JP2008515700A - 集積化された電流測定部を備えたセンサインターフェース - Google Patents

Abstract

本発明は異なるセンサユニットのための駆動制御評価装置であって、前記センサユニットに電気的なエネルギーを供給するための安定化されたエネルギー供給ユニットと、前記センサユニットによって生成され増幅器装置に入力信号として供給されるセンサ信号の増幅と、センサ信号に依存した測定信号の出力のための増幅器装置と、測定信号を出力信号として出力するための出力ユニットとを有している。本発明によれば、前記センサ信号によって引き起こされた電圧降下を測定するために前記増幅器装置内に集積化された測定抵抗が設けられており、前記電圧降下は入力信号として前記増幅器装置に供給され、前記増幅器装置に後置接続された比較器ユニットが測定信号を所定の閾値と比較するために設けられており、前記閾値は使用されるセンサユニットに依存して設定可能である。

Description

本発明は一般にセンサ信号を伝送するためのセンサインターフェースに関している。この場合はセンサ信号を供給するセンサユニットがインターフェースを介して駆動制御評価ユニットに接続可能である。特に本発明は簡単な構造を有し、センサユニットから供給された信号の評価とセンサユニットの駆動制御のためのセンサインターフェースを備えた駆動制御及び評価装置にも関している。

さらに本発明は、センサユニットに電気エネルギーを供給するためのエネルギー供給ユニットと、センサユニットから生成されたセンサ信号の増幅とセンサ信号に依存して増幅された測定信号の出力のための増幅装置と、増幅されたセンサ信号を出力信号として出力するための出力ユニットとを備えたセンサ装置のための駆動制御評価装置に関している。

背景技術
従来のセンサユニットでは、センサ信号を評価するための評価装置との接続が接続ユニットを介して行われていた。この従来方式ではセンサユニットと評価ユニットの接続のためのインターフェースが多数の接続ユニットを備えており、特にセンサユニットから供給される電流信号の評価のために測定抵抗を設ける必要がある場合にはその数はますます多くなる。

この種の従来方式の回路装置は図２に示されている。センサユニット、例えばペリフェラル加速度センサ（ＰＡＳ＝Peripheral Acceleration Sensor）として構成され得るセンサユニットは端子２ないし２′を介して接続される。通常は 測定効果に依存するセンサ信号が電流信号として（図２に示されているケースでは電流Ｉ_PAS）測定される。この電流信号の評価とそこから得られる測定信号のさらなる増幅のためには当該電流信号が電圧信号に変換されなければならない。この目的のために通常は測定抵抗ＭＷが設けられている。この抵抗ＭＷはセンサユニットＰＡＳと直列に接続されている。図２に示されているように測定抵抗ＭＷは端子２と端子１の間に設けられている。測定抵抗ＭＷを介して降下する電圧Ｕ_PASは別個の線路を介して増幅ユニットＶに供給される。測定抵抗ＭＷを介して降下した電圧Ｕ_PASは最終的に増幅ユニットＶ内で増幅され、出力信号ａとして出力ユニットＡへ送出される。それによりセンサユニットＰＡＳによって得られる加速値に依存した電流Ｉ_PASがこの種の電圧降下Ｕ_PASを介して測定可能となり得る。

センサユニットＰＡＳはさらに端子２′と端子１′を介してシステムアースＭと接続されている。電圧降下は、端子１と端子１′の間で供給される給電電圧Ｕ₀に依存するので、給電電圧Ｕ₀が変動しないようにする必要性がある。従来の方法では例えば外部からの障害によって引き起こされる可能性のある電圧変動の補償のために支援コンデンサＣが用いられる。このコンデンサは端子１からアースＭの方へ接続されている（図2参照）。通常は給電電圧はバッテリーユニットＢから得られる。このバッテリーユニットＢと端子１との間には、極性変化保護ユニットＶＳが接続されており、これは給電電圧の間違った極性変化によって電子的構成部品やセンサユニットが損傷をうけないように配慮している。

さらに次のことを述べておく。すなわち当業者にとっては増幅ユニットＶをどのようにレイアウトすれば、増幅ユニットに供給される電圧差分信号Ｕ_PASを増幅して当該増幅ユニットＶの出力側Ａから出力信号ａを供給できるようになるかは公知である。

センサユニットＰＡＳ（Peripheral Acceleration Sensor）が用いられている測定システムでは、センサユニットＰＡＳが交換可能になるように可変にレイアウトしなければならない。しかしながら製造許容誤差に起因して、測定信号（例えば加速度信号）に依存して正確に再生可能な電流Ｉ_PASを生成するセンサユニットＰＡＳを得ることは不可能である。この理由から従来の回路装置ではセンサ装置ＰＡＳの交換ないし代替の際には測定抵抗ＭＷも交換ないし代替されなければならない。このことは著しい回路技術的なコストに結びつき、これによって回路装置全体のコストが不所望な形態で高まることとなる。さらにセンサユニットＰＡＳの他に測定抵抗ＭＷも交換しなければならない場合には、確実性に係わる使用が厳しくなる。なぜならセンサユニットＰＡＳに測定抵抗ＭＷを割り当てる際にはエラーが簡単に生じやすいからである。

さらに従来のセンサ評価装置においても、センサユニットＰＡＳと測定抵抗ＭＷの両方を交換しなければならないときには欠点が生じる。なぜならその場合は少なくとも３つの端子ピン、すなわち図２中の端子１、２及び２′が新たに接続されなければならないからである。それにより従来の測定システムにおける駆動制御評価装置によれば、センサユニットＰＡＳと駆動制御評価装置の間のインターフェースに電子的コンポーネントへの２つの接続ユニットとアースＭとの接続のためのアース端子が必要とされる。電子的な回路ユニットとの接続のための端子ピン（端子ユニット）には、図２中において符号１と２が付されている。それに対してアース接続端子（端子ピン）には符号１′ないし２′が付されている。

従来の駆動制御評価装置は安定化されていないバッテリ電圧Ｂを用いて極性変化保護ユニットＶＳによって作動されるので、バッテリＢと極性変化保護ユニットＶＳからなるエネルギー供給ユニットの出力側において１つのコンデンサＣがエネルギー供給端子ＥとアースＭの間に接続されなければならない欠点が生じる。このようにして従来のシステムでは平滑化されたエネルギー供給電圧Ｕ₀が生成される。

本発明の課題は、インターフェースユニットの端子ユニットの数が低減されたより簡単な回路構造を有するセンサユニットのための駆動制御評価装置を提供することである。

前記課題は請求項１の特徴部分に記載の本発明によるセンサユニットのための駆動制御評価装置によって解決される。

さらに前記課題は請求項６の特徴部分に記載の本発明による方法によって解決される。

発明を実施するための最良の形態
本発明のさらに別の有利な構成は従属請求項に記載されている。

本発明の実質的な考察は次のことからなる。すなわちセンサユニットと残りの回路装置の間に設けられるインターフェースユニットが次のことによって簡素化されること、すなわち所要の縦抵抗（測定抵抗）が駆動制御評価装置の入力側増幅器内へ集積化され、内部増幅器装置に比較器ユニットが後置接続され、該比較器ユニットに所定の閾値が印加されることによって簡素化される。この閾値は使用されるセンサユニットに依存して設定される。本発明による駆動制御評価装置は特に、インターフェースユニットが簡素化されて、異なる電流電圧特性を有する様々なセンサユニットが接続可能になるという利点を有している。この目的のために、増幅器装置には比較器ユニットが後置接続され、この比較器ユニットを用いて増幅器装置から出力された測定信号が所定の閾値と比較され得る。その場合この閾値は使用されるセンサユニットに依存して設定可能である。

さらに駆動制御評価装置は安定化されたエネルギー供給ユニットを有しているので、例えば従来技術では必要とされていた平滑化コンデンサは効率よく省略できる。さらに次のような利点も発生する。すなわちセンサユニット内の出力トランジスタが低電流用に設計されたものでよい利点である。なぜなら安定化されたエネルギー供給ユニットによって供給される、従来技法の装置よりも低い給電電圧の短絡が発生しても僅かな損失出力しか発生しないからである。

本発明による異なるセンサユニットのための駆動制御評価装置は実質的に以下の特徴部分を有している。すなわち、
ａ）センサユニットに電気的エネルギーを供給するための安定化されたエネルギー供給ユニットと、
ｂ）センサユニットによって生成され入力信号として増幅器装置に供給されるセンサ信号の増幅のための増幅器装置と、
ｃ）増幅されたセンサ信号を出力信号として出力するための出力ユニットと、さらに前記増幅器装置内に集積化された測定抵抗が設けられており、この測定抵抗を用いてセンサ信号によって引き起こされた電圧降下が測定され、この電圧降下が入力信号として増幅器装置に供給される。

増幅器装置に後置接続された比較器ユニットはさらに次のようなことを配慮する。すなわち測定信号が所定の閾値と比較可能となるように配慮する。その場合閾値は使用されるセンサユニットに依存して設定可能である。

さらに本発明による、異なるセンサユニットの駆動制御と、その都度のセンサユニットから測定量に依存して供給されるセンサ信号の評価のための方法は実質的に以下に述べる方法ステップを有している。すなわち、
ａ）安定化されたエネルギー供給ユニットから電気的なエネルギーをセンサユニットに供給し、
ｂ）測定信号を得るために、センサユニットによって生成され増幅器装置に入力信号として供給されるセンサ信号を駆動制御評価装置内に設けられる増幅器装置を用いて増幅し、
ｃ）前記増幅器装置からセンサ信号に依存する測定信号を出力ユニットを用いて出力し、
この場合センサ信号によって引き起こされた電圧降下が前記増幅器装置内に集積化された測定抵抗を用いて測定され、その際に前記増幅器装置の電圧降下が入力信号として供給される。さらにこの測定信号は、前記増幅器装置に後置接続された比較器ユニットを用いて所定の閾値と比較される。この閾値は使用されるセンサユニットに依存して設定される。

従属請求項には本発明のそのつどの対象の有利な構成例及び改善例が開示されている。本発明の有利な改善例によれば、センサユニットがペリフェラル加速度センサＰＡＳ（Peripheral acceleration Sensor)として構成される。

本発明のさらに別の有利な構成例によれば、さらに所定の閾値を記憶するための記憶ユニットが設けられている。有利にはこの閾値は、種々異なるセンサユニットをインターフェースユニットを介して駆動制御評価装置に接続できるようにするために、記憶ユニット内に事前に記憶される。

本発明のさらなる別の観点によれば、前記センサユニットに電気的なエネルギーを供給するためのエネルギー供給ユニットが安定化された給電電圧を出力するための安定化された電圧源として構成される。本発明のさらに別の有利な構成例によれば、前記増幅器装置は温度補償された機器増幅器を有している。

有利には、安定化された給電電圧は、センサユニットの給電のためのエネルギー供給ユニットの安定化された電圧源によって生成される。

有利には、前記安定化された電圧源は、６Ｖ〜７Ｖの範囲の安定化した給電電圧を提供する。

本発明のさらに有利な別の構成例によれば、測定信号を比較するための比較器ユニットには、使用されているセンサユニットに依存して種々異なる閾値が印加される。

駆動制御評価装置のこの種の構成によれば、様々なセンサユニットを効果的にかつ回路コストを低減させて接続させることが可能となる。その場合センサ信号の信頼性の高い伝送と評価が保証されることはいうまでもない。

図面
図面には本発明の実施例が示されており、これは以下の明細書で詳細に説明する。ここで図１には、インターフェースユニットを介して接続されているセンサユニットを有する本発明の有利な実施例による駆動制御評価装置のブロック回路図が示されており、
図２には、接続されたセンサユニットを有している従来方式の回路装置を示した図である。

実施例
図１にはセンサユニット１０１の駆動制御と、センサユニット１０１から測定量に依存して供給されるセンサ信号１１２の評価のための本発明による駆動制御評価装置のブロック回路図が示されている。センサユニット１０１は、インターフェースユニット１００を介して残りの回路装置に接続されている。本発明によればインターフェースユニット１００は第１のセンサ端子１０２と第２のセンサ端子１０３を提供している。センサユニット１０１は第２の端子を介してアース１０４と接続されている。センサユニットの端子に対してはアース端子１０３の他には第１のセンサ端子１０２が必要なだけである。

ここでは図１に示されていないにもかかわらず、センサユニット１０１とインターフェースユニット１００を除いて残りの回路装置が集積回路装置として提供されてもよいことを述べておく。

符号３００で示されているのはエネルギー供給ユニットであり、符号２００で表されているのは増幅器ユニットである。エネルギー供給ユニット３００は実質的に一定の安定化された供給電圧３０６をセンサユニット１０１の作動のために準備することに用いられる。この目的のためにエネルギー供給ユニット３００は、給電電圧３０１（Ｕ₀）を提供する供給電圧源３０２を有している。

スイッチユニット３０３（これは例えば縦方向トランジスタとして準備され得る）を介して供給電圧源３０２から供給される給電電圧３０１の制御が行われる。この目的のためにスイッチユニット３０３は"バックツーバック"トランジスタ回路を有しており、これはオン／オフ切り替え信号３０５によって制御可能である。スイッチングトランジスタの"バックツーバック"装置は当業者にもよく知られており、そのため電圧安定化ユニット３０３の詳細な図示はここでは省かれている。

給電端子３０７においては給電端子３０７とアース１０４との間で安定化された給電電圧３０６が供給される。

安定化された給電電圧３０６は図１にも示されているようにインターフェースユニット１００の第１のセンサ端子１０２とアース１０４の間に印加される。センサユニット１０１（これは例えペリフェラル加速度センサＰＡＳとして構成されていてもよい）は、例えば加速度値などの測定量に依存したセンサ信号１１２を供給する。この種のセンサにおけるセンサ信号１１２は、基準電流が５ｍＡで電流昇降値が２０ｍＡの電流信号で構成されている。それにより測定量に依存して、後続の増幅器装置と比較器装置において継続処理され得るビットパターンが生成可能である。

センサユニット１０１はこの場合マイクロマシニング加速度センサとして提供される。これは例えば自動車においてＢピラーにあるいはアップフロントセンサとして構成されており、加速度値が例えばエアバックシステムの作動やベルトプリテンショナーの操作のために供給される。通常はセンサ信号１１０は１０ビット値として提供される。機器増幅器として構成された増幅器装置２００は有利な形式で用いるために、電流信号として構成されたセンサ信号１１２の後続処理に対して有利にはこれが電圧降下値１１１に変換される。

センサ信号１１２によって引き起こされた電圧降下値１１１は測定抵抗２０５を用いて得られる。それにより電流信号（センサ信号）１１２が導かれる。本発明によれば測定抵抗２０５は増幅器装置２００と一緒に集積化された提供される。センサユニット１０１の接続は第１及び第２のセンサ端子１０２ないし１０３だけを介して実施されなければならない。これはセンサユニット１０１に対応付けられる相応の測定抵抗２０５を設ける必要性なしで実施されなければならない。測定抵抗２０５が一定に維持される場合には、異なるセンサユニット１０１は測定量が同じ場合において異なった電圧降下１１１を引き起こす可能性があるので、本発明によれば比較器ユニット１０７が設けられる。この比較器ユニット１０７は、増幅器装置２００から供給される測定信号１１０を閾値１０６と比較できるようにするために閾値１０６を記憶ユニット１０５から受け取る。相応するセンサユニット１０１毎に異なる閾値１０６が準備されることによって測定抵抗２０５の適応化が完全に省略できるようになる。

詳細には増幅器装置２００は差動増幅器２０１を含んでおり、その増幅係数は設定抵抗２０４を用いて設定が可能である。測定抵抗はこの差動増幅器２０１の第１の入力端子２０２と第２の入力端子２０３の間に接続される。この場合第１の入力端子２０２ないしは第２の入力端子２０３は"−"の入力端子として提供されてもよいし、"＋"の入力端子として提供されてもよい。それにより増幅器装置２００から供給される測定信号１１０は、増幅されたセンサ信号１１２に対する尺度として表される。

このことが図１には図示されていなくとも、本発明のさらに別の有利な実施例によれば、センサユニット１０１のインターフェースユニット１００への接続の際に相応のセンサユニット１０１に割り当てられる閾値１０６が記憶ユニット１０５から自動的に出力され得るように構成されてもよい。それにより測定信号１１０は常に正確に、センサユニット１０１に対応付けられる閾値１０６と比較されるようになる。

この種の比較が実施可能な比較器ユニット１０７は比較結果としてその出力信号１０８を出力端子ユニット１０９に送出する。この出力信号１０８は、例えばエアバックに対するトリガ信号を供給するものであってもよい。その場合には相応のセンサユニット１０１によって加速度値がピックアップされる。

有利には閾値１０６は記憶ユニット内に事前に記憶されている。それにより閾値が使用されるセンサユニット１０１のタイプに依存して効果的な形で提供され得るようになる。これにより比較器ユニット１０７は増幅器装置２００から出力された測定信号１１０を、使用されるセンサユニット１０１に依存して種々異なる閾値１０６と比較する。

本発明の装置によれば、次のような利点が得られる。すなわち外部の測定抵抗が回避される。さらに図２で説明した支援コンデンサＣに関連づけて消去することも可能である。さらには、全ての測定システムが供給電圧の変動に対して不感となる利点も得られる。

有利には測定抵抗は、残りの回路装置、例えばＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）内へ集積化可能である。温度補償された機器増幅器として構成された増幅器装置２００によりこの種の測定抵抗２０５を介して測定された電圧降下１１１は、センサユニット１０１によって引き起こされるセンサ信号１１２（電流信号）に厳密に比例する。

利得調整に対する抵抗の適応化と測定信号１１０を異なる閾値と比較する比較器ユニット１０７の配設は、測定抵抗２０５自体の変更を必要とすることなく種々異なるセンサユニット１０１への適応化を可能にさせる。このようにすれば測定抵抗２０５が総合システム内に効果的に集積できる。

図２に示されている、センサユニットの駆動制御とこのセンサユニットから供給されるセンサ信号の評価のための従来方式の回路装置に関しては当該明細書の冒頭に述べてきた。

本発明は前述の有利な実施例に基づいて説明してきたが、これは本発明がそれらの実施例に限定されることを意味するのではなく、それどころか本発明は多岐に亘る変更が可能なものであることを述べておく。

インタフェースユニットを介して接続されたセンサユニットを有している本発明による駆動制御評価装置のブロック回路図 センサユニットが接続されている従来方式の回路装置を示した図

符号の説明

１００ インターフェースユニット
１０１ センサユニット
１０２ 第１のセンサ端子
１０３ 第２のセンサ端子
１０４ アース
１０５ 記憶ユニット
１０６ 閾値
１０７ 比較器ユニット
１０８ 出力信号
１０９ 出力端子ユニット
１１０ 測定信号
１１１ 電圧降下
１１２ センサ信号
２００ 増幅器装置
２０１ 差動増幅器
２０２ 第１の入力端子
２０３ 第２の入力端子
２０４ 設定抵抗
２０５ 測定抵抗
３００ エネルギー供給ユニット
３０１ 給電電圧
３０２ 給電電圧源
３０３ 電圧安定化ユニット
３０４ 安定化入力側
３０５ 安定化信号
３０６ 安定化された給電電圧
３０７ 給電端子ユニット

Claims (12)

1. 異なるセンサユニット（１０１）のための駆動制御評価装置であって、
   ａ）前記センサユニット（１０１）に電気的なエネルギーを供給するための安定化されたエネルギー供給ユニット（３００）と、
   ｂ）前記センサユニット（１０１）によって生成され増幅器装置（２００）に入力信号として供給されるセンサ信号（１１２）の増幅と、センサ信号（１１２）に依存した測定信号（１１０）の出力のための増幅器装置（２００）と、
   ｃ）測定信号（１１０）を出力信号（１０８）として出力するための出力ユニット（１０９）とを有している形式の装置において、
   前記センサ信号（１１２）によって引き起こされた電圧降下（１１１）を測定するために前記増幅器装置（２００）内に集積化された測定抵抗（２０５）が設けられており、前記電圧降下（１１１）は入力信号として前記増幅器装置（２００）に供給され、
   前記増幅器装置（２００）に後置接続された比較器ユニット（１０７）が測定信号（１１０）を所定の閾値（１０６）と比較するために設けられており、
   前記閾値（１０６）は使用されるセンサユニット（１０１）に依存して設定可能であることを特徴とする装置。
2. 前記センサユニット（１０１）はペリフェラル加速度センサ（ＰＡＳ)として構成されている、請求項１記載の装置。
3. さらに所定の閾値（１０６）を記憶するための記憶ユニット（１０５）が設けられている、請求項１記載の装置。
4. 前記センサユニット（１０１）に電気的なエネルギーを供給するためのエネルギー供給ユニット（３００）が安定化された給電電圧（３０６）を出力するための安定化された電圧源として構成されている、請求項１記載の装置。
5. 前記増幅器装置（２００）は、温度補償された機器増幅器を有している、請求項１記載の装置。
6. 駆動制御評価装置における異なるセンサユニット（１０１）の駆動制御と、その都度のセンサユニット（１０１）から測定量に依存して供給されるセンサ信号（１１２）の評価のための方法であって、
   ａ）安定化されたエネルギー供給ユニット（３００）からセンサユニット（１０１）に電気的なエネルギーを供給するステップと、
   ｂ）測定信号（１１０）を得るために、駆動制御評価装置内に設けられている増幅器装置（２００）を用いて、前記センサユニット（１０１）によって生成され増幅器装置（２００）に入力信号として供給されるセンサ信号（１１２）を増幅するステップと、
   ｃ）センサ信号（１１２）に依存した測定信号（１１０）を増幅器装置（２００）から出力ユニット（１０９）を用いて出力するステップとを有している形式の方法において、
   前記増幅器装置（２００）内に集積化された測定抵抗（２０５）を用いて前記センサ信号（１１２）によって引き起こされた電圧降下（１１１）を測定し、
   前記電圧降下（１１１）は入力信号として前記増幅器装置（２００）に供給され、
   前記増幅器装置（２００）に後置接続された比較器ユニット（１０７）を用いて、測定信号（１１０）を所定の閾値（１０６）と比較し、
   前記閾値（１０６）は使用されるセンサユニット（１０１）に依存して設定可能であることを特徴とする方法。
7. 所定の閾値（１０６）は記憶ユニット（１０５）内に事前に記憶されている、請求項６記載の方法。
8. 前記記憶ユニット（１０５）内に事前に記憶される閾値（１０６）は、使用されるセンサユニット（１０１）のタイプに依存して設定される、請求項７記載の方法。
9. 安定化された給電電圧（３０６）はエネルギー供給ユニット（３００）からセンサユニット（１０１）の給電のために電気的なエネルギーを供給される、請求項６記載の方法。
10. 安定化された給電電圧（３０６）は、センサユニット（１０１）の給電のためのエネルギー供給ユニット（３００）の安定化された電圧源を用いて生成される、請求項９記載の方法
11. 前記安定化された電圧源は、６Ｖ〜７Ｖの範囲の安定化した給電電圧（３０６）を提供する、請求項１０記載の方法。
12. 測定信号（１１０）を比較するための比較器ユニット（１０７）に、使用されているセンサユニット（１０１）に依存して種々異なる閾値（１０６）が印加される、請求項６記載の方法。

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