EP1799516A1 - Sensorschnittstelle mit integrierter strommessung - Google Patents

Sensorschnittstelle mit integrierter strommessung

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Publication number
EP1799516A1
EP1799516A1 EP05771891A EP05771891A EP1799516A1 EP 1799516 A1 EP1799516 A1 EP 1799516A1 EP 05771891 A EP05771891 A EP 05771891A EP 05771891 A EP05771891 A EP 05771891A EP 1799516 A1 EP1799516 A1 EP 1799516A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
unit
signal
amplifier
sensor unit
Prior art date
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Ceased
Application number
EP05771891A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hartmut Schumacher
Ruediger Karner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1799516A1 publication Critical patent/EP1799516A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16566—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R21/00—Arrangements or fittings on vehicles for protecting or preventing injuries to occupants or pedestrians in case of accidents or other traffic risks
    • B60R21/01—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents
    • B60R21/013—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including means for detecting collisions, impending collisions or roll-over
    • B60R21/0132—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including means for detecting collisions, impending collisions or roll-over responsive to vehicle motion parameters, e.g. to vehicle longitudinal or transversal deceleration or speed value
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P21/00—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16566—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533
    • G01R19/16571—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533 comparing AC or DC current with one threshold, e.g. load current, over-current, surge current or fault current

Definitions

  • the present invention generally relates to a sensor interface for transmitting sensor signals, wherein a sensor unit supplying the sensor signals can be connected via an interface to a control and evaluation unit.
  • the present invention relates to a control and Ausensevor ⁇ chtung with a sensor interface for Ansteuung of sensor units and for the evaluation of the signals supplied by the sensor units, which has a simple structure.
  • the present invention relates to a drive and evaluation device for a sensor device with a Energy factoriessemheit for supplying the Sensoremheit with elektri ⁇ shear energy, an amplifier device for amplifying a sensor signal generated by the sensor unit and for outputting a dependent of the sensor signal amplified measurement signal; and an output unit for outputting the amplified sensor signal as an output signal.
  • connection units Conventional sensor units are connected to evaluation devices for evaluating the sensor signals via connection units.
  • an interface for connecting the sensor unit to the evaluation unit is provided with a large number of connection units, in particular when a measuring resistor must be provided for evaluating a current signal supplied by the sensor unit.
  • FIG. 2 Such a conventional circuit arrangement is shown in FIG. 2.
  • PAS peripheral acceleration sensor
  • a measurement signal dependent on the measurement effect as a current signal, in the case shown in Fig. 2 as a
  • the current signal m In order to evaluate the current signal and to further amplify the measurement signal obtained from the current signal, the current signal m must be converted into a voltage signal.
  • a measuring resistor MW is used, which is connected in series with the sensor unit PAS. As shown in FIG. 2, the measuring resistor MW is disposed between the terminal 2 and a terminal 1.
  • a voltage U.sub.PA s dropping across the measuring resistor MW is fed to a power unit V via separate lines.
  • the voltage U.sub.PA s dropping across the measuring resistor MW is finally amplified in the amplifier unit V and used as an output voltage.
  • Signal a is output to an output unit A.
  • a current I PA s dependent on acceleration values obtainable with the sensor unit PAS can be measurable above such a voltage drop Up AS .
  • the Sensoremheit PAS is further connected via the terminal 2 'and a terminal 1' to a system ground M Since the voltage drop also depends on the provided supply voltage Uo, which is provided between the terminal 1 and the terminal 1 ', it is necessary that the supply voltage U 0 is not subject to fluctuations. Conventional methods use to compensate for voltage fluctuations, the u a. can be caused by external disturbances, a backup capacitor C em, which is connected from the terminal 1 to ground M (see Fig. 2). Usually, the supply voltage is obtained from a Batte ⁇ eemheit B. Between the battery unit B and the terminal 1 a Verpolschutz-Emheit VS is connected, which ensures that accidental polarity reversal of the supply voltage subsequent electronic components and the Sensoremheit not damage.
  • Measuring systems which use sensor units PAS must be designed so variable that the sensor units PAS are interchangeable Due to manufacturing tolerances, it is not possible to obtain sensor units PAS, the m depending on a measurement signal (eg an acceleration signal) exactly reproducible currents I Generate PAS . For this reason, the measuring resistor MW must also be replaced or replaced in conventional circuit arrangements in an exchange or replacement of the sensor device PAS. This leads to a considerable expenditure on circuitry, whereby the costs of the entire circuit arrangement are disadvantageously increased. Furthermore, it is critical in safety-relevant applications if, in addition to the sensor unit PAS, the measuring resistor MW also has to be exchanged, since errors in an assignment of the measuring resistor MW to the sensor unit PAS can easily occur
  • connection pins for connection to the electronic circuit unit are in Fi g 2 denoted by the reference numerals 1 and 2, while the ground Verbmdungsan gleich (pin) is denoted by the reference numeral 1 'or 2'
  • An essential idea of the invention is then to simplify an interface unit provided between the sensor unit and the rest of the circuit arrangement by integrating a required long-term resistance (measuring resistor) into the input amplifier of the control and evaluation device, and then connecting a comparator unit to the internal amplifier unit
  • the threshold value is set as a function of the sensor unit used.
  • the control and evaluation device has the particular advantage that the interface unit is simplified and that different sensor units with different current / voltage characteristics can be connected
  • the amplifier device is followed by a comparator unit, with which a measuring signal output by the amplifier unit is provided with a pre-signal threshold value can be compared, the threshold value m depending on the sensor unit used is adjustable Since the drive and Ausensevor ⁇ chtung femer further having a stabilized power supply unit, can be omitted on smoothing capacitors, as required in the prior art, expedient m way.
  • output stage transistors in the sensor unit can be designed for more moderate currents, since less power loss occurs in the event of a short circuit of a supply voltage provided by the stabilized power supply unit, which is lower than that of prior art devices.
  • the driving and Ausensevor ⁇ chtung invention for different sensor units essentially comprises:
  • a stabilized power supply unit for supplying the Sensoremheit with electrical energy
  • a amplifier device for amplifying a sensor signal generated by the sensor unit, which is supplied to the amplifier device as an input signal, and for outputting a measurement signal dependent on the sensor signal;
  • a comparator unit connected downstream of the amplifier arrangement further ensures that the measured signal can be compared with a predefinable threshold value, it being possible to set the threshold value depending on the sensor unit used
  • the method according to the invention for controlling different sensor units and for evaluating sensor signals which are supplied by a respective sensor unit as a function of a measured variable essentially comprises the following steps.
  • the measurement signal is compared with a predefinable threshold value by means of a comparator unit connected downstream of the amplifier device, wherein the threshold value is set as a function of the sensor unit used.
  • the sensor unit is embodied as a peripheral acceleration sensor PAS (peripheral acceleration sensor).
  • PAS peripheral acceleration sensor
  • a storage unit for storing the predefinable threshold value is provided.
  • the threshold value is stored in advance in the memory unit in order to be able to connect different sensor units to the control and evaluation device via the interface unit.
  • the supply unit for supplying the sensor unit with electrical energy is designed as a stabilized voltage source for outputting a stabilized supply voltage.
  • the amplifier device has a temperature-compensated instrument amplifier.
  • the stabilized supply voltage is generated by means of a stabilized voltage source of the power supply unit for supplying the sensor unit.
  • the stabilized voltage source provides a stabilized supply voltage in a range of 6 to 7 volts.
  • the comparator unit for comparing the measuring signal as a function of the sensor unit used is subjected to different threshold values.
  • control and evaluation device makes it possible to connect different sensor units efficiently and at a reduced circuit complexity, with reliable transmission and evaluation of the sensor signals being ensured.
  • FIG. 1 is a block diagram of a control and evaluation device according to the invention with a sensor unit connected via an interface unit, according to a preferred embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 shows a conventional circuit arrangement with connected sensor unit.
  • FIG. 1 shows a block result of an activation and evaluation device according to the invention for controlling a sensor unit 101 and for evaluating sensor signals 112 which are supplied by the sensor unit 101 as a function of a measured variable.
  • the sensor unit 101 is connected via an interface unit 100 to the rest of the circuit arrangement.
  • the interface unit 100 provides a first sensor connection 102 and a second sensor connection 103.
  • the sensor unit 101 is connected to ground 104 via the second sensor connection 103.
  • only the first sensor connection 102 is required to connect the sensor unit 101
  • Reference numeral 300 denotes a power supply unit
  • reference numeral 200 denotes an amplifier device.
  • the power supply unit 300 essentially serves to provide a constant stabilized supply voltage 306 for operating the sensor unit 101.
  • the power supply unit 300 has a supply voltage source 302, which provides a supply voltage 301 (U 0 ).
  • a switch unit 303 which is provided, for example, as a series transistor, control of the supply voltage 301 supplied by the supply voltage source 302 takes place
  • the switch unit 303 has a "back-to-back" transistor circuit which can be influenced by an "on / off” switch signal 305.
  • a "back-to-back” arrangement of the switching transistors is familiar to the person skilled in the art (reverse polarity protection), so that here a detailed representation of the voltage stabilization unit 303 is dispensed with.
  • the stabilized supply voltage 306 is also applied between the first sensor terminal 102 of the interface unit 100 and ground 104, as illustrated in FIG.
  • the sensor signal is m such sensors as a current signal with a base current of 5 mA (Milliamps) and a current-stroke of 20 mA.
  • a bit pattern can be generated which can be further processed in subsequent amplifier and comparator devices.
  • the sensor unit 101 can hereby be provided as a micromechanical acceleration sensor, which is arranged, for example, in motor vehicles m of the B-pillar or as an up-front sensor and supplies acceleration values, for example for actuating airbags, belt tensioners, etc.
  • the sensor signal 110 is provided as a 10-bit value.
  • the sensor signal 112 embodied as a current signal, it is advantageous to transform this voltage into a voltage drop 11 1, in order to be able to advantageously use an amplifier device 200 designed as an instrument amplifier.
  • the voltage drop 111 caused by the sensor signal 112 is obtained by means of a measuring resistor 205, through which the current signal (sensor signal) 1 12 is conducted.
  • the measuring resistor 205 is integrated with the amplifier device 200 in an integrated fashion, such that a connection of the sensor unit 101 only has to be carried out via the first and second sensor connections 102 and 103, without a corresponding measuring resistor 205, the one Sensor unit 101 is assigned to have to provide.
  • a comparator unit 107 is provided according to the invention, which receives threshold values 106 from a memory unit, a measuring signal 110, which is supplied by the amplifier device 200 to compare with the threshold 106.
  • the amplifier device 200 comprises a differential amplifier 201 whose gain factor can be set by means of a setting point 204.
  • the measuring resistor is connected between a first input terminal 202 and a second output terminal 203 of the differential amplifier 201, the first and second input terminals 202 and 202, respectively 203 as a "-" -
  • Emgangsan gleich or as a "+" - Emgangsan gleich can be provided.
  • the measurement signal 110 provided by the amplifier device 200 represents a measure of the amplified sensor signal 112.
  • recognition of the sensor unit 101 can be provided such that when the sensor unit 101 is connected to the interface unit 100, one of the corresponding sensor units 101 is automatically selected associated threshold value 106 can be output from the memory unit 105. This ensures that the measurement signal 110 is always compared with the correct threshold value 106 assigned to a sensor unit 101.
  • the comparator unit 106 provides a comparison result as an output signal 108 to an output terminal unit 109.
  • the output signal 108 delivers, for example, a triggering signal for an airbag, acceleration values being recorded with the corresponding sensor unit 101.
  • the threshold value 106 is stored in advance in the memory unit, so that the threshold value m depending on a type of the sensor unit 101 used can be efficiently provided.
  • the Komparatoremheit 107 that from the
  • the measured signal HO output with the strength device 200 compares with the different threshold values 106 as a function of the sensor unit 101 used.
  • the measuring resistor is integrated into the remaining circuit arrangement, for example an ASIC (application-specific integrated circuit, application-specific integrated circuit).
  • the amplifier is designed with the amplifier unit designed as a temperature-compensated instrument amplifier. 200 detected voltage drop 111 across such a measuring resistor 205 is strictly proportional to the caused by the sensor unit 101 sensor signal 112 (current signal)

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung schafft eine Ansteuerungs- und Auswertevorrichtung für unterschiedliche Sensoreinheiten (101) mit einer stabilisierten Versorgungseinheit (300) zur Versorgung der Sensoreinheit (101) mit elektrischer Energie, einer Verstärkereinrichtung (200) zur Verstärkung eines von der Sensoreinheit (101) erzeugten Sensorsignals (1 12), welches der Verstärkereinrichtung (200) als ein Eingangssignal zugeführt wird, und zur Ausgabe eines von dem Sensorsignal (112) abhängigen Messsignals (110), und einer Ausgabeeinheit (109) zur Ausgabe des verstärkten Sensorsignals (1 12) als em Ausgangssignal (108). Die Verstärkereinrichtung (200) enthält einen integrierten Messwiderstand (205) zur Messung eines durch das Sensorsignal (112) hervorgerufenen Spannungsabfalls (111), wobei der Spannungsabfall (111) der Verstärkere inrichtung (200) als das Eingangssignal zugeführt wird. Ferner wird in einer der Verstarkereinrichtung (200) nachgeschalteten Komparatoreinheit (107) das Messsignal (110) mit einem vorgebbaren Schwellenwert (106) verglichen, wobei der Schwellenwert (106) in Abhängigkeit von der verwendeten Sensoreinheit (101) einstellbar ist.

Description

Sensorschnittstelle mit integrierter Strommessung
STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Sensorschnittstelle zur Übertragung von Sensorsi¬ gnalen, wobei eine die Sensorsignale liefernde Sensoreinheit über eine Schnittstelle an einer Ansteue- rungs- und Auswerteeinheit anschließbar ist. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Ansteuerungs- und Auswertevorπchtung mit einer Sensorschnittstelle zur Ansteucrung von Sensor- emheiten und zur Auswertung der von den Sensoreinheiten gelieferten Signale, welche einen einfa¬ chen Aufbau aufweist.
Spezifisch betrifft die vorliegende Erfindung eine Ansteuerungs- und Auswertevorrichtung für eine Sensoreinrichtung mit einer Energieversorgungsemheit zur Versorgung der Sensoremheit mit elektri¬ scher Energie, einer Verstärkereinrichtung zur Verstärkung eines von der Sensoremheit erzeugten Sensorsignals und zur Ausgabe eines von dem Sensorsignal abhängigen verstärkten Messsignals; und eine Ausgabeeinheit zur Ausgabe des verstärkten Sensorsignals als ein Ausgabesignal.
Herkömmliche Sensoreinheiten werden mit Auswertungsvorrichtungen zur Auswertung der Sensorsi¬ gnale über Anschlussemheiten verbunden. In herkömmlicher Weise ist eine Schnittstelle zur Verbin¬ dung der Sensoremheit mit der Auswerteeinheit mit einer großen Anzahl von Anschlusseinheiten versehen, insbesondere dann, wenn zur Auswertung eines von der Sensoremheit gelieferten Stromsi- gnals ein Messwiderstand vorgesehen werden muss.
Eine derartige herkömmliche Schaltungsanordnung ist in Fig. 2 gezeigt Die Sensoremheit, die bei¬ spielsweise als ein peripherer Beschleumgungssensor ausgebildet sein kann (PAS = Peπpheral Accele- ration Sensor) wird über Anschlüsse 2 bzw. 2' angeschlossen. Üblicherweise wird ein von dem Messeffekt abhängiges Sensorsignal als ein Stromsignal, in dem in Fig. 2 dargestellten Fall als ein
Strom IpAs gemessen. Zur Auswertung des Stromsignals und zur Weiterverstärkung des aus dem Stromsignal erhaltenen Messsignals muss das Stromsignal m ein Spannungssignal umgesetzt werden Zu diesem Zweck dient üblicherweise em Messwiderstand MW, der mit der Sensoremheit PAS in Reihe geschaltet ist. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist der Messwiderstand MW zwischen dem Anschluss 2 und einem Anschluss 1 angeordnet. Eine über dem Messwiderstand MW abfallende Spannung UPAs wird einer Vei Stärkereinheit V über separate Leitungen zugeführt Die über dem Messwiderstand MW abfallende Spannung UPAs wird schließlich in der Verstärkereinheit V verstärkt und als em Ausgangs- Signal a zu einer Ausgabeeinheit A ausgegeben. Somit kann ein von Beschleunigungswerten, die mit der Sensoreinheit PAS gewinnbar sind, abhängiger Strom IPAs über einem derartigen Spannungsabfall UpAS messbar sein.
Die Sensoremheit PAS ist weiter über den Anschluss 2' und einen Anschluss 1' mit einer System- Masse M verbunden Da der Spannungsabfall auch von der bereitgestellten Versorgungsspannung Uo abhängt, die zwischen dem Anschluss 1 und dem Anschluss 1 ' bereitgestellt wird, ist es erforderlich, dass die Versorgungsspannung U0 keinen Schwankungen unterworfen ist. Herkömmliche Verfahren setzen zum Ausgleich von Spannungsschwankungen, die u a. durch externe Störungen hervorgerufen werden können, einen Stützkondensator C em, der von dem Anschluss 1 nach Masse M geschaltet ist (siehe Fig. 2). Üblicherweise wird die Versorgungsspannung aus einer Batteπeemheit B gewonnen. Zwischen die Batterieeinheit B und den Anschluss 1 ist eine Verpolschutz-Emheit VS geschaltet, die dafür sorgt, dass versehentliche Verpolungen der Versorgungsspannung nachfolgende elektronische Komponenten sowie die Sensoremheit nicht beschädigen.
Es sei darauf hingewiesen, dass es dem Fachmann bekannt ist, wie eine Verstarkeremheit V auszule¬ gen ist, um em der Verstarkeremheit zugeführtes Spannungsdifferenzsignal UPAS zu verstarken und an dem Ausgang A der Verstärkereinheit V em Ausgangssignal a bereitzustellen, so dass auf eine detail¬ lierte Erläuterung der Verstärkereinheit V hier verzichtet wird
Messsysteme, welche Sensoreinheiten PAS einsetzen, müssen derart variabel ausgelegt werden, dass die Sensoreinheiten PAS auswechselbar sind Aufgrund von Fertigungstoleranzen ist es jedoch nicht möglich, Sensoreinheiten PAS zu erhalten, die m Abhängigkeit von einem Messsignal (z B. einem Beschleunigungssignal) exakt reproduzierbare Ströme IPAS erzeugen. Aus diesem Grund muss der Messwiderstand MW bei herkömmlichen Schaltungsanordnungen bei einem Austausch bzw. Ersatz der Sensoreinrichtung PAS ebenfalls ausgetauscht bzw ersetzt werden. Dies fuhrt zu einem beträchtli¬ chen schaltungstechnischen Aufwand, wodurch die Kosten der gesamten Schaltungsanordnung m nachteiliger Weise erhöht werden. Ferner ist es bei sicherheitsrelevanten Anwendungen kritisch, wenn neben der Sensoremheit PAS auch der Messwiderstand MW ausgetauscht werden muss, da Fehler bei einer Zuordnung des Messwiderstands MW zu der Sensoiemheit PAS leicht auftreten können
Weiterhin ist es bei der herkömmlichen Sensorauswertevorrichtung nachteilig, dass sowohl die Sensoremheit PAS als auch der Messwiderstand MW ausgetauscht werden müssen, da hierbei minde¬ stens drei Anschlussstifte, d h in der Fig 2 die Anschlüsse 1, 2 und 2' neu verbunden werden müssen Durch die Ansteuerungs- und Auswertevorrichtung bei einem herkömmlichen Messsystem werden somit an der Schnittstelle zwischen der Sensoremheit PAS und der Ansteuerungs- und Auswertevor- πchtung zwei Anschlussemheiten an der elektronischen Schaltungsanordnung sowie em Massean- Schluss zur Verbindung mit der Masse M benotigt Die Anschlussstifte (Anschlussemheiten) zur Verbindung mit der elektronischen Schaltungseinheit sind in Fi g 2 mit den Bezugszeichen 1 und 2 bezeichnet, wahrend der Masse- Verbmdungsanschluss (Anschlussstift) mit den Bezugszeichen 1' bzw 2' gekennzeichnet ist
Da die herkömmliche Ansteuerungs- und Auswertevorrichtung mit einer nicht-stabihsiertcn Batterie¬ spannung B mit der Verpolschutz-Emheit VS betrieben wird, ist es in nachteiliger Weise erforderlich, an dem Ausgang der Energieversorgungseinheit, die aus der Batterie B und der Verpolschutz- Emπchtung VS besteht, einen Kondensator C bereitzustellen, der zwischen einem Energieversor- gungsanschluss E und Masse M angeschlossen ist Auf diese Weise wird m herkömmlichen Systemen eine geglättete Energieversorgungsspannung U0 erzeugt
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ansteuerungs- und Auswertevorrichtung für Sensoreinheiten bereitzustellen, die einen vereinfachten Schaltungsaufbau mit einer reduzierten Anzahl von Anschlussemheiten einer Schnittstellenemheit aufweist
Diese Aufgabe wird erfmdungsgemaß durch eine Ansteuerungs- und Auswertevorπchtung für eine Sensoreinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelost
Ferner wird die Aufgabe durch em in dem Patentanspruch 6 angegebenes Verfahren gelost
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteranspruchen
Em wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht dann, eine Schnittstellenemheit, die zwischen der Sensoreinheit und der übrigen Schaltungsanordnung bereitgestellt ist, dadurch zu vereinfachen, dass ein erforderlicher Langswiderstand (Messwiderstand) in den Eingangsverstärker der Ansteuerungs¬ und Auswertevorrichtung integriert wird, der internen Verstarkeremπchtung eine Komparatoremheit nachgeschaltet ist, die mit einem vorgebbaren Schwellenwert beaufschlagt wird Der Schwellenwert wird m Abhängigkeit von der verwendeten Sensoreinheit eingestellt Die erfindungsgemaße Ansteue- rungs- und Auswertevorrichtung weist insbesondere den Vorteil auf, dass die Schnittstellenemheit vereinfacht ist und dass unterschiedliche Sensoreinheiten mit unterschiedlichen Strom- Spannungscharakteπstika angeschlossen werden können Zu diesem Zweck ist der Verstarkeremπch¬ tung eine Komparatoremheit nachgeschaltet, mit welcher ein von der Verstarkeremπchtung ausgege¬ benes Messsignal mit einem vorgebbaren Schwellenwert verglichen werden kann, wobei der Schwel- lenwert m Abhängigkeit von der verwendeten Sensoreinheit einstellbar ist Da die Ansteuerungs- und Auswertevorπchtung femer eine stabilisierte Energieversorgungseinheit aufweist, kann auf Glättungskondensatoren, wie sie bei dem Stand der Technik erforderlich sind, m zweckmäßiger Weise verzichtet werden. Weiterhin besteht der Vorteil, dass Endstufentransistoren in der Sensoremheit für medngere Ströme ausgelegt werden können, da m einem Kurzschlussfall einer durch die stabilisierte Energieversorgungseinheit bereitgestellten, im Vergleich zu Vorrichtungen nach dem Stand der Technik niedrigeren Versorgungsspannung weniger Verlustleistung auftritt.
Die erfindungsgemäße Ansteuerungs- und Auswertevorπchtung für unterschiedliche Sensoreinheiten weist im Wesentlichen auf:
a) eine stabilisierte Energieversorgungseinheit zur Versorgung der Sensoremheit mit elektrischer Energie;
b) eine Verstärkeremπchtung zur Verstärkung eines von der Sensoremheit erzeugten Sensorsignals, welches der Verstärkeremπchtung als ein Eingangssignal zugeführt wird, und zur Ausgabe eines von dem Sensorsignal abhängigen Messsignals; und
c) eine Ausgabeeinheit zur Ausgabe des verstärkten Sensorsignals als ein Ausgangssignal, wobei temer ein m die Verstarkeremrichtung integrierter Mesbwiderstand bereitgestellt ist, mit welchem ein durch das Sensorsignal hervorgerufener Spannungsabfall gemessen wird, derart, dass der Spannungs¬ abfall der Verstärkereinrichtung als das Eingangssignal zugeführt wird.
Eine der Verstarkeremrichtung nachgeschaltete Komparatoremheit sorgt ferner dafür, dass das Mess¬ signal mit einem vorgebbaren Schwellenwert verglichen werden kann, wobei der Schwellenwert m Abhängigkeit von der verwendeten Sensoreinheit eingestellt werden kann
Ferner weist das erfindungsgemaße Verfahren zum Ansteuern unterschiedlicher Sensoreinheiten und zum Auswerten von Sensorsignalen, die von einer jeweiligen Sensoremheit in Abhängigkeit von einer Messgröße geliefert werden, im Wesentlichen die folgenden Schritte auf.
a) Versorgen der Sensoreinheit mit elektrischer Energie aus einer stabilisierten Energieversorgungs¬ einheit;
b) Verstärken eines von der Sensoremheit erzeugten Sensorsignals, welches einer Verstärkeremrich- tung als ein Eingangssignal zugeführt wird, um ein Messsignal zu erhalten, mittels der in der Ansteue¬ rungs- und Auswertevorrichtung bereitgestellten Verstärkereinrichtung; und c) Ausgeben des von dem Sensorsignal abhängigen Messsignals aus der Verstärkereinrichtung mittels einer Ausgabeeinheit, wobei ein durch das Sensorsignal hervorgerufener Spannungsabfall mittels eines in die Verstärkereinπchtung integrierten Messwiderstands gemessen wird, wobei der Span¬ nungsabfall der Verstärkereinπchtung als das Eingangssignal zugeführt wird. Ferner wird das Messsi- gnal mit einem vorgebbaren Schwellenwert mittels einer der Verstärkereinrichtung nachgeschalteten Komparatoremheit verglichen, wobei der Schwellenwert in Abhängigkeit von der verwendeten Sensoreinheit eingestellt wird.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist die Sensoreinheit als em peripherer Beschleunigungssensor PAS (Peπpheral Acceleration Sensor) ausgebildet.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist eine Spei- cheremheit zur Speicherung des vorgebbaren Schwellenwerts bereitgestellt. In vorteilhafter Weise wird der Schwellenwert in der Speichereinheit vorab gespeichert, um unterschiedliche Sensoreinheiten über die Schnittstellenemheit an die Ansteuerungs- und Auswertevorrichtung anschließen zu können.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Versorgungseinheit zur Versorgung der Sensoreinheit mit elektrischer Energie als eine stabilisierte Spannungsquelle zur Ausgabe einer stabilisierten Versorgungsspannung ausgebildet. Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbil¬ dung der vorliegenden Erfindung weist die Verstärkereinrichtung einen temperaturkompensierten Instrumentenverstärker auf.
In vorteilhafter Weise wird die stabilisierte Versorgungsspannung mittels einer stabilisierten Span¬ nungsquelle der Energieversorgungscmheit zur Versorgung der Sensoreinheit erzeugt.
Vorzugsweise stellt die stabilisierte Spannungsquelle eine stabilisierte Versorgungsspannung in einem Bereich von 6 bis 7 Volt bereit.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird die Kompa¬ ratoremheit zum Vergleichen des Messsignals in Abhängigkeit von der verwendeten Sensoremheit mit unterschiedlichen Schwellenwerten beaufschlagt.
Durch eine derartige Ausgestaltung dei Ansteuerungs- und Auswertevorπchtung ist es möglich, unterschiedliche Sensoreinheiten effizient und bei einem verringerten Schaltungsaufwand anzuschlie¬ ßen, wobei eine zuverlässige Übertragung und Auswertung der Sensorsignale sichergestellt ist. ZEICHNUNGEN
Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung smd in den Zeichnungen dargestellt und m der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Blockbild einer erfmdungsgemäßen Ansteuerungs- und Auswertevorrichtung mit über eine Schnittstellenemheit angeschlossener Sensoreinheit, gemäß einem bevor¬ zugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 2 eine herkömmliche Schaltungsanordnung mit angeschlossener Sensoreinheit.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Fig 1 zeigt ein Blockbüd einer erfmdungsgemäßen Ansteuerungs- und Auswertevorrichtung zur Ansteuerung einer Sensoreinheit 101 und zum Auswerten von Sensorsignalen 112, die von der Sensoreinheit 101 m Abhängigkeit von einer Messgröße geliefert werden. Die Sensoreinheit 101 ist über eine Schnittstellenemheit 100 an die übrige Schaltungsanordnung angeschlossen. Erfindungsge¬ mäß stellt die Schnittstelleneinheit 100 einen ersten Sensoranschluss 102 und einen zweiten Sensoran- schluss 103 bereit. Die Sensoreinheit 101 ist über den zweiten Sensoranschluss 103 mit Masse 104 verbunden. Neben dem Masseanschluss 203 ist zum Anschluss der Sensoreinheit 101 lediglich erster Sensoranschluss 102 erforderlich
Es sei darauf hingewiesen, obwohl dies in der Fig 1 nicht veranschaulicht ist, dass die übrige Schal¬ tungsanordnung, außer der Sensoreinheit 101 und der Schnittstellenemheit 100, als eine integrierte Schaltungsanordnung bereitgestellt sein kann.
Em Bezugszeichen 300 bezeichnet eine Energieversorgungseinheit und em Bezugszeichen 200 bezeichnet eine Verstärkereinrichtung. Die Energieversorgungseinheit 300 dient im Wesentlichen dazu, eine konstante stabilisierte Versorgungsspannung 306 zum Betrieb der Sensoremheit 101 bereitzustellen. Zu diesem Zweck weist die Energieversorgungsemheil 300 eine Versorgungsspan- nungsquelle 302 auf, welche eine Versorgungsspannung 301 (U0) bereitstellt.
Über eine Schaltereinheit 303, die beispielsweise als ein Längstransistor bereitgestellt ist, erfolgt eine Steuerung der von der Versorgungsspannungsquelle 302 gelieferten Versorgungsspannung 301. Zu diesem Zweck weist die Schalteremheit 303 eine „Back to Back" Transitorschaltung auf, welche mit einem „on/off ' Schaltsignal 305 beemflusst werden kann. Eine „Back to Back" Anordnung der Schalttransistoren ist dem Fachmann geläufig (Verpol schütz), so dass hier auf eine detaillierte Dar¬ stellung der Spannungsstabilisierungsemheit 303 verzichtet wird.
An einer Versorgungsanschlussemheit 307 wird nunmehr die stabilisierte Versorgungsspannung 306 zwischen der Versorgungsanschlussemheit 307 und Masse 104 bereitgestellt.
Die stabilisierte Versorgungs Spannung 306 hegt ebenfalls zwischen dem ersten Sensoranschluss 102 der Schnittstelleneinheit 100 und Masse 104 an, wie in Fig. 1 veranschaulicht. Die Sensoremheit 101, die beispielsweise als ein peripherer Beschleunigungssensor (PAS = Perrpheral Acceleration Sensor) ausgebildet sein kann, liefert nun ein von einer Messgröße, beispielsweise einem Beschleunigungswert abhängiges Sensorsignal 112. Das Sensorsignal ist m derartigen Sensoren als ein Stromsignal mit einem Grundstrom von 5 mA (Milliampere) und einem Strom-Hub von 20 mA ausgebildet. Somit kann in Abhängigkeit von Messgroße ein Bitmuster erzeugt werden, welches in nachfolgenden Verstärker- und Komparatoremπchtungen weiterverarbeitet werden kann.
Die Sensoremheit 101 kann hierbei als mikromechanischer Beschleumgungssensor bereitgestellt werden, der beispielsweise in Kraftfahrzeugen m der B-Säule oder als Up-Front-Sensor angeordnet ist und Beschleunigungswerte, beispielsweise zur Betätigung von Airbags, Gurtstraffern etc liefert
Üblicherweise ist das Sensorsignal 110 als ein 10-Bit-Wert bereitgestellt. Zur Weiterverarbeitung des als ein Stromsignal ausgebildeten Sensorsignals 112 ist es vorteilhaft, dieses m einen Spannungsabfall 11 1 umzuformen, um in vorteilhafter Weise eine als ein Instrumentenverstärker ausgebildete Verstär¬ kereinrichtung 200 einsetzen zu können.
Der durch das Sensorsignal 112 hervorgerufene Spannungsabfall 111 wird mittels eines Messwider¬ stands 205 gewonnen, durch welchen das Stromsignal (Sensorsignal) 1 12 geleitet wird. Erfindungs- gemäß ist der Messwiderstand 205 zusammen mit der Verstärkereinrichtung 200 integriert bereitge¬ stellt, derart, dass ein Anschluss der Sensoremheit 101 lediglich über die ersten und zweiten Sensoran- Schlüsse 102 bzw. 103 durchgeführt werden muss, ohne einen entsprechenden Messwiderstand 205, der einer Sensoremheit 101 zugeordnet ist, vorsehen zu müssen. Da unterschiedliche Sensoreinheiten 101 bei gleicher Messgröße unterschiedliche Spannungsabfälle 111 hervorrufen können, wenn der Messwiderstand 205 konstant gehalten wird, ist erfindungsgemäß eine Komparatoremheit 107 bereit¬ gestellt, welche Schwellenwerte 106 aus einer Speichereinheit erhält, um ein Messsignal 110, das von der Verstärkereinrichtung 200 geliefert wird, mit dem Schwellenwert 106 vergleichen zu können.
Durch Bereitstellen unterschiedlicher Schwellenwerte 106 für entsprechende Sensoreinheiten 101 ist es möglich, gänzlich auf eine Anpassung des Messwiderstands 205 zu verzichten. Detailliert umfasst die Verstärkereinπchtung 200 einen Differenzverstärker 201, dessen Verstärkungs¬ faktor mittels eines Einstelle iderstands 204 eingestellt werden kann Der Messwiderstand ist zwischen einen ersten Emgangsanschluss 202 und einen zweiten Emgangsanschluss 203 des Differenzverstar- kers 201 geschaltet, wobei die ersten bzw. zweiten Eingangsanschlüsse 202 bzw 203 als ein "-"-
Emgangsanschluss bzw. als ein "+"-Emgangsanschluss bereitgestellt sein können. Somit stellt das von der Verstärkereinrichtung 200 gelieferte Messsignal 110 ein Maß für das verstärkte Sensorsignal 112 dar.
Obwohl dies in Fig. 1 nicht veranschaulicht ist, sei darauf hingewiesen, dass gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Erkennung der Sensoreinheit 101 dahingehend bereitgestellt werden kann, dass bei einem Anschluss der Sensoreinheit 101 an die Schmttstellenemheit 100 automatisch ein der entsprechenden Sensoremhcit 101 zugeordneter Schwellenwert 106 aus der Speichereinheit 105 ausgegeben werden kann. Somit ist sichergestellt, dass das Messsignal 1 10 stets mit dem korrekten, einer Sensoremheit 101 zugeordneten Schwellenwert 106 verglichen wird.
Die Komparatorcmheit 106, mit welcher em derartiger Vergleich ausgeführt wird, stellt ein Ver¬ gleichsergebnis als em Ausgangssignal 108 zu einer Ausgangsanschlussemheit 109 bereit Das Ausgangssignal 108 liefert beispielsweise ein Auslösesignal für einen Airbag, wobei Beschleuni¬ gungswerte mit der entsprechenden Sensoremheit 101 aufgenommen werden.
Vorzugsweise wird der Schwellenwert 106 in der Speichereinheit vorab gespeichert, so dass der Schwellenwert m Abhängigkeit von einem Typ der verwendeten Sensoremheit 101 auf effiziente Weise bereitgestellt werden kann. Somit ist es möglich, dass die Komparatoremheit 107 das aus der
Vei Stärkereinrichtung 200 ausgegebene Messsignal HO m Abhängigkeit von der verwendeten Sensor¬ emheit 101 mit unterschiedlichen Schwellenwerten 106 vergleicht.
Durch die erfϊndungsgemaße Vorrichtung wird der Vorteil erzielt, dass ein externer Messwiderstand vermieden wird. Ferner ist es möglich, den unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschriebenen Stützkonden¬ sator C zu eliminieren. Weiterhin besteht der Vorteil, dass das gesamte Messsystem unempfindlicher gegenüber Schwankungen in der Versorgungsspannung wird.
In vorteilhafter Weise ist der Messwiderstand in die übrige Schaltungsanordnung, beispielsweise einen ASIC (Application Specific Integrated Circuit, anwendungsspezifische integrierte Schaltung), inte¬ griert Der mit der als temperaturkompensierter Instrumentenverstärker ausgebildeten Verstärkerein- πchtung 200 gemessene Spannungsabfall 111 über einem derartigen Messwiderstand 205 ist strikt proportional zu dem durch die Sensoreinheit 101 hervorgerufenen Sensorsignal 112 (Stromsignal)
Durch eine Anpassung der Widerstände zur Verstärkungsemstellung und die Bereitstellung einer Komparatoremheit 107 zum Vergleich des Messsignals 110 mit unterschiedlichen Schwellenwerten 106 wird eine Anpassung an unterschiedliche Sensoreinheiten 101 ermöglicht, ohne dass eine Ände¬ rung des Messwiderstands 205 selbst erforderlich ist Auf diese Weise kann der Messwiderstand 205 effizient m das Gesamtsystem integriert werden.
Bezüglich m Fig 2 dargestellten, herkömmlichen Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer Sen- soremheit und zum Auswerten der von dieser gelieferten Sensorsignale wird auf die Beschreibungs- emleitung verwiesen
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschrankt, sondern auf vielfaltige Weise modifizierbar.
Auch ist die Erfindung nicht auf die genannten Anwendungsmöglichkeiten beschränkt
ROBERT BOSCH GMBH, 70442 STUTTGART
Sensorschnittstelle mit integrierter Strommessung
BEZUGSZEICHENLISTE:
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten oder Schritte.
100 Schmttstellenemheit
101 Sensoreinheit
102 Erster Sensoranschluss
103 Zweiter Sensoranschluss
104 Masse
105 Speichereinheit
106 Schwellenwert
107 Komparatoremheit
108 Ausgangssignal
109 Ausgangsanschlussemheit
110 Messsignal
11 1 Spannungsabfall
112 Sensorsignal
200 Verstärkereinπchtung
201 Differenzverstarker
202 Erster Emgangsanschluss
203 Zweiter Emgangsanschluss
204 Einstellwiderstand
205 Messwiderstand
300 Energieversorgungseinheit
301 Versorgungsspannung
302 Versorgungsspannungsquelle 303 Spannungsstabihsierungsemheit
304 Stabihsierungsemgang
305 Stabihsierungssignal
306 Stabilisierte Versorgungs Spannung
307 Versorgungsanschlussemheit

Claims

ROBERT BOSCH GMBH, 70442 STUTTGARTSensorschnittstelle mit integrierter StrommessungPATENTANSPRÜCHE
1. Ansteuerungs- und Auswertevorπchtung für unterschiedliche Sensoreinheiten (101), mit:
a) einer stabilisierten Energieversorgungseinheit (300) zur Versorgung der Sensoreinheit (101) mit elektrischer Energie;
b) einer Verstärkereinrichtung (200) zur Verstärkung eines von der Sensoreinheit (101) erzeugten Sensorsignals (112), welches der Verstärkereinrichtung (200) als ein Eingangssignal zugeführt wird, und zur Ausgabe eines von dem Sensorsignal (112) abhängigen Messsignals (110); und
c) einer Ausgabeeinheit (109) zur Ausgabe des Messsignals (110) als ein Ausgangssignal (108),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Vorrichtung ferner aufweist:
d) einen in die Verstärkereinrichtung (200) integrierten Messwiderstand (205) zur Messung eines durch das Sensorsignal (112) hervorgerufenen Spannungsabfalls (111), wobei der Spannungsabfall (111) der Verstärkereinrichtung (200) als das Eingangssignal zugeführt wird; und
e) eine der Verstärkeremπchtung (200) nachgeschaltete Komparatoremheit (107) zum Vergleichen des Messsignals (110) mit einem vorgebbaien Schwellenwert (106), wobei der Schwellenwert (106) m Abhängigkeit von der verwendeten Sensoreinheit (101) einstellbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Sensoreinheit (101) als ein peripherer Beschleunigungssensor (PAS) ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ferner eine Speichereinheit (105) zur Speicherung des vorgebbaren Schwellenwerts (106) bereit¬ gestellt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Energieversorgungseinheit (300) zur Versorgung der Sensoreinheit (101) mit elektrischer Energie als eine stabilisierte Spannungsquelle zur Ausgabe einer stabilisierten Versorgungsspannung (306) ausgebildet ist
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Verstärkeremπchtung (200) einen temperaturkompensierten Instrumentenverstärker aufweist.
6. Verfahren zum Ansteuern unterschiedlicher Sensoreinheiten (101) und zum Auswerten von Sensor¬ signalen (112), die von einer jeweiligen Sensoremheit (101) m Abhängigkeit von einer Messgroße geliefert werden, in einer Ansteuerungs- und Auswertevorπchtung, mit den folgenden Schritten:
a) Versorgen der Sensoremheit (101) mit elektrischer Eneigie aus einer stabilisierten Energieversor¬ gungseinheit (300);
b) mittels einer in der Ansteuerungs- und Auswertevorπchtung bereitgestellten Verstärkereinrichtung (200), Verstärken eines von der Sensoremheit (101) erzeugten Sensorsignals (112), welches der
Verstärkereinrichtung (200) als ein Emgangsεignal zugeführt wird, um ein Messsignal (110) zu erhalten; und
c) Ausgeben des von dem Sensorsignal (112) abhängigen Messsignals (110) aus der Verstärkerem- nchtung (200) mittels einer Ausgabeeinheit (109),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Verfahren ferner die Schritte aufweist:
d) Messen eines durch das Sensorsignal (112) hervorgerufenen Spannungsabfalls (111) mittels eines in die Verstarkereinπchtung (200) integrierten Messwiderstands (205), wobei der Spannungsabfall (111) der Verstärkereinrichtung (200) als das Emgangssignal zugeführt wird; und
e) Vergleichen des Messsignals (110) mit einem vorgebbaren Schwellenwert (106) mittels einer der Verstärkereinrichtung (200) nachgeschalteten Komparatoremheit (107), wobei der Schwellenwert
(106) in Abhängigkeit von der verwendeten Sensoremheit (101) eingestellt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der vorgebbare Schwellenwert (106) in einer Speicheremheit (105) vorab gespeichert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Schwellenwert (106), der m der Speichereinheit (105) vorab gespeichert wird, in Abhängig¬ keit von einem Typ der verwendeten Sensoremheit (101) vorgegeben wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine stabilisierte Versorgungsspannung (306) aus der Energieversorgungseinheit (300) zur
Versorgung der Sensoreinheit (101) mit elektrischer Energie ausgegeben wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die stabilisierte Versorgungsspannung (306) mittels einer stabilisierten Spannungsquelle der
Energieversorgungseinheit (300) zur Versorgung der Sensoreinheit (101) erzeugt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die stabilisierte Spannungsquelle eine stabilisierte Versorgungsspannung (306) m einem Bereich von 6 bis 7 Volt bereitstellt.
12. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Komparatoremheit (107) zum Vergleichen des Messsignals (110) m Abhängigkeit von der verwendeten Sensoremheit (101) mit unterschiedlichen Schwellenwerten (106) beaufschlagt wird.
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