DE2952156C2

DE2952156C2 -

Info

Publication number: DE2952156C2
Application number: DE2952156A
Authority: DE
Inventors: Guenter Dipl.-Ing. 7257 Ditzingen De Hoenig; Edmund 7141 Schwieberdingen De Jeenicke; Immanuel Dipl.-Ing. 7151 Erbstetten De Krauter; Manfred Ing.(Grad.) 7012 Fellbach De Schenk
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-12-22
Filing date: 1979-12-22
Publication date: 1988-08-11
Also published as: GB2066626B; JPH0239133B2; DE2952156A1; JPS56125113A; US4410812A; GB2066626A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Spannungs-Frequenz-Wandler nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bekannt ist ein solcher aus der GB-PS 14 27 443, die ein Verfahren und eine Einrichtung für eine Spannungs-Frequenz-Wandlung mit einem auf- und entladbaren Speicher, einem Vergleicher sowie einer nachgeschalteten Kippstufe zeigt, deren Ausgangssignal sowohl das Ausgangssignal der Schaltungsanordnung darstellt als auch das Steu ersignal für das Auf- bzw. Entladen des Speichers bereitstellt. Dabei dient der Eingangsanschluß E des Wandlers gleichzeitig als Ladesignalquelle für den Speicher.

Das Grundprinzip dieser bekannten Schaltungsanordnung ist die wech selnde Auf- und Entladung eines Kondensators als Speicher, wobei die Häufigkeit der Ladewechsel von der Eingangsspannung abhängt und so mit eine Spannungs-Frequenz-Wandlung gegeben ist.

Etwas Vergleichbares offenbart die GB-PS 13 79 856. Dort zeigt Fig. 2 einen mit einer Ladequelle verbindbaren Kondensator, dessen Span nung mittels eines Komparators abgefragt werden kann und das Aus gangssignal des Komparators wiederum den Schalter in Reihe zum Kon densator steuert.

Auch die DE-OS 28 03 105 zeigt einen Spannungs-Frequenz-Wandler. Dieser bekannte Wandler weist einen Differenzverstärker als Ver gleicher auf, an dessen Plus-Eingang ein konstantes Signal anliegt und dessen Minus-Eingang mit der Eingangsklemme des Wandlers in Ver bindung steht. Ausgangsseitig ist der Vergleicher am D-Eingang eines D-Flipflops angeschlossen, des Q-Ausgang über einen Widerstand zu einem an Masse liegenden Kondensator sowie zum Minus-Eingang des Vergleichers geführt wird. Ein dem analogen Eingangssignal ent sprechendes Frequenzsignal steht am Ausgang des D-Flipflops zur Ver fügung.

Es hat sich nun herausgestellt, daß die bekannten Schaltungsanord nungen nicht in allen Fällen zufriedenstellend arbeiten, vor allem dann, wenn eine relativ hohe Genauigkeit gefordert wird.

Es ist so mit einer der Aufgaben der Erfindung, einen für die Großserienfer tigung geeigneten, genauen und trotzdem kostengünstigen Span nungs-Frequenz-Wandler der eingangs genannten Art zu schaffen, der universell einsetzbar ist und sich außerdem mit ihm jedes gewünschte Übertragungsverhalten realisieren läßt.

Gelöst wird diese Aufgabe mit dem in Anspruch 1 gekennzeichneten Span nungs-Frequenz-Wandler.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Spannungs-Frequenz-Wandler mit den Merkmalen des Hauptanspruchs bringt exakte Ergebnisse und es lassen sich mit ihm lineare und nicht-lineare Wandler auf einfache Weise reali sieren. Darüber hinaus zeichnet er sich durch eine äußerst kurze Reaktionszeit aus. Dadurch werden Frequenzeinrastungen (kon stante Frequenz während eines Δ Vin) weitgehend unterdrückt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Unteranspruch gekennzeichnet.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.

Zeichnung

In der Zeichnung ist sowohl ein bekannter Spannungs-Frequenz-Wandler als auch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Beide werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den bekannten Spannungs-Frequenz-Wandler nach der DE-OS 28 03 105,

Fig. 2 ein ausführliches Schaltbild eines erfin dungsgemäßen Spannungs-Frequenz-Wandlers mit quantisierter Zeitbasis und

Fig. 3 ein Impulsbild bezüglich des Wandlers von Fig. 2.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt den bereits oben erwähnten bekannten Spannungs-Fre quenz-Wandler. Mit 10 ist ein Vergleicher bezeichnet, mit 11 ein D-Flipflop. Eine Eingangsklemme 12 des Wandlers ist über einen Wi derstand 13 zum Minus-Eingang des Vergleichers 10 geführt, der wie derum über einen Kondensator 14 an Masse liegt. Der Plus-Eingang des Vergleichers 10 ist einmal über eine Parallelschaltung von Wider stand 15 und Kondensator 16 an Masse und ferner über einen Wider stand 17 an einer Plus-Leitung 18 angeschlossen.

Ausgangsseitig ist der Vergleicher unmittelbar zum D-Eingang des D-Flipflops 11 geführt und er steht zusätzlich über einen Widerstand 19 mit der Plus-Leitung 18 in Verbindung. Vom Q-Ausgang des D-Flipflops 11 führt ein Widerstand 20 zum Minus-Eingang des Ver gleichers 10. Ein dem -Ausgang des D-Flipflops 11 nachgeschaltetes NAND-Gatter 21 erhält an seinem zweiten Eingang über einen Inverter 22 ein auch dem D-Flipflop zugeleitetes Taktsignal ausgehend von einer Eingangsklemme 23.

Die Häufigkeit des Potentialwechsels am Ausgang des D-Flipflops 11 entspricht dem Analog-Wert der an der Eingangsklemme 12 anliegenden Eingangsspannung. Die dem D-Flipflop nachgeschaltete Logik-Anordnung mit dem NAND-Gatter 21 dient der Umformung des relativ niederfrequenten Ausgangssignals des D-Flip flops in ein gut verarbeitbares Nachfolgesignal. Wesentlich beim Gegenstand von Fig. 1 ist nun, daß die Ladung bzw. Entladung des Kondensators 14 unmittelbar vom Ausgangspotential des D-Flipflops bestimmt wird. Ist der Spannungs-Frequenz-Wandler Teil eines umfas senden elektronischen Systems mit einer hohen Leistungsaufnahme, dann gestaltet sich das Bereitstellen stabiler Spannungswerte auf wendig und damit kostspielig.

Die Erfindung geht daher u. a. den Weg der Entkopplung der Auf- und Entladevorgänge beim Kondensator 14 von den einzelnen Schaltungsele menten, wie z. B. dem D-Flipflop 11. Dadurch ist dann nur noch eine Referenzspannungsquelle relativ niedriger Leistung erforderlich, die infolgedessen auch kostengünstig aufgebaut werden kann.

Nach der Darstellung des erfindungsgemäßen Wandlers nach Fig. 2 folgt dem Vergleicher 10 eine Synchronisierungsstufe 50 mit einem vorgeschlagenen Schmitt-Trigger (Inverter 51 und 52) sowie einem D-Flipflop 53. Nachgeschaltet ist dieser Synchronisierungsstufe 50 eine digital arbeitende Kippstufe 40 mit einer bistabilen Kippstufe 55, einem D-Flipflop 56, einem Zähler 57 sowie einem Decoder 58. Während der erste Eingang der bistabilen Kippstufe 55 mit dem Q-Aus gang des D-Flipflops 53 verbunden ist, ist der zweite Eingang dieser Kippstufe 55 an einem Ausgang 59 des Decoders angeschlossen. Beide Ausgänge und Q der bistabilen Kippstufe 55 sind zum Schalter 25 geführt und sorgen dort für eine entsprechende Verbindung des Wider standes 20 mit zwei unterschiedlichen Potentialen. An einem zweiten Ausgang 60 der Decodierstufe 58 ist das Ausgangssignal des Span nungs-Frequenz-Wandlers abnehmbar. Dem Ausgang 59 ist ein NAND-Gat ter 61 vorgeschaltet, von dem ein Eingang mit dem Ausgang Q des D-Flip flops 53 in der Synchronisierstufe 50 gekoppelt ist. Diese Verbin dung hat den Zweck, daß das Flipflop 55 nach Ablauf von k (k = 1, 2 . . . ∞) Monoflopzeiten erst dann wieder kippen kann, wenn zuvor der Vergleicher 10 sein Ausgangssignal wieder geändert hat. Getaktet werden die beiden D-Flipflops 53 und 56, der Zähler 57 so wie das NAND-Gatter 61 mit einer sehr hohen Taktfrequenz, die ein in Fig. 2 nicht dargestellter Oszillator liefert.

Die Wirkungsweise des Gegenstandes von Fig. 2 wird zweckmäßiger weise anhand der Darstellung von Fig. 3 erläutert:

Solange das Eingangspotential am Minus-Eingang des Vergleichers 10 kleiner als das am Plus-Eingang ist, solange liegt das Ausgangs potential des Vergleichers 10 auf einem hohen Wert (Fig. 3). Dadurch weist auch der Q-Ausgang des D-Flipflops 53 eine logische 1 (Fig. 3d) auf und entsprechend ist das Eingangssignal am nachfolgenden D-Flipflop 56 positiv. Der Zähler bleibt infolgedes sen zurückgestellt. Am Ausgang 60 der Decodierstufe 58 liegt ein Null-Signal an.

Kehrt sich die Eingangspolarität des Vergleichers 10 um, dann geht dessen Ausgangssignalwert zurück, das D-Flipflop 53 kippt auf 0, das Ausgangssignal des nachfolgenden D-Flipflops 56 fällt ebenfalls auf Null und somit beginnt der Zähler 57 bei einem bestimmten Ausgangs wert eine Zählung mit der Taktfrequenz. Gleichzeitig schaltet der Schalter 25 auch in eine neue Schalterstellung und entlädt damit den Kondensator 14. Sinkt die Spannung über dem Kondensator wieder unter das Potential des Plus-Eingangs des Vergleichers ab, dann steigt dessen Ausgangssignal unabhängig vom Zählvorgang wieder an.

Ist ein bestimmter Zahlenwert im Zähler erreicht und mittels der Decodierstufe 58 erfaßt, dann wird das Flipflop 55 mittels des Signals am Ausgang 59 der Decodierstufe 58 wieder umgeschaltet und die gesamte Anordnung befindet sich in Ausgangsposition. Ein Schal ter 65 an einem der Eingänge des Schalters 25 charakterisiert die Umschaltmöglichkeit dieses Entladesignals von einem konstanten Wert 0 auf den variablen Eingangswert bzw. einen entsprechenden Bruchteil davon. Abhängig von dieser Schalterstellung ergibt sich ein linearer oder nichtlinearer Zusammenhang zwischen Eingangsspannung und Aus gangsfrequenz.

Wie bereits eingangs erwähnt stellt der oben beschriebene Span nungs-Frequenz-Wandler einen sehr zuverlässigen und exakt arbeiten den Signalwandler dar. Gedacht ist bei seiner Verwendung insbeson dere an Signalaufbereitungsschaltungen im Zusammenhang mit der Steu erung von elektrischen Einrichtungen in Fahrzeugen, z. B. die Ein spritzung oder die Zündung.

Claims

1. Spannungs-Frequenz-Wandler, insbesondere für die Verwendung in elektrischen Steuersystemen von Kraftfahrzeugen, mit einem auf- und entladbaren Speicher (14), einem Vergleicher (10) sowie einer nach geschalteten Kippstufe (40), deren Ausgangssignal eine Schaltein richtung (25) für das Auf- und Entladesignal des Speichers (14) steuert, und wobei das Auf- und/oder Entladesignal am Eingang der Schalt einrichtung (25) für den Speicher (14) eine Funktion des Eingangs signals ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Kippstufe (40) eine Kombination von bistabiler Kippstufe (55), Zähler (57) und Dekodie rer (58) verwendet wird, daß das Schaltsignal für die Schalteinrichtung (25) der bistabilen Kippstufe abgenommen wird und ein Ausgang des De kodierers (58) den Ausgang (60) des Spannungs-Frequenz-Wandlers bildet.

2. Spannungs-Frequenz-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Kippstufe (40) eine Synchronisierstufe (50) vorge schaltet ist.