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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft allgemein Systeme zum Erfassen einer Bedingung
an mehreren Orten und insbesondere Systeme zum Konditionieren von mehreren
Sensierelementen mit einer gemeinsamen elektronischen Schaltung.
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Hintergrund der Erfindung
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Viele
Anwendungen erfordern das Erfassen einer Bedingung wie etwa Druck,
Beschleunigung, Drehmoment und Kraft an mehreren Orten. Beispielsweise
bei Kraftfahrzeugen weist das elektrohydraulische Brems- oder EHB-System
im Allgemeinen sechs Orte auf, die ein Erfassen des Fluiddrucks
erfordern. Eine Druckerfassung wird an jedem Rad für eine Bremskraftregelung,
an einem Ort zum Erfassen der Fahrzeugführereingabe und am Druckspeicher zum
Erfassen des Reservedrucks des Systems benötigt. Die Hydraulikerfassungspunkte
werden alle durch die Hydrauliksteuereinheit oder HCU gesteuert,
die eine Systemsteuereinheit, d. h. einen Mikroprozessor, aufweist,
sodass es ein Element gibt, in dem all die verschiedenen Hydraulikkreisdrücke erfasst
werden. Die Bereitstellung von sechs eigenständigen Drucksensoren mit vollständiger Aufbereitungs- bzw. Konditionierungselektronik
hat eine geeignete Funktionsweise zur Folge, sie führt aber
auch zu Kosten für
den gesamten Drucksensor, die im Vergleich zu den Kosten der übrigen Systemkomponenten
höher als
erwünscht
sind.
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Das
US-Patent 5,005,142 schafft
ein System zum Multiplexen und Aufbereiten bzw. Konditionieren mehrerer
analoger Sensorsignale und zum Umsetzen dieser analogen Signale
in digitale Signale.
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Das
US-Patent 5,095,453 schafft
ein System zum Aufbereiten bzw. Konditionieren und Multiplexen analoger
Signale, wobei jeder Signalweg seine eigene Aufbereitungs- bzw.
Konditionierungsschaltung aufweist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Deshalb
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein zuverlässiges bedingungsempfindliches
Sensiersystem zu schaffen, das noch preiswerter als das oben erwähnte System
des Standes der Technik ist. Noch eine weitere Aufgabe ist die Schaffung
eines relativ preiswerten, genauen und zuverlässigen Sensiersystems, das
auf Druck, Beschleunigung, Drehmoment, Kraft und dergleichen anspricht,
und zwar bei einem verbesserten, preiswerten Verfahren zum Konditionieren
von bedingungsempfindlichen Sensierelementen.
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Kurzgefasst:
In einem gemäß der Erfindung hergestellten
bedingungsempfindlichen Sensiersystem sind mehrere Sensierelementen
an einen ASIC angeschlossen, wobei die Ausgabe jedes ausgewählten Sensierelements
durch analoges Multiplexen an einen gemeinsamen Signalkonditionierungs-Schaltungspfad
weitergeleitet wird. Das Sensierelementsignal wird durch die Signalkonditionierungsschaltung
des ASIC in der Weise konditioniert, dass eine partielle Konditionierung
bereitgestellt wird, die grundlegende Kalibrierungsdaten umfasst. Die
vollständigen
Kennzeichnungsdaten für
alle Sensierelemente sind im nichtflüchtigen Speicher des ASIC gespeichert
und werden auf Befehl an eine Host-Steuereinheit, z. B. einen Mikroprozessor,
gesendet, um entsprechende mathematische Operationen auszuführen, die
für die
zusätzliche
Kompensation sorgen, die erforderlich ist, um die Signalkonditionierung
zu vollenden. Gemäß einem
Merkmal der Erfindung schließt
der ASIC einen Diagnoseschaltungspfad ein, um Sensierelement- und
Sensierelementverbindungsstörungen
zu diagnostizieren. Gemäß einem
weiteren Merkmal sind in dem ASIC ein erstes und zweites unveränderliches
Test-Sensierelement ausgebildet, um ASIC-Störungen zu diagnostizieren.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung können
die Sensierelemente aus einzelnen Dehnungsmessbrücken gebildet sein, die dem
Fachmann bekannt sind, wie etwa Siliciumwiderstandsbrücken, die
mit Glasmaterial, dass bei hohen Temperaturen gebrannt wurde, an
eine Membran geklebt sind und für
eine Anordnung in einem Fluiddruckanschluss ausgelegt sind. Wenn
es druckbeaufschlagt wird, gelangt das Fluid in den Druckanschluss,
und die Membranen und Brücken
werden eine elastische Dehnung erfahren. Da die Widerstände in der
Brücke
aus Silicium hergestellt sind, legen sie einen piezoresistiven Effekt
an den Tag, der sich in einer Änderung
ihres ohmschen Widerstands äußert, wenn
sie eine Dehnung erfahren. Durch Anlegen einer Spannung an die Brücke ergibt
sich eine kleine Spannungsänderung
am Brückenausgang. Bei
der beschriebenen Ausführungsform
ist eine Schaltung für
sechs Sensierelemente gezeigt; es ist jedoch klar, dass die Schaltung
modifiziert werden kann, um sie an mehr oder weniger Sensierelemente, wie
gewünscht,
anzupassen.
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Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform, die
beschrieben ist, wird durch einen elektronisch programmierbaren
Widerstand in Reihe mit der Dehnungsmessbrücke eine Brücken-Vorspannung bereitgestellt.
Der Widerstand kann entweder auf einen spezifischen Wert eingestellt
sein, um ein Temperatursignal von der Brücke abzuleiten, oder er kann
auf null eingestellt sein, um die Brücke mit der vollen Versorgungsspannung
vorzuspannen. Die Auswahl des Vorspannungs-Widerstandswertes erfolgt über eine Auswahl
eines Registerwertes. Die Erzeugung des Temperatursignals nutzt
den Temperaturkoeffizienten des Brückenwiderstands (TCR: Temperature
Coefficient of Resistance (engl.)), um einen Spannungsteiler mit
einem programmierbaren Widerstand zu bilden, der einen TCR aufweist,
der niedrig/null ist. Die Ableitung des Temperatursignals durch
diese Mittel erfolgt herkömmlich.
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Gemäß der Erfindung
arbeitet die Brücken-Konditionierungsschaltung
jeweils mit einer Brücke;
deshalb sind Mittel zum Umschalten der Brücken-Vorspannung und jedes
Brückenausgangs
auf den Konditionierungsschaltungseingang vorgesehen. Dies wird über Analogmultiplexer
zu Wege gebracht. Die Eingabe in die Konditionierungsschaltung wird
durch drei Registerwerte gesteuert. Alle Brücken sind jederzeit mit einem
Anschluss des ASIC verbunden. Neben den sechs Drucksensoreingängen umfasst
die Schaltung auch zwei Vergleichsbrücken. Sie werden über die
Analogmultiplexer-Register zwecks Testung für eine Schaltungsdiagnose ausgewählt. Die
Funktion der Vergleichsbrücken
wird nachstehend näher
erläutert.
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Durch
Steuern entsprechender Register wird eine elektronisch programmierbare
Offset- und Verstärkungsfaktor-Korrektur
des Signals proportional zum Druck bereitgestellt. Diese minimale
Kalibrierung ist erforderlich, um den Ausgangsbereich des Drucksignals
zu maximieren, um den größtmöglichen Eingangsbereich
des Analog/Digital-Umsetzers (ADU) zu nutzen. Bei dieser Vorgehensweise
kann die Bitauflösung
des ADU-Blocks auf das kleinste akzeptable Niveau vermindert werden,
wodurch sich die Größe und die
Kosten dieses Schaltungselements verringern. Optional sind Eingangs-Tiefpassfilter
vorgesehen, um Hochfrequenz-Rauschquellen (z. B. Störstrahlung)
zu dämpfen,
und am Ausgang der elektronisch programmierbaren Verstärkerstufen sind
optional Tiefpassfilter vorgesehen, um das System so zuzuschneiden,
dass es kundenspezifischen Frequenzgangkurven folgt.
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Diagnosefunktionen
werden durch zwei Abschnitte der Schaltung verwirklicht. Der erste
ist eine Sensierelement-Diagnoseschaltung, welche
- • ein bezüglich des
Offsets korrigiertes und verstärktes
Signal liefert, das proportional zur Summe der Signale der ausgewählten Brückenausgänge ist.
Idealerweise ist die Ausgabe der Sensierelement-Diagnoseschaltung
druck- und temperaturunabhängig,
und deshalb können Änderungen
bei diesen Parametern genutzt werden, um Sensierelement-Fehler (z.
B. Brückenparameterdrift
oder Hardwarefehler) anzuzeigen. Es wird ein Systemvergleich der
kompensierten Ausgabe mit dem zur Zeit der Fertigung gespeicherten
Wert durchgeführt,
um zu bestimmen, ob die Leistungsfähigkeit des Sensierelements
nachgelassen hat. Auf Grund von Fertigungstoleranzen wird es eine Druck-
und Temperaturabhängigkeit
geben, welche die Genauigkeit des Sensierelement-Diagnosesignals
und das Vermögen,
Fehler auf Systemebene zu erfassen, vermindern wird. Die Verwendung
des Druck- und Temperatursignals von der ausgewählten Brücke durch das System liefert
ein Mittel zum Korrigieren von druck- und temperaturabhängigen Sensierelement-Diagnosesignal-Fehlern,
wodurch eine genauere Analyse und eine feinere Fehlerdetektion möglich sind.
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Der
zweite Abschnitt der Schaltungsanordnung stellt die Diagnosefunktion,
eine erste und eine zweite Vergleichsbrücke bereit:
- • Die Funktion
der Vergleichbrücken
ist die Eingabe eines festen Brückensignals,
proportional zu 0 bzw. zum Brückenausgabe-Endwert.
Druck-, Temperatur- und Sensierelement-Diagnose-Signale werden zur
Zeit der Fertigung kalibriert und in den nichtflüchtigen Speicher des ASIC gespeichert.
Wenn die Testbetriebsarten aktiviert sind, kann das System die Druck-,
Temperatur- und Sensierelement-Diagnose-Ausgangssignale analysieren,
die Ausgangssignale mit den zur Zeit der Fertigung gespeicherten
Werten vergleichen und bestimmen, ob sich die Leistungsfähigkeit
der Schaltung verschlechtert hat oder eine Funktionsbeeinträchtigung
vorliegt. Die Verwendung der 0- und Endwert-Vergleichsbrücken nimmt
den vollen Arbeitsbereich aller Schaltungspfade in Anspruch, wodurch
für eine
umfassende Diagnosefähigkeit
gesorgt ist.
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Es
wird eine Digitalportfunktion bereitgestellt, um Daten an den Host
oder an die Systemsteuereinheit zu senden oder Daten davon zu empfangen.
Die Systemsteuereinheit gibt einen Befehl in die Konditionierungselektronik
ein, die wie derum die mittels der Steuereinheit angeforderte Funktion
erfüllt. Beispielsweise
kann die Steuereinheit Druckinformationen vom Sensierelement 2 anfordern.
Der digitale Port empfängt
den Befehl, und ein Logiksteuerungsblock prüft (z. B. durch Paritätsprüfung) und
decodiert den Befehl. Der Logiksteuerungsblock setzt dann die korrekten
Multiplexer-Schaltstellungen fest, lädt die entsprechenden Registerwerte,
wartet auf die Stabilisierung des Analogsignalpfads, triggert eine
Analog/Digital-Umsetzung, lädt
die Ausgabe des Analog/Digital-Umsetzers in den digitalen Port und
weist den digitalen Port an, die angeforderten Informationen zu
senden. Es sind kombinierte Anweisungen implementiert, um zu einem
bestimmten Zeitpunkt mehr als eine Einzelinformation zu liefern
(z. B. werden Druck, Temperatur und Sensierelementdiagnose ermittelt
und in einer einzigen Sendung übertragen), oder
das System kann angewiesen sein, ständig eine Datensequenz (z.
B. P1, SDC1, P2, SDC2, P3, SDC3, P4, SDC4, P5, SDC5, P6, SDC6, T1,
Wiederholung....) zu senden. Das Format der Übertragung der digitalen Daten
kann kundenspezifisch sein, um die Anforderungen des Kunden zu erfüllen.
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Um
die Komplexität
und die Kosten des Systems zu minimieren ist nur eine minimale elektronische
Kalibrierung der Druck-, Temperatur- und Diagnosesignale vorgesehen.
Der Rest der Signalkorrektur wird mit der vorhandenen Systemsteuereinheit
(z. B. Mikroprozessor) unter Verwendung zusätzlicher Koeffizienten, die
in dem ASIC gespeichert sind, ausgeführt. Bei der Kalibrierung wird
die Schaltung über eine
Steuerung der binären
Registerwerte elektronisch kalibriert, und alle digitalen Einstellwerte
werden in den nichtflüchtigen
Speicher des ASIC (z. B. EEPROM) gespeichert. Die Sensierelement-
und Schaltungsausgaben (Druck-, Temperatur- und Sensierelement-Diagnosen)
werden dann als Gesamtheit über
dem Druck und der Temperatur dargestellt, um den Betrieb über den
vollen Betriebsparameterbereich zu bestimmen. Aus diesen Testdaten
werden Koeffizienten bestimmt, die geeignet sind, die restlichen
Temperatur-, Druck- und
Diagnosesignalfehler mathematisch zu korrigieren, und in den nichtflüchtigen
Speicher des ASIC gespeichert. Die Konditionierungselektronik ist
fähig,
die Kompensationskoeffizienten an die Systemsteuereinheit zu übermitteln,
sodass sie die vorhandenen Möglichkeiten
nutzen kann, um eine hochgenaue mathematische Korrektur der Druck-,
Temperatur- und Diagnosesignale durchzuführen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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Die
Aufgaben, Vorteile und neuartigen Merkmale der Erfindung werden
umfassender verständlich
anhand der folgenden Beschreibung, wenn diese in Verbindung mit
der beigefügten
Zeichnung gelesen wird, worin
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1 eine
schematische Darstellung ist, die mehrere bedingungsempfindliche
Sensierelemente, eine Konditionierungsschaltung für mehrere
Sensierelemente in Form eines ASIC und eine Systemsteuereinheit
in Form eines Mikroprozessors zeigt;
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2 ein
schematischer Blockschaltplan des in 1 gezeigten
ASIC zum Konditionieren mehrerer Sensierelemente zusammen mit einem
als Beispiel gezeigten Sensierelement ist;
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3a, 3b ein
Initialisierungsprogramm für
die Übertragung
von Kennzeichnungsdaten vom ASIC zur Systemsteuereinheit zeigen;
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4a, 4b eine
Datensequenz für
ein Sensierelement (SE1) als ein Beispiel zeigen; und
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5a, 5b ein
Programm zur Diagnosedatenerfassung für eine Vergleichsbrücke (RB1) als
ein Beispiel zeigen.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
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Unter
besonderer Bezugnahme auf 2: Das Bezugszeichen 1 bezeichnet
ein bedingungsempfindliches Sensierelement in Form einer Brücke wie
oben beschrieben. Obwohl es als druckempfindlich beschrieben ist,
könnte
es auch verwendet werden, um andere Bedingungen zu erfassen, die
für solche
Brückenstrukturen
geeignet sind, wie etwa die Beschleunigung, das Drehmoment und die
Kraft.
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Ein
ASIC (anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis) MSC ist mit
einem ersten, zweiten und dritten 8-in-1-Analogmultiplexer 10a, 10b bzw. 10c an
seiner Anwenderschnittstelle ausgebildet. Der Multiplexer 10a hat
acht Adressenpositionen IP0 bis IP7, der Multiplexer 10b hat
acht Adressenpositionen IM0 bis IM7 und der Multiplexer 10c hat
die Adressenpositionen GD0 bis GD7. Jede Sensierelementbrücke weist
einen Brückenknoten
BRG, einen Masseknoten GND, einen Plus-Ausgangsknoten INP und einen
Minus-Ausgangknoten INM auf. Das Sensierelement 1 hat seinen
Plus-Ausgangsknoten mit IP1 des Multiplexers 10a verbunden,
seinen Minus-Ausgangsknoten mit IM1 verbunden und seinen Masseknoten
GND mit GD1 des Multiplexers 10c verbunden. Die anderen
Sensierelemente sind ebenso mit dem ASIC 10 verbunden,
wie in 1 gezeigt ist. Der Brückenspannungsknoten jedes Sensierelements
ist mittels eines elektronisch programmierbaren Vorspannungswiderstands 10d1,
der einen niedrigen Temperaturkoeffizienten aufweist, über den Knoten
BRG mit einer Spannungsquelle Vpwr verbunden.
Der elektronisch programmierbare Vorspannungswiderstand 10d1 wird
durch das Register R REG gesteuert, eine digital gesteuerte Variable,
um den Vorspannungswiderstand, der mit einer ausgewählten Sensierelementbrücke verbunden
ist, die einen verhältnismäßig hohen
Temperaturkoeffizienten hat, zu steuern, um ein Temperatursignal
abzuleiten. Selbstverständlich
könnten
bei manchen Anwendungen die Brücken
mit einem Widerstand mit dem Wert null vorgespannt sein; bei der
vorliegenden Anwendung wird jedoch ein zum Temperatursignal proportionales
Signal zur Schaltungskompensation von Temperaturfehlern verwendet.
Der genaue Widerstandswert, um jede Brücke korrekt vorzuspannen, wird zum
Kalibrierungszeitpunkt zusammen mit Offset und Verstärkungsfaktor
ausgewählt,
wie erörtert
wird. Die Brückenspannung
Vbrg wird außerdem durch Verstärker 10d2 dem
Analog/Digital-Umsetzer 10g zugeführt, wie erörtert wird.
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Die
Multiplexer 10a, 10b und 10c werden durch
zugehörige
Register MIP REG, MIM REG und MGD REG gesteuert. Ein Sensierelement
wird durch Einstellen jedes Multiplexers auf dieselbe Adressenposition
konditioniert, wobei der ausgewählte
Sensierelementbrücken-Masseknoten
an die Signalmasse angebunden wird, um das Vorspannen der Sensierelementbrücke zu vollenden.
Der Plus-Ausgang und der Minus-Ausgang werden auf einen gemeinsamen
Signalkonditionierungs-Schaltungspfad 10f multiplext. Von
einem Logiksteuerungsabschnitt 10e, der die Steuerung der
verschiedenen ASIC-Komponenten synchronisiert, wird ein Befehl ausgegeben.
Der Befehl ruft den nichtflüchtigen
Speicherabschnitt 10h ab und leitet all die Registerwerte,
die der ausgewählten
Sensierelementbrücke
entsprechen, zu allen Orten.
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Der
Signalkonditionierungs-Schaltungspfad 10f wird verwendet,
um den erfassten Parameter, in der besonders bevorzugten Ausführungsform
Druck, zu konditionieren. Die Plus- und Minus-Ausgangssignale der
Sensierelementbrücke
werden zuerst in einen Differenzverstärker 10F1 eingegeben,
wobei der Verstärkerausgang
mit einer Offset-Korrekturstufe verbunden ist, die ein Summationsnetzwerk 10f2 umfasst,
das durch das Register B REG gesteuert wird, um für eine Offset-Korrektur
proportional zur Spannung Vbrg zu sorgen,
die zu dem Signal addiert wird, um den anfänglichen Sensierelement-Offset-Fehler zu
korrigieren. Das bezüglich
des Offset-Fehlers korrigierte Signal, das proportional zum Druck
ist, wird dann einer Verstärkerstufe
zugeführt,
die einen Verstärker 10f3 mit
variablem Verstärkungsfaktor
umfasst, der durch das Register G REG gesteuert ist, wobei das resultierende
konditionierte Signal dann zu dem Analog/Digital-Umsetzer 10g durchgeschaltet
wird. Optional ist eine Tiefpassfilterung LPF am Eingang des Differenzverstärkers 10f1 vorgesehen, wie
gezeigt ist, um Eingangsrauschen zu dämpfen, und am Ausgang des Verstärkers 10f3 mit
Variablem Verstärkungsfaktor,
um die Druckempfindlichkeit an die Systemerfordernisse anzupassen.
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Der
Analog/Digital-Umsetzer 10g setzt dann all die Informationen,
die zu dem ausgewählten
Sensierelement gehören,
in ein digitales Wort um und sendet die Informationen durch den
digitalen Port 10k an die Systemsteuereinheit 12,
wie in 1 gezeigt ist. Diese Informationen weisen eine
Offset- und Verstärkungsfaktorkorrektur,
jedoch keine thermische Korrektur auf, um den ASIC zu vereinfachen und
die Kosten zu verringern. Wie weiter unten erörtert wird, sind die Daten,
die benötigt
werden, um für eine
thermische Kompensation zu sorgen, im nichtflüchtigen Speicherabschnitt 10h gespeichert,
der bei einem Befehl, der die Steuereinheit 12 mathematische
Korrekturen an dem Signal ausführen
lässt,
in die Systemsteuereinheit 12 heruntergeladen wird.
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Wenn
die Logiksteuerung 10e ein Sensierelement für die Gewinnung
eines auf den Druck reagierenden Signals auswählt, werden das Plus- und Minus-Ausgangssignal
des Sensierelements ebenfalls auf den Sensierelement-Diagnoseschaltungspfad 10m multiplext,
damit sie in einem Summierknoten 10m1 summiert werden,
wobei das summierte Signal zu einer Offset-Korrekturstufe durchgeschaltet wird,
die ein Summationsnetzwerk 10m2, proportional zum Brückentreibersignal
Vbrg und durch das Register CB REG gesteuert,
umfasst. Das bezüglich des
Offsets korrigierte Signal wird dann einer Stufe 10m3 mit
variablem Verstärkungsfaktor
zugeführt, die
durch das Register CG REG gesteuert wird.
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Vorzugsweise
wird ein Tiefpassfilter LPF verwendet, um das Verhalten der Schaltung
abzustimmen, und das Signal wird in den Analog/Digital-Umsetzer 10k eingegeben.
Dies sorgt dafür,
dass das Mittel der Informationen, welche das Plus- und Minus-Ausgangssignal
des Sensierelements liefern, unabhängig von den Eingangsparametern
von Temperatur und Druck ist, so dass es der Systemsteuereinheit
(12) möglich
ist, diese Informationen zu analysieren und zu bestimmen, ob es
irgendwelche Sensierelement- oder Sensierelementverbindungsstörungen gibt,
wodurch sich das Diagnosesignal über eine
bestimmte Grenze hinaus ändert.
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Ein
zweites Diagnosewerkzeug wird durch unveränderliche Testbrücken RB1
und RB2 geschaffen, die im ASIC selbst ausgebildet sind und derart beschaffen
sind, dass sie eine Bedingung, z. B. einen Druck von null bzw. eine
zweite Bedingung, z. B. einen Endwertdruck, simulieren. Zur Zeit
der Fertigung werden die Registerwerte des Register R REG für die Brücken RB1,
RB2 so ausgewählt,
dass dann, wenn die Adresse 0 für
die Testbrücke
RB1 gewählt
ist oder die Adresse 7 für die Testbrücke RB2
gewählt
ist, die entsprechenden Brücken
mit den entsprechenden Registerwerten über den Temperaturschaltungspfad des
Sensierelementkonditionierungs-Schaltungspfads 10f und
den Sensierelementdiagnose-Schaltungspfad multiplext werden. Kennzeichnungsdaten, die
ebenfalls zur Zeit der Fertigung gespeichert wurden, ermöglichen
der Systemsteuereinheit (12), diese Informationen zu analysieren
und zu bestimmen, ob es Störungen
in dem ASIC gibt. Die Testbrücken liefern
eine feste Eingabe, die sich im Zeitablauf, mit der Temperatur oder
anderen Parametern nicht ändert
und die Analyse ermöglicht,
um zu bestimmen, ob die Temperatur-, Druck- und Sensierelement-Diagnoseschaltungen
bei beiden Extremwerten für
die Bedingung, z. B. an den Enden des Druckbereiches, korrekt arbeiten.
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Zur
Zeit der Fertigung sowohl des ASIC als auch der Sensierelemente
wird eine automatisierte Kalibriereinrichtung auf herkömmliche
Weise verwendet, indem ASIC über
den digitalen Port 10k zum automatischen Setzen der verschiedenen
Register in der Schaltung ausgegeben wird, um sie auf die einzelnen
Sensierelemente abzustimmen, und diese Kalibrierkoeffizienten werden
in den nichtflüchtigen Speicherabschnitt 10h des
ASIC gespeichert. Folglich hat jedes Sensierelement einen Satz Registerwerte,
die gespeichert sind, um maßgeschneidert Offset,
Verstärkung,
Brückentreiber-
und Gleichtaktsignale zu ermöglichen,
so dass eine Änderung
bei solchen Informationen auf jedes ausgewählte Sensierelement angewendet
wird. Sobald all die Informationen im nichtflüchtigen Speicher des Sensierelements
gespeichert sind, wird eine Druck- und Temperaturkennlinie des ASIC
aufgenommen, d. h. der ASIC und Sensierelemente werden in einer
Wärmekammer
angeordnet, und auf die verschiedenen Sensierelemente wird ein Druck
ausgeübt,
wobei die Ausgangssignale für
jeden Temperatur- und Druck-Testpunkt erfasst werden.
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Wegen
der nichtlinearen Temperaturfehler werden drei Temperaturbedingungen
für die
Sensierelemente benötigt,
während
zwei Druckpunkte genügen,
denn die Druckempfindlichkeit ist linear. Diese Kennzeichnungsdaten
der Temperatur- und
Druckmatrix werden in den nichtflüchtigen Speicherabschnitt 10h gespeichert.
Diese Informationen ermöglichen
der Systemsteuereinheit, sich auf die spezifische Leistungsfähigkeit
jedes Sensierelements einzustellen und eine entsprechende mathematische Kompensation
durchzuführen,
beispielsweise mittels einer Nachschlagetabelle oder einer Polynomkoeffizientenkorrektur,
die für
eine hochgenaue Kompensation sorgen. Folglich werden die Register
zu Anfang bei zwei Drücken
und einer Temperatur gesetzt, um die Sensierelemente zu kalibrieren,
und diese Kalibrierung ermöglicht
dann eine Kennzeichnung bei weiteren Temperatur- und Druckpunkten.
Kennzeichnung, wie hier gebraucht, bezeichnet das Erhalten von Ausgaben
für diese
zusätzlichen
Temperatur- und Druckpunkte und das Speichern dieser Daten in Tabellenform
oder indirekt als Polynomkoeffizienten, ohne die ursprünglichen
Kalibrierungsdaten zu ändern
oder einzustellen. Dies liefert eine vollständige Matrix von Daten, die
erforderlich sind, um die Ausgangssignale in der Systemsteuereinheit
mathematisch vollständig
zu korrigieren.
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Der
digitale Port 10k wird verwendet, um digitale Informationen
zu oder von der Systemsteuereinheit 12 zu übertragen.
Der digitale Port empfängt Befehle
von der Systemsteuereinheit 12, die durch die Logiksteuerung 10e in
geeigneter Weise geprüft, wie
durch herkömmliche
Paritätsprüfungen,
und decodiert werden, und führt
die erforderliche Funktion aus, z. B. Auswählen der Adressen der Multiplexeinrichtungen,
Abrufen der entsprechenden Registereinstellungen vom nichtflüchtigen
Speicherabschnitt 10h, Starten der Analog/Digital-Umsetzung
und dann Senden dieser Daten aus dem digitalen Port 10k heraus
an die Systemsteuereinheit 12. Der Befehl kann einzeln
ausgegeben werden, um eine Ein zelinformation zu erhalten und zu
senden, z. B. eine Druckbedingung an einem spezifizierten Sensierelement,
ein Diagnosesignal oder eine andere ausgewählte Information, oder durch
eine ausgewählte
Sequenz könnten
ständig
Befehle ausgegeben werden, um wie gewünscht Daten von jedem der Sensierelemente
und Diagnosen zu erhalten.
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Die
Schaltung auf dem ASIC ist vorzugsweise so ausgebildet, dass Daten
innerhalb einer Zeitdauer erhalten werden, die kurz genug ist, damit
es gleichbedeutend ist, ob nun gemäß dem Stand der Technik das
Signal schon vollständig
aufbereitet bzw. konditioniert ist, d. h. temperatur- und druckkompensiert
ist, und es durch die Systemsteuereinheit multiplext wird, wenn
eine Einzelinformation abgerufen wird, oder es partiell aufbereitet
bzw. konditioniert ist, wobei gemäß der Erfindung die Kompensation
in der Systemsteuereinheit vervollständigt wird, beispielsweise
in einem Bruchteil von einer Millisekunde.
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Gemäß der Erfindung
wird eine analoge Konditionierung in dem Sensorsystem durchgeführt, d.
h. dass der ASIC ein Signal liefert, das digitalisiert ist, und
dann wird die Kompensation des Signals in einer Host-Steuereinrichtung
vervollständigt,
wobei Informationen aus dem nichtflüchtigen Speicher des ASIC an
den flüchtigen
Speicher der Host-Steuereinrichtung geliefert werden. Gemäß der Erfindung
werden mehrere Sensoren zu einem gemeinsamen, elektrisch kalibrierbaren
Temperatur-, Druck- und Diagnosesignal-Konditionierungspfad multiplext,
der eine partielle Kompensation der Sensierelementfehler ausführt, die
zusammen mit Datenkoeffizienten an eine Host-Steuereinheit gesendet
wird, wodurch es der Host-Steuereinheit möglich ist, jedes der Sensierelemente
digital zu kompensieren. Die Testbrücken und der Sensierelement-Diagnoseschaltungspfad
sorgen dafür,
dass es immer möglich
ist, einen zuverlässigen
Betrieb sicherzustellen.
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Das
Initialisierungsprogramm für
die Übertragung
von Kennzeichnungsdaten vom ASIC MSC an die Systemsteuereinrichtung
ist in 3a, 3b gezeigt
und schließt
die Stromversorgung unter 100, das Schicken eines Befehls
zum Senden eines spezifischen Werts der im Werk gespeicherten Kennzeichnungsdaten
im Schritt 102, eine Übertragungsprüfung im
Schritt 104 und einen Entscheidungsschritt 106,
um zu bestimmen, ob ein Fehler erfasst ist, ein. Eine negative Entscheidung
führt zum
Schritt 108 des Decodierens des Befehls und Steuerns weiterer
Schaltungsblöcke,
um den Befehl auszuführen, und
dann zum Schritt 110, für
eine Paritätsprüfung, und
zum Entscheidungsschritt 112, um festzustellen, ob ein
Fehler erfasst worden ist. Eine negative Antwort führt zum
Schritt 114 des Ladens der angeforderten Informationen
in den digitalen Port und dann zum Schritt 116 des Hinzufügens von Übertragungsprüfdaten und
zum Schritt 118 des Sendens der Daten. Eine positive Antwort
bei den Entscheidungsblöcken 104 und 112 führt zum
Schritt 120, in dem das Fehlerbit in den digitalen Port
geladen wird.
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Nach
dem Senden der Daten (Schritt 118) geht die Routine zum
Schritt 122, in dem der digitale Port der Systemsteuereinheit
die Sendung empfängt und
prüft,
und dann zum Entscheidungsschritt 124, um zu ermitteln,
ob ein Fehler erfasst worden ist. Wenn kein Fehler erfasst worden
ist, geht die Routine zum Prozessschritt 126 weiter, in
dem die Daten in einen Speicher der Systemsteuereinheit gespeichert werden,
und dann zum Schritt 130, der zum Schritt 102 führt, um
die gesamte Routine zu wiederholen, bis alle Kennzeichnungsdaten
vom ASIC MSC an die Systemsteuereinheit gesendet worden sind. Eine
positive Entscheidung des Entscheidungsblocks 124 wird
ebenfalls zum Schritt 102 zurückgeleitet.
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In 4a, 4b ist
die Datenerfassung für ein
beispielhaftes Sensierelement (SE1) gezeigt. Im Schritt 150 schickt
die Systemsteuereinheit einen Befehl, Sensierelementdaten für das Element
SE1 zu senden, und im Schritt 152 empfängt und prüft der digitale Port die Übertragung.
Der Entscheidungsschritt 154 bestimmt, ob ein Fehler erfasst
worden ist, und bei einer negativen Entscheidung geht die Routine
zum Schritt 156 weiter, in dem der Logikblock den Befehl
decodiert und weitere Schaltungsblöcke steuert, um den Befehl
auszuführen,
und zum Prozessschritt 158, um eine Paritätsprüfung auszuführen, und
zu einem weiteren Block 160, der entscheidet, ob ein Fehler
erfasst worden ist. Eine negative Antwort führt zum Schritt 162,
um Schaltungskalibrierungsdaten, die dem Sensierelement zugeordnet sind,
aus dem nichtflüchtigen
Speicher an die verschiedenen Register zu senden, und dann zum Schritt 164,
um die Adresse des Analogmultiplexers festzusetzen. Beim Schritt 166 ist
eine Verzögerung vorgesehen,
um der Schaltung zu ermöglichen,
sich zu stabilisieren, und danach wird im Schritt 168 die Analog/Digital-Umsetzung
des Druck-, Temperatur- und Diagnosesignals des Sensierelements
SEI durchgeführt.
Die ADU-Werte werden im Schritt 170 in den digitalen Port
geladen, und im Schritt 172 fügt der Logikblock Übertragungsbits
zu den Daten in dem digitalen Port hinzu. Wenn noch einmal die Entscheidungsschritte 154 und 160 betrachtet
werden, so führen
positive Entscheidungen zum Schritt 174, in dem das Bit
für einen
erfassten Fehler in den digitalen Port geladen wird. Die Prozessschritte 172 und 174 führen zum
Schritt 176, in dem der digitale Port die Daten überträgt, und
weiter zum Schritt 178, in dem der digitale Port der Systemsteuereinrichtung die Übertragung
empfängt
und prüft.
Dann prüft
der Entscheidungsschritt 180 ab, ob ein Fehler erfasst worden
ist, wobei eine positive Antwort die Routine zum Anfangsschritt 150 zurückleitet
und eine negative Antwort zum Schritt 182 führt, der
die SE1-Druck-, Temperatur- und Diagnosedaten in den Speicher der Systemsteuereinheit
speichert. Im Schritt 184 verwendet die Systemsteuereinheit
die gespeicherten Kennzeichnungsdaten, um die Druck-, Temperatur- und
Diagnosedaten des Sensierelements SEI mathematisch zu korrigieren,
und dann, im Schritt 186, vergleicht die Systemsteuereinheit
die korrigierten Diagnosedaten des Sensierelements SEI mit Störungsschwellen.
Der Entscheidungsblock 190 prüft ab, ob eine Störung erfasst
worden ist, wobei eine negative Antwort zum Schritt 192 führt, in
dem die Systemsteuereinheit die korrigierten Druck- und Temperaturdaten
des Sensierelements SEI in einem Steuerungsalgorithmus verwendet,
und eine positive Antwort zur Folge hat, dass die Daten nicht in
dem Algorithmus verwendet werden, und die Systemsteuereinheit den
Fehler meldet.
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5a, 5b zeigen
das Diagnosedatenerfassungsprogramm für eine der Test- oder Vergleichsbrücken, RB1.
Das Programm beginnt im Schritt 200, wenn die Systemsteuereinheit
einen Befehl an den ASIC MSC schickt, Daten der Brücke RB1
zu senden, und geht dann zum Schritt 202 weiter, in dem
der digitale Port des ASIC die Übertragung
empfängt
und prüft,
gefolgt vom Fehlererfassungsschritt 204. Eine negative
Antwort führt
zum Schritt 206, in dem der Logikblock den Befehl decodiert
und weitere Logikblöcke
steuert, um den Befehl auszuführen,
und dann zum Schritt 208, der eine Paritätsprüfung durchführt, um
den Inhalt zu prüfen. Eine
negative Antwort beim Fehlererfassungsschritt 210 führt zum
Schritt 212, in dem die der Brücke RB1 zugeordneten Schaltungskalibrierungsdaten
aus dem nichtflüchtigen
Speicher an die entsprechenden Register gesendet werden, und dann
zum Schritt 214, um die Adresse der Analogmultiplexer festzusetzen.
Der Schritt 216 sorgt für
eine Verzögerung, um
zu ermöglichen, dass
sich die Schaltung stabilisiert, und dann, im Schritt 218,
wird das Druck-, Temperatur- und Sensierelement-Diagnosesignal von dem
analogen in das digitale Format umgesetzt. Die Umsetzungswerte werden
im Schritt 220 in den digitalen Port geladen, und im Schritt 222 fügt der Logikblock
eine Übertragungsprüfung zu
den Daten in dem digitalen Port hinzu. Wenn noch einmal die Fehiererfassungsschritte 204 und 210 betrachtet
werden, so führt
ein erfasster Fehler zum Schritt 224, in dem das Fehlerbit
in den digitalen Port geladen wird, und dann zum Schritt 222,
in dem Prüfbits
hinzugefügt
werden. Vom Schritt 222 geht es dann zum Schritt 226 weiter, in
dem der digitale Port die Daten sendet, und dann zum Schritt 228,
in dem der digitale Port der Systemsteuereinheit die Obertragung
empfängt
und prüft. Ein
erfasster Fehler führt
dazu, dass die Routine wieder zum Anfangsschritt 200 zurückspringt,
und wenn es keinen erfassten Fehler gibt, geht die Routine zum Schritt 232 weiter,
in dem die Druck-, Temperatur- und Diagnosedaten der Brücke RB1
in den Speicher der Systemsteuereinheit gespeichert werden. Dann berechnet
die Systemsteuereinheit im Schritt 234 die Differenzen
zwischen den gemessenen Daten der Brücke RB1 und den entsprechenden
Kennzeichnungsdaten der Brücke
RB1. Im Prozessschritt 236 vergleicht die Systemsteuereinheit
die Differenzen mit Grenzen für
zulässige
Fehler und prüft
im Schritt 238, ob ein Fehler erfasst worden ist. Eine
negative Entscheidung führt
zum Schritt 240, in dem die Systemsteuereinheit bestimmt,
dass der ASIC die diagnostische Prüfung bestanden hat, während eine
positive Entscheidung zum Schritt 242 führt, in dem die Systemsteuereinheit
bestimmt, dass ein Fehler aufgetreten ist, und den Fehler meldet.
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Obwohl
eine bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung in allen Einzelheiten offenbart worden ist, versteht sich,
dass verschiedene Abwandlungen, wie etwa eine Verwendung von Sensierelementen, die
auf die Beschleunigung, das Drehmoment, die Kraft und dergleichen
empfindlich reagieren, wie oben erwähnt wurde, eingeführt werden
können.
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Obwohl
eine bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung in allen Einzelheiten offenbart worden ist, versteht sich,
dass verschiedene Abwandlungen, wie etwa eine Verwendung von Sensierelementen, die
auf die Beschleunigung, das Drehmoment, die Kraft und dergleichen
empfindlich reagieren, wie oben erwähnt wurde, eingeführt werden
können.
Ferner versteht sich, dass auf Wunsch die Brücken-Vorspannung multiplext
werden kann – statt
oder zusätzlich
zum Multiplexen des Masseanschlusses.