WO1996029784A1 - Circuit for evaluating or converting a binary signal defined by current thresholds - Google Patents

Circuit for evaluating or converting a binary signal defined by current thresholds Download PDF

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WO1996029784A1
WO1996029784A1 PCT/EP1996/000696 EP9600696W WO9629784A1 WO 1996029784 A1 WO1996029784 A1 WO 1996029784A1 EP 9600696 W EP9600696 W EP 9600696W WO 9629784 A1 WO9629784 A1 WO 9629784A1
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signal
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PCT/EP1996/000696
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Inventor
Wolfgang Fey
Michael Zydek
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Itt Automotive Europe Gmbh
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K5/00—Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
    • H03K5/01—Shaping pulses
    • H03K5/08—Shaping pulses by limiting; by thresholding; by slicing, i.e. combined limiting and thresholding

Definitions

  • Circuit arrangement for evaluating or converting a binary signal defined by current threshold values
  • the invention relates to a circuit arrangement for evaluating or converting a binary signal defined by two current threshold values, in particular the output signal of an active sensor.
  • a sensor is known to be a current source which, when the current profile is applied, supplies a square-wave signal based on two different current values or current thresholds, the frequency of which contains the information to be measured.
  • a circuit arrangement for processing the output signal of a speed sensor which contains a trigger circuit or trigger circuit, the switching thresholds of which are varied as a function of a coupling factor.
  • the coupling factor influences the amplitude of the sensor output voltage.
  • Such a circuit arrangement can be used for passive and active sensors.
  • a current / voltage conversion would be necessary with the aid of a load resistor connected in series, which would have to be relatively low-impedance so that a sufficient operating voltage on the active sensor pending.
  • This resistor should be able to withstand high loads so that it also withstands a short circuit in the sensor line with respect to the supply voltage.
  • a relatively high accuracy of the resistance value would be required because the sensor signal detection depends on this accuracy.
  • the object of the present invention is to develop a circuit arrangement for evaluating or converting a binary current signal, which manages with comparatively few components and which is particularly well suited for implementation with the aid of an integrated circuit. On low energy consumption is important. In addition, it should be possible to set up sensor error detection - ie short circuit to ground or to operating voltage, line break etc. - with little effort.
  • this object can be achieved by a circuit arrangement of the type described in claim 1.
  • the signal source namely the sensor acting as a current source
  • a (second) current source which is designed for a nominal current which is between the lower and the upper threshold value of the sensor or signal current, and in that the voltage across the (second) current source is evaluated to identify the signal state of the binary signal or the sensor current.
  • the current-voltage conversion thus takes place to a certain extent with the aid of the (second) current source connected in series, the falling below and reaching the nominal current triggering the potential change.
  • the second current source is connected to ground and is located at the input of an amplifier circuit, for example on the base-emitter path of a transistor.
  • This amplifier circuit emits a binary output signal that represents the reaching or falling below the nominal current of the current source.
  • a current Zener diode is expediently connected in parallel, which limits the voltage across the current source and thus at the input of the amplifier circuit to a predetermined maximum value, namely a value corresponding to the breakdown voltage of the Zener diode.
  • the (second) current source is composed of a plurality of individual current sources, each of which has an amplifier circuit connected in parallel and which are connected together in such a way that from the output signals of the amplifier stages, the falling below a predetermined minimum value of the signal current, ie the current caused by the signal source, the exceeding of a predetermined maximum value and the occurrence of a predetermined mean value of the signal current lying between the current threshold values are recognizable.
  • the current source expediently consists of three individual current sources which are connected in parallel with the insertion of decoupling diodes and of which one relates to the minimum value of the signal current, the second to the difference between the mean value of the signal current and the minimum value and finally the third the difference between the maximum value and the average value are designed.
  • the circuit arrangement described as a whole including the amplifier stages connected in parallel with the individual current sources for signal processing and error detection, can be accommodated in an integrated circuit.
  • the individual current sources are expediently constructed on the basis of current mirror circuits which are supplied from a common reference voltage source via ohmic resistors which determine the respective nominal currents of the individual current sources.
  • the circuit arrangement can very easily be adapted to different types of active sensors and the respectively predefined current thresholds. Adjust values and the tolerance range of these threshold values.
  • FIG. 3 shows a part of an integrated circuit " for realizing the circuit according to FIG. 2.
  • FIG. 1 is based on the use of an active speed sensor 1 in a motor vehicle.
  • a sensor 1 can be part of a motor vehicle control system, for example an anti-lock braking system, a drive or traction control system, a driving stability control or the like. With the help of such sensors or wheel sensors, a signal can be obtained whose frequency is proportional to the speed of rotation of the respective wheel.
  • the measuring element is an active sensor 1, the output signal of which is determined by two current threshold values, namely a low current of 7 mA and a high current of 14 mA.
  • the low current is required in order to maintain the proper functioning of the active sensor 1.
  • a connection IGN is used for the power supply, through which the connection to the positive pole of the vehicle battery is established in a motor vehicle when the ignition is switched on.
  • the ground connection leads to the negative pole of the battery.
  • the wheel sensor 1 is symbolically represented here as a current source, which is composed of two individual current sources.
  • a second current source IQ which is designed for a nominal current I Q , is connected in series with the active sensor 1. Strictly speaking, this current source is a current sink, as can be seen from the following explanations.
  • the nominal current I c lies above the lower current threshold value of the sensor 1, namely the low current I L.
  • a nominal current Ig is expediently chosen for the current source IQ, which corresponds to an average value between the two current threshold values I L and I H.
  • the voltage drop across the current source IQ is simultaneously the input voltage U E of the amplifier stage T.
  • the circuit according to FIG. 1 functions as follows: As long as the current over the sensor 1 is below the nominal current or the impressed current of the current source IQ, which is true in the low phase of the sensor 1, the potential U E at the input of the amplifier circuit T is almost reduced to ground potential GND by the current source IQ .
  • the transistor T blocks.
  • the output signal or the output potential U A of the amplifier circuit, namely the potential at the collector of the transistor T, is "high"; the output signal U A assumes the full value of the supply voltage V cc5 .
  • the transistor T is activated. This is the case in the high phase when the sensor 1 supplies the high current I H.
  • the current source Q is only able to absorb its nominal current Ig.
  • the current going beyond this leads to an increase in the potential U E , to the turning on of the transistor T and thus to a "low" of the output signal U A.
  • the input potential U E is limited by a zener diode Z lying parallel to the current source IQ. A current flow via the Zener diode Z also ensures that a current I H sufficient for the operation of the sensor 1 can flow.
  • the circuit according to FIG. 1 can be expanded very easily and with little effort to a circuit which is able to detect and display sensor errors. These sensor errors also include a short circuit of the connecting line to ground (GND) or to battery (IGN), a line interruption and shunts.
  • the operation of such a circuit with error detection is illustrated in FIG. 2.
  • This expansion is achieved by dividing the second current source (IQ in FIG. 1) into several, here three individual current sources IQ 1, IQ 2 , IQ 3 “The potential across these voltage sources is in each case determined with the aid of a parallel amplifier stage, symbolized by the transistors T 1 T 2 and T 3 .
  • Diodes Dl and D2 serve to decouple the individual current sources.
  • the individual current sources IQ 1, IQ 2 and IQ 3 are interconnected and connected to the active sensor 1 in such a way that the first individual current source IQi directly connected to the sensor 1 signals an open circuit or a sensor current below a minimum value.
  • a "high" at the output X__ of the associated amplifier circuit T- j _ consequently indicates a line interruption or a sensor current I which is too low for another reason.
  • the next single current source IQ 2 connected via the diode D1, which is designed here for a nominal current I 2 7 mA, becomes live as soon as the sensor current exceeds the minimum value I__.
  • the amplifier circuit T2 which is parallel to the single current source IQ 2 , there is a "high” signal until the sensor current reaches or exceeds the sum of the nominal currents 1 ⁇ + I 2 of the two single current sources IQ Q and IQ. Only then does the signal at output X 2 of stage T 2 change from "high” to "low".
  • the output of the amplifier stage T 2 when the wheel sensor 1 is operating properly, ie when the sensor signal current constantly changes between the lower (I__) and the upper (I 2 ) current threshold value, is the evaluable voltage signal, which is the result of the Represents current-voltage conversion and which corresponds to the output signal U A according to FIG. 1.
  • the third individual current source IQ 3 serves to signal an excessively high, error-related sensor current or an excessively high input current into the evaluation circuit. A current that is too high can be caused by a shunt or even a short circuit to the supply connection IGN.
  • the nominal current of the third individual current source IQ 3 determines the upper limit. If the sum! • + I 2 + I 3 of the nominal currents of the individual current sources IQ 1 , IQ 2 , IQ 3 is exceeded, this has a control of the amplifier stage T 3 and thus a change of the signal at the output X 3 of this Ver ⁇ level from "high" to "low".
  • FIG. 3 shows an example for the implementation of the circuit according to FIG. 2. All the components shown are components of an integrated circuit.
  • the individual current sources IQi 'IQ 2 ' and d ⁇ Qa ' are realized here by current mirror circuits.
  • the nominal current or impressed current of the individual current sources is predefined in a known manner. From the potential at the output X- ⁇ ', X 3 ' of the amplifier circuits T__ 'and T 3 ' can again be seen in the manner described with reference to FIG. 2 whether there is a sensor error.
  • the converted sensor signal is at the output X 2 'of the amplifier circuit T 2 ' for further evaluation.
  • the voltage U Ref required to set the nominal currents is stabilized in any case, while in some applications a voltage which is not stabilized or only roughly stabilized should suffice for the supply voltage V CC5 .
  • the invention can be implemented particularly well in the form of integrated circuits. Only a few components are required for signal evaluation and error detection. The energy consumption is low. Another major advantage is that there are no high demands on the accuracy of the components, setting of the current threshold values, etc. This has a favorable effect on the manufacturing costs for such a circuit arrangement. In addition, for the same reasons, a high level of reliability of the mode of operation can be expected. Since the nominal currents of the individual current sources and thus the threshold values for error detection can be changed in a simple manner and with little effort, for example by setting the reference voltage, adaptation to sensors of different types is easily possible.

Abstract

A circuit for evaluating or converting a binary current signal (I), especially the output signal of an active sensor (1), comprises a current source (IQ, IQ2) in series with the sensor and designed for a rated current (IQ, I2) lying between the lower (IL) and upper threshold of the current signal (I) to be evaluated. The voltage drop across the current source (IQ, IQ2) is evaluated to find the status of the binary signal (I). Sensor faults can be detected by dividing the current source (IQ) into three individual sources (IQ1, IQ2, IQ3) having their amplifier circuits (T1, T2, T3) connected in parallel.

Description

Schaltungsanordnung zum Auswerten oder Wandeln eines binä¬ ren, durch Stromschwellenwerte definierten SignalsCircuit arrangement for evaluating or converting a binary signal defined by current threshold values
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Auswerten oder Wandeln eines binären, durch zwei Strom¬ schwellenwerte definierten Signals, insbesondere des Aus- gangεsignals eines aktiven Sensors. Ein solcher Sensor stellt bekanntlich eine Stromquelle dar, die, wenn man den Stromverlauf aufträgt, ein Rechtecksignal auf Basis von zwei unterschiedlichen Stromwerten oder Stromschwellen liefert, dessen Frequenz die zu messende Information enthält.The invention relates to a circuit arrangement for evaluating or converting a binary signal defined by two current threshold values, in particular the output signal of an active sensor. Such a sensor is known to be a current source which, when the current profile is applied, supplies a square-wave signal based on two different current values or current thresholds, the frequency of which contains the information to be measured.
Aus der DE 39 36 831 AI (P 6820) ist bereits eine Schal¬ tungsanordnung zur Aufbereitung des Ausgangssignals eines Drehzahlsensors bekannt, die eine Triggerschaltung oder Kippschaltung enthält, deren Umschaltschwellen in Abhän¬ gigkeit von einem Kopplungsfaktor variiert werden. Der Kopplungsfaktor beeinflußt die Amplitude der Sensor-Aus¬ gangsspannung. Eine derartige Schaltungsanordnung ist für passive und aktive Sensoren brauchbar. Bei Auswertung des Ausgangssignals eines aktiven Sensors, der ein binäres Stromsignal liefert, wäre jedoch eine Strom-/Spa- nnungswandlung mit Hilfe eines in Serie geschalteten Last¬ widerstandes notwendig, der relativ niederohmig sein müßte, damit an dem aktiven Sensor eine ausreichende Betriebsspan- nung anliegt. Dieser Widerstand müßte hochbelastbar sein, damit er auch einem Kurzschluß der Sensorleitung gegenüber der Versorgungsspannung widersteht. Außerdem wäre eine rela¬ tiv hohe Genauigkeit des Widerstandswertes erforderlich, weil von dieser Genauigkeit die Sensorsignalerkennung ab¬ hängt.From DE 39 36 831 AI (P 6820) a circuit arrangement for processing the output signal of a speed sensor is already known, which contains a trigger circuit or trigger circuit, the switching thresholds of which are varied as a function of a coupling factor. The coupling factor influences the amplitude of the sensor output voltage. Such a circuit arrangement can be used for passive and active sensors. When evaluating the output signal of an active sensor that supplies a binary current signal, however, a current / voltage conversion would be necessary with the aid of a load resistor connected in series, which would have to be relatively low-impedance so that a sufficient operating voltage on the active sensor pending. This resistor should be able to withstand high loads so that it also withstands a short circuit in the sensor line with respect to the supply voltage. In addition, a relatively high accuracy of the resistance value would be required because the sensor signal detection depends on this accuracy.
Solche Widerstände sind relativ aufwendig, der hohe Energie¬ verbrauch ist unerwünscht. Außerdem lassen sich Sensorfehler nur mit zusätzlichem, ebenfalls recht hohem Schaltungsauf¬ wand erkennen. Eine Überlappung von Funktionsbereich und Fehlererkennungsbereich ist mit einer solchen Schaltung bei Einsatz eines aktiven Sensors nicht möglich.Such resistors are relatively complex, the high energy consumption is undesirable. In addition, sensor errors can only be detected with additional, also very high circuit complexity. An overlap of the functional area and the error detection area is not possible with such a circuit when using an active sensor.
In der älteren, nicht vorveröffentlichten DE 44 34 180 AI (P 7748) ist auch schon eine Schaltungsanordnung zur Aus¬ wertung eines binären Stromsignals, also auch des Aus- gangssinals eines aktiven Sensors, beschrieben, bei der mit Hilfe einer Stromspiegelschaltung ein zum Sensorstrom proportionaler Signalstrom gewonnen wird. Dieser Signalstrom wird über einen oh schen Widerstand einer Quelle mit kon¬ stanter Spannung entnommen, wodurch ein dem Sensor-Ausgangs- signal entsprechendes binäres Spannungssignal entsteht. Die Stromspiegelschaltung dient also zur Wandlung des Sensor- Stromsignals in ein binäres Spannungssignal, das dann mit geringem Aufwand und vor allem geringem Leistungsbedarf wei¬ terverarbeitet werden kann.In the older, not previously published DE 44 34 180 AI (P 7748) a circuit arrangement for evaluating a binary current signal, ie also the output signal of an active sensor, is described, in which a current mirror circuit is used to make a signal current proportional to the sensor current Signal current is obtained. This signal current is taken from a source with a constant voltage via an ohmic resistance, which results in a binary voltage signal corresponding to the sensor output signal. The current mirror circuit thus serves to convert the sensor current signal into a binary voltage signal, which can then be further processed with little effort and, above all, low power consumption.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Auswerten oder Wandeln eines binären Stromsignals zu entwickeln, die mit vergleichsweise wenigen Bauteilen auskommst und die sich besonders gut für eine Rea¬ lisierung mit Hilfe einer integrierten Schaltung eignet. Auf geringen Energieverbrauch wird Wert gelegt. Außerdem sollte es möglich sein, mit geringem Aufwand eine Sensorfehlerer¬ kennung - d.h. Kurzschluß gegen Masse oder gegen Betriebs¬ spannung, Leitungsunterbrechung usw.- aufzubauen.The object of the present invention is to develop a circuit arrangement for evaluating or converting a binary current signal, which manages with comparatively few components and which is particularly well suited for implementation with the aid of an integrated circuit. On low energy consumption is important. In addition, it should be possible to set up sensor error detection - ie short circuit to ground or to operating voltage, line break etc. - with little effort.
Es hat sich gezeigt, daß diese Aufgabe durch eine Schal¬ tungsanordnung der im Anspruch 1 beschriebenen Art gelöst werden kann. Die Besonderheit dieser Schaltungsanordnung be¬ steht darin, daß der Signalquelle, nämlich dem als Strom¬ quelle wirkenden Sensor, eine (zweite) Stromquelle in Reihe geschaltet wird, die für einen Nennstrom ausgelegt ist, der zwischen dem unteren und dem oberen Schwellenwert des Sensor- bzw. Signalstroms liegt, und darin, daß die Spannung über der (zweiten) Stromquelle zum Erkennen des Signalzu¬ standes des binären Signals bzw. des Sensorstromes ausge¬ wertet wird. Die Strom-Spannungswandlung findet also gewis¬ sermaßen mit Hilfe der in Reihe geschalteten (zweiten) Stromquelle statt, wobei das Unterschreiten und Erreichen des Nennstromes die Potentialänderung auslöst.It has been shown that this object can be achieved by a circuit arrangement of the type described in claim 1. The special feature of this circuit arrangement is that the signal source, namely the sensor acting as a current source, is connected in series with a (second) current source which is designed for a nominal current which is between the lower and the upper threshold value of the sensor or signal current, and in that the voltage across the (second) current source is evaluated to identify the signal state of the binary signal or the sensor current. The current-voltage conversion thus takes place to a certain extent with the aid of the (second) current source connected in series, the falling below and reaching the nominal current triggering the potential change.
Nach einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die zweite Stromquelle gegen Masse geschaltet und liegt am Eingang einer Verstärkerschaltung, beispielsweise an der Basis-Emitter-Strecke eines Transistors. Diese Verstärkerschaltung gibt ein binäres Ausgangssignal ab, daß das Erreichen oder Unterschreiten des Nennstroms der Strom¬ quelle wiedergibt.According to an advantageous embodiment of the invention, the second current source is connected to ground and is located at the input of an amplifier circuit, for example on the base-emitter path of a transistor. This amplifier circuit emits a binary output signal that represents the reaching or falling below the nominal current of the current source.
Zweckmäßigerweise ist der Stromquelle eine Zenerdiode par¬ allel geschaltet, die die Spannung über der Stromquelle und damit am Eingang der Verstärkerschaltung auf einen vorgege¬ benen Maximalwert, nämlich der Durchbruchspannung der Zener¬ diode entsprechenden Wert, begrenzt. Ein weiteres, besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht darin, daß zur Fehlererkennung und Überwachung der Signalquelle die (zweite) Stromquelle aus mehreren Einzelstromquellen zusammengesetzt ist, denen je¬ weils eine Verstärkerschaltung parallel geschaltet ist und die derart zusammengeschaltet sind, daß aus den Ausgangssig¬ nalen der Verstärkerstufen das Unterschreiten eines vorgege¬ benen Mindestwertes des Signalstroms, d.h. des von der Signalquelle hervorgerufenen Stromes, das Überschreiten ei¬ nes vorgegebenen Maximalwertes und das Auftreten eines vor¬ gegebenen, zwischen den Stromschwellenwerten liegenden mitt¬ leren Wertes des Signalstroms erkennbar sind. Zweckmäßiger¬ weise besteht dabei die Stromquelle aus drei Einzelstrom¬ quellen, die unter Einfügung von Entkoppeldioden parallel geschaltet sind und von denen eine auf den Mindestwert des Signalstroms, die zweite auf die Differenz zwischen dem mittleren Wert des Signalstroms und dem Mindestwert und schließlich die dritte auf die Differenz zwischen dem Maxi¬ malwert und dem mittleren Wert ausgelegt sind.A current Zener diode is expediently connected in parallel, which limits the voltage across the current source and thus at the input of the amplifier circuit to a predetermined maximum value, namely a value corresponding to the breakdown voltage of the Zener diode. A further, particularly advantageous exemplary embodiment of the invention consists in that, for error detection and monitoring of the signal source, the (second) current source is composed of a plurality of individual current sources, each of which has an amplifier circuit connected in parallel and which are connected together in such a way that from the output signals of the amplifier stages, the falling below a predetermined minimum value of the signal current, ie the current caused by the signal source, the exceeding of a predetermined maximum value and the occurrence of a predetermined mean value of the signal current lying between the current threshold values are recognizable. The current source expediently consists of three individual current sources which are connected in parallel with the insertion of decoupling diodes and of which one relates to the minimum value of the signal current, the second to the difference between the mean value of the signal current and the minimum value and finally the third the difference between the maximum value and the average value are designed.
Erfindungsgemäß läßt sich die beschriebene Schal¬ tungsanordnung insgesamt, einschließlich der zur Sig¬ nalverarbeitung und Fehlererkennung den Einzelstromquellen parallel geschalteten Verstärkerstufen, in einer integrier¬ ten Schaltung unterbringen. Die Einzelstromquellen werden dabei zweckmäßiger- weise auf Basis von Stromspiegelschal¬ tungen aufgebaut, die über ohmsche Widerstände, die die je¬ weiligen Nennströme der Einzelstromquellen bestimmen, aus einer gemeinsamen Referenzspannungsquelle versorgt werden. Durch Wahl der Referenzspannung und der die Nennströme be¬ stimmenden ohmschen Widerstände läßt sich dabei die Schal¬ tungsanordnung sehr leicht an unterschiedliche Typen von aktiven Sensoren und den jeweils vorgegebenen Stromschwel- lenwerten sowie der Toleranzbreite dieser Schwellenwerte anpassen.According to the invention, the circuit arrangement described as a whole, including the amplifier stages connected in parallel with the individual current sources for signal processing and error detection, can be accommodated in an integrated circuit. The individual current sources are expediently constructed on the basis of current mirror circuits which are supplied from a common reference voltage source via ohmic resistors which determine the respective nominal currents of the individual current sources. By selecting the reference voltage and the ohmic resistances determining the nominal currents, the circuit arrangement can very easily be adapted to different types of active sensors and the respectively predefined current thresholds. Adjust values and the tolerance range of these threshold values.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausfüh¬ rungsbeispielen sowie aus den beigefügten Abbildungen her¬ vor.Further features, advantages and possible uses of the invention emerge from the following description of exemplary embodiments and from the attached figures.
Es zeigenShow it
Fig. 1 schematisch vereinfacht eine Schaltungsanordnung zur Erläuterung des Funktionsprinzips der erfindungs¬ gemäßen Schaltungsanordnung,1 schematically simplified a circuit arrangement to explain the functional principle of the circuit arrangement according to the invention,
Fig. 2 in gleicher Darstellungsweise eine Schaltungsan¬ ordnung zur Veranschaulichung der Fehlererkennung und2 in the same representation, a circuit arrangement for illustrating the error detection and
Fig. 3 einen Teil einer integrierten Schaltung"zur Realisierung der Schaltung nach Fig. 2.3 shows a part of an integrated circuit " for realizing the circuit according to FIG. 2.
Dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 liegt die Verwendung eines aktiven Drehzahlsensors 1 in einem Kraftfahrzeug zu¬ grunde. Ein solcher Sensor 1 kann Bestandteil eines Kraftfahrzeug-Regelungssystems sein, beispielsweise eines Antiblockiersystems, eines Antriebs- oder Antriebsschlupf- regelungsSystems, einer Fahrstabilitätsregelung oder der¬ gleichen. Mit Hilfe solcher Sensoren bzw. Radsensoren läßt sich ein Signal gewinnen, dessen Frequenz der Drehgeschwin¬ digkeit des jeweiligen Rades proportional ist.The embodiment of FIG. 1 is based on the use of an active speed sensor 1 in a motor vehicle. Such a sensor 1 can be part of a motor vehicle control system, for example an anti-lock braking system, a drive or traction control system, a driving stability control or the like. With the help of such sensors or wheel sensors, a signal can be obtained whose frequency is proportional to the speed of rotation of the respective wheel.
Im dargestellten Beispiel ist das Meßelement ein aktiver Sensor 1, dessen Ausgangssignal durch zwei Stromschwellen¬ werte, nämlich einen Low-Strom von 7 mA und einem High-Strom von 14 mA, gebildet wird. Der Low-Strom ist erforderlich, um die ordnungsgemäße Funktion des aktiven Sensors 1 aufrecht¬ zuerhalten. Zur Stromversorgung dient hier ein Anschluß IGN, durch den in einem Kraftfahrzeug beim Einschalten der Zün¬ dung der Anschluß an den positiven Pol der Fahrzeugbatterie hergestellt wird. Der Masseanschluß führt zum negativen Pol der Batterie.In the example shown, the measuring element is an active sensor 1, the output signal of which is determined by two current threshold values, namely a low current of 7 mA and a high current of 14 mA. The low current is required in order to maintain the proper functioning of the active sensor 1. A connection IGN is used for the power supply, through which the connection to the positive pole of the vehicle battery is established in a motor vehicle when the ignition is switched on. The ground connection leads to the negative pole of the battery.
Der Radsensor 1 ist hier als eine Stromquelle symbolisch dargestellt, die sich aus zwei Einzelstromquellen zusam¬ mensetzt. Eine dieser Einzelstromquellen liefert den Low- Strom IL = Igir der in der High-Phase des Signals durch Par¬ allelschalten der zweiten Einzelstromquelle bzw. durch eine zusätzliche Stromkomponente Is2 zu dem High-Strom IH =Isi+Is2 ergänzt wird.The wheel sensor 1 is symbolically represented here as a current source, which is composed of two individual current sources. One of these individual current sources supplies the low current I L = Igi r, which in the high phase of the signal is supplemented by the parallel switching of the second individual current source or by an additional current component I s2 to form the high current I H = Isi + I s 2 becomes.
Erfindungsgemäß ist in Serie zu dem aktiven Sensor 1 eine zweite Stromquelle IQ geschaltet, die für einen Nennstrom IQ ausgelegt ist. Genau genommen handelt es sich bei dieser Stromquelle um eine Stromsenke, wie aus den folgenden Er¬ läuterungen ersichtlich wird.According to the invention, a second current source IQ, which is designed for a nominal current I Q , is connected in series with the active sensor 1. Strictly speaking, this current source is a current sink, as can be seen from the following explanations.
Der Nennstrom Ic liegt über dem unteren Stromschwellenwert des Sensors 1, nämlich dem Low-Strom IL. Zweckmäßigerweise wird ein Nennstrom Ig für die Stromquelle IQ gewählt, der einem mittleren Wert zwischen den beiden Stromschwellenwer¬ ten IL und IH entspricht. Parallel zur Spannungsquelle IQ liegt eine Verstärkerstufe, hier die Basis-Emitterstrecke eines Transistors T2• Der Spannungsabfall über der Strom¬ quelle IQ ist gleichzeitig die Eingangsspannung UE der Ver- tärkerstufe T. Die Schaltung nach Fig. 1 funktioniert wie folgt: Solange der Strom über dem Sensor 1 unter dem Nennstrom bzw. dem eingeprägten Strom der Stromquelle IQ liegt, was in der Low-Phase des Sensors 1 zutrifft, wird das Potential UE am Eingang der Verstärkerschaltung T durch die Stromquelle IQ nahezu auf Massepotential GND reduziert. Der Transistor T sperrt. Das Ausgangssignal bzw. das Ausgangspotential UA der Verstärkerschaltung, nämlich das Potential am Kollektor des Transistors T, ist "high"; das Ausgangssignal UA nimmt den vollen Wert der Versorgungsspannung Vcc5 an.The nominal current I c lies above the lower current threshold value of the sensor 1, namely the low current I L. A nominal current Ig is expediently chosen for the current source IQ, which corresponds to an average value between the two current threshold values I L and I H. There is an amplifier stage parallel to the voltage source IQ, here the base-emitter path of a transistor T 2. The voltage drop across the current source IQ is simultaneously the input voltage U E of the amplifier stage T. The circuit according to FIG. 1 functions as follows: As long as the current over the sensor 1 is below the nominal current or the impressed current of the current source IQ, which is true in the low phase of the sensor 1, the potential U E at the input of the amplifier circuit T is almost reduced to ground potential GND by the current source IQ . The transistor T blocks. The output signal or the output potential U A of the amplifier circuit, namely the potential at the collector of the transistor T, is "high"; the output signal U A assumes the full value of the supply voltage V cc5 .
Sobald dagegen der Sensorstrom I über den Nennstrom Ig der Stromquelle IQ ansteigt, wird der Transistor T angesteuert. Dies ist in der High-Phase, wenn der Sensor 1 den High-Strom IH liefert, der Fall. Die Stromquelle Q ist nämlich ledig¬ lich in der Lage, ihren Nennstrom Ig aufzunehmen. Der dar¬ über hinausgehende Strom führt zum Anstieg des Potentials UE, zum Durchsteuern des Transistors T und damit zu einem "low" des Ausgangssignals UA. In dieser Phase wird durch eine parallel zur Stromquelle IQ liegende Zenerdiode Z das Eingangspotential UE begrenzt. Ein Stromfluß über die Zener¬ diode Z stellt außerdem sicher, daß ein für den Betrieb des Sensors 1 ausreichender Strom IH fließen kann.In contrast, as soon as the sensor current I rises above the nominal current Ig of the current source IQ, the transistor T is activated. This is the case in the high phase when the sensor 1 supplies the high current I H. The current source Q is only able to absorb its nominal current Ig. The current going beyond this leads to an increase in the potential U E , to the turning on of the transistor T and thus to a "low" of the output signal U A. In this phase, the input potential U E is limited by a zener diode Z lying parallel to the current source IQ. A current flow via the Zener diode Z also ensures that a current I H sufficient for the operation of the sensor 1 can flow.
Die Schaltung nach Fig. 1 läßt sich sehr einfach und mit geringem Aufwand zu einer Schaltung erweitern, die in der Lage ist, Sensorfehler zu erkennen und anzuzeigen. Zu diesen Sensorfehlern zählt auch ein Kurzschluß der Anschlußleitung gegen Masse (GND) oder gegen Batterie (IGN), eine Leitungs¬ unterbrechung und Nebenschlüsse. Die Arbeitsweise einer sol¬ chen Schaltung mit Fehlererkennung veranschaulicht Fig. 2. Erreicht wird diese Erweiterung durch eine Aufteilung der zweiten Stromquelle (IQ in Fig. 1) in mehrere, hier in drei einzelne Stromquellen IQι,IQ2,IQ3« Das Potential über diesen Spannungsquellen wird jeweils mit Hilfe einer parallel geschalteten Verstärkerstufe, symbolisiert durch die Transistoren TlfT2 und T3, ermittelt. Dioden Dl und D2 dienen zur Entkopplung der Einzelstromquellen.The circuit according to FIG. 1 can be expanded very easily and with little effort to a circuit which is able to detect and display sensor errors. These sensor errors also include a short circuit of the connecting line to ground (GND) or to battery (IGN), a line interruption and shunts. The operation of such a circuit with error detection is illustrated in FIG. 2. This expansion is achieved by dividing the second current source (IQ in FIG. 1) into several, here three individual current sources IQ 1, IQ 2 , IQ 3 “The potential across these voltage sources is in each case determined with the aid of a parallel amplifier stage, symbolized by the transistors T 1 T 2 and T 3 . Diodes Dl and D2 serve to decouple the individual current sources.
Die Einzelstromquellen IQι,IQ2 und IQ3 sind derart zusam¬ mengeschaltet und an den aktiven Sensor 1 angeschaltet, daß die erste, direkt an den Sensor 1 angeschlossene Einzelstromquelle IQi eine Leitungsunterbrechung oder einen unter einem Mindestwert liegenden Sensorstrom signalisiert. IQ! ist im vorliegenden Beispiel auf einen Nennstrom von !•_ = 3 mA ausgelegt, so daß erst dann, wenn der Signalstrom bzw. Sensorstrom I über diesen Wert ansteigt, die zugehörige Verstärkerstufe T__ angesteuert wird. Ein "high" am Ausgang X__ der zugehörigen Verstärkerschaltung T-j_ zeigt folglich eine Leitungsunterbrechung oder einen aus einem anderen Grund zu niedrigen Senεorstrom I an.The individual current sources IQ 1, IQ 2 and IQ 3 are interconnected and connected to the active sensor 1 in such a way that the first individual current source IQi directly connected to the sensor 1 signals an open circuit or a sensor current below a minimum value. IQ ! is designed for a nominal current of! • _ = 3 mA in the present example, so that the associated amplifier stage T__ is only activated when the signal current or sensor current I rises above this value. A "high" at the output X__ of the associated amplifier circuit T- j _ consequently indicates a line interruption or a sensor current I which is too low for another reason.
Die nächste, über die Diode Dl angeschlossene Einzelstrom¬ quelle IQ2, die hier für einen Nennstrom I2 = 7 mA ausgelegt ist, wird stromführend, sobald der Sensorstrom den Mindest¬ wert I__ überschreitet. Am Ausgang der Verstärkerschaltung T2, die der Einzelstromquelle IQ2 parallel liegt, steht so lange ein "high"-Signal an, bis der Sensorstrom die Summe aus den Nennströmen 1^ + I2 der beiden Einzelstromquellen IQχ und IQ erreicht oder überschreitet. Erst dann wechselt das Signal am Ausgang X2 der Stufe T2 von "high" zu "low" . Da die Summe ( I__ + I2) der Nennströme der beiden beschriebenen Ein- zeltromquellen IQχ, IQ2 über den unteren Stromschwellenwert IL des Radsensors 1 liegt, in der Low-Phase des Sensors der Nennstrom der Einzelstromquelle IQ2 jedoch noch nicht er- reicht wird, steht am Ausgang der Verstärkerstufe T2 bei ordnungsgemäßem Betrieb des Radsensors 1, d.h. bei ständigem Wechsel des Sensor-Signalstroms zwischen dem unteren ( I__) und dem oberen (I2) Stromschwellenwert, das auswertbare Span¬ nungssignal, welches das Ergebnis der Strom-Spannungswand¬ lung darstellt und welches dem Ausgangssignal UA nach Fig. 1 entspricht, zur Verfügung.The next single current source IQ 2 connected via the diode D1, which is designed here for a nominal current I 2 = 7 mA, becomes live as soon as the sensor current exceeds the minimum value I__. At the output of the amplifier circuit T2, which is parallel to the single current source IQ 2 , there is a "high" signal until the sensor current reaches or exceeds the sum of the nominal currents 1 ^ + I 2 of the two single current sources IQ Q and IQ. Only then does the signal at output X 2 of stage T 2 change from "high" to "low". Since the sum (I__ + I 2 ) of the nominal currents of the two described individual current sources IQ χ , IQ 2 lies above the lower current threshold value I L of the wheel sensor 1, the nominal current of the individual current source IQ 2 does not yet exist in the low phase of the sensor - is sufficient, the output of the amplifier stage T 2, when the wheel sensor 1 is operating properly, ie when the sensor signal current constantly changes between the lower (I__) and the upper (I 2 ) current threshold value, is the evaluable voltage signal, which is the result of the Represents current-voltage conversion and which corresponds to the output signal U A according to FIG. 1.
Die dritte Einzelstromquelle IQ3 nach Fig. 2 dient zur Signalisierung eines zu hohen, fehlerbedingten Sensor-Stro¬ mes bzw. zu hohen EingangsStromes in die AuswerteSchaltung. Ein zu hoher Strom kann durch einen Nebenschluß oder gar einen Kurzschluß zum Versorgungsanschluß IGN hervorgerufen werden. Der Nennstrom der dritten Einzelstromquelle IQ3 be¬ stimmt den oberen Grenzwert. Wird die Summe !•_ + I2 + I3 der Nennströme der einzelnen Stromquellen IQ1,IQ2,IQ3 überschrit¬ ten, hat dies eine Ansteuerung der Verstärkerstufe T3 und damit einen Wechsel des Signals am Ausgang X3 dieser Ver¬ stärkerstufe von "high" nach "low" zur Folge.The third individual current source IQ 3 according to FIG. 2 serves to signal an excessively high, error-related sensor current or an excessively high input current into the evaluation circuit. A current that is too high can be caused by a shunt or even a short circuit to the supply connection IGN. The nominal current of the third individual current source IQ 3 determines the upper limit. If the sum! • + I 2 + I 3 of the nominal currents of the individual current sources IQ 1 , IQ 2 , IQ 3 is exceeded, this has a control of the amplifier stage T 3 and thus a change of the signal at the output X 3 of this Ver¬ level from "high" to "low".
Fig. 3 zeigt ein Beispiel zur Realisierung der Schaltung nach Fig. 2. Alle dargestellten Komponenten sind Bestand¬ teile einer integrierten Schaltung. Die Einzelstromquellen IQi' IQ2' und ϊQa' sind hier durch Stromspiegelschaltungen realisiert. Durch entsprechende Dimensionierung der ohmschen Widerstände R1,R2,R3 und Vorgabe der Versorgungsspannung UREF wird in bekannter Weise der Nennstrom oder eingeprägter Strom der einzelnen Stromquellen vorgegeben. Aus dem Poten¬ tial am Ausgang X-^ ' , X3 ' der Verstärkerschaltungen T__ ' und T3' läßt sich wiederum in der anhand der Fig. 2 beschriebenen Weise erkennen, ob ein Sensorfehler vorliegt. Das gewandelte Sensorsignal steht am Ausgang X2' der Verstärkerschaltung T2' zur weiteren Auswertung an.FIG. 3 shows an example for the implementation of the circuit according to FIG. 2. All the components shown are components of an integrated circuit. The individual current sources IQi 'IQ 2 ' and d ϊQa 'are realized here by current mirror circuits. By dimensioning the ohmic resistors R 1 , R 2 , R 3 and specifying the supply voltage U REF , the nominal current or impressed current of the individual current sources is predefined in a known manner. From the potential at the output X- ^ ', X 3 ' of the amplifier circuits T__ 'and T 3 ' can again be seen in the manner described with reference to FIG. 2 whether there is a sensor error. The converted sensor signal is at the output X 2 'of the amplifier circuit T 2 ' for further evaluation.
Die zur Einstellung der Nennströme benötigte Spannung URef ist in jedem Falle stabilisiert, während für die Versorgungsspannung Vcc5 in manchen Anwendungsfällen eine nicht oder nur grob stabilisierte Spannung genügen dürfte.The voltage U Ref required to set the nominal currents is stabilized in any case, while in some applications a voltage which is not stabilized or only roughly stabilized should suffice for the supply voltage V CC5 .
Aus der vorausgegangenen Beschreibung von Ausführungsbei- spielen der Erfindung ist zu erkennen, daß sich die Erfin¬ dung besonders gut in Form von integrierten Schaltungen ver¬ wirklichen läßt. Für die Signalauswertung und Fehlererken¬ nung sind nur wenige Bauteile erforderlich. Der Energiever¬ brauch ist gering. Ein wesentlicher Vorteil besteht noch darin, daß keine hohen Anforderungen an die Genauigkeit der Bauteile, Einstellung der Stromschwellenwerte usw. zu stel¬ len sind. Dies wirkt sich günstig auf die Herstellungskosten für eine solche Schaltungsanordnung aus. Außerdem ist aus gleichen Gründen eine hohe Zuverlässigkeit der Arbeitsweise zu erwarten. Da die Nennströme der einzelnen Stromquellen und damit die Schwellenwerte für die Fehlererkennung, bei¬ spielsweise durch Einstellung der Referenzspannung, auf ein¬ fache Weise und mit geringem Aufwand verändert werden kön¬ nen, ist eine Anpassung an Sensoren unterschiedlicher Art leicht möglich. It can be seen from the preceding description of exemplary embodiments of the invention that the invention can be implemented particularly well in the form of integrated circuits. Only a few components are required for signal evaluation and error detection. The energy consumption is low. Another major advantage is that there are no high demands on the accuracy of the components, setting of the current threshold values, etc. This has a favorable effect on the manufacturing costs for such a circuit arrangement. In addition, for the same reasons, a high level of reliability of the mode of operation can be expected. Since the nominal currents of the individual current sources and thus the threshold values for error detection can be changed in a simple manner and with little effort, for example by setting the reference voltage, adaptation to sensors of different types is easily possible.

Claims

PatentansprücheClaims
Schaltungsanordnung zum Auswerten oder Wandeln eines binären, durch zwei Stromschwellenwerte definierten Si¬ gnals, insbesondere des Ausgangssignals eines aktiven Sensors, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalguelle (1) eine Stromquelle (IQ,IQX,IQ2,IQ3) in Reihe geschal¬ tet ist, die für einen Nennstrom (IQ, Il fI2,13) ausgelegt ist, der zwischen dem unteren und dem oberen Schwellen¬ wert (IL bzw. IH) des auszuwertenden Signals (I) liegt, und daß die Spannung über der Stromquelle (IQ,IQ2) zum Erkennen des Signalzustandes des binären Signals (I) ausgewertet wird.Circuit arrangement for evaluating or converting a binary signal defined by two current threshold values, in particular the output signal of an active sensor, characterized in that the signal source (1) connects a current source (IQ, IQ X , IQ 2 , IQ 3 ) in series tet, which is designed for a nominal current (I Q , I lf I 2 , 1 3 ) which lies between the lower and the upper threshold value (I L or I H ) of the signal (I) to be evaluated, and that the voltage across the current source (IQ, IQ 2 ) is evaluated to detect the signal state of the binary signal (I).
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Stromquelle (IQ,IQ1,IQ2,IQ3) gegen Masse (GND) geschaltet ist und am Eingang einer Ver¬ stärkerschaltung (T,T1,T2,T3) liegt, die ein binäres Ausgangssignal (UA,X1,X2,X3) abgibt, das das Erreichen und (IQ,IQ1,IQ2,IQ3) Unterschreiten des Nennstroms (Ig, Il tI2,I3) der Stromquelle wiedergibt.Circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that the current source (IQ, IQ 1 , IQ 2 , IQ 3 ) is connected to ground (GND) and at the input of an amplifier circuit (T, T 1 , T 2 , T 3 ), which emits a binary output signal (U A , X 1 , X 2 , X 3 ), which reaches and (IQ, IQ 1 , IQ 2 , IQ 3 ) falls below the nominal current (Ig, I lt I 2 , I 3 ) the power source.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der Stromquelle eine Zenerdiode (Z) parallel geschaltet ist, die die Spannung (UE) am Ein¬ gang der Verstärkerschaltung (T) bzw. den Spannungsab¬ fall über der Stromquelle auf einen vorgegebenen Maxi¬ malwert begrenzt. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprü¬ che 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fehlerer¬ kennung und Überwachung der Signalquelle (1) die Strom¬ quelle (IQ) aus mehreren Einzelstromquellen zusammenge¬ setzt ist, denen jeweils eine Verstärkerschaltung (τ l'τ 2'τ 3) parallel geschaltet ist und die derart zusam¬ mengeschaltet sind, daß aus den Ausgangssignalen der Verstärkerstufen (T1,T2,T3) das Unterschreiten eines vorgegebenen Mindestwertes des Signalstroms, d.h. des von der Signalquelle (1) hervorgerufenen Stromes, das Überschreiten eines vorgegebenen Maximalwertes des Si¬ gnalstroms und das Auftreten eines vorgegebenen, zwi¬ schen den Stromschwellenwerten liegenden mittleren Wer¬ tes des Signalstroms erkennbar sind.Circuit arrangement according to Claim 1 or 2, characterized in that the current source is connected in parallel with a Zener diode (Z) which applies the voltage (U E ) at the input of the amplifier circuit (T) or the voltage drop across the current source limits a predetermined maximum value. Circuit arrangement according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that for error detection and monitoring of the signal source (1) the current source (IQ) is composed of several individual current sources, each of which has an amplifier circuit ( τ l ' τ 2 ' τ 3 ) is connected in parallel and which are interconnected such that the output signals of the amplifier stages (T 1 , T 2 , T 3 ) fall below a predetermined minimum value of the signal current, ie that of the signal source (1) caused current, the exceeding of a predetermined maximum value of the signal current and the occurrence of a predetermined mean value of the signal current lying between the current threshold values are recognizable.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Stromquelle aus drei Einzelstromquel¬ len (IQ,IQι,IQ21IQ3) besteht, die unter Einfügung von Entkoppeldioden (D1,D2) parallel geschaltet sind und von denen eine Einzelstromquelle (IQχ) auf den Mindestwert des Signalstroms, die zweite (IQ2) auf. die Differenz zwischen dem mittleren Wert und dem Mindestwert des Si¬ gnalstroms und die dritte Quelle (IQ3) auf die Differenz zwischen dem Maximalwert des Signalstromes und dem mitt¬ leren Wert ausgelegt sind.Circuit arrangement according to Claim 4, characterized in that the current source consists of three individual current sources (IQ, IQι, IQ 2 1IQ 3 ) which are connected in parallel with the insertion of decoupling diodes (D1, D2) and of which a single current source (IQχ ) to the minimum value of the signal current, the second (IQ 2 ). the difference between the mean value and the minimum value of the signal current and the third source (IQ 3 ) are designed for the difference between the maximum value of the signal current and the mean value.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß bei Vorgabe eines unteren Stromschwellen¬ wertes (II) der Signalquelle zwischen 5 und 8 mA und eines oberen Stromschwellenwertes (IH) zwischen 11 und 17 mA als Mindestwert des Signalstroms ein Strom in der Größenordnung von etwa 3 mA, als Mittelwert ein Strom in der Größenordnung von etwa 10 mA und als Maximalwert ein Strom in der Größenordnung von etwa 17 mA vorgegeben sind,Circuit arrangement according to claim 5, characterized gekenn¬ characterized in that when a lower current threshold value (II) of the signal source between 5 and 8 mA and an upper current threshold value (IH) between 11 and 17 mA as a minimum value of the signal current, a current in the order of magnitude about 3 mA, a current in the order of magnitude of about 10 mA as a mean value and a current in the order of about 17 mA as a maximum value are,
Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprü¬ che 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß diese Bestand¬ teil einer integrierten Schaltung ist, wobei die Einzel¬ stromquellen (IQ,IQι' ,IQ ' ,IQ3' ) auf Basis von Strom¬ spiegelschaltungen aufgebaut sind, die aus einer gemein¬ samen Referenzspannungsquelle (UREF) über ohmsche Wider¬ stände (R1,R2,R3), die die jeweiligen Nennströme i1' l'1' 2'1' 3) der Stromquellen ( IQ' __ ,IQ'2 IQ'3) bestim¬ men, versorgt werden. Circuit arrangement according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that it is part of an integrated circuit, the individual current sources (IQ, IQι ', IQ', IQ 3 ') based on current mirror circuits are built up from a common reference voltage source (U REF ) via ohmic resistors (R 1 , R 2 , R 3 ), which the respective nominal currents i 1 ' 1 ' 1 ' 2 ' 1 '3) of the current sources ( IQ '__, IQ' 2 IQ'3) determine, are supplied.
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