DE19602243A1 - Schaltungsanordnung zur Anpassung eines aktiven Sensors an eine Auswerteschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Anpassung eines aktiven Sensors an eine Auswerteschaltung.

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.

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.

Um eine solche Auswerteschaltung mit einem aktiven Sensor be­ treiben zu können, ist daher eine Strom/Spannungswandlung not­ wendig.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Dies hat zur Folge, daß vom Komparator nicht das Spannungs­ signal selbst, sondern die Änderung des Signals dedektiert wird.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Die zweite Einzelstromquelle kann z. B. mittels des magneto­ resistiven Effektes geschaltet werden.

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.

Man erkennt, daß das Nutzsignal U_M aus einer Grundspannung und einem Anteil besteht, der proportional ist zum Sensorstrom I_Sensor. Da dieser zwischen zwei Werten geschaltet wird, er­ geben sich auch für die Spannung U_M 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Die Zeitkonstante des RC-Gliedes sollte nur geringfügig klei­ ner sein als die halbe Pulsdauer der zu erwartenden maximalen Geberfrequenz des Stromsignals des Sensors.

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.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zum Anpassen eines aktiven Sensors an eine Auswerteelektronik (3), die einen ersten Komparator (4) aufweist, wobei die Schaltungsanordnung einen Strom/Spannungswandler (R1, R2, R3) aufweist, dessen Aus­ gang (M) an den P-Eingang des Komparators (4) gelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Strom/Spannungswandlers über ein Verzögerungsglied (R4, C1) an den N-Eingang des Komparators (4) gelegt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Verzögerungsglied aus einem Kondensator (C1), der gegen Masse geschaltet ist, und einem Widerstand (R4) besteht.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Auswerteschaltung einen Fensterkomparator (6, 7, 8) aufweist und daß der Ausgang des Strom/Spannungswandlers dem Fensterkomparator zugeführt ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Strom/Spannungswandler aus einem ersten Wider­ stand (R1) besteht, der in Serie mit dem aktiven Sensor gegen Masse geschaltet ist und einem Spannungsteiler (R2, R3), der parallel zum aktiven Sensor (1) geschaltet ist, wobei der Mittenabgriff (M) des Spannungsteilers (R2, R3) den Ausgang des Strom/Spannungswandlers bildet.