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Funktional sicher und robust

Magnetischer Positionssensor mit PSI5-Schnittstelle

23. Oktober 2017, 10:00 Uhr | Von Markus Zieserl und Roland Einspieler

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

EMV-Störfestigkeit an magnetischen Positionssensoren

Durch den definierten PSI5-Standard und dank der Strommodulation ist die gesendete Information bei der Übertragung sicher gegen mögliche elektromagnetische Störungen am Kabelbaum.

Durch neue EMV-Anforderungen von Seiten der Automobilhersteller (ISO-11452-8) steigen auch die Anforderungen an die Sensoren und die Sensormodule, eine noch höhere Störfestigkeit zu garantieren. Durch den Einsatz von Ferriten, speziellen PCBs und metallischer Abschirmung in Sensormodulen wird diese Störfestigkeit erreicht. Auch die Verwendung von induktiven Sensorsystemen ermöglicht die Erreichung einer höheren Störfestigkeit.

Zusätzliche benötigte Bauteile und spezielle Schirmungen im System verursachen jedoch klare Mehrkosten. Um Kosten zu reduzieren und Bauteile einzusparen, geht der Trend bei magnetischen Positionssensoren zu System-in-Package-Gehäusevarianten (SiP). Die SiP-Technologie ermöglicht das Weglassen von PCB und passiven Komponenten, weil Leadframe, Sensor und mögliche passive Komponenten in einem speziellen Verfahren geschweißt und überspritzt werden. Die Anbringung einer zusätzlichen Schutz- oder Abschirmkomponente ist nicht erforderlich. Hier stellt das von ams patentierte differenzielle Messprinzip die Lösung der Wahl dar.

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Positionssensor mit PSI5 nach ISO-26262

Die hohen Anforderungen an Sensoren und Sensormodule liegen aber nicht nur bei der Störfestigkeit. Definiert durch die ISO-26262 und die ASIL-Einstufung, müssen Sensoren speziell in sicherheitskritischen Applikationen eine hohe Diagnoseabdeckung erreichen. Das geschieht durch das Integrieren von Sicherheitsmechanismen, zum Beispiel an der internen Spannungsversorgung, dem internen Oszillator und der Schnittstelle. Hier liegt in der Verwendung der digitalen PSI5-Schnittstelle, speziell der V2.x, ein großer Vorteil: Der Sensor kann während des Betriebs eine Vielzahl von möglichen Fehlern und Statusinformationen an die ECU übermitteln.

Im Falle eines möglichen Fehlers sendet der Sensor anstatt der Winkelinformation einen Fehler Status (0x1F4) und die dazugehörende detaillierte Fehlerinformation zum Steuergerät. Im Gegensatz dazu können Standard-Analog-Schnittstellen nur einen generellen Fehlerfall übertragen (Bild 4).

Durch diese zusätzlichen Informa¬tionen kann das komplette System besser reagieren. Ein mögliches Notfallprogram steuert nicht nur ein einfaches Abschalten, sondern entsprechend des übertragenen Fehlers auch einen teilweisen Erhalt der Funktion.

Magnetischer Positionssensor mit PSI5-Schnittstelle: AS5172

Der AS5172 ist die aktuelle Entwicklung im Bereich der magnetischen Positionssensoren von ams.

Dieser Sensor unterstützt die beiden PSI5-Standards V1.3 und V2.x. Der Anwender kann selbst die Einstellungen wie Auflösung, Time Frame und PSI5-Version programmieren und damit 10-bit-, 16-bit- oder 20-bit-Informationen übertragen.
Neben dem Winkelwert überträgt AS5172 auch die Winkelgeschwindigkeit. Diese Information kann speziell im Bereich der Chassis-und-Safety-Systeme, die meistens mit einem Beschleunigungssensor in einer Bus-Kombination stehen, notwendig sein.
Durch das patentierte differenzielle Messprinzip erfüllt der Sensor die ISO-11452-8-Norm mit einer Fremdfeldstörfestigkeit von > 1000 A/m und erfährt auch keinerlei Einfluss durch die PSI5-Kommunikation. Dadurch ist eine aktuelle und genaue Winkelinformation immer gegeben

Aufgrund der neuen integrierten Sicherheitsmechanismen und der Entwicklung nach der ISO-26262 –als Safety Element out of Context (SEooC) – ist dieses Standardprodukt für verschiedene Anwendungen, zum Beispiel Chassis Level, Pedal etc. – definiert und erreicht mit einem Ein-Chip-Sensor im System das Sicherheitsziel ASIL B (C). Die SEooC-Entwicklung hilft speziell bei Standard-produkten mit dem Safety-Manual, den AS5172 in verschieden Applikationen zu integrieren und den definierten ASIL zu erreichen.

Die Autoren

Markus Zieserl

machte seinen Abschluss in Elektronik und Telekommunikationstechnik an der Höheren Technischen Lehranstalt Graz-Gösting. Er startete seine berufliche Karriere bei ams in 2013 als Applikationsingenieur für Magnetische Positionssensoren im Automotive Segment. Während einer einjährigen Auslandsentsendung nach USA konnte er zusätzliche wertvolle berufliche Erfahrungen im Hinblick auf Kundenanforderungen und -bedürfnisse für das Unternehmen gewinnen.

Roland Einspieler

machte seinen Abschluss in Nachrichtentechnik an der Höheren Technischen Lehranstalt Klagenfurt. Er startete seine berufliche Karriere bei ams in 2004, wo er als Evaluation Ingenieur für die Überprüfung der Funktionalität der ICs zuständig war. Nach mehreren erfolgreichen Jahren übernahm er die Aufgabe eines Applikationsingenieurs für magnetische Positionssensoren im Automotive-Segment. Nach weiteren erfolgreichen Jahren wechselte er in das Produkt-Management und übernahm zusätzlich die Aufgabe des Funktional Safety Managers für Automotive-Produkte.