CN110199200B - 用于监控供电电压的电路和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于监控电子设备的供电电压（VDD5）的电路。该电路包括：第一参考电压源（31），所述第一参考电压源产生第一参考电压（VR1）；比较装置（1），所述比较装置将所述第一参考电压（VR1）与所述供电电压（VDD）进行比较；电压调节器（40），用于调节所述供电电压（VDD5），其中所述第一参考电压（VR1）用作所述电压调节器的参考而且所述电压调节器的输出电压（Vint）至少给所述比较装置（1）供电；第二参考电压源（32），所述第二参考电压源产生第二参考电压（VR2）；和至少一个比较器（23），所述比较器将所述电压调节器（40）的输出电压（Vint）与所述第二参考电压（VR2）进行比较。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于监控电子设备的供电电压的电路以及一种用于借助于该电路来执行该监控的方法。本发明还涉及：一种计算机程序，当该计算机程序在计算设备上运行时，该计算机程序实施该方法的每个步骤；以及一种存储该计算机程序的机器可读存储介质。最后，本发明涉及一种电子控制设备，该电子控制设备被设立用于，实施按照本发明的方法。
背景技术
电子设备、诸如电子（发动机）控制设备以供电电压来被供电。尤其是在如今经常使用的CMOS逻辑电路（互补金属氧化物半导体（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor））的情况下，至少场效应晶体管（MOSFET）以被称作“VDD5”的为5伏特的供电电压运行。为了确保电子设备的功能，对供电电压进行监控。
ISO 26262是标准化国际组织的如下标准，该标准涉及机动车中的安全相关的电子设备或系统。该标准的实现应该确保机动车中的电子设备或其电子/电组件的功能安全性。在ISO 26262中，ASIL等级（汽车安全完整性等级（Automotive Safety IntegrityLevel））被用于划分功能安全性。在此，通过三个因子来评价要假定的出现的故障，其中第一因子反映故障的严重性，第二因子反映发生概率，并且第三因子反映故障的可控性，并且这些因子然后相加。这些因子之和接着以升序分配有名称ASIL A至ASIL D，其中ASIL D对应于要假定的最大故障。
供电电压对机动车中的电子控制设备的所有安全关键的功能都有影响。出于该原因，希望：对电子控制设备的供电电压的监控至少满足ASIL C，在最好的情况下满足ASILD。
通常，借助于比较装置来执行对供电电压的监控，其方式是该供电电压经由分压器来引导并且紧接着通过两个比较器来与第一参考电压进行比较。传统地，可以测试分压器和两个比较器的工作原理，其方式是将两个比较器的输入信号交换。附加地，设置电压调节器，用于调节供电电压，参考电压同样作为该电压调节器的参考而用于该电压调节器，而且该电压调节器的输出电压至少给比较装置供电。显然，第一参考电压在该比较装置的情况下是至关重要的而且必须精确地已知。
发明内容
通过本发明，应该实现一种对电子设备的供电电压的监控，该监控按照ISO 26262满足至少ASIL C、在最好的情况下ASIL D的ASIL等级（Automotive Safety IntegrityLevel）。
提出一种用于监控供电电压的电路，该电路包括第一参考电压源、比较装置和电压调节器。第一参考电压源产生第一参考电压。该第一参考电压通过比较装置与供电电压进行比较，以便由此识别供电电压的偏差。附加地，该参考电压作为电压调节器的参考而用于该电压调节器。该电压调节器对供电电压进行调节，其中该电压调节器的输出电压至少给比较装置供电。
该电路还具有：第二参考电压源，该第二参考电压源在其侧产生第二参考电压；和至少一个比较器，该至少一个比较器将电压调节器的输出电压与第二参考电压进行比较。通过该电路实现：一方面电压调节器直接借助于该电压调节器的输出电压来被监控。另一方面，第一参考电压在监控电压调节器的输出电压的过程中同样被监控，因为第一参考电压作为参考用于电压调节器而且因此与该电压调节器的输出电压相关。如果发生第一参考电压的变化、例如以漂移的形式的变化，则电压调节器的输出电压同样通过该电压调节器来改变，这又通过比较器来识别。
用于监控供电电压的电路尤其可以针对为5伏特的VDD5供电电压并且在如今所使用的电子设备中被使用，其中所述电子设备基于CMOS逻辑电路并且使用场效应晶体管（MOSFET），所述场效应晶体管以5伏特的该VDD5供电电压来运行。
按照一个方面，比较器可以被设立用于：如果输出电压高于第二参考电压，则输出故障信号。按照另一方面，比较器可以被设立用于：如果输出电压低于第二参考电压，则输出故障信号。优选地，使用由这两个比较器构成的组合，以便在输出电压不同于第二参考电压的情况下输出故障信号。由此，实现对电压调节器的输出电压的最优的监控而且随之而来地实现对电压调节器本身以及第一参考电压的最优的监控。
有利地，比较装置被设计为专用集成电路（Application-Specific IntegratedCircuit，ASIC）而且尤其具有分压器和两个比较器，所述两个比较器将供电电压与第一参考电压进行比较。因此，可以准确地识别出供电电压与第一参考电压的偏差。
优选地，开头所描述的第二参考电压源和比较器同样是比较装置的部分。经此，得到如下优点：简化在电子设备方面的实现，因为整个电路都可以模块化连接。如果比较装置以ASIC的形式来设计，则优点还更大。
为了检查第二参考电压，第二参考电压源可具有测试电路、尤其是用于内建自测试（Built-in-self-test）的集成测试电路。如果通过测试电路确定第二参考电压有故障，则可以触发相对应的故障反应。
还提出了一种用于借助于上文所描述的电路来监控电子设备的供电电压的方法。在该方法中，在开始时将供电电压与第一参考电压进行比较。如果供电电压高于或低于第一参考电压，因而供电电压不同于第一参考电压，则输出第一或第二故障信号。此外，将电压调节器的输出电压与第二参考电压进行比较。紧接着，基于电压调节器的输出电压与第二参考电压的比较，输出第三故障信号。
按照一个方面，如果电压调节器的输出电压高于第二参考电压，则输出第三故障信号，而按照另一方面，如果电压调节器的输出电压低于第二参考电压，则输出第三故障信号。由此可以实现：如果分压器的输出电压不同于第二参考电压，则输出第三故障信号。
由第三故障信号可以推断出故障来源，其中在这种情况下特别是将第一参考电压（源）和电压调节器作为可能的故障来源一并包括在内。尤其是如果同时地供电电压不同于第一参考电压并且电压调节器的输出电压不同于第二参考电压，则可以推断出第一参考电压有故障。
计算机程序被设立用于：尤其是当该计算机程序在计算设备或控制设备上被执行时，执行该方法的每个步骤。该计算机程序能够实现在传统的电子控制设备中实现该方法，而在这方面不必进行结构上的变化。为此，该计算机程序存储在机器可读存储介质上。
通过将该计算机程序加载到传统的电子控制设备上，得到如下电子控制设备，该电子控制设备被设立用于：监控该供电电压。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在随后的描述中进一步予以阐述。
图1示出按照本发明的电路的实施例的电路图。
具体实施方式
按照本发明的电路在实施例中作为在图1中的电路图来示出。未示出的电子设备用供电电压VDD5来运行。如果在该电子设备中使用具有场效应晶体管的CMOS逻辑电路，所述CMOS逻辑电路例如在机动车的电子控制设备中使用，则供电电压VDD5应该为5伏特。比较装置1用于监控供电电压VDD5并且构造为专用集成电路（ASIC）。供电电压VDD5经由分压器10来施加，该分压器由两个电阻11和12来构造。在此得到的分压借助于两个比较器21和22与由第一参考电压源31产生的第一参考电压VR1进行比较。两个比较器21和22以及随后所描述的第三比较器23如所示出的那样例如分别实现为运算放大器，而且当同相输入端（在图1中用“+”来表示）上的电压高于反相输入端（在图1中用“-”来表示）上的电压时，提供输出信号。关于第一比较器21，供电电压VDD5与该第一比较器的同相输入端“+”连接，而第一参考电压VR1与该第一比较器的反相输入端“-”连接。如果供电电压VDD5高于第一参考电压VR1，则第一比较器21输出第一故障信号F1。关于第二比较器22，与第一比较器21相反，供电电压VDD5与该第二比较器的反相输入端“-”连接，而第一参考电压VR1与该第二比较器的同相输入端“+”连接。如果供电电压VDD5低于第一参考电压VR1，则第二比较器21输出第二故障信号F2。通过这种电路，可以识别出供电电压VDD5与第一参考电压VR1的偏差。如果从第一参考电压VR1没有故障出发，则在出现第一故障信号F1时推断出供电电压VDD5过大，而在出现第二故障信号F2时推断出供电电压VDD5过小。
还设置电压调节器40，该电压调节器对供电电压VDD5进行调节而且减小了该供电电压的可能出现的波动。该电压调节器的输出电压Vint给ASIC供电，其中第一参考电压VR1作为参考用于该电压调节器。因此，第一参考电压VR1的变化、例如以漂移的形式的变化表现为电压调节器40的输出电压Vint的变化。
按照本发明，该电路包括第三比较器23和第二参考源32，所述两者在该实施例中都作为ASIC是比较装置1的部分。第三比较器23将电压调节器40的输出电压Vint与由第二参考电压源32产生的第二参考电压VR2进行比较。第二参考电压源32具有用于内建自测试的集成测试电路50，由此第二参考电压VR2的故障被排除。在按照本发明的电路的该实施例中，第三比较器23的同相输入端“+”与电压调节器40的输出电压Vint连接，而第三比较器23的反相输入端“-”与参考电压VR2连接。如果电压调节器40的输出电压Vint高于第二参考电压VR2，则输出第三故障信号F3，而且可以进行故障反应。在其它实施例中，第三比较器23的输入端可以以相反的顺序来连接。同样，在还有的其它实施例中，可以设置两个或更多个第三比较器，其中例如这些第三比较器中的一个可以按照在图1中示出的实施例来连接而这些第三比较器中的另一个则可以以相反的顺序连接。最后，由第三故障信号推断出电压调节器40的输出电压Vint的偏差。输出电压Vint的偏差例如可能由于有故障的电压调节器40而发生。在这种情况下，大多既没有输出第一故障信号F1又没有输出第二故障信号F2。另一方面，被改变的并且因而有故障的第一参考电压VR1如上文所阐述的那样也可能导致电压调节器40的输出电压Vint的偏差。有故障的第一参考电压VR1大多导致：同时出现要么第一故障信号F1要么第二故障信号F2。因此，在监控供电电压VDD5时，根据对第一故障信号F1和第二故障信号F2连同第三故障信号F3的结合考虑，可以推断出准确的故障来源。
Claims (14)
1.一种用于监控电子设备的供电电压（VDD5）的电路，所述电路包括：
- 第一参考电压源（31），所述第一参考电压源产生第一参考电压（VR1）；
- 比较装置（1），所述比较装置将所述第一参考电压（VR1）与所述供电电压（VDD5）进行比较；和
- 电压调节器（40），用于调节所述供电电压（VDD5），其中所述第一参考电压（VR1）用作所述电压调节器的参考并且所述电压调节器的输出电压（Vint）至少给所述比较装置（1）供电；
其特征在于，所述电路具有：
- 第二参考电压源（32），所述第二参考电压源产生第二参考电压（VR2）；和
- 至少一个比较器（23），所述至少一个比较器将所述电压调节器（40）的所述输出电压（Vint）与所述第二参考电压（VR2）进行比较，使得所述第一参考电压（VR1）在监控所述电压调节器（40）的输出电压（Vint）的过程中同样被监控。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述供电电压是VDD5供电电压（VDD5）。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述比较器（23）被设立用于：如果所述输出电压（Vint）高于所述第二参考电压（VR2），则输出故障信号（F3）。
4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述比较器（23）被设立用于：如果所述输出电压（Vint）低于所述第二参考电压（VR2），则输出故障信号（F3）。
5.根据上述权利要求1-4之一所述的电路，其特征在于，所述比较装置（1）是专用集成电路。
6.根据上述权利要求1-4之一所述的电路，其特征在于，所述比较装置（1）具有两个比较器（21、22），所述两个比较器将所述供电电压（VDD5）与所述第一参考电压（VR1）进行比较：是否所述供电电压大于或小于所述第一参考电压（VR1）。
7.根据上述权利要求1-4之一所述的电路，其特征在于，所述第二参考电压源（32）和所述比较器（23）是所述比较装置（1）的部分。
8.根据上述权利要求1-4之一所述的电路，其特征在于，所述第二参考电压源（32）具有测试电路，所述测试电路检查所述第二参考电压（VR2）。
9.根据权利要求8所述的电路，其特征在于，所述测试电路是用于内建自测试的集成测试电路（50）。
10.一种用于借助于根据权利要求1至9之一所述的电路来监控电子设备的供电电压（VDD5）的方法，所述方法包括如下步骤：
- 将所述供电电压（VDD5）与第一参考电压（VR1）进行比较；
- 如果所述供电电压（VDD5）高于或低于所述第一参考电压（VR1），则输出第一或第二故障信号（F1、F2）；
- 将电压调节器（40）的输出电压（Vint）与第二参考电压（VR2）进行比较，使得所述第一参考电压（VR1）在监控所述电压调节器（40）的输出电压（Vint）的过程中同样被监控；并且
- 基于所述电压调节器（40）的所述输出电压（Vint）与所述第二参考电压（VR2）的比较，输出第三故障信号（F3）。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，如果所述电压调节器（40）的所述输出电压（Vint）高于所述第二参考电压（VR2），则进行对所述第三故障信号（F3）的输出。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，如果所述电压调节器（40）的所述输出电压（Vint）低于所述第二参考电压（VR2），则进行对所述第三故障信号（F3）的输出。
13.一种机器可读存储介质，在所述机器可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被设立成当在处理器上被执行时执行根据权利要求10至12之一所述的方法。
14.一种电子控制设备，所述电子控制设备具有：
存储介质，其上存储有计算机程序，
处理器，
其中所述处理器被设立用于执行所述计算机程序以便执行根据权利要求10至12之一所述的方法。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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