DE102012213579A1 - Sensorschnittstelle mit variablen steuerkoeffizienten - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Offenbarung richtet sich auf ein Sensorschnittstellenmodul, das eine Versorgungsspannung zu einer Mehrzahl von Sensoren liefert und das Datensignale zwischen der Mehrzahl aus Sensoren und einer Steuereinheit (z. B. einer ECU) austauscht. Die Sensorschnittstelle setzt häufig einen Einzelbitkomparator ein (oder Grob-Analog-zu-Digital-Wandler (ADC), z. B. einen 2-Bit- oder 3-Bit-ADC), um Signale zu verfolgen, die zwischen den Sensoren und der Steuerung über die Sensorschnittstelle ausgetauscht werden sollen. Im Vergleich zu einem leistungshungrigen ADC mit mehr Bits (z. B. 32-Bit-ADC), schränken der Einzelbitkomparator/Grob-ADC Hardwarekomplexität und Leistungsverbrauch ein. Zusätzlich dazu kann bei einigen Ausführungsbeispielen das Sensorschnittstellenmodul einen Schätzer umfassen und Komparatoren unterstützen, die Verfolgungsfähigkeit des Sensorschnittstellenmoduls zu beschleunigen. Auf diese Weise ermöglichen hierin bereitgestellte Techniken eine zuverlässige Niedrigleistungskommunikation zwischen einer Steuereinheit (z. B. einer ECU) und ihren entsprechenden Sensoren.
Description
- Moderne Fahrzeuge umfassen ein umfassendes Array aus Sensoren, wie z. B. Airbagsensoren, Reifendrucksensoren, Motorsensoren, Sitzgurtsensoren und viele andere. Die Motorsensoren können z. B. Daten über den Motorzyklus des Fahrzeugs zu einer Motorsteuereinheit bereitstellen (ECU; engine control unit). Basierend auf den Daten von den Motorsensoren kann die ECU dann Änderungen an dem Motorzyklus ausführen (z. B. Zündkerzen, Zeitgebung und/oder Kraftstoffeinspritzparameter), um das Motorverhalten zu optimieren.
- Wenn die Anzahl der Fahrzeugsensoren zunimmt, wird deren Integration eine ernsthafte Herausforderung für Autohersteller. Zum Beispiel können Drähte, die eine ECU mit ihren entsprechenden Motorsensoren verbinden, mehrere Meter lang sein. Diese Drähte sind ein wesentlicher Kostenfaktor in Automobilsystemen und tragen zu dem Gesamtgewicht des Fahrzeugs bei. Deshalb schränken einige herkömmliche Verdrahtungsschnittstellen, wie z. B. PSI5 und DSI die Anzahl der Drähte auf zwei Leitungen ein. Diese Schnittstellen können in Automobilairbagsensoren, Antriebsstrangsystemen und nicht standardisierten pulsbreitenmodulierten (PWM; pulse width modulated) Protokollen von ABS-Reifengeschwindigkeitssensoren verwendet werden. Leider können nichtvorhandene Gegenmaßnahmen, die Induktivitäten und Kapazitäten dieser Drähte Rauschen bei einer Resonanzfrequenz verursachen, die durch die Induktivitäten und Kapazitäten der Drähte eingestellt wird.
- Bei einigen herkömmlichen Implementierungen kann ein RLC-Filter (das einen Widerstand und einen optionalen Umgehungs- bzw. Bypass-Induktor parallel zu dem Widerstand umfasst) zwischen einer ECU und ihren entsprechenden Sensoren angeordnet sein. Dieses RLC-Filter kann entworfen sein, Rauschen bei der Resonanzfrequenz zu dämpfen, wodurch dabei geholten wird, das Verhalten des Fahrzeugerfassungssystems zu verbessern. Leider jedoch verbrauchen der Widerstand und Induktor, die in einem solchen RLC-Filter umfasst sind Leistung, erhöhen die Kosten des Sensorsystems und können darüber einen Spannungsabfall verursachen. Zusätzlich dazu, da unterschiedliche Fahrzeuge unterschiedliche Sensoren und unterschiedliche Drahtlängen umfassen können (d. h. unterschiedliche Induktivitäten und Kapazitäten), ist es schwierig, ein einzelnes RLC-Filter einzustellen, um die unterschiedlichen Resonanzfrequenzen entsprechend den unterschiedlichen Fahrzeugen bei herkömmlichen Erfassungssystemen angemessen zu dämpfen.
- Daher sind herkömmliche Ansätze aus verschiedenen Gründen nicht ganz ideal und die Erfinder haben verbesserte Sensorschnittstellen erdacht, wie hierin weiter beschrieben wird.
- Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sensorschnittstellenmodul mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
- Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
- Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein Blockdiagramm eines Fahrzeugerfassungssystems gemäß einigen Ausführungsbeispielen; -
2 ein Signalverlaufdiagramm eines modulierten Spannungssignals, das zu Sensoren eines Fahrzeugerfassungssystems übertragen werden kann; -
3 ein Signalverlaufdiagramm eines modulierten Stromsignals, das von einem Sensor eines Fahrzeugerfassungssystems übertragen werden kann; -
4 ein Blockdiagramm eines Sensorschnittstellenmoduls gemäß einigen Ausführungsbeispielen; -
5 ein Blockdiagramm eines anderen Sensorschnittstellenmoduls gemäß einigen Ausführungsbeispielen; -
6 ein Blockdiagramm eines Schätzerblocks gemäß einigen Ausführungsbeispielen; und -
7a bis7c Signalverlaufdiagramme eines modulierten Spannungssignals und entsprechender Ströme für verschiedene Sensorschnittstellenmodule. - Der beanspruchte Gegenstand wird nun Bezug nehmend auf die Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um durchgehend Bezug auf gleiche Elemente zu nehmen. In der nachfolgenden Beschreibung sind zu Zwecken der Erklärung zahlreiche, spezifische Details ausgeführt, um ein tiefgreifendes Verständnis des beanspruchten Gegenstands bereitzustellen. Es kann jedoch offensichtlich sein, dass der beanspruchte Gegenstand ohne diese spezifischen Details ausgeführt werden kann.
- Die vorliegende Offenbarung richtet sich auf ein Sensorschnittstellenmodul, das eine Versorgungsspannung zu einer Mehrzahl von Sensoren liefert, und das Datensignale zwischen der Mehrzahl der Sensoren und einer Steuerung (z. B. einer ECU) austauscht. Die Sensorschnittstelle setzt häufig einen Einzelbitkomparator ein (oder einen groben Analog-zu-Digital-Wandler (ADC; analog digital converter), z. B. einen Zwei-Bit- oder Drei-Bit-ADC), um Signale zu verfolgen, die zwischen den Sensoren und der Steuerung über die Sensorschnittstelle ausgetauscht werden sollen. Im Vergleich zu dem leistungshungrigen ADC mit mehr Bits (z. B. 32-Bit-ADC), schränkt der Einzelbitkomparator/Grob-ADC die Hardwarekomplexität und den Leistungsverbrauch ein. Zusätzlich dazu kann bei einigen Ausführungsbeispielen das Sensorschnittstellenmodul einen Schätzer umfassen und/oder Komparatoren unterstützen, die Verfolgungsfähigkeit des Sensorschnittstellenmoduls zu beschleunigen. Auf diese Weise ermöglichen hierin bereitgestellte Techniken eine zuverlässige leistungsarme Kommunikation zwischen einer Steuerung (z. B. einer ECU) und ihren entsprechenden Sensoren.
- Bezug nehmend nun auf
1 ist ein Fahrzeugerfassungssystem100 gezeigt, das ein Sensorschnittstellenmodul102 gemäß einigen Ausführungsbeispielen umfasst. Das Sensorschnittstellenmodul102 umfasst eine Modulationseinheit104 und eine Demodulationseinheit106 . Auf einer Seite weist das Sensorschnittstellenmodul102 eine Steuereinheitsschnittstelle auf, die mit einer Steuereinheit108 gekoppelt ist (z. B. ECU); und auf der anderen Seite weist das Sensorschnittstellenmodul102 eine Sensorschnittstelle auf, die mit einem Paar aus Drähten112 ,114 gekoppelt ist. Das Paar aus Drähten ist mit einer Anzahl von Sensoren116 gekoppelt (z. B.116a ,116b , ...116c ). Um das Rauschen einzuschränken ist ein RC-Filter118 mit der Sensorschnittstelle gekoppelt. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist das RC-Filter118 frei von diskreten Induktoren und integrierten Induktoren, um Kosten zu reduzieren. - Während einer Operation und wenn keine Daten ausgetauscht werden sollen, stellt die Modulationseinheit
104 den Sensoren116 über das Paar aus Drähten112 ,114 eine Versorgungsspannung bereit. Diese Versorgungsspannung ist häufig eine DC-Spannung, die zum Betreiben der Sensoren116 verwendet wird. - Wenn Informationen zu den Sensoren
116 übertragen werden sollen, stellt die Steuereinheit108 ein erstes Steuersignal bei120 bereit. Basierend auf dem ersten Steuersignal moduliert die Modulationseinheit104 die Versorgungsspannung, um ein moduliertes Spannungssignal zu zumindest einem der Sensoren116 über das Paar aus Drähten112 ,114 zu liefern.2 zeigt ein Beispiel, wie dieses modulierte Spannungssignal200 die Versorgungsspannung zwischen einer hohen Versorgungsspannung (VHIGH) und einer niedrigen Versorgungsspannung (VLOW) variieren kann, um Informationen zu den Sensoren116 zu übertragen. Bei dem Beispiel von2 entspricht ein Spannungsübergang einer ansteigenden Flanke einer logischen „0” und ein Spannungsübergang einer abfallenden Flanke entspricht einer logischen „1”, aber andere Codierungsschemata könnten ebenfalls verwendet werden. - Um Informationen von den Sensoren
116 zu empfangen, decodiert die Demodulationseinheit106 ein moduliertes Stromsignal, das auf den Drähten112 ,114 empfangen wird, wobei das modulierte Stromsignal Informationen von einem Übertragungssensor (z. B.116a ) umfasst, der darin enthalten ist.3 zeigt ein Beispiel eines modulierten Stromsignals300 , das codierte Daten auf demselben enthält, wie sie durch einen Sensor übertragen werden. Bei dem Beispiel von3 können Datenbits als Symbole auf den Drähten112 ,114 codiert sein, wobei jedes Symbol aus drei Chips besteht und vier Datenbits codiert. -
4 zeigt eine detailliertere Ansicht einer Modulationseinheit400 (z. B. Modulationseinheit104 aus1 ). Auf einer Seite umfasst die Modulationseinheit400 eine Steuereinheitsschnittstelle401 , die schnittstellenmäßig mit einer Steuereinheit424 verbunden ist. Auf der anderen Seite umfasst die Modulationseinheit400 eine Sensorschnittstelle403 , die schnittstellenmäßig mit dem Paar aus Drähten verbunden ist, die mit den Sensoren gekoppelt sind. Kurz gesagt empfängt die Modulationseinheit400 ein erstes Steuersignal auf422 und regelt seine Ausgangsspannung auf dem Ausgangsknoten420 derart, dass die Ausgangsspannung das erste Steuersignal422 verfolgt, wodurch die gewünschten Informationen zu den Sensoren übertragen werden. - Um den Leistungsverbrauch einzuschränken und nicht einen leistungshungrigen ADC mit einer großen Anzahl von Bits zu verwenden (z. B. 32-Bit-ADC), umfasst die Modulationseinheit
400 einen Einzelbitkomparator402 , um ein Einzelbitfehlersignal auf412 auszugeben, oder wendet einen groben ADC, um ein Fehlersignal mit nur wenigen Bits (z. B. 2 oder 3 Bits) auf412 auszugeben. Für den Einzelbitkomparator402 ist ein erster Komparatoreingang404 mit einer Versorgungsspannung406 gekoppelt und ein zweiter Komparatoreingang408 ist mit dem Ausgangsknoten420 über den Rückkopplungspfad410 gekoppelt. Der Komparatorausgang412 ist mit einer PID-Steuerung414 gekoppelt, die ihrerseits mit einer ersten und zweiten Stromquelle416 ,418 gekoppelt ist. - Während der Operation kann die Modulationseinheit
400 von4 ihre Ausgangsspannung auf dem Ausgangsknoten420 basierend auf einem ersten Steuersignal422 von der Steuerung424 ändern. Dieses erste Steuersignal auf422 stellt eine Zielspannung auf dem ersten Komparatoreingang404 ein. Der Komparator402 stellt dann seinen Fehlersignalspannungspegel auf412 ein (was ein zweites Steuersignal einstellt, das durch die PID-Steuerung ausgegeben wird), bis die Ausgangsspannung der Modulationseinheit auf dem Ausgangsknoten420 mit der Zielspannung auf404 übereinstimmt. Obwohl der Einzelbitkomparator402 potentiell ein Niedrigleistungsverhalten und einen minimalen Chipbereich bereitstellt, haben die Erfinder jedoch erkannt, dass leider die Einzelbitkomparatorarchitektur voll von Herausforderungen ist. Die Abtastrate des Komparators402 ist üblicherweise hoch im Vergleich zu der Bandbreite der PID-Steuerung414 . Somit kann eine große Differenz zwischen der Ausgangsspannung und der Zielspannung nicht während eines einzelnen Taktzyklus kompensiert werden. Ohne Gegenmaßnahmen betont die begrenzte Bandbreite der Steuerung die Nichtlinearitäten des groben, quantisierten Rückkopplungspfads und lässt die Schleife in einen Nachführ- bzw. Übergangs-Zustand (slewing state) gehen. Wenn dieses Nachführen nicht schnell genug beendet ist, kann es verhindern, dass die Sensorschnittstelle Ströme oder Spannungen schnell genug verfolgt, um Daten zwischen der Steuerung424 und ihren entsprechenden Sensoren genau auszutauschen. - Um dabei zu helfen, die Verwendung eines Einzelbitkomparators (oder Grob-Bit-ADC) zu ermöglichen, verwenden einige hierin offenbarte Modulationseinheiten einen Schätzerblock. Zum Beispiel aktualisiert in
5 ein Schätzerblock502 Koeffizienten für die PID-Steuerung414 basierend auf einer Historie einer Rückkopplung auf dem Rückkopplungspfad410 . Wenn z. B. der Komparator402 ein Einzelbitkomparator ist und der Rückkopplungspfad410 ein Einzelbitrückkopplungspfad ist, kann der Schätzerblock502 eine Reihe von Einzelbits von dem Rückkopplungspfad410 zu unterschiedlichen Zeiten empfangen und dann die kollektiven Signalbits analysieren, um die PID-Koeffizienten einzustellen (z. B. ki, kP, kD). Der Schätzerblock502 ist ferner mit einem Protokollprozessor504 gekoppelt, um zu berücksichtigen, ob Informationen zu den Sensoren übertragen werden sollen, von den Sensoren empfangen werden sollen und ob der Schätzer502 in einem Startmodus ist. - Da große Differenzen zwischen der Ausgangsspannung auf
420 und der Zielspannung auf404 nicht während eines einzelnen Taktzyklus kompensiert werden können, weisen verschiedene aufeinanderfolgende Rückkopplungsbits den selben Wert für große Differenzen auf. Folglich ist die Anzahl von aufeinanderfolgenden Abtastwerten mit dem selben Vorzeichen ein Maß, das sich reziprok auf den Gewinn des Einzelbitkomparators402 bezieht. Dieses Gewinnschätzprinzip ermöglicht die kontinuierliche Zunahme der PID-Koeffizienten, außer das Vorzeichen des Fehlersignals auf412 schaltet um. -
5 zeigt ferner, wie einer oder mehrere optionale Hilfskomparatoren506 in einigen Modulationseinheiten umfasst sein können. Falls vorhanden weisen diese Hilfskomparatoren506 entsprechende Referenzspannungen auf, die bei unterschiedlichen Triggerpunkten eingestellt sind. Wenn z. B. drei Hilfskomparatoren vorhanden sind, können sie entsprechende Referenzspannungen bei 50 mV (z. B. „große” Abweichung zwischen Zielsignal und Ausgangssignal), 100 mV (z. B. „sehr große” Abweichung zwischen Zielsignal und Ausgangssignal), und 200 mV (z. B. „übermäßige” Abweichung zwischen Zielsignal und Ausgangssignal) aufweisen. Diese Hilfskomparatoren506 erlauben dem Sensorschnittstellenmodul die Steuercharakteristika schneller zu ändern als mit einem Einzelbitkomparator allein (z. B. für Gewinnschätzung basierend auf einem N-Bit-FIR-Filter, da es N-Schritte benötigt, um den maximalen Ausgangswert zu leeren). im Wesentlichen können die Hilfskomparatoren506 jeweils zusätzlichen Gewinn bereitstellen, um zu helfen, den Einzelbitkomparator402 zu unterstützen, wenn große Änderungen bei der Ausgangsspannung benötigt werden. Ferner können die Hilfskomparatoren506 ihre Ausgänge umschalten, um den zusätzlichen Gewinn zu deaktivieren, wenn sich der Ausgang dem Zielwert wieder nähert, was die Fähigkeit verbessert, ein Überschwingen oder eine Oszillation nach Nachführübergängen zu vermeiden. Diese Hilfskomparatoren506 können auf extrem einfache chipbereichsparende und leistungssparende Weise realisiert sein und sind besonders nützlich um auf eine elektromagnetische Injektion zu reagieren. Aber für die Hilfskomparatoren506 kann eine elektromagnetische Injektion die Hilfskomparatorschwelle innerhalb sehr weniger Taktzyklen überschreiten und benötigt eine sehr schnelle Proportional- und Differenzial-Antwort. - Bei der Überlegung, wie PID-Koeffizienten eingestellt werden sollen, kann der Schätzerblock
502 die Frequenz des Fehlersignals berücksichtigen, wie folgt:
Ki-Koeffizient – der Integral-Koeffizient (Ki) ist bei niedrigen Frequenzen dominant (z. B. wo die Frequenz des Fehlersignals kleiner ist als ein Faktor zwischen 100 und 10.000 der Abtastfrequenz (fs)). Somit ist Ki dominant für Fehlersignalfrequenzen zwischen unter fs/10.000 und fs/100. Die Anpassung kann schnell genug sein, ein relativ langes FIR-Filter (z. B. 8 bis 128 Abgriffe) für diese Frequenzen zu verwenden. - Kp-Koeffizient – der Proportional-Koeffizient (Kp) ist dominant bei mittleren Frequenzen (z. B. ist die Frequenz des Fehlersignals zwischen ungefähr fs/1.000 und fs/10, was üblicherweise der Frequenzbereich ist, wo der Großteil des Übertragungsspektrums angeordnet ist. Eine Anpassung kann für diese mittleren Frequenzen viel schneller sein (z. B. 2 bis 16 Abgriffe), um sich schnell genug zu erholen, bevor ein Null-Durchgang der Komparatoreingangsdifferenz mit einer hohen kp-Einstellung zu einer Instabilität oder sogar gesteuerten Oszillation mit unnötig großen Amplituden führt.
- Kd-Koeffizient – der Differenzialkoeffizient (Kd) ist dominant bei hohen Frequenzen (z. B. fs/100 bis fs/2). Eine Anpassung in diesem Fall kann sehr schnell für diese Komponente sein und die Länge des FIR-Filters kann wesentlich kürzer sein (z. B. 2 bis 4 Abgriffe).
-
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines detaillierteren Schätzerblocks600 , der diese Prinzipien verwendet. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Schätzerblock600 ein Schieberegister602 , das mit dem Komparator gekoppelt ist (z. B. Einzelbitkomparator402 in5 ) und konfiguriert ist, aufeinanderfolgende Einzelbitwerte aus dem Komparator rechtzeitig zu speichern. Zusätzliche Gewinnskalierregister (z. B. ein ki-Register604 , ein kp-Register606 und ein kd-Register608 ) können ebenfalls umfasst sein und können Werte speichern, die aus einer Kombination des Einzelbitkomparators und der Hilfskomparatoren hergeleitet sind (z. B. Hilfskomparatoren504 in5 ), falls vorhanden. Der Schätzer600 umfasst ferner eine Nachschlagtabelle610 oder einen anderen Block, der eine nichtlineare, mathematische Funktion ausführt, um einen Steuerkoeffizienten basierend auf Werten auszuwählen, die in den Gewinnskalierregistern gespeichert sind. - Wie ersichtlich ist, werden die neuesten Abtastwerte des groben Quantisierers, gespeichert in dem Schieberegister, verwendet, um den kd-Koeffizienten einzustellen. Im Gegensatz dazu werden zusätzliche ältere Rückkopplungsabtastwerte aus dem Schieberegister berücksichtigt, um den ki-Koeffizienten einzustellen. Zwischenrückkopplungsabtastwerte aus dem Schieberegister werden verwendet, um den kp-Koeffizienten einzustellen.
-
- ki
- Gewinnanstiegsfaktor für den Integral-Pfad der PID-Steuerung
- ni
- Anzahl der berücksichtigen Schieberegister
- mi
- Anzahl der verwendeten Hilfskomparatoren
- siv
- um v Taktperioden verzögertes Bit aus dem Schieberegister [+1 oder –1]
- Siv
- Gewichtungsfaktor für siv
- aiμ
- Ausgabe aus dem μ-ten Hilfskomparator [0 oder 1]
- Aiμ
- Gewichtungsfaktor für aiμ
- kd_rise
- Gewinnanstiegsfaktor für den Proportional-Pfad der PID-Steuerung
- nd
- Anzahl der berücksichtigen Schieberegister
- mi
- Anzahl der verwendeten Hilfskomparatoren
- siv
- um v Taktperioden verzögertes Bit aus dem Schieberegister [+1 oder –1]
- Siv
- Gewichtungsfaktor für sdv
- adμ
- Ausgabe aus dem μ-ten Hilfskomparator [0 oder 1]
- Adμ
- Gewichtungsfaktor für adμ
- In einigen Situationen kann der Integral-Koeffizient ki den Wert 0 annehmen, da es keinen Sinn macht, den Integral-Koeffizienten in Fällen zu ändern, wo das Fehlersignal aus dem Schätzer anzeigt, dass der Spannungsausgang extrem nahe an der Zielspannung ist. Dieser Aufbau ist äußerst stabil und hilft dabei, sicherzustellen, dass sich der Ausgangswert schnell dem Zielwert nach dem Nachführen nähert.
-
7a bis7c zeigen eine Reihe aus Simulationsergebnissen als eine Reihe von Signalverläufen.7a zeigt das Schaltungsverhalten einer Sensorschnittstelle, die einen Einzelbitkomparator umfasst, ohne die Verwendung eines Schätzers, um PID-Koeffizienten einzustellen. Die obere Skizze in7a zeigt zwei Spannungskurven, wenn ein Sensorschnittstellenmodul versucht, einen PSI5-Sync-Puls auf einen oder mehrere Sensoren zu übertragen. Ein Einzelbitkomparator innerhalb des Sensorschnittstellenmoduls empfängt eine Zielspannung702 von einer Steuereinheit, wobei die Zielspannung702 den Sync-Puls darstellt, der übertragen werden soll. Der Einzelbitkomparator misst die Ausgangsspannung704 und regelt seine internen Ströme (unterer Abschnitt von7a ) bei einem Versuch, die Ausgangsspannung704 die Zielspannung702 verfolgen zu lassen. Bei dem Beispiel von7a weist die Einzelbitsteuerung nicht ausreichend Gewinn auf, die Zielspannung702 zu verfolgen und somit verfolgt die Ausgangsspannung704 , die durch die Sensorschnittstelle bereitgestellt wird, nicht ordnungsgemäß. -
7b zeigt das Schaltungsverhalten einer anderen Sensorschnittstelle, die einen Einzelbitkomparator umfasst, ohne die Verwendung eines Schätzers, um PID-Koeffizienten einzustellen. Bei diesem Beispiel ist die Einzelbitsteuerung schnell genug, dass die Ausgangsspannung708 angemessen die Zielspannung706 verfolgt (wie in der oberen Skizze von7b gezeigt ist). Jedoch erzeugt die Einzelbitkomparatorarchitektur Hochfrequenztransienten auf der Ausgangsspannungsleitung sowie in dem gelieferten Ausgangsstrom710 . Beide erzeugen eine elektromagnetische Emission und sollten vermieden werden. -
7c zeigt das Schaltungsverhalten einer anderen Sensorschnittstelle, die einen Einzelbitkomparator und einen Schätzer umfasst.7c zeigt, dass der Einzelbitkomparator mit dem Schätzer schnell genug ist, dass die Ausgangsspannung712 angemessen die Zielspannung714 verfolgt (wie in der oberen Skizze von7c gezeigt ist). Zusätzlich dazu reduziert der Einbau des Schätzers ferner ungewollte Hochfrequenz-Stromtransienten bzw. -Stromstöße (current transient) (wie in dem unteren Abschnitt von7c gezeigt ist). Auf diese Weise stellen die Sensorschnittstellen, die hierin offenbart sind, eine gute Verfolgungsfähigkeit für Sensorschnittstellen bereit, während gleichzeitig ein niedriger Leistungsverbrauch und eine Reduktion der elektromagnetischen Emission bereitgestellt werden. - Obwohl die Offenbarung im Hinblick auf eine oder mehrere Implementierungen gezeigt und beschrieben wurde, sind entsprechende Änderungen und Modifikationen für andere Fachleute auf dem Gebiet basierend auf dem Wesen und dem Verständnis dieser Beschreibung und den angehängten Zeichnungen offensichtlich.
- Ferner wird darauf hingewiesen, dass Kennzeichnungen wie z. B. „erster” und „zweiter” keine Art einer Reihenfolge oder Platzierung im Hinblick auf andere Elemente implizieren; stattdessen sind „erster” und „zweiter” und andere ähnliche Kennzeichnungen bzw. Identifizierer nur allgemeine Identifizierer. Zusätzlich dazu wird darauf hingewiesen, dass der Ausdruck „gekoppelt” eine direkte und eine indirekte Kopplung umfasst. Die Offenbarung umfasst alle solchen Modifikationen und Änderungen und ist nur durch den Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche eingeschränkt. Insbesondere im Hinblick auf die verschiedenen Funktionen, die durch die oben beschriebenen Komponenten ausgeführt werden (z. B. Elemente und/oder Ressourcen), sollen die Ausdrücke, die zum Beschreiben solcher Komponenten verwendet werden, außer anderweitig angegeben jeglicher Komponente entsprechen, die die spezifizierte Funktion der beschriebenen Komponente ausführt (z. B. die funktional äquivalent ist), obwohl sie strukturell nicht äquivalent zu der offenbarten Struktur ist, die die Funktion bei den hierin dargestellten, exemplarischen Implementierungen der Offenbarung ausführt. Zusätzlich dazu, während ein bestimmtes Merkmal der Offenbarung möglicherweise im Hinblick auf nur eine von verschiedenen Implementierungen offenbart wurde, kann ein solches Merkmal mit einem oder mehreren anderen Merkmalen der anderen Implementierungen kombiniert werden, wie es erwünscht und vorteilhaft für jegliche gegebene oder bestimmte Anwendung sein kann. Zusätzlich dazu sollen die unbestimmten Artikel „einer, eine, eines” wie sie in dieser Anmeldung und in den angehängten Ansprüchen verwendet werden, derart betrachtet werden, dass sie „ein oder mehrere” bedeuten.
- Ferner, zu dem Ausmaß, dass die Ausdrücke „umfassen”, „haben”, „hat”, „mit” oder Varianten derselben entweder in der detaillierten Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, sollen solche Ausdrücke einschließend auf eine Weise ähnlich zu dem Ausdruck „aufweisen” sein.
Claims (20)
- Sensorschnittstellenmodul (
102 ), das folgende Merkmale aufweist: eine Steuereinheitsschnittstelle (401 ), die ausgebildet ist, um mit einer Steuereinheit (108 ) gekoppelt zu sein; ein Versorgungsspannungsmodul, das mit der Steuereinheit (108 ) durch die Steuereinheitsschnittstelle (401 ) gekoppelt ist; einen Einzelbitkomparator oder einen Grob-Analog-zu-Digital-Wandler (ADC) mit einem ersten Komparatoreingang, gekoppelt mit dem Versorgungsspannungsmodul, und mit einem zweiten Komparatoreingang, gekoppelt mit einem Ausgangsknoten des Sensorschnittstellenmoduls über einen Rückkopplungspfad; eine Sensorschnittstelle, die mit dem Ausgangsknoten des Sensorschnittstellenmoduls gekoppelt ist und ausgebildet ist, um mit einem Paar aus Drähten (112 ) gekoppelt zu sein, die mit der Mehrzahl aus Sensoren gekoppelt sind. - Sensorschnittstellenmodul (
102 ) gemäß Anspruch 1, bei dem die Sensorschnittstelle ausgebildet ist, eine Versorgungsspannung zu den Sensoren bereitzustellen und die Versorgungsspannung basierend auf einem Fehlersignal zu modulieren, das durch den Einzelbitkomparator oder Grob-ADC ausgegeben wird. - Sensorschnittstellenmodul (
102 ) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem das Fehlersignal weniger als 4 Bit in der Länge ist. - Sensorschnittstellenmodul (
102 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner folgende Merkmale aufweist: eine PID-Steuerung mit einem Eingang, der mit einem Ausgang des Einzelbitkomparators oder Grob-ADC gekoppelt ist; eine erste und zweite steuerbare Stromquelle mit entsprechenden Eingangsanschlüssen, die mit einem Ausgang aus der PID-Steuerung gekoppelt sind und konfiguriert sind, um zusammenwirkend eine Ausgangsspannung auf dem Ausgangsknoten der Sensorschnittstelle einzurichten. - Sensorschnittstellenmodul (
102 ) gemäß Anspruch 4, das ferner folgendes Merkmal aufweist: einen Schätzer (502 ), der mit dem Rückkopplungspfad gekoppelt ist, wobei der Schätzer (502 ) ausgebildet ist, Koeffizienten für die PID-Steuerung basierend auf einer Historie von Bits auf dem Rückkopplungspfad zu bestimmen. - Sensorschnittstellenmodul (
102 ), das folgende Merkmale aufweist: eine Steuereinheitsschnittstelle (401 ), die ausgebildet ist, ein erstes Steuersignal von einer Steuereinheit (108 ) zu empfangen, wobei das erste Steuersignal Informationen entspricht, die zu zumindest einem einer Mehrzahl von Sensoren übertragen werden sollen; ein Versorgungsspannungsmodul, das mit der Steuereinheitsschnittstelle (401 ) gekoppelt ist und ausgebildet ist, eine Zielspannung basierend auf dem ersten Steuersignal auszugeben; einen Einzelbitkomparator oder einen Grob-Analog-zu-Digital-Wandler (ADC) mit einem ersten Komparatoreingang, der mit dem Versorgungsspannungsmodul gekoppelt ist, und mit einem zweiten Komparatoreingang, der mit einem Ausgangsknoten des Sensorschnittstellenmoduls gekoppelt ist, über einen Rückkopplungspfad; wobei der Einzelbitkomparator oder der Grob-ADC ausgebildet ist, ein Fehlersignal mit einem Spannungspegel bereitzustellen, basierend auf einem Vergleich zwischen dem Zielspannungssignal und einer Ausgangsspannung auf dem Ausgangsknoten; und eine Sensorschnittstelle, die mit einem Paar aus Drähten (112 ) gekoppelt ist, die sowohl mit der Mehrzahl aus Sensoren als auch dem Einzelbitkomparator oder dem Grob-ADC gekoppelt sind, wobei die Sensorschnittstelle ausgebildet ist, eine Versorgungsspannung zu den Sensoren bereitzustellen und die Versorgungsspannung basierend auf dem Fehlersignal zu modulieren. - Sensorschnittstellenmodul (
102 ) gemäß Anspruch 6, bei dem das Fehlersignal weniger als vier Bits in der Länge ist. - Sensorschnittstellenmodul (
102 ) gemäß Anspruch 6, bei dem das Fehlersignal ein Einzelbit in der Länge ist. - Sensorschnittstellenmodul (
102 ) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, das ferner folgende Merkmale aufweist: eine PID-Steuerung, die ausgebildet ist, ein zweites Steuersignal basierend auf dem Fehlersignal auszugeben; eine erste und zweite steuerbare Stromquelle, die ausgebildet sind, das zweite Steuersignal zu empfangen und zusammenwirkend die Ausgangsspannung auf dem Ausgangsknoten basierend auf dem zweiten Steuersignal einzurichten. - Sensorschnittstellenmodul (
102 ) gemäß Anspruch 9, das ferner folgendes Merkmal aufweist: einen Schätzer (502 ), der mit dem Rückkopplungspfad gekoppelt ist, wobei der Schätzer (502 ) ausgebildet ist, Koeffizienten für die PID-Steuerung basierend auf einer Historie von Bits auf dem Rückkopplungspfad zu bestimmen. - Sensorschnittstellenmodul (
102 ) gemäß Anspruch 10, bei dem der Schätzerblock (502 ) folgende Merkmale aufweist: ein Schieberegister, das mit dem Komparator gekoppelt ist und ausgebildet ist, aufeinanderfolgende Einzelbitwerte aus dem Komparator rechtzeitig zu speichern; und eine Nachschlagtabelle, die ausgebildet ist, einen Steuerkoeffizienten basierend auf Einzelbitwerten auszuwählen, die in dem Schieberegister gespeichert sind. - Sensorschnittstellenmodul (
102 ) gemäß Anspruch 10 oder 11, das ferner folgendes Merkmal aufweist: eine Mehrzahl von Hilfskomparatoren mit unterschiedlichen entsprechenden Triggerpunkten und die ausgebildet sind, um beim Einstellen der Koeffizienten der PID-Steuerung basierend auf der Historie aus Bits auf dem Rückkopplungspfad zu helfen. - Sensorschnittstellenmodul (
102 ) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem der Schätzerblock (502 ) eine Logikeinheit aufweist, die ausgebildet ist, eine mathematische Funktion zu berechnen, um die PID-Koeffizienten zu bestimmen. - Sensorschnittstellenmodul (
102 ) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem das Fehlersignal und der Rückkopplungspfad jeweils eine Einzelbitvariable sind und bei dem der Schätzer (502 ) ausgebildet ist, Koeffizienten für die PID-Steuerung basierend auf einer Anzahl von Einzelbits zu bestimmen, die auf dem Rückkopplungspfad zu unterschiedlichen Zeiten bereitgestellt sind. - Sensorschnittstellenmodul (
102 ) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 14, das ferner folgendes Merkmal aufweist: eine Demodulationseinheit, die mit dem Paar aus Drähten (112 ) gekoppelt ist; wobei die Demodulationseinheit ausgebildet ist, ein eingehendes Signal von dem zumindest einen Sensor zu empfangen durch Messen des Stroms, der auf das Paar aus Drähten ausgegeben wird, durch den zumindest einen der Mehrzahl aus Sensoren. - Sensorschnittstellenmodul (
102 ) gemäß Anspruch 15, das ferner folgende Merkmale aufweist: eine PID-Steuerung, die ausgebildet ist, ein zweites Steuersignal basierend auf dem Fehlersignal auszugeben; wobei das zweite Steuersignal als ein Maß des Stroms verwendet wird, der zu der Mehrzahl von Sensoren geliefert wird und ferner verwendet wird, um Daten zu extrahieren, die von der Mehrzahl der Sensoren empfangen werden, aus einem Datenstrom, der durch die PID-Steuerung geliefert wird. - Sensorschnittstellenmodul (
102 ), das ausgebildet ist, zwischen eine Steuereinheit (108 ) und ein Paar aus Drähten gekoppelt zu sein, wobei das Paar aus Drähten (112 ) mit einer Mehrzahl von Sensoren gekoppelt ist, wobei das Sensorschnittstellenmodul folgende Merkmale aufweist: eine Spannungsversorgung, die ausgebildet ist, eine Zielspannung basierend auf einem Steuersignal von der Steuereinheit (108 ) bereitzustellen; einen Komparator oder Grob-Analog-zu-Digital-Wandler (ADC) mit einem Ausgang von weniger als 4 Bits in der Länge, wobei ein erster Eingang des Komparators oder Grob-ADC die Zielspannung von der Spannungsversorgung empfängt; eine PID-Steuerung mit einem Eingang, der mit einem Ausgang des Komparators gekoppelt ist; eine erste und zweite steuerbare Stromquelle mit Steueranschlüssen, die mit einem Ausgang der PID-Steuerung gekoppelt sind, wobei ein Knoten zwischen der ersten und zweiten steuerbaren Stromquelle mit einem zweiten Eingang des Komparators oder Grob-ADC über einen Rückkopplungspfad gekoppelt ist. - Sensorschnittstellenmodul (
102 ) gemäß Anspruch 17, bei dem der Knoten ausgebildet ist, den Sensoren eine Versorgungsspannung basierend auf der Zielspannung bereitzustellen und die Versorgungsspannung basierend auf einem Fehlersignal zu modulieren, das durch den Komparator oder Grob-ADC ausgegeben wird. - Sensorschnittstellenmodul (
102 ) gemäß Anspruch 17 oder 18, das ferner folgendes Merkmal aufweist: eine Demodulationseinheit, die mit dem Paar aus Drähten (112 ) gekoppelt ist; wobei die Demodulationseinheit ausgebildet ist, ein eingehendes Signal von dem zumindest einen Sensor zu empfangen durch Messen eines Stroms, der auf das Paar aus Drähten (112 ) durch den zumindest einen der Mehrzahl aus Sensoren ausgegeben wird. - Sensorschnittstellenmodul (
102 ) gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, das ferner folgendes Merkmal aufweist: einen Schätzer (502 ), der mit dem Rückkopplungspfad gekoppelt ist, wobei der Schätzer (502 ) ausgebildet ist, Koeffizienten für die PID-Steuerung basierend auf einer Historie aus Bits auf dem Rückkopplungspfad zu bestimmen.
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