DE3235016C2

DE3235016C2 -

Info

Publication number: DE3235016C2
Application number: DE19823235016
Authority: DE
Inventors: Werner 7257 Ditzingen De Fischer; Johannes Locher; Bernd 7000 Stuttgart De Schelling
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1982-09-22
Filing date: 1982-09-22
Publication date: 1990-11-22
Also published as: GB8325241D0; FR2533310A1; GB2127565B; DE3235016A1; FR2533310B1; GB2127565A

Description

Die Erfindung betrifft eine Auswerteschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

In der DE-OS 29 02 157.6 ist bereits eine Auswerteschaltung dieser Art angegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Auswerteschaltung so zu verbessern, daß statische und periodische Störsignale weitgehend ausgeblendet oder unterdrückt werden. Hierzu sind erfindungsgemäß die im Kennzeichen des Anspruchs angegebenen Maßnahmen vorgesehen.

In der Zeichnung ist ein Schaltplan einer erfindungsgemäßen elektrischen Auswerteschaltung für einen Halbdifferential-Kurzschlußring-Geber (HDKR) dargestellt. Die Schaltung setzt sich gemäß Fig. 1 aus einem Dreieck-Oszillator 10, einem Laufzeitglied 20 und an dieses angeschlossenen Taktgenerator 30 sowie aus einem an den Dreiecksoszillator angeschlossenen Entkoppelverstärker 40 für die Dreieckspannung sowie einem L/Lo-Verstärker 50 für die beiden an den Entkoppelverstärker angeschlossenen Induktivitäten Lo und L zusammen, wobei dieser Verstärker auf einen phasenselektiven Gleichrichter 60 arbeitet, der vom Taktgenerator 30 gesteuert wird und an seinem Ausgang eine Spannung U _X liefert, die zu dem Quotienten aus L/Lo proportional ist.

Die Auswerteschaltung wird im einzelnen wie folgt beschrieben:

Dreiecksoszillator 10

In einem Dreiecksoszillator 10 wird eine symmetrische Dreieckspannung mit konstanter Amplitude und konstanter Frequenz erzeugt.

Der Oszillator 10 ist mit kostengünstigen Bauelementen aufgebaut und dennoch temperaturstabil. Die Temperarturdrift der Verzögerungszeit des Komparators IC 900 (10, 11, 13) wird durch die Drift der Sättigungsspannung des Komparatorausgangstransistors (Open-Kollektor-Ausgang) und durch gezielte Kombination von Metallfilm- und Kohleschichtwiderständen (R 913, R 909 bezogen auf R 904) weitgehend kompensiert (siehe Fig. 2).

Entkoppelverstärker 40 (Fig. 2)

Das Dreiecksignal am Meßpunkt MP 23 wird über den als Impedanzwandler geschalteten IC 902 und das Entstörfilter F₁ an die Referenzspule Lo des HDKR-Gebers gelegt.

Die Open-Kollektor-Ausgangsstufe des IC 902 ist kurzschlußfest ausgelegt gegen Schluß nach Puls-Batterie. Auch R 914 ist kurzschlußfest ausgelegt gegen Schluß nach Minus-Batterie. D 900 und D 901 schützen den Ausgangstransistor gegen positive und negative Spannungsspitzen auf der Geberleitung RW 0 über die Batterie-Spannungsversorgung hinaus.

L/Lo-Verstärker 30

Die Referenzspule Lo stellt die Eingangsimpedanz Zo = jwLo + Ro des invertierenden Operationsverstärkers IC 903 dar. Im Rückkoppelzweig befindet sich die Meßspule als maßgebende Rückkopplungsimpedanz Z = jwL + R. Durch R 948 und C 907 wird die Verstärkung der hohen Frequenzanteile der Dreiecksspannung soweit gedämpft, daß die gewünschte Ausgangsamplitude des IC 903 mit guter Näherung folgender Beziehung entspricht:

für

R « L
Ro « Lo
R 948 · C 907 klein, daher vernachlässigbar;
C 907 klein, daher vernachlässigbar.

Durch den Halb-Differential-Kurzschlußring-Geber HDKR fließt kein Gleichstrom, da der Gleichspannungs-Arbeitspunkt des Dreiecksoszillators 10 und des L/Lo-Verstärkers 50 vom selben Widerstandsteiler (R 900, R 901, R 902) abgeleitet ist und deshalb genau gleiches Potential besitzt.

IC 903 besitzt ebenso wie IC 902 eine kurzschlußfeste Ausgangsstufe.

Die Dioden D 902 und D 903 bzw. D 905 schützen den IC 903 vor positiven und negativen Spannungsspitzen auf den Geberleitungen RW 1 bzw. RW 2.

F₁, F₂ und F₃ dienen zur HF-Filterung von Störsignalen auf den Geberleitungen.

Phasenselektiver Gleichrichter 60 und Taktgenerator 30 (Fig. 3).

Das Dreiecksignal U _RW2 wird über R 924 und R 925 auf den CMOS-Analogschalter IC 904 geleitet, der seinerseits von den Signalen U₅₁ und U₅₂ des Taktgenerators 30 gesteuert wird (siehe Fig. 5). D 907 schützt den CMOS-Schalter vor "latch up"-Effekten (zu hohe Steuerspannungen).

Wegen der Störsicherheit werden die Taktsignale über das Laufzeitglied R 911, C 903 vom Dreiecksoszillator 10 am Meßpunkt MP 23 abgeleitet. Die Laufzeit verzögert das Dreiecksignal in der Größenordnung der Laufzeit des L/Lo-Verstärkers 50, so daß die Flanken der Taktsignale durch den Wechselspannungsnullpunkt gehen.

Der CMOS-Schalter (IC 904) hat die Aufgabe, in der einen Halbperiode des Dreiecksignals t₁ (Fig. 5 oberstes Schaubild) das Signal U _RW2 auf den Meßpunkt MP 31 durchzuschalten, während auf den Meßpunkt MP 30 die Referenzspannung (an MP 32, abgeleitet von MP 21) durchgeschaltet wird.

In der anderen Halbperiode t₂ wird auf MP 30 das Signal U _RW2 und auf MP 31 die Referenzspannung durchgeschaltet. Bezogen auf die Referenzspannung ist das U _RW2-Signal an MP 30 negativ und an MP 31 positiv gleichgerichtet. Beide Signale werden über den Differenzverstärker IC 801 (mit nachgeschalteter Emitterfolgerausgangsstufe I 900) so miteinander verknüpft, daß das positiv und das negativ gleichgerichtete U _RW2-Signal MP 34 gefiltert und positiv verstärkt dargestellt wird. Die Verstärkung kann durch den Widerstandsabgleich der parallel geschalteten Widerstände R 936 und R 940 eingestellt werden. Beim Differenzverstärker ist wichtig, daß die Eingangswiderstände symmetrisch sind, dabei gilt:

R 931 parallel zu R 932 parallel zu
(R 935 + R 936 parallel zu R 940) = R 933 parallel zu R 934 und R 932 = R 933.

Die Widerstände R 927, R 928 und die Parallelschaltung von R 929 und R 930 bilden einen niederohmigen Spannungsteiler (daher bei der Symmetriebetrachtung vernachlässigbar), wodurch der Gleichspannungsanteil der Ausgangspannung an MP 34 eingestellt werden kann.

Da die Widerstände R 932 = R 933 sehr viel größer als die Durchschaltewiderstände des CMOS-Schalters sind, können deren Streuungen und Driften vernachlässigt werden.

Durch die symmetrische Widerstandsbeschaltung der beiden Eingänge von IC 801 werden die Eingangsstromdriften minimiert. C 913 und C 912 sind so gewählt, daß die Filterung des positiven und negativen Eingangssignals symmetrisch ist. Dies ist dann der Fall, wenn der Ausgangsspannung an MP 34 ein symmetrisches Wechselspannungssignal mit der doppelten Frequenz des Dreiecksoszillators überlagert ist.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß an MP 34 ein Gleichspannungssignal erscheint, das proportional zum Induktivitätsverhältnis L/Lo ist.

Schaltung 70 zur Erkennung der minimalen Amplitude (Fig. 1 und Fig. 4)

Dieser Schaltungsteil hat die Aufgabe, die an den Eingang IC 700 angepaßte Wechselspannungsamplitude des Dreieckssignals U _RW2 mit der Triggerschwelle an IC 900 (Pin 9) zu vergleichen. Im Normalbetrieb überschreitet das angepaßte Dreiecksignal die Vergleichsschwelle während der positiven Halbwelle. Dann wird der Ausgangstransistor des IC 900 (mit Open-Kollektorstufe) durchgeschaltet und C 910 über R 922 schnell entladen. Wird die Vergleichsschwelle vom Dreiecksignal wieder unterschritten, wird C 910 über R 923 relativ langsam geladen. Das Ergebnis ist ein "Low"-Pegel an MP 29.

Im Fehlerfall bleibt die Dreiecksamplitude immer unterhalb der Vergleichsschwelle. Als Folge davon liegt an MP 29 ein "High"-Pegel.

Das RC-Glied R₁, C₁ hat die Aufgabe, bei Unterschreitung der minimalen Amplitude Störungen herauszufiltern, damit der Fehler sicher erkannt werden kann.

Folgende Fehler werden durch diesen Schaltungsteil erkannt:

a) Kurzschluß der Geberleitungen RW 0, RW 1 und RW 2 mit der Plus- oder Minus-Batterieleitung;
b) Leitungsschluß zwischen RW 2 und RW 1.

Schaltung 80 zur Erkennung der Regelabweichung (Fig. 1, Fig. 4)

Über den Widerstand R 947 wird das Signal am Minuseingang des IC 903 mit einer Referenzspannung (MP 41) verglichen, die etwas tiefer liegt als der Gleichspannungsarbeitspunkt IC 903.

Im Normalbetrieb ist der Ausgang des IC 905 (pin 8, 9, 14) (Open-Kollektor-Ausgangsstufe) "High". MP 40 liegt auf der stabilisierten Spannung U _Stab.

Über einen weiteren Komparator IC 905 (pin 10, 11, 13) wird aus diesem Signal ein "Low"-Signal gebildet.

Als Fehler werden Signale am Minus-Eingang IC 903 erkannt, die statisch oder periodisch die Referenzsspannung an MP 41 unterschreiten. Eine einmalige, kurzzeitige Störung wird durch das RC-Glied R 945, C 915 herausgefiltert.

Bei periodischer negativer Regelabweichung an IC 903 (pin 3) wird C 915 durch den Ausgangsstransistor des IC 905 (8, 9, 14) der Kondensator C 915 entladen, die Vergleichsschwelle am pin 11 des IC 905 wird unterschritten und die Spannung an MP 39 geht auf "High".

Folgende Fehler werden durch diesen Schaltungsteil erkannt:

a) Leitungsschluß zwischen RW 0 und RW 1,
Leitungsschluß zwischen RW 0 und RW 2;
b) Unterbrechung von RW 0 oder RW 1 oder RW 2.

Sicherheitsaufschaltung (zum phasenselektriven Gleichrichter 60 führende Pfeile in Fig. 1)

Die Fehlersignale an MP 39 und MP 29 werden über die Dioden D 909 bzw. D 906 gemäß Fig. 4 auf die Basis von T 900 gekoppelt. Wenn also eines der beiden Signale oder beide zusammen auf "High" liegt, schaltet T 900 die Spannung U _Stab auf den MP 34 durch. Wenn beide Fehlersignale auf "Low" liegen, sind diese durch die Dioden D 909 bzw. D 906 von der Basis des T 900 abgekoppelt.

Wenn diese L/Lo-Auswerteschaltung das Meßsystem eines Stellregelkreises ist, wie z. B. des Regelkreises zur Regelstangenpositionierung einer elektronischen Einspritzpumpe, so wird die Regelstange bei den obengenannten Fehlerfällen auf Stopp-Lage eingestellt.

Bei der erfindungsgemäßen Auswerteschaltung ergeben sich folgende Vorteile:

a) Der Dreiecksoszillator 10 ist in einem großen Temperaturbereich temperaturstabil, trotz Einsatz von kostengünstigen Bauelementen. So wird die Drift der Komparatorschaltzeit durch gezieltes Ausnützen der Drift der Sättigungsspannung des Komparatorausgangstransistors und durch gezielten Einsatz von Kohleschicht- und Metallfilmwiderständen weitgehend kompensiert.
b) Durch eine geeignete Dämpfungsbeschaltung des L/Lo-Verstärkers ist es möglich, die Geberleitung RW 1 mit einem Filter, das einen Kondensator enthält, zu filtern, ohne daß das Auswertesystem schwingt. Maßgebend für die Dämpfung sind R 948 und C 907.
c) Beim phasenselektiven Gleichrichter 60 wird nur ein einziger Operationsverstärker für die Gleichrichtung der positiven und der negativen Amplitude des Dreiecksignals verwendet; der Operationsverstärker IC 801 wird also zweifach genutzt. Die Widerstandsbeschaltung dieses OP ist exakt symmetrisch. Diese beiden Maßnahmen ergeben eine geringere Temperaturdrift für die Auswertespannung U _X ≈ L/Lo.
d) Durch Verwendung eines CMOS-Schalters wird die phasenselektive Gleichrichtung mit kostengünstigen Bauelementen bei geringer Temperaturdrift realisiert.
e) Die beschriebene Ausführung der Ausgangsstufe des Gleichrichters 60 läßt eine Aufschaltung von beliebig vielen Signalen zu (siehe Fig. 1).
In Fig. 3 sind die logischen Signale der Erkennungsschaltung 70 der minimalen Amplitude und der Regelabweichung 80 auf die Gleichrichter-Ausgangsstufe aufgeschaltet.
f) Die Komparatorschaltung 70 zur Erkennung der minimalen Amplitude ist sehr genau einstellbar und hat ein definiertes Ausgangssignal.
g) Statische und periodische Störsignale am Reglereingang des L/Lo-Verstärkers 50 (IC 903, pin 3) werden von der Erkennungsschaltung 80 für die Regelabweichung erkannt, wobei einmalig kurze Störsignale ausgeblendet werden.
h) Das verwendete Sicherheitskonzept vermeidet eine Selbstverriegelung (siehe Fig. 1); deshalb ist die Schaltung wieder einsatzbereit, wenn die Fehler nicht mehr auftreten.
i) Alle Fehler führen im geschlossenen Regelkreis zu einem Abschalten eines Stellwerks und damit zu einem sicheren Zustand (Stopplage)
k) Folgende Fehler werden erkannt:
- 1) Kurzschluß der Geberleitungen RW 0, RW 1 und RW 2 gegen Batterie-Pulsleitung Batterie-Minusleitung;
- 2) Kurzschluß der Geberleitungen untereinander;
- 3) Leitungsbruch der einzelnen Geberleitungen.
l) Die Geberanschlußpins RW 0, RW 1 und RW 2 sind kurzschlußfest gegen Batterieplus und Batterieminus.
m) Insgesamt ist die Schaltung temperaturstabil mit kostengünstigen Bauelementen.

Claims

1. Auswerteschaltung für einen induktiven Weggeber mit zwei auf einem gemeinsamen Eisenkern sitzenden Spulen, von denen die eine eine feste Vergleichsinduktivität Lo hat und die andere in ihrer Induktivität L veränderbar ist mit Hilfe eines Kurzschlußringes, der einen der Schenkel des Eisenkerns umschließt und entlang diesem Schenkel in Abhängigkeit von dem zu messenden Weg verstellbar ist, und mit einem Oszillator, der eine Dreieckspannung liefert, von welcher die beiden in Reihe liegenden Spulen versorgt werden, dadurch gekennzeichnet, daß an einen L/Lo-Verstärker ein phasenselektiver Gleichrichter angeschlossen ist, der von einem im Takt des Dreieckoszillators arbeitenden Taktgenerator gesteuert wird.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dreiecksoszillator zwei integrierte Schaltkreise (IC 900, IC 801) umfaßt und von dem Ausgang (pin 1) des zweiten Schaltkreises (IC 801) zum Pluseingang (pin 13) des ersten Schaltkreises (IC 900) zwei Widerstände (R 913), R 909) führen, die bezogen auf einen vom Ausgang des ersten Schaltkreises (IC 900) zu dessen Pluseingang führenden Widerstand (R 904) kompensiert im Driftverhalten sind durch Auswahl als Metallfilm- und Kohlewiderstände.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichspannungs-Arbeitspunkt des Dreiecksoszillators (10) und des L/Lo-Verstärkers (50) vom selben Widerstandsteiler (R 900, R 901, R 902) abgeleitet ist.