专利名称：有源传感器及其使用、补偿有源传感器输出电流信号幅度波动的方法
技术领域：
本发明涉及权利要求1前序部分所述的有源传感器、权利要求15前序 部分所述的方法以及有源传感器特别是作为车轮速度传感器在机动车中的 使用。
背景技术：
印刷文献WO 98/08711介绍了有源旋转速度传感器，其经由两根线被 连接到电子控制单元，经由这两根线被供以能量并传送输出信号。有源传 感器具有信号处理电路和电流接口。在这种布置中，输出信号的规定幅度 的调节借助充分的参数化和有源传感器的校准一一考虑到外部影响或扰动 以及老化过程，其相对较为昂贵一一来实现。
在印刷文献DE 199 06 981 Al中，提出了用于测量传感器的集成校准 与测量装置，该装置可借助数据与控制单元以及数字/模拟转换器进行测量 传感器的校准。然而，所提出的电路相对较为复杂，且在输出侧提供电压 信号，根据经验，电压信号对于信号传输来说不太适合。另外，所提出的 这种电路不能补偿由于例如老化或温度影响导致的信号处理输出信号中的 幅度波动。
发明内容
本发明的目的在于提出一种有源传感器，其包含产生规定的、特别是 补偿后的输出电流信号幅度的电流接口 ，并涉及用于对输出电流信号的幅 度波动进行补偿以及相应地用于对规定输出电流信号幅度进行调节的方 法。
根据本发明，此目的通过权利要求1所述的有源传感器以及权利要求15所述的方法来实现。
本发明基于这样的构思提出一种由测量模块和接口模块构成的有源 传感器，接口模块包含电流检测装置和至少一个补偿装置，其中，电流检 测装置检测测量模块的负载电流，补偿装置能至少依赖于所检测的测量模 块的负载电流产生至少一个能被叠加在有源传感器的尚未校正的输出电流 信号上的第一补偿电流。
通过将补偿电流叠加在输出电流信号上，能不依赖于实质上外部一一 例如由于温度或老化影响一一的影响地设置规定幅度的输出电流。因此可 避免有源传感器输出电流信号幅度的不希望的幅度波动或变化。这使得可 以保证有源传感器的幅度编码的输出信息能被相应的接收器一一例如机动
车控制系统的电子控制单元一一正确解码。这在将传感器用在安全性要求 高的系统一一例如机动车控制系统一一中时特别重要。不再需要如同先前
对输出电流信号的幅度波动进行补偿。由于根据本发明对规定输出信号幅 度的调节，电子部件的制造不准确度也不需要校正，特别是通过修整 (trimming)。
测量模块适当地包含至少 一个传感器元件和信号处理电路。补偿装置 的第 一补偿电流优选为依赖于检测到的测量模块的负载电流以及第 一 电流 源产生的电流而产生。
补偿装置的第 一补偿电流和/或其他补偿电流优选为可连接或可断开 和/或可控制。结果，幅度编码的信息传输可借助传感器输出信号来进行。
以下是适当的在第一节点上，补偿装置在输入侧被连接到输入线， 在第二节点上，第一电流源在输出侧被连接到输出线，补偿装置的第一输 出路径被连接到第二节点，作为其结果，补偿装置的第一补偿电流能依赖 于传感器输入电流附加地产生。由于上述互联，特别地，测量模块的输出 电流、第一电流源的输出电流、补偿装置的第一输出电流^L叠加以形成有 源传感器的输出电流信号。
位于输出侧的电流检测装置以及补偿装置优选为借助第二输出路径共同连接到第 一 电流源的输入。将在补偿装置第二输出路径上提供的电流是 电流检测装置的输出电流以及通过第一电流源的电流的结果。补偿装置特 别依赖于将在第二输出路径上提供的此电流、并且特别优选为依赖于有源 传感器的输入电流地至少产生第一补偿电流。
电流检测装置的输入被适当地连接到测量模块与第 一或第二节点之间 的输入线和/或输出线。通过这种手段，电流检测装置能够以相对简单的方 式检测测量模块的负载电流。
测量模块优选为在每种情况下连接到第 一 与第二线的延伸
(extension)，并实质上经由这两条线,皮供以能量。
电流检测装置优选为具有至少一个检测FET和/或检测放大器，作为 其结果，电流检测装置的输出电流以实质上定义的比小于测量模块的负载 电流。通过使用至少一个检测FET或检测放大器，电流检测装置自身的能 量消耗被保持为相对较低，因此，这导致相对较小、实质上可计算的系统 测量偏差。作为替代的是，电流检测装置优选为表现为分流器(shunt)。
以下是适当的电流检测装置在其输出上提供至少一个电流，该电流 以规定的第一缩放因子与在其输入上检测到的电流不同、特别是较小。
由补偿装置产生的第 一补偿电流优选为具有以规定的笫二缩放因子改 变的幅度，特别是与在补偿装置第二输出路径上提供的电流相比较大的幅 度。已经发现，借助电流检测装置和补偿装置的所述至少一个缩放因子， 至少第 一补偿电流能以相对较为简单的方式设置，该电流特别适合于将有 源传感器的输出电流信号调节或校正为至少一个规定幅值。在特别优选的 方式中，电流检测装置的第一缩放因子和补偿装置的第二缩放因子实质上 同样大。
优选为，作为对第 一输出路径上的第 一补偿电流的替代或作为附加的 是，补偿装置能在连接到笫二节点的至少一个附加输出路径上产生与笫一 补偿电流不同的至少一个第二补偿电流。在这种布置中，补偿电流以规定 的、在每种情况下互相不同的缩放因子与在补偿装置第二输出路径上提供 的电流不同。特别地，补偿电流以在每种情况下相互不同的缩放因子比在第二输出路径上提供的电流大。在此布置中，可以在这些补偿电流之间切 换，结果，输出电流信号能以相对较为简单的方式调节或校正为不同的幅 度。
电流检测装置可适当地在其输出上提供至少 一个第 一 以及一个第二电 流，这些电流以规定的、在每种情况下相互不同的缩放因子与在输入上检 测到的电流相比不同、特别是较小。在此布置中，可以在输出侧上的这些 电流之间进行切换。
优选地也是作为附加地，接口模块具有至少 一个第二可连接和/或可控 制电流源，其被连接到输入侧上的第一节点以及输出侧上的第二节点。通 过这种手段，输出电流信号的至少两个或多个规定幅值能够特别得到调节 或校正。
以下是适当的接口模块另外具有至少一个能被开通的第一电流驱动 器元件，其被连接到输入侧上的第一节点，并在输出侧上提供附加电流源 输入上的第一电流。此电流源的输出被连接到第二节点，其中，在连接到 笫二节点的至少一个附加输出路径上，电流驱动器元件能附加地在输出侧 上产生第二电流，第二电流相对于第一电流以规定的缩放因子不同。借助 这样的电流驱动器元件，能实现输出电流信号的作为替代的或作为附加的 幅度编码。电流驱动器元件也可4皮考虑或对应地设计为能够,皮开通的附加 补偿装置，其不被连接到电流检测装置且其输出电流对应地分别不依赖于 所检测到的测量才莫块的负载电流或电流检测装置的输出电流。
所述至少一个电流源优选为表现出预设的规定电流值。特别地，该电 流值借助控制环得到校正。接口模块的所有电流源以特别优选的方式表现 出实质上唯一的预设电流值、特别优选为校正后的电流值。借助这样的措 施，接口模块变得对外部影响以及部件的内部变化实质上不敏感，并能甚 至更为精细地调节输出电流信号的规定幅度。
补偿装置适当地表现为一个或一个以上的电子电流平衡电路。
优选为，测量模块和接口模块或信号处理电路与接口模块被构造为集 成电路，特别是在芯片上。电流检测装置、补偿装置以及特别是至少 一个电流驱动器元件和/或至 少 一个附加可连接和/或可控制电流源优选为在输入侧连接到测量模块的 至少一个信号输出，并受到测量模块的控制，特别是关于缩放因子的切换。 通过这种手段，借助接口模块，在此背景下，通过驱动单独的电路元件， 在有源传感器的输出上，通过输出电流信号的调制，测量模块的输出信息 能以相对较为筒单的方式来提供。
以下是适当的作为该方法的一部分，补偿装置能产生至少一个附加 和/或替代补偿电流，其中，可以取决于测量模块的至少一个输出信号在这 些补偿电流之间切换。
关于该方法，接口^=莫块优选为具有至少一个附加电流源和/或至少一个 电流驱动器元件，其产生能依赖于测量模块的至少一个输出信号得到连接 或切换且^^叠加在有源传感器的输出电流上的至少一个输出电流。
本发明还涉及有源传感器特别是作为车轮速度传感器在机动车中的使用。
根据本发明的传感器以及根据本发明的方法被提供为用于机动车技 术、自动化以及控制技术领域。特别地，提供了根据本发明的传感器以及 该方法在车轮速度传感器中的使用。
借助附图，由从属权利要求以及下面对示例性实施例的介绍可明了进 一步优选的实施例。在附图中
图1示出了接口模块的基本运行的示例性实施例；
图2示出了用于调节输出电流信号的两个规定幅度的示例性有源传感 器，其中，电流检测装置和补偿装置可在每种情况下产生两个可切换输出 电流；
图3示出了具有附加电流驱动器元件的有源传感器的示例性实施例；
且
图4示出了通过测量模块的信号处理电路具有电流检测与补偿装置的图示式驱动的示例性有源传感器。
具体实施例方式
图l所示的示例性有源传感器用于说明基本运行。有源传感器l借助
双线导线被连接到机动车控制系统的电子控制单元ECU并经由这两条导 线被供给能量。另外，所有信息也在有源传感器1和ECU之间经由这两 条导线来交换。这特别指的是有源传感器1的输出信息。这两个连接导线 借助端子7和8被连接到有源传感器1。作为这两个连接导线的延伸并在 传感器侧连接到端子7与8，接口模块3具有输入线32和输出线33。测量 模块2——其整个负载阻抗用电阻R1()ad组合示出一 一在传感器侧被连接到 这两条线。电流检测装置34和补偿装置35的输入连接在输入线32的节点 4上。电流检测装置34经由测量模块2检测负载电流Isense，并将此电流以 规定因子XI减小后在其输出上提供。电流源31在输出线33的节点5上 驱动规定的电流，并在输入侧连接到电流检测模块34的输出，并经由第二 输出路径352连接到补偿装置35。在此布置中，补偿装置35在第二输出 路径352上提供由经过电流源31的电流Iref与电流检测装置34的输出电 流之间的差产生的电流。依赖于在第二输出路径352上提供的此4H尝电流， ##装置35在连接到节点5的其第一输出路径351上产生通过对应于因子 XI的规定因子X2放大的电流，以便对有源传感器1的尚未校正的电流输 出信号进行补偿。
示例性有源传感器1因此对输出电流信号I争ai进行校正，使得恒定信
号电流不依赖于测量模块2的当前电流消耗地得到设置。Iw^实质上仅仅
依赖于电流源31的基准电流Iref。例如，以下成立 ISignal=y*Iref=(l+X)*Iref (1)
其中，x=xl=x2。
出于此目的，作为基准电流源的电流源31提供不依赖于温度的电流 Iref。借助电流检测装置34的电流检测的测量电流与测量模块2的基本电 流消耗的总电流被获得为IG=(l+l/x)*Israse ( 2 )
现在从电流源31中减去电流检测装置34减小的检测电流，其得到新 的基准电流
I，ref"~Iref"l/x*Isense ( 3 )
其由补偿装置35在第二输出路径352上提供。此补偿电流被补偿装置 35以因子X2放大，并在笫一输出路径351上产生。根据此实例，补偿装 置35具有简单的电流平衡布置，该布置由输入线32或有源传感器1的能 量供给进行馈送。补偿装置35的输入电流Is于是被获得为
Is=(l+x)*I，ref(l+x)*(Iref>l/x*Israse) (4 )
信号电流Isig^—一也就是说，有源传感器1的总电流消耗一一为Ic
与Is的总和，由此得到
ISignai=lG+Is=(l+l/x)*Isense+(l+x)*(Irerl/x*Isense)* (5 )
H Isigna广Isense+Isense/X+( 1+X) *Iref~Isense/X-ISense ^Isigiia尸(l+X)"ref
有源传感器1的输出电流信号或信号电流因此分别不依赖于其余电路 或测量模块2的电流消耗，实质上仅仅依赖于电流源31的基准电流I f。 在集成电路的情况下，缩放因子X1=X2被能不依赖于过程波动实现的部件
比(component ratio)指定。
图2示出了用于产生输出电流信号Isig^的两个不同幅度的有源传感器 1的示例性实施例。用图1所示有源传感器1开始，电流检测装置34在此 布置中在其输出上、补偿装置35在其第一输出路径351上分别具有转换开 关或被构造为可切换。在此布置中，电流检测装置34以这样的方式构建 其能提供两个替代性电流，该电流在每种情况下具有相对于检测到的测量 模块2的负载电流Isense以两个规定缩放因子L与H减小的电流幅度。对 应地，补偿装置35在第一输出路径351上产生两个替代性补偿电流，该电 流通过两个规定缩放因子L与H相对于在其第二输出路径352上提供的电 流^^故大，或者分别具有通过这些缩放因子增大的幅度。
对于对应于具有连续线的开关位置的逻辑"0"电平，电流检测装置34因此提供通过缩放因子L减小到1的检测电流Ise，，其被从Iref中减去。 此减小的基准电流I，ref被补偿装置35以缩放因子L放大。有源传感器1 的总电流消耗因此被获得为 <formula>formula see original document page 12</formula>对于对应于具有虛线的开关位置的逻辑'T，电平，Is咖e-陂电流检测装 置34以缩放因子H减小，1，ref被4M尝装置35以缩放因子H放大。有源传
感器1的总电流于是被获得为
<formula>formula see original document page 12</formula>
对于逻辑"0"和"1"电平的输出信号电流Isig^的幅度因此可以以缩 ;改因子L和H以及电流源31的基准电流Iref受到调节。
图3显示出用于产生输出电流信号Isignal的两个不同幅度的有源传感器
1的替代性示例性实施例。此示例性实施例通过可连接的电流驱动器元件
36扩展了图1所示的有源传感器1，该元件在输入侧被连接到输入线32 的第一节点4，并在输出侧在附加电流源361的输入上提供第一电流，附 加电流源361的输出被连接到输出线33的第二节点5。在此布置中，电流 驱动器元件36可在输出侧在连接到节点5的附加输出路径上产生附加第二 电流H*Iref，该电流以规定的缩放因子H关于电流源361的输入上提供的 第一电流而放大。电流驱动器元件36具有例如电流平衡电路。通过添加或 连接电流驱动器元件36，产生对应于输出电流信号Isigna,的逻辑'T，的幅 度。电流驱动器元件36也可被理解为是独立于电流检测装置34并能对应 地设计的可连接的补偿装置。例如，补偿装置35，是连续有效的。对于有 源传感器1的输出电流信号的逻辑"0"电平，电流驱动器元件36的开关 被断开，电流驱动器元件36因此不是有效的。有源传感器1的输出电流信 号的幅度或信号电流相应地因此被获得为 <formula>formula see original document page 12</formula>
对于逻辑"1"电平，电流驱动器元件36的开关被闭合，由电流驱动 器元件36产生的电流(1+H)"ref被添加到第二节点5的来自公式(8)的信 号电流。这导致有源传感器l的下面的总电流Isignal,尸(l+LnrH (1+H) *Ird= (2+L+H) * Iref (9 ) 在此示例性实施例中，同样地，逻辑"0"和"1"电平能在因子L、
H、 Iref辅助下得到调节。这些电平依赖于测量模块2受到切换。
图4示出了示例性有源传感器1，其具有有着传感器元件21和信号处 理电路22的测量模块2以及接口模块3。与图2所示的示例性实施例相比， 此有源传感器1已被扩展。在此布置中，电流检测装置34和补偿装置35 在每种情况下具有附加的输入，经过该附加输入，它们被测量模块2的信 号处理装置22借助控制线6共同驱动。例如，经由此控制线6，电流检测 装置34和补偿装置35的缩放因子的切换受到控制。
信号处理装置22因此连续指定这两个装置的哪个缩放因子是"有效" 的，因此对应地指定有源传感器l的输出电流信号的总幅度。根据此实例， 输出电流信号Isig^的三个不同的幅度能被设置。出于此目的，电力t^r测装 置34和补偿装置35在每种情况下具有三个不同的缩放因子L、 H、 M并 才艮据上述示例性实施例、现在在附加缩放因子的情况下替代性地产生对应 的三个输出电流。根据此实例，这三个不同的幅度用于作为车轮速度传感 器的有源传感器1的输出传输协议。在此布置中，附加的数据一一中等幅 度用于其编码一一在速度脉沖一一其通过最大幅度或分别在最大与最低幅 度之间的变化而,皮编码——之间被传输。
在未示出的示例性实施例中，有源传感器1包含两个电流驱动器元件， 作为其结果，也可以以规定的方式i殳置或产生输出电流信号的三个不同的 幅度。
权利要求
1.一种由测量模块(2)和接口模块(3)构成的有源传感器(1)，接口模块(3)包含至少一个第一电流源(31)、输入线(32)以及输出线(33)，其中，有源传感器(1)经由这两条线(32，33)被供给能量，第一电流源(31)在输出侧被连接到输出线(33)，接口模块(3)以电流信号的形式产生有源传感器(1)的输出信号，其特征在于，接口模块(3)包含电流检测装置(34)，该装置检测测量模块(2)的负载电流；至少一个补偿装置(35)，其能在连接到输出线的输出路径(351)上产生至少一个第一补偿电流，以便至少依赖于检测到的测量模块(2)的负载电流对输出电流信号的幅度波动进行补偿。
2. 根据权利要求1的有源传感器(1)，其特征在于，笫一补偿电流 由补偿装置(35)依赖于检测到的测量模块(2)的负载电流以及由第一电 流源(31)产生的电流来产生。
3. 根据权利要求1或2的有源传感器(1)，其特征在于，在第一节 点(4)上，补偿装置(35)在输入侧被连接到输入线(32),在第二节点(5 )上，第一电流源(31)在输出侧被连接到输出线(33 )，补偿装置(35 ) 的第一输出路径(351)被连接到第二节点(5)。
4. 根据权利要求l-3中至少一项的有源传感器(1)，其特征在于，电 i诺测装置(34)在输出侧以及补偿装置(35)借助第二输出路径(352) 共同连接到第一电流源(31)的输入。
5. 根据权利要求l-4中至少一项的有源传感器(1)，其特征在于，电 流检测装置(34)的输入被连接到测量模块(2)和第一或第二节点(5) 之间的输入线(32)和/或输出线(33)。
6. 根据权利要求1-5中至少一项的有源传感器(1)，其特征在于，电 流检测装置(34)在其输出上提供至少一个电流，该电流以规定的第一缩 放因子(XI)与在其输入上检测的电流不同，特别是较小，
7. 根据权利要求4-6中至少一项所述的有源传感器(1)，其特征在于，由补偿装置(35)产生的第一补偿电流以规定的第二缩放因子(X2)与在 补偿装置(35)的第二输出路径(352)上提供的电流不同，特别是较大.
8. 根据权利要求6或7的有源传感器(1)，其特征在于，电流检测 装置(34)的第一缩放因子(XI)与补偿装置(35 )的笫二缩放因子(X2 ) 实质上同样大。
9. 根据权利要求4-8中至少一项的有源传感器(1),其特征在于，作 为第一输出路径(351)上的第一补偿电流的替代地或作为附加地，补偿装 置(35)能在连接到第二节点(5)的至少一个附加输出膝f圣上产生与第一 补偿电流不同的至少一个第二补偿电流，其中，这些补偿电流以规定的、 在每种情况下互相不同的缩放因子(L、 H、 M)与在补偿装置(35)的第 二输出路径(352)上提供的电'i^M目比较大，且其中，可以在这些补偿电流 之间切换。
10. 根据权利要求6-9中至少一项的有源传感器(1)，其特征在于， 电流检测装置(34)能在其输出上提供至少一个第一以及一个第二电流， 该电流以规定的、在每种情况下互相不同的缩放因子(L、 H、 M)与在输 入上检测到的电流相比较小，其中，可以在输出側上的这些电流之间切换。
11. 根据权利要求3-10中至少一项的有源传感器(1)，其特征在于， 接口模块(3)另外还具有至少一个笫二可连接和/或可控制电流源，其在 输入侧上被连接到第一节点(4),并在输出侧上被连接到笫二节点(5)。
12. 根据权利要求6-11中至少一项的有源传感器(1)，其特征在于， 接口模块(3 )附加地具有至少一个能够被开通的第 一电流驱动器元件(36)， 其在输入侧上被连接到第一节点，并在输出側上提供附加电流源(361)的 输入上的第一电流，附加电流源(361)的输出被连接到笫二节点(5)， 且其中，在连接到第二节点(5)的至少一个输出路径上，此电流驱动器元 件(36)能附加地在输出侧产生第二电流，该电流相对于第一电流以规定 的缩放因子(H)不同。
13. 根据权利要求1-12中至少一项的有源传感器(1),其特征在于， 测量模块(2)和接口模块(3)或信号处理电路(22)和接口模块(3)被构造为集成电路，特别是在芯片上。
14. 根据权利要求6-13中至少一项的有源传感器(l)，其特征在于电 流检测装置(34)和补偿装置(35)以及特别是至少一个电流驱动器元件(36 )和/或至少一个附加可连接和/或可控制电流源在输入侧上被连接到测 量模块(2)的至少一个信号输出，并受到测量模块(2)的控制，特别是 关于缩放因子(L、 H、 M)的切换。
15. —种方法，其用于补偿有源传感器的输出电流信号的幅度波动， 特别是用于补偿权利要求1-14中至少一项所述的有源传感器(1)的输出 电流信号的幅度波动，所述有源传感器由测量模块(2)和接口模块(3) 构成，接口模块(3)包含至少一个第一电流源(31)、输入线(32)以及 输出线(33)，其中，有源传感器(1)经由这两条线(32， 33)被供给能 量，且接口模块(3)至少借助第一电流源(31)以电流信号的形式产生有 源传感器(1)的输出信号，其特征在于接口模块(3 )借助电流检测装置(34)检测测量模块(2 ) 的负载电流，并且，借助至少一个补偿装置(35)，至少一个补偿电流至 少依赖于所检测到的测量模块(2)的负载电流被产生，此补偿电流被叠加 在有源传感器(1)的尚未被校正的输出电流信号上。
16. 根据权利要求15的方法，其特征在于，补偿装置(35)能产生至 少一个附加和/或替代补偿电流，其中，依赖于测量模块(2)的至少一个 输出信号在这些补偿电流之间进行切换。
17. 根据权利要求15或16的方法，其特征在于，接口模块(3 )具有 至少一个附加电流源和/或至少一个电流驱动器元件(36)，其产生至少一 个输出电流，该电流能依赖于测量模块(2)的至少一个输出信号被连接或 被切换，J^皮叠加在有源传感器(1)的输出电流上。
18. 至少一个根据权利要求1到14中至少一项的有源传感器特别是作 为车M度传感器在机动车中的使用。
全文摘要
一种有源传感器(1)，其由测量模块(2)和接口模块(3)构成，接口模块(3)包含至少一个第一电流源(31)、输入线(32)以及输出线(33)，其中，有源传感器(1)经由这两条线(32，33)被供给能量，且第一电流源(31)在输出侧被连接到输出线(33)，接口模块(3)以电流信号的形式产生有源传感器(1)的输出信号，其中，接口模块(3)包含电流检测装置(34)，其检测测量模块(2)的负载电流；至少一个补偿装置(35)，其能在连接到输出线的输出路径(351)上产生至少一个第一补偿电流，以便至少依赖于检测到的测量模块(2)的负载电流对输出电流信号的幅度波动进行补偿。另外，本发明涉及用于对有源传感器输出电流信号幅度波动进行补偿的方法以及有源传感器特别是作为车轮速度传感器在机动车中的使用。
文档编号B60T8/171GK101541603SQ200780044038
公开日2009年9月23日 申请日期2007年11月27日 优先权日2006年11月28日
发明者R·克劳森, T·迪茨, W·乔克尔 申请人:大陆-特韦斯贸易合伙股份公司及两合公司