EP4677749A1 - Schaltvorrichtung und schaltverfahren - Google Patents

Schaltvorrichtung und schaltverfahren

Info

Publication number
EP4677749A1
EP4677749A1 EP24711813.6A EP24711813A EP4677749A1 EP 4677749 A1 EP4677749 A1 EP 4677749A1 EP 24711813 A EP24711813 A EP 24711813A EP 4677749 A1 EP4677749 A1 EP 4677749A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
transistor
circuit
control terminal
precharge
voltage
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.)
Pending
Application number
EP24711813.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
André Sudhaus
Fikret Abaza
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.)
Elmos Semiconductor SE
Original Assignee
Elmos Semiconductor SE
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
Priority claimed from DE102023106206.9A external-priority patent/DE102023106206B4/de
Application filed by Elmos Semiconductor SE filed Critical Elmos Semiconductor SE
Publication of EP4677749A1 publication Critical patent/EP4677749A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/16—Modifications for eliminating interference voltages or currents
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for DC mains or DC distribution networks
    • H02J1/10—Parallel operation of DC sources
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H03K17/693—Switching arrangements with several input- or output-terminals, e.g. multiplexers, distributors

Definitions

  • the present invention relates to a switching device for providing two supply voltages to at least one vehicle sensor, in particular via the peripheral sensor interface (also referred to as Peripheral Sensor Interface 5 or PSI5) and for switching between the two supply voltages, as well as a corresponding method.
  • the peripheral sensor interface also referred to as Peripheral Sensor Interface 5 or PSI5
  • PSI5 Peripheral Sensor Interface 5
  • PSI5 Communication with vehicle sensors can generally be carried out via one of several interfaces known from the state of the art.
  • PSI5 is based on a two-wire line and enables reliable and cost-effective communication between a master unit and one or more sensors in a vehicle.
  • DE 10 2017 111 544 A1 describes a control device that is intended to control a sensor either via a PSI3 data bus or a DSI3 data bus.
  • US 2021/0132229 A1 describes a receiving circuit for a sensor.
  • a vehicle sensor In some applications, it is necessary to apply different voltage values to a vehicle sensor. For example, it may be necessary to switch back and forth between a regular sensor supply and a voltage supply for generating the so-called SYNC pulse.
  • two supply voltage sources can be provided, which have different output voltages that can be applied to a vehicle sensor.
  • Switches can also be provided that are connected to the supply voltage sources and are used to provide the desired supply voltage for the vehicle sensor.
  • Transistors are particularly suitable for this, with field effect transistors (FETs) being used preferably, as they allow a particularly fast and low-loss switching process.
  • FETs field effect transistors
  • the switching devices known from the state of the art often have problems with regard to electromagnetic compatibility (EMC).
  • EMC electromagnetic compatibility
  • the object of the present invention to provide a switching device for providing two supply voltages to at least one vehicle sensor, in particular via PSI5, and for switching between the two supply voltages, wherein the switching device according to the invention has the following:
  • a precharge circuit connected to a control terminal of the first transistor and configured to supply the control terminal of the first transistor with a precharge voltage.
  • the switching device according to the invention makes it possible to reduce the above-mentioned undershoots and thus to improve the EMC of the switching device.
  • the first transistor is supplied with a pre-charge voltage. This significantly accelerates the switching-on process of the first transistor, since the voltage difference required to switch on the first transistor is reduced.
  • the pre-charge voltage By providing the pre-charge voltage, the first transistor remains in a partially conductive state, whereby the Switch-on time of the first transistor is reduced.
  • the precharge voltage is equal to the threshold voltage of the first transistor.
  • the first transistor and the second transistor each have a control terminal via which the respective transistors can be switched on and off.
  • the transistors can preferably be designed as field-effect transistors (FET) and in particular metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFET), the control terminal being referred to as the gate terminal in the aforementioned transistor types.
  • the first transistor can optionally be controlled by a first current source and a first resistor or by a voltage source, which are arranged at the control terminal of the first transistor (also referred to as the first control terminal).
  • the second transistor can be controlled by a second current source and a second resistor or by a voltage source, which are arranged at the control terminal of the second transistor (also referred to as the second control terminal).
  • the first supply voltage source is designed to provide a first supply voltage.
  • the second supply voltage source is designed to provide a second supply voltage, wherein the second supply voltage is greater than the first supply voltage.
  • the precharge circuit has a first transistor (also referred to as a first precharge circuit transistor), wherein the first precharge circuit transistor is connected to the first transistor in a current mirror circuit.
  • the first precharge circuit transistor which is also referred to as a copy transistor in the context of the present invention, acts like a current source and provides the desired current (also referred to as precharge current) in order to bias the first transistor. This current flows through the first resistor, which is arranged at the control terminal of the first transistor. A regulated current is provided in order to provide the desired bias voltage at the control terminal of the first transistor, regardless of any temperature fluctuations.
  • Different current mirror circuits known from the prior art can be used in the context of the present invention.
  • the use of the current mirror circuit advantageously ensures that the current generated in the precharge circuit for setting the operating point on the first transistor with high output impedance can be applied to the first control node.
  • the use of the current mirror circuit allows potentials to be converted, which is why the current mirror circuit is also referred to as a so-called level shifter or level converter.
  • the pre-charging circuit also has a pre-charging circuit resistor, a second pre-charging circuit transistor, a pre-charging circuit current source and a current mirror circuit, wherein
  • the first pre-charge circuit transistor is arranged between a potential connection (in particular ground connection) and the pre-charge circuit current source and is designed to discharge the current provided by the pre-charge circuit current source in the direction of the potential connection (in particular ground connection);
  • the pre-charging circuit resistor is arranged between the control terminal of the first pre-charging circuit transistor and a potential terminal (in particular ground terminal);
  • the second precharge circuit transistor is arranged between the control terminal of the first precharge circuit transistor and the current mirror circuit
  • the current mirror circuit is configured to mirror the current flowing through the precharge circuit resistor and to pass it through a first resistor arranged at the control terminal of the first transistor, wherein the control terminal of the second precharge circuit transistor defines a reference node connecting the precharge circuit current source and the first precharge circuit transistor.
  • the above-described embodiment of the switching device offers the advantage that the pre-charging circuit can pre-charge the first transistor with the desired pre-charging voltage. At the same time, the current flowing through the first resistance (also known as pre-charge current), limited by the current mirror circuit.
  • the pre-charge circuit allows the provision of a pre-charge current that ensures a constant bias voltage of the first transistor even when temperature changes occur, meaning that the operating point of the first transistor does not need to be readjusted even when there are temperature fluctuations.
  • the precharge circuit (38) has a first precharge circuit transistor (40), a second precharge circuit transistor (46), and a precharge circuit current source (42), wherein a first control terminal (20) of the first transistor (18) is connected to a first current source (22) and to a first terminal of a first resistor (24); the first current source (22) and the precharge circuit current source (42) are connected to the same potential; the first precharge circuit transistor (40) is arranged between a second terminal of the first resistor (24) and the precharge circuit current source (42) and is designed to discharge the current provided by the precharge circuit current source (42) in the direction of the second terminal of the first resistor (24); the second precharge circuit transistor (46) is arranged between the control terminal (48) of the first precharge circuit transistor (40) and a supply potential of the first current source (22) and the first precharge circuit current source (42); and the control terminal (50) of the second precharge circuit transistor defines a reference node which connects the pre
  • the embodiment described above offers the advantage that it does not require a current mirror circuit.
  • the embodiment described above allows the first resistor to be used simultaneously by the pre-charge circuit and that no matching between a pre-charge circuit resistor and the first resistor needs to be made.
  • a variably adjustable pre-charging circuit resistor or a variably adjustable first resistor can be provided.
  • the first transistor and the first pre-charging circuit transistor are of identical construction. This leads to the same voltage being present at the first control terminal when the first transistor is switched off as at the control terminal of the first pre-charging circuit transistor.
  • the first transistor and the first pre-charge circuit transistor are not of identical construction and that the ratio between the voltages at the control terminal of the first pre-charge circuit transistor and at the first control terminal can be adjusted via the ratio of the transistor parameters (for example W/L in a MOSFET, where W denotes the channel width and L the channel length).
  • the first transistor and the first pre-charge circuit transistor are arranged on a (same) substrate.
  • the temperature robustness of the switching device can be further improved.
  • Rv Ri and, in addition, the first transistor and the first precharge circuit transistor are of identical design, the potential set at the control terminal of the first precharge circuit transistor can be projected or copied onto the first control terminal.
  • the first resistor and the precharge circuit resistor can also have resistance values that differ from one another, for example if a different voltage than the control terminal of the first precharge circuit transistor is to be provided at the first control terminal.
  • Ri and Rv have different resistance values if, for example, the current mirror ratio is not 1:1 and the potential at the control terminal of the first precharge circuit transistor is nevertheless to be copied to the first control terminal.
  • a method for providing two supply voltages to at least one vehicle sensor, in particular via a peripheral sensor interface 5, PSI5, and for switching between a first supply voltage and a second supply voltage comprising the following steps:
  • the method according to the invention makes it possible to significantly reduce the switch-on time of the first transistor, thereby reducing the undershoots described above and improving the EMC of the switching process.
  • the provision of the pre-charging voltage at the first control terminal takes place via a pre-charging circuit which has a first pre-charging circuit transistor, wherein the first pre-charging circuit transistor is connected to the first transistor in a current mirror circuit.
  • the precharge circuit is designed to supply the control terminal of the first transistor with a precharge voltage in a switching phase in which the second transistor is switched on and the first transistor is switched off (i.e. before the first transistor is completely switched on), which is set to a first precharge voltage at a first point in time within said switching phase, and which is set to a second precharge voltage at a second point in time within said switching phase, wherein the second precharge voltage is greater than the first precharge voltage.
  • the first precharge voltage can be 70 to 90%, preferably 75 to 85% and particularly preferably 80% of the threshold voltage of the first transistor VTHI.
  • the second precharge voltage can in particular be 100 to 140%, preferably 110 to 130% and particularly preferably 120% of the threshold voltage VTH.
  • the raising of the potential at the control terminal of the first transistor from 0 to the first precharge voltage can be initiated at the beginning of the third switching phase P3.
  • the potential at the control terminal of the first transistor can be raised from the first precharge voltage to the second precharge voltage after 50%, 60%, 70%, 80%, 90 % or 95% of the switching phase mentioned.
  • the pre-charge voltage can be increased relatively shortly before the first transistor is switched on in order to enable a faster switch-on process, whereby an increasing reduction in the undershoot amplitude is achieved.
  • the provision of the pre-charging voltage at the first control terminal takes place via a pre-charging circuit, which also has a pre-charging circuit resistor, a second pre-charging circuit transistor, a pre-charging circuit current source and a current mirror circuit, wherein
  • the first pre-charge circuit transistor is arranged between a potential connection (in particular ground connection) and the pre-charge circuit current source and is designed to discharge the current provided by the pre-charge circuit current source in the direction of the potential connection (in particular ground connection);
  • the pre-charging circuit resistor is arranged between the control terminal of the first pre-charging circuit transistor and a potential terminal (in particular ground terminal);
  • the second precharge circuit transistor is arranged between the control terminal of the first precharge circuit transistor and the current mirror circuit
  • the current mirror circuit is configured to mirror the current flowing through the precharge circuit resistor and to pass it through a first resistor arranged at the control terminal of the first transistor, wherein the control terminal of the second precharge circuit transistor defines a reference node connecting the precharge circuit current source and the first precharge circuit transistor. Furthermore, it can preferably be provided that the provision of the pre-charging voltage at the first control terminal takes place via a pre-charging circuit in which the first pre-charging circuit transistor is constructed identically to the first transistor.
  • the provision of the pre-charging voltage at the first control terminal takes place via a pre-charging circuit in which the first pre-charging circuit transistor is arranged together with the first transistor on a substrate.
  • Fig. 1 shows the voltage curve at a vehicle sensor when switching between two supply voltages using a switching device according to the prior art
  • Fig. 2 shows a first embodiment of the switching device according to the invention
  • Fig. 3 shows an embodiment of the method according to the invention
  • Fig. 4 Comparison of the voltage curves at the control terminal of the first transistor and at the vehicle sensor when switching between two supply voltages using the switching device according to the present invention and a switching device according to the prior art, and
  • Fig. 5 shows a second embodiment of the switching device according to the invention.
  • Fig. 1 shows the voltage curve for a vehicle sensor, which typically occurs when a switching device known from the prior art is used to switch between two supply voltages.
  • a first supply voltage source which provides a higher output voltage
  • the second supply voltage source is switched on (break-before-make circuit).
  • the switching on and off takes place via two transistors, each of which is connected to a supply voltage source.
  • This voltage drop is caused by the fact that current continues to flow through the vehicle sensor in the transition time between the first transistor being switched off and the second transistor being switched on.
  • the resulting undershoot impairs the circuit in terms of EMC, which is why it is desirable to avoid or at least reduce such undershoots.
  • Fig. 2 shows a first embodiment of the switching device 10 according to the invention for providing two supply voltages to a vehicle sensor 10 and for switching between the two supply voltages.
  • the switching device 10 has a first supply voltage source 14 and a second supply voltage source 16.
  • the output voltage of the second supply voltage source 16 is greater than the output voltage of the first supply voltage source 14.
  • the switching device shown in Fig. 2 can be used to provide the SYNC pulse for communication between a master unit and a sensor at PSI5.
  • the first supply voltage source 14 can be used to provide the regular sensor supply, while the second supply voltage source 16 is used to generate the SYNC pulse by the second transistor 26 (also referred to as a sync pulse transistor).
  • the present invention is not limited to the application mentioned above and can also be used in other applications in which a vehicle sensor with different supply voltages and is to be switched between the two supply voltages.
  • the first supply voltage source 14 is connected to a first transistor 18, which is designed to provide a first supply voltage at a reference node 34, which is connected to the vehicle sensor 12.
  • the first transistor 18 can be controlled via a first control connection 20.
  • the first transistor 18 is controlled via a first current source 22 and a first resistor 24, which are each assigned to the first transistor 18.
  • the second supply voltage source 16 is connected to a second transistor 26, which is designed to provide a second supply voltage at the reference node 28.
  • the second transistor 26 can be controlled via a second control connection 28.
  • the second transistor 26 is controlled via a second current source 30 and a second resistor 32, which are each assigned to the second transistor 26.
  • a control unit 36 is provided which serves to reduce the voltage output by the second supply voltage source 16.
  • the control unit 36 is designed as a control transistor.
  • the use of the control unit 36 is to be regarded as optional for the switching device 10 according to the invention.
  • the control unit 36 can form a voltage source together with the second supply voltage source 16.
  • the switching device 10 has a pre-charging circuit 38 which is connected to the first control terminal 20 and is designed to supply the first control terminal 20 with a pre-charging voltage.
  • the first transistor 18 can be kept in a partially conductive state. Consequently, the first transistor 18 can be turned on much faster because the voltage difference required to turn on the first transistor 18 is reduced and this voltage difference can be provided within a shorter time (compared to switching devices without a pre-charge mechanism).
  • the precharge circuit 38 has a first transistor 40 (also referred to as the first precharge circuit transistor), a current source 42 (also referred to as the precharge circuit current source), a resistor 44 (also referred to as the precharge circuit resistor), and a second transistor 46 (also referred to as the second precharge circuit transistor).
  • the first precharge circuit transistor 40 and the second precharge circuit transistor 46 each have a control terminal 48, 50.
  • the first precharge circuit transistor 40 is arranged between a ground terminal and the precharge circuit current source 42 and is designed to discharge the current provided by the precharge circuit current source 42 towards ground.
  • the precharge circuit resistor 44 is arranged between the control terminal 48 of the first precharge circuit transistor 40 and a ground terminal.
  • the second precharge circuit transistor 46 is arranged between the control terminal 48 of the first precharge circuit transistor 40 and the current mirror circuit 52 and is designed to conduct the current flowing through the precharge circuit resistor 44 through the first resistor 24.
  • the control terminal 50 of the second precharge circuit transistor 46 forms a node which connects the precharge circuit current source 42 to the first precharge circuit transistor 40.
  • the potential at the reference point 50 is raised until the first pre-charge circuit transistor 40 goes into the conductive state.
  • a voltage VTH then appears at the control terminal 48 of the first pre-charge circuit transistor 40, which drops across the pre-charge circuit resistor 44.
  • This results in a current Iv VTH / Rv flowing through the pre-charge circuit resistor 44.
  • This current causes the second pre-charge circuit transistor 46 to switch on.
  • the current Iv flowing through the pre-charge circuit resistor 44 (also referred to as pre-charge current) now flows through the Precharge circuit transistor 46 in the current mirror circuit 52 (hereinafter also referred to as current mirror 52).
  • the current mirror 52 has two transistors, which are also referred to as the first current mirror transistor 54 and the second current mirror transistor 56.
  • the present invention is not limited to the embodiment of the current mirror 52 shown in Fig. 2.
  • alternative embodiments of the current mirror shown in Fig. 2 can also be used.
  • the current mirror 52 is used as a "level shifter" and ensures that the potential of the current source in the right-hand switching branch is raised. This ensures that a current flows from the precharge circuit 38 into the first resistor 24.
  • the current flow into the first resistor 24 provides a precharge voltage at the control terminal 20 of the first transistor 18. As explained above, precharging the first transistor 18 allows it to be switched on more quickly.
  • the transition time between the switching off of the second transistor 26 and the switching on of the first transistor 18 is significantly reduced, thereby reducing the amplitude of the undershoot. Consequently, the switching device 10 exhibits improved EMC characteristics compared to the switching devices known from the prior art.
  • a further advantage of the switching device 10 according to the invention is that the pre-charging voltage desired at the first control terminal 20 is provided in a stable manner, regardless of any temperature fluctuations.
  • the pre-charging circuit transistor 40 is designed to be identical to the first transistor 18, the threshold voltage VTH,VI of the first pre-charging circuit transistor 40 changes in the event of temperature fluctuations, so that the current Iv flowing through the pre-charging circuit resistor 44 is adjusted accordingly.
  • the switching device 10 thus allows an operating point setting for the first transistor 18, which takes place in an adaptive manner and which takes into account any Pre-charging voltage at the control terminal compensating for temperature fluctuations
  • a first supply voltage is provided by a first supply voltage source.
  • the first supply voltage source can be switched via a first transistor.
  • a second supply voltage is provided via a second supply voltage source.
  • the second supply voltage source can be switched via a second transistor.
  • the first supply voltage and the second supply voltage can be provided by switching the transistors to a reference node that is connected to a vehicle sensor.
  • the first transistor and the second transistor each have a control terminal (also referred to as first control terminal and second control terminal).
  • a precharge voltage is provided at the control terminal of the first transistor using a precharge circuit.
  • a precharge voltage is provided that corresponds to the threshold voltage of the first transistor VTHI.
  • the second transistor is switched off.
  • the first transistor is switched on.
  • Fig. 4 shows the voltage curves at the control terminal of the first transistor and at the vehicle sensor when switching between two supply voltages using the switching device shown in Fig. 2 and using a switching device known from the prior art.
  • the solid line shows the voltage curves that occur when a switching device known from the prior art is used.
  • the dotted lines show the voltage curves that occur when the switching device shown in Fig. 2 is used.
  • the switching phases are divided into four areas PI to P4.
  • PI describes the first switching phase in which the first transistor is switched on and the second transistor is switched off.
  • P2 describes the second switching phase at the beginning of which the first transistor is switched off and the second transistor is switched on.
  • the first transistor is precharged with a precharge voltage.
  • the voltage at the control terminal of the first transistor is raised from 0 V to Vth.
  • the switching-on process for the first transistor is accelerated in the fourth switching phase P4.
  • the present invention thus allows a reduction in the amplitude of the undershoot and an improved EMC characteristic.
  • the potential at the control terminal of the first transistor was raised from 0 to VTH in a single step, in other embodiments it can be provided that the potential is raised gradually or step by step.
  • the said potential within the third switching phase P3 is first raised to a first precharge voltage and then to a second Precharge voltage is raised.
  • the first precharge voltage can be 70 to 90%, preferably 75 to 85% and particularly preferably 80% of the threshold voltage VTH.
  • the second precharge voltage can also be 100 to 140%, preferably 110 to 130% and particularly preferably 120% of the threshold voltage VTH.
  • the raising of the potential at the control terminal of the first transistor from 0 to the first precharge voltage can be initiated at the start of the third switching phase P3.
  • the raising of the potential at the control terminal of the first transistor from the first precharge voltage to the second precharge voltage can be initiated after 50%, 60%, 70%, 80%, 90% or 95% of the third switching phase P3 has elapsed. In this way, it is possible to reduce the power consumed by the first transistor at the beginning of the third switching phase (energy saving) and to increase the precharge voltage shortly before the first transistor is turned on to enable a faster turn-on process (further reduction of the undershoot amplitude).
  • FIG. 5 A second embodiment of the switching device according to the invention is shown in Fig. 5. Similar to the embodiment shown in Fig. 2, the embodiment of the switching device 10 shown in Fig. 5 also has a pre-charging circuit which comprises a pre-charging current source 42, a first pre-charging circuit transistor 40 and a second pre-charging circuit transistor 46.
  • the pre-charging current source 42 and the first current source 22 are connected to the same potential connection. This means that it is no longer necessary to use a current mirror which is used as a "level shifter" (see Fig. 2).
  • the pre-charging circuit is therefore integrated into the control of the first transistor.
  • the embodiment shown in Fig. 5 the embodiment shown in Fig.
  • the pre-charging circuit deactivates itself automatically when the first transistor 18 is fully switched through via the first current source 22. In this case, the control terminal 50 of the first pre-charging circuit transistor is discharged. In addition, in the embodiment shown in Fig. 5, it is no longer necessary to match the first resistor 24 and the pre-charging circuit resistor 44 to one another, since the pre-charging circuit has the same resistor as the already used to control the first transistor 18, is used as the first precharge circuit resistor.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

Die Anmeldung betrifft eine Schaltvorrichtung (10) zum Bereitstellen von zwei Versorgungsspannungen und zum Umschalten zwischen den Versorgungsspannungen an einer Last, insbesondere an einem Fahrzeugsensor (12), insbesondere über die periphere Sensorschnittstelle 5, PSI5, und zum Schalten zwischen den zwei Versorgungsspannungen, umfassend: - eine erste Versorgungsspannungsquelle (14) und einen mit der ersten Versor- gungsspannungsquelle (14) verbundenen ersten Transistor (18), wobei der erste Transistor (18) dazu ausgelegt ist, eine erste Versorgungsspannung an einem Referenzknoten (34) bereitzustellen; - eine zweite Versorgungsspannungsquelle (16) und einen mit der zweiten Versorgungsspannungsquelle (16) verbundenen zweiten Transistor (26), wobei der zweite Transistor (26) dazu ausgelegt ist, eine zweite Versorgungsspannung an dem Referenzknoten (34) bereitzustellen; und - eine Vorladeschaltung (38), die mit einem Steueranschluss (20) des ersten Transistors (18) verbunden und dazu ausgelegt ist, den Steueranschluss (20) des ersten Transistors (18) mit einer Vorladespannung zu versorgen.

Description

Schaltvorrichtung und Schaltverfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung zum Bereitstellen von zwei Versorgungsspannungen an mindestens einem Fahrzeugsensor, insbesondere über die periphere Sensorschnittstelle (auch als Peripheral Sensor Interface 5 oder PSI5 bezeichnet) und zum Schalten zwischen den zwei Versorgungsspannungen, sowie ein entsprechendes Verfahren.
Die Kommunikation mit Fahrzeugsensoren kann im Allgemeinen über eine von mehreren, aus dem Stand der Technik bekannten Schnittstellen erfolgen. Insbesondere hat sich in den letzten Jahren der Einsatz von PSI5 in Fahrzeugen bewährt. PSI5 basiert auf einer Zweidrahtleitung und ermöglicht eine zuverlässige und kostengünstige Kommunikation zwischen einer Mastereinheit und einem oder mehreren Sensoren in einem Fahrzeug.
Aus dem Stand der Technik sind einige Schaltvorrichtungen bekannt. In DE 10 2017 111 544 Al ist ein Steuergerät beschrieben, das dazu vorgesehen ist, einen Sensor wahlweise über einen PSI3-Datenbus oder einen DSI3-Datenbus anzusteuern. Zudem ist in US 2021/0132229 Al eine Empfangsschaltung für einen Sensor beschrieben.
In einigen Anwendungsfällen ist es erforderlich, dass verschiedene Spannungswerte an einen Fahrzeugsensor angelegt werden. Beispielsweise kann es erforderlich sein, zwischen einer regulären Sensorversorgung und einer Spannungsversorgung für die Erzeugung des sogenannten SYNC-Pulses hin und her zu schalten. Hierfür können zwei Versorgungsspannungsquellen vorgesehen sein, die unterschiedliche Ausgangsspannungen aufweisen, die an einen Fahrzeugsensor angelegt werden können. Ferner können Schalter vorgesehen sein, die mit den Versorgungsspannungsquellen verbunden sind und dazu eingesetzt werden, die jeweils gewünschte Versorgungsspannung für den Fahrzeugsensor bereitzustellen. Hierbei eignen sich insbesondere Transistoren, wobei bevorzugt Feldeffekttransistoren (FETs) zum Einsatz kommen, da sie einen besonders schnellen und verlustarmen Schaltvorgang erlauben. In der Praxis zeigt sich jedoch, dass die Schaltvorrichtungen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, häufig Probleme hinsichtlich der Elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) aufweisen. Die Probleme hinsichtlich der EMV entstehen durch Unterschwingungen, die während des Übergangs von einem ersten Spannungswert zu einem zweiten Spannungswert auftreten.
Ausgehend von der vorstehend genannten Problematik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltvorrichtung zum Bereitstellen von zwei Versorgungsspannungen an mindestens einem Fahrzeugsensor, insbesondere über PSI5, und zum Schalten zwischen den zwei Versorgungsspannungen bereitzustellen, wobei die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung Folgendes aufweist:
- eine erste Versorgungsspannungsquelle und einen mit der ersten Versorgungsspannungsquelle verbundenen ersten Transistor, wobei der erste Transistor dazu ausgelegt ist, eine erste Versorgungsspannung an einem Referenz knoten bereitzustellen;
- eine zweite Versorgungsspannungsquelle und einen mit der zweiten Versorgungsspannungsquelle verbundenen zweiten Transistor, wobei der zweite Transistor dazu ausgelegt ist, eine zweite Versorgungsspannung an dem Referenz knoten bereitzustellen; und
- eine Vorladeschaltung, die mit einem Steueranschluss des ersten Transistors verbunden und dazu ausgelegt ist, den Steueranschluss des ersten Transistors mit einer Vorladespannung zu versorgen.
Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung erlaubt es, die vorstehend genannten Unterschwingungen zu reduzieren und dadurch die EMV der Schaltvorrichtung zu verbessern.
Bei der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung wird der erste Transistor mit einer Vorladespannung versorgt. Dadurch wird der Einschaltprozess des ersten Transistors signifikant beschleunigt, da die Spannungsdifferenz, die für das Einschalten des ersten Transistors benötigt wird, reduziert wird. Durch das Bereitstellen der Vorladespannung verbleibt der erste Transistor in einem teil-leitenden Zustand, wodurch die Einschaltzeit des ersten Transistors reduziert wird. Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Vorladespannung gleich der Schwellenspannung des ersten Transistors ist.
Der erste Transistor und der zweite Transistor weisen jeweils einen Steueranschluss auf, über den die jeweiligen Transistoren ein- und ausgeschaltet werden können. Bevorzugt können die Transistoren als Feldeffekttransistoren (FET) und insbesondere Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) ausgestaltet sein, wobei der Steueranschluss bei den vorstehend genannten Transistortypen als Gate-Anschluss bezeichnet wird.
Der erste Transistor kann wahlweise durch eine erste Stromquelle und einen ersten Widerstand oder durch eine Spannungsquelle, die am Steueranschluss des ersten Transistors (auch als erster Steueranschluss bezeichnet) angeordnet sind, angesteuert werden. Entsprechend kann der zweite Transistor durch eine zweite Stromquelle und einen zweiten Widerstand oder durch eine Spannungsquelle, die am Steueranschluss des zweiten Transistors (auch als zweiter Steueranschluss bezeichnet) angeordnet sind, angesteuert werden.
Die erste Versorgungsspannungsquelle ist dazu ausgelegt, eine erste Versorgungsspannung bereitzustellen. Die zweite Versorgungsspannungsquelle ist dazu ausgelegt, eine zweite Versorgungsspannung bereitzustellen, wobei die zweite Versorgungsspannung größer ist als die erste Versorgungsspannung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Vorladeschaltung einen ersten Transistor aufweist (auch als erster Vorladeschaltungstransistor bezeichnet), wobei der erste Vorladeschaltungstransistor mit dem ersten Transistor in einer Stromspiegelschaltung verschaltet ist. Der erste Vorladeschaltungstransistor, der im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als Kopiertransistor bezeichnet wird, wirkt wie eine Stromquelle und stellt den gewünschten Strom (auch als Vorladestrom bezeichnet) bereit, um den ersten Transistor vorzuspannen. Dieser Strom fließt dabei durch den ersten Widerstand, der am Steueranschluss des ersten Transistors angeordnet ist. Dabei wird ein geregelter Strom bereitgestellt, um die gewünschte Vorspannung am Steueranschluss des ersten Transistors zu gewährleisten, und zwar unabhängig von etwaigen Temperaturschwankungen. Unterschiedliche Stromspiegelschaltungen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, können im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen. Durch den Einsatz der Stromspiegelschaltung wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass der in der Vorladeschaltung generierte Strom für die Arbeitspunkteinstellung am ersten Transistor mit hoher Ausgangsimpedanz am ersten Steuerknoten angelegt werden kann. Die Verwendung der Stromspiegelschaltung erlaubt eine Umsetzung von Potentialen, weshalb die Stromspiegelschaltung auch als sogenannter Levelshifter oder als Pegelwandler bezeichnet wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Vorladeschaltung zudem einen Vorladeschaltungswiderstand einen zweiten Vorladeschaltungstransistor, eine Vorladeschaltungsstromquelle und eine Stromspiegelschaltung aufweist, wobei
- der erste Vorladeschaltungstransistor zwischen einem Potentialanschluss (insbesondere Masseanschluss) und der Vorladeschaltungsstromquelle angeordnet und dazu ausgelegt ist, den von der Vorladeschaltungsstromquelle bereitgestellten Strom in Richtung Potentialanschluss (insbesondere Masseanschluss) abzuführen;
- der Vorladeschaltungswiderstand zwischen dem Steueranschluss ersten Vorladeschaltungstransistors und einem Potentialanschluss (insbesondere Masseanschluss) angeordnet ist;
- der zweite Vorladeschaltungstransistor zwischen dem Steueranschluss des ersten Vorladeschaltungstransistors und der Stromspiegelschaltung angeordnet ist; und
- die Stromspiegelschaltung dazu ausgelegt ist, den durch den Vorladeschaltungswiderstand fließenden Strom zu spiegeln und durch einen ersten Widerstand zu leiten, der am Steueranschluss des ersten Transistors angeordnet ist, wobei der Steueranschluss des zweiten Vorladeschaltungstransistors einen Referenz knoten definiert, der die Vorladeschaltungsstromquelle und den ersten Vorladeschaltungstransistor verbindet.
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform der Schaltvorrichtung bietet den Vorteil, dass die Vorladeschaltung den ersten Transistor mit der gewünschten Vorladespannung vorladen kann. Gleichzeitig wird der Strom, der durch den ersten Widerstand fließt (auch als Vorladestrom bezeichnet), durch die Stromspiegelschaltung begrenzt. Die Vorladeschaltung erlaubt die Bereitstellung eines Vorladestroms, der auch beim Auftreten etwaiger Temperaturänderungen eine gleichbleibende Vorspannung des ersten Transistors gewährleistet, wodurch der Arbeitspunkt des ersten Transistors auch bei Temperaturschwankungen nicht nachjustiert werden braucht.
Bei der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Vorladeschaltung (38) einen ersten Vorladeschaltungstransistor (40), einen zweiten Vorladeschaltungstransistor (46), und eine Vorladeschaltungsstromquelle (42) aufweist, wobei ein erster Steueranschluss (20) des ersten Transistors (18) mit einer ersten Stromquelle (22) und mit einem ersten Anschluss eines ersten Widerstandes (24) verbunden ist; die erste Stromquelle (22) und die Vorladeschaltungsstromquelle (42) mit demselben Potential verbunden sind; der erste Vorladeschaltungstransistor (40) zwischen einem zweiten Anschluss des ersten Widerstandes (24) und der Vorladeschaltungsstromquelle (42) angeordnet und dazu ausgelegt ist, den von der Vorladeschaltungsstromquelle (42) bereitgestellten Strom in Richtung des zweiten Anschlusses des ersten Widerstandes (24) abzuführen; der zweite Vorladeschaltungstransistor (46) zwischen dem Steueranschluss (48) des ersten Vorladeschaltungstransistors (40) und einem Versorgungspotential der ersten Stromquelle (22) sowie der ersten Vorladeschaltungsstromquelle (42) angeordnet ist; und der Steueranschluss (50) des zweiten Vorladeschaltungstransistors einen Referenzknoten definiert, der die Vorladeschaltungsstromquelle (42) und den ersten Vorladeschaltungstransistor (40) verbindet.
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform bietet den Vorteil, dass sie keine Stromspiegelschaltung erfordert. Zudem erlaubt die vorstehend beschriebene Ausführungsform, dass der erste Widerstand gleichzeitig auch von der Vorladeschaltung verwendet werden kann und dass keine Anpassung zwischen einem Vorladeschaltungswiderstand und dem ersten Widerstand erfolgen braucht. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Vorladeschaltung dazu ausgebildet ist, das ausgegebenen Stromsignal (= Vorladestrom) unmittelbar in die erste Stromquelle einzuspeisen und dadurch die Spannung am Steueranschluss des ersten Transistors einzustellen.
Ferner kann bei der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung ein variabel einstellbare Vorladeschaltungswiderstand oder ein variabel einstellbarer erster Widerstand vorgesehen sein.
Zudem kann bevorzugt vorgesehen sein, dass der erste Transistor und der erste Vorladeschaltungstransistor baugleich ausgebildet sind. Dies führt dazu, dass am ersten Steueranschluss im ausgeschalteten Zustand des ersten Transistors die gleiche Spannung anliegt wie am Steueranschluss des ersten Vorladeschaltungstransistors.
Alternativ kann es vorgesehen sein, dass der erste Transistor und der erste Vorladeschaltungstransistor nicht baugleich ausgebildet sind und dass über das Verhältnis der Transistorparameter (beispielsweise W/L beim einem MOSFET, wobei W die Kanalbreite und L die Kanallänge bezeichnet) das Verhältnis zwischen den Spannungen am Steueranschluss des ersten Vorladeschaltungstransistors und am ersten Steueranschluss eingestellt werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung kann vorgesehen sein, dass der erste Transistor und der erste Vorladeschaltungstransistor auf einem (demselben) Substrat angeordnet sind. Durch die Anordnung des ersten Transistors und des ersten Vorladeschaltungstransistors auf demselben Substrat und in unmittelbarer Nähe zueinander kann die Temperaturrobustheit der Schaltvorrichtung weiter verbessert werden.
Ferner kann gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung vorgesehen sein, dass für den Vorladeschaltungswiderstand 0,8 • Ri < Rv < 1,2 • Ri, bevorzugt 0,9 • Ri < Rv < 1,1 • Ri und besonders bevorzugt Rv = Ri gilt, wobei Rv den Vorladeschaltungswiderstand bezeichnet und Ri den ersten Widerstand. Sofern Rv = Ri gilt und zudem der erste Transistor und der erste Vorladeschaltungstransistor baugleich ausgestaltet sind, kann das am Steueranschluss des ersten Vorladeschaltungstransistors eingestellte Potential auf den ersten Steueranschluss projiziert bzw. kopiert werden. Der erste Widerstand und der Vorladeschaltungswiderstand können jedoch auch voneinander abweichende Widerstandswerte aufweisen, beispielsweise wenn am ersten Steueranschluss eine vom Steueranschluss des ersten Vorladeschaltungstransistor verschiedene Spannung bereitgestellt werden soll. Auch kann es vorgesehen sein, dass Ri und Rv unterschiedliche Widerstandswerte aufweisen, wenn beispielsweise das Stromspiegelverhältnis nicht 1 : 1 ist und trotzdem das Potential am Steueranschluss des ersten Vorladeschaltungstransistors auf den ersten Steueranschluss kopiert werden soll. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Verhältnis der Ströme, die durch den ersten Widerstand und durch den Vorladeschaltungswiderstand fließen, als Ai = IRI / IRV definiert ist und dass bevorzugt Rv = Ri • Ai beträgt.
Zudem wird zur Lösung der eingangs beschriebenen Aufgabe ein Verfahren zum Bereitstellen von zwei Versorgungsspannungen an mindestens einem Fahrzeugsensor, insbesondere über eine periphere Sensorschnittstelle 5, PSI5, und zum Schalten zwischen einer ersten Versorgungsspannung und einer zweiten Versorgungsspannung vorgeschlagen, wobei das Verfahren die nachfolgenden Schritte aufweist:
- Bereitstellen der ersten Versorgungsspannung über eine erste Versorgungsspannungsquelle, wobei die erste Versorgungsspannung über einen ersten Transistor geschaltet werden kann, der einen ersten Steueranschluss aufweist;
- Bereitstellen der zweiten Versorgungsspannung über eine zweite Versorgungsspannungsquelle, wobei die zweite Versorgungsspannung über einen zweiten Transistor geschaltet werden kann, der einen zweiten Steueranschluss aufweist;
- Bereitstellen einer Vorladespannung am ersten Steueranschluss über eine Vorladeschaltung;
- Ausschalten des zweiten Transistors; und
- Einschalten des ersten Transistors. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, die Einschaltzeit des ersten Transistors signifikant zu reduzieren, wodurch die eingangs beschriebenen Unterschwingungen reduziert werden und die EMV des Schaltverfahrens verbessert wird.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das Bereitstellen der Vorladespannung am ersten Steueranschluss über eine Vorladeschaltung erfolgt, die einen ersten Vorladeschaltungstransistor aufweist, wobei der erste Vorladeschaltungstransistor mit dem ersten Transistor in einer Stromspiegelschaltung verschaltet ist.
Ferner kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass die Vorladeschaltung dazu ausgelegt ist, den Steueranschluss des ersten Transistors mit einer Vorladespannung 0,8 • VTHI < Vv < 1,2 • VTHI, bevorzugt mit einer Vorladespannung 0,9 • VTHI < Vv < 1,1 • VTHI und besonders bevorzugt mit einer Vorladespannung Vv = VTHI ZU versorgen, wobei Vv die Vorladespannung und VTHI die Schwellenspannung des ersten Transistors (18) bezeichnen.
Darüber hinaus kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass die Vorladeschaltung dazu ausgelegt ist, in einer Schaltphase, in welcher der zweite Transistor eingeschaltet und der erste Transistor ausgeschaltet ist (d.h. bevor der erste Transistor vollständig eingeschaltet ist), den Steueranschluss des ersten Transistors mit einer Vorladespannung zu versorgen, die zu einem ersten Zeitpunkt innerhalb der genannten Schaltphase auf eine erste Vorladespannung gesetzt wird, und die zu einem zweiten Zeitpunkt innerhalb der genannten Schaltphase auf eine zweite Vorladespannung gesetzt wird, wobei die zweite Vorladespannung größer ist als die erste Vorladespannung. Beispielsweise kann die erste Vorladespannung 70 bis 90 %, bevorzugt 75 bis 85 % und besonders bevorzugt 80 % der Schwellenspannung des ersten Transistors VTHI betragen. Die zweite Vorladespannung kann insbesondere 100 bis 140 %, bevorzugt 110 bis 130 % und besonders bevorzugt 120 % der Schwellenspannung VTH betragen. Beispielsweise kann das Anheben des Potentials am Steueranschluss des ersten Transistors von 0 auf die erste Vorladespannung zu Beginn der dritten Schaltphase P3 eingeleitet werden. Zudem kann das Anheben des Potentials am Steueranschluss des ersten Transistors von der ersten Vorladespannung auf die zweite Vorladespannung nach Ablauf von 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 % oder 95 % der genannten Schaltphase eingeleitet werden. Durch die stufenweise Anhebung des Vorladespannung und durch das Vorladen mit einer zunächst geringeren Vorspannung (= erste Vorladespannung < zweite Vorladespannung) wird erreicht, dass die durch den ersten Transistor verbrauchte Leistung zu Beginn der genannten Schaltphase reduziert wird. Zudem kann durch die stufenweise Anhebung der Vorladespannung erreicht werden, dass relativ kurz vor dem Einschalten des ersten Transistors die Vorladespannung erhöht, um einen schnelleren Einschaltprozess zu ermöglichen, wodurch eine zunehmende Reduzierung der Unterschwingungsamplitude erreicht wird.
Auch kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass das Bereitstellen der Vorladespannung am ersten Steueranschluss über eine Vorladeschaltung erfolgt, die zudem einen Vorladeschaltungswiderstand, einen zweiten Vorladeschaltungstransistor, eine Vorladeschaltungsstromquelle und eine Stromspiegelschaltung aufweist, wobei
- der erste Vorladeschaltungstransistor zwischen einem Potentialanschluss (insbesondere Masseanschluss) und der Vorladeschaltungsstromquelle angeordnet und dazu ausgelegt ist, den von der Vorladeschaltungsstromquelle bereitgestellten Strom in Richtung Potentialanschluss (insbesondere Masseanschluss) abzuführen;
- der Vorladeschaltungswiderstand zwischen dem Steueranschluss ersten Vorladeschaltungstransistors und einem Potentialanschluss (insbesondere Masseanschluss) angeordnet ist;
- der zweite Vorladeschaltungstransistor zwischen dem Steueranschluss des ersten Vorladeschaltungstransistors und der Stromspiegelschaltung angeordnet ist; und
- die Stromspiegelschaltung dazu ausgelegt ist, den durch den Vorladeschaltungswiderstand fließenden Strom zu spiegeln und durch einen ersten Widerstand zu leiten, der am Steueranschluss des ersten Transistors angeordnet ist, wobei der Steueranschluss des zweiten Vorladeschaltungstransistors einen Referenz knoten definiert, der die Vorladeschaltungsstromquelle und den ersten Vorladeschaltungstransistor verbindet. Ferner kann bevorzugt vorgesehen sein, dass das Bereitstellen der Vorladespannung am ersten Steueranschluss über eine Vorladeschaltung erfolgt, bei welcher der erste Vorladeschaltungstransistor baugleich mit dem ersten Transistor ausgebildet ist.
Auch kann vorgesehen sein, dass das Bereitstellen der Vorladespannung am ersten Steueranschluss über eine Vorladeschaltung erfolgt, bei welcher der erste Vorladeschaltungstransistor gemeinsam mit dem ersten Transistor auf einem Substrat angeordnet ist.
Schließlich kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass das Bereitstellen der Vorladespannung am ersten Steueranschluss über eine Vorladeschaltung erfolgt, bei welcher der Vorladeschaltungswiderstand 0,8 • Ri < Rv < 1,2 • Ri, bevorzugt 0,9 • Ri < Rv < 1,1 • Ri und besonders bevorzugt Rv = Ri beträgt, wobei Rv den Vorladeschaltungswiderstand bezeichnet und Ri den ersten Widerstand. Ferner kann vorgesehen sein, dass das Verhältnis der Ströme in der Stromspiegelschaltung (bestehend aus dem ersten Stromspiegeltransistor und dem zweiten Stromspiegeltransistor), die durch den ersten Widerstand und durch den Vorladeschaltungswiderstand fließen, als Ai = IRI / IRV definiert ist und dass bevorzugt Rv = Ri • Ai beträgt.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen die
Fig. 1 den Spannungsverlauf an einem Fahrzeugsensor beim Umschalten zwischen zwei Versorgungsspannungen unter Verwendung einer Schaltvorrichtung gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung, Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 4 Vergleich der Spannungsverläufe am Steueranschluss des ersten Transistors sowie am Fahrzeugsensor beim Umschalten zwischen zwei Versorgungsspannungen unter Verwendung der Schaltvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und einer Schaltvorrichtung gemäß dem Stand der Technik, und
Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung. In der Fig. 1 ist der Spannungsverlauf für einen Fahrzeugsensor dargestellt, welcher sich typischerweise einstellt, wenn eine aus dem Stand der Technik bekannte Schaltvorrichtung zum Umschalten zwischen zwei Versorgungsspannungen verwendet wird. Dabei wird eine erste Versorgungsspannungsquelle, die eine höhere Ausgangsspannung bereitstellt, ausgeschaltet, und anschließend die zweite Versorgungsspannungsquelle eingeschaltet (break-before-make-Schaltung). Das Aus- und Einschalten erfolgt über zwei Transistoren, die jeweils mit einer Versorgungsspannungsquelle verbunden sind. Wie in der Fig. 1 zu erkennen ist, sinkt die am Fahrzeugsensor bereitgestellte Spannung beim Ausschalten der ersten Versorgungsspannungsquelle dynamisch auf einen Wert ab, der unterhalb der Zielspannung (= Ausgangsspannung der ersten Versorgungsspannungsquelle) ist. Dieser Spannungsabfall wird dadurch verursacht, dass in der Übergangszeit zwischen dem Ausschalten des ersten Transistors und dem Einschalten des zweiten Transistors weiterhin Strom durch den Fahrzeugsensor fließt. Die entstehende Unterschwingung beeinträchtigt die Schaltung hinsichtlich der EMV, weshalb es wünschenswert ist, derartige Unterschwingungen zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren.
In der Fig. 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung 10 für die Bereitstellung von zwei Versorgungsspannungen an einem Fahrzeugsensor 10 und zum Schalten zwischen den zwei Versorgungsspannungen dargestellt. Die Schaltvorrichtung 10 weist eine erste Versorgungsspannungsquelle 14 und eine zweite Versorgungsspannungsquelle 16 auf. Die Ausgangsspannung der zweiten Versorgungsspannungsquelle 16 ist größer als die Ausgangsspannung der ersten Versorgungsspannungsquelle 14. Beispielsweise kann die in der Fig. 2 dargestellte Schaltvorrichtung dazu verwendet werden, den SYNC-Puls für die Kommunikation zwischen einer Mastereinheit und einem Sensor bei PSI5 bereitzustellen. Dabei kann die erste Versorgungsspannungsquelle 14 dazu eingesetzt werden, die reguläre Sensorversorgung bereitzustellen, während die zweite Versorgungsspannungsquelle 16 zur Erzeugung des SYNC-Pulses durch den zweiten Transistor 26 (auch als Syncpuls- transistor bezeichnet) dient. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf den vorstehend genannten Anwendungsfall beschränkt und kann auch in weiteren Applikationen zum Einsatz kommen, in denen ein Fahrzeugsensor mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen versorgt und zwischen den beiden Versorgungsspannungen geschaltet werden soll. Die erste Versorgungsspannungsquelle 14 ist mit einem ersten Transistor 18 verbunden, der dazu ausgelegt ist, eine erste Versorgungsspannung an einem Referenz knoten 34 bereitzustellen, welcher mit dem Fahrzeugsensor 12 verbunden ist. Der erste Transistor 18 kann über einen ersten Steueranschluss 20 angesteuert werden. Die Steuerung des ersten Transistors 18 erfolgt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel über eine erste Stromquelle 22 und einen ersten Widerstand 24, die jeweils dem ersten Transistor 18 zugeordnet sind. Die zweite Versorgungsspannungsquelle 16 ist mit einem zweiten Transistor 26 verbunden, der dazu ausgelegt ist, eine zweite Versorgungsspannung an dem Referenzkonten 28 bereitzustellen. Der zweite Transistor 26 kann über einen zweiten Steueranschluss 28 angesteuert werden. Die Steuerung des zweiten Transistors 26 erfolgt über eine zweite Stromquelle 30 und einen zweiten Widerstand 32, die jeweils dem zweiten Transistor 26 zugeordnet sind. In der Praxis kann es vorkommen, dass eine durch eine Versorgungsspannungsquelle bereitgestellte Spannung größer ist als die am Referenzkonten 28 gewünschte Spannung. Daher kann eine zusätzliche Regeleinheit verwendet werden, um die durch eine der Versorgungsspannungsquellen bereitgestellte Spannung entsprechend zu regeln. In dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist entsprechend eine Regeleinheit 36 vorgesehen, die dazu dient, die von der zweiten Versorgungsspannungsquelle 16 ausgegebene Spannung zu reduzieren. Die Regeleinheit 36 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Regeltransistor ausgestaltet. Der Einsatz der Regeleinheit 36 ist jedoch für die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung 10 als optional anzusehen. Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Regeleinheit 36 gemeinsam mit der zweiten Versorgungsspannungsquelle 16 eine Spannungsquelle bilden.
Wie bereits einleitend diskutiert, kommt es bei den aus dem Stand der Technik bekannten Schaltvorrichtungen beim Umschalten zwischen zwei Versorgungsspannungen an einem Fahrzeugsensor zu Unterschwingungen, die Probleme hinsichtlich der EMV verursachen. Daher weist die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung 10 eine Vorladeschaltung 38 auf, die mit dem ersten Steueranschluss 20 verbunden und dazu ausgelegt ist, den ersten Steueranschluss 20 mit einer Vorladespannung zu versorgen. Dadurch kann der erste Transistor 18 in einem teil-leitenden Zustand gehalten werden. Folglich kann das Einschalten des ersten Transistors 18 deutlich schneller erfolgen, da die zum Einschalten des ersten Transistors 18 erforderliche Spannungsdifferenz reduziert wird und diese Spannungsdifferenz innerhalb einer (im Vergleich zu Schaltvorrichtungen ohne Vorladungsmechanismus) kürzeren Zeit bereitgestellt werden kann.
In dem in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Vorladeschaltung 38 einen ersten Transistor 40 (auch als erster Vorladeschaltungstransistor bezeichnet), eine Stromquelle 42 (auch als Vorladeschaltungsstromquelle bezeichnet), einen Widerstand 44 (auch als Vorladeschaltungswiderstand bezeichnet) und einen zweiten Transistor 46 (auch als zweiter Vorladeschaltungstransistor bezeichnet) auf. Der erste Vorladeschaltungstransistor 40 und der zweite Vorladeschaltungstransistor 46 weisen jeweils einen Steueranschluss 48, 50 auf. Der erste Vorladeschaltungstransistor 40 ist zwischen einem Masseanschluss und der Vorladeschaltungsstromquelle 42 angeordnet und dazu ausgelegt, den von der Vorladeschaltungsstromquelle 42 bereitgestellten Strom in Richtung Masse abzuführen. Der Vorladeschaltungswiderstand 44 ist zwischen dem Steueranschluss 48 des ersten Vorladeschaltungstransistors 40 und einem Masseanschluss angeordnet. Der zweite Vorladeschaltungstransistor 46 ist zwischen dem Steueranschluss 48 des ersten Vorladeschaltungstransistors 40 und der Stromspiegelschaltung 52 angeordnet und dazu ausgelegt, den durch den Vorladeschaltungswiderstand 44 fließenden Strom durch den ersten Widerstand 24 zu leiten. Der Steueranschluss 50 des zweiten Vorladeschaltungstransistors 46 bildet einen Knotenpunkt, welcher die Vorladeschaltungsstromquelle 42 mit dem ersten Vorladeschaltungstransistor 40 verbindet.
In der Vorladeschaltung 38 wird das Potential am Referenzpunkt 50 so lange angehoben, bis der erste Vorladeschaltungstransistor 40 in den leitfähigen Zustand übergeht. Am Steueranschluss 48 des ersten Vorladeschaltungstransistors 40 stellt sich dann eine Spannung VTH ein, die über dem Vorladeschaltungswiderstand 44 abfällt. Daraus ergibt sich ein durch den Vorladeschaltungswiderstand 44 fließender Strom Iv = VTH / Rv. Dieser Strom verursacht das Einschalten des zweiten Vorladeschaltungstransistors 46. Der durch den Vorladeschaltungswiderstand 44 fließende Strom Iv (auch als Vorladestrom bezeichnet) fließt nun durch den Vorladeschaltungstransistor 46 in die Stromspiegelschaltung 52 (nachfolgend auch als Stromspiegel 52 bezeichnet). Der Stromspiegel 52 weist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Transistoren auf, die auch als erster Stromspiegeltransistor 54 und zweiter Stromspiegeltransistor 56 bezeichnet werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die in der Fig. 2 gezeigte Ausführungsform des Stromspiegels 52 beschränkt. Hingegen können auch alternative Ausführungsformen des in der Fig. 2 abgebildeten Stromspiegels ebenfalls zum Einsatz kommen. Der Stromspiegel 52 wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als "Level-Shifter" eingesetzt und sorgt dafür, dass das Potential der Stromquelle im rechten Schaltzweig angehoben wird. Dadurch wird sichergestellt, dass ein Strom aus der Vorladeschaltung 38 in den ersten Widerstand 24 fließt. Durch den Stromfluss in den ersten Widerstand 24, wird eine Vorladespannung am Steueranschluss 20 des ersten Transistors 18 bereitgestellt. Wie vorstehend erläutert, erlaubt das Vorladen des ersten Transistors 18, dass dieser schneller eingeschaltet werden kann. Folglich wird die Übergangszeit zwischen dem Ausschalten des zweiten Transistors 26 und dem Einschalten des ersten Transistors 18 signifikant reduziert und dadurch die Amplitude der Unterschwingung verringert. Folglich zeigt die Schaltvorrichtung 10 gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Schaltvorrichtungen eine verbesserte EMV-Charakteristik.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung 10 liegt darin, dass die am ersten Steueranschluss 20 gewünschte Vorladespannung in stabiler Weise bereitgestellt wird, und zwar unabhängig von etwaigen Temperaturschwankungen. Insbesondere wenn der Vorladeschaltungstransistor 40 baugleich mit dem ersten Transistor 18 ausgestaltet ist, verändert sich die Schwellenspannung VTH,VI des ersten Vorladeschaltungstransistors 40 bei Temperaturschwankungen, sodass der durch den Vorladeschaltungswiderstand 44 fließende Strom Iv entsprechend angepasst wird. Wenn nun auch der Vorladeschaltungswiderstand 44 und der erste Widerstand 24 gleich dimensioniert sind, dann verursacht der gespiegelte Strom Iv, der auch durch den ersten Widerstand 24 fließt, eine Vorladespannung V = VTHI = VTH,VI, die sich am ersten Steueranschluss 20 unabhängig von Temperaturschwankungen einstellt. Die Schaltvorrichtung 10 erlaubt dadurch eine Arbeitspunkteinstellung für den ersten Transistor 18, die in adaptiver Weise erfolgt und die eine etwaige Temperaturschwankungen kompensierende Vorladespannung am Steueranschluss
20 des ersten Transistors 18 bereitstellt.
Auch wenn die vorliegende Erfindung zum Zwecke des besseren Verständnisses anhand konkreter elektronischer Bauelemente beschrieben wurde, ist es für den Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die konkrete Auswahl der in der Fig. 2 dargestellten Bauelemente beschränkt ist. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Implementierung unter Verwendung der in der Fig. 2 dargestellten Transistoren beschränkt.
In der Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 schematisch dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt 110 wird eine erste Versorgungsspannung durch eine erste Versorgungsspannungsquelle bereitgestellt. Die erste Versorgungsspannungsquelle kann dabei über einen ersten Transistor geschaltet werden. In einem zweiten Verfahrensschritt 120 wird eine zweite Versorgungsspannung über eine zweite Versorgungsspannungsquelle bereitgestellt. Die zweite Versorgungsspannungsquelle kann über einen zweiten Transistor geschaltet werden. Die erste Versorgungsspannung und die zweite Versorgungsspannung können durch Schalten der Transistoren an einem Referenz knoten bereitgestellt werden, der mit einem Fahrzeugsensor verbunden ist. Der erste Transistor und der zweite Transistor weisen jeweils einen Steueranschluss auf (auch als erster Steueranschluss und zweiter Steueranschluss bezeichnet). In einem dritten Verfahrensschritt 130 wird eine Vorladespannung am Steueranschluss des ersten Transistors unter Verwendung einer Vorladeschaltung bereitgestellt. Bevorzugt wird dabei eine Vorladespannung bereitgestellt, die der Schwellenspannung des ersten Transistors VTHI entspricht. In einem vierten Verfahrensschritt 140 wird der zweite Transistor ausgeschaltet. In einem fünften Verfahrensschritt 150 wird der erste Transistor eingeschaltet. Durch das Vorladen des ersten Transistors wird der Einschaltvorgang des ersten Transistors signifikant beschleunigt, wodurch die vorstehend beschriebenen Unterschwingungseffekte deutlich reduziert werden können und der Schaltprozess hinsichtlich der EMV signifikant verbessert wird. Die Reihenfolge der vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte ist als rein exemplarisch anzusehen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die in der vorstehenden Beschreibung gewählte Reihenfolge beschränkt.
In der Fig. 4 sind die Spannungsverläufe am Steueranschluss des ersten Transistors sowie am Fahrzeugsensor beim Umschalten zwischen zwei Versorgungsspannungen unter Verwendung der in der Fig. 2 gezeigten Schaltvorrichtung sowie unter Verwendung einer aus dem Stand der Technik bekannten Schaltvorrichtung dargestellt. Die durchgezogene Linie zeigt dabei die Spannungsverläufe, die sich einstellen, wenn eine aus dem Stand der Technik bekannte Schaltvorrichtung verwendet wird. Die gepunkteten Linien zeigen die Spannungsverläufe, die sich einstellen, wenn die in der Fig. 2 gezeigte Schaltvorrichtung zum Einsatz kommt. In der Fig. 4 sind die Schaltphasen in vier Bereiche PI bis P4 eingeteilt. PI beschreibt die erste Schaltphase, in der der erste Transistor eingeschaltet und der zweite Transistor ausgeschaltet ist. P2 beschreibt die zweite Schaltphase, zu Beginn derer der erste Transistor ausgeschaltet und der zweite Transistor eingeschaltet wird. Zu Beginn der dritten Schaltphase P3 wird der erste Transistor mit einer Vorladespannung vorgeladen. Wie in der Fig. 4 zu erkennen ist, wird in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel die Spannung am Steueranschluss des ersten Transistors von 0 V auf Vth angehoben. Durch das Anheben des Potentials am Steueranschluss des ersten Transistors wird erreicht, dass der Einschaltvorgang für den ersten Transistor in der vierten Schaltphase P4 beschleunigt wird. Entsprechend fällt die Spannung an der Last (= Fahrzeugsensor) nicht so stark ab, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist, da die Totzeit zwischen dem Ausschalten des zweiten Transistors und dem Einschalten des ersten Transistors reduziert wird. Insgesamt erlaubt die vorliegende Erfindung somit eine Reduzierung der Amplitude der Unterschwingung und eine hinsichtlich der EMV verbesserte Charakteristik. Wie bereits vorstehend erläutert, gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, den ersten Transistor vorzuladen. Während in dem Ausführungsbeispiel das Potential am Steueranschluss des ersten Transistors von 0 auf VTH in einem einzelnen Schritt angehoben wurde, kann bei weiteren Ausführungsformen vorgesehen sein, dass das Potential stufenweise bzw. schrittweise angehoben wird. Dazu kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass das genannte Potential innerhalb der dritten Schaltphase P3 zunächst auf eine erste Vorladespannung und anschließend auf eine zweite Vorladespannung angehoben wird. Beispielsweise kann die erste Vorladespannung 70 bis 90 %, bevorzugt 75 bis 85 % und besonders bevorzugt 80 % der Schwellenspannung VTH betragen. Auch kann die zweite Vorladespannung 100 bis 140 %, bevorzugt 110 bis 130 % und besonders bevorzugt 120 % der Schwellenspannung VTH betragen. Beispielsweise kann das Anheben des Potentials am Steueranschluss des ersten Transistors von 0 auf die erste Vorladespannung zu Beginn der dritten Schaltphase P3 eingeleitet werden. Zudem kann das Anheben des Potentials am Steueranschluss des ersten Transistors von der ersten Vorladespannung auf die zweite Vorladespannung nach Ablauf von 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 % oder 95 % der dritten Schaltphase P3 eingeleitet werden. Auf diese Weise wird es ermöglicht, die durch den ersten Transistor verbrauchte Leistung zu Beginn der dritten Schaltphase zu reduzieren (Energieeinsparung) und kurz vor dem Einschalten des ersten Transistors die Vorladespannung zu erhöhen, um einen schnelleren Einschaltprozess zu ermöglichen (weitere Reduzierung der Unterschwingungsamplitude).
In der Fig. 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung gezeigt. Ähnlich wie bei dem in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die in der Fig. 5 gezeigte Ausführungsform der Schaltvorrichtung 10 ebenfalls eine Vorladeschaltung auf, die eine Vorladestromquelle 42, einen ersten Vorladeschaltungstransistor 40 und einen zweiten Vorladeschaltungstransistor 46 umfassen. Dabei sind die Vorladestromquelle 42 und die erste Stromquelle 22 mit dem gleichen Potentialanschluss verbunden. Dadurch ist es nicht mehr erforderlich, einen Stromspiegel zu verwenden, der als "Level-Shifter" eingesetzt wird (siehe Fig. 2). Bei der in der Fig. 5 gezeigten Schaltvorrichtung 10 ist also die Vorladeschaltung in die Ansteuerung des ersten Transistors integriert. Neben dem Vorteil, dass die Notwendigkeit des vorstehend diskutierten Stromspiegels entfällt, bietet die in der Fig. 5 gezeigte Ausführungsform den Vorteil, dass die Vorladeschaltung sich selbstständig mit dem vollen Durchschalten des ersten Transistors 18 über die erste Stromquelle 22 deaktiviert. Dabei wird der Steueranschluss 50 des ersten Vorladeschaltungstransistors entladen. Zudem ist es bei der in der Fig. 5 gezeigten Ausführungsform nicht mehr erforderlich, den ersten Widerstand 24 und den Vorladeschaltungswiderstand 44 aufeinander anzupassen, da die Vorladeschaltung denselben Widerstand, der bereits zur Ansteuerung des ersten Transistors 18 verwendet wird, als ersten Vorladeschaltungswiderstand benutzt.
Bezugszeichenliste
Schaltvorrichtung
Fahrzeugsensor erste Versorgungsspannungsquelle zweite Versorgungsspannungsquelle erster Transistor erster Steueranschluss erste Stromquelle erster Widerstand zweiter Transistor zweiter Steueranschluss zweite Stromquelle zweiter Widerstand
Referenz knoten
Regeleinheit
Vorladeschaltung erster Vorladeschaltungstransistor
Vorladeschaltungsstromquelle
Vorladeschaltungswiderstand zweiter Vorladeschaltungstransistor
Steueranschluss des ersten Vorladeschaltungstransistors
Steueranschluss des zweiten Vorladeschaltungstransistors
Stromspiegelschaltung erster Stromspiegeltransistor zweiter Stromspiegeltransistor
Verfahren erster Verfahrensschritt zweiter Verfahrensschritt dritter Verfahrensschritt vierter Verfahrensschritt fünfter Verfahrensschritt

Claims

Ansprüche
1. Schaltvorrichtung (10) zum Bereitstellen von zwei Versorgungsspannungen an mindestens einem Fahrzeugsensor (12), insbesondere über die periphere Sensorschnittstelle 5, PSI5, und zum Schalten zwischen den zwei Versorgungsspannungen, umfassend:
- eine erste Versorgungsspannungsquelle (14) und einen mit der ersten Versorgungsspannungsquelle verbundenen ersten Transistor (18), wobei der erste Transistor (18) dazu ausgelegt ist, eine erste Versorgungsspannung an einem Referenz knoten (34) bereitzustellen;
- eine zweite Versorgungsspannungsquelle (16) und einen mit der zweiten Versorgungsspannungsquelle verbundenen zweiten Transistor (26), wobei der zweite Transistor (26) dazu ausgelegt ist, eine zweite Versorgungsspannung an dem Referenz knoten (34) bereitzustellen; und
- eine Vorladeschaltung (38), die mit einem Steueranschluss (20) des ersten Transistors (18) verbunden und dazu ausgelegt ist, den Steueranschluss (20) des ersten Transistors (18) mit einer Vorladespannung zu versorgen.
2. Schaltvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorladeschaltung (38) einen ersten Vorladeschaltungstransistor (40) aufweist, wobei der Vorladeschaltungstransistor (40) mit dem ersten Transistor (18) in einer Stromspiegelschaltung verschaltet ist.
3. Schaltvorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorladeschaltung (38) zudem einen Vorladeschaltungswiderstand (44), einen zweiten Vorladeschaltungstransistor (46), eine Vorladeschaltungsstromquelle (42) und eine Stromspiegelschaltung (52) aufweist, wobei
- der erste Vorladeschaltungstransistor (40) zwischen einem Potentialan- schluss, insbesondere Masseanschluss, und der Vorladeschaltungsstromquelle (42) angeordnet und dazu ausgelegt ist, den von der Vorladeschaltungsstromquelle (42) bereitgestellten Strom in Richtung Potentialanschluss, insbesondere Masseanschluss, abzuführen; - der Vorladeschaltungswiderstand (44) zwischen dem Steueranschluss (48) ersten Vorladeschaltungstransistors und einem Potentialanschluss, insbesondere Masseanschluss, angeordnet ist;
- der zweite Vorladeschaltungstransistor (46) zwischen dem Steueranschluss (48) des ersten Vorladeschaltungstransistors (40) und der Stromspiegelschaltung (52) angeordnet ist; und
- die Stromspiegelschaltung dazu ausgelegt ist, den durch den Vorladeschaltungswiderstand (44) fließenden Strom zu spiegeln und durch einen ersten Widerstand (24) zu leiten, der am Steueranschluss (20) des ersten Transistors (18) angeordnet ist, wobei der Steueranschluss (50) des zweiten Vorladeschaltungstransistors einen Referenzknoten definiert, der die Vorladeschaltungsstromquelle (42) und den ersten Vorladeschaltungstransistor (40) verbindet.
4. Schaltvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorladeschaltung (38) einen ersten Vorladeschaltungstransistor (40), einen zweiten Vorladeschaltungstransistor (46), und eine Vorladeschaltungsstromquelle (42) aufweist, wobei
- ein erster Steueranschluss (20) des ersten Transistors (18) mit einer ersten Stromquelle (22) und mit einem ersten Anschluss eines ersten Widerstandes (24) verbunden ist;
- der erste Vorladeschaltungstransistor (40) zwischen einem zweiten Anschluss des ersten Widerstandes (24) und der Vorladeschaltungsstromquelle (42) angeordnet und dazu ausgelegt ist, den von der Vorladeschaltungsstromquelle (42) bereitgestellten Strom in Richtung des zweiten Anschlusses des ersten Widerstandes (24) abzuführen;
- der zweite Vorladeschaltungstransistor (46) zwischen dem Steueranschluss (48) des ersten Vorladeschaltungstransistors (40) und einem Versorgungspotential der ersten Stromquelle (22) sowie der ersten Vorladeschaltungsstromquelle (42) angeordnet ist; und
- der Steueranschluss (50) des zweiten Vorladeschaltungstransistors einen Referenzknoten definiert, der die Vorladeschaltungsstromquelle (42) und den ersten Vorladeschaltungstransistor (40) verbindet.
5. Schaltvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stromquelle (22) und die Vorladeschaltungsstromquelle (42) mit demselben Potential verbunden sind.
6. Schaltvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Transistor (18) und der erste Vorladeschaltungstransistor (40) baugleich ausgebildet sind.
7. Schaltvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Transistor (18) und der erste Vorladeschaltungstransistor (40) auf einem Substrat angeordnet sind.
8. Schaltvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Vorladeschaltungswiderstand (44) 0,8 • Ri < Rv < 1,2 • Ri, bevorzugt 0,9 • Ri < Rv < 1,1 • Ri und besonders bevorzugt Rv = Ri gilt, wobei Rv den Vorladeschaltungswiderstand (44) und Ri den ersten Widerstand (24) bezeichnen.
9. Schaltvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, Rv = Ri • Ai beträgt, wobei Rv den Vorladeschaltungswiderstand, Ri den ersten Widerstand und Ai ein Stromspiegelverhältnis Ai = IRI / IRV definiert, wobei IRI den Strom durch den ersten Widerstand und IRV den Strom durch den Vorladeschaltungswiderstand bezeichnet.
10. Schaltvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen variabel einstellbaren Vorladeschaltungswiderstand (44) und/oder durch einen variabel einstellbaren ersten Widerstand (24).
11. Verfahren (100) zum Bereitstellen von zwei Versorgungsspannungen an mindestens einem Fahrzeugsensor (12), insbesondere über die periphere Sensorschnittstelle 5, PSI5, und zum Schalten zwischen einer ersten Versorgungsspannung und einer zweiten Versorgungsspannung, wobei das Verfahren (100) die nachfolgenden Schritte aufweist:
- Bereitstellen (110) der ersten Versorgungsspannung über eine erste Versorgungsspannungsquelle (14), wobei die erste Versorgungsspannung über einen ersten Transistor (18) geschaltet werden kann, der einen ersten Steueranschluss (20) aufweist;
- Bereitstellen (120) der zweiten Versorgungsspannung über eine zweite Versorgungsspannungsquelle (16), wobei die zweite Versorgungsspannung über einen zweiten Transistor (26) geschaltet werden kann, der einen zweiten Steueranschluss (28) aufweist;
- Bereitstellen (130) einer Vorladespannung am ersten Steueranschluss (20) über eine Vorladeschaltung (38);
- Ausschalten (140) des zweiten Transistors (26); und
- Einschalten (150) des ersten Transistors (18).
12. Verfahren (100) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen der Vorladespannung am ersten Steueranschluss (20) über eine Vorladeschaltung (38) erfolgt, die einen ersten Vorladeschaltungstransistor (40) aufweist, wobei der Vorladeschaltungstransistor (40) mit dem ersten Transistor (18) in einer Stromspiegelschaltung verschaltet ist.
13. Verfahren (100) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorladeschaltung (38) dazu ausgelegt ist, den Steueranschluss (20) des ersten Transistors (18) mit einer Vorladespannung 0,8 • VTHI < Vv < 1,2 • VTH I ZU versorgen, bevorzugt mit einer Vorladespannung 0,9 • VTHI < Vv < 1,1 • VTHI und besonders bevorzugt mit einer Vorladespannung Vv = VTHI ZU versorgen, wobei Vv die Vorladespannung und VTHI die Schwellenspannung des ersten Transistors (18) bezeichnen.
14. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorladeschaltung (38) dazu ausgelegt ist, in einer Schaltphase, in welcher der zweite Transistor (26) eingeschaltet und der erste Transistor (18) ausgeschaltet ist, den Steueranschluss (20) des ersten Transistors (18) mit einer Vorladespannung zu versorgen, die zu einem ersten Zeitpunkt innerhalb der genannten Schaltphase auf eine erste Vorladespannung gesetzt wird, und die zu einem zweiten Zeitpunkt innerhalb der genannten Schaltphase auf eine zweite Vorladespannung gesetzt wird, wobei die zweite Vorladespannung größer ist als die erste Vorladespannung.
15. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen der Vorladespannung am ersten Steueranschluss (20) über eine Vorladeschaltung (38) erfolgt, die zudem einen Vorladeschaltungswiderstand (44), einen zweiten Vorladeschaltungstransistor (46) und eine Vorladeschaltungsstromquelle (42) aufweist, wobei
- der erste Vorladeschaltungstransistor (40) zwischen einem Potentialan- schluss, insbesondere Masseanschluss, und der Vorladeschaltungsstromquelle (42) angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, den von der Vorladeschaltungsstromquelle (42) bereitgestellten Strom in Richtung Potentialanschluss, insbesondere Masseanschluss, abzuführen;
- der Vorladeschaltungswiderstand (44) zwischen dem Steueranschluss (48) des ersten Vorladeschaltungstransistor (40) und einem Potentialanschluss, insbesondere Masseanschluss, angeordnet ist; und
- der zweite Vorladeschaltungstransistor (46) zwischen dem Steueranschluss (48) des ersten Vorladeschaltungstransistors (40) und dem Steueranschluss (20) des ersten Transistors (18) angeordnet und dazu ausgelegt ist, den durch den Vorladeschaltungswiderstand (44) fließenden Strom durch einen ersten Widerstand (24) zu leiten, der am Steueranschluss (20) des ersten Transistors (18) angeordnet ist, wobei der Steueranschluss (50) des zweiten Vorladeschaltungstransistors einen Referenz knoten definiert, der die Vorladeschaltungsstromquelle (42) mit dem ersten Vorladeschaltungstransistor (40) verbindet.
16. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen der Vorladespannung am ersten Steueranschluss (20) über eine Vorladeschaltung (38) erfolgt, bei welcher der erste Vorladeschaltungstransistor (40) baugleich mit dem ersten Transistor (18) ausgebildet ist.
17. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen der Vorladespannung am ersten Steueranschluss (20) über eine Vorladeschaltung (38) erfolgt, bei welcher der erste Vorladeschaltungstransistor (40) gemeinsam mit dem ersten Transistor (18) auf einem Substrat angeordnet ist.
18. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen der Vorladespannung am ersten Steueranschluss (20) über eine Vorladeschaltung (38) erfolgt, bei welcher der Vorladeschaltungswiderstand (44) 0,8 • Ri < Rv < 1,2 • Ri, bevorzugt 0,9 • Ri < Rv < 1,1 • Ri und besonders bevorzugt Rv = Ri gilt, wobei Rv den Vorladeschaltungswiderstand (44) und Ri den ersten Widerstand (24) bezeichnen.
EP24711813.6A 2023-03-10 2024-03-11 Schaltvorrichtung und schaltverfahren Pending EP4677749A1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102023106051 2023-03-10
DE102023106206.9A DE102023106206B4 (de) 2023-03-10 2023-03-13 Schaltvorrichtung und Schaltverfahren
PCT/EP2024/056311 WO2024188914A1 (de) 2023-03-10 2024-03-11 Schaltvorrichtung und schaltverfahren

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4677749A1 true EP4677749A1 (de) 2026-01-14

Family

ID=90365297

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP24711813.6A Pending EP4677749A1 (de) 2023-03-10 2024-03-11 Schaltvorrichtung und schaltverfahren

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4677749A1 (de)
CN (1) CN120814175A (de)
WO (1) WO2024188914A1 (de)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2551743B1 (de) * 2011-07-27 2014-07-16 ams AG Spannungsregler mit niedrigem Spannungsverlust und Verfahren zur Spannungsregelung
US9292409B2 (en) * 2013-06-03 2016-03-22 Infineon Technologies Ag Sensor interfaces
FR3053857B1 (fr) * 2016-07-07 2020-03-27 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Circuit de selection d'une tension d'alimentation a transition controlee
DE102017111544B4 (de) 2017-05-26 2020-06-25 Elmos Semiconductor Aktiengesellschaft Kombinierte PSI5- / DSI3-Datenschnittstelle für einen gemischten Verbau von Sensoren mit PSI5 und PSI3 Datenbusschnittstelle in Sensorsystemen
US11536847B2 (en) 2019-10-31 2022-12-27 Continental Autonomous Mobility US, LLC High dynamic range receiver for a LIDAR sensor

Also Published As

Publication number Publication date
CN120814175A (zh) 2025-10-17
WO2024188914A1 (de) 2024-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102004018823B3 (de) Schaltungsanordnung mit einem Leistungstransistor und einer Ansteuerschaltung für den Leistungstransistor
DE10217611B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur EMV-optimierten Ansteuerung eines Halbleiterschaltelements
EP1732223B1 (de) Integrieter Schaltkreis
DE69902199T2 (de) Halbleiteranordnung mit einer Pegelverschiebungsschaltung
DE69319326T2 (de) Steuerung, Verringerung und Angleichen der Verzögerungszeiten in einer Low-Side-Treiberstufe
DE102005038231B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Einschalten einer Spannungsversorgung einer Halbleiterschaltung und entsprechende Halbleiterschaltung
DE2816980B2 (de) FET-Treiberschaltung mit kurzen Schaltzeiten
DE10255642B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Ausgeben eines Digitalsignals
DE19538463C2 (de) Ausgangspufferspeicher mit einem niedrigen Rauschen und einem hohem Ansteuerungsvermögen
DE102023106206B4 (de) Schaltvorrichtung und Schaltverfahren
DE19950359B4 (de) Eingabe-Ausgabe-Puffer mit verringertem Rückkoppelungseffekt
EP4677749A1 (de) Schaltvorrichtung und schaltverfahren
DE102005027442A1 (de) Schaltungsanordnung zum Schalten einer Last
EP3939162A1 (de) Adaptive schaltgeschwindigkeitssteuerung von leistungshalbleitern
WO1999059249A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum umschalten eines feldeffekttransistors
EP0748047A1 (de) Integrierte Pufferschaltung
DE102004060577B4 (de) Schaltung und Verfahren zum Erzeugen eines Strompulses in einem Wellenleiter
EP1326338B1 (de) Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektrischen Leistungsbauelements
DE102015205250A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Regelung einer Totzeit in einem Synchronwandler
WO1996005654A1 (de) Schaltungsanordnung mit einem feldeffekttransistor
DE3430803C2 (de)
DE60118412T2 (de) Digital-analog-wandler
DE10100716B4 (de) Verfahren zum Betrieb eines ohmsch-induktiven Bauteils
DE2340770C3 (de) Schnelle Treiberschaltung mit Feldeffekttransistoren
WO2021233638A1 (de) Sendestufe und verfahren zur erzeugung einer differenzspannung zwischen busleitungen

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20250822

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

RAP3 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: ELMOS SEMICONDUCTOR SE