DE19609224A1 - Komparatorschaltung - Google Patents
KomparatorschaltungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Komparatorschaltung mit einem Element zum Vergleichen
von wenigstens einer Signalspannung mit einer Referenzspannung, welches Ver
gleichselement einen ersten Eingang aufweist, an welchem die Referenzspannung
angelegt wird, und einen zweiten Eingang aufweist, an welchem die Signalspannung
angelegt wird.
Eine derartige Komparatorschaltung wird insbesondere zur Auswertung eines von
einem Zwei-Draht-Hall-Sensor abgegebenen Signals verwendet. Derartige Hall-Sensoren
werden insbesondere zur Erfassung der Drehzahl von Turbinen in Kraftfahr
zeug-Getrieben eingesetzt.
So ist es beispielsweise bekannt, zur Steuerung eines automatischen Getriebes am
Umfang eines sich mit der Turbine drehenden Polrades Magnete anzuordnen, welche
sich bei Drehung der Turbine an einem entsprechend angeordneten Hall-Sensor
vorbei bewegen. Hierdurch wird im Hall-Sensor eine Spannung erzeugt.
Da das im eigentlichen Hall-IG erzeugte Signal in der Regel sehr schwach ist, enthal
ten moderne Hall-Sensoren neben dem eigentlichen Hall-Schaltkreis, welcher zwei
Anschlüsse hat, einen Transistor zur Verstärkung des Signals. Der Transistor ist mit
seiner Basis direkt an einen Anschluß des Hall-ICs angeschlossen und enthält in
seinem Kollektorpfad einen Begrenzungswiderstand. Der nicht mit dem Kollektor des
Transistors verbundene Anschluß des Begrenzungswiderstands sowie der andere
Anschluß des Hall-ICs sind miteinander verbunden und bilden den ersten Anschluß
des Zwei-Draht-Hall-Sensors. Der zweite Anschluß des Zwei-Draht-Hall-Sensors wird
vom Emitter des Transistors gebildet, welcher direkt auf den zweiten Anschluß geführt
ist. Während der erste Anschluß des Hall-Sensors mit der Versorgungsspannung
verbunden ist, wird der zweite Anschluß des Hall-Sensors mit einem Lastwiderstand
verbunden. Der vom Transistor gelieferte Strom ruft am Lastwiderstand einen Span
nungsabfall hervor, der von der Größe des Lastwiderstands abhängt. Da an dem
Lastwiderstand abfallende Spannung zur weiteren Auswertung verwendet wird, hängt
die zur Auswertung verwendete Spannung von der Größe des Lastwiderstands ab.
Dies ist nachteilig, da bedingt durch unterschiedliche Lastwiderstände beziehungs
weise Schwankungen oder Toleranzen des Lastwiderstands die Größe der am
Lastwiderstand abfallenden Spannung, welche das Sensorsignal darstellt, unter
schiedlich ist. Des weiteren wird durch das Temperaturverhalten des Lastwiderstands
die Größe der am Lastwiderstand abfallenden Spannung beeinflußt. Darüber hinaus
ist bedingt durch Toleranzen der im Hall-Sensor verwendeten Bauelemente sowie der
Anordnung des Sensors am Polrad die Amplitude der erzeugten Spannungsimpulse
unterschiedlich groß.
Dies bringt Probleme bei der Auswertung des Sensorsignals mit sich.
Das vom Hall-Sensor abgegebene Signal wird für die weitere Verarbeitung regel
mäßig einer Signalaufbereitung unterzogen. Die Signalaufbereitung besteht darin,
Rechteckimpulse mit einer definierten Amplitude zu erzeugen. Hierzu wird das Signal
auf einen Komparator gegeben.
Um einen möglichst großen Störabstand zu erhalten, wird die Referenzspannung, mit
der die Signalspannung im Komparator verglichen wird, so eingestellt, daß sie dem
arithmetischen Mittelwert der Signalspannung entspricht. Es ist daher erforderlich, den
Komparator mit einem Sensorsignal mit möglichst gleichbleibender Amplitude zu
versorgen. Dies wird im Stand der Technik dadurch erreicht, daß entsprechend dem
verwendeten Hall-Sensor ein bestimmter angepaßter Lastwiderstand ausgewählt wird.
Eine derartige Selektion ist sehr umständlich. Darüber hinaus kann sich der Mittelwert
des Sensorsignals durch alterungs- oder temperaturbedingte Änderungen des Last
widerstands verschieben. Dies kann zu einer fehlerhaften Interpretation des Zustands
des Sensorsignals durch den Komparator führen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine eingangs genannte Komparatorschaltung zur
Verfügung zu stellen, welche auch bei schwankendem Mittelwert einer Signalspan
nung zuverlässig arbeitet.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des kennzeichnenden
Teils des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung vorgesehen, mittels der der
Mittelwert der Signalspannung gebildet wird und dieser Mittelwert als Referenz
spannung an den zweiten Eingang des Vergleichselements gelegt wird. Hierdurch
wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß die Referenzspannung, mit der die Signal
spannung verglichen wird, dich entsprechend der Amplituden der Signalspannung
verändert. Nimmt die Amplitude des Sensorsignals zu, erhöht sich auch der Mittel
wert. Da der Mittelwert als Referenzspannung am zweiten Eingang des Vergleichs
elements liegt, wird das veränderte Sensorsignal mit einer erhöhten Referenzspan
nung verglichen. Verringert sich die Amplitude des Sensorsignals, sinkt auch der
Mittelwert, so daß das veränderte Sensorsignal mit einer niedrigeren Referenz
spannung verglichen wird. Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist der
Abstand der Referenzspannung zum hohen Scheitelwert des Sensorsignals genauso
groß wie zum niedrigen Scheitelwert des Sensorsignals.
Da die Referenzspannung sich entsprechend der Amplitude des Sensorsignals
verändert, ist es insbesondere nicht mehr erforderlichen, einen besonderen Lastwider
stand auszuwählen. Neben der dadurch bedingten Vereinfachung bei der Herstellung
der Auswerteschaltung wird darüber hinaus noch eine Erhöhung der Zuverlässigkeit
der Schaltung erreicht.
Eine besondere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß eine erste Diode und
eine zweite Diode antiparallel geschaltet sind, welche einerseits mit einem Signal
eingang der Komparatorschaltung verbunden sind, wobei die erste Diode andererseits
mit einem ersten Anschluß eines ersten Kondensators und die zweite Diode anderer
seits mit einem ersten Anschluß eines zweiten Kondensators verbunden ist. Der
zweite Anschluß des ersten Kondensators ist mit der Schaltungsmasse verbunden,
der zweite Anschluß des zweiten Kondensators mit einer Spannung, welche größer
als der Minimalwert der Signalspannung ist. Des weiteren sind die beiden Dioden
andererseits über einen Spannungsteiler miteinander verbunden. Über die beiden
Dioden werden die Maximal- und Minimalwerte des Sensorsignals erfaßt. Die beiden
Kondensatoren laden sich dadurch annähernd auf das Potential des Maximalwertes
des Sensorsignals beziehungsweise das des Minimalwertes des Sensorsignals auf.
Am Spannungsteiler kann ein Wert zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert
abgegriffen werden. Besteht der Spannungsteiler aus zwei gleichgroßen Wider
ständen und ist der Mittelabgriff zwischen den beiden Widerständen mit dem ersten
Eingang des Vergleichselements verbunden, entspricht die am ersten Eingang des
Vergleichselements anliegende Spannung stets dem Mittelwert des Sensorsignals.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß der erste Eingang des
Vergleichselements mit dem ersten Anschluß eines dritten Kondensators verbunden
ist, wobei der zweite Anschluß des dritten Kondensators mit der Schaltungsmasse
verbunden ist. Hierdurch wird ein Mittelwert für einen bestimmten Zeitraum gebildet.
Um unmittelbar nach dem Einschalten am ersten Eingang des Vergleichselements
einen günstigen Startwert zu erhalten, kann der erste Eingang des Vergleichsele
ments mit dem ersten Anschluß eines vierten Kondensators verbunden sein, wobei
der zweite Anschluß des vierten Kondensators mit einem ersten Spannungszufüh
rungspunkt verbunden ist, wie dies eine weitere Ausführungsform der Erfindung
vorsieht. Abhängig von der am Spannungszuführungspunkt angelegten Spannung und
dem Kapazitätswert des vierten Kondensators kann die Spannung am ersten Eingang
des Vergleichselements eingestellt werden.
Die Kondensatoren können sich über den ersten und den zweiten Widerstand sowie
den Lastwiderstand entladen.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß zwischen dem Signal
eingang und den Dioden ein dritter Widerstand geschaltet ist. Der dritte Widerstand
bildet mit dem ersten Kondensator sowie dem zweiten Kondensator ein Filter, durch
das die Frequenz des Eingangssignals auf den Bereich des Nutzsignals beschränkt
wird. Hierdurch werden hochfrequente Störsignale unterdrückt, so daß diese die
Schwellwertermittlung nicht beeinträchtigen.
Zwischen dem Signaleingang und dem zweiten Eingang des Vergleichselements kann
ein vierter Widerstand geschaltet sein, welcher mit einem zwischen einem Ausgang
des Vergleichselements und dem zweiten Eingang des Vergleichselements geschalte
ten fünften Widerstand zur Einstellung einer Schalthysterese verwendet werden kann.
Die erfindungsgemäße Komparatorschaltung kann des weiteren einen sechsten
Widerstand aufweisen, welcher zwischen dem Ausgang des Vergleichselements und
einem zweiten Spannungszuführungspunkt angeordnet ist. Hierdurch kann eine
Anpassung des Ausgangspegels des Vergleichselements vorgenommen werden.
Durch die erfindungsgemäße Komparatorschaltung wird in vorteilhafter Weise erreicht,
daß die Auswerteschaltung unabhängig von Exemplarstreuungen sowie vom Tempe
raturverhalten des Hall-Sensors ist. Des weiteren bleiben Veränderungen des Last
widerstands ohne Auswirkungen. Die erfindungsgemäße Komparatorschaltung ist
auch unkritisch bei einem unsymmetrischen Puls-Pausen-Verhältnis des Sensor
signals. Des weiteren arbeitet sie zuverlässig im gesamten Frequenzbereich von Null
bis zur Maximalfrequenz. Wenngleich die erfindungsgemäß erzeugte Referenz
spannung unempfindlich gegenüber Störungen ist, hat sie dennoch eine angemesse
ne Reaktionszeit auf Änderungen von Amplitude und Ruhewert.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung eines besonderen Ausführungsbeispiels unter
Bezugnahme auf die Zeichnung.
Es zeigt die einzige Figur eine schematische Anordnung einer Ausführungsform einer
Komparatorschaltung.
Wie der Figur zu entnehmen ist, weist ein Hall-Sensor 22 ein Hall-IC auf, welches über
einen Anschluß 17′ mit einer Versorgungsspannung Uo verbunden ist. Der Ausgang
des Hall-ICs ist mit der Basis eines Transistors 21 verbunden. Im Kollektorpfad des
Transistors 21 ist ein Begrenzungswiderstand 19 angeordnet. Der nicht mit dem
Kollektor des Transistors 21 verbundene Anschluß des Begrenzungswiderstands 19
ist ebenfalls über den Anschluß 17′ mit der Versorgungsspannung Uo verbunden. Der
Emitter des Transistors 21 ist auf einen zweiten Anschluß 18′ des Hall-Sensors 22
geführt. Der zweite Anschluß 18′ des Hall-Sensors 22 wird mit einem Signaleingang
18 einer Komparatorschaltung verbunden. Über einen Anschluß 17 wird die Kompara
torschaltung mit der Versorgungsspannung Uo verbunden. Der Signaleingang 18 ist
über einen Lastwiderstand 9 mit der Schaltungsmasse verbunden.
Eine erste Diode 6 und eine zweite Diode 7, welche antiparallel geschaltet sind, sind
einerseits über einen Widerstand 8 mit dem Signaleingang 18 verbunden. Die erste
Diode 6 ist andererseits mit einem ersten Anschluß eines ersten Kondensators 4
verbunden. Die zweite Diode 7 ist andererseits mit einem ersten Anschluß eines
zweiten Kondensators 5 verbunden. Des weiteren sind die erste Diode 6 und die
zweite Diode 7 andererseits über zwei als Spannungsteiler geschaltete Widerstände
2, 3 verbunden. Der zweite Anschluß des ersten Kondensators 4 ist mit der Schal
tungsmasse verbunden. Der zweite Anschluß des zweiten Kondensators 5 ist über
den Anschluß 17 mit der Versorgungsspannung verbunden. Der erste Widerstand 2
und der zweite Widerstand 3 sind gleich groß.
Der Mittelabgriff zwischen den beiden Widerständen 2, 3 ist mit dem ersten Eingang
1a eines Vergleichselements 1 verbunden. Der erste Eingang 1a des Vergleichs
elements 1 ist mit dem ersten Anschluß eines dritten Kondensators 10 verbunden.
Der zweite Anschluß des dritten Kondensators 10 ist mit der Schaltungsmasse
verbunden. Des weiteren ist der erste Eingang 1a des Vergleichselements 1 mit dem
ersten Anschluß eines vierten Kondensators 11 verbunden. Der zweite Anschluß des
vierten Kondensators 11 ist mit einem Spannungszuführungspunkt 15 verbunden. Das
Vergleichselement 1 kann ein herkömmlicher Operationsverstärker sein.
Zwischen dem Signaleingang 18 und einem zweiten Eingang 1b des Vergleichs
elements 1 ist ein vierter Widerstand 12 angeordnet. Des weiteren ist zwischen dem
zweiten Eingang 1b des Vergleichselements 1 und einem Ausgang 1c des Vergleichs
elements 1 ein fünfter Widerstand 13 angeordnet. Der Ausgang 1c des Vergleichs
elements 1 ist darüber hinaus über einen sechsten Widerstand 14 mit einem zweiten
Spannungszuführungspunkt 16 verbunden.
Werden an den Zwei-Draht-Hall-Sensor 22 am Umfang eines Polrades angeordnete
Magnete vorbeigeführt, gibt der Sensor 22 einen zwischen zwei Pegeln schwanken
den, etwa rechteckförmigen Strom ab. Der Strom fließt durch den Lastwiderstand 9
und ruft an diesem einen etwa rechteckförmigen Spannungsabfall hervor. Liegt am
Anschluß 17′ des Sensors 22 eine Versorgungsspannung Uo von etwa 11 Volt und
beträgt der im Kollektorpfad des Transistors 21 angeordnete Widerstand 19 etwa 510
Ohm, wird an einem Lastwiderstand 9 von etwa 215 Ohm im Einzustand des Sensors
22 ein Spannungsabfall von etwa 4 Volt hervorgerufen. Im Auszustand des Sensors
22 beträgt der am Lastwiderstand 9 hervorgerufene Spannungsabfall etwa 1 Volt. Die
Amplitude des am Signaleingang 18 anliegenden Sensorsignals beträgt somit etwa 3
Volt.
Durch den dritten Widerstand 8 und den ersten Kondensator 4 und zweiten Konden
sator 5 wird ein Tiefpaßfilter gebildet. Dieses Filter beschränkt die Frequenz auf den
Bereich des Nutzsignals, so daß keine hochfrequenten Störsignale auf den ersten
Eingang 1a des Vergleichselements 1 gelangen können.
Der hohe Pegel des Eingangssignals lädt den ersten Kondensator 4 über die erste
Diode 6 auf. Der niedrige Pegel des Eingangssignals lädt den zweiten Kondensator
5 über die zweite Diode 7 auf den Wert des niedrigen Pegels auf. Über den aus dem
ersten Widerstand 2 und dem zweiten Widerstand 3 gebildeten Spannungsteiler liegt
eine Spannung von der Größe der Differenz aus hohem und niedrigem Pegel des
Sensorsignals. Da der erste Widerstand 2 und der zweite Widerstand 3 gleichgroß
sind, kann am Mittelabgriff zwischen den beiden Widerständen die halbe Spannung
abgegriffen werden.
Das Potential dieser Spannung entspricht dem arithmetischen Mittelwert von Maximal-
und Minimalwert der Amplitude des Sensorsignals.
Da der Mittelabgriff der als Spannungsteiler geschalteten beiden Widerstände 2, 3
mit dem ersten Eingang 1a des Vergleichselements 1 verbunden ist, liegt am ersten
Eingang 1a des Vergleichselements 1 der Mittelwert des Sensorsignals. Der zwischen
dem Mittelabgriff des Spannungsteilers und der Schaltungsmasse geschaltete dritte
Kondensator 10 bildet mit den beiden Widerständen 2, 3 des Spannungsteilers einen
Tiefpaß. Er bildet somit über einen bestimmten Zeitraum den Mittelwert der am ersten
Eingang 1a des Vergleichselements 1 anliegenden Spannung Ur.
Über den ersten Spannungszuführungspunkt 15 sowie über den vierten Kondensator
11 kann beim Einschalten das Potential am ersten Eingang 1a des Vergleichsele
ments 1 eingestellt werden.
Durch den vierten Widerstand 12 und den fünften Widerstand 13 wird die Schalthyste
rese des Vergleichselements 1 eingestellt.
Durch eine an den zweiten Spannungszuführungspunkt 16 angelegte Spannung kann
über den sechsten Widerstand 14 eine Anpassung des Ausgangspegels des Ver
gleichselements 1 vorgenommen werden.
Claims (8)
1. Komparatorschaltung mit einem Element (1) zum Vergleichen von wenigstens
einer Signalspannung (Us) mit einer Referenzspannung (Ur), welches Vergleichs
element (1) einen ersten Eingang (1a) aufweist, an welchem die Referenzspannung
(Ur) angelegt wird, und einen zweiten Eingang (1b) aufweist, an welchem die Signal
spannung (Us) angelegt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Schaltungsanordnung (2, 3, 4, 5, 6, 7) vorgesehen ist, mittels der der
Mittelwert der Signalspannung (Us) gebildet wird, und der Mittelwert als Referenz
spannung (Ur) an den ersten Eingang (1a) gelegt wird.
2. Komparatorschaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine erste Diode (6) und eine zweite Diode (7) antiparallel geschaltet und einer
seits mit einem Signaleingang (18) der Komparatorschaltung verbunden sind, sowie
die erste Diode (6) andererseits mit einem ersten Anschluß eines ersten Kondensa
tors (4) und die zweite Diode (7) andererseits mit einem ersten Anschluß eines
zweiten Kondensators (5) verbunden ist, und die beiden Dioden andererseits über
einen Spannungsteiler (2, 3) miteinander verbunden sind, wobei der zweite Anschluß
des ersten Kondensators (4) mit der Schaltungsmasse und der zweite Anschluß des
zweiten Kondensators (5) mit einer Spannung verbunden ist, welche größer als der
Minimalwert der Signalspannung (Us) ist.
3. Komparatorschaltung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Spannungsteiler (2, 3) aus einem ersten Widerstand (2) und einem zweiten
gleichgroßen Widerstand (3) gebildet ist, wobei der Mittelabgriff zwischen den beiden
Widerständen (2, 3) mit dem ersten Eingang (1a) des Vergleichselements (1) verbun
den ist.
4. Komparatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Eingang (1a) des Vergleichselements (1) mit dem ersten Anschluß
eines dritten Kondensators (1) verbunden ist, wobei der zweite Anschluß des dritten
Kondensators (10) mit der Schaltungsmasse verbunden ist.
5. Komparatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Eingang (1a) des Vergleichselements (1) mit dem ersten Anschluß
eines vierten Kondensators (11) verbunden ist, wobei der zweite Anschluß des vierten
Kondensators (11) mit einem ersten Spannungszuführungspunkt (15) verbunden ist.
6. Komparatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Signaleingang (18) und den Dioden (6, 7) ein Widerstand (8)
geschaltet ist.
7. Komparatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Signaleingang (18) und dem zweiten Eingang (1b) des Vergleichs
elements (1) ein vierter Widerstand (12) sowie zwischen einem Ausgang (1c) des
Vergleichselements (1) ein fünfter Widerstand (13) geschaltet ist.
8. Komparatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausgang (1c) des Vergleichselements (1) über einen sechsten Widerstand
(14) mit einem zweiten Spannungszuführungspunkt (16) verbunden ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996109224 DE19609224B4 (de) | 1996-03-09 | 1996-03-09 | Komparatorschaltung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996109224 DE19609224B4 (de) | 1996-03-09 | 1996-03-09 | Komparatorschaltung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE19609224A1 true DE19609224A1 (de) | 1997-09-11 |
DE19609224B4 DE19609224B4 (de) | 2006-03-23 |
Family
ID=7787760
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1996109224 Expired - Fee Related DE19609224B4 (de) | 1996-03-09 | 1996-03-09 | Komparatorschaltung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19609224B4 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014105812A1 (de) * | 2014-04-24 | 2015-10-29 | Emh Metering Gmbh & Co. Kg | Elektrizitätszähler oder Befestigungs- und Kontaktiereinheit für einen Elektrizitätszähler mit einer optischen Kommunikationsschnittstelle |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4339727A (en) * | 1978-03-07 | 1982-07-13 | Nippon Electric Co., Ltd. | Waveform converting circuit |
-
1996
- 1996-03-09 DE DE1996109224 patent/DE19609224B4/de not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014105812A1 (de) * | 2014-04-24 | 2015-10-29 | Emh Metering Gmbh & Co. Kg | Elektrizitätszähler oder Befestigungs- und Kontaktiereinheit für einen Elektrizitätszähler mit einer optischen Kommunikationsschnittstelle |
DE102014105812B4 (de) * | 2014-04-24 | 2017-11-16 | Emh Metering Gmbh & Co. Kg | Elektrizitätszähler oder Befestigungs- und Kontaktiereinheit für einen Elektrizitätszähler mit einer optischen Kommunikationsschnittstelle |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19609224B4 (de) | 2006-03-23 |
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