WO2007099079A1 - Interface circuit, motor controller and method for evaluating a sensor current signal - Google Patents
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Definitions
- Interface circuit engine control unit and method for evaluating a sensor current signal
- the present invention relates to an interface scarf ⁇ tion and an engine control unit.
- the invention relates fer ⁇ ner a method for evaluating a sensor current signal.
- a plurality of control devices control the functions of the motor vehicle, in the case of an engine control unit, for example, fuel injection, ignition, etc.
- a controller has one or more interfaces to which sensors (eg temperature sensors, rotation angle sensors, etc.) can be connected and on the Control unit measured values are supplied. These measured values are evaluated by a microcontroller arranged in the control unit and, for example, converted into vehicle parameters, which are then, for example, from a
- Control program for the further control of the vehicle can be considered.
- For coupling of sensors to control devices in the motor vehicle analog and digital interfaces are known.
- Automotive vehicles however, a very large number of sensors is provided, so that a large total number of lines for connecting these sensors to the control unit is needed. However, this in turn leads to higher costs and a higher vehicle weight.
- One approach to reducing the number of lines is to use current interfaces to connect sensors to a controller. In such current interfaces, the sensor current signal is modulated onto the voltage supply. By evaluating the sensor current signal, it is therefore possible to deduce the measured variable measured by the sensor. Since in this case the line for supplying the sensor simultaneously serves for transmitting the Sensorstromsig ⁇ nals, can be dispensed with one of the three lines to the control unit.
- digital power interfaces In addition to analogue power interfaces, digital power interfaces are known. In such a digital power interface, the current flowing through the supply line current signal is provided with two different current levels, between which it alternates in dependence on the ⁇ to be transmitted informa tion. Through these two current levels, a current ⁇ stroke in the order of, for example, 10 mA is given.
- the sensor current signal is usually evaluated by means of a comparator, which operates with fixed switching thresholds. If the current swing, so the ex ⁇ stood between high and low level of current is low, the switching threshold of the comparator must be very well defined, ie provided with a very low tolerance. Consequently, a large current swing is desirable for reliable detection of the current levels.
- An amplification of the digital sensor current signal is not suitable for increasing the Stromhubs because the sensor can not be supplied arbitrarily large currents. Furthermore, larger ones require
- the level of the sensor current should also preferably defined inside move closer before ⁇ given tolerances. Depending on external influences, such as the ambient temperature, however, the levels of the sensor current can change significantly. To nevertheless he ⁇ possible a reliable evaluation of the sensor current signal, therefore, very tight tolerances of the components of the evaluation circuit and the supply voltage is required. However, this is associated with considerable circuit complexity, what would dear the entire circuit significantly ver ⁇ .
- An object of the present invention is therefore to ⁇ possible a reliable evaluation of a sensor current signal to it.
- Another object of the present invention is to enable the evaluation of a sensor current signal with a little expensive circuit.
- an interface circuit having the features of claim 1, an engine control unit having the features of claim 11 and / or a method having the features of claim 12.
- an interface circuit for connecting a sensor to a control device in particular to an engine control unit, provided with at least one signal ⁇ input, via which a sensor current signal can be coupled, with a current / voltage converter, which generates a measuring potential from the coupled sensor current signal, with ei A delay device, which delays the measuring potential by a predetermined delay time, and a comparator device, which compares the measuring potential with the measuring potential delayed by the delay device and outputs a signal dependent on the result of this comparison.
- a corresponding method for evaluating a sensor current signal generated by a sensor in a control device comprises the steps:
- An inventive engine control device comprises a dung OF INVENTION ⁇ art interface circuit having a signal input connected to at least one sensor is at least connectable, and an evaluation device, in particular a Mikrokon- troller which the by the comparison means of the
- Interface circuit evaluated evaluation signal evaluates.
- the idea underlying the present invention is to compare the sensor current signal with itself.
- a measurement potential corresponding to the sensor current signal is compared in an instantaneous form with the same measurement potential in a delayed form.
- edges are detected in the sensor current signal and it is generated in response to the edges of a pulse-shaped evaluation signal.
- a significant advantage deriving from the arrangement according to the invention and the inventive method is that no reference potentials or switching thresholds are needed ⁇ nen to erken to edges in the sensor current signal.
- the components used and the sensor current signal are not subject to close tolerances. Since this is the Current signal corresponding measurement potential is compared with itself and not with a reference potential, an edge detection is also ensured for sensor current signals with a small current swing and especially for high-frequency sensor current signals possible.
- An embodiment which is particularly advantageous in terms of circuitry provides that the current / voltage converter has a measuring resistor which is arranged between the signal input and a first supply connection to which a first supply potential can be applied and the measurement potential is present at the input-side tap of the measurement resistor.
- the comparator means may, for example, as Operati ⁇ onsverEntr, comparator or the logic gates implemented advertising the.
- a logic gate in particular an XOR gate is advantageous, since a suitable comparator device can thus be realized with a single gate.
- a first input of the comparator device is connected to the tap via the delay device and a second input of the comparator device is connected directly to the tap.
- the inputs of the comparator device can each receive the delayed as well as the instantaneous measurement potential.
- a "direct connection” here means a connection with which the measuring potential is fed without delay to the second input of the comparator device.
- a second supply connection is provided, to which a second supply potential for supplying the sensor can be applied.
- the sensor circuit signal supplied to the sensor is evaluated by the interface circuit.
- the signal input is designed as a digital signal input for coupling a digital sensor and coupled via the signal input, a digital sensor current signal.
- the interface circuit has a current limiter, which limits the sensor current supplied to the sensor, and / or a voltage limiter, which limits the sensor potential supplied to the sensor. This protects the sensor from excessive currents or voltages and thus from damage or destruction.
- the delay device preferably has at least one RC element, LC element, LR element and / or logic gates.
- an RC element can thereby realize circuit stabbing ⁇ cally in a simple manner.
- Fig. 1 shows an embodiment of a sensor-bound with a ver ⁇ control device according to the invention
- Figure 2 is a schematic representation of an inventive ⁇ SEN interface circuit for interfacing a sensor to a control unit according to Fig. 1.
- FIG. 3 shows a detailed circuit arrangement of the interface circuit according to the invention from FIG. 2.
- FIG. 1 shows a block diagram of a motor controller 500 according to an embodiment of the present invention.
- the engine control unit 500 comprises an interface according to the invention ⁇ circuit 100 as well as an evaluation device 300, which in the present example part of a program- th unit, for example, a microcontroller 300,.
- At least one or more digital sensors 400, 400n can be connected to the engine control unit 500 via an input / output 600.
- the digital sensors 400, 400n each receive from the interface circuit 100 a digital sensor current Is, Isn, which contains information about the measured variable measured by the respective sensor 400, 400n.
- Is digital sensor current
- Isn digital sensor current
- the micro-controller 300 evaluates it ⁇ value signal Ia and closes the by the respective Sen ⁇ sor 400, 400n measured variable.
- the interface circuit 100 can thus provide a digital current sensor signal with a small current in voltage pulses with sufficiently large Transform voltage swing, which can be evaluated by the microcontroller 300.
- FIG. 2 shows a schematic representation of the interface circuit 100 shown in FIG. 1 for connecting a sensor to a control unit.
- the interface circuit 100 has four terminals A1 to A4.
- the terminals A3 and A4 serve as supply connections circuits of the interface circuit 100.
- To the first supply terminal A3 is a first supply potential GND, for example a reference potential or a Massepoten ⁇ potential GND, and the second supply terminal A4 is a second supply potential VBB, e.g. a positive supply potential VBB, connected.
- the voltage ⁇ source 200 is preferably configured as a so-called tracker, which provides a constant supply voltage VBB GND for supply of the sensor 400th
- Sensor 400 are connected and powered via this terminal Al with power.
- the current Is picked up by the sensor 400 contains information about the measured variable measured by the sensor 400.
- the connection Al is thus based on the measured measure of sensor 400, also known as Sig ⁇ naleingang Al, via a sensor current signal Is coupling-bar is.
- An evaluation device may be connected to the terminal A2, microcontrollers to which the interface circuit 100 outputs evaluation signals Ia.
- the connection A2 thus serves as a signal output.
- the interface circuit 100 comprises a current / voltage converter 10, a delay device 12, a comparator device 13 and a current mirror 20, which constitute the core of the interface circuit 100.
- the current mirror 20 is connected between the supply terminal A4 and the terminal Al and reflects the sensor current Is flowing from the terminal Al to the sensor. In other words, the current mirror 20 generates a mirrored sensor current Is', which is supplied to the current / voltage converter 10 becomes.
- a tap 14 is provided at the current / voltage converter 10, to which a measuring potential Vs is applied due to the current Is' flowing through the current / voltage converter 10.
- Current / voltage converter 10 is further connected to a delay device 12, which delays the measuring potential Vs applied to the tap 14 by a delay time T.
- the comparator device 13 has two inputs El and E2, of which one input El is connected to the output of the delay device 12 and the other input E2 is connected to the input side of the current / voltage converter 10 (ie the tap 14).
- the measurement potential Vs delayed by the delay time T is at the input E1 and at the other end
- a current limiter 30 is arranged between the current mirror 20 and the terminal Al and limits the current which can flow at most through a sensor connected to the terminal A1.
- a voltage limiter 40 is arranged between the supply terminal A4 and the terminal Al and limits the voltage which can be applied to a maximum of a sensor connected to the terminal Al.
- the interface circuit 100 is used in particular as an interface circuit for connecting a digital sensor. sors suitable.
- the sensor Al connected to the interface A1 is supplied by the interface circuit 100 from the voltage source 200 with a sensor current Is.
- This sensor current Is varies between two current levels, depending on the measured variable to be measured by the sensor.
- the current consumption of the sensor thus represents information from which the measured variable to be measured can be deduced. This information is thus contained in the sensor current signal Is.
- the line connecting the sensor to the terminal A1 fills two functions, namely, first, to supply the sensor with power and, secondly, to provide the interface circuit 100 with information about the measurand to be measured.
- the sensor current signal Is is, as explained above, mirrored from the current mirror 20 and the reflected power sensor ⁇ signal Is' is supplied to the current / voltage converter 10, whereby the measurement potential Vs occurs at the tap fourteenth
- the comparator 13 now compares the instantaneous measurement potential Vs with the measurement potential Vs delayed by the delay device 12 by the delay device 12. If present at the inputs El and E2 identical potentials, then outputs the comparison means 13 a signal Sl, and if El and E2 identical Po ⁇ potentials applied to the inputs, then outputs the comparison means 13 a signal S2 whose level differs from the level of Sig ⁇ nals Sl.
- a signal pulse of the length T is thus output at the terminal A2 as the evaluation signal.
- This evaluation signal can then be further evaluated by a connected microcontroller.
- the comparator 13 reacts to edges in the sensor current signal and makes pulses of length T; It can therefore also be regarded as a "pulse shaper”.
- a significant advantage of the interface circuit 100 of the present embodiment is that the specified circuit is not very tolerance dependent.
- the circuit responds to changes in the sensor current signal Is and not to exceed or fall below absolutely fixed thresholds by the sensor current signal Is.
- the circuit thus has "dynamic switching thresholds.”
- the circuit is robust against a shift of the two current levels of the sensor current signal Is, the example can be effected ⁇ , by temperature influences or the like. Consequently, the measures provided for in the circuit components need not be provided with tight tolerances and the requirements and the sensor decrease.
- a further advantage is that the circuitry on ⁇ wall of the interface circuit according to the invention is comparatively low and can be implemented with standard components.
- FIG. 3 shows a technical realization of the interface circuit 100 shown in FIG. 2.
- the comparator device 13 is realized in Fig. 2 by an operational amplifier UlA, which compares the potentials at its inputs El and E2 with each other and outputs corresponding evaluation ⁇ signals.
- UlA operational amplifier
- the Ver ⁇ equal device 13 can also be realized by other components.
- the resistance Rs in FIG. 3 corresponds to FIG.
- the current flowing through the resistor Rs current results in a measurement potential Vs at the input side tap 14.
- the tap 14 is for level optimization via a voltage divider from the resistors Rl and R3 to the input E2 (non-inverting Input) of the operational amplifier UlA.
- the delay device 12 is realized in the illustrated circuit by an RC element with a resistor R2 and a capacitor C2. On the input side the counter- ⁇ is stood R2 connected to the tap 14 and on the output side to the input El (inverting input) of the operational amplifier UlA, the capacitor C2 and the input El is connected in parallel between the resistor R2.
- the output of the operational amplifier UlA is connected to the terminal A2. Between the terminal A2 and the input E2 is a hysteresis resistor Rh is provided wel ⁇ cher provides faster switching of the operational amplifier UlA.
- the current mirror 20 consists of two pnp transistors Ql and Q2.
- the emitter of transistor Ql is connected directly with the on ⁇ circuit A4 at which the voltage source 200 and the collector of the transistor Ql is di ⁇ rectly to the terminal Al, is at which the sensor ⁇ sen be Schlos connected.
- the emitter of transistor Q2 is also if directly connected to the terminal A4 and the collector ⁇ tor of the transistor Ql is connected to the input side of the Messwi ⁇ resistance Rs (and thus to the tap 14).
- the base of the transistor Ql is connected to the base of the transistor Q2.
- the transistors Q1 and Q2 form a current mirror with which the collector current of the transistor Q1, which is approximately identical to the sensor current Is, is mirrored by the current Is' (collector current of the transistor Q2).
- Is and Is' are identical. It is also possible to dimension the transistors Ql and Q2 so that the currents Is and Is at a fixed behaves ⁇ nis' are different from each other.
- the voltage limiter 40 is realized in Fig. 3 by a diode Dl which is provided between the bases of the transistors Ql and Q2 and the terminal A4.
- the diode Dl and the parasitic diode of the p-channel field-effect transistor (FET) Q3 protects the evaluation circuit against overvoltage at the terminal Al.
- the current limiter 30 is realized in FIG. 3 by a self-blocking p-channel field-effect transistor (FET) Q3, resistors R4, R5 and R6 and an operational amplifier UlB.
- the drain terminal of the FET Q3 is closed to the terminal A1 , and the source terminal of the FET Q3 is connected to the bases of the transistors Q1 and Q2.
- the non-inverting input of operational amplifier UlB is connected via the resistor R4 to the tap 14, the inverting input of the operational amplifier UlB whereas with a terminal A5 is connected, at which a further exter ⁇ ne voltage source 250 is applied, which is another versor ⁇ supply potential VDD as a reference potential.
- This supply potential VDD may differ from or be identical to the second supply potential VBB.
- the output of the operational amplifier UlB is via the resistor R5 Wi ⁇ with the gate terminal of the FET Q3, respectively.
- the resistor R6 is provided between the gate of the FET Q3 and the bases of the transistors
- the capacitor C1 is a protection capacitor and short-circuits high-frequency interference voltages.
- the potential applied to the non-inverting input of the operational amplifier UlB is smaller than that at the inverting input of the operational amplifier UlB, so that the operational amplifier UlB outputs a ne ⁇ gative voltage that switches the FET Q3 conductive.
- the base current of the transistors Q1 and Q2 can flow.
- the measurement potential at the tap 14 is correspondingly high, so that there is also a high potential at the non-inverting input of the operational amplifier UlB. If this potential is large enough, the voltage output from the operational amplifier UlB sinks and po ⁇ sitive is so that the FET Q3 is turned off.
- the interface circuit can be connected via the terminal A2 to a microcontroller.
- the delay device 12 is formed in the above-described circuit implementation of the interface circuit 100 as an RC element. But it can general my having any elements that are capable of delaying a Messpo ⁇ potential by a delay time T, ⁇ verwirk light are, for example, as LC element, LR-member, a or multiple logic gates, dedicated delay or combination thereof.
- the comparator device 13 in the above-described circuitry realization of the interface circuit 100 is designed as an operational amplifier UA1.
- it can be generally realized with any elements suitable for discriminating whether the potentials applied to two inputs are equal or unequal, for example as a comparator or as one or more logic gates (eg XOR, AND, OR gate).
- a logic gate is in particular an XOR gate may be suitable, as thus configured with a single gate, a ge ⁇ suitable comparison means. 13
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Abstract
Description
Beschreibungdescription
Schnittstellenschaltung, Motorsteuergerät und Verfahren zur Auswertung eines SensorstromsignalsInterface circuit, engine control unit and method for evaluating a sensor current signal
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schnittstellenschal¬ tung sowie ein Motorsteuergerät. Die Erfindung betrifft fer¬ ner ein Verfahren zur Auswertung eines Sensorstromsignals.The present invention relates to an interface scarf ¬ tion and an engine control unit. The invention relates fer ¬ ner a method for evaluating a sensor current signal.
In modernen Kraftfahrzeugen ist eine Vielzahl von Steuergeräten vorgesehen. Solche Steuergeräte steuern die Funktionen des Kraftfahrzeugs, im Falle eines Motorsteuergerätes zum Beispiel Kraftstoffeinspritzung, Zündzeitpunkt, usw. Ein solches Steuergerät verfügt dafür über eine oder mehrere Schnittstellen, an die Sensoren (z.B. Temperatursensoren, Drehwinkelsensoren, usw.) angeschlossen werden können und über die dem Steuergerät Messwerte zugeführt werden. Diese Messwerte werden von einem im Steuergerät angeordneten Mik- rokontroller ausgewertet und beispielsweise in Fahrzeugpara- meter umgewandelt, welche dann beispielsweise von einemIn modern motor vehicles, a plurality of control devices is provided. Such controllers control the functions of the motor vehicle, in the case of an engine control unit, for example, fuel injection, ignition, etc. Such a controller has one or more interfaces to which sensors (eg temperature sensors, rotation angle sensors, etc.) can be connected and on the Control unit measured values are supplied. These measured values are evaluated by a microcontroller arranged in the control unit and, for example, converted into vehicle parameters, which are then, for example, from a
Steuerungsprogramm für die weitere Steuerung des Fahrzeugs berücksichtigt werden können. Zur Ankopplung von Sensoren an Steuergeräte im Kraftfahrzeug sind analoge und digitale Schnittstellen bekannt.Control program for the further control of the vehicle can be considered. For coupling of sensors to control devices in the motor vehicle analog and digital interfaces are known.
In vielen herkömmlichen analogen Schnittstellen werden drei Leitungen zur Anbindung der Sensoren an das Steuergerät verwendet, nämlich eine Versorgungsspannungsleitung, eine Masseleitung sowie eine Sensorleitung, welche ein der Messgröße entsprechendes analoges Potenzial liefert. In modernenIn many conventional analog interfaces, three lines are used for connecting the sensors to the control unit, namely a supply voltage line, a ground line and a sensor line which supplies an analog potential corresponding to the measured variable. In modern
Kraftfahrzeugen ist jedoch eine sehr große Anzahl von Sensoren vorgesehen, so dass eine große Gesamtanzahl an Leitungen zur Anbindung dieser Sensoren an das Steuergerät benötigt wird. Dies führt jedoch wiederum zu höheren Kosten sowie ei- nem höheren Fahrzeuggewicht. Ein Ansatz, um die Anzahl der Leitungen zu verringern, besteht in der Verwendung von Stromschnittstellen zur Anbindung von Sensoren an ein Steuergerät. In solchen Stromschnittstellen wird das Sensorstromsignal auf die Spannungs- Versorgung aufmoduliert. Durch Auswertung des Sensorstromsignals kann somit auf die vom Sensor gemessene Messgröße geschlossen werden. Da hierbei die Leitung zur Versorgung des Sensors gleichzeitig zur Übertragung des Sensorstromsig¬ nals dient, kann auf eine der drei Leitungen zum Steuergerät verzichtet werden.Automotive vehicles, however, a very large number of sensors is provided, so that a large total number of lines for connecting these sensors to the control unit is needed. However, this in turn leads to higher costs and a higher vehicle weight. One approach to reducing the number of lines is to use current interfaces to connect sensors to a controller. In such current interfaces, the sensor current signal is modulated onto the voltage supply. By evaluating the sensor current signal, it is therefore possible to deduce the measured variable measured by the sensor. Since in this case the line for supplying the sensor simultaneously serves for transmitting the Sensorstromsig ¬ nals, can be dispensed with one of the three lines to the control unit.
Neben analogen Stromschnittstellen sind digitale Stromschnittstellen bekannt. In solchen digitalen Stromschnittstellen ist das über die Versorgungsleitung fließende Strom- signal mit zwei verschiedenen Strompegeln versehen, zwischen denen es in Abhängigkeit von den zu übertragenden Informati¬ onen alterniert. Durch diese zwei Strompegel ist ein Strom¬ hub in der Größenordnung von beispielsweise 10 mA gegeben.In addition to analogue power interfaces, digital power interfaces are known. In such a digital power interface, the current flowing through the supply line current signal is provided with two different current levels, between which it alternates in dependence on the ¬ to be transmitted informa tion. Through these two current levels, a current ¬ stroke in the order of, for example, 10 mA is given.
Herkömmlicherweise wird das Sensorstromsignal in der Regel mittels eines Komparators ausgewertet, welcher mit festen Schaltschwellen arbeitet. Wenn der Stromhub, also der Ab¬ stand zwischen High- und Low-Pegel des Stromes, gering ist, dann müssen die Schaltschwellen des Komparators sehr genau definiert, d.h. mit einer sehr geringen Toleranz, versehen sein. Für eine zuverlässige Erkennung der Strompegel ist folglich ein großer Stromhub wünschenswert. Eine Verstärkung des digitalen Sensorstromsignals ist zum Vergrößern des Stromhubs nicht geeignet, da dem Sensor nicht beliebig große Ströme zugeführt werden können. Ferner erfordern größereConventionally, the sensor current signal is usually evaluated by means of a comparator, which operates with fixed switching thresholds. If the current swing, so the ex ¬ stood between high and low level of current is low, the switching threshold of the comparator must be very well defined, ie provided with a very low tolerance. Consequently, a large current swing is desirable for reliable detection of the current levels. An amplification of the digital sensor current signal is not suitable for increasing the Stromhubs because the sensor can not be supplied arbitrarily large currents. Furthermore, larger ones require
Ströme auch eine leistungsfähigere Versorgung, was zu höhe¬ ren Kosten führt. Außerdem ist aufgrund der hohen Frequenz des digitalen Sensorstromsignals eine Verstärkung desselben auch wirtschaftlich nicht sinnvoll. Ein großer Stromhub ist also für eine zuverlässige Erkennung der Strompegel wün¬ schenswert, jedoch aus den oben genannten Gründen nur sehr schwer zu realisieren. Für eine zuverlässige Auswertung sollten sich die Pegel des Sensorstroms ferner möglichst definiert innerhalb enger vor¬ gegebener Toleranzen bewegen. Abhängig von äußeren Einflüs- sen, wie z.B. der Umgebungstemperatur, können sich jedoch die Pegel des Sensorstroms signifikant verändern. Um dennoch eine zuverlässige Auswertung des Sensorstromsignals zu er¬ möglichen, sind daher sehr enge Toleranzen der Bauteile der Auswerteschaltung und der Versorgungsspannung erforderlich. Dies ist jedoch mit erheblichem schaltungstechnischem Aufwand verbunden, was die gesamte Schaltung signifikant ver¬ teuern würde.Streams and a more efficient supply, leading to ren height ¬ costs. In addition, due to the high frequency of the digital sensor current signal amplification of the same does not make economic sense. A large current swing is thus a reliable detection of the current level Wanting ¬ rule worth, but very difficult to realize from the above-mentioned reasons. For reliable evaluation, the level of the sensor current should also preferably defined inside move closer before ¬ given tolerances. Depending on external influences, such as the ambient temperature, however, the levels of the sensor current can change significantly. To nevertheless he ¬ possible a reliable evaluation of the sensor current signal, therefore, very tight tolerances of the components of the evaluation circuit and the supply voltage is required. However, this is associated with considerable circuit complexity, what would dear the entire circuit significantly ver ¬.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine zuverlässige Auswertung eines Sensorstromsignals zu er¬ möglichen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Auswertung eines Sensorstromsignals mit einer wenig aufwändigen Schaltung zu ermöglichen.An object of the present invention is therefore to ¬ possible a reliable evaluation of a sensor current signal to it. Another object of the present invention is to enable the evaluation of a sensor current signal with a little expensive circuit.
Erfindungsgemäß wird mindestens eine dieser Aufgaben durch eine Schnittstellenschaltung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einem Motorsteuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 11 und/oder ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst .According to the invention, at least one of these objects is achieved by an interface circuit having the features of claim 1, an engine control unit having the features of claim 11 and / or a method having the features of claim 12.
Dementsprechend ist eine Schnittstellenschaltung zur Anbindung eines Sensors an ein Steuergerät, insbesondere an ein Motorsteuergerät, vorgesehen, mit mindestens einem Signal¬ eingang, über den ein Sensorstromsignal einkoppelbar ist, mit einem Strom/Spannungsumsetzer, welcher aus dem eingekoppelten Sensorstromsignal ein Messpotenzial erzeugt, mit ei¬ ner Verzögerungseinrichtung, welche das Messpotenzial um eine vorgegebene Verzögerungszeit verzögert, und mit einer Vergleichereinrichtung, welche das Messpotenzial mit dem von der Verzögerungseinrichtung verzögerten Messpotenzial vergleicht und ein vom Ergebnis dieses Vergleiches abhängiges Auswertesignal ausgibt. Ein entsprechendes Verfahren zur Auswertung eines von einem Sensor erzeugten Sensorstromsignals in einem Steuergerät, insbesondere mittels einer erfindungsgemäßen Schnittstellen- Schaltung, umfasst die Schritte:Accordingly, an interface circuit for connecting a sensor to a control device, in particular to an engine control unit, provided with at least one signal ¬ input, via which a sensor current signal can be coupled, with a current / voltage converter, which generates a measuring potential from the coupled sensor current signal, with ei A delay device, which delays the measuring potential by a predetermined delay time, and a comparator device, which compares the measuring potential with the measuring potential delayed by the delay device and outputs a signal dependent on the result of this comparison. A corresponding method for evaluating a sensor current signal generated by a sensor in a control device, in particular by means of an interface circuit according to the invention, comprises the steps:
(a) Erzeugen eines Sensorstromsignals durch einen Sensor,(a) generating a sensor current signal by a sensor,
(b) Erzeugen eines Messpotenzials aus dem Sensorstromsig¬ nal,(b) generating a measurement potential from the Sensorstromsig ¬ nal,
(c) Verzögern des Messpotenzials um eine vorgegebene Verzö- gerungszeit,(c) delaying the measurement potential by a predetermined delay time,
(d) Vergleichen des verzögerten Messpotenzials mit dem un- verzögerten Messpotenzial, und(d) comparing the delayed measurement potential with the undelayed measurement potential, and
(e) Ausgeben eines vom Ergebnis dieses Vergleiches abhängi¬ ges Auswertesignals an das Steuergerät.(e) outputting a result of this comparison ¬ ges dependi evaluation signal to the control unit.
Ein erfindungsgemäßes Motorsteuergerät umfasst eine erfin¬ dungsgemäße Schnittstellenschaltung, deren mindestens ein Signaleingang mit mindestens einem Sensor verbindbar ist, und eine Auswerteeinrichtung, insbesondere einem Mikrokon- troller, welche das von der Vergleichereinrichtung derAn inventive engine control device comprises a dung OF INVENTION ¬ art interface circuit having a signal input connected to at least one sensor is at least connectable, and an evaluation device, in particular a Mikrokon- troller which the by the comparison means of the
Schnittstellenschaltung ausgegebene Auswertesignal auswertet.Interface circuit evaluated evaluation signal evaluates.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee ist es, das Sensorstromsignal mit sich selber zu vergleichen.The idea underlying the present invention is to compare the sensor current signal with itself.
Genauer gesagt wird ein dem Sensorstromsignal entsprechendes Messpotenzial in unverzögerter Form mit demselben Messpotenzial in verzögerter Form verglichen. Somit werden Flanken im Sensorstromsignal erkannt und es wird in Abhängigkeit der Flanken ein impulsförmiges Auswertesignal erzeugt.More specifically, a measurement potential corresponding to the sensor current signal is compared in an instantaneous form with the same measurement potential in a delayed form. Thus, edges are detected in the sensor current signal and it is generated in response to the edges of a pulse-shaped evaluation signal.
Ein wesentlicher Vorteil, der sich aus der erfindungsgemäßen Anordnung und dem erfindungsgemäßen Verfahren ergibt liegt darin, dass keine Referenzpotenziale oder Schaltschwellen benötigt werden, um Flanken im Sensorstromsignal zu erken¬ nen. Somit unterliegen die verwendeten Bauteile und das Sensorstromsignal keinen engen Toleranzen. Da das dem Sensor- Stromsignal entsprechende Messpotenzial mit sich selbst und nicht mit einem Referenzpotenzial verglichen wird, ist eine Flankenerkennung auch bei Sensorstromsignalen mit geringem Stromhub gewährleistet und insbesondere auch bei hochfre- quenten Sensorstromsignalen möglich.A significant advantage deriving from the arrangement according to the invention and the inventive method is that no reference potentials or switching thresholds are needed ¬ nen to erken to edges in the sensor current signal. Thus, the components used and the sensor current signal are not subject to close tolerances. Since this is the Current signal corresponding measurement potential is compared with itself and not with a reference potential, an edge detection is also ensured for sensor current signals with a small current swing and especially for high-frequency sensor current signals possible.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.Advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the dependent claims and the description with reference to the drawings.
Eine schaltungstechnisch besonders vorteilhafte Realisierung sieht vor, dass der Strom/Spannungsumsetzer einen Messwiderstand aufweist, welcher zwischen dem Signaleingang und einem ersten Versorgungsanschluss, an dem ein erstes Versorgungs- Potenzial anlegbar ist, angeordnet ist und am eingangsseiti- gen Abgriff des Messwiderstands das Messpotenzial anliegt.An embodiment which is particularly advantageous in terms of circuitry provides that the current / voltage converter has a measuring resistor which is arranged between the signal input and a first supply connection to which a first supply potential can be applied and the measurement potential is present at the input-side tap of the measurement resistor.
Die Vergleichereinrichtung kann beispielsweise als Operati¬ onsverstärker, Komparator oder Logik-Gatter realisiert wer- den. Im Falle eines Logik-Gatters ist insbesondere ein XOR- Gatter vorteilhaft, da somit mit einem einzigen Gatter eine geeignete Vergleichereinrichtung realisiert werden kann.The comparator means may, for example, as Operati ¬ onsverstärker, comparator or the logic gates implemented advertising the. In the case of a logic gate, in particular an XOR gate is advantageous, since a suitable comparator device can thus be realized with a single gate.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein erster Eingang der Vergleichereinrichtung über die Verzögerungseinrichtung mit dem Abgriff verbunden ist und ein zweiter Eingang der Vergleichereinrichtung direkt mit dem Abgriff verbunden. Somit können den Eingängen der Vergleichereinrichtung jeweils das verzögerte sowie das unverzögerte Messpotenzial zuge- führt werden. Unter einer „direkten Verbindung" wird hierbei eine Verbindung verstanden, mit der das Messpotenzial ohne Verzögerung dem zweiten Eingang der Vergleichereinrichtung zugeführt wird.In an advantageous embodiment, a first input of the comparator device is connected to the tap via the delay device and a second input of the comparator device is connected directly to the tap. Thus, the inputs of the comparator device can each receive the delayed as well as the instantaneous measurement potential. A "direct connection" here means a connection with which the measuring potential is fed without delay to the second input of the comparator device.
Vorteilhafterweise ist zwischen dem Signaleingang und demAdvantageously, between the signal input and the
Strom/Spannungsumsetzer ein Stromspiegel angeordnet, welcher das Sensorstromsignal spiegelt und welcher ein vom Sensor- Stromsignal abgeleitetes gespiegeltes Sensorstromsignal dem Strom/Spannungsumsetzer zuführt. Somit kann ein Sensorstromsignal abgeleitetes gespiegeltes Sensorstromsignal im We¬ sentlichen ohne Beeinflussung des dem Sensor zugeführten Sensorstromsignal ausgewertet werden.Current / voltage converter arranged a current mirror, which reflects the sensor current signal and which one of the sensor Current signal derived mirrored sensor current signal to the current / voltage converter supplies. Thus, a sensor current signal derived mirrored sensor current signal to We ¬ sentlichen without affecting the fed to the sensor Sensor current signal are evaluated.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein zweiter Versorgungsanschluss vorgesehen, an welchen ein zweites Versorgungspotenzial zur Versorgung des Sensors an- legbar ist. Somit wird von der Schnittstellenschaltung das dem Sensor zugeführte Sensorstromsignal ausgewertet.In an advantageous development of the invention, a second supply connection is provided, to which a second supply potential for supplying the sensor can be applied. Thus, the sensor circuit signal supplied to the sensor is evaluated by the interface circuit.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Signaleingang als digitaler Signaleingang zur Ankopplung eines digitalen Sensors ausgebildet und über den Signaleingang ein digitales Sensorstromsignal einkoppelbar . Mit dieser Anordnung ist kein großer Unterschied zwischen High- und Low-Pegel des di¬ gitalen Sensorstromsignals notwendig, da die Schnittstellen¬ schaltung Signalübergänge (Flanken) zwischen High- und Low- Pegel in leicht auswertbare Pulssignale umwandelt.In an advantageous embodiment of the signal input is designed as a digital signal input for coupling a digital sensor and coupled via the signal input, a digital sensor current signal. With this arrangement, no large difference between the high and low levels of the di ¬ digital sensor current signal is necessary because the interface ¬ circuit converts signal transitions (edges) between high and low levels in easily evaluable pulse signals.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Schnittstellenschaltung einen Strombegrenzer, welcher den dem Sensor zugeführten Sensorstrom begrenzt, und/oder einen Spannungsbegrenzer, welcher das dem Sensor zugeführten Sensorpotenzial begrenzt, auf. Dies schützt den Sensor vor zu hohen Strömen bzw. Spannungen und damit vor einer Beschädigung oder Zerstörung.In an advantageous development of the invention, the interface circuit has a current limiter, which limits the sensor current supplied to the sensor, and / or a voltage limiter, which limits the sensor potential supplied to the sensor. This protects the sensor from excessive currents or voltages and thus from damage or destruction.
Die Verzögerungseinrichtung weist vorzugsweise mindestens ein RC-Glied, LC-Glied, LR-Glied und/oder Logikgatter auf. Insbesondere ein RC-Glied lässt sich dabei schaltungstech¬ nisch in einfacher Weise realisieren.The delay device preferably has at least one RC element, LC element, LR element and / or logic gates. In particular, an RC element can thereby realize circuit stabbing ¬ cally in a simple manner.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den schematischen Figuren der Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen hier: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines mit einem Sensor ver¬ bundenen erfindungsgemäßen Steuergerätes;Embodiments of the invention are illustrated in the schematic figures of the drawings and explained in more detail in the following description. It show here: Fig. 1 shows an embodiment of a sensor-bound with a ver ¬ control device according to the invention;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemä¬ ßen Schnittstellenschaltung zur Anbindung eines Sensors an ein Steuergerät entsprechend Fig. 1; undFigure 2 is a schematic representation of an inventive ¬ SEN interface circuit for interfacing a sensor to a control unit according to Fig. 1. and
Fig. 3 eine detaillierte Schaltungsanordnung der erfin- dungsgemäßen Schnittstellenschaltung aus Fig. 2.3 shows a detailed circuit arrangement of the interface circuit according to the invention from FIG. 2.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Merkmale und Signale.In the figures, like reference numerals designate like or functionally identical elements, features and signals.
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Motorsteuergeräts 500 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Motorsteuergerät 500 umfasst eine erfindungsgemäße Schnitt¬ stellenschaltung 100 sowie eine Auswerteeinrichtung 300, die im vorliegenden Beispiel Bestandteil einer programmgesteuer- ten Einheit, beispielsweise eines Mikrokontrollers 300, ist.FIG. 1 shows a block diagram of a motor controller 500 according to an embodiment of the present invention. The engine control unit 500 comprises an interface according to the invention ¬ circuit 100 as well as an evaluation device 300, which in the present example part of a program- th unit, for example, a microcontroller 300,.
An das Motorsteuergerät 500 kann, wie in Fig. 1 dargestellt, über einen Eingang/Ausgang 600 mindestens ein oder mehrere digitale Sensoren 400, 400n angeschlossen werden. Die digi- talen Sensoren 400, 400n nehmen von der Schnittstellenschaltung 100 jeweils einen digitalen Sensorstrom Is, Isn auf, der Informationen über die vom jeweiligen Sensor 400, 400n gemessene Messgröße enthält. Wie unten noch genauer erläu¬ tert wird, erzeugt die Schnittstellenschaltung 100 ein im- pulsförmiges Auswertesignal Ia, und zwar in Abhängigkeit von den (positiven und/oder negativen) Flanken des digitalen Sensorstroms Is. Der Mikrokontroller 300 wertet dieses Aus¬ wertesignal Ia aus und schließt auf die vom jeweiligen Sen¬ sor 400, 400n gemessene Messgröße. Die Schnittstellenschal- tung 100 kann somit ein digitales Sensorstromsignal mit kleinem Stromhub in Spannungspulse mit ausreichend großem Spannungshub umwandeln, die vom Mikrokontroller 300 ausgewertet werden können.As shown in FIG. 1, at least one or more digital sensors 400, 400n can be connected to the engine control unit 500 via an input / output 600. The digital sensors 400, 400n each receive from the interface circuit 100 a digital sensor current Is, Isn, which contains information about the measured variable measured by the respective sensor 400, 400n. As discussed below in more detail erläu ¬ is tert generates the interface circuit 100, an impulse-shaped evaluation signal Ia, in dependence of the (positive and / or negative) edges of the digital sensor current Is. The micro-controller 300 evaluates it ¬ value signal Ia and closes the by the respective Sen ¬ sor 400, 400n measured variable. The interface circuit 100 can thus provide a digital current sensor signal with a small current in voltage pulses with sufficiently large Transform voltage swing, which can be evaluated by the microcontroller 300.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der in Fig. 1 dargestellten Schnittstellenschaltung 100 zur Anbindung eines Sensors an ein Steuergerät.FIG. 2 shows a schematic representation of the interface circuit 100 shown in FIG. 1 for connecting a sensor to a control unit.
Die Schnittstellenschaltung 100 weist vier Anschlüsse Al bis A4 auf. Die Anschlüsse A3 und A4 dienen als Versorgungsan- Schlüsse der Schnittstellenschaltung 100. An den ersten Ver- sorgungsanschluss A3 ist ein erstes Versorgungspotenzial GND, beispielsweise ein Bezugspotenzial oder ein Massepoten¬ zial GND, und an den zweiten Versorgungsanschluss A4 ist ein zweites Versorgungspotenzial VBB, beispielsweise ein positi- ves Versorgungspotenzial VBB, angeschlossen. Die Spannungs¬ quelle 200 ist vorzugsweise als ein so genannter Tracker ausgebildet, welcher eine konstante Versorgungsspannung VBB- GND zur Versorgung des Sensors 400 liefert.The interface circuit 100 has four terminals A1 to A4. The terminals A3 and A4 serve as supply connections circuits of the interface circuit 100. To the first supply terminal A3 is a first supply potential GND, for example a reference potential or a Massepoten ¬ potential GND, and the second supply terminal A4 is a second supply potential VBB, e.g. a positive supply potential VBB, connected. The voltage ¬ source 200 is preferably configured as a so-called tracker, which provides a constant supply voltage VBB GND for supply of the sensor 400th
An den Anschluss Al kann ein in Fig. 2 nicht dargestellterTo the terminal Al, a not shown in Fig. 2
Sensor 400 angeschlossen werden und über diesen Anschluss Al mit Strom versorgt werden. Der vom Sensor 400 aufgenommene Strom Is enthält eine Information über die vom Sensor 400 gemessene Messgröße. Der Anschluss Al dient somit, bezogen auf die zu messende Messgröße des Sensors 400, auch als Sig¬ naleingang Al, über den ein Sensorstromsignal Is einkoppel- bar ist. An den Anschluss A2 kann eine in Fig. 2 nicht dargestellte Auswerteeinrichtung Mikrokontroller angeschlossen werden, an den von der Schnittstellenschaltung 100 Auswerte- Signale Ia ausgegeben werden. Der Anschluss A2 dient somit als Signalausgang.Sensor 400 are connected and powered via this terminal Al with power. The current Is picked up by the sensor 400 contains information about the measured variable measured by the sensor 400. The connection Al is thus based on the measured measure of sensor 400, also known as Sig ¬ naleingang Al, via a sensor current signal Is coupling-bar is. An evaluation device, not shown in FIG. 2, may be connected to the terminal A2, microcontrollers to which the interface circuit 100 outputs evaluation signals Ia. The connection A2 thus serves as a signal output.
Die Schnittstellenschaltung 100 umfasst einen Strom/Spannungsumsetzer 10, eine Verzögerungseinrichtung 12, eine Vergleichereinrichtung 13 und einen Stromspiegel 20, welche den Kern der Schnittstellenschaltung 100 darstellen. Der Stromspiegel 20 ist zwischen dem Versorgungsanschluss A4 und dem Anschluss Al angeschlossen und spiegelt den vom An- schluss Al zum Sensor fließenden Sensorstrom Is. Mit anderen Worten, der Stromspiegel 20 erzeugt einen gespiegelten Sen- sorstrom Is', welcher dem Strom/Spannungsumsetzer 10 zugeführt wird.The interface circuit 100 comprises a current / voltage converter 10, a delay device 12, a comparator device 13 and a current mirror 20, which constitute the core of the interface circuit 100. The current mirror 20 is connected between the supply terminal A4 and the terminal Al and reflects the sensor current Is flowing from the terminal Al to the sensor. In other words, the current mirror 20 generates a mirrored sensor current Is', which is supplied to the current / voltage converter 10 becomes.
Eingangsseitig ist am Strom/Spannungsumsetzer 10 ein Abgriff 14 vorgesehen, an dem aufgrund des durch den Strom/Spannungsumsetzer 10 fließenden Stroms Is' ein Messpotenzial Vs anliegt. Eingangsseitig ist derOn the input side, a tap 14 is provided at the current / voltage converter 10, to which a measuring potential Vs is applied due to the current Is' flowing through the current / voltage converter 10. On the input side is the
Strom/Spannungsumsetzer 10 ferner mit einer Verzögerungseinrichtung 12 verbunden, welche das am Abgriff 14 anliegende Messpotenzial Vs um eine Verzögerungszeit T verzögert. Die Vergleichereinrichtung 13 weist zwei Eingänge El und E2 auf, von denen der eine Eingang El mit dem Ausgang der Verzögerungseinrichtung 12 und der andere Eingang E2 mit der Eingangsseite des Strom/Spannungsumsetzers 10 (also dem Abgriff 14) verbunden ist. Somit liegt am Eingang El das um die Ver- zögerungszeit T verzögerte Messpotenzial Vs und am anderenCurrent / voltage converter 10 is further connected to a delay device 12, which delays the measuring potential Vs applied to the tap 14 by a delay time T. The comparator device 13 has two inputs El and E2, of which one input El is connected to the output of the delay device 12 and the other input E2 is connected to the input side of the current / voltage converter 10 (ie the tap 14). Thus, the measurement potential Vs delayed by the delay time T is at the input E1 and at the other end
Eingang E2 das unverzögerte Messpotenzial Vs an. Der Ausgang der Vergleichereinrichtung 13 ist mit dem Anschluss A2 verbunden .Input E2 to the instantaneous measurement potential Vs. The output of the comparator 13 is connected to the terminal A2.
Ein Strombegrenzer 30 ist zwischen dem Stromspiegel 20 und dem Anschluss Al angeordnet und begrenzt den Strom, welcher maximal durch einen am Anschluss Al angeschlossenen Sensor fließen kann. Ein Spannungsbegrenzer 40 ist zwischen dem Versorgungsanschluss A4 und dem Anschluss Al angeordnet und begrenzt die Spannung, welche maximal an einem am Anschluss Al angeschlossenen Sensor anliegen kann.A current limiter 30 is arranged between the current mirror 20 and the terminal Al and limits the current which can flow at most through a sensor connected to the terminal A1. A voltage limiter 40 is arranged between the supply terminal A4 and the terminal Al and limits the voltage which can be applied to a maximum of a sensor connected to the terminal Al.
Die Funktionsweise dieser Schnittstellenschaltung 100 wird im Folgenden erläutert.The operation of this interface circuit 100 will be explained below.
Die in Schnittstellenschaltung 100 ist insbesondere als Schnittstellenschaltung zur Anbindung eines digitalen Sen- sors geeignet. Der an die Schnittstelle Al angeschlossene Sensor Al wird dabei durch die Schnittstellenschaltung 100 von der Spannungsquelle 200 mit einem Sensorstrom Is versorgt. Dieser Sensorstrom Is variiert dabei zwischen zwei Strompegeln, und zwar in Abhängigkeit von der vom Sensor zu messenden Messgröße. Die Stromaufnahme des Sensors stellt somit eine Information dar, aus der auf die zu messende Messgröße geschlossen werden kann. Diese Information ist also im Sensorstromsignal Is enthalten.The interface circuit 100 is used in particular as an interface circuit for connecting a digital sensor. sors suitable. The sensor Al connected to the interface A1 is supplied by the interface circuit 100 from the voltage source 200 with a sensor current Is. This sensor current Is varies between two current levels, depending on the measured variable to be measured by the sensor. The current consumption of the sensor thus represents information from which the measured variable to be measured can be deduced. This information is thus contained in the sensor current signal Is.
Die den Sensor mit dem Anschluss Al verbindende Leitung er¬ füllt demnach zwei Funktionen, nämlich erstens, den Sensor mit Strom zu versorgen, und zweitens, der Schnittstellenschaltung 100 eine Information über die zu messende Messgrö- ße zu liefern.Accordingly, the line connecting the sensor to the terminal A1 fills two functions, namely, first, to supply the sensor with power and, secondly, to provide the interface circuit 100 with information about the measurand to be measured.
Das Sensorstromsignal Is wird, wie oben erläutert, vom Stromspiegel 20 gespiegelt und das gespiegelte Sensorstrom¬ signal Is' wird dem Strom/Spannungsumsetzer 10 zugeführt, wodurch am Abgriff 14 das Messpotenzial Vs entsteht. Die Vergleichereinrichtung 13 vergleicht nun das unverzögerte Messpotenzial Vs mit dem von der Verzögerungseinrichtung 12 um die Verzögerungszeit T verzögerten Messpotenzial Vs. Falls an den Eingängen El und E2 identische Potenziale an- liegen, dann gibt die Vergleichereinrichtung 13 ein Signal Sl aus, und falls an den Eingängen El und E2 identische Po¬ tenziale anliegen, dann gibt die Vergleichereinrichtung 13 ein Signal S2 aus, dessen Pegel sich von dem Pegel des Sig¬ nals Sl unterscheidet.The sensor current signal Is is, as explained above, mirrored from the current mirror 20 and the reflected power sensor ¬ signal Is' is supplied to the current / voltage converter 10, whereby the measurement potential Vs occurs at the tap fourteenth The comparator 13 now compares the instantaneous measurement potential Vs with the measurement potential Vs delayed by the delay device 12 by the delay device 12. If present at the inputs El and E2 identical potentials, then outputs the comparison means 13 a signal Sl, and if El and E2 identical Po ¬ potentials applied to the inputs, then outputs the comparison means 13 a signal S2 whose level differs from the level of Sig ¬ nals Sl.
Falls vom Sensor für einen Zeitraum größer der Verzögerungszeit T ein konstanter Strom Is aufgenommen wird, dann liegen an den Eingängen El und E2 dieselben Potenziale an, so dass die Vergleichereinrichtung 13 ein Signal Ia = Sl ausgibt. Ändert sich nun der Strom Is auf den anderen Strompegel, dann führt dies zu einer Änderung des Messpotenzials Vs, welche unmittelbar am Eingang E2 der Vergleichereinrichtung 13 anliegt. Da das Messpotenzials Vs jedoch dem Eingang El der Vergleichereinrichtung 13 mit einer Verzögerung um die Zeit T zugeführt wird, liegt die Änderung des Messpotenzials Vs erst nach der Verzögerungszeit T am Eingang El an. Für die Dauer der Verzögerungszeit T liegen an den Eingängen El und E2 unterschiedliche Potenziale an, so dass die Ver¬ gleichereinrichtung 13 ein Signal Ia = S2 ausgibt. Bei einer Änderung des Strompegels des Sensorstromsignals Is wird also am Anschluss A2 als Auswertesignal ein Signalimpuls der Län- ge T ausgegeben. Dieses Auswertesignal kann dann von einem angeschlossenen Mikrokontroller weiter ausgewertet werden. Mit anderen Worten reagiert die Vergleichereinrichtung 13 auf Flanken im Sensorstromsignal und macht daraus Pulse der Länge T; sie kann somit auch als „Pulse-Shaper" betrachtet werden.If a constant current Is is recorded by the sensor for a period greater than the delay time T, then the same potentials are present at the inputs E1 and E2, so that the comparator device 13 outputs a signal Ia = S1. If the current Is now changes to the other current level, this leads to a change of the measuring potential Vs, which occurs directly at the input E2 of the comparator device 13 is present. However, since the measuring potential Vs is supplied to the input E1 of the comparator 13 with a delay by the time T, the change of the measuring potential Vs is not present until after the delay time T at the input E1. For the duration of the delay time T, different potentials are present at the inputs E1 and E2, so that the comparator device 13 outputs a signal Ia = S2. In the case of a change in the current level of the sensor current signal Is, a signal pulse of the length T is thus output at the terminal A2 as the evaluation signal. This evaluation signal can then be further evaluated by a connected microcontroller. In other words, the comparator 13 reacts to edges in the sensor current signal and makes pulses of length T; It can therefore also be regarded as a "pulse shaper".
Ein wesentlicher Vorteil der Schnittstellenschaltung 100 nach der vorliegenden Ausführungsform liegt darin, dass die angegebene Schaltung nicht sehr toleranzabhängig ist. Die Schaltung reagiert auf Änderungen des Sensorstromsignals Is und nicht auf Über- oder Unterschreiten von absolut festgesetzten Schwellen durch das Sensorstromsignals Is. Die Schaltung besitzt also „dynamische Schaltschwellen". Somit ist die Schaltung robust gegenüber einer Verschiebung der beiden Strompegel des Sensorstromsignals Is, die beispiels¬ weise durch Temperatureinflüsse oder dergleichen bewirkt werden kann. Folglich müssen die in der Schaltung vorgesehenen Bauteile nicht mit strengen Toleranzen versehen werden und auch die Anforderungen and den Sensor verringern sich.A significant advantage of the interface circuit 100 of the present embodiment is that the specified circuit is not very tolerance dependent. The circuit responds to changes in the sensor current signal Is and not to exceed or fall below absolutely fixed thresholds by the sensor current signal Is.The circuit thus has "dynamic switching thresholds." Thus, the circuit is robust against a shift of the two current levels of the sensor current signal Is, the example can be effected ¬, by temperature influences or the like. Consequently, the measures provided for in the circuit components need not be provided with tight tolerances and the requirements and the sensor decrease.
Ein weiterer Vorteil ist, dass der schaltungstechnische Auf¬ wand der erfindungsgemäßen Schnittstellenschaltung vergleichsweise gering ist und mit Standardbauteilen realisiert werden kann.A further advantage is that the circuitry on ¬ wall of the interface circuit according to the invention is comparatively low and can be implemented with standard components.
Fig. 3 zeigt eine technische Realisierung der in Fig. 2 gezeigten Schnittstellenschaltung 100. In der in Fig. 3 dargestellten Schaltung ist die Vergleichereinrichtung 13 in Fig. 2 durch einen Operationsverstärker UlA realisiert, welcher die Potenziale an seinen Eingängen El und E2 miteinander vergleicht und entsprechende Auswerte¬ signale ausgibt. Wie weiter unten erläutert kann die Ver¬ gleichereinrichtung 13 jedoch auch durch andere Bauelemente realisiert werden.FIG. 3 shows a technical realization of the interface circuit 100 shown in FIG. 2. In the circuit shown in Fig. 3, the comparator device 13 is realized in Fig. 2 by an operational amplifier UlA, which compares the potentials at its inputs El and E2 with each other and outputs corresponding evaluation ¬ signals. As explained below, however, the Ver ¬ equal device 13 can also be realized by other components.
Der Widerstand Rs in Fig. 3 entspricht demThe resistance Rs in FIG. 3 corresponds to FIG
Strom/Spannungsumsetzer 10 in Fig. 2. Der durch den Widerstand Rs fließende Strom resultiert in einem Messpotenzial Vs am eingangseitigen Abgriff 14. Der Abgriff 14 ist zur Pegeloptimierung über einen Spannungsteiler aus den Widerstän- den Rl und R3 mit dem Eingang E2 (nicht invertierender Eingang) des Operationsverstärkers UlA verbunden.Current / voltage converter 10 in Fig. 2. The current flowing through the resistor Rs current results in a measurement potential Vs at the input side tap 14. The tap 14 is for level optimization via a voltage divider from the resistors Rl and R3 to the input E2 (non-inverting Input) of the operational amplifier UlA.
Die Verzögerungseinrichtung 12 ist in der dargestellten Schaltung durch ein RC-Glied mit einem Widerstand R2 und ei- nem Kondensator C2 realisiert. Eingangsseitig ist der Wider¬ stand R2 an den Abgriff 14 angeschlossen und ausgangsseitig an den Eingang El (invertierender Eingang) des Operationsverstärkers UlA, wobei der Kondensator C2 parallel zwischen dem Widerstand R2 und dem Eingang El angeschlossen ist.The delay device 12 is realized in the illustrated circuit by an RC element with a resistor R2 and a capacitor C2. On the input side the counter-¬ is stood R2 connected to the tap 14 and on the output side to the input El (inverting input) of the operational amplifier UlA, the capacitor C2 and the input El is connected in parallel between the resistor R2.
Der Ausgang des Operationsverstärkers UlA ist an den An- schluss A2 angeschlossen. Zwischen dem Anschluss A2 und dem Eingang E2 ist ein Hysteresewiderstand Rh vorgesehen, wel¬ cher für ein schnelleres Schalten des Operationsverstärkers UlA sorgt.The output of the operational amplifier UlA is connected to the terminal A2. Between the terminal A2 and the input E2 is a hysteresis resistor Rh is provided wel ¬ cher provides faster switching of the operational amplifier UlA.
Der Stromspiegel 20 besteht aus zwei pnp-Transistoren Ql und Q2. Der Emitter des Transistors Ql ist direkt mit dem An¬ schluss A4, an welchen die Spannungsquelle 200 angeschlossen ist, verbunden und der Kollektor des Transistors Ql ist di¬ rekt mit dem Anschluss Al, an welchen der Sensor angeschlos¬ sen ist, verbunden. Der Emitter des Transistors Q2 ist eben- falls direkt mit dem Anschluss A4 verbunden und der Kollek¬ tor des Transistors Ql ist an die Eingangsseite des Messwi¬ derstands Rs (und somit an den Abgriff 14) angeschlossen. Die Basis des Transistors Ql ist an die Basis des Transis- tors Q2 angeschlossen. Somit bilden die Transistoren Ql und Q2 einen Stromspiegel, mit dem der Kollektor-Strom des Transistors Ql, welcher näherungsweise identisch ist mit dem Sensorstrom Is, vom Strom Is' (Kollektor-Strom des Transistors Q2) gespiegelt wird. Bei entsprechender Dimensionierung der Transistoren Ql und Q2 sind Is und Is' identisch. Es ist aber auch möglich, die Transistoren Ql und Q2 so zu dimensionieren, dass die Ströme Is und Is' in einem festen Verhält¬ nis unterschiedlich voneinander sind.The current mirror 20 consists of two pnp transistors Ql and Q2. The emitter of transistor Ql is connected directly with the on ¬ circuit A4 at which the voltage source 200 and the collector of the transistor Ql is di ¬ rectly to the terminal Al, is at which the sensor ¬ sen be Schlos connected. The emitter of transistor Q2 is also if directly connected to the terminal A4 and the collector ¬ tor of the transistor Ql is connected to the input side of the Messwi ¬ resistance Rs (and thus to the tap 14). The base of the transistor Ql is connected to the base of the transistor Q2. Thus, the transistors Q1 and Q2 form a current mirror with which the collector current of the transistor Q1, which is approximately identical to the sensor current Is, is mirrored by the current Is' (collector current of the transistor Q2). With appropriate dimensioning of the transistors Ql and Q2, Is and Is' are identical. It is also possible to dimension the transistors Ql and Q2 so that the currents Is and Is at a fixed behaves ¬ nis' are different from each other.
Der Spannungsbegrenzer 40 ist in Fig. 3 durch eine Diode Dl realisiert, welche zwischen den Basen der Transistoren Ql und Q2 und dem Anschluss A4 vorgesehen ist. Die Diode Dl und die parasitäre Diode des p-Kanal-Feldeffekttransistors (FET) Q3 schützt die Auswerteschaltung vor Überspannung am An- Schluss Al.The voltage limiter 40 is realized in Fig. 3 by a diode Dl which is provided between the bases of the transistors Ql and Q2 and the terminal A4. The diode Dl and the parasitic diode of the p-channel field-effect transistor (FET) Q3 protects the evaluation circuit against overvoltage at the terminal Al.
Der Strombegrenzer 30 ist in Fig. 3 durch einen selbstsperrenden p-Kanal-Feldeffekttransistor (FET) Q3, Widerstände R4, R5 und R6 und einen Operationsverstärker UlB realisiert. Der Drain-Anschluss des FETs Q3 ist an den Anschluss Al an¬ geschlossen und der Source-Anschluss des FETs Q3 ist an die Basen der Transistoren Ql und Q2 angeschlossen. Der nicht- invertierende Eingang des Operationsverstärkers UlB ist über den Widerstand R4 mit dem Abgriff 14 verbunden, wohingegen der invertierende Eingang des Operationsverstärkers UlB mit einem Anschluss A5 verbunden ist, an dem eine weitere exter¬ ne Spannungsquelle 250 anliegt, welche ein weiteres Versor¬ gungspotenzial VDD als Referenzpotenzial liefert. Dieses Versorgungspotenzial VDD kann sich vom zweiten Versorgungs- potenzial VBB unterscheiden oder auch damit identisch sein. Der Ausgang des Operationsverstärkers UlB ist über den Wi¬ derstand R5 mit dem Gate-Anschluss des FETs Q3 verbunden. Der Widerstand R6 ist zwischen dem Gate-Anschluss des FETs Q3 und den Basen der Transistoren Ql und Q2 vorgesehen.The current limiter 30 is realized in FIG. 3 by a self-blocking p-channel field-effect transistor (FET) Q3, resistors R4, R5 and R6 and an operational amplifier UlB. The drain terminal of the FET Q3 is closed to the terminal A1 , and the source terminal of the FET Q3 is connected to the bases of the transistors Q1 and Q2. The non-inverting input of operational amplifier UlB is connected via the resistor R4 to the tap 14, the inverting input of the operational amplifier UlB whereas with a terminal A5 is connected, at which a further exter ¬ ne voltage source 250 is applied, which is another versor ¬ supply potential VDD as a reference potential. This supply potential VDD may differ from or be identical to the second supply potential VBB. The output of the operational amplifier UlB is via the resistor R5 Wi ¬ with the gate terminal of the FET Q3, respectively. The resistor R6 is provided between the gate of the FET Q3 and the bases of the transistors Q1 and Q2.
Ferner ist ein Kondensator Cl am Source-Anschluss des FETs Q3 vorgesehen. Der Kondensator Cl ist ein Schutzkondensator und schließt hochfrequente Störspannungen kurz.Further, a capacitor Cl is provided at the source terminal of the FET Q3. The capacitor C1 is a protection capacitor and short-circuits high-frequency interference voltages.
Im regulären Betrieb ist das Potenzial das am nicht- invertierenden Eingang des Operationsverstärkers UlB anliegt kleiner als das am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers UlB, so dass der Operationsverstärkers UlB eine ne¬ gative Spannung ausgibt, die den FET Q3 leitend schaltet. Somit kann der Basisstrom der Transistoren Ql und Q2 fließen. Fließt nun ein sehr großer gespiegelter Sensorstrom Is' (beispielsweise aufgrund einer Fehlfunktion des Sensors), dann wird das Messpotenzial am Abgriff 14 dementsprechend hoch, so dass auch ein hohes Potenzial am nicht- invertierenden Eingang des Operationsverstärkers UlB anliegt. Wird dieses Potenzial groß genug, dann sinkt die vom Operationsverstärkers UlB ausgegebene Spannung und wird po¬ sitiv, so dass der FET Q3 ausgeschaltet wird. Somit kann dem Stromspiegel 20 kein Basisstrom mehr zugeführt werden, so dass durch den Stromspiegel 20 auch kein Sensorstrom Is mehr fließen kann. Die Schnittstellenschaltung kann über den An- Schluss A2 an einen Mikrokontroller angeschlossen werden.In regular operation, the potential applied to the non-inverting input of the operational amplifier UlB is smaller than that at the inverting input of the operational amplifier UlB, so that the operational amplifier UlB outputs a ne ¬ gative voltage that switches the FET Q3 conductive. Thus, the base current of the transistors Q1 and Q2 can flow. Now flows a very large mirrored sensor current Is' (for example due to a malfunction of the sensor), then the measurement potential at the tap 14 is correspondingly high, so that there is also a high potential at the non-inverting input of the operational amplifier UlB. If this potential is large enough, the voltage output from the operational amplifier UlB sinks and po ¬ sitive is so that the FET Q3 is turned off. Thus, the current mirror 20 can no longer be supplied with base current, so that no current Is can flow through the current mirror 20. The interface circuit can be connected via the terminal A2 to a microcontroller.
Obwohl die Erfindung vorstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifi- zierbar.Although the invention has been described above with reference to preferred embodiments, it is not limited thereto but modifiable in a variety of ways.
So ist die Verzögerungseinrichtung 12 in der oben beschriebenen schaltungstechnischen Realisierung der Schnittstellenschaltung 100 als RC-Glied ausgebildet. Sie kann aber allge- mein mit jeglichen Elementen, die geeignet sind, ein Messpo¬ tenzial um eine Verzögerungszeit T zu verzögern, verwirk¬ licht werden, so zum Beispiel als LC-Glied, LR-Glied, ein oder mehrere Logikgatter, dediziertes Verzögerungsglied oder Kombination derselben.Thus, the delay device 12 is formed in the above-described circuit implementation of the interface circuit 100 as an RC element. But it can general my having any elements that are capable of delaying a Messpo ¬ potential by a delay time T, ¬ verwirk light are, for example, as LC element, LR-member, a or multiple logic gates, dedicated delay or combination thereof.
Ferner ist die Vergleichereinrichtung 13 in der oben be- schriebenen schaltungstechnischen Realisierung der Schnittstellenschaltung 100 als Operationsverstärker UAl ausgebildet. Sie kann aber allgemein mit jeglichen Elementen, die geeignet sind zu unterscheiden, ob die an zwei Eingängen anliegenden Potenziale gleich oder ungleich sind, verwirklicht werden, so zum Beispiel auch als Komparator oder als ein o- der mehrere Logik-Gatter (z.B. XOR-, AND-, OR-Gatter) . Bei Verwendung eines Logik-Gatters ist insbesondere ein XOR- Gatter geeignet, da somit mit einem einzigen Gatter eine ge¬ eignete Vergleichereinrichtung 13 konfiguriert werden kann. Furthermore, the comparator device 13 in the above-described circuitry realization of the interface circuit 100 is designed as an operational amplifier UA1. However, it can be generally realized with any elements suitable for discriminating whether the potentials applied to two inputs are equal or unequal, for example as a comparator or as one or more logic gates (eg XOR, AND, OR gate). When using a logic gate is in particular an XOR gate may be suitable, as thus configured with a single gate, a ge ¬ suitable comparison means. 13
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