DE102012213579B4

DE102012213579B4 - Sensorschnittstelle mit variablen Steuerkoeffizienten

Info

Publication number: DE102012213579B4
Application number: DE102012213579.0A
Authority: DE
Inventors: Dirk Hammerschmidt
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2011-08-03
Filing date: 2012-08-01
Publication date: 2016-08-18
Anticipated expiration: 2032-08-02
Also published as: CN102914975B; CN102914975A; US20160018807A1; US20130033357A1; DE102012213579A1; US9148709B2; US9817381B2

Abstract

Sensorschnittstellenmodul (102), das folgende Merkmale aufweist: eine Steuereinheitsschnittstelle (401), die ausgebildet ist, um mit einer Steuereinheit (108) gekoppelt zu sein; eine Modulationseinheit (104; 400), die mit der Steuereinheit (108) durch die Steuereinheitsschnittstelle (401) gekoppelt ist und die ausgebildet ist, um basierend auf einem Steuersignal von der Steuereinheit eine Versorgungsspannung zu modulieren, um ein moduliertes Spannungssignal zu zumindest einem einer Mehrzahl von Sensoren über ein Paar von Drähten zu liefern, um Informationen zu dem zumindest einen Sensor zu übertragen; wobei die Modulationseinheit (400) einen Einzelbitkomparator oder einen Grob-Analog-zu-Digital-Wandler (ADC) mit einem ersten Komparatoreingang, an dem eine Zielspannung, die basierend auf dem Steuersignal eingestellt ist, anliegt, und mit einem zweiten Komparatoreingang, der mit einem Ausgangsknoten des Sensorschnittstellenmoduls über einen Rückkopplungspfad gekoppelt ist, aufweist; eine Sensorschnittstelle, die mit dem Ausgangsknoten des Sensorschnittstellenmoduls gekoppelt ist und ausgebildet ist, um mit dem Paar von Drähten (112) gekoppelt zu sein, die mit der Mehrzahl von Sensoren gekoppelt sind.

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.
Aus MICREL: MIC184 Local/Remote Thermal Supervisor, Firmenschrift, Micrel, Inc.: Data Sheet MIC184, May 2006, San Jose: Micrel, 2006, ist ein Chip zur thermischen Überwachung bekannt, bei dem eine geschaltete Stromquelle und ein 9-Bit-Analog/Digital-Wandler vorgesehen sind, um ein Temperatursignal in ein digitales Signal umzuwandeln.
Aus der DE 42 28 047 C2 ist ein System zur Übertragung von Signalen bekannt, bei dem in einer Meßstellenauswahleinheit ein Analog-Multiplexer eine Impedanzwandler-Schaltung mit einem als Spannungsfolger betriebenen Operationsverstärker aufweist.
Aus der DE 10 2008 041 030 A1 ist eine Vorrichtung zur Erfassung einer Messgröße bekannt, bei der ein Ruhestrom unter Verwendung eines Operationsverstärkers oder Komparators, dessen Ausgang mit einem PI- oder PID-Regler verbunden ist, 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 geholfen 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 bis 7c 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 Fahrzeugerfassungssystem 100 gezeigt, das ein Sensorschnittstellenmodul 102 gemäß einigen Ausführungsbeispielen umfasst. Das Sensorschnittstellenmodul 102 umfasst eine Modulationseinheit 104 und eine Demodulationseinheit 106. Auf einer Seite weist das Sensorschnittstellenmodul 102 eine Steuereinheitsschnittstelle auf, die mit einer Steuereinheit 108 gekoppelt ist (z. B. ECU); und auf der anderen Seite weist das Sensorschnittstellenmodul 102 eine Sensorschnittstelle auf, die mit einem Paar aus Drähten 112, 114 gekoppelt ist. Das Paar aus Drähten ist mit einer Anzahl von Sensoren 116 gekoppelt (z. B. 116a, 116b, ... 116c). Um das Rauschen einzuschränken ist ein RC-Filter 118 mit der Sensorschnittstelle gekoppelt. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist das RC-Filter 118 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 Sensoren 116 über das Paar aus Drähten 112, 114 eine Versorgungsspannung bereit. Diese Versorgungsspannung ist häufig eine DC-Spannung, die zum Betreiben der Sensoren 116 verwendet wird.
Wenn Informationen zu den Sensoren 116 übertragen werden sollen, stellt die Steuereinheit 108 ein erstes Steuersignal bei 120 bereit. Basierend auf dem ersten Steuersignal moduliert die Modulationseinheit 104 die Versorgungsspannung, um ein moduliertes Spannungssignal zu zumindest einem der Sensoren 116 über das Paar aus Drähten 112, 114 zu liefern. 2 zeigt ein Beispiel, wie dieses modulierte Spannungssignal 200 die Versorgungsspannung zwischen einer hohen Versorgungsspannung (V_HIGH) und einer niedrigen Versorgungsspannung (V_LOW) variieren kann, um Informationen zu den Sensoren 116 zu übertragen. Bei dem Beispiel von 2 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 Demodulationseinheit 106 ein moduliertes Stromsignal, das auf den Drähten 112, 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 Stromsignals 300, das codierte Daten auf demselben enthält, wie sie durch einen Sensor übertragen werden. Bei dem Beispiel von 3 können Datenbits als Symbole auf den Drähten 112, 114 codiert sein, wobei jedes Symbol aus drei Chips besteht und vier Datenbits codiert.
4 zeigt eine detailliertere Ansicht einer Modulationseinheit 400 (z. B. Modulationseinheit 104 aus 1). Auf einer Seite umfasst die Modulationseinheit 400 eine Steuereinheitsschnittstelle 401, die schnittstellenmäßig mit einer Steuereinheit 424 verbunden ist. Auf der anderen Seite umfasst die Modulationseinheit 400 eine Sensorschnittstelle 403, die schnittstellenmäßig mit dem Paar aus Drähten verbunden ist, die mit den Sensoren gekoppelt sind. Kurz gesagt empfängt die Modulationseinheit 400 ein erstes Steuersignal auf 422 und regelt seine Ausgangsspannung auf dem Ausgangsknoten 420 derart, dass die Ausgangsspannung das erste Steuersignal 422 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 Einzelbitkomparator 402, um ein Einzelbitfehlersignal auf 412 auszugeben, oder wendet einen groben ADC, um ein Fehlersignal mit nur wenigen Bits (z. B. 2 oder 3 Bits) auf 412 auszugeben. Für den Einzelbitkomparator 402 ist ein erster Komparatoreingang 404 mit einer Versorgungsspannung 406 gekoppelt und ein zweiter Komparatoreingang 408 ist mit dem Ausgangsknoten 420 über den Rückkopplungspfad 410 gekoppelt. Der Komparatorausgang 412 ist mit einer PID-Steuerung 414 gekoppelt, die ihrerseits mit einer ersten und zweiten Stromquelle 416, 418 gekoppelt ist.
Während der Operation kann die Modulationseinheit 400 von 4 ihre Ausgangsspannung auf dem Ausgangsknoten 420 basierend auf einem ersten Steuersignal 422 von der Steuerung 424 ändern. Dieses erste Steuersignal auf 422 stellt eine Zielspannung auf dem ersten Komparatoreingang 404 ein. Der Komparator 402 stellt dann seinen Fehlersignalspannungspegel auf 412 ein (was ein zweites Steuersignal einstellt, das durch die PID-Steuerung ausgegeben wird), bis die Ausgangsspannung der Modulationseinheit auf dem Ausgangsknoten 420 mit der Zielspannung auf 404 übereinstimmt. Obwohl der Einzelbitkomparator 402 potentiell ein Niedrigleistungsverhalten und einen minimalen Chipbereich bereitstellt, haben die Erfinder jedoch erkannt, dass leider die Einzelbitkomparatorarchitektur voll von Herausforderungen ist. Die Abtastrate des Komparators 402 ist üblicherweise hoch im Vergleich zu der Bandbreite der PID-Steuerung 414. 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 Steuerung 424 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 Schätzerblock 502 Koeffizienten für die PID-Steuerung 414 basierend auf einer Historie einer Rückkopplung auf dem Rückkopplungspfad 410. Wenn z. B. der Komparator 402 ein Einzelbitkomparator ist und der Rückkopplungspfad 410 ein Einzelbitrückkopplungspfad ist, kann der Schätzerblock 502 eine Reihe von Einzelbits von dem Rückkopplungspfad 410 zu unterschiedlichen Zeiten empfangen und dann die kollektiven Signalbits analysieren, um die PID-Koeffizienten einzustellen (z. B. k_i, k_P, k_D). Der Schätzerblock 502 ist ferner mit einem Protokollprozessor 504 gekoppelt, um zu berücksichtigen, ob Informationen zu den Sensoren übertragen werden sollen, von den Sensoren empfangen werden sollen und ob der Schätzer 502 in einem Startmodus ist.
Da große Differenzen zwischen der Ausgangsspannung auf 420 und der Zielspannung auf 404 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 Einzelbitkomparators 402 bezieht. Dieses Gewinnschätzprinzip ermöglicht die kontinuierliche Zunahme der PID-Koeffizienten, außer das Vorzeichen des Fehlersignals auf 412 schaltet um.
5 zeigt ferner, wie einer oder mehrere optionale Hilfskomparatoren 506 in einigen Modulationseinheiten umfasst sein können. Falls vorhanden weisen diese Hilfskomparatoren 506 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 Hilfskomparatoren 506 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 Hilfskomparatoren 506 jeweils zusätzlichen Gewinn bereitstellen, um zu helfen, den Einzelbitkomparator 402 zu unterstützen, wenn große Änderungen bei der Ausgangsspannung benötigt werden. Ferner können die Hilfskomparatoren 506 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 Hilfskomparatoren 506 können auf extrem einfache chipbereichsparende und leistungssparende Weise realisiert sein und sind besonders nützlich um auf eine elektromagnetische Injektion zu reagieren. Aber für die Hilfskomparatoren 506 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:
K_i-Koeffizient – der Integral-Koeffizient (K_i) ist bei niedrigen Frequenzen dominant (z. B. wo die Frequenz des Fehlersignals kleiner ist als ein Faktor zwischen 100 und 10.000 der Abtastfrequenz (f_s)). Somit ist K_i dominant für Fehlersignalfrequenzen zwischen unter f_s/10.000 und f_s/100. Die Anpassung kann schnell genug sein, ein relativ langes FIR-Filter (z. B. 8 bis 128 Abgriffe) für diese Frequenzen zu verwenden.
K_p-Koeffizient – der Proportional-Koeffizient (K_p) ist dominant bei mittleren Frequenzen (z. B. ist die Frequenz des Fehlersignals zwischen ungefähr f_s/1.000 und f_s/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 k_p-Einstellung zu einer Instabilität oder sogar gesteuerten Oszillation mit unnötig großen Amplituden führt.
K_d-Koeffizient – der Differenzialkoeffizient (K_d) ist dominant bei hohen Frequenzen (z. B. f_s/100 bis f_s/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 Schätzerblocks 600, der diese Prinzipien verwendet. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Schätzerblock 600 ein Schieberegister 602, das mit dem Komparator gekoppelt ist (z. B. Einzelbitkomparator 402 in 5) und konfiguriert ist, aufeinanderfolgende Einzelbitwerte aus dem Komparator rechtzeitig zu speichern. Zusätzliche Gewinnskalierregister (z. B. ein k_i-Register 604, ein k_p-Register 606 und ein k_d-Register 608) können ebenfalls umfasst sein und können Werte speichern, die aus einer Kombination des Einzelbitkomparators und der Hilfskomparatoren hergeleitet sind (z. B. Hilfskomparatoren 504 in 5), falls vorhanden. Der Schätzer 600 umfasst ferner eine Nachschlagtabelle 610 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 k_d-Koeffizienten einzustellen. Im Gegensatz dazu werden zusätzliche ältere Rückkopplungsabtastwerte aus dem Schieberegister berücksichtigt, um den k_i-Koeffizienten einzustellen. Zwischenrückkopplungsabtastwerte aus dem Schieberegister werden verwendet, um den k_p-Koeffizienten einzustellen.
Einige nichteinschränkende Beispiele, wie Koeffizienten berechnet werden können, sind nachfolgend ausgeführt:
mit:

k_i: Gewinnanstiegsfaktor für den Integral-Pfad der PID-Steuerung
n_i: Anzahl der berücksichtigen Schieberegister
m_i: Anzahl der verwendeten Hilfskomparatoren
s_iv: um v Taktperioden verzögertes Bit aus dem Schieberegister [+1 oder –1]
S_iv: Gewichtungsfaktor für s_iv
a_iμ: Ausgabe aus dem μ-ten Hilfskomparator [0 oder 1]
A_iμ: Gewichtungsfaktor für a_iμ

k_{d_rise}: Gewinnanstiegsfaktor für den Proportional-Pfad der PID-Steuerung
n_d: Anzahl der berücksichtigen Schieberegister
m_i: Anzahl der verwendeten Hilfskomparatoren
s_iv: um v Taktperioden verzögertes Bit aus dem Schieberegister [+1 oder –1]
S_iv: Gewichtungsfaktor für s_dv
a_dμ: Ausgabe aus dem μ-ten Hilfskomparator [0 oder 1]
A_dμ: Gewichtungsfaktor für a_dμ

In einigen Situationen kann der Integral-Koeffizient k_i 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 bis 7c 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 in 7a 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 Zielspannung 702 von einer Steuereinheit, wobei die Zielspannung 702 den Sync-Puls darstellt, der übertragen werden soll. Der Einzelbitkomparator misst die Ausgangsspannung 704 und regelt seine internen Ströme (unterer Abschnitt von 7a) bei einem Versuch, die Ausgangsspannung 704 die Zielspannung 702 verfolgen zu lassen. Bei dem Beispiel von 7a weist die Einzelbitsteuerung nicht ausreichend Gewinn auf, die Zielspannung 702 zu verfolgen und somit verfolgt die Ausgangsspannung 704, 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 Ausgangsspannung 708 angemessen die Zielspannung 706 verfolgt (wie in der oberen Skizze von 7b gezeigt ist). Jedoch erzeugt die Einzelbitkomparatorarchitektur Hochfrequenztransienten auf der Ausgangsspannungsleitung sowie in dem gelieferten Ausgangsstrom 710. 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 Ausgangsspannung 712 angemessen die Zielspannung 714 verfolgt (wie in der oberen Skizze von 7c gezeigt ist). Zusätzlich dazu reduziert der Einbau des Schätzers ferner ungewollte Hochfrequenz-Stromtransienten bzw. -Stromstöße (current transient) (wie in dem unteren Abschnitt von 7c 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.

Claims

Sensorschnittstellenmodul (102), das folgende Merkmale aufweist: eine Steuereinheitsschnittstelle (401), die ausgebildet ist, um mit einer Steuereinheit (108) gekoppelt zu sein; eine Modulationseinheit (104; 400), die mit der Steuereinheit (108) durch die Steuereinheitsschnittstelle (401) gekoppelt ist und die ausgebildet ist, um basierend auf einem Steuersignal von der Steuereinheit eine Versorgungsspannung zu modulieren, um ein moduliertes Spannungssignal zu zumindest einem einer Mehrzahl von Sensoren über ein Paar von Drähten zu liefern, um Informationen zu dem zumindest einen Sensor zu übertragen; wobei die Modulationseinheit (400) einen Einzelbitkomparator oder einen Grob-Analog-zu-Digital-Wandler (ADC) mit einem ersten Komparatoreingang, an dem eine Zielspannung, die basierend auf dem Steuersignal eingestellt ist, anliegt, und mit einem zweiten Komparatoreingang, der mit einem Ausgangsknoten des Sensorschnittstellenmoduls über einen Rückkopplungspfad gekoppelt ist, aufweist; eine Sensorschnittstelle, die mit dem Ausgangsknoten des Sensorschnittstellenmoduls gekoppelt ist und ausgebildet ist, um mit dem Paar von Drähten (112) gekoppelt zu sein, die mit der Mehrzahl von 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; eine Modulationseinheit (400), die mit der Steuereinheitsschnittstelle (401) gekoppelt ist und ausgebildet ist, um basierend auf dem ersten Steuersignal eine Versorgungsspannung zu modulieren, um ein moduliertes Spannungssignal zu zumindest einem einer Mehrzahl von Sensoren über ein Paar von Drähten zu liefern, um Informationen zu dem zumindest einen Sensor zu übertragen; wobei die Modulationseinheit (104; 400) einen Einzelbitkomparator oder einen Grob-Analog-zu-Digital-Wandler (ADC) mit einem ersten Komparatoreingang, an dem eine Zielspannung, die basierend auf dem ersten Steuersignal eingestellt ist, und mit einem zweiten Komparatoreingang, der mit einem Ausgangsknoten des Sensorschnittstellenmoduls über einen Rückkopplungspfad gekoppelt ist, aufweist; wobei der Einzelbitkomparator oder der Grob-ADC ausgebildet ist, um ein Fehlersignal mit einem Spannungspegel bereitzustellen, basierend auf einem Vergleich zwischen der Zielspannung und einer Ausgangsspannung auf dem Ausgangsknoten; und eine Sensorschnittstelle, die mit dem Paar von 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, um das Spannungssignal zu den Sensoren bereitzustellen, das basierend auf dem Fehlersignal moduliert ist.
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 auszuwähle, 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 (406), die ausgebildet ist, um eine Zielspannung basierend auf einem Steuersignal von der Steuereinheit (108) bereitzustellen, um ein moduliertes Spannungssignal zu zumindest einem der Mehrzahl von Sensoren über ein Paar von Drähten zu liefern, um Informationen zu dem zumindest einen Sensor zu übertragen; 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 verbunden 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.