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Title:
HIGH-RESOLUTION INDUCTION/FREQUENCY MEASUREMENT WITH A SLOW MICROCONTROLLER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/048938
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an inductive sensor (15) having an LC oscillator (18), which comprises an LC circuit (17) with a capacitor (19) and a winding (16) that can generate a high-frequency magnetic alternating field, and an analysis unit, which is designed to detect a change in the signal of the LC oscillator (18) due to a metal object introduced into the alternating field, wherein the capacitance of the capacitor (19) can be adjusted, and the LC oscillator (18) is part of a phase-locked loop or frequency-locked loop of the analysis unit, comprising a reference oscillator (22), which provides a reference signal, and a detector (21), which is designed to compare the output signal of the LC oscillator (18) with the reference signal. In order to control the resonance frequency of the LC circuit (17), the output signal of the locked loop is fed back to the capacitor (19) in order to adjust the capacitance of the capacitor (19) such that the resonance frequency of the LC circuit (17) corresponds to the frequency of the reference oscillator.

Inventors:
BARANYAI ZOLTÁN (HU)
Application Number:
PCT/EP2019/073381
Publication Date:
March 12, 2020
Filing Date:
September 03, 2019
Export Citation:
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Assignee:
THYSSENKRUPP PRESTA AG (LI)
THYSSENKRUPP AG (DE)
International Classes:
H03K17/95
Domestic Patent References:
WO2005088316A12005-09-22
WO2010136836A12010-12-02
Foreign References:
US20080048786A12008-02-28
EP1217334A22002-06-26
Other References:
JEFFREY S PATTAVINA: "Charge-Pump Phase-Locked Loop--A Tutorial--Part I | EE Times", 30 June 2011 (2011-06-30), XP055642073, Retrieved from the Internet [retrieved on 20191113]
Attorney, Agent or Firm:
THYSSENKRUPP INTELLECTUAL PROPERTY GMBH (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Induktiver Sensor (15) aufweisend einen LC-Oszillator (18), der einen LC-Schwingkreis (17) mit einem Kondensator (19) und einer Spule (16), die ein magnetisches Wechselfeld erzeugen kann, umfasst, und eine Auswerteeinheit, die dazu eingerichtet ist, eine Änderung des Signals des LC-Oszillators (18) durch ein in das Wechselfeld eingebrachtes

metallisches Objekt zu detektieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität des Kondensators (19) einstellbar ist und der LC-Oszillator (18) Teil einer Phasenregelschleife oder Frequenzregelschleife der Auswerte- einheit ist, die einen Referenz-Oszillator (22), der ein Referenzsignal bereitstellt, und einen Detektor (21) umfasst, der dazu ausgelegt ist, das Ausgangssignal des LC-Oszillators (18) mit dem Referenzsignal zu vergleichen, wobei das Ausgangssignal der Regelschleife zur Steuerung der Resonanzfrequenz des LC-Schwingkreises (17) an den Kondensator (19) zur Einstellung der Kapazität des Kondensators (19) zurückgeführt ist, so dass die Resonanzfrequenz des LC-Schwingkreises (17) der Frequenz des Referenz-Oszillators entspricht.

2. Induktiver Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität des Kondensators (19) mittels einer Varaktordiode einstellbar ist.

3. Induktiver Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (21) wenigstens einen Detektor der folgenden Liste umfasst: Phasen-Frequenz-Detektor, Phasen-Detektor, Frequenz- Detektor.

4. Induktiver Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ladungspumpe vorgesehen ist, die dazu eingerichtet ist, die Ausgangssignale des Detektors (21) in einen äqui- valenten Strom umzuwandeln und an einen Schleifenfilter (23)

weiterzugeben.

5. Induktiver Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifenfilter (23) dazu eingerichtet ist, den Ausgangsstrom des

Detektors (21) in eine Spannung umzuwandeln und gleichzeitig

hochfrequente Störanteile herauszufiltern.

6. Induktiver Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der LC-Oszillator (18) und die PLL oder FLL-Logik mittels programmierbarer Logikbausteine als Teil eines Mikrokontrollers umgesetzt ist.

7. Induktiver Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der induktive Sensor (15) ein induktiver

Drehwinkelsensor zur Messung einer Drehlage einer Lenkwelle ist.

8. Elektromechanische Hilfskraftlenkung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Lenkwelle (3,31) die drehbar um eine Lenkwellendrehachse gelagert ist und verschiedene Drehlagen einnehmen kann, einen Elektromotor (8) zur Unterstützung einer Lenkbewegung und einen induktiven Drehwinkel- sensor (15) gemäß Anspruch 7.

9. Verfahren zur hochauflösenden Messung eines Drehwinkels einer Lenk- welle mit einem induktiven Sensor (15) aufweisend einen LC-Oszillator (18), der einen LC-Schwingkreis (17) mit einem Kondensator (19) und einer Spule (16), die ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld erzeugen kann, umfasst, und eine Auswerteeinheit, die dazu eingerichtet ist, eine Änderung des Signals des LC-Oszillators (18) durch ein in das Wechselfeld eingebrachtes metallisches Objekt zu detektieren, dadurch gekennzeichnet, dass der LC-Oszillator (18) Teil einer Phasenregel- schleife oder Frequenzregelschleife der Auswerteeinheit ist, die einen Referenz-Oszillator (22) umfasst, und dass folgende Verfahrensschritte vorgesehen sind :

• Einstellen einer Resonanzfrequenz des LC-Schwingkreises (17) mittels der einstellbaren Kapazität des Kondensators (19);

Bereitstellen eines Referenzsignals durch den Referenz-Oszillator (22) ;

• Vergleichen des Ausgangssignals des LC-Oszillators (18) mit dem

Referenzsignal in einem Detektor (21),

• Einstellen der Resonanzfrequenz des LC-Schwingkreises (17) auf die Referenzfrequenz des Referenz-Oszillators (22) mittels Rückführung des Ausgangssignals der Regelschleife zu einer Varaktordiode oder zu einem variablen Kondensator (19).

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die

Kapazität des Kondensators (19) mittels der Varaktordiode einstellbar ist.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (21) wenigstens einen Detektor der folgenden Liste umfasst: Phasen-Frequenz-Detektor (PFD), Phasen-Detektor (PD), Frequenz-Detektor (FD).

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst:

• Umwandeln des Ausgangssignals des Detektors (21) in einen äqui- valenten Strom mittels einer Ladungspumpe,

• Umwandeln und Filtern des Signals der Ladungspumpe mittels eines Schleifenfilters (23),

• Rückführung des Ausgangssignals des Schleifenfilters (23) an den Kondensator (19) zum Einstellen der Resonanzfrequenz des LC- Schwingkreises (17).

13. Verfahren zur Bestimmung eines Drehwinkels der Drehlage einer drehbar gelagerten Lenkwelle (3,31) eines Kraftfahrzeuges, wobei bei dem

Verfahren die Drehlage der Drehung der Lenkwelle (3,31) mit einem induktiven Drehwinkelsensor (15) gemessen wird, der die raumfest angeordnete Spule (16), die Teil des LC-Schwingkreises (17) ist, aufweist, wobei die Spule (16) wenigstens eine sich mit der Lenkwelle (3,31) drehende, elektrisch leitende, um die Lenkwelle (3,31) erstreckende Spur abtastet, in dem eine Änderung einer

Resonanzfrequenz des LC-Schwingkreises (17) mittels des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12 detektiert wird.

Description:
Hochauflösende Induktions-/Frequenzmessung mit einem langsamen Mikrokontroller

Die vorliegende Erfindung betrifft einen induktiven Sensor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, eine elektromechanische Hilfskraftlenkung für ein Kraftfahrzeug aufweisend den induktiven Sensor und ein Verfahren zur hochauflösenden Messung eines Drehwinkels mit einem induktiven Sensor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 9.

Lenkwinkelsensoren messen den Einschlagwinkel des Lenkrades eines

Kraftfahrzeuges mittels Drehiwnkelsensoren. Dementsprechend soll unter dem Begriff„Lenkwinkel" in der vorliegenden Beschreibung der Drehwinkel der Lenkwelle und des damit gekoppelten Lenkrades verstanden werden, nicht jedoch der Einschlagswinkel der gelenkten Räder des Fahrzeugs.

Auch bei Drehmomentsensoren kommen Drehwinkelsensoren zum Einsatz. Hierbei werden zwei gegeneinander begrenzt verdrehbare Wellenteile über eine Torsionsfeder elastisch miteinander gekoppelt. Wenn ein Wellenteil durch ein vom Fahrer des Fahrzeugs aufgewendetes Drehmoment gegen den anderen Wellenteil verdreht wird, ist der relative Drehwinkel im Wesentlichen proportional zum eingeleiteten Drehmoment. Für eine genaue Bestimmung des Drehmoments ist es wichtig, den Drehwinkel präzise messen zu können.

Es sind induktive Drehwinkelsensoren bekannt, die eine hohe Genauigkeit aufweisen. Im Wesentlichen besteht ein induktiver Sensor aus drei Haupt- elementen. Einem Oszillator, der ein von allein schwingendes System ist, die Frequenzmesseinheit, die die Daten sowohl vergleicht als auch auswertet und der Ausgabeeinheit, der die Werte in ein elektrisches Signal umwandelt. Im Betrieb erzeugen induktive Sensoren mit Hilfe einer Magnetspule ein magnet- isches, hochfrequentes Wechselfeld. Dadurch dass induzierte Wirbelströme hervorgerufen werden, wird eine Veränderung der Impedanz der Magnetspule bewirkt. Diese Impedanz wirkt dem Magnetfeld entgegen und wird

elektronisch in ein Schaltsignal umgewandelt. Bewegt sich ein metallisches Objekt in dem entstandenen Magnetfeld, wird ein Wirbelstrom im Objekt induziert, was dem Magnetfeld entgegenwirkt und somit Energie entzieht. Die dadurch entstehende Frequenzänderung wird mit einem Referenzoszillator gemessen.

In induktiven Sensoren werden ganz allgemein Mikrocontroller eingesetzt. Mikrokontroller sind kleine Computer auf einem einzigen integrierten Schalt- kreis. Sie enthalten einen oder mehrere Prozessorkerne sowie nichtflüchtigen Programmspeicher, SRAM-Datenspeicher und programmierbare Peripherie- geräte wie Timer, ADCs und DACs. Induktive Drehwinkelsensoren benötigen für ihren Einsatz in Lenkwellen eine hohe Auflösung der Frequenz- oder Periodendauermessung. Diese erfolgt mit einem Mikrokontroller, der einen Timer mit hoher Taktfrequenz hat. Solche Timer werden üblicherweise nur in schnellen Mikrocontrollern eingesetzt, die kostspielig sind.

Die Offenlegungsschrift EP 1 217 334 A2 offenbart einen induktiven

Drehwinkelsensor mit einer Oszillatorschaltung, die einen Schwingkreis mit einem gepulsten Signal mit einer vorgegebenen Frequenz ansteuert. Der Schwingkreis umfasst einen Widerstand, die Erregerspule des Sensors und einen Kondensator. Die Impedanzschwankungen der Erregerspule führen zu einer Phasenverschiebung des Spannungssignals an beiden Seiten des

Kondensators, die von einer Detektionseinheit gemessen wird, um dann daraus einen Lenkwinkel zu bestimmen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen induktiven Sensor anzugeben, der eine hohe Auflösung aufweist und trotzdem kostengünstig ist. Diese Aufgabe wird von einem induktiven Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und von einem Verfahren zur hochauflösenden Messung eines Drehwinkels mit einem induktiven Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.

Demnach ist ein induktiver Sensor aufweisend einen LC-Oszillator, der einen LC-Schwingkreis mit Kondensator und Spule, die ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld erzeugen kann, umfasst, und eine Auswerteeinheit, die dazu eingerichtet ist, eine Änderung des Signals des LC-Oszillators durch ein in das Wechselfeld eingebrachtes metallisches Objekt zu detektieren, vorgesehen. Die Kapazität des Kondensators ist dabei einstellbar und der LC- Oszillator ist Teil einer Phasenregelschleife (PLL) oder Frequenzregelschleife (FLL) der Auswerteeinheit, die einen Referenz-Oszillator, der ein Referenz- Signal bereitstellt, und einen Detektor umfasst, der dazu ausgelegt ist, das Ausgangssignal des LC-Oszillators mit dem Referenzsignal zu vergleichen, wobei das Ausgangssignal der Regelschleife zur Steuerung der Resonanz- frequenz des LC-Schwingkreises an den Kondensator zur Einstellung der Kapazität des Kondensators zurückgeführt ist, so dass die Resonanzfrequenz des LC-Schwingkreises der Frequenz des Referenz-Oszillators entspricht. Die Resonanzfrequenz des LC-Oszillators kann somit konstant und auf einem vorgegeben Wert gehalten werden. Es kann somit auf einen schnellen

Mikrokontroller verzichtet werden, was den Sensor besonders kostengünstig macht.

Vorzugsweise ist die Kapazität des Kondensators mittels einer Varaktordiode einstellbar. Das zurückgeführte Signal wird in diesem Fall zur Ansteuerung der Varaktordiode verwendet.

Je nach dem welche Regelschleife verwendet wird, umfasst der Detektor wenigstens einen Detektor der folgenden Liste: Phasen-Frequenz-Detektor, Phasen- Detektor, Frequenz- Detektor.

Bevorzugt ist eine Ladungspumpe vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, die Ausgangssignale des Detektors in einen äquivalenten Strom umzuwandeln und an einen Schleifenfilter weiterzugeben. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Schleifenfilter dazu eingerichtet ist, den Ausgangsstrom des Detektors in eine Spannung umzuwandeln und gleichzeitig hochfrequente Störanteile heraus- zufiltern. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der PLL/FLL mittels programmierbarer Logikbausteine als Teil eines langsamen Mikrokontrollers umgesetzt.

Vorzugsweise ist der induktive Sensor ein induktiver Drehwinkelsensor zur Messung einer Drehlage einer Lenkwelle.

Weiterhin ist eine elektromechanische Hilfskraftlenkung für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, umfassend eine Lenkwelle die drehbar um eine

Lenkwellendrehachse gelagert ist und verschiedene Drehlagen einnehmen kann, einen Elektromotor zur Unterstützung einer Lenkbewegung und einen zuvor beschriebenen induktiven Drehwinkelsensor.

Zudem ist ein Verfahren zur hochauflösenden Messung eines Drehwinkels einer Lenkwelle mit einem induktiven Sensor aufweisend einen LC-Oszillator, der einen LC-Schwingkreis mit Kondensator und Spule, die ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld erzeugen kann, umfasst, und eine Auswerteeinheit, die dazu eingerichtet ist, eine Änderung des Signals des LC-Oszillators durch ein in das Wechselfeld eingebrachtes metallisches Objekt zu detektieren, vorgesehen, wobei der LC-Oszillator Teil einer Phasenregelschleife oder Frequenzregelschleife der Auswerteeinheit ist, die einen Referenz-Oszillator umfasst, und dass Verfahren folgende Schritte aufweist:

• Einstellen einer Resonanzfrequenz des LC-Schwingkreises mittels der

einstellbaren Kapazität des Kondensators;

• Bereitstellen eines Referenzsignals durch den Referenz-Oszillator;

• Vergleichen des Ausgangssignals des LC-Oszillators mit dem Referenz- Signal in einem Detektor,

• Einstellen der Resonanzfrequenz des LC-Schwingkreises auf die Referenz- frequenz des Referenz-Oszillators mittels Rückführung des Ausgangs- signals der Regelschleife zur Varaktordiode oder zum variablen

Kondensator. Vorzugsweise ist die Kapazität des Kondensators mittels einer Varaktordiode einstellbar. Das zurückgeführte Signal wird in diesem Fall zur Ansteuerung der Varaktordiode verwendet.

Je nach dem welche Regelschleife verwendet wird, umfasst der Detektor wenigstens einen Detektor der folgenden Liste: Phasen-Frequenz-Detektor, Phasen- Detektor, Frequenz- Detektor.

Das Verfahren kann weiterhin folgende Schritte umfassen :

• Umwandeln des Ausgangssignals des Detektors in einen äquivalenten

Strom mittels einer Ladungspumpe,

• Umwandeln und Filtern des Signals der Ladungspumpe mittels eines

Schleifenfilters,

• Rückführung des Ausgangssignals des Schleifenfilters an den Kondensator zum Einstellen der Resonanzfrequenz des LC-Schwingkreises.

Weiterhin ist ein Verfahren zur Bestimmung eines Drehwinkels der Drehlage einer drehbar gelagerten Lenkwelle eines Kraftfahrzeuges vorgesehen, wobei bei dem Verfahren die Drehlage der Drehung der Lenkwelle mit dem

induktiven Drehwinkelsensor gemessen wird, der die raumfest angeordnete Spule, die Teil des LC-Schwingkreises ist, aufweist, wobei die Spule

wenigstens eine sich mit der Lenkwelle drehende, elektrisch leitende, um die Lenkwelle erstreckende Spur abtastet, in dem eine Änderung einer

Resonanzfrequenz des LC-Schwingkreises mittels des zuvor beschriebenen Verfahrens detektiert wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile sind dabei figurübergreifend mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen :

Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer elektromechanischen

Hilfskraftlenkung mit einem induktiven Drehwinkelsensor, sowie

Fig. 2: ein Blockschaltbild eines induktiven Drehwinkelsensors. In der Figur 1 ist eine elektromechanische Kraftfahrzeugservolenkung 1 mit einem Lenkrad 2, das mit einer Lenkwelle 3 drehfest gekoppelt ist,

schematisch dargestellt. Über das Lenkrad 2 bringt der Fahrer ein

entsprechendes Drehmoment als Lenkbefehl in die Lenkwelle 3 ein. Das Drehmoment wird dann über die Lenkwelle 3 auf ein Lenkritzel 4 übertragen. Das Ritzel 4 kämmt in bekannter Weise mit einem Zahnsegment 50 einer Zahnstange 5. Das Lenkritzel 4 bildet zusammen mit der Zahnstange 5 ein Lenkgetriebe. Die Zahnstange 5 ist in einem dritten Lenkungsgehäuse in Richtung ihrer Längsachse verschieblich gelagert. An ihrem freien Ende ist die Zahnstange 5 mit Spurstangen 6 über nicht dargestellte Kugelgelenke verbunden. Die Spurstangen 6 selbst sind in bekannter Weise über Achs- schenkel mit je einem gelenkten Rad 7 des Kraftfahrzeugs verbunden. Eine Drehung des Lenkrades 2 führt über die Verbindung der Lenkwelle 3 und des Ritzels 4 zu einer Längsverschiebung der Zahnstange 5 und damit zu einer Verschwenkung der gelenkten Räder 7. Die gelenkten Räder 7 erfahren über eine Fahrbahn 70 eine Rückwirkung, die der Lenkbewegung entgegen wirkt. Zum Verschwenken der Räder 7 ist folglich eine Kraft erforderlich, die ein entsprechendes Drehmoment am Lenkrad 2 erforderlich macht. Ein Elektro- motor 8 mit einem Rotorlagensensor (RPS) einer Servoeinheit 9 ist vorge- sehen, um dem Fahrer bei dieser Lenkbewegung zu unterstützen. Die

Servoeinheit 9 kann dabei als Hilfskraftunterstützungseinrichtung 10,11,12 entweder mit einer Lenkwelle 3, dem Lenkritzel 4 oder der Zahnstange 5 gekoppelt sein. Die jeweilige Hilfskraftunterstützung 10,11,12 trägt ein Hilfskraftmoment in die Lenkwelle 3, das Lenkritzel 4 und/oder in die

Zahnstange 5 ein, wodurch der Fahrer bei der Lenkarbeit unterstützt wird. Die drei unterschiedlichen in Figur 1 dargestellten Hilfskraftunterstützungen 10,11,12 zeigen alternative Positionen für deren Anordnung. Üblicherweise ist nur eine einzige der gezeigten Positionen mit einer Hilfskraftunterstützung belegt.

Es ist eine Drehmomentsensoreinheit 13, die Teil einer integralen Baueinheit ist, die eine Lenkwinkelsensoreinheit 14 umfasst, vorgesehen. Die Dreh- momentsensoreinheit 13 erfasst die Verdrehung einer oberen Lenkwelle 30 gegenüber einer unteren Lenkwelle 31 als ein Maß des an der oberen Lenkwelle 30 manuell vom Fahrer ausgeübten Drehmomentes. Die

Lenkwinkelsensoreinheit 14 hingegen misst den aktuellen Lenkwinkel der unteren Lenkwelle 31.

Die oberen Lenkwelle 30 und die unteren Lenkwelle 31 sind drehelastisch über einen Drehstab miteinander gekoppelt. Die Verdrehung zwischen der oberen Lenkwelle 30 und der unteren Lenkwelle 31 kann über einen Drehwinkelsensor ermittelt werden. Dieser Drehwinkelsensor wird auch als Drehmomentsensor bezeichnet. In Abhängigkeit des von der Drehmomentsensoreinheit 13 gemessen Drehmoments stellt die Servoeinheit eine Hilfskraftunterstützung für den Fahrer bereit.

Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild des induktiven Sensors, bevorzugt eines induktiven Winkelsensors 15 einer Lenkwinkelsensoreinheit 14 zur Messung des Lenkwinkels. Eine Spule 16 des induktiven Sensors ist Teil eines LC- Schwingkreises 17 eines LC-Oszillators 18. Der LC-Schwingkreis 17 ist die frequenzselektive Komponente. Die Kapazität des Kondensators 19 des LC- Schwingkreises ist mittels einer Varaktordiode (auch Varicap oder Kapazitäts- diode genannt) einstellbar. Die Kapazität einer solchen Diode weist eine

Spannungsabhängigkeit auf und kann durch Anlegen einer Steuerspannung in einem bestimmten Bereich verändert werden. Aufgrund der Induktivitäts- änderung ergibt sich auch eine Änderung der Resonanzfrequenz co 0 LC- Schwingkreises 17. Um eine gewünschte niedrige Resonanzfrequenz co 0 , insbesondere in einem Bereich von 1 bis 10 MHz, zu erreichen, muss die Kapazität der Varaktordiode erhöht werden.

Der Oszillator 18 ist Teil einer Phasenregelschleife 20 (PLL, phase locked loop) oder Frequenzregelschleife (FLL, frequency locked loop), die im Allgemeinen zur Erzeugung einer stabilen, einstellbaren Frequenz dient. Bei einer

Phasenregelschleife 20 wird ein Phasenvergleich vorgenommen, bei dem als Regelrest ein Phasenfehler bleibt; die relative Genauigkeit der Ausgangs- frequenz entspricht derjenigen der Referenzfrequenz, wenn im Regelsystem Frequenzteiler verwendet werden. Bei einem Frequenzvergleich in einer Frequenzregelschleife dagegen verbleibt als Regelrest stets ein Frequenzfehler. Aus diesem Grund wird die Frequenzregelschleife meist nur in automatischen Nachstimmschaltungen (AFC) angewendet, wo es auf extreme Frequenzgenauigkeit nicht ankommt.

Je nachdem ob eine Phasenregelschleife oder Frequenzregelschleife zum Einsatz kommt umfasst die Regelschleife einen Phasen-Frequenz-Detektor (PFD), Phasen-Detektor (PD) und/oder Frequenz-Detektor (FD), in der Figur 2 als Detektor 21 dargestellt, und zudem einen externen Referenz-Oszillator 22 sowie einen Schleifenfilter 23.

Im Folgenden wird eine exemplarische PLL 20 beschrieben. Der externe Referenz-Oszillator 22 erzeugt mit hoher Güte, ausgezeichnet durch eine hohe Stabilität und Genauigkeit, ein als Referenzsignal dienendes Eingangssignal f ref für die PLL 20. Ein PFD 21 vergleicht das Ausgangssignal des LC-Oszillators 18 bezüglich seiner Phase mit dem Referenzsignal f ref des Referenz-Oszillators 22 und erzeugt an seinem Ausgang ein Signal, das proportional zu deren

Phasendifferenz ist.

Eilt die Phase des LC-Oszillatorsignals der Phase des Referenzsignals fref voraus, so erzeugt der PFD 21 an seinem Ausgang ein negatives Signal. Liegt hingegen der umgekehrte Fall vor, dass die Phase des LC-Oszillatorsignals der Phase des Referenzsignals fref nacheilt, so erzeugt der PFD 21 an seinem Ausgang ein positives Signal. Die Ausgangssignale des Phasen-Frequenz- Detektors 21 werden mittels einer nicht dargestellten Ladungspumpe in einen äquivalenten Strom umgewandelt und an den Schleifenfilter 23 weiter- gegeben.

Der Schleifenfilter 23 dient dazu, den Ausgangsstrom des PFD 21 in eine Spannung umzuwandeln und gleichzeitig hochfrequente Störanteile heraus- zufiltern. Dadurch wird eine möglichst glatte Ausgangsspannung erzielt. Die Ausgangsspannung wird an den einstellbaren Kondensator 19 des spannungs- gesteuerten LC-Oszillators zur Steuerung der Varaktordiode rückgekoppelt, um jegliche Abweichung von der beabsichtigten Ausgangsfrequenz zu korrigieren. Das Ausgangssignal dient als Messsignal des Sensors. Die

Frequenz des Messsignals des induktiven Sensors kann somit mittels der Varaktordiode bis zu einem gewissen Grad eingestellt werden. Dies kann verwendet werden um beispielsweise EMV-Probleme zu vermeiden und somit unanfällig für nahegelegene Störungungsfelder zu sein. Da die Frequenz konstant gehalten wird, können mehrere Sensorelemente mit

unterschiedlichen Frequenzen verwendet werden. Interferenzen zwischen den Sensorelementen können somit vermieden werden. Der LC-Oszillator kann mittels programmierbarer Logikbausteine als Teil des Mikrokontrollers umgesetzt werden. Der Schleifenfilter kann in Form von Software

implementiert werden.