CN109861669B - 时钟信号监测设备和方法 - Google Patents

Abstract

提供了用于检测有缺陷的内部时钟信号的方法和装置。信号变换器接收具有占空比和频率的时钟信号，并且利用信号变换器将时钟信号转换为具有与时钟信号的占空比和频率相关的峰值的监测信号。检测器连接到信号变换器以接收监测信号，并且当监测信号的峰值在预定范围之外时生成误差信号。

Description

时钟信号监测设备和方法

技术领域

本公开总体上涉及汽车发动机控制领域，并且更具体地涉及时钟信号监测设备、用于车辆的控制单元、用于监测时钟信号的方法以及非暂时性程序单元。

背景技术

该部分提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。

在喷射器驱动控制器、喷射驱动装置和/或喷射器驱动器内部，使用时钟信号来控制控制器和/或喷射器驱动器的不同功能。一种可能的功能可以是为喷射器和/或喷射器针阀提供控制信号。为此目的，实际的喷射器驱动器可以使用由外部时钟源生成的外部时钟信号。通常，微控制器可以将外部时钟信号提供给喷射驱动装置。喷射驱动装置可以调节外部时钟信号并生成于驱动喷射器的信号。喷射器驱动器可以连接到喷射器，该喷射器是根据喷射器驱动器提供的驱动信号来操作的机械和/或电气组件。喷射器驱动器基本上对喷射器隐藏时钟信号，因为喷射器驱动器位于外部时钟源和喷射器之间。

在喷射器驱动器内部，提供时钟信号监测设备或内部时钟单元以处理时钟信号。出于安全原因，除了接收的外部时钟信号之外，控制器和/或喷射器驱动器可以在时钟信号监测设备中生成内部时钟信号。以这种方式，内部时钟信号可以用于监测和/或验证外部时钟信号。另外，喷射器驱动器可以使用内部时钟源，其在检测到任何时钟信号中的故障状况的情况下生成内部时钟信号作为备用时钟源。在一个示例中，内部时钟源位于时钟信号监测设备内部或内部时钟单元内。特别地，用于驱动发动机的喷射器的实际装置配备有这样的内部时钟，该内部时钟可用于检测有故障的外部时钟信号。

然而，可以假设由内部时钟源生成的内部时钟信号比外部时钟信号更可靠。因此，当检测到外部时钟信号和内部时钟信号之间的任何差异时，实际控制策略可以提供总是切换到内部时钟信号。在该控制策略中，当出现错误时，外部时钟信号可能总是被认为是有缺陷的。如果认为外部时钟有故障，则喷射器驱动器切换到内部时钟，以便驱动相应的汽车部件，例如喷射器。然而，如果在检测到故障状况之后可以预先确定喷射器驱动器以总是切换到内部时钟，则即使在内部时钟信号是信号差异的来源的情况下，控制器或喷射器驱动器也会切换到内部时钟信号和/或内部时钟。但是，使用错误的内部时钟信号可能会导致喷射失败。喷射失败可能导致发动机低效工作，使用错误量的喷射燃料，生成错误的脉冲宽度和/或可能导致发动机停转。

因此，希望提供一种有效的发动机控制策略。另外，希望检测有缺陷的内部时钟信号。此外，希望独立于外部时钟信号检测错误的内部时钟信号。还希望确定两个时钟信号中的哪一个可能是有缺陷的信号。此外，本发明的其他期望特点和特征将从随后的详细描述，并结合附图和前述技术领域和背景而变得显而易见。

发明内容

提供了时钟信号监测设备和/或内部时钟单元，用于监测内部时钟信号。在一个实施例中，时钟信号监测设备包括：信号变换器，其被配置为接收具有占空比和频率的时钟信号，并将时钟信号转换为具有与时钟信号的占空比相关和/或与时钟信号的频率相关的峰值的监测信号。在一个实施例中，时钟信号的占空比可以与监测信号的平均值相关联。在另一个实施例中，时钟信号的频率可以与监测信号的幅值相关联，特别是与监测信号的纹波和/或监测信号的峰-峰值相关联。平均值和幅值都可能对监测信号的峰值产生影响。时钟信号监测设备还包括检测器，该检测器与信号变换器通信，并且被配置为当监测信号的峰值在预定范围之外时接收监测信号并生成误差信号。换句话说，时钟信号的与预设占空比的占空比偏差和/或与预设频率的频率偏差可以改变监测信号的峰值。因此，当时钟信号中的误差是由于占空比的变化和/或由于频率的变化引起的时，这种误差可能通过监测信号的修正峰值变得可见。在一个实施例中，监测信号可以是三角波形信号。时钟信号监测设备和/或内部时钟单元可以包括模拟组件，以便以基本上纯粹的模拟设计实现所描述的控制和/或监测策略。

时钟信号监测设备可以包括低通滤波器。在一个实施例中，低通滤波器可以具有截止频率，使得监测信号的平均值与时钟信号的占空比成比例，并且监测信号的纹波与时钟信号的频率成比例。在另一实施例中，低通滤波器可具有等于时钟信号频率的十分之一的截止频率。

检测器可以包括峰值比较器，其被配置为将监测信号的峰值与预定范围的第一边界值和预定范围的第二边界值中的至少一个进行比较，其中该第二边界值大于第一边界值，并且在峰值低于第一边界值或峰值高于第二边界值的时间内输出超范围信号。在一个实施例中，检测器可以包括去抖动器，其配置为在峰值比较器输出超范围信号的时间内接收超范围信号，并增加去抖动器输出信号。检测器还可包括误差信号发生器，其被配置为将去抖动器输出信号与预定阈值进行比较，并在去抖动器输出信号大于预定阈值时生成误差信号。

根据本公开的另一实施例，提供了一种控制单元，用于车辆的喷射器驱动器和/或仲裁模块，包括：被配置为提供外部时钟信号的外部时钟信号端子、被配置为提供内部时钟信号的内部时钟信号端子以及时钟信号监测设备或内部时钟单元。时钟信号监测设备的信号变换器连接到内部时钟信号端子，以便监测内部时钟信号。

此外，提供了一种用于监测时钟信号的方法。在一个实施例中，方法包括在信号变换器中接收具有占空比和频率的时钟信号。方法还包括使用信号变换器将时钟信号转换为监测信号，该监测信号具有与时钟信号的占空比和频率相关的峰值。该监测信号被提供给连接到信号变换器的检测器。方法还包括当监测信号的峰值位于预定范围之外时由检测器生成误差信号。

在一个实施例中，方法还可以包括：当生成误差信号时，从第二时钟源发送第二时钟信号。

在一个实施例中，方法还可以包括将监测信号的峰值与预定范围的第一边界值和预定范围的第二边界值中的至少一个进行比较，其中该第二边界值大于第一边界值，并且在峰值低于第一边界值或峰值高于第二边界值的时间内输出超范围信号。

在一个实施例中，方法还可以包括在输出超范围信号的时间段内增加去抖动器输出信号。在另一个实施例中，方法还可以包括当去抖动器输出信号大于预定阈值时生成误差信号。

另外，提供了非暂时性程序元件。在一个实施例中，非暂时性程序元件包括软件代码，在由处理器执行时，该软件代码执行用于监测时钟信号的方法。此外，提供了一种包括软件代码的非暂时性计算机可读介质，在由处理器执行时，该软件代码执行用于监测时钟信号的方法。

附图说明

在下文中将结合以下附图描述示例性实施例，其中相同的数字表示相同的元件。

图1示出了用于更好地理解本公开的喷射器驱动器。

图2是根据本公开的示例性实施例的包括时钟信号监测设备的时钟仲裁模块的示意性框图；

图3是根据本公开的时钟信号监测设备的示意功能图；

图4A和4B是根据本公开的示例性实施例的时钟信号监测设备的功能框图；

图5A和5B是根据本公开的示例性实施例的表示时钟信号监测设备的不同组件的输出信号作为时间的函数的曲线的集合；

图6A-1、6A-2和6B是根据本公开的示例性实施例的表示时钟信号监测设备的不同组件的输出信号作为时间的函数的曲线的集合，其中被监测的时钟信号的频率在容差范围之外；

图7A和7B是根据本公开的示例性实施例的表示时钟信号监测设备的不同组件的输出信号作为时间的函数的曲线的集合，其中被监测的时钟信号的占空比在容差范围之外；以及

图8是根据本公开的示例性实施例的用于监测时钟信号的方法的流程图。

具体实施方式

以下详细描述本质上仅是示例性的，并不意图限制本文公开的发明或本文公开的本发明的应用和用途。此外，除非明确地引述为要求保护的主题，否则无意受前述技术领域、背景技术、发明内容或以下详细描述中呈现的任何明示或暗示的原理或理论的约束。

图1是用于喷射器101的喷射驱动装置100、喷射器驱动器100和/或喷射器驱动控制器100，并且为了更好地理解本公开而示出。喷射驱动器100的一个功能可以是通过驱动信号103驱动喷射器101。该驱动功能可以基于时钟信号，以便控制喷射的正确定时。出于安全原因，当为喷射器101得到控制信号时，喷射器驱动器100可以不仅仅依赖于单个时钟源，例如外部时钟源。因此，即使外部时钟源，例如微控制器(图1中未示出)可以提供具有高精度的外部时钟信号102.1，喷射器驱动器100也可以出于冗余原因配备有内部时钟源(在图1中未示出)。内部时钟源可以用作备用时钟源或冗余时钟源，可用于检测外部时钟信号102.1中的偏差。内部时钟源还可用于在出现误差时，通过切换到内部时钟源来替换有缺陷的外部时钟源。为了识别外部时钟信号中的故障，控制器100可以监测外部时钟信号102.1以及内部时钟信号。可以通过将外部时钟信号102.1与内部时钟信号进行比较来检测外部时钟信号102.1中的故障。用于为喷射器101提供驱动信号的装置100通过外部时钟信号输入端口102接收该被监测的外部时钟信号102.1。喷射器驱动器100的输出端子或端口103连接到喷射器101，喷射器101使用从时钟信号得到的驱动信号103.1、103.2来驱动喷射器针阀101.1。

图1还示出了用于喷射器101的控制信号的两个示意性时序图103.1和103.3，它们被提供在喷射器驱动器100的输出103上。时序图103.1基于正确的时钟信号103.2，时序图103.3基于有缺陷的时钟信号103.4。在正常工作状态下，喷射器驱动器100在输出端口103处提供控制信号103.1或驱动信号103.1。控制信号103.1基于范围内的时钟信号103.2。时钟信号103.2的时序在预定范围内，并且因此输出信号103.1可用于驱动喷射器101。然而，如果向喷射器驱动器100提供了有故障的时钟信号103.4，则喷射器驱动器100可以向喷射器101提供超范围控制信号103.3。在时钟信号103.4超出预定范围的情况下，可能出现这种有缺陷的控制信号103.3。时钟信号的有效范围可以由预定的占空比和/或预定的频率来定义。在有缺陷的控制信号103.3的示例中，与常规时钟信号103.2的频率相比，时钟信号103.4具有降低了的频率。如果使用外部时钟信号102.1但是信号本身处于故障状况，则可能出现这种有缺陷的时钟信号103.4。如果内部时钟信号中发生故障，并且即使外部时钟信号可能在正常工作，喷射器驱动器100也切换到该故障内部时钟信号，也可能出现这种故障信号103.4。

为了防止这种故障状况，要尽快检测有缺陷的时钟信号的位置，以便当外部时钟信号被识别为有缺陷时，喷射器驱动器100可以切换到内部时钟信号。或者，如果内部时钟被识别为故障源，则喷射器驱动器100可以防止切换到内部时钟信号。如果检测到外部时钟信号102.1有故障，例如如果外部时钟信号不可用或超出预定范围，则内部生成的备用时钟信号可用于生成驱动信号以驱动喷射器101。要提供给发动机的燃料的喷射正时与驱动信号相关联。只要内部时钟信号正常工作，切换到内部时钟信号可以防止发动机停转或停止。为了监测外部时钟信号102.1，内部时钟用作外部时钟的比较信号，并且只要没有检测到故障，使用外部时钟信号102.1作为控制信号103.1的基础，该控制信号103.1经由喷射器驱动器100的输出端子103提供给喷射器101。内部时钟或内部时钟信号还分别用作备用装置和备用信号。然而，为了使用内部时钟信号作为参考信号和/或作为备用信号，可以建议附加功能，用于区分外部时钟信号中的故障状况和/或用于识别故障的位置。

识别故障源的位置可以防止喷射器驱动器100在内部时钟出现问题或出现故障时对外部时钟信号102.1进行误解。因此，如果内部时钟信号具有缺陷，则控制算法可以防止切换到内部时钟。因此，可以保护发动机免于接收错误的喷射量，可以正确地监测脉冲宽度和/或可以防止发动机停转。

图2是根据本公开的示例性实施例的时钟仲裁模块250的示意性框图，该时钟仲裁模块250包括喷射器驱动器100的时钟信号监测设备100.1。喷射器驱动器100没有在图2中示出。时钟仲裁模块250具有用于接收外部时钟信号的输入端子102，并且可以被配置为在必要时调节和/或修改外部时钟信号102.1，并且被配置为将外部时钟信号提供给时钟仲裁模块250的外部时钟信号输出203。以这种方式，外部时钟信号被提供给喷射器驱动器100的输出。时钟仲裁模块250还具有内部时钟信号输出端子204，用于提供内部时钟信号。两个输出端子203，204可以形成公共输出端子103，其可以为喷射器101(图2中未示出)提供实际驱动信号。驱动信号从相应的时钟信号得到。公共输出端子103可以包括切换装置103.6或开关103.6，其被配置为根据所选择的时钟信号选择正确的时钟信号并调节驱动信号103.1，103.2。驱动信号经由链路103从喷射器驱动器100提供给喷射器101。在一个示例中，在时钟仲裁模块250内部，开关103.6可以被配置为选择将用于为喷射器101生成驱动信号的时钟信号。开关103.6连接到喷射器驱动器100的输出端子103。在一个示例中，开关103.6可以由时钟信号监测设备100.1控制。经由输出端口103提供的用于喷射器101的驱动信号103.1，103.2可以从一个时钟信号得到，该时钟信号选自由内部时钟100.2生成的内部时钟信号和外部时钟信号102.1组成的时钟信号的组。外部时钟信号102.1可以通过外部时钟信号输出203提供，内部时钟信号可以通过内部时钟信号输出204提供。时钟信号监测设备100.1不接收外部时钟信号102.1，以便能够独立于外部时钟信号进行操作。

内部时钟，内部时钟源或内部时钟生成器100.2用于在喷射器驱动器100内生成内部时钟信号。内部时钟100.2可以独立于在输入端口102上接收的外部时钟信号生成内部时钟信号。时钟信号监测设备100.1具有与内部时钟100.2通信的感测连接100.3，以便将内部时钟信号提供给时钟信号监测设备100.1。时钟信号监测设备100.1适于独立于外部时钟信号来确定从内部时钟源100.2提供的内部时钟信号具有正确的或错误的正时。时钟信号监测设备100.1能够独立于外部时钟信号区分内部时钟信号的故障状况。这种独立性可以允许确定内部时钟信号和/或内部时钟100.2中的缺陷。

将时钟信号监测设备100.1实现为自给自足的纯模拟电路，可以允许基本上独立于任何外部输入并且特别是独立于外部时钟信号来检测内部时钟信号的不规则性。纯模拟电路可以由硬件组件构建，并且可以基本上无软件。这种实现也可以用于正确地识别错误的时钟信号的位置。特别地，内部时钟100.2可以被识别为偏离的时钟信号的源，并且可以防止切换到内部时钟信号。以这种方式，在错误地选择内部时钟100.2作为时钟源的情况下发动机停转的风险可被最小化。此外，可以增加使用这种驱动器100的车辆的安全性和客户满意度。时钟信号监测设备100.1可以用在使用备用时钟或冗余时钟来监测外部时钟信号的喷射器驱动器100中。例如，可以在现有的使用至少两个冗余时钟源100.2，102的喷射器驱动器100中改装这种时钟信号监测设备100.1。在采用多个时钟源的示例中，开关103.6可以适于从多个时钟源中进行选择。

内部时钟100.2的故障状况可以包括频率偏差和/或内部时钟信号的占空比超范围的情况。在本公开中呈现的处理在一个喷射器驱动器100内的至少两个时钟源102，100.2的策略可以包括以下考虑因素。内部时钟信号可以基本上是具有恒定频率和恒定占空比的方波信号。通过将该内部时钟信号施加到低通滤波器，可以生成具有恒定平均值的基本上三角形的波形，并将其提供在低通滤波器的输出上。三角形信号的平均值可以直接与时钟的占空比相关联。三角形波形的幅值或三角形波形的纹波可以直接与时钟频率相关联。如果时钟频率或占空比可能在可接受的范围之外，则可以通过分析滤波信号的峰值来检测这种超过可接受的范围。为了不依赖于外部时钟，用于检测内部时钟故障的所有电路可以被设计为模拟电路，并且独立于外部时钟。

图3是根据本公开的示例性实施例的用于构建时钟信号监测设备100.1的组件的示意性功能图。由内部时钟信号源100.2生成的时钟信号200.3或内部时钟信号200.3是具有恒定频率和恒定占空比的方波信号200.3。可以预定义该恒定频率和恒定占空比，以便提供常规信号。时钟信号的示例如图200.2所示。该时钟图200.2将内部时钟信号200.3示出为根据随时间变化的电压信号而绘制的方波信号。

经由感测线100.3，内部时钟信号200.3被提供给信号监测设备100。特别地，内部时钟信号200.3被提供给变换器205。变换器205包括低通滤波器。低通滤波器或变换器205接收矩形时钟信号200.3，并将该信号转换为三角波形205.1。该三角波形205.1具有平均值205.2，并且在图205.3中被示出为随时间变化的电压曲线205.1。内部时钟信号200.3也示出在图205.3中，以便说明矩形时钟信号200.3如何被变换成三角形信号205.1。平均值205.2可以是恒定的，并且可以是三角形信号205.1的峰-峰变化的指示。更详细地，变换器205的低通滤波器可以具有限定的截止频率。

低通滤波器的该截止频率被配置为使得矩形时钟信号200.3被转换成具有平均值205.2的三角形信号205.1，该平均值直接与时钟信号200.3的占空比相关联。此外，截止频率被配置为使得三角波形205.1的幅值和/或纹波直接与时钟信号200.3的时钟频率相关联。占空比和/或频率与平均值和幅值之间的这种关系可以分别允许用于评估占空比和/或频率是否在预定的容差范围内。如果时钟频率或占空比在可接受的范围之外，则可以通过分析滤波信号的峰值来检测信号中的这个缺陷。为了生成三角形信号205.1的峰值206.3，在时钟信号监测设备100的信号路径中提供有源峰值检测器206。

由峰值检测器206生成的峰值信号206.2在图206.1中示出为随时间变化的电压曲线206.2。由有源峰值检测器206生成的峰值信号206.2可以基本上对应于三角波形205.1的边缘206.3和/或峰值206.3。换句话说，一旦检测到曲线205.1的最大值206.3，该值206.3基本上保持为峰值曲线206.2。容差范围可以由下边界值206.4和上边界值206.5定义。只要峰值206.3和/或相应的峰值曲线206.2落在该容差范围206.4，206.5内，相应的时钟信号就被认为是可接受的。换句话说，如果三角波205.1的峰值206.3位于206.4和206.5之间的该容差范围内，则内部时钟信号200.3满足预定条件，并且假设内部时钟信号100.2正常工作。这样，由内部时钟100.2生成的内部时钟信号200.3可以用作监测外部时钟信号102.1的参考，和/或如果外部时钟信号失败则用作备用时钟源。因此，通过将时钟信号200.3变换成三角形信号205.1并监测三角形信号205.1的峰值206.2，可以检测信号的有效性。监测操作可以包括将滤波信号的峰值曲线206.2与预定范围206.4，206.5进行比较。将监测操作减少到比较峰值206.2与边界值206.4，206.5，可以防止分析任何其他信号，并且可以降低电路的复杂性。

范围的边界206.4和206.5由用于超范围检测的比较器207监测，该比较器适于或配置为用于检测超过限制值206.4、206.5或阈值206.4、206.5中的至少一个的峰值信号206.2和/或峰值206.3。在峰值信号206.2和/或峰值206.3位于由比较器207限定的边界之间的时间期间，比较器207基本上不生成输出信号，或生成非常接近0V的输出信号。比较器207的输出信号示出在图207.1中。图3的图207.1中所示的高值207.2表示比较器207检测到超过上限206.5和下限206.4中的一个限制。关于图3，应该注意，无论曲线206.2是在范围内还是在范围之外，都存在峰值曲线206.2，然而，仅在时间峰值206.2落在范围206.4、206.5之外时，比较器207的输出才达到值207.2。换句话说，图207.1中的虚线207.2仅指示在峰值206.2落在范围206.4、206.5之外的时间过程中可以达到的高值，并且不是属于其中峰值曲线206.3在206.4、206.5的范围内的图206.1的信号。曲线207.2的另一种解释可以是该曲线指示属于曲线206.2超范围的持续时间的信号。

取决于时钟信号200.3的质量，比较器207的输出信号207.2或clockNOK信号207.2可以是恒定高电压或恒定低电压(0V)。当内部时钟信号200.3在预定范围206.4，206.5内时，在比较器207的输出提供低的信号(0V)。当内部时钟信号200.3在范围206.4，206.5之外并且有缺陷时，在比较器207的输出提供高的信号207.2。比较器207的输出信号207.2将相应的信号提供给去抖动器208。在错误状况下，此时从比较器207向去抖动器208提供高信号207.2，则去抖动器208生成随时间增加的信号。与比较器结合，去抖动器208基本上从变化的输入信号中产生稳定状态，以便提供指示错误状况的稳定信号。一旦错误情况存在的时间超过可接收的时间周期，去抖动器208就将其输出保持为稳定的误差信号。去抖动器208的输出信号208.2在图208.1中示为时变信号208.2。对于图208.1的示例，可以假设在图的原点时出现故障情况，使得信号208.2从图208.1的原点开始增加。在峰值曲线206.2位于范围206.4，206.5之外的时间期间，由高信号207.2引起增大的信号208.2。将去抖动信号208.2与阈值209.1进行比较，该阈值由与去抖动器208通信的输出比较器209设置。当去抖动器输出信号208.2超过阈值209.1时，假设产生故障检测。因此，设置阈值可以允许在时钟信号监测设备100.1可以生成实际警告消息之前提供滞后208.3、最小检测时间208.3和/或延迟208.3。换句话说，这样的限制值209.1可以允许延迟提供误差指示，因此，为了接受内部时钟信号200.3的临时错误状况，可以提供这样的延迟。或者换句话说，限制值209.1可以允许将电路的灵敏度改变为误差状况。以这种方式，通过移动阈值209.1，可以根据需要预先设置延迟208.3或反应时间208.3。反应时间208.3定义为三角形信号205.1的峰值206.3超过容差范围206.4，206.5的第一时刻与去抖动器输出信号208.2达到阈值209.1的时刻之间的时间。该阈值209.1定义了时间的容差范围，而限制值206.4，206.5定义了频率和/或占空比的容差范围。在时间范围208.3期间，时钟信号可被评估为故障或不正常(clockNOK)。到达阈值209.1可以直接与在输出比较器209的输出上提供的时钟故障信号“clockfault”相关联。例如，如果仅出现时钟信号的短期偏差(clockNOK)，其持续时间低于时间容差范围208.3，将不会超过限制值209.1，并且信号偏离预设值可能不会由时钟信号监测设备100.1识别。时钟信号监测设备100.1包括信号变换器205或低通滤波器205，有源峰值检测器206或峰值比较器206，用于超范围检测的比较器207，去抖动器208和输出比较器209。

图4A和4B是根据本公开的示例性实施例的时钟信号监测设备100.1的详细框图。特别地，图4示出了执行由纯模拟组件实现的时钟信号监测设备100.1的功能的电路。出于象征的原因，该框图基于模拟内部时钟信号的模拟程序，作为本发明的示例性实施例。基于这样的框图，可以得到相应的模拟电路。内部时钟生成器100.2或时钟源100.2包括两个振荡装置300.1，300.2。振荡装置300.1，300.2连接到时钟单元300.3，以便在时钟生成装置100.2的输出100.3上生成矩形时钟信号200.3。时钟信号200.3通过输出端口100.3提供给信号变换器205。

信号变换器205包括电阻器300.4和电容器300.5。电阻器300.4和电容器300.5以低通配置布置，使得信号变换器205形成低通滤波器。电容器300.5连接到电阻器300.4和电路100的公共参考电位300.30。电阻器300.4还连接到时钟输出100.3。在一个示例中，电阻器300.4具有1Ω的电阻，电容器300.5具有1μF的电容。

时钟信号监测设备100包括信号变换器205和与信号变换器205通信的检测器301。信号变换器205被配置为接收在时钟源100.2的输出100.3处提供的时钟信号200.3。时钟信号200.3具有占空比和频率。信号变换器205还被配置为将时钟信号200.3转换为监测信号205.1，该监测信号具有与时钟信号200.3的占空比和频率相关的峰值206.3。时钟信号200.3具有矩形波形，并且监测信号205.1具有三角波形。

检测器301被配置为通过链路电阻器300.7接收由信号变换器205提供的监测信号205.1，并生成误差信号。误差信号可以在两个输出值之间变化，例如在两个不同的电压之间。在一个示例中，这两个输出信号可以被命名为“clockNOK”、“clockfault”。这些名称用于区分本文中的两个信号。任何其他标签可用于这些信号。当监测信号205.1的峰值206.2在预定范围206.4，206.5之外时，可以生成第一误差信号“clockNOK”和第二误差信号“clockfault”。为此目的，检测器301包括有源峰值检测器206，用于超范围检测的比较器207，去抖动器208和输出比较器209。

低通滤波器205具有截止频率，该截止频率被配置为使得监测信号205.1的平均值205.2与时钟信号205.1的占空比成比例，并且使得监测信号205.1的纹波或监测信号205.1的峰-峰信号与时钟信号200.3的频率成比例。在一个示例中，低通滤波器的截止频率是时钟信号205.1的频率的1/10。在一个示例中，截止频率是预定义的。监测信号205.1从内部时钟信号200.3得出并具有三角波形。

有源峰值检测器206被配置为检测三角波形205.1的最大值206.2或峰值206.2，并提供信号，该信号基本上恒定地提供检测到的峰值的电平的信号。监测信号的该峰值信号206.2被提供给比较器207，以便监测第一或下边界值206.4和第二或上边界值206.5中的至少一个。第二边界值206.5大于第一边界值206.4。

有源峰值检测器206包括比较器300.6或运算放大器300.6。比较器300.6的非反相输入通过链路电阻器300.7连接到低通滤波器205。比较器300.6的反相输入通过反馈电阻器300.11连接到二极管300.9的负极300.8。二极管300.9的正极300.10连接到比较器300.6的输出。有源峰值检测器206的输出300.12包括并联配置的电容器300.13和电阻器300.14，它们形成输出低通滤波器和/或保持电路。有源峰值检测器206的比较器300.6布置在具有高输入电阻器和低输出电阻器的电压跟随器配置中。电容器300.13通过二极管300.9加载。由于电压跟随器300.6的低输出电阻，电容器300.13可以被快速加载。二极管300.9可以防止电容器300.13的放电。如果三角形信号205.1的信号处于递减阶段，则电容器300.13仍然将电压保持在该高电平，使得用于超范围检测的比较器207永久地接收三角形信号205.1的峰值。然而，如果时钟信号的时钟频率和/或占空比改变，则可以存储在电容器300.13中的峰值也改变。

在一个示例中，有源峰值检测器206具有1Ω的链路电阻器300.7，1Ω的反馈电阻器300.11和1Ω的输出电阻器300.13。比较器300.6的增益或OPAMP300.6为100k。二极管300.9具有0.7V的击穿电压，并且输出电容器300.13具有100μF的电容。有源峰值检测器206的输出300.12连接到用于超范围检测的比较器207，或者连接到范围监测装置207。

超范围检测比较器207包括两个比较器300.15，300.16，它们都连接到有源峰值检测器206的输出300.12。上阈值比较器300.15的非反相输入连接到有源峰值检测器206的输出300.12。下阈值比较器300.16的反相输入连接到上阈值比较器300.15的非反相输入，并连接到输出300.12。上阈值比较器300.15的反相输入连接到检测上阈值206.5的上参考电压源300.17。下阈值比较器300.15的非反相输入连接到检测下阈值206.4的下参考电压源300.18。比较器300.15的输出和比较器300.16的输出每个都连接到NAND门300.19的相应输入。NAND门300.19的输出300.20定义了超范围检测比较器207的输出信号。如果检测到超范围的情况，即，如果时钟信号200.3的占空比和/或频率在预定范围之外，则超范围检测器207生成高信号207.2。超范围检测比较器207的输出信号207.2通过输出300.20提供给去抖动器208的输入。在一个示例中，用于超范围检测的比较器207包括由相应的参考电压源300.17，300.18指定的+3.23V的比较器高阈值206.5和+2.98V的比较器低阈值206.4。

去抖动器208具有连接到电子开关300.22(例如晶体管300.22)和电阻器300.23以及电容器300.24的电源电压300.21。电容器300.24与电阻器300.25并联连接。电容器300.24和电阻器300.25的一端形成去抖动器208的输出300.26。电容器300.24和电阻器300.25的另一端连接到公共电位300.30。在一个示例中，去抖动器208具有5V的电源电压300.21、1Ω的电阻器300.23、具有5μF的电容的电容器300.24以及10Ω的输出电阻器300.25。去抖动器208的输出300.26连接到输出比较器209的输入。只要NAND300.19生成信号，晶体管300.22就切换并允许电容器300.24由电压源300.21加载并生成信号208.2，该信号基本上对应于电容器300.24的加载曲线。NAND300.19在比较器300.15，300.16的输出的至少一个的期间为晶体管300.22传送开关信号207.2。换句话说，如果由有源峰值检测器206生成的监测信号205.1的峰值206.2，206.3在206.4到206.5的范围内，则比较器300.15，300.16的两个输出都为高，并且NAND300.19的输出为低。因此，晶体管300.22不会切换，也不会生成输出信号。如果内部时钟100.2，300.3中的故障情况生成超出容差范围206.4，206.5的峰值206.2，206.3，并使超范围检测比较器207的输出300.20变为高并生成高电平的输出信号207.2，并且如果在至少最小检测时间208.3的间隔内连续存在该故障情况，则检测器输出300.29指示内部时钟100.2，300.3中的故障情况或第二误差状态。在一个示例中，该第二误差状态被命名为“clockfault”状态。第一和/或第二误差状态信号，例如“clockNOK”和/或“clockfault”用于内部时钟信号的误差检测。

输出比较器209包括电压源300.27和比较器300.28。电压源300.27连接到比较器300.28的反相输入，并且去抖动器208的输出连接到比较器300.28的非反相输入。电压源300.27确定阈值209.1，该阈值209.1是生成第二误差状态的故障情况第一次出现和故障输出信号“clockfault”之间的时间延迟208.3的原由。换句话说，阈值209.1可以指定死区时间，在该死区时间内，比较器209或检测器301的输出300.29忽略有缺陷的内部时钟信号。在一个示例中，电压源300.27或电源300.27使用3.5V的电压。仅当故障情况存在的时间长于时间延迟208.3时才指示故障。如果信号208.2达到由电压源300.27确定的阈值，则输出比较器209的输出300.29为第二误差信号提供高信号，例如误差信号“clockfault”，指示有缺陷的内部时钟信号。由时钟信号监测设备100.1生成的该第二误差信号或故障信号“clockfault”可用于防止外部时钟信号被内部时钟信号100.2，200.3替换。但是，如果检测到外部时钟信号有缺陷，则内部时钟信号100.2，200.3可用于替换有缺陷的外部时钟源。

使用内部时钟信号100.2，200.3还是使用通过输入102提供的外部时钟信号，这由开关103.6决定。开关103.6由第一和/或第二误差信号控制。

图5A和5B是根据本公开的示例性实施例的表示时钟信号监测设备100的不同组件的输出信号作为时间的函数的曲线的集合。图5的图401表示时钟信号200.3的矩形波形、监测信号205.1的三角波形、峰值信号206.2、峰值检测器的可接受范围的下阈值206.4和上阈值206.5。三角波信号205.1是滤波后的时钟信号205.1。下阈值206.4信号是确定下阈值的恒定值，上阈值206.5信号是确定上阈值的恒定值。在一个特定示例中，下阈值信号206.4和上阈值信号206.5分别对应于上电源300.17和下电源300.18。峰值信号206.2是峰值检测器装置206的输出信号。在详细图402中提供了曲线206.2，206.4，206.5的详细视图以及它们互相之间的关系。图401的横坐标403的范围为3.02ms至3.03ms。纵坐标404的范围为0V至6.0V。时钟信号200.3的频率被预置为1MHz，占空比为50％，使得峰值信号206.2位于下阈值206.4和上阈值206.5之间。50％的占空比意味着时钟信号200.3是50％的低的或者0V的周期和50％的高的或5V的周期，例如可以在信号200.3的范围从3.02ms到3.021ms的第一周期中看到的那样。

图405示出了对应于低电平的在0V处的去抖动器208的输出信号208.2。该低信号指示正确工作的时钟源100.2，300.3。图405的纵坐标406的范围为0至2.0V。

图407示出了指示检测到的时钟故障的不同电平的两个信号，即第一误差信号407.1和第二误差信号407.2。在图5、6、7中呈现的该特定示例中，内部时钟信号200.3的时钟故障由“clockNOK”信号407.1和时钟故障信号“clockfault”407.2指示。第一时钟故障信号“clockNOK”407.1达到预定值指示实际上存在时钟信号的故障情况。这可能是一个临时误差，通过某种自我修复过程随着时间的推移而被取消。第二时钟故障信号“clockfault”407.2达到预定值指示时钟故障已经存在超过了不可接受的长时间，并触发警报和/或故障处理例程。在图5中，其中提供了预定的时钟频率和占空比，两个信号“clockNOK”407.1，“clockfault”407.2在其原始状态下保持不变，并且因此这些信号指示内部时钟信号200.3不存在问题。因此，如果在内部时钟信号200.3和外部时钟信号102.1之间检测到差异，则外部时钟信号102.1可以被分类为有缺陷的，并且控制器可以从外部时钟信号102.1切换到内部时钟信号200.3，以便恢复时钟信号。

图6A-1、6A-2和6B是根据本公开的示例性实施例的表示时钟信号监测设备100的不同组件的输出信号作为时间的函数的曲线集合，其中时钟信号200.3的频率在容差范围之外。时钟信号200.3的频率从1MHz变为1.5MHz，占空比保持在50％。在这种情况下，由于频率为NOK(不是OK)或频率有故障，去抖动信号208.2增加。由于峰值检测器输出超出范围，因此出现去抖动信号208.2的增加。可接受的频率范围选择为825kHz-1.2MHz。如果时钟信号200.3的频率在825kHz-1.2MH的该频率范围内，则峰值信号206.2将位于下阈值206.4和上阈值206.5之间，例如在2.98V和3.23V之间。然而，如果时钟信号200.3的频率在825kHz-1.2MHz的可接受频率范围之外，则检测到故障。在这种情况下，“clockfault”信号407.2为“1”或高。如图6中所示，在时间点3ms 501处，时钟信号200.3的频率从1MHz增加到1.5MHz。三角波信号205.1或监测信号205.1减小三角波信号205.1的纹波或峰-峰值。如详细视图502(图6B)中所示，时钟信号200.3以这样的方式改变三角波信号205.1的纹波，使得三角波205.1的峰值206.3和/或峰值曲线206.2位于由下阈值206.4和更高的阈值206.5限定的范围之外。结果，在由附图标记503指示的时间，在3.005ms或0.0030044s处，去抖动器输出信号208.2通过加载电容器300.24而增加，并且朝向输出比较器阈值209.1收敛。阈值209.1或限制值209.1确定可接受的检测时间208.3。

在曲线208.2开始增长时由附图标记503指示的时刻，第一误差信号“clockNOK”407.1从低状态变为高状态，指示时钟质量的暂时降低。在经过可容许的超范围时间208.3之后，在3.0258ms(M0)时刻，第二误差信号407.2或时钟故障信号“clockfault”407.2也从低变为高，指示时钟信号中的临时故障已经存在太长时间，并且指示时钟信号中的不可接受的误差情况。关于时钟误差，存在第一时钟误差信号，例如clockNOK，以及第二时钟误差信号，例如clockfault。第一时钟误差信号clockNOK指示峰值206.2是否超出范围。第二时钟误差信号clockfault意味着故障已被去抖动或或者已经存在太长时间，因此它被验证。换句话说，设置为高值的时钟故障信号指示故障的时钟情况的持续时间已经存在超过了预定的时间段。因此，clockNOK指示内部时钟信号的临时劣化，而clockfault指示不可自愈的劣化的时钟信号。

具有高值或高状态的时钟故障信号clockNOK407.1指示由于出现频率误差而要防止备份内部时钟源。最小检测时间208.3是21μs。可以通过确定去抖动滤波器的尺寸并且特别是通过确定去抖动器208的电容300.24的尺寸来设置该时间限制208.3。以这样的方式确定检测持续时间的大小，使得系统可以在该持续时间内容忍故障时钟而基本上不被损坏。图6A-1中的图401的详细视图502示出了位于范围边界206.4和206.5之间的可接受范围之外的峰值检测器输出信号206.2。

在一个示例中，检测器301包括峰值比较器207，其被配置为将监测信号205.1的峰值206.2，206.3与预定范围的第一边界值206.4和预定范围的第二边界值206.5中的至少一个进行比较。第二边界值大于第一边界值。峰值比较器207具有输出，其中在峰值低于第一边界206.4值和/或峰值高于第二边界值206.5的时间内提供超范围信号207.2。第一误差信号clockNOK407.1与超范围检测比较器207的输出信号207.2相关联。在输出比较器209的输出300.29处提供第二误差信号clockfault407.2。在比较器209的输出300.29处提供该第二误差信号407.2。第二误差信号407.2是已经去抖动的故障信号。换句话说，第二误差信号407.2是指示第一误差信号407.1已经存在于超过预定时间段的稳定状态的故障信号。

图7A和7B是根据本公开的示例性实施例的表示时钟信号监测设备100的不同组件的输出信号作为时间的函数的曲线的集合，其中被监测的时钟信号200.3的占空比在容差范围之外。选择图7A和7B的时钟频率为预设时钟频率1MHz。占空比设定为60％，即比50％的预定占空比高10％的值，因此在占空比的容差范围之外。在这种情况下，去抖动器信号208.2增加，并且频率有故障或NOK，即不正常，因为峰值检测器输出为超范围。在这种情况下，检测到故障，因为第一时钟故障信号clockfault为“1”。图7A的图401示出了具有1MHz的恒定预定频率的时钟信号200.3。在由附图标记601指示的大约3ms(3.019ms)的时间值M1处，时钟信号200.3的占空比变化了。作为占空比变化的结果，通过增加监测信号205.1的平均值，三角波信号205.1的峰值曲线206.2的峰值206.3增加到大约3.5V。如图7A和7B的详细视图602a中所示，在时刻601改变占空比之后，峰值206.3位于从825kHz的下阈值206.4到1.2MHz的上阈值206.5的可接受的频率范围之外。作为峰值曲线206.2的这种增加的结果，在由附图标记601指示的占空比改变的时间之后，去抖动器输出信号208.2增加。在时间点602的检测时间208.3，3.0232ms的M0之后，去抖动器输出信号208.2达到由输出比较器209设定的最大允许阈值209.1。最小检测时间约为21μs，并且仅取决于去抖动滤波器。特别地，时间限制208.3的大小可以通过去抖动器的电容器300.24的尺寸和/或通过确定输出比较器209的参考电压300.27来确定。当峰值曲线206.2超过阈值206.4，206.5之一时，第一时钟故障信号clockNOK407.1，207.2在时间601，M1处由低变为高，并且指示内部时钟信号的暂时劣化。第二时钟故障信号“clockfault”407.2在时间602，M0 3.0232ms处由低变为高，指示存在内部时钟信号的不可接受的劣化，使得内部时钟信号不可用。如详细视图602a(图7B)所示，峰值信号206.2在206.4和206.5之间的可接受范围之外。在上述纯模拟电路100.1的配置中，电路100.1被配置为检测占空比误差和/或频率误差。

在本公开的一个示例中，检测器301包括去抖动器，其在峰值比较器207输出超范围信号207.2的时间过程中增加去抖动器输出信号。然后将去抖动器输出信号与预定阈值进行比较，以便识别出存在故障情况。在另一示例中，检测器301包括误差信号生成器209或输出比较器209，其被设计成将去抖动器输出信号208.2与预定阈值209.1进行比较，并在第一误差信号存在的时间长于预定时间段之后生成第二误差信号“clockfault”407.2。如果第二故障信号407.2，例如“clockfault”被设置为高值，则内部时钟信号被标记为有缺陷的。

用于车辆的喷射器驱动器100，特别是喷射器驱动器100的时钟仲裁模块250包括：被配置为提供外部时钟信号103.2的外部时钟信号端子203、被配置为提供内部时钟信号200.3的内部时钟信号端子204、以及根据本发明的时钟信号监测设备100.1，其中时钟信号监测设备100.1的信号变换器205通过链路100.3连接到内部时钟信号端子204。

图8是根据本公开的示例性实施例的用于监测时钟信号的方法的流程图。该方法开始于空闲状态S801。在状态S802中，在信号变换器205中接收时钟信号200.3，其中信号200.3具有占空比和频率。在状态S803中，信号变换器205将时钟信号转换为监测信号，该监测信号具有与时钟信号的占空比和频率相关的峰值。在状态S804中，在连接到信号变换器205的检测器301中接收监测信号，并且当监测信号205.1的峰值206.3、206.2在预定范围206.4、206.5之外时，检测器生成第二误差信号“clockfault”407.2。该方法终止于状态S805。

通过使用模拟电路和/或模拟组件，检测时钟故障的可靠性很高。如果所描述的方法被实现为程序代码，并且在处理器上运行，则通过使用组件和/或装置，例如处理器，也可以实现检测的高可靠性，其中组件和/或装置使用专用的时钟源，也就是基本上仅向执行程序代码的组件提供时钟信号的时钟源。以这种方式，处理器可以独立于外部影响，例如来自外部时钟源的影响。换句话说，如果该方法由软件实现，或作为在处理器上运行的计算机程序实现，则可以提供附加监测电路，以便确保通过另外的方法监测处理器的时钟信号。附加方法可以确保处理器根据需要工作。附加监测电路可以包括附加时钟监测设备。在一个示例中，附加监测电路也实现为纯模拟电路。

方法还可以包括：当生成误差信号时，从第二时钟源发送第二时钟信号。第二时钟信号可以是内部时钟信号。在正常情况下，使用外部时钟。当检测到外部时钟的故障状况时，可以选择内部时钟源。但是，如果两个时钟源都处于故障状况，则该方法可防止切换到内部时钟，以防止对时钟源的状态造成任何混淆。在两个时钟源都有缺陷的情况下，生成误差信号，然而，时钟监测设备继续使用外部时钟，并防止切换到内部时钟源。可以通过将第二误差信号407.2(例如“clockfault”)设置为高值来指示有缺陷的内部时钟源。在一个示例中，可以通过将外部时钟与内部时钟进行比较来检测外部时钟的故障。由于内部时钟可用作参考，因此应保护内部时钟免受高优先级故障的影响。例如，内部时钟可以被封装或密封以免受任何外部影响。替代地或另外地，基本上纯模拟组件可以用于内部时钟和相应的时钟信号监测设备。防止内部时钟的故障状况可允许使用内部时钟作为参考。在内部时钟可能被损坏并且因此内部时钟生成的信号可能是错误的情况下，外部时钟的验证可能是困难的，并且可能必须防止评估外部时钟的状况。在内部时钟有缺陷的情况下，基本上也不可能推断外部时钟是否有故障。在一个示例中，可以存在指示装置，用于指示当检测到这种模糊条件时不可能评估时钟信号的故障状况。

如这里所使用的，术语模块指的是执行一个或多个软件或固件程序的专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享的、专用的或组处理器)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他合适的组件。

提供示例实施例以使本公开彻底，并且将范围传达给本领域技术人员。可以阐述细节，诸如特定组件、装置和方法的示例，以提供对本公开的实施例的透彻理解。对于本领域技术人员显而易见的是，不需要采用具体细节，示例实施例可以以许多不同形式呈现，并且它们都不应被解释为限制本公开的范围。在一些示例实施例中，可能未详细描述众所周知的过程、众所周知的装置结构和众所周知的技术。

这里使用的术语仅用于描述特定示例实施例的目的，而不是限制性的。如这里所使用的，单数形式“一”，“一个”和“该”也可以包括复数形式，除非上下文另有明确说明。同样，术语“含有”，“包含”，“包括”和“具有”是包含性的，因此指定所述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其组群。

除非特别标明执行顺序，否则本文描述的方法、步骤、过程和操作不应被解释为必须要求它们以所讨论或说明的特定顺序执行。还应理解，可以采用另外的或替代的步骤。

虽然在前面的详细描述中已经呈现了至少一个示例性实施例，但是应该理解存在大量的变型。还应当理解，一个或多个示例性实施例仅是示例，并不旨在以任何方式限制本公开的范围、适用性或配置。相反，前文的详细描述将为本领域技术人员提供用于实现一个或多个示例性实施例的便利的路线图。应当理解，在不脱离所附权利要求及其合法等同物所阐述的本公开的范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

Claims (8)

1.一种时钟信号监测设备，包括：

信号变换器，其被配置为接收具有占空比和频率的时钟信号，并将所述时钟信号转换为具有与所述时钟信号的所述占空比和/或所述频率相关的峰值的监测信号；以及

与所述信号变换器通信的检测器，所述检测器被配置为当所述监测信号的所述峰值在预定范围之外时接收所述监测信号并生成误差信号；

其中，所述信号变换器包括低通滤波器；所述低通滤波器具有截止频率，使得所述监测信号的平均值与所述时钟信号的所述占空比成比例，并且所述监测信号的纹波与所述时钟信号的所述频率成比例。

2.根据权利要求1所述的时钟信号监测设备，其中所述低通滤波器具有等于所述时钟信号的所述频率的十分之一的截止频率。

3.根据权利要求1所述的时钟信号监测设备，其中，所述监测信号包括三角波形信号。

4.根据权利要求1所述的时钟信号监测设备，其中，所述检测器包括峰值比较器，其被配置为：

将所述监测信号的所述峰值与所述预定范围的第一边界值和所述预定范围的第二边界值中的至少一个进行比较，其中所述预定范围的第二边界值大于所述第一边界值；并且

在所述峰值低于所述第一边界值或所述峰值高于所述第二边界值的时间内输出超范围信号。

5.根据权利要求4所述的时钟信号监测设备，其中所述检测器还包括去抖动器，所述去抖动器被配置为在所述峰值比较器输出所述超范围信号的时间内接收所述超范围信号，并增加去抖动器输出信号。

6.根据权利要求5所述的时钟信号监测设备，其中所述检测器还包括误差信号发生器，其被配置为将所述去抖动器输出信号与预定阈值进行比较，并在所述去抖动器输出信号大于所述预定阈值时生成所述误差信号。

7.根据权利要求1所述的时钟信号监测设备，其中所述信号变换器和所述检测器包括模拟组件。

8.一种喷射器驱动器，包括：

根据权利要求1所述的时钟信号监测设备；

被配置为提供外部时钟信号的外部时钟信号端子；以及

被配置为提供内部时钟信号的内部时钟信号端子；

其中所述时钟信号监测设备的所述信号变换器连接到所述内部时钟信号端子。

Images