专利名称：测量电阻元件的电阻值的电路和方法
技术领域：
本发明涉及用于测量电阻元件的电阻的电路，该电阻元件诸如是用于监测车辆系统中的温度值的PTC或NTC热敏电阻传感器。
背景技术：
已知现代车辆系统中传统地装备有多个用于监测车辆系统中的多个元件的温度值的电阻传感器。当前，通常使用的电阻温度传感器是负温度系数热敏电阻(NTC)或正温度系数热敏电阻(PTC) O温度值的测量通常使用存在于上拉电阻中的分压器，其具有已知的电阻值，且在共用节点处串联连接于电阻传感器。分别将两个不同的电压值提供至分压器的自由端，以在共用节点处产生表示电阻传感器的电阻的模拟信号。该模拟信号随后被通过模数(A/D)转换器转换成数字信号，所述模数转换器继而被连接至控制单元，而所述控制单元通常为设置在车辆系统中的发动机控制单元(E⑶)。该 ECU使用数字信号基于传感器的种类，NTC或PTC，确定电阻传感器的相应的温度。该NTC和PTC热敏电阻具有使得其和A/D转换器的接口变得复杂以及成本高昂的特征。这主要是由于传感器的传递函数是非线性的。传递函数的非线性导致了测量电阻值的低准确性，且作为结果，导致温度值的低准确性。详细地，NTC热敏电阻在低温(S卩，接近于_30°C的温度)上具有非常低的分辨率， 在某一点处其不允许验证该热敏电阻是否在正常运行。在另一方面，PTC热敏电阻允许低温上的更精确的测量，但其较NTC热敏电阻更
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贝ο有介于此，本发明的实施例的目标是改进电阻元件的电阻值的确定的分辨准确度。另一个目标是使得电阻值的测量独立于电元件公差。又一个目标是使用简单、合理以及较不昂贵的解决方案实现上述目标。
发明内容
通过如在独立权利要求中报告的本发明的实施例的特征来实现所述和/或其他目标。所述独立权利要求陈述了本发明的实施例的优选和/或特别有优势的特征。更详细地，本发明的实施例提供一种用于测量电阻元件的电阻值RTH的方法，其包括a)将其具有已知的电阻值Rpu的上拉电阻(pull up resistance)⑶串联连接至电阻元件(2)，并将第一电压值Vp提供至所述上拉电阻(3)的自由端(3’)，以及将较低的第二电压值Vn提供至所述电阻元件(2)的自由端(2’)，以形成分压器，
b)监测表示所述电压元件(2)和所述上拉电阻(3)之间的电压值的信号，c)确定所监测的信号和产生的脉冲宽度调制信号(Vpwm)之间的差值，所述脉冲宽度调制信号具有电压值Vp和VN，分别作为高电压值和低电压值。d)将该差值在时间上积分，以获得输出信号，e)基于输出信号在时间上的变动，变动所述脉冲宽度调制信号的负载循环(duty cycle),f)获取所述脉冲宽度调制信号的负载循环的值D1,g)基于负载循环值D1和上拉电阻值Rpu确定电阻值。由于该实施例，从而能够获得电阻元件的任何电阻值的高监测分辨率。此外，测量电阻值独立于温度以及电元件公差，而仅取决于上拉电阻的公差。根据本发明的方面，负载循环的变动是通过当输出信号等于或位于高阈值电压值之上时将所述脉冲宽度调制信号转换至高电压值，以及当输出信号等于或低于低阈值电压值时将所述脉冲宽度调制信号转换至低电压值来实现的。该解决方案优势地允许了对输出信号的变动的良好的控制，以及由此造成的对产生的脉冲宽度调制信号的变动的良好的控制。根据本发明的另一方面，脉冲宽度调制信号在一周期上的负载循环D由以下的公式计算出
权利要求
1.一种用于测量电阻元件(2)的电阻值Rth的方法，其包括a)将具有已知的电阻值Rpu的上拉电阻(3)串联连接至电阻元件(2)，并将第一电压值 Vp提供至所述上拉电阻(3)的自由端(3’)，以及将较低的第二电压值提供至所述电阻元件 ⑵的自由端(2’)，以形成分压器⑷，b)监测表示所述电压元件(2)和所述上拉电阻(3)之间的电压值的信号\，c)确定所监测的信号和产生的脉冲宽度调制信号(Vpwm)之间的差值，所述脉冲宽度调制信号具有电压值Vp和VN，分别作为高电压值和低电压值。d)将该差值在时间上积分，以获得输出信号VTK，e)基于输出信号Vtk在时间上的变动，变动所述脉冲宽度调制信号Vtk的负载循环，f)获取所述脉冲宽度调制信号的负载循环的值D1,g)基于负载循环值D1以及上拉电阻值Rpu确定所述电阻元件的电阻值。
2.如权利要求I所述的方法，其中所述负载循环的变动是通过当所述输出信号等于或位于高电压阈值(Vhi)之上时将所述脉冲宽度调制信号(Vpwm)转换至高电压值，以及当所述输出信号(Vtk)等于或低于低电压阈值值(Vm)时将所述脉冲宽度调制信号(Vpwm)转换至低电压值来实现的。
3.如权利要求I所述的方法，其中根据下面的公式，通过表示所述脉冲宽度调制信号随时间的变动的数字计数器值Con和Ctw,计算所述脉冲宽度调制信号的负载循环的值D1
4.如权利要求3所述的方法，其中每当所述脉冲宽度调制信号(Vpwm)值从低压值转换至高压值时，计数器值Cw被设定至零且只要所述脉冲宽度调制信号(Vpwm)保持在该高压值则其以固定的频率步增。
5.如权利要求3所述的方法，其中只要所述脉冲宽度调制信号(Vpwm)等于低电压值，则计数器值Ctw以固定的频率步增，而只要所述脉冲宽度调制信号(Vpwm)等于高压值，则其被设定且保持在等于零的值。
6.如权利要求I所述的方法，其中所述电阻元件的电阻值由以下的公式确定
7.如权利要求I所述的方法，其包括h)颠倒在序列的相应的自由端提供的电压值Vp和VN，以及，i)重复步骤b)Me),j)获取负载循环的第二值D2k)基于此前确定的负载循环值D1和D2计算负载循环的等价值Deq，I)基于负载循环值Deq以及上拉电阻值Rpu确定所述电阻元件的电阻。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述负载循环的等价值Deq被根据下列公式方便地计算
9.一种用于测量电阻元件(2)的电阻值Rth的电路(1，101)，所述电路包括在共用节点(5)处串联连接至所述电阻元件(2)的上拉电阻(3)、用于产生脉冲宽度调制信号(Vpwm)的脉冲宽度调制信号生成器电路(100)、所述脉冲宽度调制信号电路(100)具有连接至用于计算所述共用节点处(5)的电压信号(Vs)和所述脉冲宽度调制信号之间的差值的加法器(6)的输入端以及连接至数字逻辑单元(9)的输出端。
10.如权利要求9所述的电路，其中所述脉冲宽度调制信号生成器电路(100)包括电压积分器(7)，其具有连接至加法器(6)的输入端，以及连接至电压转换器(8)的输出端，所述电压转换器产生脉冲宽度调制信号(Vpwm)且具有连接至所述数字逻辑单元(9)的输出端。
11.如权利要求9所述的电路，其中第二转换器(15)被连接在上拉电阻(3)的自由端(3')和数字逻辑单元(9)之间，且第三转换器(16)被连接在电阻元件(2)的自由端 (2/ )和逻辑单元(9)之间，所述第二转换器(15)和第三转换器(16)被配置为替换地提供高的第一电压值(Vp)和低的第二电压值(Vn)至上拉电阻(3)的自由端(3')以及电阻元件⑵的自由端。
12.如权利要求9所述的电路，其中所述上拉电阻(9)被通过多路器装置(17)串联连接至电阻元件(2)。
全文摘要
一种用于测量电阻元件的电阻值RTH的方法，其包括将具有已知电阻值的上拉电阻串联连接至所述元件，且提供第一电压值VP至所述上拉电阻的自由端，以及第二较低的电阻值VN至所述元件的自由端；监测表示在所述元件和所述上拉电阻之间的电阻值的信号；确定监测到的信号和产生的信号PWM之间的差值，所述信号具有分别作为高电压值和低电压值的VP和VN；将所述差值在时间上积分，以获得所处信号；基于输出信号在时间上的变动变动所述PWM信号的负载循环；获取所述PWM信号的负载循环的值；基于所述负载循环值和所述上拉电阻值确定所述电阻元件的电阻值。还提供了该测量电路。
文档编号G01R27/02GK102608424SQ201210017618
公开日2012年7月25日 申请日期2012年1月19日 优先权日2011年1月19日
发明者F.奥蒂里, S.尼杜 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司