(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号源（１′）に対して直列に接続された電源（ＩＱ′）を備え、この電源が評価すべき信号の下側の閾値と上側の閾値の間にある定格電流に設計され、電圧が信号源（１′）の２進信号の信号状態を認識するために電源（ＩＱ′）を介して評価可能である、アース端子（ＧＮＤ）とバッテリ端子または個別端子（ＩＧＮ）を備えた回路系のための、信号源（１′）特にアクティブセンサによって供給される、２つの電流閾値によって定められた２進信号を評価する回路装置において、
電源（ＩＱ′；ＩＱ11，ＩＱ12，ＩＱ13）がバッテリ端子（ＩＧＮ）と信号源（１′）の端子（Ａ１）の間に挿入され、信号源（１′）の端子（Ａ１）とアース（ＧＮＤ）の間の短絡またはアースに対する分路の際に電流制限部材および過負荷防止部材としての働きをすることと、
信号源（１′）のエラー認識および監視のために、電源（ＩＱ′）が複数の単一電源（ＩＱ11，ＩＱ12，ＩＱ13）からなり、この単一電源にそれぞれ１つの増幅回路（Ｔ11，Ｔ12，Ｔ13）が付設され、増幅段（Ｔ11，Ｔ12，Ｔ13）の出力信号（Ｘ11，Ｘ12，Ｘ13）から、信号源（１′）の信号電流の予め定めた最小値を下回ることと、信号電流の予め定めた最大値を上回ることと、電流閾値の間にある、信号源（１′）の予め定めた信号電流中間値が発生することを認識できるように、単一電源が接続されていることを特徴とするの回路装置。
【請求項２】
電源（ＩＱ′）が３個の単一電源（ＩＱ11，ＩＱ12，ＩＱ13）からなり、この単一電源が滅結合ダイオード（Ｄ11，Ｄ12）を挿入して並列に接続され、第１の単一電源（ＩＱ11）が信号電流の最小値に設計され、第２の単一電源（ＩＱ12）が信号電流の中間値と最小値との差に設計され、第３の単一電源（ＩＱ13）が信号電流の最高値と中間値との差に設計されていることを特徴とする請求項１記載の回路装置。
【請求項３】
信号源またはセンサ（１′）の下側の電流閾値（ＩL）が５〜８ｍＡに設定され、上側の電流閾値（ＩH）が１１〜１８ｍＡに設定され、信号電流の最小値として３ｍＡの電流が設定され、中間値として約１０ｍＡの電流が設定され、そして最高値として約１７ｍＡの電流が設定されていることを特徴とする請求項２記載の回路装置。
【請求項４】
回路装置が集積回路の一部であり、単一電源（ＩＱ11，ＩＱ12，ＩＱ13）が電流ミラー回路を基礎として形成され、個々の電源（ＩＱ11，ＩＱ12，ＩＱ13）の定格電流が共通の基準電圧源（ＵREF）からオーム抵抗と他の電流ミラー回路を経て導き出されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つまたは複数に記載の回路装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、請求項１の上位概念に記載した特徴を有する回路装置に関する。このような回路装置はまだ公開されていない先願のドイツ連邦共和国特許出願第１９５１００５５．７（Ｐ７８５０）号明細書に記載されている。この２進信号の源は特にアクティブセンサである。このセンサは異なる２つの電流値または電流閾値を基礎とした方形信号を発生する。この方形信号の周波数は測定すべき情報を得る。
まだ公開されていない先願のドイツ連邦共和国特許出願第４４３４１８０（Ｐ７７４８）号明細書により、２進電流信号、すなわちアクティブセンサの出力信号を評価するための回路装置が知られている。この場合、電流ミラー回路によって、センサ電流に比例する信号電流が得られる。この信号電流は一定の電圧の源のオーム抵抗から求められる。それによって、センサ出力信号に対応する２進電圧信号が生じる。すなわち、電流ミラー回路はセンサ電流信号を２進電圧信号に変換する働きをする。そしてこの電圧信号は少ないコストで、特に小さな必要出力で再処理することができる。
ここで話題になっている種類のアクティブセンサは例えば、自動車の個々の車輪の回転状態を測定するための車輪センサとして使用可能である。車輪回転状態は、例えばアンチロックコントロール、トラクションスリップコントロール、走行安定性コントロール等のために使用される自動車制御系のための特に重要な入力量である。
この制御系または幾つかのその機能は安全臨界と見なされる。なぜなら、故障したときに、ブレーキ機能と走行安定性の少なくとも一方が危険にさらされ得るからである。従って、多数の監視手段、エラー表示等が規定されている。
例えばＡＢＳ（アンチロックコントロール）のコントローラに設けられ、車輪センサまたは他の要素に接続する働きをする端子ピンあるいは所属の回路を短絡しないように設計することが重要である。自動車の場合一般的に消費装置がアースに接続することによって自動車バッテリの片方の極にあるいは電流供給装置に接続されているので、個別の第２の端子または端子ピンはバッテリの第２の極に通じている。これはセンサの端子ピンについても当てはまる。
従って、センサ端子ピンをアースに接続する際に、短絡防止または過負荷防止を行う必要がある。これは実際には、バッテリまたはバッテリの個別端子（例えば陽極）に通じる端子を、短絡時に電流を許容値に制限する電流制限回路を経て案内しなければならなくなる。
更に、互いに独立した複数の端子をセンサのために設けることが規定されている。それによって、センサ故障時またはセンサ端子の短絡時に、この短絡の影響が制約され、他のセンサまたは少なくとも若干の他のセンサが機能しつづける。従って、保護すべき端子はそれぞれ、独立した電流制限部材を備えていなければならない。
本発明の根底をなす課題は、冒頭に述べた種類の回路装置において、短絡に対して安全なように端子ピンを設計するために必要なコストを大幅に低減することであり、その際他の欠点を甘受しないようにすべきである。
この課題は請求項１記載のこのような回路装置によって解決可能であることが判った。すなわち、本発明の回路装置の特徴は、自動車で認められるようなアース端子を備えた回路系において、センサ信号の評価のために使用される電源が、バッテリ端子または個別端子とセンサ端子ピンの間に挿入され、センサピンとアースの間の短絡または分路の際に電流制限部材として、ひいては過負荷防止部材としての働きをすることにある。
本発明によって行われるセンサまたは電源の接続により、今まで端子ピンとバッテリ端子の間に挿入されていた電流制限回路が不要となる。更に、各々のセンサ端子が短絡に対して個別に保護される。なぜなら、各々のセンサまたは各々のセンサ評価回路が、センサ信号を評価するために独立した別個の電源を備えているからである。
この電流制限部材が不要になることは多大の節約を意味する。慣用の電流制限部材と異なり、本発明による回路装置は集積回路によって非常に簡単に実現可能である。この集積回路は、同様に半導体をベースとして構成され集積された熱的な安全装置によって、例えば持続する短絡によって生じる高すぎる損失出力による過負荷に対して簡単に保護することができる。
従属請求項には、本発明による回路装置の特に有利な若干の実施形が記載されている。
本発明の他の特徴、効果および用途は、添付の図に基づく実施の形態の次の説明から明らかになる。
図１はアクティブセンサの出発信号を評価するための回路装置の概略図、
図２はエラー検出を示すための回路装置の概略図、
図３は図２の回路を実施するための集積回路の一部を示す図、
図４は本発明による回路装置の実施の形態を示す、図２と同様な図、そして
図５は図４の回路装置の電源を詳細に示す図である。
図１の実施の形態は、自動車におけるアクティブ回転数センサ１に使用される。このようなセンサ１は自動車制御システムの一部である。このようなセンサ、すなわち車輪センサにより、それぞれの車輪の回転速度に比例する周波数の信号を得ることができる。
図示例では、測定要素はアクティブセンサ１である。このアクティブセンサの出力信号は、２つの電流閾値、すなわち７ｍＡの低電流と１４ｍＡの高電流によって形成される。低電流は、アクティブセンサ１の正常な機能を維持するために必要である。この場合、給電のために端子ＩＧＮが役立つ。自動車では点火装置のスイッチを投入するときに、この端子によって、自動車バッテリの陽極に接続される。アース端子はバッテリの陰極に通じている。
車輪センサ１は２個の単一電源からなる電源として象徴的に示してある。この単一電源は低電流ＩL＝ＩS1を供給する。この低電流は信号の高位相において第２の単一電源の平行接続によってあるいは付加的な電流成分ＩS2によって補われて高電流ＩH＝ＩS1＋ＩS2になる。
アクティブセンサ１に対して直列に第２の電源ＩＱが接続されている。この第２の電源は定格電流ＩQのために設計されている。正確に言うと、この電源は次の説明から明らかなような電流ドレイン（電流シンク）である。
定格電流ＩQはセンサ１の下側の電流閾値、すなわち低電流ＩLよりも高い。好ましくは、両電流閾値ＩLとＩHの間の中間値に一致する電源ＩＱ用定格電流ＩQが選択される。電源ＩＱと平行に、増幅段、ここではトランジスタＴ2のベース−エミッタリンクが設けられている。電源ＩＱによる電圧降下は同時に、増幅段Ｔの入力電圧ＵEである。図１の回路は次のように作用する。
センサ１からの電流が電源ＩＱの印加電流または定格電流よりも小さい（これはセンサ１の低位相で生じる）間は、増幅回路Ｔの入力部の電位ＵEは電源ＩＱにによってほとんど大地電位ＧＮＤに低下させられる。トランジスタＴは遮断されている。増幅回路の出力信号または出力電位ＵA、すなわちトランジスタＴのコレクタ電位は“高い”。出力信号ＵAは供給電圧ＶCCSの全部の値をとる。
これに対して、センサ電流Ｉが電源ＩＱの定格電流ＩQよりも上昇するや否や、トランジスタＴが駆動される。これは、センサ１が高電流ＩRを供給する高位相の場合である。すなわち、電源Ｑはその定格電流ＩQを受け入れることができるだけである。それを超える電流は、トランジスタＴをターンオンするために電位ＵEを上昇させ、それによって出力信号ＵAが“低く”なる。この位相では、電源ＩＱに対して平行に設けられたツェナーダイオードＺによって、入力電位ＵEが制限される。更に、ツェナーダイオードＺを通る電流は、センサ１の運転にとって充分な電流ＩHが流れるようにする。
図１の回路は非常に簡単であり、少ないコストで、センサエラーを認識し表示する回路に拡張可能である。このセンサエラーはアース（ＧＮＤ）またはバッテリ（ＩＧＮ）に対する接続ラインの短絡、ライン中断および分路である。図２はエラー認識を行うこのような回路の作用を示している。この拡張は、第２の電源（図１のＩＱ）を複数の単一電源、ここでは３個の電源ＩＱ1，ＩＱ2，ＩＱ3に分割することによって行われる。この電源の電位はそれぞれ、平行に接続された増幅段によって検出される。この増幅段はトランジスタＴ1，Ｔ2，Ｔ3によって象徴的に示してある。ダイオードＤ１，Ｄ２は単一電源を接続解除するために役立つ。
単一電源ＩＱ1，ＩＱ2，ＩＱ3は、センサ１に直接接続された第１の単一電源源ＩＱ1がライン中断または最低値よりも低いセンサ電流を信号化するように互いに接続され、かつアクティブセンサ１に接続されている。ＩＱ1は本実施の形態では、定格電流Ｉ1＝３ｍＡに設計されているので、信号電流またはセンサ電流Ｉがこの値よりも上昇するときに初めて、所属の増幅段Ｔ1が駆動される。従って、所属の増幅回路Ｔ1の出力部Ｘ1の“高い”はライン中断または他の理由から低すぎるセンサ電流Ｉを示す。
ダイオードＤ１を介して接続された次の単一電源ＩＱ2は、ここでは定格電流Ｉ2＝７ｍＡに設計されている。この単一電源ＩＱ2は、センサ電流が最低値Ｉ1を上回るや否や、電流を流す。単一電源ＩＱ2に平行に設けられた増幅回路Ｔ2の出力部には、センサ電流が両単一電源ＩＱ1，ＩＱ2の定格電流の合計Ｉ1＋Ｉ2に達するかまたは上回るまで、“高い”信号はそのままである。そのとき初めて、段Ｔ2の出力部Ｘ2の信号が“高い”から“低い”に交替する。上記の両単一電源ＩＱ1，ＩＱ2の定格電流の合計（Ｉ1＋Ｉ2）が車輪センサ１の下側の電流閾値ＩLよりも高く、単一電源ＩＱ2の定格電流がセンサの下側位相にまだ達しないので、車輪センサ１の規定通りの運転の場合、すなわちセンサー信号電流が絶えず下側の電流閾値（Ｉ1）と上側の電流閾値（Ｉ2）の間で交替している場合に、評価可能な電圧信号が増幅段Ｔ2の出力部に供される。この電圧信号は電流−電圧変化の結果を示し、図１の出力信号ＵAに一致する。
図２の第３の単一電源ＩＱ3は、エラーによって生じた高すぎるセンサ電流または評価回路への高すぎる入力電流を安定化させるために役立つ。高すぎる電流は分路によってあるいは給電接続部への短絡によって生じ得る。第３の単一電源ＩＱ3の定格電流は上側の限界値を決定する。単一電源ＩＱ1，ＩＱ2，ＩＱ3の定格電流の合計Ｉ1＋Ｉ2＋Ｉ3を上回ると、これは増幅段Ｔ3の駆動、ひいてはこの増幅段の出力部Ｘ3の信号を“高い”から“低い”に交替させることになる。
図３は図２の回路を実現させるための例を示している。図示したすべての要素は集積回路の構成部品である。単一電源ＩＱ1′，ＩＱ2′，ＩＱ3′はここでは電流ミラー回路によって実施されている。オーム抵抗Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3の大きさを適当に定め、供給電圧ＵREFを設定することにより、公知のごとく、単一電源の定格電流または印加される電流が設定される。増幅回路Ｔ1′，Ｔ3′の出力部Ｘ1′，Ｘ3′の電位から、図２に基づいて説明したように、センサエラーが存在するかどうか知ることができる。変化したセンサ信号が他の評価のために増幅回路Ｔ2′の出力部Ｘ2′に生じる。
定格電流を調節するために必要な電圧ＵREFはいかなる場合でも安定化させられているが、少なからぬ用途の場合、供給電圧ＶCC5のためには、安定化されていない電圧または大まかに安定化された電圧で充分である。
上述の説明から判るように、本発明は集積回路の形態で非常に有利に実施可能である。信号評価とエラー認識のために必要な部品は少なくて済む。エネルギー消費が少ない。重要な利点は、部品の精度、電流閾値の調節等に対する高度な要求が不要であることにある。これはこのような回路装置の製作コストに有利に作用する。更に、同じ理由から、作動の高い信頼性が期待される。個々の電源の定格電流、ひいてはエラー認識のための閾値が例えば基準電圧を調節することにより、簡単にかつ少ないコストで変更可能であるので、異なる種類のセンサに容易に適合させることができる。
図４に示す本発明の実施の形態の場合には、図２の回路装置と異なり、単一電源ＩＱ11，ＩＱ12，ＩＱ13からなる電源は、バッテリ端子ＩＧＮ（これは一般的に陽極）と、所属のアクティブセンサ１′を接続するために役立つ端子ピンＡ１との間に挿入されている。一点鎖線はコントローラ内に収納された右側に示す電子回路要素と左側に示す端子ピンＡ１との分離を象徴的に示している。この端子ピンには、信号ラインを介してアクティブセンサ１′が接続されている。第２のセンサ端子はアースＧＮＤにある。電源ＩＱ′とアクティブセンサ１′は、図１〜３に基づいて説明した回路のように、直列に接続されている。
単一電源ＩＱ12または所属の増幅回路Ｔ12は、図２の回路の増幅回路Ｔ2を備えた電源ＩＱ2と同様に、通常の場合その出力部Ｘ12にセンサ信号が供される。電源ＩＱ11と所属の増幅回路Ｔ11はライン中断または開放した端子ピンＡ１を信号化し、単一電源ＩＱ13は端子Ａ１とアースＧＮＤの間での短絡または分路の際に増幅回路Ｔ13の出力部Ｘ13での信号の交替をもたらす。
アースに対する端子Ａ１の短絡の際に発生する最大の短絡電流は、３個の単一電源ＩＱ11，ＩＱ12，ＩＱ13の印加電流の合計、すなわちＩ11＋Ｉ12＋Ｉ13によって与えられる。短絡の存在は出力信号Ｘ13によって示される。特に集積技術で製作される図示した回路は少なくとも、この短絡電流による短時間の負荷に耐えられるように設計されている。短絡の持続時の熱負荷に対して、温度依存型の半導体要素を集積回路に組み込むことができる。この半導体要素は公知のごとく、電流供給部の断路を行う。
図５は単一電源ＩＱ11の詳細を示している。他の単一電源は同じ構造を有する。図１〜３に基づいて既に説明したように、電流ミラー回路が使用される。オーム抵抗Ｒ11の大きさと基準電圧ＵREFの高さは、ダイオードとして接続されたトランジスタＴ113を経て流れる電流を決定する。トランジスタＴ114はＴ112を経て流れる電流と、新たな電流ミラー化によってトランジスタＴ111を経て流れる電流を決定する。トランジスタＴ114を介しての電流ミラー化により、抵抗Ｒ11と基準電圧ＵREFによって調節された電流は電源ＩＱ11の定格電流または印加される電流となる。電源の定格電流はここではＩ11によって示してある。図４に示した他の両単一電源は全く同じように構成されている。
実施の形態では、電流閾値７ｍＡ／１４ｍＡを有するアクティブセンサ１′が使用された。この場合、３個の単一電源ＩＱ11，ＩＱ12，ＩＱ13の定格電流はそれぞれ５ｍＡにセットされた。その際、７ｍＡのセンサ電流は、単一電源ＩＱ11の定格電流Ｉ11＝５ｍＡと、単一電源ＩＱ12からダイオードＤ11を経て供給される２ｍＡの電流とからなっている。１４ｍＡの上側の電流閾値に達すると、この電流は、両電流ＩＱ11，ＩＱ12の定格電流と、電源ＩＱ13によって供給される４ｍＡの差電流とからなる。
センサ１′の短絡時には、電流を１５ｍＡに高めることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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