WO2012152516A2 - Sensoranordnung - Google Patents

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WO2012152516A2
WO2012152516A2 PCT/EP2012/056501 EP2012056501W WO2012152516A2 WO 2012152516 A2 WO2012152516 A2 WO 2012152516A2 EP 2012056501 W EP2012056501 W EP 2012056501W WO 2012152516 A2 WO2012152516 A2 WO 2012152516A2
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sensor
voltage
sensor element
supply voltage
circuit part
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PCT/EP2012/056501
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WO2012152516A3 (de
Inventor
Ralf Noltemeyer
Helge Dittmer
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Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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Publication of WO2012152516A2 publication Critical patent/WO2012152516A2/de
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
    • G01D3/08—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for safeguarding the apparatus, e.g. against abnormal operation, against breakdown
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D2218/00—Indexing scheme relating to details of testing or calibration
    • G01D2218/10—Testing of sensors or measuring arrangements

Definitions

  • the invention relates to a sensor arrangement, to a method for testing a sensor arrangement
  • a sensor arrangement for determining a torque or a difference angle is known from the publication DE 10 2007 028 481 A1 and comprises two sensor elements for detecting the torque or the difference angle.
  • the sensor elements have an integrated sensor arrangement for converting magnetic field information into digital information.
  • the sensor elements can provide additional information for transmission through the digital transmission protocol. In this case, an output signal of a switching means can be supplied to a sensor element as additional information.
  • the sensor arrangement comprises in design at least two mutually parallel sensor elements for redundantly detecting a physical quantity, wherein the at least two sensor elements are supplied with electrical energy.
  • the sensor arrangement is connected via a first node to an external, positive supply line, via which the sensor arrangement and the sensor elements are connected to a voltage source.
  • the sensor arrangement via a second
  • the voltage source can provide a variably adjustable main supply voltage.
  • the sensor elements can be connected in parallel to one another.
  • each sensor element is arranged in a branch of the sensor arrangement.
  • the sensor arrangement comprises at least one circuit part, which is arranged in at least one branch of the sensor arrangement and is connected in series within this at least one branch with a sensor element.
  • a first sensor element is connected directly to the two nodes of the sensor arrangement.
  • At least one second, further sensor element is connected in series with a circuit part, wherein the at least one second circuit element is connected on the one hand directly and on the other hand via the circuit part to the nodes of the sensor arrangement.
  • a supply voltage is reduced by a bias voltage for the at least one second sensor element.
  • a test of proper function of all sensor elements can be performed with algorithms.
  • the control device of the sensor arrangement provides different variable main supply voltages as test supply voltages.
  • a first shared supply line which is connected to the first node also referred to as a positive supply line, via which the first node to the main supply voltage (V DD ) is connected, for example.
  • V DD main supply voltage
  • the second shared supply line is also referred to as the ground line through which the second node is connected to the electrical ground (GND).
  • the concept provided in the context of the invention for providing a sensor arrangement with increased safety can be used for sensor arrangements which are used as rotational angle and / or torque sensors, for example for steering a motor vehicle.
  • FIG. 1 shows schematic representations of a first embodiment of the sensor arrangement according to the invention and a diagram of a first embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a second embodiment of the sensor arrangement according to the invention and a diagram of a second embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 1a shows a schematic representation of the first embodiment of the sensor arrangement 2 according to the invention, which comprises a circuit arrangement 4 as well as a first sensor element 6 and a second sensor element 8 which are designed identically and for the redundant detection of a physical variable.
  • FIG. 1 b shows details from FIG. 1 a as a schematic circuit diagram.
  • FIG. 1 c shows a diagram of a first embodiment of the method according to the invention, which can be carried out with the circuit arrangement 2.
  • the sensor arrangement 2 comprises a first node 10 and a second node 12, between which the sensor arrangement 2 has two branches connected in parallel to one another.
  • the first sensor element 6 is arranged in the first branch.
  • the second sensor element 8 and an additional circuit part 14 are connected in series and arranged parallel to the first sensor element 6.
  • the first sensor element 6 is connected within the first branch via internal circuit lines 16 to the two nodes 10, 12.
  • the second sensor element 8 and the circuit part 14 are connected to each other via an internal circuit line 16.
  • the second sensor element 8 connected via an internal circuit line 16 to the second node 12.
  • the circuit part 14 is also connected to the first node 10 via an internal circuit line 16.
  • the first node 10 of the sensor arrangement 2 is connected via a common supply line 18 for all sensor elements 6, 8 to a voltage source designed as a battery, which is arranged here in a control unit 20.
  • the second node 12 of the circuit arrangement 4 is connected to the voltage source via a common ground line 19 for all sensor elements 6, 8.
  • the supply and ground line 18, 19 each comprise a portion within a housing 21 of the sensor assembly 2 and a portion outside the housing 21 of the sensor assembly 2.
  • the sections of the supply and ground line 18, 19 within the housing 21 via as a plug 22 formed terminals of the housing 21 with portions of the supply and ground line 18, 19, which are arranged outside of the housing 21, connected, which in turn are connected to plugs 24 of the controller 24 as terminals.
  • the two sensor elements 6, 8 via a common supply line 18 and a common ground line 19 to the voltage source, which is arranged here within the controller 20, respectively.
  • a branch to the first sensor element 6 and the circuit part 14 is provided via the first node 10.
  • the first node 10 is connected via the supply line 18 to the positive pole of the voltage source.
  • the second node 12 provides a branch to the first sensor element 6 and the second sensor element 8.
  • the second node 12 is connected via the ground line 19 to the negative terminal of the voltage source and thus to the electrical ground (GND).
  • the first supply line 18 is connected to a usually variably adjustable main supply voltage U DD , which is provided by the voltage source.
  • control unit 20 is designed to evaluate measured values which are generated redundantly by the sensor elements 6, 8 in relation to the physical quantity. These measured values are transmitted from the sensor elements 6, 8 via signals to the control unit 20.
  • each sensor element 6, 8 connected via a signal line 26 to the controller 20.
  • each signal line 26 comprises a section within the housing 21 of the sensor arrangement 2 and a section outside the housing 21, which are connected to one another via plug 22 of the sensor arrangement 2.
  • the sections of the signal lines 26 outside the housing 21 of the sensor assembly 2 are connected via plug 24 of the controller 20 with this.
  • the described circuit part 14, with which the main supply voltage UDO for the second sensor element 8 is to be reduced by the bias voltage U F may comprise at least one resistor, usually an ohmic resistor, and / or at least one diode connected in the forward direction. This results in that the bias voltage U F is applied to the circuit part 14.
  • the individual sensor elements 6, 8 are operated with a specific supply voltage U v so that they output the measured values via the signal lines 26, which can also be referred to as output lines.
  • a minimum signal voltage is applied to the signal line 26 of the first sensor element 6, which, however, must be greater than a reset threshold voltage U PO R for the first sensor element 6 the first sensor element 6 below the reset threshold voltage U POR provides no measured values.
  • the signal voltage for the first sensor element 6 corresponds to the main supply voltage U DD .
  • the reset threshold voltage is likewise U POR, below which the second sensor element 8 supplies no measured values. Consequently, a voltage applied to the signal line 26 of the second sensor element 8 minimum signal voltage UDO - U F must also be greater than the reset threshold voltage U PO R.
  • the reset threshold voltage U PO R is subject to fluctuations that occur, for Due to a change in temperature or due to process variations.
  • the circuit part 14 is designed so that the occurring variances of the reset threshold voltages U POR of all sensor elements 6, 8 are covered in all operating states.
  • both sensor elements 6, 8 are supplied with the desired sufficient supply voltage U v , so that for signals of the two circuit elements 6, 8 the
  • Reset threshold voltage U POR is not exceeded, and that no additional, unwanted voltage drop or a short circuit between the controller 20 and the sensor elements 6, 8 occurs.
  • the main supply voltage UDO SO is set so that the first sensor element 6, which is directly supplied with the main supply voltage U DD , is operated according to its specification and transmits measured values to the control device 20.
  • the second sensor element 8 is only with the reduced supply voltage UDO - supplied U F.
  • At least one intended setting of the main supply voltage UDO by the control unit 20 is typically carried out at the start of the sensor assembly 2 in a test mode.
  • the main supply voltage U DD is set to a low value, for which applies: U DD > U POR and UDO ⁇ UPOR + UF-
  • the second sensor element 8 can not send signals to the control unit 20 because the reduced U v supply voltage U DD - U F is less than the reset threshold voltage U PO R. If the sensor arrangement 2 functions correctly, a signal is transmitted only by the first sensor element 6 in this setting of the main supply voltage UDO, whereas no signal is transmitted by the second sensor element 8. However, if of the second sensor element 8 in test mode at the set main supply voltage UDO also a signal is transmitted, there is a defect. As part of the test operation, it is also possible to vary the main supply voltage UDO ZU.
  • the main supply voltage UDO SO is raised so that all sensor elements 6, 8 are supplied with their nominal voltage in order to provide regular measured values via the signal lines.
  • the main supply voltage UDO SO is raised so that all sensor elements 6, 8 are supplied with their nominal voltage in order to provide regular measured values via the signal lines.
  • the diagram from FIG. 1c for illustrating a behavior of the two sensor elements 6, 8 and the entire sensor arrangement 2 in a first embodiment of the method according to the invention comprises an abscissa 80, above which an ordinate 82 for values of the electrical voltage is plotted.
  • a first voltage graduation 84 represents the behavior of the first sensor element 6
  • a second voltage graduation 86 represents the behavior of the second sensor element 8.
  • a third voltage graduation 88 and a fourth voltage graduation 90 represent the behavior of the entire sensor arrangement 2.
  • All voltage divisions 84, 86, 88, 90 comprise three voltage ranges 92, 94, 96, wherein a first voltage range 92 indicates that no signals are provided.
  • a second voltage range 94 indicates that
  • a third voltage range 96 indicates that signals are provided with high accuracy.
  • a first operating voltage U B i 98 is provided along the ordinate 82.
  • the first sensor element 6 provides signals with reduced accuracy. If a supply voltage Uv which is greater than or equal to the second reset threshold voltages U PO R2 108 is applied to the sensor arrangement 2, the first sensor element 6 delivers signals with nominal (high) accuracy.
  • At least one reset threshold voltage U PO RI 106, U PO R2 108 can be provided for the sensor elements 6, 8, at least two modes of operation or operating modes being determined by the at least one reset threshold voltage U PO RI 106, U PO R2 108 the sensor elements 6, 8 are defined.
  • a voltage applied to the sensor assembly 2 supply voltage U v for the second sensor element 8 is reduced by the bias voltage U F 110 here a difference of the second supply voltage U V 2 100 minus the first supply voltage U V i 98 or the first reset threshold voltage U PO RI 106 corresponds.
  • the second voltage division 86 shows, a behavior of the second sensor element 8 is shifted by a value of the bias voltage U F 110 in comparison to the behavior of the first sensor element 6.
  • the second sensor element 8 delivers no signals when the supply voltage U v is less than the second operating voltage U B 2 100, signals with reduced accuracy, if the supply voltage greater than or equal to the second operating voltage U B 2 100 but smaller than the third Operating voltage U B 3 is 102, and signals of high accuracy when the supply voltage U v is greater than or equal to the third operating voltage U B3 102.
  • the third operating voltage U B3 corresponds to 102 of Sum of the second reset threshold voltage U PO R2 108 plus the bias voltage U F 1 10.
  • the sensor assembly 2 also has only a low accuracy of the signals, if the supply voltage Uv greater than or equal to the first operating voltage U B i 98 but smaller than the third operating voltage U B 3 102 is.
  • the sensor arrangement 2 provides no signals and for a supply voltage U v greater than or equal to the third operating voltage U B 3 102 signals of high quality.
  • test voltage range 1 12 is shown, within which the supply voltage U V is to be varied during test operation in order to check the functionality of the sensor arrangement 2 and / or the sensor elements 6, 8 .
  • the test voltage range 1 12 is limited by a lower and an upper value of the voltage.
  • the lower value is greater than zero, but slightly smaller than the first operating voltage U B i 100.
  • the upper value is slightly larger than the second operating voltage U B 2 100, but smaller than the third operating voltage U B3 102.
  • the in Figure 2a schematically illustrated second embodiment of the sensor assembly 32 connects n sensor elements 34, 36, 38, 40 with a voltage source, not shown here, which provides a main supply voltage U DD , which can be variably adjusted.
  • the sensor arrangement 32 comprises n branches 42, 44, 46, 48 connected in parallel to one another and at least one circuit part 50, 52, 54, 56, which may, for example, comprise at least one resistor and / or at least one diode connected in the forward direction. customarily way is n> 2.
  • a sensor element 34, 36, 38, 40 are arranged in each branch 42, 44, 46, 48.
  • the arranged sensor element 34, 36, 38, 40 connected in series with a circuit part 50, 52, 54, 56, wherein a k-tes circuit part 50, 52, 54, 56 is designed for a sensor element 34, 36, 38, 40, with which the k-th circuit part 50, 52, 54, 56 is connected in series, a supply voltage U v to a bias voltage U F , for example. U Fk , too to reduce.
  • the branches 42, 44, 46, 48 are arranged between two nodes 60, 62 of the sensor arrangement 32.
  • the sensor elements 34, 36, 38, 40 have a common supply line 65 and a common ground line 66 as a connection to the voltage source.
  • a reset threshold voltage U PO R is provided, wherein of a sensor element 34, 36, 38, 40 which is connected in series with the k-th circuit part 50, 52, 54, 56 , a signal is provided when at the sensor element 34, 36, 38, 40 a supply voltage U DD >
  • each sensor element 34, 36, 38, 40, a circuit part 50, 52, 54, 56 upstream, thus in each branch 42, 44, 46, 48, a sensor element 34, 36, 38, 40 and a circuit part 50, 52, 54, 56 connected in series.
  • the circuit parts 50, 52, 54, 56 reduce the supply voltages U v for the sensor elements 34, 36, 38, 40 by different high bias voltages U Fk , where: U Fk ⁇ U Fk + i. Accordingly, a first bias voltage U F i of a first circuit part 50, which is connected in series with a first sensor element 34, is smaller than a second bias voltage U F2 of a second circuit part 52, which is connected in series with a second sensor element 36. The second bias voltage U F2 is smaller than a ⁇ -1-th bias voltage U Fn -i of a n-th th circuit part 54, which is connected upstream of a ⁇ -1-th sensor element 38. An n-th bias voltage U Fn of an n-th circuit part 56 connected in series with an n-th sensor element 40 is larger than the ⁇ -1-th bias voltage
  • U Fn -i U F -i.
  • U F i U DD -U F i
  • U Fn U Fn -i .
  • the diagram of FIG. 2b comprises an abscissa 66, above which an ordinate 68 for values of the electrical voltage is plotted.
  • U DD main supply voltage
  • Uvn-i U DD -U Fn -i to the ⁇ -1-th sensor element 38.
  • An nth supply voltage 76 U Vn UDO - U FN is applied to the nth sensor element 40.
  • a sensor element 34, 36, 38, 40 then provides a signal to a physical size, when applied to this sensor element 34, 36, 38, 40, a supply voltage 70, 72, 74, 76 U v , which is greater than the reset threshold voltage U PO R is the same for all sensor elements 34, 36, 38, 40, since they are of identical design, so that the sensor elements 34,
  • 36, 38, 40 can measure the physical quantity redundantly.
  • a main supply voltage U DD is applied by the voltage source, to which applies: U DD > U PO R + U FK and U DD ⁇ UPOR + UFK + 1, where U FK ⁇ U Fk + i.
  • the sensor arrangement 32 is in order if at the applied main supply voltage U DD k sensor elements 34, 36, 38, 40 a signal and n - k sensor elements 34, 36, 38, 40 provide no signal.
  • the main supply voltage U DD can be varied. If, for the applied main supply voltage, U DD > U PO R + UFI and U DD ⁇ U PO R + U F2 , only the first sensor element 34 sends a signal. If for the main supply voltage, U DD > U PO R + UFI and U DD ⁇ U PO R + U F2 , only the first sensor element 34 sends a signal. If for the main supply voltage, U DD > U PO R + UFI and U DD ⁇ U PO R + U F2 , only the first sensor element 34 sends
  • Sensor elements 34, 36, 38, 40, for whose supply voltage U v U DD ⁇ U POR + UF, provide no signal.
  • only one sensor element is to be arranged in at least one branch.
  • a sensor element and a circuit part are connected in series.
  • at least one sensor element has no circuit part. is switched.
  • a sensor element is preceded by a circuit part.
  • the main supply voltage U DD is for sensor elements of the upstream circuit parts by different bias voltages U F , for example.
  • U Fk bias voltages
  • UFK + 1 where the following applies to the bias voltages: U Fk ⁇ U Fk + i.
  • a reset threshold voltage U PO R is also provided.
  • the main supply voltage U DD can be variably set. A signal is provided by a sensor element if a supply voltage U V > U PO R + U FK or U V ⁇ U PO R + U F is applied to this sensor element.
  • the sensor arrangement usually comprises an arbitrary number of n branches with n sensor elements to be arranged, wherein in at least one branch and maximally in m ⁇ n branches a k-th circuit part is connected in series with a sensor element.
  • a main supply voltage U DD for the sensor arrangement is set and checked by the voltage source to a value for testing the sensor arrangement, from which sensor elements a signal is provided as a function of the set value of the voltage, and from which sensor elements no signal is provided depending on the set value of the voltage.
  • the voltage source causes a main
  • a sensor arrangement comprises n and thus at least two sensor elements 34, 36, 38, 40, which in turn comprises n branches with at least one circuit part 50, 52, 54, 56.
  • the main supply voltage UDO SO is to be selected for continuous operation such that at least the reset threshold voltage U PO R is applied to all sensor elements 34, 36, 38, 40.
  • the main supply voltage UDO is greater than the sum of the reset threshold voltage UPOR plus the largest bias voltage U Fmax to be selected, which is a supply voltage U v of at least one sensor element 34, 36 , 38, 40, ie U DD > U PO R + U FMAX .
  • a physical quantity of all sensor elements of the sensor arrangement 32 can be detected redundantly and measured values of the physical quantity can be provided via signals.
  • the physical variable may, for example, be a rotation angle and / or a torque for detecting a rotational movement of at least one shaft.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung (2), die mindestens zwei zueinander parallel geschaltete Sensorelemente (6, 8) umfasst, wobei die Sensorelemente (6, 8) eine gemeinsame Versorgungsleitung (18) und eine gemeinsame Masseleitung (19) aufweisen, wobei mindestens ein Schaltungsteil (14) mit zumindest einem Sensorelement (6, 8) in Reihe geschaltet ist, und wobei das mindestens eine Schaltungsteil (14) dazu ausgebildet ist, eine Versorgungsspannung UV für das zumindest eine Sensorelement (6, 8) um eine Vorspannung UF zu reduzieren.

Description

Beschreibung Titel
Sensoranordnung Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung, ein Verfahren zum Testen einer
Sensoranordnung und ein Verfahren zum Betreiben einer Sensoranordnung.
Stand der Technik Es ist vorgesehen, bei Sensoranordnungen aus Gründen der Redundanz und/oder zur Erhöhung der Sicherheit oder Verfügbarkeit von Signalen mehrere Sensorelemente zum Messen derselben Messgröße einzusetzen. Allerdings müssen bei derartigen Sensoranordnungen die verwendeten Sensorelemente an voneinander getrennten Versorgungs- und Masseleitungen angeschlossen wer- den. Somit ergibt sich, dass diese Sensoranordnungen relativ viele Leitungen sowie Sensorstecker benötigen.
Eine Sensoranordnung zur Ermittlung eines Drehmoments oder eines Differenzwinkels ist aus der Druckschrift DE 10 2007 028 481 A1 bekannt und umfasst zwei Sensorelemente zum Erfassen des Drehmoments oder des Differenzwinkels. Die Sensorelemente weisen eine integrierte Sensoranordnung zum Umsetzen einer Magnetfeldinformation in eine digitale Information auf. Außerdem können die Sensorelemente zur Übertragung durch das digitale Übertragungsprotokoll Zusatzinformationen bereitstellen. Dabei kann einem Sensorelement als Zu- satzinformation ein Ausgangssignal eines Schaltmittels zugeführt werden.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden eine Sensoranordnung und Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgestellt. Weitere Ausgestal- tungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung.
Die erfindungsgemäße Sensoranordnung umfasst in Ausgestaltung zumindest zwei zueinander parallel geschaltete Sensorelemente zum redundanten Erfassen einer physikalischen Größe, wobei die mindestens zwei Sensorelemente mit elektrischer Energie versorgt werden. Dabei ist die Sensoranordnung über einen ersten Knoten mit einer externen, positiven Versorgungsleitung verbunden, über die die Sensoranordnung sowie die Sensorelemente an einer Spannungsquelle angeschlossen sind. Außerdem ist die Sensoranordnung über einen zweiten
Knoten mit einer als Masseleitung ausgebildeten externen Versorgungsleitung verbunden. Die Spannungsquelle kann in Ausgestaltung eine variabel einstellbare Haupt-Versorgungsspannung bereitstellen.
Innerhalb der Sensoranordnung können die Sensorelemente zueinander parallel geschaltet sein. Dabei ist jedes Sensorelement in einem Zweig der Sensoranordnung angeordnet. Außerdem umfasst die Sensoranordnung mindestens ein Schaltungsteil, das in mindestens einem Zweig der Sensoranordnung angeordnet und innerhalb dieses mindestens einen Zweigs mit einem Sensorelement in Reihe geschaltet ist.
In Ausgestaltung ist ein erstes Sensorelement direkt mit den beiden Knoten der Sensoranordnung verbunden. Mindestens ein zweites, weiteres Sensorelement ist mit einem Schaltungsteil in Reihe geschaltet, wobei das mindestens eine zweite Schaltungselement einerseits direkt und andererseits über das Schaltungsteil mit den Knoten der Sensoranordnung verbunden ist. Über das zumindest eine Schaltungsteil wird für das mindestens eine zweite Sensorelement eine Versorgungsspannung um eine Vorspannung reduziert. Somit kann ein Sicherheitskonzept zum Verursachen einer Vorspannung an einer internen Versorgungsleitung mindestens eines der Sensorelemente bereitgestellt werden. Durch diese Maßnahme ergibt sich, dass die Sensorelemente mit unterschiedlich hohen Versorgungsspannungen betrieben werden. Die Knoten der Sensoranordnung und somit auch die Sensorelemente sind über die Versor- gungsleitung und die Masseleitung mit der Spannungsquelle verbunden, die üblicherweise in einem Steuergerät für die Sensoranordnung angeordnet ist. Außer- dem kann das Steuergerät auch Signale mit Messwerten, die die Sensorelemente zu der erfassten physikalischen Größe bereitstellen, auswerten.
Ein Test einer ordnungsgemäßen Funktion aller Sensorelemente kann mit Algo- rithmen durchgeführt werden. Bei dem Test kann üblicherweise vorgesehen sein, dass das Steuergerät der Sensoranordnung verschiedene variable Haupt- Versorgungsspannungen als Test-Versorgungsspannungen bereitstellt. Somit ist es möglich, dass ggf. vorhandene Fehler erkannt und die Sensorelemente validiert werden.
Durch die gemeinsame Nutzung von Versorgungsleitungen durch alle Sensorelemente kann eine hohe Signalsicherheit erreicht und gleichzeitig die Anzahl benötigter Versorgungsleitungen reduziert werden. Dabei wird eine erste gemeinsam genutzte Versorgungsleitung, die mit dem ersten Knoten verbunden ist, auch als positive Versorgungsleitung bezeichnet, über die der erste Knoten mit der Haupt-Versorgungsspannung (VDD) einer bspw. als Batterie ausgebildeten Spannungsquellen verbunden ist. Die zweite gemeinsam genutzte Versorgungsleitung wird auch als Masseleitung bezeichnet, über die der zweite Knoten mit der elektrischen Masse (GND) verbunden ist.
Das im Rahmen der Erfindung vorgesehene Konzept zur Bereitstellung einer Sensoranordnung mit erhöhter Sicherheit kann für Sensoranordnungen eingesetzt werden, die als Drehwinkel- und/oder Drehmomentsensoren, bspw. für eine Lenkung eines Kraftfahrzeugs, zur Anwendung kommen.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Figur 1 zeigt schematische Darstellungen einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung und ein Diagramm zu einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung und ein Diagramm zu einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Komponenten.
Figur 1 a zeigt in schematischer Darstellung die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 2, die eine Schaltungsanordnung 4 sowie ein erstes Sensorelement 6 und ein zweites Sensorelement 8 umfasst, die gleichartig und zum redundanten Erfassen einer physikalischen Größe ausgebildet sind. Figur 1 b zeigt Details aus Figur 1 a als schematischen Schaltplan. In Figur 1 c ist ein Diagramm zu einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, das mit der Schaltungsanordnung 2 durchführbar ist, dargestellt.
Die Sensoranordnung 2 umfasst einen ersten Knoten 10 und einen zweiten Knoten 12, zwischen denen die Sensoranordnung 2 zwei zueinander parallel geschaltete Zweige aufweist. Dabei ist das erste Sensorelement 6 in dem ersten Zweig angeordnet. In dem zweiten Zweig sind das zweite Sensorelement 8 und ein zusätzliches Schaltungsteil 14 in Reihe geschaltet sowie parallel zu dem ersten Sensorelement 6 angeordnet.
Dabei ist das erste Sensorelement 6 innerhalb des ersten Zweigs über interne Schaltungsleitungen 16 mit den beiden Knoten 10, 12 verbunden. Das zweite Sensorelement 8 sowie das Schaltungsteil 14 sind über eine interne Schaltungsleitung 16 miteinander verbunden. Außerdem ist das zweite Sensorelement 8 über eine interne Schaltungsleitung 16 mit dem zweiten Knoten 12 verbunden. Das Schaltungsteil 14 ist ebenfalls über eine interne Schaltungsleitung 16 mit dem ersten Knoten 10 verbunden.
Weiterhin ist der erste Knoten 10 der Sensoranordnung 2 über eine gemeinsame Versorgungsleitung 18 für alle Sensorelemente 6, 8 mit einer als Batterie ausgebildeten Spannungsquelle verbunden, die hier in einem Steuergerät 20 angeordnet ist. Der zweite Knoten 12 der Schaltungsanordnung 4 ist über eine gemeinsame Masseleitung 19 für alle Sensorelemente 6, 8 mit der Spannungsquelle verbunden. Dabei umfasst die Versorgungs- und Masseleitung 18, 19 jeweils einen Abschnitt innerhalb eines Gehäuses 21 der Sensoranordnung 2 und einen Abschnitt außerhalb des Gehäuses 21 der Sensoranordnung 2. Dabei sind die Abschnitte der Versorgungs- und Masseleitung 18, 19 innerhalb des Gehäuses 21 über als Stecker 22 ausgebildete Anschlüsse des Gehäuses 21 mit Abschnitten der Versorgungs- und Masseleitung 18, 19, die außerhalb des Gehäuses 21 angeordnet sind, verbunden, die wiederum mit Steckern 24 des Steuergeräts 24 als Anschlüsse verbunden sind. Demnach sind die beiden Sensorelemente 6, 8 über eine gemeinsame Versorgungsleitung 18 und eine gemeinsame Masseleitung 19 mit der Spannungsquelle, die hier innerhalb des Steuergeräts 20 angeordnet ist, verbunden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird über den ersten Knoten 10 eine Verzweigung zu dem ersten Sensorelement 6 und dem Schaltungsteil 14 bereitgestellt. Außerdem ist der erste Knoten 10 über die Versorgungsleitung 18 mit dem Pluspol der Spannungsquelle verbunden. Der zweite Knoten 12 stellt eine Verzweigung zu dem ersten Sensorelement 6 und dem zweiten Sensorelement 8 bereit. Außerdem ist der zweite Knoten 12 über die Masseleitung 19 mit dem Minuspol der Spannungsquelle und somit mit der elektrischen Masse (GND) verbunden. Die erste Versorgungsleitung 18 ist mit einer üblicherweise variabel ein- stellbaren Haupt-Versorgungsspannung UDD, die von der Spannungsquelle bereitgestellt wird, verbunden.
Weiterhin ist das Steuergerät 20 zur Auswertung von Messwerten, die von den Sensorelementen 6, 8 zu der physikalischen Größe redundant erzeugt werden, ausgebildet. Diese Messwerte werden ausgehend von den Sensorelementen 6, 8 über Signale an das Steuergerät 20 übermittelt. Hierzu ist jedes Sensorelement 6, 8 über eine Signalleitung 26 mit dem Steuergerät 20 verbunden. Dabei um- fasst jede Signalleitung 26 einen Abschnitt innerhalb des Gehäuses 21 der Sensoranordnung 2 und einen Abschnitt außerhalb des Gehäuses 21 , die über Stecker 22 der Sensoranordnung 2 miteinander verbunden sind. Die Abschnitte der Signalleitungen 26 außerhalb des Gehäuses 21 der Sensoranordnung 2 sind über Stecker 24 des Steuergeräts 20 mit diesem verbunden.
Unabhängig davon, wie die Knoten 10, 12 mit der Spannungsquelle verbunden sind, ist vorgesehen, dass an dem Schaltungsteil 14 eine Vorspannung UF abfällt. Daraus ergibt sich, dass an dem zweiten Sensorelement 8, das mit dem Schaltungsteil 14 in Reihe geschaltet ist, eine reduzierte Versorgungsspannung Uv= UDO - UF anliegt, die geringer als die Haupt-Versorgungsspannung UDD ist, die an dem ersten Sensorelement 6 anliegt, das zu dem zweiten Sensorelement 8 und dem Schaltungsteil 14 parallel geschaltet ist. Somit wird das erste Sensorelement 6 mit einer höheren Versorgungsspannung, d. h. der Haupt- Versorgungsspannung UDO, als das zweite Sensorelement 8 versorgt, an dem die reduzierte Versorgungsspannung Uv = UDD - UF anliegt.
Das beschriebene Schaltungsteil 14, mit dem die Haupt-Versorgungsspannung UDO für das zweite Sensorelement 8 um die Vorspannung UF zu reduzieren ist, kann mindestens einen Widerstand, üblicherweise einen ohm'schen Widerstand, und/oder mindestens eine in Vorwärtsrichtung geschaltete Diode umfassen. Dadurch ergibt sich, dass an dem Schaltungsteil 14 die Vorspannung UF anliegt.
Das Steuergerät 20, mit dem die Sensoranordnung 2 verbunden ist und hier die Spannungsquelle mit der Haupt-Versorgungsspannung U DD umfasst, stellt die von den Sensorelementen 6, 8 benötigte Versorgungsspannung Uv ein und liest die von den Sensorelementen 6, 8 über die Signalleitungen 26 als Signale bereitgestellten Messwerte aus. Die einzelnen Sensorelemente 6, 8 werden mit einer bestimmten Versorgungsspannung Uv betrieben, damit diese die Messwerte über die Signalleitungen 26, die auch als Ausgangsleitungen bezeichnet werden können, ausgeben.
Bei der beschriebenen Ausführungsform liegt an der Signalleitung 26 des ersten Sensorelements 6 eine minimale Signalspannung an, die jedoch größer als eine Resetschwellen-Spannung UPOR für das erste Sensorelement 6 sein muss, da das erste Sensorelement 6 unterhalb der Resetschwellen-Spannung U POR keine Messwerte liefert. Im vorliegenden Fall entspricht die Signalspannung für das erste Sensorelement 6 der Haupt-Versorgungsspannung UDD. Für das zweite Sensorelement 8 beträgt die Resetschwellen-Spannung ebenfalls U POR, unter- halb der das zweite Sensorelement 8 keine Messwerte liefert. Folglich muss eine an der Signalleitung 26 des zweiten Sensorelements 8 anliegende minimale Signalspannung UDO - UF ebenfalls größer als die Resetschwellen-Spannung UPOR sein. Typischerweise unterliegt die Resetschwellen-Spannung UPOR Schwankungen, die sich z. B. aufgrund einer Änderung der Temperatur oder aufgrund von Prozessvariationen ergeben können. Das Schaltungsteil 14 wird so ausgelegt, dass die auftretenden Varianzen der Resetschwellen-Spannungen U POR aller Sensorelemente 6, 8 in allen Betriebszuständen abgedeckt werden.
Mit einem Test kann gewährleistet werden, dass beide Sensorelemente 6, 8 jeweils mit der gewünschten ausreichenden Versorgungsspannung Uv versorgt werden, so dass für Signale der beiden Schaltungselemente 6, 8 die
Resetschwellen-Spannung U POR nicht unterschritten wird, und dass kein zusätzlicher, ungewollter Spannungsabfall oder ein Kurzschluss zwischen dem Steuergerät 20 und den Sensorelementen 6, 8 auftritt. Hierzu wird die Haupt- Versorgungsspannung UDO SO eingestellt, dass das erste Sensorelement 6, das mit der Haupt-Versorgungsspannung UDD direkt versorgt wird, gemäß seiner Spezifikation betrieben wird und zum Steuergerät 20 Messwerte überträgt. Das zweite Sensorelement 8 wird lediglich mit der reduzierten Versorgungsspannung UDO - UF versorgt.
Mindestens eine hierzu vorgesehene Einstellung der Haupt- Versorgungsspannung UDO durch das Steuergerät 20 wird typischerweise beim Start der Sensoranordnung 2 in einem Testbetrieb durchgeführt. Hierzu wird die Haupt-Versorgungsspannung UDD auf einen niedrigen Wert eigestellt, für den gilt: UDD > U POR und UDO < UPOR + UF- Bei dieser Einstellung der Haupt- Versorgungsspannung UDO kann das zweite Sensorelement 8 keine Signale an das Steuergerät 20 senden, da die reduzierte Uv Versorgungsspannung UDD - UF geringer als die Resetschwellen-Spannung UPOR ist. Falls die Sensoranordnung 2 korrekt funktioniert, wird bei dieser Einstellung der Haupt-Versorgungsspannung UDO nur von dem ersten Sensorelement 6 ein Signal übertragen, wohingegen von dem zweiten Sensorelement 8 kein Signal übertragen wird. Falls jedoch von dem zweiten Sensorelement 8 im Testbetrieb bei der eingestellten Haupt- Versorgungsspannung UDO ebenfalls ein Signal übertragen wird, liegt ein Defekt vor. Im Rahmen des Testbetriebs ist es auch möglich, die Haupt- Versorgungsspannung UDO ZU variieren.
Somit können einige Fälle von Defekten erkannt werden, die bei gemeinsam genutzten Leitungen und ohne das Schaltungsteil 14 zum Reduzieren der Versorgungsspannung um die Vorspannung UF nicht nachweisbar sind. Besonders bei sicherheitskritischen Anwendungen ist es notwendig, dass solche kritischen Zu- stände identifiziert werden.
Nach erfolgreich durchgeführtem Testbetrieb wird die Haupt- Versorgungsspannung UDO SO angehoben, dass alle Sensorelemente 6, 8 mit ihrer nominalen Spannung versorgt werden, um über die Signalleitungen 26 regu- läre Messwerte bereitzustellen. In diesem Fall gilt für die Haupt-
Versorgungsspannung UDO > UPOR + UF.
Das Diagramm aus Figur 1c zur Darstellung eines Verhaltens der beiden Sensorelemente 6, 8 und der gesamten Sensoranordnung 2 bei einer ersten Ausfüh- rungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst eine Abszisse 80, über der eine Ordinate 82 für Werte der elektrischen Spannung aufgetragen ist. Innerhalb des Diagramms stellt eine erste Spannungseinteilung 84 das Verhalten des ersten Sensorelements 6 und eine zweite Spannungseinteilung 86 das Verhalten des zweiten Sensorelements 8 dar. Eine dritte Spannungseinteilung 88 und eine vierte Spannungseinteilung 90 stellen das Verhalten der gesamten Sensoranordnung 2 dar.
Alle Spannungseinteilungen 84, 86, 88, 90 umfassen drei Spannungsbereiche 92, 94, 96, wobei ein erster Spannungsbereich 92 kennzeichnet, dass keine Sig- nale bereitgestellt werden. Ein zweiter Spannungsbereich 94 kennzeichnet, dass
Signale mit reduzierter Genauigkeit bereitgestellt werden. Durch einen dritten Spannungsbereich 96 ist gekennzeichnet, dass Signale mit hoher Genauigkeit bereitgestellt werden. Entlang der Ordinate 82 sind eine erste Betriebsspannung UBi 98, eine zweite
Betriebsspannung UB2 100 und eine dritte Betriebsspannung UB3 102 angegeben. Weiterhin ist vorgesehen, dass für beide Sensorelemente 6, 8 nunmehr eine erste Resetschwellen-Spannung UPORI 106, die hier der ersten Betriebsspannung UBI 98 entspricht, und eine zweite Resetschwellen-Spannung UPOR2 108 definiert sind, die für die erste Spannungseinteilung 84 angegeben sind. Falls an der Sensoranordnung 2 eine Versorgungsspannung Uv anliegt, die geringer als die erste Betriebsspannung UBi 98 und somit geringer als die erste Resetschwellen- Spannungen UPORI 106 ist, liefert das erste Sensorelement 6 kein Signal. Falls an der Sensoranordnung 2 eine Versorgungsspannung Uv anliegt, die größer- gleich der ersten Resetschwellen-Spannung U PORI 106 aber kleiner als die zweite
Resetschwellen-Spannung UPOR2 108 ist, liefert das erste Sensorelement 6 Signale mit reduzierter Genauigkeit. Falls an der Sensoranordnung 2 eine Versorgungsspannung Uv anliegt, die größer-gleich der zweiten Resetschwellen- Spannungen UPOR2 108 ist, liefert das erste Sensorelement 6 Signale mit nomina- ler (hoher) Genauigkeit.
Demnach kann für die Sensorelemente 6, 8 mindestens eine Resetschwellen- Spannung UPORI 106, UPOR2 108 vorgesehen sein, wobei durch die mindestens eine Resetschwellen-Spannung UPORI 106, UPOR2 108 mindestens zwei Betriebs- weisen bzw. Betriebsmodi der Sensorelemente 6, 8 definiert werden.
Für das zweite Sensorelement 8 ist zu berücksichtigen, dass eine an der Sensoranordnung 2 anliegende Versorgungsspannung Uv für das zweite Sensorelement 8 um die Vorspannung UF 110 reduziert ist, die hier einer Differenz der zweiten Versorgungsspannung UV2 100 abzüglich der ersten Versorgungsspannung UVi 98 bzw. der ersten Resetschwellen-Spannung UPORI 106 entspricht. Wie die zweite Spannungseinteilung 86 zeigt, ist ein Verhalten des zweiten Sensorelements 8 im Vergleich zu dem Verhalten des ersten Sensorelements 6 um einen Wert der Vorspannung UF 110 verschoben. So liefert das zweite Sensor- element 8 keine Signale, wenn die Versorgungsspannung Uv kleiner als die zweite Betriebsspannung UB2 100 ist, Signale mit reduzierter Genauigkeit, falls die Versorgungsspannung größer-gleich der zweiten Betriebsspannung UB2 100 aber kleiner als die dritte Betriebsspannung UB3 102 ist, und Signale hoher Genauigkeit, wenn die Versorgungsspannung Uv größer-gleich der dritten Betriebsspan- nung UB3 102 ist. Dabei entspricht die dritte Betriebsspannung UB3 102 der Summe der zweiten Resetschwellen-Spannung UPOR2 108 zuzüglich der Vorspannung UF 1 10.
Wie die dritte sowie die vierte Spannungseinteilungen 88, 90 zeigen, ergibt sich für die komplette Sensoranordnung 2 eine Überlappung der Spannungsbereiche
92, 94, 96 der beiden Sensorelemente 6, 8. Solange nicht beide Sensorelemente 6, 8 mit hoher Genauigkeit der Signale arbeiten, weist die Sensoranordnung 2 auch nur eine geringe Genauigkeit der Signale auf, falls die Versorgungsspannung Uv größer-gleich der ersten Betriebsspannung UBi 98 aber kleiner als die dritte Betriebsspannung UB3 102 ist. Für eine Versorgungsspannungen Uv kleiner der ersten Betriebsspannung UBi 98 stellt die Sensoranordnung 2 keine Signale und für eine Versorgungsspannung Uv größer-gleich der dritten Betriebsspannung UB3 102 Signale hoher Qualität bereit. Mit dem Steuergerät 20 können Risiken, die durch eine Versorgung der Sensoranordnung 2 mit einer einzigen, nicht redundanten Haupt-Versorgungsspannung UDO entstehen, durch Verändern der Versorgungsspannung UV überprüft werden. Ein hierzu vorgesehener Testbetrieb kann z. B. direkt nach dem Einschalten der Sensoranordnung 2 durchgeführt werden, da hierfür üblicherweise die meiste Zeit zur Verfügung steht. Hierzu ist bei der vierten Spannungseinteilung 90, die aus der dritten Spannungseinteilung 88 hervorgeht, ein Testspannungsbereich 1 12 dargestellt, innerhalb dem die Versorgungsspannung Uv im Testbetrieb zu variieren ist, um eine Funktionstüchtigkeit der Sensoranordnung 2 und/oder der Sensorelemente 6, 8 zu überprüfen. Der Testspannungsbereich 1 12 ist durch ei- nen unteren und einen oberen Wert der Spannung begrenzt. Hierbei ist der untere Wert größer null, aber geringfügig kleiner als die erste Betriebsspannung UBi 100. Der obere Wert ist geringfügig größer als die zweite Betriebsspannung UB2 100, aber kleiner als die dritte Betriebsspannung UB3 102. Die in Figur 2a schematisch dargestellte zweite Ausführungsform der Sensoranordnung 32 verbindet n Sensorelemente 34, 36, 38, 40 mit einer hier nicht gezeigten Spannungsquelle, die eine Haupt-Versorgungsspannung UDD, die variabel eingestellt werden kann, bereitstellt. Die Sensoranordnung 32 umfasst n zueinander parallel geschaltete Zweige 42, 44, 46, 48 und mindestens ein Schal- tungsteil 50, 52, 54, 56, das bspw. mindestens einen Widerstand und/oder zumindest eine in Vorwärtsrichtung geschaltete Diode umfassen kann. Üblicher- weise ist n > 2. Dabei ist in jedem Zweig 42, 44, 46, 48 ein Sensorelement 34, 36, 38, 40 angeordnet. Außerdem ist in mindestens einem Zweig 42, 44, 46, 48 das angeordnete Sensorelement 34, 36, 38, 40 mit einem Schaltungsteil 50, 52, 54, 56 in Reihe geschaltet, wobei ein k-tes Schaltungsteil 50, 52, 54, 56 dazu ausgebildet ist, für ein Sensorelement 34, 36, 38, 40, mit dem das k-te Schaltungsteil 50, 52, 54, 56 in Reihe geschaltet ist, eine Versorgungsspannung Uv um eine Vorspannung UF, bspw. UFk, zu reduzieren. Die Zweige 42, 44, 46, 48 sind zwischen zwei Knoten 60, 62 der Sensoranordnung 32 angeordnet. Die Sensorelemente 34, 36, 38, 40 weisen eine gemeinsame Versorgungsleitung 65 und ei- ne gemeinsame Masseleitung 66 als Verbindung zu der Spannungsquelle auf.
Für die Sensorelemente 34, 36, 38, 40 ist eine Resetschwellen-Spannung UPOR vorgesehen, wobei von einem Sensorelement 34, 36, 38, 40, das mit dem k-ten Schaltungsteil 50, 52, 54, 56 in Reihe geschaltet ist, ein Signal bereitgestellt wird, wenn an dem Sensorelement 34, 36, 38, 40 eine Versorgungsspannung UDD >
UPOR + UFk anliegt. Von dem Sensorelement 34, 36, 38, 40, das mit dem k-ten Schaltungsteil 50, 52, 54, 56 in Reihe geschaltet ist, wird jedoch kein Signal bereitgestellt, wenn an dem Sensorelement 34, 36, 38, 40 eine Versorgungsspannung UDO < U POR + UFk anliegt.
In der in Figur 2a gezeigten Ausführungsform ist jedem Sensorelement 34, 36, 38, 40 ein Schaltungsteil 50, 52, 54, 56 vorgeschaltet, somit sind in jedem Zweig 42, 44, 46, 48 ein Sensorelement 34, 36, 38, 40 und ein Schaltungsteil 50, 52, 54, 56 in Reihe geschaltet.
Die Schaltungsteile 50, 52, 54, 56 reduzieren die Versorgungsspannungen Uv für die Sensorelemente 34, 36, 38, 40 um unterschiedlich hohe Vorspannungen UFk, wobei hier gilt: UFk < UFk+i . Demnach ist hier eine erste Vorspannung UFi eines ersten Schaltungsteils 50, das mit einem ersten Sensorelement 34 in Reihe ge- schaltet ist, kleiner als eine zweite Vorspannung UF2 eines zweiten Schaltungsteils 52, das mit einem zweiten Sensorelement 36 in Reihe geschaltet ist. Die zweite Vorspannung UF2 ist kleiner als eine η-1-te Vorspannung UFn-i eines n-1- ten Schaltungsteils 54, das einem η-1-ten Sensorelement 38 vorgeschaltet ist. Eine n-te Vorspannung UFn eines n-ten Schaltungsteils 56, das mit einem n-ten Sensorelement 40 in Serie geschaltet ist, ist größer als die η-1-te Vorspannung
UFn-i . Somit gilt insgesamt: UFi < UF2 < UFn-i < UFn. Das Diagramm aus Figur 2b umfasst eine Abszisse 66, über der eine Ordinate 68 für Werte der elektrischen Spannung aufgetragen ist. Falls an den beiden Knoten 62, 64 eine Haupt-Versorgungsspannung UDD anliegt, so liegt an dem ersten Sensorelement 34 eine erste Versorgungsspannung 70 UVi = UDD - UFi an. An dem zweiten Sensorelement 36 liegt eine zweite Versorgungsspannung 72 Uv2 = UDD - UF2 und an dem η-1-ten Sensorelement 38 eine η-1-te Versorgungsspannung 74 Uvn-i = UDD - UFn-i an. Eine n-te Versorgungsspannung 76 UVn = UDO - UFN liegt an dem n-ten Sensorelement 40 an.
Es ist vorgesehen, dass ein Sensorelement 34, 36, 38, 40 dann ein Signal zu einer physikalischen Größe bereitstellt, wenn an diesem Sensorelement 34, 36, 38, 40 eine Versorgungsspannung 70, 72, 74, 76 Uv anliegt, die größer als die Resetschwellen-Spannung UPOR ist, die für alle Sensorelemente 34, 36, 38, 40 gleich ist, da diese gleichartig ausgebildet sind, so dass die Sensorelemente 34,
36, 38, 40 die physikalische Größe redundant messen können.
Zum Testen der Sensoranordnung 32 wird durch die Spannungsquelle eine Haupt-Versorgungsspannung UDD angelegt, für die gilt: UDD > UPOR + UFK und UDD < UPOR + UFK+1 , wobei UFK < UFk+i ist. Die Sensoranordnung 32 ist in Ordnung, wenn bei der angelegten Haupt-Versorgungsspannung UDD k Sensorelemente 34, 36, 38, 40 ein Signal und n - k Sensorelemente 34, 36, 38, 40 kein Signal liefern. Hierzu kann die Haupt-Versorgungsspannung UDD variiert werden. Falls für die angelegte Haupt-Versorgungsspannung gilt: UDD > UPOR + UFI und UDD < UPOR + UF2, sendet nur das erste Sensorelement 34 ein Signal. Falls für die Haupt-
Versorgungsspannung UDO > UPOR + UF2 mit UDD < UPOR + UFm-i gilt, senden nur das erste und zweite Sensorelement 34, 36 Signale. Somit stellen sämtliche Sensorelemente 34, 36, 38, 40 ein Signal bereit, die mit einer Versorgungsspannung Uv versorgt werden, für die gilt Uv = UDD > UPOR + UF. Sensorelemente 34, 36, 38, 40, für deren Versorgungsspannung Uv = UDD < U POR + UF gilt, stellen kein Signal bereit.
In einer alternativen Ausgestaltung der Sensoranordnung ist in mindestens einem Zweig nur ein Sensorelement anzuordnen. In mindestens einem weiteren Zweig sind ein Sensorelement und ein Schaltungsteil in Reihe geschaltet. Somit ergibt sich, dass zumindest einem Sensorelement kein Schaltungsteil vor- geschaltet ist. In mindestens einem weiteren Zweig ist einem Sensorelement ein Schaltungsteil vorgeschaltet.
Die Haupt-Versorgungsspannung UDD wird für Sensorelemente von den vor- geschalteten Schaltungsteilen um verschiedene Vorspannungen UF, bspw. UFk,
UFK+1 , reduziert, wobei für die Vorspannungen gilt: UFk < UFk+i . Für die Sensorelemente ist ebenfalls eine Resetschwellen-Spannung UPOR vorgesehen. Außerdem kann die Haupt-Versorgungsspannung UDD variabel eingestellt werden. Von einem Sensorelement wird ein Signal bereitgestellt, wenn an diesem Sensorele- ment eine Versorgungsspannung UV > UPOR + UFK bzw. UV ^ UPOR + UF anliegt.
Falls an dem Sensorelement jedoch eine Versorgungsspannung UV < UPOR + UFk+i bzw. Uv < UPOR + UF anliegt, stellt es kein Signal bereit.
Dieser allgemeine Fall ist für n = 2 anhand der in Figur 1 gezeigten Schaltungs- anordnung 4 exemplarisch beschrieben.
Die Sensoranordnung umfasst üblicherweise eine beliebige Anzahl von n Zweigen mit n anzuordnenden Sensorelementen, wobei in mindestens einem Zweig und maximal in m < n Zweigen ein k-tes Schaltungsteil mit einem Sensorelement in Reihe geschaltet ist.
Zum Testen der Sensoranordnung ist vorgesehen, dass durch die Spannungsquelle eine Haupt-Versorgungsspannung UDD für die Sensoranordnung auf einen Wert zum Testen der Sensoranordnung eingestellt und überprüft wird, von wel- chen Sensorelementen in Abhängigkeit des eingestellten Werts der Spannung ein Signal bereitgestellt wird, und von welchen Sensorelementen in Abhängigkeit des eingestellten Werts der Spannung kein Signal bereitgestellt wird.
Üblicherweise dürfen bei dem Test nur jene Sensorelemente ein Signal liefern, an denen auch bei vorgeschaltetem Schaltungsteil eine Versorgungsspannung anliegt, die größer oder gleich der Resetschwellen-Spannung UPOR ist. Sensorelemente, an denen eine Versorgungsspannung anliegt, die geringer als die Resetschwellen-Spannung UPOR ist, dürfen kein Signal bereitstellen. In Ausgestaltung wird durch die Spannungsquelle eine Haupt-
Versorgungsspannung UDO angelegt, für die gilt: UDD > UPOR + UFk. Die Sensor- anordnung ist in Ordnung und somit funktionstüchtig, wenn bei der angelegten Haupt-Versorgungsspannung UDD nur jene k Sensorelemente, denen ein k-tes Schaltungsteil vorgeschaltet ist, ein Signal liefern, an denen eine Spannung UDD > UPOR + UFk anliegt, wohingegen m-k Sensorelemente, an denen die Spannung UDD < UPOR + UFk anliegt, kein Signal liefern.
Insgesamt umfasst eine erfindungsgemäße Sensoranordnung n und somit mindestens zwei Sensorelemente 34, 36, 38, 40, die wiederum n Zweige mit mindestens einem Schaltungsteil 50, 52, 54, 56 umfasst.
Nach erfolgtem Test der Sensoranordnung ist für einen Dauerbetrieb die Haupt- Versorgungsspannung UDO SO ZU wählen, dass an sämtlichen Sensorelementen 34, 36, 38, 40 zumindest die Resetschwellen-Spannung UPOR anliegt. Damit sämtliche Sensorelemente 34, 36, 38, 40 Signale liefern, ist die Haupt- Versorgungsspannung UDO größer als die Summe aus der Resetschwellen- Spannung UPOR zuzüglich der größten Vorspannung UFmax zu wählen, die eine Versorgungsspannung Uv von mindestens einem Sensorelement 34, 36, 38, 40 reduziert, d. h. UDD > UPOR + UFMAX. Unter dieser Voraussetzung kann von sämtlichen Sensorelementen der Sensoranordnung 32 eine physikalische Größe redundant erfasst und Messwerte zu der physikalischen Größe über Signale bereitgestellt werden. Bei der physikalischen Größe kann es sich bspw. um einen Drehwinkel und/oder ein Drehmoment zum Erfassen einer Drehbewegung von mindestens einer Welle handeln.

Claims
Sensoranordnung, die mindestens zwei zueinander parallel geschaltete Sensorelemente (6, 8, 34, 36, 38, 40) umfasst, wobei die Sensorelemente (6, 8, 34, 36, 38, 40) eine gemeinsame Versorgungsleitung (18) und eine gemeinsame Masseleitung (19) aufweisen, wobei mindestens ein Schaltungsteil (14, 50, 52, 54, 56) mit zumindest einem Sensorelement (6, 8, 34, 36, 38, 40) in Reihe geschaltet ist, und wobei das mindestens eine Schaltungsteil (14, 50, 52, 54, 56) dazu ausgebildet ist, eine Versorgungsspannung Uv für das zumindest eine Sensorelement (6, 8, 34, 36, 38, 40) um eine Vorspannung UF (1 10) zu reduzieren.
Sensoranordnung nach Anspruch 1 , die zumindest zwei zueinander parallel geschaltete Zweige (42, 44, 46, 48) aufweist, wobei in jedem Zweig (42, 44, 46, 48) ein Sensorelement (6, 8, 34, 36, 38, 40) angeordnet ist, wobei in mindestens einem Zweig (6, 8, 34, 36, 38, 40) nur ein Sensorelement (6, 8, 34, 36, 38, 40) angeordnet ist, und wobei in mindestens einem Zweig (6, 8, 34, 36, 38, 40) ein Sensorelement (6, 8, 34, 36, 38, 40) und ein Schaltungsteil (14, 50, 52, 54, 56) angeordnet sind.
Sensoranordnung nach Anspruch 1 , bei dem jedes Sensorelement (6, 8, 34, 36, 38, 40) mit einem Schaltungsteil (14, 50, 52, 54, 56) in Reihe geschaltet ist.
Sensoranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei der das mindestens eine Schaltungsteil (14, 50, 52, 54, 56) zumindest einen Widerstand umfasst.
Sensoranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei der das mindestens eine Schaltungsteil (14, 50, 52, 54, 56) zumindest eine in Vorwärtsrichtung geschaltete Diode umfasst. Sensoranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, das mehrere Schaltungsteile (14, 50, 52, 54, 56) aufweist, wobei jedes Schaltungsteil (14, 50, 52, 54, 56) die Versorgungsspannung Uv um eine andere Vorspannung UF (1 10) reduziert.
Sensoranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei der für die Sensorelemente (6, 8, 34, 36, 38, 40) mindestens eine Resetschwellen- Spannung UPOR, UPORI , UPOR2 vorgesehen ist, wobei von dem zumindest einen Sensorelement (6, 8, 34, 36, 38, 40), das mit dem mindestens einen Schaltungsteil (14, 50, 52, 54, 56) in Reihe geschaltet ist, ein Signal bereitgestellt wird, wenn an dem Sensorelement (6, 8, 34, 36, 38, 40) eine Versorgungsspannung Uv ^ UPOR + UF anliegt.
Sensoranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei der die Sensorelemente (6, 8, 34, 36, 38, 40) dazu ausgebildet sind, eine physikalische Größe, bspw. einen Drehwinkel oder ein Drehmoment, redundant zu erfassen.
Verfahren zum Testen einer Sensoranordnung (2, 32) nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem eine Haupt-Versorgungsspannung UDD für die Sensoranordnung (2, 32) auf einen Wert zum Testen der Sensoranordnung (2, 32) eingestellt und überprüft wird, von welchen Sensorelementen (6, 8, 34, 36, 38, 40) in Abhängigkeit des eingestellten Werts der Spannung ein Signal bereitgestellt wird, und von welchen Sensorelementen (6, 8, 34, 36, 38, 40) in Abhängigkeit des eingestellten Werts der Spannung kein Signal bereitgestellt wird.
10. Verfahren zum Betreiben einer Sensoranordnung (2, 32) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die durch ein Verfahren nach Anspruch 9 getestet wurde, bei dem der Sensoranordnung (2, 32) eine Haupt-Versorgungsspannung UDD bereitgestellt wird, für die gilt: UDD > UPOR + UFmax, wobei UFmax die größte Vorspannung ist, um die ein Schaltungsteil (14, 50, 52, 54, 56) eine Versorgungsspannung Uv von zumindest einem Sensorelement (6, 8, 34, 36, 38, 40) reduziert.
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