一种集成传感器设备和传感器装置

申请号 CN201520724899.1 申请日 2015-09-18 公开(公告)号 CN205232222U 公开(公告)日 2016-05-11
申请人 英飞凌科技股份有限公司; 发明人 D.汉默施密特;
摘要 传感器 设备和传感器布置。根据 实施例 集成传感器设备(130)包括感测元件(140)和将与外部控制设备(110)通信的通信 接口 (150)。 通信接口 (150)包括将从外部设备接收指示要改变传输模式的 请求 的 信号 的接收机 电路 (160)和将基于接收信号而改变传输模式的发射机电路(170)。通过使用实施例,改善包括传感器的系统甚至在不利操作条件下的稳健性、简化此类实现或架构、其 能量 消耗和其 基础 设施的带宽之间的权衡可以是可能的。
权利要求

1.一种集成传感器设备,包括:
感测元件;以及
通信接口,将与外部控制设备通信,其特征在于该通信接口包括将从外部设备接收指示要改变传输模式的请求信号的接收机电路以及将基于接收信号而改变传输模式的发射机电路。
2.根据权利要求1所述的集成传感器设备,其中,所述发射机电路被配置成在多个传输模式中的一个中发射信号,所述多个传输模式包括默认传输模式和至少一个另外的传输模式,其与默认传输模式相比允许以较高的针对失真的稳健性来进行信号传输
3.根据权利要求2所述的集成传感器设备,其中所述发射机电路被配置成在集成传感器设备的上电、集成传感器设备的初始化和不存在指示改变不同于所述传输模式的传输模式的请求的信号中的至少一个之后在预定传输模式中进行发射。
4.根据权利要求2或3中的任一项所述的集成传感器设备,其中,所述至少一个另外的传输模式与默认传输模式相比包括要发射信号的降低传输速度、要发射信号的较大振幅、使用允许检错的检错码、使用允许改善的检错的检错码、改变要发射信号的结构、改变不同或冗余传感器设备的传输序列以及重发包括被感测元件检测的量的值的消息中的至少一个。
5.根据权利要求2或3中的任一项所述的集成传感器设备,其中,所述多个传输模式包括多个另外的传输模式。
6.根据权利要求2或3中的任一项所述的集成传感器设备,其中,所述集成传感器设备被配置成耦合到电源,并且其中,所述集成传感器设备被配置成响应于由电源提供的较高电功率而增加发射信号的振幅和响应于由电源提供的较高电功率而改善集成传感器的电源抑制比中的至少一个。
7.根据权利要求2或3中的任一项所述的集成传感器设备,其中,所述通信接口被配置成异步地发射信号。
8.根据权利要求2或3中的任一项所述的集成传感器设备,其中,所述通信接口被配置成使用脉宽调制方案、振幅调制方案、曼彻斯特调制方案、基于调制要发射信号的电流平的传输方案以及基于调制要发射信号的电压水平的传输方案中的至少一个进行发射。
9.根据权利要求2或3中的任一项所述的集成传感器设备,其中,所述通信接口被配置成使用PSIx通信协议、SPC通信协议、SENT通信协议、LIN通信协议、以及DSIx通信协议中的至少一个。
10.一种传感器装置,其特征在于所述传感器装置包括根据权利要求1-9中的任一项的集成传感器设备和控制单元,所述控制单元包括:
接收机电路,将接收指示由传感器设备感测的值的信号;
监视电路,将监视接收信号的质量;以及
发射机电路,当监视的接收信号的质量指示接收信号退化、接收信号质量改善和接收信号恒定质量中的至少一个时,其发射指示要改变传输模式的请求的信号。
11.根据权利要求10所述的传感器装置,其中,所述监视电路被配置成基于统计分析而监视接收信号的质量。
12.根据权利要求10或11中的任一项所述的传感器装置,其中,所述监视电路被配置成至少基于检错码的验证、监视接收信号的计时变化、监视包括在接收信号中的消息计数器以及检测遗漏消息或其一部分中的一个来监视接收信号的质量。
13.根据权利要求10或11的任一项所述的传感器装置,其中,所述发射机电路被配置成发射指示要改变传感器设备的传输模式的请求的信号,以在传感器设备上电、传感器设备初始化和不存在指示要改变传输模式的请求的信号中的至少一个之后以与传感器设备在其中操作的预定传输模式相比而言较高或较低的针对失真的稳健性进行发射。
14.根据权利要求13所述的传感器装置,其中,允许传感器设备按照信号的指示以较高稳健性进行发射的所述传输模式与传感器设备的默认传输模式相比被配置成以降低的信号传输速度来发射信号、以较大信号振幅来发射信号、使用允许检错的检错码来发射信号、使用允许改善检错的检错码来发射信号、改变帧结构、改变不同或冗余传感器设备的传输序列、以及包括重发包括由传感器设备检测的量的值的消息的发射信号中的至少一个。
15.根据权利要求10或11中的任一项所述的传感器装置,其中,所述发射机电路被配置成发射信号,该信号指示要变成传感器设备的多个传输模式中的传感器设备的一个传输模式的请求,其中所述多个传输模式包括默认传输模式和多个另外的传输模式。
16.根据权利要求10或11中的任一项所述的传感器装置,其中,所述发射机电路被配置成当监视的接收信号质量指示接收信号的退化时发射指示将传输模式变成具有针对失真的较高稳健性的传输模式的请求的信号。
17.根据权利要求10或11中的任一项所述的传感器装置,其中发射机电路被配置成当监视的接收信号质量指示接收信号的质量改善和接收信号的恒定质量中的至少一个时发射指示将传输模式变成具有针对失真的较低稳健性的传输模式的请求的信号。
18.根据权利要求10或11中的任一项所述的传感器装置,其中,所述接收机电路包括输入滤波器,其包括基于可改变拐点频率的滤波器特性,并且其中,接收机电路被配置成当信号指示要变成允许以降低传输速度来发射信号的传输模式的请求时减小拐点频率。
19.根据权利要求10或11中的任一项所述的传感器装置,其中,所述接收机电路包括尖峰滤波器,其包括基于可改变最大时间的滤波器特性,并且其中,所述接收机电路被配置成当信号指示要变成允许以降低传输速度发射信号的传输模式的请求时增加最大时间。
20.根据权利要求10或11中的任一项所述的传感器装置,其中,所述控制单元被配置成为传感器设备提供电功率,并且在监视的接收信号的质量指示接收信号的质量退化时增加提供到传感器设备的电功率。
21.根据权利要求10或11中的任一项所述的传感器装置,其中所述接收机电路被配置成从多个传感器设备接收信号,其中,所述监视电路被配置成监视所述多个接收信号的质量,并且其中,所述发射机电路被配置成向所述多个传感器设备中的传感器设备中的至少一个、包括所述多个传感器设备中的至少两个不同传感器设备的一组传感器设备、以及所述多个传感器设备中的所有传感器设备发射指示要改变传输模式的请求的信号。
22.根据权利要求10或11中的任一项所述的传感器装置,其中,所述接收机电路被配置成异步地接收信号。
23.根据权利要求10或11中的任一项所述的传感器装置,其中,所述接收机电路被配置成使用脉宽调制方案、振幅调制方案、曼彻斯特调制方案、基于调制接收信号的电流水平的传输方案、以及基于调制接收信号的电压水平的传输方案中的至少一个来接收信号。
24.根据权利要求10或11中的任一项所述的传感器装置,其中,所述接收机电路被配置成使用PSIx通信协议、SPC通信协议、SENT通信协议、LIN通信协议以及DSIx通信协议中的至少一个。
25.一种传感器装置,其特征在于所述传感器装置包括根据权利要求1-9中的任一项所述的集成传感器设备和控制单元,所述控制单元包括:
接收机电路,将从传感器设备接收指示量的值的信号;以及
监视电路,将监视接收信号的质量,
其中控制单元被配置成为传感器设备提供电功率,并且在监视的接收信号的质量指示接收信号的质量退化时增加提供到传感器设备的电功率。

说明书全文

一种集成传感器设备和传感器装置

技术领域

[0001] 实施例涉及集成传感器设备、控制单元以及方法。

背景技术

[0002] 在许多技术领域中,由于不同的原因而检测或监视物理、化学及其它量。为了检测这些量,可使用传感器。对这些量进行检测的位置常常不同于对相应数据进行收集、预处理或处理的位置。因此,传感器相关数据被从传感器发射到单元,数据至少被收集在那里。
[0003] 虽然在技术和应用的许多领域中,可使用非常尖端的传输方案将传感器相关数据从传感器发射到其它单元,但存在简化被用于发射这些数据的基础设施的趋势。在这些领域和应用中的至少某些中,可存在可比较地艰苦的操作条件,例如引起传感器的传输中的干扰。然而,同样在这些更加困难的操作条件下,相关数据的可用性对于操作机器或系统而言可能是重要或者甚至是决定性的。
[0004] 虽然包括其基础设施的高度尖端的传输方案可能能够甚至在更恶劣的操作条件下操作传感器,但存在简化将传感器相关数据从传感器发射到控制单元等所必需的基础设施的实现的趋势。例如,屏蔽、可用空间、计算能能量消耗及其它边界条件的可用性可能被限制。尽管如此,可能期望此类系统的稳健(robust)操作、简单的实现或架构和用于发射数据的稳健的协议。同时,存在经由所得到的基础设施来增加数据的带宽或可用吞吐量(through-put)的愿望以能够向其它单元提供大量的传感器相关数据和/或将尽可能多的传感器耦合到其它单元。
[0005] 例如,在高容积架构和低成本实现的领域中,发现此挑战的解决方案可能比在其它技术领域中更加相关。例如,在机动或非机动车辆中的传感器相关应用可能经受多种艰苦的操作条件和不同种类的许多失真。例如,失真可来自用来操作车辆的系统的电脉冲,其可电容或电感耦合到被用来从此类传感器向另一单元发射数据的传输链路中。情况可能被环境条件进一步恶化,这可导致信号退化,例如由于大的温度变化或的影响。此外,此类基础设施可经受机械应力,包括例如冲击和振动。
[0006] 虽然,在电气系统和信号传输方案的情况下,这些影响可能比在其它传输方案中更加显著,但类似挑战不仅在使用电信号时、而且在使用磁信号、光信号或其它信号来发射或交换数据时出现。此外,在其它技术领域,也存在相当的情况,包括非高容量架构和/或非低成本应用。实用新型内容
[0007] 因此,存在一种需求,以改善甚至在不利操作条件下的包括传感器的系统的稳健性、简化此类实现或架构、其能量消耗和基础设施的带宽之前的权衡。
[0008] 用根据独立权利要求中的任一项的集成传感器设备、控制单元和方法可满足此需求。
[0009] 集成传感器设备包括感测元件和用以与外部控制设备通信的通信接口通信接口包括用以从外部设备接收指示改变传输模式的请求的信号的接收机电路,以及将基于接收信号来改变传输模式的发射机电路。
[0010] 通过允许外部控制设备改变集成传感器设备的传输模式来改善甚至在不利条件下操作的稳健性、简单的实现或架构、能量消耗和可用带宽之间的前述权衡可以是可能的。
[0011] 可选地,在集成传感器设备中,可将发射机电路配置成在多个传输模式中的一个中发射信号,其中,所述多个传输模式包括默认传输模式和至少一个另外的传输模式,其与默认传输模式相比允许以较高的针对失真的稳健性来进行信号传输。可选地,在集成传感器设备中,可将发射机电路配置成在集成传感器设备的上电、集成传感器设备的初始化和不存在指示改变不同于所述传输模式的传输模式的请求的信号中的至少一个之后在预定传输模式中进行发射。这些措施中的任何措施可使得通过分别地从预定传输模式切换至所述至少一个另外的传输模式或默认传输模式来增加针对失真的稳健性或者增加数据吞吐量是可能的。
[0012] 另外或替换地,在集成传感器设备中,所述至少一个另外的传输模式与默认传输模式相比可包括要发射信号的降低传输速度、要发射信号的较大振幅、使用允许检错的检错码、使用允许改善检错的检错码、以及重发包括被感测元件检测的量的值的消息中的至少一个。通过实现这些措施中的一个或多个,增加被用于发射一条特定信息的能量的量可以是可能的。因此,接收机电路可以能够甚至在不利操作条件下更加可靠地检测包括由感测元件检测的量的值的信号。例如,使用检错码可引入附加冗余度,使得被用于发射量的值的总能量增加,并且显著地降低未检出错误概率。类似地,降低传输速度、使用较大振幅和/或重发消息也可增加被用于发射量的值的能量。
[0013] 另外或替换地,在集成传感器设备中,所述多个传输模式可包括多个另外的传输模式。这可允许外部控制设备将集成传感器设备从默认传输模式切换至与默认传输模式相比提供针对失真的较高稳健性的至少两个不同的另外的传输模式中的一个。例如,取决于失真的种类,外部控制单元可选择所述多个传输模式中的最有前途的另一传输模式。所述多个传输模式可提供抵抗(counteract)不同种类的失真的可能性和/或提供取决于目前的失真而更加可靠地发射指示由感测元件检测的量的值的信号的机会。所述多个另外的传输模式可另外或替换地包括与另外的传输模式中的一个或多个相比提供更稳健的传输的另外的传输模式。因此,实现传输模式的分级结构可以是可能的,其可以在失真的数目或失真的强度增加的情况下被使用。
[0014] 另外或替换地,可将集成传感器设备配置成耦合到电源,其中可将集成传感器设备配置成响应于由电源提供的较高电功率而增加发射信号的振幅和响应于由电源提供的较高电功率而改善集成传感器的电源抑制比(PSRR)中的至少一个。
[0015] 另外或替换地,可将集成传感器设备配置成注意到由ECU增加了供应(supply)并将这视为变成更可靠的协议选项的指示,从而以更多的能量、冗余度或每条信息的时间从集成传感器设备向外部设备发射数据,并且因此在已失真环境中更可靠地工作。
[0016] 另外或替换地,在集成传感器设备中,可将感测元件配置成检测量的值,其中可将感测元件耦合到通信接口,并且其中,可将通信接口配置成发射指示检测到的量的值的信号。可选地,集成传感器设备还可包括耦合在感测元件与通信接口之间的处理电路,其中可将所述处理电路配置成处理检测到的量的值,并将已处理的量的值提供到通信接口,并且其中,可将所述通信接口配置成发射指示已处理值的信号。例如,集成传感器设备可因此能够向由感测元件提供的传感器信号应用校准数据。然而,还可例如基于查找表或其它数据处理算法而应用更加复杂的信号处理算法和/或操纵。
[0017] 另外或替换地,集成传感器设备可包括监视电路,以监视接收信号的质量,并且当接收信号的质量指示接收信号质量的退化时,将传输模式变成允许以针对失真的较高稳健性来发射信号的传输模式。集成传感器设备因此还可允许监视接收信号本身的质量并在观察到接收信号的退化的情况下采取行动。这还可独立于外部控制单元的影响而改善在不利操作条件下的操作的稳健性。接收信号可例如包括指示到集成传感器设备的请求的信号、状态消息以及到其它设备的请求等。例如,在集成传感器设备中,可将监视电路配置成基于统计分析来监视接收信号的质量。
[0018] 另外或替换地,在集成传感器设备中,可将监视电路配置成检测电失真的电指示。例如,可将监视电路配置成检测增加的供应电压脉动。在这种情况下,可将发射机电路配置成将传输模式变成基于更可靠的协议的更多的传输模式。例如,可将发射机电路配置成变成包括降低的速度和增加的信号电平中的至少一个的传输模式。因此,集成传感器设备可能能够抵抗电供应问题。
[0019] 另外或替换地,在集成传感器设备中,可将通信接口配置成异步地发射信号。通过使用异步传输协议,可通过避免提供被用来发射要发射信号的公共时钟信号来简化较大系统中的集成传感器设备的实现。
[0020] 另外或替换地,在集成传感器设备中,可将通信接口配置成使用脉宽调制方案、振幅调制方案、基于调制要发射信号的电流水平的传输方案以及基于调制要发射信号的电压水平的传输方案中的至少一个来进行发射。另外或替换地,在集成传感器设备中,可将通信接口配置成使用PSIx(外围传感器接口,版本x)通信协议、SPC(短PWM代码:PWM=脉宽调制)通信协议、SENT(单边半字节传输)通信协议、LIN(本地互连网络)通信协议以及DSIx(数字串行接口、版本x)通信协议中的至少一个。在这些情况中的任何情况中,x可以是整数或另一版本指示符。
[0021] 控制单元包括:接收机电路,以接收指示由传感器设备感测到的值的信号;监视电路,以监视接收信号的质量;以及发射机电路,以发射在监视到的接收信号质量指示接收信号退化、接收信号质量改善和接收信号恒定质量中的至少一个时发射指示要改变传输模式的请求的信号。
[0022] 通过使用此类控制单元,通过允许控制单元改变传感器设备的传输模式来改善甚至在不利条件下的操作的稳健性、简单的实现或架构、能量消耗和可用带宽之间的前述权衡可以是可能的。
[0023] 可选地,在控制单元中,可将监视电路配置成基于统计分析而监视接收信号的质量。这可允许控制单元检测长期退化并忽视仅短时干扰,其可看起来被隔离。通过忽视干扰的此类隔离实例,增加总体吞吐量并允许以较高频率操作传感器设备可以是可能的。
[0024] 另外或替换地,在控制单元中,可将监视电路配置成至少基于检错码的验证、监视接收信号的计时变化、监视包括在接收信号中的消息计数器以及检测遗漏消息或其一部分中的一个来监视接收信号的质量。监视电路可因此使用多种技术中的一个或多个来检测接收信号的退化。
[0025] 另外或替换地,在控制单元中,可以将发射机电路配置成在传感器设备的上电、传感器设备的初始化和不存在指示要改变传输模式的请求的信号中的至少一个之后发射信号,该信号指示要改变传感器设备的传输模式以便与默认传输模式相比以针对失真的较高稳健性发射信号的请求。可选地,在控制单元中,信号所指示的传输模式与传感器设备的默认传输模式相比可允许以信号的降低传输速度来发射信号、以信号的较大振幅来发射信号、使用允许检错的检错码来发射信号、使用允许改善检错的检错码来发射信号、以及包括重发消息地发射信号中的至少一个,所述消息包括由传感器设备检测的量的值。控制单元因此可引起传感器设备切换至具有每条发射的信息的较高能量的传输模式。例如,通过使用检错码或者改善的检错码,可以引入(附加)冗余,使得每条信息发射更多能量。类似地,通过降低传输速度、使用较大振幅或重发消息,可以增加发射的能量的量,允许控制单元甚至在不利操作条件下更容易地检测信息。
[0026] 另外或替换地,在控制单元中,可将发射机电路配置成发射指示变成传感器设备的多个传输模式中的传感器设备的一个传输模式的请求的信号,其中,所述多个传输模式可包括默认传输模式和多个另外的传输模式。这可允许控制单元在与默认传输模式相比提供针对失真的较高稳健性的至少两个另外的传输模式之间进行选择,例如取决于监视电路检测的失真的种类。控制电路因此可应用选择性措施来抵抗由监视电路监视的失真的影响。如上文所概述的,实现传输模式的分级结构以抵抗不同水平的失真也可以是可能的。
[0027] 另外或替换地,在控制单元中,可以将发射机电路配置成当监视的接收信号质量指示接收信号的退化时发射指示将传输模式变成具有针对失真的较高稳健性的传输模式的请求的信号。另外或替换地,在控制单元中,可以将发射机电路配置成当监视的接收信号的质量指示接收信号质量改善和接收信号恒定质量中的至少一个时发射指示将传输模式变成具有针对失真的较低稳健性的传输模式的请求的信号。第一选项可允许对抗相对于失真的恶化情况,而第二选项可允许在情况允许放松针对失真的预防措施时增加数据的吞吐量。
[0028] 另外或替换地,在控制单元中,可以将发射机电路配置成当监视的信号质量指示接收信号质量改善和接收信号恒定质量中的至少一个时发射指示要改变传感器设备的传输模式以与活动传输模式相比允许以针对失真的较低稳健性发射信号的请求的信号。这可允许控制单元将传感器设备切换回到具有针对失真的较低稳健性的传输模式。这可允许改善较高传输速度与较低能量消耗之间的权衡。因此,当失真的数目或其失真严重性可允许切换回到具有针对失真的较低稳健性的传输模式时,控制单元可引起传感器设备这样做。例如,控制单元可通过甚至在接收信号的恒定质量下切换回去来验证目前传输模式是否仍是适当的。
[0029] 另外或替换地,在控制单元中,接收机电路可包括输入滤波器,其包括基于可改变拐点频率的滤波器特性。可将接收机电路配置成当信号指示变成允许以降低传输速度发射信号的传输模式的请求时减小拐点频率。这可允许更容易地滤出具有较高频率的干扰。
[0030] 另外或替换地,在控制单元中,接收机电路可包括尖峰滤波器,其包括基于可改变最大时间的滤波器特性,其中,可将接收机电路配置成当信号指示变成允许以降低传输速度发射信号的传输模式的请求时增加最大时间。通过实现具有可改变最大时间的尖峰滤波器,并且通过响应于请求变成具有降低传输速度的传输模式的信号来增加最大时间,滤出更大数目的尖峰状干扰可以是可能的。
[0031] 另外或替换地,可将控制单元配置成向传感器设备提供电功率并在监视的接收信号质量指示接收信号质量退化时增加提供给传感器设备的电功率。换言之,控制单元不仅可为传感器设备提供指示传输模式变化的信号,而且其还可通过例如以增加的供应电压和/或增加的供应电流的形式提供更多电功率来帮助传输器设备,以改善针对失真的稳健性。
[0032] 另外或替换地,在控制单元中,可将接收机电路配置成从多个传感器设备接收信号,其中可将监视电路配置成监视所述多个接收信号的质量,并且其中,可将发射机电路配置成向所述多个传感器设备中的传感器设备中的至少一个、包括所述多个传感器设备中的至少两个不同传感器设备的一组传感器设备以及所述多个传感器设备中的所有传感器设备发射指示要改变传输模式的请求的信号。取决于实施方式和存在的干扰,控制单元可改变单个传感器设备、一组传感器设备或者甚至同时地所有传感器设备的传输模式。
[0033] 另外或替换地,在控制单元中,可将接收机电路配置成异步地接收信号。这可允许包括控制单元的架构的更简单实现,因为控制单元可不必以时钟信号的形式提供时间基础以用于从传感器设备向控制单元发射数据。
[0034] 另外或替换地,在控制单元中,可将接收机电路配置成使用脉宽调制方案、振幅调制方案、基于调制接收信号的电流水平的传输方案、以及基于调制接收信号的电压水平的传输方案中的至少一个来接收信号。另外或替换地,在控制单元中,可将接收机电路配置成使用PSIx通信协议、SPC通信协议、SENT通信协议、LIN通信协议以及DSIx通信协议中的至少一个。在这里,x可以再次地是整数或另一版本指示符,如前所述。
[0035] 根据附加或替换示例的控制单元包括将从传感器设备接收指示量的值的信号的接收机电路,以及将监视接收信号的质量的监视电路,其中,所述控制单元被配置成为传感器设备提供电功率并在监视的接收信号质量指示接收信号质量的退化时,例如以增加的供应电压和/或增加的供应电流的形式增加提供到传感器设备的电功率。
[0036] 这可允许控制单元通过向传感器设备提供附加能量来帮助传感器设备以更多的能量提供包括量的值的信号以抵抗干扰的影响。因此,控制单元可允许通过向传感器设备提供附加能量来允许以每条信息更高的能量进行传感器设备的信号传输。通过提供附加能量,失真的影响可以更不严重,并且可改善检测包括在由控制单元接收的信号中的值的可靠性。
[0037] 可由集成传感器设备或传感器设备执行的方法包括根据传输模式来发射指示由感测元件检测的量的值的信号,接收指示要改变传输模式的请求的信号,以及基于接收信号来改变传输模式。
[0038] 可由控制单元执行的方法包括从传感器设备接收指示量的值的信号,监视接收信号的质量,并在监视的接收信号质量指示接收信号质量退化、接收信号质量改善和接收信号恒定质量中的至少一个时发射指示要改变传感器设备的传输模式的请求的信号。
[0039] 可由控制单元执行的方法包括为传感器设备提供电功率,从传感器设备接收指示量的值的信号,监视接收信号的质量,并在监视的接收信号质量指示接收信号质量退化时增加提供给传感器设备的电功率。
[0040] 前述方法过程到目前为止不需要按照提到的顺序执行。可按照不同的顺序来执行不同的过程,除非另外明确地说明。此外,可至少部分地在相同的时间、最终甚至同时地执行过程。例如,其可以用单个动作来执行。因此,用一个或多个动作来执行过程中的超过仅仅一个可以是可能的。该过程还可包括未提到的子过程。还可实现另外的过程。该方法可包括例如反复地执行一个、某些或者甚至所有过程,直至满足预定条件为止。
[0041] 这些方法中的任何方法可例如基于具有程序代码的程序来实现,所述程序代码用于当在可编程软件上运行时执行相应的一个或多个方法。可编程硬件可例如包括处理器、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、现场可编程阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、芯片上系统(SOC)或任何其它可编程硬件。例如,可以以固件的形式来实现用于执行这些方法中的任何方法的程序。可将其包括在程序载体中,诸如存储器非易失性存储器等。
[0042] 例如,可将如上所述的集成传感器设备和控制单元一起在传感器系统或传感器布置中实现。附图说明
[0043] 在附图中将描述本实用新型的多个实施例。
[0044] 图1示出了根据实施例的传感器设备的示意性概述。
[0045] 图1示出了包括集成传感器设备和控制单元的传感器系统的框图
[0046] 图2示出了另一控制单元的框图;
[0047] 图3示出了另一传感器系统的框图;
[0048] 图4示出了包括多个传感器设备的传感器系统的框图;
[0049] 图5示出了可例如由传感器设备执行的方法的流程图
[0050] 图6示出了可例如由控制单元执行的方法的流程图;以及
[0051] 图7示出了可例如由控制单元执行的另一方法的流程图。

具体实施方式

[0052] 在下文中,将更详细地描述根据本实用新型的实施例。在此上下文中,将使用概括参考标号来同时地描述多个对象或者描述这些对象的公共特征、尺寸、特性等。该概括参考标号是基于其单个的参考标号。此外,将用相同或类似的参考标号来表示出现在多个实施例或多个图中但关于其功能或结构特征中的至少某些相同或至少类似的对象。为了避免不必要的重复,涉及此类对象的描述的部分还涉及不同实施例或不同图的相应对象,除非明确地或者——将描述和图的上下文考虑在内——隐含地另外说明。因此,可用至少某些相同或类似特征、尺寸以及特性来实现类似或相关对象,但是还可将其用不同的性质来实现。
[0053] 如前所述,在许多应用领域中,使用也称为传感器的传感器设备来确定物理、化学或其它量的值。然而,对量进行检测的地点或位置可不同于收集、接收、预处理或者甚至处理相应的值的地点或位置。因此,将检测的关于量的值发射到控制单元或另一单元可能是必要的。
[0054] 为了发射此类值,可使用不同的方法、技术和协议。例如,通过在模拟信号中对要发射的值进行编码来发射相应数据可以是可能的,其可在其时间分辨率和可发射的值两者方面是连续的。然而,还可使用允许例如以数字编码的方式发射值的不同的传输协议。在此类情况下,可在被发射的值的时间分辨率及其值范围两者中将被发射的值量化。在其它实施方式中,传输还可包括这些传输方案的任何组合,例如使用时间分辨率方面的连续传输,但是值的量化传输,或者反之。
[0055] 取决于所使用的传输方案,在电传输方案的情况下,为每个单个的传感器设备提供一个或者甚至更多导线或线路可能是必要的。当传感器设备的数目增加时,这可导致相当复杂的传感器系统。例如,在高容量架构和/或低成本架构中,存在减少为诸如控制单元之类的中央单元提供由一个或多个传感器设备收集的数据所必要的基础设施的趋势。在下文中,将描述来自汽车技术领域的示例。然而,到目前为止示例不限于此技术领域。
[0056] 在汽车领域中,可使用不同的协议来允许包括相应传感器接口或通信接口的传感器设备与诸如控制单元之类的此类中央单元通信。这些协议中的某些可采用基于总线系统的通信或传输链路,允许简化布线并将传感器设备连接到中央单元。不同传感器接口和协议的示例包括例如SENT(单边半字节传输)协议、SPC(短PWM代码;PWM=脉宽调制)协议、LIN(本地互连网络)协议、诸如PSI5协议之类的PSIx(外围传感器接口,版本x)协议、以及DSI(数字串行接口)协议,仅列举几个可能的协议和传输技术。
[0057] 常常围绕着数据速率与传输质量之间的权衡来设计类似于先前所述的传感器接口。其常常在诸如机动或非机动车辆的汽车环境之类的环境中使用,其可由于电传感器接口的情况下的电磁耦合(EMC)而干扰传输。这些接口的规格常常被设计成针对电磁耦合停留在用于正常或指定汽车操作的预期范围中的情况而适当地工作。然而,对于例外情况而言,当例如车辆的另一系统受到干扰时,可超过这些规格,导致由这些通信接口发射的信号的受干扰传输。在这些接口中,用于故障弱化的机制通常并未实现并遗漏。
[0058] 被用于从或向传感器设备至诸如控制单元之类的中央单元发射数据的传输协议通常根据部分地非常矛盾的设计目标操作。一方面,传输协议被认为尽可能高效地发射数据,导致高数据吞吐量,使得单个传感器设备或小数目的传感器设备能够以非常高的速率发射检测的量。将更大数目的传感器设备耦合到此类通信链路也可以是可能的,允许在传感器设备之间共享由通信协议和相应通信链路提供的带宽,并且仍使得实现针对传感器设备中的每个的足够高的数据吞吐量而为中央单元提供将履行其任务的数据量。
[0059] 然而,取决于应用,此类通信链路可能面对大量的失真,包括例如由其它部件、环境因素等引起的干扰。例如,在基于导线的传输方案的情况下,干扰可以以电容和/或电感方式耦合到通信链路中。例如,在采用脉宽调制方案来控制部件的发动机控制系统的情况下,高频尖峰可被以电容方式耦合到通信链路中。此外,连接的质量可受插头内部的接触的质量的影响。该情况可由于环境因素而恶化,包括例如湿气、极大变化的温度、机械振动和冲击,仅列举某些示例。
[0060] 为了应对这些干扰,通信或传输链路可提供物理部件,包括例如屏蔽,而且还有逻辑保护,其可被实现为底层协议的一部分。
[0061] 然而,所有这些部件可导致从传感器设备向中央单元发射数据所必需的更加复杂的实现和更加复杂的基础设施。例如,在高容量架构和/或低成本应用中,这些措施可能是不可行的。
[0062] 因此,存在改善传输速度或高数据吞吐量、甚至在不利条件下的稳健操作、简单实现以及能量消耗之间的权衡的挑战。取决于传感器设备的数目,减少消耗的预期能量的数目可以是减少包括包含该传感器设备的系统的传感器系统的总能量消耗的另一方面。
[0063] 图1示出了包括控制单元110和传感器设备120(其可实现为集成传感器设备130)的传感器系统100的框图。在下文中,传感器设备120将被描述为集成传感器设备130。然而,这到目前为止不是必需的。
[0064] 集成传感器设备130包括感测元件140,其也称为传感器元件,并且其被配置成检测物理、化学或另一量的值。感测元件140被耦合到通信接口150以便为通信接口150提供指示该值的信号。例如,感测元件可以是磁场感测元件,其可对磁场强度、作用在感测元件140上的磁场的取向等或磁场的空间分量的任何分量敏感。然而,感测元件140也可以是对诸如与感测元件140相交互的辐射的强度、波长或频率之类的光学量敏感的感测元件、对电场强度、电流等敏感的电感测元件或者对温度、湿度或另一物理或化学量敏感的感测元件。例如,感测元件可包括电阻器、半导体结或对环境性质的变化敏感的另一结构,相应的结构例如用其电阻的变化对所述环境性质变化进行响应。
[0065] 可将通信接口设计和配置成与外部控制设备通信,其可在图1中描绘的传感器系统100中实现为控制单元110。通信接口150包括接收机电路160,其被配置成接收指示要改变传输模式的请求的信号。通信接口150还包括发射机电路170,其被配置成基于接收信号来改变传输模式。为便于此,在图1中描绘的示例中,接收机电路160和发射机电路170被相互耦合。
[0066] 应注意的是虽然在图1中描绘的示例中,接收机电路160和发射机电路170被描绘为单个电路,但发射机电路和接收机电路可共享一个或多个电部件。此外,可将接收机电路160和发射机电路170实现为能够且被配置成完成接收和发射信号两者的收发机电路。将在具有图3和图4的上下文中更详细地描述包括收发机电路的示例。
[0067] 发射机电路170可例如使用异步传输方案来发射指示由感测元件140检测的值的信号。这可允许更容易实现传感器系统100,因为为传感器系统100提供公共时钟信号或公共时间基础可以是可避免的。取决于所使用的传输协议和传输技术,通信接口150可将包括例如脉宽调制方案(PWM方案)和/或振幅调制方案的任何传输方案分别地用于由发射机电路170或接收机电路160发射和/或接收相应信号。在振幅调制方案的情况下,可在至少两个不通过的信号水平中对要编码的信号进行编码。在电通信系统的情况中,传输方案可基于对要发射信号的电流水平进行调制和/或基于对其电压水平进行调制。
[0068] 例如,基于SENT或SPC的传输方案可以是电压调制、脉宽调制方案。例如,在基于LIN的传输方案的情况下,将该信息包括在电压的振幅中。类似地,在基于DSIx的传输方案中,还可在电流水平中对要发射信息进行编码。在基于PSIx的传输方案的情况下,可在所使用的电流水平中对信息进行编码。在这里,可使用曼彻斯特编码方案来发射数据。
[0069] 发射机电路170被配置成在超过仅一个传输模式下操作。更精确地,发射机电路170可在多个传输模式下操作,包括可提供最高数据速率的默认传输模式,以及至少一个另外的传输模式,其与默认传输模式相比允许以针对失真的较高稳健性来发射信号。可例如在集成传感器设备130的上电、集成传感器设备130的初始化或不存在指示要改变传输模式的请求的先前信号之后选择默认传输模式。然而,集成传感器设备130还可在集成传感器设备130的上电、集成传感器设备130的初始化或不存在指示要改变传输模式的请求的先前信号之后在另一预定操作模式中操作。该默认操作模式可以是用于在上述情况下使用的预定传输模式的一个可能性。
[0070] 例如,预定操作模式可以是与默认传输模式相比提供针对失真的较高稳健性的传输模式。这可允许防止启动时的第一通信失败,即使在那时存在严重失真。换言之,其可确保可以甚至在困难的条件下建立启动时的通信。其可进一步允许当例如增加数据速率的尝试失败时通过加电复位而返回到更稳健的设置。
[0071] 为了增加由发射机电路170发射的信号针对失真的稳健性,可与默认传输模式相比增加每条信息或数据发射的能量的量。一条信息可以是单个位、半字节(4位)、字节(8位)或者任何其它数据。例如,所述至少一个另外的传输模式可包括与默认传输模式相比以降低的传输速度发射信号。由于降低的传输速度,增加了经由信号发射的每条信息的时间,使得用于发射该条信息的持续时间×每单位时间的能量的积分比在默认传输模式下更高。
[0072] 类似地,可将较大振幅用于发射信号,其还可增加发射的每条信息的能量。类似于降低传输速度,可重复包括由感测元件140检测的量的值的消息,这还导致在其期间发射该条信息的较大时间量。
[0073] 还可使用允许检测或者甚至纠正发射信号中的错误的检错码或改善检错码,其向信号中引入冗余或者向信号中引入附加冗余,使得至少平均起来也增加被用于发射单条信息的能量的量。例如,作为检错码,可使用不同长度的奇偶校验位、检查和、汉明码或循环冗余校验(CRC)。检错码还可包括使用能够至少纠正某些(例如1位错误)的纠错码。
[0074] 与默认传输模式相比,所述至少一个另外的传输模式可使用一个或多个先前提到的措施来增加在单条信息的传输期间发射的能量的量。换言之,不仅可实现先前提到的措施,而且可实现提供针对失真的较高稳健性的特定的另外的传输模式下的其任何组合。
[0075] 作为仅实现两个传输模式(即默认传输模式和提供针对失真的较高稳健性的单个另外传输模式)的替代,可将发射机电路170配置成在超过仅一个另外的传输模式下操作。例如,可由控制单元110通过向集成传感器设备130发射相应请求来选择多个另外的传输模式中的任何传输模式。
[0076] 如前面概述的,感测元件140被耦合到通信接口150以便为通信接口150提供指示由感测元件140检测的质量的值。通信接口150的发射机电路170可以能够经由传输链路180来将值发射到控制单元110或类似外部设备。传输线180可包括将每个单个传感器设备120耦合到控制单元110的电连接。然而,还可将传输链路180实现为总线或类似电通信链路,其能够将超过仅一个传感器设备120耦合到相应控制单元110或类似外部设备。除电连接之外,还可将传输链路180实现为光学传输链路、磁传输链路等。
[0077] 取决于发射机电路170和传输链路180所使用的传输技术,可将发射机电路170配置成使用相应的编码来生成信号,以发射由感测元件140检测的值。可使用传输链路180来从集成传感器130向控制单元110发射信号。其可进一步被用来还从控制单元110向集成传感器设备130发射指示例如要改变传输模式的请求的信号。
[0078] 作为可选实施方式,集成传感器设备130可包括耦合在感测元件140与通信接口150之间中以处理检测的量值并将已处理量值提供到通信接口150的处理电路190。在这种情况下,发射机电路170或通信接口150被配置成生成指示已处理值的相应信号。例如,已处理值可包括举例来说由感测元件140检测的多个值的平均值。然而,还可使用包括例如相应值的预先离散化的其它信号操纵。例如,处理电路190可用来评估由感测元件140检测的值是大于还是小于可调整、可编程、固定或另外预定阈值值。例如,处理电路190可包括比较器。处理电路190还可被用来将校准数据应用到关于由感测元件140检测的量的值。
[0079] 集成传感器设备130还可包括监视电路200,其被耦合到接收机电路160,并且能够且被配置成监视电源信号的质量。基于由监视电路200进行的评定,当接收信号的质量指示接收信号退化、恒定质量或者甚至接收信号的改善质量时,其还可将发射机电路170的传输模式变成包括针对失真的较高稳健性的传输模式或者——如果可能的话——包括针对失真的较高稳健性的传输模式。
[0080] 在传感器侧的此类失真监视器可通过在通信协议的一个或多个空闲窗口期间监视例如电压峰值或电流峰值、测量带外能量或检查输入电压水平和电流水平的变化来观察信号的物理变化。其甚至可在传输之间的空闲时段中执行物理供应信号的频谱的FFT(快速傅立叶变换)分析。此外,由控制单元110基于其信道监视进行的供应电压的故意增加的监视可被检测,并且可导致传感器的附加动作,诸如除较高的供应之外增加调制电流。
[0081] 然而,还可将监视电路200配置成例如通过统计分析来监视接收信号的质量。通过这样实现监视电路200,集成传感器设备130可另外验证接收到的信号的质量是否指向信号质量退化的可能性和因此传输链路180中的失真开始。即使这些失真未被控制器单元110注意到,集成传感器设备130也可能能够用监视电路200来检测到此类失真开始,并采取适当的动作。例如,当用于上游通信和下游通信的调制原理不同时,如例如在具有从传感器至ECU的3级电流振幅调制和从ECU至传感器的供应电压曼彻斯特调制或BPSK调制的DSI3的情况下。在这种情况下,不同的耦合效应可干扰一个但不是其它的信道。此外,这在两个方向都在不同频率下操作且因此也对不同的失真频谱敏感时也是可能的。监视电路
200可使用统计分析来确定接收信号的质量。这可允许监视电路200忽视失真的隔离的单个事件,并且仅在传输链路180中的严重或显著退化显而易见的情况下改变传输负荷。如前面概述的,另外的传输模式可允许增加每个单条信息将发射的能量的量的增加。取决于传输模式的实施方式,通过提供附加电能来支持此传输模式可以是可能的。例如,可将集成传感器设备130耦合到电源。然后可将集成传感器设备130配置成响应于由电源提供的高电功率而增加发射信号的振幅。然而,集成传感器设备130可在不增加由集成传感器设备
130生成的信号的信号振幅的情况下进行反应。例如,轨至轨输出驱动器的供应的增加使用于传感器的供应电压调节器的净空增加以改善其电源抑制比(PSRR)可以是可能的。这可帮助抵抗例如由到供应线路中的电磁耦合(EMC)引起的失真。其还可直接地增加发射的信号能量——例如,对于类似于SENT或SPC的数字3线电压接口而言。这可以是其中传感器设备可保持未改变的应用。因此对于包括常规传感器设备的系统而言其可以是令人感兴趣的。
[0082] 传输链路180还可用来向集成传感器设备130提供电能。然而,在其它示例中,可经由不同的电连接来提供电能。
[0083] 控制单元110包括将从图1中所示的集成传感器设备130接收信号的接收机电路210,该信号指示由集成传感器设备130感测的值。其还包括监视电路220,该监视电路220被耦合到接收机电路210并被配置成监视接收信号的传输质量。控制单元110还包括发射机电路230,以当例如在固定、可编程或可改变时间段内监视到的接收信号的传输质量指示接收信号退化、接收信号质量改善和/或接收信号恒定质量时,发射指示要改变传输模式的请求的信号。为了接收适当的指示,监视电路220被耦合到发射机电路230。
[0084] 如先前在集成传感器设备130的监视电路200的上下文中概述的,监视电路220还可基于统计分析来监视接收信号的质量。例如,监视电路220可基于纠错码的验证、监视接收信号的计时变化、监视包括在接收信号中的消息计数器和/或检测到预期但遗漏的消息或其一部分来监视信号的质量。原则上,控制单元110和集成传感器设备130的监视电路220和监视电路200可分别地使用相同的算法和方案来确定接收信号的质量。
[0085] 当监视电路220指示接收信号质量的前述退化时,发射机电路230可发送相应信号,其包括将传输模式变成具有较高稳健性的集成传感器设备130的请求。如前面概述的,取决于控制单元110和被耦合到控制单元110的集成传感器设备130或传感器设备120的能力,控制单元110可选择适合于当前失真且被相应的传感器设备120、130支持的任何传输模式。
[0086] 当监视电路220检测到接收信号的质量保持恒定且具有针对失真的较高稳健性的传输模式当前被相应集成传感器设备130使用时,或者当在相应集成传感器设备130仍使用具有针对失真的较高稳健性的传输方案的同时监视电路220检测到接收信号的质量的改善时,控制单元110可引起发射机电路230发射包括要变回到默认传输模式的请求的信号,该默认传输模式可允许较高的信号传输速度和/或较低的能量消耗。换言之,当降低失真的水平时,控制单元110可允许集成传感器设备130切换回到更松弛的传输模式。作为立即切换回到默认传输模式的替代,发射机电路230可生成相应信号,其包括要切换到具有针对失真的较低稳健性、但是与默认传输模式相比仍具有针对失真的较高稳健性的另一传输模式的请求。
[0087] 控制单元110的发射机电路230和集成传感器设备130的发射机电路170原则上可以是相同的。然而,其也可在某些实现细节方面不同。其也适用于控制单元110的接收机电路210和集成传感器设备130的相应接收机电路160。因此,控制单元110的接收机电路210和/或发射机电路230也可可选地在异步传输方案中操作,使用脉宽调制方案、振幅调制方案、基于调制电流水平和/或基于调制电压水平的传输方案。换言之,控制单元110和集成传感器设备130可使用先前所述的相同通信协议。
[0088] 为了为集成传感器设备130提供电功率,控制单元110可包括电源240或电源电路,其例如经由传输链路180与集成传感器设备130耦合以为集成传感器设备130提供电功率。当监视电路220检测到接收信号的质量退化时,监视电路220可为电源240提供适当的控制信号以为集成传感器设备130提供较高电功率。换言之,当监视电路220检测到接收信号的质量退化时,电源240或控制单元110可为集成传感器设备130提供增加的电功率。
[0089] 接收机电路210还可包括输入滤波器250,其继而包括基于可改变拐点频率的滤波器特性。当由发射机电路230发射的信号指示要变成具有要接收信号的降低传输速度的传输模式的请求时,接收机电路210可能能够减小拐点频率。类似地,接收机电路210还可包括尖峰滤波器260,其包括基于可改变最大时间的滤波器特性。当信号指示要改变集成传感器设备130的传输模式以便以降低的传输速度发射信号的请求时,接收机电路210可增加最大时间。尖峰滤波器可例如包括延迟元件和加法器或门以分别地将原始信号和延迟信号相加或覆盖。由于延迟信号和原始信号的叠加,减少由到传输链路180中或者直接地到集成传感器设备130或控制单元110中的电容耦合引起的尖峰脉冲可以是可能的。因此,可减少尖峰脉冲。在尖峰滤波器的框架(framework)中使用的最大时间可以是延迟元件所使用的延迟时间。例如,可将延迟线实现为一系列触发器,可通过在沿着延迟线的不同位置处分接延迟信号来调整延迟时间或者——换言之——最大传输时间。
[0090] 虽然输入滤波器250和相应尖峰滤波器260未被示为集成传感器设备130的接收机电路160的部分,但接收机电路160也可包括如先前所指示的类似部件。
[0091] 虽然在图1中已经主要地相对于集成传感器设备130描述了传感器系统100,但也可使用其它传感器设备120。例如,可将控制单元110耦合到更一般的传感器设备120。
[0092] 可在诸如半导体管芯之类的一个或多个管芯上实现集成传感器设备130。取决于实施方式,可将单个管芯或多个管芯封装成到印刷电路板上的公共封装多路系统(multiple)中。例如,此类封装可包括允许将封装电耦合且可选地机械耦合到印刷电路板或类似载体的预定数目的端子。例如,如前所述,集成传感器设备130可能已经经历了校准过程,其校准数据可作为处理电路190的一部分被存储。作为一个或多个半导体管芯的替代,还可使用绝缘管芯或类似衬底。管芯通常包括在空间中沿着一个方向的厚度,其明显地小于沿着两个线性独立方向的延伸部分,所述两个线性独立方向可连同被沿着其获取厚度的方向一起形成用于3维坐标系的基础。取决于所使用的管芯或衬底材料,所述三个方向可沿着结晶轴取向。其还可遵循笛卡尔坐标系的正交方向。
[0093] 可将多个传感器连接到单个收发机,并且经由同一通道来发射测量值。在这种情况下,省去最不重要传感器的信息(例如,管芯温度测量)并将传输容量用于更重要的传感器的数据例如以发射歧管空气压力和/或节流位置数据可以是附加的退化选项。
[0094] 在此类传感器系统100中,可以在接收机侧或者换言之在控制器单元110的一侧评估错误统计。在接收质量标准被削弱(undercut)的情况下,控制单元110可向集成传感器设备130发送要降低传输数据速率或修改传输模式的命令,其也称为信道编码。为便于此,集成传感器设备130可能必须能够从控制单元110接收消息,其还可被称为电子控制单元(ECU)。举一些示例,适当的通信模式可包括例如通信协议,比如SPC、PSI5、LIN或DSI3。集成传感器设备130可在受控单元110的请求时能够使其传输适于至少一个退化水平。可能的退化包括例如降低传输速度,以便增加每个发射位的信号能量。还可增加调制水平。例如,在PSIx传输方案的情况下,可将集成传感器设备130的发射机电路170从低功率模式切换至规则模式。并且,可添加增强冗余,例如作为在协议标准中定义的标准CRC或奇偶的替代或除其之外使用8位或16位循环冗余校验值(CRC值)。此外,可重发每个消息。自然地,还可使用任何组合。
[0095] 控制单元110接收由集成传感器设备130发送的消息,并应用至少一个检查机制以证明接收的正确性。这可以由监视电路220执行。可能的证明机制是如在例如相应标准协议中定义的循环冗余校验或奇偶、根据诸如PSI5协议情况下的曼彻斯特计时之类的协议的计时验证、消息计数器的正确性和诸如遗漏消息之类的丢失的检测,举例来说其被预期在PSI5同步帧中。
[0096] 此外,监视电路可使用输入信号的电参数的测量结果,例如传感器总线供应电压、传感器总线供应电流、或在另一附加通信导线上的电压或电流,并对其进行分析以便通过对电压峰值或电流脉冲进行计数、通过测量在通信波段之外的电能或者通过将信号的(FFT)谱与预期频谱图案相比较来检测用于电失真的指示。
[0097] 取决于错误,控制单元110可生成传输错误统计并判定是否要求协议退化。在不同退化选择的情况下,可以向不同类型的错误分配适当的措施。例如,在检测到数目增加的计时违规的情况下,可扩展协议计时。在CRC违规数目增加的情况下,可以实现协议计时的扩展和/或CRC保护的增加。在帧丢失的情况下,可发起重复传输。
[0098] 除可在传感器侧由控制单元110发起的这些措施之外,其可在其自己侧直接地实现一个或多个选项。例如,可从控制单元110增加传感器供应电压。因此,传感器可增加调制电流水平以便增加信号能量。此外,可根据在传感器侧的所选数据速率降低来减小输入滤波器250的拐点频率。此外,根据松弛的协议计时来增加已去除尖峰脉冲的最大时间可以是可能的。此外,传感器还可采取使得测量结果针对失真更加稳健的措施,比如增加霍尔片偏流或者减小信号路径内的内部滤波器的拐点频率。
[0099] 图2示出了与如在图1中描绘的控制单元110类似的控制单元110的另一示例。并且在这里,控制单元包括将从传感器设备接收指示量的值的信号的接收机210、监视电路和将监视接收信号的质量的监视电路220。控制单元110还包括电源240,其被耦合到监视电路220以便为在图2中未示出的传感器设备提供电功率,并且在监视到的信号质量指示接收信号的质量退化时增加提供给传感器设备的电功率。可选地,控制单元110还可包括发射机电路230以允许经由传输链路180与传感器设备或其它部件通信。
[0100] 图3示出了包括控制单元110和在图3中也称为传感器的一个集成传感器设备130的另一传感器系统100的框图。再次地,集成传感器设备130包括感测元件140,其被耦合到包括前述发射机电路170和接收机电路160的收发机270。集成传感器设备130的接收机电路160和发射机电路170两者在图3中都未示出。
[0101] 集成传感器设备的收发机270能够取决于传输的质量在多个传输模式下操作。在图3中,将不同的传输模式称为退化水平1至退化水平N。取决于由控制单元110(ECU)接收的信号质量(控制单元110经由传输链路180对其进行接收),控制单元110可以指示和命令集成传感器设备130的收发机270使用退化水平中的任何水平作为默认传输模式的替代。
[0102] 控制单元110还包括收发机280,其包括接收机电路210和发射机电路230,两者在图3中都未示出。并且,控制单元110的收发机280能够在默认传输模式以及前述退化水平中操作。控制单元110还包括监视电路220,其被耦合到收发机280以确定错误统计并将错误统计与标准相比较。当满足标准时,监视电路220用到收发机280的适当命令来发起传输的退化。
[0103] 包括在经由传输链路180发射的数据中的从集成传感器设备130接收的值或消息还可被控制单元110或被耦合到控制单元110的另一部件处理。
[0104] 图4示出了包括多个集成传感器设备130—1、130—2、……、130—N的另一传感器系统100的示意性框图。集成传感器设备130经由传输链路180被耦合,其可以是到控制单元110的总线(ECU)。控制单元110再次地包括接收机280和监视电路220,其针对集成传感器设备130中的每一个包括错误统计单元290—1、290—2、……、290—N。错误统计单元290被耦合到监视电路220的评估单元300,其验证是否满足用以发起退化的标准。如果情况如此,则监视电路220的评估电路300发起退化命令并将其提供给收发机280,该收发机280继而相应地发射指示要改变传输模式的请求的信号。基于可包括用于不同情形的不同标准的实施方式,所述多个集成传感器设备130的单个集成传感器设备130、包括至少两个不同集成传感器设备130的一组集成传感器设备130或所有集成传感器设备130可以是要改变传输模式的相应请求的被寻地址。在传感器总线的情况下,换言之,可以针对每个集成传感器设备130单个地完成错误统计的评估。可以通过切换至相应传输模式而将集成传感器设备130选择性地或全局地切换到退化协议中的一个。例如,如果在传感器网络中存在足够的冗余,则将特定传感器解激活甚至可以是可能的,其已被识别为输送错误数据以避免更多失真从而代替使其协议退化。
[0105] 图4进一步指示由单个集成传感器设备130发射的数据的传输序列。例如,传感器设备130可根据地址或数目来发射其数据。例如,可在群组310中发射由集成传感器设备130发射的数据。每个群组310根据其数目包括集成传感器设备130中的每个的单个数据的序列。例如,每个群组310可包括传感器130—1的第一数据包、接着是第二集成传感器设备130—2的消息或信号等等,直至第N集成传感器设备130—N发射形成群组310的最后成员的其信号。然后,可发射数据的第二群组310。
[0106] 在其它示例中,由单个集成传感器设备130发射的数据或信号的顺序可与图4中所示的顺序不同。此外,到目前为止不需要所有集成传感器设备130在群组的每个中发射相应信号。例如,可将一个集成传感器设备130、一组集成传感器设备130或者甚至所有集成传感器设备130配置成仅在由例如控制单元110发射特定请求时发射数据。在此类传感器系统的情况下,附加退化模式可以是总线参与者(bus participants)到整体系统的一种跛行回家操作(limp home operation)所必需的那些的限制。例如,在达控制系统的情况下,这可以是生成的马力的减少,或者在转向辅助系统的情况下是转向(steer)辅助力的减少。
[0107] 这些及类似安全特征和协议要求可例如被指定成可用于传感器接口,诸如基于SPC的传感器接口,其提供改变传输速率或传输模式的命令选项。
[0108] 图5示出了根据传输模式的包括在过程P100中发射指示由感测元件140检测的量的值的信号的方法的流程图。在过程P110中,可接收指示要改变传输模式的请求的信号。在过程P120中,可基于接收信号来改变传输模式。
[0109] 如前所概述的,图5中描绘的过程的顺序到目前为止并不是强制性的。其仅仅表示示例。可例如至少部分地同时地以时间重叠的方式执行过程。此外,描述的过程可以在环路中执行直至例如满足可改变、预定、固定或其它条件为止。
[0110] 例如,在图5中,如所描绘的方法可由集成传感器设备130执行。还可将其实现为包括用于在软件相关实现的情况下执行方法的程序代码的程序。在这种情况下,集成传感器设备可例如包括可编程硬件部件,并且可将程序实现为集成传感器设备130的固件。
[0111] 图6示出了包括在过程P200中从传感器设备130接收指示量的值的信号的方法的流程图。其还包括在过程P210中监视接收信号的传输质量,并且在过程P220中在监视的信号质量指示接收信号的质量退化、接收信号的质量改善和接收信号的恒定质量中的至少一个时发射指示要改变传感器设备130的传输模式的请求的信号。
[0112] 如前所述,图6中所描绘的过程的顺序到目前为止并不是强制性的,而仅仅是示例。并且在这种情况下,可如前所述同时地、时间重叠地和/或基于环路来执行单个过程。然而,与图5中描绘的方法相反,图6的方法是可由控制单元110执行的方法。例如,可将其实现为在控制单元110包括可编程硬件部件的情况下由控制单元110执行的程序。在这种情况下,该程序可以是例如固件。
[0113] 图7示出了可例如由控制单元110执行的另一方法的流程图。类似地,可将该方法例如实现为程序,其可由控制单元110的可编程硬件执行。在这种情况下,该程序可以是控制单元110的固件的一部分。
[0114] 在过程P300中,为传感器设备130提供电功率。在过程P310中,从传感器设备130接收指示量的值的信号。在过程P320中,监视接收信号的质量。在过程P330中,当监视的接收信号质量指示接收信号的质量退化时,可增加提供到传感器设备130的电功率。
[0115] 通过使用实施例,改善包括传感器的系统甚至在不利操作条件下的稳健性、简化此类实现或架构、其能量消耗和其基础设施的带宽之间的权衡可以是可能的。
[0116] 说明书和附图仅仅说明本实用新型的原理。因此将认识到的是本领域的技术人员将能够设计各种布置,其虽然在本文中并未明确地描述或示出,但体现本实用新型的原理并包括在其精神和范围内。此外,本文记载的所有示例主要是明确地意图仅用于教学的目的以帮助读者理解本实用新型的原理和由(多个)发明人对促进本领域而贡献的概念,并且应将其解释为不限于此类具体记载的示例和条件。此外,在本文中记载本实用新型的原理、方面和实施例以及其特定示例的所有说明意图涵盖其等价物。
[0117] 可将本文所述的方法实现为软件,例如作为计算机程序。可由此类程序通过例如写入到存储器位置上来执行子过程。类似地,可通过从相同或另一存储器位置读取来执行读取或接收数据。存储器位置可以是寄存器或适当硬件的另一存储器。可通过使用诸如“成形器”、“确定器”等专用硬件以及能够与适当软件相关联地执行软件的硬件来提供图中所示的各种元件的功能,包括标记为“装置”、“用于形成……的装置”、“用于确定……的装置”等的任何功能。当由处理器提供时,该功能可由单个专用处理器、单个共享处理器或由多个单独处理器(其中的某些可被共享)提供。此外,不应将术语“处理器”或“控制器”的明确使用解释成独有地指代能够执行软件的硬件,并且在没有限制的情况下可隐含地包括数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)以及非易失性储存器。还可包括常规和/或定制的其它硬件。类似地,图中所示的任何开关仅仅是概念上的。其功能可通过程序逻辑的操作、通过专用逻辑、通过程序控制和专用逻辑的交互来执行,特定的技术是由实现者可选择的,如根据上下文更具体地理解的那样。
[0118] 本领域的技术人员应认识到的是本文中的任何框图表示具体实施本实用新型的原理的说明性电路的概念图。类似地,将认识到的是任何流程图表、流程图、状态转移图、伪代码等表示可基本上在计算机可读介质中表示且因此被计算机或处理器执行的各种过程,而无论此类计算机或处理器是否被明确地示出。
[0119] 此外,下面的权利要求因此被结合到详细描述中,其中每个权利要求可独立地作为单独实施例。虽然每个权利要求可独立地作为单独实施例,但应注意的是—虽然从属权利要求在权利要求中可指代与一个或多个其它权利要求的特定组合—但是其它实施例也可包括从属权利要求与每个其它从属权利要求的主题的组合。本文提出了此类组合,除非声明并不意图特定的组合。此外,意图还将权利要求的特征包括到任何其它独立权利要求,即使此权利要求并不是直接地从属于该独立权利要求。
[0120] 进一步应注意的是可用具有用于执行这些方法的相应过程中的每个的装置的设备来实现在本说明书中或在权利要求中公开的方法。
[0121] 此外,应理解的是不可以将在本说明书或权利要求中公开的多个过程或功能的公开解释成在特定顺序内。因此,多个过程或功能的公开不将使这些局限于特定顺序,除非此类过程或功能由于技术原因而不可互换。
[0122] 此外,在某些实施例中,单个过程可包括或者可分解成多个子过程。可作为此单个过程的公开的一部分包括此类子过程,除非明确地排除。
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