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DE102020208281A1 - Sensor arrangement and method for operating a sensor arrangement - Google Patents

Sensor arrangement and method for operating a sensor arrangement Download PDF

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Publication number
DE102020208281A1
DE102020208281A1 DE102020208281.2A DE102020208281A DE102020208281A1 DE 102020208281 A1 DE102020208281 A1 DE 102020208281A1 DE 102020208281 A DE102020208281 A DE 102020208281A DE 102020208281 A1 DE102020208281 A1 DE 102020208281A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sensor
countdown
signal
timer
output data
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102020208281.2A
Other languages
German (de)
Inventor
Jan Hayek
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102020208281.2A priority Critical patent/DE102020208281A1/en
Publication of DE102020208281A1 publication Critical patent/DE102020208281A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00Measuring or testing not otherwise provided for

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung, umfassendeinen Sensortimer, der ausgebildet ist, anhand eines bereitgestellten Taktsignals ein Sensorzeit-Signal zu erzeugen,eine Rateneinrichtung, die oberhalb eines ODR-Schwellwerts basierend auf einer vorgebbaren Ausgabedatenrate und anhand des Sensorzeit-Signals ein Count-Down-Signal erzeugt,einen CountDown-Timer, der ausgebildet ist, das CountDown-Signal unabhängig vom Sensorzeit-Signal für ein Sensor-Frontend bereitzustellen, wenn die vorgebbare Ausgabedatenrate unter dem ODR-Schwellwert liegt undwobei das Sensor-Frontend, der CountDown-Timer und die Rateneinrichtung derart zusammenwirkend ausgebildet sind, sodass bei Ablauf des CountDown-Signals das Sensor-Frontend Daten einer Messung ausgibt.The invention relates to a sensor arrangement comprising a sensor timer which is designed to generate a sensor time signal using a clock signal provided, a rate device which generates a countdown signal above an ODR threshold value based on a specifiable output data rate and using the sensor time signal generates,a countdown timer which is designed to provide the countdown signal independently of the sensor time signal for a sensor frontend if the predefinable output data rate is below the ODR threshold value, andwherein the sensor frontend, the countdown timer and the rate device are designed to interact in such a way that the sensor front end outputs data from a measurement when the countdown signal has expired.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung, umfassend einen Sensortimer, der ausgebildet ist, anhand eines bereitgestellten Taktsignals ein Sensorzeit-Signal zu erzeugen und eine Rateneinrichtung, die anhand des Sensorzeit-Signals ein CountDown-Signal erzeugt.The invention relates to a sensor arrangement comprising a sensor timer which is designed to generate a sensor time signal on the basis of a provided clock signal and a rate device which generates a countdown signal on the basis of the sensor time signal.

Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Betreiben einer Sensoranordnung sowie eine Sensoranordnung, umfassend ein Sensor-Frontend.The invention further relates to a method for operating a sensor arrangement and a sensor arrangement comprising a sensor front end.

Stand der TechnikState of the art

Obwohl die vorliegende Erfindung allgemein auf beliebige Sensoranordnungen anwendbar ist, wird die vorliegende Erfindung in Bezug auf Inertialmesseinheiten erläutert.Although the present invention is generally applicable to any sensor arrangements, the present invention is explained with reference to inertial measuring units.

Inertialmesseinheiten, beispielsweise eine Kombination eines Beschleunigungssensors mit einem Gyroskop, haben vielfältige Anwendungen, beispielsweise in Smartphones, Wearables oder dergleichen. Hierbei wird dem entsprechenden Sensor eine Ausgabedatenrate - output-date rate ODR - vorgegeben, die begrenzt aus einer vorgegebenen Liste, beispielsweise 100 Hz, 200 Hz oder 400 Hz et cetera, ausgewählt werden kann.Inertial measuring units, for example a combination of an acceleration sensor with a gyroscope, have a wide range of applications, for example in smartphones, wearables or the like. In this case, the corresponding sensor is given an output data rate - output-date rate ODR - which can be selected in a limited manner from a given list, for example 100 Hz, 200 Hz or 400 Hz et cetera.

Um die Ausgabedatenrate frei wählen zu können, damit die Nachbearbeitung der vom Sensor bereitgestellten Daten und auch damit die Synchronisierung an Umgebungsanforderungen vereinfacht wird, ist es einerseits bekannt geworden, die Ausgabedatenrate höher als die für die jeweilige Anwendung erforderliche Ausgabedatenrate zu wählen und dann zu interpolieren. Dies kann sowohl mittels der Sensortreiber-Firmware oder auch durch den Sensor selbst, beispielsweise mittels eines in den Sensor integrierten Mikrocontrollers, erfolgen. Problematisch hierbei sind jedoch möglicherweise auftretende Interpolationsfehler, Latenz bei der Bereitstellung der Daten durch die (Nach-)Verarbeitung sowie zusätzlich erforderliche Speicher- und Rechenressourcen.In order to be able to freely choose the output data rate so that the post-processing of the data provided by the sensor and thus the synchronization to environmental requirements is simplified, it has become known, on the one hand, to select the output data rate higher than the output data rate required for the respective application and then to interpolate it. This can be done both by means of the sensor driver firmware or also by the sensor itself, for example by means of a microcontroller integrated into the sensor. Problems here, however, are any interpolation errors that may occur, latency in the provision of the data due to (post) processing, and additionally required memory and computing resources.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine Sensoranordnung bereit, umfassend
einen Sensortimer, der ausgebildet ist, anhand eines bereitgestellten Taktsignals ein Sensorzeit-Signal zu erzeugen,
eine Rateneinrichtung, die oberhalb eines ODR-Schwellwerts basierend auf einer vorgebbaren Ausgabedatenrate und anhand des Sensorzeit-Signals ein CountDown-Signal erzeugt,
einen CountDown-Timer, der ausgebildet ist, das CountDown-Signal unabhängig vom Sensorzeit-Signal für ein Sensor-Frontend bereitzustellen, wenn die vorgebbare Ausgabedatenrate unter dem ODR-Schwellwert liegt und
wobei das Sensor-Frontend, der CountDown-Timer und die Rateneinrichtung derart zusammenwirkend ausgebildet sind, sodass bei Ablauf des CountDown-Signals das Sensor-Frontend Daten einer Messung ausgibt.
In one embodiment, the present invention provides a sensor arrangement comprising
a sensor timer which is designed to generate a sensor time signal based on a provided clock signal,
a rate device that generates a countdown signal above an ODR threshold based on a predefinable output data rate and on the basis of the sensor time signal,
a CountDown timer which is designed to provide the CountDown signal independently of the sensor time signal for a sensor front end when the predeterminable output data rate is below the ODR threshold value and
wherein the sensor front end, the countdown timer and the rate device are designed to work together so that when the countdown signal expires, the sensor front end outputs data from a measurement.

In einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Sensoranordnung gemäß einem der Ansprüche 1-5 bereit, umfassend die Schritte:

  • - Bereitstellen eines Sensorzeit-Signals mittels des Sensortimers anhand eines Taktsignals,
  • - Bereitstellen einer Ausgabedatenrate,
  • - Vergleichen der Ausgabedatenrate mit einem ODR-Schwellwert, und wenn die Ausgabedatenrate unterhalb des ODR-Schwellwerts liegt:
    • ◯ Bereitstellen eines CountDown-Signals für ein Sensor-Frontend mittels eines Count-Down-Timers unabhängig vom Sensorzeit-Signal,
    und wenn die Ausgabedatenrate oberhalb des ODR-Schwellwerts liegt,
    • ◯ Bereitstellen eines CountDown-Signals mittels einer Rateneinrichtung, basierend auf der Ausgabedatenrate und anhand des Sensorzeit-Signals,
  • - Bereitstellen von Daten einer Messung des Sensor-Frontends, derart, sodass bei Ablauf des CountDown-Signals das Sensor-Frontend Daten einer Messung ausgibt.
In a further embodiment, the present invention provides a method for operating a sensor arrangement according to one of claims 1-5, comprising the steps:
  • - Provision of a sensor time signal by means of the sensor timer based on a clock signal,
  • - Providing an output data rate,
  • - Compare the output data rate with an ODR threshold value, and if the output data rate is below the ODR threshold value:
    • ◯ Provision of a countdown signal for a sensor front end by means of a countdown timer independent of the sensor time signal,
    and if the output data rate is above the ODR threshold,
    • ◯ Provision of a CountDown signal by means of a rate device, based on the output data rate and on the basis of the sensor time signal,
  • - Provision of data from a measurement of the sensor front end in such a way that when the CountDown signal expires, the sensor front end outputs data from a measurement.

In einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine Sensoranordnung bereit, umfassend ein Sensor-Frontend und einen CountDown-Timer, wobei das Sensor-Frontend überwiegend abgeschaltet ist und wobei der CountDown-Timer ausgebildet ist, ein CountDown-Signal für das Sensor-Frontend bereitzustellen und wobei das Sensor-Frontend zum Initiieren einer Ausgabe von Daten einer Messung ausschließlich mit dem CountDown-Timer verbunden ist und wobei Sensor-Frontend und CountDown-Timer so ausgebildet sind, dass das Sensor-Frontend so eingeschaltet wird, sodass eine Messung durchgeführt wird und bei Ablauf eines CountDown-Signals die Daten der durchgeführten Messung ausgegeben werden.In a further embodiment, the present invention provides a sensor arrangement comprising a sensor front end and a countdown timer, the sensor front end being predominantly switched off and the countdown timer being designed to provide a countdown signal for the sensor front end and wherein the sensor front end is connected exclusively to the countdown timer for initiating an output of data from a measurement, and wherein the sensor front end and countdown timer are designed such that the sensor front end is switched on so that a measurement is carried out and when a CountDown signal has elapsed, the data of the measurement carried out are output.

Das CountDown-Signal wird dabei insbesondere kontinuierlich dem Sensor-Frontend bereitgestellt. Das Sensor-Frontend nutzt das CountDown-Signal um die internen Abläufe des Sensor-Frontends, wie beispielsweise Rohsignale aufzuzeichnen, Rohsignale zu filtern, Temperaturfehler zu kompensieren und dergleichen so zu timen also so zeitlich durchzuführen, dass die Daten der Messung, also der ausgegebene Sensorwert, exakt dann zeitlich fertig wird, wenn der Count-Down-Timer den Wert ‚0‘ erreicht, also das CountDown-Signal somit abgelaufen ist.The CountDown signal is in particular continuously provided to the sensor front end. The sensor front end uses the CountDown Signal to record the internal processes of the sensor front end, such as recording raw signals, filtering raw signals, compensating temperature errors and the like, i.e. timed them so that the measurement data, i.e. the output sensor value, is precisely timed when the countdown timer reaches the value '0', i.e. the countdown signal has expired.

Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass damit zum einen, insbesondere, wenn sich die Sensoranordnung in einem Energiesparmodus befindet, die Ausgabedatenrate frei wählbar ist. Zum anderen ist ein Vorteil, dass keine Interpolation von Daten durchgeführt werden muss, sodass Sensordaten ohne zusätzliche Berechnungen und Speicherbedarf und mit äußerst geringer Latenz bereitgestellt werden können. Ein weiterer Vorteil ist, dass mittels des CountDown-Signals mehrere Sensoren absolut synchron betrieben werden können und dass das Alter der vom Sensor-Frontend bereitgestellten Signale minimal ist.One of the advantages achieved in this way is that on the one hand, in particular when the sensor arrangement is in an energy-saving mode, the output data rate can be freely selected. On the other hand, there is an advantage that no interpolation of data has to be carried out, so that sensor data can be provided without additional calculations and memory requirements and with extremely low latency. Another advantage is that several sensors can be operated absolutely synchronously by means of the CountDown signal and that the age of the signals provided by the sensor front end is minimal.

Weitere Merkmale, Vorteile und weitere Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden beschrieben oder werden dadurch offenbar.Further features, advantages and further embodiments of the invention are described below or become apparent as a result.

Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist das Sensor-Frontend bei einer Ausgabedatenrate unterhalb des Schwellwerts zeitweise abgeschaltet und das Sensor-Frontend ist derart gesteuert eingeschaltet, sodass bei Ablauf des CountDown-Signals Daten der Messung ausgegeben werden. Mit anderen Worten wird das Sensor-Frontend nur dann zeitweise und gesteuert so eingeschaltet, dass bei entsprechendem Empfang und Ablauf des CountDown-Signals Daten einer Messung vom Sensor-Frontend bereitgestellt werden. Vorteil hierbei ist, dass Energie durch das abgeschaltete Sensor-Frontend eingespart werden kann, gleichzeitig jedoch Daten von Messungen entsprechend der gewünschten Ausgabedatenrate bereitgestellt werden.According to a further development, the sensor front end is temporarily switched off at an output data rate below the threshold value and the sensor front end is switched on in a controlled manner such that data of the measurement are output when the countdown signal expires. In other words, the sensor front end is only switched on temporarily and in a controlled manner so that data of a measurement are provided by the sensor front end when the CountDown signal is received and expired. The advantage here is that energy can be saved by the sensor front end being switched off, but at the same time data from measurements are made available according to the desired output data rate.

Gemäß einer weiteren Weiterbildung sind der Sensortimer und der CountDown-Timer in Form eines Timers und einer mittels des Timers über Sync-Signale gesteuerten DPLL-Schaltung realisiert. Vorteil hiervon ist eine einfache Einbettung in Sensoranordnungen mit digitaler Phasenregelschleife DPLL, digital phase locked loop, die von einem Timer Taktsignale erhält.According to a further development, the sensor timer and the countdown timer are implemented in the form of a timer and a DPLL circuit controlled by means of the timer via sync signals. The advantage of this is simple embedding in sensor arrangements with a digital phase locked loop DPLL, which receives clock signals from a timer.

Gemäß einer weiteren Weiterbildung weist das Sensor-Frontend eine Inertialmesseinheit, insbesondere umfassend einen Beschleunigungssensor, ein Gyrometer und/oder einen Temperatursensor, auf. Vorteil hiervon ist, dass eine Inertialmessvorrichtung mit frei wählbarer Ausgabedatenrate bereitgestellt werden kann.According to a further development, the sensor front end has an inertial measuring unit, in particular comprising an acceleration sensor, a gyrometer and / or a temperature sensor. The advantage of this is that an inertial measuring device with a freely selectable output data rate can be provided.

Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist mittels einer Einstelleinrichtung die Ausgabedatenrate entsprechend einem Vielfachen des Taktsignals und/oder der Betreiberfrequenz der Inertialmesseinheit frei einstellbar. Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass auf einfache Weise die Ausgabedatenrate auf Basis des Takt- oder Betreibersignals einstellbar ist.According to a further development, the output data rate can be freely set according to a multiple of the clock signal and / or the operator frequency of the inertial measuring unit by means of a setting device. One of the advantages achieved in this way is that the output data rate can be set in a simple manner on the basis of the clock or operator signal.

Gemäß einer weiteren Weiterbildung des Verfahrens zum Betreiben einer Sensoranordnung wird das Sensor-Frontend bei einer Ausgabedatenrate unterhalb des Schwellwerts zeitweise abgeschaltet und das Sensor-Frontend wird so gesteuert wieder eingeschaltet, sodass bei Ablauf des CountDown-Signals durch das Sensor-Frontend die Daten einer Messung ausgegeben werden. Vorteil hierbei ist, dass Energie eingespart werden kann, gleichzeitig jedoch Daten von Messungen entsprechend der gewünschten Ausgabedatenrate bereitgestellt werden. Dies verbessert unter anderem die Laufzeit von Smartphones, Wearables oder dergleichen mit einer entsprechenden Sensoranordnung.According to a further development of the method for operating a sensor arrangement, the sensor front end is temporarily switched off at an output data rate below the threshold value and the sensor front end is switched on again in a controlled manner so that the data of a measurement through the sensor front end when the CountDown signal expires are issued. The advantage here is that energy can be saved, but at the same time data from measurements are provided according to the desired output data rate. Among other things, this improves the running time of smartphones, wearables or the like with a corresponding sensor arrangement.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen, und aus dazugehöriger Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention emerge from the subclaims, from the drawings, and from the associated description of the figures on the basis of the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen.Preferred designs and embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the following description, with the same reference symbols referring to the same or similar or functionally identical components or elements.

FigurenlisteFigure list

Dabei zeigt in schematischer Form

  • 1 eine bekannte Sensoranordnung;
  • 2 eine Sensoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3 eine Sensoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 4 eine Sensoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
  • 5 Schritte eines Verfahrens zum Betreiben einer Sensoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
It shows in schematic form
  • 1 a known sensor arrangement;
  • 2 a sensor arrangement according to an embodiment of the present invention;
  • 3 a sensor arrangement according to an embodiment of the present invention;
  • 4th a sensor arrangement according to an embodiment of the present invention; and
  • 5 Steps of a method for operating a sensor arrangement according to an embodiment of the present invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt eine bekannte Sensoranordnung. 1 shows a known sensor arrangement.

Im Detail ist in 1 eine bekannte Sensoranordnung 1 gezeigt, umfassend einen Sensortimer 2, eine Rateneinrichtung 3 und ein Sensor-Frontend 5. Der Sensortimer 2 erhält ein Taktsignal 100 und erzeugt ein Sensorzeit-Signal 101, beispielsweise ein kontinuierliches CountUp-Signal. Dieses Signal 101 wird zusammen mit einer insbesondere von einem Benutzer der Sensoranordnung 1 vorgegebenen Ausgabedatenrate 20 mittels eines Signals 105 an die Rateneinrichtung 3 übermittelt. Die Rateneinrichtung 3 erzeugt aus dem Sensorzeit-Signal 101 und dem Signal 105, mit welchem die Ausgabedatenrate an die Rateneinrichtung 3 übermittelt wird, dann ein CountDown-Signal 104, beispielsweise in Form eines Sägezahn-Signals, welches an das Sensor-Frontend 5 übermittelt wird. Auf Basis des CountDown-Signals 104 werden alle Datenpfade und Sensor-Frontends 5 synchronisiert, das heißt entsprechende Ausgabesignale werden bereitgestellt, wenn das CountDown-Signal 104 abläuft, also den Wert 0 annimmt. Das Sensor-Frontend 5 erzeugt üblicherweise regelmäßig auf Basis einer festen Frequenz Rohsensordaten. Diese müssen anschließend gefiltert werden. Da auch die Möglichkeiten der Filterung beschränkt sind, ist ebenfalls die Wahlmöglichkeit der Ausgabedatenrate beschränkt. So kann diese beispielsweise lediglich aus der Liste: 3,2 kHz, 1,6 kHz, 800 Hz, 400 Hz, ..., 12,5 Hz ausgewählt werden. Wird eine größere Ausgabedatenrate benötigt, übersteigt die Anzahl der für eine Datenausgabe des Sensor-Frontends notwendigen Rohsensordaten die Anzahl der aufgenommenen Sensordaten. Der Sensortimer 2 kann dabei beispielsweise als einfacher Zähler implementiert sein, welcher mit einer vorgegebenen Frequenz hochzählt, wie dies in der DE 10 2015 209 129 B3 gezeigt ist, welche hiermit durch Verweis in die vorliegende Anmeldung einbezogen ist.In detail is in 1 a known sensor arrangement 1 is shown, comprising a sensor timer 2, a rate device 3 and a sensor front end 5. The sensor timer 2 receives a clock signal 100 and generates a sensor time signal 101, for example a continuous CountUp signal. This signal 101 is transmitted to the rate device 3 by means of a signal 105 together with an output data rate 20 specified in particular by a user of the sensor arrangement 1. The rate device 3 then generates a countdown signal 104, for example in the form of a sawtooth signal, which is transmitted to the sensor front end 5 from the sensor time signal 101 and the signal 105, with which the output data rate is transmitted to the rate device 3 . On the basis of the CountDown signal 104, all data paths and sensor front ends 5 are synchronized, that is to say corresponding output signals are provided when the CountDown signal 104 expires, that is to say assumes the value 0. The sensor front end 5 usually generates raw sensor data on a regular basis on the basis of a fixed frequency. These then have to be filtered. Since the options for filtering are also limited, the options for selecting the output data rate are also limited. For example, this can only be selected from the list: 3.2 kHz, 1.6 kHz, 800 Hz, 400 Hz, ..., 12.5 Hz. If a higher output data rate is required, the number of raw sensor data required for data output from the sensor front end exceeds the number of recorded sensor data. The sensor timer 2 can be implemented, for example, as a simple counter which counts up at a predetermined frequency, as shown in FIG DE 10 2015 209 129 B3 is shown, which is hereby incorporated by reference into the present application.

2 zeigt eine Sensoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 shows a sensor arrangement according to an embodiment of the present invention.

Im Detail ist im Wesentlichen eine Sensoranordnung 1 gemäß 1 gezeigt. Im Unterschied zur Sensoranordnung 1 gemäß 1 ist bei der Sensoranordnung 1 gemäß 2 ein CountDown-Timer 4 angeordnet, der beispielsweise im Energiesparmodus der Sensoranordnung 1 die Bereitstellung des CountDown-Signals 104 übernimmt. Hierzu wird der CountDown-Timer 4 mit einer beliebigen Zeit 21 durch einen Benutzer oder anderweitig automatisiert konfiguriert und diese beispielsweise in einem entsprechenden Register bereitgestellt. Beispielsweise kann als Zeit 21 40 Mikrosekunden vorgegeben werden, welche der Taktzeit eines Gyroskops entspricht oder auch auf 150 ns, welche beispielsweise der Sensoranordnung-internen Taktfrequenz beim Betrieb eines Sensor-Frontends mit einem Beschleunigungssensor entspricht. Diese Zeit 21 wird dem CountDown-Timer 4 bereitgestellt, der dann - wenn durch die Rateneinrichtung 3 kein CountDown-Signal 104 erzeugt wird - die Erzeugung und Bereitstellung des CountDown-Signals 104 für das Sensor-Frontend übernimmt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die bereitzustellende Ausgabedatenrate unter einen vorgegebenen Wert sinkt. Mit anderen Worten wird der Wert im Register zur Initiierung des CountDown-Timers 4 genutzt, der bis zu dem Wert 0 herunterzählt. Bei dem Wert 0 sind dann Daten einer Sensormessung bereitgestellt. Der CountDown-Timer 4 zählt dann erneut bis zu dem Wert 0 herunter, und so weiter.In detail, a sensor arrangement 1 is essentially shown in FIG 1 shown. In contrast to the sensor arrangement 1 according to 1 is in the sensor arrangement 1 according to 2 a countdown timer 4 is arranged, which takes over the provision of the countdown signal 104 in the energy-saving mode of the sensor arrangement 1, for example. For this purpose, the CountDown timer 4 is configured automatically with any desired time 21 by a user or in some other way and this is provided, for example, in a corresponding register. For example, 40 microseconds can be specified as time 21, which corresponds to the cycle time of a gyroscope or 150 ns, which corresponds, for example, to the internal clock frequency of the sensor arrangement when operating a sensor front end with an acceleration sensor. This time 21 is made available to the CountDown timer 4, which then - if no CountDown signal 104 is generated by the rate device 3 - takes over the generation and provision of the CountDown signal 104 for the sensor front end. This is particularly the case when the output data rate to be provided falls below a predetermined value. In other words, the value in the register is used to initiate the countdown timer 4, which counts down to the value 0. If the value is 0, then data of a sensor measurement are provided. The CountDown-Timer 4 then counts down again to the value 0, and so on.

3 zeigt eine Sensoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 shows a sensor arrangement according to an embodiment of the present invention.

Im Detail ist in 3 eine Sensoranordnung 1 gezeigt, die im Wesentlichen der Sensoranordnung 1 gemäß 2 entspricht. Im Unterschied zur Sensoranordnung 1 gemäß 2 ist bei der Sensoranordnung 1 gemäß 3 nun der Sensortimer 2 in Form eines Timers 2a und einer mittels des Timers 2a über Sync-Signale gesteuerten DPLL-Schaltung 2b realisiert. Der Timer 2a erhält hierbei wieder ein Taktsignal 100 und übermittelt dieses als Signal 100b an die DPLL-Schaltung 2b. Darüber hinaus erzeugt der Timer 2a anhand einer vorgegebenen Zeit 22 ein Synchronisierungssignal 100a in Form eines Pulses sobald dieser auf die vorgegebene Zeit hochgezählt hat und übermittelt dieses ebenfalls an die DPLL-Schaltung 2b. Anschließend zählt dieser erneut bis zu der vorgegebenen Zeit 22 hoch. Auf dieses Synchronisierungssignal 100a kann dann die DPLL-Schaltung 2b einrasten. Hierbei stellt der Timer 2a Signale mit einer Auflösung entsprechend dem Systemtakt mit dem Taktsignal 100a bereit. Entsprechend dem von der DPLL-Schaltung 2b bereitgestellten Synchronisierungszählsignal 101' wird mittels einer Rateneinrichtung 3' und der ihr zur Verfügung gestellten Anzahl 20 von aufzunehmenden Daten pro Synchronisierungspuls - samples per sync, SPS - mittels des Signals 105' ein CountDown-Signal 104 bereitgestellt, welches dann dem Sensor-Frontend 5 übermittelt wird. Auf Basis des CountDown-Signals 104 werden alle Datenpfade und Sensor-Frontends 5 synchronisiert, das heißt entsprechende Ausgabesignale werden bereitgestellt, wenn das CountDown-Signal 104 abläuft.In detail is in 3 a sensor arrangement 1 is shown which essentially corresponds to the sensor arrangement 1 according to FIG 2 is equivalent to. In contrast to the sensor arrangement 1 according to 2 is in the sensor arrangement 1 according to 3 The sensor timer 2 is now implemented in the form of a timer 2a and a DPLL circuit 2b controlled by means of the timer 2a via sync signals. The timer 2a again receives a clock signal 100 and transmits this as signal 100b to the DPLL circuit 2b. In addition, the timer 2a uses a predetermined time 22 to generate a synchronization signal 100a in the form of a pulse as soon as it has counted up to the predetermined time and also transmits this to the DPLL circuit 2b. This then counts up again up to the specified time 22. The DPLL circuit 2b can then lock onto this synchronization signal 100a. The timer 2a provides signals with a resolution corresponding to the system clock with the clock signal 100a. According to the synchronization count signal 101 'provided by the DPLL circuit 2b, a countdown signal 104 is provided by means of a rate device 3' and the number 20 of data to be recorded per synchronization pulse made available to it - samples per sync, SPS - by means of the signal 105 ', which is then transmitted to the sensor front end 5. On the basis of the CountDown signal 104, all data paths and sensor front ends 5 are synchronized, that is to say corresponding output signals are provided when the CountDown signal 104 expires.

Ein möglicher Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass ein sogenanntes „Upsampling“ ermöglicht wird, das heißt beispielsweise vier Rohsensordaten pro Synchronisierungspuls. Ein weiterer möglicher Vorteil ist, dass die Genauigkeit der Bereitstellung einer gewünschten Ausgabedatenrate durch die Regelschleife der DPLL-Schaltung 2b höher ist verglichen mit der Ausführungsform der 2.A possible advantage of this embodiment is that what is known as “upsampling” is made possible, that is to say, for example, four raw sensor data per synchronization pulse. Another possible advantage is that the accuracy of providing a desired output data rate by the Control loop of the DPLL circuit 2b is higher compared to the embodiment of FIG 2 .

4 zeigt eine Sensoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4th shows a sensor arrangement according to an embodiment of the present invention.

Im Detail zeigt 4 im Wesentlichen eine Sensoranordnung gemäß 2. Im Unterschied zur Sensoranordnung 1 gemäß 2 fehlen bei der Sensoranordnung 10 gemäß 4 die Komponenten 2 und 3, also der Timer 2 sowie die Rateneinrichtung 3. Mittels des CountDown-Timers 4 werden die CountDown-Signale 104 entsprechend einer frei wählbaren Ausgabedatenrate erzeugt und dem Sensor-Frontend 5 übermittelt. Auf Basis des CountDown-Signals 104 werden wieder alle Datenpfade und Sensor-Frontends 5 synchronisiert, das heißt entsprechende Ausgabesignale werden bereitgestellt, wenn das CountDown-Signal 104 abläuft.Shows in detail 4th essentially a sensor arrangement according to 2 . In contrast to the sensor arrangement 1 according to 2 are absent in the sensor arrangement 10 according to FIG 4th the components 2 and 3, that is to say the timer 2 and the rate device 3. Using the countdown timer 4, the countdown signals 104 are generated according to a freely selectable output data rate and transmitted to the sensor front end 5. On the basis of the CountDown signal 104, all data paths and sensor front ends 5 are synchronized again, that is to say corresponding output signals are provided when the CountDown signal 104 expires.

Vorteil einer derartigen Sensoranordnung 10 ist, dass diese äußerst günstig in der Herstellung ist und einen niedrigen Energieverbrauch aufweist bei gleichzeitig frei wählbarer Ausgabedatenrate.The advantage of such a sensor arrangement 10 is that it is extremely inexpensive to manufacture and has a low energy consumption with a freely selectable output data rate at the same time.

5 zeigt Schritte eines Verfahrens zum Betreiben einer Sensoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5 shows steps of a method for operating a sensor arrangement according to an embodiment of the present invention.

Im Detail zeigt 5 Schritte eines Verfahrens zum Betreiben einer Sensoranordnung. Dieses umfasst die folgenden Schritte:

  • - Bereitstellen S1 eines Sensorzeit-Signals mittels des Sensortimers anhand eines Taktsignals,
  • - Bereitstellen S2 einer Ausgabedatenrate,
  • - Vergleichen S3 der Ausgabedatenrate mit einem ODR-Schwellwert, und wenn die Ausgabedatenrate unterhalb des ODR-Schwellwerts liegt:
    • o Bereitstellen S3a eines CountDown-Signals für ein Sensor-Frontend mittels eines Count-Down-Timers unabhängig vom Sensorzeit-Signal,
    und wenn die Ausgabedatenrate oberhalb des ODR-Schwellwerts liegt,
    • o Bereitstellen S3b eines CountDown-Signals mittels einer Rateneinrichtung, basierend auf der Ausgabedatenrate und anhand des Sensorzeit-Signals,
  • - Bereitstellen S4 von Daten einer Messung des Sensor-Frontends, derart, sodass bei Ablauf des CountDown-Signals das Sensor-Frontend Daten einer Messung ausgibt.
Shows in detail 5 Steps of a method for operating a sensor arrangement. This includes the following steps:
  • - Providing S1 a sensor time signal by means of the sensor timer on the basis of a clock signal,
  • - Providing S2 an output data rate,
  • - Compare S3 the output data rate with an ODR threshold value, and if the output data rate is below the ODR threshold value:
    • o Provision S3a of a countdown signal for a sensor front end by means of a countdown timer independent of the sensor time signal,
    and if the output data rate is above the ODR threshold,
    • o Providing S3b a CountDown signal by means of a rate device, based on the output data rate and on the basis of the sensor time signal,
  • Provision S4 of data from a measurement of the sensor front end in such a way that when the CountDown signal expires, the sensor front end outputs data from a measurement.

Zusammenfassend kann zumindest eine der Ausführungsformen der Erfindung zumindest einen der folgenden Vorteile und/oder zumindest eines der folgenden Merkmale bereitstellen:

  • - Frei wählbare Ausgabedatenrate
  • - Sensordaten mit äußerst geringer Latenz
  • - Reduzierter Energieverbrauch
  • - Reduzierte Herstellungskosten
  • - Möglichkeit des Upsamplings
  • - Hohe Genauigkeit der Ausgabedatenrate
In summary, at least one of the embodiments of the invention can provide at least one of the following advantages and / or at least one of the following features:
  • - Freely selectable output data rate
  • - Sensor data with extremely low latency
  • - Reduced energy consumption
  • - Reduced manufacturing costs
  • - Possibility of upsampling
  • - High accuracy of the output data rate

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.Although the present invention has been described on the basis of preferred exemplary embodiments, it is not restricted thereto, but rather can be modified in many ways.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102015209129 B3 [0022]DE 102015209129 B3 [0022]

Claims (8)

Sensoranordnung (1), umfassend einen Sensortimer (2, 2a, 2b), der ausgebildet ist, anhand eines bereitgestellten Taktsignals (100) ein Sensorzeit-Signal (101, 101') zu erzeugen, eine Rateneinrichtung (3), die oberhalb eines ODR-Schwellwerts basierend auf einer vorgebbaren Ausgabedatenrate (20) und anhand des Sensorzeit-Signals (101, 101') ein CountDown-Signal (104) erzeugt, einen CountDown-Timer (4), der ausgebildet ist, das CountDown-Signal (104) unabhängig vom Sensorzeit-Signal (101) für ein Sensor-Frontend (5) bereitzustellen, wenn die vorgebbare Ausgabedatenrate (20) unter dem ODR-Schwellwert liegt und wobei das Sensor-Frontend (5), der CountDown-Timer (4) und die Rateneinrichtung (3) derart zusammenwirkend ausgebildet sind, sodass bei Ablauf des CountDown-Signals (104) das Sensor-Frontend (5) Daten einer Messung ausgibt.Sensor arrangement (1), comprising a sensor timer (2, 2a, 2b) which is designed to generate a sensor time signal (101, 101 ') based on a provided clock signal (100), a rate device (3) which generates a countdown signal (104) above an ODR threshold value based on a predeterminable output data rate (20) and on the basis of the sensor time signal (101, 101 '), a countdown timer (4) which is designed to provide the countdown signal (104) independently of the sensor time signal (101) for a sensor front end (5) when the predeterminable output data rate (20) is below the ODR threshold value and wherein the sensor front end (5), the countdown timer (4) and the rate device (3) are designed to work together so that when the countdown signal (104) expires, the sensor front end (5) outputs data of a measurement. Sensoranordnung (1) gemäß Anspruch 1, wobei das Sensor-Frontend (5) bei einer Ausgabedatenrate (20) unterhalb des Schwellwerts zeitweise abgeschaltet ist und das Sensor-Frontend (5) so gesteuert eingeschaltet ist, sodass bei Ablauf des CountDown-Signals (104) Daten der Messung ausgegeben werden.Sensor arrangement (1) according to Claim 1 , wherein the sensor front end (5) is temporarily switched off at an output data rate (20) below the threshold value and the sensor front end (5) is switched on in a controlled manner so that data of the measurement are output when the CountDown signal (104) expires. Sensoranordnung (1) gemäß einem der Ansprüche 1-2, wobei der Sensortimer (2) und der CountDown-Timer (4) in Form eines Timers (2a) und einer mittels des Timers (2a) über Sync-Signale gesteuerten DPLL-Schaltung (2b) realisiert sind.Sensor arrangement (1) according to one of the Claims 1 - 2 , the sensor timer (2) and the countdown timer (4) being implemented in the form of a timer (2a) and a DPLL circuit (2b) controlled by means of the timer (2a) via sync signals. Sensoranordnung (1) gemäß einem der Ansprüche 1-3, wobei das Sensor-Frontend (5) eine Inertialmesseinheit, insbesondere umfassend einen Beschleunigungssensor, ein Gyrometer und/oder einen Temperatursensor, aufweist.Sensor arrangement (1) according to one of the Claims 1 - 3 wherein the sensor front end (5) has an inertial measuring unit, in particular comprising an acceleration sensor, a gyrometer and / or a temperature sensor. Sensoranordnung (1) gemäß einem der Ansprüche 1-4, wobei mittels einer Einstelleinrichtung die Ausgabedatenrate (20) entsprechend einem Vielfachen des Taktsignals (100) und/oder der Betreiberfrequenz der Inertialmesseinheit frei einstellbar ist.Sensor arrangement (1) according to one of the Claims 1 - 4th , the output data rate (20) being freely adjustable by means of a setting device corresponding to a multiple of the clock signal (100) and / or the operator frequency of the inertial measuring unit. Verfahren zum Betreiben einer Sensoranordnung (1) gemäß einem der Ansprüche 1-5, umfassend die Schritte: - Bereitstellen (S1) eines Sensorzeit-Signals (101) mittels des Sensortimers (2) anhand eines Taktsignals (100), - Bereitstellen (S2) einer Ausgabedatenrate (20), - Vergleichen (S3) der Ausgabedatenrate (20) mit einem ODR-Schwellwert, und wenn die Ausgabedatenrate (20) unterhalb des ODR-Schwellwerts liegt: o Bereitstellen (S3a) eines CountDown-Signals (104) für ein Sensor-Frontend (5) mittels eines Count-Down-Timers (4) unabhängig vom Sensorzeit-Signal (101), und wenn die Ausgabedatenrate (20) oberhalb des ODR-Schwellwerts liegt, o Bereitstellen (S3b) eines CountDown-Signals (104) mittels einer Rateneinrichtung (3), basierend auf der Ausgabedatenrate (20) und anhand des Sensorzeit-Signals (101, 101'), - Bereitstellen (S4) von Daten einer Messung des Sensor-Frontends (5), derart, sodass bei Ablauf des CountDown-Signals (104) das Sensor-Frontend (5) Daten einer Messung ausgibt.Method for operating a sensor arrangement (1) according to one of the Claims 1 - 5 comprising the steps: - providing (S1) a sensor time signal (101) by means of the sensor timer (2) on the basis of a clock signal (100), - providing (S2) an output data rate (20), - comparing (S3) the output data rate (20) ) with an ODR threshold value, and if the output data rate (20) is below the ODR threshold value: o Provision (S3a) of a countdown signal (104) for a sensor front end (5) by means of a countdown timer (4 ) independent of the sensor time signal (101), and if the output data rate (20) is above the ODR threshold value, o providing (S3b) a countdown signal (104) by means of a rate device (3) based on the output data rate (20) and on the basis of the sensor time signal (101, 101 '), - provision (S4) of data from a measurement of the sensor front end (5) in such a way that the sensor front end (5) receives data when the countdown signal (104) expires a measurement. Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei das Sensor-Frontend (5) bei einer Ausgabedatenrate (20) unterhalb des Schwellwerts zeitweise abgeschaltet wird und das Sensor-Frontend (5) so gesteuert wieder eingeschaltet wird, sodass bei Ablauf des CountDown-Signals (104) durch das Sensor-Frontend (5) die Daten einer Messung ausgegeben werden.Procedure according to Claim 6 , wherein the sensor front end (5) is temporarily switched off at an output data rate (20) below the threshold value and the sensor front end (5) is switched on again in a controlled manner so that when the CountDown signal (104) expires through the sensor front end (5) the data of a measurement are output. Sensoranordnung (10), umfassend ein Sensor-Frontend (5) und einen CountDown-Timer (4), wobei das Sensor-Frontend (5) überwiegend abgeschaltet ist und wobei der CountDown-Timer (4) ausgebildet ist, ein CountDown-Signal (104) für das Sensor-Frontend (5) bereitzustellen und wobei das Sensor-Frontend (5) zum Initiieren einer Ausgabe von Daten einer Messung ausschließlich mit dem Count-Down-Timer (4) verbunden ist und wobei Sensor-Frontend (5) und CountDown-Timer (4) so ausgebildet sind, dass das Sensor-Frontend (5) so eingeschaltet wird, sodass eine Messung durchgeführt wird und bei Ablauf eines CountDown-Signals (104) die Daten der durchgeführten Messung ausgegeben werden.Sensor arrangement (10), comprising a sensor front end (5) and a countdown timer (4), the sensor frontend (5) being predominantly switched off and the countdown timer (4) being designed to provide a countdown signal ( 104) for the sensor front end (5) and wherein the sensor front end (5) is connected exclusively to the countdown timer (4) to initiate an output of data from a measurement and wherein the sensor front end (5) and CountDown-Timer (4) are designed so that the sensor front end (5) is switched on so that a measurement is carried out and when a CountDown signal (104) expires, the data of the measurement carried out are output.
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