-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ausgestaltung einer Schnittstellenschaltung, insbesondere eine Sensor-Schnittstellenschaltung, ein Diagnosegerät und ein Fahrzeug.
-
Stand der Technik
-
Die Radinformationen, die von üblicherweise an den Rädern angebrachten Sensoren übertragen werden, umfassen die Bewegung eines Objekts und die Umlenkung der sich drehenden Räder sowie einige andere Radsignale. Die Sensor-Schnittstellenschaltung funktioniert, um auf die Raddrehzahlinformation eines Fahrzeugs zuzugreifen und auszulesen.
-
Bei den herkömmlichen Sensor-Schnittstellenschaltungen wird das vom Sensor ausgegebene Stromimpulssignal an einen Leistungs-MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, im Folgenden als „erster MOSFET“ bezeichnet) in einer Schnittstellenschaltung angelegt. Dabei wird der erste MOSFET durch eine Gate-Steuerung des ersten MOSFET in einem linearen Bereich betrieben und ein Spannungsabfall wird an dem ersten MOSFET erzeugt. Das heißt, dass der erste MOSFET als Sense-Feldeffekttransistor (Sense-FET) dient, sodass es verwirklicht wird, dass das vom Sensor ausgegebene Stromimpulssignal in ein Spannungssignal umgewandelt wird. Danach wird mit Hilfe mehrerer Komparatoren in der Schnittstellenschaltung die Spannung an beiden Enden des ersten MOSFETs mit verschiedenen vorgegebenen Referenzspannungen verglichen, um Informationen über die Raddrehzahl zu erhalten. Die vorgegebenen Referenzspannungen werden hier durch eine externe Stromquelle und einen anderen mit der Stromquelle in Reihe geschalteten MOSFET (im Folgenden als „zweiter MOSFET“ bezeichnet, wobei das Gate des zweiten MOSFETs und das Gate des ersten MOSFETs miteinander verbunden und spiegelbildlich eingerichtet sind) realisiert.
-
Wegen der möglicherweise ungleichmäßigen Temperaturverteilung auf dem ersten MOSFET und der möglichen Temperaturgradienten in der Schnittstellenschaltung kann jedoch bei dem ersten MOSFET und dem zweiten MOSFET eine „Temperatur-Fehlanpassung“ auftreten, wie z. B. im Betrieb bei unterschiedlichen Temperaturen. Dabei würde diese Temperatur-Fehlanpassung die Widerstandswerte, die sowohl vom ersten MOSFET als auch vom zweiten MOSFET beim Betrieb im linearen Bereich dargestellt sind, nachteilig beeinträchtigen und die Erfassungsgenauigkeit der Ströme von dem Sensor reduzieren. Zudem soll die Sensor-Schnittstellenschaltung mit einer Hochspannungsanwendung verträglich sein, um sich einer abnormalen Ausgangsspannung eines Sensors anzupassen. Die Einführung der Hochvolt-Elektronik stellt eine größere Herausforderung für die Übereinstimmung von Bauelementen untereinander dar und erhöht gleichzeitig den Flächenaufwand für die Schaltung.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Sensor-Schnittstellenschaltung bereitgestellt, umfassend: eine Signalerfassungsschaltung, die einen Erfassungswiderstand mit einem Temperaturkoeffizienten von weniger als 80 PPM/°C umfasst, wobei die Signalerfassungsschaltung zur Erfassung eines Stromsignals, das von einem Sensor stammt und dann durch den Erfassungswiderstand fließt, verwendet wird; eine Verstärkungsschaltung, die dazu verwendet wird, eine Spannung an beiden Enden des Erfassungswiderstands zu verstärken, um eine Verstärkungsspannung zu erhalten; und eine Komparatorschaltung, die zum Vergleichen der Verstärkungsspannung mit einer Referenzspannung dient, um eine Sensorinformation zu erhalten.
-
Zusätzlich oder alternativ zum oben beschriebenen Ansatz ist bei der oben beschriebenen Schnittstellenschaltung vorgesehen, dass es sich bei dem Sensor um einen Raddrehzahlsensor handelt, und dass die Komparatorschaltung zum Vergleichen der Verstärkungsspannung mit einer Referenzspannung dient, um eine Raddrehzahlinformation zu erhalten.
-
Zusätzlich oder alternativ zum oben beschriebenen Ansatz ist bei der oben beschriebenen Schnittstellenschaltung vorgesehen, dass die Signalerfassungsschaltung in einer Niederspannungsumgebung betrieben wird, sodass bei der Verbesserung der Erfassungsgenauigkeit gleichzeitig die Schaltungsfläche verringert wird.
-
Zusätzlich oder alternativ zum oben beschriebenen Ansatz ist bei der oben beschriebenen Schnittstellenschaltung vorgesehen, dass es sich bei dem Stromsignal um eine Reihe von Stromimpulssignalen handelt, deren Frequenz positiv mit einer Raddrehzahl korreliert ist.
-
Zusätzlich oder alternativ zum oben beschriebenen Ansatz ist bei der oben beschriebenen Schnittstellenschaltung vorgesehen, dass die Signalerfassungsschaltung ferner einen Leistungstransistor umfassen kann, wobei ein erstes Ende des Leistungstransistors mit einer Ausgangsschnittstelle des Sensors verbunden ist und ein zweites Ende des Leistungstransistors mit einem ersten Ende des Erfassungswiderstands verbunden ist, während ein zweites Ende des Erfassungswiderstands geerdet ist.
-
Zusätzlich oder alternativ zum oben beschriebenen Ansatz ist bei der oben beschriebenen Schnittstellenschaltung vorgesehen, dass die Verstärkungsschaltung umfasst: einen ersten Widerstand, einen zweiten Widerstand, einen dritten Widerstand, einen vierten Widerstand und einen Strommessverstärker CSA, wobei ein erstes Ende des ersten Widerstands mit dem ersten Ende des Erfassungswiderstands verbunden ist und ein zweites Ende des ersten Widerstands mit einem ersten Eingang des Strommessverstärkers CSA verbunden ist, wobei ein erstes Ende des zweiten Widerstands mit dem zweiten Ende des Erfassungswiderstands verbunden ist und ein zweites Ende des zweiten Widerstands mit einem zweiten Eingang des Strommessverstärkers CSA verbunden ist, wobei ein erstes Ende des dritten Widerstands mit dem zweiten Ende des ersten Widerstands verbunden ist und ein zweites Ende des dritten Widerstands mit einem ersten Ausgang des Strommessverstärkers CSA verbunden ist, und wobei ein erstes Ende des vierten Widerstands mit dem zweiten Eingang des Strommessverstärkers CSA verbunden ist und ein zweites Ende des vierten Widerstands mit einem zweiten Ausgang des Strommessverstärkers verbunden ist.
-
Zusätzlich oder alternativ zum oben beschriebenen Ansatz ist bei der oben beschriebenen Schnittstellenschaltung vorgesehen, dass der erste Widerstand einen gleichen Widerstandswert aufweist wie der zweite Widerstand und der dritte Widerstand einen gleichen Widerstandswert aufweist wie der vierte Widerstand.
-
Zusätzlich oder alternativ zum oben beschriebenen Ansatz ist bei der oben beschriebenen Schnittstellenschaltung vorgesehen, dass die Verstärkungsschaltung ferner umfasst: einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator, wobei ein erstes Ende des ersten Kondensators mit einem ersten Ende des Strommessverstärkers CSA verbunden ist und ein zweites Ende des ersten Kondensators geerdet ist, und wobei ein erstes Ende des zweiten Kondensators mit einem zweiten Ende des Strommessverstärkers CSA verbunden ist und ein zweites Ende des zweiten Kondensators geerdet ist.
-
Zusätzlich oder alternativ zum oben beschriebenen Ansatz ist bei der oben beschriebenen Schnittstellenschaltung vorgesehen, dass der erste Kondensator einen gleichen Kapazitätswert aufweist wie der zweite Kondensator.
-
Zusätzlich oder alternativ zum oben beschriebenen Ansatz kann die oben beschriebene Schnittstellenschaltung ferner umfassen: eine Schaltung zur Einstellung einer Referenzspannung, um die Referenzspannung einzustellen.
-
Zusätzlich oder alternativ zum oben beschriebenen Ansatz ist bei der oben beschriebenen Schnittstellenschaltung vorgesehen, dass die Schaltung zur Einstellung einer Referenzspannung umfasst: einen fünften Widerstand und eine Schaltung zur Erzeugung eines Referenzstroms, wobei ein erstes Ende des fünften Widerstands mit dem zweiten Ausgang des Strommessverstärkers CSA verbunden ist und ein zweites Ende des fünften Widerstands mit der Schaltung zur Erzeugung eines Referenzstroms verbunden ist.
-
Zusätzlich oder alternativ zum oben beschriebenen Ansatz ist bei der oben beschriebenen Schnittstellenschaltung vorgesehen, dass die Komparatorschaltung einen ersten Komparator umfasst, wobei ein erster Eingang des ersten Komparators mit dem ersten Ausgang des Strommessverstärkers CSA verbunden ist und ein zweiter Eingang des ersten Komparators mit dem zweiten Ende des fünften Widerstands verbunden ist.
-
Zusätzlich oder alternativ zum oben beschriebenen Ansatz ist bei der oben beschriebenen Schnittstellenschaltung vorgesehen, dass die Signalerfassungsschaltung dazu eingerichtet ist, ein Stromsignal des Sensors in verschiedenen Betriebsmodi zu erfassen.
-
Zusätzlich oder alternativ zum oben beschriebenen Ansatz ist bei der oben beschriebenen Schnittstellenschaltung vorgesehen, dass die Komparatorschaltung einen ersten Komparator, einen zweiten Komparator und einen dritten Komparator umfasst, wobei der erste Komparator zum Vergleichen der Verstärkungsspannung mit einer ersten Referenzspannung dient, der zweite Komparator zum Vergleichen der Verstärkungsspannung mit einer zweiten Referenzspannung dient und der dritte Komparator zum Vergleichen der Verstärkungsspannung mit einer dritten Referenzspannung dient.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Diagnosegerät bereitgestellt, das umfasst: einen Sensor und eine vorstehend beschriebene Schnittstellenschaltung, wobei die Schnittstellenschaltung zum Empfang eines Stromsignals des Sensors verwendet wird.
-
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das umfasst: Räder, die einen oder mehrere Sensoren umfasst; und eine vorstehend beschriebene Schnittstellenschaltung, wobei die Schnittstellenschaltung zum Empfang eines Stromsignals des Sensors verwendet wird.
-
Bei der Sensor-Schnittstellenschaltung gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird ein Stromsignal vom Sensor unter Verwendung eines Erfassungswiderstands mit einem geringen Temperaturkoeffizienten, der kleiner als 80 PPM/°C ist und einen Schwankungsbereich von ca. 1%, z.B. über einen gesamten Temperaturbereich von 200°C aufweist, erfasst. Dadurch wird ein Problem im Stand der Technik gelöst, bei dem eine Temperatur-Fehlanpassung unter Verwendung von Leistungs-MOSFET zur Stromerfassung verursacht wird. Dadurch, dass die Verstärkungsschaltung vor der Komparatorschaltung vorgesehen ist, wird eine Auswirkung von der Offset-Spannung des Komparators auf die Erfassungsgenauigkeit der Ströme durch die Verstärkung der Verstärkungsschaltung stark reduziert und somit erfolgt die Stromerfassung genauer. Wenn beispielsweise die Verstärkung der Verstärkungsschaltung 40 beträgt und der Komparator eine Offset-Spannung von 4 mV aufweist, beträgt eine Offset-Spannung am Eingang für die Stromerfassung nur 0,1 mV.
-
Figurenliste
-
Die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen macht die oben beschriebenen und weitere Aufgaben sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung vollständiger und klarer, wobei dieselben oder ähnliche Elemente durch dieselben Bezugszeichen dargestellt werden.
- 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Sensor-Schnittstellenschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 2 zeigt eine schematische Strukturansicht einer Signalerfassungsschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 3 zeigt eine schematische Strukturansicht einer Verstärkungsschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 4 zeigt eine schematische Strukturansicht einer Schaltung zur Einstellung einer Referenzspannung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
- 5 zeigt eine schematische Strukturansicht einer Sensor-Schnittstellenschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
-
Ausführliche Ausführungsformen
-
Im Folgenden werden Signalerfassungsschaltungen gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben.
-
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Sensor-Schnittstellenschaltung 1000 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 gezeigt, umfasst die Sensor-Schnittstellenschaltung 1000 eine Signalerfassungsschaltung 120, eine Verstärkungsschaltung 130 und eine Komparatorschaltung 140. Dabei umfasst die Signalerfassungsschaltung 120 einen Erfassungswiderstand mit einem Temperaturkoeffizient von weniger als 80 PPM/°C, wobei die Signalerfassungsschaltung zur Erfassung eines Stromsignals, das von einem Sensor (z. B. von einer Ausgangsschnittstelle 110 des Sensors) stammt und dann durch den Erfassungswiderstand fließt, verwendet wird. Die Verstärkungsschaltung 130 wird dazu verwendet, eine Spannung an beiden Enden des Erfassungswiderstands zu verstärken, um eine Verstärkungsspannung zu erhalten. Zudem dient die Komparatorschaltung 140 zum Vergleichen der Verstärkungsspannung mit einer Referenzspannung, um eine Sensorinformation zu erhalten.
-
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass es sich bei dem Sensor um einen Raddrehzahlsensor handelt, und dass die Komparatorschaltung zum Vergleichen der Verstärkungsspannung mit einer Referenzspannung dient, um eine Raddrehzahlinformation zu erhalten.
-
Im Kontext der vorliegenden Erfindung bezieht sich der Begriff „Sensor-Schnittstellenschaltung“ auf eine Schaltung, die mit einem Sensor (z. B. Raddrehzahlsensor) oder dessen Ausgangsanschluss verbunden ist, um eine Information (z. B. die Raddrehzahlinformation) von einem Fahrzeugsensor auszulesen. Diese „Sensor-Schnittstellenschaltung“ kann als eine logische Zwischenschaltung zwischen dem Sensor und einer internen Verarbeitungseinrichtung dienen. Beispielsweise kann die Sensor-Schnittstellenschaltung zwischen dem Sensor und einem Mikrocontroller eingerichtet sein. Dabei empfängt sie ein Stromimpulssignal vom Sensor, erfasst und verarbeitet dieses Stromimpulssignal, um eine Sensorinformation (z. B. die Raddrehzahlinformation) zu erhalten. Anschließend dekodiert die Sensor-Schnittstellenschaltung diese Sensorinformation in Verbindung mit anderen Informationen, um sie dem Mikrocontroller zur weiteren Analyse bereitzustellen. Diese „Sensor-Schnittstellenschaltung“ kann in einem Diagnosegerät umfasst sein oder außen an ein Diagnosegerät angeschlossen sein. Beispielsweise handelt es sich bei dem Diagnosegerät um ein fahrzeugseitiges Diagnosegerät.
-
In einem Ausführungsbeispiel weist der Erfassungswiderstand einen Temperaturkoeffizient von 40 PPM/°C oder geringer auf. Der Temperaturkoeffizient des Erfassungswiderstands beträgt beispielsweise 25 PPM/°C, 15 PPM/°C, 5 PPM/°C oder 0,5 PPM/°C. Auf diese Weise wird ein Stromsignal vom Sensor durch den Erfassungswiderstand mit einem geringen Temperaturkoeffizient erfasst. Deshalb kann der Einfluss der Temperatur auf die Spannung an beiden Enden des Erfassungswiderstands nahezu vernachlässigbar sein. Somit wird entsprechend das Problem im Stand der Technik überwunden, bei dem eine Temperatur-Fehlanpassung unter Verwendung der „Sense-FET“-Lösung zur Stromerfassung verursacht wird.
-
In einem oder mehreren Ausführungsbeispielen handelt es sich bei dem Stromsignal, das von der Ausgangsschnittstelle 110 des Sensors empfangen wird, um eine Reihe von Stromimpulssignalen, deren Frequenz positiv mit einer Raddrehzahl korreliert ist. In einem Ausführungsbeispiel beträgt der Ausgangsstromimpuls des Sensors 7 mA oder 14 mA (hier beträgt der statische Offset-Wert 7 mA). Der Ausgangsstromimpuls von diesem Sensor steigt entlang einer Nabe an, die genau auf dem Ziel Rad positioniert werden kann. Somit kann die Ausgangsimpulsbreite durch die Bewegungsrichtung und die Magnetfeldstärke des Zielrads bestimmt werden und in eine Reihe von vordefinierten Zeitintervallen in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung und der Magnetfeldstärke des Zielrads gemäß dem gängigen Industriestandard kodiert werden.
-
Unter Bezugnahme auf 2 ist eine schematische Strukturansicht einer Signalerfassungsschaltung 120 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie in 2 gezeigt, umfasst die Signalerfassungsschaltung 120 einen Leistungstransistor T1 und den Erfassungswiderstand Rs (mit einem geringen Temperaturkoeffizient), wobei ein erstes Ende (z. B. eine Drain-Elektrode) des Leistungstransistors T1 mit einer Ausgangsschnittstelle ASS des Sensors verbunden ist und ein zweites Ende (z. B. eine Source-Elektrode) des Leistungstransistors T1 mit einem ersten Ende des Erfassungswiderstands Rs verbunden ist, während ein zweites Ende des Erfassungswiderstands Rs geerdet ist. In dieser Signalerfassungsschaltung 120 kann der Leistungstransistor T1 zur Isolierung der Hochspannung dienen. Auf diese Weise wird verhindert, dass verschiedene Schaltungselemente durch die abnormal ansteigende Spannung am Sensoranschluss beschädigt werden.
-
Wie in 2 gezeigt, werden zudem die beiden Enden (also das erste Ende und das zweite Ende) des Erfassungswiderstands Rs als Eingänge für die Verstärkungsschaltung 130 verwendet. Über den Erfassungswiderstand Rs wird somit ein Stromsignal, das an diesen Erfassungswiderstand Rs angelegt ist, in ein Spannungssignal umgewandelt.
-
In einem oder mehreren Ausführungsbeispielen ist die Signalerfassungsschaltung 120 dazu eingerichtet, ein Stromsignal des Sensors in verschiedenen Betriebsmodi zu erfassen. Auf diese Weise kann die Sensor-Schnittstellenschaltung 1000 umfassend diese Signalerfassungsschaltung 120 für verschiedene Sensoren geeignet sein.
-
Es wird weiter auf 3 hingewiesen, die eine schematische Strukturansicht einer Verstärkungsschaltung 130 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 3 gezeigt, umfasst die Verstärkungsschaltung 130: einen ersten Widerstand R1, einen zweiten Widerstand R2, einen dritten Widerstand R3, einen vierten Widerstand R4 und einen Strommessverstärker CSA, wobei ein erstes Ende des ersten Widerstands R1 mit einem ersten externen Eingang (z. B. einem ersten Ende des Erfassungswiderstands) verbunden ist und ein zweites Ende des ersten Widerstands R1 mit einem ersten Eingang (z. B. einem „gleichphasigen Eingang“ beim Differenz-Input) des Strommessverstärkers CSA verbunden ist, wobei ein erstes Ende des zweiten Widerstands R2 mit einem zweiten externen Eingang (z. B. dem zweiten Ende des Erfassungswiderstands) verbunden ist und ein zweites Ende des zweiten Widerstands R2 mit einem zweiten Eingang (z. B. einem „gegenphasigen Eingang“ beim Differenz-Input) des Strommessverstärkers CSA verbunden ist, wobei ein erstes Ende des dritten Widerstands R3 mit dem zweiten Ende des ersten Widerstands R1 verbunden ist und ein zweites Ende des dritten Widerstands R3 mit einem ersten Ausgang (z. B. einem „gegenphasigen Ausgang“ beim Differenz-Output) des Strommessverstärkers CSA verbunden ist, und wobei ein erstes Ende des vierten Widerstands R4 mit dem zweiten Eingang (z. B. einem „gegenphasigen Eingang“ beim Differenz-Input) des Strommessverstärkers CSA verbunden ist und ein zweites Ende des vierten Widerstands R4 mit einem zweiten Ausgang (z. B. einem „gleichphasigen Ausgang“ beim Differenz-Output) des Strommessverstärkers verbunden ist.
-
Es wird weiter auf 3 hingewiesen. Im obigen Ausführungsbeispiel weist der erste Widerstand R1 einen gleichen Widerstandswert (z. B. a) wie der zweite Widerstand R2 auf. Der dritte Widerstand R3 weist einen gleichen Widerstandswert (z. B. b) wie der vierte Widerstand R4 auf. Somit weist die Verstärkungsschaltung 130 eine Spannungsverstärkung von b/a auf. Das heißt, wenn die Spannung am Eingang der Verstärkungsschaltung 130 Vs ist (z. B. die Spannung an den beiden Enden des Erfassungswiderstands Rs), ist die Spannung (also voutp - voutn) am Ausgang der Verstärkungsschaltung 130 Vs*b/a. Das heißt: voutp - voutn = Vs*b/a.
-
Wird Vs als die Spannung an den beiden Enden des Erfassungswiderstands Rs dargestellt, gilt Vs = Is*Rs, wobei Is der Strom, der durch den Erfassungswiderstand Rs fließt, d. h. das Ausgangsstromsignal des Sensors, ist. Somit gilt: voutp - voutn = Is*Rs*b/a, wobei voutp die Spannung am gleichphasigen Ausgang und voutn die Spannung am gegenphasigen Ausgang ist.
-
In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Verstärkungsschaltung 130 ferner: einen ersten Kondensator C1 und einen zweiten Kondensator C2, wobei ein erstes Ende des ersten Kondensators C1 mit einem ersten Ende (z. B. einem „gleichphasigen Eingang“ beim Differenz-Input) des Strommessverstärkers CSA verbunden ist und ein zweites Ende des ersten Kondensators C1 geerdet ist, und wobei ein erstes Ende des zweiten Kondensators C2 mit einem zweiten Ende (z. B. einem „gegenphasigen Eingang“ beim Differenz-Input) des Strommessverstärkers CSA verbunden ist und ein zweites Ende des zweiten Kondensators C2 geerdet ist. Mithilfe des ersten Kondensators C1 und des zweiten Kondensators C2 können teilweise unerwünschte Hochfrequenzgeräusche und Störwellen herausgefiltert werden. Zudem können der erste Kondensator C1 und der zweite Kondensator C2 derart eingerichtet werden, dass die Spannungen (nämlich vinp bzw. vinn) an Differenz-Eingängen des Strommessverstärkers CSA stabilisiert werden. In einem oder mehreren Ausführungsbeispielen weist der erste Kondensator C1 einen gleichen Kapazitätswert wie der zweite Kondensator C2 auf.
-
Obwohl es in 1 nicht dargestellt ist, kann in einem Ausführungsbeispiel die Schnittstellenschaltung 1000 ferner umfassen: eine Schaltung zur Einstellung einer Referenzspannung, um die Referenzspannung einzustellen. Es wird auf 4 hingewiesen, die eine schematische Strukturansicht einer Schaltung zur Einstellung einer Referenzspannung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
Wie in 4 gezeigt, ist der Eingang der Schaltung zur Einstellung einer Referenzspannung mit 410 und ihr Ausgang mit 420 bezeichnet. Diese Schaltung zur Einstellung einer Referenzspannung umfasst: eine Widerstandsschaltung 430 (in 4 als der Widerstand dargestellt) und eine Schaltung zur Erzeugung eines Referenzstroms 440, wobei ein erstes Ende des Widerstands Ra_kx mit dem Eingang 410 (wie z. B. Ra_kx mit dem „gleichphasigen Ausgang“ des Strommessverstärkers CSA) verbunden ist und ein zweites Ende des Widerstands Ra_kx mit der Schaltung zur Erzeugung eines Referenzstroms 440 verbunden ist.
-
In einem Ausführungsbeispiel umfasst in 4 die Schaltung zur Erzeugung eines Referenzstroms 440 einen Spannungsverstärker, einen Transistor T2 und einen Widerstand Rb_kx. Dabei ist das Gate des Transistors T2 mit einem Ausgang des Spannungsverstärkers verbunden. Mit anderen Worten wird der Betriebsmodus des Transistors T2 durch die Ausgabe des Spannungsverstärkers gesteuert. Das erste Ende (z. B. die Drain-Elektrode) des Transistors T2 ist mit der Widerstandsschaltung 430 verbunden und das zweite Ende (z. B. die Source-Elektrode) des Transistors T2 ist mit einem zweiten Ausgang des Spannungsverstärkers verbunden. Das erste Ende des Widerstands Rb_kx ist mit dem zweiten Ende (z. B. der Source-Elektrode) des Transistors T2 verbunden und das zweite Ende des Widerstands Rb_kx ist geerdet.
-
Des Weiteren sollte darauf hingewiesen sein: obwohl es in 1 nicht gezeigt ist, kann die Komparatorschaltung 140 einen ersten Komparator, einen zweiten Komparator und einen dritten Komparator umfassen, wobei der erste Komparator zum Vergleichen der Verstärkungsspannung mit einer ersten Referenzspannung dient, der zweite Komparator zum Vergleichen der Verstärkungsspannung mit einer zweiten Referenzspannung dient und der dritte Komparator zum Vergleichen der Verstärkungsspannung mit einer dritten Referenzspannung dient. Es versteht sich, dass die Anzahl der in der Komparatorschaltung 140 enthaltenen Komparatoren nicht auf 3 beschränkt sein sollte, sondern entsprechend der tatsächlichen Anwendung angepasst werden könnte.
-
5 zeigt eine schematische Strukturansicht einer Sensor-Schnittstellenschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Beim Durchgang des Stromsignals vom Sensor über Pin ASS wird dabei ein Spannungsabfall an dem Erfassungswiderstand Rs (als Shunt-Widerstand) erzeugt. In einem Ausführungsbeispiel weist der Erfassungswiderstand einen Temperaturkoeffizienten von 40 PPM/°C oder geringer auf. Der Temperaturkoeffizient des Erfassungswiderstands beträgt beispielsweise 25 PPM/°C, 15 PPM/°C, 5 PPM/°C oder 0,5 PPM/°C. Auf diese Weise wird ein Stromsignal vom Sensor durch den Erfassungswiderstand Rs mit einem geringen Temperaturkoeffizienten erfasst. Deshalb kann der Einfluss der Temperatur auf die Spannung an beiden Enden des Erfassungswiderstands nahezu vernachlässigbar sein. Somit besteht das Problem im Stand der Technik nicht mehr, bei dem eine Temperatur-Fehlanpassung unter Verwendung der „Sense-FET“-Lösung zur Stromerfassung verursacht wird.
-
Wie in 5 gezeigt, ist zudem ein erster Eingang (z. B. ein gegenphasiger Eingang) des Komparators comp_kx mit einem ersten Ausgang (z. B. einem gegenphasigen Ausgang) des Strommessverstärkers CSA verbunden und ein zweiter Eingang (z. B. ein gleichphasiger Eingang) des ersten Komparators ist mit einem Ende des Widerstands Ra_kx verbunden. Auf diese Weise dient der Spannungsabfall am Widerstand Ra_kx als eine „Referenzspannung“. Dabei wird diese Referenzspannung mit der Verstärkungsspannung voutp - voutn beim Differenz-Output verglichen, um wiederum die Raddrehzahlinformation zu erhalten.
-
Bei der in 5 dargestellten Sensor-Schnittstellenschaltung bezieht sich der Strommessverstärker CSA auf einen Differenzverstärker, der die Spannung an den beiden Enden des Erfassungswiderstands Rs entsprechend der Verstärkung des Differenzverstärkers verstärkt. Dies führt dann dazu, dass die Spannung am Eingang des Komparators comp_kx erheblich größer ist als vorher, weswegen die Stromerfassung auch genauer wird, weil der Einfluss der Offset-Spannung des Komparators aufgrund der Verstärkung des Strommessverstärkers CSA stark reduziert ist. Wenn es beispielsweise angenommen wird, dass die Verstärkung der Verstärkungsschaltung 40 beträgt und der Komparator eine Offset-Spannung von 4 mV aufweist, beträgt eine Offset-Spannung am Eingang für die Stromerfassung nur 0,1 mV.
-
Dieser Ansatz der Schnittstellenschaltung weist einen weiteren Vorteil hinsichtlich des Abmessungsaufwands für Chips auf. In der Regel ist es unter Berücksichtigung der Eliminierung der Offset-Spannung erforderlich, die Offset-Spannung auf der Eingangsseite jedes Komparators zu eliminieren, z. B. durch die auto-zero (Auto-Nullstellung)- bzw. chopping (Zerhacken)-Technologie. Beim Vorhandensein mehrerer Komparatoren in der Komparatorschaltung 140 ist so der zusätzliche Layout-Bereich, die unter Verwendung einer Lösung mit diesen dynamischen Offset-Spannungen bedingt ist, größer und dies ist dadurch nicht vorteilhaft für die Reduzierung der Abmessung von Chips. Hingegen kann beim Ansatz der Schnittstellenschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung die Eliminierung der Offset-Spannungen in der Verstärkungsschaltung 130 berücksichtigt werden, weil die Verstärkungsschaltung 130 schon vor der Komparatorschaltung 140 vorgesehen ist. In einem oder mehreren Ausführungsbeispielen kann die Offset-Spannung des Strommessverstärkers CSA durch den Ansatz zur Eliminierung der Offset-Spannung (z. B. durch auto-zero (Auto-Nullstellung), chopping (Zerhacken) oder eine Kombination davon) auf 100 µV reduziert werden, was zu einer weiteren Verbesserung der Erfassungsgenauigkeit der Schnittstellenschaltung beiträgt.
-
Zur Verbesserung der Störfestigkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen kann außerdem zunächst eine EMC-Filterung durchgeführt werden, bevor die Spannungen an den beiden Enden des Erfassungswiderstands Rs an die Verstärkungsschaltung (z. B. den Strommessverstärker CSA) angelegt werden.
-
Zusammenfassend wird bei der Sensor-Schnittstellenschaltung gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ein Stromsignal vom Sensor durch einen Erfassungswiderstand mit einem geringen Temperaturkoeffizient erfasst. Dadurch wird ein Problem im Stand der Technik gelöst, bei dem eine Temperatur-Fehlanpassung unter Verwendung von Leistungs-MOSFET zur Stromerfassung verursacht wird. Ebenfalls ist es für die Übereinstimmung und die Kostenoptimierung vorteilhafter, weil alle Erfassungsschaltungen im Niederspannungsbereich betrieben werden. Dadurch, dass die Verstärkungsschaltung vor der Komparatorschaltung vorgesehen ist, wird eine Auswirkung von der Offset-Spannung des Komparators auf die Erfassungsgenauigkeit der Ströme durch die Verstärkung der Verstärkungsschaltung stark reduziert und somit erfolgt die Stromerfassung genauer. Wenn beispielsweise die Verstärkung der Verstärkungsschaltung 40 beträgt und der Komparator eine Offset-Spannung von 4 mV aufweist, beträgt eine Offset-Spannung am Eingang für die Stromerfassung nur 0,1 mV.
-
Die oben beschriebene Sensor-Schnittstellenschaltung kann in einem Diagnosegerät implementiert werden. In einem Ausführungsbeispiel umfasst das Diagnosegerät: einen Sensor und eine oben beschriebene Sensor-Schnittstellenschaltung, wobei die Sensor-Schnittstellenschaltung zum Empfang eines Stromsignals des Sensors verwendet wird.
-
Die oben beschriebene Sensor-Schnittstellenschaltung kann auch in einem Fahrzeug implementiert werden. In einem Ausführungsbeispiel umfasst das Fahrzeug: Räder, umfassend einen oder mehrere Sensoren; und eine oben beschriebene Sensor-Schnittstellenschaltung, wobei die Sensor-Schnittstellenschaltung zum Empfang eines Stromsignals von dem einen oder den mehreren Sensoren verwendet wird.
-
Es versteht sich, dass der hier verwendete Begriff „Fahrzeug“ oder ein anderer ähnlicher Begriff verschiedene Kraftfahrzeuge und nicht motorisierte Transportmittel, wie z.B. Personenkraftwagen (einschließlich von Geländewagen, Bussen und Lastwagen) und verschiedene Nutzfahrzeuge, Motorräder, Fahrräder, sowie zusätzlich auch u.a. Hybridfahrzeuge und Elektrofahrzeuge umfasst. Ein Hybridfahrzeug ist ein Fahrzeug mit zwei oder mehr Energiequellen, wie beispielsweise ein benzinbetriebenes und elektrobetriebenes Fahrzeug.
-
Die obigen Beispiele veranschaulichen hauptsächlich die Sensor-Schnittstellenschaltungen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Obwohl nur einige der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, sollte der Durchschnittsfachmann im vorliegenden Gebiet verstehen, dass die vorliegende Erfindung in vielen anderen Formen ausgeführt werden kann, ohne von ihrem Geist und Umfang abzuweichen. Beispielsweise kann nach tatsächlichen Bedürfnissen die Referenzspannung auf einen anderen Spannungswert eingestellt werden. Daher werden die dargestellten Beispiele und Ausführungsformen als veranschaulichend und nicht einschränkend angesehen. Ohne vom durch die Ansprüche definierten Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, kann die vorliegende Erfindung verschiedene Modifikationen und Ersetzungen abdecken.
