[发明专利]总线兼容的传感器元件和通信系统

说明书

一种总线兼容的传感器元件(102)，包括：转换器(126)，产生数字测量信号；第一数据输入(SDI)，接收输入数据；第一数据输出(SDO)，用于将输出数据输出；第一时钟输入(CLKin)，接收第一时钟信号；从属选择连接(/SS)，接收激活信号；和1位移位寄存器(150)。1位移位寄存器(150)包括移位寄存器数据输入(SR D)、移位寄存器输出(SR Q)和第二时钟输入(SR Clk)。移位寄存器输出(SR Q)连接到从属选择连接(/SS)，以响应于存在于移位寄存器数据输入(SR D)处的激活信号来激活传感器元件(102)。

技术领域

本发明涉及一种传感器元件，尤其涉及总线兼容的传感器元件。

背景技术

线性运动的测量用于例如控制机床、气动、自动化技术和机器人技术，以及汽车领域。非接触式运动检测尤其具有免于磨损的优点。在非接触式测量方法中，光学和磁性测量方法是最常见的。尽管光学方法由于光的小波长而确保了非常高的精度，但是磁性方法被污染和损坏的可能性要低得多，特别是因为磁体和传感器部件可以完全封装在非磁性的密封套中。

各种制造商提供位移传感器系统，其中例如借助于磁阻(MR)传感器或二维或三维霍尔传感器来确定可移位的永磁体的位置。在这种情况下，由于由多个磁性传感器元件检测磁体(以下也称为磁场源)的运动，因此可以检测更长的距离。

不同的应用需要位移传感器覆盖特定于应用的且通常非常长的路径长度。为了提供这种传感器布置，通信总线系统的使用适合于连接磁性传感器元件。串行外围接口(SPI)的概念例如适合于磁性传感器元件的这种连接。

例如，定位系统通常在应用产品的移动部分配备磁体。通过为此目的适当布置的磁阻传感器系统，可以推断出磁体的位置，从而可以推断出定位系统的位置。这种定位系统的典型代表是气压缸或液压缸，其位置必须例如在自动定位过程中被检查和调节。该传感器系统的其他应用领域是：通过具有浮体的填充液位传感器检测填充液位，浮体包含信号磁体；或者还有用于控制制动踏板的传感器，其中它们可以直接替代以前使用的PLCD技术(PLCD＝永磁线性无接触位移)。对于许多应用产品，必须使用规模可调的硬件，以便能够经济高效地响应应用环境的相应要求。对应传感器系统的基本要求是对不同测量的规模可调性，在最佳情况下，这将导致位置传感器的模块化设计，以便能够使传感器系统适应客户的需求。但是，基于许多串联布置的传感器的总线结构的传感器方法必须部分地具有从最后一个传感器元件返回的很长的返回线路。

图8和9通过示例的方式示出了已知的串行SPI总线结构(“串级链”)，其中，主机210激活多个传感器202-1、202-2，...，202-n(“从属机1””到“从属机n”)。由主机210发送的数据在数据线路234上从主机210通过每个传感器202串行传输到最后一个传感器202-n。数据返回线路238从最后一个传感器(从属机n)202-n引回到主机210。另外，时钟240被并行发送到每个单独的传感器模块202。传感器202-1、202-2，…，202-n中的每一个包括激活输入/SS，经由该激活输入/SS可以激活相应的传感器。在图8所示的布置中，所有激活输入/SS都连接到地电位，使得所有传感器202-1、202-2，...，202-n始终处于活动状态。替代地，如图9所示，可以使得激活线路239在预定时间点激活或停用所有传感器202-1、202-2，...，202-n。

然而，图8和9所示的架构具有的缺点在于，信息运行时间也随着传感器链长度的增加而增加，因为多条信息(数据)必须通过所有传感器202-1、202-2，...，202-n进行计时。还有一个问题，来自最后一个传感器元件202-n的返回线路238可能很长。尤其在汽车和工业环境中，预计会产生相当大的干扰，从而使这种返回线路238代表传感器结构中的敏感点。例如，返回线路238引起电磁干扰、信号回波和不可接受的延时。