专利名称：用于检查第一电压值的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及如权利要求l和11前序部分所述的用于检查笫一电压 值的一种方法和一种装置。
技术背景下面基本上涉及机动车制造，但是该方法不限于此应用。 现代在电气或者说电子元件或者一般电路(例如发动机控制器) 内部越来越多地使用了微控器(JLiC)，它们具有模拟-数字-转换器(ADC),通常多通道的ADC具有5V的参考电压。这些ADC为此 设置，即在机动车(Kfz)中例如由传感器接收模拟电压并且将模拟电 压转换成之后要进一步处理的数字信号。因此传感器通常设计成用于5V的供电电压。这样模拟的输出或者 说传感器信号包含例如0.5 4.5V的有效测量范围。如果由ADC测量 的电压处于下部范围，例如低于0.25V,或者处于上部范围，例如高于 4.75V,那么这表示它有故障(空转，短路，接地中断等等)。同时越来越多地使用了集成电路，例如所述的微控器，它们需要 仅3.3V的供电电压。对于汽车工业例如可以举出Infineon的微控器 TriCore TC1766。结果对内部的ADC只有3.3V的参考电压可用，也 就是说，转换只能够在从0V至3.3V的范围内允许进行。已经证明，如果传感器供电电压同样转换到3.3V,这种改变关于 无源的传感装置(例如NTC,油门踏板电位计等等)的诊断功能不带 来功能限制。但是此外还应用了模拟的有源传感器(例如压力传感器)。 这些传感器的参考电压和供电电压是受生产限制的。有源的3.3V传感 器只由少数生产商以高的价格提供。因此不希望使用这种传感器。已知有解决方案使有源的5V传感器在3.3V - ADC上工作。DE 100 50 962 Al示出了一种方法，在该方法中使用了 5个参考信号，以尽可 能精确地确定第一信号。该方法需要复杂并且昂贵的电路技术结构。在DE 102 32 361 Al中描述了 一种用于获取信号电压的方法，在 该方法中通过信号电势的周期性测量以及接着将信号电势和供电电势 分别与地电势进行比较确定信号电压。该方法的实施需要很多单个的方法步骤。原则上存在例如输出信号通过精密分压器与3.3V-ADC的测量范 围匹配的可能性。测量值获取的精度在很多情况下是足够的。不过由 于精密分压器的应用，传感器按照OBD-H标准的完全的诊断功能不 再提供了。在一般情况下有源传感器为了传输传感器接地中断的信号 具有一个内部的上拉电阻，其功能另外借助图la说明。在传感器接地中断的情况下，在传感器的输出端上提供基本上5V 的传感器信号，它是不可信的电压值。连接在传感器上的具有内部 5V-ADC的ju C可以识别出这个故障并且通过软件进行分析。不过如果 传感器通过分压器连接在具有内部3.3V-ADC的m C上，那么在传感器ADc-输入端上出现一;:压，;处于^可信的信号范围内并因此不能由软件分析。该故障未被识别并且不能够进行诊断。在现有技术中为了避开这些问题使用了附加的5V-ADC,例如 CY100，它通过数字接口例如SPI-总线与juC连接。这种解决方案的 缺点特别在于5V-ADC-组件的附加成本。此外大多不使用多通道ADC-组件的所有通道，这也是附加的资源浪费。在机动车制造中，CY100 在发动机控制器中的应用受限制，由于SPI-总线(约lms扫描器)制 约了 ADC-值的读取速度，这样该组件不能应用于对安全紧要的功能 (例如轨道压力)。该组件还附加加重了 SPI-资源的负担。发明内容因此提出这个问题，提供一种方法和装置，以改善具有输出电压根据本发明建议一种具有权利要求1特征的方法以及一种具有权 利要求11特征的装置。有利的设计方案分别由从属权利要求和下面的 说明给出。对于根据本发明的用于检查处于信号电压范围内的、可由电子元 件输出的、可由具有小于信号电压范围的输入电压范围的测量装置检 测的信号电压的第一电压值的方法，其中分压器将信号电压范围转换 到输入电压范围，在该方法中首先由测量装置测量出第一电压值，具 有电阻的元件与分压器至少局部并联连接，并接着由测量装置测量出 第二电压值。可以由第一和第二电压值的比较推断出检查结果。200680028129.7说明书第3/7页如果第一和第二电压值至少相差一个预先确定的阈值，则有利地 识别出电子元件的故障。本发明特别可以通过与(精密)分压器并联连接的、具有电阻的元件(电阻元件)和开关(例如MOSFET)的串联连接实现。开关或 者说半导体优选由测量装置(例如juC)控制。特别如果读出的第一电 压值处于不能明确识别出有效值或故障值的电压范围内部，则在接着 的优选由测量装置测量第二电压值之前将电阻元件与分压器至少局部 并联连接。现在第一电压值可以通过第一和第二电压值的比较来验证或者说 检查。例如如果对第一电压值涉及有效的电压值，则第二电压值只有 不明显的差别。反之在故障情况下，也就是说，例如在接地中断时，此出现可测量的电压改变。故障可以明确识别出。如果对于根据本发明的方法，分压器的有效电阻和至少局部并联 连接的具有电阻的元件的有效电阻基本上小于电子元件的内阻是有利 的。由此可以在故障情况下引起轻易可探测的电压改变。在根据本发明的方法的一种优选实施方式中，电子元件是传感器， 特别是在机动车中的传感器。在根据本发明的方法的另 一种优选实施方式中，测量装置是模拟-数字-转换器，特别是集成在微控器中的模拟-数字-转换器。这里例如 举出上面所述的TC1766。不言而喻，测量装置也可以是外部的模拟-数字-转换器。如果对于根椐本发明的方法，信号电压范围设计成基本上从0V到 5V是适宜的。这可以获得该方法对所述的5V-元件在电子设备中的有 利的应用。此外如果对于根据本发明的方法，输入电压范围设计成基本上从 0V到3.3V是有利的。这可以获得该方法对所述的3.3V-元件在电子设 备中的有利的应用。如杲对于根据本发明的方法，具有电阻的元件设计成欧姆电阻是 有利的。欧姆电阻是简单的、便宜的并且容易操作的元件，它特别结 实和可靠。冲艮据本发明的方法可以以特别有利的方式用于确定接地中断。特别优选根据本发明的方法在机动车制造领域中应用。 根据本发明提供一种带有分压器、转换元件和具有电阻的元件的装置，其中该具有电阻的元件可以借助转换元件(121)与分压器(110，in, U2)至少局部并联连接。在一种优选的设计方案中，根据本发明的装置具有比较元件用于 比较第一和第二电压值。它在此可以特别涉及所述的微控器。根据本发明的装置有利的还具有与根据本发明的方法的优选实施方式相对应的特征。如果根据本发明的装置适合于根据本发明的方法的实施则是优选的。在一种优选实施方式中，根据本发明的装置设置在机动车中。 根椐本发明的机动车装备有根据本发明的装置。 根据本发明的方法和根椐本发明的装置的所述优选实施方式的优 点接下来综合说明。它们在此相应地适用于每种实施方式。通过根据本发明的措施，例如在有源的5V-传感器在现代的微控器 的3.3V-ADC-输入端上工作时克服在现有技术下的缺点。通过根据本 发明的方法不必使用外部的5V-ADC-组件，这导致费用节约。此外本发明可以实现有源的5V-传感器在具有3.3V-ADC-输入端 的微控器上在全诊断范围内的工作，也就是说，在现有技术下不可探 测的故障，例如传感器接地的中断，也^f皮识别。所述的解决方案可以利用少量成本经济的元件实现。OBD II标准 被有利地满足。根据本发明的解决方案对电压值测量的精度有利地不 具有值得一提的影响。有源传感器的电压值，特别是与安全相关的特性(例如安全气囊 中的压力传感器)可以由微控器比例如在现有技术下通过CY100的SPI 接口更快地读入。微控器的资源被更有效地使用。本发明其它的优点和设计方案由说明和附图给出。不言而喻，前面所述的和接下来还要说明的特征不仅可以应用在 分别给出的组合中，而且可以应用在其它的组合中或者单独应用，而 不脱离本发明的框架。
本发明借助实施例在附图中示意示出并且接下来以附图为参考详细说明。图la示出了现有技术中的装置的示意图；图lb示出了根据本发明的装置的优选实施方式的示意图；以及图2示出了根据本发明的方法的优选实施方式的流程图。
具体实施方式
在图1中示出了在现有技术下传感器100在机动车中的微控器150 上的连接。传感器IOO具有壳体101,它通过虚线示意标明。此外传感 器100具有用于在图示情况下+5伏特的供电电压的接头102和用于接 地的接头103。电压范围从0V到5V，该电压范围通过以Usens标记的 箭头示出，因此该电压范围提供用于传感器电压或者说输出电压Us。 输出电压Us的电势通过以Us标记的箭头示出。传感器100具有输出端104,在该输出端上提供传感器信号Us。 传感器设计成所谓的上拉-下拉-布线(Pull-Up-Down-Beschaltung)。 对于这种布线，信号线通过电阻与供电电压以及大地连接。在所示图 中，信号线104a通过上拉电阻105与供电电压5V连接并且通过下拉 电阻106与大地0V连接。此类布线的功能原理和目标对本领域的技术 人员是熟知的并且因此在这里不再进一步说明。在传感器IOO的输出端104上在工作时准备着在约0.5V和约4.5V 之间的范围内的传感器电压。微控器150具有输入端151。在这个实施 例中微控器具有在从OV到约3.3V的范围内的输入电压范围。由于这 个原因，在现有技术下，由传感器100在输出端104上输出的传感器 电压Us通过分压器IIO与微控器150的输入电压范围匹配。分压器110 具有两个电阻111和112,它们具有阻值R1以及R2。因为微控器150 在它的ADC-输入端151上具有相对高的输入电阻，可以在这种情况下 使用无负载的分压器形式。因此在微控器150的ADC-输入端151上的 输入电压U2为U2 = Us*R2/ ( Rl+R2 )如杲发生传感器的功能性故障，例如由于在接头103上的传感器 接地的中断，传感器100就失去了它的功能。那么它在输出端104上 提供+5V的输出电压。在这种情况下在微控器150的ADC-输入端151 上施加了电压U2，它这样计算U2 = 5V*R2/ ( RA+R1+R2 )U2由此小于3.3V,因此微控器150不能识别出故障。 借助图lb现在示出，如何通过根据本发明的措施克服这个缺点。 在图lb中示出了图la的示意图加上电阻120和开关121。电阻120 与开关121串联连接。此外电阻120与输出信号线104a连接。开关121 此外接地。在所示的开关121的打开位置不出现相对于借助图la说明 的性能的改变。在图示的电路布置中示出了电阻120与分压器110的完全并联连 接。根据本发明， 一个局部的并联连接已经足够了。对此在所示例子 中要特别理解为，电阻120只与电阻111或电阻112并联连接。如果微控器150在ADC-输入端151上识别出处于约3.3V的电压 值U2，它不能可靠地确定故障。如已经说明的，在这种情况下可能涉 及正常的传感器100输出值或者损坏的传感器的输出值。现在微控器 150操纵开关121，这样信号线104a通过电阻120和开关121接地。此 外产生电阻120与分压器110的并联连接。现在可以区分两种情况。如杲涉及正常的传感器输出值，不会出现电压U2的明显改变，因 为对于正常工作的传感器输出端一般涉及有源的电压源。电压改变会 衰减这么小，即电压源的内阻与并联连接的电阻Rl+R2和R3的总电 阻相比这么小。例如故障时，也就是说在传感器接地中断时，电阻105， 111, 112 和120构成有效的分压系统。在电阻112上下降的电压U2因此可测量 地小于3,3V。通过这个电压改变，微控器150可以识别出损坏的传感 器并相应地作出反应。在图3中以流程图示出了根椐本发明的方法的优选实施方式。该 方法在步骤200开始。在步骤201中由集成在微控器中的测量装置例 如ADC测量出第一电压值。在步骤202中微控器将检查，测量出的第 一电压值是否处于不允许准确确定故障的电压范围。如杲例如5V-传感 器在3.3V-ADC上以上述形式工作，那么它例如提供一个约3V的电压 阈值供使用。如果测量出的第一电压值超过3V,则不可能确定地报告 是涉及正常的测量值还是涉及有故障的传感器的输出。如果测量出的第 一 电压值低于这个可预定的电压阈值，则现在以 方法步骤201继续。在这种情况下涉及正常的工作。如果测量装置在步骤202中识别出超过可预定的电压阈值的第一电压值，则分支到方法步骤203。在步骤203中，分压器被并联连接一个具有电阻特别是欧姆电阻 的元件。在接下来的步骤204中，由测量装置测量第二电压值。在方法步骤205中，将第一和第二电压值进行比较。如果在第一 和第二电压值之间不存在可测量的差，则在方法步骤206中将电阻元 件与分压器的并联连接结束并且返回方法步骤201。那么涉及正常的测 量值。如果在方法步骤205中在第一和第二电压值之间识别出可测量的 差，这对测量装置是一个征兆，即涉及不正常的电压值并由此所属的 传感器损坏。接下来分支到方法步骤207。在方法步骤207中，传感器的损坏例如被用信号传输到中央控制 装置(未示出)。还存在其它用于反应的方案，例如在汽车内部记录 器中的记录，例如通过光或声信号通知驾驶员等等。然后该方法在步 骤208中结束。通过根据本发明的装置和根据本发明的方法的所述实施方式可以的工作
权利要求
1.用于检查处于信号电压范围(Usens)内的、可由电子元件(100)输出的、可由具有小于信号电压范围(Usens)的输入电压范围的测量装置(150)检测的信号电压(Us)的第一电压值的方法，其中分压器(110，111，112)将信号电压范围转换到输入电压范围，其特征在于，首先由测量装置(150)测量出第一电压值，具有电阻的元件(120)与分压器(110，111，112)至少局部并联连接，接着由测量装置(150)测量出第二电压值并且由第一和第二电压值的比较推断出检查结果。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中如杲第一电压值和第二电压 值至少相差一个预先确定的阈值，则识别出电子元件(100)的故障。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述分压器(110， 111， 112)的有效电阻和至少局部并联连接的具有电阻的元件(120) 的有效电阻基本上小于电子元件(100)的内阻。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，应用传 感器作为电子元件(100)。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，应用模 拟-数字-转换器，特别是集成在微控器(150)中的模拟-数字-转换器作 为测量装置(150)。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，应用基 本上从OV到5V的范围作为信号电压范围(Usens)。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，应用基 本上从OV到3.3V的范围作为输入电压范围。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，应用欧 姆电阻(120)作为具有电阻的元件(120)。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的方法的应用，用于确定电子 元件(100)的接地中断。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的方法在机动车制造领域的 应用。
11. 带有分压器、转换元件(121)和具有电阻的元件(120)的装 置(110， 1U， 112, 120, 121),其特征在于，所述具有电阻的元件(120)可以借助转换元件(121)与分压器(110， 111, 112)至少局部并联连接。
12. 根据权利要求11所述的装置，其特征在于用于比较第一和第 二电压值的比较元件(150)。
13. 根据权利要求11或12所述的装置，用于实施根据权利要求l 至10中任一项所述的方法。
14. 根椐权利要求11至13中任一项所述的装置，其特征在于，它 设置在机动车中。
15. 带有根据权利要求11至14中任一项所述的装置的机动车。
全文摘要
介绍了一种用于检查处于信号电压范围(Usens)内的、可由电子元件(100)输出的、可由具有小于信号电压范围(Usens)的输入电压范围的测量装置(150)检测的信号电压(Us)的第一电压值的方法，其中分压器(110，111，112)将信号电压范围转换到输入电压范围，其中首先由测量装置(150)测量出第一电压值，具有电阻的元件(120)与分压器(110，111，112)至少局部并联连接，接着由测量装置(150)测量出第二电压值并且由第一和第二电压值的比较推断出检查结果。此外介绍了一种带有分压器、转换元件(121)和具有电阻的元件(120)的装置(110，111，112，120，121)，其中具有电阻的元件(120)可以借助转换元件(121)与分压器(110，111，112)至少局部并联连接。
文档编号G01R31/28GK101233418SQ200680028129
公开日2008年7月30日 申请日期2006年8月1日 优先权日2005年8月1日
发明者W·哈森伯格 申请人:罗伯特·博世有限公司