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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Auswertung eines Magnetfeldes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus der
DE 10 2005 014 133 B3 ist eine integrierte Schaltung mit einer bidirektionalen Mischsignal-Eindrahtschnittstelle bekannt. Über die Mischsignal-Eindrahtschnittstelle kann die integrierte Schaltung von einem Wirt Kommandoinformationen empfangen und aufbereitete analoge Signale an den Wirt senden. Die integrierte Schaltung weist Mittel zur Analogsignalaufbereitung, zur Kommandodetektion und zur digitalen Steuerung auf. Es werden zur Kommandodetektion Stromdetektoren eingesetzt, die auf den durch den Schnittstellenanschluss fließenden Strom ansprechen, so dass Kommandos auch dann gegeben werden können, wenn analoge Signale auf dem Bus anliegen. Der Wirt ist ein Mikrocontroller mit Analog-Digital-Umsetzer. Sensoren können über Rohsignaleingänge angeschlossen werden oder sich auf der integrierten Schaltung selbst befinden. In einem Analogsignalaufbereitungsmodus ist das Analogsignalaufbereitungsmittel ausgebildet, ein analoges Signal zu verstärken und/oder zu filtern, das von einem Sensor kommt, der sich auf dem Chip selbst befindet. Im Analogsignalaufbereitungsmodus treiben die Analogsignalaufbereitungsmittel das aufbereitete analoge Signal über einen Anschluss auf die bidirektionale Mischsignal-Eindrahtschnittstellenleitung.
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Aus der
EP 1 217 630 B1 ist ein Verfahren zur Prüfung von einer integrierten Schaltung bekannt. Aus der
EP 1 575 013 B1 ist ein Sensor mit Multiplex-Datenausgang bekannt. Aus der
EP 0 953 848 B1 ist ein Verfahren zum Parametrieren einer integrierten Schaltungsanordnung und eine integrierte Schaltungsanordnung bekannt. Aus der
EP 2 105 750 B1 ist eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum seriellen Senden von Daten über einen Anschlusskontakt bekannt. Aus der
EP 1 855 089 A2 und der
EP 1 857 827 A2 sind eine Schaltungsanordnung mit einer seriellen Testschnittstelle und ein serielles Testbetriebsverfahren bekannt.
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Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung anzugeben, die den Stand der Technik weiterbildet.
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Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Gemäß dem Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Auswertung eines Magnetfeldes vorgesehen.
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Die Vorrichtung umfasst eine integrierte Schaltung, die einen aus einem Gehäuse herausgeführten ersten Anschluss und einen aus dem Gehäuse herausgeführten zweiten Anschluss und einen aus dem Gehäuse herausgeführten dritten Anschluss aufweist. Vorzugsweise weist die integrierte Schaltung genau den ersten, zweiten und dritten Anschluss auf.
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Die integrierte Schaltung weist einen Magnetfeldsensor auf, der zur Versorgung mit dem zweiten Anschluss und dem dritten Anschluss verbunden ist.
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Die integrierte Schaltung weist eine mit dem Magnetfeldsensor verbundene Signalaufbereitungsschaltung auf.
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Die integrierte Schaltung weist eine Detektionsschaltung zur Detektion eines am ersten Anschluss anliegenden digitalen Übertragungssignals auf.
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Die integrierte Schaltung weist eine Steuerungsschaltung zur Steuerung der Signalaufbereitungsschaltung mittels eines Steuersignals auf.
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Die Steuerungsschaltung ist zur Erzeugung des Steuersignals basierend auf dem detektierten Übertragungssignal mit der Detektionsschaltung verbunden.
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Die Signalaufbereitungsschaltung ist zur Erzeugung eines Analogsignals basierend auf einem Sensorsignal des Magnetfeldsensors und basierend auf dem Steuersignal der Steuerungsschaltung ausgebildet.
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Die Signalaufbereitungsschaltung ist an den ersten Anschluss zur Ausgabe des Analogsignals angeschlossen.
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Die Vorrichtung umfasst eine Auswertungsschaltung. Die Auswertungsschaltung ist mit der integrierten Schaltung zur Auswertung des Analogsignals verbunden.
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Die Vorrichtung umfasst eine durch die Auswertungsschaltung ansteuerbare Übertragungsschaltung. Die Übertragungsschaltung ist mit dem ersten Anschluss der integrierten Schaltung zur Übertragung des digitalen Übertragungssignals verbunden.
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Die Auswertungsschaltung ist eingerichtet, das Analogsignal mit einem Vorgabewert zu vergleichen und mittels des digitalen Übertragungssignals die Signalaufbereitungsschaltung derart einzustellen, dass das Analogsignal dem Vorgabewert entspricht.
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Ein Vorteil einer konkreten Umsetzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es, dass die für das digitale Übertragungssignal keine digitale Signalcodierung benötigt wird. Untersuchungen der Anmelder haben gezeigt, dass durch die Auswertung mittels der Auswertungsschaltung eine zuverlässige Einstellung von Parametern der Signalaufbereitungsschaltung möglich ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Steuerungsschaltung zur Erzeugung des Steuersignals einen endlichen Automaten, insbesondere einen Zähler aufweist. Die Signalaufbereitungsschaltung ist vorteilhafterweise eingerichtet, basierend auf einer Änderung eines Zustands des Automaten, also insbesondere eines Zählwertes des Zählers, das Analogsignal zu ändern. Durch die Verwendung des endlichen Automaten kann die Einstellung der Parameter und die Auswertung durch die Auswertungsschaltung besonders einfach und zuverlässig erfolgen.
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Bevorzugt ist die Signalaufbereitungsschaltung zur Änderung einer Verstärkung z. B. eines Verstärkers und/oder einer Grenzfrequenz z. B. eines Filters eingerichtet.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Signalaufbereitungsschaltung eingerichtet, einen Spannungswert des Analogsignals, z. B. eine Offsetspannung im Arbeitspunkt eines Verstärkers, oder einen Stromwert des Analogsignals, z. B. einen Offsetstrom im Arbeitspunkt eines Verstärkers, zugehörig zu einer Verstärkung und/oder einer Grenzfrequenz auszugeben. Hierdurch kann eine besonders einfache Ermittlung des jeweiligen aktuellen Parameterwertes durch die Auswertungsschaltung erfolgen.
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Bevorzugt ist die Signalaufbereitungsschaltung zur Ausgabe des Analogsignals während der Übertragung des digitalen Übertragungssignals eingerichtet. Bevorzugt ist die Auswertungsschaltung zur Ansteuerung der Übertragungsschaltung während der Auswertung des Analogsignals eingerichtet. Beides ermöglicht, dass auch während der Einstellung der Signalaufbereitungsschaltung eine Auswertung des Magnetfeldes möglich ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Hierbei werden gleichartige Teile mit identischen Bezeichnungen beschriftet. Die dargestellten Ausführungsformen sind stark schematisiert, d. h. Schaltungsteile, die eine Funktion bewirken sind durch einen Block dargestellt.
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Darin zeigen die
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1 eine schematischen Blockschaltplan einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Vorrichtung, und
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2 ein schematisches Signaldiagramm.
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Die Abbildung der 1 zeigt einen Blockschaltplan einer Ausführungsform, aufweisend eine Vorrichtung zur Auswertung eines Magnetfeldes.
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Die Vorrichtung weist eine integrierte Schaltung (IC – engl. Integrated Circuit) auf, die in einem Gehäuse 100 angeordnet ist. In der Ausführungsform der 1 weist die integrierte Schaltung einen Hallsensor 110 als Magnetfeldsensor und eine Signalaufbereitungsschaltung 120 und eine Detektionsschaltung 130 und eine Steuerungsschaltung 140 auf, die zusammen in einem Halbleiterchip ausgebildet sind. Die integrierte Schaltung weist weiterhin einen aus dem Gehäuse 100 herausgeführten ersten Anschluss 101 und einen aus dem Gehäuse 100 herausgeführten zweiten Anschluss 102 und einen aus dem Gehäuse 100 herausgeführten dritten Anschluss 103 auf. Die Anschlüsse 101, 102, 103 sind beispielsweise als metallische Pins ausgebildet. Die integrierte Schaltung ist über die Anschlüsse mit Leitern 401, 402, 403 einer Leitungsverbindung 400 verbunden. Die Leitungsverbindung 400 ist beispielsweise durch ein dreiadriges Kabel oder Leiterbahnen auf einer Platine gebildet. Ein besonderer Vorteil der Ausführungsform der 1 ist dabei, dass lediglich drei Anschlüsse 101, 102, 103 benötigt werden, die reduzierte Herstellungskosten ermöglichen. Dennoch soll in der Ausführungsform der 1 sowohl eine Ausgabe eines Analogsignals SA als auch die Einstellung der integrierten Schaltung mittels eines digitalen Übertragungssignals SD möglich sein.
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Die integrierte Schaltung weist in der Ausführungsform der 1 einen Hallsensor 110 als Magnetfeldsensor auf, der zur Versorgung mit dem zweiten Anschluss 102 und dem dritten Anschluss 103 verbunden ist. Über den zweiten Anschluss 102 und den dritten Anschluss 103 ist die Versorgungsspannung Vdd angelegt. Mittels der Versorgungsspannung können auch die einzelnen Schaltungen 120, 130, 140 versorgt werden.
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Die Signalaufbereitungsschaltung 120 ist mit dem Hallsensor 110 verbunden, um das Hallsignal SH des Hallsensors 110 beispielsweise durch Filterung und/oder Verstärkung aufzubereiten und das aufbereitete Hallsignal SH als Analogsignal SA am ersten Anschluss 101 auszugeben.
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Die Detektionsschaltung 130 der integrierten Schaltung ist zur Detektion eines am ersten Anschluss 101 anliegenden digitalen Übertragungssignals SD ausgebildet. Die Detektionsschaltung 130 weist beispielsweise einen Stromkomparator zur Detektion eines Stromsignals als digitales Übertragungssignal SD oder einen Spannungskomparator zur Detektion eines Spannungssignals als digitales Übertragungssignal SD auf.
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Die Steuerungsschaltung 140 ist zur Steuerung der Signalaufbereitungsschaltung 120 mittels eines Steuersignals SC ausgebildet. Die Steuerungsschaltung 140 ist dabei zur Erzeugung des Steuersignals SC basierend auf dem detektierten Übertragungssignal SD eingerichtet und hierzu mit der Detektionsschaltung 130 verbunden In der Ausführungsform der 1 weist die Steuerungsschaltung 140 einen endlichen Automaten auf. Der endliche Automat ist beispielsweise ein Zähler und zählt beispielsweise Impulse eines Taktgebers der integrierten Schaltung solange das Übertragungssignal SD anliegt. Alternativ ist es möglich, dass der Zähler jedes Anlegen des Übertragungssignals SD zählt. In beiden Fällen wird der vom endlichen Automaten ausgegebene Wert, insbesondere der vom Zähler ausgegebene Zählwert, als Steuersignal SC an die Signalaufbereitungsschaltung 120 ausgegeben. Durch die Verwendung eines Zählers wird in der Ausführungsform der 1 eine besonders einfache und störungsunanfällige Schaltung erzielt. Auch die Ansteuerung des Zählers mittels des digitalen Übertragungssignals SD ist sehr einfach, so dass keine komplexen Busprotokolle benötigt werden.
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Die Signalaufbereitungsschaltung 120 erzeugt das Analogsignal SA basierend auf dem Sensorsignal SH des Hallsensors 110 und basierend auf dem Steuersignal SC der Steuerungsschaltung 140. Beispielsweise ist durch das Steuersignal SC eine Verstärkung und/oder eine Grenzfrequenz der Signalaufbereitungsschaltung 120 einstellbar, wobei die Signalaufbereitungsschaltung 120 hierzu beispielsweise einen analogen Verstärker und/oder einen analogen Filter aufweist. Zur Ausgabe des Analogsignals SA ist die Signalaufbereitungsschaltung 120 an den ersten Anschluss 101 angeschlossen.
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In der Ausführungsform der 1 ist eine Auswertungsschaltung 200 dargestellt, die mit der integrierten Schaltung über die Leitungsverbindung 400 verbunden ist. Die Auswertungsschaltung 200 weist einen Analog-Digital-Umsetzer 210 auf, der über den Eingang 201 mit dem ersten Anschluss 101 der integrierten Schaltung verbunden ist. Die Auswertungsschaltung 200 ist dabei zur Auswertung des Analogsignals SA auch mittels digitaler Datenverarbeitung eingerichtet. Hierzu weist die Auswertungsschaltung 200 eine Recheneinheit 220 auf, die über den Ausgang 221 das Signal VT zur Ansteuerung einer Übertragungsschaltung 300 ausgibt. Die Auswertungsschaltung 200 ist zusammen mit der Übertragungsschaltung 300 beispielsweise auf einem Halbleiterchip integriert, beispielsweise als Mikrocontroller oder als anwendungsspezifischer Schaltkreis (ASIC) ausgeführt. In der Ausführungsform der 1 ist die Übertragungsschaltung 300 durch die Auswertungsschaltung 200 ansteuerbar, um das Übertragungssignal SD an die integrierte Schaltung zu übertragen. Hierzu ist die Übertragungsschaltung 300 mit dem ersten Anschluss 101 der integrierten Schaltung 100 verbunden.
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In der Ausführungsform der 1 weist die Übertragungsschaltung 300 zweite Halbleiterschalter 320, 330 und zwei Widerstände 340 und 310 auf, wobei mittels der Schalter 320, 330 ein Pull-up-Widerstand 310 oder ein Pull-down-Widerstand 340 geschaltet werden kann. Wird der Pull-up-Widerstand 310 geschaltet, wird der erste Anschluss 101 über den Pull-up-Widerstand 310 an das Potential + geschaltet und der Strom durch den ersten Anschluss 101 fließt in die integrierte Schaltung hinein. Wird hingegen der Pull-down-Widerstand 340 geschaltet, wird der erste Anschluss 101 über den Pull-down-Widerstand 340 an Masse GND geschaltet und der Strom durch den ersten Anschluss fließt aus der integrierten Schaltung heraus. Die Stromrichtung wirkt als digitales Übertragungssignal SD und kann beispielsweise durch einen Stromdetektor detektiert werden. Hingegen treibt die Signalaufbereitungsschaltung 120 eine analoge Ausgangsspannung als Analogsignal SA im Wesentlichen unabhängig von der Stromrichtung.
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Die Vorrichtung der Ausführungsform der 1 weist die Folgenden dargestellte Funktionsweise auf. Die Auswertungsschaltung 200 wertet das Analogsignal SA aus. Hierzu bestimmt die Auswertungsschaltung 200 beispielsweise die Amplitude des Analogsignals SA oder den Mittelwert des Analogsignals SA. Die Auswertungsschaltung 200 ist eingerichtet, das Analogsignal SA mit einem Vorgabewert – wie beispielsweise einen Vorgabeamplitudenwert oder einen Vorgabemittelwert – zu vergleichen. Die Auswertungsschaltung 200 ist weiterhin eingerichtet, anhand des Vergleichs die Signalaufbereitungsschaltung 120 derart einzustellen, dass das Analogsignal SA dem Vorgabewert entspricht. Die Einstellung erfolgt dabei mittels des digitalen Übertragungssignals SD mit Hilfe der Detektionsschaltung 130 und der Steuerungsschaltung 140, wie zuvor beschrieben. Ist beispielsweise die Verstärkung durch die Signalaufbereitungsschaltung 120 zu gering, kann die Auswertungsschaltung 200 eine zu niedrige Amplitude des Analogsignals erkennen und durch die Einstellung der Signalaufbereitungsschaltung 120 insbesondere schrittweise erhöhen.
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Die Signalaufbereitungsschaltung 120 und die Auswertungsschaltung 200 und die Übertragungsschaltung 300 und die Detektionsschaltung 130 und die Steuerungsschaltung 140 bilden einen Kreis zur Einstellung der Signalaufbereitungsschaltung 120.
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In der Abbildung der 2 ist ein Diagramm mit Signalen VT, VA, VA' über der Zeit t dargestellt. Ein Verlauf des Analogsignals SA ist zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 als Analogspannung VA dargestellt. Dabei wird die Analogspannung VA von der Signalaufbereitungsschaltung 120 gemäß 1 aus dem Hallsignal SH erzeugt.
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Zum Zeitpunkt t1 wird das. digitale Übertragungssignal SD von der Auswertungsschaltung 200 gemäß 1 erzeugt und an die integrierte Schaltung übertragen. Dargestellt ist der Verlauf der Ansteuerspannung VT, mittels derer die Auswertungsschaltung 200 die Übertragungsschaltung 300 ansteuert. Dabei wird zum Zeitpunkt t1 vom Pull-up-Widerstand 310 zum Pull-down-Widerstand 340 umgeschaltet. Die Änderung der Stromrichtung durch den ersten Anschluss 101 wird von der Detektionsschaltung 130 detektiert und der Zähler der Steuerungsschaltung 140 gestartet. Zugleich wird zum Zeitpunkt t1 das Hallsignal SH getrennt und als Analogspannung VA' am ersten Anschluss 101 ein Spannungsoffset ausgegeben, der abhängig vom Zählwert ist.
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In der Ausführungsform der 2 steigt die Analogspannung VA' am ersten Anschluss 101 mit jedem Zählschritt im Zeitintervall Δt an. Alternativ könnte die Analogspannung VA' am ersten Anschluss 101 mit jedem Zählschritt fallen. In der Ausführungsform der 2 steigt die Analogspannung VA' zu den Zeitpunkten t2, t3 und t4 an und erreicht beim Zeitpunkt t4 ein Maximum. Mit dem nächsten Zählwert zum Zeitpunkt t5 fällt die Analogspannung VA' am ersten Anschluss 101 auf den Ausgangswert zurück. Die Auswertungsschaltung 200 wertet die Analogspannung VA' für jeden Zählwert aus und bestimmt als Vorgabewert die Spannung VP des zweiten Zählwertes.
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Die Analogspannung VA' wird nachfolgend mit dem bestimmten Vorgabewert VP verglichen, wobei die Analogspannung VA' in der Ausführungsform der 2 den Vorgabewert VP zum Zeitpunkt t6 entspricht, was durch die Auswertungsschaltung 200 bestimmt wird. Kurz danach, zum Zeitpunkt t7 wird entsprechend der Ansteuerungsspannung VT vom Pull-down-Widerstand 340 zum Pull-up-Widerstand 310 umgeschaltet, was durch die Detektionsschaltung 130 detektiert wird. Zum Zeitpunkt t7 wird der Zähler mit seinem aktuellen Zählwert gestoppt und das Hallsignal SH beispielsweise mit einem neuen Verstärkungsfaktor verstärkt als Analogspannung VA aufbereitet ausgegeben.
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Die Erfindung ist dabei nicht auf die in den 1 und 2 dargestellten. Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise ist es möglich, mehrere unterschiedliche Parameter zur Signalaufbereitung nacheinander mittels des Zählers zu ändern. Ebenfalls können eine andere Anzahl von Zählstufen vorgesehen sein.
