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Weiterhin weist die Schaltungsanordnung 1 einen ersten Transistor 15 und einen zweiten Transistor 17 auf. Der erste Transistor 15 ist dabei in der Verbindung zwischen der Sensorausgangsstelle 13 und der zweiten Schnittstelle 7 angeordnet und der zweite Transistor 17 zwischen der Sensorausgangsstelle 13 und dem Anschluss zur internen Steuereinheit 9.
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Ferner umfasst die Schaltungsanordnung 1 eine erste Kontrollschaltung 19 und eine zweite Kontrollschaltung 21. Der erste Transistor 15 wird über die erste Kontrollschaltung 19 angesteuert und der zweite Transistor 17 über die zweite Kontrollschaltung 21. Dabei ist die erste Kontrollschaltung 19 mit der externen Steuereinheit verbunden, so dass Signale von der externen Steuereinheit an die erste Kontrollschaltung 19 übermittelt werden, um den ersten Transistor 15 anzusteuern. Die zweite Kontrollschaltung 21 ist mit der internen Steuereinheit verbunden, so dass Signale von der internen Steuereinheit an die zweite Kontrollschaltung 21 übermittelt werden, um den zweiten Transistor 17 anzusteuern.
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Die zweite Kontrollschaltung 21 hängt von der internen Steuereinheit und deren Ressourcen (Masse-Potential, Versorgungsspannungen inklusive der Charge Pump Spannung aus der internen Steuereinheit) ab. Die erste Kontrollschaltung 19 funktioniert unabhängig von der internen Steuereinheit. Daher erhält die erste Kontrollschaltung 19 seine Spannungsversorgung von einer extern anzulegenden Spannung zwischen Schnittstelle 43 und Schnittstelle 7.
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Die Kontrolle des ersten Transistors 15 über die erste Kontrollschaltung 19 wird also durch eine externe Versorgungsspannung durchgeführt, welche zwischen der zweiten Schnittstelle 7 und der Schnittstelle 43 angelegt ist. Das Potential an der zweiten Schnittstelle 7 stellt das Bezugspotential für den Betrieb des Sensors 5 dar. Mittels der Spannung zwischen der Schnittstelle 43 und der Schnittstelle 7 ist der Schaltungsblock 45 mit der ersten Kontrollschaltung 19 in der Lage, den ersten Transistor 15 in den niederohmigen Zustand zu setzen - insbesondere auch bei einem Fehler der internen Steuereinheit.
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Die Schaltungsanordnung 1 umfasst auch einen fünften Transistor 23, welcher in der Verbindung zwischen der Sensoreingangsstelle 11 und einem weiteren Anschluss 10zur internen Steuereinheit angeordnet ist. Dieser fünfte Transistor 23 ist bevorzugt als P-MOSFET ausgebildet und damit unabhängig von der Ladungspumpe der internen Steuereinheit. Alternativ kann der Transistor 23 auch als N-MOSFET ausgebildet sein, so dass der benötigte Bauraum geringer ausfällt.
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Der fünfte Transistor 23 ist an eine Kontrollschaltung 25 angeschlossen, über welche er Ansteuersignale von der internen Steuereinheit erhält. Weiterhin umfasst die Schaltungsanordnung 1 noch Transistoren 27, 29 und 31 sowie eine Logikschaltung 33 und eine erste Steuerschaltung 35 sowie eine zweite Steuerschaltung 37. Transistor 29 wird dabei kontrolliert durch die erste Steuerschaltung 35. Dabei ist die Steuerschaltung 35 mittels der Spannung zwischen der Schnittstelle 43 und Schnittstelle 7 in der Lage, Transistor 29 in den niederohmigen Zustand zu versetzen. Insbesondere auch bei einem Fehler in der internen Steuereinheit. Transistor 27 soll entweder von der Steuerschaltung 35 direkt oder von einer zur Steuerschaltung 35 gleichwertigen Steuerschaltung kontrolliert werden. Der Transistor 27 ist bevorzugt als P-MOSFET ausgebildet, damit eine passive Umschaltung des Sensorsignals über die Steuerschaltung 35 erfolgen kann.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Zusätzlich zu der 1 umfasst die Schaltungsanordnung 1 in 2 auch einen dritten Transistor 39 und einen vierten Transistor 41, wobei der dritte Transistor 39 in der Verbindung zwischen der Sensorausgangsstelle 13 und der zweiten Schnittstelle 7 angeordnet ist und der vierte Transistor 41 in der Verbindung zwischen der Sensorausgangsstelle 13 und dem Anschluss 9 zur internen Steuereinheit angeordnet ist.
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Der erste und der dritte Transistor 15 und 39 weisen jeweils Dioden auf, welche eine Sperrwirkung in entgegengesetzter Richtung zur jeweils anderen haben. Gleiches gilt für den zweiten und den vierten Transistor 17 und 41. Damit ergibt sich bei jedem der Transistorpaare eine anti-serielle Schaltung, welche sicherstellt, dass die Massen optimal elektrisch getrennt sind (interne Masse und externe Masse über Schnittstelle 7).
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Alternativ ist es auch möglich, dass entweder der dritte Transistor 39 oder der vierte Transistor 41 entfällt und die Drain-Source Strecke des entfernten Transistors durch eine Brücke ersetzt wird.
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3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung. Im Unterschied zu 2 ist hier der fünfte Transistor 23 als N-MOSFET ausgebildet, so dass weniger Bauraum benötigt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltungsanordnung
- 3
- erste Schnittstelle
- 5
- Sensor
- 7
- zweite Schnittstelle
- 9
- Anschluss zur internen Steuereinheit
- 10
- Anschluss zur internen Steuereinheit
- 11
- Sensoreingangsstelle
- 13
- Sensorausgangsstelle
- 15
- erster Transistor
- 17
- zweiter Transistor
- 19
- erste Kontrollschaltung
- 21
- zweite Kontrollschaltung
- 23
- fünfter Transistor
- 25
- Kontrollschaltung
- 27
- Transistor
- 29
- Transistor
- 31
- Transistor
- 33
- Logikschaltung
- 35
- erste Steuerschaltung
- 37
- zweite Steuerschaltung
- 39
- dritter Transistor
- 41
- vierter Transistor
- 43
- Schnittstelle
- 45
- Schaltungsblock
