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