DE69629683T2

DE69629683T2 - Intelligenter linearwinkelpositionssensor

Info

Publication number: DE69629683T2
Application number: DE69629683T
Authority: DE
Inventors: J. Ronald WOLF; Martin James Lynch; Richard John NUSS
Original assignee: American Electronic Components Inc
Current assignee: Continental Automotive Systems Inc
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1996-06-05
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2016-06-06
Also published as: EP0830563B1; DE69629683D1; AU6041096A; WO1996041120A1; EP0830563A1; JP3892038B2; JPH11506836A; JP2006071652A; US5818223A; US5757181A; DE29623568U1; EP0830563A4; DE830563T1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Schaltung zum automatischen Kompensieren von von Stück zu Stück auftretenden Fehlern bei einem Sensor und mit den Merkmalen des Gattungsbegriffs des Anspruchs 1.
Sensoren wie z. B. Winkelpositionssensoren finden bekanntermaßen Verwendung für verschiedenartige Zwecke einschließlich Drosselklappenpositionssensoren zur Bestimmung der Winkelposition einer Drosselklappe in einem Drosselventilgehäuse. Beispiele solcher Sensoren sind veröffentlicht in US 4,893,502 A und US 5,332,965 A . Solche Sensoren dienen allgemein zum Ermitteln der Winkelposition des Drosselklappenventils in dem Drosselventilkörper, um die der Brennkammer eines Verbrennungsmotors zugeführte Brennstoffmenge zu steuern.
Solche Drosselklappenpositionssensoren, wie z. B. die in US 4,893,502 A und US 5,332,956 A dargestellten, sind typischerweise Variationen von Stück zu Stück unterworfen, was es erforderlich macht, jeden einzelnen Sensor entweder seitens des Drosselventilherstellers, wie im Fall von US 4,893,502 A , oder des Sensorherstellers,wie im Fall von US 5,332,965 A , zu eichen. Bei der in US 4,893,502 A offenbarten Ausführungsform ist ein ringförmiger Magnet unmittelbar an dem Drosselklappenschaft angebracht. Ein Magnetwiderstandselement (MRE) ist innerhalb eines modifizierten Drosselventilkörpers angeordnet mit einem festen Luftspalt gegenüber dem ringförmigen Magneten. Eine Verstärkungsschaltung mit variablem Verstärkungsfaktor dient dazu, den Sensor mittels Potentiometer oder variabler Widerstände zu eichen. Wie dem Fachmann bekannt, kann das Aus gangssignal solcher Potentiometer mit der Temperatur oder Zeit variieren. Wegen des verhältnismäßig weiten Arbeitstemperaturbereichs eines solchen Sensors, der in der Umgebung eines Verbrennungsmotors Verwendung findet, driften solche Potentiometer und beeinträchtigen die gesamte Eichung der Einheit. Der in US 5,332,965 A offenbarte Sensor wird mechanisch eingestellt, und deshalb ist die Eichung nicht einer Abdrift unterworfen wie im Fall von US 4,893,502 A . Indessen sind solche mechanischen Einstellungen zeitaufwendig und lästig, was die Gesamtarbeitskosten für die Herstellung des Produkts vergrößert.
Eine elektronische Schaltung wie im Gattungsbegriff des Anspruchs 1 angegeben, ist aus einer jeden der Schriften EP 0 078 592 A2, GB 2 221 039 A und US 4,873,655 A bekannt. In jedem Fall werden die von einem Sensor erhaltenen Ausgangssignale mit vorausgehend gespeicherten Eichwerten für den betreffenden Sensor verglichen, um kompensierte Ausgangssignale zu erhalten. Während jedoch EP 0 078 592 voraussetzt, daß der Sensor praktisch linear ist, erfordern GB 2 221 039 A und US 4,873,655 A eine verhältnismäßig komplizierte Schaltungstechnik einschließlich eines Mikroprozessors sowie eine verhältnismäßig große Menge Speicherplatz. Zusätzlich ist im Falle von US 4,873,655 A , sollte ein Fehler in den gespeicherten Eichwerten auftreten, beispielsweise aufgrund eines Speicherfehlers oder eines Überspannungszustandes, oder ein Fehler aufgrund eines Abdriftens des Sensorausgangssignals über die Zeit, eine komplizierte Reprogrammierung erforderlich, wofür die Sensoranordnung sogar auszubauen und zu ihrem Hersteller zu senden sein mag.
Von daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kompensationsschaltung der im Gattungsbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, die weniger kompliziert und billiger als bekannte solche Schaltungen ist, die ein vergleichbares Ergebnis liefern.
Dies wird gemäß vorliegender Erfindung auf die im Anspruch 1 angegebene Weise erreicht. Davon ausgehend geben die Unteransprüche bevorzugte Ausführungsbeispiele oder Weiterentwicklungen an.
Indem die gespeicherten Eichwerte jeweils ein Empfindlichkeitskorrekturwert und ein Versetzungskompensationswert sind und diese Werte multipliziert bzw. unmittelbar zu den Sensorausgangssignalen hinzuaddiert werden, um so die Empfindlichkeit wie auch die Versetzung des Sensors über einen vorbestimmten Bereich des Sensorausgangssignals zu kompensieren, erfordert die erfindungsgemäße Schaltung wesentlich weniger Komponenten und Speicherplatz als vergleichbare herkömmliche Schaltungen. Des weiteren kann die Sensoranordnung, sollte ein Fehler in den gespeicherten Eichwerten entstehen, an Ort und Stelle leicht wieder geeicht werden, lediglich durch Eingabe eines neuen Versetzungseichwerts und/oder eines neuen Empfindlichkeitseichwertes, und dies kann bei einem jeden lokalen Servicecenter geschehen. Die vorliegende Erfindung kann gewünschtenfalls ohne Verwendung eines Mikroprozessors im Betriebsmodus verwirklicht werden und dementsprechend ohne Erfordernis von A-D- und D-A-Umsetzern.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Schaltung nach der vorliegenden Erfindung im einzelnen beschrieben unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen. Darin ist
1 ein Blockdiagramm einer elektronischen Kompensationsschaltung nach der vorliegenden Erfindung,
2 eine graphische Wiedergabe der Ausgangsspannung eines Winkelpositionssensors in Abhängigkeit von einer Winkelpo sition, wobei ein Sensor mit und ohne die in 1 dargestellte elektronische Schaltung gezeigt ist,
3 ein schematisches Diagramm der in 1 dargestellten elektronischen Schaltung,
4 ein schematisches Diagramm einer Test-Schnittstelle nach der vorliegenden Erfindung,
5 ein Blockdiagramm einer Testeinrichtung zum Bestimmen der Kompensationswerte gemäß vorliegender Erfindung,
6 ein Blockdiagramm einer einen Teil der in 5 gezeigten Testeinrichtung bildenden PC-Schnittstelle,
7 eine Tabelle beispielhafter Werte gemessener und idealer Werte bei einer Mehrzahl vorbestimmter Eichpunkte,
8 eine graphische Darstellung der gemessenen Werte als Funktion von in 7 dargestellten Idealwerten,
9 und 10 jeweils ein Flußdiagramm der Software für die in 5 gezeigte Testeinrichtung (und)
11 – 13 jeweils ein Flußdiagramm von Software für die elektronische Schaltung nach der vorliegenden Erfindung.
Die in den 1 und 3 gezeigte elektronische Schaltung 300 dient zur automatischen Kompensation irgendwelcher Fehler in dem Ausgangssignal aufgrund der Elektronik, von Stück zu Stück auftretenden Variationen des Magneten oder der Temperatur. Die elektronische Schaltung 300 enthält einen elektronischen Speicher 306, wie zum Beispiel einen elektrisch löschbaren Festwertspeicher (EEPROM) zum Speichern vorbestimmter Kompensationswerte für die Kompensation des Sensorausgangssignals. Die Kompensationswerte werden bestimmt durch Vergleichen der Sensorausgangssignale bei vorbestimmten Eichpunkten, wie z. B. Winkeln, mit Idealwerten. Die Abweichung zwischen den aktuellen Werten und den Idealwerten dient zur Bestimmung der Kompensationswerte, wie weiter unten genauer beschrieben. Die Kompensationswerte werden in dem elektronischen Speicher 306 gespeichert und dienen zur automatischen Kompensation des Sensoraus gangssignals. Wie weiter unten genauer beschrieben, erfolgt die Kompensation der Ausgangssignale unter Softwaresteuerung, was eine mechanische Einstellung des Sensors erübrigt und eine automatische Eichung ergibt.
Ein wichtiger Gesichtspunkt der Erfindung besteht darin, daß die elektronische Schaltung 300 es erlaubt, die Kompensationswerte seitens des Sensorherstellers zu bestimmen und in dem Speicher 306 zu speichern. Auf diese Weise setzt der Endverbraucher, wenn die Sensoren einmal zu ihm versandt wurden, diese einfach ein.
Bei derartigen Sensoren treten verschiedene Fehlerquellen auf. Genauer gesagt können solche Sensoren eine Hall-Sonde aufweisen, die typischerweise On-Chip-Operationsverstärker enthält. Solche Operationsverstärker sind häufig Versetzungsfehlern unterworfen, die von Stück zu Stück variieren können. Zusätzlich können von Stück-zu-Stück-Variationen in der magnetischen Flußverteilung der in Verbindung mit derartigen Hall-Sensoren verwendeten Magnete eine Empfindlichkeitseinstellung der Hall-Sonde gegenüber dem Magneten erfordern. Des weiteren sind solche Sensoren auch Fehlern aufgrund einer Temperaturänderung unterworfen.
Die elektronische Schaltung 300 nach der vorliegenden Erfindung kompensiert solche Fehler automatisch und erübrigt so eine mechanische Einstellung. Obgleich die elektronische Schaltung 300 in Verbindung mit einem Winkelpositionssensor erörtert wird, sind die Grundlagen der Erfindung auf praktisch jeden Sensor anwendbar, welcher ein analoges Ausgangssignal liefert.
Weiterhin sind die Prinzipien der vorliegenden Erfindung, obgleich die elektronische Schaltung anhand verschiedener diskreter elektronischer Bauteile erörtert wird, wie unten be schrieben, auch auf andere elektronische Bauteile anwendbar, welche im wesentlichen die gleichen Grundfunktionen erfüllen. Beispielsweise könnte die gesamte oder ein Teil der unten beschriebenen und dargestellten elektronischen Schaltung in die Gestalt einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) gebracht werden. All solche Ausführungsbeispiele sollen innerhalb des breiten Umfangs der Erfindung liegen.
Beziehen wir uns auf 1, so enthält die elektronische Schaltung 300 einen Analog-Digital-Umsetzer (ADC) 302, beispielsweise einen Zwölfbit-Serien-ADC-Modul mit der Bezeichnung LTC 1298, wie er von Linear Technology, Inc. hergestellt wird und im einzelnen in LTC1286/LTC1298 MICROPOWER SAMPLING TWELVE BIT A/D CONVERTERS IN SO-8 PACKAGES von Linear Technology, Inc., Seiten 6–140 bis 6–162, beschrieben ist, die hierbei durch die Bezugnahme in die Offenbarung einbezogen wird. Ein Eingang des ADC 302 ist der Ausgang des Sensors, beispielsweise einer Hall-Sonde. Die Hall-Sonde ist vorzugsweise ein lineares Element, beispielsweise ein Allegro-Modell Nr. 3506, welches ein verhältnismäßig lineares Ausgangssignal über den nützlichen Ausgangsbereich der Hall-Sonde liefert, wie in 2 gezeigt und unten beschrieben. Ein Temperatursensor, beispielsweise ein Thermistor 330 (3) kann gleichfalls an dem AC 302 angebracht sein. Die analogen Temperatur- und Sensorsignale werden durch den ADC 302 digitalisiert unter Steuerung eines Mikrocontrollers 304, beispielsweise eines Motorola-Modells mit der Typenbezeichnung 68HC705J2, HCMOS Microcontroller, wie es im einzelnen in HC05 MC68HC705J2 TECHNICAL DATA von Motorola, Inc., Copyright 1991, beschrieben ist, das hiermit durch Bezugnahme in die Offenbarung einbezogen wird. Der Mikrocontroller 304 vergleicht die digitalisierten Sensorausgangssignale aus dem ADC 302 mit Kompensationswerten aus dem elektronischen Speicher 306, beispielsweise einem Modell Nr. 93C46 CMOS EEPROM von Micro-Chip Technology, Inc., wie es im einzelnen in MICROCHIP 93C06/46 256 BIT/1K 5B CMOS SERIAL EEPROM von MICROCHIP TECHNO-LOGY, INC., COPYRIGHT 1994, beschrieben ist, das hiermit durch Bezugnahme in die Offenbarung einbezogen wird. Die Abweichungen zwischen den aktuellen Werten aus dem ADC 302 und den gespeicherten Kompensationswerten aus dem elektronischen Speicher 306 werden von dem Mikrocontroller 304 dazu verwendet, kompensierte Ausgangswerte zu erzeugen, die auf einen Digital-Analog-Umsetzer (DAC) 308 gegeben werden. Der DAC 308 kann ein Maxim-Modell Nr. MAX539, 12-Bit-DAC sein, wie er im einzelnen im MAXIM 5V, LOW-POWER, VOLTAGE OUTPUT, SERIAL 12-BIT DAC'S MAX531 MAX538/MAX539 von Maxim Integrated Products, Copyright 1994, beschrieben ist, das hiermit durch Bezugnahme in die Offenbarung einbezogen wird. Der CAC 308 wiederum liefert ein kompensiertes analoges Ausgangs-Spannungssignal V_OUT.
Die elektronische Schaltung 300 enthält eine Testschnittstelle 310, die es erlaubt, die Kompensationswerte zu bestimmen, beispielsweise seitens des Sensorherstellers, und sie in den elektronischen Speicher 306 einzuprogrammieren. Die Testschnittstelle 310 ist mit dem Symmetriepunkt (Balance) der elektronischen Schaltung 300 durch zwei Kabel 312 und 314 verbunden. Das Kabel 312 verbindet die Testschnittstelle 310 mit dem Mikrocontroller 304, während das Kabel 314 die Testschnittstelle 310 mit dem elektronischen Speicher 306 verbindet. Die Kabel 312 und 314 erlauben eine Serienkommunikation zwischen der elektronischen Schaltung 300 und der Testschnittstelle 310, um die Kompensationswerte zu bestimmen. Genauer gesagt wird, wie weiter unten noch genauer beschrieben wird, in einem Eichmodus der Winkelpositionssensor an einer vorbestimmten Zahl von Eichpunkten (z. B. Winkelpositionen) getestet. Dann werden die Ausgangssignale aus dem Sensor bei den vorbestimmten Eichpunkten mit den Idealwerten für jeden Punkt verglichen, um die Abweichung der tatsächlichen Werte von den Kompensationswerten festzustellen. Diese Abweichungen dienen zur Bestimmung der Kompensationswerte für einen jeden einzelnen Sensor. Die Kompensationswerte werden der Reihe nach in den elektronischen Speicher 306 einprogrammiert. Sind die Kompensationswerte in den elektronischen Speicher 306 einprogrammiert, so kann die Testschnittstelle 310 von der elektronischen Schaltung 300 abgekuppelt werden.
2 ist eine graphische Darstellung der automatischen Kompensation der elektronischen Schaltung 300. Im einzelnen ist das Ausgangssignal des Sensors als Bruchteil der Versorgungsspannung VS entlang der vertikalen Achse als Funktion eines beispielhaften Winkel-Arbeitsbereichs, beispielsweise 90°, aufgetragen. Die Kurve 316 stellt das Ausgangssignal des Sensors ohne Kompensation über den beispielhaften Arbeitsbereich des Sensors dar, während die Kurve 318 das Ausgangssignal einer Sensoranordnung wiedergibt, welche die elektronische Schaltung 300 nach der vorliegenden Erfindung enthält. Die Kurve 318 entspricht den Idealwerten.
Obgleich die Ausgangssignalkurve für einen typischen Sensor nicht genau linear ist, wie in 2 dargestellt, kann sie doch Schritt für Schritt durch Linearabschnitte angenähert werden, um die ideale Kurve 318 aufgrund der Sensorwerte entlang der Kurve 316 zu erhalten. Auf diese Weise ist die elektronische Schaltung 300 geeignet, eine automatische Kompensation des Sensorausgangssignals herbeizuführen. Die Bestimmung der Kompensationswerte wird weiter unten im einzelnen beschrieben.
Ein schematisches Schaltbild für die elektronische Schaltung 300 aus 1 ist in 3 dargestellt, während ein schematisches Schaltbild für die Testschnittstelle 310 in 4 wiedergegeben ist. Beziehen wird uns auf 3, so wird von einem Oszillatorschaltkreis 320, beispielsweise einem Keramik-Resonator AVX KYOCERA, KBR-4.00-MKS TR, wie in einem Datenblatt mit dem Titel KBR-MKS SERIES CERAMIC RESONATORS, P14 BY AVX KYOCERA beschrieben, welches hiermit durch Bezugnahme einbezogen wird, ein Oszillatorsignal für den Mikrocontroller 304 bereitgestellt. Der Oszillatorschaltkreis 320 ist mit den Oszillator-Kontaktstiften OSC1 und OSC2 des Mikrocontrollers 304 verbunden, zusammen mit einem parallelgeschalteten Widerstand 322, um einen Parallel-Resonanzschaltkreis zu bilden, zur Lieferung beispielsweise eines 4 MHz-Oszillatorsignals an den Mikrocontroller 304.
Der Mikrocontroller 304 enthält einen 8-Bit-Anschluß PA[7 : 0] und einen 6-Bit-Anschluß PB[5 : 0], wobei alle Bits mit Hilfe von Datenrichtregistern innerhalb des Mikrocontrollers 304 als Eingangs- oder Ausgangsanschlüsse programmierbar sind. An einen Anschluß Bit PC[3] wird ein Eichmodussignal gegeben, das als Eingangs-Bit programmiert wird. Das Eichmodussignal tritt an einer Testeinrichtung 402 (5) in Form der Testschnittstelle 310 (4) auf. Wie weiter unten noch genauer erörtert werden wird, wird das Eichmodussignal dann freigegeben, wenn die Testeinrichtung 402 Verwendung findet, um die in den Speicher 306 einzuschreibenden Kompensationswerte zu bestimmen. Im einzelnen wird der Anschluß PB[3] normalerweise von einem Hochziehwiderstand 324 zwischen dem Anschluß Bit PB[3] und der 5V-Spannungsversorgung VCC des Sensors auf hohes Niveau gezogen. Normalerweise also befindet sich der Eingang Bit PB[3] auf hohem Niveau. Während des Eichmodus zieht das Eichsignal den Anschluß Bit PB[3] nach unten, um den Mikrocontroller 304 wissen zu lassen, daß das System sich im Eichmodus befindet.
Ein "SENSOR IN"-Signal, wie zum Beispiel von einer analogen Hall-Sonde, wird auf einen Kanal CH0 des ADC 304 gegeben, welcher einen Zweikanal-Multiplex-Eingang an den Anschlüssen CH0 und CH1 aufweist. Das Ausgangssignal des Thermistors 330 wird mittels eines Operationsverstärkers 326 und eines damit in Reihe liegenden Widerstandes 328 auf den anderen Kanal, CH1, gegeben. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 326 liegt an dem zweiten Eingang CH1 des ADC 304 an.
Der ADC 302 ist ein Zweikanal-Bauelement und kommuniziert mit dem Mikrocontroller 304 über eine Synchron-Halbduplex-4-Leiter-Serienschnittstelle. Genauer gesagt enthält die Serienschnittstelle ein Taktsignal CLK, ein Chipwählsignal CS, ein digitales Dateneingangssignal DIN und ein digitales Datenausgangssignal DOUT, die auf die Anschlüsse Bit PA[3], Bit PA[1], Bit PA[2] und Bit PA[0] gegeben werden. Die Anschlüsse Bit PA[3], Bit PA[2] und Bit PA[1] sind als Ausgänge ausgelegt, während der Anschluß Bit PA[0] als Eingang ausgelegt ist.
Die Datenübertragung zwischen dem Mikrocontroller 304 und dem ADC 302 wird durch eine abfallende Flanke des Chipwählsignals CS eingeleitet. Das Taktsignal CLK synchronisiert die Datenübertragung in beiden Richtungen. Nach Übergang des Chipwählsignals CS auf niedriges Niveau erwartet der ADC 302 ein Startbit an dem Dateneingabekontakt DIN. Die erste auf den Dateneingabekontakt DIN gegebene logische Eins, nachdem das Chipwählsignal CS auf niedriges Niveau gegangen ist, bildet das Startbit. Die nächsten drei nach dem Startbit aufgegebenen Bits dienen zur Bereitsetzung des ADC für die Auswahl eines der Eingangssignale an den Eingängen CHO und CH1 zur Umwandlung und Spezifizierung, ob das bedeutendste Bit (MSB) oder das unbedeutendste Bit (LSB) zuerst an dem Datenaungabekontakt DOUT ausgegeben wird. Nachdem das Startbit und drei Bereitsetzungsbits auf den Dateneingabekontakt DIN gegeben wurden, beginnt der Umwandlungsvorgang. Alle zusätzlichen auf den Dateneingabekontakt DIN gegebenen Bits werden außer Acht gelassen bis zum nächsten Chipwähl-CS.
Die Datenübertragung zwischen dem Mikrocontroller 304 und der Testschnittstelle 310 wird in gleicher Weise gehandhabt. Im einzelnen finden vier Signale, nämlich ein Datenausgabesignal COMPOUT, ein Dateneingabesignal COMPIN, ein Taktsignal EXCLK und ein Chipwählsignal EPCS Verwendung zur Steuerung der Serienkommunikation zwischen der Testschnittstelle 310 und dem Mikrocontroller 304. Die Signale COMPOUT, EXCLK, EPCS und COMPIN werden von Hochziehwiderständen 328, 330, 332 und 334 auf hohes Niveau gezogen.
Die Signale COMPOUT und COMPIN dienen zur Quittierung und Datenkommunikation zwischen dem Mikrocontroller 304 und der Testschnittstelle 310. Das Signal COMPIN tritt am Anschluß Bit PB[5] des Mikrocontrollers 304 auf, der als Ausgang ausgelegt ist. Das Signal COMPIN dient auch zum Lesen von seriellen Daten von dem Datenausgabekontakt DO, wenn sich das System nicht im Eichmodus befindet. Das Signal COMPOUT von der Testschnittstelle 310 gelangt an den Kontakt Bit PB[4] des Mikrocontrollers 304 und an den Takteingang des Speichers 306. Das Signal COMPOUT dient zum Einschreiben in den Speicher 306 wie auch zum Quittieren bei dem Mikrocontroller 304. Das Chipwählsignal EPCS aus der Testschnittstelle 310 dient dazu, die Übertragung der Umwandlungswerte aus dem ADC 302 zu der Testausrüstung 402 (5) zu gestatten zur Bestimmung der Kompensationswerte, wenn das Chipwählsignal EPCS inaktiviert ist, und dazu, die Kompensationswerte in den Speicher 306 einschreiben zu lassen, wenn das Chipwählsignal EPCS aktiviert ist. Das Taktsignal EXCLK gelangt an den Dateneingabekontakt DI des Speichers 306 und den Anschluß Bit PA[7] des Mikrocontrollers 304, um die Bit-für-Bit-Übertragung des 12-Bit-Ausgangssignals des ADC 302 zu steuern, wenn die Testeinrichtung 402 digitalisierte Sensor- und Thermistorwerte aus dem Mikrocontroller 304 liest, und steuert das Bit-für-Bit-Einschreiben in den Speicher 306. Ein Startbit wird bestimmt, wenn sich der Dateneingabekontakt DI und die Chipwählkontakte CS an dem Speicher 306 das erste Mal in bezug auf den Takteingang CLK auf hohem Niveau befinden.
Wie oben erörtert, werden die Werte aus dem Sensor durch die in dem Speicher 306 gespeicherten Korrekturwerte korrigiert. Die kompensierten Werte werden durch den DAC 308 unter Steuerung seitens des Mikrocontrollers 304 in Analogform umgewandelt. Im einzelnen enthält der DAC 308 einen Chipwählkontakt CS, einen Dateneingabekontakt DI, einen Datenausgabekontakt DOUT und einen Taktkontakt CLK, die von dem Mikrocontroller 304 gesteuert werden. Diese Kontakte sind mit den Anschlußkontakten PA[4], PA[6], PA[5] und PA[0] des Mikrocontrollers 304 verbunden und alle als Ausgänge ausgelegt. Der Datenausgabekontakt DOUT an dem DAC 308 gestattet es den digitalen Daten aus dem DAC 308, von dem Mikrocontroller 304 zurückgelesen zu werden. Das analoge Ausgangssignal des DAC 308 tritt an einem Ausgabekontakt V_OUT auf und gelangt über einen Widerstand 336 zu einem externen Schaltkreis (nicht gezeigt).
An einen Bezugseingang REFIN des DAC 308 wird eine Bezugsspannung geliefert, beispielsweise aus einem Operationsverstärker 338 und einem Paar in Reihe liegender Widerstände 340 und 342, die einen Spannungsteiler bilden. Die Bezugsspannung dient zum Einstellen des vollen Ausgangssignalbereichs des DAC 308.
Zur Sicherstellung einer einwandfreien Arbeitsweise des Mikrocontrollers 304 wird ein Unterbrechungsabfragekontakt IRQ auf hohes Niveau gebracht und im besonderen unmittelbar mit der 5V-Spannungsquelle VCC verbunden, da das System keine Unterbrechungen zu melden hat. Der Mikrocontroller 304 wird über seinen Rückstellkontakt RESET zurückgestellt. Der Kontakt RESET wird normalerweise von einem zwischen der Spannungsquelle VCC und dem Kontakt RESET liegenden Hochziehwiderstand 344 auf hohes Niveau gezogen. Um eine Fehlarbeitsweise des an den Kontakt RESET gelieferten Signals zu verhindern, ist zwischen den Kontakt RESET und Masse ein Kondensator 346 geschaltet. Der Mikrocontroller 304 wird mit Hilfe eines zwischen dem Kontakt RESET und Masse liegenden Druckknopfs 348 rückgestellt. Normalerweise liegt der Kontakt RESET auf hohem Niveau. Wird der Druckknopf RESET 348 betätigt, so wird der Kontakt RESET auf niedriges Niveau gebracht, um dem Mikrocontroller 304 eine erzwungene Rückstellung anzuzeigen. Zur Stabilisierung der Versorgungsspannung für den Mikrocontroller 304 sind zwischen die 5V-Sensorstromquelle VCC und die Sensormasse mehrere Kondensatoren, 350, 352, 354, 356, 358 und 360, geschaltet.
Das schematische Schaltbild für die Testschnittstelle 310 ist in 4 gezeigt. Um zwischen der Testschnittstelle 310 und der elektronischen Schaltung 300 eine elektrische Isolation herzustellen, finden mehrere optische Isolatoren 362, 364, 366, 368, 370 und 372 Verwendung, welche die Verbindungen zwischen der Testschnittstelle 310 und der elektronischen Schaltung 300 isolieren. Die Signale mit dem Zusatz _.TSET geben eine Verbindung mit der Testeinrichtung 402 (5) an, während die Signale mit dem Zusatz _.PCB eine Verbindung mit der elektronischen Schaltung 300 (3) anzeigen.
Ein jeder der optischen Isolatoren 362, 364, 366, 368, 370 und 372 enthält eine Leuchtdiode (LED) und einen Phototransistor. Die Anoden der Leuchtdioden sind mit der Spannungsquelle VCC über Strombegrenzungswiderstände 374, 376, 378, 380, 382 und 384 verbunden. Die Kathode einer jeden Leuchtdiode empfängt das jeweilige Signal, wie weiter unten noch beschrieben wird. Wenn im Betrieb die Signale an den Kathoden der Leuchtdioden auf niedriges Niveau gebracht werden, so senden die Leuchtdioden Licht aus, welches von den Phototransistoren registriert wird. Die Emitter der Phototransistoren liegen an Masse. Die Kollektoren empfangen die verschiedenen Signale, wie oben erörtert. Wie weiter unten noch genauer erörtert wird, werden die Kollekturen normalerweise auf hohes Niveau gezogen, wohingegen sie auf niedriges Niveau gelangen, wenn Licht von den Leuchtdioden wahrgenommen wird. Genauer gesagt wird ein CALIBRATE_TSET-Signal aus der Testschnittstelle 310 auf die Anode der Leuchtdiode gegeben, welche den optischen Isolator 262 bildet. Der Kollektor des Phototransistors empfängt das Eichsignal CALIBRATE, welches, wie oben beschrieben, an den Anschluß PB[3] des Mikrocontrollers 304 gelangt.
Wie oben beschrieben dienen die Signale COMPIN, COMPOUT, EXCLK und EPCS zur Bildung einer Serienkommunikationsschnittstelle zwischen dem Mikrocontroller 304 und der Testeinrichtung 402 aus den 5 und 6. Die Signale COMPOUT_TSET, EXCLK_TSET und EPCS_TSET aus der Testeinrichtung 402 (5) werden auf die Kathoden der die optischen Isolatoren 364, 366 und 368 bildenden Leuchtdioden gegeben. Die Kollektorausgänge der optischen Isolatoren 364, 366, 368 werden mit Hochziehwiderständen 382, 384 und 386 hochgezogen. Wie oben erwähnt, liegen die Emitteranschlüsse der Phototransistoren in Verbindung mit den optischen Isolatoren 364, 366 und 368 an Masse. Auf diese Weise liegen die Kollektoren der optischen Transistoren in Verbindung mit den optischen Isolatoren 364, 366 und 368 bei normalem Betrieb auf hohem Niveau. Gehen die Signale COMPOUT_TSET, EXCLK_TSET und EPCS_TSET auf niedriges Niveau, so gehen auch die Kollektorausgänge der mit den optischen Isolatoren 364, 366 und 368 verbundenen Phototransistoren auf niedriges Niveau. Die Kollektoren der mit den optischen Isolatoren 364, 366 und 368 verbundenen Phototransistoren sind mit einem Paar von in Reihe geschalteten NICHT-Gattern NOT 388, 390, 392, 394, 396 und 398, beispielsweise des Typs 74HC14, verbunden, die als Puffer zum Puffern des Ausgangssignals der optischen Transistoren in Verbindung mit den optischen Isolatoren 364, 366 und 368 dienen.
Um eine Isolation der Testschnittstelle 310 vom Symmetriepunkt (balance) der elektronischen Schaltung 300 zu erreichen, wenn sich das System nicht im Eichmodus befindet, werden die Signale COMPOUT_TSET, EXCLK_TSET, EPCS_TSET und COMPIN_PCB auf ein Vierfach-Dreizustandselement, beispielsweise vom Typ 74C 244, gegeben. Im besonderen wird das vom Ausgang des NICHT-Gatters 390 erhaltene Signal COMPOUT an einen Eingang 1A2 gegeben, während das Signal COMPIN vom Anschluß Bit PB[5] des Mikrocontrollers 304 (3) auf den Eingang 1A4 des Dreizustandselements 400 gegeben wird. Ebenso werden die Signale EXCLK und EPCS von den Ausgängen der NICHT-Gatter 394 und 398 auf die Eingänge 1A3 und 2A1 des Dreizustandselements 400 gegeben.
Das Dreizustandselement 400 ergibt noch eine weitere Isolationsschnittstelle zwischen der Testschnittstelle 310 und der elektronischen Schaltung 300. Im besonderen werden die Signale COMPOUT_PCB, EXCLK_PCB und EPCS_PCB von den Ausgängen 1Y2, 1Y3 und 2Y1 des Dreizustandselements 400 an den Mikrocontroller 304 (3) gegeben, wie oben erörtert. Die Signale EPCS_TSET und COMPIN TSET von den Ausgängen 2Y1 und 1Y4 des Dreizustandselements 400 werden durch die optischen Isolatoren 370 und 372 in gleicher Weise isoliert, wie oben erörtert, und an die Testausrüstung 402 gegeben.
Das Dreizustandselement 400 wird gesteuert durch Pufferbereitsstellungssignale BUFEN1_TSET und BUFEN2_TSET aus der Testeinrichtung 402. Wie weiter unten noch genauer erörtert wird, wird das Dreizustandselement 400 im Eichmodus aktiviert, um die Serienkommunikations-Steuersignale zwischen der Testeinrichtung 402 und der elektronischen Schaltung 300 über die oben erwähnten optischen Isolatorschaltkreise zu verbinden. Bei anderen Zuständen als dem Eichmodus bildet das Dreizustandselement 400 eine elektrische Isolation zwischen der elektronischen Schaltung 300 und der Testschnittstelle 310.
Die Testeinrichtung 402 ist in 5 dargestellt. Sie enthält eine Stromversorgung 404, die eine 5V-Gleichspannung für den Sensor liefert. Die Stromversorgung 404 kann ein Hewlett-Packard-Modell Nr. E3620 A sein. Die Versorgungsspannung wird von einem Dauerübereinstimmungstester (Continuing Conformance Tester) 406, beispielsweise einem solchen mit der Bezeichnung S/N 95015 von Altech Control Systems, überwacht. Der Dauerübereinstimmungstester 406 überwacht die Spannung aus der Spannungsquelle 404, um sicherzustellen, daß sie sich innerhalb geeigneter Grenzen befindet. Wie weiter unten noch beschrieben, enthält der Dauerübereinstimmungstester 406 einen PC 418 und verschiedene Periphergeräte, wie in 6 gezeigt. Im Eichmodus führt der Dauerübereinstimmungstester 406 den Sensor 43 (5) zu vorbestimmten Eichpunkten, hier durch Abfrage eines Absolutpositionscodierers 408, beispielsweise eines solchen mit der Bezeichnung M25G-F1-L8192-G-XD2-CR-E-C25-X-5 von BEI Motion Systems Company, Positions Controls Division. Durch Abfrage des Absolutpositionscodierers 408 ist der Dauerübereinstimmungstester 406 in der Lage, eine Fehlerspannung an eine Motorsteuerung 410, beispielsweise eine solche mit der Bezeichnung SC401-01-T1 von Pacific Scientific Motor & Control Division, zu liefern, die proportional der Abweichung von dem erforderlichen Winkel ist. Die Motorsteuerung 410 treibt einen Servomotor 412, zum Beispiel einen solchen mit der Bezeichnung R21KENT-TS-NS-NV-00 von Pacific Scientific Motor & Control Division. Der Servomotor 412 treibt seinerseits einen Servoantrieb 414, zum Beispiel einen solchen mit der Bezeichnung RH-100-CC-SP von Harmonic Drive Systems, Inc., der wiederum den Sensor 43 zu einem vorbestimmten Eichpunkt bringt. Der Sensor 43 kann in einer Kammer angeordnet werden, in welcher die Temperatur für alle Eichpunkte auf einen vorbestimmten Wert eingestellt wird. Die Kammer 416 kann aus einem Ofen mit der Bezeichnung Versa 10 von Tenney Engineering Inc. bestehen.
Wie oben erwähnt, steuert die Motorsteuerung 410 die Arbeitsweise des Servomotors 412 und über diesen den Servoantrieb 414, um dem Sensor 43 vorbestimmte Eichwinkel zu vermitteln. Eine positive Spannung aus dem Dauerübereinstimmungstester 406 veranlaßt den Servomotor 412, sich im Uhrzeigersinn zu bewegen, während eine negative Spannung dem Servomotor 412 eine Bewegung im Gegenuhrzeigersinn vermittelt. Die Sensorspannung wird bei einem jedem Eichpunkt abgelesen. Nachdem alle diese Eichablesungen erfolgt sind, wird die Abweichung zwischen den an den Eichpunkten gemessenen Werten (d. h. den tatsächlichen Werten) und den Idealwerten für eine jede Sensorposition bestimmt. Dann werden Kompensationswerte in den Speicher 306 eingeschrieben.
Wie oben erwähnt, ist der Dauerübereinstimmungstester 406 mit einem PC, 418 (6), ausgerüstet, der mindestens einen Mikroprozessor des Typs 80486 DX oder einen ähnlichen enthalten sollte. Zusätzlich zu dem PC 418 kann der Dauerübereinstimmungstester 418 ein digitales Voltmeter 420 zum Messen der Spannung des Sensors und der Stromquelle 404 wie auch eine Bedienerschnittstelle enthalten, die eine Tastatur 422 und einen Monitor 424 aufweist. Des weiteren kann der Dauerübereinstimmungstester 406 ein Bandsicherungssystem 426 und einen Drucker 428 ebenso wie eine Anzeigetafel 430 zur Lieferung einer Anzeige des Zustands des Systems enthalten.
Wie oben erwähnt ist die in 5 gezeigte Testeinrichtung 402 über die Testschnittstelle 310 mit der elektronischen Schaltung 300 verbunden. Wie unten noch genauer beschrieben wird, dient die den PC 418 als Teil des Dauerübereinstimmungstesters 406 enthaltende Testausrüstung 402 dazu, mit dem Mikrocontroller 304 zu kommunizieren, um die Kompensationswerte für den Sensor über einen vorbestimmten Arbeitsbereich zu bestimmen. Die Softwaresteuerung für den PC 418 ist in den 9 und 10 dargestellt.
Ein Schlüsselaspekt der Erfindung ist das Verfahren zur Bestimmung der Eichwerte. Wie oben erwähnt, bringt die Testeinrichtung 402 den Sensor 43 zu verschiedenen vorbestimmten Eichpunkten und bestimmt bei jedem dieser Punkte den Sensorausgangswert. Diese bei einer vorbestimmten Temperatur, beispielsweise 25°C, aufgenommenen Eichpunkte werden nacheinander mit Idealwerten verglichen. Die Abweichung zwischen den tatsächlichen Werten und den Abweichungswerten (müßte wohl heißen: Idealwerten) dient zur Bildung eines Kompensationswerts, der in den Speicher 306 eingeschrieben wird. Das Verfahren zur Bestimmung des Kompensationswerts ist am besten verständlich unter Bezugnahme auf die 7 und B. Im besonderen wird die Ausgangsspannung des Sensors bei einer vorbestimmten Zahl von Eichwinkeln gemessen. Die Eichwinkel wie auch die anderen in 7 und 8 dargestellten Werte sind beispielhaft. Es versteht sich, daß praktisch jede Zahl Eichwinkel und Werte innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegt. Beziehen wir uns zunächst auf 7, so wird die Sensorausgangsspannung bei 8 Eichwinkeln θ₀–θ₇ gemessen, die für Erörterungszwecke beispielsweise zwischen 14,4° und 92,4° gewählt wurden. Die jeweiligen Eichwinkel werden je nach der Verwendung des Sensors variieren. Die Sensorausgangsspannung wird bei jedem der Eichwinkel θ₀–θ₇ gemessen und entlang einer X-Achse aufgetragen, wie in 8 gezeigt. Dann werden die tatsächlichen oder gemessenen Werte mit den Idealwerten für einen jeden der entlang einer Y-Achse nach 8 aufgetragenen Eichwinkel θ₀–θ₇ verglichen.
Wie oben erwähnt wird die Sensorausgangsspannung über den gesamten Arbeitsbereich des Sensors, wie in 2 dargestellt, als linear angenommen. So also wird das Ausgangssignal zwischen den einzelnen Eichwinkeln θ₀–θ₇ als linear angenommen. Damit werden die Kompensationswerte durch Bestimmen der Neigung m und der y-Verlagerung b des Linienabschnitts 432 (25) (müsste wohl heißen: Δ32 (8)) für jeden der Eichwinkel θ₀–θ₇ bestimmt. Die Neigung m und die y-Verlagerung b zwischen den einzelnen Eichwinkeln θ₀–θ₇ wird bestimmt und in den Speicher 306 eingeschrieben, um mittels des analogen Eingangssignals eine automatische Kompensation der gemessenen Werte zu erreichen. Im besonderen mißt das System die tatsächlichen Werte X des Sensorausgangssignals. Da man annimmt, daß die Idealwerte mit den tatsächlichen Werten in linearer Beziehung stehen, werden die tatsächlichen Werte mit der Neigung m multipliziert und wird die y-Verlagerung b hinzuaddiert, um einen Idealwert zu erhalten. Da die Kompensationswerte aus Neigung m und y-Verlagerung b zwischen den einzelnen Eichwinkeln variieren, bestimmt der Mikrocontroller 304 zunächst die spezielle für die Korrektur zu verwendende Neigung m und y-Verlagerung b. Dies geschieht durch Vergleichen der gemessenen Ausgangsspannungen mit den idealen Spannungen zur Bestimmung der für die Korrektur jeweils zu verwendenden Neigung und y-Verlagerung. Nimmt man beispielsweise, unter Bezugnahme auf 7, an, daß von dem Sensor der Wert 1,4 gemessen wurde, so vergleicht das System diesen gemessenen Wert 1,4 mit den Idealwerten und stellt fest, daß der Eichwinkel zwischen 20,4 und 34,8 lag. Unter diesen Umständen finden, da angenommen wird, daß die Kompensationswerte zwischen aufeinanderfolgenden bestimmten Eichwinkeln linear sind, die Neigungskompensationswerte und die y-Verlagerungs-Kompensationswerte in Verbindung mit dem Winkel 20,4 Verwendung. So also wird in einem solchen Beispiel die Spannung von 1,4 (unter Verwendung der in 7 beispielhaft angegebenen Daten) mit dem Wert 1,448 multipliziert. Dann wird von dem betreffenden Wert die y-Verlagerung b von –0,862 subtrahiert, um eine ideale Spannung in diesem Bereich zu erhalten.
In den 9 und 10 ist ein Flußdiagramm für die Testeinrichtung 402, im besonderen den PC 418, zur Bestimmung der Kompensationswerte dargestellt. Ein Flußdiagramm für den Erhalt eines kompensierten Ausgangswerts für den Sensor mittels des Mikrocontrollers 304 ist in den 11 – 13 wiedergegeben. Beziehen wir uns zunächst auf die 9 und 10, so startet das System durch Einstellen des Eichmodus und im besonderen durch Erzeugen eines aktiven Eichsignals niedrigen Niveaus, das beim Schritt 440 auf die Testschnittstelle 310 und im besonderen auf den optischen Isolator 362 gegeben wird. Ist der Eichmodus eingestellt, so veranlaßt die Testeinrichtung 402 eine Quittierung bei dem Mikrocontroller 304. Im besonderen wird beim Schritt 442 das Signal COMPOUT auf niedriges Niveau gebracht und das Dreizustandselement 400 in Bereitschaft gesetzt durch Setzen der BUFEN1_TSET- und BUFEN2_TSET-Signale. Das Signal COMPOUT wird auf den optischen Isolator 364 gegeben und zeigt dem Mikrocontroller 304 an, daß die Testeinrichtung 402 bereit ist, eine Bestimmung der Kompensationswerte in oben beschriebener Weise einzuleiten. Die Aktivierungssignale für das Dreizustandselement 400, BUFEN1_TSET und BUFEN2_TSET werden auf den Kontakt 1G bzw. 2G des Dreizustandselements 400 gegeben. Diese Signale sind aktiv auf niedrigem Niveau, um das Dreizustandselement 400 zu aktivieren. Nachdem das Signal COMPOUT auf niedriges Niveau gebracht und das Dreizustandselement 400 aktiviert wurde, wartet das System im Schritt 444 eine bestimmte Zeitdauer, beispielsweise 10 Millisekunden, um festzustellen, ob der Mikrocontroller 304 bereitsteht. Nach der Zeitdauer von 10 Millisekunden liest das System das Signal COMPIN_TSET vom Ausgang des optischen Isolators 372 als Teil der Quittierung zwischen dem Mikrocontroller 304 und dem PC 418. Wurde das Si gnal COMPIN_TSET nicht auf niedriges Niveau gebracht, so kehrt das System zu Schritt 446 zurück und erwartet eine Quittierung vom Mikrocontroller 304. Wurde das Signal COMPIN_PCB vom Mikrocontroller 304 nach unten gezogen, so wird vom PC 418 am Ausgang des optischen Isolators 372 das Signal COMPIN_TSET gelesen. Befindet sich das Signal COMPIN_TSET auf niedrigem Niveau, so setzt der PC 418 das Signal COMPOUT_TSET im Schritt 448 hoch und wartet eine bestimmte Zeitdauer, beispielsweise 1 Millisekunde. Daraufhin zieht der PC 418 im Schritt 450 das Signal COMPOUT nach unten und wartet 1 Millisekunde. Danach prüft der PC 418 den Zustand des Signals COMPIN aus dem Mikrocontroller 304. Befindet sich das Signal COMPIN auf niedrigem Niveau, so kehrt das System zurück zu Schritt 450. Wurde das Signal COMPIN von dem Mikrocontroller 304, wie im Schritt 452 festgestellt, nach oben gezogen, so setzt der PC 418 im Schritt 454 das Signal COMPOUT hoch, um den Mikrocontroller 304 wissen zu lassen, daß die Quittierung vollendet ist. Nach Vollendung der Quittierung schreitet das System zum Schritt 456 fort und liest die digitalisierte Sensorausgangsspannung am Anschluß Bit PB[5] des Mikrocontrollers 304 auf der Leitung COMPIN. Im besonderen wird die Sensorausgangsspannung durch den ADC 302 unter Steuerung durch den Mikrocontroller 304 digitalisiert. Der digitalisierte 12-Bit-Wert wird am Anschluß Bit PB[5] Bit für Bit bereitgestellt und unter Steuerung durch das Taktsignal EXCLK serienmäßig dem PC 418 übermittelt. Zusätzlich zur Messung der Sensorspannung im Schritt 456 mißt das System die Thermistorspannung. Im besonderen setzt der Mikrocontroller 304 während des Lesens der digitalisierten Sensorspannung den ACD 302 bereit, das analoge Signal am Kanal 0 (CHO) zu digitalisieren. Beim Lesen der Thermistorspannung setzt der Mikrocontroller 304 den ADC 302 bereit, die Thermistorspannung auf Kanal 1 (CH1) zu lesen. Nachdem im Schritt 456 die digitalisierte Sensorspannung und Thermistorspannung gelesen wurden, beginnt das System, den Sensor durch die vorbestimmten Eichwinkel, beispielsweise θ₀–θ₇ (7), hindurchzuführen. Im besonderen veranlaßt das System im Schritt 458 ff die Testanordnung 402, den Sensor auf einen jeden der Eichwinkel θ₀–θ₇ zu bringen. Zunächst, beim ersten Eichwinkel θ₀, wird die Testausrüstung 402 bereitgesetzt, den Sensor beim Schritt 460 auf den Winkel θ₀ und das Signal COMPOUT auf niedriges Niveau zu bringen. Danach, im Schritt 462, stellt das System fest, ob der Mikrocontroller 304 bestätigt hat, daß der Sensor mit dem ersten Eichwinkel θ₀ geeicht wird, durch Feststellung, ob der Mikrocontroller 304 das Signal COMPIN hochgezogen hat. Falls nicht, kehrt das System zum Schritt 462 zurück und wartet darauf, daß das Signal COMPIN vom Mikrocontroller 304 nach oben gezogen wird. Geht das Signal COMPIN hoch, so bringt der PC 418 im Schritt 464 das Signal COMPOUT auf hohes Niveau. Nachdem das Signal COMPOUT im Schritt 464 auf hohes Niveau gebracht wurde, erwartet das System im Schritt 466 eine Bestätigung seitens des Mikrocontrollers 304 durch Feststellung, ob das Signal COMPIN auf niedriges Niveau gebracht wurde. Falls nicht, kehrt das System zum Schritt 466 zurück und erwartet eine Bestätigung durch den Mikrocontroller 304. Wurde das Signal COMPIN auf niedriges Niveau gebracht, so bringt der PC 418 im Schritt 468 das Signal COMPOUT auf niedriges Niveau. Wurde das Signal COMPOUT auf niedriges Niveau gebracht, so erwartet das System eine Bestätigung seitens des Mikrocontrollers 304 durch Feststellung, ob die Leitung COMPIN in Schritt 470 auf hohes Niveau gebracht wurde. Falls nicht, erwartet das System eine Bestätigung durch den Mikrocontroller 304 und kehrt zu Schritt 468 zurück. Bestätigt der Mikrocontroller 304 den PC 418, indem er das Signal COMPIN auf hohes Niveau bringt, so bringt der PC 418 im Schritt 472 das Signal COMPOUT auf hohes Niveau. Danach werden in den Schritten 474 und 476 die tatsächlichen Sensorwerte gelesen. Das erste Mal innerhalb des Zyklus wird I auf Null gesetzt und danach im Schritt 478 schrittweise vergrößert. Im Schritt 480 bestimmt das System, ob I kleiner als die Gesamtzahl der erforderlichen Ablesungen ist. Wie oben angegeben, können bei den Eichwinkeln θ₀–θ₇ acht beispielhafte Ablesungen erfolgen. Sind weniger als alle Ablesungen erfolgt, so kehrt das System zu 10 zurück und berechnet in den Schritten 482, 484, 486 und 488 die Neigung und Verlagerung der tatsächlichen Messungen gegenüber den Idealwerten, wie oben beschrieben. Die Schritte 460 bis 488 erfolgen wiederholt, bis die Neigungen m und y-Verlagerungen b für sämtliche Eichwinkel θ₀–θ₇ ermittelt wurden. Sind für einen bestimmten Sensor alle Berechnungen erfolgt, so schreitet das System zum Schritt 490 fort, um das Einschreiben der Kompensationswerte in den Speicher (EEPROM) 306 (3) einzuleiten. Im besonderen wird im Schritt 490 das Signal COMPOUT auf hohes Niveau gebracht. Dieses Signal wird auf den Dateneingang DIN des Speichers 306 gegeben und dient zur Einleitung eines Schreibvorgangs im Speicher 306 in der oben beschriebenen Weise. Zusätzlich wählt das System den Speicher 306 aus, indem es das Signal EPCS auf hohes Niveau bringt, welches wiederum auf den Chipwählkontakt CS des Speichers 306 gegeben wird. Des weiteren wird der Eichmodus deaktiviert, indem das Eichsignal CALIBRATE auf hohes Niveau gebracht wird. Danach prüft das System im Schritt 492, ob der Chipwählkontakt CS des Speichers 306 aktiviert wurde, da dieser Kontakt auch unter der Steuerung des Mikrocontrollers 304 und im besonderen des Anschlusses Bit PB[0] steht. Befindet sich das Chipwählsignal EPCS für den Speicher 306 nicht auf hohem Niveau, so wartet das System im Schritt 490, bis das Chipwählsignal EPCS hoch ist. Geht das Chipwählsignal EPCS hoch, so wird der Eichmodus dadurch in aktiviert, indem das Eichsignal CALIBRATE im Schritt 494 auf niedriges Niveau gezogen wird. Zusätzlich steht der Speicher 306, wie oben erörtert, zum Schreiben bereit. In den Schritten 496, 498, 500 und 502 schreibt das System alle Eichpunkte und im besonderen die Neigungen m und y-Verlagerungen b aller Eich punkte θ₀–θ₇ in den Speicher 306 ein. Wie oben erwähnt, erfolgt die Kommunikation mit dem Speicher 306 seriell, wobei die Bits einzeln nacheinander unter Steuerung durch das Taktsignal EXCLK übermittelt werden. Nachdem sämtliche Kompensationswerte in den Speicher 306 eingeschrieben wurden, setzt das System im Schritt 504 den Schreibmodus für den Speicher 306 außer Betrieb. Nachdem der Schreibmodus für den Speicher 306 deaktiviert wurde, wird der Inhalt des Speichers 306 in den Schritten 506 und 508 nach Fehlern untersucht. Werden im Inhalt des Speichers 306 keine Fehler gefunden, so schreitet das System fort zum Schritt 510, wo der Eichmodus wie auch die Pufferbereitstellungssignale BUFENI_TSET und BUFEN2_TSET außer Funktion gesetzt werden, um das Dreizustandselement 400 zu deaktivieren, das im wesentlichen die Testausrüstung 402 von der Schnittstelle 310 trennt. Werden im Schritt 508 Fehler festgestellt, so wird der Benutzer im Schritt 512 über den Monitor 424 (6) von den Fehlern in Kenntnis gesetzt, worauf das System zum Schritt 510 fortschreitet. Nachdem der Eichmodus und die Pufferbereitstellungssignale deaktiviert wurden, wird auch das Dreizustandselement 400 deaktiviert. Das System schreitet fort zum Schritt 514 und gibt eine Nachricht auf dem Monitor 424 aus, daß die Programmierung des Speicher 306 vollständig und erfolgreich ist.
Die Flußdiagramme für den Mikrocontroller 304 sind in den 11 – 13 wiedergegeben. Zu Beginn bestimmt das System im Schritt 516, ob für den Betrieb der Eichmodus gewählt wurde. Falls nicht, geht das System zum Schritt 518 weiter und nimmt an, daß ein Normalmodus gewählt wurde, und führt den in 13 dargestellten Code für den Normalmodus aus. Befindet sich das System im Eichmodus, wie durch Lesen des auf den Anschluß Bit PB[3] gegebenen Signals festgestellt wird, so geht der Mikrocontroller 304 zum Schritt 520 weiter und bestimmt, ob die Kompensationswerte in den Speicher 306 einprogrammiert werden müssen. Falls nicht, nimmt das System einen Eichmodus an und geht weiter zum Schritt 522 und der in 12 gezeigten Software. Ansonsten werden die Korrekturfaktoren in den Speicher 306 eingeschrieben und im Schritt 524 kontrolliert.
Der Eichmodus wird im Schritt 526 eingeleitet. Zunächst wird im Schritt 528 die Serienschnittstelle in Betrieb genommen. Nach Inbetriebnahme der Serienschnittstelle stellt der Mikrocontroller 304 fest, ob im Schritt 530 ein Lesevorgang verlangt wird. Falls nicht, erwartet das System im Schritt 530 ein solches Verlangen. Wird ein Eichlesevorgang verlangt, so wird die Sensorspannung oder Thermistorspannung gelesen und im Schritt 532 über die Serienschnittstellt in die Testeinrichtung 402 gegeben. Als nächstes stellt das System im Schritt 534 fest, ob alle Lesevorgänge erfolgt sind. Falls nicht, kehrt das System zum Schritt 530 zurück. Falls ja, schreitet das System fort zum Schritt 536 und bestimmt die in den Speicher 306 einzuprogrammierenden Korrekturwerte.
Der Normalmodus ist in 13 dargestellt und wird im Schritt 538 eingeleitet. Zunächst, im Schritt 540, stellt das System durch Abfrage des logischen Niveaus des Eichsignals fest, ob es sich im Normalmodus befindet. Ist das Eichsignal hoch, so zeigt dies den Normalmodus an, und es wird die Sensorspannung bestimmt. Nach Lesen der Sensorspannung wird im Schritt 542 der richtige Korrekturfaktor aus dem Speicher 306 bestimmt. Danach, im Schritt 544, wird der gemessene Wert mit dem Korrekturfaktor für die Neigung m multipliziert. Sodann, im Schritt 546, wird zu dem im Schritt 544 erhaltenen Ergebnis die y-Verlagerung b hinzuaddiert. Schließlich wird im Schritt 548 die korrigierte Ausgangsspannung an den DAC 308 angelegt, was wiederum eine korrigierte Sensorausgangsspannung V_OUT zur Folge hat.
Das System nimmt auch eine thermische Kompensation vor. Wie eben erwähnt, werden die Kompensationswerte bei einer bestimmten Temperatur, beispielsweise 25°C, ermittelt. Die Ablesungen entstammen dem Thermistor 330, beispielsweise einem 1%-Metallfilm-Festwertwiderstand von Yageo. Die Temperaturkompensation wird erreicht durch Annahme beispielsweise einer Abweichung aufgrund der Temperatur von –3% für 150°C im Ausgangssignal bei heißem Sensor und einer Abweichung von +1% für –40°C im Ausgangssignal bei kaltem Sensor. Ob der Sensor heiß oder kalt ist, wird festgestellt durch Vergleichen der Thermistorspannung V_THM mit der Thermistorspannung V_AMB bei derjenigen Temperatur, bei welcher die Kompensationswerte gewonnen wurden. Wurden die Kompensationswerte bei 25°C Umgebungstemperatur ermittelt, so ist Via die Thermistorspannung bei 25°C. So wird, wenn die Thermistorspannung V_THM > V_AMB ist, angenommen, daß das System heiß ist und 3% Toleranz bestehen. Ist die Thermistorspannung V_THM < V_AMB so wird angenommen, daß das System kalt ist und die Toleranz 1% beträgt. Bei einem 5V-System nimmt man an, daß am Nullpunkt die Spannung V_CROSSOVER des Sensors (d. h. die Ausgangsspannung, bei welcher das Ausgangssignal 0 Gauss angibt) keine Änderung in der Ausgangsspannung aufgrund von Temperaturabweichungen auftritt. Dementsprechend wird die Abweichung durch folgende Gleichung bestimmt:
Ist das System heiß, so wird die Abweichung zu der gemessenen Spannung hinzuaddiert. Ist das System kalt, so wird die Abweichung von der gemessenen Spannung abgezogen.
Die Temperaturtoleranzen wie auch die Thermistorspannungsablesungen werden linearisiert, um ein genaueres Ausgangssignal zu erhalten. Auch kann ein Widerstand (nicht gezeigt) des gleichen Wertes wie derjenige des Thermistors dem Thermistor parallelgeschaltet werden. Für eine Gesamttoleranz von 3% kann die Toleranz mit der Annahme linearisiert werden, daß sie über den gesamten Toleranzbereich von 3% und den Temperaturbereich linear variiert. Nimmt man an, daß die Toleranz der allgemeinen Formel y = mx + b folgt, so beträgt für einen Temperaturbereich von 125°C (d. h. 150°C – 25°C) die Neigung m 0,00024 und die y-Verlagerung b –0,006.
Um die Thermistorspannungswerte V_THM zu linearisieren, werden die Spannungen bei den Temperaturextremen 25°C und 150°C gelesen. Nimmt man an, daß V_THM der allgemeinen Formel y = mx + b folgt, so können die Neigung und die y-Verlagerung b bestimmt werden. Beispielsweise beträgt bei 25°C V_THM 2,3832212 V und bei 150°C V_THM = 0,1591433 V, die Neigung m beträgt –56,2031 und die y-Verlagerung b 158,9444. Damit ist die Temperatur gleich –56,2031 V_THM + 158,944. Für 3% Toleranz ist die Toleranz 0,00024*TEMP – 0,006. Durch Ersetzen des Wertes für die Temperaturabhängigkeit erhält man eine Toleranz von –0,03488744 V_THM + 0,03214656. Dann wird die Toleranz in der obigen Gleichung an die Stelle der Abweichung DEV gesetzt, um das Maß der Temperaturkompensation zu bestimmen.
Auf die gleiche Weise wird die Toleranz-Thermistorspannung V_THM für 1% Toleranz linearisiert. Diese Werte dienen dann, wie oben beschrieben, dazu, die Abweichung zu bestimmen.

Während die Erfindung unter Bezugnahme auf Einzelheiten des in den Zeichnungen wiedergegebenen Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, sollen diese Einzelheiten den Rahmen der Er findung, wie in den nachfolgenden Ansprüchen ausgedrückt, nicht begrenzen. Übersetzung der Zeichnungsbeschriftungen Fig. 1

SENSOR IN	SENSOR-EINGABE
TEMPERATUR DEVICE INPUT	TEMPERATUREINHEIT-EINGABE
ANALOG TO DIGITAL CONVERTER	ANALOG-DIGITAL-UMSETZER
PROCESSING UNIT	VERARBEITUNGSEINHEIT
DIGITAL TO ANALOG CONVERTER	DIGITAL-ANALOG-UMSETZER
TEST INTERFACE	TESTSCHNITTSTELLE
MEMORY	SPEICHER

Fig. 2

THROTTLE POSITION SENSOR	DROSSELKLAPPENSTELLUNGS-SENSOR
ANGULAR POSITION	WINKELPOSITION
SENSOR WITH ELECTRONICS	SENSOR MIT ELEKTRONIK
SENSOR ONLY	NUR SENSOR

Fig. 3

CALIBRATE	EICHSIGNAL
SENSOR IN	SENSOR-EINGABE
RESET	RÜCKSTELLUNG
PUSH BUTTON	DRUCKKNOPF
SENSOR	SENSOR

Fig. 5

POWER SUPPLY	STROMVERSORGUNG
CONTINUING CONFORMANCE TESTER	DAUERÜBEREINSTIMMUNGSTESTER
ABSOLUTE POSITION ENCODER	ABSOLUTPOSITIONS-CODIERER
SERVOMOTOR	SERVOMOTOR
MOTOR CONTROLLER	MOTORSTEUERUNG
SERVOACTUATOR	SERVOANTRIEB
SENSOR	SENSOR
SENSOR ELECTRONICS	SENSORELEKTRONIK

Fig. 6

TO SENSOR ELECTRONICS	ZUR SENSORELEKTRONIK
TO POSITION ENCODER	ZUM POSITIONSCODIERER
TO MOTOR CONTROLLER	ZUR MOTORSTEUERUNG
STATUS BOARD	ANZEIGETAFEL
COMPUTER	COMPUTER
BOARD	TAFEL
MOTHERHOOD DIGITAL VOLTMETER	MUTTER-DIGITAL-VOLTMETER
KEYBOARD	TASTATUR
COLOR MONITOR	FARBMONITOR
TAPE BACKUP	BANDSICHERUNGSEINHEIT
PRINTER	DRUCKER
TO POWER SUPPLY	ZUR STROMVERSORGUNG
TO SENSOR	ZUM SENSOR

Fig. 7

CALIBRATION ANGLE

EICHWINKEL

MEASURED	GEMESSEN
IDEAL	IDEAL

Fig. 8

IDEAL	IDEAL
ACTUAL	TATSÄCHLICH

Fig. 9

Set calibrate mode	Eichmodus einstellen
Set compout low, enable buffers	Compout niedrig einstellen, Puffer aktivieren
Wait 10 m sec.	10 msec abwarten
Is compin low	Ist compin niedrig
yes	ja
no	nein
Set compout high	Compout hoch einstellen
Is compin high?	Ist compin hoch?
Set compout low, wait 1 m sec.	Compout niedrig einstellen, 1 msec abwarten
Set compout high, wait 1 m sec.	Compout hoch einstellen, 1 msec abwarten
Thermistor voltage + Processor reading	Ablesung Thermistorspannung und Prozessor
Place fixture to angle (I) set compout low	Halterung auf Winkel (I) und compout niedrig einstellen
Set compout low	Compout niedrig einstellen
Set compout high	Compout hoch einstellen
Calibrate point (I) = Processor reading	Eichpunkt (I) = Prozessorablesung
Read DVM voltage (I) = DVM reading	Ablesung DVM-Spannung (I) = DVM-Ablesung
Readings	Ablesungen

Fig. 10

Calculate slope	Neigung berechnen
Angle	Winkel
yes	ja
no	nein
Enable calibrate mode, prepare eeprom to write	Eichmodus in Betrieb nehmen, EEPROM zum Schreiben vorbereiten
high	hoch
set compout high, set eeprom cs high diable cal. mode	Compout hoch einstellen, EEPROM-cs hoch einstellen, wählbarer Rechenmodus
Write cal. Pt. (j), slope (j) and y intercept to eprom	Eichpunkt (j), Neigung (j) und y-Verlagerung in EEPROM einschreiben
Disable write mode on eprom	Schreibmodus im EEPROM deaktivieren
Disable calibrate mode, Buffers, etc.	Eichmodus, Puffer usw. außer Betrieb setzen
Notify user of error END	Benutzer über Fehler-ENDE informieren
Error?	Fehler?
Verify EE prom contents	EEPROM-Inhalte prüfen
Notify user programming complete + successful END	Benutzerprogramm komplett + erfolgreiche Beendigung mitteilen

Fig. 11

START	START
IS CALIBRATION MODE SET?	EICHMODUS EINGESTELLT?
NO	NEIN
YES	JA
NORMAL MODE READ SENSOR	NORMALMODUS-SENSORSPANNUNG
VOLTAGE AND CORRECT USING	ABLESEN UND EICHDATEN
CALIB. DATA	KORREKT GEBRAUCHEN

IS EEPROM TO PROGRAMMED WITH CAL. DATA?	EEPROM MIT EICHDATEN ZU PROGRAMMIEREN?
CALIBRATE MODE READ SENSOR VOLTAGE AND DETERMINE THE CORRECTION FACTORS	EICHMODUS SENSORSPANNUNG ABLESEN UND DIE KORREKTURFAKTOREN BESTIMMEN
WRITE THE CORRECTION FACTORS TO EEPROM AND VERIFY	DIE KORREKTURFAKTOREN IN DEN EEPROM EINSCHREIBEN UND PRÜFEN

Fig. 12

START	START
CALIBRATE MODE INITIALIZE SERIAL INTERFACE	EICHMODUS SERIENSCHNITTSTELLE IN BETRIEB NEHMEN
IS A CALIBR. READING REQUESTED?	EICHABLESUNG ERFORDERLICH?
NO	NEIN
YES	JA
READ VOLTAGE AND SEND TO LAST SET OVER SERIAL I/F	SPANNUNG ABLESEN UND AN LETZTEN SATZ ÜBER SERIEN-SCHNITTSTELLE SENDEN
ARE ALL CALIBRATE READINGS TAKEN?	ALLE EICHABLESUNGEN ERFOLGT?
LAST SET SW COMPUTES THE CORRECTION FACTORS TO BE PROGRAMMED IN EEPROM	LETZTER SATZ SW BERECHNET DIE IN DEN EEPROM EINZUPROGRAMMIERENDEN KORREKTURFAKTOREN

Fig. 13

START	START
NORMAL MODE READ SENSOR VOLTAGE	NORMALMODUS SENSORSPANNUNG ABLESEN
DETERMINE THE CORRECTION FACTOR GAIN (SLOPE AND INTERCEPT) TO USE	GRÖSSE DER ZU VERWENDENDEN KORREKTURFAKTOREN (NEIGUNG UND VERLAGERUNG) BESTIMMEN

MULTIPLY SENSOR READING BY THE SLOPE CORRECTION FACTOR	SENSORABLESUNG MIT DEM NEIGUNGSKORREKTURFAKTOR MULTIPLIZIEREN
ADD INTERCEPT CORRECTION FACTOR TO THE RESULT	ZU DEM ERGEBNIS VERLAGERUNGSKORREKTURFAKTOR HINZUADDIEREN
OUTPUT ADJUSTED SENSOR VOLTAGE	KORRIGIERTE SENSORSPANNUNG AUSGEBEN

Claims

Elektronische Schaltung (300) zum automatischen Kompensieren von von Stück zu Stück auftretenden Fehlern bei einem Sensor (43) zum Erzeugen kompensierter Ausgangssignale auf Sensorausgangssignale hin, wobei die Schaltung Kompensationsmittel (304, 306, 308 etc.) zum automatischen Kompensieren von von Teil zu Teil auftretenden Fehlern in dem Sensorausgangssignal aufweist, die wiederum Mittel zum Messen des Ausgangswerts aus dem Sensor und Speichermittel (306) zum Speichern vorbestimmter Eichwerte für den Sensor an vorbestimmten Eichpunkten über einen vorbestimmten Ausgangsbereich des Sensors sowie Mittel zum Erzeugen der kompensierten Sensorausgangssignale auf der Basis von gegenwärtigen Sensorausgangssignalen und den gespeicherten Eichwerten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichermittel (306) Idealwerte für den Sensor (43) über einen vorbestimmten Ausgangsbereich des Sensors zusammen mit den vorbestimmten Eichwerten speichern, wobei die für die Kompensation verwendeten vorbestimmten Eichwerte in Abhängigkeit von den Idealwerten und den gemessenen Werten gewählt werden sowie einen Steigungswert und einen Versetzungswert aufweisen und die Kompensationsmittel (304, 306, 308 etc.) so beschaffen sind, daß sie in der Lage sind, den gemessenen Wert mit dem Steigungswert zu multiplizieren, um ein Produkt zu definieren, und den Versetzungswert zu dem Produkt hinzuzuaddieren zum Kompensieren der Empfindlichkeit wie auch der Versetzung der Sensorausgangssignale.
Elektronische Schaltung (300) nach Anspruch 1, worin die Kompensationsmittel (304, 306, 308 etc.) Mittel (330) zum automatischen Kompensieren von Fehlern in den erfaßten Ausgangssignalen aus Temperaturabweichungen enthalten.
Elektronische Schaltung (300) nach Anspruch 1 oder 2, worin der Sensor (43) ein Analog-Sensor ist.
Elektronische Schaltung (300) nach Anspruch 3, worin der Sensor (43) ein linearer Sensor ist.
Elektronische Schaltung (300) nach Anspruch 3 oder 4, worin der Sensor (43) ein Hall-Effekt-Sensor ist.
Elektronische Schaltung (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Kompensationsmittel (304, 306, 308 etc.) in bezug auf den Sensor (43) on-chip angeordnet sind.
Elektronische Schaltung (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die kompensierten Ausgangssignale Analog-Signale sind.
Elektronische Schaltung (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin die kompensierten Ausgangssignale Digital-Signale sind.
Elektronische Schaltung (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Speichermittel (306) einen nichtflüchtigen Speicher zum Speichern der Eichwerte enthalten.
Elektronische Schaltung (300) nach Anspruch 9, worin der nichtflüchtige Speicher ein elektrisch löschbarer programmierbarer Festwertspeicher (EEPROM) ist.
Elektronische Schaltung (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Sensor (43) ein Winkelpositionssensor ist.