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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensormodul und ein Verfahren zum Bereitstellen eines analogen Sensormodulsignals. Ferner betrifft die Erfindung ein Sensorsystem.
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Ein bekanntes Sensormodul zum Bereitstellen eines analogen Sensormodulsignals, das eine mittels des Sensormoduls gemessene physikalische Größe darstellt, weist typischerweise einen Sensor zum Bereitstellen eines analogen Sensorsignals, das die physikalische Größe repräsentiert, und eine Steuerungsvorrichtung (z. B. einen Ausgangstreiber) zum Erzeugen des analogen Sensormodulsignals auf der Grundlage des Sensorsignals auf.
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Solch ein Sensormodul kann beispielsweise in einem Fahrzeug zum Messen physikalischer Größen verwendet werden, wie beispielsweise einer Temperatur, eines Drucks usw.
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In heutigen Fahrzeugen verwenden Systeme mit hoher Sicherheit oder OBD-Anforderungen (Selbstdiagnose) häufig redundante Sensorsignalerfassung und -verarbeitung. Diese Technik erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass die gemessene physikalische Größe (z. B. Temperatur, Druck usw.) sogar mit Sensorfehlern weiter beobachtet werden kann.
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In solchen Systemen sind häufig Analogschnittstellen zwischen einem Sensormodul und einem Übertragungspfad und zwischen dem Übertragungspfad und einer Empfangsvorrichtung vorgesehen. In solchen Fällen ist es im Stand der Technik bekannt, das Sensormodul mit mehreren Sensoren und mehreren Ausgangstreibern (entsprechend den mehreren Sensoren) zu designen und entsprechende mehrere Signalleitungen bereitzustellen, die von dem Sensormodul zu der Empfangsvorrichtung verlaufen.
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Allerdings führt dies zu relativ hohen Kosten und relativ hoher Anfälligkeit für Fehler (z. B. durch Defekte der Ausgangstreiber und/oder der Übertragungsleitungen für die mehreren Sensorsignale).
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Die
DE 196 25 730 A1 beschreibt eine Berührungssensormatrix zur Messung einer auf einen Fahrzeugsitz wirkenden Kraftverteilung, umfassend eine Matrix von verteilt angeordneten Kraftsensoren, die jeweils eine Sensorspannung liefern, welche die auf den betreffenden Kraftsensor wirkende Kraft repräsentiert. Ein Ausgangssignal der Berührungssensormatrix, welches die Kraftverteilung repräsentiert, wird dadurch bereitgestellt, dass die einzelnen Kraftsensoren im Zeitmultiplex nacheinander auf deren Sensorspannung abgetastet werden und das hieraus resultierende Spannungsignal einer durch das Zeitmultiplex getakteten Analog/Digital-Wandlung unterzogen wird.
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Die
WO 2013 / 023 804 A1 beschreibt ein Sensormodul zur Erfassung eines Betriebsparameters eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Sensorelement zur Abgabe eines Sensorsignals und einen mit dem Sensorelement verbundenen Analog/Digital-Wandler zur Bereitstellung eines den Betriebsparameter repräsentierenden Ausgangssignals des Sensormoduls. Eine Besonderheit besteht darin, dass dem Analog/Digital-Wandler zusätzlich ein eine Versorgungsspannung oder einen Versorgungsstrom des Sensormoduls angebendes Versorgungssignal zugeführt wird, um somit eine entsprechende zusätzliche Information mittels des Ausgangssignals zu übertragen.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Sensormodul, ein mit einem solchen Sensormodul realisiertes Sensorsystem, und ein Verfahren zum Bereitstellen eines (mindestens eines) analogen Sensormodulsignals bereitzustellen, durch welches die oben erwähnten Probleme vermieden werden können.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe jeweils durch ein Sensormodul gemäß Anspruch 1, ein Sensorsystem nach Anspruch 7, und ein Verfahren gemäß Anspruch 6 erfüllt. Die abhängigen Ansprüche richten sich auf vorteilhafte weitere Entwicklungen der Erfindung.
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Mit der Erfindung ist es möglich, eine Übertragung von analogen Informationen, die von mehreren redundanten Signalquellen (aufweisend den ersten und den zweiten Sensor) stammen, über eine gemeinsam genutzte Übertragungsleitung zu erreichen, wobei jegliche Fehler auf den jeweiligen Informationsübertragungskanälen beobachtbar bleiben.
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Vorteilhafterweise ist es möglich, eine redundante Messung der physikalischen Größe mittels des (mindestens) ersten und zweiten Sensors zu realisieren, wobei die Informationen über diese physikalische Größe über eine gemeinsame Analogschnittstelle (und eine gemeinsame analoge Übertragungsleitung) auf zeitgemultiplexte Weise übertragen werden können.
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Bei einer Ausführungsform sind der erste und der zweite Sensor zum Bereitstellen analoger Signale, wie z. B. eines analogen Temperatursignals oder eines analogen Drucksignals, designt.
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Gemäß einer weiteren Entwicklung dieser Ausführungsform weist die Steuerungsvorrichtung des Sensormoduls ferner Folgendes auf:
- - eine ADW-Vorrichtung bzw. Analog/Digital-Wandlervorrichtung, die einen ersten ADW für Analog/Digital-Wandlung des ersten Sensorsignals in ein digitales erstes Sensorsignal und einen zweiten ADW für Analog/Digital-Wandlung des zweiten Sensorsignals in ein digitales zweites Sensorsignal aufweist,
- - eine digitale Verarbeitungsvorrichtung zum Verarbeiten (z. B. Filtern) des digitalen ersten und zweiten Sensorsignals, und
- - eine DAW-Vorrichtung bzw. Digital/Analog-Wandlervorrichtung für Digital/Analog-Wandlung eines gemultiplexten Digitalsignals, das durch die Multiplexvorrichtung erzeugt wird, in ein Analogsignal oder für Digital/Analog-Wandlung des verarbeiteten digitalen ersten und zweiten Sensorsignals in Analogsignale, die der Multiplexvorrichtung zugeführt werden sollen.
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Obgleich sehr weit verbreitet verwendete Analogsensoren in dem Sensormodul vorgesehen sein können, ermöglicht das Sensormodul in diesem Fall vorteilhafterweise eine digitale Verarbeitung der gemessenen Informationen (erstes und zweites Sensorsignal).
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Gemäß einer anderen Ausführungsform sind der erste und der zweite Sensor zum Liefern von Digitalsignalen designt, wobei die Steuerungsvorrichtung ferner Folgendes aufweist:
- - eine digitale Verarbeitungsvorrichtung zum Verarbeiten des digitalen ersten und zweiten Sensorsignals, und
- - eine DAW-Vorrichtung für Digital/Analog-Wandlung eines gemultiplexten Digitalsignals, das durch die Multiplexvorrichtung erzeugt wird, in ein Analogsignal oder für Digital/Analog-Wandlung des verarbeiteten digitalen ersten und zweiten Sensorsignals in Analogsignale, die der Multiplexvorrichtung zugeführt werden sollen.
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Auch ermöglicht diese Ausführungsform vorteilhafterweise eine digitale Verarbeitung des digitalen ersten und zweiten Sensorsignals.
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Bevorzugt weist die Steuerungsvorrichtung des Sensormoduls einen Ausgangstreiber zur Verstärkung des analogen Sensormodulsignals auf.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Bereitstellen eines analogen Sensormodulsignals, das eine mittels eines Sensormoduls gemessene physikalischen Größe repräsentiert, Folgendes auf:
- - Liefern eines ersten Sensorsignals, das die physikalische Größe repräsentiert,
- - Liefern eines zweiten Sensorsignals, das die selbe physikalische Größe repräsentiert, um somit eine redundante Messung der physikalischen Größe mittels der Lieferung des ersten Sensorssignals und der Lieferung des zweiten Sensorsignals zu realisieren, und
- - Erzeugen des analogen Sensormodulsignals auf der Grundlage des ersten Sensorsignals und des zweiten Sensorsignals,
wobei das Erzeugen des analogen Sensormodulsignals Verwenden einer Zeitmultiplexierung des ersten und des zweiten Sensorsignals aufweist.
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Die Ausführungsformen und spezifischen Details, die hier für das erfindungsgemäße Sensormodul beschrieben wurden, können auf eine analoge Weise, einzeln oder in jeglicher möglichen Kombination, als Ausführungsformen oder spezifische Details des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellt werden und umgekehrt.
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Beispielsweise können in dem erfindungsgemäßen Verfahren das erste und das zweite Sensorsignal als analoge Signale (z. B. analoge Spannungssignale) geliefert werden.
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Wenn dies der Fall ist, kann das Erzeugen des analogen Sensormodulsignals Folgendes aufweisen:
- - Analog/Digital-Wandeln des ersten Sensorsignals in ein digitales erstes Sensorsignal und Analog/Digital-Wandeln des zweiten Sensorsignals in ein digitales zweites Sensorsignal,
- - digitales Verarbeiten des digitalen ersten und zweiten Sensorsignals, und
- - Digital/Analog-Wandeln eines gemultiplexten Digitalsignals, das durch das Zeitmultiplexen (des digital verarbeiteten digitalen ersten und zweiten Sensorsignals) erzeugt wurde, in ein Analogsignal, oder für Digital/Analog-Wandeln des verarbeiteten digitalen ersten und zweiten Sensorsignals in Analogsignale, die dem Zeitmultiplexen zugeführt werden sollen.
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Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens sind das erste und das zweite Sensorsignal als Digitalsignale bereitgestellt.
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In diesem Fall kann das Erzeugen des analogen Sensormodulsignals ferner Folgendes aufweisen:
- - digitales Verarbeiten des digitalen ersten und zweiten Signals, und
- - Digital/Analog-Wandeln eines gemultiplexten Digitalsignals, das durch das Zeitmultiplexen (des digital verarbeiteten digitalen ersten und zweiten Sensorsignals) entsteht, in ein Analogsignal.
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Bei einer alternativen Ausführungsform wird die Digital/Analog-Wandlung nicht auf das gemultiplexte Digitalsignal (auf einer Ausgangsseite eines digitalen Multiplexers) angewandt, sondern wird auf das verarbeitete digitale erste und zweite Sensorsignal (auf einer Eingangsseite eines analogen Multiplexers) angewandt.
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Bei einer Ausführungsform weist das Verfahren ferner Verstärken des analogen Sensormodulsignals bevor es durch das Sensormodul bereitgestellt (ausgegeben) wird, auf.
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Bei der Erfindung können die zum Verarbeiten von digitalen Signalen verwendeten Vorrichtungen mittels einer softwaregesteuerten Rechenvorrichtung (z. B. einem Mikrocontroller) und/oder einer PLD-, CPLD- oder FPGA-Vorrichtung implementiert sein. Alternativ sind diese Vorrichtungen zum Verarbeiten digitaler Signale als ASIC (ASIC - „application-specific integrated circuit“ bzw. anwendungsspezifische integrierte Schaltung) implementiert, insbesondere z. B. über Halbleitermasken festverdrahtete Logikfelder.
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Die vorliegende Erfindung kann auf vielen Gebieten verwendet werden, in denen Sensoren oder Sensorsignalauswertungsschaltungen benötigt werden, die nach redundanten Prinzipien arbeiten und in denen Ausgabewerte (Sensormodulsignal(e)) über eine Analogschnittstelle, z. B. eine Schnittstelle für ein analoges Spannungssignal, bereitgestellt werden sollen.
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Vorteilhafterweise kann mit der Erfindung eine große Kosteneinsparung bei Sensorinformationsübertragungssystemen mit analog designten Sensorschnittstellen erreicht werden. Zusätzlich kann mit der Erfindung eine Einsparung elektrischer Leistung (z. B. Leistungsaufnahme des Sensormoduls) erreicht werden.
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Nichtsdestoweniger können hohe Ansprüche an die Sicherheit der redundanten Informationsübertragung vorteilhaft befriedigt werden. Beispielsweise können im Falle der Verwendung des erfindungsgemäßen Sensormoduls in einem Kraftfahrzeug Anforderungen hinsichtlich eines „ASIL-Niveaus“ oder hinsichtlich von „OBD“ (Selbstdiagnose) erfüllt werden. Bei einer Ausführungsform repräsentieren das erste und das zweite Sensorsignal jeweils einen Druck, z. B. einen Druck eines Betriebsfluids eines Antriebssystems eines Fahrzeugs (z. B. Öl in einem Verbrennungsmotor).
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Bei einer Ausführungsform ist jeder des ersten und des zweiten Sensors ein durch ein mikroelektromechanisches System (MEMS) ausgebildeter Drucksensor.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann ein Sensorsystem in einem Fahrzeug (z. B. mit hoher Sicherheit oder OBD-Anforderungen) vorgesehen sein, das redundante Sensorsignalerfassung und -verarbeitung verwendet. Die erfindungsgemäße Technik erhöht nicht nur die Wahrscheinlichkeit, dass die gemessene physikalische Größe (z. B. Temperatur, Druck usw.) selbst im Falle von Sensorfehlern weiter beobachtet werden kann, sondern ermöglicht vorteilhafterweise, dass eine Empfangsvorrichtung beispielsweise eine „Plausibilitätsprüfung“ und/oder eine „Fehlererkennung“ durchführt.
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Solch ein Sensorsystem kann Folgendes aufweisen: ein Sensormodul, wie es hier beschrieben ist und dementsprechend ein analoges Sensormodulsignal ausgibt; eine Empfangsvorrichtung, die von dem Sensormodul abgesetzt ist, zum Empfangen des analogen Sensormodulsignals, und eine elektrische Signalleitung zum Übertragen des analogen Sensormodulsignals von dem Sensormodul an die Empfangsvorrichtung.
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In solch einem Sensorsystem kann die Empfangsvorrichtung eingerichtet sein zum Durchführen einer Plausibilitätsprüfung und/oder einer Fehlererkennung mittels Analysieren des empfangenen analogen Sensormodulsignals. Derartiges Analysieren kann Analog/Digital-Wandeln des empfangenen analogen Sensormodulsignals und Berechnen einer Wahrscheinlichkeit für Plausibilität des Sensormodulsignals und/oder einer Wahrscheinlichkeit eines bestimmten Fehlers (z. B. Ausfall oder Beschädigung von einem der Sensoren) mittels einer softwaregesteuerten Rechenvorrichtung (z. B. einem Mikrocontroller) aufweisen.
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Die Erfindung wird nun ausführlicher über Ausführungsbeispiele beschrieben, unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, in welchen
- 1 ein Blockdiagramm eines Sensormoduls gemäß einer Ausführungsform zeigt,
- 2 ein beispielhaftes Ausgangssignal bei einem Normalbetrieb des in 1 gezeigten Sensormoduls zeigt,
- 3 ein beispielhaftes Ausgangssignal bei einem Betrieb des in 1 gezeigten Sensormoduls zeigt, in dem in dem Sensormodul ein Fehler aufgetreten ist,
- 4 ein Blockdiagramm eines Sensormoduls gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigt, und
- 5 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bereitstellen eines analogen Sensormodulsignals zeigt.
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1 zeigt ein Sensormodul 10 zum Bereitstellen eines analogen Sensormodulsignals OUT, das eine mittels des Sensormoduls 10 gemessene physikalische Größe repräsentiert. In 1 sind auch Anschlüsse zur Versorgung des Sensormoduls 10 mit einer Versorgungsspannung VCC und einer elektrischen Masse GND gezeigt.
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In dem gezeigten Beispiel ist die physikalische Größe ein Druck (z. B. ein Öldruck in einem Ölkreislauf eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs).
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Das Sensormodul 10 weist einen ersten Sensor (Drucksensor) 12-1 zum Liefern eines ersten Sensorsignals SS1, das den Druck repräsentiert, und einen zweiten Sensor (Drucksensor) 12-2 zum Liefern eines zweiten Sensorsignals SS2, das den (selben) Druck repräsentiert, auf. In dem Beispiel sind die Sensoren als elektronische Halbleitervorrichtungen ausgebildet.
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Das Sensormodul 10 weist ferner eine Steuerungsvorrichtung 14 zum Erzeugen des Signals OUT auf der Grundlage der Signale SS1 und SS2, die von den Sensoren 12-1, 12-2 in die Steuerungsvorrichtung 14 eingegeben werden, auf. In dem Beispiel ist die Steuerungsvorrichtung durch elektronische Halbleitervorrichtungen (integrierte Schaltungen) ausgebildet, die durch die elektrische Versorgung (VCC, GND) der Steuerungsvorrichtung gespeist werden.
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Die gezeigte Steuerungsvorrichtung 14 kann durch eine monolithische integrierte Schaltung ausgebildet sein, die auch die Sensoren 12-1, 12-2 aufweisen kann, oder die über Drähte mit den Sensoren 12-1, 12-2 verbunden sein kann.
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Die Steuerungsvorrichtung 14 weist eine erste Vorverarbeitungsvorrichtung 16-1 zum Vorverarbeiten des Signals SS1 und zum Ausgeben eines vorverarbeiteten Signals SS1' und eine zweite Vorverarbeitungsvorrichtung 16-2 zum Vorverarbeiten des Signals SS2 und zum Ausgeben eines vorverarbeiteten Signals SS2' auf. In dem Beispiel weist das Vorverarbeiten eine Filterung, z. B. eine Tiefpassfilterung, auf.
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In dem in 1 gezeigten Beispiel sind die Signale SS1, SS2 analoge (Spannungs-)Signale und jede der Vorverarbeitungsvorrichtungen 16-1 und 16-2 weist jeweils einen Kalibrierverstärker 18-1 und 18-2, jeweils einen ADW (Analog/Digital-Wandler) 20-1 und 20-2 und jeweils eine digitale Verarbeitungsvorrichtung 22-1 und 22-2 auf.
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Die Kalibrierverstärker 18-1, 18-2 sorgen für jeweilige Kalibrationen der Signale SS1, SS2, wenn diese den ADWs 20-1, 20-2 zugeführt werden, so dass beispielsweise in einem Normalbetrieb der Sensoren 12-1, 12-2 die verstärkten Versionen der Signale SS1 und SS2 identisch oder zumindest annähernd identisch sind. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass es im Rahmen der Erfindung auch möglich ist, Kalibrationen für die Signale SS1, SS2 zu liefern, die sich voneinander unterscheiden (was bedeutet, dass eine Identität der Signale SS1 und SS2 nicht notwendigerweise impliziert, dass die ADWs 20-1, 20-2 an deren Eingängen mit identischen Signalen versorgt werden).
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Die ADWs 20-1, 20-2 liefern eine Analog/Digital-Wandlung der kalibrierten Versionen der Signale SS1, SS2 und führen den digitalen Verarbeitungsvorrichtungen 22-1, 22-2 digitale Repräsentationen davon zu. Diese digitalen Verarbeitungsvorrichtungen 22-1, 22-2 liefern ein vorverarbeitetes digitales erstes und zweites Sensorsignal SS1' und SS2', die Ausgangssignale der jeweiligen Vorverarbeitungsvorrichtungen 16-1, 16-2 bilden, wie in 1 gezeigt ist.
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Es sei angemerkt, dass die oben erwähnte Kalibration der Signale SS1, SS2 alternativ oder zusätzlich mittels der digitalen Verarbeitungsvorrichtungen 22-1, 22-2 vorgesehen sein kann.
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Die Steuerungsvorrichtung 14 weist ferner eine Multiplexvorrichtung 24 zum Erzeugen des Signals OUT unter Verwendung einer Zeitmultiplexierung der Signale SS1' und SS2' auf.
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In dem in 1 gezeigten Beispiel weist die Multiplexvorrichtung 24 einen (digitalen) Multiplexer 26, dem die Signale SS1', SS2' zugeführt werden und der ein digitales gemultiplextes Signal OUT' erzeugt, auf.
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Ferner weist die Multiplexvorrichtung 24 einen DAW (Digital/Analog-Wandler) 28 zum Anwenden einer Digital/Analog-Wandlung auf das Signal OUT' und somit zum Liefern des analogen Sensormodulsignals OUT, das durch das Sensormodul 10 ausgegeben wird, auf.
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In diesem Beispiel wird der Multiplexer 26 mittels eines Taktsignals CLK getaktet, das von einem geeigneten Taktgenerator (in 1 nicht gezeigt) erzeugt wird. In diesem Beispiel weist das Taktsignal CLK eine feste Taktfrequenz auf, die geeignet an die konkrete Anwendung angepasst werden kann. Die Taktfrequenz kann beispielsweise als mindestens 1 Hz oder mindestens 100 Hz ausgewählt werden. Gegebenenfalls kann die Taktfrequenz höher gewählt werden. Bei einer Ausführungsform ist die Taktfrequenz kleiner als 10 kHz, insbesondere kleiner als 1 kHz.
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Das Taktsignal CLK steuert eine alternierende Methode, bei der die (in dem gezeigten Beispiel zwei) Signale SS1', SS2' in jeweiligen zeitlichen Phasen auf alternierende Weise das ausgegebene Signal OUT' kreieren.
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Mit anderen Worten steuert das Signal CLK in Abhängigkeit von dem Zustand des Signals CLK, welches der Signale SS1' und SS2' dem Eingang des DAW 28 zugeführt wird, und dies findet auf alternierende Weise statt.
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Es sei angemerkt, dass das in 1 gezeigte Sensormodul 10 modifiziert werden kann durch Ergänzen mit einem oder mehreren weiteren Sensoren (wie die gezeigten Sensoren 12-1, 12-2), Ergänzen mit mehreren entsprechenden Vorverarbeitungsvorrichtungen (wie die gezeigten Vorverarbeitungsvorrichtungen 16-1, 16-2), und Verwenden eines Multiplexers (anstelle des gezeigten Multiplexers 26), der fähig ist zum Zeitmultiplexen der sich ergebenden mehreren Signale, die der Multiplexvorrichtung 24 zugeführt werden (wie die gezeigten Signale SS1', SS2'). Bei einer solchen Modifikation kann das Taktsignal CLK ausgelegt sein zum Steuern des Zeitmultiplexens der jeweiligen mehreren in den Multiplexer eingegebenen Signale.
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2 zeigt das analoge Sensormodulsignal OUT in Abhängigkeit von der Zeit t unter einer Normalbetriebsbedingung (ohne Fehler) . In diesem Fall wird in diesem Beispiel das Signal OUT einen Signalwert (z. B. einen Spannungswert) aufweisen, der von einem Wert der jeweiligen gemessenen physikalischen Größe abhängt, d. h. in dem gezeigten Beispiel dem Druck.
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In 2 wird angenommen, dass der Multiplexer 26 zu einem Zeitpunkt t=T1 geschaltet wird, so dass das Signal OUT' dem Signal SS1' entspricht und daher das Signal OUT dem durch den ersten Drucksensor 12-1 gemessenen Druck (durch das erste Sensorsignal SS1 repräsentiert) entspricht. Ferner wird angenommen, dass der Multiplexer 26 zu dem Zeitpunkt t=T2 schaltet, so dass das Signal OUT' durch das Signal SS2' gebildet wird, und folglich das Signal OUT den Druck repräsentiert, der mittels des zweiten Drucksensors 12-2 gemessen wurde. Zur Zeit T3 schaltet der Multiplexer 26 wieder auf Verwendung des Signals SS1' zurück, zur Zeit T4 schaltet der Multiplexer 26 wieder auf Verwendung des Signals SS2' zurück und so fort.
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Im Normalbetrieb kann eine Empfangsvorrichtung, die das Signal OUT über eine Übertragungsleitung zwischen dem gezeigten Sensormodul 10 und der Empfangsvorrichtung empfängt, vorteilhafterweise die Normalbetriebsbedingung des Sensormoduls 10 erkennen. Falls in dem Sensormodul 10 kein Fehler aufgetreten ist, kann die Empfangsvorrichtung nämlich bestimmen, dass das Signal OUT hinsichtlich seiner Abhängigkeit von der Zeit t relativ „glatt“ ist. Es gibt im Wesentlichen keine Fluktuation im Signal OUT (mit der Ausnahme von z. B. langsamen Variationen, die durch entsprechende Variationen des gemessenen Drucks verursacht werden).
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Daher kann die Empfangsvorrichtung unter der Normalbetriebsbedingung vorteilhafterweise die quantitativen Informationen über die jeweilige physikalische Größe (z. B. den Druck) verwenden und kann ferner vorteilhafterweise die Informationen „Sensormodul arbeitet fehlerfrei“ ableiten.
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3 zeigt beispielhaft dasselbe Signal OUT unter einer Fehlerbedingung des Sensormoduls 10. In dem in 3 gezeigten Beispiel wird angenommen, dass der mit dem ersten Sensor 12-1 verknüpfte Sensorsignalinformationspfad nicht korrekt arbeitet, so dass das Signal OUT periodisch fluktuiert, wie in 3 gezeigt ist. In diesem Beispiel weicht das Signal OUT für Zeitintervalle von T1 bis T2, von T3 bis T4 und so fort von dem korrekten Signal (gezeigt in 2) ab. Mit anderen Worten wird das Sensormodulsignal OUT unter einer solchen Fehlerbedingung ein alternierendes (fluktuierendes) Signal sein, so dass die (nicht gezeigte) mit dem Sensormodul 10 verbundene Empfangsvorrichtung vorteilhafterweise einen Fehler erkennen oder zumindest die Informationen „Sensormodul arbeitet mit Fehler“ ableiten kann.
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Gegebenenfalls kann die Empfangsvorrichtung eine der beiden unterschiedlichen Komponenten des in 3 gezeigten Signals OUT als das „korrekte“ Signal verwenden, basierend auf irgendeinem herkömmlichen Verfahren zum Bestimmen, welche eine (oder welche einige) von mehreren redundant gemessenen aber abweichenden Signalkomponenten korrekt ist und welche eine (oder welche einige) nicht korrekt sind. In dem gezeigten Beispiel von nur zwei Signalkomponenten, die voneinander abweichen, kann solch eine Bestimmung z. B. auf einem Vergleich der Signalkomponenten mit dem neusten empfangenen Signal OUT unter der vorigen Normalbetriebsbedingung basieren oder z. B. auf anderen Plausibilitätsprüfungen z. B. hinsichtlich der Plausibilität des Signals OUT innerhalb der jeweiligen Intervalle von T1 bis T2, von T2 bis T3 usw. basieren.
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In der folgenden Beschreibung eines weiteren Ausführungsbeispiels werden dieselben Bezugszeichen für dieselben Komponenten verwendet. Grundsätzlich werden nur die Unterschiede zu dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel erörtert und darüber hinaus wird hier ausdrücklich auf die Beschreibung des vorhergehenden Ausführungsbeispiels Bezug genommen.
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4 zeigt ein Sensormodul 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Wie in dem bereits beschriebenen Beispiel gemäß 1 weist auch das Sensormodul 10 von 2 einen ersten und einen zweiten Sensor 12-1, 12-2 und eine Steuerungsvorrichtung 14 mit einer Multiplexvorrichtung 24 auf, wobei diese Komponenten sowie die auch in dem Beispiel von 2 vorgesehenen Vorverarbeitungsvorrichtungen 16-1, 16-2 dieselben Funktionen wie die jeweiligen Komponenten in 1 besitzen.
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Darüber hinaus sind die zu der 2 (Normalbetriebsbedingung) und der 3 (Fehlerbedingung) gehörenden obigen Beschreibungen auch auf die Ausführungsform von 4 anwendbar.
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Die Unterschiede sind die Folgenden:
- Bei der Ausführungsform von 4 ist jede der Vorverarbeitungsvorrichtungen 16-1, 16-2 nicht durch eine Kombination aus einem Kalibrierverstärker (jeweils 18-1 und 18-2 in 1), einem ADW (jeweils 20-1 und 20-2 in 1) und einer digitalen Verarbeitungsvorrichtung (jeweils 22-1 und 22-2 in 1) ausgebildet, sondern weist in jedem Fall jeweils einen Kalibrierverstärker 18-1 und 18-2, jeweils ein Analogfilter 23-1 und 23-2 zum Analogfiltern kalibrierter Versionen der analogen Sensorsignale SS1, SS2 auf. In dem Beispiel von 4 sind die Analogfilter 23-1 und 23-2 durch passive elektrische Filterschaltungen ausgebildet und können in jedem Fall z. B. ein Tiefpassfilter darstellen.
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Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass das vorverarbeitete erste und zweite Sensorsignal SS1' und SS2' in 4 in jedem Fall analoge Signale (analoge Spannungen) sind, anstelle von digitalen Repräsentationen solcher analogen Signale, wie in dem Beispiel von 1.
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Berücksichtigt man letztlich die analoge Natur der vorverarbeiteten Signale SS1', SS2' in 4, besteht ein weiterer Unterschied darin, dass die Multiplexvorrichtung 24 in 4 eingerichtet ist zum Erzeugen des analogen Sensormodulsignals OUT unter Verwendung der Analogsignale (Signale SS1', SS2') beim Zeitmultiplexen. Hierfür weist die in 4 gezeigte Multiplexvorrichtung 24 einen analogen Multiplexer 26 auf, d. h., dass sie von mehreren Eingangssignalen gespeist wird und ein zeitgemultiplextes analoges Ausgangssignal erzeugt. Obgleich dieses Ausgangssignal des analogen Multiplexers 26 als das analoge Sensormodulsignal OUT verwendet werden kann, wird es in dem gezeigten Beispiel des gemultiplexten analogen Signals einem Ausgangstreiber 29 (Verstärker) zugeführt, um ein entsprechend verstärktes analoges Sensormodulsignal OUT zu liefern. Der Ausgangstreiber 29 ersetzt den in 1 gezeigten DAW 28, der in dem Beispiel von 4 nicht notwendig ist, da die Sensorsignalverarbeitung in dem Sensormodul 10 von 4 mit analogen Signalen erreicht wird.
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Zusammenfassend stellen die Erfindung und die beschriebenen Ausführungsformen ein Sensormodul und ein Verfahren zum Bereitstellen eines analogen Sensormodulsignals bereit, das vorteilhafterweise insbesondere bei einer Übertragung von Sensorsignalinformationen von dem Sensormodul an eine Empfangsvorrichtung verwendet werden kann, die von dem Sensormodul abgesetzt, aber über einen analogen Übertragungskanal (z. B. eine elektrische Leitung) verbunden ist.
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Die Erfindung ermöglicht Einsparungen von Kosten und (elektrischer) Leistung beim Betrieb der analogen Sensorschnittstellen beim Sensormodul und bei der entsprechenden Empfangsvorrichtung. Vorteilhafterweise kann das Sensormodul (und eine damit verbundene Empfangsvorrichtung) beispielsweise in einem Fahrzeug angeordnet sein.
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Abweichend von den oben beschriebenen Beispielen ist es auch möglich, innerhalb der Erfindung verschiedene Kalibrationen für die mehreren redundanten Übertragungskanäle für die Sensorinformationen vorzusehen.
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In den beschrieben Beispielen bedeuten verschiedene Kalibrationen beispielsweise, dass sich bei identischen Messwerten der physikalischen Größe, z. B. messen beide Sensoren 12-1 und 12-2 jeweils 1 bar (1 bar = 105 N/m2), die Sensorsignale SS1, SS2 nach deren Kalibrierung mittels der Kalibrierverstärker 18-1, 18-2 voneinander unterscheiden. Insbesondere können solche unterschiedlichen Kalibrationen beispielsweise vorsehen, dass eines der zwei Signale (mittels dessen Kalibration) bezüglich des anderen Signals invertiert ist, so dass beispielsweise ein Gleichtaktfehler vorteilhafterweise beseitigt werden kann, der in derselben „Richtung“ auf beide Sensorsignalverarbeitungskanäle einwirkt.
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Im Falle von unterschiedlichen Kalibrationen wird das Sensormodulsignal OUT bereits unter Normalbetriebsbedingung (ohne Fehler) gemäß dem Timing des Multiplexers alternieren/fluktuieren. Da allerdings die Stärke der Signalschwankung des Signals OUT vorhersagbar oder bekannt ist, kann die Empfangsvorrichtung (die das Signal OUT empfängt) weiter das Signal OUT als „fehlerfrei“ auswerten. Bei einer Fehlerbedingung kann die Empfangsvorrichtung den Fehler auf der Grundlage der Tatsache, dass das Signal OUT von seinem vorhersagbaren oder vorherbestimmten Zeitverlauf abweicht, detektieren oder diagnostizieren.
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5 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen (und jeweils z. B. durch das Sensormodul 10 in 1 und 4 implementierten) Verfahrens, das Folgendes aufweist: Liefern eines ersten Sensorsignals SS1 (Schritt S1); Liefern eines zweiten Sensorsignals SS2 (Schritt S2); und Erzeugen eines analogen Sensormodulsignals OUT (Schritt S3), wobei die Erzeugung ein Zeitmultiplexen (Schritt S4) des ersten und des zweiten Sensorsignals SS1, SS2 aufweist, und wobei der Schritt S4 auf Digitalsignale (vgl. z. B. 1) oder Analogsignale (vgl. z. B. 4) angewandt werden kann.
