EP3298689A1 - Signalverarbeitungseinrichtung und steuereinrichtung - Google Patents

Signalverarbeitungseinrichtung und steuereinrichtung

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Publication number
EP3298689A1
EP3298689A1 EP16715294.1A EP16715294A EP3298689A1 EP 3298689 A1 EP3298689 A1 EP 3298689A1 EP 16715294 A EP16715294 A EP 16715294A EP 3298689 A1 EP3298689 A1 EP 3298689A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
resistor
voltage divider
frequency
signal
signal output
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
EP16715294.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tim Bruckhaus
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 EP3298689A1 publication Critical patent/EP3298689A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/01—Frequency selective two-port networks
    • H03H7/06—Frequency selective two-port networks including resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H1/00—Constructional details of impedance networks whose electrical mode of operation is not specified or applicable to more than one type of network
    • H03H1/02—Constructional details of impedance networks whose electrical mode of operation is not specified or applicable to more than one type of network of RC networks, e.g. integrated networks
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00—Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02—Regulating voltage or current
    • G05F3/08—Regulating voltage or current wherein the variable is dc
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/42—Networks for transforming balanced signals into unbalanced signals and vice versa, e.g. baluns
    • H03H7/425—Balance-balance networks
    • H03H7/427—Common-mode filters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor

Definitions

  • the present invention relates to a signal processing device for processing a differential signal of a sensor and a
  • the present invention will be illustrated below mainly in connection with sensors for electric machines, it is not limited thereto. Rather, the present invention can be used in any system in which differential signals are evaluated.
  • Electric machines e.g. Electric motors are used today in a variety of applications.
  • Electric motors e.g. Electric motors are used today in a variety of applications.
  • Electric vehicles are used as drive motors.
  • Position sensors For exact control of such electrical machines, it is necessary to know their position or the position of the rotor of such an electric machine.
  • detecting the position of the rotor e.g. Position sensors, such as
  • the output signals of these position sensors can then be e.g. be evaluated by a microcontroller and thereby determines the position of the rotor of the electrical machine.
  • Microcontroller lie. Furthermore, it is often required that the information necessary for the diagnosis be detected in the event of an error.
  • EP 2 837 915 A1 shows a motor control with a corresponding resolver monitoring.
  • Disclosure of the invention discloses a signal processing device with the features of claim 1 and a control device with the
  • a signal processing device for processing a differential signal of a sensor with a predetermined signal frequency, with a positive signal input, which is coupled to a positive sensor output of the sensor, and a negative signal input, which is coupled to a negative sensor output of the sensor, with a positive signal output and a negative signal output having a first frequency dependent resistor between the positive signal input and the positive signal output and a second frequency dependent resistor between the negative signal input and the negative
  • first and the second frequency-dependent resistor are adapted to allow electrical signals to pass unattenuated with the predetermined signal frequency, with a first voltage divider, which is at least partially arranged parallel to the first frequency-dependent resistor and is formed, a voltage between the positive signal input and to divide the positive signal output by a predetermined ratio, and a second voltage divider disposed at least partially in parallel with the second frequency-dependent resistor and configured to divide a voltage between the negative signal input and the negative signal output by a predetermined ratio.
  • a control device for an electrical machine with a
  • Signal processing device having a computing device, which has a first analog-to-digital converter which is coupled to the positive signal output of the signal processing device, and which has a second analog-to-digital converter which is connected to the negative signal output of the signal processing device is coupled.
  • a differential signal is to be understood as meaning a signal which is transmitted via two signal lines.
  • the actual information content is characterized by the difference between the voltages or the currents of the two signal lines.
  • sensors can provide a differential signal on two signal lines at a given signal frequency, eg, one
  • AC voltage, output Under the predetermined signal frequency can be understood not only a single frequency but also a frequency range around the specified frequency with a predetermined width. This frequency range is also referred to as useful frequency range.
  • the differential signal can be based on the difference between a voltage, a
  • Sensors may be any type of sensor that outputs a differential signal, in particular an AC signal, whose frequency is known or whose signal components are within a known useful frequency range.
  • a sensor may include an angle sensor, such as a position sensor. a resolver, his.
  • a sensor within the scope of this patent application may e.g. also a microphone or another
  • Patent application e.g. a capacitor are understood, the resistance or impedance value of which depends on the frequency of the voltage applied to the capacitor.
  • the capacitor thus acts like an AC resistor with a frequency-dependent impedance value.
  • the term "unimpaired” is to be understood as meaning that the respective signal is attenuated only to a very small extent, but low attenuation is possible owing, for example, to parasitic resistances or the like
  • connection of the sensor to a computing device offers only a limited robustness against shunts.
  • Under shunts are to understand parasitic resistances between a signal line of the sensor and a voltage which is between ground and the operating voltage.
  • the operating voltage is to be understood as the operating voltage of the entire system. In vehicles, for example, this is usually 12V - 14V.
  • the present invention prepares the differential signal such that the amplitude of the useful signal, that is to say the alternating component of the signal emitted by the sensor, is largely retained.
  • frequency-dependent resistors are used both in the positive signal branch and in the negative signal branch, the electrical signals with the predetermined
  • the DC component of the signal is divided down by the voltage dividers, e.g. by a factor of 3 or 30%.
  • the DC components of the signals through the voltage divider are therefore greatly divided down but still transmitted.
  • at least a part of each of the voltage dividers is connected in parallel to the corresponding frequency-dependent resistor. If capacitors are used as frequency-dependent resistors, they represent an interruption for the DC component. Consequently, only the resistors of the voltage divider are effective for the DC components. For example, can each one of the resistors of the corresponding voltage divider parallel to the
  • Frequency-dependent resistor can be arranged.
  • the present invention offers a high robustness against shunts due to the strong reduction of the DC component of the sensor signals.
  • a shunt only increases or decreases that to a very limited extent
  • the actual sensor signals are only weakly attenuated. Consequently, the DC potentials at the signal outputs depend only on the signal processing device itself. These may e.g. be approximately half the reference voltage of the analog-to-digital converter in the computing device, which is an up and down maximum amplitude for the actual sensor signals or the
  • the signal processing device may comprise a first low-pass filter, which is arranged electrically between the positive signal input and the positive signal output and is designed to allow electrical signals to pass approximately unattenuated at the predetermined signal frequency.
  • the signal processing device may have a second
  • Have low-pass filter which is arranged electrically between the negative signal input and the negative signal output and is designed to allow electrical signals with the predetermined signal frequency to pass approximately unattenuated.
  • Signal processing device are coupled, be filtered out.
  • the signal processing device may include a
  • the signal processing device may comprise a resistor network which is connected between the first voltage divider and the second
  • Ground terminal is arranged and is adapted to set a DC voltage at the positive signal output and the negative signal output to a predetermined value.
  • the resistor network makes it possible to precisely set the DC potential at the signal outputs. Due to the strong scaling of the DC component of the sensor signals whose DC component has only a very small influence on DC potential at the signal outputs.
  • Voltage divider may be arranged parallel to the first frequency-dependent resistor. Furthermore, a second resistor of the first
  • Voltage divider may be disposed between the first resistor of the first voltage divider and the positive signal output, and a third resistor of the first voltage divider may be disposed between the second resistor of the first voltage divider and a ground terminal.
  • the first signal output may e.g. with an account point between the second
  • Voltage divider may be arranged parallel to the second frequency-dependent resistor. Furthermore, a second resistor of the second
  • Voltage divider and the negative signal output to be arranged and a third resistor of the second voltage divider may be disposed between the second resistor of the second voltage divider and a ground terminal.
  • the second signal output may e.g. also be coupled to a node between the second resistor and the third resistor.
  • Voltage divider parallel to the second frequency-dependent resistor is the first resistor only for the DC voltage component of the respective Signal effective. This can therefore be selected to be correspondingly high, so that the desired division ratio in the respective
  • Voltage divider adjusts.
  • the alternating component of the respective signal is only influenced by the second and third resistor of the respective voltage divider.
  • Input voltage range e.g. a downstream digital-to-analog converter stage as good as possible is exploited.
  • the DC voltage component may e.g. be set to half the reference or reference voltage of the analog-to-digital converter.
  • Voltage divider be designed as a resistor of the first low-pass filter.
  • the first low-pass filter may have a low-pass capacitance, which is arranged between the positive signal output and the ground connection.
  • the second resistor of the second voltage divider may be formed as a resistor of the second low-pass filter.
  • the second low-pass filter may have a low-pass capacity that is between the negative
  • the first low pass may be at least partially integrated into the first voltage divider.
  • the second low-pass filter can be at least partially integrated into the second voltage divider.
  • the resistor network may be at least partially integrated into the first voltage divider and the second voltage divider.
  • the resistor network may include a first
  • the resistor network may have a second network resistance connected to the ground terminal and is coupled to the third resistor of the first voltage divider and the third resistor of the second voltage divider. This allows a very simple adjustment of the DC potential to the
  • the signal processing device may include a first input capacitance located between the positive signal input and the ground terminal. Furthermore, the first input capacitance located between the positive signal input and the ground terminal. Furthermore, the first input capacitance located between the positive signal input and the ground terminal.
  • Signal processing means have a second input capacitance, which is arranged between the negative signal input and the ground terminal.
  • the capacitances are in particular dimensioned such that they do not let signals with the predetermined signal frequency pass. These capacitances consequently represent a short to ground for signals which have a much higher frequency than the given one
  • Such high frequency disturbances can e.g. be electrostatic discharges or the like and are therefore already attenuated or derived at the input of the signal processing device.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an embodiment of an inventive device
  • FIG. 2 shows a circuit diagram of a further embodiment of a signal processing device according to the invention
  • FIG. 3 shows a diagram with a frequency characteristic of an embodiment of a signal processing device according to the invention.
  • FIG. 4 shows a block diagram of an embodiment of a control device according to the invention.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an embodiment of a signal processing device 1-1 according to the invention.
  • the signal processing device 1-1 has a positive signal input 5-1 and a negative signal input 6-1. Via these signal inputs 5-1 and 6-1, the signal processing device 1-1 can be coupled to a sensor (not explicitly shown).
  • the signal processing device 1-1 has a first signal path from the positive signal input 5-1 to a positive one
  • a frequency-dependent resistor CIH, CIL is arranged in each of the signal paths. This can e.g. be designed as a capacitor CIH, CIL.
  • the frequency-dependent resistor CIH, CIL is in each case dimensioned such that it can pass signals of the predetermined frequency 4 approximately unchanged or forwards them approximately unattenuated.
  • a first resistor R1H, RIL is arranged in each case in parallel with the capacitor CIH, CIL. Between the parallel circuit of capacitor CIH, CIL and first resistor R1H, RIL is in each case a third resistor R3H, R3L against Ground switched.
  • the terms first and third are for the sole purpose of distinction and do not represent any order or ranking.
  • the two resistors R1H, R3H and R1L, R3L form one each
  • the voltage divider 11 and 12 serve to forward the DC component in the signals which are received via the signal inputs 5-1, 6-1, only very greatly reduced to the signal outputs 7-1, 8-1.
  • the voltage dividers may each have the DC components, e.g. share in a ratio of 1/3.
  • Fig. 2 shows a circuit diagram of another embodiment of a
  • Signal processing device 1-2 which is coupled to a sensor 2-1.
  • the sensor 2-1 is shown as a combination of a voltage source U with an inductance L and a resistor R. This
  • the equivalent circuit diagram is merely an illustration of the sensor 2-1 and, depending on the sensor 2-1 used, may deviate from the one shown here in other embodiments.
  • the sensor 2-1 has a positive and a negative sensor output 9-1, 10-1. Via these outputs 9-1, 10-1, the sensor 2-1 transmits to the signal processing device 1-2 a differential signal 3-1 in which the voltage difference between the two signal lines is the actual one
  • the differential signal 3-1 is transmitted to the signal processing device 1-2.
  • the signal processing device 1-2 has two signal paths, which in the
  • a capacitor C5H, C5L is grounded in each of the signal branches.
  • the capacitors C5H, C5L are dimensioned such that signals or voltages at the predetermined frequency 4 substantially unchanged or undamped in be transmitted to the signal path.
  • the capacitors C5H, C5L thus have such a small capacity that they are responsible for the voltages with the
  • capacitors C5H, C5L serve to derive high-frequency interfering signals having a frequency greater than the predetermined frequency 4.
  • Signal input 5-2 a resistor R6H against the supply voltage VDD connected.
  • In the signal path of the negative signal input 6-2 is a
  • Resistor R6L connected to ground GND. These resistors R6H, R6L serve to change the DC potential to the
  • Signal inputs 9-1, 10-1 limit in case of a shunt. Furthermore, a diagnosis of the line interruption in the signal paths is made possible, because then the signal paths are pulled to different DC voltage levels.
  • the capacitors C5H, C5L are followed in each signal branch by a parallel connection of a resistor RIH, RIL and a capacitor CIH, CIL. In turn, this resistor is followed by a resistor R2H, R2L, which is coupled to the respective signal output 7-2, 8-2.
  • Capacitors CIH, CIL are dimensioned so that they represent only a very low resistance for voltages with the given frequency 4 and only represent a high resistance for signals with a lower than the predetermined frequency 4. Signals with the predetermined signal frequency 4 thus pass through the parallel circuit essentially unattenuated. For the signals with a lower frequency than the
  • predetermined frequency 4 is the value of the respective resistor RIH, RIL crucial.
  • R2H together with R3H as a voltage divider, also acts at the given signal frequency 4. So it can be synonymous with the given
  • Signal frequency 4 by the voltage divider from R2H and R3H dividing the voltage with the predetermined signal frequency 4 are made, if desired.
  • the division factor is, however, smaller at the given signal frequency 4 than in the case of a DC voltage, since RIH also acts in addition to R2H at a DC voltage. The same applies in particular to the
  • R2L and R3L Interaction of R2L and R3L with RIL.
  • a respective resistor R3H, R3L is arranged in each signal path and is coupled to the corresponding resistor R3L, R3H of the other signal path.
  • a resistor R5 is connected to the supply voltage VDD and a resistor R4 to ground GND. With this voltage divider between VDD and GND, the DC potential at the signal outputs 7-2, 8-2 can be set.
  • a capacitor C3 arranged between the node between the resistors R3H and R3L and GND serves to stabilize the voltage of the voltage divider at the predetermined signal frequency 4.
  • a capacitor C2H, C2L is arranged between the corresponding signal output 7-2, 8-2 and ground.
  • These capacitors C2H, C2L together with the resistors R2H, R2L each form a low-pass filter.
  • This low-pass filter is dimensioned such that it allows signals to pass at the predetermined frequency 4, that is, to forward to the signal outputs 7-2, 8-2 and attenuates signals at a higher frequency, that is dissipates to ground.
  • FIG. 3 shows a diagram with an exemplary frequency profile of the embodiment of the signal processing device according to the invention of FIG. 2.
  • the ordinate axis of the diagram indicates the amplitude response of the signal.
  • the abscissa axis indicates the frequency.
  • signals with a frequency of about 1 kHz to 100 kHz are transmitted with low attenuation.
  • Signals with a frequency of less than 1 kHz are attenuated by about half.
  • Signals with a frequency greater than lOOKHz are more attenuated with increasing frequency.
  • the attenuation of these signals corresponds to the attenuation of an RC low-pass filter.
  • the signal processing device 1-2 conducts the signals very well at the predetermined frequency 4 and at the same time attenuates signals having frequencies which are less than 1 kHz or more than 100 kHz.
  • signals with a DC component ie a frequency of 0, are not completely attenuated, as would be the case with a purely capacitive coupling between the sensor and the evaluation circuit. Rather, low-frequency Transmit signal components including the DC component with a constant frequency over the transmission factor, in contrast to the falling with decreasing frequency transmission at a pure high-pass. A diagnosis of errors, such as a shunt or a short circuit is therefore very easy.
  • the control device 20 has a computing device 21, which is designed to control a motor 23 via a control output 25.
  • the movement of the motor 23 is detected by a sensor 2-2, which has a positive and a negative sensor output 9-2, 10-2 a differential
  • Signal processing 1-3 outputs.
  • the signal processing device 1-3 outputs the processed signals via signal inputs 22-1, 22-2 to analog-to-digital converters 24-1, 24-2 of the computing device 21, which digitize the signals.
  • the digitized signals can be used to determine the position of the rotor of the electric motor 23 and
  • the present invention may e.g. also be used for the signal processing of signals in audio applications or the like.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Signalverarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung eines differentiellen Signals eines Sensors mit einer vorgegebenen Signalfrequenz, mit einem positiven Signaleingang (5-1), welcher mit einem positiven Sensorausgang des Sensors koppelbar ist, und einem negativen Signaleingang (6-1), welcher mit einem negativen Sensorausgang des Sensors koppelbar ist, mit einem positiven Signalausgang (7-1) und mit einem negativen Signalausgang (8-1), mit einem ersten frequenzabhängigen Widerstand (C1H) zwischen dem positiven Signaleingang (5-1) und dem positiven Signalausgang (7-1) und mit einem zweiten frequenzabhängigen Widerstand (C1L) zwischen dem negativen Signaleingang (6-1) und dem negativen Signalausgang (8-1), wobei der erste und der zweite frequenzabhängige Widerstand (C1H, C1L) ausgebildet sind, elektrische Signale mit der vorgegebenen Signalfrequenz annähernd ungeschwächt passieren zu lassen, mit einem ersten Spannungsteiler (11), welcher zumindest teilweise parallel zu dem ersten frequenzabhängigen Widerstand (C1H) angeordnet ist und ausgebildet ist, eine Spannung zwischen dem positiven Signaleingang (5-1) und dem positiven Signalausgang (7-1) mit einem vorgegebenen Verhältnis zu teilen, mit einem zweiten Spannungsteiler (12), welcher zumindest teilweise parallel zu dem zweiten frequenzabhängigen Widerstand (C1L) angeordnet ist und ausgebildet ist, eine Spannung zwischen dem negativen Signaleingang (6-1) und dem negativen Signalausgang (8-1) mit einem vorgegebenen Verhältnis zu teilen. Ferner offenbart die vorliegende Erfindung eine Steuereinrichtung für eine elektrische Maschine.

Description

Beschreibung Titel
Signalverarbeitungseinrichtung und Steuereinrichtung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Signalverarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung eines differentiellen Signals eines Sensors und eine
entsprechende Steuereinrichtung.
Technisches Gebiet
Obwohl die vorliegende Erfindung nachfolgend hauptsächlich in Zusammenhang mit Sensoren für elektrische Maschinen dargestellt wird, ist sie darauf nicht beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann vielmehr in jedem System eingesetzt werden, in welchem differentielle Signale ausgewertet werden.
Elektrische Maschinen, z.B. Elektromotoren, kommen heute in einer Vielzahl von Anwendungen zum Einsatz. Beispielsweise können Elektromotoren in
Elektrofahrzeugen als Antriebsmotoren eingesetzt werden.
Zur exakten Steuerung solcher elektrischen Maschinen ist es notwendig, deren Lage bzw. die Lage des Rotors einer solchen elektrischen Maschine zu kennen. Zur Erfassung der Lage des Rotors können z.B. Lagesensoren, wie z.B.
Resolver, zum Einsatz kommen. Die Ausgangssignale dieser Lagesensoren können dann z.B. durch einen Mikrocontroller ausgewertet werden und dadurch die Lage des Rotors der elektrischen Maschine bestimmt werden.
Je nach Anwendung ist gefordert, dass die Signale des Lagesensors in allen relevanten Betriebsbedingungen innerhalb der Eingangsparameter des
Mikrocontrollers liegen. Ferner ist häufig gefordert, dass im Fehlerfall die zur Diagnose notwendigen Informationen erfasst werden.
Die EP 2 837 915 AI zeigt eine Motorsteuerung mit einer entsprechenden Resolverüberwachung.
Offenbarung der Erfindung Die vorliegende Erfindung offenbart eine Signalverarbeitungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Steuereinrichtung mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 10.
Demgemäß ist vorgesehen:
Eine Signalverarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung eines differentiellen Signals eines Sensors mit einer vorgegebenen Signalfrequenz, mit einem positiven Signaleingang, welcher mit einem positiven Sensorausgang des Sensors koppelbar ist, und einem negativen Signaleingang, welcher mit einem negativen Sensorausgang des Sensors koppelbar ist, mit einem positiven Signalausgang und mit einem negativen Signalausgang, mit einem ersten frequenzabhängigen Widerstand zwischen dem positiven Signaleingang und dem positiven Signalausgang und mit einem zweiten frequenzabhängigen Widerstand zwischen dem negativen Signaleingang und dem negativen
Signalausgang, wobei der erste und der zweite frequenzabhängige Widerstand ausgebildet sind, elektrische Signale mit der vorgegebenen Signalfrequenz ungeschwächt passieren zu lassen, mit einem ersten Spannungsteiler, welcher zumindest teilweise parallel zu dem ersten frequenzabhängigen Widerstand angeordnet ist und ausgebildet ist, eine Spannung zwischen dem positiven Signaleingang und dem positiven Signalausgang mit einem vorgegebenen Verhältnis zu teilen, und mit einem zweiten Spannungsteiler, welcher zumindest teilweise parallel zu dem zweiten frequenzabhängigen Widerstand angeordnet ist und ausgebildet ist, eine Spannung zwischen dem negativen Signaleingang und dem negativen Signalausgang mit einem vorgegebenen Verhältnis zu teilen.
Ferner ist vorgesehen: Eine Steuereinrichtung für eine elektrische Maschine, mit einer
Signalverarbeitungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, und mit einer Recheneinrichtung, welche einen ersten Analog-Digital-Wandler aufweist, welcher mit dem positiven Signalausgang der Signalverarbeitungseinrichtung gekoppelt ist, und welche einen zweiten Analog-Digital-Wandler aufweist, welcher mit dem negativen Signalausgang der Signalverarbeitungseinrichtung gekoppelt ist. Unter einem differentiellen Signal ist dabei ein Signal zu verstehen, welches über zwei Signalleitungen übertragen wird. Der eigentliche Informationsgehalt wird durch die Differenz der Spannungen oder der Ströme der zwei Signalleitungen gekennzeichnet. Sensoren können z.B. ein differentielles Signal auf zwei Signalleitungen mit einer vorgegebenen Signalfrequenz, also z.B. eine
Wechselspannung, ausgeben Unter der vorgegebenen Signalfrequenz kann dabei nicht nur eine einzelne Frequenz sondern auch ein Frequenzbereich um die angegebenen Frequenz mit einer vorgegebenen Breite verstanden werden. Dieser Frequenzbereich wird auch als Nutzfrequenzbereich bezeichnet. Das differentielle Signal kann sich dabei auf die Differenz einer Spannung, eines
Stroms, aber z.B. auch eine Differenz der Phase der Signalverläufe auf den zwei Signalleitungen beziehen.
Sensoren, wie hierin verwendet, können jede Art von Sensor sein, die ein differentielles Signal, insbesondere ein Wechselspannungssignal, ausgeben, dessen Frequenz bekannt ist oder dessen Signalanteile in einem bekannten Nutzfrequenzbereich liegen. Beispielsweise kann ein Sensor ein Winkelsensor bzw. ein Lagesensor, wie z.B. ein Resolver, sein. Ein Sensor im Rahmen dieser Patentanmeldung kann aber z.B. auch ein Mikrophon oder eine andere
Audioquelle oder dergleichen sein. Die Unterscheidung zwischen einem positiven und einem negativen Sensorausgang bzw. einem positiven und einem negativen Signaleingang und -Ausgang dient hauptsächlich der logischen Unterscheidung. Die Begriffe„positiv" oder„negativ" bezeichnen aber nicht zwingend eine Polarität oder dergleichen.
Unter einem frequenzabhängigen Widerstand kann im Rahmen dieser
Patentanmeldung z.B. ein Kondensator verstanden werden, dessen Wiederstand bzw. Impedanzwert von der Frequenz der an dem Kondensator anliegenden Spannung abhängt. Der Kondensator wirkt also wie ein Wechselstromwiderstand mit einem frequenzabhängigen Impedanzwert. Unter dem Begriff„ungeschwächt passieren" ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass das jeweilige Signal nur in sehr geringem Umfang gedämpft wird, eine geringe Dämpfung ist aber auf Grund z.B. von parasitären Widerständen oder dergleichen möglich. Die
Spannungsteiler bezeichnen im Rahmen dieser Patentanmeldung im
Wesentlichen solche Spannungsteiler, die auf reellen Widerständen basieren.
Vorteile der Erfindung Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Erkenntnis besteht darin, dass in herkömmlichen Schaltungen die Anbindung des Sensors an eine Recheneinrichtung nur eine eingeschränkte Robustheit gegen Nebenschlüsse bietet. Unter Nebenschlüssen sind dabei parasitäre Widerstände zwischen einer Signalleitung des Sensors und einer Spannung, die zwischen Masse und der Betriebsspannung liegt, zu verstehen. Als Betriebsspannung ist dabei die Betriebsspannung des Gesamtsystems zu verstehen. In Fahrzeugen liegt diese z.B. üblicherweise bei 12V - 14V.
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Idee besteht nun darin, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und eine verbesserte Schaltung für die Signalaufbereitung von differentiellen Sensorsignalen vorzusehen.
Dazu bereitet die vorliegende Erfindung das differentielle Signal derart auf, dass die Amplitude des Nutzsignals, also der Wechselanteil des von dem Sensor ausgebebenen Signals weitgehend erhalten bleibt. Dazu werden sowohl in dem positiven Signalzweig als auch in dem negativen Signalzweig frequenzabhängige Widerstände eingesetzt, die elektrische Signale mit der vorgegebenen
Signalfrequenz annähernd ungeschwächt passieren lassen.
Gleichzeitig wird aber der Gleichanteil des Signals durch die Spannungsteiler heruntergeteilt, z.B. um den Faktor 3 bzw. auf 30%. Die Gleichanteile der Signale durch die Spannungsteiler werden folglich stark heruntergeteilt aber noch übertragen. Dazu wird zumindest ein Teil jedes der Spannungsteiler zu dem entsprechenden frequenzabhängigen Widerstand parallel geschaltet. Werden Kondensatoren als frequenzabhängige Widerstände eingesetzt, stellen diese für den Gleichanteil eine Unterbrechung dar. Für die Gleichanteile sind folglich nur die Widerstände des Spannungsteilers wirksam. Z.B. kann jeweils einer der Widerstände des entsprechenden Spannungsteilers parallel zu dem
frequenzabhängigen Widerstand angeordnet werden.
Die vorliegende Erfindung bietet durch die starke Reduzierung des Gleichanteils der Sensorsignale eine hohe Robustheit gegenüber Nebenschlüssen. Ein Nebenschluss erhöht oder senkt lediglich in sehr geringem Umfang das
Gleichspannungspotential an den Signalausgängen. Gleichzeitig wird aber die Signalamplitude des Wechselanteils der Sensorsignale lediglich sehr wenig gedämpft, wodurch diese sehr wenig stör- und fehleranfällig sind. Gleichzeitig bleibt mit Hilfe der vorliegenden Erfindung, im Gegensatz zu einer reinen Wechselspannungskopplung des Sensors, eine Diagnose von Fehlern in den Signalleitungen weiterhin möglich. Solche Fehler können z.B. Kurzschlüsse der Signalleitungen zu Masse oder der Versorgungsspannung,
Leitungsunterbrechungen oder dergleichen sein.
Im Normalbetrieb, also ohne Fehler oder Nebenschluss, werden die eigentlichen Sensorsignale nur schwach gedämpft. Die Gleichspannungspotentiale an den Signalausgängen hängen folglich nur von der Signalverarbeitungseinrichtung selbst ab. Diese können z.B. in etwa bei der halben Referenzspannung der Analog-Digital-Wandler in der Recheneinrichtung liegen, was eine nach oben und unten maximale Amplitude für die eigentlichen Sensorsignale bzw. den
Wechselanteil der Sensorsignale ermöglicht.
Im Betrieb mit einem Nebenschluss werden die Gleichspannungspotentiale leicht erhöht oder gesenkt. Bei entsprechender Dimensionierung des Spannungsteilers bleibt aber weiterhin die gesamte Amplitude der Sensorsignale nutzbar. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den
Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
In einer Ausführungsform kann die Signalverarbeitungseinrichtung einen ersten Tiefpass aufweisen, welcher elektrisch zwischen dem positiven Signaleingang und dem positiven Signalausgang angeordnet ist und ausgebildet ist, elektrische Signale mit der vorgegebenen Signalfrequenz annähernd ungeschwächt passieren zu lassen. In einer Ausführungsform kann die Signalverarbeitungseinrichtung einen zweiten
Tiefpass aufweisen, welcher elektrisch zwischen dem negativen Signaleingang und dem negativen Signalausgang angeordnet ist und ausgebildet ist, elektrische Signale mit der vorgegebenen Signalfrequenz annähernd ungeschwächt passieren zu lassen.
Durch den ersten und den zweiten Tiefpass können hochfrequente Störsignale, die z.B. über Signalleitungen zwischen dem Sensor und der
Signalverarbeitungseinrichtung eingekoppelt werden, ausgefiltert werden. In einer Ausführungsform kann die Signalverarbeitungseinrichtung einen
Spannungsversorgungsanschluss und einem Masseanschluss aufweisen. Ferner kann die Signalverarbeitungseinrichtung ein Widerstandsnetzwerk aufweisen, welches zwischen dem ersten Spannungsteiler und dem zweiten
Spannungsteiler und dem Spannungsversorgungsanschluss und dem
Masseanschluss angeordnet ist und ausgebildet ist, eine Gleichspannung an dem positiven Signalausgang und dem negativen Signalausgang auf einen vorgegebenen Wert einzustellen. Das Widerstandsnetzwerk ermöglicht es, das Gleichspannungspotential an den Signalausgängen exakt einzustellen. Durch die starke Skalierung des Gleichanteils der Sensorsignale hat deren Gleichanteil lediglich einen sehr geringen Einfluss auf Gleichspannungspotential an den Signalausgängen.
In einer Ausführungsform kann ein erster Widerstand des ersten
Spannungsteilers parallel zu dem ersten frequenzabhängigen Widerstand angeordnet sein. Ferner kann ein zweiter Widerstand des ersten
Spannungsteilers zwischen dem ersten Widerstand des ersten Spannungsteilers und dem positiven Signalausgang angeordnet sein und ein dritter Widerstand des ersten Spannungsteilers kann zwischen dem zweiten Widerstand des ersten Spannungsteilers und einem Masseanschluss angeordnet sein. Der erste Signalausgang kann z.B. mit einem Kontenpunkt zwischen dem zweiten
Widerstand und dem dritten Widerstand gekoppelt sein.
In einer Ausführungsform kann ein erster Widerstand des zweiten
Spannungsteilers parallel zu dem zweiten frequenzabhängigen Widerstand angeordnet sein. Ferner kann ein zweiter Widerstand des zweiten
Spannungsteilers zwischen dem ersten Widerstand des zweiten
Spannungsteilers und dem negativen Signalausgang angeordnet sein, und ein dritter Widerstand des zweiten Spannungsteilers kann zwischen dem zweiten Widerstand des zweiten Spannungsteilers und einem Masseanschluss angeordnet sein. Der zweite Signalausgang kann z.B. ebenfalls mit einem Kontenpunkt zwischen dem zweiten Widerstand und dem dritten Widerstand gekoppelt sein.
Durch die parallele Anordnung des ersten Widerstands des jeweiligen
Spannungsteilers parallel zu dem zweiten frequenzabhängigen Widerstand ist der erste Widerstand jeweils nur für den Gleichspannungsanteil des jeweiligen Signals wirksam. Dieser kann folglich entsprechend hoch gewählt werden, sodass sich das gewünschte Teilungsverhältnis in dem jeweiligen
Spannungsteiler einstellt. Der Wechselanteil des jeweiligen Signals wird dagegen nur durch den zweiten und dritten Widerstand des jeweiligen Spannungsteilers beeinflusst. Diese können so gewählt werden, dass der
Eingangsspannungsbereich z.B. einer nachgeschalteten Digital-Analog- Wandlerstufe so gut wie mögliche ausgenutzt wird. Der Gleichspannungsanteil kann z.B. auf die halbe Referenz- oder Bezugsspannung der Analog-Digital- Wandler gestellt werden.
In einer Ausführungsform kann der zweite Widerstand des ersten
Spannungsteilers als Widerstand des ersten Tiefpasses ausgebildet sein. Ferner kann der erste Tiefpass eine Tiefpasskapazität aufweisen, die zwischen dem positiven Signalausgang und dem Masseanschluss angeordnet ist. In einer Ausführungsform kann der zweite Widerstand des zweiten Spannungsteilers als Widerstand des zweiten Tiefpasses ausgebildet sein. Ferner kann der zweite Tiefpass eine Tiefpasskapazität aufweisen, die zwischen dem negativen
Signalausgang und dem Masseanschluss angeordnet ist. Dies ermöglicht es, hochfrequente Störungen mit einem einfachen RC-Tiefpass aus den
Sensorsignalen zu filtern.
In einer Ausführungsform kann der erste Tiefpass zumindest teilweise in den ersten Spannungsteiler integriert sein. Ferner kann der zweite Tiefpass zumindest teilweise in den zweiten Spannungsteiler integriert sein.
In einer Ausführungsform kann das Widerstandsnetzwerk zumindest teilweise in den ersten Spannungsteiler und den zweiten Spannungsteiler integriert sein.
Werden die Komponenten einzelner Elemente der
Signalverarbeitungseinrichtung auch in weiteren Elementen der
Signalverarbeitungseinrichtung genutzt, kann die Anzahl der Bauteile und damit die Komplexität der Signalverarbeitungseinrichtung reduziert werden.
In einer Ausführungsform kann das Widerstandsnetzwerk einen ersten
Netzwerkwiderstand aufweisen, der mit dem Versorgungsanschluss und mit dem dritten Widerstand des ersten Spannungsteilers und dem dritten Widerstand des zweiten Spannungsteilers gekoppelt ist. Ferner kann das Widerstandsnetzwerk einen zweiten Netzwerkwiderstand aufweisen, der mit dem Masseanschluss und mit dem dritten Widerstand des ersten Spannungsteilers und dem dritten Widerstand des zweiten Spannungsteilers gekoppelt ist. Dies ermöglicht eine sehr einfache Einstellung des Gleichspannungspotentials an den
Signalausgängen.
In einer Ausführungsform kann die Signalverarbeitungseinrichtung eine erste Eingangskapazität aufweisen, welche zwischen dem positiven Signaleingang und dem Masseanschlussangeordnet ist. Ferner kann die
Signalverarbeitungseinrichtung eine zweite Eingangskapazität aufweisen, welche zwischen dem negativen Signaleingang und dem Masseanschluss angeordnet ist. Die Kapazitäten sind dabei insbesondere derart dimensioniert, dass sie Signale mit der vorgegebenen Signalfrequenz nicht passieren lassen. Diese Kapazitäten stellen folglich für Signale einen Kurzschluss gegen Masse dar, die eine wesentlich höhere Frequenz aufweisen, als die vorgegebene
Signalfrequenz. Solche hochfrequenten Störungen können z.B. elektrostatische Entladungen oder dergleichen sein und werden also bereits am Eingang der Signalverarbeitungseinrichtung gedämpft bzw. abgeleitet.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen,
Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder
Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Signalverarbeitungseinrichtung; Fig. 2 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Signalverarbeitungseinrichtung;
Fig. 3 ein Diagramm mit einem Frequenzverlauf einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Signalverarbeitungseinrichtung; und
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung.
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen - sofern nichts Anderes angegeben ist - mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Signalverarbeitungseinrichtung 1-1.
Die Signalverarbeitungseinrichtung 1-1 weist einen positiven Signaleingang 5-1 und einen negativen Signaleingang 6-1 auf. Über diese Signaleingänge 5-1 und 6-1 kann die Signalverarbeitungseinrichtung 1-1 mit einem Sensor (nicht explizit dargestellt) gekoppelt werden. Die Signalverarbeitungseinrichtung 1-1 weist einen ersten Signalpfad von dem positiven Signaleingang 5-1 zu einem positiven
Signalausgang 7-1 und einen zweiten Signalpfad von dem negativen
Signaleingang 6-1 zu einem negativen Signalausgang 8-1 auf.
In jedem der Signalpfade ist ein frequenzabhängiger Widerstand CIH, CIL angeordnet. Dieser kann z.B. als Kondensator CIH, CIL ausgebildet sein. Der frequenzabhängige Widerstand CIH, CIL ist dabei jeweils derart dimensioniert, dass er Signale der vorgegebenen Frequenz 4 annähernd unverändert passieren lässt bzw. diese annähernd ungedämpft weiterleitet.
Parallel zu dem Kondensator CIH, CIL ist jeweils ein erster Widerstand R1H, RIL angeordnet. Zwischen der Parallelschaltung aus Kondensator CIH, CIL und erstem Widerstand R1H, RIL ist jeweils ein dritter Widerstand R3H, R3L gegen Masse geschaltet. Die Bezeichnungen erster und dritter dienen lediglich der Unterscheidung und stellen keinerlei Reihenfolge oder Rangordnung dar.
Die zwei Widerstände R1H, R3H und R1L, R3L bilden jeweils einen
Spannungsteiler 11 und 12. Die Spannungsteiler 11 und 12 dienen dazu, den Gleichspannungsanteil in den Signalen, welche über die Signaleingänge 5-1, 6-1 aufgenommen werden, nur sehr stark reduziert an die Signalausgänge 7-1, 8-1 weiterzuleiten. Die Spannungsteiler können die Gleichspannungsanteile jeweils z.B. in einem Verhältnis von 1/3 teilen.
Es ist zu erkennen, dass gleichzeitig die Wechselspannungsanteile mit der vorgegebenen Frequenz 4 annähernd unverändert über die Kondensatoren C1H, CIL an die Signalausgänge 7-1, 8-1 ausgegeben werden.
Fig. 2 zeigt ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Signalverarbeitungseinrichtung 1-2, die mit einem Sensor 2- 1 gekoppelt ist. Der Sensor 2-1 ist als eine Kombination einer Spannungsquelle U mit einer Induktivität L und einem Widerstand R dargestellt. Dieses
Ersatzschaltbild dient lediglich der Veranschaulichung des Sensors 2-1 und kann je nach verwendetem Sensor 2-1 in anderen Ausführungsformen von dem hier dargestellten abweichen.
Der Sensor 2-1 weist einen positiven und einen negativen Sensorausgang 9-1, 10-1 auf. Über diese Ausgänge 9-1, 10-1 übermittelt der Sensor 2-1 an die Signalverarbeitungseinrichtung 1-2 ein differentielles Signal 3-1, bei welchem die Spannungsdifferenz zwischen den zwei Signalleitungen die eigentliche
Information darstellt.
Über einen positiven und einen negativen Signaleingang 5-2, 6-2 wird das differentielle Signal 3-1 an die Signalverarbeitungseinrichtung 1-2 übertragen. Die Signalverarbeitungseinrichtung 1-2 weist zwei Signalpfade auf, die im
Wesentlichen symmetrisch aufgebaut sind und die Signaleingänge 5-2, 6-2 mit entsprechenden Signalausgängen 7-2, 8-2 koppeln.
Nach den Signaleingängen 5-2, 6-2 ist in jedem der Signalzweige jeweils ein Kondensator C5H, C5L gegen Masse angeordnet. Die Kondensatoren C5H, C5L sind dabei derart dimensioniert, dass Signale bzw. Spannungen mit der vorgegebenen Frequenz 4 im Wesentlichen unverändert bzw. ungedämpft in dem Signalpfad übertragen werden. Die Kondensatoren C5H, C5L weisen also eine so kleine Kapazität auf, dass diese für die Spannungen mit der
vorgegebenen Frequenz 4 einen großen Widerstand darstellt. Die
Kondensatoren C5H, C5L dienen folglich dazu, hochfrequente Störsignale abzuleiten, die eine Frequenz größer der vorgegebenen Frequenz 4 aufweisen.
Nach den Kondensatoren C5H, C5L ist im Signalpfad des positiven
Signaleingangs 5-2 ein Widerstand R6H gegen die Versorgungsspannung VDD geschaltet. In dem Signalpfad des negativen Signaleingangs 6-2 ist ein
Widerstand R6L gegen Masse GND geschaltet. Diese Wiederstände R6H, R6L dienen dazu, die Änderungen des Gleichspannungspotentials an den
Signaleingängen 9-1, 10-1 im Falle eines Nebenschlusses zu begrenzen. Ferner wird eine Diagnose der Leitungsunterbrechung in den Signalpfaden ermöglicht, da dann die Signalpfade auf unterschiedliche Gleichspannungspegel gezogen werden.
An die Kondensatoren C5H, C5L schließt sich in jedem Signalzweig jeweils eine Parallelschaltung aus einem Widerstand RIH, RIL und einem Kondensator CIH, CIL an. An diese Parallelschaltung schließt sich wiederum ein Widerstand R2H, R2L an, der mit dem jeweiligen Signalausgang 7-2, 8-2 gekoppelt ist. Die
Kondensatoren CIH, CIL sind derart dimensioniert, dass Sie für Spannungen mit der vorgegebenen Frequenz 4 lediglich einen sehr geringen Widerstand darstellen und lediglich für Signale mit einer geringeren als der vorgegebenen Frequenz 4 einen hohen Widerstand darstellen. Signale mit der vorgegebenen Signalfrequenz 4 passieren die Parallelschaltung folglich im Wesentlichen ungedämpft. Für die Signale mit einer geringeren Frequenz als der
vorgegebenen Frequenz 4 ist der Wert des jeweiligen Widerstands RIH, RIL ausschlaggebend.
R2H wirkt dagegen auch bei der vorgegebenen Signalfrequenz 4 zusammen mit R3H als Spannungsteiler. Es kann also auch bei der vorgegebenen
Signalfrequenz 4 durch den Spannungsteiler aus R2H und R3H ein Teilen der Spannung mit der vorgegebenen Signalfrequenz 4 vorgenommen werden, falls gewünscht. Der Teilungsfaktor ist aber bei der vorgegebenen Signalfrequenz 4 kleiner als bei einer Gleichspannung, da bei einer Gleichspannung zusätzlich zu R2H auch RIH wirkt. Entsprechendes gilt insbesondere für das
Zusammenwirken von R2L und R3L mit RIL. Zwischen den Widerständen R2H, R2L und dem jeweiligen Signalausgang 7-2, 8-2 ist in jedem Signalpfad jeweils ein Widerstand R3H, R3L angeordnet, der mit dem entsprechenden Widerstand R3L, R3H des anderen Signalpfads gekoppelt ist. An dem Knotenpunkt zwischen den Widerständen R3H und R3L sind ein Widerstand R5 gegen die Versorgungsspannung VDD und ein Widerstand R4 gegen Masse GN D angeschlossen. Mit diesem Spannungsteiler zwischen VDD und GND kann das Gleichspannungspotential an den Signalausgängen 7-2, 8-2 eingestellt werden. Ein zwischen dem Kontenpunkt zwischen den Widerständen R3H und R3L und GND angeordneter Kondensator C3 dient der Stabilisierung der Spannung des Spannungsteilers bei der vorgegebenen Signalfrequenz 4.
Schließlich ist in jedem Signalzweig jeweils ein Kondensator C2H, C2L zwischen dem entsprechenden Signalausgang 7-2, 8-2 und Masse angeordnet. Diese Kondensatoren C2H, C2L bilden gemeinsam mit den Widerständen R2H, R2L jeweils einen Tiefpassfilter. Dieser Tiefpassfilter ist dabei derart dimensioniert, dass er Signale mit der vorgegebenen Frequenz 4 passieren lässt, also an die Signalausgänge 7-2, 8-2 weiterleitet und Signale mit einer höheren Frequenz dämpft, also gegen Masse ableitet.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm mit einem beispielhaften Frequenzverlauf der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Signalverarbeitungseinrichtung der Fig. 2. Die Ordinatenachse des Diagramms zeigt den Amplitudengang des Signals an. Die Abszissenachse zeigt die Frequenz an.
Es ist in dem Diagramm zu erkennen, dass Signale mit einer Frequenz von ca. 1kHz bis 100kHz mit geringer Dämpfung übertragen werden. Signale mit einer Frequenz von unter lKHz werden in etwa um die Hälfte gedämpft. Signale mit einer Frequenz von mehr als lOOKHz dagegen werden mit steigender Frequenz stärker gedämpft. Die Dämpfung dieser Signale entspricht der Dämpfung eines RC-Tiefpasses.
Die erfindungsgemäße Signalverarbeitungseinrichtung 1-2 leitet also die Signale bei der vorgegebenen Frequenz 4 sehr gut weiter und dämpft gleichzeitigt Signale mit Frequenzen, die unter l KHz oder über 100kHz liegen deutlich.
Ferner werden Signale mit einem Gleichanteil, also einer Frequenz von 0, nicht komplett gedämpft, wie es bei einer rein kapazitiven Kopplung zwischen Sensor und Auswerteschaltung der Fall wäre. Vielmehr werden niederfrequente Signalanteile einschließlich des Gleichanteils mit einem über der Frequenz konstanten Übertragungsfaktor übertragen, im Gegensatz zu der mit sinkender Frequenz sinkenden Übertragung bei einem reinen Hochpass. Eine Diagnose von Fehlern, wie z.B. einem Nebenschluss oder einem Kurzschluss ist folglich sehr einfach möglich.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung 20. Die Steuereinrichtung 20 weist eine Recheneinrichtung 21 auf, die ausgebildet ist, einen Motor 23 über einen Steuerausgang 25 anzusteuern. Die Bewegung des Motors 23 wird über einen Sensor 2-2 erfasst, der über einen positive und einen negativen Sensorausgang 9-2, 10-2 ein differentielles
Wechselspannungssignal 3-2 an die Signalverarbeitungseinrichtung 1-3 bzw. einen positiven Signaleingang 5-2 und einen negativen Signaleingang 6-3 der
Signalverarbeitungseinrichtung 1-3 ausgibt. Die Signalverarbeitungseinrichtung 1-3 gibt die verarbeiteten Signale über Signaleingänge 22-1, 22-2 an Analog- Digital-Wandler 24-1, 24-2 der Recheneinrichtung 21 aus, welche die Signale digitalisieren.
In der Recheneinrichtung 21 können die digitalisierten Signale genutzt werden, um die Position des Rotors des Elektromotors 23 zu bestimmen und
entsprechende Steuersignale zu erzeugen. Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
Die vorliegende Erfindung kann z.B. auch für die Signalverarbeitung von Signalen in Audio-Anwendungen oder dergleichen eingesetzt werden.

Claims

Ansprüche
1. Signalverarbeitungseinrichtung (1-1, 1-2, 1-3) zur Verarbeitung eines differentiellen Signals (3-1, 3-2) eines Sensors (2-1, 2-2) mit einer vorgegebenen Signalfrequenz (4), mit einem positiven Signaleingang (5-1, 5-2, 5-3), welcher mit einem positiven Sensorausgang (9-1, 9-2) des Sensors (2-1, 2-2) koppelbar ist, und einem negativen Signaleingang (6-1, 6-2, 6-3), welcher mit einem negativen
Sensorausgang (10-1, 10-2) des Sensors (2-1, 2-2) koppelbar ist, mit einem positiven Signalausgang (7-1, 7-2, 7-3) und mit einem negativen Signalausgang (8-1, 8-2, 8-3), mit einem ersten frequenzabhängigen Widerstand (CIH) zwischen dem positiven Signaleingang (5-1, 5-2, 5-3) und dem positiven Signalausgang (7-1, 7-2, 7-3) und mit einem zweiten frequenzabhängigen Widerstand (CIL) zwischen dem negativen Signaleingang (6-1, 6-2, 6-3) und dem negativen Signalausgang (8-1, 8-2, 8-3), wobei der erste und der zweite frequenzabhängige Widerstand (CIH, CIL) ausgebildet sind, elektrische Signale mit der vorgegebenen Signalfrequenz (4) ungeschwächt passieren zu lassen, mit einem ersten Spannungsteiler (11), welcher zumindest teilweise parallel zu dem ersten frequenzabhängigen Widerstand (CIH) angeordnet ist und ausgebildet ist, eine Spannung zwischen dem positiven Signaleingang (5-1, 5-2,
5- 3) und dem positiven Signalausgang (7-1, 7-2, 7-3) mit einem vorgegebenen Verhältnis zu teilen, und mit einem zweiten Spannungsteiler (12), welcher zumindest teilweise parallel zu dem zweiten frequenzabhängigen Widerstand (CIL) angeordnet ist und ausgebildet ist, eine Spannung zwischen dem negativen Signaleingang (6-1, 6-2,
6- 3) und dem negativen Signalausgang (8-1, 8-2, 8-3) mit einem vorgegebenen Verhältnis zu teilen.
2. Signalverarbeitungseinrichtung (1-1, 1-2, 1-3) nach Anspruch 1, mit einem ersten Tiefpass, welcher elektrisch zwischen dem positiven
Signaleingang (5-1, 5-2, 5-3) und dem positiven Signalausgang (7-1, 7-2, 7-3) angeordnet ist und ausgebildet ist, elektrische Signale mit der vorgegebenen Signalfrequenz (4) annähernd ungeschwächt passieren zu lassen, und mit einem zweiten Tiefpass, welcher elektrisch zwischen dem negativen
Signaleingang (6-1, 6-2, 6-3) und dem negativen Signalausgang (8-1, 8-2, 8-3) angeordnet ist und ausgebildet ist, elektrische Signale mit der vorgegebenen Signalfrequenz (4) annähernd ungeschwächt passieren zu lassen.
3. Signalverarbeitungseinrichtung (1-1, 1-2, 1-3) nach Anspruch 2, wobei der erste Tiefpass zumindest teilweise in den ersten Spannungsteiler (11) integriert ist, und wobei der zweite Tiefpass zumindest teilweise in den zweiten Spannungsteiler (12) integriert ist.
4. Signalverarbeitungseinrichtung (1-1, 1-2, 1-3) nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einem Spannungsversorgungsanschluss (VDD) und einem Masseanschluss (GND); mit einem Widerstandsnetzwerk, welches zwischen dem ersten Spannungsteiler (11) und dem zweiten Spannungsteiler (12) und dem
Spannungsversorgungsanschluss (VDD) und dem Masseanschluss (GND) angeordnet ist und ausgebildet ist, eine Gleichspannung an dem positiven Signalausgang (7-1, 7-2, 7-3) und dem negativen Signalausgang (8-1, 8-2, 8-3) auf einen vorgegebenen Wert einzustellen.
5. Signalverarbeitungseinrichtung (1-1, 1-2, 1-3) nach Anspruch 4, wobei das Widerstandsnetzwerk zumindest teilweise in den ersten
Spannungsteiler (11) und den zweiten Spannungsteiler (12) integriert ist.
6. Signalverarbeitungseinrichtung (1-1, 1-2, 1-3) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein erster Widerstand (R1H) des ersten Spannungsteilers (11) parallel zu dem ersten frequenzabhängigen Widerstand (CIH) angeordnet ist, und wobei ein zweiter Widerstand (R2H) des ersten Spannungsteilers (11) zwischen dem ersten Widerstand (R1H) des ersten Spannungsteilers (11) und dem positiven Signalausgang (7-1, 7-2, 7-3) angeordnet ist, und wobei ein dritter Widerstand (R3H) des ersten Spannungsteilers (11) zwischen dem zweiten Widerstand (R2H) des ersten Spannungsteilers (11) und einem Masseanschluss (GND) angeordnet ist; und/oder wobei ein erster Widerstand (RIL) des zweiten Spannungsteilers (12) parallel zu dem zweiten frequenzabhängigen Widerstand (CIL) angeordnet ist, und wobei ein zweiter Widerstand (R2L) des zweiten Spannungsteilers (12) zwischen dem ersten Widerstand (RIL) des zweiten Spannungsteilers (12) und dem negativen Signalausgang (8-1, 8-2, 8-3) angeordnet ist, und wobei ein dritter Widerstand (R3L) des zweiten Spannungsteilers (12) zwischen dem zweiten Widerstand (R2L) des zweiten Spannungsteilers (12) und einem Masseanschluss (GND) angeordnet ist.
7. Signalverarbeitungseinrichtung (1-1, 1-2, 1-3) nach Anspruch 6 und einem der vorherigen Ansprüche 2 und 3, wobei der zweite Widerstand (R2H) des ersten Spannungsteilers (11) als Widerstand (R2H) des ersten Tiefpasses ausgebildet ist, und wobei der erste Tiefpass eine Tiefpasskapazität (C2H) aufweist, die zwischen dem positiven Signalausgang (7-1, 7-2, 7-3) und dem Masseanschluss (GND) angeordnet ist, und wobei der zweite Widerstand (R2L) des zweiten Spannungsteilers (12) als Widerstand (R2L) des zweiten Tiefpasses ausgebildet ist, und wobei der zweite Tiefpass eine Tiefpasskapazität (C2L) aufweist, die zwischen dem negativen Signalausgang (8-1, 8-2, 8-3) und dem Masseanschluss (GND) angeordnet ist.
8. Signalverarbeitungseinrichtung (1-1, 1-2, 1-3) nach Anspruch 6 oder 7 und einem der vorherigen Ansprüche 4 und 5, wobei das Widerstandsnetzwerk einen ersten Netzwerkwiderstand (R5) aufweist, der mit dem Versorgungsanschluss (VDD) und mit dem dritten Widerstand (R3H) des ersten Spannungsteilers (11) und dem dritten Widerstand (R3L) des zweiten Spannungsteilers (12) gekoppelt ist, und wobei das Widerstandsnetzwerk einen zweiten Netzwerkwiderstand (R5) aufweist, der mit dem Masseanschluss (GND) und mit dem dritten Widerstand (RIH) des ersten Spannungsteilers (11) und dem dritten Widerstand (RIL) des zweiten Spannungsteilers (12) gekoppelt ist.
9. Signalverarbeitungseinrichtung (1-1, 1-2, 1-3) nach einem der
Ansprüche 6 bis 8, mit einer ersten Eingangskapazität (C5H), welche zwischen dem positiven Signaleingang (5-1, 5-2, 5-3) und dem Masseanschluss (GND)angeordnet ist, und mit einer zweiten Eingangskapazität (C5L), welche zwischen dem negativen Signaleingang (6-1, 6-2, 6-3) und dem Masseanschluss (GND) angeordnet ist.
10. Steuereinrichtung (20) für eine elektrische Maschine (23), mit einer Signalverarbeitungseinrichtung (1-1, 1-2, 1-3) nach einem der vorherigen Ansprüche, und mit einer Recheneinrichtung (21), welche einen ersten Analog-Digital-Wandler aufweist, welcher mit dem positiven Signalausgang (7-1, 7-2, 7-3) der
Signalverarbeitungseinrichtung (1-1, 1-2, 1-3) gekoppelt ist, und welche einen zweiten Analog-Digital-Wandler aufweist, welcher mit dem negativen
Signalausgang (8-1, 8-2, 8-3) der Signalverarbeitungseinrichtung (1-1, 1-2, 1-3) gekoppelt ist.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016218478B4 (de) 2016-09-26 2020-03-26 Knick Elektronische Messgeräte GmbH & Co. KG Symmetrischer Spannungsteiler
JP7334366B2 (ja) * 2020-12-11 2023-08-28 マブチモーター株式会社 回転検出器の制御装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB515843A (en) * 1938-06-13 1939-12-15 Baird Television Ltd Improvements in or relating to electrical or electro-mechanical control systems of the error correcting type
DE3804331A1 (de) * 1988-02-12 1989-02-16 Ant Nachrichtentech Tiefpassfilter
FR2653281B1 (fr) * 1989-10-17 1994-06-10 Renault Interface de ligne pour un reseau de transmission d'informations.
US6342815B1 (en) * 2000-10-04 2002-01-29 Trw Inc. Manufacturable HBT power distributed amplifier for wideband telecommunications
US7453305B2 (en) * 2006-07-27 2008-11-18 Analog Devices, Inc. Voltage level shifting circuit, a differential input stage circuit, and a method for providing a level shifted differential signal to a differential input buffer circuit
US7649409B1 (en) 2007-10-23 2010-01-19 National Semiconductor Corporation All-pass termination network with equalization and wide common-mode range
JP5762628B2 (ja) 2012-04-12 2015-08-12 三菱電機株式会社 レゾルバ装置、モータ制御装置、および、モータ制御方法
US9584184B2 (en) 2013-03-05 2017-02-28 Qualcomm Incorporated Unified front-end receiver interface for accommodating incoming signals via AC-coupling or DC-coupling

Also Published As

Publication number Publication date
US10320359B2 (en) 2019-06-11
CN107580754A (zh) 2018-01-12
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WO2016184605A1 (de) 2016-11-24
US20180175818A1 (en) 2018-06-21

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