WO2023051998A1 - Integrated circuit arrangement having a controllable current source, and method for controlling a current source - Google Patents

Integrated circuit arrangement having a controllable current source, and method for controlling a current source Download PDF

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WO2023051998A1 PCT/EP2022/073162 EP2022073162W WO2023051998A1 WO 2023051998 A1 WO2023051998 A1 WO 2023051998A1 EP 2022073162 W EP2022073162 W EP 2022073162W WO 2023051998 A1 WO2023051998 A1 WO 2023051998A1
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potential
circuit arrangement
integrated circuit
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PCT/EP2022/073162
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Volker Pesahl
Andreas HINDEMIT
Konrad Hirsch
Stefan Haimerl
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Vitesco Technologies GmbH
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    • G05F3/16Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/20Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
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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)

Abstract

The invention relates to an integrated circuit arrangement (100) having a controllable current source (10) for producing an AC current (I) having an adjustable mean value, wherein the current source (10) comprises two respectively controllable DC current sources (10-1, 10-2), which use opposite current directions to energize a common circuit node (K) that is connected, via a current path (P), to an output connection (OUT) for outputting the AC current (I). According to the invention, it is proposed that, in a normal operating mode, the two DC current sources (10-1, 10-2) are switched on and off in complementary fashion with respect to one another using PWM modulation and, in the process, the currents (I1, I2) of the two DC current sources (10-1, 10-2) are adjusted in accordance with a respective preset (B1, B2), and, in a calibration mode, the current path (P) is interrupted and the circuit node (K) is discharged, then the two DC current sources (10-1, 10-2) are simultaneously switched on and the currents (I1, I2) thereof are adjusted in accordance with the respective preset (B1, B2), and finally at least one of the two presets (B1, B2) is altered on the basis of a potential (pot) detected at the circuit node (K), in order to align the two currents (I1, I2) with one another in the normal operating mode. A corresponding method for controlling a controllable current source (10) of an integrated circuit arrangement (100) is also proposed.

Description

Beschreibung Description
Integrierte Schaltungsanordnung mit einer steuerbaren Stromquelle, sowie Verfahren zum Steuern einer Stromquelle Integrated circuit arrangement with a controllable current source and method for controlling a current source
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. 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.
Aus dem Stand der Technik sind derartige Stromquellen, oftmals als "Charge Pump" bezeichnet, sowie damit ausgestattete integrierte Schaltungsanordnungen in vielfältigen Ausführungen bekannt. Current sources of this type, often referred to as “charge pumps”, as well as integrated circuit configurations equipped therewith are known in a wide variety of designs from the prior art.
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 einesReference is made to the publications DE 100 32 248 B4, DE 10 2006 018 236 A1 and US Pat. No. 6,989,698 B2, merely by way of example. Circuit arrangements with a controllable current source for generating an adjustable current are described therein. For this purpose, 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. Depending on which of the two direct current sources is switched on, 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. During operation of the current source, 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
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. supply voltage range. In addition, are from the state However, 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.
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. There are many areas of application for such power sources. A widespread application is, for example, the energization of a control loop filter in a phase-locked loop ("phase-locked loop", PLL), in which a voltage-controlled oscillator is controlled by means of the current generated by the current source after its conversion (by means of the loop filter) into a voltage.
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. 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.
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. 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. In such sensors, 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 Ability to adjust or knowledge of the current strength of the current or currents generated for energizing the sensor is of great importance.
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. It is an object of the present invention to show a new way of achieving the most exact possible adjustability of the current strength in a current source formed in an integrated circuit arrangement.
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. According to the present invention, this object is achieved by an integrated circuit arrangement according to claim 1 or a method for controlling a controllable current source of an integrated circuit arrangement according to claim 10 solved. The dependent claims relate to advantageous developments of the invention.
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. 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.
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. 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.
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. If 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. In the following description, the (simplest) case is discussed first, in which the circuit arrangement has only one current source.
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. The term "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.
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. The terms "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.
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. 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.
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. The "complementary" switching provided for in normal operation (for power generation and delivery) means that one of the two direct current sources is always switched on while the other is switched off, and vice versa.
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. In the simplest case, 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.
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. 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. A special feature of the circuit arrangement according to the invention is that 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.
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. The more precisely these two current intensities match, the more precisely the mean value of the alternating current generated is set by the duty cycle of the PWM signal supplied to the control device (ratio of pulse duration to period duration).
Vorteilhaft ermöglicht die erfindungsgemäß vorgesehene Kalibrierbarkeit der Stromquelle somit eine exakte Einstellung des Mittelwerts des ausgegebenen Wechselstroms basierend auf einem entsprechend vorgegebenen PWM-Signal. 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.
Um die Kalibrierung zu ermöglichen, weist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung des Weiteren auf: In order to enable the calibration, the circuit arrangement according to the invention also has:
- eine Potentialerfassungseinrichtung zum Erfassen eines Potentials am Schaltungsknoten, - a potential detection device for detecting a potential at the circuit node,
- einen im Verlauf des Strompfads angeordneten, von der Ansteuereinrichtung mittels eines ersten Schaltsignals ansteuerbaren ersten Schalter (z. B. Transistor), und 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, and
- 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, - 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,
- 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. - then switch on both direct current sources at the same time using the respective switching signals and set their current levels using the specified respective bias signals, and finally, depending on the potential detected at the circuit node, change the specification of at least one of the two bias signals in order to align the two current levels in the normal operating mode with one another.
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. The term "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.
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. 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.
Die Funktion der erfindungsgemäß vorgesehenen Kalibrierung lässt sich wie folgt beschreiben: The function of the calibration provided according to the invention can be described as follows:
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 beider1 . Step: 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. the z. B. simultaneously (or shortly before or shortly after) initiated discharge of the circuit node to the reference potential then results in a well-defined and stable state of the circuit node (potential = reference potential). 2nd step: By switching on and setting both at the same time
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. 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.
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. 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.
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 the calibration mode, the output terminal is not electrically connected to the current path and the DC sources are needed "otherwise" (when performing step 2 above). In principle, the calibration mode can be carried out in any "currentless" phase, i.e. while no current is provided via the output connection.
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 one embodiment, it is provided that 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.
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. In one embodiment it is provided that 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.
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). In this case, such a voltage-supplied series connection of two transistors (e.g. FETs) 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).
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). Alternatively, z. B. be provided that the two DC sources each have only a single transistor (z. B. FET) or consist of a single transistor. In this case, the transistor supplied with a voltage (e.g. source-drain voltage in the case of an FET) 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. In practice, 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).
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. Deviating from such embodiments, numerous other circuit implementations of the current sources are also possible within the scope of the invention (eg with operational amplifiers). In one embodiment, it is provided that the 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.
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. 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.
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. In an advantageously particularly simple embodiment, it is provided that 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.
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. On the basis of the result signal, the 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.
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 one embodiment variant, the 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. In another embodiment variant, the 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.
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. Another embodiment provides that 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.
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 one embodiment variant, the 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.
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). In a preferred embodiment, the integrated circuit arrangement has a first and a second supply connection for applying a first and a second supply potential, the specified reference potential being at least approximately in the middle between the two supply potentials (example: first supply potential=−5V; second supply potential = +5V; reference potential = 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. In the context of the invention z. B. it can be provided that 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.
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. Also within the scope of the invention 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.
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. Against this background, it should be noted that for all the embodiments described here, in which the integrated circuit arrangement has "a first and a second supply connection for applying a first and a second supply potential", a modified embodiment in each case also lies within the scope of the invention, in which the integrated circuit arrangement instead z. B. "a first and a second supply node for providing a first and a second supply potential". This takes into account the fact explained above that for each potential required for the operation of a circuit arrangement according to the invention and thus to be provided, both an external application and an internal generation (from other externally applied potentials) are in principle possible. Apart from that, the modified embodiments then have the structure and function of the explicitly described embodiments.
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). In one embodiment it is provided that 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. The term "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.
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. With this embodiment, 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. At the same time, with this embodiment, 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) can be advantageously simulated in calibration mode using the "replica that can be switched on the current path" in calibration mode. It should be noted here that 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.
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. 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.
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 this case, 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.
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 one embodiment, 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.
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. In a further development of this embodiment, 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.
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. In this case in particular, 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. As an alternative or in addition to taking the measurement signal into account when specifying the mean value of the alternating current to be generated, 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). In particular in the case of use as a sensor interface module for an exhaust gas sensor, the circuit arrangement (e.g. 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. According to a further aspect of the present invention, 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.
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. 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.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist hierbei folgende Schritte auf: The method according to the invention has the following steps:
- 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 a normal operating mode: PWM-modulated switching on and off of the two direct current sources complementary to one another and setting the current strengths of the two direct current sources according to a respective specification,
- 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 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. The embodiments and special configurations described here for the integrated circuit arrangement according to the invention can, individually or in any combination, also be provided in an analogous manner as embodiments or special configurations of the method according to the invention, and vice versa.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass im Kalibriermodus wenigstens eines von folgendem vorgesehen ist: In one embodiment of the invention, at least one of the following is provided in the calibration mode:
- das Öffnen des ersten Schalters und das Schließen des zweiten Schalters erfolgen gleichzeitig, - the opening of the first switch and the closing of the second switch occur simultaneously,
- das Einschalten der beiden Gleichstromquellen und ein Öffnen des zweiten Schalters erfolgen gleichzeitig, - the two direct current sources are switched on and the second switch is opened simultaneously,
- 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, - 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,
- 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. - 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.
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. In one embodiment of the invention, it is provided that in the calibration mode 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. In a further development of this embodiment, it is provided that 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.
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. According to a further aspect of the invention, the use of an integrated circuit arrangement and/or a method of the type described here for realizing the operation of a sensor is proposed.
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. Within the scope of this use according to the invention, 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.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar: The invention is described in more detail below using exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. They represent:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer integrierten Schaltungsanordnung mit wenigstens einer steuerbaren Stromquelle gemäß eines Ausführungsbeispiels, 1 shows a block diagram of an integrated circuit arrangement with at least one controllable current source according to an exemplary embodiment,
Fig. 2 eine Darstellung von beispielhaften zeitlichen Verläufen verschiedener Signale sowie eines ausgegebenen Stroms in einem Normalbetriebsmodus der in Fig. 1 gezeigten Stromquelle, 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 eine Darstellung von beispielhaften zeitlichen Verläufen verschiedener Signale und Ströme in einem Kalibriermodus der in Fig. 1 gezeigten Stromquelle, 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 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. 4 shows a representation to illustrate a circuit implementation of a controllable current source of an integrated circuit arrangement according to an embodiment, and FIG. 5 shows a representation corresponding to FIG. 4 according to a further exemplary embodiment.
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. 1 shows an exemplary embodiment of an integrated circuit arrangement 100, which in this example is in the form of an application-specific sensor interface module (ASIC) and is intended for use in operating a sensor (not shown).
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. It is essential here that the sensor requires an electrical current supply with at least one precisely adjustable current during its operation. For this purpose, 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.
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. 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.
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. Deviating from this, and preferred in many applications, 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. This could be the connected sensor z. 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.
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). The circuit arrangement 100 has a first supply connection K1 for applying a first (eg negative) supply potential V1 and a second supply connection K2 for applying a second (eg positive) supply potential V2. From the applied supply potentials V1, V2 (not shown), a reference potential GND is also generated within the integrated circuit arrangement 100, which is in the middle between the supply potentials V1, V2 (example: V1=-2.5 V, V2=+2, 5V, 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. 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.
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). 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).
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. 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).
Im vorgenannten "Normalbetriebsmodus" ist der erste Schalter 16 geschlossen und der zweite Schalter 18 geöffnet. In the aforementioned "normal operating mode" the first switch 16 is closed and the second switch 18 is open.
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. 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.
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. A PWM signal PWM with a period Tpwm can be seen by way of example in FIG. 2 . During each period duration Tpwm, 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.
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. 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. B. a maximum of 10 ms, in particular a maximum of 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. In the example shown (Fig. 2), 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.
Das Schaltsignal S1 wird von der Ansteuereinrichtung 12 identisch zum zugeführten Signal PWM an die erste Gleichstromquelle 10-1 ausgegeben bzw. weitergeleitet. 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.
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. 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.
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. The two direct current sources 10-1, 10-2 are designed identically to one another and are initially set with mutually corresponding bias signals B1, B2, so that the following applies to their current intensities I1, I2 in the “ideal case”: I1=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 If this identical "nominal" current intensity is referred to as Ipeak (= 11 = I2), then in normal operating mode the following applies to the current I flowing at the output connection OUT in the "ideal case": if (as long as) the direct current source 10-1 is switched on: I = +lpeak if (while) DC source 10-2 is on: 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. This results in the time profile of the alternating current I that can be seen in FIG. 2, which ideally corresponds exactly to the time profile of the signal PWM.
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. In particular for the application mentioned here as an example of energizing an exhaust gas sensor with "pump currents", 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.
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 Coming back to Fig. 2, a frequency as well as the (time) mean value Im of the current I can easily be specified by a suitable specification of the signal PWM: Frequency of the alternating current I = frequency of the PWM signal
Mittelwert Im des Wechselstroms I = (2 x Tastgrad - 1 ) x Ipeak Average value Im of the alternating current I = (2 x duty cycle - 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. For the duty cycle of 0.63 assumed in the example, this results in 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: With knowledge of "Ipeak" or under the assumption of "Ipeak = 11 = I2" a suitable PWM signal can be determined very easily for each alternating current I to be output with a specified frequency and a specified mean value in the range [-Ipeak, +lpeak] (e.g. B. calculated) and the control device 12 for the purpose of generating and outputting the switching signals S1, S2 are provided:
Frequenz des Signals PWM = Frequenz des gewünschten Wechselstroms I Tastgrad des Signals PWM = (Im / Ipeak + 1 ) / 2 Frequency of the signal PWM = Frequency of the desired alternating current I Duty cycle of the signal 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. In practice, however, there is the problem that the above-mentioned ideal case, i.e. the requirement 11 = I2 (= Ipeak), i.e. equality of the two currents 11 and I2, often cannot be ensured with sufficient accuracy by a corresponding technological design (microelectronic design) and the resulting in practice inequality of the values of I1 and I2 ("mismatching") leads to inaccuracies in the setting of the current I to be output.
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. In order to eliminate this problem, a calibration is provided in the circuit arrangement, as a result of which any unequal current intensities I1, I2 are matched to one another by suitably changing one or both specifications for the bias signals B1, B2 for this purpose.
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 Coming back to FIG. 1 , in this example the 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. Such 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
- 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, - bring about an interruption of the current path P and a discharge of the circuit node K to the reference potential GND by outputting corresponding first and second switching signals SU, SE to the first and second switches 16, 18, so that the switch 16 opens and the switch 18 is closed,
- 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. - Then switch on both direct current sources 10-1, 10-2 simultaneously by means of the respective switching signals S1, S2 and set their current intensities 11, I2 by means of the predetermined respective bias signals B1, B2, and finally depending on the potential detected at the circuit node K pot the specification to change at least one of the two bias signals B1, B2 in order to align the two current intensities 11, I2 with one another in the normal operating mode.
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. 3 illustrates the calibration mode using 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. In the calibration mode, 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.
Zu Beginn des Kalibriermodus, zu einem Zeitpunkt t1 , wechselt das Signal SU von 0 auf 1 , so dass der Schalter 16 geöffnet wird. At the beginning of the calibration mode, at a point in time t1, the signal SU changes from 0 to 1, so that the switch 16 is opened.
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. At a point in time t2, where t1=t2 applies in the example shown, 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.
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. At a point in time t3, which in the example is a fixed, predefined delay period after t1 and t2, the signal SE changes from 1 back to 0, so that the switch 18 is opened again.
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. The delay period is selected such that at time t3 it can be reliably assumed that the circuit node K (including the parts electrically connected thereto) will be completely discharged. Then pot = GND applies.
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. At a point in time t-4, where t4=t3 applies in the example shown, 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.
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. 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).
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. At a point in time t5, which in the example is a fixed predetermined delay time after t4 (and consequently also t1 and t2), 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.
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. 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. At a point in time t6, 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.
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. At a point in time t7, where t7=t6 applies in the example shown, the signal SU changes from 1 back to 0, so that the switch 16 is closed.
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. Depending on the registered result signal R, which represents the potential pot detected at the circuit node K at time t5, 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.
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. In a particularly simple embodiment, 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.
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. Deviating from this, however, 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.
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. Also deviating from the example shown, it could also be provided that 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. This could be advantageous z. For example, it can be determined whether the potential pot "rises or falls" in the time between two detection times (instead of determining "pot>GND or pot<GND" in the example shown). This completes the calibration mode and the control device 12 can be switched back to the normal operating mode (or eg to a "standby mode" without power generation with S1=S2=0) using the mode control signal MOD.
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. Returning again to FIG. 1 , 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 .
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). In the example shown, the 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).
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung 20 ein von extern zugeführtes Steuersignal C (z. B. Steuerdaten und/oder Steuerbefehle) für deren Betrieb berücksichtigt. In particular, it can be provided that the control device 20 takes into account an externally supplied control signal C (eg control data and/or control commands) for its operation.
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. For example, 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 .
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. In the example shown, such a 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.
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. In the example shown, in which 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).
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). The measurement signal M supplied to the control device 20 (here: voltage on the current path P) 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).
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. In this example, 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 .
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. The same can be provided for the case in which the circuit arrangement 100 has a plurality of current sources 10 and accordingly a plurality of current paths P and output terminals OUT. In this case, 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.
Abweichend von dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel, bei dem dasDeviating from the example shown in Fig. 1, in which the
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. 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.
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. Deviating from the example shown in Fig. 1, in which the first and second supply terminals K1, K2 are provided for applying the first and second supply potentials V1, V2, 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. In particular, e.g. B. be provided that 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”.
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). 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 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. 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. gate of an FET) of the respective transistor T1, T2 via a switching transistor (symbolized as a switch in the figure) controlled by the respective switching signal S1, S2. By means of inverted switching signals S1*, S2*, respective further switching transistors are controlled, via which, when the respective transistor T1 or T2 is switched off, its potential at the control input (e.g. gate in the case of an FET) is determined accordingly.
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. 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.
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). When the circuit arrangement 100 shown in FIG. 1 is implemented with a current source of the type shown in FIG. 4 or 5, 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).
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. Deviating from the case shown in Fig. 1, in which the circuit arrangement 100 has a single current source 10, several such current sources 10 together with associated components such as current paths P, output terminals OUT, detection devices 14 etc. as well as a shared control device 20 could be in the circuit arrangement 100 to be present. 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.
Bezugszeichenliste Reference List
100 Integrierte Schaltungsanordnung 100 integrated circuit arrangement
K1 , K2 Versorgungsanschlüsse K1, K2 supply connections
V1 , V2 Versorgungspotentiale V1, V2 supply potentials
GND Referenzpotential GND reference potential
10 steuerbare Stromquelle 10 controllable power source
I Wechselstrom I alternating current
Im Mittelwert (des Wechselstroms I) In mean value (of alternating current I)
P Strom pfad P current path
OUT Ausgangsanschluss OUT output connector
10-1 erste Gleichstromquelle 10-1 first direct current source
10-2 zweite Gleichstromquelle 10-2 second direct current source
K Schaltungsknoten pot Potential (am Schaltungsknoten) K circuit node pot potential (at the circuit node)
12 Ansteuereinrichtung 12 control device
S1 , S2 Schaltsignale S1, S2 switching signals
B1 , B2 Biassignale B1 , B2 bias signals
11 , I2 Stromstärken (der Gleichstromquellen)11 , I2 currents (of the direct current sources)
16 erster Schalter 16 first switch
SU erstes Schaltsignal SU first switching signal
18 zweiter Schalter 18 second switch
SE zweites Schaltsignal SE second switching signal
C Steuersignal C control signal
20 Steuereinrichtung 20 controller
MOD Modussteuersignal MOD mode control signal
PWM PWM-Signal PWM PWM signal
14 Potentialerfassungseinrichtung 14 potential detection device
R Ergebnissignal R result signal
22 weitere Potentialerfassungseinrichtung22 further potential detection device
M Messsignal M measurement signal

Claims

Patentansprüche patent claims
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, 1. Integrated circuit arrangement (100) with at least one controllable current source (10) for generating an alternating current (I) with an adjustable mean value (Im), the current source (10) having two direct current sources (10-1, 10-2) that can be controlled in each case, which energize a common circuit node (K) with mutually opposite current directions, which is connected via a current path (P) to an output connection (OUT) for outputting the alternating current (I), with a control device (12) which is designed for this purpose, in a Normal operating mode, the two direct current sources (10-1, 10-2) are switched on and off based on a PWM signal (PWM) fed to the control device (12) in a complementary PWM-modulated manner by means of respective switching signals (S1, S2) and by means of the Control device (12) to set the current strengths (11, I2) of the two direct current sources (10-1, 10-2) using predetermined respective bias signals (B1, B2), with a potential detection device (14) for detecting the potential (pot) at the circuit node (K ), with a first switch (16) arranged in the course of the current path (P) that can be controlled by the control device (12) by means of a first switching signal (SU), and with a switch that can be controlled by the control device (12) by means of a second switching signal (SE). second switch (18), which on the one hand is electrically connected to the circuit node (K) and on the other hand has a predetermined reference potential (GND) applied to it, the control device (12) also being designed to be in a calibration mode - bring about an interruption of the current path (P) and a discharge of the circuit node (K) to the reference potential (GND) by outputting corresponding first and second switching signals (SU, SE) to the first and second switches (16, 18),
- 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. - then switch on both direct current sources (10-1, 10-2) simultaneously by means of the respective switching signals (S1, S2) and set their current intensities (11, I2) by means of the predetermined respective bias signals (B1, B2), and finally depending on the at the circuit node (K) detected potential (pot) to change the specification of at least one of the two bias signals (B1, B2) in order to align the two currents (11, I2) in the normal operating mode to each other.
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. 2. Integrated circuit arrangement (100) according to claim 1, having a first and a second supply connection (K1, K2) for applying a first and a second supply potential (V1, V2), wherein the first supply connection (K1) via the first controllable direct current source (10-1) is electrically connected to the circuit node (K) and the second supply connection (K2) is electrically connected to the circuit node (K) via the second controllable direct current source (10-2).
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. 3. Integrated circuit arrangement (100) according to one of the preceding claims, wherein the two direct current sources (10-1, 10-2) each have a transistor which is controlled by means of the switching signal (S1, S2) and arranged in series connection thereto by means of the bias signal (B1, B2) have driven transistor.
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. 4. Integrated circuit arrangement (100) according to any one of the preceding claims, wherein the control device (12) is designed to, in the calibration mode depending on the at the circuit node (K) after expiration a predetermined delay period after switching on the two direct current sources (10-1, 10-2) detected value of the potential (pot) to change the specification of the at least one of the bias signals (B1, B2).
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. 5. Integrated circuit arrangement (100) according to one of the preceding claims, wherein 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) and represents the result of this comparison Outputs result signal (R) to the control device (12).
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. 6. Integrated circuit arrangement (100) according to any one of the preceding claims, having a first and a second supply terminal (K1, K2) for applying a first and a second supply potential (V1, V2), wherein the predetermined reference potential (GND) in the middle between the two supply potentials (V1, V2).
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. 7. Integrated circuit arrangement (100) according to any one of the preceding claims, wherein an ESD protection device is provided at a point of the current path (P) which is permanently electrically connected to the output terminal (OUT), and wherein a replica of the ESD protection device is provided which can be electrically connected to a point of the current path (P) in the calibration mode, which is also electrically connected to the circuit node (K) in the calibration mode.
8. Integrierte Schaltungsanordnung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Steuereinrichtung (20), die dazu ausgebildet ist, 8. Integrated circuit arrangement (100) according to any one of the preceding claims, further comprising a control device (20) which is designed to
- 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. - to determine a specification for the mean value (Im) of the alternating current (I) to be generated as a function of at least one control signal (C) fed to the control device (20) and/or at least one measurement signal (M) fed to the control device (20), and to generate a suitable PWM signal (PWM) based on the specification for the mean value (Im) and to output it to the control device (12).
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. 9. The integrated circuit arrangement (100) as claimed in claim 8, designed as a sensor interface module for operating at least one sensor, for example an exhaust gas sensor on an internal combustion engine, with a connection of the sensor being connected to the output connection (OUT) of the integrated circuit arrangement (100) and thus energizing the Sensor with the alternating current (I) with an adjustable mean value (Im) is provided.
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: 10. A method for controlling a controllable current source (10) of an integrated circuit arrangement (100), the controllable current source (10) for generating an alternating current (I) with an adjustable mean value (Im) being provided, and the current source (10) having two controllable direct current sources (10-1, 10-2) which, with mutually opposite current directions, energize a common circuit node (K) which is connected via a current path (P) to an output connection (OUT) for outputting the alternating current (I), wherein the integrated circuit arrangement (100) also has:
- eine Potentialerfassungseinrichtung (14) zum Erfassen des Potentials (pot) am Schaltungsknoten (K), - a potential detection device (14) for detecting the potential (pot) at the circuit node (K),
- einen im Verlauf des Strompfads (P) angeordneten ansteuerbaren ersten Schalter (16), und - A controllable first switch (16) arranged in the course of the current path (P), and
- 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 ,- a controllable second switch (18), which on the one hand is electrically connected to the circuit node (K) and on the other hand is acted upon by a predetermined reference potential (GND), the method having: - In a normal operating mode: PWM-modulated switching on and off of the two direct current sources (10-1, 10-2) complementary to one another and setting the current strengths (11, I2) of the two direct current sources (10-1,
10-2) gemäß einer jeweiligen Vorgabe (B1 , B2), 10-2) according to a respective specification (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. - In a calibration mode: interrupting the current path (P) by opening the first switch (16) and discharging the circuit node (K) to the reference potential (GND) by closing the second switch (18), then simultaneously switching on the two direct current sources (10- 1, 10-2) by means of the respective switching signals (S1, S2) and setting their current intensities (11, I2) according to the respective specification (B1, B2), and finally changing at least one of the two specifications (B1, B2) as a function from the potential (pot) detected at the circuit node (K) in order to align the two current intensities (11, I2) with one another in the normal operating mode.
11 . Verfahren nach Anspruch 10, wobei im Kalibriermodus wenigstens eines von folgendem vorgesehen ist: 11 . The method of claim 10, wherein in the calibration mode at least one of the following is provided:
- das Öffnen des ersten Schalters (16) und das Schließen des zweiten Schalters (18) erfolgen gleichzeitig, - the opening of the first switch (16) and the closing of the second switch (18) take place simultaneously,
- das Einschalten der beiden Gleichstromquellen (10-1 , 10-2) und ein Öffnen des zweiten Schalters (18) erfolgen gleichzeitig, - the two direct current sources (10-1, 10-2) are switched on and the second switch (18) is opened simultaneously,
- das Öffnen des zweiten Schalters (18) erfolgt nach einer fest vorgegebenen Verzögerungszeitspanne nach dem Schließen des zweiten Schalters (18), - the opening of the second switch (18) takes place after a fixed predetermined delay period after the closing of the second switch (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. - The change in at least one of the two specifications (B1, B2) depends significantly on one or more values of the potential (pot) detected at the circuit node (K), which are detected at one or more corresponding detection times, with each detection time at a fixed predetermined detection delay period is provided after the opening of the second switch (18).
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. 12. The method according to claim 10 or 11, wherein in the calibration mode the change in the at least one of the two specifications (B1, B2) depends significantly on a single value of the potential (pot) detected at the circuit node (K), which is detected at a detection time, which is provided by a fixed predetermined detection delay margin after opening of the second switch (18).
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. 13. The method according to claim 12, wherein the change in the at least one of the two specifications (B1, B2) depends significantly on whether the value of the potential (pot) detected at the circuit node (K) is greater or less than the reference potential (GND).
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. 14. Use of an integrated circuit arrangement (100) according to one of claims 1 to 9 and/or a method according to one of claims 10 to 13 for implementing the operation of an exhaust gas sensor on an internal combustion engine, in particular a sensor for measuring a NOx concentration and/or or an air/fuel ratio.
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