DE3335270A1

DE3335270A1 - Signal processing system for motor vehicles

Info

Publication number: DE3335270A1
Application number: DE19833335270
Authority: DE
Inventors: Günter Dipl.-Ing. 7257 Ditzingen Hönig
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1983-09-29
Filing date: 1983-09-29
Publication date: 1985-04-18
Also published as: JPS6091723A

Abstract

A signal processing system is presented which converts an analog signal into a digital signal. The analog signal is expressed by a potential difference. For the processing, a capacitor is charged up and the charge voltage is compared with the potential difference. The resultant charging time of the capacitor is used as a measure of the value of the analog signal. Such a signal processing system is particularly suitable for evaluation of the measurement voltage conveyed by a hot wire which is installed in an airflow meter in motor vehicles. <IMAGE>

Description

Signalaufbereitungssystem für KraftfahrzeugeSignal conditioning system for motor vehicles

Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Signalaufbereitungssystem nach der Gattung des Hauptanspruchs.PRIOR ART The invention is based on a signal processing system according to the genre of the main claim.

Zum Steuern neuzeitlicher Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen, seien sie nun vom Einspritzertyp oder vom Vergasertyp, werden in zunehmendem Maß elektronische Steuergeräte verwendet. Dazu gehören sowohl die entsprechenden Sensoren als auch die Mikrocomputer oder Mikroprozessoren, die die von den Sensoren gelieferten Signale verarbeiten und die Brennkraftmaschine entsprechend steuern. Die Steuergeräte bemessen beispielsweise die zugeführte Kraftstoffmenge auch nach der Luftmasse, die die Brennkraftmaschine benötigt. Die von der Brennkraftmaschine zur Verbrennung des Kraftstoffs benötigte Luft wird durch ein Ansaugrohr zugeführt. Die zugeführte Luftmasse wird daher üblicherweise im Ansaugrohr gemessen, als Sensor dafür hat sich eine Hitzdrahtmeßvorrichtung als einfaches und betriebssicheres Instrument bewährt. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine wird durch den Hitzdraht ein elektrischer Strom geschickt. Der Hitzdraht erwärmt sich im Ruhezustand auf eine bestimmte Temperatur. Läuft die Brennkraftmaschine und saugt sie Luft an, so kühlt die durch das Ansaugrohr strömende Luft den im Ansaugrohr angeordneten Hitzdraht ab. Durch die Abkühlung sinkt auch der Widerstand des Hitzdrahts. Der Strom durch den Hitzdraht wird nun üblicherweise so lange erhöht, bis der Hitzdraht wieder die Temperatur annimmt, die er in ruhender Luft hatte.For controlling modern internal combustion engines in motor vehicles, whether they are of the injector type or the carburetor type, are becoming increasingly common electronic control devices used. This includes both the corresponding sensors as well as the microcomputers or microprocessors that are supplied by the sensors Process signals and control the internal combustion engine accordingly. The control units measure for example the amount of fuel supplied the air mass required by the internal combustion engine. The one from the internal combustion engine The air required to burn the fuel is supplied through an intake pipe. The supplied air mass is therefore usually measured in the intake pipe, as a sensor a hot wire measuring device has proven to be a simple and reliable instrument for this purpose proven. When the internal combustion engine is operating, the hot wire creates an electrical Sent electricity. The hot wire heats up to a certain temperature when it is idle. If the internal combustion engine is running and it sucks in air, it cools through the intake pipe flowing air from the hot wire arranged in the suction pipe. By cooling off the resistance of the hot wire also decreases. The current through the hot wire is now usually increased until the hot wire returns to temperature, that he had in still air.

Um den Hitzdraht über den durch ihn geschickten Strom wieder auf die gleiche Temperatur wie zuvor zu steuern, muß die Potentialdifferenz über dem Hitzdraht gemessen werden. Üblicherweise wird in Serie mit dem Hitzdraht ein Festwiderstand angeordnet und der Spannungsabfall über diesen Widerstand gemessen. Üblich sind weiter Brückenschaltungen, deren einer Zweig durch den Hitzdraht gebildet wird und in denen dann die Diagonalspannung gemessen wird.To get the hot wire back onto the To control the same temperature as before, the potential difference across the hot wire must be be measured. A fixed resistor is usually used in series with the hot wire arranged and measured the voltage drop across this resistor. Are common further bridge circuits, one branch of which is formed by the hot wire and in which the diagonal voltage is then measured.

Die gemessene Potentialdifferenz steht in jedem Fall also in Form eines Analogwerts zur Verfügung. Mit einem solchen Analogwert kann aber ein Mikrocomputer oder ein Mikroprozessor nichts anfangen. Die Meßspannung muß dem jeweiligen Rechner in Form einer Zahl zur Verfügung gestellt werden. Und eine Zahl wird ihrerseits wieder durch eine bestimmte Zahl von Impulsen oder durch bestimmte Impulsfolgen dargestellt. Das Problem ist also, eine Potentialdifferenz in eine Impulsfolge umzuwandeln. Dies geschieht in einem Signalaufbereitungssystem.The measured potential difference is always in the form of an analog value is available. With such an analog value, however, a microcomputer or a microprocessor do nothing. The measuring voltage must that the respective computer can be made available in the form of a number. And a number is in turn by a certain number of impulses or by certain Pulse trains shown. So the problem is converting a potential difference into a To convert pulse train. This is done in a signal processing system.

Als ein geeignetes Signalaufbereitungssystem hat sich das VCO (voltage controlled oszillator)-Verfahren eingebürgert. Dabei wird ein Oszillator, nämlich ein Impulsgenerator, von der Meßspannung derart verstimmt, daß die Ausgangsfrequenz und damit die Zahl der in einer bestimmten Zeit abgegebenen Impulse proportional der Meßspannung ist. Dieses Verfahren ist naturgemäß recht aufwendig und verlangt ein präzises Arbeiten des Oszillators. Die verwendeten Bauelemente müssen äußerst geringe Toleranzen aufweisen. Eine kleine Ungenauigkeit in der Umsetzung der analogen Meßspannung in die - analoge - Oszillatorfrequenz ergibt am Ausgang des Impuls generators - der digital arbeitet - eine große Abweichung im aufbereiteten Signal. Bei der Auswertung der von einem Hitzdraht in einem Luftmassenmesser gelieferten Meßspannung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bewirkt eine Abweichung von vier Millivolt bereits eine Ä-Verschiebung von 1 L/O und damit eine im allgemeinen unzulässige Verschlechterung der Abgaswerte.The VCO (voltage controlled oscillator) process. It uses an oscillator, namely a pulse generator, detuned from the measuring voltage in such a way that the output frequency and thus the number of pulses emitted in a certain time is proportional the measuring voltage is. Naturally, this procedure is quite complex and demanding precise work of the oscillator. The components used must be extremely have low tolerances. A small inaccuracy in the implementation of the analog Measurement voltage in the - analog - oscillator frequency results at the output of the pulse generator - who works digitally - a large deviation in the processed signal. In the Evaluation of the measuring voltage supplied by a hot wire in an air mass meter for controlling an internal combustion engine causes a deviation of four millivolts already a-shift of 1 L / O and thus a generally inadmissible one Deterioration in exhaust gas values.

Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße System mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß mit Hilfe eines einfachen Analog-Digital-Wandlers über einen Integrier- oder Zählvorgang, zweckmäßigerweise über eine Kondensatoraufladung,eine genaue Erfassung der Meßspannung möglich ist. Die Aufladung des Kondensators wird mit einfachen Bauelementen zu definierten Zeitpunkten gestartet und gestoppt, die Zeitdifferenz zwischen Starten und Stoppen der Kondensatoraufladung dient als genaues Maß für-den Wert des Analogsignals.Advantages of the invention The system according to the invention with the characterizing Features of the main claim has the advantage that with the help of a simple Analog-to-digital converter via an integration or counting process, expediently via a capacitor charge, an accurate detection of the measuring voltage is possible. The charging of the capacitor can be defined with simple components Times started and stopped, the time difference between starting and stopping the capacitor charge serves as an exact measure of the value of the analog signal.

Ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Systems ist die Möglichkeit, die Meßspannung zu entzerren. Die von einem Hitzdraht vermittelte Meßspannung weist in Abhängigkeit von der Hitzdrahttemperatur einen logarithmischen Verlauf auf. Der Verlauf der Ladespannung über einem Kondensator, der aufgeladen wird, ist dagegen exponentiell. Durch die Überlagerung der beiden Kurven ergibt sich ein im wesentlichen linearer Zusammenhang.A great advantage of the system according to the invention is the possibility to equalize the measurement voltage. The measuring voltage conveyed by a hot wire has a logarithmic curve depending on the hot wire temperature. Of the The curve of the charging voltage across a capacitor that is being charged is against it exponentially. The superposition of the two curves essentially results in a linear relationship.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Signalaufbereitungssystems bei seiner Anwendung auf einen Luftmassenmesser ist die große Empfindlichkeit bei der Messung von kleinen Luftmengen. Bei kleinen durch das Ansaugrohr strömenden Luftmassen wird der Hitzdraht nur wenig abgekühlt, demzufolge ist auch die Potentialdifferenz nur gering. Im erfindungsgemäßen Aufbereitungssystem wird der zur Messung verwendete Kondensator nur während einer kurzen Zeit aufgeladen, der Verlauf der Ladespannung liegt also im steilen Bereich der Exponentialfunktion und damit in einem Bereich großer Empfindlichkeit.The particular advantage of the signal conditioning system according to the invention when applied to an air mass meter, the great sensitivity is at the measurement of small amounts of air. With small ones flowing through the suction pipe The hot wire is only slightly cooled down by air masses, hence the potential difference only slightly. In the processing system according to the invention, the is used for the measurement Capacitor charged only for a short time, the course of the charging voltage is therefore in the steep range of the exponential function and thus in one range great sensitivity.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Signalaufbereitungssystems erzielbar.The measures listed in the subclaims are advantageous Developments and improvements of the signal processing system specified in the main claim achievable.

Zum Darstellen des Analogwerts durch eine digitale Zahl kann in vorteilhafter Weise ein Impulsgenerator mit konstanter Impulsfolgefrequenz verwendet werden.To represent the analog value by a digital number can be advantageous Way a pulse generator with constant pulse repetition frequency can be used.

Beim Start der Kondensatoraufladung wird dann einfach mit der Zählung der Impulse begonnen, die Zählung der Impulse wird beim Stoppen der Kondensatoraufladung beendet.When the capacitor starts to charge, it is then simply counted of the impulses started, the counting of the impulses is started when the capacitor charging is stopped completed.

Eine weitere Empfindlichkeitserhöhung für kleine Luftmassen ist durch das Vertauschen zweier Anschlüsse im Ladekreis möglich. Durch weitere Abwandlungen des Aufbereitungssystems können die Einflüsse von Restspannungen und Leckströmen eliminiert werden.Another increase in sensitivity for small air masses is through it is possible to swap two connections in the charging circuit. Through further modifications the processing system can reduce the effects of residual voltages and leakage currents be eliminated.

Durch eine Schaltungsvariante kann die Komparator-Vergleichs spannung unabhängig vom Luftfluß gemacht werden.The comparator comparison voltage can be made independent of the air flow.

Wird das SignalauSbereitungssystem mit wenigen zusätzlichen Bauelementen ausgestattet, so kann der Meßbereich in theoretisch beliebig viele Teilbereiche unterteilt werden. Für jeden Teilbereich wird dann die hohe Empfindlichkeit der Anfangskurve der Kondensatoraufladung ausgenutzt. Erreichen läßt sich damit eine fast beliebig hohe Genauigkeit über den gesamten Meßbereich.Is the signal processing system with a few additional components equipped, the measuring range can theoretically be divided into any number of sub-ranges be subdivided. The high sensitivity of the The initial curve of the capacitor charge is used. This can be used to achieve a almost unlimited accuracy over the entire measuring range.

Wird der Kondensator über den Ladewiderstand auch entladen, so läßt sich auch der Start der Aufladung äußerst präzise festlegen.If the capacitor is also discharged via the charging resistor, then it can be the start of charging can also be set extremely precisely.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.Further advantages emerge from the following description.

Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Figur 1 zeigt die Grundversion des erfindungsgemäßen Signalaufbereitungssystems, die Figuren 2 bis 6 stellen Abwandlungen und weitere Ausführungsbeispiele des Systems vor.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description. Figure 1 shows the basic version of the signal processing system according to the invention, FIGS through 6 introduce modifications and further exemplary embodiments of the system.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele In der Grundversion nach Figur 1a soll die Potentialdifferenz über einem Hitzdrahr 11 an.dessen Anschlüssen 12 und 13 gemessen werden. Das System umfaßt als ein wichtiges Element einen Kondensator 14, der einerseits an Masse und andererseits über einen Vorwiderstand 15 an eine Referenzspannungsquelle 16 angeschlossen ist.Description of the exemplary embodiments In the basic version according to FIG 1a is intended to show the potential difference across a hot wire 11 at its connections 12 and 13 can be measured. The system includes a capacitor as an important element 14, on the one hand to ground and on the other hand via a series resistor 15 to a Reference voltage source 16 is connected.

Dieses andere die Ladespannung führende Ende 17 des Kondensators 14 liegt an einem Eingang eines ersten Komparators 18. Der Ausgang des ersten Komparators 18 ist mit einem Anschluß 19 eines Mikrocomputers 21 verbunden, der Mikrocomputer 21 ist Bestandteil des erfindungsgemäßen Systems. Der Kondensator 14 ist durch die Arbeitsstrecke eines Schalters 22 überbrückt, der Schalter 22 kann aus dem Mikrocomputer 21 über einen zugehörigen Anschluß 23 des Mikrocomputers 21 gesteuert werden. Der Anschluß 24 des Mikrocomputers 21 ist zur Weitergabe des aufbereiteten Signals an einen Zentralrechner gedacht. Am anderen Eingang des ersten Komparators 18 liegt der Ausgang eines Operationsverstärkers 25 zur Differenzbildung. Die beiden Eingänge des Operationsverstärkers 25 sind über Entkopplungswiderstände 26 und 27 an die Anschlüsse 12 und 13 angeschlossen. Die nicht näher bezeichneten Bauelemente und Anschlüsse dienen zur üblichen Beschaltung und zum an sich üblichen Betrieb der Bauelemente des Systems.This other end 17 of the capacitor 14 which carries the charging voltage is at an input of a first comparator 18. The output of the first comparator 18 is connected to a terminal 19 of a microcomputer 21, the microcomputer 21 is part of the system according to the invention. The capacitor 14 is through the Working path of a switch 22 bridged, the switch 22 can be from the microcomputer 21 can be controlled via an associated connection 23 of the microcomputer 21. Of the Terminal 24 of the microcomputer 21 is used to forward the processed signal a central computer. At the other input of the first comparator 18 is located the output of an operational amplifier 25 for forming the difference. The two entrances of the operational amplifier 25 are via decoupling resistors 26 and 27 to the Connections 12 and 13 connected. The unspecified components and Connections are used for the usual wiring and for the usual operation of the Components of the system.

Der Kondensator 14 wird über den Ladewiderstand i5 nach dem Öffnen des Schalters 23 durch den Mikrocomputer 21 aufgeladen. Die Ausgangsspannung des ersten Komparators 18 am Anschluß 19 besitzt zunächst den Logikzustand H. In dem Moment, wo das Potential 17 am Kondensator das Potential 28 am Ausgang des Operationsverstärker25 übersteigt, schaltet der erste Komparator 18 seinen Ausgang auf denLogikzustand L um. Die Zeit differenz zwischen dem Öffnen des Schalters 22 und dem Stoppen der Aufladung des Kondensators 14 wird vom Mikrocomputer 2i ausgezählt. Im Mikrocomputer 21 erhält man beispielsweise eine Zahl Z.The capacitor 14 is via the charging resistor i5 after opening of the switch 23 is charged by the microcomputer 21. The output voltage of the first comparator 18 at terminal 19 initially has the logic state H. In the Moment when the potential 17 at the capacitor the potential 28 at the output of the operational amplifier25 exceeds, the first comparator 18 switches its output to the logic state L around. The time difference between opening the switch 22 and stopping the Charge of the capacitor 14 is counted by the microcomputer 2i. In the microcomputer For example, 21 you get a number Z.

Bedingt durch die Aufladung des Kondensators 14 besteht ein nichtlinearer Zusammenhang U28 = Ui7 Ui6 ' (1-exp(-t/T) Z o~ t = T ln(U16/(U16 U28) daraus ergibt sich für die Empfindlichkeit dZ T dU28 U16 - U28 Aus dieser Beziehung kann man erkennen, daß sich durch die Signalaufbereitung mit dem erfindungsgemäßen System im wesentlichen eine Linearisierung des Zusammenhangs zwischen der Potentialdifferenz 12-13 über dem Hitzdraht 11 und dem vom Mikrocomputer 2i über den Anschluß 24 an den Zentralrechner abgegebenen Zahl Z ergibt.Due to the charging of the capacitor 14, there is a nonlinear Correlation U28 = Ui7 Ui6 '(1-exp (-t / T) Z o ~ t = T ln (U16 / (U16 U28) results from this for the sensitivity dZ T dU28 U16 - U28 From this relationship one can see that the signal processing with the system according to the invention essentially a linearization of the relationship between the potential difference 12-13 over the hot wire 11 and that from the microcomputer 2i via the connection 24 to the central computer given number Z results.

In Figur ib ist eine Abwandlung der in Figur la vorgestellten Grundversion gezeigt. Die Abwandlung unterscheidet sich von der'ursprünglichen Version lediglich dadurch, daß die Anschlüsse des aus dem Kondensator 14, dem Ladewiderstand 15 und dem Schalter 22 bestehenden Ladekreises vertauscht sind. Der Ladewiderstand 15 ist nun an Masse gelegt, der Kondensator 14 liegt mit seinem einen Ende an der Referenzspannungsquelle 16.In Figure ib is a modification of the basic version presented in Figure la shown. The modification only differs from the original version in that the connections of the capacitor 14, the charging resistor 15 and the switch 22 existing charging circuit are swapped. The charging resistor is 15 now connected to ground, one end of the capacitor 14 is connected to the reference voltage source 16.

Mit der Anwandlung der Grundversion erzielt man eine Empfindlichkeitserhöhung für kleine Luftmengen. Eine Berechnung der Empfindlichkeit ergibt die Beziehung dZ ~ ~ T = ~ dU28 U28 Bei der abgewandelten Grundversion tritt die maximale Impulsfrequenz auch bei der maximalen Luftmenge auf.With the adaptation of the basic version, an increase in sensitivity is achieved for small amounts of air. Calculating the sensitivity gives the relationship dZ ~ ~ T = ~ dU28 U28 In the modified basic version, the maximum pulse frequency occurs even at the maximum air volume.

Die abgewandelte Grundversion erlaubt die Verwendung eines kleineren Kondensators 14 und eines kleineren Ladewiderstands 15 und damit eine Kosteneinsparung.The modified basic version allows the use of a smaller one Capacitor 14 and a smaller charging resistor 15 and thus a cost saving.

Figur 2 zeigt eine geänderte Version des erfindungsgemäßen Signalaufbereitungssystems. Der Operationsverstärker 25 ist nun eingespart, der Kondensator 14 wird direkt aus der Klemme 12 der Analogsignalquelle 11 über den Ladewiderstand 15 aufgeladen. Der Ladewiderstand 15 dient gleichzeitig als Entkopplungswiderstand. Der Schalter 22 über dem Kondensator 14 ist als ein Transistor 22 ausgebildet. Der andere Eingang. des ersten Komparators liegt über eine Widerstandskombination 31 am anderen Anschluß 13 der Analogspannungsquelle 11. Die Kombination 31 enthält als ein wesentliches Bauelement eine Zenerdiode 32 die mit einem Widerstandsspannungsteiler 33, 34 überbrückt ist. Der andere Eingang des ersten Komparators 18 ist an den Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen 33, 34 angeschlossen. Die Anode der Zenerdiode 32 liegt am anderen Anschluß 13 der Analogsignalquelle 11, die Kathode der Zenerdiode 32 über einen Vorwiderstand 35 an einer höheren festen Spannung 36, beispielsweise an der Batteriespannung des Kraftfahrzeugs. Auch der Ausgang 19 des ersten Komparators kann - wie auch bei der Grundversion - über einen Vorwiderstand 37 und gegebenenfalls über entsprechende Siebmittel an der Fests.pannungsquelle 36 liegen.FIG. 2 shows a modified version of the signal conditioning system according to the invention. The operational amplifier 25 is now saved, the capacitor 14 is directly off the terminal 12 of the analog signal source 11 is charged via the charging resistor 15. Of the Charging resistor 15 also serves as a decoupling resistor. The switch 22 A transistor 22 is formed above the capacitor 14. The other entrance. of the first comparator is connected to the other terminal via a resistor combination 31 13 of the analog voltage source 11. The combination 31 contains as an essential Component a zener diode 32 those with a resistive voltage divider 33, 34 is bridged. The other input of the first comparator 18 is at the connection point connected between the two resistors 33, 34. The anode of the zener diode 32 is connected to the other connection 13 of the analog signal source 11, the cathode of the Zener diode 32 via a series resistor 35 at a higher fixed voltage 36, for example on the battery voltage of the motor vehicle. Also the output 19 of the first comparator can - as with the basic version - via a series resistor 37 and if necessary are connected to the fixed voltage source 36 via appropriate screen means.

Die Aufladung des Komparators 14 erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel direkt aus der Analogsignalquelle 11. Die Vergleichsspannung am ersten Komparator 18 ergibt sich aus dem Analogsignalpotential 13 zuzüglich der Zenerspannung der Zenerdiode 32 und zuzüglich eines Teils der Festspannung 36. Die Vergleichsspannung am ersten Komparator ist im wesentlichen unabhängig vom Luftfluß. Die. Anforderungen an den ersten Komparator 18 sind geringer als bei der Grundversion, außerdem kann der Operationsverstärker 25 eingespart werden.The comparator 14 is charged in this exemplary embodiment directly from the analog signal source 11. The comparison voltage at the first comparator 18 results from the analog signal potential 13 plus the Zener voltage of the Zener diode 32 and plus part of the fixed voltage 36. The comparison voltage at the first comparator is essentially independent of the air flow. The. requirements at the first comparator 18 are less than in the basic version, in addition, can the operational amplifier 25 can be saved.

In Figur 3 ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel die Analogsignalquelle 11 mit ihrem einen Anschluß 12 an den einen Eingang eines zweiten Operationsverstärkers 41 und mit ihrem anderen Anschluß 13 an den einen Eingang eines dritten Operationsverstärkers 49 angeschlossen.In Figure 3, the analog signal source is in a further embodiment 11 with its one connection 12 to one input of a second operational amplifier 41 and with its other connection 13 to one input of a third operational amplifier 49 connected.

Der Ausgang des Operationsverstärkers 41 ist an einen Eingang eines zweiten Komparators 43 gelegt, an diesen einen Eingang ist auch der Anschluß 17 des Ladekreises 29 angeschlossen. Der andere Eingang des zweiten Komparators 43 liegt an einer Vergleichsspannungsquelle 44.The output of the operational amplifier 41 is connected to an input of a The second comparator 43 is placed, and the terminal 17 is also connected to this one input of the charging circuit 29 connected. The other input of the second comparator 43 is applied to a comparison voltage source 44.

Der Ausgang des Operationsverstärkers 41 ist über den Widerstand 45 mit dem anderen Eingang des Operationsverstärkers 41 verbunden. Der Ausgang des zweiten Operationsverstärkers 42 ist über einen Widerstand 46 mit dem anderen Eingang des Operationsverstärkers 42 verbunden1 weiter liegt dieser andere Eingang über einen Widerstand 47 an Masse. Der andere Eingang des Operationsverstärkers 41 ist über einen Widerstand 48 mit dem Ausgang des zweiten Operationsverstärkers 42 verbunden. Der Ausgang des Komparators 43 ist an einen Anschluß 49 des Mikrocomputers 21 angeschlossen.The output of the operational amplifier 41 is via the resistor 45 connected to the other input of the operational amplifier 41. The outcome of the second operational amplifier 42 is connected to the other input via a resistor 46 of the operational amplifier 42 is connected to this other input a resistor 47 to ground. The other input of the operational amplifier 41 is connected to the output of the second operational amplifier 42 via a resistor 48. The output of the comparator 43 is connected to a connection 49 of the microcomputer 21.

Zwischen dem anderen Eingang des Operationsverstärkers 41 und zugehörigen Anschlüssen 51, 52 des Mikrocomputers 21 liegen beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 zwei Reihenschaltungen aus je einem Entkopplungswiderstand 53, 54 mit einem niederohmigen Treiber 55, 56. Die niederohmigen Treiber sind zweckmäßigerweise als CMOS-Buffer ausgebildet.Between the other input of the operational amplifier 41 and associated Connections 51, 52 of the microcomputer 21 are in the embodiment according to FIG 3 two series circuits each comprising a decoupling resistor 53, 54 with a low-resistance one Drivers 55, 56. The low-resistance drivers are expediently used as CMOS buffers educated.

Mit diesem Schaltkreis läßt sich eine erhebliche Empfindlichkeitssteigerung erzielen. Der gesamte Bereich der von der Analogsignalquelle 11 gelieferten Potentialdifferenz 12-13 wird zunächst im Operationsverstärker 41 und dem Operationsverstärker 42 verstärkt und dann entsprechend der Zahl der Treiber 55, 56, ... aufgeteilt.With this circuit, a considerable increase in sensitivity can be achieved achieve. The entire range of the potential difference supplied by the analog signal source 11 12-13 is first amplified in the operational amplifier 41 and the operational amplifier 42 and then divided according to the number of drivers 55, 56, ...

Sind beispielsweise zwei niederohmige Treiberstufen nach der Art des Treibers 53, 54, 51 vorgesehen, so wird der Potentialdifferenzbereich in vier Abschnitte unterteilt. Die Aufteilung erfolgt vorzugsweise so, daß lauter Abschnitte mit gleicher Steigung der Ladespannung des Kondensators 14 entstehen. Wird dann der Kondensator immer im Bereich von 0 bis 2,5 Volt aufgeladen, so läßt sich mit zwei Treibern 55, 56 ein Bereich von 0 bis 10 Volt überstreichen. Beträgt die Potentialdifferenz 6 Volt, so spielt der Vergleichskreis mit dem Komparator i3 die Abschnitte der Reihe nach durch.For example, are two low-resistance driver stages of the type Driver 53, 54, 51 is provided, the potential difference area is divided into four sections divided. The division is preferably made so that louder sections with the same Increase in the charging voltage of the capacitor 14 arise. Then becomes the capacitor always charged in the range of 0 to 2.5 volts, two drivers 55, 56 a Cover the range from 0 to 10 volts. Is the potential difference 6 volts, the comparison circle with the comparator i3 plays the sections of the series after through.

Der an den Anschluß 49 des Mikrocomputers 21 angeschlossene Vergleichskreis mit dem Komparator 43 steuert über die Anschlüsse 51, 52 usw. die Treiber 55, 56 usw.The comparison circuit connected to the terminal 49 of the microcomputer 21 with the comparator 43 controls the drivers 55, 56 via the connections 51, 52 etc. etc.

an. Im genannten Beispiel wird dann der Bereich, der von 5 Volt bis 7,5 Volt reicht, eingeschaltet.at. In the example mentioned, the range is then from 5 volts to 7.5 volts is enough, switched on.

Im Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist der Schalter 22 durch eine Reihenschaltung der Schaltstrecken von zwei Transistoren 61, 62 ausgebildet. Die Steuerstrecken der beiden Transistoren 61, 62 sind in zweckmäßiger Schaltungstechnik miteinander gekoppelt und an den Anschluß 23 des Mikrocomputers 21 angeschlossen. Am einen Eingang des ersten Komparators 18 liegt die gesiebte Ausgangsspannung 28 des Operationsverstärkers 25, am anderen Eingang die Ladespannung 17 des Kondensators 14. Der andere Eingang des ersten Komparators 18 ist weiter mit dem einen Eingang des dritten Komparators 63 verbunden; der andere Eingang des dritten Komparators 63 liegt über einen zweckdienlichen Spannungsteiler beispielsweise an der Referenzspannungsquelle 16. Der Ausgang des Komparators 63 ist an einen Anschluß 64 des Mikrocomputers 21 angeschlossen.In the embodiment of Figure 4, the switch 22 is through a Series connection of the switching paths of two transistors 61, 62 is formed. the Control paths of the two transistors 61, 62 are in appropriate circuit technology coupled to one another and connected to the connection 23 of the microcomputer 21. The filtered output voltage 28 is applied to one input of the first comparator 18 of the operational amplifier 25, at the other input the charging voltage 17 of the capacitor 14. The other input of the first comparator 18 is next to the one input of the third comparator 63; the other input of the third comparator 63 is connected, for example, to the reference voltage source via an appropriate voltage divider 16. The output of the comparator 63 is connected to a connection 64 of the microcomputer 21 connected.

Durch die Reihenschaltung der Schaltstrecken der beiden Transistoren 61, 62 wird der Leckstrom eines Schalters 22 auf einen unbedeutenden Wert reduziert. Weiter wird mit Hilfe des Komparators 63 mit der Zeitmessung erst dann begonnen, wenn die Ladespannung 17 am Kondensator einen definierten unteren Wert erreicht hat. Zweckmäßigerweise geht man dazu so vor, daß man mit Hilfe der Transistoren 61, 62 den Kondensator 14 über einen Entladewiderstand 65 entlädt; wenn das Potential 17 am Kondensator 14 einen durch den Referenzeingang des Komparators 63 bestimmten Wert erreicht hat, wird die Entladung durch den Komparator 63 über den Eingang 74 des Mikrocomputers 21 gestoppt und damit mit der Aufladung des Kondensators 14 begonnen. Gleichzeitig beginnt die Zeit zählung. Sobald das Potential 17 am am Kondensator 14 gleich dem Potential 28 am Ausgang des Operationsverstärkers 25 und damit gleich der Potentialdifferenz an der Analogsignalquelle 11 ist, wird die Zeitzählung beendet. Auf diese Weise erhält man zusätzlich zu der definierten Ladung des Kondensators 14 auch eine definierte Entladung des Kondensators 14, ohne daß die.Restspannung oder der Leckstrom eines Schalters 22 in die Messung mit eingehen würde.By connecting the switching paths of the two transistors in series 61, 62, the leakage current of a switch 22 is reduced to an insignificant value. Furthermore, the time measurement is only started with the aid of the comparator 63 when when the charging voltage 17 at the capacitor reaches a defined lower value Has. Appropriately, one proceeds in such a way that one with the help the Transistors 61, 62 discharge the capacitor 14 through a discharge resistor 65; when the potential 17 at the capacitor 14 is through the reference input of the comparator 63 has reached a certain value, the discharge by the comparator 63 is over the input 74 of the microcomputer 21 stopped and thus with the charging of the capacitor 14 started. The time counting starts at the same time. As soon as the potential is 17 on the Capacitor 14 equal to the potential 28 at the output of the operational amplifier 25 and so that is equal to the potential difference at the analog signal source 11, the time counting completed. In this way one receives in addition to the defined charge of the capacitor 14 also a defined discharge of the capacitor 14 without the residual voltage or the leakage current of a switch 22 would be included in the measurement.

Im Ausführungsbeispiel nach Figur 5 ist ein Zusatztransistor 66 vorgesehen, der zweckmäßigerweise in thermischem Kontakt mit dem als Schalter 22 dienenden Transistor 22 gebracht ist. Weiter ist ein vierter Operationsverstärker 67 vorgesehen, dessen einer Eingang an einer Festspannung und dessen anderer Eingang, zweckmäßigerweise über einen Vorwiderstand, an der Referenzspannungsquelle 16 liegt. Der andere Eingang des Operationsverstärkers 67 ist über einen Arbeitswiderstand 68 an die Arbeitsstrecke des Zusatztransistors 66 angeschlossen, die Arbeitsstrecke des Zusatztransistors 65 ist weiter über einen Widerstand 69 mit dem einen Eingang des Operationsverstärkers 25 verbunden.In the exemplary embodiment according to FIG. 5, an additional transistor 66 is provided, which is expediently in thermal contact with the transistor serving as switch 22 22 is brought. A fourth operational amplifier 67 is also provided, its one input to a fixed voltage and its other input, expediently Via a series resistor to which reference voltage source 16 is connected. The other entrance of the operational amplifier 67 is connected to the working path via a working resistor 68 of the additional transistor 66 connected, the working path of the additional transistor 65 is further connected via a resistor 69 to one input of the operational amplifier 25 connected.

Der Zusatztransistor 66 ist immer durchgeschaltet.The additional transistor 66 is always switched on.

Der Schalter-Transistor 22 ist für die Aufladung des Kondensators 14 zuständig. Um die Sättigungsspannung des Zusatztransistors 66 wird das Ausgangspotential 28 des Operationsverstärkers 25 angehoben. Gleichzeitig wird aber auch das von der Referenzspannungsquelle 16 kommende Potential um die Sättigungsspannung des Zusatztransistors 66 angehoben. Dadurch, daß das Meßpotential und das Referenzpotential um den gleichen Betrag angehoben werden, wird die Restspannung des Schalter-Transistors 22 kompensiert.The switch transistor 22 is for charging the capacitor 14 responsible. The output potential is around the saturation voltage of the additional transistor 66 28 of the operational amplifier 25 is raised. At the same time, however, this is also done by the Reference voltage source 16 coming potential around the saturation voltage of the additional transistor 66 raised. Because the measurement potential and the reference potential are around the same Amount are increased, the residual voltage of the switch transistor 22 is compensated.

Ein letztes Ausführungsbeispiel ist in Figur 6 dargestellt. Vom Anschluß 23 des Mikrocomputers 21, der den Schalter 22 steuert, führt die Schaltstrecke eines weiteren niederohmigen Treibers 71 über den Ladewiderstand 15 zum Ladeanschluß 17 des Kondensators 14. Der Anschluß 17 ist weiter mit dem einen Eingang des Komparators 43 verbunden, der andere Eingang des Komparators 43 liegt wieder an einer Festspannungsquelle 44 oder 16. Der niederohmige Treiber 71 ist zweckmäßigerweise wieder als CMOS-Buffer ausgebildet.A final exemplary embodiment is shown in FIG. From the connection 23 of the microcomputer 21, which controls the switch 22, performs the switching path of a further low-resistance driver 71 via the charging resistor 15 to the charging connection 17 of the capacitor 14. The connection 17 is further connected to the one input of the comparator 43 connected, the other input of the comparator 43 is again connected to a fixed voltage source 44 or 16. The low-resistance driver 71 is expediently again as a CMOS buffer educated.

Die Aufladung und die Entladung des Kondensators 14 erfolgt über eine Umschaltung des Treibers 71, der seinerseits durch den Mikrocomputer 21 gesteuert ist.The charging and discharging of the capacitor 14 takes place via a Switching of the driver 71, which in turn is controlled by the microcomputer 21 is.

Der zweite Komparator 43 besitzt eine feste Schwelle und legt damit den unteren oder oberen Startpunkt fest.The second comparator 43 has a fixed threshold and thus sets the lower or upper starting point.

Der Kondensator 14 wird mit Hilfe des Treibers 71 abwechselnd entladen und aufgeladen. Entladen wird der Kondensator 14 auf das Potential, das durch das aus der Referenzspannungsquelle 16 gewonnene Potential 44 definiert ist. Aufgeladen wird der Kondensator 44 auf den Wert, der durch das Ausgangspotential 28 des Operationsverstärkers 25 definiert ist. Gemessen wird die Zeit der Aufladung zwischen dem unteren Wert 44 und dem oberen Wert 28. Es sei darauf hingewiesen1 daß eine Erweiterung der Schaltung, also eine Unterteilung des Meßbereichs, mit Hilfe von weiteren zweiten Komparatoren 43 möglich ist.The capacitor 14 is alternately discharged with the aid of the driver 71 and charged. The capacitor 14 is discharged to the potential indicated by the Potential 44 obtained from reference voltage source 16 Are defined is. The capacitor 44 is charged to the value given by the output potential 28 of the operational amplifier 25 is defined. The charging time is measured between the lower value 44 and the upper value 28. It should be noted1 that an extension of the circuit, so a subdivision of the measuring range, with The help of further second comparators 43 is possible.

Bei den Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Signalaufbereitungssystems ist stets ein Kondensator 14 als Integrator eingesetzt. Selbstverständlich ist es möglich, statt eines Kondensators einen beliebigen anderen Integrator oder beispielsweise einen - digitalen -Zähler zu verwenden. Ein Kondensator dürfte jedoch eines der einfachsten Elemente sein, mit dem sich eine Integration durchführen läßt. In the exemplary embodiments of the signal processing system according to the invention, a capacitor 14 is always used as an integrator. It is of course possible to use any other integrator or, for example, a digital counter instead of a capacitor. However, a capacitor is likely to be one of the simplest elements to integrate with.

Claims

Signal processing system for motor vehicles Patent claims r signal processing system, in particular for application to that of a hot wire in an air mass meter Measurement voltage output in motor vehicles, which is an analog, generally through a potential difference expressed, signal in a digital, preferably by a corresponding number of pulses expressed, converted and converted with a signal Microcomputer for evaluation in connection, characterized by the following Characteristics: - It is an integrator, possibly designed as a counter (14) provided, - the integrating process / counting process is carried out at a predeterminable start time started, - the current integration value / numerical value is then continuously with the Analog signal value (ii) compared as soon as the integration value / numerical value is the same the analog signal value, the integration process / counting process is stopped, - the The time difference between start and stop serves as a measure for the analog signal value.

2. System according to claim 1, characterized by the following features: - the integrator is designed as a capacitor (14), to a predetermined start time is started with the charging of the capacitor (14), the instantaneous potential difference across the capacitor (14) is equal to the potential difference (12-13) compared to the analog signal source (11) - if the potential differences are equal the charging of the capacitor (i4) is stopped, - time difference between start and Stop serves as a measure for the value of the analog signal (12-13).

3. System according to claim 2, characterized by the following features to form a charging circuit (29): - the capacitor (14) is at one end (17) connected to a reference voltage source (.16) via a charging resistor (15), - the capacitor (14) is bridged with a switch (22), - the switch (22) can be set non-conductive by the microcomputer (21) at the start time, - the charging voltage leading terminal (17) of the capacitor (14) is at an input of a first Comparator (18), - with the output potential (28) of the first comparator (18) the pulse counting in the microcomputer (21) can be ended at the stop time.

System according to claim 3, characterized by the following features: the two connections (12, i3) of the analog signal source (11) are connected via decoupling resistors (26, 27) at the inputs of an operational amplifier (25) - the The output of the operational amplifier (95) is at the other input of the first comparator (18).

5. System according to claim 3 or 4, characterized by the following features: one connection (12) of the analog signal source (11) is directly connected to an input of the first comparator (18), - the capacitor (14) is from the one terminal (12) of the analog signal source (11) charged, the decoupling resistor (26) serves as a charging resistor (15), - between the other input of the first comparator (18) and the other connection (13) of the analog signal source (11) are a voltage reference diode (32) and possibly further components (33, 34, 35) placed, - the other input of the first comparator (18) is also at least via a series resistor (34, 35) connected to a fixed voltage source (36).

6. System according to one of claims 3 to 5, characterized by the following Features: - the first comparator is divided by a second (41) and a third (42) Replaces operational amplifier, - is an input of the second amplifier (41) with one (12) and an input of (42) is connected to the other (13) of the Analog signal source (11) connected, - the other inputs of the second (4i) and the third (42) amplifiers are - possibly via further components (46, 47, 48) - at the exit at least of a low-resistance driver (55, 56) connected, - the input / inputs of at least one low-resistance Drivers (55, 56) are from an associated input (51, 52) of the microcomputer (21) controllable, - the microcomputer (21) is a comparison circuit with a second Upstream comparator (43), one input of which is connected to the output of the second Amplifier (41) is connected and its second input to a comparison voltage (44) is, - with the second comparator (43) is the / are the low resistance (s) Drivers (55, 56) controllable.

7. System according to one of claims 3 to 6, characterized by the following Features: - The switch (22) is essentially designed as a series connection of the working sections formed by two transistors (61, 62), - the live connection (17) the switch (61, 62, 65) is connected to an input of a third comparator (63), - The other input of the third comparator (63) is connected to an input of the first Comparator (18) connected, - via the output of the third comparator (63) and the microcomputer (21) are the times for the start and stop of the charging circuit (29) controllable.

8. System according to one of claims 2 to 6, wherein the switch (22) is designed as a controllable switching path of a transistor, characterized by the following features: - an additional transistor (66) is provided, - the reference voltage source (16) used to charge the capacitor (14) a fourth operational amplifier (67) is connected downstream - the fourth amplifier (67) and the first amplifier (25) are on the working path of the additional transistor (66) controllable, - the switching path of the transistor serving as switch (22) is - via the charging resistor (15) - to the output of the fourth amplifier (67) connected.

9. System according to one of claims 6 to 8, characterized by the following Features: - the charging of the capacitor (14) by a reference voltage source is controllable by charging via another from the microcomputer (21) replaces the low-resistance driver (71), - the charging voltage (17) on the capacitor (14) is compared with the reference voltage (16) via the second comparator (43), - The capacitor (14) is also discharged via the other low-resistance one Driver (71), - the pulse count is when there is equipotentiality at the inputs of the second comparator (43) started and when there is equipotentiality at the inputs of the first comparator (18) stopped.

10. System according to one of the preceding claims, characterized in that that the microcomputer (21) a pulse generator for generating a continuous Sequence of pulses with a constant pulse repetition frequency includes and the time difference between starting and stopping the charging of the capacitor (14) the falling number of pulses serves as a measure for the value of the analog signal (12-13).

11. System according to one of claims 3 to 10, characterized in that the connections of the reference voltage source (16) and ground are interchanged in the charging circuit (29).