用于跟踪频率信号的方法和相应的用于车辆的传感器单元与流程

本发明涉及根据独立权利要求1的前序部分所述的用于跟踪频率信号的方法和根据独立权利要求8的前序部分所述的相应的用于车辆的传感器单元。

背景技术：
现有技术中已知了数字的和模拟的传感器单元通常要求频率信号作为时钟信号来工作。该频率信号能够由外部馈入或者在内部由振荡器来生成。在转速传感器中，机械传感器自身也能够用作振荡器来经由传统的锁相环电路(PLL)生成内部的频率信号。对于内部的中央传感装置和外围的传感器能够实现传感器内部的振荡器。这些振荡器由于加工公差和工艺波动在使用寿命和温度方面在振荡器校准之后仅能达到约5％的精度/公差。为了达到更高的精度必须实现温度传感器，其补偿振荡器的温度响应(Temperaturgang)。例如在车辆车身电子稳定系统(ESP)、防抱死系统(ABS)、人员保护系统等中使用的对于具有安全至关重要的功能的传感器单元将对传感器单元的功能安全性提出较高的要求。频率信号的监控将例如被用来使得在内部的信号处理上得出结论。在转速传感器中，当监控了根据所利用的时钟信号导出的频率时也能够得出机械性能上的结论。频率信号的监控能够例如实现为诸如SPI接口的数字的接口上的逻辑监控。在专利申请文件DE102010000962A1中描述了用于监控在单元内提供的频率信号的方法和装置。依据所描述的方法，由通信接口接收至少一个时钟信号或控制信号的二元的信号电平，其中，该通信接口被构造为传输符合通信协议的信息。此外，在单元中提供频率信号并且将其与由通信接口接收的时钟信号的信号电平的时间序列作比较，从而获得比较结果。替代地，计数器能够通过控制信号和频率信号来控制，从而获得计数器读数。此外，当该比较结果满足预定的标准时或者当该计数器读数处于预定的值域内时，识别出频率信号的预定的品质，从而通过所识别的频率信号的品质来监控频率信号。

技术实现要素：
依据本发明的具有独立权利要求1的特征的用于跟踪频率信号的方法和相应的具有独立权利要求8的特征的、用于实施跟踪方法的、用于车辆的传感器单元相对来说具有以下优点，即在单元自身中实现对在单元内提供的频率信号的监控和跟踪。由此，频率信号的监控和跟踪使得能够发现时钟发生器或者振荡器有误差的功能。所以能够直接在单元中跟踪并由此来补偿小的频率漂移。同时能够识别并示出硬件缺陷。通过利用外部的参考时钟信号(例如通过由控制器所提供的SPI命令的同步信号或数据查询)能够通过运行期间的调节循环来重新调整时钟发生器或振荡器，从而使得在振荡状态方面取代于约5％的公差而达到约2％的实质上更小的公差。由此以有利的方式，为了得出更高的精度能够略去用于减小振荡器公差的温度传感器的实现，并且省去了实现其所需要的ASIC面积。本发明的实施形式能够实施纯数字式的实现并因此不会有相当大的额外的费用。本发明的实施形式提供了一种用于跟踪频率信号的方法，所述频率信号在单元内提供。在此，经由至少一个接口单元接收至少一个信号并且所提供的频率信号由第一计数器在所述单元内计数。依据本发明，所述第一计数器的当前的计数器读数根据所述至少一个信号存储在所述单元内的第一寄存器中并且由所述单元内的比较单元来与预定的值域作比较。所述值域根据至少一个预定的阈值来限定，其中，当所述由所述第一寄存器作为输出信号输出的所述第一计数器的当前的计数器读数处于所述预定的值域之外时，由所述比较单元生成调节信号，所述调节信号影响所述频率信号的频率的跟踪。此外，经由所述调节信号生成所述频率信号的跟踪信号。为了执行用于跟踪频率信号的方法提出了用于车辆的传感器单元。在此，所述用于车辆的传感器单元包括至少一个用于获取物理量的传感器元件、用于提供频率信号的时钟发生器、用于跟踪所述频率信号的频率的设定单元、至少一个用于与控制器数据通信的接口单元和监控单元，用于监控所提供的频率信号的所述监控单元包括用于计数所提供的频率信号的第一计数器并且经由所述至少一个接口单元从控制器接收至少一个信号。依据本发明，所述监控单元包括第一寄存器和比较单元，所述第一寄存器根据所述至少一个信号存储所述第一计数器的当前的计数器读数，所述比较单元将在所述第一寄存器中存储的当前的计数器读数与预定的值域作比较。所述值域根据至少一个预定的阈值来限定，其中，当所述由所述第一寄存器作为输出信号输出的所述第一计数器的当前的计数器读数处于所述预定的值域之外时，由所述比较单元生成调节信号，所述调节信号影响所述频率信号的频率的跟踪。此外，所述设定单元根据所述调节信号生成所述频率信号的跟踪信号。所述预定的值域表示所述频率信号的预定的频率的可接受的公差范围。所述至少一个接收的信号例如是参考时钟信号或被用作参考时钟信号。在此，传感器单元能够理解为包括至少一个传感器元件的通用部件，所述传感器元件直接或者间接地获取物理量或物理量的改变并优选地将其转化为电气的传感器信号。这能够例如通过发送和/或接收声波和/或电磁波和/或通过磁场或磁场的改变和/或接收诸如GPS信号的卫星信号来实现。所述传感器单元能够包含至少一个接口，所述接口能够硬件和/或软件地被构造。在硬件地构造时，所述接口例如能够是所谓的系统ASIC的一部分，所述部分包括所述传感器单元的不同的功能。然而，所述接口是特有的集成电路或至少部分地由分立的通用部件组成的也是可能的。在软件地构造时，所述接口能够是软件模块，其例如和其他的软件模块一起存在于微控制器之上。具有程序代码的计算机程序产品也是有利的，所述程序代码存储在诸如半导体存储器、硬盘存储器或光存储器的机器可读的载体之上并且当所述程序由在所述传感器单元中的分析和控制单元实施时其用于执行分析。光学的传感器元件也是可能的，所述光学的传感器元件例如包括胶片(Fotoplatte)和/或荧光面和/或半导体，所述光学的传感器元件检测所接收的波的出现或强度、波长、频率、角度等，例如红外线传感器元件。同样地，声学的传感器元件也是可以想象的，例如超声波传感器元件和/或高频传感器元件和/或雷达传感器元件和/或对磁场有反应的传感器元件(例如霍尔传感器元件)和/或磁阻性的传感器元件和/或电感性的传感器元件，所述电感性的传感器元件例如经由通过磁性的感应而产生的电压来记录磁场的变化。可以静态地和/或动态地进行传感器信号的确定。此外，能够连续地或者一次性地执行传感器信号的确定。在此，控制器能够理解为电气的装置，例如安全气囊控制器，其接收由所述传感器单元获取的传感器信号并且处理或分析并通过传输控制信号来控制所述传感器单元。本发明的实施形式既能够用于中央的传感器单元，即用于在控制器中集成的传感器单元，也能够用于外围的传感器单元，这些外围的传感器单元被安置在控制器之外。优选地，方法的实施在传感器单元中实现，所述传感器单元经由具有SPI总线协议和/或PSI5总线协议的接口单元进行数据通信。在此，应用SPI总线协议时，传感器数据读取命令用作所述第一计数器、所述第一寄存器、所述比较单元和所述误差单元的参考时钟信号。应用PSI5总线协议时，同步信号用作所述第一计数器、所述第一寄存器、所述比较单元和所述误差单元的参考时钟信号。此外，鉴于控制信号的期望的时间上的延迟，所述第一计数器将存储在所述第一寄存器中的计数器读数复位为计数器读数“一”而非复位为“零”。由此，所述参考时钟信号既能够用作所述第一计数器的复位信号，也能够用作所述第一寄存器的设置信号(Setzsignal)。因此，所述直接的参考时钟信号将所述第一寄存器设置为所述当前的计数器读数并且所述时间上延迟的参考时钟信号将所述计数器在存储了所述当前的计数器读数后复位。通过从属权利要求中施行的措施和改进方案，在独立权利要求1中给出的用于跟踪频率信号的方法和在独立权利要求8中给出的车辆中的传感器单元的有利的改善是可能的。特别有利的是，所述值域能够通过确定下限值的第一阈值和确定上限值的第二阈值来限定。在此，当第一寄存器中的当前的计数器读数处于第一阈值之下时生成第一误差信号。此外，当第一寄存器中的当前的计数器读数处于第二阈值之上时生成第二误差信号。再者，所述第一误差信号能够影响经由跟踪信号引起频率信号的频率升高的调节信号，并且所述第二误差信号影响经由跟踪信号引起频率信号的频率下降的调节信号。这使得能够以有利的方式简单且快速地实现所期望的值域。通过使用可写且可读的寄存器，能够以有利的方式将所述值域和用于监控频率信号的公差范围简单且快速地匹配至不同的应用情况。在有利的设计方案中，依据本发明的方法能够在单元内计数在所述比较单元中生成的第一和第二误差信号。在此，当相继生成的所述第一误差信号的数量或相继生成的所述第二误差信号的数量达到和/或超过预定的阈值时，能够经由所述接口单元将所述监控信号输出和/或将由所述单元输出的数据标记为无效。由此能够以有利的方式防止一次性的误差测量导致输出报警信号和/或标记信号。在又一个有利的设计方案中，依据本发明的方法能够从多个相继获取的所述第一寄存器的计数器读数形成所述计数器读数的平均值并且将其用作当前的计数器读数。在此，将预先确定所述用于平均值形成的所述第一寄存器的计数器读数的数量。然而优选地能够执行流畅的平均值形成。由此能够以有利的方式进一步改善所述频率信号的频率的一次性误差测量或轻微的振荡的补偿。在依据本发明的传感器单元的有利的设计方案中，所述比较单元能够包括用于存储确定所述值域的下限值的第一阈值的第一寄存器和用于存储确定所述值域的上限值的第二阈值的第二存储器。此外，所述比较单元包括第一比较器和第二比较器，所述第一比较器将所述当前的计数器读数与所述第一阈值作比较，所述第二比较器将所述当前的计数器读数与所述第二阈值作比较。在此，当所述第一寄存器中的所述当前的计数器读数处于所述第一阈值之下时，所述第一比较器生成第一误差信号，并且当所述第一寄存器中的所述当前的计数器读数处于所述第二阈值之上时，所述第二比较器生成第二误差信号。通过使用可写且可读的寄存器，能够以有利的方式将所述值域并由此将用于监控频率信号的公差范围简单且快速地匹配至不同的应用情况。在依据本发明的传感器单元的又一个有利的设计方案中，所述比较单元能够包括第二计数器，所述第二计数器在初始化期间设置在预定的起始计数器读数之上。在此，所述第二计数器将当前的计数器读数作为调节信号输出至所述设定单元，其中，所述第一误差信号提高所述当前的计数器读数且所述第二误差信号降低所述当前的计数器读数。通过所述第二计数器能够简单且快速地生成用于所述频率信号的跟踪的不同的调节信号。在依据本发明的传感器单元的又一个有利的设计方案中，所述监控单元能够包括误差单元，所述误差单元经由第一误差计数器计数所述在所述比较单元中所生成的第一误差信号并且经由第二误差计数器计数所述在所述比较单元中所生成的第二误差信号。在此，所述第二误差信号复位所述第一误差计数器并且所述第一误差信号复位所述第二误差计数器。此外，当所述相继生成的第一误差信号的数量或所述相继生成的第二误差信号的数量达到和/或超过预定的阈值时，所述误差单元经由所述接口单元输出监控信号和/或由所述单元输出的数据标记为无效。这能够以有利的方式简单且成本合适地实现用于示出振荡的误差的比较功能，所述误差不能通过所述频率信号的频率的跟踪来补偿。通过使用具有两个计数器的误差单元，能够以有利的方式阻止一次性的误差测量引起报警和/或标记信号的输出。由此能够以有利的方式确保仅持续生成的有误差的频率信号作为引起报警和/或比较信号的输出的频率信号。例如能够使用时钟信号命令位作为报警和/或标记信号，在识别出有误差的频率信号时将设置所述时钟信号命令位。附图说明附图中示出了并且在接下来的说明书中进一步地阐述本发明的实施例。附图中，相同的附图标记表示实施相同或相似的功能的部件。图1示出了具有控制器和依据本发明的、用于执行依据本发明所述的用于跟踪频率信号或时钟信号的方法的传感器单元的车辆中的传感装置的一个实施例的示意框图；图2示出了图1中的具有传感器元件、时钟发生器、设定单元、监控单元和接口单元的依据本发明的传感器单元的一个实施例的详细的框图；图3示出了用于图1和图2中的、具有比较单元和误差单元的依据本发明所述的传感器单元的监控单元的一个实施例的详细的框图；以及图4示出了用于图3的监控单元的误差单元的一个实施例的详细的框图。具体实施方式如图1至图4所示，所示出的车辆中的传感装置1包括至少一个传感器单元10和控制器40，其例如实施为安全气囊控制器。在所示出的实施例中，传感器单元10包括至少一个用于获取物理量的传感器元件12、用于提供频率信号T(其例如以9MHz的频率来生成)的时钟发生器14、用于生成跟踪信号SN的设定单元16、至少一个用于与控制器40数据通信的接口单元30和用于监控所提供的频率信号T的监控单元20，该监控单元包括用于计数所提供的频率信号T的第一计数器22并且从至少一个接口单元30接收至少一个控制信号LS。依据本发明，监控单元20包括第一寄存器24和比较单元260，该第一寄存器根据至少一个信号LS存储第一计数器22的当前的计数器读数TZ_SA，该比较单元将存储在第一寄存器24中的当前的计数器读数TZ_SA与预定的值域作比较。该预定的值域根据至少一个预定的阈值TZ_Min、TZ_Max来限定。此外，当由第一寄存器24作为输出信号TZR_SA输出的第一计数器22的当前的计数器读数TZ_SA处于预定的值域之外时，比较单元260生成调节信号SE，该调节信号引起对频率信号T的频率的跟踪。在此，设定单元16根据调节信号SE生成频率信号T的跟踪信号SN。预定的值域表示频率信号T的预定的频率的可接受的公差范围。该至少一个接收的信号LS例如是参考时钟信号T_sync或被用作参考时钟信号T_sync。在所示出的实施例中，传感器单元10的接口单元30和控制器40之间的数据通信经由相应的使用SPI(SerialPeripheralInterface：串行外围设备接口)总线协议的通信线路来进行。替代地，也能够将其他合适的总线协议(例如PSI5(PeripheralSensorInterface5：外围传感器接口5)总线协议)用于传感器单元10和控制器40之间的数据通信。如图2所示，第一寄存器24响应于控制信号LS存储当前的计数器读数TZ_SA，该控制信号在所示出的实施例中与SPI总线协议的数据读取命令(RD_Sensor_Data_CH0)相对应，并且用作参考时钟信号T_sync。由于在控制器40中使用了高精度的晶体振荡器，这样的数据读取命令有规律地每500μs高精度并且低公差地由控制器40传输至传感器单元10。在所示出的实施例中，该控制信号LS或数据读取命令将直接用于以第一计数器22的当前的计数器读数TZ_SA设置第一寄存器24。此外将使用经由延迟元件21在时间上延迟的控制信号LS或在时间上延迟的数据读取命令来优选地将第一计数器22复位为计数器读数“一”。由此以有利的方式使得控制信号LS或数据读取命令既能够用作第一计数器22的复位信号，也能够用作第一计数器24的设置信号。第一计数器22的当前的计数器读数TZ_SA和第一寄存器24的内容能够例如通过相应的读取命令(RD_Clock_Counter、RD_Clock_Counter_Register)依据SPI数据协议经由接口单元30从监控单元20中读出。外围传感器的工作原理是相似的，其中，控制器40经由PSI5协议每500μs读出外围传感器10的同步的数据。由此将具有T＝500μs的周期时间的控制信号LS用作传感器10的内部时钟发生器14的频率的跟踪的参考时钟信号T_sync。如图3继续示出的那样，比较单元260包括平均值形成器265，其根据计数器读数TZ_SA的预定数量(2N)以及第一寄存器24的相应的输出数据TZR_SA形成平均值MW，该平均值将被用于后续的处理。优选地，该平均值形成器265执行流畅的平均值形成。时钟信号T的频率跟踪的检查率能够经由所使用的计数器读数的数量来预先确定。替代地，能够取代该平均值形成器而采用低通滤波器。如图3继续示出的那样，比较单元260包括用于存储确定该值域的下限值的第一阈值TZ_Min的第二寄存器262和用于存储确定该值域的上限值的第二阈值TZ_Max的第三寄存器264。通过使用可写且可读的寄存器262、264能够以有利的方式将用于监控频率信号T的值域并由此将公差范围匹配至不同的应用情况。此外，在所示出的实施例中，比较单元260包括第一比较器266和第二比较器268，第一比较器266将由第一寄存器24作为输出信号TZR_SA输出的第一计数器22的计数器读数TZ_SA的平均值MW与第一阈值TZ_Min作比较，第二比较器将由第一寄存器24作为输出信号TZR_SA输出的第一计数器22的计数器读数TZ_SA的平均值MW与第二阈值TZ_Max作比较。当由第一寄存器24输出的计数器读数TZ_SA的当前的平均值MW比第一阈值TZ_Min小时，第一比较器266生成第一误差信号“up”(上)；并且当由第一寄存器24输出的计数器读数TZ_SA的当前的平均值MW比第二阈值TZ_Max大时，第二比较器268生成第二误差信号“down”(下)。为了生成调节信号SE，比较单元260包括第二计数器270，其在初始化期间被设置为预定的起始计数器读数，其中，该第二计数器270将当前的计数器读数作为调节信号SE输出至设定单元16。在此，第一误差信号“up”提高当前的计数器读数，而第二误差信号“down”降低第二计数器270的当前的计数器读数。第一和第二阈值TZ_Min、TZ_Max所需的校准值和第二计数器270的起始计数器读数能够例如在制造传感器时的最后一次测量中最后地确定并且存储于EEPROM或OTP(OneTimeProgrammingMemory：一次性编程寄存器)寄存器之中。在初始化传感器10期间能够载入校准值。第二计数器270例如经由初始化信号“PowerOn”(上电)在输入端“load”(负载)处经由数据输入端“data”(数据)被设置为在OTP寄存器中存储的起始计数器读数。在所示出的实施例中，第二计数器270的高的计数器读数相应于时钟信号T的高的频率，并且第二计数器270的低的计数器读数相应于时钟信号T的低的频率。比较器266、268将在第一寄存器24中存储的计数器读数TZ_SA以T_sync_1＝(2N)*T_sync的间隔定期地与相应的阈值TZ_Min、TZ_Max作比较并且根据比较结果生成误差信号“up”、“down”。由此，第二计数器270的计数器读数同样以T_sync_1＝(2N)*T_sync的间隔定期地更新。如果在第一寄存器24中存储的计数器读数TZSA的当前的平均值MW大于第一阈值TZ_Min并且小于第二阈值TZ_Max，那么在第一寄存器24中存储的第一计数器22的计数器读数TZ_SA的当前的平均值MW处于预定的值域内并且不会输出误差信号“up”、“down”。由此第二计数器270的计数器读数和相应的调节信号SE保持不变。如果时钟信号T的频率过低，那么在第一寄存器24中存储的计数器读数TZ_SA的当前的平均值MW低于在第二寄存器262中存储的第一阈值TZ_Min，并且第二计数器270的计数器读数将经由第一误差信号“up”升高且将其作为更高的调节信号SE输出至跟踪单元16。如果时钟信号T的频率过高，那么在第一寄存器24中存储的计数器读数TZ_SA的当前的平均值MW高于在第三寄存器264中存储的第二阈值TZ_Max，并且第二计数器270的计数器读数将经由第二误差信号“down”降低且将其作为更低的调节信号SE输出至跟踪单元16。该跟踪单元根据调节信号SE生成相应的跟踪信号SN，该跟踪信号根据所生成的误差信号“up”、“down”以预定的量向上或向下改变时钟信号T的频率。如图2至4继续示出的那样，监控单元20包括误差单元280，该误差单元通过第一误差计数器282计数由比较单元260所生成的第一误差信号“up”并且通过第二误差计数器284计数在比较单元260中所生成的第二误差信号“down”，以利用时钟信号T识别严重的问题。如图4继续示出的那样，第二误差信号“down”复位第一误差计数器282且第一误差信号“up”复位第二误差计数器284。为了生成监控信号FLAG(标志)，误差单元280包括或门290，其在相继生成的第一误差信号“up”的数量或相继生成的第二误差信号“down”的数量达到和/或超过预定的阈值时生成监控信号FLAG。误差单元280经由接口单元30输出该监控信号FLAG和/或将由传感器单元10输出的数据标记为无效。用于误差信号“up”、“down”的最大数量的阈值例如存储在另外的寄存器285中，其值随后能够由第三比较器286来与第一误差计数器282的当前的计数器读数作比较，并且由第四比较器288来与第二误差计数器284的当前的计数器读数作比较。相应的阈值能够例如同样从OTP寄存器中载入或者通过SPI命令来编程。时钟信号误差位能够例如用作监控信号FLAG或报警信号和/或标记信号，该时钟信号误差位在识别出有误差的时钟信号T时被设置。两个误差计数器282、284的计数器读数将同样相似于第二计数器270以T_sync_1＝(2N)*T_sync的间隔更新。依据本发明的、用于跟踪在单元10内提供的频率信号T的方法经由至少一个接口单元30接收至少一个信号SL。所提供的频率信号T将由在单元10内的第一计数器22计数。依据本发明，根据至少一个信号LS将第一计数器22的当前的计数器读数TZ_SA存储在单元10内的第一寄存器24中并且由单元10内的比较单元260来将其与预定的值域作比较。该值域根据至少一个预定的阈值TZ_Min、TZ_Max来限定，其中，当由第一寄存器24作为输出信号TZR_SA输出的第一计数器22的当前的计数器读数TZ_SA处于预定的值域之外时，在比较单元260中生成调节信号SE，该调节信号引起对频率信号T的频率的跟踪，其中，通过调节信号SE生成频率信号T的跟踪信号SN。该值域能够通过确定下限值的第一阈值TZ_Min和确定上限值的第二阈值TZ_Max来限定。在此，当第一寄存器24中的当前的计数器读数TZR_SA处于第一阈值TZ_Min之下时生成第一误差信号“up”。当第一寄存器24中的当前的计数器读数TZR_SA处于第二阈值TZ_Max之上时生成第二误差信号“down”。第一误差信号“up”引起经由跟踪信号SN引起频率信号T的频率升高的调节信号SE。第二误差信号“down”引起经由跟踪信号SN引起频率信号T的频率下降的调节信号SE。附加地，在比较单元260中所生成的第一和第二误差信号“up”、“down”能够在单元10内计数。在此，当相继生成的第一误差信号“up”的数量或相继生成的第二误差信号“down”的数量达到和/或超过预定的阈值时，经由接口单元30能够输出监控信号FLAG和/或将由单元10输出的数据标记为无效。此外，在与阈值TZ_Min、TZ_Max作比较之前能够根据多个相继获取的第一寄存器24的计数器读数TZR_SA来形成计数器读数TZR_SA的平均值MW，其中能够预先确定用于形成平均值的第一寄存器24的计数器读数TZR_SA的数量(2N)。本发明的实施例接收例如具有约1％公差的用作参考时钟信号T_sync的外部的控制信号LS。内部生成的时钟信号T在没有跟踪的情况下例如包含约5％的公差。对于每个跟踪过程，例如能够将时钟信号T的所期望的频率的0.25％的值用作时钟信号T的频率的改变的量。由此能够经由依据本发明的跟踪达到2％(1％+3*0.25％＝1.75％)以下的时钟信号T的频率的公差。这将显著地改善5％的输出公差。本发明的实施形式以有利的方式提供了频率信号的监控和跟踪，从而识别出时钟发生器或者振荡器的有误差的功能并且直接在单元中跟踪并由此来补偿小的频率漂移。通过利用外部的参考时钟信号能够通过运行期间的调节循环来重新调整时钟发生器或振荡器，从而在振荡状态方面取代于约5％的公差而达到约2％的实质上更小的公差。