DE19602243A1 - Circuit arrangement for adapting an active sensor to an evaluation circuit - Google Patents
Circuit arrangement for adapting an active sensor to an evaluation circuitInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Anpassung eines aktiven Sensors an eine Auswerteschaltung.The invention relates to a circuit arrangement for Adaptation of an active sensor to an evaluation circuit.
Als aktive Sensoren werden solche Sensoren bezeichnet, die ein binäres Stromsignal liefern. Solche Sensoren basieren häufig auf dem magnetoresistiven Effekt, der darin besteht, daß sich der elektrische Widerstand einer dünnen ferro-magnetischen Schicht durch die Einwirkung eines äußeren Magnetfeldes in der Schichtebene verändert. Mehrere solcher Widerstände werden dabei zu einer Wheatston′schen Brücke zusammengefaßt, wobei die Auswertung der Differenz der Spannungen an den Mittenab griffen der Brücke dazu dienen, Stromquellen derart zu schal ten, daß am Ausgang des Sensors ein binäres Stromsignal vor liegt.Such sensors are referred to as active sensors provide binary current signal. Such sensors are often based on the magnetoresistive effect, which is that the electrical resistance of a thin ferro-magnetic Layer due to the action of an external magnetic field in the Layer level changed. There will be several such resistors summarized to a Wheatston bridge, whereby the evaluation of the difference of the voltages at the middle handles the bridge are used to form power sources in this way ten that a binary current signal at the output of the sensor lies.
Ein solcher Sensor kann z. B. zur Drehzahlmessung an Fahrzeug rädern eingesetzt werden, wobei am magnetfeldempfindlichen Widerstand ein gezahntes Polrad, das sich mit dem Fahrzeugrad dreht, vorbeigeführt wird. Das vom Sensor gelieferte Strom signal wird einer Auswerteschaltung zugeführt, die die Dreh zahl ermittelt. Von Vorteil wäre es, wenn übliche Auswerte schaltungen, wie sie z. B. für sog. passive Sensoren vorgesehen sind, eingesetzt werden könnten. Eine Auswerteschaltung für einen passiven Sensor ist z. B. der DE 40 33 740 A1 beschrie ben. Da ein passiver Sensor Spannungssignale liefert, beruht die Auswerteschaltung auf der Auswertung von Spannungsänderun gen. Such a sensor can e.g. B. for speed measurement on vehicle wheels are used, with the most sensitive to magnetic fields Resistance of a toothed magnet wheel that is in contact with the vehicle wheel turns, is led past. The current delivered by the sensor signal is fed to an evaluation circuit that rotates number determined. It would be an advantage if usual evaluations circuits such as B. provided for so-called passive sensors are, could be used. An evaluation circuit for a passive sensor is e.g. B. DE 40 33 740 A1 ben. Since a passive sensor supplies voltage signals, is based the evaluation circuit on the evaluation of voltage changes gene.
Um eine solche Auswerteschaltung mit einem aktiven Sensor be treiben zu können, ist daher eine Strom/Spannungswandlung not wendig.To be such an evaluation circuit with an active sensor To be able to drive, a current / voltage conversion is therefore necessary agile.
Im Prinzip kann der Ausgang des aktiven Sensors über einen Widerstand gegen Masse geschaltet werden, so daß der Sensor strom über den Widerstand abfließt und der Spannungsabfall am Widerstand der Auswerteschaltung zugeführt werden kann.In principle, the output of the active sensor can be via a Resistance to ground can be switched so that the sensor current flows through the resistor and the voltage drop at Resistance of the evaluation circuit can be supplied.
Da der aktive Sensor zum Betrieb aber eine sehr hohe Mindest spannung benötigt, darf der Widerstand nur kleine Werte auf weisen, so daß nur ein entsprechend kleines Spannungssignal zur Verfügung steht, dessen Störung z. B. durch Spannungsdrifte der Versorgungsspannung möglicherweise größer sein kann, als die Spannungsdifferenz aufgrund des binären Stromsignals.Since the active sensor for operation is a very high minimum required voltage, the resistance may only have small values point, so that only a correspondingly small voltage signal is available, the disorder z. B. by voltage drifts the supply voltage may be greater than the voltage difference due to the binary current signal.
In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 4434180.6 wurde daher schon vorgeschlagen, dem Sensorstrom einen Stromspiegel zuzuführen, der einen gespielten Strom dar stellt, der kleiner ist als der Sensorstrom, wobei der Span nungsabfall des Spielstroms über einen Widerstand der Auswer teschaltung- zugeführt wird.In the unpublished German patent application 4434180.6 has therefore already been proposed, the sensor current to supply a current mirror that represents a played current is smaller than the sensor current, the span voltage drop in the game current via a resistance of the evaluators teschaltung- is supplied.
Eine derartige Stromspiegelschaltung ist allerdings sehr auf wendig. Außerdem kann auf Basis der so gewonnenen Signalspan nung keine Überprüfung des Sensors hinsichtlich seiner Funk tionstüchtigkeit durch einen Fensterkomparator vorgenommen werden, der in den üblichen Auswerteschaltungen vorhanden ist. Es müßte daher eine gesonderte Überwachungsschaltung erarbei tet werden.However, such a current mirror circuit is very open agile. In addition, on the basis of the signal span obtained in this way no check of the sensor with regard to its radio efficiency by a window comparator be available in the usual evaluation circuits. It would therefore have to work out a separate monitoring circuit be tested.
Die Erfindung beruht daher auf der Aufgabe, eine einfache Schaltungsanordnung zu realisieren, die ein Spannungssignal liefert, daß von einer Auswerteelektronik ausgewertet werden kann, wobei das Spannungssignal darüber hinaus mittels eines Fensterkomparators auch im Hinblick auf die Funktionstüchtig keit des Sensors überprüft werden kann.The invention is therefore based on the task of a simple one Realize circuit arrangement that a voltage signal provides that be evaluated by an electronic evaluation system can, the voltage signal also using a Window comparator also in terms of functionality speed of the sensor can be checked.
Dazu schlägt die Erfindung vor, daß das Signal eines Strom/Spannungswandlers direkt auf den P-Eingang eines Korn parators der Auswerteschaltung und zeitlich verzögert auf den N-Eingang des Komparators geführt wird.To this end, the invention proposes that the signal of a Current / voltage converter directly on the P input of a grain parators of the evaluation circuit and delayed to the N input of the comparator is performed.
Dies hat zur Folge, daß vom Komparator nicht das Spannungs signal selbst, sondern die Änderung des Signals dedektiert wird.The result of this is that the voltage does not come from the comparator signal itself, but the change in the signal is detected becomes.
Am einfachsten läßt sich eine Verzögerung durch ein RC-Glied realisieren, wobei am N-Eingang des Komparators ein Kondensa tor gegen Grundpotential liegt, der über einen Widerstand ge laden wird.The easiest way to delay is by an RC element realize, with a condenser at the N input of the comparator Tor against ground potential, which ge via a resistor will load.
Das RC-Glied wird nun so ausgelegt, daß es langsamen Änderun gen in der Strom- bzw. Spannungsversorgung des Sensors folgen kann, so daß der Komparator auf solch langsamen Änderungen, wie sie z. B. durch Schwankungen der Versorgungsspannung her vorgerufen werden, nicht anspricht.The RC element is now designed so that it changes slowly Follow the current or voltage supply of the sensor can so that the comparator on such slow changes, as they e.g. B. by fluctuations in the supply voltage be called, does not respond.
Wie schon erläutert, kann als Strom/Spannungswandler im Prin zip der Spannungsabfall an einem Widerstand, der in Reihe mit dem aktiven Sensor geschaltet ist, vorgesehen werden. Dieses Spannungssignal ermöglicht aber nicht den Abgleich mit einem vorgesehenen Fensterkomparator, mit dem festgestellt werden soll, ob der Sensor ggf. kurzgeschlossen ist oder ein Kurz schluß zum Grundpotential vorliegt. Es wird daher zum aktiven Sensor ein Spannungsteiler parallelgeschaltet, an dessen Mit tenabgriff die Signalspannung, die dem Komparator der Auswer teschaltung zugeführt wird, abgenommen wird.As already explained, as a current / voltage converter in the Prin zip the voltage drop across a resistor in series with the active sensor is switched, can be provided. This Voltage signal does not allow comparison with one provided window comparator with which to be determined whether the sensor is possibly short-circuited or a short conclusion about the basic potential. It therefore becomes active Sensor a voltage divider connected in parallel, at whose Mit tapping the signal voltage, which the comparator the Auswer Teschaltung is supplied, is removed.
Die Schaltung ist daher geeignet, einen aktiven Sensor an eine Auswerteschaltung anzuschließen, die über einen ersten Kompa rator, der das eigentliche Nutzsignal liefert, und über einen Fensterkomparator verfügt, der den Sensor hinsichtlich seiner Funktionstauglichkeit überwacht.The circuit is therefore suitable for connecting an active sensor to a To connect evaluation circuit, which via a first Kompa rator, which delivers the actual useful signal, and via a Window comparator, which has the sensor in terms of its Functionality monitored.
Eine Ausführung der Erfindung wird im folgenden anhand einer Schaltung, die in der Fig. 1 dargestellt ist, näher erläutert. Mit 1 ist ein aktiver Drehzahlsensor bezeichnet, der z. B. Be standteil eines Kraftfahrzeugregelungssystems sein kann, bei spielsweise eines Antiblockiersystems, eines Antriebsschlupf regelungssystems, einer Fahrstabilitätsregelung oder derglei chen. Mit Hilfe solcher Sensoren bzw. Radsensoren läßt sich ein Signal gewinnen, dessen Frequenz der Drehgeschwindigkeit des jeweiligen Fahrzeugrades proportional ist. Das Ausgangs signal des aktiven Sensors ist durch zwei Stromschwellenwerte bestimmt, nämlich einem Low-Strom von 7 mA und einem High- Strom von 14 mA. Der Low-Strom ist erforderlich, um die ord nungsgemäße Funktion des aktiven Sensors 1 aufrechtzuerhalten.An embodiment of the invention is explained in more detail below with the aid of a circuit which is shown in FIG. 1. With 1 an active speed sensor is designated, the z. B. Be part of a motor vehicle control system, for example an anti-lock braking system, a traction control system, a driving stability control or the like. With the help of such sensors or wheel sensors, a signal can be obtained whose frequency is proportional to the rotational speed of the respective vehicle wheel. The output signal of the active sensor is determined by two current threshold values, namely a low current of 7 mA and a high current of 14 mA. The low current is required in order to maintain the proper functioning of the active sensor 1 .
Der Radsensor 1 ist in der Fig. 1 als Stromquelle, die sich aus zwei Einzelstromquellen zusammensetzt, symbolisch darge stellt. Eine dieser Einzelstromquellen liefert den Low-Strom, der in einer Highphase des Signals durch Parallelschalten der zweiten Einzelstromquelle bzw. durch eine zusätzliche Strom komponente zum High-Strom ergänzt wird.The wheel sensor 1 is symbolically shown in FIG. 1 as a current source, which is composed of two individual current sources. One of these individual current sources supplies the low current, which is supplemented to the high current in a high phase of the signal by connecting the second individual current source in parallel or by an additional current component.
Die zweite Einzelstromquelle kann z. B. mittels des magneto resistiven Effektes geschaltet werden. The second single power source can e.g. B. by means of the magneto resistive effect can be switched.
Der Ausgang des aktiven Sensors wird über einen Widerstand R1 an den Masseanschluß, der mit dem negativen Pol einer Batterie verbunden ist, geschaltet. Da am aktiven Sensor eine hohe Span nung anliegen muß, ist der Widerstand R1 relativ klein um trotzdem ein ausreichendes Spannungssignal zu erhalten, ist parallel zum aktiven Sensor ein Spannungsteiler R3/R2 geschal tet, an dessen Mittenabgriff M das eigentliche Nutzsignal ab gegriffen wird. Die Spannung U im Punkt M läßt sich nach der folgenden Formel berechnen.The output of the active sensor is through a resistor R1 to the ground connection, that with the negative pole of a battery is connected. Because the active sensor has a high span voltage must be present, the resistance R1 is relatively small is still to get a sufficient voltage signal A voltage divider R3 / R2 is used in parallel with the active sensor tet, at the center tap M from the actual useful signal is gripped. The voltage U at point M can be after calculate the following formula.
Man erkennt, daß das Nutzsignal UM aus einer Grundspannung und einem Anteil besteht, der proportional ist zum Sensorstrom ISensor. Da dieser zwischen zwei Werten geschaltet wird, er geben sich auch für die Spannung UM zwei Werte, die für das Low-Niveau zwischen 1.600 und 1.900 mV und für das High-Niveau zwischen 2.200 und 2.700 mV liegt.It can be seen that the useful signal U M consists of a basic voltage and a component which is proportional to the sensor current I sensor . Since this is switched between two values, there are also two values for the voltage U M , which are between 1,600 and 1,900 mV for the low level and between 2,200 and 2,700 mV for the high level.
Die Spannung im Mittenabgriff M wird unmittelbar auf den Ein gang 2 einer elektronischen Auswertung 3 gelegt. Der Eingang 2 ist mit dem Peingang (+) eines Komparators 4 verbunden.The voltage in the center tap M is placed directly on the input 2 of an electronic evaluation 3 . The input 2 is connected to the input (+) of a comparator 4 .
Der Mittenabgriff M wird über eine zweite Leitung, in der ein Widerstand R4 eingefügt ist und die über einen Kondensator C1 an Masse geschaltet ist, an einen zweiten Eingang 5 der elek tronischen Auswertung 3 gelegt, wobei der zweite Eingang 5 mit dem Neingang (-) des Komparators 4 verbunden ist. The center tap M is connected to a second input 5 of the electronic evaluation 3 via a second line, in which a resistor R4 is inserted and which is connected to ground via a capacitor C1, the second input 5 with the new input (-) of the comparator 4 is connected.
Die elektronische Auswertung entspricht im wesentlichen der Beschreibung in der schon erwähnten DE 40 33 740 A1. Der Kom parator 4 liefert dabei das eigentliche Nutzsignal, daß einer weiteren Auswertung, die hier nicht dargestellt ist, zugeführt wird, und einen Wert liefert, der der Drehzahl entspricht.The electronic evaluation corresponds essentially to the description in DE 40 33 740 A1 already mentioned. The comparator 4 provides the actual useful signal that a further evaluation, which is not shown here, is supplied, and provides a value that corresponds to the speed.
Der Eingang 2 liegt aber weiterhin an einem Fensterkomparator 6, 7, der aus zwei Komparatoren 6 und 7 besteht, die mit einer Spannungskette 8 verknüpft sind. Der Eingang 2 liegt dabei am P-Eingang des ersten Komparators 6 und am N-Eingang des zwei ten Komparators 7. Der jeweils andere Eingang ist mit ver schiedenen Spannungsstufen der Spannungskette 8 verbunden. Auf diese Weise kann festgestellt werden, ob das Spannungssignal am Eingang 2 zwischen zwei Grenzwerten liegt, die durch die Aufteilung der Spannungskette 8 vorgegeben sind. Liegt ein zu hoher Spannungswert vor, liefert der Komparator 6 einen ent sprechendes Ausgangssignal, das darauf hinweist, daß der akti ve Sensor möglicherweise kurzgeschlossen ist.However, input 2 is still connected to a window comparator 6, 7 , which consists of two comparators 6 and 7 , which are linked to a voltage chain 8 . The input 2 is at the P input of the first comparator 6 and at the N input of the two comparators 7th The respective other input is connected to different voltage stages of the voltage chain 8 . In this way it can be determined whether the voltage signal at input 2 lies between two limit values which are predetermined by the division of voltage chain 8 . If the voltage value is too high, the comparator 6 supplies a corresponding output signal which indicates that the active sensor may be short-circuited.
Liegt ein zu tiefer Spannungswert vor, so liefert der-Kompara tor 7 einen entsprechenden Wert, der darauf hinweist, daß ein Kurzschluß gegen Masse vorliegt. In weiterer Folge können die entsprechenden Signale des Fensterkomparators 6, 7 ausgewertet werden, und je nach Interpretation zur Abschaltung des Systems führen. Der Spannungsteiler R2/R3 wird dabei auf die vorgege bene Spannungskette 8 abgestimmt.If the voltage value is too low, the comparator 7 supplies a corresponding value which indicates that there is a short circuit to ground. The corresponding signals of the window comparator 6 , 7 can subsequently be evaluated and, depending on the interpretation, lead to the system being switched off. The voltage divider R2 / R3 is matched to the pre-specified voltage chain 8 .
Wie schon erläutert, wird die Spannung im Mittenabgriff M auf den Eingang 2 der elektronischen Auswerteeinheit 3 geführt, während am Eingang 5 ein zeitverzögertes Signal anliegt. Da eine Änderung des Schaltvorgangs des aktiven Sensors eine er höhte bzw. erniedrigte Spannung im Mittenabgriff zunächst zu einer Be- bzw. Entladung des Kondensators führt, so daß die Spannung am Eingang 5 der Spannung am Eingang 2 stets ein we nig zeitlich nachhinkt. Entscheidend ist aber, daß damit die Referenzspannung am N-Eingang des Komparators bei langsamen Änderungen im Mittenabgriff M, die z. B. von Änderungen in der Versorgungsspannung herrühren, nachgeführt wird. Der Kompara tor 4 spricht daher nur auf Änderungen im Punkt M an, die auf eine Änderung des Schaltzustandes des aktiven Sensors zurück zuführen sind. Zwar wird nach einer Änderung des Schaltzustan des der Ladungszustand des Kondensators und damit die Spannung am Eingang 5 entsprechend nachgeführt. Dies erfolgt aber zeit versetzt,so daß am Komparator für eine kurzen Moment (Ladezeit Kondensator) eine Spannungsdifferenz anliegt, die ein Ausgangs signal hervorruft, die im dem Komparator 4 nachgeschalteten Zähler registriert wird. Jede kurzzeitige Änderung im Mitten abgriff M führt daher zu einem Zählimpuls in der Aus werteschaltung.As already explained, the voltage in the center tap M is fed to the input 2 of the electronic evaluation unit 3 , while a time-delayed signal is present at the input 5 . Since a change in the switching process of the active sensor he increased or decreased voltage in the center tap leads first to a loading or unloading of the capacitor, so that the voltage at input 5 of the voltage at input 2 always lags a little in time. It is crucial, however, that the reference voltage at the N input of the comparator is used for slow changes in the center tap M, which, for. B. result from changes in the supply voltage, is tracked. The comparator 4 therefore responds only to changes in point M which are due to a change in the switching state of the active sensor. After a change in the switching state of the charge state of the capacitor and thus the voltage at input 5 is tracked accordingly. However, this is done with a time offset, so that a voltage difference is present at the comparator for a short moment (charging time capacitor), which causes an output signal which is registered in the comparator 4 connected counter. Every brief change in the center tap M therefore leads to a counting pulse in the evaluation circuit.
Die Zeitkonstante des RC-Gliedes sollte nur geringfügig klei ner sein als die halbe Pulsdauer der zu erwartenden maximalen Geberfrequenz des Stromsignals des Sensors.The time constant of the RC element should only be slightly small be less than half the pulse duration of the expected maximum Sensor frequency of the current signal of the sensor.
Die dargestellte Schaltungsanordnung ermöglicht es also, einen aktiven Sensor an eine elektronische Auswertelektronik 3 an zuschließen, die ursprünglich für sog. passive Sensoren konzi piert worden ist.The circuit arrangement shown thus makes it possible to connect an active sensor to electronic evaluation electronics 3 , which was originally designed for so-called passive sensors.
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: CONTINENTAL TEVES AG & CO. OHG, 60488 FRANKFURT, D |
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8130 | Withdrawal |