DE3300931A1 - Amplifier circuit for a signal source - Google Patents
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Abstract
Description
Verstärkerschaltung für eine Signalquelle Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Verstärkerschaltung nach der Gattung des Hauptanspruches.Amplifier circuit for a signal source Prior art The invention is based on an amplifier circuit according to the preamble of the main claim.
Verstärkerschaltungen für Signalquellen mit endlichem Innenwiderstand sind in vielfältiger Form bekannt.Amplifier circuits for signal sources with finite internal resistance are known in many forms.
Bei Kraftfahrzeugen können derartige Signal quellen beispielsweise Sensoren sein, die unterschiedliche Fahrzeugparameter erfassen. Bei Antiblockiersystemen in Kraftfahrzeugen werden z.B. Drehzahlsensoren verwendet, die die Drehzahl der angetriebenen oder nichtangetriebenen Kraftfahrzeugräder erfassen. Sind diese Drehzahlsensoren als Induktivsensoren ausgebildet, ändert sich die Amplitude des vom Sensor abgegebenen Signales mit der Drehzahl, da die Flußanderung in derartigen Induktivsensoren mit der Drehzahl zunimmt.In motor vehicles, such signal sources can, for example Be sensors that record different vehicle parameters. With anti-lock braking systems In motor vehicles, for example, speed sensors are used that measure the speed of the Detect driven or non-driven vehicle wheels. Are these speed sensors designed as inductive sensors, the amplitude of the output from the sensor changes Signal with the speed, since the flux change in such inductive sensors with the speed increases.
Bei Antiblockiersystemen ist die Erfassung des Zustandes besonders wichtig, bei dem sich ein Stillstand eines Rades annähert oder einstellt. Ein Radstillstand erscheint nämlich nicht nur bei Stillstand des Fahrzeuges sondern auch bei blockierenden Fahrzeugrädern, dem Zustand, der vom Antiblockiersystem gerade verhindert werden soll. Da bei den dann auftretenden niedrigen Radgeschwindigkeiten kurz vor Stillstehen des Rades aber aufgrund des verwendeten Induktivprinzips nur sehr niedrige Signalspannungen auftreten, ist es erforderlich, eine verhältnismäßig große Signalverstärkung vorzusehen.With anti-lock braking systems, the detection of the condition is special important, at which a standstill of a wheel approaches or sets. A wheel standstill namely appears not only when the vehicle is stationary but also when it is blocking Vehicle wheels, the state that the anti-lock braking system is currently preventing target. Because with the then occurring low wheel speeds shortly before standstill of the wheel but only very low signal voltages due to the inductive principle used occur, it is necessary to provide a relatively large signal gain.
Tritt nun im Betrieb des Kraftfahrzeuges eine Störung auf, insbesondere ein Bruch der Leitung zwischen Sensor und Verstärker, können Einstreuungen der verschiedensten Art in die unterbrochene Sensorleitung gelangen und Drehzahlimpulse vom Radsensor vortäuschen. Dies kann bei dem dann offenen Eingang des Verstärkers zu Fehlerkennungen führen, d.h. dem Antiblockiersystem werden Drehzahlen vorgetäuscht, die überhaupt nicht vorhanden sind.If a malfunction occurs in the operation of the motor vehicle, in particular A break in the line between the sensor and the amplifier can cause a wide variety of interferences Art get into the interrupted sensor line and speed pulses from the wheel sensor to pretend. If the amplifier input is then open, this can lead to incorrect detection lead, i.e. the anti-lock braking system is simulated speeds that are at all are not present.
Ein weiterer Störfall kann darin liegen, daß ein niederohmiger Ableitwiderstand am Verstärkereingang vorliegt, dies tritt etwa dann ein, wenn die Verbindungsleitung des Sensors zum Verstärker einen Kurzschluß gegen Masse hat. Zwar wird bei einem derartigen Fehler üblicherweise die Triggerschwelle des Verstärkers verschoben, der Eingangsverstärker kann aber dennoch sporadisch durchschalten. Dies führt dann ebenfalls zu einer falschen Geschwindigkeitsinformation am Ausgang des Verstärkers.Another incident can be that a low-ohmic leakage resistance is present at the amplifier input, this occurs approximately when the connection line of the sensor to the amplifier has a short circuit to ground. It is true that with one such errors usually shifted the trigger threshold of the amplifier, the input amplifier can still switch through sporadically. This then leads also to incorrect speed information at the output of the amplifier.
Obwohl die vorstehend geschilderten Probleme am Beispiel eines Antiblockiersystems in einem Kraftfahrzeug erläutert wurden, versteht sich, daß entsprechende Probleme bei jedweden Anordnungen auftreten können, bei denen eine Verstärker schaltung von einer Signalquelle gespeist wird. Dies kann einmal bei Sensoren der verschiedensten Art der Fall sein, jedoch auch bei komplexen Meß- und Regelvorrichtungen, in denen Eingangssignale auszuwerten sind.Although the problems described above using the example of an anti-lock braking system have been explained in a motor vehicle, it goes without saying that corresponding problems can occur in any arrangements in which an amplifier circuit of a signal source is fed. This can be the case with sensors of the most varied Kind of the case, but also with complex measuring and control devices in which Input signals are to be evaluated.
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Verstärkerschaltung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß im Störungsfalle, insbesondere bei Unterbrechung oder Masseschluß zwischen Signalquelle und Verstärkerschaltung eine Fehlerkennung infolge von Einstreuungen der verschiedensten Art unterbleibt. Von besonderem Vorteil ist dabei, daß die erfindungsgemäße Verstärkerschaltung ständig eingesetzt werden kann und keine besonderen Steuermaßnahmen vorzusehen sind, die die Schaltung erst dann in Betrieb nehmen, wenn die Signale der Signalquelle ausbleiben.Advantages of the invention The amplifier circuit according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that in the event of a fault, especially in the event of an interruption or short circuit to ground between the signal source and amplifier circuit a misidentification due to interference of the most diverse Kind is omitted. It is particularly advantageous that the amplifier circuit according to the invention can be used continuously and no special tax measures are to be provided, which only put the circuit into operation when the signals from the signal source fail.
Hierdurch entfallen zusätzliche Steuermaßnahmen und es sind auch die Störfälle erkennbar, bei denen niederohmige Ableitwiderstände, insbesondere durch einen Masseschluß, vorliegen.This eliminates additional tax measures and there are also those Incidents recognizable, in which low-ohmic leakage resistances, in particular by there is a short to ground.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Verstärkerschaltung möglich.The measures listed in the subclaims are advantageous Further developments of the amplifier circuit specified in the main claim are possible.
Ein besonders einfacher und bauteilesparender Aufbau wird dadurch möglich, daß ein Operationsverstärker verwendet wird, dessen Schalthysterese bei unendlich hohem Eingangswiderstaßd gleich der verwendeten Betriebs spannung ist. Da die bei den genannten Störfällen auftretenden Störspannungen üblicherweise eine wesentlich kleinere Amplitude haben, ist damit eine sichere Unterdrückung dieser Störspannungen möglich.A particularly simple and component-saving structure is thereby achieved possible that an operational amplifier is used whose switching hysteresis is at infinitely high Input resistance equal to the operating used voltage is. Since the interference voltages occurring in the cases mentioned usually have a much smaller amplitude, this is a reliable suppression Interference voltages possible.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung werden Schaltelemente in den Zuleitungen der Verstärkerschaltung eingesetzt, die ein sicheres Klammern des Potentials der Leitung gewährleisten, die mit einem niederohmigen Ableitwiderstand, beispielsweise einem Masseschluß, beschaltet ist. Hierdurch können für die Verstärkerschaltung Bauelemente;. der verschiedensten Art vorgesehen werden.In a further preferred embodiment of the invention, switching elements used in the leads of the amplifier circuit, which securely clamps ensure the potential of the line, which is provided with a low-ohmic leakage resistance, for example a short to ground, is connected. This allows for the amplifier circuit Components ;. of various kinds can be provided.
Weitere Vorteile: ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten ;Zeichnung.Further advantages: result from the description and the attached ;Drawing.
Zeichnung Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäBen Verstärkerschaltung; Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel mit gesonderten Schaltelementen für den Fall eines niederohmigen Ableitwiderstandes.Drawing The invention is illustrated in the drawing and will explained in more detail in the following description. Figure 1 shows a first Embodiment of an amplifier circuit according to the invention; Figure 2 a second Embodiment with separate switching elements for the case of a low resistance Leakage resistance.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Figur 1 wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit einem Drehzahlsensor und nachgeordneter Verstärkerschaltung veranschaulicht. Dabei ist 10 eine sich drehende Zahnscheibe, deren Drehzahl erfaßt werden soll. Die Zahnscheibe 10 steht in Wechselwtrkung mit einem Drehzahlsensor 11. Dieser weist eine auf einen Kern 12a aufgewickelte Spule 12b auf, wobei die Anschlüsse der Spule 12b über Zuleitungen 8 und 9 einer Verstärgerschaltung zugeführt werden, die aus einem Operationsterstärker 13 mit einem Ausgang 13a besteht. Der Operatibnsverstärker 13 wird von einer Betriebsspannung U betrieben. Der 0 invertierende Eingang des Operationsverstätkers 13 ist über einen Inverter 14 und einen Widerstand R gegengekoppelt, während der nichtinvertierende Eingang mit einem Widerstand R mitgekoppelt ist. Bei geichgroßen Widerständen R im Gegen- und Mitkopplungszveig ergibt sich damit eine Schalthysterese H von H = UO R /(2 R + R5) wobei R der ohmsche Widerstand der Spule :12b ist.DESCRIPTION OF THE EXEMPLARY EMBODIMENTS FIG. 1 shows the invention based on an exemplary embodiment with a speed sensor and a downstream amplifier circuit illustrated. Where 10 is one rotating toothed disk whose Speed is to be recorded. The toothed disk 10 is in exchange with a Speed sensor 11. This has a coil 12b wound onto a core 12a on, the connections of the coil 12b via leads 8 and 9 of an amplifier circuit which consists of an operational amplifier 13 with an output 13a. The operational amplifier 13 is operated by an operating voltage U. The 0 inverting The input of the operational amplifier 13 is via an inverter 14 and a resistor R fed back, while the non-inverting input with a resistor R is coupled. With equal resistances R in the negative and positive feedback line This results in a switching hysteresis H of H = UO R / (2 R + R5) where R is the ohmic one Resistance of the coil: 12b is.
5 Wird die erfindungsgemäße Verstärkerschaltoung bei anderen Einsatzfällen verwendet, tritt anstelle des Wicklungswiderstandes R der dann jeweils wirksame Innenwiderstand, 5 etwa der Widerstand eines Thermoelementes,* eines Dehnungsmeßstreifens oder einer anderen Signalque irgendeiner Art. 5 If the amplifier circuit according to the invention is used in other applications is used, instead of the winding resistance R, the effective one occurs in each case Internal resistance, 5 roughly the resistance of a thermocouple, * a strain gauge or any other signal source of any kind.
Tritt nun in einer der Zuleitungen 8, 9 eene Leitungsunterbrechung 16 ein, wird der Verstärkerdchaltung ein Innenwiderstand des Drehzahlsensors vorgetäuscht, der wesentlich größer als der Wicklungswiderstand R ist.If there is now a line interruption in one of the supply lines 8, 9 16 a, the amplifier circuit is simulated an internal resistance of the speed sensor, which is significantly greater than the winding resistance R.
5 Die oben in einer Formel angegebene Hysterese H wird dann gleich der Betriebsspannung UO, da der aus den Widerstandswerten gebildete Quotient gegen 1 geht, Da die bei den genannten Störfällen auftretenden Störspannungen in ihrer Amplitude üblicherweise immer wesentlich kleiner sind als die Betriebsspannung UO, wird der aus dem Operationsverstärker 13 gebildete Komparator nicht mehr durchgeschaltet, da die Störspannungen die genannte Schalthysterese nicht überwinden können. Da außerdem bei Leitungsunterbrechung ein Eingang auf Versorgungsspannung liegt, schaltet der Komparator auch dann nicht durch, wenn eine der Zuleitungen 8, 9 mit einem niederohmigen Ableitwiderstand, etwa einem Masseschluß, versehen ist. 5 The hysteresis H given in a formula above then becomes the same of the operating voltage UO, since the quotient formed from the resistance values against 1 goes, Since the interference voltages occurring in the cases mentioned their amplitude is usually always much smaller than the operating voltage UO, the comparator formed from the operational amplifier 13 is no longer switched through, because the interference voltages cannot overcome the switching hysteresis mentioned. Since also in the event of a line interruption, an input is connected to the supply voltage, the switches Comparator also not through if one of the leads 8, 9 with a low resistance Leak resistance, such as a short to ground, is provided.
Bei dem in Figur, 2 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung werden zusätzliche Elemente für den Fall vorgesehen, daß ein geeigneter Operationsverstärker nicht zur Verfügung steht.In the further exemplary embodiment shown in FIG amplifier circuit according to the invention, additional elements are provided in the event that that a suitable operational amplifier is not available.
Dabei sind die Zuleitungen 8, 9 mit elektronischen Schaltern versehen. Von der Leitung 9 führt die Schaltstrecke eines Transistors 17 nach Masse und die Steuerelektrode des Schalttransistors 17 ist über eine Zenerdiode 18 mit der Zuleitung 8 verbunden. In entsprechender Weise ist ein Schalttransistor 19 zur Zuleitung 8 geschaltet und die in seiner Steuerleitung befindliche Zenerdiode 20 führt zur Zuleitung 9.The supply lines 8, 9 are provided with electronic switches. From the line 9, the switching path of a transistor 17 leads to ground and the The control electrode of the switching transistor 17 is connected to the supply line via a Zener diode 18 8 connected. In a corresponding manner, a switching transistor 19 is connected to the supply line 8 switched and the Zener diode 20 located in its control line leads to the supply line 9.
Tritt an der mit 16 bezeichneten Stelle nun ein Leitungsbruch auf und befindet sich beispielsweise der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 13 demzufolge auf Betriebsspannung UO, schaltet der Transistor 19 dann durch, wenn die Zenerspannung an der Diode 20 kleiner ist als die Differenz der Betriebsspannung U 0 und der Basis-Emitter-Spannung des Transistors 19. Die Zuleitung d wird dann auf Masse gelegt. so daß der vom Operationsverstärker 13 dargestellte Komparator nicht mehr durchschalten kann, unabhängig davon, ob an der mit 15 bezeichneten Stelle ein niederohmiger Ableitwiderstand vorliegt und Einstreuungen zum Operationsverstärker 13 gelangen.If there is a line break at the point marked 16 and is, for example, the non-inverting input of the operational amplifier 13 accordingly to operating voltage UO, the transistor 19 then turns on when the Zener voltage at the diode 20 is smaller than the difference in the operating voltage U 0 and the base-emitter voltage of the transistor 19. The lead d is then put on ground. so that the from Operational amplifier 13 shown Comparator can no longer switch through, regardless of whether at the designated 15 Place a low-ohm leakage resistor and interference to the operational amplifier 13 arrive.
Die Schalttransistoren 17 und 19 und die Zenerdioden 18 und 20 dienen vor allem dazu, die Eingangsspannungen am Operationsverstärker zu begrenzen und damit eine sichere Funktion zu gewährleisten. Ist UBE + UZ # Uo, so kann die Eingangsspannung nicht größer als U werden. Setzt man 0 UBE ^~ UBc, so kann die Eingangsspannung nur geringfügig kleiner als OV werden, wenn der entsprechende Transistor angesteuert wird.The switching transistors 17 and 19 and the Zener diodes 18 and 20 are used mainly to limit the input voltages at the operational amplifier and thus to ensure a safe function. If UBE + UZ # Uo, the input voltage do not become larger than U If you set 0 UBE ^ ~ UBc, the input voltage are only slightly smaller than OV when the corresponding transistor is activated will.
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