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Die
vorliegende Erfindung betrifft Steuerungen zum Steuern eines Systems
und im Besonderen Motorsteuerungen, die eine integrierte Schaltung
zum Steuern eines Motors einschließen.
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In
einer integrierten Schaltung (IC), die zum Steuern eines Systems
verwendet wird, z. B. einem Motor, wo zwei oder mehr integrierte
Widerstandsteiler Signale produzieren, die miteinander zu vergleichen
sind, wobei die Genauigkeit des Vergleichs nicht nur von der Übereinstimmung
bzw. Anpassung der Widerstandsteilerdiffusionen abhängt, sondern
ferner von der umgekehrten Vorspannung der Verbindung zwischen den
diffundierten Widerständen
und dem Silizium, in welchem sie diffundiert sind.
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Bezieht
man sich nun auf die 1A und 1B, werden das Symbol und
die Konstruktion eines diffundierten Widerstands, der in einer derartigen
IC verwendet wird, beschrieben.
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Bezieht
man sich nun auf die 1A,
so ist das Symbol für
einen diffundierten Widerstand 10 gezeigt, der einen Isolierungstaschen-
oder Wannenverbindungskontakt bzw. Leitungsverbindungskontakt 12 aufweist, um
eine Vorspannung einzuführen,
um den Widerstand des diffundierten Widerstands 10 zwischen
einem ersten Widerstandskontakt 14 und einem zweiten Widerstandskontakt 16 zu
steuern.
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Bezieht
man sich nun auf 1B,
so wird die Konstruktion eines diffundierten Widerstands eines p-Typs
beschrieben. Bezugszeichen, die in der 1B verwendet werden, welche identisch,
gleich oder ähnlich
zu Bezugszeichen sind, die in der 1A verwendet
werden, zeigen gleiche oder ähnliche
Komponenten an. Der diffundierte Widerstand 10 schließt Kontakte 12, 14 und 16 ein,
die vorzugsweise aus Metall konstruiert sind. Der diffundierte Widerstand 10 vom
p-Typ ist auf einem p-Substrat 18 konstruiert
bzw. errichtet, das eine n-epitaxiale Schicht 20, einen
p+-Isolierungsbereich 22 und
eine n+-Schicht 24 aufweist. Der diffundierte Widerstand 10 vom
p-Typ schließt
ferner eine p-Widerstandsdiffusion eines p-Typmaterials 25 ein,
das in die n-epitaxiale Schicht 20 diffundiert ist. Die
p-Widerstandsdiffusion 25 erstreckt sich vom Metallkontakt 14 zum Metallkontakt 16.
Ein n+-Material 26 ist in die n-epitaxiale Schicht 20 in
angrenzendem Eingriff mit dem Isolierungstaschen- oder Wannenverbindungskontakt
bzw. Leitungsverbindungskontakt 12 diffundiert. Der diffundierte
Widerstand 10 vom p-Typ schließt ferner eine obere Siliziumdioxid-(SiO2)-Schicht 28 und
eine p-Widerstandsdiffusion zur n-epitaxialen Schichtverbindung 27 ein.
Für eine
geeignete Operation des Widerstands 10 muss die n-epitaxiale
Schicht 20 bei oder über
dem höchsten
Potenzial der p-Widerstandsdiffusion 25 sein, um die p-Widerstandsdiffusion
zur n-epitaxialen Schichtverbindung 27, die umgekehrt vorgespannt
ist, zu halten bzw. beizubehalten. Wenn die umgekehrte Vorspannung
der Verbindung 27 ansteigt, bildet sich eine Sperrschicht
und bewegt sich in die p-Typ-Diffusion 25,
wobei das Volumen des Siliziums reduziert wird, das für die Verwendung
als Widerstand zur Verfügung
steht und somit steigt der Widerstandswert des Widerstands 10 zwischen
den Kontakten 14 und 16 an.
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Nimmt
man Bezug auf die 2A und 2B so ist ein Steuersystem 30 vom
Stand der Technik gezeigt. Das Steuersystem 30 schließt ein System
unter Steuerung 32 mit einem Eingang 34 und einem
Ausgang 36 ein.
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Nimmt
man Bezug auf 2A, so
wird ein Beispiel eines typischen Systems unter Steuerung 32 veranschaulicht.
Das System unter Steuerung 32 schließt einen Motor 38 mit
einem Eingang 34 und einem Ausgang 36 ein. Der
Motor 38 schließt
einen Positionssensor 40 ein, um Positionsinformationssignale
am Ausgang 36 bereitzustellen.
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Nimmt
man nun Bezug auf 2B,
so empfängt
der Eingang 34 ein Steuersignal von einer Steuerung 42.
Die Steuerung 42 ist eine integrierte Schaltung, die einen
Ausgang 44 einschließt,
um das Steuersignal zum Eingang 34 auszugeben. Die Steuerung 42 schließt ferner
Spannungseingänge 46 und 48,
um Betriebsspannungen VCC und GND jeweils
einzugeben, und einen Befehlssignaleingang 50 ein, um ein
Befehlssignal einzugeben, um das System unter Steuerung 32 über das
Steuersignal zu steuern, das von dem Ausgang 44 ausgegeben
wird. Die Steuerung 42 schließt ferner einen Positions-Feedback-Signaleingang
bzw. einen Positions-Rückkopplungs-Signaleingang 52 ein,
um den Ausgang 36 des Systems unter Steuerung 32 zu
koppeln bzw. anzukoppeln, um ein Positions-Feedback-Signal bzw.
Positions-Rückkopplungs-Signal
an die Steuerung 42 rückzukoppeln.
Die Steuerung 42 schließt ferner eine erste Widerstandsteilerschaltung 54 und
eine zweite Widerstandsteilerschaltung 56 ein. Die erste
Widerstandsteilerschaltung 54 weist einen ersten diffundierten
Widerstand R1 58 und einen zweiten diffundierten Widerstand
R2 60 auf. Die zweite Widerstandsteilerschaltung 56 weist
einen dritten diffundierten Widerstand R3 62 und vierten
diffundierten Widerstand R4 64 auf. In diesem Beispiel
vom Stand der Technik gleicht der Widerstandswert des Widerstands
58 dem Widerstandswert des Widerstands 60, der Widerstandswert
des Widerstands 62 gleich dem Widerstandswert des Widerstands 64 und
die Widerstände 58, 60, 62 und 64 sind
p-Typ-diffundiert in einer n-epitaxialen Schicht, und zwar in einer
verbindungsisolierten Technologie, wie z. B. in Verbindung mit 1 beschrieben ist.
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In
der Beschreibung, welche folgt, sind Referenzzeichen von Teilen,
die in 1 gezeigt sind,
gemacht, um die Operation und die Konstruktion der Widerstände 58, 60, 62 und 64 zu
beschreiben. Somit zeigen Referenzzeichen, die in der Beschreibung
der 2A oder 2B verwendet werden, welche
identisch, gleich oder ähnlich
zu den Referenzzeichen sind, die in den 1A oder 1B verwendet
werden, gleiche oder ähnliche Komponenten
an. Die Steuerung 42 schließt ferner einen Fehlerverstärker 66 ein.
Der Fehlerverstärker 66 empfängt ein
erstes Spannungsfehlersignal (V1) von der ersten
Widerstandsteilerschaltung 54 und ein zweites Spannungsreferenzsignal
(V2) von der zweiten Widerstandsteilerschaltung 56 und
gibt das Steuersignal über Ausgang 44 aus.
In diesem Mustersteuerschema kommt das System unter Steuerung 32 zur
Ruhe, wenn die Spannung V1 des ersten Signals
von der Widerstandsteilerschaltung 54 gleich ist mit der
Spannung V2 des zweiten Signals von der
zweiten Widerstandsteilerschaltung 56 oder bei Ruhe ist
die Spannung des Befehlssignals bzw. Kommandosignals, das zu der
Spannung des Positions-Feedback-Signals bzw. Positions-Rückkopplungssignals
hinzu addiert ist, gleich der VCC oder wie
in der folgenden Gleichung ausgedrückt ist: VCOM + VVB = VCC, wobei R1
gleich ist mit R2 und R3 gleich ist mit R4. Es wird geschätzt werden,
dass die Widerstandsverhältnisanpassung
nur wichtig ist, wenn das System unter Steuerung 32 zu
seiner Ruheposition bzw. seinem Ruhepunkt kommt. Die n+-epitaxiale
Isolierungstaschenkontakte 26 oder Wannenverbindungskontakte
bzw. Leitungsverbindungskontakte 12 der Widerstände 58, 60 werden
an das höchste
Potenzial angebunden bzw. mit diesen verbunden, das an VCOM und VFB erwartet
wird (VCC in diesem Beispiel), da der Wannenverbindungskontakt
bzw. Leitungsverbindungskontakt 12 bei oder über dem
höchsten
Potenzial vorgespannt werden muss, das an bzw. bei der p-Typ-Diffusion 25 der
Widerstände 58, 60 erwartet
wird, so dass die Verbindung 27 umgekehrt vorgespannt verbleibt
bzw. bleibt. Somit werden die Wannenverbindungskontakte bzw. Leitungsverbindungskontakte 12 der
Widerstände 58, 60 bei
VCC fixiert. In einer ähnlichen Art und Weise wird
der Wannenverbindungskontakt bzw. Leitungsverbindungskontakt 12 des
Widerstands 62 bei VCC fixiert.
Der Wannenverbindungskontakt bzw. Leitungsverbindungskontakt 12 des
Widerstands 64 wird an gegenseitige bzw. gemeinsame Kontaktkopplungswiderstände 62, 64 angebunden
bzw. mit diesen verbunden, die die Spannung bei einem Wert fixieren,
der durch das Verhältnis
des Widerstandswertes des Widerstands 62 zu jenem des Widerstands 64 bestimmt
ist. Alternativ kann ferner der Wannenverbindungskontakt bzw. Leitungsverbindungskontakt 12 des
Widerstands 64 an VCC angebunden
bzw. mit diesen verbunden werden.
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Für V
1 = V
2, wenn das
System
32 zur Ruhe kommt, muss V
COM +
V
FB gleich V
CC sein
und
muss gleich 0 sein. Somit
wird die Genauigkeit oder der Fehler des Steuersystems
30 durch
gemessen, und zwar als ein
Teil von entweder
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Das
Folgende demonstriert den Fehler, der in das Steuersystem
30 eingeführt wird,
und zwar durch die Vorspannungen, die an die Wannenverbindungskontakte
bzw. Leitungsverbindungskontakte
12, Kontakte
14 und
Kontakte
16 der Widerstände
58,
60,
62,
64 angelegt
werden. Die folgenden Gleichungen nehmen an, dass der Widerstand
eines typischen Widerstands linear variiert, wo R = R
0 (1
+ C
V V
1), wobei
R
0 und C
V Konstanten
sind und V
1 = mittlere Wannenvorspannung
bzw. mittlere Leitungsvorspannung
wobei V
A die
Spannung beim Wannenverbindungskontakt bzw. Leitungsverbindungskontakt
12 ist,
V
C die Spannung beim Kontakt
14 ist
und V
D die Spannung beim Kontakt
16 ist.
Setzt man V
COM = V
CC,
V
FB = 0 V und
folgt, dass:
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Falls
C
V = 0,003 und V
CC =
20
V, dann ist
und die Prozentdifferenz
zwischen
ist 2,9%.
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Die
US 4,066,945 beschreibt
eine lineare Treiberschaltung für
einen d.c.-Motor mit einer Stromrückkopplung bzw. einem Stromfeedback.
Eine lineare Treiberschaltung schließt eine Vollbrückentreiberschaltung ein, über bzw.
an die ein d.c.-Motor angeschlossen ist. Jede Seite der Brückenschaltung
wird durch einen verbundenen Steueroperationsverstärker gesteuert.
Eine Stromtreiberschleife schließt einen Vergleicher bzw. Komparator
ein, der ein Eingabestrom-Befehlssignal bereitstellt, das ein direktes
Drehmomentkommando bzw. einen direkten Drehmomentbefehl an dem Motor
ist und auf die Unterschiede zwischen den Strömen auf den verschiedenen Seiten
der Brücke
und einem Eingabemotor-Befehlssignal antwortet bzw. reagiert.
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Was
benötigt
wird, ist eine integrierte Schaltungssteuerung mit zwei oder mehr
integrierten Widerstandsteilern, die Signale produzieren, um mit
jedem anderen verglichen zu werden, wobei die Genauigkeit des Vergleichs
nur von der Verhältnisanpassung
der Widerstandsteilerdiffusionen abhängt und nicht von der umgekehrten
Vorspannung der Verbindungen zwischen den diffundierten Widerständen und
dem Silizium, in dem sie diffundiert sind.
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Dementsprechend
stellt die Erfindung bereit, eine Steuerung (130) zum Steuern
eines Systems (132), das eine Schaltung enthält, die
aufweist:
einen Befehlseingang (150) zum Eingeben
eines Befehlssignals;
einen Rückkopplungssignaleingang (152)
zum Eingeben eines Rückkopplungssignals
für das
System;
eine erste Widerstandsteilerschaltung (154),
die einen ersten (158) und zweiten (160) Widerstand
zum Ausgeben eines ersten Signals (V1) in
Reaktion auf die Befehls- und
Rückkopplungssignale
enthält;
eine
zweite Widerstandsteilerschaltung (256), die dritte (162)
und vierte (164) Widerstände zum Ausgeben eines zweiten
Signals (V2) enthält, zum Vergleich mit dem ersten
Signal;
eine Vergleichereinrichtung (166) zum Vergleichen
des ersten und des zweiten Signals und zum Ausgeben eines Steuersignals
zum Steuern des Systems;
dadurch gekennzeichnet, dass
die
erste und die zweite Widerstandsteilerschaltung integrierte Schaltungen
sind;
die Widerstände
diffundierte Widerstände
sind;
wobei die Schaltung ferner aufweist, Leitungsverbindungskontakte
zum Einbringen von Vorspannungen zum Anlegen einer Vorspannung an
die Widerstände
der Widerstandsteilerschaltungen; und
wobei zumindest einer
von dem Befehlssignal- oder Rückkopplungssignaleingang
an zumindest einen von den Leitungsverbindungskontakten angekoppelt
ist, um zumindest einen der Widerstände mit entweder dem Befehls-
oder dem Rückkopplungssignal
unter eine Vorspannung zu setzen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ferner bereit ein Verfahren zum Steuern
eines Systems (132), wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
eine
erste Widerstandsteilerschaltung (154) wird zur Verfügung gestellt,
die einen ersten (158) und einen zweiten (160)
Widerstand zum Ausgeben eines ersten Signals (V1)
in Reaktion auf ein Befehls- und ein Rückkopplungssignal ausgibt;
eine
zweite Widerstandsteilung (156) wird zur Verfügung gestellt,
die einen dritten (162) und einen vierten (164)
Widerstand zum Ausgeben eines zweiten Signals (V2)
zum Vergleich mit dem ersten Signal ausgibt;
das erste und
das zweite Signal werden verglichen, um ein Steuersignal zum Steuern
des Systems zu erzeugen;
gekennzeichnet durch:
Einbringen
von Vorspannung zum Vorspannen der Widerstände der Widerstandsteilerschaltungen;
zumindest
einer der Widerstände
wird zumindest mit einem von dem Befehls- oder Rückkopplungssignal vorgespannt
bzw. unter Vorspannung gesetzt; und
wobei der erste, der zweite,
der dritte und der vierte Widerstand diffundierte Widerstände in einer
integrierten Schaltung sind.
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Der
primäre
Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die substanzielle Reduktion
der Abhängigkeit
von Vorspannungen bei dem Vergleich von Signalen von zwei oder mehr
integrierten Widerstandsteilern.
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Einige
Ausführungsformen
der Erfindung werden nun beispielsweise und mit Bezug auf die begleitenden
Zeichnungen beschrieben, für
die gilt:
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1A veranschaulicht das Schaltungssymbol
für einen
diffundierten Widerstand, der in der vorliegenden Erfindung verwendet
wird.
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1B veranschaulicht ein Beispiel
der Konstruktion eines diffundierten Widerstandes, der in 1A symbolisiert ist und
in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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2A veranschaulicht ein typisches
System, das in der vorliegenden Erfindung gesteuert wird.
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2B veranschaulicht ein Steuersystem
vom Stand der Technik zum Steuern des Systems, das in 2A veranschaulicht ist.
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3 veranschaulicht ein Steuersystem,
das die vorliegende Erfindung verkörpert.
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Bezieht
man sich nun auf
3,
so wird ein Steuersystem
130 entsprechend der vorliegenden
Erfindung gezeigt. Referenzzeichen, die in der
3 verwendet werden, welche identisch,
gleich oder ähnlich
zu Referenzzeichen sind, die in den
1A,
1B;
2A oder
2B verwendet
werden, zeigen gleiche oder ähnliche Komponenten.
Das Steuersystem
130 ist identisch zu dem Steuersystem
30 von
2B, außer für die folgenden beschriebenen
Unterschiede. Der Wannenverbindungskontakt bzw. Leitungsverbindungskontakt
12 des Widerstands
164 ist
jeweils an den Positions- Feedback-Signaleingang
bzw. Positions-Rückkopplungs-Signaleingang
52 und
Befehlssignaleingang
150 über Dioden
170 und
172 angeschlossen.
Die Dioden
170 und
172 arbeiten kollektiv als
ein Schalter; um den Wannenverbindungskontakt bzw. Leitungsverbindungskontakt
12 des
Widerstands
164 mit dem höchsten Spannungspotenzial des
Positions-Feedback-Signals bzw. Positions-Rückkopplungssignals oder Kommandosignals
bzw. Befehlssignals vorzuspannen. Somit, falls V
COM > V
FB ist,
dann koppeln die Dioden
170 und
172 das Befehlssignal
an den Leitungsverbindungskontakt bzw. Wannenverbindungskontakt
12 des
Widerstands
164 an. Falls jedoch V
FB > V
COM ist,
dann koppeln die Dioden
170 und
172 das Positions-Feedback-Signal
bzw. Positions-Rückkopplungssignal
an den Leitungsverbindungskontakt bzw. Wannenverbindungskontakt
12 des
Widerstands
164 an. Die Diode
174 verhindert,
dass die Verbindung
27 des Widerstands
164 in
Durchlassrichtung vorgespannt wird. Die Dioden
170,
172,
174 sind
ideale Dioden, die keinen Durchlassspannungsabfall aufweisen. Die
Stromvorspannung bzw. Ibias
168 verhindert, dass der Leitungsverbindungskontakt
bzw. Wannenverbindungskontakt
12 des Widerstands
164 vom
Floate in einem hochohmigen Zustand bzw. dass der Leitungsverbindungskontakt
12 des
Widerstands
164 in einen hochohmigen Zustand kommt und
dass keine Fehler eingeführt
werden. Es wird geschätzt
werden, dass die Widerstandsverhältnisanpassung
(das heißt
muss gleich
sein) erforderlich ist, wenn
das System unter Steuerung
32 zur Ruhe kommt.
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Man
bemerkt, dass andere Leistungszufuhrspannungen, Widerstandsdiffusionen,
Technologien und Widerstandsverhältnisse
benutzt werden können.
Zum Beispiel können
die Widerstände 58, 60, 62 und 64 diffundierte
Widerstände
vom n-Typ sein.
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Das
Folgende demonstriert den Fehler, der in das Steuersystem 130 durch
die Vorspannungen eingeführt
wurde, die an die Leitungsverbindungskontakte bzw. Wannenverbindungskontakte 12,
Kontakte 14 und Kontakte 16 der Widerstände 158, 160, 162, 164 angelegt
werden, die dieselben Annahmen verwenden, die für die Demonst ration des Fehlers
verwendet wird, der in das Steuersystem 30 eingeführt wurde.
Mit VCOM > VFB und dem Befehlssignal-Vorspannungswiderstand 164 folgt,
dass:
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Wenn
das System
132 in Ruhe ist, ist
und V
COM +
V
FB = V
CC. Folglich
ist
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Noch
einmal, mit C
V = 0,003 und V
CC =
20
V, veranschaulicht die folgende Tabelle,
dass der prozentuale Fehler von
ungefähr 0,01% ist.
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TABELLE 1: FEHLER IM STEUERSYSTEM 130
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Falls
VFB > VCOM ist und das Positions-Feedback-Signal
den Widerstand 164 vorspannt, dann wird 0,5 VCC bis
0V das Spiegelbild von Tabelle 1 sein.
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Zusammenfassend
wird, indem der Leitungsverbindungskontakt bzw. Wannenverbindungskontakt 12 des
Widerstands 164 an ein variierendes eher als ein fixiertes
bzw. festes Spannungssignal verknüpft bzw. verbunden wird, wie
z. B. die Befehls- und Rückkopplungssignale,
eine substanzielle Reduktion (2,9% bis 0,01%) bei dem Fehler bzw.
des Fehlers erreicht, der durch die Vorspannungen eingeführt ist.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung und ihre Vorteile im Detail beschrieben
wurden, sollte es verstanden sein, dass verschiedene Änderungen,
Ersetzungen und Abänderungen
bzw. Veränderungen
hierin gemacht werden können,
ohne vom Umfang der Erfindung, wie er in den anhängigen Ansprüchen definiert
ist, abzuweichen.