CN106527254B - 集成电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及集成电路（100），优选地用于控制车辆功能，所述集成电路具有用于将模拟信号转换成数字测量值的模拟数字转换器（120）、用于对数字测量值预处理的连接在模拟数字转换器（120）下游的DSP单元（130）、用于对数字测量值继续处理的与DSP单元（130）以数据传输方式连接的中央计算单元（150），其中所述DSP单元（130）被设立用于在运行中控制模拟数字转换器（120）。

Description

集成电路

技术领域

本发明涉及尤其用于控制车辆功能的集成电路。

背景技术

信号可以借助于数字信号处理（digital signal processing，DSP）以数字方式被处理，其中例如频率滤波、压缩、噪声抑制等可以被执行。数字信号处理可以由微处理器或者由专用DSP单元、诸如数字信号处理器（DSP）或者所谓的‘State Machine ’（状态机）执行，所述专用DSP单元（经由参数可调整地）可以计算数字滤波算法、例如FIR、IIR、FFT等。然而，甚至在第二种情况下也使微处理器承受负荷，因为所述微处理器必须控制DSP单元。然而，这尤其在计算效率应当尽可能高效地并且节能地被使用的领域中、诸如在（机动）车辆领域中是不利的。

发明内容

按照本发明建议具有独立专利权利要求的特征的集成电路以及这样的集成电路用于控制车辆功能的应用。有利的扩展方案是从属权利要求以及以下描述的主题。

在本发明的范围内，在运行中减轻集成电路、诸如微控制器的中央计算单元、例如微处理器的DSP计算任务和控制任务，其方式是，将用于处理测量值的DSP单元的自身的DSP路径连接在具有多个ADC路径的模拟数字转换器（ADC）的、与集成电路的模拟输入端连接的模拟数字转换器路径下游，使得中央计算单元已经包含预处理的测量值，而不必对此耗费计算效率或者计算时间。在模拟数字转换器和DSP单元之间的通信直接地经由电路内部总线（例如内部地址/数据总线，所述内部地址/数据总线也可以被构造为NOC（片上网络（network-on-chip）））进行，并且在正常运行中在无中央计算单元参与的情况下进行。在DSP单元和中央计算单元之间的通信同样地经由电路内部总线进行或者由中央计算单元作为存储器直接访问（Direct Memory Access（直接存储器访问），DMA）来实施。在此，DSP单元被设立用于，例如按照流程控制或者根据由模拟数字转换器提供的原始值在运行中控制模拟数字转换器，也即只要是期望的，就改变所述模拟数字转换器的可预先给定的参数（例如转换间隔、分辨率、放大率、触发阈值、诊断功能等）。所有提及的元件是同一个集成电路、例如微控制器的组成部分。

这样的集成电路尤其在汽车领域中或者一般为了控制车辆功能可以例如有利地被用作控制设备的微控制器，因为在那里计算效率和计算时间的特别高效的利用是特别有利的。在汽车领域中，数字信号处理的部分在运行时变得越来越大，然而其中计算效率由于位置、成本、废热和能量供应原因而不能任意地升高。有利地可以控制其中测量值处理是时间关键的所有的功能、例如电机功能（例如燃料计量、点火、燃烧室压力的调节等）、传动功能、离合功能、制动功能（例如ABS）、驱动功能（例如ESP）、安全功能（气囊、间隔报警、巡航控制（Tempomat）、导航、自主驾驶）等。

在传统的微控制器中，DSP功能要么完全地由微处理器计算，要么至少数据从微处理器被转交给DSP单元，并且计算在那里被开始并且被控制。在第一种情况下，DSP功能必须被嵌入到操作系统的任务调度（Task-Scheduling）中，这特别是在经常需要DSP功能时由于对此需要的任务切换而变得非常效率低。在第二种情况下，数据必须来回地被传输，这同样是资源密集的。

通过按照本发明的解决方案，信号处理可以被改善，使得例如不太精确的信号也可以被使用，或者模拟滤波器可以被数字化。这允许减少信号线路耗费、例如简化外部的屏蔽，或者使外部的滤波器（例如RC滤波器）取消。由此，系统成本可以被降低。

另一方面，可以利用存在的信号获得更高的精度，并且因此呈现更好的功能。中央计算单元上的软件系统的复杂性可以被降低。

适宜地，集成电路附加地拥有与DSP单元和/或中央计算单元以数据传输方式连接的输出单元。进一步优选地，DSP单元被设立用于将数字测量值传输给输出单元。数字模拟转换器、端口模块、定时器模块等等优选地被用作输出单元。在车辆功能情况下，经常将定时器模块用作输出单元，所述定时器模块例如在达到预先给定的计数值（所述计数值例如可以对应于曲轴位置）时，切换输出端（高-低（HIGH-LOW）并且反之亦然）。在本发明的范围内，这样的计数值尤其可以特别简单地由DSP单元计算，并且直接地（在不经由中央计算单元绕路的情况下）被传输给输出单元。

按照一种优选的实施方式，模拟数字转换器具有不同的ADC路径，所述ADC路径分别具有输入端和输出端，自身的DSP路径被连接在所述不同的ADC路径中的每一个下游。ADC路径中的每一个例如可以针对专门的传感器来设置。在所述不同的ADC路径中的每一个中，模拟输入信号分别被转换为数字输出信号。其优点是不同的DSP路径的独立的可配置性（所述DSP路径分别单独地或者成组地通过自身的DSP单元实现）。由此，对于不同的路径可以实施例如不同的DSP功能和/或相同的、但是具有不同参数的DSP功能。因此，尤其能够实现使各个ADC路径并联地并且在不互相影响的情况下分别经受数字信号处理。尤其可以视系统运行点而定单独地对待每个DSP路径。

优选地，可以根据原始值（例如根据原始值变化过程的幅度或者方差（Varianz）/噪声）进行DSP单元或者DSP路径的配置，以便改善信号质量。优选地，DSP单元被设立用于例如按照流程控制来执行所述配置自身。

优选地，在预处理的过程中，由DSP单元借助于数字信号处理执行对所提供的数字输出信号的滤波、放大和/或信号质量改善。因此尤其可以取消外部的滤波器，尤其不需要附加的构造为硬件构件的滤波器。然而视DSP单元的效率而定，也可以执行广博的（umfangreiche）或者复杂的功能，使得可以不在预处理和继续处理之间引起清晰的界限，并且也许预处理已经是广博的，使得根本不再需要继续处理。

有利地，集成电路被使用用于所谓的控制阀门操作（Controlled ValveOperation, CVO）。在控制阀门操作（CVO）的过程中，尤其机动车辆的内燃机的喷油阀被操控，并且喷油阀的喷射均衡（Injektionsabgleich）被执行。喷油阀尤其借助于执行器被操作，所述执行器利用具有操控持续时间的操控参量被操控。在喷射期间，可以从喷射阀的相应的打开和闭合时间点中确定相应的阀针的阀门打开持续时间和从而相应的喷射阀的实际的喷油量，并且必要时被重新调节。尤其在控制阀门操作的过程中可以根据在阀门打开持续时间的额定值和阀门打开持续时间的实际值之间的调节差修改阀门打开持续时间的额定值。所述额定值例如可以作为时间差被转交给作为输出单元的计时器。用于数据传输的方法尤其适合于控制阀门操作（CVO），因为在所述控制阀门操作（CVO）的过程中，很多测量值以数字方式被后处理和分析。

由说明书和附图得出本发明的其他优点和扩展方案。

本发明根据实施例在附图中示意性地被示出，并且以下参考附图被描述。

附图说明

图1示意性地示出机动车辆的按照本发明的数据传输装置的优选的扩展方案，所述数据传输装置被设立用于执行按照本发明的方法的优选的实施方式。

具体实施方式

在图1中示意性地示出按照本发明的集成电路的优选的扩展方案，并且用100表示。集成电路100例如可以被构造为机动车辆的控制设备或者电机控制设备的微控制器，所述控制设备或者电机控制设备执行机动车辆的内燃机的控制（电机控制）。

出于该目的，传感器110被布置在内燃机中或者布置在内燃机附近。传感器111例如被构造为在内燃机的燃烧室中的压力传感器，传感器112被构造为温度传感器并且传感器113被构造为转速传感器。

在电机控制的过程中在微控制器100中从所述传感器110的测量值中确定用于执行器的操控值，并且输出给输出端（未示出）。为了能够在微控制器100中处理传感器110的测量值，所述微控制器100拥有模拟数字转换器（ADC）120、数字信号处理单元或者DSP单元（DSP）130和构造为微处理器（μP）150的中央计算单元。输出单元170、例如数字模拟转换器、端口模块、计时器模块等等对输出负责。

模拟数字转换器120具有三个输入端121、122和123，所述输入端中的每一个均经由微控制器的传感器输入端与传感器之一111、112或者113连接。此外，模拟数字转换器120具有三个输出端124、125和126，所述输出端在本示例中分别被分配给传感器之一111、112或者113。模拟输入信号作为测量值分别由传感器110检测。每个传感器111、112和113的模拟输入信号施加在模拟数字转换器120的相应的输入端121、122或者123上，由所述模拟数字转换器120数字化，并且作为数字输出信号或者原始值在相应的输出端124、125或者126处被提供。因此利用三个输入端和输出端121至126在模拟数字转换器120中实现三个ADC路径，传感器111至113之一的数据分别利用所述ADC路径被处理。

三个输出端124、125和126中的每一个均与DSP单元130连接。输出端124、125和126尤其可以经由微控制器内部总线127与DSP单元130连接。DSP单元130接收传感器111、112或者113的三个数字输出信号，并且对于数字输出信号中的每一个彼此独立地分别执行数字信号处理，以便分别对所述数字输出信号预处理。对此，DSP单元尤其拥有多个并联的DSP路径，所述DSP路径可以彼此独立地并且尤其同时地实施DSP功能。因此，对于数字输出信号中的每一个可以实施自身的DSP功能或者相同的、但是具有不同参数的DSP功能。

在所述预处理的过程中，三个数字输出信号中的每一个例如被滤波和放大。例如，对于三个数字输出信号中的每一个可以分别应用具有分别单独的参数的高通滤波器。

在运行期间，模拟数字转换器120由DSP单元130控制，这通过连接160被象征化。所述操控例如包括调整参数、诸如转换间隔、分辨率、放大率、触发阈值、诊断功能等。DSP单元130例如被设立用于根据所提供的原始值控制模拟数字转换器120。因此，例如可以使分辨率或者放大率匹配于所预期的原始值。适宜地，使预期以经验值和原始值的时间展开（原始值变化过程）为依据。例如，DSP单元130也被设立用于，根据所提供的原始值控制其自身的功能性。因此，预处理可以被匹配于当前的原始值。

以这种方式预处理的数字输出信号按照第一替代方案由DSP单元130经由微控制器内部总线140或者经由直接存储器访问（DMA）传输给微处理器150。所述微处理器150对所述预处理的数字输出信号继续处理，并且从中在所描述的示例中在电机控制的过程中确定用于执行器的操控值，所述微处理器150将所述操控值通常同样经由总线140传输给输出单元170。按照另一替代方案，预处理的数字输出信号由DSP单元130经由微控制器内部总线140直接地并且在不中间连接微处理器150的情况下或者经由直接存储器访问（DMA）传输给输出单元170。如果预处理足够并且数字输出信号例如应当在另一计算单元中被继续处理，或者如果根本不需要继续处理，那么所述替代方案适合。

可以规定：微处理器150同样可以访问微控制器内部总线127，例如总线140和127在物理上可以是相同的总线。然而，在正常运行期间不发生微处理器150对模拟数字转换器120的访问，这里模拟数字转换器120的控制通过DSP单元130执行。访问例如可以在运行开始时进行用于装配（Aufsetzen）模拟数字转换器120和DSP单元130、例如用于装配流程控制和初始参数。

Claims (12)

1.集成电路（100），其具有：

用于将模拟信号转换成数字测量值的模拟数字转换器（120），

用于对数字测量值预处理的、连接在模拟数字转换器（120）下游的DSP单元（130），

用于对经预处理的数字测量值继续处理的、与DSP单元（130）以数据传输方式连接的中央计算单元（150），

其中所述DSP单元（130）被设立用于在运行中控制所述模拟数字转换器（120），其中能够改变所述模拟数字转换器的可预先给定的参数。

2.按照权利要求1所述的集成电路（100），其中所述DSP单元（130）被设立用于对所述数字测量值预处理。

3.按照权利要求1或2所述的集成电路（100），附加地具有与DSP单元（130）和/或中央计算单元（150）以数据传输方式连接的输出单元（170），其中所述DSP单元（130）被设立用于将所述数字测量值传输给所述输出单元（170）。

4.按照权利要求1或2所述的集成电路（100），其中所述模拟数字转换器（120）具有多个ADC路径，并且所述DSP单元（130）具有多个DSP路径，其中分别给所述多个ADC路径中的每个ADC路径分配所述多个DSP路径中的一个DSP路径。

5.按照权利要求4所述的集成电路（100），其中所述多个DSP路径中的同一DSP路径不被分配给所述多个ADC路径中的两个ADC路径。

6.按照权利要求4所述的集成电路（100），其中所述多个DSP路径中的每个DSP路径能够分别独立于多个DSP路径中的另外的DSP路径地被配置。

7.按照权利要求1或2所述的集成电路（100），所述集成电路（100）被设立用于，在运行中在中央计算单元（150）不参与的情况下发生在模拟数字转换器（120）和DSP单元（130）之间的通信。

8.按照权利要求1或2所述的集成电路（100），其中所述DSP单元（130）被构造为数字信号处理器或者状态机。

9.按照权利要求1或2所述的集成电路（100），其中所述中央计算单元（150）被构造为微处理器。

10.按照权利要求1或2所述的集成电路（100），所述集成电路（100）被构造为微控制器。

11.按照权利要求1至10之一所述的集成电路（100）用于控制车辆功能的应用。

12.按照权利要求11所述的集成电路（100）用于控制车辆功能的应用，用于控制电机功能、传动功能、离合功能、制动功能、驱动功能和/或安全功能。

Images