DE19812486A1 - Auswerteschaltung für elektronische Signalgeber - Google Patents

Auswerteschaltung für elektronische Signalgeber

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Abstract

Eine Auswerteschaltung für elektronische Signalgeber 6 mit Stromschnittstelle 1, bei welcher der Signalstrom i¶s¶ in einem Element 2 in eine Signalspannung u¶s¶ umgesetzt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Signalstrom die über die Drain-Source-Strecke eines Strom-Sense-FET 3 geführt wird, wobei der Sense-Ausgang des Strom-Sense-FET 3 mit dem Umsetzungselement 2 verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Auswerteschaltung für elektronische Si­ gnalgeber mit Stromschnittstelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, bei welcher der vom Signalgeber abgegebene Signalstrom in einem Element in eine Signalspannung umgesetzt wird.
Eine derartige Auswerteschaltung wird insbesondere bei Aktuatoren und Sensoren angewendet, welche als Ausgangssignal einen Strom ab­ geben. So wird eine derartige Auswerteschaltung häufig bei Sensoren verwendet, mittels welcher die Drehzahl von Rädern von Kraftfahr­ zeugen zur Auswertung in Antiblockier-Steuergeräten erfaßt wird. Das Sensor-Ausgangssignal schwankt hierbei je nach Signalzustand zwischen zwei Stromwerten. Übliche Werte des Signalstromes sind beispielsweise 10 Milliampere für einen niedrigen Signalpegel und 20 Milliampere für einen hohen Signalpegel.
Zur Umwandlung des Signalstroms in eine von beispielsweise Kompara­ toren auswertbare Signalspannung wird der Strom durch einen Meßwi­ derstand geleitet. Der Meßwiderstand ist mit dem Sensor in Reihe geschaltet. Durch die Reihenschaltung verringert sich die über dem Sensor anliegende Spannung um die am Meßwiderstand abfallende Span­ nung. Je nach Signalzustand liegt somit über dem Sensor eine unter­ schiedliche Spannung an.
Da der Meßwiderstand üblicherweise so bemessen ist, daß die an ihm abfallende Spannung 1,5 Volt bis 3 Volt beträgt, verringert sich die für den Sensor zur Verfügung stehende Versorgungsspannung um 1,5 Volt bis 3 Volt. Dies kann die Funktion des Sensors beeinträch­ tigen. Durch eine Verringerung des Meßwiderstandes könnte zwar er­ reicht werden, daß die für den Sensor zur Verfügung stehende Ver­ sorgungsspannung keine großen Schwankungen mehr aufweist, jedoch liefert ein kleiner Meßwiderstand nur sehr kleine Signale. Hier­ durch treten Probleme bei der Auswertung der Signale auf. Des wei­ teren vergrößert sich der Einfluß von Störkopplungen und ähnlichen Störungen.
Darüber hinaus muß der Meßwiderstand für eine relativ große Lei­ stung ausgelegt sein, da an ihm im Falle einer Funktionsstörung des Sensors oder eines Fehlers im Kabelbaum (z. B. Kurzschluß) die vol­ le Versorgungsspannung abfallen kann.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine eingangs genannte Auswerteschal­ tung derart auszubilden, daß die über dem Sensor anliegende Span­ nung geringere Schwankungen aufweist.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des kenn­ zeichnenden Teils des Anspruchs 1. vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung wird der Signalstrom über die Drain-Source- Strecke eines Strom-Sense-FETs geführt, wobei der Sense-Ausgang des Strom-Sense-FETs mit dem Umsetzungselement verbunden ist. Dadurch, daß der Signalstrom des Signalgebers über die Drain-Source-Strecke des Sense-FETs geführt wird, entsteht ein relativ geringer Span­ nungsabfall. Der vergleichbare Widerstand der Drain-Source-Strecke des Sense-FETs beträgt regelmäßig weniger als 1 Ohm, so daß die bei einem Signalstrom von 20 Milliampere abfallende Spannung weniger als 20 Millivolt beträgt. Sie ist damit gegenüber der Versorgungs­ spannung vernachlässigbar, so daß für den Sensor die volle Versor­ gungsspannung zur Verfügung steht. Dies wirkt sich besonders gün­ stig auf die Funktion des Sensors aus, da die Versorgungsspannungs­ abhängigkeit des Sensors keinen Einfluß mehr hat.
Der Sense-Ausgang des Sense-FETs liefert entsprechend dem Kopp­ lungsfaktor des Sense-FETs einen dem über die Drain-Source-Strecke fließenden Strom entsprechenden Strom. Der vom Sense-Ausgang des Sense-FETs abgegebene Strom wird in dem Umsetzungselement in eine Spannung umgewandelt. Da diese Spannung nicht mehr mit der Versor­ gungsspannung des Sensors in Reihe liegt, hat sie keine Rückwirkun­ gen mehr auf den Sensor.
In vorteilhafter Weise ist der Sense-Ausgang des Sense-FETs über einen Stromspiegel mit dem Umsetzungselement verbunden. Hierdurch findet eine weitere Entkopplung der am Umsetzungselement abfallen­ den Spannung statt. Die Schaltung kann so dimensioniert werden, daß die an dem Umsetzungselement abfallende Spannung einen für die wei­ tere Signalverarbeitung optimalen Wert annimmt.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Überwa­ chungsschaltung vorgesehen, deren Ausgang mit dem Gate-Anschluß des Sense-FETs verbunden ist. In besonders vorteilhafter Weise ist ein Eingang der Überwachungsschaltung mit dem Drain-Anschluß des Sense- FETs verbunden. Durch die Überwachungsschaltung läßt sich der Sen­ se-FET im Fehlerfall ausschalten, so daß keine Verlustleistung mehr auftritt. Hierdurch kann die Schaltung für sehr geringe Leistungen ausgelegt werden.
Durch die Erfindung wird eine vernachlässigbare Schwankung der für den Sensor zur Verfügung stehenden Versorgungsspannung im Prinzip dadurch erreicht, daß kein direkter Meßwiderstand eingesetzt wird, sondern zunächst eine Strom-Strom- Transformation durchgeführt wird. Hierdurch wird das Problem, daß ein großer Meßwiderstand Spannungsprobleme verursacht und ein kleiner Meßwiderstand keine auswertbaren Signale liefert und nachteilig im Hinblick auf Stör­ kopplungen ist, umgangen. Mittels des Sense-FETs wird eine Strom­ schnittstelle zur Verfügung gestellt.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines besonderen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Es zeigt
Fig. 1 eine erste erfindungsgemäße Auswerteschaltung mit einem Source-Sense-FET,
Fig. 2 eine erste erfindungsgemäße Auswerteschaltung mit einem Drain-Sense-FET,
Fig. 3 eine zweite erfindungsgemäße Auswerteschaltung mit einem Source-Sense-FET und
Fig. 4 eine zweite erfindungsgemäße Auswerteschaltung mit einem Drain-Sense-FET.
Wie der Fig. 1 entnommen werden kann, ist ein aktiver Sensor 6 ei­ nerseits mit einer Versorgungsspannung Uv verbunden. Andererseits ist der aktive Sensor 6 mit dem Drain-Anschluß eines Strom-Sense- FETs 3 verbunden. Der aktive Sensor 6 liefert je nach Signalzustand einen Signalstrom (is) unterschiedlicher Größe. Die Stromschnitt­ stelle des aktiven Sensors 6 ist mit dem Bezugszeichen 1 versehen.
Der Source-Anschluß des Sense-FETs 3 ist mit Masse verbunden. Der Drain-Anschluß des Sense-FETs 3 ist auch mit dem Eingang einer Überwachungsschaltung 5 verbunden. Der Ausgang der Überwachungs­ schaltung 5 steuert den Gate-Anschluß des Sense-FETs 3.
Der Sense-Ausgang des Sense-FETs 3 ist mit dem Eingang einer her­ kömmlichen Stromspiegelschaltung 4 verbunden. Der Ausgang der Stromspiegelschaltung 4 ist mit einem Anschluß eines Widerstands 2 verbunden. Der andere Anschluß des Widerstands 2 ist mit einer sta­ bilisierten Versorgungsspannung Uu verbunden. Der mit dem Strom­ spiegel 4 verbundene Anschluß des Widerstands 2 bildet den Ausgang A der Auswerteschaltung.
Im folgenden wird die Funktion der Schaltung beschrieben. Bewegt sich am aktiven Sensor 6 beispielsweise ein Zahn eines Zahnrads 7 vorbei, nimmt der Ausgangsstrom is des Sensors 6 einen hohen Pegel an. Der Ausgangsstrom is kann dann beispielsweise etwa 20 Milliam­ pere betragen.
Der Sense-FET 3 ist im normalen Betriebszustand durchgeschaltet. Der Widerstand der Drain-Source-Strecke beträgt dann weniger als 1 Ohm. Der Spannungsabfall am Sense-FET beträgt also weniger als 20 Millivolt. Am Sensor 6 liegt somit etwa die volle Versorgungsspan­ nung Uv an.
Bei einem Kopplungsfaktor von beispielsweise 1 zu 100 gibt der Sen­ se-Ausgang des Sense-FETs 3 0,2 Milliampere ab. Dieser Strom fließt in die Stromspiegelschaltung 4. Am Ausgang der Stromspiegelschal­ tung 4 fließen somit ebenfalls 0,2 Milliampere. Dieser Strom fließt durch den Widerstand 2. Beträgt die Größe des Widerstands 2 etwa 20 Kiloohm fallen an ihm 4 Volt ab. Die am Ausgang A der Auswerte­ schaltung anliegende Spannung entspricht dann der Größe der Versor­ gungsspannung minus 4 Volt.
Bewegt sich am Sensor 6 kein Zahn des Zahnrads 7 vorbei sondern ei­ ne Zahnlücke, beträgt der vom Sensor 6 abgegebene Signalstrom is beispielsweise 10 Milliampere. Entsprechend der zuvor beschriebenen Funktionsweise entspricht die Spannung am Ausgang A der Auswerte­ schaltung dann der Versorgungsspannung minus 2 Volt.
Steigt die Spannung am Drain-Anschluß des Sense-FETs 3 in Folge ei­ ner Störung an und überschreitet einen vorbestimmten Schwellwert von beispielsweise einem Volt gibt die Überwachungsschaltung 5 an den Gate-Anschluß des Sense-FETs 3 ein Signal ab, so daß der Sense- FET 3 abschaltet. Es fließt dann kein Strom mehr durch die Auswer­ teschaltung, so daß kein Anstieg der Verlustleistung erfolgt.
Die in Fig. 2 dargestellte Auswerteschaltung entspricht im wesent­ lichen der in Fig. 1 dargestellten Auswerteschaltung. Statt eines Source-Sense-Anschlusses weist der Sense-FET 3' jedoch einen Drain- Sense-Anschluß auf. Diesem Umstand entsprechend ist die Stromspie­ gelschaltung 4' anders ausgelegt. Der Widerstand 2' ist daraus re­ sultierend statt mit der Versorgungsspannung Uv mit Masse verbun­ den. Demzufolge entspricht die am Ausgang A' der Auswerteschaltung anstehende Spannung nicht der Versorgungsspannung minus 4 Volt be­ ziehungsweise Versorgungsspannung minus 2 Volt sondern beträgt 4 Volt beziehungsweise 2 Volt.
Die in den Fig. 3 und 4 dargestellten Auswerteschaltungen ent­ sprechen im wesentlichen den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Auswerteschaltungen. Anstatt mit der Versorgungsspannung ist der Sensor jedoch mit Masse verbunden, wodurch die betreffenden Bauele­ mente der Auswerteschaltung mit den Versorgungsspannungen verbunden sind und entsprechende Polaritätsveränderungen berücksichtigt wur­ den. Die Funktion der Schaltungen ist jedoch unverändert.

Claims (4)

1. Auswerteschaltung für elektronische Signalgeber (6; 6') mit Stromschnittstelle (1; 1'), bei welcher der vom Signalgeber (6; 6') abgegebene Signalstrom (is) in einem Element (2; 2') in eine Signalspannung (us) umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalstrom die über die Drain-Source-Strecke (D-S) eines Strom-Sense-FET (3; 3') geführt wird, wobei der Sense-Ausgang (Sense) des Strom-Sense-FET (3; 3') mit dem Umsetzungselement (2; 2') verbunden ist.
2. Auswerteschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sense-Ausgang (Sense) über einen Stromspiegel (4; 4') mit dem Umsetzungselement (2; 2') verbunden ist.
3. Auswerteschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Überwachungsschaltung (5; 5') vorgesehen ist, deren Aus­ gang mit dem Gate-Anschluß (G) des Strom-Sense-FET (3; 3') verbun­ den ist.
4. Auswerteschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingang der Überwachungsschaltung (5; 5') mit dem Drain- Anschluß (D) des Strom-Sense-FET (3; 3') verbunden ist.
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