FR2681990A1 - Electronic circuit for generating a signal having a high level and a low level and application of this circuit - Google Patents
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Abstract
Description
"Circuit électronique pour la génération d'un signal ayant un niveau haut
et un niveau bas, et application de ce circuit"
La présente invention concerne un circuit électronique conçu pour la génération d'un signal ayant un niveau haut et un niveau bas. Cette invention est plus particulièrement applicable en tant que circuit de sortie d'un capteur de rotation à effet Hall, notamment d'un capteur de vitesse équipant un véhicule automobile, mais cette application n'est nullement restrictive et l'invention peut s'appliquer, plus généralement, à tout circuit alimenté par une tension continue et incluant un étage de sortie à transistor délivrant, sur une borne de sortie, un signal par exemple sous forme d'impulsions, avec alternance d'un niveau haut et d'un niveau bas, autrement dit un signal fournissant une information logique du type "tout ou rien". Dans le cas d'application à un capteur de rotation à effet Hall, ce dernier délivre des impulsions que le circuit considéré fournit à une centrale de contrôle, les impulsions ayant une fréquence proportionnelle à la vitesse du véhicule."Electronic circuit for generating a signal having a high level
and a low level, and application of this circuit "
The present invention relates to an electronic circuit designed for generating a signal having a high level and a low level. This invention is more particularly applicable as an output circuit of a Hall effect rotation sensor, in particular of a speed sensor fitted to a motor vehicle, but this application is in no way restrictive and the invention can be applied , more generally, to any circuit supplied by a direct voltage and including a transistor output stage delivering, on an output terminal, a signal for example in the form of pulses, with alternation of a high level and a level low, in other words a signal providing logical information of the "all or nothing" type. In the case of application to a Hall effect rotation sensor, the latter delivers pulses which the circuit in question supplies to a control center, the pulses having a frequency proportional to the speed of the vehicle.
Le capteur à effet Hall et le circuit électronique associé sont branchés électriquement entre une source de tension continue, notamment la batterie du véhicule, et la masse. Dans une conception classique, le signal émis se présente sous la forme d'une tension de sortie possédant un niveau haut qui est égal à la tension d'alimentation, et un niveau bas qui correspond au potentiel de la masse. Quand le capteur est branché correctement et que le véhicule roule, la tension de sortie varie à une certaine fréquence et la centrale de contrôle identifie immédiatement un branchement correct. En revanche, quand le conducteur de sortie est mis accidentellement en court-circuit avec la masse ou avec la borne positive de la batterie, la tension sur ce conducteur est pratiquement la même que celle constatable lorsque le véhicule se trouve à l'arrêt. Ainsi, la centrale de contrôle ne peut pas diagnostiquer ce type de mauvais branchement. The Hall effect sensor and the associated electronic circuit are electrically connected between a DC voltage source, in particular the vehicle battery, and earth. In a conventional design, the signal emitted is in the form of an output voltage having a high level which is equal to the supply voltage, and a low level which corresponds to the ground potential. When the sensor is connected correctly and the vehicle is moving, the output voltage varies at a certain frequency and the control unit immediately identifies a correct connection. On the other hand, when the output conductor is accidentally shorted to ground or to the positive terminal of the battery, the voltage on this conductor is practically the same as that which can be observed when the vehicle is stationary. Thus, the control center cannot diagnose this type of bad connection.
Le but de l'invention est de fournir une solution technique permettant à la centrale de contrôle de faire la différence entre la situation où le capteur est branché correctement et le véhicule à l'arrêt ou en déplacement, la situation dans laquelle le capteur est débranché, et celle où le capteur a son fil de sortie court-circuité à la masse ou à la borne positive de la batterie, à la suite d'un mauvais branchement de fils soit lors du montage initial de l'équipement sur le véhicule, soit lors d'une intervention ultérieure. The object of the invention is to provide a technical solution allowing the control center to differentiate between the situation where the sensor is connected correctly and the vehicle stationary or in motion, the situation in which the sensor is disconnected , and the one where the sensor has its output wire short-circuited to ground or to the positive terminal of the battery, following a bad connection of wires either during the initial mounting of the equipment on the vehicle, or during a subsequent intervention.
A cet effet, l'invention a essentiellement pour objet un circuit électronique pour la génération d'un signal ayant un niveau haut et un niveau bas, le circuit étant alimenté par une tension continue et étant aussi relié à la masse, et comportant une borne de sortie pour ledit signal, ce circuit étant caractérisé en ce qu'il comprend, associés à un étage de sortie à transistor, des moyens intervenant lors de la génération du niveau haut pour fournir, sur la borne de sortie, une tension de sortie inférieure d'une valeur prédéterminée à la tension d'alimentation, et d'autres moyens intervenant lors de la génération du niveau bas pour fournir, sur la même borne de sortie, une tension de sortie supérieure d'une valeur prédéterminée à la valeur zéro présente sur la borne de masse. To this end, the subject of the invention is essentially an electronic circuit for generating a signal having a high level and a low level, the circuit being supplied by a direct voltage and also being connected to ground, and comprising a terminal output for said signal, this circuit being characterized in that it comprises, associated with a transistor output stage, means intervening during the generation of the high level to supply, on the output terminal, a lower output voltage by a predetermined value at the supply voltage, and other means intervening during the generation of the low level to supply, on the same output terminal, an output voltage greater by a predetermined value than the zero value present on the earth terminal.
Ainsi, la solution proposée consiste à avoir un état haut et un état bas du signal de sortie, qui sont nettement différents, respectivement, de la tension d'alimentation telle que celle de la batterie d'un véhicule, et de la valeur zéro correspondant à la masse, les écarts obtenus étant par exemple compris entre 1 et 2,5 volts. Grâce à ceci, la centrale de contrôle qui reçoit le signal de sortie du circuit peut faire la différence entre les diverses situations envisagées ci-dessus. Thus, the proposed solution consists in having a high state and a low state of the output signal, which are clearly different, respectively, from the supply voltage such as that of a vehicle battery, and from the corresponding zero value. to ground, the differences obtained being for example between 1 and 2.5 volts. Thanks to this, the control center which receives the circuit output signal can differentiate between the various situations considered above.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les moyens intervenant lors de la génération du niveau haut pour fournir, sur la borne de sortie, une tension de sortie inférieure d'une valeur prédéterminée à la tension d'alimentation, comprennent entre l'alimentation en tension continue et la masse une diode Zener en série avec une résistance, un point situé entre la diode Zener et la résistance étant relié à la base d'un transistor, ce dernier étant en liaison avec la borne de sortie par l'intermédiaire d'une diode. According to a preferred embodiment of the invention, the means intervening during the generation of the high level to supply, on the output terminal, an output voltage lower by a predetermined value than the supply voltage, comprise between l DC voltage supply and ground a Zener diode in series with a resistor, a point between the Zener diode and the resistor being connected to the base of a transistor, the latter being connected to the output terminal by the through a diode.
Cette diode empêche la mise en avalanche de la jonction base-émetteur du dernier transistor, lorsque le transistor de l'étage de sortie est saturé, et elle améliore le comportement en température, par effet de compensation avec les autres composants, d'où une stabilité du signal de sortie en niveau haut. This diode prevents the avalanche of the base-emitter junction of the last transistor, when the transistor of the output stage is saturated, and it improves the behavior in temperature, by compensating effect with the other components, where a stability of the output signal at high level.
Selon une autre caractéristique, les moyens intervenant lors de la génération du niveau bas pour fournir, sur la borne de sortie précitée, une tension de sortie supérieure d'une valeur prédéterminée à la valeur zéro présente sur la borne de masse, comprennent entre le transistor de l'étage de sortie et la masse une diode en série avec une résistance ainsi qu'une résistance intercalée entre l'alimentation en tension continue et la diode. On obtient, par cette combinaison de composants, une bonne stabilité du signal de sortie à son niveau bas, décalé par rapport à la valeur zéro. According to another characteristic, the means intervening during the generation of the low level to supply, on the aforementioned output terminal, an output voltage greater by a predetermined value than the zero value present on the ground terminal, comprise between the transistor of the output stage and ground a diode in series with a resistor as well as a resistor inserted between the DC voltage supply and the diode. This combination of components gives good stability of the output signal at its low level, offset from the zero value.
Avantageusement, dans le cas d'application du circuit précédemment défini comme circuit de sortie d'un capteur de rotation à effet Hall, il est prévu que le circuit électronique de génération du signal ayant un niveau haut et un niveau bas, d'une part, et le capteur à effet Hall, d'autre part, possèdent des réseaux distincts d'alimentation à partir de la tension d'alimentation précitée et de protection, à base de résistances et de diodes
Zener. Ainsi l'on améliore encore la stabilité des niveaux de sortie, les variations de courant consommé par le circuit électronique de génération du signal n'influençant pas la tension d'alimentation du capteur à effet Hall, et réciproquement.Advantageously, in the case of application of the circuit previously defined as the output circuit of a Hall effect rotation sensor, provision is made for the electronic signal generation circuit having a high level and a low level, on the one hand , and the Hall effect sensor, on the other hand, have separate supply networks from the aforementioned supply and protection voltage, based on resistors and diodes
Zener. Thus, the stability of the output levels is further improved, the variations in current consumed by the electronic signal generation circuit not influencing the supply voltage of the Hall effect sensor, and vice versa.
De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce circuit électronique pour la génération d'un signal ayant un niveau haut et un niveau bas
Figure 1 est un schéma détaillé d'un circuit électronique conforme à la présente invention, appliqué à un capteur de rotation à effet Hall
Figure 2 est un diagramme illustrant le fonctionnement d'ensemble du circuit de la figure 1.In any case, the invention will be better understood with the aid of the description which follows, with reference to the appended diagrammatic drawing representing, by way of nonlimiting example, an embodiment of this electronic circuit for the generation of a signal having a high level and a low level
Figure 1 is a detailed diagram of an electronic circuit according to the present invention, applied to a Hall effect rotation sensor
Figure 2 is a diagram illustrating the overall operation of the circuit of Figure 1.
En se référant à la figure 1, le circuit électronique objet de l'invention, désigné dans son ensemble par le repère 1, est associé à une charge extérieure 2, l'ensemble étant alimenté par une batterie non représentée, sous une tension Vb. Plus particulièrement, dans l'application ici considérée, il s'agit du circuit électronique de sortie d'un capteur de rotation à effet Hall 3 ; un premier transistor 4 appartenant à un étage de sortie est piloté sur sa base par le capteur à effet Hall 3, la sortie de ce capteur 3 oscillant entre un état haut et un état bas et la sortie du transistor 4 variant de la même manière. Le circuit 1 comporte une borne d'entrée 5 recevant la tension d'alimentation Vb, une borne de sortie 6 reliée à la charge 2, et une borne de masse 7. La tension de sortie Vs du circuit 1 se mesure entre la borne de sortie 6 et la borne de masse 7. Le but général du circuit 1 est de fournir, sur la borne de sortie 6, une tension de sortie Vs qui, lorsque la sortie est à son niveau haut, soit nettement différente de la tension de batterie Vb et qui, lorsque la sortie est à son niveau bas, soit nettement différente de zéro. par exemple, pour une tension de batterie Vb comprise entre 10 et 16 volts, le niveau haut en sortie peut etre compris entre (Vb - 1,3) et (Vb - 2,3) volts, tandis que le niveau bas en sortie peut être compris entre 1 et 2,2 volts. Referring to Figure 1, the electronic circuit object of the invention, generally designated by the reference 1, is associated with an external load 2, the assembly being supplied by a battery not shown, at a voltage Vb. More particularly, in the application considered here, it is the electronic output circuit of a Hall effect rotation sensor 3; a first transistor 4 belonging to an output stage is driven on its base by the Hall effect sensor 3, the output of this sensor 3 oscillating between a high state and a low state and the output of transistor 4 varying in the same way. Circuit 1 includes an input terminal 5 receiving the supply voltage Vb, an output terminal 6 connected to the load 2, and a ground terminal 7. The output voltage Vs of circuit 1 is measured between the terminal output 6 and the earth terminal 7. The general purpose of circuit 1 is to provide, on the output terminal 6, an output voltage Vs which, when the output is at its high level, is clearly different from the battery voltage Vb and which, when the output is at its low level, is clearly different from zero. for example, for a battery voltage Vb between 10 and 16 volts, the high output level can be between (Vb - 1.3) and (Vb - 2.3) volts, while the low output level can be between 1 and 2.2 volts.
La base du transistor 4, déjà mentionné, est reliée au capteur à effet
Hall par une résistance 8, et le collecteur de ce transistor 4 est reliée à la borne de sortie 6.The base of transistor 4, already mentioned, is connected to the effect sensor
Hall by a resistor 8, and the collector of this transistor 4 is connected to the output terminal 6.
Une partie de circuit 9 est prévue pour fournir, sur la borne de sortie 6, une tension inférieure à la tension de batterie Vb lorsque le transistor 4 est bloqué. La partie de circuit 9 est composée d'une diode 10, de deux diodes
Zener 11 et 12, d'un transistor 13 et de deux résistances 14 et 15, branchés comme montré sur le schéma de la figure 1. La partie de circuit 9 est reliée d'une part directement au collecteur du transistor 4, et est reliée d'autre part à la borne d'entrée 5 par l'intermédiaire d'une diode 16 en série avec deux résistances 17 et 18 (qui pourraient être réunies en une résistance unique).A circuit part 9 is provided to supply, on the output terminal 6, a voltage lower than the battery voltage Vb when the transistor 4 is blocked. The circuit part 9 is composed of a diode 10, of two diodes
Zener 11 and 12, a transistor 13 and two resistors 14 and 15, connected as shown in the diagram in Figure 1. The circuit part 9 is connected on the one hand directly to the collector of transistor 4, and is connected on the other hand to the input terminal 5 by means of a diode 16 in series with two resistors 17 and 18 (which could be combined in a single resistance).
Dans la partie de circuit 9, la diode Zener 1 1 crée entre la tension fournie par la batterie et la base du transistor 13 une chute de tension constante. La diode 10 empêche la jonction base-émetteur du transistor 13 de se mettre en avalanche quand le transistor 4 est saturé ; cette diode 10 améliore par ailleurs le comportement en température de la source de tension réalisée par la partie de circuit 9 considérée. In the circuit part 9, the Zener diode 1 1 creates between the voltage supplied by the battery and the base of the transistor 13 a constant voltage drop. The diode 10 prevents the base-emitter junction of the transistor 13 from becoming avalanche when the transistor 4 is saturated; this diode 10 also improves the temperature behavior of the voltage source produced by the circuit part 9 considered.
On notera que le coefficient de température de la diode Zener Il est négatif, de même que celui des diodes 10 et 16 et celui de la chute de tension émetteur - base du transistor 13. Ainsi, les variations de toutes les tensions concernées, en fonction de la température, se font dans le même sens et se compensent de façon efficace compte tenu des branchements. Plus particulièrement, les variations de la chute de tension de la diode 16 et de la chute de tension de la diode Zener 11, qui s'ajoutent l'une à l'autre, sont compensées par les variations de la chute de tension émetteur-base du transistor 13 et de la chute de tension de la diode 10, qui s'ajoutent l'une à l'autre mais interviennent avec le signe inverse des précédentes. It will be noted that the temperature coefficient of the Zener diode Il is negative, as is that of diodes 10 and 16 and that of the emitter - base voltage drop of transistor 13. Thus, the variations of all the voltages concerned, depending temperature, are in the same direction and compensate each other effectively given the connections. More particularly, the variations in the voltage drop of the diode 16 and in the voltage drop of the Zener diode 11, which are added to one another, are compensated by the variations in the emitter voltage drop. base of transistor 13 and of the voltage drop of diode 10, which are added to each other but occur with the opposite sign of the previous ones.
Une autre partie de circuit, comprenant une diode 19 et une résistance 20, relève la tension de sortie Vs au-dessus de zéro, quand le transistor 4 est saturé. La diode 19 relie l'émetteur du transistor 4 à la masse, par l'intermédiaire d'une autre résistance 21. La résistance 20, intercalée entre la borne d'entrée 5 et la diode 19, a pour rôle de maintenir un faible courant dans cette diode 19 afin que celle-ci ne se bloque jamais, même quand le transistor 4 est bloqué. Ceci améliore la stabilité du niveau bas en fonction du courant de sortie, en maintenant le point de fonctionnement de la diode 19 loin du coude de sa caractéristique u/i. L'influence des variations de température est ici négligeable et aucune compensation ne s'impose. Another part of the circuit, comprising a diode 19 and a resistor 20, raises the output voltage Vs above zero, when the transistor 4 is saturated. The diode 19 connects the emitter of the transistor 4 to ground, via another resistor 21. The resistor 20, inserted between the input terminal 5 and the diode 19, has the role of maintaining a low current in this diode 19 so that the latter never blocks, even when the transistor 4 is blocked. This improves the stability of the low level as a function of the output current, by keeping the operating point of the diode 19 far from the bend of its u / i characteristic. The influence of temperature variations is negligible here and no compensation is required.
Les plages de tension de sortie Vs obtenues à l'état "niveau haut" comme à l'état "niveau bas"' sont illustrées sur la figure 2, où elles sont indiquées respectivement par NH et NB. Toute tension Vs relevée en dehors de ces plages NH et NB est à considérer comme provenant d'un capteur mal branché ou détérioré. The output voltage ranges Vs obtained in the "high level" state as in the "low level" state are illustrated in FIG. 2, where they are indicated respectively by NH and NB. Any voltage Vs detected outside of these NH and NB ranges is to be considered as coming from an incorrectly connected or damaged sensor.
Sur la figure 1 apparaissent en outre d'autres composants, dont le rôle est connu en soi
La diode 16 déjà citée, située immédiatement après la borne d'entrée 5, protège l'ensemble du circuit 1 contre le branchement de l'alimentation en inverse.FIG. 1 also shows other components, the role of which is known per se
The diode 16 already mentioned, located immediately after the input terminal 5, protects the entire circuit 1 against connection of the reverse supply.
Une diode Zener 22, en série avec une résistance 23, et une diode ordinaire 24 , associée aux résistances 17 et 18, écrètent toute tension d'alimentation supérieure à 16 volts environ, par exemple, et protègent ainsi l'ensemble du circuit 1 et le capteur à effet Hall 3 en particulier contre les parasites haute tension présents dans les réseaux électriques des automobiles. A Zener diode 22, in series with a resistor 23, and an ordinary diode 24, associated with the resistors 17 and 18, write any supply voltage greater than approximately 16 volts, for example, and thus protect the entire circuit 1 and the Hall effect sensor 3 in particular against high voltage parasites present in the electrical networks of automobiles.
Les deux réseaux 22,23 et 17,18,24 pourraient être réduits à un seul, qui alimenterait simultanément le capteur à effet Hall 3 et la partie de circuit 9, mais en séparant la fonction de protection en deux réseaux distincts, on améliore la stabilité des niveaux de sortie, puisque les variations du courant consommé par la partie de circuit 9 n'influent pas sur la tension d'alimentation du capteur 3, et vice-versa.The two networks 22, 23 and 17, 18, 24 could be reduced to a single one, which would simultaneously supply the Hall effect sensor 3 and the circuit part 9, but by separating the protection function into two separate networks, the stability of the output levels, since variations in the current consumed by the circuit part 9 do not influence the supply voltage of the sensor 3, and vice versa.
La diode 24 écrète toute surtension parasite induite sur la borne de sortie 6 en particulier par couplage capacitif et elle protège les transistors 4 et 13. The diode 24 writes off any parasitic overvoltage induced on the output terminal 6 in particular by capacitive coupling and it protects the transistors 4 and 13.
Une diode 25, associée à la borne de masse 7, protège l'ensemble du circuit 1 contre une éventuelle inversion entre cette borne 7 et la borne de sortie 6. A diode 25, associated with the earth terminal 7, protects the entire circuit 1 against possible inversion between this terminal 7 and the output terminal 6.
Enfin, la résistance 21 qui est de faible valeur et un dernier transistor 26 limitent le courant de sortie, en cas de court-circuit. Plus particulièrement, si à la suite d'une fausse manoeuvre ou d'une défaillance du câblage, la borne de sortie 6 est en court-circuit avec la tension d'alimentation Vb, un courant important circule dans le transistor 4 ; celui-ci peut donc être détruit s'il est en conduction. Grâce à la résistance 21, une tension est développée par le courant de court-circuit, qui met en conduction le transistor 26, lequel "bloque" alors le transistor 4, ou plutôt limite le courant de collecteur de ce transistor 4 à une valeur non dangereuse. Finally, the resistor 21 which is of low value and a last transistor 26 limit the output current, in the event of a short circuit. More particularly, if following a false operation or a failure of the wiring, the output terminal 6 is short-circuited with the supply voltage Vb, a large current flows in the transistor 4; it can therefore be destroyed if it is in conduction. Thanks to the resistor 21, a voltage is developed by the short-circuit current, which turns on the transistor 26, which then "blocks" the transistor 4, or rather limits the collector current of this transistor 4 to a value not dangerous.
Selon les utilisations envisagées, dans le domaine automobile, la charge 2 peut être un calculateur d'injection, d'allumage, de direction, de suspension, etc. Depending on the intended uses, in the automotive field, the load 2 can be an injection, ignition, steering, suspension, etc. computer.
Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce circuit électronique pour la génération d'un signal ayant un niveau haut et un niveau bas, qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. Ainsi, certains composants ou groupes de composants du circuit sont remplaçables par des moyens équivalents, réalisant les mêmes fonctions, et ce circuit est aussi utilisable pour des applications autres que les capteurs de vitesse à effet Hall, mais dans lesquelles intervient toujours la génération d'un signal de sortie ayant un niveau haut et un niveau bas. It goes without saying that the invention is not limited to the sole embodiment of this electronic circuit for the generation of a signal having a high level and a low level, which has been described above, by way of for example, it embraces, on the contrary, all variants of implementation and application respecting the same principle. Thus, certain components or groups of components of the circuit can be replaced by equivalent means, performing the same functions, and this circuit can also be used for applications other than speed sensors with Hall effect, but in which the generation of an output signal having a high level and a low level.
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Legal Events
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ST | Notification of lapse |