Aus US-6,134, 282 ist bereits ein Tiefpass mit einer veränderbaren Grenzfrequenz bekannt. Dazu wird eine Änderung einer Steuerfrequenz verwendet.

Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Tiefpassschaltung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die Veränderung der Grenzfrequenz nunmehr mittels einer Pulsweitenmodulation erreicht wird. Dies ist eine erheblich einfachere Lösung, da nun kein frequenzdurchstimmbares Element vorgesehen sein muss.

Damit können einfachere Komponenten verwendet werden. Insbesondere ist es mit der erfindungsgemäßen Tiefpassschaltung möglich, kleinere Kapazitäten zur Erreichung niedriger Grenzfrequenzen einzusetzen. Normalerweise wäre bei einer niedrigen Eckfrequenz der Einsatz hoher Widerstands-oder Kapazitätswerte notwendig.

Insbesondere beim Einsatz in der Fahrzeugelektronik wird jedoch die Verwendung von hochohmigen Widerständen vermieden, da Feuchtigkeit und Verschmutzungen zu hochohmigen Nebenschlüssen fuhren können, die die Funktion der Schaltung negativ beeinflussen. Die Verwendung größerer Kapazitätswerte erhöht die Kosten. Zudem haben Tantalkondensatoren, die höhere Kapazitätswerte aufweisen, eine größere Toleranz über der Lebensdauer und auch eine nicht zu vernachlässigende Temperaturabhängigkeit.

Daher kann mit der erfindungsgemäßen Tiefpassschaltung durch die Verwendung der Pulsweitenmodulation auf kleinere Kapazitäten zurückgegriffen werden, so dass nunmehr eine geringere Toleranz und eine Verbesserung der Temperaturabhängigkeit ermöglicht wird.

Durch die im abhängigen Anspruch angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch angegebenen Tiefpassschaltung möglich.

Besonders vorteilhaft ist, dass zur Pulsweitenmodulation ein Schalter vorgesehen ist.

Dieser Schalter wird vorteilhafter Weise durch Transistoren realisiert. Dazu können beispielsweise Feldeffekttransistoren eingesetzt werden.

Zeichnung Ausfi. ihrungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen Figur 1 ein Schaltbild eines herkömmlichen Tiefpasses, Figur 2 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Tiefpassschaltung und Figur 3 ein Vergleich der herkömmlichen Tiefpassschaltung und der erfindungsgemäßen Tiefpassschaltung.

Beschreibung Tiefpassfilter finden insbesondere in der Fahrzeugelektronik zur Filterung hochfrequenter Signale eine weiter Verbreitung. Insbesondere die Ausgangssignale von Beschleunigungssensoren werden einer Tiefpassfilterung zur Glättung unterzogen. Um dabei möglichst geringe Grenzfrequenzen zu realisieren, müssten die Bauteilwerte des verwendeten Widerstands und des Kondensators hoch ausfallen, da diese Wert in der Gleichung zur Bestimmung der Grenzfrequenz im Nenner stehen. Dies verbietet sich jedoch aus den oben genannten Gründen. Folglich wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, eine veränderbare Grenzfrequenz dadurch zu erreichen, dass eine Pulsweitemodulation realisiert wird, mit der die hohen Bauteilwerte simuliert werden.

Figur 1 zeigt ein Tiefpassfilter erster Ordnung mit einer Signalquelle Ue, einem Widerstand R, der in Reihe zur Signalquelle Ue geschaltet ist, wobei an einer anderen Seite des Widerstands R ein Ausgangssclaluss Ua und ein Kondensator C geschaltet ist.

Der Kondensator C ist an seiner anderen Seite mit dem anderen Ende der Signalquelle Ue verbunden. Damit ist ein herkömmlicher Tiefpass erster Ordnung realisiert. Die Grenzfrequenz berechnet sich aus f g = 1/(2 ff R C).

Figur 2 erläutert nun die erfindungsgemäße Lösung. Nun ist zwischen der Signalquelle Ue und dem Widerstand ein Schalter S vorgesehen, der durch einen Pulsweite moduliertes Signal Ust geöffnet und geschlossen wird. Der Widerstand R ist wiederum an seiner anderen Seite mit dem Ausgangsschluss Ua und dem Kondensator C verbunden, der dann wiederum an das andere Ende der Signalquelle Ue angeschlossen ist. Der Schalter S wird demnach über das getaktete Signal Ust gesteuert. Die erforderliche Pulsweite t Pw ist abhängig vom gewünschten Kapazitätsverhältnis. Die Grenzfrequenz berechnet sich zu f g = 1/ (2 Tc R t-PW C). Dabei ist die Größe t Pw auf eine Sekunde bezogen, so dass diese Größe dimensionslos ist. Die Frequenz des Steuersignals Ust muss viel Größer als die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters aus Figur 1 sein. Diese Grenzfrequenz entspricht den Größen, die durch die Werte der Komponenten R und C gegeben sind. Durch eine Variation der Pulsweite lässt sich die Grenzfrequenz ändern.

Als Schalter S können verschiedene Komponenten, die eine Schaltfunktion ausführen können, eingesetzt werden. Dazu zählen neben Feldeffekt-und Biopolartransistoren auch mechanische Schalter die zur Realisierung der entsprechenden Pulsweitenmodulation geeignet sind.

Figur 3 zeigt die Ausgangssignale des Tiefpassfilters gemäß Figur 1 und des modifizierten erfindungsgemäßen Tiefpassfilters mit einer Pulsweite von t Pw = 0, 1.

Dabei ist durch die Kurve 30 das Eingangssignal, die Kurve 32 das Ausgangssignal des Tiefpassfilters gemäß Figur 1 gezeigt und durch die Kurve 31 das Ausgangssignal des erfindungsgemäßen Tiefpassfilters. Der Vergleich der beiden Ausgangssignale Ua zeigt, dass das Ausgangssignal des erfindungsgemäßen Tiefpassfilters 31 eine erheblich geringere Grenzfrequenz aufweist und damit höherfrequente Signalanteile besser herausfiltert, als das der herkömmliche Tiefpassfilter vermag. Verringert sich das

Testverhältnis ohne die Schaltfrequenz, dann erhöht sich jedoch der Rauschanteil des Ausgangssignals Ua.

Die Ansteuerung des Schalters S kann beispielsweise durch eine Rechnerschaltung realisiert sein. Dazu kann beispielsweise in einem Steuergerät der Prozessor bzw. Il- Controller verwendet werden. In Abhängigkeit von Funktionen ist es dabei möglich, dass die Grenzfrequenz verändert wird, indem die Pulsweite entsprechend eine Veränderung erfährt. Soll der Tiefpassfilter beispielsweise zur Tiefpassfilterung von Beschleunigungssignalen verwendet werden, kann je nach Signalanalyse die Grenzfrequenz erhöht oder erniedrigt werden, um bessere Aussagen über das Signal zu erhalten. Es ist jedoch auch möglich, eine feste Pulsweitenmodulation einzustellen, die durch eine festverdrahtete elektronische Schaltung realisiert ist.