DE102004043461A1

DE102004043461A1 - Signalaufbereitungsanordnung und Verfahren zum Aufbereiten eines Signals

Info

Publication number: DE102004043461A1
Application number: DE102004043461A
Authority: DE
Inventors: Mario Motz
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2004-09-08
Filing date: 2004-09-08
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2024-09-09
Also published as: US7333915B2; DE102004043461B4; US20060056500A1

Abstract

Eine Signalaufbereitungsanordnung (102) umfasst eine Sensoranordnung (104) zum Erfassen einer Messgröße und zum Ausgeben eines auf der Messgröße basierenden Ausgangssignals (112), wobei das Ausgangssignal (112) einen ersten oder einen zweiten logischen Signalzustand annehmen kann, und eine Einrichtung zum Erzeugen eines Auswerteimpulses, wobei die Einrichtung zum Erzeugen ausgebildet ist, um den Auswerteimpuls (212) bereitzustellen, wenn sich der logische Signalzustand des Ausgangssignals (112) eine maximal vordefinierte Zeitdauer nicht verändert und wobei die Einrichtung zum Erzeugen ferner ausgebildet ist, um dem Auswerteimpuls (212) einen ersten oder einen zweiten Pulssignalzustand zuzuweisen, der sich von dem Signalzustand des Ausgangssignals (112) unterscheidet, den das Ausgangssignal (112) während der vordefinierten Zeitdauer (210) aufweist. Ferner umfasst die Signalaufbereitungsanordnung (102) eine Einrichtung zum Kombinieren des Ausgangssignals (112) und des Auswerteimpulses (212), wobei die Einrichtung zum Kombinieren ausgebildet ist, um ein aufbereitetes Ausgangssignal (114) bereitzustellen, wobei das aufbereitete Ausgangssignal (114) bei einem vorliegenden Auswerteimpuls (212) dessen Impulssignalzustand aufweist und ansonsten den logischen Signalzustand des Ausgangssignals (112) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Mikroelektronik und insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung das Teilgebiet der Erkennung von Fehlerzuständen bei mikroelektronischen Schaltungen.
In vielen elektronischen Schaltungen wird mittlerweile ein sicheres Erkennen von Fehlfunktionen verlangt, was oftmals als „OBD-Funktion" (OBD = On-Board-Diagnostik = An-Bord-Diagnostik) bezeichnet wird. Insbesondere in sicherheitsrelevanten Anwendungsbereichen wie beispielsweise der Automobilelektronik ist es dringend notwendig, eventuelle Leitungsbrüche oder sogenannte „Chip-Cracks" sicher zu erkennen, um ein entsprechendes Fehlersignal auszugeben und beispielsweise den Fahrer eines Kraftfahrzeugs vor einer möglichen Fehlfunktion der elektronischen Komponenten frühzeitig zu warnen. Elektronische Schaltungen, die durch eine derartige OBD-Funktion zu versehen sind, können insbesondere Magnetsensoren (oder Hallsensoren), aber auch Druck-/Temperatur- oder Beschleunigungssensoren mit Schaltausgang sein, die eine bestimmte Schaltschwelle überwachen sollen.

Bisher wurde eine derartige Überwachung bei Sensoren mit Analog-Ausgang dadurch sichergestellt, dass je ein Depletion-Transistor zwischen den Ausgang eines entsprechenden Sensor-IC's mit Masse bzw. zwischen den Ausgang des Sensor-IC's und die Betriebsspannung (VDD) geschaltet wird, wie dies beispielsweise bei dem von der Anmelderin hergestellten Produkt TLE4990 oder in der DE 19751519 C2 durchgeführt bzw. offenbart ist. Im Normalfall werden hierbei durch eine Ladungspumpe diese Depletion-Transistoren ausgeschaltet und haben somit keinen Einfluss auf die Funktion des IC's (IC = integrated circuit = integrierter Schaltkreis). Der IC gibt dann im Normalfall beispielsweise einen Spannungswert im Bereich von 0,5 V–4,5 V am Ausgang aus, wenn eine Betriebsspannung von VDD = 5 V an den IC angelegt wird. Bei einem Leitungsbruch in der Betriebsspannung VDD oder in der Masseverbindung bekommt der IC keine Versorgungsspannung mehr und die Ladungspumpen können die Depletion-Transistoren nicht mehr ausschalten. Damit leiten die Depletion-Transistoren und geben nahezu eindeutig 0 V oder 5 V aus, welches außerhalb des Nutzsignalbereichs von 0,5 V–4,5 V liegt und deshalb erkannt werden kann. Eine derartige Lösung birgt jedoch den Nachteil, dass eine komplizierte Schaltung zu realisieren ist, die zusätzlich einen hohen Flächenverbrauch an Halbleiterfläche aufweist, da Depletion-Transistoren sehr niederohmig sein müssen, was sich nur durch das Ausbilden von breiten Kanälen der Depletion-Transistoren realisieren lässt. Zusätzlich treten Kompatibilitätsprobleme mit unterschiedlichen Betriebsspannungen an VDD des IC's und Pull-Up-Spannungen am Open-Kollektor-Ausgang des IC's auf.

Eine alternative Lösung im Stand der Technik ist im von der Anmelderin hergestellten Produkt TLE4942 oder im von der Anmelderin hergestellten Produkt TLE4976 realisiert, wobei diese Produkte einen gepulsten Signalausgang bei Schaltflanken verwenden. Diese Sensoren mit Schaltausgang können bei jeder Schaltflanke ein Pulssignal ausgeben, das in der zeitlichen Form oder in der Signalhöhe (beispielsweise durch einen Strompegel oder einen Spannungspegel) identifizierbar ist. Insbesondere bei zwei oder drei Strompegeln, die unterschiedlich von Null sind, kann ein Leitungsbruch dann detektiert werden. Problematisch erweist sich eine derartige Lösung jedoch dadurch, dass Stromschnittstellen störanfällig auszuwerten sind und eine solche Auswertung zumal noch kostenintensiv ist, da über einen Fühlwiderstand der Strom in eine Spannung gewandelt wird und diese mit einem Analog-Digital-Wandler oder mit genauen Komparatoren ausgewertet wird. Weiterhin sind durch Puls-Code-Informationen, wie sie beim TLE4942 ausgegeben werden, nur Flanken, aber keine Zustände erkennbar. Wenn statt den Flanken die Zustände ständig gesendet würden, wäre eine genaue zeitliche Flankenerkennung nicht mehr möglich, da für die Auswertung der Puls-Code-Information eine komplette Puls-Code-Sequenz abgewartet und dann ausgewertet werden muss und eine Flanke innerhalb dieser Puls-Code-Sequenz aufgrund der längeren Zeitdauer der Puls-Code-Sequenzen nicht mehr eindeutig identifizierbar ist. Zusätzlich würde die ausgestrahlte Energie deutlich erhöht, da der IC ständig und schnell wiederkehrende Codes senden würde, um eine zeitlich hohe Auflösung zu erreichen.

Eine weitere Möglichkeit, eine Fehlfunktion in einem elektronischen Schaltkreis zu erkennen, ist in der Ausgabe eines pulsbreitenmodulierten Signals (PWM-Signal; PWM = pulse width modulation) zu sehen, wobei das pulsbreitenmodulierte Signal sowohl eine analoge als auch eine digitale Information umfassen kann. Eine solche Lösung ist beispielsweise in dem dem Produkt HAL1500 von der Firma Micronas realisiert. Durch ständig wiederkehrende High- und Low-Signale kann eine Funktion hierbei überprüft werden. Nachteilhaft ist allerdings, dass die zeitliche Auflösung des Signals geringer ist als die PWM-Wiederholfrequenz. Bei hoher PWM-Wiederholfrequenz steigt allerdings wiederum die Störausstrahlung.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zum Überprüfen einer Funktion einer elektronischen Schaltung zu schaffen, die gegenüber dem Stand der Technik einfacher und kostengünstiger realisierbar ist und die weiterhin eine zuverlässigere und zeitlich genauere Erkennung von Fehlfunktionen der elektronischen Schaltung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Signalaufbereitungsanordnung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zum Aufbereiten eines Signals gemäß Anspruch 21 gelöst.

Die vorliegenden Erfindung schafft eine Signalaufbereitungsanordnung mit folgenden Merkmalen:
einer Sensoranordnung zum Erfassen einer Messgröße und zum Ausgeben eines auf der Messgröße basierenden Ausgangssignals,
wobei das Ausgangssignal einen ersten oder einen zweiten logischen Signalzustand annehmen kann;
einer Einrichtung zum Erzeugen eines Auswerteimpulses, um den Auswerteimpuls bereitzustellen, wenn sich der logische Signalzustand des Ausgangssignals eine maximale vordefinierte Zeitdauer nicht verändert und wobei die Einrichtung zum Erzeugen ferner ausgebildet ist, um dem Auswerteimpuls einen ersten oder einen zweiten Impulssignalzustand zuzuweisen, der sich von dem Signalzustand des Ausgangssignals unterscheidet, den das Ausgangssignal während der vordefinierten Zeitdauer aufweist; und
einer Einrichtung zum Kombinieren des Ausgangssignals und des Auswerteimpulses, um ein aufbereitetes Ausgangssignal bereitzustellen, wobei das aufbereitete Ausgangssignal bei einem vorliegenden Auswerteimpuls dessen Impulssignalzustand aufweist und ansonsten den logischen Signalzustand des Ausgangssignals aufweist.

Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Aufbereiten eines Ausgangssignals einer Sensoranordnung,
wobei die Sensoranordnung ausgebildet ist, wobei die Sensoranordnung ausgebildet ist, um eine Messgröße zu erfassen und um ein auf der Messgröße basierendes Ausgangssignal auszugeben, wobei das Ausgangssignal einen ersten oder einen zweiten logischen Signalzustand annehmen kann, und wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Erzeugen eines Auswerteimpulses, um den Auswerteimpuls bereitzustellen, wenn sich der logische Signalzustand des Ausgangssignals eine maximale vordefinierte Zeitdauer nicht verändert und um dem Auswerteimpuls einen ersten oder einen zweiten Impulssignalzustand zuzuweisen, der sich von dem Signalzustand des Ausgangssignals unterscheidet, den das Ausgangssignal während der vordefinierten Zeitdauer aufweist; und
Kombinieren des Ausgangssignals und des Auswerteimpulses, um ein aufbereitetes Ausgangssignal bereitzustellen, wobei das aufbereitete Ausgangssignal bei einem vorliegenden Auswerteimpuls dessen Impulssignalzustand aufweist und ansonsten den logischen Signalzustand des Ausgangssignals aufweist.

Der vorliegende Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Fehlerfreiheit einer Sensoranordnung dadurch überprüft werden kann, dass nach Ablauf einer vordefinierten Zeitdauer, während der das Ausgangssignal der Sensoranordnung keine Veränderung des logischen Signalzustands erfahren hat, ein Auswerteimpuls ausgegeben wird, der einen Signalzustand aufweist, der sich von dem die vordefinierte Zeitdauer anliegenden Signalzustand des Ausgangssignals unterscheidet. Dies ermöglicht ein Erkennen eines Fehlerzustands der Sensoranordnung nach spätestens der vordefinierten Zeitdauer, da beispielsweise bei einer Unterbrechung einer Versorgungsleitung wie der VDD-Leitung oder der Masseleitung die Einrichtung zum Kombinieren des Ausgangssignals und des Auswerteimpulses nicht mehr funktionieren würde und somit spätestens nach der vordefinierten Zeitdauer keine Änderung des Signalzustands des aufbereiteten Ausgangssignals detektiert werden kann.

Ferner ermöglicht die vorliegende Erfindung gegenüber dem Stand der Technik eine deutlich schnellere Erkennung eines Fehlerzustands einer Sensoranordnung, da nicht mehr ein pulsbreitenmoduliertes Signal oder eine Puls-Code-Information über ein Zeitintervall ausgewertet werden muss, wobei ein Fehlerzustand der Sensoranordnung dann erst nach Ablauf der Zeitspanne zur Übermittlung und zur Auswertung der Puls-Code-Information oder des pulsbreitenmodulierten Signals möglich ist. Vielmehr lässt sich durch die schaltungstechnisch einfach zu realisierenden Einrichtungen zum Erzeugen und Kombinieren Sensoren bereitstellen, die eine Überwachung eines solchen aufbereiteten Ausgangssignals ermöglichen.

Die erfindungsgemäße Signalaufbereitungsanordnung und das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufbereiten eines Ausgangssignals einer Sensoranordnung bietet den Vorteil, dass zum Erkennen eines Fehlerzustands der Sensoranordnung im Vergleich zum Stand der Technik ein geringerer Flächenaufwand an Halbleiterfläche erforderlich ist, dass digitale und damit störsichere Zustände zum Erkennen eines Fehlerzustands der Sensoranordnung verwendet werden und dass weiterhin das aufbereitete Ausgangssignal gegenüber dem Stand der Technik wie beispielsweise der Puls-Code-Information und der Pulsbreitenmodulation deutlich einfacher und zeitgenauer in einem Mikroprozessor ausgewertet werden kann. Als weiterer Vorteil ist zu nennen, dass nunmehr nicht ein eingeschränkter Spannungsbereich den fehlerfreien Zustand des Sensors charakterisiert, sondern dass nunmehr der vollständige Aussteuerbereich des Ausgangssignals sowohl zum Übertragen von Information bei korrekter Funktionsweise der Sensoranordnung als auch zur Kennzeichnung eines Fehlerzustands der Sensoranordnung verwendbar ist.

Günstig ist es, wenn die Einrichtung zum Erzeugen ausgebildet ist, um den Auswerteimpuls maximal für eine vorbestimmte Impulsdauer bereitzustellen. Dies ermöglicht eine hohe zeitliche Genauigkeit bei der Auswertung bzw. Überwachung des Ausgangssignals.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Sensoranordnung ausgebildet, um einen logischen Signalzustand für eine minimale Signaldauer zu halten. Dies ermöglicht weiterhin eine verbesserte Erkennung zwischen dem Auswerteimpuls und dem Ausgangssignal, was zu einer Verbesserung der zeitlichen Genauigkeit bei der Auswertung bzw. Überwachung des Ausgangssignals führt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die maximale vordefinierte Impulsdauer kleiner als die minimale Signaldauer. Die stellt eine eindeutige Unterscheidung zwischen dem Ausgangssignal und dem Auswerteimpuls.

Weiterhin kann die Sensoranordnung ausgebildet sein, um die minimale Signaldauer kürzer als die vorbestimmte Zeitdauer zu halten. Dies stellt sicher, dass das Ausgangssignal auch bei einer vergleichsweise langsamen Arbeitsweise auswertbar ist, ohne dass bei jedem ausgegebenen Ausgangssignal auf eine Fehlfunktion der Signalaufbereitungsanorndung geschlossen wird.

Ferner kann auch die Signalaufbereitungsanordnung durch einen Systemtakt getaktet sein, wobei dann die minimale Signaldauer von dem Systemtakt abhängig sein kann. Dies birgt den Vorteil, dass bei Vorliegen einer Systemtaktung diese gleich zur Festlegung der minimalen Signaldauer verwendet werden kann, was in einer Einsparung von Hardwareaufwand zur Konvertierung einer Frequenztaktung für die Sensoranordnung führt.

Insbesondere kann die maximale Impulsdauer kürzer als eine halbe Periodenlänge des Systemtaktes sein, was den Vorteil aufweist, dass dann eine deutlichere Unterscheidung zwischen einem Ausgangssignal und einem Auswerteimpuls möglich ist.

Ferner kann der Systemtakt eine Frequenz in dem Frequenzbereich von 1 Hz bis 1 MHz umfassen. Dieser Frequenzbereich ermöglicht eine sichere Erkennung und Auswertung eines von der Signalaufbereitungsanordnung ausgegebenen aufbereiten Ausgangssignals beispielsweise in einem Mikroprozessor.

In einer weiteren Ausführungsform kann die Einrichtung zum Erzeugen ausgebildet sein, um nach dem Auswerteimpuls einen weiteren Auswerteimpuls zu erzeugen. Dies verbessert weiterhin die Unterscheidung zwischen einem Ausgangssignal und einem Fehlerzustand der Signalaufbereitungsanordnung bzw. liefert eine Information über die zeitliche Dauer des Fehlerzustandes der Signalaufbereitungsanordnung.

Vorzugsweise kann die Einrichtung zum Erzeugen ausgebildet sein, um den weiteren Auswerteimpuls spätestens nach der vorbestimmten Zeitdauer zu erzeugen, wenn kein Wechsel des logischen Signalzustands innerhalb der vordefinierten Zeitdauer nach dem Auswerteimpuls stattfindet. Dies ermöglicht die Implementierung eines Zeitmessers, der nur einen einzigen Wert für die Zeitspanne (bzw. alle möglicherweise auftretenden Zeitspannen) zu überprüfen braucht und somit einfach zu realisieren ist.

Ferner kann auch die Einrichtung zum Erzeugen ausgebildet sein, um nach dem Auswerteimpuls einen Wiederholimpuls zu erzeugen, um das Auftreten eines Auswerteimpulses eindeutig identifizieren zu können.

Weiterhin kann die zeitliche Dauer zwischen dem Wiederholimpuls und dem Auswerteimpuls kürzer sein als die minimale Signaldauer was zu einer Verbesserung der zeitlichen Genauigkeit in Bezug auf das Auftreten einer Ausgangssignalflanke führt, wenn ein Auswerteimpuls und eine Ausgangssignalflanke gleichzeitig auftreten.

In einer besonderen Ausführungsform kann die die Sensoranordnung einen Schaltsensor umfassen. Dies führt zu einer günstigen Auswertbarkeit des Ausgangssignals aufgrund einer zweistufigen (d.h. binären) Signalform.

Insbesondere kann der Schaltsensor ein Hall-, Druck-, Temperatur- oder Beschleunigungssensor sein. Dies führt zu einer breiten Einsetzbarkeit des Signalaufbereitungsanordnung.

Weiterhin kann die Sensoranordnung ausgebildet sein, um den Schaltsensor abhängig von dem Systemtakt zu takten. Eine solche Ausführungsform der Sensoranordnung kann eine Fehler- oder Offset-Kompensation der Sensoranordnung unterstützen.

Weiterhin kann in einer besonderen Ausführungsform der Auswerteimpuls an einen weiteren Ausgang der Signalaufbereitungsanordnung ausgegeben werden, was zu einer weiteren Verbesserung einer hohen zeitlichen Auflösbarkeit einer Überlagerung einer Ausgangssignalflanke und eines Auswerteimpulses.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Einrichtung zum Erzeugen ausgebildet sein, um als Impulssignalzustand entweder den ersten oder den zweiten logischen Signalzustand des Ausgangssignals zu verwenden. Dies ermöglicht eine einfach zu realisierende elektrische Schaltung, da sich diejeningen Signalpegel zur Detektierbarkeit von Fehlerzuständen der Signalaufbereitungsanordnung verwenden lassen, die auch für die Übertragung von Informationen verwendet werden.

Ferner können auch die Sensoranordnung, die Einrichtung zum Erzeugen und die Einrichtung zum Kombinieren auf einem Halbleiterchip integriert sein, was zu einer herstellungstechnisch einfach zu realisierenden Signalaufbereitungsanordnung führt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst vorliegende Erfindung eine Fehlererkennungsanordnung, die folgende Merkmale umfasst:
eine Signalaufbereitungsanordnung gemäß einer vorstehend beschriebenen Ausführungsform;
eine Einrichtung zum Auswerten des aufbereiteten Ausgangssignals, wobei die Einrichtung zum Auswerten ausgebildet ist, um einen Fehlerzustand der Signalaufbereitungsanordnung zu erkennen, wenn das aufbereitete Ausgangssignal einen logischen Signalzustand für länger als die vordefinierte Zeitdauer beibehält.

Diese Fehlererkennungsanordnung bietet den Vorteil, dass die Fehlererkennungsanordnung eine Selbstüberprüfung durchführen kann, und auf einen Fehlzustand der Signalaufbereitungsanordnung schließen kann, wenn ein entsprechender Zustand des aufbereiteten Ausgangssignals vorliegt.

Vorzugsweise umfasst die Fehlererkennungsanordnung einen Mikroprozessor, wobei die Einrichtung zum Auswerten in dem Mikroprozessor ausgebildet ist. Dies birgt den Vorteil, dass beispielsweise bei einem Vorhandensein eines Mikroprozessors, der für weitere Applikationen verwendbar ist, die Einrichtung zum Auswerten ebenfalls in diesem Mikroprozessor implementiert ist und hierdurch Kosten, Platz und Hardware eingespart werden kann.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und
2 jeweils ein Zeitdiagramm eines von der Sensoranordnung ausgegebenen Ausgangssignals und eines von der Einrichtung zum Kombinieren ausgegebenen aufbereiteten Ausgangssignals.
Die 1 zeigt das Blockschaltbild 100 einer Anordnung zum Erkennen eines Fehlerzustandes einer Sensoranordnung unter Verwendung der Signalaufbereitungsanordnung 102. Die Signalaufbereitungsanordnung 102 wird im Folgenden alternativ auch als Sensor-IC bezeichnet. Die Signalaufbereitungsanordnung 102 umfasst einen Sensor 104, einen OBD-Pulsgenerator 106, einen mit dem Sensor 104 und dem OBD-Pulsgenerator 106 gekoppelten Oszillator 108 und einen N-Kanal-Open-Drain-Depletion-Transistor 110. Ferner weist die Signalaufbereitungsanordnung 102 einen Eingang VDD1 zum Anlegen einer Betriebsspannung von beispielsweise 12 V und einen zweiten Eingang zum Anlegen eines Massepotentials GND auf. Ferner weist die Signalaufbereitungsanordnung 102 einen Ausgang OUT auf, der mit dem Drain-Anschluss des N-Kanal-Open-Drain-Transistors 110 (Enhancement-Transistor) verbunden ist. Der Source-Anschluss des N-Kanal-Enhancement-Transistors 110 ist mit dem Massepotential GND verbunden, während der Gate-Anschluss des N-Kanal-Enhancement-Transistors 110 mit dem OBD-Pulsgenerator 106 verbunden ist.
Ferner ist der Sensor 104 mit dem OBD-Pulsgenerator 106 verbunden, derart, dass ein vom Sensor 104 ausgegebenes Ausgangssignal 112 dem OBD-Pulsgenerator 106 zugeführt wird. Hierbei kann der Sensor 104 als Sensoranordnung betrachtet werden, wobei diese Sensoranordnung eine magnetische Größe misst (d. h. beispielsweise ein Hallsensor ist). Der Sensor 104 kann aber auch ein Druck-/Temperatur- oder Beschleunigungssensor sein. Weiterhin kann das von der Signalaufbereitungsanordnung 102 an dessen Ausgang OUT ausgegebene aufbereitete Ausgangssignal 114 über einen Pull-Up-Widerstand R_pullup mit einer zweiten Betriebsspannung VDD2 von beispielsweise 5 V verbunden sein.
Um nun das aufbereitete Ausgangssignal 114 auszuwerten, kann ein erster Eingang IN einer optionalen Auswerteinrichtung 116 mit dem aufbereiteten Ausgangssignal 114 verbunden sein. Die optionale Auswerteinrichtung 116 kann dabei in einem von der Signalaufbereitungsanordnung 102 unabhängigen Mikroprozessor μP angeordnet sein, beispielsweise in einem Bordcomputer eines Kraftfahrzeugs. Um die optionale Auswerteeinrichtung 116 mit Leistung zu versorgen, ist die Auswerteeinrichtung 116 an einem zweiten Eingang mit der zweiten Betriebsspannung VDD2 von beispielsweise 5 V verbunden, wobei die Auswerteeinrichtung 116 an einem dritten Eingang mit dem Massepotential GND verbunden ist.
Die Funktion der in 1 dargestellten Anordnung unter Verwendung der Signalaufbereitungsanordnung 102 lässt sich folgendermaßen beschreiben:
Der Sensor-IC gibt nach wie vor nur die Zustände „high" oder „low" aus, je nach Überschreitung oder Unterschreitung einer Schaltschwelle der vom Sensor 104 überwachten Messgröße. Bei Über- oder Unterschreitung der Schwelle schaltet der Sensor-IC 102 unter Verwendung des OBD-Pulsgenerators 106 nach wie vor schnell mit hoher zeitlicher Auflösung durch (beispielsweise bei Verwendung von Getriebe-Zahnradsensoren als Sensor 104 mit einer zeitlichen Auflösung, die einer Abtastfrequenz von 10 kHz entspricht). Liegt längere Zeit kein Signalwechsel des vom Sensor 104 bereitgestellten Ausgangssignals 112 vor (beispielsweise für eine Zeitspanne von 100 Millisekunden bis 1 Sekunde), so wird zusätzlich zum aktuellen Zustand (d. h. dem „Low"-Zustand oder dem „High"-Zustand) ein gegenteiliger Impuls rhythmisch (d. h. periodisch) ausgegeben. Dieser Impuls wird im OBD-Pulsgenerator 106 erzeugt, wobei im OBD-Pulsgenerator dann bei dem Vorliegen eines OBD-Pulses oder Auswerteimpulses dieser einen Impulssignalzustand aufweist, der sich von dem Signalzustand des Ausgangssignals 112 unterscheidet, das über die längere Zeitdauer keinen Signalwechsel erfahren hat. Weiterhin wird im OBD-Pulsgenerator 106 dann bei dem Vorliegen eines OBD-Pulses der Signalzustand dieses OBD-Pulses dem aufbereiteten Ausgangssignal zugewiesen, während für den Fall, dass kein OBD-Puls vorliegt, das aufbereitete Ausgangssignal einen Signalpegel aufweist, der dem Signalpegel des Ausgangssignals 112 des Sensors 104 zu dem entsprechenden Zeitpunkt entspricht.
Dieser Auswerteimpuls oder OBD-Puls ist dabei mit beispielsweise einer Zeitdauer von 10 μs so kurz, dass er deutlich unter der maximalen Signalfrequenz liegt, andererseits aber zeitlich so lang, dass er eine möglichst geringe und niederfrequente Störausstrahlung hervorruft. Beispielsweise kann ein OBD-Puls mit einer zeitlichen Breite von 10 μs und einer Periodendauer von 100 ms (d. h. einer Wiederholfrequenz nach 100 ms) deutlich von einem 10 kHz-Signal in einem Mikroprozessor unterschieden werden, da die Signalzustände bei einem 10 kHz-Signal größer als 25–50 μs sein müssen.
In diesem Zusammenhang kann dabei der Oszillator 108, der den Sensor 104 und den OBD-Pulsgenerator 106 taktet, eine Taktfrequenz aufweist, durch welche die OBD-Pulsbreite von beispielsweise 10 μs vorgegeben wird. Der Oszillator 108 kann aber auch ein Chopper-Taktgenerator sein, mit der beispielsweise ein als Hallsensor ausgelegter Sensor 104 „gechoppt" wird, wobei dann auch der OBD-Pulsgenerator 106 mit dieser durch den Oszillator 108 bereitgestellten Chopper-Frequenz getaktet wird. In einem derartigen Fall könnte eine zeitliche Dauer der maximalen Impulsbreite durch einen Lade- und Entladevorgang mit einem angeschlossenen Komparator durchgeführt werden, um eine Impulsdauer zu bewirken, die vorzugsweise geringer ist, als die Hälfte der minimalen Signaldauer.
Weiterhin kann über den N-Kanal-Enhancement-Transistor 110 eine Anpassung des Signalpegels an von der Auswerteeinrichtung 116 verarbeitbare Pegelbereiche erfolgen. Hierzu wird das von dem OBD-Pulsgenerator 106 ausgegebene Signal, das bereits eine Version des aufbereiteten Ausgangssignals darstellt, an den Gate-Anschluss des Enhancement-Transistors 110 angelegt, wobei dann durch das von dem OBD-Pulsgenerator 106 ausgegebene Signal mit dem Enhancement-Transistor 110 je nach Signalpegel des von dem OBD-Pulsgenerator ausgegebenen Signals entweder durchgeschaltet oder gesperrt wird. Dadurch, dass der in 1 dargestellte Ausgang OUT des Sensor-IC's über den Pull-Up-Widerstand R_pullup mit der zweiten Betriebsspannung VDD2 verbunden ist, liegt somit am ersten Eingang IN der Auswerteeinrichtung 116 ein Signalpegel von entweder 5 V (wenn die weitere Betriebsspannung 5V beträgt) oder eine Spannung von 0 V bezüglich des Massepotentials GND an. Der N-Kanal-Enhancement-Transistor 110 kann somit lediglich als optionale Komponente zum Konvertieren des aufbereiteten Ausgangssignals in einen anderen Spannungsbereich verstanden werden. Ferner ist anzumerken, dass in 1 der OBD-Pulsgenerator 106 einerseits die beanspruchte Einrichtung zum Erzeugen des Auswerteimpulses und andererseits auch die Einrichtung zum Kombinieren des Ausgangssignals mit dem Auswerteimpuls umfasst, da im OBD-Pulsgenerator einerseits die OBD-Pulse und andererseits auch die Kombination des Ausgangssignals mit dem OBD-Pulsen erfolgt.
2 zeigt zwei Zeitdiagramme von Signalverläufen, wobei das obere Diagramm 202 den Spannungsverlauf des in 1 dargestellten Ausgangssignals 112 über die Zeit t darstellt. Wie vorstehend ausgeführt wurde, beträgt dabei die Impulsdauer eines von dem in 1 dargestellten Sensors 104 exemplarisch eine minimale Zeitdauer von 50 μs. In einem Zeitbereich 204 ist über eine längere Zeitdauer kein Signalwechsel zu verzeichnen, d. h. der Signalzustand in diesem Zeitbereich 204 beträgt konstant 0 V. In einem anschließenden Zeitbereich 206 ist wiederum über einen längeren Zeitabschnitt kein Signalwechsel zu verzeichnen, wobei nun gegenüber dem Zeitbereich 204 allerdings der Signalpegel von 5 V konstantgehalten wird.
Im unteren Zeitdiagramm 208 ist der Spannungsverlauf des in 1 dargestellten aufbereiteten Ausgangssignals 114 über die Zeit t dargestellt. Hierbei entspricht der Spannungsverlauf des im unteren Zeitdiagramm 208 dargestellten aufbereiteten Ausgangssignals 114 im wesentlichen dem Spannungsverlauf des im oberen Zeitdiagramm 202 dargestellten Ausgangssignals 112, wobei nun jedoch nach der vordefinierten Zeitdauer 210 von beispielsweise 100 ms ein OBD-Puls 212 mit dem im oberen Zeitdiagramm 202 dargestellten Spannungsverlauf kombiniert ist. Dieser OBD-Puls 212 weist beispielsweise eine maximale zeitliche Breite von 10 μs auf und hat beispielsweise eine Periodendauer von ebenfalls 100 ms. Dies bedeutet, dass nach spätestens einer Zeitdauer, die der vordefinierten Zeitdauer von beispielsweise 100 ms entspricht, in der sich der Signalzustand des in 1 dargestellten Ausgangssignals 112 nicht verändert, ein OBD-Puls 112 im aufbereiteten Ausgangssignal 114 auftritt, wobei der Impulssignalzustand des OBD-Pulses von demjenigen Signalzustand des Ausgangssignals 112 unterscheidet, der sich über die vordefinierte Zeitdauer nicht verändert hat. Hierdurch resultiert im unteren Zeitdiagramm 208 ein Impulssignalzustand von beispielsweise 5 V im Zeitbereich 204, da in diesem Zeitbereich der Signalzustand des Ausgangssignals 112 einen Pegel von 0 V aufweist. Andererseits resultiert ein Impulssignalzustand der OBD-Pulse 112 im weiteren Zeitbereich 206 von 0 V, da in diesem Zeitbereich der Signalzustand des Ausgangssignals 112 einen Pegel von 5 V aufweist.
Weiterhin kann auch in einer Ausführungsform der OBD-Impuls noch zusätzlich separat ausgegeben werden, um beispielsweise eine Auswertbarkeit des aufbereiteten Ausgangssignals noch mal zu erhöhen oder eine Verbesserung der Erkennung eines Ausgangssignalflankenwechsels zu bewirken.
Abhängig von den Gegebenheiten kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufbereiten eines Ausgangssignals einer Sensoranordnung in Hardware oder in Software implementiert werden. Die Implementierung kann auf einem digitalen Speichermedium, insbesondere einer Diskette oder CD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass das entsprechende Verfahren ausgeführt wird. Allgemein besteht die Erfindung somit auch in einem Computerprogrammprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Rechner abläuft. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann die Erfindung somit als ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
Zusammenfassend lässt sich anmerken, dass in der vorliegenden Erfindung dann ein digitaler OBD-Impuls ausgegeben wird, wenn kein Signalwechsel über einen festgelegten Zeitraum stattfindet. Weiterhin lassen sich diese, vorzugsweise als digitale Pulse ausgegebenen Pulse, zyklisch wiederholen, wenn nach einem ausgegebenen OBD-Impuls wiederum für den festgelegten Zeitraum kein Signalwechsel stattgefunden hat. Ferner können die OBD-Impulse deutlich kürzer sein als das kürzeste Eingangssignal. Falls Signalwechsel innerhalb des festgelegten Zeitraums vorliegen, wird kein gegenteiliges OBD-Signal (d. h. kein Auswerteimpuls) ausgegeben. Der Signalwechsel selbst kann als OBD in einem Mikroprozessor erkannt werden. Bei Leitungsbruch am Ausgang, der Betriebsspannungszuführung VDD oder dem Massepotentialanschluss oder Kurzschluss zwischen zwei Pins tritt sowohl kein Signalwechsel oder kein OBD-Impuls auf. Folglich wird im Mikroprozessor nach beispielsweise 100 ms ein Fehlverhalten der Sensoranordnung oder der Signalaufbereitungsanordnung erkannt. Falls die OBD-Pulse ferner zufällig innerhalb einer nachfolgend auftretenden Signalflanke (d. h. bei Verwendung eines Getriebe-Zahnrad-Sensors innerhalb der nächsten Zahnflanke) zu liegen kommen, ergibt sich nur eine einmalige zeitliche Flankenunsicherheit von der maximalen Länge des OBD-Impulses (d. h. von maximal 10 μs im hier gewählten Fall). Alle weiteren Impulse besitzen wieder die sehr genaue Flankenauflösung von beispielsweise 1 μs.

100: Fehlererkennungsanordnung
102: Signalaufbereitungsanordnung, Sensor-IC
104: Sensor
106: OBD-Pulsgenerator
108: Oszillator
110: N-Kanal-Enhancement-Transistor
112: Ausgangssignal
VDD1: erste Betriebsspannung
GND: Massepotential
OUT: Ausgang der Signalaufbereitungsanordnung 102
114: aufbereitetes Ausgangssignal
R_pullup: Pull-Up-Widerstand
VDD2: zweite Betriebsspannung
116: Auswerteeinrichtung
IN: Eingang des weiteren Sensors 116
μP: Mikroprozessor
202: oberes Zeitdiagramm
204: erster Zeitbereich
206: zweiter Zeitbereich
208: zweites Zeitdiagramm
210: vordefinierte Zeitdauer
212: Auswerteimpuls, OBD-Puls

Claims

Signalaufbereitungsanordnung (102) mit folgenden Merkmalen: einer Sensoranordnung (104) zum Erfassen einer Messgröße und zum Ausgeben eines auf der Messgröße basierenden Ausgangssignals (112), wobei das Ausgangssignal (112) einen ersten oder einen zweiten logischen Signalzustand annehmen kann; einer Einrichtung zum Erzeugen eines Auswerteimpulses, um den Auswerteimpuls bereitzustellen, wenn sich der logische Signalzustand des Ausgangssignals (112) eine maximale vordefinierte Zeitdauer (210) nicht verändert und wobei die Einrichtung zum Erzeugen ferner ausgebildet ist, um dem Auswerteimpuls (212) einen ersten oder einen zweiten Impulssignalzustand zuzuweisen, der sich von dem Signalzustand des Ausgangssignals (112) unterscheidet, den das Ausgangssignal (112) während der vordefinierten Zeitdauer (210) aufweist; und einer Einrichtung zum Kombinieren des Ausgangssignals (112) und des Auswerteimpulses (212), um ein aufbereitetes Ausgangssignal (114) bereitzustellen, wobei das aufbereitete Ausgangssignal (114) bei einem vorliegenden Auswerteimpuls (212) dessen Impulssignalzustand aufweist und ansonsten den logischen Signalzustand des Ausgangssignals (112) aufweist.
Signalaufbereitungsanordnung (102) gemäß Anspruch 1, bei der die Einrichtung zum Erzeugen ausgebildet ist, um den Auswerteimpuls (212) maximal für eine vorbestimmte Impulsdauer bereitzustellen.
Signalaufbereitungsanordnung (102) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der die Sensoranordnung (104) ausgebildet ist, um einen logischen Signalzustand für eine minimale Signaldauer zu halten.
Signalaufbereitungsanordnung (102) gemäß den Ansprüchen 2 und 3, bei der die maximale vordefinierte Impulsdauer kleiner als die minimale Signaldauer ist.
Signalaufbereitungsanordnung (102) gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, bei der die Sensoranordnung (104) ausgebildet ist, um die minimale Signaldauer kürzer als die vorbestimmte Zeitdauer (210) zu halten.
Signalaufbereitungsanordnung (102) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, die durch einen Systemtakt getaktet ist, wobei die minimale Signaldauer von dem Systemtakt abhängig ist.
Signalaufbereitungsanordnung (102) gemäß den Ansprüchen 4 und 6, bei der die maximale Impulsdauer kürzer als eine halbe Periodenlänge des Systemtaktes ist.
Signalaufbereitungsanordnung (102) gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, bei der der Systemtakt eine Frequenz in dem Frequenzbereich von 1 Hz bis 1 MHz umfasst.
Signalaufbereitungsanordnung (102) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die Einrichtung zum Erzeugen ausgebildet ist, um nach dem Auswerteimpuls (212) einen weiteren Auswerteimpuls (212) zu erzeugen.
Signalaufbereitungsanordnung (102) gemäß Anspruch 9, bei der die Einrichtung zum Erzeugen ausgebildet ist, um den weiteren Auswerteimpuls (212) spätestens nach der vorbestimmten Zeitdauer (210) zu erzeugen, wenn kein Wechsel des logischen Signalzustands innerhalb der vordefinierten Zeitdauer (210) nach dem Auswerteimpuls (212) stattfindet.
Signalaufbereitungsanordnung (102) gemäß Anspruch 3 und 11, bei der die Einrichtung zum Erzeugen ausgebildet ist, um nach dem Auswerteimpuls (212) einen Wiederholimpuls zu erzeugen.
Signalaufbereitungsanordnung (102) gemäß Anspruch 11, bei der eine zeitliche Dauer zwischen dem Wiederholimpuls und dem Auswerteimpuls (212) kürzer ist als die minimale Signaldauer.
Signalaufbereitungsanordnung (102) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der die Sensoranordnung (104) einen Schaltsensor oder einen Hallsensor umfasst.
Signalaufbereitungsanordnung (102) gemäß Anspruch 13, bei der der Schaltsensor ein Druck-, Temperatur- oder Beschleunigungssensor ist.
Signalaufbereitungsanordnung (102) gemäß den Ansprüchen 6 und 13, bei der die Sensoranordnung (104) ausgebildet ist, um den Schaltsensor oder den Hallsensor abhängig von dem Systemtakt zu takten.
Signalaufbereitungsanordnung (102) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, die ferner ausgebildet ist, um den Auswerteimpuls (212) an einen weiteren Ausgang der Signalaufbereitungsanordnung (102) auszugeben.
Signalaufbereitungsanordnung (102) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, bei der die Einrichtung zum Erzeugen ausgebildet ist, um als Impulssignalzustand entweder den ersten oder den zweiten logischen Signalzustand des Ausgangssignals (112) zu verwenden.
Signalaufbereitungsanordnung (102) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, bei der die Sensoranordnung (104), die Einrichtung zum Erzeugen und die Einrichtung zum Kombinieren auf einem Halbleiterchip integriert sind.
Fehlererkennungsanordnung, die folgende Merkmale umfasst: eine Signalaufbereitungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18; eine Einrichtung (116) zum Auswerten des aufbereiteten Ausgangssignals, wobei die Einrichtung (116) zum Auswerten ausgebildet ist, um einen Fehlerzustand der Signalaufbereitungsanordnung (102) zu erkennen, wenn das aufbereitete Ausgangssignal (114) einen logischen Signalzustand für länger als die vordefinierte Zeitdauer (210) beibehält.
Fehlererkennungsanordnung gemäß Anspruch 19, die ferner einen Mikroprozessor umfasst, wobei die Einrichtung (116) zum Auswerten in dem Mikroprozessor ausgebildet ist.
Verfahren zum Aufbereiten eines Ausgangssignals einer Sensoranordnung, wobei die Sensoranordnung ausgebildet ist, um eine Messgröße zu erfassen und um ein auf der Messgröße basierendes Ausgangssignal auszugeben, wobei das Ausgangssignal einen ersten oder einen zweiten logischen Signalzustand annehmen kann, und wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Erzeugen eines Auswerteimpulses, um den Auswerteimpuls (212) bereitzustellen, wenn sich der logische Signalzustand des Ausgangssignals (112) eine maximale vordefinierte Zeitdauer (210) nicht verändert und um dem Auswerteimpuls (212) einen ersten oder einen zweiten Impulssignalzustand zuzuweisen, der sich von dem Signalzustand des Ausgangssignals (112) unterscheidet, den das Ausgangssignal (112) während der vordefinierten Zeitdauer (210) aufweist; und Kombinieren des Ausgangssignals (112) und des Auswerteimpulses (212), um ein aufbereitetes Ausgangssignal (114) bereitzustellen, wobei das aufbereitete Ausgangssignal (114) bei einem vorliegenden Auswerteimpuls (212) dessen Impulssignalzustand aufweist und ansonsten den logischen Signalzustand des Ausgangssignals (112) aufweist.
Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 21, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.