DE19700070C2

DE19700070C2 - Integrierter Magnetfelddetektor-Schaltkreis

Info

Publication number: DE19700070C2
Application number: DE19700070A
Authority: DE
Inventors: Ravi Vig; Teri Tu; Alberto Bilotti
Original assignee: Allegro Microsystems Inc
Current assignee: Allegro Microsystems Inc
Priority date: 1996-01-03
Filing date: 1997-01-03
Publication date: 2000-03-09
Anticipated expiration: 2017-01-04
Also published as: US5686894A; DE19700070A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen integrierten Magnetfelddetektor- Schaltkreis mit zwei Anschlüssen zur Verwendung in einem Fahrzeug, und sie bezieht sich insbesondere auf einen Hall-Schalter zum Detektieren eines schwebenden Magneten auf einem niedrigen Pegel mit einem Auf-Abwärts- Integrator.

Bei dem bekannten Flüssigkeitspegel-Sensor von Fig. 1 enthält ein Behälter 10 eine Flüssigkeit (wie beispielsweise Benzin, Motoröl, Bremsflüssigkeit, Getriebeflüssigkeit, Scheibenwischer-Waschflüssigkeit usw.). Ein Schwimmkkörper 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 Behälters verbleibt, wenn der Pegel der Flüssigkeit 11 niedrig ist. Ein Magnet 14 ist mit dem Ende des Schwimmkörpers 12 befestigt und ein Reed-Schalter 15 ist auf der Außenseite der Behälterwand auf einem niedrigen Pegel angeordnet. Der Reed-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 dergestalt ist, daß der Magnet 14 sich ungefähr auf dem Pegel seines am dichtesten an dem Reed-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. In dem US-Patent 4,296,410 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. 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 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 erwähnten Patente sind alle dem gleichen Anmelder wie die vorliegende Erfindung zugeordnet.

Schließlich ist aus der US-PS 5,257,300 ein Kraftstofftank-Sensor bekannt, der mit einem Antischwapp-Schaltkreis mit unterschiedlichen Zeitkonstanten beim Erfassen und Verarbeiten des Sensorsignales arbeitet.

Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, einen Hall-Schalter auf einem integrierten Schaltkreis mit zwei Anschlüssen vorzugeben, 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 eine Gleichspannungsquelle geschaltet ist, bei der Feststellung der Nähe des schwebenden Magneten an Spannung zu legen.

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 Patentanspruchs 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 Magneten. Er umfaßt einen Magnetfeld/Spannungs-Wandler, wie beispielsweise ein Hall-Element oder eine Brücke aus magnetfeldabhängigen Widerständen. Ein Vergleicher mit binärem Ausgang, wie beispielsweise ein Schmitt-Trigger-Schaltkreis mit Hysterese, ist mit einem Eingang an den Ausgang des Wandlers angeschlossen. Eine Antischwapp-Integrator (Akkumulator)-Einrichtung ist mit einem Eingang an den Ausgang des Vergleichers angeschlossen und dient der Erzeugung eines Integratorsignales, 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 Integratorsignales 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-Integratoreinrichtung 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 der Integratoreinrichtung verbunden. Der Treiber besitzt einen Verriegelungsschwellwert zur Vorgabe einer hohen Impedanz über den Anschlußkissen, wenn das Integratorsignal den einen binären Zustand aufweist und zur Vorgabe einer geringen Impedanz über den Anschlußkissen, wenn die Größe des Integratorsignales einen vorbestimmten Wert überschreitet.

In einem Ausführungsbeispiel umfaßt die Antischwapp-Integratoreinrichtung 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 Integratorsignal 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 Integrators von einem binären Typ an den Verriegelungstreiber nur dann, wenn die Größe des Integratorsignales den vorbestimmten Wert überschreitet.

Die Integratoreinrichtung kann ebenfalls eine Unterlauf-Schaltkreiseinrichtung umfassen zum Anhalten der Integration immer dann, wenn das Ausgangssignal des Integrators auf Null herabfällt und zum Halten des Ausganges auf Null, bis das nächste Binärsignal von dem einen Typ von dem Vergleicher an dem Integratoreingang auftritt. Sie kann ferner eine Überlauf-Schaltkreiseinrichtung umfassen zum Anhalten der Integration immer dann, wenn das Integrator- Zählsignal den vorbestimmten Zählstandwert erreicht und zum Halten des Integrator-Ausgangssignales auf dem einen binären Pegeltyp, bis das nächste Binärsignal von anderem Typ von dem Vergleicher n dem Integratoreingang 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 zeigt einen Flüssigkeitspegelsensor des Standes der Technik, der in einem eine Flüssigkeit enthaltenden Tank mit einem schwebenden Magneten angeordnet ist.

Fig. 2 zeigt ein Schaltungsiagramm 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 einen 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 Bit 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 welche eine 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 eine 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 Schaltungsiagramm 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 besitzt ein integrierter Silicium-Schaltkreis 20 mit zwei Anschlüssen einen Gleichspannungsregler 21 auf der Platine zur Erzeugung einer geregelten Spannung V_reg. 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 ein 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 weit weg ist, so daß der Ausgang des Wandlers geringer als der "Freigabe-Schwellwert" des Vergleichers 24 ist.

Der Ausgang des Vergleichers 24 ist mit einem Auf/Abwärts-Integrator (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 hat.

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 Hz- Oszillators (nicht dargestellt) in dem Taktgenerator gefolgt durch einen 17-Bit- Teilerschaltkreis (nicht dargestellt). Der Auf/Abwärtszähler 26 ist ein 5-Bit- Zähler, so daß, wenn der angesammelte Aufwärts-Nettozählstand in dem Zähler 26 den Zählstand 32 erreicht, das Zähler-Ausgangssignal 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 Transitoren 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 übertrifft aber die Hochzählung die Abwärtszählung, da der mittlere Flüssigkeitspegel in einer Stillstandsituation gering genug war, um die Verriegelung zurückzustellen 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, de aus den Transistoren 25 und 36 besteht. Wenn somit die Lampe 38 eingeschaltet wird, beträgt V_cc ungefähr +1,2 Volt und die Spannung an der Lampe 38 beträgt +10,8 Volt. Bei V_cc 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, der 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 +V_cc 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 V_cc 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 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 V_cc mit nur ungefähr 0,8 Volt arbeiten, z. B. während Perioden, wo die Treibertransistoren 35 und 36 leitend sind und die Gleichspannungsversorgung V_cc sehr gering ist. Der Verriegelte Treiber 60 kann nur zurückgestellt werden durch Abschaltung der Versorgungsspannung V_cc, 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 O, Bit 1 ... und Bit N bestehen, wie dies in Fig. 4 veranschaulicht. 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 binäres Übertragsignal Cout und ein binäres Borgsignal Bout, das an die entsprechenden Eingänge Cin und Bin der folgenden 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- Detektorchip 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 A_out des Zählers den hohen Pegel ein, stellt das Flipflop 30 zurück und schaltet die Darlington- Treibertransistoren 35 und 36 ein.

Eine Anti-Überlauf/Unterlauf-Schaltkreis 70 wird in dem in Fig. 4 gezeigten Zähler 26 verwendet, um ein Aufwärtszählen 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 zum 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 Signal 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 ein (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-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- Vegleichers 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 Thyristor schaltet ein. Dies veranlaßt die Spannung zwischen den Anschlußkissen von einer Spannung V_cc, 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 vom 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 V_reg. 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 "Freigabe-Schwellwert" des Vergleichers 24.

Der Ausgang des Vergleichers 24 ist an einem Auf/Abwärts-Akkumulator 340 angeschlossen, welcher in diesem Ausführungsbeispiel ein analoger Integrator ist. Der 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 Emitter 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 Nebenschluß der Stromquellentransistor 323 gesperrt und die Aufladung des Kondensators 329 behindert 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 einschließlich dem Vergleicher 24, dem Auf/Abwärts-Integrator 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

1. Integrierter Magnetfelddetektor-Schaltkreis mit zwei Anschlüssen, mit:

a) einem Magnetfeld/Spannungs-Wandler (22), der das Magnetfeld eines schwebenden Magneten detektiert und dessen Ausgangssignal an dem Eingang eines hysteresebehafteten Vergleichers (24) liegt,
b) einem ersten Ausgangspegel eines binären Ausgangssignals des Vergleichers (24), der dann erzeugt wird, wenn die Vergleicher- Eingangsspannung eine obere Schwellwertspannung überschreitet,
c) einem zweiten Pegel des binären Ausgangssignals, der dann erzeugt wird, wenn die Vergleicher-Eingangsspannung eine untere Schwellwertspannung unterschreitet,
d) einem Auf-/Abwärts-Integrator (26, 28) mit einem Eingang, dem das Ausgangssignal des Vergleichers zugeführt ist und der ein Integratorsignal erzeugt, das das zeitliche Integral des binären Vergleicher-Ausgangssignals bildet, wobei das Integratorsignal mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit reduziert wird, solange das zweite binäre Vergleicher-Ausgangssignal anliegt,
e) zwei Anschlußpunkten (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 (22), der Vergleicher und der Auf-/Abwärts-Integrator mit den zwei Anschlußpunkten verbunden sind, und
f) einer Verriegelungsschaltung (30), die zwischen den zwei Anschlußpunkten angeschlossen ist und die ferner einen Steuereingang mit einem Schwellwert aufweist, dem das Integrator-Ausgangssignal zugeführt ist, wobei die Verriegelungsschaltung (30) zwischen den zwei Anschlußpunkten (218, 219) hochohmig geschaltet ist, wenn die Größe des Integrator-Ausgangssignals einen ersten vorbestimmten Wert überschreitet und niederohmig geschaltet ist, wenn die Größe des Integrator-Ausgangssignals einen zweiten vorbestimmten Wert unterschreitet.

2. Integrierter Magnetfelddetektor-Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auf-/Abwärts-Integrator (26, 28) einen Taktgenerator und einen Auf-/Abwärtszähler aufweist, der an den Taktgenerator angeschlossen ist, um die Impulse des Taktgenerators additiv zu zählen, wenn das binäre Vergleicher-Ausgangssignal den ersten Ausgangspegel aufweist, und um die Impulse des Taktgenerators subtraktiv zu zählen, wenn das binäre Vergleicher-Ausgangssignal den zweiten Ausgangspegel aufweist, wobei der Auf-/Abwärts-Integrator (26, 28) den ersten Ausgangspegel eines binären Ausgangssignals zur Ansteuerung des Verriegelungstreibers dann ausgibt, wenn die Anzahl der gezählten Taktimpulse einen vorbestimmten Wert überschreitet.

3. Integrierter Magnetfelddetektor-Schaltkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auf-/Abwärts-Integrator (26, 28) zusätzlich dem Anhalten der Integration immer dann dient, wenn sein Ausgangssignal auf Null fällt und dem Halten des Ausganges auf Null dient, bis das binäre Signal von dem Vergleicher (24) vom nächsten Typ an dem Eingang des Integrators auftritt.

4. Integrierter Magnetfelddetektor-Schaltkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auf-/Abwärts-Integrator (26, 28) zusätzlich dem Anhalten der Integration immer dann dient, wenn sein Zählsignal den vorbestimmten Zählstandswert erreicht und dem Halten des Ausgangssignales auf dem einen binären Pegeltyp dient, bis das nächste binäre Signal vom anderen Typ von dem Vergleicher (24) an dem Eingang des Akkumulators auftritt.

5. Integrierter Magnetfelddetektor-Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auf-/Abwärts-Integrator (26, 28) einen Ladekondensator (329), einen Stromquellenschaltkreis (323-327) mit einem an den Ladekondensator angeschlossenen Ausgang und einen Freigabeschaltkreis (60) aufweist, der mit einem Eingang als Integrator 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 (24) 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 (331) dem Ladekondensator (329) parallel geschaltet ist, um das integrierte Signal mit der vorbestimmten Geschwindigkeit während Zeitperioden zu reduzieren, wenn das binäre Vergleicher- Ausgangssignal vom anderen Typ ist, wobei die integrierte Spannung auf dem Kondensator das Integratorsignal ist.

6. Integrierter Magnetfelddetektor-Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verriegelungstreiber ein Paar von bipolaren Darlington-Treiber-Transistoren (35, 36) 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 wird.

7. Integrierter Magnetfelddetektor-Schaltkreis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verriegelungstreiber (60) zusätzlich ein Setz/Rückstell-Flipflop (30) umfaßt, das mit einem Ausgang an den Basiseingang der Darlington-Transistoren (35, 36) angeschlossen ist, und einen Rückstell- (R) und einen Setzeingang (S) besitzt, wobei einer der Eingänge als der Eingang des Verriegelungstreibers (60) dient, der an den Ausgang des Integrators (26) angeschlossen ist.

8. Integrierter Magnetfelddetektor-Schaltkreis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Flipflop (30) 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. Integrierter Magnetfelddetektor-Schaltkreis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verriegelungstreiber (60) zusätzlich einen Reihenschaltkreis mit einem Widerstand (58) und einem Kondenstor (59) umfaßt, die zwischen den zwei Anschlüssen des integrierten Schaltkreises angeschlossen sind, wobei der andere Eingang (S) des Flipflops (30) 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 (35, 36) abgeschaltet hält.

10. Integrierter Magnetfelddetektor-Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeld/Spannungs-Wandler ein Hall- Element (202) umfaßt, das mit einem Ausgang an einen Hall- Spannungsverstärker (203) angeschlossen ist.

11. Integrierter Magnetfelddetektor-Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeld/Spannungs-Wandler einen magnetoresistiven Brückenschaltkreis (61-64) umfaßt, der mit einem Ausgang an einen Brückenspannungsverstärker angeschlossen ist.

12. Integrierter Magnetfelddetektor-Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verriegelungstreiber einen Thyristor (236) umfaßt.