具有模擬線路適配的傳感器系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有模擬線路適配組件的傳感器系統(tǒng)和方法。一種測(cè)量系統(tǒng)包含：信號(hào)總線，電子控制單元以及模擬傳感器。所述電子控制單元耦合到所述信號(hào)總線。具有模擬線路適配的傳感器也耦合到所述信號(hào)總線。所述模擬傳感器被配置為根據(jù)所選擇的阻抗和所選擇的頻率范圍適配電流消耗。
【專利說明】具有模擬線路適配的傳感器系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器，并且更具體地涉及具有仿真線路適配的傳感器系統(tǒng)和方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]汽車系統(tǒng)是復(fù)雜系統(tǒng)，其包含計(jì)算機(jī)和組件以操作機(jī)動(dòng)車輛和監(jiān)控機(jī)動(dòng)車輛的運(yùn)行。該系統(tǒng)通常包含處理器，處理器控制和監(jiān)控引擎運(yùn)行等。該系統(tǒng)一般操作執(zhí)行汽車功能的各種控制系統(tǒng)。通過監(jiān)控，小問題能夠被識(shí)別并且在變成大問題之前進(jìn)行校正。
[0003]可在汽車系統(tǒng)中使用的典型的傳感器系統(tǒng)包含:處理器、電子控制單元
號(hào)線和傳感器。各種元件需要經(jīng)由信號(hào)線彼此通信。然而，信號(hào)線和組件中的變化可能導(dǎo)致問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本文公開了一種測(cè)量系統(tǒng)，包括:信號(hào)總線；電子控制單元，其耦合到所述信號(hào)總線；以及至少一個(gè)具有模擬線路適配的傳感器，其耦合到所述信號(hào)總線，所述模擬線路適配被配置為根據(jù)所選擇的阻抗和所選擇的頻率范圍適配電流消耗。
[0005]并且本文還公開了一種具有模擬線路適配的傳感器，包括:供電測(cè)量組件，其被配置為獲得供電電壓測(cè)量；線路適配組件，其被配置為根據(jù)所選擇的阻抗、所選擇的頻率范圍以及所述供電電壓測(cè)量生成控制信號(hào)；以及適配組件，其被配置為根據(jù)所述控制信號(hào)適配線路阻抗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是具有線路適配組件的模擬傳感器的汽車控制和測(cè)量系統(tǒng)的框圖。
[0007]圖2是圖示能夠在控制和測(cè)量系統(tǒng)中使用的示例傳感器的圖。
[0008]圖3是圖示提供阻抗適配的模擬傳感器的圖。
[0009]圖4是圖示在傳感器的前端處包含濾波器的模擬傳感器的圖。
[0010]圖5是圖示在傳感器的后端處包含濾波器的模擬傳感器的圖。
[0011]圖6是圖示用于生成適配電流的方法的示意圖，其中在計(jì)算調(diào)節(jié)電流之前進(jìn)行濾波。
[0012]圖7是圖示操作控制和測(cè)量系統(tǒng)的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]現(xiàn)在，將參照附圖描述本發(fā)明，其中在全文中相同的附圖標(biāo)記用于指相同的元件，并且其中所圖示結(jié)構(gòu)和設(shè)備未必按等比例繪出。
[0014]公開了有助于傳感器系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)和方法包含具有模擬線路適配的傳感器。例如，能夠在諸如汽車分析和傳感器系統(tǒng)的測(cè)量和分析系統(tǒng)中使用該傳感器。
[0015]圖1是具有模擬線路適配的傳感器的汽車控制和測(cè)量系統(tǒng)100的框圖。以簡(jiǎn)化的形式提供了系統(tǒng)100，以便有助于理解。應(yīng)當(dāng)了解的是，省略了組件等。
[0016]系統(tǒng)100包括電子控制單元(EOT) 102、沒有線路適配的傳感器104、具有模擬線路適配的傳感器106和信號(hào)線/總線108。E⑶102是控制和/或監(jiān)控機(jī)動(dòng)車輛中的電氣系統(tǒng)的系統(tǒng)。能夠?qū)CU102分配給車輛的特定功能和/或系統(tǒng)，例如，動(dòng)力傳動(dòng)控制、引擎控制、剎車控制、氣囊等。ECU102生成并接收各種信號(hào)，所述信號(hào)包括測(cè)量信號(hào)和控制信號(hào)。
[0017]信號(hào)總線108包含:多個(gè)信號(hào)線，其在E⑶102和系統(tǒng)100的其它組件之間傳遞信息。其它組件包含:可控制的組件、被監(jiān)測(cè)組件，并且包含傳感器104。信號(hào)總線108允許，通過多個(gè)信號(hào)線或連接在它們之間的電線，在各種組件之間進(jìn)行通信。
[0018]傳感器104測(cè)量和/或獲得各種特征的測(cè)量。所述特征例如可包含:振動(dòng)測(cè)量、化學(xué)測(cè)量、溫度測(cè)量、流量測(cè)量、導(dǎo)航信息、位置信息、壓力信息、溫度等。傳感器104可包含各種傳感器，例如，溫度傳感器、冷卻液液位傳感器、霍爾效應(yīng)傳感器、曲軸位置傳感器、油門踏板位置傳感器、加速器、壓力傳感器等。
[0019]ECU102基于測(cè)量信號(hào)根據(jù)控制算法提供控制信號(hào)?？刂菩盘?hào)包含用于機(jī)動(dòng)車輛的各種控制系統(tǒng)的控制信息?？刂葡到y(tǒng)例如可包含:速度控制單元、氣囊控制單元、傳輸控制單元、傳動(dòng)控制單元等。
[0020]控制信號(hào)可基于測(cè)量信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)測(cè)量信號(hào)。例如，可基于扭矩測(cè)量、溫度、油門踏板的角度等來(lái)確定引擎控制信號(hào)。在一個(gè)示例中，引擎控制信號(hào)包含在特定時(shí)間注入多少汽油和注入到選定的氣缸。
[0021]測(cè)量信號(hào)還向E⑶102提供關(guān)于所生成的控制信號(hào)的影響或產(chǎn)生的行為的反饋。例如，引擎控制信號(hào)可對(duì)應(yīng)于所選擇的60mph速度，但是可導(dǎo)致所測(cè)量的55mph速度。這可指示錯(cuò)誤、或在用于生成信號(hào)的控制算法中所需的調(diào)節(jié)、或影響所產(chǎn)生的速度的一些其它因素。
[0022]傳感器104通常位于E⑶102的外部。各種傳感器和E⑶102之間的距離可大幅地變化。按照重量和花費(fèi)，接線是代價(jià)高的，特別是對(duì)于汽車系統(tǒng)。因此，將傳感器104與E⑶連接的信號(hào)總線108通常只使用兩個(gè)信號(hào)線或電線，以輸送功率和傳送信號(hào)。通過使用適當(dāng)?shù)恼{(diào)制接口來(lái)傳送信號(hào)，以便向傳感器供應(yīng)功率同時(shí)傳遞信息。合適的接口的一些示例包含:外圍傳感器接口(PSI)標(biāo)準(zhǔn)版本5、以及數(shù)字傳感器接口(DSI)標(biāo)準(zhǔn)，其用于汽車氣囊和傳動(dòng)系統(tǒng)。
[0023]傳感器104和E⑶之間的長(zhǎng)度和路徑中的變化導(dǎo)致電感和電容中的變化。這些變化能夠使信號(hào)衰減，減慢通信，或者甚至導(dǎo)致不希望的諧振信號(hào)。
[0024]可包含RC濾波器，以減輕不希望的諧振信號(hào)。在一個(gè)示例中，可在傳感器104和將傳感器104連接到ECU102的總線108的電線之間放置該濾波器。此類濾波器抑制針對(duì)傳感器104和ECU102的線路電感和電容器之間的諧振。另外，濾波器能夠削弱注入的EMC。
[0025]然而，使用RC濾波器不足以使E⑶102的阻抗匹配于總線電線108。例如，用于信號(hào)總線108的公共線路包含具有120歐姆的線路阻抗的雙絞線。在一個(gè)示例中，要求E⑶102輸送具有多至70mA的6V至15V。在此類功率水平，由于過多的功率消耗和電阻器兩端的超過可用的供應(yīng)電壓的電壓降(70mA*1200hm>6V)，因此120歐姆的終端是不可接受的。
[0026]對(duì)于傳感器104，可使用RC濾波器，這是因?yàn)閭鞲衅?04通常包含50歐姆電阻器和5-10nf電容器，并且在所選擇的感興趣的頻率范圍中，諸如IOOkHz和5MHz，提供可接受的線路終端。
[0027]除了 RC濾波器外或替代RC濾波器，使用具有模擬線路適配的傳感器106。具有線路適配的傳感器106將線路阻抗適配到針對(duì)所選擇的感興趣的頻率范圍的可接受的水平。具有模擬線路適配的傳感器106不使用附加的離散組件。
[0028]具有線路適配的傳感器106被耦合到信號(hào)總線108并測(cè)量信號(hào)總線108上的變化。所測(cè)量的變化用于確定阻抗適配量，以產(chǎn)生針對(duì)所選擇的頻率范圍的所選擇的線路終端。然后，由具有模擬線路適配的傳感器106使用電流源或其它合適的機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)阻抗適配。通過阻抗適配來(lái)獲得可接受的線路終端。
[0029]需要注意的是，僅針對(duì)所選擇的頻率范圍需要阻抗適配。因此，信號(hào)總線106上的所選擇的頻率范圍之外的信號(hào)不需要測(cè)量總線電壓的變化和/或阻抗適配。
[0030]圖2是圖示能夠在控制和測(cè)量系統(tǒng)中使用的示例傳感器200的圖。以簡(jiǎn)化的形式提供了傳感器200，以便有助于理解。
[0031]傳感器200經(jīng)由信號(hào)總線210連接到控制和測(cè)量系統(tǒng)，信號(hào)總線210包括兩個(gè)信號(hào)線。上面的線路處于可變的電勢(shì)，以及下面的線路通常處于地電勢(shì)附近，但是也可以在另一個(gè)可變的電勢(shì)上。
[0032]傳感器包含:上面節(jié)點(diǎn)210、下面節(jié)點(diǎn)208、傳感器電容器204以及傳感器電路202。上面節(jié)點(diǎn)210連接到信號(hào)總線210的上面線路。上面線路還被稱為PDL線路。下面節(jié)點(diǎn)208連接到信號(hào)總線210的下面線路。電容器204和電路202使用共同的連接并聯(lián)連接到上面節(jié)點(diǎn)210和下面節(jié)點(diǎn)208。電路202提供調(diào)制電流，可經(jīng)由ECU或控制和測(cè)量系統(tǒng)的其它組件接收該調(diào)制電流。
[0033]電路202通常具有較高的阻抗，諸如大于Ik歐姆。這種高阻抗限制了電流消耗的變化，在一個(gè)示例中限制到由供應(yīng)電壓的IV變化所引起的小于1mA。然而，此類傳感器可具有每傳感器的大量的電容，每當(dāng)ECU使用供應(yīng)電壓的調(diào)制發(fā)送同步脈沖或消息時(shí)，可對(duì)電容進(jìn)行充電和/或放電。
[0034]圖3是圖示具有提供阻抗適配的模擬線路適配的傳感器300的圖。以簡(jiǎn)化形式提供傳感器300，以便有助于理解。
[0035]傳感器300包含:傳感器供電302、電流調(diào)制組件304、供電測(cè)量組件306、適配組件308以及傳感器和數(shù)據(jù)處理組件314。傳感器300連接到信號(hào)線310，該信號(hào)線310將該傳感器連接到其它組件，諸如E⑶。傳感器和數(shù)據(jù)處理組件314包含線路適配組件312。
[0036]供電測(cè)量組件306是用以測(cè)量供電電壓并獲得供電或信號(hào)測(cè)量318的機(jī)構(gòu)。在一個(gè)示例中，測(cè)量組件包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)。該組件向線路適配組件312提供供電電壓的信號(hào)測(cè)量318。信號(hào)測(cè)量318還被稱為偏移，并且代表在要求線路適配的已知頻帶內(nèi)的電壓或電流中的變化。供電測(cè)量組件可測(cè)量包括DC組件的完整的供電電壓，但是它還包含高通或帶通濾波器307，以針對(duì)測(cè)量范圍將輸入范圍限制到能夠在信號(hào)和線路諧振的頻率范圍中出現(xiàn)的頻譜成分的幅度。
[0037]線路適配組件312是處理塊，其根據(jù)供電測(cè)量318確定阻抗適配量320。在一個(gè)示例中，使用數(shù)字信號(hào)處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)線路適配組件312。在另一個(gè)示例中，使用模擬組件來(lái)實(shí)現(xiàn)線路適配組件312，模擬組建諸如帶通濾波器，其對(duì)所測(cè)量的供電電壓進(jìn)行濾波并調(diào)節(jié)適配組件308的控制電壓。[0038]然后，向適配組件308提供阻抗適配量320。在一個(gè)示例中，以數(shù)字信號(hào)的形式向組件308供應(yīng)適配量320，以及在另一個(gè)示例中，以控制電壓的形式供應(yīng)適配量320。
[0039]適配組件308根據(jù)阻抗適配量320來(lái)適配線路阻抗。在一個(gè)示例中，適配組件308提供偏移電流，以產(chǎn)生阻抗適配量。
[0040]傳感器和數(shù)據(jù)處理組件314包含線路適配組件312，并且可包含其它組件(未示出)。傳感器組件314獲得測(cè)量，并且以信號(hào)的形式提供該信息。通過經(jīng)由電流調(diào)制組件304的調(diào)制電流來(lái)提供該信號(hào)。
[0041]為了便于理解，提供了示出具有模擬線路適配的傳感器300如何考慮較大延展的電容和阻抗的示例。然而，應(yīng)當(dāng)了解的是，除了所呈現(xiàn)的示例外，可預(yù)期傳感器300和變形。
[0042]PSI5標(biāo)準(zhǔn)指定了被稱為U的線路電感的范圍、被稱為Ce的ECU電容范圍、以及被稱為Cs的累積傳感器電容。線路電感(U)范圍從O至8.7mH。E⑶電容范圍(Ce)從5nF變化至35nF。傳感器電容(Cs)范圍可從5nF變化至107nF。因此，負(fù)載網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率可接近于或甚至在用于數(shù)據(jù)傳輸所指定的頻帶內(nèi)。
[0043]因此，只針對(duì)指定頻帶的線路阻抗的適配限制了諧振并提高了信號(hào)總線的可靠性。此外，通過減少傳感器電容器來(lái)使最低的諧振頻率顯著地向上移動(dòng)是可能的，這導(dǎo)致可實(shí)現(xiàn)的的信道容量的增加。
[0044]對(duì)于這個(gè)示例，Ll=OihH至8.7mH, CE=5nF至35nF，并且Cs=5nF至107nF。使用這些值，典型的傳感器可通過具有125至189Bit/s的數(shù)據(jù)率的曼徹斯特編碼的電流調(diào)制來(lái)傳送數(shù)據(jù)。
[0045]第一諧振是由串聯(lián)連接的傳感器電容器和信號(hào)線電感所引起的串聯(lián)諧振模式。由Zresl和Zres2表示的零點(diǎn)，由下式確定:
【權(quán)利要求】
1.一種測(cè)量系統(tǒng)，包括: 信號(hào)總線； 電子控制單元，其耦合到所述信號(hào)總線；以及 至少一個(gè)具有模擬線路適配的傳感器，其耦合到所述信號(hào)總線，所述模擬線路適配被配置為根據(jù)所選擇的阻抗和所選擇的頻率范圍適配電流消耗。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述電子控制單元被配置為接收測(cè)量信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括多個(gè)傳感器，所述傳感器被耦合到所述信號(hào)總線并被配置為提供測(cè)量信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中具有所述模擬線路適配的所述傳感器是壓力傳感器、加速傳感器或磁場(chǎng)傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述模擬傳感器被配置為測(cè)量供電電壓，并且根據(jù)所測(cè)量的供電電壓和所選擇的阻抗計(jì)算調(diào)節(jié)量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述模擬傳感器包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器被配置為從所述信號(hào)總線測(cè)量供電電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中具有所述模擬線路適配的所述傳感器包含電流源、測(cè)量組件以及線 路適配組件，其中所述測(cè)量組件耦合到所述信號(hào)總線和所述線路適配組件，并且所述電流源耦合到所述信號(hào)總線和所述線路適配組件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述測(cè)量組件被配置為從所述信號(hào)總線測(cè)量供電電壓，并且向所述線路適配組件提供供電測(cè)量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述線路適配組件至少部分地根據(jù)所述供電測(cè)量生成用于所述電流源的控制信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述控制信號(hào)是控制電壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述控制信號(hào)是數(shù)字信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括濾波器，所述濾波器耦合到所述信號(hào)總線。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括濾波器，所述濾波器耦合到所述信號(hào)總線，并被配置為從供電電壓移除DC成分。
14.一種具有模擬線路適配的傳感器，包括: 供電測(cè)量組件，其被配置為獲得供電電壓測(cè)量； 線路適配組件，其被配置為根據(jù)所選擇的阻抗、所選擇的頻率范圍以及所述供電電壓測(cè)量生成控制信號(hào)；以及 適配組件，其被配置為根據(jù)所述控制信號(hào)適配線路阻抗。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的傳感器，其中所述供電測(cè)量組件被配置為從信號(hào)總線獲得所述供電電壓測(cè)量。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的傳感器，其中所述線路適配組件被配置為將所述供電電壓測(cè)量除以所選擇的阻抗以生成第一值。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的傳感器，其中所述線路適配組件被配置為計(jì)算旁路電流以生成第二值。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的傳感器，其中所述控制信號(hào)基于所述第一值和所述第二值的組合。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的傳感器，其中所述線路適配組件使用濾波器以根據(jù)阻抗轉(zhuǎn)移函數(shù)計(jì)算調(diào)節(jié)值。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的傳感器，其中所述適配組件被配置為根據(jù)所述控制信號(hào)改變電流消耗。
21.一種操作傳感器系統(tǒng)的方法，所述方法包括: 提供所選擇的阻抗和所選擇的頻率范圍； 測(cè)量供電電壓； 根據(jù)所測(cè)量的供電電壓、所選擇的阻抗以及所選擇的頻率范圍生成控制信號(hào)；以及 根據(jù)所述控制信號(hào)調(diào)節(jié)電流消耗。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括在測(cè)量所述供電電壓之前對(duì)所述供電電壓進(jìn)行濾波。
【文檔編號(hào)】B60R16/02GK104015674SQ201410068175
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月28日
【發(fā)明者】D·哈默施密特 申請(qǐng)人:英飛凌科技股份有限公司