DE19700070A1 - Integrierter magnetischer Felddetektor-Schaltkreis - Google Patents
Integrierter magnetischer Felddetektor-SchaltkreisInfo
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Description
Diese Erfindung bezieht sich auf einen integrierten Hall-Schalter-Schaltkreis
mit zwei Anschlüssen zur Verwendung in einem Fahrzeug, und sie bezieht sich
insbesondere auf einen solchen Hall-Schalter zum Detektieren eines
schwebenden Magneten auf einem niedrigen Pegel mit einem Antischwapp-
Merkmal.
Bei dem bekannten Flüssigkeitspegel-Sensor von Fig. 1 enthält ein Behälter
10 eine Flüssigkeit 11 (wie beispielsweise Benzin, Motoröl, Bremsflüssigkeit,
Getriebeflüssigkeit Scheibenwischer-Waschflüssigkeit usw.). Ein
Schwimmkörper 12 geringer Dichte ist mit dem Ende einer Welle 13 befestigt,
wobei das andere Ende der Welle 13 an der Wand des Behälters 10 angelenkt
ist, so daß der Schwimmkörper 12 eng benachbart zu der gegenüberliegenden
Wand des Behälter verbleibt, wenn der Pegel der Flüssigkeit 11 niedrig ist.
Ein Magnet 14 ist mit dem Ende des Schwimmkörpers 12 befestigt und ein
Ried-Schalter 15 ist auf der Außenseite der Behälterwand auf einem niedrigen
Pegel angeordnet. Der Ried-Schalter 15 ist von der Art, wo der Schaltkreis
geschlossen wird, wenn das magnetische Umgebungsfeld eine vorbestimmte
Feldstärke überschreitet. Wenn somit der Pegel der Flüssigkeit 11 der Gestalt
ist, daß der Magnet 14 sich ungefähr auf dem Pegel seines am dichtestens an
dem Ried-Schalter 15 liegenden Punktes befindet, so wird der Schaltkreis
geschlossen und die Warnlampe 16 leuchtet und zeigt an, daß der Behälter 10
von der Flüssigkeit 11 fast entleert ist.
Der Einfluß des Schwappens der Flüssigkeit aufgrund von Änderungen in der
Fahrzeugbewegung veranlaßt den Flüssigkeitspegel-Indikator zur wiederholten
Ein- und Ausschaltung und gibt eine vieldeutige Anzeige des
Flüssigkeitspegels. Es ist bekannt, den Einfluß des Schwappens der Flüssigkeit
zu verbessern, indem ein Verzögerungsschaltkreis in Reihe mit der
Anzeigelampe hinzugefügt wird oder indem Prallplatten in dem
Flüssigkeitstank hinzugefügt werden, um das Schwappen selbst zu verhindern
(wobei keine dieser Maßnahmen in Fig. 1 gezeigt ist).
Die überwiegende Mehrheit integrierter Hall-Detektoren zur Erfassung
magnetischer Felder besitzt zumindest einen Gleichspannungs-
Versorgungsanschluß, einen Masseanschluß und einen Ausgangsanschluß.
Die Verwendung der wohlbekannten Hall-Schalter mit drei Anschlußdrähten
zur Feststellung des Pegels eines schwebenden Magneten ist in dem US-Patent
4,361,835 beschrieben, das für B.G. Nagy am 30.11.1982 ausgegeben wurde.
In dem US-Patent 4,296,410, das für J.K. Higgs am 20.10.1981 ausgegeben
wurde, ist ein Hall-Schalterdetektor mit drei Anschlüssen benachbart zu einer
Lampe angeordnet, die an den Detektorausgang angeschlossen ist und
angeschaltet wird, um anzuzeigen, daß ein magnetisches Umgebungsfeld eine
vorbestimmte Amplitude überschreitet.
Ein Hall-Schalterdetektor auf einem integrierten Schaltkreis mit nur zwei
Anschlüssen, z. B. zwei Anschlußkissen, erfordert nur zwei Anschlußdrähte für
die Verbindung des integrierten Schaltkreises und ist in dem US-Patent
4,374,333 beschrieben, das für G.D. Avery am 15.02.1983 ausgegeben wurde.
Die zwei Anschlußdrähte dienen der Vorgabe sowohl der
Gleichspannungsversorgung aus einer entfernten Quelle, um die Hall-
Einrichtung und zugeordnete Detektorschaltkreise an Spannung zu legen, als
auch um das Ausgangssignal zu übertragen, welches durch eine stufenförmige
Stromänderung in den zwei Anschlußdrähten vorgegeben wird, wobei die
stufenförmige Stromänderung in den zwei Anschlußdrähten an einem Punkt
entfernt von dem Hall-Schalterdetektor feststellbar ist.
In dem US-Patent 4,791,311, das auf R. Vig am 13.12.1988 ausgegeben
wurde, ist ein Hall-Schalterdetektor mit drei Anschlüssen, der im
Multiplexbetrieb betrieben werden kann, von der Art beschrieben, bei der
mehrere Detektoren parallel an eine gemeinsame Gleichspannungsquelle
angeschlossen werden können; jeder der entfernten Sensoren ist in der Lage,
der Reihe nach durch codierte Änderungen des Gleichspannungspegels
adressiert zu werden und die Detektor-Antworten werden der Reihe nach an
der gemeinsamen Gleichspannungsquelle ausgelesen.
Die zuvor erwähnte Patente sind alle dem gleichen Anmelder wie die
vorliegende Erfindung zugeordnet.
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, einen Hall-Schalter auf einem
integrierten Schaltkreis mit zwei Anschlüssen vorzugegeben, der in einem
Fahrzeug installiert werden kann, um die Nähe eines schwebenden Magneten
festzustellen, beispielsweise in dem Scheibenwischer-Waschlösungstank, und
der ein Ausgangssignal erzeugt, das relativ unempfindlich gegen
Flüssigkeitspegelschwankungen ist, die durch Schwappen der Flüssigkeit
hervorgerufen werden.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, einen solchen integrierten
Schaltkreis mit zwei Anschlüssen vorzugeben, der in der Lage ist, eine
Anzeigelampe oder einen anderen eine hohe Leistung verbrauchenden
Indikator, der in Reihe zu den zwei Anschlußkissen und einen
Gleichspannungsquelle geschaltet ist, an Spannung zu legen bei der
Feststellung der Nähe des schwebenden Magneten.
Es ist noch eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, einen integrierten
Schaltkreis mit zwei Anschlüssen vorzugeben, der, wenn er einmal verriegelt
ist, verriegelt bleibt, bis die Gleichspannungsquelle abgetrennt worden ist und
wieder mit dem integrierten Schaltkreis verbunden worden ist.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß den kennzeichnenden Merkmalen
des Patentanspruches 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
sind den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Ein integrierter magnetischer Felddetektor-Schaltkreis mit zwei Anschlüssen
dient der Verwendung bei der Feststellung der Nähe eines schwebenden
Magenten. Er umfaßt einen Magnetfeld/Spannungs-Wandler, wie
beispielsweise ein Hall-Element oder eine Brücke aus magnetfeldabhängigen
Widerständen. Eine Vergleicher mit binärem Ausgang wie beispielsweise ein
Schmitt-Trigger-Schaltkreis mit Hysterese ist mit einem Eingang an den
Ausgang des Wandlers angeschlossen. Eine Antischwapp-Akkumulator-
Einrichtung ist mit einem Eingang an den Ausgang des Vergleichers
angeschlossen und dient der Erzeugung eines Akkumulatorsignales, welches
das Zeitintegral des binären Ausgangssignales des Vergleichers ist, wenn das
binäre Ausgangssignal des Vergleichers von einem Typ ist, und sie dient der
Verminderung des integrierten Akkumulatorsignales mit einer vorbestimmten
Geschwindigkeit während Zeitperioden, wo das binäre Ausgangssignal des
Vergleichers vom anderen Typ ist.
Zwei Anschlußkissen des integrierten Schaltkreises sind vorgesehen, an die
eine externe Gleichspannungsquelle in Reihe mit einer externen Warnlampe
angeschlossen werden kann. Der Magnetfeld/Spannungs-Wandler, der
Vergleicher und die Auf/Abwärts-Akkumulatoreinrichtung sind an die zwei
Anschlußkissen angeschlossen, um durch die externe Gleichspannungsquelle
gespeist zu werden. Ein Regelungstreiber ist zwischen den zwei
Anschlußkissen des integrierten Schaltkreises angeschlossen und ist mit einem
Eingang mit der Akkumulatoreinrichtung verbunden. Der Treiber besitzt einen
Verriegelungsschwellwert zur Vorgabe einer hohen Impedanz über den
Anschlußkissen, wenn das Akkumulatorsignal den einen binären Zustand
aufweist und zur Vorgabe einer geringen Impedanz über den Anschlußkissen,
wenn die Größe des Akkumulatorsignales einen vorbestimmten Wert
überschreitet.
In einem Ausführungsbeispiel umfaßt die Antischwapp-Akkumulatoreinrichtung
einen Taktgenerator zur Erzeugung einer Impulsfolge und einen Auf/Abwärts-
Zähler. Der Taktgenerator ist mit dem Zähler verbunden und der Zähler dient
dem Zählen der Impulse in einer additiven Richtung, wenn das binäre
Ausgangssignal des Vergleichers den einen Typ aufweist, wobei das Zählsignal
das Akkumulatorsignal ist. Der Zähler dient zusätzlich dem Zählen der
Impulse in subtraktiver Richtung, wenn das binäre Ausgangssignal des
Vergleichers den anderen Typ aufweist und zur Erzeugung eines binären
Ausgangssignales des Akkumulators vom einen binären Typ an den
Verriegelungsdriver nur dann, wenn die Größe des Akkumulatorsignales den
vorbestimmten Wert überschreitet.
Die Akkumulatoreinrichtung kann ebenfalls eine Unterlauf-
Schaltkreiseinrichtung umfassen zum Anhalten der Akkumulation immer dann,
wenn das Ausgangssignal des Akkumulators auf Null herabfällt und zum
Halten des Ausganges auf Null, bis das nächste Binärsignal von dem einen Typ
von dem Vergleicher an dem Akkumulatoreingang auftritt. Sie kann ferner eine
Überlauf-Schaltkreiseinrichtung umfassen zum Anhalten der Akkumulation
immer dann, wenn das Akkumulator-Zählsignal den vorbestimmten
Zählstandswert erreicht und zum Halten des Akkumulator-Ausgangssignales
auf dem einen binären Pegeltyp, bis das nächste Binärsignal von anderem Typ
von dem Vergleicher an dem Akkumulatoreingang auftritt.
Diese Erfindung gibt einen Magnetfeld-Näherungsdetektor als eine verbesserte
Alternative zu dem Schalter 16 in dem bekannten Flüssigkeitspegeldetektor von
Fig. 1 vor. Das Erreichen der zuvor erwähnten Ziele dieser Erfindung wird
verhindert durch die Tatsache, daß irgendein integrierter Schaltkreis, der eine
sehr niedrige Impedanz zwischen den zwei Anschlußkissen des integrierten
Schaltkreises für einen elektronischen Schalter mit schwerer Last, wie
beispielsweise eine Lampe, vorgibt, das Bestreben hat, die speisende
Gleichspannung über den zwei Anschlußkissen des integrierten Schaltkreises im
wesentlichen kurzzuschließen und daher den Schaltkreis nicht funktionsfähig
macht. Der Magnetfelddetektor dieser Erfindung vermeidet dieses Problem.
Fig. 1 zeigte einen Flüssigkeitspegelsensor des Standes der Technik, der in
einem eine Flüssigkeit enthaltenden Tank mit einem schwebenden Magneten
angeordnet ist.
Fig. 2 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines ersten bevorzugten
Magnetfelddetektors dieser Erfindung mit zwei Anschlüssen auf einem
integrierten Schaltkreis zur Verwendung in einem Flüssigkeitspegelsensor mit
einem schwebenden Magneten.
Fig. 3 zeigt ein Schaltungsdiagramm des in dem Magnetfelddetektor mit zwei
Anschlüssen in Fig. 2 verwendeten Flipflops.
Fig. 4 zeigt ein Schaltungsdiagramm des Auf/Abwärtszählers, der in dem
Magnetfelddetektor mit zwei Anschlüssen von Fig. 2 verwendet wird, wobei
die Zählerstufen hinter dem ersten Bett als Blöcke gezeigt sind.
Fig. 5 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Zählerstufe, d. h. die Schaltung in
den Blöcken, die mit Bit 1 bis Bit N des Auf/Abwärtszählers in Fig. 4
bezeichnet sind.
Fig. 6 zeigt in Abhängigkeit von der Zeit ein Impulsdiagramm des binären
Signales am Ausgang des Vergleichers in dem Magnetfelddetektor mit zwei
Anschlüssen auf dem integrierten Schaltkreis von Fig. 2, welcher Detektor in
einem Flüssigkeitspegelsensor verwendet wird, in welchem ein
Schwappbewegung der Flüssigkeit auftritt.
Fig. 7 zeigt eine Aufzeichnung des akkumulierten Zählstandes in dem
Auf/Abwärtszähler von Fig. 2 entsprechend der gleichen Zeitperiode, in der
der Ausgang des Vergleichers als Impulsform in Fig. 6 gezeigt ist.
Fig. 8 zeigt einen Aufzeichnung des Binärsignales am Ausgang des
Auf/Abwärtszählers von Fig. 2 entsprechend der gleichen Zeitperiode, für die
der Vergleicherausgang als Impulsform in Fig. 6 gezeigt ist.
Fig. 9 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines zweiten bevorzugten
Magnetfelddetektors dieser Erfindung mit zwei Anschlüssen auf einem
integrierten Schaltkreis.
Fig. 10 zeigt ein Schaltungsdiagramm des externen Schaltkreises, der an den
integrierten Schaltkreis von Fig. 9 angeschlossen ist, um den gesamten
elektrischen Teil eines Flüssigkeitspegel-Sensordetektors zu bilden.
Fig. 11 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines dritten bevorzugten
Magnetfelddetektors dieser Erfindung mit zwei Anschlüssen auf einem
integrierten Schaltkreis.
Fig. 12 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines vierten bevorzugten
Magnetfelddetektors dieser Erfindung mit zwei Anschlüssen auf einem
integrierten Schaltkreis.
In einem ersten in Fig. 2 veranschaulichten Ausführungsbeispiels dieser
Erfindung besetzt ein integrierter Silicium-Schaltkreischip 20 mit zwei
Anschlüssen einen Gleichspannungsregler 21 auf der Platine zur Erzeugung
einer geregelten Spannung Vreg. Der Chip 20 besitzt ebenfalls einen
Magnetfeld/Spannungs-Wandler 22 mit einem Ausgang, der an einen
Vergleicher 24 angeschlossen ist, welcher ein Standard-Schmitt-Trigger-
Schaltkreis sein kann. Der Vergleicher 24 kann einen Verstärker (nicht
gezeigt) umfassen und liefert eine binäres Ausgangssignal, welches hoch ist,
wenn sich ein Magnet annähert und das magnetische Umgebungsfeld stark
genug ist, so daß der Ausgang des Wandlers eine Schwellwertspannung des
Vergleichers 24 überschreitet. Der Ausgang des Vergleichers wird niedrig
bzw. Null, wenn der Magnet weit genug weg ist, so daß der Ausgang des
Wandlers geringer als der in "Freigabe-Schwellwert" des Vergleichers 24 ist.
Der Ausgang des Vergleichers 24 ist mit einem Auf/Abwärts-Akkumulator
verbunden, welcher in diesem Ausführungsbeispiel ein getakteter
Auf/Abwärtswähler 26 ist. Taktimpulse werden dem Zähler 26 von einem
freilaufenden Taktgenerator 28 vorgegeben. Der Auf/Abwärtszähler zählt die
Anzahl der (hohen) Takte in dem Ausgangssignal des Vergleichers 24.
Während der Zeitperioden, in denen das Ausgangssignal von dem Vergleicher
24 niedrig ist, zählt der Auf/Abwärtszähler 26 Taktimpulse zurück, d. h. er
zählt Taktimpulse durch Subtrahieren von dem Taktimpuls-Zählstand, der sich
während der vorangegangenen Vergleicher-Ausgangssignale mit hohem Pegel
angesammelt haben.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich speziell mit der Feststellung und der
Warnung eines niedrigen Flüssigkeitspegels in einem Fahrzeugtank. Während
einer Zeit, wenn das Fahrzeug und der Flüssigkeitsbehälter stillstehen und
wenn der Flüssigkeitspegel nicht niedrig genug ist, damit die magnetische
Umgebungsfeldstärke an dem integrierten Schaltkreischip 20 den Vergleicher
24 triggern kann und ein Ausgangssignal mit hohem Pegel am Vergleicher
erzeugen kann, verbleibt der Zähler inaktiv und hält einen Zählstand von Null.
Bei dem gleichen niedrigen Flüssigkeitspegel hat aber die Flüssigkeit das
Bestreben, hin- und herzuschwappen, wenn sich das Fahrzeug unterwegs
befindet. Die Folge ist eine Reihe von hohen Impulsen in dem Ausgangssignal
des Vergleichers, wie sie in Fig. 6 veranschaulicht sind, und der Zähler 26
antwortet durch Aufwärtszählen während der hohen Impulse von dem
Vergleicher 24 und durch Abwärtszählen in Perioden, wenn das
Ausgangssignal des Vergleichers niedrig ist, wie dies in Fig. 7
veranschaulicht ist.
Beispielsweise arbeitet der Taktgenerator 28 bei ungefähr 0,5 Hz, welche
niedrige Taktfrequenz erzielt werden kann durch Vorgabe eines 500 KHz-
Oszillators (nicht dargestellt) in dem Taktgenerator gefolgt durch einen 17-Bit-
Teilerschaltkreis (nicht dargestellt). Der Auf/Abwärtszähler 26 ist eine 5-Bit-
Zähler, so daß, wenn der angesammelte Aufwärts-Nettozählstand in dem
Zähler 26 den Zählstand 32 erreicht, das Zähler-Ausgangssignale von einem
hohen Binärwert zu einem niedrigen Binärwert wechselt, und das Flipflop bzw.
die Verriegelung 30 zurückstellt. Die Verriegelung 30 erzeugt sodann einen
niedrigen Binärwert an dem Ausgang Q und schaltet den Transistor 34 ab.
Dies veranlaßt seinerseits die Einschaltung der in einer Darlington-Schaltung
verbundenen Transistoren 35 und 36 und die Lampe 38 leuchtet nunmehr hell.
In diesem Fall wurde das Schwappen an einer Rückstellung der Verriegelung
für nahezu eine Minute verzögert. Während dieser Zeit übertritt aber die
Hochzählung die Abwärtszählung, da der mittlere Flüssigkeitspegel in einer
Stillstandssituation gering genug war, um die Verriegelung zurückszustellen
und die Lampe 38 in ungefähr 40 Sekunden zu erleuchten, wie dies durch
Extrapolieren der Neigung des Aufwärts-Zählstandes unter der Annahme
erkennbar wird, daß keine Abwärts-Zählungen in Fig. 7 vorliegen.
Die für 12 Volt bemessene weißglühende Lampe 38 scheint hell, da der
integrierte Schaltkreis 20 mit zwei Anschlüssen von einem Zustand hoher
Impedanz (dargestellt durch den Regler 28) zu einem Zustand niedriger
Impedanz wechselt, der durch den gesättigten Darlington-Treiber präsentiert
wird, der aus den Transistoren 35 und 36 besteht. Wenn somit die Lampe 38
eingeschaltet wird, beträgt VCC ungefähr +1,2 Volt und die Spannung an der
Lampe 38 beträgt +10,8 Volt. Bei VCC ungefähr nur 1,2 Volt sind aber der
Wandler 22, der Vergleicher 24 und der Zähler 26 gesperrt. Wenn die
Verriegelung 30 nicht kontinuierlich den Transistor 34 ausgeschaltet halten
kann, schalten die Transistoren 35 und 36 unmittelbar, nachdem sie gerade
eingeschaltet haben, ab.
Die in dem verriegelten Treiberschaltkreis 60 von Fig. 2 verwendete
Verriegelung 30 ist ein Verriegelungsschaltkreis mit geringem Aufwand, wie in
Fig. 3 gezeigt, die nicht gesperrt wird, wenn die Schalttransistoren 35 und 36
leitend sind und die Lampe an Spannung legen. Wenn die Spannung zunächst
an den Schaltkreis angelegt wird, wird +VCC augenblicklich an die Basen der
Transistoren 49 und 50 angelegt und wird nur später an die Transistoren 46
und 47 angelegt, wenn sich der Kondensator 59 auf VCC aufgeladen hat. Dies
stellt einen bestimmten Zustand der Verriegelung sicher, bei dem der
Q-Ausgang 53 der Verriegelung 30 auf hohem Potential am Anfang gehalten
wird. Wenn sodann an ein binäres Signal mit hohem Pegel an die Rückstell-
Eingangsleitung 55 angelegt wird, wird der Transistor 48 eingeschaltet gehalten
und die Transistoren 49 und 50 werden abgeschaltet gehalten und über die
Leitung 56 werden die Transistoren 46 und 47 eingeschaltet gehalten.
Dieser Verriegelungsschaltkreis 30 kann zuverlässig mit einer Speisespannung
VCC mit nur ungefähr 0,8 Volt arbeiten, z. B. während Perioden, wo die
Treibertransistoren 35 und 36 leitend sind und die Gleichspannungsversorgung
VCC sehr gering ist. Der verriegelte Treiber 60 kann nur zurückgestellt werden
durch Abschaltung der Versorgungsspannung VCC, nämlich durch Öffnung des
Zündschalters 42.
Der gesamte rechts von dem Auf/Abwärtszähler 26 in Fig. 2 gezeigte
Schaltkreis kann als Verriegelungstreiber 60 angesehen werden, der einschaltet,
wenn ein Binärsignal, das einen vorgegebenen Pegel überschreitet, momentan
an den Eingang des Verriegelungstreibers angelegt wird (z. B. an den
Rückstelleingang der Flipflop-Verriegelung 30).
Der Auf/Abwärtszähler 26 von Fig. 2 kann aus binären Bitstufen, Bit 0, Bit
1 . . . und Bit N bestehen, wie dies in Fig. 4 veranschaulicht ist. Das
Taktsignal CLK wird von dem Taktgenerator 28 erhalten. Die Zählerstufen Bit
1 bis Bit N werden aufgebaut, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Wie in Fig. 4
erkennbar, erzeugen alle Bitstufen ein näheres Übertragssignal Cout und ein
binäres Borgsignal Bout, das an die entsprechenden Eingänge Cin und Bin der
folgende Bitstufe geliefert wird. Das Signal Cout von der letzten Zähler-
Bitstufe N dient als Ausgangssignal des Zählers 26.
Das Zähl-Richtungssignal (DIR) kommt von dem Ausgang des Vergleichers
24. Wenn sich der Magnet in Nachbarschaft des integrierten Schaltkreis-
Detektorchips 20 bewegt hat und sich das Ausgangssignal DIR des
Vergleichers 24 von einem Zustand niedrigen Pegels in einen Zustand hohen
Pegels verändert, so beginnt der Zähler 26 in Aufwärtsrichtung zu zählen.
Wenn sich aufgrund einer Schwappbewegung der Magnet wegbewegt und das
Signal DIR in den niedrigen Pegelzustand übergeht, so beginnt der Zähler 26
abwärts zu zählen. Wenn der angesammelte Zählstand den maximalen
Aufwärts-Zählstand des Zählers 26 überschreitet, so nimmt das Ausgangssignal
Aout des Zählers den hohen Pegel ein, stellt das Flipflop 30 zurück und schaltet
die Darlington-Treibertransistoren 35 und 36 ein.
Ein Anti-Überlauf/Unterlauf-Schaltkreis 70 wird in dem in Fig. 4 gezeigten
Zähler 26 verwendet, um ein Aufwärtszählen über den maximalen Zählstand
(ein Zählstand von 32 in diesem Beispiel des 5-Bit-Zählers) zu verhindern und
um eine Abwärtszählung unter einen Zählstand von Null zu verhindern.
Der synchrone Auf/Abwärtszähler 26 zählt bis zu seinem maximalen Zählstand
und hält diesen Zählstand. Das Welligkeits-Übertrags-Ausgangs-Bit-Signal von
jeder Bit-Stufe setzt sich zu der nächsten Stufe fort. Wenn der Zähler seinen
maximalen Zählstand erreicht, so wird das letzte Übertrags-Ausgangs-Bit
sichergestellt, welches verwendet wird, um ein Haltesignal HOLD mit hohem
Pegel zu erzeugen. Ein hohes Signale HOLD wird benötigt, um den Zähler an
dem Überlauf und der Umschaltung auf Null zu hindern. Wenn dem Zähler
eine Rückwärtszählung befohlen wird, so nimmt das Signal HOLD den
niedrigen Pegel eine (wodurch die Bit-Stufen freigegeben werden). In gleicher
Weise wird der Zähler 26 daran gehindert, auf Null herunterzuzählen und
sodann umzuschalten aufgrund des Haltesignales von dem Anti-
Überlauf/Unterlauf-Schaltkreis 70.
In einem zweiten in Fig. 9 veranschaulichten Ausführungsbeispiel dieser
Erfindung besitzt ein integrierter Silicium-Schaltkreis-Chip 200 mit zwei
Anschlüssen einen Magnetfeld/Spannungs-Wandler, der aus einem Hall-
Element 202 besteht, wobei ein Ausgang an einen Hall-Spannungsverstärker
203 angeschlossen ist, der mit einem Ausgang an den Eingang eines Schmitt-
Vergleichers 204 angeschlossen ist. Der Vergleicher 204 liefert ein binäres
Ausgangssignal, welches den hohen Pegel besitzt, wenn sich ein Magnet
annähert und das magnetische Umgebungsfeld stark genug ist, so daß der
Wandler-Ausgang die Betriebs-Schwellwertspannung des Vergleichers 204
überschreitet. Der Ausgang des Vergleichers nimmt den niedrigen Pegel ein
bzw. wird Null, wenn der Magnet weit genug weg ist, so daß der Wandler-
Ausgang niedriger ist als der Freigabe-Schwellwert des Vergleichers 204.
Der Ausgang des Vergleichers 204 ist an den getakteten Auf/Abwärtszähler 126
angeschlossen, welcher der gleiche Zähler 26 ist, der in dem Schaltkreis von
Fig. 2 verwendet wird. Taktimpulse werden dem Zähler 26 von einem
freilaufenden Taktgenerator 28 vorgegeben und der Auf/Abwärtszähler führt
die gleiche Funktion in der gleichen Weise aus wie dies zuvor unter
Bezugnahme auf den Schaltkreis von Fig. 2 beschrieben wurde. Der
Schaltkreis von Fig. 9 unterscheidet sich von dem von Fig. 2 durch einen
Thyristor 236, der zwischen die zwei Anschlußkissen 218 und 219 des
integrierten Schaltkreischips angeschlossen ist. Dieser integrierte Thyristor 236
dient mit Hilfe des Steuerelektrodenwiderstandes 237 als Verriegelung und
Schalter bzw. als Verriegelungsschalter.
Wenn der Zählstand in dem Zähler 126 den Zählstand von 32 erreicht, so
nimmt die Steuerelektrode des Thyristors 236 den hohen Pegel ein und der
Thyrostor schaltet ein. Dies veranlaßt die Spannung zwischen den
Anschlußkissen von einer Spannung VCC von 12 Volt auf eine Spannung nahe 0
Volt abzufallen, und der Thyristor bleibt verriegelt, bis die
Gleichspannungsquelle von dem Schaltkreis abgetrennt wird.
In Fig. 10 besteht der externe Schaltkreis, der an die zwei Anschlußkissen
218 und 219 des Chips 200 angeschlossen ist, aus einem Zündschalter 242,
einer Batterie 40 und der Lampe 38.
Der Schaltkreis, der rechts von dem Auf/Abwärtszähler 126 in Fig. 9 gezeigt
ist, kann als Verriegelungstreiber 140 angesehen werden, der einschaltet, wenn
ein binäres Signal, das einen vorgegebenen Pegel überschreitet, momentan an
den Eingang des Verriegelungstreibers angelegt wird (z. B. die Steuerelektrode
des Thyristors 236).
In einem dritten in Fig. 11 veranschaulichten Ausführungsbeispiel dieser
Erfindung besitzt ein integrierter Silicium-Schaltkreischip 300 mit zwei
Anschlüssen einen Spannungsregler 21 auf der Platine für die Erzeugung einer
geregelten Spannung Vreg. Der Chip 300 besitzt ebenfalls einen
Magnetfeld/Spannungs-Wandler 22, wobei ein Ausgang an einen Vergleicher
24 angeschlossen ist. Der Vergleicher 24 liefert ein binäres Ausgangssignal,
das den hohen Pegel besitzt, wenn sich ein Magnet annähert und die
magnetische Umgebungsfeldstärke stark genug ist, so daß der Ausgang des
Wandlers die Betriebs-Schwellwertspannung des Vergleichers 24 überschreitet.
Der Vergleicher-Ausgang nimmt den niedrigen Pegel ein bzw. wird Null,
wenn der Magnet weit genug weg ist, so daß der Wandler-Ausgang niedriger
ist als der in "Freigabe-Schwellwert" des Vergleichers 24.
Der Ausgang des Vergleichers 24 ist an einen Auf/Abwärts-Akkumulator 340
angeschlossen, welcher in diesem Ausführungsbeispiel ein analoger Integrator
ist. Bzw. analoger Integrator besitzt eine Stromquelle, die die Stromquellen
Transistoren 323 und 325 und den Strom-Festlegungswiderstand 327 umfaßt.
Die Stromquelle lädt einen Kondensator 329, dem ein Widerstand 331 parallel
geschaltet ist. Die Kollektoren und Mitter der Transistoren 333 und 323 sind
miteinander verbunden und die Basis des Transistors 333 ist an den Ausgang
des Vergleichers 24 angeschlossen.
Wenn das Ausgangssignal des Vergleichers den niedrigen Pegel aufweist, wird
der Transistor 333 eingeschaltet gehalten, wodurch durch Nebenfluß der
Stromquellentransistor 323 gesperrt und die Aufladung des Kondensators 329
verhindert wird. Wenn das Vergleichersignal den hohen Pegel besitzt, wird der
Transistor 333 abgeschaltet gehalten und der Kondensator 329 wird mit einer
Geschwindigkeit aufgeladen (Aufwärts-Akkumulation), die durch die Werte der
Widerstände 327 und 331 und die Kapazität des Kondensators 329 festgelegt
ist. Wenn der Transistor 333 abgeschaltet gehalten wird, so entlädt sich die
Ladung des Kondensators über den Widerstand 331 (Abwärts-Akkumulation).
Die Spannung über dem Kondensator 329 ist daher ein Maß für die
angesammelte Ladung und somit für die angesammelte Einschaltzeit (hohes
Ausgangssignal) des Vergleichers 24 analog zu dem Zählstand bzw. der
digitalen Akkumulation gemäß Fig. 7 für den Schaltkreis von Fig. 2.
Obgleich der Verriegelungstreiber 60 von Fig. 2 in dem Chip 300 von Fig.
11 verwendet wird, können andere Verriegelungstreiber in integrierter
Schaltkreistechnik verwendet werden, vorausgesetzt, daß sie in der Lage sind,
einen Einschalt-Betrieb aufrechtzuerhalten, während sie die Gleichspannungs-
Versorgungsspannung über den zwei Anschlüssen des Chips auf weniger als
1,5 Volt herunterziehen, oberhalb welchem Wert die Beleuchtung einer
angesteuerten weißglühenden Warnlampe ernsthaft beeinträchtigt wird.
In einem vierten in Fig. 12 veranschaulichten Ausführungsbeispiel dieser
Erfindung ist ein integrierter Silicium-Schaltkreischip 400 mit zwei
Anschlüssen nahezu identisch zu dem Chip 20 in Fig. 2 einschl. dem
Vergleicher 24, dem Auf/Abwärts-Akkumulator 26 und dem
Verriegelungstreiber 60, enthält aber spezifisch magnetfeldabhängige
Widerstände in dem Magnetfeld/Spannungs-Wandler 422. Der Ausgangs-
Brückenwandler 422 umfaßt vier integrierte Magnetfeldwiderstände 61, 62, 63
und 64 und der Betrieb dieses integrierten Schaltkreischips 400 mit zwei
Anschlüssen ist im wesentlichen der gleiche wie der des Hall-Elements 22 in
dem Chip 20 von Fig. 2.
Claims (12)
1. Integrierter magnetischer Felddetektor-Schaltkreis mit zwei Anschlüssen
zur Verwendung bei der Feststellung eines schwebenden Magneten,
aufweisend:
- a) einen Magnetfeld/Spannungs-Wandler (22);
- b) einen Vergleicher (24) mit Hystere zur Erzeugung eines binären Ausgangssignales eines Typs, wenn die Vergleicher- Eingangsspannung eine Vergleicher-Schwellwertspannung überschreitet und zur Erzeugung eines binären Ausgangssignales des anderen Typs, wenn die Wandler-Ausgangsspannung und der Vergleicher mit einem Eingang an den Ausgang des Wandler angeschlossen ist;
- c) einer Antischwapp-Akkumulatoreinrichtung (26, 28), die mit einem Eingang an den Vergleicherausgang angeschlossen ist, um ein Akkumulatorsignal zu erzeugen, das das zeitliche Integral des binären Vergleicher-Ausgangssignals ist, wenn das binäre Vergleicher-Ausgangssignal von einem Typ ist, und um das integrierte Akkumulatorsignal mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit während Zeitperioden zu reduzieren, wenn das binäre Vergleicher-Ausgangssignal vom anderen Typ ist;
- d) zwei Anschlußkissen (218, 219) des integrierten Schaltkreises, an die eine externe Gleichspannungsquelle (40) in Reihe mit einer externen Warnlampe (38) angeschlossen werden kann, wobei der Magnetfeld/Spannungs-Wandler, der Vergleicher und der Auf/Abwärts-Akkumulator an die zwei Anschlußkissen angeschlossen sind; und
- e) einen Verriegelungstreiber (30), der zwischen die zwei Anschlußklemmen des integrierten Schaltkreises angeschlossen ist und mit einem Eingang an die Akkumulatoreinrichtung angeschlossen ist, wobei der Treiber einen Verriegelungsschwellwert, um eine hohe Impedanz über den zwei Anschlußkissen vorzugeben, wenn sich das Akkumulatorsignal in dem einen binären Zustand befindet, und um eine niedrige Impedanz über den zwei Anschlußkissen vorzugeben, wenn die Größe des Akkumulatorsignales einen vorbestimmten Wert überschreitet.
2. Magnetischer Felddetektor mit zwei Anschlüssen nach Anspruch 1,
wobei die Antischwapp-Akkumulatoreinrichtung einen Taktgenerator
zur Erzeugung einer Impulsfolge und einen Auf/Abwärtszähler
aufweist, der an den Taktgenerator angeschlossen ist, um die Impulse
additiv zu zählen, wenn das binäre Vergleicher-Ausgangssignal von
einem Typ ist, wobei das Zählsignal das Akkumulatorsignal ist, und um
die Impulse subtraktiv zu zählen, wenn das binäre Vergleicher-
Ausgangssignal vom anderen Typ ist und zur Erzeugung eines binären
Akkumulator-Ausgangssignales eines binären Typs für den
Verriegelungstreiber nur dann, wenn die Größe des
Akkumulatorsignales den vorbestimmten Wert überschreitet.
3. Magnetischer Felddetektor mit zwei Anschlüssen nach Anspruch 2,
wobei die Akkumulatoreinrichtung zusätzlich dem Anhalten der
Akkumulation immer dann dient, wenn das Akkumulator-
Ausgangssignal auf Null fällt und dem Halten des Ausganges auf Null
dient, bis das binäre Signal von dem Vergleicher vom nächsten Typ an
dem Eingang des Akkumulators auftritt.
4. Magnetischer Felddetektor mit zwei Anschlüssen nach Anspruch 2,
wobei die Akkumulatoreinrichtung zusätzlich dem Anhalten der
Akkumulation immer dann dient, wenn das Akkumulator-Zählsignal den
vorbestimmten Zählstandswert erreicht und dem Halten des
Akkumulator-Augangssignales auf dem einen binären Pegeltyp dient,
bis das nächste binäre Signal vom anderen Typ von dem Vergleicher an
dem Eingang des Akkumulators auftritt.
5. Magnetischer Felddetektor mit zwei Anschlüssen nach Anspruch 1,
wobei die Auf/Abwärts-Akkumulatoreinrichtung einen
Ladekondensator, einen Stromquellenschaltkreis mit einem an den
Ladekondensator angeschlossenen Ausgang und einen
Freigabeschaltkreis aufweist, der mit einem Eingang als
Akkumulatoreingang dient, der an den Vergleicherausgang
angeschlossen ist, wobei der Freigabeschaltkreis an den
Stromquellenschaltkreis angeschlossen ist, um die Ladung des
Kondensators durch den Stromquellenschaltkreis freizugeben, wenn das
binäre Ausgangssignal des Vergleichers den anderen binären Typ
aufweist und zur Verhinderung der Ladung des Kondensators durch die
Stromquelle, wenn das binäre Ausgangssignal von dem Vergleicher den
einen binären Typ aufweist, wobei ein Widerstand dem
Ladekondensator parallel geschaltet ist, um das integrierte
Akkumulatorsignal mit der vorbestimmten Geschwindigkeit während
Zeitperioden zu reduzieren, wenn das binäre Vergleicher-
Ausgangssignal vom anderen Typ ist, wobei die akkumulierte Spannung
auf dem Kondensator das Akkumulatorsignal ist und das
Akkumulatorsignal das Akkumulator-Ausgangssignal ist, das dem
Eingang des Verriegelungstreibers präsentiert wird.
6. Magnetischer Felddetektor mit zwei Anschlüssen nach Anspruch 1,
wobei der Verriegelungstreiber ein Paar von bipolaren Darlington-
Treiber-Transistoren umfaßt, die direkt über den zwei Anschlüssen des
integrierten Schaltkreises angeordnet sind, so daß, wenn die Darlington-
Transistoren eingeschaltet sind, die Spannung zwischen den zwei
Anschlüssen des integrierten Schaltkreises auf der Summe der
Spannungen über den Basis/Emitter-Sperrschichten der zwei Darlington-
Transistoren, d. h. auf ungefähr 1,2 Volt gehalten werden.
7. Magnetischer Felddetektor mit zwei Anschlüssen nach Anspruch 6,
wobei der Verriegelungstreiber zusätzlich ein Setz/Rückstell-Flipflop
umfaßt, das mit einem Ausgang an den Basiseingang der Darlington-
Transistoren angeschlossen ist, und einen Rückstell-und einen
Setzeingang besitzt, wobei einer der Eingänge als der Eingang des
Verriegelungstreibers dient, der an den Ausgang des Akkumulators
angeschlossen ist.
8. Magnetischer Felddetektor mit zwei Anschlüssen nach Anspruch 7
wobei das Flipflop direkt an die zwei Anschlüsse des integrierten
Schaltkreises angeschlossen ist, von denen es mit Spannung versorgt
wird, und wobei das Flipflop in der Lage ist, bei einer Speisespannung
von bis zu 1,2 Volt normal zu arbeiten.
9. Magnetischer Felddetektor mit zwei Anschlüssen nach Anspruch 7,
wobei der Verriegelungstreiber zusätzlich einen Reihenschaltkreis mit
einem Widerstand und einem Kondensator umfaßt, die zwischen die
zwei Anschlüsse des integrierten Schaltkreises angeschlossen sind,
wobei der andere Eingang des Flipflops an den gemeinsamen
Schaltungspunkt des Widerstandes und des Kondensators angeschlossen
ist, so daß, wenn eine Gleichspannung zunächst an die zwei Anschlüsse
des integrierten Schaltkreises angelegt wird, das Flipflop anfänglich
immer den bestimmten bipolaren Zustand einnimmt, welcher die
Darlington-Treiber abgeschaltet hält.
10. Magnetischer Felddetektor mit zwei Anschlüssen nach Anspruch 1,
wobei der Magnetfeld/Spannungs-Wandler ein Hall-Element umfaßt,
das mit einem Ausgang an einen Hall-Spannungsverstärker
angeschlossenen ist.
11. Magnetischer Felddetektor mit zwei Anschlüssen nach Anspruch 1,
wobei der Magnetfeld/Spannungs-Wandler einen magnetoresistiven
Brückenschaltkreis umfaßt, der mit einem Ausgang an einen
Brückenspannungsverstärker angeschlossen ist.
12. Magnetischer Felddetektor mit zwei Anschlüssen nach Anspruch 1,
wobei der Verriegelungstreiber einen Thyristor umfaßt.
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