WO2023051998A1 - Integrierte schaltungsanordnung mit einer steuerbaren stromquelle, sowie verfahren zum steuern einer stromquelle - Google Patents

Integrierte schaltungsanordnung mit einer steuerbaren stromquelle, sowie verfahren zum steuern einer stromquelle Download PDF

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Volker Pesahl
Andreas HINDEMIT
Konrad Hirsch
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Definitions

  • the present invention relates to an integrated circuit arrangement with at least one controllable current source for generating an adjustable current. Furthermore, the invention relates to a method for controlling such a current source and the use of such a circuit arrangement or such a method.
  • the current source has two direct current sources, each of which can be controlled, which energize a common circuit node with current directions opposite to one another, which is connected to an output connection of the circuit arrangement for outputting the current.
  • a current can be generated that flows out of the circuit arrangement from the output connection or into the circuit arrangement via the output connection.
  • the two direct current sources are switched on and off complementarily to one another by means of respective switching signals in order to provide a required direction of current at the output connection, with the current strength also being able to be set by means of additionally specified respective bias signals.
  • the circuits described in these publications can the adjustable current with an output voltage within a
  • controllable current sources or charge pumps are also known in the art, in which adjustable currents can be generated and delivered at a voltage higher than the supply voltage.
  • phase-locked loop PLL
  • PLL phase-locked loop
  • Another application is the energization of a sensor, the operation of which requires such an energization with at least one current (often with several currents) with a current intensity that can be specified as precisely as possible.
  • An example of this is an exhaust gas sensor used on an internal combustion engine to measure a NOx concentration and/or an air/fuel ratio.
  • electrical currents are used as so-called “pump currents” to accomplish the electrochemical transport processes in the sensor provided according to the sensor functional principle (e.g. "pumping" oxygen ions through a solid electrolyte), with the accuracy of the measurement result of the sensor, among other things, being as exact as possible
  • the accuracy of the measurement result of the sensor is of great importance.
  • the integrated circuit arrangement according to the invention can, for. B. as an application-specific integrated circuit (ASIC) and can be implemented in addition to at least one controllable power source depending on the application z. B. have one or more other controllable power sources and / or other application-specific devices.
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • the (at least one) current source is used to generate an alternating current with an adjustable mean value and for this purpose has two controllable direct current sources that energize a common circuit node with current directions opposite to one another, which is connected via a current path to an output terminal for outputting the alternating current. In this respect one can also speak of a controllable "bipolar" current source.
  • the circuit arrangement has a plurality of current sources, a plurality of respectively associated current paths and output connections for outputting the individual alternating currents, each with an adjustable mean value, must accordingly be provided.
  • the (simplest) case is discussed first, in which the circuit arrangement has only one current source.
  • mean value (of the alternating current to be output) is to be understood in the context of this description without loss of generality as being signed so that a positive mean value means that the alternating current output has a positive current direction when viewed on average over time, and that a negative mean value means that the alternating current output has a negative current direction when viewed on average over time.
  • positive current direction and “negative current direction” in relation to the output connection are used in this description without limitation Generality defined in such a way that a positive current direction means that the current in question, be it an instantaneous current or the alternating current output as an average over time, flows into the circuit arrangement via the output connection, whereas a negative current direction means that the current in question flows through the output connection flows out of the circuit arrangement.
  • the circuit arrangement according to the invention has a control device which is designed to switch the two direct current sources on and off in a normal operating mode based on a pulse width modulation (PWM) signal supplied to the control device in a PWM-modulated manner complementary to one another by means of respective switching signals and by means of switching signals specified by the control device respective bias signals (e.g. bias currents) to set the current strengths of the two direct current sources.
  • PWM pulse width modulation
  • the "complementary" switching provided for in normal operation means that one of the two direct current sources is always switched on while the other is switched off, and vice versa.
  • the control device generates a switching signal identical to the supplied PWM signal for switching one direct current source on and off and outputs it to this direct current source, and a switching signal corresponding to the inverted PWM signal for switching the other direct current source on and off is generated and sent to it issued.
  • Each edge of the PWM signal causes a complementary switching of the two DC sources, so that the specification of the PWM signal (which is either generated within the integrated circuit arrangement or generated externally and supplied to the integrated circuit arrangement) specifies the frequency of the alternating current output by the circuit arrangement becomes.
  • the control device is also designed to use a "calibration mode" to match the two current levels supplied by the two direct current sources when they are switched on.
  • the ability to calibrate the current source which is provided according to the invention, thus advantageously enables an exact setting of the mean value of the alternating current that is output based on a correspondingly predefined PWM signal.
  • the circuit arrangement according to the invention also has:
  • a first switch e.g. transistor arranged in the course of the current path and controllable by the control device by means of a first switching signal
  • a second switch e.g. transistor which can be controlled by the control device by means of a second switching signal and which is electrically connected to the circuit node on the one hand and has a predetermined reference potential applied to it on the other, the control device being designed for this purpose in the calibration mode - bring about an interruption of the current path and a discharge of the circuit node to the reference potential by outputting corresponding first and second switching signals to the first and second switches,
  • circuit node is to be understood in the topological sense as an electrically conductively connected area in the design of the integrated circuit arrangement with connection to the direct current sources and the current path.
  • the term “discharging the circuit node” takes account of the fact that the area of the circuit arrangement forming the circuit node always has a certain capacitance (for example at least a so-called parasitic capacitance) in practice.
  • Step 1 The interruption of the current path prevents an external device (e.g. an exhaust gas sensor) connected in practice to the output connection from being able to influence the potential of the circuit node.
  • an external device e.g. an exhaust gas sensor
  • 2nd step By switching on and setting both at the same time
  • Direct current sources according to the "bias specifications” will change more or less rapidly at the circuit node in the event of an inequality of the current strengths of the two direct current sources. If the potential z. B. gradually becomes “more positive”, the current strength of the DC source energizing "towards the circuit node” is greater. Conversely, if the potential becomes “more negative”, then the current strength of the direct current source energizing "away from the circuit node” is greater. Both cases can be identified from the potential detected by the potential detection device.
  • 3rd step By changing the specification of at least one of the two bias signals as a result of this detection in a suitable manner depending on the potential detected at the circuit node, the difference between the said current intensities is finally reduced and the two current intensities are thus matched to one another. In one embodiment, only the specification of one of the two bias signals is changed accordingly for this purpose.
  • the output terminal is not electrically connected to the current path and the DC sources are needed "otherwise” (when performing step 2 above).
  • the calibration mode can be carried out in any "currentless” phase, i.e. while no current is provided via the output connection.
  • the integrated circuit arrangement has a first and a second supply connection for applying a first and a second supply potential (or at least internal first and second supply nodes for providing such first and second supply potentials), in order to be able to connect to these supply potentials, e.g. B. to supply all devices of the circuit arrangement electrically.
  • the first supply connection can be electrically connected to the circuit node via the first controllable direct current source and the second supply connection can be electrically connected to the circuit node via the second controllable direct current source.
  • the two direct current sources each have a transistor (e.g. FET) controlled by the switching signal specified by the control device and a transistor (e.g. FET) controlled by the bias signal specified by the control device arranged in series connection thereto. exhibit.
  • a transistor e.g. FET
  • FET field-effect transistor
  • such a voltage-supplied series connection of two transistors can form a controllable current path, with one transistor functioning as a “switching transistor” and the other transistor as a “setting transistor” (cf. e.g. 5).
  • z. B. be provided that the two DC sources each have only a single transistor (z. B. FET) or consist of a single transistor.
  • the transistor supplied with a voltage e.g. source-drain voltage in the case of an FET
  • this transistor can form said controllable current path, whereby this transistor, according to this alternative, however, simultaneously has the functions "switching” and “setting (of the current intensity) " of the direct current source in question.
  • this z. B. be provided on the part of the control device that a bias signal representing the bias signal or generated based on the bias signal via a switched on and off by means of the switching signal transistor (e.g. FET) to a control input (e.g. gate of a FET) of the first-mentioned transistor (see e.g. Fig. 4).
  • control device is designed to, in calibration mode, depending on the at the circuit node after a predetermined delay period (e.g. at least 0.5 ps and e.g. at most 100 ps) after the two have been switched on DC sources detected value of the potential to change the specification of at least one of the bias signals.
  • a predetermined delay period e.g. at least 0.5 ps and e.g. at most 100 ps
  • This embodiment takes into account the fact that in the calibration mode, depending on the capacitance of the circuit node and depending on the current of the two DC sources, it takes a certain amount of time before any (possibly very small) inequality in the currents supplied by the two DC sources results in a mean the potential detection leads to a clearly recognizable change in the potential at the circuit node.
  • the potential detection device is designed as a comparator which compares the potential at the circuit node with the reference potential and outputs a result signal representing the result of this comparison to the control device.
  • control device can change at least one of the two specifications as a function of the comparison result, in order to align the two current intensities with one another in the normal operating mode.
  • control device is designed to change only one of the two bias specifications in this step, specifically by a “small step” in the right direction (depending on the result of the comparison). After the calibration mode has been repeated several times during operation of the integrated circuit arrangement, a "calibrated state” will then finally set in in which the comparison result supplied by the comparator to the control device jumps back and forth more or less alternately between the two possible results.
  • control device is designed to change both bias specifications in opposite directions by a "small step” in the correct direction in each case in order to achieve the "calibrated state” again after repeating the calibration mode several times.
  • the potential detection device is designed as a voltage measuring device that measures the difference between the potential at the circuit node and the reference potential and outputs a result signal representing the result of this voltage measurement to the control device.
  • control device is designed to change one of the bias specifications (alternatively: both bias specifications in each case) in this step by an amount in the correct direction (depending on the sign of the measured voltage), which is greater in terms of amount, the greater the amount of the measured voltage is.
  • This can be advantageous z. B. faster or after fewer executions of the calibration mode, the "calibrated state" of the power source can be reached.
  • the reference potential is generated within the integrated circuit arrangement from the externally applied first and second supply potentials and is thus made available for use. Deviating from this, however, e.g. It can be provided, for example, that the reference potential, like the first and second supply potentials, is applied externally to the integrated circuit arrangement and can be used in this way in the integrated circuit arrangement.
  • z. B. be provided that the reference potential (z. B. ground potential) and z. B. one of the first and second supply potentials, z. B. a positive supply potential, is applied externally to the integrated circuit arrangement and the other of these two supply potentials, z. B. a negative supply potential is generated within the integrated circuit arrangement.
  • an ESD protection device is provided at a point of the current path which is permanently electrically connected to the output connection, with a replica of the ESD protection device being provided which in calibration mode can be electrically connected to a point of the current path which is also is electrically connected to the circuit node in the calibration mode.
  • ESD protective device designates a device for protecting the integrated circuit arrangement against destruction by large electrostatic potential differences or voltage breakdowns ("electrostatic discharge", ESD) caused thereby.
  • ESD protection can advantageously be implemented against any electrostatic potential that would otherwise penetrate via the output connection to the current path within the integrated circuit arrangement.
  • any influence of the ESD protection device on the power generation in normal operating mode e.g. due to leakage currents between current path and ESD protection device
  • the actual ESD protection device is, so to speak, “switched off from the current path” by the interruption of the current path provided in the calibration mode.
  • the ESD protection device can e.g. B. have two diodes oriented in the reverse direction, which are electrically connected on the one hand to the relevant point of the current path and on the other hand electrically connected to one of the two supply terminals.
  • the replica of the ESD protection device would accordingly also have two diodes oriented in the reverse direction, which on the one hand are each "switchably" electrically connected to the relevant point of the current path and on the other hand z. B. are permanently electrically connected to one of the two supply terminals. Switching the replica on and off in calibration mode can e.g. B. be realized by means of switching transistors arranged in series with the diodes.
  • the integrated circuit arrangement also has a control device which is designed to, depending on at least to determine a specification for the mean value of the alternating current to be generated from a control signal supplied to the control device and/or at least one measurement signal supplied to the control device, and to generate a suitable PWM signal based on the specification for the mean value and to output it to the control device.
  • the integrated circuit arrangement is designed as a sensor interface module for operating at least one sensor, for example an exhaust gas sensor on an internal combustion engine (e.g. Otto engine or diesel engine, e.g. of a vehicle), with one connection of the sensor being connected to the output connection the integrated circuit arrangement and thus an energization of the sensor with the alternating current with an adjustable mean value is provided.
  • an exhaust gas sensor on an internal combustion engine (e.g. Otto engine or diesel engine, e.g. of a vehicle)
  • an internal combustion engine e.g. Otto engine or diesel engine, e.g. of a vehicle
  • the aforementioned “measurement signal” can be e.g. B. be a potential measured on the current path in question, which is representative of a pump voltage and/or Nernst voltage present in the sensor in question.
  • the measurement signal can be B. also represent a component of sensor measurement data that are provided or sent by the integrated circuit arrangement (z. B. via a digital communication bus).
  • the circuit arrangement e.g.
  • control device within the named control device can also have at least one control device which calculates the mean value of the alternating current to be generated based on a voltage (simultaneously or previously) tapped off at the sensor (e.g. B. Nernst voltage) specifies.
  • This specification as such which is set as a result of the regulation, can also represent a component of the sensor measurement data provided or sent by the integrated circuit arrangement.
  • the object stated at the outset is achieved by a method for controlling a controllable current source of an integrated circuit arrangement according to claim 10.
  • the current source controlled by the method according to the invention for generating an alternating current with an adjustable mean value has two controllable direct current sources that energize a common circuit node with opposite current directions, which is connected via a current path to an output terminal for outputting the alternating current.
  • the integrated circuit arrangement also has: a potential detection device for detecting a potential at the circuit node; a controllable first switch arranged in the course of the current path; and a controllable second switch which, on the one hand, is electrically connected to the circuit node and, on the other hand, has a predetermined reference potential applied to it.
  • the method according to the invention has the following steps:
  • a calibration mode interrupting the current path by opening the first switch and discharging the circuit node to the reference potential by closing the second switch, then simultaneously switching on the two DC sources using the respective switching signals and setting their current levels according to the respective specification, and finally changing at least one of the two specifications as a function of the potential detected at the circuit node in order to align the two current levels in the normal operating mode with one another.
  • At least one of the following is provided in the calibration mode:
  • the opening of the second switch takes place after a fixed predetermined delay period (e.g. at least 0.5 ps and e.g. at most 100 ps) after the closing of the second switch,
  • a fixed predetermined delay period e.g. at least 0.5 ps and e.g. at most 100 ps
  • the change in at least one of the two specifications depends significantly on one or more values of the potential detected at the circuit node, which are detected at one or more corresponding detection times, with each detection time being provided by a fixed predetermined detection delay period after the opening of the second switch is.
  • the change in the at least one of the two specifications depends to a large extent on a single value of the potential detected at the circuit node, which is detected at a detection time which is a fixed, predefined detection delay period after the opening of the second switch is provided.
  • the change in the at least one of the two defaults depends significantly on whether the value of the potential detected at the circuit node is greater or less than the reference potential.
  • the operated sensor can be, for example, in particular an exhaust gas sensor on an internal combustion engine, in particular a sensor for measuring a NOx concentration and/or an air/fuel ratio.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an integrated circuit arrangement with at least one controllable current source according to an exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows an illustration of exemplary time profiles of various signals and an output current in a normal operating mode of the current source shown in FIG. 1 ,
  • FIG. 3 shows an illustration of exemplary time profiles of various signals and currents in a calibration mode of the current source shown in FIG. 1 ,
  • FIG. 4 shows a representation to illustrate a circuit implementation of a controllable current source of an integrated circuit arrangement according to an embodiment
  • FIG. 5 shows a representation corresponding to FIG. 4 according to a further exemplary embodiment.
  • ASIC application-specific sensor interface module
  • the integrated circuit arrangement 100 has an output connection OUT, to which the sensor can be connected in the usage situation and thus supplied with a current.
  • the integrated circuit arrangement 100 shown in Fig. 1 has a controllable current source 10 for generating an alternating current I with an adjustable mean value Im, the current source 10 having two controllable direct current sources 10-1, 10-2, which share a common circuit node with mutually opposite current directions Energize K, which is connected via a current path P to the output terminal OUT for outputting the alternating current I.
  • the integrated circuit arrangement 100 could also be equipped with a plurality of such controllable current sources 10, i.e. to generate a plurality of respective alternating currents with adjustable average values, the sensor in question then being electrically connected via a plurality of output connections formed on the integrated circuit arrangement 100 is to be connected.
  • B. be an exhaust gas sensor on an internal combustion engine of a vehicle, in particular a sensor for measuring a NOx concentration and / or an air / fuel ratio, for the operation of which usually several "pump currents" are required.
  • the integrated circuit arrangement 100 shown also has a drive device 12 which is designed to switch the two direct current sources 10-1, 10-2 in a normal operating mode (for the operation of the sensor) based on a PWM signal PWM supplied to the drive device 12 in a complementary manner to one another Switching on and off PWM-modulated by respective switching signals S1, S2 and by means of respective bias signals B1, B2 predetermined by the control device 12 to set the current intensities 11, I2 of the two direct current sources 10-1, 10-2.
  • the first supply connection K1 is electrically connected to the circuit node K via the first controllable direct current source 10-1 and the second supply connection K2 is electrically connected to the circuit node K via the second controllable direct current source 10-2.
  • the circuit arrangement 100 also has a potential detection device 14, by means of which a potential pot at the circuit node K can be detected during operation (eg in relation to GND).
  • the circuit arrangement 100 also has a first switch 16, which is arranged in the course of the current path P and can be actuated by the actuation device 12 by means of a first switching signal SU, and a second switch 18, which can be actuated by the actuation device 12 by means of a second switching signal SE and which, on the one hand, is electrically connected to the circuit node K is connected and on the other hand with the specified reference potential GND (here z. B. 0V) is applied.
  • the drivable switches 16, 18 shown as switches in FIG. B. be formed by a switching transistor (z. B. FET).
  • Fig. 2 illustrates the normal operating mode using an example profile of a PWM signal PWM output by the control device 12 as a function of the time t and the resulting profiles of the switching signals S1, S2 and the current I provided at the output terminal OUT in the example shown.
  • a PWM signal PWM with a period Tpwm can be seen by way of example in FIG. 2 .
  • the signal PWM initially has the logical value 1 for a positive pulse duration (hereinafter referred to as "pulse duration") Tpos and then the logical value 0 for a negative pulse duration Tneg.
  • Very generally advantageous in many applications of the invention is a period of the PWM signal of at least 10 ps, in particular at least 100 ps, and on the other hand z.
  • a (current) duty cycle of the PWM signal defined as the ratio of pulse duration to period duration, i.e. Tpos / Tpwm, is approximately 0.63.
  • the switching signal S1 is output or forwarded by the control device 12 to the first direct current source 10-1 identically to the supplied signal PWM.
  • the switching signal S2 is output by the control device 12 as an inverted version of the signal PWM to the second direct current source 10-2.
  • the two direct current sources 10-1, 10-2 are thus switched on and off complementarily to one another based on the signal PWM. It is assumed that the direct current sources 10-1, 10-2 are switched on in each case if (and as long as) the assigned switching signal S1 or S2 has the logic value 1.
  • a nominal value of the current strength of the two direct current sources (Ipeak) is often advantageous within the scope of the invention, which is at least 1 pA, in particular at least 2 pA, and on the other hand z.
  • B. is a maximum of 50 mA, in particular a maximum of 20 mA. If the circuit arrangement has a plurality of current sources of the type described here, according to one embodiment of the invention, their values (Ipeak) are not all of the same size, but at least partially different from one another.
  • control device 12 can be set either to the normal operating mode or to a calibration mode by a mode control signal MOD that is supplied.
  • a calibration mode can be used during operation of the circuit arrangement 100, e.g. B. from time to time (generally possible in every "currentless” phase).
  • the control device 12 is designed to be in the calibration mode
  • the calibration mode uses an example profile of the signals SU, SE, S1, S2 output by the control device 12, a signal DET generated in the control device 12 and the resulting profiles of the currents 11, I2 energizing the circuit node K.
  • the switching signals S1, S2 are not generated based on the signal PWM as in the normal operating mode, but according to a predetermined “calibration algorithm” as described below.
  • the signal SU changes from 0 to 1, so that the switch 16 is opened.
  • the signal SE changes from 0 to 1, so that the switch 18 is closed. This begins the discharge of the circuit node K to the reference potential GND.
  • the signals S1 and S2 change from 0 to 1, so that both direct current sources 10-1, 10-2 are switched on at the same time, the predetermined respective bias signals B1, B2 set their current levels 11, I2.
  • the current intensities I1, I2 then increase, which means that the circuit node K (FIG. 1) will be recharged in accordance with any inequality in the current intensities I1, I2 (integrated over time).
  • a detection signal DET is briefly set from logic 0 to logic 1 in the control device 12, which defines t5 as a “detection time”. at which a result signal R output by the potential detection device 14 as a result of the detection of the potential pot is registered by the control device 12.
  • the delay period (e.g. at least 0.5 ps and e.g. a maximum of 100 ps) is chosen such that at time t5 even in the case of a rather slight difference between the current intensities 11, 12 (integrated over time), charging can be clearly detected of the circuit node K at time t5.
  • the signals S1 and S2 change from 1 back to 0, so that both direct current sources 10-1, 10-2 are switched off and the currents I1, I2 come to a standstill.
  • the signal SU changes from 1 back to 0, so that the switch 16 is closed.
  • the specification of at least one of the two bias signals B1, B2 is changed in such a way that an adjustment of the current intensities I1, I2 is achieved, which in a subsequent Normal operating mode advantageously leads to a more precise setting of the mean value Im of the alternating current I.
  • the potential detection device 14 is designed as a comparator which compares the potential pot at the circuit node K with the reference potential GND.
  • the comparator can display the result of this comparison (pot>GND or pot ⁇ GND) to be registered by the control unit 12 as the result signal R in the form of a logical signal with possible values of 0 and 1.
  • the potential detection device 14 could also be designed to measure the voltage between the potentials pot and GND and to output a corresponding analog result signal R.
  • values of the potential pot recorded successively at a plurality of different recording times were used as decisive, with z. B. after the opening of the second switch 18 temporally equidistant detection times can be defined.
  • the integrated circuit arrangement 100 in this example has a control device 20 which generates the mode control signal MOD and (at least in the normal operating mode) the PWM signal PWM and outputs them to the drive device 12 .
  • control device 20 is designed to communicate with external devices via a digital communication bus (eg CAN or LIN bus) (symbolized on the far left in FIG. 1).
  • a digital communication bus eg CAN or LIN bus
  • control device 20 takes into account an externally supplied control signal C (eg control data and/or control commands) for its operation.
  • control signal C eg control data and/or control commands
  • a specification for the mean value Im of the alternating current I to be generated could be transmitted using the control signal C, whereupon the control device 20 generates a suitable or the corresponding PWM signal PWM based on this specification of the value Im and outputs it to the control device 12 .
  • control signal C is used to control activation and deactivation of operation of the sensor connected to circuit arrangement 100, with the operation of the sensor being managed autonomously by control device 20, and with digital sensor measurement data being transmitted during sensor operation via the connected communication bus are provided or sent.
  • the integrated circuit arrangement 100 is provided as a sensor interface module for operating a sensor
  • the specification for the mean value Im made by control device 20 also as a function of a measurement signal M supplied to control device 20, which is generated and output by a further potential detection device 22 and is representative of a voltage measured on current path P in relation to, for example, reference potential GND (or e.g. another potential, e.g. tapped at the sensor).
  • the measurement signal M supplied to the control device 20 can, if the circuit arrangement 100 is used to operate an exhaust gas sensor on an internal combustion engine, e.g. B. be representative of a pumping voltage present in the relevant sensor (and possibly also represent a potential of a Nernst voltage that is generated in the exhaust gas sensor according to the concentration of an exhaust gas component).
  • control device 20 in the normal operating mode, the control device 20 generates digital sensor measurement data from time-dependent (e.g. time-equidistant) registered values of the set mean value "Im" and the temporally associated values of the voltage (signal M) measured by the further potential detection device 22 . If necessary, this data can also be temporarily stored and/or further processed in the control device 20 and is then made available or sent via the communication bus connected to the circuit arrangement 100 .
  • time-dependent e.g. time-equidistant
  • the control device 20 can generate digital sensor measurement data, which contain the aforementioned (e.g. time-equidistantly registered) pairs of values (from values of “Im” and associated values of the signal “M”) for several, in particular all, current paths P.
  • Mode control signal MOD within the circuit arrangement 100 (in the Control device 20) is generated and the circuit arrangement 100 can thus "autonomously" define certain time phases for carrying out the calibration mode, it could also be provided that the mode control signal MOD is transmitted externally (e.g. as part of the control data C) to the circuit arrangement 100.
  • the integrated circuit arrangement 100 could instead have at least one of the potentials V1, V2 internally (from other of externally applied potentials), but otherwise function exactly as described for the example of FIG. 1 using the then differently provided potentials V1, V2.
  • the reference potential GND and one of the first and second supply potentials V1, V2 z. B. the positive supply potential V2 is applied externally to the integrated circuit arrangement and the other of the supply potentials (z. B. the negative supply potential V1) is generated within the circuit arrangement 100 and is thus provided at a corresponding “internal supply node”.
  • FIG. 4 and 5 illustrate two (relatively simple) circuit implementations of a controllable current source that can be used in the invention (e.g. for the current source 10 shown in FIG. 1) (however, other implementations can also be used within the scope of the invention , e.g. using operational amplifiers).
  • FIG. 4 shows a current source having two direct current sources, each of which can be driven, which are each formed by a transistor T1 or T2 and energize a circuit node K with current directions opposite to one another.
  • Each of the transistors T1, T2 forms a controllable current path and at the same time implements the functions “switching” and “setting (of the current intensity I1 or I2)”.
  • Bias currents Ibias1, Ibias2 representing respective bias signals B1, B2 generate here in a current mirror arrangement (T1 to T4) corresponding bias voltages Vbias1, Vbias2, which are applied to a control input (e.g.
  • Fig. 5 shows a current source in which, in contrast to Fig. 4, the two direct current sources each have a “switching transistor” T1, T2, which is controlled by means of the switching signal S1, S2, and arranged in series connection thereto by means of a bias voltage Vbiasl, Vbias2 (bias signals B1, B2 ) controlled “adjustment transistor” Tbiasl, Tbias2.
  • the bias signals B1, B2 output by the drive device 12 can be used to control the bias currents Ibias1, Ibias2 in FIG. 4 or the bias voltages Vbias1, Vbias2 in FIG. 5 (the latter bias voltages Vbias1, Vbias2 could also be generated here, for example via a current mirror arrangement of the type shown in FIG. 4).
  • Such a circuit arrangement 100 can advantageously be used for energizing an external device (e.g. sensor) with a plurality of currents which can be set independently of one another and/or for energizing a number of external devices (e.g. sensors). If a circuit arrangement 100 is equipped with several current sources 10, these several current sources 10 can be designed with "nominal" current intensities I1, I2 that differ from one another, in order to allow the circuit arrangement 100 to be used more universally.
  • V1, V2 supply potentials
  • I2 currents (of the direct current sources)

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine integrierte Schaltungsanordnung (100) mit einer steuerbaren Stromquelle (10) zur Erzeugung eines Wechselstroms (I) mit einstellbarem Mittelwert, wobei die Stromquelle (10) zwei jeweils ansteuerbare Gleichstromquellen (10-1, 10-2) aufweist, die mit zueinander entgegengesetzten Stromrichtungen einen gemeinsamen Schaltungsknoten (K) bestromen, der über einen Strompfad (P) mit einem Ausgangsanschluss (OUT) zur Ausgabe des Wechselstroms (I) verbunden ist. Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, dass in einem Normalbetriebsmodus ein PWM-moduliertes Ein- und Ausschalten der beiden Gleichstromquellen (10-1, 10-2) komplementär zueinander und hierbei ein Einstellen der Stromstärken (I1, I2) der beiden Gleichstromquellen (10-1, 10-2) gemäß einer jeweiligen Vorgabe (B1, B2) erfolgt, und in einem Kalibriermodus ein Unterbrechen des Strompfads (P) und Entladen des Schaltungsknotens (K), dann ein gleichzeitiges Einschalten beider Gleichstromquellen (10-1, 10-2) und Einstellen von deren Stromstärken (I1, I2) gemäß der jeweiligen Vorgabe (B1, B2), und schließlich ein Verändern wenigstens einer der beiden Vorgaben (B1, B2) in Abhängigkeit von einem am Schaltungsknoten (K) erfassten Potential (pot) erfolgt, um die beiden Stromstärken (I1, I2) im Normalbetriebsmodus aneinander anzugleichen. Ferner wird ein entsprechendes Verfahren zum Steuern einer steuerbaren Stromquelle (10) einer integrierten Schaltungsanordnung (100) vorgeschlagen.

Description

Beschreibung
Integrierte Schaltungsanordnung mit einer steuerbaren Stromquelle, sowie Verfahren zum Steuern einer Stromquelle
Die vorliegende Erfindung betrifft eine integrierte Schaltungsanordnung mit wenigstens einer steuerbaren Stromquelle zur Erzeugung eines einstellbaren Stroms. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern einer derartigen Stromquelle sowie eine Verwendung einer derartigen Schaltungsanordnung bzw. eines derartigen Verfahrens.
Aus dem Stand der Technik sind derartige Stromquellen, oftmals als "Charge Pump" bezeichnet, sowie damit ausgestattete integrierte Schaltungsanordnungen in vielfältigen Ausführungen bekannt.
Lediglich beispielhaft sei hierzu verwiesen auf die Veröffentlichungen DE 100 32 248 B4, DE 10 2006 018 236 A1 und US 6,989,698 B2. Darin sind Schaltungsanordnungen mit einer steuerbaren Stromquelle zur Erzeugung eines einstellbaren Stroms beschrieben. Die Stromquelle weist hierfür zwei jeweils ansteuerbare Gleichstromquellen auf, die mit zueinander entgegengesetzten Stromrichtungen einen gemeinsamen Schaltungsknoten bestromen, der mit einem Ausgangsanschluss der Schaltungsanordnung zur Ausgabe des Stroms verbunden ist. Je nachdem, welche der beiden Gleichstromquellen eingeschaltet wird, kann damit wahlweise ein vom Ausgangsanschluss aus der Schaltungsanordnung heraus oder ein über den Ausgangsanschluss in die Schaltungsanordnung hineinfließender Strom erzeugt werden. Im Betrieb der Stromquelle werden die beiden Gleichstromquellen komplementär zueinander mittels jeweiliger Schaltsignale ein- und ausgeschaltet, um eine benötigte Stromrichtung am Ausgangsanschluss vorzusehen, wobei mittels außerdem vorgegebener jeweiliger Biassignale auch die Stromstärke eingestellt werden kann. Die in diesen Veröffentlichungen beschriebenen Schaltungsanordnungen können den einstellbaren Strom mit einer Ausgangsspannung innerhalb eines
Versorgungsspannungsbereiches abgeben. Darüber hinaus sind aus dem Stand der Technik jedoch auch steuerbare Stromquellen bzw. Charge Pumps bekannt, bei denen einstellbare Ströme bei einer höheren als der Versorgungsspannung erzeugt und abgegeben werden können.
Für derartige Stromquellen gibt es vielfältige Anwendungsgebiete. Eine weitverbreitete Anwendung ist beispielsweise die Bestromung eines Regelschleifenfilters in einer Phasenregelschleife ("phase-locked loop", PLL), bei der mittels des von der Stromquelle erzeugten Stroms nach dessen Umsetzung (mittels des Schleifenfilters) in eine Spannung ein spannungsgesteuerter Oszillator angesteuert wird.
Eine andere Anwendung ist die Bestromung eines Sensors, dessen Betrieb eine solche Bestromung mit wenigstens einem Strom (oftmals mit mehreren Strömen) mit möglichst exakt vorgebbarer Stromstärke erfordert.
Ein Beispiel hierfür ist ein an einer Brennkraftmaschine verwendeter Abgassensor zur Messung einer NOx-Konzentration und/oder eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses. Bei derartigen Sensoren dienen elektrische Ströme als sogenannte "Pumpströme" zur Bewerkstelligung von gemäß des Sensorfunktionsprinzips vorgesehenen elektrochemischen Transportvorgängen im Sensor (z. B. "Pumpen" von Sauerstoffionen durch einen Festkörperelektrolyten), wobei für die Genauigkeit des Messergebnisses des Sensors unter anderem eine möglichst exakte E instel Ibarkeit bzw. Kenntnis der Stromstärke des oder der zur Bestromung des Sensors erzeugten Ströme von großer Bedeutung ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neuartigen Weg aufzuzeigen, mit dem bei einer in einer integrierten Schaltungsanordnung ausgebildeten Stromquelle eine möglichst exakte Einstellbarkeit der Stromstärke erzielt werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch eine integrierte Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bzw. ein Verfahren zum Steuern einer steuerbaren Stromquelle einer integrierten Schaltungsanordnung nach Anspruch 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Die erfindungsgemäße integrierte Schaltungsanordnung kann z. B. als eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) realisiert sein und kann neben wenigstens einer steuerbaren Stromquelle je nach Anwendungsfall z. B. noch eine oder mehrere weitere steuerbare Stromquellen und/oder anwendungsspezifische weitere Einrichtungen aufweisen.
Die (wenigstens eine) Stromquelle dient zur Erzeugung eines Wechselstroms mit einstellbarem Mittelwert und weist hierfür zwei jeweils ansteuerbare Gleichstromquellen auf, die mit zueinander entgegengesetzten Stromrichtungen einen gemeinsamen Schaltungsknoten bestromen, der über einen Strompfad mit einem Ausgangsanschluss zur Ausgabe des Wechselstroms verbunden ist. Insofern kann hier auch von einer ansteuerbaren "bipolaren" Stromquelle gesprochen werden.
Falls die Schaltungsanordnung mehrere Stromquellen aufweist, sind dementsprechend mehrere jeweils zugehörige Strompfade und Ausgangsanschlüsse zur Ausgabe der einzelnen Wechselströme mit jeweils einstellbarem Mittelwert vorzusehen. Bei der nachfolgenden Beschreibung wird zunächst auf den (einfachsten) Fall eingegangen, dass die Schaltungsanordnung nur eine Stromquelle aufweist.
Der Begriff "Mittelwert" (des auszugebenden Wechselstroms) ist im Rahmen dieser Beschreibung ohne Beschränkung der Allgemeinheit als vorzeichenbehaftet so zu verstehen, dass ein positiver Mittelwert bedeutet, dass der ausgegebene Wechselstrom im zeitlichen Mittel betrachtet eine positive Stromrichtung besitzt, und dass ein negativer Mittelwert bedeutet, dass der ausgegebene Wechselstrom im zeitlichen Mittel betrachtet eine negative Stromrichtung besitzt.
Die Begriffe "positive Stromrichtung" und "negative Stromrichtung" in Bezug auf den Ausgangsanschluss sind im Rahmen dieser Beschreibung ohne Beschränkung der Allgemeinheit so definiert, dass eine positive Stromrichtung bedeutet, dass der betreffende Strom, sei es ein Momentanstrom oder der im zeitlichen Mittel betrachtet ausgegebene Wechselstrom, über den Ausgangsanschluss in die Schaltungsanordnung hinein fließt, wohingegen eine negative Stromrichtung bedeutet, dass der betreffende Strom über den Ausgangsanschluss aus der Schaltungsanordnung heraus fließt.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weist eine Ansteuereinrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, in einem Normalbetriebsmodus die beiden Gleichstromquellen basierend auf einem der Ansteuereinrichtung zugeführten Pulsweitenmodulation (PWM)-Signal komplementär zueinander PWM-moduliert mittels jeweiliger Schaltsignale ein- und auszuschalten und mittels hierbei von der Ansteuereinrichtung vorgegebener jeweiliger Biassignale (z. B. Biasströme) die Stromstärken der beiden Gleichstromquellen einzustellen.
Das im Normalbetrieb (zur Stromerzeugung und -abgabe) vorgesehene "komplementäre" Schalten bedeutet, dass hierbei immer eine der beiden Gleichstromquellen eingeschaltet wird, während die andere ausgeschaltet wird, und umgekehrt.
Im einfachsten Fall wird von der Ansteuereinrichtung ein dem zugeführten PWM-Signal identisches Schaltsignal zum Ein- und Ausschalten der einen Gleichstromquelle erzeugt und an diese Gleichstromquelle ausgegeben und ein dem invertierten PWM-Signal entsprechendes Schaltsignal zum Ein- und Ausschalten der anderen Gleichstromquelle erzeugt und an diese ausgegeben.
Jede Flanke des PWM-Signals bewirkt ein komplementäres Umschalten der beiden Gleichstromquellen, so dass durch die Vorgabe des PWM-Signals (das entweder innerhalb der integrierten Schaltungsanordnung erzeugt oder extern erzeugt und der integrierten Schaltungsanordnung zugeführt wird) die Frequenz des von der Schaltungsanordnung ausgegebenen Wechselstroms vorgegeben wird. Eine Besonderheit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, dass die Ansteuereinrichtung ferner dazu ausgebildet ist, mittels eines "Kalibriermodus" die beiden Stromstärken, welche von den beiden Gleichstromquellen in deren eingeschalteten Zustand jeweils geliefert werden, aneinander anzugleichen.
Je genauer diese beiden Stromstärken nämlich übereinstimmen, desto genauer wird durch den Tastgrad des der Ansteuereinrichtung zugeführten PWM-Signals (Verhältnis von Pulsdauer zu Periodendauer) der Mittelwert des erzeugten Wechselstroms eingestellt.
Vorteilhaft ermöglicht die erfindungsgemäß vorgesehene Kalibrierbarkeit der Stromquelle somit eine exakte Einstellung des Mittelwerts des ausgegebenen Wechselstroms basierend auf einem entsprechend vorgegebenen PWM-Signal.
Um die Kalibrierung zu ermöglichen, weist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung des Weiteren auf:
- eine Potentialerfassungseinrichtung zum Erfassen eines Potentials am Schaltungsknoten,
- einen im Verlauf des Strompfads angeordneten, von der Ansteuereinrichtung mittels eines ersten Schaltsignals ansteuerbaren ersten Schalter (z. B. Transistor), und
- einen von der Ansteuereinrichtung mittels eines zweiten Schaltsignals ansteuerbaren zweiten Schalter (z. B. Transistor), der einerseits elektrisch mit dem Schaltungsknoten verbunden ist und andererseits mit einem vorgegebenen Referenzpotential beaufschlagt wird, wobei die Ansteuereinrichtung dazu ausgebildet ist, im Kalibriermodus - eine Unterbrechung des Strompfads und eine Entladung des Schaltungsknotens auf das Referenzpotential zu bewirken, indem entsprechende erste und zweite Schaltsignale an die ersten und zweiten Schalter ausgegeben werden,
- dann beide Gleichstromquellen mittels der jeweiligen Schaltsignale gleichzeitig einzuschalten und mittels der vorgegebenen jeweiligen Biassignale deren Stromstärken einzustellen, und schließlich in Abhängigkeit von dem am Schaltungsknoten erfassten Potential die Vorgabe wenigstens eines der beiden Biassignale zu verändern, um damit die beiden Stromstärken im Normalbetriebsmodus aneinander anzugleichen.
Der Begriff "Schaltungsknoten" ist im topologischen Sinne als ein im Design der integrierten Schaltungsanordnung elektrisch leitend zusammenhängender Bereich mit Anbindung an die Gleichstromquellen und den Strompfad zu verstehen.
Der Begriff "Entladung des Schaltungsknoten" trägt dem Umstand Rechnung, dass der den Schaltungsknoten bildende Bereich der Schaltungsanordnung in der Praxis stets eine gewisse Kapazität (z. B. zumindest eine sogenannte parasitäre Kapazität) besitzt.
Die Funktion der erfindungsgemäß vorgesehenen Kalibrierung lässt sich wie folgt beschreiben:
1 . Schritt: Durch die Unterbrechung des Strompfads wird verhindert, dass eine in der Praxis am Ausgangsanschluss angeschlossene externe Einrichtung (z. B. ein Abgassensor) das Potential des Schaltungsknotens beeinflussen kann. Die z. B. gleichzeitig (oder kurz davor oder kurz danach) initiierte Entladung des Schaltungsknotens auf das Referenzpotential resultiert sodann in einem wohldefinierten und stabilen Zustand des Schaltungsknotens (Potential = Referenzpotential). 2. Schritt: Durch das gleichzeitige Einschalten und Einstellen beider
Gleichstromquellen gemäß der "Biasvorgaben" wird sich im Falle einer Ungleichheit der Stromstärken der beiden Gleichstromquellen mehr oder weniger rasch das Potential am Schaltungsknoten entsprechend verändern. Falls das Potential z. B. allmählich "positiver" wird, so ist die Stromstärke der "zum Schaltungsknoten hin" bestromenden Gleichstromquelle größer. Umgekehrt, falls das Potential "negativer" wird, so ist die Stromstärke der "vom Schaltungsknoten weg" bestromenden Gleichstromquelle größer. Beide Fälle sind anhand des von der Potentialerfassungseinrichtung erfassten Potentials erkennbar.
3. Schritt: Durch eine infolge dieser Erkennung geeignet in Abhängigkeit von dem am Schaltungsknoten erfassten Potential durchgeführte Veränderung der Vorgabe wenigstens eines der beiden Biassignale wird schließlich erreicht, dass der Unterschied der besagten Stromstärken verringert und die beiden Stromstärken somit aneinander angeglichen werden. In einer Ausführungsform wird hierfür nur die Vorgabe eines der beiden Biassignale entsprechend verändert.
Im Kalibriermodus ist der Ausgangsanschluss nicht elektrisch mit dem Strompfad verbunden und werden die Gleichstromquellen "anderweitig" benötigt (bei der Durchführung des oben genannten Schritts 2). Der Kalibriermodus kann prinzipiell in irgendeiner "stromlosen" Phase durchgeführt werde, d.h. während keine Bestromung über den Ausgangsanschluss vorgesehen ist.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die integrierte Schaltungsanordnung einen ersten und einen zweiten Versorgungsanschluss zum Anlegen eines ersten bzw. eines zweiten Versorgungspotentials (oder zumindest interne erste und zweite Versorgungsknoten zum Bereitstellen derartiger erster und zweiter Versorgungspotentiale) aufweist, um mit diesen Versorgungspotentialen z. B. sämtliche Einrichtungen der Schaltungsanordnung elektrisch zu versorgen. Der erste Versorgungsanschluss kann über die erste ansteuerbare Gleichstromquelle elektrisch mit dem Schaltungsknoten verbunden sein und der zweite Versorgungsanschluss kann über die zweite ansteuerbare Gleichstromquelle elektrisch mit dem Schaltungsknoten verbunden sein.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die beiden Gleichstromquellen jeweils einen mittels des von der Ansteuereinrichtung vorgegebenen Schaltsignals angesteuerten Transistor (z. B. FET) und in Reihenschaltung dazu angeordnet einen mittels des von der Ansteuereinrichtung vorgegebenen Biassignals angesteuerten Transistor (z. B. FET) aufweisen.
Eine solche, mit einer Spannung versorgte Reihenschaltung von zwei Transistoren (z. B. FETs) kann in diesem Fall einen ansteuerbaren Strompfad bilden, wobei ein Transistor als "Schalttransistor" und der andere Transistor als "Einstelltransistor" fungiert (vgl. z. B. Fig. 5).
Alternativ kann auch z. B. vorgesehen sein, dass die beiden Gleichstromquellen jeweils nur einen einzigen Transistor (z. B. FET) aufweisen bzw. aus einem einzigen Transistor bestehen. Der mit einer Spannung (z. B. Source-Drain-Spannung bei einem FET) versorgte Transistor kann in diesem Fall den besagten ansteuerbaren Strompfad bilden, wobei dieser Transistor gemäß dieser Alternative jedoch gleichzeitig die Funktionen "Schalten" und "Einstellen (der Stromstärke)" der betreffenden Gleichstromquelle realisiert. In der Praxis kann hierfür z. B. seitens der Ansteuereinrichtung vorgesehen sein, dass eine das Biassignal darstellende oder basierend auf dem Biassignal erzeugte Biasspannung über einen mittels des Schaltsignals ein- und ausgeschalteten Transistor (z. B. FET) an einen Steuereingang (z. B. Gate bei einem FET) des erstgenannten Transistors angelegt wird (vgl. z. B. Fig. 4).
Abweichend von derartigen Ausführungsformen sind im Rahmen der Erfindung auch zahlreiche andere schaltungstechnische Implementierungen der Stromquellen möglich (z. B. mit Operationsverstärkern). In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Ansteuereinrichtung dazu ausgebildet ist, im Kalibriermodus in Abhängigkeit von dem am Schaltungsknoten nach Ablauf einer vorbestimmten Verzögerungszeitspanne (z. B. mindestens 0,5 ps und z. B. maximal 100 ps) nach dem Einschalten der beiden Gleichstromquellen erfassten Wert des Potentials die Vorgabe des wenigstens einen der Biassignale zu verändern.
Diese Ausführungsform trägt vor allem dem Umstand Rechnung, dass es im Kalibriermodus je nach Kapazität des Schaltungsknotens und je nach Stromstärke der beiden Gleichstromquellen eine gewisse Zeit dauert, bis eine etwaige (ggf. sehr kleine) Ungleichheit der von den beiden Gleichstromquellen gelieferten Stromstärken zu einer mittels der Potentialerfassung deutlich erkennbaren Änderung des Potentials am Schaltungsknoten führt.
In einer vorteilhaft besonders einfachen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Potentialerfassungseinrichtung als ein Komparator ausgebildet ist, der das Potential am Schaltungsknoten mit dem Referenzpotential vergleicht und ein das Ergebnis dieses Vergleichs repräsentierendes Ergebnissignal an die Ansteuereinrichtung ausgibt.
Anhand des Ergebnissignals kann die Ansteuereinrichtung in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis die Veränderung von wenigstens einer der beiden Vorgaben durchführen, um damit die beiden Stromstärken im Normalbetriebsmodus aneinander anzugleichen.
In einer Ausführungsvariante ist die Ansteuereinrichtung dazu ausgebildet, bei diesem Schritt nur eine der beiden Biasvorgaben zu verändern, und zwar um einen "kleinen Schritt" in der richtigen Richtung (je nach Vergleichsergebnis). Nach mehrmaliger Wiederholung des Kalibriermodus im Betrieb der integrierten Schaltungsanordnung wird sich sodann letztlich ein "kalibrierter Zustand" einstellen, bei dem das vom Komparator an die Ansteuereinrichtung gelieferte Vergleichsergebnis mehr oder weniger alternierend zwischen den beiden möglichen Ergebnissen hin- und herspringt. In einer anderen Ausführungsvariante ist die Ansteuereinrichtung dazu ausgebildet, bei diesem Schritt jeweils beide Biasvorgaben gegengleich um einen "kleinen Schritt" in der jeweils richtigen Richtung zu verändern, um so nach mehrmaliger Wiederholung des Kalibriermodus wieder den "kalibrierten Zustand" zu erreichen.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Potentialerfassungseinrichtung als eine Spannungsmesseinrichtung ausgebildet ist, welche die Differenz zwischen dem Potential am Schaltungsknoten und dem Referenzpotential misst und ein das Ergebnis dieser Spannungsmessung repräsentierendes Ergebnissignal an die Ansteuereinrichtung ausgibt.
In einer Ausführungsvariante ist die Ansteuereinrichtung dazu ausgebildet, bei diesem Schritt eine der Biasvorgaben (alternativ: beide Biasvorgaben jeweils) um ein Ausmaß in der richtigen Richtung (je nach Vorzeichen der gemessenen Spannung) zu verändern, das betragsmäßig umso größer ist, je größer betragsmäßig die gemessene Spannung ist. Damit kann vorteilhaft z. B. rascher bzw. nach weniger Durchführungen des Kalibriermodus der "kalibrierte Zustand" der Stromquelle erreicht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die integrierte Schaltungsanordnung einen ersten und einen zweiten Versorgungsanschluss zum Anlegen eines ersten bzw. eines zweiten Versorgungspotentials auf, wobei das vorgegebenes Referenzpotential wenigstens annähernd in der Mitte zwischen den beiden Versorgungspotentialen liegt (Beispiel: erstes Versorgungspotential = -5V; zweites Versorgungspotential = +5V; Referenzpotential = 0V).
Im Rahmen der Erfindung kann z. B. vorgesehen sein, dass das Referenzpotential innerhalb der integrierten Schaltungsanordnung aus den von extern angelegten ersten und zweiten Versorgungspotentialen erzeugt und somit zur Verwendung bereitgestellt wird. Abweichend davon kann jedoch z. B. vorgesehen sein, dass das Referenzpotential ebenso wie die ersten und zweiten Versorgungspotentiale von extern an der integrierten Schaltungsanordnung angelegt wird und in dieser Weise in der integrierten Schaltungsanordnung verwendet werden kann.
Auch kann im Rahmen der Erfindung z. B. vorgesehen sein, dass das Referenzpotential (z. B. Massepotential) sowie z. B. eines der ersten und zweiten Versorgungspotentiale, z. B. ein positives Versorgungspotential, von extern an der integrierten Schaltungsanordnung angelegt wird und das andere dieser beiden Versorgungspotentiale, z. B. ein negatives Versorgungspotential, innerhalb der integrierten Schaltungsanordnung erzeugt wird.
Vor diesem Hintergrund ist anzumerken, dass für sämtliche hier beschriebene Ausführungsformen, bei welchen die integrierte Schaltungsanordnung "einen ersten und einen zweiten Versorgungsanschluss zum Anlegen eines ersten bzw. eines zweiten Versorgungspotentials" aufweist, auch eine jeweils modifizierte Ausführungsform im Rahmen der Erfindung liegt, bei welchen die integrierte Schaltungsanordnung stattdessen z. B. "einen ersten und einen zweiten Versorgungsknoten zum Bereitstellen eines ersten bzw. eines zweiten Versorgungspotentials" aufweist. Dies trägt dem vorstehend erläuterten Umstand Rechnung, dass für jedes zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erforderliche und somit bereitzustellende Potential prinzipiell sowohl ein Anlegen von extern als auch eine interne Erzeugung (aus anderen von extern angelegten Potentialen) möglich ist. Abgesehen davon die modifizierten Ausführungsformen dann so aufgebaut sein und so funktionieren, wie die explizit beschriebenen Ausführungsformen.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine ESD-Schutzeinrichtung an einer permanent elektrisch mit dem Ausgangsanschluss verbundenen Stelle des Strompfads vorgesehen ist, wobei eine Replik der ESD-Schutzeinrichtung vorgesehen ist, die im Kalibriermodus elektrisch mit einer Stelle des Strompfads verbunden werden kann, die auch im Kalibriermodus elektrisch mit dem Schaltungsknoten verbunden ist. Der Begriff "ESD-Schutzeinrichtung" bezeichnet eine Einrichtung zum Schutz der integrierten Schaltungsanordnung vor Zerstörung durch große elektrostatische Potentialdifferenzen bzw. hierdurch hervorgerufene Spannungsdurchschläge ("electrostatic discharge", ESD).
Mit dieser Ausführungsform kann vorteilhaft ein ESD-Schutz gegen ein etwaiges elektrostatisches Potential realisiert werden, das ansonsten über den Ausgangsanschluss zum Strompfad innerhalb der integrierten Schaltungsanordnung Vordringen würde. Gleichzeitig kann mit dieser Ausführungsform ein etwaiger Einfluss der ESD-Schutzeinrichtung auf die Stromerzeugung im Normalbetriebsmodus (z. B. durch Leckströme zwischen Strompfad und ESD-Schutzeinrichtung) im Kalibriermodus mittels der im Kalibriermodus "am Strompfad zuschaltbaren Replik" vorteilhaft simuliert werden. Zu bedenken ist hierbei, dass die eigentliche ESD-Schutzeinrichtung durch die im Kalibriermodus vorgesehene Unterbrechung des Strompfads sozusagen "vom Strompfad weggeschaltet" wird.
Die ESD-Schutzeinrichtung kann z. B. zwei in Sperrrichtung orientierte Dioden aufweisen, die einerseits elektrisch mit der betreffenden Stelle des Strompfads und andererseits elektrisch mit jeweils einem der beiden Versorgungsanschlüsse verbunden sind.
In diesem Fall würde die Replik der ESD-Schutzeinrichtung dementsprechend ebenfalls zwei in Sperrrichtung orientierte Dioden aufweisen, die einerseits jeweils "schaltbar" elektrisch mit der betreffenden Stelle des Strompfads verbunden und andererseits z. B. permanent elektrisch mit jeweils einem der beiden Versorgungsanschlüsse verbunden sind. Das Zuschalten und Wegschalten der Replik im Kalibriermodus kann z. B. mittels in Reihe zu den Dioden angeordneten Schalttransistoren realisiert sein.
In einer Ausführungsform weist die integrierte Schaltungsanordnung ferner eine Steuereinrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von wenigstens einem der Steuereinrichtung zugeführten Steuersignal und/oder wenigstens einem der Steuereinrichtung zugeführten Messsignal eine Vorgabe für den Mittelwert des zu erzeugenden Wechselstroms zu bestimmen, und basierend auf der Vorgabe für den Mittelwert ein geeignetes PWM-Signal zu erzeugen und an die Ansteuereinrichtung auszugeben.
In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist die integrierte Schaltungsanordnung als ein Sensorschnittstellenbaustein zum Betreiben wenigstens eines Sensors ausgebildet, beispielsweise eines Abgassensors an einer Brennkraftmaschine (z. B. Ottomotor oder Dieselmotor, z. B. eines Fahrzeuges), wobei ein Anschluss des Sensors an dem Ausgangsanschluss der integrierten Schaltungsanordnung und somit eine Bestromung des Sensors mit dem Wechselstrom mit einstellbarem Mittelwert vorgesehen ist.
Insbesondere in diesem Fall kann es sich bei dem vorerwähnten "Messsignal" z. B. um ein an dem betreffenden Strompfad gemessenes Potential handeln, welches repräsentativ für eine im betreffenden Sensor vorliegende Pumpspannung und/oder Nernst-Spannung ist. Alternativ oder zusätzlich zu einer Berücksichtigung des Messignals bei einer Vorgabe für den Mittelwert des zu erzeugenden Wechselstroms kann das Messignal z. B. auch einen Bestandteil von Sensormessdaten darstellen, die von der integrierten Schaltungsanordnung bereitgestellt bzw. versendet werden (z. B. über einen digitalen Kommunikationsbus). Insbesondere Falle der Verwendung als Sensorschnittstellenbaustein für einen Abgassensor kann die Schaltungsanordnung (z. B. innerhalb der genannten Steuereinrichtung) auch wenigstens eine Regeleinrichtung aufweisen, welche den Mittelwert des zu erzeugenden Wechselstroms basierend auf einer (gleichzeitig oder zuvor) am Sensor abgegriffenen Spannung (z. B. Nernst-Spannung) vorgibt. Auch diese Vorgabe als solche, die sich aufgrund der Regelung einstellt, kann einen Bestandteil der von der integrierten Schaltungsanordnung bereitgestellten bzw. versendeten Sensormessdaten darstellen. Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird die eingangs gestellte Aufgabe durch ein Verfahren zum Steuern einer steuerbaren Stromquelle einer integrierten Schaltungsanordnung nach Anspruch 10 gelöst.
Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahren gesteuerte Stromquelle zur Erzeugung eines Wechselstroms mit einstellbarem Mittelwert weist zwei jeweils ansteuerbare Gleichstromquellen auf, die mit zueinander entgegengesetzten Stromrichtungen einen gemeinsamen Schaltungsknoten bestromen, der über einen Strompfad mit einem Ausgangsanschluss zur Ausgabe des Wechselstroms verbunden ist. Die integrierte Schaltungsanordnung weist ferner auf: eine Potentialerfassungseinrichtung zum Erfassen eines Potentials am Schaltungsknoten; einen im Verlauf des Strompfads angeordneten ansteuerbaren ersten Schalter; und einen ansteuerbaren zweiten Schalter, der einerseits elektrisch mit dem Schaltungsknoten verbunden ist und andererseits mit einem vorgegebenen Referenzpotential beaufschlagt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist hierbei folgende Schritte auf:
- in einem Normalbetriebsmodus: PWM-moduliertes Ein- und Ausschalten der beiden Gleichstromquellen komplementär zueinander und hierbei Einstellen der Stromstärken der beiden Gleichstromquellen gemäß einer jeweiligen Vorgabe,
- in einem Kalibriermodus: Unterbrechen des Strompfads durch Öffnen des ersten Schalters und Entladen des Schaltungsknotens auf das Referenzpotential durch Schließen des zweiten Schalters, dann gleichzeitiges Einschalten der beiden Gleichstromquellen mittels der jeweiligen Schaltsignale und Einstellen von deren Stromstärken gemäß der jeweiligen Vorgabe, und schließlich Verändern wenigstens einer der beiden Vorgaben in Abhängigkeit von dem am Schaltungsknoten erfassten Potential, um damit die beiden Stromstärken im Normalbetriebsmodus aneinander anzugleichen. Die für die erfindungsgemäße integrierte Schaltungsanordnung hier beschriebenen Ausführungsformen und besonderen Ausgestaltungen können, einzeln oder in beliebiger Kombination, in analoger Weise auch als Ausführungsformen bzw. besondere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, und umgekehrt.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass im Kalibriermodus wenigstens eines von folgendem vorgesehen ist:
- das Öffnen des ersten Schalters und das Schließen des zweiten Schalters erfolgen gleichzeitig,
- das Einschalten der beiden Gleichstromquellen und ein Öffnen des zweiten Schalters erfolgen gleichzeitig,
- das Öffnen des zweiten Schalters erfolgt nach einer fest vorgegebenen Verzögerungszeitspanne (z. B. mindestens 0,5 ps und z. B. maximal 100 ps) nach dem Schließen des zweiten Schalters,
- die Veränderung der wenigstens einen der beiden Vorgaben hängt maßgeblich von einem oder mehreren Werten des am Schaltungsknoten erfassten Potentials ab, die zu einem bzw. mehreren entsprechenden Erfassungszeitpunkten erfasst werden, wobei jeder Erfassungszeitpunkt um eine jeweils fest vorgegebene Erfassungsverzögerungsspanne nach dem Öffnen des zweiten Schalters vorgesehen ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass im Kalibriermodus die Veränderung der wenigstens einen der beiden Vorgaben maßgeblich von einem einzigen Wert des am Schaltungsknoten erfassten Potentials abhängt, der zu einem Erfassungszeitpunkt erfasst wird, welcher um eine fest vorgegebene Erfassungsverzögerungsspanne nach dem Öffnen des zweiten Schalters vorgesehen ist. In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Veränderung der wenigstens einen der beiden Vorgaben maßgeblich davon abhängt, ob der Wert des am Schaltungsknoten erfassten Potentials größer oder kleiner als das Referenzpotential ist.
Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird eine Verwendung einer integrierten Schaltungsanordnung und/oder eines Verfahren der hier beschriebenen Art für eine Realisierung des Betriebs eines Sensors vorgeschlagen.
Im Rahmen dieser erfindungsgemäßen Verwendung kann es sich bei dem betriebenen Sensor beispielsweise insbesondere um einen Abgassensor an einer Brennkraftmaschine handeln, insbesondere einen Sensor zur Messung einer NOx-Konzentration und/oder eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer integrierten Schaltungsanordnung mit wenigstens einer steuerbaren Stromquelle gemäß eines Ausführungsbeispiels,
Fig. 2 eine Darstellung von beispielhaften zeitlichen Verläufen verschiedener Signale sowie eines ausgegebenen Stroms in einem Normalbetriebsmodus der in Fig. 1 gezeigten Stromquelle,
Fig. 3 eine Darstellung von beispielhaften zeitlichen Verläufen verschiedener Signale und Ströme in einem Kalibriermodus der in Fig. 1 gezeigten Stromquelle,
Fig. 4 eine Darstellung zur Veranschaulichung einer schaltungstechnischen Implementierung einer steuerbaren Stromquelle einer integrierten Schaltungsanordnung gemäß eines Ausführungsbeispiels, und Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer integrierten Schaltungsanordnung 100, die in diesem Beispiel als ein anwendungsspezifischer Sensorschnittstellenbaustein (ASIC) ausgebildet und zur Verwendung für einen Betrieb eines (nicht dargestellten) Sensors vorgesehen ist.
Wesentlich ist hierbei, dass der Sensor in seinem Betrieb eine elektrische Bestromung mit wenigstens einem präzise einstellbaren Strom erfordert. Zu diesem Zweck weist die integrierte Schaltungsanordnung 100 einen Ausgangsanschluss OUT auf, an dem in der Verwendungssituation der Sensor angeschlossen und somit mit einem Strom bestromt werden kann.
Die in Fig. 1 dargestellte integrierte Schaltungsanordnung 100 weist eine steuerbare Stromquelle 10 zur Erzeugung eines Wechselstroms I mit einstellbarem Mittelwert Im auf, wobei die Stromquelle 10 zwei jeweils ansteuerbare Gleichstromquellen 10-1 , 10-2 aufweist, die mit zueinander entgegengesetzten Stromrichtungen einen gemeinsamen Schaltungsknoten K bestromen, der über einen Strompfad P mit dem Ausgangsanschluss OUT zur Ausgabe des Wechselstroms I verbunden ist.
Abweichend davon, und in vielen Anwendungsfällen bevorzugt, könnte die integrierte Schaltungsanordnung 100 auch mit mehreren derartigen steuerbaren Stromquellen 10 ausgestattet sein, d.h. zur Erzeugung mehrerer jeweiliger Wechselströme mit jeweils einstellbaren Mittelwerten, wobei der betreffende Sensor dann elektrisch über mehrere an der integrierten Schaltungsanordnung 100 ausgebildete Ausgangsanschlüsse anzuschließen ist. Damit könnte es sich bei dem angeschlossenen Sensor z. B. um einen Abgassensor an einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges handeln, insbesondere einen Sensor zur Messung einer NOx-Konzentration und/oder eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, für dessen Betrieb üblicherweise mehrere "Pumpströme" benötigt werden. Die dargestellte integrierte Schaltungsanordnung 100 weist ferner eine Ansteuereinrichtung 12 auf, die dazu ausgebildet ist, in einem Normalbetriebsmodus (für den Betrieb des Sensors) die beiden Gleichstromquellen 10-1 , 10-2 basierend auf einem der Ansteuereinrichtung 12 zugeführten PWM-Signal PWM komplementär zueinander PWM-moduliert mittels jeweiliger Schaltsignale S1 , S2 ein- und auszuschalten und mittels hierbei von der Ansteuereinrichtung 12 vorgegebener jeweiliger Biassignale B1 , B2 die Stromstärken 11 , I2 der beiden Gleichstromquellen 10-1 , 10-2 einzustellen.
Die Schaltungsanordnung 100 weist einen ersten Versorgungsanschluss K1 zum Anlegen eines ersten (z. B. negativen) Versorgungspotentials V1 und einen zweiten Versorgungsanschluss K2 zum Anlegen eines zweiten (z. B. positiven) Versorgungspotentials V2 auf. Aus den angelegten Versorgungspotentialen V1 , V2 wird (nicht dargestellt) innerhalb der integrierten Schaltungsanordnung 100 außerdem ein Referenzpotential GND erzeugt, das in der Mitte zwischen den Versorgungspotentialen V1 , V2 liegt (Beispiel: V1 = -2,5 V, V2 = +2,5 V, GND = 0V).
Der erste Versorgungsanschluss K1 ist über die erste ansteuerbare Gleichstromquelle 10-1 elektrisch mit dem Schaltungsknoten K verbunden und der zweite Versorgungsanschluss K2 ist über die zweite ansteuerbare Gleichstromquelle 10-2 elektrisch mit dem Schaltungsknoten K verbunden.
Die Schaltungsanordnung 100 weist ferner eine Potentialerfassungseinrichtung 14 auf, mittels welcher im Betrieb ein Potential pot am Schaltungsknoten K erfasst werden kann (z. B. bezogen auf GND).
Die Schaltungsanordnung 100 weist ferner einen im Verlauf des Strompfads P angeordneten, von der Ansteuereinrichtung 12 mittels eines ersten Schaltsignals SU ansteuerbaren ersten Schalter 16 und einen von der Ansteuereinrichtung 12 mittels eines zweiten Schaltsignals SE ansteuerbaren zweiten Schalter 18 auf, der einerseits elektrisch mit dem Schaltungsknoten K verbunden ist und andererseits mit dem vorgegebenen Referenzpotential GND (hier z. B. 0V) beaufschlagt wird. Die in Fig. 1 der Einfachheit der Darstellung halber als Schalter eingezeichneten ansteuerbaren Schalter 16, 18 können in der Praxis z. B. von jeweils einem Schalttransistor (z. B. FET) gebildet sein.
Im vorgenannten "Normalbetriebsmodus" ist der erste Schalter 16 geschlossen und der zweite Schalter 18 geöffnet.
Fig. 2 veranschaulicht den Normalbetriebsmodus anhand eines beispielhaften Verlaufs eines von der Ansteuereinrichtung 12 ausgegebenen PWM-Signals PWM in Abhängigkeit von der Zeit t sowie die im dargestellten Beispiel sich daraus ergebenden Verläufe der Schaltsignale S1 , S2 und des am Ausgangsanschluss OUT bereitgestellten Stroms I.
In Fig. 2 erkennt man beispielhaft ein PWM-Signal PWM mit einer Periodendauer Tpwm. Während jeder Periodendauer Tpwm besitzt das Signal PWM zunächst für eine positive Pulsdauer (nachfolgend kurz "Pulsdauer") Tpos den logischen Wert 1 und sodann für eine negative Pulsdauer Tneg den logischen Wert 0.
Ganz allgemein in vielen Anwendungsfällen der Erfindung vorteilhaft ist eine Periodendauer des PWM-Signals von mindestens 10 ps, insbesondere mindestens 100 ps, und andererseits z. B. maximal 10 ms, insbesondere maximal 5 ms.
Im dargestellten Beispiel (Fig. 2) beträgt ein (momentaner) Tastgrad des Signals PWM, definiert als Verhältnis von Pulsdauer zu Periodendauer, d.h. Tpos / Tpwm, ca. 0,63.
Das Schaltsignal S1 wird von der Ansteuereinrichtung 12 identisch zum zugeführten Signal PWM an die erste Gleichstromquelle 10-1 ausgegeben bzw. weitergeleitet.
Das Schaltsignal S2 wird von der Ansteuereinrichtung 12 als invertierte Version des Signals PWM an die zweite Gleichstromquelle 10-2 ausgegeben. Somit werden die beiden Gleichstromquellen 10-1 , 10-2 basierend auf dem Signal PWM komplementär zueinander ein- und ausgeschaltet. Es sei angenommen, dass die Gleichstromquellen 10-1 , 10-2 jeweils dann eingeschaltet sind, falls (und solange) das zugeordnete Schaltsignal S1 bzw. S2 den logischen Wert 1 besitzt.
Die beiden Gleichstromquellen 10-1 , 10-2 sind identisch zueinander ausgebildet und werden zunächst mit einander entsprechenden Biassignalen B1 , B2 eingestellt, so dass für deren Stromstärken 11 , I2 im "Idealfall" gilt: 11 = I2.
Bezeichnet man diese identische "Nenn"-Stromstärke als Ipeak (= 11 = I2), so gilt im Normalbetriebsmodus demnach für den am Ausgangsanschluss OUT fließenden Strom I im "Idealfall": falls (solange) Gleichstromquelle 10-1 eingeschaltet: I = +lpeak falls (solange) Gleichstromquelle 10-2 eingeschaltet: I = -Ipeak
Damit ergibt sich der in Fig. 2 ersichtliche zeitliche Verlauf des Wechselstroms I, der im Idealfall exakt dem zeitlichen Verlauf des Signals PWM entspricht.
Insbesondere für den hier beispielhaft erwähnten Anwendungsfall der Bestromung eines Abgassensors mit "Pumpströmen" ist im Rahmen der Erfindung oftmals ein nomineller Wert der Stromstärke der beiden Gleichstromquellen (Ipeak) vorteilhaft, der mindestens 1 pA, insbesondere mindestens 2 pA, und andererseits z. B. maximal 50 mA, insbesondere maximal 20 mA beträgt. Falls die Schaltungsanordnung mehrere Stromquellen der hier beschriebenen Art aufweist, so sind diese gemäß einer Ausführungsform der Erfindung deren Werte (Ipeak) nicht alle gleich groß bemessen, sondern wenigstens teilweise verschieden voneinander.
Zurückkommend auf Fig. 2 lassen sich durch eine geeignete Vorgabe des Signals PWM ohne weiteres eine Frequenz als auch der (zeitliche) Mittelwert Im des Stroms I vorgeben: Frequenz des Wechselstroms I = Frequenz des Signals PWM
Mittelwert Im des Wechselstroms I = (2 x Tastgrad - 1 ) x Ipeak
Für den im Beispiel angenommenen Tastgrad von 0,63 ergibt sich somit Im = (2 x 0,63 - 1 ) x Ipeak = 0,26 x Ipeak.
In Kenntnis von "Ipeak" bzw. unter der Voraussetzung von "Ipeak = 11 = I2" kann für jeden auszugebenden Wechselstrom I mit vorgegebener Frequenz und vorgegebenem Mittelwert Im Bereich [-Ipeak, +lpeak] ein geeignetes Signal PWM sehr einfach bestimmt (z. B. berechnet) und der Ansteuereinrichtung 12 zwecks Erzeugung und Ausgabe der Schaltsignale S1 , S2 bereitgestellt werden:
Frequenz des Signals PWM = Frequenz des gewünschten Wechselstroms I Tastgrad des Signals PWM = (Im / Ipeak + 1 ) / 2
In der Praxis besteht jedoch das Problem, dass der oben erwähnte Idealfall, d.h. die Voraussetzung 11 = I2 (= Ipeak), also Gleichheit der beiden Stromstärken 11 und I2 oftmals nicht ausreichend genau durch eine entsprechende technologische Auslegung (mikroelektronisches Design) sichergestellt werden kann und die sich daraus in der Praxis ergebende Ungleichheit der Werte von 11 und I2 ("mismatching") zu entsprechen Ungenauigkeiten bei der Einstellung des auszugebenden Stroms I führt.
Um dieses Problem zu beseitigen, ist bei der Schaltungsanordnung die Durchführung einer Kalibrierung vorgesehen, durch welche etwaig ungleiche Stromstärken 11 , I2 aneinander angeglichen werden, indem hierfür eine oder beide Vorgaben für die Biassignale B1 , B2 geeignet verändert werden.
Zurückkommend auf Fig. 1 kann die Ansteuereinrichtung 12 in diesem Beispiel durch ein zugeführtes Modussteuersignal MOD wahlweise in den Normalbetriebsmodus oder in einen Kalibriermodus versetzt werden. Ein solcher Kalibriermodus kann im Betrieb der Schaltungsanordnung 100 z. B. von Zeit zu Zeit (generell in jeder "stromlosen" Phase möglich) durchgeführt werden. Die Ansteuereinrichtung 12 ist dazu ausgebildet, im Kalibriermodus
- eine Unterbrechung des Strompfads P und eine Entladung des Schaltungsknotens K auf das Referenzpotential GND zu bewirken, indem entsprechende erste und zweite Schaltsignale SU, SE an die ersten und zweiten Schalter 16, 18 ausgegeben werden, so dass der Schalter 16 geöffnet und der Schalter 18 geschlossen wird,
- dann beide Gleichstromquellen 10-1 , 10-2 mittels der jeweiligen Schaltsignale S1 , S2 gleichzeitig einzuschalten und mittels der vorgegebenen jeweiligen Biassignale B1 , B2 deren Stromstärken 11 , I2 einzustellen, und schließlich in Abhängigkeit von dem am Schaltungsknoten K erfassten Potential pot die Vorgabe wenigstens eines der beiden Biassignale B1 , B2 zu verändern, um damit die beiden Stromstärken 11 , I2 im Normalbetriebsmodus aneinander anzugleichen.
Fig. 3 veranschaulicht den Kalibriermodus anhand eines beispielhaften Verlaufs der von der Ansteuereinrichtung 12 ausgegebenen Signale SU, SE, S1 , S2, eines in der Ansteuereinrichtung 12 erzeugten Signals DET sowie die sich ergebenden Verläufe der den Schaltungsknoten K bestromenden Ströme 11 , I2. Im Kalibriermodus werden die Schaltsignale S1 , S2 nicht wie im Normalbetriebsmodus basierend auf dem Signal PWM erzeugt, sondern gemäß eines vorbestimmten "Kalibrieralgorithmus" wie nachfolgend beschrieben.
Zu Beginn des Kalibriermodus, zu einem Zeitpunkt t1 , wechselt das Signal SU von 0 auf 1 , so dass der Schalter 16 geöffnet wird.
Zu einem Zeitpunkt t2, wobei im dargestellten Beispiel t1 = t2 gilt, wechselt das Signal SE von 0 auf 1 , so dass der Schalter 18 geschlossen wird. Damit beginnt die Entladung des Schaltungsknotens K auf das Referenzpotential GND.
Zu einem Zeitpunkt t3, der im Beispiel um eine fest vorgegebene Verzögerungszeitspanne nach tl und t2 liegt, wechselt das Signal SE von 1 zurück auf 0, so dass der Schalter 18 wieder geöffnet wird.
Die Verzögerungszeitspanne ist so gewählt, dass zum Zeitpunkt t3 zuverlässig von einer vollständigen Entladung des Schaltungsknotens K (samt der damit elektrisch verbundenen Teile) ausgegangen werden kann. Es gilt dann pot = GND.
Zu einem Zeitpunkt t-4, wobei im dargestellten Beispiel t4 = t3 gilt, wechseln die Signale S1 und S2 von 0 auf 1 , so dass beide Gleichstromquellen 10-1 , 10-2 gleichzeitig eingeschaltet werden, wobei hierbei die vorgegebenen jeweiligen Biassignale B1 , B2 deren Stromstärken 11 , I2 einstellen.
Daraufhin steigen die Stromstärken 11 , I2, was dazu führt, dass entsprechend einer etwaigen Ungleichheit der (zeitlich integrierten) Stromstärken 11 , I2 der Schaltungsknoten K (Fig. 1 ) sich wieder aufladen wird.
Zu einem Zeitpunkt t5, der im Beispiel um eine fest vorgegebene Verzögerungszeitspanne nach t4 (und folglich auch t1 und t2) liegt, wird in der Ansteuereinrichtung 12 ein Detektionssignal DET kurzzeitig von logisch 0 auf logisch 1 gesetzt, womit t5 als ein "Erfassungszeitpunkt" definiert wird, zu dem ein von der Potentialerfassungseinrichtung 14 als Ergebnis der Erfassung des Potentials pot ausgegebenes Ergebnissignal R von der Ansteuereinrichtung 12 registriert wird.
Die Verzögerungszeitspanne (z. B. mindestens 0,5 ps und z. B. maximal 100 ps) ist so gewählt, dass zum Zeitpunkt t5 auch im Falle einer eher geringfügigen Differenz zwischen den (zeitlich integrierten) Stromstärken 11 ,12 eine deutlich erfassbare Aufladung des Schaltungsknotens K zum Zeitpunkt t5 vorliegt. Zu einem Zeitpunkt t6 wechseln die Signale S1 und S2 von 1 wieder zurück auf 0, so dass beide Gleichstromquellen 10-1 , 10-2 ausgeschaltet werden und die Ströme 11 , I2 zum Erliegen kommen.
Zu einem Zeitpunkt t7, wobei im dargestellten Beispiel t7 = t6 gilt, wechselt das Signal SU von 1 wieder auf 0, so dass der Schalter 16 geschlossen wird.
In Abhängigkeit vom registrierten Ergebnissignal R, welches das am Schaltungsknoten K zum Zeitpunkt t5 erfasste Potential pot repräsentiert, wird die Vorgabe wenigstens eines der beiden Biassignale B1 , B2 so verändert, dass damit eine Angleichung der Stromstärken 11 , I2 erzielt wird, die in einem darauffolgenden Normalbetriebsmodus vorteilhaft zu einer genaueren Einstellung des Mittelwerts Im des Wechselstroms I führt.
In einer besonders einfachen Ausführungsform ist die Potentialerfassungseinrichtung 14 als ein Komparator ausgebildet, der das Potential pot am Schaltungsknoten K mit dem Referenzpotential GND vergleicht. Der Komparator kann das von der Ansteuereinheit 12 zu registrierende Ergebnis dieses Vergleichs (pot > GND oder pot < GND) als das Ergebnissignal R in Form eines logischen Signals mit möglichen Werten von 0 und 1 anzeigen.
Abweichend davon könnte die Potentialerfassungseinrichtung 14 jedoch auch zur Messung der Spannung zwischen den Potentialen pot und GND und zur Ausgabe eines entsprechenden analogen Ergebnissignals R ausgebildet sein.
Ebenfalls abweichend vom dargestellten Beispiel könnte auch vorgesehen sein, als maßgeblich zu mehreren verschiedenen Erfassungszeitpunkten nacheinander erfasste Werte des Potentials pot zu verwenden, wobei z. B. nach dem Öffnen des zweiten Schalters 18 zeitlich äquidistante Erfassungszeitpunkte definiert sein können. Damit könnte vorteilhaft z. B. festgestellt werden, ob das Potential pot in der Zeit zwischen zwei Erfassungszeitpunkten "steigt oder sinkt" (anstelle der Feststellung "pot > GND oder pot < GND" im dargestellten Beispiel). Der Kalibriermodus ist damit abgeschlossen und die Ansteuereinrichtung 12 kann mittels des Modussteuersignals MOD wieder in den Normalbetriebsmodus (oder z. B. in einen "Standbymodus" ohne Stromerzeugung mit S1 = S2 = 0) versetzt werden.
Nochmals zurückkommend auf Fig. 1 weist die integrierte Schaltungsanordnung 100 in diesem Beispiel eine Steuereinrichtung 20 auf, welche das Modussteuersignal MOD sowie (zumindest im Normalbetriebsmodus) das PWM-Signal PWM erzeugt und an die Ansteuereinrichtung 12 ausgibt.
Die Steuereinrichtung 20 ist im dargestellten Beispiel dazu ausgebildet, über einen digitalen Kommunikationsbus (z. B. CAN- oder LIN-Bus) mit externen Einrichtungen zu kommunizieren (in Fig. 1 ganz links symbolisiert).
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung 20 ein von extern zugeführtes Steuersignal C (z. B. Steuerdaten und/oder Steuerbefehle) für deren Betrieb berücksichtigt.
Beispielsweise könnte mittels des Steuersignals C eine Vorgabe für den Mittelwert Im des zu erzeugenden Wechselstroms I übermittelt werden, woraufhin die Steuereinrichtung 20 basierend auf dieser Vorgabe des Werts Im ein geeignetes bzw. das entsprechende PWM-Signal PWM erzeugt und an die Ansteuereinrichtung 12 ausgibt.
Im dargestellten Beispiel wird mittels eines solchen Steuersignals C eine Aktivierung und Deaktivierung eines Betriebs des an der Schaltungsanordnung 100 angeschlossenen Sensors gesteuert, wobei der Betrieb des Sensors autonom durch die Steuereinrichtung 20 bewerkstelligt wird, und wobei während eines Sensorbetriebs digitale Sensormessdaten über den an der Steuereinrichtung 20 angeschlossenen Kommunikationsbus bereitgestellt bzw. versendet werden.
Im dargestellten Beispiel, in dem die integrierte Schaltungsanordnung 100 als ein Sensorschnittstellenbaustein zum Betreiben eines Sensors vorgesehen ist, erfolgt die von der Steuereinrichtung 20 vorgenommene Vorgabe für den Mittelwert Im zusätzlich in Abhängigkeit von einem der Steuereinrichtung 20 zugeführten Messsignal M, welches von einer weiteren Potentialerfassungseinrichtung 22 erzeugt und ausgegeben wird und repräsentativ für eine am Strom pfad P gemessene Spannung in Bezug beispielsweise auf das Referenzpotential GND (oder z. B. eines anderen, z. B. am Sensor abgegriffenen Potentials) ist.
Das der Steuereinrichtung 20 zugeführte Messsignal M (hier: Spannung am Strompfad P) kann im Falle der Verwendung der Schaltungsanordnung 100 zum Betreiben eines Abgassensors an einer Brennkraftmaschine z. B. repräsentativ für eine im betreffenden Sensor vorliegende Pumpspannung sein (und ggf. gleichzeitig auch ein Potential einer Nernst-Spannung darstellen, die im Abgassensor entsprechend der Konzentration einer Abgaskomponente erzeugt wird).
Die Steuereinrichtung 20 erzeugt in diesem Beispiel im Normalbetriebsmodus aus zeitabhängig (z. B. zeitäquidistant) registrierten Werten des eingestellten Mittelwerts "Im" sowie den zeitlich zugehörigen Werten der von der weiteren Potentialerfassungseinrichtung 22 gemessenen Spannung (Signal M) digitale Sensormessdaten. Diese Daten können in der Steuereinrichtung 20 gegebenenfalls noch zwischengespeichert und/oder weiterverarbeitet werden und werden dann über den an der Schaltungsanordnung 100 angeschlossenen Kommunikationsbus bereitgestellt oder versendet.
Analoges kann für den Fall vorgesehen sein, dass die Schaltungsanordnung 100 mehrere Stromquellen 10 und dementsprechend mehrere Strompfade P und Ausgangsanschlüsse OUT aufweist. In diesem Fall kann die Steuereinrichtung 20 digitale Sensormessdaten erzeugen, welche die vorstehend genannten (z. B. zeitäquidistant registrierten) Wertepaare (aus Werten von "Im" und zugehörigen Werten des Signals "M") für mehrere, insbesondere sämtliche Strompfade P beinhalten.
Abweichend von dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel, bei dem das
Modussteuersignal MOD innerhalb der Schaltungsanordnung 100 (in der Steuereinrichtung 20) erzeugt wird und die Schaltungsanordnung 100 somit "autonom" bestimmte zeitlichen Phasen zur Durchführung des Kalibriermodus festlegen kann, könnte auch vorgesehen, dass das Modussteuersignal MOD von extern (z. B. als Bestandteil der Steuerdaten C) zur Schaltungsanordnung 100 übertragen wird.
Abweichend von dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel, bei dem die ersten und zweiten Versorgungsanschlüsse K1 , K2 zum Anlegen der ersten und zweiten Versorgungspotentiale V1 , V2 vorgesehen sind, könnte die integrierte Schaltungsanordnung 100 stattdessen wenigstens eines der Potentiale V1 , V2 intern (aus anderen von extern angelegten Potentialen) erzeugen, jedoch im Übrigen unter Verwendung der dann anders bereitgestellten Potentiale V1 , V2 genauso funktionieren wie für das Beispiel von Fig. 1 beschrieben. Insbesondere könnte z. B. vorgesehen sein, dass das Referenzpotential GND sowie eines der ersten und zweiten Versorgungspotentiale V1 , V2 (z. B. das positive Versorgungspotential V2) von extern an der integrierten Schaltungsanordnung angelegt wird und das andere der Versorgungspotentiale (z. B. das negative Versorgungspotential V1 ) innerhalb der Schaltungsanordnung 100 erzeugt und somit an einem entsprechenden "internen Versorgungsknoten" bereitgestellt wird.
Die Fig. 4 und 5 veranschaulichen zwei (relativ einfache) schaltungstechnische Implementierungen einer steuerbaren Stromquelle, die bei der Erfindung (z. B. für die in Fig. 1 gezeigte Stromquelle 10) eingesetzt werden können (Im Rahmen der Erfindung können jedoch auch andere Implementierungen, z. B. unter Verwendung von Operationsverstärkern, eingesetzt werden).
Fig. 4 zeigt eine Stromquelle aufweisend zwei jeweils ansteuerbare Gleichstromquellen, die jeweils von einem Transistor T1 bzw. T2 gebildet sind und mit zueinander entgegengesetzten Stromrichtungen einen Schaltungsknoten K bestromen. Jeder der Transistoren T1 , T2 bildet einen ansteuerbaren Strompfad und realisiert gleichzeitig die Funktionen "Schalten" und "Einstellen (der Stromstärke 11 bzw. I2)". Jeweilige Biassignale B1 , B2 darstellende Biasströme Ibiasl , Ibias2 erzeugen hier in einer Stromspiegelanordnung (T1 bis T4) entsprechende Biasspannungen Vbiasl , Vbias2, die über einen mittels des jeweiligen Schaltsignals S1 , S2 angesteuerten Schalttransistor (in der Figur als Schalter symbolisiert) an einen Steuereingang (z. B. Gate bei einem FET) des jeweiligen Transistors T1 , T2 angelegt werden. Mittels invertierter Schaltsignale S1 *, S2* werden jeweilige weitere Schalttransistoren angesteuert, über welche im ausgeschalteten Zustand des jeweiligen Transistors T1 bzw. T2 deren Potential am Steuereingang (z. B. Gate bei einem FET) entsprechend festgelegt wird.
Fig. 5 zeigt eine Stromquelle, bei der im Unterschied zu Fig. 4 die beiden Gleichstromquellen jeweils einen mittels des Schaltsignals S1 , S2 angesteuerten "Schalttransistor" T1 , T2 und in Reihenschaltung dazu angeordnet einen mittels einer Biassspannung Vbiasl , Vbias2 (Biassignale B1 , B2) angesteuerten "Einstelltransistor" Tbiasl , Tbias2 aufweisen.
Bei Implementierung der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung 100 mit einer Stromquelle der in Fig. 4 oder 5 gezeigten Art können die von der Ansteuereinrichtung 12 ausgegebenen Biassignale B1 , B2 zur Steuerung der Biasströme Ibiasl , Ibias2 in Fig. 4 bzw. der Biasspannungen Vbiasl , Vbias2 in Fig. 5 eingesetzt werden (Letztere Biasspannungen Vbiasl , Vbias2 könnten hierbei z. B. ebenfalls über eine Stromspiegelanordnung der in Fig. 4 gezeigten Art erzeugt werden).
Abweichend von dem in Fig. 1 dargestellten Fall, in dem die Schaltungsanordnung 100 eine einzige Stromquelle 10 aufweist, könnten auch mehrere derartige Stromquellen 10 samt zugehörigen Komponenten wie Strompfade P, Ausgangsanschlüsse OUT, Erfassungseinrichtungen 14 etc. sowie eine gemeinsam genutzte Steuereinrichtung 20 in der Schaltungsanordnung 100 vorhanden sein. Eine derartige Schaltungsanordnung 100 kann vorteilhaft zur Bestromung einer externen Einrichtung (z. B. Sensor) mit mehreren unabhängig voneinander einstellbaren Strömen und/oder Bestromung mehrerer externer Einrichtungen (z. B. Sensoren) verwendet werden. Falls eine Schaltungsanordnung 100 mit mehreren Stromquellen 10 ausgestattet ist, so können zugunsten einer universelleren Einsetzbarkeit der Schaltungsanordnung 100 diese mehreren Stromquellen 10 mit voneinander verschiedenen "Nenn"-Stromstärken 11 , I2 ausgebildet sein.
Bezugszeichenliste
100 Integrierte Schaltungsanordnung
K1 , K2 Versorgungsanschlüsse
V1 , V2 Versorgungspotentiale
GND Referenzpotential
10 steuerbare Stromquelle
I Wechselstrom
Im Mittelwert (des Wechselstroms I)
P Strom pfad
OUT Ausgangsanschluss
10-1 erste Gleichstromquelle
10-2 zweite Gleichstromquelle
K Schaltungsknoten pot Potential (am Schaltungsknoten)
12 Ansteuereinrichtung
S1 , S2 Schaltsignale
B1 , B2 Biassignale
11 , I2 Stromstärken (der Gleichstromquellen)
16 erster Schalter
SU erstes Schaltsignal
18 zweiter Schalter
SE zweites Schaltsignal
C Steuersignal
20 Steuereinrichtung
MOD Modussteuersignal
PWM PWM-Signal
14 Potentialerfassungseinrichtung
R Ergebnissignal
22 weitere Potentialerfassungseinrichtung
M Messsignal

Claims

Patentansprüche
1. Integrierte Schaltungsanordnung (100) mit wenigstens einer steuerbaren Stromquelle (10) zur Erzeugung eines Wechselstroms (I) mit einstellbarem Mittelwert (Im), wobei die Stromquelle (10) zwei jeweils ansteuerbare Gleichstromquellen (10-1 , 10-2) aufweist, die mit zueinander entgegengesetzten Stromrichtungen einen gemeinsamen Schaltungsknoten (K) bestromen, der über einen Strompfad (P) mit einem Ausgangsanschluss (OUT) zur Ausgabe des Wechselstroms (I) verbunden ist, mit einer Ansteuereinrichtung (12), die dazu ausgebildet ist, in einem Normalbetriebsmodus die beiden Gleichstromquellen (10-1 , 10-2) basierend auf einem der Ansteuereinrichtung (12) zugeführten PWM-Signal (PWM) komplementär zueinander PWM-moduliert mittels jeweiliger Schaltsignale (S1 , S2) ein- und auszuschalten und mittels hierbei von der Ansteuereinrichtung (12) vorgegebener jeweiliger Biassignale (B1 , B2) die Stromstärken (11 , I2) der beiden Gleichstromquellen (10-1 , 10-2) einzustellen, mit einer Potentialerfassungseinrichtung (14) zum Erfassen des Potentials (pot) am Schaltungsknoten (K), mit einem im Verlauf des Strompfads (P) angeordneten, von der Ansteuereinrichtung (12) mittels eines ersten Schaltsignals (SU) ansteuerbaren ersten Schalter (16), und mit einem von der Ansteuereinrichtung (12) mittels eines zweiten Schaltsignals (SE) ansteuerbaren zweiten Schalter (18), der einerseits elektrisch mit dem Schaltungsknoten (K) verbunden ist und andererseits mit einem vorgegebenen Referenzpotential (GND) beaufschlagt wird, wobei die Ansteuereinrichtung (12) ferner dazu ausgebildet ist, in einem Kalibriermodus - eine Unterbrechung des Strompfads (P) und eine Entladung des Schaltungsknotens (K) auf das Referenzpotential (GND) zu bewirken, indem entsprechende erste und zweite Schaltsignale (SU, SE) an die ersten und zweiten Schalter (16, 18) ausgegeben werden,
- dann beide Gleichstromquellen (10-1 , 10-2) mittels der jeweiligen Schaltsignale (S1 , S2) gleichzeitig einzuschalten und mittels der vorgegebenen jeweiligen Biassignale (B1 , B2) deren Stromstärken (11 , I2) einzustellen, und schließlich in Abhängigkeit von dem am Schaltungsknoten (K) erfassten Potential (pot) die Vorgabe wenigstens eines der beiden Biassignale (B1 , B2) zu verändern, um damit die beiden Stromstärken (11 , I2) im Normalbetriebsmodus aneinander anzugleichen.
2. Integrierte Schaltungsanordnung (100) nach Anspruch 1 , aufweisend einen ersten und einen zweiten Versorgungsanschluss (K1 , K2) zum Anlegen eines ersten bzw. eines zweiten Versorgungspotentials (V1 , V2), wobei der erste Versorgungsanschluss (K1 ) über die erste ansteuerbare Gleichstromquelle (10-1 ) elektrisch mit dem Schaltungsknoten (K) verbunden ist und der zweite Versorgungsanschluss (K2) über die zweite ansteuerbare Gleichstromquelle (10-2) elektrisch mit dem Schaltungsknoten (K) verbunden ist.
3. Integrierte Schaltungsanordnung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die beiden Gleichstromquellen (10-1 , 10-2) jeweils einen mittels des Schaltsignals (S1 , S2) angesteuerten Transistor und in Reihenschaltung dazu angeordnet einen mittels des Biassignals (B1 , B2) angesteuerten Transistor aufweisen.
4. Integrierte Schaltungsanordnung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ansteuereinrichtung (12) dazu ausgebildet ist, im Kalibriermodus in Abhängigkeit von dem am Schaltungsknoten (K) nach Ablauf einer vorbestimmten Verzögerungszeitspanne nach dem Einschalten der beiden Gleichstromquellen (10-1 , 10-2) erfassten Wert des Potentials (pot) die Vorgabe des wenigstens einen der Biassignale (B1 , B2) zu verändern.
5. Integrierte Schaltungsanordnung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Potentialerfassungseinrichtung (14) als ein Komparator ausgebildet ist, der das Potential (pot) am Schaltungsknoten (K) mit dem Referenzpotential (GND) vergleicht und ein das Ergebnis dieses Vergleichs repräsentierendes Ergebnissignal (R) an die Ansteuereinrichtung (12) ausgibt.
6. Integrierte Schaltungsanordnung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend einen ersten und einen zweiten Versorgungsanschluss (K1 , K2) zum Anlegen eines ersten bzw. eines zweiten Versorgungspotentials (V1 , V2), wobei das vorgegebenes Referenzpotential (GND) in der Mitte zwischen den beiden Versorgungspotentialen (V1 , V2) liegt.
7. Integrierte Schaltungsanordnung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine ESD-Schutzeinrichtung an einer permanent elektrisch mit dem Ausgangsanschluss (OUT) verbundenen Stelle des Strompfads (P) vorgesehen ist, und wobei eine Replik der ESD-Schutzeinrichtung vorgesehen ist, die im Kalibriermodus elektrisch mit einer Stelle des Strompfads (P) verbunden werden kann, die auch im Kalibriermodus elektrisch mit dem Schaltungsknoten (K) verbunden ist.
8. Integrierte Schaltungsanordnung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Steuereinrichtung (20), die dazu ausgebildet ist,
- in Abhängigkeit von wenigstens einem der Steuereinrichtung (20) zugeführten Steuersignal (C) und/oder wenigstens einem der Steuereinrichtung (20) zugeführten Messsignal (M) eine Vorgabe für den Mittelwert (Im) des zu erzeugenden Wechselstroms (I) zu bestimmen, und basierend auf der Vorgabe für den Mittelwert (Im) ein geeignetes PWM-Signal (PWM) zu erzeugen und an die Ansteuereinrichtung (12) auszugeben.
9. Integrierte Schaltungsanordnung (100) nach Anspruch 8, ausgebildet als ein Sensorschnittstellenbaustein zum Betreiben wenigstens eines Sensors, beispielsweise eines Abgassensors an einer Brennkraftmaschine, wobei ein Anschluss des Sensors an dem Ausgangsanschluss (OUT) der integrierten Schaltungsanordnung (100) und somit eine Bestromung des Sensors mit dem Wechselstrom (I) mit einstellbarem Mittelwert (Im) vorgesehen ist.
10. Verfahren zum Steuern einer steuerbaren Stromquelle (10) einer integrierten Schaltungsanordnung (100), wobei die steuerbare Stromquelle (10) zur Erzeugung eines Wechselstroms (I) mit einstellbarem Mittelwert (Im) vorgesehen ist, und wobei die Stromquelle (10) zwei jeweils ansteuerbare Gleichstromquellen (10-1 , 10-2) aufweist, die mit zueinander entgegengesetzten Stromrichtungen einen gemeinsamen Schaltungsknoten (K) bestromen, der über einen Strompfad (P) mit einem Ausgangsanschluss (OUT) zur Ausgabe des Wechselstroms (I) verbunden ist, wobei die integrierte Schaltungsanordnung (100) ferner aufweist:
- eine Potentialerfassungseinrichtung (14) zum Erfassen des Potentials (pot) am Schaltungsknoten (K),
- einen im Verlauf des Strompfads (P) angeordneten ansteuerbaren ersten Schalter (16), und
- einen ansteuerbaren zweiten Schalter (18), der einerseits elektrisch mit dem Schaltungsknoten (K) verbunden ist und andererseits mit einem vorgegebenen Referenzpotential (GND) beaufschlagt wird, wobei das Verfahren aufweist: - in einem Normalbetriebsmodus: PWM-moduliertes Ein- und Ausschalten der beiden Gleichstromquellen (10-1 , 10-2) komplementär zueinander und hierbei Einstellen der Stromstärken (11 , I2) der beiden Gleichstromquellen (10-1 ,
10-2) gemäß einer jeweiligen Vorgabe (B1 , B2),
- in einem Kalibriermodus: Unterbrechen des Strompfads (P) durch Öffnen des ersten Schalters (16) und Entladen des Schaltungsknotens (K) auf das Referenzpotential (GND) durch Schließen des zweiten Schalters (18), dann gleichzeitiges Einschalten der beiden Gleichstromquellen (10-1 , 10-2) mittels der jeweiligen Schaltsignale (S1 , S2) und Einstellen von deren Stromstärken (11 , I2) gemäß der jeweiligen Vorgabe (B1 , B2), und schließlich Verändern wenigstens einer der beiden Vorgaben (B1 , B2) in Abhängigkeit von dem am Schaltungsknoten (K) erfassten Potential (pot), um damit die beiden Stromstärken (11 , I2) im Normalbetriebsmodus aneinander anzugleichen.
11 . Verfahren nach Anspruch 10, wobei im Kalibriermodus wenigstens eines von folgendem vorgesehen ist:
- das Öffnen des ersten Schalters (16) und das Schließen des zweiten Schalters (18) erfolgen gleichzeitig,
- das Einschalten der beiden Gleichstromquellen (10-1 , 10-2) und ein Öffnen des zweiten Schalters (18) erfolgen gleichzeitig,
- das Öffnen des zweiten Schalters (18) erfolgt nach einer fest vorgegebenen Verzögerungszeitspanne nach dem Schließen des zweiten Schalters (18),
- die Veränderung der wenigstens einen der beiden Vorgaben (B1 , B2) hängt maßgeblich von einem oder mehreren Werten des am Schaltungsknoten (K) erfassten Potentials (pot) ab, die zu einem bzw. mehreren entsprechenden Erfassungszeitpunkten erfasst werden, wobei jeder Erfassungszeitpunkt um eine jeweils fest vorgegebene Erfassungsverzögerungsspanne nach dem Öffnen des zweiten Schalters (18) vorgesehen ist.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 , wobei im Kalibriermodus die Veränderung der wenigstens einen der beiden Vorgaben (B1 , B2) maßgeblich von einem einzigen Wert des am Schaltungsknoten (K) erfassten Potentials (pot) abhängt, der zu einem Erfassungszeitpunkt erfasst wird, welcher um eine fest vorgegebene Erfassungsverzögerungsspanne nach dem Öffnen des zweiten Schalters (18) vorgesehen ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Veränderung der wenigstens einen der beiden Vorgaben (B1 , B2) maßgeblich davon abhängt, ob der Wert des am Schaltungsknoten (K) erfassten Potentials (pot) größer oder kleiner als das Referenzpotential (GND) ist.
14. Verwendung einer integrierten Schaltungsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und/oder eines Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13 für eine Realisierung des Betriebs eines Abgassensors an einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Sensors zur Messung einer NOx-Konzentration und/oder eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses.
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