DE4220761C2 - Kraftfahrzeugsensoranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftfahrzeugsensor­ anordnung für das Ausgangssignal eines Sensors vor der Auswertung des Sensorausgangssignals für Kraftfahrzeug- oder Industrieanwendungen und insbesondere, wenn auch nicht aus­ schließlich, für einen induktiven Tachogenerator.

Ein früherer Vorschlag für eine Kraftfahrzeuganwendung zum Ankoppeln und Formen eines Signals von einem induktiven Tachogeneratorsensor 2 für eine Mikrocomputereinheit (MCU) 4, die das Sensorsignal auswertet, ist in Fig. 5 gezeigt. Ein Widerstandsnetzwerk 6, das mit einer Vorspannung V verbunden ist, stellt dem Tachogenerator einen Vorspannungspunkt von V/2 zur Verfügung. Das Netzwerk 6 bildet zusammen mit Kondensatoren 8 ein Tiefpaßfilter zum Filtern und Dämpfen des Ausgangsspannungssignals des Sensors 2, welches zwischen einigen mV und einigen hundert Volt schwankt. Der Sensor 2 ist über ein verdrilltes Drahtpaar 10 mit der MCU 4 verbunden. Die MCU 4 enthält angepaßte Widerstände 12, Puffer 14 und einen Spannungskomparator 16. Die angepaßten Widerstände 12 sind vorgesehen, um sicherzustellen, daß es keine Spannungsverschiebung zwischen den beiden Eingängen gibt, aber es ist schwierig die Anpassung der Widerstände sowohl hinsichtlich ihrer relativen Werte als auch hinsichtlich ihrer Absolutwerte bezüglich des Widerstandsnetzwerks 6 sicherzustellen. Zusätzlich gibt es das Problem, daß die Temperatur des Tachogenerators 2 und der angrenzenden Schaltkreise von der der MCU 4 verschieden sein kann, was zu weiteren Ungenauigkeiten führt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen ein­ fachen und zuverlässigen Signalformschaltkreis für einen Kraftfahrzeugsensor zur Verfügung zu stellen, der es ermög­ licht, Gleichspannungsverschiebungen zwischen den Eingängen des Kraftfahrzeugsensors und einer auswertenden MCU automa­ tisch anzupassen.

Diese und weitere Aufgaben werden durch den in den bei­ gefügten Patentansprüchen definierten Sensor gelöst.

Insbesondere stellt die vorliegenden Erfindung eine Kraftfahrzeugsensoranordnung zur Verfügung, die einen Kraft­ fahrzeugsensor, der über erste und zweite Drähte mit einer Sensorsignalauswertevorrichtung verbunden ist, und eine Si­ gnalformschaltkreisvorrichtung mit einer ersten Gattervor­ richtung, die zum Bereitstellen eines Betriebsvorspannungssignals über den ersten Draht für den Sensor angeschlossen ist, und mit einer zweiten Gattervorrichtung ähnlicher Konstruktion wie die erste Gattervorrichtung umfaßt, die in derselben Umgebung montiert ist wie die erste Gattervorrichtung, wobei die zweite Gattervorrichtung mit dem zweiten Draht der Lei­ tungsvorrichtung verbunden ist, um das Ausgangssignal des Sensors aufzunehmen, so daß das Betriebsvorspannungssignal eine vorgegebene Beziehung zur Schaltpunktspannung der zwei­ ten Gattervorrichtung aufweist.

Vorzugsweise bilden die erste und zweite Gattervorrich­ tung zusammen mit der Auswertevorrichtung Teil eines einzigen integrierten Schaltkreises, zum Beispiel einer Mikrocomputereinheit (MCU) oder eines Prozessorchips.

Ein besonderer Vorteil entsteht, wenn die Gatter auf ei­ nem Prozessorchip gebildet sind, da solche Chips inhärent im Hinblick auf logische Gatter entworfen sind im Gegensatz zu analogen Komponenten (wie etwa angepaßte Widerstände), und daher sind die Merkmale des Gatters wohlverstanden und für die anderen Teile des Schaltkreises geeignet.

Vorzugsweise ist das erste Gatter so ausgeführt, daß es mittels einer Widerstandsrückkopplungsverbindung zwischen dem Ausgangsanschluß und dem Eingangsanschluß einen Spannungspegel von etwa der Hälfte der Versorgungsspannung erzeugt. Ein derartiger Spannungspegel ist etwa der Mittelpunkt der Schaltcharakteristik des zweiten Gatters.

Vorzugsweise sind die ersten und zweiten Gatter einzelne Transistoren auf der Basis der wohlbekannten CMOS- oder HC- MOS-Technologie, die eine Transferfunktion mit dem Schalt­ punkt für das logische Gatter bei etwa der halben Versor­ gungsspannung besitzen. Die Steigung der Transferfunktion gibt eine Leerlaufspannungsverstärkung für den Inverter von etwa 30 dB. Unter Verwendung dieser Eigenschaft ist es mög­ lich, einen Analogverstärker mit HCMOS-Transistoren bei Kenntnis der 180°-Phasendifferenz zwischen Eingang und Aus­ gang zu bauen. Die Verbindung des Ausgangs des Inverters mit seinem Eingang führt zu einem Rückkopplungsverstärker mit geschlossener Schleife mit einem Arbeitspunkt in der Mitte der Transferfunktion, der in der Nähe der halben Versorgungsspannung liegt.

Eine wichtige Eigenschaft ist, daß die HCMOS-Gatter auf demselben Chip denselben Gleichspannungswert für die Trans­ ferfunktion besitzen. Der als Analogverstärker ausgebildete Gatterinverter erzeugt einen Gleichspannungswert der iden­ tisch mit dem Spannungswert der Transferfunktion des als De­ tektor ausgeführten Gatters ist. Diese Technik erlaubt eine automatische Anpassung der Gleichspannungsverschiebungen. Der Gleichspannungswert der Transferfunktion steht im Verhältnis mit der Versorgungsspannung (VDD), und die Driftspannung der Transferfunktion in Abhängigkeit von der Temperatur der Gatterinverter auf dem Chip bewegt sich in dieselbe Richtung. Diese Technik beseitigt die Notwendigkeit für angepaßte Widerstände und einen Komparator, die mehr Platz auf dem Silizium benötigen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen be­ schrieben.

Fig. 1 ist ein Schaltkreisdiagramm eines bevorzugten Si­ gnalformschaltkreises nach der vorliegenden Erfindung für eine Kraftfahrzeuganwendung.

Die Fig. 2 bis 4 sind Kurven der Transferfunktionen der in der vorliegenden Erfindung verwendeten Invertergatter.

Fig. 5 ist ein Schaltkreisdiagramm einer bekannten Si­ gnalformanordnung für einen Tachogenerator für eine Automobilanordnung.

In Fig. 1 ist ein Signalformschaltkreis für eine Kraft­ fahrzeuganwendung nach der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei dem ein Tachogenerator 20 mit einem inneren Widerstand Rt über ein verdrilltes Drahtpaar mit ersten und zweiten Drähten 22, 24 und über Tiefpaßfilter 26, 28 mit Widerständen Ry, C und R, Ci mit den Eingangsanschlüssen Ps, Po einer Mikrocomputereinheit 30 verbunden ist. Die MCU- Einheit umfaßt einen Bezugsspannungsverstärker 32 mit einem invertierenden HCMOS-Transistorgatter 33, das in einer Widerstandsrückkopplungsschleife mit einem Widerstand Ra verbunden ist.

Eine derartige Anordnung erzeugt eine Ausgangsspannung mit einem Pegel von der Hälfte der an das Gatter angelegten Versorgungsspannung. Also wird, wie in Fig. 2 gezeigt, die mit einem Invertergatter verbundene Widerstandrückkopplungs­ schleife eine Ausgangsspannung an einem Punkt in der Mitte zwischen den beiden Schaltzuständen des Gatters, also bei etwa der halben Versorgungsspannung erzeugen. Der Bezugsspannungsverstärker wird von einem 3-Zustandspuffer 34 kontrolliert, das mit einer ersten Testflagvorrichtung 36 und einer Überprüfungsflagvorrichtung 38 zur Kontrolle des Verstärkers 32 verbunden ist. Der erste Draht 22 des verdrillten Paares ist mit einem Eingangsanschluß Ps und dann mit einem Schmitt-Trigger 39, der zwei Invertergatter 40, 42 mit einer Widerstandsrückkopplungsschleife Rf umfaßt, und dann mit einer Detektorgatter 44 mit einer ähnlichen Struktur wie das Gatter 33 verbunden.

Im Betrieb erzeugt der Ausgang des Bezugspannungsver­ stärkers 32 die Betriebsgleichspannung, die für den Tachoge­ nerator und den Schmitt-Trigger notwendig ist, über die Drähte und die Tachoeinheit.

Die Widerstände R und Ry dienen verschiedenen Zwecken:

• 1. Der Wert des Widerstandes R in Verbindung mit dem Wert des Kondensators C bilden ein Rc-Filter mit 6 dB pro Oktave, das in dieser Art von Anwendung verwendet wird, da man weiß, daß die Tachoeinheit eine Ausgangsspannung proportional zu seiner Drehgeschwindigkeit erzeugt.
• 2. Der Wert der Widerstände R und Ry schützt die MCU ge­ gen eine hohe Transientenspannung oder eine elektrostatische Spannungsentladung durch Begrenzung des durch die Anschlüsse Po und Ps fließenden Stroms.
• 3. Der addierte Wert der Widerstände R und Ry wird bei der Berechnung der Spannungshysterese mit dem internen Widerstand Rf eingeführt.

Der Kondensator Ci kann zum Schutz der MCU gegen von der Tachoeinheit aufgefangenes elektromagnetisches Rauschen ver­ wendet werden.

Ein 3-Zustandspuffer 34 wird verwendet, um zu überprü­ fen, ob die Drähte nicht mit der Erde oder der Versorgungs­ spannung kurzgeschlossen sind. Bei Setzen des Flags TF wird der 3-Zustandspuffer angeschaltet, was den Ausgang des Be­ zugsspannungsverstärkers in Abhängigkeit von dem logischen Pegel des Flags CF in den logischen Eins- (+V) oder Nullzu­ stand (0 V) zwingt. Durch Überwachen des an dem Ausgang des Schmitt-Triggers (DATEN EIN) erhaltenen logischen Pegels un­ ter Verwendung einer exklusiven logischen Funktion weiß die MCU, ob die Drähte in einem guten Zustand sind oder nicht.

Fig. 3 zeigt die Schaltcharakteristik des Gatters als Funktion der Versorgungsspannung, und Fig. 4 zeigt die Transferfunktion des Gatters als Funktion der Temperatur. Diese Figuren zeigen, daß der Betrieb des Schaltkreises relativ unabhängig von der Versorgungsspannung und der Temperatur ist.

Claims (8)

1. Kraftfahrzeugsensoranordnung, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst:
einen Kraftfahrzeugsensor (20), der über erste und zweite Drähte (22, 24) mit einer Sensorsignalauswertevorrichtung (30) verbunden ist, und
eine Signalformschaltkreisvorrichtung mit:
einer ersten Gattervorrichtung (33), die zum Bereitstellen eines Betriebsvor­ spannungssignals über den ersten Draht für den Sensor angeschlossen ist, und mit
einer zweiten Gattervorrichtung (44) ähnlicher Konstruktion wie die erste Gattervorrichtung, die in derselben Umgebung montiert ist wie die erste Gattervorrichtung, um automatisch Gleichspannungsverschiebungen der ersten und zweiten Gattervorrichtung anzupassen, wobei die zweite Gatter­ vorrichtung mit dem zweiten Draht der Leitungsvorrichtung verbunden ist, um das Ausgangssignal des Sensors aufzunehmen, so dass das Betriebs­ vorspannungssignal eine vorgegebene Beziehung zur Schaltpunktspannung der zweiten Gattervorrichtung aufweist.

2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die erste und zweite Gattervorrichtung (33, 44) in einem gemeinsamen integrierten Schaltkreis gebildet sind.

3. Sensoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der integrierte Schaltkreis die Sensorsignalauswer­ tevorrichtung umfaßt.

4. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die erste Gattervorrichtung (33) eine Wider­ standrückkopplungsverbindung (Ra) zwischen ihren Eingang und ihrem Ausgang besitzt, um eine Ausgangsgleichspannung zwi­ schen den Ausgangsspannungspegeln der Schaltzustände des Gatters zu erzeugen.

5. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die erste und zweite Gattervorrichtung (33, 44) je­ weils einen MOS-Transistor umfassen.

6. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß sie eine Schmitt-Trigger-Vorrichtung (40, 42) um­ faßt, die zwischen dem zweiten Draht und der zweiten Gatter­ vorrichtung (44) angeordnet ist.

7. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie Prozessorflagvorrichtungen (TF, CF) zum Auslösen der ersten Gattervorrichtung (33) umfaßt.

8. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie erste und zweite RC-Tiefpaßfilter (26, 28) umfaßt, die mit den ersten und zweiten Drähten verbunden sind.