-
Die
vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Mikroelektronik
und insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung das Teilgebiet
der Erkennung von Fehlerzuständen
bei mikroelektronischen Schaltungen.
-
In
vielen elektronischen Schaltungen wird mittlerweile ein sicheres
Erkennen von Fehlfunktionen verlangt, was oftmals als „OBD-Funktion" (OBD = On-Board-Diagnostik
= An-Bord-Diagnostik)
bezeichnet wird. Insbesondere in sicherheitsrelevanten Anwendungsbereichen
wie beispielsweise der Automobilelektronik ist es dringend notwendig,
eventuelle Leitungsbrüche
oder sogenannte „Chip-Cracks" sicher zu erkennen,
um ein entsprechendes Fehlersignal auszugeben und beispielsweise
den Fahrer eines Kraftfahrzeugs vor einer möglichen Fehlfunktion der elektronischen
Komponenten frühzeitig
zu warnen. Elektronische Schaltungen, die durch eine derartige OBD-Funktion
zu versehen sind, können
insbesondere Magnetsensoren (oder Hallsensoren), aber auch Druck-/Temperatur-
oder Beschleunigungssensoren mit Schaltausgang sein, die eine bestimmte Schaltschwelle überwachen
sollen.
-
Bisher
wurde eine derartige Überwachung bei
Sensoren mit Analog-Ausgang dadurch sichergestellt, dass je ein
Depletion-Transistor
zwischen den Ausgang eines entsprechenden Sensor-IC's
mit Masse bzw. zwischen den Ausgang des Sensor-IC's und die Betriebsspannung
(VDD) geschaltet wird, wie dies beispielsweise bei dem von der Anmelderin hergestellten
Produkt TLE4990 oder in der
DE 19751519 C2 durchgeführt bzw. offenbart ist. Im
Normalfall werden hierbei durch eine Ladungspumpe diese Depletion-Transistoren
ausgeschaltet und haben somit keinen Einfluss auf die Funktion des
IC's (IC = integrated
circuit = integrierter Schaltkreis). Der IC gibt dann im Normalfall
beispielsweise einen Spannungswert im Bereich von 0,5 V – 4,5 V
am Ausgang aus, wenn eine Betriebsspannung von VDD = 5 V an den
IC angelegt wird. Bei einem Leitungsbruch in der Betriebsspannung
VDD oder in der Masseverbindung bekommt der IC keine Versorgungsspannung
mehr und die Ladungspumpen können
die Depletion-Transistoren nicht mehr ausschalten. Damit leiten
die Depletion-Transistoren und geben nahezu eindeutig 0 V oder 5
V aus, welches außerhalb
des Nutzsignalbereichs von 0,5 V – 4,5 V liegt und deshalb erkannt
werden kann. Eine derartige Lösung birgt
jedoch den Nachteil, dass eine komplizierte Schaltung zu realisieren
ist, die zusätzlich
einen hohen Flächenverbrauch
an Halbleiterfläche
aufweist, da Depletion-Transistoren sehr niederohmig sein müssen, was
sich nur durch das Ausbilden von breiten Kanälen der Depletion-Transistoren
realisieren lässt.
Zusätzlich
treten Kompatibilitätsprobleme
mit unterschiedlichen Betriebsspannungen an VDD des IC's und Pull-Up-Spannungen
am Open-Kollektor-Ausgang des IC's
auf.
-
Eine
alternative Lösung
im Stand der Technik ist im von der Anmelderin hergestellten Produkt TLE4942
oder im von der Anmelderin hergestellten Produkt TLE4976 realisiert,
wobei diese Produkte einen gepulsten Signalausgang bei Schaltflanken
verwenden. Diese Sensoren mit Schaltausgang können bei jeder Schaltflanke
ein Pulssignal ausgeben, das in der zeitlichen Form oder in der
Signalhöhe
(beispielsweise durch einen Strompegel oder einen Spannungspegel)
identifizierbar ist. Insbesondere bei zwei oder drei Strompegeln,
die unterschiedlich von Null sind, kann ein Leitungsbruch dann detektiert werden.
Problematisch erweist sich eine derartige Lösung jedoch dadurch, dass Stromschnittstellen störanfällig auszuwerten
sind und eine solche Auswertung zumal noch kostenintensiv ist, da über einen Fühlwiderstand
der Strom in eine Spannung gewandelt wird und diese mit einem Analog-Digital-Wandler oder
mit genauen Komparatoren ausgewertet wird. Weiterhin sind durch
Puls-Code-Informationen, wie sie beim TLE4942 ausgegeben werden,
nur Flanken, aber keine Zustände
erkennbar. Wenn statt den Flanken die Zustände ständig gesendet würden, wäre eine
genaue zeitliche Flankenerkennung nicht mehr möglich, da für die Auswertung der Puls-Code-Information
eine komplette Puls-Code-Sequenz abgewartet und dann ausgewertet
werden muss und eine Flanke innerhalb dieser Puls-Code-Sequenz aufgrund
der längeren
Zeitdauer der Puls-Code-Sequenzen nicht mehr eindeutig identifizierbar
ist. Zusätzlich
würde die
ausgestrahlte Energie deutlich erhöht, da der IC ständig und
schnell wiederkehrende Codes senden würde, um eine zeitlich hohe
Auflösung
zu erreichen.
-
Eine
weitere Möglichkeit,
eine Fehlfunktion in einem elektronischen Schaltkreis zu erkennen,
ist in der Ausgabe eines pulsbreitenmodulierten Signals (PWM-Signal;
PWM = pulse width modulation) zu sehen, wobei das pulsbreitenmodulierte
Signal sowohl eine analoge als auch eine digitale Information umfassen
kann. Eine solche Lösung
ist beispielsweise in dem dem Produkt HAL1500 von der Firma Micronas realisiert.
Durch ständig
wiederkehrende High- und Low-Signale kann eine Funktion hierbei überprüft werden.
Nachteilhaft ist allerdings, dass die zeitliche Auflösung des
Signals geringer ist als die PWM-Wiederholfrequenz. Bei hoher PWM-Wiederholfrequenz steigt
allerdings wiederum die Störausstrahlung.
-
Die
deutsche Patentveröffentlichung
DE 100 22 013 A1 bezieht
sich beispielsweise auf eine programmierbare Gebereinrichtung, die
eine Signalquelle, insbesondere mit einem integrierten Sensor, und einen
Geberausgang für
die Ausgabe eines Geberausgangssignals und den Empfang eines Steuersignals
von einem externen Steuergerät
aufweist. Das Steuersignal ist dem Geberausgangssignal überlagert
und wird am Geberausgang mittels einer Detektionsschaltung aus einem
resultierenden Überlagerungssignal
bestimmt. Die Funktion der Signalquelle wird durch den Empfang des
Steuersignals nicht unterbunden, sondern die Funktionen zur Bildung
des Geberausgangssignals laufen unverändert weiter.
-
Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die
Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit
zum Überprüfen einer
Funktion einer elektronischen Schaltung zu schaffen, die gegenüber dem
Stand der Technik einfacher und kostengünstiger realisierbar ist und
die weiterhin eine zuverlässigere
und zeitlich genauere Erkennung von Fehlfunktionen der elektronischen
Schaltung ermöglicht.
-
Diese
Aufgabe wird durch eine Signalaufbereitungsanordnung gemäß Anspruch
1 und ein Verfahren zum Aufbereiten eines Signals gemäß Anspruch
21 gelöst.
-
Die
vorliegenden Erfindung schafft eine Signalaufbereitungsanordnung
mit folgenden Merkmalen:
einer Sensoranordnung zum Erfassen
einer Messgröße und zum
Ausgeben eines auf der Messgröße basierenden
Ausgangssignals, wobei das Ausgangssignal einen ersten oder einen
zweiten logischen Signalzustand annehmen kann;
einer Einrichtung
zum Erzeugen eines Auswerteimpulses, um den Auswerteimpuls bereitzustellen, wenn
sich der logische Signalzustand des Ausgangssignals eine maximale
vordefinierte Zeitdauer nicht verändert und wobei die Einrichtung
zum Erzeugen ferner ausgebildet ist, um dem Auswerteimpuls einen ersten
oder einen zweiten Impulssignalzustand zuzuweisen, der sich von
dem Signalzustand des Ausgangssignals unterscheidet, den das Ausgangssignal
während
der vordefinierten Zeitdauer aufweist; und
einer Einrichtung
zum Kombinieren des Ausgangssignals und des Auswerteimpulses, um
ein aufbereitetes Ausgangssignal bereitzustellen, wobei das aufbereitete
Ausgangssignal bei einem vorliegenden Auswerteimpuls dessen Impulssignalzustand
aufweist und ansonsten den logischen Signalzustand des Ausgangssignals
aufweist.
-
Ferner
schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Aufbereiten
eines Ausgangssignals einer Sensoranordnung, wobei die Sensoranordnung ausgebildet
ist, um eine Messgröße zu erfassen
und um ein auf der Messgröße basierendes
Ausgangssignal auszugeben, wobei das Ausgangssignal einen ersten
oder einen zweiten logischen Signalzustand annehmen kann, und wobei
das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Erzeugen eines Auswerteimpulses,
um den Auswerteimpuls bereitzustellen, wenn sich der logische Signalzustand
des Ausgangssignals eine maximale vordefinierte Zeitdauer nicht
verändert
und um dem Auswerteimpuls einen ersten oder einen zweiten Impulssignalzustand
zuzuweisen, der sich von dem Signalzustand des Ausgangssignals unterscheidet,
den das Ausgangssignal während
der vordefinierten Zeitdauer aufweist; und
Kombinieren des
Ausgangssignals und des Auswerteimpulses, um ein aufbereitetes Ausgangssignal
bereitzustellen, wobei das aufbereitete Ausgangssignal bei einem
vorliegenden Auswerteimpuls dessen Impulssignalzustand aufweist
und ansonsten den logischen Signalzustand des Ausgangssignals aufweist.
-
Der
vorliegende Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Fehlerfreiheit
einer Sensoranordnung dadurch überprüft werden
kann, dass nach Ablauf einer vordefinierten Zeitdauer, während der das
Ausgangssignal der Sensoranordnung keine Veränderung des logischen Signalzustands
erfahren hat, ein Auswerteimpuls ausgegeben wird, der einen Signalzustand
aufweist, der sich von dem die vordefinierte Zeitdauer anliegenden
Signalzustand des Ausgangssignals unterscheidet. Dies ermöglicht ein Erkennen
eines Fehlerzustands der Sensoranordnung nach spätestens der vordefinierten
Zeitdauer, da beispielsweise bei einer Unterbrechung einer Versorgungsleitung
wie der VDD-Leitung oder der Masseleitung die Einrichtung zum Kombinieren
des Ausgangssignals und des Auswerteimpulses nicht mehr funktionieren
würde und
somit spätestens
nach der vordefinierten Zeitdauer keine Änderung des Signalzustands
des aufbereiteten Ausgangssignals detektiert werden kann.
-
Ferner
ermöglicht
die vorliegende Erfindung gegenüber
dem Stand der Technik eine deutlich schnellere Erkennung eines Fehlerzustands
einer Sensoranordnung, da nicht mehr ein pulsbreitenmoduliertes
Signal oder eine Puls-Code-Information über ein Zeitintervall ausgewertet
werden muss, wobei ein Fehlerzustand der Sensoranordnung dann erst
nach Ablauf der Zeitspanne zur Übermittlung
und zur Auswertung der Puls-Code-Information
oder des pulsbreitenmodulierten Signals möglich ist. Vielmehr lässt sich
durch die schaltungstechnisch einfach zu realisierenden Einrichtungen
zum Erzeugen und Kombinieren Sensoren bereitstellen, die eine Überwachung
eines solchen aufbereiteten Ausgangssignals ermöglichen.
-
Die
erfindungsgemäße Signalaufbereitungsanordnung
und das erfindungsgemäße Verfahren zum
Aufbereiten eines Ausgangssignals einer Sensoranordnung bietet den
Vorteil, dass zum Erkennen eines Fehlerzustands der Sensoranordnung
im Vergleich zum Stand der Technik ein geringerer Flächenaufwand
an Halbleiterfläche
erforderlich ist, dass digitale und damit störsichere Zustände zum
Erkennen eines Fehlerzustands der Sensoranordnung verwendet werden
und dass weiterhin das aufbereitete Ausgangssignal gegenüber dem
Stand der Technik wie beispielsweise der Puls-Code-Information und
der Pulsbreitenmodulation deutlich einfacher und zeitgenauer in
einem Mikroprozessor ausgewertet werden kann. Als weiterer Vorteil
ist zu nennen, dass nunmehr nicht ein eingeschränkter Spannungsbereich den
fehlerfreien Zustand des Sensors charakterisiert, sondern dass nunmehr
der vollständige
Aussteuerbereich des Ausgangssignals sowohl zum Übertragen von Information bei
korrekter Funktionsweise der Sensoranordnung als auch zur Kennzeichnung
eines Fehlerzustands der Sensoranordnung verwendbar ist.
-
Günstig ist
es, wenn die Einrichtung zum Erzeugen ausgebildet ist, um den Auswerteimpuls
maximal für
eine vorbestimmte Impulsdauer bereitzustellen. Dies ermöglicht eine
hohe zeitliche Genauigkeit bei der Auswertung bzw. Überwachung
des Ausgangssignals.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Sensoranordnung ausgebildet, um einen logischen Signalzustand
für eine
minimale Signaldauer zu halten. Dies ermöglicht weiterhin eine verbesserte
Erkennung zwischen dem Auswerteimpuls und dem Ausgangssignal, was
zu einer Verbesserung der zeitlichen Genauigkeit bei der Auswertung
bzw. Überwachung
des Ausgangssignals führt.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die maximale vordefinierte Impulsdauer kleiner als die minimale
Signaldauer. Die stellt eine eindeutige Unterscheidung zwischen
dem Ausgangssignal und dem Auswerteimpuls.
-
Weiterhin
kann die Sensoranordnung ausgebildet sein, um die minimale Signaldauer
kürzer
als die vorbestimmte Zeitdauer zu halten. Dies stellt sicher, dass
das Ausgangssignal auch bei einer vergleichsweise langsamen Arbeitsweise
auswertbar ist, ohne dass bei jedem ausgegebenen Ausgangssignal
auf eine Fehlfunktion der Signalaufbereitungsanorndung geschlossen
wird.
-
Ferner
kann auch die Signalaufbereitungsanordnung durch einen Systemtakt
getaktet sein, wobei dann die minimale Signaldauer von dem Systemtakt
abhängig
sein kann. Dies birgt den Vorteil, dass bei Vorliegen einer Systemtaktung
diese gleich zur Festlegung der minimalen Signaldauer verwendet werden
kann, was in einer Einsparung von Hardwareaufwand zur Konvertierung
einer Frequenztaktung für
die Sensoranordnung führt.
-
Insbesondere
kann die maximale Impulsdauer kürzer
als eine halbe Periodenlänge
des Systemtaktes sein, was den Vorteil aufweist, dass dann eine deutlichere
Unterscheidung zwischen einem Ausgangssignal und einem Auswerteimpuls
möglich
ist.
-
Ferner
kann der Systemtakt eine Frequenz in dem Frequenzbereich von 1 Hz
bis 1 MHz umfassen. Dieser Frequenzbereich ermöglicht eine sichere Erkennung
und Auswertung eines von der Signalaufbereitungsanordnung ausgegebenen
aufbereiten Ausgangssignals beispielsweise in einem Mikroprozessor.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
kann die Einrichtung zum Erzeugen ausgebildet sein, um nach dem
Auswerteimpuls einen weiteren Auswerteimpuls zu erzeugen. Dies verbessert
weiterhin die Unterscheidung zwischen einem Ausgangssignal und einem
Fehlerzustand der Signalaufbereitungsanordnung bzw. liefert eine
Information über
die zeitliche Dauer des Fehlerzustandes der Signalaufbereitungsanordnung.
-
Vorzugsweise
kann die Einrichtung zum Erzeugen ausgebildet sein, um den weiteren
Auswerteimpuls spätestens
nach der vorbestimmten Zeitdauer zu erzeugen, wenn kein Wechsel
des logischen Signalzustands innerhalb der vordefinierten Zeitdauer
nach dem Auswerteimpuls stattfindet. Dies ermöglicht die Implementierung
eines Zeitmessers, der nur einen einzigen Wert für die Zeitspanne (bzw. alle
möglicherweise
auftretenden Zeitspannen) zu überprüfen braucht
und somit einfach zu realisieren ist.
-
Ferner
kann auch die Einrichtung zum Erzeugen ausgebildet sein, um nach
dem Auswerteimpuls einen Wiederholimpuls zu erzeugen, um das Auftreten
eines Auswerteimpulses eindeutig identifizieren zu können.
-
Weiterhin
kann die zeitliche Dauer zwischen dem Wiederholimpuls und dem Auswerteimpuls
kürzer
sein als die minimale Signaldauer was zu einer Verbesserung der
zeitlichen Genauigkeit in Bezug auf das Auftreten einer Ausgangssignalflanke
führt, wenn
ein Auswerteimpuls und eine Ausgangssignalflanke gleichzeitig auftreten.
-
In
einer besonderen Ausführungsform
kann die die Sensoranordnung einen Schaltsensor umfassen. Dies führt zu einer
günstigen
Auswertbarkeit des Ausgangssignals aufgrund einer zweistufigen (d.h. binären) Signalform.
-
Insbesondere
kann der Schaltsensor ein Hall-, Druck-, Temperatur- oder Beschleunigungssensor
sein. Dies führt
zu einer breiten Einsetzbarkeit des Signalaufbereitungsanordnung.
-
Weiterhin
kann die Sensoranordnung ausgebildet sein, um den Schaltsensor abhängig von
dem Systemtakt zu takten. Eine solche Ausführungsform der Sensoranordnung
kann eine Fehler- oder
Offset-Kompensation der Sensoranordnung unterstützen.
-
Weiterhin
kann in einer besonderen Ausführungsform
der Auswerteimpuls an einen weiteren Ausgang der Signalaufbereitungsanordnung
ausgegeben werden, was zu einer weiteren Verbesserung einer hohen
zeitlichen Auflösbarkeit
einer Überlagerung
einer Ausgangssignalflanke und eines Auswerteimpulses.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform kann
die Einrichtung zum Erzeugen ausgebildet sein, um als Impulssignalzustand
entweder den ersten oder den zweiten logischen Signalzustand des
Ausgangssignals zu verwenden. Dies ermöglicht eine einfach zu realisierende
elektrische Schaltung, da sich diejeningen Signalpegel zur Detektierbarkeit
von Fehlerzuständen
der Signalaufbereitungsanordnung verwenden lassen, die auch für die Übertragung
von Informationen verwendet werden.
-
Ferner
können
auch die Sensoranordnung, die Einrichtung zum Erzeugen und die Einrichtung zum
Kombinieren auf einem Halbleiterchip integriert sein, was zu einer
herstellungstechnisch einfach zu realisierenden Signalaufbereitungsanordnung
führt.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
umfasst vorliegende Erfindung eine Fehlererkennungsanordnung, die
folgende Merkmale umfasst:
eine Signalaufbereitungsanordnung
gemäß einer vorstehend
beschriebenen Ausführungsform;
eine
Einrichtung zum Auswerten des aufbereiteten Ausgangssignals, wobei
die Einrichtung zum Auswerten ausgebildet ist, um einen Fehlerzustand
der Signalaufbereitungsanordnung zu erkennen, wenn das aufbereitete
Ausgangssignal einen logischen Signalzustand für länger als die vordefinierte
Zeitdauer beibehält.
-
Diese
Fehlererkennungsanordnung bietet den Vorteil, dass die Fehlererkennungsanordnung eine
Selbstüberprüfung durchführen kann,
und auf einen Fehlzustand der Signalaufbereitungsanordnung schließen kann,
wenn ein entsprechender Zustand des aufbereiteten Ausgangssignals
vorliegt.
-
Vorzugsweise
umfasst die Fehlererkennungsanordnung einen Mikroprozessor, wobei
die Einrichtung zum Auswerten in dem Mikroprozessor ausgebildet
ist. Dies birgt den Vorteil, dass beispielsweise bei einem Vorhandensein
eines Mikroprozessors, der für
weitere Applikationen verwendbar ist, die Einrichtung zum Auswerten
ebenfalls in diesem Mikroprozessor implementiert ist und hierdurch
Kosten, Platz und Hardware eingespart werden kann.
-
Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf die
beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
-
1 ein
Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung; und
-
2 jeweils
ein Zeitdiagramm eines von der Sensoranordnung ausgegebenen Ausgangssignals
und eines von der Einrichtung zum Kombinieren ausgegebenen aufbereiteten
Ausgangssignals.
-
Die 1 zeigt
das Blockschaltbild 100 einer Anordnung zum Erkennen eines
Fehlerzustandes einer Sensoranordnung unter Verwendung der Signalaufbereitungsanordnung 102.
Die Signalaufbereitungsanordnung 102 wird im Folgenden
alternativ auch als Sensor-IC bezeichnet. Die Signalaufbereitungsanordnung 102 umfasst
einen Sensor 104, einen OBD-Pulsgenerator 106,
einen mit dem Sensor 104 und dem OBD-Pulsgenerator 106 gekoppelten Oszillator 108 und
einen N-Kanal-Open-Drain-Depletion-Transistor 110.
Ferner weist die Signalaufbereitungsanordnung 102 einen
Eingang VDD1 zum Anlegen einer Betriebsspannung von beispielsweise
12 V und einen zweiten Eingang zum Anlegen eines Massepotentials
GND auf. Ferner weist die Signalaufbereitungsanordnung 102 einen
Ausgang OUT auf, der mit dem Drain-Anschluss des N-Kanal-Open-Drain-Transistors 110 (Enhancement-Transistor)
verbunden ist. Der Source-Anschluss des N-Kanal-Enhancement-Transistors 110 ist
mit dem Massepotential GND verbunden, während der Gate-Anschluss des
N-Kanal-Enhancement-Transistors 110 mit dem OBD-Pulsgenerator 106 verbunden
ist.
-
Ferner
ist der Sensor 104 mit dem OBD-Pulsgenerator 106 verbunden,
derart, dass ein vom Sensor 104 ausgegebenes Ausgangssignal 112 dem
OBD-Pulsgenerator 106 zugeführt wird. Hierbei kann der
Sensor 104 als Sensoranordnung betrachtet werden, wobei
diese Sensoranordnung eine magnetische Größe misst (d. h. beispielsweise
ein Hallsensor ist). Der Sensor 104 kann aber auch ein Druck-/Temperatur-
oder Beschleunigungssensor sein. Weiterhin kann das von der Signalaufbereitungsanordnung 102 an
dessen Ausgang OUT ausgegebene aufbereitete Ausgangssignal 114 über einen
Pull-Up-Widerstand
Rpullup mit einer zweiten Betriebsspannung
VDD2 von beispielsweise 5 V verbunden sein.
-
Um
nun das aufbereitete Ausgangssignal 114 auszuwerten, kann
ein erster Eingang IN einer optionalen Auswerteinrichtung 116 mit
dem aufbereiteten Ausgangssignal 114 verbunden sein. Die
optionale Auswerteinrichtung 116 kann dabei in einem von der
Signalaufbereitungsanordnung 102 unabhängigen Mikroprozessor μP angeordnet
sein, beispielsweise in einem Bordcomputer eines Kraftfahrzeugs. Um
die optionale Auswerteeinrichtung 116 mit Leistung zu versorgen,
ist die Auswerteeinrichtung 116 an einem zweiten Eingang
mit der zweiten Betriebsspannung VDD2 von beispielsweise 5 V verbunden, wobei
die Auswerteeinrichtung 116 an einem dritten Eingang mit
dem Massepotential GND verbunden ist.
-
Die
Funktion der in 1 dargestellten Anordnung unter
Verwendung der Signalaufbereitungsanordnung 102 lässt sich
folgendermaßen
beschreiben:
Der Sensor-IC gibt nach wie vor nur die Zustände „high" oder „low" aus, je nach Überschreitung
oder Unterschreitung einer Schaltschwelle der vom Sensor 104 überwachten
Messgröße. Bei Über- oder
Unterschreitung der Schwelle schaltet der Sensor-IC 102 unter Verwendung des
OBD-Pulsgenerators 106 nach wie vor schnell mit hoher zeitlicher
Auflösung durch
(beispielsweise bei Verwendung von Getriebe-Zahnradsensoren als
Sensor 104 mit einer zeitlichen Auflösung, die einer Abtastfrequenz
von 10 kHz entspricht). Liegt längere
Zeit kein Signalwechsel des vom Sensor 104 bereitgestellten
Ausgangssignals 112 vor (beispielsweise für eine Zeitspanne
von 100 Millisekunden bis 1 Sekunde), so wird zusätzlich zum aktuellen
Zustand (d. h. dem „Low"-Zustand oder dem „High"-Zustand) ein gegenteiliger Impuls rhythmisch
(d. h. periodisch) ausgegeben. Dieser Impuls wird im OBD-Pulsgenerator 106 erzeugt,
wobei im OBD-Pulsgenerator dann bei dem Vorliegen eines OBD-Pulses
oder Auswerteimpulses dieser einen Impulssignalzustand aufweist,
der sich von dem Signalzustand des Ausgangssignals 112 unterscheidet, das über die
längere
Zeitdauer keinen Signalwechsel erfahren hat. Weiterhin wird im OBD-Pulsgenerator 106 dann
bei dem Vorliegen eines OBD-Pulses der Signalzustand dieses OBD-Pulses dem aufbereiteten
Ausgangssignal zugewiesen, während
für den Fall,
dass kein OBD-Puls vorliegt, das aufbereitete Ausgangssignal einen
Signalpegel aufweist, der dem Signalpegel des Ausgangssignals 112 des
Sensors 104 zu dem entsprechenden Zeitpunkt entspricht.
-
Dieser
Auswerteimpuls oder OBD-Puls ist dabei mit beispielsweise einer
Zeitdauer von 10 μs
so kurz, dass er deutlich unter der maximalen Signalfrequenz liegt, andererseits
aber zeitlich so lang, dass er eine möglichst geringe und niederfrequente
Störausstrahlung
hervorruft. Beispielsweise kann ein OBD-Puls mit einer zeitlichen
Breite von 10 μs
und einer Periodendauer von 100 ms (d. h. einer Wiederholfrequenz
nach 100 ms) deutlich von einem 10 kHz-Signal in einem Mikroprozessor unterschieden werden,
da die Signalzustände
bei einem 10 kHz-Signal größer als
25 – 50 μs sein müssen.
-
In
diesem Zusammenhang kann dabei der Oszillator 108, der
den Sensor 104 und den OBD-Pulsgenerator 106 taktet,
eine Taktfrequenz aufweist, durch welche die OBD-Pulsbreite von
beispielsweise 10 μs
vorgegeben wird. Der Oszillator 108 kann aber auch ein
Chopper-Taktgenerator sein, mit der beispielsweise ein als Hallsensor
ausgelegter Sensor 104 „gechoppt" wird, wobei dann auch der OBD-Pulsgenerator 106 mit
dieser durch den Oszillator 108 bereitgestellten Chopper-Frequenz getaktet wird.
In einem derartigen Fall könnte
eine zeitliche Dauer der maximalen Impulsbreite durch einen Lade- und Entladevorgang
mit einem angeschlossenen Komparator durchgeführt werden, um eine Impulsdauer
zu bewirken, die vorzugsweise geringer ist, als die Hälfte der
minimalen Signaldauer.
-
Weiterhin
kann über
den N-Kanal-Enhancement-Transistor 110 eine Anpassung des
Signalpegels an von der Auswerteeinrichtung 116 verarbeitbare
Pegelbereiche erfolgen. Hierzu wird das von dem OBD-Pulsgenerator 106 ausgegebene
Signal, das bereits eine Version des aufbereiteten Ausgangssignals
darstellt, an den Gate-Anschluss des Enhancement-Transistors 110 angelegt,
wobei dann durch das von dem OBD-Pulsgenerator 106 ausgegebene
Signal mit dem Enhancement-Transistor 110 je nach Signalpegel
des von dem OBD-Pulsgenerator ausgegebenen Signals entweder durchgeschaltet oder
gesperrt wird. Dadurch, dass der in 1 dargestellte
Ausgang OUT des Sensor-IC's über den Pull-Up-Widerstand Rpullup mit der zweiten Betriebsspannung VDD2
verbunden ist, liegt somit am ersten Eingang IN der Auswerteeinrichtung 116 ein
Signalpegel von entweder 5 V (wenn die weitere Betriebsspannung 5V beträgt) oder
eine Spannung von 0 V bezüglich
des Massepotentials GND an. Der N-Kanal-Enhancement-Transistor 110 kann
somit lediglich als optionale Komponente zum Konvertieren des aufbereiteten
Ausgangssignals in einen anderen Spannungsbereich verstanden werden.
Ferner ist anzumerken, dass in 1 der OBD-Pulsgenerator 106 einerseits
die beanspruchte Einrichtung zum Erzeugen des Auswerteimpulses und
andererseits auch die Einrichtung zum Kombinieren des Ausgangssignals
mit dem Auswerteimpuls umfasst, da im OBD-Pulsgenerator einerseits
die OBD-Pulse und andererseits auch die Kombination des Ausgangssignals
mit dem OBD-Pulsen erfolgt.
-
2 zeigt
zwei Zeitdiagramme von Signalverläufen, wobei das obere Diagramm 202 den
Spannungsverlauf des in 1 dargestellten Ausgangssignals 112 über die
Zeit t darstellt. Wie vorstehend ausgeführt wurde, beträgt dabei
die Impulsdauer eines von dem in 1 dargestellten
Sensors 104 exemplarisch eine minimale Zeitdauer von 50 μs. In einem
Zeitbereich 204 ist über
eine längere
Zeitdauer kein Signalwechsel zu verzeichnen, d. h. der Signalzustand
in diesem Zeitbereich 204 beträgt konstant 0 V. In einem anschließenden Zeitbereich 206 ist
wiederum über
einen längeren
Zeitabschnitt kein Signalwechsel zu verzeichnen, wobei nun gegenüber dem Zeitbereich 204 allerdings
der Signalpegel von 5 V konstantgehalten wird.
-
Im
unteren Zeitdiagramm 208 ist der Spannungsverlauf des in 1 dargestellten
aufbereiteten Ausgangssignals 114 über die Zeit t dargestellt. Hierbei
entspricht der Spannungsverlauf des im unteren Zeitdiagramm 208 dargestellten
aufbereiteten Ausgangssignals 114 im wesentlichen dem Spannungsverlauf
des im oberen Zeitdiagramm 202 dargestellten Ausgangssignals 112,
wobei nun jedoch nach der vordefinierten Zeitdauer 210 von
beispielsweise 100 ms ein OBD-Puls 212 mit dem im oberen Zeitdiagramm 202 dargestellten
Spannungsverlauf kombiniert ist. Dieser OBD-Puls 212 weist beispielsweise
eine maximale zeitliche Breite von 10 μs auf und hat beispielsweise
eine Periodendauer von ebenfalls 100 ms. Dies bedeutet, dass nach
spätestens
einer Zeitdauer, die der vordefinierten Zeitdauer von beispielsweise
100 ms entspricht, in der sich der Signalzustand des in 1 dargestellten
Ausgangssignals 112 nicht verändert, ein OBD-Puls 112 im
aufbereiteten Ausgangssignal 114 auftritt, wobei der Impulssignalzustand
des OBD-Pulses von demjenigen Signalzustand des Ausgangssignals 112 unterscheidet,
der sich über
die vordefinierte Zeitdauer nicht verändert hat. Hierdurch resultiert
im unteren Zeitdiagramm 208 ein Impulssignalzustand von
beispielsweise 5 V im Zeitbereich 204, da in diesem Zeitbereich
der Signalzustand des Ausgangssignals 112 einen Pegel von
0 V aufweist. Andererseits resultiert ein Impulssignalzustand der
OBD-Pulse 112 im weiteren Zeitbereich 206 von
0 V, da in diesem Zeitbereich der Signalzustand des Ausgangssignals 112 einen
Pegel von 5 V aufweist.
-
Weiterhin
kann auch in einer Ausführungsform
der OBD-Impuls noch zusätzlich
separat ausgegeben werden, um beispielsweise eine Auswertbarkeit
des aufbereiteten Ausgangssignals noch mal zu erhöhen oder
eine Verbesserung der Erkennung eines Ausgangssignalflankenwechsels
zu bewirken.
-
Abhängig von
den Gegebenheiten kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufbereiten
eines Ausgangssignals einer Sensoranordnung in Hardware oder in
Software implementiert werden. Die Implementierung kann auf einem
digitalen Speichermedium, insbesondere einer Diskette oder CD mit
elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem
programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass das entsprechende Verfahren
ausgeführt
wird. Allgemein besteht die Erfindung somit auch in einem Computerprogrammprodukt
mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode
zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Rechner abläuft. Mit anderen
Worten ausgedrückt,
kann die Erfindung somit als ein Computerprogramm mit einem Programmcode
zur Durchführung
des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computerprogramm auf
einem Computer abläuft.
-
Zusammenfassend
lässt sich
anmerken, dass in der vorliegenden Erfindung dann ein digitaler OBD-Impuls
ausgegeben wird, wenn kein Signalwechsel über einen festgelegten Zeitraum
stattfindet. Weiterhin lassen sich diese, vorzugsweise als digitale
Pulse ausgegebenen Pulse, zyklisch wiederholen, wenn nach einem
ausgegebenen OBD-Impuls wiederum für den festgelegten Zeitraum
kein Signalwechsel stattgefunden hat. Ferner können die OBD-Impulse deutlich
kürzer
sein als das kürzeste Eingangssignal.
Falls Signalwechsel innerhalb des festgelegten Zeitraums vorliegen,
wird kein gegenteiliges OBD-Signal (d. h. kein Auswerteimpuls) ausgegeben.
Der Signalwechsel selbst kann als OBD in einem Mikroprozessor erkannt
werden. Bei Leitungsbruch am Ausgang, der Betriebsspannungszuführung VDD
oder dem Massepotentialanschluss oder Kurzschluss zwischen zwei
Pins tritt sowohl kein Signalwechsel oder kein OBD-Impuls auf. Folglich
wird im Mikroprozessor nach beispielsweise 100 ms ein Fehlverhalten
der Sensoranordnung oder der Signalaufbereitungsanordnung erkannt.
Falls die OBD-Pulse ferner zufällig
innerhalb einer nachfolgend auftretenden Signalflanke (d. h. bei
Verwendung eines Getriebe-Zahnrad-Sensors innerhalb der nächsten Zahnflanke)
zu liegen kommen, ergibt sich nur eine einmalige zeitliche Flankenunsicherheit
von der maximalen Länge
des OBD-Impulses (d. h. von maximal 10 μs im hier gewählten Fall).
Alle weiteren Impulse besitzen wieder die sehr genaue Flankenauflösung von
beispielsweise 1 μs.
-
- 100
- Fehlererkennungsanordnung
- 102
- Signalaufbereitungsanordnung,
Sensor-IC
- 104
- Sensor
- 106
- OBD-Pulsgenerator
- 108
- Oszillator
- 110
- N-Kanal-Enhancement-Transistor
- 112
- Ausgangssignal
- VDD1
- erste
Betriebsspannung
- GND
- Massepotential
- OUT
- Ausgang
der Signalaufbereitungsanordnung 102
- 114
- aufbereitetes
Ausgangssignal
- Rpullup
- Pull-Up-Widerstand
- VDD2
- zweite
Betriebsspannung
- 116
- Auswerteeinrichtung
- IN
- Eingang
des weiteren Sensors 116
- μP
- Mikroprozessor
- 202
- oberes
Zeitdiagramm
- 204
- erster
Zeitbereich
- 206
- zweiter
Zeitbereich
- 208
- zweites
Zeitdiagramm
- 210
- vordefinierte
Zeitdauer
- 212
- Auswerteimpuls,
OBD-Puls