CN108139956A - 用于基于看门狗电压来监测微控制器的电路装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于监测微控制器的定时行为的电路装置包括微控制器(μC)，所述微控制器布置成控制至少一个看门狗电压产生部(T1，C1，R1，R3，D1；T1，T2，C1，C2，R1，R2，R3，D1)以便在时间上以限定的方式产生至少一个监测电压(UC；U1，U2)并且在预先确定的采样时刻检测和读取那时产生的监测电压(UC；U1，U2)；和所述至少一个看门狗电压产生部(T1，C1，R1，R3，D1；T1，T2，C1，C2，R1，R2，R3，D1)，所述至少一个看门狗电压产生部布置成产生在预先确定的采样时刻可通过由所述微控制器进行采样而检测到的监测电压(UC；U1，U2)，其中，在所述采样时刻检测到的、所述预先确定的电压公差范围内的监测电压(UC；U1，U2)表明所述微控制器(μC)的无故障的状态，而在所述预先确定的时刻检测到的、位于所述预先确定的电压公差范围之外的监测电压(UC；U1，U2)表明所述微控制器(μC)的有故障的状态。用于基于看门狗电压来监测微控制器的方法基于在前面提到的看门狗电路中的监测电压的产生。

Description

用于基于看门狗电压来监测微控制器的电路装置和方法
技术领域
本发明涉及一种电路装置并且尤其涉及一种用于监测微控制器的在时间上的行为或者定时行为的数字的看门狗(oder Watchdog，WD)电路。此外，本发明涉及一种用于基于看门狗电压来监测微控制器的方法，所述看门狗电压由看门狗电路装置产生。
背景技术
由于在电子系统的开发中的成本压力提高，越来越多地进行这样的系统从迄今所使用的多系统或者多计算机系统到单计算机系统的转换。基于例如在车辆的领域和尤其在商用车辆的领域中同样提高的对功能安全性的要求，在单计算机系统中也必须确保或者进一步改进迄今在多计算机系统中可供使用的冗余。
用于微控制器的定时行为的、以数字电路(如例如窗WD、基于问题-答案序列的智能WD和诸如此类的)形式的看门狗电路(WD)和方法自身已知。同样自身已知的是在微控制器上的输入端接头或者模拟/数字转换器(ADC)的引脚上的固定的静态的参考电压，所述微控制器应确保ADC的正确的功能。
发明内容
存在对成本有利和同时可简单地提供的电路装置的需求，所述电路装置允许微控制器的时间行为的简单但高效的检查。
因此，本发明基于以下任务：对于具有微控制器的单计算机系统，提供一种电路装置和一种用于其监测的方法，借助所述电路装置或者所述方法可以针对正确的功能检查微控制器的模拟的(ADC)输入端并且尽可能同时也还可以针对正确的内部定时检查微控制器自身。
根据本发明，该任务通过具有权利要求1的特征的看门狗电路装置和通过具有权利要求11的特征的、用于基于看门狗电压来监测微控制器的方法解决。本发明的有利的扩展方案为所附的从属权利要求的主题。
本发明基于以下总体构思：提供一种成本有利和同时简单的电路装置，所述电路装置允许微控制器的定时的或者时间行为的简单但有效的检查。根据本发明，将对模拟/数字转换器的功能的检查和对微控制器(μC)的正确的定时的两种要求合并。在以下描述的实施例中，电路需要仅仅三至五个成本有利的标准部件。必需的独立的参考电压也可以可选地由其他的电路部分提供以供使用，从而为此不需要附加的部件。
更确切地，在使用高度稳定的、其值准确地已知的参考电压和所使用的部件的、规定用于电压检测值的允许的或者许可的范围的已知的公差的情况下使电容器首先完全地放电，然后在确定的时刻开始沿着充电曲线使电容器再次充电，所述充电曲线通过时间环节(Zeitglied)确定。从该确定的时刻起，直到确定的电压——在当前的情况下待检测的监测电压——的充电时间是准确地已知的，微控制器在该时间之后将读取所述确定的电压。充电时间通过微控制器精确地预定义并且因此为待回读的电压的绝对度量。通过充电时间和监测电压的值的严格依赖关系，绝对的充电时间直接伴随着影响结果。如果该绝对的充电时间由于例如偏离的定时或者在微控制器内部的功能性故障而改变，则监测电压与之成比例地改变。在此，如果监测电压离开通过部件公差确定的公差带，则可以明确地识别在微控制器中的这些故障并且将总系统带至安全性不关键的运行状态中。
与前面所述一致地，所述任务具体地通过一种用于监测微控制器的定时行为的看门狗电路装置解决。看门狗电路装置包括微控制器，所述微控制器布置成控制至少一个看门狗电压产生部以便在时间上以限定的方式产生至少一个监测电压并且在预先确定的采样时刻检测和读取那时产生的监测电压；并且看门狗电路装置包括所述至少一个看门狗电压产生部，所述至少一个看门狗电压产生部布置成产生在预先确定的采样时刻可通过由所述微控制器进行采样而检测到的监测电压，其中，在所述采样时刻检测到的、位于预先确定的电压公差范围内的监测电压表明所述微控制器的无故障的状态，而在所述预先确定的时刻检测到的、位于预先确定的电压公差范围之外的监测电压表明所述微控制器的有故障的状态。
优选地，所述看门狗电压产生部具有至少一个电容器，在所述至少一个电容器上提供所述监测电压。因为同样已知在以下构件——所述构件的参数已知——中在电容器上的充电曲线的电压曲线，所以可以有利地产生简单的电压采样。
优选地，所述看门狗电压产生部具有至少一个晶体管，所述至少一个晶体管与所述电容器并联连接并且能够根据在所述微控制器的输出端上的逻辑状态由所述微控制器以时间控制的方式进行开关，其中，在所述输出端的逻辑0状态期间所述晶体管被阻断并且所述电容器能够以限定的方式充电，而在所述输出端的逻辑1状态期间所述晶体管被接通并且所述电容器能够以限定的方式放电。在基本的电压范围和/或功率范围内，作为开关元件的晶体管是一种控制电容器的充电和/或放电的有利地成本有利的可行方案。
优选地，电容器布置成由所述微控制器控制地通过所述晶体管在任意时刻完全地放电，并且从已放电的状态在预先确定的时刻充电，其中，根据限定充电曲线的等式U(c/1/2)＝URef*(1-exp(-tLade/R*C))在所述电容器上产生所述电容器电压并且在接下来的采样时刻产生所述监测电压，其中，UC或者U1和/或U2为所述监测电压，所述微控制器从所述预先确定的时刻起在已知的充电时间之后在所述采样时刻将读取所述监测电压，URef为高度稳定的参考电压，其值准确地已知并且优选地来自于独立的电压调节元件(例如参考二极管)并且独立于μC的供电电压，tLade为所述已知的充电时间，并且R/C限定由电阻和所述电容器组成的RC环节(RC-Glied)，所述RC环节规定时间常数τ＝R*C，所述电容器以所述时间常数进行充电。因此，有利地，可以精确地确定和计算所基于的参数和信号变化曲线。
优选地，所述第一电阻与所述电容器串联连接并且在其端部中的第一端部上位于参考电压上而在其端部中的第二端部上与所述电容器的第一接头连接；设有供电电阻，所述供电电阻在其端部中的第一端部上位于供电电压上而在其端部中的第二端部上在阴极侧与二极管连接，所述二极管提供在所述第一电阻的第一端部和所述电容器的第二接头之间的所述参考电压；所述晶体管具有第一接头、第二接头和第三接头，所述第一接头与所述电容器的第一接头和所述微控制器的模拟转换器输入端连接，所述第二接头与所述微控制器的输出端连接，所述第三接头与所述电容器的第二接头、在阳极侧与所述二极管和地电位连接。
替代地，优选地，设有第一看门狗电压产生部，在所述第一看门狗电压产生部中，第一个第一电阻与第一电容器串联连接并且在其端部中的第一端部上位于参考电压上，而在其端部中的第二端部上与所述第一电容器的第一接头连接；设有供电电阻，所述供电电阻在其端部中的第一端部上位于供电电压上而在其端部中的第二端部上在阴极侧与二极管连接，所述二极管提供在所述第一个第一电阻的第一端部和所述第一电容器的第二接头之间的参考电压；第一晶体管具有第一接头、第二接头和第三接头，所述第一接头与所述第一电容器的第一接头和所述微控制器的第一模拟转换器输入端连接，所述第二接头与所述微控制器的第一输出端连接，所述第三接头与所述第一电容器的第二接头、在阳极侧与所述二极管和地电位连接；并且设有第二看门狗电压产生部，在所述第二看门狗电压产生部中，第二个第一电阻与第二电容器串联连接并且在其端部中的第一端部上位于参考电压上而在其端部中的第二端部上与所述第二电容器的第一接头连接；设有所述供电电阻，所述供电电阻在其端部中的第一端部上位于供电电压上而在其端部中的第二端部上在阴极侧与二极管连接，所述二极管提供在所述第一个第一电阻的第一端部和所述第二个第一电阻的第一端部和所述第一电容器的第二接头和所述第二电容器的第二接头之间的参考电压；第二晶体管具有第一接头、第二接头和第三接头，所述第一接头与所述第二电容器的第一接头和所述微控制器的第二模拟转换器输入端连接，所述第二接头与所述微控制器的第二输出端连接，所述第三接头与所述第二电容器的第二接头和地电位连接，其中，所述第一看门狗电压产生部和所述第二看门狗电压产生部构成多通道的看门狗电路装置。
优选地，所述第一看门狗电压产生部和所述第二看门狗电压产生部时间偏移地和/或相位偏移地被控制和采样，使得在预先确定的第一时间在所述电容器中的一个电容器上检测并且由所述微控制器读取所述监测电压中的一个监测电压，并且在预先确定的第二时间在所述电容器中的另一个电容器上检测并且由所述微控制器读取所述监测电压中的另一个监测电压。有利地，以这种方式，例如当微控制器具有分散的时钟间断(Taktaussetzer)或者用于放电晶体管T1的控制端口DO_1的缺陷时，能够实现在看门狗电路上的各个故障的在更大的程度上的识别。由于缺陷，C1保持放电，当μC然后从该水平又要继续运转时，这可能不会被识别。然而，C2也可能会由于μC的间断而进一步充电并且因此落在公差窗口之外，即故障可能会能够通过第二通道识别。
优选地，由所述第一个第一电阻和所述第一电容器确定的时间环节的时间常数和由所述第二个第一电阻和所述第二电容器确定的时间环节的时间常数相互不同。有利地，由此可以更好地区分所谓的共模干扰。
优选地，在限定的采样时间周期性地重复所述电容器的充电曲线的采样。周期性的采样确保在微控制器的正在进行的运行中对微控制器的持续监测。
优选地，微控制器布置成阻断所述晶体管直至所述电容器完全充电，然后检测所述参考电压的绝对值，并且基于所述参考电压的所检测的值校准所述微控制器的至少一个模拟/数字转换器通道。有利地，可以以这种方式进一步提高模拟/数字转换器的检测准确性。
优选地，电子开关构造为晶体管。进一步优选地，所述电子开关以集成到所述微控制器中的方式构造。替代地，优选地，所述电子开关以位于所述微控制器外部的方式设置并且与所述微控制器连接。
所述任务同样通过一种用于基于看门狗电压来监测微控制器以便监测微控制器的定时行为的方法来解决，所述看门狗电压在根据以上权利要求中任一项所述的看门狗电路装置中产生，所述方法具有以下步骤：控制至少一个看门狗电压产生部以便在时间上以限定的方式产生至少一个监测电压，其中，所述控制包括使电容器以限定的方式放电以及然后在预先确定的时刻开始沿着充电曲线使所述电容器以限定的方式充电；检测和读取所述电容器的在预先确定的采样时刻产生的充电电压作为所述监测电压，其中，在所述采样时刻检测到的、位于预先确定的电压公差范围以内的监测电压表明所述微控制器的无故障的状态，而在所述预先确定的时刻检测到的、位于所述预先确定的电压公差范围之外的监测电压表明所述微控制器的有故障的状态。
优选地，在所述微控制器的输出端的逻辑0状态期间阻断晶体管，并且能够使所述电容器以限定的方式充电，而在所述输出端的逻辑1状态期间接通所述晶体管并且能够使所述电容器以限定的方式放电。
优选地，由所述微控制器控制地通过所述晶体管在任意时刻使所述电容器完全地放电，并且从已放电的状态在预先确定的时刻使所述电容器充电，其中，根据限定充电曲线的等式U(c/1/2)＝URef*(1-exp(-tLade/R*C))在所述电容器上产生所述电容器电压并且在接下来的采样时刻产生所述监测电压，其中，UC或者U1和/或U2为所述监测电压，所述微控制器从所述预先确定的时刻起在已知的充电时间之后在所述采样时刻将读取所述监测电压，URef为高度稳定的参考电压，其值准确地已知，tLade为所述已知的充电时间，并且R/C限定由电阻和所述电容器组成的RC环节，所述RC环节规定时间常数τ＝R*C，所述电容器以所述时间常数进行充电。
优选地，相位偏移地控制和采样第一看门狗电压产生部和第二看门狗电压产生部，使得在预先确定的第一时间在所述电容器中的一个电容器上检测并且由所述微控制器读取所述监测电压中的一个监测电压，并且在预先确定的第二时间在所述电容器中的另一个电容器上检测并且由所述微控制器读取所述监测电压中的另一个监测电压。
优选地，第一看门狗电压产生部的RC时间环节的时间常数和第二看门狗电压产生部的RC时间环节的时间常数相互不同。
优选地，在限定的采样时间周期性地重复所述电容器的充电曲线的采样。
优选地，阻断所述晶体管直至所述电容器完全充电，然后检测所述参考电压的绝对值，并且基于所述参考电压的所检测的值校准所述微控制器的至少一个模拟/数字转换器通道。
附图说明
以下根据优选的实施例参照绘图详细地描述本发明。附图示出：
图1示出根据第一实施例的、用于监测微控制器的在时间上的行为或者定时行为的看门狗电路装置的简化的、局部的原理图；
图2A和2B示出在根据图1的看门狗电路装置中的不同的运行状态下以电压变化曲线形式的、局部的典型的信号变化曲线；
图3示出根据第二实施例的、用于监测微控制器的在时间上的行为或者定时行为的看门狗电路装置的简化的、局部的原理图；
图4示出在根据图3的看门狗电路装置中的不同的运行状态下、尤其在具有冗余的通道的故障情况下以电压变化曲线形式的、局部的典型的信号变化曲线。
要指出，在图中等效地或者相同地起作用的元件可以具有相同的或者至少类似的附图标记并且在这种情况下分别不再次进行描述。
具体实施方式
图1示出根据第一实施例的、用于监测微控制器μC的在时间上的行为或者定时行为的看门狗电路装置的简化的、局部的原理图。
在该实施例中，在图1中在左侧示出的微控制器μC为可应用在例如系统——用于车辆、尤其商用车的电子控制单元(ECU)和诸如此类——中的控制装置并且本身熟知。根据该实施例，微控制器μC除了具有通常已有的输入端和输出端或者端口之外具有至少一个第一模拟/数字转换器输入端ADC_IN1和数字的输出端或者数字输出端DO。不言而喻地，可以设置另外的输入端、例如第二模拟/数字转换器输入端ADC_IN2。
在图1中在右侧示出看门狗电压产生部，所述看门狗电压产生部至少与前面提到的第一模拟/数字转换器输入端ADC_IN1和输出端DO连接并且包括至少一个晶体管T1、电容器C1、电阻R1、二极管D1和电阻R3。看门狗电压产生部与第二模拟/数字转换器输入端ADC_IN2的连接可以是可选的，如还要描述的那样。
详细地，根据图1，晶体管T1的第一接头、例如漏极接头或者集电极接头与微控制器μC的第一输入端ADC_IN1连接，并且，晶体管T1的第二接头、例如栅极接头或者基极接头与数字输出端DO连接。此外，晶体管T1的第一接头与电阻R1的第二端部和电容器C1的第一接头连接。电阻R1的第二端部位于参考电压URef上，所述参考电压通过二极管D1、例如合适的齐纳二极管来提供。为此，二极管D1与由电阻R1和电容器C1组成的串联电路并联并且由电阻R3例如从电子控制单元(ECU)的例如5V的供电电压Vcc供电，不但微控制器μC而且看门狗电压产生部布置或者集成在所述电子控制单元中。晶体管T1的第三接头(源极或者发射极)、电容器C1的第二接头和二极管D1的阳极侧在共同的节点上位于地电位上。
因此，在前面提到的布置中，在该配置中构成用于电容器C1的放电晶体管的晶体管T1与电容器C1并联，并且，由电阻R1和电容器C1组成的在该配置中构成RC环节R1/C1的串联电路与二极管D1并联。
在当前的实施例的改型中并且作为微控制器端口的变型，前面描述的、在所描述的配置中作为用于电容器C1的放电晶体管工作的晶体管T1也已经可以集成在微控制器μC中。在这种情况下，电容器C1可以直接与微控制器μC的相应的输入端端口和输出端端口连接。
在二极管上的、通过例如位于供电电压Vcc上的电阻R3提供的电压(URef)优选地为高度准确的参考电压，所述参考电压的值准确地已知并且所述参考电压独立于其他供电电压。
晶体管T1由微控制器μC的数字的输入端/输出端端口——在该实施例中，数字的输出端DO——控制。只要端口DO为逻辑0，晶体管T1就被阻断，并且电容器C1以时间常数τ＝R1*C1充电到电压URef上。准确地已知电阻R1、电容器C1和晶体管T1的尺寸或者值，正如准确地已知相应的构件的公差那样。因此，也已知充电时间常数。公差极限可以由本领域技术人员计算，所述公差极限还要被描述并且在该实施例中以Umin(下方的公差极限)和Umax(上方的公差极限)表示并且本身代表公差带。
如前面已经描述的那样，微控制器μC布置成通过数字的输出端DO控制、即阻断或者接通晶体管T1。因此，微控制器μC可以通过晶体管T1的阻断在任意时刻使电容器C1完全地充电，然后，例如在预先确定的时刻t0通过启用、即导通晶体管T1来使电容器再次放电。换言之，电容器C1可以从预先确定的时刻t0起再次充电。
电容器C1的充电曲线遵循一般性的等式U＝URef*(1-exp(-t/R*C))。预先确定的充电时间tLade可以由微控制器μC准确地预定义并且所述预先确定的充电时间为待由微控制器μC回读的电压的绝对的度量，因此，借助所述预先确定的充电时间tLade，由等式UC＝URef*(1-exp(-tLade/R1*C1))得出在充电时间tLade过去之后的采样时刻的电容器电压。换言之，因此，从时刻t0起，直到电压Uc的充电时间准确地已知，微控制器μC在充电时间过去之后将读取所述电压。在此，基于部件的以上提到的公差，在监测所述电压UC时考虑在电压UC周围的一定的公差带，在充电时间已知并且所参与的构件的值已知的情况下，电压UC也可以在所述公差带内波动。
图2A和图2B示出在根据图1的看门狗电路装置中的不同的运行状态下以电压变化曲线形式的、局部的典型的信号变化曲线。
在图2A和2B中分别沿着纵坐标描绘在电容器C1上存在的电容器电压UC和沿着横坐标描绘时间。就这一点而言，图2A和2B因此在时间上示出电容器C1的充电电压曲线。在纵坐标上以Umax和Umin标出的水平的虚线分别代表上方的和下方的公差极限并且总体上代表由所使用的构件的公差确定的公差带作为许可的范围，在采样时刻，对于正常状态的检测，电容器电压或者监测电压UC可以位于所述许可的范围内，在所述正常状态下确定，不存在故障或者不存在功能性故障。
在图2A和2B中示出的充电曲线由充电过程和放电过程的周期性的重复局部地详细地示出电容器C1的充电在一个时刻的开始，该时刻在图2A和2B中例如位于坐标系的原点(0，0)上。在充电过程开始之后，监测电压UC相应于前面的等式地上升。在时间t_Lade过去之后，在那时达到的采样点或者抽样点上，所达到的监测电压UC由微控制器μC采样和读取或者回读。
图2A在其右侧的部分中涉及一种故障情况1，在该故障情况下，虽然充电时间t_Lade正确，然而例如时间环节R1/C1的值和/或参数位于允许的公差之外。在采样时刻检测到位于公差带之外的电容器电压或者监测电压UC的情况下，即，电容器电压或者监测电压UC小于下方的公差极限Umin(电容器电压或者监测电压UC相对于正常状态过慢地上升)或者大于上方的公差极限Umax(电容器电压或者监测电压UC相对于正常状态过快地上升)时，检测到故障情况1。
图2B在其左侧的部分中涉及一种故障情况2——在该故障情况下，充电时间t_Lade过短，并且在其右侧的部分中涉及一种故障情况3，在该故障情况下，充电时间t_Lade过长。由于至采样时刻的充电时间过短，所以监测电压UC未达到公差带，并且检测到故障情况2。由于至采样时刻的充电时间过长，所以监测电压UC超过公差带，并且检测到故障情况3。
电容器C1在采样点之后还可以或者应该进一步地充电多久的时间和电容器C1那时保持放电的时间可以任意地被选择并且不影响电压测量。在电容器C1在采样点之后进一步充电的时间段期间，在可选择的时刻，微控制器μC通过接通晶体管T1来使电容器C1完全地放电。在使电容器C1完全地放电之后，微控制器μC通过在时刻t0阻断晶体管T1来开始使电容器C1从其完全放电的状态再次充电。
如在图2A和2B中所示出的那样，由于充电时间(Ladezeit，Aufladezeit)t_Lade和监测电压UC的值的严格的相互依赖关系，绝对的充电时间直接地影响结果。即如果充电时间t_Lade由于例如偏离的定时或者在微控制器μC内的功能性故障而改变，则电压UC与之成比例地改变并且最后可能离开公差带。由此，可以明确地识别在微控制器μC中的这类故障并且因此将总系统带至安全性非关键的运行状态中。
在一种改型中，可选地，可以确定参考电压URef的绝对值，其方式是，微控制器μC部分地如此长时间地阻断晶体管T1，直到电容器C1已经完全地充电到参考电压URef上(在该实施例中，例如在时间t＝5*R1*C1之后)。由此例如可能的是，借助于参考电压校准微控制器μC的所有已有的模拟/数字转换器通道并且进一步地提高模拟/数字转换器的检测准确性。
在一种另外的改型中，微控制器μC也可以通过在限定的采样时间多次地采样电容器C1的充电曲线来执行故障区分。例如，当由于例如短路和/或到电路板的另一电位上的旁路，监测电压UC的两次相继的采样提供恒定的值时，可以检测到，电容器C1的充电一定受到干扰。要指出，本发明不限于前面的改型，而是可以使诊断深度几乎任意地延伸和/或改进。
图3示出根据第二实施例的、用于监测微控制器的在时间上的行为或者定时行为的看门狗电路装置的、简化的局部的原理图。
在图3中示出的电路装置相对于在图1中示出的配置通过电路部分的加倍得到改进并且因此以已知的方式包括(多通道的)微控制器μC，所述(多通道的)微控制器除了具有通常已有的输入端和输出端或者端口之外具有至少一个第一模拟/数字转换器输入端ADC_IN1、第二模拟/数字转换器输入端ADC_IN2、数字的第一输出端或者第一数字输出端DO_1和数字的第二输出端或者第二数字输出端DO_2。
在图3中在右侧示出第一和第二看门狗电压产生部，所述第一和第二看门狗电压产生部至少与第一模拟/数字转换器输入端ADC_IN1和第一输出端DO_1或者第二模拟/数字转换器输入端ADC_IN2和第二输出端DO_2连接，并且，包括至少一个第一晶体管T1或者第二晶体管T2、第一电容器C1或者第二电容器C2、第一个第一电阻R1或者第二个第一电阻R2、二极管D1和电阻R3。第二看门狗电压产生部与供电电压VCC和/或参考电压URef的连接可以是可选的，如还要描述的那样。
基本上，第一和第二看门狗电压产生部因此同类地或者等同地构造。详细地，根据图3，晶体管T1的第一接头、例如漏极接头或者集电极接头与微控制器μC的第一输入端ADC_IN1连接，并且晶体管T1的第二接头、例如栅极接头或者基极接头与数字输出端DO_1连接。此外，晶体管T1的第一接头与第一个第一电阻R1的第二端部和第一电容器C1的第一接头连接。第一个第一电阻R1的第二端部位于参考电压URef上，所述参考电压通过二极管D1、例如合适的齐纳二极管来提供。为此，二极管D1与由第一个第一电阻R1和第一电容器C1组成的串联电路并联并且由电阻R3从电子控制单元(ECU)的例如5V的供电电压Vcc供电，不但微控制器μC而且看门狗电压产生部布置或者集成在所述电子控制单元中。第一晶体管T1的第三接头(源极或者发射极)、电容器C1的第二接头和二极管D1的阳极侧在共同的节点上位于地电位上。此外，第二晶体管T2的第一接头、例如漏极接头或者集电极接头与微控制器μC的第二输入端ADC_IN2连接，并且第二晶体管T2的第二接头、例如栅极接头或者基极接头与微控制器μC的第二数字输出端DO_2连接。此外，第二晶体管T2的第一接头与第二个第一电阻R2的第二端部和第二电容器C2的第一接头连接。第二个第一电阻R2的第二端部可以位于参考电压URef上或者位于供电电压VCC上，所述参考电压通过二极管D1、例如合适的齐纳二极管来提供。为了提供参考电压URef，二极管D1与由第二个第一电阻R2和第二电容器C2组成的串联电路并联并且由电阻R3从电子控制单元(ECU)的例如5V的供电电压Vcc供电，不但微控制器μC而且看门狗电压产生部布置或者集成在所述电子控制单元中。第二晶体管T2的第三接头(源极或者发射极)、第二电容器C2的第二接头和二极管D1的阳极侧可以在共同的节点上位于地电位上。
在这里，在当前的实施例的改型中并且作为微控制器端口的变型，前面描述的、在所描述的配置中作为用于电容器C1或者C2的放电晶体管工作的晶体管T1和/或T2也已经可以集成在微控制器μC中。在这种情况下，电容器C1和/或C2可以直接与微控制器μC的相应的输入端端口和输出端端口连接。
此外，关于所基于的参考电位，不存在限制。尽管——如前面所描述的和在图1和图3中示出的那样——地电位或者地(GND，Ground)可以构成这样的参考电位，所述参考电位仍可以与微控制器μC的模拟/数字转换器输入端的检测区域一致地或者适合地任意选择。例如，相对于在图1和图3中示出的配置，晶体管T1、T2中的至少一个可以反转地布置，并且，在这种情况下，也可以使用供电电压VCC而不是地电位作为参考电位。
因此，在前面提到的布置中，在该配置中构成用于第一电容器C1的放电晶体管的第一晶体管T1与第一电容器C1并联，并且，由第一个第一电阻R1和第一电容器C1组成的在该配置中构成RC环节R1/C1的串联电路与二极管D1并联。此外，在该配置中构成用于第二电容器C2的放电晶体管的第二晶体管T2与第二电容器C2并联，并且，由第二个第一电阻R2和第二电容器C2组成的在该配置中构成RC环节R2/C2的串联电路与二极管D1并联。
因此，在该配置中，作为相对于在图1中示出的实施例的改进，通过电路部分和/或线路布置的加倍来构造多个冗余的通道，前面参照图1所描述的电压产生、充电和放电比例关系、对构件和公差考虑的控制可以应用到所述多个冗余的通道上。因此，为了避免描述的冗余，不再次描述这些。
相对于第一实施例，在第二实施例中，优选相位偏移地或者在时间上偏移地采样和控制两个看门狗电压产生部，使得微控制器μC的第一引脚在例如时间t1之后采样在电容器C1上的电压，而微控制器μC的第二引脚在时间t2＝t1+Δt或者t_delta之后采样在电容器C2上的电压。在这里，可以在时间t2之后例如在时间t_Lade的70％之后并且以与t1有足够的时间间隔地选择采样值。
在一种改型中，同时或者替代地，时间环节R1/C1和R2/C2的时间常数设计成不同的(R1*C1≠R2*C2)。由此，可能的是，更好地区分如共模干扰(或)这样的不对称干扰。
根据第二实施例，有利地能够实现在看门狗电路装置上的各个故障的在更大的程度上的识别。例如微控制器μC可以示出分散的时钟间断或者用于放电晶体管T1的有缺陷的控制端口DO_1。由此，在这种情况下，第一电容器C1保持放电。当设计成单通道的微控制器μC在这种状态下可能会继续工作时，这可能会被不正确地检测到。然而，因为在多通道的设计中，第二电容器C2仍然继续充电并且因此落在公差带之外，所以通过也对第二通道分析处理可以识别前面提到的类型的故障。
图4示出在根据图3的看门狗电路装置中的不同的运行状态下、尤其在具有冗余的通道的故障情况下以电压变化曲线U_C1、U_C2形式的、局部的典型的信号变化曲线。特别地，在图4中示出微控制器μC的有缺陷的(例如持久地位于逻辑1上的)输出端DO_1的前面所提到的故障状态和配置有第一和第二看门狗电压产生部的各个通道的在时间上偏移t_delta的采样。此外，如从图中可容易地得知的那样，图4的考虑方式相应于图2A和/或图2B的考虑方式，并且就这一点而言，为了避免描述的冗余的内容，不再次进行描述。
不言而喻地，本发明不限于前面具体地描述的实施例，在等效的、可比较的或者类似的配置中进行的改型对于本领域技术人员而言容易地显而易见并且因此不应视为与本发明的如在接下来的权利要求中限定的那样的主题偏离。
附图标记列表
μC 微控制器
C1 第一电容器
C2 第二电容器
T1 第一晶体管
T2 第二晶体管
R1 第一/第一个第一电阻
R2 第二个第一电阻
R3 第二电阻或者供电电阻
D1 二极管
VCC 供电电压
URef 参考电压
UC、U_C1，U_C2 监测电压

Claims (20)

1.一种用于监测微控制器的定时行为的电路装置，其特征在于：
微控制器(μC)，所述微控制器布置成控制至少一个看门狗电压产生部(T1，C1，R1，R3，D1；T1，T2，C1，C2，R1，R2，R3，D1)以便在时间上以限定的方式产生至少一个监测电压(UC；U1，U2)并且在预先确定的采样时刻检测和读取那时产生的监测电压(UC；U1，U2)；
所述至少一个看门狗电压产生部(T1，C1，R1，R3，D1；T1，T2，C1，C2，R1，R2，R3，D1)，所述至少一个看门狗电压产生部布置成产生在预先确定的采样时刻可通过由所述微控制器进行采样而检测到的监测电压(UC；U1，U2)，其中，在所述采样时刻检测到的、位于预先确定的电压公差范围内的监测电压(UC；U1，U2)表明所述微控制器(μC)的无故障的状态，而在所述预先确定的时刻检测到的、位于所述预先确定的电压公差范围之外的监测电压(UC；U1，U2)表明所述微控制器(μC)的有故障的状态。
2.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，所述看门狗电压产生部(T1，C1，R1，R3，D1；T1，T2，C1，C2，R1，R2，R3，D1)具有至少一个电容器(C1；C1，C2)，在所述至少一个电容器上提供所述监测电压(UC；U1，U2)。
3.根据权利要求2所述的电路装置，其特征在于，所述看门狗电压产生部(T1，C1，R1，R3，D1；T1，T2，C1，C2，R1，R2，R3，D1)具有至少一个电子开关(T1；T1，T2)，所述至少一个电子开关与所述电容器(C1；C1，C2)并联连接并且能够根据在所述微控制器(μC)的输出端(DO；DO_1，DO_2)上的逻辑状态由所述微控制器(μC)以时间控制的方式进行开关，其中，在所述输出端(DO；DO_1，DO_2)的逻辑0状态期间所述电子开关(T1；T1，T2)被阻断并且所述电容器(C1；C1，C2)能够以限定的方式充电，而在所述输出端(DO；DO_1，DO_2)的逻辑1状态期间所述电子开关(T1；T1，T2)被接通并且所述电容器(C1；C1，C2)能够以限定的方式放电。
4.根据权利要求3所述的电路装置，其特征在于，所述电容器(C1；C1，C2)布置成由所述微控制器(μC)控制地通过所述电子开关(T1；T1，T2)在任意时刻完全地放电，并且从已放电的状态在预先确定的时刻(t0)充电，其中，根据限定充电曲线的等式
U(c/1/2)＝URef*(1-exp(-tLade/R*C))
在所述电容器(C1；C1，C2)上产生所述电容器电压并且在接下来的采样时刻产生所述监测电压(UC；U1，U2)，其中，UC或者U1和/或U2为所述监测电压，所述微控制器(μC)从所述预先确定的时刻(t0)起在已知的充电时间之后在所述采样时刻将读取所述监测电压，URef为高度稳定的参考电压，其值准确地已知，tLade为所述已知的充电时间，并且R/C限定由电阻和所述电容器组成的RC环节，所述RC环节规定时间常数τ＝R*C，所述电容器(C1；C1，C2)以所述时间常数进行充电。
5.根据权利要求4所述的电路装置，其特征在于，
所述第一电阻(R1)与所述电容器(C1)串联连接并且在其端部中的第一端部上位于参考电压(URef)上而在其端部中的第二端部上与所述电容器(C1)的第一接头连接；
设有供电电阻(R3)，所述供电电阻在其端部中的第一端部上位于供电电压上而在其端部中的第二端部上在阴极侧与二极管(D1)连接，所述二极管提供在所述第一电阻(R1)的第一端部和所述电容器(C1)的第二接头之间的所述参考电压(Uref)；
所述电子开关(T1)具有第一接头、第二接头和第三接头，所述第一接头与所述电容器(C1)的第一接头和所述微控制器(μC)的模拟转换器输入端(ADC_IN1)连接，所述第二接头与所述微控制器(μC)的输出端(DO)连接，所述第三接头与所述电容器(C1)的第二接头、在阳极侧与所述二极管(D1)和参考电位连接。
6.根据权利要求4所述的电路装置，其特征在于，
设有第一看门狗电压产生部(T1，C1，R1，R3)，在所述第一看门狗电压产生部中，
第一个第一电阻(R1)与第一电容器(C1)串联连接并且在其端部中的第一端部上位于参考电压(URef)上，而在其端部中的第二端部上与所述第一电容器(C1)的第一接头连接；
设有供电电阻(R3)，所述供电电阻在其端部中的第一端部上位于供电电压上而在其端部中的第二端部上在阴极侧与二极管(D1)连接，所述二极管提供在所述第一个第一电阻(R1)的第一端部和所述第一电容器(C1)的第二接头之间的所述参考电压(URef)；
第一电子开关(T1)具有第一接头、第二接头和第三接头，所述第一接头与所述第一电容器(C1)的第一接头和所述微控制器(μC)的第一模拟转换器输入端(ADC_IN1)连接，所述第二接头与所述微控制器(μC)的第一输出端(DO_1)连接，所述第三接头与所述第一电容器(C1)的第二接头、在阳极侧与所述二极管(D1)和参考电位连接；
设有第二看门狗电压产生部(T1，T2，C1，C2，R1，R2，R3，D1)，在所述第二看门狗电压产生部中，
第二个第一电阻(R2)与第二电容器(C2)串联连接并且在其端部中的第一端部上位于参考电压(URef)上而在其端部中的第二端部上与所述第二电容器(C2)的第一接头连接；
设有所述供电电阻(R3)，所述供电电阻在其端部中的第一端部上位于供电电压上而在其端部中的第二端部上在阴极侧与二极管(D1)连接，所述二极管提供在所述第一个第一电阻(R1)的第一端部和所述第二个第一电阻(R2)的第一端部和所述第一电容器(C1)的第二接头和所述第二电容器(C2)的第二接头之间的所述参考电压(URef)；
第二电子开关(T2)具有第一接头、第二接头和第三接头，所述第一接头与所述第二电容器(C2)的第一接头和所述微控制器(μC)的第二模拟转换器输入端(ADC_IN2)连接，所述第二接头与所述微控制器(μC)的第二输出端(DO_2)连接，所述第三接头与所述第二电容器(C2)的第二接头和参考电位连接，其中，
所述第一看门狗电压产生部(T1，C1，R1，R3)和所述第二看门狗电压产生部(T1，T2，C1，C2，R1，R2，R3，D1)构成多通道的看门狗电路装置。
7.根据权利要求6所述的电路装置，其特征在于，所述第一看门狗电压产生部(T1，C1，R1，R3)和所述第二看门狗电压产生部(T1，T2，C1，C2，R1，R2，R3，D1)相位偏移地被控制和采样，使得在预先确定的第一时间(t1)在所述电容器中的一个电容器(C1)上检测并且由所述微控制器(μC)读取所述监测电压中的一个监测电压(U1)，并且在预先确定的第二时间(t2＝t1+Δt)在所述电容器中的另一个电容器(C2)上检测并且由所述微控制器(μC)读取所述监测电压中的另一个监测电压(U2)。
8.根据权利要求6或7所述的电路装置，其特征在于，由所述第一个第一电阻(R1)和所述第一电容器(C1)确定的时间环节的时间常数和由所述第二个第一电阻(R2)和所述第二电容器(C2)确定的时间环节的时间常数相互不同。
9.根据以上权利要求中任一项所述的电路装置，其特征在于，在限定的采样时间周期性地重复所述电容器(C1；C1，C2)的充电曲线的采样。
10.根据以上权利要求中任一项所述的电路装置，其特征在于，所述微控制器(μC)布置成阻断所述电子开关(T1；T1，T2)直至所述电容器(C1；C1，C2)完全充电，然后检测所述参考电压(URef)的绝对值，并且基于所述参考电压(URef)的所检测的值校准所述微控制器(μC)的至少一个模拟/数字转换器通道。
11.根据权利要求3至10中任一项所述的电路装置，其特征在于，所述电子开关(T1；T1，T2)构造为晶体管。
12.根据权利要求3至11中任一项所述的电路装置，其特征在于，所述电子开关以集成到所述微控制器(μC)中的方式构造。
13.根据权利要求3至11中任一项所述的电路装置，其特征在于，所述电子开关以位于所述微控制器(μC)外部的方式设置并且与所述微控制器连接。
14.一种用于基于看门狗电压来监测微控制器以便监测微控制器的定时行为的方法，所述看门狗电压在根据以上权利要求中任一项所述的看门狗电路装置中产生，所述方法的特征在于以下步骤：
控制至少一个看门狗电压产生部(T1，C1，R1，R3，D1；T1，T2，C1，C2，R1，R2，R3，D1)以便在时间上以限定的方式产生至少一个监测电压(UC；U1，U2)，其中，所述控制包括使电容器(C1；C1，C2)以限定的方式放电以及然后在预先确定的时刻(t0；t1，t2)开始沿着充电曲线使所述电容器(C1；C1，C2)以限定的方式充电；
检测和读取所述电容器(C1；C1，C2)的在预先确定的采样时刻产生的充电电压作为所述监测电压(UC；U1，U2)，其中，
在所述采样时刻检测到的、位于预先确定的电压公差范围以内的监测电压(UC；U1，U2)表明所述微控制器(μC)的无故障的状态，而在所述预先确定的时刻检测到的、位于所述预先确定的电压公差范围之外的监测电压(UC；U1，U2)表明所述微控制器(μC)的有故障的状态。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述微控制器的输出端(DO；DO_1，DO_2)的逻辑0状态期间阻断电子开关(T1；T1，T2)，并且能够使所述电容器(C1；C1，C2)以限定的方式充电，而在所述输出端(DO；DO_1，DO_2)的逻辑1状态期间接通所述电子开关(T1；T1，T2)并且能够使所述电容器(C1；C1，C2)以限定的方式放电。
16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，由所述微控制器(μC)控制地通过所述电子开关(T1；T1，T2)在任意时刻使所述电容器(C1；C1，C2)完全地放电，并且从已放电的状态在预先确定的时刻(t0)使所述电容器充电，其中，根据限定充电曲线的等式
U(c/1/2)＝URef*(1-exp(-tLade/R*C))
在所述电容器(C1；C1，C2)上产生所述电容器电压并且在接下来的采样时刻产生所述监测电压(UC；U1，U2)，其中，UC或者U1和/或U2为所述监测电压，所述微控制器(μC)从所述预先确定的时刻(t0)起在已知的充电时间之后在所述采样时刻将读取所述监测电压，URef为高度稳定的参考电压，其值准确地已知，tLade为所述已知的充电时间，并且R/C限定由电阻和所述电容器组成的RC环节，所述RC环节规定时间常数τ＝R*C，所述电容器(C1；C1，C2)以所述时间常数进行充电。
17.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，相位偏移地控制和采样第一看门狗电压产生部(T1，C1，R1，R3)和第二看门狗电压产生部(T1，T2，C1，C2，R1，R2，R3，D1)，使得在预先确定的第一时间(t1)在所述电容器中的一个电容器(C1)上检测并且由所述微控制器(μC)读取所述监测电压中的一个监测电压(U1)，并且在预先确定的第二时间(t2＝t1+Δt)在所述电容器中的另一个电容器(C2)上检测并且由所述微控制器(μC)读取所述监测电压中的另一个监测电压(U2)。
18.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，第一看门狗电压产生部(T1，C1，R1，R3)的RC时间环节的时间常数和第二看门狗电压产生部(T1，T2，C1，C2，R1，R2，R3，D1)的RC时间环节的时间常数相互不同。
19.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在限定的采样时间周期性地重复所述电容器(C1；C1，C2)的充电曲线的采样。
20.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，阻断所述电子开关(T1；T1，T2)直至所述电容器(C1；C1，C2)完全充电，然后检测所述参考电压(URef)的绝对值，并且基于所述参考电压(URef)的所检测的值校准所述微控制器(μC)的至少一个模拟/数字转换器通道。
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